用于塑料热解的多个流化床或喷动床反应器的制作方法

本技术总体上涉及塑料向较低分子量烃产物的转化。具体地，该技术涉及使用串联的锥形喷动床反应器，以通过热解将塑料原料转化成烯烃和芳族产物。

背景技术：

1、由于塑料材料缺乏生物可降解性，塑料废物日益受到关注。然而，许多塑料材料都是创造循环经济的优异候选材料，在循环经济模式中，100％的废物能够被再循环或用于生产其他有用材料的原料。

2、废塑料在流化床或喷动床反应器中的热解被认为是将废塑料转化成可用于制备再循环塑料的液体燃料或化学原料的潜在途径。大多数已发表的工作都依赖于固定流化床或固定喷动床，其中将毫米尺寸的塑料连续注入固定催化剂床中。尽管催化热解已被广泛研究，但仍需要开发更有效的催化热解方法，其可最大化所需产物诸如轻质烯烃和芳族化合物的产率，并最小化不需要的产物诸如甲烷和乙烷的产率。特别地，丙烯是一种需求量很大的特定轻质烯烃，因为它被用于许多世界上规模最大和增长最快的合成材料和热塑性塑料中。

3、本公开提供了能够以高选择性由塑料原料生产烯烃(诸如丙烯)和芳族产物的系统和方法。

技术实现思路

1、塑料在流化床反应器和喷动床反应器内的热解已被认为是生产烯烃和芳烃的潜在途径。然而，这一提议存在严重困难，迄今尚未得到充分解决。毫米尺寸的塑料颗粒在流化床或喷动床反应器中的热解在数百秒的时间尺度上发生。在流化床或喷动床反应器中，催化剂流是高度返混的，具有不均匀的催化剂停留时间分布。由于催化剂在反应器与催化剂再生器之间的恒定循环以及在任何给定时间反应器内不均匀的催化剂和塑料停留时间分布，所以将会有夹带的未转化塑料进入再生器。本发明通过具有两个或更多个串联的流化床或喷动床解决了这个问题，这极大地缩窄了催化剂和塑料的停留时间分布并降低了催化剂夹带的、从反应器循环到再生器的未转化塑料的分率。

2、在第一方面，本文公开了一种用于将塑料转化成较低分子量产物的系统，该系统包括催化剂再生器、装有塑料原料的进料器、与催化剂再生器流体连通并与进料器流体连通的第一锥形喷动床反应器级以及与第一锥形喷动床反应器级流体连通的第二锥形喷动床反应器级。在一些实施方案中，使用与第二锥形喷动床反应器级流体连通的第三锥形喷动床反应器级。

3、在一些实施方案中，第一锥形喷动床反应器级和第二锥形喷动床反应器级包含在单个反应器容器内。在这些实施方案的一些中，第一锥形喷动床反应器级和第二锥形喷动床反应器级至少部分地被挡板隔开。在这些实施方案的一些中，挡板在第一反应器级的顶部、底部或一个或多个侧面处限定开口。

4、在其他实施方案中，每个锥形喷动床反应器级包含在单独的反应器容器中。在这些实施方案的一些中，容器被定位在不同高度处。

5、在一些实施方案中，反应器级内的包括催化剂和未反应的塑料原料的材料能够经由管道或其他通道从第一反应器级传递至第二反应器级。在这些实施方案的一些中，管道或通道是充气的，使得催化剂和未反应的原料的流被气动地从第一反应器级驱动到第二反应器级。

6、在一些实施方案中，第一锥形喷动床反应器级被配置为从催化剂再生器接收催化剂。在这些实施方案的一些中，响应于第一锥形喷动床反应器级中的温度下降到预定温度设定点以下，能够调节从催化剂再生器到第一锥形喷动床反应器级的催化剂流量。在一些实施方案中，第二反应器级也与催化剂再生器流体连通并且被配置为从催化剂再生器接收催化剂。在这些实施方案的一些中，响应于第二锥形喷动床反应器级中的温度下降到预定温度设定点以下，能够调节从催化剂再生器到第二锥形喷动床反应器级的催化剂流量。在一些实施方案中，第三反应器级也与催化剂再生器流体连通并且被配置为从催化剂再生器接收催化剂。在这些实施方案的一些中，响应于第三锥形喷动床反应器级中的温度下降到预定温度设定点以下，能够调节从催化剂再生器到第三锥形喷动床反应器级的催化剂流量。

7、在一些实施方案中，反应器级包括引流管，每个管从相关联的反应器级的底部向该反应器级的顶部延伸，其中引流管包括外径小于反应器级底部内径的圆柱形管和从引流管的底部向上延伸的至少一个开口。

8、在一些实施方案中，反应器级包括限制器，每个限制器从相关联的反应器级的顶部向该反应器级的底部延伸，限制器包括外径小于反应器级顶部内径的圆柱形管。

9、在一些实施方案中，第一锥形喷动床反应器级在约300℃至约650℃、或约450℃至约600℃、或约480℃至约550℃的温度下操作。在一些实施方案中，第二锥形喷动床反应器级在约300℃至约650℃、或约450℃至约600℃、或约480℃至约550℃的温度下操作。

10、在一些实施方案中，该系统还包括与第一锥形喷动床反应器级和第二锥形喷动床反应器级流体连通的气体进料系统，并且气体进料系统被配置为将动力气体进料到第一锥形喷动床反应器级和第二锥形喷动床反应器级。在这些实施方案的一些中，动力气体包含小于1.0重量％的氧气，或更优选地小于0.1重量％的氧气。

11、在一些实施方案中，该系统包括与第一锥形喷动床反应器级和第二锥形喷动床反应器级流体连通的一组旋风分离器。

12、在第二方面，公开了由塑料生产烃产物的方法，其中该方法包括将塑料原料和动力气体进料到含有催化剂的第一锥形喷动床反应器级中以产生第一产物蒸气和第一残余塑料，将第一产物蒸气的至少一部分与动力气体和第一残余塑料分离以产生包含第一产物蒸气的第一产物料流，将来自第一锥形喷动床反应器级的第一残余塑料和动力气体进料到含有催化剂的第二锥形喷动床反应器级中以产生第二产物蒸气和第二残余塑料，以及将第二产物蒸气的至少一部分与动力气体和第二残余塑料分离以产生包含第二产物蒸气的第二产物料流。

13、在一些实施方案中，该方法包括将催化剂的至少一部分从第一锥形喷动床反应器级转移到第二锥形喷动床反应器级。在一些实施方案中，该方法包括将催化剂的至少一部分从第二锥形喷动床反应器级转移到再生器。在一些实施方案中，该方法包括将催化剂从再生器进料到第一锥形喷动床反应器级中。在一些实施方案中，该方法包括将催化剂从再生器进料到第二锥形喷动床反应器级中。在一些实施方案中，催化剂的一部分从第一锥形喷动床反应器级到第二锥形喷动床反应器级的转移至少部分地由动力气体流驱动。在一些实施方案中，催化剂的一部分从第二锥形喷动床反应器级到再生器的转移至少部分地由动力气体流驱动。

14、在一些实施方案中，第一锥形喷动床反应器级具有约300℃至约650℃、或约450℃至约600℃、或约480℃至约550℃的温度。在这些实施方案的一些中，部分地通过将热催化剂从再生器进料到第一锥形喷动床反应器级中来控制第一锥形喷动床反应器级的温度。在一些实施方案中，第二锥形喷动床反应器级具有约300℃至约650℃、或约450℃至约600℃、或约480℃至约550℃的温度。在这些实施方案的一些中，部分地通过将热催化剂从再生器进料到第二锥形喷动床反应器级中来控制第二锥形喷动床反应器级的温度。

15、在一些实施方案中，在进料到第一锥形喷动床反应器级之前，首先将塑料原料粉碎至约1mm至约20mm，或优选地约8mm至约10mm的标称尺寸。在一些实施方案中，该方法包括将来自第二锥形喷动床反应器级的第二残余塑料和动力气体进料到含有催化剂的第三锥形喷动床反应器级中，以产生第三产物蒸气和残余物；以及分离第三产物蒸气、动力气体和残余物，以产生包含第三产物蒸气的第三产物料流。

16、在一些实施方案中，该方法包括将第一产物料流和第二产物料流引导到旋风分离器中。在这些实施方案的一些中，第一产物料流和第二产物料流在被引导到旋风分离器中之前被合并。在一些实施方案中，该方法包括将第一产物料流和第二产物料流收集到分离容器中。在一些实施方案中，塑料原料包括高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯或它们中任何两者或更多者的混合物。

17、在一些实施方案中，第一烃产物和第二烃产物包括c1-c12饱和烃、c1-c12不饱和烃或它们中任何两者或更多者的混合物，并且其中第一烃产物和第二烃产物可以相同或不同。在一些实施方案中，烃产物包括烯烃、芳族化合物或它们中任何两者或更多者的混合物。

18、在一些实施方案中，该方法包括在蒸汽裂化器、加氢裂化器、流体催化裂化器、深度催化裂化器、高苛刻度流体催化裂化器、蒸汽重整器、液体裂化器气体装置或芳烃回收单元中加工和精制第一烃产物、第二烃产物、第一塑料残余物或第二塑料残余物中的一者或多者。

19、在一些实施方案中，第一锥形喷动床反应器级的尺寸与第二锥形喷动床反应器级的尺寸相同。在一些实施方案中，该方法是连续进行的。在一些实施方案中，塑料原料包括废塑料。在一些实施方案中，将第一产物蒸气的至少一部分与动力气体和第一残余塑料分离以产生包含第一产物蒸气的第一产物料流是在第一锥形喷动床反应器级内进行的。

20、在一些实施方案中，在第一产物料流形成时立即将其从第一锥形喷动床反应器级中取出。在一些实施方案中，将第二产物蒸气的至少一部分与动力气体和第二残余塑料分离以产生包含第二产物蒸气的第二产物料流是在第二锥形喷动床反应器级内进行的。在一些实施方案中，在第二产物料流形成时立即将其从第二锥形喷动床反应器级中取出。

21、在一些实施方案中，第二锥形喷动床反应器级中的平均气相停留时间为约0.2秒至约60秒，或优选地约0.5秒至约5秒。在一些实施方案中，第一锥形喷动床反应器级和第一锥形喷动床反应器级以快速热解方式操作。在一些实施方案中，动力气体包含小于1.0重量％的氧气，或更优选地小于0.1重量％的氧气。