[发明专利]解聚工艺、装置和用于与其相关使用的催化剂

说明书

相关申请资料

本申请要求于2010年12月8日申请的标题为“Customized Catalysts and Application Apparatus for Depolymerization Reactions”的61/420,961号美国专利临时申请的优先权，其全部公开通过引用并入本文。

技术领域

本公开一般涉及被设计以解聚聚合物的工艺、装置和定制催化剂。在一个实施方案中，本发明涉及使用耦合电磁感应（coupled electromagnetic induction）通过“原位（in situ）”反应得到有用的单体（包括燃料产品）的解聚装置、催化剂和反应方案。

背景技术

加成聚合物（与缩合聚合物形成对照）可通过加热解聚为简单的单体及其低聚物。使用一种或多种催化剂可导致发生解聚反应的更低的反应温度，并且对解聚产品混合物提供一定量的控制。然而，所述产品混合物将通常包含大量的不饱和化合物，它们将影响它暴露于空气时的稳定性。并且，不进行进一步的纯化步骤（例如一次或多次分馏），解聚反应产品不能直接使用。

各种塑料是通过加成聚合反应生产的化合物的例子。典型地，这些塑料由不可再生的石油资源生产并且经常是不能生物降解的。在美国，聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）等的这些塑料每年以超过115,000百万磅的量生产。塑料被用于很多行业中，以形成在工业市场和住宅市场两者中销售的产品。在工业市场中，这些聚合物用于形成包装产品、保温产品、建筑产品等。在住宅市场，这些聚合物用于形成瓶子、容器等。

在出版文献和专利文献中，高密度和低密度聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯催化解聚成为类柴油燃料都是公知的。这些燃料的可用性受到这样一个事实的阻碍：大量不饱和产品的存在降低了由此生产的柴油燃料的稳定性（棕色聚合物产品的形成）并且，正因如此，迫使需要分离加氢步骤以改善如此生产的柴油的稳定性和热值。

因此，聚合物的解聚要求仔细选择催化剂、工艺以及分离方案，以提取有价值的类柴油。图1是气相色谱图，其阐述了由聚乙烯和聚丙烯的热裂解形成的各种单体的身份和相对量。这些单体包括具有2-40个碳原子的烷烃、烯烃和炔烃或二烯，其中烷烃的颜色为绿色，烯烃的颜色为红色，并且炔烃和二烯的颜色为蓝色。

除了加成聚合物以外，还有缩合聚合物，其包括聚酯（PET）、聚氨酯（PU）、尼龙或聚酰亚胺等。还有热固性聚合物（例如涂料），其是由线型聚合物的交联形成的三维聚合物网络。

与聚乙烯、聚丙烯和其它的聚烯形成对照，缩合聚合物和热固性材料不能使用热能“解聚”。相反，人们必须依靠大量的化学反应，以将所述产品转化回至它们的起始材料并且，正因如此，其进行在经济上过高。

综上所述，仅一小部分生产的聚合物可再生并且重复使用。不可再生并重复使用的聚合物在废弃时显示出潜在的环境污染风险，并且不能因为能量或原材料而被利用，并且有助于提高在不可再生石油资源的信赖。

发明内容

发明概要

本公开一般涉及被设计以解聚聚合物的工艺、装置和特别设计的催化剂。在一个实施方案中，本发明涉及使用耦合电磁感应通过“原位”反应得到有用单体（包括燃料产品）的解聚装置、催化剂和反应方案。

本公开提供了装置、反应方案以及包含使用耦合电磁感应和定制的催化剂材料的反应条件，以将所有种类的聚合物解聚为包括燃料类混合物的有用单体。该方法在产品选择性和加工效率方面提供了独一无二的优势。

进一步地，在一个实施方案中，本发明的方法在特定的条件下形成高纯度的单体，其可由于高度增值的功能单体而用作起始材料。在一个实施方案中，这些功能单体可在反应器中原位形成，因此使所述工艺较为经济。

在另一个实施方案中，本发明的方法包括以下步骤：将聚合物引入至反应器，并在至少一种催化剂存在下在容器中解聚该聚合物。如将在下文中讨论的，在一个实施方案中，本发明的方法利用了一种或多种定制催化剂，它们被设计以促进原位解聚反应。