CN103282115B - 至少部分地分解和/或净化塑料材料的反应器和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于气化和/或净化尤其是解聚塑料材料(12)的反应器，其包括用于容纳塑料材料(12)的反应器容器(14)，其中反应器容器(14)包含金属熔体，用于加热反应器容器(14)内的塑料材料(12)的加热器(18)。根据本发明，设置在反应器容器(14)的内部空间(22)内的引导装置(24)用于将液化的塑料材料(12)在反应器容器(14)内引导，其中引导装置(24)的构造能够将液化的塑料材料(12)在螺旋状轨道上引导。

Description

至少部分地分解和/或净化塑料材料的反应器和方法
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的主题的用于气化和/或净化的反应器。根据第二方面，本发明还涉及至少部分地分解尤其是解聚和/或净化塑料材料的方法。
背景技术
目前通常通过将用过的塑料制品加工成其中塑料品质发挥次要作用的产品，例如长椅或柱子，将用过的塑料制品以物质方式回收再利用。但是，这些应用无法消耗数量巨大的塑料废品，因此大部分的塑料垃圾被用作燃料。
US 5,436,210 A公开了一种垃圾处理设备，其中将垃圾从下方引入液体金属浴中。垃圾分解并且以液体或气体形式离开该浴。
EP 1 840 191 A1公开了一种使生物质气化的设备。因为基本的化学过程不同，所以此类反应器通常不适合于气化或净化塑料材料。
JP 2004 256 773 A公开了一种热分解装置，其中将待高温分解的物质在水平延伸并且由外部加热的管中引导。为了清除残留物，所述分解装置具有转动的蜗杆，借助所述蜗杆将残留物输送至管端，并将其在此排出。
发明内容
本发明的目的在于，建议用于气化和/或净化塑料材料的反应器，所述反应器能够以小的建筑空间运行。
本发明通过所述类型的反应器解决该问题，其中引导装置的构造能够将液化的塑料材料在螺旋状轨道上引导。
根据第二方面，本发明通过至少部分地分解尤其是解聚和/或净化塑料材料的方法解决该问题，所述方法包括以下步骤：(a)将塑料材料引入沿着纵轴延伸的反应器容器内，(b)借助加热器加热塑料材料，及(c)借助设置在反应器容器的内部空间内的引导装置将塑料材料在围绕反应器容器的纵轴盘旋的轨道上引导。
对于本发明有利的是，塑料材料在反应器内经历长的路程，从而使其中大部分发生化学反应。通过在螺旋状轨道上引导塑料材料，反应器的结构可以非常紧凑，这减少了由于向外辐射造成的热量损失。
在本说明书的范畴内，反应器尤其是可以理解为热催化解聚反应器。所述反应器应当理解为其构造能够以加热和/或催化方式使送入的聚合物解聚和/或分解成为更低熔点或沸点的材料。但是该反应器的构造还可以净化塑料材料。于是优选地选择反应器内的温度，从而使杂质分解，但是不影响塑料材料。
所述加热器可以理解为任何其构造能够将热能送至反应器容器内的塑料材料的装置。优选为感应加热器，其至少在反应器容器的部件中和/或在设置在反应器容器的内部空间中的组件中以感应方式产生热量。其优点在于，即使是反应器容器的径向上特别靠内的部件也可以有效地加热。
引导装置尤其是可以理解为其构造使得塑料材料的每个想象的体积单元必须围绕纵轴至少一次的结构。这当然只适用于想象的体积单元的未转化成气体的组分。引导装置尤其是以平面方式构造。引导装置例如由板材制成。
引导装置的构造能够将液化的塑料材料在螺旋状轨道上引导的特征尤其是可以理解为，引导装置的构造能够迫使液化的塑料材料在至少两次尤其是更多次围绕反应器容器的纵轴的轨道上流动。反应器装置也可以是螺旋状，但不是必需的。引导装置例如也可以由多块板材组成，其中一些区段基本上水平延伸而一些区段倾斜向上延伸。在此情况下，塑料材料在仅一些区段向上延伸而一些区段基本上水平延伸的轨道上流动。
所述反应器优选具有用于送入塑料材料的供料装置。所述供料装置优选设置在反应器容器的底部附近。其可以包括用于使塑料材料塑化的挤出机。
根据本发明，所述反应器容器包含金属熔体。所述金属熔体例如可以包含伍氏(Wood′sche)合金。金属熔体的熔点通常优选最高为300℃。
有利地，反应器包括用于使离开反应器容器的气体冷凝的冷凝器。此类气体大多数是塑料材料的分解产物。有利地，反应器容器包含聚烯烃形式的塑料材料，其例如经由剂量供料装置从下方引入反应器容器内。聚烯烃分解，由此产生类似石油的液体，所述液体可以燃烧用于加热，或者用于进行合成。
根据一个优选的实施方案，引导装置相对于竖直截面以逐渐增大的径向距离向上延伸。换而言之，引导装置的构造能够将冲击在引导装置上的塑料材料向上且在径向上向外引导。在此情况下，通过塑料材料分解产生的气体优选在引导装置的径向外部边缘处聚集。
替代性地，引导装置可以相对于竖直截面水平延伸或者以逐渐增大的径向距离向下取向地延伸。在此情况下有利地，反应器具有中心柱，从而使向内引导的塑料材料不会溢出引导装置的径向内部边缘，并且直接向上上升。
引导装置还可以在一些区段相对于竖直截面水平延伸，在一些区段以逐渐减小的径向距离向上取向地延伸和/或在一些区段以逐渐增大的径向距离向上取向地延伸。以此方式可以任意影响产生的气体的流。
根据一个优选的实施方案，引导装置至少在一些区段由铁磁材料构成。于是特别有利地，加热器是感应加热器。于是引导装置通过由感应加热器产生的交变电磁场进行加热，从而使引导装置的直接周围的温度特别高。有利地，引导装置的厚度至少为1毫米，从而一方面确保足够的机械稳定性，另一方面实现与感应交变场良好的耦合。
所述引导装置优选具有从下向上贯穿的空隙。这些空隙可以是空隙与例如反应器容器内侧之间的孔、狭缝或缺口。
有利地，所述空隙至少还位于边缘，尤其是设置在径向外部和/或径向内部。有利地，所述空隙具有小的截面或小的内部净宽度。这导致液态塑料材料受到特别高的流动阻力。
根据一个优选的实施方案，引导装置在与至少一部分空隙相邻处具有加厚元件。在此可以理解为，引导装置的构造使得面向空隙的面大于在相同位置不具有该加厚元件的引导装置的厚度。该加厚元件尤其是由铁电材料构成。引导装置例如可以具有其中含有空隙的板材。于是例如可以在与空隙相邻处焊接加厚元件。
为了改善与变化的磁场的耦合，反应器容器优选可以至少在其面向内部空间的一侧包括铁电材料或者由铁电材料构成。
此外有利地，反应器在其内部空间内具有可以包含铁电材料的加热元件。该加热元件例如可以是球体。通常有利地，加热元件是凸面的，其中一个想象的包容加热元件的包络球具有最小直径，尤其是最大为50毫米的直径。有利地，该包络球的直径至少为3毫米。
下面借助附图详细阐述本发明。
附图说明
图1所示为用于实施根据本发明的方法的根据本发明的反应器。
具体实施方式
图1所示为根据本发明的反应器10，用于气化塑料材料12，尤其是聚烯烃聚合物。该反应器包括用于对塑料材料12进行加热的反应器容器14，塑料材料通过挤出机16例如从底部送入反应器容器14中。
所述反应器10包括感应加热器形式的加热器18，所述加热器具有多个线圈20.1、20.2……20.5，借助这些线圈在反应器容器14的内部空间22内产生交变磁场。线圈20(不带数字后缀的附图标记表示此类物体)与未示出的供电单元连接，供电单元向线圈施加交流电。交流电的频率例如是25至50kHz。也可以使用更高的频率，但是这会导致所谓的趋肤效应的增强，而这不是所期望的。
所述引导装置24设置在反应器容器14的内部空间22内，借助所述引导装置将塑料材料12在围绕反应器容器14的纵轴L盘旋的螺旋状轨道上引导。在此情况下，引导装置构造为蜗杆。
所述反应器容器14装填有熔点最高为T熔化＝300℃的金属熔体26。金属熔体例如由伍氏合金组成。金属熔体通常具有大于9g/cm3的密度，因此塑料材料12受到浮力，并从下方压在引导装置24上。
由于反应器容器14内的温度T，塑料材料12持续地分解，并在此形成气泡28.1、28.2……。金属熔体26可以对分解过程起催化作用，因而反应器10可以是热催化解聚反应器。塑料材料尤其是聚烯烃，聚烯烃在温度的影响下解聚，因而气泡28可以包含烷烃、烯烃和炔烃。
通过蜗杆形式的引导装置24，塑料材料12在其路径上从优选设置在反应器容器14的底部的进料口30在螺旋状轨道上移动，即围绕纵轴L向上盘旋的轨道。因此，塑料材料12的流的流动方向按矢量描述方式显示为向上，并且具有大的切向分量(圆周分量)，其大于径向分量。
图1所示为反应器10的竖直截面。可以看出，引导装置24相对于该截面以相对于纵轴L逐渐增大的径向距离r向下取向地延伸。由此将冲击在引导装置24上的塑料材料12在径向上向内引导。气泡28尤其是在径向上向内移动，并在此遇到柱32。引导装置24包括多个空隙34.1、34.2……，气体能够通过所述空隙容易地向上逸出。
如图1中的分图所示，正对着(gerade zu)空隙34，例如空隙34.3，设置有加厚元件36.1、36.2，其在此情况下是通过焊接的铁棒实现的。因为铁是铁磁性材料，加厚元件36会发热，而穿过空隙34.3的气泡28.3如同可能穿过的塑料材料一样被加热。因此，加厚元件36的作用在于，面向空隙34.3的面A大于在不存在加厚元件36时面向空隙34.3的面A′。换而言之，加厚元件36使局部厚度D增大。
在图1中示意性地显示，可以在引导装置24的在径向上位于内部的内边缘38处形成贯通的缝隙形式的空隙34.4。因为相对于蜗杆螺旋的最高点均位于径向内部，所以通过该位于径向内部的空隙可以特别有效地将气体向上导出。
所述反应器容器14在其面向内部空间22的一侧由铁磁材料构成，例如铁或磁性钢。此外，引导装置24也由铁磁材料构成，因而其也通过感应加热器18进行加热。感应加热器18的构成使得产生温度梯度，其中温度随着高度的增大而上升。在反应器容器14的下端温度通常为大约T＝300℃，而在上部区域温度则约为T＝450℃。
所述反应器10具有杂质排放装置40，其设置在反应器容器14的上端。因为塑料材料的典型的杂质例如沙子比金属浴轻，所以其会漂浮并且能够从上方排出。此外，反应器10还包括排气装置42，其插入冷凝器44中并将所产生的气体排出。从冷凝器44排出的液态材料进入收集器46。
根据本发明的方法是通过借助挤出机16将塑料材料12预热至约250℃而实施的。然后将部分塑化的塑料材料12经由进料口30输送至反应器容器14内，并在此进行加热。塑料材料12在反应器容器14中呈螺旋状向上移动，并在此发生气化。优选使用聚烯烃作为塑料材料。但也可使用其他聚合物。有利的是人工合成塑料，尤其是基本上不含水的塑料材料。由于碳化倾向，反应器10通常不太适合于分解有机材料。
若应当净化塑料材料12，则将金属浴26加热至塑料材料12不发生分解而所含的杂质发生分解的温度。
附图标记

Claims (12)

1.用于气化和/或净化塑料材料(12)的反应器(10)，其包括
(a)用于容纳塑料材料(12)的反应器容器(14)，
(b)其中反应器容器包含金属熔体(26)，
(c)用于加热反应器容器(14)中的塑料材料(12)的加热器(18)，其特征在于，
(d)设置在反应器容器(14)的内部空间(22)内的用于将液化的塑料材料(12)在反应器容器(14)中引导的引导装置(24)，
(e)其中引导装置(24)的构造能够将液化的塑料材料(12)在螺旋状轨道上引导。
2.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述引导装置(24)是螺旋形的。
3.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述引导装置(24)相对于竖直截面以逐渐增大的径向距离(r)向上取向地延伸，因而冲击在所述引导装置(24)上的液化的塑料材料(12)在径向上向外引导。
4.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述引导装置(24)至少一些区段由铁磁材料构成。
5.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述引导装置(24)具有从下向上贯穿的空隙(34)。
6.根据权利要求5的反应器，其特征在于，所述引导装置(24)在与至少一个空隙相邻处具有加厚元件(36)。
7.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述反应器容器(14)至少在其面向内部空间(22)的一侧包括铁电材料。
8.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述反应器在其内部空间(22)内具有包含铁磁材料的加热元件。
9.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述反应器是用于解聚塑料材料。
10.用于至少部分地分解和/或净化塑料材料(12)的方法，其特征在于以下步骤：
(a)将塑料材料(12)引入沿着纵轴(L)延伸并且包含金属熔体的反应器容器(14)内，
(b)借助加热器(18)加热塑料材料(12)，
(c)借助设置在反应器容器(14)的内部空间(22)内的引导装置(24)将塑料材料(12)在围绕反应器容器(14)的纵轴(L)盘旋的轨道上引导。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，所述分解是解聚。
12.根据权利要求10的方法，其特征在于，所述塑料材料(12)主要由在23℃下呈固态的聚烯烃组成。
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