从某些塑料中回收碳的热解反应器以及从某些塑料中回收碳的系统和方法技术方案

技术编号：40279737 阅读：66 留言：1更新日期：2024-02-02 23:08

一种用于从某些塑料中回收碳的热解反应器(10，200，300)，其包括：至少一个反应容器(12)，所述至少一个反应容器(12)具有第一反应室(34)和第二反应室(42)；用于将颗粒状的某些塑料输送到第一反应室(34)的材料输送系统(32)；用于将催化剂输送到第二反应室(42)的催化剂输送系统(46)；以及分离器(20)。所述颗粒状的塑料材料在第一反应室(34)中被加热至第一温度范围以分解成一系列气体，这一系列气体在第二反应室(42)中与金属催化剂一起被加热，以形成其中夹带有碳包覆的催化材料的一系列反应后气体(主要由氢气组成)，操作所述分离器(20)以从所述反应后气体中分离出至少一部分碳包覆的催化材料。

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本专利技术涉及一种用于从某些塑料中回收碳的热解反应器以及用于从某些塑料中回收碳的相关系统和方法。在其优选实施方式中，所述热解反应器被设计用于在家庭或轻型商业环境中从废塑料中回收碳。

技术介绍

1、以下对本专利技术背景的讨论旨在促进对本专利技术的理解。然而，应当理解的是，该讨论并不表示承认或认可所提及的任何材料在本申请的优先权日前已在任何司法管辖区中已公开、为人所知或属于公知常识的一部分。

2、热解化学过程以前已被用于回收某些塑料，其目的在于回收其中所含的油。在此背景下，该过程是一种工业过程，而不属于家庭或轻商业过程。

3、这里的区别是明显的。例如，可以通过向工厂的操作人员提供口罩来处理产生有害但无毒气味的副产物。然而，同样的方法并不是在家庭或轻型商业环境中处理副产物的真正解决方案。回收过程中的其它副产物可能会产生不同的影响，在工业、家庭和轻型商业环境中也必须以不同的方式加以处理(例如，噪音污染或对居住者健康造成的潜在损害)。

4、与本专利技术的目的相关的另一个问题是，可以使用现有的热解方法回收的塑料是烃基塑料。这意味着从此类塑料中回收碳的任何尝试都会带来另一个问题，那就是如何处理随之产生氢气的安全问题，尤其是是在家用或轻型商业环境中。

5、因此，本专利技术的目的之一在于提供一种用于从某些塑料中回收碳的热解反应器。本专利技术的另一个可选的目的在于提供一种可在家庭或轻商业环境中使用的反应器。

技术实现思路

1、在本文中，除非另有相反说明，

2、根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于从某些塑料中回收碳的热解反应器，其包括：

3、至少一个反应容器，所述至少一个反应容器具有第一反应室和第二反应室；

4、材料输送系统，以用于将颗粒状的某些塑料输送至第一反应室；

5、催化剂输送系统，以用于将金属催化剂输送至第二反应室；以及

6、分离器；

7、其中，颗粒状塑料材料在第一反应室中被加热至第一温度范围，以便分解成一系列气体，该气体在所述第二反应室中与金属催化剂一起被加热以形成其中夹带有碳包覆的催化材料的一系列反应后气体，所述分离器可将至少一部分的碳包覆催化材料从所述反应后气体中分离出来。

8、优选地，所述第一温度范围在450℃-600℃之间，而第二温度范围在700℃-800℃之间。

9、所述分离器可以是旋风分离器。

10、在优选的实施方式中，所述金属催化剂是铁基催化剂。

11、所述第一反应容器的每个反应室可以通过电炉进行加热。在一实施方式中，所述电炉是多区电炉，操作所述多区电炉的至少一个区以加热第一反应室，并且，操作所述多区电炉的至少一个区以加热第二反应室。

12、所述第二反应室可位于第一反应室上方，并通过可操作的连接室将第一反应室连接至第二反应室。

13、所述第二反应室还可包括穿孔基板，所述基板的穿孔的尺寸被设计成使得气体能从中通过但能防止金属催化剂从中掉落。

14、所述热解反应器还可包括通道混合器，可操作该通道混合器以输送以下至少一种：将反应后气体输送至第一反应室；将反应后气体输送至第二反应室；将氮气输送至第二反应室；将氢气输送至第二反应室；将氮气输送至第一反应室；将氢气输送至第一反应室。

15、可操作所述材料输送系统以打开封密封的可拆卸料筒的开口，以使包含在其中的颗粒状塑料材料输送到第一供料单元，其中，该第一供料单元将所述颗粒状塑料材料输送到第一反应室。所述第一供料单元可采用阿基米德螺杆的形式，其将颗粒状塑料材料输送到第一反应室的底部。理想情况下，所述材料输送系统的供料速率为每分钟0.5-10克。

16、所述催化剂输送系统可包括将金属催化剂供料至第二供料单元的催化剂料斗，所述第二供料单元将金属催化剂输送至第二反应室。所述第二供料单元也可以采用阿基米德螺杆的形式，其将金属催化剂输送到第二反应室的顶部。与材料输送系统一样，所述催化剂输送系统的理想供料速率为每分钟0.5-10克。

17、在优选实施方式中，催化剂与颗粒材料的比例为以下之一：1:2；1:4；1:6。

18、所述热解反应器还可包括用于冷却靠近第一反应室的第一供料单元的一部分的冷却系统。所述冷却系统可以采用用于再循环热流体的管道的形式。

19、在本专利技术的一种形式中，由分离器分离出的反应后气体在燃烧室中被氧化。所述燃烧室可被配置为将氧化过程中的至少一部分副产物输送回第一反应室(预期副产物为co2和n2)。在另一实施方式中，所述燃烧室由控制系统控制，可操作所述控制系统以仅在确定变量超过预设的阈值水平时启动氧化过程。所述变量可以是以下任意一种：燃烧室内的压力水平；反应器后气体通过燃烧室的次数；时间到期。

20、所述热解反应器可包括能量回收系统以回收燃烧室中所产生的化学能的至少一部分。所述能量回收系统可向用于加热第一反应室和/或第二反应室的电炉供电。

21、在另一变型中，由分离器分离出的反应后气体被输送至固体氧化物燃料电池。

22、在第三种变型中，由分离器分离出的反应后气体被输送至氢回收系统。优选地，所述氢回收系统包括填充有金属化合物的可拆卸料筒，反应后气体被引导通过该可拆卸料筒，所述金属化合物能够吸收氢以形成氢化物。

23、根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于从某些塑料中产生颗粒材料的装置，其包括：

24、容器，塑料制品可以放入到该容器中；

25、研磨器，以用于将放入塑料制品研磨成颗粒材料；以及

26、可拆卸料筒，以用于接收来自研磨器的颗粒材料；

27、其中，所述可拆卸料筒从所述装置移除时是被密封的，以防止所述颗粒材料从装置中转移以形成如权利要求1所述的热解反应器的材料输送系统的一部分时进入到环境中。

28、所述可拆卸料筒具有开放面，可操作该装置以通过在移除之前在开放面上施加保护膜来密封所述可拆卸料筒。

29、所述容器可包括自动识别系统，操作所述容器以使得在所述自动识别系统识别出塑料制品为可回收的情况下允许放入塑料制品。

30、根据本专利技术的第三方面，提供了一种用于从某些塑料中回收碳的系统，所述系统包括：

31、如本专利技术的第一方面所述的热解反应器；

32、如本专利技术的第二方面所述的用于产生颗粒材料的装置；

33、其中，操作所述材料输送系统以打开从装置取回的密封的可拆卸料筒的开口，以使得包含在其中的颗粒状塑料材料输送到第一供料单元，所述第一供料单元将所述颗粒状塑料材料输送至第一反应室。

34、根据本专利技术的第四方面，提供了一种用于从某些塑料中回收碳的方法，所述方法包括以下步骤：

35、将至少一个反应容器的第一反应室中的颗粒材料加热至第一温度范围，以将所述颗粒材本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于从某些塑料中回收碳的热解反应器，其包括：

2.根据权利要求1所述的热解反应器，其特征在于：所述第一温度范围为400℃-650℃。

3.根据权利要求2所述的热解反应器，其特征在于：所述第一温度范围为450℃-600℃。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：所述第二温度范围为600℃-900℃。

5.根据权利要求4所述的热解反应器，其特征在于：所述第二温度范围为700℃-800℃。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：所述分离器为旋风分离器。

7.根据前述权利要求中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：所述金属催化剂为铁基催化剂。

8.根据前述权利要求中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：所述第一反应容器的每个反应室都通过电炉加热。

9.根据权利要求8所述的热解反应器，其特征在于：所述电炉为多区电炉，操作所述多区电炉的至少一个区域以加热所述第一反应室，和操作所述多区电炉的至少一个区域以加热所述第二反应室。

10.根

11.根据前述权利要求中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：还包括位于第二反应室内的穿孔基板，所述基板的穿孔的尺寸能使得气体从中通过但能防止金属催化剂从中掉落。

12.根据前述权利要求中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：还包括通道混合器，操作所述通道混合器以输送以下至少一种：向第一反应室输送反应后气体；向第二反应室输送反应后气体；向第二反应室输送氮气；向第二反应室输送氢气；向第一反应室输送氮气；向第一反应室输送氢气。

13.根据前述权利要求中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：操作所述材料输送系统以打开密封的可拆卸料筒的开口，以使得其中包含的颗粒状塑料材料进入第一供料单元，该第一供料单元将所述颗粒状塑料材料传输到所述第一反应室。

14.根据权利要求13所述的热解反应器，其特征在于：所述第一供料单元为阿基米德螺杆，其将所述颗粒状塑料材料输送到第一反应室的底部。

15.根据前述权要求中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：所述材料输送系统的供料速率为0.5-10克/分钟。

16.根据前述权利要求中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：所述催化剂输送系统包括将金属催化剂供料到第二供料单元的催化剂料斗，其中，所述第二供料单元将所述金属催化剂传送到所述第二反应室。

17.根据权利要求16所述的热解反应器，其特征在于：所述第二供料单元为阿基米德螺杆，其将所述金属催化剂输送到所述第二反应室的顶部。

18.根据前述权利要求中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：所述催化剂输送系统的供料速度为0.5-10克/分钟。

19.根据前述权利要求中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：所述催化剂与颗粒材料的比例为以下之一：1:2；1:4；1:6。

20.根据前述权利要求中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：通过所述分离器分离的后反应气体在燃烧室中被氧化。

21.根据权利要求20所述到的热解反应器，其特征在于：所述燃烧室将氧化过程的至少一部分副产物输送回所述第一反应室。

22.根据权利要求21所述的热解反应器，其特征在于：所述副产物为CO2和N2。

23.根据权利要求21或22所述的热解反应器，其特征在于：还包括控制系统，操作所述控制系统以仅在确定变量超过预设阈值时才启动氧化过程。

24.根据权利要求23所述的热解反应器，其特征在于：所述变量为以下之一：燃烧室内的压力水平；反应后气体通过燃烧室的次数；时间到期。

25.根据前述权利要求中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：还包括能量回收器以回收在燃烧室中产生的化学能的至少一部分。

26.根据权利要求25所述的热解反应器，其特征在于：操作所述能量回收系统以向用于加热第一反应室和/或第二反应室的电炉提供电力。

27.根据权利要求1-19中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：由所述分离器分离的反应后气体被输送至固体氧化物燃料电池。

28.根据权利要求1-19中任意一项所述的热解反应器，其特征在于：由所述分离器分离的反应后气体被输送至氢回收系统。

29.根据权利要求28所述的热解反应器，其特征在于：所述氢回收系统包括装有金属化合物的可拆卸料筒，所述反应后...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】