JP2023508352A - 粗製及び異性化脱ろうユニットを介したポリエチレン及び潤滑油への廃プラスチックのサーキュラーエコノミー - Google Patents

Abstract

提供されるのは、廃プラスチックをポリエチレン重合のためのリサイクルに変換するための連続プロセスである。一実施形態では、このプロセスは、ポリエチレン及び／又はポリプロピレンを含む廃プラスチックを選択し、廃プラスチックを熱分解反応器に通して、ポリオレフィン廃棄物の少なくとも一部を熱的に分解し、熱分解された流出物を生成することを含む。熱分解された流出物は、オフガス、ナフサ／ディーゼル留分、重質留分、及びチャーに分離される。ナフサ／ディーゼル留分は、精製所の粗製ユニット蒸留塔に通され、そこから直留ナフサ（Ｃ５－Ｃ８）留分、又はプロパン／ブタン（Ｃ３－Ｃ４）留分が回収される。直留ナフサ留分（Ｃ５－Ｃ８）、又はプロパン／ブタン（Ｃ３－Ｃ４）留分は、エチレン製造用にスチームクラッカーに通される。熱分解ユニットからの重質留分は、異性化脱ろうユニットに通され、基油を生成することもできる。【選択図】図１

Description

（背景）
世界はプラスチック生産の非常に急速な成長を目の当たりしてきた。ＰｌａｓｔｉｃｓＥｕｒｏｐｅ Ｍａｒｋｅｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｇｒｏｕｐによると、世界のプラスチック生産量は、２０１６年に３億３５００万トン、２０１７年に３億４８００万トン、２０１８年に３億５９００万トンであった。マッキンゼー・アンド・カンパニーによると、世界のプラスチック廃棄物量は、２０１６年に年間約２億６０００万トンと推定され、現在の軌道が続く場合、２０３０年までに年間４億６０００万トンになると予測されている。

使い捨てプラスチック廃棄物は、ますます重要な環境問題になっている。現時点では、ポリエチレンやポリプロピレンの廃プラスチックを付加価値のある化学製品や燃料製品にリサイクルするための選択肢はほとんどないようである。現在、少量のポリエチレンとポリプロピレンのみが、ケミカルリサイクルを介してリサイクルされ、このリサイクルされて清浄化されたポリマーペレットは、熱分解ユニットで熱分解され、燃料（ナフサ、ディーゼル）、スチームクラッカー供給原料、又はスラックワックスが生成される。

廃プラスチックを炭化水素潤滑剤に変換するプロセスが知られている。例えば、米国特許第３，８４５，１５７号は、廃ポリオレフィン又は未使用のポリオレフィンを分解して、エチレン／オレフィンコポリマーなどのガス状生成物を形成し、これらをさらに処理して合成炭化水素潤滑剤を製造することを開示している。米国特許第４，６４２，４０１号は、粉砕されたポリオレフィン廃棄物を１５０～５００℃の温度及び２０～３００バールの圧力で加熱して、液体炭化水素を製造することを開示している。米国特許第５，８４９，９６４号は、廃プラスチック材料を揮発性相と液相に解重合するプロセスを開示している。揮発性相は、気相と凝縮物に分離される。液相、凝縮物及び気相は、標準的な精製技術を用いて液体燃料成分に精製される。米国特許第６，１４３，９４０号は、廃プラスチックを重質ワックス組成物に変換するための手順を開示している。米国特許第６，１５０，５７７号は、廃プラスチックを潤滑油に変換するプロセスを開示している。欧州特許出願公開第０６２０２６４号は、廃ポリオレフィン又は未使用のポリオレフィンから潤滑油を製造するプロセスであって、廃棄物を流動床内で熱的に分解することにより、ワックス状生成物を形成し、任意選択で水素化処理を使用し、次いで触媒的に異性化及び分留して潤滑油を回収するプロセスを開示している。

廃プラスチックを潤滑油に変換するためのプロセスに関する他の文書には、米国特許第６，２８８，２９６号、第６，７７４，２７２号、第６，８２２，１２６号、第７，８３４，２２６号、第８，０８８，９６１号、第８，４０４，９１２号及び第８，６９６，９９４号、並びに米国特許出願公開第２０１９／０１６１６８３号、第２０１６／０３６２６０９号、及び第２０１６／０２６４８８５号が含まれる。前述の特許文書は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

熱分解を介したケミカルリサイクルの現在の方法では、プラスチック業界に大きな影響を与えることはできない。現在の熱分解操作では、品質に乏しい燃料成分（ナフサ及びディーゼル範囲の製品）が生成されるが、その量は十分少ないので、これらの生成物を燃料供給にブレンドすることができる。しかし、環境問題に対処するため、非常に大量の廃ポリエチレンと廃ポリプロピレンをリサイクルするためには、このような単純なブレンドを続けることはできない。熱分解ユニットから生成されたままの生成物は、品質があまりに乏しすぎるので、輸送用燃料に大量にブレンド（例えば、５～２０ｖｏｌ％ブレンド）することはできない。

使い捨てプラスチックを工業的に大量にリサイクルして環境への影響を減らすためには、より堅牢なプロセスが必要である。この改善されたプロセスでは、廃ポリエチレン及び廃ポリプロピレンプラスチックの「サーキュラーエコノミー（循環経済）」が確立されるべきであり、使用済みの廃プラスチックが、ポリマーや高価値の副生成物の出発原料として効果的にリサイクルされる必要がある。

提供されるのは、廃プラスチックをポリエチレン重合のためのリサイクルに変換するための連続プロセスである。このプロセスは、ポリエチレン及び／又はポリプロピレンを含む廃プラスチックを選択し、廃プラスチックを熱分解反応器（ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｒｅａｃｔｏｒ）に通して、ポリオレフィン廃棄物の少なくとも一部を熱的に分解し（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｒａｃｋ）、熱分解された流出物（ｐｙｒｏｌｙｚｅｄ ｅｆｆｌｕｅｎｔ）を生成することを含む。熱分解された流出物は、オフガス、ナフサ／ディーゼル留分、重質留分、及びチャーに分離される。

このプロセスを石油精製（ｏｉｌ ｒｅｆｉｎｅｒｙ）に組み込むことは、本プロセスの重要な側面であり、ポリエチレンなどの使い捨て廃プラスチックで、サーキュラーエコノミーを実現することができる。このように、ナフサ／ディーゼル留分は、精製所の粗製ユニットに通される。直留ナフサ（Ｃ_５－Ｃ_８）留分は、粗製ユニット蒸留塔から回収され、エチレン製造用にスチームクラッカーに通される。熱分解ユニットからの重質留分は、異性化脱ろうユニット（ｉｓｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｗａｘｉｎｇ ｕｎｉｔ）に通され、基油を生成することができる。

別の実施形態では、ポリエチレンを含む廃プラスチックを、ポリエチレン重合のためのリサイクルに変換するための連続プロセスが提供される。このプロセスは、ポリエチレン及びポリプロピレンを含む廃プラスチックを選択し、廃プラスチックを熱分解反応器に通して、ポリオレフィン廃棄物の少なくとも一部を熱的に分解し、熱分解された流出物を生成することを含む。熱分解された流出物は、オフガス、ナフサ／ディーゼル留分、重質留分、及びチャーに分離される。ナフサ／ディーゼル留分は、精製所の粗製ユニットに通され、そこからプロパン及びブタン（Ｃ_３－Ｃ_４ ）留分が回収される。（Ｃ_３－Ｃ_４ ）留分は、エチレン製造用にスチームクラッカーに通される。熱分解ユニットからの重質留分は、異性化脱ろうユニットに通され、潤滑基油を生成することができる。

精製所（ｒｅｆｉｎｅｒｙ）は、一般に、精製ユニット（ｒｅｆｉｎｅｒｙ ｕｎｉｔｓ）を通って流れる独自の炭化水素の供給を有している。廃プラスチックの熱分解から生成され、精製ユニットへと流れる、ナフサ／ディーゼル又はワックス状の重質留分の流れの体積は、精製ユニットへの流れ全体（総流量）の任意の実用的又は収容可能な体積％（ｖｏｌ％）を構成することができる。一般に、廃プラスチックの熱分解から生成される留分の流量は、実際的な理由から、総流量（すなわち、精製流量と留分流量）の最大約５０ｖｏｌ％とすることができる。一実施形態では、ナフサ／ディーゼルの流量は、総流量の最大約２０ｖｏｌ％の量である。

とりわけ他の要因の中でも、精製操作（ｒｅｆｉｎｅｒｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を追加することにより、廃熱分解油（ｗａｓｔｅ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｏｉｌ）及び廃熱分解ワックスを、ガソリン、ジェット、ディーゼル、及び基油などの高価値製品にアップグレードできることがわかっている。また、精製操作を追加することにより、廃熱分解油から、清浄なナフサ（Ｃ_５－Ｃ_８）又はＣ_３－Ｃ_４を効率的かつ効果的に生成し、究極のポリエチレンポリマーの生産ができることがわかっている。リサイクルされたプラスチックから、未使用のポリマーと同等の製品品質を備えたポリエチレン製品に至るプロセス全体において、プラスの経済性が実現される。

図１は、廃プラスチックを熱分解して燃料又はワックスを生成する現在のプラクティスを示している（基本ケース）。

図２は、廃プラスチックのサーキュラーエコノミー（循環経済）を確立するための本プロセスを示している。

図３は、廃プラスチックのリサイクルに関するプラスチックのタイプ分類を示している。

本プロセスでは、廃ポリエチレン及び／又は廃ポリプロピレンを、未使用ポリエチレン（ｖｉｒｇｉｎ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）にリサイクルする方法が提供され、別個の工業プロセスを組み合わせることによって、サーキュラーエコノミー（循環経済）を確立する。ポリエチレンとポリプロピレンポリマーの大部分は、使い捨てプラスチックに使用され、使用後に廃棄される。この使い捨てプラスチック廃棄物は、ますます重要な環境問題になってきている。現時点では、ポリエチレンやポリプロピレンの廃プラスチックを付加価値のある化学物質や燃料製品にリサイクルするための選択肢はほとんどないようである。現在、少量のポリエチレン／ポリプロピレンのみがケミカルリサイクルを介してリサイクルされ、このリサイクルされて清浄化されたポリマーペレットは、熱分解ユニットで熱分解され、燃料（ナフサ、ディーゼル）、スチームクラッカー供給原料、又はスラックワックスが生成される。

エチレンは、最も生産されている石油化学の基礎的要素（ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｂｌｏｃｋ）である。エチレンは、スチームクラッキングを介して年間数億トン生産される。スチームクラッカーは、ガス状原料（エタン、プロパン及び／又はブタン）又は液体原料（ナフサ又はガスオイル）のいずれかを使用する。スチームクラッキングは、最高８５０℃の非常に高い温度で行われる非触媒的分解プロセスである。

ポリエチレンは、さまざまな消費者向け製品や工業製品に広く使用されている。ポリエチレンは、最も一般的なプラスチックであり、年間１億トン以上のポリエチレン樹脂が生産されている。その主な用途は、包装（ポリ袋、プラスチックフィルム、ジオメンブレン、ボトルなどの容器）である。ポリエチレンは、以下の３つの主要な形態で生産され、これらは同じ化学式（Ｃ_２Ｈ_４）_ｎであるが、分子構造が異なっている：高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ、約０．９４０～０．９６５ｇ／ｍ^－３）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ、約０．９１５～０．９４０ｇ／ｃｍ^－３）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ、＜０．９３０ｇ／ｃｍ^－３）。ＨＤＰＥは、分岐度が低くて側鎖が短いのに対して、ＬＤＰＥは、分岐度が非常に高くて側鎖が長い。ＬＬＤＰＥは、実質的に直鎖状のポリマーで、かなりの数の短い分岐を有し、通常、エチレンと短鎖アルファオレフィンとの共重合によって作られる。

低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）は、１５０～３００℃、及び１，０００～３，０００気圧の非常に高い圧力で、ラジカル重合によって生成される。このプロセスでは、少量の酸素及び／又は有機過酸化物開始剤を用いて、平均ポリマー分子あたり約４，０００～４０，０００の炭素原子を有し、多くの分岐を有するポリマーを生成する。高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）は、比較的低い圧力（１０～８０気圧）、及び８０～１５０℃の温度で、触媒の存在下で生成される。チーグラー・ナッタ有機金属触媒（アルミニウムアルキルを有する塩化チタン（ＩＩＩ））とフィリップス型触媒（シリカに担持した酸化クロム（ＩＶ））が典型的には使用され、ループ反応器を用いたスラリープロセス、又は流動床反応器を用いた気相プロセスを介して、この製造が行われる。水素がエチレンに混合されて、ポリマーの鎖長を制御する。直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）の製造条件は、エチレンと短鎖アルファオレフィン（１－ブテン又は１－ヘキセン）との共重合を除いて、ＨＤＰＥの製造条件と同様である。

今日、使用済みポリエチレン製品のごく一部のみがリサイクルのために収集されている。これは、上述したリサイクルの取り組みの非効率性と非効果性のためである。

図１は、今日の業界で行われている廃プラスチック燃料又はワックスの熱分解の図を示している。上述したように、一般的に、ポリエチレンとポリプロピレンの廃棄物は、一緒に選別される（１）。洗浄されたポリエチレン／ポリプロピレン廃棄物２は、熱分解ユニット３において、オフガス４及び熱分解油（液体生成物）に変換される。熱分解ユニットからのオフガス４は、熱分解ユニット３を操作するための燃料として使用され、熱分解ユニットのみが商業目的で使用される。オンサイト蒸留ユニット（図示せず）は、熱分解油を分離してナフサ及びディーゼル５製品を製造し、これらを燃料市場に販売する。重質熱分解油留分６は、燃料収量を最大化するために熱分解ユニット３に再循環される。チャー７は、熱分解ユニット３から除去される。重質留分６は、長鎖の直鎖状炭化水素に富み、非常にワックス状である（すなわち、周囲温度まで冷却するとパラフィン系ワックスを形成する）。ワックスは、重質留分６から分離して、ワックス市場に販売することができる。

本プロセスは、廃ポリマーの熱分解生成物流を石油精製操作（ｏｉｌ ｒｅｆｉｎｅｒｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）に統合することにより、熱分解されたポリエチレン及び／又はポリプロピレンの廃プラスチックを大量に変換する。得られたプロセスは、ポリマーの原料（エチレンクラッカー用のナフサ又はＣ_３－Ｃ_４）、並びに高品質のガソリン及びディーゼル燃料、及び／又は高品質の基油を生成する。

一般に、本プロセスは、ポリエチレンプラントのためのサーキュラーエコノミー（循環経済）を提供する。ポリエチレンは、純粋なエチレンの重合を介して製造される。清浄なエチレンは、スチームクラッカーを使用して製造することができる。ナフサ又はＣ_３－Ｃ_４のいずれかの流れを、スチームクラッカーに供給することができる。次いで、エチレンを重合して、ポリエチレンを生成する。

廃熱分解油を高価値製品（ガソリン及びディーゼル、基油）にアップグレードするための、並びに、究極のポリエチレンポリマーの生産のためのスチームクラッカー用の清浄なＬＰＧ及びナフサを生産するための、精製操作を追加することによって、リサイクルされたプラスチックから、未使用のポリマーと同等の品質を備えたポリエチレン製品に至るプロセス全体において、プラスの経済性を生み出すことができる。

熱分解ユニットは、カルシウム、マグネシウム、塩化物、窒素、硫黄、ジエン、及び重質成分などの汚染物質を含む低品質の製品を製造し、これらの製品は、輸送用燃料のブレンドのために大量に使用することができない。これらの製品を精製ユニットに通すことにより、汚染物質を前処理ユニットで捕捉し、それらの悪影響を軽減できることがわかっている。燃料成分は、化学変換プロセスを備えた適切な精製ユニットでさらにアップグレードすることができ、統合プロセスによって製造される最終的な輸送用燃料は、より高品質で、燃料の品質要件を満たすことができる。本プロセスでは、ワックスを、貴重な潤滑基油にアップグレードする。統合プロセスは、エチレン生成及びポリエチレン製造用のスチームクラッカー原料のための、はるかに清浄なナフサ流を生成する。これらの仕様通りの大量生産により、実現可能なリサイクルプラスチックの「サーキュラーエコノミー」が可能になる。

精製操作において出入りするカーボンは「透明」（“ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ”）であり、これは、廃プラスチックからのすべての分子が、ポリオレフィンプラントに循環して戻り、正確なオレフィン製品になるとは限らないことを意味するが、それにもかかわらず、精製所に出入りする正味の「グリーン」カーボン（“ｇｒｅｅｎ”ｃａｒｂｏｎ）がポジティブであるため、「クレジット（ｃｒｅｄｉｔ）」と見なされる。これらの統合プロセスにより、ポリプロピレンプラントに必要な未使用供給原料の量は大幅に削減されることになる。

図２は、効果的なポリエチレン生産のために、精製操作をリサイクルと統合した本統合プロセスを示している。図２では、混合廃プラスチックは、一緒に選別される（２１）。洗浄された廃プラスチック２２は、熱分解ユニット２３において、オフガス２４と熱分解油（液体生成物）と任意選択でワックス（周囲温度で固体生成物）とに変換される。熱分解ユニットからのオフガス２４は、熱分解ユニット２３を操作するための燃料として使用することができる。熱分解油は、一般に、オンサイト蒸留ユニットによって、ナフサ／ディーゼル留分２５と重質留分２６に分離される。熱分解工程の完了後、チャー２７は、熱分解ユニット２３から除去される。

熱分解ユニットは、廃プラスチック収集サイトの近くに配置することができ、このサイトは、精製所から離れた場所、精製所の近く、又は精製所内にあることができる。熱分解ユニットが精製所から離れた場所にある場合、熱分解油（ナフサ／ディーゼル及び重質油）は、トラック、はしけ、鉄道車両、又はパイプラインによって精製所に移送することができる。しかしながら、熱分解ユニットは、廃プラスチック収集サイト内又は精製所内にあることが好ましい。

本プロセスの好ましい出発材料は、主にポリエチレンとポリプロピレンを含む選別された廃プラスチックである（プラスチックリサイクル分類タイプ２、４、及び５）。事前に選別された廃プラスチックは、洗浄され、細断又はペレット化されて、熱分解ユニットに供給され、熱分解される。図３は、廃プラスチックのリサイクルに関するプラスチックのタイプ分類を示している。分類タイプ２、４、及び５は、それぞれ高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、及びポリプロピレンである。ポリエチレンとポリプロピレンの廃プラスチックは、任意の組合せで使用することができる。本プロセスでは、少なくともいくらかのポリエチレンの廃プラスチックを使用することが好ましい。

Ｎ、Ｃｌ、Ｓなどの汚染物質を最小限に抑えるには、廃プラスチックを適切に選別することが非常に重要である。ポリエチレンテレフタレート（プラスチックリサイクル分類タイプ１）、ポリ塩化ビニル（プラスチックリサイクル分類タイプ３）及びその他のポリマー（プラスチックリサイクル分類タイプ７）を含むプラスチック廃棄物は、５％未満、好ましくは１％未満、最も好ましくは０．１％未満に選別される必要がある。本プロセスは、適度な量のポリスチレンを許容できる（プラスチックリサイクル分類タイプ６）。廃ポリスチレンは、３０％未満、好ましくは２０％未満、最も好ましくは５％未満に選別される必要がある。

廃プラスチックを洗浄すると、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウムなどの金属汚染物質、及び他の廃棄物源からの非金属汚染物質が除去される。非金属汚染物質には、シリカなどの周期表第ＩＶ族からの汚染物質、リンや窒素化合物などの第Ｖ族からの汚染物質、硫黄化合物などの第ＶＩ族からの汚染物質、及び、フッ化物、塩化物、ヨウ化物などの第ＶＩＩ族からのハロゲン化物汚染物質が含まれる。残留金属、非金属汚染物質、及びハロゲン化物は、５０ｐｐｍ未満、優先的には３０ｐｐｍ未満、最も優先的には５ｐｐｍ未満まで除去する必要がある。

洗浄によって金属、非金属汚染物質、及びハロゲン化物不純物が適切に除去されない場合は、別のガード床を使用して金属及び非金属汚染物質を除去することができる。

熱分解は、プラスチック材料原料を、熱分解ゾーン内において熱分解条件で接触させることによって行われ、そこでは、供給原料の少なくとも一部が分解され、それにより、１－オレフィン及びｎ－パラフィンを含む熱分解ゾーン流出物が形成される。熱分解条件は、約４００℃～約７００℃、好ましくは約４５０℃～約６５０℃の温度を含む。従来の熱分解技術は、大気圧を超える圧力での操作条件を教示している（例えば、米国特許第４，６４２，４０１号を参照）。さらに、圧力を下方に調整することにより、所望の生成物の収率を制御できることがわかっている（例えば、米国特許第６，１５０，５７７号を参照）。したがって、そのような制御が望まれるいくつかの実施形態では、熱分解圧力は大気圧未満である。

図２は、本統合プロセスを示しており、ここで、熱分解ユニット２３からのナフサ／ディーゼル留分２５のみが、粗製ユニット脱塩装置２８に送られ、スチームクラッカー３０の供給原料用に、Ｃ_５－Ｃ_８ナフサ（２９）、優先的にはＣ_５－Ｃ_７ナフサ、最も優先的にはＣ_５－Ｃ_６ナフサを生成する。スチームクラッカー３０は、エチレン３６を生成する。エチレンは、重合ユニット４０に通されて、ポリエチレンを生成する。ポリエチレンは、ポリエチレン消費者向け製品４１に使用される。

精製所は、一般に、精製ユニットを通って流れる独自の炭化水素の供給を有している。廃プラスチックの熱分解から生成され、精製ユニット（ここでは粗製ユニット）へと流れるナフサ／ディーゼルの流れの体積は、精製ユニットへの流れ全体（総流量）の任意の実用的又は収容可能な体積％（ｖｏｌ％）を構成することができる。一般に、廃プラスチックの熱分解から生成されるナフサ／ディーゼル留分の流量は、実際的な理由から、総流量（すなわち、精製流量とナフサ／ディーゼル流量）の最大約５０ｖｏｌ％とすることができる。一実施形態では、ナフサ／ディーゼルの流量は、総流量の最大約２０ｖｏｌ％の量である。別の実施形態では、ナフサ／ディーゼルの流量は、総流量の最大約１０ｖｏｌ％の量である。約２０ｖｏｌ％は、精製所への影響において非常に実用的な量であると同時に、優れた結果を提供し、収容可能な量であることがわかっている。もちろん、熱分解から生成されるナフサ／ディーゼルの量は、精製ユニットに通される留分が、流量の所望の体積％を提供するように制御することができる。脱ろうユニットへの重質留分の流量も、同様に制御及び／又は調整することができる。

精製所・粗製ユニット（ｒｅｆｉｎｅｒｙ ｃｒｕｄｅ ｕｎｉｔ）は、粗製油を、液化石油ガス（ＬＰＧ）、ナフサ、灯油、ディーゼル、ガス油などの複数の留分に分離し、さらに処理して有用な石油製品にする。精製所・粗製ユニットには、一般に脱塩装置として知られる粗製油処理セクションと、粗製油蒸留セクション又は粗製油分留セクションがある。蒸留セクションは、典型的には、常圧蒸留ユニット及び真空蒸留ユニットを含む。

熱分解ユニットからのナフサ／ディーゼル留分を、脱塩装置に供給し、油に含まれる塩と固形物を除去して、汚染物質の有害な影響から下流の機器を保護する。塩を除去するために、水を油と混合し、典型的には、約２１５°Ｆ～約２８０°Ｆの温度に加熱して、脱塩装置内で分離する。

脱塩された油は、蒸留塔の底部で約３４０～３７２℃（６４４～７００°Ｆ）に加熱された常圧蒸留ユニットに送られ、分別蒸留塔のさまざまな場所で液体が除去されて、さまざまな燃料が生成される。粗製ユニットからの燃料は、精製所のさまざまなアップグレードユニットに送られ、不純物（窒素、硫黄）を除去し、留分を触媒的に変換して、オクタン価やセタン価などの製品特性を改善する。常圧蒸留塔からの底部残油（常圧残油としても知られる）は、真空蒸留塔に送られ、減圧軽油（６５０～１０５０°Ｆ）及び減圧残油を生成する。減圧軽油は、潤滑基油を製造するために使用するか、さらに分解してガソリン、ジェット、及びディーゼル燃料を製造することができる。

スチームクラッカー及びエチレン重合ユニットは、原料（プロパン、ブタン、ナフサ）をパイプラインを介して移送できるように、精製所の近くに配置することが好ましい。精製所から離れた場所にある石油化学プラントの場合、原料は、トラック、はしけ、鉄道車両、又はパイプラインを介して配送することができる。

熱分解油からの重質ナフサ／ディーゼルは、粗製ユニット蒸留からの炭化水素と組み合わせることができ、重質ナフサ、ディーゼル、常圧軽油流３１として、清浄な（ｃｌｅａｎ）ガソリン及びディーゼル３３にアップグレードするために、適切な精製ユニット３２に送ることができる。

熱分解ユニットからの重質なワックス状の熱分解油２６は、異性化脱ろう又は水素化異性化のための貴金属含有ゼオライト触媒を備えた、基油脱ろうユニット３４に送られ、優れた粘度指数及び流動点を有する潤滑基油３５を製造する。重質なワックス状の留分の流量は、収容したい量に基づいて、必要に応じて制御及び調整することができる。

異性化脱ろうユニット（ｉｓｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｗａｘｉｎｇ ｕｎｉｔ）は、パラフィン系のワックス状の重質炭化水素材料（典型的には沸点約６５０°Ｆ）を、高粘度指数（ＶＩ）の潤滑油に変換する。このユニットは、典型的には、供給物の水素化処理セクション、異性化脱ろうセクション、及び蒸留セクションを含む。

脱ろうユニットへの供給物は、好ましくは、水素化処理工程において最初に水素化に供される。この水素化処理（ｈｙｄｒｏｔｒｅａｔｉｎｇ）は、脱ろうユニットの一部として行われる。水素化処理工程への供給は、窒素含有、硫黄含有、及び／又は酸素含有汚染物質の大部分を除去する。水素化処理工程はまた、オレフィン、ジエン、及び芳香族化合物の一部を飽和させて、脱ろうユニットへの供給物の品質を改善する。分解を回避しながら汚染物質を除去するために使用される典型的な水素化処理条件には、約１９０℃（３７４°Ｆ）～約３４０℃（６４４°Ｆ）の範囲の温度、約４００ｐｓｉｇ～約３０００ｐｓｉｇの範囲の圧力、約０．１ｈｒ^－１～約２０ｈｒ^－１の範囲の空間速度（ＬＨＳＶ）、及び約４００～約１５，０００ＳＣＦ／Ｂの範囲の水素リサイクル率が含まれる。水素化処理触媒には、水素化処理ユニットで従来から使用されているものが含まれ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｗなどの金属と、アルミナ、シリカ、又はシリカ－アルミナなどの多孔質担体が含まれる。

水素化処理された重質炭化水素は、貴金属、中間孔径のモレキュラーシーブ及びバインダーを含む異性化脱ろう触媒を備えた脱ろう反応器に送られる。この触媒は、好ましくは、ＺＳＭ－２３、ＺＳＭ－３５、ＺＳＭ－４８、ＺＳＭ－５、ＳＳＺ－３２、ＳＳＺ－９１、ＳＡＰＯ－１１、ＳＡＰＯ－３１及びＳＡＰＯ－４１などの中間孔径（１０員環）のモレキュラーシーブを含む。貴金属としては、Ｐｔ、Ｐｄ、又はＰｔとＰｄの混合物などの第ＶＩＩＩ族金属が挙げられる。典型的には、多孔質アルミナ又はシリカを使用して材料を結合し、固定床反応器用の触媒ペレットを生成する。脱ろう反応器の典型的な反応条件には、２００℃（３９２°Ｆ）～約４７５℃（８８７°Ｆ）の温度範囲、約２００ｐｓｉｇ～約３０００ｐｓｉｇの範囲の圧力、約０．２ｈｒ^－１～約１０ｈｒ^－１の範囲の空間速度（ＬＨＳＶ）、及び約４００～約１５，０００ＳＣＦ／Ｂの範囲の水素リサイクル率が含まれる。異性化脱ろう触媒は、ｎ－パラフィンをイソパラフィンに変換し、それによって得られる油の流動点を低下させ、高ＶＩ潤滑油を形成する。

異性化脱ろうセクションからの流出物である炭化水素は、蒸留ユニットに送られ、この流出物は、さまざまな油留分、例えば、凡そ６５０°Ｆ以上で沸騰する基油留分、約３００～７００°Ｆで沸騰するディーゼル留分、及び約８０～４００°Ｆで沸騰するガソリン留分に分離される。ガソリン、ジェット及びディーゼル留分の沸点は、季節や地域の仕様に応じて調整される。

別の実施形態では、Ｃ_３－Ｃ_４留分３７は、精製所・粗製ユニット２８から回収される。この流れは、エチレン３６の生成のために、スチームクラッカー３０に供給することもできる。次いで、エチレンを重合して（４０）、消費者向け製品４１にすることができる。

サーキュラーエコノミーと効果的かつ効率的なリサイクルキャンペーンのメリットは、本統合プロセスによって実現される。

以下の例は、本プロセスとその利点をさらに説明するために提供される。これらの例は、例示を目的としたものであり、限定することを意図したものではない。

［例１］ 商業的供給源からの熱分解油及びワックスの特性

熱分解油とワックスの試料を商業的供給源から入手した。それらの特性を表１に要約する。これらの熱分解試料は、主にポリエチレンとポリプロピレンを含む廃プラスチックから、ガスや触媒を添加せずに、約４００～６００℃、大気圧近くで熱分解反応器内での熱分解を介して調製した。熱分解ユニットは、典型的には、ガス、液体油製品、任意選択でワックス製品、及びチャーを生成する。熱分解ユニットの、熱的に分解された炭化水素を含むオーバーヘッドガス流を冷却し、凝縮物を、熱分解油（周囲温度で液体）及び／又は熱分解ワックス（周囲温度で固体）として収集した。熱分解油は、熱分解ユニットの主な製品である。熱分解ユニットによっては、熱分解油に加えて、別の製品として熱分解ワックスを生成するものもある。

比重測定にはＡＳＴＭ Ｄ４０５２法を用いた。シミュレートされた沸点分布曲線は、ＡＳＴＭ Ｄ２８８７法を用いて得た。炭素及び水素のＣａｒｌｏ－Ｅｒｂａ分析は、ＡＳＴＭ Ｄ５２９１法に基づいて行った。臭素数の測定は、ＡＳＴＭ Ｄ１１５９法に基づいて行った。炭化水素タイプの分析は、高分解能磁気質量分析計を使用し、磁石を４０～５００ダルトンまでスキャンして行った。総硫黄は、ＡＳＴＭ Ｄ２６２２法に従ってＸＲＦを使用して決定した。窒素は、修正ＡＳＴＭ Ｄ５７６２法により、化学発光検出を使用して決定した。総塩化物含有量は、修正ＡＳＴＭ ７３５９法により、燃焼イオンクロマトグラフィー機器を使用して測定した。ナフサ及び留出物の沸騰範囲の酸素含有量は、２９～５００のｍ／Ｚ範囲の電子イオン化検出器を備えたＧＣ／ＭＳ測定によるＧＣを使用して推定した。油中の微量金属及び非金属元素は、誘導結合プラズマ原子発光分析（ＩＣＰ－ＡＥＳ）を使用して決定した。

主にポリエチレン及びポリプロピレン廃棄物から供給される選別されたプラスチックの工業的熱分解プロセスでは、熱分解油又は熱分解ワックスの場合のように、比重が０．７～０．９の範囲で、沸点範囲が１８～１１００°Ｆの高品質の炭化水素流を生成した。

熱分解生成物は、主に炭素及び水素から構成されるかなり純粋な炭化水素である。炭素に対する水素のモル比は、１．７～２．０近くまで変化する。臭素数は１４～６０の範囲にあり、これは、オレフィンと芳香族化合物に起因して、不飽和の程度がさまざまであることを示している。芳香族含有量は５～２３体積％の範囲にあり、熱分解条件がより厳しいユニットほどより多くの芳香族化合物を生成する。熱分解ユニットのプロセス条件に応じて、熱分解生成物は、２０ｖｏｌ％半ばから５０ｖｏｌ％半ばの範囲のパラフィン含有量を示す。熱分解生成物には、かなりの量のオレフィンが含まれている。試料Ａ及び試料Ｂは、より高い熱分解温度及び／又はより長い滞留時間などのより厳しい条件下で生成された熱分解油であり、芳香族成分が多くてパラフィン成分が少なく、その結果、Ｈ／Ｃモル比が約１．７で、臭素数が５０～６０と高い。試料Ｃ及び試料Ｄは、それほど厳しくない条件で生成され、それらの熱分解油はよりパラフィン性であり、その結果、Ｈ／Ｃモル比は２．０に近く、臭素数は約４０になる。試料Ｅ（熱分解ワックス）は、ほとんどがパラフィン系の飽和炭化水素であり、（分岐炭化水素とは対照的に）かなりの量の直鎖炭化水素が含まれており、臭素数はわずか１４である。

以下の例２～例５は、輸送用燃料としての廃プラスチック熱分解油の評価を示している。

［例２］ 輸送用燃料として評価するための熱分解油の分留

試料Ｄを蒸留して、炭化水素の複数の留分、すなわち、ガソリン（３５０°Ｆ^－）留分、ジェット（３５０～５７２°Ｆ）留分、ディーゼル（５７２～７００°Ｆ）留分、及び重質（７００°Ｆ^＋）留分を生成した。表２は、蒸留生成物の各留分の沸点分布と不純物分布をまとめたものである。

［例３］ ガソリン燃料用の熱分解油の留分の評価

試料Ｆ（ガソリン燃料の沸点範囲の熱分解油の留分）について、ガソリン燃料としての使用可能性を評価した。試料Ｆの炭素数の範囲は、ガソリン燃料に典型的なＣ５～Ｃ１２である。

熱分解油はオレフィン性であるため、酸化安定性（ＡＳＴＭ Ｄ５２５）とガム形成傾向（ＡＳＴＭ Ｄ３８１）を、調査すべき最も重要な特性として特定した。リサーチ・オクタン価（ＲＯＮ）とモーター・オクタン価（ＭＯＮ）も、エンジン性能のための重要な特性である。ＲＯＮの値とＭＯＮの値は、炭化水素の詳細なＧＣ分析から推定した。

試料Ｆ（ガソリン燃料の沸点範囲の熱分解油の留分）は、品質に乏しいため、自動車用ガソリン燃料として単独で使用することはできない。熱分解油からのガソリン留分は、１４４０分を超える目標安定性と比較して、試料Ｆがわずか９０分後に不合格となるという点で、非常に低い酸化安定性を示した。熱分解ガソリンは、洗浄ガム（ｗａｓｈ ｇｕｍ）の目標である４ｍｇ／１００ｍＬを超えており、ガムの形成傾向が激しいことを示している。熱分解ガソリンは、参照ガソリンと比較して、オクタン価が低くなっている。プレミアム無鉛ガソリンを参照ガソリンとして使用した。

我々はまた、限られた量の熱分解ガソリンの留分を参照ガソリンにブレンドする可能性についても検討した。我々の研究では、燃料特性の目標を達成しながら、試料Ｆの最大１５体積％を精製ガソリンにブレンドできる可能性があることが示された。熱分解ガソリン製品を精製燃料と統合することにより、製品全体の品質を維持することができる。

これらの結果は、熱分解油の生成されたままのガソリン留分には、ガソリン燃料としての有用性に限界があることを示している。熱分解油のこのガソリン留分を、ガソリン燃料特性の目標を満たす炭化水素に変換するには、精製ユニットでのアップグレードが好ましい。

［例４］ ジェット燃料用の熱分解油の留分の評価

試料Ｇ（ジェット燃料の沸点範囲の熱分解油の留分）について、ジェット燃料としての使用可能性を評価した。試料Ｇの炭素数の範囲は、ジェット燃料に典型的なＣ９～Ｃ１８である。

熱分解油はオレフィン性であるため、ジェット燃料の熱酸化試験（Ｄ３２４１）が、最も重要な試験と見なされた。熱分解油のジェット留分そのままである試料Ｇは、酸化安定性がわずか３６分しかなく、純粋な熱分解ジェット留分は、ジェット燃料として使用するには不適切であることを示している。

我々は、熱分解ジェット留分（試料Ｇ）を、精製所で製造されたジェット燃料に５体積％ブレンドしたものを調製した。このブレンドは、表４に示すように、ジェット燃料の酸化試験において依然として不合格であった。

これらの結果は、熱分解油の生成されたままのジェット留分はジェット燃料には完全に不適切であることを示しており、熱分解油のこのジェット留分を、ジェット燃料の特性目標を満たす炭化水素に変換するには、精製ユニットでのアップグレードが必要であることを示している。

［例５］ ディーゼル燃料用の熱分解油の留分の評価

試料Ｈ（ディーゼル燃料の沸点範囲の熱分解油の留分）について、ディーゼル燃料としての使用可能性を評価した。試料Ｈの炭素数の範囲は、ディーゼル燃料に典型的なＣ１４～Ｃ２４である。

試料Ｈには、かなりの量の直鎖（ｎｏｒｍａｌ）炭化水素が含まれている。直鎖炭化水素は、ワックス状の特性を示す傾向があるため、流動点（ＡＳＴＭ Ｄ５９５０－１４）や曇り点（ＡＳＴＭ Ｄ５７７３）などの低温流動特性が最も重要な試験と見なされた。

我々は、試料Ｈを、精製所で製造されたディーゼル燃料に、１０体積％及び２０体積％ブレンドした２つのブレンドを調製した。しかし、これらのブレンドは両方とも、流動点が－１７．８℃（０°Ｆ）未満という目標流動点において、依然として不合格であった。

これらの結果は、熱分解油そのままでは、ディーゼル燃料には完全に不適切であることを示しており、熱分解油のディーゼル留分を、ディーゼル燃料の特性目標を満たす炭化水素に変換するには、精製ユニットでのアップグレードが必要であることを示している。

［例６］ 粗製ユニット又は脱塩ユニットへの熱分解油の共処理

表１の結果は、主にポリエチレン及びポリプロピレンの廃棄物から供給される選別されたプラスチックの工業用熱分解プロセスにより、主に炭素及び水素から構成される高品質の熱分解油が生成されることを示している。良好な選別と効率的な熱分解ユニットの操作により、窒素と硫黄の不純物は十分に低いレベルにあるため、最新の精製所は、有害な影響を与えることなく、熱分解原料の処理ユニットへの共供給（ｃｏｆｅｅｄｉｎｇ）を処理することができる。

しかし、一部の熱分解油には、依然として大量の金属（Ｃａ、Ｆｅ、Ｍｇ）及びその他の非金属（Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉ、Ｃｌ、Ｏ）が含まれている場合があり、精製所の変換ユニットの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。熱分解油の場合、不純物レベルの高い生成物は、粗製ユニットの前に脱塩装置に優先的に供給されるため、その脱塩装置によって不純物の大部分が効果的に除去される。

熱分解原料を粗製ユニットに供給するか、その粗製ユニットの前に脱塩ユニットに供給することにより、熱分解油は、複数の成分に分留され、次いで、パラフィン異性化ユニット、ジェット水素化処理ユニット、ディーゼル水素化処理ユニット、流動接触分解ユニット（ＦＣＣ）、アルキレーションユニット、水素化分解ユニット及び／又はコーカーユニットを含む後続の変換ユニットでさらに変換され、満足のいく製品特性を備えたガソリン、ジェット、及びディーゼル燃料が製造される。変換ユニット（ＦＣＣ又は水素化分解ユニット）は、重質留分（試料Ｉに対応）も高品質の輸送用燃料に変換する。

粗製ユニットの後、熱分解油は、後続の粗製ユニットでさらに変換される。以下の例７は、精製変換ユニット（例としてＦＣＣユニットを使用）において、廃プラスチック熱分解油を、高品質の輸送用燃料に変換することを実証している。

［例７］ ＦＣＣにおける熱分解油の変換

廃プラスチックの熱分解油のＦＣＣへの共処理（ｃｏｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）の影響を研究するために、試料Ａと試料Ｃを用いて、一連の実験室試験を実施した。減圧軽油（ＶＧＯ）は、ＦＣＣの典型的な供給原料である。ＶＧＯを用いた熱分解油の２０％ブレンドと、純粋な熱分解油のＦＣＣ性能を、純粋なＶＧＯ供給原料のＦＣＣ性能と比較した。

ＦＣＣ実験は、Ｋａｙｓｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．製のＭｏｄｅｌ Ｃ ＡＣＥ（ａｄｖａｎｃｅｄ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ：高度な分解評価）ユニットで行い、精製所からの再生平衡触媒（Ｅｃａｔ）を用いた。反応器は、流動化ガスとしてＮ_２を使用する固定流動反応器であった。接触分解実験は、大気圧及び９００°Ｆの反応器温度で実施した。触媒の量を変えることにより、触媒／油の比率を５～８の間で変化させた。ガス生成物を収集し、ＦＩＤ検出器付きＧＣを備えた精製ガス分析ユニット（ＲＧＡ）を使用して分析した。使用済み触媒のその場再生は、１３００°Ｆの空気の存在下で行い、再生煙道ガスをＬＥＣＯに通して、コークス収率を決定した。液体生成物を秤量し、ＧＣで、シミュレートされた蒸留（Ｄ２８８７）とＣ_５ ^－組成分析を行った。物質収支により、コークス、乾燥ガス成分、ＬＰＧ成分、ガソリン（Ｃ５、～４３０°Ｆ）、軽質サイクル油（ＬＣＯ、４３０～６５０°Ｆ）及び重質サイクル油（ＨＣＯ、６５０°Ｆ^＋）の収率を決定した。結果を以下の表６に要約する。

表６の結果は、熱分解油の最大２０体積％の共供給がＦＣＣユニットの性能にごくわずかな変化をもたらすだけであることを示しており、最大２０％の熱分解油の共処理が容易に実行可能であることを示している。試料Ａ又は試料Ｃの２０体積％のブレンドにより、コークスと乾燥ガスの収量がごくわずかに減少し、ガソリンの収量がわずかに増加し、ＬＣＯとＨＣＯがわずかに減少した。これらは、ほとんどの状況で良好である。熱分解油はパラフィン系であるため、試料Ａ又は試料Ｃの２０％ブレンドにより、オクタン価が約３～５低下した。精製所の運用上の柔軟性により、これらのオクタン価のマイナス分は、ブレンド又は供給位置の調整で補うことができる。

ＦＣＣユニットは、熱分解油を燃料範囲の炭化水素を分解し、不純物を減らし、ｎ－パラフィンをイソパラフィンに異性化する。これらすべての化学的性質により、熱分解油とワックスの燃料特性が向上する。熱分解油を、ＦＣＣプロセスユニットを通してゼオライト触媒とともに共供給することにより、燃料範囲内の酸素及び窒素不純物は、窒素（Ｎ）が約３００～１４００ｐｐｍから約３０ｐｐｍに、酸素（Ｏ）が約２５０～５４０ｐｐｍから約６０～８０ｐｐｍに、大幅に減少した。これらすべての共供給生成物の炭化水素組成は、典型的なＦＣＣガソリンの範囲内に十分収まっている。

１００％熱分解油のＦＣＣ操作では、オクタン価の大幅なマイナス分（マイナス分は約１３～１４）を示した。これは、純粋な１００％熱分解油の処理よりも、熱分解油の共処理が好ましいことを示している。

［例８］ 廃プラスチック熱分解生成物の精製所・粗製ユニットへの共供給を介した化学物質生産のためのＣ_３－Ｃ_４及びナフサ原料の生成

熱分解油を粗製ユニットに供給するか、その粗製ユニットの前に脱塩ユニットに供給することにより、熱分解油は、複数の成分に分留される。熱分解油の共供給により、精製所・粗製ユニット（ｒｅｆｉｎｅｒｙ ｃｒｕｄｅ ｕｎｉｔ）は、スチームクラッカーに供給することができるリサイクル成分を含む、かなりの量の清浄なプロパン流、ブタン流、及びナフサ流を生成する。少なくともこれらの流れの一部は（すべてではないにしても）、スチームクラッカーに供給される。

［例９］ エチレン製造のためのスチームクラッカーへのリサイクルされたＣ_３－Ｃ_４及び／又はナフサの供給と、それに続く循環型ポリエチレン樹脂及びポリエチレンの消費者向け製品の製造

プロパン、ブタン、及びナフサの流れは、熱分解生成物を粗製ユニットに（例８）共供給することを介して、生成される。これらの流れは、リサイクル成分を含むエチレンを生成するために、スチームクラッカーに共供給するのに適した原料である。次いで、エチレンは、重合ユニット内で処理され、リサイクルポリエチレン／ポリプロピレン由来の材料を含むポリエチレン樹脂が生成される。新しく生成されたポリエチレンの品質は、完全に未使用の石油資源から作られた未使用のポリエチレンと見分けがつかない。このリサイクルされた材料を含むポリエチレン樹脂を、さらに処理して、消費者向け製品のニーズに合うさまざまなポリエチレン製品を製造する。これらのポリエチレンの消費者向け製品は、化学的にリサイクルされた循環型ポリマーを含んでいるが、それらの製品の品質は、完全に未使用のポリエチレンポリマーから作られたものと見分けがつかない。これらの化学的にリサイクルされたポリマー製品は、未使用のポリマーから作られたポリマー製品よりも品質が劣る機械的にリサイクルされたポリマー製品とは異なる。

［例１０］ 潤滑性基油を製造するための、異性化脱ろうユニットへの熱分解ワックスの共処理

表１の結果は、主にポリエチレンとポリプロピレンの廃棄物から供給される選別されたプラスチックの工業用熱分解プロセスにより、主に炭素と水素から構成される熱分解ワックスが生成されることを示している。この熱分解ワックスから水素化異性化脱ろうプロセスを介して潤滑基油を製造するために、さまざまなプロセスオプションを検討した。

熱分解ワックスには、依然として大量の窒素及び硫黄不純物、金属（Ｃａ、Ｆｅ、Ｍｇ）及びその他の非金属（Ｐ、Ｓｉ、Ｃｌ、Ｏ）が含まれており、貴金属（Ｐｔ、Ｐｄ、又はＰｔとＰｄの組合せ）及びＺＳＭ－１１、ＺＳＭ－２３、ＺＳＭ－４８、ＳＳＺ－３２、ＳＳＺ－９１、ＳＡＰＯ－１１、ＳＡＰＯ－３１、ＳＡＰＯ－４１などのゼオライトを含む水素化異性化脱ろう触媒の性能に悪影響を及ぼす。

以下の例１１に示すように、脱ろう触媒を用いて純粋な熱分解油を直接供給することによって高品質の潤滑基油を製造する試みは、成功しなかった。熱分解ワックスを水素化異性化脱ろうユニットに直接供給するため、触媒活性を維持するには、共供給レベルを１０ｖｏｌ％未満、好ましくは５ｖｏｌ％未満に制限する必要がある。体積パーセントの制限は、ゼオライトの活性に有害な窒素不純物に起因する可能性がある。組み合わせた供給原料の窒素レベルは、５ｐｐｍ未満の窒素、優先的には１ｐｐｍ未満の窒素に維持する必要がある。

あるいは、熱分解ワックスを、水素化分解ユニットに共供給して、Ｓ、Ｎ、及びその他の不純物を除去する。水素化分解ユニットは、熱分解ワックスを水素化し、不純物を除去する。水素化分解ユニットの厳しい条件は、組み合わせた供給原料の基油収量を最大化するように調整することができる。水素化分解ユニットへの共供給レベルは、５０ｖｏｌ％、優先的には２０ｖｏｌ％にすることができる。この場合、体積パーセントの制限は、ユニットの構成と触媒の選択に応じて、金属不純物又はＮ不純物若しくはＰ不純物に起因する可能性がある。次いで、水素化分解された熱分解ワックスを含むボトム留分（６５０°Ｆ^＋）を、水素化異性化脱ろうユニットに供給して、潤滑基油を製造する。 あるいは、熱分解ワックスを、専用の水素化ユニットに供給し、Ｓ、Ｎ、及びその他の不純物を除去してから、水素化異性化脱ろうユニットに供給して基油を製造する。以下の例１２に示すように、水素化工程は、不純物を非常に簡単に除去する。水素化処理されたワックスは、任意の体積パーセントで、水素化異性化脱ろうユニットに共供給することができる。

以下の例１１及び例１２は、精製変換ユニット（ｒｅｆｉｎｅｒｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｕｎｉｔｓ）において、廃プラスチックの熱分解ワックスを原料として使用し、高品質の基油を製造する不成功ルートと成功プロセスルートを実証している。

［例１１］ 水素化異性化脱ろうプロセスのみを介した、リサイクルされた熱分解ワックスからの基油の製造

リサイクルされたワックスからの基油生産の可能性を評価するために、試料Ｅ（粗製熱分解ワックス（ｃｒｕｄｅ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｗａｘ））を真空蒸留し、６９０°Ｆ^＋の留分（試料Ｊ）を生成した。１００％試料Ｊを、Ｐｔ／ＳＳＺ－３２／アルミナ触媒を用いたバッチオートクレーブユニット内で、油と触媒の重量比１０：１、６５０°Ｆ、８００ｐｓｉｇのＨ_２圧力下で、一晩、水素化異性化した。得られた水素化生成物を真空蒸留し、沸点６９０°Ｆ^＋の透明な油（試料Ｋ）を生成した。これらの試料の特性を表に要約する。

試料Ｊ（廃プラスチック熱分解からの６９０°Ｆ^＋の留分のスラックワックス）は、１００℃で約４．３ｃＳｔの低粘度ワックスであり、優れた粘度指数１６９を有している。しかし、スラックワックスにはかなりの量のＮ（１８０ｐｐｍ）とＰ（３２．５ｐｐｍ）が含まれており、これが、水素化異性化脱ろうプロセスにおいて、ゼオライト触媒の活性を不動態化する。脱ろう油及び蒸留油である試料Ｋは、粘度指数が１６２、流動点が１２℃を示した。この流動点は、試料Ｅの４２℃から大幅に低下したが、１２℃という流動点は、業界の目標である－１５℃以下に比べて依然として非常に劣っている。この油は、周囲温度が１２℃を下回ると、流動性／油性の特性を失い、油が濃厚又は固体のような材料になるため、高性能の最新の潤滑剤には使用できない。

この研究は、廃プラスチック熱分解ワックスから許容可能な基油を生成するためには、熱分解ワックスを、水素化処理又は水素化分解して、Ｎ不純物及び他の不純物を低減する必要があることを示している。

［例１２］ 水素化処理とそれに続く水素化異性化脱ろうプロセスによる、リサイクル成分を含む高品質基油の製造

試料Ｅ（粗製熱分解ワックス）を、ＮｉＭｏ／アルミナ触媒を含む連続固定床ユニットで、反応器温度６２５°Ｆ、圧力１２００ｐｓｉｇで水素化した。触媒床体積に対して１．５ｈｒ^－１の液体供給流量及び２５００ｓｃｆ／ｂｂｌのＨ_２／炭化水素流量を使用して、ほとんどがワックスである水素化生成物を生成した。この水素化生成物を真空蒸留し、水素化熱分解パラフィンワックス（試料Ｌ）として６５０°Ｆ^＋の留分を生成した。

試料Ｌ（廃プラスチックの熱分解から作られた水素化ワックス）を、Ｐｔ／ＺＺＳ－９１／アルミナ触媒を含む連続固定床ユニットで、反応器温度６２５°Ｆ、圧力４００ｐｓｉｇで水素化異性化脱ろうに供した。触媒床体積に対して１．０ｈｒ^－１の液体供給流量及び２５００ｓｃｆ／ｂｂｌのＨ_２／炭化水素流量を使用して、脱ろう油を生成した。この脱ろう油を真空蒸留し、最終的な脱ろう基油製品（試料Ｍ）として６９０°Ｆ^＋の留分を生成した。結果を表８に要約する。

熱分解ワックス（試料Ｅ）の水素化により、高品質の水素化ワックス（試料Ｌ）を生成した。試料Ｌには脱ろう触媒に害を及ぼす可能性のある測定可能な不純物がないため、水素化時にすべての微量不純物が完全に除去される。この例は、主にポリエチレン、ポリプロピレンを含む廃プラスチックから高品質で純粋なパラフィン系ワックスを効果的に製造できること、及び穏やかな水素化が廃プラスチック由来のワックスを精製するための非常に効果的な方法であることを示している。

水素化ワックス（試料Ｌ）の水素化異性化脱ろうにより、粘度指数１３５、流動点－３５℃、曇り点－１７℃の非常に優れた品質の４ｃＳｔ基油を生成した（試料Ｍ）。品質面では、廃プラスチックの熱分解から作られたこの基油は、グループＩＩＩの基油カテゴリーに分類される。試料Ｋで観察された乏しい特性を考慮すると、これらの肯定的な結果は非常に驚くべきものであった。低粘度（４ｃＳｔ）の基油は、自動車用潤滑油の成分として広く使用されているため、非常に望ましいものである。

例１１及び例１２は、共供給プロセス構成及びプロセス条件を注意深く選択することにより、ポリエチレン及びポリプロピレン廃棄物の熱分解から得られたワックスから、優れた品質の基油を製造できることを明確に示している。この結果は、廃プラスチックの熱分解ワックスから基油を製造するための好ましい方法は、水素化とそれに続く水素化異性化脱ろうプロセスによるものであることを明確に示している。最終的に製造される基油は、リサイクル成分を含んでおり、この基油の品質は、未使用の粗製油（ｖｉｒｇｉｎ ｃｒｕｄｅ ｏｉｌ）を使用した従来の精製処理によって製造された基油と同等又はそれ以上である。

前述の例は、熱分解を介したケミカルリサイクルと、それに続く効率的な統合を介した精製所での熱分解生成物の共供給によって、大量のポリエチレン及びポリプロピレン由来の廃プラスチックをリサイクルする新しい効果的な方法を明確に示している。この統合により、高品質の燃料、潤滑基油及び循環型ポリマーの製造が可能になる。

本開示で使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」又は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、オープンエンドの移行語として意図され、指示された要素を包含することを意味するが、必ずしも他の指示されない要素を除外するものではない。「本質的に・・・からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」又は「本質的に・・・からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」という句は、構成にとって本質的に重要な他の要素を除外することを意味することが意図されている。「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」又は「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ）」という句は、微量の不純物のみを除いて、記載されている要素以外のすべてを除外することを意味する移行句として意図されている。

本明細書で参照されるすべての特許及び刊行物は、本明細書と矛盾しない範囲で参照により本明細書に組み込まれる。上記の実施形態の特定の上記の構造、機能、及び操作は、本発明を実施するために必要ではなく、単に例示的な実施形態又は複数の実施形態を完全にするために説明に含まれることが理解されよう。さらに、上記の参照された特許及び刊行物に記載されている特定の構造、機能、及び操作は、本発明と組み合わせて実施することができるが、それらはその実施に必須ではないことが理解されよう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲から実際に逸脱することなく、具体的に説明されるように実施され得ることが理解されるべきである。

Claims (25)

1. 廃プラスチックを、ポリエチレン重合のためのリサイクルに変換するための連続プロセスであって、
   （ａ） ポリエチレン及び／又はポリプロピレンを含む廃プラスチックを選択する工程、
   （ｂ） （ａ）からの前記廃プラスチックを、熱分解反応器に通して、ポリオレフィン廃棄物の少なくとも一部を熱的に分解し、熱分解された流出物を生成する工程、
   （ｃ） 前記熱分解された流出物を、オフガス、ナフサ／ディーゼル留分、重質留分、及びチャーに分離する工程、
   （ｄ） 前記ナフサ／ディーゼル留分を、精製所の粗製ユニットに通す工程、
   （ｅ） 粗製ユニットから、直留ナフサ（Ｃ_５－Ｃ_８）留分を回収する工程、
   （ｆ） 前記直留ナフサ留分（Ｃ_５－Ｃ_８）を、エチレン製造用にスチームクラッカーに通す工程、
   （ｇ） 前記重質留分を、異性化脱ろうユニットに通して基油を生成する工程、
   を含む、上記プロセス。
2. （ｃ）のナフサ／ディーゼル留分を、精製所・粗製ユニットに直接通し、汚染物質が粗製ユニット脱塩装置で除去される、請求項１に記載のプロセス。
3. 汚染物質が、熱分解サイトで除去される、請求項１に記載のプロセス。
4. （ｆ）で製造したエチレンを、その後、重合する、請求項１に記載のプロセス。
5. 消費者向けポリエチレン製品が、重合されたエチレンから調製される、請求項４に記載のプロセス。
6. （ａ）で選択された廃プラスチックが、プラスチック分類グループ２、４、及び／又は５からのものである、請求項１に記載のプロセス。
7. 重質ナフサ／ディーゼル／常圧軽油が、粗製ユニットから回収され、精製所において清浄なガソリン、ディーゼル、又はジェット燃料へとさらに処理される、請求項１に記載のプロセス。
8. 前記粗製ユニットによって処理される未使用の粗製油の量が、リサイクルされた熱分解油で減少する、請求項７に記載のプロセス。
9. 前記異性化脱ろうユニットによって生成される基油の量が、リサイクルされた熱分解油で増加する、請求項１に記載のプロセス。
10. （ｇ）における重質留分を、水素化処理し、次いで、脱ろうユニットで異性化する、請求項１に記載のプロセス。
11. 精製所の粗製ユニットへと流れるナフサ／ディーゼル留分の体積流量が、粗製油へと流れる炭化水素の総流量の最大約５０体積％を構成する、請求項１に記載のプロセス。
12. 前記ナフサ／ディーゼルの流量が、最大２０体積％を構成する、請求項１１に記載のプロセス。
13. 廃プラスチックを、ポリエチレン重合のためのリサイクルに変換するための連続プロセスであって、
    （ａ） ポリエチレン及び／又はポリプロピレンを含む廃プラスチックを選択する工程、
    （ｂ） （ａ）からの前記廃プラスチックを、熱分解反応器に通して、ポリオレフィン廃棄物の少なくとも一部を熱的に分解し、熱分解された流出物を生成する工程、
    （ｃ） 前記熱分解された流出物を、オフガス、ナフサ／ディーゼル留分、重質留分、及びチャーに分離する工程、
    （ｄ） 前記ナフサ／ディーゼル留分を、精製所の粗製ユニットに通す工程、
    （ｅ） 粗製ユニットから、プロパン及びブタン（Ｃ_３－Ｃ_４））留分を回収する工程、
    （ｆ） 前記（Ｃ_３－Ｃ_４）留分を、エチレン製造用にスチームクラッカーに通す工程、
    （ｇ） 前記重質留分を、異性化脱ろうユニットに通して基油を生成する工程、
    を含む、上記プロセス。
14. （ｃ）のナフサ／ディーゼル留分を、精製所・粗製ユニットに直接通し、汚染物質が粗製ユニット脱塩装置で除去される、請求項１３に記載のプロセス。
15. 汚染物質が、熱分解サイトで除去される、請求項１３に記載のプロセス。
16. （ｆ）で製造したエチレンを、その後、重合する、請求項１３に記載のプロセス。
17. 消費者向けポリエチレン製品が、重合されたエチレンから調製される、請求項１６に記載のプロセス。
18. （ａ）で選択された廃プラスチックが、プラスチック分類グループ２、４、及び／又は５からのものである、請求項１３に記載のプロセス。
19. 重質ナフサ／ディーゼル／常圧軽油が、粗製ユニットから回収され、精製所において清浄なガソリン、ディーゼル、又はジェット燃料へとさらに処理される、請求項１３に記載のプロセス。
20. 前記粗製ユニットによって処理される未使用の粗製油の量が、リサイクルされた熱分解油で減少する、請求項１９に記載のプロセス。
21. 前記異性化脱ろうユニットによって生成される基油の量が、リサイクルされた熱分解油で増加する、請求項１３に記載のプロセス。
22. （ｇ）における重質留分を、水素化処理し、次いで、脱ろうユニットで異性化する、請求項１３に記載のプロセス。
23. 精製所の粗製ユニットへと流れるナフサ／ディーゼル留分の体積流量が、粗製油へと流れる炭化水素の総流量の最大約５０体積％を構成する、請求項１３に記載のプロセス。
24. 前記ナフサ／ディーゼルの流量が、最大２０体積％を構成する、請求項２３に記載のプロセス。
25. 廃プラスチックを、ポリエチレン及び潤滑油の調製に有用な化学物質に変換するためのプロセスであって、
    （ａ） ポリエチレン及び／又はポリプロピレンを含む廃プラスチックを選択する工程、
    （ｂ） 前記廃プラスチックを熱分解し、ナフサ／ディーゼル留分及び重質留分を回収する工程、
    （ｃ） 前記ナフサ／ディーゼル留分を、精製所の粗製ユニットに通す工程、
    （ｄ） 前記重質留分を、異性化脱ろうユニットに通す工程、
    を含む、上記プロセス。

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