[发明专利]用于转化聚合物废物的区域-划定的热解设备

说明书

背景技术

本发明涉及一种用于将聚合物废物(无论是固体和/或液体形式，本文中可互换地描述为含烃材料、聚合物废物和/或聚合材料)转化为可冷凝的、不可冷凝的和固体烃产物的设备。可冷凝的烃产物包括合成的石油和多种其馏分，包括但不限于轻质原油、燃料添加剂、基础油、疏松石蜡、石蜡、微晶蜡和以芳族石油烃为主的冷凝物。不可冷凝的烃产物为气体。固体烃产物为细碎的焦炭。特别是，本发明为连续的区域-划定的热解设备，具有同时生产多种产物的能力，其中一种(硬蜡)在低于特定的热解转化温度的温度下由该设备生产。

经由热解转化废聚合物以得到可用的终产物许多年来已成为许多人寻求的目标。涉及聚合物的热解分解的现有技术主要依靠分批、半分批或串联分批过程，由于它们的操作复杂性和不能连续处理混合、差分类和/或污染的聚合物废物而不能污损而受限于工业可行的应用。许多声称包括在一组顺序中渐进操作的一系列分批反应器的串联分批过程为“连续的”，仅因为一些产物通过歧管或其它合适的出口结构从与分批反应器连接的一个或多个出口不断地排放。聚合物转化过程包括化学解聚、具有部分氧化的气化和热裂化(包括热解，具有或不具有催化裂化和重整)的主要过程以及氢化的次要过程。化学解聚已主要局限于聚酯(例如PET)和聚氨酯的分解以及聚酰胺、聚碳酸酯和聚缩醛的次要应用。该方法通常受限于以单体收率为目标的缩聚物的分解。

废聚合物的气化和部分氧化通常以生产一氧化碳和氢的混合物(通常称为合成气)为目标。关于反应器尺寸和处理速率，虽然部分氧化可为比蒸汽甲烷重整更有效的过程，但是部分氧化获得相对较低的氢收率。生产很少(如果有的话)可冷凝的烃。

热裂化过程采用热分解，导致复杂的混合物。反应温度结合分子在相应的期望的温度范围内的保留时间为最显著的反应变量，影响聚合物转化和转化产物的分子分布二者。因此，有效控制反应温度和停留时间对于使期望的产物混合物的收率最大化是最重要的。由于该聚合物看起来呈现差的导热性，尤其是，由于除了其他方面之外通过废聚合物的无效换热引起的问题，分批、半分批和串联分批过程经历难以有效实现和保持控制反应温度和停留时间。与连续过程不同(连续过程实现动态过程平衡，从而保持控制反应温度和停留时间)，分批、半分批和串联分批过程不断地处于不平衡状态，造成每一个过程周期的慢性控制挑战和反应器污损的急性问题。其它变量(包括催化剂)为优化控制；虽然催化裂化和重整提供了聚合物在较低温度下分解和对产物品质具有增加的控制的较高速率的优势，但是催化裂化造成的挑战包括过程复杂性、阻碍活性的残渣沉积、催化剂中毒、催化剂反应器的高资金和操作成本以及处置废催化剂的成本。

氢化为在石油精炼和石化生产中的基本步骤，其已适用于次要处理由热裂化过程得到的油。该次要方法(通常结合蒸馏)用于生产需要氢饱和烯烃和除去杂原子的基于石油的燃料和过程馏分。氢化为资金密集的，并且由于高压操作、氢的成本、除去废热的成本和其它因素，氢化可具有高操作成本。术语“杂原子”应理解为指不是碳或氢的任何原子，并且已适用于指非碳原子已代替在分子结构的骨架中的碳或代替与分子结构的骨架键合的氢或烷基。典型的杂原子为氮、氧、硫、磷、氯、溴、氟和碘。氢化为在石油精炼和石化生产中采用的次要过程。

现有技术系统和过程还未实现涉及聚合物的热解分解的宽泛接受或成功，并且这是由于高操作成本，不能持续地处理污染的废物流和具有不同组成的废物流，过高的成本或缺乏未污染的原料流的市场可用性，不能可靠和有效控制温度和压力操作条件，不能向需要高体积的材料来维持运行的工厂持续地供应足够数量的规范原料，不能控制由于炭、对苯二甲酸、苯甲酸、矿物质、金属等的系统污损，试图从宽泛变化的原料组成生产具有相对较窄范围的市场驱动的规格的燃料，不能控制产物油的杂原子含量，因此限制了产物的市场接受度，不能持续地和有效地处理由于在每一个分批反应器周期中工人暴露于危险蒸气和固体中的安全问题，并产生危险废物，该危险废物包括但不限于炭、废水和不合格含烃液体。