TW202104400A - 生產碳氫化合物之方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及對具有較高分子量的基本有機原料進行的上油方法，其中較佳為包含液態或半固態的多種碳氫化合物以及高碳含量的殘料係透過高溫的作用獲得。

Description

上油方法
本發明涉及對具有較高分子量的基本有機原料進行的上油方法，其中較佳為包含液態或半固態的多種碳氫化合物以及高碳含量的殘料係透過高溫的作用獲得。
工業中製造的商品數量的增加，促成商品使用後再利用或再循環越來越受到關注。這些商品中許多是譬如由有機原料製成的，例如塑膠及/或複合塑膠材料，使得此類產品的再利用或回收尤為重要。另一方面，對於例如燃料及/或用於化學合成的原料之產品的需求正在增加。
有機原料上油(oiling)時，要同時考慮以上兩個方面。上油的原理是基於對高分子量的有機原料(例如生物殘留物、工業可循環料、以及殘料)來說，高至900°C的高溫作用會導致一或多的鍵斷裂，並且最大可能地排除氧氣，從而形成具有較低分子量的較小分子。
上油的一例子是無壓力的催化上油(也稱為熱催化低溫轉化(Thermocatalytic low-temperature conversion))，是一種將人工或天然聚合物與長鏈碳氫化合物解聚合的方法。透過在低於400°C的溫度下添加催化劑而不會產生過大壓力，較佳為在排除空氣的情況下將它們轉化為短鏈(Short-chain)、脂族(Aliphatic)或芳香族(Aromatic)碳氫化合物，其中高能量塑膠(High-energy plastics)和油的效率或產率通常比生質材料高。如上所述，所有包含碳氫化合物的高能量物質都可以用作原料。例如，生物產品的植物殘渣、木材、稻草和動物糞便，以及作為工業產品而提及的廢油、固態殘渣、橡膠、污水污泥，尤其是上述的塑膠。無機產品諸如金屬、石頭、和其他污染物應事先清除。高溫產生的氣體可以透過冷凝而被分離成不同的分餾物。
熱解(Pyrolysis)或熱分解(Pyrolytic decomposition)可視為上油的另一個例子，其中使用了與上述原料相同的原料。熱解是基於所述原料在高達900℃的溫度下的熱化學解離(Thermo-chemical dissociation)，其中不供應額外的氧氣。所得產物可以是氣體、液體或固體，其中特別是液體和蠟/石蠟可以透過分餾以分離成不同的分餾物，亦即，在不同溫度下進行分餾冷凝。
專利案EP 3260181 A1描述了一種用於熱裂解塑膠材料之原料的方法，特別是熱裂解廢料的方法。所述方法包括以下步驟：熔融原料，將熔融的原料輸送到熱解室中，置換掉氧氣之後，在熱解室處將熔融的原料在本質為惰性的氣體中加熱以轉化為熱解氣(Pyrolysis gas)。此方法更包括以下步驟：將來自熱解室的熱解氣引入到層式回流塔(Tray reflux column)中，此層式回流塔在上端包括部分冷凝器，返回在層式回流塔中冷凝的熱解氣，進入熱解室並蒸餾熱解氣，熱解氣離開回流塔的部分冷凝器，以獲得一或多種適合作為燃料的產物。然而，含碳的人造煤(Artificial coal)也作為副產物在熱解室中形成。熱解完成後，必須等到所述人造煤冷卻後才能將其從熱解室中取出，以使熱解室可再次用於後續的批料。
因此，所描述的方法似乎在一些方面仍需改進，例如適用於連續操作的需求、可變的材料劑量、在熱解室中排除氧氣的情況下確保完全惰性氣體的操作環境、以及分餾液化前從熱解氣中分離灰塵與懸浮顆粒。
專利案US 2018/273848 A1描述了一種熱解方法，此方法在真空下以500°C至750°C的溫度進行。為此，在熱解步驟之前，將原料(例如聚乙烯和聚丙烯)製造成顆粒狀(pelletized)。
專利案US 6,011,187描述了一種方法，其中原料在不同溫度下進行兩階段氣化，其中熱傳遞通過原料與沙子的直接接觸而發生。在第一階段中，將原料與沙子及/或添加劑混合，並加熱到250°C至350°C，基本上去除鹵素，例如氯。在第二階段中，將與沙子的混合物加熱至350°C至500°C，以產生熱解氣。第二階段後，沙子中殘留的焦炭(coke)可以在沙子中燃燒。
專利案US 2007/062104 A1描述了真空熱解(Vacuum pyrolysis)特別改進的方法。熱解反應器像活塞發動機一樣工作，即交替地產生真空和壓力，其中氣化在600°C的真空中進行，然後在後續壓縮行程中將熱解氣和焦炭排放。
在這種過程中，經常會發生諸如熱解反應器的活塞和氣缸磨損等問題。
因此，仍然需要可彈性使用上油的方法，例如可以連續及/或排除氧氣運行的方法。
因此，本發明的目的之一是提供一種上油方法以克服先前技術的上述缺點。
特別是，所提供的上油方法應可以永久地持續操作。
此外，在所提供的方法中不需要高度製備的原料，例如製成顆粒。特別地，還應可使用研磨(abrading)原料及/或柔軟、海綿狀的原料。
除了在熱解室(反應器)中排除氧氣之外，在將原料饋送到熱解室中時、裂解室中排放含碳殘料期間、特別是在連續操作期間，都應確保排除氧氣。
另外，方法應可提供一基本上能量獨立的操作(Energetically self-contained operation)。
進一步地，透過從產生的熱解氣中分離出不需要的副產物，例如灰塵和灰燼，可確保簡化熱解氣的淨化/冷凝過程。
可藉由本發明的請求項所主張的技術提供解決方案給至少一個前述問題。
因此，本發明的標的是一種用於生產碳氫化合物的連續方法，包括以下步驟：(a)提供有機原料；(b) 轉移有機原料至反應器；(c) 加熱原料以產生熱解氣；(d) 熱解氣饋送至兩分隔部塔(Two-part column)或多分隔部塔(Multi-part column)中，以獲得碳氫化合物之分離的液態及/或半固態的分餾物；以及(e) 取得步驟(d)中獲得之分離的多種碳氫化合物；其中步驟(b)和(c)在惰性氣體且沒有氧氣的環境中進行，並且在步驟(c)中原料被加熱至400℃至600℃。
在上述EP 3 260 181 A1與實驗室操作中，上油通常以分批操作進行。根據此目的，將一批原料轉移到反應器中並在所述反應器中加熱以產生熱解氣，隨後將熱解氣透過蒸餾而被分離成相應的分餾物。然後反應器可以再次被裝填，或亦可以再進行進一步的步驟。
相反地，本發明提供的操作是連續方法。換句話說，原料連續裝填至反應器中、連續操作反應器與產生的熱解氣連續饋送入兩分隔部塔或多分隔部塔、以及確保連續獲得多種碳氫化合物。此外，含碳的殘料(也稱為人造煤或焦炭)也可以在排除氧氣的情況下連續地從反應器中除去，而不必妨礙或甚至完全中斷此方法。
在一較佳實施例中，在步驟(e)中獲得的碳氫化合物包含具有1至75個碳原子的脂族和芳香族的碳氫化合物，較佳為2至60個碳原子，更佳為3至40個碳原子，特別是6至30個碳原子。這些碳氫化合物可以包括例如本領域技術人員已知的烷類、環烷類、環烷烴和芳香族化合物。此些碳氫化合物較佳在23°C和101.325 kPa(常壓)下以固態或液態存在，較佳以液態存在。較佳產生的產物具有在柴油、汽油、和蠟/石蠟範圍內的沸點。
在步驟(a)中，提供有機原料。在本發明的上下文中，有機原料是基於碳和氫的物質，並且還可以包含諸如氧、氮、硫和鹵素的元素。如上所述，有機原料可以是天然物質或天然來源的物質，也可以是合成(人工)產生的物質。有機原料也可以稱為代用燃料或二次燃料，因為它們也可被用以透過燃燒而產生熱能。
可作為有機原料的天然物質之例子有植物或動物染料、糖、脂肪、蛋白質和維生素。還可包括前述的植物殘渣、木材、稻草、動物糞便、天然橡膠以及諸如原油和煤等物質。
如上所述，作為有機原料的合成物質的例子有廢油、固態殘渣、橡膠和塑膠，這些例如是透過對家用和商業廢物、生產廢物進行廢物處理而獲得、以及報廢汽車的回收。
在本方法中，較佳使用合成材料，特別是塑膠或塑膠的混合物，作為有機原料。
塑膠(德語:Kunststoffe，口語稱Plastik)是基本上由大分子組成的材料。在一較佳實施例中，塑膠是聚合物。聚合物由一種或多種結構單元，即所謂的結構重複單元組成。本領域技術人員已知的塑膠或聚合物可用於本方法。
聚合物的例子包含：聚酯化合物例如：聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、以及聚碳酸酯、聚醚化合物例如：聚亞烷基乙二醇醚、聚乙二醇、聚甲醛、聚甲醛二甲基醚、聚丙二醇、聚四氫呋喃、聚乙烯基醚、聚醯胺例如：PA612(源於己二胺和十二烷二酸)、PA11(源於11-氨基十一烷酸)、PA12(源於月桂內醯胺、或ω-氨基十二酸)和PA 6/12(源於己內醯胺和月桂內醯胺)、取代和未取代的聚亞烷基例如：聚乙烯、聚丙烯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯和聚(烷基)甲基(丙烯酸酯)、以及聚氨酯及上述之共聚物。
聚丙烯(polypropylene，PP)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚醯胺(polyamides，PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylic-butadiene-styrene copolymer，ABS)、聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，PBT)、或上述之混合物較佳用作有機原料。
此塑膠更佳地可為聚亞烷基。聚亞烷基的實例是聚乙烯、聚丙烯、及上述之共聚物。
有機原料較佳地含有少於1.0重量百分濃度的氯化物、及/或原料中少於每公斤1.2毫克的汞、及/或原料中少於每公斤2.0毫克的鉈、及/或原料重量中少於15.0重量百分濃度的水(較佳地低於10重量百分濃度，更佳小於5重量百分濃度)。在一較佳實施例中，上述水含量可透過例如在減壓下，較佳在50至600毫巴下，及/或在高溫下(較佳在40℃至70°C)，藉由乾燥有機原料來實現。
此外，有機原料的粒度(Grain size)較佳地為小於60毫米，更佳地小於30毫米，特別是小於25毫米，這確保了無問題地轉移到反應器中(步驟(b))。或者，如果原料以膜形式存在，則膜的表面較佳地小於0.25平方米，更佳地小於0.2平方米，特別是小於0.1平方米。上述粒度或膜的表面，可以透過本領域技術人員已知的切碎方法，例如切割、撕裂、研磨和篩選(Sieving)來產生。
有機原料的能量密度(加熱值)較佳為每公斤15至40百萬焦耳，更佳為每公斤18至35百萬焦耳，特別是每公斤25至30百萬焦耳。
步驟(a)中的原料不必經過最常用的原料製備程度來加工。特別為不必將原料顆粒化。
在一較佳實施例中，可以將催化劑添加到有機原料中。催化劑可以在有機原料轉移或直接饋送到反應器之前加入、或在反應器中加入。催化劑較佳為轉移或直接將有機原料饋送入反應器之前，加入到有機原料中。
催化劑是透過降低活化能而不消耗自身而增加化學反應的反應速率的物質。
對應的市售催化劑，例如鋁矽酸鹽基沸石等，可用於本方法中。
在一較佳實施例中，赤泥、粉煤灰(fly ash)、鋁土礦(Bauxite)、莫來石(Mullite)、沸石(Zeolites)、較佳來自ZSM系列，特別是ZSM-5系列、FCC催化劑(Fluid catalytic cracking catalyst)、赤鐵礦、氧化鐵(II)、鐵、或上述之混合物被使用作為催化劑。
在一個更佳實施例中，使用粉煤灰，特別是活性粉煤灰作為催化劑。粉煤灰的活化是本領域技術人員已知的粉煤灰的預處理。例如，將粉煤灰過篩、與氫氧化鈉混合、煅燒(熔化)、研磨、與水混合、硬化、過濾、洗滌和乾燥。
在另一個更佳實施例中，赤泥用作催化劑。赤泥是一種殘留物，例如，當使用拜耳法(Bayer process)處理鋁土礦以取得氧化鋁時會產生的殘留物。將磨細的鋁土礦與氫氧化鈉混合，其中氫氧化鋁可以溶解。不溶的化合物保留在殘餘物(赤泥)中。赤泥可基本上包含30至40百分重量濃度的氧化鐵(Fe2 O3 )、20至30百分重量濃度的氧化鋁(Al2 O3 )、10至17百分重量濃度的二氧化鈦(TiO2 )、5至12百分重量濃度的二氧化矽(SiO2 )、3至6.5百分重量濃度的氧化鈣(CaO)、以及1至3百分重量濃度的氧化鈉(Na2 O)。
在另一較佳實施例中，用於除去在反應器中有機原料的熱解過程中產生的有機和無機鹵素化合物(例如氟、氯、溴、和碘化合物、及/或硫化合物)之輸入材料，也可以加入有機原料中。換句話說，輸入材料可視為熱解過程中產生的鹵素及/或硫化合物的吸附劑。輸入材料可以與熱解中的其他殘餘殘料一樣從反應器連續地排放，例如含碳的人造煤(焦炭)。
用於去除有機和無機鹵素及/或硫化合物的輸入材料，例如氫氧化鈣(Ca(OH)2 )、氧化鈣(CaO)、碳酸鈣(CaCO3 )、苛性鈉(NaOH)、蘇打(Na2 CO3 )、鉀氫氧化物(KOH)、鉀鹽(K2 CO3 )、赤鐵礦(Fe2 O3 )、赤泥或上述之混合物。
在一較佳實施例中，將赤泥或赤鐵礦、較佳為赤泥加入到有機原料中。因為赤泥既可以作為催化劑又可以作為除去有機和無機鹵素及/或硫化合物的輸入材料。
在一較佳實施例中，用於反應器中的有機原料和催化劑可為10：1至1：2的重量比率。
在一個替代的較佳實施例中，沒有催化劑被添加到有機原料中。這表示根據本發明的方法也可在無催化劑作用的情況下進行操作。
在步驟(b)中，將有機原料轉移到反應器中，其中此步驟係在無氧條件下進行。
可用任何本領域通常知識者習知之方式將有機原料轉移到反應器中。為此目的，例如，本發明可使用所有已知的傳送設備或輸送帶；有機原料的轉移可較佳地藉由一個或多個輸送帶來執行。此外，在原料的轉移過程中，可以使用金屬分離器進行金屬分離。透過使用金屬分離器分離可能殘留在有機原料中的金屬部件，可保護系統部件，例如輸送裝置，且此方法可達成無故障或幾乎無故障的操作。如此，可以增加執行本發明方法的裝置穩定性。另外，上述金屬部分的分離可防止或至少有利地減少了在步驟(c)中可能形成的副產物。在步驟(c)中，原料在排除氧氣的情況下被加熱。
在本方法中，有機原料在無氧條件下和惰性氣體下轉移到反應器中。在本發明的上下文中，有機原料基本上已經不含氧，例如可存在於周圍環境中、通常在空氣中、或在各個原料件之間的間隙中的氧氣。無氧條件可以藉由本領域技術人員已知的用於產生負壓、並隨後可透過引入惰性氣體例如氮氣等而解除負壓的抽氣系統來進行。
在一較佳實施例中，在步驟(b)中，有機原料不含氧。例如，在本方法中可以透過雙鎖定系統在輸送帶上脫除有機原料中的氧氣。換句話說，在本方法中，透過真空泵經由兩個各自具有雙擋板系統(Double flap system)的鎖定腔室(Lock chamber)抽空有機原料周圍的氣體，特別是空氣，從而除去有機原料中的氧氣。然後可以接著將惰性氣體，較佳為氮氣，至多為一大氣壓，施加到有機原料上。此過程可以重複幾次，以儘量置換掉最多的氧氣。其中，可以較佳透過冷卻的螺旋輸送機將有機原料引入反應器。如此，較佳以無壓力的方式將有機原料引入反應器中。
在本方法的上下文中，在開始轉移有機原料或將其引入反應器之前，反應器本身也不含氧氣以及達到所需溫度。為此目的，加熱反應器，並使惰性氣體(較佳為氮氣)流過反應器。在向反應器填充輸入原料之前，先用惰性氣體吹掃(purged)，以確保盡可能完全地排除氧氣，然後在反應器中盡可能完全地填充惰性氣體。
在步驟(c)中，加熱有機原料以產生熱解氣。在一較佳實施例中，步驟(c)可透過加熱反應器來進行。為此目的，反應器被直接或間接地加熱，較佳為間接地被加熱。在一較佳實施例中，反應器較佳在步驟(c)中透過雙層壁(Double wall)間接加熱。反應器可以使用本領域技術人員已知的任何加熱裝置透過雙層壁加熱。較佳地藉由一或多台熱氣發生器，將反應器的一或多個加熱區加熱至對應於加熱區的特定恆定溫度，在此溫度下隨後進行原料的熱解。此溫度介在400℃至600℃之間，較佳在450℃至580℃之間，特別是在500℃至560℃之間。更佳地，此溫度為約550℃。
在一較佳實施例中，來自塔頂的不溶水的氣體和非冷凝性氣體、及/或通過後燃燒室引導的熱解氣可以被饋送入加熱裝置中，為了在達到上述溫度後加熱反應器，使得根據本發明的方法可以在能量獨立地進行。較佳地，在將不溶水的氣體和非冷凝性氣體饋送入加熱裝置之前，可以例如透過氣體洗滌器(scrubber)對其進行淨化。
熱氣產生器可以是本領域技術人員已知的用於產生高溫的所有裝置。對反應器的熱空氣供應源，較佳由氣體燃燒器和各自的燃燒室組成。在這些腔室中，氣體燃燒器的火焰熱可以傳遞到空氣中，從而可以將各個加熱區域中反應器的雙層壁之間的間隙加熱到所需的溫度。
另外，在反應器中較佳地將較大塊的有機原料混合，更佳地透過攪拌器進行混合，並將含碳的殘料輸送至排放處。此外，較佳將有機原料充分混合，更佳地借助攪拌器，任選地將其壓碎並使其可應用於更快的熱量輸入。另外，有機原料的碎片被部分或完全，較佳地為完全轉化為氣態。進一步地，較佳透過攪拌器將有機原料分佈在反應器的最大可能的內表面上，從而最大可能的傳熱可以在反應器側的雙層壁上發生。在反應器的後部，攪拌器可具有較小傾斜角度。
在上述溫度範圍內，有機原料在反應器中的平均停留時間介於15至120分鐘之間，較佳地介於20至100分鐘之間，特別是介於30至90分鐘之間，更特別是約45分鐘。在此過程中，有機原料中的鍵在無氧氣的情況下發生熱分解，生成熱解氣。排除氧氣的熱分解也可以稱為裂化過程(Cracking process)。
殘料，較佳為固體殘料，在本方法中可以副產物的形式生成。本發明方法中可形成的固體殘料的例子，包含上述含碳的人造煤和可能的礦物成分，礦物成分也存在於有機原料中。可從反應器中排放殘料，本方法中排放殘料時，防止氧氣輸入到反應器中。為此目的，在本方法中，例如透過緩衝槽(Buffer chute)，可以確保殘料(灰渣)的積累。隨後可以較佳地在冷卻的情況下例如透過冷卻的螺旋輸送機(Screw conveyor)從反應器中排放殘料。透過冷卻的螺旋輸送機，較佳地將殘料冷卻至室溫。冷卻可以較佳地防止殘料中所含碳的氧化。
在一較佳實施例中，將步驟(c)中獲得的熱解氣從反應器的上端除去，並進行步驟(d)。這樣做是為了避免或大幅度減少不希望的進一步副作用。在一較佳實施例中，所產生的熱解氣包括氣態碳氫化合物。此外，所產生的熱解氣較佳地不包含液態或固態的碳氫化合物。
在步驟(d)中，將熱解氣透過連接裝置從反應器饋送入兩分隔部塔或多分隔部塔，以獲得分離的碳氫化合物分餾物。為此目的，熱解氣可從反應器室連續饋送入兩分隔部塔或多分隔部塔，較佳地透過絕緣導管，以產生分餾物。
在本方法中，兩分隔部塔或多分隔部塔中較佳地配置為兩分隔部塔。在一較佳實施例中，塔的第一分隔部佈置在反應器或絕熱導管、與塔的第二分隔部之間，並且可視為兩分隔部塔或多分隔部塔的下部。塔的第二分隔部佈置在兩分隔部塔或多分隔部塔的第一分隔部上方。因此，它也稱為塔的上部。塔的第一(下部)和第二(上部)分隔部較佳以流體密封的方式(Fluid-tight manner)彼此連接，即以氣密和液體密封的方式彼此連接。在本方法中，此流體密封連接較佳地可以被配置為絕緣管道或凸緣(Flange)連接，特別為絕緣管道。
在本方法中，氣體被冷卻，並且根據沸點的範圍，當熱解氣被饋送入兩分隔部塔或多分隔部塔時，其成分被部分液化。可例如使用控制閥確保除去部分液化的獨立之分餾物。換句話說，藉由將熱解氣饋送至兩分隔部塔或多分隔部塔中，使其受到分餾冷凝，其中不同的分餾物是各別分開取得的。
在一較佳實施例中，兩分隔部塔或多分隔部塔(較佳為兩分隔部塔)的第一(下部)分隔部是驟冷塔(Quench column)。如上所述，在本方法中，將熱解氣從反應器連續饋送到兩分隔部塔或多分隔部塔中，因此進入驟冷塔。驟冷塔可以是普通的蒸餾塔或分餾塔(Fractionating column)。分餾塔是一種蒸餾塔，其中塔體上裝有構件(亦稱為塔板(Tray))以增強氣態和液態之間的熱量和物質交換。在本方法中，分餾塔包含多個塔板，較佳10至30個塔板，特別是約15個塔板。另外，驟冷塔較佳在些微的負壓下(低於一大氣壓)操作，特別是在0.75至0.85 巴的最大壓力(Top pressure)下，較佳約0.8 巴。在驟冷塔中，熱解氣的溫度較佳降低到280℃至320℃，特別是降低至約300℃。第二、上部塔的底部液體產物尤其可以用於冷卻熱解氣。另外，驟冷塔較佳配備一或多個溫度測量點，以檢查本方法是否正確地執行。
在一較佳實施例中，兩分隔部塔及/或多分隔部塔(較佳為兩分隔部塔)的第二分隔部，為分餾塔。在兩分隔部塔及/或多分隔部塔的第二(上部)分隔部中的分餾塔較佳具有多個塔板，較佳10至40個塔板，更佳地20至35個塔板，特別是約30個塔板。經過驟冷塔時，氣體流動通過第一塔和第二塔的氣密連接而流入第二塔(分餾塔)進行冷卻。類似第一塔(驟冷塔)，分餾塔較佳在些微的負壓下操作，特別是在0.75至0.85巴的最大壓力下，較佳約0.8巴。
在兩分隔部塔的第一(下部)分隔部和第二(上部)分隔部中，可在例如塔板的構件處建立對應分餾物的液態和氣態之間的不同平衡狀態。換句話說，以這種方式，可以較佳地在兩分隔部塔中的不同塔板處，分步獲得分離的液態多種碳氫化合物，其中碳氫化合物的取得和分離是藉由相應分餾物的不同沸騰範圍來進行。
在本方法的一個較佳實施例中，在兩分隔部塔或多分隔部塔的第一分隔部中，熱解氣的流速低於隨後第二分隔部或多部分塔的第二分隔部中的流速。特別的，在較佳為兩分隔部塔的第一分隔部中的熱解氣的流速，低於在隨後較佳為兩分隔部塔的第二分隔部中的流速。藉由在塔中第一分隔部中較低的流速，可達成熱解氣的淨化效果。例如，無灰塵顆粒或無灰燼夾帶在較佳的兩分隔部塔的第二(上部)分隔部中。
在本方法的一實施例中，在步驟(d)中，藉由相分離(Phase separation)，將水從碳氫化合物中分離，上述水例如從熱解過程中形成的水或已存於有機原料中的水。在液態相中，可能會積累污染物，例如酸性化合物、揮發性重金屬(例如汞)、或鹵素(例如氯)，從而導致這些物質在隨後的分餾物中所佔的比例降低(“去除污染物”)。為此目的，可以使用本領域技術人員已知的相分離器(Phase separator)。分離的水可較佳地被饋送入水處理單元，進行污染物分離處理。
在步驟(e)中，獲得在步驟(d)中獲得的分離的較佳液態碳氫化合物。這表示分離的較佳液態碳氫化合物藉由排放系統從較佳的兩分隔部塔中排放，並且如果需要，被進一步處理或清洗。從較佳兩分隔部塔排放後得到的碳氫化合物較佳在23℃(室溫)和101.325千帕(常壓)下為液態。作為替代方案，碳氫化合物從較佳為兩分隔部塔，特別是較佳為兩分隔部塔的第一分隔部排放後可進行固化，使得碳氫化合物可呈現為半固體物質或固體形式。半固體物質是處於固態和液態之間的狀態的物質，例如蠟(例如石蠟)。這些物質較佳以溫暖的液態儲存。
為此目的，較佳為兩分隔部塔的第一分隔部(驟冷塔)可以配備一或多個控制閥作為排放系統，透過此控制閥可排放/除去沸點範圍高於300°C且低於500°C的分餾物。在一較佳實施例中，除去沸點範圍為熱解氣(合成氣)之進入溫度到約320℃的分餾物。此分餾物可包含最多含75個碳原子的碳氫化合物。例如：重油/石蠟。由於驟冷塔底部的高溫，當產品儲存槽填充時，較佳對底部產品進行冷卻。
此外，較佳為兩分隔部塔的第二分隔部(分餾塔)可以包括一或多個溫度傳感器，溫度傳感器可以監測分餾塔的底部、各獨立塔板和頂部的溫度。像驟冷塔一樣，分餾塔也可以配備一或多個控制閥，藉由控制閥可以在所需範圍內除去各個獨立分餾物。在一較佳實施例中，除去沸點在220℃至320℃之間的分餾物。此分餾物可包含具有7至22個碳原子的碳氫化合物。例如：柴油燃料。沸點範圍為150℃至200℃的分餾物也可較佳地被除去。此分餾物可以包含具有5至9個碳原子的碳氫化合物。例如：汽油燃料。
另外，較佳地透過饋送系統，將熱解產物(氣態頂部產物)通過較佳的兩分隔部塔之後，將仍為氣態的部分饋送至主冷凝器。主冷凝器用於在冷卻的同時冷凝/液化更多的熱解氣分餾物。這些液化/冷凝的分餾物也可以較佳透過控制閥進行移除。所移除的，較佳為沸點範圍50℃至150℃的分餾物。此分餾物也稱為頂部分餾物，可以包含具有1至10個碳原子的脂族或芳香族碳氫化合物，較佳具有2至9個碳原子，特別是具有5到7個碳原子。實例包括烷烴例如：戊烷、己烷、庚烷、辛烷，和烯烴例如：戊烯、己烯、庚烯、辛烯。進一步的例子是環烷烴例如：環戊烷、環己烷、環庚烯，和環烯烴例如：環己烯和環庚烯、以及芳香族化合物，例如苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、和對二甲苯。
可選地，進一步的數個二次冷凝器(Secondary condenser)，包括其饋送系統，可以連接在主冷凝器的下游，這些冷凝器基本上具有相同的操作模式，基本上用於移除凝結熱。
在反應器中產生的熱解氣也可包含氣態成分，不僅可以通過較佳的兩分隔部塔，而且還可以通過主冷凝器和選擇性地通過二次冷凝器而不在其中冷凝/液化。結果，這些氣體不能以液態形式從塔、主冷凝器及/或進一步的二次冷凝器被排放/除去，而仍以氣態形式離開主冷凝器或進一步選擇性地二次冷凝器。熱解氣體的這些成分被稱為廢氣(off-gases)，並且較佳包含碳氫化合物，較佳為具有1至5個碳原子的碳氫化合物。廢氣成分的實例是甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、正丁烷、異丁烷、異丁烯、1-丁烯、2-丁烯、2,2-二甲基丙烷、環丙烷和環丙烯。
在一較佳實施例中，經由主冷凝器和一或多個選擇性的二次冷凝器逸出的廢氣可以經由管道系統被饋送入上述的氣體燃燒器中以加熱反應器。在一較佳實施例中，廢氣在離開最後一個冷凝器之後經受淨化步驟以去除污染物。為此目的，可使用本領域技術人員已知的氣體純化裝置，例如氣體洗滌器。透過經由管道系統饋送廢氣到用於加熱反應器的氣體燃燒器，在啟動過程之後，本方法在能量上是獨立的。根據進一步的實施例，冷凝器可以透過設置相應的冷卻溫度來操作，使得廢氣組成上產生比例變化，並且因此可以設定這些廢氣的加熱值。借助於這種廢氣，根據本發明的方法可以如上所述在能量上獨立的方式操作，及/或例如可以使用氣體發動機(Gas engine)來獲得電能(電力)和熱。
本發明的另一標的為執行根據本發明的方法的裝置。
根據本發明的裝置包括： (1)           用於有機原料的一轉移裝置或一輸送帶； (2)           一反應器； (3)           一加熱裝置； (4)           反應器與兩分隔部塔、或反應器與多分隔部塔間的連接裝置； (5)           兩分隔部塔或多分隔部塔； (6)           用於液態碳氫化合物的排放或除去系統； (7)           饋送系統； (8)           主冷凝器。
第1圖繪示根據本發明的裝置的方塊圖。
轉移裝置或輸送帶(1)將有機原料轉移到反應器中。在一較佳實施例中，轉移裝置可以是輸送帶，較佳地包括金屬分離器。
此外，轉移裝置(1)包括一系統，此系統確保了有機原料至反應器中的轉移可在沒有氧氣的情況下進行。此系統例如可以是用於透過引入惰性氣體，特別是氮氣而產生負壓且可以隨後降低負壓的排氣系統。在較佳實施例中，此系統是雙鎖定系統，具有兩個鎖定室(Lock chamber)，每個鎖定室具有雙擋板系統。
此外，轉移裝置可以較佳具有冷卻裝置，以使有機原料在冷卻的轉移裝置上引入反應器中，可較佳地防止原料融化。
第2圖繪示根據本發明的反應器的轉移裝置的一實施例。
在反應器(2)中，加熱有機原料以產生熱解氣。反應器較佳地透過雙層壁間接加熱。另外，反應器較佳包括攪拌器，利用此攪拌器可以將有機原料切碎、混合及/或最大可能地分佈在反應器的內表面上。為了加強混合以更快地輸入熱量並壓縮所使用的材料，攪拌器可較佳地配置成在前部具有不同的傾斜度，前部較佳地具有比後部更大的傾斜度。
本領域技術人員已知的任何加熱裝置(3)可用來加熱反應器。加熱裝置較佳是熱氣產生器，特別是具有個別燃燒室的一或多個氣體燃燒器。
反應器中產生的熱解氣藉由連接裝置(4)被饋送入兩分隔部塔或多分隔部塔(5)。換句話說，這表示反應器藉由連接裝置而連接到兩分隔部塔或多分隔部塔，並且熱解氣從反應器藉由/透過上述連接裝置而被饋送入兩分隔部塔或多分隔部塔。在一較佳實施例中，所述連接裝置為導管，較佳為絕緣導管(Insulated pipe duct)。
兩分隔部塔或多分隔部塔(5)較佳為兩分隔部塔，其中兩分隔部塔較佳以流體密封的方式連接。流體密封連接較佳是絕緣管道或凸緣連接，特別是管道。
較佳的兩分隔部塔的第一(下部)分隔部較佳為驟冷塔，可以是普通蒸餾塔或分餾塔，較佳為分餾塔。較佳配置為分餾塔的驟冷塔可以包含複數個塔板，較佳為10至30個塔板。驟冷塔較佳具有一或多個溫度感測點。
較佳的兩分隔部塔的第二(上部)分隔部較佳為分餾塔。在較佳的兩分隔部塔的第二(上部)分隔部中的分餾塔，較佳地具有複數個塔板，較佳為10至40個塔板，更佳為20至35個塔板，特別是約30個塔板。
在較佳的實施例中，較佳的兩分隔部塔的第一(下部)分隔部的直徑，大於較佳的兩分隔部塔的後續第二(上部)分隔部的直徑。這種配置使得較佳的兩分隔部塔第一分隔部中的熱解氣的流量低於較佳的兩分隔部塔後續第二分隔部中的流量。
第3圖繪示根據本發明具有冷卻迴路的兩分隔部塔或多分隔部塔的一實施例。
較佳的兩分隔部塔的下部較佳包含排放或除去系統(6)。透過排放或除去系統(6)，可排放/除去液態碳氫化合物之分餾物。對於較佳的兩分隔部塔的上部也是如此。較佳地，較佳兩分隔部塔的下部和上部的排放系統(6)可以較佳地配置作為控制閥。
根據本發明的裝置還包括饋送系統(7)，佈置在較佳為兩分隔部塔的第二(上部)分隔部的塔頭和主冷凝器之間。透過較佳的兩分隔部塔中的饋送系統將熱解氣的未液化/冷凝的成分饋送到主冷凝器。饋送系統(7)可以是管子或承座(Socket)，最好是承座。
主冷凝器(8)可為冷凝器，在冷卻過程中，熱解氣進一步的分餾物可以被液化。較佳地，主冷凝器配備有用於去除液化分餾物的控制閥。
可選擇地，進一步的二次冷凝器，包括其饋送系統，可連接在主冷凝器(8)的下游，這些冷凝器基本上具有相同的操作模式。在一較佳實施例中，根據本發明的裝置包括兩個二次冷凝器，其中用於冷凝的第二二次冷凝器的冷卻溫度低於佈置在主冷凝器和第二二次冷凝器之間的第一二次冷凝器的溫度。
根據本發明的裝置，更可較佳地包括管道系統，加熱裝置的未冷凝廢氣可以透過管道系統從主冷凝器或從選擇性的二次冷凝器較佳地饋送至前述的氣體燃燒器而用於加熱反應器、或至氣體發動機而用於產生電能(電力)和熱量。
在本發明的設備的較佳實施例中，可以在所述管道系統中佈置用於氣體的淨化設備。氣體的淨化裝置是本領域技術人員已知的。一個例子是氣體洗滌器。借助於此氣體淨化裝置，可以將污染物從廢氣中去除，然後再將其饋送到上述氣體燃燒器或氣體發動機中。
1:轉移裝置 2:反應器 3:加熱裝置 4:連接裝置 5:分隔部塔 6:排放或除去系統 7:饋送系統 8:主冷凝器
第1圖繪示根據本發明一實施例的裝置的方塊圖。 第2圖繪示根據本發明的反應器的轉移裝置的一實施例。 第3圖繪示根據本發明中具有冷卻迴路的兩分隔部塔或多分隔部塔的一實施例。
1:轉移裝置
2:反應器
3:加熱裝置
4:連接裝置
5:分隔部塔
6:排放或除去系統
7:饋送系統
8:主冷凝器

Claims (14)

  1. 一種連續生產碳氫化合物之方法，包括以下步驟： (a)  提供一有機原料； (b) 轉移該有機原料至一反應器中； (c)  加熱該有機原料以產生一熱解氣； (d) 饋送該熱解氣至一兩分隔部塔或多分隔部塔，以獲得碳氫化合物的分離的液態及/或半固態的分餾物；以及 (e)  獲得步驟(d)中分離的該些碳氫化合物； 其中步驟(b)和(c)在沒有氧氣而在惰性氣體下進行，以及其中在步驟(c)中加熱該有機原料至400℃至600℃。
  2. 如請求項1之方法，其中在步驟(e)中獲得的該些碳氫化合物，為具有1至70個碳原子的脂族或芳香族的碳氫化合物。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該有機原料為一塑膠或一塑膠混合物。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中一催化劑被添加到該有機原料中。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中在步驟(b)中，從該有機原料中除去氧氣。
  6. 如請求項4之方法，其中該催化劑包括一含鋁化合物。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中步驟(c)藉由加熱該反應器進行。
  8. 如請求項1至7中任一項之方法，其中步驟(c)中該有機原料的平均停留時間為20至100分鐘。
  9. 如請求項1至8中任一項之方法，其中在該反應器的上端，將步驟(c)中獲得的該熱解氣除去，並進行步驟(d)。
  10. 如請求項1至9中任一項之方法，其中該兩分隔部塔及/或該多分隔部塔的一第一分隔部為一驟冷塔。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，其中該兩分隔部塔及/或該多分隔部塔的一第二分隔部為一分餾塔。
  12. 如請求項1至11中任一項之方法，其中在該兩分隔部塔及/或該多分隔部塔的該第一分隔部中，該熱解氣體的流量低於該兩分隔部塔及/或該多分隔部塔中接續的該第二分隔部。
  13. 如請求項1至12中任一項之方法，其中在步驟(d)中，透過相分離而分離水與該些碳氫化合物。
  14. 如請求項1至13中任一項之方法所使用之裝置，包括： (1)  用於該有機原料的一轉移裝置或一輸送帶； (2)  一反應器； (3)  一加熱裝置； (4)  一連接裝置，在該反應器與一兩分隔部塔、或該反應器與一多分隔部塔之間； (5)  該兩分隔部塔、或該多分隔部塔； (6)  用於液態碳氫化合物的一排放或清除系統； (7)  一饋送系統；以及 (8)  一主冷凝器。
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