用于產生更多量芳族化合物的熱解過程和裝置的制造方法
【專利說明】用于產生更多量芳族化合物的熱解過程和裝置
[0001] 本申請是中國專利申請號為200480044584. 7 (PCT/US2004/033796)于（國際）申 請日2004年10月13日提交的發明專利申請的分案申請。原申請的發明名稱為"用于產生 更多量芳族化合物的熱解過程和裝置"。
【背景技術】
[0002] 眾所周知，熱解工藝就是加熱碎片狀廢聚合物，例如熱塑性物質、輪胎等以產生諸 如液體油、氣體和炭黑的產物。然而，當芳烴回收的產率很低時，比如，產品回收所花費的成 本要高于該產品從石油直接取得所花費的成本時，該工藝很難獲得商業成功。
[0003] 英國專利UK1481352公開了一種烴類熱分解方法，其用高溫氣體至少部分地間接 接觸烴類。該氣體在熱交換完成后相對于熱分解產生的氣體產物單獨排出。輪胎則是在管 中由管間流動的高溫氣體進行加熱的。在另一個實施方式中，管內具有柵格區域，將燃燒氣 體通入該區域中從而通過柵格碳界面處氣體的直接加熱來幫助碳化。可以將蒸汽或C02通 入到柵格中以形成水煤氣或減少氣體以幫助燃燒。
[0004] 美國礦務局的第7302號調查報告公開了一種輪胎碎片的破壞性蒸餾方法。該報 告是在一系列條件的測試后做出的。其中產生、回收并分析了固體、液體和氣體。該報告顯 示，不同產物的多少取決于測試溫度，其中還報道液體和氣體產物中的組分也會因溫度變 化而變化。
[0005] Timmann的美國專利US4746406公開了一種塑料、橡膠或其他烴類物質的熱解再 加工的工藝，其中所產生的熱解氣體是在溫度剛剛高于水的冰點且壓力約為0. 8 - 1. 4巴 (bar)正壓的冷卻階段得到的。接著將所形成的冷凝物分離并將其加熱到正常的儲存溫度， 并將冷凝物的高壓降低到常壓。由此，所產生的包括有C1-C4烴類化合物的氣體就供應到 熱解工藝中作為特殊的產品氣體。其中還公開熱解氣體中芳族化合物的比例有實質性的增 加。
[0006] 雖然現有的熱解工藝可以產生再利用的產品，但是有用產物的結果產率使得這些 工藝不具備經濟可行性。在必須基于成分來對原料進行篩分時，會進一步增加這些工藝的 成本。
【發明內容】
[0007] 本發明的實施方式提供了烴類物質的熱分解工藝，該工藝所產生的液體產物中含 有更多的芳族化合物。在一實施方式中，該烴類物質熱解工藝包括：將包含烴類的原料輸 入到反應器中，加熱該原料物質，收集來自無氧操作反應器的產物。至少有5 %的有機碳原 子存在于產品液相部分的化合物的芳環上，其中的有機碳原子原先并不存在于原料的芳環 上。
[0008] 在另一實施例中，用來熱解烴類物質的工藝包括：將包含有含碳物質的原料輸入 到體積至少為1. 7立方米的反應器中，以大約7X 10_4kW. m2/kg2至約3. OkW. m2/kg2初始熱 流率來加熱所述原料，收集無氧操作反應器的產物。
[0009] 本發明的一個實施方式還提供了一種用于熱解烴類物質的反應裝置，該反應裝置 包括：一個上部區域，該區域中包括一個傾斜的上部內壁導管和一個上部外壁導管，其中的 上部內壁導管具有一個上部的物料入口和一個下部的物料出口，其中的上部外壁導管具有 一個上部的氣體出口和一個下部的氣體入口，并且該上部外壁導管圍繞著該內壁導管，這 樣就在該內壁導管和該外壁導管之間包夾形成一個氣體傳遞空間；一個下部區域，該區域 中包括一個傾斜的下部內壁導管和一個下部外壁導管，其中下部內壁導管具有一個與上部 內壁導管的下部物料出口連接的上部物料入口和一個下部物料出口，其中的下部外壁導管 具有一個上部氣體出口并連接到上部外壁導管的下部氣體入口，同時該下部外壁導管圍繞 著該下部內壁導管，從而在所述內壁導管和所述外壁導管之間包夾出一個氣體傳遞空間； 以及布置在下部區域中的加熱器。該反應器裝置可以包括由多個由上述上部和下部單元構 成的單元，其以疊置或階梯狀布置成反應器。可將加熱器交替地布置在該反應器中，例如， 可以在一個或多個中間重復單元處另加一個加熱器。
【附圖說明】
[0010] 可以參考下列附圖來理解本發明的實施例。圖中部件并非按比例畫出。
[0011] 圖1是根據本發明一個實施方式的多級連續式反應器裝置的示意圖。
[0012] 發明詳述
[0013] 本發明實施方式包括用來熱解廢料中烴類物質的工藝和系統，該烴類物質例如可 以是熱塑性聚合物、熱固性聚合物及其混合物，由此可將該烴類物質轉化為能產生更多芳 族化合物的有用產物。
[0014] 在一實施方式中，有一種用來熱解烴類物質的工藝，其包括將包含烴類的原料輸 入到反應器中，加熱該原料物質，收集無氧操作反應器的產物。這里，術語"無氧"指的是， 在起始加熱階段，基于反應器的內部體積，反應器中含有低于3%體積的氧氣，在一個備選 實施方式中為低于2 %體積的氧氣，在另一個備選實施方式中為低于1 %體積的氧氣，在另 一個備選實施方式中，為約〇. 01%體積到約1%體積的氧氣。該工藝使至少5%的原先并不 存在于原料化合物芳環上的有機碳原子出現在產物液相部分化合物的芳環上，在一個備選 實施方式中其中的百分數約為10 % -90 %，在另一個備選實施方式中為約15 % -約70 %， 在另一個備選實施方式中為約20%-約60%。術語"芳環"應被本領域普通技術人員理解 為六個碳原子鍵合形成的環，并且芳環上的碳原子并不包括鍵合在芳環上的吊鏈和功能團 上的碳原子。亦即，產物中芳環的數量要大于原料中芳環的數量。這里所述各個實施方式 中的熱解工藝表明：含有烴類的任意混合原料均可產生新的芳環。
[0015] 那些原先不存在于原料芳環上的有機碳原子轉化成產物液相部分化合物芳環上 的有機碳原子的轉化量取決于原料中不存在于芳環上的有機碳原子的數量。例如，如果原 料所含有的有機碳原子有80%不存在于芳環上，那么熱解工藝至少可將其中4%的碳原子 轉化為產物中液相部分化合物芳環上的碳原子。在另一實施例中，如果原料中的有機碳原 子有35%不存在于芳環上，那么熱解工藝至少可將其中1. 75%的碳原子轉化為產物中液 相部分化合物芳環上的碳原子。可以利用本領域所熟知的碳原子13NMR試驗來測量芳環上 的和不存在于芳環上的有機碳原子數量。在上述的不同實施方式中，原料中至少有20%的 有機碳原子不存在于原料的芳環上，在一些實施例中其為至少40%，并且在另一些實施例 中，其至少為50%。亦即，原料中至少一半的有機碳原子的鍵合方式不同于芳環鍵合方式。 原料中可包含任意的碎片混合物，該混合物包括至少約70%重量，或至少約80%，或至少 約90%的烴類物質，其中該烴類物質包括至少兩種不同的組分。在另一實施方式中，該原料 還可以包括高達約25%重量的金屬。該金屬可用來增加整個熱解物質的導熱性，其可增加 加熱速度從而降低完全熱解所需的時間。
[0016] 烴類物質可包括熱塑性聚合物，例如，聚乙烯、聚丙烯、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯 乙烯（ABS)共聚物、聚胺、聚氨酯、聚醚、聚碳酸鹽、聚（氧化物）、聚（硫化物）、聚芳基化 物、聚醚酮、聚醚氨、聚砜、聚氨酯類、聚乙烯醇和單體聚合所產生的聚合物，該單體例如是 二烯、烯烴、苯乙烯、丙烯酸脂、丙烯腈、甲基丙烯酸脂、甲基丙烯腈、二酸和二醇類、內酯、二 酸和二胺、內酰胺、乙烯基鹵化物、乙烯基酯、以及其嵌段共聚物和其合金類。例如，聚氯乙 烯、聚四氟乙烯、和其鹵化共聚物在熱解中會產生鹵化物，其具有腐蝕性但可以忍受。
[0017] 烴類物質還可以包括熱固性聚合物，例如，環氧樹脂；酚類樹脂；三聚氰胺樹脂； 醇酸樹脂；乙烯基酯樹脂；非飽和聚酯樹脂；交聯聚氨酯；聚異氰尿酸酯；交聯彈性體，包括 但不限于，聚橡膠基質，聚丁二烯，苯乙烯一丁二烯、苯乙烯一橡膠基質、乙烯一丙烯一二烯 單體聚合物；和其混合物。
[0018] 碎片狀的烴類物質可以是熱塑性和熱固性共聚物的混合物，例如，是輪胎、涂料、 粘合劑、自動切碎機廢料（起毛）等，這些都可以用作這里所述熱分解工藝不同實施方式中 的原料。可以利用的其他烴類物質包括煤、頁巖油和瀝青。烴料中也可能會存在少量的碳 類氫氧化物；然而，作為優選，這些并不作為主要烴類物質的主要部分。通常，碳和氫原子至 少占烴類物質總重量的55%，在某些情況下，至少65%重量，作為備選，至少占進入過程的 原料中的烴類物質總重量的70%。
[0019] 加入反應器的原料的量通常很大。例如，在一個實施方式中，進料約為25至635千 克/立方米【約為100到2500鎊每6位方英尺】，在另一個實施方式中，約為50至500千 克/立方米【約為100至2000鎊每6位方英尺】，在另一種可選擇的實施方式中約從75至 約375千克/立方米【約300至約1500鎊每