JP2021522401A - 汚染されたプラスチック廃棄物を分解するための方法 - Google Patents

汚染されたプラスチック廃棄物を分解するための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、汚染されたプラスチック廃棄物の分解の分野に関する。より具体的には、本発明は、汚染されたプラスチック廃棄物を分解して、それを付加価値のある産物に転換するための方法およびシステムを含む。

Description

発明の分野
本発明は、汚染されたプラスチック廃棄物の分解の分野に関する。より具体的には、本発明は、汚染されたプラスチック廃棄物を分解して、それを付加価値のある産物に転換するための方法およびシステムを含む。
背景
本明細書におけるすべての刊行物は、個々の各刊行物または特許出願が参照により組み入れられると具体的かつ個別に示された場合と同程度に、参照により組み入れられる。以下の説明は本発明の理解に有用となりうる情報を含む。それは、本明細書に提供する情報が先行技術であることもしくは本発明に関するものであることを承認するわけではなく、また、具体的もしくは暗示的に参照されるいずれかの刊行物が先行技術であることを承認するわけでもない。
プラスチック汚濁は多くの理由から世界的な環境危機である。プラスチックは分解性ではなく耐久性であるように作られる。生分解性であるように作られたものは生産コストが高いことや機能性の問題などの短所を呈し、それが、大規模に産生または使用するための課題となっている。さらに、非常にさまざまなタイプのプラスチックポリマーが存在することが、何がリサイクル可能かについて一般社会の混乱を増大させている。プラスチックコンシューマリズムは不可避であり、拡大しつづけている。既存のプラスチック汚濁が蔓延かつ遍在しているのみならず、新たなプラスチック廃棄物も警戒すべき速度で生成されている。この世界的なプラスチック廃棄物の余剰は、環境を害し、食物連鎖を汚濁する。
一般廃棄物ストリームおよび海洋デブリによくみられるコンポーネントは、汚染されたプラスチックまたは汚染されたプラスチック廃棄物である。汚染プラスチックまたは汚染プラスチック廃棄物を処理するために存在する現在の方法には、熱分解、焼却、埋立処分、および、徹底的なクリーニング後の機械的リサイクルなどがある。プラスチックの熱分解はエネルギー集約的であり、かつ、産生される燃料は低級で、有用な化学物質にするためには高額な精製段階を要する。これを経済的に実現することはできない。プラスチックの焼却は、確立に多額の先行投資を要し、かなりのパワーとメンテナンスとが必要であり、かつ、プラスチックの埋立処分と同様に、有害な環境的帰結をもたらす。これらの高額な方法は環境を汚濁し、かつ、新たな産物のための生のフィードストックとして使用されうる汚染プラスチック廃棄物材料を利用できない。消費後および工業用途後のほぼすべての汚染プラスチック廃棄物は材料回収施設に集められるが、そこでさらに汚染されることもある。機械的リサイクルは、汚染プラスチックまたは汚染プラスチック廃棄物のクリーニングに集約的な資源と労働力とを要するので、経済的に存続可能でない。
世界で生産されるプラスチックは、プロセスが経済的でないため15%未満しかリサイクルされない。米国におけるリサイクル用集積箱（recycling bin）の内容物の50%もが汚染されていると考えられており、通常は従来のリサイクルプロセスによって廃棄される。プラスチックは廃棄物回収ストリームにおける最も豊富な材料でありながら、水ボトルおよび牛乳ジャグ（milk jug）を例外としてほとんどのプラスチックは存続可能な下流市場がほとんどまたは全くないので、リサイクルに最も好ましくない材料となっている。2014年にEPAは、リサイクルされなかったプラスチックフィルムの量が360万トンだったと計算している。それ以降も、フードデリバリーおよびオンラインショッピングが広く採用されたことにより、廃棄物処理プラントにおける包装用プラスチックの量は増大している。
プラスチック汚濁のバイオレメディエーションについて多くの研究が行われているが、生物学的な方法のみでは高額かつ非効率で、スケーリングも困難である。そうした技法は、エクスビボ細胞分解（ex vivo cellular degradation）または昆虫幼生による消化も含めて、プラスチック廃棄物の処理と経済的な付加価値のある産物の産生とをつなげるには至っていない。
ゆえに、当技術分野において、公知の方法の制限を克服する汚染プラスチック廃棄物の分解を可能にする方法およびシステムに対するニーズが存在する。
以下の諸態様およびその諸局面は、範囲を限定するのではなく例示的かつ例証的であることが意図されているシステム、組成物、方法、および製造物との関連において説明および図示される。
さまざまな態様において、本発明は、汚染プラスチック廃棄物を分解するための方法であって、以下の段階を含む方法を提供する：汚染プラスチック廃棄物を反応容器に添加する段階；少なくとも1つの酸化剤を反応容器に添加する段階；および、汚染プラスチック廃棄物を、汚染プラスチック廃棄物を分解して分解混合物を産生するのに有効な条件に供する段階。
いくつかの態様において、本発明の方法は、少なくとも1つの固体触媒を反応容器に添加する段階をさらに含む。
いくつかの態様において、前記条件は、温度範囲と；気体の初期圧力範囲と；反応容器内の滞留時間とを含む。
いくつかの態様において、汚染プラスチック廃棄物は、少なくとも1つのプラスチック材料と少なくとも1つの非プラスチック材料とを含む。
いくつかの態様において、プラスチック材料は、プラスチックフィルム、プラスチック発泡体、プラスチック包装、プラスチックバッグ、プラスチックラップ、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、プラスチック材料はポリエチレンを含む。
いくつかの態様において、プラスチック材料は、超低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、架橋ポリエチレン、高密度ポリエチレン、高密度架橋ポリエチレン、高分子量ポリエチレン、超低分子量ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、非プラスチック材料は、非プラスチック有機材料、無機材料、流体、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、本発明の方法は、分解混合物を固相と液相とに分離する段階をさらに含む。
いくつかの態様において、固相は、オリゴマー、ポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、固相は少なくとも1つの固体触媒をさらに含む。
いくつかの態様において、液相は、少なくとも1つのカルボキシル基を含有する少なくとも1つの化合物を含む。
いくつかの態様において、少なくとも1つのカルボキシル基を含有する前記少なくとも1つの化合物は、少なくとも1つの有機酸である。
いくつかの態様において、本発明の方法は、前記少なくとも1つの有機酸を少なくとも1つの対応エステルに変換する段階をさらに含む。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの有機酸は、モノカルボン酸、ジカルボン酸、ポリカルボン酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの有機酸はα,ω-ジカルボン酸である。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの有機酸は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される。
いくつかの態様において、本発明の方法は、前記少なくとも1つの有機酸を分離する段階をさらに含む。
いくつかの態様において、本発明の方法は、前記少なくとも1つの対応エステルを分離する段階をさらに含む。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの固体触媒は、ゼオライト、アルミナ、シリコアルミノホスフェート、硫酸化ジルコニア、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、炭酸鉄、炭化カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの酸化剤は、酸素（O2）、一酸化窒素（NO）、亜酸化窒素（N2O）、二酸化窒素（NO2）、硝酸（HNO3）、硝酸（HNO3）水溶液、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される。
いくつかの態様において、前記温度範囲は60℃〜200℃である。
いくつかの態様において、気体は、空気、窒素（N2）、酸素（O2）、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
いくつかの態様において、気体の初期圧力は0 psi〜1000 psiである。
いくつかの態様において、反応容器内の滞留時間は、30分間〜30時間、30分間未満、および30時間超からなる群より選択される1つである。
いくつかの態様において、本発明の方法は、オリゴマー、ポリマー、およびそれらの組み合わせを反応器内までフィードして戻す段階をさらに含む。
いくつかの態様において、液相は前記少なくとも1つの酸化剤をさらに含む。
いくつかの態様において、本発明の方法は、前記少なくとも1つの酸化剤を収集および再生する段階をさらに含む。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの対応エステルは、コハク酸ジメチル、グルタル酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、ピメリン酸ジメチル、スベリン酸ジメチル、アゼライン酸ジメチル、セバシン酸ジメチル、ウンデカン二酸ジメチル、ドデカン二酸ジメチル、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される。
本明細書に説明するいくつかの態様は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、およびアゼライン酸、またはそれらの塩もしくはエステルと；シュウ酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、2-オクテン二酸、2-ノネン二酸、2-デセン二酸、および2-ウンデセン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つとを含む組成物に関する。
いくつかの態様において、コハク酸は約5〜約18 wt%の量で存在し、グルタル酸は約8〜約28 wt%の量で存在し、アジピン酸は約10〜約29 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約10〜約20 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約8〜約13 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ、シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約9〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約1〜約10 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約1〜約8 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する。
いくつかの態様において、コハク酸は約10〜約11 wt%の量で存在し、グルタル酸は約15〜約18 wt%の量で存在し、アジピン酸は約16〜約18 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約15〜約17 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約10〜約12 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ、シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約13〜約15 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約5〜約9 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約3〜約6 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば約1〜約3 wt%の量で存在し、トリデカン二酸は存在するならば約0.5〜約1.5 wt%の量で存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する。
いくつかの態様において、コハク酸は約5〜約40 wt%の量で存在し、グルタル酸は約8〜約27 wt%の量で存在し、アジピン酸は約10〜約29 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約10〜約20 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約1〜約13 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ、シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約4〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば最大約10 wt%まで存在し、ウンデカン二酸は存在するならば最大約8 wt%まで存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する。
いくつかの態様において、組成物は、ニトロ-スベリン酸、ニトロ-アゼライン酸、ニトロ-セバシン酸、ニトロ-ウンデカン二酸、ニトロ-ドデカン二酸、ニトロ-ブラシル酸、ニトロ-テトラデカン二酸、ニトロ-ペンタデカン二酸、ニトロ-ヘキサデカン二酸、ニトロ-ヘプタデカン二酸、ニトロ-オクタデカン二酸、ニトロ-ノナデカン二酸、もしくはニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つをさらに含んでもよい。いくつかの態様において、ジカルボン酸は、2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、もしくは2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルである。
本明細書に説明するいくつかの態様は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、およびアゼライン酸、またはそれらの塩もしくはエステルと、単一のニトロ基で置換された少なくとも1つのC8〜C20ジカルボン酸、またはそれらの塩もしくはエステルとを含む組成物に関する。
いくつかの態様において、単一のニトロ基で置換されたC8〜C20ジカルボン酸は、ニトロ-スベリン酸、ニトロ-アゼライン酸、ニトロ-セバシン酸、ニトロ-ウンデカン二酸、ニトロ-ドデカン二酸、ニトロ-ブラシル酸、ニトロ-テトラデカン二酸、ニトロ-ペンタデカン二酸、ニトロ-ヘキサデカン二酸、ニトロ-ヘプタデカン二酸、ニトロ-オクタデカン二酸、ニトロ-ノナデカン二酸、およびニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルであってもよい。いくつかの態様において、C8〜C20ジカルボン酸は、2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、もしくは2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルである。
いくつかの態様において、単一のニトロ基で置換された前記少なくとも1つのC8〜C20ジカルボン酸は、組成物中に最大1 wt%まで存在してもよい。
いくつかの態様において、組成物は、シュウ酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、2-オクテン二酸、2-ノネン二酸、2-デセン二酸、および2-ウンデセン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つをさらに含んでもよい。
いくつかの態様において、コハク酸は約5〜約18 wt%の量で存在してもよく、グルタル酸は約8〜約28 wt%の量で存在し、アジピン酸は約10〜約29 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約10〜約20 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約8〜約13 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ、シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在してもよく、スベリン酸は存在するならば約9〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約1〜約10 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約1〜約8 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する。
いくつかの態様において、コハク酸は約10〜約11 wt%の量で存在し、グルタル酸は約15〜約18 wt%の量で存在し、アジピン酸は約16〜約18 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約15〜約17 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約10〜約12 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ、シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約13〜約15 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約5〜約9 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約3〜約6 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば約1〜約3 wt%の量で存在し、トリデカン二酸は存在するならば約0.5〜約1.5 wt%の量で存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する。
いくつかの態様において、コハク酸は約5〜約40 wt%の量で存在し、グルタル酸は約8〜約27 wt%の量で存在し、アジピン酸は約10〜約29 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約10〜約20 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約1〜約13 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し、かつ；シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約4〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば最大約10 wt%まで存在し、ウンデカン二酸は存在するならば最大約8 wt%まで存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する。
いくつかの態様において、酸は、少なくとも部分的にアルカリ金属塩の形態であってもよい。
いくつかの態様において、酸は、少なくとも部分的にエステルの形態であってもよい。
いくつかの態様において、エステルはC1〜4アルキルエステルであってもよい。
いくつかの態様において、酸は遊離酸の形態であってもよい。
本明細書に説明するいくつかの態様は、プラスチック廃棄物を分解するための方法であって、以下の段階を含む方法に関する：a. プラスチック廃棄物を反応容器に添加する段階；b. 硝酸（HNO3）水溶液を反応容器に添加して混合物をもたらす段階であって、プラスチック廃棄物と硝酸水溶液との重量比が1:3より大きい、段階；c. b.で得られた混合物を、プラスチック廃棄物を分解して分解産物を産生するのに有効な条件に供する段階であって、分解産物が、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、およびアゼライン酸と、シュウ酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、2-オクテン二酸、2-ノネン二酸、2-デセン二酸、および2-ウンデセン二酸のうちの少なくとも1つとを含む段階。
本明細書に説明するいくつかの態様は、プラスチック廃棄物を分解するための方法であって、以下の段階を含む方法に関する：a. プラスチック廃棄物を反応容器に添加する段階；b. 硝酸（HNO3）水溶液を反応容器に添加して混合物をもたらす段階であって、プラスチック廃棄物と硝酸水溶液との重量比が1:3より大きい、段階；c. b.で得られた混合物を、プラスチック廃棄物を分解して分解産物を産生するのに有効な条件に供する段階であって、分解産物が、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、およびアゼライン酸と、単一のニトロ基で置換されたC8〜C20ジカルボン酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つとを含む段階。
いくつかの態様において、単一のニトロ基で置換された前記少なくとも1つのC8〜C20ジカルボン酸は、ニトロ-スベリン酸、ニトロ-アゼライン酸、ニトロ-セバシン酸、ニトロ-ウンデカン二酸、ニトロ-ドデカン二酸、ニトロ-ブラシル酸、ニトロ-テトラデカン二酸、ニトロ-ペンタデカン二酸、ニトロ-ヘキサデカン二酸、ニトロ-ヘプタデカン二酸、ニトロ-オクタデカン二酸、ニトロ-ノナデカン二酸、もしくはニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルであってもよい。いくつかの態様において、C8〜C20ジカルボン酸は、2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、もしくは2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルである。
いくつかの態様において、単一のニトロ基で置換された前記少なくとも1つのC8〜C20ジカルボン酸は、組成物中に最大1 wt%まで存在してもよい。
いくつかの態様において、プラスチック廃棄物はポリエチレンを含んでもよい。
いくつかの態様において、プラスチック廃棄物は少なくとも1つの非プラスチック廃棄物をさらに含む。
いくつかの態様において、硝酸は10〜90 wt%の濃度を有してもよい。
いくつかの態様において、硝酸は約67〜約70 wt%の濃度を有してもよい。
いくつかの態様において、プラスチック廃棄物と硝酸との重量比は1:10〜1:100であってもよい。
いくつかの態様において、プラスチック廃棄物を分解するための方法は、少なくとも1つの固体触媒を反応容器に添加する段階をさらに含んでもよい。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの固体触媒は、ゼオライト、アルミナ、シリコアルミノホスフェート、硫酸化ジルコニア、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、炭酸鉄、炭化カルシウム、またはそれらの組み合わせであってもよい。
いくつかの態様において、前記有効な条件は、約60℃〜約200℃の温度範囲を含んでもよい。
いくつかの態様において、前記有効な条件は、反応容器内の滞留時間が約1時間〜約10時間であるバッチプロセスを含んでもよい。
いくつかの態様において、前記有効な条件は、反応容器内の滞留時間が約3時間〜約6時間であるバッチプロセスを含んでもよい。
いくつかの態様において、前記有効な条件は連続プロセスを含んでもよい。
いくつかの態様において、連続プロセスは、反応容器へのプラスチック廃棄物および硝酸水溶液の連続添加と、分解産物の連続除去とを含んでもよい。いくつかの態様において、プラスチック廃棄物および硝酸水溶液は、スクリューコンベヤを通じて反応容器に連続的に添加される。いくつかの態様において、分解産物は、スクリューコンベヤを通じて反応容器から連続的に除去される。
いくつかの態様において、分解産物は、約5〜約18 wt%の量で存在するコハク酸と、約8〜約28 wt%の量で存在するグルタル酸と、約10〜約29 wt%の量で存在するアジピン酸と、約10〜約20 wt%の量で存在するピメリン酸と、約8〜約13 wt%の量で存在するアゼライン酸とを含み；かつ、シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約9〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約1〜約10 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約1〜約8 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在する。
いくつかの態様において、分解産物は、約10〜約11 wt%の量で存在するコハク酸と、約15〜約18 wt%の量で存在するグルタル酸と、約16〜約18 wt%の量で存在するアジピン酸と、約15〜約17 wt%の量で存在するピメリン酸と、約10〜約12 wt%の量で存在するアゼライン酸とを含んでもよく；かつ、シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約13〜約15 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約5〜約9 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約3〜約6 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば1〜3 wt%の量で存在し、トリデカン二酸は存在するならば約0.5〜約1.5 wt%の量で存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在する。
いくつかの態様において、コハク酸は約5〜約40 wt%の量で存在し、グルタル酸は約8〜約27 wt%の量で存在し、アジピン酸は約10〜約29 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約10〜約20 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約1〜約13 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し、かつ；シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約4〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば最大約10 wt%まで存在し、ウンデカン二酸は存在するならば最大約8 wt%まで存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する。
いくつかの態様において、前記有効な条件はゼオライト触媒の存在をさらに含む。
いくつかの態様において、本発明の方法は、分解産物を単離する段階をさらに含む。いくつかの態様において、分解産物は、不溶性産物の除去によって単離されてもよい。いくつかの態様において、不溶性産物の除去は濾過によって行われる。
いくつかの態様において、本発明の方法は、溶媒の蒸発をさらに含んでもよい。いくつかの態様において、溶媒は硝酸を含んでもよい。
本明細書に説明するいくつかの態様は、ポリエチレンを分解するための方法であって、以下の段階を含む方法に関する：反応器内でポリエチレンを酸化剤と反応させて反応産物と反応気体とを産生する段階；反応気体から酸化剤を回収するため反応気体を吸収ユニットに供給する段階；および、酸化剤を吸収ユニットから反応器にリサイクルする段階。
いくつかの態様において、酸化剤は硝酸であってもよい。
いくつかの態様において、反応産物はジカルボン酸を含んでもよい。
いくつかの態様において、反応産物は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、およびアゼライン酸、またはそれらの塩もしくはエステルと；シュウ酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、2-オクテン二酸、2-ノネン二酸、2-デセン二酸、および2-ウンデセン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つとを含んでもよい。
いくつかの態様において、反応産物は、2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、および2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つを含んでもよい。
いくつかの態様において、反応産物は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、およびアゼライン酸と；単一のニトロ基で置換されたC8〜C20ジカルボン酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つとを含んでもよい。
いくつかの態様において、単一のニトロ基で置換されたC8〜C20ジカルボン酸は、ニトロ-スベリン酸、ニトロ-アゼライン酸、ニトロ-セバシン酸、ニトロ-ウンデカン二酸、ニトロ-ドデカン二酸、ニトロ-ブラシル酸、ニトロ-テトラデカン二酸、ニトロ-ペンタデカン二酸、ニトロ-ヘキサデカン二酸、ニトロ-ヘプタデカン二酸、ニトロ-オクタデカン二酸、ニトロ-ノナデカン二酸、もしくはニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルであってもよい。いくつかの態様において、C8〜C20ジカルボン酸は、2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、もしくは2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルである。
いくつかの態様において、本発明の方法は、塩酸、臭化水素酸、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、ゼオライト、アルミナ、シリコアルミノホスフェート、炭酸鉄、炭化カルシウム、硫酸化ジルコニア、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される触媒でポリエチレンと酸化剤とを反応させる段階をさらに含んでもよい。
いくつかの態様において、本発明の方法は、分離ユニット内で酸化剤から反応産物を分離する段階をさらに含んでもよい。いくつかの態様において、本発明の方法は、分離ユニットから回収された酸化剤を反応器にリサイクルする段階をさらに含んでもよい。いくつかの態様において、本発明の方法は、酸化剤を反応器にリサイクルする段階の前に、分離ユニットから回収された酸化剤を濃縮する段階をさらに含んでもよい。
いくつかの態様において、本発明の方法は、反応気体を吸収ユニットに供給する段階の前に、反応気体を空気、エンリッチドエア（enriched air）、または酸素と混合する段階をさらに含んでもよい。
いくつかの態様において、ポリエチレンと酸化剤とは、反応器内で約60℃〜約200℃の温度で反応されてもよい。
いくつかの態様において、反応器内におけるポリエチレンの質量と酸化剤の質量との比は1:3〜1:100であってもよい。いくつかの態様において、反応器内におけるポリエチレンの質量と酸化剤の質量との比は1:10〜1:100であってもよい。
本明細書に説明するいくつかの態様は、ポリエチレンと酸化剤との反応を行って反応産物と反応気体とを産生するように構成された反応器と；反応気体から酸化剤を回収して酸化剤を反応器に戻すように構成された吸収ユニットと；酸化剤から反応産物を分離するように構成された分離ユニットとを含む、ポリエチレンを分解するためのシステムに関する。
いくつかの態様において、分離ユニットは蒸発器を含んでもよい。いくつかの態様において、蒸発器は、ワイプトフィルム式（wiped-film）蒸発器、流下フィルム式蒸発器、強制循環式蒸発器、またはフラッシュ式蒸発器であってもよい。
いくつかの態様において、分離ユニットは酸化剤ハーベスターをさらに含んでもよい。
いくつかの態様において、酸化剤ハーベスターは、クロマトグラフィカラム、晶析器、液液抽出器、およびNutscheフィルター乾燥機の群より選択されてもよい。
いくつかの態様において、分離ユニットは乾燥機をさらに含んでもよい。
いくつかの態様において、反応器は撹拌槽型反応器を含んでもよい。
いくつかの態様において、反応器は、ポリエチレンをブレンドおよび破壊するように構成された細断ブレードを含んでもよい。
いくつかの態様において、反応器は、ポリエチレンを反応器内までまたは反応器を通って運搬するように構成されたスクリューコンベヤを含んでもよい。
いくつかの態様において、分離ユニットは、分離された酸化剤を反応器にリサイクルするように構成されてもよい。
いくつかの態様において、本発明のシステムは、酸化剤を吸収ユニットから反応器にリサイクルする前に酸化剤を濃縮するように構成された蒸留ユニットをさらに含んでもよい。
いくつかの態様において、本発明のシステムは、反応器からの反応気体を凝縮するための凝縮器をさらに含んでもよい。
例示的態様を参照図面に図示する。本明細書に開示する態様および図面は、制限的ではなく例示的なものとみなされることが意図されている。
本発明のさまざまな態様に基づく、汚染プラスチック廃棄物を分解するための本発明のシステムの略線図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、エステル形態の二塩基酸を示しているPEフィルム酸化産物のクロマトグラムである。 図３ＡおよびＢは、本発明のさまざまな態様に基づく、樹脂サンプルの熱分解パターン（図3A）と純LDPEおよび廃棄PEフィルムの熱分解パターン（図3B）とを対比させたTGA曲線である。 本発明のさまざまな態様に基づく、廃棄PEフィルムの結晶挙動と樹脂産物の結晶挙動とを対比させたDSC曲線である。 本発明のさまざまな態様に基づく、ケミカルリサイクルプロセスのフローダイアグラムである。 本発明のさまざまな態様に基づく、連続撹拌槽型反応器（CSTR）によるケミカルリサイクル反応器を示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、ケミカルリサイクル用の連続撹拌槽型反応器系列を示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、ケミカルリサイクル用の重力分離反応器を示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、ケミカルリサイクル用の長時間滞留型プラグフロー反応器を示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、ケミカルリサイクル用のスクリュー反応器を示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、水性酸化剤から固体産物を分離するための基本的な分離ユニットを示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、水性酸化剤から固体産物を分離するための分離ユニットを示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、遠心分離および濾過と反応器への酸化剤再導入とを伴う分離ユニットを示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、遠心分離と反応器への酸化剤再導入とを伴う分離ユニットを示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、蒸発または濃縮を伴わない分離ユニットを示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、産物および酸化剤に直接分離するための分離ユニットを示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、濾過および乾燥を単一の段階に組み合わせた分離ユニットを示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、反応気体の捕捉と酸化剤への再変換を行うための基本的な吸収ユニットを示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、ハイブリッド反応器・吸収ユニットを示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、触媒ガススクラビング還流凝縮器を示した図である。 本発明のさまざまな態様に基づく、ポリエチレンを反応産物に変換する方法のフローダイアグラムである。 本発明のさまざまな態様に基づく、液体クロマトグラフィ質量分析（LCMS）によって反応産物中で検出されたさまざまなジカルボン酸を示した表である。 本発明のさまざまな態様に基づく、液体クロマトグラフィ質量分析（LCMS）によって反応産物中で検出されたさまざまなジカルボン酸を示した表である。 本発明のさまざまな態様に基づく、液体クロマトグラフィ質量分析（LCMS）によって反応産物中で検出されたさまざまなジカルボン酸を示した表である。 本発明のさまざまな態様に基づく、反応産物中のジカルボン酸のメチルエステルの分析を示したグラフである。 本発明のさまざまな態様に基づく、異なる温度におけるジカルボン酸の収率を示したグラフである。
発明の詳細な説明
本明細書に引用するすべての参照物は、そのすべてが記述された場合と同様に、その全内容が参照により組み入れられる。別段の定義がない限り、本明細書において用いるすべての技術用語および科学用語は、本発明の分野の当業者によって広く理解されるのと同じ意味を有する。
当業者には、本発明の実施に用いられうる、本明細書に説明するものと同様または等価である多数の方法および材料が認識されるであろう。以下の詳細な説明を、本発明の諸態様のさまざまな特徴を例として図示する添付の図面と併せて読むことにより、本発明の他の特徴および利点も明らかになるであろう。事実、本発明は、本明細書に説明する方法および材料に何ら限定されるわけではない。便宜上、本明細書、実施例、および特許請求の範囲において使用する特定の用語をここにまとめた。
別段の記述があるかまたは文脈から明白であるのでない限り、以下の用語および句は、下記に提供する意味を含む。別段の明示があるかまたは文脈から明らかであるのでない限り、下記の用語および句は、その用語または句が当該技術分野において獲得してきた意味を排除しない。別段の定義がない限り、本明細書において用いるすべての技術用語および科学用語は、本発明の分野の当業者によって広く理解されるのと同じ意味を有する。理解されるべき点として、本発明は、本明細書に説明する特定の方法論、プロトコル、および試薬などに限定されるわけではなく、それらはさまざまでありうる。本明細書において用いる定義および用語法は、特定の態様の説明を助けるために提供されるのであり、特許請求される本発明を限定することは意図されていない；本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるからである。
本明細書において用いる「含む（comprising）」または「含む（comprises）」という用語は、ある1つの態様に有用である組成物、方法、システム、製造物、およびそれらの各コンポーネントへの参照において用いられるが、指定されない要素を、それが有用か否かにかかわらず、含むことを妨げない。当業者に理解されるであろう点として、一般的に、本明細書において用いる用語は概して「オープンな」用語として意図されている（例えば、「含有する（including）」という用語は「含んでいるがそれに限定されるわけではない」として解釈されるべきであり、「有する（having）」という用語は「少なくとも有している」として解釈されるべきであり、「含有する（includes）」という用語は「含むがそれに限定されるわけではない」として解釈されるべきである、など）。本明細書において用いる「含む（comprising）」または「含む（comprises）」という用語は、提示される、定義された要素に加えて、他の要素もまた存在してもよいことを意味する。「含む」の使用は、限定ではなく包含を示す。オープンエンドの用語「含む」は、含む、含有する、または有するなどの用語の同義語として、本発明を説明および特許請求するために本明細書において用いられるが、代替的に、本発明またはその諸態様が、「〜からなる（consisting of）」または「本質的に〜からなる（consisting essentially of）」などの代替的用語を用いて説明される可能性もある。
別段の記述がない限り、本出願の特定の態様を説明する文脈において（特に特許請求の文脈において）用いられる、「1つの（a）」、「1つの（an）」、および「その（the）」という用語、ならびに同様の参照は、単数形および複数形の両方をカバーするものと解釈されうる。本明細書における値の範囲の詳述は、その範囲内に入る別々の各値を個別に参照することを簡略化した方法として役立つよう意図されているにすぎない。本明細書において別段の提示がない限り、個々の各値は、本明細書において個別に詳述された場合と同様に、本明細書に組み込まれる。本明細書に説明するすべての方法は、本明細書において別段の提示がなされるかまたは文脈によって明らかに否定されるのでない限り、任意の好適な順序で行われうる。本明細書において特定の態様に関して提供される、例および例示的言語（例えば「〜など（such as）」）の使用はいずれも、本出願をより明確にすることを意図しているにすぎず、特許請求される本出願の範囲に対する限定をもたらすわけではない。「例えば（e.g.）」という省略形はラテン語 exempli gratia に由来し、本明細書において非限定的な例を示すために用いられる。ゆえに、「例えば（e.g.）」という省略形は「例えば（for example）」という用語と同義である。本明細書におけるいかなる言葉も、本出願の実施に不可欠な、特許請求されない要素を示すものとして解釈されるべきでない。
本明細書に開示する本発明の代替的要素または態様のグループ分けは、限定として解釈されるべきでない。各グループメンバーは、個別に参照および特許請求される可能性があり、または、そのグループの他のメンバーもしくは本明細書に記載される他の要素との任意の組み合わせにおいて参照および特許請求される可能性がある。1つのグループの1つまたは複数のメンバーが、利便性および／または特許性の理由により、1つのグループに含まれるかまたは1つのグループから削除される可能性がある。そうした包含または削除が生じた場合、本明細書は、改変されたそのグループを含有しゆえに添付の特許請求の範囲において用いられるすべてのマルクーシュグループの記載を満たすものとみなされる。
「任意の」または「任意で」は、それに続いて説明される状況が生じてもまたは生じなくてもよいことを意味し、したがってその説明は、その状況が生じる事例と生じない事例とを含む。
本明細書において用いる「置換される」という用語は、置換される成分上の水素原子のうち1つまたは複数（典型的に1つ、2つ、3つ、4つ、または5つ）を、下記の「置換基」の定義において列挙する置換基の群より独立的に選択される置換基またはその他指定される置換基で独立的に置き換えることを指す。一般に、非水素置換基は、置換対象として指定される所与の成分の原子に結合されうる任意の置換基であってよい。置換基の例には、非限定的に、アシル、アシルアミノ、アシルオキシ、アルデヒド、脂環、脂肪族、アルカンスルホンアミド、アルカンスルホニル、アルカリル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシカルボニル、アルキル、アルキルアミノ、アルキルカルバノイル（alkylcarbanoyl）、アルキレン、アルキリデン、アルキルチオ、アルキニル、アミド（amide）、アミド（amido）、アミノ、アミジン、アミノアルキル、アルアルキル、アラルキルスルホンアミド、アレーンスルホンアミド、アレーンスルホニル、芳香族、アリール、アリールアミノ、アリールカルバノイル（arylcarbanoyl）、アリールオキシ、アジド、カルバモイル、カルボニル、ケトン類を含むカルボニル類、カルボキシ、カルボキシレート類、CF3、シアノ（CN）、シクロアルキル、シクロアルキレン、エステル、エーテル、ハロアルキル、ハロゲン、ハロゲン、ヘテロアリール、ヘテロシクリル、ヒドロキシ、ヒドロキシアルキル、イミノ、イミノケトン、ケトン、メルカプト、ニトロ、オキサアルキル、オキソ、オキソアルキル、ホスホリル（ホスホネートおよびホスフィネートを含む）、シリル基類、スルホンアミド（sulfonamido）、スルホニル（スルフェート、スルファモイル、およびスルホナートを含む）、チオール類、ならびにウレイド成分が含まれ、その各々もまた任意で置換されるかまたは置換されなくてもよい。いくつかのケースにおいて、2つの置換基が、それらの結合先である炭素とともに、環を形成してもよい。いくつかのケースにおいて、2つまたはそれ以上の置換基が、それらの結合先である炭素とともに、1つまたは複数の環を形成してもよい。
置換基は必要に応じて保護されてもよく、かつ、当技術分野において広く用いられている任意の保護基が使用されてもよい。保護基の非限定的な例は、例えばGreene and Wuts, Protective Groups in Organic Synthesis, 44th. Ed., Wiley & Sons, 2006に見いだされうる。
「カルボキシ」という用語はラジカル -C(O)O- を意味する。留意される点として、カルボキシ成分を含有する、本明細書に説明する化合物は、その保護された誘導体、すなわち酸素が保護基で置換されたものを含みうる。カルボキシ成分に対する好適な保護基には、ベンジル、tert-ブチル、メチル、およびエチルなどが含まれる。「カルボキシル」という用語は -COOH を意味する。
「ポリマー」という用語は、一緒に結合された多数の類似単位（例えばモノマー単位）から主にまたは完全になる分子構造を有する、物質、化合物、または化合物の混合物を意味する。そのうち、線状ポリマーは、炭素-炭素結合の長いストリングからなるので直鎖とも呼ばれる；分岐ポリマーは、ポリマー鎖に沿った不規則な間隔で分枝を有する；架橋ポリマーは、共有結合、イオン結合、またはH-結合を介してポリマー鎖を接続する分枝を含有する；置換されてもよいポリマーは、炭化水素鎖の主鎖に沿ったランダムな点に官能性を含有するポリマーであって、主鎖にリンクした水素原子のうちの1つまたは複数が、本明細書における「置換基」の定義において提供される置換基の群より独立的に選択される置換基またはその他指定される置換基で置換されてもよいが必ずしも置換されなくてよい、ポリマーである。そうしたポリマーは、概して、主鎖に沿った規則的な置換パターンを呈さないので、置換されてもよい、と言われる；付加ポリマーは成長中のポリマー鎖にモノマーを付加することによって形成される；縮合ポリマーは重合反応中に小分子が出て縮合した時に形成される；ホモポリマーは単一モノマーを重合することによって形成される；コポリマーは1つより多いモノマーを重合することによって形成される；合成ポリマーは化学反応を通じて合成される；天然ポリマーは天然由来であり、抽出されうる；バイオポリマーは生物によって産生され、修飾されるかまたは天然のままである；有機ポリマーはポリマー鎖の主鎖中に炭素原子を含有するポリマーである。
「オリゴマー」という用語は、一緒に結合された少数の類似単位（例えばモノマー単位）から主にまたは完全になる分子構造を有する、物質、化合物、または化合物の混合物を意味する。
「プラスチック」という用語は、軟性である間に型に入れて成形でき、次に剛性、半弾性、または弾性の形態に定めることができる、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミドなど広範な有機ポリマーを含む合成材料を意味する。
「約」という用語は、詳述された数字の±10%を意味する。例えば、「約100」は包含的に90〜110を意味する。
本発明のさまざまな非限定的態様
公知の方法およびシステムの限界を克服する、汚染プラスチック廃棄物の分解を可能にする方法およびシステムを提供することが、本発明の1つの目的である。
図1を参照すると、本発明の諸態様に基づく、汚染された廃棄プラスチックを分解するための反応器システムが図示されている；図中の類似の数字は類似の部品を表す。
図1を参照すると、少なくとも1つの酸化剤（1）と汚染プラスチック廃棄物（2）とが反応器1に入り、反応器1は次に望ましい温度まで加熱される。反応中、内容物は揺動または撹拌され、そして蒸気は凝縮されて液体に戻される。凝縮器をすり抜けた気体（3）は、酸化剤（5）を再生するため汚染緩和システム（8）内に導かれる。他のオフガス（4）はスクラブされる。二塩基酸を運んでいる水性の産物ストリーム（6）が蒸留1に入り、酸化剤がエンリッチャー（Enricher）内において蒸留および収集される。酸化剤（5）および酸化剤（7）は組み合わせられてエンリッチャーに入り、エンリッチャーは酸化剤（9）を望ましい開始濃度に調整する。蒸留の終了近くで、二塩基酸のスラリー（10）および残留酸化剤が反応器2内に移送され、そこでエステル化のためメタノール（11）が添加される。二塩基エステルと余剰のメタノールと残留酸化剤とを運んでいる産物ストリーム（12）が蒸留2に入り、そこでその3タイプの出力（13、14、15）が分離される。いくつかの態様において、図1に示す反応器システムは、バッチプロセス、連続プロセス、実質的な連続プロセス、および／または半連続プロセスに対応できるよう改変されてもよい。
他の有用なフロースキームも本発明のさまざまな態様によって企図されている。
さまざまな態様において、本明細書に説明する方法（プロセス）および／またはシステムにおいて用いられてもよい設備は、従来の反応器、配管などを含む。その設備は、大きくてもまたは小さくてもよいプロセスプラントでの使用になじみやすくかつ経済的である。
さまざまな態様において、本発明は、汚染プラスチック廃棄物を分解するための方法であって、以下の段階を含む方法を提供する：汚染プラスチック廃棄物を第一反応容器に添加する段階；少なくとも1つの酸化剤を第一反応容器に添加する段階；第一反応容器内において、汚染プラスチック廃棄物を、汚染プラスチック廃棄物を分解して分解混合物を産生するのに有効な条件に供する段階。いくつかの態様において、本発明の方法は、少なくとも1つの第一オフガスを産生する段階をさらに含む。いくつかの態様において、本発明の方法は、酸化剤を収集および再生する段階をさらに含む。いくつかの態様において、本発明の方法は、分解混合物を第一蒸留ユニットに移送する段階をさらに含む。いくつかの態様において、本発明の方法は、分解混合物から酸化剤の少なくとも一部分を除去して分解スラリーを形成する段階をさらに含む。いくつかの態様において、分解スラリーは、少なくとも1つのカルボキシル基を含有する少なくとも1つの化合物と、少なくとも1つの残留酸化剤とを含む。いくつかの態様において、少なくとも1つのカルボキシル基を含有する前記少なくとも1つの化合物は、少なくとも1つの有機酸である。いくつかの態様において、本発明の方法は、分解スラリーを第二反応容器に移送する段階をさらに含む。いくつかの態様において、本発明の方法は、少なくとも1つのアルコールを第二反応容器に添加してエステル化反応混合物を形成する段階；および、エステル化反応混合物を、エステル化産物混合物を形成するのに有効な条件に供する段階；をさらに含む。いくつかの態様において、エステル化産物混合物は、少なくとも1つの残留酸化剤と、少なくとも1つのアルコールと、少なくとも1つのエステルとを含む。いくつかの態様において、本発明の方法は、エステル化産物混合物を第二蒸留ユニットに移送する段階をさらに含む。いくつかの態様において、本発明の方法は、第二蒸留ユニット内のエステル化産物混合物を、残留酸化剤の廃棄物ストリームと、エステルストリームと、アルコールストリームとに分離する段階をさらに含む。いくつかの態様において、エステルストリームは、少なくとも1つのエステル形態における少なくとも1つの有機酸を含む。いくつかの態様において、本発明の方法は、少なくとも1つの固体触媒を第一反応容器に添加する段階をさらに含む。いくつかの態様において、本発明の方法は、少なくとも1つの固体触媒を第一反応容器に任意で添加する段階を含む。いくつかの態様において、本発明の方法は、少なくとも1つの固体触媒を第一反応容器に添加する段階を含んでもよい。
さまざまな態様において、本発明は、汚染プラスチック廃棄物を分解するための方法であって、以下の段階を含む方法を提供する：汚染プラスチック廃棄物を反応容器に添加する段階；少なくとも1つの酸化剤を反応容器に添加する段階；および、汚染プラスチック廃棄物を、汚染プラスチック廃棄物を分解して分解混合物を産生するのに有効な条件に供する段階。いくつかの態様において、本発明の方法は、少なくとも1つの固体触媒を反応容器に添加する段階をさらに含む。いくつかの態様において、本発明の方法は、少なくとも1つの固体触媒を反応容器に任意で添加する段階を含む。いくつかの態様において、本発明の方法は、少なくとも1つの固体触媒を反応容器に添加する段階を含んでもよい。いくつかの態様において、前記条件は、温度範囲と；気体の初期圧力範囲と；反応容器内の滞留時間とを含む。
さまざまな態様において、本発明は、汚染プラスチック廃棄物を分解するための方法であって、以下の段階を含む方法を提供する：汚染プラスチック廃棄物を反応容器に添加する段階；少なくとも1つの酸化剤を反応容器に添加する段階；少なくとも1つの固体触媒を反応容器に任意で添加する段階；および、汚染プラスチック廃棄物を、汚染プラスチック廃棄物を分解して分解混合物を産生するのに有効な条件に供する段階。いくつかの態様において、前記条件は、温度範囲と；気体の初期圧力範囲と；反応容器内の滞留時間とを含む。
さまざまな態様において、本発明は、汚染プラスチック廃棄物を分解するための方法であって、汚染プラスチック廃棄物を反応容器に添加する段階；少なくとも1つの酸化剤を反応容器に添加する段階；少なくとも1つの固体触媒を反応容器に任意で添加する段階；および、汚染プラスチック廃棄物を、汚染プラスチック廃棄物を分解して分解混合物を産生するのに有効な条件に供する段階を含み；前記条件が、温度範囲と；気体の初期圧力範囲と；反応容器内の滞留時間とを含む方法を提供する。
いくつかの態様において、本発明の方法は、バッチプロセス、連続プロセス、実質的な連続プロセス、および半連続プロセスからなる群より選択される。
いくつかの態様において、本発明は、第一反応容器と、凝縮器と、汚染緩和ユニットと、エンリッチャーユニットと、第一蒸留ユニットと、第二反応容器と、第二蒸留ユニットとを含み；第一反応容器は凝縮器および第一蒸留ユニットに接続され；凝縮器は汚染緩和ユニットおよび第一反応容器に接続され；汚染緩和ユニットはエンリッチャーユニットに接続され；エンリッチャーユニットは汚染緩和ユニットに接続され；第一蒸留ユニットはエンリッチャーユニットおよび第二反応容器に接続され；第二反応容器は第二蒸留ユニットに接続され；かつ、第二蒸留ユニットは第二反応容器に接続される、汚染プラスチック廃棄物を分解するためのシステムを提供する。
反応容器
本発明のプロセスおよび／または方法に用いるのに好適な反応容器（例えば、本発明の方法および／またはプロセスがその中で行われる、反応器、ガラス内張反応器、ガラスフラスコ、コンテナなど）の非限定例は、一般的に閉鎖され（周囲の環境空気に対して開放されない）、そして任意で、加圧可能な反応器である；特に本発明に基づくバッチプロセス、連続プロセス、実質的な連続プロセス、または半連続プロセスに好適な、非限定的なタイプの閉鎖式加圧可能反応器には、Parr Instrument Company、Amar Equipments、Buchiglas、およびBerghof社の反応器およびオートクレーブが含まれる。いくつかの態様において、反応容器は加圧される。いくつかの態様において、反応容器は加圧されない。
いくつかの態様において、反応容器は、反応器、ガラスフラスコ、ガラス内張反応器、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
いくつかの態様において、バッチプロセス、または連続プロセス、実質的な連続プロセス、もしくは半連続プロセスを行うための、関連したタイプの反応容器は、汚染プラスチック廃棄物および当該する任意の追加的な試薬／材料（例えば気体、液体、固体）がその中に含有されてもよく、かつ、反応容器の最下部もしくはその付近および／または反応容器の長さに沿った他の位置に設けられた1つまたは複数のインレット、ポート、または弁などを介して気体が加圧下または周囲圧力で――連続的にまたは間をおいて――その中に導入されてもよい、実質的に垂直に配された反応容器を含む；上部のヘッドスペースまたは自由体積を好適にしかし任意で有してもよい、そうした反応容器は、本質的に円柱状、管状、または他の任意の適切な形態であってもよい。いくつかの態様において、バッチプロセス、または連続プロセス、実質的な連続プロセス、もしくは半連続プロセスを行うための反応容器は、実質的に水平に配された反応器を含む。
バッチプロセス、連続プロセス、実質的な連続プロセス、または半連続プロセスにおいて、可能であれば、汚染プラスチック廃棄物と、任意の追加的な試薬／材料（例えば気体、液体、固体）と、反応容器内に存在しうる任意の固相、任意の液相、および任意の気相との混合を引き起こすことが一般的に望ましい。いくつかの態様において、混合は機械的撹拌によって好適に実現されてもよいが、反応容器全体の揺動または混合を引き起こす他の手段も適用可能でありうる。いくつかの態様において、混合は、ポンプ、インペラーホイール、または回転スクレーパーなどの手段による再循環によって好適に実現されてもよい。
任意の好適な方法によって反応混合物および／または反応系（例えば、汚染プラスチック廃棄物および任意の追加的な試薬／材料（例えば気体、液体、固体）、ならびに、反応器内に存在しうる任意の固相、任意の液相、および任意の気相）に熱が供給されてもよい。非限定例に含まれるものとして、適切な（例えばオイル、溶融塩もしくは溶融塩混合物、過熱スチームなどを含む）加熱槽内への反応容器の浸漬；反応容器の外側に巻きつけられかつ／もしくは反応媒質それ自体の中に浸漬され、そしてその中に熱油もしくは過熱スチームなどが好適に通される、熱伝導性の（典型的に金属の）チュービングの手段；または――同様に――反応容器の外側に巻きつけられかつ／もしくは反応媒質の中に浸漬された、1つもしくは複数の電気抵抗加熱素子の手段；マントルヒーター；または、当技術分野において公知であるようなジャケット式反応器の手段；などがある。他の好適な加熱の方法として、（例えば金属反応器筐体の）誘導加熱、およびマイクロ波加熱が含まれる。
いくつかの態様において反応はバッチプロセスで行われる。他の態様において反応は連続プロセスで行われる。
バッチプロセスにおいて、いくつかの態様において、加熱および撹拌が始まる前に酸化剤（例えば硝酸）が反応器に添加される。反応器が望ましい温度に達したら、プラスチック（例えばポリエチレン）が添加され、そして望ましい時間にわたり撹拌によって反応が進行する。いくつかの態様において、プロセス中に凝縮器を用いて酸化剤（例えば一酸化窒素）が反応容器内で還流される。反応完了後、反応器は放置冷却され、そして（液体ストリームおよび固体ストリームを含む）反応混合物が例えば濾紙、ふるい、またはブフナー漏斗などを通して濾過される。固体ストリームは未反応または反応不完全なプラスチックを含む。液体ストリームは、希釈硝酸、溶解したジカルボン酸、および、ニトロ置換されたジカルボン酸など他の化合物を含む。いくつかの態様において、液体ストリームは次に加熱され、そして蒸留によってジカルボン酸から酸化剤（例えば硝酸）および水が分離される。
連続プロセスにおいて、いくつかの態様において、加熱および撹拌が始まる前に、望ましい初期量の酸化剤（例えば硝酸）が反応器に添加される。反応器が望ましい温度に達したら、プラスチック（例えばポリエチレン）が添加される。次に反応容器の出口弁が開けられ、そして、反応容器から出る産物の量が、反応容器に添加されているプラスチックおよび酸化剤の量とほぼ同じの一定した流量になるように調整される；これにより、プロセス中、反応容器内の反応物および産物がほぼ定量に維持される。いくつかの態様において、プロセス中に凝縮器を用いて酸化剤（例えば硝酸）が反応容器内で還流される。いくつかの態様において、時間間隔をおいてサンプルが採取され、冷却され、そして例えば濾紙、ふるい、またはブフナー漏斗などで濾過される。液体ストリームは、希釈硝酸、溶解したジカルボン酸、および、ニトロ置換されたジカルボン酸など他の化合物を含む。いくつかの態様において、液体ストリームは次に加熱され、そして蒸留によってジカルボン酸から酸化剤（例えば硝酸）および水が分離される。
温度範囲
いくつかの態様において、温度範囲は60℃〜200℃である。いくつかの態様において、反応容器内の温度範囲は60℃〜200℃である。いくつかの態様において、反応容器は第一反応容器である。
いくつかの態様において、温度範囲は60℃〜200℃、60℃〜175℃、60℃〜150℃、60℃〜125℃、60℃〜100℃、60℃〜90℃、60℃〜80℃、または60℃〜70℃である。
いくつかの態様において、温度範囲は60℃〜200℃、70℃〜200℃、80℃〜200℃、90℃〜200℃、100℃〜200℃、100℃〜200℃、120℃〜200℃、130℃〜200℃、140℃〜200℃、150℃〜200℃、160℃〜200℃、170℃〜200℃、180℃〜200℃、または190℃〜200℃である。
気体の初期圧力範囲
いくつかの態様において、気体の初期圧力は0 psi〜1000 psiである。いくつかの態様において、反応容器内の気体の初期圧力は0 psi〜1000 psiである。いくつかの態様において、反応容器は第一反応容器である。
いくつかの態様において、気体の初期圧力は0 psi〜900 psi、0 psi〜800 psi、0 psi〜700 psi、0 psi〜600 psi、0 psi〜500 psi、0 psi〜400 psi、0 psi〜300 psi、0 psi〜200 psi、または0 psi〜100 psiである。
反応容器内の滞留時間
いくつかの態様において、反応容器内の滞留時間は、30分間〜30時間、30分間未満、および30時間超からなる群より選択される1つである。いくつかの態様において、反応容器は第一反応容器である。
いくつかの態様において、反応容器内の滞留時間は、30分間〜30時間、30分間〜29時間、30分間〜28時間、30分間〜27時間、30分間〜26時間、30分間〜25時間、30分間〜24時間、30分間〜23時間、30分間〜22時間、30分間〜21時間、30分間〜20時間、30分間〜19時間、30分間〜18時間、30分間〜17時間、30分間〜16時間、30分間〜15時間、30分間〜14時間、30分間〜13時間、30分間〜12時間、30分間〜11時間、30分間〜10時間、30分間〜9時間、30分間〜8時間、30分間〜7時間、30分間〜6時間、30分間〜5時間、30分間〜4時間、30分間〜3時間、30分間〜2時間、または30分間〜1時間である。
いくつかの態様において、反応容器内の滞留時間は、30分間、25分間、20分間、15分間、10分間、または5分間である。
いくつかの態様において、反応容器内の滞留時間は、30時間、35時間、40時間、45時間、50時間、55時間、60時間、65時間、70時間、または75時間である。いくつかの態様において、反応容器内の滞留時間は約1時間〜約10時間である。いくつかの態様において、反応容器内の滞留時間は約3時間〜約6時間である。
いくつかの態様において、バッチプロセス用の反応容器は反応器1（例えば図1において同定されるような反応器1）である。いくつかの態様において、反応容器は第一反応容器である。いくつかの態様において反応容器は反応器2（例えば図1において同定されるような反応器2）である。いくつかの態様において、反応容器は第二反応容器である。
時間、温度、圧力、および濃度の効果
反応の時間、温度、および圧力によって、得られる産物、および産物の量が異なる。一般的に、より短い反応時間ではより長鎖のジカルボン酸が得られ、そしてより長い反応時間ではより長鎖でないジカルボンでこｍぽしんｇ得られる。より短い反応時間およびより低い反応温度（例えば, 100℃ 対 110℃ 対 120℃）では、より高量のシュウ酸が得られる。穏やかな反応条件は、主な反応産物としてシュウ酸をもたらす。シュウ酸は、反応時間が6時間未満の場合、100℃における主な産物である。シュウ酸は、反応時間が短いと、さらに高い温度であっても大量に産生される。実施例を参照されたい。
硝酸の濃度、およびポリエチレンと硝酸との比によっても、得られる産物、および産物の量が異なる。例えば、溶媒として70 wt%の硝酸水溶液が用いられる時、産物はC4〜C9ジカルボン酸でエンリッチ化される。硝酸水溶液が50および60 wt%であると、反応が顕著に遅くなり、そして産物は、より多くのシュウ酸と、量が顕著に高まったC10〜C15ジカルボン酸とを含む。ポリエチレンに対する硝酸の比がより高いと、より高量のC4〜C9ジカルボン酸と、より低量のシュウ酸と、より短鎖のジカルボン酸がもたらされる。硝酸の濃度がより高いと、反応がより速くなる。反応がより速いと、より多くの長鎖ジカルボン酸がC4〜C9ジカルボン酸に分解される。より長い反応時間およびより過酷な条件では、シュウ酸の量が低減する。実施例を参照されたい。
反応の圧力によっても、得られる産物、および産物の量が異なる。より低い硝酸濃度およびより高い圧力では、大気圧およびより高い硝酸濃度で行われた反応と比較して、ジカルボン酸の収率がより高くなる。例えば、硝酸水溶液70 wt%、ポリエチレンと硝酸との重量比1:10、反応時間6時間、150℃、および大気圧では、ジカルボン酸の収率が29%となり、一方、硝酸水溶液25 wt%、ポリエチレンと硝酸との重量比1:10、反応時間6時間、150℃、および圧力500 psiでは、ジカルボン酸の収率が42%となり、短鎖ジカルボン酸の量も著しく高まった。実施例を参照されたい。
酸化剤
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの酸化剤は、酸素（O2）、一酸化窒素（NO）、亜酸化窒素（N2O）、二酸化窒素（NO2）、硝酸（HNO3）、硝酸（HNO3）水溶液、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される。
いくつかの態様において、硝酸水溶液は、重量比10%〜100%、重量比10%〜90%、重量比10%〜80%、重量比10%〜70%、重量比10%〜60%、重量比10%〜50%、重量比10%〜40%、重量比10%〜30%、または重量比10%〜20%の濃度を有する。
いくつかの態様において、硝酸水溶液は、重量比10%〜100%、重量比20%〜100%、重量比30%〜100%、重量比40%〜100%、重量比50%〜100%、重量比60%〜100%、重量比70%〜100%、重量比80%〜100%、または重量比90%〜100%の濃度を有する。いくつかの態様において、硝酸水溶液は、重量比約67〜約70%の濃度を有する。
固体触媒
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの固体触媒は、ゼオライト、アルミナ、シリコアルミノホスフェート、硫酸化ジルコニア、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、炭酸鉄、炭化カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される。
汚染プラスチック廃棄物
さまざまな態様において、プラスチック廃棄物は、非プラスチック廃棄物によって汚染されていてもよく、かつ、一般廃棄物または海洋デブリという供給源のうちの少なくとも1つから得られてもよいが、それに限定されるわけではない。
「一般廃棄物」という用語は、くず（trash）、生ごみ（garbage）、ごみ（refuse）、または廃物（rubbish）として一般に公知であり、公衆によって廃棄されるさまざまなアイテムからなる廃棄物タイプを指す。一般固形廃棄物の組成物は、さまざまな廃棄物タイプを含む可能性があり、自治体ごとにさまざまに異なる可能性があり、かつ、経時的に変化する可能性もある。いくつかの態様において、一般固形廃棄物は、生分解性廃棄物、リサイクル可能材料、不活性廃棄物、電気電子廃棄物、複合廃棄物、汚染プラスチック廃棄物、およびそれらの組み合わせなど、少なくとも1つの他の廃棄物タイプをさらに含んでもよい。
「海洋デブリ（marine debris）」という用語は、湖、河川、海、太洋、運河、または水路中に故意または偶然に放出された、ヒトが作り出した廃棄物タイプを指す。いくつかの事例において、海洋デブリは、天然に生じた材料（例えば、流木、ケルプ、微生物など）と混合されている可能性もある。いくつかの態様において、海洋デブリは、少なくとも1つの汚染プラスチック廃棄物を含む。
「汚染プラスチック廃棄物」という用語は、少なくとも1つの非プラスチック材料と混合されまたはそれにより汚染されている、使用および／または産生された後に廃棄されたプラスチックおよび／またはプラスチック材料を意味する。さまざまな態様において、汚染プラスチック廃棄物は、少なくとも1つのプラスチック材料および少なくとも1つの非プラスチック材料を含む。さまざまな態様において、汚染プラスチック廃棄物は、少なくとも1つのプラスチック材料および少なくとも1つの非プラスチック材料からなる。さまざまな態様において、汚染プラスチック廃棄物は、本質的に、少なくとも1つのプラスチック材料および少なくとも1つの非プラスチック材料からなる。
生分解性廃棄物の非限定例には、食品および台所の廃棄物、緑化廃棄物、紙などが含まれる。リサイクル可能材料の非限定例には、紙、厚紙、ガラス、ボトル、ジャー、ブリキ缶、アルミニウム缶、アルミニウムホイル、金属、特定のプラスチック、ファブリック、布、タイヤ、電池などが含まれる。不活性廃棄物の非限定例には、建設および解体廃棄物、土、岩石、デブリ、砂、コンクリートなどが含まれる。電気電子廃棄物の非限定例には、電化製品、電球、洗濯機、TV、コンピュータ、スクリーン、携帯電話、目覚まし時計、腕時計などが含まれる。複合廃棄物の非限定例には、廃棄衣類、おもちゃなどが含まれる。
プラスチック材料
さまざまな態様において、プラスチック材料は、プラスチックフィルム、プラスチック発泡体、プラスチック包装、プラスチックバッグ、プラスチックラップ、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。いくつかの態様において、プラスチック材料は、プラスチックフィルム、プラスチック発泡体、プラスチック包装、プラスチックバッグ、プラスチックラップ、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
さまざまな態様において、プラスチック材料はポリエチレンを含む。
さまざまな態様において、プラスチック材料は、ポリエチレン（PE）、超低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン（LDPE）、直鎖低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、架橋ポリエチレン、高密度ポリエチレン（HDPE）、高密度架橋ポリエチレン、高分子量ポリエチレン、超低分子量ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。いくつかの態様において、プラスチック材料は、ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、架橋ポリエチレン、高密度ポリエチレン、高密度架橋ポリエチレン、高分子量ポリエチレン、超低分子量ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
非プラスチック材料
最も広い意味において、非プラスチック材料は、プラスチックまたはプラスチック材料でない任意の材料である。非プラスチック材料の非限定例には、非プラスチック有機材料、無機材料、流体（非プラスチック流体）などが含まれる。さまざまな態様において、非プラスチック材料は、非プラスチック有機材料、無機材料、流体、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
非プラスチック有機材料
いくつかの態様において、非プラスチック有機材料は、植物材料、動物材料、藻類材料、細菌材料、真菌材料、ウイルス材料、生物学的材料、セルロース材料、セルロースベースの材料、セルロース含有材料、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
本明細書において用いる「生物学的材料」という用語は、生物学的生体を起源とするか、生物学的生体から採取、単離、派生、かつ／または取得される材料を表す。
いくつかの態様において、非プラスチック有機材料は、植物由来材料、動物由来材料、藻類由来材料、細菌由来材料、真菌由来材料、ウイルスベースの材料、生物学的由来材料、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
いくつかの態様において、非プラスチック有機材料は、少なくとも1つのセルロースベース材料である。いくつかの態様において、前記少なくとも1つのセルロースベース材料は、紙ベースの材料、紙、板紙、木、エンジニアードウッド（engineered wood）、植物繊維、テキスタイル、ファブリック、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
無機材料
最も広い意味において、「無機材料」という用語は、概して有機化合物または有機材料でない材料を意味する。無機材料の非限定例には、岩石、鉱物、ガラス、セラミック、金属などが含まれる。
流体
流体の非限定例には、水、炭化水素、合成流体、天然由来の流体、酸、塩基、もしくは生物学的な流体、または、それらの任意の混合物もしくは組み合わせが含まれる。
いくつかの態様において、流体は、水、炭化水素、合成流体、天然由来の流体、酸、塩基、生物学的な流体、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
水の非限定例には、塩水、海水、淡水、再生水、リサイクル水、もしくは廃水、または、それらの任意の混合物もしくは組み合わせが含まれる。
いくつかの態様において、水は、塩水、海水、淡水、再生水、リサイクル水、廃水、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
分解混合物
さまざまな態様において、分解混合物は固相と液相とを含む。
さまざまな態様において、固相は、オリゴマー、ポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
さまざまな態様において、固相は、少なくとも1つの固体触媒をさらに含む。いくつかの態様において、固相は、少なくとも1つの固体触媒を任意で含む。いくつかの態様において、固相は、少なくとも1つの固体触媒を含んでもよい。
さまざまな態様において、液相は、少なくとも1つのカルボキシル基を含む少なくとも1つの化合物を含む。さまざまな態様において、液相は、少なくとも1つのカルボキシル基を含有する少なくとも1つの化合物を含む。
さまざまな態様において、少なくとも1つのカルボキシル基を含む前記少なくとも1つの化合物は、少なくとも1つの有機酸である。さまざまな態様において、少なくとも1つのカルボキシル基を含有する前記少なくとも1つの化合物は、少なくとも1つの有機酸である。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの有機酸は、置換されてもよい有機酸、置換された有機酸、および未置換の有機酸からなる群より選択される少なくとも1つである。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの有機酸は、モノカルボン酸、ジカルボン酸、ポリカルボン酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つのモノカルボン酸は、置換されてもよいモノカルボン酸、置換されたモノカルボン酸、未置換のモノカルボン酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つのジカルボン酸は、置換されてもよいジカルボン酸、置換されたジカルボン酸、未置換のジカルボン酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つのポリカルボン酸は、置換されてもよいポリカルボン酸、置換されたポリカルボン酸、未置換のポリカルボン酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの有機酸は、少なくとも1つのα,ω-ジカルボン酸である。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つのα,ω-ジカルボン酸は、置換されてもよいα,ω-ジカルボン酸、置換されたα,ω-ジカルボン酸、未置換のα,ω-ジカルボン酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの有機酸は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの有機酸は、5〜50%のコハク酸、5〜50%のグルタル酸、5〜50%のアジピン酸、5〜50%のピメリン酸、0〜30%のスベリン酸、0〜30%のアゼライン酸、0〜20%のセバシン酸、0〜10%のウンデカン二酸、0〜10%のドデカン二酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される。
いくつかの態様において、分解混合物は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む組成物を含む。
いくつかの態様において、分解混合物は、5〜50%のコハク酸、5〜50%のグルタル酸、5〜50%のアジピン酸、5〜50%のピメリン酸、0〜30%のスベリン酸、0〜30%のアゼライン酸、0〜20%のセバシン酸、0〜10%のウンデカン二酸、0〜10%のドデカン二酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む組成物を含む。
いくつかの態様において、分解混合物は以下を含む：
a. コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、およびアゼライン酸、またはそれらの塩もしくはエステル；ならびに
b. シュウ酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、2-オクテン二酸、2-ノネン二酸、2-デセン二酸、および2-ウンデセン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つ。
いくつかの態様において、
a. コハク酸は約5〜約18 wt%の量で存在し、グルタル酸は約8〜約28 wt%の量で存在し、アジピン酸は約10〜約29 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約10〜約20 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約8〜約13 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ
b. シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約9〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約1〜約10 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約1〜約8 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する。
いくつかの態様において、
a. コハク酸は約10〜約11 wt%の量で存在し、グルタル酸は約15〜約18 wt%の量で存在し、アジピン酸は約16〜約18 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約15〜約17 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約10〜約12 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ
b. シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約13〜約15 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約5〜約9 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約3〜約6 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば約1〜約3 wt%の量で存在し、トリデカン二酸は存在するならば約0.5〜約1.5 wt%の量で存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する。
いくつかの態様において、
a. コハク酸は約5〜約40 wt%の量で存在し、グルタル酸は約8〜約27 wt%の量で存在し、アジピン酸は約10〜約29 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約10〜約20 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約1〜約13 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ
b. シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約4〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば最大約10 wt%まで存在し、ウンデカン二酸は存在するならば最大約8 wt%まで存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する。
いくつかの態様において、分解混合物は以下をさらに含む：
c. 2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、および2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つ。
いくつかの態様において、分解混合物は以下を含む：
a. コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、およびアゼライン酸、またはそれらの塩もしくはエステル；ならびに
b. 単一のニトロ基で置換されたC8〜C20ジカルボン酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つ。
いくつかの態様において、単一のニトロ基で置換された前記少なくとも1つのC8〜C20ジカルボン酸は、ニトロ-スベリン酸、ニトロ-アゼライン酸、ニトロ-セバシン酸、ニトロ-ウンデカン二酸、ニトロ-ドデカン二酸、ニトロ-ブラシル酸、ニトロ-テトラデカン二酸、ニトロ-ペンタデカン二酸、ニトロ-ヘキサデカン二酸、ニトロ-ヘプタデカン二酸、ニトロ-オクタデカン二酸、ニトロ-ノナデカン二酸、もしくはニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルである。いくつかの態様において、C8〜C20ジカルボン酸は、2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、もしくは2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルである。いくつかの態様において、単一のニトロ基で置換された前記少なくとも1つのC8〜C20ジカルボン酸は、分解混合物中に最大1 wt%まで存在する。
いくつかの態様において、液相は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む組成物を含む。
いくつかの態様において、液相は、5〜50%のコハク酸、5〜50%のグルタル酸、5〜50%のアジピン酸、5〜50%のピメリン酸、0〜30%のスベリン酸、0〜30%のアゼライン酸、0〜20%のセバシン酸、0〜10%のウンデカン二酸、0〜10%のドデカン二酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む組成物を含む。
いくつかの態様において、本発明の方法は、前記少なくとも1つの有機酸を分離する段階をさらに含む。
分離技法の非限定例には、単蒸留、分留、共沸蒸留、共蒸留、分別結晶法、標準結晶法、凍結乾燥、超臨界流体抽出、溶媒抽出、沈殿、およびそれらの組み合わせが含まれる。いくつかの態様において、分離は、単蒸留、分留、共沸蒸留、共蒸留、分別結晶法、標準結晶法、凍結乾燥、超臨界流体抽出、溶媒抽出、沈殿、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つによって行われる。
エステル化
理論に束縛されるものではないが、少なくとも1つのカルボキシル基を含有する少なくとも1つの化合物（例えば有機酸）の、酸形態からエステル形態への変換は、当技術分野においてエステル化として広く公知であるプロセスによって生じると仮定される。いくつかの態様において、少なくとも1つのカルボキシル基を含有する前記少なくとも1つの化合物の、酸形態からエステル形態への変換は、エステル化条件下で行われる。いくつかの態様において、ジカルボン酸は少なくとも部分的にエステルの形態にある。
いくつかの態様において、本発明の方法は、前記少なくとも1つの有機酸を少なくとも1つの対応エステルに変換する段階をさらに含む。いくつかの態様において、前記少なくとも1つの対応エステルは、メチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、イソプロピルエステル、ブチルエステル、イソブチルエステル、sec-ブチルエステル、tert-ブチルエステル、ペンチルエステル、およびヘキシルエステル、ならびにそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。いくつかの態様において、前記少なくとも1つの対応エステルはメチルエステルである。いくつかの態様において、変換はエステル化またはエステル化工程によって行われる。
いくつかの態様において、本発明の方法は、前記少なくとも1つの有機酸を少なくとも1つのアルコールと組み合わせてエステル化混合物を形成する段階；および、エステル化混合物を、少なくとも1つのエステルを形成するのに有効な条件に供する段階をさらに含む。前記少なくとも1つのエステルを形成するため、当技術分野において公知である任意の好適なエステル化条件が用いられてもよい。例えば、前記少なくとも1つの有機酸が少なくとも1つのアルコールと混和されてもよく、そしてエステル化を生じさせるためその混和物が加熱されてもよい。触媒として鉱酸が添加されてもよい。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つのアルコールは、直鎖アルコール、分岐アルコール、環式アルコール、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。いくつかの態様において、前記少なくとも1つのアルコールは、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、sec-ブタノール、tert-ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。いくつかの態様において、前記少なくとも1つのアルコールはC1〜C10アルコールである。いくつかの態様において、前記少なくとも1つのアルコールはC1〜C4アルコールである。いくつかの態様において、前記少なくとも1つのアルコールはメタノールである。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの有機酸は、独立的に少なくとも1つのエステル形態にある。いくつかの態様において、前記少なくとも1つのエステルまたはエステル形態は、メチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、イソプロピルエステル、ブチルエステル、イソブチルエステル、sec-ブチルエステル、tert-ブチルエステル、ペンチルエステル、およびヘキシルエステル、ならびにそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。いくつかの態様において、前記少なくとも1つのエステル形態またはエステルはメチルエステルである。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの有機酸はエステル形態にある。いくつかの態様において、α,ω-ジカルボン酸はエステル形態にある。いくつかの態様において、コハク酸はエステル形態にある。いくつかの態様において、グルタル酸はエステル形態にある。いくつかの態様において、アジピン酸はエステル形態にある。いくつかの態様において、ピメリン酸はエステル形態にある。いくつかの態様において、スベリン酸はエステル形態にある。いくつかの態様において、アゼライン酸はエステル形態にある。いくつかの態様において、セバシン酸はエステル形態にある。いくつかの態様において、ウンデカン二酸はエステル形態にある。いくつかの態様において、ドデカン二酸はエステル形態にある。
いくつかの態様において、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、およびアゼライン酸は、それぞれ独立的にエステル形態にある。
いくつかの態様において、シュウ酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、2-オクテン二酸、2-ノネン二酸、2-デセン二酸、および2-ウンデセン二酸は、独立的にエステル形態にある。
いくつかの態様において、2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、および2-ニトロ-イコサン二酸は、独立的にエステル形態にある。
いくつかの態様において、単一のニトロ基で置換されたC8〜C20ジカルボン酸はエステル形態にある。いくつかの態様において、エステルの形態にある、単一のニトロ基で置換されたC8〜C20ジカルボン酸は、ニトロ-スベリン酸、ニトロ-アゼライン酸、ニトロ-セバシン酸、ニトロ-ウンデカン二酸、ニトロ-ドデカン二酸、ニトロ-ブラシル酸、ニトロ-テトラデカン二酸、ニトロ-ペンタデカン二酸、ニトロ-ヘキサデカン二酸、ニトロ-ヘプタデカン二酸、ニトロ-オクタデカン二酸、ニトロ-ノナデカン二酸、またはニトロ-イコサン二酸である。いくつかの態様において、C8〜C20ジカルボン酸は、2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、もしくは2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルである。いくつかの態様において、エステル形態は、モノエステル、ジエステル、多価エステル、混合ジエステル、混合多価エステル、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される。
本明細書において用いる「多価エステル（multiester）」という用語は、1つより多いカルボキシル基をエステル化条件下で酸形態からエステル形態に変換することによって形成されるエステルを意味する。
いくつかの態様において、エステル形態は、α,ω-ジエステル、置換されてもよいα,ω-ジカルボン酸、または置換されたα,ω-ジカルボン酸、未置換のα,ω-ジカルボン酸、およびそれらの組み合わせを含む。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つのエステルは、コハク酸ジメチル、グルタル酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、ピメリン酸ジメチル、スベリン酸ジメチル、アゼライン酸ジメチル、セバシン酸ジメチル、ウンデカン二酸ジメチル、ドデカン二酸ジメチル、シュウ酸ジメチル、トリデカン二酸ジメチル、テトラデカン二酸ジメチル、ペンタデカン二酸ジメチル、2-オクテン二酸ジメチル、2-ノネン二酸ジメチル、2-デセン二酸2-ジメチル、2-ウンデセン二酸ジメチル、2-ニトロ-スベリン酸ジメチル、2-ニトロ-アゼライン酸ジメチル、2-ニトロ-セバシン酸ジメチル、2-ニトロ-ウンデカン二酸ジメチル、2-ニトロ-ドデカン二酸ジメチル、2-ニトロ-ブラシル酸ジメチル、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸ジメチル、2-ニトロ-オクタデカン二酸ジメチル、2-ニトロ-テトラデカン二酸ジメチル、2-ニトロ-ペンタデカン二酸ジメチル、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸ジメチル、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸塩、2-ニトロ-スベリン酸ジメチル、2-ニトロ-セバシン酸ジメチル、2-ニトロ-ウンデカン二酸ジメチル、2-ニトロ-ドデカン二酸ジメチル、2-ニトロ-テトラデカン二酸ジメチル、および2-ニトロ-ペンタデカン二酸ジメチル、ならびにそれらの組み合わせを含む。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの対応エステルは、コハク酸ジメチル、グルタル酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、ピメリン酸ジメチル、スベリン酸ジメチル、アゼライン酸ジメチル、セバシン酸ジメチル、ウンデカン二酸ジメチル、ドデカン二酸ジメチル、およびそれらの組み合わせを含む。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つのエステルは、5〜50%のコハク酸ジメチル、5〜50%のグルタル酸ジメチル、5〜50%のアジピン酸ジメチル、5〜50%のピメリン酸ジメチル、0〜30%のスベリン酸ジメチル、0〜30%のアゼライン酸ジメチル、0〜20%のセバシン酸ジメチル、0〜10%のウンデカン二酸ジメチル、0〜10%のドデカン二酸ジメチル、およびそれらの組み合わせを含む。
いくつかの態様において、前記少なくとも1つの対応エステルは、5〜50%のコハク酸ジメチル、5〜50%のグルタル酸ジメチル、5〜50%のアジピン酸ジメチル、5〜50%のピメリン酸ジメチル、0〜30%のスベリン酸ジメチル、0〜30%のアゼライン酸ジメチル、0〜20%のセバシン酸ジメチル、0〜10%のウンデカン二酸ジメチル、0〜10%のドデカン二酸ジメチル、およびそれらの組み合わせを含む。
いくつかの態様において、エステル化混合物は、コハク酸ジメチル、グルタル酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、ピメリン酸ジメチル、スベリン酸ジメチル、アゼライン酸ジメチル、セバシン酸ジメチル、ウンデカン二酸ジメチル、ドデカン二酸ジメチル、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを含む組成物を含む。
いくつかの態様において、エステル化混合物は、5〜50%のコハク酸ジメチル、5〜50%のグルタル酸ジメチル、5〜50%のアジピン酸ジメチル、5〜50%のピメリン酸ジメチル、0〜30%のスベリン酸ジメチル、0〜30%のアゼライン酸ジメチル、0〜20%のセバシン酸ジメチル、0〜10%のウンデカン二酸ジメチル、0〜10%のドデカン二酸ジメチル、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを含む組成物を含む。
いくつかの態様において、エステル化混合物は、約5〜約18 wt%の量のコハク酸ジメチル、約8〜約28 wt%の量のグルタル酸ジメチル、約10〜約29 wt%の量のアジピン酸ジメチル、約10〜約20 wt%の量のピメリン酸ジメチル、および約8〜約13 wt%の量のアゼライン酸ジメチル、ならびにそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、エステル化混合物は、最大10 wt%までの量のシュウ酸ジメチル、約9〜約20 wt%の量のスベリン酸ジメチル、約1〜約10 wt%の量のセバシン酸ジメチル、約1〜約8 wt%の量のウンデカン二酸ジメチル、最大約5 wt%までのドデカン二酸ジメチル、最大約4 wt%までのトリデカン二酸ジメチル、最大約2 wt%までのテトラデカン二酸ジメチル、および最大約0.4 wt%までのペンタデカン二酸ジメチル、ならびにそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、エステル化混合物は、約5〜約40 wt%の量のコハク酸ジメチル、約8〜約27 wt%の量のグルタル酸ジメチル、約10〜約29 wt%の量のアジピン酸ジメチル、約10〜約20 wt%の量のピメリン酸ジメチル、および約1〜約13 wt%の量のアゼライン酸ジメチル、ならびにそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、エステル化混合物は、最大10 wt%までの量のシュウ酸ジメチル、約4〜約20 wt%の量のスベリン酸ジメチル、最大約10 wt%までのセバシン酸ジメチル、最大約8 wt%までのウンデカン二酸ジメチル、最大約5 wt%までのドデカン二酸ジメチル、最大約4 wt%までのトリデカン二酸ジメチル、最大約2 wt%までのテトラデカン二酸ジメチル、および最大約0.4 wt%までのペンタデカン二酸ジメチル、ならびにそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、本発明の方法は、前記少なくとも1つの対応エステルを分離する段階をさらに含む。いくつかの態様において、分離は蒸留によって行われる。いくつかの態様において、前記少なくとも1つの対応エステルの分離は蒸留によって行われる。いくつかの態様において、蒸留は、単蒸留、分留、真空蒸留、共沸蒸留、共蒸留、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである。
いくつかの態様において、本発明の方法は、少なくとも1つのカルボキシル基を含有する前記少なくとも1つの化合物をエステル形態から酸形態に変換する段階（例えばエステル形態を変換して酸形態に戻す段階）をさらに含む。いくつかの態様において、エステル形態から酸形態への変換はエステル加水分解条件下で行われる。
塩
いくつかの態様において、本発明の方法は、前記少なくとも1つのジカルボン酸を少なくとも1つの対応塩に変換する段階をさらに含む。いくつかの態様において、前記少なくとも1つの対応塩は、前記少なくとも1つのジカルボン酸のイオン塩を形成するため塩基と反応させることによって調製される。塩基には、アルカリ金属塩, アルカリ土類金属塩、および他の金属イオンが非限定的に含まれる。例示的なイオンには、通常の原子価におけるアルミニウム、カルシウム、リチウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、および亜鉛が含まれる。有機イオンにはプロトン化第三アミンおよび第四アンモニウム陽イオンが含まれ、その一部にはトリメチルアミン、ジエチルアミン、N,N'-ジベンジルエチレンジアミン、クロロプロカイン、コリン、ジエタノールアミン、エチレンジアミン、メグルミン（N-メチルグルカミン）、およびプロカインが含まれる。
いくつかの態様において、ジカルボン酸はアルカリ金属塩に変換される。いくつかの態様において、ジカルボン酸は少なくとも部分的にアルカリ金属塩の形態にある。アルカリ金属塩は、ジカルボン酸をアルカリ金属水酸化物と反応させることによって作られてもよい。例示的なアルカリ金属水酸化物には、水酸化ナトリウム, 水酸化カリウム、および水酸化リチウムが含まれる。例示的なジカルボン酸のアルカリ金属塩には、ナトリウム塩、カリウム塩、およびリチウム塩が含まれる。
いくつかの態様において、シュウ酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、2-オクテン二酸、2-ノネン二酸、2-デセン二酸、および2-ウンデセン二酸は、独立的にアルカリ金属塩の形態にある。
いくつかの態様において、2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、および2-ニトロ-イコサン二酸は、アルカリ金属塩の形態にある。
いくつかの態様において、単一のニトロ基で置換されたC8〜C20ジカルボン酸はアルカリ金属塩の形態にある。いくつかの態様において、単一のニトロ基で置換されたC8〜C20ジカルボン酸は、アルカリ金属塩の形態にあるニトロ-スベリン酸、ニトロ-アゼライン酸、ニトロ-セバシン酸、ニトロ-ウンデカン二酸、ニトロ-ドデカン二酸、ニトロ-ブラシル酸、ニトロ-テトラデカン二酸、ニトロ-ペンタデカン二酸、ニトロ-ヘキサデカン二酸、ニトロ-ヘプタデカン二酸、ニトロ-オクタデカン二酸、ニトロ-ノナデカン二酸、およびニトロ-イコサン二酸である。いくつかの態様において、C8〜C20ジカルボン酸は、2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、もしくは2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルである。
本発明のいくつかの態様は、以下の番号付き段落のいずれかのように定義されうる。
1. 汚染プラスチック廃棄物を分解するための方法であって、以下の段階を含む方法：汚染プラスチック廃棄物を反応容器に添加する段階；少なくとも1つの酸化剤を反応容器に添加する段階；および汚染プラスチック廃棄物を、汚染プラスチック廃棄物を分解して分解混合物を産生するのに有効な条件に供する段階。
2. 少なくとも1つの固体触媒を反応容器に添加する段階をさらに含む、段落1記載の方法。
3. 前記条件が、温度範囲と；気体の初期圧力範囲と；反応容器内の滞留時間とを含む、段落1記載の方法。
4. 汚染プラスチック廃棄物が、少なくとも1つのプラスチック材料と少なくとも1つの非プラスチック材料とを含む、段落1記載の方法。
5. プラスチック材料が、プラスチックフィルム、プラスチック発泡体、プラスチック包装、プラスチックバッグ、プラスチックラップ、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む、段落4記載の方法。
6. プラスチック材料がポリエチレンを含む、段落4記載の方法。
7. プラスチック材料が、超低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、架橋ポリエチレン、高密度ポリエチレン、高密度架橋ポリエチレン、高分子量ポリエチレン、超低分子量ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む、段落4記載の方法。
8. 非プラスチック材料が、非プラスチック有機材料、無機材料、流体、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む、段落4記載の方法。
9. 分解混合物を固相と液相とに分離する段階をさらに含む、段落1記載の方法。
10. 固相が、オリゴマー、ポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む、段落9記載の方法。
11. 固相が少なくとも1つの固体触媒をさらに含む、段落10記載の方法。
12. 液相が、少なくとも1つのカルボキシル基を含有する少なくとも1つの化合物を含む、段落9記載の方法。
13. 少なくとも1つのカルボキシル基を含有する前記少なくとも1つの化合物が、少なくとも1つの有機酸である、段落12記載の方法。
14. 前記少なくとも1つの有機酸を少なくとも1つの対応エステルに変換する段階をさらに含む、段落13記載の方法。
15. 前記少なくとも1つの有機酸が、モノカルボン酸、ジカルボン酸、ポリカルボン酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、段落13記載の方法。
16. 前記少なくとも1つの有機酸がα,ω-ジカルボン酸である、段落13記載の方法。
17. 前記少なくとも1つの有機酸が、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、段落13記載の方法。
18. 前記少なくとも1つの有機酸を分離する段階をさらに含む、段落13記載の方法。
19. 前記少なくとも1つの対応エステルを分離する段階をさらに含む、段落14記載の方法。
20. 前記少なくとも1つの固体触媒が、ゼオライト、アルミナ、シリコアルミノホスフェート、硫酸化ジルコニア、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、炭酸鉄、炭化カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、段落2記載の方法。
21. 前記少なくとも1つの酸化剤が、酸素（O2）、一酸化窒素（NO）、亜酸化窒素（N2O）、二酸化窒素（NO2）、硝酸（HNO3）、硝酸（HNO3）水溶液、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、段落1記載の方法。
22. 前記温度範囲が60℃〜200℃である、段落3記載の方法。
23. 気体が、空気、窒素（N2）、酸素（O2）、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つである、段落3記載の方法。
24. 気体の初期圧力が0 psi〜1000 psiである、段落3記載の方法。
25. 反応容器内の滞留時間が、30分間〜30時間、30分間未満、および30時間超からなる群より選択される1つである、段落3記載の方法。
26. オリゴマー、ポリマー、およびそれらの組み合わせを反応器内までフィードして戻す段階をさらに含む、段落10記載の方法。
27. 液相が前記少なくとも1つの酸化剤をさらに含む、段落9記載の方法。
28. 前記少なくとも1つの酸化剤を収集および再生する段階をさらに含む、段落27記載の方法。
29. 前記少なくとも1つの固体触媒が、ゼオライト、アルミナ、シリコアルミノホスフェート、硫酸化ジルコニア、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、炭酸鉄、炭化カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、段落11記載の方法。
30. 前記少なくとも1つの対応エステルが、コハク酸ジメチル、グルタル酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、ピメリン酸ジメチル、スベリン酸ジメチル、アゼライン酸ジメチル、セバシン酸ジメチル、ウンデカン二酸ジメチル、ドデカン二酸ジメチル、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、段落14記載の方法。
本明細書に説明するいくつかの態様は、ポリエチレン（定義を文書末尾に提供）を破壊して産物（定義を文書末尾に提供）にし、かつ酸化剤（定義を文書末尾に提供）をリサイクルするため、反応器内でポリエチレンを酸化剤と組み合わせるシステムに関する。本発明のシステムは複数のユニットで構築され、ポリエチレンの変換を高め、廃物産生を低減し、かつ酸化剤の補給を最小化することを目的とする。反応速度または産物収率を高めるため、酸化剤に加えて触媒（定義を文書末尾に提供）がプロセス中で用いられてもよい。本発明のシステムの主なコンポーネントには、反応器と、反応気体（定義を文書末尾に提供）回収再生ユニットと、産物回収ユニットと、酸化剤濃縮ユニットとが含まれる。このプロセスは、バッチ、セミバッチ、および連続という複数の稼働モードで運転されてもよい。プロセスのレイアウトは稼働モードによって異なるであろう。
本開示は、現在のところ商業的に存在しない、完全なポリエチレンのケミカルリサイクルシステムを定義する。本明細書に開示するケミカルリサイクルプロセスはユニークであり、ポリエチレンを埋立地から他に転用することによって膨大なプラスチック廃棄物の問題に対処する。このプロセスは、ポリエチレンを、既存の化学中間体のドロップイン置換物または新しい化学中間体として役立つ、価値付加的な産業用途（例えば、機能性材料、ポリマー、繊維、堆肥化可能プラスチック、塗料および被覆剤、潤滑剤、接着剤、香料、スキンケア製品など）に使用できる産物に転換する。
既存の文献において、ポリエチレンをジカルボン酸などの化合物に変換する試みが行われている。Pifer et al. ("Chemical Recycling of Plastics to Useful Organic Compounds by Oxidative Degradation," Angewandte Chemie International Edition, Vol. 37, Issue 23; pp. 3306-3308, 1998) およびRemias et al. ("Oxidative Chemical Recycling of Polyethene," Comptes Rendus de lAcademie des Sciences - Series IIC - Chemistry, Vol. 3, Issue 7; pp. 627-629, 2000) では、低密度および高密度ポリエチレンを、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、およびピメリン酸を含む価値ある化学物質に変換している。しかし、そうした方法は、反応性の気体（すなわち一酸化窒素）を加圧オートクレーブ内で用いることを伴い、かつ、事業的よび資本的支出が高いためスケールアップに課題があることが示唆される。本明細書に開示するシステムおよび方法は、工業上一般的な酸化剤（例えば硝酸）を伴う還流法を用いて、上述のジカルボン酸など価値ある化学物質をポリエチレンから産生できる。Garaeva et al. ("Composition, Properties, and Application of Products Formed in Oxidation of Polyethylene by Nitric Acid," Russian Journal of Applied Chemistry, Vol. 83, Issue 1; pp. 97-101, 2010) では、ポリエチレンを伴う硝酸の還流を試みているが、同研究グループが産生した出力は大部分がニトロカルボン酸であった；ニトロカルボン酸は、本明細書の開示のように産生されうる、ニトロ化されていないジカルボン酸と比較して、価値が低く産業用途も少ない。
本開示において、ポリエチレンは、連続的に破壊されてより短いセグメントになりかつ官能基化される、多数の反復炭素ユニットを備えたポリマーである（例えば、炭素鎖は酸化されてジカルボン酸またはモノカルボン酸を形成しうる）。切断事象は、鎖長が終端長（terminal length）範囲に達してそれ以上破壊されなくなるまで（例えばC2〜C9ジカルボン酸）続き、その際、酸化剤によって長鎖ポリマーが解重合して徐々により短鎖の種になる。代替的に、終端長範囲より長い鎖長を実現するため、反応プロセスを制御して切断事象を早期に停止させることができる。これらのさまざまな鎖長は集合的に産物とみなされる。ポリエチレンから産物への反応を可能にするため、ポリマーを破壊して望ましい鎖長にするために適量の酸化剤が添加される；そして、商業用途に充分な大量の産物を産生するため、酸化剤は適切な濃度であるべきであり、ポリエチレンと酸化剤との比も適切であるべきである。本開示に説明するプロセスおよび設備は、終端の反応種および／または望ましい鎖長の他の種を含めて、ポリエチレンから産物への変換を可能にするため、プロセスに対する制御を可能にする。
ポリエチレンを産物へと経済的に変換し、かつ酸化剤および触媒の使用を最少にするため、プロセス全体および個々のユニットの両方が最適化される。ポリエチレンをケミカルリサイクルするための設備は、そのユニット内のプロセス性能計量値を最適化するように設計される（例えば、反応器はポリエチレンの変換を最大にするように設計され、分離ユニットは酸化剤を回収し、リサイクルして反応器に戻すように設計され、そして、吸収ユニットは反応気体を回収しかつ酸化剤を再生するように設計される）。これらのユニットは、エネルギー使用を最小にするように設計され、かつ、酸化剤および触媒のプロセス内への補給量を最少にするためこれらを回収および再使用するプロセスシステムとなるように組み合わせられる。このプロセスはまた、気相および固相中の廃棄物を最少にするように設計される。全体として、このプロセスは、廃棄物ストリーム（例えば埋立地および太洋）からポリエチレンを転用しながら産物を産生することの経済性を顕著に向上させることができ、炭素の寿命を延ばす。加えて、ポリエチレンを産物に用いることにより、産物を作るために従来用いられている石油化学フィードストックの使用が減少する。
ポリエチレンを反応産物に変換する方法
酸化剤および固有の稼働条件（例えば温度60℃〜200℃）を用いてポリエチレンを反応産物または「産物」に変換する方法／プロセスを本明細書に開示する。これは反応器内で制御される化学反応である。問題は、酸化剤が、気相として反応器から出ていく反応気体に部分的に変換されることである。プロセスを経済的にするため、この反応気体は変換されて酸化剤に戻され、反応器にリサイクルされる。液相中に残った産物および酸化剤は反応器から除去され、産物が分離される。本開示は、酸化剤を分離、回収、およびリサイクルしかつ産物を回収するためのソリューションを詳しく示す。
図21に示すような、ポリエチレンを分解するための方法の1つの態様500において、ポリエチレンおよび酸化剤が反応器に供給され、その中で反応して、反応気体および反応産物が産生される510。反応気体から酸化剤を回収するため、反応気体が吸収ユニットに供給される520。分解プロセスの経済性を向上させるため、吸収ユニットから回収された酸化剤は、次に反応器にリサイクルされる530。反応産物は、産物と酸化剤とを分離するため分離ユニットに供給されてもよい。分離ユニットから回収された酸化剤もまた、反応器にリサイクルされてもよい。
ポリエチレンを破壊して産物にするため酸化剤を使用しかつ酸化剤をリサイクルするシステム
ケミカルリサイクルプロセスのためのプロセスフロー100の略図を図5に示す。産物を産生するための主なプロセスは、反応器（React.）120；吸収ユニット（Abs.）140における酸化剤再生；酸化剤および産物を分離して（Evap）2つの別々のストリームにするための産物／酸化剤分離ユニット160；および次に、酸化剤を濃縮して反応器120に必要な濃度まで戻し、リサイクルを可能にする、ユニット170；という4つの主要ユニットからなる。化学反応器120はポリエチレンを破壊して産物にする。反応に関して鍵となる計量値は、反応器120内にフィードされる酸化剤に対するポリエチレンの相対的な量、水相における酸化剤の濃度、ならびに、圧力、温度、混合、および滞留時間など他のプロセス変数である。加えて、ポリエチレンから産物への変換を速めるため触媒が反応器120内にフィードされてもよい。反応器120内に添加される酸化剤の質量に対するポリエチレンの質量の相対的な量、および、酸化剤の濃度は、ポリエチレンが産物に変換される反応速度を決定付け、かつ、使用される化学反応器のタイプもまた決定付ける。撹拌槽型反応器の場合、質量ベースによるポリエチレンと酸化剤との量は、（例えば1:3〜1:100、例えば1:10〜1:100、例えば1:3〜1:50、例えば1:3〜1:25、例えば1:3〜10、例えば 1:3〜1:5）の範囲内であってもよい。
図5において、プロセスの反応器セクション121が強調されて破線のボックス内にある。1および2とラベル付けされた2つのフィードストリームは、それぞれポリエチレンおよび酸化剤を含有する。多数の異なる反応器タイプ、幾何学的配置、および構成が可能であり、フィードストリームがどのように反応器内に添加されるかも多数の異なる様式が可能である。ポリエチレンおよび酸化剤は、反応器120内に入ると、高い温度（例えば60℃〜200℃、例えば75℃〜150℃、例えば100℃〜125℃）で反応して反応気体を産生する。反応気体、ならびに揮発した酸化剤、およびそれに同伴する液体／固体の小滴は、反応器120の最上部から出て［ストリーム3］、そして凝縮器ユニット（Cond.）150に入るかまたは直接的に吸収ユニット140に入ってもよい。凝縮器ユニット150の目的は、プロセスが酸化剤の沸点付近で運転されているならば、揮発した液体を凝縮することである（例えば、沸騰した液体の蒸気が凝縮器内で冷却され、そして反応器に送り戻される）［ストリーム7］。非凝縮性気体は続いて吸収ユニット140へのフィードとなる［ストリーム8］。吸収ユニット140は反応気体を変換して酸化剤に戻すよう設計される。1つの中間的段階として、空気、エンリッチド酸素（enriched oxygen）、または純酸素を用いて反応気体を完全に酸化する（例えばNOをNO2に変換する）段階が考えられる。空気、エンリッチド酸素、または純酸素のストリームは、吸収ユニット140内にフィードされるか、または、吸収ユニット140内にフィードされる前に反応気体［ストリーム8］と混合される。空気またはエンリッチド酸素が反応器120内に直接添加されることもまた可能である。再生されて酸化剤へと直接戻されてもよい反応気体は、内部構造を持つ異なる材料またはトレイが充填された吸収カラムを上に向かって流れ、吸収カラムの最上部からフィードされる液相［ストリーム15］と接触する。反応気体は液相中に吸収され（例えば、NO、NO2、N2O3、N2O4は水の中に吸収される）、反応しかつ変換して酸化剤（例えばHNO3）に戻る。回収および再生された、このストリーム9における酸化剤は、反応器120に直接送り戻されてもよく、または、酸化剤を濃縮するために用いられるユニット170に送られてもよい（例えばストリーム18と混合されてもよい）。吸収ユニットを出た気体［ストリーム12］は、非常に少量の反応気体を含有すると考えられ、大気中に放出されてもよく、または、VOCを除去するためもしくは反応気体濃度をさらに低下させるため追加ユニットに送られてもよい。
反応器120の最下部において、液体が引かれ［ストリーム4］、そして液体は、酸化剤から産物（例えば1 wt%〜20 wt%のジカルボン酸）を分離するため分離セクション（Evap.）160に直接送られてもよく、または、分離前に他のユニット（液液分離器130もしくは別の反応器など）に送られてもよい。図5には、分離ユニット160の前に中間的な液体-液体分離ユニット（L/L Sep.）130を有するケースを示している。液体-液体分離ユニット130の目的は、固体または液体のいずれかである、未反応または部分的に反応したポリエチレンの、別々の相のリサイクルを可能にすることである。液体-液体分離ユニット130は、密度の異なる2つまたはそれ以上の相を分離させ、次に各相を個別に除去するよう設計された容器であってもよい（例えば、低密度の相が容器の最上部から除去され、かつ高密度の相が容器の最下部から除去されるなど）。未反応または部分的に反応したポリエチレン［ストリーム5］は、リサイクルされて反応器に戻されるか［ストリーム13］、もしくはストリーム14において別のユニットに送られ、または、不活性物質もしくは反応しない種の蓄積を防ぐためシステムからパージされる。液体-液体分離ユニット130は、分離用容器、遠心分離タイプのデバイス（サイクロンまたは液体サイクロン）、連続フロー遠心分離機などの機械的デバイスなどであってもよい。液体-液体分離ユニット130には、固体を除去するための濾過、または、ポリエチレン上の汚染という形態でプロセスに入ってくる可能性がある固体を扱うための追加的改変もまた組み込まれていてもよい（例えば、分離容器が、3つまたはそれ以上の相（気体、低密度液体、高密度液体、および高密度固体）を対象として設計されていてもよい）。
反応器120および液体-液体分離ユニットからの産物ストリーム［ストリーム6］は、主として産物および酸化剤を含有する。このストリームは、酸化剤から産物を分離するため分離ユニット（Evap.）160に送られる。これは単一の段階または複数の段階で行われてもよく、かつ、異なる物理的原理を用いて行われてもよい。例えば、種によって沸点が異なることの利点を生かして、ストリーム6が蒸発器に送られてもよくそこで酸化剤が気化され［ストリーム18］、産物［ストリーム19］は液体のまま残る。蒸発器のタイプは、例えば、ワイプトフィルム式蒸発器、流下フィルム式蒸発器、強制循環式蒸発器、またはフラッシュ式蒸発器であってもよい。分離の程度はさまざまであってもよい。1つのケースにおいて、すべての低沸点材料が除去され、それにより産物が固体を形成し（例えばすべての酸化剤が除去され）、ほぼすべての酸化剤が回収される。このことは全体的な経済性を向上させると考えられ、かつ、産物の保管および輸送を単純化できる可能性がある。ストリーム6からすべての産物を完全に除去して固体形態にできる設備のタイプを以下に示す：
1. スクリューコンベヤなど、固体の蓄積を防ぎかつ固体を運搬して設備の外に出すための内部構造物を備えた、ハイブリッドのワイプトフィルム式蒸発器；および
2. 揮発性液体および活性酸化剤がそこですべて蒸発される噴霧乾燥機。これは、ストリーム6中の揮発性液体の一部が上述の設備において除去されて産物ストリームが濃縮され（例えばストリーム6中の揮発性液体の25〜90%が除去され）、次に、濃縮された産物ストリームが、噴霧乾燥機、または流動床乾燥機もしくはロータリードラム乾燥機に送られ、そこで残りの液体が除去される、という任意の選択肢もまた含んでもよい。
分離ユニット160はまた、濾過または他の何らかの技法を介して産物が凝固および除去される晶析器であってもよい。分離ユニット160はまた、産物が可溶性であるが酸化剤が不溶性である別の液体にストリーム18が接触される抽出ユニットであってもよい。
気化および分離されて分離ユニット160から出た酸化剤ストリーム［ストリーム18］は、反応器120に直接リサイクルされてもよく（例えば、ストリーム21もしくは10と接続および混合されるなど）、または、酸化剤を別のユニット内で濃縮する必要がある可能性もある。このユニットは蒸留ユニット（Dist.）170であってもよい；そこで水相が酸化剤から部分的に分離され、除去されて［ストリーム17］、それにより酸化剤が反応器120へのリサイクルに必要な濃度まで濃縮される（例えば45 wt%〜95 wt%、例えば50 wt%〜75 wt%）［ストリーム16］。この濃縮セクションは、異なる内部構造物または充填材を備えた蒸留カラムであってもよく、または、蒸発ユニットの最上部に取り付けられそこで蒸気のストリーム18がフィードとなる精留カラムであってもよい。蒸留ユニット170に入るフィードは、プロセス内の任意の数のストリームの混合であってもよく、その混合ストリームの酸化剤濃度は反応器120に必要な濃度より低い。蒸留カラム170または酸化剤濃縮器から出たストリーム16は、反応器120にすべての酸化剤を供給するのに必要な速度（例えばポリエチレンのフィード速度の1〜50倍）で流れてもよい；または、反応器120に酸化剤を部分的に供給してもよく、その場合は追加の酸化剤がプロセスに添加される［ストリーム2］。加えて、プロセスフィードについての選択肢をより多くしかつ可能性としてコストを低減するため、補給用の希釈酸化剤ストリームが蒸留ユニット170に送られてもよい（例えば、［ストリーム2］が、反応器に直接フィードされる代わりに、［ストリーム18］と混合される希釈酸化剤であるなど）。このシナリオにおいて、蒸留カラム170または濃縮ユニットはすべての酸化剤を反応器120に供給する。
全体的なプロセスの1例として、多数あるうちの1つであるプロセス構成を考える。この例は、各段階の重要性と、それらが組み合わされた時に効率的かつ完全なプロセスをどのように作り出すかを例証する。この例のために考慮される基礎的事項は、フィードのポリエチレンが1000 kg/hrであること、および、反応器120内にフィードされるポリエチレンの量と酸化剤の量との比が1:20であることである（反応器内にフィードされる酸化剤の量にはリサイクルおよび補給分が含まれ、それは20,000 kg/hrであってもよい）。単一の撹拌槽型反応器の場合、ポリエチレンがシステム内に添加され、酸化剤もまた添加される。ポリエチレンと酸化剤とが反応して産物および反応気体が形成される。この例において、ポリエチレンは質量比で100%、産物に変換される（他の種に対するジカルボン酸の相対的画分は80%である）。酸化剤はポリエチレンと反応し、酸化剤の15 wt%が反応気体および産物に変換される（または、反応した酸化剤1モルにつき反応気体1モルが産生された）。産物および未反応酸化剤のストリームは反応器120の最下部から出て、酸化剤と産物とを分離するため第一ユニット（例えば蒸発器）にフィードされる。このユニットにおいて、ストリームの92 wt%が気化され、産物の全部と酸化剤の一部とがユニットの最下部から出て（例えば、このストリームの約5 w%〜20 wt%が酸化剤である）、産物を純化しかつ残留酸化剤を除去する（例えば、ジカルボン酸を他の種から分離する、またはジカルボン酸を個々の種に分離する）ためさらなるプロセスに進んでもよい。第一ユニット（例えば蒸発器）から出た蒸気ストリームは、主として、指定されたフィード酸化剤の濃度（例えば65 wt%〜70 wt%）より低い濃度（例えば55 wt%〜63 wt%）の酸化剤である；これは、酸化剤のある画分が反応して反応気体および産物に変換されているからである。蒸気は、酸化剤を望ましい開始濃度まで濃縮する（例えば、水性酸化剤から水を除去する、またはより高濃度の酸化剤を添加する）ため、別の分離ユニット（例えば蒸留カラムまたは追加タンク）に送られる。この回収された酸化剤はリサイクルされて反応器120に戻され、酸化剤フィードとして反応器120内に添加される酸化剤の約85%を占める。反応器120の最上部において、反応気体の一部を酸化させる（例えばNOをNO2に変換する）ため反応気体が空気と混合される。反応気体ストリームは次に、反応気体を水と反応させて酸化剤に変換するため（例えば酸化剤を産生するため反応気体が水と接触される）、吸収カラム140に送られる。再生された酸化剤はリサイクルされて反応器120に戻され、吸収カラム140から出たテールガスは大部分がN2である（例えば約95%）。反応器最下部から出て産物から分離されて濃縮された酸化剤、および、反応気体から再生された酸化剤を、回収およびリサイクルすることにより、> 97.5 wt%の酸化剤を回収でき、必要となる補給酸化剤ストリームは少量のみですむ。この全体的プロセスの例は、異なるプロセスユニットがどのように統合されてポリエチレンから産物への効率的な変換を可能にし、それにより廃棄物および酸化剤消費の必要性が最少化されプロセスの稼働コストが低減されるかを強調している。
プロセスは、複数の反応器ユニット120、異なるタイプの反応器ユニット、および異なるサイズの反応器ユニットを有していてもよい。反応器ユニット120は、反応器ユニット間に加熱、冷却、または異なるタイプの設備（反応が完全でなかった産物からポリエチレンを分離するための液液分離器など）を伴う、直接または並列の構成になっていてもよい。プロセスは、バッチ、セミバッチ、または連続モードで稼働されてもよい。異なるセクションが異なるモードで稼働されてもよい。例えば、並列に接続された複数の反応器が個別にバッチモードで稼働されてもよい。反応器プロセスは、常に1つの反応器が空にされてプロセスの他の部分に供給するように、互い違いにされる。空にされた後、その反応器は再び満たされ、プロセスを完了した別の反応器が空にされる。
プロセス設備を接続する配管のレイアウト、および、ストリームがどのように混合され、各ユニット内に添加されるかは、さまざまであってよい。パイプ内の流体の流量、圧力、温度、およびレイノルズ数はさまざまであってよく、配管およびラインのサイズおよび材料もまたさまざまであってよい。
システムのレイアウトおよび構築は、全く新しいプラント（グリーンフィールド）、既存のプラント現場に建設されたもの（ブラウンフィールド）、適用可能な既存のプロセス設備をいくらか有するプロセスのレトロフィット、現場組み立て式のプラント、単一モジュール式のプラント、各ユニットが別々のモジュールであるモジュール式プラントであってもよい。
ポリエチレンを産物に変換するための反応器
反応器120はポリエチレンを産物に変換するために用いられる。この変換に関与する化学反応は本開示において言及する化学反応器内で生じる。
1つの態様は全プロセスのコンポーネントとして反応器120を含み、ポリエチレンを化学的産物に変換しかつ反応気体を生成するため酸化剤を用いる。反応器120は、制御された加熱と、反応器内容物を混合するための揺動と、蒸気を凝縮するための還流と、反応器から分離ユニットまでの産物ストリームのフローを制御するための制御弁と、入力を均一な速度でフィードするフィーダーユニットとを伴う、連続撹拌槽型反応器、半連続型反応器、またはバッチ反応器であってもよい。多段式の反応を可能にするため複数の反応用容器もまた存在していてもよい。
一般に、前処理されたまたは未処理のポリエチレンが酸化剤（例えば45 wt%〜95 wt%の硝酸）とともに反応器120に入る。この前処理には、破砕、クリーニング、粉砕、融解、洗浄、および乾燥を含む単位操作のうちの1つまたは複数が関与する。反応器120は異なる形態のポリエチレンを扱うよう設計され、かつ、さまざまな温度、撹拌、および混合物の流量で稼働されうる。反応器120が望ましい温度（例えば60℃〜200℃の温度、例えば80℃〜150℃）に達すると、変換反応が始まる。反応の開始が近くなると、酸化剤によってポリエチレンが脱重合してより短鎖の種になることが可能となり、反応が進むにつれて、これら短鎖種はさらに破壊されて産物になる。反応気体が生成される。未反応ポリエチレンまたは短鎖種はさらに反応されて産物にされてもよい。
図6に、バッチ、セミバッチ、または連続モードで稼働されてもよい撹拌槽型反応器を示す（1つの態様において連続モードである）。この反応器120は、反応器120に材料を添加および除去するための複数のポートを有する（例えばフィード、リサイクル、アウトレットなど）。酸化剤は、リサイクルストリーム122もしくは補給フィードストリーム、またはその両方を通じて、指定された濃度で反応器120内に添加される。ポリエチレンはそれとは別に反応器120内に添加されるが、分散を作り出してそれが反応器120内にフィードされるよう、補給酸化剤がポリエチレンと組み合わせられてもよい。反応器120は、スクリューコンベヤなどポリエチレンを反応器120内に添加するため、または、ポリエチレンを融解して液体ポリエチレンを反応器内に押し出すための、システム124を含んでいてもよい。ポリエチレンの形状因子およびサイズもまたプロセスに重要である。ポリエチレンのサイズが小さいほど、酸化剤にさらされる、分散または乳化されたポリエチレンの単位体積当たりの露出表面積が大きくなり、その結果として反応速度が高まる。タンクは撹拌され、ポリエチレンと酸化剤とを分散させかつまた酸化剤とポリエチレンとを混合させるための、大きな乱流および剪断速度を作り出すことができる。異なるタイプのインペラー126が用いられてもよい（例えば、パドル、アンカー、ヘリカル、プロペラ、ピッチドブレード（pitched blade）など）。モーターが反応器120内の細断ブレード128を駆動するという追加的な特徴が反応器の最下部に存在してもよい。細断ブレード128は、非常に高い回転速度を用いてブレンダー内のような非常に高い剪断応力を作り出す（例えば500〜10,000 rpmで回転する）ことにより、ポリエチレンをさらにブレンドおよび破壊するよう作用する。この細断ブレード128は、前処理されたポリエチレンをフィードする代わりに、または組み合わせて、用いられてもよい。反応器120は異なる幾何学的配置および特徴もまた有してもよい。これには、もっぱらまたはほぼ酸化剤と産物とである産物ストリームを可能にするため、新鮮または反応不完全なポリエチレン相から酸化剤相を分離するための、最下部におけるブーツが含まれうる。反応用容器は異なるサイズおよび幾何学的配置を有してもよいが、サイズは主として反応器内の望ましい滞留時間（例えば30分間〜12時間、例えば1時間〜9時間、例えば1時間〜5時間、例えば3時間〜9時間、例えば3時間〜5時間）から決定される。滞留時間はプロセス条件によってさまざまでありうる（例えば、より高い温度ではより短い滞留時間が必要になる可能性がある）。滞留時間はスケールに依存せず、反応器内の材料の質量を、反応器に流入するフィードストリームをすべて合わせた流量で除した結果から決定される。
例えば、毎時1メートルトンのポリエチレンが反応器120内に添加される。ポリエチレンと酸化剤との比は1:100であり、リサイクルと補給とを合わせた酸化剤の質量流量は毎時100メートルトンとなる。滞留時間が3時間である場合、必要な反応器容量は3時間×101メートルトン／時または303メートルトンである。同じポリエチレンフィード速度をプロセスするため、1:10という濃縮されたフィード比で必要とされるフィードストリームのフローは、ポリエチレンが毎時1メートルトン、そしてリサイクルと補給とを合わせた酸化剤の質量流量が毎時10メートルトンである。3時間の滞留時間に対する反応器容量はわずか33メートルトンである。1:3というさらに濃縮されたフィード比で必要とされるフィードストリームのフローは、ポリエチレンが毎時1メートルトン、そしてリサイクルと補給とを合わせた酸化剤の質量流量が毎時3メートルトンである。3時間の滞留時間に対する反応器容量はわずか12メートルトンである。反応器のサイズおよび体積を低減するには、酸化剤に対するポリエチレンの比がより高いことが好ましい。しかし、酸化剤に対するポリエチレンの比がより高いと、異なる滞留時間（例えば3〜12時間、例えば3〜9時間、例えば3〜5時間）が必要になる可能性があり、かつ、酸化剤濃度を高めかつポリエチレンの破壊を速めるために酸化剤の補充を可能にするため、単一反応器または複数反応器において異なる酸化剤濃度が必要になる可能性がある。
図7に、ポリエチレンから産物への完全な変換を促すために用いられる反応器のスキームを示す。このスキームは、1つの反応器120からの流出物が次の反応器120内にフィードされる、直列になった複数の撹拌槽型反応器120を示している。次の反応器120のフィードに、指定された濃度の新鮮な酸化剤を添加することが可能であり、それは混合されるとタンク内の酸化剤の濃度を上昇させる。撹拌槽の数は、第一反応器内の酸化剤相に対するポリエチレンの相対量によって影響を受ける可能性がある。システム内に添加されるポリエチレンが多いほど、より多くの反応器が必要となる可能性があり、高い反応速度を維持するためより多くの酸化剤を添加する必要も生じる可能性がある。この複数反応器のスキームにおいて、撹拌槽とプラグフロー反応器とが交互になっていてもよい（例えば、プラグフロー反応器に続いて撹拌槽があり、その逆もまたしかりであるなど）。
図8に、指定された温度および圧力に維持された背の高い容器である重力流反応器220を示す。酸化剤相は反応用容器の最上部に添加され、反応器220を下向きに流れる。ポリエチレンは、固体ポリエチレンを添加することによって、または、ポリエチレンを融解してポリエチレンを液体形態で容器内に押し出すことによって、反応用容器の最下部に添加される。ポリエチレンは酸化剤相より密度が低いので、（固体状態または液体状態にある）ポリエチレンは、固体粒子または液体小滴の速度が水性流体の下向きの速度より大きければ、反応器220内を上昇する。粒子または小滴は反応器220内を上昇する際に酸化剤と反応する。酸化剤の濃度は反応器220の最下部で最も低く、新鮮な「高濃度の」酸化剤が添加される最上部に向かって高くなる。固体粒子または液体小滴は、反応器220内を上昇する際に反応し、直径が小さくなる。加えて、それらが上昇するにつれて酸化剤濃度が上昇し、速度が高まり、より多くのポリエチレンが消費され、直径がさらに小さくなる。この向流反応器は、反応器全体にわたる反応の駆動力を最大にする。産物が反応器220の最下部から除去され、未反応ポリエチレンおよび反応気体は別々に分離および除去される。未反応ポリエチレンまたは部分的に反応したポリエチレンは除去されてもよく、またはリサイクルされて反応器220に戻されてもよい。加えて、酸化剤濃度を高めるため、指定された濃度の酸化剤が反応器220内の異なる位置において添加されてもよい。
図9にプラグフロー反応器320を示す。ポリエチレンおよび酸化剤は、温度および圧力が制御されたチューブ322内にポンプ送りされる。混合は、スタティックミキサーまたは他のインラインミキサー324を用いて増強されてもよい。反応器チューブ322の直径および長さは、固有の滞留時間を満たすよう、流体フローレジームもまた満たすように選択される。流体混合物が反応器320内を移動する際にポリエチレンと酸素とが反応を続ける。流体を動かしかつまた反応気体の除去も行うため、ポンプおよびノックアウト容器が周期的に追加されてもよい。加えて、酸化剤濃度を高めるため、指定された濃度の酸化剤が反応器内の異なる位置において添加されてもよい。
図10に、非常に粘性の混合物に対して（例えばポリエチレンと酸化剤のフィード比が質量ベースで5:1〜1:2である場合）、または前処理されていないポリエチレンに対して、有用な可能性がある反応器420を示す。ここで、ポリエチレンは酸化剤とともにホッパー422内に添加される。この混合物は、スクリューオーガー（シングルまたはツイン）を備えた反応器チューブ424の入り口に引き入れられる。オーガーのブレードは、混合物を混合することおよび混合物を反応器420内で運搬することを両方とも行うよう設計される。反応器の壁が加熱され、流体混合物が反応器内を移動する際にポリエチレンと酸化剤とが反応を続ける。オーガーはポリエチレンを混合および破壊するよう作用してもよい。この反応器システムは、反応物気体（Reactant Gas）の分離と新鮮な酸化剤の再導入とを可能にする区切り428を伴って、複数のセクションを有してもよい。新鮮な酸化剤はまた、反応器チューブの長さ上の指定された位置における反応器壁の穴を通して添加されてもよい。
反応器、インペラー、配管、および弁の構築にさまざまな材料が使用されてよい（いくつかの選択肢として、テフロン、ハステロイC、ガラス繊維強化スチール、チタン、タンタル、ガラス繊維強化プラスチック、ガラス、ガラス内張スチールで作られた濡れ部品が含まれる）。考慮すべき他の変数には以下のものが含まれる：
・反応器のサイズ（長さおよび直径）ならびにパイプのサイジング。
・反応器の温度：50℃〜300℃。
・反応器の圧力：10トル〜10バール。
・反応器のタイプ（撹拌槽、プラグフロー、スラリー）。
・稼働のモード（バッチ、セミバッチ、連続）。
・並列または直列になった複数反応器の反応器系列が存在してもよい。これらの反応器はサイズおよびタイプが同じであってもまたは異なっていてもよい。
・加熱源（誘導加熱、オイルジャケット式など）。
・反応器は断熱されるかまたはジャケット付きであってもよい。
・反応器の温度またはその加熱要素が調整されてもよい：より高い温度範囲は、ポリエチレンを破壊するためのより過酷な条件を提供する可能性がある。
・反応器システムの圧力が調整されてもよい：より高い圧力範囲は、反応速度を高める可能性があり、かつより高い温度も可能にする可能性がある。
・滞留時間は、反応物が反応器から出ていく前にどのくらい長く反応器内に留まるかを決定する。滞留時間は30分間〜30時間の範囲であってもよい。
・フィードストックのタイプおよびフィードの物理的形態。
・還流キャパシティ。
・反応器に入るフィード中の、質量ベースによる、酸化剤に対するポリエチレンの量。
- ポリエチレン［質量］：酸化剤［質量］が5:1〜1:2。
- ポリエチレン［質量］：酸化剤［質量］が1:3〜1:10。
- ポリエチレン［質量］：酸化剤［質量］が1:10〜1:20。
- ポリエチレン［質量］：酸化剤［質量］が1:20〜1:50。
- ポリエチレン［質量］：酸化剤［質量］が1:50〜1:100。
- ポリエチレン［質量］：酸化剤［質量］が1:100〜1:500。
酸化剤に対するポリエチレンの質量ベースにおける相対量は、反応器のタイプおよびプロセスに影響を及ぼす。1:1〜1:20のフィード比の場合は、反応速度を高く保つため、かつまたポリエチレンを終末状態まで完全に解重合させるためにも、ポリエチレンに対して酸化剤が高濃度であることが好ましい。これらのケースの場合、反応混合物は粘性である可能性があり、そのため反応器を通して混合物を移動させるためにヘリカル状またはスクリュー状の混合および運搬部品（例えば図10におけるケミカルリサイクル用のスクリュー反応器）が必要になる可能性があり、酸化剤の濃度を高く保ちかつポリエチレン破壊および産物形成の速度を高めるため反応器の異なる位置において新鮮な酸化剤が添加されてもよい。加えて、図7に示すように複数の反応器が直列で用いられてもよい。
撹拌槽型反応器およびプラグフロー反応器は化学反応を制御するためのユニットとして市販されている。
ポリエチレンを化学的にリサイクルするためのプロセスから産生された産物からの酸化剤の分離
このプロセス中の1つの態様において、ポリエチレンが反応器内で酸化剤と組み合わせられ、ポリエチレンが破壊されかつ（順次にまたは同時に）酸化されて、産物（例えば1 wt%〜20 wt%のジカルボン酸）と、水（例えば10 wt%〜90 wt%の水性反応内容物）と、反応気体（例えば10 wt%〜60 wt%のNOおよび40 wt%〜90 wt%のNO2）とになる。1つの課題は、反応温度およびそれ以下において産物が酸化剤との高い混和性を有することである；このことは、産物を酸化剤から分離することを困難にする可能性がある。加えて、ポリエチレンの変換が高まるにつれて、水および反応気体の形成によって酸化剤濃度が低下する。プロセスを経済的にするため産物が酸化剤から分離される；そして、その酸化剤はリサイクルされて反応器に戻されるべきである。本開示は、産物と酸化剤とを分離しかつ酸化剤をリサイクルして反応器に戻すためのソリューションを詳述する。
この分離ユニットは、ポリエチレンを高価値の化学物質に変換するためのシステムのコンポーネントである。同システムにおいて、ポリエチレンは反応器内で酸化剤と組み合わせられて、液相における産物と反応気体とが産生される。ポリエチレンは分解されて、既存の化学中間体のドロップイン置換物または新しい化学中間体として役立つ、価値付加的な製品（例えば、機能性材料、塗料および被覆剤、潤滑剤、接着剤、香料、スキンケア製品など）に使用できる産物となる。この分離の段階をポリエチレンリサイクルプロセスと組み合わせることによって、高価値の化学物質を単離することおよび酸化剤の大部分を回収することが可能である。本開示は、酸化剤のリサイクルを可能にし、かつ酸化剤廃棄物の生成も限定する。
図11に、ポリエチレンを産物に変換するための基本的な分離ユニット160を示す。ポリエチレン変換産物および酸化剤はプロセス中にシステムの反応器から出て、産物から酸化剤（例えば反応器ストリームの10 wt%〜80 wt%）を除去するため蒸発器161または濃縮器（例えば薄膜式蒸発器）に通される。濃縮産物と酸化剤との混合物は、次に、固体状態における産物と残った酸化剤とを分離するため、酸化剤ストリッパー／ハーベスター162（例えばNutscheフィルター乾燥機）に通される。分離された産物は、次に、残留酸化剤を除去するため乾燥機（例えば噴霧乾燥機）164に通される。分離プロセスから生成されたすべての酸化剤ストリームは、組み合わせられ、必要に応じて酸化剤濃縮器（例えば蒸留カラム）に通され、次に、再使用のためリサイクルされてポリエチレン変換システムの反応器セクションに戻される。システムのこのコンポーネントは、さらなる酸化剤をシステムに添加する必要性を最小にしながら、産物の > 90%および酸化剤の > 90%もを回収するよう設計される。
・蒸発器／濃縮器161は、薄膜式蒸発器、遠心蒸発器、ブローダウン蒸発器、ボルテックス（vortex）蒸発器、および／または、直列もしくは並列になった複数ユニットの単一ユニットとしてのそれらの組み合わせであってもよい。
・酸化剤ストリッパー／ハーベスター162は、クロマトグラフィカラム、晶析器、液液抽出器、Nutscheフィルター乾燥機、および／または、単一ユニットもしくは順に並んだ複数ユニットとしてのそれらの組み合わせであってもよい。
・乾燥機164は、冷凍乾燥機、噴霧乾燥機、ロータリー乾燥機、遠心乾燥機、真空乾燥機、および／または、単一ユニットもしくは順に並んだ複数ユニットとしてのそれらの組み合わせであってもよい。
・酸化剤濃縮器は、蒸留カラム、吸収カラム、および／または、単一ユニットもしくは順に並んだ複数ユニットとしてのそれらの組み合わせであってもよい。
分離ユニット160は、ポリエチレン変換由来の産物のプロセシングに合わせた、ユニークかつプロセス固有の特徴を多数有していてもよい。分離ユニット160は連続的に稼働してもよく、かつ、反応器から出てくる固有の液体フローおよび化学組成を扱ってもよい。産物から分離した後の酸化剤は、望ましい濃度でないならば、反応器内に直接導入できるようさらに純化するため酸化剤濃縮器（例えば蒸留カラム）に送られてもよい。
別のユニークな用途は分離ユニットを吸収カラムと組み合わせることであると考えられる。分離ユニット内で放出された反応気体は、反応器内に直接導入できるよう酸化剤を再生するため、反応気体吸収ユニットと組み合わせられてもよい。
図12に、分離ユニット160に対する改変を示す。濃縮された産物（例えば15 wt%〜80 wt%のジカルボン酸）および酸化剤（例えば5 wt%〜85 wt%の硝酸）は、酸化剤を収集してその酸化剤をポリエチレン変換用の反応器内に直接導入するため、フィルター163（例えばNutscheフィルター）に通されてもよい。加えて、ポリエチレンの不完全な変換に由来する反応種が反応器から出てくるケースにおいて、濾過の段階は、濾液中のそうした種および酸化剤を回収することを助ける；それらはさらに産物へと変換させるため反応器内に再導入されてもよい。フィルター163は、重力フィルター、真空フィルター、ターボフィルター、遠心フィルター、膜フィルター、および／またはそれらの組み合わせであってもよい。
図13に追加的な改変を示す。濃縮された産物（例えば15 wt%〜80 wt%のジカルボン酸）および酸化剤（例えば45 wt%〜95 wt%の硝酸）は、まず遠心分離169され、次にフィルター163に通される。遠心分離は、濃縮産物と酸化剤との混合物中の固体粒子を沈降させ、フィルター孔の詰まりを最少化し、かつ濾過プロセスを速める。
代替的に、図14に示すように、酸化剤は遠心分離後に直接収集されてもよく、追加的な濾過の段階を伴わずに反応器内に直接導入されてもよい。遠心分離はまた、濃縮産物と酸化剤との混合物の粘稠度に応じて適用されてもよい。粘性の高い混合物は濾過が難しく、追加された遠心分離の段階は、酸化剤から産物を分離するための効率が高い可能性がある。
図14は、遠心分離後の濾過の段階を伴わない、図13のプロセスを示している。
図15に、図11に対する追加的な改変を示す。蒸発器／濃縮器は、いくつかのケースにおいて酸化剤ストリッパー／ハーベスターと組み合わせることができるので、同システムでは除かれている。分離からの酸化剤損失が少ないケースでは、酸化剤および産物を回収するための別途の設備が必要とならずに、完全に除かれるかまたは単一の段階に組み合わせられうる可能性がある。
図16に、単一の段階において乾燥産物（例えば90 wt%〜99.9 wt%のジカルボン酸）および酸化剤（例えば45 wt%〜95 wt%の硝酸）を直接得るための乾燥機164（例えば噴霧乾燥機）を備えた分離ユニット160を示す。反応器から出た液体ストリームの迅速乾燥は、熱空気をストリーム中に吹き付けて酸化剤の大部分を除去することによって実現されうる。この方法は、容易に分散して制御されたサイズの小滴にすることができる低粘度の液体ストリームに適用されうる。
図17に、濾過および乾燥が単一の段階に組み合わせられた分離ユニット160を示す。このことは、望ましい温度のフィルター乾燥機167（例えばNutscheフィルター）で実現されてもよく、かつ、真空下または圧力下のいずれかで稼働されてもよい。同方法は、必要な乾燥レートに応じて揺動を伴うかまたは伴わずに用いられてもよい。揺動を伴いかつ揺動のスピードを変えることによってより速い乾燥が可能である。より速い乾燥のため真空濾過もまた適用されてもよい。他の変数には以下のものが含まれる：
・蒸発器／濃縮器に流入するポリエチレンプロセス後の液体ストリームの流量。
・蒸発器中の液体ストリームの滞留時間。これは、酸化剤の除去量を変えるために改変されてもよく、かつまた反応器から出る液体ストリームの流量に応じて改変されてもよい。
・反応器から出て分離ユニットに入る流量に基づき、必要な蒸発レートを調整するため、蒸発器／濃縮器（例えば薄膜式蒸発器）の温度が調整されてもよい。反応器から出る流量がより速いとより高い温度が必要となり、反応器から出る流量がより遅いとより低い温度が必要となると考えられる。
・蒸発器／濃縮器の圧力。温度がより低く圧力がより低い場合、および、温度がより高く圧力がより高い場合は、より速い蒸発が実現される。蒸発器／濃縮器をより低いまたはより高い圧力で稼働させると、追加の費用がかかる可能性があり、かつ他の設備も追加となる可能性がある。
・蒸発器／濃縮器は、酸化剤を累積的に除去するための単一ユニットであってもよく、または酸化剤を順次に除去するための複数ユニットであってもよい。
・酸化剤ストリッパー／ハーベスターは周囲圧力または低下した圧力にあってもよい。低下した圧力は濾過レートを向上させるが、このことは追加費用を発生させ、かつ真空ポンプなど他の設備も追加となる可能性がある。
・乾燥機の温度および圧力。
・凝縮器の温度。
・遠心機のスピード。
・酸化剤濃縮器の温度および圧力。温度がより低く圧力がより低い場合、および、温度がより高く圧力がより高い場合は、より速い蒸発が実現される。
・フィルターの孔径。
・蒸発器／濃縮器、フィルター、乾燥機、蒸留、酸化剤ストリッパー／ハーベスター、遠心機を構築するための材料（いくつかの選択肢として、テフロン、ハステロイC、ガラス繊維強化スチール、チタン、タンタル、ガラス繊維強化プラスチック、ガラス、ガラス内張スチールで作られた濡れ部品が含まれる）。
・蒸発器／濃縮器、蒸留／乾燥機、酸化剤ストリッパー／ハーベスター用の加熱源（誘導加熱、オイルジャケット式）。
ポリエチレンのケミカルリサイクル用の酸化剤の回収および再生
このプロセスの1つの態様において、反応気体は酸化剤がポリエチレンを酸化させた後に形成される。商業的には、硝酸は、連続モードの稼働において吸収カラムを用いて、NOx（アンモニアから生成されたもの）を水中に吸収することから産生される。これらのプラントは典型的に、著しい体積の硝酸を産生するために設計され、ゆえに吸収カラムはこの用途に合わせられている。本発明者らは、現在のところ、この技術がポリエチレンのリサイクルに適用されているケースを知らない。さらに、ケミカルリサイクルプロセスの多くの特徴はユニークである。酸化剤が回収されることに加えて、反応気体も、州または地域の規制によって定義される、環境中に放出されるための閾値水準未満まで減少される。吸収カラムは、反応気体の組成物をこれらの水準まで低減させることができてもよい。
この吸収／反応ユニットはケミカルリサイクルシステムのコンポーネントである。同システムにおいて、ポリエチレンは反応器内で酸化剤と組み合わせられて、液相における産物と反応気体とが産生される。反応気体は水中に吸収され、反応され、変換されて酸化剤に戻されてもよい。この吸収の段階をケミカルリサイクルプロセスと組み合わせることにより、産生された反応気体の大部分を回収でき、それは酸化剤のリサイクルを可能にしかつプロセスから出る反応気体の放出を限定する。プロセスから出るテールガスはスクラブされた気体（例えば<1 wt%のNOおよび<1 wt%のNO2）である。
図18に、ポリエチレンをケミカルリサイクルするための基本的な吸収ユニット140を示す。反応気体（例えば10〜60 wt%のNOおよび40〜90 wt%のNO2）は反応器および他のプロセスユニットを出て、反応気体を変換して酸化状態にするため（例えばNOからNO2に変換）、空気、エンリッチドエア、または酸素と組み合わせられ次に混合される。気体は次に吸収カラム140の最下部に流入しかつそこで散布される。反応気体は、接触面積を増大させ、かつ、反応気体を水相中まで輸送してシステム内のすべてのポジションにおいて平衡を成立させるための、内部構造物142（トレイまたは他の充填材）を有するカラム内を上に向かって流れる。純水が吸収カラム140の最上部に添加され、反応して酸化剤に転換された反応気体を吸収する（例えば、NO、NO2、N2O3、およびN2O4は水と反応してHNO3を形成する）；そして、カラムの最下部に向かって移動するにつれて酸化剤の濃度が持続的に高まる。カラム140の最下部において、酸化剤は高濃度に達しうる（例えば40 wt%〜70 wt%のHNO3）。酸化剤は次に、再使用のため、リサイクルされてケミカルリサイクルシステムの反応器セクション内に戻される。システムのこのコンポーネントは、反応気体の99.9%もを回収し、かつ変換して酸化剤に戻して、さらなる酸化剤をシステム内に添加する必要性を最小にするよう設計される。高い回収率はまた、反応気体の濃度が充分に低ければ、スクラブされた気体を大気中に放出することも可能にする。
例えば、反応器の気体は、50 mol%のNOおよび50 mol%のNO2という組成で反応器から出る可能性がある。これが毎時1 kmolで流れるならば、0.5 kmolのNOが酸化されてNO2になりうる。そのNOを酸化させるための充分な酸素を提供するには、流量が毎時1.7 kmolに等しいかまたはそれ以上である空気がこの反応気体ストリームと混合される。NOが酸化されてNO2になった後、混合ストリームは、N2と、ほとんどNO2とを（そして空気中に見いだされる低濃度の他の種を）有する。ストリームは毎時約1 kmolのNO2と毎時約1.35 kmolのN2とを有する。混合ストリームは吸収カラム140を通って送られ、NO2はカラム内で水中に吸収され、それにより、最終的にNO2の大部分は変換されて酸化剤に戻される（例えばHNO3が変換されて毎時1 kmolの流量になる）。水の流量は、水相のHNO3の濃度が最大になるように選択される。
吸収カラム140は、ポリエチレンのリサイクルプロセスに合わせた、ユニークかつプロセス固有の特徴を多数有していてもよい。吸収カラム140は連続的に稼働してもよく、かつ、反応器から出てくる固有の反応気体の組成（例えば60 wt%〜99 wt%のNO2および10 wt%〜60 wt%のNO）を扱ってもよい。加えて、プロセスの他の部分に由来する、より濃縮されていない酸化剤が、中間的なステージにおいてカラムに添加されてもよい。吸収カラム140から出た酸化剤の濃度がプロセスに充分な高さ（すなわち反応器に必要な濃度）でないならば、さらに純化させるため追加的な分離ユニット（蒸留カラムなど）に送られてもよい。
図19に、吸収カラム140を反応器120と組み合わせた、別のユニークな適用を示す。このシステムにおいて、吸収カラム140は複数の機能に役立つ。反応器120内の流体は沸点にあり、かつ反応気体および酸化剤の両方が気相として反応器120から出るので、気化した酸化剤を再凝縮するため還流コンポーネントが必要である。最上部に冷水を備えた吸収カラム140を追加することによって、反応気体の吸収と気化した酸化剤の直接凝縮という2つの機能を吸収カラム140が行うことができる。
図20に、反応器の還流セクションにおいて部分的吸収を行うための別の改変を示す。ここで、反応器120の最上部に充填カラム140が位置している。カラム140の最下部近くには、凝縮した液体をカラムから部分的に除去するためのトレイまたは何らかの内部構造物が存在する。この液体は、温度をさらに下げるため（例えば90℃〜150℃）クーラー148を通してポンプ送りされ、次に、カラム140の最上部からカラム140内の充填材料上に噴霧される。反応器120から出た反応気体は冷却され、気化された酸化剤は再凝縮して反応器120内に流れ戻る。酸化剤が消費されているので、反応器120内および蒸気中の濃度はフィード中の酸化剤の濃度より低く、したがっていくらかの反応気体が吸収される。このことは、次のセクションに行く反応気体の量を減らし、かつ酸化剤濃度を高く保つことも助ける。
他の変数には以下のものが含まれる：
・水および反応気体の温度が、吸収カラムに入る前に調整されるかまたはカラム内で冷却されてもよい（例えば5℃〜50℃）。典型的に、流体が冷たいほど酸化剤の回収および変換が良好である。
・圧力もまた調整されてもよい。高い圧力は回収および分離を向上させるが、このことは追加費用を発生させ、かつコンプレッサーなど他の設備も追加となる可能性がある。
・水に対する反応気体の相対的流量。これらの流量は、スクラブされた気体および水性酸化剤の組成に影響を及ぼす。
・カラムの長さおよび直径。
・カラムの内部構造物および充填材。
・カラムの数。
・ストリームが添加されるカラム内の位置。
定義および諸態様
酸化剤：反応を可能にするために用いられる化学成分。
酸化剤は、硝酸、硫酸、過酸化水素、分子状酸素、オゾン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、酸化剤は、硝酸水溶液、硫酸水溶液、過酸化水素水溶液、分子状酸素、オゾン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、酸化剤は硝酸水溶液を含む。
いくつかの態様において、酸化剤は45〜95 wt%の硝酸水溶液を含む。
いくつかの態様において、酸化剤は50〜75 wt%の硝酸水溶液を含む。
いくつかの態様において、酸化剤は60〜70 wt%の硝酸水溶液を含む。
いくつかの態様において、酸化剤は70〜80 wt%の硝酸水溶液を含む。
触媒：反応を増強するために用いられる化学成分。
触媒は、塩酸、臭化水素酸、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、ゼオライト、アルミナ、シリコアルミノホスフェート、炭酸鉄、炭化カルシウム、硫酸化ジルコニア、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、触媒はゼオライトを含む。
いくつかの態様において、触媒はZSM-5ゼオライトを含む。
いくつかの態様において、触媒はアルミナを含む。
いくつかの態様において、触媒は塩酸を含む。
ポリエチレン：反応用のフィードストック。
ポリエチレンは、超低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、架橋ポリエチレン、高密度ポリエチレン、高密度架橋ポリエチレン、高分子量ポリエチレン、超低分子量ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、ポリエチレンは、低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、ポリエチレンは汚染源由来である。
いくつかの態様において、ポリエチレンは、色素、添加剤、土、グリース、デブリ、ガラス、紙、流体、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つの汚染物質を有する。
いくつかの態様において、ポリエチレンは、フィルム、フレーク、細片、粉末、剛体、樹脂、溶融体、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つの形態にあってもよい。
反応気体：反応中に産生される気体。
反応気体は、N2、O2、Ar、CO2、H2O、CO、NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5、HNO3、SO2、SO3、Cl2、Br2、VOC、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、反応気体は、NO2、NO、HNO3、CO、CO2、およびH2Oを含む。
いくつかの態様において、反応気体は10〜60 wt%のNOと40〜90 wt%のNO2とを含む。
いくつかの態様において、反応気体は10〜60 wt%のNOと60〜99 wt%のNO2とを含む。
いくつかの態様において、反応気体は、10〜40 wt%のNOと、40〜99 wt%のNO2と、0〜10 wt%のCOと、0〜5 wt%のCO2と、0〜10 wt%のHNO3と、0〜10 wt%のH2Oとを含む。いくつかの態様において、反応気体は、10〜40 wt%のNOと、40〜99 wt%のNO2と、0〜10 wt%のCOと、0〜5 wt%のCO2と、0〜10 wt%のHNO3と、0〜10 wt%のH2Oと、0〜10 wt%のVOCとを含む。
産物：ハーベスト可能な、反応からの化学的出力。
産物は、C2ジカルボン酸、C3ジカルボン酸、C4ジカルボン酸、C5ジカルボン酸、C6ジカルボン酸、C7ジカルボン酸、C8ジカルボン酸、C9ジカルボン酸、C10ジカルボン酸、C11ジカルボン酸、C12ジカルボン酸、C13ジカルボン酸、C14ジカルボン酸、C15ジカルボン酸、C16ジカルボン酸、C17ジカルボン酸、C18ジカルボン酸、C19ジカルボン酸、C20ジカルボン酸、C20+ジカルボン酸、C2モノカルボン酸、C3モノカルボン酸、C4モノカルボン酸、C5モノカルボン酸、C6モノカルボン酸、C7モノカルボン酸、C8モノカルボン酸、C9モノカルボン酸、C10モノカルボン酸、C11モノカルボン酸、C12モノカルボン酸、C13モノカルボン酸、C14モノカルボン酸、C15モノカルボン酸、C16モノカルボン酸、C17モノカルボン酸、C18モノカルボン酸、C19モノカルボン酸、C20モノカルボン酸、C20+モノカルボン酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、産物は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、またはそれらの塩もしくはエステルからなる群より選択される少なくとも1つと；シュウ酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、2-オクテン二酸、2-ノネン二酸、2-デセン二酸、および2-ウンデセン二酸、ならびに、それらの塩、エステル、および組み合わせのうちの少なくとも1つとを含む。
いくつかの態様において、産物は、5〜50%のコハク酸、5〜50%のグルタル酸、5〜50%のアジピン酸、5〜50%のピメリン酸、0〜30%のスベリン酸、0〜30%のアゼライン酸、0〜20%のセバシン酸、0〜10%のウンデカン二酸、0〜10%のドデカン二酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、産物は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含む。
いくつかの態様において、産物は、単一のニトロ基で置換されたC8〜C20ジカルボン酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つとをさらに含む。いくつかの態様において、単一のニトロ基で置換された前記C8〜C20ジカルボン酸は、ニトロ-スベリン酸、ニトロ-アゼライン酸、ニトロ-セバシン酸、ニトロ-ウンデカン二酸、ニトロ-ドデカン二酸、ニトロ-ブラシル酸、ニトロ-テトラデカン二酸、ニトロ-ペンタデカン二酸、ニトロ-ヘキサデカン二酸、ニトロ-ヘプタデカン二酸、ニトロ-オクタデカン二酸、ニトロ-ノナデカン二酸、およびニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルであってもよい。いくつかの態様において、C8〜C20ジカルボン酸は、2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、もしくは2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルである。
いくつかの態様において、産物は、ニトロ化されたカルボン酸を含む。産物は、2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、および2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つを含んでもよい。
いくつかの態様において、産物中の少なくとも1つの種が産業用途用の化学中間体であってもよい。
理解されるべき点として、本発明は、本明細書に説明する特定の方法論、プロトコル、および試薬などに限定されるわけではなく、それらはさまざまに異なりうる。本明細書において用いる用語法は、特定の態様を説明することのみを目的としており、添付の特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲を限定することは意図されていない。
本発明を以下の実施例によってさらに例証するが、それら実施例は純粋に本発明の例示となることが意図されており、本発明をいかなる形でも限定するものとみなされるべきでない。以下の実施例は例示的なものにすぎず、本明細書に説明する諸局面をいかなる様式においても限定することは意図されていない。以下の実施例は、特許請求される本発明をよりよく例証するために提供されるのであり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。具体的材料が言及される範囲において、それは例証を目的としているにすぎず、本発明を限定することは意図されていない。当業者は、発明の能力を行使することなく、かつ本発明の範囲から逸脱することなく、同等の手段または反応物を開発できる可能性がある。
実施例1
実施例1のためのフィードストックは材料回収施設からの汚染プラスチックフィルムであった。これらフィルムの組成には、LDPE、HDPE、および、同定されなかったその他のカテゴリーが含まれる。汚染プラスチックフィルムを2インチサイズの正方形およびストリップに切断した。
5グラムのフィードストックをガラス内張反応器内に置いた。水で希釈した20%の硝酸75 mLを反応器に添加し、プラスチックを液体溶液中に沈めた。反応器を密閉し、空気で加圧し（600 psi）、500 rpmで内容物を撹拌しながら加熱した。望ましい温度（120℃）に達したら、2時間にわたって反応させた。次に、撹拌を続けたまま反応器を室温まで放置冷却した。
圧力を解放した後、残った固体片が撹拌器から離れるのを助けるため、アセトン30 mLを反応器に添加してさらに10分間撹拌した。反応器の内容物を濾紙に通して濾過して、オリゴマー樹脂である固体を除去した。5MのNaOH 50 mLを液体に添加してpH 12〜13とした。沈殿物が形成され、濾紙で収集された；これはNaOH産物である。残った液体に10MのHCl 4 mLを添加してpH 2とした。沈殿物が形成された。さらに沈殿させるため、溶液を4Cで30分間放置した。この沈殿物も濾紙で収集された；これはHCl産物である。残った濾液をホットプレート上で沸騰させることによって完全に蒸発させた。乾燥した結晶にアセトン20 mLを添加した。媒質をボルテックス印加によって混合した。溶解しなかった結晶を濾紙で除去した。残った透明の濾液を、ゆっくり蒸発させるため50℃で一晩放置した。最後に、乾燥した固体を収集した；これはアセトン産物である。
（表１）実施例1に基づくデータ
Figure 2021522401
実施例2a〜2d
実施例2a〜2dのためのフィードストックは材料回収施設からの汚染プラスチックフィルムであった。これらフィルムの組成には、LDPE、HDPE、および、同定されなかったその他のカテゴリーが含まれる。汚染プラスチックフィルムを2インチサイズの正方形およびストリップに切断した。
Xグラムのフィードストックをガラス内張反応器内に置いた。20%または25%の硝酸Y mLを反応器に添加し、プラスチックを液体溶液中に沈めた。反応器を密閉し、空気で加圧し（600 psi）、加熱した。望ましい温度（120℃）に達したら、2時間にわたって反応させた。最初の1時間後に撹拌（500 rpm）を実施し、残りの反応にわたって撹拌を続けた。次に、撹拌を続けたまま反応器を室温まで放置冷却した。（実施例2a〜2dにおいて用いたXおよびYの具体的数値については下記の表2を参照されたい。）
圧力を解放した後、濾過によって固相を液相から分離した。固相は空気乾燥させ、一方、液相はホットプレート上で加熱した。固相はオリゴマーを含有する。残りの液相が燃えまたは焦げることを防ぐため、溶液を熱源から除去し、すべての液体がなくなるまで空気乾燥させた。この残った産物は粗ジカルボン酸を含有する。
（表２）実施例2a〜2dに基づくデータ
Figure 2021522401
実施例3
実施例3のためのフィードストックはLDPEバブルパッケージング（bubble packaging）フィルムであった。LDPEバブルパッケージングフィルムを2インチサイズの正方形およびストリップに切断した。
5グラムのフィードストックをガラス内張反応器内に置いた。水で希釈した20%の硝酸75 mLを反応器に添加し、プラスチックを液体溶液中に沈めた。反応器を密閉し、空気で加圧し（600 psi）、加熱した；撹拌器は用いなかった。望ましい温度（120℃）に達したら、2時間にわたって反応させた。次に、反応器を室温まで放置冷却した。
この実施例（すなわち実施例3）は、実施例2において説明したのと同じ産物収集方法に従った。
（表３）実施例3に基づくデータ
Figure 2021522401
実施例4
実施例4のためのフィードストックはそれぞれ直径0.5 cmのHDPEペレットであった。反応および産物収集の手順は実施例3において説明したのと同様である。
（表４）実施例4に基づくデータ
Figure 2021522401
実施例5a〜5c
実施例5a〜5cのためのフィードストックは材料回収施設からの汚染プラスチックフィルムであった。これらフィルムの組成には、LDPE、HDPE、および、同定されなかったその他のカテゴリーが含まれる。表面の汚染には、土、デブリ、残余食品、およびグリースが含まれていた。これらのフィルムを破砕して、平均サイズ20 cm x 20 cmの不均一な小片にした。
Xグラムのフィードストックを丸底フラスコ内に置いた。69%の硝酸Y mLをフラスコに添加した；プラスチックを液体溶液中に沈めた。フラスコの底をマントルヒーター内で加熱した；フラスコの開口部を凝縮器に接続した。内容物を揺動するため撹拌バーを用いた。望ましい温度（120℃）に達したら、Z時間にわたって反応させた。次に、撹拌を続けたままフラスコを室温まで放置冷却した。（実施例5a〜5cにおいて用いたX、Y、およびZの具体的数値については下記の表5を参照されたい。）
続いて、液体溶液からオリゴマー樹脂を分離するため濾紙による濾過を行った。硝酸を除去するため液体溶液を60分間にわたり130℃に加熱した。残った結晶固体はジカルボン酸産物を含んでいた。
（表５）実施例5a〜5cに基づくデータ
Figure 2021522401
実施例6a〜6d
実施例6a〜6dのためのフィードストックは材料回収施設からの汚染プラスチックフィルムであった。これらフィルムの組成には、LDPE、HDPE、および、同定されなかったその他のカテゴリーが含まれる。表面の汚染には、土、デブリ、残余食品、およびグリースが含まれていた。これらのフィルムを破砕して、平均サイズ20 cm x 20 cmの不均一な小片にした。
Xグラムのフィードストックを丸底フラスコ内に置いた。69%の硝酸Y mLと固体触媒Zグラムとをフラスコに添加した；プラスチックを液体溶液中に沈めた。フラスコの底をマントルヒーター内で加熱した；フラスコの開口部を凝縮器に接続した。内容物を揺動するため撹拌バーを用いた。望ましい温度に達したら、K時間にわたって反応させた。次に、撹拌を続けたままフラスコを室温まで放置冷却した。（実施例6a〜6dにおいて用いたX、Y、Z、およびKの具体的数値については下記の表6を参照されたい。）
続いて、液体から固体（オリゴマー樹脂および固体触媒）を分離するため濾紙による濾過を行った。硝酸を回収するため1時間にわたって液体溶液に対する蒸留を行った。残った結晶固体をデシケーター内に一晩置いた。乾燥した結晶の重量はフィルムの初期重量の40パーセントであった。この固体はC4〜C10二塩基酸の混合物を含んでいた。
（表６）実施例6a〜6dに基づくデータ
Figure 2021522401
実施例7
200 mgのLDPE（エア／バブルパッケージングから切り出したもの）を、100 mLのガラス内張式ステンレス鋼圧力反応器に添加し、反応器を密閉した。反応器をN2でパージし、次にNOで40 psi、N2で460 psi、O2で100 psiに加圧した。反応器を1時間にわたり110℃に加熱し、続いて冷却しかつ圧力を解放した。得られた粗産物（crude product）混合物（分解混合物）を取り出し、メタノールで抽出した。メタノール可溶性の産物混合物は、回収率が重量比69%で、二塩基酸からなっていた。
実施例8
200 mgのLDPE（エア／バブルパッケージングから切り出したもの）および200 mgのHDPE（食品用プラスチックバッグから切り出したもの）を、100 mLのガラス内張式ステンレス鋼圧力反応器に添加し、反応器を密閉した。反応器をN2でパージし、次にNOで40 psi、N2で460 psi、O2で100 psiに加圧した。反応器を2時間にわたり120℃に加熱し、続いて冷却しかつ圧力を解放した。得られた粗産物混合物（分解混合物）を取り出し、メタノールで抽出した。メタノール可溶性の産物混合物は、回収率が重量比49%であった。メタノール除去後、残った粗産物は、それぞれのジメチルエステルとして検出されたジカルボン酸を含んでいた。
分析
酸性産物の定性的および定量的な分析をDB-1カラム上のGC-MSにより行った。上述の実施例において言及した粗産物を、塩化アセチルの存在下でメタノールにより一晩エステル化した。誘導体化された産物を濾過し、次にメタノール中で25x〜100xに希釈した。
コハク酸ジメチル（C4）、グルタル酸ジメチル（C5）、アジピン酸ジメチル（C6）、およびピメリン酸ジメチル（C7）という4つの主な化合物について検量線を作成した。定量化はTICに基づいて行い、パーセンテージ値は各サンプルの質量に基づいて計算した。GC-MSにより、スベリン酸ジメチル（C8）、アゼライン酸ジメチル（C9）、セバシン酸ジメチル（C10）、そして時にウンデカン二酸ジメチルエステル（C11）、およびドデカン二酸ジメチルエステル（C12）などの長鎖ジメチルエステルもまた同定されたが、これらは定量化されなかった。そうしたクロマトグラムを図2に示す。
オリゴマー樹脂は熱重量分析（TGA）および示差走査熱量測定（DSC）によって予備的に特性付けされた。これらのオリゴマー樹脂は、もともとのPEフィードストックとは異なる化学特性をもっていた。図3A〜図3Bはオリゴマー樹脂（図3A）とPE（図3B）との分解パターンを対比している。
図4は、廃棄PEフィルムが120℃付近に結晶性を有し、一方で樹脂産物が結晶性を失っていることを示している。
実施例9
この実施例のためのフィードストックはポリエチレン10 gおよび70 wt%の硝酸水溶液100 gであった。120℃および大気圧にて、9時間にわたってバッチ反応を行った。産物は、ジカルボン酸（50〜65 wt%）と、ニトロ置換されたジカルボン酸を含む他のコンポーネントを含有する別の画分（35〜50 wt%）とであった。ジカルボン酸は、反応濾液の分留と、続いて硝酸水溶液の大部分を除去するための蒸発とによって分離された。表7に、その画分中に見いだされたさまざまなジカルボン酸の範囲を提供する。
（表７）
Figure 2021522401
実施例10
磁性撹拌バーを備えた250 mLの丸底フラスコに、ポリエチレン10 gおよび67 wt%のHNO3 100 gをロードした。反応フラスコはガラス温度計を備えており、温度制御されたIKA加熱プレート上に置かれ、水凝縮器に取り付けられた。反応フラスコを最大撹拌レート（2000 RPMの設定）で撹拌し、かつ望ましい反応温度まで加熱した。望ましい温度に達したら（約15〜20分）、それを反応時間の開始とした。反応時間後、ヒーターを切り、反応フラスコをヒーターから持ち上げ、撹拌しながら速やかに冷却させた（約15〜20分）。最終混合物（水性の産物ストリーム）をHirsch漏斗上で濾紙に通して濾過して250 mLのビーカーに入れた。250 mLのビーカー内に収集された濾液を75℃のホットプレート上で蒸発させて粗ジカルボン酸産物を得た。粗ジカルボン酸を、ジカルボン酸の組成についてGC分析に供し、かつさらなる産物の組成についてLC分析に供した。結果を表8に示す。
（表８）
Figure 2021522401
実施例11
粉末状の純ポリエチレンをビーカーに添加し、かつ、67 wt%の硝酸水溶液を、硝酸水溶液とポリエチレンとの質量比10:1にて添加した。混合物を120℃で6時間加熱し、四重極飛行時間型液体クロマトグラフィ質量分析（QTOF-LCMS）による分析用にサンプルを得た。検出された主な化合物はジカルボン酸およびそれらのニトロ化産物であった。図22A〜Cに同サンプルのLCMSの結果のサマリーを提供する。
実施例12
分析用にジカルボン酸のメチルエステルを作るため、20 mLのシンチレーションバイアル内で約60 mgのサンプルを約6 gのMeOH中に溶解した。約200 μLのAcClを添加した。（AcClの添加は発熱を伴い、したがって添加は、小規模においては液滴で、大規模においては氷浴中で行った。）上述の溶液に関するターゲット濃度は約10000 ppmとした。> 10000 ppmならば、必要な希釈を行った。約 > 10000 ppmのサンプルを伴う約1 mLの溶液を8 mLのバイアルに移送した。175 mgの無水Na2SO4を添加した。その混合物を40℃のオーブン内またはホットプレート上に1時間置いた。1時間後、混合物をRTまで冷まし、40xの希釈を行った。希釈調製物および溶液調製物の各々について、それぞれの体積を計算できるよう、質量および密度を記録した。結果を図23に示す。
実施例13
この実施例は、反応産物に対する圧力および温度の影響を示す。
ポリエチレン（PE）粉末2グラムおよび25%の硝酸20グラム（PEと硝酸との比 1:10）を100 mLのガラスライナーに添加した。ライナーを、耐食性のカーペンター20材料で作られた100 mLのParr反応用容器内にロードし、反応器ヘッドにクランプ留めした。Parr反応器は、気体添加用の気体ライン、圧力ゲージ、デジタル圧力センサー、磁性撹拌器、熱電対、およびセラミックヒーターを備えていた。反応器内の加熱および撹拌を制御するためコントローラーを用いた。
容器内部の酸素／空気を除去するため窒素ガスで3回パージした。次に容器を加圧し、経時的な圧力降下によって示される漏れを検出するため漏れ試験を行った。漏れを直し、漏れが検出されなくなるまで漏れ試験を繰り返し、次に反応器を減圧した。
ヒーター（120℃〜180℃に設定）および撹拌器（300 RPMに設定）を、コントローラーを介してオンにした。反応容器内部の温度が望ましい温度に達したら（約15〜20分）、開始時刻を記録し、反応を6時間にわたって進ませた。（これは閉鎖系であったため、温度が上昇するにつれて、液体体積の増大および気体の生成によって反応容器内部の圧力もまた上昇した。）
反応完了後、外部ファンによって反応容器を室温まで冷却した（約20〜30分間）。次に、反応器を開ける前に、気体を排気し、かつ残った気体を除去するため窒素でパージした。
固体ストリーム（未反応または反応不完全なPE）と液体ストリーム（硝酸中に溶解されたジカルボン酸）とを含有する産物混合物を重力濾過によって分離した。液体ストリーム中の希釈硝酸を蒸留によって除去し、（ジカルボン酸を含有する）残った固体をGC-MSを用いて分析した。結果を図24および下記の表9に示す。
（表９）
Figure 2021522401
図24および表9に示すように、ジカルボン酸の収率%（PEフィード1グラムあたり産生されたジカルボン酸のグラム数）は、温度が120℃から150℃まで上昇するにつれて増大した。これは、より高い温度が、PEからジカルボン酸産物への破壊を助けたからだと考えられる。温度が160℃から180℃までさらに上昇するとジカルボン酸の収率%が低下した；これらのより高い温度は、ジカルボン酸を、気体および他の望ましくない種にさらに変換させた可能性がある。
より低い硝酸濃度において、圧力反応は、より高い硝酸濃度で大気圧にて行われた反応より、多くのジカルボン酸をもたらすことができた。比較として、大気圧における還流実験（70%硝酸、PEと硝酸との比 1:10、6時間、120℃、0 psi）ではジカルボン酸収率が29%となったのに対し、圧力反応（25%硝酸、PEと硝酸との比 1:10、6時間、150℃、500 psi）ではジカルボン酸収率が42%となり、より短鎖のジカルボン酸の濃度が著明に高かった（下記の表10におけるデータを参照されたい）。
（表１０）
Figure 2021522401
上述のさまざまな方法および技法は本出願を実施するための多数の方式を提供する。無論、理解されるべき点として、本明細書に説明する特定の態様において、本明細書に説明したすべての目的および利点が必ずしも実現されない可能性もある。ゆえに、例えば、当業者には、本明細書において教示されるような1つの利点または一群の利点を実現するが本明細書において教示または示唆される他の目的または利点の実現を必ずしも伴わない様式で本発明の方法が行われうることが、認識されるであろう。さまざまな代替物が本明細書において言及されている。理解されるべき点として、いくつかの態様は、1つの、別の、もしくは複数の特徴を具体的に含み；他の態様は、1つの、別の、もしくは複数の特徴を具体的に除外し；また他の態様は、1つの、別の、もしくは複数の有利な特徴を含むことによって、特定の特徴を弱める。
さらに、当業者には、異なる諸態様に由来するさまざまな特徴の適用性が認識されるであろう。同様に、上述のさまざまな要素、特徴、および段階、ならびにそうした要素、特徴、または段階に対する他の公知の同等物は、本明細書に説明する原理に基づく方法を行うため、本技術分野の当業者によってさまざまな組み合わせで用いられうる。多様な諸態様において、さまざまな要素、特徴、および段階のうちのいくつかは具体的に含まれ、他は具体的に除外されるであろう。
本出願を特定の態様および実施例の文脈において開示したが、当業者には、本出願の諸態様が、具体的に開示される態様を超えて、他の代替的態様ならびに／またはその使用および改変、ならびにその同等物まで拡張されることが、理解されるであろう。
本出願のさまざまな態様が本明細書に説明されており、それには、本出願を実施するうえで本発明者が知る最良の様式が含まれる。それら態様に対するバリエーションは、前述の説明を読むことによって当業者に明らかになるであろう。当業者がそうしたバリエーションを適宜使用できること、そして本明細書に具体的に説明される以外の方式で本出願が実施されうることが企図されている。したがって、本出願の多くの態様は、適用法によって認められる範囲で、添付の特許請求の範囲に記載された内容のすべての改変および同等物を含む。さらに、本明細書に別段の提示がない限り、またはその他文脈により明らかに否定されない限り、上述の要素の任意の組み合わせも、そのすべての可能なバリエーションにおいて、本出願に包含される。
本明細書において参照するすべての特許、特許出願、特許出願の刊行物、ならびに、記事、書籍、仕様書、刊行物、文書、および／または物などの他の資料は、すべての目的についてその全内容がこの参照により本明細書に組み入れられる；ただし、それらに関連する出願経過書類、それらのうち本文書と矛盾もしくは対立するもの、または、それらのうち、本文書に現在もしくは今後関連する特許請求の最も広い範囲に対して限定的な影響を有する可能性があるものは、除外される。例として、組み入れられる資料のいずれかに関連する説明、定義、および／または用語の使用と、本文書に関連するそれとの間に、矛盾または対立が存在する場合は、本文書における説明、定義、および／または用語の使用が優先する。
理解されるべき点として、本明細書に開示する本出願の諸態様は、本出願の諸態様の原理を例示するものである。用いられうる他の改変も本出願の範囲内に入りうる。ゆえに、限定ではないが例として、本出願の諸態様の代替的構成が、本明細書の教示に基づいて利用されうる。したがって、本出願の諸態様は、提示および説明したとおりのものに限定されるわけではない。
本発明のさまざまな態様を上記の詳細な説明において説明した。これらの説明は上述の諸態様を直接説明しているが、理解される点として、当業者には、本明細書に提示および説明した具体的態様に対する改変および／またはバリエーションが想像できる可能性がある。本説明の範囲内に入るそうしたいかなる改変およびバリエーションもまた本明細書に含まれるものと意図されている。具体的に注記されない限り、本明細書および特許請求の範囲における語および句は、通常のかつ当業者が慣れた意味を付与されることを、本発明者らは意図している。
本出願提出の本時点において本出願人が知る本発明のさまざまな態様についての、以上の説明が提示され、それは例示および説明を目的としたものであることが意図されている。本説明は、網羅的であることを意図しておらず、本発明を開示のとおりの形式に限定することもまた意図していないのであり、上述の教示に照らして多数の改変およびバリエーションが可能である。説明した諸態様は、本発明の原理およびその実際的な適用を説明するため、ならびに、企図される特定の用途に適するよう本発明をさまざまな態様においてかつさまざまな改変とともに他の当業者が利用できるようにするために役立つ。したがって、本発明は、本発明を実施するために開示される特定の態様に限定されるわけではないことが意図されている。
本発明の特定の態様を提示および説明したが、本明細書の教示に基づき、本発明およびそのより広い局面から逸脱することなく変更および改変がなされうること、かつしたがって、添付の特許請求の範囲は、そうしたすべての変更および改変を、本発明の真の精神および範囲内であるとしてその範囲内に包含することが、当業者には明らかであろう。

Claims (69)

  1. (a) コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、およびアゼライン酸、またはそれらの塩もしくはエステルと；
    (b) シュウ酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、2-オクテン二酸、2-ノネン二酸、2-デセン二酸、および2-ウンデセン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つと
    を含む組成物。
  2. (a) コハク酸は約5〜約18 wt%の量で存在し、グルタル酸は約8〜約28 wt%の量で存在し、アジピン酸は約10〜約29 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約10〜約20 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約8〜約13 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ
    (b) シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約9〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約1〜約10 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約1〜約8 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する、
    請求項1記載の組成物。
  3. (a) コハク酸は約10〜約11 wt%の量で存在し、グルタル酸は約15〜約18 wt%の量で存在し、アジピン酸は約16〜約18 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約15〜約17 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約10〜約12 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ
    (b) シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約13〜約15 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約5〜約9 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約3〜約6 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば約1〜約3 wt%の量で存在し、トリデカン二酸は存在するならば約0.5〜約1.5 wt%の量で存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する、
    請求項1記載の組成物。
  4. (a) コハク酸は約5〜約40 wt%の量で存在し、グルタル酸は約8〜約27 wt%の量で存在し、アジピン酸は約10〜約29 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約10〜約20 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約1〜約13 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ
    (b) シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約4〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば最大約10 wt%まで存在し、ウンデカン二酸は存在するならば最大約8 wt%まで存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する、
    請求項1記載の組成物。
  5. (c) 2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、および2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つ
    をさらに含む、請求項1〜4のいずれか一項記載の組成物。
  6. (a) コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、およびアゼライン酸、またはそれらの塩もしくはエステルと；
    (b) 単一のニトロ基で置換された少なくとも1つのC8〜C20ジカルボン酸、またはそれらの塩もしくはエステルと
    を含む組成物。
  7. 単一のニトロ基で置換された前記少なくとも1つのC8〜C20ジカルボン酸が、（1）ニトロ-スベリン酸、ニトロ-アゼライン酸、ニトロ-セバシン酸、ニトロ-ウンデカン二酸、ニトロ-ドデカン二酸、ニトロ-ブラシル酸、ニトロ-テトラデカン二酸、ニトロ-ペンタデカン二酸、ニトロ-ヘキサデカン二酸、ニトロ-ヘプタデカン二酸、ニトロ-オクタデカン二酸、ニトロ-ノナデカン二酸、もしくはニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルであるか；または（2）2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、もしくは2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルである、請求項6記載の組成物。
  8. 単一のニトロ基で置換された前記少なくとも1つのC8〜C20ジカルボン酸が、組成物中に最大1 wt%まで存在する、請求項6または7記載の組成物。
  9. (c) シュウ酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、2-オクテン二酸、2-ノネン二酸、2-デセン二酸、および2-ウンデセン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つ
    をさらに含む、請求項6〜8のいずれか一項記載の組成物。
  10. (a) コハク酸は約5〜約18 wt%の量で存在し、グルタル酸は約8〜約28 wt%の量で存在し、アジピン酸は約10〜約29 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約10〜約20 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約8〜約13 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ
    (c) シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約9〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約1〜約10 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約1〜約8 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する、
    請求項9記載の組成物。
  11. (a) コハク酸は約10〜約11 wt%の量で存在し、グルタル酸は約15〜約18 wt%の量で存在し、アジピン酸は約16〜約18 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約15〜約17 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約10〜約12 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ
    (c) シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約13〜約15 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約5〜約9 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約3〜約6 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば約1〜約3 wt%の量で存在し、トリデカン二酸は存在するならば約0.5〜約1.5 wt%の量で存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する、
    請求項9記載の組成物。
  12. (a) コハク酸は約5〜約40 wt%の量で存在し、グルタル酸は約8〜約27 wt%の量で存在し、アジピン酸は約10〜約29 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約10〜約20 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約1〜約13 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ
    (c) シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約4〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば最大約10 wt%まで存在し、ウンデカン二酸は存在するならば最大約8 wt%まで存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する、
    請求項9記載の組成物。
  13. 酸が少なくとも部分的にアルカリ金属塩の形態である、請求項1〜12のいずれか一項記載の組成物。
  14. 酸が少なくとも部分的にエステルの形態である、請求項1〜12のいずれか一項記載の組成物。
  15. エステルがC1〜4アルキルエステルである、請求項14記載の組成物。
  16. 酸が遊離酸の形態である、請求項1〜12のいずれか一項記載の組成物。
  17. プラスチック廃棄物を分解するための方法であって、以下の段階を含む方法：
    (a) プラスチック廃棄物を反応容器に添加する段階；
    (b) 硝酸（HNO3）水溶液を該反応容器に添加して混合物をもたらす段階であって、プラスチック廃棄物と硝酸水溶液との重量比が1:3より大きい、段階；
    (c) (b)で得られた該混合物を、該プラスチック廃棄物を分解して分解産物を産生するのに有効な条件に供する段階であって、該分解産物が、
    (i) コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリ酸、およびアゼライン酸と；
    (ii) シュウ酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、2-オクテン二酸、2-ノネン二酸、2-デセン二酸、および2-ウンデセン二酸のうちの少なくとも1つと
    を含む、段階。
  18. プラスチック廃棄物を分解するための方法であって、以下の段階を含む方法：
    (a) プラスチック廃棄物を反応容器に添加する段階；
    (b) 硝酸（HNO3）水溶液を該反応容器に添加して混合物をもたらす段階であって、プラスチック廃棄物と硝酸水溶液との重量比が1:3より大きい、段階；
    (c) (b)で得られた該混合物を、該プラスチック廃棄物を分解して分解産物を産生するのに有効な条件に供する段階であって、該分解産物が、
    (i) コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、およびアゼライン酸と；
    (ii) 単一のニトロ基で置換されたC8〜C20ジカルボン酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つと
    を含む、段階。
  19. 単一のニトロ基で置換された前記少なくとも1つのC8〜C20ジカルボン酸が、（1）ニトロ-スベリン酸、ニトロ-アゼライン酸、ニトロ-セバシン酸、ニトロ-ウンデカン二酸、ニトロ-ドデカン二酸、ニトロ-ブラシル酸、ニトロ-テトラデカン二酸、ニトロ-ペンタデカン二酸、ニトロ-ヘキサデカン二酸、ニトロ-ヘプタデカン二酸、ニトロ-オクタデカン二酸、ニトロ-ノナデカン二酸、もしくはニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルであるか；または（2）2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、もしくは2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルである、請求項18記載の方法。
  20. 単一のニトロ基で置換された前記少なくとも1つのC8〜C20ジカルボン酸が、組成物中に最大1 wt%まで存在する、請求項18または19記載の方法。
  21. プラスチック廃棄物がポリエチレンを含む、請求項17〜20のいずれか一項記載の方法。
  22. プラスチック廃棄物が、少なくとも1つの非プラスチック廃棄物をさらに含む、請求項17〜21のいずれか一項記載の方法。
  23. 硝酸が10〜90 wt%の濃度を有する、請求項17〜22のいずれか一項記載の方法。
  24. 硝酸が約67〜約70 wt%の濃度を有する、請求項17〜22のいずれか一項記載の方法。
  25. プラスチック廃棄物と硝酸との重量比が1:10〜1:100である、請求項17〜24のいずれか一項記載の方法。
  26. 少なくとも1つの固体触媒を反応容器に添加する段階をさらに含む、請求項17〜25のいずれか一項記載の方法。
  27. 前記少なくとも1つの固体触媒が、ゼオライト、アルミナ、シリコアルミノホスフェート、硫酸化ジルコニア、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、炭酸鉄、炭化カルシウム、またはそれらの組み合わせである、請求項26記載の方法。
  28. 前記有効な条件が、約60℃〜約200℃の温度範囲を含む、請求項17〜27のいずれか一項記載の方法。
  29. 前記有効な条件が、0〜1000 psiの初期圧力を含む、請求項17〜28のいずれか一項記載の方法。
  30. 前記有効な条件が、反応容器内の滞留時間が約1時間〜約10時間であるバッチプロセスを含む、請求項17〜29のいずれか一項記載の方法。
  31. 前記有効な条件が、反応容器内の滞留時間が約3時間〜約6時間であるバッチプロセスを含む、請求項17〜29のいずれか一項記載の方法。
  32. 前記有効な条件が連続プロセスを含む、請求項17〜29のいずれか一項記載の方法。
  33. 連続プロセスが、反応容器へのプラスチック廃棄物および硝酸水溶液の連続添加と、分解産物の連続除去とを含む、請求項32記載の方法。
  34. 分解産物が、
    (a) コハク酸は約5〜約18 wt%の量で存在し、グルタル酸は約8〜約28 wt%の量で存在し、アジピン酸は約10〜約29 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約10〜約20 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約8〜約13 wt%の量で存在すること；かつ
    (b) シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約9〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約1〜約10 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約1〜約8 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在すること
    を含む、請求項17〜33のいずれか一項記載の方法。
  35. 分解産物が、
    (a) コハク酸は約10〜約11 wt%の量で存在し、グルタル酸は約15〜約18 wt%の量で存在し、アジピン酸は約16〜約18 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約15〜約17 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約10〜約12 wt%の量で存在すること；かつ
    (b) シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約13〜約15 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば約5〜約9 wt%の量で存在し、ウンデカン二酸は存在するならば約3〜約6 wt%の量で存在し、ドデカン二酸は存在するならば1〜3 wt%の量で存在し、トリデカン二酸は存在するならば約0.5〜約1.5 wt%の量で存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.2 wt%まで存在すること
    を含む、請求項17〜33のいずれか一項記載の方法。
  36. (a) コハク酸は約5〜約40 wt%の量で存在し、グルタル酸は約8〜約27 wt%の量で存在し、アジピン酸は約10〜約29 wt%の量で存在し、ピメリン酸は約10〜約20 wt%の量で存在し、かつアゼライン酸は約1〜約13 wt%の量で存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在し；かつ
    (b) シュウ酸は存在するならば最大10 wt%までの量で存在し、スベリン酸は存在するならば約4〜約20 wt%の量で存在し、セバシン酸は存在するならば最大約10 wt%まで存在し、ウンデカン二酸は存在するならば最大約8 wt%まで存在し、ドデカン二酸は存在するならば最大約5 wt%まで存在し、トリデカン二酸は存在するならば最大約4 wt%まで存在し、テトラデカン二酸は存在するならば最大約2 wt%まで存在し、かつペンタデカン二酸は存在するならば最大約0.4 wt%まで存在し、またはそれらの塩もしくはエステルの当量が存在する、
    請求項17〜33のいずれか一項記載の方法。
  37. 前記有効な条件がゼオライト触媒の存在をさらに含む、請求項17〜36のいずれか一項記載の方法。
  38. 分解産物を単離する段階をさらに含む、請求項17〜37のいずれか一項記載の方法。
  39. 分解産物が、不溶性産物の除去によって単離される、請求項38記載の方法。
  40. 不溶性産物の除去が濾過によって行われる、請求項39記載の方法。
  41. 溶媒の蒸発をさらに含む、請求項37〜40のいずれか一項記載の方法。
  42. 溶媒が硝酸を含む、請求項41記載の方法。
  43. ポリエチレンを分解するための方法であって、以下の段階を含む方法：
    反応器内でポリエチレンを酸化剤と反応させて反応産物と反応気体とを産生する段階；
    該反応気体から該酸化剤を回収するため該反応気体を吸収ユニットに供給する段階；および
    該酸化剤を該吸収ユニットから該反応器にリサイクルする段階。
  44. 酸化剤が硝酸である、請求項43記載の方法。
  45. 反応産物がジカルボン酸を含む、請求項43または44記載の方法。
  46. 反応産物が、
    (a) コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、およびアゼライン酸、またはそれらの塩もしくはエステルと；
    (b) シュウ酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、2-オクテン二酸、2-ノネン二酸、2-デセン二酸、および2-ウンデセン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つと
    を含む、請求項43〜45のいずれか一項記載の方法。
  47. 反応産物が、
    (c) 2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、および2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つ
    をさらに含む、請求項43〜46のいずれか一項記載の方法。
  48. 反応産物が、
    (a) コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、およびアゼライン酸と；
    (b) 単一のニトロ基で置換されたC8〜C20ジカルボン酸、またはそれらの塩もしくはエステルのうちの少なくとも1つと
    を含む、請求項43〜47のいずれか一項記載の方法。
  49. 単一のニトロ基で置換されたC8〜C20ジカルボン酸が、（1）ニトロ-スベリン酸、ニトロ-アゼライン酸、ニトロ-セバシン酸、ニトロ-ウンデカン二酸、ニトロ-ドデカン二酸、ニトロ-ブラシル酸、ニトロ-テトラデカン二酸、ニトロ-ペンタデカン二酸、ニトロ-ヘキサデカン二酸、ニトロ-ヘプタデカン二酸、ニトロ-オクタデカン二酸、ニトロ-ノナデカン二酸、もしくはニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルであるか；または（2）2-ニトロ-スベリン酸、2-ニトロ-アゼライン酸、2-ニトロ-セバシン酸、2-ニトロ-ウンデカン二酸、2-ニトロ-ドデカン二酸、2-ニトロ-ブラシル酸、2-ニトロ-テトラデカン二酸、2-ニトロ-ペンタデカン二酸、2-ニトロ-ヘキサデカン二酸、2-ニトロ-ヘプタデカン二酸、2-ニトロ-オクタデカン二酸、2-ニトロ-ノナデカン二酸、もしくは2-ニトロ-イコサン二酸、またはそれらの塩もしくはエステルである、請求項48記載の方法。
  50. 塩酸、臭化水素酸、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、ゼオライト、アルミナ、シリコアルミノホスフェート、炭酸鉄、炭化カルシウム、硫酸化ジルコニア、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される触媒でポリエチレンと酸化剤とを反応させる段階をさらに含む、請求項43〜49のいずれか一項記載の方法。
  51. 分離ユニット内で酸化剤から反応産物を分離する段階をさらに含む、請求項43〜50のいずれか一項記載の方法。
  52. 分離ユニットから回収された酸化剤を反応器にリサイクルする段階をさらに含む、請求項51記載の方法。
  53. 酸化剤を反応器にリサイクルする段階の前に、分離ユニットから回収された酸化剤を濃縮する段階をさらに含む、請求項52記載の方法。
  54. 反応気体を吸収ユニットに供給する段階の前に、反応気体を空気、エンリッチドエア（enriched air）、または酸素と混合する段階をさらに含む、請求項43〜53のいずれか一項記載の方法。
  55. ポリエチレンと酸化剤とが、0〜1000 psiの初期圧力を含む反応器内で約60℃〜約200℃の温度で反応される、請求項43〜54のいずれか一項記載の方法。
  56. 反応器内におけるポリエチレンの質量と酸化剤の質量との比が1:3〜1:100である、請求項43〜55のいずれか一項記載の方法。
  57. 反応器内におけるポリエチレンの質量と酸化剤の質量との比が1:10〜1:100である、請求項43〜56のいずれか一項記載の方法。
  58. ポリエチレンと酸化剤との反応を行って反応産物と反応気体とを産生するように構成された反応器と；
    該反応気体から該酸化剤を回収して該酸化剤を該反応器に戻すように構成された吸収ユニットと；
    該酸化剤から該反応産物を分離するように構成された分離ユニットと
    を含む、ポリエチレンを分解するためのシステム。
  59. 分離ユニットが蒸発器を含む、請求項58記載のシステム。
  60. 蒸発器が、ワイプトフィルム式（wiped-film）蒸発器、流下フィルム式蒸発器、強制循環式蒸発器、またはフラッシュ式蒸発器である、請求項59記載のシステム。
  61. 分離ユニットが酸化剤ハーベスターをさらに含む、請求項58〜60のいずれか一項記載のシステム。
  62. 酸化剤ハーベスターが、クロマトグラフィカラム、晶析器、液液抽出器、およびNutscheフィルター乾燥機の群より選択される、請求項61記載のシステム。
  63. 分離ユニットが乾燥機をさらに含む、請求項58〜62のいずれか一項記載のシステム。
  64. 反応器が撹拌槽型反応器を含む、請求項58〜63のいずれか一項記載のシステム。
  65. 反応器が、ポリエチレンをブレンドおよび破壊するように構成された細断ブレードを含む、請求項58〜64のいずれか一項記載のシステム。
  66. 反応器が、ポリエチレンを反応器内までまたは反応器を通って運搬するように構成されたスクリューコンベヤを含む、請求項58〜65のいずれか一項記載のシステム。
  67. 分離ユニットが、分離された酸化剤を反応器にリサイクルするように構成される、請求項58〜66のいずれか一項記載のシステム。
  68. 酸化剤を吸収ユニットから反応器にリサイクルする前に酸化剤を濃縮するように構成された蒸留ユニットをさらに含む、請求項58〜67のいずれか一項記載のシステム。
  69. 反応器からの反応気体を凝縮するための凝縮器をさらに含む、請求項58〜68のいずれか一項記載のシステム。
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