JP2024071365A - Method and apparatus for refining waste plastic pyrolysis oil - Google Patents

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Abstract

【課題】廃プラスチック熱分解油の精製方法および装置を提供する。【解決手段】廃プラスチック熱分解油原料1をロータリーキルン型反応器100に装入し、前記反応器を昇温して、廃プラスチック熱分解油原料を熱処理するステップと、前記ステップの生成物からガス成分2を回収するステップと、回収されたガス成分から高沸点ワックス成分3を分離し、分離された高沸点ワックス成分を前記反応器に再供給するステップと、高沸点ワックス成分が除去されたガス成分から精製油10を回収するステップと、を含む、廃プラスチック熱分解油の精製方法を提供する。また、ロータリーキルン型反応器と、前記反応器からガス成分を受け入れるガス分離器200と、ガス分離器からの軽質ガス成分を受け入れる凝縮器300と、を含み、ガス分離器で分離された高沸点ワックス成分が、前記反応器に再供給されるように構成された再供給ラインを含む精製装置を提供する。【選択図】図1[Problem] To provide a method and apparatus for refining waste plastic pyrolysis oil. [Solution] To provide a method for refining waste plastic pyrolysis oil, comprising the steps of: charging a waste plastic pyrolysis oil feedstock 1 into a rotary kiln reactor 100, heating the reactor to heat-treat the waste plastic pyrolysis oil feedstock, recovering a gas component 2 from the product of the step, separating a high-boiling wax component 3 from the recovered gas component and resupplying the separated high-boiling wax component to the reactor, and recovering refined oil 10 from the gas component from which the high-boiling wax component has been removed. Also provided is a refining apparatus including a rotary kiln reactor, a gas separator 200 for receiving gas components from the reactor, and a condenser 300 for receiving light gas components from the gas separator, and including a resupply line configured to resupply the high-boiling wax component separated in the gas separator to the reactor. [Selected Figure] FIG.

Description

本開示は、廃プラスチック熱分解油の精製方法および精製装置に関する。 This disclosure relates to a method and apparatus for refining waste plastic pyrolysis oil.

廃プラスチックは、石油を原料として製造されたものであり、リサイクル度が低く、ゴミとして廃棄処分されることが多い。このような廃棄物は、自然状態で分解されるのに長時間がかかるため、土壌を汚染させ、深刻な環境汚染を引き起こす。廃プラスチックをリサイクルするための方法として、廃プラスチックを熱分解して利用可能なオイルに転換させる方法があり、そのオイルを廃プラスチック熱分解油という。 Waste plastic is manufactured using petroleum as a raw material, has a low recyclability, and is often disposed of as garbage. This type of waste takes a long time to decompose in natural conditions, polluting the soil and causing serious environmental pollution. One method for recycling waste plastic is to pyrolyze it and convert it into usable oil, and this oil is called waste plastic pyrolysis oil.

しかし、廃プラスチックを熱分解して得られた熱分解油は、一般的な方法で原油から製造されるオイルと比較して塩素、窒素、金属などの不純物含量が高い(多い)ため、ガソリン、ディーゼル油などの高付加価値燃料として直ちに用いることができず、後処理工程を経る必要がある。 However, the pyrolysis oil obtained by pyrolyzing waste plastics has a higher content of impurities such as chlorine, nitrogen, and metals compared to oil produced from crude oil using conventional methods, so it cannot be immediately used as a high-value-added fuel such as gasoline or diesel oil and must go through a post-processing process.

従来の後処理工程として、廃プラスチック熱分解油を水素化触媒下で水素化処理して塩素、窒素、またはその他の金属不純物を除去する工程が行われているが、この過程で廃プラスチック熱分解油に含まれた高含量の塩素により過剰なHClが生成され、これは装置の腐食および反応異常、製品の性状悪化などの問題を引き起こす。特に前記HClと窒素化合物が反応してアンモニウム塩(NHCl)が生成され、アンモニウム塩は反応器の腐食を引き起こして耐久性を低下させるだけでなく、差圧発生、反応器の閉塞、工程効率の低下などの様々な工程的問題を引き起こす。 In a conventional post-treatment process, waste plastic pyrolysis oil is hydrotreated in the presence of a hydrogenation catalyst to remove chlorine, nitrogen, or other metal impurities, but in this process, the high content of chlorine contained in the waste plastic pyrolysis oil produces excess HCl, which causes problems such as corrosion of the equipment, abnormal reactions, and deterioration of product properties. In particular, the HCl reacts with nitrogen compounds to produce ammonium salts (NH 4 Cl), which not only corrode the reactor and reduce its durability, but also cause various process problems such as generation of differential pressure, clogging of the reactor, and reduced process efficiency.

一方、廃プラスチック熱分解油は、様々な沸点および様々な分子量分布を有する炭化水素オイル混合物であり、前記炭化水素混合物の沸点および分子量分布特性に応じて熱分解油中の不純物の組成や反応活性が異なるため、石油化学産業または現場で直ちに用いることができず、沸点別の分離工程または軽質化工程などの高付加価値化工程を行う必要がある。炭化水素オイル混合物の中でもオレフィン、特にエチレン、プロピレンなどの軽質オレフィンは、石油化学産業で広く用いられている。 On the other hand, waste plastic pyrolysis oil is a hydrocarbon oil mixture with various boiling points and various molecular weight distributions. Since the composition and reaction activity of impurities in the pyrolysis oil vary depending on the boiling point and molecular weight distribution characteristics of the hydrocarbon mixture, it cannot be used immediately in the petrochemical industry or on-site, and requires a high value-added process such as a separation process based on boiling point or a lightening process. Among the hydrocarbon oil mixtures, olefins, especially light olefins such as ethylene and propylene, are widely used in the petrochemical industry.

廃プラスチック熱分解油の高付加価値化のための軽質化工程として水素化分解工程が行われているが、廃プラスチック熱分解油には原油、天然ガス、またはナフサ留分などと比較して塩素、窒素、硫黄、酸素、または金属などの不純物が過剰に含まれており、水素化分解過程で前記不純物により反応活性が著しく低下するという問題があり、水素化処理工程とは別に水素化分解工程を別途に行う必要があるため、工程効率が低下するという問題もある。 Hydrocracking is carried out as a lightening process to add value to waste plastic pyrolysis oil, but compared to crude oil, natural gas, or naphtha fractions, waste plastic pyrolysis oil contains excessive amounts of impurities such as chlorine, nitrogen, sulfur, oxygen, and metals, and there is a problem that the reaction activity is significantly reduced by these impurities during the hydrocracking process. There is also a problem that the hydrocracking process must be carried out separately from the hydrotreatment process, which reduces the process efficiency.

そこで、水素化処理または水素化分解などの後処理工程を用いることなく、熱分解油中の不純物を効果的に除去するとともに熱分解油の軽質化を図ることができる技術が必要な状況である。 Therefore, there is a need for technology that can effectively remove impurities from pyrolysis oil and lighten the pyrolysis oil without using post-processing steps such as hydrotreating or hydrocracking.

本開示の目的は、廃プラスチック熱分解油中の不純物を効果的に低減するとともに熱分解油の高付加価値化が可能な廃プラスチック熱分解油の精製方法および精製装置を提供することにある。 The objective of this disclosure is to provide a method and apparatus for refining waste plastic pyrolysis oil that can effectively reduce impurities in the waste plastic pyrolysis oil and increase the added value of the pyrolysis oil.

本開示の他の目的は、反応器を腐食または閉塞させずに安定して実施することができる廃プラスチック熱分解油の精製方法および精製装置を提供することにある。 Another object of the present disclosure is to provide a method and apparatus for refining waste plastic pyrolysis oil that can be stably carried out without corroding or clogging the reactor.

本開示は、廃プラスチック熱分解油原料をロータリーキルン型反応器に装入し(charge)、前記ロータリーキルン型反応器を昇温して、廃プラスチック熱分解油原料を熱処理する(S1)ステップと、前記(S1)ステップの生成物からガス成分を回収する(S2)ステップと、前記回収されたガス成分から高沸点ワックス成分を分離し、分離された前記高沸点ワックス成分を、前記(S1)ステップのロータリーキルン型反応器に再供給する(S3)ステップと、前記高沸点ワックス成分が除去されたガス成分から精製油を回収する(S4)ステップと、を含む、廃プラスチック熱分解油の精製方法を提供する。 The present disclosure provides a method for refining waste plastic pyrolysis oil, including the steps of: charging a waste plastic pyrolysis oil feedstock into a rotary kiln-type reactor, heating the rotary kiln-type reactor to heat-treat the waste plastic pyrolysis oil feedstock (S1); recovering gas components from the product of the step (S1) (S2); separating high-boiling wax components from the recovered gas components and resupplying the separated high-boiling wax components to the rotary kiln-type reactor of the step (S1) (S3); and recovering refined oil from the gas components from which the high-boiling wax components have been removed (S4).

前記廃プラスチック熱分解油原料は、ナフサ:10~30重量%、KERO:20~30重量%、LGO:10~30重量%、およびVGO:30~50重量%を含む液状熱分解油であることが好ましい。 The waste plastic pyrolysis oil feedstock is preferably a liquid pyrolysis oil containing naphtha: 10-30% by weight, KERO: 20-30% by weight, LGO: 10-30% by weight, and VGO: 30-50% by weight.

前記(S1)ステップは、前記ロータリーキルン型反応器を第3温度に昇温して熱処理することが好ましい。
前記第3温度は400~600℃であることが好ましい。
前記(S1)ステップにおいて、第3温度に昇温時の昇温速度は0.5℃/分~5℃/分であることが好ましい。
In the step (S1), it is preferable to heat-treat the rotary kiln-type reactor by increasing the temperature to a third temperature.
The third temperature is preferably in the range of 400 to 600°C.
In the step (S1), the rate of temperature rise to the third temperature is preferably 0.5° C./min to 5° C./min.

前記(S1)ステップの前に、前記ロータリーキルン型反応器を第1温度に昇温して、前記廃プラスチック熱分解油原料を第1熱処理するステップ(S1-1)と、前記ロータリーキルン型反応器を第2温度に昇温して、前記廃プラスチック熱分解油原料を第2熱処理するステップ(S1-2)と、をさらに含み、前記ロータリーキルン型反応器の温度は、前記ロータリーキルン型反応器を前記第1温度から前記第3温度に順次加熱することによって上昇することが好ましい。 Before step (S1), the method further includes a step (S1-1) of heating the rotary kiln reactor to a first temperature and subjecting the waste plastic pyrolysis oil feedstock to a first heat treatment, and a step (S1-2) of heating the rotary kiln reactor to a second temperature and subjecting the waste plastic pyrolysis oil feedstock to a second heat treatment, and it is preferable that the temperature of the rotary kiln reactor is increased by sequentially heating the rotary kiln reactor from the first temperature to the third temperature.

前記第1温度は50~150℃であることが好ましい。
前記第2温度は220~300℃であることが好ましい。
前記(S1)ステップにおける熱処理は、添加剤を投入して行われることが好ましい。
前記添加剤は、金属酸化物触媒、または活性金属が金属酸化物担体に担持された複合触媒を含むことが好ましい。
The first temperature is preferably from 50 to 150°C.
The second temperature is preferably from 220 to 300°C.
The heat treatment in the step (S1) is preferably carried out by adding an additive.
The additive preferably contains a metal oxide catalyst or a composite catalyst in which an active metal is supported on a metal oxide support.

前記(S1)ステップの前に、廃プラスチックを熱分解反応器に装入し、非酸化雰囲気における300~600℃の温度で熱分解して廃プラスチック熱分解油原料を製造する(S0)ステップをさらに含むことが好ましい。
前記熱分解反応器は、ロータリーキルン型反応器を含むことが好ましい。
It is preferable to further include a step (S0) prior to the step (S1) of feeding waste plastic into a pyrolysis reactor and pyrolyzing the waste plastic at a temperature of 300 to 600° C. in a non-oxidizing atmosphere to produce a waste plastic pyrolysis oil raw material.
The pyrolysis reactor preferably comprises a rotary kiln type reactor.

(S4)ステップで回収された精製油は、(S1)ステップの廃プラスチック熱分解油原料に対して塩素含量が50%以上低減されたものであることが好ましい。 It is preferable that the refined oil recovered in step (S4) has a chlorine content reduced by 50% or more compared to the waste plastic pyrolysis oil feedstock in step (S1).

(S4)ステップで回収された精製油は、(S1)ステップの廃プラスチック熱分解油原料に対して窒素、硫黄、および酸素の含量が20%以上低減されたものであることが好ましい。 It is preferable that the refined oil recovered in step (S4) has a nitrogen, sulfur, and oxygen content reduced by 20% or more compared to the waste plastic pyrolysis oil feedstock in step (S1).

(S1)ステップの廃プラスチック熱分解油原料の軽質留分に対する、(S4)ステップで回収された精製油の軽質留分の比率は、重量比で1.3以上であることが好ましい。 The ratio of the light fraction of the refined oil recovered in step (S4) to the light fraction of the waste plastic pyrolysis oil feedstock in step (S1) is preferably 1.3 or more by weight.

また、本開示は、廃プラスチック熱分解油を受け入れるように構成されたロータリーキルン型反応器と、前記ロータリーキルン型反応器からのガス成分を受け入れるように構成されたガス分離器と、前記ガス分離器からの軽質ガス成分を受け入れるように構成された凝縮器と、前記ガス分離器で分離された高沸点ワックス成分が、前記ロータリーキルン型反応器に再供給されるように構成された再供給ラインを含む、廃プラスチック熱分解油の精製装置を提供する。 The present disclosure also provides a waste plastic pyrolysis oil refining apparatus including a rotary kiln-type reactor configured to receive waste plastic pyrolysis oil, a gas separator configured to receive gas components from the rotary kiln-type reactor, a condenser configured to receive light gas components from the gas separator, and a resupply line configured to resupply high-boiling-point wax components separated in the gas separator to the rotary kiln-type reactor.

前記ロータリーキルン型反応器は、原料投入口から排出口の方向に第1領域、第2領域、および第3領域を順次含むことが好ましい。
前記ロータリーキルン型反応器は、バッチ式反応器を含むことが好ましい。
The rotary kiln-type reactor preferably includes a first region, a second region, and a third region in this order from the raw material inlet to the discharge outlet.
The rotary kiln type reactor preferably comprises a batch reactor.

本開示に係る廃プラスチック熱分解油の精製方法および精製装置は、廃プラスチック熱分解油中の不純物を効果的に低減することができる。
本開示に係る廃プラスチック熱分解油の精製方法および精製装置は、廃プラスチック熱分解油の軽質化効率を向上させることができる。
The waste plastic pyrolysis oil refining method and refining apparatus disclosed herein can effectively reduce impurities in the waste plastic pyrolysis oil.
The refining method and refining apparatus for waste plastic pyrolysis oil according to the present disclosure can improve the efficiency of lightening the waste plastic pyrolysis oil.

本開示に係る廃プラスチック熱分解油の精製方法および精製装置は、反応器を腐食または閉塞させずに安定して実施することができる。 The method and apparatus for refining waste plastic pyrolysis oil disclosed herein can be carried out stably without corroding or clogging the reactor.

一実施形態に係る廃プラスチック熱分解油の精製方法および精製装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a method and apparatus for refining waste plastic pyrolysis oil according to one embodiment. 一実施形態に係る、ロータリーキルン型反応器100からチャーなどを含む固形成分5を分離し、前記固形成分5を高沸点ワックス成分3とともにロータリーキルン型反応器100に再供給する工程を含む廃プラスチック熱分解油の精製方法および精製装置のブロック図である。A block diagram of a method and apparatus for refining waste plastic pyrolysis oil according to one embodiment, comprising a step of separating a solid component 5 including char from a rotary kiln reactor 100 and resupplying the solid component 5 together with a high-boiling point wax component 3 to the rotary kiln reactor 100. 一実施形態に係る、熱分解反応器400にて廃プラスチック6を熱分解して廃プラスチック熱分解油原料1を製造する工程を含む廃プラスチック熱分解油の精製方法および精製装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a method and apparatus for refining waste plastic pyrolysis oil according to one embodiment, the method including a step of pyrolyzing waste plastic 6 in a pyrolysis reactor 400 to produce a waste plastic pyrolysis oil raw material 1. 一実施形態に係る、凝縮器300から回収した精製油10を高沸点ワックス成分3とともにロータリーキルン型反応器100に再供給する工程を含む熱分解油の精製方法および精製装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a method and apparatus for refining pyrolysis oil, including a step of resupplying refined oil 10 recovered from a condenser 300 together with a high-boiling wax component 3 to a rotary kiln-type reactor 100 according to one embodiment. 図5(a)は一実施形態に係るロータリーキルン型反応器を示した図であり、図5(b)は他の一実施形態に係る第1領域、第2領域、および第3領域を含むロータリーキルン型反応器を示した図である。FIG. 5(a) is a diagram showing a rotary kiln type reactor according to one embodiment, and FIG. 5(b) is a diagram showing a rotary kiln type reactor including a first region, a second region, and a third region according to another embodiment.

本明細書で用いられる技術用語および科学用語において、特に定義しない限り、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が通常理解している意味を有し、下記の説明および添付図面において、本開示の要旨を不要に曖昧にする恐れがある公知の機能および構成に関する説明は省略する。 Unless otherwise defined, technical and scientific terms used in this specification have the meanings that are commonly understood by those with ordinary knowledge in the technical field to which this invention belongs, and in the following description and accompanying drawings, explanations of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of this disclosure will be omitted.

本明細書で用いられる用語の個数は、特に指示しない限り、複数を含むものと解釈されてもよい。
本明細書で用いられる数値範囲は、下限値および上限値とその範囲内での全ての値、定義される範囲の形態と幅から論理的に誘導される増分、そのうち限定された全ての値および互いに異なる形態に限定された数値範囲の上限および下限の全ての可能な組み合わせを含む。本明細書において、特に定義しない限り、実験誤差または値の四捨五入により発生し得る数値範囲外の値も定義された数値範囲に含まれる。
As used herein, the terms numbers may be construed to include plurals unless otherwise indicated.
Numerical ranges used herein include lower and upper limits and all values within the range, increments logically derived from the form and width of the ranges defined, all values limited therein, and all possible combinations of upper and lower limits of numerical ranges limited in different forms from each other. Unless otherwise specified herein, values outside the numerical ranges that may occur due to experimental error or rounding of values are included in the defined numerical ranges.

本明細書で言及される「含む」は、「備える」、「含有する」、「有する」、「特徴とする」などの表現と等価の意味を有する開放型の記載であって、追加的に列挙されていない要素、材料、または工程を排除するものではない。 As used herein, "comprising" is an open-ended term having the same meaning as "comprising," "containing," "having," "characterized," and similar expressions, and does not exclude additional, unrecited elements, materials, or steps.

本明細書で言及される%の単位とは、特に定義しない限り、重量%を意味する。
本明細書で言及されるppm単位とは、特に定義しない限り、質量ppmを意味する。
The unit of % referred to in this specification means % by weight, unless otherwise specified.
The ppm units referred to in this specification mean ppm by mass unless otherwise defined.

本明細書で言及される沸点とは、特に定義しない限り、1気圧での沸点を意味する。
本明細書で言及される密度とは、特に定義しない限り、1気圧、25℃での密度を意味する。
Boiling points referred to herein mean boiling points at 1 atmosphere pressure, unless otherwise defined.
Density referred to in this specification means density at 1 atmosphere and 25°C, unless otherwise defined.

本明細書で言及される高沸点ワックス成分とは、特に定義しない限り、反応過程または移送過程で水に溶解せずに固体状態で存在し得る炭化水素混合物を意味する。
本明細書で言及される不純物とは、特に定義しない限り、塩素不純物、窒素不純物、酸素不純物、または硫黄不純物を含む意味である。
The high boiling wax component referred to in this specification means, unless otherwise defined, a hydrocarbon mixture that can exist in a solid state without dissolving in water during the reaction or transportation process.
The impurities referred to in this specification are meant to include chlorine impurities, nitrogen impurities, oxygen impurities, or sulfur impurities, unless otherwise defined.

廃プラスチックを熱分解して得られた熱分解油は、一般的な方法で原油から製造されるオイルと比較して塩素、窒素、金属などの不純物含量が高い(多い)ため、ガソリン、ディーゼル油などの高付加価値燃料として直ちに用いることができず、後処理工程を経る必要がある。 The pyrolysis oil obtained by pyrolyzing waste plastics has a higher content of impurities such as chlorine, nitrogen, and metals than oil produced from crude oil using conventional methods, so it cannot be used immediately as a high-value-added fuel such as gasoline or diesel oil and must go through a post-processing process.

従来の後処理工程として、水素化触媒下で廃プラスチック熱分解油を水素化処理して塩素、窒素、およびその他の金属不純物を除去する工程が行われているが、廃プラスチック熱分解油に含まれた高含量の塩素不純物により過剰なHClが生成され、これは装置の腐食および反応異常、製品の性状悪化などの問題を引き起こす。特に前記HClと窒素化合物が反応してアンモニウム塩(NHCl)が生成され、これは反応器の腐食を引き起こして耐久性を低下させるだけでなく、差圧発生、工程効率の低下などの様々な工程的問題を引き起こす。また、廃プラスチック熱分解油の高付加価値化のための軽質化工程として水素化分解工程が行われているが、上述したように、廃プラスチック熱分解油には原油、天然ガス、ナフサ留分などと比較して塩素、窒素、または金属などの不純物が過剰に含まれており、水素化分解過程で前記不純物により反応活性が著しく低下するという問題があり、水素化処理工程とは別に水素化分解工程を別途に行うため、工程効率も低下するという問題がある。 In the conventional post-treatment process, the waste plastic pyrolysis oil is hydrotreated under a hydrogenation catalyst to remove chlorine, nitrogen, and other metal impurities. However, the high content of chlorine impurities contained in the waste plastic pyrolysis oil produces excess HCl, which causes problems such as corrosion of the equipment, abnormal reaction, and deterioration of product properties. In particular, the HCl reacts with nitrogen compounds to produce ammonium salts (NH 4 Cl), which not only corrodes the reactor and reduces its durability, but also causes various process problems such as differential pressure and reduced process efficiency. In addition, a hydrocracking process is performed as a lightening process for adding high value to the waste plastic pyrolysis oil. However, as described above, the waste plastic pyrolysis oil contains excess impurities such as chlorine, nitrogen, and metals compared to crude oil, natural gas, naphtha fraction, etc., and there is a problem that the reaction activity is significantly reduced due to the impurities during the hydrocracking process. In addition, since the hydrocracking process is performed separately from the hydrotreatment process, there is a problem that the process efficiency is also reduced.

そこで、本開示は、廃プラスチック熱分解油原料をロータリーキルン型反応器に装入し、前記ロータリーキルン型反応器を昇温して、廃プラスチック熱分解油原料を熱処理する(S1)ステップと、前記(S1)ステップの生成物からガス成分を回収する(S2)ステップと、前記回収されたガス成分から高沸点ワックス成分を分離し、分離された高沸点ワックス成分を前記(S1)ステップのロータリーキルン型反応器に再供給する(S3)ステップと、前記高沸点ワックス成分が除去されたガス成分から精製油を回収する(S4)ステップと、を含む、廃プラスチック熱分解油の精製方法を提供する。これにより、廃プラスチック熱分解油中の不純物を効果的に除去するとともに軽質化度を向上させて熱分解油の高付加価値化を実現することができ、反応器を腐食または閉塞させずに工程を安定して実施することができる。 Therefore, the present disclosure provides a method for refining waste plastic pyrolysis oil, including the steps of (S1) charging a waste plastic pyrolysis oil raw material into a rotary kiln reactor and heating the rotary kiln reactor to heat the waste plastic pyrolysis oil raw material, (S2) recovering gas components from the product of the (S1) step, (S3) separating high-boiling wax components from the recovered gas components and resupplying the separated high-boiling wax components to the rotary kiln reactor of the (S1) step, and (S4) recovering refined oil from the gas components from which the high-boiling wax components have been removed. This makes it possible to effectively remove impurities in the waste plastic pyrolysis oil and improve the degree of lightening to realize high added value of the pyrolysis oil, and the process can be stably carried out without corroding or clogging the reactor.

詳細には、前記(S1)ステップは、廃プラスチック熱分解油原料1をロータリーキルン型反応器100に装入し、前記ロータリーキルン型反応器を昇温して、廃プラスチック熱分解油原料を熱処理するステップであり、この際、前記廃プラスチック熱分解油原料1は、後述する(S0)ステップで廃プラスチックを高温熱分解して生成された液状の炭化水素オイル混合物であってもよい。 In detail, the (S1) step is a step of loading the waste plastic pyrolysis oil raw material 1 into a rotary kiln type reactor 100, heating the rotary kiln type reactor, and heat-treating the waste plastic pyrolysis oil raw material. At this time, the waste plastic pyrolysis oil raw material 1 may be a liquid hydrocarbon oil mixture produced by high-temperature pyrolysis of waste plastic in the (S0) step described later.

反応器の下方から加熱しつつ回転させて反応を行うロータリーキルン型反応器100および液状熱分解油の固有の特性を考慮すると、固体成分の廃プラスチックではなく、液状成分の廃プラスチック熱分解油を原料とすることで、不純物の除去効率および軽質化効率が著しく向上する。 Considering the unique characteristics of the rotary kiln reactor 100, which heats the reactor from below and rotates it to carry out the reaction, and liquid pyrolysis oil, the efficiency of removing impurities and the efficiency of lightening the waste plastics are significantly improved by using liquid waste plastic pyrolysis oil as the raw material rather than solid waste plastics.

すなわち、本開示は、固体成分の廃プラスチックを原料とし、それより熱分解油を製造するのではなく、廃プラスチック熱分解油を原料とし、それより精製油10を製造する精製方法に関し、具体的に、不純物の除去および軽質化効率が著しく向上した廃プラスチック熱分解油の精製方法に関する。 In other words, this disclosure does not use solid waste plastic as a raw material to produce pyrolysis oil from it, but rather relates to a refining method that uses waste plastic pyrolysis oil as a raw material to produce refined oil 10 from it, and specifically relates to a refining method for waste plastic pyrolysis oil that significantly improves the efficiency of removing impurities and converting the oil into lighter oil.

前記廃プラスチック熱分解油原料1は、炭化水素オイルの他に様々な不純物を含んでもよい。例えば、塩素化合物、窒素化合物、硫黄化合物、酸素化合物、金属化合物などの不純物を含んでもよく、具体的に、窒素500ppm以上、塩素100ppm以上、硫黄30ppm以上、酸素0.7重量%以上、オレフィン20体積%以上、および共役ジオレフィン(Conjugated diolefin)1体積%以上を含んでもよい。 The waste plastic pyrolysis oil raw material 1 may contain various impurities in addition to the hydrocarbon oil. For example, it may contain impurities such as chlorine compounds, nitrogen compounds, sulfur compounds, oxygen compounds, and metal compounds. Specifically, it may contain 500 ppm or more of nitrogen, 100 ppm or more of chlorine, 30 ppm or more of sulfur, 0.7 wt % or more of oxygen, 20 vol % or more of olefins, and 1 vol % or more of conjugated diolefins.

前記廃プラスチック熱分解油原料1中に存在する炭化水素オイル混合物は、炭素数8以下および沸点150℃以下のナフサ、炭素数9~17および沸点150~265℃のKERO、炭素数18~20および沸点265~340℃のLGO、および炭素数21以上および沸点340℃以上のVGOが様々な範囲で含まれていてもよい。通常、ナフサまたはKEROなどの軽質留分よりもLGOまたはVGO/ARなどの重質留分が過剰に含まれている。ただし、これは一例にすぎず、前記廃プラスチック熱分解油原料1の組成が必ずしもこれに限定されるものではなく、上記組成の100重量%の範囲内で多様に存在してもよい。 The hydrocarbon oil mixture present in the waste plastic pyrolysis oil feedstock 1 may contain naphtha having a carbon number of 8 or less and a boiling point of 150°C or less, KERO having a carbon number of 9 to 17 and a boiling point of 150 to 265°C, LGO having a carbon number of 18 to 20 and a boiling point of 265 to 340°C, and VGO having a carbon number of 21 or more and a boiling point of 340°C or more in various ranges. Usually, heavy fractions such as LGO or VGO/AR are contained in excess of light fractions such as naphtha or KERO. However, this is merely an example, and the composition of the waste plastic pyrolysis oil feedstock 1 is not necessarily limited to this, and may be present in a variety of forms within the range of 100% by weight of the above composition.

一実施形態において、前記廃プラスチック熱分解油原料1は、ナフサ:10~30重量%、KERO:20~30重量%、LGO:10~30重量%、およびVGO:30~50重量%を含む液状熱分解油であることが好ましい。また、前記廃プラスチック熱分解油原料1は、炭素数8以下および沸点150℃以下のナフサ:10~30重量%、炭素数9~17および沸点150~265℃のKERO:20~30重量%、炭素数18~20および沸点265~340℃のLGO:10~30重量%、および炭素数21以上および沸点340℃以上のVGO:30~50重量%を含む液状熱分解油であることがより好ましい。上記組成比を満たす液状熱分解油を用いる場合、不純物の除去効率および軽質化効率が向上して有利である。 In one embodiment, the waste plastic pyrolysis oil feedstock 1 is preferably a liquid pyrolysis oil containing 10-30% by weight naphtha, 20-30% by weight KERO, 10-30% by weight LGO, and 30-50% by weight VGO. In addition, the waste plastic pyrolysis oil feedstock 1 is more preferably a liquid pyrolysis oil containing 10-30% by weight naphtha with a carbon number of 8 or less and a boiling point of 150°C or less, 20-30% by weight KERO with a carbon number of 9-17 and a boiling point of 150-265°C, 10-30% by weight LGO with a carbon number of 18-20 and a boiling point of 265-340°C, and 30-50% by weight VGO with a carbon number of 21 or more and a boiling point of 340°C or more. When using liquid pyrolysis oil that satisfies the above composition ratio, the efficiency of impurity removal and lightening efficiency are improved, which is advantageous.

以下、図1~図4を参照して、本開示の廃プラスチック熱分解油の精製方法および精製装置について説明する。
(S1)ステップにおいて、前記廃プラスチック熱分解油原料1をロータリーキルン型反応器100に装入した後に前記ロータリーキルン型反応器を昇温して、廃プラスチック熱分解油原料1を熱処理すると、チャーを含む固形成分5と、ガス成分である熱分解ガスが生成される。前記熱処理により、廃プラスチック熱分解油原料1に含まれた塩素、窒素、硫黄、または酸素などの不純物を除去することができる。
Hereinafter, the refining method and refining apparatus for waste plastic pyrolysis oil according to the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
In step (S1), the waste plastic pyrolysis oil raw material 1 is charged into a rotary kiln reactor 100, and the rotary kiln reactor is heated to heat-treat the waste plastic pyrolysis oil raw material 1, thereby generating a solid component 5 containing char and a pyrolysis gas which is a gas component. The heat treatment can remove impurities such as chlorine, nitrogen, sulfur, or oxygen contained in the waste plastic pyrolysis oil raw material 1.

一実施形態において、前記(S1)ステップは、前記ロータリーキルン型反応器100を第3温度に昇温して熱処理してもよい。
一実施形態において、前記第3温度は400~600℃である。前記ロータリーキルン型反応器100を第3温度まで昇温して熱処理することで、不純物を除去し、軽質化を行うことができる。好ましくは、前記第3温度は400~550℃、より好ましくは、400~500℃である。また、後述するように、前記(S1)ステップの前に、(S1-1)ステップおよび(S1-2)ステップの熱処理工程をさらに行うことで高沸点ワックス成分3の生成を最小化することができ、前記(S2)~(S4)ステップとの連携時に軽質化効率をさらに向上させることができる。
In one embodiment, the step (S1) may include heat treatment by increasing the temperature of the rotary kiln-type reactor 100 to a third temperature.
In one embodiment, the third temperature is 400 to 600° C. By heating the rotary kiln reactor 100 to the third temperature and performing heat treatment, impurities can be removed and lightening can be performed. Preferably, the third temperature is 400 to 550° C., more preferably 400 to 500° C. In addition, as described below, by further performing heat treatment processes of steps (S1-1) and (S1-2) before the step (S1), the generation of high boiling point wax component 3 can be minimized, and the lightening efficiency can be further improved when combined with steps (S2) to (S4).

一実施形態において、前記(S1)ステップにおいて、第3温度に昇温時の昇温速度は0.5℃/分~5℃/分である。前記昇温速度で昇温して熱処理する場合、不純物の除去効率および軽質化効率を向上させることができる。好ましくは、前記昇温速度は0.5℃/分~3℃/分であり、より好ましくは、0.5℃/分~2℃/分である。 In one embodiment, in step (S1), the heating rate when heating to the third temperature is 0.5°C/min to 5°C/min. When the temperature is raised at this heating rate and heat treatment is performed, the efficiency of removing impurities and the efficiency of reducing the weight can be improved. Preferably, the heating rate is 0.5°C/min to 3°C/min, and more preferably, 0.5°C/min to 2°C/min.

前記(S2)ステップは、前記(S1)ステップの生成物からガス成分を回収するステップであり、具体的に、ロータリーキルン型反応器100の出口で固形成分5とガス成分2がそれぞれ分離され、ガス成分2を回収することができる。図2に示すように、前記分離された固形成分5は、(S3)ステップで分離された高沸点ワックス成分3とともに、(S1)ステップの反応器100に再供給されて再処理されてもよい。これにより、廃棄物の処理コストを節減して経済性を向上させるとともに工程効率を向上させることができる。 The (S2) step is a step of recovering gas components from the product of the (S1) step. Specifically, the solid component 5 and the gas component 2 are separated at the outlet of the rotary kiln-type reactor 100, and the gas component 2 can be recovered. As shown in FIG. 2, the separated solid component 5 may be re-supplied to the reactor 100 of the (S1) step together with the high-boiling point wax component 3 separated in the (S3) step for reprocessing. This can reduce waste disposal costs, improve economy, and improve process efficiency.

前記(S2)ステップで回収されたガス成分2には様々な分子量分布を有する炭化水素オイル混合物が含まれるが、この中には高沸点ワックス成分3も含まれている。前記高沸点ワックス成分3とは、反応過程または移送過程で水に溶解しないかまたは沸点が相対的に高い炭化水素混合物を意味し、例えば、炭素数20以上の高い分子量を有するワックス成分を意味し得る。ただし、これは一例にすぎず、高沸点ワックス成分3の基準は、熱分解油の生産条件または使用環境など、分離して除去しようとする環境に応じて異なり得る。前記高沸点ワックス成分3をそのまま含む状態で精製工程を行って精製油10を回収する場合、反応器100の閉塞または移送上の困難などの問題が発生し得、回収された精製油10中の重質留分の含量が高く(多く)、廃プラスチック熱分解油の高付加価値化を実現するのに困難なことがある。図1に示すように、前記回収されたガス成分2から高沸点ワックス成分3を分離し、分離された高沸点ワックス成分3を前記(S1)ステップのロータリーキルン型反応器100に再供給する(S3)ステップ、および前記高沸点ワックス成分3が除去されたガス成分4から精製油10を回収する(S4)ステップにより、不純物の除去および軽質化度が向上した精製油10を得ることができ、反応器の閉塞などの工程トラブルの問題を解決することができる。この際、(S3)ステップの高沸点ワックス成分3を分離し、分離された高沸点ワックス成分3を前記ロータリーキルン型反応器100に再供給する工程は、1回以上繰り返し行ってもよい。 The gas component 2 recovered in the (S2) step includes a hydrocarbon oil mixture having various molecular weight distributions, including a high-boiling wax component 3. The high-boiling wax component 3 means a hydrocarbon mixture that is not soluble in water during the reaction or transportation process or has a relatively high boiling point, and may mean, for example, a wax component having a high molecular weight of 20 or more carbon atoms. However, this is only an example, and the standard for the high-boiling wax component 3 may vary depending on the environment in which the pyrolysis oil is to be separated and removed, such as the production conditions or use environment of the pyrolysis oil. When the refinery process is performed while the high-boiling wax component 3 is still contained, problems such as clogging of the reactor 100 or difficulties in transportation may occur, and the content of heavy fractions in the recovered refinery oil 10 is high, making it difficult to realize high added value of the waste plastic pyrolysis oil. As shown in FIG. 1, the high boiling wax component 3 is separated from the recovered gas component 2, and the separated high boiling wax component 3 is re-supplied to the rotary kiln reactor 100 in the step (S1) (S3), and the refined oil 10 is recovered from the gas component 4 from which the high boiling wax component 3 has been removed (S4). This makes it possible to obtain refined oil 10 with improved impurity removal and lightening, and to solve problems with process troubles such as reactor blockage. In this case, the step of separating the high boiling wax component 3 in the step (S3) and re-supplying the separated high boiling wax component 3 to the rotary kiln reactor 100 may be repeated one or more times.

すなわち、前記(S1)~(S4)ステップを含む一連の過程により、反応器の閉塞などの工程トラブルなしに、不純物が著しく低減されるとともに軽質化度が著しく向上した精製油10を得ることができる。 In other words, a series of processes including steps (S1) to (S4) can produce refined oil 10 with significantly reduced impurities and significantly improved lightness without process troubles such as reactor clogging.

前記(S1)ステップにおいて、ロータリーキルン型反応器100を第3温度に昇温する前に予備熱処理工程を行うことで、不純物の除去効率および軽質化効率をさらに向上させることができる。 In the step (S1), by performing a preliminary heat treatment process before heating the rotary kiln reactor 100 to the third temperature, the efficiency of impurity removal and the efficiency of lightening can be further improved.

一実施形態において、前記(S1)ステップの前に、前記ロータリーキルン型反応器100を第1温度に昇温して、前記廃プラスチック熱分解油原料を第1熱処理する(S1-1)ステップと、前記ロータリーキルン型反応器を第2温度に昇温して、前記廃プラスチック熱分解油原料を第2熱処理する(S1-2)ステップと、をさらに含み、前記ロータリーキルン型反応器の温度は、前記ロータリーキルン型反応器を前記第1温度から前記第3温度に順次加熱することによって、上昇することが好ましい。 In one embodiment, before the step (S1), the method further includes a step (S1-1) of heating the rotary kiln reactor 100 to a first temperature and subjecting the waste plastic pyrolysis oil feedstock to a first heat treatment, and a step (S1-2) of heating the rotary kiln reactor to a second temperature and subjecting the waste plastic pyrolysis oil feedstock to a second heat treatment, and it is preferable that the temperature of the rotary kiln reactor is increased by sequentially heating the rotary kiln reactor from the first temperature to the third temperature.

一実施形態において、前記(S1-1)ステップの第1温度は50~150℃であってもよい。詳細には、前記第1温度で、無酸素雰囲気下で20~300分間、第1熱処理を行ってもよい。廃プラスチック熱分解油原料1には、熱分解油の凝集により形成された固形成分または廃プラスチック熱分解過程で溶融していない固形成分などの固形不純物が存在し得る。そこで、前記(S1-1)ステップの第1熱処理工程を行うことで、廃プラスチック熱分解油の均一性および均質性を向上させ、工程効率を向上させることができる。前記第1温度は、好ましくは70~130℃、より好ましくは90~110℃である。 In one embodiment, the first temperature in step (S1-1) may be 50 to 150°C. In particular, the first heat treatment may be performed at the first temperature for 20 to 300 minutes in an oxygen-free atmosphere. The waste plastic pyrolysis oil raw material 1 may contain solid impurities such as solid components formed by agglomeration of the pyrolysis oil or solid components that are not melted during the waste plastic pyrolysis process. Therefore, by performing the first heat treatment process in step (S1-1), the uniformity and homogeneity of the waste plastic pyrolysis oil can be improved, and the process efficiency can be improved. The first temperature is preferably 70 to 130°C, more preferably 90 to 110°C.

前記(S1-2)ステップの第2温度は220~300℃であり、好ましくは、前記第2温度で、且つ、無酸素雰囲気下で120~360分間、第2熱処理を行ってもよい。前記第2温度で、特定の時間維持(holding)する第2熱処理を行うことで、廃プラスチック熱分解油原料1から塩素解離反応などの不純物除去反応を十分に行うことができ、解離した塩素と熱分解したオレフィンの再合成反応を抑制することができる。前記第2温度は、好ましくは230~290℃、より好ましくは240~280℃である。 The second temperature in step (S1-2) is 220 to 300°C, and preferably, the second heat treatment may be performed at the second temperature and in an oxygen-free atmosphere for 120 to 360 minutes. By performing the second heat treatment, which is held at the second temperature for a specific time, impurity removal reactions such as chlorine dissociation reactions can be sufficiently carried out from the waste plastic pyrolysis oil feedstock 1, and the resynthesis reaction of dissociated chlorine and pyrolyzed olefins can be suppressed. The second temperature is preferably 230 to 290°C, more preferably 240 to 280°C.

このように、前記(S1)ステップの前に、(S1-1)および(S1-2)ステップの予備熱処理を行うことで、ロータリーキルン型反応器100の多段昇温工程により、塩素、窒素、硫黄、または酸素などの不純物を効果的に除去することができる。また、高沸点ワックス成分3の生成を最小化することができ、前記(S2)~(S4)ステップとの連携時に工程効率をさらに向上させることができる。前記(S1-1)および(S1-2)ステップは、後述する(S0)ステップの後に行ってもよい。 In this way, by performing the preliminary heat treatments of steps (S1-1) and (S1-2) before step (S1), impurities such as chlorine, nitrogen, sulfur, or oxygen can be effectively removed by the multi-stage heating process of the rotary kiln reactor 100. In addition, the generation of high-boiling point wax components 3 can be minimized, and the process efficiency can be further improved when combined with steps (S2) to (S4). Steps (S1-1) and (S1-2) may be performed after step (S0) described below.

一実施形態において、前記(S1-1)、(S1-2)、および(S1)ステップを含む多段昇温工程を行う場合、ロータリーキルン型反応器100の圧力は0.02MPa以下に維持され、好ましくは0.01MPa以下に維持されることができる。 In one embodiment, when a multi-stage heating process including steps (S1-1), (S1-2), and (S1) is performed, the pressure in the rotary kiln reactor 100 can be maintained at 0.02 MPa or less, and preferably 0.01 MPa or less.

前記(S1-1)、(S1-2)、および(S1)ステップを含む多段昇温工程は、様々な態様で行ってもよい。例えば、第1態様として、ロータリーキルン型反応器100全体を昇温して行ってもよい。図5(a)に示すように、ロータリーキルン型反応器100全体を昇温してもよい。好ましくは、ロータリーキルン型反応器100全体を第1温度に昇温して第1熱処理する(S1-1)ステップ、第2温度に昇温して第2熱処理する(S1-2)ステップ、および第3温度に昇温して熱処理する(S1)ステップを順次行ってもよい。 The multi-stage heating process including the steps (S1-1), (S1-2), and (S1) may be carried out in various ways. For example, as a first way, the temperature may be raised throughout the rotary kiln reactor 100. As shown in FIG. 5(a), the temperature of the entire rotary kiln reactor 100 may be raised. Preferably, the steps of heating the entire rotary kiln reactor 100 to a first temperature and performing a first heat treatment (S1-1), heating to a second temperature and performing a second heat treatment (S1-2), and heating to a third temperature and performing a heat treatment (S1) may be carried out in sequence.

他の一実施形態である第2態様として、ロータリーキルン型反応器100を、その原料投入口から排出口の方向に第1温度~第3温度に順次加熱し、昇温することが好ましい。前記ロータリーキルン型反応器100の温度を、その原料投入口から排出口の方向に第1温度から第3温度に順次加熱し、上昇させることで、反応器内に最適な温度勾配を形成し、圧力上昇および熱分解効率低下の問題を解決することができる。従来、ロータリーキルン型反応器100を用いた熱分解技術の場合、圧力上昇を回避するために排出口側から加熱して反応器を昇温する工程が行われているが、この場合、不均一な加熱により熱分解効率が低下するという問題がある。本開示の前記第2態様の場合、図5(b)に示すように、前記ロータリーキルン型反応器100の原料投入口から排出口の方向に、バーナ1が位置する第1領域、バーナ2が位置する第2領域、およびバーナ3が位置する第3領域を形成し、第1領域で第1温度に昇温して第1熱処理する(S1-1)ステップ、第2領域で第2温度に昇温して第2熱処理する(S1-2)ステップ、および第3領域で第3温度に昇温して熱処理する(S1)ステップを順次行ってもよい。これにより、最適な温度勾配を形成することができるためさらに有利であり、高沸点ワックス成分3の生成を最小化することで、前記(S2)~(S4)ステップとの連携時に工程効率をさらに向上させることができる。 As another embodiment, the second aspect, it is preferable to sequentially heat the rotary kiln reactor 100 from the raw material inlet to the discharge outlet to the first to third temperatures. By sequentially heating and raising the temperature of the rotary kiln reactor 100 from the raw material inlet to the discharge outlet to the first to third temperatures, an optimal temperature gradient can be formed in the reactor, and the problems of pressure rise and reduced pyrolysis efficiency can be solved. Conventionally, in the case of pyrolysis technology using a rotary kiln reactor 100, a process of heating the reactor from the discharge outlet side to avoid pressure rise is performed, but in this case, there is a problem that the pyrolysis efficiency is reduced due to uneven heating. In the second aspect of the present disclosure, as shown in FIG. 5(b), a first region where burner 1 is located, a second region where burner 2 is located, and a third region where burner 3 is located may be formed in the direction from the raw material inlet to the outlet of the rotary kiln-type reactor 100, and the steps of heating to a first temperature in the first region and performing a first heat treatment (S1-1), heating to a second temperature in the second region and performing a second heat treatment (S1-2), and heating to a third temperature in the third region and performing a heat treatment (S1) may be performed sequentially. This is more advantageous because it is possible to form an optimal temperature gradient, and by minimizing the generation of high-boiling point wax component 3, it is possible to further improve the process efficiency when linked with the steps (S2) to (S4).

一実施形態において、前記(S1)ステップにおける熱処理は、添加剤を投入して行われてもよい。添加剤を投入して行うことで、不純物の除去効率および軽質化効率をさらに向上させることができる。前記添加剤としては、廃プラスチック熱分解油原料1の熱分解工程に利用可能な公知の添加剤を用いてもよい。 In one embodiment, the heat treatment in step (S1) may be performed with the addition of an additive. By adding an additive, the efficiency of removing impurities and the efficiency of converting the material into lighter materials can be further improved. As the additive, a known additive that can be used in the thermal decomposition process of the waste plastic pyrolysis oil feedstock 1 may be used.

一実施形態において、前記添加剤は、金属酸化物触媒または活性金属が金属酸化物担体に担持された複合触媒を含んでもよい。前記金属酸化物触媒は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化カリウム、または酸化ナトリウムなどであってもよい。不純物の除去効率および軽質化効率の面で、活性金属が金属酸化物担体に担持された複合触媒が好ましい。前記活性金属は、銅、モリブデン、タングステン、またはニッケルから選択された少なくとも1つ以上の金属を含んでもよい。前記金属酸化物担体は、上述した金属酸化物触媒を含んでもよい。不純物の除去効率および軽質化効率を考慮すると、銅が酸化カルシウム担体に担持された複合触媒が最も好ましい。 In one embodiment, the additive may include a metal oxide catalyst or a composite catalyst in which an active metal is supported on a metal oxide carrier. The metal oxide catalyst may be magnesium oxide, calcium oxide, potassium oxide, sodium oxide, or the like. In terms of impurity removal efficiency and lightening efficiency, a composite catalyst in which an active metal is supported on a metal oxide carrier is preferred. The active metal may include at least one metal selected from copper, molybdenum, tungsten, and nickel. The metal oxide carrier may include the metal oxide catalyst described above. In consideration of impurity removal efficiency and lightening efficiency, a composite catalyst in which copper is supported on a calcium oxide carrier is most preferred.

一実施形態において、前記(S1)ステップの前に、廃プラスチック6を熱分解反応器400に装入し、300~600℃の温度で、且つ、非酸化雰囲気下で熱分解して廃プラスチック熱分解油原料1を製造する(S0)ステップをさらに含んでもよい。図3に示すように、前記固体成分の廃プラスチック6を熱分解反応器400に装入し熱分解して廃プラスチック熱分解油原料1を製造してもよく、製造された廃プラスチック熱分解油原料1をロータリーキルン型反応器100に装入して前記(S1)ステップの熱処理工程を行ってもよい。前記廃プラスチックは、生活系プラスチック廃棄物(生活系廃プラスチック)、または産業系プラスチック廃棄物(産業系廃プラスチック)であってもよい。前記生活系廃プラスチックは、PE、PP以外のPVC、PS、PET、PBTなどが混合されたプラスチックであり、好ましくは、PE、PPとともに、PVCを3重量%以上含む混合廃プラスチックである。前記産業系廃プラスチックは、産業界で製造工程中に発生するスクラップや不良品などの産業系廃棄物であり、PE/PPが大半を占める。前記非酸化雰囲気は、廃プラスチックが酸化(燃焼)しない雰囲気であり、前記雰囲気で安定して効率的な熱分解を行うことができる。前記熱分解は、非酸化雰囲気における300~600℃の温度で150分~350分間行ってもよく、上記維持時間を満たす場合、非酸化雰囲気造成の活性化および十分な熱分解を行うことができる。 In one embodiment, the method may further include a step (S0) prior to the step (S1) of charging waste plastic 6 into a pyrolysis reactor 400 and pyrolyzing it at a temperature of 300 to 600 ° C. and in a non-oxidizing atmosphere to produce waste plastic pyrolysis oil feedstock 1. As shown in FIG. 3, the solid waste plastic 6 may be charged into a pyrolysis reactor 400 and pyrolyzed to produce waste plastic pyrolysis oil feedstock 1, and the produced waste plastic pyrolysis oil feedstock 1 may be charged into a rotary kiln type reactor 100 to perform the heat treatment process of the step (S1). The waste plastic may be household plastic waste (domestic waste plastic) or industrial plastic waste (industrial waste plastic). The household waste plastic is a plastic in which PVC, PS, PET, PBT, etc. other than PE and PP are mixed, and is preferably a mixed waste plastic containing 3% by weight or more of PVC along with PE and PP. The industrial waste plastics are industrial wastes such as scraps and defective products generated during manufacturing processes in the industry, and the majority of them are PE/PP. The non-oxidizing atmosphere is an atmosphere in which the waste plastics do not oxidize (burn), and stable and efficient pyrolysis can be performed in the non-oxidizing atmosphere at a temperature of 300 to 600°C for 150 to 350 minutes, and if the above maintenance time is met, activation of the creation of a non-oxidizing atmosphere and sufficient pyrolysis can be performed.

一実施形態において、前記熱分解反応器400は、ロータリーキルン型反応器100を含んでもよい。前記(S0)ステップは、従来公知の熱分解反応器400、例えば、ロータリーキルン型反応器100、オートクレーブ反応器、連続式反応器、オーガー反応器、または流動層反応器などの反応器を用いて行ってもよく、特にロータリーキルン型反応器100を用いて行うことが工程効率の向上の面で有利である。 In one embodiment, the pyrolysis reactor 400 may include a rotary kiln-type reactor 100. The (S0) step may be performed using a conventionally known pyrolysis reactor 400, such as a rotary kiln-type reactor 100, an autoclave reactor, a continuous reactor, an auger reactor, or a fluidized bed reactor, and it is particularly advantageous to use a rotary kiln-type reactor 100 in terms of improving process efficiency.

前記(S4)ステップは、前記高沸点ワックス成分3が除去されたガス成分から精製油10を回収するステップであり、高沸点ワックス成分3が除去されたガス成分4を冷却および液化工程により凝縮することで精製油10を回収することができる。具体的に、前記凝縮された成分には、熱分解ガスが液化した油分層とともに、熱処理過程で生成された水蒸気を含む副産物が液化して形成された水分層を含んでもよく、油水分離により最終的に精製油10を得ることができる。前記油水分離により油分層と水分層を分離し、それより油分層(精製油)を直ちに回収するか、または水分層の吸着後に回収することで油分層(精製油)を回収することができる。前記油分層と水分層の効果的な分離のために電場を印加してもよく、電場の印加による静電付着により、油分層と水分層を短時間で分離することができる。また、前記油水分離効率を高めるために添加剤を必要に応じて付加してもよく、前記添加剤としては、当該分野で周知の通常の抗乳化剤であってもよい。一実施形態において、図4に示すように、前記(S4)ステップで回収された精製油10を(S1)ステップのロータリーキルン型反応器100に再供給して再処理してもよい。これにより、不純物の除去効率および軽質化効果をさらに向上させることができる。前記再供給する工程は、1回以上繰り返し行ってもよい。 The (S4) step is a step of recovering refined oil 10 from the gas component from which the high-boiling wax component 3 has been removed, and refined oil 10 can be recovered by condensing gas component 4 from which the high-boiling wax component 3 has been removed through a cooling and liquefaction process. Specifically, the condensed components may include an oil layer formed by liquefying the pyrolysis gas, as well as a water layer formed by liquefying a by-product containing water vapor generated during the heat treatment process, and refined oil 10 can be finally obtained by oil-water separation. The oil layer and the water layer are separated by the oil-water separation, and the oil layer (refined oil) can be recovered by either immediately recovering the oil layer (refined oil) or recovering it after adsorption of the water layer. An electric field may be applied to effectively separate the oil layer and the water layer, and the oil layer and the water layer can be separated in a short time by electrostatic adhesion due to the application of an electric field. In addition, an additive may be added as necessary to increase the efficiency of the oil-water separation, and the additive may be a conventional demulsifier well known in the art. In one embodiment, as shown in FIG. 4, the refined oil 10 recovered in the step (S4) may be re-supplied to the rotary kiln reactor 100 in the step (S1) for reprocessing. This can further improve the impurity removal efficiency and the lightening effect. The re-supply process may be repeated one or more times.

一実施形態において、前記(S4)ステップで回収された精製油10は、(S1)ステップの廃プラスチック熱分解油原料1に対して塩素含量が50%以上低減されたものであってもよい。前記(S1)~(S4)ステップを含む一連の過程により、塩素含量が50%以上低減された精製油10を得ることができる。好ましくは塩素含量が60%以上低減された精製油10を得ることができ、より好ましくは塩素含量が70%以上低減された精製油10を得ることができ、さらに好ましくは90%以下低減された精製油10を得ることができる。 In one embodiment, the refined oil 10 recovered in step (S4) may have a chlorine content reduced by 50% or more compared to the waste plastic pyrolysis oil feedstock 1 in step (S1). A series of processes including steps (S1) to (S4) can produce refined oil 10 with a chlorine content reduced by 50% or more. Preferably, refined oil 10 with a chlorine content reduced by 60% or more can be produced, more preferably refined oil 10 with a chlorine content reduced by 70% or more, and even more preferably refined oil 10 with a chlorine content reduced by 90% or less can be produced.

一実施形態において、前記(S4)ステップで回収された精製油10は、(S1)ステップの廃プラスチック熱分解油原料1に対して窒素、硫黄、および酸素の含量が20%以上低減されたものであってもよい。前記(S1)~(S4)ステップを含む一連の過程により、塩素だけでなく、窒素、硫黄、および酸素の含量が低減された精製油10を得ることができる。好ましくは、窒素、硫黄、および酸素の含量が30%以上低減された精製油10を得ることができ、より好ましくは、窒素、硫黄、および酸素の含量が40%以上低減された精製油10を得ることができ、さらに好ましくは、70%以下低減された精製油10を得ることができる。 In one embodiment, the refined oil 10 recovered in the (S4) step may have nitrogen, sulfur, and oxygen contents reduced by 20% or more compared to the waste plastic pyrolysis oil feedstock 1 in the (S1) step. Through a series of processes including the (S1) to (S4) steps, refined oil 10 can be obtained in which the contents of not only chlorine but also nitrogen, sulfur, and oxygen are reduced. Preferably, refined oil 10 in which the contents of nitrogen, sulfur, and oxygen are reduced by 30% or more can be obtained, more preferably, refined oil 10 in which the contents of nitrogen, sulfur, and oxygen are reduced by 40% or more can be obtained, and even more preferably, refined oil 10 in which the contents of nitrogen, sulfur, and oxygen are reduced by 70% or less can be obtained.

一実施形態において、前記(S1)ステップの廃プラスチック熱分解油原料1の軽質留分に対する、前記(S4)ステップで回収された精製油10の軽質留分の比率は、重量比で1.3以上であってもよい。通常、廃プラスチック熱分解油原料1にはH-ナフサまたはKEROなどの軽質留分よりもLGOまたはVGO/ARなどの重質留分が過剰に含まれているが、前記(S1)~(S4)ステップを含む一連の過程により、軽質化度が向上した精製油10を得ることができる。廃プラスチック熱分解油原料1の軽質留分に対する精製油10の軽質留分の比率は、重量比で、好ましくは、1.5以上であり、より好ましくは、1.7以上であり、さらに好ましくは、3以下である。 In one embodiment, the ratio of the light fraction of the refined oil 10 recovered in the step (S4) to the light fraction of the waste plastic pyrolysis oil feedstock 1 in the step (S1) may be 1.3 or more by weight. Usually, the waste plastic pyrolysis oil feedstock 1 contains an excess of heavy fractions such as LGO or VGO/AR compared to light fractions such as H-naphtha or KERO, but a series of processes including the steps (S1) to (S4) can produce refined oil 10 with an improved degree of lightness. The ratio of the light fraction of the refined oil 10 to the light fraction of the waste plastic pyrolysis oil feedstock 1 by weight is preferably 1.5 or more, more preferably 1.7 or more, and even more preferably 3 or less.

また、本開示は、廃プラスチック熱分解油原料1を受け入れるように構成されたロータリーキルン型反応器100と、前記ロータリーキルン型反応器100からのガス成分を受け入れるように構成されたガス分離器200と、前記ガス分離器からの軽質ガス成分4を受け入れるように構成された凝縮器300と、を含み、前記ガス分離器で分離された高沸点ワックス成分3が、前記ロータリーキルン型反応器100に再供給されるように構成された再供給ラインと、を含む、廃プラスチック熱分解油の精製装置を提供する。前記ロータリーキルン型反応器100は、回転しつつ均一に熱を加えるため、熱処理効率が高いという利点がある。上述したように、ロータリーキルン型反応器100に固体成分である廃プラスチックではなく、液状成分である廃プラスチック熱分解油を原料として導入することで、不純物の除去効率および軽質化効率が著しく向上する。 The present disclosure also provides a waste plastic pyrolysis oil refining device, comprising a rotary kiln reactor 100 configured to receive a waste plastic pyrolysis oil raw material 1, a gas separator 200 configured to receive a gas component from the rotary kiln reactor 100, a condenser 300 configured to receive a light gas component 4 from the gas separator, and a resupply line configured to resupply the high boiling point wax component 3 separated in the gas separator to the rotary kiln reactor 100. The rotary kiln reactor 100 has the advantage of high heat treatment efficiency because it applies heat uniformly while rotating. As described above, by introducing waste plastic pyrolysis oil, which is a liquid component, as a raw material into the rotary kiln reactor 100 instead of waste plastic, which is a solid component, the efficiency of removing impurities and the efficiency of lightening are significantly improved.

一実施形態において、前記ロータリーキルン型反応器100は、原料投入口から排出口の方向に第1領域、第2領域、および第3領域を順次含むことができる。上述したように、前記ロータリーキルン型反応器は、第1領域、第2領域、および第3領域を含んで多段昇温工程を行うことができる。具体的に、第1領域で(S1-1)ステップを、第2領域で(S1-2)ステップを、第3領域で(S1)ステップを行うことができる。この場合、最適な温度勾配を形成することができ、不純物の除去効率および軽質化効率をさらに向上させることができる。他の一実施形態において、ロータリーキルン型反応器100全体を昇温して多段昇温工程を行うことができ、多段昇温工程の具体的な内容は、前記(S1-1)、(S1-2)、および(S1)ステップを含む多段昇温工程に関する段落で上述した。 In one embodiment, the rotary kiln type reactor 100 may include a first region, a second region, and a third region in sequence from the raw material inlet to the discharge port. As described above, the rotary kiln type reactor may include the first region, the second region, and the third region to perform a multi-stage heating process. Specifically, the (S1-1) step may be performed in the first region, the (S1-2) step may be performed in the second region, and the (S1) step may be performed in the third region. In this case, an optimal temperature gradient may be formed, and the efficiency of removing impurities and the efficiency of lightening may be further improved. In another embodiment, the entire rotary kiln type reactor 100 may be heated to perform a multi-stage heating process, and the specific content of the multi-stage heating process has been described above in the paragraph regarding the multi-stage heating process including the (S1-1), (S1-2), and (S1) steps.

一実施形態において、前記ロータリーキルン型反応器100は、バッチ式反応器を含むことができる。バッチ式反応器は、熱分解中に原料投入の問題が発生した場合に全体工程が中断される連続式反応器の欠点を防止することができ、全体的な工程安定性に優れることができる。非限定的な一例として連続式ロータリーキルン型反応器100も用いることができる。 In one embodiment, the rotary kiln reactor 100 may include a batch reactor. A batch reactor can prevent the drawback of a continuous reactor in that the entire process is interrupted if a problem occurs with the input of raw materials during pyrolysis, and can provide excellent overall process stability. As a non-limiting example, a continuous rotary kiln reactor 100 can also be used.

前記ロータリーキルン型反応器100は、ガス分離器200と連結され、ロータリーキルン型反応器100の出口で熱分解生成物中の固形成分5であるチャーまたは炭化物と熱分解ガス成分が分離され、熱分解ガス成分のみがガス分離器200の上段部に流入することができる。 The rotary kiln type reactor 100 is connected to a gas separator 200, and the solid components 5 in the pyrolysis product, char or carbonized matter, and the pyrolysis gas components are separated at the outlet of the rotary kiln type reactor 100, and only the pyrolysis gas components can flow into the upper part of the gas separator 200.

ガス分離器200としては、従来公知のガス分離器200を用いることができ、例えば、蒸留方式で設計することができる。ガス分離器200の壁面方向の流れ方向、温度勾配などを調節して熱分解ガス成分から低沸点熱分解ガスと高沸点ワックス成分3を分離することができるが、これは一例にすぎず、従来公知の方式で設計することができる。高沸点ワックス成分3は、ガス分離器200の下段部に排出され、効率的な排出のために、ガス分離器200の下段部に外部冷却手段が設けられることができる。分離された高沸点ワックス成分3は、ガス分離器200の下段部から前記ロータリーキルン型反応器100の入口に連結された再供給ラインを介して、前記ロータリーキルン型反応器100に再供給されることができる。 The gas separator 200 may be a conventional gas separator 200, and may be designed, for example, by a distillation method. The low boiling point pyrolysis gas and the high boiling point wax component 3 may be separated from the pyrolysis gas component by adjusting the flow direction in the wall direction of the gas separator 200, the temperature gradient, etc., but this is only one example, and may be designed by a conventional method. The high boiling point wax component 3 is discharged to the lower part of the gas separator 200, and an external cooling means may be provided in the lower part of the gas separator 200 for efficient discharge. The separated high boiling point wax component 3 may be resupplied to the rotary kiln type reactor 100 through a resupply line connected from the lower part of the gas separator 200 to the inlet of the rotary kiln type reactor 100.

ガス分離器200にて高沸点ワックス成分3が除去された熱分解ガス成分は、凝縮器300にて冷却および液化し、回収タンクにて精製油10を回収することができる。前記凝縮器300は、冷却水が流動する領域を含み、凝縮器300に流入した熱分解ガスは、冷却水により液化して熱分解油に転換されることができる。凝縮器300内に生成された熱分解油が所定の水位まで上昇すると、移送されて回収タンクに貯蔵されることができる。前記回収タンクに回収された液状熱分解油は、油分層と水分層を含むことができ、油水分離器にて油水分離が行われ、液状熱分解油中に油分層と水分層を形成することができる。前記油分層と水分層が分離されると、油分層を直ちに回収するか、または水分層の吸着後に回収することで、塩素が最小化された油分層(精製油)を回収することができる。前記油分層と水分層の効果的に分離するために電場印加装置を設けることができる。前記水分層を排出して吸着する場合、密度プロファイラを用いて密度を検知することで、前記水分層の吸着時に前記油分層がともに吸着するのを防止することができ、水分層のみを効果的に吸着することができる。 The pyrolysis gas components from which the high boiling point wax components 3 have been removed in the gas separator 200 can be cooled and liquefied in the condenser 300, and refined oil 10 can be recovered in a recovery tank. The condenser 300 includes an area in which cooling water flows, and the pyrolysis gas flowing into the condenser 300 can be liquefied by the cooling water and converted into pyrolysis oil. When the pyrolysis oil generated in the condenser 300 rises to a predetermined water level, it can be transferred and stored in a recovery tank. The liquid pyrolysis oil recovered in the recovery tank can include an oil layer and a water layer, and oil-water separation can be performed in an oil-water separator to form an oil layer and a water layer in the liquid pyrolysis oil. When the oil layer and the water layer are separated, the oil layer can be recovered immediately or after adsorption of the water layer, thereby recovering an oil layer (refined oil) with minimized chlorine. An electric field application device can be provided to effectively separate the oil layer and the water layer. When the water layer is discharged and adsorbed, a density profiler is used to detect the density, which can prevent the oil layer from being adsorbed when the water layer is adsorbed, allowing only the water layer to be effectively adsorbed.

前記廃プラスチック熱分解油精製装置について以下に説明されていない事項は、上述した廃プラスチック熱分解油の精製方法に記載された内容を参照すればよい。 For matters not explained below regarding the waste plastic pyrolysis oil refining apparatus, please refer to the contents described in the above-mentioned method for refining waste plastic pyrolysis oil.

以下、本開示を実施例により詳しく説明するが、これらはより詳しく説明するためのものであり、権利範囲が下記の実施例により限定されるものではない。 The present disclosure will be described in more detail below with reference to examples. However, these are intended to provide a more detailed explanation and the scope of the rights is not limited to the following examples.

〔実施例1〕
ロータリーキルン型反応器、ガス分離器、および凝縮器を含む精製装置を介して、廃プラスチック熱分解油の精製工程を行った。ロータリーキルン型反応器に装入される原料は、生活系廃プラスチックを熱分解して製造された液状熱分解油を原料として用いた。
Example 1
The waste plastic pyrolysis oil was refined through a refining device including a rotary kiln reactor, a gas separator, and a condenser. The raw material fed into the rotary kiln reactor was liquid pyrolysis oil produced by pyrolyzing household waste plastic.

先ず、PE、PPとともに、PVCを3重量%以上含む生活系混合プラスチックを250℃の条件で押出し、生活系廃プラスチックペレットを500g製造した。前記生活系廃プラスチックペレットを熱分解反応器に投入した後、非酸化雰囲気で、400℃で250分間熱分解して廃プラスチック熱分解油原料を得た。 First, a household waste plastic mixture containing 3% by weight or more of PVC along with PE and PP was extruded at 250°C to produce 500g of household waste plastic pellets. The household waste plastic pellets were then placed in a pyrolysis reactor and pyrolyzed at 400°C for 250 minutes in a non-oxidizing atmosphere to obtain waste plastic pyrolysis oil raw material.

前記廃プラスチック熱分解油原料に含まれた不純物である塩素、窒素、硫黄、および酸素の含量をICPおよびXRF分析により測定し、塩素含量は564ppm、窒素含量は1083ppm、硫黄含量は105ppm、および酸素含量は0.9重量%と測定された。 The impurities contained in the waste plastic pyrolysis oil feedstock, chlorine, nitrogen, sulfur, and oxygen contents, were measured by ICP and XRF analysis, and the chlorine content was measured to be 564 ppm, the nitrogen content to be 1083 ppm, the sulfur content to be 105 ppm, and the oxygen content to be 0.9 wt%.

上記で得られた廃プラスチック熱分解油原料をロータリーキルン型反応器に投入した後、熱処理工程を行って精製油を得た。具体的に、ロータリーキルン型反応器は、1.48度の傾斜角、0.9Nrpmの回転数、0.5%以下の酸素濃度の条件で運転し、0.75℃/分の昇温速度で500℃まで昇温し、熱処理工程を200分間行った。 The waste plastic pyrolysis oil raw material obtained above was fed into a rotary kiln reactor, and then a heat treatment process was carried out to obtain refined oil. Specifically, the rotary kiln reactor was operated under conditions of an inclination angle of 1.48 degrees, a rotation speed of 0.9 Nrpm, and an oxygen concentration of 0.5% or less, and the temperature was raised to 500°C at a heating rate of 0.75°C/min, and the heat treatment process was carried out for 200 minutes.

前記熱処理工程生成物から熱分解ガス成分のみを回収してガス分離器に供給した。ガス分離器にて、熱分解ガス成分に含まれた高沸点ワックス成分は、ガス分離器の下段部に分離され、前記分離された高沸点ワックス成分は、ガス分離器の下段部から前記ロータリーキルン型反応器の入口に連結された再供給ラインを介して、前記ロータリーキルン型反応器に1回再供給して熱処理工程を繰り返し行った。 Only the pyrolysis gas components were recovered from the heat treatment process product and supplied to a gas separator. In the gas separator, the high boiling point wax components contained in the pyrolysis gas components were separated into the lower part of the gas separator, and the separated high boiling point wax components were resupplied once to the rotary kiln type reactor through a resupply line connected from the lower part of the gas separator to the inlet of the rotary kiln type reactor, and the heat treatment process was repeated.

最終的に、前記ガス分離器の上部で高沸点ワックス成分が除去された熱分解ガスを回収し、凝縮器を経て、回収タンクにて精製油(廃プラスチック熱分解油)を回収した。 Finally, the pyrolysis gas from which the high-boiling wax components have been removed is recovered at the top of the gas separator, passed through a condenser, and refined oil (waste plastic pyrolysis oil) is recovered in a recovery tank.

〔実施例2〕
実施例1において、前記ロータリーキルン型反応器に添加剤を追加投入して熱処理工程を行ったことを除いては、実施例1と同様の条件で反応を行った。具体的に、前記添加剤としては、サイズ(D50)が48.9μm、BET比表面積が6.4m/gであり、Cu(活性金属)/CaO(金属酸化物担体)の複合触媒からなる添加剤を用いた。
Example 2
The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, except that an additive was added to the rotary kiln reactor and a heat treatment process was carried out. Specifically, the additive had a size (D50) of 48.9 μm, a BET specific surface area of 6.4 m 2 /g, and was composed of a composite catalyst of Cu (active metal)/CaO (metal oxide support).

〔実施例3〕
実施例1において、前記ロータリーキルン型反応器の昇温速度を6℃/分とし、500℃まで昇温して200分間熱処理工程を行ったことを除いては、実施例1と同様の条件で反応を行った。
Example 3
The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, except that the rotary kiln reactor was heated at a heating rate of 6° C./min to 500° C. and the heat treatment process was carried out for 200 minutes.

〔実施例4〕
実施例1において、前記ロータリーキルン型反応器に多段昇温工程を適用して熱処理工程を行ったことを除いては、実施例1と同様の条件で反応を行った。具体的に、1℃/分の昇温速度で100℃まで昇温した後、50分間維持して第1熱処理工程を行った。その後、0.9℃/分の昇温速度で250℃まで昇温した後、150分間維持して第2熱処理工程を行った。その後、0.75℃/分の昇温速度で500℃まで昇温して200分間、熱処理工程を行った。
Example 4
In Example 1, the reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, except that the heat treatment process was carried out by applying a multi-stage heating process to the rotary kiln type reactor. Specifically, the first heat treatment process was carried out by heating to 100°C at a heating rate of 1°C/min and maintaining it for 50 minutes. Then, the second heat treatment process was carried out by heating to 250°C at a heating rate of 0.9°C/min and maintaining it for 150 minutes. Then, the second heat treatment process was carried out by heating to 500°C at a heating rate of 0.75°C/min and maintaining it for 200 minutes.

〔比較例1〕
実施例1において、ロータリーキルン型反応器から生成された熱分解ガスの高沸点ワックス成分の分離および再供給工程を経ず、直ちに凝縮器を介して回収タンクにて精製油を回収したことを除いては、実施例1と同様の条件で反応を行った。
Comparative Example 1
The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, except that the high-boiling wax components of the pyrolysis gas produced in the rotary kiln reactor were not separated and re-supplied, and the refined oil was immediately recovered in a recovery tank via a condenser.

〔比較例2〕
実施例1において、ロータリーキルン型反応器に投入される原料として、廃プラスチック熱分解油ではなく、生活系廃プラスチックペレットを適用したことを除いては、実施例1と同様の条件で反応を行った。具体的に、前記実施例1の生活系廃プラスチックペレット500gをロータリーキルン型反応器に投入した後に熱処理工程を行った。ロータリーキルン型反応器は、1.48度の傾斜角、0.9Nrpmの回転数、0.5%以下の酸素濃度の条件で運転し、0.75℃/分の昇温速度で500℃まで昇温し、熱処理工程を200分間行った。前記熱処理工程生成物から熱分解ガス成分のみを回収してガス分離器に供給した。ガス分離器にて、熱分解ガス成分に含まれた高沸点ワックス成分は、ガス分離器の下段部に分離され、前記分離された高沸点ワックス成分は、ガス分離器の下段部から前記ロータリーキルン型反応器の入口に連結された再供給ラインを介して、前記ロータリーキルン型反応器に1回再供給して熱処理工程を繰り返し行った。最終的に、前記ガス分離器の上部で高沸点ワックス成分が除去された熱分解ガスを回収し、凝縮器を経て、回収タンクにて廃プラスチック熱分解油を回収した。
Comparative Example 2
In Example 1, the reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, except that domestic waste plastic pellets were used instead of waste plastic pyrolysis oil as the raw material fed into the rotary kiln reactor. Specifically, 500 g of domestic waste plastic pellets of Example 1 were fed into the rotary kiln reactor and then subjected to a heat treatment process. The rotary kiln reactor was operated under conditions of an inclination angle of 1.48 degrees, a rotation speed of 0.9 Nrpm, and an oxygen concentration of 0.5% or less, and was heated to 500°C at a heating rate of 0.75°C/min, and the heat treatment process was carried out for 200 minutes. Only pyrolysis gas components were recovered from the product of the heat treatment process and supplied to a gas separator. In the gas separator, high boiling point wax components contained in the pyrolysis gas components were separated into the lower part of the gas separator, and the separated high boiling point wax components were re-supplied once to the rotary kiln reactor through a re-supply line connected from the lower part of the gas separator to the inlet of the rotary kiln reactor, and the heat treatment process was repeated. Finally, the pyrolysis gas from which the high boiling point wax components had been removed was recovered at the top of the gas separator, passed through a condenser, and the waste plastic pyrolysis oil was recovered in a recovery tank.

〔評価例〕
〔不純物の除去効果〕
原料および得られた精製油それぞれに含まれた塩素、窒素、硫黄、および酸素の含量をICPおよびXRF分析により測定し、不純物の除去効果を評価した。
[Evaluation example]
[Effect of removing impurities]
The chlorine, nitrogen, sulfur, and oxygen contents of the raw material and the resulting refined oil were measured by ICP and XRF analysis, and the effect of removing impurities was evaluated.

〔軽質化効果〕
ガスクロマトグラフィー法(ASTM D86)により、原料および精製油それぞれに含まれたナフサとKERO成分を定量して合算重量を測定し、軽質化度を評価した。
前記分析結果を下記表1に示した。
[Lightweight effect]
The naphtha and KERO components contained in the feedstock and refined oil were quantified by gas chromatography (ASTM D86), and the combined weight was measured to evaluate the degree of lightening.
The analysis results are shown in Table 1 below.

Figure 2024071365000002
Figure 2024071365000002

〔結果の解釈〕
前記表1に示すように、本開示に係る実施例1~4は、いずれも廃プラスチック熱分解油原料から不純物である塩素、窒素、硫黄、および酸素が効果的に低減され、軽質留分(ナフサおよびKERO)の含量が増加した精製油を得ることができることを確認することができる。
[Interpretation of results]
As shown in Table 1, in all of Examples 1 to 4 according to the present disclosure, it can be confirmed that impurities such as chlorine, nitrogen, sulfur, and oxygen can be effectively reduced from the waste plastic pyrolysis oil feedstock, and refined oil having an increased content of light fractions (naphtha and KERO) can be obtained.

詳細には、実施例2は、ロータリーキルン型反応器に前記Cu/CaO添加剤を追加して熱処理工程を行うことで、不純物である塩素、窒素、硫黄、および酸素の低減効果および軽質化効果に最も優れることを確認することができる。 In detail, in Example 2, it can be confirmed that by adding the Cu/CaO additive to a rotary kiln type reactor and carrying out a heat treatment process, the effect of reducing the impurities chlorine, nitrogen, sulfur, and oxygen and the effect of lightening the material are the most excellent.

実施例3は、前記ロータリーキルン型反応器の昇温速度を6℃/分として熱処理工程を行うことで、不純物である塩素、窒素、硫黄、および酸素の低減効果および軽質化効果が実施例1に比べてやや低下するが、比較例1および比較例2に比べて優れることを確認することができる。 In Example 3, the rotary kiln reactor is heated at a rate of 6°C/min for the heat treatment process, and the reduction effect of impurities such as chlorine, nitrogen, sulfur, and oxygen and the lightening effect are slightly lower than in Example 1, but it can be confirmed that the result is superior to Comparative Examples 1 and 2.

実施例4は、前記ロータリーキルン型反応器に多段昇温工程を適用して熱処理工程を行うことで、実施例1に比べて不純物である塩素、窒素、硫黄、および酸素の低減効果および軽質化効果にさらに優れることを確認することができる。 In Example 4, by applying a multi-stage heating process to the rotary kiln-type reactor and carrying out the heat treatment process, it can be confirmed that the effect of reducing the impurities chlorine, nitrogen, sulfur, and oxygen and the effect of lightening the product are even better than in Example 1.

比較例1は、ロータリーキルン型反応器から生成された熱分解ガスの高沸点ワックス成分の分離および再供給工程を行わないため、不純物である塩素、窒素、硫黄、および酸素の低減効果および軽質化効果が著しく低いことを確認することができる。 In Comparative Example 1, the process of separating and resupplying the high-boiling wax components of the pyrolysis gas generated from the rotary kiln reactor is not performed, and it can be confirmed that the effect of reducing the impurities chlorine, nitrogen, sulfur, and oxygen and the effect of lightening the gas are significantly low.

比較例2は、反応原料として廃プラスチック熱分解油ではなく生活系廃プラスチックペレットを適用するため、不純物である塩素、窒素、硫黄、および酸素の低減効果および軽質化効果が著しく低いことを確認することができる。 In Comparative Example 2, since pellets of waste plastic from daily use are used as the reaction raw material instead of waste plastic pyrolysis oil, it can be confirmed that the effect of reducing the impurities chlorine, nitrogen, sulfur, and oxygen and the effect of lightening the material are significantly low.

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で製造されてもよく、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施可能であることを理解することができる。したがって、以上で記述された実施例は、全ての面で例示的なものであって、限定的なものではないことを理解しなければならない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments and may be manufactured in various different forms, and a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can understand that the present invention can be embodied in other specific forms without changing the technical concept or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting.

1:廃プラスチック熱分解油原料、2:ガス成分、3:高沸点ワックス成分、4:軽質ガス成分、5:固形成分、6:廃プラスチック、10:精製油、100:ロータリーキルン型反応器、200:ガス分離器、300:凝縮器、400:熱分解反応器 1: Waste plastic pyrolysis oil raw material, 2: Gas components, 3: High boiling point wax components, 4: Light gas components, 5: Solid components, 6: Waste plastic, 10: Refined oil, 100: Rotary kiln type reactor, 200: Gas separator, 300: Condenser, 400: Pyrolysis reactor

Claims (18)

廃プラスチック熱分解油原料をロータリーキルン型反応器に装入し、前記ロータリーキルン型反応器を昇温して、廃プラスチック熱分解油原料を熱処理する(S1)ステップと、
前記(S1)ステップの生成物からガス成分を回収する(S2)ステップと、
回収された前記ガス成分から高沸点ワックス成分を分離し、分離された前記高沸点ワックス成分を、前記(S1)ステップの前記ロータリーキルン型反応器に再供給する(S3)ステップと、
前記高沸点ワックス成分が除去されたガス成分から精製油を回収する(S4)ステップと、
を含む、廃プラスチック熱分解油の精製方法。
A step of charging a waste plastic pyrolysis oil raw material into a rotary kiln type reactor and heating the rotary kiln type reactor to heat-treat the waste plastic pyrolysis oil raw material (S1);
A step (S2) of recovering a gas component from the product of the step (S1);
A step (S3) of separating a high boiling point wax component from the recovered gas component and re-supplying the separated high boiling point wax component to the rotary kiln type reactor of the step (S1);
A step (S4) of recovering a refined oil from the gas component from which the high boiling point wax component has been removed;
A method for refining waste plastic pyrolysis oil, comprising:
前記廃プラスチック熱分解油原料は、ナフサ:10~30重量%、KERO:20~30重量%、LGO:10~30重量%、およびVGO:30~50重量%を含む液状熱分解油である、請求項1に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。 The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 1, wherein the waste plastic pyrolysis oil raw material is a liquid pyrolysis oil containing naphtha: 10-30 wt%, KERO: 20-30 wt%, LGO: 10-30 wt%, and VGO: 30-50 wt%. 前記(S1)ステップは、前記ロータリーキルン型反応器を第3温度に昇温して熱処理する、請求項1に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。 The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 1, wherein the (S1) step heats the rotary kiln reactor to a third temperature for heat treatment. 前記第3温度は400~600℃である、請求項3に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。 The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 3, wherein the third temperature is 400 to 600°C. 前記(S1)ステップにおいて、第3温度に昇温時の昇温速度は0.5℃/分~5℃/分である、請求項3に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。 The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 3, wherein in step (S1), the rate of temperature rise to the third temperature is 0.5°C/min to 5°C/min. 前記(S1)ステップの前に、
前記ロータリーキルン型反応器を第1温度に昇温して、前記廃プラスチック熱分解油原料を第1熱処理する(S1-1)ステップと、
前記ロータリーキルン型反応器を第2温度に昇温して、前記廃プラスチック熱分解油原料を第2熱処理する(S1-2)ステップと、
をさらに含み、前記ロータリーキルン型反応器の温度は、前記ロータリーキルン型反応器を前記第1温度から前記第3温度に順次加熱することによって、上昇する、請求項3に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。
Before the step (S1),
A step of heating the rotary kiln reactor to a first temperature and subjecting the waste plastic pyrolysis oil raw material to a first heat treatment (S1-1);
The rotary kiln reactor is heated to a second temperature to subject the waste plastic pyrolysis oil raw material to a second heat treatment (S1-2);
The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 3, further comprising: heating the rotary kiln reactor from the first temperature to the third temperature in sequence, the temperature of the rotary kiln reactor being increased by heating the rotary kiln reactor from the first temperature to the third temperature in sequence.
前記第1温度は50~150℃である、請求項6に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。 The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 6, wherein the first temperature is 50 to 150°C. 前記第2温度は220~300℃である、請求項6に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。 The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 6, wherein the second temperature is 220 to 300°C. 前記(S1)ステップにおける熱処理は、添加剤を投入して行われる、請求項1に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。 The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 1, wherein the heat treatment in step (S1) is carried out by adding an additive. 前記添加剤は、金属酸化物触媒、または活性金属が金属酸化物担体に担持された複合触媒を含む、請求項9に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。 The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 9, wherein the additive includes a metal oxide catalyst or a composite catalyst in which an active metal is supported on a metal oxide carrier. 前記(S1)ステップの前に、
廃プラスチックを熱分解反応器に装入し、非酸化雰囲気における300~600℃の温度で熱分解して廃プラスチック熱分解油原料を製造する(S0)ステップをさらに含む、請求項1に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。
Before the step (S1),
The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 1, further comprising the step of (S0) charging waste plastic into a pyrolysis reactor and pyrolyzing it at a temperature of 300 to 600 ° C. in a non-oxidizing atmosphere to produce a waste plastic pyrolysis oil raw material.
前記(S0)ステップの前記熱分解反応器は、ロータリーキルン型反応器を含む、請求項11に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。 The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 11, wherein the pyrolysis reactor in step (S0) includes a rotary kiln type reactor. 前記(S4)ステップで回収された精製油は、前記(S1)ステップの廃プラスチック熱分解油原料に対して塩素含量が50%以上低減されたものである、請求項1に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。 The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 1, wherein the refined oil recovered in step (S4) has a chlorine content reduced by 50% or more compared to the waste plastic pyrolysis oil feedstock in step (S1). 前記(S4)ステップで回収された精製油は、前記(S1)ステップの廃プラスチック熱分解油原料に対して窒素、硫黄、および酸素の含量がそれぞれ20%以上低減されたものである、請求項1に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。 The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 1, wherein the refined oil recovered in step (S4) has nitrogen, sulfur, and oxygen contents each reduced by 20% or more compared to the waste plastic pyrolysis oil feedstock in step (S1). 前記(S1)ステップの廃プラスチック熱分解油原料の軽質留分に対する、前記(S4)ステップで回収された精製油の軽質留分の比率は、重量比で1.3以上である、請求項1に記載の廃プラスチック熱分解油の精製方法。 The method for refining waste plastic pyrolysis oil according to claim 1, wherein the ratio of the light fraction of the refined oil recovered in step (S4) to the light fraction of the waste plastic pyrolysis oil feedstock in step (S1) is 1.3 or more by weight. 廃プラスチック熱分解油原料を受け入れるように構成されたロータリーキルン型反応器と、
前記ロータリーキルン型反応器からのガス成分を受け入れるように構成されたガス分離器と、
前記ガス分離器からの軽質ガス成分を受け入れるように構成された凝縮器と、
前記ガス分離器で分離された高沸点ワックス成分が、前記ロータリーキルン型反応器に再供給されるように構成された再供給ラインと、
を含む、廃プラスチック熱分解油の精製装置。
A rotary kiln type reactor configured to receive a waste plastic pyrolysis oil feedstock;
a gas separator configured to receive gas components from the rotary kiln-type reactor;
a condenser configured to receive a light gas component from the gas separator;
a re-supply line configured to re-supply the high boiling point wax component separated in the gas separator to the rotary kiln type reactor;
The waste plastic pyrolysis oil refining equipment includes:
前記ロータリーキルン型反応器は、原料投入口から排出口の方向に第1領域、第2領域、および第3領域を順次含む、請求項16に記載の廃プラスチック熱分解油の精製装置。 The waste plastic pyrolysis oil refining apparatus according to claim 16, wherein the rotary kiln type reactor includes a first region, a second region, and a third region in sequence from the raw material inlet to the discharge outlet. 前記ロータリーキルン型反応器は、バッチ式反応器を含む、請求項16に記載の廃プラスチック熱分解油の精製装置。 The waste plastic pyrolysis oil refining apparatus according to claim 16, wherein the rotary kiln type reactor includes a batch type reactor.
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