CN116018203A - 塑料转换进料系统 - Google Patents

Abstract

一种塑料转换供料系统，用于将原料通过不同的加工单元或工位输送到容器中，在该容器中发生化学和/或物理反应，以产生合适的、有用的最终产品。各种加工单元包括用于打散所述原料的均质机，用于将原料减小成颗粒并使其致密化的尺寸减小装置，用于加热所述原料的加热和/或混合装置，以及将所述加热和混合装置连接至所述容器的进料导管。原料转化单元容器通过各种裂解、重整、冷凝、重组和再裂解操作，生产有用气体和可冷凝气体的混合物。

Description

塑料转换进料系统

技术领域

本发明涉及一种塑料转换进料系统，用于将包括塑料或碳氢化合物材料，或它们的任何组合的经破碎和/或造粒的固体原料输送到容器中，在该容器中，理想地在缺少空气和/或氧气时，在受控的化学和物理反应下生产适用的化合物。本发明还涉及一种修改的塑料转换进料系统，用于将理想的均质塑料原料或碳氢化合物原料，或它们的任何组合，最好以压块(briquette)和/或立方体块的形式输送到挤出机，其中其作为固体或半固体原料输送到反应器。

背景技术

美国公开2017/0283706涉及一种用于热解混合塑料原料生产石油产品的方法和装置。在一个实施例中，生产石油产品的方法包括将混合聚合物材料的原料装入反应器装置。在厌氧操作中，将热能施加于原料，同时使原料前进通过容器装置。通过控制反应器容器内的温度梯度来控制输入到反应器装置的能量，以生产石油气体产品。该方法涉及原位化学反应，包括裂解和重组反应，这些反应受控以在反应器容器内将原料的固体碳氢化合物部分转化为熔化的流体和气体，并产生从反应器容器离开的气态石油产品。从热解过程中分离出来的固体残余物也从反应容器中移出。

WO 2016/042213 A1涉及一种热解装置和一种热解方法。该热解装置为连续装置，使得要热解的材料被输送通过该装置。该热解装置至少有两个控制部分，通过该两个控制部分待热解的材料被输送。在至少两个不同的控制部分中，材料经受不同程度的热效应。此外，从材料蒸发出来的气体从至少两个控制部分被回收。

US 2016/017232 A1涉及一种用于热解碳氢化合物材料以生产适用的气体和固体产品的装置和方法，包括一个大体上圆柱形的线性反应器，该反应器具有用于将碳氢化合物材料输送通过所述反应器的螺杆装置，用于进料和加热所述碳氢化合物材料的装置，由此对其进行加工和热解以生产气体和固体产品，用于从所述加工的碳氢化合物材料移出气体产品的装置，用于移出固体产品的装置，用于使所述碳氢化合物材料在规定的驻留时间范围内保持在一区域内的装置，用于旋转所述螺杆的装置，其具有多个用于挤压的飞行配置，并用于熔化所述碳氢化合物材料以将其从固体转化为液体，用于使所述碳氢化合物材料混合、去稳(destabilizing)和脱卤，用于热解所述碳氢化合物材料，用于将热解的碳氢化合物材料除去挥发成分，以及用于排出固体产品。

EP 2457977 A2涉及一种热解碳氢化合物材料的方法的各种实施方案。在一个实施方案中，热解碳氢化合物材料的方法包括将包含碳氢化合物材料的进料加至反应器，加热所述进料，并从反应器收集液体产品，该反应器厌氧操作。至少5％的不存在于进料化合物的芳香环中的有机碳原子存在于产品的液体部分的化合物的芳香环中。

EP 1647589 A2涉及一种废物合成物-高聚合化合物的连续热解系统，用于在保持厌氧或缺氧环境的热解室中通过间接加热连续热解可燃废物，并在蒸馏塔中根据沸点生产重油和轻油等精炼油，用作热解废物的热源。该连续热解系统包括料斗；废物自动注入装置，它从料斗中排出预定数量的废物；热解室，用于保持高温和缺氧环境，并通过间接加热连续热解废物；气体燃烧室，用于燃烧废物热解时产生的热解气体中的不凝性气体，并向热解室的外表面提供预定温度的热量，作为废物热解的热源；精炼油生产装置，用于从经过催化剂反应后重整的热解气体中生产精炼油，并向气体燃烧室提供残余的不凝性气体；以及自动排放装置，用于从热解室连续排放热解后输送的灰烬。

US 5057189 A涉及一种从汽车轮胎中回收炭(char)、油和燃料气体的设备，可用于整个轮胎或物理上破碎的轮胎。轮胎可被清洗以去除污垢和路膜(road film)。轮胎被干燥，并用超热蒸汽预热。对热轮胎进行热解，使大部分碳氢化合物部分脱挥发份(devolatize)，并产生可与钢和玻璃纤维分离的炭。随后，可用微波对炭进行热解，以提高轮胎的温度，并将剩余的碳氢化合物以气体从炭中脱挥发份。热气体被冷却并部分冷凝。未冷凝的气体被用作燃料。冷凝后的油被送入仓库。轮胎热解产生的固体残留物主要是炭、玻璃纤维和钢。炭从玻璃和钢中被机械地分离。或者，通过将热的混合物倒入水冷槽，将炭和玻璃及钢分离。该混合物被冷却。炭漂浮至水面并被移出。玻璃和钢沉到槽底部，并被分别移出。炭可出售、燃烧或磨碎成块，随后造粒和装袋。钢和玻璃则作为垃圾被丢弃。

US 8282787涉及一种系统和方法，用于利用热解法气化碳质原料，以生产气体产品，该气体产品可包括甲烷、乙烷和其它所需的碳氢化合物气体，以及固体产品，该固体产品包括活性碳或碳。然后，该气体产品可使用固体产品中的至少一部分活性碳作为过滤介质进行过滤。在一个实施方案中，在使用活性碳作为过滤介质的一个或多个过滤步骤中，至少一些有害化学物质被封存(sequestered)或从气体产品中去除。在另一个实施方案中，过滤步骤是在不同的温度下使用活性碳分阶段进行的。产生活性碳的高温热解系统可与另一个不产生活性碳的高温热解系统相结合，利用来自第一个高温热解系统的活性碳来提供有毒化合物的过滤。高温热解系统可与一个或多个低温原料转换过程相结合，从而使高温热解系统的废热用于操作低温过程。使用该系统和方法可生产出具有与二氧化硅融合的孔隙的非润湿碳(non-wetting carbon)。

发明内容

原料转换进料系统的作用是将原料通过不同的加工单元或工位输送到反应器容器中，在其中发生化学和/或物理反应，产生合适的、有用的最终产品。各种加工单元包括尺寸减小装置，如一个或多个破碎机(shredder)，或一个或多个造粒机(pelletizer)，或两者的组合。理想地，通常先将原料破碎，然后将其造粒。造粒单元操作通常使原料减小并使之致密化。本发明的另一加工单元包括加热和混合装置，该装置可为一个或多个进料机和/或一个或多个挤出机，或两者都有。可利用各种不同类型的进料机，其中一些包括冲压机(ram)、或链式输送机、螺旋运输机等等。所述一个或多个挤出机通常可为文献和本领域已知的任何类型的挤出机，如单螺杆挤出机，或通常为优选的双螺杆挤出机。

在另一实施方案中，转换进料系统将原料通过各种阶段输送到热解反应器中，该反应器也生产如下文所述的稳定的、有用的最终产品。各种处理单元包括均质机(homogenizer)，该均质机一般不进行粉碎，而是将通常压缩的原料打散(break up)、分离或强制分开，这些原料一般随后被搅拌或混合，以使得原料一般含有类似种类的特定塑料、碳质材料，或它们的任何组合。此种原料然后被送入破碎机，进一步分离原料，然后送入造粒机，理想地形成原料小压块、立方体等，随后被加热并送入挤出机，通过从挤出机将固体或半固体料送入热解反应器。

一种用于将原料输送到反应器容器的塑料转换进料系统，包括：均质机，所述均质机能够分散由塑料材料或碳氢化合物材料或它们的任何组合组成的原料；造粒机，所述造粒机能够减小经均质的所述原料的尺寸并使经均质的所述原料致密化；以及挤出机，所述挤出机能够形成连续原料体(mass of feedstock)并输送到所述反应器容器。

一种将原料输送到反应器容器的方法，包括：在均质机中分散所述原料，所述原料包括塑料、碳氢化合物材料，或它们的任何组合；造粒机，所述造粒机减小所述原料的尺寸；挤出机，以及将所述挤出机与所述反应器可操作地连接的进料导管，并将所述原料挤出到所述反应器。

一种用于将原料输送到反应器容器的塑料转换进料系统，包括能够减小所述原料的尺寸并使所述原料致密化的装置，所述原料包括塑料，或碳氢化合物材料，或它们的任何组合；能够加热并将减小尺寸的所述原料输送到挤出机的加热装置，所述挤出机具有输出轴线；以及连接所述挤出机和所述容器的导管，且所述导管能够将所述原料送至所述容器，并且所述导管任选地具有相对于所述挤出机装置的输出轴线的最多约5°半径角的输出轴线。

一种将原料输送到反应器容器的方法，包括以下步骤：在尺寸减小装置中减小所述原料的尺寸，所述原料包括塑料，或碳氢化合物材料，或它们的任何组合；加热并混合尺寸减小的所述原料；将尺寸减小的所述原料输送到进料导管，其中所述进料导管连接至所述容器，并将尺寸减小的所述原料送至所述容器。

附图说明

对于本公开所属领域的技术人员来说，本发明的上述特点和其他特点在参照附图阅读以下描述后将变得显而易见，在附图中：

图1为塑料转换进料系统的示意图，该塑料转换进料系统用于将碳氢化合物材料和/或塑料聚合物送入尺寸减小装置，如粉、破碎机和/或造粒机，并随后送入加热和混合装置，如进料机和/或挤出机，以为在其中发生化学和/或物理反应的容器准备合适的原料。

图2为在其中可发生各种反应的容器的示意图。

图3为将原料从进料机和/或挤压机转移到容器的进料导管的侧视图。

图4是本发明的一种不同的进料系统的示意图，该系统将原料从均质机转移到反应器容器中。

图5A是调整塞(adjustaplug)的立体图，该调整塞一般与进料导管成垂直角度固定连接至进料导管。

图5B为示出了进料通道的一部分的立体图，其中调整塞成直角并部分伸入进料通道。

具体实施方式

原料转化单元(Feedstock Conversion Unit，FCU)

本发明的容器300通常可为本领域或文献中已知的任何容器，在其中可发生物理和/或化学反应，且理想地，基本上不含空气和氧气。也就是说，基于容器内部总容积，氧气总量少于约3体积％，理想地少于约2体积％，且优选地少于约1体积％，更优选地完全不含任何空气或氧气。因此，可利用诸如热解容器的反应器容器。该容器一般可具有多个加热单元、多个反应阶段、多个产品气体排气口等等，或它们的任何组合。任选但优选地，容器300包含外护罩360，该外护罩具有多个内壁365，这些内壁从外护罩延伸到容器外壁，并形成热气体的受热通道以加热容器。图2中示意性地示出的优选容器在2020年7月14日公告的美国专利10711202B2中有所描述，并在此将其所有方面的内容以引证方式并入本申请。正如本领域和文献所熟知的，各种热解容器通过各种反应，如裂解、重整、重组和再裂解等，分解各种物质、化合物和材料，通常可产生各种气体，诸如烷烃气体，或各种烃类气体，如石脑油，或各种气油(gas oils)，如重油，以及柴油、航空燃料、海运燃料、各种蜡、润滑油、添加剂、各种馏分油(distillates)、轻质有机化合物等等。

原料转换进料系统400包含不同的处理单元或工位。原料材料一般是塑料或碳氢化合物材料405，或它们的任何组合，由料斗系统410送入颗粒尺寸减小装置420。料斗系统包括一个上部大料斗412，其接收大量的原料，并在收到来自下部较小的料斗414的电子信号，即它的原料不足时，打开一个孔口装置(orifice device)，如底阀413，并将原料转移(如填充)到下部料斗414。下部料斗414在其中有一个孔口，如下阀(lower valve)415，可以恒定的速度或稳态量将废料转移、输送或送入尺寸减小装置420。以本领域和文献所熟知的方式，可对下料斗进料阀进行编程，以增加或减少允许进入尺寸减小装置420的废物原料的量，来稳定且通常来平衡(equalize)随后减小尺寸的固体原料或半熔化(semi-molten)或熔化原料进入FCU容器300的流量。

容器300的一个理想的方面是通常生产石油气体产品。优选的塑料废料物品包括废聚合物，如片材、封装物、包装物、家具、塑料外壳、容器、废物塑料等等形式，并被利用，它们基本上只含有氢原子和碳原子，如聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等等。其它合适的商业聚合物包括聚酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙、聚丁烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物、聚氨酯、聚醚、聚(氧化物)、聚(硫化物)、聚芳酯(polyarylates)、聚醚酮、聚醚酰亚胺、聚砜、聚乙烯醇，以及由二烯、乙烯酯、丙烯酸酯、丙烯腈、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯腈、二元酸、二元醇或内酯，或它们的任何组合聚合形成的聚合物。还有，其它聚合物包括前述物质的嵌段共聚物，以及它们的合金。聚合物材料还可包括热固性聚合物，诸如环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、醇酸树脂、乙烯基酯树脂、交联聚酯树脂、交联聚氨酯；以及还有交联弹性体，包括但不限于聚异戊二烯、聚丁二烯、聚苯乙烯-丁二烯、聚苯乙烯-异戊二烯、聚乙烯-丙烯、乙烯-丙烯-二烯等等，以及它们的共混物。

碳氢化合物材料通常包括当然主要只有碳原子和氢原子的化合物，如各种沥青，包括来自矿山的沥青尾矿，分馏柱的各种重馏分，包括各种重油、油脂(greases)、半沥青化合物等等，通过本发明，这些化合物被还原成较轻的成分，且主要是各种类型的含碳氢化合物的气体。

上述各种聚合物原料通常包括填料、颜料、阻燃剂、粘土等等。一般来说，其用量为约2重量％至约25重量％，或理想地为约3重量％至约20重量％，或优选地为约3重量％至约15重量％，或最优选地为低于约7重％，均基于一种或多种聚合物原料的总重量。此类化合物一般不会发生化学或物理反应，而是通常作为固体惰性残留物(solid inert residues)通过容器排放通道330从容器300中排放出来。

在一个优选的实施方案中，上述不同类型的原料组合物通常包含约40％至约90％，理想地约50％至约85％，且优选地约70％至约80％(以重量计)的聚乙稀、聚丙烯和聚苯乙烯聚合物。任何剩余的聚合物可为但不限于聚氨酯、尼龙、PET和聚氯乙烯，以及上述剩余聚合物中的任何物质。

加工尺寸减小装置420包括一个或多个破碎机(shredder)422和/或一个或多个造粒机424。虽然它们可采取任何顺序，但优选地，如图1所示，原料首先被破碎，然后随后被造粒。破碎机和造粒机可以彼此间隔开，彼此相邻或相互连接(contiguous)，或者甚至是一体的，即为一组合单元。优选地，它们相隔一短距离，从而有从破碎机422到造粒机424的直接进料(direct feed)。破碎机422可包括本领域和文献中已知的任何常规破碎机，通常在一个或多个阶段将原料的尺寸减小至小颗粒。类似地，造粒机424可为本领域和文献中已知的任何常规造粒机，它在一个或多个阶段中减小原料405的尺寸，且优选地也将其致密化为小颗粒428。经致密化的个体塑料造粒原料428的减小尺寸通常被形成为球状、块状、圆柱状或其它随机形式，其尺寸可广泛变化，例如从约0.25至约6英寸，理想地从约0.5至约5英寸，优选地从约1至约4英寸，更优选地从约1至2约英寸。原料405可任选地通过本领域和文献中已知的任何常规手段，例如通过热空气、热油、蒸汽，或红外光、电热，或机械工作(mechanicalworking)等在粉碎机和/或造粒机420中，或在进料流430中加热，例如在烘箱中(未显示)加热，并且温度可广泛变化，如从约环境温度，即约40°F，至约100°F，甚至更高，如至约160°F，或至塑料最低熔化温度的那个熔化温度以下。对废物、塑料和/或碳质废物进行致密化的一个优点是产生具有所需密度的粒化进料流430，该密度通常大于约15磅/立方英尺，或理想地大于约20磅/立方英尺，而且从破碎机422和/或造粒机424排出的进料流430在其中具有减少的空气量。

在如输送机435上的尺寸减小的废料进料，以进料流430的形式被送入另一加工单元，加热和混合装置440。装置440包括一个或多个进料单元和/或一个或多个挤出机。进料机和/或挤出机可按任何顺序排列，优选为先是一个进料机，随后是下游的单一挤出机，如图1所示。这两个独立的单元可以相互隔开，或相邻，或相互连接，或甚至是它们的一体装置。如图1所示，邻近挤出机的进料装置优选将破碎的和/或造粒的原料直接从进料机442送入挤出机444。进料机442一般可为本领域和文献中已知的任何常规进料机，它任选但理想地也能对原料进行加热。进料机442可包含活塞环，或传送带，或螺旋螺杆(未示出)，其通常直接加热，并将原料直接转移到挤出机444或进料导管500。类似地，挤出机444可为文献和本领域已知的任何常规挤出机，通常加热并将各种原料，例如破碎的和/或造粒的原料，转移到容器300。作为另外一个选择且理想地，挤出机对原料颗粒进行加热和致密化，并通常将其转化为半熔化或熔化的、可流动的，或优选为未熔化的料体(mass)，并将其送入导管500。从进料机442和/或挤出机444排出的原料460的合适温度范围可为从约200°F至约300°F或约400°F，甚至约500°F，或理想的范围为从约250°F至约400°F，以及从约300°F至约350°F。本实施方案中的双螺杆挤出机444是优选的，其理想地包含带有夹套的机筒(jacketedbarrels)和内部带端口(ported)的螺杆，以允许使用热的加热介质，如热油等等。此外，机筒的独立加热部分允许仔细控制进料流物料的温度。

利用挤出机的另一个有利方面是，来自它(出口)的进料流的致密化可很容易地提高至其完全致密的状态，该状态通常为大于约25磅/每立方英尺，且理想地为约30至约38磅/每立方英尺。这种增加的密度进一步消除且通常确保空气通过原料侵入任何FCU容器300最少。

本发明的另一个重要方面是利用一处理装置，即进料导管500，它从挤出机444延伸进入容器300，将原料从挤出机转移到容器中，且它可由任何常规类型的金属如不锈钢、铸铁或碳钢制成。该装置一般为具有光滑内部的柔性导管或管道，它将进料机442和/或挤出机444的出口连接到FCU容器300，并确保原料、或半熔化和/或熔化原料废料的稳定速率和平稳流动，不论容器进口位置如何，例如，相对于进料机和/或挤出机出口的高度、距离、横向位置等。进料导管出口或轴线452可与挤出机输出轴线448精准对齐，或通常能够在适度的(moderate)径向方向移动。也就是说，任选地，它可在相对于挤出机输出轴线448的径向角度不超过约5°，且理想地在约3°或更小的角度内垂直移动，即向上或向下移动，或横向移动，即左或右移动，或上述移动的任何组合。导管500的轴线452可垂直于进料导管的入口面(ingress face)。任选地，整个导管可位于一柔性管内，以允许进料进入容器的角变动(angular movement)。该变动容易使来自挤出机444的破碎的或造粒的或半熔化的或熔化的废物进料流以顺利、连续、稳定流以及均匀的流速转移到容器300的入口310。这是一个重要的方面，因为该容器随后可在热解、裂解、重整等稳定的反应状态下运行，据此，破碎的或造粒的可流动废物的各种成分的有效输出通常被转化为气体，如石油气体等，如上所述。导管500的长度可变化，如从约24到约240英寸，更理想地从约36到约120英寸。调整长度是为了考虑工厂的布局，同时也为了确保有足够的长度与被送入反应器的原料形成气封(vaporseal)。

图3中示出了一优选导管500的详细视图。进料机，或优选地，挤出机将固体、半熔化或熔化的原料材料送入导管500，该导管以任何常规方式，如通过螺母和螺栓、焊接等，与挤出机444连接，如与挤出机出口的法兰(未示出)连接，其方式是使得其能相对于挤出机444的输出轴448以约5°的径向角度旋转。为了使废料在从挤压机444排出时保持为可流动的料体，进料导管500通常以任何常规方式进行加热，如通过热油、红外线加热、加热带等进行加热。输入料斗505有一环绕其的夹套，其中可包含热的气体，如空气，热油等等。料斗505与滑阀510相连，滑阀可为闸阀、球阀或任何其他类型的能容易地关断流向容器300的原料的阀门。随后，任何受限的(trapped)材料都必须被重新加热，如在重新启动原料转换进料系统时重新加热。如图3所示，进料导管500有一个延长管515，其将阀门510连接至与容器300相连的柔性管530。为了使废料在进料导管500中保持可流动状态，可通过入口521向加热管系统520添加热油，该入口可包含与延长管515相连的阀门，该延长管周围有一个加热套。加热流体为逆流，从延长管515中流出，由阀门510循环并施加至输入料斗505，也为逆流方式，并从其经温油出口523流出。柔性管530理想地包含柔性绝热层540，以保持废料处于半熔化状态。如此，原料废料被送入容器300，如通过出口进料输送管(exit feed deliverytube)550或进料导管500被送入容器300。

导管500的另一个优点是它是柔性的，意为导管500的进料导管轴线452通常可在一端与挤出机444的水平轴线448基本对齐，而在另一端通常与容器300的入口的输入轴线305基本平行对齐，如当它处于例如垂直方向上或水平方向上等稍微不同的位置时。

导管500可通过任何常规的支架(scaffold)或其它支撑装置来支撑，或者，作为另外一种选择，也可从空中桁架系统等处悬挂。进料输送管或导管500可将2500-7500磅/小时的材料送入容器。

总之，上述图1中的塑料转化原料405的优点包括废物原料流的连续或稳定状态流动，夹带的空气或侵入容器300的空气量最少。这主要是通过挤出机444在原料被迫进入容器300时对其施加压力，从而将空气和氧气从原料中挤出而实现。还有，原料的温度和密度是受控的。施加在进料导管500上的应力也最小。这通过任选的具有较小内管(未示出)的柔性波纹管实现，允许进料导管系统的角弯曲(angular flexing)，从而延长系统的寿命。此外，柔性进料导管可考虑到PCU容器300的形状、长度和角度的变化。

容器300理想地存在，即其轴线305可任选地从容器所处的平地(不是斜坡、山丘或任何向上或向下的土地坡度)的参考点设置成稍微向上的坡度或角度，即约0°至约10°，理想地从约1°至约5°，且优选地从约1.5°至约4°。如此，当需要时，在任何未反应的原料废料体到达如图2所示的容器的上端或出口320之前，可实现原料体460的完全热解。换句话说，有效利用容器是一个重要方面，以防止未反应的原料从容器的出口端排出。如图2所示，原料460最初在其最低部分填充容器特定量，并被加热及逐渐通过螺旋叶片340在容器中移动，并热解和气化成多种成分，这些成分经过各种裂解、冷凝、重整和重组(化学和物理)反应，以产生各种碳氢化合物产品的理想混合物。

滩头点(Beach head point)350位于离容器入口或开口310一距离的上游的容器底部，在该距离处，容器底部的高度大致等于注入到容器中的原料体初始垂直高度。基于容器的总长度，点350距容器上部出口或排放通道330的距离应约为至少约2％，理想地至少约5％，优选地至少约10％。

本发明生产的气态产品的产量非常高，至少为进入容器的原料的约70重量％，理想地至少约80重量％，且优选地至少约85重量％或90重量％。剩余的材料通常被归类为固体惰性残留物，是干燥的，通常含有填料和其它惰性材料，并通过排放通道330从容器300的上部或出口端320排出。

图2中示出了一所需的反应容器，它与2020年7月14日公告的美国专利10711202中描述的容器相似，在此通过引证方式完全并入。然而，应该理解的是，可存在许多其它类型的容器。容器300不旋转，且不包含任何催化剂。也就是说，它没有催化剂。容器300包含护罩360，该护罩基本上围绕容器300延伸，优选地围绕容器300的整个外部区域延伸。多个内壁365将护罩360与容器300相连，以在容器内形成加热区和/或反应区。通过标准或传统的加热单元370向容器供热，这些加热单元通常存在于被内壁365隔开的容器的每个部分内。如此，热量通常围绕一般为圆柱形容器300的圆周(环形)流动，并通过容器顶部的排热通道375从容器中排出。容器300不同部分的热量通常会使原料460挥发，由此产生的气体通过产品排气通道380从容器中排出，在此处它们被送入冷凝装置(未显示)，并且可为许多不同类型的产品形式。各种优选的石油产品包括石脑油，馏分油，如柴油、喷气燃料，气体油，如重油,油脂,半沥青化合物,蜡,蒸汽裂解进料等等。

在图2中，体460沿着容器从输入或入口310到容器上端或320的转移过程中，通过裂解、重组、重整、再裂解等发生热解。一般来说，容器300中沿轴线305，即图2中从左到右的合适的热解温度范围为从约700°F至约1200°F。

修改的实施方案

根据本发明的另一实施方案，可以利用图4中示意性示出的经修改的进料系统600，以实现大体上均质的热解原料稳定地流入例如图2所示的热解反应器300。在本实施方案中，原料不是半熔化或熔化的(即融化的(melted))，而是理想地包含固体颗粒或固体块，理想地是被加热的，且重要的是，是可流动的。

接收到的用于热解的可回收材料有很多来源，如食品和杂货店、药店、家居装饰(home improvement)店、混合废物、城市收集厂，以及工业来源，通常含有多种材料，其中有些材料不宜在热解反应器中使用。因此，如图4所示，对这些材料进行人工分拣，以从废物原料405中去除这些材料。利用人，不期望的热解原料品类被分离出来，包括但不限于玻璃，如各种饮料瓶，各种类型的纸板和纸张，以及各种金属，如饮料罐、啤酒罐，木材，如游戏板、玩具等，以及不期望类型的塑料，如聚氯乙烯。

由于一个或多个手工分拣区不会有特定类型的材料不断涌入，来自各个手工分拣区的原料量会有所不同，因此，理想地，需要对原料的量及其种类进行调节，以实现不同类型的塑料以及碳氢化合物材料的大体类似的输入。例如，如果在第一人工分拣原料中含有过多的聚烯烃，如聚乙烯或聚丙烯，则可从另一种原料加入其它或不同的聚合物，如聚苯乙烯、聚氨酯、聚酯、尼龙等等，以大体保持至均质器610的各种不同的聚合物和碳氢化合物材料的相似的总体输入。这个过程一般是通过取富含一种材料的不同分拣区域的原料，并将其添加到这类材料少的原料中手工完成。

上述原料被送入已在上文描述的料斗系统410，并在此以引证方式全部并入。该料斗系统可包括上述的上料斗和下料斗，在本实施例中，优选地是具有相同的尺寸，且通常以相当恒定或稳定的流速输送或发送热解原料，以便稳定和均衡流向均质机610的所述原料。还有，上料斗是重要的，因为它允许人们测量进料，并提高过程的可控性(颗粒可在一定程度上独立于热解器的需求而被储存和补充)。

均质机610的目的是将所述原料分散(break-up)，并确保一般情况下有类似量的特定原料被输送至热解反应器300，使得由所述热解反应器以相当稳定的速度生产出各种产品，如包括石脑油的各种石油气体产品、各种馏分油如汽油等，以及各种气-油化合物如重油和蜡、柴油燃料等等。均质化的材料流入热解反应器，从而确保顺利地生产各种所述的最终产品，并因此最大限度地提高热解反应器的效率，减少各种进料操作以确保热解反应器的顺利运行，如反应器的每个加热部分的理想温度，从反应器的产品排出通道380出来的各种最终产品的一般理想流速，以及反应器的各种加热器370的相当恒定的热量输入等等。

均质机通常包含一旋转的“分散”轴，其被设计为接受和混合例如来自不同分拣区域的原料，以实现上述各种聚合物等的相似整体分布，而不堵塞设备或使加工停止。当接触到存在于原料中的膜时，旋转设备的一个常见挑战是膜包裹在旋转轴上，这增加了能量需求，或使设备停止和/或损坏设备。分散轴的几何形状应使得膜不容易包裹，也就是说，它没有可抓取膜的低的浮雕(relief knob)和悬伸(overhanging)的几何形状。此外，轴承是不遭受膜的，也就是说，受保护而没有膜进入。任选地，可用刀片将膜从轴上切下来，和/或轴可反转，以“脱下(unload)”包裹的膜。在另一系统中，移动的耙子(rake)保持进料流的深度水平。这些类型的旋转设备是本领域和文献中已知的。

随后，均质的进料流615由任何通用的传送装置如传送带625送入下一单元操作，该单元理想地是破碎机442。如上所述，破碎机442基本上是被用来减小原料405的尺寸，并分散成团的原料。这类破碎机，如果有旋转轴，则以缓慢的速度旋转，但具有高扭矩，以防止原料膜堵塞系统。各种破碎机在文献中和本领域是已知的，包括由维易科公司(VECO)等制造的机器。这类破碎机所需的能量低，并能促进原料的恒量流动，以便在下一单元操作步骤中容易将其造粒。

破碎机422的下线是造粒机424。如上所述，造粒机的主要目的是将原料405的尺寸减小成更小的颗粒。造粒机424也将原料致密化，通常是以压块和/或立方体的形式致密化，压块和/或立方体的尺寸从约半英寸至约3或4英寸，且优选地从约1到2英寸。可以利用标准的压实(compacting)或致密机来生产压块和/或立方体，例如由芒奇公司(MUNCH)制造的机器所生产的那些。

下一个单元操作是将颗粒转移到加热器和进料机640，其中所述的压块和/或立方体等通常被加热到从约50°F或约100°F至约400°F或约500°F的温度，理想地从约150°F到约300°F，优选地从约200°F到约250°F。这些低温是期望的，使得原料460可被容易地转移，然后在挤出机中加工，而不会对挤出机设备造成破坏性压力(undo strain)。然而，对颗粒原料施加过多的热会对挤出机设备造成高压力，因此要避免加热温度达到约500°F或更高，特别是500°F或更高。加热和进料装置可以是本领域和文献中众所周知的标准回转窑干燥机等。

随后，进料系统的下一个单元操作是利用挤出机444，其通常目的是加热和致密化所述的压块或立方体形式的原料，以形成连续的物质(mass)或原料流，从挤压机出口进入热解反应器300，在该处它可通过裂解、重组等方式转化为上述的各种类型的石油气体。根据图4的工艺的一个优点是，所述挤出温度导致颗粒在半熔化或熔化的形式下，在热解反应器300的入口处，围绕导管500形成材料的物理堵塞物655，以防止其中产生的气体向后流动，即回流至挤出机650。通常，任何类型的挤出机都可以使用，优选的类型是单螺杆挤出机，因为它有能力围绕进料导管500形成堵塞物，同时以必要的或所需的进料速度输送致密化的材料。本修改的实施方案的一个重要方面是，从挤压机送入热解反应器的原料通常是以可流动材料(物料)的形式，但不是熔化的，即它没有被熔化。也就是说，它为可流动的塑料和碳氢化合物颗粒的形式。

通过挤出机650送入进料导管500的固体或软化原料的量可从每立方英尺约25磅至约50磅，且理想地从每立方英尺约30磅至约45磅。

进料导管500被用来将固体或半固体原料从挤出机送入热解反应器300。因此，关于此的上面的所有方面的描述在此通过引证完全并入，除非在这里另外作出不同的描述。然而，应注意，喂料机的输出轴线，即挤压机的输出轴线652的径向角度可在一个范围内变化，最高达约10°，一般从约1°至7°，且最优选地从约1°到约3°。

为了实现一致的气封，可通过改变进料管的横截面几何形状，或加长/缩短进料管来调整流动材料的压实度。实现该目的的方式之一是在进料管的侧面增加端口(port)，在该端口处可将棒插入材料流中一可调节深度，从而增加流动阻力，并增加进料管中材料的压实度，从而形成更紧密的密封。所述棒要足够坚固，以避免在流中变形，而且在进料管内部和环境之间需要有密封。该密封可为任何常用的密封，如填料压盖(packing gland)或机械密封设计。常用的螺纹方式虽然允许调节，但一般不足以实现气封，然而，可用多个紧固件进行密封，如带或不带垫片的螺母。

更具体地，本发明涉及如图5A和图5B所示的调整塞660的使用。一般呈垂直角度位于进料导管500上的调整塞660的目的是在进料或进料流615进入热解容器300之前使其更加压实。如图5A和图5B所示，调整塞660延伸进入导管500的侧面，并可通过焊接、螺母和螺栓等常规方式与之连接。连接角度一般为约70°至约110°，理想地为约80°至约90°，且优选地为约90°的角度。在转动螺纹杆680时，在壳体675中可纵向滑动的活塞670可被强制进入进料导管500。当插入导管的一部分时，它减少或限制了进料流615可流过的流动面积，从而导致更压实的所述进料材料。相反，在螺纹杆680反向旋转时，进料导管500内的压力会降低。

本发明的另一个特点是，进料流615在离开导管500时在热解反应器300的初始部分内遇到非常高的温度，使其液化，并导致自然形成塞655，如图3所示，塞655通常在进料导管500的出口处形成，并阻止在容器300中形成的产品气体流入进料导管500。

虽然根据专利法规，已经给出了最佳方式和优选实施方案，但本发明的范围并不局限于此，而是由所附的权利要求书的范围进行限定。

Claims (20)

1.一种用于将原料输送到反应器容器的塑料转换进料系统，包括：

均质机，所述均质机能够分散所述原料，所述原料包括塑料材料或碳氢化合物材料，或它们的任何组合；

造粒机，所述造粒机能够减小均质化的所述原料的尺寸并使之致密化；以及

挤出机，所述挤出机能够形成连续的原料体，所述原料体被送至所述反应器容器。

2.根据权利要求1所述的塑料转换进料系统，包括破碎机，所述粉碎机能够减小所述原料的尺寸。

3.根据权利要求2所述的塑料转换进料系统，包括用于加热造粒的所述原料的加热器和进料机系统，所述加热器和进料机能够将所述原料转移到所述挤出机。

4.根据权利要求3所述的塑料转换进料系统，包括从所述挤出机延伸至所述反应器容器的导管。

5.根据权利要求4所述的塑料转换进料系统，包括所述原料的塞，所述塞位于所述反应器容器入口处的所述导管周围。

6.根据权利要求3所述的塑料转换进料系统，其中从所述挤出机出来的所述原料是可流动的未熔化材料。

7.一种将原料输送到反应器容器的方法，包括：

在均质机中打散所述原料，所述原料包括塑料、碳氢化合物材料，或它们的任何组合；

造粒机，所述造粒机减小所述原料的尺寸；

挤出机，和可操作地连接所述挤压机至所述反应器的进料导管，以及

将所述原料挤出至所述反应器中。

8.根据权利要求7所述的方法，包括加热器，所述加热器将造粒的所述原料加热至约200°F至约500°F的温度。

9.根据权利要求7所述的方法，包括形成所述原料的塞，所述塞位于所述反应器容器入口处的所述导管周围。

10.一种用于将原料输送到反应器容器的塑料转换进料系统，包括。

尺寸减小装置，所述尺寸减小装置能够减小所述原料的尺寸并使其致密化，所述原料包括塑料，或碳氢化合物材料，或它们的任何组合；

加热装置，所述加热装置能够加热并将减小尺寸的所述原料转移到挤出机，所述挤出机具有输出轴线；以及

导管，所述导管连接所述挤出机至所述容器，并能将所述原料送入所述容器，并且所述导管任选地具有输出轴线，所述输出轴线相对于所述挤出机设备的输出轴线具有最大约5°半径角。

11.根据权利要求10所述的塑料转换进料系统，其中所述尺寸减小装置包括破碎机，或造粒机，或两者都有，并且其中所述加热装置包括进料机。

12.根据权利要求11所述的塑料转换进料系统，其中所述反应器容器为热解反应器。

13.根据权利要求11所述的塑料转换进料系统，其中所述尺寸减小为所述造粒机，并且其中所述造粒机能够将所述原料致密化到大于约15磅/立方英尺。

14.根据权利要求10所述的塑料转换进料系统，其中所述加热装置为所述挤出机。

15.一种将原料输送到反应器容器的方法，包括以下步骤：

在尺寸减小装置中减小所述原料的尺寸，所述原料包括塑料，或碳氢化合物材料，或它们的任何组合；

加热并混合减小尺寸的所述原料；并将减小尺寸的所述原料转移至进料导管；

其中所述进料导管连接至所述容器，以及

将含有减小尺寸的原料的所述导管送入所述容器。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述尺寸减小装置包括造粒机。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述原料的所述减小尺寸的密度大于约25磅/立方英尺。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述进料导管具有输出径向轴线，所述输出径向轴线相对于所述挤出机的轴线能变化高达约5°。

19.根据权利要求15所述的方法，包括料斗系统，所述料斗系统包括上料斗和下料斗，将所述原料送至所述上料斗，并且随后将所述上料斗中的所述原料送至所述下料斗。

20.根据权利要求15所述的方法，其中所述导管是柔性的并被加热。

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