CN113939954A

CN113939954A - 用于微波热解系统的联接器

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Publication number: CN113939954A
Application number: CN202080041336.6A
Authority: CN
Inventors: 乔斯林·杜塞; 让菲利普·拉维奥莱特
Original assignee: Perobo Co ltd
Current assignee: Perobo Co ltd
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: WO2020202093A1; KR20210147031A; WO2020202109A1; JP2022527863A; KR20210148260A; CN114222626A; CN113939954B; US20220161221A1; EP3946718A1; EP3953992A4; EP3946718A4; CA3132540A1; CA3132345A1; EP3953992A1

Abstract

本发明描述了一种用于将微波传播到微波热解反应器中的联接器，该联接器包括：用于传播微波的细长中空主体，该细长中空主体在用于接收微波的接收端和可安装到微波热解反应器上用于在其中传播微波的传输端之间延伸，接收端具有矩形横截面形状并且传输端具有圆形横截面形状，细长中空主体的形状被设计成将微波在其接收端的横向(TE)传播模式转换成微波在其传输端的线性偏振(LP)传播模式；以及插入中空主体中的屏障主体，用于将细长中空主体的接收端与其传输端隔离。

Description

用于微波热解系统的联接器

技术领域

本发明涉及热解领域，更具体地说，涉及用于微波热解系统的联接器。

背景技术

产物(比如生物质和塑料)的热解通常在厌氧条件下(即没有氧气环境下)通过添加能量在反应器中进行。通常有三种反应产物：石油、天然气和炭黑。在大多数情况下，热解过程被调整以最大化油产率，因为它通常作为化学物质或燃料的来源具有最大的价值。

用于热解的常规加热源通常包括燃料气体的燃烧以产生火焰和热燃烧气体或电阻加热元件。在这种常规的热解系统中，反应器的外表面被加热，使得热量可以通过反应器壁经由热传导传递给待热解的产物。

然而，至少一些常规热解系统具有至少一些以下缺点。

至少一些常规热解系统提供低的油产率，因为待热解的产物的加热速率相对较低，这导致低的油产率。这是因为产物的加热速率由容器壁的温度决定而导致的。即容器壁温度越高，产物加热速率就越高。最大容器壁加热速率和由此的产物的最终温度通常由容器的热惯性、热源功率、热损耗、容器壁合金的选择、表面积和传热系数决定的。所有这些约束都限制了给料的加热速率。然而，选择能够承受高温的合金(比如Inconel(铬镍铁合金)^TM或钛)会增加系统的资本成本。

此外，低的最终产物温度(即低反应温度)导致低反应速率，并且还影响动力学。此外，由于反应器壁被加热到高于待热解产物的温度，因此产物在离开反应器壁时会经历温度升高，这可能导致产物的降解。

为了克服常规热解系统的至少一些上述缺陷，已经开发了微波热解系统。这种微波热解系统使用微波来加热放置在反应器中的待热解产物。

微波热解系统相对于常规热解系统的一些主要优点包括导致高油产率的高加热速率、导致高反应速率并改善动力学的高反应位点温度以及允许避免热解反应的产物的降解的低环境温度。

然而，微波热解系统存在一些问题。这些问题中的一个涉及到将微波功率输送到反应器的方法。功率输送的挑战在于高强度电场的存在和化学反应器中污染物的存在。

通常微波热解系统包括微波波导管，用于将微波生成器生成的微波传播到将发生热解的反应器。通常的波导管是矩形管道，其尺寸由微波波长/频率设定，并且微波反应器通常具有大于波导管的内部尺寸的内部尺寸。因此，波导管内部的微波功率密度通常大于微波反应器中的微波功率密度(体积小)。

在反应器和波导管内的固定位置，将经历随时间振荡的电势和磁势。如果电势增加到介质的击穿电压以上，就会形成电弧。电弧提高气体的温度并产生等离子体。等离子体是导电的，振荡电场维持电弧，电弧沿最高功率密度的方向(即微波生成器的方向)行进。当电弧朝向微波生成器行进时，它会损坏金属表面及其接触的边界，即电弧会在金属上产生尖锐的边缘。通过停止微波注入可以消除电弧。一旦微波注入恢复，由先前电弧产生的尖锐的边缘的存在会形成高电场强度的点，这增加了超过中等击穿电压的风险，并促进了另一电弧的产生。因此，电弧的产生导致更高的电弧放电的概率。由于与微波反应器相比，波导管内部的功率密度通常较高，因此波导管内部电弧放电的风险高于反应器。因此，波导管环境必须得到很好的控制(清洁度、高击穿电压、无污染物、表面光滑、无尖锐的边缘等)。

热解通常伴随产生炭黑颗粒的副反应。这些颗粒是导电的细小固体颗粒。当悬浮在气体中时，炭黑颗粒的存在降低了气体击穿电压并促进了电弧放电。反应产生的其他气体和/或液体的存在也可能降低中等击穿电压。

金属表面上的污染物沉积也可能导致热点和电弧放电。例如，在固定的炭黑颗粒中，振荡电场将感应出电流。由于炭黑颗粒的电阻不为零，炭黑颗粒由于电阻损耗而变热。因此，金属表面可能会产生热点，这可能会导致表面损坏、表面熔化、尖锐的边缘和/或电弧放电。

关于常用微波热解系统中使用的联接器，仍存在一些问题。通常，联接器包括物理屏障，该物理屏障应该呈现低介电损耗，以防止微波能量耗散为热量。因此，该过程会损耗效率，并且屏障可能会因温度升高而损坏(例如，由于高温和来自热冲击的失效而导致的屏障熔化)。

一些常用的联接器使用从波导管到反应器的惰性气体流(例如氮气)来产生物理屏障。这种物理屏障可用于联接器位于气体介质中的反应器，否则液体或固体将流入波导管。这种惰性气体屏障需要高的气体流量，这增加了气体生产的成本，也增加了从热解产物下游分离的成本。此外，可能难以防止污染物进入波导管，因为反应器中的压力波动可能将污染物夹带到波导管中。

其他一些常用联接器使用Teflon^TM窗口作为物理屏障，其具有260℃的典型操作温度。相对较低的操作温度限制了Teflon^TM在低温化学过程中的适用性。此外，污染物(比如炭黑颗粒)在Teflon^TM窗口上的沉积可能会导致Teflon^TM窗口表面上的热点，这可能会熔融并损坏Teflon^TM窗口。对Teflon^TM窗口的损坏会危及物理屏障阻止污染物进入波导管的能力。此外，对Teflon窗口的损坏会产生固体污染物更有可能积聚的区域，从而导致特氟龙(Teflon)窗口上出现更多的热点和电弧放电，因为固体污染物可能会形成导电路径。

其他类型的联接器使用石英窗口。石英的操作温度在1400℃的范围内。然而，在电弧的情形下，石英窗口可能不能承受电弧的高温，因此可能会被损坏。这种损坏的影响与上述Teflon^TM损坏相同。

常规的微波热解系统使用具有矩形横截面形状的微波波导管。在比如矩形微波波导管中，最高电场强度位于波导管的长边缘的中间处。这对应于TE₁₀传输模式，这是矩形波导管的主要模式。在这种情况下，污染物的沉积可能导致金属上的热点、金属损坏、尖锐的边缘的产物和/或电弧放电。

此外，微波系统中的阻抗匹配通常需要最大化从微波生成器到反应器的传输功率，并最小化反射功率。阻抗匹配通常使用虹膜或短截线调谐器进行。虹膜是一个穿孔板，它的阻抗是孔尺寸和几何形状的函数。因为尺寸和几何形状都是固定的，所以虹膜的阻抗是固定的，并且在微波注入反应器期间可能不会实时改变。因此，虹膜是一种静态阻抗匹配系统。

桶形调谐器通常由波导管部段组成，波导管部段设置有沿其长边缘插入的柱形短截线(通常为3个短截线)或柱塞。插入深度可以改变，以改变调谐器的特性阻抗。大多数短截线调谐器允许在微波注入期间实时改变每个单独的短截线的插入深度。因此，短截线调谐器是一种动态阻抗匹配系统。

当它们被插入微波场中时，短截线受到电场和磁场的作用，从而在短截线表面感应出电流。因为短截线材料具有非零电阻(短截线通常由铝或铜制成)，所以在短截线上会出现电阻热损耗。波导管壁上也会出现一些电阻损耗，但与短截线上的损耗相比可以忽略不计。由于短截线上的这些电阻损耗，短截线变热并且温度升高。随着短截线温度的升高，短截线经历热膨胀，使得其长度和直径增加。由于热膨胀，短截线可能在短截线外壳内被挤压，并且可能不再被移入和移出调谐器。然后，系统失去了其改变调谐器阻抗的能力。此外，迫使短截线移动或移出可能会对短截线和短截线外壳造成机械损坏。

因此，需要一种改进的微波热解系统，其包括用于将微波注入反应器的改进的联接器，该联接器克服了现有技术系统的至少一些上述识别的缺点。

发明内容

根据广泛的方面，本发明提供了一种用于将微波传播到微波热解反应器中的联接器，该联接器包括：用于传播微波的细长中空主体，该细长中空主体在用于接收微波的接收端和可安装到微波热解反应器上用于在微波热解反应器中传播微波的传输端之间延伸，该接收端具有矩形横截面形状，并且传输端具有圆形横截面形状，细长中空主体的形状被设计成将微波在其接收端的横向(TE)传播模式转换成微波在其传输端的线性偏振(LP)传播模式；以及插入中空主体中的屏障主体，用于将细长中空主体的接收端与其传输端隔离。

在一个实施例中，细长中空主体包括：模式转换主体，其用于接收微波并将接收到的微波的TE传播模式转换成LP传播模式；以及可安装到微波热解反应器上的连接主体，用于在其中传播具有LP传播模式的微波，该连接主体是中空的，并且屏障主体被插入到连接主体中。

在一个实施例中，模式转换主体包括中空的锥形主体，该锥形主体限定了延伸穿过其中的转换空腔，并且连接主体包括限定了接收空腔的管状主体，屏障主体被插入到接收空腔中。

在一个实施例中，中空锥形主体在用于接收微波的具有矩形形状的第一端和用于将微波耦合到连接主体中的具有圆形形状的第二端之间延伸，中空锥形主体的形状在其第一端和第二端之间是锥形的，以用于将TE传播模式转换成LP传播模式。

在一个实施例中，中空锥形主体的第一端的横截面尺寸小于中空锥形主体的第二端的横截面尺寸。

在一个实施例中，管状主体包括围绕接收空腔的内部柱形表面，内部柱形表面的至少一部分是锥形的，并且其中屏障主体的侧表面是锥形的，使得屏障主体具有截头圆锥形状，并且屏障主体被插入接收空腔中。

在一个实施例中，管状主体在连接到模式转换主体的第一端和可安装到微波热解反应器的第二端之间纵向延伸，管状主体的第一端的内径大于该管状主体的第二端的内径。

在一个实施例中，联接器还包括具有锥形管状形状的密封主体，密封主体插入管状主体中，并且该屏障主体插入该密封主体中。

在一个实施例中，联接器还包括支撑主体，该支撑主体具有管状形状并插入到管状主体中，使得屏障主体定位在支撑主体和管状主体的第二端之间。

在一个实施例中，管状主体在连接到模式转换主体的第一端和可安装到微波热解反应器的第二端之间纵向延伸，管状主体的第二端的内径大于管状主体的第一端的内径。

在一个实施例中，联接器还包括具有锥形管状形状的密封主体，密封主体插入管状主体中并且该屏障主体插入该密封主体中。

在一个实施例中，管状主体的内径至少等于微波的波长。

在一个实施例中，中空锥形主体的长度大于微波的波长的一半，小于微波的波长的5倍。

在一个实施例中，模式转换主体和连接主体是一体成型的。

在一个实施例中，模式转换主体和连接主体可移除地固定在一起。

在一个实施例中，联接器还包括插入在模式转换主体和连接主体之间的垫圈。

在一个实施例中，联接器还包括用于在联接器内注入流体的端口。

在一个实施例中，端口位于模式转换主体上。

在一个实施例中，屏障主体由使微波传输最大化和减少微波能量的消散中的至少一种的材料制成。

在一个实施例中，屏障主体由Teflon^TM、氧化铝、氮化硅和石英中的一种制成。

微波是电磁波：垂直于磁场的行波(traveling)电场。用于加热应用的微波具有2.45GHz(低于15kW的低功率)和915MHz(高达100kW的高功率)的频率—这些频率是固定的，由国际法规决定。

附图说明

结合附图，从以下详细描述中，本发明的进一步特征和优点将变得显而易见，其中：

图1是根据第一实施例的包括微波热解反应器、联接器和调谐器的微波热解系统的截面图；

图2-5示出了图1的微波热解反应器的不同视图；

图6示出了根据一个实施例的微波吸收颗粒；

图7示出了根据一个实施例的反应物颗粒的加热；

图8示出了根据一个实施例的设置有搅拌器装置的微波热解反应器；

图9是根据一个实施例的用于热解产物的方法的流程图；

图10示出了根据一个实施例的微波热解系统，该微波热解系统包括用于执行图8的方法的混合罐；

图11和图12示出了图10的混合罐；

图13和图14是根据第一实施例的用于将微波注入微波热解反应器的联接器的分解视图；

图15示出了组装后的图13和图14的联接器；

图16和图17是根据第二实施例的用于将微波注入微波热解反应器的联接器的分解视图；和

图18示出了根据一个实施例的图15的联接器，其中省略了连接板以形成突出设计。

应当注意，在所有附图中，相同的特征由相同的附图标记标识。

具体实施方式

图1示出了微波热解系统10的一个实施例，其包括反应器或容器12、联接器14和调谐器16。应当理解，调谐器16可直接或经由微波波导管连接到微波源或微波生成器(未示出)。在所示实施例中，调谐器16用于将由微波生成器发射的微波引导至联接器14。调谐器16还可以用于调节传送到联接器16以及由此的反应器12的微波的能量的功率。联接器14用于将来自调谐器16的微波传播到反应器12中。反应器12被构造成在其中接收待热解的产物，该产物通过微波加热来加热。

参考图2至图5，示出了反应器12的一个实施例。反应器12被构造成在微波能量的作用下在其中执行化学和/或物理反应。

在所示实施例中，反应器12包括沿第一端或底端53a和第二端或顶端53b之间的纵向轴线延伸的管状主体52、底部主体或底板54和顶部主体或盖56。管状主体52限定了空腔57，待热解的产物被接收在该空腔中。底部主体54固定到管状主体52的底端53a，并且具有至少等于空腔57的底端的横截面尺寸的尺寸，以便封闭该管状主体52的底端53a。顶部主体56固定到管状主体52的顶端53b，并且具有至少等于空腔57的底端的横截面尺寸的尺寸，以便封闭管状主体52的顶端53b。当底部主体54和顶部主体56固定到管状主体52时，该组件形成封闭结构，待热解的产物放置在该封闭结构中。在一个实施例中，管状主体52与底部主体54和顶部主体56之间的连接基本上是密封的，使得没有流体可以离开该封闭结构。例如，垫圈可以定位在管状主体52与底部主体54和顶部主体56之间，以确保该闭合结构基本上是密封闭合的。

反应器12设置有第一穿孔58，微波通过该穿孔注入反应器12的内部空间中。可操作地连接到微波源的微波引导装置可围绕穿孔58固定到管状主体52的外表面，用于将微波从微波源传播到空腔57中。在图示的实施例中，连接板60围绕穿孔58从管状主体52的外表面突出。连接板60设置有多个螺栓或杆62，每个螺栓或杆从连接板60向外突出。在这种情况下，微波引导装置设置有与连接板60配合的连接板，并且设置有穿过其中的孔口，每个孔口用于在其中接收相应的螺栓62，以便将微波引导装置固定到反应器12。

在一个实施例中，微波引导装置是微波波导管。在另一个实施例中，微波引导装置是联接器，比如联接器14。

在一个实施例中，穿孔58具有如图2所示的圆形形状。在另一个实施例中，穿孔58设置有矩形形状，比如正方形。应该理解的是，穿孔58的形状是根据固定在反应器12上以在其中传播微波的微波引导装置来选择的。

在一个实施例中，穿孔58设置在管状主体52上邻近其底端。在一个实施例中，比如在其中反应器12用于热解液体或淤浆产物的实施例中，反应器12设置有填充液位66，该填充液位代表反应器12内产物的期望液位或产物的最低液位。在这种情况下，穿孔58的位置被选择为低于填充液位66，如图3所示。

虽然图1-5示出了设置在管状主体52上的穿孔58，但是本领域技术人员将理解，用于将微波注入反应器12的穿孔可以设置在底部主体54或顶部主体56上。

在一个实施例中，管状主体52的至少一部分被构造为用于在其中接收和传播温度控制流体，以便控制反应器12和/或包含在反应器12内的产物的温度。在图示的实施例中，管状主体52包括内部管状壁70和外部管状壁72，如图3所示。内壁70定位在外壁72的内部，并且内壁70和外壁72通过间隙73彼此隔开，以一起形成双壁结构。两个壁70和72之间的间隙73的宽度小于管状主体52的厚度，并且可以用于传播温度控制流体。在所示实施例中，外壁72设置有延伸穿过外壁72的入口74和也延伸穿过外壁72的出口76。在图示的实施例中，入口74邻近管状主体52的顶端53b定位在管状主体的第一侧上，出口76邻近管状主体52的底端53a定位在与第一侧相对的一侧上。然而，本领域技术人员将会理解，这种构造仅是示例性的，入口74和出口76的位置可以变化。入口74连接到温度控制流体源(未示出)，使得温度控制流体通过入口注入，并通过出口76离开管状主体52。流体源设置有加热/冷却装置，用于将流体的温度调节到期望的温度。可以选择期望的温度，以便在待热解的产物引入反应器12之前来加热反应器，在微波在反应器12内传播期间控制产物的温度等。

在一个实施例中，入口74和出口76经由在内壁72和外壁74之间的间隙73内延伸的管子(未示出)流体连接在一起。例如，该管子可以基本上围绕内壁72的整个圆周延伸，并且可以具有线圈形状，以便缠绕在内壁72周围。

虽然在图示的实施例中，管状主体52包括由间隙73间隔开的两个不同的壁70和72，但是管状主体52可以由单个实心壁形成，并且通道或穿孔可以部分地延伸穿过入口74和出口76之间的实心壁的厚度。然后，该通道用于传播温度控制流体，以便将反应器12的温度调节到期望的温度。在一个实施例中，管状主体52可以设置有用于循环温度控制流体的多个通道。每个通道可以在相应的入口和相应的出口之间延伸。在另一个示例中，通道可以流体连接在一起，从而可以存在单个入口和单个出口。

在一个实施例中，管状主体52的仅一部分被构造为用于接收和传播温度控制流体。例如，仅管状主体52的底部部段可以设置有双壁，而管状主体52的其余部分包括单个实心壁。因此，仅反应器12的底部部段的温度可以经由温度控制流体的流动来控制。例如，仅管状主体52的位于填充液位66以下的部分可以设置有双壁结构。

在一个实施例中，反应器12还包括至少一个温度传感器，用于感测温度控制流体的温度。在相同或另一实施例中，反应器12设置有至少一个流量传感器，用于感测温度控制流体的流量。应当理解，温度传感器和/或流量传感器可以位于足以分别测量温度控制流体的温度和/或流速的任何位置。

在一个实施例中，反应器12设置有用于将待热解的产物输入反应器12内部的穿孔。在图示的实施例中，底部主体54设置有穿孔74，该穿孔可用于将待热解的产物注入反应器12中。

在一个实施例中，反应器12进一步包括T形连接器76，其具有三个流体互连的端口/管子78-82，如图1-5所示。第一管子78围绕穿孔74固定到底部主体54，以便将反应器12流体连接到连接器76。管子80可以流体连接到待热解的产物源，以便将产物注入反应器12中。在需要卸载的紧急情况下或者在反应器12的计划排放的情况下，管子82可以用作排空包含在反应器12中的产物的排气排水管道。管子82的入口/出口可以设置有减压阀，以防止反应器12中的过压。

在一个实施例中，反应器12设置有提取穿孔84，用于提取反应产物、去除杂质等。在图示的实施例中，提取穿孔84位于管状主体52上在填充液位66下方。提取穿孔84可以用于控制产物在反应器12内的停留时间，或者是否需要从反应产物中过滤或除去不溶性杂质。提取穿孔84还可以用于净化反应器内容物的一部分，以控制例如特定杂质的浓度。

在一个实施例中，反应器12设置有气体穿孔86，用于允许热解反应过程中生成的气体排放到反应器12外部。在一个实施例中，气体穿孔86位于顶部主体56上。在一个实施例中，气体穿孔86流体连接到冷凝器，用于冷凝来自反应器12的气体。在一个实施例中，在气体穿孔86处插入气/液分离器，用于防止冷凝器系统中来自反应器12的液体夹带，以避免例如冷凝器管的堵塞或结垢。

在系统包括冷凝器的实施例中，冷凝的气相可以例如经由管子82部分或完全地再循环回到反应器12中，以增加反应产物在反应器12中的停留时间。

在使用微波吸收颗粒的实施例中(如下所述)，反应器12设置有用于将微波吸收颗粒插入反应器12内部的穿孔88。在一个实施例中，该穿孔88位于顶部主体56上。

在一个实施例中，反应器12设置有减压穿孔90，用于保护反应器12免受过压。减压阀可以连接到穿孔90，用于在压力大于预定压力时允许气体离开反应器12。

在一个实施例中，反应器12包括至少一个穿孔，用于允许至少一个传感器插入反应器12中。在图示的实施例中，反应器12设置有用于将压力传感器插入反应器12中的压力穿孔92以及两个温度穿孔94和96，每个温度穿孔用于将温度传感器插入反应器12中。在所示实施例中，温度穿孔94可以用于感测邻近底部主体54的反应器12的底部处的温度，而温度穿孔96可以用于测量液位线66以下和附近的温度。

在图示的实施例中，连接器与每个穿孔86、88、90、92、94和96相关联。每个连接器包括从反应器12的外表面突起的管子。每个管子在固定在相应穿孔周围的第一端与第二端之间延伸。围绕每个管子的第二端延伸的凸缘设置有用于允许固定另一个管子的多个孔口。

在一个实施例中，底部主体54和顶部主体56可移除地固定到管状主体52。在这种情况下，应当理解，可以使用任何适当的方法/系统来将底部主体54和顶部主体56可移除地固定到管状主体52。在图示的实施例中，管状主体52设置有围绕管状主体52的底端径向向外突出的底部凸缘和围绕管状主体52的顶端径向向外突出的顶部凸缘。两个凸缘各自设置有延伸穿过其厚度的多个孔口。底部主体54和顶部主体56各自设置有沿着其圆周邻近外端定位的孔口。螺栓和螺母然后可以用于将底部主体54固定到底部凸缘，并将顶部主体56固定到顶部凸缘。

在一个实施例中，底部主体54和顶部主体56可密封且可移除地固定到管状主体52。在这种情况下，至少一个垫圈可以插入在底部主体54和底部凸缘之间以及顶部主体56和顶部凸缘之间。

在另一个实施例中，底部主体54和顶部主体56固定地固接到管状主体52。例如，它们可以焊接到管状主体54上。

在一个实施例中，至少一些穿孔74、84、86、88、90、92、94和96的位置可以不同于图1-5所示的位置。

在一个实施方案中，反应器12还设置有搅拌器装置，用于在反应过程中搅拌/混合包含在其中的产物。例如，机械搅拌器可以固定到底部主体54的顶面。在另一个示例中，气体(比如惰性气体)可以在反应过程中注入到淤浆相材料中，以产生气泡，从而混合/搅拌淤浆相材料。

上述反应器12可以用于热解气体产物、液体产物或固体产物。在下文中，描述了用于液体产物热解的反应器12的操作。

待热解的液体产物经由连接器76的端口80和底部主体54中的穿孔74注入到反应器中。选择注入反应器12的液体产物的体积，使得一旦进入反应器62，液体产物的顶表面基本上与液位线66共面，以确保穿孔58的整个表面被液体产物覆盖。

微波然后经由穿孔58注入反应器12。然后液体产物与微波电场相互作用，以将液体产物转化为淤浆相。在一个实施例中，液体产物与微波的相互作用是直接的，从而液体产物被微波直接加热。在另一个实施例中，液体产物的加热是间接的。在这种情况下，微波吸收颗粒被引入液体产物中。微波吸收颗粒然后用于将微波转化为热量，并且液体产物通过对流/传导被加热以产生淤浆相。

在一个实施例中，如果反应需要厌氧条件，可以在将微波传播到反应器12中之前吹扫反应器12，以除去痕量氧气。在这种情况下，可以将气体比如氮气或任何适当的吹扫气体引入反应器12。

在一个实施例中，液体产物被连续引入反应器12，同时微波在其中传播。在这种情况下，进入反应器12的液体产物的进料速率被选择为使得反应器12中液体产物的填充液位66被保持，以确保穿孔58被淤浆相覆盖，并且在联接器接口上存在等温条件。

在反应过程中，即在微波在反应器12内传播的过程中，一些淤浆相可以通过穿孔84从反应器12中连续提取，以移除杂质或提取部分反应的产物。当需要控制淤浆相材料在反应器12内的停留时间时，当需要从淤浆相中过滤或移除不溶性杂质时，当需要控制特定杂质的浓度等时，淤浆相材料的提取可能是有用的。

在一个实施例中，通过经由入口74将温度控制流体注入管状主体52的双壁中来控制包含在反应器12内的产物的温度。通过适当调节注入管状主体52的双壁中的温度控制流体的温度和/或流量，可以将反应器12中包含的淤浆相材料的温度调节到期望的温度，比如确保反应器12中等温条件下的温度。应当理解，可以使用插入反应器12的穿孔94和96中的温度传感器来确定淤浆相材料的温度。在一个实施例中，温度控制用于保持反应位点和淤浆相材料之间的温度梯度，并有利于优于其它反应的给定反应。

在一个实施例中，在将液体材料注入反应器12之前，可以将反应器12预加热到期望的温度。

在一个实施方案中，如果期望或需要的话，反应器12可以在大气压下、以大于大气压的压力或在真空条件下操作，以有利于某些反应选择性。

在一个实施例中，反应器12由不锈钢制成。在一个实施例中，反应器12由具有低介电损耗和高电导率的材料制成，以防止反应器的容器中的热损耗，热损耗可能会降低传递到反应的能量效率。

在待热解的产物是液体的实施例中，并且当微波在反应器12内传播时，一些反应在淤浆相中发生，其将淤浆相分子裂解成更小的分子，并且还可以根据反应器的条件产生气体产物。这种气体的生成通过淤淤浆相会产生气泡，并促进淤浆相的混合。裂解反应还降低了淤浆相粘度，这进一步促进了淤浆相的混合。如此获得的淤浆相的混合保持了微波吸收颗粒在淤浆相中的悬浮和反应器12中的最佳阻力条件，以最大化微波吸收。淤浆相的混合也促进了均匀的淤浆相和向反应位点的质量传递。

反应通常发生在微波吸收颗粒的表面，除非淤浆相也部分或全部吸收微波能量。微波吸收颗粒可以由化学惰性碳质材料或化学活性催化材料构成，以在微波的作用下增强和有利于预定和期望的反应。颗粒的表面通常处于比淤浆相的温度更高的温度，因此产生反应过程中生成的产物的温度高于淤浆相的温度。当含有反应产物的气体鼓泡通过淤浆相时，一些热量被释放到淤浆相中，并且生成的气体以不低于淤浆相的温度的温度被迅速冷却。气体的这种快速冷却停止了可能不希望的副反应，因此有利于对所需产物的更高选择性。

在一个实施例中，反应器12的内径d等于或大于注入到反应器12中的微波的波长。对于频率为f的微波而言，反应器12的内径d等于或大于c/f，其中c是光速。典型地，对于标准的915MHz微波，反应器12的内径等于或大于0.32m。

在一个实施例中，反应器12包含具有高介电损耗的微波吸收颗粒的质量m_p，其将微波电场转化为热量。这些颗粒由在反应过程中产生的气体或例如由再循环泵提供的强制对流形成的气泡的作用下，在淤浆相中自由移动。

微波吸收颗粒在自然或强制对流下在淤浆相中自由流动，这允许吸收颗粒在反应器12内更好地分布，这增加了反应器的阻抗的总电阻特性。反应器的阻抗的总电阻特性的增加继而使得包括微波源和反应器12的谐振系统的调谐更容易。例如，如果颗粒不是自由流动的，则调谐系统将变得更加困难，因此反应器的能量性能将由于阻抗失配而降低，这将导致传输到反应器的能量降低。此外，调谐高失配还会增加调谐器的电阻损耗，这会导致能量(热量)损失。

在一个实施例中，在将微波注入反应器12之前，将微波吸收颗粒添加到反应器12中。如果一些微波吸收颗粒在反应器12的操作过程中由于磨损、夹带或吹扫而损失，如果需要的话，可以在反应过程中添加额外的微波吸收颗粒。

在一个实施例中，如下所述，通过控制微波吸收颗粒和淤浆相之间的温度梯度或差异，可以实现期望的反应和因此期望的最终结果化学物质。由于淤浆相具有低热导率k_b，吸收颗粒与反应器的其余部分部分地热绝缘。在向微波吸收颗粒提供连续热通量的连续微波功率通量(P)下，并且由于微波吸收颗粒与淤浆相部分地绝缘，微波吸收颗粒的温度T_p可能升高，并且在微波吸收颗粒和淤浆本体之间产生温度梯度或差异ΔT：ΔT＝T_P-T_b，其中T_b是淤浆本体的温度。在一个实施例中，温度梯度ΔT的幅值用于实现关键化学物质的高选择性：

颗粒表面上受控的反应温度促进期望的反应以产生期望的关键化学物质；和

较低的淤浆本体温度T_b抑制进一步的反应，以避免所需关键化学物质的分解。

通过调节反应器12上的各种参数，可以将温度梯度ΔT调节到期望值。

为了解释反应器如何控制这种梯度，可以参照图6如下进行微波吸收颗粒的能量平衡：

其中，m_p是颗粒的质量(kg)，C_p,p是微波吸收颗粒的比热(J/kg-K)，P是微波功率(W)，A是吸收颗粒的总表面积(A＝m_p×a)(m²)并且a(m²/kg)是颗粒的比表面积，r_A(T_p,Re_b)是颗粒的表面发生的反应速率(kg/m²-s)，其是颗粒温度(T_p)和颗粒表面边界层的函数，该颗粒表面边界层是基础雷诺数(Re_b)的函数。ΔH_R(T_p)是颗粒表面温度T_p下的反应热(J/kg)，h_p,b是微波吸收颗粒与本体之间的对流传热系数(W/m²-K)，σ是玻尔兹曼(Boltzmann)常数以及∈是微波吸收颗粒的辐射率。在大多数情况下，淤浆本体具有低辐射率，因此，传热的辐射部分可以忽略。

传热系数h_p,b是淤浆相中努赛尔数(Nu)的函数。无量纲数由

来定义，其中d和k_b分别是本体的特征尺寸和热导率。在一个实施例中，比如在正常情况下，努赛尔数作为由淤浆相中的雷诺数(Re)捕获的流体力学状态的函数而变化：

其中ρ_b、v、d和μ_b分别是淤浆相的密度、特征速度、特征尺寸和动态粘度。因此，传热系数是淤浆本体中雷诺数Re和无量纲数Nu的函数。结果为：h_p,b＝h_p,b(Nu_b,Re_b)。

为了保持反应器12处于稳定状态，微波吸收颗粒的温度应该是稳定的，即

方程1可以改写如下：

P-r_A(T_p,Re_b)m_p aΔH_R(T_p)-h_p,b(Nu_b,Re_b)m_p aΔT＝0 (方程2)

微波吸收颗粒和淤浆本体之间的温度梯度ΔT由下式给出：

根据方程3，本领域技术人员将理解，颗粒的表面和淤浆相之间的温度梯度ΔT可以通过调节以下参数中的至少一个来调节到期望值：

吸收颗粒的质量(m_p)，因为减少吸收颗粒的质量将增加温度梯度ΔT；

颗粒的比表面积(a)，因为减小颗粒的比表面积将增加温度梯度ΔT；

通过用泵或鼓泡气体强制再循环来控制反应器内的流体动力学状态(h_p,b(Nu_b,Re_b)m_p)，因为降低颗粒和淤浆相之间的传热系数会增加温度梯度ΔT；和

输送到反应器12的微波功率P，因为增加输送的微波功率将增加温度梯度ΔT。

根据方程2，本领域技术人员还将理解，通过改变微波功率与微波吸收颗粒的净表面积之比，可以改变总反应速率。

当反应非常快，并且周围的流体具有非常低的热导率，我们有r_Am_paΔH_R(T_p)＞＞h_p,b(Nu_b,Re_b)m_paΔT。因此，反应占主导地位，与周围本体的热损耗可以忽略不计。因此，可以假设所有的微波能量都被反应消耗掉，并且方程2可以改写如下：

P-r_Am_paΔH_R(T_p)＝0 (方程4)

则反应速率r_A可以写成：

因此，增加比率

会增加反应速率r_A(kg/m²-s)。

得出相同结论的另一种方法是从反应速率r_A(T_p,Re_b)开始，遵循阿列纽斯(Arrhenius)表达式：

其中，A(T_p,Re_b)是比速率常数，它是淤浆本体中颗粒温度和雷诺数的函数，而f(C_i)是动力学模型，它是物质的浓度i的函数。在所有其他操作参数保持不变的情况下，增加微波功率P或减小颗粒净面积(m_p a)会导致颗粒温度T_p的升高：

由于反应速率r_A随颗粒温度T_p呈指数变化，因此

的变化将影响颗粒温度，这也将影响反应速率r_A。

在使用温度控制流体来调节反应器12的温度的实施例中，温度梯度ΔT可以经由温度控制流体来控制。

如图7所示，反应器12还能够在颗粒温度下提供非常短的停留时间，这是通过在反应产物离开微波吸收颗粒的表面后，允许反应产物鼓泡通过颗粒周围的本体淤浆相来实现的。在第一步中，具有淤浆本体的温度T_b的反应物颗粒到达具有比反应物颗粒的温度更高的温度T_P的微波吸收颗粒的表面。在步骤2中，反应物颗粒的温度升高到微波吸收颗粒的温度T_P，并且发生反应以生成反应产物。在步骤3中，反应产物被释放，并且其温度冷却以达到淤浆本体温度T_b。

考虑到微波吸收颗粒处于比本体淤浆相更高的温度，特定的化学反应被促进并且在微波吸收颗粒的表面上以更快的速率发生。反应产物处于气相，并以气泡形式逸出颗粒表面。一旦含产物的气泡离开热的微波吸收颗粒的表面，反应颗粒通过将其热量释放到淤浆相而立即冷却。传送到淤浆相的热量可以表示如下(假设气体中没有相变)：

其中m_b是本体淤浆相的质量，C_p,b是本体相的比热容(J/kg-K)，T_b是本体淤浆相的温度，

是气体的产生的速率(kg/s)，C_p,g是气相的比热容(J/kg-K)，T_g是气体在反应器的出口处的温度，并且

是夹套的排热。在一个实施例中，T_g将被最小化，因此期望的目标是T_g＝T_b。

通过忽略微波吸收颗粒和床(即周围的淤浆相)之间的对流传热以及淤浆本体和反应器12之间的辐射和对流热损耗，来获得上述方程。假设大部分能量传递是由于气体释放引起的。

在一个实施例中，目标是保持反应器12中的本体淤浆相中的稳态条件，即

以便保持淤浆本体和微波吸收颗粒的表面之间的期望温度梯度。为了实现这一目标，必须根据以下方程从反应器中移除热量：

如果没有热量从反应器12中移除，会出现以下情况：

方程10意味着T_p＝T_g。由于最佳情况下T_g＝T_b，这意味着在不从反应器12中移除热量的情况下，我们获得T_p＝T_b，因此淤浆本体和微波吸收颗粒之间的梯度消失。

因此，需要从反应器12中移除热量，以将颗粒和淤浆相之间的温度梯度保持在期望值。

在一个实施例中，如上所述，温度控制流体可以在管状主体52的壁内循环。

在相同或另一个实施方案中，具有足够温度的水或由反应器12生成的再循环和冷却的液体产物可以被注入到反应器12中，以便从反应器12吸收额外的能量，从而保持温度梯度。

如上所述，温度控制流体可以在管状主体52的壁内循环，以便在反应器12的启动之前和/或启动期间预热反应器12。在这种情况下，温度控制流体可以在反应温度下预热管状主体52的壁，以防止淤浆相在进给到反应器12中时固化。例如，如果淤浆相由熔融温度约为225℃的熔融塑料构成，则反应器12可以在高于225℃的温度下被预加热。

在一个实施例中，反应器12的管状主体52的壁的冷却确保了不会在反应器12中产生热点(hot spot)和在反应器的部件上引起机械应力。由于微波加热可以集中大量能量，因此可能重要的是确保热点对反应器一体性具有有限的影响。

在反应器12包括用于允许气体离开反应器12的气体出口86的实施例中，气体流量传感器可以操作性地连接到气体出口86，以跟踪气体的产生速率

其是反应速率的直接量度。气体流速可以是被构造用于测量气体流速的任何合适的装置，比如皮拖(pitot)管或文丘里(Venturi)气体流量计。

在温度控制流体在反应器12的壁内循环的实施例中，至少一个温度传感器和至少一个流量传感器可以用于确定反应期间由温度控制流体捕获的热通量

利用上述热平衡，这种温度控制流体可以允许控制微波吸收颗粒的温度，以确保最佳的反应条件。微波吸收颗粒的温度可以根据以下方程使用热通量测量

和气体流速

来确定：

在反应器12设置有连接到微波联接器14的圆形微波入口58的实施例中，可以防止使用由高温密封件密封的接口的波导管/联接器中的淤浆的回流。在一个实施例中，微波入口58的直径d满足以下方程：d≥c/f，其中c是光速，f是微波的频率。典型地，对于标准的915MHz微波，反应器的直径为d≥0.32m。在一个实施例中，微波入口58的圆形形状允许用圆形密封件来更好地密封，如果入口58具有非圆形形状，这将更加复杂。接口的圆形形状还允许表面电场减小以达到低于触摸接口的材料的电击穿的值。例如，矩形形状可以在接口上产生较高的电场值，并引起电弧放电和/或等离子体，并且最终可以在接口上产生热冲击，随后击穿。

在一个实施例中，微波入口58穿透反应器12内部，并在接口的前部留下特定区域98，该区域被设计成防止固体的积聚。该微波入口58然后浸入填充液位66以下的淤浆相中，以确保微波联接器接口的表面上的等温条件。在一个实施例中，位于填充液位66下方的浸没的微波入口58比位于淤浆相上方的入口更优选，因为它避免了气泡将微波吸收颗粒夹带到联接器的接口上，因此防止了热冲击。当联接器接口在气相区中的淤浆相上方，并且夹带吸收颗粒的液体的气泡撞击联接器的接口的表面时，微波吸收颗粒可以通过更靠近微波源来吸收更多的热量，并且夹带的液体可以沿着正常的反应路径分解，但是当夹带有气泡的液体耗尽时，由于没有更多的反应材料包围它们，微波吸收颗粒的温度可能会突然升高。这可能会对微波联接器接口造成热冲击，并导致接口的系统故障。

在一个实施例中，在反应淤浆相中，将联接器的接口浸没在填充液位66以下可以确保当微波吸收颗粒撞击联接器的接口时，微波吸收颗粒基本上总是被反应材料包围，因此撞击联接器接口的微波吸收颗粒的温度不会突然升高和在接口上引起热冲击。

在一个实施例中，微波入口58的角度被选择为避免微波吸收颗粒和气泡积聚在联接器接口的表面上。微波入口58可以垂直于管状主体52，使得联接器接口平行于管状主体52，这使颗粒和气泡积聚的风险最小化。

在一个实施例中，接口距淤浆相越近，系统的调节就越容易。此外，由于高微波能量密度可能会导致电弧放电，因此使接口更靠近淤浆会使高能量密度区最小化。因此，最小化联接器侵入区98可能是重要的。在一些实施例中，联接器侵入区98被设计成防止固体在联接器的接口的前部积聚。例如，接口入口周围的45°的倒角可能足以防止联接器的接口周围的固体积聚。

在一个实施例中，联接器可以与联接器侵入区98中的反应器内壁齐平，以便消除微波吸收颗粒和气泡可能积聚并产生热点的表面。

在一个实施方案中，反应可以产生未脱挥发分的固体副产物。此外，进料组合物可能导致材料的积聚，材料可能在反应器中聚集。因此，为了防止不溶性固体在反应器中的积聚，过滤或离心系统可以再循环淤浆以除去固体颗粒。反应器12上的淤浆提取端口84包含筛网，该筛网防止淤浆相中悬浮的微波吸收颗粒被过滤器提取和去除。应该理解的是，筛目尺寸应该小于在本体中悬浮的微波吸收颗粒的尺寸。在一个实施方案中，反应器直径最多可以等于约18英寸，气体出口86的直径可以限制在约3英寸，以促进固体副产物颗粒随气体夹带出反应器12。

在一个实施方案中，反应可以产生可溶于淤浆相的副产物。此外，进料组合物可以包括可溶于淤浆相并且在化学反应期间不脱挥发分的材料，该材料可能在反应器12中积聚。为了防止可溶性成分在反应器中的积聚，吹扫流可以抽取恒定流量的淤浆相，以控制反应器中可溶性污染物的水平。当需要时，该吹扫管线也可以用于排空反应器12。如果需要特定的停留时间，它也可以用于控制淤浆相的停留时间。

在反应器12中保持淤浆相的填充液位的实施例中，淤浆相的液位，即淤浆相的顶部表面的位置，可以通过测量反应器12的顶部部分和反应器12的底部部分之间的压差来确定。

在一个实施方案中，由反应产生的气体在级冷凝系统中冷却，以在冷凝系统的第一级中对挥发性较低的馏份进行选择性冷凝，并在冷凝系统的第二级中对挥发性较高的馏份进行进一步冷凝。应当理解，冷凝系统中的级的数量可以变化。在一个实施方案中，选择性馏份可以再循环到反应器12中，以在反应器12中提供更长的停留时间或多次通过，并增加所需产物的总产率。

在一个实施例中，反应器包括部分回流系统，其可以安装在反应器12的顶部上，以在反应器中更容易地回流气体中的较重馏分。

在一个实施例中，反应器12配备有各种氮气吹扫，以在启动之前去除反应器中和联接器中截留的空气，从而防止可燃气体在波导管中积聚。

在一个实施例中，反应器配备有过压保护系统。在一个实施例案中，反应器在操作温度下额定为100psig，以允许更小的排气装置的使用。

如上所述，反应器可以设置有搅拌器装置。图8示出了设置有机械搅拌器装置102的反应器100的一个实施例。反应器100被构造成在微波能量的作用下在其中进行化学和/或物理反应，并且其结构和构架类似于反应器12的结构和构架。

反应器100包括沿纵向轴线在第一端或底端106和第二端或顶端108之间延伸的管状主体104、底部主体或底板110和顶部主体或盖112。管状主体104限定了空腔114，待热解的产物被接收在该空腔中。底部主体110固定到管状主体104的底端106，并且具有至少等于空腔114的底端的横截面尺寸的尺寸，以便封闭该管状主体104的底端106。顶部主体112固定到管状主体104的顶端108，并且具有至少等于空腔114的顶端的横截面尺寸的尺寸，以便封闭该管状主体104的顶端108。当底部主体110和顶部主体112固定到管状主体104上时，该组件形成一个闭合结构，待热解的产物放置在该闭合结构中。

搅拌器装置102包括轴120、第一对叶片122、第二对叶片124和马达126。第一对叶片122和第二对叶片124沿其长度在不同位置固定到轴上。轴120纵向延伸穿过反应器100，并且马达126安装在反应器100的顶部主体112的顶部上。轴的底端可旋转地固定到底部主体110，并且轴120的顶端操作性地连接到马达126，使得马达126的致动触发轴120围绕其纵向轴线的旋转。轴120的旋转触发叶片122和124的旋转，以搅拌反应器100中存在的淤浆相。

在图示的实施例中，底部主体110和顶部主体112各自设置有相应的轴接收穿孔。轴120的底端延伸穿过底部主体110的轴接收穿孔，并经由固定主体128可旋转地固定到底部主体110。轴120的顶部部分延伸穿过存在于顶部主体112中的轴接收穿孔，并且轴120的顶端操作性地固定到马达126。应当理解，至少一个第一密封件可以定位在底部主体110和顶部主体112的每个轴接收穿孔内，以将轴120密封地连接到底部主体110和顶部主体112，使得空腔114被密封地封闭，并且没有流体可以经由底部主体110和顶部主体112的轴接收穿孔离开反应器100。

在一个实施例中，选择沿轴120的长度的第一对叶片122的位置，使得当轴120固定到反应器100时，叶片122与反应器100中存在的淤浆相物理接触。类似地，选择沿轴120的长度的第二对叶片124的位置，使得叶片124与反应器100中存在的淤浆相物理接触。在一个实施例中，反应器100设置有代表反应器100内产物的所需液位或产物的最低液位的填充液位。在这种情况下，可以选择第一叶片122和第二叶片124沿轴120的长度的位置，使得第一叶片和第二叶片定位在填充液位以下，即在填充液位和底部主体110之间。

而对于反应器12，用于将待热解的材料注入反应器12的入口74位于底部主体54上，而反应器100包括位于管状主体104的壁上的入口129，用于将材料注入反应器100中。在反应器100设置有填充液位的实施例中，入口129的位置可以选择在填充液位以下。

应当理解，搅拌器装置102可以包括附加的部件。例如如图8所示，搅拌器装置102可以包括管状主体330，该管状主体围绕轴接收穿孔固定到顶部主体112的顶面并远离顶部主体112延伸。马达126固定到管状主体330的顶端。轴120在由管状主体330限定的空腔内延伸，使得其顶端连接到马达126。例如，搅拌器装置102还可以包括定位在管状主体330内的至少一个轴承332以用于将轴接收在其中。

应当理解，叶片122和124沿轴120的长度的数量、形状和位置可以变化。例如，叶片122或叶片124可以省略。在另一个示例中，搅拌器装置102可以包括固定到轴120上的单个叶片。

在下文中，描述了用于热解产物的方法150。该方法可以使用任何合适的热解反应器(如微波热解反应器)来进行。然而，应当理解，方法150不限于与微波热解反应器一起使用。

在步骤152，开始产物的热解，从而获得部分热解的产物。将产物引入热解反应器并加热以开始热解过程。例如，将待热解的产物引入微波热解反应器比如反应器12或100，并且生成微波并将其耦合到微波热解反应器中以开始热解过程。

在步骤154，从反应器中提取部分热解的产物的一部分。在步骤156，提取的部分热解的产物与待热解的附加产物混合，从而获得混合产物。例如，提取的产物和待热解的附加产物可以注入混合罐。然后在步骤158将混合产物进行热解以获得最终产物。将混合产物注入热解反应器中，以通过加热进行热解。

在一个实施例中，方法150还包括在混合步骤156期间将部分热解的产物和待热解的产物的混合物加热至期望的温度。期望的加热温度可以根据混合产物的期望粘度来选择。

在一个实施例中，热解方法100使用微波来执行热解过程，并且待热解的产物包括聚合物。方法100然后允许改善微波热解过程的性能。

在一个实施例中，方法150还包括在提取步骤154之后和混合步骤156之前过滤提取的部分热解的产物的步骤，以便移除例如污染物。

现有的聚合物溶解系统使用溶剂来选择性地溶解聚合物。液体溶液被过滤以除去未溶解的物质(例如污染物)。滤液被回收，溶剂被汽提以沉淀回收的聚合物。溶剂可以溶解一些可以随聚合物一起沉淀的污染物。这些污染物需要通过一些其他方法从聚合物中去除。可选地，污染物可以与聚合物保持在一起，但这会影响回收的聚合物的最终用途。例如，它可能会防止回收的聚合物被用于食品级应用。

在溶剂汽提步骤中，污染物也可以被汽提并与回收的溶剂混合。然后需要使用例如蒸馏塔来纯化溶剂。

当在没有方法100的混合步骤156的情形下使用微波热解反应器时，聚合物被注入微波热解反应器中以进行解聚。注入的聚合物的高粘度可能会导致淤浆相反应器中的高粘度和高粘度梯度的区域。高粘度可能会引起质量和传热限制，这会导致微波联接器处的热点和热冲击。热冲击可能导致微波联接器失效。使用方法150，其中，通过使聚合物溶解在由热解过程形成的溶剂中来预处理聚合物，会降低注入的聚合物的粘度，从而最小化反应器中存在的淤浆相中的热点的风险，并提高了最终产物的质量。此外，较低的粘度允许使用较便宜的设备进行淤浆注入和过滤。

图10示出了用于执行方法150的一个示例性热解系统170。热解系统170包括微波反应器100、流体连接到反应器100的混合罐、第一热流体源174和第二热流体源176。第一流体连接件在微波反应器100和混合罐172之间延伸，用于提取包含在微波反应器100中的淤浆相的一部分并将提取的淤浆相注入混合罐172。第二流体连接件也在微波反应器100和混合罐172之间延伸，用于将混合罐172中包含的混合物注入微波反应器100。

第一热流体源用于将加热到期望温度的热流体输送到混合罐172，从而控制混合罐172的壁的温度。第二热流体源用于将加热到期望温度的热流体输送到微波反应器100，从而控制微波反应器100的壁的温度。

图11和图12示出了混合罐172以及混合罐170和微波反应器100之间的流体连接件。

应当理解，微波反应器100在系统170中的使用仅是示例性的。例如，反应器12可以用在系统170中。使用搅拌器(未示出)和再循环泵182来促进罐172内的混合。包含在反应器100内的部分热解产物的一部分经由流体连接件184注入混合罐172。待热解的产物通过端口180注入混合罐172。部分热解的产物和待热解的产物由于搅拌器而混合在一起。混合罐172是带夹套的(即，它包括流体可以在其中流动的双壁)并且是隔热的。来自源174的热流体经由端口186和188循环通过混合罐夹套，以控制混合罐172内的混合物的温度。来自反应器100的部分热解的产物的流动可以被过滤以去除颗粒和/或污染物。

在经由流体连接件190注入反应器100之前，混合产物经由过滤器189过滤以除去未溶解的固体污染物。应当理解，过滤器外壳体积和网筛尺寸是基于待过滤的污染物的质量分数和物理尺寸来选择的。

在一个实施例中，通过监测由搅拌器马达(未示出)和再循环泵马达192消耗的电功率来测量混合罐中的淤浆粘度。淤浆样品也可以通过端口194提取，用于离线粘度测量。在线粘度测量装置也可以安装在再循环管道上，以在线测量淤浆粘度。

在一个实施例中，通过测量端口196处的液体静压力来测量混合罐172内的产物的液位。注入可以通过部分地关闭阀198和200来完成，以在再循环泵182的下游和反应器进料连接件190的上游建立压力。在另一个实施例中，注入也可以使用连接到连接件190的单独的泵来完成。

混合罐172可以通过打开排放端口202完全排空。可选地，混合罐172可以通过以反向模式操作再循环泵182、关闭阀204并通过端口200排放来进行排空。

例如，系统170可以用于热解聚苯乙烯。在这种情况下，聚苯乙烯与苯乙烯低聚物混合。苯乙烯低聚物在反应器100中在约250-300℃的温度下生成，并被注入混合罐172中。聚苯乙烯被混合并溶解在苯乙烯低聚物淤浆中。混合罐172内的淤浆的温度保持在大约150℃，其高于苯乙烯低聚物的熔融温度(即80-100℃)。还控制温度以具有快速的聚苯乙烯溶解速率和期望的溶解选择性。从解聚反应器到混合罐的苯乙烯低聚物的质量流动速率是固定的，并用离心机和/或混合罐上游的过滤器来过滤以除去颗粒(炭黑颗粒和其它颗粒)。控制聚苯乙烯到混合罐的质量流动速率，以保持混合罐中特定的淤浆粘度和淤浆粘度的特定增长率。

混合罐搅拌器和再循环泵的设计和速度设定为消除死区并促进均匀混合。

聚苯乙烯以保持特定的淤浆粘度和粘度增长率的速率注入混合罐中。注入可以手动完成，也可以通过进料系统自动完成。注入的聚苯乙烯可以是固体和熔融形式。

热流体用于将淤浆温度保持在苯乙烯低聚物熔融温度以上，以使它们保持液态。还控制淤浆温度以提高聚苯乙烯溶解速率并调节溶解选择性。

在一个实施例中，混合罐中的淤浆以受控的速率注入反应器100，以保持混合罐172中的固定的液体液位。

虽然上面的描述涉及至少一种吸收颗粒，该吸收颗粒在淤浆相中不移动，以便与微波相互作用并加热淤浆相，但是吸收颗粒可以被由微波吸收材料制成并在反应器中具有固定位置的至少一个主体代替。应当理解，吸收主体的数量、形状、尺寸和位置可以变化。例如，至少一个吸收棒可以在反应器内固定在固定位置。吸收棒的近侧端可以固定在反应器内的底部主体上，并朝向反应器的顶部主体纵向延伸。可以选择吸收棒的长度，使得吸收棒的远侧端与反应器的填充液位对准，或者位于反应器的填充液位之下。

在一个实施例中，吸收主体与联接器间隔开，使得没有热点可以损坏联接器接口。

在一个实施方案中，使用固定位置的吸收主体可以减少淤浆相中的搅拌，并允许达到更高的反应温度。

在一个实施例中，微波吸收颗粒由炭黑、石墨或碳化硅制成。在另一个实施例中，微波吸收颗粒可以由比如水的流体代替。

回到图1，系统10包括联接器14，该联接器用于将来自调谐器16的微波注入反应器12。图13-18示出了联接器(比如联接器14)的不同实施例。

在常规的微波热解系统中，矩形波导管(即沿纵向轴线延伸的波导管，其垂直于纵向轴线的横截面具有矩形形状)，比如标准的WR975矩形波导管，通常用于将微波生成器可操作地连接到反应器，并将微波传播到反应器中。在一些现有技术的微波热解系统中，在反应器内限定的空腔和矩形波导管之间没有物理接口。任何物理接口的缺乏使得这种微波热解系统不适于执行涉及需要包含在空腔内的多相环境(固体、气体和/或液体)的化学反应。由于缺乏任何物理屏障，固体、气体和/或液体可能与微波相互作用以产生热点、电弧放电(热等离子体)和波导管故障。由于波导管是通过高微波功率密度和高电场来表征的，所以在波导管内部产生电弧放电和热点的趋势很高。

此外，矩形波导管的最大电场强度沿着其长壁的中部定位。波导管中微波吸收材料的积聚导致在波导管表面的内壁上产生热点，并导致波导管表面熔化。

图13-15示出了用于将反应器12连接到调谐器18、微波波导管或微波源的联接器300的第一实施例。联接器300可以克服至少一些现有技术微波热解系统的至少一些上述缺点。

联接器300包括可连接到波导管或微波生成器的C、可固定到模式转换主体302和反应器(比如反应器12)的连接主体304、以及可插入连接主体304中用于将模式转换主体302与反应器隔离的屏障主体306。

模式转换主体302包括沿纵向轴线在第一端312和第二端314之间延伸的中空和锥形主体310、固定在锥形主体310的第一端312处的第一端板316和固定在锥形主体310的第二端314处的第二端板318。

锥形主体310限定了从第一端312到第二端314延伸穿过其整个长度的空腔。锥形主体310的第一端312具有矩形形状，使得在第一端312处空腔也设置有矩形形状。锥形主体310的第二端314具有圆形形状，使得在第二端314处空腔也设置有圆形形状。主体310是锥形的，使得限定在其中的空腔的横截面尺寸从主体310的第一端312到第二端314增加，并且锥形主体310的形状从其第一端312处的矩形形状变成其第二端314处的圆形形状。

第一边沿从锥形主体302的第一端312向外突出，以形成第一端板316。因此，第一端板316包围锥形主体302的第一端312的周边，并且设置有具有方形穿孔的方形形状。板312被设计成固定到微波生成器、微波波导管或微波调谐器。例如，如图所示，板316可以设置有用于固定目的的固定孔口。

类似地，第二边沿从锥形主体302的第二端314向外突出，以形成第二端板318。因此，第二端板318包围锥形主体302的第一端314的周边，并且设置有具有圆形穿孔的圆形形状。板318被设计成固定到连接主体304。例如，如图13所示，板318可以设置有用于接收穿过其中的螺栓或螺钉的固定孔口。

应当理解，第一端板316和第二端板318的形状仅是示例性的，并且可以变化，只要第一端板316允许联接器300固定到波导管、调谐器或微波生成器，并且第二端板318允许联接器300固定到连接主体304。例如，虽然第一端板316和第二端板318基本上垂直于锥形主体的纵向轴线延伸，但是应当理解，其他实施例也是可能的。

连接主体304包括大体上的管状主体319，该管状主体沿着纵向轴线在第一端320和第二端322之间延伸。管状主体319限定了内部空腔，该内部空腔沿着连接主体304的整个长度在第一端320和第二端322之间延伸。包围内部空腔的管状主体319的内表面的形状和尺寸被设计成将屏障主体306接收在其中。

管状主体319的内壁324是锥形的，使得内壁324和内部空腔各自设置有截头圆锥形状。在所示实施例中，第一端320处的内壁324的直径(或空腔的直径)大于第二端322处的内壁324的直径(或空腔的直径)。然而，本领域技术人员将理解，其他构造也是可能的。例如，内壁324的直径沿着管状主体319的长度可以是恒定的。在另一个示例中，第一端320处的内壁324的直径小于第二端322处的内壁324的直径。在图示的实施例中，管状主体319的外径沿着其长度是恒定的。

在一个实施例中，管状主体319在第二端322处的内径基本上等于反应器的穿孔(比如穿孔84)的直径，微波通过该穿孔传播到反应器中。

在一个实施例中，管状主体319在其第一端320处的内径基本上等于锥形主体310在其第二端314处的内径。

虽然在图示的实施例中，内壁324的直径在朝向第二端322减小之前沿着邻近管状主体的第一端320的给定部段具有恒定的直径，但是应当理解，其他构造也是可能的。例如，内壁324的直径可以从管状主体319的第一端320到第二端322持续减小。

连接主体304还包括固定到管状主体319的第一端的第一环形板326和固定到管状主体319的第二端的第二环形板328。第一环形板326包括延伸穿过其中的圆形穿孔，并且该圆形穿孔的直径基本上等于由管状主体319在其第一端320处限定的空腔的直径。第二环形板328也包括延伸穿过其中的圆形穿孔，并且该圆形穿孔的直径基本上等于由管状主体319在其第二端322处限定的空腔的直径。板328被设计成固定到微波反应器。例如，如图所示，板328可以设置有延伸穿过其中的孔口，用于将螺栓或螺钉接收在其中。类似地，板326被设计成固定到主体302的板318，并且也可以设置有延伸穿过其中的孔口以用于接收螺栓或螺钉。

虽然板326和328各自具有环形形状，但是应该理解的是，板326和328可以具有任何其他合适的形状，只要它们各自包括穿过其中的它们的相应穿孔。

再次参考图13和图14，屏障主体306的尺寸和形状被设计成被接收在管状主体319的空腔内。屏障主体在第一端330和第二端332之间纵向延伸。屏障主体306设置有截头圆锥形状，使得其直径从第一端330到第二端332减小。应当理解，屏障306用于防止反应器中存在的材料进入或传播到联接器300中。

在图示的实施例中，联接器300还包括密封件334，该密封件定位在管状主体319的空腔内位于管状主体319的内壁和屏障主体306之间。密封件334具有截头圆锥形状，即具有内部变化直径和外部变化直径的大致管状形状。密封件334在第一端336和第二端338之间沿着纵向轴线延伸，并限定接收空腔的屏障，该空腔从第一端336到第二端338延伸穿过密封件334的整个长度。密封件334的外径和内径从第一端336向第二端338减小。

密封件334的外径基本匹配管状主体319的内径，使得密封件334可以紧密地配合到管状主体319中，并且密封件334的内径基本匹配屏障主体306的直径，使得屏障主体306可以紧密配合到密封件334中。

在所示实施例中，屏障主体306的长度，即第一端330和第二端332之间的距离，比密封件334的长度短。然而，本领域技术人员将理解，其他构造也是可能的。例如，屏障主体306的长度可以基本上等于管状主体319的长度。

在图示的实施例中，联接器300还包括支撑主体340，该支撑主体包括沿着纵向轴线在第一端344和第二端346之间延伸的管状部分342。管状部分342的外径基本上等于环形板326的内径。支撑主体340还设置有从管状部分342的第一端344径向向外延伸的凸缘348。凸缘348基本上垂直于支撑主体340的纵向轴线。

选择支撑主体340的长度，即管状部分342的第一端344和第二端346之间的距离，使得当密封件334插入连接主体304中时，屏障主体306插入密封件334中，并且支撑主体340插入屏障主体306后方的连接主体304中，管状部分342的第二端346邻接抵靠屏障主体306的第一端336，并且支撑主体340的凸缘348邻接抵靠连接主体304的环形板326。当插入到连接主体304中时，支撑主体340延伸穿过第一环形板326并穿过管状主体319的具有恒定内径的部段，该部段邻近管状主体319的第一端320。

在一个实施例中，联接器300还包括环形垫圈350，其被插入在连接主体304的环形板326与模式转换主体302的端板318之间。

在一个实施例中，密封件330可以省略。在这种情况下，屏障主体306的直径与管状主体319的内径匹配，使得屏障306可以紧密地配合到管状主体319中。

在一个实施例中，板316、318、326和328各自设置有沿其周边延伸的孔口，用于将模式转换主体302固定到连接主体304，将连接主体304固定到反应器，并将模式转换主体302固定到调谐器、波导管或微波生成器。

应当理解，支撑主体340是可选的，并且可以省略。

图15示出了在省略支撑主体340的情况下一次组装的联接器300。密封件334定位在连接主体304的管状主体319中，使得密封件334的端部338基本上与管状主体319的端部322对准或共面。屏障主体306位于密封件334内部，使得屏障主体306的端部330基本上与密封件334的端部336对准或共面。支撑主体340插入屏障主体306后方的连接主体304中，使得屏障主体306定位在环形板328和支撑主体340之间。一旦定位，支撑主体340的端部346邻接抵靠屏障主体的端部330，并且支撑主体340的凸缘348邻接抵靠连接主体304的环形板326。

垫圈350定位在模式转换主体302的板318与连接主体304的环形板326之间。模式转换主体302和连接主体304使用螺栓和螺母固定在一起。每个螺栓插入通过模式转换主体302的板318的相应孔和连接主体304的环形板326的相应孔。

在操作中，联接器300，即联接器300的模式转换主体302，可操作地直接或间接连接到微波生成器。例如，模式转换主体302的板316可以被固定到调谐器，比如调谐器14，使得模式转换主体312可以接收来自调谐器的微波。在另一个示例中，模式转换主体302的板316可以固定到波导管，使得模式转换主体312可以从波导管接收微波。在另一个示例中，模式转换主体302的板316可以固定到微波生成器，使得模式转换主体312可以从微波生成器接收微波。

联接器300进一步可操作地连接到将发生热解的反应器，比如反应器12。环形板328固定到反应器以便将微波传播到其中。

模式转换主体302在其端部312接收微波，并且微波在由锥形主体限定的空腔内从矩形端部312向圆形端部314传播。在空腔内传播期间，微波的传播模式由于锥形主体330的几何形状从端部312处的矩形形状改变为端部314处的圆形形状而改变。更具体地，传播模式从端部312处的横向(TE)模式转变为端部314处的线性偏振(LP)模式。然后，转换后的LP模式微波传播通过屏障主体306并进入连接主体304固定到其的反应器。

虽然以上描述涉及用于将模式转换主体302和连接主体304可移除地固定在一起的螺栓和螺母，但是应当理解，可以使用用于将模式转换主体302和连接主体304可移除地固定在一起的任何适当的固定器件。

虽然在所示实施例中，模式转换主体302和连接主体304彼此独立，但是模式转换主体302和连接主体304可以是一体成型的以形成单件。在这种情况下，板318和326可以省略，使得锥形主体330的端部314连接到管状主体319的端部320。

在一个实施例中，当反应器内的压力小于周围压力(比如模式转换主体302内的压力)时，可以使用联接器300。在这种情况下，反应器内的压力和模式转换主体302内的压力之间的差异产生了朝向反应器(即，朝向环形板328)施加在屏障主体306上的力，这进一步推动屏障主体306抵靠密封件334的内壁，并且密封件334抵靠管状主体319的内壁，从而改善联接器300的密封。

图16-17示出了固定到微波反应器的联接器400的另一个实施例，例如，当反应器内的压力大于联接器400内的压力时，可以使用该实施例。

联接器400在一端处可操作地连接到微波热解反应器，比如反应器12，在另一端处可操作地连接到调谐器、波导管或微波生成器，用于将微波传播到反应器中。

联接器400包括可连接到波导管或微波生成器的模式转换主体402、可固定到模式转换主体402和反应器的连接主体404、以及可插入到连接主体404中用于将模式转换主体402与反应器隔离的屏障主体406。

模式转换主体402包括沿纵向轴线在第一端412和第二端414之间延伸的中空锥形主体410、固定在锥形主体410的第一端412的第一端板416和固定在锥形主体410的第二端414的第二端板418。

锥形主体410限定了从第一端412到第二端414延伸穿过其整个长度的空腔。锥形主体410的第一端412具有矩形形状，使得在第一端412处空腔也设置有矩形形状。锥形主体410的第二端414具有圆形形状，使得在第二端414处空腔也设置有圆形形状。主体410是锥形的，使得限定在其中的空腔的尺寸从主体410的第一端412到第二端414增加，并且主体的形状从其端部412处的矩形转变成其端部414处的圆形。

第一边沿从锥形主体402的第一端412向外突出，以形成第一端板416。因此，第一端板416包围锥形主体402的第一端412的周边，并且设置有带有方形穿孔的方形形状。板412被设计成固定到微波生成器、微波波导管或微波调谐器。例如，如图16所示，板416可以设置有用于固定目的的固定孔口。

类似地，第二边沿从锥形主体402的第二端414向外突出，以形成第二端板418。因此，第二端板418包围锥形主体402的第一端414的周边，并且设置有具有圆形穿孔的圆形形状。板418被设计成固定到连接主体404。例如，如图16所示，板418可以设置有用于接收穿过其中的螺栓或螺钉的固定孔口。

应当理解，第一端板416和第二端板418的形状仅是示例性的，并且可以变化，只要第一端板416允许联接器400固定到波导管、调谐器或微波生成器，并且第二端板418允许联接器400固定到连接主体404。例如，虽然第一端板416和第二端板418基本上垂直于锥形主体的纵向轴线延伸，但是应当理解，其他实施例也是可能的。

连接主体404包括大体上的管状主体419，其沿着纵向轴线在第一端420和第二端422之间延伸。管状主体419限定了内部空腔，该内部空腔沿着连接主体404的整个长度在第一端420和第二端422之间延伸，并且其形状和尺寸设置为在其中接收屏障主体406。

管状主体419的内壁424是锥形的，使得内壁424和内部空腔各自设置有截头圆锥形状。在所示实施例中，第一端420处的内壁424的直径(或空腔的直径)小于第二端422处的内壁424的直径(或空腔的直径)。然而，本领域技术人员将理解，其他构造也是可能的。例如，内壁424的直径沿着管状主体419的长度可以是恒定的。在另一个示例中，第一端420处的内壁424的直径大于第二端422处的内壁424的直径。

虽然在图示的实施例中，内壁424的直径在朝向第一端420减小之前沿着邻近管状主体419的第一端422的给定部段具有恒定直径，但是应当理解，其他构造也是可能的。例如，内壁424的直径可以从管状主体419的第二端422到第一端420逐渐减小。

连接主体404还包括固定到管状主体419的第一端420的第一环形板426和固定到管状主体419的第二端422的第二环形板428。第一环形板426包括延伸穿过其中的圆形穿孔，并且圆形穿孔的直径基本上等于管状主体419在其第一端420处限定的空腔的直径。第二环形板428也包括延伸穿过其中的圆形穿孔，并且圆形穿孔的直径基本上等于管状主体419在其第二端422处限定的空腔的直径。板428被设计成固定到微波反应器。例如，如图所示，板428可以设置有延伸穿过其中的孔口，用于在其中接收螺栓或螺钉。类似地，板426被设计成固定到主体402的板418，并且还可以设置有延伸穿过其中用于接收螺栓或螺钉的穿孔。

虽然板426和428各自具有环形形状，但是应该理解的是，板426和428可以具有任何其他合适的形状，只要它们各自包括穿过其中的它们的相应穿孔。

向回参考图16和图17，屏障主体406的尺寸和形状被设计成被接收在管状主体419的空腔内。屏障主体在第一端430和第二端432之间纵向延伸。屏障主体406设置有截头圆锥形状，使得其直径从第二端432到第一端430逐渐减小。

在图示的实施例中，联接器400还包括密封件434，该密封件定位在管状主体419的空腔内位于管状主体419的内壁与屏障主体406之间。密封件434具有截头圆锥形状，即具有不同直径的大致管状形状。密封件434在第一端436和第二端438之间沿着纵向轴线延伸，并限定屏障接收空腔，该空腔从第一端436到第二端438延伸穿过密封件434的整个长度。密封件434的外径和内径从第一端436向第二端438减小。

密封件434的外径基本匹配管状主体419的内径，使得密封件434可以紧密地配合到管状主体419中，并且密封件434的内径基本匹配屏障主体406的直径，使得屏障主体406可以紧密地配合到密封件434中。

在所示实施例中，屏障主体406的长度，即第一端430和第二端432之间的距离，比密封件434的长度短。然而，本领域技术人员将理解，其他构造也是可能的。例如，屏障主体406的长度可以基本上等于管状主体419的长度。

在一个实施例中，联接器400还包括环形垫圈450，其被插入在连接主体404的环形板426和模式转换主体402的端板418之间。在相同或另一个实施例中，联接器400包括插入在连接主体404的板428和反应器之间的环形垫圈452。

在一个实施例中，密封件430可以省略。在这种情况下，屏障主体406的直径与管状主体419的内径匹配，使得屏障主体406可以直接紧密配合到管状主体419中。

在一个实施例中，板416、418、426和428各自设置有沿其周边延伸的孔口，用于将模式转换主体402固定到连接主体404，将连接主体404固定到反应器，并将模式转换主体402固定到调谐器、波导管或微波生成器。

一旦联接器400被组装，密封件434被定位到连接主体404的管状主体419中，使得密封件434的端部438基本上与管状主体419的端部422对准或共面。屏障主体406位于密封件434内部，使得屏障主体406的端部430基本上与密封件434的端部436对准或共面。

垫圈450定位在模式转换主体402的板418和连接主体404的环形板426之间。模式转换主体402和连接主体404例如使用螺栓和螺母固定在一起。每个螺栓插入穿过模式转换主体402的板418的相应孔和连接主体404的环形板426的相应孔。

在操作中，联接器400，即联接器400的模式转换主体402，可操作地直接或间接连接到微波生成器。例如，模式转换主体402的板416可以被固定到调谐器，比如调谐器14，使得模式转换主体412可以接收来自调谐器的微波。在另一个示例中，模式转换主体402的板416可以固定到波导管，使得模式转换主体412可以从波导管接收微波。在另一个示例中，模式转换主体402的板416可以固定到微波生成器，使得模式转换主体412可以从微波生成器接收微波。

联接器400进一步可操作地连接到其中发生热解的反应器，比如反应器12。垫圈452定位在环形板428和反应器之间，并且环形板428固定到反应器，以便将微波传播到其中。

模式转换主体402在其端部412接收微波，并且微波在由锥形主体410限定的空腔内从矩形端部412向圆形端部414传播。在空腔内传播期间，微波的传播模式由于锥形主体430的几何形状从端部412处的矩形形状改变为端部414处的圆形形状而改变。更具体地，传播模式从端部412处的TE模式转变为端部414处的LP模式。然后，转换后的LP模式微波传播通过屏障主体406并进入连接主体404固定到其的反应器。

应当理解，端部412和414的横截面尺寸被选择为微波频率的函数，使得端部412和414的截止频率低于微波频率。在一个实施例中，端部412和414的截止频率主要由其最大横截面尺寸决定。还应该理解，端部412和414的相对横截面尺寸可以变化。例如，端部412的最大横截面尺寸可以大于端部414的最大横截面尺寸。在另一个示例中，端部412的最大横截面尺寸可以小于端部414的最大横截面尺寸。

虽然以上描述涉及用于将模式转换主体402和连接主体404可移除地固定在一起的螺栓和螺母，但是应当理解，可以使用用于将模式转换主体402和连接主体404可移除地固定在一起的任何适当的固定器件。

虽然在所示实施例中，模式转换主体402和连接主体404彼此独立，但是模式转换主体402和连接主体404可以是一体成型的以形成单件。在这种情况下，板418和426可以省略，使得锥形主体430的端部414连接到管状主体419的端部420。

在一个实施例中，当反应器内的压力大于周围压力(比如模式转换主体402内的压力)时，可以使用联接器400。在这种情况下，反应器内的压力和模式转换主体402内的压力之间的差异产生了朝向模式转换主体402施加在屏障主体406上的力，该力推动屏障主体406抵靠密封件434的内壁，并且推动密封件434抵靠管状主体419的内壁，从而改善了联接器400的密封。

在一个实施例中，连接主体304、404的内径被选择为至少等于传播到反应器中的微波的有效波长，以便确保微波功率通过联接器300、400的适当传输。

在一个实施例中，连接主体304、404被设计成承受容器的工作压力。

在一个实施例中，连接主体304、404和密封件334、434均设置有表面光洁度，该表面光洁度能够在操作条件下实现完全的气体密封。

在一个实施例中，连接主体304、404的圆形形状允许降低屏障306、406的表面处的最大电场基准。在一个实施例中，通过将几何形状从矩形波导管切换到圆形波导管，最大电场强度可以降低包括在大约2至大约10倍之间的系数。通过降低屏障306、406的表面处的最大电场强度，可以防止在屏障306、406的表面处发生电击穿，这又可以防止连接主体304、404的表面的熔化和电弧的形成。因此，可以通过降低屏障306、406的表面上的有效的最大电场强度来防止电弧的形成。

在一个实施例中，连接主体304、404的圆形形状允许通过具有圆形径向密封件334、434来对屏障306、406进行更好地密封，而不是如果使用标准矩形波导管形状将需要的矩形密封件。

在一个实施例中，在将屏障306、406安装在联接器300、400内以及按压径向密封件304、404的过程中，联接器300、400可以被加热到操作温度或高于操作温度以按压密封件334、434，并通过压配合(press fit)将密封件334、434保持在屏障306、406和连接主体304、404之间。

在联接器300与在低压条件下操作的反应器一起使用的实施例中，联接器300可以设置有用于将流体注入联接器300中的端口360。在这种情况下，通过经由端口360注入加压气体，可以从波导管侧在屏障306上施加背压。选择气体的压力，使得联接器300内的压力大于反应器内的压力。将加压气体注入联接器300内确保了屏障306在连接主体304内被保持就位，并且还防止潜在危险气体从反应器扩散到联接器300内的逃逸排放。在一个实施例中，诸如氮气的惰性气体被注入联接器300。

联接器可以根据反应器内的条件而变化。在反应器包含固体和粘性淤浆相的实施例中，联接器300’可以允许减少固体和气体积聚的潜在死区。

在反应器为在较低温度下硬化的粘性淤浆相的实施例中，联接器设置有用于在其中循环温度控制流体的夹套，以便在反应器启动期间加热壳体和/或在操作期间进行温度控制。

在反应器中存在固体的实施例中，联接器300、400可以被修改以减少或最小化位于屏障306、406前方的死区，从而避免可能与微波相互作用并影响性能的固体的积聚。例如，图18示出了对应于联接器300的联接器300’，板328已经从联接器300’移除，并且连接主体304的长度已经缩短，使得改进的联接器300’的前部可以插入到反应器中并且突出到反应器内部。这种突出的设计通过将存在于屏障306的前方的死区保持在最小来减少屏障306的前方的固体的积聚。

当反应器中存在粘性淤浆相并且产物是气态时，也可以使用这种突出的设计。减少或最小化屏障306的前面的死区可以减少或避免气泡的积聚，气泡可能与微波相互作用，并通过产生电弧放电和熔化的潜在区域来影响反应器的性能。

在至少一些高温应用中，接口密封件334、434可以由高导电金属制成，比如铝或黄铜，以防止在施加微波能量时的热量的生成。密封件334、434的材料优选设计成在热应力下比连接主体304、404和屏障306、406承受更多的热膨胀，以允许密封件334、434在温度升高时在连接主体304、404和屏障306、406之间膨胀。

在至少一些低温应用中，接口密封件334、434可以由高导电金属制成，比如铝或黄铜，或者由具有低介电损耗因子的非导电或半导电弹性体制成，以便当注入微波时最小化屏障材料周围的热消散。弹性体应与微波环境兼容。例如，应避免使用含金属丝的螺纹复合弹性体，因为当施加微波场时，它们趋向于产生电弧，并且因此可能使屏障材料承受额外的热应力，并导致潜在的失效。示例性的合适弹性体包括硅和特氟龙(Teflon^TM)。在一个实施方案中，该材料与反应器中存在的产物化学相容，以避免在操作过程中降解。

在一个实施例中，屏障306、406由具有低电导率的材料制成，以便最大化微波传输和/或低介电损耗，从而防止微波能量在接口材料内的消散。在相同或另一个实施例中，屏障306、406由选择为与反应器中存在的产物化学相容的材料制成，以避免操作期间的降解，该材料能够承受反应器中的反应温度和温度变化和/或能够承受反应器操作时的反应压力。

在一个实施例中，屏障306、406的材料被选择为具有足以避免/减少微波吸收材料或导电材料在屏障306、406的表面上积聚的表面光洁度。

在一些实施例中，比如对于至少一些低温环境，屏障306、406可以由Teflon制成。

在其他实施例中，比如对于至少一些高温应用，屏障306、406可以由氧化铝、氮化硅或石英制成。

在一个实施例中，屏障306、406由若干层材料组成，以受益于不同材料的化学和热特性。

在一个实施例中，主体310、410的过渡或锥形部段的长度L被选择为微波的波长λ的函数。在一个实施例中，选择过渡长度L，使得：λ/2<L<5λ。

这种微波吸收材料可以是固体，如炭黑、石墨或碳化硅，或者它也可以是液体，如水。

上述本发明的实施例仅旨在是示例性的。因此，本发明的范围旨在仅由所附权利要求的范围来限定。

Claims

1.一种用于将微波传播到微波热解反应器中的联接器，所述联接器包括：

用于传播微波的细长中空主体，所述细长中空主体在用于接收微波的接收端和可安装到微波热解反应器上用于在该微波热解反应器中传播微波的传输端之间延伸，所述接收端具有矩形横截面形状，并且所述传输端具有圆形横截面形状，所述细长中空主体的形状被设计成将微波在其接收端的横向(TE)传播模式转换成微波在其传输端的线性偏振(LP)传播模式；和

插入所述中空主体中的屏障主体，所述屏障主体用于将所述细长中空主体的接收端与其传输端隔离。

2.根据权利要求1所述的联接器，其中，所述细长中空主体包括：

模式转换主体，其用于接收微波并将接收到的微波的TE传播模式转换成LP传播模式；和

连接主体，其可安装到所述微波热解反应器上，用于在其中传播具有LP传播模式的微波，所述连接主体是中空的，并且所述屏障主体插入到所述连接主体中。

3.根据权利要求3所述的联接器，其中，所述模式转换主体包括中空锥形主体，所述中空锥形主体限定延伸穿过其中的转换空腔，并且所述连接主体包括限定了接收空腔的管状主体，所述屏障主体插入到所述接收空腔中。

4.根据权利要求3所述的联接器，其中，所述中空锥形主体在用于接收微波的具有矩形形状的第一端和用于将微波耦合到连接主体中的具有圆形形状的第二端之间延伸，所述中空锥形主体的形状在其第一端和第二端之间呈锥形，用于将TE传播模式转换成LP传播模式。

5.根据权利要求4所述的联接器，其中，所述中空锥形主体的第一端的横截面尺寸小于所述中空锥形主体的第二端的横截面尺寸。

6.根据权利要求3所述的联接器，其中，所述管状主体包括包围所述接收空腔的内部柱形表面，所述内部柱形表面的至少一部分呈锥形，并且其中，所述屏障主体的侧表面呈锥形，以使得所述屏障主体具有截头圆锥形状，并且所述屏障主体被插入到所述接收空腔中。

7.根据权利要求6所述的联接器，其中，所述管状主体在连接到所述模式转换主体的第一端和可安装到所述微波热解反应器的第二端之间纵向延伸，所述管状主体的第一端的内径大于所述管状主体的第二端的内径。

8.根据权利要求7所述的联接器，还包括具有锥形管状形状的密封主体，所述密封主体插入到所述管状主体中，并且所述屏障主体插入到所述密封主体中。

9.根据权利要求7或8所述的联接器，还包括具有管状形状的支撑主体，所述支撑主体插入到所述管状主体中，以使得所述屏障主体定位在所述支撑主体和所述管状主体的第二端之间。

10.根据权利要求6所述的联接器，其中，所述管状主体在连接到所述模式转换主体的第一端和可安装到所述微波热解反应器的第二端之间纵向延伸，所述管状主体的第二端的内径大于所述管状主体的第一端的内径。

11.根据权利要求10所述的联接器，还包括具有锥形管状形状的密封主体，所述密封主体插入到所述管状主体中，并且所述屏障主体插入到所述密封主体中。

12.根据权利要求3至11中任一项所述的联接器，其中，所述管状主体的内径至少等于微波的波长。

13.根据权利要求3至11中任一项所述的联接器，其中，所述中空锥形主体的长度大于微波的波长的一半，并且小于微波的波长的5倍。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的联接器，其中，所述模式转换主体和所述连接主体是一体成型的。

15.根据权利要求1至13中任一项所述的联接器，其中，所述模式转换主体和所述连接主体可移除地固定在一起。

16.根据权利要求15所述的联接器，还包括插入在所述模式转换主体和所述连接主体之间的垫圈。

17.根据权利要求2至16中任一项所述的联接器，还包括用于将流体注入在联接器内的端口。

18.根据权利要求17所述的联接器，其中，所述端口位于所述模式转换主体上。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的联接器，其中，所述屏障主体由使微波传输最大化和减少微波能量的消散中的至少一种的材料制成。

20.根据权利要求19所述的联接器，其中，所述屏障主体由Teflon^TM、氧化铝、氮化硅和石英中的一种制成。