CN103282462A - 至少部分地分解尤其是解聚和/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)和用于加热反应器容器(14)内的塑料材料(12)的加热器(18)，(c)其中反应器容器至少部分地填充有金属熔体(26)。根据本发明，设置在反应器容器(14)的内部空间(22)内的减速装置(24，32)用于减缓液化的塑料材料(12)在反应器容器(14)内的流动，其中所述减速装置(24，32)具有大量的在内部空间(22)内以可移动的方式设置的物体(25)。

Description

至少部分地分解尤其是解聚和/或净化塑料材料的反应器和方法
技术领域
本发明涉及用于气化和/或净化塑料材料的反应器，其包括(a)用于容纳塑料材料的反应器容器，(b)用于加热反应器容器内的塑料材料的加热器，(c)其中反应器容器至少部分地用金属熔体填充。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，而这出于环保的观点是非期望的。
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。
EP 2 161 299公开了一种所述类型的反应器。在该反应器中，将塑料废料引入金属熔体中，借助所述金属熔体对其加热并使其解聚。此类反应器的缺点是，高的解聚率要求特别大的反应器。
DE 10 2007 059 967 A1公开了一种借助感应加热的热介质实施化学反应的方法。与本发明的反应器不同，所述方法涉及合成，而不是解聚。
DE 23 28 545 A公开了一种用于高温分解废品材料的反应器，其中将球体添加至废品材料。这些球体借助感应加热器进行加热。此类反应器不含金属熔体。
WO 2004/106277 A1公开了一种解聚反应器，其中同样设置有借助感应加热器进行加热的球体。此类反应器也不包含金属浴。
以物质方式对塑料回收再利用的特别的挑战是杂质。因此，必须确保可能存在的诸如沙子、有机残留物等的杂质不会损害回收再利用过程。
发明内容
本发明的目的在于，减少背景技术的缺点。
本发明是通过反应器解决该问题，所述反应器包含设置在反应器容器的内部空间内用于减缓液化的塑料材料在反应器容器内的流动的减速装置，其中所述减速装置具有大量的在内部空间内以可移动的方式设置的物体。
对本发明有利的是，减速装置的构造能够迫使塑料材料在蜿蜒曲折的路径上流动。由于存在减速装置，于是塑料材料在反应器容器内经历长的路程，从而使其中大部分发生化学反应。由于大量的在内部空间内以可移动的方式设置的物体，由加热器加热并由此液化的塑料材料必须从这些物体旁经历长的路程，从而经过反应器。这获得高的分解产品产率。
另一个优点是，所述物体以可自由移动的方式设置，因此可以相对运动。塑料材料的杂质虽然会沉积在物体上，但是由于物体间持续地相互撞击，可能存在的沉积物迅速脱落并且可以向上离开反应器。
此外有利地，所述物体可以形成反应性表面，这可以促进在反应器内的化学反应。因此，所述物体可以具有包含催化剂的涂层。
在本说明书的范畴内，所述反应器尤其是理解为热催化解聚反应器。所述反应器的构造能够以加热和/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。而且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。
所述减速装置尤其是理解为由部分元件即所述物体组成的整体，其至少也设置在反应器容器内，从而减缓液化的塑料材料从进料位置向出料位置的流动。大量可移动的物体尤其是理解为，存在至少1000个，尤其是至少10000个此类物体。
所述物体在内部空间内以可移动的方式设置的特征尤其是理解为，这些物体可以在至少一个自由度上自由移动。特别有利地，这些物体可以在2个、3个或更多个自由度上自由移动。但是，这并不排除这些物体被阻止到达内部空间内的每个点的情况。尤其是可以存在截止装置，其阻止所述物体在反应器容器的内部空间内的每个位置自由移动。也可以例如借助柔性固定元件固定单个物体，但是费用高。
所述物体尤其是可倾倒(schüttbare)的物体，即所述物体不会相互咬合，而是可以彼此滑动。为此目的，所述物体尤其是凸面的，例如接近球体。尤其是应当理解，一个想象的完全包容所述物体的最小直径的包络球的半径最多是一个想象的可在所述物体中包容的最大的球体的半径的两倍。
根据一个优选的实施方案，所述物体至少主要由铁磁材料组成。若所述加热器是感应加热器，则所述物体由此进行加热，从而可以在所述物体的表面上发生特别强烈的化学反应。
所述金属熔体的熔点优选低于150℃。但也可以选择熔点低于250℃或者甚至低于300℃的金属熔体。
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底部附近。其可以包括用于使塑料材料塑化的挤出机。有利地，设置挤出机，因而其能够将反应器容器底部附近的塑料材料泵入反应器容器中。
有利地，所述反应器包括用于使离开反应器容器的气体冷凝的冷凝器。此类气体例如是塑料材料的分解产物。有利地，所述反应器容器包含聚烯烃，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，所述反应器包括至少一个用于阻止球体浮起的止动装置(截止装置，Haltevorrichtung)。熔点低于300℃的金属熔体的密度通常大于8g/cm3。若在一个优选的实施方案中使用由钢组成的物体，则其在金属熔体中受到浮力。为了阻止所述物体上升至金属熔体的表面，设置止动装置。为了使在反应期间产生的气体可以迅速离开反应器容器，截止装置优选具有大量的空隙，这些空隙的构造能够阻止物体，但是气体可以自由流过。
有利地，至少一个截止装置与至少一个使截止装置上下移动的运动装置连接。由此可以使截止装置及由此使与截止装置紧贴的物体移动，从而使物体相互接触，并使物体上可能的沉积物脱落。
该运动装置例如可以具有一个或多个沿着反应器容器的纵轴延伸的棒。
所述截止装置特别优选与传动装置连接，从而使截止装置以振荡方式运动。振荡运动可以从物体去除杂质，并使气泡消失，从而促进产生的气体的释放。
若设置多个截止装置，这些截止装置相互独立地、自动地、尤其是沿着反应器容器的纵轴以振荡方式运动，则实现所述物体的特别有效的运动。
于是尤其是在反应器容器在底部侧具有塑料材料引入装置时，塑料材料的粘度以如下方式发生变化，粘度(稠度)向上逐渐减小。但是，为了通过所述物体实现基本上保持不变的减速效果，根据一个优选的实施方案，所述物体的平均半径随着高度的增大而减小。所述物体的半径理解为体积相等的理想的球体的半径。若所述物体并非全部具有相等的半径，则相应的半径总是理解为增加(Versteifung)的半径的中值。
有利地，塑料材料至少主要由在23℃下呈固态的聚烯烃组成。但也可使用其他不含卤素的塑料。但也可使用例如小于10重量％的有限百分比的含有卤素的塑料。
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，其用于气化塑料材料12，尤其是聚烯烃聚合物。该反应器包括例如基本上呈圆柱形的反应器容器14，其用于对经过挤出机16引入反应器容器14内的塑料材料12进行加热。
所述反应器10包括感应加热器形式的加热器18，其具有多个线圈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。
所述减速装置24设置在反应器容器14的内部空间22内，借助该减速装置可以减缓液化的塑料材料12在反应器容器14内的流动。减速装置24包含大量的在内部空间22内以可移动的方式设置的物体25.1、25.2……，这些物体在此情况下是通过由钢组成的球体形成的。所述物体25由于其铁磁特性通过感应加热器18进行加热，并由此加热存在于反应器容器14内的金属熔体26。
所述金属熔体26的熔点最高为T熔化＝300℃，并在反应器容器14中装填至填充高度H填充。金属熔体连同塑料材料一起填充物体25的中间空间。金属熔体例如由伍氏(Wood′schem)金属、利波维茨(Lipowitz，低温可熔)合金、牛顿(Newton)合金、里希腾伯格(Lichtenberg，易熔)合金和/或由含有镓和铟的合金组成。金属熔体26通常具有大于9g/cm3的密度，因此塑料材料12受到强烈的浮力。塑料材料12通过该浮力进行加速。物体25则抑制该加速作用。
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，这些气泡向上上升。金属熔体26可以对分解过程发挥催化作用，因而所述反应器10可以是热催化解聚反应器。通过挤出机16送入的塑料材料通过优选设置在反应器容器14底部的进料口30进入内部空间22中。塑料材料尤其是聚烯烃。
所述减速装置24包括截止装置32.1、32.2，其在此情况下包括在框架34.1、34.2内紧绷的格网，格网的网眼的大小使得物体25无法向上穿过。截止装置32.2与运动装置36连接，运动装置具有沿着反应器容器14的纵轴L延伸的棒条38，所述棒条固定在未示出的可以位于反应器容器14的上侧的偏心电机上。在此情况下，棒条38经由波纹管
Figure BPA00001736015100061
与反应器容器14连接。棒36借助该未示出的偏心电机上下运动，从而使截止装置32以振荡方式上下运动。
在图1中示意性地显示出所述物体25的分布，在此情况下是球体的分布。这些物体由于其浮力紧密地紧贴着各个向上的截止装置32，而在截止装置的直接上方，球体的密度明显较小。此外，在图1中显示出的物体25具有恒定的半径R。但是特别有利地，半径R向上逐渐减小。
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，例如由铁或磁性钢构成。感应加热器18的构造产生温度梯度，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。
附图标记
Figure BPA00001736015100071

Claims (10)

1.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
(a)用于容纳塑料材料(12)的反应器容器(14)，
(b)用于加热反应器容器(14)内的塑料材料(12)的加热器(18)，
(c)其中反应器容器至少部分地填充有金属熔体(26)，其特征在于，
(d)设置在反应器容器(14)的内部空间(22)内用于减缓液化的塑料材料(12)在反应器容器(14)内的流动的减速装置(24，32)，
(e)其中所述减速装置(24，32)具有大量的在内部空间(22)内以可移动的方式设置的物体(25)。
2.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述物体(25)由铁磁材料组成。
3.根据前述权利要求之一的反应器，其特征在于，所述减速装置(24)的构造能够迫使液化的塑料材料(12)在蜿蜒曲折的路径上流动。
4.根据前述权利要求之一的反应器，其特征在于，所述加热器(18)是感应加热器(18)。
5.根据前述权利要求之一的反应器，其特征在于设置有至少一个用于阻止所述物体(25)尤其是球体浮起的截止装置(32)。
6.根据前述权利要求之一的反应器，其特征在于，所述至少一个截止装置(32)与至少一个用于使所述截止装置(32)上下移动的运动装置(36)连接。
7.根据前述权利要求之一的反应器，其特征在于，所述截止装置(32)与传动装置连接，从而使所述截止装置(32)能够尤其是沿着所述反应器容器(14)的纵轴(L)以振荡方式运动。
8.根据前述权利要求之一的反应器，其特征在于设置有多个截止装置(32)，这些截止装置能够相互独立地、自动地、尤其是沿着所述反应器容器(14)的纵轴(L)以振荡方式运动。
9.用于至少部分地分解尤其是解聚和/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)引入至少部分地充填有金属熔体(26)的反应器容器(14)中，及
(b)借助加热器(18)加热塑料材料(12)，及
(c)借助设置在反应器容器(14)的内部空间(22)内的、具有大量的在内部空间(22)内以可移动的方式设置的物体(25)的减速装置(24，32)减缓液化的塑料材料(12)在反应器容器(14)内的流动。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，所述反应器以如下方式运行，相对于反应器容器(14)的直至金属熔体(26)的填充高度的反应器容器容积，所述物体(25)所占据的容积的比例为至少15％。
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