废塑料转化为石化产品的制作方法

1.本公开的实施例总体上涉及将废塑料转化为石化产品、燃料和其他有用的中间体和产品。


背景技术：

2.关于回收和再循环塑料废物的需要，存在着迅速且日益增长的环境关注。然而，塑料热解技术仍处于行业发展的早期阶段。


技术实现要素：

3.本文的实施例涉及可用于将废塑料转化为石化产品、燃料和其他中间体或最终产品的热化学方法和系统。
4.在一方面，本文的实施例涉及一种用于转化废塑料的方法。该方法包括将废塑料供给至熔化罐，并且在熔化罐中加热废塑料以形成熔融塑料。将熔融塑料从熔化罐中取出并供给至热解反应器。在热解反应器中，将熔融塑料加热至热解温度，产生热解油产物和液体沥青产物。然后将热解油分离成热解气体馏分、轻质热解油馏分、中质热解油馏分和重质热解油馏分。
5.在另一方面，本文的实施例涉及一种用于热解废塑料的系统。所述系统包括熔化罐，所述熔化罐具有被配置用于接收来自废塑料供给系统的包含废塑料的进料流的入口。熔化罐还包括被配置用于将废塑料从进料温度加热至熔融温度以产生熔融塑料的加热系统，以及被配置用于输出熔融塑料的出口。用于热解废塑料的系统还包括热解反应器，所述热解反应器具有被配置为接收熔融塑料的入口、被配置为将熔融塑料加热至热解温度的加热系统、以及用于回收热解油的第一出口。热解反应器还包括用于回收沥青产物的第二出口。该系统还包括被配置为控制加热系统以将熔融塑料的温度限制在用于产生沥青产物的温度(并且低于将形成大量炭或焦炭的温度)的控制系统。
附图说明
6.图1示出了根据本文公开的一个或多个实施例的系统的简化工艺流程图。
7.图2示出了根据本文公开的一个或多个实施例的系统的简化工艺流程图。
8.图3示出了根据本文公开的一个或多个实施例的系统的简化工艺流程图。
具体实施方式
9.本文的实施例涉及将废塑料转化为有用的石化产品、燃料和其他中间体或最终产品的热化学过程。本文的实施例还涉及热解反应器设计和控制。
10.可热解形成废塑料热解油的聚合物可包括热塑性塑料、热固性塑料和弹性体。例如，经历热解形成废塑料热解油的废料可包括聚苯乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚苯醚、聚乙烯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚甲醛、聚醚砜、聚碳酸酯、聚苯并咪唑、聚乳酸、尼龙和丙烯酸
聚合物(例如聚甲基丙烯酸甲酯(pmma))以及许多其他热塑性塑料。可用于本文的废塑料热解油还可以由本领域已知的各种不饱和或饱和弹性体和橡胶形成，例如聚丁二烯、异戊二烯、苯乙烯-丁二烯、乙烯乙酸乙烯酯以及许多其他材料。本文的实施例可以足够稳健以处理一定量的含杂原子聚合物，包括上面列出的那些以及本领域已知的其他聚合物；然而，所得废塑料热解油的杂原子含量通常应小于2wt％，例如小于1wt％或小于0.5wt％。
11.可以使用根据本文实施例的系统将废塑料转化为热解油。该系统可包括作为主要组件的熔化罐和热解反应器。该系统还可以包括废塑料供给系统、热解油分离系统和一个或多个加热系统，如下文将描述的。
12.一般而言，废塑料供给系统是被配置为向熔化罐提供废塑料进料的系统，并且不受特别限制，因为可以使用许多不同的配置。在一些实施例中，废塑料供给系统可包括进料斗，其可填充一定量的废塑料，例如碎片、粒料、薄片、细纤维、碎塑料的形式，以及可从废塑料回收商或其他供应商接收的其他形式的废塑料。进料斗可以流体连接至螺旋输送机或用于计量废塑料并将其输送至熔化罐的其他装置。在一些实施例中，废塑料供给系统可包括挤出机，其可以是单螺杆或双螺杆类型，并且可通过由电机供应至旋转螺杆的机械能的粘性耗散来加热并部分或完全熔化废塑料。
13.一般而言，需要限制供给至熔化罐和热解反应器的水和氧气的量。螺旋输送机和/或进料斗或相关联的流送管线可连接至热氮气供应系统，使得聚合物可被加热至足以除去水但不高到熔化聚合物的温度，排出含有水蒸气和可能被置换的任何氧气的氮气流。
14.然后可将干燥的废塑料供给至熔化罐，其中将废塑料加热至足以熔化塑料但又足够低以避免废塑料的任何显著转化的温度，因为优选的是控制反应和通过热解反应器中的转化产生的反应产物。在一些实施例中，废塑料可以在挤出机中加热并且可以在加热的、部分熔融的或完全熔融的条件下供给至熔化罐。然后可以将废塑料在熔化罐中加热或进一步加热至约200℃至约375℃范围内，例如约300℃的温度。熔融塑料的温度应足够高以熔化塑料并提供具有所需粘度的熔融塑料，以促进单元操作之间的运送，但是，如上所述，熔融塑料的温度应足够低以限制或避免塑料在熔化罐内的转化。
15.熔化罐可以是搅拌容器。该容器可包括用于接收来自废塑料供给系统的包含废塑料的进料流的入口，以及用于输送或输出所得熔融塑料的出口。熔化罐还可以包括蒸气出口，用于排出熔化罐中产生的或从废塑料排出的任何气体，例如可能随进料夹带的或由废塑料的加热产生的气体。熔化罐容器可包括用于将废塑料从进料温度加热至熔融温度的加热系统。加热系统可包括外部夹套和内部盘管之一或两者，以提供用于熔化废塑料的热量。
16.在废塑料熔化之后，可以将熔融塑料供给至热解反应器以将熔融塑料转化成热解油产物和沥青产物。热解反应器可包括被配置为接收熔融塑料的入口、用于回收热解油的第一出口和用于回收沥青产物的第二出口。热解反应器还可以包括被配置为将熔融塑料从入口温度加热至热解温度的加热系统。熔融塑料可在热解反应器内被加热至例如约350℃至约700℃，例如约370℃(700
°
f)至约675℃(1250
°
f)，例如350℃(662
°
f)至550℃(1022
°
f)范围内的温度，并且在约0.3barg(4psig)至约1.4barg(20psig)，例如约0.4barg(6psig)的压力下。
17.与加热相关联，熔融塑料可以分解成短链石油烃，其可以在分离系统中回收和分离。理想地，本文的实施例产生沥青产物，并因此限制由塑料热解形成的焦炭或炭的量。可
以限制或控制热解反应器内熔融塑料的加热，使得在一些实施例中小于1wt％的废塑料转化为焦炭或炭；在另一些实施例中小于0.5wt％的废塑料转化为焦炭或炭；而在另一些实施例中小于0.2wt％的废塑料转化为焦炭或炭。限制炭的形成可以提供极长的反应器运行长度以及产生更有价值的沥青产物。可以提供控制系统来控制热解反应器加热系统，提供有利于产生沥青产物并且低于形成任何显著的炭或焦炭的温度的加热曲线或加热温度。
18.在一些实施例中，热解反应器加热系统可包括预热区和反应区。预热区可被配置为将熔融塑料加热至第一热解温度，目标是低转化率，例如5-20wt％转化率，例如10wt％转化率(本文中的转化率为wt％，除非另有说明)。在预热区之后，熔融塑料可以在反应区段中进行处理，以将大部分塑料转化为热解油。热解温度和停留时间的目标可以是反应区转化率为30wt％至80wt％转化率，例如70wt％转化率。在一些实施例中，废塑料向热解气体和热解油的总转化率可以例如大于80wt％、大于85wt％、大于90wt％、并且高达95wt％或97wt％，其中剩余的废塑料可以作为沥青产物从热解反应器中回收。
19.可以将从热解反应器回收的热解油供给至分离系统以将热解反应流出物分离成两种或更多种馏分。分离系统可包括一个或多个蒸馏塔。还可以提供预闪蒸罐以将热解反应器流出物分离成液体进料和蒸气进料，其被供给至(一个或多个)蒸馏塔。在一些实施例中，从热解反应器回收的热解反应产物可以基于沸点分离成热解气体馏分、轻质热解油馏分、中质热解油馏分和重质热解油馏分。
20.为了促进聚合物的混合和熔化，本文的实施例可包括设置在熔化罐出口和热解反应器入口之间的分流器，其被配置为将熔融塑料分成第一部分和第二部分。第一部分可被供给至热解反应器入口。第二部分可被供给至混合系统，该混合系统被配置为将熔融塑料的第二部分与废塑料混合。混合系统可以被配置为废塑料供给系统的一部分，例如通过在螺旋输送机中将废塑料固体与熔融塑料混合；在另一些实施例中，混合系统可设置在熔化罐入口的上游以及废塑料供给系统的下游。
21.在一些实施例中，在从热解反应器回收和分离系统中间，可以骤冷热解反应流出物。例如，在一些实施例中，中质热解油或重质热解油可用作骤冷介质，降低热解反应器流出物的温度并减慢或停止否则可能在运送至分离系统期间发生的任何反应。以这种方式，可以避免塑料的过度裂解和热解气体的过量产生，从而提供更高的液体热解油回收率。因此，本文的系统可以包括用于将中质或重质热解油分成第一部分和第二部分的分流器(其可以是简单的三通或管道/阀门)，以及用于将这些部分之一与从热解反应器回收的热解反应产物混合的骤冷系统。
22.为了进一步提高从熔化罐回收的熔融塑料的可运送性，本文的方法可以包括将熔融塑料与重质或中质热解油的一部分混合。例如，可以使用分流器将重质热解油分开，并且可以将重质热解油的一部分作为稀释剂再循环并在混合系统(其可以是例如出油三通(flow tee)、静态混合器、或小型搅拌容器)中与熔融塑料混合。在另一些实施例中，例如，可以使用分流器将中质热解油分开，并且可以将中质热解油的一部分作为稀释剂再循环并在混合系统中与熔融塑料混合。混合系统可以设置在熔化罐的下游以及热解反应器的上游。在一些实施例中，混合系统设置在熔化罐和熔融塑料分流器之间。
23.在一些实施例中，热交换器也设置在将熔融塑料从熔化罐运送至热解反应器的流送管线上。热交换器可被配置为加热熔融塑料或维持熔融塑料的温度，以维持到下游系统
的流动性。在与再循环的中质或重质热解加热混合后也可能需要加热，以将熔融塑料维持在所需温度。
24.如上面概述的，本文的系统可包括具有加热夹套和加热盘管、氮气加热器和熔融塑料热交换器的熔化罐。可以使用热交换介质向这些中的每一个提供热量。热交换介质可以例如使用火焰或电加热系统来加热。燃料可以被供应到火焰加热系统，并且可以是外部燃料供应，或者可以是内部燃料供应，例如从分离系统回收的热解气体。热交换介质可以经由闭环系统提供，热交换介质以期望的速率从火焰加热器循环到每个相应的用户，然后返回到火焰加热器以继续加热、循环和使用。
25.对于处理含氯和其他卤素的聚合物(例如pvc)的系统，本文的实施例可包括用于提供将与卤素反应并促进卤素去除的试剂的化学物质注入系统。无机和有机氯化物以及其他卤化物(氟化物、溴化物)通常存在于所有类型的塑料中，通常但不限于作为添加剂、粘合剂、阻燃剂和残留催化剂存在。这些卤化物通过在熔化罐中离解形成氯化氢或氟化氢或溴化氢而被部分去除，作为排出气体从熔化罐或熔体蒸气分离器中回收，并使用氯化物去除系统进行处理。剩余的卤素可以使用原位碱性化学物质注入来去除。化学物质可以注入到聚合物熔体中，例如热解反应器的上游或直接注入到热解反应器中。为此目的使用碱性化学物质，其通常但不限于无水石灰、苛性钠、氧化铝、碳酸钙或氧化镁。例如，制备碱性化学物质的浆料相溶液并将其注入热解反应器中，在热解反应器中提供500
°
f至1000
°
f范围内的温度和5分钟至60分钟范围内的停留时间，以使有机卤化物与碱性化学物质反应形成盐，从而将其从热解产物油和气中除去。生成的碱性盐和未反应的碱性化学物质与沥青一起从热解反应器底部提取。
26.在一些实施例中，碱性化学物质注入系统可包括用于形成石灰浆料的石灰供给系统。石灰浆料可以例如通过将石灰与重质或中质热解油的一部分混合来形成。然后可以将石灰浆料供给至混合系统以将石灰浆料与熔融塑料混合。石灰混合系统可设置在热解反应器的上游，并且在一些实施例中设置在熔融塑料分流器的下游。在流送管线和热解反应器中，石灰可以与熔融塑料中包含的氯反应，产生氯化钙，其可以与来自热解反应器的沥青产物一起回收。可以以类似的方式使用其他碱性化学注入试剂。
27.图1示出了根据本文实施例的热化学工艺的简化工艺流程图。塑料废物进料10可被供给至热解反应区20以将塑料转化为热解油，热解油可包含各种烃，例如轻质(c1至c4)烃、石脑油范围烃、柴油范围烃和较重质烃，可能达到沥青。沥青可以作为副产物流12回收，并且剩余的转化产物可以作为热解油14回收。然后可以将热解油14供给至蒸馏和分离区域22以将热解油分离成各种烃馏分，例如前述的轻质烃15、石脑油16、柴油18和重油馏分19。轻质烃15的一部分或全部，例如c1或c1-c2或c1至c3、c4、c5、c6或c7烃可再循环至热解反应区20以用作燃烧器(未示出)的燃料，所述燃烧器与反应器和/或加热器(也未示出)相关联。当需要时或如果需要的话，较重的产物也可以被再循环到热解反应区20；例如，可以将石脑油、柴油或重油馏分供给至热解反应区20并用作稀释剂流或骤冷流，如下文将进一步描述的。
28.在一些实施例中，用于热解单元的工艺设备可以是模块化形式。工艺模块可以通过卡车或铁路运输，并且可以在现场组装。模块化允许在工厂条件下实现严格的质量控制。模块化还确保成本和进度要求更加可预测，并最大限度地减少超支。
29.本文的实施例依赖于塑料原料的热化学分解(热解)来产生各种等级的气体和液体产品。固体塑料颗粒被引入熔化罐中，其然后串联到反应器中。这些容器中的每一个都被以热的方式加热。在熔化罐的情况下，热量由循环的热的热流体流提供。反应器通过一系列燃气燃烧器以热的方式进行加热，这些燃烧器使燃烧器烟道气直接冲击容器壁，容器壁可以具有低熔点金属夹套。夹套内部的金属熔化以提供均匀的加热。
30.该方法的热机制本质上是非催化的并且通过热破坏来使塑料原料中的聚合物键断裂。
31.热分解的程度与熔化罐和反应器的温度有关。一般来说，温度越高，原料塑料的热分解量越大，并且产品的分子量越低(即聚合物链被分解成具有更少碳原子的更小的链段)。因此，所使用的工艺温度是太高(导致更高的气体产生和更轻的低粘度液体产品)和太低(导致更低的气体产率和更重的高粘度液体产品)之间的平衡行为。
32.原料塑料的组成的变化将影响操作熔化罐和反应器的优选温度。特别是，原料中pvc和高密度pp和pe量的增加将需要提高温度。类似地，原料中低密度pp和pe量的增加以及pvc量的减少将使得能够使用较低的工艺温度。
33.在熔化和热解之后，本文的实施例然后使用分馏来将气体和液体分离成期望的产物流。本文的实施例可提供以下产品构成：(i)可燃热解气体；(ii)具有与未经处理的野生石脑油或汽油类似的物理和化学性质的较轻液体产品；(iii)具有与未经处理的柴油和重油类似的物理和化学性质的较重液体产品；以及(iv)重液体沥青产物，其可与来自其他炼油工艺的沥青质共混。
34.本文实施例的一个优点是其处理塑料原料组成和能力的变化的简单性和灵活性。此外，由于本文方法的实施例不需要添加任何催化剂或添加剂，因此该方法需要相当简单的主要工艺控制(即温度)来控制产物产率和性质。
35.如果需要，可以调节工艺温度以反映塑料原料的组成的变化。同时，应最小化塑料原料中pvc和pet的量。pvc塑料较难熔化和分解；分解产物还会释放出氯气(其从熔化罐中排出，然后通过与水接触而去除)。残留的氯最终还会污染液体产物流，这是不期望的。pet分解往往会向产品流中释放含氧化合物，这也是不期望的污染物。
36.现在参见图2，示出了根据本文实施例的用于转化塑料废物的系统的简化工艺流程图。可以将碎塑料10传送至位于熔化罐40顶部附近的进料区域。然后塑料通过原料螺旋钻(未示出)被引导至熔化罐40。在一些实施例中，原料螺旋钻可以被替换为挤出机或者另外包括挤出机，并且塑料原料可以通过挤出机的作用被加热。在供给至熔化罐之前，碎塑料可以与来自熔化罐底部的再循环的熔融塑料42的一部分合并。然后将合并的塑料进料在熔化罐内加热，例如加热至232℃至343℃(450
°
f至650
°
f)，例如300℃(573
°
f)的温度。可以通过使用循环通过外部罐夹套(未示出)以及熔化罐的内部盘管(未示出)的热的热流体来使罐达到一定温度。可替代地，可以通过电加热元件或通过在加热夹套中循环热烟道气来加热罐。可以通过内部熔化罐搅拌器(未示出)来充分混合熔融塑料。
37.在一些实施例中，然后可以将熔融聚合物41从熔化罐40回收、泵送并在熔体热交换器(未示出)中进一步用热的热流体加热并供给至熔体蒸气分离器(未示出)。可以通过控制到熔体热交换器的热的热流体的量来设定到分离器的进料温度。熔化罐中产生的任何蒸气可以作为与熔融聚合物分离的废气被回收。在一些实施例中，重质热解液体产物76b和/
或中质热解液体产物74b可用作稀释剂，被再循环并添加到熔化罐内部或热解反应器44上游的合适位置处的熔融塑料中。这种稀释剂还直接向塑料熔体提供热量，补充熔化固体塑料所需的总热负荷。再循环稀释剂的浓度不同，以优化热输入并保持熔体塑料流动。
38.熔融塑料的第一部分43然后可以被引导至热解反应器44的入口，在那里它可以被进一步加热和热解。泵送的熔融塑料的第二部分42，例如在熔体热交换器中被加热之后，可以被再循环回到熔化罐并且与来自进料包的新鲜塑料合并。
39.从熔化罐和/或熔体蒸气分离器(未示出)回收的任何排出气体45可被合并并引导至氯化物去除系统。氯化物去除系统可包括碱洗塔或水洗塔以完全中和氯化氢或产生盐酸副产物(未示出)。氯化物可以存在于排出气流中，并且可以在与从分离塔70到塔顶冷凝器72的塔顶蒸气68合并之前将其除去。
40.熔融塑料43可以缓慢地供给至热解反应器中的进料分配器，在其中熔融塑料在上部热解反应器搅拌器(未示出)的帮助下在下流内壁上被加热。在一些实施例中，内壁可以是锥形的。如上所述，碱性试剂也可被引入到热解反应器中。通过来自气体燃烧器的循环通过外部夹套的热烟道气，熔融塑料可被加热至例如约700
°
f至约1250
°
f，例如662
°
f至1022
°
f范围内的温度，以及约4psig至约20psig范围内，例如约6psig的压力。与加热相关联，熔融塑料可以分解成短链石油烃，其可以在蒸馏和分离区域22中分离。
41.根据本文实施例的热解反应器可分为两个区域：第一区段和第二区段。第一区段可包含目标为低转化率(例如5-20％转化率，例如10％转化率)的预热区，以及目标为30％-80％转化率，例如40％-70％转化率，例如约60％转化率(重量基准)的反应区。第二区段是在上述温度下操作的液体产物最大化区域，其中最终转化以较长的停留时间完成。可以控制第二区段中的温度以避免焦化，从而有利于液体沥青产物的产生。下部热解反应器搅拌器(未示出)混合沥青产物并且还去除反应器壁和底部上的任何固体。
42.在一些实施例中，分离系统可包括一个或多个蒸馏塔。在一些实施例中，分离系统22可包括预闪蒸罐和一个或多个蒸馏塔以及其他组件。在一些实施例中，从热解反应器44中取出热解蒸气产物46，其中它在热解反应器蒸气骤冷混合器中用从分离塔70的侧馏分74回收的冷却的中质热解馏分液体74a的一部分骤冷。然后，骤冷的热解蒸气48在供给至分离塔70之前被送至预闪蒸罐(未示出)。为了防止堆积，来自反应器底部的热沥青产物50被去除并经由热解反应器底部螺旋钻(未示出)送到沥青罐(未示出)。来自热解反应器的沥青产物可以通过来自预闪蒸罐(未示出)的重质热解馏分液体的滑流(未示出)来冷却，这也部分地降低了沥青产物的粘度。沥青罐可以通过环境空气冷却至低于约400
°
f但高于软化点。
43.来自热解反应器44的塔顶馏出物的骤冷热解产物48可供给至蒸馏和分离区域22中的预闪蒸罐(未示出)。从预闪蒸罐滴出的任何重质热解馏分液体可被泵送并与分离塔70的塔底产物76合并。来自预闪蒸罐的该重质热解馏分液体的一部分也可以被送回到沥青罐(未示出)以冷却并降低来自热解反应器的沥青产物的粘度，如上所述。闪蒸罐的塔顶馏出物作为进料被供给至分离塔。分离塔可以由顶部区段中的浮阀塔盘、中间区段中的填充床和底部区段中的挡板塔盘构成。该塔的主要目的是将热解反应器流出物48分离成热解气体78、轻质热解馏分80、中质热解馏分74和重质热解馏分76。
44.分离塔70的总塔顶蒸气68与来自碱罐(未示出)的经处理的排出气流45合并，然后在其进入回流罐72之前在塔顶冷凝器中用冷却水部分地冷凝。然后，来自回流罐的轻质热
解液体馏分被轻质热解馏分泵泵送，其中部分80r作为回流被送回到塔的顶部。剩余的轻质热解产物80作为产物回收，并且在一些实施例中，将抗氧化剂注入到该流中。在一些实施例中，轻质热解产物可以作为侧馏分从分离塔的上部塔盘取出，并且在这样的实施例中，塔可以在全回流下操作。
45.来自回流罐72的任何轻质烃和不凝物78被送到热解气体压缩机包(未示出)，在那里其被压缩并且然后被冷却。然后，冷却的热解气体被送到热解气体蓄积器(未示出)，在那里它可以与燃料气体补充物混合，例如在启动和关闭期间可能需要的。来自蓄积器的废气然后被送到热流体包(未示出)和热解反应器燃烧器(未示出)以用作燃料气体。
46.中质热解馏分产物作为侧馏分74从分离塔70的中间区段取出。中质热解产物74然后被泵送，其中部分74a被再循环回分离塔以在冷却之前洗涤蒸气进料。中质热解馏分冷却器(未示出)可以冷却剩余余量，并且剩余余量的一部分可以再循环回到热解反应器蒸气骤冷混合器以用作热解反应器蒸气的骤冷液体。剩余部分可以作为产品回收，并准备将抗氧化剂注入该流中。
47.塔再沸器负荷可以通过在再沸器(未示出)中循环热的热流体来提供。来自塔底部的重质热解馏分产物76(其是重质烃的混合物)可被泵送，然后与来自预闪蒸罐的重质热解馏分合并，并在送至储存之前通过重质热解馏分冷却器(未示出)冷却。
48.如上所述，重质热解馏分产物76的一部分76b和/或中质热解馏分74的一部分76b可再循环回到熔化罐或熔化区段处的合适位置并与从熔化罐40回收的熔融塑料混合。
49.热解气体78或其一部分可用于点燃热的热流体加热系统(未示出)中的燃烧器和热解反应器燃烧器(未示出)。然而，粗热解气体可能含有烯烃和二烯烃。在一些实施例中，可以将粗热解气体冷冻，然后分馏以回收所有比c2或c3重的化合物。在另一些实施例中，整个粗热解气体产物流78可被压缩并作为产物回收。
50.如上所述，根据本文实施例的系统可以是模块化的。在一些实施例中，系统可被构造为包括三个或更多个模块，例如包括(1)熔化罐和相关联的设备，(2)热解反应器和相关联的设备；以及(3)分离区段及相关联的设备。其他各种储存罐、压缩机、热流体加热系统和系统的其他部分也可以包含在一个或多个附加模块中。这些模块还可以设计为通过锚栓固定在地基上。此外，模块还可以设置有用于诸如电力、冷却水、天然气、原料引入、产品等公用设施的合适连接点。
51.现在参照图3，示出了根据本文实施例的供给系统、熔化罐和排出气体分离器的简化工艺流程图。废塑料302，例如碎塑料(碎片、块、粒料、小纤维，或可以以其他容易流动的形式提供的)，可以被供给至进料斗304。加热的氮气的小连续流306被供给至进料斗304以除去随进料废塑料而来的水分并且还防止氧气(空气)进入熔化罐308。例如，氮气进料可以在氮气加热器307中使用热的热流体330a加热至一定温度，例如高于60℃或高于100℃。湿氮气流312从进料斗304排出，在一些实施例中其可以排出到大气中。然后，干燥的废塑料通过原料螺旋钻310被引导至熔化罐308，原料螺旋钻310可用于将碎塑料经由流送管线311以期望的速率计量到熔化罐中。
52.在被供给到熔化罐308之前，碎塑料311与回收的熔融塑料的一部分316合并，后者可以是在熔化罐308的底部熔化并经由流送管线318从熔化罐308的底部回收的塑料的一部分。然后将合并的塑料进料317在熔化罐308内加热至足以熔化废塑料的温度，例如250℃至
350℃范围内的温度，例如300℃，其中熔融塑料具有足够的流动性(具有足够低的粘度)，用于经由流送管线318取出并运送至下游设备。
53.可以通过使用来自热流体包328的热的热流体330使熔化罐308达到一定温度。如图3所示，通过使热的热流体的一部分330c循环通过外部熔化罐夹套308j以及使热的热流体的一部分330b循环通过内部加热盘管308c，可以使熔化罐达到一定温度。热流体330的使用限制了熔化罐中任何点处的最大表层温度，这可以有助于最小化或消除熔化罐308中的任何焦炭形成。熔融塑料通过内部熔化罐搅拌器320在熔化罐308内混合。
54.经由流送管线318从熔化罐取出的熔融塑料然后在熔体热交换器322中用热的热流体330d进一步加热，例如至325℃至375℃范围内的温度，例如350℃。如上所述，所得加热的聚合物熔体可分为再循环至熔化罐308的部分316和聚合物熔体部分324，聚合物熔体部分324可供给至熔体蒸气分离器340的下游和下游处理(未示出)，包括用于将废聚合物熔体转化为较轻质烃的热解反应器。
55.在一些实施例中，溶剂，例如下游热解反应器中产生的重油或热解油的中质或重质馏分，可以经由流送管线342供给并与从熔化罐308取出的熔融聚合物318混合。再循环的热解油可有助于熔化塑料，这是在反应器中成功热解的第一步。塑料是一种非牛顿液体并且具有高粘度。在罐中加热塑料并保持其均匀是非常困难的。塑料的粘度随塑料聚合物的分子量、由搅拌器和其他机械应力引起的剪切速率以及温度而变化很大。为了限制在期望的熔融温度处或低于期望的熔融温度时塑料流变性的广泛变化，可以将合适的溶剂342与熔化罐308中的熔融塑料混合。溶剂342可以来自热解过程的任何液体产物(内部溶剂)或来自外部来源。在一些实施例中，以新鲜废塑料311进料速率的10-30％(按重量计)之间的流速提供溶剂。另一个优点是，通过使用溶剂，降低了塑料粘度并改善了熔化罐中的传热。
56.如上所述，聚合物熔体在进入熔体蒸气分离器340之前在交换器322中被加热。熔体蒸气分离器340的进料温度通过控制进入熔体热交换器322的热的热流体的量来设定，熔体热交换器可以是螺旋式热交换器。根据所处理的聚合物，石灰344可以作为浆料相注入熔体蒸气分离器340中以从熔融塑料进料中去除无机和有机氯化物。氧化钙将与反应器内部的氯化物反应形成氯化钙，然后其与沥青一起从反应器中除去。然后经由流送管线346从分离器340的底部回收的熔融塑料被引导至热解反应器(未示出)，在热解反应器中其被加热、热解和加工，如上文关于图1和图2所述。
57.来自熔化罐的排出气体348和来自熔体蒸气分离器的排出气体350可合并并被引导至排出气体冷却器(未示出)。冷却的排出气体可被送至蜡油分离器(未示出)。任何冷凝的烃/蜡油在蜡油分离器罐中与冷却的排出气体分离。液态烃/蜡油可被输送至热解反应器下游的分离塔以回收烃。合并的排出气流中存在的氯化物可以在与来自热解反应器下游的分离塔的塔顶蒸气合并之前通过水洗除去。添加到反应器中的石灰还可以去除难以去除的有机氯化物，从而在热解产物中产生非常低的ppm水平的氯化物。
58.石灰或其他碱注入反应器中可用于满足产品的氯化物规格。随进料而来的氯化物(例如来自pvc)是有机氯化物和无机氯化物二者。虽然在熔化罐条件下解离的无机和有机氯化物的一部分会随熔化罐蒸汽去除，但另一部分较难去除的氯化物会在热解反应器中与碱性试剂(例如cao(石灰))反应形成盐，如氯化钙(cacl2)。所得的盐和未反应的碱性试剂，例如cacl2和任何未反应的cao，与沥青一起从热解反应器底部的去除。在一些实施例中，将
无水石灰粉末与热解油(例如重质馏分产物)混合，并且将所得石灰浆料经由流送管线344泵入热解反应器中。可以调节石灰(碱性试剂)的定量给料速率，以达到所需的热解产物中氯含量的减少。
59.如上所述，热流体包328可用于将加热的热流体供应至氮气加热器307、熔化罐盘管308c、熔化罐夹套308j和熔体热交换器322中的每一个。在相应单元中进行热交换之后，热流体可以返回到热流体包以在热交换回路中重新加热和再利用。热流体包328可以是火焰热交换器，例如，其可以由一种或多种燃料供燃料，在一些实施例中，所述燃料可以是从热解反应器下游的分离塔回收的轻质烃馏分360，或外部燃料供应361。燃料可以用空气362燃烧，产生废气364。用于加热热流体的火焰热交换器可以是独立单元或者可以被配置为较大的火焰加热器的一部分，用于加热复合体的多个工艺或公用设施流。在另一些实施例中，热流体可以由电加热器加热。
60.在一些实施例中，整个热解单元被设计为一旦达到正常操作条件就消耗单元本身内的热解气体产物的一部分。该热解气体将用于点燃热的热流体加热系统328中的燃烧器和热解反应器燃烧器。然而，根据总体加工，粗热解气体可能含有烯烃和二烯烃，并且可能导致可能引起环境问题的火焰分布。作为一种选择，粗热解气体可以通过冷冻和分馏进行纯化，以回收所有比c1、c2或c3重的化合物。另一种选择是压缩整个粗热解气体产物流(例如压缩至大约27barg)，然后将压缩流作为产物运输。然后，热解撬的加热要求完全使用进口天然气来满足。
61.如上所述，本文的实施例涉及用于将废聚合物材料转化为有用的石化产品、燃料和其他中间体和产品的方法和系统。有利地，本文的实施例产生沥青产物，而不是焦油或焦炭，并且在允许产生高质量热解油的温度和转化率下操作。
62.除非另有定义，否则所使用的所有技术和科学术语具有与这些系统、装置、方法、过程和组合物所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
63.单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指示物，除非上下文另外明确指出。
64.如此处和所附权利要求中所使用的，词语“包含”、“具有”和“包括”及其所有语法变体均旨在具有开放的、非限制性的含义，其不排除附加元素或步骤。
[0065]“任选地”意味着随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生。该描述包括事件或情况发生的情况和它未发生的情况。
[0066]
当使用词语“大约”或“约”时，该术语可以表示可以存在值的最高
±
10％、最高5％、最高2％、最高1％、最高0.5％、最高0.1％、或最高0.01％的差异。
[0067]
范围可以被表达为从约一个特定值到约另一特定值，包括端值。当表达这样的范围时，应当理解，另一实施例是从一个特定值到另一特定值，以及该范围内的所有特定值及其组合。
[0068]
虽然本公开包括有限数量的实施例，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解，可以设计出不脱离本公开的范围的其他实施例。因此，范围应仅由所附权利要求书限制。

技术特征：
1.一种用于转化废塑料的方法，包括：将废塑料供给至熔化罐；在所述熔化罐中，加热所述废塑料以形成加热的熔融塑料；将所述加热的熔融塑料从所述熔化罐中取出，并将所述加热的熔融塑料供给至热解反应器；在所述热解反应器中，将所述加热的熔融塑料加热至热解温度，产生热解油产物和液体沥青产物；以及将所述热解油产物分离成热解气体馏分、轻质热解油馏分、中质热解油馏分和重质热解油馏分。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述废塑料作为从挤出机回收的部分或完全熔化的废塑料被提供至所述熔化罐，所述方法还包括在所述挤出机中部分或完全熔化所述废塑料。3.根据权利要求1所述的方法，还包括控制所述热解反应器中的温度以将所述加热的熔融塑料的温度限制到低于形成炭或焦炭的温度。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述加热的熔融塑料分成第一部分和第二部分；在所述熔化罐的上游，将所述第二部分与所述废塑料混合；以及将所述第一部分供给至所述热解反应器。5.根据权利要求1所述的方法，还包括，在将所述废塑料供给至所述熔化罐之前，使所述废塑料与氮气在足以从所述废塑料中除去水的温度下接触。6.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述中质热解油馏分分成第一部分和第二部分；以及将所述中质热解油的所述第一部分与所述加热的熔融塑料混合，其中所述混合在所述熔化罐的下游以及所述热解反应器的上游进行。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：将所述中质热解油馏分分成第三部分；以及用所述中质热解油的所述第三部分骤冷从所述热解反应器回收的所述热解油。8.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述重质热解油馏分分成第一部分和第二部分；以及将所述重质热解油的所述第一部分与所述加热的熔融塑料混合，其中所述混合在所述熔化罐的下游以及所述热解反应器的上游进行。9.根据权利要求1所述的方法，还包括通过所述热解气体馏分的燃烧直接或间接向所述熔化罐或所述热解反应器之一或两者提供热量。10.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述熔化罐的下游以及所述热解反应器的上游，将碱性试剂与所述加热的熔融塑料混合，使所述碱性试剂与所述加热的熔融塑料中包含的氯反应以形成钙盐，以及与所述液体沥青产物一起回收所述钙盐。11.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述熔化罐中取出蒸气流，并且任选地处理所述蒸气流以除去其中包含的任何卤素。12.一种用于热解废塑料的系统，所述系统包括：
熔化罐，所述熔化罐具有：被配置用于接收来自废塑料供给系统的包含废塑料的进料流的入口；被配置用于将所述废塑料从进料温度加热至熔融温度以产生熔融塑料的加热系统；被配置用于输出所述熔融塑料的出口；热解反应器，所述热解反应器具有：被配置为接收所述熔融塑料的入口；被配置为将所述熔融塑料加热至热解温度的加热系统；用于回收热解油的第一出口；用于回收沥青产物的第二出口；以及被配置为控制所述加热系统以将所述熔融塑料的温度限制到用于产生所述沥青产物的温度的控制系统。13.根据权利要求12所述的系统，其中所述废塑料供给系统包括用于部分或熔化所述废塑料的挤出机。14.根据权利要求12所述的系统，还包括：流送管线，其设置在所述熔化罐出口和所述热解反应器入口之间，被配置为将所述熔融塑料分成供给至所述热解反应器入口的第一部分，以及第二部分；和混合系统，其被配置为在所述入口的上游以及所述废塑料供给系统的下游将所述熔融塑料的所述第二部分与所述废塑料混合。15.根据权利要求12所述的系统，其中所述废塑料供给系统包括进料斗和螺旋输送机，所述系统还包括：氮气供应装置和氮气供给管线，用于向所述进料斗和所述螺旋输送机中的至少一个提供氮气；以及氮气加热器，其被配置用于将所述氮气加热至高于100℃的温度。16.根据权利要求12所述的系统，还包括被配置为将所述热解油分离成两种或更多种馏分的分离系统。17.根据权利要求16所述的系统，其中所述分离系统被配置为将所述热解油分离成热解气体馏分、轻质热解油馏分、中质热解油馏分和重质热解油馏分。18.根据权利要求17所述的系统，还包括流送管线和混合系统，其被配置为供给所述中质热解油馏分的一部分或所述重质热解油馏分的一部分并将其与所述熔融塑料混合，其中所述混合系统设置在所述熔化罐出口的下游以及所述热解反应器入口的上游。19.根据权利要求17所述的系统，还包括被配置为用所述中质热解油馏分的一部分骤冷经由所述第一出口回收的热解油的骤冷系统。20.根据权利要求17所述的系统，还包括被配置用于将所述热解气体馏分作为燃料供给至加热器的流送管线。21.根据权利要求20所述的系统，其中所述加热器被配置为向所述熔化罐加热系统、设置在所述熔化罐出口的下游以及所述热解反应器入口的上游的热交换器以及氮气加热器提供加热的热交换流体。22.根据权利要求12所述的系统，其中所述熔化罐加热系统包括设置在内部熔化罐容器周围的外部夹套和设置在所述内部熔化罐容器内的一个或多个加热盘管。

技术总结
用于转化废塑料的方法和系统包括将废塑料供给至熔化罐，并且在熔化罐中加热废塑料以形成熔融塑料。将熔融塑料从熔化罐中取出并供给至热解反应器。在热解反应器中，将熔融塑料加热至热解温度，产生热解油产物和液体沥青产物。然后将热解油分离成热解气体馏分、轻质热解油馏分、中质热解油馏分和重质热解油馏分。中质热解油馏分和重质热解油馏分。中质热解油馏分和重质热解油馏分。


技术研发人员：苏迪普托
受保护的技术使用者：鲁姆斯科技有限责任公司
技术研发日：2022.01.14
技术公布日：2023/9/23