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Title:
CATALYST AND PROCESS FOR OBTAINING BHET FROM PET
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/228034
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a heterogenous catalyst and to a process for producing the heterogenous catalyst, which consists in impregnating an active metal onto activated carbon, the catalyst being supported inside a reactor by a mesh. The catalyst is used to carry out a chemical process to obtain the monomer BHET using rPET and ethylene glycol as raw materials, which consists of two main steps: a first step, in which a chemical reaction process is carried out; and a second step of purification, in which a 99% pure BHET product is obtained.

Inventors:
CANO OSPINA GABRIEL JAIME (CO)
Application Number:
PCT/IB2023/055212
Publication Date:
November 30, 2023
Filing Date:
May 20, 2023
Export Citation:
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Assignee:
INGBIOCOMB SAS (CO)
International Classes:
B01J23/745; B01J37/02; C07C67/03; C07C67/56; C07C69/82; C08J11/16; C08J11/24
Domestic Patent References:
WO2021032821A12021-02-25
WO2018143798A12018-08-09
Foreign References:
CN109574835A2019-04-05
US20220041836A12022-02-10
Other References:
YANG MINHO, KIM DONG SEOK, SIM JAE-WOOK, JEONG JAE-MIN, KIM DO HYUN, CHOI JAE HYUNG, KIM JINSOO, KIM SEUNG-SOO, CHOI BONG GILL: "Synthesis of vertical MnO 2 wire arrays on hemp-derived carbon for efficient and robust green catalysts", APPLIED SURFACE SCIENCE, ELSEVIER, AMSTERDAM , NL, vol. 407, 1 June 2017 (2017-06-01), Amsterdam , NL , pages 540 - 545, XP093115079, ISSN: 0169-4332, DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.02.219
AO WENYA, FU JIE, MAO XIAO, KANG QINHAO, RAN CHUNMEI, LIU YANG, ZHANG HEDONG, GAO ZUOPENG, LI JING, LIU GUANGQING, DAI JIANJUN: "Microwave assisted preparation of activated carbon from biomass: A review", RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS, ELSEVIERS SCIENCE, NEW YORK, NY., US, vol. 92, 1 September 2018 (2018-09-01), US , pages 958 - 979, XP093115080, ISSN: 1364-0321, DOI: 10.1016/j.rser.2018.04.051
YOSI KRATISH; JIAQI LI; SHANFU LIU; YANSHAN GAO; TOBIN J. MARKS: "Polyethylene Terephthalate Deconstruction Catalyzed by a Carbon‐Supported Single‐Site Molybdenum‐Dioxo Complex", ANGEWANDTE CHEMIE, WILEY - V C H VERLAG GMBH & CO. KGAA, DE, vol. 132, no. 45, 15 September 2020 (2020-09-15), DE , pages 20029 - 20033, XP071384352, ISSN: 0044-8249, DOI: 10.1002/ange.202007423
LALDINPUII ZATHANG, LALHMANGAIHZUALA SAMSON, PACHUAU ZODINPUIA, VANLALDINPUIA KHIANGTE: "Depolymerization of poly(ethylene terephthalate) waste with biomass-waste derived recyclable heterogeneous catalyst", WASTE MANAGEMENT., ELSEVIER, NEW YORK, NY., US, vol. 126, 1 May 2021 (2021-05-01), US , pages 1 - 10, XP093115081, ISSN: 0956-053X, DOI: 10.1016/j.wasman.2021.02.056
Attorney, Agent or Firm:
TM TAMAYO et al. (CO)
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Claims:
REIVINDICACIONES Un método para la fabricación de un catalizador para la obtención del BHET a partir de PET reciclado, caracterizado porque comprende las etapas de: i. Desarrollar el soporte de carbón activado; e

¡i. Impregnar el carbón activado con el metal reactivo. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa de desarrollar el soporte de carbón comprende los pasos de: i. mezclar 50 g de carbón bituminoso en 100 mi de una disolución 12 N de HCI durante 48 horas

¡i. moler y tamizar el producto resultante hasta lograr un tamaño de partícula de 100 - 200 |im; ill. activar químicamente el carbón del paso anterior con KOH como agente activante en una proporción 4:1 empleando el método de mezcla física; iv. carbonizar la mezcla de agente activante - carbón en un horno a una temperatura de 750° C bajo atmosfera de nitrógeno y a una velocidad de calentamiento de 5 °C /min por un período de tiempo de 2 horas; v. lavar el carbón activado repetidas veces con una solución de HCL 0.1 M hasta alcanzar un pH neutro en el agua de filtrado; vi. proceder al lavado con agua destilada en un equipo Soxlet por 24 horas; y vii. secar en una horno que es mantenido en 110 °C por 24 horas. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el paso de impregnar al carbón activado con el metal reactivo comprende los pasos de: i. pesar 6.327 g de Sulfato de Hierro Septa hidratado (FeSC .7H2O);

¡i. disolverlos en agua en 500 mi de agua desionizada; ill. agregar hidróxido de amonio al 25% de forma lenta y bajo intensa agitación hasta que el pH de la solución alcance el valor de 7.2; iv. adicionar de 10 a 15 g de carbón activado a la solución; v. dejar reaccionar por 24 horas bajo agitación lenta; vi. filtrar la solución del paso anterior, donde el filtrado se puede utilizar para una nueva preparación y el metal activo se encuentra sobre el carbón activado. Un método para producir BHET a partir de PET reciclado, caracterizado porque comprende los pasos de: i. Hacer reaccionar una mezcla del catalizador de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 con PET, en una relación másica de entre 3.5 y 10 partes de PET por una parte de catalizador, en un medio de etilenglicol, con una relación de entre 1 y 16 partes de PET por una parte de etilenglicol, para producir BHET;

¡i. Filtrar la solución resultante de la etapa anterior, para producir un filtrado que comprende BHET y etilenglicol; iii. Cristalizar el BHET; iv. Filtrar la solución del paso anterior para separar los cristales de BHET y el etilenglicol; v. Lavar el BHET obtenido en el paso anterior; y vi. Secar el BHET. Un método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la reacción entre el PET y el catalizador se lleva a cabo a una temperatura de 180°C por un tiempo de 120 minutos en un reactor agitado. Un método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el paso de cristalizar el BHET se realiza bombeando la solución a un enfriador y reduciendo la temperatura hasta 4°C. Un método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el etilenglicol recuperado es reciclado al reactor.

Description:
CATALIZADOR Y PROCESO PARA LA OBTENCIÓN DE BHET A PARTIR DE PET RESIDUAL

CAMPO DE LA INVENCIÓN

[0001 ] La presente invención se relaciona con el campo del reciclaje de plásticos, más particularmente con el reciclaje de Polietilentereftalato, y con catalizadores desarrollados expresamente para tal fin.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0002] El PET, también conocido como tereftalato de polietileno, fue producido por primera vez en 1941 y fue patentado como un polímero para la producción de fibras por los científicos británicos J. R. Whinfield y J. T. Dickson en ese mismo año. Este surge como una necesidad apremiante de buscar sustitutos para el algodón que provenía de Egipto debido a la situación mundial como fue la segunda guerra mundial.

[0003] La producción comercial de fibra de poliéster comenzó en 1955 y es a partir de 1976 cuando se comenzó a usar el PET para la fabricación de envases ligeros, transparentes y resistentes principalmente para bebidas como por ejemplo para el embotellamiento de agua mineral y refrescos carbonatados y ya, para el año 2000 se comienza a utilizar para el envasado de cervezas [1 ]. A lo largo de los 20 años que lleva en el mercado, el PET se ha diversificado en múltiples sectores sustituyendo a materiales tradicionalmente implantados o planteando nuevas alternativas de envasado impensables hasta el momento. Esta diversificación tan importante ha originado que el PET haya experimentado un gran crecimiento en su consumo y que siga siendo el material de embalaje que actualmente presenta las mayores expectativas de crecimiento a nivel mundial.

[0004] A nivel general, el PET es un polímero plástico que se obtiene mediante un proceso de polimerización del ácido Tereftálico y Etilenglicol. Es un polímero lineal, con un alto grado de cristalinidad y termoplástico en su comportamiento, lo cual lo hace apto para ser transformado mediante procesos de extrusión, inyección, inyección-soplado y termo formado. [0005] El PET es una resina que pertenece a la familia de los poliésteres, cuyo nombre se atribuye a que contiene el grupo químico éster en vahas posiciones. Su producción química o síntesis se realiza mediante dos etapas:

1 . la síntesis del monómero de poliéster Tereftalato Bis (2) hidroxietileno (BHET); y

2. la reacción de Policondensación del monómero previamente obtenido.

[0006] En cuanto a la primera etapa, la síntesis del monómero Tereftalato Bis (2) Hidroxietileno (BHET), esta se puede llevar a cabo mediante dos métodos: a. Un primer método que comprende la reacción de Trans-esterificación entre el Dimetil Tereftalato (DMT) y el Etilénglicol (EG). Este es el proceso más antiguo y menos utilizado en la actualidad, ya que se obtiene metanol como subproducto, el cuál puede generar más cantidad de emisiones de compuestos orgánicos volátiles (VOC's), lo que causa un mayor impacto ambiental; y b. otro método de mayor importancia comercial y más utilizado actualmente, que consiste en la reacción de esterificación directa del ácido tereftálico (TPA) con el Etilénglicol (EG), donde se obtiene agua como subproducto de eliminación.

[0007] El proceso con TPA ofrece ventajas frente al que se realiza con DMT, que han motivado que en la actualidad las plantas procesadores lo utilicen principalmente por menor costo del ácido Tereftálico y menor tiempo de reacción para lograr el peso molecular requerido.

[0008] Aunque la esterificación directa se puede llevar a cabo en ausencia de algún catalizador, ya que la reacción se basa en un equilibrio químico regulado por las condiciones de reacción y de la remoción del agua residual formada durante el proceso, que al ser retirada por medio de destilación se logra la reacción completa, industhalmente se utilizan compuestos de antimonio y titanio como catalizadores, con el fin de acelerar y hacer más eficiente la reacción de obtención del monómero intermedio, el Tereftalato bis (2) Hidroxietileno (BHET).

[0009] La segunda etapa de producción del PET, la reacción de policondensación del monómero Tereftalato bis (2) Hidroxietileno (BHET) se realizar en dos etapas: 1. Policondensación en estado Fundido (MPP): durante la cual tiene lugar un incremento en la longitud de la cadena del polímero o del grado de polimerización. La reacción se lleva a cabo a altas temperaturas, en un rango entre 260 y 290°C. El uso de catalizadores es esencial para que se lleve a cabo la polimerización, para la obtención de pesos moleculares aceptables, generalmente se utilizan catalizadores de antimonio; el más común es el trióxido de antimonio (Sb2Ü3) o triacetate de antimonio, que permite obtener un grado de esterificación del 90%. El monómero BHET obtenido del sistema estehficador se bombea a los reactores de polimerización, donde se obtiene un polímero con un rango de viscosidad entre 0.45 y 0.65 decilitro/gramos, con un contenido entre 30 y 150 ppm de acetaldehído. Enseguida el polímero en estado fundido se convierte en partículas sólidas y es cristalizado mediante un sistema previo de peletizado, que tiene un efecto importante en el tamaño, forma, densidad, contenido de agua, grado de cñstalinidad y finos en el pellet de poliéster [3].

2. Policondensación en Estado Sólido (SSP) que es la continuación a la policondensación fase fundida ( MMP), llevada a cabo a una temperatura menor que en la fase de polimerización anterior. La finalidad principal de la etapa de SSP es cristalizar la resina poliéster, aumentar la viscosidad a un rango de 0.75 a 0.85% y reducir el contenido de acetaldehído a menos de 1 ppm [3].

[0010] Desde el punto medioambiental, al instante de su descubrimiento, por tratarse de un material de bajo costo y por ser tan versátil y compatible con diferentes usos, se convirtió en una opción ampliamente utilizada sobre todo por la industria alimentaria y química. El plástico posee unas características que lo hacen atractivo desde el punto de vista de utilización y de fabricación, al ser liviano es de fácil transporte a largas distancias, resistente a rupturas y la mayoría de los microorganismos no han evolucionado para utilizar el plástico como fuente de alimento, lo que les atribuye salubridad microbiológica a los contenidos que allí se almacenan [4],

[001 1 ] Hoy en día, con las preocupaciones medioambientales y la necesidad globalizada de reducir la producción de residuos, sobre todo del plástico. El sector plástico está representado globalmente como una industria de producción en masa, su producción ha experimentado un crecimiento exponencial desde su entrada en la etapa de consumo, pasando de un millón de toneladas en 1945 a más de 380 millones de toneladas en 2015 [4], Con el aumento en la fabricación de plásticos, ha habido un aumento asociado a la contaminación plástica del medio ambiente. Los primeros informes relatan que esta preocupación se remonta a principios de la década de 1970.

[0012] Actualmente, se producen cada año 500 mil millones de botellas de plástico, solo por fabricantes de bebidas, Asia es la región con mayor producción del mundo, siendo responsable de la mitad de la producción mundial (51 % del total), siendo China el principal productor de plásticos (con un 30% del total en 2018), seguido por América del Norte con un 18% y Europa con un 17% del total en 2018. Como la mayor parte de los plásticos se emplean en la fabricación de envases de un solo uso (como las botellas), el impacto ambiental es muy significativo. Sobre todo, cuando no se garantiza el reciclaje después de su utilización. Estas botellas son fabricadas con materiales que pueden tardar cientos de años en descomponerse, y lo cierto es que no siempre se reciclan. Son miles las toneladas de plástico de diversos tamaños lo que contaminan los océanos y que tienen un efecto devastador sobre las aves y la fauna marina.

[0013] Recientemente se ha encontrado contaminación plástica dentro de lagos de agua dulce, mares interiores, ríos, humedales y organismos desde el plancton hasta las ballenas [4], El ser humano al estar en la cúspide de la pirámide trófica, no está exento de los peligros que conforma esta grave contaminación.

[0014] Dado que los fragmentos de plástico son ingeridos por animales, contaminando la cadena alimentaria de la que dependemos, sobre todo debido a los aditivos tóxicos del plástico, como el potente disruptor endocrino Bisfenol.

[0015] El impacto ambiental de las botellas de plástico se reporta también en su creación por la enorme cantidad de energía, que se necesita para fabricar una sola botella. Así como el petróleo y el agua necesarios para producir el plástico, los desperdicios y agua sucia que genera todo el proceso productivo. Hay también que considerar el impacto ambiental asociado a la logística, empezando en el proceso de distribución hasta que llega al consumo final (fabrica - almacenistas/mayoristas - tiendas - viviendas) y todos los procesos paralelos necesarios a su comercialización, como, por ejemplo, las acciones de marketing y publicidad que, por si, también implican en consumo de recursos naturales [0016] En la actualidad, hay vahas tecnologías para el tratamiento de desperdicios de PET que garantizan la recuperación de la resina para fabricar nuevas botellas para bebidas. Años atrás, las botellas pos-consumo de PET se reciclaban para producir principalmente textiles, carpetas y láminas extruidas. Se reconoció desde entonces que estos mercados no son lo suficientemente grandes como para absorber los volúmenes generados por los mercados de bebidas empacadas en botellas de PET.

[0017] Por ejemplo, de acuerdo con fuentes de Amcor PET Recycling de Francia, el mercado de fibras era en el año 2016 solamente el 25% del total del uso del PET, y en vista de un crecimiento anual del 30% en la generación de desperdicios de la resina, los mercados de consumo mencionados no pueden ni podrán resolver el problema de disposición de residuos [5]. Resulta lógico pensar que la única salida al problema de la utilización efectiva de los desperdicios de PET es su utilización en la fabricación de nuevas botellas para bebidas. Para reforzar esta ¡dea, la legislación europea también promueve esta aplicación ofreciendo incentivos como el que existe en Bélgica, en este país, un impuesto denominado Eco-Tax. sobre las botellas de PET será condonado si las botellas nuevas fabricadas contienen al menos un 50% de material reciclado [5].

[0018] La utilización de este material reciclado en el soplado de nuevas botellas sólo es posible si se cumplen ciertas demandas mínimas con respecto a la calidad y el desempeño. El material reciclado debe ser mejorado en varios aspectos antes de poder ser empleado en la fabricación de botellas [5]. Una de ellas, es que durante la vida útil de las botellas de PET, las características del material cambian debido a las exposiciones térmicas a las que son sometidas, que provocan la reducción de la viscosidad intrínseca desde valores de cerca de IV= 0,82 dl/g a valores de aproximadamente IV = 0,76 dl/g, debido a que la viscosidad intrínseca es una medida del peso molecular de la resina, se puede afirmar que la integridad del material es afectada negativamente, provocando una disminución de la estabilidad y de la resistencia a la presión de la botella.

[0019] Por otro lado, la contaminación de la pared de la botella, debido a la difusión de los mismos componentes del producto llenado en ella, representa un reto adicional en el manejo del material reciclado. Esto es especialmente cierto en los casos en que la botella ha estado expuesta a sustancias tan agresivas como ácidos, fertilizantes y detergentes para el hogar [5]. [0020] El objetivo de un proceso de reciclaje de PET debe ser el de convertir nuevamente el material en una resina apta para la producción de botellas. Esto implica en primer término que la viscosidad intrínseca debe volver a ser IV > 0,82 dl/g. Por otro lado, no deben existir sustancias contaminantes, como aromáticos, y otros químicos como el acetaldehído y el etilenglicol en las paredes del PET reciclado en cantidades no recomendadas. Aquí cabe aclarar que esto implica que no deben usarse aditivos que actúen como contaminantes del material. Los análisis de cromatografía de gases deben indicar que las características sensoriales del reciclado deben ser mejores que aquellas del producto virgen, en lo posible [5].

[0021 ] Según la Amcor PET Recycling, existen 4 distintas clasificaciones del reciclaje del material PET post-consumo los cuales son:

1 . Reciclaje Primario

2. Reciclaje Secundario

3. Reciclaje Terciario ó Reciclaje Químico

4. Reciclaje Cuaternario

Y dentro del Reciclaje Terciario ó Químico se tiene:

1 . Glicolisis asistida por solvente;

2. Glicolisis supercrítica;

3. Glicolisis asistida por microondas; y

4. Glicolisis catalizada heterogénea, sobre la cual nos basaremos en nuestro estudio.

[0022] La glicolisis sin la presencia de un catalizador es un proceso extremadamente lento, muchas investigaciones se han enfocado en incrementar la velocidad de la reacción de las sales metálicas. En la glicolisis catalizada por líquidos iónicos, se emplea una sal en estado líquido que tiene un punto de fusión por debajo de los 100 °C, un ejemplo de esta es el NaCL.

[0023] La glicolisis catalizada heterogénea, punto de investigación de nuestro proyecto, consiste en soportar un metal por medio de alguna técnica como la impregnación, precipitación, co-precipitación o ultrasonido, sobre un sólido poroso de gran área superficial. Shukla et al, reporta la adición de un catalizador en forma de zeolitas, las zeolitas son catalizadores que tienen buena actividad catalítica debido a su gran área superficial en Imran et al, estudió la glicolisis del PET post-consumo en la presencia de óxidos metálicos impregnados sobre diferentes soportes de silica, nanoparticulas de silica (SNPs) 304, ZnO/SNPs teniendo una alta producción del monómero > 90%), esto es debido a la alta área superficial, la estructura porosa y amorfa y a la existencia de numerosos sitios. Imran et al, ha estudiado también este mecanismo de reacción con un catalizador en forma espinelas de óxidos metálicos (C03O4 y Mn3Ü4) y óxidos metálicos mezclados (ZnMn2Ü4, CoMn204 y ZnCo204) preparados por métodos de precipitación y co-precipitacion. Los resultados revelaron que el catalizador que tuvo una mayor producción de BHET (92.2 % mol) fue bajo las condiciones 2C ).

[0024] Park et al, investigó la glicolisis del PET post-consumo usando un oxido de grafeno (GO) - nano partículas de óxido de manganeso (GO-Mn3O4) sintetizado por el método de ultrasonido, la reacción fue llevada a un autoclave de acero inoxidable tipo batch operado a 300°C y 1 .1 MPa por 80 minutos de reacción, la Chen et al, estudio la despolimehzación del PET por el Etileng licol (EG) en la presencia de hidrotalcitas Mg-AI y su correspondiente mezclas de óxido como base sólida.

[0025] El estado del arte enseña diferentes métodos para el reciclaje de polímeros. Es así como la patente de Estados Unidos US7192988, titulada “proceso para el reciclaje de materiales de poliéster”, la cual se incorpora acá en su totalidad a modo de referencia, enseña un proceso para reciclar poliéster coloreado. Más específicamente, el poliéster coloreado para reciclar se despolimeriza mediante la adición de glicol para formar el monómero BHET. El BHET se pone en contacto con carbón activado para eliminar algo de colorante. El colorante restante se extrae con agua, alcohol o glicol para producir BHET blanco y purificado. El BHET blanco y purificado se separa del disolvente de extracción (agua, alcohol o glicol) mediante filtración, decantación o centrifugación, por ejemplo. El monómero BHET purificado se polimeriza en tereftalato de polietileno que cumple con las especificaciones de contacto con alimentos, utilizando procesos de polimerización conocidos. En el sentido más amplio, la presente invención es un proceso para reciclar poliéster coloreado produciendo así poliéster blanco purificado adecuado para usos de calidad alimentaria. En el sentido más amplio, la presente invención es un método para eliminar colorantes del poliéster para su reciclaje que comprende: a) despolimeñzar poliéster añadiendo glicol a dicho poliéster para producir un monómero glicolizado; b) opcionalmente filtrar contaminantes de dicho monómero glicolizado; c) poner en contacto dicho monómero glicolizado con carbón activado para eliminar algo de colorante; d) extraer el colorante restante añadiendo agua, metanol o glicol a dicho monómero glicolizado; y e) separar dicho monómero glicolizado de dicha agua, metanol o glicol con dicho colorante restante produciendo así monómero glicolizado blanco.

[0026] Por su parte, la patente de Japón No. JP6964101 , titulada “Método de depolimerización de poliéster que contiene tereftalato de polietileno opaco", la cual se incorpora acá en su totalidad a modo de referencia, enseña un método para despolimeñzar una materia prima de poliéster que contiene PET opaco, en el que la materia prima comprende del 0,1 % al 10 % en peso de pigmento, y el método comprende al menos los siguientes pasos: a) El paso de ajustar la materia prima de poliéster para que pueda calentarse y presuñzarse de acuerdo con las condiciones operativas del paso de despolimerización subsiguiente b). La materia prima de poliéster se calienta a una temperatura de 225 a 275 ° C. y El paso a) incluye una sección de extrusión, que se utiliza para extruir; b) Una etapa de suministrar un diol al efluente de la etapa a) y despolimeñzar por g lucólisis por el aporte de este diol para obtener un monómero y un oligómero, que se realiza a una temperatura de 200 a 400°C y el poliéster . 1 a 20 mol de diol por mol de diéster en la materia prima, el tiempo de residencia del poliéster es de 0,1 a 5 horas, el PET se convierte en monómero BHET y oligómero BHET; c) Una etapa de separación total o parcial del diol del efluente del paso b), realizada a una temperatura de 100-250°C. a una presión inferior a la presión del paso b), con el efluente diol y el monómero. El efluente líquido es abundante y se lleva a cabo en sucesivas 1 -5 secciones de separación aire/líquido, el efluente líquido de la sección anterior se alimenta a la sección siguiente y todo el efluente gaseoso se licúa para formar un efluente de diol, el efluente líquido de la sección final de separación gas/líquido constituye una etapa de efluente líquido rico en monómeros; d) Un paso de separar un efluente líquido rico en monómeros del paso c) en un efluente de impurezas pesadas y un efluente monoméñco prepuñficado, a una temperatura inferior a 250°C y menor a 0,001 MPa. El tiempo de permanencia del líquido es inferior a 10 minutos; ye) la decoloración del efluente monómero prepuñficado, a una temperatura de 100-250°C y 0,1 -1. Un método que comprende un paso de realizarse a una presión de 0,0 MPa en presencia de un adsorbente para producir un efluente de monómero purificado. [0027] Por otro lado, la solicitud de patente de la China No. CN105367425, titulada “Sistema de purificación por método químico para preparar monómero BHET a partir de material PAT de desecho", la cual se incorpora acá en su totalidad a modo de referencia, enseña un sistema de purificación para un método químico para preparar un monómero BHET a partir de un material PET (tereftalato de polietileno) de desecho. Un sistema de alimentación cuantitativa BHET está conectado a una entrada de un sistema de hidrólisis y filtración a través de una tubería; una salida del sistema de hidrólisis y filtración está conectada a una entrada de un sistema de filtración de carbón activado a través de una tubería; una salida del sistema de filtración de carbón activado está conectada a una entrada de un sistema de cristalización de refrigeración por líquido de hidrólisis mediante una tubería; una salida del sistema de cristalización de refrigeración por líquido de hidrólisis está conectada con una entrada de un sistema de circulación de separación de agua y BHET a través de una tubería; una salida del sistema de circulación de separación de agua y BHET está conectada a una salida de un sistema de envasado y secado de BHET a través de una tubería; el sistema de hidrólisis y filtración comprende dos partes, una parte superior de hidrólisis en una estructura de caldera de reacción y una parte inferior de filtro en una estructura tipo red; el sistema de filtración de carbón activado es una estructura de torre de adsorción; y el sistema de cristalización de enfriamiento por líquido de hidrólisis tiene una estructura de torre de cristal. El sistema puede purificar el BHET degradado del material PET y aumentar efectivamente el factor de limpieza del producto terminado, mejorando así la calidad integral del producto procesado.

[0028] Por último, la solicitud de patente de la China No. CN105367415, titulada “Sistema de reciclaje y método para el reciclaje químico de residuos de materiales PET’, la cual se incorpora acá en su totalidad a modo de referencia, enseña un sistema de reciclaje para el método de reciclaje químico de materiales de desecho de PET (tereftalato de polietileno). Una salida de un sistema de degradación y filtración está conectada a una entrada de un sistema de cristalización de enfriamiento de líquido de degradación a través de una tubería; una salida del sistema de cristalización de enfriamiento del líquido de degradación está conectada a una entrada de un sistema circulatorio de separación de etilenglicol y BHET a través de una tubería; una salida del sistema de circulación de separación de etilenglicol y BHET está conectada a una entrada de un sistema de alimentación cuantitativa de BHET a través de una tubería; una salida del sistema de alimentación cuantitativa BHET está conectada a una entrada de un sistema de hidrólisis y filtración a través de una tubería; la salida del sistema de hidrólisis y filtración está conectada a una entrada de un sistema de filtración de carbón activado a través de una tubería; la salida del sistema de filtración de carbón activado está conectada a una entrada de un sistema de cristalización de refrigeración por líquido de hidrólisis mediante una tubería; una salida del sistema de cristalización de enfriamiento por líquido de hidrólisis está conectada con una entrada del sistema circulatorio de separación de agua y BHET a través de una tubería; y la salida del sistema circulatorio de separación de agua y BHET está conectada a un sistema de secado y envasado de BHET a través de una tubería. El sistema puede aumentar efectivamente la limpieza del producto terminado, mejorando así la calidad integral del producto procesado.

[0029] A pesar de lo anterior, aún persiste la necesidad en el estado del arte de nuevos procesos para el reciclaje de PET, que mejoren la recuperación y la eficiencia. Por lo tanto, es un objeto de la presente solicitud proporcionar un método para la fabricación de un nuevo catalizador para el tratamiento de residuos de PET para obtener el monómero BHET, y de un método para obtener el catalizador de acuerdo con la presente invención.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

[0030] La presente invención se relaciona con un catalizador heterogéneo, y un proceso de fabricación de dicho catalizador heterogéneo, el cual consiste en un proceso de impregnación del metal activo sobre carbón activado, este es soportado dentro del reactor mediante una malla, a su vez, con este catalizador, se ha realizado un proceso químico de obtención del monómero BHET mediante el uso del rPET y el etilenglicol, como materias primas, el cual consiste de dos etapas principales, una primera etapa, donde se realiza el proceso de reacción química, y una segunda etapa, la cual consiste en la etapa de purificación donde se obtiene el producto BHET en una pureza del 99%.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1 , corresponde a un diagrama de flujo de un proceso de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Figura 2, corresponde a una tabla de equipos relacionados en el diagrama de flujo de un proceso de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Figura 3. Muestra una imagen del Espectro FTIR del BHET con una pureza del 99% obtenido después del segundo proceso de cristalización.

Figura 4. Muestra una imagen del Espectro TGA/DSC del BHET con una pureza del 99% obtenido después del segundo proceso de cristalización.

Figura 5. Muestra las Imágenes y la concentración de elementos en la superficie del catalizador heterogéneo por microscopía electrónica de Barrido (SEM) y espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (EDS)

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

[0031 ] La presente solicitud se relaciona con un proceso para la obtención de un catalizador heterogéneo para la producción de monómero BHET a partir de PET reciclado.

[0032] De acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención, el catalizador heterogéneo comprende un núcleo de carbón activado que es impregnado con metal activo. El núcleo de carbón activado se produce utilizando como materia prima un carbón bituminoso, el cual es sometido a un proceso de desmineralización para reducir el contenido de cenizas que consiste en introducir 50 g de carbón en 100 mi de una disolución 12 N de HCI durante 48 horas. Pasado este tiempo, se muele y se tamiza hasta lograr un tamaño de partícula de 100 - 200 |im. Este carbón es activado químicamente con KOH como agente activante en una proporción 4:1 empleando el método de mezcla física.

[0033] Esta mezcla, agente activante - carbón, se carboniza en un horno a una temperatura de 750° C bajo atmosfera de nitrógeno y a una velocidad de calentamiento de 5 °C /min por un período de tiempo de 2 horas. Luego, el carbón activado, es lavado repetidas veces con una solución de HCL 0.1 M hasta alcanzar un pH neutro en el agua de filtrado, posteriormente, se procede al lavado con agua destilada en un equipo Soxlet por 24 horas y luego, es secado en un horno que es mantenido en 1 10 °C por 24 horas.

[0034] Aparte, se pesa una unidad de masa de Sulfato de Hierro hepta hidratado (FeSC .7H2O) (6.327 g) que se disuelven en 500 mi de agua desionizada. Posteriormente, se agrega hidróxido de amonio al 25% de forma lenta y bajo intensa agitación a la solución concentrada hasta que el pH de la solución alcance el valor de 7.2, donde se logra obtener un sólido marrón, que tiene la siguiente formula química:

FeSCF . O + N OH Fe(OH

[0035] Una vez alcanzado el pH, se adicionan de 10 a 15 g de carbón activado y bajo agitación lenta se deja por 24 horas, una vez terminado este tiempo, se realiza el proceso de filtración, donde el filtrado se puede utilizar para una nueva preparación y el metal activo se encuentra sobre el carbón activado, el cual es utilizado en el proceso de reacción.

[0036] El catalizador se coloca dentro de un contenedor de malla y se introduce en un reactor en donde se encuentra una mezcla de rPET con etilenglicol en una relación de entre 1 y 16 partes de PET por una de etilenglicol, y una relación de entre 3.5 y 10 partes de PET por 1 parte de catalizador. La reacción se lleva a cabo a una temperatura de 180°C por 120 minutos, tras lo cual el medio de reacción es bombeado a un filtro que retiene el PET sin reaccionar, los colorantes del PET y otras impurezas. El monómero de BHET diluido en etilenglicol presente en el filtrado es enviado a la etapa de cristalización.

[0037] En la etapa de cristalización, el filtrado obtenido del paso de filtración es enviado a un tanque de enfriamiento, en donde se reduce la temperatura hasta 4°C para propiciar la cristalización del BHET. Del tanque de enfriamiento la solución se bombea a un filtro en donde se separa el BHET del etilenglicol sin reaccionar, el cual es recirculado al reactor.

[0038] El BHET cristalizado se lava con agua, y la mezcla de agua de lavado y etilenglicol se purifica para recuperar el etilenglicol y recircularlo al reactor. El BHET se somete a un proceso de secado en un secador a una temperatura de entre 80°C y 120°C por un periodo de entre 2 y 4 horas, tras lo cual se obtiene un BHET con un 99% de pureza.

[0039] Si bien hasta ahora se ha hecho una descripción de una modalidad preferida de la invención, la misma no es de carácter limitante y el técnico medio en la materia podrá apreciar que es posible realizar modificaciones y variaciones al objeto de la invención que se describe sin alejarse del espíritu o el alcance de la misma, el cual quedará debidamente definido y delimitado en el capítulo reivindicatorío que se adjunta.