Reaktor do depolimeryzacji [recyklingu] PMMA

Postęp w mechanizmach reakcji i technologiach reaktorów do termochemicznego recyklingu poli(metakrylanu metylu). Recykling surowcowy poli(metakrylanu metylu) (PMMA) poprzez degradację termiczną jest ważnym wyzwaniem społecznym umożliwiającym obieg polimerów. Roczna światowa zdolność produkcyjna PMMA wynosi ponad 2,4 * 104ton, ale obecnie tylko 3,0 * 103 ton jest zbieranych i poddawanych recyklingowi w Europie każdego roku. Pomimo dość prostej struktury chemicznej MMA, nadal istnieje debata na temat możliwych do zastosowania mechanizmów degradacji PMMA.

Reaktor Zamak Mercator do termicznego, a więc niekatalitycznego recyklingu chemicznego poli(metakrylanu metylu) (PMMA), który wykorzystuje technologię wytłaczania, służy do podgrzewania i inicjowania degradacji termicznej PMMA. Ciepło konieczne do przeprowadzenia procesu pirolizy jest dostarczane przez grzałki elektryczne. Dodatkowo ciepło jest generowane z powodu mechanicznie indukowanego ścinania. Zaletą wytłaczarki zamiast konfiguracji reaktora ze złożem fluidalnym jest łatwiejsza obsługa całego procesu. Na przykład unika się grafityzacji, ponieważ jedną z wad reaktora ze złożem fluidalnym z piaskiem kwarcowym jako materiałem fluidalnym jest to, że upłynniony materiał może zostać grafityzowany. Sadza może również zejść z ziaren i zostać wciągnięta ze strumieniem gazu, dzięki czemu wymagane są dodatkowe systemy filtracji, które nie są potrzebne do technologii wytłaczania. MMA jest odprowadzane za pomocą portów odgazowujących i kondensowane później. Zawartość MMA w odprowadzanym kondensacie wynosi od 89 do 97%.
Proces degradacji może być łatwo obsługiwany na skalę przemysłową. Można przeprowadzić degradację PMMA praktycznie bez pozostałości. Brak pozostałości oznacza, że unika się tworzenia osadów w reaktorze, aby zapewnić ciągłą pracę. Na ogrzewanie PMMA wpływa zdolność przewodzenia ciepła przez ściany cylindra wytłaczarki. Wraz ze wzrostem wielkości instalacji stosunek powierzchni ścian do objętości reaktora maleje. W przypadku większych instalacji wytłaczarka musi być ustawiona w znacznie wyższej temperaturze, aby poddać pirolizie wystarczające ilości PMMA. Aby nie doprowadzić do powstania lokalnych przegrzań powodujących wzrost ilości produktów ubocznych kluczowym czynnikiem jest staranne zaprojektowanie układu cylindra i ślimaków. Z powodu tego problemu ważne jest zaprojektowanie systemu ogrzewania oraz równoczesnego chłodzenia stref cylindra. Tak samo ważne jest zastosowanie profesjonalnych wielostrefowych regulatorów temperatury, które są wstanie kontrolować system grzania oraz chłodzenia cylindra w czasie rzeczywistym.

W reaktorze materiał polimerowy wchodzi w kontakt z gorącym cylindrem oraz jest mechanicznie mieszany i rozcierany przez odpowiednio skonfigurowane ślimaki segmentowe. Produkty uboczne są stale odprowadzane poprzez ślimaki do ciśnieniowych zasobników na odpady. W ten sposób zapobiega się aglomeracji produktów ubocznych wewnątrz reaktora. Degradacja [piroliza] jest wydajna między 400 a 450oC.

Zebrane produkty depolimeryzacji w fazie gazowej są bezpośrednio odprowadzane poprzez porty odgazowujące i chłodzone przez recyrkulację chłodzonego produktu, a następnie skondensowane produkty są wysyłane do naczynia odbiorczego.

Unowocześniona konstrukcja reaktora zmienia zasadę zbierania powstałych oparów. Nowość konstrukcji polega na wytłaczaniu powstałych oparów pod koniec wytłaczarki, w przeciwieństwie do bezpośredniej ekstrakcji przez wiele portów odgazowujących. Odpowiednia konstrukcja ślimaków powoduje, że stopiony polimer działa jak rodzaj zatyczki, cofanie oparów jest niemożliwe. Produkty stałe i gazowe są wpychane do ciśnieniowego zbiornika pozostałości, gdzie pary MMA są oddzielane od pozostałości stałych powstałych podczas degradacji termicznej PMMA. Produkty gazowe są następnie kondensowane w kolejnej chłodnicy.

Procesy te wytwarzają dobrej jakości MMA, z wysokiej jakości odpadów PMMA, Technologia ta w ograniczonym zakresie nadaje się do recyklingu PMMA o niższej jakości z powodu wytwarzania większej ilości pozostałości stałych zanieczyszczonych metalem.
Jest to najbardziej obiecująca technologia reaktorów do degradacji [pirolizy] PMMA. Niski czas przebywania w reaktorze depolimeryzacyjnym pozwala uniknąć wytwarzania wtórnych produktów degradacji. Wymagane są dobre rozwiązania techniczne konieczne do budowy reaktorów tego typu. W przeciwieństwie do większości innych polimerów winylowych, czysty PMMA może być prawie w całości depolimeryzowany do monomeru. Obecnie nadal istnieje ograniczone zrozumienie chemii rozkładu PMMA i powiązanych z nim kopolimerów, ale ciągłe procesy depolimeryzacji już działają. Kluczowym wyzwaniem jest osiągnięcie odpowiedniego transferu ciepła w celu ułatwienia przemian chemicznych w kierunku szybkiego i wysokowydajnego tworzenia MMA. W ramach przemysłowych najbardziej obiecujące wydają się technologie reaktorów opartych o wytłaczarki dwuślimakowe.
Firma Zamak Mercator zaprojektowała i zainstalowała pierwszy wytłaczarkowy reaktor do depolimeryzacji PMMA w 2014 roku. Jest to projekt indywidualny, opiera się on o wytłaczarkę 2 x 90 mm L/D 52