Brevet FR3162150A1 — publié le 20251121

L’invention concerne une installation de recyclage de polyéthylène basse densité linéaire, dit LLDPE, dans un flux linéaire de déchets comprenant au moins des morceaux de films de LLDPE, des morceaux de films de polyéthylène basse densité, dit LDPE, et d’éventuelles impuretés, remarquable en ce qu’elle comprend successivement : - un système de tri optique comprenant des moyens de détection par infrarouge couplés à des moyens d’analyse de couleur pour identifier les morceaux de LLDPE et des moyens d’isolation des morceaux de LLDPE identifiés depuis le flux de morceaux de polyéthylène ; - des moyens de lavage et de séchage des morceaux de LLDPE isolés ; - des moyens de granulation des morceaux de LLDPE lavés et séchés, lesdits moyens de granulation comprenant une combinaison d’une extrudeuse mono-vis et d’une extrudeuse bi-vis disposée en sortie de l’extrudeuse mono-vis pour réduire et disperser et/ou faire fondre des impuretés résiduelles dans le LLDPE, et pour réaliser une coupe sous eau propre pour former les granulés. Installation et procédé de recyclage de de LLDPE, dans un flux linéaire de déchets comprenant au moins des morceaux de films de LLDPE et des morceaux de films de LDPE La présente invention concerne le domaine de la recyclabilité et la circularité des polymères, et traite notamment du recyclage de films, par exemple d’emballage, constitués majoritairement de polyéthylène basse densité linéaire, bien connu sous l’acronyme PEBDL ou LLDPE de l’anglais « Linear low-density polyethylene ». Art antérieur Il est connu de l’état de la technique de recycler des déchets de films dits post-consommateurs constitués majoritairement de polyéthylène à basse densité, connu sous l’acronyme PEBD ou LDPE de l’anglais « low density polyethylene », grade bas, issus par exemple de housses rétractables épaisses que l’on trouve non mélangées dans les secteurs de l’industrie verrière, ou du matelas par exemple. Ces matières ne représentent qu’une faible fraction des déchets de polyéthylène disponible sur le marché. Pour augmenter la fraction des déchets de polyéthylène à recycler, il est possible de s’intéresser aux déchets dits post commerciaux issus par exemple des activités de déballage des centres commerciaux, de leurs plateformes ou des plateformes logistiques au sens large. Ce flux de déchets est réalisé au moment du déballage de palettes, ou de regroupements de produits, et fait l’objet d’une consigne de tri spécifique qui est de regrouper tous les flux de films PE ensemble s’ils sont transparents. Dans la pratique, des flux de LLDPE et LDPE sont mélangés, éventuellement avec des impuretés tels que des autres polymères (type PP, PET, PES), des films polyéthylène imprimés, du papier, des saletés en tout genre. Les meilleurs flux sont constitués à date à 98% de polyéthylène transparent (mélange LDPE/LLDPE dans des proportions variables), les 2% restant sont des impuretés (soit autres polymères, soit papier, bois, ou films imprimés). Mais la grande majorité de ces flux sont constitués en réalité de 5 à 20% d’impuretés. La variabilité de cette source nécessite une installation et un procédé de recyclage adaptés afin de pouvoir séparer et produire des granulés de LLDPE recyclés suffisamment « purs », c’est-à-dire qu’ils contiennent au minimum 90 % de LLDPE, et qualitatifs pour être consommés dans des emballages à haute teneur en matière recyclée où les propriétés spécifiques du LLDPE sont recherchés (soudabilité, résistance à la déchirure et perforation, étirabilité, brillance par exemple). Des tests ont été effectués par le Demandeur sur des granulés de lots de LLDPE recyclé provenant de différents fournisseurs. Les granulés de LLDPE testés contiennent plus d’impuretés que dans des granulés de LDPE recyclé (facteur 5 à 10 fois). Les impuretés sont aussi communément appelées « gels », et comprennent du papier, de la cellulose, des polymères autres que le LLDPE, du LLDPE mal fondu, etc. Cette différence s’explique par sa source principale qui est le film étirable (LLDPE). En effet, l’étirabilité et surtout l’aspect taquant (légèrement adhésif) de ce film engendre une plus forte accroche des impuretés (poussières, étiquettes,…) qui s’éliminent donc plus difficilement lors du lavage et du broyage pendant son process de recyclage. Par ailleurs, ces films sont beaucoup plus fins que les autres types de films présents dans le marché (dans un facteur de x2 à x5, ce qui rend le ratio surface de contamination possible / poids largement supérieur aux autres types de déchets de films présents dans le marché. De plus, cette étirabilité piège également l’humidité qui est un facteur important de création de gels. L’eau neutralise les anti-oxydants incorporés lors de la production de LLDPE vierge (car indispensable pour l’utilisation du LLDPE). Ces anti-oxydants ne sont pas ou moins présents dans le LDPE. Cette différence engendre par conséquent de nouvelles contraintes lors du recyclage du LLDPE. En effet, la neutralisation des anti-oxydants au contact de l’eau (donc lors de la phase de lavage dans le process de recyclage) engendre donc une dégradation de la matière. Cette dégradation se reflète par une diminution de l’indice de fluidité de la matière et une augmentation du nombre de gels. La maitrise de ces deux caractéristiques est un enjeu lors du recyclage du LLDPE post-consommateur. Les granulés LLDPE recyclés doivent présenter un indice de fluidité comparable à celui d’un LLDPE vierge pour pouvoir être utilisés dans les mêmes applications. Le recyclage de LLDPE dégradant par définition la matière (car refonte de la matière), une optimisation du processus de recyclage est donc recherchée. En définitive, le LLDPE présente des contraintes de recyclage telles que l’homme du métier préfère en pratique ne pas trier le LLDPE et le recycler en mélange avec d’autres PE, et ne cherche pas à l’extraire pour le recycler « pur ». L’un des buts de l’invention est donc de remédier aux problèmes de l’art antérieur en proposant une Installation et un procédé de recyclage de polyéthylène basse densité linéaire, dit LLDPE, dans un flux linéaire de déchets comprenant au moins des morceaux de LLDPE, des morceaux de films de polyéthylène basse densité, dit LDPE, et d’éventuelles impuretés. L’objectif de l’invention est que le produit recyclé issu de l’installation et du procédé de l’invention soit d’une pureté et d’une qualité suffisante, c’est-à-dire comprenant au moins 90% de LLDPE, pour l’incorporation dans des emballages plastiques, notamment à haute teneur, et en particulier dans les films d’épaisseur inférieure à 50 µm. À cet effet, il a été mis au point une installation de recyclage de LLDPE, dans un flux linéaire de déchets comprenant au moins des morceaux de films de LLDPE, des morceaux de films de polyéthylène basse densité, dit LDPE, et d’éventuelles impuretés. Selon l’invention, l’installation comprend successivement : - un système de tri optique comprenant des moyens de détection par infrarouge couplés à des moyens d’analyse de couleur, et de préférence de formes 3D, pour identifier les morceaux de LLDPE, et des moyens d’isolation des morceaux de LLDPE identifiés depuis le flux de déchets ; - des moyens de lavage et de séchage des morceaux de LLDPE isolés ; - des moyens de granulation des morceaux de LLDPE lavés et séchés sous la forme d’une combinaison d’une extrudeuse mono-vis et d’une extrudeuse bi-vis disposée en sortie de l’extrudeuse mono-vis pour réduire et disperser et/ou faire fondre des impuretés résiduelles dans le LLDPE, et pour réaliser une coupe sous eau propre pour former les granulés. L’association de ces trois technologies permet d’obtenir des granulés de LLDPE recyclés suffisamment qualitatifs pour être consommés dans des emballages à haute teneur en matière recyclée, notamment dans des films plastiques d’épaisseur inférieure à 50 µm. L’utilisation du système de tri optique couplé aux moyens d’isolation des morceaux de LLDPE identifiés permet, en premier lieu, d’éliminer les impuretés, mais aussi et surtout de dissocier le LDPE du LLDPE. En pratique, les moyens optiques permettent de détecter, parmi les impuretés, les morceaux de LLDPE et de LDPE. Le taux de pureté de la fraction de LLDPE est corrélé aux réglages choisis au niveau des moyens d’isolation. En effet, des critères plus ou moins stricts peuvent être paramétrés au niveau des capteurs d’infrarouge et d’analyse de couleur pour accepter plus ou moins de matière lors du tri positif. Par exemple, le système de tri optique peut être réglé pour considérer comme du LLDPE tous les morceaux pour lesquels la probabilité qu’ils soient du LLDPE est supérieure à 50% ou à 90%. Selon le pourcentage choisi, la quantité et la pureté de LLDPE recyclé seront différentes. Ces systèmes de tri optique sont bien connus sur le marché, de sorte qu’ils ne seront pas décrits plus en détail. Les extrudeuses bi-vis sont généralement utilisées pour incorporer des charges ou autres composés permettant d’optimiser les propriétés des granulés, qu’ils soient recyclés ou non. Le Demandeur a cependant découvert que l’utilisation d’une extrudeuse bi-vis, combinée à une extrudeuse mono-vis, pour réduire et disperser et/ou faire fondre les dernières impuretés résiduelles permet d’optimiser la qualité de la matière après granulation. En pratique, la granulation des granulés de LLDPE avec une extrudeuse bi-vis permet de diminuer de 50 à 65% le nombre de gels des matières. L’extrudeuse bi-vis, de préférence co-rotative, permet à la fois de diminuer le nombre de gels mais diminue surtout leur taille moyenne et donc l’impact de ces gels, ce qui est un avantage considérable pour garantir d’abord une stabilité lors de l’extrusion d’un film et ensuite, le cas échéant, une qualité d’impression de ces films conformes entre 20µ et 100µ. Bien que l’extrudeuse bi-vis dégrade plus la matière qu’une extrudeuse mono-vis (rôle de fonte, de filtration et de granulation de la matière sans dégradation importante), elle permet une nette amélioration de la qualité des granulés produits en termes de nombre de gels. Les granulés de LLDPE issus de l’installation de l’invention sont d’une qualité optimisée pour apporter des propriétés spécifiques, telle qu’optiques et mécaniques par exemple. De préférence, l’installation comprend trois systèmes de tri optique comprenant des moyens de détection par infrarouge couplés à des moyens d’analyse de couleur, et de préférence 3D, pour identifier les morceaux de LLDPE et des moyens d’isolation des morceaux de LLDPE identifiés depuis le flux de morceaux de polyéthylène, positionnés en les uns à la suite des autres pour réaliser trois étapes successives de tri. De ce qui précède, l’invention permet d’obtenir une fraction de LLDPE la plus pure possible, avec une fraction de LDPE la plus faible possible. Selon une forme de réalisation particulière, les moyens d’isolation du LLDPE comprennent des buses d’éjection à air comprimé pour effectuer un tri positif ou négatif des morceaux de LLDPE du flux de polyéthylène, et former ainsi un flux de LLDPE à traiter. Avantageusement, les moyens de lavage des morceaux de LLDPE comprennent un circuit d’eau de lavage et un circuit de rinçage des morceaux de LLDPE à l’eau propre. En effet, le Demandeur a constaté l’influence de la qualité de l’eau sur la présence d’impuretés, aussi appelées « gels », tels que du papier, de la cellulose, des polymères autres que le LLDPE, du LLDPE mal fondu. Le rinçage à l’eau propre permet de diminuer la présence de ces gels. En l’espèce, l’eau de lavage emprisonne des impuretés en suspension ou dissoute, qui resteront après évaporation/dégazage lors du procédé de recyclage. L’extrudeuse bi-vis est configurée pour réaliser une coupe sous eau lors de la granulation de LLDPE, ce qui permet une coupe nette et un refroidissement régulier des granulés pour obtenir une granulométrie de 25 à 35 granulés / gramme, ce qui permet dans les procédés ultérieurs d’extrusion un écoulement régulier de la matière sans risque de frottement et donc de formation additionnelle de cheveux d’ange et d’oxydation. L’invention concerne également un procédé de recyclage du LLDPE, dans un flux linéaire de déchets comprenant au moins des morceaux de films de LLDPE, des morceaux de films de LDPE, et d’éventuelles impuretés, le procédé comprenant successivement : - une étape consistant à isoler les morceaux de LLDPE depuis le flux de morceaux de polyéthylène à l’aide d’un système de tri optique comprenant des moyens de détection par infrarouge couplés à des moyens d’analyse de couleur et, de préférence de formes 3D, pour identifier les morceaux de LLDPE et des moyens d’isolation des morceaux de LLDPE identifiés ; - une étape de lavage, une étape de rinçage, de préférence à l’eau propre, et une étape de séchage des morceaux de LLDPE ; - une étape de granulation du LLDPE lavés et séchés avec une extrudeuse mono-vis suivie d’une extrudeuse bi-vis pour réduire, disperser et/ou faire fondre des impuretés résiduelles. Description détaillée de l’invention L’invention concerne une installation et un procédé de recyclage de LLDPE. Le recyclage est notamment réalisé à partir d’un flux de déchets découpés en morceaux et acheminés par un convoyeur devant un premier poste de tri optique. Une manière d’optimiser la pureté obtenue est de mettre en œuvre une succession de coupes à guillotine. En particulier, le flux linéaire de déchets comprenant au moins des morceaux de films de LLDPE, et des morceaux de films de LDPE est convoyé dans un sens et tranché à la guillotine, avec un pas d’environ 10-15 cm par exemple, puis en sortie, le flux de déchets est déposé sur un convoyeur défilant perpendiculairement et soumis à une nouvelle coupe à la guillotine, d’un pas équivalent, de sorte à obtenir des morceaux de déchets de 10-15 cm par 10-15 cm. Ainsi la taille des déchets est maitrisée, ce qui permet de d’optimiser les étapes ultérieures de tri optique puisque les déchets sont quasi uniformes, contrairement aux technologies de coupe par broyage ou déchiquetage qui créent une distribution de tailles très variées, compliquant d’autant le tri optique. Le flux de déchet à recycler comprend des morceaux de films de LLDPE et films de LDPE mélangés éventuellement avec des impuretés tels que des autres polymères (type PP, PET, PES), des films polyéthylène imprimés, du papier, des saletés en tout genre. Le premier poste de tri optique présente un système de tri optique qui comprend des détecteurs infrarouges et des moyens d’analyse de couleur, et de préférence des détecteurs de forme 3D. En pratique, l’analyse de couleur est calibrée pour détecter, parmi les impuretés, les morceaux de LLDPE et de LDPE. Ces détecteurs permettent ainsi d’identifier les morceaux de LLDPE parmi les autres déchets. Les morceaux de LLDPE identifiés grâce au système de tri optique sont isolés du flux de déchets par l’intermédiaire de moyens d’isolation de type buses d’éjection à air comprimé, utilisées pour effectuer un tri positif du LLDPE. Ces buses dirigent sélectivement les morceaux de LLDPE vers un chemin distinct, les isolant ainsi du reste du flux de déchets. Ce processus de tri est rapide et précis, garantissant que seuls les morceaux de LLDPE soient sélectionnés pour la suite du processus. En pratique, plusieurs tris successifs sont réalisés. Dans une première étape de tri, les impuretés : non PE, PE imprimés, PE colorés dans la masse, sont éjectées du flux par les buses d’éjection à air comprimé. Dans des deuxième et troisième étapes de tri successives, les buses dirigent sélectivement les morceaux de LLDPE vers un chemin distinct, pour ainsi les isoler du reste du flux de déchets. Bien entendu il est possible de moduler les tri négatifs et positifs, sans sortir du cadre de l’invention. Le flux négatif restant issus des deuxième et troisième étapes est constitué majoritairement de LDPE, d’un reliquat de LLDPE et d’un reliquat d’impuretés. Le fait d’avoir deux tris positifs successifs de LLDPE, permet d’une part de récupérer une fraction importante de LLDPE, notamment jusqu’à 90%, et par différence de rendre d’autant plus « pur » le flux restant de LDPE qui peut également être revalorisé de son côté. Les différentes fractions de LLDPE isolées sont ensuite regroupées avant leur étape de lavage. Les fractions de LLDPE regroupées sont avantageusement déchiquetées et les impuretés métalliques éventuellement restantes sont séparées du flux. Les morceaux de LLDPE regroupés sont ensuite dirigés, par exemple par un convoyeur ou par un système aéraulique, vers une poste de lavage. Ce poste de lavage comprend un circuit d’eau de lavage pour éliminer les contaminants superficiels des morceaux de LLDPE, et un circuit de rinçage des morceaux de LLDPE à l’eau propre. Par exemple, les morceaux de LLDPE sont passés dans un bassin d’eau avec des pales rotatives pour réaliser un lavage et une séparation gravitaire des impuretés lourdes. Puis les morceaux de LLDPE sont ensuite acheminés vers un broyeur dans lequel de l’eau propre est injectée. Les morceaux de LLDPE lavés sont ensuite séchés, par exemple dans une centrifugeuse, et/ou un système d’essorage par compression, et/ou avec un flux d’air chaud pour évacuer l’eau résiduelle des morceaux de LLDPE. Ces technologies lorsqu’elles sont combinées entre elles permettent d’extraire en grande majorité l’eau emprisonnée dans des « boules » de LLDPE aggloméré. En pratique, de l’eau de rinçage est également injectée à l’entrée de la centrifugeuse pour parfaire le rinçage, ce qui est contre intuitif car l’homme du métier n’envisage pas de mouiller le LLDPE avant de le sécher, notamment pour des raisons d’économie d’énergie. Cependant, cette étape permet d’améliorer davantage la pureté obtenue en diminuant la présence des gels. L’eau de lavage emprisonne des impuretés en suspension ou dissoutes, qui resteront après évaporation/dégazage lors du procédé de recyclage, ce que le rinçage à l’eau propre dans la centrifugeuse permet de remédier. Une fois les morceaux de LLDPE lavés et séchés, ils sont dirigés vers un poste de granulation. Ce poste de granulation comprend une première extrudeuse mono-vis, qui fait fondre, homogénéise et filtre les principales impuretés du flux LLDPE. Après cette filtration initiale le LLDPE fondu est, en sortie de l’extrudeuse mono-vis, alimenté dans une deuxième extrudeuse bi-vis configurée pour disperser et/ou faire fondre les éventuelles impuretés résiduelles présentes dans le LLDPE, et configurée aussi pour réaliser une coupe sous eau propre pour former les granulés en tant que tels. L’extrudeuse mono-vis est équipée d’un filtre d’une taille de l’ordre de 90 µm. Plus la taille du filtre est importante, plus elle laisse passer des gels indésirables. Un filtre trop fin augmentera le temps de séjour de la matière dans la partie extrusion engendrant ainsi une augmentation du nombre gels. En effet, plus la matière restera dans la vis d’extrusion, plus elle sera chauffée et cisaillée engendrant ainsi sa dégradation et par conséquent un nombre de gels plus important. Les granulés de LLDPE obtenus peuvent servir ensuite de matière première pour la fabrication de nouveaux produits en polyéthylène recyclé, notamment pour l’incorporation à haute teneur dans des emballages plastiques, et en particulier dans des films d’épaisseur inférieure à 50 µm. En résumé, l’installation de recyclage de LLDPE décrite dans l’invention combine des techniques de tri optique avancées, de lavage, de séchage, de granulation avec une combinaison d’extrudeuse mono-vis et bi-vis pour récupérer efficacement le LLDPE à partir d’un flux de déchets, tout en éliminant les impuretés. Cette approche permet de valoriser le LLDPE recyclé, dans une logique de surcyclage et de réutilisation à même niveau d’usage et de valeur, tout en contribuant à la réduction des déchets plastiques. Installation de recyclage de polyéthylène basse densité linéaire, dit LLDPE, dans un flux linéaire de déchets comprenant au moins des morceaux de films de LLDPE, des morceaux de films de polyéthylène basse densité, dit LDPE, et d’éventuelles impuretés caractérisée en ce qu’elle comprend successivement : - un système de tri optique comprenant des moyens de détection par infrarouge couplés à des moyens d’analyse de couleur pour identifier les morceaux de LLDPE et des moyens d’isolation des morceaux de LLDPE identifiés depuis le flux de morceaux de polyéthylène ; - des moyens de lavage et de séchage des morceaux de LLDPE isolés ; - des moyens de granulation des morceaux de LLDPE lavés et séchés, lesdits moyens de granulation comprenant une combinaison d’une extrudeuse mono-vis et d’une extrudeuse bi-vis disposée en sortie de l’extrudeuse mono-vis pour réduire et disperser et/ou faire fondre des impuretés résiduelles dans le LLDPE, et pour réaliser une coupe sous eau propre pour former les granulés. Installation la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend trois systèmes de tri optique positionnés les uns à la suite des autres pour réaliser trois étapes successives de tri. Installation l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d’isolation du LLDPE comprennent des buses d’éjection à air comprimé pour effectuer un tri positif ou négatif des morceaux de LLDPE du flux de polyéthylène. Installation selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de lavage des morceaux de LLDPE comprennent un circuit d'eau de lavage et un circuit de rinçage des morceaux de LLDPE à l’eau propre. Procédé de recyclage de polyéthylène basse densité linéaire, dit LLDPE, dans un flux linéaire de déchets comprenant au moins des morceaux de film LLDPE, des morceaux de films de polyéthylène basse densité, dit LDPE, et d’éventuelles impuretés, le procédé est caractérisé en ce qu’il comprend successivement : - une étape d’isolation des morceaux de LLDPE depuis le flux de morceaux de polyéthylène à l'aide d'un système de tri optique comprenant des moyens de détection par infrarouge couplés à des moyens d’analyse de couleur pour identifier les morceaux de LLDPE et des moyens d’isolation des morceaux de LLDPE identifiés ; - une étape de lavage, une étape de rinçage, et une étape de séchage des morceaux de LLDPE ; - une étape de granulation du LLDPE lavés avec une extrudeuse mono-vis suivie d’une extrudeuse bi-vis pour réduire, disperser et/ou faire fondre des impuretés résiduelles. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en que l’étape de rinçage du LLDPE est réalisée à l’eau propre.