CN102439122A - 用于实施化学过程的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于实施化学过程的方法，其中对原料进行加热，使用低熔点的金属或金属合金在罐或反应器中形成熔体浴，在罐或反应器的下部将原料直接地按计量送入熔体浴中。

Description

用于实施化学过程的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于实施化学过程的方法，其中对原料进行加热，使用经过加热的低熔点金属或金属合金在罐或反应器中形成熔体浴。本发明还涉及用于实施化学过程的设备，其具有用于包含由低熔点金属或低熔点金属合金组成的熔体浴的罐或反应器。
背景技术
波兰专利申请P-372777推荐了一种用于对塑料废产物实施热解聚法的反应器。该反应器配备有一个涡轮式搅拌器以及一组交替地安装于长、窄和平坦的箱中并且位于熔融材料的表面下方的管式预热器。优选用低熔点金属例如伍德合金给加热器装料。在混合器与预热器之间设置垂直的隔板，其确保纵向流过预热器。
在所述过程中，会导致熔融材料过热，从而在设备的部件上形成难以去除的碳化沉积物。此外，还需要在化学过程中进行强烈的搅拌。
发明内容
本发明的目的在于，能够更简单地实施所述化学过程，而没有过热和沉积的风险。
该目的根据本发明是通过前述类型的方法以如下方式实现的，在罐或反应器的下部将原料直接按计量送入熔体浴中。
直接在罐或反应器中或者在单独的容器中通过至少一个优选为电热方式的加热装置加热低熔点的金属或金属合金，从而将熔融的合金送入罐或反应器。
可以将所送入的原料作为固体材料或者作为流体尤其是作为液体按计量送入熔体浴中。因为该原料的密度优选小于熔体浴，其自动地经过熔体浴向上运动，其中进行所期望的化学过程。可以通过隔板、螺旋状导管或者通过熔体浴中的格栅，使原料在按计量送入之后的自动上浮放缓。
熔体浴在熔融状态下在罐或反应器中针对性地处于在50℃与1000℃之间，尤其是在50℃与550℃之间的温度。
此外，上述目的是通过前述类型的设备实现的，其特征在于，罐或反应器在其下部配备有用于将原料直接按计量送入熔体浴中的给料装置。
可以将原料以各种聚集态，尤其是以液态或固态的形式引入熔体浴中。
对于流体，尤其是对于液态原料而言，给料装置可以具有用于将流体原料在过压下按计量送入熔体浴中的喷嘴装置。对于固体而言，例如利用计量螺旋给料机进行按计量送入。
罐或反应器可以在下部配备有加热元件，优选配备有电加热装置，特别优选配备有感应加热装置。在此，所述感应加热装置可以呈圆柱形围绕反应器或罐的外壳延伸。优选以低的频率进行感应加热，以避免出现趋肤效应。该排列方式的优点在于，对整个熔体浴在全部体积上均匀地加热，从而不仅从下方进行加热。替代性地，可以将在单独的容器中加热的低熔点金属或经加热的低熔点金属合金送入罐或反应器。
此外，罐或反应器还可以配备有用于减缓原料上浮的隔板、螺旋状导管或筛板。
根据本发明的工艺能够非常有效地加热在所述过程中使用的原料、底物和反应物。可以容易地去除分离出来的污物和沉积物，例如碳化物。它们沉积在熔融的金属或金属合金的表面上，或者可以用溶剂或水冲洗掉。通过使水流过从罐或反应器排出的合金，可以在提高的温度下以液态实施熔融金属的净化。
在使用液态原料时，优选用具有用于按计量送入液态原料的开口的喷嘴进行给料，因而原料的向表面上浮的液滴自动地确保在加热过程中强烈地搅拌物质。在许多情况下省略掉混合装置。但是有意义的是，容器或反应器任选配备混合装置。
用于送入流体尤其是液态的原料的喷嘴开口的直径根据原料加以选择，并且取决于其物理化学特性。开口的尺寸典型地在8μm与2mm之间。
可以根据本发明方法实施的过程的例子是通过蒸馏对分离出的物质例如废油进行净化或分馏。另一个例子是对塑料废产物例如聚烯烃塑料进行热催化解聚。目前在该方法中使用直接地或者经由经加热的反应器的壁与经加热的液体接触的加热元件。这会导致碳化物形式的杂质沉积在过热的设备元件上。即使在工作过程中对混合过程进行了各种改善，仍然无法避免碳化物沉积在加热的面上。因此需要暂时停止工作，其中必须对设备进行清洗。
该方法可以根据本发明包括化学过程的任意阶段，例如对物质进行预先提纯、粉碎、在熔炉中进行塑化、使得固体原料转变成液态、去除所有类型的馏分，其是主产物或副产物、送回溶剂及其他参与化学过程的物质、以及加入催化剂的阶段和排出其已用过的馏分。以同样的方式，该设备根据本发明包括用于实施上述阶段的与类型有关的区段。这些阶段与类型有关，并且是公知的。本发明致力于改善在已知方法范畴内的加热阶段的加热，并且通过介绍新型的加热法改进传统的设备。在根据本发明的方法中可以采用的温度在50至1000℃或50至550℃的范围内。
根据本发明使用液体(熔融)状态的经加热的金属或者经加热的金属合金。在例如具有锥形底部的圆柱形容器的下部可以具有加热元件，通常是电加热元件，其对低熔点合金进行加热。替代性地，可以使用在壁的高度范围内呈圆柱形延伸的加热装置，尤其是电加热装置，及优选为感应加热装置，其以圆柱形围绕罐或反应器的外壳设置且优点在于，可以均匀地或者以特定的温度梯度加热金属或金属合金的全部体积。
在容器的下部具有给料装置，通过该给料装置将原料送入容器中。在此，原料可以液态在压力下按计量送入熔体浴中。过压用于克服罐或反应器中熔体浴的压力。使在此使用的喷嘴的开口的尺寸适应于参与化学反应的物质。
喷嘴确保将液态原料迅速地转变为“小滴形状”的喷入过程，从而确保在通往液态的低熔点金属合金表面的过程中有效地进行加热。液态原料的密度远远小于合金的密度。因此针对性地在罐中使用阻挡装置来延长原料的加热时间，即减缓物质经过合金的速度。在提高的温度下的化学过程的持续时间不是仅仅通过相应地选择温度加以确定，而是还通过熔融金属柱的高度、所用阻挡装置的类型、喷嘴开口的尺寸以及在特定的单位时间内加入的物质的量加以确定。
本发明还能够有利地导入固态材料。因此，例如可以根据本发明净化被油污染的砂子。在此，砂子以催化方式促进油的解聚作用，从而例如450℃的熔体浴温度就足以使油发生解聚，并且在必要时将其转变成可用馏分以及可以使用的物质。砂粒以干燥形式聚集在熔体浴的表面上，并且能够以简单方式将其从此去除，例如通过用不含氧的气流将其吹去。
根据本发明的使用固态原料的化学过程的另一个实施例是分离塑料和铝，它们可以是牢固地相互结合的材料。例如利用推料器将这些材料以经粉碎的形式经过炉口按计量送入熔体浴中。塑料在此会发生解聚，并且以气态形式排出，而铝则以固体形式聚集在熔体浴的表面上，并且例如可以通过抽吸的方式加以去除。
还可以在塑料尚未发生解聚的温度范围内对塑料件进行给料的情况下实施根据本发明的方法。在此情况下，可以在熔体浴的表面上去除液态形式的塑料。
若原料与熔体浴无法自动地充分混合，则可以设置搅拌装置。但是在此情况下优选通过经由喷嘴压入的气泡来引起搅拌效应。气泡在此优选是通过工艺气体形成的，工艺气体在设备内在所形成的工艺温度下不会凝结，因此可以循环引导。若有意义的是从设备中排出烃类，则能够以此方式例如使用CO2进行吹洗。
根据本发明的方法还适合于对固体例如污泥进行非常高效的干燥。在此情况下，可以简单的方式去除熔体浴表面上已干燥的砂子。
尤其是在使用在壁之中或之上以圆柱形形成的加热装置，例如感应加热装置时，有意义的可以是在罐或反应器中形成熔体浴中的温度梯度，从而可以受控制的方式影响塑料颗粒。
此外还可以通过串联多个具有不同的熔体浴温度的罐或反应器来实施复杂的反应。以此方式，例如可以将水、乙二醇和甲醇的混合物彼此分离。在第一反应器中，熔体浴例如可以具有72℃的温度，从而使甲醇蒸发，并且从熔体浴的表面取出乙二醇和水的混合物。然后在第二反应器中将熔体浴温度调节到86℃，由此使乙二醇蒸发，并且可以从熔体浴的表面排出纯净的水。
除了温度控制以外，控制原料在熔体浴中的停留时间也是有意义的。在许多情况下，有利地使用具有不同筛孔尺寸的筛板，从而可以控制停留时间。所述筛板在此通常可以具有在0.1mm与2mm之间的筛孔尺寸。这特别有利于处理被送入熔体浴中并且在熔体浴中缓慢熔化的固体颗粒。通过使用筛孔尺寸逐渐减小的筛板，可以确保固体颗粒只有在通过熔化过程变小到使其可以穿过各个筛板的筛孔尺寸时，才会各自向上移动一个阶段。因此这些颗粒将会停留在各自的筛板上，直至其通过进一步的熔化而穿过筛板的筛孔，然后到达下一个具有更小的筛孔尺寸的筛板，或者以熔融形式到达熔体浴的表面。
在根据本发明的方法中，可以使用不同的低熔点金属和合金，例如含有镓和铟的合金(熔点47℃)、伍德合金(Woodsche Legierung，熔点70℃)、利波维茨合金(Lipowitz-Legierung，熔点80℃)、牛顿合金(Newton-Legierung，熔点96℃)、李顿勃合金(Lichtenberg-Legierung，熔点92℃)。
下面应当依照附图所示的实施例更详细地阐述本发明。
附图说明
图1所示为根据本发明用于液态原料的样板设备；
图2所示为根据图1的设备使用固态原料的改变的方案。
具体实施方式
图1所示的设备是对塑料废产物例如聚烯烃塑料进行热催化解聚的设备。其配备有熔化装置201、湿法反应器301，具有开口的喷嘴2位于其中，经由开口输送熔融原料，即由聚乙烯和聚丙烯PE和PP组成的废产物。
反应器中装入通过电加热元件1进行加热的低熔点金属合金3。反应器中具有阻挡装置4，其用于减缓塑料小滴流向反应器表面的速度。此外该设备还配备有干法反应器302、烃类蒸汽的加热器303、排放罐304、合金的排放罐305、冷凝器401、冷凝液罐402、冷凝液计量泵403和CO2储罐。该设备的所述组成部分是已知的，并且用于此类设备中。主要的改变在于重新设计了湿法反应器301，于其中对原料(在工艺过程中用过的物质)即聚烯烃废料进行加热。
在排放罐305中可以通过液体冲洗或者将温度调节到约100℃而将合金净化。
实施例
在用于对含有由聚乙烯和聚丙烯组成的残留物的塑料废产物进行热催化解聚的设备中实施反应，其中液态的低熔点合金是伍德合金。经由安装在反应器下部的具有0.5至1mmΦ开口的喷嘴继续引导首先熔化的废料。将位于反应器中的由伍德合金组成的浴保持在400与420℃之间的温度。
图2所示为湿法反应器的一种改变的方案311，其代替湿法反应器301用于根据图1的设备中，以对固体原料进行处理。因此，在反应器311的底部设置水平的计量螺旋给料机11。电动机12驱动被圆柱形外壳14包围的螺杆13。在外壳14的上端面上的开口中具有用于将颗粒状固体物料送入计量螺杆泵11中的装料斗15。如此预先送入的固体物料经由反应器311底部的排出口16进入已装填了低熔点合金的反应器311的内部。因为固体物料具有比金属合金更小的比重，所以其在金属合金中向上浮起。对固体物料进行加热，由此可以进行化学或物理转化过程。若在化学转化过程中产生气体，则可以将其在反应器301的顶壁中通过气体排出口17排出。在反应器的顶壁下方具有固体物料19的侧面排出口18，可以将在熔体3上的固体物料经由排放阀20从反应器311取出。
所述固体物料19可以是以被污染的形式通过进入口16进入反应器311的熔体3中的砂子。有机成分受熔体浴的高温影响发生矿物化，并且被转化成气体，通过气体排出口17从反应器311排出。砂粒作为固体物料19聚集在熔体的表面上，并且可以经净化的形式从反应器311排出。
若固体物料19是应当进行解聚的塑料颗粒，则可以利用低熔点合金3通过热作用使其以受控制的方式发生转化。为此优选在反应器311中彼此上下地设置筛板排列21，其一方面可以作为阻挡装置4延长固体物料19经过熔体浴3的通过时间，另一方面尤其是在使塑料转化时自动控制特定的转化阶段的停留时间，条件是其具有向上逐渐减小的筛孔尺寸。经过进入口16进入熔体3中并且其尺寸大于下方筛板21的筛孔尺寸的颗粒留在最下面的筛板21下方，直至颗粒经过转化变小到可以穿过第一筛板21的程度。颗粒在下一个筛板21前被截获，直至其再次变小到足以穿过该筛板的筛孔尺寸的程度。其余筛板21以相同的方式发挥作用。在使用该反应器311时，可以通过进入口16以塑料颗粒的形式送入固体物料，并且在熔体浴3的表面上不再出现固体物料19，而是例如漂浮着液体层，然后同样可以通过侧面的排出口18将其排出。
在图2所示的实施例中，反应器311不是使用加热棒或加热蛇管直接进行加热，而是具有设置在电感应加热装置23的线圈周围的圆柱形隔热壳壁22。与在反应器301、311的底部区域内使用直接加热的电加热元件1的情况相比，使用感应加热装置23加热熔体3的优点在于，可以设置特定的温度分布。根据本发明有利的是，在反应器311的下部区域内调节温度为例如150℃，从而在熔体浴3的第一阶段中以无损方式加热所送入的原料。然后可以在位于其上方的阶段中通过感应加热装置23调节熔体浴温度为200℃。在所示的实施例中，在大于反应器311的一半高度的范围内延伸的上部区域中，利用感应加热装置23调节温度为400℃。利用设置在底部的直接作用于熔体3的加热元件1显然无法实现此类温度分布，因为在此情况下必须通过对流作用分配热量，而且电加热元件1处的温度最高。
因此，利用感应加热装置23可以针对不同的应用情况调节不同的温度分布，从而可以优化控制所期望的化学和/或物理转化过程。

Claims (15)

1.用于实施化学过程的方法，其中对原料进行加热，使用低熔点的金属或金属合金在罐或反应器中形成熔体浴，其特征在于，在罐或反应器的下部将原料直接地按计量送入熔体浴中。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在所述罐或反应器中使用加热装置加热低熔点金属或低熔点金属合金。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，将低熔点金属或低熔点金属合金加热至在50℃与1000℃之间的温度。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，将原料以液态在过压下按计量送入所述罐或反应器中。
5.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，将原料作为固体物质按计量送入所述罐或反应器中。
6.根据权利要求4或5的方法，其特征在于，原料的密度小于低熔点金属或低熔点金属合金的密度。
7.根据权利要求1至6之一的方法，其特征在于，通过隔板、螺旋状导管或者通过格栅减缓原料自动流过熔体浴的速度。
8.用于实施化学过程的设备，其具有用于包含由低熔点金属或低熔点金属合金组成的熔体浴的罐或反应器，其特征在于，所述罐或反应器在其下部配备有用于将原料直接地按计量送入熔体浴中的给料装置。
9.根据权利要求8的设备，其特征在于，所述给料装置具有喷嘴装置，由此将液态原料在过压下按计量送入熔体浴中。
10.根据权利要求8的设备，其特征在于，所述给料装置用于按计量送入固体原料。
11.根据权利要求8至10之一的设备，其特征在于，所述罐或反应器在下部配备有加热元件。
12.根据权利要求8至10之一的设备，其特征在于，所述罐或反应器的壁配备有圆柱形加热元件。
13.根据权利要求12的设备，其特征在于，所述罐或反应器配备有圆柱形感应加热装置。
14.根据权利要求12或13的设备，其特征在于，所述圆柱形加热装置用于在所述罐或反应器的高度范围内实现温度梯度。
15.根据权利要求9至14之一的设备，其特征在于，所述反应器配备有用于减缓速度的阻挡装置、格栅、筛板或螺旋状导管。
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