CN103502393B - 用于高效节能地制备次生沉积物的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于借助热量引入解聚塑料材料（1），尤其是老旧塑料或废塑料的方法，其中塑料材料（1）在被输送给解聚反应器（3）之前被熔化和脱气成一种塑料熔融物，其中，向塑料熔融物添加一种从原油中获得的馏出物作为溶剂（6），从而输送给解聚反应器（3）的塑料熔融物溶液的粘度相对塑料熔融物的粘度有所减小。

Description

用于高效节能地制备次生沉积物的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于借助热量引入来解聚塑料材料，尤其是老旧塑料或废塑料的方法，其中，塑料材料在其被输送给具有加热装置的解聚反应器之前被熔化和脱气成塑料熔融物。此外，本发明还设计一种用于解聚塑料材料，尤其是老旧塑料或非塑料的装置，其带有脱气或熔化装置和解聚反应器，利用该脱气或熔化装置将塑料材料转化成塑料熔融物。
背景技术
原则上已经公知的是，给老旧塑料或废塑料上油，以便再次使用老旧塑料或废塑料。
针对塑料制备一方面公知有高温热解方法，其中，塑料材料在约600至1000℃的温度范围内被处理；另一方面公知有低温解聚方法，其中，裂化反应通常在约300-450℃的温度范围内执行。尤其是在低温解聚中，到塑料材料的分子的能量输送是有问题的，这是因为塑料熔融物具有很高的粘度且塑料原则上是很糟糕的热导体。因此迄今为止仅可实现具有最多约每年6000吨的转化容积的相对小的解聚反应器；反之，在较大的设施中，在热量引入时则出现明显的问题。但具有一年6000吨的数量级的转化容积的设施几乎无法经济地运行。
另一方面，例如由公开文本ShabteiJ.等著的“Energy&Fuels（能量与燃料）”11（1997）：76-87或US2002/169223A1公知有催化的解聚方法，其中，解聚借助催化的裂化进行。
由现有技术，例如由WO95/32262公知有一种用于解聚老旧塑料和废塑料的装置，其中，在此为了经济地加热反应器内含物，将一个循环系统连接在反应器上且反应器内含物在进入排放管路之前穿过一个集成到反应器内的、用于以相应高的下降速度分离较粗的固体颗粒的上升段。
由US7,771，699B2进一步公知有一种用于解聚有机和无极的废料的装置，这些废料被搅拌，用溶剂渗入并且借助水或类似物形成一种悬浮液，该悬浮液然后被输送给解聚级。随后将固体从这种悬浮液中移除。
由WO2009/108761A1进一步公知有一种极为相似的方法，在该方法中，水状的悬浮液被输送给解聚反应器。
进一步由US2008/035079A公知有一种用于解聚塑料材料的方法和装置，其中，反应器具有分离装置，以便将液态的塑料与气态的塑料分离。
在所有公知的解聚方法或解聚装置中，缺陷在于，如开头已经提到的那样，到塑料的分子的热量传递尤其在较大量时很困难。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是创造用于开头所述类型的热解聚的方法和装置，用该方法或该装置改善到待热解聚的塑料的热量引入。由此如下应当尤其也是可能的，即，可以可靠地运行具有较大容积的解聚反应器以及因此在经济上可承受的条件下解聚塑料材料。
根据本发明，这在开头所述类型的热解聚方法中通过如下方式来实现，即，向塑料熔融物添加一种从原油中获得的馏出物来作为溶剂，从而输送给解聚反应器的塑料熔融物溶液的粘度相比塑料熔融物的粘度有所减小。通过将溶剂添加到经脱气和熔化的塑料内，也就是说被加热的、不是固体的塑料内，可以减小塑料熔融物的粘度以及因此改善到解聚反应器内的塑料中的热量引入。因此实现一种热解聚，在该热解聚中，除氢或类似物外不添加催化剂。塑料的解聚因此借助热裂化以及不借助催化裂化进行。设置为溶剂的原油馏出物有利地是来自蒸馏和/或来自石油加工的裂化设施的渣油。塑料熔融物在置入溶剂时优选具有至少120℃，尤其在150℃和300℃之间的温度；为了实现尽可能均匀的溶液，也将溶剂有利地预热到至少150℃，尤其是预热到基本上200℃至300℃。通过将溶液置入解聚反应器，在解聚反应器的横截面内发生温度梯度的较小的下降以及因此明显减小过度加热接近反应器壁的塑料的危险，在反应器壁的外侧上通常设置有加热装置。此外也减小塑料焦化的危险。可以进一步通过相比纯塑料熔融物的粘度的下降而明显改善塑料熔融物溶液的可泵性，由此可以减小用于解聚反应器运行的能耗。此外，在现有的解聚反应器中通常有必要设置一种中央的搅拌装置，其不利地通过在塑料熔融物中的干扰物质而被磨损。通过粘度下降可以有利地取消搅拌装置，由此降低运行和维护费用。
为了混匀置入解聚反应器内的塑料材料，有利的是，连续地将塑料熔融物从解聚反应器中泵出以及送回解聚反应器。在此优选在反应器的下部中，在反应器槽上方取出一部分反应器内含物以及为了进一步解聚而将其再次送回到反应器内。就可靠地混匀在解聚反应器内的内含物而言以及为了在反应器内产生涡流，有利的是，连续地将塑料熔融物从解聚反应器泵出以及送回到解聚反应器中。
为了用溶剂渗入通过供应回路送回的塑料材料以及为了因此创造出对在解聚反应器中的热量引入有利的条件，有利的是，将溶剂置入，尤其是喷射到供应回路中。倘若之前被脱气的以及已熔化的塑料材料同样通过供应回路被置入到解聚反应器中，那么就确保了将重新输送的塑料材料以及通过供应回路从解聚反应器中泵出的塑料材料首先聚集在一起，并且然后将溶剂添加到集合后的熔融材料中，从而确保在反应器中经改善的热量引入。
为了确保塑料材料在溶剂中溶解，有利的是，溶剂优选在添加给塑料熔融物之前被加热到约至少150℃，尤其是加热到基本上200℃至300℃之间。
在此尤其有利的是，添加作为溶剂的重油。重油（所谓的重质燃料油（HFO）和其组分）是一种来自蒸馏和/或石油加工的裂化设施的渣油，其中，这种渣油在当前主要用作船用柴油发动机的燃料和燃烧物。但重油的使用是可再循环的，从而存在生产能力过剩。因此重油可以作为有利的以及此外有效的溶剂或粘度减小剂用于塑料材料的解聚。此外，一些重油含有催化剂的细粒剩余物，它们可以在解聚时对裂化行为起积极的影响。
为了避免溶剂在塑料熔融物溶液置入解聚反应器之后就直接蒸发，有利的是，溶剂具有比在解聚反应器中的运行温度更高的终馏点。因此有利的是，溶剂，优选是重油，具有＞300℃，优选＞350℃的终馏点。
证实特别有利的是，使用芳烃份额至少为25%的重油作为溶剂。在此，尤其可以使用多种重油或各种重油的混合物，这些重油在EINECS（欧洲现有商业化学物质目录）分类中具有编号265-xxx-x或270-xxx-x，其中x指的是任意的占位符(Platzhalter)。在此特别优选的是一种从包括下列EINECS编号的组中选出的重油：265-064-6，265-058-3，265-189-6，265-045-2，265-193-8，265-081-9，270-675-6，265-060-4。
为了借助粘度降低改善热量引入，有利的是，塑料熔融物溶液的粘度在温度基本上在180℃至240℃时相比没有溶剂的塑料熔融物下降至少30%，优选下降至少50%，尤其下降至少80%。
为了在解聚时相宜地得到可继续使用的产物，有利的是，在根据本发明的方法中使用的塑料材料被预分类，从而仅特定的塑料材料被输送给解聚反应器。在此有利的是使用聚烯烃，尤其是聚乙烯和聚丙烯或聚苯乙烯作为塑料材料。
当塑料材料在解聚反应器中在约300℃至500℃，优选350℃至450℃时被解聚时，给定用于解聚老旧塑料材料或废塑料材料的相宜的温度。
就在反应器中被解聚的塑料材料的相宜的再加工而言有利的是，经解聚的塑料材料在解聚反应器的上部区段中被蒸汽状地取出。优选在解聚反应器的头部上取出的产物混合物然后可以被输送给后置的分离塔，其中，在此特别有利的是，蒸汽状的经解聚的塑料材料被分离成多种产物，优选分离成气流、液化气和石脑油（Naphtha）以及类似轻油的产物。
为了尽可能有效地设计到塑料材料内的热量引入，有利的是，塑料熔融物溶液在被置入到解聚反应器之前被加热。因此可以在塑料熔融物溶液被置入解聚反应器之前，就将在解聚的框架内为吸热的裂化反应所需的热量的大部分输送给塑料熔融物溶液。
开头所述类型的装置的特征在于，设置有一种溶剂置入装置，通过该溶剂置入装置将从原油获得的馏出物作为溶剂添加给塑料熔融物，从而输送给解聚反应器的塑料熔融物溶液的粘度相对塑料熔融物的粘度减小。因此借助根据本发明的装置可以如用前述根据本发明的方法那样，降低已被置入解聚反应器的熔融物的粘度以及因此可以改善热量引入。为了避免重复而参考结合根据本发明的方法来详细阐述的优点。
就塑料材料的简单的熔化和气化以及溶剂的有效的置入而言有利的是，设置有挤压器作为脱气或熔化装置，且溶剂置入装置具有至少一个计量泵。
为了在解聚反应器中实现一种旋流以及因此能够实现处在反应器中的内含物的连续的混匀，有利的是，将供应循环管路连接到解聚反应器上，通过该供应循环管路将一部分处在解聚反应器中的塑料熔融物泵出以及送回到解聚反应器中。在此有利的是，将脱气或熔化装置或溶剂置入装置连接到供应循环管路上，这是因为由此确保无论是重新置入反应器的塑料材料，还是通过供应管路从反应器泵出的塑料材料，都渗入溶剂，以及因此改善到塑料熔融物的热量引入。
倘若将热交换器连接到供应循环管路上，那么塑料熔融物溶液可以借助该热交换器在置入到解聚反应器之前就被预热，由此再次提高能量输入的效率。
附图说明
接下来还将借助附图所示的优选实施例详细阐释本发明，但本发明不应局限于该优选实施例。
唯一的附图在此示意性地示出了根据本发明的方法或根据本发明的装置的结构。
具体实施方式
在唯一的附图中可以看到，尤其是由聚烯烃，优选聚乙烯和/或聚丙烯以及可能时聚苯乙烯构成的经预分类的塑料材料被输送给设置成输入装置或脱气和熔化装置2的挤压器。在挤压器2中塑料材料被压缩、脱气和熔化。从挤压器2出来的塑料熔融物不是直接被输送给解聚反应器3，而是被置入供应循环管路4。此外，通过供应循环管路4借助泵5在落在反应器3的下部中的反应器槽上方将一部分处在反应器3中的塑料熔融物取出。通过将溶剂6置入供应循环管路4，因此将溶剂6与从反应器3取出的塑料熔融物以及通过挤压器2输送的塑料熔融物混合。在溶剂6与塑料熔融物混合之前，溶剂6被输送给溶剂置入装置6’，溶剂6在溶剂置入装置中被预热到约200℃至300℃，尤其是预热到约250℃。
因此通过经由溶剂置入装置6’将溶剂6输送到供应管路4中，可以减小被置入解聚反应器3的塑料熔融物的粘度，其中，所述溶剂置入装置尤其具有未详细示出的用于通过至少一个计量泵控制地喷射溶剂6到塑料熔融物中的喷嘴。在此，优选为了达到一种均匀的溶液而混入预热的重油（HFO）。在此优选将有EINECS（欧洲现有商业化学物质目录）编号或CAS（美国化学文摘社）编号的从接下来的表1中选出的重油混入或将不同的这些重油的混合物混入。
表1
试验表明，通过混入这种溶剂极大地降低了置入解聚反应器3中的溶液相比纯塑料熔融物的粘度。
示例1：
由纯的聚丙烯颗粒和溶剂（“澄清沼油（GeklaertesSumpfoel）”（GSO），EINECS编号：265-064-6）制造出具有0重量%，50重量%，70重量%和100重量%的混合率的试样。在氮气氛围下，混合物被加热以及暂时（几分钟）保持到解聚方法的优选的过程温度，约360-390℃，以便一方面考虑过程条件，另一方面则达到试样的尽可能完全的均质化。之后在各测量温度下借助柱体式流变仪（类型：BohlinVisco88粘度计）以不同的旋转速度在柱体的中间的校准区域中进行对动态粘度的测量。
下列值可以针对混合物恒定不变并且可以几乎与剪切速度无关地（在平均速度下）确定（纯溶剂的粘度是不可确定的，这是因为粘度处在测量区域外）：
表2：混合物的粘度[Pa*s]
通过混入溶剂以及因此实现的粘度减小，有利地在解聚反应器3中产生了较高的涡流，由此尤其改善了到塑料材料的分子的热量引入。因此此外可以沿反应器半径减小温度梯度的下降，由此又降低了在接近反应器的外套形的加热装置3’的反应器3的外部边缘区域内出现过热的危险以及可以减小塑料材料焦化的危险。
此外，为了解聚的目的而此外更为有效地设计热量引入，还在供应循环管路4中设置热交换器5’，塑料熔融物溶液通过该热交换器在置入解聚反应器3之间就已被加热。
在解聚反应器3中，塑料材料然后在约350℃至450℃的温度范围内以及在基本上大气压力下被解聚。在此产生了一种蒸汽状的产物，该产物通过提取管路7经由头部而从反应器3中取出。在塑料熔融物/重油-混合物或供应回路4的溶液被置入到解聚反应器3之前，用于实现吸热的裂化反应所需的热量输送为了解聚的目的一方面通过解聚反应器3的加热装置3’实现，另一方面则通过热交换器5’实现。
此外，保留在反应器3内的在反应器的沼坑（Sumpf）中的残余物借助泵9泵出到过滤循环管路8中。未转化的塑料剩余物和在解聚时产生的焦炭在此借助过滤器10从槽产物中移除，槽产物部分又被送回到解聚反应器3内。这种在过滤循环管路8内输送的塑料材料也可以在送回到反应器3之前在一个未详细示出的热交换器内加热。特别难以沸腾的一部分在此则从过滤循环管路8中作为副产物11分流出来。
在反应器3的头部上通过提取管路7取出的气态的产物混合物被输送给后置的分离塔12。产物混合物在此在分离塔12内被蒸馏成三个产物流。在此基本上实现分离成气流13、液化气（LPG液化石油气），也就是说丙烷、丁烷和它们的混合物，和含石脑油的产物14以及类似轻油的产物15。
因此借助将溶剂6混入到塑料熔融物内可以以经济上高收益的方式运行一种较大的解聚反应器，其具有明显大于每年6000吨，优选高于每年100000吨的转化容积，其中，基于塑料熔融物的粘度减小不仅可以改善到塑料材料的热量引入，而且此外也可以降低用于使供应回路和过滤回路的管路4、8的泵5、9运行的能耗。此外可以有利地也取消在反应器内的搅拌装置以及因此进一步降低能耗。

Claims (30)

1.一种用于通过引入热量来解聚塑料材料(1)的方法，其中所述塑料材料(1)在被输送给解聚反应器(3)之前被熔化和脱气成一种塑料熔融物，其特征在于，向塑料熔融物添加原油馏出物作为溶剂(6)，其中，所述溶剂(6)是一种重油，其具有大于300℃的终馏点，并且具有至少25％的芳香烃份额，从而输送给所述解聚反应器(3)的塑料熔融物溶液的粘度相对所述塑料熔融物的粘度有所减小。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，处在所述解聚反应器(3)中的塑料熔融物的一部分被泵出以及通过供应回路再次被输送到所述解聚反应器(3)内。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，连续地将塑料熔融物从所述解聚反应器(3)泵出以及送回到所述解聚反应器(3)内。
4.按权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述溶剂(6)被置入到所述供应回路中。
5.按权利要求2或3所述的方法，其特征在于，待解聚的塑料熔融物通过所述供应回路置入所述解聚反应器内。
6.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述溶剂在其被添加给塑料熔融物之前被加热到至少150℃。
7.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，混入一种重油，这种重油在EINECS分类中具有编号265-xxx-x或270-xxx-x，其中x指的是任意的占位符。
8.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述塑料熔融物溶液的粘度在温度在180℃至240℃时相比没有溶剂的塑料熔融物下降至少30％。
9.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使用聚烯烃作为塑料材料(1)。
10.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述塑料材料(1)在所述解聚反应器中在300℃至500℃时被解聚。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于，所述经解聚的塑料材料(1)在所述解聚反应器(3)的上部区段中被蒸汽状地取出。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，所述蒸汽状的经解聚的塑料材料被分离成多种产物。
13.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述塑料熔融物溶液在置入到所述解聚反应器(3)之前被加热。
14.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述塑料材料(1)是老旧塑料或废塑料。
15.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述溶剂(6)具有大于350℃的终馏点。
16.按权利要求4所述的方法，其特征在于，所述溶剂(6)被喷射到所述供应回路中。
17.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述溶剂在其被添加给塑料熔融物之前被加热到200℃至300℃。
18.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，混入一种从包括下列EINECS编号的组中选出的重油：265-064-6，265-058-3，265-189-2，265-045-6，265-193-8，265-081-9，270-675-6，265-060-4，和/或它们的混合物。
19.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述塑料熔融物溶液的粘度在温度在180℃至240℃时相比没有溶剂的塑料熔融物下降至少50％。
20.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述塑料熔融物溶液的粘度在温度在180℃至240℃时相比没有溶剂的塑料熔融物下降至少80％。
21.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使用聚乙烯和聚丙烯作为塑料材料(1)。
22.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使用聚苯乙烯作为塑料材料(1)。
23.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述塑料材料(1)在所述解聚反应器中在350℃至450℃时被解聚。
24.按权利要求11所述的方法，其特征在于，所述蒸汽状的经解聚的塑料材料被分离成气流(13)、液化气和石脑油(14)以及类似轻油的产物(15)。
25.一种用于通过引入热量来解聚塑料材料(1)的装置，其带有脱气或熔化装置(2)和具有加热装置(3’)的解聚反应器(3)，所述塑料材料(1)用这种脱气或熔化装置转化成塑料熔融物，其特征在于，设置有溶剂置入装置，通过所述溶剂置入装置将原油馏出物作为溶剂(6)添加给塑料熔融物，其中，所述添加的溶剂(6)是一种重油，其具有大于300℃的终馏点，并且具有至少25％的芳香烃份额，从而输送给所述解聚反应器(3)的塑料熔融物溶液的粘度相对塑料熔融物的粘度有所减小。
26.按权利要求25所述的装置，其特征在于，将供应循环管路(4)连接到所述解聚反应器(3)上，处在所述解聚反应器(3)内的塑料熔融物的一部分通过所述供应循环管路被泵出以及送回到所述解聚反应器(3)内。
27.按权利要求26所述的装置，其特征在于，将所述脱气或熔化装置(2)或所述溶剂置入装置(6’)连接到所述供应循环管路(4)上。
28.按权利要求26或27所述的装置，其特征在于，将热交换器(5’)连接到所述供应循环管路(4)上。
29.按权利要求25至27中任一项所述的装置，其特征在于，所述塑料材料(1)是老旧塑料或废塑料。
30.按权利要求25至27中任一项所述的装置，其特征在于，所述溶剂(6)具有大于350℃的终馏点。
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