Solvent-based dye removal in polyester recycling : A process evaluation and modelling study

Abstract

The transition towards sustainable textile approaches, such as textile recycling, requires im-proved methods for handling dyes. Currently, no real industrially implemented processes exist that remove dyes without damaging them and this thesis investigates this issue together with Rewin Textiles AB. This company recycles polyester through depolymerisation and therefore, the implementation of a pre-treatment step using a solvent for dye-extraction purposes is evaluated. Five solvents are assessed: DMSO, benzyl alcohol, Cyrene, supercritical carbon dioxide, and ethylene carbonate with tetramethylurea. DMSO exhibits the most fa-vourable overall trend, taking into consideration toxicity, process practicality, extraction efficiency and cost.

Rewin aims at recycling 5000 kg/h polyester and according to experimental values found, 25,000 kg/h DMSO is needed to extract 87 % of dyes after one cycle of 30 minutes at 100 °C. This constitutes the basis of the recommended flowsheet, which instead includes three cycles implemented through a counter-current batch process. After dye extraction, polyester is cleaned with water, whilst the dye is separated from DMSO through precipitation. To improve the precipitation behaviour of dyes, Aspen Plus was used to model a single evaporator representing a three-stage evaporator, achieving a 90 % removal rate of DMSO at 0.16 bar and 130 °C. Followingly, 660 kg/h of water is mixed in the DMSO-dye solution to trigger the dye to precipitate, which is then filtered out. Lastly, DMSO and water are recovered through distillation. The solvent cost is 351 million SEK per year with a recirculation rate of 95 %, which represents a higher cost than what can be saved through the process.

Overall, the thesis showed that a solvent-based pre-treatment step is a promising process to separate dyes from polyester. However, due to many assumptions and limitations, the presented results should be taken with precautions, and further research is needed.

Abstract (Swedish)

Övergången till en hållbar textilindustri, såsom textilåtervinning, kräver förbättrade metoder för hantering av färgämnen. För närvarande finns inga generella, industriellt implementerade processer som avlägsnar färgämnen utan att skada dem, och examensarbetet undersöker detta tillsammans med Rewin Textiles AB. Företaget återvinner polyester genom depolymerisering och därför utvärderas implementeringen av ett förbehandlingssteg med ett lösningsmedel för extraktion av färgämnen. Fem lösningsmedel undersöks: DMSO, bensylalkohol, Cyrene, superkritisk koldioxid och etylenkarbonat med tetrametylurea. DMSO uppvisar den bästa övergripande trenden, med hänsyn till toxicitet, praktisk genomförbarhet, extraktionseffektivitet och kostnad.

Rewin strävar efter att återvinna 5000 kg/h polyester och enligt experimentella värden behövs 25,000 kg/h DMSO för att extrahera 87 % av färgämnena efter en cykel på 30 minuter vid 100 °C. Detta utgör grunden för det rekommenderade flödesschemat, som i stället inkluderar tre cykler implementerade med en motströms batchprocess. Efter extraktionen av färgämnen, rengörs polyestern med vatten, medan färgämnet separeras från DMSO genom utfällning. För att förenkla utfällningen hos färgämnena användes Aspen Plus för att modellera en enskild indunstare som representerar en trestegsindustare, som åstadkommer en borttagning på 90 % av DMSO vid 0.16 bar och 130 °C. Därefter blandas 660 kg/h vatten i blandningen av DMSO och färgämne för att få färgämnet att fällas ut, som sedan filtreras bort. Slutligen återvinns DMSO och vatten genom destillation. Kostnaden för lösningsmedlet är 351 miljoner kronor per år med en återcirkulering på 95 %, vilket representerar en högre kostnad än vad som kan sparas genom processen.

Slutligen visade examensarbetet att ett förbehandlingssteg som använder lösningsmedel är en möjlig process för att separera färgämnen från polyester. På grund av antaganden och begränsningar bör dock de presenterade resultaten tas med försiktighet, och ytterligare forskning behövs.

Popular Abstract (Swedish)

Hur kan man separera färgämne från polyestertyg som ett försteg till textilåtervinning?

Varje år slängs enorma mängder kläder och ett av de största hindren för effektiv textilåtervinning är hanteringen av färgämnen. I den här studien undersöks om ett lösningsmedel kan lösa ut färgämnen från polyestertyg utan att skada fibern och färgämnet.

Textilindustrin bidrar till betydande klimatutsläpp, där polyester dominerar marknaden. Trots att polyester består av samma plast som PET-flaskor är den betydligt svårare att återvinna. Anledningen till det är färgämnena som finns i tyget, som agerar som föroreningar och stör återvinningsprocessen. Därför krävs det enkla och hållbara metoder som avfärgar polyestertyg som dessutom inte förstör färgmolekylen eller fibern.

Detta examensarbete genomfördes tillsammans med Rewin Textiles AB, som fokuserar på att återvinna polyester. Företaget ville undersöka borttagningen av färgämnen för att få en renare process och undvika kostnaden för hanteringen av avfallet, där extraktion verkar vara den optimala lösningen. Extraktion kan ske med hjälp av ett lösningsmedel som får färgen att släppa från fibern, lite som när vattenånga öppnar porer i ansiktet.

Fem potentiella lösningsmedel studerades i en litteraturstudie: DMSO, Cyrene, bensylalkohol, superkritisk koldioxid och etylenkarbonat tillsammans med tetramethylurea. Sett till både säkerhet, hållbarhet, kostnad och hur bra lösningsmedlet faktiskt får färgämnet att släppa, visade sig DMSO vara den med bäst potential.

Rewins mål är att återvinna 5000 kg polyester i timmen, vilket innebär att ungefär 25 000 kg DMSO i timmen behövs för att extrahera 87 % av färgämnen i en cykel vid 100 °C. På ett så effektivt sätt säkerställa att alla färgämnen tas bort, infördes en process med tre cyklar. Efter extraktionen, tvättas polyestern med vatten och skickas till Rewins återvinningsprocess. För att sedan separera färgämnen från DMSO, avlägsnas en del av lösningsmedlet genom avdunstning och därefter tillsätts vatten. Detta får färgämnet att bli fast och kan då filtreras bort. Slutligen renas DMSO och vatten genom destillation och cirkuleras tillbaka till processen.

Processen fungerar rent tekniskt men den ekonomiska analysen visar att kostnaden för enbart DMSO är ungefär 351 miljoner kronor per år. Detta är mer än vad Rewin skulle tjäna på att ta bort färgen på det presenterade sättet, vilket beräknades ligga mellan 241 och 321.5 miljoner kronor. Resultaten visar att tekniken finns men är än så länge för dyr.

Examensarbetet bevisar att färgämnena går att separera från polyestern utan att skada varken eller. Detta är något som presenterar framtida möjligheter att återanvändning kan ske inte bara för polyester utan även för färger från gamla textilier. Med fortsatta studier kring alternativa lösningsmedel, optimerade processteg och mer experimentellt labbarbete kan detta bli ett viktigt steg mot en mer cirkulär textilindustri.

• author: Brandt, Rebecka and Gandois, Elsa
• supervisor: Christian Hulteberg
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: KETM01 20252
• year: 2026
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Polyester recycling, Disperse dyes, Dye extraction, Solvent-based decolourisation, Hansen Solubility parameters, Process modelling, Aspen Plus, Chemical engineering
• language: English
• id: 9221568
• date added to LUP: 2026-02-02 09:47:49
• date last changed: 2026-02-02 09:47:49