CN112739756B - 用于解聚塑料的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于将诸如废聚酯的塑料解聚成可销售单体的方法和系统。将塑料颗粒、溶剂和催化剂的非均相混合物以一定流速连续泵送通过加热区，所述流速恰好足够高以维持颗粒速度足够大以保持塑料颗粒悬浮。在加热区中升高非均相混合物的温度并且在保持区中维持非均相混合物的温度以完成所述混合物向含有液化塑料单体的均相溶液的解聚。将所述均相溶液冷却以固化并沉淀所述单体。将所沉淀的单体与将要被再循环的溶剂分离。将所述溶剂再循环以作为非均相混合物的组分重新使用。

Description

用于解聚塑料的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年9月21日提交的美国临时申请号US 62/734,421和2019年4月10日提交的美国临时申请号US 62/831,787的权益，将这两个临时申请在此以引用的方式并入。

背景技术

常规地在通常配备有加热套和搅拌器的大反应容器中解聚塑料，特别是聚酯(诸如PET)。解聚反应被隔离在容器中，直到解聚完成。解聚后，将容器排空然后重新填充。将每批加热以加速解聚，然后冷却以产生用于新聚合物的可行原料。批处理通常花费20min至800min。通过以循环方式对一组反应容器依次排空并重新填充来模拟连续操作。不断需要填充、加热、冷却、排空并重复，浪费能源并且需要额外的设备来维持并行批处理中实际连续流的设计。

发明内容

本文公开的发明总体上涉及用于使用连续流系统连续解聚树脂、塑料或聚合物(在下文中，各自一般称为“塑料”)的方法和系统，所述连续流系统在处理过程中将流速维持为高于保持颗粒悬浮在非均相混合物中所必需的最小阈值。

体现本发明特征的用于解聚塑料的方法包括：(a)使在溶剂中含有固体塑料颗粒的混合物以一定颗粒速度连续流过加热室中的管线，所述颗粒速度足以维持塑料颗粒悬浮在溶剂中并防止塑料颗粒团聚和堵塞管线；以及(b)将热量传递通过加热室中的管线以将混合物加热至反应温度，以开始将溶剂中的塑料颗粒解聚成包含液化反应产物的均相溶液。

体现本发明特征的用于连续解聚塑料的系统可以包括混合器(任选的)、泵、第一热交换器(任选的)、包括加热室的加热设备、第二热交换器(任选的)和分离器。所述泵用于通过导管以设计用于维持最佳颗粒速度的泵流速来连续供给塑料颗粒和溶剂的非均相混合物。任选地可以首先将非均相混合物通过热交换器的第一部分以在传送通过加热室之前对混合物进行预热。加热室(其限定加热区)用于将流过导管的非均相混合物的温度升高至其反应温度，从而开始将含有塑料颗粒的非均相混合物转化为包含液化反应产物的均相溶液的过程。该转化过程可以在保持管内继续进行，然后被输送返回通过热交换器的设计用于冷却液化反应产物的第二部分。液化反应产物任选地可以通过被输送通过第二热交换器而进一步冷却，之后被转移到设计用于将固体反应产物与溶剂分离的分离器。可以将所分离的溶剂再循环回到混合器或泵的输入管线以供再次使用。

在本发明的某些实施方案中，所述系统和方法可以提供经由间接微波辐射加热加热室内的塑料和溶剂的非均相混合物。微波加热在很大程度上取决于被加热材料的介电特性。由于塑料材料的介电特性可能不同，因此直接通过微波加热一系列材料的效率因材料而异。并且，添加到塑料材料中以改善其介电特性的添加剂可能难以从所需的最终产品中去除。本发明的系统和方法通过以下方式避免了通过微波辐射直接加热的固有缺点：提供用于使用加热室与经优化以具有优异介电特性的传热流体(HTF)的组合来间接加热目标材料的手段。由于只有HTF经受经由微波辐射的加热，因此待加热的目标材料的介电特性的任何差异都是无关紧要的。因此，使用间接微波辐射系统和方法可以有效地且高效地加热具有宽范围介电特性的目标材料。

在利用间接微波辐射的本发明的实施方案中，系统的加热区可以包括特征在于加热室、微波施加器、传热流体(HTF)和HTF闭环导管的加热设备。加热室可以具有从第一入口延伸至第一出口的第一通道和与第一通道相邻的加热区域。待加热的材料(即目标材料)可以接收在加热区域中。HTF导管延伸通过微波施加器，并连接至第一入口。传热流体(其优选地包含溶解在溶剂中的微波吸收剂)在其通过HTF导管时在微波施加器中被加热。然后，使经加热的传热流体通过加热室的第一通道，并且加热在加热室的相邻加热区域中的目标材料。优选地，系统使用这样的传热流体，所述传热流体被精确地配制并调谐至特定微波频率以高效地吸收微波并将微波转化为热量。然后可以通过加热室或任何其他已知的经由对流或传导进行加热的手段将该热量传递至目标材料。经由微波辐射具有最佳介电特性的传热流体的间接加热提供了出色的温度控制，同时使能量消耗标准化和最小化。本发明的系统和方法可用于间接加热各种各样的材料，包括但不限于化学反应中使用的反应物。

在利用间接微波辐射的本发明的实施方案中，体现本发明特征的用于加热在系统的加热区中的目标材料的方法包括：(a)将目标材料接收在加热室的加热区域中；(b)在微波施加器中用微波能量加热包含溶剂和微波吸收剂的传热流体；(c)使经加热的传热流体在围绕加热区域的第一通道中通过加热室，以将热量从第一通道中的传热流体传递至加热区域中的目标材料；(e)冷却反应混合物以固化反应产物；以及(f)将反应混合物转移至分离器以将固体反应产物与溶剂分离。

在举例说明本发明的原理的另一特定实施方案中，当利用间接微波辐射时，将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)化学降解为其反应性中间体对苯二甲酸双(2-羟乙基)酯(BHET)的方法通过以下方式进行：(a)将PET与乙二醇和催化剂合并以产生非均相反应混合物；(b)将非均相反应混合物泵送通过第一热交换器的第一部分以预热非均相反应混合物；(c)将所预热的非均相反应混合物泵送到加热室的加热区域中；(d)在微波施加器中用微波能量加热传热流体，其中传热流体包含微波吸收剂；(e)使经加热的传热流体通过加热室的第一通道以将加热室的加热区域中的反应混合物加热至足以产生包含反应产物BHET的均相反应溶液的温度；(f)将均相反应溶液泵送通过第一热交换器的第二部分以冷却均相反应溶液；(g)任选地将均相反应溶液泵送通过第二热交换器以进一步冷却均相反应溶液；以及(h)将反应溶液转移至分离器以将固体反应产物与溶剂分离。然后可以将所得的BHET单体和BHET低聚物纯化并重新聚合以形成新的纯净PET。

附图说明

图1是体现本发明特征的用于解聚塑料的系统的框图。

图2是示出一定量的塑料在图1的系统中经历解聚过程的进展的流程图。

图3是用于用微波加热的传热流体加热塑料的系统的一种版本的示意图。

具体实施方式

用于解聚塑料的系统1和方法示出在图1和图2中。系统1可以包括混合器10；泵14；第一热交换器16；加热设备18、20；保持管22；背压调节器26；第二热交换器28和分离器32。尽管系统1和方法可以与各种塑料一起使用，但是将PET解聚成其反应性中间体用作本文的具体实例，以描述本发明的系统和方法。

在混合器10中将呈薄片、细料或粉末形式的废弃PET材料的固体塑料颗粒与溶剂和催化剂混合以产生非均相混合物12。混合器10可以使用搅拌器(诸如螺旋桨13、搅棒或其他搅拌器)或再循环溶剂来进行混合。或者可以将混合物预混合。适合与系统1一起使用的溶剂的实例包括乙二醇(EG)、二甘醇(DEG)、甲醇和水。合适的催化剂的实例包括乙酸锌；氯化锌；乙酸锰；氢氧化钠；氢氧化钾；1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)；1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)；乙酸镁；4-二甲基氨基吡啶(DMAP)；胺；三烷基胺；以及那些催化剂的组合。

然而，其他溶剂和催化剂可以利用并且在本发明的范围内。根据所利用的溶剂，可以产生不同的解聚的反应产物。例如，当利用乙二醇时，主要反应产物将是BHET。当利用二甘醇时，主要反应产物将是对苯二甲酸双(二甘醇)酯(BDEGT)。当利用甲醇时，主要反应产物将是对苯二甲酸二甲酯(DMT)。当利用水时，主要反应产物将是对苯二甲酸(TA)。为了简洁起见，本文将在乙二醇的存在下解聚PET以产生反应产物BHET的背景下进一步描述本发明的系统和方法。然而，技术人员将容易认识到，当利用可替换溶剂时，可以根据本文公开的用于使用系统1的方法来产生PET的可替换反应产物。

仍然参考图1和2，可以通过泵14将非均相混合物12泵送通过一系列连接的管线，诸如管或管道。优选地，仅利用泵14将混合物推进通过系统1。在其他实施方案中，在将混合物推进通过系统1中，可以利用搅拌器、螺旋推运器(auger)和/或挤出机来补充泵14。泵14以足够大的流速操作以使混合物12以一定颗粒速度移动通过系统1，所述颗粒速度足够大以维持PET颗粒悬浮在溶剂中并防止颗粒团聚和堵塞管线。通过不停地连续操作，泵14使非均相混合物以稳定速率流过系统1，这使得PET向BHET的转化随系统1内的位置而不是时间(如在分批系统中那样)而变。

使用任选的第一热交换器(预热器)16来预热非均相混合物12。预热器16可以通过热源(诸如火焰或循环传热流体)加热非均相混合物12。或者可以将在解聚反应之后含有BHET的均相溶液用于预热器16中，以将热量传递至非均相混合物，并且在该过程中将其自身冷却下来。在利用预热器16的实施方案中，非均相混合物12将从泵14流过预热器16，然后所预热的非均相混合物12'将连续地流入并通过加热设备的下游加热室18以引发解聚过程。在使用预热器16之前的实施方案中，非均相混合物12将从泵14直接且连续地流入并通过加热设备的下游加热室18以引发解聚过程。

加热设备可以包括可操作地联接至加热源20的加热室18。加热室18可以被实现为将非均相混合物的温度升高至至少230℃的反应温度的反应器热交换器。将非均相混合物在反应热交换器18中通过热源20加热。热源20可以利用微波辐射、直接的火焰、电加热管道、感应加热管道或以欧姆方式(作为一些实例)直接加热非均相混合物。可替代地，热源20可以使用传热流体间接加热非均相混合物。在此类实施方案中，热源20可以直接加热在加热室18外部的传热流体，然后将经加热的传热流体在与含有非均相混合物的管线相邻的单独管线中泵送到加热室18中，使得热量从传热流体传递至非均相混合物。在这种布置中，可以在保持两种流体分开的同时将热量从传热流体传递至非均相混合物以开始解聚。合适的传热流体的实例是热油、热流体、熔融盐和蒸汽。

加热室18之后的保持管22将反应温度维持至少一分钟，以完成含有PET的非均相混合物向主要含有BHET单体的均相溶液24的转化。保持管22可以由管道或管的绝缘线轴或盘管或作为带夹套的管道来实现。或者，保持管可以是加热室的一部分，而不是独立的部件。反应在保持管中完成。离开的均相溶液含有溶剂、废催化剂和呈液化反应产物形式的解聚的PET，所述液化反应产物包括BEET单体、BHET低聚物、BHET半酯和混合酯。

将均相溶液24连续泵送通过任选的预热热交换器16以冷却自身并预热进入的非均相混合物12。背压调节器26将系统压力(例如，100psi至400psi)维持为高于溶剂在反应温度下的蒸气压。

在流过背压调节器26之后，均相溶液24流过任选的冷热交换器(冷却器)28，所述冷热交换器使用来自冷却贮存器30的冷水或其他冷却传热流体来去除预热器16没有回收利用的任何多余热量。

在将溶液冷却至低于50℃的温度(例如，在约20℃与约40℃之间的温度)后，将其倒入沉降槽中并在室温下沉降约0.5小时至170小时的沉降时间，同时将液化BHET单体、BHET低聚物、BHET半酯和混合的酯沉淀为收集在槽的底部的固体反应产物34。然后将固体反应产物从溶剂中倾析。倾析之后，将固体反应产物真空过滤，然后加压以使其与溶液中的溶剂和任何水进一步分离。从沉降槽倾析、真空过滤和加压以将溶液24中的固体反应产物34与溶剂36分离，在图1中通过分离器32表示。含有BHET单体、BHET低聚物、BHET半酯和混合酯的固体反应产物34随后可以再聚合以形成新的纯净PET。离心是分离过程的另一个实例，其可以代替或附加于倾析和过滤而使用。将所分离的溶剂36再循环回到混合器10中以供重新使用。

因此，系统将非均相混合物12移动通过四个区：Z1-冷进入区，在其中将混合物通过泵14供给至系统中；Z2-预热区，在其中将混合物在预热器16中加热；Z3-加热区，在其中将混合物加热以将其温度升高至反应温度；以及Z4-保持区，在其中将混合物保持在反应温度下以完成非均相混合物向均相溶液24的转化。将均相溶液24移动通过冷却区Z5，在其中中将均相溶液在冷却器28中冷却，或者通过将热量传递至预热器16中的进入的非均相混合物12来冷却。泵14维持通过系统的连续流速，所述连续流速确保非均相混合物的颗粒速度足够大以保持颗粒悬浮。以此方式，塑料颗粒不会在管线中沉降并堵塞系统。

防止塑料颗粒从非均相混合物12中的悬浮中沉降对于系统1的连续可操作性至关重要。已经发现，为了保持PET颗粒在解聚过程中悬浮在乙二醇中，需要维持非均相混合物12以至少10cm/s的速度通过系统1。泵送通过系统1的塑料颗粒的尺寸可以不同，但是它们通常在至少一个维度上在0.1μm与20,000μm之间。为了维持颗粒悬浮，应设置泵14的流速，以确保通过系统1的颗粒速度为至少10cm/s，其中为了提供安全余量，颗粒速度优选高于20cm/s或30cm/s。非均相混合物速度可以根据以下公式估算：

因此，可以将泵流速设置为等于所需颗粒速度和泵送混合物所通过的管线(管道或管)的截面积的乘积。如果将混合器安装在泵14与调节器26之间的管线中，则颗粒速度可能低于10cm/s而不会经历沉降和堵塞。

在加热区Z3中，加热室18将温度升高至反应温度(对于PET为230℃)或更高以开始解聚反应，所述解聚反应在保持区Z4中完成。保持区Z4中的保持管22的长度L取决于其截面积A、泵的流速Q和在反应温度下完成反应所需的保持时间T：L＝QT/A。保持时间的范围可以为5min至10min或甚至1min至60min。行进通过所述区的管线的直径为1cm至10cm，但可以大至100cm。如果使用带夹套的管道，则夹套的直径范围可以为泵送混合物所通过的内管道直径的1.1至5.0倍。

在本发明的某些实施方案中，所述系统和方法可以提供用于经由间接微波辐射加热加热室18内的非均相混合物。利用间接微波辐射的系统1的加热区(Z3)的实施方案示出在图3中。在所描绘的实施方案中，加热设备的加热室18包括壳管式反应器热交换器，并且加热设备的热源20包括微波组件。加热室18包括加热区域140，在其中将非均相混合物加热。在该型式中，因为加热室18是壳管式反应器热交换器，所以加热区域140包括管160，所述管160限定了从进入端口180到离开端口190通过加热室18的通道。管160由导热材料(诸如铜或不锈钢，作为两个实例)制成。并且尽管由管160限定的材料通道在图3中展示为笔直通过加热室18的单一短程，但是按照多回路螺旋、多程蛇形或其他曲折路径以增加材料在热交换器中的停留时间的更长的通道是可能的。

在图3的壳管式热交换器实例中，将非均相混合物12'泵送进入并通过加热室18。导管在进入端口180处连接至管160。在离开端口190处离开加热室18的经加热的材料通过保持管22携载至下游处理，即冷却和回收。同时，传热流体(HTF)通过入口240进入加热室18，并通过出口250离开。HTF的通道260从入口240延伸至出口250。图3的实例中的HTF通道260是加热室18内部中的未被管160占据的剩余体积。因此，HTF通道260相邻于并围绕由管的材料通道160限定的加热区域140。以此方式，将热量从HTF传递至非均相混合物12'。HTF由HTF泵280经由加热室外部的导管300泵送通过加热室18。导管300连接至闭环再循环系统中的入口240和出口250。HTF泵280由电动机320驱动，所述电动机320的速度由变频驱动器(VFD)340控制。HTF通过微波组件加热，所述微波组件包括通过波导400连接至微波施加器360的微波发生器380。在选定的实施方案中，微波施加器360是由Morrisville,NC,U.S.A的Industrial Microwave Systems,L.L.C.制造和销售的CHS圆柱形加热系统。在导管300的微波透明管段中通过施加器360的HTF被由微波发生器380(诸如磁控管)通过波导400传播到施加器中的微波辐射。在HTF通过施加器36时微波对HTF进行加热，之后HTF再进入加热室18以加热材料。通过入口240进入的HTF的温度由温度传感器420监测，所述温度传感器420将温度信号发送至控制器440，诸如可编程控制器或其他可编程计算机。在HTF温度下降太低或上升太高时，控制器440增加或减小微波功率。控制器440还通过控制VFD 34来根据需要调节泵速度。由于微波在介电材料中的穿透深度随着介电损耗角正切(tanδ)的增加而减小，因此应选择微波施加器中管的直径，以确保对HTF的充分加热。优选地使用功率输出在100W与100kW之间的微波发生器来在微波施加器中辐射HTF以升高其温度，以加热在热交换器中的目标材料。

所描述的利用间接微波辐射的系统和方法使用了被精确配制并调谐至特定微波频率以高效地吸收微波并将其转化为热量的HTF。微波加热在很大程度上取决于被加热材料的介电特性。材料将电磁能转化为热量的能力取决于温度、微波频率和材料的损耗因子(tanδ)。损耗因子由以下公式确定：

tanδ＝ε”/ε’

材料的介电常数(ε’)量化材料被电场极化的能力。材料的介电损耗(ε”)量化材料将电磁能转化为热量的能力。已知具有高tanδ值的材料可以高效地吸收微波且因此有利于快速加热。介电特性(ε’、ε”和tanδ)可能随温度和微波频率而急剧变化，但最重要的是，随构成被加热材料的基本组分而急剧变化。

已经发现，包含溶解在溶剂中的微波吸收剂的HTF提供了这样的流体，所述流体具有足够的介电特性、可泵送性和热稳定性，以允许通过微波辐射高效地间接加热目标材料。例如，微波吸收剂可以包含能够增加HTF的介电损耗角正切(tanδ)并使其适应微波加热的盐。在一个实施方案中，微波吸收剂包括碱金属的盐、碱土金属的盐、铵盐、钠盐、钾盐、锂盐、铷盐、铯盐、镁盐和铍盐。优选地，微波吸收剂包括NaCl或KI。能够溶解这些盐中的一种或多种的合适的溶剂及其共混物包括水、乙二醇、甘油、乙醇、甲醇、丙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、乙二醇的高级低聚物、硅酮、多元醇和赤藓醇(erthyritol)。

在一个实施方案中，HTF溶液包含足够的微波吸收添加剂，以在10Hz至10GHz的微波频率范围内且尤其是在915MHz和2.45GHz的商业微波频率下产生约0.02至20的介电损耗角正切(tanδ)。HTF可以进一步包含常见的添加剂，诸如用于增加储存寿命的缓冲剂或用于指示HTF何时过期的pH指示剂。

实施例

提供以下实施例(包括进行的实验和获得的结果)仅用于说明目的且不应解释为限制本发明。使用溶解在高沸点溶剂中的容易获得的碱金属盐进行测试；所述高沸点溶剂即乙二醇(沸点＝197℃)和甘油(沸点＝290℃)。盐的添加改善了所得HTF溶液的介电特性，使得微波能量被吸收并转化为热量。将每种测试盐配制为0.5mol/L的浓度，以在100mL溶剂中维持相同的摩尔浓度(离子数)。例如，将2.922克氯化钠(NaCl)溶解于100mL乙二醇中，以得到0.5M的摩尔浓度。对于碘化钾(KI)，在100mL乙二醇中使用8.300克获得相同的摩尔浓度。

实施例1

实施例1展示了微波频率、微波吸收剂选择和溶剂选择对HTF溶液的介电损耗角正切(tanδ)的影响。为了比较以乙二醇为溶剂的每种0.5M HTF制剂的介电特性，使Hewlett-Packard 8753E网络分析仪配备有9507B介电探针。将探针浸入100mL的每种HTF制剂中，并且在约175℃下测量介电损耗角正切(tanδ)。在915MHz和2.45GHz微波频率下的测试结果示出在表A中。测试显示，钠盐和钾盐比锂盐更加改善介电特性。

表A

在约250℃下，对于以0.5M在100mL甘油溶剂中的钠盐和钾盐重复所述测试。表B中显示的结果指示出约1.6或更高的介电损耗角正切。

表B

所有的测试盐均改善了所得HTF溶液的介电损耗角正切(tanδ)。由于NaCl成本低和容易获得，因此其是有吸引力的候选物。尽管KI更昂贵，但由于其在酸性溶液存在下抑制不锈钢腐蚀的能力而具有吸引力。

实施例2

实施例2展示了增加盐浓度对HTF溶液的介电损耗角正切(tanδ)的影响。对于这些测试，将四种不同的盐在约175℃下以其最大溶解度添加至乙二醇。四种盐化HTF溶液和纯乙二醇(EG)针对915MHz的微波频率的所得损耗角正切示出在表C中。

表C

实施例3

实施例3展示了，尽管介电损耗角正切(tanδ)随摩尔浓度而增加，但是0.05M与0.5M之间的摩尔浓度范围导致更深的穿透深度和对HTF的更均匀加热。表D1和D2中制表的测试结果显示出对于用915MHz下的微波能量加热的在EG中0.1M和0.5M浓度的NaCl，渗透深度D_p随温度的变化。低于300.0℃温度的所有值均为测量值或根据测量值计算得出的值。将这些值用于使用最小二乘曲线拟合来将穿透深度随HTF流体温度变化的曲线拟合至数据。然后使用曲线外推300.0℃下的穿透深度。使用了两种最小二乘曲线拟合：(a)指数；和(b)幂次定律(在这种情况下为平方律)。

结果显示，0.1M浓度提供了比0.5M浓度更大的穿透深度。对于具有2.5cm直径的导管，约0.1M的NaCl浓度的穿透深度D_p径向延伸至中心约一半位置。如这样的穿透深度，即约导管直径的四分之一的穿透深度，应提供足够的HTF加热。但是通过微波施加器的携载HTF的微波透明管的直径可以被制得足够薄以便充分加热高摩尔浓度的盐浓度。

实施例4

所描述的间接加热系统和方法可用于许多加热应用，包括化学过程。例如，热量在化学反应中起着多种重要角色。在一些情况下，反应需要热量来开始，以便引发反应物原子之间的键的断裂。热量还可以决定反应发生的速度和反应的方向。

以举例的方式，本发明的间接加热系统和方法可用于化学再循环聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。PET是最频繁使用的消费塑料之一。由PET制成的日常用品包括：水瓶、汽水瓶、食品包装、衣服、地毯和家具填充物。仅美国每年就消耗超过200万吨的PET塑料，并且需求每年都在增加。这种需求给当地垃圾填埋场带来了越来越大的压力，并且因为PET是由石油化学产品生产的，所以给环境带来了不断增加的负担。PET的糖酵解是最广泛研究的化学再循环过程之一。通过糖酵解进行的PET解聚涉及在存在催化剂下加热PET和乙二醇。这导致PET降解为反应性单体(对苯二甲酸双(2-羟乙基)酯单体(BHET))，然后可以将所述反应性单体纯化并重新聚合以形成新的纯净PET。

Parrott的WO 2017/087752公开了使用微波辐射和包含催化剂和微波吸收剂的混合催化体系来化学再循环聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的方法。然而，微波加热在很大程度上取决于被加热材料的介电特性。因此，消费后聚对苯二甲酸乙二醇酯(pcPET)的特性(例如纯度)和浓度的变化性可能导致糖酵解过程中能量消耗的显著变化性，因为直接加热只取决于总体非均相反应混合物的固有介电特性。

本发明的间接微波加热系统使用具有预定介电特性的HTF，从而使微波辐射加热过程中所消耗的能量标准化并实现精确的温度控制。当将系统用于将pcPET化学降解为其反应性中间体BHET时，可以首先将pcPET与乙二醇和催化剂混合以产生非均相反应混合物。合适的催化剂的实例包括乙酸锌、氯化锌、乙酸锰、1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)、乙酸镁、氢氧化钠、氢氧化钾、4-二甲基氨基吡啶(DMAP)以及这些催化剂的组合。然后，可以将非均相反应混合物泵送通过热交换器的加热区域。同时，将HTF(包含溶解在溶剂中的微波吸收剂)通过微波施加器加热，然后通过热交换器的第一通道。优选地使反应器热交换器(即加热室18)的第一通道与热交换器的加热区域相邻，从而允许在反应混合物通过加热区域时，非均相反应混合物被HTF加热。可以调节HTF的温度和通过热交换器的流速以使得将反应混合物加热至足以产生包含BHET的反应产物的温度，其中，例如，调整这些参数以使得至少90重量％的pcPET转化为BHET或不超过10重量％的pcPET转化为反应产物中的对苯二甲酸单(2-羟乙基)酯(MHET)。例如，可以将反应混合物加热至大于乙二醇沸点的温度或至少PET熔点的温度。然后可以将所得的BHET单体和BHET低聚物纯化并重新聚合以形成新的纯净PET。并且因为盐是在HTF中而不是在PET混合物中，所以避免了将所述盐与BHET分离的难点。

得益于前文描述及相关附图中所呈现的教导，本文阐述的发明的许多修改方案和其他实施方案将被这些发明所属领域的技术人员联想到。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施方案，并且修改和其他实施方案旨在包括在所附权利要求的范围内。尽管本文采用特定术语，但是仅在一般意义和描述性意义上而不是出于限制的目的使用这些术语。特别是对于所公开的利用间接微波加热的系统，本领域技术人员将立即设想到其他版本和应用，诸如使用多个施加器使HTF经受更多的微波加热能量。可以在HTF溶液中使用更低沸点的溶剂，诸如水(沸点＝100℃)，以便在与使用乙二醇或甘油的HTF制剂相比更低的温度过程中加热材料。可以与HTF中的一种或多种盐一起使用的其他溶剂的实例包括乙醇、甲醇、丙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、乙二醇的高级低聚物、硅酮、赤藓糖醇和多元醇。代替溶解在溶剂中的盐，HTF可以由作为微波吸收剂的纳米颗粒悬浮在基础流体(诸如溶剂)中构成。因此，如这几个实例暗示的那样，权利要求的范围并不意在限于详细描述的示例性版本。

Claims (16)

1.一种用于连续解聚塑料的方法，所述方法包括：

(a)将固体塑料颗粒与溶剂在混合器中混合以产生非均相反应混合物；

(b)将所述非均相反应混合物传送通过第一热交换器的第一部分以预热所述非均相反应混合物，其中将所述非均相反应混合物以足以维持高于30cm/s的颗粒速度的预定流速传送通过所述第一热交换器的所述第一部分，以防止所述固体塑料颗粒从悬浮液中沉降出来；

(c)将所预热的非均相反应混合物传送至加热室的加热区域中；

(d)将所述加热室的所述加热区域内的所述非均相反应混合物加热至至少230℃的反应温度，以引发所述非均相反应混合物向包含液化反应产物的均相反应溶液的转化；然后将所述非均相反应混合物以所述预定流速传送到保持管中并将所述非均相反应混合物在所述反应温度下维持至少一分钟，以便完成所述非均相反应混合物向包含所述液化反应产物的所述均相反应溶液的所述转化；

(e)将所述均相反应溶液传送通过所述第一热交换器的第二部分以冷却所述均相反应溶液至低于50℃；和

(f)将所述均相反应溶液传送至沉降槽并使其沉降0.5小时至170小时的沉降时间以允许所述液化反应产物转化为固体反应产物并且从所冷却的均相反应溶液中沉淀，

其中，通过泵以足以维持所述固体塑料颗粒悬浮在所述溶剂中的颗粒速度来传送所述非均相反应混合物，所述泵位于所述混合器的下游，并且所述第一热交换器位于所述泵的下游，

其中所述塑料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，并且所述溶剂选自乙二醇、二甘醇、甲醇和水。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述溶剂是乙二醇，并且所述液化反应产物含有BHET单体。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述液化反应产物含有BHET低聚物、BHET半酯和混合酯。

4.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括将系统压力维持为高于所述溶剂在所述反应温度下的蒸气压以防止所述溶剂蒸发的步骤。

5.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)进一步包括：将所述固体塑料颗粒和所述溶剂与催化剂混合以形成所述非均相反应混合物。

6.如权利要求1所述的方法，其中步骤(f)进一步包括：通过倾析、过滤、离心和加压将所述固体反应产物与所述溶剂分离。

7.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(f)之后，所述方法进一步包括将所分离的溶剂传送至混合器以用于产生新的非均相反应混合物。

8.如权利要求1所述的方法，其中经由热源加热传热流体来间接加热所述加热室内的非均相反应混合物。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述传热流体包含溶剂和微波吸收剂。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述微波吸收剂包含能够增加所述传热流体的介电损耗角正切(tanδ)并使其适应微波加热的盐。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述微波吸收剂包括碱金属的盐、碱土金属的盐或铵盐。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述微波吸收剂包括钠盐、钾盐、锂盐、铷盐、铯盐、镁盐或铍盐。

13.如权利要求9所述的方法，其中所述微波吸收剂包括NaCl或KI。

14.如权利要求9所述的方法，其中所述微波吸收剂的摩尔浓度范围在0.05M与0.5M之间。

15.一种用于连续解聚聚对苯二甲酸乙二醇酯的系统，所述系统包括：

(a)混合器，其用于产生包含固体塑料颗粒和溶剂的非均相反应混合物；

(b)流体联接至所述混合器的泵，其中所述泵位于所述混合器的下游并且用于将所述非均相反应混合物以足以维持高于30cm/s的颗粒速度的预定流速传送通过所述系统，以防止所述固体塑料颗粒从悬浮液中沉降出来；

(c)第一热交换器，其位于所述泵的下游并且具有冷却部分和加热部分，其中所述第一热交换器的所述加热部分适于预热所述非均相反应混合物；

(d)加热设备，其包括加热室，所述加热室包括材料通路，所述材料通路具有入口，所述入口流体联接至所述第一热交换器的所述加热部分的出口，其中所述材料通路限定加热区域，所述加热区域适于将所述非均相反应混合物至少加热至足以引发所述非均相反应混合物向包含液化反应产物的均相反应溶液的转化的反应温度；

(e)保持管，其适于将所述非均相反应混合物维持为处于或高于所述反应温度，以便完成所述非均相反应混合物向所述均相反应溶液的转化，所述保持管具有管入口和管出口，其中所述管入口流体联接至所述加热室的所述材料通路的出口，并且其中所述管出口流体联接至所述第一热交换器的所述冷却部分的入口；

(f)第二热交换器，其适于冷却所述均相反应溶液，所述第二热交换器包括冷却部分，所述冷却部分具有入口，所述入口流体联接至所述第一热交换器的所述冷却部分的出口；以及

(g)沉降槽，其适于接收所冷却的均相反应溶液并且允许所述液化反应产物转化为固体反应产物并且从所述冷却的均相反应溶液中沉淀。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述加热设备进一步包括：

(a)进一步包括传热流体通路的所述加热室，所述传热流体通路与所述材料通路相邻，其中所述传热流体通路包括第一入口和第一出口；

(b)传热流体导管，其具有第一端部和第二端部，其中所述传热流体导管的所述第一端部连接至所述传热流体通路的所述第一入口，并且其中所述传热流体导管的所述第二端部连接至所述传热流体通路的所述第一出口；

(c)微波组件，其包括微波施加器，其中所述微波施加器与所述传热流体导管相邻；以及

(d)传热流体，其设置在所述传热流体导管内并且适于被所述微波施加器加热，其中所述传热流体包含溶剂和微波吸收剂。