KR20180132741A - A process for converting plastics into wax by decomposition and a process for converting the hydrocarbon mixture - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분해에 의해 플라스틱을 왁스로 전환하기 위한 공정에 관한 것이다. 공정은 반응기 내에 플라스틱을 도입하는 단계; 플라스틱의 적어도 일부분이 왁스로 전환되도록 하되, 왁스가 반응기 내에서 형성되는 열분해 가스의 일부인 단계; 및 상기 왁스를 함유하는 생성물 스트림을 반응기로부터 제거하는 단계를 포함한다. 또한 본 발명은 이러한 공정에 의해 수득 가능한 탄화수소 혼합물에 관한 것이다.The present invention relates to a process for converting plastics into wax by decomposition. The process comprises introducing plastic into the reactor; Allowing at least a portion of the plastic to convert to wax, wherein the wax is part of a pyrolysis gas formed in the reactor; And removing the wax-containing product stream from the reactor. The present invention also relates to a hydrocarbon mixture obtainable by such a process.
Description
본 출원은 2016년 3월 31일자로 출원된 미국 가출원 제62/315949호 및 2016년 12월 7일자로 출원된 유럽 출원 제16306635.0호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 출원의 전문은 모든 면에서 본원에서 참고로 포함된다.This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 62/315949, filed March 31, 2016, and European Application No. 16306635.0, filed on December 7, 2016, the entirety of which is incorporated by reference herein in its entirety .
기술분야Technical field
본 발명은 분해(cracking)에 의해 플라스틱을 왁스로 전환하기 위한 공정에 관한 것이다. 공정은 반응기 내에 플라스틱을 도입하는 단계; 플라스틱의 적어도 일부분이 왁스로 전환되도록 하되, 왁스가 반응기 내에서 형성되는 열분해 가스의 일부인 단계; 및 상기 왁스를 함유하는 생성물 스트림을 반응기로부터 제거하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a process for converting plastics into wax by cracking. The process comprises introducing plastic into the reactor; Allowing at least a portion of the plastic to convert to wax, wherein the wax is part of a pyrolysis gas formed in the reactor; And removing the wax-containing product stream from the reactor.
또한 본 발명은 이러한 공정에 의해 수득 가능한 탄화수소 혼합물에 관한 것이다.The present invention also relates to a hydrocarbon mixture obtainable by such a process.
유리, 금속, 종이 및 목재와 같은 통상적인 건축 자재에 대한 대용품으로서 중합체의 중요성의 증가, 석유와 같이 안전하고 재생 불가능한 자원에 대한 필요성의 인지 및 폐기물 처리에 이용 가능한 매장 용량의 감소를 고려하여 최근에는 폐플라스틱의 회수, 매립, 재활용 또는 어떤 면에서는 재사용에 관한 문제에 상당한 관심이 쏠리고 있다.Considering the increase in polymer importance as a substitute for conventional building materials such as glass, metal, paper and wood, the recognition of the need for safe and non-renewable resources such as petroleum, and the reduction in the available storage capacity for waste treatment, There is considerable interest in the issue of recycling, reclaiming, recycling, or in some ways reusing waste plastics.
고분자량 중합체를 훨씬 작은 분자량을 갖는 휘발성 화합물로 전환하기 위해 폐플라스틱을 열분해 또는 촉매 분해하는 것이 제안된 바 있다. 사용되는 공정에 따라 휘발성 화합물은 연료 오일 또는 연료 오일 보충제로서 유용한 상대적 고비등 액체 탄화수소일 수 있거나, 가솔린형 연료 또는 기타 화학물질로서 유용한 저비등 내지 중간 비등 탄소 원자일 수 있다. 더욱이, 휘발성 화합물은 왁스일 수 있거나, 적어도 왁스를 포함할 수 있다.Thermal decomposition or catalytic decomposition of waste plastics has been proposed to convert high molecular weight polymers into volatile compounds having much smaller molecular weights. Depending on the process used, volatile compounds may be relatively high boiling liquid hydrocarbons useful as fuel oils or fuel oil supplements, or may be low to moderate boiling carbon atoms useful as gasoline type fuels or other chemicals. Moreover, the volatile compound may be a wax, or may comprise at least a wax.
혼합 폐플라스틱의 촉매 분해는 당업자에게 널리 공지되어 있는 공정이다. 예를 들어, US 5,216,149에는 소정의 중합체의 분해를 가능케 하는 촉매 및 온도 조건을 확인함으로써 플라스틱의 복합 폐 스트림을 유용한 고가의 단량체 또는 기타 화학물질로 전환하기 위해 이 같은 스트림의 열분해를 제어하기 위한 방법이 개시되어 있다.Catalytic cracking of mixed waste plastics is a process well known to those skilled in the art. For example, US 5,216,149 discloses a process for controlling pyrolysis of such a stream to convert a composite waste stream of plastics into valuable useful monomers or other chemicals by identifying catalysts and temperature conditions that enable the degradation of a given polymer .
목적하는 분해 생성물의 수율 증가에 대한 공정 변수를 최적화하기 위한 연구가 수행되었다. 예를 들어, US 2015/0247096 A1에는 수소를 반응 챔버에 첨가하고, 폐플라스틱을 열적으로 탈중합하여 파라핀 및 올레핀 화합물을 포함한 왁스 생성물을 형성하기에 충분하게 폐플라스틱 및 수소를 가열함으로써 폐플라스틱을 왁스로 전환하기 위한 방법이 개시되어 있다. 분해는 실질적으로 모든 용융된 플라스틱 공급 원료의 열적 분해를 야기하기에 충분하도록 약 300℃ 내지 약 500℃의 온도에서 약 1분 내지 약 45분의 기간 동안 수행된다.A study was conducted to optimize the process parameters for the yield increase of the desired degradation product. For example, in US 2015/0247096 A1 hydrogen is added to a reaction chamber and the waste plastics are heated to a temperature sufficient to thermally de-polymerize the waste plastic to form a wax product comprising paraffin and olefin compounds, The method comprising: The decomposition is carried out at a temperature of from about 300 DEG C to about 500 DEG C for a period of from about 1 minute to about 45 minutes sufficient to cause thermal degradation of substantially all of the molten plastic feedstock.
US 6,150,577 및 US 6,143,940에는 대기압 이하 압력에서 열분해 구역 내의 폐플라스틱으로부터 중질 왁스 조성물을 제조하기 위한 방법이 개시되어 있으며, 이때 1-올레핀 및 n-파라핀을 포함한 열분해 구역 유출물이 형성된다. 열분해는 500 내지 700℃의 온도에서 수행된다.US 6,150,577 and US 6,143,940 disclose methods for preparing heavy wax compositions from waste plastics in pyrolysis zones at subatmospheric pressures, wherein a pyrolysis zone effluent comprising 1-olefin and n-paraffin is formed. Pyrolysis is carried out at a temperature of 500 to 700 ° C.
엠. 아라비오유루티아(M. Arabiourrutia) 등은 문헌{Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 94 (2012) 230~237}에서 폴리올레핀 플라스틱의 열분해에 의해 수득되는 왁스의 특성분석을 개시한다. 저자들은 서로 다른 폴리올레핀으로부터 수득되는 왁스 및 휘발성 물질의 수율에 미치는 분해 온도의 영향에 대해 조사하였다. 450℃에서 600℃로 분해 온도를 증가시키면, 예를 들어 LDPE(저밀도 폴리에틸렌)의 경우에 수득된 왁스가 80중량%에서 51중량%로 감소하는 것으로 밝혀졌다. 동시에 수득되는 휘발성 물질의 양은 20중량%에서 49중량%로 증가한다. 이러한 발견은, 온도를 증가시키는 것이 보다 짧은 사슬 생성물의 형성을 향한 분해 속도에 유리하다는 일반적인 이해를 뒷받침한다.M. M. Arabiourrutia et al. Disclose the characterization of waxes obtained by pyrolysis of polyolefin plastics in the Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 94 (2012) 230-237. The authors investigated the effect of decomposition temperature on the yield of waxes and volatiles obtained from different polyolefins. It has been found that increasing the decomposition temperature from 450 占 폚 to 600 占 폚 reduces the wax obtained, for example, in the case of LDPE (low density polyethylene) from 80% to 51% by weight. The amount of volatile material obtained at the same time increases from 20 wt% to 49 wt%. This finding supports the general understanding that increasing the temperature is beneficial to the rate of decomposition towards the formation of shorter chain products.
그러나, 특히 왁스와 같은 특정 생성물 및 이 같은 생성물의 조성물의 수율과 관련하여 플라스틱의 분해를 추가로 개선시키기 위한 필요성이 여전히 존재한다. 특정 응용에서, 예를 들어 플라스틱으로부터 높은 수율의 왁스를 수득하는 것이 바람직하다. 더욱이, 증가된 평균 탄소 사슬 길이를 갖는 왁스를 수득하는 것이 바람직할 수 있다.However, there is still a need to further improve the degradation of plastics, particularly with regard to the yield of certain products such as waxes and compositions of such products. In certain applications, it is desirable to obtain a high yield of wax from, for example, plastics. Moreover, it may be desirable to obtain a wax having an increased average carbon chain length.
현재 본 발명자들은 분해 온도가 증가하면 왁스의 수율이 감소한다는 상기 예상과는 달리 플라스틱의 분해 도중에 형성되고 휘발성 분해 생성물을 함유하는 열분해 가스가 370℃ 초과의 온도에서도 짧은 체류 시간을 갖는 경우에 높은 분해 온도에서도 왁스의 수율이 의외로 증가한다는 것을 발견하였다.The present inventors have found that, unlike the above-mentioned expectation that the yield of wax decreases when the decomposition temperature is increased, the pyrolysis gas formed during the decomposition of the plastic and containing the volatile decomposition product has a high residence time It was found that the yield of wax unexpectedly increased even at the temperature.
더욱이, 본 발명자들은 주로 왁스를 포함하는 탄화수소의 신규한 혼합물이 특정 공정 조건 하에서 수득된다는 것을 발견하였으며, 이때 탄화수소는 높은 탄소 원자수를 갖고, 주로 선형 탄화수소이며, n-파라핀과 알파-올레핀의 고유 비율을 갖는다.Moreover, the inventors have found that a novel mixture of hydrocarbons, predominantly comprising wax, is obtained under certain process conditions, wherein the hydrocarbons have a high number of carbon atoms, predominantly linear hydrocarbons, and the inherent properties of n-paraffins and alpha-olefins Ratio.
따라서 본 발명은 분해에 의해 플라스틱을 왁스로 전환하기 위한 공정에 관한 것으로, 공정은,Accordingly, the present invention relates to a process for converting a plastic into a wax by decomposition,
반응기 내에 플라스틱을 도입하는 단계;Introducing plastic into the reactor;
플라스틱의 적어도 일부분이 왁스로 전환되도록 하되, 왁스가 반응기 내에서 형성되는 열분해 가스의 일부인 단계; 및Allowing at least a portion of the plastic to convert to wax, wherein the wax is part of a pyrolysis gas formed in the reactor; And
상기 왁스를 함유하는 생성물 스트림을 반응기로부터 제거하는 단계를 포함하고,And removing the wax-containing product stream from the reactor,
열분해 가스는 370℃ 초과의 온도에서 60초 미만의 체류 시간을 갖는다.The pyrolysis gas has a residence time of less than 60 seconds at a temperature of more than 370 ° C.
또한 본 발명은 탄화수소 혼합물에 관한 것으로, 탄화수소는 d20이 20 이상이고 d50이 50 이하가 되도록 이들의 탄소 원자수의 누적 분포를 나타내고;The present invention also relates to a hydrocarbon mixture wherein the hydrocarbons exhibit a cumulative distribution of the number of carbon atoms such that d20 is greater than or equal to 20 and d50 is less than or equal to 50;
탄화수소의 50 몰% 이상은 선형 탄화수소이고;At least 50 mole% of the hydrocarbons are linear hydrocarbons;
탄화수소 중의 n-파라핀과 알파-올레핀의 몰비는 0.1 내지 10 범위인 것을 특징으로 한다.The molar ratio of n-paraffin to alpha-olefin in the hydrocarbon is in the range of 0.1 to 10.
더욱이, 본 발명은 상기 혼합물을 생성하기 위한 공정에 관한 것으로, 플라스틱을 왁스로 전환하기 위한 상술한 공정에서는 왁스를 함유하는 생성물 스트림을 반응기로부터 제거함으로써 상기 혼합물이 수득된다.Furthermore, the present invention relates to a process for producing the mixture, wherein the mixture is obtained by removing the wax-containing product stream from the reactor in the process described above for converting plastics to wax.
플라스틱의 촉매 분해에서, 화합물의 몇몇 분획이 수득된다. 통상, 5개 미만의 탄소 원자를 갖는 경량의 화합물을 함유하는 가스 분획이 존재한다. 가솔린 분획은, 예를 들어 150℃ 미만의 낮은 비등점을 갖는 화합물을 함유한다. 이러한 분획은 5개 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 화합물을 포함한다. 등유 및 디젤 분획은, 예를 들어 150℃ 내지 359℃의 보다 높은 비등점을 갖는다. 이러한 분획은 일반적으로 10 내지 21개의 탄소 원자를 갖는 화합물을 함유한다. 심지어 보다 높은 비등 분획은 일반적으로 중질 순환 오일(또는 HCO) 및 왁스로서 지정된다. 이들 모든 분획에서, 화합물은 임의적으로는 N, O 등과 같은 헤테로 원자를 포함하는 탄화수소이다. 따라서 본 발명의 의미에 있어서 "왁스"는 임의적으로는 헤테로 원자를 함유하는 탄화수소를 나타낸다. 대부분의 경우, 이들은 실온(23℃)에서 고체이고, 일반적으로 26℃ 초과의 연화점(softening point)을 갖는다. 하기 실험 섹션에서는 수득된 분획에 대한 정의가 제공된다.In the catalytic cracking of plastics, several fractions of the compound are obtained. There is usually a gas fraction containing a lightweight compound having less than 5 carbon atoms. The gasoline fraction contains a compound having a low boiling point, for example below 150 ° C. Such fractions include compounds having from 5 to 9 carbon atoms. The kerosene and diesel fractions have a higher boiling point, for example from 150 ° C to 359 ° C. Such fractions generally contain compounds having from 10 to 21 carbon atoms. Even higher boiling fractions are generally designated as heavy duty circulating oil (or HCO) and wax. In all these fractions, the compounds are hydrocarbons optionally containing heteroatoms such as N, O, and the like. Thus, in the sense of the present invention, "wax " refers to hydrocarbons optionally containing heteroatoms. In most cases, they are solid at room temperature (23 占 폚) and generally have a softening point of greater than 26 占 폚. The following experimental section provides definitions for the fractions obtained.
플라스틱은 주로 특정한 중합체로 구성되며, 플라스틱은 일반적으로 이러한 특정한 중합체에 의해 명명된다. 바람직하게는, 플라스틱은 특정한 중합체의 총 중량에 대해 25중량% 초과, 바람직하게는 40중량% 초과, 보다 바람직하게는 50중량% 초과를 차지한다. 플라스틱 중의 기타 성분은, 예를 들어 충전제, 강화제, 가공 보조제, 가소제, 안료, 광안정제, 윤활제, 충격 조절제, 정전기 방지제, 잉크, 항산화제 등과 같은 첨가제이다. 일반적으로, 플라스틱은 하나 초과의 첨가제를 포함한다.Plastics are mainly composed of specific polymers, and plastics are generally named by these specific polymers. Preferably, the plastic accounts for more than 25% by weight, preferably more than 40% by weight, more preferably more than 50% by weight, based on the total weight of the particular polymer. Other components in the plastics are additives such as fillers, reinforcing agents, processing aids, plasticizers, pigments, light stabilizers, lubricants, impact modifiers, antistatic agents, inks, antioxidants and the like. Generally, plastics contain more than one additive.
본 발명의 공정에서 사용되는 플라스틱은 폴리올레핀 및 폴리스티렌, 예를 들어 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체(EPDM), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리스티렌(PS)을 포함한다. 주로 폴리올레핀 및 폴리스티렌으로 구성되는 혼합 플라스틱이 바람직하다.Plastics used in the process of the present invention include polyolefins and polystyrenes such as high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), polypropylene (PP) and polystyrene do. A mixed plastic mainly composed of polyolefin and polystyrene is preferable.
폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄(PU), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 나일론 및 불화계 중합체와 같은 기타 플라스틱이 보다 덜 바람직하다. 이들이 플라스틱 내에 존재하는 경우에 바람직하게는 건조 중량 플라스틱의 총 중량에 대해 50중량% 미만, 바람직하게는 30중량% 미만, 보다 바람직하게는 20중량% 미만, 더욱 더 바람직하게는 10중량% 미만의 소량으로 존재한다.Other plastics such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyethylene terephthalate, polyurethane (PU), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), nylon and fluorinated polymers are less preferred. Preferably less than 30% by weight, more preferably less than 20% by weight, even more preferably less than 10% by weight, based on the total weight of dry weight plastic, when they are present in the plastic It is present in small amounts.
바람직하게는, 플라스틱은 하나 이상의 열가소성 중합체를 포함하고, 본질적으로는 열경화성 중합체는 없다. 이와 관련하여 '~이 본질적으로 없는'은 플라스틱 출발 물질에 대해 15 미만, 바람직하게는 10 미만, 더욱 더 바람직하게는 5중량% 미만의 열경화성 중합체의 함량을 나타내기 위한 것이다.Preferably, the plastics comprise at least one thermoplastic polymer, and essentially no thermosetting polymer. In this context, 'essentially free of' is intended to indicate a content of thermosetting polymer of less than 15, preferably less than 10, even more preferably less than 5% by weight, for the plastic starting material.
통상, 폐플라스틱은 기타 원치 않는 성분, 즉 종이, 유리, 돌, 금속 등과 같은 이물질을 함유한다.Typically, waste plastic contains other unwanted components, such as paper, glass, stone, metal, and the like.
본 발명의 공정에서 사용되는 플라스틱은 단일 폐플라스틱, 단일 버진 플라스틱 온스펙 또는 오프스펙(single virgin plastic on spec or off spec), 혼합 폐플라스틱, 고무 폐기물, 유기 폐기물, 바이오매스(biomass) 또는 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 단일 플라스틱 폐기물, 단일 버진 플라스틱 오프스펙, 혼합 폐플라스틱, 고무 폐기물 또는 이들의 혼합물이 바람직하다. 단일 버진 플라스틱 오프스펙, 혼합 폐플라스틱 또는 이들의 혼합물이 특히 바람직하다. 혼합 플라스틱 폐기물은 통상 양호한 결과를 제공한다.The plastic used in the process of the present invention may be a single waste plastic, a single virgin plastic on spec or off spec, mixed waste plastic, rubber waste, organic waste, biomass, ≪ / RTI > Single plastic waste, single virgin plastic offspec, mixed waste plastic, rubber waste, or mixtures thereof is preferred. Single virgin plastic offspec, mixed waste plastics or mixtures thereof are particularly preferred. Mixed plastics waste usually provides good results.
유입 원료의 오염물질로서 물, 유리, 돌, 금속 등과 같이 한정된 양의 비열분해성 성분이 용인된다. "낮은 함량"은 바람직하게는 건조 플라스틱의 총 중량에 대해 50중량% 미만, 바람직하게는 20중량% 미만, 보다 바람직하게는 10중량% 미만의 소량을 의미한다. 바람직하게는, 임의의 덜 바람직한 플라스틱의 개별 함량은 건조 플라스틱의 총 중량에 대해 5중량% 미만, 보다 바람직하게는 2중량% 미만이다.As a contaminant of the incoming raw material, a limited amount of non-pyrolyzable components such as water, glass, stone, metal, etc. is tolerated. "Low content" preferably means a minor amount of less than 50 wt%, preferably less than 20 wt%, more preferably less than 10 wt%, based on the total weight of the dry plastic. Preferably, the individual content of any less preferred plastics is less than 5% by weight, more preferably less than 2% by weight, based on the total weight of the dry plastic.
열분해에 앞서, 원료는 크기 감소, 연마, 파쇄(shredding), 선별(screening), 치핑(chipping), 금속 제거, 이물질 제거, 분진 제거, 건조, 탈기(degasing), 용융, 고형화 및 응집과 같은 하나 이상의 작업을 포함한 물리 화학적 공정에 의해 전처리될 수 있다.Prior to pyrolysis, the raw materials may be subjected to any one of the following methods: size reduction, grinding, shredding, screening, chipping, metal removal, debris removal, dust removal, drying, degasing, melting, solidification, Can be pretreated by a physicochemical process including the above work.
전처리는 350℃ 이하, 바람직하게는 330℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 전처리 도중에 발생하는 가스 분해 생성물은 제거되는 것이 유리하다. 가스 분해 생성물의 예로는 염산, 브롬화수소산, 하이드로플루오로수산(hydrofluorhydric acid), CO, CO2, 4개 이하의 탄소 원자를 갖는 소형의 탄소 함유 분자, 예를 들어 메탄, 에탄, 부탄, 에틸렌, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부텐, 메탄올, 포름산, 포름알데히드, 아세트산, 아세트알데히드, 에탄올, 아세톤 등이 있다.The pretreatment can be carried out at a temperature of 350 DEG C or less, preferably 330 DEG C or less. It is advantageous to remove gas decomposition products that occur during the pretreatment. Examples of the gas decomposition products include hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydrofluorhydric acid, CO, CO 2 , small carbon-containing molecules having 4 or fewer carbon atoms such as methane, ethane, butane, ethylene, Acetylene, propane, propylene, butene, methanol, formic acid, formaldehyde, acetic acid, acetaldehyde, ethanol and acetone.
이들 분해 생성물 중 일부는 플라스틱에 존재하는 기타 물질과 반응하여 원치 않는 반응 생성물을 생성할 수 있다. 이 같은 물질의 예로는 충전제, 예를 들어 PCC(침강성 탄산칼슘) 또는 초크(chalk)과 같은 알칼리성 충전제, 석회, 소다 석회, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 알루미나, 산화티타늄, 산화마그네슘, 산화칼슘 등이 있다.Some of these decomposition products may react with other materials present in the plastics to produce undesired reaction products. Examples of such materials include fillers such as alkaline fillers such as PCC (precipitated calcium carbonate) or chalk, lime, soda lime, sodium carbonate, sodium bicarbonate, alumina, titanium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, .
전처리의 유출부에는 원료가 고체이거나 용융될 수 있으며, 바람직하게는 용융될 수 있다. 임의적으로, 산 포착 성분(acid capturing component)이 전처리용으로 첨가될 수 있다. 산 포착 성분의 예로는 충전제, 예를 들어 PCC(침강성 탄산칼슘)와 같은 알칼리성 충전제, 알루미나, 산화티타늄, 산화마그네슘, 산화칼슘 등이 있다.In the outlet of the pretreatment, the raw material can be solid or melted, and preferably melted. Optionally, an acid capturing component may be added for pretreatment. Examples of acid trapping components include fillers, for example, alkaline fillers such as PCC (precipitated calcium carbonate), alumina, titanium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, and the like.
놀랍게도, 본 발명자들은 열분해 반응기 및 운전 조건에 있어서 370℃ 초과의 고온에서 열분해 가스의 60초 미만의 짧은 체류 시간이 보장되는 경우에 높은 탈중합 온도에서도 플라스틱의 분해로부터 왁스를 높은 수율로 수득할 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 발견은, 높은 분해 온도로 인해 보다 짧은 사슬 생성물의 형성에 대한 분해 속도에 유리하기 때문에 특히 놀라운 일이다. 다시 말해, 보다 낮은 함량의 왁스 혼합물은 보다 높은 온도에서 나타날 것이다.Surprisingly, the inventors have found that wax can be obtained in high yield from the decomposition of plastics even at high de-polymerisation temperatures, when a short residence time of less than 60 seconds of pyrolysis gas is ensured in the pyrolysis reactor and at high temperatures above 370 & ≪ / RTI > This finding is particularly surprising since it is advantageous in the rate of decomposition for the formation of shorter chain products due to the higher decomposition temperature. In other words, a lower content of wax mixture will appear at higher temperatures.
게다가, 본 발명자들은 고온에서 열분해 가스의 짧은 체류 시간으로 보다 많은 왁스 혼합물이 생성될 뿐만 아니라, 왁스의 평균 탄소 사슬 길이가 증가한다는 것을 발견하였다. 이는 상당히 고온에서 분해 공정을 수행하는 것을 가능케 하며, 이는 원료의 높은 전환 및 예를 들어 50 g/㎏ 미만의 플라스틱 원료의 낮은 잔류물을 보장하면서도, 심지어는 증가된 평균 탄소 사슬 길이를 갖는 왁스의 생산량의 증가를 가능케 한다.In addition, the present inventors have found that not only a wax mixture is produced in a short residence time of pyrolysis gas at high temperature but also an average carbon chain length of the wax is increased. This makes it possible to carry out the cracking process at considerably high temperatures, which ensures a high conversion of the raw materials and even a low residue of the plastic raw material, for example less than 50 g / kg, Thereby enabling an increase in production.
분해 반응기에서, 플라스틱은 일반적으로 분해 온도에서 용융 상태로 존재한다. 분해 반응에 의해 플라스틱의 탈중합이 야기되며, 그 결과 보다 작은 분자량의 생성물이 수득된다. 분해 반응기 내의 온도에서 이러한 보다 작은 분자량의 생성물은 증발하여, 반응기 내에서 열분해 가스를 형성한다. 이러한 가스는 경량의 탄화수소, 디젤, 등유 및 왁스와 같은 휘발성 열분해 분획을 포함한다. 본 발명은, 열분해 가스가 고온의 분해 반응 구역으로부터 신속하게 제거되어야 한다는 발견에 기반을 두고 있으며, 열분해 가스가 370℃ 초과의 온도에서 60초 미만, 바람직하게는 50초 미만, 보다 바람직하게는 40초 미만, 더욱 더 바람직하게는 30초 미만, 더 더욱 바람직하게는 25초 미만, 가장 바람직하게는 20초 미만, 예를 들어 15초 미만 또는 심지어 10초 미만의 체류 시간을 갖는 경우에 왁스는 높은 수율로 수득되는 것으로 밝혀졌다.In the cracking reactor, plastics generally remain in a molten state at the decomposition temperature. The decomposition reaction causes depolymerization of the plastic, resulting in products of smaller molecular weight. This lower molecular weight product at the temperature in the cracking reactor evaporates to form pyrolysis gas in the reactor. These gases include volatile thermal decomposition fractions such as light hydrocarbons, diesel, kerosene and wax. The present invention is based on the discovery that the pyrolysis gas must be quickly removed from the hot decomposition reaction zone and the pyrolysis gas is heated at a temperature of greater than 370 DEG C for less than 60 seconds, preferably less than 50 seconds, more preferably less than 40 Wax has a high residence time of less than 30 seconds, even more preferably less than 25 seconds, most preferably less than 20 seconds, such as less than 15 seconds or even less than 10 seconds, Yield. ≪ / RTI >
반면, 온도가 충분히 높은 한 열분해 가스에서 여전히 분해 반응이 일어난다. 따라서 370℃ 초과의 온도에서 열분해 가스의 체류 시간이 매우 짧은 경우, 또한 수득된 생성물은, 예를 들어 탄소 사슬 길이, 분지형 탄화수소의 함량, 방향족 물질의 함량 등에 대해 바람직하지 못한 특징을 가질 수 있다. 따라서, 특정 실시형태에서 370℃ 초과의 온도에서 열분해 가스의 체류 시간이 2초 초과, 바람직하게는 5초 초과, 더욱 더 바람직하게는 10초 초과, 예를 들어 15초 초과 또는 심지어 20초 초과인 경우가 바람직할 수 있다.On the other hand, the decomposition reaction still occurs in pyrolysis gas as long as the temperature is high enough. Therefore, when the residence time of pyrolysis gas is very short at a temperature exceeding 370 DEG C, the obtained product may also have undesirable characteristics, for example, on the carbon chain length, the content of the branched hydrocarbon, the content of the aromatic material and the like . Thus, in certain embodiments, at a temperature greater than 370 DEG C, the residence time of the pyrolysis gas is greater than 2 seconds, preferably greater than 5 seconds, even more preferably greater than 10 seconds, such as greater than 15 seconds, or even greater than 20 seconds May be preferred.
열분해 가스의 신속한 제거로 인해 플라스틱의 분해를 위한 높은 열분해 온도가 허용된다. 이는, 플라스틱의 전환이 높을 수 있고, 원치 않는 잔류물이 적다는 추가적인 이점을 갖는다. 예를 들어, 플라스틱의 적어도 일부분이 왁스로 전환되는 온도는 적어도 370℃, 바람직하게는 적어도 400℃, 보다 바람직하게는 적어도 425℃, 더욱 더 바람직하게는 적어도 440℃이다. 플라스틱이 전환되는 온도는 필요한 만큼 높을 수 있으며, 예를 들어 최고 850℃, 바람직하게는 최고 700℃, 보다 바람직하게는 최고 600℃, 더욱 더 바람직하게는 최고 500℃, 예를 들어 최고 480℃ 또는 최고 470℃일 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 플라스틱이 전환되는 온도는 400 내지 650℃, 바람직하게는 425 내지 550℃, 바람직하게는 440 내지 520℃, 더욱더 바람직하게는 440 내지 470℃ 범위이다. 가장 바람직하게는, 플라스틱이 전환되는 온도는 400 내지 500℃ 미만의 범위이다.Due to the rapid removal of pyrolysis gas, a high pyrolysis temperature for the decomposition of plastics is permitted. This has the additional advantage that the conversion of plastics can be high and less unwanted residues. For example, the temperature at which at least a portion of the plastic is converted to wax is at least 370 占 폚, preferably at least 400 占 폚, more preferably at least 425 占 폚, even more preferably at least 440 占 폚. The temperature at which the plastic is switched may be as high as necessary, for example up to 850 캜, preferably up to 700 캜, more preferably up to 600 캜, even more preferably up to 500 캜, It can be up to 470 ° C. In a preferred embodiment, the temperature at which the plastic is switched is in the range of 400 to 650 占 폚, preferably 425 to 550 占 폚, preferably 440 to 520 占 폚, and even more preferably 440 to 470 占 폚. Most preferably, the temperature at which the plastic is switched is in the range of less than 400 to 500 占 폚.
370℃ 초과의 온도에서 열분해 가스에 대해 소요되는 낮은 체류 시간은 진공 하에 반응기를 운전함으로써 반응기에서의 열분해 가스의 체류 시간을 감소시키는 것과 같은 임의의 적합한 수단에 의해, 반응기 자체 내에서의 열분해 가스의 희석에 의해, 예를 들어 가스상의 부피를 제한하거나 액체 및 (만약 존재한다면) 고체에 의해 충전되는 반응기 부피의 비율을 증가시켜 반응기를 설계함으로써, 또는 이들 방법의 조합에 의해 구현될 수 있다. 일반적으로, 목적하는 낮은 체류 시간을 구현하기 위해 이들 방법 중 몇몇을 조합하는 것이 바람직하다.The low residence time required for the pyrolysis gas at temperatures above 370 DEG C is achieved by any suitable means, such as by reducing the residence time of the pyrolysis gas in the reactor by operating the reactor under vacuum, By dilution, for example, by limiting the volume of the gas phase or by designing the reactor by increasing the ratio of liquid and (if present) the volume of the reactor charged by the solid, or a combination of these methods. In general, it is desirable to combine some of these methods to achieve the desired low residence time.
하나의 실시형태에서, 반응기는 1200 mbar 이하, 바람직하게는 1000 mbar 이하, 보다 바람직하게는 950 mbar 이하, 더욱 더 바람직하게는 900 mbar 이하의 압력에서 운전된다. 반응기 내의 압력은 0.5 mbar, 바람직하게는 1 mbar, 바람직하게는 10 mbar, 바람직하게는 40 mbar, 바람직하게는 50 mbar, 보다 바람직하게는 60 mbar, 더욱 더 바람직하게는 80 mbar 만큼 낮을 수 있다. 예를 들어, 반응기는 0.5 내지 1200 mbar, 바람직하게는 10 내지 1100 mbar, 바람직하게는 50 내지 1000 mbar, 보다 바람직하게는 60 내지 950 mbar, 더욱 더 바람직하게는 80 내지 900 mbar 범위의 압력에서 운전될 수 있다.In one embodiment, the reactor is operated at pressures below 1200 mbar, preferably below 1000 mbar, more preferably below 950 mbar, even more preferably below 900 mbar. The pressure in the reactor may be as low as 0.5 mbar, preferably 1 mbar, preferably 10 mbar, preferably 40 mbar, preferably 50 mbar, more preferably 60 mbar, even more preferably 80 mbar. For example, the reactor may be operated at pressures ranging from 0.5 to 1200 mbar, preferably from 10 to 1100 mbar, preferably from 50 to 1000 mbar, more preferably from 60 to 950 mbar, even more preferably from 80 to 900 mbar .
대안적 또는 부가적인 실시형태에서, 열분해 가스는 희석제로 희석될 수 있다. 이 같은 희석제는 특별히 제한되지 않지만, 열분해 반응 또는 목적하는 반응 생성물에 악영향을 미치지 않아야 한다. 특히, 희석제는 후술한 바와 같이 낮은 산소(O2) 함량을 가져야 한다. 적합한 희석제의 예로는 질소, 수소, 증기, 이산화탄소, 연소 가스, 탄화수소 가스 및 이들의 혼합물이 있다. 탄화수소 가스는 바람직하게는 5개 미만의 탄소 원자를 갖는 하나 이상의 탄화수소를 포함한다. 질소, 이산화탄소, 연소 가스 및 5개 미만의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 가스가 바람직하다. 연소 가스 및 5개 미만의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 가스가 특히 바람직하다.In an alternative or additional embodiment, the pyrolysis gas may be diluted with a diluent. Such diluents are not particularly limited, but should not adversely affect the pyrolysis reaction or the desired reaction product. In particular, the diluent should have a low oxygen (O 2 ) content, as described below. Examples of suitable diluents include nitrogen, hydrogen, steam, carbon dioxide, combustion gases, hydrocarbon gases, and mixtures thereof. The hydrocarbon gas preferably comprises one or more hydrocarbons having less than 5 carbon atoms. Nitrogen, carbon dioxide, combustion gases and hydrocarbon gases having fewer than 5 carbon atoms are preferred. Particularly preferred is a combustion gas and a hydrocarbon gas having less than 5 carbon atoms.
희석제는 바람직하게는 낮은 산소(O2) 함량, 예를 들어 4부피% 미만, 바람직하게는 2부피% 미만, 보다 바람직하게는 1부피% 미만의 산소(O2) 함량을 가지며, 이들 각각은 건성 가스의 부피에 기초한다. 건성 가스에 기초하여 0.1부피% 미만의 산소를 갖는 연소 가스는 특히 양호한 결과를 제공한다.The diluent is preferably a low oxygen (O 2) content, for example less than 4% by volume, preferably 2% by volume or less, more preferably one having an oxygen (O 2) content of less than% by volume, each of which Based on the volume of dry gas. Combustion gases with less than 0.1% by volume of oxygen based on dry gas provide particularly good results.
희석 수준은 특별히 제한되지 않으며, 요건에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 열분해 가스 내의 희석제와 열분해 생성물의 몰비는 0.5 초과, 바람직하게는 0.7 초과, 보다 바람직하게는 0.8 초과, 더욱 더 바람직하게는 1 초과일 수 있다. 열분해 가스 내의 희석제와 열분해 생성물의 몰비가 50 초과인 경우는 덜 바람직하다. 유리하게, 이러한 비율은 최고 40, 보다 바람직하게는 최고 20이다. 열분해 가스 내의 희석제와 열분해 생성물의 바람직한 몰비는 0.5 내지 50, 바람직하게는 0.7 내지 40, 보다 바람직하게는 0.8 내지 20의 범위, 예를 들어 1 내지 10 또는 심지어 1 내지 7의 범위이다.The dilution level is not particularly limited and may be selected according to the requirements. For example, the molar ratio of the diluent and pyrolysis product in the pyrolysis gas may be greater than 0.5, preferably greater than 0.7, more preferably greater than 0.8, and even more preferably greater than 1. It is less preferable that the molar ratio of the diluting agent and the pyrolysis product in the pyrolysis gas exceeds 50. Advantageously, this ratio is up to 40, more preferably up to 20. The preferred molar ratio of the diluent and pyrolysis product in the pyrolysis gas ranges from 0.5 to 50, preferably from 0.7 to 40, more preferably from 0.8 to 20, for example from 1 to 10 or even from 1 to 7. [
희석제는 임의의 위치에서 반응기 내로 도입될 수 있다. 예를 들어, 희석제를 위한 유입부는, 희석제가 근본적으로 반응 조건 하에 열분해 가스하고만 접촉하고, 플라스틱 용융물과 접촉하지 않도록 반응기의 상부에 위치할 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 희석제 유입부는, 예를 들어 희석제가 반응 조건 하에 플라스틱 용융물과 접촉하도록 반응기의 하부에 위치할 수 있다. 2개 이상의 상이한 유입부의 조합이 사용될 수 있다. 바람직하게는 적어도 하나의 희석제 유입부는 반응기의 하부에 위치한다. 이러한 경우, 열분해 가스는 고온의 플라스틱 용융물로부터 효과적으로 제거되며, 그 결과 370℃ 초과의 온도에서 열분해 가스의 체류 시간을 효과적으로 감소시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 가장 바람직하게는, 반응기의 상부에 위치한 희석제 유입부와 반응기의 하부에 위치한 희석제 유입부의 조합이 이용된다.The diluent may be introduced into the reactor at any location. For example, the inlet for the diluent may be located at the top of the reactor such that the diluent basically only contacts the pyrolysis gas under reaction conditions and does not contact the plastic melt. In an alternative embodiment, the diluent inlet may be located at the bottom of the reactor, for example, so that the diluent contacts the plastic melt under reaction conditions. Combinations of two or more different inflows may be used. Preferably, at least one diluent inlet is located at the bottom of the reactor. In this case, it has been found that the pyrolysis gas is effectively removed from the hot melt of the plastic, and as a result, the residence time of the pyrolysis gas can be effectively reduced at temperatures above 370 ° C. Most preferably, a combination of a diluent inlet located at the top of the reactor and a diluent inlet located at the bottom of the reactor is used.
특히 바람직한 실시형태에서, 반응기는 감압 하에 운전되며, 희석제가 사용된다. 이러한 경우, 열분해 가스 내의 희석제와 열분해 생성물의 몰비(D) 및 반응기가 운전되는 절대 압력(P)은 D/P가 2 내지 50 mol/mol/bar의 범위, 구체적으로는 3 내지 30 mol/mol/bar의 범위, 보다 구체적으로는 5 내지 20 mol/mol/bar의 범위 내에 있도록 조절될 수 있다.In a particularly preferred embodiment, the reactor is operated under reduced pressure, and a diluent is used. In this case, the molar ratio (D) of the diluent and the pyrolysis product in the pyrolysis gas and the absolute pressure (P) at which the reactor is operated are in the range of 2 to 50 mol / mol / bar, / bar, more specifically in the range of 5 to 20 mol / mol / bar.
본 발명의 공정의 하나의 실시형태에서, 플라스틱의 적어도 일부분을 왁스로 전환하는 것은 열매체(heat carrier)의 존재 하에 수행된다. 적합한 열매체의 예로는 샌드(예를 들어, 실리카), 돌, 자갈, 금속, 금속 산화물, 유리, 세라믹 등이 있다. 플라스틱의 분해가 일어나는 온도보다 높은 융점을 갖는 임의의 금속이 사용될 수 있다. 적합한 금속으로는, 예를 들어 단조강 및 내화성 강철과 같은 철 및 강철이 있다. 샌드, 강철 또는 철과 같은 금속, 자갈 및 유리가 바람직하다. 샌드 및 강철이 특히 바람직하다.In one embodiment of the process of the present invention, converting at least a portion of the plastic to a wax is performed in the presence of a heat carrier. Examples of suitable heating media include sand (e.g., silica), stone, gravel, metal, metal oxide, glass, ceramic, and the like. Any metal having a melting point higher than the temperature at which decomposition of the plastic occurs can be used. Suitable metals include, for example, forgings and steels such as refractory steels. Metals such as sand, steel or iron, gravel and glass are preferred. Sand and steel are particularly preferred.
매체는 플라스틱의 분해를 위한 촉매일 수 있다. 그러나, 바람직한 실시형태에서, 열매체는 탄화수소의 가스상 분해를 위한 촉매는 아니다.The medium may be a catalyst for the decomposition of plastics. However, in a preferred embodiment, the heating medium is not a catalyst for the gas phase decomposition of hydrocarbons.
바람직하게는, 열매체는 플라스틱에 사용되는 충전제의 입자 크기보다 큰 입자 크기를 갖는다.Preferably, the heating medium has a particle size larger than the particle size of the filler used in the plastic.
하나의 실시형태에서, 열매체는 입자, 바람직하게는 자유 유동성 입자, 예를 들어 과립형 둥근 입자, 근사-구형 입자, 풀볼(full ball), 중공 볼(hollow ball) 등을 포함한다. 바람직하게는, 열매체 입자는 표준 US 메시 632, 바람직하게는 표준 US 메시 400보다 큰 입자 크기를 갖는다. 또한, 바람직하게는 열매체 입자는 약 5 ㎝ 이하, 바람직하게는 약 2.5 ㎝ 이하의 입자 크기를 갖는다.In one embodiment, the heating medium comprises particles, preferably free-flowing particles, such as granular round particles, approximate-spherical particles, full balls, hollow balls, and the like. Preferably, the heating medium particles have a particle size greater than a standard US mesh 632, preferably a standard US mesh 400. Also preferably, the heat carrier particles have a particle size of about 5 cm or less, preferably about 2.5 cm or less.
열매체가 샌드인 경우, 열매체 입자는 유리하게는 ISO 14688-1:2002에 따른 미세하거나 중간 크기의 샌드이다. 바람직하게는, 열매체 입자는 미세한 샌드이다.If the heating medium is a sand, the heating medium particles are advantageously fine or medium size sand according to ISO 14688-1: 2002. Preferably, the heating medium particles are fine sand.
열매체가 철 또는 강철과 같이 금속인 경우, 이들은 바람직하게는 풀볼의 형태이다. 입자 크기는 1 내지 50 ㎜, 바람직하게는 10 내지 30 ㎜일 수 있다. 열매체가 유리인 경우, 입자는 유리하게는 0.5 내지 20 ㎜, 바람직하게는 0.6 내지 6 ㎜의 크기를 갖는 유리 비드(glass bead) 또는 유리볼이다.When the heating medium is a metal such as iron or steel, they are preferably in the form of a full-ball. The particle size may be from 1 to 50 mm, preferably from 10 to 30 mm. When the heating medium is glass, the particles are advantageously glass beads or glass balls having a size of 0.5 to 20 mm, preferably 0.6 to 6 mm.
열매체가 자갈인 경우, 이는 바람직하게는 ISO 14688-1:2002에 따른 미세하거나 중간 크기의 자갈, 바람직하게는 미세한 자갈이다.When the heating medium is gravel, it is preferably fine or medium sized gravel, preferably fine gravel, according to ISO 14688-1: 2002.
반응기에서의 열분해 가스의 체류 시간은 반응기에 존재하는 가스 유량으로 나눈 반응기의 가스 체류량(gas hold-up; 즉 가스 물질로 채워진 반응기의 부피(㎥로 표시됨))으로서 표시되며, 이는 ㎥/분으로 표시된다. 열적 가스 팽창을 설명하기 위해, 가스는 열분해 반응기의 온도와 동일한 것으로 간주된다. 반응기에 존재하는 가스가 사용되는 경우, 희석제를 포함한다.The residence time of the pyrolysis gas in the reactor is expressed as the gas hold-up of the reactor divided by the gas flow rate present in the reactor, that is, the volume of the reactor filled with the gaseous material (expressed in m 3) Is displayed. To account for the thermal gas expansion, the gas is considered to be equal to the temperature of the pyrolysis reactor. When a gas present in the reactor is used, it includes a diluent.
반응기에서의 응축 물질의 체류 시간은 ㎥/분으로 표시되는, 유출 응축 물질의 유량으로 나눈 반응기의 응축 물질 체류량(즉, 응축 물질로 채워진 반응기의 부피(㎥로 표시됨))으로서 표시된다. 응축 물질의 온도 팽창은 무시된다. 이러한 체류 시간은 특별히 제한되지 않지만, 통상 1 내지 600분의 범위, 바람직하게는 2 내지 400분의 범위, 보다 바람직하게는 3 내지 250분의 범위이다. "응축 물질"은 액체 또는 고체 형태의 미전환 원료, 반응으로부터 수득된 액체 및 고체 생성물(예를 들어, 코크스, 회분 등), 및 사용되는 경우 열매체의 총량을 의미하는 것으로 이해된다.The residence time of the condensate in the reactor is expressed as the condensate retention (i.e., the volume of the reactor filled with condensate (expressed in m3)) divided by the flow rate of the outflow condensate, expressed in m3 / min. The temperature expansion of the condensate is ignored. Such a residence time is not particularly limited, but is usually in the range of 1 to 600 minutes, preferably in the range of 2 to 400 minutes, and more preferably in the range of 3 to 250 minutes. "Condensate" is understood to mean the total amount of unconverted feedstock in liquid or solid form, the liquid and solid product obtained from the reaction (e.g., coke, ash, etc.) and, if used, the heat medium.
본 발명의 공정은 배치식 또는 연속적으로 수행될 수 있다. 공정을 연속적으로 수행하는 것이 바람직하다.The process of the present invention may be performed batchwise or continuously. It is preferable to carry out the process continuously.
당업자라면 본 발명에 따라 공정을 수행하기에 적합한 장치 및 장비를 알고 있으며, 본원에 추가적이고 광범위한 세부사항을 제공할 필요가 없도록 자신의 전문적인 경험에 기초하여 적합한 시스템을 선택할 것이다.Those skilled in the art are aware of suitable apparatus and equipment for carrying out the process according to the present invention and will select a suitable system based on their professional experience so as not to provide additional and broad details herein.
적합한 반응기 유형의 예로는 유동층, 분류층(entrained bed), 분출층(spouted bed), 강수관(downcomer), 고정층, 회전 드럼, 회전콘(rotating cone), 스크류콘(screw cone), 스크류 오거(screw auger), 압출기, 분자 증류, 박막 증발기, 혼련기(kneader), 사이클론(cyclone) 등이 있다. 유동층, 분류층, 분출층, 스크류 오거 및 회전 드럼이 바람직하다. 스크류 오거 및 회전 드럼이 특히 바람직하다. 회전 드럼은 양호한 결과를 제공한다.Examples of suitable reactor types include, but are not limited to, a fluidized bed, an entrained bed, a spouted bed, a downcomer, a fixed bed, a rotating drum, a rotating cone, a screw cone, screw auger, extruder, molecular distillation, thin film evaporator, kneader, cyclone and the like. The fluidized bed, fractionation bed, jetted bed, screw auger and rotary drum are preferred. Screw augers and rotary drums are particularly preferred. The rotary drum provides good results.
열분해 반응기에 존재하는 가스는 임의의 탈진 장치(de-dusting device)에서 분진으로부터 세정될 수 있다. 탈진 장치의 예로는 사이클론, 멀티사이클론, 나선형 분리기, 그리드 분리기, 스월 튜브(swirl tube), 정전기 필터, 침강 챔버, 스크롤 수집기(scroll collector), 셔터 수집기, 습식 세척기(wet washer) 등이 있다. 사이클론, 멀티사이클론, 나선형 분리기 및 스월 튜브가 바람직하다. 멀티사이클론이 특히 바람직하다.The gas present in the pyrolysis reactor can be cleaned from dust in any de-dusting device. Examples of draining apparatuses include cyclones, multicycons, spiral separators, grid separators, swirl tubes, electrostatic filters, settling chambers, scroll collectors, shutter collectors, wet washer, and the like. Cyclones, multicycons, helical separators and swirl tubes are preferred. Multicylons are particularly preferred.
불응축성 가스의 분리는 당업자가 알고 있는 임의의 방식으로 구현된다. 본원에서 불응축성 가스는 25℃의 온도에서 운전 압력으로 응축되지 않는 성분으로서 지칭된다. 분리 장치의 예로는 켄치(quench), 유기 켄치, 수성 켄치, 분사 칼럼(spray column), 분별 증류탑(fractionation column), 사이클론 등이 있다. 유기 켄치가 바람직하다. 110 내지 250℃의 온도에서 운전되는 유기 켄치가 바람직하며, 125 내지 220℃의 온도가 특히 바람직하다. 140 내지 180℃가 더욱 더 바람직하다.The separation of the non-condensing gases is implemented in any manner known to those skilled in the art. The refractory gases herein are referred to as components that do not condense at operating temperatures at a temperature of 25 캜. Examples of separation devices include quench, organic quench, aqueous quench, spray column, fractionation column, cyclone, and the like. Organic quench is preferred. An organic quench which is operated at a temperature of 110 to 250 캜 is preferred, and a temperature of 125 to 220 캜 is particularly preferred. Even more preferably from 140 to 180 占 폚.
당업자가 알고 있는 임의의 장치에 의해 진공이 제공될 수 있다. 진공 장치의 예로는 액체 링 펌프(liquid ring pump), 건식 진공 펌프, 증기 이젝터(steam ejector), 가스 이젝터, 물 이젝터 및 임의의 조합이 있다.Vacuum may be provided by any device known to those skilled in the art. Examples of vacuum devices include a liquid ring pump, a dry vacuum pump, a steam ejector, a gas ejector, a water ejector and any combination thereof.
연소는 당업자가 알고 있는 임의의 장치에서 이루어진다.Combustion occurs in any device known to those skilled in the art.
연료로부터 왁스의 분리는 당업자가 알고 있는 임의의 방법에 의해 이루어진다. 예로는 증발, 증류, 결정화, 액체 추출 또는 조합이 있다. 증발과 용매 추출의 조합은 양호한 결과를 제공한다. 용매의 예로는 헥산, 벤젠, 톨루엔, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK)이 있다. MEK 및 MIBK가 바람직하다.The separation of the wax from the fuel is accomplished by any method known to those skilled in the art. Examples are evaporation, distillation, crystallization, liquid extraction or a combination. The combination of evaporation and solvent extraction provides good results. Examples of the solvent include hexane, benzene, toluene, methyl ethyl ketone (MEK), and methyl isobutyl ketone (MIBK). MEK and MIBK are preferred.
반응기 유출부에서 분리된 응축 물질은 당업자가 알고 있는 임의의 수단에 의해 추출될 수 있다. 수단의 예로는 스크류, 회전 밸브 등이 있다. 스크류가 바람직하다.Condensate materials separated at the reactor outlet can be extracted by any means known to those skilled in the art. Examples of means include screws, rotary valves and the like. Screws are preferred.
자연 발화를 피하기 위해, 응축 물질은 산소 함량이 낮은 대기에서 추출될 수 있다. 응축 물질을 둘러싸고 있는 가스상 내의 O2는 2% 미만인 것이 바람직하다. 응축 물질은 당업자에게 공지된 임의의 수단에 의해 냉각될 수 있다. 예로는 이중벽 스크류 컨베이어, 물 분사부가 구비된 스크류 컨베이어, 압출기, 스크류 오거 등이 있다. 물 분사부가 구비된 스크류 컨베이어가 바람직하다.To avoid spontaneous ignition, condensate can be extracted from the atmosphere with low oxygen content. O 2 in the gas phase surrounding the condensate is preferably less than 2%. The condensation material may be cooled by any means known to those skilled in the art. Examples include a double wall screw conveyor, a screw conveyor equipped with a water injection part, an extruder, and a screw auger. A screw conveyor provided with a water injection part is preferable.
임의적으로, 가연성의 미전환 원료 및 코크스를 연소시키기 위해 응축 물질은 버너(burner)로 보내질 수 있다. 특히 열매체를 구비한 경우. 임의적으로, 회분 및 열매체는 용광로(furnace)에서 500 내지 1000℃, 바람직하게는 600 내지 800℃의 온도로 가열된다. 임의적으로, 고온의 회분 및 열매체의 적어도 일부분은 열분해 반응기로 보내진다. 바람직하게는, 회분의 적어도 일부분은 열매체로부터 분리된다. 분리는 당업자가 알고 있는 임의의 방법에 의해 이루어진다. 방법의 예로는 사이클로닝(cycloning), 세정(elutriation), 선별, 체질(sieving), 원심분리 등이 있다. 열매체 유량과 원료 유량의 비율은 통상 중량 기준으로 0.1 내지 10, 바람직하게는 0.2 내지 8을 차지한다. 0.25 이상의 비율은 특히 양호한 결과를 제공한다.Optionally, the condensable material may be sent to a burner to burn the flammable unconverted feedstock and the coke. Especially when equipped with a heating medium. Optionally, the ash and the heating medium are heated in a furnace to a temperature of 500 to 1000 캜, preferably 600 to 800 캜. Optionally, the hot ash and at least a portion of the heating medium are sent to the pyrolysis reactor. Preferably, at least a portion of the ash is separated from the heating medium. Separation is accomplished by any method known to those skilled in the art. Examples of methods include cycloning, elutriation, screening, sieving, centrifugation, and the like. The ratio of the heat medium flow rate to the feed flow rate usually accounts for 0.1 to 10, preferably 0.2 to 8 on a weight basis. A ratio of 0.25 or more provides particularly good results.
본 발명의 공정에 따르면, 예를 들어 양초, 접착제, 포장재, 고무, 화장품, 파이어로그(fire log), 역청 혼합물(bituminous mixture), 표면 마모 코팅, 아스팔트, 밀봉 코팅 등과 같은 응용에 사용될 고가의 왁스 및 이들 왁스를 주로 포함하는 탄화수소 혼합물이 수득된다.According to the process of the present invention, expensive waxes, such as for example candles, adhesives, packaging materials, rubber, cosmetics, fire logs, bituminous mixtures, surface abrasion coatings, asphalt, And a hydrocarbon mixture mainly comprising these waxes are obtained.
따라서 본 발명은 또한 본 발명의 공정에 의해 수득 가능한 왁스 또는 탄화수소 혼합물에 관한 것이다.The invention therefore also relates to waxes or hydrocarbon mixtures obtainable by the process of the invention.
왁스 및 탄화수소 혼합물은 오히려 큰 사슬 길이, 특히 선형 탄소 사슬을 갖는다는 이점을 갖는다. 더욱이, 수득된 왁스는 일반적으로 n-파라핀 및 알파-올레핀을 주로 함유하는 왁스 혼합물이다. 왁스 내의 알파-올레핀의 비율(%)은 약 25 내지 75중량%, 바람직하게는 약 40 내지 60중량%, 보다 바람직하게는 약 50중량%일 수 있으며, 이들 각각은 왁스의 총 중량에 기초한다.The wax and hydrocarbon mixtures have the advantage of having rather large chain lengths, especially linear carbon chains. Moreover, the wax obtained is generally a wax mixture which mainly contains n-paraffins and alpha-olefins. The percentage of alpha-olefin in the wax may be about 25 to 75 wt%, preferably about 40 to 60 wt%, more preferably about 50 wt%, each based on the total weight of the wax .
따라서 본 발명은 또한 탄화수소 혼합물에 관한 것으로, 탄화수소는 d20이 20 이상이고 d50이 50 이하가 되도록 이들의 탄소 원자수의 누적 분포를 나타내고;Thus, the present invention also relates to a hydrocarbon mixture, wherein the hydrocarbons exhibit a cumulative distribution of the number of carbon atoms such that d20 is greater than or equal to 20 and d50 is less than or equal to 50;
탄화수소의 50 몰% 이상은 선형 탄화수소이고;At least 50 mole% of the hydrocarbons are linear hydrocarbons;
탄화수소 중의 n-파라핀과 알파-올레핀의 몰비는 0.1 내지 10 범위인 것을 특징으로 한다.The molar ratio of n-paraffin to alpha-olefin in the hydrocarbon is in the range of 0.1 to 10.
본 발명에 따른 탄화수소 혼합물은 주로 왁스, 즉 20개 이상의 탄소 원자를 갖는 탄화수소를 포함한다. 그러나 혼합물은 또한 20개 미만의 탄소 원자를 갖는 소량의 탄화수소를 함유할 수 있다. 바람직하게는, 혼합물은 20개 미만의 탄소 원자를 갖는 탄화수소를 5 몰% 미만, 보다 바람직하게는 3 몰% 미만, 더욱 더 바람직하게는 2 몰% 미만, 가장 바람직하게는 1 몰% 미만으로 포함한다. 본 출원 전반 및 다른 부분에서, "탄화수소의 몰%"는 탄화수소 혼합물 중의 탄화수소의 총량을 지칭한다.The hydrocarbon mixture according to the invention comprises mainly waxes, i. E. Hydrocarbons having at least 20 carbon atoms. However, the mixture may also contain small amounts of hydrocarbons having fewer than 20 carbon atoms. Preferably, the mixture comprises less than 5 mol%, more preferably less than 3 mol%, even more preferably less than 2 mol%, and most preferably less than 1 mol% of hydrocarbons having less than 20 carbon atoms do. Throughout this application and elsewhere, "mol% of hydrocarbons" refers to the total amount of hydrocarbons in the hydrocarbon mixture.
바람직한 실시형태에서, 탄화수소 혼합물 내의 탄화수소는 d20이 22 이상, 바람직하게는 d20이 25 이상이 되도록 이들의 탄소 원자수의 누적 분포를 나타낸다.In a preferred embodiment, the hydrocarbons in the hydrocarbon mixture exhibit a cumulative distribution of the number of these carbon atoms such that d20 is at least 22, preferably d20 at least 25.
추가의 실시형태에서, 탄화수소 혼합물 내의 탄화수소는 d20이 40 이하, 보다 바람직하게는 d20이 35 이하, 더욱 더 바람직하게는 d20이 30 이하가 되도록 이들의 탄소 원자수의 누적 분포를 나타낸다.In a further embodiment, the hydrocarbons in the hydrocarbon mixture exhibit a cumulative distribution of the number of these carbon atoms such that d20 is less than 40, more preferably d20 is less than 35, and still more preferably d20 is less than 30.
추가의 실시형태에서, 탄화수소 혼합물 내의 탄화수소는 d20이 20 이상 내지 40 이하, 바람직하게는 d20이 22 이상 내지 35 이하, 보다 바람직하게는 d20이 25 이상 내지 30 이하가 되도록 이들의 탄소 원자수의 누적 분포를 나타낸다.In a further embodiment, the hydrocarbons in the hydrocarbon mixture have a cumulative number of carbon atoms of d20 ranging from 20 or more to 40 or less, preferably d20 ranging from 22 or more to 35 or less, and more preferably d20 ranging from 25 or more to 30 or less. Distribution.
추가의 실시형태에서, 탄화수소 혼합물 내의 탄화수소는 d50이 45 이하, 바람직하게는 d50이 40 이하가 되도록 이들의 탄소 원자수의 누적 분포를 나타낸다.In a further embodiment, the hydrocarbons in the hydrocarbon mixture exhibit a cumulative distribution of the number of these carbon atoms such that the d50 is 45 or less, preferably d50 is 40 or less.
추가의 실시형태에서, 탄화수소 혼합물 내의 탄화수소는 d50이 50 이하 내지 20 이상, 바람직하게는 d50이 40 이하 내지 22 이상이 되도록 이들의 탄소 원자수의 누적 분포를 나타낸다.In a further embodiment, the hydrocarbons in the hydrocarbon mixture exhibit a cumulative distribution of the number of these carbon atoms such that the d50 is from 50 or less to 20 or more, preferably from d50 to 40 or less to 22 or more.
바람직한 실시형태에서, 탄화수소 혼합물 내의 탄화수소는 d20이 20 이상 내지 40 이하이고 d50이 50 이하 내지 20 이상, 보다 바람직하게는 d20이 22 이상 내지 25 이하이고 d50이 40 이하 내지 22 이상이 되도록 이들의 탄소 원자수의 누적 분포를 나타낸다.In a preferred embodiment, the hydrocarbons in the hydrocarbon mixture have a d20 of not less than 20 and not more than 40, d50 of not more than 50 and not less than 20, more preferably d20 of not less than 22 and not more than 25, and d50 not less than 40 and not less than 22, The cumulative distribution of the number of atoms is shown.
높은 탄소 원자수 이외에, 본 발명에 따른 탄화수소 혼합물 내의 탄화수소는 이들이 높은 몰량의 선형 탄화수소를 갖는다는 이점을 갖는다. 바람직하게는, 탄화수소 혼합물 내의 탄화수소의 총량의 60 몰% 이상, 보다 바람직하게는 70 몰% 이상이 선형 탄화수소이다.In addition to the high number of carbon atoms, the hydrocarbons in the hydrocarbon mixture according to the invention have the advantage that they have a high molar amount of linear hydrocarbons. Preferably, at least 60 mol%, more preferably at least 70 mol%, of the total amount of hydrocarbons in the hydrocarbon mixture is linear hydrocarbons.
본 발명에 따른 탄화수소 혼합물 내의 불포화 탄화수소의 추가적인 이점은, 0.1 내지 10 범위, 바람직하게는 0.2 내지 5 범위, 보다 바람직하게는 0.5 내지 2 범위의 n-파라핀과 알파-올레핀의 특정 몰비를 갖는다는 것이다. 본 발명의 문맥에서, n-파라핀은 선형의 포화 탄화수소인 반면, 알파-올레핀은 선형 및 분지형 탄화수소이며, 여기서 이들은 적어도 하나의 알파-이중결합을 함유한다.A further advantage of the unsaturated hydrocarbons in the hydrocarbon mixture according to the invention is that they have a specific molar ratio of n-paraffin to alpha-olefin ranging from 0.1 to 10, preferably from 0.2 to 5, more preferably from 0.5 to 2 . In the context of the present invention, n-paraffins are linear saturated hydrocarbons, while alpha-olefins are linear and branched hydrocarbons, where they contain at least one alpha-double bond.
본 발명에 따른 탄화수소 혼합물 내의 탄화수소의 추가적인 이점은, 탄화수소가 다량의 알파-올레핀을 포함한다는 것이다. 바람직하게는, 불포화 탄화수소의 총량의 40 몰% 초과, 보다 바람직하게는 45 몰% 초과, 더욱 더 바람직하게는 50 몰% 초과는 알파-올레핀이다.A further advantage of the hydrocarbons in the hydrocarbon mixture according to the invention is that the hydrocarbons contain a large amount of alpha-olefins. Preferably, greater than 40 mole percent, more preferably greater than 45 mole percent, and even more preferably greater than 50 mole percent of the total amount of unsaturated hydrocarbons are alpha-olefins.
추가의 실시형태에서, 탄화수소 혼합물은 10 이상, 바람직하게는 25 이상, 보다 바람직하게는 40 이상의 요오드가를 갖는다.In a further embodiment, the hydrocarbon mixture has an iodine number of 10 or more, preferably 25 or more, more preferably 40 or more.
추가의 실시형태에서, 탄화수소 혼합물은 150 이하, 바람직하게는 100 이하, 보다 바람직하게는 70 이하의 요오드가를 갖는다.In a further embodiment, the hydrocarbon mixture has an iodine number of 150 or less, preferably 100 or less, more preferably 70 or less.
바람직한 실시형태에서, 탄화수소 혼합물은 1 내지 150 범위, 보다 바람직하게는 25 내지 100 범위, 더욱 더 바람직하게는 40 내지 70 범위의 요오드가를 갖는다.In a preferred embodiment, the hydrocarbon mixture has an iodine number in the range of 1 to 150, more preferably in the range of 25 to 100, and even more preferably in the range of 40 to 70.
본 발명에 따른 탄화수소 혼합물의 추가적인 이점은, 혼합물이 예를 들어 25℃ 초과, 바람직하게는 40℃ 초과, 보다 바람직하게는 50℃ 초과의 비교적 높은 적점(drop point)을 가질 수 있다는 것이다.A further advantage of the hydrocarbon mixture according to the invention is that the mixture can have a relatively high drop point, for example greater than 25 DEG C, preferably greater than 40 DEG C, more preferably greater than 50 DEG C.
본 발명에 따른 탄화수소 혼합물은 임의의 헤테로 원자를 함유하지 않는 탄화수소로 이루어질 수 있다. 그러나 탄화수소 혼합물이 생성되는 플라스틱에 따라 탄화수소의 적어도 일부분이 산소, 황, 질소 또는 할로겐, 예를 들어 불소, 염소, 브롬 또는 요오드와 같은 하나 이상의 헤테로 원자를 함유한다는 것이 충분히 가능하다. 기타 헤테로 원자가 또한 가능하다.The hydrocarbon mixture according to the invention may be composed of hydrocarbons containing no heteroatoms. However, it is perfectly possible that at least a portion of the hydrocarbons contain at least one heteroatom such as oxygen, sulfur, nitrogen or halogen, such as fluorine, chlorine, bromine or iodine, depending on the plastic in which the hydrocarbon mixture is produced. Other heteroatoms are also possible.
본 발명에 따른 탄화수소 혼합물은 플라스틱의 촉매 분해를 통해 상술한 공정에 의해 수득될 수 있다. 반응기로부터 제거된 생성물 스트림이 적어도 20개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소만을 함유하도록 선택되는 경우, 왁스가 수득된다. 그러나 실행 상, 특히 기술 규모에서, 생성물 스트림은 통상 20개 미만의 탄소 원자를 갖는 소량의 탄화수소를 함유할 것이다. 이러한 경우, 상술한 탄화수소 혼합물이 수득된다.The hydrocarbon mixture according to the invention can be obtained by the process described above via catalytic cracking of plastics. When the product stream removed from the reactor is selected to contain only hydrocarbons having at least 20 carbon atoms, a wax is obtained. However, in practice, especially on a technology scale, the product stream will usually contain small amounts of hydrocarbons with fewer than 20 carbon atoms. In this case, the above-mentioned hydrocarbon mixture is obtained.
도 1은 본 발명의 공정의 제1 실시형태를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 공정의 제2 실시형태를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 상이한 온도, 즉 425℃(정사각형으로 표시된 선), 450℃(원으로 표시된 선) 및 465℃(삼각형으로 표시된 선)에서 반응 시간(x축: 시간(분)으로 표시됨)의 함수로서의 전환율(y축: %로 표시됨)의 전개를 나타낸다.
도 4는 상이한 온도, 즉 425℃(백색 바), 450℃(흑백 패턴으로 채워진 바) 및 465℃(흑색 바)에서 상이한 반응 생성물(x축으로 나열됨)의 누적 선택성(cumulative selectivity; y축: %로 표시됨)을 나타낸다.
도 5는 열분해 가스 체류 시간(x축: 시간(초)로 표시됨)의 함수로서 왁스의 누적 선택성(y축: %로 표시됨)을 나타낸다.
도 6은 왁스의 탄소수 분포를 나타낸다. 도표는 상이한 반응 온도, 즉 425℃(정사각형으로 표시된 선), 450℃(원으로 표시된 선) 및 465℃(삼각형으로 표시된 선)에 대한 탄소 사슬 길이(x축: 탄소수로 표시됨)의 함수로서 중량 비율(중량%; y축)을 나타낸다.
도 7은 상이한 온도 및 유입 N2 유속, 즉 450℃ 및 150 ㎖/분의 N2(빈 원으로 표시된 선), 465℃ 및 150 ㎖/분의 N2(빈 삼각형으로 표시된 선), 450℃ 및 1 ℓ/분의 N2(채워진 원으로 표시된 선), 465℃ 및 1 ℓ/분의 N2(채워진 삼각형으로 표시된 선), 465℃ 및 2 ℓ/분의 N2(빈 마름모), 465℃ 및 4 ℓ/분 N2(빈 정사각형으로 표시된 선)에 대한 반응 시간(시간(분)으로 표시됨)의 함수로서 전환율(y축: %로 표시됨)을 나타낸다.
도 8은 상이한 온도 및 N2 유속에서 상이한 반응 생성물(x축으로 나열됨)의 누적 선택성(y축: %로 표시됨)을 나타낸다. 범례: 각각의 생성물의 경우, 좌측에서 시작하여 우측으로 바(bar)의 색깔은 450℃ 및 150㎖/분, 450℃ 및 1 ℓ/분, 465℃ 및 150 ㎖/분, 465℃ 및 1 ℓ/분, 465℃ 및 2 ℓ/분, 465℃ 및 4 ℓ/분을 나타낸다.
도 9는 2개의 반응 온도, 즉 450℃(원으로 표시된 선) 및 465℃(정사각형으로 표시된 선)에 대한 열분해 가스의 체류 시간(x축: 시간(초)로 표시됨)의 함수로서 왁스의 누적 선택성(y축: %로 표시됨)을 나타낸다.
도 10은 왁스의 탄소수 분포를 나타낸다. 도표는 상이한 반응 온도 및 N2 유입 유량, 즉 450℃ 및 150 ㎖/분(원으로 표시된 선), 465℃ 및 150 ㎖/분(삼각형으로 표시된 선), 450℃ 및 1 ℓ/분(x로 표시된 선), 465℃ 및 1 ℓ/분(+로 표시된 선), 465℃ 및 2 ℓ/분(마름모로 표시된 선), 465℃ 및 4 ℓ/분(정사각형으로 표시된 선)에 대한 탄소 사슬 길이(x축: 탄소수로 표시됨)의 함수로서 중량 비율(중량%; y축)을 나타낸다.
도 11은 상이한 유형 및 N2 유입 공급 유량, 즉 150 ㎖/분 상승(원으로 표시된 선), 1 ℓ/분 상승(마름모로 표시된 선), 1 ℓ/분 하강(삼각형으로 표시된 선) 및 4 ℓ/분 상승/하강(1 ℓ/분 상승 및 3 ℓ/분 하강; 정사각형으로 표시된 선)에 대한 반응 시간(시간(분)으로 표시됨)의 함수로서 전환율(y축: %로 표시됨)을 나타낸다.
도 12는 상이한 유형 및 N2 유입 공급 유량에 대한 상이한 반응 생성물(x축으로 나열됨)의 누적 선택성(y축: %로 표시됨)을 나타낸다. 범례: 각각의 생성물의 경우, 좌측에서 시작하여 우측으로 바(bar)의 색깔은 150 ㎖/분 상승, 1 ℓ/분 상승, 1 ℓ/분 하강, 4 ℓ/분 상승/하강(1 ℓ/분 상승 및 3 ℓ/분 하강)을 나타낸다.
도 13은 열분해 가스 체류 시간(x축: 시간(초)로 표시됨)의 함수로서 왁스의 누적 선택성(y축: %로 표시됨)을 나타낸다.
도 14는 왁스의 탄소수 분포를 나타낸다. 도표는 상이한 유형 및 N2 유입 공급 유량, 즉 150 ㎖/분 상승(원으로 표시된 선), 1 ℓ/분 상승(마름모로 표시된 선), 1 ℓ/분 하강(삼각형으로 표시된 선) 및 4 ℓ/분 상승/하강(1 ℓ/분 상승 및 3 ℓ/분 하강; 정사각형으로 표시된 선)에 대한 탄소 사슬 길이(x축: 탄소수로 표시됨)의 함수로서 중량 비율(중량%; y축)을 나타낸다.Figure 1 schematically shows a first embodiment of the process of the present invention.
Figure 2 schematically shows a second embodiment of the process of the present invention.
3 is a graph of the response time (expressed in x-axis: hours (minutes)) at different temperatures: 425 캜 (line marked with squares), 450 캜 (line marked with circles) and 465 캜 Represents the evolution of the conversion rate (y-axis: expressed in%).
Figure 4 shows the cumulative selectivity (cumulative selectivity, y-axis) of different reaction products (listed in the x-axis) at different temperatures: 425 캜 (white bars), 450 캜 : Expressed in%).
Figure 5 shows the cumulative selectivity of the wax (y axis: expressed in%) as a function of pyrolysis gas residence time (x axis: expressed in seconds).
6 shows the carbon number distribution of the wax. The plot shows the weight as a function of the carbon chain length (x-axis: expressed as carbon number) for different reaction temperatures, namely 425 캜 (line marked with squares), 450 캜 (line marked with circles) and 465 캜 (% By weight; y axis).
FIG. 7 is a graph of the temperature and inlet N 2 flow rates at different temperatures and inlet N 2 ( 450 ° C and 150 ml / min N 2 (indicated by empty circles), 465 ° C and 150 ml / min N 2 and 1 ℓ / min of N 2 (indicated by the filled circle line), 465 ℃ and 1 ℓ / min of N 2 (shown in line with filled triangles), 465 ℃ and 2 ℓ / min of N 2 (blank diamonds), 465 (Expressed in%) as a function of the reaction time (expressed in hours (minutes)) and the reaction time (expressed in hours) for 4 L / min N 2 (line indicated by an empty square).
Figure 8 shows the cumulative selectivity (y-axis: expressed in%) of different reaction products (listed in the x-axis) at different temperatures and N 2 flow rates. Legend: For each product, the color of the bar from the left to the right is 450 ° C and 150 ml / min, 450 ° C and 1 l / min, 465 ° C and 150 ml / min, 465 ° C and 1 l / Min, 465 DEG C and 2 L / min, 465 DEG C and 4 L / min.
Figure 9 shows the accumulation of wax as a function of the residence time of the pyrolysis gas (expressed in x-axis: time in seconds) for two reaction temperatures, 450 [deg.] C (line marked in circles) and 465 [deg.] C Selectivity (y axis: expressed in%).
10 shows the carbon number distribution of the wax. The diagrams are plotted at different reaction temperatures and N 2 influent flow rates: 450 ° C and 150 ml / min (lines marked in circles), 465 ° C and 150 ml / min Carbon chain lengths at 465 DEG C and 1 L / min (lines marked +), 465 DEG C and 2 L / min (lines indicated by rhombus), 465 DEG C and 4 L / min (weight%; y-axis) as a function of the weight (x axis: expressed in carbon number).
Figure 11 shows the results for different types and N 2 influent feed rates: 150 ml / min rise (line marked in circles), 1 l / min rise (line marked rhombo), 1 l / min fall (y axis: expressed as a percentage) as a function of the reaction time (expressed in hours (minutes)) relative to the rise / fall (rise in 1 / min and 3 / drop in line; .
Figure 12 shows the cumulative selectivity (y axis: expressed in%) of different reaction products (listed in the x-axis) for different types and N 2 influent feed flow rates. Legend: For each product, the color of the bar from the left to the right is 150 ml / min rise, 1 l / min rise, 1 l / min fall, 4 l / min rise / fall (1 l / Minute rise and 3 L / min fall).
Figure 13 shows the cumulative selectivity of the wax (y axis: expressed in%) as a function of pyrolysis gas residence time (x axis: expressed in seconds).
14 shows the carbon number distribution of the wax. The charts show different types and N 2 inflow feed rates: 150 ml / min rise (lines marked in circles), 1 l / min rise (rhombus lines), 1 l / min fall (triangles) (Weight%; y axis) as a function of carbon chain length (x axis: expressed in carbon number) relative to the carbon chain length (relative to the line indicated by the square) / min rise / fall (1 L / min rise and 3 L / .
이제 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 공정을 예로서 설명한다.The process of the present invention will now be described by way of example with reference to Figs. 1 and 2. Fig.
도 1에서 개략적으로 나타낸 제1 실시형태에서, 왁스를 생성하기 위한 원료의 열분해는 산소 결핍 분위기에서 진공 하에 구현된다. 원료(1)는 유출물 스트림(3) 및 전처리된 원료(4)가 분리되는 물리 화학적 처리부(2)의 조합에 의해 전처리된다. 전처리된 원료(4)는 공급 장치(5)의 도움을 받아 라인(6)을 통해 열분해 반응기(10) 내에 도입된다. 열분해 반응기는 간접적으로 가열된다. 상기 범주에서 벗어나지 않는 한, 일례로서 반응기는 적합한 열전달 장치(8)에 공급되고 유출부에서 스트림(9)으로서 회수되는 고온의 스트림(7)의 순환에 의해 가열될 수 있다. 임의적으로, 열매체 스트림(11)이 열분해 반응기에 도입된다. 열분해 가스(12)는 열분해 반응기로부터 회수되고, 물리 화학적 처리부(20)로 보내진다. 잔류물(13)은 장치(14)를 통해 회수되며, 여기서 이는 적절한 방식으로 처리되어 스트림(15)을 생성한다. 잔류물은 미전환 원료, 부산물, 및 임의적으로는 스트림(11)을 통해 열분해 반응기에 도입되는 열매체를 함유한다. 물리 화학적 처리부에서, 열분해 가스는 분진으로부터 세정되고, 스트림(21)에서 회수되고 스트림(22)으로서 분리된 기타 유해 성분은 처리부(25)로 보내지며, 여기서 불응축성 스트림(24)은 응축 스트림(23)으로부터 분리된다. 스트림(24)은 진공 장치(26)로 보내진다. 진공 장치로부터 유출물(27)은 적량의 연소 공기(29)와 함께 연소 챔버(28)로 보내져서 고온의 스트림(7)을 생성한다. 임의적으로, 보조 연료(30)가 연소 챔버(28)에 첨가된다. 응축 스트림(23)은 분리 유닛(31)으로 보내지며, 여기서 왁스 스트림(32)은 부산물(33)로부터 분리된다.In the first embodiment, shown schematically in Figure 1, the pyrolysis of the raw material to produce the wax is realized under vacuum in an oxygen-deficient atmosphere. The
제2 실시형태에서, 희석제 가스의 존재 하에 진공 하에 구현되는, 왁스를 생성하기 위한 원료의 열분해는 일례로서 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 왁스를 생성하기 위한 원료의 열분해는 산소 결핍 분위기에서 진공 하에 구현된다. 원료(51)는 유출물 스트림(53) 및 전처리된 원료(54)가 분리되는 물리 화학적 처리부(52)의 조합에 의해 전처리된다. 전처리된 원료(54)는 공급 장치(55)의 도움으로 라인(56)을 통해 열분해 반응기(60) 내로 도입된다. 열분해 반응기는 간접적으로 가열된다. 상기 범주에서 벗어나지 않는 한, 일례로서 반응기는 적합한 열전달 장치(58)에 공급되고 스트림(59)으로서 유출부에서 회수되는 고온의 스트림(57)의 순환에 의해 가열될 수 있다. 임의적으로, 열매체 스트림(61)이 열분해 반응기에 도입된다. 가스 희석제(66)가 반응기(60)에 제어된 속도로 도입된다. 희석제와의 혼합물(62) 중의 열분해 가스는 열분해 반응기로부터 회수되고, 물리 화학적 처리부(70)로 보내진다. 임의적으로는 열매체와의 혼합물(63) 중의 잔류물은 장치(64)를 통해 회수되며, 여기서 이는 적절한 방식으로 처리되어 스트림(65)을 생성한다. 잔류물은 미전환 원료, 부산물, 및 임의적으로는 스트림(61)을 통해 열분해 반응기에 도입되는 열매체를 함유한다. 물리 화학적 처리부에서, 열분해 가스는 분진으로부터 세정되고, 스트림(71)에서 회수되고 스트림(72)으로서 분리된 기타 유해 성분은 처리부(75)로 보내지며, 여기서 불응축성 스트림(74)은 응축 스트림(73)으로부터 분리된다. 스트림(74)은 진공 장치(76)로 보내진다. 진공 장치로부터 유출물(77)은 적량의 연소 공기(79)와 함께 연소 챔버(78)로 보내져서 고온의 스트림(57)을 생성한다. 임의적으로, 보조 연료(80)는 연소 챔버(78)에 첨가된다. 응축 스트림(73)은 분리 유닛(81)으로 보내지며, 여기서 왁스 스트림(82)은 부산물(83)로부터 분리된다.In a second embodiment, pyrolysis of the raw material to produce the wax, which is realized under vacuum in the presence of diluent gas, is schematically illustrated in Fig. 2 as an example. Pyrolysis of the raw material to produce the wax is achieved under vacuum in an oxygen-deficient atmosphere. The
본원에서 참고로 포함되는 임의의 특허, 특허 출원 및 간행물의 개시내용이 용어를 불명확하게 할 수 있을 정도로 본 출원의 설명과 상충되는 경우, 본 발명의 설명이 우선할 것이다.Where the disclosure of any patent, patent application, and publication included herein by reference is inconsistent with the description of the present application to such an extent that the term is unclear, the description of the present invention will prevail.
실시예Example
실험 과정의 일반적인 설명General description of the experiment process
세미-배치식 모드로 이루어진 각각의 실행에서, 30 g의 플라스틱(20% 폴리프로필렌, 80% 폴리에틸렌)을 반응기 내부에 적재하고, 소정 양의 열매체(SiO2; 대략 20 g)를 열매체 저장 탱크에 저장하였다. 반응기를 닫고, 20분에 걸쳐 실온에서 200℃까지 가열하고, 동시에 150 ㎖/분의 질소 유량으로 퍼징(purging)하였으며, 이를 반응 용기의 상부로 도입하였다. 내부 온도가 플라스틱의 융점에 도달했을 때, 교반을 시작하였으며, 천천히 690 rpm까지 증가시켰다. 온도는 25~30분 동안 200℃로 유지하였다. 이러한 가열 공정 도중에 반응기에서 유출되는 질소는 수집되지 않았다. 반면, 열매체가 담겨 있는 열매체 저장 탱크는 질소로 수회 퍼징하였다.In each run in a semi-batch mode, 30 g of plastic (20% polypropylene, 80% polyethylene) are loaded into the reactor and a quantity of heating medium (SiO 2 (approximately 20 g) Respectively. The reactor was closed, heated from room temperature to 200 DEG C over 20 minutes, and simultaneously purged at a nitrogen flow rate of 150 mL / min, which was introduced into the top of the reaction vessel. When the internal temperature reached the melting point of the plastic, stirring was started and slowly increased to 690 rpm. The temperature was maintained at 200 ° C for 25-30 minutes. Nitrogen flowing out of the reactor during this heating process was not collected. On the other hand, the heating medium storage tank containing the heating medium was purged with nitrogen several times.
이러한 제1 전처리 단계 이후, 온도를 10℃/분의 가열 속도로 반응 온도까지 증가시키고, 상응하는 가스 시료 봉투 내에 가스 및 질소를 수집하기 시작하였다. 내부 온도가 반응 온도에 도달했을 때, 반응기 내에 열매체를 도입하였다. 실험에 따라 질소 가스 유량은 150 ㎖/분으로 설정하거나 1, 2 또는 4 ℓ/분으로 조절하였으며, 가스 생성물의 순환은 다른 쌍의 유리 트랩(glass trap) 및 상응하는 가스 시료 봉투와 연통하였다. 이는 제로 반응 시간으로서 고려되었다. 실험에 따라 질소는 2가지 방식, 즉 용기의 상부로 또는 용융된 플라스틱을 통한 버블링(bubbling)에 의해 반응기 내로 들어갈 수 있다.After this first pretreatment step, the temperature was increased to a reaction temperature at a heating rate of 10 DEG C / min and collection of gases and nitrogen in the corresponding gas sample bags began. When the internal temperature reached the reaction temperature, a heating medium was introduced into the reactor. According to the experiment, the nitrogen gas flow rate was set to 150 ml / min or 1, 2 or 4 l / min, and the gas product circulation communicated with another pair of glass traps and corresponding gas sample bags. This was considered as zero reaction time. Experiments have shown that nitrogen can enter the reactor in two ways: by bubbling into the top of the vessel or through molten plastic.
선택된 기간 동안 액체 및 가스 생성물은 한 쌍의 유리 트랩 및 이들의 연관된 가스 시료 봉투에 각각 수집되었다. 실험 말기에, 반응기를 실온까지 냉각시켰다. 이러한 냉각 단계 도중에 액체 및 가스를 또한 수집하였다.During the selected period, the liquid and gaseous products were collected in a pair of glass traps and their associated gas sample bags, respectively. At the end of the experiment, the reactor was cooled to room temperature. Liquid and gas were also collected during this cooling step.
반응 생성물을 3개의 그룹, 즉 i) 가스, ii) 액체 탄화수소 및 iii) 잔류물(열매체 상에 축적되는 왁스 화합물, 회분 및 코크스)로 분류하였다. 가스의 정량화는 내부 표준물질로서 질소를 이용하는 가스 크로마토그래피(GC)에 의해 수행되는 반면, 액체 및 잔류물의 정량화는 중량에 의해 수행되었다. 유리 트랩(이들의 상응하는 뚜껑과 함께)의 무게는 액체의 수집 이전 및 이후에 측정하는 반면, 반응기 용기의 무게는 각각의 실행 이전 및 이후에 측정하였다.The reaction products were divided into three groups: i) gas, ii) liquid hydrocarbons and iii) residues (wax compounds, ash and coke that accumulate on the heating medium). Quantification of the gas was carried out by gas chromatography (GC) using nitrogen as an internal standard, while quantification of the liquid and the residue was carried out by weight. The weight of the glass trap (with their corresponding lids) was measured before and after the collection of the liquid, while the weight of the reactor vessel was measured before and after each run.
모의 증류(SIM-DIS) GC 방법에서는 (선택된 차단점(cut)에 따라) 액체 시료 중에서 상이한 분획들의 측정이 가능하였고, 상세한 탄화수소 분석(DHA) GC 방법에서는 마지막으로 인출된 시료의 가솔린 분획 중의 PIONAU 성분의 측정이 가능하였으며(C5~C11: 216.1℃ 미만의 비등점; 가스 시료 중에 C5~C6 및 액체 시료 중에 C5~C11을 포함함), GCxGC에서는 마지막으로 인출된 액체 시료의 디젤 분획 내의 포화 모노-, 디- 및 트리-방향족 물질의 측정이 가능하였다(C12~C21; 216.1 < BP < 359℃).In the simulated distillation (SIM-DIS) GC method, it was possible to measure different fractions in the liquid sample (depending on the selected cut point) and in the detailed hydrocarbon analysis (DHA) GC method, PIONAU in the gasoline fraction of the last withdrawn sample (C5 to C11: boiling point below 216.1 deg. C, including C5 to C6 in the gas sample and C5 to C11 in the liquid sample), the saturation mono-isomer in the diesel fraction of the last withdrawn liquid sample in GCxGC, , Di- and tri-aromatics (C12-C21; 216.1 < BP < 359 C).
모든 실험 사례에서, 300 ㎖의 반응기 부피, 0.94 g/㎖의 미가공 플라스틱 밀도 및 1.1 g/㎖의 실리카 벌크 밀도를 이용하여 열분해 가스의 체류 시간을 계산하였다. 그 결과, 가스 체류량은 250 ㎖가 되었다.In all experimental cases, the residence time of pyrolysis gas was calculated using a reactor volume of 300 ml, a raw plastic density of 0.94 g / ml and a silica bulk density of 1.1 g / ml. As a result, the gas holdup amount was 250 ml.
실시예에서, HCO는 적어도 22개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 분자(+C22)로서 간주되는 중질 순환 오일을 지칭한다. 왁스는 적어도 20개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 분자(+C20)를 지칭한다. 일반적으로:In an embodiment, HCO refers to a heavy duty circulating oil that is considered as a hydrocarbon molecule (+ C22) having at least 22 carbon atoms. The wax refers to a hydrocarbon molecule (+ C20) having at least 20 carbon atoms. Generally:
· 가솔린: 150℃ 미만의 bp(비등점)를 갖는 가스 + 액체 중에 C5 및 C6을 함유한다(약 C5~C9)Gasoline: Contains C5 and C6 in the gas + liquid with a bp (boiling point) of less than 150 ° C (approx. C5 to C9)
· 등유: 150℃ 초과 250℃ 미만의 비등점(bp)을 갖는 액체(약 C10~C14)Kerosene: a liquid with a boiling point (bp) greater than 150 ° C but less than 250 ° C (about C10 to C14)
· 디젤: 250℃ 초과 359℃ 미만의 비등점(bp)을 갖는 액체(약 C15~C21)Diesel: A liquid with a boiling point (bp) of greater than 250 ° C but less than 359 ° C (about C15 to C21)
· HCO: 359℃ 초과의 비등점을 갖는 생성물(C22 및 +)HCO: products (C22 and +) having a boiling point above 359 DEG C
· 왁스: 330℃ 초과의 비등점을 갖는 생성물(C20 및 +)Wax: products (C20 and +) having a boiling point above 330 < 0 &
상이한 분획들의 측정은 모의 증류 방법에 의한 가스 크로마토그래피에 의해, 그리고 ASTM-D-2887 표준에 따라 수행된다.The measurement of the different fractions is carried out by gas chromatography by the simulated distillation method and according to ASTM-D-2887 standard.
분석 방법의 일반적인 설명A general description of the analytical method
탄소 원자수의 측정Measurement of the number of carbon atoms
탄화수소 혼합물에서의 탄소 원자수 및 이들의 분포는 ASTM-D-2887 방법에 따라 측정된다. 이러한 방법은 복합 탄화수소 혼합물의 모의 증류를 위한 GC 방법이다. 방법에 따르면 이들의 비등점에 따라 복합 혼합물 내의 탄화수소 분자의 분리가 가능하게 된다. 이어서, 비등점은 소정의 차단점에 따른 탄소수와 관련이 있다. 본 발명에서, 하기 표 1에 정의된 바와 같이 비등점과 탄소수 사이의 관계가 사용된다.The number of carbon atoms in the hydrocarbon mixture and their distribution is measured according to the ASTM-D-2887 method. This method is a GC method for simulated distillation of a complex hydrocarbon mixture. The method allows separation of hydrocarbon molecules in the complex mixture according to their boiling point. Then, the boiling point is related to the number of carbon atoms according to the predetermined blocking point. In the present invention, the relationship between the boiling point and the number of carbon atoms is used as defined in Table 1 below.
105.8℃ 미만의 비등점을 갖는 이들 분획은 10 미만의 탄소수를 갖는 탄화수소로서 정의된다. 주어진 시료 내의 분자의 탄소 사슬 길이를 결정하기 위해, 수득된 곡선 하의 면적이 각각의 비등점 범위에 대해 소정의 탄소수를 갖는 탄화수소의 상대적인 양과 관련이 있도록 GC에서 수득된 피크를 표 1에 나열된 비등점 차단점에 따라 적분한다. 모든 피크를 100%로 정규화하면 당업자에게 공지된 표준 방법에 따라 시료 내의 탄소 원자수의 분포를 계산하는 것이 가능하게 된다. 수득된 분포는 시료의 총 중량 대비 중량 분포이다.These fractions having a boiling point of less than 105.8 DEG C are defined as hydrocarbons having less than 10 carbon atoms. To determine the carbon chain length of the molecules in a given sample, the peaks obtained in the GC are plotted against the boiling point blocking points listed in Table 1 so that the area under the curve obtained is related to the relative amount of hydrocarbons having a given number of carbon atoms for each boiling point range . Normalizing all the peaks to 100% makes it possible to calculate the distribution of the number of carbon atoms in the sample according to standard methods known to those skilled in the art. The distribution obtained is the weight distribution with respect to the total weight of the sample.
선형 및 분지형 탄화수소의 측정Measurement of linear and branched hydrocarbons
본 발명에 따른 탄화수소 혼합물 내의 선형 및 분지형 탄화수소의 양은 ASTM-D-6730 방법에 따라 결정된다. FID 검출기 및 100 m 크기의 모세관 칼럼이 구비된 배리언(Varian) 3900 크로마토그래프에서 측정을 수행한다. 또한 GC에는 시료의 분획만이 칼럼으로 들어가도록 하는 백플러쉬(back-flush)가 구비되어 있다. 혼합물의 조성물에 대한 측정을 위해, 배리언 DHA 소프트웨어(상세한 탄화수소 분석)가 사용된다. 수득된 피크를 적분한 후, 피크를 정성 및 정량화하기 위해 자체 내부 데이터베이스가 구비된 DHA 소프트웨어로 비교한다. 이러한 기법에 의해, 정량화되는 분자의 부류(파라핀, 이소파라핀, 올레핀, 나프텐 및 방향족 물질)는 216.1℃ 미만의 비등점을 갖는 분자들이다. 본 발명에 있어서, 216.1℃ 미만의 비등점을 갖는 가솔린에서 관찰되는 분포는 보다 높은 비등점을 갖는 탄화수소에서의 분포와 동일한 것으로 추정된다.The amount of linear and branched hydrocarbons in the hydrocarbon mixture according to the present invention is determined according to the ASTM-D-6730 method. Measurements are performed on a Varian 3900 chromatograph equipped with an FID detector and a capillary column of 100 m size. The GC also has a back-flush that allows only the fraction of the sample to enter the column. For the determination of the composition of the mixture, Varian DHA software (detailed hydrocarbon analysis) is used. After integrating the obtained peaks, they are compared with DHA software, which has its own internal database, to qualify and quantify the peaks. By this technique, the classes of molecules quantified (paraffin, isoparaffin, olefin, naphthene and aromatics) are molecules with a boiling point below 216.1 ° C. In the present invention, the distribution observed in gasoline having a boiling point of less than 216.1 DEG C is assumed to be equal to the distribution in hydrocarbons having a higher boiling point.
불포화 탄화수소 및 알파-올레핀의 측정Measurement of unsaturated hydrocarbons and alpha-olefins
본 발명에 따른 불포화 탄화수소 혼합물 내의 알파-올레핀류의 양은 통상의 1H 및 13C NMR 기법을 이용하여 결정된다. 예를 들어, CDCl3 중의 용매로서 1-알켄은 5.82 ppm에서 피크를 나타내고, 2-알켄은 5.42 ppm에서 피크를 나타내고, 2-메틸-1-알켄은 4.69 ppm에서 피크를 나타낸다. 알파-이중 결합 및 기타 이중 결합을 둘 모두 포함하는 이들 불포화 탄화수소는 분지형 탄화수소의 측정을 위해 상술한 GC 방법에 의해 구별될 수 있다. 알파-이중 결합 및 기타 이중 결합을 둘 모두 포함하는 알파-올레핀류는 본 발명의 문맥에서 알파-올레핀류로서 정량화된다.The amount of alpha-olefins in the unsaturated hydrocarbon mixture according to the present invention is determined using conventional 1 H and 13 C NMR techniques. For example, a 1-alkene as a solvent in CDCl 3 shows a peak at 5.82 ppm, a 2-alkene shows a peak at 5.42 ppm, and a 2-methyl-1-alkene shows a peak at 4.69 ppm. Those unsaturated hydrocarbons containing both alpha-double bonds and other double bonds can be distinguished by the GC method described above for the measurement of branched hydrocarbons. Alpha-olefins containing both alpha-double bonds and other double bonds are quantified as alpha-olefins in the context of the present invention.
n-파라핀(선형 포화 탄화수소)은 동일한 방법(GC 및 NMR)에 의해 선형 불포화 탄화수소 및 분지형 (포화 또는 불포화) 탄화수소로부터 구별될 수 있다.n-paraffins (linear saturated hydrocarbons) can be distinguished from linear unsaturated hydrocarbons and branched (saturated or unsaturated) hydrocarbons by the same methods (GC and NMR).
요오드가의 측정Iodine measurement
본 발명에 따른 탄화수소 혼합물의 요오드가는 10 ㎖의 클로로포름 중에 0.1 내지 0.2 g의 시료를 용해함으로써 측정된다. 상기 용액에 0.1 M ICl을 포함하는 5 ㎖의 와이스 용액(Wijs solution)을 첨가하고, 혼합물을 암실에서 1시간 동안 반응하도록 한다. 이어 미반응 와이스 용액은 요오드화칼륨 용액과 100 g/ℓ로 반응시켜 미반응 ICl을 I2로 전환시킨다. 형성된 I2의 양은 티오황산염 용액을 이용한 적정(titration)에 의해 결정된다. I2와 반응하기 위해 요구되는 티오황산염의 양으로부터 미반응 와이스 용액의 양을 계산하며, 이는 탄화수소 내에 불포화 결합의 개수를 나타낸다.The iodine value of the hydrocarbon mixture according to the invention is determined by dissolving 0.1 to 0.2 g of sample in 10 ml of chloroform. To this solution is added 5 ml of a Wijs solution containing 0.1 M ICl and the mixture is allowed to react in the dark for 1 hour. Following unreacted Weiss solution is reacted with potassium iodide solution and 100 g / ℓ to convert unreacted ICl as I 2. The amount of I 2 formed is determined by titration with a thiosulfate solution. Calculate the amount of unreacted wise solution from the amount of thiosulphate required to react with I 2 , which indicates the number of unsaturated bonds in the hydrocarbon.
적점의 측정Measurement of the red dot
본 발명에 따른 탄화수소의 혼합물의 적점은 2007년 3월 유럽 표준 EN1427에 따라 측정된다.The ratios of the mixtures of hydrocarbons according to the invention are measured in accordance with European standard EN 1427, March 2007.
실시예 1Example 1
상술한 일반적인 절차에 따라 실험을 수행하였다. 원료로서 80중량%의 HDPE 및 20중량%의 PP를 사용하고 20 g의 실리카를 열매체로서 사용하여 실험을 수행하였다. 반응 온도는 425 내지 465℃로 다양하였고, N2는 0.15ℓ/분으로 반응기의 상부에 도입되었다. 열매체 대 플라스틱의 중량비는 중량 기준으로 20/30과 동일하였다.Experiments were performed according to the general procedure described above. Experiments were conducted using 80 wt% HDPE and 20 wt% PP as raw materials and 20 g silica as a heating medium. The reaction temperature varied from 425 ° C to 465 ° C and N 2 was introduced at the top of the reactor at 0.15 l / min. The weight ratio of heat medium to plastic was equal to 20/30 by weight.
실험 결과는 도 3 내지 도 6에 도시되어 있다. 예상된 바와 같이, 도 3은 온도가 증가하면 어떻게 전환율이 높아지게 되는지를 보여준다. 반면, 도 4는 온도가 증가하면 HCO 및 왁스의 수율의 증가가 야기되는 놀라운 효과를 보여준다. 도 5는 열분해 가스의 체류 시간이 감소함에 따라 왁스에 대한 선택성이 증가함을 보여준다. 도 6는 고온에서 생성된 왁스가 또한 보다 긴 사슬 화합물을 향해 이동한 상이한 탄소 사슬 분포를 갖는다는 것을 추가로 보여준다.Experimental results are shown in Figs. As expected, Figure 3 shows how the conversion rate increases as the temperature increases. On the other hand, Fig. 4 shows the remarkable effect of increasing the yield of HCO and wax when the temperature is increased. Figure 5 shows that the selectivity to wax increases as the residence time of pyrolysis gas decreases. Figure 6 further shows that the wax produced at high temperatures also has a different carbon chain distribution moving towards longer chain compounds.
반응 온도에 따라 수득된 탄화수소 혼합물에서 탄소 원자의 누적 분포는 하기 표 2에 요약되어 있다.The cumulative distribution of carbon atoms in the hydrocarbon mixture obtained according to the reaction temperature is summarized in Table 2 below.
본 실시예에서 수득된 탄화수소 혼합물을 추가로 분석하였으며, 이러한 분석 결과는 하기 표 3에 요약되어 있다.The hydrocarbon mixture obtained in this example was further analyzed and the results of this analysis are summarized in Table 3 below.
실시예 2Example 2
상술한 일반적인 절차에 따라 실험을 수행하였다. 원료로서 80중량%의 HDPE 및 20중량%의 PP를 사용하고 20 g의 실리카를 열매체로서 사용하여 실험을 수행하였다. 반응 온도는 450℃ 또는 465℃로 설정되었고, N2 유량은 0.15 ℓ/분 내지 4 ℓ/분으로 다양하였다. 열매체 대 플라스틱의 중량비는 중량 기준으로 20/30과 동일하였다.Experiments were performed according to the general procedure described above. Experiments were conducted using 80 wt% HDPE and 20 wt% PP as raw materials and 20 g silica as a heating medium. The reaction temperature was set at 450 ° C or 465 ° C, and the N 2 flow rate varied from 0.15 l / min to 4 l / min. The weight ratio of heat medium to plastic was equal to 20/30 by weight.
실험 결과는 도 7 내지 도 10에 도시되어 있다. 예상된 바와 같이, 도 7은 온도가 450℃에서 465℃로 증가하면 어떻게 전환율이 높아지게 되는지를 보여준다. 더욱이, 예상된 바와 같이, 반응 속도는 사용된 N2 유량과는 전혀 무관하다. 반면, 도 8은 질소 유량이 증가하면 HCO 및 왁스의 수율의 증가가 야기되는 놀라운 효과를 보여준다. 도 9는 열분해 가스의 체류 시간이 감소함에 따라 왁스에 대한 선택성이 증가함을 보여준다. 도 10은 보다 높은 N2 유량을 이용하여 생성된 왁스가 또한 보다 긴 사슬 화합물을 향해 이동한 상이한 탄소 사슬 분포를 갖는다는 것을 추가로 보여준다.The experimental results are shown in Figs. As expected, Figure 7 shows how the conversion rate increases as the temperature increases from 450 캜 to 465 캜. Moreover, as expected, the reaction rate is completely independent of the N 2 flow rate used. On the other hand, FIG. 8 shows the surprising effect that an increase in the nitrogen flow rate leads to an increase in the yield of HCO and wax. Figure 9 shows that the selectivity to wax increases as the residence time of pyrolysis gas decreases. Figure 10 additionally shows that the wax produced using higher N 2 flow rates also has a different carbon chain distribution moving towards longer chain compounds.
반응 온도 및 N2 유량에 따라 수득된 탄화수소 혼합물에서 탄소 원자의 누적 분포는 하기 표 4에 요약되어 있다.The cumulative distribution of carbon atoms in the hydrocarbon mixture obtained according to the reaction temperature and N 2 flow rate is summarized in Table 4 below.
실시예 3Example 3
상술한 일반적인 절차에 따라 실험을 수행하였다. 원료로서 80중량%의 HDPE 및 20중량%의 PP를 사용하고 20 g의 실리카를 열매체로서 사용하여 실험을 수행하였다. 반응 온도는 450℃로 설정되었고, N2 유량은 0.15 ℓ/분 내지 4 ℓ/분으로 다양하였다. 특히, N2 유량은 하기와 같이 설정되었다:Experiments were performed according to the general procedure described above. Experiments were conducted using 80 wt% HDPE and 20 wt% PP as raw materials and 20 g silica as a heating medium. The reaction temperature was set at 450 ° C and the N 2 flow rate varied from 0.15 l / min to 4 l / min. In particular, the N 2 flow rate was set as follows:
· N2 유입부는 반응기의 상부에 위치하고 반응 조건 하에 플라스틱 용융물과 접촉하지 않았다. 이러한 구성은 도면에서 '상승(up)'으로 정의된다.The N 2 inlet was located at the top of the reactor and was not in contact with the plastic melt under the reaction conditions. This configuration is defined as " up " in the figure.
· N2 유입부는 반응기의 하부에 위치하고 반응 조건 하에 플라스틱 용융물과 접촉하였다. 이는 일종의 '스트리핑(stripping)' 효과를 가능케 한다. 이러한 구성은 도면에서 '하강(down)'으로 정의된다.The N 2 inlet is located at the bottom of the reactor and is in contact with the plastic melt under the reaction conditions. This enables a kind of "stripping (stripping) 'effects. This configuration is defined as " down " in the drawings.
열매체 대 플라스틱의 중량비는 중량 기준으로 20/30과 동일하였다.The weight ratio of heat medium to plastic was equal to 20/30 by weight.
실험 결과는 도 10 내지 도 13에 도시되어 있다. 도 10은 유량이 증가하면 전환율이 증가한다는 것을 보여준다. 특히, 반응기의 하부에 N2 유입부를 배치함으로써 N2 유량을 플라스틱 용융물과 접촉시키면 전환율이 추가로 증가한다. 도 11은 질소 유량이 증가하면 HCO 및 왁스의 수율의 증가가 야기되는 놀라운 효과를 보여준다. 특히, N2가 반응 조건 하에 플라스틱 용융물과 접촉하도록 하는 경우에 이의 효과는 더욱 더 뚜렷하다. 도 12는 열분해 가스의 체류 시간이 감소함에 따라 왁스에 대한 선택성이 증가함을 보여준다. 도 13은 생성된 왁스가 또한 보다 긴 사슬 화합물을 향해 이동한 상이한 탄소 사슬 분포를 갖는다는 것을 추가로 보여준다.Experimental results are shown in Figs. 10-13. Figure 10 shows that as the flow rate increases, the conversion rate increases. In particular, by placing the N 2 inlet at the bottom of the reactor, the N 2 flow rate is brought into contact with the plastic melt, further increasing the conversion rate. Figure 11 shows the surprising effect of increasing the yield of HCO and wax with increasing nitrogen flow. In particular, the effect of N 2 in bringing it into contact with the plastic melt under reaction conditions is even more pronounced. Figure 12 shows that the selectivity to wax increases as the residence time of pyrolysis gas decreases. Figure 13 additionally shows that the resulting wax also has a different carbon chain distribution moving toward longer chain compounds.
N2 유량에 따라 수득된 탄화수소 혼합물에서 탄소 원자의 누적 분포는 하기 표 5에 요약되어 있다.The cumulative distribution of carbon atoms in the hydrocarbon mixture obtained according to the N 2 flow rate is summarized in Table 5 below.
실시예 4: 본 발명에 따른 질량 균형Example 4: Mass balance according to the present invention
본 실시예 및 하기 실시예에서, 재사용 플라스틱(post-consumer plastic)은 이들의 주요 플라스틱 성분을 기준으로 명명되며, 평균적으로 상기 고려되는 재사용 플라스틱은 8중량%의 첨가제를 함유한다.In the present embodiment and the following examples, the post-consumer plastic is named on the basis of the main plastic components thereof, and on average the abovementioned reusable plastic contains 8% by weight of additives.
내부 직경이 1.4 m이고 내부 길이가 5 m인 이중벽 회전 드럼 용광로(직경이 400 ㎜이고 길이가 2 m인 가스 생성물 흡수 라인이 구비됨)가 구비된 유닛에는 370℃ 초과의 온도에 하기 조성물의 재사용 혼합 플라스틱 폐기물을 2500 ㎏/시간으로 공급하였다:A unit equipped with a double wall rotary drum furnace with an internal diameter of 1.4 m and an internal length of 5 m (equipped with a gas product absorption line having a diameter of 400 mm and a length of 2 m) Mixed plastic waste was fed at 2500 kg / hr:
g/㎏ g / kg
PE 415.2PE 415.2
PP 400.0PP 400.0
PS 20.0PS 20.0
PVC 20.0PVC 20.0
물 100.0water 100.0
음식 잔류물 20.0Food residue 20.0
이물질 고체 20.0Foreign matter solid 20.0
공기 4.8air 4.8
먼저, 혼합 플라스틱 폐기물을 250℃ 및 대기압에서 전처리하여 플라스틱을 용융시키고 유출물로서 대부분의 공기, 물, 음식 잔류물 및 이물질 고체를 제거하였다. 또한 이러한 유출물은 공급된 물질의 임의의 성분의 분해로부터 발생하는 가스 생성물을 함유하였다. 전처리된 물질은 150 mbar의 절대 압력 하에 465℃에서뿐만 아니라, 700℃로 공급되는 미세한 샌드로 구성된 열매체에 대해 4000 ㎏/시간으로 운전되는 이중벽 회전 드럼 용광로에 도입되었다. 용광로에서의 가스 체류량은 4 ㎥인 것으로 추정되며, 응축된 상의 체류량은 3.6 ㎥인 것으로 추정되었다. 370℃ 이상의 온도에서의 보충 가스 체류량은 0.3 ㎥인 것으로 추정된다. 용광로의 유출부에서 생성되는 총 가스 유량은 9 kmol/시간으로 추정되며, 이는 1903 ㎏/시간에 상응하였다.First, the mixed plastic waste was pretreated at 250 ° C and atmospheric pressure to melt the plastic and remove most of the air, water, food residues and foreign solids as effluent. These effluents also contained gaseous products resulting from the decomposition of any constituents of the feed material. The pretreated material was introduced into a double wall rotary drum furnace operating at 450 kg / hr for a heating medium consisting of fine sand fed at 465 ° C under an absolute pressure of 150 mbar as well as 700 ° C. The gas holdup in the blast furnace was estimated to be 4 m3 and the retention amount of the condensed phase was estimated to be 3.6 m3. It is estimated that the supplementary gas holdup amount at a temperature of 370 ° C or higher is 0.3
370℃ 이상에서 가스상에서의 가스 생성물의 체류 시간은 4.5초인 것으로 계산되었다. 계산된 유량은 도 1의 넘버링(numbering)과 함께 하기 표 6에 나타나 있다.The residence time of the gas product in the gas phase above 370 ° C was calculated to be 4.5 seconds. The calculated flow rate is shown in Table 6 below along with the numbering of FIG.
반응의 열부하(heat duty)는 517 kW에서 추정되었으며, 열매체에 의해 공급되는 열은 217 kW인 것으로 추정되며, 이는 코크스의 연소에 의해 이용 가능한 열의 42%에 상응하였으며, 이중벽에 의해 공급되는 열은 300 kW인 것으로 추정되며, 이는 가스의 연소에 의해 이용 가능한 열의 50%에 상응하였다. 용광로에서 이용 가능한 열전달 표면은 20 ㎡인 것으로 추정되고, 전체 열전달 계수는 80 W/㎡K인 것으로 추정되었으며, 용광로를 가열하기 위해 사용된 고온의 가스와 반응 매질 사이의 대수적 온도 차이는 190℃에 달했다.The heat duty of the reaction was estimated at 517 kW, and the heat supplied by the heating medium was estimated to be 217 kW, corresponding to 42% of the heat available by combustion of the coke, and the heat supplied by the double wall 300 kW, which corresponds to 50% of the heat available by combustion of the gas. The heat transfer surface available in the furnace is estimated to be 20
용광로에서의 응축 물질의 체류 시간은 80분인 것으로 추정되었다. 왁스의 전체 수율은 혼합 플라스틱 폐기물의 플라스틱 함량(첨가제를 포함함)에 기초하여 59%인 것으로 계산되었다. 왁스는 주로 선형이었다.The residence time of the condensate in the furnace was estimated to be 80 minutes. The overall yield of the wax was calculated to be 59% based on the plastic content of the mixed plastic waste (including additives). The wax was predominantly linear.
실시예 5: 본 발명에 따른 질량 균형Example 5: Mass balance according to the present invention
내부 직경이 1.4 m이고 내부 길이가 5 m인 이중벽 회전 드럼 용광로(직경이 400 ㎜이고 길이가 5 m인 가스 생성물 흡수 라인이 구비됨)가 구비된 유닛에는 370℃ 초과의 온도에 하기 조성물의 재사용 혼합 플라스틱 폐기물을 2500 ㎏/시간으로 공급하였다:A unit equipped with a double-walled rotary drum furnace (having a diameter of 400 mm and a length of 5 m with a gas product absorption line) with an internal diameter of 1.4 m and an internal length of 5 m was subjected to re- Mixed plastic waste was fed at 2500 kg / hr:
g/㎏ g / kg
PE 415.2PE 415.2
PP 400.0PP 400.0
PS 20.0PS 20.0
PVC 20.0PVC 20.0
물 100.0water 100.0
음식 잔류물 20.0Food residue 20.0
이물질 고체 20.0Foreign matter solid 20.0
공기 4.8air 4.8
먼저, 혼합 플라스틱 폐기물을 250℃ 및 대기압에서 전처리하여 플라스틱을 용융시키고 유출물로서 대부분의 공기, 물, 음식 잔류물 및 이물질 고체를 제거하였다. 또한 이러한 유출물은 공급된 물질의 임의의 성분의 분해로부터 발생하는 가스 생성물을 함유하였다. 전처리된 물질은 355 mbar의 절대 압력 하에 465℃에서뿐만 아니라, 700℃에서 공급되는 미세한 샌드로 구성된 열매체에 대해 4000 ㎏/시간 및 25℃에서 질소에 대해 560 ㎏/시간으로 운전되는 이중벽 회전 드럼 용광로에 도입되었다. 용광로에서의 가스 체류량은 6 ㎥인 것으로 추정되며, 응축된 상의 체류량은 1.7 ㎥인 것으로 추정되었다. 370℃ 이상의 온도에서의 보충 가스 체류량은 0.3 ㎥인 것으로 추정된다. 용광로의 유출부에서 생성된 총 가스 유량은 29 kmol/시간으로 추정되며, 이는 2463 ㎏/시간에 상응하였다.First, the mixed plastic waste was pretreated at 250 ° C and atmospheric pressure to melt the plastic and remove most of the air, water, food residues and foreign solids as effluent. These effluents also contained gaseous products resulting from the decomposition of any constituents of the feed material. The pretreated material was fed to a double wall rotary drum furnace operating at 465 ° C under an absolute pressure of 355 mbar as well as at 4000 kg / hr for a heating medium consisting of fine sand fed at 700 ° C and 560 kg / hr for nitrogen at 25 ° C . The gas holdup in the blast furnace is estimated to be 6 m3 and the retention amount of the condensed phase is estimated to be 1.7 m3. It is estimated that the supplementary gas holdup amount at a temperature of 370 ° C or higher is 0.3
370℃ 이상에서 가스상에서의 가스 생성물의 체류 시간은 4.9초인 것으로 계산되었다. 계산된 유량은 도 2의 넘버링과 함께 하기 표 7에 나타나 있다.The residence time of the gas product in the gas phase above 370 ° C was calculated to be 4.9 seconds. The calculated flow rate is shown in Table 7 together with the numbering in FIG.
질소의 예열을 포함한 반응의 열부하는 585 kW에서 추정되었으며, 열매체에 의해 공급되는 열은 261 kW인 것으로 추정되며, 이는 코크스의 연소에 의해 이용 가능한 열의 50%에 상응하였으며, 이중벽에 의해 공급되는 열은 324 kW인 것으로 추정되며, 이는 가스의 연소에 의해 이용 가능한 열의 53%에 상응하였다. 용광로에서 이용 가능한 열전달 표면은 20 ㎡인 것으로 추정되고, 전체 열전달 계수는 80 W/㎡K인 것으로 추정되었으며, 용광로를 가열하기 위해 사용된 고온의 가스와 반응 매질 사이의 대수적 온도 차이는 205℃에 달했다.The heat load of the reaction, including nitrogen preheating, was estimated at 585 kW, and the heat supplied by the heating medium was estimated to be 261 kW, corresponding to 50% of the heat available by combustion of the coke, Is estimated to be 324 kW, which corresponds to 53% of the heat available by combustion of the gas. The heat transfer surface available in the blast furnace is estimated to be 20
용광로에서의 응축 물질의 체류 시간은 132분인 것으로 추정되었다. 특정 희석 비율(D/P)은 6.3 mol/mol/bar인 것으로 계산되었다. 왁스의 전체 수율은 혼합 플라스틱 폐기물의 플라스틱 함량(첨가제를 포함함)에 기초하여 59%인 것으로 계산되었다. 왁스는 주로 선형이었다.The residence time of the condensate in the furnace was estimated to be 132 minutes. The specific dilution ratio (D / P) was calculated to be 6.3 mol / mol / bar. The overall yield of the wax was calculated to be 59% based on the plastic content of the mixed plastic waste (including additives). The wax was predominantly linear.
실시예 6: 본 발명에 따른 질량 균형Example 6: Mass balance according to the present invention
내부 직경이 1.4 m이고 내부 길이가 5 m인 이중벽 회전 드럼 용광로(직경이 400 ㎜이고 길이가 5 m인 가스 생성물 흡수 라인이 구비됨)가 구비된 유닛에는 370℃ 초과의 온도에 하기 조성물의 재사용 혼합 플라스틱 폐기물을 1200 ㎏/시간으로 공급하였다:A unit equipped with a double-walled rotary drum furnace (having a diameter of 400 mm and a length of 5 m with a gas product absorption line) with an internal diameter of 1.4 m and an internal length of 5 m was subjected to re- Mixed plastic waste was fed at 1200 kg / hr:
g/㎏ g / kg
PE 415.2PE 415.2
PP 400.0PP 400.0
PS 20.0PS 20.0
PVC 20.0PVC 20.0
물 100.0water 100.0
음식 잔류물 20.0Food residue 20.0
이물질 고체 20.0Foreign matter solid 20.0
공기 4.8air 4.8
먼저, 혼합 플라스틱 폐기물을 250℃ 및 대기압에서 전처리하여 플라스틱을 용융시키고 유출물로서 대부분의 공기, 물, 음식 잔류물 및 이물질 고체를 제거하였다. 또한 이러한 유출물은 공급된 물질의 임의의 성분의 분해로부터 발생하는 가스 생성물을 함유하였다. 전처리된 물질은 120 mbar의 절대 압력 하에 465℃에서뿐만 아니라, 25℃에서 질소에 대해 224 ㎏/시간으로 운전되는 이중벽 회전 드럼 용광로에 도입되었다. 용광로에서의 가스 체류량은 7 ㎥인 것으로 추정되며, 응축된 상의 체류량은 0.6 ㎥인 것으로 추정되었다. 370℃ 이상의 온도에서의 보충 가스 체류량은 0.3 ㎥인 것으로 추정된다. 용광로의 유출부에서 생성된 총 가스 유량은 12.3 kmol/시간으로 추정되며, 이는 1137 ㎏/시간에 상응하였다.First, the mixed plastic waste was pretreated at 250 ° C and atmospheric pressure to melt the plastic and remove most of the air, water, food residues and foreign solids as effluent. These effluents also contained gaseous products resulting from the decomposition of any constituents of the feed material. The pretreated material was introduced into a double wall rotary drum furnace operating at 465 ° C under an absolute pressure of 120 mbar, but also at 224 kg / hr for nitrogen at 25 ° C. The gas holdup in the blast furnace was estimated to be 7 m3 and the retention amount of the condensed phase was estimated to be 0.6 m3. It is estimated that the supplementary gas holdup amount at a temperature of 370 ° C or higher is 0.3
370℃ 이상에서 가스상에서의 가스 생성물의 체류 시간은 4.6초인 것으로 계산되었다. 계산된 유량은 도 2의 넘버링과 함께 하기 표 8에 나타나 있다.The residence time of the gas product in the gas phase above 370 ° C was calculated to be 4.6 seconds. The calculated flow rate is shown in Table 8 together with the numbering in FIG.
질소의 예열을 포함한 반응의 열부하는 275 kW에서 추정되었으며, 이중벽에 의해 공급되는 열은 275 kW인 것으로 추정되며, 이는 가스의 연소에 의해 이용 가능한 열에 상응한다. 용광로에서 이용 가능한 열전달 표면은 20 ㎡인 것으로 추정되고, 전체 열전달 계수는 80 W/㎡K인 것으로 추정되었으며, 용광로를 가열하기 위해 사용된 고온의 가스와 반응 매질 사이의 대수적 온도 차이는 174℃에 달했다.The heat load of the reaction, including nitrogen preheating, was estimated at 275 kW, and the heat supplied by the double wall is estimated to be 275 kW, which corresponds to the heat available by the combustion of the gas. The heat transfer surface available in the blast furnace is assumed to be 20
용광로에서의 응축 물질의 체류 시간은 161분인 것으로 추정되었다. 특정 희석 비율(D/P)은 15.4 mol/mol/bar인 것으로 계산되었다. 왁스의 전체 수율은 혼합 플라스틱 폐기물의 플라스틱 함량(첨가제를 포함함)에 기초하여 59%인 것으로 계산되었다. 왁스는 주로 선형이었다.The retention time of the condensate in the furnace was estimated to be 161 minutes. The specific dilution ratio (D / P) was calculated to be 15.4 mol / mol / bar. The overall yield of the wax was calculated to be 59% based on the plastic content of the mixed plastic waste (including additives). The wax was predominantly linear.
참고예 1: 본 발명에서 벗어난 조건에 대한 질량 균형Reference Example 1: Mass balance for conditions deviating from the present invention
내부 직경이 1.4 m이고 내부 길이가 8 m인 이중벽 회전 드럼 용광로(직경이 400 ㎜이고 길이가 2 m인 가스 생성물 흡수 라인이 구비됨)가 구비된 유닛에는 370℃ 초과의 온도에 하기 조성물의 재사용 혼합 플라스틱 폐기물을 2500 ㎏/시간으로 공급하였다:A unit equipped with a double-walled rotating drum furnace (having a diameter of 400 mm and a length of 2 m with a gas product absorption line) having an internal diameter of 1.4 m and an internal length of 8 m was subjected to re- Mixed plastic waste was fed at 2500 kg / hr:
g/㎏ g / kg
PE 415.2PE 415.2
PP 400.0PP 400.0
PS 20.0PS 20.0
PVC 20.0PVC 20.0
물 100.0water 100.0
음식 잔류물 20.0Food residue 20.0
이물질 고체 20.0Foreign matter solid 20.0
공기 4.8air 4.8
먼저, 혼합 플라스틱 폐기물을 250℃ 및 대기압에서 전처리하여 플라스틱을 용융시키고 유출물로서 대부분의 공기, 물, 음식 잔류물 및 이물질 고체를 제거하였다. 또한 이러한 유출물은 공급된 물질의 임의의 성분의 분해로부터 발생하는 가스 생성물을 함유하였다. 전처리된 물질은 1320 mbar의 절대 압력 하에 450℃에서 운전되는 이중벽 회전 드럼 용광로에 도입되었다. 용광로에서의 가스 체류량은 11.1 ㎥인 것으로 추정되며, 응축된 상의 체류량은 1.2 ㎥인 것으로 추정되었다. 370℃ 이상의 온도에서의 보충 가스 체류량은 0.3 ㎥인 것으로 추정된다. 용광로의 유출부에서 생성된 총 가스 유량은 15.1 kmol/시간으로 추정되며, 이는 1902 ㎏/시간에 상응하였다.First, the mixed plastic waste was pretreated at 250 ° C and atmospheric pressure to melt the plastic and remove most of the air, water, food residues and foreign solids as effluent. These effluents also contained gaseous products resulting from the decomposition of any constituents of the feed material. The pretreated material was introduced into a double wall rotary drum furnace operated at 450 ° C under an absolute pressure of 1320 mbar. The gas holdup in the blast furnace is estimated to be 11.1 m3 and the retention of the condensed phase is estimated to be 1.2 m3. It is estimated that the supplementary gas holdup amount at a temperature of 370 ° C or higher is 0.3
370℃ 이상에서 가스상에서의 가스 생성물의 체류 시간은 64.9초인 것으로 계산되었다. 계산된 유량은 도 1의 넘버링과 함께 하기 표 9에 나타나 있다.The residence time of the gas product in the gas phase above 370 ° C was calculated to be 64.9 seconds. The calculated flow rate is shown in Table 9 together with the numbering in FIG.
반응의 열부하는 668 kW에서 추정되었으며, 이중벽에 의해 공급되는 열은 668 kW인 것으로 추정되며, 이는 가스의 연소에 의해 이용 가능한 열의 43%에 상응하였다. 용광로에서 이용 가능한 열전달 표면은 32 ㎡인 것으로 추정되고, 전체 열전달 계수는 80 W/㎡K인 것으로 추정되었으며, 용광로를 가열하기 위해 사용된 고온의 가스와 반응 매질 사이의 대수적 온도 차이는 263℃에 달했다.The heat load of the reaction was estimated at 668 kW, and the heat supplied by the double wall was estimated to be 668 kW, corresponding to 43% of the heat available by combustion of the gas. The heat transfer surface available in the furnace is estimated to be 32
용광로에서의 응축 물질의 체류 시간은 300분인 것으로 추정되었다. 왁스의 전체 수율은 혼합 플라스틱 폐기물의 플라스틱 함량(첨가제를 포함함)에 기초하여 24%인 것으로 계산되었다. 왁스는 주로 선형이었다.The residence time of the condensate in the furnace was estimated to be 300 minutes. The overall yield of the wax was calculated to be 24% based on the plastic content of the mixed plastic waste (including additives). The wax was predominantly linear.
참고예 2: 본 발명에서 벗어난 조건에 대한 질량 균형Reference Example 2: Mass balance for conditions deviating from the present invention
내부 직경이 1.4 m이고 내부 길이가 8 m인 이중벽 회전 드럼 용광로(직경이 400 ㎜이고 길이가 2 m인 가스 생성물 흡수 라인이 구비됨)가 구비된 유닛에는 370℃ 초과의 온도에 하기 조성물의 재사용 혼합 플라스틱 폐기물을 2500 ㎏/시간으로 공급하였다:A unit equipped with a double-walled rotating drum furnace (having a diameter of 400 mm and a length of 2 m with a gas product absorption line) having an internal diameter of 1.4 m and an internal length of 8 m was subjected to re- Mixed plastic waste was fed at 2500 kg / hr:
g/㎏ g / kg
PE 415.2PE 415.2
PP 400.0PP 400.0
PS 20.0PS 20.0
PVC 20.0PVC 20.0
물 100.0water 100.0
음식 잔류물 20.0Food residue 20.0
이물질 고체 20.0Foreign matter solid 20.0
공기 4.8air 4.8
먼저, 혼합 플라스틱 폐기물을 250℃ 및 대기압에서 전처리하여 플라스틱을 용융시키고 유출물로서 대부분의 공기, 물, 음식 잔류물 및 이물질 고체를 제거하였다. 또한 이러한 유출물은 공급된 물질의 임의의 성분의 분해로부터 발생하는 가스 생성물을 함유하였다. 전처리된 물질은 1400 mbar의 절대 압력 하에 450℃에서뿐만 아니라 25℃에서 질소에 대해 28 ㎏/시간으로 운전되는 이중벽 회전 드럼 용광로에 도입되었다. 용광로에서의 가스 체류량은 11.1 ㎥인 것으로 추정되며, 응축된 상의 체류량은 1.2 ㎥인 것으로 추정되었다. 370℃ 이상의 온도에서의 보충 가스 체류량은 0.3 ㎥인 것으로 추정된다. 용광로의 유출부에서 생성된 총 가스 유량은 16.1 kmol/시간으로 추정되며, 이는 1929 ㎏/시간에 상응하였다.First, the mixed plastic waste was pretreated at 250 ° C and atmospheric pressure to melt the plastic and remove most of the air, water, food residues and foreign solids as effluent. These effluents also contained gaseous products resulting from the decomposition of any constituents of the feed material. The pretreated material was introduced into a double wall rotary drum furnace operating at 450 ° C under an absolute pressure of 1400 mbar as well as at 28 kg / hr for nitrogen at 25 ° C. The gas holdup in the blast furnace is estimated to be 11.1 m3 and the retention of the condensed phase is estimated to be 1.2 m3. It is estimated that the supplementary gas holdup amount at a temperature of 370 ° C or higher is 0.3
370℃ 이상에서 가스상에서의 가스 생성물의 체류 시간은 64.6초인 것으로 계산되었다. 계산된 유량은 도 2의 넘버링과 함께 하기 표 10에 나타나 있다.The residence time of the gas product in the gas phase above 370 ° C was calculated to be 64.6 seconds. The calculated flow rate is shown in Table 10 together with the numbering in FIG.
반응의 열부하는 670 kW에서 추정되었으며, 이중벽에 의해 공급되는 열은 670 kW인 것으로 추정되며, 이는 가스의 연소에 의해 이용 가능한 열의 43%에 상응한다. 용광로에서 이용 가능한 열전달 표면은 32 ㎡인 것으로 추정되고, 전체 열전달 계수는 80 W/㎡K인 것으로 추정되었으며, 용광로를 가열하기 위해 사용된 고온의 가스와 반응 매질 사이의 대수적 온도 차이는 265℃에 달했다.The heat load of the reaction was estimated at 670 kW, and the heat supplied by the double wall is estimated to be 670 kW, which corresponds to 43% of the heat available by combustion of the gas. The heat transfer surface available in the blast furnace is assumed to be 32
용광로에서의 응축 물질의 체류 시간은 300분인 것으로 추정되었다. 특정 희석 비율(D/P)은 0.05 mol/mol/bar인 것으로 계산되었다. 왁스의 전체 수율은 혼합 플라스틱 폐기물의 플라스틱 함량(첨가제를 포함함)에 기초하여 24%인 것으로 계산되었다. 왁스는 주로 선형이었다.The residence time of the condensate in the furnace was estimated to be 300 minutes. The specific dilution ratio (D / P) was calculated to be 0.05 mol / mol / bar. The overall yield of the wax was calculated to be 24% based on the plastic content of the mixed plastic waste (including additives). The wax was predominantly linear.
본 발명의 공정에 따라 수득된 유형의 왁스는, 특히 역청 코팅 조성물, 보다 일반적으로는 (i) 무기질 응집체(mineral aggregate) 및 (ii) 석유(역청 또는 합성 중합체성 수지와 오일의 혼합물) 및/또는 식물(특히 수지 및 식물성 오일에 기초한 결합제)로부터 유래하는 유기 결합제에 기초한 코팅 조성물 내의 첨가제로서 사용될 수 있다. 본 발명의 왁스는 (특히 중합체의 첨가에 통해) 순수하거나 개질된 역청에 기초한 역청 혼합물 및 아스팔트 콘크리트뿐만 아니라 기타 유기 결합제에 기초한 코팅, 예를 들어 상기 유형의 합성 중합체 및/또는 식물성 수지의 코팅에 특히 유용하다.Waxes of the type obtained according to the process of the present invention are particularly suitable for bituminous coating compositions, more generally (i) mineral aggregates and (ii) petroleum (a mixture of bitumen or synthetic polymeric resin and oil) and / Or as an additive in coating compositions based on organic binders derived from plants (especially binders based on resins and vegetable oils). The waxes of the present invention can be applied to coatings based on bitumen based on pure or modified bitumen (especially through the addition of polymers) and bituminous mixtures and asphalt concrete as well as other organic binders, such as coatings of synthetic polymers of this type and / or vegetable resins Especially useful.
제1 양태에서, 본 발명에 따른 왁스는 무기질 응집체 및 유기 결합제에 기초한 코팅에 사용되는 경우에 결합제 및/또는 결합제와 응집체의 혼합물의 사용을 용이하게 하기 위해; 및/또는 응집체의 코팅을 최적화하기 위해 이용될 수 있고, 특히 열에서 사용될 수 있다: 본 발명에 따른 왁스의 존재는 전형적으로 수 십 도씨(℃) 정도 감소하는 경향이 있으며, 이러한 온도에서 조성물은 사용하기에 충분히 유동성을 나타내며, 이는 특히 공정비용의 감소 측면에서 그 자체로서 자명하다.In a first embodiment, the wax according to the invention is used to facilitate the use of a binder and / or a mixture of binder and aggregate when used in a coating based on inorganic aggregates and organic binders; And / or the coating of agglomerates, and can be used in particular in heat: the presence of the wax according to the present invention typically tends to decrease by several tens degrees Celsius, Is sufficiently fluid to be used, which is manifest itself in terms of a reduction of the process cost in particular.
후술한 유형의 특정 응용을 위해 이전 양태와 상용성이며 이에 상보적인 다른 양태에 따르면, 본 발명에 따른 왁스는 이의 냉각 도중에 코팅의 경화 속도를 증가시키기 위해 무기질 응집체 및 유기 결합제에 기초한 코팅에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 왁스는 실재로 상술한 역청 또는 투명한 결합제와 같은 유기 결합제보다 높은 "침강" 속도를 갖는 경향이 있다.According to another embodiment that is compatible with and compliant with previous embodiments for the specific application of the type described below, the wax according to the invention can be used in coatings based on inorganic aggregates and organic binders to increase the curing rate of the coating during its cooling have. Waxes according to the present invention tend to have a higher "settling" rate than organic binders such as the bitumen or clear binder described above.
따라서, 예시적이면서 비제한적으로, 본 발명의 왁스는 적어도 하기 응용에서 유리하게 사용될 수 있다:Thus, by way of example and not limitation, the waxes of the present invention can be advantageously used at least in the following applications:
- 가열된 역청(순수하거나 개질됨)과 함께 코팅 응집체에 의해 수득된 소위 "따뜻한" 역청 혼합물에서: 이러한 응용을 위해 왁스는 응집체의 코팅 이전에 역청과 유리하게 혼합되며, 이로 인해 역청은 왁스의 부재 하에서보다 훨씬 낮은 온도(수지의 부재 하에서의 200℃와 비교하여 전형적으로는 약 110~140℃, 보다 정확하게는 150~200℃의 온도)에서 응집체와 혼합될 수 있다.In the so-called "warm" bitumen mixture obtained by coating aggregates with heated bitumen (pure or modified): for this application the wax is advantageously mixed with the bitumen prior to the coating of the agglomerate, Can be mixed with aggregates at much lower temperatures than in the absence (typically at temperatures of about 110 to 140 占 폚, more precisely at temperatures of 150 to 200 占 폚 as compared to 200 占 폚 in the absence of resin).
- 전형적으로 왁스가, 예를 들어 특히 EP 1845134에 개시된 바와 같이 식물성 오일 유형의 플럭스 첨가제(flux additive)인 역청과 혼합되는 표면 마모 코팅에서. 이러한 플럭싱된 결합제는 노면 상에 분무하기 위한 것이며, 이어 응집체가 여기에 침전된다. 이와 관련하여 왁스의 존재는 결합제가 분무되는 온도를 감소시킬 뿐만 아니라 플럭싱제(fluxing agent)의 존재에도 불구하고 이의 증착 이후에 역청 및 이의 응집 증가(경화) 속도를 증가시키도록 한다.- in surface abrasion coatings where the wax is typically mixed with bitumen which is a flux additive of vegetable oil type, for example as disclosed in EP 1845134 in particular. This fluxed binder is for spraying on the road surface, and the aggregates are then deposited thereon. In this connection, the presence of the wax not only reduces the temperature at which the binder is sprayed, but also increases the bitumen and its agglomeration increase (curing) rate after its deposition, despite the presence of a fluxing agent.
- 쏟아 부은 아스팔트, 즉 상술한 유형의 역청 혼합물을 갖지만 보다 높은 역청 함량(통상적인 역청 혼합물 내의 4.5 내지 5.5중량%와 대비하여 혼합액의 총 중량에 기초하여 전형적으로는 적어도 10중량%)을 갖는 조성물에서: 왁스는 전형적으로 역청 결합제와 혼합되며, 이로 인해 역청은 왁스의 부재 하에 200℃ 초과(전형적으로는 약 250℃)의 온도와 비교하여 약 160 내지 190℃의 온도에서 응집체와 혼합될 수 있다. 또한 왁스는 경화 특성을 부여한다.Poured asphalt, a composition having a bituminous mixture of the type described above, but with a higher bitumen content (typically at least 10% by weight, based on the total weight of the mixed liquor, compared to 4.5 to 5.5% by weight in a conventional bituminous mixture) The wax is typically mixed with a bitumen binder whereby bitumen can be mixed with the aggregate at a temperature of about 160 to 190 DEG C compared to a temperature of above 200 DEG C (typically about 250 DEG C) in the absence of wax . The wax also gives curing properties.
- "합성 결합제"로도 지칭되는 "투명한 결합제"에 기초한 역청 혼합물, 즉 합성 중합체에 기초하고/하거나 투명한 유형의 석유 기원 및/또는 식물 기원의 수지 및 오일에 기초한 결합체에 기초한 역청 혼합물에서, 역청 혼합물과 대조적으로 이들이 함유하는 응집체가 구별되도록 한다: 또한 이들 결합제 내의 왁스의 존재는 코팅이 만들어지고 침전되는 온도를 감소시키도록 한다.- a bituminous mixture based on a "transparent binder", also referred to as a "synthetic binder", that is to say a bituminous mixture based on synthetic polymers and / or based on binders based on resins and oils of vegetable origin and / The presence of the wax in these binders causes the temperature at which the coating is made and settled to decrease.
- 중합체와 혼합되는 역청을 포함하는 밀봉 코팅, 특히 지붕용 밀봉 코팅에서: 왁스의 존재는 또한 코팅이 제조되는 온도를 감소시키도록 한다. 이는 또한 증착 이후에 코팅의 침강을 가속화하도록 하는데, 이는 증착된 조성물이 충분히 빠르게 경화되지 않는 경우 유동하는 경향이 있는 경사 지붕 상의 증착물의 경우에 특히 주목할 만하다.- sealing coatings, including bitumen mixed with polymers, especially in sealing coatings for roofs: the presence of wax also reduces the temperature at which the coating is made. This also accelerates the settling of the coating after deposition, which is particularly notable in the case of deposits on inclined roofs which tend to flow when the deposited composition is not cured sufficiently fast.
더욱이, 결합제의 유동학적 특성(rheological property)을 개선시키기 위해, 보다 구체적으로는 전단 탄성계수(modulus of rigidity)를 증가시키기 위해 본 발명의 왁스를 사용할 수 있다. 이와 관련하여 본 발명의 왁스는 또한 윤활 특성을 제공할 수 있다.Moreover, waxes of the present invention can be used to improve the rheological properties of the binder, and more specifically to increase the modulus of rigidity. In this connection, the wax of the present invention can also provide lubrication properties.
반면, 적어도 일부의 경우, 역청 코팅 내에 본 발명에 따른 왁스의 존재는 탄화수소에 의한 가용화에 직면하여 코팅의 취화(embrittlement)에 대한 내성을 개선시키는 경향이 있다. 이와 관련하여 본 발명에 따른 왁스는 가솔린 또는 등유와 접촉하게 되는 역청 코팅, 예를 들어 휴게소(service station)에서 사용되는 역청 코팅 내의 첨가제로서 특히 적합한 것으로 밝혀져 있다.On the other hand, in at least some cases, the presence of the wax according to the present invention in the bituminous coating tends to improve the resistance to embrittlement of the coating in the face of solubilization by the hydrocarbons. In this connection it has been found that the waxes according to the invention are particularly suitable as additives in bituminous coatings, for example in bituminous coatings used in service stations, which are brought into contact with gasoline or kerosene.
Claims (33)
반응기 내에 플라스틱을 도입하는 단계;
플라스틱의 적어도 일부분이 왁스로 전환되도록 하되, 왁스가 반응기 내에서 형성되는 열분해 가스의 일부인 단계; 및
상기 왁스를 함유하는 생성물 스트림을 반응기로부터 제거하는 단계를 포함하고,
열분해 가스는 370℃ 초과의 온도에서 60초 미만의 체류 시간을 갖는 것을 특징으로 하는, 분해에 의해 플라스틱을 왁스로 전환하기 위한 공정.A process for converting plastics into wax by cracking,
Introducing plastic into the reactor;
Allowing at least a portion of the plastic to convert to wax, wherein the wax is part of a pyrolysis gas formed in the reactor; And
And removing the wax-containing product stream from the reactor,
Characterized in that the pyrolysis gas has a residence time of less than 60 seconds at a temperature of more than 370 ° C.
탄화수소는 d20이 20 이상이고 d50이 50 이하가 되도록 이들의 탄소 원자수의 누적 분포를 나타내고;
탄화수소의 50 몰% 이상은 선형 탄화수소이고;
탄화수소 중의 n-파라핀과 알파-올레핀의 몰비는 0.1 내지 10 범위인 것을 특징으로 하는, 탄화수소 혼합물.As the hydrocarbon mixture,
The hydrocarbons show a cumulative distribution of the number of carbon atoms such that d20 is greater than or equal to 20 and d50 is less than or equal to 50;
At least 50 mole% of the hydrocarbons are linear hydrocarbons;
Wherein the molar ratio of n-paraffin to alpha-olefin in the hydrocarbon ranges from 0.1 to 10.
반응기 내에 플라스틱을 도입하는 단계;
플라스틱의 적어도 일부분이 왁스로 전환되도록 하되, 왁스의 적어도 일부가 반응기 내에서 형성되는 열분해 가스의 일부인 단계; 및
반응기 내에서 형성되는 열분해 가스의 일부인 상기 왁스를 함유하는 생성물 스트림을 반응기로부터 제거하여 상기 혼합물을 수득하는 단계를 포함하고,
열분해 가스는 370℃ 초과의 온도에서 60초 미만의 체류 시간을 갖는 것을 특징으로 하는, 공정.28. A process for producing a mixture according to any one of claims 16 to 28 by applying decomposition to plastics,
Introducing plastic into the reactor;
Allowing at least a portion of the plastic to convert to wax, wherein at least a portion of the wax is part of a pyrolysis gas formed in the reactor; And
Removing the product stream containing the wax that is part of the pyrolysis gas formed in the reactor from the reactor to obtain the mixture,
Wherein the pyrolysis gas has a residence time of less than 60 seconds at a temperature greater than 370 < 0 > C.
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