JP2013523944A - プラスチックをリサイクルするためのシステムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

廃プラスチックをリサイクルするためのシステムおよび方法が、この廃プラスチックを、1つまたは複数の有機分子種を含み、酸および金属などの不純物のないまたは実質的にない精製済み粗製油の形に変えることが可能である。いくつかのシステムおよび方法では、このプラスチックは、真空条件下で加熱されて、蒸気を産出するプラスチックの解重合をもたらし、次いで、蒸気は、蒸気処理システムにおいてpH調整済み溶液と直接接触される。いくつかのシステムおよび方法では、連続したバッチプロセスが用いられる。

Description

本開示は、一般に、プラスチックのリサイクルに関する。より詳細には、特定の実施形態は、プラスチックを蒸発させ、結果生じる蒸気から有機分子を回収するためのシステムおよび方法に関する。
本明細書における本開示は、限定的でも包括的でもない例示的実施形態について説明する。図に示すそのような例示的実施形態のいくつかを参照する。
プラスチックリサイクリングシステムの実施形態の概略的流れ図である。 プラスチックリサイクリングシステムの別の実施形態の概略的流れ図である。 プラスチックリサイクリングシステムの別の実施形態の概略的流れ図である。 図3のシステムにおいて使用可能な凝縮器の実施形態と適合するバッフルの実施形態の横断面図である。 図3のプラスチックリサイクリングシステムと適合する真空システムの実施形態の概略的流れ図である。 容器が気体移送ラインに共通して連結されている一連の加熱システムおよび容器の実施形態の概略的流れ図であり、ここで、容器内のプラスチック原料が、連続したバッチプロセスで容器から蒸発し、取り除かれている、図である。 プラスチックリサイクリングシステムの別の実施形態の概略的流れ図である。 プラスチックリサイクリングシステムの別の実施形態の概略的流れ図である。 図3のリサイクリングシステムなどのプラスチックリサイクリングシステムの別の実施形態において使用可能な清浄システムと貯槽との概略的流れ図である。
本明細書に説明するシステムおよび方法の特定の実施形態は、プラスチックを効率的にリサイクルするように構成されている。いくつかのシステムおよび方法により、廃プラスチックを、粗製炭化水素材料または粗製油と見なす場合がある1つまたは複数の精製有機分子種へと迅速にかつ簡単に変えることができる。粗製油は、容易に貯蔵し、移送し、および/または燃料もしくは他の商用の関連材料に精製することができる。
いくつかの実施形態において、一定量の廃プラスチック原料が、密封可能なカートリッジまたは容器内に導入され得る。容器は、真空条件下で加熱され得、それにより、プラスチック原料は、蒸気(例えば、1つまたは複数の気体)に移行し、それをカートリッジから取り除き、さらに処理することが可能になる。例えば、蒸気を凝縮器内に導入し、いくつかの例では、蒸気の一部を吸収し、蒸気の別の部分を凝縮することが可能なpH調整済み溶液と直接接触させることができる。凝縮された材料は、1つまたは複数の有機分子種を含み得、本明細書では粗製油と呼ぶ場合がある。粗製油は、pH調整済み溶液に吸収される蒸気の他の部分から分離可能であり、したがって、粗製油は、その粗製状態から容易に精製可能になるような純粋または精製された品質のものになり得る。
次に、発明的システムおよび方法の様々な例示的実施形態を説明することとする。このシステムおよび方法、ならびにその特徴およびステップの利点はそれぞれ、続く本開示から明らかになるであろう。
図1は、プラスチックリサイクリングシステム100の実施形態のプロセス流れ図を示している。プラスチックリサイクリングシステム100は、熱104をプラスチック原料106に送るように構成されている加熱システム102を含む。加熱システム102は、例えば、燃焼バーナー、流動床式バーナー、レトルト、または任意の他のそのような加熱システムなど、任意の適切な加熱機構を備えることが可能である。いくつかの適用例では、加熱システム102は、高温で、かつ定常温度で動作する。
プラスチック原料106は、1つまたは複数の種類の廃プラスチック(例えば、合成プラスチック)を含む場合があり、微量のプラスチックでない汚染物質または不純物を含んでいる場合がある。例えば、不純物は、外面的性質(例えば、水、食品、ラベル付け、土壌、紙、またはセルロース廃棄物)である場合も、あるいは内面的変更(例えば、ガラス、金属、鉄、臭素、および/または塩素)から生じる場合もある。プラスチック原料106は、それへの熱伝達を促進することが可能な粉に挽いた形、細断した形、または他の形で用意されてもよい。
加熱システム102によって生成される熱104は、プラスチック原料106を熱分解または解重合し、少なくともその一部を蒸気108に変えるのに十分であり得る。蒸気108は、1つまたは複数の気体状有機種、1つまたは複数の気体状無機種、および/または1つまたは複数の種類の同伴粒子を含み得る。具体的には、蒸気108は、解重合された非極性有機気体を含んでいる場合があり、それは、捕集および精製に望ましい場合があり、不純物との混合が可能である。有機気体には、例えば、1つまたは複数のパラフィン、オレフィン、ナフタン、芳香族化合物、および/または他の分類の炭化水素材料が含まれ得る。混合不純物には、例えば、無機酸(例えば、塩酸、臭化水素酸)、同伴された金属もしくは半金属(例えば、カドミウム、鉄、アンチモン)、および/または有機酸(例えば、テレフタル酸)が含まれ得る。いくつかの実施形態において、蒸気108は、極性有機分子など、非極性有機分子とともに捕集されることもまたは捕集されないこともある追加の分子種を含み得る。例えば、蒸気108には、1つまたは複数のアルコール、ケトン、エーテル、フェノール、カルボン酸、または他の極性有機分子が含まれ得る。
いくつかの実施形態において、プラスチック原料106は、真空条件下でまたは負圧下で加熱可能である。他の実施形態において、プラスチック原料106は、正圧下で加熱されてもよい。さらに他のまたはさらなる実施形態において、プラスチック原料106は、大気圧条件下で、または上述の任意の適切な組合せの下で加熱されてもよい(例えば、圧力を加熱イベント中に変更してもよい)。
蒸気108は、一部の分子が気体状態から液体状態に移行することになるように、蒸気108の少なくとも一部の相変化をもたらす蒸気処理システム110に送られることができる。蒸気処理システム110はまた、蒸気処理ユニットまたは蒸気処理槽と呼ぶ場合がある。図示の蒸気処理システム110は、凝縮をもたらすために使用されるpH調整済み溶液112を含む。さらに、pH調整済み溶液112は、蒸気108からの不純物の少なくとも一部を吸収するように構成可能である。溶液112の実施形態は、有機酸、無機酸、金属、半金属、および/または一部の極性有機分子を容易に吸収することが可能である。用語「pH調整済み溶液」は、広範な意味に使用され、pHが中性ではない溶液、および本明細書に説明する任意のまたはすべての様々な特性を呈する溶液を含む。例えば、pH調整済み溶液は、蒸気108から不純物を取り除くために調製され得、さらなる実施形態においては、凝縮された油と混和せず、それとの分離が容易にできる。例えば、いくつかの実施形態において、pH調整済み溶液112は、いくつかの例では強酸性であってもよい酸性溶液を含み得る。さらなる実施形態において、pH調整済み溶液112は、所望のpH値に調整された緩衝水溶液を含み得る。様々な実施形態において、pH調整済み溶液112は、pH値が7未満であっても、約6.5未満であっても、約6未満であっても、約5.5未満であっても、約5未満であっても、約4未満であっても、または約3未満であってもよい。
pH調整済み溶液112は、溶液の所望の特性を達成するために、任意の適切な種類の1つまたは複数の化学的改善を含むことが可能である。そのような特性には、例えば、1つまたは複数の不純物を蒸気108から取り除く能力、および/または油との高い非混和性を挙げることができる。上述の特性のうちの1つまた複数の調整あるいは最適化は、pH調整済み溶液112内の1つまたは複数の化学的改善のうちの濃度を変更することによって達成され得る。例えば、pH調整済み溶液112内の1つまたは複数の材料の存在、組合せ、および/または濃度は、蒸気108がpH調整済み溶液112と相互作用すると、蒸気108からの汚染物質の除去を最適化することが可能である。様々な実施形態において、pH調整済み溶液には、無機強酸および/または無機弱酸(例えば塩酸、酢酸)、1つまたは複数のpH緩衝溶液(例えば、酢酸+酢酸ナトリウム)、1つまたは複数のキレート剤(例えば、エチレンジアミン四酢酸(EDTA))、ならびに/あるいは1つまたは複数の凝固剤および/または凝集剤(例えば、水酸化カルシウム、ポリアクリルアミド)を挙げることができる。
蒸気処理システム110は、破線矢印114で示すように、その中で受け取られた蒸気108と、pH調整済み溶液112との間に直接的な接触をもたらすように構成可能である。例えば、さらに後述するように、いくつかの実施形態において、pH調整済み溶液112を噴霧して蒸気108と接触させてもよいが、他の実施形態においては、蒸気108を溶液112の中で泡立ててもよい。pH調整済み溶液112は、蒸気108の一部(例えば、有機酸、無機酸、金属、半金属、および/または一部の極性有機分子)を吸収または溶解することができる。pH調整済み溶液112が、その中の混和性でない蒸気108の少なくともそれらの一部(例えば、非極性有機分子)を凝縮するように、溶液112はまた、蒸気108の温度よりも低い温度で用意され得る。
pH調整済み溶液112中の混和性でない凝縮済み蒸気108のそれらの一部(すなわち、疎水性部分)は、破線矢印116で示すように、溶液112とは容易に分離可能である。いくつかの実施形態において、この分離は(あるいは少なくとも1つまたは複数のその段階)は、蒸気処理システム110内で行われるが、他の実施形態においては、この分離(あるいは少なくとも1つまたは複数のその段階)は、蒸気処理システム110から独立している分離器内で行われる(例えば、図2を参照のこと)。
いくつかの実施形態において、混和性でない部分が、粗製油118の形として蒸気処理システム110から取り除かれる。したがって、粗製油118は、プラスチック原料106中に存在していた不純物がpH調整済み溶液112内に溶解または吸収されると、ほとんどまたは全く不純物を含まない場合がある。いくつかの実施形態において、少なくとも一部の溶解または吸収された不純物は、蒸気処理システム110内のpH調整済み溶液112中に残存する場合がある。例えば、いくつかの例では、pH調整済み溶液112は、不純物を蓄積した後、蒸気処理システム110内で引き続き使用可能であり、それにより、不純物は、蒸気処理システム110から(少なくともすぐには)取り除かれなくなる。他のまたはさらなる実施形態において、溶解または吸収された不純物は、矢印120で示すように、油118とは別に蒸気処理システム110から取り除かれる。
特定の分類の極性有機分子は、pH調整済み溶液112内に部分的にのみ(または少なくとも部分的に)分配することができる。例えば、ある種のアルコール、ケトン、エーテル、フェノール、カルボン酸、および/または他の極性有機分子の一部は、pH調整済み溶液112内に分配することができ、それらの別の部分は、粗製油118内に分配することができる。したがって、いくつかの実施形態において、ある種の極性有機分子の一部を含む粗製油118は、その種の極性有機分子の別の部分を含有するpH調整済み溶液112と分離可能になる。
蒸気108は、蒸気処理システム110内で凝縮しない部分、およびpH調整済み溶液112によって吸収されない部分を含み得る。そのような非凝縮性気体121を蒸気処理システム110から別に取り除くことが可能であり、任意の他の適切なやり方で燃焼または処理可能である。
様々な実施形態において、蒸気処理システム110は、真空条件下でまたは負圧下で動作することが可能である。他の実施形態において、蒸気処理システム110は、正圧下で動作してもよい。さらに他のまたはさらなる実施形態において、蒸気処理システム110は、大気圧条件下で、または上述の任意の適切な組合せの下で動作することが可能である(例えば、圧力を凝縮イベント中に変更してもよい)。
システム100は、プラスチック原料106を急速に熱分解または解重合するのによく適している場合がある。例えば、いくつかの実施形態において、プラスチック原料106の加熱および蒸気108へのその変化は、様々な異なる分子種が同時に気体化可能な高温で行われてもよい。そのような異なる分子種は、所与の圧力において異なる蒸発温度を有し得、プラスチック原料106が加熱される温度は、分子種の一部またはすべてについてこの温度を上回る場合がある。そのとき、上述のように、蒸気108が蒸気処理システム110に送られると、分子種は互いに分離可能である。したがって、システム100は、個々の分子種を連続的に気体化することを可能にする過程で様々な別々の温度レベルにおいて、ゆっくりと加熱し、時には定常を保ちながら、加熱システム102を用いずに動作することが可能である。しかし、システム100はまた、加熱システム102およびプラスチック原料106が、説明したばかりのように、一連の連続的な加熱ステップまたはレベルを進む動作モードにおいても使用可能であることを理解されたい。
図2は、プラスチックリサイクリングシステム100’の別の実施形態のプロセス流れ図を示し、システム100と似ている。システム100’は、プラスチック原料106への熱104を生成する加熱システム102を含む。プラスチックリサイクリングシステム100’は、加熱中、プラスチック原料106を保持する密封可能な容器122をさらに備える。容器122は、その中の負圧を保つように構成可能である。
システム100’は、容器122内および蒸気処理システム110内を負圧に維持するように構成されている真空システム124を含むことが可能である。真空システム124は、容器122から気体を継続的に抜くことが可能であり、それにより、プラスチック原料106の解重合が、酸素が薄いまたは酸素がない環境の中で起きることになる。真空システム124は、蒸気108を蒸気処理システム110に取り込み、ここで、蒸気108は、pH調整済み溶液112に接触する。真空システム124は、蒸気処理システム110から非凝縮性気体121を取り込み、この気体を燃焼ユニットまたは他の適切な処分装置に与えることが可能である。
システム100’は、蒸気処理システム110から凝縮された材料の乳剤126を受け取る分離器128を含む。乳剤126は、同伴された少量のpH調整済み溶液112をその中に含む粗製油118を含み得る。分離器128は、これらの材料間の相対密度の差に基づいて、粗製油118をpH調整済み溶液112から分離するように構成可能である。例えば、分離器128は、溶液112の粗製油118との重力分離を可能にする沈殿タンクを備えることが可能である。他の実施形態において、分離器128は、遠心分離機を備えることが可能である。
図3は、プラスチックリサイクリングシステム200の別の実施形態を示し、特定の点から上述したプラスチックリサイクリングシステム100、100’と似ている場合がある。したがって、最初の桁を「2」に増やして同様の特徴を同様の参照符号で表す。例えば、プラスチックリサイクリングシステム200は、加熱システム202、密封可能な容器222、蒸気処理システム210、真空システム224、および分離器228を含む。同様に、蒸気処理システム210は、上述のpH調整済み溶液112などのpH調整済み溶液212を含む。したがって、同様に識別される特徴に関して上述した関連の開示については、以降、繰り返さない場合がある。
図示の加熱システム202は、バーナー230、および加熱プレナム232を含む。バーナー230は、任意の適切な燃焼バーナーを含むことが可能であり、それは、任意の適切な燃料で動作するように構成可能である。燃料は、天然ガスまたはプロパンの配管など、燃料トレーン234によって供給可能である。燃料トレーン234は、所望の量の燃料をバーナー230に送ることを可能にする流量スイッチおよび弁(図示せず)の任意の適切な組合せを含むことが可能である。燃料トレーン234からの燃料は、導管または配管など、任意の適切な燃料送出ライン235を介して送ることができる。
バーナー230は、燃焼送風機236および循環ファン237と流体連通していることが可能であり、そのそれぞれは、変速性能を有することができる。燃焼送風機236は、新鮮な空気をバーナー230に供給し、一方、循環ファン237は、加熱された排気を加熱プレナム232からバーナー230に還流する。循環ファン237はまた、新鮮な空気を選択的に取り込んで、所望の排気/空気の混合物をバーナー230に供給することが可能である。加熱システム202は、加熱システム202の一部から別の部分に空気を移送するためのダクト238の任意の適切な構成体を備えることが可能である。
加熱プレナム232は、カートリッジとも呼ぶ場合がある密封可能な容器222をその中に選択的に受けるように構成されている。容器222は、加熱プレナム232内に配置される場合、プレナムを密封または実質的に密封することが可能であり、それにより、加熱された空気は、加熱されたプレナム内を循環することができるが、周囲の外気に漏れることはない。プラスチックリサイクリングシステム200とともに使用可能な加熱プレナム232および容器222の例示的な例は、「DEVICES, SYSTEMS, AND METHODS FOR RECYCLING PLASTIC」という名称の2010年3月31日出願の米国特許出願第12/751911号に開示されている。
容器222は、一定量のプラスチック原料206をその中に保持することができ、さらに後述するように、プラスチック原料206は、熱が加熱プレナム232によってそれに送られる結果として、融解および蒸発可能である。図示の実施形態において、加熱プレナム232は、側壁240、および側壁240の内部において上向きに立つ内部導管242を含む。側壁240は、加熱された空気がその中を内向きに(例えば、内部導管242に向かって)送られ得る一連のポート(図示せず)を含むことができ、内部導管242は、加熱された空気がその中を外向きに(例えば、側壁240に向かって)送られ得る一連のポート243を含むことができる。
側壁240は、バーナー230から第1のダクトライン238と流体連通していることが可能であり、内部導管242は、バーナー230から第2のダクトライン238と流体連通していることが可能である。ダンパ244を第1および第2のダクトライン238に対して配置して、側壁240および内部導管242に送られる加熱済み空気の相対量を制御することが可能である。
容器222を加熱するために使用された加熱済みの排気は、別個のダクトライン238を介して加熱プレナム232から取り除かれ、ファン237によってバーナー230に循環可能である。弁246を開放し、通気ファン249を稼働させることによって、加熱された排気の少なくとも一部を熱交換機248に迂回し、送ることができる。熱交換機248は、さらに後述する。
加熱システム202の図示の実施形態は、容器222およびその内容物を加熱するために加熱された空気を使用するが、容器222およびその内容物を加熱するための任意の他のまたはさらに適切な機構もまた可能であることを理解されたい。例えば、空気以外の加熱された流体(例えば加熱された液体)が加熱プレナム232の中を循環可能である。他のまたはさらなる実施形態において、加熱機構には、電気的直接接触加熱、誘導加熱、または放射加熱を挙げることができる。
加熱システム202は、種々のセンサおよび制御構成要素をさらに含むことが可能である。例えば、加熱システム202は、バーナー230の動作および容器222に送られている熱の量に関する様々なデータをサブシステムコントローラ254に提供することが可能な1つまたは複数の圧力センサ250および/または温度センサ252を含むことができる。センサ250、252は、例えば、有線または無線接続によって、任意の適切なやり方でサブシステムコントローラ254と通信することが可能である。図示の実施形態において、通信ライン(例えば、電線)が、センサ250、252をサブシステムコントローラ254に接続している。同様に、通信ラインは、加熱システム202の他の構成要素(例えば、送風機236およびファン237)をサブシステムコントローラ254に接続することが可能である。図面を不明瞭にしないため、通信ラインを図3には示していない。
サブシステムコントローラ254は、センサ250、252から受け取ったデータに応答して、および/または他のプログラミングの結果として、加熱システム202の動作パラメータを変更することが可能である。例えば、内部導管242および側壁240と関連付けられる温度センサ252から、容器222の内部部分に送られている加熱済み空気の温度が不十分であると判定された場合、制御システム254は、内部導管242により多くの熱が送られ、側壁240にほとんど送られないようにダンパ244の設定を変更することによって補償することが可能である。いくつかの適用例では、加熱サイクルにわたって、容器222の周辺部分および中央部分に送られる熱の相対量を選択的に変更することが望ましい場合がある。いくつかの例では、加熱プレナム232全体にわたってすべての温度があまりに低いと判定された場合、制御システム254は、送風機236および/またはファン237の速度を上げることが可能である。他のまたはさらなる実施形態において、加熱システム202の動作パラメータに対する任意の所望の変更を手動で行ってもよい。
マスター制御システム255は、(例えば、有線または無線にかかわらず、イーサネット(登録商標)ケーブルまたは他の適切な通信デバイスを介して)サブシステムコントローラ254と通信するように構成可能であり、またそれぞれがプラスチックリサイクリングシステム200の他のサブシステムに専用の追加のサブシステムコントローラ256、258などと通信するように構成可能である。例えば、別個のサブシステムコントローラ256、258は、真空処理システム210および真空システム224それぞれに専用であってもよい。いくつかの実施形態において、サブシステムコントローラ254、256、258は、局所的に(例えば、それらが関連付けられる様々なサブシステム付近に)配置されているが、マスター制御システム255は、監視局の中に配置されてもよく、ここで、操作者がシステム200の複数のサブシステムの瞬間状況をモニタリングすることが可能であり、オンサイトまたはオフサイトにかかわらず、必要に応じてそれへの変更を行うことが可能である。
便宜上、個々の構成要素と関連付けられるサブシステムコントローラ254、256、258を以降、識別しない場合があり、また個々のサブシステムコントローラ254、256、258および/またはマスター制御システム255が、プラスチックリサイクリングシステム200の特定の構成要素の動作をモニタリングおよび/または制御できるということを明確に述べはしないが、そのようなことは理解されよう。また、コントローラ254、256、258および/またはマスター制御システム255にもたらすことが可能な本明細書で論じるステップまたは制御イベントが、汎用または専用のコンピュータ(あるいは他の電子デバイス)によって実行されるべき機械実行可能命令において実施され得ることにも留意されたい。別法として、ステップまたは制御イベントは、ステップまたは制御イベントを実行するために特別な論理を含むハードウェア構成要素によって、あるいはハードウェア、ソフトウェア、および/またはファームウェアの組合せによって実行または推進可能である。いくつかのまたはすべてのステップは、(例えば、サブシステムコントローラを介して)局所的に、または(例えば、マスター制御システム255を介して)遠隔に実行可能である。
上述したように、密封可能な容器222は、選択的に加熱プレナム232と接続されても、加熱プレナム232から取り外されてもよい。いくつかの実施形態において、容器222は、加熱プレナム232の外部に配置されて、補填される。蓋260を取り外すか、またはその他の形で開放することにより、プラスチック原料206を入れることが可能になる。容器222が補填されると、蓋260を閉鎖することができ、容器222を加熱プレナム232へと(例えば、クレーンによって)持ち上げることができる。容器222は、加熱プレナム232と協働して、容器222と加熱プレナム232との間の接続接合部において、加熱プレナム232から加熱済み排気気体が出ることを防止することが可能である。
容器222の排出ポート261が気体移送ライン262に接続可能である。気体移送ライン262は、蒸気処理システム210と流体連通していることが可能であり、蒸気処理システム210は、真空システム224と液体連通していることが可能である。したがって、気体移送ライン262を排出ポート261に接続することにより、容器222の内容物を真空下に置くことが可能になり、したがって、内容物の加熱を酸素が薄いまたは酸素がない環境の中で行うことが可能である。
容器222が加熱されると、プラスチック原料206は、融解し、最終的には気化または蒸発することが可能である。結果生じる蒸気208は、容器222から排出ポート261を通って、気体移送ライン262を通って、次いで蒸気処理システム210に取り込まれる。特定の実施形態において、気体移送ライン262は、図3に概略的に示したものよりも大きい容量を有することが可能なノックアウトタンク264を含む。ノックアウトタンク264は、容器222の内容物が急速に排出ポート261から押し出されるイベントにおいてフェイルセーフとして作用する容器を備えることが可能であり、このイベントは、(例えば、望ましくない気体の発火に起因して)容器222内の大きい圧力変動によりもたらされる可能性がある。そのような放出された内容物は、ノックアウトタンク264内に捕集可能であり、蒸気処理システム210への侵入を防止することが可能である。他の実施形態において、ノックアウトタンク264は、省略される(図7を参照のこと)。
圧力センサ266および温度センサ268を気体移送ライン262に配置して、蒸気208が容器222を出るとき、その圧力と温度をモニタリングすることが可能である。いくつかの実施形態において、温度および圧力の読取り値のうちの1つまたは複数は、プラスチック原料206の蒸発が完了したとき、または完了に近いときを判定するために使用可能であり、それにより、容器222を加熱プレナム232から取り外し、補填された容器222と交換するための用意がなされる。例えば、いくつかの実施形態において、加熱プレナム232内の加熱温度は、実質的に一定レベルまたは設定ポイント値(例えば、いくつかの実施形態においては、華氏約1100度(摂氏約593度))に維持され得る。蒸気208の温度は、加熱中、最大レベル(例えば、時間平均最大レベル)まで上昇することがあり得、蒸発が継続するとき、最大レベル付近で定常に保つことが可能である(例えば、小さい変動しか認めることができない)。プロセスが完了に近づき、ほとんど気体が生成されないと、容器222を出る蒸気208の温度は降下し得る。この降下の大きさにより、容器222を交換すべきであることを信号伝達することが可能になる。様々な実施形態において、交換イベントは、蒸気208の温度が最大レベルの約10パーセントから約30パーセントの範囲内で降下した場合、または最大レベルの約15パーセントから約25パーセントの範囲内で降下した場合、信号伝達され得る。いくつかの実施形態において、交換イベントは、その温度が約15パーセント、20パーセント、25パーセント、または30パーセント以上の量降下した場合、信号伝達され得る。他のまたはさらなる実施形態において、交換イベントは、その温度が最大レベルから華氏約80度(摂氏約26.7度)、90度(摂氏約32.2度)、または100度(摂氏約37.8度)以上降下した場合、信号伝達され得る。さらに他のまたはさらなる実施形態において、交換イベントは、最大レベルに到達後、約1/2時間、3/4時間、または1時間以上の経過ごとに信号伝達され得る。
図3および図4を参照して、蒸気208は、任意の適切なやり方で蒸気処理システム210内に導入され得る。図示の実施形態において、蒸気処理システム210は、凝縮器270および貯槽286を含む。図3に示すように、いくつかの実施形態において、蒸気208は、蒸気208の軌道を実質的に変更することなく、凝縮器270の凝縮タワー271内に導入される。図4に示すように、他の実施形態において、蒸気208は、凝縮タワー271に入ると、バッフル272にぶつかる。蒸気208は最初、保護板274に当たることが可能であり、次いで、バッフル272の底縁276の周りを下向きにかつ外向きに向けられ得る。バッフル272は、蒸気208に一様な流れパターンをもたらすように構成可能である。具体的には、バッフル272は、蒸気208を底縁276の周辺を均一に分布して上昇させ得る。
図4はまた、気体移送ライン262が凝縮タワー271に向かって上向きに角度付け可能であることを示している。そのような構成により、気体移送ライン262内に集まることが可能ないずれの凝縮済み材料もライン262を流れ出て、ノックアウトタンク264(図3)に流れ込むことを可能にすることができる。このことは、プラスチックリサイクリングシステム200が停止され、高温蒸気208が気体移送ライン262の中をもはや流れず、このラインを空の状態に保つ場合、特に利益をもたらすものであり得る。ノックアウトタンク264を含んでいない実施形態の場合、凝縮済み材料は、その代わりに、任意の適切な流体捕集箇所にライン262から流れ出る場合がある。
続けて図3を参照すると、凝縮器270は、カラム充填剤284の1つまたは複数の区分によって互いに分離されている下部噴霧器280と上部噴霧器282とを含むことが可能である。例えば、カラム充填剤284の3つの区分は、上部噴霧器282と下部噴霧器280とを分離することが可能である。上部噴霧器282と下部噴霧器280はそれぞれ、pH調整済み溶液212のスプレーまたはシャワーを実施するが、異なる温度においてである。下部噴霧器280は、より高温(例えば華氏約120度(摂氏約48.9度)から華氏約150度(摂氏約65.6度)の範囲内などの、例えば高めの温度)でスプレーを実施することが可能であり、一方、上部噴霧器282は、より低温(例えば華氏約70度(摂氏約21.1度)から華氏約80度(摂氏約26.7度)の範囲内などの、例えば低めの温度)でスプレーを実施することが可能である。
下部噴霧器282は、蒸気208からの不純物を取り除くための清浄装置として主に使用され得る。下部噴霧器282の温度は、pH調整済み溶液212が、蒸気208の一部を、その他のいずれの部分も実質的に凝縮せずに、溶解または吸収することを可能にするには十分に高いものであり得る。スプレーされたpH調整済み溶液212は、貯槽286内に滴下することが可能であり、それについてはさらに後述する。したがって、下部噴霧器282および/または貯槽286は、蒸気208から不純物を分離するために使用され得、したがって、本明細書では、個別にまたはまとめて洗浄システムまたは清浄システム287と呼ぶ場合がある。
下部噴霧器282を通過した後、蒸気208の残りの部分は、カラム充填剤284の中を上方へ通過し、それに対するエネルギーを損失する。次いで、蒸気208は、上部噴霧器282からスプレーされるより低い温度のpH調整済み溶液212と出会う。したがって、残りの蒸気208の少なくとも一部は、凝縮され、貯槽286へと滴下する。したがって、上部噴霧器282からスプレーされるpH調整済み溶液212をまた、凝縮液体と呼ぶ場合がある。
次いで、凝縮されない蒸気208のそれらの部分(すなわち、非凝縮性気体)は苛性スクラバ290に送られ、苛性スクラバ290は、残りの蒸気208を苛性溶液に通して、化学的にその蒸気をスクラブし(例えば、その蒸気からメルカプタン硫黄種を取り除き)、微量レベルの遊離無機酸に中和させる。蒸気208の残りは、苛性スクラバ290から真空システム224の中を通過し、次いで、環境制御装置292へと押し出される。
任意の適切な真空システム224は、プラスチックリサイクリングシステム200とともに使用可能である。1つの例示的な実施形態を図5に示す。真空システム224は、互いに並行である第1の送風機294と第2の送風機296とを含む。1つまたは複数の弁298が、送風機294、296と並行に含まれてもよい。そのような配置で、送風機294、296はともに、蒸気処理システム210および容器222を真空下に置くために、プラスチックリサイクリングシステム200の運転開始時に使用され得るが、リサイクリングシステム200が稼働可能になると、一方の送風機294、296しか使用され得ない。真空システム224は、送風機294の使用と送風機296の使用との間で循環させて、それらの使用回数をほぼ等しく保つことが可能である。さらに、弁298は、わずかに開放または通気した構成で維持され得、この構成は結果的に、送風機294、296間の移行中、ならびに送風機294、296のいずれかの持続稼働中、比較的均一な真空をもたらすことが可能である。
いくつかの例では、システム200の動作中、容器222、蒸気処理システム210、および苛性スクラバ290の中の真空を維持することが望ましい場合がある。例えば、いくつかの実施形態において、(より概略的に、圧力システムと呼ぶ場合がある)真空システム224は、たとえプラスチック原料206が蒸発しているときに、正圧スパイクが生じても、容器222、ならびに流体連通しているシステム200の他の部分の中の真空を維持するのに十分大きい大きさの負圧をもたらす。いくつかの実施形態において、真空システム224は、負圧を維持し、それは、約8インチ(約20.32センチメートル)、約10インチ(約25.4センチメートル)、または約12インチ(約30.48センチメートル)以上の大きさの水柱を含む。
他の実施形態において、圧力システムが、容器222、蒸気処理システム210、および苛性スクラバ290内に正圧をもたらすことが可能である。さらに他の実施形態において、圧力システム(例えば、真空システム224)が、プラスチックリサイクリングシステム200から省略されても、または使用されなくてもよい。例えば、気圧条件は、容器222、蒸気処理システム210、および苛性スクラバ290内で維持可能である。より高い圧力をプラスチックリサイクリングシステム200に与えることにより、蒸気208がより長い期間、容器222内で加熱されることになり得、それにより、結果的に蒸気208内のより大きい熱分解と、より軽い有機分子とが生じることになり得る。そのような条件下では、システム210の中を通過するのに十分なエネルギーを蒸気208に与えるために、燃料トレーン234からの燃料がより多く消費される場合がある。
任意の適切な環境制御装置292は、プラスチックリサイクリングシステム200とともに使用可能である。いくつかの実施形態において、環境制御装置292は、バーナー、または他の燃焼装置を備えることが可能である。例えば、いくつかの実施形態において、環境制御装置292は、Belgium、KortrijkのN.V. Bekaert S.A.により入手可能なclean enclosed burner(CEB:登録商標)を備えることが可能である。図示の実施形態において、環境制御装置292からの排気は、大気へ通気されているように示されている。他の実施形態においては、そうではなく、高温の排気は、プラスチックリサイクリングシステム200の他の部分に移送可能である。例えば、いくつかの実施形態において、環境制御装置292からの排気を加熱システム202に送ることが可能であり、それを使用して、容器222を加熱することが可能である。
再度、貯槽286を参照すると、蒸気208の吸収され凝縮された部分がタンク300内に滴下し、このタンク300は、その上部縁に堰302を含む。吸収された不純物を保持するpH調整済み溶液212は、凝縮された粗製油材料よりも大きい相対密度を有し、タンク300の底に沈殿する可能性があるいくつかの汚染物質の凝結を容易にし得る。したがって、凝縮された粗製油は、タンク300の上部まで上昇し、堰302を越えて一時的格納部分304へと流れ出る。この段階で、粗製油は、pH調整済み溶液212を用いてわずかに乳化され得(例えば、その中に、同伴されたわずかな量のpH調整済み溶液212を有することが可能であり)、したがって、主に粗製油から成るこの材料を乳剤226と呼ぶ場合がある。さらに後述するように、乳剤226を格納部分304から取り除き、分離器または沈殿タンク228に送ることが可能である。
タンク300内のpH調整済み溶液212は、下部噴霧器280および上部噴霧器282へと循環可能である。具体的には、循環ポンプ310が、溶液212をタンク300から流体ライン312を通って噴霧器280、282のそれぞれに移動させることが可能である。下部噴霧器280と上部噴霧器282における圧力および温度は、別個の圧力センサ314、318と、別個の温度センサ316、320とによってそれぞれモニタリング可能である。流体ライン312の一部が、熱交換機322の中を通過することができ、この熱交換機322は、冷却ループ326によって冷却システム324に接続されている。冷却システム324は、任意の適切な種類のものであってもよく、冷却タワーおよび/またはチラーを含むことが可能である。冷却ラインポンプ328が冷却ループ326によって冷却流体の流量を制御することが可能である。噴霧器280、282のそれぞれにおける圧力および温度は、循環ポンプ310、冷却ラインポンプ328、冷却システム324、および/または下部噴霧器280に関連する弁330と、上部噴霧器282に関連する弁332のうちの1つまたは複数の設定を調整することによって制御可能である。
上述したように、いくつかの実施形態において、下部噴霧器280を華氏約120度(摂氏約48.9度)から華氏約150度(摂氏約65.6度)の範囲内にある温度で維持することが望ましい。そのような温度範囲はあまりにも高すぎて、蒸気208内にある有機分子種を凝縮することができない場合があり、また蒸気208からの不純物の吸収を容易にすることが可能である。さらに、タンク300および格納部分304内に捕集する粗製油は、そのような温度範囲内にある場合、またはそのような範囲をわずかに上回る温度である場合、液体または遊離流れ状態であり得る。さらに、下部噴霧器280から排出される溶液212がそのような温度範囲内にある場合、貯槽286内にある溶液212および乳剤226は、入ってくる蒸気208から熱を吸収することに起因して、この温度範囲内にある温度、またはこの範囲よりも高い温度に維持され得る。
いくつかの実施形態において、上部噴霧器282を華氏約70度(摂氏約21.1度)から華氏約80度(摂氏約26.7度)の範囲内にある温度で維持することが望ましい。例えば、そのような温度範囲は、有機分子を凝縮するのによく適している場合がある。さらに、蒸気処理システム210に存在する特定の気体(例えば、メタン、エタン、プロパン、および/またはブタン)が、環境制御装置292において、より容易に燃えることが可能になるような気体状態にあることが望ましい場合がある。したがって、蒸気処理システム210の出口ポートにある温度センサ340によって得られるデータは、上部噴霧器282の温度を所望の値に調整する際に使用され得る。
他の実施形態において、蒸気処理システム210は、上部噴霧器282など、単一の噴霧器を含んでもよい。単一噴霧器282は、不純物の吸収と粗製油の凝縮との両方に同時に効果をもたらす場合がある。そのような実施形態のいくつかにおいて、結果生じる乳剤226は、(例えば、pH調整済み溶液212の同伴および/または粗製油218内の溶解不純物もしくは遊離不純物の同伴の程度がより大きいことに起因して)多数の不純物を含んでいる場合があるので、後述する特定の分離ステップに加える、またはそれらを変更することが望ましい場合がある。例えば、乳剤226がより長い時間期間、沈殿タンク228内に沈殿することを可能にすることが望ましい場合がある。
pH調整済み溶液212が蒸気208から不純物を吸収すると、この溶液の組成が変化する場合がある。例えば、いくつかの実施形態において、pH調整済み溶液212は、多かれ少なかれ酸性になり得る。したがって、いくつかの実施形態において、pHセンサ342が、溶液212の組成をモニタリングするためにタンク300内に含まれてもよい。流体ライン312は、pH調整ポート344を含むことが可能であり、それを通して、酸または他の適切な材料を貯槽286から循環する溶液212に加えることができる。例えば、溶液212の酸性度が降下したとpHセンサ342から判定された場合、酸がpH調整ポート344を通って流体ライン内に導入可能である。補給水源345からの水を流体ライン312に加えることが可能である。例えば、貯槽286内にあるpH調整済み溶液212の酸性レベルが上位閾値を超えて上昇した場合、補給水源345からの水を流体ライン312に加えることができる。
いくつかの実施形態において、温度センサ350が、(例えば、タンク300内の)貯槽286内に含められて、貯槽286の温度が所望のレベルより下に降下しないことを確実にする。例えば、上述のように、貯槽286内の温度を、油または乳剤226が液体または流れ可能状態にあるレベルで維持することが望ましい場合がある。加熱素子352を温度センサ350とともに使用して、稼働停止の期間中など、貯槽286内の油および水を温かく保つことが可能である。
特定の実施形態において、貯槽286は、レベルセンサ354を含んで、油および乳剤226のレベルをモニタリングし、別のレベルセンサ356を含んで、pH調整済みの溶液212のレベルをモニタリングする。レベルセンサ354から得られるデータは、ポンプ360を制御する際に使用可能であり、このポンプ360は、乳剤226を一時的捕集部354から沈殿タンク228に注入するように構成されている。ポンプ360は、任意の適切な種類のポンプを備えてもよく、粘度が高い可能性がある材料を注入するのによく適している場合がある。例えば、ポンプ360は、容積移送式ポンプを備えることが可能である。
乳剤226は、熱トレースライン361を通して沈殿タンク228内に含まれている分離タンク362の中にポンプで注入することが可能である。分離タンク362は、傾斜した側壁363および入口バッフル364を含むことが可能である。分離タンク362は、例えば相対密度による分離などによって、粗製油218のpH調整済み溶液212からの分離をさらに促進することが可能である。粗製油218は、分離タンク362の上部縁から保持域366へと流れ出ることが可能である。粗製油218を保持域366から取り除き、必要に応じて貯蔵または移送することが可能である。例えば、油218を貯蔵タンクに移動する、または(例えば、オイルタンカーによって)精製所に移送することが可能である。
粗製油218は、室温で比較的蝋状であり、固体であり得る。したがって、溶液212を粗製油218から分離し易くするために、およびその油218を沈殿タンク228から取り除き易くするために、粗製油218を液体の形で維持することが望ましい場合がある。したがって、沈殿タンクは、温度センサ369を含み得、それは、熱交換機248と連通している加熱流体ループ370を選択的にアクティブにするために使用可能である。加熱ラインポンプ372は、加熱流体ループ370の中の加熱流体の流量を制御することが可能である。
粗製油218の沈殿タンク228からの除去は、矢印374によって示されている。同様に、pH調整済み溶液212は、矢印376によって示すように、沈殿タンク228から取り除くことが可能である。いくつかの実施形態において、pH調整済み溶液212は、貯槽286に戻され、その後、噴霧器280、282を介して循環可能である。
引き続き図3を参照して、加熱システム202および容器222の動作中、加熱された空気は、加熱プレナム232内を循環して、プラスチック原料206を溶解し、それを蒸気208内の1つまたは複数の気体に変えることに再度留意されたい。排出ポート261を介して真空を印加して、蒸気208を容器222から取り除く。次いで、取り除かれた気体は、必要に応じて処理され得る。
容器222の所望の気体のすべてまたは実質的にすべてが取り除かれると、容器222を加熱プレナム232から取り外し、一定量のプラスチック原料206が充填済みの追加の容器222と交換することができる。次いで、上述の蒸気を加熱して除去するプロセスを繰り返すことが可能であり、取り外された容器222は、清浄して、将来使用するためにプラスチック原料206を充填することが可能である。単一の加熱プレナム232に対する一連の充填済み容器222の連続した連結、加熱、除去、および交換は、バッチプロセスと呼ぶ場合がある。
図6は、プラスチックリサイクリングシステム200の別の実施形態を示し、ここで、プラスチック原料は、連続したバッチプロセスと本明細書で呼ぶやり方で蒸発および処理可能である。プラスチックリサイクリングシステム200は、このシステム200が4つの別個の加熱システム202A、202B、202C、202Dを含み、そのそれぞれが別個の加熱プレナム232A、232B、232C、232Dを加熱するように構成されている別個のバーナー230A、230B、230C、230Dを含んでいることを除いて、図3に関して上述した実施形態と同一であり得る。図6に示してはいないが、加熱プレナム232A、232B、232C、232Dのそれぞれから任意選択の排出経路が、加熱交換機248まで設けられてもよい(図3を参照のこと)。
各加熱プレナム232A、232B、232C、232Dは、その中に別個の容器222A、222B、222C、222Dを受けるように構成されており、各容器は、別個の一定量のプラスチック原料206A、206B、206C、206Dで満たされ得る。図6に示すように、第1の容器222Aは、第1の加熱プレナム232A内に挿入され、第1の時間期間、加熱され得、第2の容器222Bは、第1の期間の終了時に第2の加熱プレナム232B内に挿入され得、第1の容器222Aと第2の容器222Bの両方は、第2の期間、加熱され得、第3の容器222Cは、第2の期間の終了時に第3の加熱プレナム232C内に挿入され得、第1の容器222A、第2の容器222B、および第3の容器222Cは、第3の期間、加熱され得、第4の容器222Dは、第3の期間の終了時に第4の加熱プレナム232D内に挿入され得、第1の容器222A、第2の容器222B、第3の容器222C、および第4の容器222Dは、第4の期間、加熱され得る。
図6は、第4の加熱時間期間の終了時のある時点を示している。図示のように、ほとんどすべてのプラスチック原料206Aが容器222Aから蒸発し、取り除かれており、それにより、固体炭素材料(例えば、非炭化水素生成物)のみが残存することになる。比較すると、プラスチック原料206Bはすべてが第2の容器222B内に溶解し、その一部が蒸発し、取り除かれており、プラスチック原料206Cはすべてが第3の容器222C内に溶解しているが、比較的わずかしか蒸発し、取り除かれておらず、プラスチック原料206Dは一部が第4の容器222D内に溶解しているだけである。
この時点で、充填された第5の容器222Eが、第1の加熱プレナム232Aの近くに配置され得る。次いで、第1の容器222Aを第1の加熱プレナム232Aから取り外すことができ、第5の容器222Eをその定位置に第1の加熱プレナム232A内に導入することができる。次いで、第5の容器222E、第2の容器222B、第3の容器222C、および第4の容器222Dは、第5の時間期間、加熱され得る。加熱期間の終了時に、単一の容器222の交換を第2の容器222B、第3の容器222C、および第4の容器222Dごとにそれぞれ連続して継続することができ、第5の加熱プレナム222Eまで循環することができる。
図6に示すように、容器222A、222B、222C、222Dはそれぞれ、上述したように、真空システム224(図3)を介して負圧を供給することが可能な気体移送ライン262に接続可能である。したがって、蒸気208C、208Dなど、蒸気は、蒸気処理システム210に送られると、気体移送ライン262内で混合され得る。したがって、そのような構成体は、任意の所与の容器222からの蒸気208内に含まれる分子種に比較的感じにくい可能性がある。分子種に対するこの非感受性は、この蒸発プロセスが様々な加熱システム202A、202B、202C、202Dの中で注意深く調整がなされなくても確実に単一の分子種しか容器222A、222B、222C、222Dから同時に取り込まれないように進むことができるので、連続したバッチモード動作には特に有用であり得る。特に明記しなければ、リサイクリングシステム200は、様々な異なる分子種が任意の所与の容器222の蒸気208内に導入される場合でも、および/または様々な異なる分子種が複数の容器222から共通の気体移送ライン262内に導入される場合でも適切に動作することが可能である。
気体移送ライン262は、上述したように、容器222の交換の用意がなされているかどうかを判定する際に使用可能な一連の圧力センサ266A、266B、266C、266Dおよび/または温度センサ268A、268B、268C、268Dを含むことが可能である。他のまたはさらなる実施形態において、気体移送ライン262は、一連の弁384を含むことが可能であり、弁384は、残りの容器222からの蒸気捕集を妨げることなく容器222を取り外すことを可能にするように操作され得る。いくつかの実施形態において、リサイクリングシステム200は、気体移送ライン262のいずれの部分も洗い流すために使用可能な不活性気体パージシステム380を含む。不活性気体パージシステム380は、所望の場所に不活性気体を導入するように適切に操作可能な一連の弁382を含むことが可能である。いくつかの例では、窒素または何らかの他の不活性気体が、使用済みの容器222を取り外す前に、プロセス気体から気体移送ライン262の全区画をパージするために使用可能であり、および/または新規カートリッジ222が気体移送ライン262に接続された後、気体移送ライン262の一部から酸素をパージするために(またはその中の酸素を薄めるために)使用可能である。
容器222がそのそれぞれのプレナム232から取り外され、交換されるときの熱損失を防ぐまたは減らす対策が取られる場合がある。例えば、いくつかの実施形態において、容器222が、関連する加熱プレナム232から取り外される直前に、バーナー230がオフにされ、容器222が取り外され、交換されるとき、空気が加熱プレナム232内に取り込まれ得る。次いで、新規容器222が定位置に置かれると、バーナー230は、再びアクティブにされ得る。
リサイクリングシステム200の図示の実施形態は、4つの加熱プレナム232を含む。いくつかの例では、いくつかの使用済み容器が清浄および充填可能であると同時に、残りの容器が使用中であるとき、合計8つの容器222がそのようなシステムとともに効果的に使用可能である。しかし、より多くのまたはより少ない容器が、そのようなシステムとともに使用されてもよい。同様に、より多くのまたはより少ない加熱プレナムが連続したバッチプロセスにおいて使用されてもよい。
図7は、図3に示すシステム200に類似するプラスチックリサイクリングシステム200’の別の実施形態を示している。システム200と同様に、システム200’は、真空システム224および苛性スクラバ290を含む。しかし、真空システム224は、スクラバ290と環境制御装置292との間ではなく、蒸気処理システム210とスクラバ290との間にスクラバ290との線上に置かれている。したがって、スクラバ290の出力は、環境制御装置292に直接送ることが可能である。
システム200および200’の他の実施形態はそれぞれ、複数の蒸気処理システム210を有することが可能であり、その蒸気処理システム210はそれぞれ、1つまたは複数の加熱システム202内の1つまたは複数の容器222から蒸気208を受け取ることが可能である。図7に示す構成体に似ている構成体において、複数の蒸気処理システム210の出力は、真空システム224の入力端に送ることが可能であり、真空224の単一の出力は、スクラバ290に送ることが可能である。図3に示す構成体と類似する構成体において、複数の蒸気処理システム210の出力はそれぞれ、別個のスクラバ290の入力端に送ることが可能であり、それにより、プラスチックリサイクリングシステム200は、複数のスクラバ290を備えることになる。複数のスクラバ290の出力は、単一の真空システム224に送ることが可能であり、真空システム224は、環境制御装置292と流体連通している単一の出力を有することが可能である。さらに別の実施形態において、単一のプラスチックリサイクリングシステム200または200’は、複数の真空システム224および複数のスクラバ290を含むことが可能である。
図8は、多くの点で、プラスチックリサイクリングシステム200、200’に似ている場合があるプラスチックリサイクリングシステム400の別の実施形態を示している。したがって、同様の特徴は、同様の参照符号を用いて識別される。さらに、リサイクリングシステム400の具体的な特徴を図面の参照符号によって識別することも、または続く本明細書に具体的に論じることもできない。しかし、そのような特徴は、他の実施形態に示す、および/またはそのような実施形態に関して説明する特徴と明らかに同じあるいは実質的に同じものであり得る。したがって、そのような特徴の関連する説明は、リサイクリングシステム400の特徴に同様に適用される。リサイクリングシステム200に関して説明したものと同様の特徴および変形形態の任意の適切な組合せは、リサイクリングシステム400とともに利用可能であり、逆もまた同様である。本開示のこの様式は、後に続く図に示し、以降説明するさらなる実施形態に同様に適用される。
リサイクリングシステム400は、連続したやり方でプラスチック原料206を解重合するように構成されている加熱システム402を含む。図示の実施形態において、加熱システム402は、プラスチック原料206の急速な解重合をもたらすように構成されている流動床式バーナー432など、任意の適切な種類の加熱ユニット431を備える。他の適切な加熱装置もまた可能である。プラスチック原料206は、重力供給ホッパー433、または流動床式バーナー432にプラスチック原料206を連続的に供給することが可能な任意の他の適切な供給機構によって、加熱ユニット431に供給可能である。必要に応じて、プラスチック原料は、真空または不活性気体の条件下で供給可能である。
図9は、図3、図7、および図8(例えば、リサイクリングシステム200、200’、400)に関して説明したプラスチックリサイクリングシステムなどのプラスチックリサイクリングシステムに使用可能なプラスチックリサイクリングシステム500の別の実施形態の一部を示している。したがって、同様の特徴は、同様の参照符号を用いて識別される。システム500は、洗浄システムすなわち清浄システム587、および凝縮器570を含む蒸気処理システム510を含む。清浄システム587は、一定量のpH調整済み溶液212をその中に含む清浄タンク585を含む。凝縮器570は、上述の貯槽286に類似し、凝縮液体213を含んでいる貯槽586を有する。
蒸気208が、気体移送ライン262から清浄システム587内に導入され得る。蒸気208は、清浄タンク585内にpH調整済み溶液212と直接接触して入れられる。例えば、蒸気208をpH調整済み溶液212の中で泡立ててもよい。このプロセスでは、不純物を蒸気208から吸収して、そこから抽出することができる。溶液212は、有機分子がその中で凝縮することを防ぐのに十分に高い温度で保持され得る。
溶液212の中で泡立てた後、残りの蒸気208を清浄タンク585から取り除き、貯槽586に送ることが可能である。凝縮液体213は、比較的低い温度で維持され得、蒸気208から有機分子を凝縮することができ得る。したがって、蒸気208を凝縮液体213の中で泡立てることができ、凝縮された有機分子は、粗製油乳剤226として凝縮液体213の上方にまとまることが可能である。非凝縮性の気体は、貯槽586から苛性スクラバ290を通って真空システム224を経由して抜くことが可能である。堰302から溢れ出た乳剤226は、ポンプ260によって貯槽から取り出され、さらに分離するために沈殿タンク228(図3を参照のこと)に送られ得る。
凝縮液体213は、pH調整済み溶液212の温度より低い温度で維持され得る。いくつかの実施形態において、凝縮液体213およびpH調整済み溶液212の組成は、同じである(例えば、凝縮液体213は、一定量のpH調整済み溶液212を含む)。しかし、他の実施形態において、凝縮液体213は、別の組成を有することもある。例えば、凝縮液体213は、中性水を含む場合がある。
本明細書に提示した根本的な原理から逸脱することなく、上述の実施形態の詳細に対して変更がなされ得ることは当業者には理解されよう。例えば、様々な実施形態またはその特徴の任意の適切な組合せが企図される。例えば、様々な実施形態は、バッチモード、連続したバッチモード、もしくは連続したモードのうちの1つまたは複数で動作するように構成可能である。他のまたはさらなる実施形態は、真空条件、大気圧条件、もしくは正圧条件のうちの1つまたは複数の下で動作するように構成されている凝縮器システムおよび/または他の構成要素(例えば、容器)を含むことが可能である。
本明細書に開示されるいずれの方法も、説明した方法を実行するための1つまたは複数のステップあるいは動作を含む。この方法のステップおよび/または動作は、互いに交換可能である。言い換えれば、ステップまたは動作の特別な順序が実施形態の適切な動作に必要でない場合、特別なステップおよび/または動作の順序および/または使用が修正可能である。
本明細書全体を通じて、「1つの実施形態」「ある実施形態」または「実施形態」に対するいずれの参照も、その実施形態と関連して説明した具体的な特徴、構造、または特性が、少なくとも1つの実施形態の中に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通じて挙げた引用句またはその変形形態が、必ずしも同様の実施形態をすべて示しているとは限らない。
同様に、実施形態の上述の説明において、様々な特徴が、本開示を簡素化する目的で単独の実施形態、図、またはその説明の中に一つにまとめられている場合があることを理解されたい。しかし、この開示の方法は、いずれの請求項もその請求項の中に明示したものよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映しているものと解釈すべきではない。むしろ、発明的な態様は、任意の上述した単独の開示の実施形態のすべての特徴よりも少ない特徴の組合せである。本明細書に説明した根本的原理から逸脱することなく、上述の実施形態の詳細に対して変更がなされ得ることは当業者には明らかであろう。
発明を実施するための形態に続く特許請求の範囲は、本明細書によって、発明を実施するための形態の中に明示的に組み込まれており、それぞれの請求項が、別個の実施形態としてそれ自体を主張している。本開示は、独立請求項の従属請求項とのすべての置換形態を含む。特徴または要素に関する用語「第1の」の特許請求項における記述は、第2のまたは追加のそのような特徴または要素の存在を必ずしも意味するわけではない。ミーンズプラスファンクション形式で具体的に挙げられた要素は、もしあるならば、米国特許法第112条第6段落により解釈すべきものと意図される。独占的な権利または特権が主張される本発明の実施形態は以下のように定められる。

Claims (65)

  1. プラスチックをリサイクルする方法であって、
    プラスチック原料を含む容器を加熱して、前記プラスチック原料の解重合をもたらすステップと、
    前記加熱済み容器から蒸気を取り除くステップであって、前記蒸気が気体状有機種および気体状無機種を含む、ステップと、
    前記蒸気をpH調整済み溶液と直接接触させて、前記有機種を凝縮するステップと、
    前記凝縮済み有機種を前記無機種から分離するステップと
    を含む方法。
  2. 前記蒸気を前記pH調整済み溶液と直接接触させるステップが、前記無機種を前記溶液内に吸収させる、請求項1に記載の方法。
  3. 前記凝縮済み有機種が、水よりも低密度であり、疎水性であり、前記凝縮済み有機種を前記無機種から分離するステップが、前記凝縮済み有機種と、前記無機種が吸収された前記pH調整済み溶液とを共通のタンクの中で保持するステップを含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記凝縮済み有機種を前記無機種から分離するステップが、前記無機種が吸収された前記pH調整済み溶液を前記タンク内で保持しながら、前記凝縮済み有機種の少なくとも一部を前記タンクの上部縁を越えて流れ出すことを可能にするステップをさらに含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記無機種から分離された前記凝縮済み有機種の少なくとも一部を沈殿タンク内に導入して、さらに追加のpH調整済み溶液を前記凝縮済み有機種から分離することを可能にするステップをさらに含む、請求項3または4に記載の方法。
  6. 前記凝縮済み有機種から分離されたpH調整済み溶液を前記タンクへと元に戻すステップをさらに含む、請求項5に記載の方法。
  7. 前記蒸気をpH調整済み溶液と直接接触させる前記ステップが、前記蒸気を前記pH調整済み溶液の中で泡立てるステップを含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記蒸気をpH調整済み溶液と直接接触させる前記ステップが、前記pH調整済み溶液を用いて前記蒸気をスプレーするステップを含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記凝縮済み有機種が、水よりも低密度であり、疎水性であり、前記凝縮済み有機種を前記無機種から分離するステップが、前記凝縮済み有機種と、前記無機種が吸収された前記pH調整済み溶液とを共通のタンクの中で保持するステップを含み、前記無機種が吸収された前記pH調整済み溶液を使用して、加熱済み容器から取り除かれた追加の蒸気をスプレーするステップをさらに含む、請求項8に記載の方法。
  10. 前記有機種が、ある分類の非極性有機分子を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記分類の非極性有機分子が、パラフィン、オレフィン、ナフテン、または芳香族化合物である、請求項10に記載の方法。
  12. 前記蒸気が、前記pH調整済み溶液中に少なくとも部分的に分配されるある種の極性有機分子をさらに含み、前記非極性有機分子を前記pH調整済み溶液中に分配された前記極性有機分子の前記一部から分離するステップをさらに含む、請求項10または11に記載の方法。
  13. 前記極性有機分子が、アルコール、ケトン、エーテル、フェノール、カルボン酸のうちの1つまたは複数を含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記有機種がある分類の極性有機分子を含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記蒸気が、同伴された金属種および同伴された半金属種のうちの1つまたは複数をさらに含み、前記凝縮済み有機種を前記1つまたは複数の同伴種から分離するステップをさらに含む、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記蒸気を前記pH調整済み溶液と直接接触させるステップが、前記1つまたは複数の同伴種を前記溶液内に吸収させ、前記凝縮済み有機種が、水より低密度であり、疎水性であり、前記凝縮済み有機種を前記1つまたは複数の同伴種から分離するステップが、前記凝縮済み有機種と、前記1つまたは複数の同伴種が吸収された前記pH調整済み溶液とを共通のタンクの中で保持するステップを含む、請求項15に記載の方法。
  17. 前記蒸気が、1つまたは複数の酸性分子種をさらに含み、前記凝縮済み有機種を前記1つまたは複数の酸性分子種から分離するステップをさらに含む、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記蒸気を前記pH調整済み溶液と直接接触させるステップが、前記1つまたは複数の酸性分子種を前記溶液内に吸収させ、前記凝縮済み有機種が、水よりも低密度であり、疎水性であり、前記凝縮済み有機種を前記1つまたは複数の酸性分子種から分離するステップが、前記凝縮済み有機種と、前記1つまたは複数の酸性分子種が吸収された前記pH調整済み溶液とを共通のタンクの中で保持するステップを含む請求項17に記載の方法。
  19. 前記1つまたは複数の酸性分子種が、無機酸性分子および有機酸性分子のうちの少なくとも1つを含む、請求項17または18に記載の方法。
  20. 前記1つまたは複数の酸性分子種が、塩酸、臭化水素酸、およびテレフタル酸のうちの少なくとも1つを含む、請求項19に記載の方法。
  21. 前記pH調整済み溶液が、酸を含む、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。
  22. 前記pH調整済み溶液によって直接接触される前記蒸気の少なくとも一部が、凝縮されないままであり、前記蒸気の前記非凝縮部分を苛性スクラバに送るステップをさらに含む、請求項1から21のいずれか一項に記載の方法。
  23. 連続したバッチモードで、追加の容器から追加の蒸気を取り除くステップと、
    前記追加の蒸気を前記pH調整済み溶液と直接接触させるステップと
    をさらに含む、請求項1から22のいずれか一項に記載の方法。
  24. 前記容器を加熱するステップが、前記プラスチック原料から前記蒸気への複数の分子種の移行の間、定常温度で加熱済み空気を前記容器の外側に供給するステップを含み、前記複数の分子種がそれぞれ所与の圧力において異なる蒸発温度を有する、請求項1から23のいずれか一項に記載の方法。
  25. プラスチック原料を負圧下で加熱して、前記プラスチック原料の解重合をもたらし、第1の構成要素および第2の構成要素を含む蒸気を生成するステップであって、前記第1の構成要素が気体状有機種を含み、前記第2の構成要素が原子種および分子種のうちの1つまたは複数を含む、ステップと、
    前記蒸気をpH調整済み溶液と直接接触させて、前記第1の構成要素の前記有機種を凝縮するステップと、
    前記凝縮済み有機種を前記第2の構成要素から分離するステップと
    を含む、プラスチックをリサイクルする方法。
  26. 前記蒸気の前記第2の構成要素の少なくとも一部は、前記蒸気が前記pH調整済み溶液と直接接触する前に気体状態である、請求項25に記載の方法。
  27. 前記蒸気をpH調整済み溶液と直接接触させるステップが、前記第2の構成要素の少なくとも一部を凝縮する、請求項26に記載の方法。
  28. 前記蒸気の前記第2の構成要素が、金属種、極性有機種、有機酸種、および無機酸種のうちの1つまたは複数を含む、請求項25から27のいずれか一項に記載の方法。
  29. 前記蒸気の前記第1の構成要素の前記有機種が、1つまたは複数の非極性有機分子種を含む、請求項25から28のいずれか一項に記載の方法。
  30. 前記蒸気を前記pH調整済み溶液と直接接触させるステップが、前記第2の構成要素の少なくとも一部を前記溶液内に吸収させ、前記第1の構成要素の前記凝縮済み有機種が、水よりも低密度であり、疎水性であり、前記凝縮済み有機種を前記第2の構成要素から分離するステップが、前記凝縮済み有機種と、前記第2の構成要素の少なくとも一部が吸収された前記pH調整済み溶液とを共通の貯槽の中で保持するステップを含む、請求項25から29のいずれか一項に記載の方法。
  31. 前記凝縮済み有機種を前記第2の構成要素から分離するステップが、前記第2の構成要素の少なくとも一部が吸収された前記pH調整済み溶液を前記貯槽の別個の部分内に保持しながら、前記凝縮済み有機種の少なくとも一部が前記貯槽の上部縁から流れ出すことを可能にするステップをさらに含む、請求項30に記載の方法。
  32. 前記蒸気をpH調整済み溶液と直接接触させる前記ステップが、前記蒸気を前記pH調整済み溶液の中で泡立てるステップを含む、請求項25から31のいずれか一項に記載の方法。
  33. 前記蒸気をpH調整済み溶液と直接接触させる前記ステップが、前記pH調整済み溶液を用いて前記蒸気をスプレーするステップを含む、請求項25から32のいずれか一項に記載の方法。
  34. 前記蒸気を前記pH調整済み溶液と直接接触させるステップが、前記第2の構成要素の少なくとも一部を前記溶液内に吸収させ、前記凝縮済み有機種が、水より低密度であり、疎水性であり、前記凝縮済み有機種を前記第2の構成要素から分離するステップが、前記凝縮済み有機種と、前記第2の構成要素の少なくとも一部が吸収された前記pH調整済み溶液とを共通の貯槽の中で保持するステップを含み、前記第2の種が吸収された前記pH調整済み溶液を用いて前記プラスチック原料から得られた追加の蒸気をスプレーするステップをさらに含む、請求項33に記載の方法。
  35. プラスチック原料を負圧下で加熱して、前記プラスチック原料の解重合をもたらし、第1の構成要素および第2の構成要素を含む蒸気を生成するステップであって、前記第1の構成要素が気体状有機種を含み、前記第2の構成要素が原子種および分子種のうちの1つまたは複数を含む、ステップと、
    前記蒸気を第1の温度でpH調整済み溶液と直接接触させて、前記蒸気の前記第2の構成要素の少なくとも一部を吸収するステップと、
    前記蒸気の前記第1の構成要素を凝縮するステップと
    を含む、プラスチックをリサイクルする方法。
  36. 前記蒸気の前記第1の構成要素を凝縮した後、前記凝縮済み有機種を前記第2の構成要素から分離するステップをさらに含む、請求項35に記載の方法。
  37. 前記蒸気の前記凝縮済み第1の構成要素と、前記蒸気の前記第2の構成要素の少なくとも一部が吸収された前記pH調整済み溶液の一部とがともに、乳剤の中に含まれており、前記凝縮済み有機種を前記pH調整済み溶液から分離するステップをさらに含む、請求項35または36に記載の方法。
  38. 前記蒸気の前記第1の構成要素を凝縮するステップが、前記蒸気の前記第1の構成要素を第2の温度でpH調整済み溶液と直接接触させるステップを含み、前記第1の温度が、前記第2の温度よりも高い、請求項35から37のいずれか一項に記載の方法。
  39. 前記蒸気の前記第2の構成要素の少なくとも一部を吸収するために使用される前記pH調整済み溶液の組成と、前記蒸気の前記第1の構成要素を凝縮するために使用される前記pH調整済み溶液の組成とが同一である、請求項38に記載の方法。
  40. 前記蒸気をpH調整済み溶液と直接接触させるステップが、前記蒸気をスプレーするステップを含む、請求項35から39のいずれか一項に記載の方法。
  41. プラスチック原料を負圧下で加熱して、前記プラスチック原料の解重合をもたらし、第1の構成要素および第2の構成要素を含む蒸気を生成するステップであって、前記第1の構成要素が気体状有機種を含み、前記第2の構成要素が原子種および分子種のうちの1つまたは複数を含む、ステップと、
    前記蒸気を第1の温度でpH調整済み溶液と直接接触させて、前記蒸気の前記第2の構成要素の少なくとも一部を吸収するステップと、
    前記蒸気を第2の温度で凝縮液体と直接接触させて、前記蒸気の前記第1の構成要素を凝縮するステップと
    を含むプラスチックをリサイクルする方法。
  42. 前記pH調整済み溶液の組成と、前記凝縮液体の組成とが同一である、請求項41に記載の方法。
  43. 前記蒸気の前記凝縮済み第1の構成要素と前記凝縮液体とがともに、乳剤の中に含まれており、前記凝縮済み有機種を前記凝縮液体から分離するステップをさらに含む、請求項41または42に記載の方法。
  44. 第1の量のプラスチック原料を含んでいる第1のカートリッジを第1の加熱プレナム内に導入するステップと、
    第2の量のプラスチック原料を含んでいる第2のカートリッジを第2の加熱プレナム内に導入するステップと、
    前記第1および第2のカートリッジの両方を加熱するステップであって、それにより、前記第1の量のプラスチック原料が第1の蒸気を産出し、前記第2の量のプラスチック原料が第2の蒸気を産出することになる、ステップと、
    前記第1および第2の蒸気を蒸気処理システム内に導入するステップと、
    前記第1および第2の蒸気を同時にpH調整済み溶液と接触させるステップと
    を含むプラスチックをリサイクルする方法。
  45. 前記第1および第2の蒸気を前記蒸気処理システム内に導入する前に、前記第1および第2の蒸気の少なくとも一部を気体移送ライン内で合成するステップをさらに含む、請求項44に記載の方法。
  46. 前記第1および第2のカートリッジの両方を加熱するステップが、第1のバーナーから前記第1の加熱プレナムに加熱済み液体を供給するステップと、前記第1のバーナーから独立している第2のバーナーから前記第2の加熱プレナムに加熱済み液体を供給するステップとを含む、請求項44または45に記載の方法。
  47. 前記第1のカートリッジを前記第1の加熱プレナムから取り除くステップと、
    第3の量のプラスチック原料を含む第3のカートリッジを前記第1の加熱プレナム内に導入するステップと、
    前記第3のカートリッジを加熱するステップであって、それにより、前記第3の量のプラスチック原料が第3の蒸気を産出することになる、ステップと
    をさらに含む、請求項46に記載の方法。
  48. 前記第3の蒸気の少なくとも一部、および前記第2の蒸気の少なくとも一部を気体移送ライン内で合成するステップと、
    前記第3および第2の蒸気の前記合成済み部分を前記蒸気処理システム内に導入するステップと
    をさらに含む、請求項47に記載の方法。
  49. 前記第2のバーナーの稼働を維持して、前記第2の容器を加熱するとともに、前記第1の加熱プレナムから前記第1のカートリッジを取り除き、前記第3のカートリッジを前記第1の加熱プレナム内に導入するステップをさらに含む、請求項47または48に記載の方法。
  50. 前記第1および第2の蒸気をpH調整済み溶液と接触させるステップが、前記第1および第2の蒸気が前記蒸気処理システム内に導入された後に行われる、請求項44から49のいずれか一項に記載の方法。
  51. プラスチック原料を含み、ポートを備える密封可能な容器と、
    前記容器を受け、前記プラスチック原料の解重合をもたらすのに十分な量で前記容器に熱を印加するように構成されている加熱システムと、
    前記容器の前記ポートと接続されて、蒸気を前記容器から前記ポートを通って気体移送システム内に移動させる気体移送システムと、
    前記気体移送システムと流体連通しており、pH調整済み溶液を含む蒸気処理システムであって、前記pH調整済み溶液と、前記気体移送システムから当該蒸気処理システム内に受け取られる蒸気との間に直接接触をもたらすように構成され、前記蒸気から有機分子種を凝縮するように構成されている、蒸気処理システムと
    を備えるプラスチックリサイクリングシステム。
  52. 前記蒸気処理システムが、前記pH調整済み溶液の少なくとも一部を含んでいる貯槽をさらに備え、前記貯槽が、前記凝縮済み有機分子種を受け取るように構成されている、請求項51に記載のシステム。
  53. 前記貯槽が堰を備え、それにより、前記凝縮済み有機分子種の少なくとも一部が、前記堰の端から流れ出て、前記pH調整済み溶液から分離されることが可能になる、請求項52に記載のシステム。
  54. 前記蒸気処理システムが、前記pH調整済み溶液を用いて第1の温度で前記蒸気をスプレーするように構成されている第1の噴霧器を備える、請求項51から53のいずれか一項に記載のシステム。
  55. 前記蒸気処理システムが、前記pH調整済み溶液を用いて第2の温度で前記蒸気をスプレーするように構成されている第2の噴霧器をさらに備え、前記第1の温度が前記第2の温度よりも高い、請求項54に記載のシステム。
  56. 前記第1の噴霧器が前記第2の噴霧器よりも下側に配置され、それにより、前記蒸気の一部が、前記第1の噴霧器によってスプレーされた後、前記第2の噴霧器に向かって上昇することになる、請求項55に記載のシステム。
  57. 前記蒸気と直接接触するために使用される前記pH調整済み溶液を前記蒸気の温度よりも低い温度で維持するように構成されている冷却システムをさらに備える、請求項51から56のいずれか一項に記載のシステム。
  58. 前記容器が密封されると、前記容器と流体連通し、前記容器を加熱中、前記容器内を負圧に維持するように構成されている真空システムをさらに備える、請求項51から57のいずれか一項に記載のシステム。
  59. 前記真空システムが、前記蒸気処理システムおよび前記気体移送システムと流体連通しており、前記プラスチックリサイクリングシステムの稼働中、前記蒸気処理システムおよび前記気体移送システム内を負圧に維持するように構成されている、請求項58に記載のシステム。
  60. 制御システムと、
    前記制御システムと通信し、前記蒸気の測定値を得るように配置されている温度センサおよび圧力センサのうちの1つまたは複数と
    をさらに備え、
    前記制御システムが、前記測定値に応答して、前記加熱システムによって前記容器に送られる熱量を調整または終了するように構成されている、
    請求項51から59のいずれか一項に記載のシステム。
  61. 沈殿タンクと、前記蒸気処理システムと流体連通しているポンプとをさらに備え、前記ポンプが、前記凝縮済み有機分子種の少なくとも一部を前記沈殿タンクに移送するように構成されている、請求項51から60のいずれか一項に記載のシステム。
  62. 環境制御装置をさらに備え、前記蒸気の非凝縮性構成要素が、凝縮器システムから前記環境制御装置に送られる、請求項51から61のいずれか一項に記載のシステム。
  63. 前記環境制御装置が、前記加熱システムの一部に、加熱された排気を供給する、請求項62に記載のシステム。
  64. プラスチック原料を含み、ポートを備える密封可能な容器と、
    前記容器を受け、前記プラスチック原料の解重合をもたらすのに十分な量で前記容器に熱を印加するように構成されている加熱システムと、
    前記容器の前記ポートと接続されて、蒸気を前記容器から前記ポートを通って気体移送システム内に移動させる気体移送システムと、
    前記気体移送システムと流体連通しており、pH調整済み溶液を含む洗浄システムであって、前記蒸気と前記pH調整済み溶液との間の直接接触をもたらして、前記蒸気から不純物を吸収するように構成されている、洗浄システムと、
    前記洗浄システムから前記蒸気の一部を受け取るように構成され、前記蒸気から有機分子種を凝縮するように構成されている蒸気処理システムと
    を備えるプラスチックリサイクリングシステム。
  65. プラスチック原料を受け取るように構成されており、真空ポートを備える密封可能な容器と、
    前記容器の少なくとも一部を受けるような大きさのプレナムと、
    前記プレナムと流体連通しているバーナーであって、前記容器が前記プレナム内で受けられると、前記容器に熱を印加して、前記プラスチック原料の少なくとも一部を蒸気に変えるように構成されている、バーナーと、
    pH調整済み溶液を含む蒸気処理システムと、
    前記容器の前記真空ポートと流体連通している真空システムと
    を備え、
    前記真空システムが、前記容器の加熱中、前記容器内を真空に維持するように構成され、前記容器から前記蒸気を取り除き、前記蒸気を前記蒸気処理システム内に導入するようにさらに構成され、前記蒸気処理システムが、前記蒸気を前記pH調整済み溶液と直接接触させて、前記蒸気の成分構成要素を互いに分離するように構成されている、
    プラスチックをリサイクルするためのシステム。
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