JP2022520072A - ポリマーの熱分解からのガス状流出物を処理するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[003]2017年には、世界中で何億メートルトンものプラスチックが生産された。このように、プラスチックの製造とリサイクルは、環境的および経済的観点からも大きな課題となっていることは明らかである。したがって、ポリマー樹脂を脱重合および/またはクラッキングし、再利用可能な生成物を得ることができるのは、経済的および環境的観点から有利である。従来のプラスチックのリサイクル方法の中で、最も頻繁に採用されているのが熱分解とメカニカルリサイクルである。
[0011]したがって、本発明の目的は、先行技術の上記の欠点の少なくとも1つを克服することである。
‐ 第1の圧力p1で維持された凝縮チャンバー内にガス状流出物を注入することと、それを吸収液と接触させることとを含む凝縮工程であって、前記吸収液の温度がガス状流出物の温度を下回り、その結果、前記モノマーが熱交換によって吸収液中に凝縮する凝縮工程、
‐ 第1の圧力p1よりも低い第2の圧力p2で維持されたチャンバー内での凝縮物の膨張による、凝縮工程の終了時に得られた凝縮物の部分蒸発の工程、
‐ 部分蒸発工程の終了時に得られた第1の液体または蒸気留分を、ガス状流出物に含まれるモノマーを再度吸収するように、少なくとも部分的に凝縮チャンバーに向け直すことを含む再注入工程であって、好ましくは、蒸気留分は凝縮チャンバーに導入される前に適宜再凝縮される、再注入工程;および
‐ 部分蒸発工程の終了時に得られた、モノマーを充填した第2の液体または蒸気留分の精製を含む回収工程
を含むことを特徴とする、方法である。
- 再注入工程の間、再注入される第1の留分は液体留分であり、回収工程の間、回収される第2の留分は蒸気留分である;
‐ 吸収液は、標準状態でのその蒸発潜熱ΔHvと標準状態でのそのモル比熱Cpとの比が回収されるモノマーの比より大きくなるように選択される;
‐ 吸収液は、次の化合物:ベンゼン、ベンゾニトリル、式R-COOHの化合物、および式R-OHの化合物[ここで、Rはアルキル(炭素数1~5)、フェニルまたは水素から選択され得る]から選択される;
‐ 吸収液は、その沸点が回収されるモノマーの沸点のオーダー±80℃、好ましくは±50℃、より好ましくは±30℃、より一層に好ましくは±10℃であるように選択される;
‐ 吸収液は、回収されるモノマーの沸点および/または回収されるモノマーと形成される共沸混合物の沸点を超えるかまたはそれと実質的に等しい沸点を有する;
‐ ポリマーは、以下から選択される:高密度ポリエチレン(HDPE)またはポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエチレン;アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンコポリマー、スチレン-ブタジエン-アルキルメタクリレート(またはSBM)コポリマーなど、オレフィンのホモポリマーおよびコポリマー;ポリプロピレン、ポリブタジエン、およびポリブチレン;アクリルホモポリマーおよびコポリマー、ならびにポリメチルメタクリレートなどのポリアルキルメタクリレート;ポリヒドロキシアルカノエート;ホモポリアミドおよびコポリアミド;ポリカーボネート;ポリエチレンテレフタレートおよびポリブチレンテレフタレートを含むポリエステル;ポリフェニレンエーテル、ポリオキシメチレン、ポリオキシエチレンまたはポリエチレングリコールおよびポリオキシプロピレンなどのポリエーテル;ポリスチレン;スチレンと無水マレイン酸のコポリマー;ポリ塩化ビニル;ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテトラフルオリド、およびポリクロロトリフルオロエチレンなどのフルオロポリマー;天然または合成ゴム;熱可塑性ポリウレタン;ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)およびポリエーテルケトンケトン(PEKK)などのポリアリールエーテルケトン(PAEK);ポリエーテルイミド;ポリスルホン;ポリフェニレンスルフィド;セルロースアセテート;ポリ酢酸ビニル;またはこれらの2種以上のポリマーの混合物;
‐ モノマーは、次の化合物から選択される:メチルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、スチレン、クロトン酸、ガンマブチロラクトン、デルタバレロラクトン、およびこれらの混合物;
‐ 凝縮工程の間のガス状流出物の注入は、吸収液に対して並流または向流で行われる;
‐ 本方法には、部分蒸発工程の前の凝縮工程の終了時に得られた凝縮物の分離工程も含まれる;
‐ また、本方法は、凝縮チャンバーに向け直された留分の温度を、ガス状流出物に含まれるモノマーを再度吸収するように、調整する工程も含み、本工程には、例えば加熱または冷却が含まれる;
- 凝縮工程の時点で、添加剤が吸収液に加えられ、前記添加剤は、場合によって重合禁止剤から選択されている;
- 部分蒸発工程の時点で、添加剤が回路に加えられ、前記添加剤は、場合によって重合禁止剤から選択されている。
‐ 第1の圧力p1で維持され得る凝縮チャンバーであって、その側壁に、ガス状流出物の入口開口部と、前記ガス状流出物とその温度より低い温度の吸収液との接触を可能にする吸収装置とを備え、また、ガス出口開口部をその上端に、得られた凝縮物のための出口開口部をその下端に備える凝縮チャンバー、
‐ 凝縮チャンバーと流体連通しており、凝縮工程の終了時に得られた凝縮物を含む液体を受け入れるための第2のチャンバーであって、凝縮物の膨張とその断熱部分蒸発をもたらすように、第1の圧力p1より低い第2の圧力p2で維持されることが可能である、第2のチャンバー、
‐ 第2のチャンバーから得られた液体留分を回収して、それを吸収装置を介して第1の凝縮チャンバーに再注入するためのポンプ
を備えることを特徴とする。
‐ 本システムはまた、第2のチャンバー内での凝縮物の膨張によってもたらされる部分蒸発から得られたガス留分を凝縮するための、第2のチャンバーの下流に位置する熱交換器と、前記凝縮ガス留分の構成成分を精製する手段とを備える;
‐ 本システムはまた、第2のチャンバーの上流に位置する分離装置を備え、これは、好ましくは、濾過、デカンテーション、遠心分離またはエステル化によって化合物を分離することができる;
‐ 本システムはまた、第1のチャンバーの上流に熱交換器を備え、これは、第2のチャンバーから得られた液体留分が第1のチャンバーに注入される前に、該液体留分の温度を調節すること、好ましくは冷却することができる;
‐ 本システムはまた、第2のチャンバーの下流に位置する精製装置を備え、これは、第2のチャンバーから得られた液体留分の一部を精製することができる;
‐ 本システムはまた、吸収液注入点も含む。
このようにして、本発明による処理方法の効率は、大幅に改善される。これらの蒸発潜熱およびモル比熱の標準状態値は、当業者に知られているマニュアルに記載されている。これらの標準状態値は、好ましくは、1barの圧力での状態に相当する。吸収液の標準状態における蒸発潜熱ΔHvは、例えば、20kJ/mol以上、好ましくは30kJ/mol以上、より好ましくは40kJ/mol以上、より一層好ましくは50kJ/mol以上である。
Claims (30)
- ポリマーまたはポリマーブレンドの熱分解から得られたガス状流出物に含まれる1種以上のモノマーを回収するための、前記ガス状流出物の処理方法(200)であって、以下の工程:
‐ 第1の圧力p1で維持された凝縮チャンバー(110)内にガス状流出物を注入することと、それを吸収液と接触させることとを含む凝縮工程(210)であって、前記吸収液の温度がガス状流出物の温度を下回り、その結果、前記モノマーが熱交換によって吸収液中に凝縮する凝縮工程、
‐ 第1の圧力p1よりも低い第2の圧力p2で維持されたチャンバー(130)内での凝縮物の膨張による、凝縮工程の終了時に得られた凝縮物の部分蒸発の工程(230)、
‐ 部分蒸発工程(230)の終了時に得られた第1の液体または蒸気留分を、ガス状流出物に含まれるモノマーを再度吸収するように、少なくとも部分的に凝縮チャンバー(110)に向け直すことを含む再注入工程(240);および
‐ 部分蒸発工程(230)の終了時に得られた、モノマーを充填した第2の液体または蒸気留分の精製を含む回収工程(250)
を含むことを特徴とする方法。 - 第1の圧力p1が0.1から5barの間、好ましくは0.5から2barの間の絶対圧であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 吸収液の温度がガス状流出物の温度より少なくとも50℃低いことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 吸収液の温度がガス状流出物の温度より450℃以上低くなることはないことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 吸収液の温度がガス状流出物の温度より少なくとも50℃低く、かつ、450℃以上低くなることはないことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 第2のチャンバー130が0.001から0.8barの間の圧力p2で維持されていることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 第1のチャンバー110と第2のチャンバー130との間の絶対値としての圧力差が0.5bar以上であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 回収工程(250)が、モノマーを充填した第2の留分が蒸気留分である場合、部分蒸発工程230の終了時に得られた蒸気留分の凝縮を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 回収工程(250)が、モノマーを充填した第2の留分が液体留分である場合、部分蒸発工程230の終了時に得られた液体留分の濾過またはデカンテーションを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 再注入工程(240)の間、再注入される第1の留分が液体留分であり、回収工程(250)の間、回収される第2の留分が蒸気留分であることを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- ‐ 吸収液が、標準状態でのその蒸発潜熱ΔHvと標準状態でのそのモル比熱Cpとの比が回収されるモノマーの比より大きくなるように選択される、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 吸収液が、ベンゼン、ベンゾニトリル、式R-COOHの化合物、および式R-OHの化合物(式中、Rは、炭素数1~5のアルキル;フェニルまたは水素から選択されてもよい)のいずれかの化合物から選択されることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 吸収液が、式R-OHの化合物、式R-COOHの化合物(式中、Rは、炭素数1~5のアルキル;または水素から選択されてもよい)のいずれかの化合物から選択されることを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 吸収液が一酸化二水素、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ギ酸、酢酸またはこれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 吸収液が、その沸点が回収されるモノマーの沸点のオーダー±80℃になるように選択されることを特徴とする、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
- 吸収液が、回収されるモノマーの沸点および/または回収されるモノマーと形成される共沸混合物の沸点を上回るかまたは実質的に等しい沸点を有する、請求項15に記載の方法。
- ポリマーが、高密度ポリエチレン(HDPE)またはポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエチレン;アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンコポリマー、スチレン-ブタジエン-アルキルメタクリレート(またはSBM)コポリマーなど、オレフィンのホモポリマーおよびコポリマー;ポリプロピレン、ポリブタジエン、およびポリブチレン;アクリルホモポリマーおよびコポリマー、ならびにポリメチルメタクリレートなどのポリアルキルメタクリレート;ポリヒドロキシアルカノエート;ホモポリアミドおよびコポリアミド;ポリカーボネート;ポリエチレンテレフタレートおよびポリブチレンテレフタレートを含むポリエステル;ポリフェニレンエーテル、ポリオキシメチレン、ポリオキシエチレンまたはポリエチレングリコールおよびポリオキシプロピレンなどのポリエーテル;ポリスチレン;スチレンと無水マレイン酸のコポリマー;ポリ塩化ビニル;ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテトラフルオリド、およびポリクロロトリフルオロエチレンなどのフルオロポリマー;天然または合成ゴム;熱可塑性ポリウレタン;ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)およびポリエーテルケトンケトン(PEKK)などのポリアリールエーテルケトン(PAEK);ポリエーテルイミド;ポリスルホン;ポリフェニレンスルフィド;セルロースアセテート;ポリ酢酸ビニル;ポリプロピオラクトン;またはこれらの2種以上のポリマーの混合物から選択されることを特徴とする、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。
- モノマーが、次の化合物:メチルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、スチレン、クロトン酸、ガンマブチロラクトン、デルタバレロラクトン、およびこれらの混合物から選択される、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。
- 凝縮工程(210)の間のガス状流出物の注入が、吸収液に対して並流または向流で行われることを特徴とする、請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
- 部分蒸発工程(230)の前の凝縮工程の終了時に得られた凝縮物の分離工程(220)を更に含むことを特徴とする、請求項1から19のいずれか一項に記載の方法。
- ガス状流出物に含まれるモノマーを再度吸収するために、凝縮チャンバー(110)に向け直された留分の温度を調整する工程(260)を更に含むことを特徴とする、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。
- 凝縮工程(210)の時点で、添加剤が吸収液に添加され、前記添加剤が、場合によって重合禁止剤から選択されていることを特徴とする、請求項1から21のいずれか一項に記載の方法。
- 部分蒸発工程(230)の時点で、添加剤が回路に添加され、前記添加剤が、場合によって重合禁止剤から選択されていることを特徴とする、請求項1から22のいずれか一項に記載の方法。
- ポリマーまたはポリマーブレンドの熱分解から得られたガス状流出物に含まれる1種以上のモノマーを回収するための、前記ガス状流出物の処理システムであって、
‐ 第1の圧力p1で維持され得る凝縮チャンバー(110)であって、その側壁に、ガス状流出物の入口開口部(111)と、前記ガス状流出物とその温度より低い温度の吸収液との接触を可能にする吸収装置(112)とを備え、更に、ガス出口開口部(113)をその上端に、得られた凝縮物のための出口開口部(114)をその下端に備える凝縮チャンバー、
‐ 凝縮チャンバー(110)と流体連通しており、凝縮工程の終了時に得られた凝縮物を受け入れるための第2のチャンバー(130)であって、凝縮物の膨張と断熱部分蒸発をもたらすように、第1の圧力p1より低い第2の圧力p2で維持されることが可能である、第2のチャンバー(130)、
‐ 第2のチャンバー(130)から得られた留分を回収して、それを吸収装置(112)を介して第1の凝縮チャンバー(110)に再注入するためのポンプ(140)
を備えることを特徴とするシステム。 - 第2のチャンバー(130)内での凝縮物の膨張によってもたらされる部分蒸発から得られたガス留分を凝縮するための、第2のチャンバー(130)の下流に位置する熱交換器(131)と、前記凝縮ガス留分の構成成分を精製する手段(150)とを更に備えることを特徴とする、請求項24に記載のシステム。
- 第2のチャンバー(130)の上流に位置する、好ましくは濾過、デカンテーション、遠心分離またはエステル化によって化合物を分離することができる分離装置(120)を更に備えることを特徴とする、請求項24または25に記載のシステム。
- 第1のチャンバー(110)の上流に、第2のチャンバー(130)から得られた液体留分の温度を、それが第1のチャンバー(110)に注入される前に調整することができる熱交換器(160)を更に備えることを特徴とする、請求項24から26のいずれか一項に記載のシステム。
- 第2のチャンバー(130)の下流に位置する、第2のチャンバー(130)から得られた液体留分の一部を精製することができる精製装置(170)を更に備えることを特徴とする、請求項24から27のいずれか一項に記載のシステム。
- 吸収液注入点(116)を更に備えることを特徴とする、請求項24から28のいずれか一項に記載のシステム。
- 第1の圧力p1が0.1~5barの間であることと;吸収液の温度がガス状流出物の温度より少なくとも50℃低く、450℃以上低くなることはなく;かつ、第2のチャンバー130が0.001~0.8barの間の圧力p2で維持されており、第1のチャンバー(110)と第2のチャンバー(130)との間の絶対値としての圧力差が0.5bar以上であることとを特徴とする、請求項24から29のいずれか一項に記載のシステム。
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