KR102379696B1 - 폴리올레핀 폐기물로부터 탄화수소 연료를 제조하는 방법 - Google Patents

폴리올레핀 폐기물로부터 탄화수소 연료를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

폴리올레핀 폐기물로부터 탄화수소 연료를 제조하는 방법으로서, 폴리올레핀 폐기물이 반응 챔버의 하반부를 가열하기 위한 가열 시스템을 포함하는, 이동 가능한 패킹을 갖는 탑 유동 반응기에서 연속적으로 해중합되고, 해중합의 생성물은 반응 챔버의 상반부의 출구를 통해 가스 상태로 수집되고; 얻어진 해중합 생성물이 대기압 하에 합성 가스 분위기에서 촉매적 수소화 및 이성질화되어 탄화수소 연료의 혼합물을 형성하고; 폴리올레핀 폐기물이 패킹 요소의 표면이 얇은 가소화 물질 층으로 코팅될 때까지 반응기의 패킹을 구성하는 가열된 요소와 혼합되고, 해중합 공정에서 얻어진 혼합물은 챔버의 상부로부터 반응 챔버 내로 스트림으로서 공급되는 반면, 합성 가스는 바닥으로부터 역류로 공급되고, 합성 가스는 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)를 포함하고, CO:H2의 몰비는 0.25 내지 1.5:0.5 내지 3임을 특징으로 하는 방법이 제공된다.

Description

폴리올레핀 폐기물로부터 탄화수소 연료를 제조하는 방법
본 발명은 공급 원료 재활용을 통해 폴리올레핀 폐기물로부터 불포화 화합물의 함량이 감소된 탄화수소 연료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반 폐기물의 10% 이상은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리스티렌(PS)을 포함하는 폴리올레핀이지만, 폐 플라스틱은 주로 열가소성 물질을 포함하고, 이는 폴리머 폐기물의 주 공급원인 포장재 생산에 대량으로 활용되는 것에서 비롯된다.
알려져 있는 폴리올레핀 폐기물의 처리 방법은 특히 공급 원료 재활용, 물질 재활용 및 에너지 재활용을 포함한다.
에너지 재활용은 연소 폐 플라스틱을 기반으로 하며 공정에서 생성되는 에너지를 수집한다. 그러나, 폴리올레핀이 높은 발열량을 갖더라도, 플라스틱의 연소는 염소, 황 또는 질소 화합물과 같은 환경적으로 유해한 물질을 방출한다.
결과적으로, 높은 비용 또는 폐기물 정화 기회의 부족으로 인해, 복합재 또는 금속화 물질과 같은 일부 폐기물의 경우, 플라스틱 재생 및 재가공으로 이루어진 물질 재활용을 사용하는 것은 불가능하다.
그렇기 때문에 다양한 공정에서, 예를 들어 연료 성분으로서 또는 다양한 산업 공정에서 기재로서 이용될 수 있는 저분자량 탄화수소를 생성하기 위해 폴리머 사슬의 해중합(depolymerisation)으로 구성되는 공급 원료 재활용이 폴리올레핀을 포함하는 폐 열가소성수지의 처분에 중요한 역할을 한다.
그럼에도 불구하고, 폐 플라스틱의 해중합 방법은 구현 상의 어려움이 있다. 예를 들어, 플라스틱의 물리 화학적 성질이 해중합 공정을 방해하는 많은 기술적 문제를 일으킨다. 고체 형태의 플라스틱을 이용하려면 공정 초기 단계에서 플라스틱을 액화해야 한다. 그러나, 대부분의 플라스틱의 낮은 열전도율, 높은 열용량 및 해중합 반응의 높은 활성화 에너지가 폐기물 전체 용량을 균일하게 가열하는 것을 어렵게 한다. 이러한 이유로, 가열 동안 플라스틱의 덩어리가 국부적으로 과열되어, 해중합 반응의 부산물인 다량의 코크스(coke)를 생성시킨다. 더욱이, 액화된 플라스틱의 높은 점도는 심지어 비교적 높은 온도에서도 혼합 공정을 방해하여, 추가로 해중합 동안 균일한 온도의 플라스틱을 생성하는 것을 불가능하게 한다. 대부분의 열가소성수지의 경우, 온도가 450℃를 초과하면 반응 챔버의 가열 표면을 코크스화시키고, 이는 또한 물질로의 열 흐름을 차단함으로써 열원의 온도 상승을 필요하게 만든다. 반응 공간을 탈코크스화하려면 공정을 중단한 후 재개해야 하는데, 이는 일반 효율에 부정적인 영향을 미치고 공정 비용을 증가시킨다.
따라서, 폐 플라스틱의 해중합은 일반적으로 촉매의 도움으로 수행되며, 이는 해중합 반응의 활성화 에너지를 낮추고 생성물의 분자량에 대한 제어를 보장한다. 촉매 활성의 결과로서 해중합 온도를 낮추면 생성물에서 코크스 양이 감소함으로써 공정의 온도 효율을 향상시킨다.
질소, 또는 일부 희가스, 예컨대 아르곤 또는 헬륨을 포함하여 불활성 가스분위기에서 수행되는 해중합 공정은 알려져 있다.
특허 문헌에는 폐 플라스틱의 다양한 열 해중합 방법이 기술되어 있다.
폴란드 특허 출원 P.408583의 설명은 폐 플라스틱 및 바이오매스(biomass)의 열 분해 방법으로서, 폐 플라스틱 및 바이오매스가 450 내지 550℃의 고온 조건에서 제올라이트 촉매의 존재 하에 촉매적 해중합으로 처리되는 방법을 개시한다. 해중합은 팔 링(Pall ring)으로 패킹된 탑 유동 반응기(tower flow reactor)에서, 연속식으로, 촉매와 혼합된 분쇄된 플라스틱 물질 형태의 반응물 및 패킹이 반응기에 공급되고, 전체가 미리 정해진 시간 동안 반응기에서 가열되는 공정으로 수행된다. 고온에 노출된 반응 챔버 내의 플라스틱은 먼저 가소화되고 저분자량 화합물로 열분해된다. 팔 링에 존재하는 숯이 반응 챔버의 하단 출구를 통해 제거되는 동안 가스 생성물은 반응 챔버의 상단 출구를 통해 제거된다. 이후, 탄화수소의 혼합물을 구성하는 가스 생성물은 증류에 의해 분획, 즉, 비등점이 180℃ 이하인 벤진 분획 및 비등점이 360℃ 이하인 오일 분획으로 분리될 수 있다. 이 공정의 이점은 비교적 높은 수율의 해중합 공정인 반면, 그 단점은 팔 링 상의 가소화 플라스틱의 불균일한 분포 및 해중합 생성물에서 불포화 결합의 높은 함량을 포함한다.
폐 플라스틱의 해중합과 관련된 또 다른 중요한 문제는 해중합 생성물에서 불포화 화합물의 비율이 높다는 것이며, 이는 액체 탄화수소 연료 성분으로서 그것의 유용성을 제한한다. 이러한 문제는 해중합 생성물을 촉매적 수소화 처리함으로써 제한된다.
예를 들어, 폴란드 특허 명세서 PL210518은 폴리머 폐기물 처리로부터 탄화수소 분획의 수소화를 위한 2-단계 방법으로서, 제1 단계에서, 메탄올이 불활성 가스 분위기에서, 100 내지 300℃의 온도에서, SiO2, Al2O3, TiO2 및 ZrO2의 군으로부터 선택된 캐리어 상에 증착된, CoO, NiO, CuO 및 ZnO의 군으로부터 선택된 금속 산화물 촉매의 존재 하에서 일산화탄소 및 수소로 환원되는 방법을 기술한다. 다음, 제2 단계에서, 폴리올레핀 분해 생성물이고 360℃ 미만의 비점을 갖는 불포화 분획이 일산화탄소와 수소의 혼합물의 도움으로 100 내지 400℃의 온도에서, SiO2, Al2O3, TiO2 및 ZrO2의 군으로부터 선택된 산화물 캐리어 상의, Pt, Rh, Co/Mo, Mo, W 및 Fe의 군으로부터 선택된 금속 촉매의 존재 하에서 수소화된다. 이 공정에서 얻어진 생성물은 액체 연료의 성분으로서 사용될 수 있다.
폴리올레핀 공급원료 재활용 기술은 특히, 연료, 특히 벤진 또는 오일 분획에 존재하면 연료의 가속화된 에이징 및 증착물의 침전을 야기할 수 있는 불포화 화합물의 함량을 제한시킴으로써 해중합을 통해 얻어지는 연료의 질을 향상시키기 위해 지속적으로 변형되고 있는 것은 상기 논의된 공보를 따른다.
그러한 물질의 열 해중합을 포함하는 공정에서 PE, PP 또는 PS와 같은 폴리올레핀 폐기물로부터 탄화수소 연료를 제조하는 공정을 추가로 개선하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 요지는 폴리올레핀 폐기물로부터 탄화수소 연료를 제조하는 방법으로서, 폴리올레핀 폐기물이 반응 챔버의 하반부를 가열하기 위한 가열 시스템을 포함하는, 이동 가능한 패킹을 갖는 탑 유동 반응기에서 연속적으로 해중합되고, 해중합의 생성물은 반응 챔버의 상반부의 출구를 통해 가스 상태로 수집되고; 수집된 해중합 생성물이 대기압 하에 합성 가스 분위기에서 촉매적 수소화 및 이성질화되어 탄화수소 연료의 혼합물을 얻는 방법이다. 이 방법은 패킹 요소의 표면이 얇은 가소화 물질 층으로 코팅될 때까지 폴리올레핀 폐기물이 탑 반응기의 패킹을 구성하는 가열된 요소와 혼합되고, 해중합 공정에서 얻어진 혼합물은 챔버의 상부로부터 반응 챔버 내로 스트림으로서 공급되는 반면, 합성 가스는 바닥으로부터 역류로 공급되고, 합성 가스는 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)를 포함하고, CO:H2의 몰비는 0.25 내지 1.5:0.5 내지 3임을 특징으로 한다.
바람직하게는, 해중합은 대기압 하에서 수행된다.
바람직하게는, 반응 챔버의 패킹은 라스키그 링(Raschig ring), 팔 링, 비알렉키 링(Białecki ring)의 군으로부터 선택된다.
바람직하게는, 폴리올레핀 폐기물은 패킹의 비표면적 1m2 당 1kg 이하의 물질의 양으로 반응기 패킹과 혼합된다.
바람직하게는, 반응기 패킹과 가소화 물질의 혼합물은 240 내지 260℃, 바람직하게는 250℃의 온도에서 반응 챔버에 공급된다.
바람직하게는, 해중합은 온도 구배를 유지하면서 수행되어, 탑 반응기 챔버의 하반부는 가열 시스템을 사용하여 400 내지 440℃ 범위의 온도로 가열되는 반면, 해중합 생성물의 출구 근처에서 온도는 200 내지 360℃ 범위에서 유지된다.
바람직하게는, 해중합은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리스티렌의 군으로부터 선택된 폴리올레핀 물질에 대해 사용된다.
바람직하게는, 해중합 생성물은 320 내지 360℃ 범위의 온도를 갖는 가스 상태에서 수소화 및 이성질화 공정으로 전달된다.
바람직하게는, 수소화는 Al2O3 및 P2O5의 군으로부터 선택된 산화물 캐리어 상에 증착된 플래티넘 및 팔라듐의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 촉매의 존재 하에서 수행된다.
바람직하게는, 수소화 및 이성질화는 일산화탄소 및 수소를 포함하고, 중량비 CO:H2가 0.25 내지 1.5:0.5 내지 3인 합성 가스의 분위기 하에서 수행된다.
바람직하게는, 수소화 및 이성질화 생성물은 저비점 분획(C1―C4), 벤진 분획 및 오일 분획으로 분리되는 분별 증류로 처리된다.
바람직하게는, 저비점 분획은 해중합 및 수소화를 위한 합성 가스를 생성하기 위해 사용된다.
본 발명의 요지는 도면에서 예시적인 구체예로 제시되었다:
도 1은 폐 플라스틱에서 액체 연료를 제조하는 공정의 블록 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 2는 폐 플라스틱의 해중합용 반응기의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1에 제시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐 플라스틱으로부터 액체 연료를 제조하는 방법은 단계 101에서 해중합 반응기의 패킹을 가열하고, 단계 102에서 폐 플라스틱을 패킹과 혼합하고, 단계 103에서 얻어진 혼합물을 반응기 내로 공급하고 폐 플라스틱을 해중합하고, 단계 104에서 해중합 생성물을 수소화 및 이성질화하고, 단계 105에서 탄화수소 혼합물을 분별 증류하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 공정의 개시 전에, 폐 폴리올레핀: 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리스티렌(PS)을 세정 및 분쇄한 후, 분쇄된 폐기물 조각들 사이의 공간에 공기가 갇힌 상태로 반응기에 공급되는 산소의 양을 제한하기 위해 질소로 린싱한다. 원료(폐 폴리올레핀)의 제조와 상관없이, 반응기의 패킹을 제조한 후, 단계 101에서 430 내지 470℃, 바람직하게는 450℃의 온도로 가열한다. 반응기는 증류 칼럼, 예를 들어 라스키그 링, 팔 링, 비알렉키 링에 대한 구조화된 패킹으로서 사용되는 임의의 공지된 요소로 패킹될 수 있다.
이후, 가열된 패킹 요소는 단계 102에서 바람직하게는 0.3 내지 2mm의 두께를 갖는 균일한 얇은 플라스틱 층의 패킹 요소의 표면 상에 가소화 및 형성에 필요한 시간 동안 세정 및 분쇄된 폴리올레핀 폐기물과 혼합된다. 플라스틱 층의 적절한 두께를 얻기 위해, 패킹 요소의 비표면적 각 1m2 당 플라스틱의 중량은 1kg 이하, 바람직하게는 0.5kg 이하일 수 있다.
패킹 요소의 표면 상에 적합하게 얇은 플라스틱 층을 얻기 위해, 플라스틱은 패킹 요소의 표면 상에서 원료의 가소성을 일정하게 유지하도록 하는 비율로, 적절한 온도로 가열된 패킹 요소로 채워진 챔버 내로 점차적으로 공급될 수 있다.
일단 원료가 패킹과 완전히 혼합되면, 혼합물의 평균 온도는 240 내지 260℃, 바람직하게는 250℃의 범위 내에 있어야 하며, 이는 패킹 요소로부터 플라스틱으로의 열 전달의 결과이다.
다음으로, 약 250℃, 즉 폴리올레핀의 유동 온도보다 높은 온도를 갖는 균일한 플라스틱 층으로 피복된 패킹이 그 단면이 도 2에 개략적으로 제시되어 있는 해중합 반응기(200)의 챔버에 공급된다. 반응기(200)는 폴란드 특허 출원 P.408583에 기술된 해중합 반응기와 유사한 구조 및 치수를 가질 수 있다. 해중합 반응기(200)는 탑 반응기이며, 이는 수직 파이프(201) 형태의 반응 챔버를 포함하고, 원료 및 패킹을 위한 입구(202) 및 해중합의 가스 생성물을 위한 출구(203)가 챔버의 윗 부분에 위치하고, 패킹을 위한 출구(204)가 챔버의 아랫 부분에 위치한다. 바람직하게는, 원료 및 패킹 입구(202) 및 패킹 출구(204)에는 코어리스 스크류 컨베이어(coreless screw conveyor)가 장착되며, 이는 반응 챔버를 통한 패킹의 흐름을 조절하고 이에 의해 챔버 내부에서 시약의 체류 시간을 제어한다. 반응 챔버(201)는 바람직하게는 그 높이보다 작은 직경을 갖고, 바람직하게는 직경 대 높이의 비율이 1:6이며, 이는 해중합 공정 동안 최적의 온도 분포를 제공한다.
도 2에 제시된 해중합 반응기(200)는 폴란드 특허 출원 P.408583에 따른 반응기와 달리, 해중합 공정 동안 패킹 요소가 이동하는 방향에 대해 역류로 합성 가스를 반응 챔버로 공급하기 위해, 패킹 출구(204) 근처에 위치한 입구(205)를 추가로 구비한다.
또한, 해중합 반응기(200)는 반응 챔버(201)의 아랫 부분에 위치되고 챔버(201)의 중간 높이까지 연장되는 가열 자켓 형태의 가열 시스템(명료함을 위해 도면에는 미도시됨)을 구비한다. 바람직하게는, 반응기의 가열 시스템에는 가열 작용제를 구성하는 액체 금속 합금, 바람직하게는 주석 합금이 공급되며, 이는 반응 챔버의 선택된 영역에서 균일한 온도 분포를 추가로 제공하고 챔버 내부에 적합한 온도 구배를 얻을 수 있게 한다. 해중합 공정에서, 반응 챔버의 하반부에서 측정된 온도는 400 내지 470℃, 바람직하게는 420℃이어야 하고, 반면에 반응 챔버(201)의 상(가열되지 않은)반부에서 온도는 점차적으로 저하되어 챔버(201)의 최상위 지점, 즉 해중합 생성물 출구(204) 근처에서, 챔버 내부에서 측정된 온도는 200 내지 360℃이어야 한다. 챔버의 가장 낮은 지점과 가장 높은 지점 사이의 반응 챔버 내부의 온도 구배는 270℃까지 가능할 수 있다. 반응 챔버 내부의 이러한 온도 구배는 반응기의 가열 시스템의 온도가 500℃를 초과하지 않기 위해 얻어진다.
해중합 공정에서, 단계 103에서, 원료는 가소화된 상태에서 패킹 요소와 함께 반응 챔버에 공급되어, 바람직하게는 약 250℃의 온도에서 패킹 요소의 표면 상에 얇고 균일한 플라스틱 층을 생성한다. 반응 챔버에서, 원료는 하부 출구(204)를 향해 중력에 의해 이송되고, 입구(205)를 통해 역류로 반응 챔버(202)에 공급된 합성 가스의 분위기에서 추가 가열 및 해중합을 거친다. 해중합 공정에서, 수소, 일산화탄소를 함유하고 가능하게는 합성 가스의 성분을 희석시키기 위해 불활성을 구성하는 질소가 첨가되는, 합성 가스가 사용된다. 사용되는 합성 가스 CO:H2:N2의 성분의 몰비는 0.25 내지 1.5:0.5 내지 3:0 내지 1이다. 합성 가스에서 가장 바람직한 몰비 CO:H2는 1:2이다. 합성 가스는 원료 1 kg 당 50 내지 500 리터의 합성 가스의 양으로 스트림으로서 반응 챔버에 공급된다.
해중합 공정에서, 비활성 가스 분위기에서 고온 작동의 결과로서, 긴 폴리머 사슬이 분해되고 가스 상태로 출구(203)를 향해 이송된다. 따라서, 사용된 합성 가스는 수소 공여체로서, 그리고 탄화수소를 가스 상태로 반응기(200)의 윗 부분쪽으로 용이하게 이송하게 하는 캐리어로서 기능한다. 추가로, 합성 가스 중에 일산화탄소의 존재는 해중합 공정의 생산성을 향상시키는 것으로 밝혀졌다.
반응기의 윗 부분에서, 반응 챔버 내부의 온도 구배로 인해, 비등점이 360℃ 초과인 탄화수소는 반응 챔버(201) 내로 새롭게 공급되는 원료의 스트림을 동일하게 공급함으로써 얇은 플라스틱 층으로 덮인 반응기 패킹 요소 상에 응축되어, 해중합 반응의 활성화 온도를 낮추는 결과를 가져온다. 패킹과 함께 응축된 탄화수소는 반응기의 아랫 부분을 향해 중력으로 운반되며, 더 높은 온도의 작동의 결과로 이들 탄화수소는 추가로 해중합된다. 반응 챔버 내부의 온도가 약 420℃에 이르고, 반응기(200)의 아랫 부분에서의 해중합 공정 및 "새로운" 원료 스트림을 공급하는 응축물에 의한 추가 응축 공정은 비등점이 360℃ 미만, 바람직하게는 비등점이 200 내지 360℃인 해중합 생성물이 얻어질 때까지 주기적으로 반응기(200)에서 반복될 수 있다. 특정 비점을 갖는 해중합 생성물은 출구(203)를 통해 반응 챔버(201)를 빠져나간다.
공정 동안, 부산물로서, 숯이 패킹 요소 상에 증착되고, 공정의 조건으로 인해, 패킹 요소에서 기계적으로 분리될 수 있는 재(ash) 형태로 존재하고, 이로 인해 패킹이 해중합 공정에서 여러 번 이용될 수 있다. 패킹에서 숯을 제거하는 공정이 예를 들어 체로 숯을 걸름으로써 수행될 수 있다. 따라서, 이러한 방식으로 수행되는 공정은 반응 챔버(201) 외부에서 패킹 요소로부터 숯을 제거할 수 있기 때문에 가동중지 시간 감소를 보장한다.
가스 상태의 생성된 해중합 생성물은 단계 104에서 수소화 및 이성질화에 적용된다. 수소화 및 이성질화 공정은 320 내지 360℃ 범위의 온도에서, CO 및 H2를 포함하고, CO:H2의 몰비가 0.25 내지 1.5:0.5 내지 3이고, 바람직하게는 CO:H2의 몰비가 1:2인 합성 가스의 존재 하에서 산화물 캐리어, 예를 들어 Al2O3 또는 P2O5 상에 증착된 플래티넘 및/또는 팔라듐과 같은 금속 촉매를 사용하여 특허 PL210518의 설명과 유사한 방식으로 수행될 수 있다. 그러나, 특허 PL210518에 기술된 수소화 공정에서와는 달리, 본 공정에 이용된 합성 가스는 메탄올로부터 제조되는 것이 아니라 바람직하게는 폴리올레핀의 해중합 공정에서 얻어지는 C1―C4 탄화수소로부터 제조된다. 또한, 특허 PL210518의 설명으로부터 공지된 용액과는 달리, 본 발명에 따르면 수소화 및 이성질화의 공정은 320 내지 360℃의 온도에서 가스 상태의 탄화수소로 사용된다. 해중합 생성물을 수소화 및 이성질화 반응기로 이송하기 위한 파이프에는 가열 시스템 및 온도 제어 시스템이 장착되어 있어 수소화 및 이성질화 반응기의 입구에서 해중합물의 적절한 온도를 보장한다.
수소화 및 이성질화의 결과로, 포화 탄화수소의 혼합물이 얻어지고, 이후 단계 105에서 분별 증류되어 저비점 분획(C1-C4), 벤진 분획 및 오일 분획을 얻는다. 증류 공정은 예를 들어 통상적인 증류 컬럼을 사용하여 수행될 수 있다.
얻어진 C1―C4 분획은 합성 가스(106)(도 2)를 제조하는데 사용될 수 있으며, 이는 폴리올레핀 해중합 및 후속 수소화 및 이성질화 공정 뿐만 아니라 수소화 및 이성질화 반응기의 버너 또는 발전기에 예를 들어 스팀 터빈 형태로 연료를 공급하는데 사용된다.
사용된 이성질화 공정은 분지된 생성물의 획득을 보장하여, 생성된 탄화수소 연료의 옥탄가(octane rating)를 증가시킨다.
본 발명에 따른 공정에서, 폴리올레핀 해중합 및 수소화 및 이성질화 공정 모두는 대기압 하에서 수행되며, 이는 설치 및 가공 비용을 낮춘다. 이러한 이유로, 공정이 경제적으로 수익성을 유지하기 위해 매년 상당히 대량의 원료를 처리해야 하는 압력 기술과 달리, 대량 또는 소량의 폐 플라스틱이 매년 처리되는지에 관계없이 공정이 경제적으로 수익성이 있다.
수소 공여체가 적절한 비율의 일산화탄소와 수소(합성 가스)의 혼합물이고, 반응 챔버 내로 공급되는 합성 가스 스트림의 양이 1 kg의 원료 당 50 내지 500 리터의 합성 가스로 유지되는, 개발된 해중합 기술 덕분에 대기압 하에서 해중합 및 수소화를 수행하는 것이 가능하였다.
공정에서 일산화탄소의 존재는 해중합 및 수소화 둘 모두의 효율을 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 합성 가스의 분위기에서 수행되는 해중합 공정은 재생의 필요성으로 인해 생산 비용을 증가시키고 환경적으로 유해한 폐기물을 생성할 수 있는 촉매의 첨가없이 대기압 하에서 수행된다.
또한, 가열된 패킹과 분쇄된 물질의 예비 혼합을 포함하는 용액을 사용하면 패킹 요소의 표면 상에 가소화된 폴리머의 얇은 균일한 막을 형성할 수 있고, 이로 인해 재료가 보다 균일하게 가열되므로 해중합 동안 원료의 국부적 과열이 발생하는 것을 제한하고 폴리올레핀 사슬에서 탄소-탄소 결합을 파괴하는 반응의 활성화 온도가 낮아진다.
본 방법은 또한 모든 종류의 첨가제뿐만 아니라 폐기물 내 불순물의 존재로 인해 폐기물의 경우에는 특히 얻기 어려운, 생성물의 이중 결합의 양이 감소된 고순도에 의해 특징되는, 저비등 분획 C1-C4, 벤진 분획 및 오일 분획을 포함하는 포화 탄화수소 생성물의 제조를 가능하게 한다.
생성된 탄화수소 분획에서 불포화 화합물의 만족스러운 한계는 해중합 생성물이 연료로서 사용될 때 특히 중요하며, 이는 이중 또는 삼중 결합의 상대적으로 높은 반응성에 의해 야기되며, 이는 중합 또는 산화의 결과로 연료의 에이징 및 고체 불순물의 침전을 가속화시킨다.

Claims (12)

  1. 폴리올레핀 폐기물로부터 탄화수소 연료를 제조하는 방법으로서,
    - 폴리올레핀 폐기물이 반응 챔버의 하반부를 가열하기 위한 가열 시스템을 포함하는, 이동 가능한 패킹을 갖는 탑 유동 반응기(tower flow reactor)에서 연속적으로 해중합(depolymerisation)되고, 해중합의 생성물은 반응 챔버의 상반부의 출구를 통해 가스 상태로 수집되고;
    - 얻어진 해중합의 생성물이 대기압 하에 합성 가스 분위기에서 촉매적 수소화 및 이성질화되어 탄화수소 연료의 혼합물을 형성하고;
    - 폴리올레핀 폐기물이 패킹 요소의 표면이 얇은 가소화 물질 층으로 코팅될 때까지 반응기의 패킹을 구성하는 가열된 요소와 혼합되고, 해중합 공정에서 얻어진 혼합물은 챔버의 상부로부터 반응 챔버 내로 스트림으로서 공급되는 반면, 합성 가스는 바닥으로부터 역류로 공급되고, 가스는 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)를 포함하고, CO:H2의 몰비는 0.25 내지 1.5:0.5 내지 3임을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 해중합이 대기압 하에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반응 챔버의 패킹이 라스키그 링(Raschig ring), 팔 링(Pall ring), 비알렉키 링(Białecki ring)의 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리올레핀 폐기물이 패킹의 비표면적 1m2 당 1kg 이하의 물질의 양으로 반응기 패킹과 혼합됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반응기 패킹과 가소화 물질의 혼합물이 240 내지 260℃의 온도에서 반응 챔버에 공급됨을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 해중합이 온도 구배를 유지하면서 수행되어, 탑 반응기 챔버의 하반부는 가열 시스템을 사용하여 400 내지 440℃의 온도에 도달될 때까지 가열되는 반면, 해중합 생성물의 출구 근처에서의 온도는 200 내지 360℃ 범위에서 유지됨을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 해중합이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리올레핀 물질에 대해 사용됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 해중합 생성물이 320 내지 360℃ 범위의 온도를 갖는 가스 상태로 수소화 및 이성질화 공정에 전달됨을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수소화가 Al2O3 및 P2O5의 군으로부터 선택된 산화물 캐리어 상에 증착된 플래티넘 및 팔라듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 촉매의 존재 하에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수소화 및 이성질화가 일산화탄소 및 수소를 포함하고, 중량비 CO:H2가 0.25 내지 1.5:0.5 내지 3인 합성 가스의 분위기 하에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수소화 및 이성질화 생성물이 저비점 분획(C1―C4), 벤진 분획 및 오일 분획으로 분리되는 분별 증류로 처리됨을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 저비점 분획이 해중합 및 수소화를 위한 합성 가스를 생성하기 위해 사용됨을 특징으로 하는 방법.
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