使用气液和固液分离系统热裂化有机聚合物材料的制作方法

本公开涉及加工有机聚合物材料以形成含烃产物的领域，并且还涉及液气分离和液固分离的领域。

背景技术：

1、尽管工业界对将聚合物废物转化成可冷凝、不可冷凝和固体烃产物具有相当大的兴趣，但现有的此类方法表现出许多低效和缺点。具体而言，现有方法表现出无法连续操作，并且它们无法连续操作通常与现有方法不能有效地处理在此类方法中产生的固体产物(例如炭)有关。因此，本领域长期以来一直需要将聚合物废物转化成可冷凝、不可冷凝和固体烃产物的改进的方法。

技术实现思路

1、为了满足上述长期存在的需要，本公开尤其提供了一种用于将有机聚合物材料转化成含烃材料的系统，所述系统包含：热裂化组列，所述热裂化组列被配置成对进料到所述热裂化组列的聚合物材料进行分子裂化；冷凝组列，所述冷凝组列被配置成接收来自所述热裂化组列的热裂化产物并冷凝至少一部分所述热裂化产物，以从所述热裂化产物产生热解油产物；和分离组列，所述分离组列被配置成从所述冷凝组列接收包含固体材料和所述热解油产物的第一液体，所述分离组列被配置成从所述第一液体分离至少一些所述热解油产物。

2、本发明还提供了一种所述，所述方法包括操作根据本公开(例如根据方面1-12中任一方面所述)的系统，以便将聚合物材料转化成炭、气体和热解油产物，所述方法任选地连续进行。

3、本发明还公开了一种方法，所述方法包括：执行聚合物材料的热裂化，以便产生热裂化产物和炭；任选地脱去挥发性成分并收集至少一些所述炭；冷凝至少一部分所述热裂化产物，以产生(1)包含至少一些所述炭和热解油产物的第一液体，和(2)包含至少一些所述热解油产物的第一塔顶馏出物；从所述第一液体分离至少一些所述热解油产物；冷凝一部分所述第一塔顶馏出物，以产生(1)包含所述热解油产物的第二液体，和(2)第二塔顶馏出物；以及收集所述第二液体。

4、本发明还提供了一种热裂化处理组列，其包含：回转窑反应器；所述回转窑反应器被配置成接收有机聚合物进料材料，所述回转窑反应器限定至少一个内壁，该内壁界定所述回转窑反应器的内部体积，所述内部体积限定沿着所述有机聚合物进料材料行进方向的入口和出口，所述回转窑反应器包含含有一个或多个清扫零件的区段，所述清扫零件被配置成随着所述回转窑的旋转清扫所述至少一个内壁的一部分，所述回转窑包含含有一个或多个升降零件的区段，所述升降零件从所述至少一个内壁伸出，并被配置成随着所述回转窑反应器的旋转促使布置在所述一个或多个零件上的材料落入所述回转窑反应器内部的内部体积中；燃烧器，其被配置成为所述回转窑反应器提供加热气体，所述燃烧器任选地被配置成接收并燃烧未冷凝的含烃蒸气；和脱挥发性成分组列，所述脱挥发性成分组列任选地包含第一阀、保持室和第二阀，所述第一阀被配置成中断所述回转窑反应器的内部体积与所述保持室之间的流体连通，并且所述第二阀被配置成中断所述保持室与所述保持室外的环境之间的流体连通。

5、本发明还提供了一种方法，所述方法包括：操作根据本公开(例如根据方面22-37中任一方面所述)的热裂化组列以产生热裂化产物和炭，任选地脱去挥发性成分并收集至少一些所述炭，和任选地将所述裂解产物输送到一个或多个冷凝器。

6、本发明还公开了一种方法，所述方法包括：实现有机聚合物进料材料在具有至少一个内壁的回转窑反应器内的传送，将所述有机聚合物进料材料暴露于所述回转窑反应器内的两个或更多个不同温度的区域，所述两个不同的温度区域中的至少一者实现所述有机聚合物进料材料热裂化成(1)包含热解油产物的热裂化产物和(2)炭；至少部分地将所述炭脱去挥发性成分，以产生第一脱挥发性成分的炭；将至少一些所述第一脱挥发性成分的炭收集在保持室中；任选地中断所述保持室与回转窑反应器之间的流体连通；在所述保持室中将至少一些所述第一脱挥发性成分的炭进一步脱去挥发性成分，以产生第二脱挥发性成分的炭；收集所述第二脱挥发性成分的炭。

7、此外，本发明提供了一种冷凝组列，其包含：第一冷凝器，其被配置成从提供到所述第一冷凝器的进料蒸气冷凝包含热解油产物的第一液体，所述第一冷凝器任选被配置为下喷式冷凝器；第二冷凝器，其与所述第一冷凝器流体连通，所述第二冷凝器被配置成接收来自所述第一冷凝器的第一塔顶馏出物，所述第二冷凝器被配置成从所述第一塔顶馏出物冷凝包含所述热解油产物的第二液体；和任选的第三冷凝器，其与所述第二冷凝器流体连通，所述第三冷凝器被配置成接收来自所述第二冷凝器的第二塔顶馏出物，所述第三冷凝器被配置成从所述第二塔顶馏出物冷凝包含热解油产物的第三液体。

8、本发明还提供了一种方法，所述方法包括：向第一冷凝器输送包括含有热解油产物的蒸气的进料，所述第一冷凝器任选为下喷式冷凝器；操作所述第一冷凝器，以便产生包含所述热解油产物的第一液体和包含所述热解油产物的第一塔顶馏出物；将至少一些所述第一液体再循环到所述第一冷凝器；将所述第一塔顶馏出物输送到第二冷凝器；操作所述第二冷凝器，以便产生包含所述热解油产物的第二液体和包含所述热解油产物的第二塔顶馏出物；将所述第二塔顶馏出物输送到第三冷凝器；以及操作所述第三冷凝器，以便产生包含所述热解油产物的第三液体和包含未冷凝的物质的第三塔顶馏出物。

9、本发明还公开了一种分离组列，其包含：分离模块，所述分离模块被配置成任选地从冷凝器接收包含炭和热解油产物的进料材料，所述分离模块可操作以将所述炭和热解油彼此分开；接收管线，其被配置成从所述分离模块接收热解油产物。

10、本发明还提供了一种固液分离方法，所述方法包括：向分离模块引入包含热解油产物和炭的进料，使用所述分离模块执行所述热解油产物和炭流体的彼此分离；收集所述炭；和收集至少一些所述热解油产物。

11、本公开还提供了操作装置，其包含：第一区室；第二区室；延伸穿过所述第一区室并进入所述第二区室中的导管，所述导管至少部分被导管夹套包围，所述导管夹套限定外径，所述导管使所述第二区室与所述区室外的环境流体连通，所述第二区室包含面朝所述导管夹套的壁，并且所述第二区室可以相对于所述第一区室旋转；密封件，其限定所述第一区室与所述第二区室之间的边界，所述密封件从所述第二区室的壁向所述导管夹套径向延伸，所述密封件包含固定到所述第二区室的壁并从所述第二区室的壁延伸的第一法兰，所述第一法兰限定内径，(a)所述密封件包含分层部分，分层部分包含多个环形部分，所述环形部分中的至少一者的内径小于所述导管夹套的外径，使得所述至少一个环形部分可旋转地紧靠所述导管夹套，所述导管夹套的外径任选地比所述至少一个环形部分的内径大不超过约1.25cm，或者(b)所述密封件包含可旋转地紧靠所述导管夹套的刷子。

12、还提供了使用所述公开的操作装置的相关方法。

技术特征：

1.一种用于将有机聚合物材料转化成含烃材料的系统，所述系统包含：

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述热裂化组列被配置成将所述聚合物材料暴露于多个温度区。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其进一步包含用于与所述热裂化组列连通的至少一种无机添加剂的供应。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其中所述热裂化组列被配置成使源自聚合物材料裂化的炭脱去挥发性成分。

5.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其中所述热裂化组列包含限定反应区室的反应器，所述反应区室具有一定长度并可操作以使沿着所述反应区室的长度具有多个温度区。

6.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其中所述冷凝组列包含与所述热裂化组列流体连通的第一冷凝器，

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一冷凝器实现以下的(1)与(2)之间的接触，(1)从所述分离组列再循环到所述第一冷凝器的第一液体，(2)由所述第一冷凝器从所述热裂化组列接收的热裂化进料。

8.根据权利要求6所述的系统，其中所述冷凝组列包含第二冷凝器，

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述冷凝组列包含第三冷凝器，所述第三冷凝器被配置成接收来自所述第二冷凝器的未冷凝的第二塔顶馏出物，并且所述第三冷凝器被配置成从所述未冷凝的第二塔顶馏出物产生未冷凝的产物和冷凝的轻质产物。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述热裂化组列被配置成燃烧所述未冷凝的产物，以便产生在所述热裂化组列中使用的热。

11.根据权利要求9所述的系统，其进一步包含火炬组列，其被配置成燃烧所述未冷凝的产物。

12.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其中所述系统被配置成将离开所述冷凝组列的所述第一液体的至少一些送回所述冷凝组列。

13.一种方法，其包括操作根据权利要求21-22中任一项所述的系统以便将聚合物材料转化成炭、气体和热解油产物，所述方法任选地连续进行。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述热解油产物具有约27℃至约704℃的沸程。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述热解油产物包含约10重量％至约70重量％的烯烃。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述热解油产物包含约20重量％至约45重量％的烯烃。

17.一种方法，所述方法包括：

18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括将至少一些所述第一液体与所述热裂化产物接触。

19.根据权利要求17-18中任一项所述的方法，其中从所述第一液体分离至少一些所述热解油产物通过离心分离来进行。

20.根据权利要求17-18中任一项所述的方法，其进一步包括冷凝所述第二塔顶馏出物产物的至少一部分，以便产生合成气和轻质产物输出。

21.根据权利要求17-18中任一项所述的方法，其中所述方法以连续方式进行。

22.一种分离组列，其包含：

23.根据权利要求22所述的分离组列，其中所述分离模块的特征在于倾析式离心机。

24.根据权利要求23所述的分离组列，其进一步包含至少一个过滤器，所述过滤器被配置成在所述进料材料进入所述倾析式离心机之前过滤所述进料材料。

25.根据权利要求23所述的分离组列，其中所述分离模块的特征在于多相倾析式离心机。

26.根据权利要求25所述的分离组列，其进一步包含分离液体源，所述分离液体源被配置成与所述多相倾析式离心机连通。

27.根据权利要求26所述的分离组列，其进一步包含与所述多相倾析式离心机连通的用于分离液体的出口。

28.根据权利要求26-27中任一项所述的分离组列，其进一步包含至少一个过滤器，所述过滤器被配置成在所述进料材料进入所述多相倾析式离心机之前过滤所述进料材料。

29.根据权利要求23-27中任一项所述的分离组列，其进一步包含炭接收管线，所述炭接收管线被配置成从所述倾析式离心机接收炭。

30.根据权利要求22-27中任一项所述的分离组列，其中所述接收管线被配置成将分离的热解油产物放置成与收集位置流体连通。

31.根据权利要求22-27中任一项所述的分离组列，其中所述分离组列被配置成将所述进料材料的至少一部分再循环到所述进料材料源。

32.一种固液分离方法，所述方法包括：

33.根据权利要求32所述的方法，其中所述进料的来源是冷凝器。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述冷凝器是下喷式冷凝器。

35.根据权利要求32-34中任一项所述的方法，其中将来自所述冷凝器的一部分进料再循环回到所述冷凝器。

36.根据权利要求32-34中任一项所述的方法，其中所述分离模块的特征在于倾析式离心机。

37.根据权利要求36所述的方法，其进一步包括在所述进料材料进入所述倾析式离心机之前过滤所述进料材料。

38.根据权利要求36所述的方法，其中所述分离模块的特征在于多相倾析式离心机。

39.根据权利要求38所述的方法，其进一步包括将分离液体送往所述多相倾析式离心机。

40.根据权利要求39所述的方法，其进一步包括将所述分离液体与传送到所述多相倾析式离心机的热解油和炭分离。

41.根据权利要求32-34中任一项所述的方法，其中所述方法以连续方式进行。

42.一种热裂化处理组列，其包含：

43.根据权利要求42所述的热裂化组列，其进一步包含螺旋输送器，所述螺旋输送器被配置成将材料传送到所述回转窑的内部体积中、沿着所述内部体积传送材料、或者将材料传送出所述内部体积。

44.根据权利要求43所述的热裂化组列，其中所述螺旋输送器被配置成将材料传送出所述回转窑的内部体积的出口。

45.根据权利要求42-44中任一项所述的热裂化组列，其进一步包含气体输送组列，所述气体输送组列被配置成将气体传送到所述保持室。

46.根据权利要求42-44中任一项所述的热裂化组列，其进一步包含气体输送装置，所述装置被配置成将气体传送到所述回转窑反应器的内部体积。

47.根据权利要求45-44中任一项所述的热裂化组列，其中所述气体是氮气。

48.根据权利要求42-44中任一项所述的热裂化组列，其中所述回转窑反应器限定围绕所述回转窑反应器的内部体积布置的一个或多个区室，所述一个或多个区室被配置成接收来自所述燃烧器的加热流体。

49.根据权利要求48所述的热裂化组列，其中所述回转窑反应器包含一个或多个挡板，所述挡板被配置成调节被分配到所述一个或多个区室的加热流体的量。

50.根据权利要求48所述的热裂化组列，其中所述一个或多个区室接收的加热流体的量实现了沿着材料行进方向的不同温度的区域。

51.根据权利要求42-44中任一项所述的热裂化组列，其中所述回转窑反应器被配置成限定沿着材料行进方向的多个不同温度的温度区。

52.根据权利要求51所述的热裂化组列，其中所述回转窑反应器被配置成至少限定第一温度区和第二温度区，所述第一温度区的温度不同于所述第二温度区的温度。

53.根据权利要求51所述的热裂化组列，其中所述回转窑反应器包含一个或多个耐火材料的部分，其沿着材料行进方向限定多个不同温度的温度区。

54.根据权利要求51所述的热裂化组列，其中所述一个或多个清扫零件包括链条。

55.根据权利要求51所述的热裂化组列，其中所述一个或多个升降零件包括法兰、脊或其任何组合。

56.根据权利要求55所述的热裂化组列，其中所述一个或多个升降零件通常以平行于进料材料行进的方向取向。

57.根据权利要求42-44中任一项所述的热裂化组列，其包含与所述挤出机连通的至少一种无机添加剂的供应。

58.一种方法，所述方法包括：操作根据权利要求42-44中任一项所述的热裂化组列以产生热裂化产物和炭，任选地脱去挥发性成分并收集至少一些所述炭，和任选地将所述裂解产物传送到一个或多个冷凝器。

59.一种方法，所述方法包括：

60.根据权利要求59所述的方法，其进一步包括将气体输送到所述保持室，以便减少蒸气从所述回转窑反应器进入到所述保持室中。

61.根据权利要求59-60中任一项所述的方法，其进一步包括输送气体以便除去所述至少一个内壁上的材料积聚。

62.根据权利要求59-60中任一项所述的方法，其中将所述聚合物进料材料暴露于所述回转窑反应器内的二个至约六个不同温度的区域。

63.根据权利要求62所述的方法，其中将所述聚合物进料材料暴露于所述回转窑反应器内的四个不同温度的区域。

64.根据权利要求59-60中任一项所述的方法，其中所述方法以连续方式进行。

65.一种冷凝组列，其包含：

66.根据权利要求65所述的冷凝组列，其中所述第一冷凝器被配置为下喷式冷凝器。

67.根据权利要求65-66中任一项所述的冷凝组列，其进一步包含火炬组列，所述火炬组列被配置成燃烧来自所述第三冷凝器的未冷凝的产物。

68.根据权利要求65-66中任一项所述的冷凝组列，其进一步包含流体回路，所述流体回路被配置成将第一液体传送到所述第一冷凝器。

69.根据权利要求68所述的冷凝组列，其中所述流体回路包含可调节分流器，所述可调节分流器被配置成将至少一些所述第一流体分流到所述第一冷凝器。

70.根据权利要求68所述的冷凝组列，其中所述第一冷凝器被配置成将所述进料蒸气与传送到所述第一冷凝器的热解油产物接触。

71.根据权利要求65-66中任一项所述的冷凝组列，其还包含气体输送组列，所述气体输送组列被配置成将气体传送到所述第一冷凝器，所述气体输送组列任选地包含传输管。

72.根据权利要求71所述的冷凝组列，其中所述气体是氮气。

73.根据权利要求65-66中任一项所述的冷凝组列，其中所述第一冷凝器被配置成在约环境温度至约204℃下操作。

74.根据权利要求65-66中任一项所述的冷凝组列，其中所述第二冷凝器被配置成在约16℃至约54℃下操作。

75.根据权利要求65-66中任一项所述的冷凝组列，其中所述第三冷凝器被配置成在约2℃至约21℃下操作。

76.根据权利要求65-66中任一项所述的冷凝组列，其中所述第三冷凝器在低于环境温度下操作。

77.根据权利要求65-66中任一项所述的冷凝组列，其还包含分离罐、单密封罐或除雾器中的至少一者。

78.根据权利要求77所述的冷凝组列，其包含分离罐。

79.一种方法，所述方法包括：

80.根据权利要求79所述的方法，其进一步包括将至少一些所述第一液体再循环回到所述第一冷凝器，并任选地冷却所述第一液体。

81.根据权利要求79所述的方法，其进一步包括将所述再循环的第一液体与所述进料蒸气接触。

82.根据权利要求79-81中任一项所述的方法，其进一步包括将热解油产物传送到所述第一冷凝器。

83.根据权利要求79-81中任一项所述的方法，其中所述第一冷凝器被配置成在约环境温度至约204℃下操作。

84.根据权利要求79-81中任一项所述的方法，其中所述第二冷凝器被配置成在约16℃至约54℃下操作。

85.根据权利要求79-81中任一项所述的方法，其中所述第三冷凝器被配置成在约2℃至约21℃下操作。

86.根据权利要求79-81中任一项所述的方法，其中所述第三冷凝器在低于环境条件下操作。

87.根据权利要求79-81中任一项所述的方法，其进一步包括：(a)燃烧所述未冷凝的物质，(b)燃烧所述冷凝的物质以便加热产生所述第一塔顶馏出物的反应器组列，或(a)和(b)两者。

88.根据权利要求79-81中任一项所述的方法，其中所述第一液体包含炭。

89.根据权利要求79-81中任一项所述的方法，其进一步包括将所述第一塔顶馏出物、第二塔顶馏出物和第三塔顶馏出物中的任一者或多者传送到分离罐、密封罐或除雾器。

90.根据权利要求79-81中任一项所述的方法，其中所述方法以连续方式进行。

91.一种操作单元，其包含：

92.根据权利要求91所述的操作单元，其中所述第一法兰包含多个部分。

93.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其中所述分层部分附着到所述第一法兰。

94.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其进一步包含第一垫圈，所述第一垫圈附着到所述第一法兰。

95.根据权利要求94所述的操作单元，其中所述分层部分附着到所述第一垫圈的第一面。

96.根据权利要求95所述的操作单元，其进一步包含第二垫圈，所述第二垫圈附着到所述第一垫圈的第二面。

97.根据权利要求96所述的操作单元，其进一步包含至少部分地穿过所述第一垫圈、分层部分和第二垫圈延伸的紧固件。

98.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其中环形部分包含钢、铝、黄铜、青铜、铜、碳纤维、玻璃、玻璃载蛭石或其任何组合。

99.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其中所述分层部分包含环形部分的交替排列。

100.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其中所述分层部分包含环形部分的周期性排列。

101.根据权利要求91-82中任一项所述的操作单元，其中所述分层部分包含至少两个具有不同模量的环形部分。

102.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其进一步包含加压流体源，所述加压流体源与所述第二区室流体连通。

103.根据权利要求102所述的操作单元，其中所述流体包含非反应性流体。

104.根据权利要求102所述的操作单元，其中所述流体包含氮气。

105.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其进一步包含压力传感器，所述压力传感器被配置成检测所述第一区室内的压力。

106.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其进一步包含压力传感器，所述压力传感器被配置成检测所述第二区室内的压力。

107.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其进一步包含泵，所述泵被配置成降低所述第二区室内的压力。

108.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其进一步包含马达，所述马达被配置成旋转所述第二区室。

109.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其进一步包含可周向旋转的接头，所述接头被配置成支撑所述第二区室的旋转。

110.根据权利要求109所述的操作单元，其进一步包含加压流体源，所述加压流体源与所述可周向旋转的接头流体连通。

111.根据权利要求110所述的操作单元，其中所述流体包含惰性气体。

112.根据权利要求110所述的操作单元，其中所述流体包含氮气。

113.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其中所述第二区室被配置为回转窑反应器。

114.根据权利要求113所述的操作单元，其中所述第二区室包含一个或多个链条、升降器或螺旋刮板。

115.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其中所述密封件包含含有多个环形部分的分层部分，所述环形部分中的至少一者的内径小于所述导管夹套的外径，使得所述至少一个环形部分可旋转地紧靠所述导管夹套。

116.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其中所述第一区室由过盈配合接头限定，所述接头可以响应所述第一区室内的温度、第二区室内的温度、或两者而膨胀。

117.根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元，其进一步包含至少部分包围所述第一区室的织物部分。

118.一种方法，其包括操作根据权利要求91-92中任一项所述的操作单元。

119.根据权利要求118所述的方法，其中进行所述操作以热解含烃材料。

技术总结
本发明提供了用于加工有机聚合物进料材料例如塑料以形成热解油的系统和相关方法。本发明所公开的系统可以以连续方式操作，并利用与新型冷凝方法集成的新型液固分离技术以便以产物高效和高能效的方式操作。

技术研发人员：杰里米·J·德贝内迪克蒂斯,斯坦利·G·普赖贝拉,多米尼克·O·罗塞斯,斯科特·M·萨斯,尼古拉斯·A·万苏克
受保护的技术使用者：阿尔特拉能量有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16