CN112739457A - 用于将烃基废料转化成油气燃料的微波方法 - Google Patents

Abstract

一种用于将处理过的固体塑料废料和其他基于聚合物的原料分解成燃油、可持续能源、碳焦和其他有用产物的便携式、可持续和高效的系统和设备。稍作修改，也可以处理生物质。分布式微波加热源和机械混合在高度绝缘的反应器中有效地混合热量，该反应器保护微波部件、使快速热解成为可能，从而可以缩小为紧凑且高度便携的系统。产物包括柴油、汽油、丙烷、丁烷和焦。使用严格的温度控制和机械工艺路线来分配产物物料。

Description

用于将烃基废料转化成油气燃料的微波方法

技术领域

本发明最一般地涉及用于将特定材料的固体废料流转化成商业上有价值的化学商品的系统，并且更具体地涉及塑料废料热解系统，并且还更具体地涉及使用微波能量将粉碎的废塑料加热成有用且可分离的副产物(包括燃料)的、能量高效的塑料热解系统。

背景技术

已知使用热分解技术(更具体地是热解技术)将塑料废料转化成可燃燃料。然而，能源效率和可证明的可持续性一直难以捉摸。同样，因为某些材料的转化可能产生重金属以及含硫和含氮化合物，所以设计使不安全副产物化合物的生成最小化的系统是系统的当务之急。然而，随着效率的增加和便携性的提高，塑料热解系统有望解决海洋中、海滩上和城市地区中的废塑料的大量堆积。本发明就是针对于此。

潜在相关的现有技术专利和/或专利申请包括：Appel的申请号为20090062581的美国专利申请；Benham的申请号为20100155216的美国专利申请；Doucet等人的美国专利No.9,487,708；Fameman等人的美国专利No.8,382,957；Flanagan等人的美国专利No.9,664,382；Gillespie的美国专利No.8,690,977；Green的美国专利No.6,830,597；Grispin的美国专利No.7,883,606；Klepfer的美国专利No.6,184,427；Kruesi的申请号为20040253166的美国专利申请；Li等人的申请号为20100256429的美国专利申请；Lissianski等人的美国专利No.8,657,999；Manderson等人的美国专利No.8,980,064；Moreira等人的申请号为20080264934的美国专利申请；Novak的美国专利No.7,927,465；Ludlow-Palafox等人的美国专利No.7,951,270；Pringle的美国专利No.7,629,497；Ramesh的美国专利No.9,802,184；Ramesh等人的美国专利No.7,531,703；Sarker的美国专利No.8,927,797；Shimo等人的美国专利No.8,187,428；Van Thorre等人的美国专利No.8,361,282；Wallace的美国专利No.4,118,282；以及Weinecke等人的美国专利No.7,101,463。

前述专利反映了本发明人所知的当前技术水平。它们进一步提供了可用于理解本发明预期的许多目的以及相关技术的技术水平的背景技术。然而，谨此提出，上述专利无论是单独地还是组合地考虑时，均未公开、教导、暗示、示出或以其他方式使本文中描述的发明显而易见。

发明内容

本发明是一种将处理过的固体塑料废料和其他含碳和基于聚合物的原料分解成燃油、可持续能源、碳焦和其他有用产物的模块化的、便携式的、可持续的且有效的手段。然而，其不限于聚合物，并且通过一些修改，也可以处理生物质。系统的输出包括(但不限于)柴油、汽油、丙烷、丁烷和焦(char)。本发明使用分布式微波加热源以在高度绝缘的反应器中有效地混合热量，该反应器对微波部件进行保护以实现商业可靠性。提出了使用严格的温度控制和机械工艺路线(routing)分配产物材料的手段。重要的是，本发明利用了使用微波加热的许多优点，包括对大体积的废生物质或聚合物颗粒进行均匀且快速的内部加热、快速启动和关闭、高能量效率以及增强的可控性。

从结合附图考虑的以下描述中，将更好地理解本发明的关于组织和操作方法的许多新颖特征及其各种目的和优点，在附图中，通过实例示出了本发明的优选实施例。这些图仅用于说明和描述，并非旨在限制本发明。在所附权利要求中特别指出了表征本发明的新颖性的各种特征，这些权利要求构成了本公开的一部分。本发明不在于单独采用这些特征中的任一个，而是在于针对指定功能的其所有结构的特定组合。

附图说明

当考虑以下详细描述时，将理解本发明，并且本发明的除了上文阐述的目的之外的目的将变得明显。该描述参考了附图，其中：

图1A是示出了本发明的热解系统的结构和操作部件的高度示意性的工艺图；

图1B是本发明的整个塑料热解系统的上部正视立体图，其示出了关键的子组件；

图2是示出了根据本发明的废品输入(即，进给组件)的侧视图，其适于经由用于容纳原料的机械料斗接收物料。在替代方案中，物料的机械运输可以结合使用真空或压力进给方法(具有独特的延伸和反应器进给的标准挤出机功能)；

图2A是沿着图2的剖面线2A-2A截取的详细截面侧视截面图，示出了进给组件的螺旋刮板(auger flight)形状和输送机管壁；

图3是示出了根据本发明的反应器组件气化炉的侧视图，该视图表征了微波磁控管、带式加热器以及用于清除废品的装置的集成安装。

图3A是沿着图3的剖面线3A-3A截取的截面侧视图，示出了反应器气化炉；

图3B是沿着图3A的截面3B-3B截取的详细截面侧视图，并且示出了气化炉混合器的原料入口位置和轴承细节，其适于延长使用寿命和在极端高温下运行的设备的寿命。

图3C是示出了当采用喷射器进给螺杆系统将原料喷射到反应器腔室中时的、根据本发明的可能的原料入口轮廓的示意图。当使用喷射器式物料进给时，入口开口被构造成改善物料的流动和表面积。

图3D是沿着图3A的剖面线3D截取的详细侧视图，示出了根据本发明的用于产生惰性气体氛围的吹扫气体歧管；

图3E是沿着图3的剖面线3E截取的详细侧视图，示出了在本发明中采用的上升气流擒纵机构和温度监测元件，其适于改善油和/或液体的产生并减少碳焦废料和副产物；

图4是沿着图3A的剖面线4-4截取的俯视截面图，并且示出了本发明的反应器气化炉，表征了其多边形壁段和堆叠的微波波导；

图4A是沿着图3A的剖面线4A-4A截取的详细截面侧视图，示出了根据本发明的反应器气化炉的主要结构和操作部件，特别表征了相对的微波波导、隔热、热质量吸收剂(碳化硅球体)和混合轴；

图4B是沿着图4的剖面线4B截取的详细俯视图，示出了带有集成式刀门(knifegate)的微波窗口，该集成式刀门适于通过使碎屑保持远离微波窗口来维持清晰的微波信号路径，从而优化微波能量的功率；

图5示出了根据本发明的清除容器，其被构造成收集并分配反应输出碳焦以用于间歇操作或连续操作；

图5A是示出了根据本发明的催化剂裂化室的详细截面侧视图；

图5B是示出了催化剂裂化室的侧视图，该裂化室包括能够旋转以在继续工艺流程的同时进行清洁的多个腔室；

图6是示出了根据本发明的气体冷凝器组件的前侧视图；

图6A是气体冷凝器组件的左端视图；并且

图7是示出了根据本发明的燃料收集和工艺监控的正视图。

具体实施方式

首先参考图1A，其中示出了用于将烃基废料转换成油气燃料的、新的和改进的方法和系统，该系统在此示意图中总体上以本文中的10表示。

图1A是高度示意性水平的工艺流程图，其示出了该系统的主要功能部件，突出了主要的子组件系统。当准备进行处理时，在一实施例中，在维持最佳进给速度的同时，原料在环境温度下从原料料斗12被进给到机械输送机14中。在另一实施例中，原料可以在升高的熔融温度下被进给到输送机中，也维持最佳的进给速率。当在升高的温度下进给时，采用挤出机以确保物料平稳地流入反应器中。此外，在实施例中，在引入到反应器中之前，将加热的原料冷却到30℃至50℃之间的温度，以降低过早熔化的可能性并允许原料平稳地进入反应器中。可以在冷却区中采用折流(baffling)，以确保良好的混合和热传递。

一旦进入微波透明反应器16，含碳原料就通过对流和传导热被加热到650-700摄氏度之间的温度，该对流和传导热源自以圆形或多边形取向安装的多个微波源(此视图中未示出)。通过从惰性气体源18引入惰性气体以产生氮气或氩气的内部氛围来清除内部氛围中的氧，并保持在1-2psig之间的低压下。

众所周知，在热解系统中，含碳原料在加热下经历化学分解，其将大的聚合物链断裂或“裂化”成小的聚合物链，或甚至是作为已处理废聚合物中的前体分子的单体。废焦离开反应器的底部并被引导至废焦收集器20。一旦被热解，热解的碳氢化合物就会蒸发，并且所产生的气体离开反应器并被引导至填充有催化剂的裂化室22，随后进入反应器出口冷却器24(其冷却至重油/焦油收集器“蜡阱”26的适当温度)，然后通过冷凝和冷却(蒸馏)系统，在该冷凝和冷却(蒸馏)系统中，它们被进一步精炼成受控碳链并冷凝成从柴油到汽油的各种等级的可用燃油。该蒸馏系统首先在收集器26处去除重油和焦油，然后，穿过该系统的气体被引导至柴油冷凝器28，该柴油冷凝器28冷却并然后在产物冷却器收集容器30中收集较重且较长链的柴油产物。与沉淀的柴油产物一起行进的任何气体在穿过喷淋冷却器32之后被进给回该柴油冷凝器。未在该柴油冷凝器中沉淀的较轻的气体行进至石脑油/汽油冷凝器34，并且类似地被冷却和冷凝，其中，石脑油/汽油被收集在产物冷却器收集容器36中，并且任何伴随的气体都通过喷淋冷却器38被进给回该冷凝器。水蒸气和最轻的气体被从汽油冷凝器的顶部移除并且行进通过集水器40，用于通过防止流体回流并确保正向流动来提高燃料产量。最轻的气体通过热电联产/火炬/催化氧化器出口42排出。

如本领域技术人员将理解的，随着原料被处理并且移动通过处理级(从原料输送机处作为未处理原料输入、通过反应器中的热解裂化、再通过催化室裂化、到冷凝、分离、收集和存储)，系统部件处于连续的流体连通，并且始终假定并理解一级到其前级以及后级(如果有的话)的这种机械和操作耦合。

组件概述以突出主要的子组件系统：现在参考图1B至图7，其中，在各个视图中相同的附图标记表示相同的部件，这些非示意性视图中的系统在本文中总体上以100表示，而系统部件采用离散的附图标记。

首先参考图1B，以立体图示出了本发明系统的操作元件。该系统优选被设定尺寸并安装在具有锁定脚轮的金属底座或框架102上，以便于在标准ISO 6346(20英尺)运输集装箱中的包装和运输。该系统被构造成在20英尺占地面积内的开放式“平板”框架上运输并被收缩包裹以保护其免受环境的影响。收缩包裹物本身可以被处理和回收。

然后，如从它们的最基本方面所见，这些部件子系统包括原料进给组件104，该原料进给组件104包括原料料斗103，该原料料斗103被可操作地联接到气锁输送机或挤出机，该气锁输送机或挤出机被用来自惰性气体源(该视图中未示出)的惰性气体吹扫并将含碳原料输送到微波加热的高度绝缘的反应器106中。使用快速淬火喷淋冷凝器实现适当的温度控制，以便于有效的产物输出。可以引入催化剂以促进该反应器中的热解，并且轻气体火炬或催化氧化剂的输出可以被补充和/或引导以用于在热电联产部件(cogenerationcomponents)中使用。柴油冷凝器可以设置有液位传感器。

未示出但在本领域中众所周知的是，机械碾磨机、研磨机、切碎机或其组合将原料粉碎成适于引入到反应器腔室中的小块。原料在防止污染的环境中被存储和调节。

在碳氢化合物已经在反应器中裂化之后，废焦被去除并收集在废焦收集器108中，并且汽化的气体继续通过冷却和冷凝系统110，在该冷却和冷凝系统110中，随着冷却系统越来越多地从流动的气体中去除热量，各种较轻的碳氢化合物依次沉淀并被收集，最终导致被存储在燃料收集箱112中，柴油和汽油被存储在该燃料收集箱112中。

进给组件：接下来参考图2至图2A，包括进给组件104的部件包括具有一个或多个废物流物料水平检测器116、118的料斗103。还可以包括物料类型检测器，以防止引入在该系统中不能正确处理的物料，并且提供数据以使处理参数适合特定的原料。在实施例中，还包括废料检测/消除以及物料超载检测器120。当出于任何原因从料斗到反应器的原料通量受阻时，螺旋输送机的下端和上端处的物料失速检测器122、126阻止系统继续运行。

向上成角度的螺旋进给输送机119包括螺旋钻121，该螺旋钻121优选具有连续的螺旋刮板，该螺旋刮板具有螺旋边缘128，以促进物料移动并防止堵塞。原料从该输送机的上端通过挤出机105输送到反应器106。

反应器组件：接下来参见图3至图4B，其中示出了本发明的热反应器组件(图1B中的106)。使用布置在孔口板130中的一个或多个进给孔口(或模具)来完成物料进给混合，通过在机械感应的压力下(例如经由泵或旋转叶片阀)被驱动或通过重力进给，来自输送机系统104的原料通过所述进给孔(或模具)输送到热反应器106。这些孔口被构造成使给定物料的表面积最大化，并且在图3C中可以看到各种孔口构造130a、130b、130c。该系统可以是使用带有多个孔130a或“带”条130c或多个条130b的圆形模具的“喷洒器”，以便输送和分配被成形为用于在特定含碳原料的最佳温度和压力下进行热解的一阵原料输入流。

可以采用提供顶板水冷却的干物料冷却入口131来防止塑料在被引入反应器中时粘附到反应器顶板141和其他反应器内表面。

接下来参考图3D，其中示出了详细的侧视图，该侧视图示出了根据本发明的用于产生惰性气体氛围的各种吹扫气体歧管133之一。这些气体歧管被构造成并适于提高操作安全性和热解过程的一致性。

现在参见图3E，布置在反应器的下端上的是上升气流排放器158，其布置在缆索式反应器出口和旋风分离器160中，该分离器160包括废焦端口162和气体出口164。该上升气流排放器包括细钢网过滤器以防止下游管中的污染。旋风板被包括在反应器出口中，并且使反应器输出气体旋转以帮助处理炭焦和其他固体废料。因此，上升气流排放器子组件将实际上是旋风分离器的部件连接到反应器的底部，以增强固体废料的去除。该上升气流排放器包括用于联接到蜡阱和回流系统(下面将更全面地描述)的凸缘164，并且废焦出口包括用于联接到废焦收集器的凸缘162。该旋风分离器还包括温度探针166，该温度探针感测166反应器出口处的气体温度并生成转发给所使用的控制系统的信号以及被捕获并传输至控制系统的其他系统数据，以使微波操作适于最佳反应器温度。

如图4(截面俯视图)和图4A(截面侧视图)中可见，反应器容器外壳140是圆柱形的，以用于结构完整性。外壳140围成多边形(例如，五边形)的内部微波腔138，该内部微波腔138被成形以优化反射。居中布置的微波透明陶瓷套筒142限定内部空间，原料在该内部空间中被热解。在实施例中，可以将该套筒分段以减小应力并隔离裂纹。

反应器腔室中的加热是使用围绕外壳布置并固定到外壳上的多个微波发生器132完成的。微波发生器的数量对应于多边形内部微波腔的侧面的数量。波导132a穿透外壳，以使微波辐射行进通过波导窗口132b(优选定位在外壳处)并且通过且进入内部微波腔。使用通过气体入口134引入的惰性吹扫气体并通过在每个波导窗口处使用“气刀”136来清洁所述波导和波导窗口。

采用脉冲微波加热来提高效率、最大化加热、减少电弧并最大化混合，这部分地是由于通过频率失配引起的微波混合。最佳脉冲部分地由原料化学性质和热解过程所需的最佳加热来驱动。计算从波导开口到微波负载的距离以用于微波扩散。而且，如本领域中众所周知的，还提供了微波泄漏检测(水平和性能)。

热混合：在热混合之前，使用惰性气体(例如，氮气或氩气)清除反应器腔室145中的氧，这降低了燃烧的风险并防止了部件在高温下的的氧化和腐烂。带式加热器144围绕多边形腔138布置在所述腔与外壳的内部侧之间。这些带式加热器被选择性地开启和关闭，用于预热腔室以减少热应力并补充微波加热以实现最大效率。相对于功率和时间对微波能量进行调制，以实现一致且高效的热解环境。

布置在陶瓷套筒内部的是碳化硅球体146，其具有根据原料化学而选择的表面处理。相同或混合尺寸的球体的直径在0.375英寸到1英寸之间。这些球体吸收经调节的微波能量以及来自带式加热器的传导性辐射热。规定了球体材料、球体直径、表面特征(例如，粗糙度)及它们的尺寸，以实现最佳混合和最小的内部持续电弧。

选择性可逆的轴向螺旋螺杆式混合器148移动并搅动这些球体并使原料反应，以实现最大且均匀的热分布。如图3B中可见，在这种高温环境下，该混合器的轴承系统150包括可与石墨推力轴承联接的石墨套筒轴承150a以及不锈钢次级壳体150c。

布置在气体和焦出口上方的格栅板(grate plate)139用于减慢废料(焦副产物)的流动并允许其通过。这使得能够优化在热解期间物料的绝热和停留时间，并且有助于分解和移除主反应器中的废料。

接下来，该工艺的混合阶段采用旋风分离器160，这可以是炭焦和其他固体废料的管理中的重要步骤。包括“旋流板”160a的旋风分离器160被可操作地联接到反应器的底部，以提高该区段中的固体去除效率。该旋流板开始将合成气输出旋转成漩涡。在实施例中，不可冷凝的合成气可以被进给到热电联产系统中以减少岸电的负载。

废料管理：现在参考图5，其中示出了该热解系统的废料管理部分。方法步骤包括使用螺旋“螺杆”式混合器148混合并去除炭焦以移动并搅动炭焦，从而实现最大的热量分布和废料去除。如稍前所述，该螺杆式混合器具有选择性可逆的螺杆转向以用于混合和去除。

接下来参考图5至图6A，布置在该旋风分离器与废焦收集器之间的是刀门152，该刀门152用作“气锁”并防止多余炭焦的任何不希望的堆积。在实施例中，废焦收集器包括简单的水平布置的圆柱形管，该圆柱形管的每端处均盖有板153。

图5A示出了本发明的裂化室156，该裂化室156处于流体连通并且紧接在反应器气体处理之后，并且优选利用催化剂153通过反向聚合来进一步分解废塑料，从而将聚合物分解成能够更有效地回收利用的单体链。该催化剂可以包括路易斯酸、超强酸、金属化碳和沸石。图5B示出了构造159，其在一实施例中提供了可以并行安装以用于维护和修理以及单元置换的双裂化室单元，这使对系统操作的干扰最小化。

现在参见图6至图6A，联接到上升气流排放器158的凸缘164的是带有管线过滤器的进给管线154，该管线过滤器用于捕获和去除碳碎屑以用于连续操作和间歇操作。在催化裂化室156之后是重油/焦油收集器“蜡阱”170。在实施例中，蜡可以被进给回到反应器中以用于进一步处理。

冷凝器组件：仍然参考图6至图6A，示出了冷凝器组件110。该冷凝器组件包括上文提到的用于去除蜡和碎屑的管线过滤器154。输出气体通过上升气流管158(再次参见图3、图3E)逸出反应器腔室，该上升气流管向下成角度以确保干净和不受污染的气体抽出，并在冷凝之前消除流体流中的碎屑。气体然后行进通过多喷淋冷凝器和掺杂有有机金属材料或沸石156a的催化剂腔室156，以确保一致且有效的热解环境。油的循环是通过循环并填充油箱的单个泵完成的。

可用燃料的蒸馏在冷却/冷凝系统中完成，该冷却/冷凝系统包括成直线和串联的催化剂腔室156、反应器出口/“蜡阱”入口冷却器157、蜡阱170、与该反应器出口冷却器流体连通的柴油冷凝器172、与该柴油冷凝器流体连通的汽油冷凝器174、以及与该汽油冷凝器流体连通的终端喷淋冷却器176。泵178分别驱动热交换器喷淋冷却器。

燃料收集：在图7中示出了该系统的燃料收集部分112。在此可以看出，收集涉及使用各具有容量和流率测量控件184、186的双箱180、182。

控制系统：系统控件114被容纳在安装于安装框架(图1B)的占地区域上和内部的机柜中。数据采集涉及与控制系统进行电子通信的多种众所周知的传感器和监控器以发送反馈信号回路，从而优化物料流和燃料产量。系统控件包括：反馈逻辑、蓝牙接口、上述数据采集、以及客户和用户组机器之间的机器学习和IoT。机器学习使用温度和产量结果来优化系统参数。为了安全和方便，该控制系统的实施例可以采用蓝牙、WiFi、以太网或蜂窝LTE接口来对操作进行远程监控。蓝牙通信系统的使用还可以实现远程警告系统。

从前述内容可知，当被认为是一种将含碳废料原料转化成有用物料的方法时，在其最重要的方面，本发明包括以下步骤：将原料粉碎(研磨、切碎、磨碎)成颗粒形式；使原料微粒化；熔化该原料；提供前述各段所描述的并如附图中所示的类型的热反应器；使用机械传送装置将原料传送到热反应器；在热反应器中汽化该原料；以及冷凝并分离该原料的成分(fractions)。

单独地或组合地实施的但不一定按任何特定顺序实施的附加方法步骤包括：(1)在将加工后的原料输送到热反应器之前对其进行处理和存储，以保护其免受污染；(2)在环境干燥温度下将所存储的原料进给到所述机械传送装置中；(3)当原料进入热反应器时，维持最佳的物料进给和速度，将所存储的原料的温度升高到熔融温度；将熔融原料进给到物料传送装置中，并在熔融原料进入反应器时维持最佳的物料进给和速度；(4)提供被布置在机械传送装置与挤出机之间的挤出机；(5)在原料进入反应器之前，将原料冷却至约30-50摄氏度；(6)在惰性氛围中，在1-2psig的低压下，在所述汽化步骤中将原料加热至约600-700摄氏度的热解温度；(7)使用布置在热反应器中的微波吸收球体来增强原料的汽化；(8)在所述汽化步骤期间沿正方向和反方向使用混合螺旋钻；(9)关闭带式加热器并以各种功率水平和时间间隔来调制微波功率，以实现一致且有效的热解；(10)以可变速率混合焦副产物，以维持反应器的下部分处的填充水平，从而隔离和抑制微波吸收球体；(11)以可变速率提取焦副产物，以提供间歇的或连续的过程操作；(12)通过所连接的无线网络为本地、现场和远程应用程序提供实时的过程操作和超控(override controls)；(13)使热解气体行进通过细钢网，以捕获并阻挡轻的焦颗粒和碎屑；(14)使热解气体行进通过热反应器的出口处的旋流板，以开始使热解气体旋转成涡流；(15)将该热解系统安装在远洋船上，并使用由该系统产生的燃料来提供系统运行动力，以减轻岸电的负载；(16)为催化剂管提供能够旋转到工作位置(active position)的三个竖直单元，其中，至少一个竖直单元始终处于运行(in process)中，至少第二竖直单元可以旋转出来以便被清洁，并且第三竖直单元可以定位成进行热预处理。

上述公开足以使本领域普通技术人员能够实施本发明，并且提供了发明人目前设想的实施本发明的最佳模式。尽管本文中提供了本发明的优选实施例的全部和完整的公开，但并不希望将本发明限制于所示出和描述的确切构造、尺寸关系以及操作。本领域技术人员将容易想到各种修改、替代构造、改变和等同方案，并且可以在不脱离本发明的实质精神和范围的情况下适当地采用它们。这种改变可能涉及可替代的物料、部件、结构布置、尺寸、形状、形式、功能、操作特征等。

因此，以上描述和说明不应被解释为限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (30)

1.一种用于将含碳原料转化成一种或多种有用物料的系统，包括：

热反应器，所述热反应器流体连通地具有原料入口以及气体和废焦输出，所述热反应器包括：

多边形内部微波腔，所述多边形内部微波腔具有外部侧；

圆柱形的外壳，所述外壳在所述外部侧上包围并封闭所述多边形内部微波壳，所述外壳具有封闭的顶部和封闭的底部，所述封闭的顶部具有在输入端处的原料入口，所述封闭的底部具有在气体输出端处的气体和废焦出口；

多个微波发生器，所述多个微波发生器布置在所述外壳的外侧并且联接到所述外壳，所述微波发生器中的每一个各自用于所述多边形内部微波腔的一侧，所述微波发生器包括波导，所述波导被布置成穿过所述外壳和所述内部微波腔，以将微波能量引导并输送到所述内部微波腔的内部；

惰性气体源，所述惰性气体源与所述内部微波腔流体连通；

多个加热元件，所述多个加热元件围绕所述内部微波腔布置；

竖直定向的微波透明陶瓷套筒，所述微波透明陶瓷套筒总体上在所述内部微波腔内居中，并且横跨在所述外壳的所述顶部的内侧与所述底部的内侧之间；

混合螺旋钻，所述混合螺旋钻被旋转地且轴向地布置在所述陶瓷套筒中；

多个微波吸收球体，所述多个微波吸收球体被容纳在所述陶瓷套筒内并围绕所述混合螺旋钻；

出口格栅，汽化气体和废焦在所述热反应器中处理之后行进通过所述出口格栅；

原料进给组件，所述原料进给组件与所述原料入口流体连通；以及

冷却和冷凝系统，所述冷却和冷凝系统与所述气体和废焦出口流体连通。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述球体由半导体材料制成。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述球体是碳化硅。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述碳化硅球体的表面具有粗糙表面。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述螺旋钻是可逆向操作的。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述螺旋钻在每一端处被枢接在轴承中。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述进给组件

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述进给组件包括加热器，以在将原料输送到所述热反应器之前使原料熔融。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述进给组件包括孔口板，所述孔口板布置在所述进给组件与所述热反应器之间并具有孔口，所述孔口被成形为输送具有针对在微波加热下的烃裂化而优化的表面积的原料。

10.根据权利要求1所述的系统，还包括旋风分离器，所述旋风分离器布置在所述热反应器的底部上并且在所述冷却和冷凝系统之间。

11.一种通过热解系统将含碳原料转化成一种或多种有用物料的方法，包括：

(a)将所述原料粉碎成颗粒形式；

(b)使所述原料微粒化；

(c)熔化所述原料；

(d)提供根据权利要求1-10所述的热反应器；

(d)使用机械传送装置将所述原料传送到所述热反应器；

(e)在所述热反应器中汽化所述原料；以及

(f)冷凝并分离所述原料的成分。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：在将加工后的原料输送到所述热反应器之前对其进行处理和存储，以保护其免受污染。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

在环境干燥温度下将所存储的原料进给到所述机械传送装置中；

当所述原料进入所述热反应器时，维持最佳的物料进给和速度。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述机械传送装置包括用惰性气体吹扫的旋转进给阀。

15.根据权利要求12所述的方法，还包括：

将所存储的原料的温度升高到熔融温度；

将熔融原料进给到物料传送装置中；以及

当所述熔融原料进入所述反应器时，维持最佳的物料进给和速度。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括提供被布置在所述机械传送装置与挤出机之间的挤出机。

17.根据权利要求12所述的方法，还包括：在所述原料进入所述反应器之前将所述原料冷却至约30-50摄氏度。

18.根据权利要求15或16所述的方法，其中，汽化步骤(e)涉及在惰性氛围中在1-2psig的低压下将所述原料加热至约600-700摄氏度的热解温度。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括：在步骤(e)中，在所述内部微波腔周围提供带式加热器，并使用布置在所述热反应器中的微波吸收球体来增强原料的汽化，其中，所述球体吸收微波能量以及来自所述带式加热器的传导性辐射热。

20.根据权利要求17所述的方法，还包括：在汽化步骤期间沿正方向和反方向使用混合螺旋钻，以实现所述微波吸收球体的一致且有效的混合。

21.根据权利要求17所述的方法，还包括：关闭所述带式加热器并且以各种功率水平和时间间隔来调制微波功率，以实现一致且有效的热解。

22.根据权利要求17和18中的任一项所述的方法，还包括：以可变速率混合焦副产物，以维持所述反应器的下部分处的填充水平，从而隔离和抑制所述微波吸收球体。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括：以可变速率提取焦副产物，以提供间歇的或连续的过程操作。

24.根据权利要求19所述的方法，还包括：将向下定向的上升气流管放置在所述热反应器的气体出口处，所述热反应器的气体出口被构造成捕获所排出的热解气体，以实现清洁、无污染的气体抽出，从而在冷凝之前消除气流中的碎屑。

25.根据权利要求22所述的方法，还包括：使热解气体行进通过沸石或掺杂金属的有机金属材料的催化剂。

26.根据权利要求11至25中任一项所述的方法，还包括：通过所连接的无线网络为本地、现场和远程应用提供实时的过程操作和超控。

27.根据权利要求22所述的方法，还包括：使热解气体行进通过细钢网，以捕获并阻挡轻的焦颗粒和碎屑。

28.根据权利要求11、16和25中的任一项所述的方法，其中，热解气体行进通过所述热反应器的出口处的旋流板，以开始使所述热解气体旋转成涡旋。

29.根据权利要求11至26中的任一项所述的方法，还包括：将所述热解系统安装在远洋船上，并使用由所述系统产生的燃料来提供系统运行动力，以减轻岸电的负载。

30.根据权利要求11至29中的任一项所述的方法，还包括：提供具有能够旋转到工作位置的三个竖直单元的催化剂管，其中，至少一个竖直单元处于运行中，至少第二竖直单元能够旋转出来以便被清洁，并且第三竖直单元被定位成进行热预处理。

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