用于将聚合物转化成产物的方法和设备技术

本发明专利技术提供了用于将聚合物材料转化成烃产物的方法和设备。产物的方法和设备。

Methods and equipment for converting polymers into products

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将聚合物转化成产物的方法和设备
[0001]通过交叉引用并入
[0002]本专利技术要求2019年10月4日提交的澳大利亚临时专利申请号2019903756的优先权，其全部内容以交叉引用方式并入本文。


[0003]本专利技术整体涉及废料处理领域。更具体地，本专利技术涉及将聚合物材料诸如塑料转化成烃产物的方法和设备。

技术介绍

[0004]目前，塑料产品的普遍一次性使用是不可持续的，并且正在造成危害环境的废塑料问题。塑料废料的可生物降解性较差，并且代表着日益增加的环境问题和对野生生物的危害。大部分塑料废料仍然在垃圾填埋场处置，这意味着大量经加工的原材料和能量损失/未被利用。
[0005]由于原油储量是有限的资源，因此重要的是通过避免一次性使用塑料以及通过增加回收，避免塑料被简单地处置到填埋场而使塑料变得更加可持续。
[0006]对于塑料可以机械回收的程度存在限制，使得仍然存在大量不能机械回收的寿命终止塑料。实际上，许多类型的聚合物废料不适于回收。
[0007]目前，这种寿命终止塑料的主要处置选择是焚烧或填埋。许多国家不鼓励填埋，因为它是不可持续的并且可能造成污染。由于来自例如聚合物废料的聚氯乙烯(PVC)内容物的少量氯，焚烧在相对低效的条件下操作，并且需要大量的烟道气处理以便不污染环境。在允许回收一些能量的同时，焚烧仍导致有价值的烃原料的损失。
[0008]用于该寿命终止塑料的另外的选择是热化学回收(例如，热解或催化热解或气化)以通过聚合物的热裂解或催化裂化来生产燃料或化学品。这些方法存在的问题在于它们将热量从外部施加到含有废塑料的容器的外部，并且因此可能经受炭形成并具有变得堵塞的热表面。一些塑料还分解，产生升华的化学品，从而堵塞下游装备。到聚合物物质中的热传递也是有问题的，从而导致设施堵塞。催化过程可能对作为聚合物进料中的杂质的灰分、金属、纤维素(纸)、无机填料和添加剂敏感。由于这些问题，若干试图商业化运营的废塑料热解工厂已经停业。
[0009]需要能够将聚合物材料(例如，塑料)转化成烃原料的改进的方法和/或装置，由该烃原料可以制造新的塑料，从而创造的塑料完全循环经济。

技术实现思路

[0010]本专利技术通过提供将聚合物材料诸如废塑料转化成有价值的烃产物和/或运输燃料和/或其他化学品的改进手段来解决现有技术中存在的一个或多个问题。
[0011]通过实践本文所述的方法，寿命终止塑料的有价值的化学成分可被化学回收，从而制备可在各种应用(包括例如新塑料的生产)中重复利用的烃产物。本专利技术还提供了对塑
料废料累积的问题的解决方案，从而减少有限原油储量的消耗。
[0012]本文公开了用于处理聚合物材料以生产烃产物的方法和设备。
[0013]在一些实施方案中，处理中的聚合物材料可由合适的挤出机加工，该挤出机可在聚合物材料离开挤出机时增加压力并且因此增加该聚合物材料的温度。聚合物材料可在离开挤出机后由超临界水进一步加热以生成可包含聚合物材料、水和任选其他组分的反应混合物。可采用混合器来进一步混合反应混合物并且/或者可使用加热器来进一步加热反应混合器。包含聚合物材料和溶剂(例如，水性溶剂)的反应混合物可被接收在反应器设备中，该反应器设备容纳或包括提供预先确定的反应温度和/或反应压力的反应区。反应混合物可在反应区中处理经过适于将反应混合物中存在的全部或部分聚合物材料转化成产物的时间段，该产物可以以流体产物流的形式离开反应区。
[0014]在某些实施方案中，在升高的温度和压力下离开反应区的流体产物流可在闪蒸容器中以引起大部分流体产物流蒸发的方式快速减压，从而生成包含烃产物、蒸汽和气体的蒸气，该蒸气可被收集在累积设备中。本专利技术人已经有利地确定，通过前述流体产物流压力的快速降低和利用蒸气的能量，可以增强蒸气分馏成包括气体的单独组分。
[0015]来自蒸气的气体可在本专利技术的方法中用作能量。例如，气体可被转移到诸如锅炉之类的设备，以用于生成能量以加热超临界水。气体的能量可用于该方法的任何过程。
[0016]如下文更详细描述的，本专利技术解决上述现有技术中的缺陷中的一个或多个缺陷的手段包括但不限于以下特征中的任何一个或多个特征。
[0017]聚合物材料诸如废塑料可以通过本领域已知的手段容易地制备，以便由合适的挤出机进行挤出。当与在不挤出聚合物材料的情况下形成的等效反应混合物相比时，在升高的压力下离开挤出机的聚合物材料挤出物可与加热/加压的水性溶剂(过热的水)组合以提供具有高浓度的聚合物材料的混合物。过热的水相可由于其高扩散性向聚合物熔体提供有效的热传递，并且/或者水的存在可抑制炭形成。存在于反应混合物中的卤素(例如，氯)可作为无机卤化物大量转移到水相中，从而减少有关二恶英形成的问题。纤维素基杂质诸如纸可大部分被气化或转化成油组分。灰分样组分和无机填料可大量地通过该过程，并且可通过本领域已知的手段(例如，分馏)从产物中分离。用于用超临界或过热水性溶剂(例如，水)稀释的挤出机
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反应器界面和/或混合界面的设计可例如至少部分地负责提供优于现有技术方法的优点。
[0018]根据本专利技术的一个或多个收集设备可以以各种配置提供。在该方法的步骤中已引入大量能量的情况下，蒸气的能量可用于将蒸气分馏成成分。例如，竖直容器可包括呈竖直布置的各种容器，当成分的能量将它们推进到容器内的各种高度时，这些容器接收成分，使得它们落在特定容器中。容器可与收集管道相关联，以将成分引导到其相应的贮存器中以供进一步处理。水可以是一种成分并被收集以用于清洁。气体可以是在该方法中用作能量的分馏蒸气的至少一种成分。
[0019]根据储存在蒸气的各种成分中的能量，这些成分可自分离以被单独捕获。为成分提供自分离的机会避免了对附加分离步骤的需要，该附加分离步骤可能要求重新加热产物，从而需要消耗附加能量和时间。分馏蒸气的成分的自分离可以是例如硬蜡残余物。
[0020]本文所述的方法和设备可用于处理所谓的“寿命终止塑料”，该“寿命终止塑料”已被制造成带有杂质以表现出各种特性。例如，杂质可能会使塑料变得不透明和有色。这些杂
质可以是例如TiO2、CaCO3、ZnO和/或NaCl。杂质的沉重可导致它们在重力作用下到达一个或多个反应器容器的底部，在那里它们可被收集。随后，收集设备的各种容器中的一个容器可包括可用作沥青的产物。该方法和设备可包括用于将杂质添加到一种或多种沥青产物中以便安全处置的装置。如上所述，分馏蒸气的水成分可被净化，其中杂质可被收集并添加到可用作沥青的产物中以便安全处置。例如，沥青可用于道路的建造。
[0021]如本文所述，在反应器设备中在各种反应温度和反应压力下将反应混合物处理经过适于将反应混合物中存在的全部或部分聚合物材料转化成流体产物流的各种时间段，可确定分馏蒸气的最后的最终产物。根据可用原料和期望的产物产量，可调整各种参数。
[0022]本专利技术的方法可包括由于高压和高温导致的基本上苛刻的条件。因此，适当选择容器和管道钢是有益的。根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于处理聚合物材料以生产烃产物的方法，所述方法包括：
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生成包含所述聚合物材料和水性溶剂的反应混合物；
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在反应器设备中在反应温度和反应压力下将所述反应混合物处理经过适于将所述反应混合物中存在的全部或部分所述聚合物材料转化成流体产物流的时间段；以及
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对所述流体产物流进行减压，其中：在即将减压之前，所述流体产物流处于至少350℃的温度和至少180巴的压力下，所述减压包括在闪蒸容器中将所述流体产物流的压力降低到小于25巴，从而使所述流体产物流的至少一部分蒸发并生成包含烃产物、蒸汽和气体的组成部分的蒸气，并且蒸发提供能量以促进所述蒸气分馏成所述组成部分；以及
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收集所分馏的蒸气。2.根据权利要求1所述的方法，其中在即将减压之前，所述流体产物流处于至少380℃、400℃、420℃、450℃或470℃的温度下。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在即将减压之前，所述流体产物流处于至少200巴、220巴、240巴、260巴、280巴或300巴的压力下。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述闪蒸容器直接与累积设备联接，是所述累积设备的整体部分，或直接联接到一个或多个分级产物冷凝器。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，包括将所述蒸气分馏并冷凝成最大大气当量沸点小于400℃、450℃、500℃、550℃或600℃的馏分，以及收集最小大气当量沸点大于400℃、450℃、500℃、550℃或600℃的残余馏分。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中来自减压产物流的固体填料和/或无机物质和/或金属盐保留在通过所述蒸发和分馏产生的残余物基质内。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述减压和分馏使所述水性溶剂能够与所述烃产物分离，包括在以下温度下使所述水性溶剂与低沸点烃分离：10℃、20℃、30℃、40℃、50℃或60℃。8.根据权利要求7所述的方法，其中在9.8_+/
‑
0.1m/s2的有效重力下进行所述水性溶剂与低沸点烃的所述分离。9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中所分离的水性溶剂包含小于15,000mg/l、10,000mg/l、5000mg/l、2500mg/l、1000mg/l或500mg/l的总有机碳含量(TOC)。10.根据权利要求1至9所述的方法，还包括将蒸汽注射到所述闪蒸容器中并且使所述流体产物流与所述蒸汽接触。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述反应混合物的所述生成包括：
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提供所述聚合物材料的熔融流；
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将所述水性溶剂注射到所述聚合物材料的熔融流中；以及
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将所述水性溶剂和所述聚合物材料的熔融流机械混合。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述水性溶剂在所述注射之前是超临界的。13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其中所述水性溶剂是水或基本上是水。14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中机械混合包括在包括一个或多个静态机械混合装置的组件中使用溶剂分配格栅。15.根据权利要求12所述的方法，其中由任何所述机械混合装置排出的流体流具有大
于约94％、95％、96％、97％或98％的体积均匀性。16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中通过跨越任何所述混合装置和溶剂分配格栅的圆周的一系列喷嘴将所述水性溶剂注射到所述聚合物材料的熔融流中。17.根据权利要求14至16所述的方法，其中在所述反应混合物的所述生成期间，在所述混合装置上存在小于2巴、5巴、10巴、20巴或30巴的压降。18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其中超临界水性溶剂在包括以从所述流体产物流释放的气体为燃料的燃烧器的锅炉设备中生成。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述超临界水性溶剂在包括以天然气为燃料的燃烧器的锅炉设备中生成。20.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，其中所述超临界水性溶剂在至少450℃、500℃或550℃的温度下离开所述锅炉设备。21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其中所述锅炉在至少180巴、或至少200巴、或至少220巴、或至少240巴、或至少250巴、至少270巴、或290巴、或310巴或330巴的压力下在所述超临界水性溶剂的生成期间操作。22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，包括将从所述锅炉设备中的所述流体产物流释放的所述气体加热到至少850℃的温度持续至少2秒，从而破坏卤化有机化合物，包括以下各项中的任一项或多项：氯化二恶英、氯化呋喃、氯化联苯和其他环境关注的二恶英类化合物。23.根据权利要求1至22中任一项所述的方法，其中所述处理包括在所述生成或处理期间使所述反应混合物与除了存在于与所述反应混合物接触的任何金属表面中的那些补充金属催化剂之外的补充金属催化剂接触，其中所述补充金属催化剂为：
‑
混合到所述反应混合物中以促进所述流体与所述补充金属催化剂之间的接触的固体材料的组分，以及/或者
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任何所述混合装置的部件。24.根据权利要求23所述的方法，其中所述补充金属催化剂是固态过渡金属催化剂。25.根据权利要求23或权利要求24所述的方法，其中所述补充金属催化剂是固态过渡金属催化剂，并且其中所述过渡金属的氧化态最初是正式零价氧化态。26.根据权利要求25所述的方法，其中零价金属选自以下各项中的任一项：零价铁和镍。27.根据权利要求23至26所述的方法，其中所述补充金属催化剂催化氢原子从所述水性溶剂转移到由所述聚合物材料的所述处理产生的所述烃产物。28.根据权利要求1至27中任一项所述的方法，还包括在所述处理期间从所述反应混合物移除固体材料，其中所述固体材料：
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是存在于所述聚合物材料中的无机材料；
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具有比所述反应混合物内的流体更大的密度，并且在所述处理期间通过重力与所述反应混合物分离；并且
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从反应器设备移除，其中所述处理通过在所述处理期间借助远程操作的阀排放到接收器容器中来进行。29.根据权利要求28所述的方法，其中所述无机材料：
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是在进行所述方法之前存在于所述聚合物材料内的填料或污染物；并且/或者
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与所述水性溶剂和/或与在所述处理期间通过副反应以小体积形成的富碳材料反应。30.根据权利要求28或权利要求29所述的方法，其中将所述固体材料与所述烃产物、蜡、聚合物低聚物或部分解聚的材料的一部分一起排放到所述接收器容器中。31.根据权利要求1至30中任一项所述的方法，其中所述方法在反应器设备中进行，所述反应器设备包括以下各项中的任一项或多项：
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用于测试所述反应器设备内的阀门和减压容器中的压力水平的系统，
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允许冷却排放到所述反应器设备的接收器容器中的材料的系统，
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用于所排放的材料的具有可移除盖的最终收集罐，所述最终收集罐与其盖并且与互连的管道和阀互锁以防止所述罐和内容物的意外移除，
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排气以释放在所述处理期间或之后形成的气体，
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提供包含氮气、氩气、二氧化碳和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：穆拉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：