CN113939578A - 用于将塑料废物转化成石化产品的塑料油化设备、相应的裂解反应器以及相关的方法 - Google Patents

用于将塑料废物转化成石化产品的塑料油化设备、相应的裂解反应器以及相关的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于将塑料转化成石化产品的塑料油化设备，该塑料油化设备将易于建造、易于操作并且易于维护。操作将是能量和资源高效的。为了实现该目的，本发明提供了一种塑料油化设备，该塑料油化设备包括用于热解反应的裂解反应器(V.1)，其中，塑料、特别是聚烯烃转化成至少气化热解产物和烧焦物，并且该塑料原料化设备进一步包括单独的燃烧器(V.2)，裂解反应器(V.1)包括塑料入口端口，特别是塑料熔体流入口端口(5)、颗粒入口端口(23)、热解产物出口端口(6)以及烧焦物和颗粒出口端口(24)，燃烧器(V.2)包括烧焦物和颗粒入口端口(26)、燃烧空气入口端口(28)以及燃烧产物和颗粒出口端口(29)，裂解反应器(V.1)的烧焦物和颗粒出口端口(24)连接至燃烧器(V.2)的烧焦物和颗粒入口端口(26)，并且燃烧器(V.2)的燃烧产物和颗粒入口端口(29)连接至裂解反应器(V.1)的颗粒入口端口(23)，裂解反应器(V.1)和燃烧器(V.2)因此是包含大量固体颗粒的颗粒回路(94)的一部分，使得在操作期间颗粒从裂解反应器(V.1)循环至燃烧器(V.2)并返回，其中，裂解反应器(V.1)设计成使得裂解反应器(V.1)中的混合主要通过在裂解反应器(V.1)顶部处给送的、本质上与热解产物的流逆流的所述颗粒的流促进，而不需要机械混合装置。

Description

用于将塑料废物转化成石化产品的塑料油化设备、相应的裂 解反应器以及相关的方法
技术领域
本发明涉及塑料原料化设备，该塑料原料化设备还已知为塑料油化设备。本发明还涉及优选地在该设备中使用的裂解反应器。最后，本发明涉及用于将塑料转化为石化产品的相应方法。
背景技术
在所谓的塑料油化(PtO)设备中，塑料被转化为如油或柴油的石化产品。这通常涉及在裂解反应器中进行的称为“裂解”的热解过程。
更具体地，塑料废物不方便或不可以处理来进行机械回收，如果由聚烯烃(由不含比如氧、氮、硫等杂原子的碳和氢组成的聚合物)组合而成，则塑料废物可以通过所谓的裂解过程被转化成主要在碳数C1至C12与其他较重分子(C>12)之间的范围内的碳氢化合物的混合物。C1至C4的馏分对应于不可凝结的气体(即沸点低于25℃的化合物)，而具有36℃与216℃之间的沸腾温度的C5至C12的馏分在周围环境条件下是液体并且对应于煤油馏分、喷气燃料馏分、汽油馏分。实现转化成这些产品的裂解过程通常是在被称为裂解反应器的惰性(不含有氧气/氧化剂)环境中的热/催化降解(热解)。
可以在市场上获得的裂解反应器可以分为三个主要类别：
a)连续式反应器，在所述连续式反应器中，通过使用管内有导热油(或其他加热载体)流动的热交换管道、通过串联电阻中的对流导热将热传递到反应器中而直接提供加热。该方法受到很大关注，因为通过商用加热油所能达到的最大温度小于400℃并且随着温度增加其寿命变得较短。此外，由于碳与金属阳离子之间的化学作用，管道的外表面很快被含碳沉积物覆盖；该沉积物使热交换效率降低并且导致频繁的维护。由于加热管道混乱，在该反应器中的混合不太好并且形成了层流。由于塑料是很差的导热材料，该混合的缺乏会在任何情况中产生在该温度水平下低的不均匀的反应速率。
b)连续式或半连续式反应器，在所述连续式或半连续式反应器中，由浸入在反应器壁中的电阻或者诸如红外线或微波的其他外部源直接提供加热。在这些情况中，通过使用机械搅拌器来促进混合是必要的，因为反应器壁处的温度超过了目标平均温度。反应器内部的强烈混合具有涉及安全的缺点，因为螺钉在高速度下的密封会是困难的。用于加热反应器的电力的成本严重影响这种反应器的操作成本。
c)完全不同反应器是塞流反应器，比如旋转窑反应器和螺杆反应器。这些反应器通过具有可以忽略的返混的限定促进了沿着x轴不均匀的过程反应。遍及外表面(桶)朝向容纳在反应器内部的物质提供加热。物质内部的传递受到反应物质(该反应物质由于低雷诺数和低的导热系数具有低对流系数)所提供的内部阻力的限制。允许平坦的温度分布的有限直径严重限制了反应器的最大能力。
发明内容
本发明解决的问题
根据本发明的第一目的是提供一种用于将塑料、特别是熔融塑料废物转化成石化产品的塑料原料化设备或塑料油化设备，该塑料原料化设备或塑料油化设备克服了与现有技术有关的上述问题。更具体地，该塑料油化设备将易于建造、易于操作和易于维护。操作将是具有高回收率的能量和资源高效型的。第二目的是提供一种用于优选地在该设备中使用的裂解反应器。该裂解反应器也应该是易于建造的、易于操作的和易于维护的。特别地，该裂解反应器应该设计成用于给送的材料的快速和高效的加热和混合。第三目的是提供一种用于通常操作塑料油化设备并且特别是裂解反应器的相应方法。第四目的是提供一种将塑料转化为石化产品的相应方法。
解决问题的方法
根据本发明，通过根据权利要求1所述的塑料原料化设备或塑料油化设备实现第一目的。通过根据权利要求12所述的裂解反应器实现第二目的。通过根据权利要求17所述的方法实现第三目的。通过根据权利要求30所述的方法实现第四目的。
有利的实施方式和基本概念的改进方式公开在从属权利要求中和随后的描述中。
本发明基于以下考虑：执行塑料油化转化的设备的关键装置是发生裂解的反应器(裂解反应器)，但是所有其他装置的作用是至关重要的以保证整个过程的能量可持续性、产品的质量以及操作的正经济收益。
本着这种精神，权利要求1提出了：
一种用于将塑料、特别是塑料废物转化成石化产品的塑料石油化或塑料原料化设备，该设备包括用于热解反应或热化学过程的裂解反应器，其中，塑料、特别是聚烯烃转化成至少气化热解产物和烧焦物，并且该设备进一步包括单独的燃烧器，
裂解反应器包括塑料入口端口特别是塑料熔体流入口端口、颗粒入口端口、流体产物出口端口以及烧焦物和颗粒出口端口，
燃烧器包括烧焦物和颗粒入口端口、燃烧空气入口端口以及燃烧产物和颗粒出口端口，
裂解反应器的烧焦物和颗粒出口端口流体地/流动方向地连接至燃烧器的烧焦物和颗粒入口端口，并且燃烧器的燃烧产物和颗粒出口端口优选地经由流体/颗粒分离器流体地/流动方向地连接至裂解反应器的颗粒入口端口，
裂解反应器和燃烧器因此是包含大量——优选地但不是必需地惰性——固体颗粒的颗粒回路的一部分，使得在操作期间颗粒从裂解反应器循环至燃烧器并返回，
其中，裂解反应器设计成使得裂解反应器中的混合主要或者甚至专有地通过在裂解反应器的顶部处给送的、本质上与热解产物流逆流的颗粒的流促进，而不需要机械混合装置。
因此，从裂解反应器排出的烧焦物作为主要燃料被给送到燃烧器中，同时，优选地惰性颗粒将燃烧热从燃烧器传递至裂解反应器内的塑料溶体并且支持裂解反应器中的搅拌。在同样的循环中，颗粒被清理脱离在燃烧器中从在裂解反应器中附聚的热解残留物。这种方式，在由裂解反应器和燃烧器组成的双系统中实现高效和资源节约型的裂解和燃烧循环。
遍及该描述，术语“烧焦物”理解为广义的并且包括从裂解反应器中的热解反应获得的不能被送至分馏或蒸馏柱的那些残留物，所述残留物包括重质(例如碳数>20)碳氢化合物。
优选地，颗粒包括石英和/或硅砂和/或陶瓷涂覆的球粒。甚至可以使用催化颗粒，催化颗粒例如由氧化铝材料制成，具有优选地在1800kg/m3至3000kg/m3的范围内的颗粒密度，并且尺寸优选地在50微米至400微米的范围内。总之，密度和尺寸优选地表征在Geldart分类的组A或组B中的颗粒。
在优选实施方式中，用于将颗粒从由燃烧器排出的流中的流体燃烧产物中分离的流体/颗粒分离器包括旋风分离器。代替旋风分离器，可以使用任何其他气固分离器或流固分离器，比如非机械阀(例如L阀、V阀等)。该分离器可以通过管线部分连接至燃烧器的燃烧产物和颗粒出口端口，或者替代性地，该分离器可以结合到燃烧器中。在后一情况中，燃烧器可以包括用于颗粒和用于流体燃烧产物的单独的出口端口。
在优选的实施方式中，烟气管线从流体/固体分离器的烟气出口引导至优选地包括净化单元的烟气处理设施。
优选地，裂解反应器的热解产物出口端口经由热解气体排放管线连接至分馏部分和/或蒸馏柱，在分馏部分和/或蒸馏柱中，热解排放气体被转化为石化产品。
在特别有利的实施方式中，热传递回路设置和构造成将热从上述烟气管线内的烟气流传递至引导至蒸馏柱的热解气体排放管线内的气态热解产物流。因此，气态热解产物流在进入蒸馏柱之前以再利用的方式被加热，由此提高蒸馏过程的效率。
优选地，热传递回路包括作为热传递介质的导热油。热传递回路可以进一步包括主动式热泵。
优选地，热解产物再循环管线连接至裂解反应器，使得在操作期间，冷凝的(“重质”)热解产物至少部分地再循环到裂解反应器中。被冷却介质流经的热交换器可以用于冷凝。热解产物流的液态部分和气态部分的分离可以在液体/气体分离器中进行。
在另一有利实施方式中，热交换器布置在烟气管线中，使得热交换器将烟气管线内的烟气流的热传递至引导至燃烧器的燃烧空气入口端口的燃烧空气供给管线内的燃烧空气流。因此，燃烧空气流在进入燃烧器前以再利用的方式被加热，从而提高燃烧的效率。
优选地，回收烟气返回流管线从分馏部分或蒸馏柱引导至燃烧器。因此，除了由在裂解燃烧循环中产生的含碳的中间产物组成的主要燃料之外，从给送到设备中的塑料输入中重新获得的石化产品的一小部分可以在燃烧器中作为附加燃料使用。
此外，回收燃料气体管线优选地从分馏部分或蒸馏柱引导至联接至发动机的燃烧发动机。因此，从给送到设备中的塑料输入重新获得的石化产品的一小部分可以用于为设备内的各种装置生产电力。
优选地，燃烧器包括或实现为夹带流提升管。这在下面进一步说明。
特别是用于在上述塑料油化设备但是也可以在其他设备和技术工艺中使用的有利裂解反应器具有反应器容器，该反应器容器包括底部部分、中间部分和顶部部分，该反应器容器进一步包括通向底部部分或中间部分的塑料入口端口特别是塑料熔体流入口端口、引导到通向中间部分并且还优选地(部分)通向顶部部分的通道中的颗粒入口端口、从顶部部分排出的热解产物出口端口、以及从底部部分排出的烧焦物和颗粒出口端口。
优选地，塑料入口端口将塑料熔体流给送到环形室中，该环形室经由多个分布器、特别是喷嘴通向反应器容器的中间部分，该分布器能够将具有例如100bar的大小的高压的高粘度塑料熔体喷射到容器本体中。优选地，该压力在50bar至80bar的范围内或者甚至更大，使得喷射到反应器容器中的熔融聚合物形成液状熔体。特别地，环形室或增压室位于底部部分中并且围绕烧焦物和颗粒出口端口。
优选地，用于将颗粒(再)引入的所述管道实现为外反应器容器壁与热传导内分隔壁之间的间隙。更大的反应器安装有竖向立管以促进颗粒从顶部至底部的均匀分布。
在上述塑料油化设备的优选应用中，裂解反应器设计成专门地通过进入反应器容器的输入流加热，特别是通过(优选地预加热的)塑料输入流和来自单独的/外部的燃烧器的热颗粒流加热。这意味着不存在额外的加热装置。
优选地，裂解反应器设计成专门地通过进入反应器容器的输入流特别是输入塑料流、颗粒流并且可以是回收液体热解产物流完成搅拌和/或混合。这意味着不需要或不存在机械的或可移动的或者其他的混合或搅拌装置。
为了支持该目的，裂解反应器优选地设计成用于反应器容器内部的主要湍流状态。
关于用于操作上述塑料油化设备的方法，将从裂解反应器排出的烧焦物作为主要燃料给送到燃烧器中，其中，使颗粒在颗粒回路内从裂解反应器循环至燃烧器并返回，由此将燃烧热从燃烧器传递至裂解反应器内的塑料熔体并且支持裂解反应器内的搅拌。颗粒在燃烧器中清洁脱离附聚在裂解反应器中的热解残留物。
优选地，将输入塑料熔体流连续地给送到裂解反应器中。
此外，优选地将颗粒流连续地或准连续地给送到裂解反应器中。准连续地意味着例如在给送管线中的旋转阀或类似物的操作期间给送可以以相对较短的时间量中断，该相对较短的时间量足够短以避免降低反应器中的温度。旋转阀的作用是在分离器出口与流被引入裂解反应器的点之间产生静压压头并且在大型裂解反应器的情况中有利于颗粒流的分布；在该情况中，颗粒流优选地被引入多于一个唯一点。旋转阀可以由允许控制分布的其他装置替代，比如例如类似于位于底部用于提取颗粒和烧焦物流的机械进料器类似的机械进料器。
在优选实施方式中，专门地通过进入反应器容器的输入流加热裂解反应器，特别是通过塑料输入流和来自燃烧器的颗粒流加热裂解反应器。因此，不需要诸如电加热器或加热回路的其他加热装置。
类似地，优选地通过进入反应器容器的输入流完成裂解反应器内的搅拌和混合，而没有任何其他的混合或搅拌装置。
在优选实施方式中，将燃烧空气流在进入燃烧室之前通过包含在从燃烧器排出的烟气流中的热以再利用的方式加热。
在另一优选实施方式中，将从裂解反应器排出的气态热解产物流在进入蒸馏柱之前通过包含在从燃烧器排出的烟气流中的热以再利用的方式加热。
在另一优选实施方式中，来自裂解反应器的气态热解产物流进入分馏部分和/或蒸馏柱以被转化成石化产品，例如重质残留物流、柴油流、轻碳氢化合物流和/或不可冷凝气体流。
有利地，将从分馏部分或蒸馏柱排出的不可冷凝气体流作为附加的燃料给送到燃烧器中，如以上结合根据装置权利要求所说明的。
为了促进以相当高的转化率裂解，裂解过程所需要的温度应该高于430℃但低于500℃，以便避免气体馏分产物不期望的增加。因此，优选地将裂解反应器内的温度设定在所述范围内。
优选地，将燃烧器内的温度设定在700℃至1000℃的范围内。
在优选实施方式中，通过设定燃烧空气流动速率、燃烧空气温度和/或回收燃料气体返回流速率来控制燃烧器内的温度。
相应地，优选地通过设定如上所述的燃烧器内的温度、塑料给送速率和/或颗粒流速率来控制裂解反应器内的温度。
最后，本发明提出来一种将塑料转化成石化产品的方法，其中，将塑料和大量热颗粒给送到用于使塑料经受热解反应的裂解反应器中，其中，将热解期间产生的烧焦物与颗粒一起从裂解反应器排出，烧焦物和颗粒一起给送到使烧焦物在空气的供给下燃烧的单独的燃烧器，其中，将颗粒从燃烧器提取并且再次给送到裂解反应器中，并且其中，将流体热解产物从裂解反应器提取出并且给送到蒸馏柱中，以将流体热解产物转化成石化产品，并且其中，主要地或者甚至专有地通过在裂解反应器的顶部处给送的、本质上与热解产物的流逆流的所述颗粒的流来促进裂解反应器中的混合，而不需要机械混合装置。
换言之，塑料熔体本质上从反应器的底部朝向顶部喷射，同时细粒的颗粒或微粒从顶部给送(本质上逆流)并且朝向底部下落，从而导致自维持的高度湍流混合状态。
以上的解释和说明以类似方式应用于设备的操作。
本发明的效果
根据本发明的设备的概念可以总结如下：
在裂解反应器内，加热和混合是通过相同介质来在不具有处于运动的机械部件并且没有外部加热的情况下提供的。这避免了热点/表面和相关的碳化、来自密封件(管、螺栓等)的可燃气体的损失并且允许用于物质传递和热传递两者的反应器的“完美搅拌”行为。因此，由于通过加热来控制，动力学是快速的(例如在450℃下，本征动力学太快以至于相对于加热速率可以忽略不计)。
通过在反应器顶部处给送的、本质上与热解产物逆流的热颗粒流来促进反应器中的混合。热颗粒与液体和气体进行热交换，由此促进均匀的传递。在颗粒与较重产物和碳附聚在一起的底部处，非机械阀将颗粒和粘附在颗粒上的碳运输至使碳燃烧的循环流化燃烧器，颗粒在例如900℃被清洁和加热。安装在燃烧器的顶部的处、优选地配备有旋转阀的旋风分离器或类似的分离器将再生的颗粒给送回反应器。
该概念避免了提供加热的任何昂贵的方法、在反应器内部的任何机械部件和碳的废弃，并且允许通过简单增加热颗粒的能量流(可以调节燃烧器中的颗粒质量流量和温度两者)来控制反应器中的温度水平。快速的动力学、混合和合适的停留时间将允许避免将热解产物回收至反应器。
因此，根据本发明的设备和反应器设计的关键特征是促进裂解反应器中快速和均匀的加热以及快速和良好的混合的高效的装置和方法。
根据本发明的设备以及对应的装置和工艺克服了与现有技术相关的所有上述缺点，特别是：
a)根据本发明的裂解反应器通过直接交换来加热，因此，完全避免了现有技术已知的非直接方法(例如加热的油、电力、微波、红外等)及其缺点。
b)反应器充分混合而不需要机械装置。
c)加热是快速的和均匀的。
d)通过使用工艺残留物与副产物的化学能量来获得加热反应器的能量，由此节省了非再生原料并且降低了操作成本。
附图说明
在下文中，参照附图对本发明的示例性实施方式进行描述。
图1借助示意性工艺流程图提供了根据本发明的所谓的塑料油化(PtO)设备和将塑料废物、特别是聚烯烃废物转化为石化产品的相关过程的概述，为了增加易读性，图1被分成对应的子图图1a、图1b和图1c三个部分。
图2示出了根据图1的塑料油化设备的裂解反应器和燃烧器的纵向概图，其中，通过箭头指示操作期间的流动情况。
图3示出了裂解反应器的详细概图。
图4示出了图3的变型。
图5示出了用于根据图1的设备中的核心过程的物质和能量平衡的示意图。
遍及附图，对应的或功能性的等同元件指定有相同的附图标记。
具体实施方式
本发明基于以下一般观察。
塑料废物：市场与费用。
最初涉及塑料废物市场：如今，小部分收集的实际被送至机械回收的塑料局限于PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和HDPE(高密度聚乙烯)。其余部分的聚烯烃如LDPE(低密度聚乙烯)、PP(聚丙烯)或聚苯乙烯(PS)市场情况不好并且其价值低。所有加工的聚合物、包含杂原子(氧、氮、氯、硫……)的那些聚合物、多层化合物和其他物质注定按照原样或者在加入其他废物(第二燃料)之后进行能量回收。
正确设计化学处理设备的关键点与用作化学过程的进料的塑料源有关：该塑料源必须如何组成、通过哪种聚合物和以什么比例组成；可以从哪里获得和怎样获得、以多少垃圾倾倒费获得塑料源。市场调研显示由所谓的材料回收设施内的分选导致的混合的塑料包括适用于化学转化的大部分材料，但是该混合的塑料在成为合适的进料之前需要严格的分选、清洗和调整。以经济观点来看，在像意大利这样具有焚化炉能力不足的国家中，该塑料混合已经具有负的垃圾倾倒费(处理成本)。像德国这样的国家在近几年已经将从其他国家入口的许多废物的费用增长了两倍，并且设置规定以避免建造进一步的垃圾填埋场和传统的焚化炉。另一令人感兴趣的点是，“废物出口”仅可以面向下述国家，所述国家采用欧盟指令用于废物管理和环境保护，并且将欧盟指令应用到执行回收/再利用操作(R操作)同时弃置(D)操作是被禁止的工厂中。该限制阻止了对进行任意填埋的第三国家的出口。
塑料废物：类型。
一旦塑料源被确定，就必须选择与塑料废物特性和产品质量标准有关的技术。适用于PtO转化的塑料废物是聚烯烃类(比如HDPE、LDPE、PP、PS)、通常作为混合物提供，但是可以在市场上获得的具有高的负垃圾倾倒费的塑料废物是包括PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PVC(聚氯乙烯)、纸等其他材料的混合物。这导致了被称为分选设备的必要性：该分选设备可以结合有或不结合有PtO。结合的优点是：给送至PtO的塑料质量的控制、垃圾倾倒费的收入、整个过程(能量效率)的优化。缺点是：要考虑资本支出中更高的投入、用于安装和储存的更大的区域、更多的交通的影响、关于对环境的影响的问题。
塑料废物：分选和预处理。
在以下描述中作为参照的塑料废物是能够市场上获得的(具有较高的垃圾倾倒费的)较差的混合(含有大量异物)。由能够通过尺寸、密度以及聚合物类型进行分选的装置组成的分选设备将移除含铁的金属、铝、纸和纺织品、玻璃和嵌入物、PET、PVC并且将生产被送至粉碎机的聚烯烃混合物。在粉碎之后，在烘干机内使用热空气进行烘干，优选地，热空气具有固定在10％的一定湿气程度(热空气优选地通过PtO本身作为如下面进一步描述的PtO预期操作的副产物产生)。清洁、干燥并且均匀的塑料碎屑流在被送至以下段落中详细描述的PtO管线之前被送至缓冲器。
总体设备设计和过程描述。
图1a、图1b和图1c通过示意性工艺流程图提供了根据本发明的所谓的塑料原料化设备或塑料油化(简化为PtO或P2O)设备以及在用于将塑料特别是聚烯烃废物转化成石化产品/原料(特别是油和燃料气体)的设备的操作期间的相关工艺的概述。如从先前和随后的描述中明显的是，取决于在反应器和燃烧器核心过程下游的应用和技术设备，可以产生各种石化产品或原料。因此，有时在该描述中为了简洁性而使用的公知的术语“塑料油化设备”也包括除了油之外的其他最终产品。因此，每个“塑料油化”的实例可以由“塑料原料化”或“塑料石化原料化”代替。
附图分为由虚线围绕的各部分，各部分的意义将从随后的描述中明显：100-110-120-130是反应部分；200是冷却、分馏和储存热解产物的部分；220是将从液体馏分中分离的燃料气体送至能量回收的部分；230是具有热回收的烟气和废气冷却部分；300是水回路；310是烟气和废气的净化部分。
处于环境温度下的塑料废物的输入流F1通过可商购的进料和预调节装置E.1进入设备，该塑料废物的输入流F1在此是先前经分选、清洗、粉碎和干燥的并且优选地具有10％的最大湿气量和优选地1％的最大氯馏分的聚烯烃混合物。该进料和预调节装置E.1优选地能够促进稠化、加热、脱气(特别是关于湿气和在存在氯的情况下的盐酸)和塑料的完全熔化。通常在300℃下的预处理过程的废气流F3在被送至进一步的清洁阶段和最终排放到环境中之前经由废气管线2被送至净化单元E.4进行清洁。在优选地400℃下优选地为低粘度流体流的熔融流F2经由还被称为输入给送管线的塑料熔体流给送管线4被送至在下面进一步详细描述的裂解反应器V.1，在塑料熔体流入口端口5处进入反应器容器。
在裂解反应器V.1中，给送的塑料熔体优选地在450℃至500℃范围内的工艺温度下经受热化学裂解或热解过程。来自裂解反应器V.1的主要输出流、即热解产物输出流F4由热解产物组成，该热解产物在优选地450℃至500℃(取决于反应器操作的设定值)的所述温度下经由热解产物出口端口6和随后的热解产物输出管线7离开。该流F4被送至热交换器1(也标记为HE.1)，该热交换器1通过使温度从所述值降低至优选地260℃来移除热。具有高分子量的热解产物的馏分冷凝并且变成液体。因此，热交换器1可以被看作是部分冷凝器。在热交换器1中，从流4中移除的热被传递至优选地是冷却水的冷却介质流。该冷却介质在优选地15℃下从冷却介质供给管线10处进入热交换器1，并且在优选地80℃下经由冷却介质排出管线12离开。对应的冷却介质供给和再冷却装置/系统在图1c中指出(部分300)，但在此不需要详细描述。
离开热交换器1的冷却热解产物的流经由连接管线14被引导到气液分离器16(也标记为S.1)中，其中，液体成分被从气体成分中分离。气态热解产物流F10经由热解气体排放管线18流出以进行下述的进一步处理。从分离器16排出的也称为回收重质产物流的液体热解产物流F6经由热解产物再循环管线20在优选地260℃下在裂解反应器V.1中再循环，并且在回收热解产物入口端口21处进入反应器容器以经历进一步的裂解并且将分子量降低到期望范围内。如果重质馏分小，则可以不使用循环至反应器的该部分冷凝器。
由在称为燃烧反应器或简化为燃烧器V.2的另一反应器中预加热的颗粒组成的称为(回收)颗粒流F7或替代性地回收流的另一流经由(回收)颗粒给送管线22和(回收)颗粒入口端口23在例如750℃下进入裂解反应器V.1，由此借助于反应器容器内部的混合流的直接热交换而增加达到热解反应的期望温度所需的显热。颗粒、特别是石英和/或硅砂和/或陶瓷涂覆球粒等在裂解反应器V.1与燃烧器V.2之间连续循环以支持如下面详细描述的裂解反应器V.1中的热解过程。本质上，所述颗粒不直接参与化学热解反应或仅在小范围参与化学热解反应，并且因此被看作是催化剂和/或惰性颗粒。
该颗粒与由聚合物裂解(也叫作热解)产生的含碳固体馏分(简称为：焦炭或烧焦物)一起从裂解反应器V.1的底部经由烧焦物和颗粒出口端口24和烧焦物和颗粒出口管线25在对应于裂解反应器V.1内部温度的温度下、优选地在450℃下被提取出来。烧焦物和颗粒流F5被处理并且借助于运输和计量系统E.2以受控的速率经由烧焦物和颗粒入口端口26在所述温度下处理并给送到燃烧器V.2中。在该上下文中也称为计量管线的烧焦物和颗粒出口管线25保持在轻微负压下以便避免氧气进入(从燃烧器V.2回流)到反应器V.1中。这通过抽吸泵p3实现，该抽吸泵p3在入口侧经由抽吸缓冲器E.5流体地连接至运输和计量系统E.2并且在出口侧排出到燃烧器V.2中。
空气实际上经由燃烧空气供给管线27和燃烧空气入口端口28作为燃烧空气流FA2被给送到燃烧器V.2中，以便促进来自反应器V.1的含碳材料的燃烧。在于燃烧空气入口端口28处进入燃烧器V.2之前，通过空气泵/鼓风机p7(空气流FA1)从环境抽取的空气优选地(在部分230中)被预加热以达到优选地250℃，如下面进一步描述的。使用过量的氧气和合适的停留时间来保证与由裂解反应器V.1提取的颗粒相混合的碳和残留物的完全燃烧。
燃烧器V.2优选地是表观气体速度远大于颗粒终端速度(参见下面的详细描述)的夹带反应器。以该方式，颗粒被清洁脱离粘附在其上的残留物，所述残留物为在裂解反应器V.1的先前的热解过程中附聚的残留物。在燃烧器V.2中的燃烧过程期间，例如在750℃下，颗粒由于放热反应而被加热，并且然后随着烟气沿着反应器提升器并且经由燃烧产物和颗粒出口端口29和燃烧产物和颗粒输出管线30(作为例如750℃下的燃烧产物输出流F19)从燃烧器V.2离开运输至流体/固体分离器90，该流体/固体分离器优选地是旋风分离器S.2。
在旋风分离器S.2中，颗粒从燃烧烟气中分离。也被称为(回收)颗粒流F7或回收流的热颗粒流在优选地750℃下经由以上已经描述的(回收)颗粒给送管线22和(回收)颗粒入口端口23被引导至裂解反应器V.1。旋风分离器S.2与裂解反应器V.1之间的颗粒给送管线22内的颗粒缓冲器S.3借助于抽吸泵p2保持在非常轻微的负压下，以保证引导至裂解反应器V.1的回收颗粒流F7中没有烟气。因此，抽吸泵p2在入口侧流体地连接至缓冲器S.3并且在出口侧流体地连接至烟气管线32(参见以下段落)。
因此，裂解反应器V.1和燃烧器V.2是包含大量固体颗粒的颗粒回路94的一部分，使得在操作期间颗粒从裂解反应器V.1循环至燃烧器V.2并返回。
来自旋风分离器S.2的烟气流F22和来自缓冲器S.3的净化气体流F21在管线连接件31(三通阀)处混合并且作为烟气流F23在优选地750℃下经由烟气管线部分32被送至热交换器HE.2(优选地是干式冷却器)和将热的一部分传递至燃烧空气流FA1/FA2的热交换器HE.3。烟气流F23.3然后被送至另一热交换器HE.4(冷却器)以便将烟气温度降低至100℃以下。在该温度下，烟气流F23.4可以被处理至净化单元E.4。整个热交换器管线可以适用于特定情况以便优化热回收。热流例如可以用于对分选管线中的塑料碎屑的空气干燥器进行给送。
来自分离器16的气态热解产物流F10/F10.1经由分馏气体输入管线34并且通过使用泵p4进入联接至热交换器HE.5的部分冷凝器S.5，由此在260℃以下(部分210)的温度下产生冷凝的热解产物流F11或“合成原油(syncrude)”(合成原油(synthetic crude oil))。在热交换器HE.7内的最终冷却过程之后，这些产物储存在油箱T.1中用于进一步的输送和使用。
离开部分冷凝器S.5的汽相物被送至联接至热交换器HE.6的第二冷凝器S.6以完成冷凝并且完成不可冷凝气体(流F15)与液相物(流F14)之间的随后的分离。后一流F14借助于泵p8输送到混合阀v6中，流F14与“重质”流F11在该混合阀v6中混合。流F14处于25℃下，同时流F11处于较高的温度(优选地为260℃)下；流F14和流F11混合产生的流F12在被储存在油箱T.1中之前必须经由热交换器HE.7冷却至50℃或更低的值。
分馏部分210的冷凝器S.5和冷凝器S.6内的所述冷凝过程具有两个目标：a)分离将要被处理至发动机的不可冷凝气体(参见下文)并且内部没有油滴；b)在初期而不是在稳定状态条件等情况下，分离最重质的馏分(温度>260℃)，以避免该馏分与轻质流混合。在这些情况中，阀v6中断与流F11的连接，该流F11附聚在冷凝器S.5中或被脱离到不符合要求的罐(未在附图中示出)中。
明显地，可以安装蒸馏柱通过实现更多流的有效分馏(NCG、喷气燃料、汽油、煤油、杂质)来代替该过程。该选择由经济原因和距精炼厂地点的距离驱动。
不可冷凝气体流F15经由不可冷凝气体管线35被送至将流F15分为两个流的控制三通阀v8：首先，可以是零的回收烟气返回流F16在优选地25℃下经由回收烟气返回管线38和回收烟气入口端口39(参见图1a)被送至燃烧器V.2，以便为燃烧提供附加的燃料并且保证燃烧器V.2的初始操作温度，并且因此达到热颗粒流F7的期望温度。其次，流F15的较大部分作为回收烟气流F17经由回收烟气管线40被送至燃烧发动机E.3，在该燃烧发动机E.3中，空气流、优选地预加热空气流FA2的部分流也被给送以产生烟气和电能。产生的电量是可变化的，但是约0.4kWh/kg的聚烯烃给送流F2是通过由燃料气体给送的发动机E.3产生的。烟气经由烟气管线42被送至烟气处理装置并且通过烟囱E.6离开设备。
回到由燃烧器V.2产生、通过烟气管线部分32从旋风分离器S.2抽出的烟气，在热交换器HE.2之后，该烟气作为烟气流F23经由烟气管线部分44被送至另一热交换器HE.3，以便在期望温度下加热燃烧空气流FA1/FA2。在目前情况下，流FA2的预加热温度已经被设定为优选地250℃。在经过热交换器HE.3之后，取决于设备的大小和可能的热使用，在优选地510℃下的烟气流F23.3经由烟气管线部分46被引导至干式冷却器HE.4或者冷却塔。这导致烟气温度在与净化操作(优选地<130℃，在本示例中<120℃)相符合的温度下。随后的净化单元E.4——烟气流F23.4经由烟气管线部分48被引导该净化单元E.4——利用废气流将从燃烧器V.2释放的烟气颗粒球粒除去、降低温度并且实现盐酸清除。该因此清洁的烟气流F24通过烟囱E.6离开设备。
在图1b所示的示例性实施方式中，烟气泵p6或鼓风机切换至热交换器HE.2与热交换器HE.3之间的烟气管线部分44，以便提供烟气流。替代的或额外的烟气泵可以切换至其他部分，例如烟气管线的部分32、46、48。烟气管线部分的整体、特别是部分32、44、46、48构成了烟气管线92。
整个设备通过图1c的部分300中所示的现有技术的辅助设施而完整，所述辅助设施比如为淡水供给装置、冷却水供给装置、用于蒸馏产物的贮存器、相应的管线、阀和泵。然而，这些辅助设施没有结合至本发明的工作，并且因此不需要在此详细描述。
裂解反应器概念的详细描述。
用于根据图1a的设备的裂解反应器V.1优选地是双区域反应器，在该双区域反应器中，通过本质上两种输入流在中间区域中确保连续搅拌釜反应器(CSTR)行为并且在顶部区域中实现层流(PFR)行为，这两种输入流为：主要类型专用于塑料输入流F1，优选地处于熔融状态如流F2，并且优选地但不是必须地，通过回收液体(重质)热解产物流F6来补充，在需要的情况下通过泵来推动，同时，另一种是由优选地惰性颗粒(石英或硅砂、陶瓷涂覆球粒等)组成，所述惰性颗粒优选地具有在50微米与几毫米范围内的平均直径以及高硬度和热容。该(回收)颗粒流F7事先在称为燃烧器V.2的另一反应器中加热，在该燃烧器V.2中，期望的焓被传递至沙粒的给定质量流量(详见接下来的部分)。关于裂解反应器V.1的输入流和输出流的基本拓扑(topology)也在图2中可见，图2描述了有利实施方式的空间结构以及在操作期间发生在反应器V.1中的反应器V.1中的颗粒和热解产物的主要流动形式。
图2还示出了裂解反应器V.1与燃烧器V.2之间的特殊连接。燃烧器V.2通过由烧焦物和颗粒产生的主流F5/F8以及回收烟气流F16给送，并且在需要的情况下，还通过预加热空气流FA2给送。预加热空气流FA2具有关键作用以沿着燃烧器V.2提升器提供颗粒的运输从而保证运输状态。气体速度取决于颗粒性质；在示例中，烟气速度为约5m/s。燃烧器V.2的燃烧产物和颗粒出口端口29高于进入裂解反应器V.1的颗粒入口端口23定位，并且因此，进入裂解反应器V.1的颗粒回流由重力支持。
包含在颗粒流F7中的显热导致裂解反应器V.1内的温度达到大约为优选地480℃的期望范围。由于与塑料流结合的大量颗粒(例如350微米沙粒>4亿)以及现在将更详细描述的反应器的特殊设计，裂解反应器V.1内的混合输入流之间的热交换率非常快。颗粒的质量流量与聚合物流之间的质量比约为3，但是该质量比可以随不同的颗粒或聚合物而变化。图2示出了颗粒的回路94以及将烧焦物/焦炭残留物从反应器V.1底部贯穿端口24运输至运输螺旋管线25、运输至燃烧器V.2的底部的路径。在此，贯穿端口28引入的空气流FA2沿着柱运输颗粒并且燃烧烧焦物/焦炭。可以具有布置在提升器不同高度处的若干燃烧空气入口端口28。在出口处，旋风分离器S.2或其他等效装置将燃烧产物和颗粒输入流F19分离成颗粒流F7和烟气流F22。
因此，图3示出了根据图1和图2的塑料油化设备的有利裂解反应器V.1的纵向概图，其中，内部材料的密度通过阴影指示。深色阴影与具有有限间隙率的高密度颗粒有关。
裂解反应器V.1包括竖直的反应器容器60，该反应器容器60从顶部至底部依次包括：
·位于顶部处的本质上球形或帽罩状的帽/盖62；
·本质上筒形的主体(部分III)；
·渐缩的或变窄的或双锥状的部分(部分II)；以及
·位于底部处的本质上筒形的出口部分(部分I)
其中，具有周向室，在该周向室中，熔融聚合物被处理成从底部区域至顶部区域喷射到部分II中。在部分II中，反应器容器60的直径从底部向顶部增大，并且在一定高度或体积后，该直径向顶部减小，也就是说从与部分II关联的值减小至与部分III关联的(较小的)值。部分III和部分II一起大体上具有倒置的漏斗形状。
部分III内的内部空间被内分隔壁64本质上分为两个子空间：首先是由分隔壁64围绕/包围的内部空间74，并且其次是分隔壁64与反应器容器壁70之间的间隙72。分隔壁64提供了材料阻挡部但是优选地是导热良好的。更准确地，分隔壁64包括本质上筒形的分隔壁部分66和本质上球形或帽罩状的分隔壁帽68，分隔壁部分66与反应器容器60的筒形主体的同轴布置，分隔壁帽68遵循反应器容器60的帽62的轮廓。因此，分隔壁64与反应器容器壁70之间的间隙72包括环状/环形的周向部分(下降管通道80)和弯曲的顶部部分，周向部分和顶部部分整体限定了图2的截面图中的围绕内部空间74的互连的(倒置的)U状间隙72或通道。在分隔壁64的大致定位在从部分III至部分II的通路/过渡部的高度处的下端部处，间隙72在扩大之后经由下开口76通向反应器容器60的内部。分隔壁64至反应器容器壁70的距离选择成使得间隙72的宽度与反应器容器60的总直径相比较小。换言之，与相对宽的内部空间74相比，间隙72限定了窄的周向通道。
在部分II内从反应器容器壁70突出到反应器容器60内部中的周向阻挡部77可以具有不同的倾斜角和长度。所述周向阻挡部77允许将经由开口76排出的颗粒流的竖向速度矢量转变为切向矢量，由此允许或支持反应器容器60内部的混合。阻挡部77允许影响从相邻开口/喷嘴喷射的颗粒和聚合物的停留时间，由此避免颗粒和聚合物在没有合适的反应时间的情况下下降到底部容器中。
分隔壁64优选地包括(与下开口76相比)较高的多个孔或开口78，所述孔或开口78优选地在竖向(缸筒状的)区域上均匀分布，由此限定从间隙72至内部空间74、绕过周向下降管通道80的小的流通路。取决于规模，开口76可以存在或不存在。
构造和几何形状的细节可以变化，但是在此重要的是外壁与内壁(双壁)之间的间隙72。如下面进一步描述的，间隙72为进入的热颗粒流F7提供了流动通道，该热颗粒流F7与反应器容器60的内部空间74内的产物流处于热交换关系，并且该热颗粒流F7具有明确限定的出口几何形状以便促进不同的流混合。
塑料/聚合物流通过给送管线4的管在优选地大于50bar的压力下被送到优选地周向容积或室82中，该周向容积/室82在部分I处围绕筒形烧焦物和颗粒出口定位，并且该周向容积/室82经由在圆锥状过渡区域的容器壁中的多个分布的开口或通孔(分布器)特别是喷嘴84连接至部分II。该分布器或喷嘴84优选地在环形圆锥区域的圆周上均匀地或一致地分布并且它们优选地在阻挡部77的下方。室82与容器60之间的压力差在反应器的部分II内部产生颗粒/聚合物流的高速流。优选地环形室82或增压室用作将进入的塑料熔体流分布至分布器或喷嘴84的分布环。
由于通过进料和预调节装置E.1实现的驱动力，在环形室82或增压室中达到优选地大于50bar的压力，并且该压力与喷嘴84(参见图3和图4)的形状和尺寸相关联，进料和预调节装置E.1优选地包括挤压机。该值取决于喷嘴84的压降。具有给定的尺寸和形状的给定数量的喷嘴84允许产生超过50bar的压降，以将加压流推进到反应器容器60中，使得喷射的熔融聚合物呈液状状态(在对应的密度阈值以上)。
因此，在进料和预调节装置E.1中的塑料废物输入流F1的预调节之后，运载输入塑料熔体流F2的给送管线4经由塑料熔体流入口端口5和大致在部分II处的喷嘴84排放到反应器容器60中。运载回收液体(重质)热解产物流F6的热解产物再循环管线20贯穿再循环管线20和入口端口21优选地排放到反应器容器60中，入口端口21优选地定位在部分II中的阻挡部77上方。替代性地，优选地在部分I的高度处，可以具有通向反应器容器60的单独的排出开口。如果重质馏分产生的量少或完全没有产生，可以不存在再循环管线20。
运载来自燃烧器V.2的清洁和加热颗粒的回收颗粒流F7的回收颗粒给送管线22优选地在顶部盖62的中央处排出到容器的顶部区域中。因此，热颗粒流喷射到间隙72中并且可以分成两部分：首先是环形下降管通道80中的向下流，该向下流穿过下开口76在分隔壁64的下端部处进入反应器容器60的内部；并且其次是喷射状流，该喷射状流穿过分隔壁64的顶部区域中的侧向开口78，由此绕过周向下降管通道80。
运载来自裂解反应器V.1的热解产物的输出流F4的热解产物输出管线7优选地通过热解产物输出端口6连接至反应器容器60的部分III的上部部分。管线连接部穿过间隙72。换言之，热解产物出口端口6或者通向输出管线7的开口定位在间隔壁帽62内，使得穿过所述管线的输出流F4不干扰周向下降管通道80中的热颗粒输入流。此外，该布置优选地使得热解流出物不干扰穿过开口78的颗粒入流。
此外，由于容器内的热解过程而导致的聚集在反应器容器60中的烧焦物和颗粒的输出流F5在部分I的底部处被提取并且经由烧焦物和颗粒出口端口24被引导到烧焦物和颗粒输出管线25中。
保持在低压下并且可以在经由氮气入口88的氮气流下的流F5被处理至缓冲容器85以形成静压头86。作为在图1中指示的运输和计量系统E.2的一部分的进料器87提取烧焦物和颗粒流，从而将烧焦物和颗粒流送至燃烧器V.2。静压和使用氮气的惰性化(inertization)允许避免氧气气体从燃烧器V.2(回)流至热解器(pyrolizer)/裂解反应器V.1。提供管线立即关闭的安全阀3也定位于此(图1a)。附接至缓冲容器的排气管线89允许借助于专用泵将热解气体处理到燃烧器中，以便避免进料器中的超压和进料器在燃烧器入口处的有限容积中的不期望的燃烧，其中，在燃烧器入口处氧气扩散是可能的。
如通过对反应器容器60内的流体力学的随后描述(参见下面的部分)而将更明显的，对上述反应器设计进行优化以通过避免热区域/点来促进均匀的加热和完美的混合。间隙72是热的内部颗粒流促进内部空间74的顶部区域中的直接加热的地方。当下降管通道80中的热颗粒经由下开口76到达反应器容器60的中间区域时，下降管通道80中的热颗粒通过与进料速率的聚合物混合进入反应器的内部，并且然后以高效率发生反应。穿过孔78到达反应器容器60的顶部区域内部的可能的颗粒流的目的是平衡顶部区域中由于完成反应(吸热反应)而导致的热损失。避免温度降低，以便使动力学速率保持在高水平。尽管如此，不是在所有情况中都需要开口78，而是可以完全不需要开口78。
裂解反应器V.1设计成具有能够促使热解产物的表观气体速度远大于(大约是三倍)沙的“最小流体化速度”的内部直径。这指的是：
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其中：Ug是表观气体速度；Umf是颗粒性能和反应器温度的最小流体化速度函数；W反应事项是热解产物质量流量；S中间区域是通过考虑床的间隙率、与部分II有关的反应器的内部直径的函数而计算的反应器的横截面。
然后，通过在如上所述的反应器容器60的不同水平处给送的热颗粒进料来促进反应器中的混合。
如以上参照图1和图2描述的，在反应器容器60的底部(部分I)处，颗粒与化学反应所产生的较重产物附聚在一起，所述较重产物包括含碳的副产物(烧焦物)。运输和计量系统(进料器)E.2将颗粒和粘附在颗粒上的碳从反应器容器的底部(部分I)运输至夹带燃烧器V.2，碳、塑料残余物和焦油在该夹带燃烧器中燃烧，因此，颗粒被清洁并且还在燃烧器温度下被加热，该温度优选地在750℃与1000℃之间。随后的旋风分离器S.2优选地安装在燃烧器V.2的顶部处并且优选地在下游侧配备有旋转阀v1，该旋转阀v1以可控的方式对在裂解反应器V.1中的再生和加热颗粒进行分配。
该回路可以无限地再现，由此避免产生和提供加热的昂贵方法并且避免在反应器内部使用用于混合的机械部分，以维持用于处理碳和残留物的成本。
此外，允许简单地通过增加热颗粒的能量含量来控制裂解反应器V.1中的温度水平。如前所述，(回收)燃料气体的额外输入可以经由回收燃料气体返回管线38被给送到燃烧器V.2内部，以便在通过裂解反应器V.1提取的流没有包含用于燃烧器V.2的足够的燃烧热的情况中操控能量平衡(优选地，可以调整燃烧器V.2中的颗粒质量流量和温度两者。)
图4示出了根据图3的实施方式的变型。在该情况中，多个竖向立管95布置在反应器容器60的部分III内。在上端部上，相应的立管95流体地连接至间隙72的上部区域。也就是说，该立管95包括布置在分隔壁帽68中的入口开口96。在下端部上，相应的立管95包括吹送到反应器容器60内部中的出口开口97。优选地，相应的出口开口97布置在部分III的下区域中，刚好在进入部分II的过渡部上方。因此，经由颗粒入口端口23进入间隙72的小部分颗粒流被直接引入到立管95中、将该小部分颗粒流留在下出口开口97处，并且因此绕过下降管通道80。这优选地特别用于较大的反应器，以促进颗粒从顶部至底部的均匀分布。另外，该反应器设计与图3中相似。
流体动力学。
上面参照图3和图4描述的裂解反应器V.1可以被虚拟地分成三个区域：
·底部区域(部分I)，在该底部区域中，存在高密度的颗粒和固体并且形成固定的床。
·中间区域(部分II)，该中间区域中，进入的塑料流贯穿喷嘴84进入反应器容器并且与颗粒混合，由此发生裂解。在此，颗粒悬浮在通过颗粒动量的帮助产生某种自发流体化行为的液汽混合物中，该颗粒动量的方向通过阻挡部77改变。
·最后是顶部区域(部分III)，该顶部区域是更稀释的并且大部分被蒸汽占据。在该区域中，流体动力学状态接近层流并且相对于中间区域热传递系数更低。
为了提高间隙72与部分III内部之间的热传递速率，使用该部分III的减小的直径。在非常大的反应器的情况中，热颗粒流F7的一部分应当经由开口78被处理到此处，以便平衡温度下降，或者应当增加一系列的竖向立管来产生更大的交换表面。以化学的观点，中间区域是发生裂解的地方，而顶部区域是包括环化和异构化的第二反应和第三反应与蜡裂解一起完成的地方。中间区域中的混合物的密度和顶部中的混合物的密度具有从500kg/m3至2kg/m3变化的不同值。
在反应器中间区域中所实现的表观气体速度的值使雷诺数非常高并且其结果是流体动力学状态是湍流。该高的雷诺数值允许实现很大的热传递对流系数。该对流系数(h)的计算需要涉及流化床中的热交换理论，将反应器的中间区域考虑为在没有外部流化气体的任何添加的情况下的一种流化床。公式的应用以及在反应器温度下的混合物的物理化学特性集用于估算努赛尔数并且通过该努赛尔数估算对流热(h)。“h”的值取决于围绕每个颗粒的聚合物的虚拟厚度。h值在2000W/m2℃(最佳情况)与449W/m2℃(最坏情况)之间的范围内。无论h值是什么，达到反应温度所需的加热时间小于几秒。
然后，通过化学转化的动力学速率来控制反应过程。然后，通过使用动力学公式来获得反应器体积。一级动力学允许通过固定转化程度(XR)、反应器温度(TR)和动力学参数(E、k0)来获得停留时间(tR)。从以下公式开始：xR＝1-exp(-k·tR)，其中，k＝k0·exp(-E/RT)＝2,4·10+9·exp[-156000/8,31(273+TR)＝3,7·10-2s-1(在480℃下)，停留时间是：tR＝160s。
根据本发明将聚烯烃转化成油所需的反应器的需要容积是每聚合物给送速率几升(例如对于给定的给送的反应器温度，为3升/(kg/h)至6升/(kg/h))，远小于其中需要非常大的容积的热解产物至用于促进混合和热交换的反应器的大量回收的其他技术。
质量和能量平衡。
对于具有聚合物和颗粒的质量给送速率的给定值的特有情况，根据本发明的设备中的关键过程的质量和能量平衡在图5中和相关的表1(图例)中呈现。
参照能量流，反应器内的相应的箭头代表：吸热反应热(从内部至外部的箭头)，也就是由外部热源提供至系统的热；以及放热反应热(从外部至内部的箭头)，也就是系统所产生的热。
给出了能量平衡，以便示出从裂解反应器V.1底部排出的碳的化学能量，该化学能量在其转化成燃烧器V.2中的显热时足以保证反应器达到期望的反应温度。假设烧焦物/焦炭的馏分低于动力学模型所期望的馏分，根据图1b，一部分燃料气体被处理至燃烧器以提供必要的化学能量。
总结。
根据本发明的设备的优选的主要特征可以以表格的形式总结如下：
给送的塑料的物理状态 低粘度液体
反应器类型 连续式
流体动力学状态 湍流(对于大于80％的反应时间)
加热方法 直接内部(与热颗粒交换)
加热速率 非常快
废物(作为馏分给送) 0％
通过上述的双反应器系统(裂解反应器V.1和单独的燃烧器V.2)尤其获得以下优点：
a)没有含碳的固体作为废物被废弃。
b)内部清洁的颗粒可以被再次引入裂解反应器中而不需要任何排出或补充。
c)颗粒流的加热可以在裂解反应器中再循环至处于宽温度范围内的温度(优选地在750℃与950℃之间)。
d)通过改变燃烧状态(过量的空气、空气预加热、额外的燃料)简单地调整颗粒流的温度。
e)通过控制流F5阻止系统中非常影响再循环颗粒的温度的颗粒变化。
f)颗粒尺寸和密度的颗粒变化引起在反应器底部和顶部区域中的流体动力学的变化。
附图标记列表
1 热交换器
2 预调节废气管线
4 塑料熔体流给送管线
5 塑料熔体流入口端口
6 热解产物出口端口
7 热解产物出口管线
10 冷却介质供给管线
12 冷却介质排出管线
14 连接管线
16 气固分离器
18 热解气体排放管线
20 热解产物再循环管线
21 回收热解产物入口端口
22 (回收)颗粒给送管线
23 (回收)颗粒入口端口
24 烧焦物和颗粒出口端口
25 烧焦物和颗粒输出管线
26 烧焦物和颗粒入口端口
27 燃烧空气供给管线
28 燃烧空气入口端口
29 燃烧产物和颗粒出口端口
30 燃烧产物和颗粒输出管线
31 管线连接件
32 燃料气体管线部分
34 分馏气体输入管线
35 不可冷凝气体管线
38 回收燃料气体返回管线
39 回收燃料气体入口端口
40 回收燃料气体管线
42 烟气管线
44 烟气管线部分
46 烟气管线部分
48 烟气管线部分
60 反应器容器
62 帽/盖
64 分隔壁
66 筒状分隔壁部分
68 分隔壁帽
70 反应器容器壁
72 间隙
74 内部空间
76 下开口
77 阻挡部
78 较高的开口
80 下降管通道
82 室(增压室)
84 喷嘴
85 缓冲容器
86 静压头
87 进料器
88 氮气入口
89 排气管线
90 液体/颗粒分离器
92 烟气管线
94 颗粒回路
95 立管
96 入口开口
97 出口开口
E.1 进料和预调节装置
E.2 运输和计量系统
E.3 燃烧发动机
E.4 净化单元
E.5 抽吸缓冲器
E.6 烟气清洁单元和烟囱
F1 塑料废物输入流
F2 输入塑料熔体流
F3 预调节废气流
F4 热解产物输出流
F5 烧焦物和颗粒流
F6 (回收)液体热解产物流
F7 (回收)颗粒流
F10 气态热解产物流
F11 冷凝热解产物流
F12 混合流F11和流F14而产生的流
F14 液相流
F15 不可冷凝气体流
F16 回收燃料气体返回流
F17 回收燃料气体流
F19 燃烧产物(和颗粒)输出流
F21 净化/燃料气体流
F22 烟气流
F23 烟气流
F24 烟气流
FA1 (冷的)燃烧空气流
FA2 (加热的)燃烧空气流
HE.1 热交换器
HE.2 热交换器/冷却器
HE.3 热交换器
HE.4 热交换器/冷却器
HE.5 热交换器
HE.6 热交换器
HE.7 热交换器
p2 抽吸泵
p3 抽吸泵
p4 泵
p6 烟气泵
p7 空气鼓风机
p8 泵
S.2 旋风分离器
S.3 颗粒缓冲器
S.5 冷凝器
S.6 冷凝器
T.1 油罐
v1 旋转阀
v3 安全阀
v6 混合阀
v8 三通阀
V.1 裂解反应器
V.2 燃烧器

Claims (33)

1.一种用于将塑料转化成石化产品的塑料原料化设备，所述塑料原料化设备包括用于热解反应或热化学过程的裂解反应器(V.1)，其中，塑料、特别是聚烯烃转化成至少气化热解产物和烧焦物，并且所述塑料原料化设备进一步包括单独的燃烧器(V.2)，
所述裂解反应器(V.1)包括塑料入口端口特别是塑料熔体流入口端口(5)、颗粒入口端口(23)、流体热解产物出口端口(6)以及烧焦物和颗粒出口端口(24)，
所述燃烧器(V.2)包括烧焦物和颗粒入口端口(26)、燃烧空气入口端口(28)以及燃烧产物和颗粒出口端口(29)，
所述裂解反应器(V.1)的所述烧焦物和颗粒出口端口(24)连接至所述燃烧器(V.2)的所述烧焦物和颗粒入口端口(26)，并且所述燃烧器(V.2)的所述燃烧产物和颗粒出口端口(29)连接至所述裂解反应器(V.1)的所述颗粒入口端口(23)，
所述裂解反应器(V.1)和所述燃烧器(V.2)因此是包含大量固体颗粒的颗粒回路(94)的一部分，使得在操作期间所述颗粒从所述裂解反应器(V.1)循环至所述燃烧器(V.2)并返回，
其中，所述裂解反应器(V.1)设计成使得所述裂解反应器(V.1)中的混合主要通过在所述裂解反应器(V.1)的顶部处给送的、本质上与所述热解产物的流逆流的所述颗粒的流促进，而不需要机械混合装置。
2.根据权利要求1所述的塑料原料化设备，其中，所述颗粒包括沙特别是石英和/或硅砂，并且/或者包括陶瓷涂覆的球粒和/或催化剂。
3.根据权利要求1或2所述的塑料原料化设备，其中，优选地包括旋风分离器(S.2)的流体/颗粒分离器(90)布置在所述燃烧器(V.2)的所述燃烧产物和颗粒出口端口(29)与所述裂解反应器(V.1)的所述颗粒入口端口(23)之间的连接部中，使得主要是颗粒进入所述颗粒入口端口(23)，而没有流体燃烧产物进入所述颗粒入口端口(23)。
4.根据权利要求3所述的塑料原料化设备，其中，烟气管线(92)将流体燃烧产物从所述流体/颗粒分离器(90)引导至包括净化单元(E.4)或等效处理装置的烟气处理设施。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的塑料原料化设备，其中，所述裂解反应器(V.1)的所述热解产物出口端口(6)经由热解气体排放管线(18)连接至分馏部分(S.5、S.6)和/或蒸馏柱。
6.根据与权利要求4相关的权利要求5所述的塑料原料化设备，其中，热传递系统构造成将热从所述烟气管线(92)内的烟气流(F23)传递到引导至所述分馏部分(S.5、S.6)和/或所述蒸馏柱的所述热解气体排放管线(18)内的气态热解产物流(F10)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的塑料原料化设备，其中，热解产物再循环管线(20)连接至所述裂解反应器(V.1)，使得在操作期间，冷凝的热解产物至少部分地再循环到所述裂解反应器(V.1)中。
8.根据权利要求4所述的塑料原料化设备，其中，热交换器(HE.3)布置在所述烟气管线(92)中，使得所述热交换器(HE.3)将所述烟气管线(92)内的烟气流(F23)的热传递到引导至所述燃烧器(V.2)的所述燃烧空气入口端口(28)的燃烧空气供给管线(27)内的燃烧空气流(FA1、FA2)。
9.根据权利要求5所述的塑料原料化设备，其中，回收燃料气体返回流管线(38)从所述分馏部分(S.5、S.6)或所述蒸馏柱引导至所述燃烧器(V.2)。
10.根据权利要求5或9所述的塑料原料化设备，其中，回收燃料气体管线(40)从所述分馏部分(S.5、S.6)或所述蒸馏柱引导至联接至发电机的燃烧发动机(E.3)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的塑料原料化设备，其中，所述燃烧器(V.2)包括夹带流提升器。
12.一种裂解反应器(V.1)，所述裂解反应器(V.1)特别地用于在根据前述权利要求中的任一项所述的塑料原料化设备中使用，所述裂解反应器(V.1)具有反应器容器(60)，所述反应器容器(60)包括底部部分(部分I)、中间部分(部分II)和顶部部分(部分III)，所述反应器容器(60)进一步包括通向所述底部部分(部分I)的塑料熔体流入口端口(5)、引导到通道中的颗粒入口端口(23)、从所述顶部部分(部分III)排出的热解产物出口端口(6)以及从所述底部部分(部分I)排出的烧焦物和颗粒出口端口(24)，所述通道能够部分地通向所述顶部部分(部分III)并且部分地通向所述中间部分(部分II)。
13.根据权利要求12所述的裂解反应器(V.1)，其中，所述塑料熔体流入口端口(5)将塑料熔体流给送到环形室(82)中，所述环形室(82)经由多个分布器特别是喷嘴(84)通向所述反应器容器(60)的所述中间部分(部分II)，所述多个分布器能够将具有例如100bar大小的高压的高粘度塑料熔体喷射到容器本体中。
14.根据权利要求13所述的裂解反应器(V.1)，其中，所述环形室(82)位于所述底部部分(部分1)中并且围绕所述烧焦物和颗粒出口端口(24)。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的裂解反应器(V.1)，其中，用于将颗粒再引入的通道实现为外反应器容器壁(70)与热传导内分隔壁(64)之间的间隙(72)并且/或者通过多个竖向立管实现，通过所述多个竖向立管实现特别地在具有大于700mm的内径的反应器容器(60)的情况中。
16.根据权利要求12或15所述的裂解反应器(V.1)，所述裂解反应器(V.1)设计成专门地通过进入所述反应器容器(60)中的输入流加热。
17.根据权利要求12至16中的任一项所述的裂解反应器(V.1)，所述裂解反应器(V.1)设计成通过进入所述反应器容器(60)的输入流完成搅拌。
18.根据权利要求12至17中的任一项所述的裂解反应器(V.1)，所述裂解反应器(V.1)设计成用于所述反应器容器(60)内的湍流状态。
19.一种用于操作根据权利要求1至11中的任一项所述的塑料原料化设备的方法，其中，将从裂解反应器(V.1)排出的烧焦物和未反应的副产物作为主要燃料给送到燃烧器(V.2)中，并且其中，使颗粒在颗粒回路(94)内从所述裂解反应器(V.1)循环至所述燃烧器(V.2)并返回，由此将燃烧热从所述燃烧器(V.2)传递至所述裂解反应器(V.1)内的塑料熔体并且支持所述裂解反应器(V.1)内的搅拌，并且将所述颗粒在所述燃烧器(V.2)中清洁脱离附聚在所述裂解反应器(V.1)中的热解残留物。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，将输入加压塑料熔体流(F2)连续给送到所述裂解反应器(V.1)中。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，将颗粒流(F7)连续给送到所述裂解反应器(V.1)中。
22.根据权利要求19至21中的任一项所述的方法，其中，专门地通过进入所述反应器容器(60)的输入流加热所述裂解反应器(V.1)。
23.根据权利要求19至22中的任一项所述的方法，其中，通过进入所述反应器容器(60)的输入流完成所述裂解反应器(V.1)内的搅拌和混合。
24.根据权利要求19至23中的任一项所述的方法，其中，将燃烧空气流(FA2)在进入所述燃烧器(V.2)之前通过包含在从所述燃烧器(V.2)排出的烟气流(F23)中的热以再利用的方式加热。
25.根据权利要求19至24中的任一项所述的方法，其中，将从所述裂解反应器(V.1)排出的气态热解产物流(F10)在进入分馏部分(S.5、S.6)和/或蒸馏柱之前通过包含在从所述燃烧器(V.2)排出的烟气流(F23)中的热以再利用的方式加热。
26.根据权利要求19至25中的任一项所述的方法，其中，来自所述裂解反应器(V.1)的气态热解产物流(F10)进入分馏部分(S.5、S.6)和/或蒸馏柱，以被转化成石化产品，比如重质残留物流、柴油流、轻质碳氢化合物流和/或不可冷凝气体流(F15)。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，将从所述分馏部分(S.5、S.6)或所述蒸馏柱排出的不可冷凝气体流(F15)作为额外的燃料给送到所述燃烧器(V.2)中。
28.根据权利要求19至27中的任一项所述的方法，其中，将所述裂解反应器(V.1)内的温度设定在430℃至500℃的范围内。
29.根据权利要求19至28中的任一项所述的方法，其中，将所述燃烧器(V.2)内的温度设定在700℃至1000℃的范围内。
30.根据权利要求19至29中的任一项所述的方法，其中，通过设定燃烧空气流(FA2)速率、燃烧空气温度和/或回收燃料气体返回流(F16)速率来控制所述燃烧器(V.2)内的温度。
31.根据权利要求19至30中的任一项所述的方法，其中，通过设定所述燃烧器(V.2)内的温度、塑料给送速率和/或颗粒流(F7)速率来控制所述裂解反应器(V.1)内的温度。
32.根据权利要求19至31中的任一项所述的方法，其中，将进入所述裂解反应器(V.1)的塑料输入流作为高压塑料熔体流提供，所述塑料输入流优选地具有至少50bar直至80bar或更高的压力。
33.一种将塑料转化成石化产品的方法，其中，将塑料和大量热颗粒给送到用于使所述塑料经历热解反应的裂解反应器(V.1)中，其中，将在热解期间产生的烧焦物与所述颗粒一起从所述裂解反应器(V.1)排出，所述烧焦物和所述颗粒给送到用于使所述烧焦物在空气的供给下燃烧的单独的燃烧器(V.2)中，其中，将所述颗粒从所述燃烧器(V.2)提取并且再次给送到所述裂解反应器(V.1)中，并且其中，将流体热解产物从所述裂解反应器(V.1)提取并且给送到分馏部分(S.5、S.6)和/或蒸馏柱中，以将所述流体热解产物转化成石化产品，其中，主要通过在所述裂解反应器(V.1)的顶部处给送的、本质上与热解产物的流逆流的所述颗粒的流来促进所述裂解反应器(V.1)中的混合，而不需要机械混合装置。
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