用于含PVC的混合塑料废物热解的方法与流程
未命名
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用于含pvc的混合塑料废物热解的方法
1.本专利申请要求2020年12月31日提交的美国专利申请63/132,573的优先权,该专利申请全文并入本文。
技术领域
2.通常的领域是将塑料废物流热解为烃,同时使所需的混合塑料分选的量最小化。具体地讲,本公开涉及低温非搅拌充分混合的热解反应器。
背景技术:
3.混合塑料废物源自消费后塑料废物的路边废料收集。混合塑料废物还来自特定的工业场所,例如具有宽范围组成的建筑、包装和农业废物。已知在无空气气氛和更高温度条件下,例如350℃至900℃,通过热解工艺的化学回收将塑料废物转化成燃料或石化原料替代物。
4.尽管混合塑料进料有各种变化,但广泛定义的混合塑料废物含有所有七种类型的混合塑料,即聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、低密度和高密度聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚苯乙烯(ps)和来自各种消费后产品(例如电子垃圾、汽车垃圾、聚氨酯泡沫包装、地毯尼龙等)的其他混杂塑料。在混合的进料废物中可能存在其他杂质(诸如痕量金属),其作为配混添加剂以增强来自聚合工艺的性能。此外,还存在少量的非塑料诸如纸和木材。
5.某些塑料产生较高产率的炭(碳质固体)。已知炭对非均相催化剂具有显著的失活作用。us6255547b1是描述用于热解塑料的非均相催化剂的示例。非均相催化剂易于由于热解条件快速催化失活,并且易于由于副产物干扰而失活。具体地讲,催化剂表面处的涂层或孔块受炭的干扰。ep2516592b1描述了通过采用分批模式机械搅拌反应器使用催化剂使干扰最小化的方法。在每个反应循环之后,分批反应器从反应器底部去除炭。在许多情况下分批操作是不期望的。操作者需要多个反应列来避免分批操作中的生产中断,并且时间表变得复杂。分批操作也可导致产品品质随时间推移的变化,除非在交错的时间表中使用大量平行列。以这种方式操作增加了资本和操作成本。没有催化的热解以连续方式更有效和经济地进行。
6.现有技术教导了通过使用回转窑(us20170283706a1、us201702182786a1)或挤出设备(us10233393)的塑料废物热解。产物(包括炭)的运输可涉及以特定的旋转速度操作回转窑,或者利用螺旋型装置。最常见地,通过燃料气体燃烧、电加热或热油介质经由反应器壁间接地传递热量。热传递到反应物中依赖于壁和反应物之间的传导系数。这导致反应器中的大温度梯度。壁附近的工艺流体比远离加热壁的工艺流体热得多。净效应是源自较热壁附近的流体的过量炭产率。反应器中的均匀热分布应导致较低的炭产率和较高的产物产率。
7.使用热解反应器中的对流热传递有助于避免上述讨论的间接加热的问题。这通常通过使工艺流循环并通过外部加热器或交换器加热它使得它充当反应器的加热介质来进
行(us20140114098a1)。然而,循环的热介质可能热裂化,这使得加热流体的选择复杂化。塑料本身也具有低导热性,这意味着可能需要更大量的热介质。us20140114098a1公开了使用原油作为热传递助剂以克服熔化塑料进料的低导热性。已知原油及其蒸馏馏分在热解反应器中观察到的温度下显著裂化。这意味着需要连续供应原油。当这样的供应难以获得时,这提出了实际的挑战,并且增加了工艺的额外成本。工艺流是加热介质的更好选择,因为它解决了这种来源问题。循环的工艺衍生的产物流必须不含大的金属固体和大的炭固体以避免加热器结垢和交换器结垢。通过新型反应器设计,热解循环回流的流可使其固体含量最小化,使得该流不腐蚀或结垢,并且可供应加热介质要求。
8.在连续操作的充分混合的反应器系统中,来自进料的金属物质,例如在各种分子中的含铁、铜、铝的残余物,任何非均相催化剂或性能增强吸收剂或较大的碳质炭颗粒可能由于腐蚀并且具体地讲由于结垢和因此输送管线堵塞而导致缩短加热器管或/和循环泵中的运行时间。优选从进料、任何非均相催化剂或性能增强吸收剂或较大的碳质炭颗粒中去除此类固体颗粒,包括金属物质。金属物质,例如铁、铜、铝的密度可以是吸收剂和碳质炭颗粒的2至3倍,因此更容易沉降到反应器底部并离开该过程。然而,需要设计一种系统,该系统引导可能导致堵塞问题的吸收剂和碳质炭颗粒沉降到反应器底部。
9.因此,需要一种处理混合塑料的稳健方法,特别是使塑料进料的分选量最小化的方法。反应器系统应连续运行并有效地沉降金属和炭颗粒,以用于平稳的工艺操作,同时利用工艺流来维持对反应器的高热传递效率。具体地讲,可以有利地采用不需要具有物理混合器,而是依赖于流的速度来提供必要的混合的反应器。
技术实现要素:
10.本文设想的各种实施方案涉及用于热解混合塑料废物流以产生低氯化物含量的油产物的方法和设备。本文教导的示例性实施方案提供了用于热解混合塑料废物流的方法。实施方案还示出了一种新型反应器设计,其有助于实现前述过程。
11.根据示例性实施方案,提供了用于热解混合塑料废物流的方法。该方法包括热解最少分选的混合塑料废物流。废塑料首先在熔融反应器中接触由该工艺产生的热液体流。该熔融反应器熔化废塑料并产生蒸气流,其稍后将在下文中进一步详细描述。来自熔融反应器的底部液体可被泵送或加压到热解反应器中,在热解反应器中,熔融反应器底部流被裂化成蒸气流和底部液体流。热解反应器含有在聚合反应器中产生的大量液体材料的库存。该液体与熔融反应器底部液体混合以提供熔融反应器和热解反应器两者处所需的所有反应热和蒸发热。热液体流经由泵送装置通过切向射流流入热解反应器顶部环区域中。热液体流具有比主反应器更高的温度,因为它提供热解反应器所需的所有热量。热解反应产生炭颗粒,炭颗粒沿圆形壁区域向下沉降到热解反应器底部。收集任何金属颗粒和大的炭颗粒并沿热解反应器底部液体流排出。去除反应器液体的一部分并发送到循环回流泵。循环液体的一部分被发送通过加热器系统,在该加热器系统中提供维持主裂化反应所需的所有热。来自加热系统的循环液体的至少一部分被直接发送至熔融反应器以维持熔融反应需要。
12.尽管使用了最少分选的混合塑料进料,但该方法利用新型反应器设计来提供用于连续热解操作和固体分离的方法。
13.考虑以下具体实施方式、附图和所附权利要求,将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点。
附图说明
14.下文将结合以下附图描述各种实施方案,其中类似的数字表示类似的元件。
15.图1是根据示例性实施方案的用于热解混合塑料流的方法和设备的示意图。
16.图2是根据示例性实施方案的用于热解混合塑料流的反应器系统的示意图。图2a示出了以垂直角度进入的进料,而图2b示出了以切向角度进入的进料。
17.包括图3a、图3b和图3c的图3是根据示例性实施方案的用于热解混合塑料流的另选的反应器系统的示意图。
18.图4是根据示例性实施方案的用于热解混合塑料流的另选方法和设备的示意图。
19.定义
20.如本文所用,术语“反应器”意指为进料聚合物提供停留时间的热裂化容器。熔融槽反应器是这样一种反应器:其中当大部分混合塑料进料通过物理熔化成为粘性液体时,仅一部分混合塑料进料被热解。上面介绍了主热解反应器类型,使用对流热传递的充分混合的反应器类型具有优于由窑或螺杆挤出机提供的间接传导加热器传递的优点。充分混合的反应器观察到在整个液体空间建立的均匀温度分布。
21.如本文所用,术语“混合塑料进料”意指在进料中存在两种或更多种聚合物。
22.如本文所用,术语“产物”意指热解反应后的质量流的一部分。产物可广泛地作为可出于利润而出售的主要产物,当目标是主要利润产物时,其是作为副产物的流。在本发明的上下文中,热解反应产生:含有烃类气体的残余气态产物,其占熔体进料的5重量%至10重量%;70重量%至90重量%产率的当冷凝至室温条件时的液体,2重量%至15重量%的作为液体和固体的混合物从反应器排出物离开的残余物,其可能不具有高利润,例如其被认为是副产物。
23.如本文所用,术语“残余物”意指在加工步骤后剩余的部分。在本发明的上下文中,残余物特别是作为液体和固体的混合物离开工艺边界的流,其对于下游应用具有比主要产物相对更低的盈利用途。
24.如本文所用,术语“炭”是塑料进料流热解后剩余的固体材料。炭是含碳副产物,其通常嵌入残余物流中。炭是制备主要产物时必需的副产物。可应用反应策略来减少炭,但是它不能被消除。某些塑料组合物有助于产生比另一种更高量的炭。已知在可比较的加工条件下,来自电子垃圾的硬质塑料和含芳族分子的塑料化合物(诸如pvc、pet、ps或丙烯腈丁二烯苯乙烯)倾向于比聚乙烯和聚丙烯产生更多的炭。
25.如本文所用,术语“固体”是处于固态的材料。如以上所提及的,混合塑料可含有在聚合物制造工艺期间引入的层状添加剂。一个示例是基于mgo、cao和li2o的玻璃纤维种类。另一个示例是当形成导电塑料时基于锌、铅或镉的金属填料。金属或碱金属以固体形式最终存在于残余物流中。另一种形式的固体可来自在反应中用于使含氯分子反应的吸收剂。示例包括在氢氧化物、氧化物或其碳酸盐中的基于钙的吸收剂,通常来自天然存在的矿物。第三,上述固体是附聚形式的碳质炭。大的炭颗粒如果被携带到泵或加热器中,则沉降在输送管线中并且继续污染这些管线以引起流动中断和较差传热。它还可能阻塞泵齿轮或叶片
并导致延长的中断。大的炭颗粒在此是指尺寸。固/液离析与其密度和粒度有关。经常使用斯托克斯定律及其导数来预测其在液体中运输时的行为。金属或碱金属、碱土金属的固体特性比碳质固体更致密,因此炭更容易沉降到反应器底部以用于排放。炭由于其较低的密度而对选择性沉降更具挑战性。当旨在沉降特定较小粒度级的炭时,困难更严重。对于固体密度而言,金属或碱金属、碱土金属的颗粒密度通常介于2g/cc至5g/cc之间。炭颗粒可具有1.25g/cc至1.8g/cc的颗粒密度。尺寸大于约150微米的炭颗粒可被认为是更有害的,造成污垢。
26.如本文所用,术语“部分”意指与主料流相比,在组成上无任何变化的取自主料流或从主料流分离出的量或份数。另外,它还包括将所取的或分离的部分分成多个部分,其中每个部分与主料流相比保持相同的组成。
27.如本文所用,术语“单元”可指包括一个或多个设备项和/或一个或多个子单元的区域。装备项可包括一个或多个反应器或反应器容器、加热器、分离器、罐、交换器、管道、泵、压缩机和控制器。另外,装备项诸如反应器、干燥器或容器还可包括一个或多个单元或子单元。
28.术语“连通”意指在枚举的部件之间可操作地允许材料流动。
29.术语“下游连通”意指在下游连通中流向主体的至少一部分材料可以从与其连通的对象可操作地流动。
30.术语“上游连通”意指在上游连通中从主体流出的至少一部分材料可以可操作地流向与其连通的对象。
31.术语“直接连通”或“直接”意指从上游部件流动进入下游部件,而不会由于本文所用的物理分馏或化学转化(术语“沉降)而发生组成变化。沉降是指固体和液体分离,特别是使固体向下行进到反应器容器中或在反应器容器内行进。当固体趋于沉降时,其载液不能提供速度,因为需要其继续加速或防止其仅通过液-固拖曳力从连续范围的液流中脱落。临界液体速度通常称为“终端速度”或“沉降速度”。当固体沉降时,其具有相对于液体平均速度的滑移速度,或者其落后于液体平均速度。当对于一群固体发生这种情况时,固体倾向于由于固体运输的滞后而在梯度中累积浓度,或者当液体在管道或容器中行进时形成沉淀物。此外,当固体和流体之间的密度差较小时,可以应用离心原理来增强分离。因此,已知诸如水力旋流分离的离心装置能够增强固体分离,看起来像固体浓度沿壁向下至装置的最底部增稠,同时澄清的贫固体液体返回至装置顶部,因此完成分离,像固体沉降。如本文所用,术语“品质”。热解产物品质是指使其或多或少适用于下游应用的许多化学组成。在混合塑料的热解中,热解的目的经常是将其应用于下游精炼厂。其烃含量是品质的重要量度。特别地,与本发明相关的关键品质量度是氯化物含量。有机形式或无机形式的氯化物含量趋于导致冶金腐蚀。
具体实施方式
32.以下具体实施方式本质上仅是示例性的,并且不旨在限制各种实施方案或其应用和使用。另外,不意图受前述背景技术或以下详细描述中呈现的任何理论的束缚。通过删除通常在这种性质的方法中采用的大量设备诸如容器内部构件、温度和压力控制系统、流量控制阀、再循环泵等(这些并不是说明方法的性能所特别需要的)来简化附图。此外,在具体
附图的实施方案中对当前方法的说明并非旨在将本方法限制于本文所述的具体实施方案。
33.如图所示,附图中的工艺流程线可以互换地称为例如管线、管道、分支、分配器、流、流出物、进料、产物、部分、催化剂、抽出物、再循环、抽吸、排放和焦散。
34.提供了一种用于热解含聚氯乙烯的废物流与金属和炭产物的两步混合塑料废物热解方法。参照根据如图1所示的实施方案的方法和设备100来解决用于热解塑料废物流的方法。参照图1,方法和设备100包括熔融反应器101、热解反应器102、分离单元103和104、吸附剂床部分105、废气燃烧和油热交换器部分(也称为焚化炉)106、气体清洁部分107和最后具有任选分馏和储存的产物指定部分108。
35.在一个实施方案中,混合塑料残余物流可包含混杂塑料废物,该混杂塑料废物包括至少七种类型的塑料种类:聚对苯二甲酸乙二醇酯、低密度和高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和其他混杂塑料。美国环境保护局在《推进可持续性材料管理:2016年和2017年》中报告的表和图显示,美国平均3%的聚氯乙烯、13%的聚对苯二甲酸乙二醇酯、7%的聚苯乙烯以及11%的其他塑料和未定义的塑料在2017年的废塑料混合物中最终进入垃圾填埋场。每种塑料类型的相对量根据回收塑料的收集位置而变化。
36.其他混杂塑料可源自各种消费后产品,包括在电子垃圾中发现的丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚氨酯泡沫包装、地毯尼龙和聚砜。混合塑料残余物流还通常已知为含有杂质,诸如纸、木材、铝箔、一些金属导电填料或卤化或非卤化阻燃剂。在热解反应期间,这些杂质中的一些杂质可导致产物流中的杂原子。在主要产物中的所有杂原子中,源自聚氯乙烯的氯化物由于其与冶金腐蚀的联系而对于品质而言是最令人关注的。由于聚合物分子中的芳族结构,一些有助于更多的炭形成。一些从塑料分子基质中分解出来并形成含有金属和碱土金属的颗粒副产物。
37.在一个实施方案中,在机械再循环设施(mrf)的处理端处的混合塑料废物被用于热解原料,否则该混合塑料废物被发送至垃圾填埋场。在图1中,混合进料流在mrf位点以最小分选接收,并作为致密的薄片或粒料添加到系统中。将混合进料流1加入到熔融反应器101中。当将混合塑料废物热解时,基于新进料速率,理论上1重量%的聚氯乙稀产生约5800ppmw的氯化氢。具有最小分选的混合进料流在其中可含有》2重量%的pvc。冷的混合塑料绒毛与热液体流8混合以达到300℃至350℃的温度。
38.熔融反应器101用作脱氯反应器,并且可以在以下条件下操作:约200℃(392℉)至约350℃(662℉)或优选地约280℃(536℉)至约320℃(608℉)的温度,约0.069mpa(表压)(10psig)至约1.38mpa(表压)(200psig)或优选地约0.138mpa(表压)(20psig)至约0.345mpa(表压)(50psig)的压力,约0.1hr-1
至约2hr-1
或优选地约0.2hr-1
至约0.5hr-1
的新鲜熔融进料的液时空速,以及在氮封下或约1.7nm3/m3塑料熔体(10scf/bbl)至约170nm3/m3塑料熔体(1,000scf/bbl)或优选地约17nm3/m3塑料熔体(100scf/bbl)至约850nm3/m3塑料熔体(500scf/bbl)的专用氮气吹扫速率。在熔融反应器101中,聚氯乙烯大部分通过“解链”反应来热解,其中氯化物分子通过热解自由基反应被容易地去除并且在附近位置提取氢以形成氯化氢。选择熔融反应器101的温度以熔融大部分塑料组分但仅达到它们的裂化温度以使氯化氢的产率最大化并使形成的反应性烯烃量最少化。熔融反应器配备有混合器以保持塑料熔体充分混合直到熔融大部分完成。熔融反应器仍可留下一部分未转化的进料氯化物。该氯化物需要几个下游步骤以满足产品品质要求。熔融反应器中合理的脱氯转化率为
90%,或在上文规定的条件下为约80%至约98%。留在熔融反应器底部的任何有机氯化物导致在热解反应器中形成氯化氢,因此有机氯化物和热解油中捕集的任何氯化氢对下游加工单元冶金是有害的并且需要附加的吸收剂添加。在本发明中,不管进料中的氯化物含量如何,产品品质目标为小于10ppmw氯化物或更小。
39.熔融反应器由进料1形成第一蒸气流2和第一液体流3。第一液体流3含有混合塑料熔体,其中大部分氯化物在蒸气流2中被去除。将第一液体流3发送至主热解反应器102。主热解反应器为所有混合塑料提供足够的停留时间,以将第一液体流3转化成指定的产物板。主热解反应器可在以下条件下操作:约300℃(572℉)至约550℃(1022℉)或优选地约380℃(716℉)至约450℃(842℉)的温度,约0.069mpa(表压)(10psig)至约1.38mpa(表压)(200psig)或优选地约0.138mpa(表压)(20psig)至约0.345mpa(表压)(50psig)的压力,约0.1hr-1
至约2hr-1
或更优选地约0.2hr-1
至约0.5hr-1
的新鲜熔体进料的液时空速,以及在氮封下或速率为约17nm3/m3塑料熔体(100scf/bbl)至约850nm3/m3塑料熔体(5,000scf/bbl)或更优选地约170nm3/m3塑料熔体(1000scf/bbl)至约340nm3/m3塑料熔体(2000scf/bbl)的专用氮气吹扫流4。氮气吹扫流4用作对总蒸气产物中氯化氢分压的稀释。降低的氯化氢分压通过降低平衡常数来显著减少有机氯化物的形成。可将精细研磨的固体吸收剂流5引入热解反应器102顶部处的进料中。所选吸收剂可包括天然存在的碱性材料,例如碳酸钙、生石灰或氢氧化钙。钙剂量与留在热解反应器进料中的氯化物的摩尔比理想地为2至3。熔融反应器101中的先前脱氯步骤应已去除混合塑料进料中的至少80重量%的氯化物。碱性吸收剂剂量基于进料氯化物含量和估计的氯化物去除功效。钙还可具有絮凝效果,使得碳质炭颗粒在钙颗粒的种子周围聚集。絮凝的颗粒将比未絮凝的炭颗粒更容易在热解反应器中沉降。热解反应器含有与蒸气产物流相平衡的液体。一部分液体流8可被发送至循环泵。泵送的流可分成流9和流10。流9的质量流可为使得其通过与熔化塑料混合而维持如上所述的熔融反应器温度。流9还可用于降低聚合物熔体粘度。流10的质量流可为使得其在通过流11返回到热解反应器102时经由加热器106获得所有焓要求。通过在主热解反应器102中混合热流11和冷流3实现必要的热传递。热解反应器102可从热解反应器的顶部抽取第二蒸气产物流6并从反应器的底部抽取第二富含固体产物流7。热解反应器102内部的对流热传递以及来自围绕流11泵送的混合提供均匀加热,这是优于经由外部间接加热来加热的热解反应方法的优点,通常见于挤出或回转窑反应器中。
40.图1还说明了蒸气产物流6,其含有由氮气流以设计的蒸气线速度携带的一系列烃。在本发明中,蒸气线速度旨在大于0.2英寸/秒以避免二次裂化。蒸气产物流6可直接或间接接触冷却介质,然后分离成蒸气流13和液体流15。当涉及直接水接触作为一种可能的冷却方法时,在流14处收集含水流。当省略直接水接触时,流14可不存在。液体流15也是加热后的流16并且在闪蒸筒104中闪蒸以产生稳定的液体流18。蒸气流17处于比分离器103更高的压力下,并被压回到分离器103以增强所需产物中烃的回收。该流与流12混合以避免在分离器103上需要多个入口喷嘴。
41.稳定的液体流19在其进入吸附剂系统105之前在流19中被进一步冷却至期望的温度。吸附剂系统105作为另一个和最终的氯化物抛光装置运行。钙、其他碱性材料或一系列天然存在的吸附剂可用于连续去除冷凝油中大部分未转化的氯化物含量。更优选地使用具有高吸附容量和活性的特别的工程化吸附剂。吸附容量被定义为每单位吸附剂。吸附活性
由达到期望速率所需的较低温度来定义。此外,霍尼韦尔环球油品公司(honeywell uop)商业产品clr 204特别适用于该应用。如本文先前所提及的,本公开提供了逐步的氯化物去除。当混合塑料进料具有升高的pvc含量(例如2%或更多)时,单步骤氯化物去除可能在氯化物去除方面具有效率问题。熔融反应器101首先通过在熔融反应器中分解pvc而去除混合塑料进料中超过80重量%的氯化物。该氯化物作为氯化氢被去除。在热解反应器102中去除一部分剩余的氯化物,其中加入吸收剂以将一部分氯化物转化成盐。未转化的氯化氢在吹扫氮气流中进一步稀释,其中氯化氢和有机分子之间的气相重组反应被最小化。该部分中以上提及的步骤可设计成去除流19中的大部分氯化物,优选地低至低于200ppmw。吸附剂系统105适于将最终产物中的氯化物去除至接近零浓度或不超过10ppmw。吸附剂系统105以相同的备用床运行以避免氯化物穿透。在吸附剂系统105中产生的盐被认为是废的并且在另一个容器在线运行时被去除。这使得该单元能够连续运行,这比分批处理有好处。每个氯化物控制步骤在进料中具有最佳的氯化物浓度和效率限制。已知当超过特定效率阈值时,吸收剂注入气体稀释的反应器随剂量的增加而产生不经济收益,例如,当寻求降低到产品中低于约200ppm至400ppm cl的水平时,可能需要过量使用吸收剂,从而导致经济损失。吸附剂床仅作为最终抛光更适合且经济,即,使最终产物中的氯化物含量从200ppm至400ppm降至《约10ppm。类似地,吸附剂床进料中的任何氯化物增加可导致吸附剂的过度大量使用。因此,在逐步脱氯中,可证明将吸收剂注入反应器对于使氯化物含量从几千百万分率下降到几百是关键的。然而,吸收剂在反应器中的使用需要被设计成通过沉降去除吸收剂。将清洁的产物流20冷却为流21并储存在产物储存器108中。如果需要,流21可根据它们的沸点分馏成两个或更多个流,然后发送至储存器。
42.总蒸气流13可含有多种气态物质。特别地,它可含有氮、来自进料的任何残余水分、氯化氢、来自聚对苯二甲酸乙二醇酯转化的二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯和来自塑料热解反应的重质烃蒸气。热值非常高,通常为约30,000kj/kg。气体的燃烧在气体净化之前是必要的,但它也为该工艺提供有用的热源。在内置于单元106中的热交换器中利用燃烧的热量。焚化后,将尾气流22发送至净化系统107,其中在碳床中去除任何二噁英,并使用苛性碱、碳酸氢钠或与hcl反应的其他物质来洗涤出氯化氢。
43.示出设备200的图2提供了热解反应器102的详细构造,其具有若干与现有技术的热解反应器不同的特征。热解反应器102可保持在恒定的液位。热解反应器102可具有圆筒形状,其具有以机械方式被设计成适配该反应器的圆形形状的内部圆筒。内部圆筒可被构造成具有高于液位的部分,但圆筒的大部分浸没在液体反应器中。在一个实施方案中,内部圆筒是偏心的,因此内部圆筒壁在一侧上与反应器圆筒重叠。在另一个实施方案中,内部圆筒是同心的,因此内部圆筒置于主反应器的中心。热解反应器102中的反应热是熔融反应器中的反应热的约2至3倍。热解后,聚合物分子显著裂化成产物分子。较小的产物分子大部分作为第二蒸气流6离开热解反应器顶部。产物蒸气流6在吹扫气体4的帮助下快速离开,该吹扫气体有助于驱动液体产物蒸发以避免过度的二次裂化。吹扫气体4还有助于降低热解反应器102中轻质烃的分压。二次裂化是描述初级热解产物在热解条件下通过附加的停留时间进一步裂化的术语。蒸发产物和为热解反应提供反应热所需的潜热全部由流11携带的热量提供。在一个实施方案中,如图2a所示,流11以垂直角度进入反应器。示出第二富固体产物流7离开热解反应器102的底部。在图2b所示的另一个实施方案中,流11作为射流进入反
应器,该射流通过反应器上部部分处的内部圆筒和外部圆筒之间的环形位置在切向方向上递送动量。图2b示出热解反应器102内部的不同透视图,但在其方面的不同之处仅在于流11的进入角度。富聚合物熔体的流3和吸收剂流5全部在环形区域处引入。所有进料流混合,同时变成漩涡状并在反应器内向下行进。进料聚合物也在混入热液体中时裂化。吸收剂流5具有两个主要有益效果。当吸收剂在热解反应器中充分混合时,其与所有穿过液体反应空间的含氯分子反应以形成盐,该盐在反应器底部被去除。吸收剂可用作絮凝剂,用作结合炭颗粒以形成更大颗粒的种子。较大的颗粒在向心力作用下更好地分离,并且在内部圆筒壁区域提供长停留时间。所有固体颗粒,包括大于特定粒度级(例如,150微米)的炭颗粒、吸收剂、由进料携带的金属、来自塑料添加剂的金属或碱金属沿壁区域行进,而液体从中心向上通过内部圆筒翻转。整个方案如水力旋流分离器那样表现,但发生裂化反应。贫固体的液体流向上翻转到自由液体表面。液体流8可从与图1中的循环泵连接的浸没管道抽吸到加热器106。蒸气流6可从蒸气空间抽吸到图1中的分离器103,或优选地通过引入到蒸气空间中的辅助气体吹扫流4。优选沿外部圆筒的下底部裙缘区域扩大反应器体积。在竖直壁和倾斜壁之间存在一系列最佳角度。最佳设计允许最大限度地分离具有最小密度的固体(诸如处于特定尺寸级,例如150微米的炭),相对于其进入环形中的组合进料流的总质量,实现被分离到底部的最大分馏。在代表性热解反应器系统中,对于150微米的碳质颗粒尺寸与1.5g/cc的密度而言,用专有计算方法可实现总共70%至80%的效率。对于相同的输送目的而言,与任何其他反应器构造相比,本发明所公开的反应器方案具有令人惊讶的固体分离效率。
44.在另一实施方案中,存在另选的选项。图3中所示的双筒反应器设置还公开了流11可通过内部圆筒壁边缘进入反应器并且进入锥形管道以使速度进一步增加,是在上游管道中看到的速度的2至10倍。该动量在反应器102上方断裂的部分中示出。富聚合物熔体的流3和吸收剂流6由于锥形管道产生的湍流而快速混合。质量流和热流都剧烈混合。在另选的反应器方案中,颗粒向下行进至内部圆筒一侧的尖端或主反应器壁的锥形壁区域。然后在反应器底部流处收集颗粒。在图3所示的另选的反应器方案中,在热解反应器102的介于内壁和外部主反应器壁之间的一侧上,流8可作为循环流被泵出。抽取位置理想地位于上部液位部分处。当反应器液体从内部圆筒的下部尖端行进时,其行进回到抽取位置。在底部处,可在内部圆筒壁与外部圆筒壁之间设置锥形角度,使得其不将底部锥体中的固体加速到抽取位置。根据设计细节,另选反应器方案的分离效率可以低约10%至30%。图2和图3两者都代表用于热解废塑料同时分离固体颗粒的双筒设计。与作者已知的任何现有技术相比,相对于最难以分离的碳质炭颗粒(例如,作为展示性示例,尺寸为150微米且密度为1.5g/cc),两者均具有令人惊讶地高的固体分离效率。本发明可不限于两种教导的构造。其可涵盖沿双筒反应器设计的一系列尺寸变化。
45.在本发明所公开的充分混合的热解反应器方案中的任一者中,固体内容物是高度浓缩的。在一个示例中,基于新鲜进料的聚合物熔体,存在3%至5%的炭产率。当从反应器中获取蒸气产物时,炭在底部固-液排出混合物中进一步浓缩。通常,与产物产率相比,固体被浓缩几十倍。这适用于上文所讨论的任何类型的固体。由于增强的分离或沉降而在反应器底部高度浓缩的固体可进一步被处理含高浓度固体流的装置获取。该装置的示例可以为旋转阀装置,之后是螺旋输送机。底部流可含有来自无机金属、废吸收剂、氯化物盐和/或碳质炭的高度浓缩的固体。
46.图4是图1中所示的实施方案的变型。所有元件编号以引用标记示出,以表明除了少数例外,元件编号具有与图1中相同的含义。主要区别在于存在单独的燃烧加热器109',其燃烧液化石油气或天然气以加热再循环油流10'。此外,燃烧加热器尾气流26'可进一步与焚化炉尾气净化组合。此外,反应器尾气流2'和13'可共混并分出子流27'以补充109'中的燃料消耗。
47.在一个实施方案中,图1中所示的双筒反应器设置公开了流3可通过内部圆筒壁边缘进入反应器并且进入锥形管道以使速度进一步增加,是在上游管道中看到的速度的2至10倍。该动量在反应器102上方断裂的部分中示出。富聚合物熔体的流3和吸收剂流6由于锥形管道产生的湍流而快速混合。质量流和热流都剧烈混合。在另选的反应器方案中,颗粒向下行进至内部圆筒一侧的尖端或主反应器壁的锥形壁区域。然后在反应器底部流处收集颗粒。在图3所示的另选的反应器方案中,在热解反应器102的介于内壁和外部主反应器壁之间的一侧上,流8可作为循环流被泵出。抽取位置理想地位于上部液位部分处。当反应器液体从内部圆筒的下部尖端行进时,其行进回到抽取位置。在底部处,可在内部圆筒壁与外部圆筒壁之间设置锥形角度,使得其不将底部锥体中的固体加速到抽取位置。根据设计细节,另选反应器方案的分离效率可以低约10%至30%。图2和图3两者都代表用于热解废塑料同时分离固体颗粒的双筒设计。与作者已知的任何现有技术相比,相对于最难以分离的碳质炭颗粒(例如,作为展示性示例,尺寸为150微米且密度为1.5g/cc),两者均具有令人惊讶地高的固体分离效率。本发明可不限于两种教导的构造。其可涵盖沿双筒反应器设计的一系列尺寸变化。
48.在本发明所公开的充分混合的热解反应器方案中的任一者中,固体内容物是高度浓缩的。在一个示例中,基于新鲜进料的聚合物熔体,存在3%至5%的炭产率。当从反应器中获取蒸气产物时,炭在底部固-液排出混合物中进一步浓缩。通常,与产物产率相比,固体被浓缩几十倍。这适用于上文所讨论的任何类型的固体。由于增强的分离或沉降而在反应器底部高度浓缩的固体可进一步被处理含高浓度固体流的装置获取。该装置的示例可以为旋转阀装置,之后是螺旋输送机。底部流可含有来自无机金属、废吸收剂、氯化物盐和/或碳质炭的高度浓缩的固体。
49.提供了一种用于热解含聚氯乙烯的废物流与金属和炭产物的两步混合塑料废物热解方法。参照根据如图1所示的实施方案的方法和设备100来解决用于热解塑料废物流的方法。参照图1,方法和设备100包括熔融反应器101、热解反应器102、分离单元103和104、吸附剂床部分105、废气燃烧和油热交换器部分(也称为焚化炉)106、气体清洁部分107和最后具有任选分馏和储存的产物指定部分108。
50.在一个实施方案中,混合塑料残余物流可包含混杂塑料废物,该混杂塑料废物包括至少七种类型的塑料种类:聚对苯二甲酸乙二醇酯、低密度和高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和其他混杂塑料。美国环境保护局在《推进可持续性材料管理:2016年和2017年》中报告的表和图显示,美国平均3%的聚氯乙烯、13%的聚对苯二甲酸乙二醇酯、7%的聚苯乙烯以及11%的其他塑料和未定义的塑料在2017年的废塑料混合物中最终进入垃圾填埋场。每种塑料类型的相对量根据回收塑料的收集位置而变化。
51.其他混杂塑料可源自各种消费后产品,包括在电子垃圾中发现的丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚氨酯泡沫包装、地毯尼龙和聚砜。混合塑料残余物流还通常已知为含有杂质,诸如
纸、木材、铝箔、一些金属导电填料或卤化或非卤化阻燃剂。在热解反应期间,这些杂质中的一些杂质可导致产物流中的杂原子。在主要产物中的所有杂原子中,源自聚氯乙烯的氯化物由于其与冶金腐蚀的联系而对于品质而言是最令人关注的。由于聚合物分子中的芳族结构,一些有助于更多的炭形成。一些从塑料分子基质中分解出来并形成含有金属和碱土金属的颗粒副产物。
52.在一个实施方案中,在机械再循环设施(mrf)的处理端处的混合塑料废物被用于热解原料,否则该混合塑料废物被发送至垃圾填埋场。在图1中,混合进料流在mrf位点以最小分选接收,并作为致密的薄片或粒料添加到系统中。将混合进料流1加入到熔融反应器101中。当将混合塑料废物热解时,基于新进料速率,理论上1重量%的聚氯乙稀产生约5800ppmw的氯化氢。具有最小分选的混合进料流在其中可含有》2重量%的pvc。冷的混合塑料绒毛与热液体流8混合以达到300℃至350℃的温度。
53.熔融反应器101用作脱氯反应器,并且可以在以下条件下操作:约200℃(392℉)至约350℃(662℉)或优选地约280℃(536℉)至约320℃(608℉)的温度,约0.069mpa(表压)(10psig)至约1.38mpa(表压)(200psig)或优选地约0.138mpa(表压)(20psig)至约0.345mpa(表压)(50psig)的压力,约0.1hr-1
至约2hr-1
或优选地约0.2hr-1
至约0.5hr-1
的新鲜熔融进料的液时空速,以及在氮封下或约1.7nm3/m3塑料熔体(10scf/bbl)至约170nm3/m3塑料熔体(1,000scf/bbl)或优选地约17nm3/m3塑料熔体(100scf/bbl)至约850nm3/m3塑料熔体(500scf/bbl)的专用氮气吹扫速率。在熔融反应器101中,聚氯乙烯大部分通过“解链”反应来热解,其中氯化物分子通过热解自由基反应被容易地去除并且在附近位置提取氢以形成氯化氢。选择熔融反应器101的温度以熔融大部分塑料组分但仅达到它们的裂化温度以使氯化氢的产率最大化并使形成的反应性烯烃量最少化。熔融反应器配备有混合器以保持塑料熔体充分混合直到熔融大部分完成。熔融反应器仍可留下一部分未转化的进料氯化物。该氯化物需要几个下游步骤以满足产品品质要求。熔融反应器中合理的脱氯转化率为90%,或在上文规定的条件下为约80%至约98%。留在熔融反应器底部的任何有机氯化物导致在热解反应器中形成氯化氢,因此有机氯化物和热解油中捕集的任何氯化氢对下游加工单元冶金是有害的并且需要附加的吸收剂添加。在本发明中,不管进料中的氯化物含量如何,产品品质目标为小于10ppmw氯化物或更小。
54.熔融反应器由进料1形成第一蒸气流2和第一液体流3。第一液体流3含有混合塑料熔体,其中大部分氯化物在蒸气流2中被去除。将第一液体流3发送至主热解反应器102。主热解反应器为所有混合塑料提供足够的停留时间,以将第一液体流3转化成指定的产物板。主热解反应器可在以下条件下操作:约300℃(572℉)至约550℃(1022℉)或优选地约380℃(716℉)至约450℃(842℉)的温度,约0.069mpa(表压)(10psig)至约1.38mpa(表压)(200psig)或优选地约0.138mpa(表压)(20psig)至约0.345mpa(表压)(50psig)的压力,约0.1hr-1
至约2hr-1
或更优选地约0.2hr-1
至约0.5hr-1
的新鲜熔体进料的液时空速,以及在氮封下或速率为约17nm3/m3塑料熔体(100scf/bbl)至约850nm3/m3塑料熔体(5,000scf/bbl)或更优选地约170nm3/m3塑料熔体(1000scf/bbl)至约340nm3/m3塑料熔体(2000scf/bbl)的专用氮气吹扫流4。氮气吹扫流4用作对总蒸气产物中氯化氢分压的稀释。降低的氯化氢分压通过降低平衡常数来显著减少有机氯化物的形成。可将精细研磨的固体吸收剂流5引入热解反应器102顶部处的进料中。所选吸收剂可包括天然存在的碱性材料,例如碳酸钙、生
石灰或氢氧化钙。钙剂量与留在热解反应器进料中的氯化物的摩尔比理想地为2至3。熔融反应器101中的先前脱氯步骤应已去除混合塑料进料中的至少80重量%的氯化物。碱性吸收剂剂量基于进料氯化物含量和估计的氯化物去除功效。钙还可具有絮凝效果,使得碳质炭颗粒在钙颗粒的种子周围聚集。絮凝的颗粒将比未絮凝的炭颗粒更容易在热解反应器中沉降。热解反应器含有与蒸气产物流相平衡的液体。一部分液体流8可被发送至循环泵。泵送的流可分成流9和流10。流9的质量流可为使得其通过与熔化塑料混合而维持如上所述的熔融反应器温度。流9还可用于降低聚合物熔体粘度。流10的质量流可为使得其在通过流11返回到热解反应器102时经由加热器106获得所有焓要求。通过在主热解反应器102中混合热流11和冷流3实现必要的热传递。热解反应器102可从热解反应器的顶部抽取第二蒸气产物流6并从反应器的底部抽取第二富含固体产物流7。热解反应器102内部的对流热传递以及来自围绕流11泵送的混合提供均匀加热,这是优于经由外部间接加热来加热的热解反应方法的优点,通常见于挤出或回转窑反应器中。
55.图1还说明了蒸气产物流6,其含有由氮气流以设计的蒸气线速度携带的一系列烃。在本发明中,蒸气线速度旨在大于0.2英寸/秒以避免二次裂化。蒸气产物流6可直接或间接接触冷却介质,然后分离成蒸气流13和液体流15。当涉及直接水接触作为一种可能的冷却方法时,在流14处收集含水流。当省略直接水接触时,流14可不存在。液体流15也是加热后的流16并且在闪蒸筒104中闪蒸以产生稳定的液体流18。蒸气流17处于比分离器103更高的压力下,并被压回到分离器103以增强所需产物中烃的回收。该流与流12混合以避免在分离器103上需要多个入口喷嘴。
56.稳定的液体流19在其进入吸附剂系统105之前在流19中被进一步冷却至期望的温度。吸附剂系统105作为另一个和最终的氯化物抛光装置运行。钙、其他碱性材料或一系列天然存在的吸附剂可用于连续去除冷凝油中大部分未转化的氯化物含量。更优选地使用具有高吸附容量和活性的特别的工程化吸附剂。吸附容量被定义为每单位吸附剂。吸附活性由达到期望速率所需的较低温度来定义。此外,霍尼韦尔环球油品公司(honeywell uop)商业产品clr 204特别适用于该应用。如本文先前所提及的,本公开提供了逐步的氯化物去除。当混合塑料进料具有升高的pvc含量(例如2%或更多)时,单步骤氯化物去除可能在氯化物去除方面具有效率问题。熔融反应器101首先通过在熔融反应器中分解pvc而去除混合塑料进料中超过80重量%的氯化物。该氯化物作为氯化氢被去除。在热解反应器102中去除一部分剩余的氯化物,其中加入吸收剂以将一部分氯化物转化成盐。未转化的氯化氢在吹扫氮气流中进一步稀释,其中氯化氢和有机分子之间的气相重组反应被最小化。该部分中以上提及的步骤可设计成去除流19中的大部分氯化物,优选地低至低于200ppmw。吸附剂系统105适于将最终产物中的氯化物去除至接近零浓度或不超过10ppmw。吸附剂系统105以相同的备用床运行以避免氯化物穿透。在吸附剂系统105中产生的盐被认为是废的并且在另一个容器在线运行时被去除。这使得该单元能够连续运行,这比分批处理有好处。每个氯化物控制步骤在进料中具有最佳的氯化物浓度和效率限制。已知当超过特定效率阈值时,吸收剂注入气体稀释的反应器随剂量的增加而产生不经济收益,例如,当寻求降低到产品中低于约200ppm至400ppm cl的水平时,可能需要过量使用吸收剂,从而导致经济损失。吸附剂床仅作为最终抛光更适合且经济,即,使最终产物中的氯化物含量从200ppm至400ppm降至《约10ppm。类似地,吸附剂床进料中的任何氯化物增加可导致吸附剂的过度大量使用。因
此,在逐步脱氯中,可证明将吸收剂注入反应器对于使氯化物含量从几千百万分率下降到几百是关键的。然而,吸收剂在反应器中的使用需要被设计成通过沉降去除吸收剂。将清洁的产物流20冷却为流21并储存在产物储存器108中。如果需要,流21可根据它们的沸点分馏成两个或更多个流,然后发送至储存器。
57.总蒸气流13可含有多种气态物质。特别地,它可含有氮、来自进料的任何残余水分、氯化氢、来自聚对苯二甲酸乙二醇酯转化的二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯和来自塑料热解反应的重质烃蒸气。热值非常高,通常为约30,000kj/kg。气体的燃烧在气体净化之前是必要的,但它也为该工艺提供有用的热源。在内置于单元106中的热交换器中利用燃烧的热量。焚化后,将尾气流22发送至净化系统107,其中在碳床中去除任何二噁英,并使用苛性碱、碳酸氢钠或与hcl反应的其他物质来洗涤出氯化氢。
58.示出设备200的图2提供了热解反应器102的详细构造,其具有若干与现有技术的热解反应器不同的特征。热解反应器102可保持在恒定的液位。热解反应器102可具有圆筒形状,其具有以机械方式被设计成适配该反应器的圆形形状的内部圆筒。内部圆筒可被构造成具有高于液位的部分,但圆筒的大部分浸没在液体反应器中。在一个实施方案中,内部圆筒是偏心的,因此内部圆筒壁在一侧上与反应器圆筒重叠。在另一个实施方案中,内部圆筒是同心的,因此内部圆筒置于主反应器的中心。热解反应器102中的反应热是熔融反应器中的反应热的约2至3倍。热解后,聚合物分子显著裂化成产物分子。较小的产物分子大部分作为第二蒸气流6离开热解反应器顶部。产物蒸气流6在吹扫气体4的帮助下快速离开,该吹扫气体有助于驱动液体产物蒸发以避免过度的二次裂化。吹扫气体4还有助于降低热解反应器102中轻质烃的分压。二次裂化是描述初级热解产物在热解条件下通过附加的停留时间进一步裂化的术语。蒸发产物和为热解反应提供反应热所需的潜热全部由流11携带的热量提供。在一个实施方案中,流11作为射流进入反应器,该射流通过反应器上部部分处的内部圆筒和外部圆筒之间的环形位置在切向方向上递送动量。富聚合物熔体的流3和吸收剂流5全部在环形区域处引入。所有进料流混合,同时变成漩涡状并在反应器内向下行进。进料聚合物也在混入热液体中时裂化。吸收剂流5具有两个主要有益效果。当吸收剂在热解反应器中充分混合时,其与所有穿过液体反应空间的含氯分子反应以形成盐,该盐在反应器底部被去除。吸收剂可用作絮凝剂,用作结合炭颗粒以形成更大颗粒的种子。较大的颗粒在向心力作用下更好地分离,并且在内部圆筒壁区域提供长停留时间。所有固体颗粒,包括大于特定粒度级(例如,150微米)的炭颗粒、吸收剂、由进料携带的金属、来自塑料添加剂的金属或碱金属沿壁区域行进,而液体从中心向上通过内部圆筒翻转。整个方案如水力旋流分离器那样表现,但发生裂化反应。贫固体的液体流向上翻转到自由液体表面。液体流8可从与图1中的循环泵连接的浸没管道抽吸到加热器106。蒸气流6可从蒸气空间抽吸到图1中的分离器103,或优选地通过引入到蒸气空间中的辅助气体吹扫流4。优选沿外部圆筒的下底部裙缘区域扩大反应器体积。在竖直壁和倾斜壁之间存在一系列最佳角度。最佳设计允许最大限度地分离具有最小密度的固体(诸如处于特定尺寸级,例如150微米的炭),相对于其进入环形中的组合进料流的总质量,实现被分离到底部的最大分馏。在代表性热解反应器系统中,对于150微米的碳质颗粒尺寸与1.5g/cc的密度而言,用专有计算方法可实现总共70%至80%的效率。对于相同的输送目的而言,与任何其他反应器构造相比,本发明所公开的反应器方案具有令人惊讶的固体分离效率。
59.图4是图1中所示的实施方案的变型。所有元件编号以引用标记示出,以表明除了少数例外,元件编号具有与图1中相同的含义。主要区别在于存在单独的燃烧加热器109',其燃烧液化石油气或天然气以加热再循环油流10'。此外,燃烧加热器尾气流26'可进一步与焚化炉尾气净化组合。此外,反应器尾气流2'和13'可共混并分出子流27'以补充109'中的燃料消耗。
60.具体的实施方案
61.虽然结合具体的实施方案描述了以下内容,但应当理解,该描述旨在说明而不是限制前述描述和所附权利要求书的范围。
62.本发明的第一实施方案是一种用于热解混合塑料废物流的方法,该方法包括将混合塑料废物流在熔融反应器中熔融以产生包含至少两种类型的塑料(包括含氯塑料和其他塑料)的熔融混合塑料废物流,从而产生富含氯化物的第一蒸气流以及第一液体流;将该第一液体流发送至热解反应器以被加热从而产生富含氯化物的第二蒸气流以及第二液体流,其中该热解反应器具有包括两个圆筒形环结构的构造,内部圆筒形环结构在外部圆筒形环结构内,其中循环液体供应流相对于该两个圆筒形环结构的环边缘切向进入该热解反应器,并且其中固体颗粒在向下方向上移动到该热解反应器的底部;将来自热解反应器的加热流发送至熔融反应器,并发送来自该热解反应器的第二加热流以进一步加热并返回到该热解反应器;并且在生产液体产物流之前,在多个步骤中去除氯化物。
63.本发明的第二实施方案是一种用于热解混合塑料废物流的方法,该方法包括将混合塑料废物流发送至熔融反应器以产生富含氯化物的第一蒸气流以及第一液体流;将该第一液体流发送至热解反应器以被加热从而产生第二蒸气流、第二液体流和固体颗粒,其中该热解反应器被构造有两个圆筒形环结构,使得循环液体供应流相对于该圆筒形环结构的环边缘切向进入,并且其中固体颗粒在该热解反应器内在向下方向上移动;将该第一蒸气流发送至焚化炉以去除烃类、氯化氢和烷基氯,然后发送至气体清洁区以去除氯化合物并加热该循环供应流的至少一部分作为该热解反应器的反应热供应;以及将第二蒸气流冷却并分离成第三蒸气流和第三液体流,然后在至少一个吸附剂床中对第三液体流进行处理以去除含氯杂质。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,该实施方案还包括将吸附剂发送至热解反应器以去除氯化合物。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中该熔融反应器在约200℃(392℉)至约350℃(662℉)的温度下操作。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中该热解反应器装置包括两个圆筒形环结构,其中热循环流沿外部环壁边缘切向进入环形区域,其中冷循环流在中心圆筒顶部中离开,富固体流在底部上离开,并且第二蒸气在中心圆筒顶部处离开。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中该热解反应器装置包括两个圆筒形环结构,其中热循环流交替地沿内部环壁边缘切向进入内部圆筒,其中冷循环流在外部圆筒抽取点中离开,富固体流在底部上离开,并且第二蒸气在中心圆筒顶部处离开。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中气体清洁区包括用于去除二噁英化合物的催化剂床和含有苛性化合物以中和hcl的容器。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中
的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,该实施方案还包括将吸附剂发送至热解反应器以吸附氯和含氯化合物。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中吸附剂是以与热解反应器中的氯化物的约2至3摩尔比存在的碱性材料。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中吸附剂进一步作为热解反应器操作期间形成的碳质炭颗粒的絮凝材料发挥作用。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中该熔融反应器在约0.069mpa(表压)(10psig)至约1.38mpa(表压)(200psig)的压力和约0.1hr-1
至约2hr-1
的液时空速下操作。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中该熔融反应器在氮封下以约1.7nm3/m3塑料熔体(10scf/bbl)至约170nm3/m3塑料熔体(1,000scf/bbl)的专用氮气吹扫速率操作。13.本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中从熔融反应器中去除约80重量%至98重量%的氯化物并以蒸气流发送。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中将氮气流发送至该热解反应器以稀释该第二蒸气流中的氯化氢分压。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,该实施方案还包括将该第二蒸气流发送至冷却器和分离器,以产生第三蒸气流和第三液体流。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中该第三液体流包含小于约200ppmw的氯化物。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中该第三液体流被发送至吸附剂床以去除氯化物。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中该热解反应器具有圆筒形状,其具有以机械方式被设计成适配该反应器的圆形形状的内部圆筒。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中该热解反应器中的反应热是该熔融反应器中的反应热的约2至3倍。本发明的实施方案为本段中的第二实施方案直至本段中的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案,其中该焚化炉由燃烧加热器代替。
64.尽管没有进一步的详细说明,但据信,本领域的技术人员通过使用前面的描述可最大程度利用本发明并且可容易地确定本发明的基本特征而不脱离本发明的实质和范围以作出本发明的各种变化和修改,并且使其适合各种使用和状况。因此,前述优选的具体的实施方案应理解为仅例示性的,而不以无论任何方式限制本公开的其余部分,并且旨在涵盖包括在所附权利要求书的范围内的各种修改和等效布置。
65.在前述内容中,所有温度均以摄氏度示出,并且所有份数和百分比均按重量计,除非另外指明。
技术特征:
1.一种用于热解混合塑料废物流的方法,所述方法包括:a.将所述混合塑料废物流发送至熔融反应器以产生富含氯化物的第一蒸气流以及第一液体流;b.将所述第一液体流发送至热解反应器以被加热从而产生第二蒸气流、第二液体流和固体颗粒,其中所述热解反应器被构造有两个圆筒形环结构,使得循环液体供应流相对于所述圆筒形环结构的环边缘切向进入,并且其中固体颗粒在所述热解反应器内在向下方向上移动;c.将所述第一蒸气流发送至焚化炉以去除烃类、氯化氢和烷基氯,然后发送至气体清洁区以去除氯化合物并加热所述循环供应流的至少一部分作为所述热解反应器的反应热供应;以及d.将所述第二蒸气流冷却并分离成第三蒸气流和第三液体流,然后在至少一个吸附剂床中对所述第三液体流进行处理以去除含氯杂质。2.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括将吸附剂发送至所述热解反应器以去除氯化合物。3.根据权利要求1所述的方法,其中所述熔融反应器在约200℃(392℉)至约350℃(662℉)的温度下操作。4.根据权利要求1所述的方法,其中所述热解反应器装置包括两个圆筒形环结构,其中热循环流沿外部环壁边缘切向进入环形区域,其中所述冷循环流在中心圆筒顶部中离开,富固体流在底部上离开,并且所述第二蒸气在中心圆筒顶部处离开。5.根据权利要求1所述的方法,其中所述热解反应器装置包括两个圆筒形环结构,其中热循环流交替地沿内部环壁边缘切向进入内部圆筒,其中所述冷循环流在外部圆筒抽吸点中离开,富固体流在底部上离开,并且所述第二蒸气在中心圆筒顶部处离开。6.根据权利要求1所述的方法,其中所述气体清洁区包括用于去除二噁英化合物的催化剂床和含有用于中和hcl的苛性化合物的容器。7.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括将吸附剂发送至所述热解反应器中以吸附氯和含氯化合物。8.根据权利要求1所述的方法,其中所述熔融反应器在约0.069mpa(表压)(10psig)至约1.38mpa(表压)(200psig)的压力和约0.1hr-1
至约2hr-1
的液时空速下操作。9.根据权利要求1所述的方法,其中所述热解反应器具有圆筒形状,其具有以机械方式被设计成适配所述反应器的圆形形状的内部圆筒。10.根据权利要求1所述的方法,其中所述热解反应器中的反应热是所述熔融反应器中的反应热的约2至3倍。
技术总结
本发明提供了一种用于热解含有聚氯乙烯(PVC)的混合塑料流的方法,其中将来自PVC的氯化物从初始熔融反应器中去除,该初始熔融反应器将该混合塑料流熔融。从来自初始熔融反应器的蒸气流中去除氯化物,并且从向该热解反应器添加吸收剂和在该热解反应器下游的吸附剂床中去除附加的氯化物。该热解反应器具有包括两个圆筒形环结构的构造,内部圆筒形环结构在外部圆筒形环结构内,其中循环液体供应流相对于所述两个圆筒形环结构的环边缘切向进入所述热解反应器,并且其中固体颗粒在向下方向上移动到该热解反应器的底部。动到该热解反应器的底部。动到该热解反应器的底部。
技术研发人员:孙平 陈鹏飞
受保护的技术使用者:环球油品有限责任公司
技术研发日:2021.12.30
技术公布日:2023/10/20
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