从某些塑料中回收碳的热解反应器以及从某些塑料中回收碳的系统和方法与流程

本发明涉及一种用于从某些塑料中回收碳的热解反应器以及用于从某些塑料中回收碳的相关系统和方法。在其优选实施方式中，所述热解反应器被设计用于在家庭或轻型商业环境中从废塑料中回收碳。

背景技术：

1、以下对本发明背景的讨论旨在促进对本发明的理解。然而，应当理解的是，该讨论并不表示承认或认可所提及的任何材料在本技术的优先权日前已在任何司法管辖区中已公开、为人所知或属于公知常识的一部分。

2、热解化学过程以前已被用于回收某些塑料，其目的在于回收其中所含的油。在此背景下，该过程是一种工业过程，而不属于家庭或轻商业过程。

3、这里的区别是明显的。例如，可以通过向工厂的操作人员提供口罩来处理产生有害但无毒气味的副产物。然而，同样的方法并不是在家庭或轻型商业环境中处理副产物的真正解决方案。回收过程中的其它副产物可能会产生不同的影响，在工业、家庭和轻型商业环境中也必须以不同的方式加以处理(例如，噪音污染或对居住者健康造成的潜在损害)。

4、与本发明的目的相关的另一个问题是，可以使用现有的热解方法回收的塑料是烃基塑料。这意味着从此类塑料中回收碳的任何尝试都会带来另一个问题，那就是如何处理随之产生氢气的安全问题，尤其是是在家用或轻型商业环境中。

5、因此，本发明的目的之一在于提供一种用于从某些塑料中回收碳的热解反应器。本发明的另一个可选的目的在于提供一种可在家庭或轻商业环境中使用的反应器。

技术实现思路

1、在本文中，除非另有相反说明，否则“包括”、“由......组成”等术语应被解释为非穷举性的，或者，换言之，其含义为“包括但不限于”。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种用于从某些塑料中回收碳的热解反应器，其包括：

3、至少一个反应容器，所述至少一个反应容器具有第一反应室和第二反应室；

4、材料输送系统，以用于将颗粒状的某些塑料输送至第一反应室；

5、催化剂输送系统，以用于将金属催化剂输送至第二反应室；以及

6、分离器；

7、其中，颗粒状塑料材料在第一反应室中被加热至第一温度范围，以便分解成一系列气体，该气体在所述第二反应室中与金属催化剂一起被加热以形成其中夹带有碳包覆的催化材料的一系列反应后气体，所述分离器可将至少一部分的碳包覆催化材料从所述反应后气体中分离出来。

8、优选地，所述第一温度范围在450℃-600℃之间，而第二温度范围在700℃-800℃之间。

9、所述分离器可以是旋风分离器。

10、在优选的实施方式中，所述金属催化剂是铁基催化剂。

11、所述第一反应容器的每个反应室可以通过电炉进行加热。在一实施方式中，所述电炉是多区电炉，操作所述多区电炉的至少一个区以加热第一反应室，并且，操作所述多区电炉的至少一个区以加热第二反应室。

12、所述第二反应室可位于第一反应室上方，并通过可操作的连接室将第一反应室连接至第二反应室。

13、所述第二反应室还可包括穿孔基板，所述基板的穿孔的尺寸被设计成使得气体能从中通过但能防止金属催化剂从中掉落。

14、所述热解反应器还可包括通道混合器，可操作该通道混合器以输送以下至少一种：将反应后气体输送至第一反应室；将反应后气体输送至第二反应室；将氮气输送至第二反应室；将氢气输送至第二反应室；将氮气输送至第一反应室；将氢气输送至第一反应室。

15、可操作所述材料输送系统以打开封密封的可拆卸料筒的开口，以使包含在其中的颗粒状塑料材料输送到第一供料单元，其中，该第一供料单元将所述颗粒状塑料材料输送到第一反应室。所述第一供料单元可采用阿基米德螺杆的形式，其将颗粒状塑料材料输送到第一反应室的底部。理想情况下，所述材料输送系统的供料速率为每分钟0.5-10克。

16、所述催化剂输送系统可包括将金属催化剂供料至第二供料单元的催化剂料斗，所述第二供料单元将金属催化剂输送至第二反应室。所述第二供料单元也可以采用阿基米德螺杆的形式，其将金属催化剂输送到第二反应室的顶部。与材料输送系统一样，所述催化剂输送系统的理想供料速率为每分钟0.5-10克。

17、在优选实施方式中，催化剂与颗粒材料的比例为以下之一：1:2；1:4；1:6。

18、所述热解反应器还可包括用于冷却靠近第一反应室的第一供料单元的一部分的冷却系统。所述冷却系统可以采用用于再循环热流体的管道的形式。

19、在本发明的一种形式中，由分离器分离出的反应后气体在燃烧室中被氧化。所述燃烧室可被配置为将氧化过程中的至少一部分副产物输送回第一反应室(预期副产物为co2和n2)。在另一实施方式中，所述燃烧室由控制系统控制，可操作所述控制系统以仅在确定变量超过预设的阈值水平时启动氧化过程。所述变量可以是以下任意一种：燃烧室内的压力水平；反应器后气体通过燃烧室的次数；时间到期。

20、所述热解反应器可包括能量回收系统以回收燃烧室中所产生的化学能的至少一部分。所述能量回收系统可向用于加热第一反应室和/或第二反应室的电炉供电。

21、在另一变型中，由分离器分离出的反应后气体被输送至固体氧化物燃料电池。

22、在第三种变型中，由分离器分离出的反应后气体被输送至氢回收系统。优选地，所述氢回收系统包括填充有金属化合物的可拆卸料筒，反应后气体被引导通过该可拆卸料筒，所述金属化合物能够吸收氢以形成氢化物。

23、根据本发明的第二方面，提供了一种用于从某些塑料中产生颗粒材料的装置，其包括：

24、容器，塑料制品可以放入到该容器中；

25、研磨器，以用于将放入塑料制品研磨成颗粒材料；以及

26、可拆卸料筒，以用于接收来自研磨器的颗粒材料；

27、其中，所述可拆卸料筒从所述装置移除时是被密封的，以防止所述颗粒材料从装置中转移以形成如权利要求1所述的热解反应器的材料输送系统的一部分时进入到环境中。

28、所述可拆卸料筒具有开放面，可操作该装置以通过在移除之前在开放面上施加保护膜来密封所述可拆卸料筒。

29、所述容器可包括自动识别系统，操作所述容器以使得在所述自动识别系统识别出塑料制品为可回收的情况下允许放入塑料制品。

30、根据本发明的第三方面，提供了一种用于从某些塑料中回收碳的系统，所述系统包括：

31、如本发明的第一方面所述的热解反应器；

32、如本发明的第二方面所述的用于产生颗粒材料的装置；

33、其中，操作所述材料输送系统以打开从装置取回的密封的可拆卸料筒的开口，以使得包含在其中的颗粒状塑料材料输送到第一供料单元，所述第一供料单元将所述颗粒状塑料材料输送至第一反应室。

34、根据本发明的第四方面，提供了一种用于从某些塑料中回收碳的方法，所述方法包括以下步骤：

35、将至少一个反应容器的第一反应室中的颗粒材料加热至第一温度范围，以将所述颗粒材料分解为一系列气体；

36、将金属催化剂输送至所述至少一个反应器容器的第二反应室；

37、将第二反应室中的一系列气体和金属催化剂加热至第二温度范围，以形成其中夹带有碳包覆催化材料的一系列反应后气体；

38、从所述反应后气体中分离出所述碳包覆催化材料。

39、优选地，所述第一温度范围为450℃-600℃，而所述第二温度范围为700℃-800℃。

40、在优选实施方式中，从所述反应后气体中分离所述碳包覆催化材料的步骤通过离心分离来实现。

41、理想的是，所述催化剂是铁基催化剂。

42、所述方法还包括利用所述一系列气体来搅动第二反应室中的催化剂的步骤。

43、所述方法还包括利用通道混合器来输送至少以下之一的步骤：将反应后气体输送至第一反应室；将反应后气体输送进入第二反应室；将氮气输送至第二反应室；将氢气输送至第二反应室；将氮气输送至第一反应室；将氢气输送至第一反应室。

44、所述该方法还可以包括以下步骤：

45、打开密封的可拆卸料筒的开口，以使得包含在其中的颗粒状塑料材料被输送到第一供料单元；以及

46、利用所述第一供料单元将颗粒状塑料材料输送至第一反应室。

47、所述第一供料单元优选以0.5-10克/分钟的供料速率将颗粒材料输送至第一反应室。类似地，所述将金属催化剂供料至第二反应室顶部的步骤的供料速率优选为0.5-10克/分钟。所述催化剂的供料速率与颗粒材料的供料速率的比率优选为以下之一：1:2；1:4；1:6。

48、所述方法还包括冷却靠近第一反应室的第一供料单元的一部分的步骤。

49、在第一替代布置中，所述方法还包括在燃烧室中氧化反应后气体的步骤。在该设置中，所述方法还包括将氧化过程的至少一些副产物输送回第一反应室的步骤(所述副产物优选为co2和n2)。可只有当控制系统确定变量超过预设的阈值水平时，才启动在燃烧室中氧化反应后气体的步骤，其中，所述变量是以下之一：燃烧室内的压力水平；反应后气体通过燃烧室的次数；时间到期。

50、所述方法还可以包括以下步骤：

51、回收在燃烧室中产生的化学能的至少一部分；以及

52、利用回收的能量为用于加热第一反应室和/或第二反应室的电炉提供能量。

53、在第二替代布置中，所述方法还包括将反应后气体输送到固体氧化物燃料电池的步骤。

54、在第三替代布置中，所述方法还可包括将反应后气体输送至氢回收系统的步骤。所述氢回收系统可包括填充有金属化合物的可拆卸料筒，所述反应后气体被引导通过该可拆卸料筒，所述金属化合物能够吸收氢以形成氢化物。

55、所述方法还可包括以下步骤：

56、将放入的塑料制品研磨成颗粒材料；

57、将颗粒材料存放到可拆卸料筒中；以及

58、密封所述可拆卸料筒，以防止所述颗粒材料在转移过程中进入环境。

59、所述方法还可以包括以下步骤：

60、识别塑料制品；以及

61、只有当所述塑料制品被识别是由某些塑料中的一种或主要由某些塑料中的一种制成时，才能放入所述塑料制品以供研磨。