專利名稱：用于產(chǎn)生更多量芳族化合物的熱解過(guò)程和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
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(zhì)、輪胎等以產(chǎn)生諸如液體油、氣體和炭黑的產(chǎn)物。然而，當(dāng)芳烴回收的產(chǎn)率很低時(shí)，比如，產(chǎn)品回收所花費(fèi)的成本要高于該產(chǎn)品從石油直接取得所花費(fèi)的成本時(shí)，該工藝很難獲得商業(yè)成功。
英國(guó)專利UK1481352公開(kāi)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(duì)于熱分解產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物單獨(dú)排出。輪胎則是在管中由管間流動(dòng)的高溫氣體進(jìn)行加熱的。在另一個(gè)實(shí)施方式中，管內(nèi)具有柵格區(qū)域，將燃燒氣體通入該區(qū)域中從而通過(guò)柵格碳界面處氣體的直接加熱來(lái)幫助碳化。可以將蒸汽或CO2通入到柵格中以形成水煤氣或減少氣體以幫助燃燒。
美國(guó)礦務(wù)局的第7302號(hào)調(diào)查報(bào)告公開(kāi)了一種輪胎碎片的破壞性蒸餾方法。該報(bào)告是在一系列條件的測(cè)試后做出的。其中產(chǎn)生、回收并分析了固體、液體和氣體。該報(bào)告顯示，不同產(chǎn)物的多少取決于測(cè)試溫度，其中還報(bào)道液體和氣體產(chǎn)物中的組分也會(huì)因溫度變化而變化。
Timmann的美國(guó)專利US4746406公開(kāi)了一種塑料、橡膠或其他烴類物質(zhì)的熱解再加工的工藝，其中所產(chǎn)生的熱解氣體是在溫度剛剛高于水的冰點(diǎn)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(chǔ)存溫度，并將冷凝物的高壓降低到常壓。由此，所產(chǎn)生的包括有C1-C4烴類化合物的氣體就供應(yīng)到熱解工藝中作為特殊的產(chǎn)品氣體。其中還公開(kāi)熱解氣體中芳族化合物的比例有實(shí)質(zhì)性的增加。
雖然現(xiàn)有的熱解工藝可以產(chǎn)生再利用的產(chǎn)品，但是有用產(chǎn)物的結(jié)果產(chǎn)率使得這些工藝不具備經(jīng)濟(jì)可行性。在必須基于成分來(lái)對(duì)原料進(jìn)行篩分時(shí)，會(huì)進(jìn)一步增加這些工藝的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式提供了烴類物質(zhì)的熱分解工藝，該工藝所產(chǎn)生的液體產(chǎn)物中含有更多的芳族化合物。在一實(shí)施方式中，該烴類物質(zhì)熱解工藝包括將包含烴類的原料輸入到反應(yīng)器中，加熱該原料物質(zhì)，收集來(lái)自無(wú)氧操作反應(yīng)器的產(chǎn)物。至少有5％的有機(jī)碳原子存在于產(chǎn)品液相部分的化合物的芳環(huán)上，其中的有機(jī)碳原子原先并不存在于原料的芳環(huán)上。
在另一實(shí)施例中，用來(lái)熱解烴類物質(zhì)的工藝包括將包含有含碳物質(zhì)的原料輸入到體積至少為1.7立方米的反應(yīng)器中，以大約7×10-4kW.m2/kg2至約3.0kW.m2/kg2初始熱流率來(lái)加熱所述原料，收集無(wú)氧操作反應(yīng)器的產(chǎn)物。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式還提供了一種用于熱解烴類物質(zhì)的反應(yīng)裝置，該反應(yīng)裝置包括一個(gè)上部區(qū)域，該區(qū)域中包括一個(gè)傾斜的上部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管和一個(gè)上部外壁導(dǎo)管，其中的上部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管具有一個(gè)上部的物料入口和一個(gè)下部的物料出口，其中的上部外壁導(dǎo)管具有一個(gè)上部的氣體出口和一個(gè)下部的氣體入口，并且該上部外壁導(dǎo)管圍繞著該內(nèi)壁導(dǎo)管，這樣就在該內(nèi)壁導(dǎo)管和該外壁導(dǎo)管之間包夾形成一個(gè)氣體傳遞空間；一個(gè)下部區(qū)域，該區(qū)域中包括一個(gè)傾斜的下部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管和一個(gè)下部外壁導(dǎo)管，其中下部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管具有一個(gè)與上部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管的下部物料出口連接的上部物料入口和一個(gè)下部物料出口，其中的下部外壁導(dǎo)管具有一個(gè)上部氣體出口并連接到上部外壁導(dǎo)管的下部氣體入口，同時(shí)該下部外壁導(dǎo)管圍繞著該下部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管，從而在所述內(nèi)壁導(dǎo)管和所述外壁導(dǎo)管之間包夾出一個(gè)氣體傳遞空間；以及布置在下部區(qū)域中的加熱器。該反應(yīng)器裝置可以包括由多個(gè)由上述上部和下部單元構(gòu)成的單元，其以疊置或階梯狀布置成反應(yīng)器。可將加熱器交替地布置在該反應(yīng)器中，例如，可以在一個(gè)或多個(gè)中間重復(fù)單元處另加一個(gè)加熱器。


可以參考下列附圖來(lái)理解本發(fā)明的實(shí)施例。圖中部件并非按比例畫出。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的多級(jí)連續(xù)式反應(yīng)器裝置的示意圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明實(shí)施方式包括用來(lái)熱解廢料中烴類物質(zhì)的工藝和系統(tǒng)，該烴類物質(zhì)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(zhì)轉(zhuǎn)化為能產(chǎn)生更多芳族化合物的有用產(chǎn)物。
在一實(shí)施方式中，有一種用來(lái)熱解烴類物質(zhì)的工藝，其包括將包含烴類的原料輸入到反應(yīng)器中，加熱該原料物質(zhì)，收集無(wú)氧操作反應(yīng)器的產(chǎn)物。這里，術(shù)語(yǔ)“無(wú)氧”指的是，在起始加熱階段，基于反應(yīng)器的內(nèi)部體積，反應(yīng)器中含有低于3％體積的氧氣，在一個(gè)備選實(shí)施方式中為低于2％體積的氧氣，在另一個(gè)備選實(shí)施方式中為低于1％體積的氧氣，在另一個(gè)備選實(shí)施方式中，為約0.01％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(huán)上的有機(jī)碳原子出現(xiàn)在產(chǎn)物液相部分化合物的芳環(huán)上，在一個(gè)備選實(shí)施方式中其中的百分?jǐn)?shù)約為10％--90％，在另一個(gè)備選實(shí)施方式中為約15％-約70％，在另一個(gè)備選實(shí)施方式中為約20％-約60％。術(shù)語(yǔ)“芳環(huán)”應(yīng)被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解為六個(gè)碳原子鍵合形成的環(huán)，并且芳環(huán)上的碳原子并不包括鍵合在芳環(huán)上的吊鏈和功能團(tuán)上的碳原子。亦即，產(chǎn)物中芳環(huán)的數(shù)量要大于原料中芳環(huán)的數(shù)量。這里所述各個(gè)實(shí)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(chǎn)生新的芳環(huán)。
那些原先不存在于原料芳環(huán)上的有機(jī)碳原子轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物液相部分化合物芳環(huán)上的有機(jī)碳原子的轉(zhuǎn)化量取決于原料中不存在于芳環(huán)上的有機(jī)碳原子的數(shù)量。例如，如果原料所含有的有機(jī)碳原子有80％不存在于芳環(huán)上，那么熱解工藝至少可將其中4％的碳原子轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物中液相部分化合物芳環(huán)上的碳原子。在另一實(shí)施例中，如果原料中的有機(jī)碳原子有35％不存在于芳環(huán)上，那么熱解工藝至少可將其中1.75％的碳原子轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物中液相部分化合物芳環(huán)上的碳原子?？梢岳帽绢I(lǐng)域所熟知的碳原子13NMR試驗(yàn)來(lái)測(cè)量芳環(huán)上的和不存在于芳環(huán)上的有機(jī)碳原子數(shù)量。在上述的不同實(shí)施方式中，原料中至少有20％的有機(jī)碳原子不存在于原料的芳環(huán)上，在一些實(shí)施例中其為至少40％，并且在另一些實(shí)施例中，其至少為50％。亦即，原料中至少一半的有機(jī)碳原子的鍵合方式不同于芳環(huán)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(zhì)，其中該烴類物質(zhì)包括至少兩種不同的組分。在另一實(shí)施方式中，該原料還可以包括高達(dá)約25％重量的金屬。該金屬可用來(lái)增加整個(gè)熱解物質(zhì)的導(dǎo)熱性，其可增加加熱速度從而降低完全熱解所需的時(shí)間。
烴類物質(zhì)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(chǎn)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(nèi)酯、二酸和二胺、內(nèi)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(huì)產(chǎn)生鹵化物，其具有腐蝕性但可以忍受。
烴類物質(zhì)還可以包括熱固性聚合物，例如，環(huán)氧樹(shù)脂；酚類樹(shù)脂；三聚氰胺樹(shù)脂；醇酸樹(shù)脂；乙烯基酯樹(shù)脂；非飽和聚酯樹(shù)脂；交聯(lián)聚氨酯；聚異氰尿酸酯；交聯(lián)彈性體，包括但不限于，聚橡膠基質(zhì)，聚丁二烯，苯乙烯—丁二烯、苯乙烯—橡膠基質(zhì)、乙烯—丙烯—二烯單體聚合物；和其混合物。
碎片狀的烴類物質(zhì)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(dòng)切碎機(jī)廢料(起毛)等，這些都可以用作這里所述熱分解工藝不同實(shí)施方式中的原料?？梢岳玫钠渌麩N類物質(zhì)包括煤、頁(yè)巖油和瀝青。烴料中也可能會(huì)存在少量的碳類氫氧化物；然而，作為優(yōu)選，這些并不作為主要烴類物質(zhì)的主要部分。通常，碳和氫原子至少占烴類物質(zhì)總重量的55％，在某些情況下，至少65％重量，作為備選，至少占進(jìn)入過(guò)程的原料中的烴類物質(zhì)總重量的70％。
加入反應(yīng)器的原料的量通常很大。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，進(jìn)料約為25至635千克/立方米約為100到2500磅每64立方英尺，在另一個(gè)實(shí)施方式中，約為50至500千克/立方米約為100至2000磅每64立方英尺，在另一種可選擇的實(shí)施方式中約從75至約375千克/立方米約300至約1500磅每64立方英尺。在一個(gè)對(duì)原料進(jìn)行攪拌的工藝中，例如，當(dāng)反應(yīng)器尺寸的直徑約為2.44米8英尺，反應(yīng)器單位容積的原料可以更多。加入該反應(yīng)器的原料可從約50至約750千克/立方米約200至約3000磅每64立方英尺，可選擇的是從約50至約625千克/立方米約200至約2500磅每64立方英尺，還可選擇的是從約75至約500千克/立方米從約300至約2000磅每64立方英尺。通常，加入反應(yīng)器的原料的最佳量根據(jù)所加入物質(zhì)的種類和攪拌而變，這些都與加料的加熱速率有關(guān)。
反應(yīng)器的內(nèi)容積可大于0.0283立方米1立方英尺，在一備選實(shí)施方式中，內(nèi)容積從約0.0850立方米3立方英尺至約84.95立方米3000立方英尺，在另一備選實(shí)施方式中，內(nèi)容積從約0.2265立方米8立方英尺至約56.63立方米2000立方英尺。如果其中采用了某種內(nèi)攪拌器，那么該內(nèi)容積通常應(yīng)大到約0.0850立方米至約113.27立方米從3立方英尺至約4000立方英尺，其經(jīng)常是從約0.2832立方米至約70.79立方米10至約2500立方英尺。雖然可以使用更大的尺寸，但由于制造成本、工程因素以及傳熱的問(wèn)題等，其并不現(xiàn)實(shí)。當(dāng)然，攪拌速率和攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)都是影響反應(yīng)器最佳設(shè)計(jì)的因素。一般來(lái)講，輕緩地?cái)嚢钑?huì)使熱分解床產(chǎn)生較少的紊亂，這能夠減少碳顆粒和/或其他流化床顆粒夾帶到熱解氣體和所得到的冷凝液中的幾率。
雖然反應(yīng)器形狀可以變化，但反應(yīng)器最好具有較大的容積表面積比，例如立方體、長(zhǎng)方體和球狀的反應(yīng)器。在另一實(shí)施例中，反應(yīng)器是回轉(zhuǎn)橢圓體或者管狀。由于熱流和溫度都很高，因此反應(yīng)器通常由熔點(diǎn)很高的物質(zhì)，例如鋼、不銹鋼、或者高溫合金，例如因科內(nèi)爾鎳鉻鐵耐熱耐蝕合金(Inconel)制成。
反應(yīng)器的加熱溫度從約426℃[800]至約1371℃[2500]，在一備選實(shí)施方式中，從約649℃[1200]至約1260℃[2300]，在另一備選實(shí)施方式中，則為從約815℃[1500]至約1093℃[2000]。熱源可以是任何一種傳統(tǒng)的能產(chǎn)生上述高溫的熱源，其例如包括，天然氣、電熱、焦炭等。加熱速率例如不變、可變，或者間歇的。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)大量的原料采用低輸入的加熱速率所產(chǎn)生的產(chǎn)品包含有烷化芳香烴，該烷化芳香烴是許多商業(yè)應(yīng)用中需要的原料。單位質(zhì)量原料的熱輸入速率為從約0.232mJ/kg/hr100BTU/lb/hr至約116.2mJ/kg/hr50000BTU/lb/hr，在另一實(shí)施方式中，為約11.62mJ/kg/hr5000BTU/lb/hr或更低，在另一實(shí)施方式中，約為4.65mJ/kg/hr2000BTU/lb/hr或者更低，在另一備選實(shí)施方式中，約為1.16mJ/kg/hr500BTU/lb/hr或者更低。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，隨著熱分解物質(zhì)的形成或“熱解流化床”的形成降低熱輸入的速率，會(huì)產(chǎn)生迄今為止更高比例的產(chǎn)品。但是，如果使用的加熱速率太低，該過(guò)程可能沒(méi)有什么經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因?yàn)閺氐谉峤獾臅r(shí)間超過(guò)了實(shí)際所能承受的限度。
初始加熱時(shí)反應(yīng)器加熱表面上承載原料的平均面積從約9.0kg/m2到約400kg/m2，在一備選實(shí)施方式中該范圍則是從約20kg/m2至約375kg/m2，在另一實(shí)施方式中，該范圍則是從約30kg/m2至約250kg/m2。流化床的深度，或者是沿反應(yīng)器加熱表面的原料厚度，可由負(fù)載反應(yīng)器內(nèi)承載原料的平均面積決定。承載原料的平均面積要考慮流化床深度隨反應(yīng)器幾何尺寸的變化。
在以上描述的實(shí)施方式中，反應(yīng)器具有足夠的深度才能在熱解過(guò)程中形成焦化層，并在原料之上有足夠的頂部空間從而使產(chǎn)品能以氣流形式脫離出來(lái)，至少部分氣流冷凝成產(chǎn)品的液體部分。反應(yīng)器的內(nèi)容積由原料體積、原料顆粒之間的間隙容積和頂部容器或原料之上的“頂部空間”所消耗(反應(yīng)器內(nèi)容積＝原料體積+間隙容積+頂部空間)。較大的頂部空間能夠提供合適的浪涌空間，并減少產(chǎn)品在系統(tǒng)中阻塞的風(fēng)險(xiǎn)。“自由空間”是指間隙容積和頂部空間的和(自由空間＝間隙容積+頂部空間)。該自由空間隨著熱分解過(guò)程的繼續(xù)，原料的不斷消耗生成產(chǎn)品而增加。在初始加熱時(shí)，間隙容積正常情況下會(huì)因原料在加熱過(guò)程中的熔化和瓦解而減少。例如，如果加載的原料是整個(gè)的輪胎，其有可能會(huì)在加熱過(guò)程中瓦解從而大大增加頂部空間，同時(shí)還能減少間隙容積。反應(yīng)器在初始加熱時(shí)至少具有25％的自由容積，在某些實(shí)施例中，加熱時(shí)至少具有40％的自由容積，在其它備選實(shí)施例中，加熱則至少具有50％的自由容積。
該間隙容積可取決于原料的顆粒尺寸。如果原料是大塊的碎料，如碎輪胎等，可切碎成塊狀、球狀或小粒形式。其優(yōu)點(diǎn)是適用于連續(xù)式反應(yīng)器給料。形成熱分解床的塊狀材料在某些情況下也有優(yōu)點(diǎn)，如這種塊狀原料中的間隙容積能在熱分解載荷中形成熱傳導(dǎo)。負(fù)載中熔融的熱塑性部分以及高溫的溢出蒸氣可提高塊料的傳熱，即使這些塊料與反應(yīng)器加熱表面的接觸面積更小也是如此。然而，總的來(lái)講，如果原料顆粒尺寸減小到大約5毫米以下，那么其對(duì)工藝過(guò)程沒(méi)有價(jià)值。
有效地加熱速率可按正式給出有效地加熱速率＝[(BTU/hr/lbs)]/完全熱分解的時(shí)間例如，以給定的速率加熱1000lbs的熱塑性原料需要X的時(shí)間來(lái)熱分解。那么在同一反應(yīng)器中采用同一條件加熱1000lbs的熱固性原料則需要比X時(shí)間更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)熱分解。下面例9的范圍測(cè)試表明導(dǎo)熱材料(即金屬線)+熱固性材料可在差不多X的時(shí)間內(nèi)熱分解。完全熱分解的時(shí)間有所減小是因?yàn)榱己脽釋?dǎo)體如焊珠輪胎金屬絲所帶來(lái)的加熱速率的提高。
完全熱分解的時(shí)間是從熱解產(chǎn)品的變化開(kāi)始到可凝性熱解產(chǎn)品基本完全熱解而結(jié)束。終點(diǎn)基于不可凝性的是不可行的。這些均是相對(duì)的控制精度或標(biāo)準(zhǔn)。盡管理論上并不完美，但這種精度以及其它類似的精度仍可提供一個(gè)實(shí)際可行的比較標(biāo)準(zhǔn)。
熱分解工藝也可以備選的熱流的形式來(lái)描述。因此，在一實(shí)施例中，該原料加熱的單位面積負(fù)載原料的初始熱流量約小于3.0kW.m2/kg2初，在另一備選實(shí)施例中，則大約是從7×10-4kW.m2/kg2到3.0kW.m2/kg2，在另一備選實(shí)施例中，則大約是從0.001kW.m2/kg2到1.5kW.m2/kg2，仍然是在另一備選實(shí)施例中，則大約是從0.005kW.m2/kg2到0.5kW.m2/kg2。
上述的熱分解過(guò)程可在常壓下或者是低壓下進(jìn)行，例如大約小于550kPa[大約80psig]，在另一備選實(shí)施例中則是大約小于350kPa[大約50psig]，仍然是在另一備選實(shí)施例中則是大約小于100kPa[大約14.7psig]。該壓力是由氣體在內(nèi)部生成，其可隨熱分解反應(yīng)的進(jìn)行而變化。
完全熱分解的時(shí)間從熱分解產(chǎn)品的變化開(kāi)始到可凝性熱分解產(chǎn)品的基本完全分解結(jié)束。在下面的條件出現(xiàn)時(shí)就表示已達(dá)到完全熱分解所產(chǎn)生的液態(tài)產(chǎn)品的量急驟下降，并且蒸氣溫度通常與實(shí)質(zhì)性溫降相符，其中的溫降例如是在10到15分鐘的時(shí)間內(nèi)至少56℃[100]的溫降，同時(shí)加熱速率保持恒定。在上述的實(shí)施例中，完全熱分解是在八小時(shí)之后或者是更少的時(shí)間之后達(dá)到，在另一實(shí)施例中，大約為3個(gè)小時(shí)或更少，在另一實(shí)施例中則是從15分鐘到大約2個(gè)小時(shí)，并且在另一實(shí)施例中是從大約30分鐘到大約1.5個(gè)小時(shí)。在完全熱分解時(shí)，所采集產(chǎn)品的液相部分中芳香環(huán)中的有機(jī)碳原子數(shù)目至少比原料芳香環(huán)中有機(jī)碳原子的數(shù)目約多5％。
在熱分解過(guò)程的另一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)器沒(méi)有催化劑。然而，原料可找到沉積的催化劑，如在熱塑性聚合物、熱固性聚合物以及它們的混合物中都能找到。
在上述熱分解的各個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)器中并未加入載氣和稀釋氣體。在反應(yīng)器被加熱之前的吹掃過(guò)程中也可加入載氣如氦氣、氬氣、氮?dú)?、二氧化碳等從而將氧氣的量減少到痕量，例如不到反應(yīng)器容積1％的氧。反應(yīng)器中沉積的載氣會(huì)被熱分解過(guò)程中放出的產(chǎn)品氣流排出反應(yīng)器。
在另一實(shí)施例中，該熱分解過(guò)程進(jìn)一步包括收集反應(yīng)器中產(chǎn)生的氣流，并將該氣流冷凝從而獲得液相部分的產(chǎn)品。例如，該反應(yīng)器可包括一股排出氣流，其有一冷凝器或其它合適的設(shè)備以便將該氣流冷凝成一股液流。還可在反應(yīng)器的下游集成其它的設(shè)備，如熱交換器、儀器設(shè)備、催化反應(yīng)器、汽提精餾塔等。例如，該氣流可被冷卻到80℃或更低從而被冷凝，在另一備選實(shí)施例中，該溫度可低到30℃或更低。此外，由氣流產(chǎn)生的化合物，例如其中含有一到四個(gè)碳原子的氣流也可用作一熱源來(lái)加熱反應(yīng)器。
上述實(shí)施例的熱解過(guò)程也可在成批生產(chǎn)型反應(yīng)器或連續(xù)式反應(yīng)器中進(jìn)行。當(dāng)熱解過(guò)程是在連續(xù)式反應(yīng)器中進(jìn)行的時(shí)候，原料沿著反應(yīng)床逐漸傳送，該傳送床可被分成多個(gè)反應(yīng)單元，其中在原料沿著反應(yīng)床前進(jìn)時(shí)每一個(gè)單元可被看成單獨(dú)的實(shí)體，每一個(gè)單獨(dú)的單元均在前面所述的反應(yīng)器容積尺寸之內(nèi)。例如，反應(yīng)器的內(nèi)容積可從1.7立方米到113.27立方米。
輔助傳熱方法如預(yù)熱、預(yù)干燥、再循環(huán)等這些在成批生產(chǎn)型反應(yīng)器不易獲得或不可能出現(xiàn)的方式均可用在連續(xù)式過(guò)程中。顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道連續(xù)式反應(yīng)器的熱需求會(huì)隨著區(qū)段的變化而變化，即與后部區(qū)段相比在初始區(qū)段加載的原料為滿負(fù)載時(shí)需要加入更多的熱量，因?yàn)樵诤蟛康膮^(qū)段有一部分原料已被熱分解，因此反應(yīng)器加熱表面上單位面積的原料平均負(fù)載已有所減少，所需的熱量也更少。同樣，在成批生產(chǎn)型反應(yīng)器中，盡管可采用恒定的加熱速率，但加到載荷的熱流也可隨著熱分解的出現(xiàn)以及反應(yīng)器加熱表面上原料單位面積平均負(fù)載的降低而提高。
熱解/焦化層或床會(huì)因?yàn)閷?dǎo)管某一表面高熱從而使原料被分解產(chǎn)生各種熱解產(chǎn)品而形成。在某一特定熱解反應(yīng)過(guò)程中形成的熱解床的厚度會(huì)隨著加熱速率、負(fù)載量、負(fù)載材料的種類、壓力、是否攪拌等參數(shù)的變化而變化。一般來(lái)講，熱解物質(zhì)的焦化層部分的厚度大約為10cm[約4英寸]或更少，當(dāng)然其也可以更厚。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，對(duì)于給定的穩(wěn)定的加熱速率來(lái)說(shuō)，熱解的速率，即分解產(chǎn)生氣體產(chǎn)品的速率通常不是恒定的。熱解導(dǎo)管中可能會(huì)出現(xiàn)不同的熱解速率和/或不同種類的產(chǎn)品。對(duì)于一個(gè)給定的熱解系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在其初始激活溫度之上，可看到生產(chǎn)速率和產(chǎn)品溫度的各個(gè)穩(wěn)定產(chǎn)出平臺(tái)。
一般來(lái)講，本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的熱解工藝傾向于生產(chǎn)出更多的不飽和有機(jī)化合物，如環(huán)烷和芳香化合物。最終的產(chǎn)品，無(wú)論其是固態(tài)的、液態(tài)的還是氣態(tài)的，均能用來(lái)通常的常規(guī)應(yīng)用。例如，過(guò)程中產(chǎn)生的焦適于和煤碳一起用作鍋爐的燃料，并且有相當(dāng)一部分的可凝性液體可用作石化原料。
圖1示意性地展示了一套反應(yīng)器裝置，其用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一實(shí)施例的熱解過(guò)程。料斗10用來(lái)將聚合物碎料供給一傾斜運(yùn)輸帶12，該運(yùn)輸帶12的上端將碎料送到一螺旋輸送機(jī)14中，碎料再?gòu)倪@里送入到一個(gè)帶有煙氣輸出管18的旋轉(zhuǎn)干燥器16中。一螺旋/空氣鎖20再將原料送入到一個(gè)多級(jí)的雙壁導(dǎo)管22中。容器22包括一個(gè)上部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管24和一個(gè)上部外壁導(dǎo)管26。在上部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管24和下部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管30之間有一根上垂直連接管28。其中下部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管30被一個(gè)下部外壁導(dǎo)管32所包繞，并且有一根下排出管34從下部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管穿過(guò)下部外壁導(dǎo)管并延伸到一根帶有空氣鎖36的水平排管，該空氣鎖36將焦炭38排出。管線40從上部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管24穿過(guò)上部外壁導(dǎo)管并延伸到熱交換器42這里，然后再延伸到閥44及液管46以便將產(chǎn)品存放起來(lái)，循環(huán)氣管48則延伸到下部外壁導(dǎo)管32的閥50這里。管線52從上部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管24穿過(guò)上部外壁導(dǎo)管26并延伸到熱交換器54。管線56從下部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管30穿過(guò)下部外壁導(dǎo)管32并延伸到熱交換器58，管線52和56分別從熱交換器54和58延伸到閥60這里，閥60將流轉(zhuǎn)換到液體管線62，管線62則延伸到產(chǎn)品存儲(chǔ)設(shè)備那里。循環(huán)氣管64向回延伸到閥50這里從而將氣體噴入到燃燒器51，燃燒器51將該氣體引到下部外壁導(dǎo)管32和下部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管30之間的空間內(nèi)。燃燒后的高溫氣體繼續(xù)向上在上部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管24和上部外壁導(dǎo)管26之間流動(dòng)，然后流過(guò)螺旋空氣鎖20從而對(duì)向下流過(guò)螺旋空氣鎖20的原料進(jìn)行加熱。然后，高溫?zé)煔庠倭鬟^(guò)16并從18這里排出，對(duì)進(jìn)來(lái)的原料進(jìn)行預(yù)熱。
參見(jiàn)下面的示例能夠更好地理解本發(fā)明。
示例反應(yīng)器和熱源描述反應(yīng)器I是長(zhǎng)60.96cm直徑為5.08cm[24英寸長(zhǎng)，直徑為2英寸]的SCH40型304不銹鋼管，其兩端封上端蓋。該反應(yīng)器一丙烷燃燒器進(jìn)行加熱，其中丙烷燃燒器的火焰溫度大約為982℃[1800]，燃燒器尺寸大約為長(zhǎng)60.96cm直徑5.08cm[24英寸長(zhǎng)，直徑為2英寸]。該反應(yīng)器由兩個(gè)管段構(gòu)成，這兩個(gè)管段連接到一個(gè)中央T形管上，該T形管用作一個(gè)連接以便將熱解氣體送到冷凝器。該反應(yīng)器中容納有0.455kg[1磅]的原料，并以26.42kW/kg[41000BTU每磅每小時(shí)]的速率被加熱。
反應(yīng)器II是長(zhǎng)91.44cm直徑為10.16cm[36英寸長(zhǎng)，直徑為4英寸]的SCH40型304不銹鋼管，其兩端帶有兩個(gè)150#法蘭，并蓋上150#盲板。在10.16cm[4英寸]長(zhǎng)管子的中心焊接上一個(gè)5.08cm[2英寸]長(zhǎng)的側(cè)壁，從而提供一個(gè)連接以便將熱解氣體送到冷凝器。該反應(yīng)器中容納有4.545kg[10磅]的原料，并以反應(yīng)器I相同的速率進(jìn)行加熱，即加熱速率為26.42kW/kg[41000BTU每磅原料每小時(shí)]。
反應(yīng)器III是一個(gè)1514升[400加侖]的不銹鋼反應(yīng)器，其具有一個(gè)1.22m[4英尺]的半球形頭部，該頭部的直徑部分為半徑1.22m[4英尺]厚0.9525cm[3/8英寸]。反應(yīng)器的殼體為厚0.635cm、長(zhǎng)1.22m、直徑1.22m[1/4英寸厚，4英尺長(zhǎng)并且直徑為4英尺]。該反應(yīng)器用丙烷熱源以大約117.15kW[400000BTU每小時(shí)]的速率進(jìn)行加熱，溫度大約為982℃[1800]。
將標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)設(shè)備如熱交換器(冷凝器)、穩(wěn)壓罐以及用來(lái)排泄氣體的壓力調(diào)節(jié)器連接到反應(yīng)器從而對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行提取和采集。熱解過(guò)程中反應(yīng)器的內(nèi)部壓力很低，其通常為0到35kPa
。
所有的反應(yīng)器在進(jìn)行熱解操作之前均用CO2加壓到大約100kPa[15psig]然后再排到大氣中，如此這樣吹掃三次。
聚異戊二烯/聚苯乙烯混合物的熱解將下面50/50(按重量)的混合物加到各個(gè)反應(yīng)器中聚異戊二烯(Goodyear公司的Natsyn橡膠)，其含有96+％(重量)的人工合成的1，4-聚異戊二烯；以及商用級(jí)的聚苯乙烯球。
示例1-4的觀測(cè)結(jié)果概要熱解的誘導(dǎo)時(shí)間以及熱解的持續(xù)時(shí)間

1熱解結(jié)束被定義為在恒定加熱過(guò)程中蒸氣在10分鐘后溫降為-56℃[100]或更多并且/或者是液體的產(chǎn)生明顯下降時(shí)的時(shí)間。
示例1反應(yīng)器I加載0.455kg[1lb]的上述混合物。至完全熱解的總的加熱時(shí)間為30分鐘。
示例2反應(yīng)器II加載4.545kg[10lb]的上述混合物。至完全熱解的總的加熱時(shí)間為1小時(shí)55分鐘。
示例3反應(yīng)器III加載45.45kg[100lb]的上述混合物，加熱速率為2.58kW/kg[4000BTU每磅原料每小時(shí)]。至完全熱解的總的加熱時(shí)間為2小時(shí)。
示例4反應(yīng)器III加載454.5kg[1000lb]的上述混合物，產(chǎn)生的加熱速率為0.258kW/kg[400BTU每磅原料每小時(shí)]。在大約6小時(shí)10分鐘后達(dá)到完全熱解。
表I給出了每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的液態(tài)產(chǎn)品中的化合物。實(shí)驗(yàn)1，2，3和4隨著控制而彼此相關(guān)，其展示的是熱解及其產(chǎn)品是如何隨著尺寸參數(shù)和加熱速率的變化而變化的。所產(chǎn)生的芳香化合物的量表明本申請(qǐng)的制備過(guò)程相比于現(xiàn)有制備過(guò)程有明顯的提高。實(shí)驗(yàn)3展示了芳香化合物生成峰值處或其附近的工藝條件。
從表I可以看出，液相產(chǎn)品中的各種化合物出現(xiàn)了多個(gè)意想不到的增加或減少，同時(shí)總的芳香化合物的量也在現(xiàn)有技術(shù)的啟示之外。例如，甲苯的量大約為4.1％到7.6％(重量)，苯乙酯(ethyl benzene)大約為3.2％到18.8％，(1-甲基亞乙基)苯[α甲基苯乙烯]的量大約為3.8％到7.7％，苯乙烯的量大約為33.2％到60.2％，1-甲基-4-(1-甲基-乙烯基)-環(huán)己烯基[苯烯]的量大約為11.2％到21.5％。表I聚異戊二烯-聚苯乙烯的熱解


這里意外的是產(chǎn)生的大量的(1-甲基亞乙基)-環(huán)丙烷，1-甲基-1，3-環(huán)庚二烯，1，5-二甲基環(huán)戊烯，2-甲基-1，3-戊二烯，1，2-二甲基環(huán)己烷，并且更為不尋常的是有大量的3，7，7-三甲基-雙環(huán)-[4.1.0]-庚-2-烯。此外還有3-甲基-2，4-己二烯，2，3-二甲基-1，4-己二烯，2，3，6-三甲基-1，5-庚二烯和3-甲基-1，3，5-己三烯(一種多烯(cumlene))；并且所有的樣本中都有。這些二烯和三烯是許多芳香化合物的前體。
總的來(lái)講，與現(xiàn)有的熱解方法相比這里各個(gè)化合物均有了明顯的增加或減少。與現(xiàn)有技術(shù)特別不一樣的是，能將更高百分比的原料以液體產(chǎn)品的芳香化合物的形式回收。
表III-A中的數(shù)據(jù)是按下面的方式獲得的熱解的液體和焦炭在報(bào)告中表示為回收材料的重量除以原料的重量。氣體，如前所述，是通過(guò)物質(zhì)/材料余差計(jì)算而來(lái)的余數(shù)。
表III-A聚異戊二烯-聚苯乙烯的熱解

我們可以比較示例1-4中的苯乙烯相對(duì)于原料中的苯乙烯的回收率。如果原料的所有聚苯乙烯都轉(zhuǎn)換成熱解所回收的液相產(chǎn)品中的苯乙烯，那么所回收的苯乙烯的重量應(yīng)等于原料中聚苯乙烯的重量。以示例1為例，其計(jì)算如下液相產(chǎn)品的重量百分?jǐn)?shù)＝91％(參見(jiàn)表III-A)液相產(chǎn)品中苯乙烯的重量百分?jǐn)?shù)＝54.6％(參見(jiàn)表I)回收的苯乙烯的重量百分?jǐn)?shù)＝91％×54.6％＝49.686％希望從原料的聚苯乙烯回收的苯乙烯的重量百分?jǐn)?shù)＝50％示例1-4的數(shù)據(jù)在表IV中給出。
表IV聚異戊二烯-聚苯乙烯熱解得到的苯乙烯輸出量苯乙烯作為單獨(dú)的樣本


示例3中表示苯乙烯得到的量比進(jìn)料的量還多，這表明存在異戊二烯的轉(zhuǎn)換。這一教導(dǎo)不同于現(xiàn)有技術(shù)。
這些實(shí)驗(yàn)中芳香物的增加可計(jì)算出來(lái)，即，將回收的液相產(chǎn)品中檢測(cè)到的芳香化合物的重量加起來(lái)，再乘以所回收液相產(chǎn)品的重量百分?jǐn)?shù)，然后再除以原料中芳香部分即聚苯乙烯的已知重量。為了說(shuō)明清楚，下面以示例1為例計(jì)算如下初始原料＝0.454kg[1lb]初始原料中液相產(chǎn)品的重量百分?jǐn)?shù)＝91％0.454kg×0.91＝0.413kg
液相產(chǎn)品中芳香物的重量百分?jǐn)?shù)(表I中產(chǎn)物的總和)＝69.7％液相產(chǎn)品中芳香物的重量0.413kg×0.697＝0.288kg
芳香物的增加量＝液相產(chǎn)品中芳香物的重量-原料中芳香物(即聚苯乙烯)的重量0.288kg-0.227kg＝0.061kg
芳香增加量的百分?jǐn)?shù)＝增加的重量/初始的重量0.061kg/0.227kg＝13.4％示例1-4的分析結(jié)果參見(jiàn)下面的表V。
如果考慮液相產(chǎn)品中全部芳香物的含量，那么示例1-4均表明液相產(chǎn)品中芳香物的重量百分含量均大于原料中聚苯乙烯的含量。液相產(chǎn)品的余物由非芳香化合物構(gòu)成。
表V聚異戊二烯-聚苯乙烯熱解的總輸出量液相中芳香物的重量百分?jǐn)?shù)


本發(fā)明的另一種方法中只考慮原料中非芳香碳原子所生成的芳香環(huán)。這一點(diǎn)使本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中將原料中芳香環(huán)烷化來(lái)提高熱解產(chǎn)品中芳香化合物重量百分?jǐn)?shù)的技術(shù)。為了對(duì)這種方法進(jìn)行說(shuō)明，下面以示例1中回收的甲苯為例計(jì)算如下液相產(chǎn)品的重量＝0.455kg×0.91＝0.4136kg
液相產(chǎn)品中甲苯的重量百分?jǐn)?shù)＝4.31％液相產(chǎn)品中甲苯的重量＝0.413kg×0.0431＝0.01696kg
回收甲苯的公斤摩爾數(shù)＝甲苯的重量/甲苯的摩爾重量＝0.01696kg/92g/mol＝1.843×10-4kgmol[4.055×10-4lb mol]液相產(chǎn)品中甲苯的苯摩爾當(dāng)量＝1.843×10-4kgmolX苯的摩爾重量＝1.843×10-4kgmol×78＝0.01438kg
苯的摩爾當(dāng)量計(jì)算甲苯分子量92聚異戊二烯-聚苯乙烯熱解

可對(duì)每一種芳香化合物都進(jìn)行類似的計(jì)算(參見(jiàn)表II)，結(jié)果之和為苯的摩爾當(dāng)量。作為選擇，所有E的總和就是苯的摩爾當(dāng)量?？删推渲泻?.2272kg聚苯乙烯的示例1計(jì)算出所期望的苯的摩爾當(dāng)量值0.2272kg聚苯乙烯/104g/mol＝2.185×10-3kmol苯乙烯[4.808×10″3lbmol苯乙烯]2.185×10-3kmol苯乙烯×78g/mol苯＝0.1704kg
苯摩爾當(dāng)量增加的芳香環(huán)的苯摩爾當(dāng)量就是例如示例1中所期望的數(shù)值與實(shí)際測(cè)試值之間的百分增量100％×(0.47202÷0.375-1)＝25.872％的增量表VI苯當(dāng)量數(shù)

芳香物質(zhì)重量的增加通常來(lái)講不是因?yàn)楝F(xiàn)有芳香環(huán)烷化的結(jié)果，而是由芳香環(huán)數(shù)量的增加產(chǎn)生的?，F(xiàn)有的芳香環(huán)必然會(huì)出現(xiàn)一些烷化/重構(gòu)/破壞，然而不可否認(rèn)的是，本發(fā)明的整個(gè)特征在于將異戊二烯用作啟動(dòng)材料形成新芳香環(huán)。芳香環(huán)增加的百分?jǐn)?shù)基本上通過(guò)達(dá)到43％(重量)，其明顯超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)所報(bào)道的數(shù)值。這是因?yàn)榉枷悱h(huán)數(shù)目的增加，而不是現(xiàn)有環(huán)的烷化，這一啟示完全不同于現(xiàn)有的已知技術(shù)。
碎輪胎的熱解按表VIII所示將不同量的碎輪胎加入到各個(gè)反應(yīng)器中。其中反應(yīng)器的尺寸、加熱溫度、加熱的速率、CO2的初級(jí)吹掃等與前面參照反應(yīng)器I-III提到的相同。示例5-8中的反應(yīng)器加入切碎的輪胎，這些切碎的輪胎中不含輪胎織線。示例9中的反應(yīng)器III加載的是整個(gè)輪胎。反應(yīng)器的裝填口要求輪胎的輪緣尺寸小于14英寸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表VIII。
Table VIII示例5-9的數(shù)據(jù)熱解的誘導(dǎo)時(shí)間以及熱解的持續(xù)時(shí)間


NM＝未測(cè)1熱解結(jié)束是指蒸氣溫度在10分鐘后下降約～100，和/或液相的產(chǎn)生明顯變慢時(shí)的時(shí)間。
2切碎輪胎是指切碎后沒(méi)有鋼圈和胎線的碎輪胎，其平均尺寸約為～2cm.
3整個(gè)輪胎是指帶有完整鋼圈和胎線的13和14英寸的輪胎4熱解是指由于時(shí)間太長(zhǎng)而沒(méi)有進(jìn)行到熱解結(jié)束示例9是在示例8之前進(jìn)行的范圍測(cè)試，以此來(lái)評(píng)估對(duì)454.5kg原料進(jìn)行測(cè)試所需的丙烷量。反應(yīng)器III加載136.36kg[300lbs]的整個(gè)輪胎，該輪胎包括有鋼圈和胎線。加熱速度為0.86kW/kg[1333BTU/lb*hr]。測(cè)試進(jìn)行的速度不可預(yù)期，大約為2小時(shí)。以下數(shù)據(jù)沒(méi)有采集第一種液相產(chǎn)品出現(xiàn)的時(shí)間，熱解結(jié)束的時(shí)間以及液相的組分。
接著，是對(duì)454.5kgkg[1000lb]的輪胎進(jìn)行測(cè)試，該輪胎為沒(méi)有胎線的切碎原料。在合理的時(shí)間即10小時(shí)內(nèi)測(cè)試沒(méi)有達(dá)到完全熱解。測(cè)試結(jié)束是因?yàn)槿剂虾谋M，此時(shí)生產(chǎn)出的液體產(chǎn)品為5到10立方厘米/分鐘。回收的熱解物質(zhì)324.77kg[714.5lbs]為洋蔥狀多層結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成為碳化外殼103.64kg[228lbs]，中間為瀝青樣的熔融層58.41kg[128.5lbs]，內(nèi)核被瀝青層所包裹，其有143.18kg[315lbs]。內(nèi)核的最高溫度并不高，因此胎線沒(méi)有變壞(解開(kāi))。沒(méi)有將熱量導(dǎo)入到454.5kg[1000lbs]的碎輪胎原料的內(nèi)核中，該原料沒(méi)有鋼圈或胎絲，并且意料之外的是物質(zhì)的內(nèi)核被完全包裹起來(lái)了。
TABLEII輪胎的熱解示例 5 6 7化合物熱解物的重量百分?jǐn)?shù)乙基苯 5.9 10.010.0氰苯 1.4 2.8 2.0(1-甲基亞乙基)苯 2.5 1.0 2.9苯乙烯 10.1 5.1 6.3二甲苯 1.6 2.0 4.3丙苯 1.2 1.6 1.4乙基甲基苯 2.0 3.7 4.2三甲基苯 1.9 2.1 3.42-乙基-1，3-二甲基苯 0.9 1.5 1.3苯 5.9 6.5 6.7甲苯 11.1 14.313.54-甲苯-1-戊烯0.8 0 01-丁烯 1.9 0.3 0.33-甲基-1-丁烯0.8 0 02-戊烯 1.1 0.6 0.7環(huán)戊烯 0.4 0.4 0.53-甲基-1，3-丁二烯 3.8 1.8 1.63，3二甲基環(huán)丁烯 0.9 0.9 1.01，3-丁二烯 0.4 0 0環(huán)己烯 1.1 0 04-甲基環(huán)戊烯 1.3 1.2 1.63-甲基-2，4-己二烯 0.6 1.2 1.11，3，5-己三烯 0 0.3 0.41，4-環(huán)己二烯0.4 0 01，2-二甲基環(huán)己烷0.5 0.5 0.53，3-二甲基-1-丁烯 1.1 0 1.22，4-己二烯-1-OL 0.7 0.8 0.85-甲基-1，4-己二烯 1.2 1.3 1.13-戊烯-2-one 1.1 0 03，4，4-三甲基-2-戊烯0 1.0 1.2
蟻酸庚酯 1.4 0 0庚烷 0.6 0.9 0.82-甲基-1，4-己二烯 1.5 0 02-氯-2-甲基丙烷 1.1 1.0 1.24-乙烯基環(huán)己烯 3.0 2.6 2.6乙烯基環(huán)己烯 0.6 0.6 0.51-氯己烷 0.5 0 02-辛烯 0 0 0.41-辛烯 0.5 0 01-甲基-4-(1-甲基乙烯)環(huán)己烯 15.9 15.07.71-丁烯-2-乙烷環(huán)丙烷 0.6 0.9 0.51，7，7-三甲基雙環(huán)[2.2.1]-庚-2-烯3.3 4.2 02，3.6-三甲基-1，5-庚二烯1.2 1.7 1.31，2，3-三甲基環(huán)丙烷 0.7 0 03-氯-1-丙炔-環(huán)己烷 0.4 0 02，2，4-三甲基-3-戊烯-1-ol 0.9 1.1 02-二甲基環(huán)己烯 1.1 1.4 1.32，4，4-三甲基-1-戊烯0.6 0.5 0.3如表II所示，碎橡膠的熱解會(huì)產(chǎn)生大量的芳香化合物。因?yàn)樗檩喬ピ诿绹?guó)是一種重要的廢品，因此本發(fā)明能夠大大減少這類輪胎的堆積并將它們轉(zhuǎn)化為有用的資源。
由于輪胎原料的準(zhǔn)確組成并不知道，即原料中芳香化物與非芳香化合物的比率并不知道，因此本發(fā)明方法所生產(chǎn)出來(lái)的芳香物是與現(xiàn)有技術(shù)的示例進(jìn)行的對(duì)比。美國(guó)礦物局第7302號(hào)調(diào)查報(bào)告表明輪胎熱解每噸能產(chǎn)生平均128.3升[33.9加侖]的芳香化合物(參見(jiàn)第10頁(yè)，重油)。假定芳香油的密度為0.9，那么可粗略地計(jì)算出來(lái)。將0.9乘以8lb/gal等于7.2lb/gal，再乘以33.9gal/ton就等于244.08lb/ton芳香化合物。244.08再被2000除就等于12.2％，平均芳香物的重量產(chǎn)量。
現(xiàn)在對(duì)示例5、6和7(參見(jiàn)表III-B)測(cè)得的數(shù)值進(jìn)行上述類似的計(jì)算。將這些結(jié)果進(jìn)行可看到表III-C中報(bào)告的芳香化合物的總產(chǎn)量和由礦物局研究報(bào)告計(jì)算出來(lái)的數(shù)值。本發(fā)明示例的產(chǎn)量大約是礦物局研究報(bào)告獲得的數(shù)值的兩倍。
表III-B輪胎熱解

表III-C

顯然，熱解烴類特別是塑料或橡膠碎片的方法能夠使輸出材料中的芳香物多于輸入的原料。顯然，該方法能用來(lái)熱解聚合物原料，這包括許多的聚合物，如橡膠，像汽車襯毛和輪胎，還如塑料，像計(jì)算機(jī)殼體、磁盤以及電路板和油漆、油墨、粘性劑和有限量的聚氯乙烯。因此，這樣的一種強(qiáng)大的方法能夠消除或減少對(duì)昂貴原料的處理和預(yù)篩操作。
盡管本發(fā)明已結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但顯然也可采用其它類似的實(shí)施例，此外還可對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改或增加從而在不偏離本發(fā)明的前提下完成與本發(fā)明相同的功能。因此，本發(fā)明不應(yīng)限定于某一個(gè)實(shí)施例，其保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求書來(lái)確定。


D＝A/B E＝A/(B+C) G＝B/FH＝D/G I＝E/G J＝D·G
權(quán)利要求
1.一種對(duì)烴類物質(zhì)進(jìn)行熱解的方法，其包括以下步驟將包含烴類的原料輸入到一反應(yīng)器中；加熱該原料物質(zhì)；收集來(lái)自反應(yīng)器的產(chǎn)品；其中的反應(yīng)器為無(wú)氧操作；以及其中至少有5％原先并不存在于原料化合物芳環(huán)上的有機(jī)碳原子出現(xiàn)在了產(chǎn)品液相部分的化合物的芳環(huán)上。
2.如權(quán)利要求1的熱解方法，其中原料中至少有40％的有機(jī)碳原子為不在芳香環(huán)上的碳原子。
3.如權(quán)利要求1的熱解方法，其中的原料被加熱的熱輸入速率為0.25kW/kg到27kW/kg。
4.如權(quán)利要求1的熱解方法，其中反應(yīng)器的內(nèi)容器超過(guò)1.7立方米。
5.如權(quán)利要求1的熱解方法，其中初始加熱時(shí)反應(yīng)器加熱表面上平均承載原料從9.0kg/m2到約400kg/m2。
6.如權(quán)利要求3的熱解方法，其中初始加熱時(shí)反應(yīng)器加熱表面上平均承載原料從9.0kg/m2到約400kg/m2。
7.如權(quán)利要求1的熱解方法，其中原料被加熱的初始熱流量為7×10-4kW.m2/kg2到3.0kW.m2/kg2。
8.如權(quán)利要求1的熱解方法，其中反應(yīng)器在初始加熱時(shí)至少有大約25％的自由容積。
9.如權(quán)利要求1的熱解方法，其中在反應(yīng)器中沒(méi)有加入催化劑。
10.如權(quán)利要求1的熱解方法，其中在反應(yīng)器中沒(méi)有加入載氣。
11.如權(quán)利要求1的熱解方法，其中用來(lái)加熱的時(shí)間為6個(gè)小時(shí)或者更少。
12.如權(quán)利要求1的熱解方法，其中的烴類物質(zhì)含有選自下面一組的化合物熱塑性聚合物，熱固性聚合物以及它們的混合物。
13.如權(quán)利要求1的熱解方法，其中的原料至少包括大約70％重量的烴類物質(zhì)。
14.如權(quán)利要求1的熱解方法，其中的原料包括最高25％重量的金屬。
15.如權(quán)利要求1的熱解方法，其進(jìn)一步包括在加熱過(guò)程中攪拌原料。
16.如權(quán)利要求15的熱解方法，其中的熱解過(guò)程是連續(xù)的。
17.如權(quán)利要求16的熱解方法，其中的反應(yīng)器包括多個(gè)反應(yīng)單元，并且每一個(gè)反應(yīng)單元均具有1.7立方米到113.27立方米的內(nèi)容積。
18.如權(quán)利要求17的熱解方法，其中的反應(yīng)器單元在包含有原料時(shí)在初始加熱時(shí)至少有40％的自由容間。
19.如權(quán)利要求15的熱解方法，其中原料的平均顆粒尺寸大約為15cm或更小。
20.如權(quán)利要求1的熱解方法，其進(jìn)一步包括從反應(yīng)器收集氣流形式的產(chǎn)品，并且冷凝該氣流從而獲得產(chǎn)品的液相部分。
21.如權(quán)利要求20的熱解方法，其進(jìn)一步包括將該液流冷卻到大約80℃或更低的溫度。
22.如權(quán)利要求1的熱解方法，其中初始加熱時(shí)反應(yīng)器加熱表面上平均承載的原料從9.0kg/m2到約400kg/m2；原料被加熱的熱流量為7×10-4kW.m2/kg2到3.0kW.m2/kg2；以及其中至少有10％原先并不存在于原料化合物芳環(huán)上的有機(jī)碳原子出現(xiàn)在了產(chǎn)品液相部分的化合物的芳環(huán)上。
23.如權(quán)利要求22的熱解方法，其中過(guò)程是連續(xù)的；反應(yīng)器包括多個(gè)反應(yīng)單元，并且每一個(gè)反應(yīng)單元均具有1.7立方米到114立方米的內(nèi)容積；原料的平均顆粒尺寸大約為15cm或更小。
24.一種熱解烴類物質(zhì)的方法，其包括以下步驟將碳質(zhì)原料輸入到一容積至少為1.7立方米的反應(yīng)器中；原料被加熱的初始熱流量為7×10-4kW.m2/kg2到3.0kW.m2/kg2；收集來(lái)自反應(yīng)器的液相產(chǎn)品；以及其中的反應(yīng)器為無(wú)氧操作。
25.如權(quán)利要求24的熱解方法，其中初始加熱時(shí)反應(yīng)器內(nèi)單位面積平均承載原料從20kg/m2到約300kg/m2。
26.如權(quán)利要求25的熱解方法，其中反應(yīng)器的加熱速率為0.3kW/kg到25kW/kg。
27.如權(quán)利要求26的熱解方法，其中的熱解過(guò)程是連續(xù)的。
28.如權(quán)利要求27的熱解方法，其中的反應(yīng)器包括多個(gè)反應(yīng)單元，并且每一個(gè)反應(yīng)單元均具有1.7立方米到114立方米的內(nèi)容積。
29.如權(quán)利要求28的熱解方法，其中至少有5％原先并不存在于原料化合物芳環(huán)上的有機(jī)碳原子出現(xiàn)在了產(chǎn)品液相部分的化合物的芳環(huán)上。
30.如權(quán)利要求29的熱解方法，其中的反應(yīng)器在加熱時(shí)至少有40％的自由容間。
31.如權(quán)利要求30的熱解方法，其中在反應(yīng)器中沒(méi)有加入催化劑。
32.如權(quán)利要求31的熱解方法，其中在反應(yīng)器中沒(méi)有加入載氣。
33.如權(quán)利要求32的熱解方法，其中的烴類物質(zhì)包括選自下面一組的化合物熱塑性聚合物，熱固性聚合物以及它們的混合物。
34.如權(quán)利要求33的熱解方法，其中的原料至少包括大約70％重量的烴類物質(zhì)。
35.如權(quán)利要求34的熱解方法，其中的原料按重量百分比包括5％到95％的熱固性聚合物以及95％到5％的熱塑性聚合物。
36.如權(quán)利要求35的熱解方法，其中其中初始加熱時(shí)反應(yīng)器加熱表面上單位面積平均承載原料從20kg/m2到約300kg/m2；原料的加熱速率為0.25kJ/hr到27kW/kg。
37.如權(quán)利要求38的熱解方法，其中至少有10％原先并不存在于原料化合物芳環(huán)上的有機(jī)碳原子出現(xiàn)在了產(chǎn)品液相部分的化合物的芳環(huán)上。
38.如權(quán)利要求37的熱解方法，其中的原料包括最高25％重量的金屬。
39.如權(quán)利要求38的熱解方法，其中反應(yīng)器的內(nèi)壓大約小于550kPa。
40.一種用于熱解烴類物質(zhì)的反應(yīng)裝置，該反應(yīng)裝置包括一個(gè)上部區(qū)域，其包括一個(gè)傾斜的上部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管，其具有一個(gè)上部的物料輸入裝置和一個(gè)下部的物料輸出口；一個(gè)上部外壁導(dǎo)管，其具有一個(gè)上部的氣體出口裝置和一個(gè)下部的氣體輸入裝置，并且該上部外壁導(dǎo)管圍繞著該內(nèi)壁導(dǎo)管，這樣就在所述內(nèi)壁導(dǎo)管和某一外壁導(dǎo)管之間包夾形成一個(gè)氣體傳遞空間；一個(gè)下部區(qū)域，其包括一個(gè)傾斜的下部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管，其具有一個(gè)與上部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管的下部物料輸出裝置連接的上部物料輸入裝置和一個(gè)下部物料輸出裝置；一個(gè)下部外壁導(dǎo)管，其具有一個(gè)上部氣體輸出裝置并連接到上部外壁導(dǎo)管的下部氣體輸入裝置上，同時(shí)該下部外壁導(dǎo)管圍繞著該下部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管，從而在所述內(nèi)壁導(dǎo)管和所述外壁導(dǎo)管之間包夾出一個(gè)氣體傳遞空間；以及布置在下部區(qū)域中的加熱器。
41.如權(quán)利要求40的反應(yīng)裝置，其中有一氣體輸送裝置從上部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管延伸到加熱器，還有一氣體輸送裝置從下部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管延伸到加熱器。
42.如權(quán)利要求41的反應(yīng)裝置，其中的上部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管和下部?jī)?nèi)壁導(dǎo)管沿著相反的方向傾斜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用來(lái)熱分解烴類物質(zhì)的過(guò)程的多個(gè)實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，用來(lái)熱分解烴類物質(zhì)的工藝包括將包含烴類的原料輸入到一反應(yīng)器中；加熱該原料物質(zhì)；收集來(lái)自無(wú)氧操作反應(yīng)器的液相產(chǎn)品。其中至少有5％原先并不存在于原料化合物芳環(huán)上的有機(jī)碳原子出現(xiàn)在了產(chǎn)品液相部分的化合物的芳環(huán)上。
文檔編號(hào)C10B47/00GK101076577SQ200480044584
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2004年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月13日
發(fā)明者查爾斯·W·格里斯平 申請(qǐng)人:查理知識(shí)產(chǎn)權(quán)控股有限公司