解聚工艺、装置和用于与其相关使用的催化剂制造方法及图纸

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，本发明专利技术涉及使用耦合电磁感应通过“原位”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。

【技术实现步骤摘要】
解聚工艺、装置和用于与其相关使用的催化剂本申请为申请号201180067115.7、申请日为2011年12月8日、专利技术名称为“解聚工艺、装置和用于与其相关使用的催化剂”的专利技术专利申请的分案申请。
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，本专利技术涉及使用耦合电磁感应(coupledelectromagneticinduction)通过“原位(insitu)”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。
技术介绍
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。
技术实现思路
专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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。在一个实施方案中，本专利技术涉及一种解聚聚合物的方法，所述方法包含以下步骤：(i)提供一种或多种聚合物起始材料或给料材料(feedmaterials)；(ii)提供反应器，以将所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料解聚成为一种或多种单体；(iii)以约10℃/秒-约1000℃/秒的速率加热所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料；和(iv)提供电磁感应场，以促进所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料解聚成为它们的构成单体，其中所述方法利用了一种或多种催化剂，所述催化剂允许原位反应，以生成一种或多种功能单体。在另一个实施方案中，本专利技术涉及一种解聚聚合物的方法，所述方法包含以下步骤：(a)提供一种或多种聚合物起始材料或给料材料；(b)提供反应器，以将所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料解聚成为一种或多种单体；(c)以约10℃/秒-约1000℃/秒的速率加热所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料；(d)提供电磁感应场，以促进所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料解聚成为它们的构成单体；和(e)选择性收获至少一种由该方法生产的单体或将至少一种单体转化成为一种或多种稳定的增值产品，其中所述方法利用了一种或多种催化剂，所述催化剂允许原位反应，以生成一种或多种功能单体。在又一个实施方案中，本专利技术涉及一种解聚聚合物的方法，所述方法包含以下步骤：(I)提供聚合物起始材料或给料材料；(II)提供反应器，以将所述聚合物起始材料或给料材料解聚成为构成单体；(III)以约10℃/秒-约1000℃/秒的速率加热所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料；和(IV)提供电磁感应场，以促进所述材料或给料材料解聚成为它的构成单体，其中，基于包含在经受解聚的所述聚合物起始材料或给料材料中的可提取的重量百分比值，所述方法获得了至少约80wt％的构成单体产率。由本文中提供的描述，适用范围的其它领域将变得很明显。在本概要中的描述和具体实施例仅仅意在说明目的并且并非意在限制本公开的范围。附图说明在本文中描述的附图仅仅是为了选定技术方案的说明目的并且不是所有可能的实现，并且不是意在限制本公开的范围。为了清晰的目的，在每个图中并不是每种组分都被标注，也不是所述公开的每个实施方案的每种组分都被显示。图1是一个气相色谱图，其显示了作为本专利技术的典型聚合物的聚乙烯和聚丙烯的热裂解形成的单体的身份和相对量；图2是一个显示了本专利技术的一个实施方案的方框图，该实施方案包含给料器、具有耦合电磁感应场和可选的定制催化剂的反应器(作为还原剂的H2和N2气穿过它)和蒸馏塔以及解聚聚合物流，显示了聚合物的再生和单体的形成；图3是本公开的一个典型实施方案的示意图，该实施方案包含图2的工艺装置方案并具有感应线圈；图4是在图3的工艺装组件内的混合设备的典型实施方案的示意图，该混合设备包含由设计的催化剂涂覆的叶轮叶片；图5是一个典型结果，其显示了根据本教导的原则选择性收获起始单体；图6是一个典型结果，其显示了根据本教导的原则在没有任何催化剂时选择性收获起始单体；图7是一个典型结果，其显示了根据本教导的原则在催化剂存在时收获混合单体；图8是一个典型结果，其显示了根据本教导的原则在催化剂存在时从混合塑料收获混合单体。图9A是用于将催化剂应用至图4的叶轮叶片上的喷雾器的典型实施方案的示意图；图9B是图9A的喷雾器的典型实施方案的示意图，所述喷雾器包含燃烧火焰系统(combustionflamesystem)；图9C是图9A的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种解聚聚合物的方法，所述方法包含以下步骤：(i)提供一种或多种聚合物起始材料或给料材料；(ii)提供反应器，以将所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料解聚成为一种或多种单体；(iii)以约10℃/秒‑约1000℃/秒的速率加热所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料；和(iv)提供电磁感应场，以促进所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料解聚成为它们的构成单体，其中所述电磁感应场与所述反应器的混合部分电感耦合；其中所述方法利用了允许原位反应以生成一种或多种功能单体的一种或多种催化剂；其中所述一种或多种催化剂选自四氧化锇、高锰酸钾、与氧气结合的一种或多种氧化钼催化剂、一种或多种钯催化剂、在相同的分子内具有碱性和/或酸性位点的一种或多种催化剂、在氢气存在下还原一个或多个双键以生成一种或多种饱和烷烃的一种或多种催化剂、一种或多种铝氧化物、一种或多种钛氧化物、一种或多种Si催化剂、一种或多种Zr催化剂、一种或多种Cu催化剂、一种或多种Mg催化剂、一种或多种Mn催化剂，或它们的任意两种或多种的组合。

【技术特征摘要】
2010.12.08 US 61/420,9611.一种解聚聚合物的方法，所述方法包含以下步骤：(i)提供一种或多种聚合物起始材料或给料材料；(ii)提供反应器，以将所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料解聚成为一种或多种单体；(iii)以约10℃/秒-约1000℃/秒的速率加热所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料；和(iv)提供电磁感应场，以促进所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料解聚成为它们的构成单体，其中所述电磁感应场与所述反应器的混合部分电感耦合；其中所述方法利用了允许原位反应以生成一种或多种功能单体的一种或多种催化剂；其中所述一种或多种催化剂选自四氧化锇、高锰酸钾、与氧气结合的一种或多种氧化钼催化剂、一种或多种钯催化剂、在相同的分子内具有碱性和/或酸性位点的一种或多种催化剂、在氢气存在下还原一个或多个双键以生成一种或多种饱和烷烃的一种或多种催化剂、一种或多种铝氧化物、一种或多种钛氧化物、一种或多种Si催化剂、一种或多种Zr催化剂、一种或多种Cu催化剂、一种或多种Mg催化剂、一种或多种Mn催化剂，或它们的任意两种或多种的组合。2.根据权利要求1的方法，其中所述原位反应涉及负载于至少一种固体基体上的至少一种催化剂组合物。3.根据权利要求1或2任一项的方法，其中所述方法进一步包含步骤：(v)选择性收获至少一种由该方法生产的单体或将至少一种单体转化成为一种或多种稳定的增值产品。4.根据权利要求1-3任一项的方法，其中所述反应器被提供了与电磁源结合的等离子体设备，以与混合设备电感耦合并加热所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料至期望的温度。5.根据权利要求1-4任一项的方法，其中所述一种或多种催化剂位点为碱性性质、酸性性质或它们的组合。6.根据权利要求1-5任一项的方法，其中所述一种或多种催化剂通过添加剂沉积工艺应用于一种或多种固体载体上。7.根据权利要求1-6任一项的方法，其中所述一种或多种催化剂通过热-化学工艺合成在一种或多种固体载体上。8.根据权利要求1-7任一项的方法，其中所述一种或多种催化剂为纳米级催化剂。9.根据权利要求8的方法，其中所述一种或多种纳米级催化剂增强了所述解聚工艺并进行其它的化学转化，以生成和/或得到功能化学品。10.根据权利要求1-9任一项的方法，其中根据权利要求1-9任一项的方法生产的一种或多种单体为用于形成所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料的基础单体。11.根据权利要求1-10任一项的方法，其中所述方法进一步包含步骤：反应一种或多种所述单体以生成一种或多种功能化学品。12.根据权利要求1-11任一项的方法，其中步骤(iii)中的加热速率为约50℃/秒-约500℃/秒。13.根据权利要求1-12任一项的方法，其中步骤(iii)中的加热速率为约100℃/秒-约200℃/秒。14.根据权利要求1-13任一项的方法，其中步骤(iii)中的加热速率为约200℃/秒。15.根据权利要求1-14任一项的方法，其中所述催化剂选自SiO2，Al2O3，ZnO，MgO，BaO，MnO2，Fe2O3或它们的任意两种或多种的组合。16.一种解聚聚合物的方法，所述方法包含以下步骤：(a)提供一种或多种聚合物起始材料或给料材料；(b)提供反应器，以将所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料解聚成为一种或多种单体；(c)以约10℃/秒-约1000℃/秒的速率加热所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料；(d)提供电磁感应场，以促进所述一种或多种聚合物起始材料或给料材料解聚成为它们的构成单体，其中所述电磁感应场与所述反应器的混合部分电感耦合；和(e)选择性收获至少一种由该方法生产的单体或将至少一种所述单体转化成为一种或多种稳定的增值产品，其中所述方法利用了一种或多种催化剂，所述催化剂允许原位反应，以生成一种或多种功能单体；其中所述一种或多种催化剂选自四氧化锇、高锰酸钾、与氧气结合的一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：普拉万舒·S·莫汉蒂，斯瓦米纳坦·拉梅什，
申请(专利权)人：普拉万舒·S·莫汉蒂，斯瓦米纳坦·拉梅什，
类型：发明
国别省市：美国,US