相關申請的交叉引用

本申請要求2014年8月10日提交的美國申請第14/455,927號的權益，該申請的全文通過引用納入本文。

背景技術：

傳統(tǒng)技術涉及將含有聚合物的材料如塑料轉化為石油產(chǎn)品，包括原油。不幸的是，傳統(tǒng)技術受限于相對較低的原油和柴油產(chǎn)率，較低的通量，較高的運行成本和較高的資本支出。

發(fā)明概述

本發(fā)明的實施方式突破了其他技術的一些限制。在一些實施方式中，使用的反應器、系統(tǒng)和方法得到了較高的原油和柴油的產(chǎn)率，更快的吞吐速率，更低的運行成本和更低的資本支出。具體來說，重點是生產(chǎn)盡可能多的柴油質(zhì)量的油，以及通過確保理想的反應時間來最小化其他技術產(chǎn)生的蠟，并且為低碳鏈提供更多的時間發(fā)展成為柴油。此外，反應器的實施方式允許更短的反應時間，其導致在每分鐘、每小時和每天中將更多的含聚合物的材料轉化成形成石油產(chǎn)品的蒸氣。此外，設計反應器的實施方式，從而所述處理可連續(xù)運行24小時/天，7天/周，從而提高或最大化產(chǎn)出。在一些實施方式中，意圖使整個系統(tǒng)盡可能地自動化，從而需要最少的介入，從而僅需1-3名員工的少量勞動力。最后，系統(tǒng)的設計，特別是反應器的設計，不需要大量的資本支出來建立。這意味著所述系統(tǒng)的回收周期比其他可供出售的系統(tǒng)短。

在一些實施方式中，本發(fā)明包括用于通過含有聚合物的材料的熱解和對得到的蒸氣的后續(xù)冷凝來生產(chǎn)石油產(chǎn)品例如蠟、氣體和油的系統(tǒng)和方法。如果需要，根據(jù)含有聚合物的材料的組成(如果已知)對所述含有聚合物的材料進行初始預處理。當含有聚合物的材料進入所述系統(tǒng)后，所述材料被預熔融并被移動到反應器主體中，其在反應器主體中經(jīng)歷相似或更高的溫度。所述反應器包括一個大致水平的圓柱形主體，所述圓柱形主體在第一端具有入口，在另一端具有至少一個出口，并且其在兩端密封(隔絕外部大氣)，所述主體偏離水平方向具有傾斜斜率，沿所述主體的一側或多側施加外部加熱，并且所述反應器包括一個或多個內(nèi)部旋轉螺旋輸送器。反應器的主體設計有使所述主體旋轉的能力。并且，可以并根據(jù)反應的需要而具有改變旋轉的主體的每分鐘轉數(shù)的能力

本發(fā)明使用的冷凝器包括在工藝中的多個冷凝器，以及附加的冷凝系統(tǒng)?？烧{(diào)節(jié)每個冷凝器中的壓力和溫度，從而生產(chǎn)不同百分比的石油產(chǎn)品。在一些實施方式中，所述系統(tǒng)包括依次使用或平行使用的多于一個的反應器。附加的反應器可用于附加的含有聚合物的材料和在通過反應器后保持未反應的材料。這允許更高的吞吐速率和更高的產(chǎn)率。

在本發(fā)明的一些實施方式中，包括控制機構的使用，這允許了要捕獲和監(jiān)控的系統(tǒng)的不同參數(shù)。如果發(fā)現(xiàn)某些參數(shù)在所需范圍之外，可通過使用用戶手動調(diào)節(jié)或通過控制機構自動調(diào)節(jié)它們。在一些實施方式中，所述系統(tǒng)和方法包括在含有聚合物的材料的原料進入反應器和反應階段之前處理所述含有聚合物的材料的原料。進行該處理以去除不需要的顆粒，例如灰塵和纖維，并且分離出不需要的含有聚合物的材料。

本發(fā)明的實施方式的其它方面和優(yōu)點會在下文詳細說明中結合附圖變得顯而易見，通過示例方式說明本發(fā)明的原理。

附圖說明

參考編號的附圖顯示并描述了本發(fā)明的各個實施方式，其中：

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)的一個實施方式的流程圖。

圖2是進料器的一個實施方式的示意圖。

圖3是進料器的一個實施方式的另一示意圖。

圖4是被輸送進入反應器主體的原料的示意圖。

圖5是被輸送進入反應器主體的原料的另一示意圖。

圖6是進料器的一個實施方式的示意圖。

圖7是冷凝器的垂直截面的示意圖。

圖8是具有第二反應器主體的本發(fā)明的實施方式的流程圖。

圖9是顯示具有用于加熱反應器的蒸氣氣體產(chǎn)物的本發(fā)明的一個實施方式的流程圖。

圖10是具有一個附加螺旋輸送器以去除殘留物的反應器主體的后端的示意圖。

圖11是具有一個不同的螺旋輸送器以去除殘留物的反應器主體的后端的另一示意圖。

圖12是反應器主體前端和內(nèi)部螺旋輸送器能如何旋轉的實施方式的示意圖。

圖13是反應器主體前端和內(nèi)部螺旋輸送器能如何反向旋轉的實施方式的示意圖。

圖14是反應器主體前端和內(nèi)部螺旋輸送器能如何圍繞所述主體旋轉的實施方式的示意圖。

圖15是反應器主體前端和內(nèi)部螺旋輸送器能如何利用刮板旋轉的實施方式的示意圖。

圖16是反應器主體前端和兩個內(nèi)部反向旋轉螺旋輸送器能如何工作的實施方式的示意圖。

圖17是反應器主體前端和兩個內(nèi)部反向旋轉螺旋輸送器能如何工作的實施方式的另一示意圖。

圖18是反應器主體前端和兩個內(nèi)部共旋轉螺旋輸送器能如何工作的實施方式的示意圖。

圖19是顯示包括使用兩個冷凝器系統(tǒng)的兩個反應器主體的本發(fā)明的實施方式的流程圖。

圖20是具有改變傾斜角度的機構的實施方式的反應器主體的縱向側視圖。

圖21是顯示具有監(jiān)控多個參數(shù)并具有修改那些參數(shù)的能力的控制系統(tǒng)的本發(fā)明的實施方式的流程圖。

圖22是預反應器處理的側視圖，其包括設計用于制備用于在反應器中轉化的含有聚合物的材料的幾個器件。

應理解附圖示出了本發(fā)明的更廣泛的范圍和實施例，并且本發(fā)明的實施方式不限于這些附圖。

在整個說明書中，可以使用相似的附圖標記來標識相似的元件。

發(fā)明詳述

應容易理解，通常在本文中描述并在附圖中示出的實施方式的部件可以以各種各樣的不同配置進行布置和設計。因此，如附圖所示的下述各種實施方式的更詳細的描述并不旨在限制本公開的范圍，而是僅僅是各種實施方式的代表。盡管實施方式的各個方面在附圖中示出，但是除非特別指出，附圖不一定按比例繪制。

本發(fā)明可體現(xiàn)在其他特定形式中，而不偏離其精神或基本特性。所述實施方式在所有方面均應僅被視為是示例性的而非限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由所附權利要求書而非本詳細說明來限定。權利要求等價形式含義和范圍內(nèi)的所有變化均涵蓋在其范圍內(nèi)。

在整個說明書中對特征、優(yōu)點或類似語言的引用并不意味著可以通過本發(fā)明實現(xiàn)的所有特征和優(yōu)點應當是或在本發(fā)明的任何單個實施方式中。相反，涉及特征和優(yōu)點的語言被理解為意味著結合實施方式描述的特定特征、優(yōu)點或性質(zhì)包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，貫穿本說明書的特征和優(yōu)點以及類似語言的討論可以但不一定是指相同的實施例。

此外，本發(fā)明描述的特征、優(yōu)點或性質(zhì)可以任何合適的方式組合在一個或多個實施方式中。根據(jù)本文的描述，本領域技術人員將認識到，可以在沒有特定實施方式的一個或多個具體特征或優(yōu)點的情況下實踐本發(fā)明。在其他情況下，在本發(fā)明的所有實施方式中可能不存在的某些實施方式中可以認識到附加特征和優(yōu)點。

說明書中提及的“一個實施方式”或“一種實施方式”或類似描述表示連同所述實施方式描述的具體特征、結構或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施方式中。因此，在說明書中各處的短語“在一個實施方式中”、“在一種實施方式中”以及類似描述不一定全部都涉及同一個實施方式。

雖然本文描述了許多實施方式，但是器件的實施方式在不同的沸騰范圍下將含有聚合物材料轉化為的石油產(chǎn)品(主要是油)。圖1顯示了該器件包括進料器部分12、反應器部分14和冷凝器系統(tǒng)部分18。含有聚合物的材料通過進料器中的入口10進料，并且將熱量施加到反應器16，同時存在用于產(chǎn)品從冷凝器離開的出口20。

進料到進料器中的含有聚合物的材料可以包括片體、切碎物、研磨物、或包含至少一部分聚合物材料的任何其它類型的形狀。含有聚合物的材料的尺寸僅受進料器的尺寸的限制。使用較小的尺寸(小于1/2英寸)使松散材料變得更致密，從而更容易以一致的質(zhì)量流移動所述松散材料。可以干進料或熱熔融進料形式將所述含有聚合物的材料從所述輸送器輸送至反應器中。圖2顯示，將含有聚合物的材料通過入口22輸送到進料器24中，在所述進料器24中含有聚合物的材料在30-125°F的環(huán)境溫度范圍中從26離開。

圖3顯示了可以將相同的含有聚合物的材料進料32通過進料器34置入，并加熱以產(chǎn)生在250-600°F的溫度范圍內(nèi)離開的含有熱熔融聚合物的材料36。在這種升高的溫度下，材料被熔化到更接近液體稠度(consistency)的點。使材料在升高的溫度下進入反應器有助于保持反應器溫度穩(wěn)定，因為引入較冷的材料會降低反應器中材料的總體溫度。進料器可用于增加材料的密度，并且在將材料送入反應器之前對其進行預熱。

圖4顯示了可以使用螺旋輸送器或螺桿44將含有聚合物的材料42從進料器46計量進入到反應器48中。螺旋輸送器或螺桿的每分鐘轉數(shù)決定了材料的質(zhì)量流速。螺旋輸送器可以用冷卻套冷卻，以防止含有聚合物的材料在通過螺桿時預熔。在一個實施方式中，輸送機構從進料器伸出進入反應器主體。

圖5顯示了除了外部加熱器56之外，導致粘性加熱的機械力54用于熔化含有聚合物的材料52，同時向前推進材料。螺旋輸送器或螺桿的RPM決定了材料的質(zhì)量流。當材料充分熔融時，可將所述材料推動通過通道60進入反應器62。

圖6示出了另一進料器64，在這種情況下，在熔融容器中輸送熔融蠟、熱油、熔融材料或它們的組合的進料。將材料68在熔融容器中加熱并混合，然后通過重力或熱泵66計量加入反應器70。

圖7顯示了在四種不同溫度下冷凝蒸氣的四級冷凝系統(tǒng)的例子。冷凝系統(tǒng)的主要目的是充分冷卻熱蒸氣以使冷凝發(fā)生，并使它們處于液相。冷凝系統(tǒng)還可以設置為分階段進行所述冷卻，以分開產(chǎn)品的不同沸騰范圍。四級冷凝系統(tǒng)的結果是分離出四種不同的液體產(chǎn)品。將在反應器中產(chǎn)生的熱蒸氣71從以第一冷凝器72開始的冷凝系統(tǒng)中取出。蒸氣以如下形式離開第一冷凝器：在200°F和反應器的溫度的最大值之間的溫度下的液體74，或蒸氣73。離開第一冷凝器的蒸氣進入第二冷凝器76，其中第二冷凝器76被設置具有比第一冷凝物更低但至少高于50°F的溫度。蒸氣再次以液體形式75或作為進入第三冷凝器78的蒸氣77離開第二冷凝器。在第三冷凝器中，蒸氣再次在比第二冷凝器更低但至少高于50°F的溫度下進一步冷卻。蒸氣以液體79或蒸氣80形式從該第三冷凝器離開，進入第四冷凝器82。在第四冷凝器中，蒸氣在介于約室溫和至少高于-30°F的溫度之間顯著冷卻，以捕獲最后的可用液體83，剩余物以蒸氣81形式排出，蒸氣81一般是由通常碳數(shù)小于5的不可冷凝的氣體組成的輕質(zhì)烴氣體。盡管在該例子中提到了特定溫度和/或溫度范圍，但是其它實施方式可以在其它溫度或溫度組合下操作。

圖8顯示了來自第一反應器85的反應產(chǎn)物被輸送回第二反應器90的另一設計。在材料84進入反應器85并且作為蒸氣離開之后，其進入第一冷凝器86。從該第一冷凝器中，蒸氣可以移動到第二冷凝器87中，或者作為產(chǎn)品91離開，在這種情況下，產(chǎn)品91可以被重定向到另外的反應器90中，在該反應器中產(chǎn)品91會被進一步加熱。進行進一步的反應主要是為了進一步裂化具有高沸點的重蠟產(chǎn)物。從第二反應器，液體可以以油反饋88的形式重新定向回到第一反應器85中，以作為液體91進一步加熱或排出。來自第二冷凝器的蒸氣將進入第三冷凝器89，再次以液體產(chǎn)物93或蒸氣產(chǎn)物94的形式離開。在該例子中，在第四冷凝器中蒸氣產(chǎn)物94沒有進一步裂化。

圖9示出了圖8的替代設計，其中來自冷凝器87的蒸氣產(chǎn)物94被重定向以用作加熱第一反應器85的燃燒熱源95的能量源。

圖10顯示了反應器主體100的一個實施方式的后視圖。主體內(nèi)設有主反應室102，在所述主反應室中有內(nèi)部反應器螺旋輸送器104和106。在該例子中，第一螺旋輸送器104逆時針旋轉，并且第二螺旋輸送器106順時針旋轉，因此它們是反向旋轉的螺旋輸送器。在一些實施例中，反應器螺旋輸送器有助于將焦炭和殘余物從反應器壁上刮下并幫助將其運送到反應器主體的讀取端(read end)。在所示實施方式中，第三挖掘螺旋輸送器108垂直于反應器主體設置，以在未反應的殘余物離開反應器時捕獲未反應的殘余物。第三螺旋輸送器將殘留物移動到其出口點110，在那里可以捕獲和儲存殘余物。

圖11顯示了圖10中使用的替代設置。內(nèi)部反應器螺旋輸送器114和116在反應器主體112內(nèi)共旋轉(即，沿相同的旋轉方向)。第三挖掘螺旋輸送器118依照反應器主體放置，直接放置在反應器主體的正下方和后面。所述螺旋輸送器具有與圖10中的螺旋輸送器108相同的目的。

圖12顯示了反應器主體的內(nèi)部。在該實施方式中，反應器主體120順時針旋轉122，內(nèi)部旋轉螺旋輸送器126也順時針旋轉。

圖13顯示了為本發(fā)明的另一個實施方式。反應器主體130順時針旋轉132，而內(nèi)旋轉螺旋輸送器134逆時針旋轉。

圖14顯示了為本發(fā)明的第三個實施方式。在該情況中，反應器主體140逆時針旋轉142，內(nèi)部旋轉螺旋輸送器144也逆時針旋轉146。

圖15顯示了本發(fā)明的第四個實施方式。在該情況中，反應器主體150逆時針旋轉152。除了旋轉的螺旋輸送器154之外，還有一個刮板156，其去除已經(jīng)下落的固體。

圖16顯示了本發(fā)明的第五個實施方式。在該情況中，反應器主體160順時針旋轉162。有兩個內(nèi)部反向旋轉螺旋輸送器164。一個逆時針旋轉166，一個順時針旋轉168。

圖17顯示了本發(fā)明的第六個實施方式。在該情況中，反應器主體170順時針旋轉172。有兩個內(nèi)部反向旋轉螺旋輸送器174。第一個逆時針旋轉176，第二個順時針旋轉178。

圖18顯示了為本發(fā)明的第七個實施方式。在該情況中，反應器主體180順時針旋轉182。有兩個內(nèi)部共旋轉螺旋輸送器184。第一個順時針旋轉186，第二個也順時針旋轉188。

圖19顯示了使用兩個反應器和兩個冷凝器的本發(fā)明的實施方式。190中的進料被輸送到第一反應器192中，其中氣體蒸氣194和焦炭/殘余物196從第一反應器192中離開。氣體蒸氣進入第一冷凝器198，兩個產(chǎn)品200和202從該冷凝器出口離開。第二產(chǎn)物202以及來自第一反應器的焦炭/殘余物進入第二反應器204。氣體蒸氣206離開第二反應器并進入第二冷凝器208。由第二冷凝器產(chǎn)生第三產(chǎn)物210。

圖20示出了原料211如何進入反應器主體212，并且一個或多個螺旋輸送器或刮板213向前推動原料。反應器主體保持偏離水平的傾斜214，傾斜角為0-30度。這種傾斜有助于反應，允許進行調(diào)節(jié)以達到提高產(chǎn)率的最佳停留時間。

根據(jù)操作條件和所需的燃料輸出，反應器以一定RPM轉動。反應器旋轉的理想RPM由內(nèi)部螺旋輸送器的RPM引導，內(nèi)部螺旋輸送器在反應器內(nèi)部將含有聚合物的材料混合。反應器的旋轉作用促進了進料在內(nèi)部的攪拌和混合，并且還允許均勻加熱反應器室的外壁。反應器將含有聚合物的材料或蠟加熱并攪拌至成為液體材料的狀態(tài)。在一個實施方式中，反應器中的液體溫度為400-550℃。在其它實施方式中，液體可以是更高或更低的溫度。反應器包括在外部間接加熱的縱向定位的圓柱形管。這可以用來自燃燒源的熱氣體或來自電源的熱氣體加熱。

在其它實施例中，可以有加熱反應器外壁長度的加熱源?？梢员O(jiān)控和控制反應器外壁以及反應器內(nèi)壁的溫度，以確保適當和穩(wěn)定的反應條件。如果溫度不穩(wěn)定，可以通過加熱源進行調(diào)節(jié)，以確保反應穩(wěn)定。這有助于避免缺少加熱和過度加熱所述反應，這可能導致較低的產(chǎn)率。

在反應器室內(nèi)，可以有一個或多個螺旋輸送器，用于攪拌液體反應物以及來自反應器管內(nèi)壁的廢料。螺旋輸送器旋轉，使得其向前運送材料的線速度受到控制－移動的材料是待被輸送離開反應器的干燥焦炭。螺旋輸送器必須足夠快以適應焦炭的挖掘，以使焦炭不會在反應器內(nèi)阻塞。將螺旋輸送器傾斜和直徑設計成在必要的速度范圍內(nèi)運行，以將任何固體炭材料以等于或大于焦炭生成速率的速率運出反應器。

在反應器中，液體材料通過熱解反應，所述熱解將長分子分解成較短的分子。當分子充分熱解并加熱到所選擇的反應溫度(通常在400-550℃之間)時，該分子將被變?yōu)檎魵饣驓庀?。然而，確切的溫度或范圍可能取決于裂化的反應物的類型和/或與反應物混合的產(chǎn)物的組合。

改變反應器傾斜度使其在0-30％級之間傾斜允許根據(jù)需要來增加或減少吞吐速率?？梢栽诜磻髦黧w的后部附近使用塞子或擋板，以減少熱損失，并確保蒸氣在被除去炭的出口處不冷凝。

在某些情況下，將需要更多的原油，而在其他時候則需要更多的柴油。一旦氣體具有所需的碳長度范圍，它們在冷凝器系統(tǒng)中冷凝，以在優(yōu)選的沸騰溫度下產(chǎn)生油。反應器中存在的蒸氣將通過輕微的真空壓力差被吸入冷凝器系統(tǒng)。反應器中的真空度在-0.25"至-1.5"WC的范圍內(nèi)，而冷凝器中的真空度在-0.5"至2.0"WC的范圍內(nèi)。

冷凝器用于冷卻由反應器產(chǎn)生的熱蒸氣。當這些蒸氣冷卻時，它們的大部分將從氣相轉變?yōu)橐合?。這種冷卻可以分階段進行，這將基于沸點溫度將蒸氣分離成不同的液體產(chǎn)物流。以與產(chǎn)物生產(chǎn)的速率大約相同的速率將產(chǎn)物從冷凝器中去除。

在冷凝系統(tǒng)中，通過降低溫度從而冷凝至選定的沸騰范圍而將蒸氣烴氣體系統(tǒng)地冷凝。被輸送進入系統(tǒng)的含有聚合物的材料的類型可能會影響原料中油的產(chǎn)率，不同的材料具有不同的分子結構，這影響了潛在的油產(chǎn)率。

冷凍冷凝器可冷凝更多的蒸氣－例如如果將冷凝器設定在約常規(guī)室溫下，其可從產(chǎn)物流中得到輕質(zhì)油。對于具體的最終目標(例如柴油燃料、汽油、原油、燃料油等)可摻混或單獨使用不同的產(chǎn)物。

發(fā)明人在本發(fā)明中使用了不同的催化劑并發(fā)現(xiàn)一些催化劑增加了反應時間同時降低了油的產(chǎn)率。特定催化劑的使用改善了本發(fā)明，并且可當原料進入反應器主體時將所述催化劑均勻地加入原料中。

圖21說明了控制系統(tǒng)的一個實施方式，其允許本發(fā)明的使用者監(jiān)控整個反應過程，同時自動或人工改變操作條件。進口216監(jiān)控不同參數(shù)，可包括但不限于含有聚合物的材料的進料速率和溫度、反應器的RPM、反應器內(nèi)的溫度和壓力、冷凝器內(nèi)的溫度和壓力、冷凝器內(nèi)的油水平、油生產(chǎn)率、油的產(chǎn)率、何種油產(chǎn)生阻塞以及阻塞的百分數(shù)、非可冷凝的氣體流速、氣體產(chǎn)率、焦炭生產(chǎn)速率、焦炭生產(chǎn)產(chǎn)率等。過程監(jiān)控器顯示器218允許用戶跟蹤每個參數(shù)。218還可以包括控制器，其可以自動調(diào)整參數(shù)以確保其保持在目標范圍內(nèi)(例如，如果油產(chǎn)量低，含有聚合物的材料的進料速率可以減慢)，或者可以由使用者人工改變(例如，如果需要更多的原油，使用者可以手動地改變一個或多個冷凝器內(nèi)的溫度和壓力)。產(chǎn)出220是反應控制并包括含有聚合物的材料的輸送速率、反應器的加熱源、旋轉反應器的機構、反應器內(nèi)的壓力、冷凝器內(nèi)的壓力、冷凝器的油流失率等。

圖11是含有聚合物的材料可如何被預反應制備的例子。含有聚合物的材料在221進入，它們通常被不需要的纖維和灰塵污染。它們被放置在材料落下的第一器件222中。較輕的不期望的顆粒例如灰塵傾向于浮在224以上，而實際含有聚合物的材料落至底部223，在那里它們被捕獲并被推入第二器件225。在第二器件225中，選擇具有已知密度的流體，使得含有聚合物的材料通過其密度分開。密度較低的那些含有聚合物的材料將浮在頂部，密度較高的那些含有聚合物的材料將沉入底部226。然后可以將漂浮物引導227到第三器件228中，在第三器件228中含有聚合物的材料被干燥。一旦在該干燥過程中流體被分離出來229，干燥的含有聚合物的材料230就可以進行反應了。

在上述說明中，提供了各種實施方式的具體細節(jié)。然而，可以用少于所有這些具體細節(jié)來實踐一些實施方式。在其他情況下，為了簡潔和清楚起見，不再詳細描述某些方法、程序、組件、結構和/或功能，而不是為了實現(xiàn)本發(fā)明的各種實施方式。

盡管本文的方法的操作以特定順序顯示和描述，但是可以改變每種方法的操作順序，從而使得可以以相反的順序執(zhí)行某些操作，或者可以執(zhí)行某些操作，至少部分與其他業(yè)務同時進行。在另一個實施方式中，不同操作的指令或子操作可以以間歇和/或交替方式來實施。

雖然已經(jīng)描述和說明了本發(fā)明的具體實施方式，但是本發(fā)明不限于如此描述和說明的部件的具體形式或布置。本發(fā)明的范圍由所附權利要求書和其等價內(nèi)容限定。