KR20030035638A - Preparation of catalysts from used fcc catalysts for the liquid-phase degradation of waste polymer, and catalytic degradation process using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided are a method for fabricating catalyst for use in a liquid-phase decomposition process at low cost, and a liquid-phase decomposition process with high profitability by using the same. CONSTITUTION: The method comprises the steps of (a) reflux-heating waste catalyst of FCC process with 0.2-2.0N of hydrochloric acid, 0.1-1.0N of sodium hydroxide and potassium hydroxide at a temperature 60-80°C for 2-6 hours, and mixing the acid or base treated catalyst of the step (a) with FAU or MFI zeolite catalyst by below 100g. The liquid-phase degradation process comprises the step of degrading a polymer such as PE, PP and waste vinyl by using 10-100g of the catalyst prepared by the method above at 350-550°C to be hydrocarbon.

Description

FCC 공정 폐촉매로부터 폐고분자 물질의 액상 분해용 촉매의 제조방법 및 이 촉매를 이용한 폐고분자 물질의 분해방법 {PREPARATION OF CATALYSTS FROM USED FCC CATALYSTS FOR THE LIQUID-PHASE DEGRADATION OF WASTE POLYMER, AND CATALYTIC DEGRADATION PROCESS USING THE SAME}Process for the preparation of catalysts for the liquid phase decomposition of waste polymers from FPC process waste catalysts and methods for decomposition of waste polymers using this catalyst THE SAME}

본 발명은 폐고분자 물질의 액상분해공정에 사용할 수 있는 촉매의 제조방법및 이 촉매를 이용한 액상분해공정에 관한 것이다. 더 상세히 설명하면, 본 발명은 폴리올레핀계 폐고분자 물질을 촉매를 이용하여 분해시켜 액체연료나 석유화학공업 원료로 사용할 수 있는 저분자 탄화수소 혼합물로 전환시키는 공정의 촉매 제조 방법 및 이러한 촉매를 이용하여 폐고분자 물질을 저분자 탄화수소로 분해시키는 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for producing a catalyst that can be used in the liquid phase decomposition of waste polymer materials and a liquid phase decomposition process using the catalyst. In more detail, the present invention is a catalyst preparation method of the process of decomposing the polyolefin-based waste polymer material by using a catalyst to convert to a low-molecular hydrocarbon mixture that can be used as a raw material for liquid fuel or petrochemical industry, and waste polymer using such a catalyst Provided are methods for decomposing materials into low molecular hydrocarbons.

고분자 물질의 종류가 다양해지고 물성이 향상되어 용도가 많아지면서 사용량이 급격히 증가되고 있다. 반면 고분자 물질은 값이 싸고 내구성이 약해 수명이 짧기 때문에, 폐기되는 고분자 물질 역시 많아지고 있다. 1998년 우리나라 고분자 물질의 생산량은 750만톤에 이르며, 이와 함께 고분자 물질의 폐기량도 무려 300만톤에 이른다. 폐기되는 고분자 물질의 16% 정도는 물리적 재활용 조작을 거쳐 용기나 파이프 등을 제조하는데 사용되지만, 폐고분자 물질 대부분은 적절한 재활용 방법이 없어 그대로 폐기되고 있다. 소각하여 열을 회수하는 방안도 에너지 측면에서는 매우 효율적이나, 소각과정에서 다이옥신 등 유해가스가 발생하므로 소각로 운전 등이 엄격히 규제되고 있다. 고분자 물질은 자연상태에서 쉽게 분해되지 않아 매립하면 토양오염을 초래할 뿐 아니라, 혐오시설 거부 분위기 때문에 적당한 매립지 확보도 용이하지 않다. 이처럼 고분자 물질의 폐기량은 급증하는데 비해, 적절한 재활용 방안이나 폐기방법이 없어 폐고분자 물질의 처리가 심각한 사회 문제로 부각되고 있다.As the types of polymer materials are diversified and their physical properties are improved, their usage increases rapidly. On the other hand, polymer materials are inexpensive, weak in durability, and have a short lifespan. Therefore, polymer materials that are discarded are also increasing. In 1998, the production of high-molecular materials in China reached 7.5 million tons, and the waste of high-molecular materials reached 3 million tons. About 16% of the discarded polymer is used to manufacture containers or pipes through physical recycling, but most of the waste polymer is disposed of as it is because there is no proper recycling method. The method of incineration to recover heat is also very efficient in terms of energy, but since incineration generates harmful gases such as dioxins, the operation of incinerators is strictly regulated. Polymer materials are not easily decomposed in the natural state, so landfilling will not only cause soil pollution, but it is also difficult to secure proper landfill due to the aversion atmosphere. As such, the waste of polymer materials is rapidly increasing, but there is no proper recycling method or disposal method, so the disposal of waste polymer materials is a serious social problem.

대부분의 고분자 물질은 탄소와 수소로 이루어져 있기 때문에, 이를 저분자탄화수소 혼합물로 분해시켜서 연료나 석유화학공업의 원료로 재활용하는 방안이규모면이나 처리비용, 생성물의 활용 측면에서 가장 적용 가능성이 높다. 열을 가하여 고온에서 고분자 물질을 분해시키는 열분해공정은 공정이 단순하고 조작이 용이하나 에너지가 많이 필요하고, 생성된 액체 연료의 탄소수 분포가 넓어 연료로서 품질이 낮다. 이에 비해 촉매를 사용하면 분해온도를 낮출 수 있고 생성물의 탄소수 분포를 조절할 수 있어 유리하지만, 촉매 비용 때문에 수익성이 저하된다. 1차 열분해를 거쳐 기화된 고분자물질을 촉매와 반응시키는 기상 촉매분해공정은 조작하기 편리하지만, 에너지와 촉매 비용을 고려하면 수익성이 낮다. 이에 비해 용융된 폐고분자 물질에 직접 촉매를 가하여 분해시키는 액상 촉매분해공정은 낮은 온도에서 액체 생성물을 많이 얻을 수 있어 바람직하나, 용융된 고분자 물질이 촉매를 둘러싸고 있어 탄소침적으로 촉매의 활성이 빠르게 저하되므로 촉매를 한번밖에 사용하지 못해서 촉매 사용량이 많아진다는 단점이 있다. 이로 인해 촉매 비용이 많이 필요하므로, 액상 촉매분해공정에서는 촉매 비용이 폐고분자 물질 분해공정의 수익성을 결정하는데 매우 중요하다.Since most polymers are made of carbon and hydrogen, the most likely way to decompose them into low-molecular hydrocarbon mixtures and recycle them into fuel or petrochemical industry is most applicable in terms of scale, processing costs, and product utilization. The pyrolysis process that decomposes a polymer material at high temperature by applying heat is simple and easy to operate, but requires a lot of energy, and has a low carbon quality because the carbon number distribution of the produced liquid fuel is wide. The use of catalysts is advantageous in that the decomposition temperature can be lowered and the carbon number distribution of the product can be controlled, but the profitability is lowered due to the catalyst cost. The gas phase catalytic cracking process, which reacts the vaporized polymer with the catalyst through primary pyrolysis, is convenient to operate, but it is less profitable considering energy and catalyst costs. On the other hand, the liquid phase catalytic cracking process which directly adds a catalyst to the molten waste polymer material and decomposes it is preferable because a large amount of liquid products can be obtained at a low temperature. Therefore, there is a disadvantage in that the amount of catalyst used increases because only one catalyst is used. Because of this, a high catalyst cost is required, and therefore, the catalyst cost is very important in determining the profitability of the waste polymer material decomposition process in the liquid phase catalytic cracking process.

폐고분자 물질의 액상 촉매분해공정에 사용하는 촉매는 낮은 온도에서도 고분자 물질을 분해시킬 수 있도록 활성이 높아야 바람직하지만, 분해정도 너무 심해 기체가 많이 생성되지 않고 액체가 많이 생성되도록 분해정도를 조절할 수 있어야 한다. 특히 촉매를 조금 사용하면서도 폐고분자 물질은 많이 처리할 수 있도록, 활성이 높으면서도 활성저하가 느려야 수익성이 높다. 산세기가 강하면 고분자 물질의 분해반응 활성은 높으나, 탄소침적이 심하다. 산점이 많으면 분해반응이 빠르지만, 탄소침적도 같이 빨라진다. 따라서 분해 활성이 높게 산성이 강하면서도, 산점농도가 너무 높지 않아 탄소침적의 전구체인 고비점 화합물의 생성이 억제되어야 탄소침적에 의한 활성저하가 느려져 촉매 사용량을 줄일 수 있다. 이와 함께 외표면적이 넓어 고분자 물질과 접촉 가능성이 높으면 더욱 효과적이다. 더욱이 액상 분해공정용 촉매는 한번밖에 사용하지 못하므로 제조가격은 아주 저렴해야 촉매 비용을 줄일 수 있다. 즉 활성이 높고 수명이 충분히 긴 촉매를 저럼하게 제조하여야, 액상 촉매분해공정의 수익성을 높여 상업화가 가능하다.Catalysts used in the liquid catalytic cracking process of waste polymer materials should have high activity so as to decompose polymer materials even at low temperatures. However, the degree of decomposition is so severe that the degree of decomposition can be controlled so that a lot of liquid is not generated. do. In particular, it is highly profitable when the activity is high and the activity deterioration is slow so that a small amount of catalyst can be used but a large amount of waste polymers can be processed. When the acid strength is high, the decomposition reaction activity of the polymer material is high, but carbon deposition is severe. The higher the acid point, the faster the decomposition reaction, but also faster carbon deposition. Therefore, the acidity is high, but the acid concentration is not too high, the production of high-boiling compounds, which are precursors of carbon deposition, must be suppressed to decrease the activity decrease due to carbon deposition, thereby reducing the amount of catalyst used. In addition, it is more effective if the outer surface area is large and the possibility of contact with the polymer material is high. Moreover, since the catalyst for the liquid phase decomposition process can be used only once, the production cost must be very low to reduce the catalyst cost. In other words, high-activity and long-life long catalysts must be manufactured at a low price, thus increasing the profitability of the liquid phase catalytic cracking process and commercializing them.

폐고분자 물질의 분해공정용 촉매로 제올라이트계 촉매가 많이 검토되었다[1]. MFI나 BEA 제올라이트의 구부러진 세공에서는 공간의 제한 때문에 긴 탄화수소가 생성되기 어렵고, 세공 내에서 고분자 물질이 이동할 때 저항이 커서 확산이 느리다. 이로 인해 세공 내에서 탄소침적 전구체인 긴 탄화수소가 생성되기 어려우므로, 탄소침적에 의한 촉매의 활성저하가 느려서 고분자 물질의 액상 분해반응에서 촉매 활성이 우수하다. 이에 덧붙여, 제올라이트 입자가 작으면 고분자 물질의 초기 분해반응이 진행되는 외표면적이 넓고 입자내 확산거리가 짧아서 분해활성이 더욱 높아진다. 입자가 작은 MFI나 BEA 제올라이트 촉매에서는 폴리에틸렌(PE) 왁스나 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 등 고분자 물질이 빠르게 분해되나, 결정구조가 같은 제올라이트라도 입자가 크면 분해 활성이 아주 낮다[2].Many zeolite catalysts have been studied as catalysts for the decomposition process of waste polymer materials [1]. In the bent pores of MFI or BEA zeolites, long hydrocarbons are less likely to be produced due to space limitations, and the diffusion is slow due to large resistance when the polymer material moves in the pores. As a result, it is difficult to produce long hydrocarbons, which are carbon deposition precursors, in the pores. Therefore, the catalyst deterioration is slowed by carbon deposition, and thus the catalyst activity is excellent in the liquid phase decomposition reaction of the polymer material. In addition, when the zeolite particles are small, the outer surface area in which the initial decomposition reaction of the polymer material proceeds is wide and the diffusion distance in the particles is short, thereby further increasing the decomposition activity. Small particles of MFI and BEA zeolite catalysts degrade polymer materials such as polyethylene (PE) wax and high density polyethylene (HDPE) quickly. However, even if zeolites with the same crystal structure are large, their decomposition activity is very low [2].

고분자 물질은 아주 크기 때문에 그대로는 제올라이트 세공내로 들어가기 어려워, 일차적으로는 세공내보다 외표면에서 분해된다. 그러나 외표면에는 세공구조의 제한이 없어서 탄소침적의 전구체가 되는 아주 긴 탄화수소도 생성될 수 있어서 탄소침적에 의한 활성저하가 상대적으로 빠르다. 특히 외표면에 산점이 지나치게많으면 탄소침적이 심하여 세공입구까지 탄소로 덮여 활성 자체가 소실될 수도 있다. 이런 특성을 모두 종합하면 액상 촉매분해반응에 사용할 수 있는 제올라이트 촉매는 긴 탄화수소가 생성되지 않도록 구부러진 세공이 있으면서, 동시에 입자가 작아서 외표면적은 넓고, 강한 산점은 있으되 너무 많지 않아 탄소침적이 느려야 바람직하다[3].Since the polymer material is very large, it is difficult to enter into the zeolite pores as it is, and is primarily decomposed at the outer surface than the pores. However, since there is no limitation of pore structure on the outer surface, very long hydrocarbons, which are precursors of carbon deposition, can be produced, so that deactivation by carbon deposition is relatively fast. In particular, if the acid surface on the outer surface is too much, the carbon deposit is severe and the activity itself may be lost by covering the carbon to the pore inlet. Putting all these properties together, zeolite catalysts that can be used for liquid-phase catalytic cracking have desirable pores to prevent the formation of long hydrocarbons, and at the same time, the outer surface area is large due to the small particles, and the strong acid point is not too high. Do [3].

액상 분해반응용 촉매는 활성이 높으면서도 저렴해야 하기 때문에 고가의 유기주형물질 없이 합성한 MFI 제올라이트를 추가처리하여 활성을 증진시키는 방법 등이 고안되었다[4]. 유기주형물질을 사용하지 않아 제조비용이 크게 낮아지지만, 제올라이트를 수열합성하는 단계나 이온교환 및 활성화 과정에 모두 비용이 소요되어 아주 저렴하게 제조하기는 어렵다. 폐고분자 물질을 분해하여 제조한 생성물의 가격은 대체연료로 사용할 수밖에 없어 가격이 원유에서 바로 증류하여 제조한 제품보다 높을 수 없으므로, 수익성을 높이려면 촉매 제조비용이 아주 저렴해야 한다.Since the catalyst for the liquid phase decomposition reaction should be high in activity and inexpensive, a method of enhancing the activity by further treating MFI zeolite synthesized without expensive organic template material has been devised [4]. Although the manufacturing cost is greatly lowered because the organic template is not used, it is difficult to manufacture the zeolite very cheaply because both the step of hydrothermal synthesis and the ion exchange and activation process are expensive. Since the price of the product produced by decomposing the waste polymer material can only be used as an alternative fuel, the price cannot be higher than the product produced by distilling the oil directly from crude oil, so the cost of producing the catalyst must be very low to increase profitability.

유동층 촉매접촉분해(Fluidized Catalytic Cracking; FCC)공정에서는 원유 증류과정에서 생산된 경유나 디젤유분을 유동층반응기에서 촉매와 접촉시켜 가솔린이나 나프타 유분으로 분해시킨다. 자동차 증가로 가솔린 수요가 많아지고 석유화학공업의 발달로 나프타 수요가 커지면서 FCC 공정의 조업규모가 커져서, FCC 공정이 석유화학공정중에서 가장 크다. FCC 공정에는 실리카-알루미나에 제올라이트 Y를 섞어 만든 구형 촉매가 사용된다. 실리카-알루미나의 큰 세공내에 제올라이트 입자가 들어 있어 큰 반응물이 먼저 실리카-알루미나 산점에서 일차 분해된 후 제올라이트 세공에 확산되어 들어와 옥탄가가 높은 가지달린 탄화수소로 전환된다. 최근에는 제올라이트의 열적 안정성을 증진시키고 분해공정에서 탄소침적을 줄이기 위하여 알루미늄을 일부 용출시켜 제조한 초안정 제올라이트 Y(Ultra Stable Y; USY)로 FCC 공정의 촉매를 만든다. 그러나 이 촉매는 접촉시간이 불과 수초인데도 불구하고 탄소침적으로 활성이 심하게 저하되므로, 1차 사용 후 사이클론으로 회수하여 재생기로 보내 공기를 넣어 침적탄소를 태워 제거한 후, 다시 사용한다. 사용과 재생과정에서 축적된 열적 피로와 유동과정에서 마모로 인해 입자가 부서지고 세공내 탄소침적이 완전히 제거되지 않아 촉매 활성이 서서히 저하되므로, 유동층 촉매 반응기에서는 새 촉매를 일정량 공급하면서 사용한 촉매를 일정량 제거하는 방법으로 촉매 활성을 일정하게 유지한다.In the Fluidized Catalytic Cracking (FCC) process, diesel or diesel oil produced during crude oil distillation is contacted with a catalyst in a fluidized bed reactor to decompose the gasoline or naphtha fraction. As the number of automobiles increases, the demand for gasoline increases, and the naphtha demand increases due to the development of the petrochemical industry. The FCC process uses a spherical catalyst made of zeolite Y mixed with silica-alumina. Zeolite particles are contained in the large pores of the silica-alumina so that the large reactants are first decomposed at the silica-alumina acid point and then diffused into the zeolite pores to be converted into branched hydrocarbons having a high octane number. Recently, ultra stable zeolite Y (Ultra Stable Y; USY) prepared by partially eluting aluminum to improve thermal stability of the zeolite and to reduce the carbon deposition in the decomposition process to make the catalyst of the FCC process. However, this catalyst has a severe deterioration of activity due to carbon deposition despite only a few seconds of contact time. Therefore, the catalyst is recovered by a cyclone after the first use, sent to a regenerator, burned with carbon, and then used again. Thermal fatigue accumulated during use and regeneration and wear during the flow process cause particles to break down and carbon deposits in the pores are not completely removed, resulting in a gradual decrease in catalyst activity. The catalyst activity is kept constant by the removal method.

사용 후 폐기된 FCC 공정 촉매는 보통 공기중에서 소성하여 침적탄소를 제거한 후 시멘트 제조원료로 사용한다. 벽돌 제조나 다른 제올라이트 합성 원료로 재활용이 고려되고 있으나 발생량이 워낙 많고 경제성이 낮아 석회석과 혼합하여 처분한다. FCC 공정 폐촉매에는 실리카와 알루미나외에 다른 성분이 거의 없어서 공해발생 우려가 없고 기계적 강도가 우수하여 시멘트 제조원료로 적절하다. 그러나 FCC 공정 폐촉매에는 아직도 제올라이트 성분이 상당량 남아 있다. 사용중 구조가 많이 부서지고 탄소침적으로 산촉매로서 활성을 많이 상실했지만, 남아 있는 제올라이트 성분은 폐고분자 물질의 분해반응 촉매로서 가능성이 있다. 너무 강하지 않은 산점이 고분자 물질 분해반응에는 더 효과적이므로, FCC 공정 폐촉매를 적절하게 처리하여 재활용할 수 있으면 폐촉매와 폐고분자 물질을 동시에 효율적으로 재활용할 수 있다.The spent FCC process catalyst is usually calcined in air to remove deposited carbon and then used as cement raw material. Recycling is considered as a brick manufacture or other zeolite synthetic raw material, but it is generated and mixed with limestone because of its high generation and low economic efficiency. The waste catalyst of FCC process has little other components besides silica and alumina, so there is no fear of pollution and it is suitable as cement raw material because of its excellent mechanical strength. However, significant amounts of zeolite remain in the FCC process waste catalyst. Although the structure is broken during use and carbon activity is lost much as an acid catalyst, the remaining zeolite component is likely to be a catalyst for decomposition of waste polymer materials. Since not too strong an acid point is more effective for the polymer decomposition reaction, the waste catalyst and the waste polymer material can be efficiently recycled at the same time as long as the FCC process waste catalyst can be properly treated and recycled.

본 발명은 폐고분자 물질을 저분자 탄화수소 혼합물로 전환시키는 액상 촉매분해반응에 사용할 수 있는 촉매를 저렴하게 제조하는 기술을 제공한다. 액상 분해공정에 사용할 수 있는 촉매는 저렴하면서도 고분자 물질을 분해시킬 수 있도록 세기가 적절한 산점이 있어야 한다. 동시에 탄소침적이 빠르지 않도록 산점 농도가 너무 높지 않아야 하며 촉매 사용량이 적어야 수익성이 높아진다. 이를 위하여 유동층촉매분해공정에 사용한 후 폐기된 FCC 공정 폐촉매를 1차 소성하여 침적된 탄소를 제거한 후 산과 기타 방법으로 추가 처리하여 폐고분자 물질의 액상 분해공정에 적합하도록 산성도와 세공구조를 조절하였다. 수거한 FCC 공정 폐촉매 그대로는 PE나 PP 등 폴리올레핀계 폐고분자 물질과 폐농업용 비닐처럼 저밀도 폴리올레핀(LDPE)과 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 등이 혼합되어 있는 폐고분자 물질의 분해반응에 대해 활성이 매우 약하여 상당히 높은 온도에서야 활성이 나타나므로, 액상 분해공정에 사용하려면 활성을 크게 높여야 한다. 이와 함께 폐고분자 물질 액상 분해공정에서는 구성방법과 규모에 따라 차이가 있지만, 단위시간당 폐고분자 물질 처리량 역시 생산성 측면에서 매우 중요하다. FCC 공정 폐촉매를 처리하여 활성을 높여도 촉매 활성에 한계가 있으므로, 활성이 높은 합성 제올라이트와 혼합한 촉매를 사용하여 처리속도를 높여야한다. 본 발명에서는 추가 처리한 FCC 공정 폐촉매와 알칼리 처리한 합성 MFI 제올라이트를 혼합하여 사용하므로, 조업능력을 증대시켜 시설비 부담을 줄여 수익성을 제고하는 기술도 포함되어 있다.The present invention provides a technique for inexpensively producing a catalyst that can be used for liquid phase catalytic cracking which converts waste polymer material into a low molecular hydrocarbon mixture. Catalysts that can be used in liquid phase cracking processes should be inexpensive but have a suitable acid point to decompose the polymer material. At the same time, the concentration of acid sites should not be too high so that carbon deposition will be fast, and the amount of catalyst used should increase profitability. To this end, the spent FCC process waste catalyst used in the fluidized bed catalyst decomposition process was first fired to remove the deposited carbon, and then further treated with acid and other methods to adjust the acidity and pore structure to suit the liquid phase decomposition process of the waste polymer material. . The collected FCC process waste catalyst is very active against decomposition of waste polymers containing polyolefin waste polymers such as PE and PP and low density polyolefins (LDPE) and ethylene vinyl acetate (EVA) such as waste agricultural vinyl. Because of their weakness and their activity only at very high temperatures, their use in liquid phase cracking requires significant increases. Along with this, there are differences depending on the composition and scale in the liquid phase decomposition of waste polymer material, but the throughput of waste polymer material per unit time is also very important in terms of productivity. Since the catalytic activity is limited even if the activity of the FCC process waste catalyst is increased, it is necessary to increase the treatment speed by using a catalyst mixed with a highly active synthetic zeolite. In the present invention, the mixed FCC process waste catalyst and the alkali-treated synthetic MFI zeolite are mixed and used, thereby increasing the operating capacity, thereby reducing the burden of facility costs, and thus improving the profitability.

이와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해 이 발명에서는 폐고분자 물질을 기체와 액체 연료로 사용할 수 있는 저분자 탄화수소 혼합물로 낮은 온도에서 분해하는 공정에 사용할 수 있도록 FCC 공정 폐촉매를 효과적으로 처리하여 활성과 수명을 증진시키는데 주안점을 두었다. 폐촉매 자체는 가격이 없기 때문에, 촉매를 좀 많이 사용하더라도 유용한 물질이 생성된다면 폐고분자 물질의 액상 분해공정 수익성이 크게 높아져 상업조업도 가능해질 수 있다.In order to achieve the above technical problem, the present invention improves the activity and lifespan by effectively treating the FCC process waste catalyst so that it can be used in the process of decomposing the waste polymer material at low temperature into a low molecular hydrocarbon mixture which can be used as gas and liquid fuel. The focus was on. Since the spent catalyst itself does not have a price, even if the catalyst is used a lot, if a useful material is produced, the profitability of the liquid decomposition process of the waste polymer material may be greatly increased, thereby enabling commercial operation.

즉, 본 발명은 FCC 공정 폐촉매를 0.2∼2.0N 염산과 옥살산 또는 0.1∼1.0N 수산화나트륨과 수산화칼륨 용액으로 60∼80℃에서 2∼6시간동안 가열 환류처리하는 것을 특징으로 하는 폐고분자 물질의 액상 분해용 촉매의 제조방법을 제공하는 것이다.That is, the present invention is a waste polymer material characterized in that the waste catalyst is heated and refluxed at 60-80 ° C. for 2-6 hours with 0.2-2.0N hydrochloric acid and oxalic acid or 0.1-1.0N sodium hydroxide and potassium hydroxide solution. It is to provide a method for producing a catalyst for liquid phase decomposition of.

또한, 본 발명은 FCC 공정 폐촉매 또는 이를 산과 알칼리로 처리한 폐촉매 1 ㎏에 대하여 산이나 알칼리로 처리한 합성 FAU나 MFI 제올라이트 촉매를 10∼100g 혼합하여 폐고분자 물질의 액상 분해공정용 촉매를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.The present invention also provides a catalyst for liquid phase decomposition of waste polymer materials by mixing 10 to 100 g of an FCC process waste catalyst or a synthetic FAU or MFI zeolite catalyst treated with an acid or an alkali with respect to 1 kg of the waste catalyst treated with an acid and an alkali. It is to provide a method of manufacturing.

더욱이, 본 발명은 PE, PP, 폐농업용 비닐 1 ㎏당 청구항 1과 청구항 2에서 제조된 촉매를 10∼100g 사용하여 350∼550℃ 범위에서 저분자 탄화수소 혼합물로 분해시킴을 특징으로 하는 액상 분해공정을 제공하는 것이다.Further, the present invention is a liquid decomposition process characterized in that the decomposition of the low molecular hydrocarbon mixture in the range of 350 ~ 550 ℃ using 10 to 100g of the catalyst prepared in claims 1 and 2 per kg of PE, PP, waste agricultural vinyl To provide.

도 1은 산처리한 FCC 공정 폐촉매의 X-선 회절 패턴이다.1 is an X-ray diffraction pattern of an acid treated FCC waste catalyst.

도 2는 산처리한 FCC 공정 폐촉매의 전자현미경 사진이다.2 is an electron micrograph of an acid-treated FCC process waste catalyst.

도 3은 실험에 사용한 장치도이다.3 is an apparatus diagram used for the experiment.

도 4는 0.5N 옥살산으로 처리한 FCC 공정 폐촉매를 사용하여 HDPE, LDPE, PP, DAMP에서 얻은 액체 생성물의 성분별 수율 분포도이다.FIG. 4 is a yield distribution diagram of components of liquid products obtained from HDPE, LDPE, PP, and DAMP using an FCC process waste catalyst treated with 0.5N oxalic acid.

도 5는 혼합 촉매를 사용하여 DAMP에서 얻은 액체 생성물의 성분별 수율 분포도이다.FIG. 5 is a yield distribution diagram of components of a liquid product obtained in DAMP using a mixed catalyst. FIG.

본 발명은 PE, 폴리프로필렌(PP), LDPE와 EVA 혼합물인 농업용 비닐 등 폴리올레핀계 폐고분자 물질을 저분자 탄화수소 혼합물로 전환시키는 공정에 사용할 수 있도록 FCC 공정 폐촉매를 처리하여 활성을 증진시키는 방법과, 이를 단독으로 사용하거나 또는 알카리 처리한 FAU나 MFI 제올라이트와 혼합하여 폐고분자 물질의 분해반응에 사용하여 분해반응을 촉진하고 액체 생성물의 수율을 제고하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for enhancing activity by treating the FCC process waste catalyst so as to be used in the process of converting polyolefin waste polymer materials such as PE, polypropylene (PP), LDPE and EVA vinyl mixtures into low molecular hydrocarbon mixtures, It can be used alone or mixed with alkaline FAU or MFI zeolite to decompose the waste polymer material to provide a method of promoting the decomposition reaction and improving the yield of the liquid product.

FCC 공정 폐촉매에는 초안정 제올라이트 Y가 5∼30% 섞여 있으나, 제올라이트 함량이 낮고, 사용중 구조가 많이 부서졌으며, 침적된 탄소로 세공이 일부 막혀 있어, 폐촉매 자체로는 폐고분자 물질 분해반응에 촉매 활성이 매우 낮다. 또 FCC 공정 촉매의 주성분인 실리카-알루미나는 강한 산점이 많고 세공이 무정형이고 매우 커서 탄소침적이 용이하므로 폐고분자 물질 분해반응에서 활성저하가 빨라서 전환율을 높이기 위해서는 촉매 사용량이 매우 많아야 한다.The waste catalyst of FCC process contains 5-30% of ultra-stable zeolite Y, but the zeolite content is low, the structure is broken during use, and the deposited carbon pores are partially blocked. The catalytic activity is very low. In addition, silica-alumina, which is the main component of FCC process catalyst, has a lot of strong acid point, amorphous pore, and very large carbon deposit, so it is easy to decrease the activity in the decomposition of waste polymers.

본 발명에서는 공기중에서 소성하여 침적탄소를 제거한 FCC 공정 폐촉매를 산으로 처리하여 활성을 증진시켰다. 0.2∼3N 염산과 옥살산 등으로 처리하면 실리카-알루미나의 알루미늄이 용출되어 큰 세공에 분포되어 있는 강한 산점이 대부분 없어진다. 동시에 초안정 제올라이트 Y의 알루미늄도 일부 제거되므로 세공 입구가 커져서 물질전달이 빨라진다. 따라서 처리농도와 시간을 적절하게 설정하므로 큰 세공의 산성도를 낮추어주고 초안정 제올라이트 Y의 세공입구도 넓혀주어 고분자 물질의 분해를 촉진시키되 제올라이트 세공에서 지나친 분해를 억제하여 연료로서 사용하기 좋은 액체 생성물을 많이 제조할 수 있었다.In the present invention, the activity of the FCC catalyst waste catalyst which removes deposited carbon by firing in air is treated with acid to enhance activity. When treated with 0.2-3N hydrochloric acid, oxalic acid, or the like, aluminum of silica-alumina is eluted, and most of the strong acid points distributed in large pores disappear. At the same time, some of the aluminum in the ultra-stable zeolite Y is also removed, resulting in larger pore openings for faster material transfer. Therefore, the treatment concentration and time are set appropriately, which lowers the acidity of the large pores and widens the pores of the ultra-stable zeolite Y to promote the decomposition of the polymer material, while suppressing excessive decomposition in the zeolite pores, thereby making it possible to use a liquid product that is suitable for use as fuel. Could manufacture a lot.

FCC 공정의 폐촉매에는 제조회사에 따라 차이가 있기 하지만 초안정 제올라이트 Y가 실리카-알루미나에 섞여 있다. 폐촉매를 산처리한 후 그린 X-선 회절패턴을 도 1에 나타냈다. 폐촉매에서 나타나는 회절피크로부터 초안정 제올라이트 Y가 섞여 있음을 확인할 수 있다. 제올라이트 함량이 낮고 사용중 구조가 일부 부서져서 회절피크는 약하다. 그러나 산으로 처리하면 회절피크는 도리어 커진다. 염산처리로 실리카-알루미나 등 무정형 물질이 녹아 제거되므로, 제올라이트 함량이 상대적으로 많아져서 회절피크가 더 커진다.The spent catalyst of the FCC process varies from manufacturer to manufacturer, but superstable zeolite Y is incorporated into silica-alumina. The green X-ray diffraction pattern after acid treatment of the spent catalyst is shown in FIG. 1. It can be seen from the diffraction peaks appearing in the spent catalyst that ultra stable zeolite Y is mixed. The diffraction peak is weak due to the low zeolite content and some breakdown of the structure during use. However, when treated with acid, the diffraction peak becomes larger. Hydrochloric acid treatment dissolves and removes amorphous materials such as silica and alumina, so that the zeolite content is relatively high and the diffraction peak becomes larger.

유동층에 사용하는 촉매는 유동과정에서 서로 부딪쳐 마모되므로 구형으로 제조하여 내마모성을 증진시킨다. FCC 공정 폐촉매는 사용도중 마모와 재생과정의 열적 피로로 부서져서 크기는 상당히 불균일해졌지만, 역시 구형이다. 그러나 폐촉매를 염산으로 처리하면 무정형 실리카-알루미나가 용해되면서 구형 촉매가 부서져서 매우 가는 알갱이로 변한다. 도 2에서 보듯이 폐기하기 위해 회수된 폐촉매는 입자 크기가 50∼100㎛인데, 2.0N 염산으로 처리하면 1∼20㎛으로 잘게 부서진다. 산처리로 입자 크기가 이렇게 작아지면 액상 촉매분해반응에서 활성은 더 높아진다. 입자가 작아지면, 용융된 고분자 물질과 촉매가 반응할 수 있는 외표면이 넓어지기 때문이다. 촉매 외표면에서 고분자 물질이 일차로 분해된 후 제올라이트 세공에 들어가 추가 분해되기 때문에, 산처리로 입자가 작아져 외표면적이 넓어지면 촉매의 분해활성이 크게 증진된다.The catalysts used in the fluidized bed collide with each other in the flow process and are thus spherical to improve wear resistance. FCC process waste catalysts have broken down due to wear and thermal fatigue during the regeneration process during use, but they are also quite uneven in size, but are also spherical. However, treatment of the spent catalyst with hydrochloric acid dissolves the amorphous silica-alumina and turns the spherical catalyst into a very fine grain. As shown in FIG. 2, the waste catalyst recovered for disposal has a particle size of 50 to 100 μm, which is broken down to 1 to 20 μm when treated with 2.0N hydrochloric acid. This smaller particle size from acid treatment results in higher activity in the liquid phase catalytic cracking reaction. This is because the smaller the particles, the wider the outer surface on which the molten polymer material and the catalyst can react. Since the polymer material is first decomposed at the outer surface of the catalyst and then further decomposed into the zeolite pores, the decomposition activity of the catalyst is greatly enhanced when the particle size is reduced and the outer surface area is widened by acid treatment.

폐촉매를 산이나 알칼리로 처리하면 활성은 증진되지만 증진 정도에 한계가 있다. 같은 시설로 폐고분자 물질을 많이 처리하여야 시설비 투자의 효용성이 증가되므로, 촉매 가격과 활성을 운전비용과 시설투자비를 고려하여 최적화하여야 한다. 본 발명에서는 적절하게 처리하여 촉매 활성이 크게 향상된 FCC 공정 폐촉매와 유기주형물질을 사용하지 않고 저렴하게 제조한 후 알카리 처리한 MFI와 FAU 제올라이트를 서로 혼합하여 사용하므로 분해반응을 크게 촉진시켜 단위 시설당 폐고분자 물질의 처리량을 증대시켰다.Treatment of spent catalysts with acids or alkalis enhances activity but limits the degree of enhancement. The efficiency of facility investment is increased by treating a lot of waste polymer materials with the same facility. Therefore, catalyst price and activity should be optimized in consideration of operating cost and facility investment cost. In the present invention, since the FCC process waste catalyst and the organic template material, which are appropriately treated and greatly improve the catalytic activity, are manufactured at low cost without mixing, the alkali-treated MFI and FAU zeolite are mixed with each other, so that the decomposition reaction is greatly promoted. Increased throughput of sugar waste polymer material.

유기주형물질을 사용하지 않고 MFI 제올라이트를 합성하면 제조비용은 크게 절약되지만, 일반적으로 입자가 커진다. 유기주형물질이 없어서 제올라이트의 기본구조와 2차 단위구조의 형성이 어려워 합성 모액내 제올라이트 핵심농도가 낮다. 이들이 큰 결정이 될 때까지 오랫동안 성장하기 때문이다. 핵심에 비해 주위에 반응물이 상대적으로 많아 큰 입자로 성장할 수 있다. 그러나 폐고분자 물질의 액상 분해반응에서는 촉매 입자가 작아서 외표면적이 넓어야 활성이 높다. 따라서 유기주형물질을 사용하지 않고 합성하여 입자가 커지면 분해활성이 낮아서 그대로는 폐고분자 물질의 분해반응에 쓸모가 없다. 그러나 입자가 큰 MFI 제올라이트를 알카리 용액으로 처리하여 표면을 부분적으로 용해시키면 입자 크기는 그대로이나 외표면적은 매우 넓어진다. MFI 제올라이트 20 g에 0.05∼4.0N의 수산화나트륨이나 수산화칼륨 수용액 100 ㎖를 가하여 60∼80℃에서 0.5∼8시간 처리하면 제올라이트 표면이 부분적으로 용해되어 메조세공이 생성되어 외표면적이 넓어진다. 여기서 60℃미만의 온도에서 처리하면 처리시간이 길어지고, 80℃를 초과하면 촉매회수율이 저하된다.Synthesis of MFI zeolite without the use of an organic template material greatly saves manufacturing costs, but generally results in larger particles. Since there is no organic template material, it is difficult to form the basic structure and secondary unit structure of zeolite, so the core concentration of zeolite in synthetic mother liquor is low. Because they grow long until they are big decisions. Compared with the core, the reactants are relatively large and can grow into large particles. However, in the liquid phase decomposition of the waste polymer material, the catalyst particles are small so that the outer surface area is large, so that the activity is high. Therefore, if the particles are synthesized without using the organic template material, the decomposition activity is low, and thus it is not useful for the decomposition reaction of the waste polymer material. However, when the large particle MFI zeolite is treated with an alkali solution to partially dissolve the surface, the particle size remains the same but the outer surface area becomes very large. To 20 g of MFI zeolite, 100 ml of 0.05-4.0 N sodium hydroxide or potassium hydroxide aqueous solution is added and treated at 60-80 ° C. for 0.5-8 hours to partially dissolve the zeolite surface to form mesoporous pores, thereby widening the outer surface area. If the treatment is performed at a temperature lower than 60 DEG C, the treatment time is long, and if it exceeds 80 DEG C, the catalyst recovery rate is lowered.

이렇게 제조한 알카리 처리 MFI 제올라이트나 FAU 제올라이트를 FCC 공정폐촉매에 소량만 첨가하여도 액상 촉매분해반응의 속도를 크게 증진시킬 수 있다. 이 경우, FCC 공정 폐촉매 또는 이를 산과 알칼리로 처리한 폐촉매 1 ㎏에 대하여 산이나 알칼리로 처리한 합성 FAU나 MFI 제올라이트 촉매를 100g 이하를 혼합하여 폐고분자 물질의 액상 분해공정용 촉매를 제조하는 것이 바람직하다. 이를 100g 이상 혼합하는 것은 촉매의 제조원가가 높아지고, 폐촉매 발생량이 많아져서 바람직하지 못하다.Alkaline treated MFI zeolite or FAU zeolite prepared in this way can greatly increase the rate of liquid phase catalytic cracking reaction by adding only a small amount to the FCC process waste catalyst. In this case, 100 ppm or less of a synthetic FAU or MFI zeolite catalyst treated with an acid or an alkali is mixed with an FCC process waste catalyst or 1 kg of a waste catalyst treated with an acid and an alkali to prepare a catalyst for liquid phase decomposition of waste polymer materials. It is preferable. Mixing 100 g or more thereof is not preferable because the production cost of the catalyst increases and the amount of waste catalyst generated increases.

특히 폐농업용 비닐처럼 EVA가 들어있는 폐고분자 물질의 분해반응처럼 유기산 발생으로 촉매의 활성이 저하되는 경우 유기산은 FCC 공정 폐촉매에 주로 흡착되어 알칼리처리 MFI 제올라이트 촉매를 보호하므로 촉매 혼합 효과가 극대화된다.In particular, when the activity of the catalyst decreases due to the generation of organic acid, such as decomposition of waste polymer containing EVA, such as waste agricultural vinyl, the organic acid is mainly adsorbed to the spent catalyst of the FCC process to protect the alkali-treated MFI zeolite catalyst, thus maximizing the catalyst mixing effect. .

제올라이트 Y(FAU)는 세공이 크고, 3차원적으로 연결되어 있으나, 세공의 교차점에 생성된 큰 둥지(supercage)에서 길고 큰 탄화수소가 만들어져 탄소침적 가능성이 높다. 또 Si/Al 몰비가 2∼4로 낮아 알루미늄이 많아 산점이 매우 많다. 산세기는 약하지만 산점 농도가 높고 큰 둥지에 큰 탄화수소가 생성될 수 있어 탄소침적이 매우 빠르다. 이로 인해 FAU 제올라이트를 그대로 폐고분자 물질 분해반응에 사용하면 활성이 매우 낮다. 그러나 FAU 제올라이트를 알칼리 용액으로 처리하여 세공 입구를 넓혀 세공내에 머무르는 시간을 단축시키고, 산점을 부분적으로 용출시키면 활성저하가 억제되어 생성물 수율이 높아진다. 특히 산세기가 약해지고 3차원 세공에서 생성물이 세공밖으로 빨리 빠져나와서 기체까지 분해되지 않으므로 액체 생성물이 많아진다. 그러나 FAU 제올라이트는 결정구조가 약하여 MFI 제올라이트와 달리 0.05∼2.0N로 약한 수산화나트륨이나 수산화칼륨 용액으로 처리해야 촉매 활성이 증진된다. MFI 제올라이트와 같은 세기로 처리하면 구조가 부서져서 촉매 활성이 도리어 낮아진다.Zeolite Y (FAU) has large pores and is connected three-dimensionally, but long and large hydrocarbons are formed in large supercages formed at intersections of pores, and thus, carbon deposits are likely to occur. In addition, the Si / Al molar ratio of 2 to 4 is low, and there is a lot of aluminum, so the acid point is very high. The acid strength is weak, but the concentration of the acid is high, and large hydrocarbons can be formed in large nests, so carbon deposition is very fast. For this reason, when FAU zeolite is used as it is for waste polymer material decomposition, its activity is very low. However, by treating the FAU zeolite with an alkaline solution, the pore inlet is shortened to shorten the residence time in the pores, and partial acid eluting inhibits the decrease in activity and increases the product yield. In particular, the acid strength is weakened, and the liquid product increases because the product quickly exits the pore from the three-dimensional pores and does not decompose to the gas. However, unlike the MFI zeolite, FAU zeolite has a weak crystal structure, so that the catalytic activity is enhanced by treatment with a weak sodium hydroxide or potassium hydroxide solution at 0.05 to 2.0 N. Treatment with the same strength as the MFI zeolite breaks the structure and lowers the catalytic activity.

본 발명의 방법에 의해 제조된 촉매를 사용하여 폐고분자 물질의 액상 분해 공정에서 촉매의 사용량은 처리되어야 하는 폐고분자 물질에 대해 0.01∼0.2중량%를 사용하여 350∼550℃에서 분해 반응시켜 저분자 탄화수소 혼합물로 전환시킬 수 있다. 이때 550℃를 초과하면 열분해에 의해 반응이 진행되므로 바람직하지 않다.The amount of catalyst used in the liquid phase decomposition of waste polymer materials using the catalyst prepared by the method of the present invention is low molecular hydrocarbon by decomposing and reacting at 350 to 550 ° C. using 0.01 to 0.2% by weight of the waste polymer material to be treated. Can be converted to a mixture. At this time, the reaction proceeds by pyrolysis if it exceeds 550 ° C., which is not preferable.

[실시예]EXAMPLE

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an Example is given and this invention is demonstrated further more concretely.

실시예 1Example 1

FCC 공정 폐촉매 20g을 2.0N 옥살산 용액 400㎖와 함께 넣고 60∼70℃에서 8시간 처리하였다. 처리 후 증류수로 여과하면서 세척하고 100℃ 건조기에 넣어 수분을 제거하였다. 이후 전기로에 넣어 550℃로 6시간 가열하여 옥살산으로 처리된 FCC 공정 폐촉매를 제조하였다.20 g of FCC waste catalyst was added together with 400 ml of 2.0 N oxalic acid solution and treated at 60-70 ° C. for 8 hours. After treatment, the mixture was washed with distilled water, filtered and placed in a dryer at 100 ° C. to remove moisture. Thereafter, the mixture was heated in an electric furnace at 550 ° C. for 6 hours to prepare an FCC process waste catalyst treated with oxalic acid.

FCC 공정 폐촉매와 이를 옥살산으로 처리한 촉매에서 (주)호남석유화학에서 제조한 분자량 25만인 HDPE, 현대석유화학에서 제조한 분자량 15만인 LDPE, 분자량이 25만인 PP, 담양자원재생공사에서 폐농업용 비닐을 세척 후 용융시켜 입상형으로 제조한 폐비닐(DAMP)의 액상 촉매분해반응을 조사하였다.FCC waste catalyst and catalyst treated with oxalic acid, HDPE with molecular weight of 250,000 manufactured by Honam Petrochemical Co., Ltd., LDPE with molecular weight of 150,000 manufactured by Hyundai Petrochemical, PP with molecular weight of 250,000, waste farming from Damyang Resources Reclamation Corporation. The liquid phase catalytic decomposition of waste vinyl (DAMP) prepared by washing the vinyl after melting was investigated.

폐고분자 물질의 액상 촉매분해공정을 도 3에 나타낸 장치로 시험하였다. 반응기 용량은 100 ㎖이며, 고분자 물질과 촉매를 넣고, 질소기류로 공기를 배제한 후 반응시켰다. 반응기는 맨틀로 가열하였으며, PID 조절기로 반응기 온도를 조절하였다. 반응기 온도가 300℃ 근처에 이르면 기체가 생성된다. 반응기 온도가 380℃가 되면 액체 생성물이 얻어진다. 생성물은 -4℃로 유지되는 응축기에서 액화시켜 수집하였다. 분해반응 중에도 질소가스를 흘려주어서 공기와 접촉을 방지하고, 생성물 흐름을 원활하게 유지하였다. 아래 표 1에 이들 고분자 물질의 액상 촉매분해반응 결과를 정리하였다.The liquid phase catalytic cracking process of the waste polymer material was tested with the apparatus shown in FIG. 3. The reactor capacity was 100 ml, and a polymer material and a catalyst were added thereto, and the reaction was carried out after removing air with a nitrogen stream. The reactor was heated with a mantle and the reactor temperature was controlled with a PID controller. Gas is generated when the reactor temperature reaches around 300 ° C. When the reactor temperature reaches 380 ° C., a liquid product is obtained. The product was collected by liquefying in a condenser maintained at -4 ° C. Nitrogen gas was also flowed during the decomposition reaction to prevent contact with air and to keep the product flow smoothly. Table 1 below summarizes the results of liquid phase catalytic decomposition of these polymer materials.

표 1. FCC 공정 폐촉매와 이를 옥살산 처리한 촉매에서 고분자 물질의 액상 촉매분해반응Table 1. Liquid Phase Catalytic Degradation of Polymers from FCC Process Waste Catalysts and Catalysts Treated with Oxalic Acid

HDPEHDPE LPDELPDE PPPP DAMPDAMP 촉매catalyst 전환율(%)% Conversion 액체수율(%)Liquid yield (%) 전환율(%)% Conversion 액체수율(%)Liquid yield (%) 전환율(%)% Conversion 액체수율(%)Liquid yield (%) 전환율(%)% Conversion 액체수율(%)Liquid yield (%) FCC 공정 폐촉매FCC Process Waste Catalyst 5353 4141 4242 2828 9999 8686 1818 88 0.5N 옥살산으로처리한 폐촉매Waste catalyst treated with 0.5N oxalic acid 9191 6969 9595 7474 9999 8989 2424 1616

반응온도 - 410℃Reaction temperature-410 ℃

반응물/촉매 - 10g/0.4gReactant / Catalyst-10 g / 0.4 g

반응시간 - 120분Response time-120 minutes

FCC 공정 폐촉매를 그대로 사용해도 반응온도를 410℃롤 높이면 HDPE, LDPE,PP는 액체나 기체 생성물로 분해된다. 특히 PP는 쉽게 분해되어 120분 내에 거의 다 분해되었다. 반응이 끝난 후, 반응기에 남아있는 기상 잔류물이 냉각되어 촉매와 반응기에 응축되기 때문에 전환율이 100%가 되지 못하므로, 전환율이 90% 이상이면 거의 완전히 분해되었다고 보아도 무난하다. 반면 폐농업용 비닐은 같은 조건에서 전환율이 18%로 아주 낮았으며, 액체 생성물 수율도 8% 정도로 매우 낮았다. 그러나 FCC 공정 폐촉매를 0.5N 옥살산으로 처리하면 촉매 활성이 크게 높아진다. HDPE의 전환율이 53%에서 91%로, LDPE의 전환율이 42%에서 95%로 크게 향상되었다. 이에 비해 폐농업용 비닐인 DAMP의 전환율은 18%에서 24%로 조금밖에 증가되지 않았다. DAMP에서는 촉매 활성저하를 유발하는 유기산이 생성되어 활성 증진효과가 조금밖에 나타나지 않았다.Even if the FCC waste catalyst is used as it is, if the reaction temperature is increased to 410 ° C, HDPE, LDPE, and PP are decomposed into liquid or gaseous products. In particular, PP readily decomposed and almost completely decomposed within 120 minutes. After the reaction is completed, the gaseous residue remaining in the reactor is cooled and condensed in the catalyst and the reactor, so the conversion rate is not 100%. Therefore, if the conversion rate is 90% or more, it is almost completely decomposed. On the other hand, the waste agricultural vinyl had a very low conversion rate of 18% and the liquid product yield of 8% under the same conditions. However, treating the FCC process waste catalyst with 0.5 N oxalic acid significantly increases the catalytic activity. The conversion rate of HDPE increased from 53% to 91%, and the LDPE conversion rate increased from 42% to 95%. In comparison, the conversion rate of DAMP, a waste vinyl, increased slightly from 18% to 24%. In DAMP, an organic acid that causes a decrease in catalytic activity was produced, resulting in little activity enhancing effect.

생성물을 가스크로마토그래프로 분석하였다. 생성물 분포는 고분자 물질 종류에 관계없이 비슷하였다. 기체 생성물은 탄소수가 2∼5인 탄화수소가 대부분이며, 이중 C4탄화수소가 가장 많았다. 액체 생성물은 C5∼C12탄화수소가 대부분이었으며, C12이상인 탄화수소는 많지 않았다. 옥살산 처리한 FCC 공정 폐촉매에서 얻어진 액체 생성물 성분분포 조성을 도 4에 나타내었다. 이들의 탄화수소 성분별 분포는 고분자 물질 종류에 따라 약간 차이가 있으나 전체적으로는 모두 비슷하였다. 이들은 추가처리 없이 그대로 연료로 사용할 수도 있고, 탈색처리 등 정제과정을 거쳐 나프타나 공업용 용제로 사용할 수 있다.The product was analyzed by gas chromatography. The product distribution was similar regardless of the polymer type. The gaseous products were mostly hydrocarbons having 2 to 5 carbon atoms, of which C 4 hydrocarbons were the most. The liquid product was mostly C 5 -C 12 hydrocarbons, with few hydrocarbons above C 12 . The liquid product component distribution composition obtained from the oxalic acid treated FCC catalyst is shown in FIG. 4. The distribution of these hydrocarbon components differs slightly depending on the type of polymer material, but they are all similar. These may be used as fuels without further treatment, or may be used as naphtha or industrial solvents through purification processes such as decolorization treatment.

실시예 2Example 2

FCC 공정 폐촉매 10g을 0.3N, 0.5N, 1.0N, 2.0N 염산 100㎖에 넣고, 60∼70℃에서 8∼10시간 처리하였다. 처리 후 증류수로 여과 세척하고, 100℃ 건조기에서 하루동안 건조하였다. 이를 550℃ 소성로에서 가열하여 촉매를 활성화시켰다. FCC 공정 폐촉매를 염산으로 처리하여 제조한 촉매에서 도 3에 설명한 장치로 폐농업용 비닐(DAMP)의 액상 분해반응을 조사하였다. HDPE, LDPE, PP 등은 DAMP에 비해 빠르게 잘 분해되므로 DAMP 분해반응 결과만을 표 2에 정리하였다.10 g of the FCC waste catalyst was put in 100 ml of 0.3 N, 0.5 N, 1.0 N, 2.0 N hydrochloric acid and treated at 60 to 70 ° C. for 8 to 10 hours. After treatment, the filtrate was washed with distilled water and dried in a 100 ° C. dryer for one day. It was heated in a 550 ° C. kiln to activate the catalyst. The liquid phase decomposition of waste agricultural vinyl (DAMP) was investigated in a catalyst prepared by treating the FCC process waste catalyst with hydrochloric acid using the apparatus described in FIG. 3. HDPE, LDPE, PP, and so on decompose faster than DAMP, so only the results of DAMP decomposition are summarized in Table 2.

표 2. 염산으로 처리한 FCC 공정 폐촉매에서 DAMP의 액상 분해반응Table 2. Liquid Phase Degradation of DAMP in FCC Process Waste Catalysts Treated with Hydrochloric Acid

염산 농도(N)Hydrochloric acid concentration (N) -- 0.30.3 0.50.5 1.01.0 2.02.0 전환율(%)% Conversion 1818 2727 3535 3939 1818 액체수율(%)Liquid yield (%) 88 1515 2222 1616 99 기체수율(%)Gas yield (%) 1010 1212 1313 2323 99

반응온도 - 410℃Reaction temperature-410 ℃

반응물/촉매 - 10g/0.4gReactant / Catalyst-10 g / 0.4 g

반응시간 - 120분Response time-120 minutes

처리하지 않은 FCC 공정 폐촉매에 비해 1.0N 염산으로 처리한 촉매는 전환율이 39%이고, 액체 수율이 18%로 두 배 높아졌다. 처리 전에 비해서는 활성이 많이 향상되었으나, 100% 전환율은 얻어지지 않았다. 폐고분자 물질의 액상 분해공정에서는 사용 후 용융된 고분자 물질과 촉매를 분리하여 처리하기 어렵기 때문에, 반응물이 남아있지 않아야 한다. DAMP의 분해과정에서는 유기산 생성으로 촉매 활성이 저하되어 HDPE, LDPE, PP에 비하여 전환율이 낮기 때문에 유기산에 피독되는 촉매를 고려하여 촉매 사용량을 늘려야한다. 그래서 고분자 물질 10g당 촉매 사용량을 0.6g으로 늘려 DAMP의 분해반응을 조사하여 표 3에 정리하였다.Compared to the untreated FCC waste catalyst, the catalyst treated with 1.0 N hydrochloric acid had a 39% conversion and a double liquid yield of 18%. The activity was much improved compared to before treatment, but 100% conversion was not obtained. In the liquid phase decomposition of the waste polymer material, it is difficult to separate and process the molten polymer material and the catalyst after use, so that the reactants should not remain. In the process of decomposing DAMP, the catalytic activity decreases due to the generation of organic acid, and the conversion is lower than that of HDPE, LDPE, and PP. Therefore, the amount of catalyst used should be increased in consideration of the catalyst poisoned by organic acid. Thus, by increasing the amount of catalyst per 10g of the polymer material to 0.6g to investigate the decomposition reaction of DAMP summarized in Table 3.

표 3. 염산으로 처리한 FCC 공정 폐촉매에서 DAMP의 액상 분해반응Table 3. Liquid Phase Decomposition of DAMP in FCC Process Waste Catalysts Treated with Hydrochloric Acid

염산 농도(N)Hydrochloric acid concentration (N) -- 0.50.5 1.01.0 전환율(%)% Conversion 2929 7272 9292 액체수율(%)Liquid yield (%) 1919 5454 6969 기체수율(%)Gas yield (%) 1010 1818 2323

반응온도 - 410℃Reaction temperature-410 ℃

반응물/촉매 - 10g/0.6gReactant / Catalyst-10g / 0.6g

반응시간 - 120분Response time-120 minutes

1.0N 염산으로 처리한 FCC 공정 폐촉매를 DAMP 10g에 0.4g 넣어 반응시키면 전환율이 39%로 낮지만, 촉매 사용량을 0.6g으로 높여주면 전환율이 92%로 거의 다 분해되었다. 촉매 사용량은 불과 1/3정도 많아졌는데도 전환율은 두 배 반 정도 높아졌다. 이는 DAMP 분해과정에서 발생하는 유기산에 의해 촉매의 활성이 저하되기 때문에 나타나는 효과이다. 촉매 사용량이 많아지면 유기산에 의해 활성의 저하가 일어나지 않고, 활성을 유지한 촉매가 상당량 남아 있어 전환율이 많이 높아진다.The conversion was low at 39% when 0.4g of the FCC process waste catalyst treated with 1.0N hydrochloric acid was added to 10 g of DAMP, but the conversion was almost deteriorated to 92% when the catalyst usage was increased to 0.6 g. Although the catalyst usage is only one third more, the conversion rate is twice as high. This is because the activity of the catalyst is reduced by the organic acid generated during the DAMP decomposition process. When the amount of the catalyst used increases, the activity is not lowered by the organic acid, and a significant amount of the catalyst remaining in the activity remains, so that the conversion rate is increased.

실시예 3Example 3

FCC 공정 폐촉매의 실리카나 알루미나를 알칼리로 용출시켜 메조세공을 생성시키면 외표면적이 증대되고, 고분자 물질의 확산이 빨라져 고분자 물질의 액상 촉매분해반응에서 촉매 활성이 현저히 증가된다. 그러나 제올라이트 Y가 알칼리에 약하기 때문에, 처리 농도를 적절히 조절하지 않으면 제올라이트 성분이 먼저 용해되어 촉매 활성이 도리어 낮아진다.Emission of silica or alumina from the FCC process waste catalyst with alkali to form mesopores increases the external surface area, accelerates the diffusion of the polymer material, and significantly increases the catalytic activity in the liquid phase catalytic decomposition of the polymer material. However, since zeolite Y is weak to alkali, if the treatment concentration is not properly adjusted, the zeolite component dissolves first and the catalytic activity is lowered.

FCC 공정 폐촉매 10g에 0.1N, 0.5N, 1.0N, 2.0N 수산화나트륨 용액을 100㎖ 부어 60∼70℃에서 2시간 처리하였다. 처리 후 증류수로 여과 세척하고, 100℃ 건조기에서 하루동안 건조하였다. 산성 촉매로 전환시키기 위해 0.5N 염산으로 처리하여 나트륨 양이온을 양성자로 교환하였다. 이를 550℃ 소성로에서 가열하여 촉매를 활성화시켰다. 수산화나트륨 용액으로 처리한 촉매에서 조사한 DAMP의 액상 분해반응 결과를 표 4에 정리하였다.100 g of 0.1 N, 0.5 N, 1.0 N, 2.0 N sodium hydroxide solution was poured into 10 g of FCC waste catalyst and treated at 60 to 70 ° C for 2 hours. After treatment, the filtrate was washed with distilled water and dried in a 100 ° C. dryer for one day. The sodium cation was exchanged for protons by treatment with 0.5N hydrochloric acid to convert to an acidic catalyst. It was heated in a 550 ° C. kiln to activate the catalyst. Table 4 summarizes the results of the liquid phase decomposition of DAMP irradiated on the catalyst treated with sodium hydroxide solution.

표 4. 수산화나트륨으로 처리한 FCC 공정 폐촉매에서 DAMP의 액상 분해반응Table 4. Liquid Phase Decomposition of DAMP in FCC Process Waste Catalyst Treated with Sodium Hydroxide

수산화나트륨 농도(N)Sodium hydroxide concentration (N) -- 0.10.1 0.50.5 1.01.0 2.02.0 전환율(%)% Conversion 2929 2121 6868 3535 2020 액체수율(%)Liquid yield (%) 1919 1111 5151 2121 1212 기체수율(%)Gas yield (%) 1010 1010 1717 1414 88

반응온도 - 410℃Reaction temperature-410 ℃

반응물/촉매 - 10g/0.6gReactant / Catalyst-10g / 0.6g

반응시간 - 120분Response time-120 minutes

알칼리 처리한 FCC 공정 폐촉매에서도 HDPE와 PP는 상당히 잘 분해되므로, 잘 분해되지 않는 DAMP의 결과만 보였다. 처리하지 않은 폐촉매에 비해 0.5N 수산화나트륨 용액으로 처리한 폐촉매에서 전환율은 크게 높아졌다. 메조세공 생성과 산점농도 조절효과로 분해활성 증가로 설명할 수 있다. 산처리에서는 1.0N 염산으로 처리했을 때 전환율이 가장 높았으나, 알칼리 처리한 폐촉매 중에서는 0.5N로 더 낮은 농도로 처리하여야 촉매 활성이 높다. 염산으로 처리하면 알루미늄만 용출되는데 비해 알칼리로 처리하면 실리카와 알루미나가 모두 용출되므로 제올라이트 구조를 유지시켜 촉매 활성을 증가시키려면 묽은 알칼리로 처리하여야 효과적이다. 실제로 1.0N 수산화나트륨 용액으로 FCC 공정 폐촉매를 처리하면 제올라이트 회절피크가 모두 없어져서 폐촉매에 남아있는 제올라이트 결정성분이 모두 부서졌음을 보여준다. 이로 인해 2.0N 수산화나트륨 용액으로 처리한 FCC 공정 폐촉매에서 DAMP의 전환율은 20%로 처리하지 않은 폐촉매의 전환율 29%보다도 더 낮아진다. 알칼리 처리로 메조세공이 생성되지만 제올라이트 구조가 모두 부서져 액상 분해반응에서 촉매 활성이 낮아진다.Alkaline treated FCC waste catalysts also degrade HDPE and PP quite well, so only the results of DAMP are poor. The conversion rate was significantly higher in the waste catalyst treated with 0.5 N sodium hydroxide solution compared to the untreated waste catalyst. This can be explained by the increase in degradation activity due to mesoporous formation and the effect of acid concentration. In acid treatment, the conversion was the highest when treated with 1.0 N hydrochloric acid. However, among the alkali treated waste catalysts, treatment with a lower concentration of 0.5 N resulted in higher catalytic activity. When treated with hydrochloric acid, only aluminum is eluted, whereas when treated with alkali, both silica and alumina are eluted. Therefore, in order to maintain zeolite structure and increase catalyst activity, treatment with dilute alkali is effective. In fact, treating the FCC process waste catalyst with 1.0 N sodium hydroxide solution eliminated all of the zeolite diffraction peaks, indicating that all remaining zeolite crystals in the spent catalyst were broken. This results in a lower conversion of DAMP in the FCC process waste catalyst treated with 2.0N sodium hydroxide solution than 29% in the waste catalyst not treated with 20%. Alkaline treatment produces mesopores, but all of the zeolite structure is broken, resulting in lower catalytic activity in the liquid phase decomposition reaction.

실시예 4Example 4

FCC 공정 촉매는 경유 수준의 탄화수소 분해용 촉매이고 유동층에서 반응시키므로 기계적 강도와 전환율을 고려하여 제올라이트 함량을 보통 30% 이내로 낮게 조절한다. 따라서 FCC 공정 폐촉매는 폐기물이므로 처리비용만 고려하여도 되므로 가격면에서는 매우 유리하지만, 제올라이트 성분의 함량이 낮은데다 사용으로 일부 구조가 부서져서 추가처리로 활성을 증진시켜도 촉매 활성에 한계가 있다. 이로 인해 촉매를 많이 사용하면 탄소가 침적된 폐촉매가 많이 발생하면서도 단위 시간당 처리량은 그리 많아지지 않는다. 이러한 문제점은 추가처리로 활성을 극대화시킨 FCC 공정 폐촉매와 단위 질량당 활성이 높은 합성 제올라이트를 혼합해서 사용하면극복할 수 있다. HDPE, LDPE, PP등 고분자 물질과 달리 분해과정에서 유기산이 발생하는 EVA가 혼합된 폐농업용 비닐의 분해반응에서는 혼합촉매 사용으로 촉매 비용도 절감하면서도 분해반응 속도를 현저히 증진시킬 수 있다. 발생되는 유기산이 주로 FCC 공정 폐촉매에 침적되므로 활성이 우수한 합성 제올라이트의 촉매 기능을 보존할 수 있기 때문이다.FCC process catalysts are diesel catalysts for hydrocarbon cracking and react in a fluidized bed so that the zeolite content is usually controlled to within 30%, taking into account mechanical strength and conversion. Therefore, because the FCC process waste catalyst is a waste, only the treatment cost may be considered, but it is very advantageous in terms of cost, but there is a limit in catalytic activity even if the zeolite component is low and some structures are broken due to its use, thereby enhancing the activity by further treatment. For this reason, when a large amount of catalyst is used, many carbon-deposited spent catalysts are generated, but the throughput per unit time is not so high. This problem can be overcome by using a combination of the FCC process waste catalyst which maximizes the activity by the additional treatment and the synthetic zeolite having high activity per unit mass. Unlike high-molecular materials such as HDPE, LDPE, and PP, the decomposition reaction of waste agricultural vinyl mixed with EVA, which generates organic acids in the decomposition process, can significantly increase the decomposition reaction rate while reducing the catalyst cost by using a mixed catalyst. This is because the generated organic acid is mainly deposited in the FCC process waste catalyst, thereby preserving the catalytic function of the highly active synthetic zeolite.

표 5에는 적정 알칼리 용액으로 처리한 합성 MFI와 FAU 제올라이트에서 DAMP의 액상 분해반응 결과를 정리하였다. HDPE, LDPE, PP는 이 표에서 제시한 촉매의 1/2만 사용하여도 모두 분해되므로 분해가 어려운 DAMP의 반응결과만을 정리하였다.Table 5 summarizes the results of the liquid phase decomposition of DAMP in synthetic MFI and FAU zeolite treated with a suitable alkaline solution. Since HDPE, LDPE, and PP are all decomposed using only 1/2 of the catalysts shown in this table, only the results of DAMP are difficult to digest.

표 5. MFI와 FAU 제올라이트 및 이들을 알칼리 처리한 촉매에서 DAMP의 액상 분해반응Table 5. Liquid Phase Decomposition of DAMP on MFI and FAU Zeolites and Alkali Treated Catalysts

반응온도(℃)Reaction temperature (℃) 촉매량(g)Catalyst amount (g) 반응시간(분)Response time (minutes) 전환율(%)% Conversion 액체수율(%)Liquid yield (%) 기체수율(%)Gas yield (%) MFIMFI 380380 0.30.3 6060 2020 1010 1010 MFI- 0.5N 수산화나트륨 처리MFI- 0.5N Sodium Hydroxide Treatment 380380 0.30.3 4040 9898 5252 4646 FAUFAU 410410 0.20.2 200200 7474 6060 1414 FAU- 0.05N 수산화나트륨 처리FAU- 0.05N Sodium Hydroxide Treatment 410410 0.20.2 160160 9090 6666 2424

반응물 - 10gReactant-10 g

합성한 MFI 제올라이트 자체로는 그다지 활성이 높지 않아 380℃에서 전환율은 20%로 매우 낮다. 이에 비해 0.5N 수산화나트륨 용액으로 처리한 촉매에서는 전환율이 98%로 아주 높다. 특히 반응이 아주 빠르게 진행되어 40분 이내에 분해반응이 종결된다. FAU 제올라이트는 410℃로 반응온도를 높이면 0.2g만 사용하여도 전환율이 74%로 상당히 높다. 완전분해에 200분이나 걸려 느리긴 하지만 액체 생성물 수율이 60%로 상당히 높다. 이를 0.05N 수산화나트륨 용액으로 처리하면 전환율은 90%로 높아지고 분해반응에 소요되는 시간도 160분보다 짧아진다. 이들 합성 제올라이트는 FCC 공정 폐촉매에 비하면 촉매 활성이 매우 높다. 410℃에서 1.0N 염산 용액으로 처리한 FCC 공정 폐촉매 0.6g을 사용하여야 거의 다 분해되는 점과 비교하면 촉매 사용량이 0.2g 또는 0.3g으로 작다. 그러나 폐고분자 물질 분해로 생성되는 탄화수소 혼합물의 경제적 가치가 낮아 합성 제올라이트를 그대로 사용해서는 수익성이 낮아 현실성이 없다.The synthesized MFI zeolite itself is not very active and the conversion is very low at 20% at 380 ° C. By comparison, the catalyst treated with 0.5N sodium hydroxide solution has a very high conversion rate of 98%. In particular, the reaction proceeds so quickly that the decomposition reaction is terminated within 40 minutes. The FAU zeolite has a high conversion temperature of 410 ° C. and a high conversion rate of 74% using only 0.2 g. It takes about 200 minutes to complete, but the liquid product yield is quite high, 60%. When treated with 0.05 N sodium hydroxide solution, the conversion rate is increased to 90% and the time required for the decomposition reaction is shorter than 160 minutes. These synthetic zeolites have a very high catalytic activity compared to FCC process waste catalysts. 0.6g of FCC process waste catalyst treated with 1.0N hydrochloric acid solution at 410 ° C is almost completely decomposed, so the amount of catalyst used is 0.2g or 0.3g. However, due to the low economic value of hydrocarbon mixtures produced by the decomposition of waste polymers, the use of synthetic zeolites as such is not practical and therefore unprofitable.

실시예 5Example 5

폐농업용 비닐의 액상 분해반응에서는 유기산에 의해 촉매가 일정량이 활성을 상실하므로 촉매 사용량이 많아질 수밖에 없다. 따라서 활성이 낮으나 가격이 저렴한 촉매에 활성이 높으나 값이 비싼 촉매를 소량 가한 혼합촉매를 사용하거나 또는 1차로 산처리한 FCC 공정 폐촉매를 가하여 유기산을 모두 분해시킨 후 합성 제올라이트를 가하여 고분자 물질을 분해하는 방법으로 촉매 활용도를 극대화할 수 있다.In the liquid phase decomposition of waste agricultural vinyl, the amount of catalyst is inevitably increased because the catalyst loses a certain amount of activity by the organic acid. Therefore, using a mixed catalyst containing a small amount of a high activity but an expensive catalyst with a low activity but a low cost, or a FCC catalyst waste catalyst subjected to primary acid treatment, all organic acids are decomposed, and then a synthetic zeolite is added to decompose the polymer material. To maximize catalyst utilization.

표 6. 혼합 촉매에서 DAMP 분해반응Table 6. DAMP Decomposition in Mixed Catalysts

촉매catalyst 반응시간(분)Response time (minutes) 사용량(g)Usage (g) 전환율(%)% Conversion FCC 공정 폐촉매FCC Process Waste Catalyst 120120 0.40.4 1818 0.5N 옥살산 처리 FCC 공정 폐촉매0.5N Oxalic Acid Treated FCC Process Waste Catalyst 120120 0.40.4 2424 0.5N 옥살산 처리 FCC 공정 폐촉매 (A) + FAU 제올라이트 (B)0.5N oxalic acid treated FCC process waste catalyst (A) + FAU zeolite (B) 100100 (A) 0.4+(B) 0.1(A) 0.4+ (B) 0.1 9191 0.5N 옥살산 처리 FCC 공정 폐촉매 (A) + 1.0N 수산화나트륨 처리 MFI 제올라이트(B)0.5 N oxalic acid FCC process waste catalyst (A) + 1.0 N sodium hydroxide treated MFI zeolite (B) 100100 (A) 0.4 +(B)0.05(A) 0.4 + (B) 0.05 9393

반응온도 - 410℃Reaction temperature-410 ℃

반응물 - 10gReactant-10 g

표 6에 보인 FCC 공정 폐촉매를 단독으로 사용하면 전환율은 24%로 낮다. 그러나 FAU 제올라이트를 0.1g 가해주면 전환율은 3배나 높아진다. 표 5에서 FAU 제올라이트를 단독으로 사용하여 DAMP를 90% 분해시키는데 0.2g이 필요하지만 FCC 공정 폐촉매와 섞어서 사용하면 0.1g만으로도 충분히 분해시킬 수 있다. 특히 알칼리로 처리한 MFI 제올라이트를 0.05g만 첨가하면 전환율이 93%로 매우 높다. 즉, FCC 공정 폐촉매를 적절히 추가 처리하여 촉매 활성을 증진시킨 후, 이들을 활성이 높은 FAU나 MFI 제올라이트 촉매를 혼합하여 사용하면 촉매 사용량과 비용을 줄이면서도 단위 시간당 폐고분자 물질의 처리량을 크게 증대시킬 수 있다.When the FCC process waste catalyst shown in Table 6 is used alone, the conversion rate is as low as 24%. However, adding 0.1 grams of FAU zeolite will triple the conversion rate. In Table 5, 0.2g is required to decompose 90% of DAMP using FAU zeolite alone, but 0.1g can be sufficiently decomposed when used in combination with the FCC process waste catalyst. In particular, when only 0.05 g of MFI zeolite treated with alkali is added, the conversion is very high at 93%. In other words, by appropriately treating the FCC process waste catalyst to enhance the catalytic activity, and using a mixture of high-activity FAU or MFI zeolite catalyst to reduce the amount of catalyst used and cost, while significantly increasing the throughput of waste polymer material per unit time Can be.

혼합촉매를 사용하면 전환율 증대 외에도 액체 생성물의 조성을 조절하는 효과도 있다. 도 5에 표 6의 액상 분해공정에서 얻어진 액체 생성물의 탄화수소 성분별 수율을 보였다. FCC 공정 폐촉매 자체로는 수율이 매우 낮으나 이를 0.5N 옥살산으로 처리하고 또 합성 FAU나 MFI 제올라이트를 섞어 사용하면, 수율이 매우 높아진다. 이중에서도 FAU 제올라이트와 혼합하여 사용한 촉매에서는 탄소수가 10∼14인 탄화수소가 많이 생성된다. 비점이 높은 탄화수소가 많아지면 액체 연료로 사용할 때 편의성과 안정성이 크게 향상된다. 따라서 혼합촉매의 사용량과 비율을 적절히 조절하면 액체 연료의 품질도 크게 향상시킬 수 있다.Using a mixed catalyst has the effect of controlling the composition of the liquid product in addition to increasing conversion. Figure 5 shows the yield of each hydrocarbon component of the liquid product obtained in the liquid phase decomposition process of Table 6. The FCC process waste catalysts themselves have very low yields, but when treated with 0.5 N oxalic acid and mixed with synthetic FAU or MFI zeolites, the yields are very high. Of these, many hydrocarbons having 10 to 14 carbon atoms are generated in the catalyst used in combination with the FAU zeolite. The higher boiling hydrocarbons result in greater convenience and stability when used as a liquid fuel. Therefore, if the amount and proportion of the mixed catalyst is properly adjusted, the quality of the liquid fuel can be greatly improved.

상술한 바와 같이, 본 발명은 FCC 공정 폐촉매를 적절하게 산처리하여 활성은 높으면서도 탄소침적은 느려 폐고분자 물질을 저분자 탄화수소로 빠르게 분해시킴과 동시에 액체 생성물의 수율이 높은 촉매를 저렴하게 제조하는 방법을 제공한다. 이 촉매를 단독으로 또는 FAU나 알카리처리한 MFI 제올라이트 촉매와 혼합하여 사용하므로 폴리올레핀계 폐고분자 물질을 연료나 석유화학공업 원료로 사용할 수 있는 저분자 탄화수소 혼합물로 효율적으로 전환시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, an appropriate acid treatment of the waste catalyst of the FCC process provides high activity and low carbon deposition to rapidly decompose waste polymer materials into low molecular hydrocarbons and at the same time to inexpensively prepare catalysts having high yields of liquid products. Provide a method. Since the catalyst is used alone or in combination with FAU or alkaline MFI zeolite catalysts, it is possible to efficiently convert polyolefin waste polymer materials into low molecular hydrocarbon mixtures that can be used as fuel or petrochemical raw materials.

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Claims (3)

FCC 공정 폐촉매를 0.2∼2.0N 염산과 옥살산 또는 0.1∼1.0N 수산화나트륨과 수산화칼륨 용액으로 60∼80℃에서 2∼6시간동안 가열 환류처리하는 것을 특징으로 하는 폐고분자 물질의 액상 분해용 촉매의 제조방법.FCC process waste catalyst is a liquid catalyst for liquid phase decomposition of waste polymer materials, characterized by heating and refluxing at 0.2 to 2.0 N hydrochloric acid and oxalic acid or 0.1 to 1.0 N sodium hydroxide and potassium hydroxide for 2 to 6 hours at 60 to 80 ° C. Manufacturing method. 제 1항에 있어서, FCC 공정 폐촉매 또는 이를 산과 알칼리로 처리한 폐촉매 1 ㎏에 대하여 산이나 알칼리로 처리한 합성 FAU나 MFI 제올라이트 촉매를 100g 이하 혼합하여 폐고분자 물질의 액상 분해공정용 촉매를 제조하는 방법.The catalyst for liquid phase decomposition of waste polymer materials is prepared by mixing 100 g or less of a synthetic FAU or MFI zeolite catalyst treated with an acid or an alkali with respect to an FCC process waste catalyst or 1 kg of a waste catalyst treated with an acid and an alkali. How to manufacture. PE, PP, 폐농업용 비닐 1 ㎏당 청구항 1과 청구항 2에서 제조된 촉매를 10~100g 사용하여 350∼550℃ 범위에서 저분자 탄화수소 혼합물로 분해시킴을 특징으로 하는 액상 분해공정.PE, PP, liquid decomposition process characterized in that the decomposition of the low molecular hydrocarbon mixture in the range of 350 ~ 550 ℃ using 10 ~ 100g of the catalyst prepared in claim 1 per kilo of vinyl for agricultural waste.
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