KR102544370B1 - A catalyst for the wax cracking produced from pyrolysis of waste plastic - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 폐플라스틱 열분해 유화 공정에서 생산되는 열분해유의 왁스 분해 촉매조성물, 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매조성물, 및 그 제조방법, 그 촉매조성물을 이용한 촉매반응기 및 그 촉매반응기를 포함하는 폐플라스틱 열분해시스템에 대한 것이다. The present invention relates to a wax decomposition catalyst composition of pyrolysis oil produced in a waste plastic pyrolysis emulsification process, and a method for preparing the same. More specifically, it relates to a catalytic composition for wax decomposition in the pyrolysis process of waste plastics, a manufacturing method thereof, a catalytic reactor using the catalytic composition, and a pyrolysis system for waste plastics including the catalytic reactor.
우리나라에서는 매년 약 400만 톤의 폐플라스틱이 발생하고 있으나, 재활용률은 20~30%로 낮아, 많은 양이 매립이나 소각에 의하여 처리되고 있다. 그러나 폐플라스틱의 매립은 유해성분이 용출될 수 있으며, 단위 무게에 비하여 부피가 커 보관, 운반 및 매립의 문제가 발생한다. 또한, 소각에 의한 처리는 소각시 발생하는 열에너지의 일부를 이용할 수 있지만, 많은 경제적인 손실을 초래하고 유독성 가스를 방출하여 환경파괴의 문제를 일으키기에, 폐플라스틱을 재활용하는 방법에 대한 사회적 관심이 높아지고 있다.About 4 million tons of waste plastics are generated in Korea every year, but the recycling rate is as low as 20 to 30%, so a large amount is disposed of by landfill or incineration. However, landfilling of waste plastic can elute harmful components, and its volume is large compared to its unit weight, causing problems in storage, transportation, and landfill. In addition, treatment by incineration can use some of the thermal energy generated during incineration, but it causes a lot of economic loss and emits toxic gases to cause environmental destruction, so social interest in how to recycle waste plastic is growing. It is rising.
폐플라스틱은 주로, 연소열을 회수하는 에너지 회수(Energy Recovery) 방법으로 주로 처리되며, 이를 위해 고형 연료인 폐플라스틱 연료(RPF, Refuse Plastic Fuel)로 성형되어 투입된다. 또 다른 하나의 폐플라스틱 처리 방 법은 재활용인데, 폐플라스틱의 재활용하는 방법은 크게 300℃ 부근에서 폐플라스틱을 용융시켜 펠렛 또는 그래뉼 형태의 재생입자를 만들어 사용하는 기계적 재활용 방법(Mechanical Recycling)과, 폐플라스틱으로부터 다른 화합물을 제조하는데 필요한 재료 성분으로 전환시키는 피드스톡 재활용 (Feedstock Recycling) 방법으로 나뉜다. 이 중 기계적 재활용 방법은, 공정에 의해 제조된 제품의 물성이 기계적 재활용이 반복될 때 마다 떨어져서, 피드스톡 재활용 방법이 최종적 재활용 방법으로 선호되고 있다. 피드스톡 재활용 방법은 크게 열분해 (pyrolysis), 가스화(gasification), 수소화(hydrogenation), 및 용매화(solvolysis)로 나뉘며 그 중 가장 활발히 연구되고 있는 것은 열분해다. 열분해를 통해 폐플라스틱으로부터 제조된 열분해유는 석유 정제 공정에 투입되어 새로운 화학물질 또는 연료의 원료로 사용되게 된다.Waste plastics are mainly processed by an energy recovery method that recovers combustion heat, and for this purpose, waste plastic fuel (RPF, Refuse Plastic Fuel), which is a solid fuel, is molded and input. Another method of treating waste plastic is recycling. The method of recycling waste plastic is a mechanical recycling method in which waste plastic is melted at around 300 ° C and used to make pellet or granular reclaimed particles, It is divided into a feedstock recycling method that converts waste plastics into material components needed to manufacture other compounds. Among them, in the mechanical recycling method, the physical properties of the product manufactured by the process are degraded each time mechanical recycling is repeated, so the feedstock recycling method is preferred as the final recycling method. Feedstock recycling methods are largely divided into pyrolysis, gasification, hydrogenation, and solvolysis, among which pyrolysis is the most actively studied. The pyrolysis oil produced from waste plastic through pyrolysis is put into the petroleum refining process and used as a raw material for new chemicals or fuels.
열분해는 Feedstock Recycling 방법 중 하나로서 폐플라스틱을 무산소 하에서 열적 분해하여 오일, 가스, 그리 고 고형 산물인 촤 (char)을 생산하는 친환경적 폐플라스틱 재활용 방법이다. Pyrolysis, one of the feedstock recycling methods, is an eco-friendly waste plastic recycling method that thermally decomposes waste plastics under anoxic conditions to produce oil, gas, and char, a solid product.
즉, 폐플라스틱 발생량은 전 세계에서 지속적으로 증가하고 있으며, 열분해 기술은 폐플라스틱으로부터 디젤연료 및 납사 원료를 생산할 수 있고, CO2 저감효과가 크다는 장점이 있다. 환경부에서는 국내의 폐플라스틱 발생량 중 폐플라스틱 열분해 처리 비중을 기존 0.1%에서 2030년까지 10%로 100배 높일 것이라고 보도하였다.That is, the amount of waste plastic generated is continuously increasing around the world, and pyrolysis technology has the advantage of being able to produce diesel fuel and naphtha raw materials from waste plastic and having a great CO2 reduction effect. The Ministry of Environment reported that the proportion of waste plastic pyrolysis treatment among domestic waste plastic generation will increase 100 times from 0.1% to 10% by 2030.
통상의 폐플라스틱 열분해 유화 공정은 폐플라스틱이 열분해 반응로에 투입되고 열분해된 기체상태의 유증기는 공정 후단의 응축수단(열교환기)에서 응축되어 열분해유로 포집된다. In a typical waste plastic pyrolysis emulsification process, waste plastic is put into a pyrolysis reactor, and the pyrolyzed gaseous vapor is condensed in a condensing means (heat exchanger) at the end of the process and collected as pyrolysis oil.
응축온도가 열교환기의 온도보다 낮아서 응축되지 못한 성분의 비응축성 가스는 열분해 가스로서 반응기 후단으로 배출된다. 한편, 폐플라스틱이 열분해되어 발생하는 유증기는 여러 형태의 탄화수소 성분을 가지며, 이러한 탄화수소는 탄소수의 범위가 넓어서 폐플라스틱 열분해 유증기내 각 성분의 끓는점과 녹는점의 온도범위가 넓다. 폐플라스틱 열분해 성분 중 상온에서 고체의 형태를 가지는 성분들을 보통 왁스(wax)라 칭한다.The non-condensable gas of components that are not condensed because the condensation temperature is lower than the temperature of the heat exchanger is discharged to the rear end of the reactor as a pyrolysis gas. On the other hand, the oil vapor generated from the pyrolysis of waste plastic has several types of hydrocarbon components, and these hydrocarbons have a wide range of carbon numbers, so the temperature range of the boiling point and melting point of each component in the pyrolysis oil vapor of waste plastic is wide. Among waste plastic pyrolysis components, components that are solid at room temperature are generally referred to as wax.
폐플라스틱 열분해 공정 중 열교환기에는 통상적으로 상온의 냉각수가 주입되는데, 상온에서 고체형태를 가지는 왁스가 열교환기 외벽에서 응축, 응고되어 열교환기의 열전달 효율을 감소시키고, 최악의 경우 열교환기가 막혀 운전이 중단된다. 이는 상용급 폐플라스틱 열분해 시설에서 자주 발생되는 문제이다.Cooling water at room temperature is normally injected into the heat exchanger during the pyrolysis process of waste plastic. Wax, which is solid at room temperature, condenses and solidifies on the outer wall of the heat exchanger, reducing the heat transfer efficiency of the heat exchanger. It is stopped. This is a problem that frequently occurs in commercial-grade waste plastic pyrolysis facilities.
폐플라스틱을 이용한 열분해 유화 공정에서 생산되는 열분해유는 질량대비 약 20%의 왁스가 함유되어 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 이러한 왁스는 탄소수 28 이상의 고분자 탄화수소류로서 겨울철에 열분해유가 굳는 문제가 발생된다. The pyrolysis oil produced in the pyrolysis emulsification process using waste plastic contains about 20% of wax by mass. As mentioned above, these waxes are high-molecular hydrocarbons having 28 or more carbon atoms and cause problems in that pyrolysis oil hardens in winter.
시중에서 판매되는 경유에도 약 6~7% 수준의 왁스가 함유되어 있으므로 촉매 공정에서 요구되는 최소 효율은 60~70% 수준이다.Even commercially available diesel contains about 6-7% of wax, so the minimum efficiency required for the catalyst process is 60-70%.
이러한 폐플라스틱 열분해유에 함유된 질량 기준 약 20%의 왁스는 동절기에 열분해유의 유동성을 잃게 만드는 원인으로서 생산된 제품(열분해유)의 저장과 이송에 어려움이 발생되고 있다. The wax of about 20% by mass contained in the waste plastic pyrolysis oil causes the pyrolysis oil to lose fluidity in the winter, making it difficult to store and transport the produced product (pyrolysis oil).
폐플라스틱으로부터 생산된 왁스를 분해하기 위해서는 촉매 공정이 필요하나 현재 개발된 왁스 분해 공정 촉매는 석유화학 공정에 적합하다. 성능이 우수한 촉매를 제조하기 위해서는 산점, 표면적 등과 같은 촉매의 물리화학적 특성을 최적화해야 한다. A catalytic process is required to decompose wax produced from waste plastics, but the currently developed wax decomposition process catalyst is suitable for petrochemical processes. In order to prepare a catalyst with excellent performance, it is necessary to optimize the physicochemical properties of the catalyst, such as acid sites and surface area.
폐플라스틱 열분해유에 함유된 왁스 (질량 기준 20%)를 절반 이상 경질유 혹은 합성가스로 전환할 수 있는 촉매의 개발이 요구되었다. It was required to develop a catalyst capable of converting more than half of the wax (20% by mass) contained in waste plastic pyrolysis oil into light oil or syngas.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 폐플라스틱 열분해유에 함유된 질량 기준 약 20%의 왁스를 8% 이하로 저감시켜 고품질의 열분해유를 생산할 수 있는, 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매조성물, 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been made to solve the above conventional problems, and according to an embodiment of the present invention, the wax of about 20% by mass contained in waste plastic pyrolysis oil is reduced to 8% or less to provide high-quality pyrolysis oil. It is an object of the present invention to provide a catalyst composition for wax decomposition in the pyrolysis process of waste plastics, and a method for producing the same.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 폐플라스틱 열분해유에 함유된 질량 기준 20%의 왁스를 8% 이하로 저감시키는 촉매공정을 운영하여 고품질의 열분해유를 생산할 수 있는, 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매조성물, 왁스분해용 촉매반응기, 및 그 촉매반응기를 갖는 폐플라스틱 열분해 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. And according to an embodiment of the present invention, a catalyst for decomposing wax in the pyrolysis process of waste plastics, which can produce high-quality pyrolysis oil by operating a catalytic process for reducing 20% of wax contained in waste plastic pyrolysis oil to 8% or less by mass. Its object is to provide a composition, a catalytic reactor for decomposing wax, and a waste plastic pyrolysis system and method having the catalytic reactor.
본 발명의 실시예에 따르면, 폐플라스틱을 이용한 열분해 유화 공정에 왁스 분해 촉매 공정을 적용함으로써 타 기업에서 생산되는 열분해유와의 차별성을 부여하고 고품질의 열분해유를 생산할 수 있는, 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매조성물, 왁스분해용 촉매반응기, 및 그 촉매반응기를 갖는 폐플라스틱 열분해 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, by applying a wax decomposition catalyst process to a pyrolysis emulsification process using waste plastic, it is possible to differentiate it from pyrolysis oil produced by other companies and to produce high-quality pyrolysis oil, waste plastic pyrolysis process wax An object of the present invention is to provide a catalyst composition for decomposition, a catalytic reactor for decomposition of wax, and a system and method for thermal decomposition of waste plastic having the catalyst reactor.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems that are not mentioned will become clear to those skilled in the art from the description below. You will be able to understand.
본 발명의 제1목적은 왁스를 분해하기 위한 촉매조성물로서, 산화규소와 산화알루미늄이 함유된 제올라이트를 포함하는 지지체; 및 상기 지지체에 담지되는 철을 포함하는 활성금속;을 포함하는 것을 특징으로 하는 왁스분해용 촉매조성물로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is a catalyst composition for decomposing wax, comprising: a support comprising a zeolite containing silicon oxide and aluminum oxide; and an active metal containing iron supported on the support.
그리고 상기 활성금속은 아연을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the active metal may be characterized in that it further comprises zinc.
또한 상기 제올라이트는 제올라이트 ZSM-5 또는 β-H2이고, 상기 지지체는 실리카를 더 포함하고, 상기 철은, Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4, 및 FeOOH 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the zeolite may be zeolite ZSM-5 or β-H 2 , the support may further include silica, and the iron may be at least one of Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4, and FeOOH.
그리고 상기 제올라이트는 1 ~ 70중량%, 상기 실리카는 1 ~70중량%, 상기 철은 1 ~30중량%, 상기 아연을 1 ~30 중량%인 것을 특징으로 할 수 있다. And the zeolite may be 1 to 70% by weight, the silica is 1 to 70% by weight, the iron is 1 to 30% by weight, and the zinc is 1 to 30% by weight.
또한 상기 촉매조성물은 폐플라스틱 유화공정에서 생성되는 열분해유의 왁스를 분해하며, 상기 왁스에 포함된 C14 이상의 탄화수소류에 대해 84.5%이상의 분해율을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the catalyst composition decomposes wax of thermal cracking oil generated in the waste plastic emulsification process, and may have a decomposition rate of 84.5% or more for C14 or higher hydrocarbons included in the wax.
본 발명의 제2목적은, 왁스를 분해하기 위한 촉매조성물의 제조방법으로서, 산화규소와 산화알루미늄이 함유된 제올라이트를 포함하는 지지체를 준비하는 단계; Fe성분을 지지체에 물리적으로 도포하는 단계;을 포함하는 것을 ?v징으로 하는 왁스분해용 촉매조성물로서 달성될 수 있다.A second object of the present invention is a method for preparing a catalyst composition for decomposing wax, comprising the steps of preparing a support comprising a zeolite containing silicon oxide and aluminum oxide; It can be achieved as a catalyst composition for decomposing wax comprising the step of physically applying the Fe component to the support.
또한 상기 제올라이트와, 철과, 아연의 조성비를 조절하여, C14 이상의 탄화수소류에 대한 분해효율을 제어하고, 최종 생산품인 가스와 경질류와 판매용 열분해유의 생산비율을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, by adjusting the composition ratio of the zeolite, iron, and zinc, the decomposition efficiency for C14 or higher hydrocarbons is controlled, and the production ratio of gas, light products, and pyrolysis oil for sale can be controlled.
본 발명의 제3목적은 폐플라스틱을 열분해하기 위한 공정에서 왁스를 분해하기 위한 촉매반응기로서, 관 형태로 구성된 몸체부; 몸체부 일측에 구비되어 열분해반응로를 거쳐 생성된 유증기 상태의 열분해유가스가 유입되는 열분해유 유입부; 상기 몸체부 내에 구비되어 내부에 앞서 언급한 제 1목적에 따른 촉매조성물이 충진되어 상기 열분해유 내의 왁스를 개질시키는 촉매충진부; 상기 몸체부 외면에 일체로 설치되어 상기 촉매충진부로 열에너지를 공급하는 외부가열부; 및 상기 몸체부 타측에 구비되어 상기 왁스가 개질된 열분해유가 배출되는 열분해유 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기로서 달성될 수 있다. A third object of the present invention is a catalytic reactor for decomposing wax in a process for thermally decomposing waste plastic, comprising: a tubular body; A pyrolysis oil inlet provided on one side of the body and into which pyrolysis oil gas in a vapor state is introduced through the pyrolysis reactor; a catalyst filling part provided in the body part and filling the inside with the catalyst composition according to the first purpose mentioned above to reform wax in the pyrolysis oil; an external heating unit integrally installed on an outer surface of the body to supply thermal energy to the catalyst filling unit; and a pyrolysis oil outlet provided on the other side of the body and through which pyrolysis oil in which the wax is reformed is discharged.
본 발명의 제4목적은 폐플라스틱을 열분해하기 위한 공정에서 왁스를 분해하기 위한 촉매반응기의 운영방법으로서, 외부 가열부를 통해 촉매반응기에 열에너지가 공급되는 단계; 열분해반응로를 거쳐 생성된 유증기 상태의 열분해유가 몸체부 일측의 열분해유 유입부를 통해 내부로 유입되는 단계; 몸체부 내에 구비되어 내부에 앞서 언급한 제 1목적에 따른 촉매조성물이 충진되는 촉매충진부를 상기 열분해유가 통과하면서 상기 촉매반응에 의해 상기 열분해유 내의 왁스 내의 C14 이상의 탄화수소류가 분해되는 단계; 및 상기 몸체부 타측에 구비된 열분해유 배출부를 통해 상기 왁스가 개질된 열분해유가 배출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기의 운영방법으로서 달성될 수 있다. A fourth object of the present invention is a method for operating a catalytic reactor for decomposing wax in a process for thermally decomposing waste plastic, comprising: supplying thermal energy to the catalytic reactor through an external heating unit; Introducing the pyrolysis oil in vapor state generated through the pyrolysis reactor into the interior through a pyrolysis oil inlet on one side of the body; C14 or higher hydrocarbons in the wax in the pyrolysis oil are decomposed by the catalytic reaction while the pyrolysis oil passes through a catalyst filling unit provided in the body portion and filled with the catalyst composition according to the first purpose mentioned above; and discharging the wax-modified pyrolysis oil through a pyrolysis oil outlet provided on the other side of the body.
그리고 상기 외부 가열부로 600~700℃의 연소가스가 공급되고, 촉매반응기 내부온도는 370~400℃으로 운영되는 것을 특징으로 할 수 있다. And it may be characterized in that combustion gas of 600 ~ 700 ℃ is supplied to the external heating unit, and the internal temperature of the catalytic reactor is operated at 370 ~ 400 ℃.
또한 열분해 운영 시작 초기 폐플라스틱에 포함된 수분이 가열되어 생성된 수증기가 촉매반응기 내로 공급되고, 상기 수증기가 상기 촉매충진부를 통과하며 상기 촉매 표면에 침적된 탄소를 제거하는 촉매재생공정이 진행되고, 상기 촉매재생공정에서 촉매반응기 내부온도는 400~600℃으로 운영되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, at the beginning of the pyrolysis operation, water vapor generated by heating the water contained in the waste plastic is supplied into the catalyst reactor, and the water vapor passes through the catalyst filling part to remove carbon deposited on the catalyst surface. A catalyst regeneration process is performed, In the catalyst regeneration process, the internal temperature of the catalyst reactor may be operated at 400 to 600 ° C.
본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매조성물, 및 그 제조방법에 따르면, 폐플라스틱 열분해유에 함유된 질량 기준 약 20%의 왁스를 8% 이하로 저감시켜 고품질의 열분해유를 생산할 수 있는 효과를 갖는다. According to the catalyst composition for decomposing wax in the pyrolysis process of waste plastics and the manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention, it is possible to produce high-quality pyrolysis oil by reducing about 20% of wax contained in pyrolysis oil of waste plastics to 8% or less by mass. have possible effects.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매조성물, 왁스분해용 촉매반응기, 및 그 촉매반응기를 갖는 폐플라스틱 열분해 시스템 및 방법에 따르면, 폐플라스틱 열분해유에 함유된 질량 기준 20%의 왁스를 8% 이하로 저감시키는 촉매공정을 운영하여 고품질의 열분해유를 생산할 수 있는 효과를 갖는다. In addition, according to the catalyst composition for decomposing wax in the pyrolysis process of waste plastics, the catalytic reactor for decomposing wax, and the pyrolysis system and method for pyrolysis of waste plastics having the catalytic reactor according to an embodiment of the present invention, 20% by mass of the pyrolysis oil contained in waste plastics It has the effect of producing high-quality pyrolysis oil by operating a catalyst process that reduces wax to 8% or less.
본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매조성물, 왁스분해용 촉매반응기, 및 그 촉매반응기를 갖는 폐플라스틱 열분해 시스템 및 방법에 따르면, 폐플라스틱을 이용한 열분해 유화 공정에 왁스 분해 촉매 공정을 적용함으로써 타 기업에서 생산되는 열분해유와의 차별성을 부여하고 고품질의 열분해유를 생산할 수 있는 효과를 갖는다. According to the catalyst composition for decomposing wax in the pyrolysis process of waste plastics, the catalytic reactor for decomposing wax, and the pyrolysis system and method for pyrolysis of waste plastics having the catalytic reactor according to an embodiment of the present invention, the pyrolysis and emulsification process using waste plastics and the wax decomposition catalyst process By applying pyrolysis oil, it has the effect of providing differentiation from pyrolysis oil produced by other companies and producing high-quality pyrolysis oil.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 왁스분해용 촉매반응기를 갖는 폐플라스틱 열분해 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 왁스분해용 촉매반응기를 갖는 폐플라스틱 열분해 시스템의 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기의 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기의 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기의 투시 정면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기의 평면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 왁스분해용 촉매반응기를 갖는 폐플라스틱 열분해시스템의 공정흐름도,
도 8a는 본 발명의 실험예에 따른 제올라이트 ZSM-5를 이용한 Paraffin 촉매 분해실험 결과표,
도 8b는 본 발명의 실험예에 따른 제올라이트 β-H2를 이용한 Paraffin 촉매 분해실험 결과표,
도 9는 본 발명의 실험예에 따른 Paraffin 촉매 성능 실험 결과그래프를 도시한 것이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention serve to further understand the technical idea of the present invention, the present invention is limited only to those described in the drawings. and should not be interpreted.
1 is a block diagram of a waste plastic pyrolysis system having a catalytic reactor for decomposing wax according to an embodiment of the present invention;
2 is a perspective view of a waste plastic pyrolysis system having a catalytic reactor for decomposing wax according to an embodiment of the present invention;
3 is a perspective view of a catalytic reactor for decomposing wax in a waste plastic pyrolysis process according to an embodiment of the present invention;
4 is a cross-sectional view of a catalytic reactor for decomposing wax in a waste plastic pyrolysis process according to an embodiment of the present invention;
5 is a perspective front view of a catalytic reactor for decomposing wax in a waste plastic pyrolysis process according to an embodiment of the present invention;
6 is a plan view of a catalytic reactor for decomposing wax in a waste plastic pyrolysis process according to an embodiment of the present invention;
7 is a process flow diagram of a waste plastic pyrolysis system having a catalytic reactor for decomposing wax according to an embodiment of the present invention;
8a is a table of results of Paraffin catalyst decomposition experiments using zeolite ZSM-5 according to an experimental example of the present invention;
Figure 8b is a table of results of Paraffin catalyst decomposition experiments using zeolite β-H 2 according to the experimental example of the present invention;
9 shows a graph of results of Paraffin catalyst performance tests according to an experimental example of the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be directly formed on the other element or a third element may be interposed therebetween. Also, in the drawings, the thickness of components is exaggerated for effective description of technical content.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.The embodiments described in this specification will be described with reference to sectional views and/or plan views, which are ideal exemplary views of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Accordingly, the shape of the illustrated drawings may be modified due to manufacturing techniques and/or tolerances. Therefore, embodiments of the present invention are not limited to the specific shapes shown, but also include changes in shapes generated according to manufacturing processes. For example, a region shown at right angles may be rounded or have a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have attributes, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of a region of a device and are not intended to limit the scope of the invention. Although terms such as first and second are used to describe various elements in various embodiments of the present specification, these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Terminology used herein is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. The terms 'comprises' and/or 'comprising' used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing the specific embodiments below, several specific contents are prepared to more specifically describe the invention and aid understanding. However, readers who have knowledge in this field to the extent that they can understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known in describing the invention and are not greatly related to the invention are not described in order to prevent confusion for no particular reason in explaining the present invention.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매조성물, 및 그 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 촉매조성물에 대한 설명에 앞서 먼저, 본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기의 구성 및 기능, 그리고, 왁스분해용 촉매반응기를 갖는 폐플라스틱 열분해 시스템의 구성, 공정운영방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a catalyst composition for wax decomposition in the thermal decomposition process of waste plastics and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described. Prior to the description of the catalyst composition, first, the configuration and function of the catalytic reactor for decomposing wax in the pyrolysis of waste plastics according to an embodiment of the present invention, the configuration of the pyrolysis system for waste plastics having a catalytic reactor for decomposing wax, and the process operation method let me explain about it.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 왁스분해용 촉매반응기를 갖는 폐플라스틱 열분해 시스템의 구성도를 도시한 것이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 왁스분해용 촉매반응기를 갖는 폐플라스틱 열분해 시스템의 사시도를 도시한 것이다. 1 is a block diagram of a waste plastic pyrolysis system having a catalytic reactor for decomposing wax according to an embodiment of the present invention. 2 is a perspective view of a waste plastic pyrolysis system having a catalytic reactor for decomposing wax according to an embodiment of the present invention.
그리고 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기의 사시도를 도시한 것이다. 또한 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기의 단면도를 도시한 것이다. 그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기의 투시 정면도를 도시한 것이다. 또한 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기의 평면도를 도시한 것이다. 3 is a perspective view of a catalytic reactor for decomposing wax in the thermal decomposition process of waste plastics according to an embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view of a catalytic reactor for decomposing wax in the pyrolysis process of waste plastics according to an embodiment of the present invention. 5 is a perspective front view of a catalytic reactor for decomposing wax in a waste plastic pyrolysis process according to an embodiment of the present invention. 6 is a plan view of a catalytic reactor for decomposing wax in the pyrolysis process of waste plastics according to an embodiment of the present invention.
그리고 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 왁스분해용 촉매반응기를 갖는 폐플라스틱 열분해시스템의 공정흐름도를 도시한 것이다. 7 is a process flow chart of a waste plastic pyrolysis system having a catalytic reactor for decomposing wax according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 왁스분해용 촉매반응기를 갖는 폐플라스틱 열분해시스템(100)은 회분식 폐플라스틱 열분해 유화공정을 진행하기 위한 것으로 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 원료공급부(1), 열분해반응로(10), 간접가열 버너(11), 왁스분해용 촉매반응기(20), 응축수단(60), 분리수단(70), 정제수단(72), 폐수저장탱크(71), 1차 저장탱크(80), 납사분리수단(81), 열분해유 저장탱크(90) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다. The waste
먼저, 원료공급부(1)를 통해 폐플라스틱이 열분해반응로(10)로 투입되게 된다. 열분해반응로(10)에서 폐플라스틱을 원료물질로 해서 공기가 들어가지 않는 상태에서 열을 가하여 분해하는 공정이 진행된다. First, waste plastic is introduced into the
열분해반응로(10)의 유화 공정에서의 주요 생산품은 인화성 가스, 유증기 상태의 열분해유, 열분해 잔해물 등이다. 인화성 가스는 도 7에 도시된 바와 같이, 유인송풍기(14, ID팬)을 통해 스크러버(13)에 의해 여과되어 대기로 배출되게 됨을 알 수 있다. The main products in the emulsification process of the
그리고 열분해 잔해물은 별로도 분리되며, 열분해유화공정에서 배출되는 유증기 상태의 열분해유는 후단의 왁스분해용 촉매반응기(20)로 유입되게 된다. In addition, the pyrolysis debris is separated separately, and the pyrolysis oil in vapor state discharged from the pyrolysis and emulsification process is introduced into the
도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열분해 반응로(10)에 필요한 열에너지는 간접가열버너(11)에 의해 공급되며, 후에 설명되는 바와 같이, 간접가열버너(11)의 주연료는 LPG 저장탱크(12)에서 공급되나, 후단 공정의 분리수단(70)에 의해 분리되어 정제수단(72)에 의해 정제된 열분해가스가 공급될 수 있도록 구성된다. As shown in FIGS. 1 and 7, the thermal energy required for the
본 발명의 실시예에 따른 열분해 유화공정에서의 왁스분해용 촉매반응기(20)는 열분해 유화 공정에서 열분해반응로(10) 후단부에 설치되어 유증기 상태로 열분해반응로에서 배출되는 열분해유 중 왁스 성분을 개질하는 역할을 수행한다. The
본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기(20)는, 관형태로 구성된 몸체부(21); 몸체부(21) 일측에 구비되어 열분해반응로(10)를 거쳐 생성된 유증기 상태의 열분해유가스가 유입되는 열분해유 유입부(24); 몸체부(21) 내에 구비되어 내부에 왁스 흡착용 촉매가 충진되어 열분해유 내의 왁스를 개질시키는 촉매충진부(40); 몸체부(11) 외면에 일체로 설치되어 촉매충진부로 열에너지를 공급하는 외부가열부(30); 및 몸체부(11) 타측에 구비되어 왁스가 개질된 열분해유가 배출되는 열분해유 배출부(25); 등을 포함하여 구성된다. The
또한 도 3 등에 도시된 바와 같이, 몸체부(21)의 하단에는 하부측으로 직경이 점진적으로 감소되는 하부콘(23)이 연결되며, 이러한 하부콘(23) 하부 끝단에 열분해유 배출부(25)가 위치된다. 또한 몸체부(21)의 상단에는 상부측으로 직경이 점진적으로 감소되는 상부콘(22)이 연결되며, 이러한 상부콘(22) 상부 끝단에 열분해유 유입부(24)가 위치된다. 따라서 열분해반응로(10)에서 배출된 유증기 상태의 열분해유는 촉매반응기(20) 하단으로 유입되어 내부를 통과한 후, 상단으로 배출되도록 구성된다. In addition, as shown in FIG. 3, etc., a
본 발명의 실시예에 따른 촉매충진부(40)는, 몸체부(21) 내에 다단층으로 설치되며, 각 층에 대하여 각각이 내부에 촉매가 충진되어 탈부착이 가능하도록 마련된 서랍을 갖도록 구성된다. The
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 촉매충진부(40)는 몸체부(21) 내부에 3층구조로 구성되며, 한 개의 층마다 3개의 서랍으로 구성되어 촉매의 교체 및 관리가 용이함을 알 수 있다. 또한 이러한 촉매충진부(40)를 개폐하기 위한 도어(41)가 설치된다.As shown in FIGS. 4 and 5, the
그리고 본 발명의 실시예에 따른 외부 가열부(30)는 내부에 방열판이 설치되며 내부로 연소가스가 공급되도록 구성된다. 제어부는 외부 가열부(30)로 공급되는 연소가스의 온도를 제어하여 촉매반응기(20)의 내부온도를 조절할 수 있도록 구성된다. In addition, the
외부 가열부(30)를 통해 촉매반응기에 열에너지가 공급되고, 열분해반응로(10)를 거쳐 생성된 유증기 상태의 열분해유가 몸체부(21) 하단의 열분해유 유입부(24)를 통해 내부로 유입되게 된다. Thermal energy is supplied to the catalytic reactor through the
그리고 몸체부(21) 내에 구비된 다단의 촉매충진부(40)를 열분해유가 통과하면서 촉매반응에 의해 열분해유 내의 왁스가 탄소수 10 ~ 20 이하로 개질되게 된다. In addition, while the pyrolysis oil passes through the multi-stage
그리고 몸체부(21) 상측에 구비된 열분해유 배출부(25)를 통해 왁스가 개질된 열분해유가 배출되게 된다. In addition, the pyrolysis oil modified with wax is discharged through the pyrolysis
이러한 정상운영 상태에서는 외부 가열부(30)로 600~700℃의 연소가스가 공급되고, 촉매반응기(100) 내부온도는 370~400℃으로 운영된다. In this normal operating state, combustion gas of 600 to 700 ° C is supplied to the
또한 왁스 분해에 사용된 촉매는 표면에 탄소침적이 일어나 일시적으로 활성과 성능이 저하될 수 있으며 촉매의 활성을 재생시키는 운영이 필요하다. In addition, catalysts used for decomposition of wax may have carbon deposits on the surface, temporarily degrading activity and performance, and an operation to regenerate the activity of the catalyst is required.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 촉매의 재생을 위한 방법으로는 회분식 공정의 운영 시작 초기에 원료물질인 폐플라스틱에 포함된 수분이 가열되어 수증기로 배출되며 이렇게 배출된 수증기는 촉매반응기의 내부를 통과하게 된다. Therefore, in the method for regenerating the catalyst according to an embodiment of the present invention, at the beginning of the operation of the batch process, the moisture contained in the raw material waste plastic is heated and discharged as water vapor, and the discharged water vapor passes through the inside of the catalytic reactor. will do
장시간 사용된 촉매의 표면에 침적된 탄소는 공정의 가동 초기에 열분해반응로(10)에서 배출되는 수증기에 의해 제거되며 이 때의 촉매반응기(20) 내부온도는 400~600℃의 범위로 제어된다. Carbon deposited on the surface of the catalyst used for a long time is removed by water vapor discharged from the
그리고 왁스 개질이 완료되어 촉매반응기(20)에서 배출된 열분해유는 응축수단(60)에 의해 유증기 응축공정이 진행되게 된다. In addition, the pyrolysis oil discharged from the
그리고 응축수단(60)을 거친 열분해유는 분리수단(70)에 의해 폐수, 열분해가스, 열분해유를 분리하는 공정이 진행되게 된다. 이때 분리된 폐수는 폐수저장탱크(71)에 저장되고, 분리된 열분해가스는 앞서 언급한 바와 같이, 정제수단(72)에 의해 열분해 가스 정제공정을 거친 후, 간접가열버너(11)의 보조연료로서 사용될 수 있다. In addition, the process of separating wastewater, pyrolysis gas, and pyrolysis oil from the pyrolysis oil that has passed through the condensing means 60 is performed by the separation means 70 . At this time, the separated wastewater is stored in the
그리고 폐수와 열분해가스가 분리된 열분해유는 1차적으로 1차 저장탱크(80)에 저장된다. In addition, the pyrolysis oil from which wastewater and pyrolysis gas are separated is primarily stored in the
그리고 납사분리수단(81)에 의해 열분해유에서 납사를 분리하는 공정이 진행된 후, 최종적으로 판매용 열분해유가 열분해유 저장탱크(90)에 저장되게 된다. And after the process of separating naphtha from pyrolysis oil by the
이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기의 촉매충진부(40)에 충진되는 촉매조성물의 구성 및 제조방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration and manufacturing method of the catalyst composition filled in the
촉매충진부(40)에 충진되는 왁스분해용 촉매조성물은, 제올라이트로 구성되는 지지체; 지지체에 로딩되며 1~30중량% Fe; 및 상기 지지체 로딩되며 1~30 중량 % Zn;을 포함하여 구성될 수 있다. The catalyst composition for wax decomposition filled in the
보다 구체적으로 산화규소(SiO2)와 산화알루미늄(Al2O3)가 함유된 광물로서 제올라이트(zeolite)를 지지체로 하여 철(Fe), 산화철(FeO), 산화제이철(Fe2O3) 산화제삼철(Fe3O4)의 함량이 질량기준 1~30%, 산화아연(ZnO)의 함량이 질량기준 1~30%인 촉매조성물이 적용된다. More specifically, as a mineral containing silicon oxide (SiO 2 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ), iron (Fe), iron oxide (FeO), and ferric oxide (Fe 2 O 3 ) oxidizing agents using zeolite as a support A catalyst composition in which the content of triiron (Fe 3 O 4 ) is 1 to 30% by mass and the content of zinc oxide (ZnO) is 1 to 30% by mass is applied.
본 발명의 실시예 따른 실리카계열인 제올라이트는 제올라이트 ZSM-5 또는 β-H2 등일 수 있고, 지지체는 실리카를 더포함할 수 있다. 철은, Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4, 및 FeOOH 적어도 어느 하나일 수 있고, 아연은 ZnO로 구성될 수 있다. The silica-based zeolite according to an embodiment of the present invention may be zeolite ZSM-5 or β-H 2 , and the support may further include silica. Iron may be at least one of Fe, FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , and FeOOH, and zinc may be composed of ZnO.
본 발명의 실시예에 따른 왁스분해용 촉매조성물은 제올라이트는 1 ~ 70중량%, 실리카는 1 ~ 70중량%, 상기 철은 1 ~30중량%, 상기 아연을 1 ~30 중량%를 포함할 수 있다. The catalyst composition for decomposing wax according to an embodiment of the present invention may include 1 to 70% by weight of zeolite, 1 to 70% by weight of silica, 1 to 30% by weight of iron, and 1 to 30% by weight of zinc. there is.
본 발명의 실시예에 따른 왁스분해용 촉매조성물은 폐플라스틱 유화공정에서 생산되는 열분해유의 왁스에 포함된 C14 이상의 탄화수소류에 대해 84.5%이상의 분해율을 갖는다 The catalyst composition for decomposing wax according to an embodiment of the present invention has a decomposition rate of 84.5% or more for C14 or higher hydrocarbons included in the wax of pyrolysis oil produced in the waste plastic emulsification process.
제올라이트는 촉매로서 탄화수소류를 분해하는 기능이 있지만 촉매의 분해 성능이 뛰어나기 때문에 액체상태의 탄화수소류가 기체상태로 까지 분해되기 때문에 액체상태로서의 탄화수소류를 얻는 공정에는 부적합할 수 있다.Although zeolite has a function of decomposing hydrocarbons as a catalyst, it may be unsuitable for a process of obtaining hydrocarbons in a liquid state because the decomposition performance of the catalyst is excellent and liquid hydrocarbons are decomposed into a gaseous state.
본 발명의 실시예에서는 Fe와 Zn 성분의 표면 도포 방법에 따라 제올라이트의 탄화수소류의 분해 기능을 조절하여 왁스와 같은 탄소수 28이상의 고분자 탄화수소류를 선택적으로 분해하는 기능을 갖게 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, it is possible to have a function of selectively decomposing high molecular hydrocarbons having 28 or more carbon atoms such as wax by controlling the decomposition function of hydrocarbons of zeolite according to the surface application method of Fe and Zn components.
본 발명의 실시예에 따른 왁스분해용 촉매조성물의 제조방법은 먼저, 지지체에 해당하는 제올라이트를 준비한다. In the method for preparing a catalyst composition for decomposing wax according to an embodiment of the present invention, first, a zeolite corresponding to a support is prepared.
그리고, 철 성분, 아연 성분을 갖는 활성금속을 지지체에 물리적으로 도포하여 촉매조성물을 제조한다. Then, a catalyst composition is prepared by physically applying an active metal having an iron component and a zinc component to the support.
또한 본 발명의 실시예에서는 Fe와 Zn 성분의 첨가 방법에 따라 분해 기능을 통해 최적화된 촉매의 물리화학적 특성을 확보하여 우수한 활성(왁스 전환율) 및 안정성을 가진 촉매를 제조할 수 있다. In addition, in the embodiment of the present invention, it is possible to prepare a catalyst having excellent activity (wax conversion rate) and stability by securing the optimized physicochemical properties of the catalyst through the decomposition function according to the addition method of Fe and Zn components.
이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 왁스분해용 촉매조성물의 실험결과에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the experimental results of the catalyst composition for decomposing wax according to the above-mentioned embodiment of the present invention will be described.
도 8a는 본 발명의 실험예에 따른 제올라이트 ZSM-5를 이용한 Paraffin 촉매 분해실험 결과표를 나타낸 것이다. 도 8b는 본 발명의 실험예에 따른 제올라이트 β-H2를 이용한 Paraffin 촉매 분해실험 결과표를 도시한 것이다. 또한 도 9는 본 발명의 실험예에 따른 Paraffin 촉매 성능 실험 결과그래프를 도시한 것이다. Figure 8a shows a table of results of Paraffin catalyst decomposition experiments using zeolite ZSM-5 according to an experimental example of the present invention. 8B shows a table of results of Paraffin catalyst decomposition experiments using zeolite β-H 2 according to an experimental example of the present invention. 9 is a graph showing results of Paraffin catalyst performance tests according to an experimental example of the present invention.
본 발명의 실험예에서는 제올라이트를 주 성분으로 하는 촉매를 이용하여 반응온도 370℃에서 왁스(Paraffin)분해 실험을 수행하였다. In the experimental example of the present invention, a wax (Paraffin) decomposition experiment was performed at a reaction temperature of 370 ° C. using a catalyst containing zeolite as a main component.
철(Fe)은 촉매로서 탄화수소류를 분해하는 효과가 있으며 특히 Fe2O3보다 Fe3O4, FeOOH, Fe와 같이 환원상태에 가까울수록 탄화수소류를 분해하는 효과가 증가된다. Iron (Fe) has the effect of decomposing hydrocarbons as a catalyst, and the effect of decomposing hydrocarbons increases as iron (Fe ) is closer to the reduced state, such as Fe 3 O 4 , FeOOH, and Fe, rather than Fe 2 O 3 .
본 발명의 실험예에서는 제올라이트 ZSM-5, 제올라이트 β-H2 각각의 지지체에 대하여, 철(Fe) 성분을 함침하지 않은 상태와, 철을 5 중량%, 10 중량%로 함침한 것에 대하여 비교하였다. In the experimental example of the present invention, for each support of zeolite ZSM-5 and zeolite β-H 2 , a state in which iron (Fe) was not impregnated and a state in which iron was impregnated at 5% by weight and 10% by weight were compared. .
도 8a, 도 8b 및 도 9에 도시된 바와 같이, C14 이상의 탄화수소류에 대한 분해효율의 성능목표는 60% 이상이며 Fe를 함침할 경우 모든 촉매에서 함침하지 않았을 경우보다 C14 이상의 탄화수소류에 대한 분해 효율이 증가함을 알 수 있다. As shown in Figures 8a, 8b and 9, the performance target of decomposition efficiency for C14 or higher hydrocarbons is 60% or more, and when Fe is impregnated, all catalysts decompose C14 or higher hydrocarbons than when it is not impregnated. It can be seen that the efficiency increases.
도 8a 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제올라이트 ZSM-5에 Fe를 5%, 10%를 함침한 경우, 각각 C14이상의 왁스 분해율은 86.8%, 86.1%임을 알 수 있다. 또한, 도 8b 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제올라이트 β-H2를에 Fe를 5%, 10%를 함침한 경우, 각각 C14이상의 왁스 분해율은 89.9%, 84.7%임을 알 수 있다As shown in FIGS. 8a and 9, when zeolite ZSM-5 was impregnated with 5% and 10% Fe, it can be seen that the decomposition rate of C14 or higher waxes was 86.8% and 86.1%, respectively. In addition, as shown in FIGS. 8B and 9, when zeolite β-H 2 is impregnated with 5% and 10% Fe, it can be seen that the decomposition rate of C14 or higher waxes is 89.9% and 84.7%, respectively.
본 발명의 실시예에 따른 왁스분해용 촉매조성물에 따르면, 열분해 유화 공정에서 생산되는 열분해유 중 왁스 성분을 가스 또는 Light Oil로 분해하여 수소생산 공정에 적용할 수 있는 비응축성 가스 또는 납사(Light Oil)의 생산량을 조절할 수 있다. According to the catalyst composition for decomposing wax according to an embodiment of the present invention, a non-condensable gas or naphtha (light oil) that can be applied to a hydrogen production process by decomposing a wax component among pyrolysis oil produced in a pyrolysis emulsification process into gas or light oil. ) can be adjusted.
궁극적으로 Fe가 함침된 제올라이트와 실리카 계열의 지지체를 혼합하므로서 C14이상의 탄화수소류에 대한 분해 효율을 조절하여 최종 생산품으로서 Gas와 Light Oil, 판매용 열분해유의 생산 비율을 조절할 수 있다. Ultimately, by mixing the Fe-impregnated zeolite and the silica-based support, the decomposition efficiency of C14 or higher hydrocarbons can be controlled to control the production rate of gas, light oil, and pyrolysis oil for sale as final products.
Fe는 질량비로서 1~30%를 함유하여, C14 이상의 고분자 탄화수소류에 대한 선택적 분해 효과를 가질 수 있다. Fe contains 1 to 30% as a mass ratio, and can have a selective decomposition effect for C14 or higher polymer hydrocarbons.
또한 제올라이트는 질량비로서 1~70%를 함유, 탄화수소류의 분해 효과, 강도를 유지하기 위한 지지체의 역할을 하게 된다. In addition, zeolite contains 1 to 70% as a mass ratio, and serves as a support for maintaining the decomposition effect and strength of hydrocarbons.
그리고 실리카는 질량비로서 1~70%를 함유, 촉매의 분해 효율을 조절하기 위한 혼합제, 강도를 유지하기 위한 지지체의 역할을 하게 된다. In addition, silica contains 1 to 70% as a mass ratio, and serves as a mixture to control the decomposition efficiency of the catalyst and a support to maintain strength.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, the device and method described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of each embodiment is selectively combined so that various modifications can be made. may be configured.
1:원료공급부
10:열분해반응로
11:간접가열버너
12:LNG저장탱크
13:스크러버
14:유인송풍기
20:왁스분해용 촉매반응기
21:몸체부
22:상부콘
23:하부콘
24:열분해유 유입부
25:열분해유 배출부
30:외부가열부
31:연소가스 유입부
32:연소가스 배출부
40:촉매충진부
41:도어
60:응축수단
70:분리수단
71:폐수저장탱크
72:정제수단
80:1차 자장탱크
81:납사분리수단
90:열분해유 저장탱크
100:촉매반응기를 갖는 폐플라스틱 열분해 시스템1: Raw material supply unit
10: pyrolysis reactor
11: indirect heating burner
12: LNG storage tank
13: Scrubber
14: manned blower
20: Catalytic reactor for decomposing wax
21: body part
22: upper cone
23: lower cone
24: pyrolysis oil inlet
25: pyrolysis oil discharge unit
30: external heating unit
31: Combustion gas inlet
32: combustion gas discharge unit
40: Catalyst filling part
41: door
60: condensation means
70: separation means
71: waste water storage tank
72: purification means
80: 1st magnetic field tank
81: naphtha separation means
90: pyrolysis oil storage tank
100: waste plastic pyrolysis system with catalytic reactor
Claims (11)
외부 가열부를 통해 촉매반응기에 열에너지가 공급되는 단계;
열분해반응로를 거쳐 생성된 유증기 상태의 열분해유가 몸체부 일측의 열분해유 유입부를 통해 내부로 유입되는 단계;
몸체부 내에 구비되어 내부에 촉매조성물이 충진되는 촉매충진부를 상기 열분해유가 통과하면서 촉매반응에 의해 상기 열분해유 내의 왁스 내의 C14 이상의 탄화수소류가 분해되는 단계; 및
상기 몸체부 타측에 구비된 열분해유 배출부를 통해 상기 왁스가 개질된 열분해유가 배출되는 단계;를 포함하고,
열분해 운영 시작 초기 폐플라스틱에 포함된 수분이 가열되어 생성된 수증기가 촉매반응기 내로 공급되고, 상기 수증기가 상기 촉매충진부를 통과하며 상기 촉매조성물 표면에 침적된 탄소를 제거하는 촉매재생공정이 진행되고, 상기 촉매재생공정에서 촉매반응기 내부온도는 400~600℃로 운영되며,
상기 촉매조성물은, 산화규소와 산화알루미늄이 함유된 제올라이트와, 실리카를 포함하는 지지체; 및 상기 지지체에 담지되는 철과 아연을 포함하는 활성금속;을 포함하고, 상기 제올라이트는 1 ~ 70중량%, 상기 실리카는 1 ~70중량%, 상기 철은 1 ~30중량%, 상기 아연을 1 ~30 중량%이며.
상기 촉매조성물은 폐플라스틱을 열분해하기 위한 공정에서 왁스를 분해하기 위한 촉매반응기에 충진되며,
상기 촉매반응기는, 관 형태로 구성된 몸체부; 몸체부 일측에 구비되어 열분해반응로를 거쳐 생성된 유증기 상태의 열분해유가스가 유입되는 열분해유 유입부; 상기 몸체부 내에 구비되어 내부에 상기 촉매조성물이 충진되어 상기 열분해유 내의 왁스를 개질시키는 촉매충진부; 상기 몸체부 외면에 일체로 설치되어 상기 촉매충진부로 열에너지를 공급하며 내부에 방열판이 설치되어 내부로 연소가스가 공급되는 외부가열부; 및 상기 몸체부 타측에 구비되어 상기 왁스가 개질된 열분해유가 배출되는 열분해유 배출부; 및 상기 외부가열부의 온도를 제어하여 상기 촉매반응기의 내부온도를 조절하는 제어부;포함하고,
상기 촉매충진부는, 상기 몸체부 내에 다단층으로 설치되며, 각 층에 대하여 각각이 내부에 상기 촉매조성물이 충진되어 탈부착이 가능하도록 마련된 서랍을 갖고,
상기 제어부는 상기 외부 가열부로 600~700℃의 연소가스가 공급되도록하여, 촉매반응기 내부온도를 370~400℃로 운영되도록 제어하고, 열분해 운영 시작 초기 폐플라스틱에 포함된 수분이 가열되어 생성된 수증기가 촉매반응기 내로 공급되고, 상기 수증기가 상기 촉매충진부를 통과하며 상기 촉매 표면에 침적된 탄소를 제거하는 촉매재생공정이 진행되고, 상기 제어부는 상기 촉매재생공정에서 촉매반응기 내부온도는 400~600℃으로 운영되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 공정 왁스분해용 촉매반응기의 운영방법.
As a method of operating a catalytic reactor for decomposing wax in a process for thermally decomposing waste plastic,
Supplying thermal energy to the catalytic reactor through an external heating unit;
Introducing the pyrolysis oil in vapor state generated through the pyrolysis reactor into the interior through a pyrolysis oil inlet on one side of the body;
C14 or higher hydrocarbons in the wax in the pyrolysis oil are decomposed by a catalytic reaction while the pyrolysis oil passes through a catalyst filling unit provided in the body and filled with a catalyst composition therein; and
Discharging the pyrolysis oil in which the wax is reformed through a pyrolysis oil discharge unit provided on the other side of the body;
At the beginning of the pyrolysis operation, water vapor generated by heating the water contained in the waste plastic is supplied into the catalyst reactor, and the water vapor passes through the catalyst filling part to remove carbon deposited on the surface of the catalyst composition. A catalyst regeneration process is performed, In the catalyst regeneration process, the temperature inside the catalyst reactor is operated at 400 ~ 600 ℃,
The catalyst composition includes a support containing zeolite containing silicon oxide and aluminum oxide and silica; and an active metal including iron and zinc supported on the support, wherein the zeolite is 1 to 70% by weight, the silica is 1 to 70% by weight, the iron is 1 to 30% by weight, and the zinc is 1 ~30% by weight.
The catalyst composition is filled in a catalyst reactor for decomposing wax in a process for thermally decomposing waste plastic,
The catalytic reactor includes a tubular body portion; A pyrolysis oil inlet provided on one side of the body and into which pyrolysis oil gas in a vapor state is introduced through the pyrolysis reactor; a catalyst filling part provided in the body and filled with the catalyst composition to reform wax in the pyrolysis oil; an external heating unit integrally installed on an outer surface of the body to supply heat energy to the catalyst filling unit and having a heat sink installed therein to supply combustion gas therein; and a pyrolysis oil discharge unit disposed on the other side of the body and discharging pyrolysis oil in which the wax is modified. And a control unit for controlling the temperature of the external heating unit to adjust the internal temperature of the catalytic reactor;
The catalyst filling part is installed in multiple layers in the body part, and each layer has a drawer provided to be detachable by filling the catalyst composition therein,
The control unit supplies combustion gas of 600 to 700 ° C to the external heating unit, controls the internal temperature of the catalytic reactor to be operated at 370 to 400 ° C, and generates steam generated by heating the moisture contained in the waste plastic at the beginning of the pyrolysis operation. is supplied into the catalytic reactor, and a catalyst regeneration process in which the water vapor passes through the catalyst filling unit and removes carbon deposited on the surface of the catalyst is performed, and the control unit controls the internal temperature of the catalytic reactor in the catalyst regeneration process to be 400 to 600 ° C. A method of operating a catalytic reactor for decomposing wax in a waste plastic pyrolysis process, characterized in that it is controlled to be operated as.
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090030465A (en) | 2007-09-20 | 2009-03-25 | 주식회사 에이팩바이오그룹 | Device for producing refined oil using used plastic |
| KR101130337B1 (en) | 2010-04-29 | 2012-03-26 | 한국에너지기술연구원 | Method of converting pyrolysis wax oil from municipal waste plastic into high-value light hydrocarbon |
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| JP2019527758A (en) * | 2016-08-01 | 2019-10-03 | サビック グローバル テクノロジーズ ベスローテン フェンノートシャップ | Catalytic process simultaneously with pyrolysis of mixed plastics and dechlorination of pyrolysis oil |
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-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090030465A (en) | 2007-09-20 | 2009-03-25 | 주식회사 에이팩바이오그룹 | Device for producing refined oil using used plastic |
| KR101130337B1 (en) | 2010-04-29 | 2012-03-26 | 한국에너지기술연구원 | Method of converting pyrolysis wax oil from municipal waste plastic into high-value light hydrocarbon |
| JP2019527758A (en) * | 2016-08-01 | 2019-10-03 | サビック グローバル テクノロジーズ ベスローテン フェンノートシャップ | Catalytic process simultaneously with pyrolysis of mixed plastics and dechlorination of pyrolysis oil |
| KR101890415B1 (en) | 2017-07-24 | 2018-08-21 | 주식회사 에코크레이션 | Temperature pyrolysis apparatus and method for making recycled oil from waste plastics |
| KR102124865B1 (en) | 2019-10-11 | 2020-06-19 | 범희호 | Removing apparatus of wax and gum using seramic catalyst reaction |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Kyung-Ran Hwang 외, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 155, 2021, 105090 (2021.03.09.) * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102605080B1 (en) * | 2023-08-14 | 2023-11-24 | 주식회사 대경에스코 | Two-stage catalytic fluidized bed reactor for treatment of waste plastic pyrolysis gas |
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