RU2035308C1

RU2035308C1 - Unit for recovering polytetrafluoroethylene

Info

Publication number: RU2035308C1
Authority: RU
Inventors: Александр Константинович Цветников
Original assignee: Александр Константинович Цветников
Priority date: 1992-03-12
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1995-05-20

Abstract

FIELD: recovering polytetrafluoroethylene. SUBSTANCE: unit has a reactor, a furnace, a blower, an auger feeder and a cooler. The reactor has a cylindrical insertion piece mounted in it in a space relation to its walls the insertion piece comprising a perforated hollow and a flange. The reactor is provided with openings for discharging destruction products. The flange upper edge is either level with the discharge openings or below them. Heating the melt in the reactor to 490-510 C results in polymer thermodestruction. The space defined between the insertion piece and the reactor walls facilitates drawing the destruction products through a liquid reaction phase by means of a blower. This increases gas flow volume. In this case the outlet of the finely divided polytetrafluoroethylene reaches 75%. Besides, the unit provides for nonpollutive recovering of polymers containing organic impurities. EFFECT: intensified and safety recovering of polymers. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области переработки фторорганических полимеров, конкретно политетрафторэтилена (ПТФЭ) или фторопласта-4, и может быть использовано для утилизации отходов данного полимера с цель получения тонкодисперсного ПТФЭ и других продуктов. The invention relates to the field of processing of organofluorine polymers, specifically polytetrafluoroethylene (PTFE) or fluoroplast-4, and can be used for waste disposal of this polymer with the aim of producing finely dispersed PTFE and other products.

Известна установка для пиролитического разложения отходов ПТФЭ в токе сухого азота при температуре до 500^оС, содержащая реактор, выполненный в виде кварцевой трубки с патрубками для подвода и отвода газов, снабженный нагревателем [1]
Недостатком установки является практически полное разложение ПТФЭ до газообразных мономеров и соответственно очень низкий выход тонкодисперсного ПТФЭ.Known apparatus for pyrolytic decomposition of PTFE waste in a stream of dry nitrogen at a temperature up to 500 ^{° C,} comprising a reactor formed as a quartz tube with nozzles for the supply and removal of gases, provided with a heater [1]
The disadvantage of the installation is the almost complete decomposition of PTFE to gaseous monomers and, accordingly, a very low yield of finely dispersed PTFE.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предложенному решению является установка для переработки политетрафторэтилена, содержащая реактор с вертикальной входной частью, крышкой и входными и выходными трубопроводами подвода и отвода газов и печь [2]
В результате термодеструкции фторопласта при температуре выше 450^оС в данной установке получают до 85% тетрафторэтилена (ТФЭ) около 10% гексафторпропилена (ГФП) и около 5% порошкообразного ПТФЭ. Недостатком установки является низкий выход тонкодисперсного порошка ПТФЭ и необходимость периодической перегрузки реактора.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed solution is a plant for processing polytetrafluoroethylene containing a reactor with a vertical inlet, a cover and inlet and outlet pipelines for supplying and discharging gases and a furnace [2]
As a result, thermal degradation fluoroplastic at a temperature above 450 ^{° C,} this device is obtained up to 85% of tetrafluoroethylene (TFE), about 10% hexafluoropropylene (HFP) and about 5% powdered PTFE. The disadvantage of the installation is the low yield of fine PTFE powder and the need for periodic reactor overload.

Невозможность повышения выхода тонкодисперсного ПТФЭ, являющегося наиболее предпочтительным продуктом термодеструкции, в известной установке связана с недостаточностью газового потока, выносящего недоразложившиеся полимерные молекулы из жидкой реакционной массы. The impossibility of increasing the yield of finely dispersed PTFE, which is the most preferred product of thermal degradation, in a known installation is associated with the inadequacy of the gas flow that removes undecomposed polymer molecules from the liquid reaction mass.

Изобретение направлено на создание установки для переработки политетрафторэтилена, в которой бы обеспечивалось увеличение мощности газового потока, выносящего из зоны реакции неполностью разложившиеся полимерные молекулы, и соответственно увеличение выхода тонкодисперсного ПТФЭ. The invention is directed to the creation of a plant for the processing of polytetrafluoroethylene, which would provide an increase in the power of the gas stream that removes incompletely decomposed polymer molecules from the reaction zone and, accordingly, an increase in the yield of finely dispersed PTFE.

Поставленная задача решается тем, что установка для переработки политетрафторэтилена термодеструкцией, содержащая реактор с вертикальной входной частью, крышкой, входными и выходными трубопроводами подвода и отвода газов в печь, согласно изобретению, имеет трубчатую печь предварительного нагрева полимера, установленную на вертикальной входной части реактора, шнековый питатель для непрерывной подачи ПТФЭ в реактор, расположенный на входе в него, два холодильника, один из которых установлен на вертикальной входной части реактора ниже печи предварительного нагрева в зоне введения ПТФЭ в реактор, а другой на крышке реактора, центробежный вентилятор для обеспечения циркуляции газового потока в установке, размещенный на крышке соосно реактору, вихревые ловушки для сброса тонкодисперсного ПТФЭ, соединенные в реактором входными и выходными трубопроводами, цилиндрическую вставку с перфорированным дном, установленную с зазором от его стенок и соединенную с реактором по окружности входной части реакционной зоны, при этом верхняя кромка бортика вставки расположена на уровне или ниже отверстий в реакторе для выхода продуктов термодеструкции. Зазор между вставкой и внутренней поверхностью стенки реактора позволяет газообразным продуктам термодеструкции свободно продуваться с помощью центробежного вентилятора через жидкую реакционную фазу, существенно увеличивая объем газового потока, выносящего неполностью разложившиеся молекулы ПТФЭ и, как следствие, выход тонкодисперсного ПТФЭ. The problem is solved in that the installation for the processing of polytetrafluoroethylene by thermal degradation, containing a reactor with a vertical inlet part, a cover, inlet and outlet pipelines for supplying and discharging gases into the furnace, according to the invention, has a tubular polymer pre-heating furnace installed on the vertical inlet part of the reactor, screw feeder for continuous supply of PTFE to the reactor located at the inlet of it, two refrigerators, one of which is installed on the vertical inlet of the reactor below preheating in the zone of introduction of PTFE into the reactor, and another on the reactor cover, a centrifugal fan for circulating the gas flow in the installation, placed on the cover coaxially with the reactor, vortex traps for discharging fine PTFE connected to the reactor by input and output pipelines, a cylindrical insert with perforated bottom, installed with a gap from its walls and connected to the reactor around the circumference of the inlet of the reaction zone, while the upper edge of the insert side is at a level or lower openings in the reactor to exit thermal degradation products. The gap between the insert and the inner surface of the wall of the reactor allows gaseous thermal decomposition products to be freely blown through a liquid reaction phase using a centrifugal fan, significantly increasing the volume of the gas stream carrying out incompletely decomposed PTFE molecules and, as a result, the yield of finely dispersed PTFE.

В частном случае изготовления установки, предназначенной для переработки фторопласта, загрязненного органическими примесями, на входной вертикальной части реактора между шнековой камерой и холодильником выполнено проходное отверстие с установленными в нем входным и выходными патрубками продува воздухом продуктов разложения органических примесей при нагревании полимера до температуры выше 30^оС.In the particular case of the production plant for processing fluoroplastic contaminated with organic impurities, to an input of the vertical part of the reactor between the auger chamber and condenser configured through hole defined therein inlet and outlet nozzles blowing air decomposition products of the organic impurities in the polymer is heated to a temperature above ³⁰ ° WITH.

На фиг.1 изображена принципиальная схема установки; на фиг.2 то же, вид сверху. Figure 1 shows a schematic diagram of the installation; figure 2 is the same, top view.

Установка для переработки политетрафторэтилена, в частности его отходов, содержит реактор 1, помещенный в печь 2. На входной вертикальной части реактора 1 расположена трубчатая печь 3 предварительного нагрева полимера. Реактор 1 имеет цилиндрическую вставку 4 с перфорированным дном. На входе реактора 1 установлен шнековый питатель 5. Установка снабжена также холодильником 6, установленным на входной части реактора 1 ниже трубчатой печи 3 предварительного нагрева, и холодильником 7, расположенным на крышке 8 реактора 1. Центробежный вентилятор 9, установленный на крышке 8 соосно реактору 1, предназначен для отвода порошкообразных и газообразных продуктов частичной деструкции ПТФЭ из зоны реакции по трубопроводам 10, 11 в вихревые ловушки 12, 13 для осаждения в них сконденсировавшегося тонкодисперсного порошка ПТФЭ и возвращения охлажденных газообразных продуктов термодеструкции обратно в реактор 1 по трубопроводам 14, 15. Часть газообразных продуктов термодеструкции подается вентилятором 9 в зазор между вставкой 4 и стенками реактора 1 и продавливается через перфорированное дно в расплав полимера, увлекая при этом тяжелые молекулы ПТФЭ в газовую охлажденную фазу, предотвращая их полное разложение в расплаве полимера. Уровень расплава полимера в реакторе 1 контролируется датчиком 16, а температура расплава термопарой 17. Для вывода избытка газообразных продуктов предназначен патрубок 18, связанный трубопроводом 19 с блоком утилизации 20. Для загрузки предварительно измельченного ПТФЭ в реактор 1 используют бункер 21, откуда материал по наклонной трубе 22 под собственным весом засыпается в камеру 23 шнекового питателя 5 и далее шнековым питателем 5 подается в реактор 1. Между камерой 23 и холодильником 6 на входной части реактора 1 выполнено сквозное отверстие с входным 24 и выходным 25 патрубками, через которые потоком воздуха осуществляется сдув продуктов термообработки органических примесей в печи 2 предварительного нагрева через трубопровод 26 в блок утилизации 20 в случае переработки загрязненных органическими примесями отходов фторопласта. Верхняя кромка бортика цилиндрической вставки размещена на уровне или ниже отверстий в реакторе 1 для выхода продуктов термодеструкции. A plant for processing polytetrafluoroethylene, in particular its waste, contains a reactor 1 placed in a furnace 2. At the inlet vertical part of the reactor 1 there is a tube furnace 3 for pre-heating the polymer. The reactor 1 has a cylindrical insert 4 with a perforated bottom. At the inlet of the reactor 1, a screw feeder 5 is installed. The installation is also equipped with a refrigerator 6 installed on the inlet part of the reactor 1 below the preheating furnace 3 and a refrigerator 7 located on the cover 8 of the reactor 1. A centrifugal fan 9 mounted on the cover 8 is coaxial with the reactor 1 , is intended for the removal of powdered and gaseous products of partial destruction of PTFE from the reaction zone through pipelines 10, 11 to vortex traps 12, 13 for the deposition of condensed fine powder of PTFE and return The cooled gaseous thermal decomposition products are fed back to the reactor 1 through pipelines 14, 15. A part of the gaseous thermal decomposition products is supplied by the fan 9 to the gap between the insert 4 and the walls of the reactor 1 and forced through the perforated bottom into the polymer melt, while dragging the heavy PTFE molecules into the gas cooled phase , preventing their complete decomposition in the polymer melt. The polymer melt level in the reactor 1 is controlled by a sensor 16, and the melt temperature is thermocouple 17. A pipe 18 is connected to the waste gas unit 20. The hopper 21 is used to load the pre-ground PTFE into the reactor 1, from where the material is fed through an inclined pipe. 22, under its own weight, is poured into the chamber 23 of the screw feeder 5 and then fed by the screw feeder 5 to the reactor 1. Between the chamber 23 and the refrigerator 6, a through hole with odnym 24 and outlet nozzles 25, through which the air flow blow-off products made of organic impurities in the heat treatment oven preheat 2 through conduit 26 into the block 20 in case of utilization of processing contaminated waste organic impurities fluoroplastic. The upper edge of the side of the cylindrical insert is placed at or below the holes in the reactor 1 for the exit of thermal decomposition products.

В данной установке можно получать модифицированный тонкодисперсный ПТФЭ. С этой целью установка снабжена патрубком 27 для подачи реакционных газов из дополнительно подключаемых к реактору баллонов (на чертеже не показано). In this installation, it is possible to obtain modified fine PTFE. For this purpose, the installation is equipped with a pipe 27 for supplying reaction gases from cylinders additionally connected to the reactor (not shown in the drawing).

Установка работает следующим образом. Перед началом работы установку через трубопровод 19 продувают сухим азотом или тетрафторэтиленом, полученным на предыдущих циклах работы, с целью удаления влаги для избежания образования при термообработке взрывоопасных фторперекисей. Затем подают воду в холодильники 6, 7 и включают нагрев печей 2, 3, контролируя температуру в реакторе 1 с помощью термопары 17. После нагрева печей до 450^оС включают подачу измельченного ПТФЭ шнековым питателем 5 из бункера 21. Из камеры 23 измельченный ПТФЭ поступает во входную часть реактора 1 сначала через зону, охлаждаемую холодильником 6, а затем через зону, нагреваемую трубчатой печью 3 предварительного нагрева, в результате чего полимер начинает плавиться.Installation works as follows. Before starting work, the installation through the pipeline 19 is purged with dry nitrogen or tetrafluoroethylene obtained in previous work cycles in order to remove moisture in order to avoid the formation of explosive fluoride peroxides during heat treatment. Then, water is supplied into the refrigerator 6, and 7 include heating furnaces 2 and 3 by controlling the temperature in the reactor 1 via the thermocouple 17. After heating furnace to 450 ^{° C} include feeding comminuted PTFE screw feeder 5 from the hopper 21. From the chamber 23 enters pulverized PTFE to the inlet of the reactor 1, first through a zone cooled by a refrigerator 6, and then through a zone heated by a pre-heating tube furnace 3, as a result of which the polymer begins to melt.

Подача материала в реактор 1 снизу с прохождением его сначала через охлаждаемую зону, а затем через зону предварительного нагрева позволяет изолировать реакционную зону от атмосферы за счет образования динамической пробы застывающего расплава, стекающего из зоны плавления. Трубчатая печь 3 предварительного нагрева полимера до состояния плавления позволяет вести термодеструкцию с меньшим градиентом температур. В случае переработки фторопласта, загрязненного органическими примесями, при нагреве отходов до начала плавления (342^оС) все органические примеси переходят в газовую фазу и удаляются через патрубок 25 потоком воздуха, подаваемым через патрубок 24 в блок утилизации 20. Холодильник 6, установленный под печью 3, предотвращает нагрев камеры 23 и способствует образованию герметичной пробки застывшего полимера. После заполнения расплавом реактора 1 до необходимого уровня, контролируемого датчиком 16, подачу прекращают и увеличивают нагрев печи 2 до температуры термодеструкции (490-510^оС), одновременно включая центробежный вентилятор 9. В результате термодеструкции молекул полимера происходит вынос мономерами тяжелых молекул в газовую фазу, их охлаждение в зоне холодильника 7 и конденсация, после чего потоком холодного газа, создаваемым вентилятором 9, вращающимся в реакторе 1 над поверхностью расплава полимера, продукты термодеструкции по трубопроводам 10, 11 перемещаются в вихревые ловушки 12, 13, где осаждается и накапливается тонкодисперсный политетрафторэтилен, а охлажденные газообразные продукты термодеструкции вновь поступают по трубопроводам 14, 15 в реактор 1 и за счет высокой молекулярной массы таких газов, как тетрафторэтилен, гексафторпропилен, а также низкой температуры предотвращают дальнейшую термодеструкцию вынесенных в газовую фазу полимерных молекул ПТФЭ. Одновременно вентилятором 9 часть потока мономеров подается в зазор между цилиндрической вставкой 4 и стенкой реактора 1 и продавливается через перфорации в дно вставки 4 сквозь расплав ПТФЭ, создавая более мощный поток мономеров, увлекающий не успевшие разложиться до мономеров низкомолекулярные продукты термодеструкции в газовую фазу, где они за счет интенсивного охлаждения в газовой фазе конденсируются в виде рыхлых частиц сферолитной структуры размером около 1 мкм. При этом значительно увеличивается выход тонкодисперсного порошка ПТФЭ. Избыток газообразных продуктов термодеструкции через патрубок 18 по трубопроводу 19 поступает в блок утилизации 20, где перерабатывается в различные фторсодержащие продукты известными методами с использованием обычно применяемого для этих целей оборудования.The supply of material to the reactor 1 from below with the passage of it first through the cooled zone, and then through the preheating zone, allows the reaction zone to be isolated from the atmosphere due to the formation of a dynamic sample of solidifying melt draining from the melting zone. Tube furnace 3 pre-heating the polymer to a melting state allows thermal degradation with a lower temperature gradient. In the case of processing PTFE contaminated with organic impurities, by heating the waste to start melting (342 ° ^C) all of the organic impurities are transformed into gaseous phase and removed through the pipe 25 the air flow supplied through the pipe 24 in the disposal unit 20. Refrigerator 6, placed under the oven 3, prevents the heating of the chamber 23 and promotes the formation of a sealed stopper of the cured polymer. After filling the reactor 1 with the melt to the required level controlled by the sensor 16, the flow is stopped and the heating of the furnace 2 is increased to the temperature of thermal degradation (490-510 ^о С), while turning ^{on the} centrifugal fan 9. As a result of the thermal degradation of the polymer molecules, the monomers transfer the heavy molecules to the gas phase , their cooling in the zone of the refrigerator 7 and condensation, after which a stream of cold gas generated by the fan 9, rotating in the reactor 1 above the surface of the polymer melt, the products of thermal degradation by pipe Waters 10, 11 are transferred to vortex traps 12, 13, where fine-dispersed polytetrafluoroethylene is deposited and accumulated, and the cooled gaseous products of thermal decomposition again enter pipelines 14, 15 into reactor 1 and due to the high molecular weight of gases such as tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and low temperatures prevent further thermal degradation of PTFE polymer molecules brought into the gas phase. At the same time, with a fan 9, a part of the monomer flow is fed into the gap between the cylindrical insert 4 and the wall of the reactor 1 and is pressed through perforations into the bottom of the insert 4 through the PTFE melt, creating a more powerful monomer flow that entrains low molecular weight thermal decomposition products that have not decomposed into monomers into the gas phase, where they Due to intensive cooling in the gas phase, they condense in the form of loose particles of a spherulite structure about 1 μm in size. At the same time, the yield of fine PTFE powder increases significantly. The excess gaseous products of thermal degradation through the pipe 18 through the pipe 19 enters the disposal unit 20, where it is processed into various fluorine-containing products by known methods using equipment commonly used for these purposes.

Таким образом, изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в более эффективном выносе из зоны реакции неполностью разложившихся молекулярных продуктов термодеструкции за счет создания более мощного выносящего газового потока. Thus, the invention ensures the achievement of a technical result, which consists in a more efficient removal from the reaction zone of incompletely decomposed molecular products of thermal degradation by creating a more powerful outgoing gas stream.

Предлагаемая установка для переработки ПТФЭ, в частности его отходов, в том числе сильно загрязненных органическими примесями, позволяет получать до 75% тонкодисперсного политетрафторэтилена, являющегося ценным продуктом благодаря своим полезным свойствам. Тонкодисперсный ПТФЭ является эффективной добавкой к маслам, антифрикционным композитам и т.д. Кроме указанного материала, при утилизации газообразных продуктов термодеструкции могут быть получены тетрафторэтилен и гексафторпропилен с целью их последующего использования в синтезе полимеров и фреонов или для переработки в плавиковую кислоту и бифторид натрия (NaF˙HF). The proposed installation for processing PTFE, in particular its waste, including heavily contaminated with organic impurities, allows you to get up to 75% of finely dispersed polytetrafluoroethylene, which is a valuable product due to its useful properties. Fine PTFE is an effective additive to oils, antifriction composites, etc. In addition to this material, when utilizing gaseous products of thermal decomposition, tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene can be obtained for their subsequent use in the synthesis of polymers and freons or for processing into hydrofluoric acid and sodium bifluoride (NaF˙HF).

В соответствии с изобретением была изготовлена полупромышленная установка для переработки отходов фторопласта-4, имеющая следующие характеристики: производительность 4 кг/ч, выход целевого продукта 75% потребляемая мощность 30 кВт/ч. In accordance with the invention, a semi-industrial plant for processing fluoroplast-4 wastes was manufactured, having the following characteristics: productivity 4 kg / h, yield of the target product 75%, power consumption 30 kW / h.

Режим эксплуатации непрерывный с профилактическими чистками и разгрузкой ловушек один раз в неделю. The operating mode is continuous with preventive cleaning and unloading traps once a week.

Таким образом, заявляемая установка для переработки политетрафторэтилена позволяет в 1,5 раза увеличить выход тонкодисперсного ПТФЭ, а также обеспечивает возможность переработки сильно загрязненных отходов фторопласта, существенно снижая затраты на их отмывку от органических примесей. Кроме того, изобретение обеспечивает экологическую безопасность процесса переработки. Thus, the inventive installation for the processing of polytetrafluoroethylene allows 1.5 times to increase the yield of finely dispersed PTFE, and also provides the ability to process heavily contaminated fluoropolymer waste, significantly reducing the cost of washing them from organic impurities. In addition, the invention provides environmental safety of the processing process.

Claims

1. PLANT FOR PROCESSING POLYTETRAFLUOROETHYLENE, containing a reactor with a vertical inlet, a cover and inlet and outlet pipelines for supplying and discharging gases and a furnace, characterized in that it is equipped with a tubular preheating furnace installed on the vertical inlet of the reactor, a screw feeder for continuous supply polytetrafluoroethylene into the reactor located at the inlet of it, two refrigerators, one of which is installed on the vertical inlet of the reactor below the preheating furnace in the zone of introduction of polytetrafluoroethylene into the reactor, with another on the reactor cover, a centrifugal fan placed on the cover coaxially with the reactor, vortex traps for collecting fine powder, inlet and outlet pipelines connected to the reactor, a cylindrical insert with a perforated bottom installed in the reactor with a gap from its walls and connected to the reactor around the inlet of the reaction zone, the upper edge of the flange of the cylindrical insert is located at or below the holes in the reactor To exit thermal degradation products.

2. Installation according to claim 1, characterized in that at the inlet vertical part of the reactor between the auger feeder chamber and the refrigerator, a through hole is made with an inlet and outlet pipe installed therein for blowing the heat-treated products.