Brevet FR2613721A1 — publié le 19881014

La présente invention concerne un procédé de fabrication de cires artificielles par décomposition thermique des matières plastiques appelées polyéthylènes ou polypropylènes. L'appellation cire artificielle recouvre toutes les substances cireuses produites par voie chimique et n'existant pas spontanément dans la nature. I1 n'existe actuellement aucun procédé de fabrication de cires artificielles faisant appel à la décomposition thermique de matières plastiques polyoléfiniques telles que les polyéthylènes ou les polypropylènes commerciaux par exemple. En revanche la décomposition thermique ménagée, encore appelée craquage à basse sévérité, des hydrocarbures tirés du pétrole est bien connue et a généralement pour but d'obtenir des fractions légères à partir de fractions lourdes de pétrole, mais n'utilise jamais de matières plastiques polyoléfiniques comme charge de départ. Nos propres observations nous ont permis de constater que le craquage thermique des polyéthylènes ou des polypropylènes se produit essentiellement par rupture de la macromolécule initiale en deux molécules de masses moléculaires voisines lesquelles se scindent à leur tour de manière analogue, ce processus conduisant rapidement à des polymères de type oléfinique de masse moléculaires beaucoup plus petites que celle du haut polymère de départ. Lorsque la température de la masse de polyoléfine en cours de craquage thermique est inférieure à 5000 Celsius mais supérieure à 3600 C. et de préférence comprise entre 4000 et 460" Celsius, la production de produits légers reste très faible et le taux de conversion de la polyoléfine initiale en produits de masses moléculaires intermédiaires, solides à froid, peut dépasser 90 % en poids. Or ces produits intermédiaires sont encore des polymères de l'éthylène ou du propylène qui se présentent comme des cires artificielles, fondant entre 1000 C. et 110 C., de densités variant entre 0,90 et 0,95, de consistance dure et de structure finement cristalline. En fait rien ne distingue, physiquement ou chimiquement, ces cires de celles que l'on peut obtenir directement par polymérisation directe de certaines oléfines telles que l'éthylène par exemple ou encore le propylène ou même le mélange de ces deux corps. Nous avons donc découvert un nouveau procédé de fabrication de certaines cires artificielles, généralement appelées cires artificielles de polyéthylènes, qui est fondé sur la dépolymérisation de hauts polymères préexistants, contrairement au procédé classique qui est fondé sur la polymérisation d'une oléfine monomère. Ainsi endéfinitive, les produits issus de notre procédé sont des produits connus, mais provenant d'une technique totalement différente. Notre procédé de fabrication va consister à provoquer le craquage thermique d'une matière plastique polyoléfinique commerciale courante telle que le polyéthylène ou le polypropylène, en la portant à une température supérieure à 3600 C. tout en évitant de dépasser 5000 C. dans la masse en réaction et en retirant et refroidissant la cire produite au fur et à mesure de sa production de façon à éviter sa décomposition thermique ultérieure. La technique du craquage thermique est bien connue dans le cas général et les dispositifs courants peuvent éventuellement être adaptés pour réaliser notre procédé de conversion. cependant nous allons décrire deux modes de réalisation préférentielle mais non limitative de notre procédé qui nous ont donné les meilleurs résultats. Précisons au préalable que sauf cas exceptionnel, il n'est pas économiquement concevable de passer par le stade de matières plastiques polyoléfiniques élaborées pour rétrograder au stade de cires de polyoléfines qui peuvent s'obtenir par polymérisation directe. Cependant tout l'intérêt économique de notre procédé apparaît lorsqu'on connalt l'importance des quantités de déchets de matières plastiques et les difficultés de leur recyclage. Notre procédé est particulièrement adapté au traitement des déchets de polyéthylène ou de polypropylène. Le premier mode de réalisation de notre procédé s'apparente au vapocraquage bien connu de la technique et demande un matériel assez lourd avec à sa disposition de la vapeur d'eau surchauffée à 4500C. environ. Le polyéthylène ou le polypropylène ou même leur mélange est injecté en continu à chaud à une température permettant un écoulement facile, c'est-à-dire supérieure à 2000C. par une extrudeuse classique dans des tubes en acier de qualité convenant aux opération de craquage, munis d'un dispositif de chauffage classique. Simultanément à l'introduction du polyéthylène ou polypropylène fondu provenant de l'extrudeuse, il est injecté dans la masse en fusion de la vapeur d'eau surchauffée vers 4500C. en quantité variable entre 10% et 50Z du poids total de la charge en réaction. Cette vapeur d'eau n'est pas absolument indispensable à la conversion de la polyoléfine en cire, mais elle évite la formation de goudrons et augmente la vitesse de réaction. I1 y a donc un calcul à effectuer entre le coût dû à l'emploi de vapeur d'eau surchauffée et l'amélioration qui peut en résulter.Lorsque de la vapeur d'eau est utilisée, sa pression peut être faible car la pression absolue de réaction dans les tubes est dans tous les cas à peine supérieure à la pression atmosphérique de façon à éviter toute entrée d'air qui favoriserait par son oxygène la formation de produits goudronneux. La conversion est terminée dès que la masse atteint 4500C. à 5000C. grâce au dispositif de chauffage dont sont munis les tubes d'acier. Ces tubes sont conjointement alimentés en parallèle par l'extrudeuse et leur nombre ne dépend que du volume horaire traité. D'une manière précise, c'est au cours de son cheminement dans les tubes d'acier chauffés que la masse de matières plastiques en fusion injectée par une de leur extrémité par l'extrudeuse se réchauffe progressivement jusqu'à atteindre la température de conversion vers l'autre extrémité des tubes. La masse est alors convertie en quelques secondes et la cire formée est ensuite recueillie dans des refroidisseurs classiques raccordés aux tubes covertisseurs, cequi permet de la ramener au-dessous de 2500C. de façon à éviter toute décomposition ultérieure. Cette cire est alors conditionnée selon des moyens classiques. Le rendement peut dépasser 95%. Le deuxième mode d'exécution de notre procédé consiste en la conversion de polyéthylène ou de polypropylène ou de leur mélange en cire par combustion contrôlée. Ce mode de réalisation permet le traitement par de petites unités légères de déchets dispersés qu'il serait trop onéreux de transporter. Nous décrirons ce mode d'exécution dans le cas dedéchets de polyéthylène mais les déchets de polypropylène ou encore le mélange des deux sont justiciables du même traitement et donnent des cires de propriétés semblables. La réalisation pratique la plus avantageuse est la suivante: Le polyéthylène, de préférence sous forme de déchets de feuilles est introduit dans le bas d'un tube vertical par un orifice latéral et repoussé vers le haut du tube par un piston mû par un dispositif quelconque. L'appareil est donc analogue à une botteleuse qui serait disposée verticalement avec sa sortie vers le haut. Le diamètre du tube, qui est en acier, peut être quelconque, mais en pratique il varie de 0,5 m. à 2 mètres selon la capacité horaire de l'appareil. La sortie haute du tube est recouverte d'une grille plane ou convexe vers le haut en acier réfractaire à mailles assez petites pour retenir les déchets de polyéthylène lesquels étant repoussés vers le haut viennent se plaquer contre cette grille. Un dispositif annulaire en forme de gouttière entoure le haut du tube au pourtour de la grille. Le polyéthylène plaqué contre la grille est allumé par un moyen quelconque, un brûleur à gaz par exemple, puis les fumées sont reprises par une cheminée verticale munie d'une hotte et située au-dessus de la grille et dans l'axe du tube contenant le polyéthylène.La hotte de la cheminée sera avantageusement en forme de cône évasé vers le bas pour mieux capter les gaz brûlés et favoriser le tirage de façon à obtenir une flamme non fuligineuse et aussi chaude que possible. La cheminée et sa hotte doivent être en matériaux réfractaires. Sous l'influence de la chaleur dégagée par la combustion et rayonnée par la hotte portée au rouge, le polyéthylène, très absorbant dans l'infra-rouge lointain, fond et se décompose, la cire produite ruisselle le long de la grille et déborde du tube dans la gouttière ménagée à cet effet sur son pourtour pour s'écouler par un trop-plein dans un refroidisseur de principe classique. Cette cire est alors conditionnée selon des moyens connus. Le rendement en cire varie entre 50 et 80 %. Les déchets de polypropylène sont justiciables du même traitement avec les mêmes résultats. REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication de cires artificielles par décomposition thermique des matières plastiques du commerce appelées polyéthylènes ou polypropy lènes. 2/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé par une température de décomposition comprise entre 3600C. et 5000C. au sein de la masse en réaction. 3/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé par une température de décomposition comprise entre 4000C. et 4600C. 4/ Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que les cires artificielles obtenues sont des cires artificielles de polyéthylène ou de polypropylène déjà connues de la technique mais obtenues précédemment par des procédés différents. 5/ Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que la cire obtenue par décomposition thermique doit être retirée du milieu réactionnel à mesure de sa production pour éviter sa décomposition thermique ultérieure. 6/ Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il s'applique aux déchets des matières plastiques appelées polyéthylène ou polypropylène aussi bien qu'aux matières plastiques neuves. 7/ Mode de réalisation du procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le polyéthylène ou le polypropylène est injecté à chaud dans un tube chauffé en acier en présence de vapeur d'eau, la masse étant portée à une température comprise entre 4500C. et 500"C. au sein du tube et la cire étant recueillie en continu en bout de tube et refroidie aussitôt au-dessous de 250"C. 8/ Mode de réalisation du procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le polyéthylène ou le polypropylène ou leur mélange est repoussé de bas en haut par un piston dans un tube vertical d'où il est empêché de sortir par une grille obturant l'orifice haut du tube. Ce polyéthylène ou ce polypropylène ou leur mélange est alors enflammé contre la grille et la chaleur dégagée par la combustion le décompose, produisant ainsi de la cire qui ruisselle et déborde de l'appareil dans une gouttière aménagée à cet effet au pourtour du tube. De là, la cire fondue s'écoule et est recueillie par des moyens connus.