CN113905814A

CN113905814A - 微波热解反应器

Info

Publication number: CN113905814A
Application number: CN202080040713.4A
Authority: CN
Inventors: 乔斯林·杜塞; 让菲利普·拉维奥莱特
Original assignee: Perobo Co ltd
Current assignee: Perobo Co ltd
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2022-01-07
Also published as: EP3946717A1; CA3132336A1; WO2020202089A1; JP2022528201A; KR20210145806A; EP3946717A4; US20220168702A1

Abstract

一种微波热解反应器，包括：限定内腔的细长中空体；固定到细长中空体的底部端部的底部体；以及固定到细长中空体的顶部端部的顶部体，细长中空体与底部体和顶部体形成用于接收待热解的产物的封闭体，其中，细长中空体包括在内部面和外部面之间延伸的细长壁，该细长壁设置有至少一个流体接收腔用于在其中接收温度控制流体，以便当产物被接收在封闭体中时控制产物的温度，至少一个流体接收腔至少在细长壁的邻近底部体的底部部段内延伸。

Description

微波热解反应器

技术领域

本发明涉及热解领域并且更具体地涉及微波热解系统。

背景技术

产物(比如生物质和塑料)的热解通常是在反应器中在无氧条件下，即去除氧气的环境中通过添加能量进行的。通常有三种反应产物：油、气体和炭黑。在大多数情况下，热解过程被调整以最大化油的产率，因为它通常作为化学物质或燃料的来源而具有最大的价值。

用于热解的常规加热源通常包括燃烧燃料气体以产生火焰和热燃烧气体或电阻加热元件。在这种传统的热解系统中，反应器的外部表面被加热，使得热量可以经由穿过反应器壁的热传导传递给待热解的产物。

然而，至少一些传统的热解系统具有至少一些以下缺点。

至少一些传统的热解系统提供较低的油产率，因为待热解的产物的加热速率相对较低，这导致低的油产率。这是因为产物的加热速率由容器壁的温度决定。即容器壁温度越高，产物加热速率越高。最大容器壁加热速率以及由此的产物的最终温度通常由容器的热惯性、加热源功率、热量损失、容器壁合金的选择、表面积和热量传递系数决定。所有这些约束条件都限制了原料的加热速率。然而，选择能够承受高温的合金(比如InconelTM或钛)会增加系统的资金成本。

此外，低的最终产物温度(即低反应温度)导致低反应速率并且还影响动力学。此外，由于反应器壁被加热到高于待热解的产物的温度，所以在产物离开反应器壁时产物经历温度上的升高，这可能导致产物的降解。

为了克服传统的热解系统的至少一些上述的缺陷，已经开发了微波热解系统。这种微波热解系统使用微波来加热放置在反应器中的待热解的产物。

微波热解系统相对于传统的热解系统的一些主要优点包括导致高油产率的高加热速率、导致高反应速率并改善动力学的高反应部位温度以及允许避免热解反应的产物降解的低环境温度。

然而，微波热解系统存在一些问题。这些问题中的一个涉及到将微波功率输送至反应器的方法。功率输送的挑战在于存在高强度的电场以及在化学反应器中存在污染物。

通常微波热解系统包括微波波导管，用于使微波发生器生成的微波传递到将要进行热解的反应器。通常的波导管是矩形通道，其尺寸由微波波长/频率设定，并且微波反应器通常具有大于波导管的尺寸的内部尺寸。因此，波导管(体积较小)内的微波功率密度通常比微波反应器中的大。

在反应器和波导管内的固定位置处，物质将经历随时间振荡的电磁势。如果该势增加到介质的击穿电压以上，就会形成电弧。电弧提高了气体的温度并产生等离子体。等离子体是导电的，并且振荡电场维持电弧，电弧在最高功率密度的方向(即微波发生器的方向)上行进。随着电弧向微波发生器行进，电弧会损坏金属表面及其接触的边界，即电弧会在金属上产生尖锐的边缘。停止微波注入可以消除电弧。一旦微波注入恢复，由先前电弧产生的尖锐的边缘的存在产生高电场强度的点，这增加了超过介质击穿电压的风险，并促进了另一电弧的产生。因此，电弧的产生导致更高的电弧形成的概率。由于与微波反应器相比，波导管内的功率密度通常较高，所以在波导管内电弧形成的风险高于在反应器中。因此，波导管环境必须得到很好的控制(清洁度、高击穿电压、无污染、表面光滑、无尖锐边缘等)。

热解通常伴随产生炭黑颗粒的副反应。这些颗粒是导电的细小固体颗粒。当悬浮在气体中时，炭黑颗粒的存在降低了气体击穿电压并促进了电弧形成。反应产生的其他气体和/或液体的存在也可能降低介质击穿电压。

金属表面上的污染物沉积也可能导致热点和电弧形成。例如，在固定的炭黑颗粒中，振荡电场将感生出电流。由于炭黑颗粒的电阻不为零，所以炭黑颗粒由于电阻损耗而变热。因此，金属表面可能会产生热点，这会导致表面损坏、表面熔化、尖锐边缘和/或电弧形成。

关于常用的微波热解系统中使用的联接器，仍存在一些问题。通常，联接器包括物理屏障，该物理屏障应该呈现低介电损耗，以防止微波能量耗散为热量。因此，该过程会损失效率，并且屏障可能会因温度升高而损坏(例如，由于高温导致的屏障熔化和热冲击引起的失效)。

一些常用的联接器使用从波导管到反应器的惰性气体(例如氮气)流来产生物理屏障。这种物理屏障可以用于联接器位于气体介质中的反应器，否则液体或固体将流动到波导管中。这种惰性气体屏障需要高气流，这增加了用于气体生产的成本并且也增加了用于在热解产物下游进行分离的成本。此外，可能难以防止污染物进入波导管，因为反应器中的压力波动可能将污染物夹带到波导管中。

其他一些常用联接器使用Teflon^TM窗口作为物理屏障，其具有260℃典型工作温度。相对低的操作温度将Teflon^TM的应用限制为低温化学过程。此外，污染物(比如炭黑颗粒)在Teflon^TM窗口上的沉积可能会导致Teflon^TM窗口表面上出现热点，这可能会熔化并损坏Teflon^TM窗口。Teflon^TM窗口的损坏将危及物理屏障阻止污染物进入波导管的能力。此外，对Teflon窗口的损坏会产生固体污染物更有可能积聚的区域，因为固体污染物会形成传导路径，所以导致Teflon窗口上出现更多的热点和电弧形成。

其他类型的联接器使用石英窗口。石英具有1400℃左右的操作温度。然而，在电弧的情况下，石英窗口可能不能承受电弧的高温并因此可能被损坏。这种损害的影响与上述Teflon^TM损害相同。

传统的微波热解系统使用具有矩形横截面形状的微波波导管。在比如矩形微波波导管中，最高电场强度位于波导管的长边缘的中间。这对应于TE10传输模式，这是矩形波导管的主要模式。在这种情况下，污染物的沉积可能导致金属上的热点、金属损坏、尖锐边缘的产生和/或电弧形成。

此外，微波系统中的阻抗匹配通常需要最大化从微波发生器到反应器的传输功率，并最小化反射功率。阻抗匹配通常使用虹膜板(iris)或短截线调谐器(stub tuners)进行。虹膜板是穿孔板，它的阻抗是孔尺寸和孔几何形状的函数。因为尺寸和几何形状都是固定的，所以虹膜板的阻抗是固定的并且在微波注入到反应器中的期间可能不会实时改变。因此，虹膜板是一种静态阻抗匹配系统。

短截线调谐器通常由波导管部段组成，该波导管部段具有沿其长边插入的柱形短截线(通常为3个短截线)或柱塞。插入深度可以改变，以使调谐器的特性阻抗发生变化。大多数短截线调谐器允许在微波注入期间实时地改变每个单独的短截线的插入深度。因此，短截线调谐器是一种动态阻抗匹配系统。

当短截线被插入微波场中时，短截线受到电场和磁场的作用，从而在短截线表面感生出电流。因为短截线材料具有非零的电阻(短截线通常由铝或铜制成)，所以在短截线上会出现电阻热损耗。波导管壁上也会出现一些电阻损耗，但与短截线上的损耗相比可以忽略不计。由于短截线上的这些电阻损耗，短截线变热并且其温度升高。随着短截线温度的升高，短截线经历热膨胀，使得其长度和直径增加。由于热膨胀，短截线可能会在短截线壳体内被挤压并且不再能够被移入和移出调谐器。然后，系统失去了改变调谐器的阻抗的能力。此外，迫使短截线移动或移出可能会对短截线和短截线壳体造成机械损坏。

因此，需要一种改进的微波热解系统来克服现有技术系统的至少一些上述的缺点。

发明内容

根据总的方面，提供了一种微波热解反应器，包括：在底部端部和顶部端部之间延伸的细长中空体，该细长中空体限定内腔；固定到细长中空体的底部端部的底部体；以及固定到细长中空体的顶部端部的顶部体，细长中空体与底部体和顶部体形成用于接收待热解的产物的封闭体，该封闭体设置有用于在反应器内传递微波的微波注入孔，其中，细长中空体包括细长壁，所述细长壁在面向内腔的内部面和与内部面相对的外部面之间延伸，内部面和外部面之间的距离限定了细长壁的厚度，该细长壁设置有至少一个流体接收腔，流体接收腔在入口和出口之间延伸，用于在其中接收温度控制流体，以便当产物被接收在封闭体中时，控制产物的温度，所述至少一个流体接收腔至少在细长壁的邻近底部体的底部部段内延伸，所述至少一个流体接收腔具有小于壁的厚度的宽度。

在一个实施例中，细长壁的至少底部部段包括双壁结构，该双壁结构包括由间隙间隔开的内部壁和外部壁，该间隙流体连接到入口和出口，用于在间隙内传递温度控制流体，该间隙对应于流体接收腔。

在一个实施例中，微波热解反应器进一步包括插入到间隙中并流体连接到入口和出口的至少一个管。

在一个实施例中，至少一个管与内部壁和外部壁物理接触。

在一个实施例中，细长中空体是管状的，并且至少一个管围绕细长中空体的圆周延伸。

在一个实施例中，至少一个管具有蛇形形状和螺旋形形状中的一种。

在一个实施例中，至少一个流体接收腔形成在入口和出口之间流体连接的至少一个通道。

在一个实施例中，至少一个通道具有直线形状、U形形状、蛇形形状和螺旋形形状中的一种。

在一个实施例中，入口和出口中的至少一个位于细长管状体上。

在一个实施例中，微波注入孔设置在细长管状体上。

在一个实施例中，微波注入孔是圆形的。

在一个实施例中，微波注入孔位于细长中空体的在填充水平以下的底部端部附近，该填充水平限定了反应器内产物的最小高度。

在一个实施例中，底部体和顶部体中的至少一个可移除地固定到细长中空体。

在一个实施例中，封闭体进一步设置有至少一个：提取孔，用于提取至少一些反应产物；气体孔，用于从反应器中提取气体；压力释放孔，用于保护反应器免于过压；和至少一个传感器孔，用于将至少一个传感器插入到反应器中。

在一个实施例中，微波热解反应器进一步包括用于在反应器内混合产物的搅拌装置。

在一个实施例中，细长中空体是管状的，并且设置有等于或大于微波的波长的内径。

根据第二个总的方面，提供了一种微波热解反应器，包括：在底部端部和顶部端部之间延伸的细长中空体，该细长中空体限定了内腔；固定到细长中空体的底部端部的底部体；以及固定到细长中空体的顶部端部的体壁，细长中空体与底部体和顶部体形成封闭体，用于在其底部部段接收待热解的产物直至填充水平，该填充水平限定了产物在反应器内的最小高度，其中，细长中空体设置有微波注入孔，该微波注入孔位于细长中空体的在填充水平以下的底部壁附近，并且微波注入孔被定尺寸和形状以允许微波在封闭体的底部部段内传递。

在一个实施例中，微波注入孔是圆形的。

在一个实施例中，微波注入孔的直径等于或大于微波的波长。

在一个实施例中，细长中空体包括细长壁，所述细长壁在面向内腔的内部面和与内部面相对的外部面之间延伸，内部面和外部面之间的距离限定了细长壁的厚度，该细长壁设置有至少一个流体接收腔，该流体接收腔在入口和出口之间延伸，用于在其中接收温度控制流体，以便当产物被接收在反应器中时控制产物的温度，该至少一个流体接收腔至少在邻近底部体的细长壁的底部部段内延伸，该至少一个流体接收腔的宽度小于壁的厚度。

在一个实施例中，至少一个管与内部壁和外部壁物理接触。

根据另一个总的方面，提供了一种用于热解产物的方法，包括：开始初始产物的热解，从而获得部分经热解的产物；提取部分经热解的部分经热解的产物的一部分；将提取的部分经热解的部分经热解的产物和另一待热解的产物混合在一起，从而获得混合产物；以及热解该混合产物，从而获得最终产物。

在一个实施例中，开始热解初始产物的步骤包括：将初始产物插入到微波热解反应器中；以及传递第一微波到微波热解反应器中以加热初始产物；并且热解混合产物的步骤包括传递第二微波到反应器中以加热混合产物。

在一个实施例中，该方法进一步包括注入微波吸收颗粒。

在一个实施例中，注入微波吸收颗粒的步骤在传递第一微波之前进行。

在一个实施例中，混合产物包括浆料相。

在一个实施例中，该方法进一步包括在热解混合产物的同时连续地提取部分浆料相。

在一个实施例中，该方法进一步包括监测微波吸收颗粒和浆料相之间的温度差，并将该温度差调节至给定值，以便在混合产物内获得期望的反应。

在一个实施例中，调节温度差的步骤通过调节以下参数中至少一个的值来执行：微波吸收颗粒的质量；微波吸收颗粒的比表面积；微波热解反应器内的流体动力学状态；和第二微波的功率。

在一个实施例中，该方法进一步包括调节第二微波的功率与微波吸收颗粒的净表面积之比，以改变浆料相中发生的反应的速率。

在一个实施例中，该方法进一步包括感测在所述热解混合产物期间生成的气体的流动速率，反应的速率基于该流动速率来确定。

在一个实施例中，该方法进一步包括监测微波热解反应器内的浆料相的水平。

在一个实施例中，通过监测微波热解反应器内的压力差并基于该压力差确定浆料相的水平来进行监测浆料相的水平的步骤。

在一个实施例中，该方法进一步包括：提取在所述热解混合产物期间生成的气体；冷凝提取的气体以获得冷凝的气相；以及将冷凝的气相再循环到反应器中。

在一个实施例中，该方法进一步包括在所述传递第一微波之前预热微波热解反应器。

在一个实施例中，该方法进一步包括在所述混合之前过滤提取的部分经热解的部分经热解的产物。

在一个实施例中，该方法进一步包括在所述热解混合产物的同时搅拌混合产物。

在一个实施例中，搅拌混合产物的步骤机械地进行。

在一个实施例中，搅拌混合产物的步骤包括将惰性气体注入到混合产物中。

微波是电磁波：垂直于磁场行进的电场。用于加热应用的微波频率为2.45GHz(低功率低于15kW)和915MHz(高功率高达100kW)——这些频率是固定的并且由国际法规确定。

附图说明

结合附图，从以下详细描述中，本发明的进一步特征和优点将变得清楚明白，其中：

图1是根据第一实施例的包括微波热解反应器、联接器和调谐器的微波热解系统的剖视图；

图2-5示出了图1的微波热解反应器的不同视图；

图6示出了根据实施例的微波吸收颗粒；

图7示出了根据实施例的反应物颗粒的加热；

图8示出了根据实施例的设置有搅拌器装置的微波热解反应器；

图9是根据实施例的用于热解产物的方法的流程图；

图10示出了根据实施例的微波热解系统，该微博热解系统包括用于进行图8的方法的混合罐；并且

图11和图12示出了图10的混合罐。

应当注意，在所有附图中，相同的特征由相同的附图标记标识。

具体实施方式

图1示出了微波热解系统10的一个实施例，其包括反应器或容器12、联接器14和调谐器16。应当理解，调谐器16可以直接或经由微波波导管连接到微波源或微波发生器(未示出)。在所示实施例中，调谐器16用于将由微波发生器发射的微波引导至联接器14。调谐器16可以进一步用于调节输送到联接器16并因此输送到反应器12的微波的功率或振幅。联接器14用于将来自调谐器16的微波传递到反应器12中。反应器12被构造成用于在其中接收待热解的产物，该待热解的产物通过微波加热来加热。

参考图2至图5，示出了反应器12的一个实施例。反应器12被构造成在微波能量的作用下在其中进行化学和/或物理反应。

在所示实施例中，反应器12包括：管状体52，所述管状体沿着第一端部或底部端部53a和第二端部或顶部端部53b之间的纵向轴线延伸；底部体或底板54和顶部体或盖56。管状体52限定了腔57，待热解的产物将被接收在该腔中。底部体54可移除地固定到管状体52的底部端部53a，并且具有至少等于腔57的底部端部的横截面尺寸的尺寸，以便封闭管状体52的底部端部53a。顶部体56可移除地固定到管状体52的顶部端部53b，并且具有至少等于腔57的底部端部的横截面尺寸的尺寸，以便封闭管状体52的顶部端部53b。当底部体54和顶部体56固定到管状体52上时，该组件形成封闭体，待热解的产物放置在该封闭体中。在一个实施例中，管状体52与底部体54和顶部体56之间的连接基本上是密封的，因此没有流体可以流出封闭体。例如，垫圈可以定位在管状体52与底部体54和顶部体56之间，以确保封闭体基本上是密封封闭的。在一个实施例中，底部体54和顶部体56牢固且密封地固定到管状体52。例如，底部体54和顶部体56以及管状体52可以是一体的。

反应器12设置有第一孔58，微波通过该第一孔注入到反应器12的内部空间中，即，注入到腔57中。可操作地连接到微波源的微波引导装置可围绕孔58固定到管状体52的外部面，用于将微波从微波源传递到腔57中。在图示的实施例中，连接板60围绕孔58从管状体52的外部面突出。连接板60设置有多个螺栓或杆62，每个螺栓或杆从连接板60向外伸出。在这种情况下，微波引导装置设置有与连接板60配合的连接板，并且设置有穿过连接板的洞，每个洞用于在其中接收相应的螺栓62，以便将微波引导装置固定到反应器12。

在一个实施例中，微波引导装置是微波波导管。在另一个实施例中，微波引导装置是联接器，例如联接器14。

在一个实施例中，孔58具有如图2所示的圆形形状。在另一个实施例中，孔58设置有矩形形状，例如正方形形状。应该理解的是，孔58的形状是根据固定在反应器12上以在其中传递微波的微波导向装置来选择的。虽然在图示的实施例中，连接板60具有环形形状，并且杆62围绕连接板60的圆周均匀地分布，但是应当理解，其他构造也是可能的。

在一个实施例中，孔58设置在管状体52上，邻近管状体的底部端部。在一个实施例中，例如其中反应器12用于热解液体或浆料产物的实施例，反应器12设置有填充水平66，填充水平代表要插入反应器12内的产物的期望水平或最小水平。在这种情况下，孔58的位置被选择为低于填充水平66，如图3所示。

虽然图1-5示出了设置在管状体52上的孔58，但是本领域技术人员将理解，用于将微波注入到反应器12中的孔可以设置在任何其他适当的位置，例如底部体54或顶部体56上。

在一个实施例中，管状体52的至少一段被构造成用于在其中接收和传递温度控制流体，以便控制反应器12和/或包含在反应器12内的产物的温度。在图示的实施例中，管状体52包括内部管状壁70和外部管状壁72，如图3所示。内部壁70定位在外部壁72内，并且内部壁70和外部壁72通过间隙73彼此间隔开，以一起形成双壁结构。间隙73然后形成在管状体52内周向地延伸的内腔。两个壁70和72之间的间隙73的宽度小于管状体52的厚度，并且可以用于传递温度控制流体。在所示实施例中，外部壁72设置有延伸穿过外部壁72的入口74和同样延伸穿过外部壁72的出口76。在图示的实施例中，入口74位于管状体52的第一侧的顶部端部53b附近，出口76位于管状体52的与第一侧相对的一侧的底部端部53a附近。然而，本领域技术人员将会理解，这种构造仅仅是示例性的，入口74和出口76的位置可以变化，并且可以位于反应器12上的任何适当位置。入口74连接到温度控制流体源(未示出)，使得温度控制流体通过入口注入，并通过出口76离开管状体52。流体源设置有加热/冷却装置，用于将流体的温度调节到期望的温度。可以选择期望的温度，以便在待热解的产物引入反应器12之前加热反应器，在微波在反应器12内传递期间控制产物的温度，等等。

在一个实施例中，入口74和出口76经由在内部壁72和外部壁74之间的间隙73内延伸的管(未示出)流体连接在一起。例如，管可以基本上围绕内部壁72的整个圆周延伸，并且可以具有线圈或螺旋形状，以便围绕内部壁72缠绕。在另一个示例中，管可以按照蛇形构造在围绕管状体52的圆周的内部间隙内延伸。在一个实施例中，管的外部直径基本上等于内部壁70和外部壁72之间的距离，使得管与内部壁70和外部壁72物理接触。在另一个实施例中，管的直径小于内部壁70和外部壁72之间的距离。该管可以由柔性材料制成。替代地，管可以由刚性材料制成。

应当理解，也可以使用多个管。然后，所有管在单个入口和单个出口之间流体连接，或者每个管在相应的入口和相应的出口之间流体连接，并且每个管在内部壁70和外部壁72之间形成的内腔内延伸。

虽然在图示的实施例中，管状体52包括由间隙73间隔开的两个分立的壁70和72，但是管状体52可以由单个实心壁形成，并且通道或孔可以在入口74和出口76之间沿着管状体52的至少一段部分地延伸穿过的实心壁的厚度。然后，该通道用于传递温度控制流体，以便将反应器12的温度调节到期望的温度。例如，通道可以具有沿着管状体52的长度的至少一部分并围绕管状体52的圆周延伸的蛇形形状。在另一个实施例中，通道可以具有线圈或螺旋形形状，并围绕管状体52的圆周延伸。在一个实施例中，管状体52可以设置有多个通道用于循环温度控制流体。每个通道可以在相应的入口和相应的出口之间延伸。在另一个示例中，通道可以流体连接在一起，从而可以存在单个入口和单个出口。例如，管状体52可以设置有多个通道，每个通道在相应的入口和相应的出口之间延伸。通道可以有任何合适的形状。例如，通道可以具有直的或线性的形状。在另一个示例中，通道可以具有U形形状。

在一个实施例中，仅管状体52的一部分被构造成用于接收和传递温度控制流体。例如，只有管状体52的底部部段可以设置有双壁，而管状体52的其余部分包括单个实心壁。结果，只有反应器12底部部段的温度可以经由温度控制流体的流动来控制。例如，只有管状体52位于填充水平66以下的部分可以设置有双壁结构。类似地，当管状体52包括实心壁时，只有实心壁的一部分可以设置有至少一个通道，用于传递温度控制流体。

在一个实施例中，反应器12进一步包括至少一个温度传感器，用于感测温度控制流体的温度。在相同或另一实施例中，反应器12设置有至少一个流动传感器，用于感测温度控制流体的流动。应当理解，温度传感器和/或流动传感器可以位于任何适当的位置，以分别测量温度控制流体的温度和/或流动速率，如本领域已知的。

在一个实施例中，反应器12设置有用于将待热解的产物输入或注入反应器12内的孔。在图示的实施例中，底部体54设置有孔74，该孔可以用于将待热解的产物注入到反应器12中。

在一个实施例中，反应器12进一步包括T形的连接器76，其具有三个流体互连的端口/管78、80和82，如图1-5所示。第一管78围绕孔74固定到底部体54，以便将反应器12流体连接到连接器76。管80可以流体连接到待热解的产物源，以便将产物注入到反应器12中。在需要卸载的紧急情况下或者在反应器12的计划排放的情况下，管82可以用作排空排放管，用于排空包含在反应器12中的产物。管82的入口/出口可以设置有压力释放阀，以防止反应器12中的过压。

在一个实施例中，反应器12设置有提取孔84，用于提取反应产物、去除杂质等。在图示的实施例中，提取孔84位于填充水平66以下的管状体52上。提取孔84可以用于控制产物在反应器12内的停留时间，或者是否需要从反应产物中过滤或除去不溶性杂质。提取孔84也可以用于清理反应器内容物的一部分，以控制例如特定杂质的浓度。

在一个实施例中，反应器12设置有气体孔86，用于允许在热解反应期间生成的气体排出反应器12。在一个实施例中，气体孔86位于顶部体56上。在一个实施例中，气体孔86流体连接到冷凝器，用于冷凝来自反应器12的气体。在一个实施例中，在气体孔86处插入气体/液体分离器，用于防止冷凝器系统中来自反应器12的液体夹带，以避免例如冷凝器管的堵塞或结垢。

在系统包括冷凝器的实施例中，冷凝的气相可以部分或完全再循环回到反应器12中(例如经由管82)，以增加反应产物在反应器12中的停留时间，。

在使用微波吸收颗粒的实施例中(如下所述)，反应器12设置有用于将微波吸收颗粒插入反应器12内的孔88。在一个实施例中，孔88位于顶部体56上。

在一个实施例中，反应器12设置有压力释放孔90，用于保护反应器12免于过压。压力释放阀可以连接到孔90，用于当压力大于预定的压力时允许气体离开反应器12。

在一个实施例中，反应器12包括至少一个孔，用于允许至少一个传感器插入到反应器12中。在图示的实施例中，反应器12设置有用于在反应器12中插入压力传感器的压力孔92和两个温度孔94和96，每个温度孔用于将相应的温度传感器插入到反应器12中。在所示实施例中，温度孔94可以用于感测邻近底部体54的反应器12底部的温度，而温度孔96可以用于测量水平线66以下和附近的温度。

在图示的实施例中，连接器与每个孔86、88、90、92、94和96相关联。每个连接器包括从反应器12的外部表面突出的管。每个管在围绕相应的孔固定的第一端部和第二端部之间延伸。围绕每个管的第二端部延伸的凸缘设置有多个洞，用于允许固定另一个管。这些管可以使用例如螺栓和螺母固定在一起。

在一个实施例中，底部体54和顶部体56可移除地固定到管状体52。在这种情况下，应当理解，可以使用任何适当的方法/系统来将底部体54和顶部体56可移除地固定到管状体52。在图示的实施例中，管状体52设置有围绕管状体52的底部端部径向向外突出的底部凸缘和围绕管状体52的顶部端部径向向外突出的顶部凸缘。两个凸缘均设置有延伸通过其厚度的多个洞。底部体54和顶部体56各自设置有洞，所述洞被定位成沿着底部体和顶部体的圆周邻近外端部。螺栓和螺母然后可以用于将底部体54固定到底部凸缘，并将顶部体56固定到顶部凸缘。

在一个实施例中，底部体54和顶部体56密封且可移除地固定到管状体52。在这种情况下，至少一个垫圈可以插入底部体54和底部凸缘之间以及顶部体56和顶部凸缘之间。

在另一个实施例中，底部体54和/或顶部体56牢固地固定到管状体52。例如，底部体54可以焊接到管状体52，而顶部体56可以可移除地固定到管状体52。

在一个实施例中，至少一些孔74、84、86、88、90、92、94和96的位置可以不同于图1-5所示的位置。一些孔可以位于管状体52上，而其他孔可以位于顶部体56或底部体54上。

在一个实施例中，反应器12进一步设置有搅拌器装置，用于在反应期间搅拌/混合反应器中包含的产物。例如，机械搅拌器可以固定到底部体54的顶部面。应当理解，可以使用任何合适的搅拌器装置，并且反应器12(例如底部体54)可以包括孔，搅拌器装置的一部分(例如轴)可以延伸穿过该孔。

在另一个示例中，在反应期间气体(比如惰性气体)可以经由孔穿过反应器12注入浆料相材料中，以产生气泡，从而混合/搅拌浆料相材料。

上述反应器12可以用于热解气体产物、液体产物或固体产物。在下文中，描述了用于热解液体产物的反应器12的操作。

待热解的产物被注入到反应器12中，例如经由连接器76的端口80和存在于底部体54中的孔74。选择被注入到反应器12中的产物的体积，使得一旦进入反应器62，产物的顶部表面基本上与水平线66对齐或共面，以确保孔58的整个表面被产物覆盖。

微波然后经由孔58注入到反应器12中。然后，液体产物与微波电场相互作用，以将产物(比如液体产物)转化为浆料相。在一个实施例中，产物与微波的相互作用是直接的，从而产物被微波直接加热。在另一个实施例中，产物的加热是间接的。在这种情况下，微波吸收颗粒被引入到反应器12中并与产物混合。微波吸收颗粒然后被用于将微波转化为热量，并且产物通过对流/传导加热以产生浆料相。

在一个实施例中，如果反应需要厌氧条件，可以在将微波传递到反应器12中之前清理反应器12，以除去氧气的痕迹。在这种情况下，可以将气体(比如氮气或任何适当的清理气体)引入到反应器12中。

在一个实施例中，液体产物被连续地引入到反应器12中，同时微波在其中传递。在这种情况下，选择进入反应器12的液体产物的进料速率，以便保持反应器12中液体产物的填充水平66，以确保孔58被浆料相覆盖，并且在联接器接头上存在等温条件。

在反应期间，即，在微波在反应器12内传递期间，一些浆料相可以通过孔84从反应器12中连续地提取，以除去杂质或提取部分反应的产物。当需要控制浆料相材料在反应器12内的停留时间时，当需要从浆料相中过滤或除去不溶性杂质时，当需要控制特定杂质的浓度时，和/或类似情况时，浆料相材料的提取可能是有用的。

在一个实施例中，通过控制反应器12的温度，例如通过经由入口74将温度控制流体注入到管状体52的双壁中，来控制包含在反应器12内的产物的温度。通过适当调节注入到管状体52的双壁中的温度控制流体的温度和/或流动，可以将反应器12中包含的浆料相材料的温度调节到期望的温度，例如确保反应器12中等温条件的温度。应当理解，可以使用插入到反应器12的孔94和96中的温度传感器来确定浆料相材料的温度。在一个实施例中，温度控制用于保持反应部位和浆料相材料之间的温度梯度，并与其他反应相比有利于给定的反应。

在一个实施例中，在将液体材料注入反应器12内之前，可以将反应器12预热到期望的温度。

在一个实施例中，如果期望或如果需要，反应器12可以在大气压下、在大于大气压的压力下或在真空条件下操作，以选择性地有利于某些反应。

在一个实施例中，反应器12由不锈钢制成。在一个实施例中，反应器12由具有低介电损耗和高电传导率的材料制成，以防止反应器的容器中的热损耗，这可能降低传递到反应物的能量效率。

在一个实施例中，其中待热解的产物是液体，并且当微波在反应器12内传递时，一些反应在浆料相中发生，将浆料相分子裂解成更小的分子，并且还可以根据反应器的条件产生气体产物。这种气体生成物通过浆料相产生气泡，并促进浆料相的混合。裂解反应还降低了浆料相粘度，这进一步促进了浆料相的混合。如此获得的浆料相的混合保持了微波吸收颗粒在浆料相中的悬浮和反应器12中的最佳电阻条件，以最大化微波吸收。浆料相的混合也促进了均匀的浆料相和向反应部位的质量转移。

反应通常发生在微波吸收颗粒的表面上，除非浆料相也部分或全部吸收微波能量。微波吸收颗粒可以由化学惰性碳质材料或化学活性催化材料组成，以在微波作用下增强和促进预定且期望的反应。颗粒的表面的温度通常高于浆料相的温度，因此反应期间生成的产物在比浆料相的温度更高的温度下生产。当含有反应产物的气体鼓泡通过浆料相时，一些热量释放到浆料相中，生成的气体迅速冷却到不低于浆料相温度的温度。气体的这种快速冷却停止了可能不希望的副反应，因此有利于对所需产物的更高的选择性。

在一个实施例中，反应器12的内径d等于或大于注入到反应器12中的微波的波长。对于频率为f的微波，反应器12的内径d等于或大于c/f，其中c是光速。典型地，对于标准的915MHz微波，反应器12的内径等于或大于0.32m。

在一个实施例中，反应器12包含大量具有高介电损耗的微波吸收颗粒mp，其将微波电场转化为热量。这些颗粒在气泡的作用下在浆料相中自由移动，所述气泡由反应期间产生的气体形成或由例如循环泵提供的强制对流形成。

微波吸收颗粒在自然或强制对流下在浆料相中自由流动，这允许吸收颗粒在反应器12内更好地分布，这增加了反应器的阻抗的整体电阻性质。反应器的阻抗的整体电阻性质的增加反过来使得包括微波源和反应器12的谐振系统的调谐更容易。例如，如果颗粒不是自由流动的，调谐系统将变得更加困难，因此反应器的能量性能将由于阻抗不匹配而降低，这将导致传输到反应器的能量降低。此外，调谐高的不匹配还会增加调谐器的电阻损耗，从而导致能量(热量)损失。

在一个实施例中，在将微波注入反应器12之前，将微波吸收颗粒添加到反应器12中。如果一些微波吸收颗粒在反应器12的操作期间由于磨损、夹带或清理而损失，如果需要，可以在反应期间添加额外的微波吸收颗粒。

在一个实施例中，如下所述，通过控制微波吸收颗粒和浆料相之间的温度梯度或温度差，可以实现期望的反应和因此期望的最终得到的化学物质。由于浆料相具有低热传导率kb，吸收颗粒与反应器的其余部分部分绝热。在向微波吸收颗粒提供连续的热量通量的连续的微波功率通量(P)下，并且由于微波吸收颗粒与浆料相部分绝热，微波吸收颗粒的温度TP可能升高，并且在微波吸收颗粒和浆料本体(bulk)之间产生温度梯度或温度差ΔT：ΔT＝TP-Tb，其中Tb是浆料本体的温度。在一个实施例中，温度梯度ΔT的大小用于实现对关键化学品的高选择性：

-颗粒表面上的受控的反应温度促进期望的反应以产生期望的关键化学物质，并且

-较低的浆料本体温度T_b抑制进一步的反应，以避免期望的关键化学品的分解。

通过调节反应器12上的各种参数，可以将温度梯度ΔT调节到期望值。

为了解释反应器如何控制这种梯度，可以参照图6如下进行微波吸收颗粒上的能量平衡：

其中，m_p是颗粒的质量(kg)，C_p,p是微波吸收颗粒的比热(J/kg-K)，P是微波功率(W)，A(A＝m_p×a)是吸收颗粒的总表面积(m²)并且a(m²/kg)是颗粒的比表面积，r_A(T_p,Re_b)是颗粒表面发生的反应速率(kg/m2-s)，它是颗粒温度(T_p)和颗粒表面上边界层的函数，颗粒表面上边界层是床雷诺数(Re_b)的函数。ΔH_R(T_p)是颗粒表面温度T_p下的反应的热量(J/kg)，h_p,b是微波吸收颗粒与本体之间的对流热量传递系数(W/m2-K)，σ是玻尔兹曼常数，∈是微波吸收颗粒的发射率。在大多数情况下，浆料本体具有低发射率，因此，热量传递的辐射部分可以忽略。

热量传递系数h_p,b是浆料相中努塞尔数(Nu)的函数。无量纲数由

来定义，其中，d和k_b分别是本体的特征尺寸和热传导率。在一个实施例中，例如在正常情况下，努塞尔数作为由浆料相中的雷诺数(Re)确定的流体力学状态的函数而变化：

其中，ρ_b，v，d和μ_b分别是浆料相的密度、特征速度、特征尺寸和动态粘度。因此，热量传递系数是浆料本体中雷诺数Re和无量纲数Nu的函数。结果是：h_p,b＝h_p,b(Nu_b,Re_b)。

为了保持反应器12处于稳定状态，微波吸收颗粒的温度应该是稳定的，即

等式1可以改写成如下：

P-r_A(T_p,Re_b)m_p aΔH_R(T_p)-h_p,b(Nu_b,Re_b)m_p aΔT＝0 (等式2)

微波吸收颗粒和浆料本体之间的温度梯度ΔT由下式给出：

从等式3，本领域技术人员将理解，颗粒表面和浆料相之间的温度梯度ΔT可以通过调节以下参数中的至少一个来调节到期望值：

-吸收颗粒的质量(m_p)，因为减少吸收颗粒的质量会增加温度梯度ΔT；

-颗粒的比表面积(a)，因为减小颗粒的比表面积将增加温度梯度ΔT；

-反应器内的流体力学状态(h_p,b(Nu_b,Re_b)m_p)，通过用泵或鼓泡气体强制再循环来调节，因为降低颗粒和浆料相之间的热量传递系数会增加温度梯度ΔT；以及

-输送到反应器12的微波功率P，因为增加输送的微波功率将增加温度梯度ΔT。

从等式2，本领域技术人员还将理解，通过改变微波功率与微波吸收颗粒的净表面积之比，可以改变总反应速率。

当反应非常快并且周围的流体热传导率非常低时，我们就有了r_Am_paΔH_R(T_p)＞＞h_p,b(Nu_b,Re_b)m_paΔT。因此，反应占主导地位，并且与周围本体的热损耗可以忽略不计。结果，可以假设所有的微波能量都被反应消耗掉，等式2可以改写成如下：

P-r_Am_paΔH_R(T_p)＝0 (等式4)

反应速率rA可以写成：

因此，增加比率

会增加反应速率r_A(kg/m2-s)。

得出相同结论的另一种方法是从反应速率r_A(T_p,Re_b)开始，其遵循阿伦纽斯表达式：

其中，A(T_p,Re_b)是比速率常数，它是浆料本体中颗粒温度和雷诺数的函数，并且f(C_i)是动力学模型，它是物质i的浓度的函数。在所有其他操作参数保持不变的情况下，增加微波功率P或减少颗粒的净面积(m_p a)会导致颗粒温度T_p升高：

由于反应速率rA随颗粒温度T_p呈指数变化，因此

的变化将影响颗粒温度，这也将影响反应速率rA。

在使用温度控制流体来调节反应器12的温度的实施例中，温度梯度ΔT可以经由温度控制流体来控制。

如图7所示，反应器12还能够在颗粒温度下提供非常短的停留时间，这是通过在反应产物离开微波吸收颗粒的表面后，允许反应产物鼓泡通过颗粒周围的本体浆料相来实现的。在第一步中，具有浆料本体的温度Tb的反应物颗粒到达具有比反应物颗粒的温度更高的温度TP的微波吸收颗粒的表面。在步骤2中，反应物颗粒的温度升高到微波吸收颗粒的温度TP，并且发生反应以生成反应产物。在步骤3中，反应产物被释放，其温度冷却至浆料本体温度Tb。

考虑到微波吸收颗粒处于比本体浆料相更高的温度，促进了特定的化学反应，并且在微波吸收颗粒的表面上以更快的速率发生。反应产物处于气相，并以气泡形式离开颗粒表面。一旦包含产物的气泡离开热的微波吸收颗粒的表面，反应颗粒通过将其热量释放到浆料相中而立即冷却。传递到浆料相的热量可以表示成如下(假设气体中没有相变)：

其中，m_b是本体浆料相的质量，C_p,b是本体相的比热容(J/kg-K)，T_b是本体浆料相的温度，

是气体的产生速率(kg/s)，C_p,g是气相的比热容(J/kg-K)，T_g是反应器出口处的气体的温度，

是由夹套移除的热量。在一个实施例中，T_g将被最小化，因此期望的目标是T_g＝T_b。

通过忽略微波吸收颗粒和床(即周围的浆料相)之间的传导的热量传递以及浆料本体和反应器12之间的辐射和对流热损耗，获得上述方程。假设大部分能量转移是由于气体释放。

在一个实施例中，目标是保持反应器12中的本体浆料相中的稳态条件，即

为了保持浆料本体和微波吸收颗粒表面之间的期望的温度梯度。为了实现这一目标，必须根据以下等式从反应器中除去热量：

如果没有热量从反应器12中去除，会发生以下情况：

等式10意味着T_p＝T_g。因为在最佳情况下T_g＝T_b，这意味着没有从反应器12中除去热量，我们获得T_p＝T_b并且因此浆料本体和微波吸收颗粒之间的梯度消失。

因此，需要从反应器12中除去热量，以将颗粒和浆料相之间的温度梯度保持在期望值。

在一个实施例中，如上所述，温度控制流体可以在管状体52的壁内循环。

在相同或另一个实施例中，具有足够温度的水或由反应器12生成的再循环和冷却的液体产物可以被注入到反应器12中，以便从反应器12种吸收额外的能量，从而保持温度梯度。

如上所述，温度控制流体可以在管状体52的壁内循环，以便在反应器12启动之前和/或期间预热反应器12。在这种情况下，温度控制流体可以在反应温度下预热管状体52的壁，以防止浆料相在进料到反应器12中时固化。例如，如果浆料相由熔化温度约为225℃的熔化的塑料组成，反应器12可以在高于225℃的温度下预热。

在一个实施例中，反应器12的管状体52的壁的冷却确保了不会在反应器12中产生热点并且不会在反应器的部件上引起机械应力。由于微波加热可以集中大量能量，因此确保热点对反应器完整性的影响有限可能是重要的。

在反应器12包括用于允许气体离开反应器12的气体出口86的实施例中，气体流动传感器可以可操作地连接到气体出口86，以跟踪气体的产生速率

该气体的产生速率是反应速率的直接量度。气体流动速率可以是被构造成用于测量气体的流动速率的任何合适的装置，例如皮托管或文丘里气体流动计。

在温度控制流体在反应器12的壁内循环的实施例中，至少一个温度传感器和至少一个流动传感器可以用于确定在反应期间由温度控制流体捕获的热通量

利用上述热平衡，该温度控制流体可以允许控制微波吸收颗粒的温度，以确保最佳的反应条件。微波吸收颗粒的温度可以根据以下等式使用热通量测量

和气体流动速率

来确定：

在反应器12设置有连接到微波联接器14的圆形微波入口58的实施例中，使用由高温密封件密封的接头的波导管/联接器中的浆料的回流可以被防止。在一个实施例中，微波入口58的直径d满足以下等式：d≥c/f，其中，c是光速，f是微波的频率。典型地，对于标准的915MHz微波，反应器的直径为d≥0.32米。在一个实施例中，微波入口58的圆形形状允许用圆形密封件更好地密封，如果入口58具有非圆形的形状，密封将更加复杂。接头的圆形形状还允许表面电场减小到低于接触接头的材料的电击穿的值。例如，矩形形状可能在接头上产生较高的电场值，并引起电弧和/或等离子体，最终可能在接头上产生热冲击，随后击穿。

在一个实施例中，微波入口58穿透反应器12内部，并在接头前留下特定区域98，该特定区域被设计成防止固体积聚。该微波入口58然后浸没在填充水平66以下的浆料相中，以确保微波联接器接头表面上的等温条件。在一个实施例中，位于填充水平66以下的浸没的微波入口58比位于浆料相上方的入口更优选，因为它避免了气泡将微波吸收颗粒夹带到联接器的接头上，因此防止了热冲击。当联接器接头在浆料相上方在气相区域中，并且夹带吸收颗粒的液体气泡撞击联接器接头的表面时，微波吸收颗粒可以通过更靠近微波源来吸收更多的热量，并且夹带的液体可以沿着正常的反应路径分解，但是当夹带有气泡的液体耗尽时，微波吸收颗粒的温度会突然升高，因为没有更多的反应材料包围它们。这可能会对微波联接器接头造成热冲击，并导致接头的系统性故障。

在一个实施例中，将联接器的接头浸没在填充水平66以下在反应浆料相中在可以确保当微波吸收颗粒撞击联接器的接头时，微波吸收颗粒基本上总是被反应材料包围，因此撞击联接器的接头的微波吸收颗粒的温度不会突然升高并在接头上引起热冲击。

在一个实施例中，选择微波入口58的角度，以避免微波吸收颗粒和气泡积聚在联接器接头的表面上。微波入口58可以垂直于管状体52，使得联接器接头平行于管状体52，这最小化了颗粒和气泡积聚的风险。

在一个实施例中，接头离浆料相越近，系统的调谐就越容易。此外，由于高微波能量密度会导致电弧放电，使接头更靠近浆料会使高能量密度区域最小化。因此，最小化联接器侵入区域98可能是重要的。在一些实施例中，联接器侵入区域98被设计成防止固体在联接器的接头前积聚。例如，接头入口周围的45°倒角可能足以防止联接器的接头周围的固体积聚。

在一个实施例中，联接器可以与联接器侵入区域98中的反应器内壁齐平，以便消除微波吸收颗粒和气泡可能积聚并产生热点的表面。

在一个实施例中，反应可能产生不去除挥发成分的固体副产物。此外，进料组成可能导致材料的积聚，这可能在反应器中积累。因此，为了防止不溶性固体在反应器中积聚，过滤或离心系统可以再循环浆料以除去固体颗粒。反应器12上的浆料提取端口84包含筛网，该筛网防止浆料相中悬浮的微波吸收颗粒被过滤器提取和去除。应该理解，筛网网格的尺寸应该小于悬浮在本体中的微波吸收颗粒的尺寸。在一个实施例中，反应器直径最多可以等于约18英寸，气体出口86的直径可以限制在约3英寸，以促进固体副产物颗粒随气体夹带出反应器12。

在一个实施例中，反应可以产生可溶于浆料相的副产物。此外，进料组成可以包括可溶于浆料相并且在化学反应期间不去除挥发成分的材料，该材料可能在反应器12中积累。为了防止可溶性组分在反应器中积聚，清理流可以抽取恒定流量的浆料相，以控制反应器中可溶性污染物的水平。当需要时，该清理管线也可以用于排空反应器12。如果需要特定的停留时间，清理管线也可以用于控制浆料相的停留时间。

在反应器12中保持浆料相的填充水平的实施例中，浆料相的水平，即浆料相的顶部表面的位置，可以通过测量反应器12的顶部部分和反应器12的底部部分之间的压力差来确定。

在一个实施例中，由反应产生的气体在分阶段冷凝系统中冷却，以在冷凝系统的第一阶段中对挥发性较低的馏分进行选择性冷凝，并在冷凝系统的第二阶段中对挥发性较高的馏分进行进一步冷凝。应当理解，冷凝系统中的阶段数量可以变化。在一个实施例中，选择性馏分可以再循环到反应器12中，以在反应器12中提供更长的停留时间或多次通过反应器，并增加期望产物的总产率。

在一个实施例中，反应器包括部分回流系统，其可以安装在反应器12的顶部上，以在反应器中更容易地回流气体中的较重馏分。

在一个实施例中，反应器12配备有各种氮气清理，以去除在启动之前反应器中和联接器中截留的空气，从而防止可燃气体在波导管中积聚。

在一个实施例中，反应器12配备有过压保护系统。在一个实施例中，反应器在操作温度下额定为100psig，以允许使用更小的排气装置。

如上所述，反应器12可以设置有搅拌器装置。图8示出了设置有机械搅拌器装置102的反应器100的一个实施例。反应器100被构造成在微波能量的作用下在其中进行化学和/或物理反应，并且其结构和构造类似于反应器12的结构和构造。

反应器100包括沿着纵向轴线在第一或底部端部106和第二或顶部端部108之间延伸的管状体104、底部体或底板110和顶部体或盖112。管状体104限定了腔114，待热解的产物将被接收在该腔中。底部体110固定到管状体104的底部端部106，并且具有至少等于腔114的底部端部的横截面尺寸的尺寸，以便封闭管状体104的底部端部106。顶部体112固定到管状体104的顶部端部108，并且具有至少等于腔114的顶部端部的横截面尺寸的尺寸，以便封闭管状体104的顶部端部108。当底部体110和顶部体112固定到管状体104上时，该组件形成封闭体，待热解的产物放置在该封闭体中。

搅拌器装置102包括轴120、第一对叶片122、第二对叶片124和马达126。第一和第二对叶片122和124在沿着轴的长度在不同的位置处固定到轴上。轴120纵向延伸穿过反应器100，马达126安装在反应器100的顶部体112的顶部上。轴122的底部端部可旋转地固定到底部体110，轴120的顶部端部可操作地连接到马达126，使得马达126的致动触发轴120围绕其纵向轴线的旋转。轴120的旋转触发叶片122和124的旋转，以搅拌反应器100中存在的浆料相。

在图示的实施例中，底部体110和顶部体112各自设有相应的轴接收孔。轴120的底部端部延伸穿过底部体110的轴接收孔，并经由固定体128可旋转地固定到底部体110。轴120的顶部部分延伸穿过顶部体112中存在的轴接收孔，并且轴120的顶部端部可操作地固定到马达126。应当理解，至少一个第一密封件可以定位在底部体110和顶部体112的每个轴接收孔内，以将轴120密封地连接到底部体110和顶部体112，使得腔114被密封地封闭，并且没有流体可以经由底部体110和顶部体112的轴接收孔离开反应器100。

在一个实施例中，选择第一对叶片122沿着轴120的长度的位置，使得当轴120固定到反应器100时，叶片122与反应器100中存在的浆料相物理接触。类似地，第二对叶片124沿着轴120的长度的位置也被选择成使得叶片124与反应器100中存在的浆料相物理接触。在一个实施例中，反应器100设置有代表反应器100内期望的产物水平或最低的产物水平的填充水平。在这种情况下，可以选择第一叶片122和第二叶片124沿着轴120的长度的位置，使得第一和第二叶片位于填充水平以下，即，在填充水平和底部体110之间。

对于反应器12，用于将待热解的材料注入到反应器12中的入口74位于底部体54上，而反应器100包括位于管状体104的壁上的入口129，用于将材料注入到反应器100中。在反应器100设置有填充水平的实施例中，入口129的位置可以选择在填充水平以下。

应当理解，搅拌器装置102可以包括附加的部件。例如，如图8所示，搅拌器装置102可以包括管状体130，该管状体围绕轴接收孔固定到顶部体112的顶部面，并远离顶部体112延伸。马达126固定在管状体130的顶部端部。轴120在由管状体130限定的腔内延伸，使得轴的顶部端部连接到马达126。例如，搅拌器装置102可以进一步包括定位在管状体130内的至少一个轴承132，用于在其中接收轴。

应当理解，叶片122和124数量、形状和沿着轴120的长度的位置可以变化。例如，叶片122或叶片124可以省略。在另一个示例中，搅拌器装置102可以包括固定到轴120的单个叶片。

在下文中，描述了用于热解产物的方法150。该方法可以使用任何合适的热解反应器(如微波热解反应器)来进行。然而，应当理解，方法150不限于与微波热解反应器一起使用。

在步骤152，开始产物的热解，从而获得部分经热解的部分经热解的产物。将产物引入到热解反应器中并加热以开始热解过程。例如，将待热解的产物引入到微波热解反应器(如反应器12或100)中，微波被生成并联接到微波热解反应器中以开始热解过程。

在步骤154，从反应器中提取一部分部分经热解的部分经热解的产物。在步骤156，提取的部分经热解的部分经热解的产物与待热解的附加产物混合，从而获得混合产物。例如，提取的产物和待热解的附加产物可以注入到混合罐中。然后在步骤158将混合产物热解以获得最终产物。将混合产物注入到热解反应器中，通过加热进行热解。

在一个实施例中，方法150进一步包括在混合步骤156期间将部分经热解的产物和待热解的产物的混合物加热至期望的温度。期望的加热温度可以根据混合产物的期望的粘度来选择。

在一个实施例中，热解方法100使用微波来进行热解过程，并且待热解的产物包括聚合物。方法100然后允许改善微波热解过程的性能。

在一个实施例中，方法150进一步包括在提取步骤154之后和混合步骤156之前过滤提取的部分经热解的产物的步骤，以便例如去除污染物。

现有的聚合物溶解系统使用溶剂来选择性地溶解聚合物。过滤液体溶液以除去未溶解的物质(例如污染物)。回收滤液并除去溶剂以沉淀回收的聚合物。溶剂可以溶解一些会随聚合物一起沉淀的污染物。这些污染物需要通过其他方法从聚合物中去除。可选地，污染物可以保留在聚合物中，但是这会影响回收的聚合物的最终使用。例如，它可能会阻止回收的聚合物用于食品级应用。

在溶剂除去步骤中，污染物也可以被除去并与回收的溶剂混合。然后需要使用例如蒸馏塔来纯化溶剂。

当使用没有方法100的混合步骤156的微波热解反应器时，聚合物被注入到微波热解反应器中以进行解聚。注入的聚合物的高粘度可能导致浆料相反应器中的高粘度和高粘度梯度区域。高粘度可能会导致质量和热量传递限制，从而导致微波联接器出现热点和热冲击。热冲击可能导致微波联接器失效。使用方法150，其中通过将聚合物溶解在由热解过程产生的溶剂中来预处理聚合物，降低了注入的聚合物的粘度，从而最小化了反应器中存在的浆料相中的热点的风险，并提高了最终产物的质量。此外，较低的粘度允许使用较便宜的设备进行浆料注入和过滤。

图10示出了用于执行方法150的一个示例性热解系统170。热解系统170包括微波反应器100、流体连接到反应器100的混合罐、第一热流体源174和第二热流体源176。第一流体性连接件在微波反应器100和混合罐172之间延伸，用于提取微波反应器100中包含的部分浆料相并将提取的浆料相注入到混合罐172中。第二流体性连接件也在微波反应器100和混合罐172之间延伸，用于将混合罐172中包含的混合物注入到微波反应器100中。

第一热流体源用于将加热到期望温度的热流体输送到混合罐172，从而控制混合罐172的壁的温度。第二热流体源用于将加热到期望温度的热流体输送到微波反应器100，从而控制微波反应器100的壁的温度。

图11和图12示出了混合罐172以及混合罐170和微波反应器100之间的流体性连接件。

应当理解，微波反应器100在系统170中的使用仅是示例性的。例如，反应器12可以在系统170中使用。使用搅拌器(未示出)和再循环泵182来促进罐172内的混合。包含在反应器100内的部分经热解的产物的一部分经由流体性连接件184注入到混合罐172中。待热解的产物通过端口180注入到混合罐172中。部分经热解的产物和待热解的产物借助搅拌器而混合在一起。混合罐172是夹套的(即，它包括双壁，流体可以在双壁中流动)并且是绝缘的。来自源174的热流体经由端口186和188循环通过混合罐夹套，以控制混合罐172内混合物的温度。来自反应器100的部分经热解的产物的流动可以被过滤以去除颗粒和/或污染物。

在经由流体性连接件190注入到反应器100中之前，混合产物经由过滤器189过滤以除去未溶解的固体的污染物。应当理解，过滤器壳体的体积和网格尺寸是基于待过滤污染物的质量分数和物理尺寸来选择的。

在一个实施例中，通过监测由搅拌器马达(未示出)和再循环泵马达192消耗的电功率来测量混合罐中的浆料粘度。浆料样品也可以通过端口194提取，用于离线的粘度测量。在线的粘度测量装置也可以安装在再循环管件上，以在线地测量浆料粘度。

在一个实施例中，通过测量端口196处的流体静压来测量混合罐172内的产物水平。注入可以通过部分关闭的阀198和200来完成，以在再循环泵182的下游和反应器进料连接件190的上游建立压力。在另一个实施例中，注入也可以使用连接到连接件190的单独的泵来完成。

混合罐172可以通过打开排放端口202完全排空。替代地，混合罐172可以通过以反向模式操作再循环泵182、关闭阀204并通过端口200排放来排空。

例如，系统170可用于热解聚苯乙烯。在这种情况下，聚苯乙烯与苯乙烯低聚物混合。苯乙烯低聚物在反应器100中生成，在大约250-300℃的温度下注入到混合罐172中。聚苯乙烯被混合并溶解在苯乙烯低聚物浆料中。混合罐172内的浆料温度保持在约150℃的温度，该温度高于苯乙烯低聚物的熔融温度(即，80-100℃)。温度也被控制以具有快速的聚苯乙烯溶解速率和期望的选择性溶解。从解聚反应器到混合罐的苯乙烯低聚物的质量流动速率是固定的，并用混合罐上游的离心机和/或过滤器过滤以除去颗粒(炭黑颗粒和其它颗粒)。控制聚苯乙烯到混合罐的质量流动速率，以保持混合罐中特定的浆料粘度和特定的浆料粘度增加速率。

混合罐搅拌器和再循环泵的设计和速度被设定为消除死区域并促进均匀混合。

聚苯乙烯以保持特定浆料粘度和粘度增加速率的速率注入混合罐。注入可以手动完成，也可以通过进料系统自动完成。注入的聚苯乙烯可以是固体和熔化形式。

热流体用于将浆料温度保持在苯乙烯低聚物熔融温度以上，以使它们保持液态。浆料温度也被控制以提高聚苯乙烯溶解速率并调节溶解选择性。

在一个实施例中，混合罐中的浆料以受控的速率注入反应器100，以保持混合罐172中的固定的液体水平。

在一个实施例中，热解系统170进一步包括控制器(未示出)，用于经由系统170的不同元件之间的泵控制产物的流动。

虽然上面的描述涉及至少一种吸收颗粒，该吸收颗粒在浆料相中自由移动，以便与微波相互作用并加热浆料相，但是吸收颗粒可以被由微波吸收材料制成并在反应器内具有固定位置的至少一个体代替。应当理解，吸收体的数量、形状、尺寸和位置可以变化。例如，至少一个吸收棒可以固定在反应器内的固定位置。吸收棒的近侧端部可以固定到反应器内的底部体，并朝向反应器的顶部体纵向延伸。可以选择吸收棒的长度，使得吸收棒的远侧端部与反应器的填充水平齐平，或者位于反应器的填充水平以下。

在一个实施例中，吸收体与联接器间隔开，使得没有热点会损坏联接器接头。

在一个实施例中，使用固定位置的吸收体可以减少浆料相中的搅拌，并允许达到更高的反应温度。

上述本发明的实施例仅仅是示例性的。因此，本发明的范围旨在仅由所附权利要求的范围来限定。

Claims

1.一种微波热解反应器，包括：

在底部端部和顶部端部之间延伸的细长中空体，所述细长中空体限定内腔；

固定到所述细长中空体的底部端部的底部体；以及

固定到所述细长中空体的顶部端部的顶部体，所述细长中空体与底部体和顶部体形成用于接收待热解的产物的封闭体，所述封闭体设置有用于在所述反应器内传递微波的微波注入孔，

其中，所述细长中空体包括细长壁，所述细长壁在面向所述内腔的内部面和与所述内部面相对的外部面之间延伸，所述内部面和外部面之间的距离限定了所述细长壁的厚度，所述细长壁设置有至少一个流体接收腔，所述流体接收腔在入口和出口之间延伸以在该流体接收腔中接收温度控制流体，以便在产物被接收在所述封闭体中时控制所述产物的温度，所述至少一个流体接收腔至少在所述细长壁的邻近底部体的底部部段内延伸，所述至少一个流体接收腔的宽度小于壁的厚度。

2.根据权利要求1所述的微波热解反应器，其中，所述细长壁的至少底部部段包括双壁结构，所述双壁结构包括由间隙间隔开的内部壁和外部壁，所述间隙流体连接到所述入口和出口以在所述间隙内传递所述温度控制流体，所述间隙对应于所述流体接收腔。

3.根据权利要求2所述的微波热解反应器，进一步包括插入到所述间隙中并与所述入口和出口流体连接的至少一个管。

4.根据权利要求3所述的微波热解反应器，其中，所述至少一个管与所述内部壁和外部壁物理接触。

5.根据权利要求3或4所述的微波热解反应器，其中，所述细长中空体是管状的，并且所述至少一个管围绕所述细长中空体的圆周延伸。

6.根据权利要求5所述的微波热解反应器，其中，所述至少一个管具有蛇形形状和螺旋形形状中的一种。

7.根据权利要求1所述的微波热解反应器，其中，所述至少一个流体接收腔形成流体连接在所述入口和出口之间的至少一个通道。

8.根据权利要求7所述的微波热解反应器，其中，所述至少一个通道具有直线形状、U形形状、蛇形形状和螺旋形形状中的一种。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的微波热解反应器，其中，所述入口和出口中的至少一个位于所述细长管状体上。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的微波热解反应器，其中，所述微波注入孔设置在所述细长管状体上。

11.根据权利要求10所述的微波热解反应器，其中，所述微波注入孔是圆形的。

12.根据权利要求11所述的微波热解反应器，其中，所述微波注入孔位于所述细长中空体的在填充水平以下的底部端部附近，所述填充水平限定了所述反应器内的产物的最小高度。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的微波热解反应器，其中，所述底部体和所述顶部体中的至少一个被能够移除地固定到所述细长中空体。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的微波热解反应器，其中，所述封闭体进一步设置有以下中的至少一个：

提取孔，用于提取所述反应产物中的至少一些反应产物；

气体孔，用于从所述反应器中提取气体；

压力释放孔，用于保护所述反应器免于过压；以及

至少一个传感器孔，用于将至少一个传感器插入到所述反应器中。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的微波热解反应器，进一步包括用于在所述反应器内混合所述产物的搅拌装置。

16.根据权利要求1所述的微波热解反应器，其中，所述细长中空体是管状的并且设置有等于或大于微波的波长的内径。

17.一种微波热解反应器，包括：

固定到所述细长中空体的底部端部的底部体；以及

固定到所述细长中空体的顶部端部的体壁，所述细长中空体与底部体和顶部体形成封闭体以在所述封闭体的底部部段接收待热解的产物直至填充水平，所述填充水平限定了所述反应器内产物的最小高度，

其中，所述细长中空体设置有微波注入孔，所述微波注入孔位于所述细长中空体的在填充水平以下的底部壁附近，并且所述微波注入孔的尺寸和形状被确定成允许微波在所述封闭体的底部部段内传递。

18.根据权利要求17所述的微波热解反应器，其中，所述微波注入孔是圆形的。

19.根据权利要求18所述的微波热解反应器，其中，所述微波注入孔的直径等于或大于微波的波长。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的微波热解反应器，其中，所述细长中空体包括细长壁，所述细长壁在面向所述内腔的内部面和与所述内部面相对的外部面之间延伸，所述内部面和外部面之间的距离限定了所述细长壁的厚度，所述细长壁设置有至少一个流体接收腔，所述流体接收腔在入口和出口之间延伸以在该流体接收腔中接收温度控制流体，以便在产物被接收在所述反应器中时控制所述产物的温度，所述至少一个流体接收腔至少在所述细长壁的邻近底部体的底部部段内延伸，所述至少一个流体接收腔的宽度小于所述壁的厚度。

21.根据权利要求20所述的微波热解反应器，其中，至少所述细长壁的底部部段包括双壁结构，所述双壁结构包括由间隙间隔开的内部壁和外部壁，所述间隙流体连接到所述入口和出口以在所述间隙内传递所述温度控制流体，所述间隙对应于所述流体接收腔。

22.根据权利要求21所述的微波热解反应器，进一步包括插入到所述间隙中并与所述入口和出口流体连接的至少一个管。

23.根据权利要求22所述的微波热解反应器，其中，所述至少一个管与所述内部壁和外部壁物理接触。

24.根据权利要求22或23所述的微波热解反应器，其中，所述细长中空体是管状的，并且所述至少一个管围绕所述细长中空体的圆周延伸。

25.根据权利要求24所述的微波热解反应器，其中，所述至少一个管具有蛇形形状和螺旋形形状中的一种。

26.根据权利要求17至19中任一项所述的微波热解反应器，其中，所述至少一个流体接收腔形成流体连接在所述入口和出口之间的至少一个通道。

27.根据权利要求26所述的微波热解反应器，其中，所述至少一个通道具有直线形状、U形形状、蛇形形状和螺旋形形状中的一种。

28.根据权利要求20至27中任一项所述的微波热解反应器，其中，所述入口和出口中的至少一个位于所述细长管状体上。

29.根据权利要求17至28中任一项所述的微波热解反应器，其中，所述底部体和顶部体中的至少一个被能够移除地固定到所述细长中空体。

30.根据权利要求17至29中任一项所述的微波热解反应器，其中，所述封闭体还设置有以下中的至少一个：

提取孔，用于提取反应产物中的至少一些反应产物；

气体孔，用于从所述反应器中提取气体；

压力释放孔，用于保护所述反应器免于过压；以及

31.根据权利要求17至30中任一项所述的微波热解反应器，进一步包括用于在所述反应器内混合产物的搅拌装置。

32.根据权利要求17所述的微波热解反应器，其中，所述细长中空体是管状的并且设置有等于或大于微波的波长的内径。

33.一种用于热解产物的方法，包括：

开始热解初始产物，从而获得部分经热解的产物；

提取所述部分经热解的产物的一部分；

将提取的部分经热解的产物和另一待热解的产物混合在一起，从而获得混合产物；以及

热解混合产物，从而获得最终产物。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述开始热解初始产物包括：

将初始产物插入到微波热解反应器中；以及

传递第一微波到所述微波热解反应器中以加热所述初始产物；并且

所述热解混合产物包括传递第二微波到所述反应器中以加热所述混合产物。

35.根据权利要求34所述的方法，进一步包括注入微波吸收颗粒。

36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述注入微波吸收颗粒在所述传递第一微波之前进行。

37.根据权利要求35或36所述的方法，其中，所述混合产物包括浆料相。

38.根据权利要求37所述的方法，进一步包括在热解混合产物的同时连续地提取所述浆料相的一部分。

39.根据权利要求37或38所述的方法，进一步包括监测所述微波吸收颗粒和所述浆料相之间的温度差以及调节温度差至给定值，以便在所述混合产物中获得期望的反应。

40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述调节温度差是通过调节以下参数中的至少一个的值来进行的：

-所述微波吸收颗粒的质量；

-所述微波吸收颗粒的比表面积；

-所述微波热解反应器内的流体力学状态；以及

-所述第二微波的功率。

41.根据权利要求37中所述的任一种方法，进一步包括调节所述第二微波的功率与所述微波吸收颗粒的净表面积之比，以改变在所述浆料相中发生的反应的速率。

42.根据权利要求41所述的方法，进一步包括感测在所述热解混合产物期间生成的气体的流动速率，所述反应的速率基于所述流动速率来确定。

43.根据权利要求37至42中任一项所述的方法，进一步包括监测所述微波热解反应器内的浆料相的水平。

44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述监测浆料相的水平是通过监测所述微波热解反应器内的压力差并基于该压力差确定所述浆料相的水平来进行的。

45.根据权利要求33至41中任一项所述的方法，进一步包括：

提取在所述热解混合产物期间生成的气体；

冷凝提取的气体以获得冷凝的气相；以及

将所述冷凝的气相再循环到所述反应器中。

46.根据权利要求34至45中任一项所述的方法，进一步包括在所述传递第一微波之前预热所述微波热解反应器。

47.根据权利要求33至46中任一项所述的方法，进一步包括在所述混合之前过滤提取的部分经热解的产物。

48.根据权利要求33至47中任一项所述的方法，进一步包括在所述热解混合产物的同时搅拌所述混合产物。

49.根据权利要求48所述的方法，其中，所述搅拌混合产物是机械地进行的。

50.根据权利要求48所述的方法，其中，所述搅拌混合产物包括将惰性气体注入到所述混合产物中。