CN108883551B - 用于连续处理聚合物材料的反应器 - Google Patents

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CN108883551B CN201680082803.3A CN201680082803A CN108883551B CN 108883551 B CN108883551 B CN 108883551B CN 201680082803 A CN201680082803 A CN 201680082803A CN 108883551 B CN108883551 B CN 108883551B
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Abstract

一种用于连续处理再循环的聚合物材料的系统包括料斗，该料斗被构造成将再循环的聚合物材料进送到系统中。挤出机可以将再循环的聚合物材料转变成熔融材料。在一些实施例中，挤出机使用热流体、电加热器和/或单独的加热器。熔融材料在反应器中解聚。在一些实施例中，催化剂用于帮助使材料解聚。在某些实施例中，催化剂被包含在可渗透容器中。然后可以通过热交换器冷却解聚的熔融材料。在一些实施例中，使用多个反应器。在某些实施例中，这些反应器串联连接。在一些实施例中，一个或多个反应器包含一个或多个可移除的静态混合器和/或可移除的环形插入件。

Description

用于连续处理聚合物材料的反应器
相关申请的交叉引用
本申请是2016年12月29日提交的名称为“用于连续处理聚合物材料的反应器”的美国专利申请序列号为15/394,390的申请的部分继续申请，其涉及并要求于2015年12月30日提交的名称为“用于连续处理聚合物材料的反应器”的美国临时专利申请序列号为62/273,411的申请的优先权。‘390和‘411申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及组装用于处理聚合物材料的反应器并且使用该反应器来处理聚合物材料的方法。
背景技术
机械设备、食品包装机的制造商以及用于润滑、密封的蜡和油脂的其他用户一直需要蜡和油脂混合物。由于在制造工艺中需要昂贵的石油进料，因此制造这些蜡和油脂是昂贵的。
使用容易获得的聚乙烯废物并将它们再循环利用以便以较低的成本生产蜡和油脂将是有利的。
用相对便宜的工艺生产蜡和油脂基原料将是有利的。这种工艺理想地采用易于获得的廉价进料并使用廉价的工艺。废物塑料/聚合物已用于制造这种产物的已知工艺中。塑料废物是增长最快的固体废物之一，并且利用这种固体废物生产有用的蜡和油脂，以解决日益增长的塑料处理问题。
此外，大多数聚合物/塑料废物可以是聚乙烯，并且由于其不可生物降解性，它在自然界中积累。一般来说，聚乙烯废物被填埋或焚烧，从而导致材料损失和土地浪费，而焚烧导致温室气体的排放；目前只有一小部分塑料废物被再循环为二次聚合物，二次聚合物的质量差，回报率低。
近来，已经进行了相当大的努力来将这些聚合物固体废物转化为有用的产物，例如燃料，润滑剂，蜡和油脂基原料。现有的转换工艺可能效率不高，可能会将温室气体释放到环境中。此外，目前的技术可能对废物塑料进料的质量和数量敏感，并且它们可能对最终产物质量产生影响。这可能尤其重要，因为塑料废物的稠度会因塑料等级的不同而变化。
期望提供一种反应器系统，该反应器系统足够通用，以便在不需要对操作条件或产量进行实质性改变的情况下，能够产生不同等级的产物。
发明内容
在一个具体方面，由聚合物材料产生反应产物的方法包括：
(a)组装第一反应器，所述第一反应器具有第一反应区域并且包括来自“N”个反应器模块的总数为“P”的反应器模块，其中“N”是大于或等于1的整数，其中“N”个反应器模块中的每一个限定了相应的模块反应区域，相应的模块反应区域包括设置在其中的催化剂材料，并且“N”个反应器模块中的每一个被构造成引导反应器设置的熔融聚合物材料流过相应的模块反应区域，使得反应器设置的熔融聚合物材料的通过相应的模块反应区域的流动实现流动的反应器设置的熔融聚合物材料与催化剂材料的接触，从而实现流动的反应器设置的熔融聚合物材料的解聚，并且其中，当“N”是大于或等于2的整数时，“N”个反应器模块中的每一个被构造为串联连接到“N”个反应器模块中的其他反应器模块中的一个或多个，使得多个反应器模块彼此串联连接，并且包括多个模块反应区域，所述多个模块反应区域设置成彼此串联流体连通，使得模块反应区域的总数对应于连接的反应器模块的总数，并且其中所述多个连接的反应器模块被构造成引导反应器设置的熔融聚合物材料流过多个模块反应区域，使得反应器设置的熔融聚合物材料通过多个模块反应区域的流动实现流动的反应器设置的熔融聚合物材料与催化剂材料的接触，从而实现流动的反应器设置的熔融聚合物材料的解聚，使得第一反应区域包括“P”个模块反应区域，其中，当“P”是大于或等于2的整数时，组装第一反应器包括将“P”个反应器模块彼此串联连接，使得“P”个反应区域设置成彼此串联流体连通；
(b)加热聚合物材料以产生熔融聚合物材料；
(c)使熔融聚合物材料流过第一反应区域，以实现第一解聚产物材料的产生；
(d)收集第一解聚产物材料；
(e)暂停熔融聚合物材料通过第一反应区域的流过；和
(f)改变第一反应器，
使得，当“P”等于1时，所述改变包括将未用于组装第一反应器的“N-1”个反应器模块中的总数为“R”的反应器模块连接到第一反应器，其中“R”是从1到“N-1”的整数，从而产生另一反应器，并且所述另一反应器包括彼此串联连接的、总数为“R+1”的反应器模块，并且使得另一反应器包括第二反应区域，所述第二反应区域包括“R+1”个模块反应区域，其中另一反应器被构造成引导熔融聚合物材料的流动，使得反应器设置的熔融聚合物材料通过第二反应区域的流动实现另一解聚产物材料的生成和其从另一反应器中的排出；并且当“P”是大于或等于2但小于或等于“N-1”的整数时，所述改变包括以下之一：(a)从第一反应器中去除“P”个反应器模块中的总数为“Q”的反应器模块，其中“Q”是从1到“P-1”的整数，从而产生另一反应器并且所述另一反应器包括彼此串联连接的总数为“P-Q”的反应器模块，并且使得另一反应器包括具有“P-Q”个模块反应区域的第二反应区域，其中另一反应器被构造成引导熔融聚合物材料的流动，使得反应器设置的熔融聚合物材料通过第二反应区域的流动实现另一解聚产物材料的产生及其从另一反应器的排出，或(b)将尚未用于组装第一反应器的“N-P”个反应器模块中的总数为“R”的反应器模块连接到第一反应器，其中“R”是从1到“N-P”的整数，使得产生另一反应器并且该另一反应器包括彼此串联连接的总数为“P+R”的反应器模块，并且还包括具有“P+R”个模块反应区域的第二反应区域，其中另一反应器被构造成引导熔融聚合物材料的流动，使得反应器设置的熔融聚合物材料通过第二反应区域的流动实现另一解聚产物材料的产生及其从另一反应器的排出；并且当“P”等于“N”时，所述改变包括从第一反应器中移除“P”个反应器模块中的总数为“Q”的反应器模块，其中“Q”是从1到“P-1”的整数，使得产生另一反应器并且所述另一反应器包括彼此串联连接的、总数为“P-Q”的反应器模块，并且使得另一反应器包括具有“P-Q”个模块反应区域的第二反应区域，其中另一反应器被构造成引导熔融聚合物材料的流动，使得反应器设置的熔融聚合物材料通过第二反应区域的流动实现另一解聚产物材料的产生和其从另一反应器的排出。
用于连续处理聚合物材料的方法可包括选择固体聚合物材料；在挤出机中加热固体聚合物材料以产生熔融聚合物材料；过滤熔融聚合物材料；将熔融聚合物材料置于反应器中通过化学解聚工艺以产生解聚的聚合物材料；冷却解聚的聚合物材料；并净化解聚的聚合物材料。在一些实施例中，该方法还可包括使用在解聚的聚合物材料的净化过程中产生的气体和油来运行该方法的一部分。
在一些实施例中，过滤涉及丝网装料器或过滤床。在某些实施例中，固体聚合物材料是再循环塑料。
在一些实施例中，解聚工艺使用催化剂，例如[Fe-Cu-Mo-P]/Al2O3。在其他或相同的实施例中，解聚工艺使用第二反应器。在某些实施例中，反应器串联连接、竖直堆叠和/或水平堆叠。
在一些实施例中，一个或多个反应器包括一个或多个静态混合器。
在一些实施例中，所述净化利用闪蒸分离、吸收床，粘土抛光或薄膜蒸发器中的一种。
用于连续处理再循环的聚合物材料的系统可包括料斗，该料斗被构造成将再循环的聚合物材料进送到系统中；挤出机，所述挤出机被构造成使再循环的聚合物材料转变成熔融材料；第一反应器，所述第一反应器被构造成使熔融材料解聚；热交换器，所述热交换器被构造成冷却解聚的熔融材料；第二反应器；和/或单独的加热器，所述加热器被构造成辅助挤出机。
在某些实施例中，挤出机使用一个或多个热流体和/或一个或多个电加热器。在一些实施例中，反应器串联连接和/或使用催化剂，例如[Fe-Cu-Mo-P]/Al2O3。在一些实施例中，催化剂可以包含在可渗透容器中。
在某些实施例中，一个或多个反应器包含一个或多个间隔管、一个或多个静态混合器和/或一个或多个环形插入件。在某些实施例中，一个或多个静态混合器和/或一个或多个环形插入件是可移除的。
附图说明
图1是说明处理聚合物材料的工艺的流程图。
图2是包括具有总共五个反应器模块的反应器的系统的示意图。
图3是图2中所示的反应器的示意图，其中通过移除一个反应器模块来改变反应器，使得反应器具有总共四个反应器模块。
图4是图2中所示的反应器的示意图，其中通过添加一个反应器模块来改进反应器，使得反应器具有总共六个反应器模块。
图5是包括具有两个反应器模块的反应器的系统的示意图，所述两个反应器模块是入口反应器模块和出口反应器模块。
图6是反应器模块的横截面侧视图，为清楚起见，移除了一些催化剂材料。
图7是图6的反应器模块的一个端部的横截面正视图，其中为了清楚起见，移除了导流件和一些催化剂材料。
图8是连接的反应器模块的横截面侧视图，其中为清楚起见，移除了导流件和催化剂材料。
图9是反应器模块的端盖组件的一个端部的正视图。
图10是图9中所示的端盖组件的端部的横截面侧视图。
图11是安装在反应器模块的管道筒轴内的图9的端盖组件的端部的横截面正视图。
图12是反应器模块的端盖组件的与图9中所示的端部相反的端部的前视图，该端部组件的端部。
图13是安装在反应器模块的管道筒轴内的图12中所示的端盖组件的端部的横截面正视图；
图14是反应器模块的管道筒轴、导流件、金属丝网和间隔管的局部横截面透视图。
图15是入口反应器模块的上游部分的示意图，其中入口反应器模块显示为连接到系统的加热器。
图16是图15中所示的入口反应器模块的下游部分的示意图，该下游部分连接到反应器的出口反应器模块的上游部分。
图17是图16中所示的出口反应器模块的下游部分的示意图，该下游部分连接到系统的热交换器(用于冷却熔融产物材料)。
图18是中间反应模块的示意图，该中间反应模块可一体形成在图16所示系统的反应器内。
图19是具有可移除静态混合器的催化反应器的横截面侧视图，该可移除静态混合器被构造成通过热流体/熔融盐加热。
图20是具有可移除静态混合器的催化反应器的横截面侧视图，该可移除静态混合器被构造成使用电加热。
图21是具有可移除环状插入件的催化反应器的横截面侧视图，该可移除环状插入件被构造成通过热流体/熔融盐加热。
图22是具有可移除环状插入件的催化反应器的横截面侧视图，该可移除环状插入件被构造成使用电加热。
图23是具有中空的内部构件的催化反应器的横截面侧视图，所述中空的内部构件被构造成通过热流体/熔融盐加热。
图24是具有中空的内部构件的催化反应器的横截面侧视图，所述中空的内部构件被构造成使用电加热。
图25是如图19至24所示的并联布置的一组催化反应器的横截面正视图。
图26是以水平构造示出的图25的并联催化反应器装置的横截面侧视图。
图27是以竖直构造示出的图25的并联催化反应器装置的横截面侧视图。
图28是具有两个串联连接的反应器的竖直螺旋内部催化反应器装置的横截面侧视图。
图29是具有两个串联连接的反应器的竖直环形催化反应器装置的横截面侧视图。
图30是具有两个串联连接的中空反应器的竖直催化反应器装置的横截面侧视图。
图31是具有内部可移除螺旋混合器的水平反应器的透视图。
具体实施方式
下面描述在系统的反应器内处理聚合物材料(例如废物聚合物材料)的工艺。合适的废物聚合物材料包括废物塑料材料。也可以使用原始塑料。
图1说明了处理聚合物材料的工艺10。工艺10可以分批进行，但更优选是连续工艺。可以改变工艺10的参数，包括但不限于温度、塑料的流速和预热、反应或冷却部段的总数，以产生不同分子量的最终产物。例如，升高温度和/或降低通过反应区段的流速或改变反应区段的数量将导致产物具有较低的分子量。
在材料选择阶段1中，选择和/或制备聚合物进料以用于处理。在一些实施例中，分选/选择聚合物进料以包括聚乙烯材料。在其他实施例中，分选/选择聚合物进料以包括聚丙烯材料。在其他实施例中，分选/选择聚合物进料以包括聚乙烯和聚丙烯材料。在一些实施例中，进料可含有最多5％的聚丙烯，少量的聚苯乙烯和痕量的不希望的添加剂，例如PVC，灰分，砂砾或其他未知颗粒。
在一些实施例中，在材料选择阶段1中选择的材料包括再循环塑料。在其他或相同的实施例中，在材料选择阶段1中选择的材料包括再循环塑料和/或原始塑料。
在一些实施例中，在材料选择阶段1中选择的材料在挤出机中加热并经历预过滤工艺3。在一些实施例中，挤出机用于增加进入的塑料的温度和/或压力，并且用于控制塑料的流速。在一些实施例中，挤出机由泵/加热交换器的组合补充或完全替换。
预过滤工艺3可以采用丝网更换器和过滤床以及其他过滤技术/装置以从加热的材料中去除污染物并净化加热的材料。然后将得到的过滤材料移入可选的预热阶段4，预热阶段4在过滤材料进入反应阶段5之前将其带到更高的温度。预热阶段4可以在其他装置和技术中采用静态和/或动态的混合器和热交换器，如内部翅片和热管道。
反应阶段5中的材料经历解聚。该解聚可以是纯热反应和/或它可以使用催化剂。取决于起始材料和所需的最终产物，解聚可用于起始材料的分子量的轻微或极端减少。在一些实施例中，使用的催化剂是沸石负载系统或氧化铝负载系统或两者的组合。在一些实施例中，催化剂是[Fe-Cu-Mo-P]/Al2O3，通过将亚铁-铜络合物与氧化铝或沸石载体结合并使其与包含金属和非金属的酸反应而制备[Fe-Cu-Mo-P]/Al2O3。
反应阶段5可采用各种技术/装置，其中包括固定床、水平反应器和/或竖直反应器和/或静态混合器等。在一些实施例中，反应阶段5采用多个反应器和/或分成多个区段的反应器。
在反应阶段5之后，解聚的材料进入可选的冷却阶段6。冷却阶段6可以使用热交换器以及其他技术/装置，以使解聚的材料在进入净化阶段7之前降低到可使用的温度。
在一些实施例中，在冷却阶段6之前通过诸如氮气汽提的这种方法进行材料的清洁/净化。
净化阶段7涉及解聚材料的精制和/或净化。可用于净化阶段7的技术/装置包括但不限于闪蒸分离、吸收床、粘土抛光、蒸馏、真空蒸馏和过滤以移除溶剂、油、发色体、灰分、无机物和焦炭。在一些实施例中，薄膜或刮膜式蒸发器用于从解聚的材料中移除气体、油和/或油脂。在一些实施例中，油、气体和油脂又可以被燃烧以帮助运行工艺10的各个阶段。
工艺10在成品蜡阶段8结束，其中在材料选择阶段1中选择的初始起始材料已经转变成蜡。在至少一些实施例中，成品蜡阶段8的蜡在商业上是可行的并且不需要额外的加工和/或精制。
如图2所示，系统1000包括具有五个反应器模块102(a)至102(e)的反应器100。反应器模块102的尺寸可以变化和/或反应器模块102可以并联和/或串联连接。在其他实施例中，可以使用各种数量的反应器模块102。例如，图3示出了具有四个反应器模块102(a)至102(d)的系统1000。类似地，图4示出了具有六个反应器模块102(a)至102(f)的系统1000。定制反应器模块102的数量的能力允许更大程度地控制解聚量。
系统1000可包括料斗111，以用于接收聚合物材料和/或将聚合物材料的供应引导至可选的挤出机106。在一些实施例中，挤出机106通过产生熔融聚合物材料加工从料斗111接收的聚合物材料。通过调节一个或多个挤出机加热器105施加到聚合物材料上的剪应力水平和/或热来控制由挤出机106处理的聚合物材料的温度。挤出机加热器可以使用各种热源，包括但是不限于电、热流体和/或燃烧气体。响应于由一个或多个温度传感器107感测的温度，由控制器调节热。
在一些实施例中，压力传感器109测量从挤出机106排出的熔融聚合物材料的压力，以防止或至少降低压力峰值的风险。排出的熔融聚合物材料通过泵110加压以实现其通过加热区域108和反应器100的流动。当流过反应器100时，反应器设置的熔融聚合物材料与催化剂材料接触，这引起解聚。
一个或多个压力传感器109和/或一个或多个温度传感器107还可以用于分别测量反应器设置的熔融聚合物材料在流过反应器100时的温度和/或压力。一个或多个压力传感器109可以在每个反应区域之前和/或之后监测塞状物。一个或多个压力传感器109还可以将系统压力维持在最大压力以下，最大压力例如为反应器100的设计用于的最大压力。可以通过从压力变送器109到控制器的反馈来控制过压，该控制器发送命令信号以关断挤出机106和泵110，从而防止压力进一步增加。
在挤出机106的关断不能释放过压的情况下，可以将排放阀117打开以通入容器中以从系统1000中移除材料并避免过压情况。在关断期间，可以打开排放阀117以用氮气吹扫系统1000以去除剩余材料，以避免在下次启动期间堵塞和降解材料。
系统1000还可以包括设置在挤出机106的出口处设置的减压装置，例如减压阀或防爆膜，以在过压的情况下释放来自系统1000的压力。
温度传感器107可以有助于控制流过反应器100的反应器设置的熔融聚合物材料的温度。这允许更精确地控制化学反应和所产生的聚合。一个或多个温度传感器107还有助于将温度保持在预定的最高温度以下，例如反应器100的最大设计温度。
温度由控制器(未示出)控制，该控制器响应由一个或多个温度传感器119感测的温度以调节由加热器118施加的热，加热器118设置成与反应器100的反应区域102(a)至102(e)进行热传递连通。
还可以在系统1000内提供流量控制。在一些实施例中，系统1000包括设置在挤出机106排出口处的阀115，以用于控制从挤出机106到系统1000内的其他单元操作的流动。阀116促进再循环。阀117使得能够收集产物。
在操作期间，可以闭合阀115，以使熔融聚合物材料再循环并将熔融聚合物材料的温度升高到所需的温度。在这种情况下，阀116将打开，阀117将闭合，挤出机106将“关机”，并且泵110将再循环。
产生的熔融产物材料112在热交换器114内冷却，除了其它方法，热交换器114可以被水冷套、空气冷却和/或由制冷剂冷却。一部分冷却的产生的熔融产物材料可以再循环(在这种情况下阀116将打开)，以用于再加工和/或用于节能。
在一些实施例中，系统1000被构造成通过氮气吹扫以减轻熔融产物材料的氧化和爆炸条件的产生。
在图5中所示的另一实施例中，系统2000包括反应器600。反应器600具有两个反应器模块，即入口反应器模块300和出口反应器模块400。系统2000还包括用于接收聚合物材料的挤出机606。挤出机606通过产生熔融聚合物材料来加工聚合物材料。通过工艺加热器HE01、HE02、HE04、HE06、HE08调节施加到聚合物材料的热来控制通过反应器600处理的聚合物材料的温度。提供温度传感器TC01、TC04、TC06、TC07TC09、TC10、TC12以测量反应器600内熔融材料的温度。提供温度控制器TC03、TC05、TC08、TC11以监测和控制工艺加热器HE01、HE02、HE04、HE06和HE08的温度。还提供凸缘加热器HE03、HE05、HE07和HE09以减轻通过凸缘连接的热损失。
通过串联的加热器608和反应器600引导排出的熔融聚合物进料材料。在流过反应器600时，反应器设置的熔融聚合物材料与催化剂材料接触以实现解聚。产生的熔融产物材料在热交换器614内冷却，此外，热交换器614可以被水冷套、空气冷却或由制冷剂冷却。在一些实施例中，来自冷却熔融产物的废热可用于进行其他工艺。提供冷却区段加热器HE10以熔化在冷却区段中凝固的蜡。
在系统1000和系统2000中，反应器100和600包括一个或多个反应器模块。每个反应器模块包括相应的模块反应区域，在相应的模块反应区域中，反应器设置的熔融聚合物材料在模块限定的停留时间内与催化剂材料接触，从而引起流动的反应器设置的熔融聚合物材料的解聚。在这些实施例的一些中，至少两个反应器模块的模块限定的停留时间是相同或基本相同的。在这些实施例的一些中，在多个模块限定的停留时间中的至少一些模块限定的停留时间之间是不同的。在这些实施例的一些中，至少两个反应器模块的催化剂材料是相同或基本相同的。在这些实施例的一些中，至少两个反应器模块的催化剂材料是不同的。
在一些实施例中，每个反应器模块包括反应器设置的熔融聚合物材料可渗透容器，反应器设置的熔融聚合物材料可渗透容器包含催化剂材料。该容器被构造成接收熔融聚合物材料，使得至少一部分所接收的熔融聚合物材料的至少局部解聚由催化剂材料实现，并排出包括解聚反应产物(并且还可包括未反应的熔融聚合物材料和中间反应产物，或两者)的熔融产物材料。反应器设置的熔融聚合物材料通过反应器设置的熔融聚合物材料可渗透容器的流动实现催化剂材料与反应器设置的熔融聚合物材料之间的接触，以实现反应器设置的熔融聚合物材料的至少一部分的至少局部解聚。在这方面，流动的反应器设置的熔融聚合物材料渗透通过容器内的催化剂材料，并且在渗透催化剂材料的同时，接触容器内包含的催化剂材料，以实现反应器设置的熔融聚合物材料的至少一部分的至少局部解聚。
在系统1000和系统2000中，第一反应器由反应器模块组装。第一反应器具有第一反应区并包括来自“N”个反应器模块中的总数为“P”的反应器模块，其中“N”是大于或等于1的整数。
“N”个反应器模块中的每一个限定相应的模块反应区域，相应的模块反应区域包括设置在其中的催化剂材料，并且“N”个反应器模块中的每一个被构造成引导反应器设置的熔融聚合物材料通过相应的模块反应区域的流动，使得反应器设置的熔融聚合物材料通过相应的模块反应区域的流动使其与催化剂材料接触，从而引起流动的反应器设置的熔融聚合物材料的至少一部分的至少局部解聚。在这方面，第一反应区域包括“P”个模块反应区域。
当“N”是大于或等于2的整数时，“N”个反应器模块中的每一个被构造成串联连接到其他“N”个反应器模块中的一个或多个，使得多个反应器模块彼此串联连接，并且多个反应器模块包括多个模块反应区域，多个模块反应区域设置成彼此串联流体连通，使得模块反应区域的总数对应于连接的反应器模块的总数。多个连接的反应器模块被构造成引导反应器设置的熔融聚合物材料通过多个模块反应区域的流动，使得其与催化剂材料接触，从而实现流动的反应器设置的至少部分熔融聚合物材料的至少局部解聚。
当“P”是大于或等于2的整数时，第一反应器的组装包括将“P”个反应器模块彼此串联连接，使得“P”个反应区域被布置成彼此串联流体连通。
在图2所示的实施例中，“P”等于5，使得反应器100包括五个反应器模块102(a)至102(e)，反应区域由五个模块反应区域104(a)至104(e)组成，每个反应区域各自对应于五个反应器模块中的一个。可以理解，“P”可以多于或少于五。
在图5中所示的另一实施例中，“P”等于2，使得反应器600包括两个反应器模块：入口反应器模块300和出口反应器模块400。
通过加热聚合物材料产生用于供应到构建的反应器的熔融聚合物材料。在一些实施例中，加热由加热器引起。在图2中，加热是由挤出机106和单独的加热器108的组合引起的。在图5中，加热是由挤出机606和单独的加热器608的组合引起的。在这样的实施例中，产生的熔融聚合物材料被迫从挤出机流出，流过单独的加热器，然后供给模块反应区域。在一些实施例中，挤出机被构造成向聚合物材料提供足够的热，使得产生的熔融聚合物材料处于足够高的温度以供应给反应器，并且不需要单独的加热器。
如图2所示，泵110从挤出机106接收熔融聚合物材料，并实现熔融聚合物材料通过加热器108，然后通过第一反应区域的输送(或“流动”)。在一些实施例中，挤出机106被构造成赋予足够的力以实现所产生的熔融聚合物材料的所需流动，使得泵110是可选的。图5示出了没有泵的示例。
在一些实施例中，从聚合物材料进料获得熔融聚合物材料，聚合物材料进料被加热以实现熔融聚合物材料的产生。在一些实施例中，聚合物材料进料包括聚乙烯的初级原始颗粒。原始颗粒可包括低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、或包括LDPE、LLDPE、HDPE和PP的组合的混合物。
在一些实施例中，聚合物材料进料包括废物聚合物材料进料。合适的废物聚合物材料进料包括混合聚乙烯废物、混合聚丙烯废物和包括混合聚乙烯废物和混合聚丙烯废物的混合物。混合聚乙烯废物可包括低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、或包括LDPE、LLDPE、HDPE和PP的组合的混合物。在一些实施例中，混合聚乙烯废物包括食品袋、奶袋、文具文件。在一些实施例中，基于废物聚合物材料进料的总重量，废物聚合物材料进料包括最多10％重量的不同于聚合物材料的材料。
将熔融聚合物材料供应到反应器，并使熔融聚合物材料作为反应器设置的熔融聚合物材料流过第一反应区域(即，包括“P”个反应区域的第一反应区域)。反应器设置的熔融聚合物材料通过第一反应区域的流动使其与催化剂材料接触，产生熔融产物材料，包括解聚产物材料(并且在一些实施例中，还包括未反应的熔融聚合物材料和/或中间反应产物)。收集熔融产物材料。
在一些实施例中，催化剂材料包括[Fe-Cu-Mo-P]/Al2O3。通过将亚铁-铜络合物与氧化铝载体结合并使其与包含金属和非金属的酸反应来制备催化剂，以获得催化剂材料。其他合适的催化剂材料包括沸石、中孔二氧化硅、H-发光沸石和氧化铝。该系统也可以在没有催化剂的情况下运行并通过热降解产生蜡。
产生的熔融产物材料从反应器中排出并从反应器中收集/再循环。在一些实施例中，熔融产物材料的收集通过从反应器排出熔融产物材料流来实现。在具有多个反应器模块的那些实施例中，熔融产物材料从第一反应器模块排出并供应到该系列中的下一个反应器模块，以在该系列中的下一个反应器模块内进行进一步的解聚，并且这在该系列中每对相邻的反应器模块中间继续。
在一些实施例中，所产生的解聚产物材料包括蜡、油脂和油脂基原料。市售油脂通常通过将油脂基原料与少量特定添加剂混合以使它们具有所需的物理性质来制备。通常，油脂包括四种类型：(a)矿物油和固体润滑剂的混合物；(b)渣油(石油烃蒸馏后残留的残余物质)、未结合的脂肪、松香油和沥青的混合物；(c)肥皂稠化矿物油；和(d)合成油脂，如聚α-烯烃和硅氧烷。
在一些实施例中，聚合物进料材料是如下一项或多项的组合：原始聚乙烯(HDPE、LDPE、LLDPE和MDPE中的任何一种或其组合)、原始聚丙烯、或消费过的、工业用过的聚乙烯或聚丙烯(示例性来源包括袋子、水壶、瓶子、桶等)，并且希望使用本文公开的系统的实施例将这种聚合物进料材料转化为更高熔点的蜡(具有从106℃到135℃的熔点)、中等熔点的蜡(具有从86℃到105℃的熔点)、较低熔点的蜡(具有从65℃到85℃的熔点)、更低熔点的蜡(具有40℃至65℃的熔点)。在每种情况下，转化是通过如下方式来实现的，即加热聚合物进料以产生熔融聚合物材料，然后使熔融聚合物材料与催化剂材料在设置在325℃和450℃之间的温度下的反应区域内接触。产生的蜡(高、中或低熔点的蜡)的质量取决于熔融聚合物材料在反应区域内的停留时间。在1个至12个反应器模块串联连接的情况下，当根据挤出机或齿轮泵的流速在连续系统中操作时，停留时间为1分钟至120分钟，优选5分钟至60分钟。在这些实施例的一些中，聚合物进料材料的供应和加热通过挤出机和泵的组合实现，其中从挤出机排出的材料供应给泵。在这些实施例的一些中，挤出机106是10HP、1.5英寸(3.81cm)的型号Apex 1.5的辛辛那提的Milacron基座挤压机(Cincinnati MilacronPedestal Extruder)，并且泵110的尺寸为1.5HP，用于1.5英寸(3.81cm)管线。
压力传感器PT01监测挤出机内的塞状物(以及PT02之前，见下文)，以维持系统压力低于最大压力(例如，反应器100的最大设计压力)。同样，压力传感器PT02监测系统内其他位置的塞状物。通过由PT01和PT02传输至控制器的压力的反馈来控制过压，该控制器发送命令信号以关断挤出机106和泵110，从而防止压力进一步增加。
在一些实施例中，反应器100是第一反应器100，并且第一反应器的反应区域是第一反应区域，并且熔融聚合物材料通过第一反应区域的流动被暂停(例如，诸如，中断)。在暂停之后，改变第一反应器。
当“P”等于1时，改变包括将未用于组装第一反应器的“N-1”个反应器模块中的总数为“R”的反应器模块连接到第一反应器，其中“R”是从1到“N-1”的整数，从而产生另一反应器，并且另一反应器包括彼此串联连接的、总数为“R+1”的反应器模块，并且使得另一反应器包括具有“R+1”个模块反应区域的第二反应区域。另一反应器被构造成引导熔融聚合物材料的流动，使得反应器设置的熔融聚合物材料通过第二反应区域的流动实现另一解聚产物材料的产生和其从另一反应器的排出；
当“P”是大于或等于2但小于或等于“N-1”的整数时，改变包括以下之一：
(a)从第一反应器中移除“P”个反应器模块中的总数为“Q”的反应器模块，其中“Q”是从1到“P-1”的整数，使得产生另一反应器并且所述另一反应器包括彼此串联连接的、总数为“P-Q”的反应器模块，并且使得另一反应器包括具有“P-Q”个模块反应区域的第二反应区域，其中另一反应器被构造成引导熔融聚合物材料的流动，使得反应器设置的熔融聚合物材料通过第二反应区域的流动实现另一解聚产物材料的产生和其从另一反应器的排出，或
(b)将未用于组装第一反应器的“N-P”个反应器模块中的总数为“R”的反应器模块连接到第一反应器，其中“R”是从1到“N-P”的整数，从而产生另一反应器，并且所述另一反应器包括彼此串联连接的、总数为“P+R”的反应器模块，并且使得另一反应器也包括第二反应区域，所述第二反应区域包括“P+R”个模块反应区域，其中另一反应器被构造成引导熔融聚合物材料的流动，使得反应器设置的熔融聚合物材料通过第二反应区域的流动实现另一解聚产物材料的产生和其从另一反应器中的排出；并且
当“P”等于“N”时，改变包括从第一反应器中移除“P”个反应器模块中的总数为“Q”的反应器模块，其中“Q”是从1到“P-1”的整数，使得产生另一反应器并且另一反应器包括彼此串联连接的、总数为“P-Q”的反应器模块，并且使得另一反应器包括第二反应区域，第二反应区域包括“P-Q”个模块反应区域。另一反应器被构造成引导熔融聚合物材料的流动，使得反应器设置的熔融聚合物材料通过第二反应区域的流动实现另一解聚产物材料的产生和其从另一反应器的排出。
在一些实施例中，在(通过连接/添加或移除反应器模块中的任一方式)改变第一反应器以实现另一反应器的产生之后，使用另一反应器来产生第二解聚产物材料。在这方面，加热聚合物材料以产生熔融聚合物材料，并使熔融聚合物材料流过第二反应区域，以实现第二解聚产物材料的产生。然后从反应器中收集第二解聚产物材料。
在一些实施例中，相同的催化剂材料设置在“N”个反应器模块中的每个内。
在一些实施例中，“N”个反应器模块中的每一个的反应区域是相同或基本相同的。
参照图6-14，在至少一些实施例中，每个反应器模块200包括管道筒轴201。在一些实施例中，反应器模块200包括具有相反的第一端部和第二端部的管道筒轴201(在所示实施例中仅示出一个端部)，在每一端部处具有凸缘230，以用于促进与其他反应器模块200的连接。
反应器模块200包括位于筒轴的第一端部的入口202A，位于筒轴的相反的第二端部的出口202B，以及在入口202A和出口202B之间延伸的流体通道206。流体通道206包括催化剂材料容纳空间，催化剂材料容纳空间设置在反应器设置的熔融聚合物材料可渗透容器内，催化剂材料204设置在催化剂材料容纳空间216内。催化剂材料容纳空间216限定反应器模块200的模块反应区域205。
反应器模块200被构造成通过入口202A接收反应器设置的熔融聚合物材料，并引导所接收的熔融聚合物材料通过流体通道206，使得其与催化剂材料204接触。这导致熔融聚合物材料的至少一部分的至少局部解聚，使得产生熔融产物材料，熔融产物材料包括解聚反应产物(和在一些实施例中，未反应的熔融聚合物材料和/或中间反应产物(例如部分解聚的材料))。然后，反应器模块200从出口202B排出熔融产物材料。
流体通道206的相对无阻碍的流体通道部分218在入口202A和出口202B之间延伸，并且设置成经由金属丝网与催化剂材料容纳空间216流体连通。金属丝网208设置在管道筒轴201内，将流体通道206分成相对无阻碍的流体通道部分218和包括催化剂材料的空间204。金属丝网208将催化剂材料204包含在催化剂材料容纳空间216内，从而限定熔融聚合物材料可渗透容器203。
金属丝网208以相对于管道筒轴201的限定流体通道的内壁210间隔开的关系设置，并且纵向延伸通过管道筒轴201的长度。金属丝网208和内壁210之间的空间限定流体通道206的相对不受阻碍的流体通道部分218。流体通道部分218和催化剂材料容纳空间216之间的流体连通通过金属丝网208内的空间成为可能。因此，金属丝网208允许熔融聚合物材料从相对无阻碍的流体通道部分218渗透到催化剂材料容纳空间216(从而便于熔融聚合物材料与反应区域内的催化剂材料204接触)，并且还从催化剂材料容纳空间216渗透到相对无阻碍的流体通道部分218(用于排出包括解聚反应产物和未反应的熔融聚合物材料和/或中间反应产物的熔融产物材料)，同时防止或基本上防止催化剂材料204从催化剂材料容纳空间216流出到相对无阻碍的流体通道部分218。
在一些实施例中，管道筒轴201是圆筒形的，并且金属丝网208也是圆筒形的并且嵌套在管道筒轴201内，使得相对无阻碍的流体通道部分218限定在管道筒轴201的内壁210和金属丝网208之间的环形空间内，催化剂材料容纳空间216设置在金属丝网208中。在这些实施例中，容纳催化剂材料的流体通道部分216相对于相对无阻碍的流体通道部分218从管道筒轴201的轴线径向向外间隔开。
在一些实施例中，间隔管214延伸通过由金属丝网208限定的空间，并促使反应器设置的熔融聚合物材料流动到管道筒轴201的与热传递元件紧密配置的部分(见下文)。该实施例有助于将反应器设置的熔融聚合物材料保持在所需温度。而且，通过占据空间，间隔管214有效地减小了模块反应区域205的体积，从而增加了流动的反应器设置的熔融聚合物材料的速度。
在一些实施例中，间隔管214纵向延伸通过管道筒轴201的长度。在一些实施例中，催化剂材料容纳空间216限定在间隔管214和金属丝网208之间的环形空间内。
反应器设置的熔融聚合物材料由管道筒轴201的第一端部处的入口202A接收，并且在经由流体通道206穿过管道筒轴201到达相反端部时，在相对无阻碍的流体通道部分218和催化剂材料容纳空间216之间可引导通过金属丝网208。这产生包括解聚反应产物(和在一些实施例中，未反应的熔融聚合物材料和/或中间反应产物)的熔融产物材料，解聚反应产物经由管道筒轴201的相反的第二端部处的出口202B排出。在引导通过催化剂材料容纳空间216的同时，使反应器设置的熔融聚合物材料与催化剂材料204接触，引起反应器设置的至少部分熔融聚合物材料的至少局部解聚。
如图6和14所示，在一些实施例中，导流件222、223设置在相对无阻碍的流体通道部分218内。在一些实施例中，导流件222焊接到端盖212(a)并且成围绕金属丝网208卷绕的弹性金属丝的形式。在一些实施例中，导流件223呈弹性金属丝的形式，弹性金属丝被压过管道筒轴201和金属丝网208之间的空间，焊接到端盖212(a)，并偏压在筒轴201的内壁210上。
导流件222、223促进流动的反应器设置的熔融聚合物材料的混合并促进热的均匀分布并减轻反应器设置的熔融聚合物材料的炭化，炭化可导致固体有机材料在限定流体通道206的结构上的沉积并导致污垢。导流件222、223还促使反应器设置的熔融聚合物材料从相对无阻碍的流体通道部分218流向催化剂材料容纳空间216，并增加反应器设置的熔融聚合物材料和催化剂材料204之间的接触。
如图9-13所示，提供端盖组件211，并将其安装在管道筒轴201的内部空间内。端盖组件211包括刚性端盖212(a)和212(b)、金属丝网208和间隔管214。盖212(a)靠近管道筒轴201的一个端部设置，并且端盖212(b)靠近管道筒轴201的相反端部设置。在一些实施例中，端盖212(a)和212(b)对于反应器设置的熔融聚合物材料的流动也是可渗透的。
金属丝网208设置在端盖212(a)和212(b)之间，并且其相对于管道筒轴201在管道筒轴201内的轴向定位由端盖212(a)和212(b)确定。金属丝网208的一个端部焊接到端盖212(a)，而金属丝网208的相反端部设置在端盖212(b)中形成的凹部内，使得包含催化剂材料204的催化剂材料容纳空间216限定在由金属丝网208和端盖212(a)和212(b)界定的空间内。
间隔管214设置在端盖212(a)和212(b)之间。间隔管214的一个端部焊接到端盖212(a)，而间隔管214的相反端部设置在端盖212(b)中形成的凹部内。
如图11和12所示，端盖212(a)焊接到管道筒轴201，以用于实现端盖组件211与管道筒轴201的连接。在这方面，端盖212(a)包括多个刚性端盖隔离件2120(a)至(c)，多个刚性端盖隔离件2120(a)至(c)从端盖集成器2122径向向外突出(金属丝网208和间隔管214焊接在端盖集成器2122上)。端盖隔离件2120(a)至(c)被容纳在端盖集成器2122内提供的相应凹部内。端盖隔离件2120(a)至(c)彼此间隔开，使得允许彼此连接的反应器模块200之间的流体连通，并且特别是在连接的反应器模块200的反应区域之间的流体连通。端盖隔离件2120(a)至(c)可以焊接到管道筒轴201的内部，从而确定端盖212相对于管道筒轴201的位置(a)，并且还确定间隔管214相对于管道筒轴201(其焊接到端盖212(a))的轴向位置。
如图9至11所示，通过将端盖212(b)设置成与管道筒轴201、间隔管214接触接合和通过相邻的管道结构，例如另一反应器模块200的焊接端盖212(a)或导管，来确定端盖212(b)相对于管道筒轴201的定位。间隔管214和相邻的管道结构中的每一个是相对刚性的结构，使得间隔管214和相邻管道结构中的每一个相对于管道筒轴201的基本上固定的轴向定位确定了端盖212(b)相对于管道筒轴201的轴向定位。当组装反应器模块200时，端盖212(b)被压在间隔管214和相邻的管道结构之间(在图8所示的实施例中，相邻的管道结构是另一反应器模块200的端盖212(b))，使得端盖212(b)相对于管道筒轴201(以及因此端盖212(a))的轴向定位由间隔管214和相邻的管道结构确定。
端盖212(b)还包括刚性端盖隔离件2124(a)至(c)，刚性端盖隔离件2124(a)至(c)设置在端盖集成器2126内的相应凹部内。端盖集成器包括接收间隔管214和金属丝网208的凹部。端盖隔离件2124(a)至(c)设置成与管道筒轴201的内壁接触接合。端盖隔离件2124(a)至(c)从端盖集成器2126径向向外突出。端盖隔离件2124(a)至(c)彼此间隔开，使得流体可以在彼此连接的反应器模块200之间流动，并且特别是在连接的反应器模块200的反应区域之间流动。当设置成与管道筒轴201的内壁接触接合并且与间隔管214和相邻的管道结构配合时，端盖隔离件2124(a)至(c)用于基本上固定端盖212(b)相对于管道筒轴201的竖直定位。
通过构造端盖212(b)使得端盖212(b)可从端盖组件211移除，使得包括更换催化剂材料204的反应区域内的修复和维护变得更容易。
加热器220设置成与流体通道206热传递连通，以便实现流过流体通道206的反应器设置的熔融聚合物材料的加热。将流动的反应器设置的熔融聚合物材料保持在足够的温度导致至少局部解聚。在一些实施例中，加热器220包括电加热带，电加热带安装到管道筒轴201的外壁并且被构造为依靠通过管道筒轴201的热传递向流体通道206供热。
参照图16至18，在一些实施例中，反应器包括入口反应器模块300、出口反应器模块400和可选的一个或多个中间反应器模块500。
在一些实施例中，入口反应器模块300包括管道筒轴301，管道筒轴301具有相反的端部，相应的凸缘330A、330B设置在每个相反的端部处，以便于与出口反应器模块400连接，并且在一些实施例中，与中间反应器模块500连接。
入口反应器模块300包括位于管道筒轴301的第一端部处的入口302A、位于筒轴的相反的第二端部处的出口302B以及在入口302A和出口302B之间延伸的流体通道306。流体通道306包括设置在反应器设置的熔融聚合物材料可渗透容器303内的催化剂材料容纳空间316，催化剂材料304设置在催化剂材料容纳空间316内。催化剂材料容纳空间316限定反应器模块300的模块反应区域305。
入口反应器模块300被构造成通过入口302A接收反应器设置的熔融聚合物材料，将所接收的熔融聚合物材料引导通过流体通道306，并且在进行这种引导时，使熔融聚合物材料与催化剂材料304接触使得至少部分熔融聚合物材料的至少局部解聚得以实现，并且使得产生包括解聚反应产物(并且在一些实施例中，包括未反应的熔融聚合物材料和中间反应产物，或者两者)的熔融产物材料，并从出口302B排出熔融产物材料。
流体通道306包括相对无阻碍的流体通道部分318和包含催化剂材料容纳空间316的容纳催化剂材料的流体通道部分315。相对无阻碍的流体通道部分318从入口302A延伸，并设置成经由金属丝网308与容纳催化剂材料的流体通道部分315流体连通。容纳催化剂材料的流体通道部分315延伸到出口302B中。
金属丝网308设置在管道筒轴301内，将流体通道306分成相对无阻碍的流体通道部分318和容纳催化剂材料的流体通道部分316。金属丝网308在一个端部处安装在管道筒轴301的第一端部处，并从该第一端部延伸，在一些实施例中，金属丝网308在相反端部处安装到隔离管314(见下文)。金属丝网308在催化剂材料容纳空间316内含有催化剂材料304。金属丝网308以相对于管道筒轴301的限定流体通道的内壁310间隔开的关系设置，并且纵向延伸通过管道筒轴301的部分。金属丝网308和内壁310之间的空间限定了容纳催化剂材料的流体通道部分315的一部分，并纵向延伸通过管道筒轴301的一部分，以限定催化剂材料容纳空间316的一部分。在这方面，相对不受阻碍的流体通道部分318沿管道筒轴301的轴线纵向延伸或靠近管道筒轴301的轴线延伸。
在一些实施例中，金属丝网308的形状为圆筒形，并且嵌套在管道筒轴301内。在这方面，在一些实施例中，相对于相对无阻碍的流体通道，容纳催化剂材料的流体通道部分315从管道筒轴301的轴线径向向外间隔开。
相对无阻碍的流体通道部分318和容纳催化剂材料的流体通道部分315之间的流体连通通过金属丝网内的空间实现。在这方面，金属丝网308被构造成在防止或基本上防止催化剂材料304从催化剂材料容纳空间316流出到相对无阻碍的流体通道部分318的同时，允许熔融聚合物材料从相对无阻碍的流体通道部分318渗透到容纳催化剂材料的流体通道部分315(从而促进熔融聚合物材料在反应区域中与催化剂材料304的接触)。
在一些实施例中，在相对无阻碍的流体通道部分318的下游端部处，端壁是锥形的，以促使熔融聚合物材料经由金属丝网308流向催化剂材料容纳空间，从而减少熔融聚合物材料的汇集。
容纳催化剂材料的流体通道部分315延伸到限定在安装在管道筒轴301中的间隔管314和管道筒轴301的内壁310之间的环形空间中。通过占据该空间，间隔管314促进在容纳催化剂材料的流体通道部分315中的反应器设置的熔融聚合物材料流动到管道筒轴301的靠近热传递元件紧密布置的部分，从而将反应器设置的熔融聚合物材料保持在所需温度处。而且，通过占据空间，间隔管314有效地减小了模块反应区域305的体积，从而增加了流动的反应器设置的熔融聚合物材料的速度。
反应器设置的熔融聚合物材料经由管道筒轴301的第一端部处的入口302A被接收在相对无阻碍的流体通道部分318内，并且穿过金属丝网308引导到容纳催化剂材料的流体通道部分315的催化剂材料容纳空间316(参见方向箭头340)。在引导通过容纳催化剂材料的流体通道部分315(参见方向箭头342)的同时，熔融聚合物材料与催化剂材料304接触，从而产生解聚反应产物，并且熔融产物材料包括在容纳催化剂材料的流体通道部分315内产生的解聚反应产物(并且，在一些实施例中，还包括未反应的熔融聚合物材料和中间反应产物，或两者)，然后熔融产物材料在管道筒轴301的相反的第二端部处经由出口302B排出。
在一些实施例中，出口反应器模块400包括管道筒轴401，管道筒轴401具有相反的端部，在相反端部的每一个处设置有凸缘，以便于与入口反应器模块300连接，并且在一些实施例中，一个中间反应器模块设置在入口反应器模块300和出口反应器模块400之间。
出口反应器模块400包括位于管道筒轴401的第一端部处的入口402A、位于筒轴的相反的第二端部处的出口402B、以及在入口402A和出口402B之间延伸的流体通道406。流体通道406包括设置在反应器设置的熔融聚合物材料可渗透容器403内的催化剂材料容纳空间416，催化剂材料404设置在催化剂材料容纳空间416内。催化剂材料容纳空间416限定反应器模块400的模块反应区域405。
出口反应器模块400被构造成用于通过入口402A接收反应器设置的熔融聚合物材料，将所接收的熔融聚合物材料引导通过流体通道406，并且在进行这种引导时，使催化剂材料与引导的熔融聚合物材料接触，使得至少部分熔融聚合物材料的至少局部解聚得以实现，并且使得产生包括解聚反应产物(并且在一些实施例中，还包括未反应的熔融聚合物材料和中间反应产物或两者)的熔融产物材料，并从出口402B排出熔融产物材料。
流体通道406包括容纳催化剂材料的流体通道部分415以及相对无阻碍的流体通道部分418，容纳催化剂材料的流体通道部分415包括催化剂材料容纳空间416。容纳催化剂材料的流体通道部分415从入口402A延伸，并且设置成通过金属丝网408与相对无阻碍的流体通道部分418流体连通。相对无阻碍的流体通道部分418延伸到出口402B中。
在一些实施例中，间隔管414在管道筒轴401的第一端部处安装在管道筒轴401内，使得管道筒轴401和间隔管414之间的空间(例如，环形空间)限定从入口402A延伸的容纳催化剂材料的流体通道部分415的一部分。通过占据该空间，间隔管414促使反应器设置的熔融聚合物材料在容纳催化剂材料的流体通道部分415内流动到管道筒轴401的靠近热传递元件紧密布置的部分(见下文)，从而将反应器设置的熔融聚合物材料保持在所需温度。而且，通过占据空间，间隔管414有效地减小了模块反应区域405的体积，从而增加了流动的反应器设置的熔融聚合物材料的速度。
容纳催化剂材料的流体通道部分415延伸到限定在管道筒轴401的内壁410和金属丝网408之间的环形空间中。金属丝网408设置在管道筒轴401内，将流体通道406分成容纳催化剂材料的流体通道部分415和相对无阻碍的流体通道部分418。金属丝网408在一个端部处安装在管道筒轴401的第二端部处，并从该第二端部延伸，金属丝网308在相反端部处安装到隔离管414。金属丝网408在催化剂材料容纳空间416内含有催化剂材料404。金属丝网408以相对于管道筒轴401的限定流体通道的内壁410间隔开的关系设置，并且纵向延伸通过管道筒轴401的一部分。金属丝网408和内壁410之间的空间限定容纳催化剂材料的流体通道部分415的一部分并且纵向延伸通过管道筒轴401的一部分。在这方面，相对无阻碍的流体通道部分418沿管道筒轴401的轴线纵向延伸到出口402B中或靠近管道筒轴401的轴线纵向延伸到出口402B中。
在一些实施例中，金属丝网408的形状为圆筒形，并且嵌套在管道筒轴401内。在这方面，在一些实施例中，相对于相对无阻碍的流体通道部分418，容纳催化剂材料的流体通道部分415从管道筒轴401的轴线径向向外间隔开。
容纳催化剂材料的流体通道部分415与相对无阻碍的流体通道部分418之间的流体连通通过金属丝网内的空间实现。在这方面，金属丝网408被构造成在防止或基本上防止催化剂材料404从催化剂材料容纳空间416流出到相对无阻碍的流体通道部分418的同时，允许熔融聚合物材料从相对无阻碍的流体通道部分418渗透到容纳催化剂材料的流体通道部分415(从而促进熔融聚合物材料在反应区域中与催化剂材料404的接触)。
反应器设置的熔融聚合物材料经由管道筒轴401的第一端部处的入口402A(例如，从反应器模块300的出口302B，或者诸如，例如，从中间反应器模块500的出口，参见下文)，被接收在容纳催化剂材料的流体通道部分415内，被引导通过容纳催化剂材料的流体通道部分415(参见方向箭头440)。当引导通过容纳催化剂材料的流体通道部分415时，熔融聚合物材料与催化剂材料404接触，使得产生熔融产物材料，熔融产物材料包括解聚反应产物(并且在一些实施例中，还包括未反应的熔融聚合物材料和中间反应产物，或两者)。熔融产物材料包括在容纳催化剂材料的流体通道部分415内产生的解聚产物，熔融产物材料通过金属丝网408引导到相对无阻碍的流体通道部分418(参见方向箭头442)，随后在管道筒轴401的相反的第二端部处经由出口402B排出。
在一些实施例中，反应器包括设置在入口反应器模块300和出口反应器模块400之间的一个或多个中间反应器模块500。
在一些实施例中，中间反应器模块500包括具有相反端部的管道筒轴501，其中在相反端部的每一端部处设置有凸缘530A、530B，以便于与反应器模块连接。在第一端部处设置凸缘以便于与入口反应器模块300或另一中间反应器模块500中的任一个连接。在第二端部处设置凸缘以便于与出口反应器模块400或另一中间反应器模块500中的任一个连接。
管道筒轴501包括位于管道筒轴501的第一端部处的入口502A、位于管道筒轴501的相反的第二端部处的出口502B、以及在入口502A和出口502B之间延伸的流体通道506。流体通道506包括催化剂材料容纳空间516。催化剂材料容纳空间516设置在反应器设置的熔融聚合物材料可渗透容器503内，催化剂材料504设置在催化剂材料容纳空间516内。催化剂材料容纳空间516限定反应器模块500的模块反应区域505。
中间反应器模块500被构造成用于通过入口502A接收反应器设置的熔融聚合物材料，将所接收的熔融聚合物材料引导通过流体通道506，并且在进行这种引导时，使催化剂材料504与引导的熔融聚合物材料接触，使得至少部分熔融聚合物材料的至少局部解聚得以实现，并且使得产生包括解聚反应产物(并且在一些实施例中，还包括未反应的熔融聚合物材料和中间反应产物或两者)的熔融产物材料，并从出口502B排出熔融产物材料。
流体通道506包括包含催化剂材料容纳空间516的容纳催化剂材料的流体通道部分515。
在一些实施例中，间隔管514在管道筒轴501的第一端部处安装在管道筒轴501内，使得管道筒轴501和间隔管514之间的空间限定催化剂材料容纳空间516。通过占据该空间，间隔管促使反应器设置的熔融聚合物材料在容纳催化剂材料的流体通道部分515内流动到管道筒轴501的靠近热传递元件紧密布置的部分(见下文)，从而将反应器设置的熔融聚合物材料保持在所需温度。而且，通过占据空间，间隔管514有效地减小了模块反应区域505的体积，从而增加了流动的反应器设置的熔融聚合物材料的速度。
图19显示催化反应器700a的横截面侧视图，其具有被构造成通过热流体和/或熔融盐被加热的可移除的静态混合器710。静态混合器710在催化反应器700a中提供更大的混合，并且可导致需要较低的操作温度。在一些实施例中，静态混合器710是可移除的，这允许更容易清洁和维护反应器700a。可移除的静态混合器710还允许重新利用反应器部段。例如，夹套反应器可以转换为预热或冷却部段。
除了其他方式之外，热流体和/或熔融盐可以通过天然气、电、废物工艺热和煤被加热。在一些实施例中，热流体和/或熔融盐降低了必须使用电的成本。
除了上面已经提到的那些之外，催化反应器700a的管状构造提供了若干优点。特别地，使用串联连接的管状反应器允许可靠且一致的参数，这允许产物一致。具体地，因为催化剂的表面积和热输入最大化，所以与使用连续搅拌反应器相比，通过管状区段的一致流动产生了更可预测和更窄范围的最终产物。与连续搅拌反应器相比的一个优点是消除或至少减少了捷径(shortcutting)，管状部分中的流动假设地作为塞状物移动。每个假设的塞状物在反应器中花费相同的时间。管状催化反应器可以竖直地、水平地或以其间的任何角度操作。管状催化反应器(反应器区段)和相应的预热区段和冷却区段(参见图28-30)可以是通用尺寸(或几种标准尺寸之一)。这不仅允许材料的一致流动，而且允许管状元件设计成在各个区段之间可互换并且易于添加、移除、清洁和修复。在至少一些实施例中，管状区段的内表面由304或316钢制成。
热流体和/或熔融盐可以经由入口/出口730进入夹套720。在一些实施例中，催化反应器700a被构造为安装有热电偶/压力传感器(未示出)并且包括相关的凹口735。凹口735用于使热电偶/压力传感器与流体物理接触。在一些实施例中，热电偶/压力传感器将安装在井中，这减少了流体和传感器之间的材料。
在一些实施例中，催化反应器700a包括可以保持催化剂的可移除丝网760。可移除丝网760可以容易地替换，克服了与填充床反应器相关的缺点，这些缺点使维护要求更复杂并导致停机时间。在一些实施例中，可移除丝网760的标准化导致产生离开每个区段的一致产物和/或允许多个反应器中的标准化。
在其他或相同的实施例中，催化反应器700a可包括可移除的适配器740，可移除的适配器740具有用于静态混合器支撑件的切口。静态混合器支撑件减小静态混合器710上的力，允许更有力/快速的移除。适配器740的切口改善了适配器和丝网之间的密封。催化反应器700a可在一个或两个端部上包括凸缘750，以将催化反应器700a连接到其他反应器，挤出机等。
图20是催化反应器700b的横截面侧视图，其具有被构造成使用电加热的可移除静态混合器710。在一些实施例中，电加热优于使用热油/熔融盐，因为它可以更方便，需要更少的辅助设备，例如锅炉，加热容器，高温泵，阀和配件，并且更易于操作。此外，在一些实施例中，减少电加热减少了系统的总体占用面积。在一些实施例中，催化反应器700b被构造为安装有热电偶/压力传感器(未示出)并且包括相关的凹口735。
在一些实施例中，催化反应器700b包括可以保持催化剂的可移除丝网760。在其他或相同的实施例中，催化反应器700b可包括可移除的适配器740，可移除的适配器740具有用于静态混合器支撑件的切口。催化反应器700b可在一个或两个端部上包括凸缘750，以将催化反应器700b连接到其他反应器，挤出机等。
图21是显示催化反应器700c的横截面侧视图，其具有被构造成通过热流体和/或熔融盐加热的可移除的环形插入件712。环形插入件712可以产生环形流动，环形流动可以导致改善的热传递，表观速度的增加，并且比中空的反应器更容易维持。
热流体和/或熔融盐可以经由入口/出口730进入夹套720。在一些实施例中，催化反应器700c被构造为安装有热电偶/压力传感器(未示出)并且包括相关的凹口735。
在一些实施例中，催化反应器700c包括可以保持催化剂的可移除丝网760。在其他或相同的实施例中，催化反应器700c可包括可移除的适配器740，可移除的适配器740具有用于可移除的环形和丝网支撑件的切口。催化反应器700c可在一个或两个端部上包括凸缘750，以将催化反应器700c连接到其他反应器，挤出机等。
图22是催化反应器700d的横截面侧视图，催化反应器700d具有被构造成使用电加热的可移除环形插入件712。在一些实施例中，催化反应器700d被构造为安装有热电偶/压力传感器(未示出)并且包括相关的凹口735。
在一些实施例中，催化反应器700d包括可以保持催化剂的可移除丝网760。在其他或相同的实施例中，催化反应器700d可包括可移除的适配器740，可移除的适配器740具有用于可移除的环形和丝网支撑件的切口。催化反应器700d可在一个或两个端部上包括凸缘750，以将催化反应器700d连接到其他反应器，挤出机等。
图23是具有中空的内部构件的催化反应器700e的横截面侧视图，所述中空的内部构件被构造成通过热流体和/或熔融盐加热。具有中空的内部构件的反应器可以增加给定材料在反应器700e中所花费的停留时间，这减少了制造特定产物所需的反应器的数量以及可以使用的催化剂的体积。与具有静态混合器的反应器相比，具有中空的内部构件的反应器也可以更经济地制造。热流体和/或熔融盐可以经由入口/出口730进入夹套720。在一些实施例中，催化反应器700e被构造为安装有热电偶/压力传感器(未示出)并且包括相关的凹口735。
在一些实施例中，催化反应器700e包括可以保持催化剂的可移除丝网760。在其他或相同的实施例中，催化反应器700e可包括可移除的适配器740，可移除的适配器740具有用于可移除的丝网支撑件的切口。催化反应器700e可在一个或两个端部上包括凸缘750，以将催化反应器700e连接到其他反应器，挤出机等。
图24是具有中空的内部构件的催化反应器700f的横截面侧视图，所述中空的内部构件被构造成使用电加热。在一些实施例中，催化反应器700f被构造为安装有热电偶/压力传感器(未示出)并且包括相关的凹口735。
在一些实施例中，催化反应器700f包括可以保持催化剂的可移除丝网760。在其他或相同的实施例中，催化反应器700f可包括可移除的适配器740，可移除的适配器740具有用于丝网支撑件的切口。催化反应器700f可在一个或两个端部上包括凸缘750，以将催化反应器700f连接到其他反应器，挤出机等。
图25是并联布置的一组如图19所示的催化反应器700的横截面正视图。如图25所示的并联布置允许总生产率可以根据需要更容易地增加/减少，同时对整个装置的改变最小，并且允许一次发生多个不同水平的解聚。
壳体800允许催化反应器700浸泡在热油/熔融盐中，这通常比电更有效。热油/熔融盐保持在腔室780中。在一些实施例中，凸缘770允许多个壳体连接在一起。
图26是以水平构造示出的图25的并联催化反应器装置的横截面侧视图。与单管装置相比，并联装置允许构建具有较小压降的较高流量单元，压降可能引起问题。水平构造通常更便于操作/维护。
图27是以竖直构造示出的图25的并联催化反应器装置的横截面侧视图。竖直构造可以减少液体/气体产物的分层，并且可以消除或至少减少对静态混合器的需求。
图28是具有两个串联连接的如图19所示的反应器700a的竖直螺旋内部催化反应器装置900A的横截面侧视图。水平螺旋混合器预热区段820连接到一个反应器700a。螺旋混合器可以通过避免停滞和热点来实现更好的混合。
螺旋混合器冷却部段830显示为以45度下降连接到另一反应器700a。下降允许产物通过重力流动，而45度角允许冷却介质和产物之间充分接触。
在所示的实施例中，竖直螺旋内部催化反应器装置900A具有数个入口/出口以允许使用热流体/熔融盐混合物，然而也可以使用其他加热技术(例如但不限于电加热)。
图29是具有两个串联连接的如图21所示的反应器700c的竖直环形催化反应器装置900B的横截面侧视图。
图30是具有两个串联连接的如图23所示的中空的反应器700f的竖直催化反应器装置900C的横截面侧视图。
图31是水平反应器构造910的透视图，其具有被构造成使用类似于图20中所示的电加热器870的内部螺旋反应器700b。在图31中，反应器外壳已从水平反应器构造910的一部分移除，以帮助观察内部螺旋反应器700b的位置。
尽管已经示出和描述了本发明的特定元件、实施例和应用，但是应该理解，因为特别是在根据前述教导的情况下，可以在不脱离本公开的范围的情况下进行改变，所以本发明不限于此。例如，许多实施例表明在要求保护的发明的范围内可以有不同的构件的组合，并且这些描述的实施例是说明性的，并且可以采用相同或相似的构件的其他组合以基本上相同的方式来实现基本相同的结果。此外，所有权利要求通过引用优选实施例的描述而结合。

Claims (11)

1.一种用于连续处理再循环的聚合物材料的系统，包括：
(a)料斗，所述料斗被构造成将所述再循环的聚合物材料进送至所述系统中；
(b)挤出机，所述挤出机被构造成使所述再循环的聚合物材料转变成熔融材料；
(c)第一反应器，所述第一反应器被构造成使所述熔融材料解聚，所述第一反应器包括可移除的静态混合器和可移除的适配器，所述静态混合器包括静态混合器支撑件，所述适配器包括用于与静态混合器支撑件配合的切口，所述反应器包括环形插入件，所述环形插入件能够产生环形流动，环形流动能够导致改善的热传递，表观速度的增加，并且比中空的反应器更容易维持；和
(d)热交换器，所述热交换器被构造成冷却所述解聚的熔融材料。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述挤出机采用热流体。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述挤出机采用电加热器。
4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
(e)单独的加热器，所述单独的加热器被构造成辅助所述挤出机。
5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
(e)第二反应器。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，
所述第一反应器和所述第二反应器串联连接。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述反应器使用催化剂材料。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，
所述催化剂是[Fe-Cu-Mo-P]/Al2O3。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，
所述催化剂被包含在可渗透容器中。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述反应器包括间隔管。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述环形插入件是可移除的。
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