KR20210057722A - 폐플라스틱으로부터의 탄화수소 연료 제조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 적어도 1종의 플라스틱 물질을 제공하는 단계; 상기 적어도 1종의 플라스틱 물질을 1차 분해(primary cracking)에 노출시켜서 제 1 탄화수소 유체를 수득하는 단계; 상기 제 1 탄화수소 유체는 기체임; 상기 제 1 탄화수소 가스를 촉매 수소화에 노출시켜서 제 2 탄화수소 유체를 수득하는 단계; 상기 제 2 탄화수소 유체를 분별 분리(fractional separation)하여 적어도 1종의 최종 생성물을 수득하는 단계를 포함하는, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 폐플라스틱을 유체 탄화수소 화합물로 리사이클링하기 위한 폐기물 리사이클링 시스템에 관한 것이다.
Description
본 개시는 분별 분리(fractional separation) 전, 1차 분해(primary cracking) 및 기상 촉매 수소화에 의한 폐플라스틱(waste plastic)의 리사이클링(recyling) 및 탄화수소 연료 및 기타 탄화수소 화합물로의 전환에 관한 것이다.
매년 사실상 막대한 양의 플라스틱이 생성된다. 그의 환경적 중요성이 최근에 현실화되었다. 자연경관을 파괴할 뿐만 아니라 특히 바다에서 막대한 양의 미세 입자가 형성된다는 사실이 인식되고 있다. 이러한 미세 입자는 바다에 사는 물고기 및 기타 유기체에 의해 흡수되어 그들의 건강에 심각한 영향을 미치고 있다.
그와 동시에, CO2는 지구 온난화의 주요 요인으로 인식되고 있기 때문에 대기 중으로의 CO2 방출을 유익하게 저감하는 것이 익히 알려져 있다. 유리하게는, 석유 생성물의 추출은 CO2 배출을 저감할 수 있다. 상기 추출을 제한하는 하나의 방법은 석유 생성물로 제조된 물질의 재활용 및/또는 재순환(recirculating)에 의한 것일 수 있다.
따라서 플라스틱 물질이 리사이클링되고 대기 중으로의 CO2의 추가 방출이 석유 생성물의 추출을 저감함으로써 제한되는 경우 환경에 유익할 것이다. 이는 예를 들어 폐플라스틱에서 탄화수소 연료를 생산하기 위해 플라스틱 물질을 재순환시킴으로써 수행될 수 있다.
다양한 탄화수소 유체를 얻기 위해 다양한 공정으로 폐플라스틱 물질을 리사이클링하려는 시도가 있어 왔다. 그러나, 바람직하게는 에너지의 측면에서 자급-자족할 수 있으며(self-sufficient) 특정 탄화수소 연료의 최적의 생산을 위한 효율적인 공정이 여전히 요구된다.
본 발명의 목적은 폐플라스틱을 재활용하여 액체 연료, 기체 및 탄화수소 화합물을 제조하는 방법 및 그를 위한 시스템에 관한 것이다. 에너지의 측면에서 자급-자족적인 방법, 제한된 양의 추출된 석유 생성물만을 사용함으로써 잠재적 인간-생산 CO2 방출을 감소시키는 방법을 위한 방법에서 얻어진 에너지를 재사용하는 것이 본 발명의 추가 목적이다.
상기 목적들은 본원에서 기술된 본 발명의 양상들 및 구현예들에 따라 달성된다.
본 발명의 한 양상에서, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은,
- 적어도 1종의 플라스틱 물질을 제공하는 단계;
- 상기 적어도 1종의 플라스틱 물질을 1차 분해(primary cracking)에 노출시켜서 제 1 탄화수소 유체를 수득하는 단계; 상기 제 1 탄화수소 유체는 기체임;
- 상기 제 1 탄화수소 가스를 촉매 수소화에 노출시켜서 제 2 탄화수소 유체를 수득하는 단계;
- 상기 제 2 탄화수소 유체를 분별 분리(fractional separation)하여 적어도 1종의 최종 생성물을 수득하는 단계
를 포함한다.
한 구현예에서, 상기 방법은 상기 촉매 수소화 단계 후에 응축(condensation) 단계를 더 포함하되, 상기 제 2 탄화수소 유체는 적어도 상기 촉매 수소화 단계 및 응축 단계를 통해서 수득되며 상기 제 2 탄화수소 유체는 다상 탄화수소 유체(multi-phase hydrocarbon fluid)이다.
추가 구현예에서, 상기 방법은 상기 응축 단계 후에 분리 단계를 더 포함하되, 상기 제 2 탄화수소 유체는 적어도 상기 촉매 수소화 단계, 응축 단계 및 분리 단계를 통해서 수득되며 상기 제 2 탄화수소 유체는 분리 동안 상기 다상 탄화수소 유체로부터 수득된 제 1 탄화수소 액체이다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 구현예 중의 어느 하나에 따르는 방법은 상기 촉매 수소화 단계 전에 수행된 예비-수소화 촉매 분해(pre-hydrogenation catalytic cracking) 단계를 더 포함하되, 상기 제 1 탄화수소 유체는 적어도 상기 1차 분해 단계 및 예비-수소화 촉매 분해를 통해서 수득된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 방법은 상기 촉매 수소화 단계 후에 수행된 포스트-수소화 촉매 분해 단계를 더 포함하되, 상기 제 2 탄화수소 유체는 적어도 촉매 수소화 단계 및 포스트-수소화 촉매 분해 단계를 통해서 수득된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 방법의 1차 분해는 혐기성 열 분해 반응기(anaerobic thermal cracking reactor)에 의해서 수행된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 방법은 하기 단계들을 단독으로 또는 조합하여 포함하지 않는다: 수소화 분해(hydrocracking) 단계, 수소화 전환(hydroconversion) 단계, 및 수소화 탈알킬화(hydrodealkylation) 단계. 또다른 추가 구현예에서, 상기 방법은 촉매 수소화 단계를 포함하되, 상기 촉매 수소화는 수소화 분해, 수소화 전환 및/또는 수소화 탈알킬화가 아니다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 촉매 수소화는 0.1 내지 10 bar의 압력 범위, 바람직하게는 0.7 내지 2 bar의 범위, 예를 들어 대략 1 bar에서 수행된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 촉매 수소화는 300℃ 내지 550℃, 바람직하게는 380℃ 내지 460℃의 온도 범위, 예를 들어 대략 420℃에서 수행된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 방법은 분별 분리 전에 상기 제 2 탄화수소 유체를 보유 탱크(holding tank)로 순환시키는 단계를 더 포함한다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 중질 분획(heavy fraction)은 1차 분해 단계, 촉매 분해 단계 및/또는 촉매 수소화 단계 또는 상기 보유 탱크로 재순환된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 중질 분획은 1차 분해 단계, 촉매 분해 단계 및/또는 촉매 수소화 단계 또는 상기 보유 탱크로 재순환시키기 전에 중질 분획 분해 단계에 노출된다.
본 발명에 따르는 또다른 추가 양상에서, 폐플라스틱을 유체 탄화수소 화합물로 리사이클링하기 위한 폐기물 리사이클링 시스템(waste recycling system)이 제공되며, 상기 시스템은,
- 적어도 1종의 플라스틱 물질을 수용하고 1차 분해에 의해서 상기 적어도 1종의 플라스틱 물질로부터 제 1 탄화수소 유체를 생성할 수 있는 1차 분해 반응기, 상기 제 1 탄화수소 유체는 기체임;
- 상기 제 1 탄화수소 유체를 수용하고 촉매 수소화에 의해서 제 2 탄화수소 유체를 생성할 수 있는 촉매 수소화 반응기; 및
- 상기 제 2 탄화수소 유체를 분별 분리하여 적어도 1종의 최종 생성물을 생성할 수 있는 분별 분리기
를 포함하되,
상기 1차 분해 반응기는 상기 촉매 수소화 반응기와 유체 연통되며 상기 촉매 수소화 반응기는 상기 분별 분리기와 유체 연통된다.
한 구현예에서, 상기 시스템은 상기 촉매 수소화 반응기와 함께 상기 제 2 탄화수소 유체를 생성하고 다상 탄화수소 유체(multi-phase hydrocarbon fluid)인 상기 제 2 탄화수소 유체를 생성하기 위한 응축기(condenser)를 더 포함하되, 상기 촉매 수소화 반응기는 상기 응축기를 통해서 상기 분별 분리기와 더 유동적으로(fluidly) 연결된다.
추가 구현예에서, 상기 시스템은 상기 다상 탄화수소 유체를 분리하여 제 1 탄화수소 유체 및 제 1 비-응축성 탄화수소 가스를 제공하기 위한 포스트-응축 분리기(post-condensation separator)를 더 포함하되, 상기 응축기는 상기 포스트-응축 분리기를 통해서 상기 분별 분리기와 더 유동적으로 연결된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 시스템은 예비-수소화 촉매 분해 반응기(pre-hydrogenation catalytic cracking reactor)를 더 포함하되, 상기 1차 분해 반응기는 상기 예비-수소화 촉매 분해 반응기를 통해서 상기 촉매 수소화 반응기와 더 유동적으로 연결된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 시스템은 포스트-수소화 촉매 분해 반응기를 더 포함하되, 상기 촉매 수소화 반응기는 상기 포스트-수소화 촉매 분해 반응기를 통해서 상기 분별 분리기와 더 유동적으로 연결된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 시스템은 분별 분리 전에 제 2 탄화수소 유체를 저장하기 위한 보유 탱크를 더 포함하되, 상기 촉매 수소화 반응기는 적어도 상기 보유 탱크를 통해서 상기 분별 분리기와 유동적으로 연결된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 시스템은 상기 1차 분해 반응기에 열을 제공하기 위한 가스 버너(gas burner)를 더 포함하되, 상기 가스 버너는 상기 포스트-응축 분리기와 유동적으로 연결된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 시스템은 중질 분획 분해 반응기(heavy fraction cracking reactor)를 더 포함하되, 상기 중질 분획 분해 반응기는 분별 분리 공정으로부터 수득된 중질 분획을 수용하기 위한 상기 분별 분리기와 유체 연통되며 상기 중질 분획 분해 반응기는 상기 1차 분해 반응기, 상기 예비-수소화 촉매 분해 반응기, 상기 포스트-수소화 촉매 분해 반응기 및/또는 상기 촉매 수소화 반응기와 더 유체 연통된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 시스템은 포스트-분별 분리 응축기, 비-응축성 가스 분리기 및 가스 버너를 더 포함하되, 상기 포스트-분별 분리 응축기는 분별 분리 공정으로부터 수득된 경질 분획을 수용하기 위한 상기 분별 분리기와 유체 연통되고 상기 포스트-분별 분리 응축기는 경질 비-응축성 탄화수소 가스를 분리하기 위한 상기 비-응축성 가스 분리기와 더 유체 연통되며; 상기 비-응축성 가스 분리기는 상기 가스 버너와 더 유체 연통된다.
본 발명의 추가 양상에서, 폐플라스틱으로부터 연료 및 부가 탄화수소를 제조하기 위한 본원에서 기술된 시스템 또는 방법의 사용이 제공된다.
추가 사용에서, 상기 연료는 디젤이다.
본 발명에 따라 폐플라스틱으로부터 연료 및 부가 탄화수소의 제조를 위한 방법 및 시스템이 첨부 도면과 관련하여 보다 상세하게 기술될 것이다. 상기 도면은 본 발명을 실시하는 한 방식을 나타내며 본 발명의 범주에 속하는 다른 가능한 구현예로 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다.
도 1은 1차 분해, 촉매 수소화 및 분별 분리를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 1 구현예를 나타낸다.
도 2는 1차 분해, 촉매 수소화, 분별 분리 응축 및 분리를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 2 구현예를 나타낸다.
도 3은 1차 분해, 촉매 수소화, 분별 분리 및 예비-수소화 촉매 분해를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 3 구현예를 나타낸다.
도 4는 1차 분해, 촉매 수소화, 분별 분리 및 포스트-수소화 촉매 분해를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 4 구현예를 나타낸다.
도 5는 1차 분해, 촉매 수소화, 분별 분리 및 중질 분획 분리를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 5 구현예를 나타낸다.
도 6은 1차 분해, 촉매 수소화, 분별 분리 및 중질 분획의 재주입(reinjection)을 위한 몇몇 경로를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 6 구현예를 나타낸다.
도 7은 1차 분해, 촉매 수소화, 분별 분리 및 분별 분리후 단리된 비-응축성 가스의 재-순환(re-circulation)을 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 7 구현예를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따르는 구체적 구현예인 공정도로서 제시된 본 발명의 제 8 구현예를 나타낸다.
도 9a는 1차 분해, 분별 분리 및 촉매 수소화를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 추가 구현예를 나타낸다.
도 9b는 도 9a의 1차 분해, 분별 분리 및 촉매 수소화를 포함하지만 부가 구성요소를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 또다른 추가 구현예를 나타낸다.
도 10은 실험 1에 사용된 실험 셋-업(experimental set-up)의 개요를 나타낸다.
도 11은 20,000 h-1 및 300oC에서 알루미나 지지 촉매(alumina supported catalyst)를 초기 스크리닝할 때 실험 1에서 수득된 전환 결과를 나타낸다.
도 12는 실험 2에서 수득된 생성물의 탄소수 분포를 나타낸다.
도 1은 1차 분해, 촉매 수소화 및 분별 분리를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 1 구현예를 나타낸다.
도 2는 1차 분해, 촉매 수소화, 분별 분리 응축 및 분리를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 2 구현예를 나타낸다.
도 3은 1차 분해, 촉매 수소화, 분별 분리 및 예비-수소화 촉매 분해를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 3 구현예를 나타낸다.
도 4는 1차 분해, 촉매 수소화, 분별 분리 및 포스트-수소화 촉매 분해를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 4 구현예를 나타낸다.
도 5는 1차 분해, 촉매 수소화, 분별 분리 및 중질 분획 분리를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 5 구현예를 나타낸다.
도 6은 1차 분해, 촉매 수소화, 분별 분리 및 중질 분획의 재주입(reinjection)을 위한 몇몇 경로를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 6 구현예를 나타낸다.
도 7은 1차 분해, 촉매 수소화, 분별 분리 및 분별 분리후 단리된 비-응축성 가스의 재-순환(re-circulation)을 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 제 7 구현예를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따르는 구체적 구현예인 공정도로서 제시된 본 발명의 제 8 구현예를 나타낸다.
도 9a는 1차 분해, 분별 분리 및 촉매 수소화를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 추가 구현예를 나타낸다.
도 9b는 도 9a의 1차 분해, 분별 분리 및 촉매 수소화를 포함하지만 부가 구성요소를 포함하는 공정도로서 제시된 본 발명의 또다른 추가 구현예를 나타낸다.
도 10은 실험 1에 사용된 실험 셋-업(experimental set-up)의 개요를 나타낸다.
도 11은 20,000 h-1 및 300oC에서 알루미나 지지 촉매(alumina supported catalyst)를 초기 스크리닝할 때 실험 1에서 수득된 전환 결과를 나타낸다.
도 12는 실험 2에서 수득된 생성물의 탄소수 분포를 나타낸다.
"폐플라스틱"은 전체적으로 또는 주로 플라스틱 물질로 이루어진 폐기물로 이해되어야 한다. 즉, 폐기물에서 비-플라스틱 물질의 수준은 바람직하게는 10중량% 이하이어야 한다.
"플라스틱 물질"은 광범위한 고분자량의 합성 또는 반합성(semi-synthetic) 유기 중합체 예를 들어 폴리올레핀, 아크릴, 폴리에스테르, 실리콘 및 폴리우레탄인 것으로 이해되어야 한다. 플라스틱 물질의 예는 HDPE, LDPE, PP, PS, PET, ABS 및 PVC이다.
"1차 분해"는 플라스틱 물질의 분자가 최소 분자로 분해되는 공정인 것으로 이해되어야 한다. 한 구현예에서, 상기 최소 분자는 주로 C1-C40, 예를 들어 C1-C30을 갖는 탄화수소이다. 1차 분해는 열분해 뿐만 아니라 다른 분해 유형 예를 들어 모든 유형의 형기성 열 분해를 포함한다. 1차 분해는 1차 분해 반응기에서 수행된다.
"촉매 수소화"는 수소를 사용하여 불포화 탄화수소를 포화시키는 공정인 것으로 이해되어야 한다. 제한된 분해 작용이 배제될 수는 없지만 상기 촉매 수소화의 주요 작용은 포화이다. 따라서 그것은 수소화 분해, 수소화 전환 및 수소화 탈알킬화와는 구별된다. 수소화 분해, 수소화 전환 및 수소화 탈알킬화는 탄화수소의 길이를 감소시키고, 따라서 중간 분획의 긴 사슬을 희생시키면서 보다 많은 경질 분획, 전형적으로 C6-C10을 수득하는 것을 목표로 하는 분해 공정이며, 본 발명은 최대화 하는 것을 목표로 한다. 제한된 분해 작용은 유입되는 탄화수소의 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만, 예를 들어 바람직하게는 3% 미만의 분해로 이해되어야 한다.
상기 촉매 수소화는 촉매의 작용을 포함할 수 있거나 또는 포함하지 않을 수 있다.
"촉매 분해"는 선형 분자를 선형의 보다 작은(shorter) 분자로 분해하는 과정으로 이해되어야 한다. 그것은 일반적으로 방향족 화합물에 제한적인 영향을 미치며 C7보다 작은 탄소수를 갖는 보다 경질인 분자(lighter molecules)는 거의 분해되지 않는다. 소위 "촉매 분해"에 대한 바람직한 구체예는 촉매를 이용하는 것이다. 그러나 이는 촉매 부재의 분해제(cracker)의 대체 사용, 즉 증기-분해(steam-cracking) 또는 지연된 코킹과 같은 비-촉매 분해를 포함한다. 촉매 분해는 촉매 분해 반응기에서 수행된다.
"중질 분획 분해(heavy fraction cracking)"는 분해 공정, 즉 선형 분자가 상기 분획 분리로부터의 중질 분획 상의 선형의 보다 작은 분자로 분해되는 공정인 것으로 이해되어야 한다. 이러한 공정은 촉매 부가 또는 촉매 부가의 부재하에 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상기 공정은 촉매 부재하에 수행된다. 중질 분획 분해는 중질 분획 분해 반응기에서 수행된다.
"체류 시간"은 특정 분자가 반응기에 존재하는 시간, 즉 상기 반응기로 들어와서 상기 반응기를 나가는 시간인 것으로 이해되어야 한다.
"분별 분리"는 양호한 정도의 분리, 즉 분획에서 유사한 길이를 갖는 탄화수소쇄의 최소 오버랩만을 갖는 수개의 분획을 수득하기 위한 공정인 것으로 이해되어야 하며, 예를 들어 분리된 분획이 C6 내지 C10을 갖는 경우 분획 분리기에 의해서 생성된 하기 분획은 최대 50중량%의 C6 내지 C10, 바람직하게는 최대 25중량% C6 내지 C10, 예를 들어 최대 20중량% C6 내지 C10, 가령 최대 15중량%의 C6 내지 C10, 보다 바람직하게는 최대 10중량%의 C6 내지 C10, 더욱 바람직하게는 최대 5중량%의 C6 내지 C10를 포함한다. 상기 분획 분리는 증류 또는 다수의 응축 단계일 수 있다. 분별 분리는 분별 분리기에서 수행된다.
"촉매"는 스스로가 공정에서 화학적으로 영향을 주지 않거나 또는 소모되지 않으면서 화학 반응을 일으키거나 촉진시키는 물질인 것으로 이해되어야 한다. 그러나 촉매는 불순물의 영향으로 감소된 용량을 나타낼 수 있거나 재생이 필요하다.
"제 1 탄화수소 유체"는 유체, 즉 촉매 수소화 반응기에서 촉매 수소화 단계로 도입되거나 또는 촉매 수소화에 제출되지 않은 부가 방법 및 시스템에서 기술된 바와 같이 분별 분리기에서 분별 분리 단계에 도입되는 액체 및/또는 기체인 것으로 이해되어야 한다. 제 1 탄화수소 유체는 50중량% 이하, 가령 45중량% 이하, 예를 들어 40중량% 이하, 예를 들어 35중량% 이하, 가령 30중량% 이하, 예를 들어 25중량% 이하, 가령 20중량% 이하, 예를 들어 15중량% 이하, 가령 10중량% 이하, 예를들어 5중량% 이하, 가령 1중량% 이하의 수 함량을 포함할 수 있다. 한 구현예에서, 제 1 탄화수소 유체는 다상 탄화수소 유체이다.
"제 2 탄화수소 유체"는 유체, 즉 촉매 수소화에 제출된 후 분별 분리기에서 분별 분리 단계로 도입되는 액체 및/또는 기체인 것으로 이해되어야 한다. 제 2 탄화수소 유체는 50중량% 이하, 가령 45중량% 이하, 예를 들어 40중량% 이하, 예를 들어 35중량% 이하, 가령 30중량% 이하, 예를 들어 25중량% 이하, 가령 20중량% 이하, 예를 들어 15중량% 이하, 가령 10중량% 이하, 예를들어 5중량% 이하, 가령 1중량% 이하의 수 함량을 포함할 수 있다. 제 2 탄화수소 유체는 바람직하게는 액체일 수 있다. 한 구현예에서, 제 2 탄화수소 유체는 다상 탄화수소 유체이다.
"다상 탄화수소 유체"는 적어도 2상 예를 들어 액상 및 기상, 2개의 액상, 2개의 액상 및 2개의 기상, 2개의 액상 및 1개의 기상 및 2개의 기상 및 1개의 액상을 갖는 유체인 것으로 이해되어야 한다.
상기 유체는 50중량% 이하, 가령 45중량% 이하, 예를 들어 40중량% 이하, 가령 35중량% 이하, 예를 들어 30중량% 이하, 가령 25중량% 이하, 예를 들어 20중량% 이하, 가령 15중량% 이하, 예를 들어 10중량% 이하, 가령 5중량% 이하, 예를 들어 1중량% 이하이의 수 향량을 포함할 수 있다.
By "비-응축성 가스"는 상기 응축의 주어진 특정 조건(압력 및 온도)에서 응축되지 않고 따라서 응축 공정 후 기체로서 유지하는 기체인 것으로 이해되어야 한다.
"경질 분획"은, 상기 분획이 상기 분리의 최단 탄화수소쇄를 포함하는 분별 분리 공정으로부터 수득된 분획인 것으로 이해되어야 한다. 이것은 종종 가솔린 중에 존재하는 탄화수소쇄일 것이다. 한 구현예에서, 상기 경질 분획은 주로 적어도 99중량%의 C6-C10 탄화수소, 예를 들어 적어도 98중량%의 C6-C10 탄화수소, 가령 95중량%의 C6-C10 탄화수소, 예를 들어 적어도 90중량%의 C6-C10 탄화수소, 가령 85중량%의 C6-C10 탄화수소, 예를 들어 적어도 80중량%의 C6-C10 탄화수소, 가령 75중량%의 C6-C10 탄화수소, 예를 들어 적어도 70중량%의 C6-C10 탄화수소, 가령 65중량%의 C6-C10 탄화수소, 예를 들어 적어도 60중량%의 C6-C10 탄화수소, 가령 50중량%의 C6-C10 탄화수소를 포함한다.
"중간 분획"은, 분획이 분리될때 중간 길이의 탄화수소쇄를 포함하는 분별 분리 공정으로부터 수득된 분획인 것으로 이해되어야 한다. 이는 종종 디젤 중에 존재하는 탄화수소쇄일 수 있다. 한 구현예에서, 상기 중간 분획은 디젤 중에 사용된 표준 길이인 주로 C11-C20 탄화수소를 포함한다. 추가 구현예에서, 상기 중간 분획은 적어도 99중량%의 C11-C20 탄화수소, 예를 들어 적어도 98중량%의 C11-C20 탄화수소, 가령 95중량%의 C11-C20 탄화수소, 예를 들어 적어도 90중량%의 C11-C20 탄화수소, 가령 85중량%의 C11-C20 탄화수소, 예를 들어 적어도 80중량%의 C11-C20 탄화수소, 가령 75중량%의 C11-C20 탄화수소, 예를 들어 적어도 70중량%의 C11-C20 탄화수소, 가령 65중량%의 C11-C20 탄화수소, 예를 들어 적어도 60중량%의 C11-C20 탄화수소, 가령 50중량%의 C11-C20 탄화수소를 포함한다.
"중질 분획"은, 분획이 분리될때 긴 길이의 탄화수소쇄를 포함하는 분별 분리 공정으로부터 수득된 분획인 것으로 이해되어야 한다. 이러한 분획은 또한 중질유로도 언급될 수 있다. 한 구현예에서, 상기 중질 분획은 주로 C21 및 그 이상의 탄화수소를 포함한다. 추가 구현예에서, 상기 중질 분획은 적어도 99중량%의 C21 및 그 이상의 탄화수소, 예를 들어 적어도 98중량%의 C21 및 그 이상의 탄화수소, 가령 적어도 95중량%의 C21 및 그 이상의 탄화수소, 예를 들어 적어도 90중량%의 C21 및 그 이상의 탄화수소, 가령 적어도 85중량%의 C21 및 그 이상의 탄화수소, 예를 들어 적어도 80중량%의 C21 및 그 이상의 탄화수소, 가령 적어도 75중량%의 C21 및 그 이상의 탄화수소, 예를 들어 적어도 70중량%의 C21 및 그 이상의 탄화수소, 가령 적어도 65중량%의 C21 및 그 이상의 탄화수소, 예를 들어 적어도 60중량%의 C21 및 그 이상의 탄화수소, 가령 적어도 50중량%의 C21 및 그 이상의 탄화수소를 포함한다.
"A와 B가 C를 통해 유동적으로 연결됨" 또는 "A와 B가 C를 통해 유동적으로 연결됨"(본원에서 상호 교환적으로 사용됨)은 유체가 A에서 C로, 그리고 더 나아가 C에서 B로 유동할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. A, B 및 C는 본원에서 기술된 시스템의 구성 요소로 이해되어야 한다.
공급 물질 상세, 분류 및 예비-처리
한 구현예에서, 상기 적어도 2종의 플라스틱 물질은 상기 1차 분해 전에 예비-처리된다. 추가 구현예에서, 상기 시스템은 상기 분해 반응기에 의해서 수용되기 전에 상기 적어도 1종의 플라스틱 물질을 예비-처리하기 위한 수단 예를 들어 분쇄 수단 및/또는 건조 수단을 더 포함한다.
중간 또는 최종 생성물 또는 부산물 사양이 요구 사항을 준수하지 않는 등급으로 오염된 경우 원하는 플라스틱 물질을 청소하고 동일한 원칙 기준에 따라 필요한 경우 건조한다.
오물은 유기물, 유리, 모래, 흙 입자 또는 예를 들어 가정 또는 산업 폐기물에서 발견되는 기타 오물 형태일 수 있거나, 또는 수집, 운송 또는 취급 및 저장 단계 동안 그 물질에 추가될 수 있다. 오염 수준은 가능한 한 낮아야 하며, 바람직하게는 10중량% 이하, 더욱 바람직하게는 5중량% 미만, 또는 1 또는 2중량% 미만이어야 한다.
주로 상기 플라스틱 물질의 표면 상의 물의 형태에서 수 함량은 가능한 한 낮아야 하며, 바람직하게는 5중량% 이하, 바람직하게는 3중량% 이하, 보다 바람직하게는 1중량% 이하이어야 한다. 수 함량이 너무 높은 경우 예를 들어 5중량%를 초과하는 경우에는 건조가 요구될 수 있다. 공급 원료 중의 높은 수 함량 예를 들어 10중량%, 15중량%, 20중량% 또는 25중량%의 물이 가능할 수 있지만, 플랜트의 낮은 처리량으로 인하여 생산 능력이 낮아질 수 있다.
1차 분해 반응기로 도입되는 물은 비응축성 가스 분리기 또는 보유 탱크를 통해 공정에서 생산된 오일 및 가스에서 분리 및 추출될 수 있다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 적어도 1종의 플라스틱 물질은 HDPE, LDPE, PP 및/또는 PS이다.
상기 공정에서 바람직한 플라스틱 조성물은 HDPE, LDPE, PP 및 PS이다.
각 유형의 PET, PVC 및 ABS의 플라스틱이 덜 바람직하고 표준 플랜트에서 각각 1중량% 미만으로 유지되는 것이 바람직하지만, 플랜트가 이들 플라스틱 유형의 처리가 일어날 추가적인 원치않는 화학 원소를 제거할 수 있는 공정 단위 또는 화학 첨가제가 구비하고 있는 경우에는 더 높을 수 있다:
·PET는 오일 생성물에 알콜, 산, 케톤, 알데히드, 에스테르 및 기타 산소화 화합물을 형성할 수 있는 산소를 함유한다.
·ABS는 석유 생성물의 시안화물, 아민 및 아미드 외에도 염소가 존재할 경우 다이옥신을 생성하고 황이 존재할 경우 메르캅탄 (티올)을 생성할 수 있다. 또한 비-응축성 가스의 연소 동안 NOx 증가로 이어질 수 있다.
·PVC는 50중량% 이상의 염소를 함유하고 위에서 기술한 일부 분자와 HCl 및 염소의 형성에 기여할 수 있습니다.
·원하지 않는 분자를 생성하는 것 외에도 PET, PVC 및 ABS는 더 적은 알칸을 생성하여 공정 용량을 감소시킨다.
또 다른 구현예에서, 하나 이상의 플라스틱 물질은 상기 하나 이상의 플라스틱 물질을 파쇄 및/또는 분류함으로써 예비-처리된다.
한 구현예에서, 상기 물질은 바람직하게는 5-500 mm, 보다 바람직하게는 10-250 mmm, 더욱 바람직하게는 10-100 mm의 크기 범위에서 관리 가능한 조각으로 파쇄될 수 있다.
바람직한 구현예에서, 플라스틱 물질은 1차 분해에 도입되기 전에 용융되지 않는다.
추가 구현예에서, 물질은 버퍼 호퍼(buffer hopper)에 저장되거나, 예를 들어 컨베이어를 1차 분해 반응기로 공급하는 호퍼에 충전될 수 있다.
일 구현예에서, 플라스틱 물질은 공급 시스템을 통해 1차 분해 반응기로 선택 및 선택적 예비-처리 후에 공급된다. 공급 시스템은 투여 빈(dosing bin) 및 스크류 컨베이어를 포함할 수 있다. 당업계에 공지된 다른 공급 시스템이 또한 사용될 수 있다.
일 구현예에서, 스크류 컨베이어는 1차 분해 반응기로 공급되는 공기의 양을 감소시키기 위해 하나 또는 여러 단계(들)에서 플라스틱 공급물의 압축을 포함할 수 있다.
1차 분해
1차 분해 단계는 1차 분해 반응기에서 수행된다. 1차 분해는 모든 유형의 혐기성 열분해와 같은 다른 분해 유형뿐만 아니라 열분해인 것으로 이해되어야 한다. 바람직한 구현예에서, 1차 분해는 열분해이다. 더 바람직한 구현예에서, 1차 분해는 혐기성 열분해이다. 추가 구현예에서, 1차 분해 반응기는 열분해 반응기이다. 추가 구현예에서, 1차 분해 반응기는 혐기성 열분해 반응기이다.
상기 용어 열분해는 본원 명세서 전반에 걸쳐서 1차 분해 및 혐기성 열분해라는 용어와 호환적으로 사용된다.
주로 C1-C40, 예를 들어 C1-C30에서 알칸과 올레핀의 탄소 분포를 제공하는 주요 1 차 분해 반응은 다음과 같다:
탄소와 수소를 생성하는 1차 분해 반응 부-반응(side-reaction)이 있다.
나프텐(사이클릭 알칸)을 생성하는 반응이 있을 뿐만 아니라 당업계에 공지 된 바와 같이 본원에서 열거하지 않는 방향족 및 다-방향족 탄화수소도 생성될 것이다.
플라스틱 분해의 1차 분해 공정에서 일부 부산물은 상기 반응식 (2)에 기술된 바와 같이 고체 탄소 입자 또는 차르(char)의 형태로 형성된다. 고체 입자는 바람직하게는 반응기로부터 제거되고 선택적으로 냉각되어 추가 취급 전에 자가 점화를 방지한다. 그러한 취급 중 하나는 1차 분해 반응기에 열을 발생시키기 위한 연소일 수 있다.
수소는 탄소와 함께 형성되며, 주로 촉매 수소화 단계에서 본 발명의 다음 공정 단계에서 소비된다.
1차 분해 반응기에서의 체류 시간은 전형적으로 0.1 내지 10시간, 바람직하게는 20 내지 90분, 더욱 바람직하게는 30 내지 60분으로 변할 수 있다.
1차 분해 반응기는 또한 분별 분리로부터 중질 분획의 일부 또는 전체의 보충적 공급을 받을 수 있다.
1차 분해는 촉매의 존재 또는 부재하에 수행할 수 있다.
한 구현예에서, 1차 분해는 촉매 부재하에 수행된다.
한 구현예에서, 1차 분해 반응기는 1차 분해 반응기를 빠져 나가는 탄화수소의 조성을 변경시키는 촉매(열분해 모드)를 함유하지 않는다. 촉매가 없는 경우 1차 분해의 운영 비용(opex)을 줄이고 반응기 설계(capex)를 단순화한다.
다른 구현예에서, 1차 크래커는 공지된 제올라이트와 같은 촉매를 함유하거나 Ni, Cd, Mo 등과 같은 활성 금속을 기반으로 한다.
한 구현예에서, 상기 반응기는 반응의 최적 온도를 감소시키기 위해 실리코-알루미네이트(silico-aluminate)를 함유할 수 있다. 이들은 소비되어 고체 차르 분획과 함께 배출된다. 상기 반응기는 또한 당업계에 공지된 기술에 따라 Cl 및 S를 포획하기 위해 CaO와 같은 미네랄을 함유할 수 있다. 생성된 분획은 고체이며 차르 분획과 함께 배출된다. 위에서 언급된 실리코-알루미네이트 및 칼슘 미네랄은 공정에서 소비되기 때문에 촉매로 간주되지 않는다.
한 구현예에서, 1차 분해 반응기는 약 420℃에서 조작되며, 즉 반응기의 말단 출구에서 측정된 생성된 탄화수소의 온도는 약 420℃이다. 보다 일반적으로는, 1차 분해 반응기는 300℃ 내지 550℃, 바람직하게는 380℃ 내지 460℃의 온도에서 조작된다.
본원 명세서 전반에 걸쳐서, 1차 분해 반응기의 조작 온도는 다음 공정 단계로 추출하기 전에 최종 출구, 즉 반응기의 마지막 구역 출구의 온도에 의해 정해진다.
반응기 설계 및 조작 매개 변수에 따라 1차 분해 반응기의 서로 다른 구역은 서로 다른 온도를 가질 수 있다. 예를 들어 일부 1차 분해 반응기는 적어도 하나의 플라스틱 물질이 수용된 입구에서 생성된 생성물, 즉 1차 탄화수소 유체가 1차 분해 반응기를 빠져 나가는 1차 분해 반응기의 출구까지 온도 증가의 구배를 보여준다. 한 구현예에서, 1차 크래커로 공급된 플라스틱은 반응기로 도입되면 기화된다. 다른 구현예에서, 1차 크래커는 중간 용융 플라스틱 생성물을 생성하기 위해 적당한 온도를 갖는 제 1 용융 챔버를 포함한다.
일부 반응기에는 반응기의 다른 구역에서 제 1 탄화수소 유체 또는 다른 기체 - 1차 크래커를 가열하는 버너의 연소 가스 - 를 추출 및/또는 주입/재주입할 수 있는 여러 개의 출구, 및 여러 개의 입구를 가질 수 있다.
한 구현예에서, 조작 압력은 약 1 bar로 유지된다. 다른 구현예에서, 조작 압력은 0.1 내지 10 bar의 범위, 예를 들어 0.5 내지 5 bar의 범위, 예를 들어 0.7 내지 2 bar의 범위, 예를 들어 0.9 내지 1.1 bar의 범위이다.
한 구현예에서, 1 차 분해 반응기는 0.7 내지 2 bar, 바람직하게는 0.9 내지 1.1 bar, 예를 들어 1 bar의 압력 범위 및 300℃ 내지 550℃, 바람직하게는 380℃ 내지 460℃, 예를 들어 대략 420℃의 온도에서 조작된다.
한 구현예에서, 1차 분해 반응기는 0.9 내지 1.1 bar의 범위 및 380℃ 내지 460℃의 온도에서 조작된다.
출구에서 생성물의 최적 온도 및 압력은 다양하다. 이는 즉 공급의 특성과 1차 분해 반응기의 설계에 따라 달라진다.
1차 분해는 예를 들어 비-응축성 가스 - 주로 탄소 길이가 1 ~ 6인 알칸을 생성한다. 비-응축성 가스는 연소를 위해 공기를 사용하여 가스 버너에서 연소되어 1차 분해 반응기에 열을 제공할 수 있다. 비-응축성 가스의 생산은 공급물의 성질 예를 들어 플라스틱 유형 및 상기 1차 분해 반응기의 조작 매개 변수 예를 들어 온도 및 압력에 따라 달라진다. 비-응축성 가스의 양은 운전 중 1차 분해 반응기를 가열하기에 충분하도록 조정하는 것이 바람직하다. 어떤 이유로든 비-응축성 가스가 부족한 경우, 1차 분해 반응기의 온도 또는 1차 분해 반응기 내 플라스틱 물질의 체류 시간을 증가시키면 비-응축성 가스의 생산이 증가하여 그 부족분을 보정할 수 있다.
추가적으로 및/또는 보충적으로, 연소를 위한 추가 연료는 상업용 연료 공급원으로부터 공급될 수 있다. 상업용 연료 공급원은 또한 1차 분해 공정의 시작을 위해 설계되었다: 시작할때 안정된 운전 조작에 도달하기 전에 1차 분해 반응기는 쉽게 연소 가능한 상업용 연료로 가열해야 한다. 이것은 종종 몇 시간 동안 수행되어야 한다. 가능한 연료의 예로는 탄소, 가솔린, 디젤, 모든 유형의 중유, 액화석유가스(LPG), 천연 가스(NG), 비-응축성 가스 등이 있다.
가스 버너(고온)로부터의 연소 가스는 회수되는 배기 가스(1차 분해 반응기로의 열 전달 후 낮은 온도)와 혼합되어 1차 분해 반응기 출구로부터 재순환되어 온도를 낮추어 반응기 내부의 플라스틱으로의 양호한 열 전달이 가능하도록 가스 속도를 보장한다.
한 구현예에서, 재활용률은 생성된 배기 가스의 10 내지 70%로 잠정적으로 변할 수 있다.
추가 구현예에서, 배기 가스의 온도는 400 내지 800℃, 바람직하게는 500 내지 600℃, 더 바람직하게는 약 550℃로 변할 수 있다. 이러한 온도는 플라스틱 공급물 및 반응기 유형과 같은 여러 매개 변수에 따라 달라진다.
하나의 바람직한 구현예에서, 1차 분해 반응기는 간접 가열 유형이며, 즉 주요 열원이 반응기에서 폐플라스틱 공급물과 혼합되지 않는다.
1차 분해 후 여과 및 냉각
추가 구현예에서, 방법은 1차 분해 단계 후에 여과 및 선택적으로 냉각하는 단계를 더 포함한다.
한 구현예에서, 제 1 탄화수소 유체를 여과하여 상기 1차 크래커에 형성되지만 고체 예를 들어 차르(char)로서 배출되지 않는 탄소 입자를 제거한다.
공정 단위 다운스트림을 보호하기 위해서, 오염물 예를 들어 모래, 유리 및 미반응 플라스틱 또한 1차 분해 반응기의 하단/말단부에서 차르 및 고체와 함께 수집되거나 유체로 상기 1차 크래커에서 나오는 유체에 의해서 운반될 때 여과될 필요가 있다.
제 1 탄화수소 가스인 제 1 탄화수소 유체에 의해 보유된 입자는 1 내지 수백 ㎛의 크기를 가질 것으로 예상된다. 입자의 양은 유입구 수 함량, 플라스틱 유형, 오염물 및 열분해 반응기의 성능에 따라 달라질 것으로 예상된다.
당해 분야에 공지된 여과 방법이 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 한 구현예에서, 필터는 5 마이크론보다 큰 입자를 95% 이상 제거하도록 설계된다. 추가 구현예에서, 여과는 사이클론 필터(cyclone filter)를 사용하여 수행된다.
추가 구현예에서, 가스 온도는 열교환기에 의해 다운스트림에서 예상되는 온도로 조정된다. 온도는 여과 후 조절하는 것이 바람직하다.
추가 구현예에서, 가스 압력은 압력 제어 밸브 또는 다른 압력 제어 장치와 같은 감압 장치에 의해 다운스트림에서 예상되는 압력으로 조정된다.
수소화 반응기
1차 분해 및 선택적 여과, 온도 및 압력 조정 후 제 1 탄화수소 유체는 촉매 수소화 반응기에서 촉매 수소화를 수행한다. 대안적으로, 촉매 수소화는 본원에 개시된 바와 같은 추가 방법 및 시스템에 대해 기술된 바와 같이 분별 분리 공정으로부터의 적어도 하나의 생성물에 대해 수행될 수 있다.
원칙적으로, 이중 또는 삼중 결합을 포함하는 알켄, 알킨, 방향족 등과 같은 모든 불포화 탄화수소 분자는 촉매 수소화 공정에서 반응하여 분자를 포화시킬 수 있다. 수소화의 예는 다음과 같다:
상기 촉매 수소화는 기상에서 수행된다. 한 바람직한 구현예에서, 상기 공정은 상기 촉매 수소화 반응기로 도입되는 가스 공급물의 노점 보다 높은 온도 및 압력과 같은 조건에서 수행된다.
추가 구현예에서, 가스의 잠재적 응축물은 촉매 수소화 반응기, 즉 촉매 수소화 반응기의 업스트림으로 도입되기 전에 배출된다.
한 구현예에서, 상기 조작 압력은 대략 1 bar로 유지된다. 또다른 구현예에서, 상기 조작 압력은 0.1 내지 5 bar의 범위, 예를 들어 0.5 내지 5 bar의 범위, 0.7 내지 2 bar의 범위, 예를 들어 0.9 내지 1.1 bar의 범위이다.
1 bar에서 조작 온도는 일반적으로 150-280℃, 바람직하게는 190-270℃이다. 한 구현예에서, 조작 온도는 약 190-200℃이다. 다른 구현예에서, 조작 온도는 약 270℃이다.
또다른 구현예에서, 촉매 수소화는 1 bar의 조작 압력 및 150 내지 280℃의 온도, 바람직하게는 190 내지 230℃, 예를 들어 대략 200℃에서 수행된다.
한 구현예에서, 상기 촉매 수소화는 상기 촉매 수소화 반응기를 따라 수개의 상이한 위치에서 수소를 부가함으로써 개선된다. 이에 의해서 상기 촉매를 통한 상기 수소의 농도 프로파일이 개선된다.
수소는 종종 상기 반응식 (2)에 나타낸 바와 같이 상기 분해로부터 생성되는 1차 분해 반응에 의해서 제공된다. 따라서, 상기 제 1 탄화수소 유체는 수소를 보유할 것으로 기대된다. 그러나, 일부 구현예에서, 외부 수소의 부가가 필요할 수 있다.
촉매 수소화를 위해 다수 유형의 반응기가 사용될 수 있다. 한 구현예에서, 충전층 반응기(packed-bed reactor)가 사용된다. 또다른 구현예에서, 예를 들어 벌집형 구조로 충전된 고정층 반응기(fixed-bed reactor)가 사용된다. 추가 구현예에서, 유동층 반응기(fluidised-bed reactor)가 사용된다.
한 구현예에서, 반응기의 공간 속도(SV)는 50,000 내지 200 h-1의 범위이다. 상기 SV는 상기 반응기의 층 부피로 나눈 처리되는 유체의 유동으로 계산된다.
충전층 반응기에 있어서, 상기 범위는 바람직하게는 50,000 내지 10,000 h-1, 예를 들어 50,000 내지 30,000 h-1, 가령 30,000 내지 20,000 h-1, 예를 들어 20,000 내지 15,000 h-1, 가령 15,000 내지 10,000 h-1이다.
고정층 반응기에 있어서, 기대 범위는 10,000 내지 200 h-1, 예를 들어 10,000 내지 5,000 h-1, 가령 5,000 내지 2,000 h-1, 예를 들어 2,000 내지 1,000 h-1, 가령 1,000 내지 500 h-1, 예를 들어 500 내지 200 h-1이다.
상기 촉매 수소화 반응기는 개방 구조를 가질 수 있다. 한 구현예에서, 유동 개구는 0.1 내지 10 mm, 예를 들어 0.5-8 mm, 가령 1-6 mm, 예를 들어 1.5-5 mm, 바람직하게는 2-4 mm이다.
많은 촉매가 수소화에 잘 조작하는 것으로 알려져 있으며 이 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어 Cu-Mn/Al2O3와 같은 촉매가 촉매 수소화에 사용될 수 있다. 또한, 양호한 성능을 갖는 다른 수소화 촉매, 예를 들어 Ru/C, Pt/ASA or PtPd/ASA(여기서 ASA는 무정형 실리카-알루미나임) 및 CoMo/-Al2O3가 사용될 수 있다.
한 구현예에서, 상기 촉매 수소화 반응기는 분별 분리기로부터 직접 또는 상기 중질 분획이 중질 분별 분해에 노출된 후 상기 분별 분리기로부터 중질 분획의 보충적 공급을 받는다.
촉매 표면에 코크스 또는 기타 불순물이 형성되면 촉매가 비활성화될 수 있다. 따라서 촉매의 재생이 필요할 수 있다.
한 구현예에서, 상기 촉매 수소화 반응기는 당해 분야에 공지된 바와 같이 현장 세정/재생 시스템에 구비될 수 있다.
또다른 구현예에서, 재생은 반응기로부터 촉매를 추출한 후 플랜트 또는 전용 시설에서 수행될 수 있다.
한 구현예에서, 상기 촉매 수소화는 촉매 수소화에 도입하기 전에 1차 분해 및 선택적으로 가스의 여과 및 냉각 후에 수행된다. 상기 구현예에서, 열 교환기는 촉매 수소화(420℃ 미만의 바람직한 온도를 나타냄)에 들어가기 전에 1 차 분해 (270℃의 바람직한 온도를 나타냄)에서 나오는 기체를 냉각시킨다.
한 구현예에서, 최종 생성물에 필요한 사양은 EN590이며, 경우에 따라 추가의 촉매 분해와 같은 추가 처리없는 1차 분해 및 촉매 수소화의 조합은 예상 수율과 품질을 생성하지 못한다.
촉매 분해
추가 구현예에서, 상기 가스는 1차 분해 및 선택적으로 여과 및 냉각 후의 추가 분해 단계를 수행할 수 있다. 이러한 추가 단계는 생산성을 개선시키고, 특히 최종 생성물 중의 장쇄 분자 예를 들어 C21 이상, 가령 C21-C40, 예를 들어 C21-C30 절단하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 추가 촉매 분해 단계는 촉매 수소화(예비-수소화 촉매 분해) 전에 또는 (포스트-수소화 촉매 분해) 후에 일어날 수 있다.
상세한 설명 전반에 걸쳐서 촉매 분해 및 촉매 분해 반응기는 예비-수소화 촉매 분해 및 포스트-수소화 촉매 분해 뿐만 아니라 예비-수소화 촉매 분해 반응기 및 포스트-수소화 촉매 분해 반응기를 모두 지칭한다.
상기 촉매 분해 반응기는 주로 선형 분자를 선형의 작은 분자로 분해한다. 그것은 일반적으로 방향족 화합물에 제한적인 영향을 미치며 C7 보다 작은 탄소수를 가진 보다 경질인 분자는 거의 분해되지 않는다. 상기 촉매는 C-C 결합을 분해시키지 않지만 분자의 이성질화를 일으킬 수도 있다.
한 구현예에서, 상기 촉매 분해 반응기에서 측정된 온도는 대략 420℃로 유지되지만, 상기 촉매 분해 반응기는 또한 350 내지 550℃, 바람직하게는 380 내지 460℃의 온도에서 조작될 수 있다.
한 구현예에서, 조작 압력은 대략 1 bar이다. 추가 구현예에서, 상기 조작 압력은 0.1 내지 10 bar의 범위, 예를 들어 0.5 내지 5 bar의 범위, 가령 0.7 내지 2 bar의 범위, 예를 들어 0.9 내지 1.1 bar의 범위이다.
추가 구현예에서, 촉매 분해는 1 bar의 조작 압력 및 350℃ 내지 550℃, 바람직하게는 380℃ 내지 460℃, 예를 들어 대략 420℃의 온도에서 수행된다.
다중 유형의 반응기가 사용될 수 있다. 한 구현예에서, 충전층 반응기가 사용된다. 한 구현예에서, 고정층 반응기, 예를 들어 벌집형 구조로 충전된 것이 사용된다. 추가 구현예에서, 유동층 반응기가 사용된다.
한 구현예에서, 상기 반응기의 공간 속도(SV)는 전형적으로는 50,000 내지 200 h-1의 범위이다.
충전층 반응기에 있어서, 전형적인 범위는 50,000 내지 10,000 h-1, 예를 들어 50,000 내지 30,000 h-1, 가령 30,000 내지 20,000 h-1, 예를 들어 20,000 내지 15,000 h-1, 가령 15,000 내지 10,000 h-1이다.
고정층 반응기에 있어서, 전형적인 범위는 10,000 내지 200 h-1, 예를 들어 10,000 내지 5,000 h-1, 가령 5,000 내지 2,000 h-1, 예를 들어 2,000 내지 1,000 h-1, 가령 1,000 내지 500 h-1, 예를 들어 500 내지 200 h-1이다.
상기 촉매 반응기는 개방 구조를 가질 수 있다. 한 구현예에서, 유동 개구는 0.1 내지 10 mm, 예를 들어 0.5-8 mm, 가령 1-6 mm, 예를 들어 1.5-5 mm, 바람직하게는 2-4 mm이다.
많은 촉매가 촉매 분해에 잘 기능하는 것으로 알려져 있으며, 예를 들어 촉매 분해를 위한 초안정 Y 제올라이트(USY)가 본 발명에 따라 사용될 수 있다. USY에 속하는 산 제올라이트 촉매와 같은 우수한 성능을 갖는 다른 촉매 분해 촉매가 사용될 수도 있다. 혼합 금속 황화물 또는 귀금속 촉매도 사용된다.
촉매 표면에 코크스 또는 기타 불순물이 형성되면 촉매가 비활성화된다. 이로 인해 촉매의 재생이 유리하게 수행된다. 한 구현예에서, 반응기는 현장 세정/재생 시스템, 예를 들어 당업계에 공지된 바와 같은 촉매를 재생하는 공기, 물 또는 불활성 가스 혼합물을 사용하는 시스템을 구비하고 있다.
또다른 구현예에서, 재생은 촉매 분해 반응기로부터의 촉매의 추출 후에 플랜트 또는 전용 시설에서 수행될 수 있다.
예비- 또는 포스트-수소화 촉매 반응기는 분별 분리기로부터 직접, 즉 추가 처리 없이 또는 중질 분획이 중질 분획 분해에 노출된 후에 중질 분획의 일부 또는 전부의 보충적 공급물을 수용할 수도 있다.
추가 구현예에서, 중질 분획은 공정 중에 업스트림으로 재-주입하기 전에 분별 분리기로부터 수득된 중질 분획을 처리할 수 있다. 그에 의해서 분별 분리로부터 수득된 경질 및 중간 분획이 증가할 수 있다.
한 구현예에서, 촉매 크래커는 바람직하게는 수소화 반응기 보다 고온에서, 특히 1차 분해 반응기 중의 하나에 근접한 온도 범위에서 예를 들어 바람직하게는 대략 420℃의 온도에서 수행된다. 따라서 플랜트 에너지 효율의 관점에서 상기 촉매 분해는 바람직하게는 예비-수소화 촉매 분해이다. 상기 1차 분해 반응기로부터의 가스 유동은 예비-수소화 촉매 분해 반응기로 도입하기 전에는 냉각이나 여하한 감압을 필요로 하지 않는다. 예비-수소화 촉매 분해 후에, 예를 들어 420℃의 조작 온도로부터 예비-수소화 촉매 크래커의 배출구에서 제 1 탄화수소 유체의 온도를 270℃ 미만으로 강하시키기 위해서 상기 촉매 수소화 반응기로 도입하기 전에 냉각을 필요로 할 수 있다.
또다른 구현예에서, 촉매 분해는 포스트-수소화 촉매 분해일 수 있다. 이것은 수소 소비의 최적화를 위해서 유리하다. 촉매 수소화는 촉매 분해와 비교하여 다량의 수소를 소비하며, 수소는 주로 1차 분해에서 발생한다. 상기 1차 분해 반응으로부터의 수소의 양이 제한적인 경우, 수소화 이후의 촉매 분해는 산업용 가스 공급업체로부터 구매할 추가 수소의 소비를 줄이는 수단이 될 수 있다.
그러나 수소화 후 촉매 분해를 이용하는 경우 불포화 분자가 재생성될 수 있으며 촉매 수소화로부터 수득된 가스를 촉매 분해에 필요한 온도로 가열해야 하는데, 이는 에너지 소비적이다.
응축 및 분리
한 구현예에서, 응축기는 생성된 탄화수소 유체가 응축기로 유동하도록 촉매 수소화 및/또는 수소화 후 촉매 분해 후에 배열된다. 대안으로, 응축기는 분별 분리기 전에 및/또는 1차 분해 후에 배열된다.
응축기에서, 상기 온도가 강하되어 응축을 달성한다. 예를 들어 270℃ 또는 200℃의 온도(촉매 수소화 반응기의 배출구) 또는 420℃(촉매 분해 반응기 또는 1차 분해 반응기의 배출구)로부터, 상기 가스는 0.5 내지 1 bar, 가장 바람직하게는 0.7 내지 0.9 bar의 범위의 압력에서 바람직하게는 100 내지 130℃, 보다 바람직하게는 110℃로 냉각된다. 또다른 구현예에서, 예를 들어 380℃ 내지 460℃(1차 분해 반응기)의 온도로부터, 상기 가스는 60℃ 내지 180℃로 냉각된다. 이에 의해서, 상기 가스의 대부분은 응축되어 적어도 제 1 비-응축성 가스 및 제 1 탄화수소 액체를 포함하는 다상 탄화수소 유체를 형성한다.
추가 구현예에서, 상기 응축기의 출구 온도는 물을 증기상으로 유지하는 110℃이고 탄화수소 액체(오일)로부터의 수 분리를 촉진시킨다. 바람직하게는, 상기 온도는 60℃ 이상으로 유지되며 보다 낮은 온도, 예를 들어 60℃ 미만에서는 바람직하지 않은 왁스 침착의 위험이 있다.
추가 구현예에서, 탄화수소 액체 분획(바람직하게는 최대 0.2%의 가능한 제한된 수 분획을 갖는)이 비-응축성 가스 분획(이는 소분획의 수증기를 함유할 수 있음)으로부터 분리되는 경우 응축 후 유체, 예를 들어 다상 탄화수소 유체가 포스트-응축 분리기를 통과한다.
추가 구현예에서, 선택적 냉각 후, 및 선택적으로 정화하는 경우(하기 참조) 제 2 탄화수소 유체는 보유 탱크로 운반된다. 한 구현예에서, 보유 탱크의 온도는 60 내지 80℃, 바람직하게는 대략 60℃이다.
추가 구현예에서, 상기 제 2 탄화수소 유체는 보유 탱크로 도입되기 전에 추가로 정화된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 분리는 제 1 비-응축성 탄화수소 가스를 더 형성하고 상기 제 1 비-응축성 탄화수소 가스의 적어도 일부는 가스 버너로 재순환되고 그 안에서 연소되어 상기 1차 분해에 열을 제공한다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 제 1 비-응축성 탄화수소 가스의 적어도 일부는 연소되기 전에 추가 처리 예를 들어 추가 응축 및 분리에 노출된다.
탄화수소 액체의 정화
추가 구현예에서, 촉매 수소화 및/또는 촉매 분해 후에 불순물이 제거된다. 대안으로, 1차 분해 후에 불순물이 제거된다. 상기 불순물은 하나 이상의 여과기에 의해서 제거된다.
불순물은 가장 일반적으로는 산, 알콜, 기타 산소화된 유기 화합물, HCl 및 H2S일 수 있다. 탄화수소 액체의 경우 이러한 정화는 포스트-응축 분리기와 보유 탱크 사이의 임의의 위치에서 일어날 수 있다. 한 구현예에서, 제 2 탄화수소 유체의 정화는 보유 탱크에서 일어나게 된다.
한 구현예에서, 소량의 물/NaOH 용액, 대안으로는 산 예를 들어 CaO 또는 Ca(OH)2를 중화시키는 물질이 탄화수소 액체에 첨가된다.
발생하는 정화 반응의 일부는 하기와 같다:
알콜:
R-OH + NaOH = R-ONa + H2O
(4)
산:
R-COOH + NaOH = R-COONa + H2O
(5)
황화수소:
H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O
(6)
염산:
HCl + NaOH = NaCl + H2O
(7)
형성된 나트륨 염은 물 속에서 용해되어 보유 탱크에서 탄화수소 유체로부터 분리될 수 있다.
분별 분리
촉매 수소화 후 임의로 전술한 바와 같은 추가 처리 후, 제 2 탄화수소 유체는 탄화수소의 상이한 혼합물의 분리를 위해 분별 분리된다. 대안적으로, 분별 분리는 본원에 개시된 바와 같은 추가 방법 및 시스템에 대해 기술된 바와 같이 제 1 탄화수소 유체에 대해 수행 될 수 있다.
분별 분리 공정은 우수한 분리도를 갖는 여러 분획을 얻기 위해서 증류 또는 다수의 응축 단계일 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에서, 제 2 탄화수소 유체는 증류에 의해서 분별 분리된다. 또다른 구현예에서, 상기 분별 분리 단계는 증류로 수행된다.
추가 구현예에서, 예를 들어 60℃인, 보유 탱크 중에 있는 제 1 탄화수소 액체와 같은 제 2 탄화수소 유체는 분별 분리기로 도입하기 전에 예를 들어 160℃로 가열된다. 이것은 예를 들어 비점과 같은 그들 각각의 물리적 화학적 특성에 기반한 최종 생성물 분획의 제어를 허용한다. 사전 1차 분해는 과잉 에너지를 생성할 것으로 기대되며, 그중의 일부는 분별 분리에 이용될 수 있다.
또다른 추가 구현예에서, 제 1 탄화수소 액체는 분별 분리 전에 가열된다.
분별 분리기는 양호한 기/액 접촉을 보장하는 충전층(packed bed), 시브 트레이(sieve tray), 클록 버텀(clock bottom), 충전 물질 또는 기타 물질을 사용할 수 있다. 접촉의 질은 탑에서 성분들의 양호한 분리를 얻는 것이 중요하다. 한 구현예에서, 충전층이 사용될 수 있다.
한 구현예에서, 분별 분리기로부터의 3가지 분획, 경질 분획, 중간 분획, 및 중질 분획을 수거하는 것이 기대된다. 또다른 추가 구현예에서, 경질 분획 예를 들어 주로 C6 내지 C10; 중간 분획 예를 들어 주로 C11 내지 C20 및 중질 분획 예를 들어 주로 C21 이상인 3가지 최종 생성물이 상기 분별 분리 단계로부터 수득된다.
전형적으로, 응축된 후 경질 분획이 칼럼의 상부에서 수거된다. 일반적으로 디젤 생성물인 중간 분획은 품질이 사양에 따른 칼럼의 하단과 상단 사이에 수거된다. 중질 분획은 칼럼의 저점에서 수거된다.
분획의 정의는 초점에 따라 문헌 및 산업에서 다양하지만 관련된 화학이 탄소수로 엄격하게 구분되지 않기 때문이다. 본 발명에 따라, 상기 분획은 다음과 같이 이해되고 정의된다:
· 경질 분획: 주로 C6 내지 C10
· 디젤(중간 분획): 주로 C11 내지 C20
· 중질 분획: 주로 C21 이상
또다른 추가 구현예에서, 경질 분획이 응축되고 선택적으로 분리되어 적어도 경질 비-응축성 탄화수소를 생성하고, 상기 적어도 경질 비-응축성 탄화수소는 가스 버너로 재순환되고 그 안에서 연소되어 상기 1차 분해에 열을 제공한다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 분별 분리기로부터 수득된 생성물("분획")의 수는 3종 미만 또는 초과, 즉 2종, 4종, 5종 또는 6종일 수 있다. 또다른 추가 구현예에서, 탄소원자수의 범위는 전술한 바대로 상이할 수 있다. 예를 들어 C6 내지 C11, C12-C21 및 C22 이상.
재비등기(reboiler)는 탑의 저부에 위치된다. 상기 재비등기는 분별 분리기에, 특히 증발에 소비된 필요한 열을 공급한다.
한 구현예에서, 상기 분별 분리기는 진공에서 조작하지만, 임의의 압력, 전형적으로는 50 bar 이하에서 조작하도록 설계될 수도 있다.
추가 구현예에서, 분별 분리기는 분별 분리기에 도입되기 전에 예열기에서 약 160℃로 예열된 공급물과 함께 진공에서 조작하도록 설계된다. 상기 온도에서, 상기 공급물은 대략 50/50중량%로 증기 및 액체로 분리된다. 가열 후 혼합된 공급물 스트림 때문에, 증기가 난류를 생성하지 않고 분별 분리기의 평형을 방해하지 않도록 적절한 액체-증기 분리를 보장하기 위해 분수 분리기 앞에 플래시 용기가 도입된다.
추가 구현예에서, 칼럼의 직경은 1,000 mm이고 높이는 15,000 mm이다.
한 구현예에서, 칼럼의 상부 조작 압력은 290℃에서 저부 온도를 유지하는 100 mbar이다.
상기 분별 분리기에 일부 공정 유연성을 제공하기 위해서, 상기 공급물은 상이한 공급물 위치에서 상기 분별 분리기에 도입될 수 있으며 또한 측부 드로 위치(side draw location)가 조정될 수 있다. 상기 분별 분리기는 당해 분야에 알려진 바와 같으므로 더이상 기술되지는 않는다.
전술한 바와 같이, 중질 분획은 그 공정에 부분적으로 또는 전체적으로 재순환될 수 있다. 그것은 1차 분해 반응기로, 예비-수소화 촉매 분해 반응기로 또는 대안으로서 임의의 중요한 처리 없이 포스트-수소화 촉매 분해 반응기로 공급되거나, 또는 이들 반응기 중 몇몇은 그것들이 존재하는 경우에는 동시에 공급될 수 있다.
한 구현예에서, 중질 분획은 특정한 화학 처리 없이 반응기로 재순환된다. 상기 분획은 바람직하게는 탄화수소 가스 분획을 얻도록 가열되어 기화된다. 상기 중질 분획은 전체적으로 또는 부분적으로 1차 분해 반응기로 리턴닝(return)될 수 있으며 그 경우 기화는 필요하지 않을 수 있다. 대안으로서, 상기 중질 분획은 전체적으로 또는 부분적으로 촉매 반응기로 리턴닝될 수 있다. 이들 재순환 루프는 모델링된 또는 관찰된 공정 조작 매개변수에 기초하여 전형적으로 설계되고 조작된다. 공정 산업에서 알려진 바와 같이 적재량이 상이한 반응기에 따라 변할 수 있으므로 재순환은 차례로 공정 조정을 요구할 수 있다.
대안으로서, 후술하는 바와 같이 전용 중질 분획 촉매 크래커에 공급될 수 있다.
중질 분획 분해
추가 구현예에서, 상기 방법은 중질 분획 분해 반응기에 수행된 중질 분획 분해의 단계를 포함하며, 이는 분별 분리로부터의 중질 분획에서만 수행한다. 그렇게 함으로써, 보다 경질인 분획, 즉 디젤과 같은 중질 분획보다 짧은 탄소쇄를 갖는 분획은 상기 중질 분획에서 탄화수소쇄가 길수록 예를 들어 디젤의 범위 내에서 보다 짧은 쇄로 분해된다.
한 구현예에서, 상기 대안은, 가스가 경질인 경우 가스의 잠재적 "디젤 분획"의 보다 경질인 분획으로의 바람직하지 않은 분해가 방지되므로 전체 탄화수소 가스의 촉매 분해(예비- 또는 포스트-수소화)에 대해 바람직하다.
추가 구현예에서, 액체 경질 분획은 중질 분획 촉매 크래커로 도입하기 전에 420℃로 가열되어 기화된다. 온도 범위가 1 bar에서 조작하기 위해 정의되는 경우 중질 분획 촉매 크래커는 350℃ 내지 550℃, 바람직하게는 380℃ 내지 460℃의 온도에서 조작될 수 있다.
한 구현예에서, 상기 조작 온도는 대략 1 bar에서 유지되지만, 0.1 내지 10 bar의 압력 범위, 예를 들어 0.5 내지 5 bar의 범위, 가령 0.7 내지 2 bar의 범위, 예를 들어 0.9 내지 1.1 bar의 범위에서 고려된다.
한 구현예에서, 중질 분획 촉매 크래커는 350℃ 내지 550℃의 온도, 바람직하게는 380℃ 내지 460℃, 예를 들어 대략 420℃에서 조작된다.
또다른 추가 구현예에서, 중질 분획 촉매 분해는 0.1 내지 10 bar의 범위, 바람직하게는 1 bar의 조작 압력에서 그리고 350℃ 내지 550℃, 바람직하게는 380℃ 내지 460℃의 온도에 의해서 수행된다.
중질 분획 분해로부터의 생성되는 스트림은 한 구현예에서 기상이며, 촉매 수소화 반응기, 분별 분리기, 또는 촉매 분해 반응기, 예비- 또는 포스트-수소화의 업스트림으로 도입될 수 있다.
중질 분획 분해로부터 생성되는 스트림이 촉매 수소화에 공급될 때, 촉매 수소화 반응기의 온도로, 예를 들어 전술한 바와 같은 1 bar에서 270℃ 미만에서 냉각되어야 한다.
생성되는 스트림이 분별 분리기에 직접 또는 보유 탱크로 촉매 수소화 후에 도입되는 경우, 상기 스트림은 보유 탱크의 온도로, 예를 들어 대략 60℃로 냉각된다.
또한, 중질 분획 분해를 수행하는 경우 중질 분획의 중질 분획 분해가 반응도중 이중 결합을 형성할 수 있으므로 분해 후에 이중 결합이 존재하지 않도록 충분한 수소가 존재하는 것을 보장하는 것이 중요하다. 따라서, 한 구현예에서, 산업용 수소 가스의 추가 공급원이 첨가될 수 있다.
비-응축성 가스
1차 분해 및 추가 처리 동안, 비-응축성 가스가 형성될 수 있다. 1차 분해 후 상기 비-응축성 가스 분획은 주로 탄소수 6 이하의 알칸, 알켄, 알킨 및 사이클릭 탄화수소를 함유하게 된다. 촉매 수소화 또는 촉매 분해에 따른 분리 후, 주로 탄소수 1 내지 6의 알칸으로 구성된다.
이와 관련하여, "주로 탄소수 6 이하"는, 바람직하게는 적어도 50중량%가 6 미만의 탄소수를, 예를 들어 적어도 55중량%가 6 미만의 탄소수를, 가령 적어도 60중량%가 6 미만의 탄소수를, 보다 바람직하게는 적어도 65중량%가 6 미만의 탄소수를, 예를 들어 적어도 70중량%가 6 미만의 탄소수를, 가령 적어도 75중량%가 6 미만의 탄소수를, 예를 들어 적어도 80중량%가 6 미만의 탄소수를, 가장 바람직하게는 적어도 85중량%가 6 미만의 탄소수를, 예를 들어 적어도 90중량%가 6 미만의 탄소수를, 가령 적어도 95중량%가 6 미만의 탄소수를, 예를 들어 적어도 97중량%가 6 미만의 탄소수를, 가령 적어도 99중량%가 6 미만의 탄소수를 갖는 것으로 이해되어야 한다.
한 구현예에서, 분리 후에 제 1 비-응축성 가스는 부분 응축으로 추가 냉각되어 가스, 오일, 및 물을 포함하는 3-상 유체를 생성한다. 한 구현예에서, 상기 가스는 대략 35℃로 냉각된다. 이어서 상기 유체가 분리된다. 상기 비-응축성 가스 분리기에 대한 구현예는 탱크 내부의 3-상 분리, 가스, 오일 및 물을 성취하는 변형된 사이클론(cyclone)이다.
추가 구현예에서, 상기 가스는, 가스가 S 및 Cl과 같은 오염물 없이 청정한 것을 보장하도록 당해 분야에서 알려진 바대로 가스 스크루버/여과기로 운반되고 대략 동일한 온도(예를 들어 35℃)에서 수행한다. 이어서 세정된 비-응축성 가스는 기체 버너에서 연소되어 연속 및 정상 상태 조작동안 1차 분해 반응기를 가열한다.
분별 분리 후 비-응축성 가스 분리
응축 후에 수득된 다상 탄화수소 조성물은 사전 분리 없이 분별 분리에 직접 공급된다. 이 경우, 응축은 다상 조성물이 분별 분리기의 유입구에 필요한 압력 및 온도 조건으로 되도록 보다 온화하게 설계될 수 있다. 이 경우, 상기 분별 분리로부터의 경질 분획은 포스트-분별 분리 응축기로 공급된 다음, 비-응축성 가스 분리기에서 분리된다.
또다른 추가 구현예에서, 선택적으로 응축기에서 약간의 냉각 후에 분별 분리에 공급되는 촉매 수소화 또는 포스트-수소화 촉매 분해를 빠져 나오는 다상 탄화수소 유체 조성물이다.
서비스 및 부산물
플랜트의 열 관리
열 관리는 공정 및 조작 관리의 중요한 부분이다. 열 소비는 열교환기를 사용하는 우수한 공정 공학 원리에 따라 최적화될 것이다.
한 구현예에서, 보다 높은 온도 범위에서는 열유(thermal oil)가 열을 운반하고 교환하는데 사용되는 반면, 보다 낮은 온도 범위에서는 열 교환에 물이 사용된다.
플랜트에서의 가스 루프
세정된 비-응축성 가스는 공기와 혼합되고 연소되어 앞서 기술한 바대로 1차 분해 반응기를 조작하는데 필요한 에너지를 생성한다.
가스 버너에서 연소된 비-응축된 가스는 1차 분해 배기 가스의 재순환된 부분과 함께 연도 가스에 지역 배출 한도 미만의 수준의 NOx를 제공한다. 상기 연도 가스는 바람직하게는 배출 전에 냉각된다.
폐수 및 폐고체
선택적 유입 플라스틱 건조 플랜트로부터, 비-응축성 가스 분리기로부터, 보유 탱크로부터, 및 플랜트 조작으로부터 폐수가 있을 수 있다. 또한 폐수는 비-응축성 가스 스크루버로부터 유래할 수도 있다. 1차 크래커, 1차 분해 후 입자 세정 필터, 촉매 재생 단위 등으로부터 나오는 탄소 입자들의 수거, 운송 및 분리 공정으로부터 나오는 폐수일 수도 있다.
폐수는 일반적으로는 상기 유형의 폐수에 대해 당해 분야에 알려진 기술을 이용하여 처리된다.
고체의 취급
생성된 고체, 본질적으로 1차 분해에서 발생하는 차르 뿐만 아니라 오염 입자들, 나머지 플라스틱, 사이클론 유형 및 기타 여과기 등으로부터의 고체 잔류물을 수거하고 추가 처리한다. 이것은 바람직하게는 본원의 범위를 벗어나는 전문화된 처리 플랜트로 운송될 것이다.
물질 밸런스
본원에서 기술된 폐플라스틱 방법으로부터의 1차 최종 생성물은 20 내지 80중량% 예를 들어 25 내지 35중량%, 35 내지 45중량%, 45 내지 55중량%, 55 내지 65중량% 또는 65 내지 75중량%의 잠정 전환 비율로 중간 분획 중에 포함된 디젤이다. 추가로, 5 내지 70중량%의 경질 분획, 예를 들어 10 내지 20중량%, 20 내지 30중량%, 30 내지 40중량%, 40 내지 50중량% 또는 50 내지 60중량%의 경질 분획이 잠정적으로 생성된다. 또한, 3 내지 25중량%의 중질 분획이 잠정적으로 생성된다.
1차 분해 동안 일부 애쉬/탄소 및 비-응축성 가스가 형성될 수 있다. 애쉬 생성은 전형적으로 1 내지 30중량%로 다양할 수 있고, 비-응축성 가스는 전형적으로 1 내지 30중량%로 다양할 수 있다. 영구적/비-응축성 가스 및 애쉬/탄소는 1차 분해 반응기를 가열하는 에너지를 생성하기 위해서 재사용될 수 있다.
1차 분해, 기상에서 촉매 수소화 및 분별 분리를 포함하는 연속 실행 공정에 공급하는 파쇄 후 폐플라스틱은 연료에 대한 높은 효율, 높은 처리량 및 안정적이고 예측가능한 품질을 제공한다. 또한 생성된 가스의 경질 부분이 연속 1차 분해 공정을 가열하는 데 사용되는 경우 거의 에너지 중립적인 방법을 결과한다.
폐플라스틱으로부터 탄화수소를 제조하기 위한 추가 방법 및 시스템
추가 방법에 있어서, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 추가 탄화수소는,
- 적어도 1종의 플라스틱 물질을 제공하는 단계;
- 상기 적어도 1종의 플라스틱 물질을 1차 분해에 노출시켜서 제 1 탄화수소 유체를 수득하는 단계;
- 상기 제 1 탄화수소 유체를 분별 분리하여 적어도 1종의 생성물을 수득하는 단계;
- 상기 적어도 1종의 생성물의 적어도 1종을 촉매 수소화에 노출시켜서 최종 생성물을 수득하는 단계
를 포함하는 방법에 의해서 제조된다.
한 구현예에서, 상기 촉매 수소화는 가스에서 수행된다. 추가 구현예에서, 분별 분리에 의해서 수득된 적어도 1종의 생성물을 가열하여 상기 가스를 생성한다. 따라서, 촉매 수소화는 기상에서 행하며, 상기 생성물은 촉매 수소화에 들어가기 전에 기상까지 가열될 수 있다.
추가 구현예에서, 상기 방법은 상기 분별 분리 단계 전에 응축 단계를 포함하되, 상기 제 1 탄화수소 유체는 적어도 상기 1차 분해 및 응축 단계를 통해서 수득된다.
추가 구현예에서, 상기 방법은 상기 분별 분리 단계 전에 및 선택적으로 상기 응축 단계 전에 예비수소화 촉매 분해 단계를 포함하되, 상기 탄화수소 유체는 적어도 상기 1차 분해 단계 및 예비-수소화 촉매 분해 단계 및 선택적으로 응축 단계를 통해서 수득된다.
추가 구현예에서, 경질 분획 예를 들어 주로 C6 내지 C10; 중간 분획 예를 들어 주로 C11 내지 C20 및 예를 들어 중질 분획 예를 들어 주로 C21 이상인 적어도 3종의 생성물을 상기 분별 분리 단계로부터 수득된다.
추가 구현예에서, 상기 경질 분획을 응축시키고 선택적으로 분리시켜서 적어도 경질 비-응축성 탄화수소 가스를 생성하되, 상기 경질 비-응축성 탄화수소 가스의 적어도 일부를 가스 버너로 재순환시키고 그 안에서 연소시켜서 상기 1차 분해에 열을 제공한다.
따라서, 상기 분별 분리 경질 분획은 상기 경질 분획으로부터 상기 비-응축성 가스를 분리하기 위해서 선택적으로 냉각 후에 포스트-분별 분리 응축기 및 비-응축성 가스 분리기에 의해서 추가 처리될 수 있다. 상기 경질 비-응축성 가스는 위에서 기술한 1차 분해 반응기를 가열하는데 사용될 수 있으며 다른 구현예와 유사하게 연소하기 위한 양의 비-응축성 가스를 생성하게 된다. 유일한 차이점은 전술한 다른 구현예와 비교하여 본 구현예에서 경질 비-응축성 가스가 포화/수소화되지 않을 것이며 따라서 올레핀을 함유할 것이라는 점이다. 경질 알칸과 올레핀 사이의 가열량 차이는 무시할 정도이며, 따라서 유사한 양의 열이 1차 분해 반응기에 제공될 것으로 기대된다.
추가 구현예에서, 액체 경질 분획이 상기 비-응축성 가스 분리기로부터 수득된다. 상기 액체 경질 분획은 예를 들어 가솔린으로서 사용되거나 또는 추가 처리된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 경질 비-응축성 탄화수소 가스의 상기 적어도 일부를 상기 가스 버너 안에서 연소시키기 전에 수소 분리기 중에서의 추가 처리에 노출시켜서 상기 비-응축성 탄화수소 가스로부터 수소를 분리시킨다. 또다른 추가 구현예에서, 촉매 수소화 단계에 사용하기 위해서 수소를 재순환시킨다.
추가 구현예에서, 촉매 수소화에 노출되는 적어도 1종의 생성물은 상기 중간 분획이다.
이러한 구성의 주된 이점은 분별 분리 전에 경질 및 중질 분획의 수소화에서 수소가 소비되지 않는다는 점이다. 이것은 요구되는 외부 수소의 양을 감소시키고 디젤을 포함하는 중간 분획과 같은 분별 분리로부터 수득된 특정 분획을 선택적으로 수소화시킬 수 있다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 중질 분획은 상기 분별 분리기의 업스트림에서 1차 분해, 촉매 분해 또는 소비하는 단계들 중의 하나 이상으로 재순환된다. 또다른 추가 구현예에서, 상기 중질 분획은, 상기 분별 분리기의 업스트림에서 1차 분해, 촉매 분해 또는 소비하는 단계들 중의 하나 이상으로 재순환되기 전에 중질 분획 분해 단계에 노출된다. 또다른 추가 구현예에서, 상기 중질 분획은 중질 분획 분해 단계에 노출되기 전에 증발되며, 상기 중질 분획 크래커는 기상에서 조작한다.
따라서 한 구현예에서, 상기 중질 분획은 분별 분리 후에 전술한 바와 같이 중질 분획 분해 반응기 중에서 분해될 수 있으며 상기 분해된 중질 분획 생성물은 상기 분별 분리기로 재순환되어 예를 들어 디젤을 포함하는 중간 분획의 보다 경질인 분획 중의 수율을 증가시킨다.
이러한 대안적인 구성은 수율을 증가시키지만, 디젤 품질/조성은, 상기 분별 분리기가 분자를 상당히 분해해서는 안되는 수소화 반응기의 다운스트림이든 업스트림이든 대략 동일한 방식으로 생성되는 분획을 분리할 것으로 예상될 수 있는 것과 동일하게 유지하게 될 것이다. 이러한 분획의 수소화는 그 구성과 무관하게 일어날 것이다.
추가 구현예에서, 폐플라스틱을 유체 탄화수소 화합물로 리사이클링시키기 위한 폐기물 리사이클링 시스템이 기술되며, 상기 시스템은,
- 적어도 1종의 플라스틱 물질을 수용하고 상기 적어도 1종의 플라스틱으로부터 제 1 탄화수소 유체를 생성할 수 있는 1차 분해 반응기;
상기 제 1 탄화수소 유체를 분별 분리하여 적어도 1종의 생성물을 수득하기 위한 분별 분리기; 및
상기 적어도 1종의 생성물의 적어도 1종을 수용하고 최종 생성물을 생성할 수 있는 촉매 수소화 반응기
를 포함하되,
상기 1차 분해 반응기는 상기 분별 분리기와 유체 연통되고 상기 분별 분리기는 상기 촉매 수소화 반응기와 유체 연통된다.
한 구현예에서, 상기 제 1 탄화수소 유체는 기체이다.
한 구현예에서, 상기 시스템은 상기 분별 분리기로부터 수득된 상기 적어도 1종의 생성물의 적어도 1종을 기화시키기 위한 가열기를 더 포함하되, 상기 분별 분리기는 상기 가열기를 통해서 상기 촉매 수소화 반응기와 유동적으로 연결된다.
상기 촉매 수소화 반응기는 기상용으로 설계되며, 촉매 수소화 반응기에 도입하기 전에 상기 분별 분리기로부터 나온 생성물을 기화시키기 위한 가열기가 부가될 수 있다.
추가 구현예에서, 상기 시스템은 분별 분리 전에 상기 제 1 탄화수소 유체를 응축시키는 응축기를 더 포함하되, 상기 1차 분해 반응기 및 분별 분리기는 상기 응축기와 유동적으로 연결된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 시스템은 중질 분획 분해 반응기를 더 포함하고, 상기 중질 분획 분해 반응기는 상기 분별 분리 공정으로부터 수득된 중질 분획을 수용하기 위한 상기 분별 분리기와 유동적으로 연결되고, 상기 중질 분획 분해 반응기는 상기 1차 분해 반응기 및/또는 상기 제 1 탄화수소 유체와 더 유동적으로 연결된다.
또다른 추가 구현예에서, 상기 시스템은 포스트-분별 분리 응축기, 비-응축성 가스 분리기 및 가스 버너를 더 포함하고, 상기 포스트-분별 분리 응축기는 상기 분별 분리 공정으로부터 수득된 경질 분획을 수용하기 위한 상기 분별 분리기와 유동적으로 연결되고, 상기 포스트-분별 분리 응축기는 비-응축성 탄화수소 가스를 분리하기 위한 상기 비-응축성 가스 분리기와 더 유동적으로 연결되고; 상기 비-응축성 가스 분리기는 상기 가스 버너와 더 유동적으로 연결된다.
추가 구현예에서, 상기 시스템은 상기 비-응축성 가스로부터 수소를 분리하기 위한 수소 분리기를 더 포함하고, 상기 수소 분리기는 상기 가스 버너 및 상기 촉매 수소화 반응기와 유동적으로 연결된다.
그러나, 1차 분해 동안 생성된 수소는 반드시 분별 분리된 생성물과 함께 촉매 수소화에 동반되는 것은 아니다. 상기 분별 분리기의 경질 분획에서는 H2가 발견될 것이다. 한 구현예에서 고려되는 바와 같이 그것이 생성물을 구성하는 경질 분획이 아닌 경우 H2는 상기 촉매 수소화 반응기에서 공정에 재도입되는 상기 경질 분획으로부터 추출될 수 있다. 예를 들어 H2는 상기 버너로 리턴닝되는 비-응축성 가스로부터 추출될 수 있다.
도면의 상세한 설명
도 1은 1차 분해에 의한 가스인 제 1 탄화수소 유체로 적어도 1종의 플라스틱 물질을 전환할 수 있는 1차 분해 반응기(20)을 포함하는 본 발명의 제 1 구현예를 도시한다. 상기 제 1 탄화수소 유체는 촉매 수소화에 의해서 제 1 탄화수소 유체를 제 2 탄화수소 유체로 전환시킬 수 있는 촉매 수소화 반응기(40)에 유체 연결을 통해서 급송(給送)된다. 상기 제 2 탄화수소 유체는 제 2 탄화수소 유체를 경질 분획(81), 중간 분획(82) 및 중질 분획(83)인 3종의 생성물로 분별 분리시키기 위해서 분별 분리기(80)에 유체 연결을 통해서 급송된다.
도 2는 1차 분해 반응기(20)에 이어서 촉매 수소화 반응기(40)를 포함하는 본 발명의 제 2 구현예를 도시한다. 폐플라스틱은 기체인 제 1 탄화수소 유체를 생성하는 1차 분해 반응기(20)로 공급된다. 이어서 상기 제 1 탄화수소 유체는 제 2 탄화수소 유체를 형성하는 촉매 수소화(40)에 노출된다. 대안의 구현예에서, 도 8에 도시된 바와 같이 여과기(27)은 1차 분해 반응기(20)의 배출구에 존재한다(도 2에서 도시되지 않음). 촉매 수소화(40) 후에, 상기 탄화수소 유체는 응축기(60)에서의 응축 및 포스트-응축 분리기(65)에서의 분리에 노출되어 제 2 탄화수소 유체로서 제 1 비-응축성 가스 및 제 2 탄화수소 액체를 생성하여 분별 분리기로 도입된다. 상기 제 1 탄화수소 액체는 분별 분리기(80)로 공급되고 경질 분획(81), 중간 분획(82) 및 중질 분획(83)로 분리된다.
대안의 구현예(도시되지 않음)에서, 제 2 구현예는 제 1 탄화수소 액체를 보유 탱크에 더 포함하고 분별 분리기(80)에 도입하기 전에 그것을 예열한다.
포스트-응축 분리기(65)로부터 수득된 제 1 비-응축성 탄화수소 가스는 1차 분해 반응기(20)와 연결된 가스 버너(19)에 공급된다. 또한, 상기 제 1 비-응축성 탄화수소 가스는 바람직하게는 비-응축성 분리기(도시되지 않음)에 도입되기 전에 제 2 냉각기(도시되지 않음)에서 냉각되고 가스 버너(19)로 보내지기 전에 스크루버에서 스크루빙된다. 이것은 도 8과 관련하여 더 설명된다.
공정공학 분야의 숙련가들에게 친숙한 변형은 또한 상기 개략적 공정도의 일부일 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 3 구현예를 설명하며, 여기서 폐플라스틱은 1차 분해 반응기(20)으로 공급된다. 이어서 가스인, 1차 분해 반응기(20)에 도입되는 탄화수소 유체는 제 1 탄화수소 유체가 촉매 수소화 반응기(40)에서 촉매 수소화되기 전에 예비-수소화 촉매 분해 반응기(30)에서 촉매 분해에 노출된다. 이어서 생성되는 탄화수소 유체는 응축기(60)에서 응축되고 포스트-응축 분리기(65)에서 제 1 비-응축성 탄화수소 및 제 1 탄화수소 액체로 분리된다. 상기 제 1 탄화수소 액체는 제 2 탄화수소 유체를 경질 분획(81), 중간 분획(82) 및 중질 분획(83)인 3종의 생성물로 분별 분리하기 위해 분별 분리기(80)으로 공급된다. 상기 제 1 비-응축성 탄화수소 가스는 1차 분해 반응기(20)을 가열하는 가스 버너(19)로 재순환된다.
플라스틱은 1차 분해 반응기(20)으로 공급되어 탄화수소 유체를 생성하고, 이것은 예비-수소화 촉매 크래커(30)으로 공급된다. 대안으로(도시되지 않음), 도 8에서 설명된 바와 같은 1차 분해 반응기(20)의 배출구에서 입자 여과기가 또한 포함될 수 있다. 촉매 분해(30) 후, 제 1 탄화수소 유체/기체는 촉매 수소화 반응기(40)로 공급된다. 대안으로(도시되지 않음), 도 8에서 설명된 바와 같은 예비-수소화 촉매 분해 반응기(30)가 포함될 수 있다. 촉매 수소화 후, 제 2 탄화수소 유체는 응축기(60)에서 응축되고 포스트-응축 분리기(65)에서 분리된다.
공정공학 분야의 숙련가들에게 친숙한 변형은 또한 상기 개략적 공정도의 일부일 수 있다. 특히, 도 8과 도 8의 개략적 공정도의 비교는 다수의 단위의 표시(indication)(도 8에서)을 제공할 수 있으며, 이것은 도 1 내지 7 및 9에 도시된 공정도에 기초한 다른 구현예들에 포함될 수 있다.
도 4는 포스트-수소화 촉매 분해가 수행되는 본 발명의 제 4 구현예를 설명한다. 플라스틱은 1차 분해 반응기(20)로 공급되어 제 1 탄화수소 유체를 생성한다. 이어서 가스인, 제 1 탄화수소 유체는 촉매 수소화 반응기(40)로 공급된다. 대안으로(도시되지 않음), 도 8에서 설명된 바와 같은 1차 분해 반응기(20)의 배출구에서 여과기가 포함될 수 있다. 촉매 분해(40) 후, 제 1 탄화수소 유체/기체는 촉매 수소화 반응기(40)로 공급된다. 대안으로(도시되지 않음), 도 8에서 설명된 바와 같은 예비-수소화 촉매 분해 반응기(30)가 포함될 수 있다. 촉매 수소화 후, 생성되는 탄화수소 유체는 응축기(60)로 공급되기 전에 포스트-응축 분리기(65)에서 분해되고 상기 포스트-응축 분리기(65)는 제 1 비-응축성 수소화 촉매 크래커(50) 및 제 1 탄화수소 유체를 생성한다. 상기 제 1 탄화수소 액체는 경질 분획(81), 중간 분획(82) 및 중질 분획(83)인 3종의 생성물로 분별 분리하기 위해 분별 분리기(80)으로 공급된다. 상기 제 1 비-응축성 탄화수소 가스는 1차 분해 반응기(20)을 가열하는 가스 버너(19)로 재순환된다.
공정공학 분야의 숙련가들에게 친숙한 변형은 또한 상기 개략적 공정도의 일부일 수 있다.
도 5는 촉매 수소화 반응기(40)가 중질 분획 분해 반응기(35)에서의 전용 중질 분획 촉매 분해 후 중질 분획(83)의 보충적인 공급을 수용할 수 있다.
중질 분획 분해 반응기(35)는 공정에서 그것을 업스트림으로 재-주입하기 전에 중질 분획(83)을 처리할 수 있으며, 이것은 경질 및 중질 분획의 생성을 증가시키는 이점이 있다.
중질 분획 분해로부터 생성된 스트림은 기상이며, 촉매 수소화 반응기(40)의 업스트림으로 또는 분별 분리기(80)의 업스트림으로 도입될 수 있다.
상기 공정은 도 2에서의 것과 유사하지만, 중질 분획(83)에 대한 것이다. 플랜트로부터 제거하거나 하나 또는 수개의 반응기에 대한 선택적 가열 후 리턴닝하는 것 대신에, 그중 일부는 중질 분획 분해 반응기(35)에 대한 선택적 가열 후에 공급되고, 이어서 그의 배출구는 촉매 수소화(40)의 업스트림 또는 다운스트림, 또는 이들 둘 다에서 주된 공정 유동으로 재도입된다. 공정 산업 분야에서 알려진 바와 같이, 상이한 반응기들에 대해 적재량이 변할 수 있으므로 재순환은 차례로 공정 조정을 요구할 수 있다. 보충적인 공정 아이템(예를 들어 도 8의 상세도에 나타낸 것) 및 당해 분야의 숙련가들에게 친숙한 변형들은 또한 본 발명의 일부이다.
도 6은 1차 분해 반응기(20)가 분별 분리기(80)와 1차 분해 반응기(20) 사이에 상당한 처리 없이 중질 분획(83)의 일부 또는 전부의 보충적 공급을 수용하는 경우 본 발명에 따른 제 6 구현예를 설명한다. 이러한 공정은 도 3에서의 것과 유사하지만 중질 분획(83)에 대한 것이다.
촉매 수소화 반응기(40)는 또한 임의의 상당한 처리 없이 중질 분획(83)의 보충적 공급을 수용할 수 있다.
촉매 분해 반응기 예비- 또는 포스트- 촉매 수소화 반응기는 또한 중간의 중질 분획 분해의 존재 또는 부재하에, 중질 분획의 일부 또는 전부의 보충적 공급을 수용할 수 있다.
이러한 구현예는 추가 처리 없이 공정으로의 경질 분획(83)의 또다른 재순환을 나타낸다. 중질 분획(83)은 탄화수소 가스 분획을 수득하도록 가열하여 기화시켜야할 것이다. 중질 분획(83)은 전체적으로 또는 부분적으로 1차 분해 반응(20)으로 리턴닝될 수 있으며 이 경우 기화는 불필요할 수 있다. 대안으로, 중질 분획(83)은 전체적으로 또는 부분적으로 예비-수소화 촉매 분해 반응기(30)으로 리턴닝될 수 있다. 이들 재순환 루프는 모델링되거나 또는 관찰된 공정 조작 매개변수를 기준으로 전형적으로 설계되고 작용된다. 재순환은 공정 산업 분야에서 알려진 바와 같이 상이한 반응기들에 대해 적재량이 변할 수 있으므로 차례로 공정 조정을 요구할 수 있다.
보충적인 공정 아이템(예를 들어 도 8의 상세도에 나타낸 것) 및 당해 분야의 숙련가들에게 친숙한 변형들은 또한 상기 개략적 공정도의 일부일 수 있다.
도 7은 응축기로부터의 응축(60) 후에 얻어진 다상 탄화수소 조성물이 분별 분리기(80)에 직접 공급되는 본 발명의 제 7 구현예를 설명한다. 이 경우, 응축은 다상 조성물이 분별 분리기의 유입구에 필요한 압력 및 온도 조건으로 되도록 보다 온화하게 설계될 수 있다. 경질 분획(81)은 비-응축성 가스 분리기(95)에서 분리되기 전에 포스트-분별 분리 응축기로 공급된다.
탄화수소 유체가 응축기(60)에 도달할 때까지 폐플라스틱 공급물이 처리되고 공정이 도 3에 도시된 것과 유사한 1차 분해 반응기(20)로 공급되는 것이 추가로 설명된다. 이 경우 응축(60)의 생성물은 분리 없이 분별 분리기(80)에 직접 공급된다. 경질 분획(81)은 응축되고, 비-응축성 가스는 비-응축성 가스 분리기(95)에서 분리된 다음, 가스 버너(19)로 공급된다. 대안으로, 스크루버는 도 8에도 도시된 바와 같이, 가스 버너(19)로 가는 도중에 비-응축성 가스를 세정한다. 보충적인 공정 아이템(예를 들어 도 8의 상세도에 나타낸 것) 및 당해 분야의 숙련가들에게 친숙한 변형들은 또한 본 발명의 일부이다.
도 8은 상세도를 설명하는 본 발명의 제 8 구현예를 도시한다. 제 8 구현예에서, 폐플라스틱 공급물(10)이 그것을 1차 분해 반응기(20)로 공급하는 컨베이어(12)에 의해서 비워지는 호퍼(11)에 적재된다. 열은 일반적으로 공정의 부산물, 바람직하게는 비-응축성 가스 또는 차르의 연소에 의해서 발생된다. 예를 들어 반응기를 시동할 때와 같은 전이 기간 동안에는 다른 상업 연료를 연소시켜서 열을 발생시킨다. 상기 비-응축성 가스 또는 임의의 주입된 연료는 연소실에서 연소된다. 생성되는 배기 가스는 1차 분해 반응기(20)의 하나 또는 여러 구역으로부터 추출될 수 있으며(22), 부분적으로 재순환되고(23), 나머지는 연도 가스(24)로서 대기 중에서 거부된다. 배기 가스의 재순환은 1차 분해 반응기(20)의 상이한 영역에서 열 교환의 미세 조정을 가능하게 한다. 본 구현예에서, 1차 분해 반응기(20)는 간접 가열 유형(indirect heating type)이며, 이러한 배기 가스(22, 23, 24)는 1차 분해 반응기(20)에서 분해에 노출된 탄화수소 상과는 절대로 접촉하지 않는다는 것을 알아야 한다.
1차 분해 후, 발생된 탄화수소 가스는 예비-수소화 촉매 분해 반응기(30)으로 유동시키기 전에 여과기(27)에서 입자에 대해 세정하여 탄화수소 입자를 쇼트닝(shortening)한다. 생성되는 탄화수소 가스는 냉각기(37)로 유동시킨 다음 촉매 수소화 반응기(40)로 도입시킨다. 수소화 후, 탄화수소 가스는 응축기(60)에서 응축시켜서 적어도 제 1 비-응축성 탄화수소 가스(증기상) 및 제 1 탄화수소 액체(액체 오일 상)을 생성하고, 이어서 포스트-응축 분리기(65)에서 분리시킨다.
제 1 탄화수소 액체(66)는 보유 탱크(70)로 펌핑된다. 제 1 탄화수소 액체는 당업계에 공지된 바와 같이 Ca 또는 Na 수산화물(hydroxyde)을 사용한 정제의 대상일 수 있다. 보유 탱크(70)로부터의 오일(제 1 탄화수소 액체)는 분별 분리기(80)로 도입하기 전에 열 교환기(77)에서 가온된다. 분별 분리기(80)는 제 1 탄화수소 액체를 경질 분획(81), 중간 분획(82) 및 중질 분획(83)인 3종의 생성물로 분리시킨다.
포스트-응축 분리기(65)로부터의 제 1 비-응축성 탄화수소 가스(91)는 주로 C1 내지 C6인 경질 "비-응축성" 가스와 보다 중질인 탄화수소 가스 분획(heavier hydrocarbon gas fraction)의 혼합물을 포함한다. 제 1 비-응축성 탄화수소 가스(91)는 제 2 냉각기(92)에서 냉각된 다음, 비-응축성 가스 분리기(95)로 공급된다. 제 2 냉각기(92)에서 스팀 및 보다 중질인 탄화수소 분획은 각각 물 밀 제 2 탄화수소 액체(액체 오일 분획)으로 응축한다. 이어서 제 2 탄화수소 액체(96)는 비-응축성 가스 분리기(95)에서 추출되고, 보유 탱크(70)를 통해서 분별 분리기(80)으로 보내진다. 대안으로, 제 2 탄화수소 액체는 분별 분리기(도시되지 않음)에 직접 보내진다. 물이 추출되고(195), 정제된 제 1 비-응축성 탄화수소 가스 상(97)이 먼저 스크루버(99)로, 이어서 1차 분해 반응기(20)와 연결되어 배열된 가스 버너(19)로 공급된다.
1차 분해 반응기(20)을 시동시킬 때, 또는 너무 낮은 비-응축성 가스 생성의 경우, 상업 연료의 보충적 공급물(18)이 가스 버너(19)에 공급될 수 있다.
플라스틱을 분해하는 1차 분해 공정(20)에서, 일부 부산물이 고체 탄소 입자(120) 또는 차르의 형태로 형성된다. 고체 입자(120)는 반응기로부터 제거되며, 바람직하게는 자기-점화(self-ignition)를 피하기 위해서 추가 조작을 하기 전에 냉각된다. 이들 고체(120)는 1차 분해 반응기(20)에 열을 발생시키기 위해서 연소 공정에 사용될 수 있다.
한 구현예에서, 1차 분해 반응기(20)는 최적 반응 온도를 감소시키기 위해서 실리코-알루미네이트를 함유할 수 있다. 이들은 소비되어 고체 분획(120)으로 배출된다. 반응기(20)는 또한 당해 분야에 공지된 기술에 따라 Cl 및 S를 포획하는 CaO와 같은 미네랄을 함유할 수 있다. 생성되는 분획은 고체이며, 또한 고체 분획(120)으로 배출된다. 위에서 언급된 실리코-알루미네이트 및 칼슘 미네랄은 이들이 공정중에 소비되므로 촉매로 고려되지 않는다.
1차 분해 반응기(120)로부터 생성된 고체, 본질적으로 차르와 같은 고체 뿐만 아니라 오염 입자들, 나머지 플라스틱, 사이클론 유형 및 기타 여과기 등으로부터의 고체 잔류물을 수거하고 추가 처리한다. 이것은 바람직하게는 본 발명의 범위를 벗어나는 전문화된 처리 플랜트로 운송된다.
폐플라스틱 물질 공급 플랜트는 도 8에서 호퍼(11) 및 컨베이어(12)에 의해서 개략적으로 나타나 있다. 도 1 내지 7에서는 구체적으로 나타내지 않았지만, 일부 구현예에서는 상기 도면들에 나타난 방법의 일부일 수도 있다.
여과는 도 8에서 개략적으로 도시되어 있다. 도 1 내지 7에서는 구체적으로 나타내지 않았지만, 일부 구현예에서는 상기 도면들에 나타난 방법의 일부일 수도 있다.
도 9a는 폐플라스틱으로부터의 연료 및 추가 탄화수소의 제조방법의 추가 구현예를 도시한다. 폐플라스틱은 1차 분해 예를 들어 열분해(20)에 노출되어 제 1 탄화수소 유체를 생성한다. 상기 제 1 탄화수소 유체는 분별 분리기(80p)로 공급되어 유체를 경질 분획(81p), 중간 분획(82p) 및 중질 분획(83p)인 3종의 상이한 분획으로 분리한다. 분별 분리기는 촉매 수소화에 의해서 처리되지 않는 유체를 수용하도록 설계된다. 경질 분획(81p)은 부분적으로 또는 전체적으로 물(195), 액체 경질 분획(81pl) 및 비-응축성 가스(91l)를 추출하기 위한 포스트-분별 분리 응축기(85) 및 비-응축성 가스 분리기(95)로 재순환되고, 이들은 상기 1차 분해 반응기(20)를 가열하기 위해 가스 버너(19)에 사용된다. 상기 액체 경질 분획(81pl)은 추출되고 판매되거나 추가 변형될 수 있다.
중간 분획(82p) - 디젤 탄소쇄를 포함하지만 디젤로 간조하기에는 너무 높은 올레핀의 비율을 가질 수 있음 - 은 촉매 수소화(40)에 노출되어 사용가능한 디젤 생성물(82ph)을 생성하는 불포화 결합의 양을 감소시킨다. 중질 분획(83p)은 그 자체로 이용될 수 있거나, 또는 본원의 여기저기에서 기술한 바와 같이 중질 분획 분해(35) 후 분별 분리기(80)의 업스트림으로 공정에 되먹임될 수 있다.
본 구현예에서, 물은 분별 분리 전에 제 1 탄화수소 유체로부터 제거되지 않으며, 이것은 분별 분리기의 설계에서 다량의 증기가 고려되어야 하는 이유이다.
도 9b는 도 9a에서의 구현예의 보다 구체적이고 바람직한 구현예를 도시한다.
폐플라스틱은 1차 분해 예를 들어 열분해(20)에 노출되어 기체인 제 1 탄화수소 유체를 생성한다. 제 1 탄화수소 유체는 분별 분리(80p)에 도입하기 전에 여과기(270에 의해서 여과되고 세정된다. 고체(127)는 여과로부터 추출된다. 또한, 제 1 탄화수소 유체는 분별 분리(80p)에 도입하기 전에 응축기(60)에서 냉각되고 적어도 부분적으로 응축된다.
분별 분리기(80p)는 유체를 경질 분획(81p), 중간 분획(82p) 및 중질 분획(83p)인 3종의 상이한 분획으로 분리한다. 분별 분리기는 촉매 수소화에 의해서 처리되지 않는 유체를 수용하도록 설계된다. 경질 분획(81p)은 부분적으로 또는 전체적으로 물(195), 액체 경질 분획(81pl) 및 비-응축성 가스(91l)를 추출하기 위한 포스트-분별 분리 응축기(85) 및 비-응축성 가스 분리기(95)로 재순환되고, 이들은 상기 1차 분해 반응기(20)를 가열하기 위해 가스 버너(19)에 사용된다. 상기 액체 경질 분획(81pl)은 추출되고 판매되거나 추가 변형될 수 있다.
중간 분획(82p) - 디젤 탄소쇄를 포함하지만 디젤로 간조하기에는 너무 높은 올레핀의 비율을 가질 수 있음 - 은 촉매 수소화(40)에 노출되어 사용가능한 디젤 생성물(82ph)을 생성하는 불포화 결합의 양을 감소시킨다. 촉매 수소화 반응기(40)은 기상에 있으며, 중간 분획(82p)은 바람직하게는 액상으로 되므로, 상기 중간 분획(82p)은 촉매 수소화(40)에 도입하기 전에 열 교환기(78)에 의해서 가스로 가열된다. 중질 분획(83p)은 그 자체로 이용될 수 있거나, 또는 본원의 여기저기에서 기술한 바와 같이 (점선으로 표시됨) 중질 분획 분해(35) 후 분별 분리기(80p)의 업스트림으로 공정에 되먹임될 수 있다. 중질 분호기은 중질 분획 분해 반응기(35)에 도입하기 전에 가열기/증발기(34)에서 먼저 가열된다.
본 구현예에서, 물은 분별 분리 전에 제 1 탄화수소 유체로부터 제거되지 않으며, 이것은 분별 분리기의 설계에서 다량의 증기가 고려되어야 하는 이유이다.
이러한 구성에서, 1차 분해 동안 생성된 수소는 이하에서 설명되는 바와 같이 여전히 촉매 분해에 사용될 수 있다. 1차 분해(20)로부터의 수소는 분별 분리기(80p)의 경질 분획(81p)으로 수거된다. 수소 분리기(100)에서 비-응축성 경질 분획(91l)으로부터, 바람직하게는 스크루빙이 이용될 수 있는 경우 스크루빙(99) 후에 분리될 수 있다. 이어서 수소는 촉매 수소화 반응기(40)의 업스트림으로 재순환된다. 이러한 수소 분리기(100)은 예를 들어 막 분리기(membrane separator)일 수 있다. 대안으로, 수소 가스는 그 공정을 시작할 때, 또는 성분으로서 임의의 시간에 반응기에 직접 공급될 수 있다.
도면의 설명 전반에 걸쳐서 동일한 넘버링이 유지되더라도, 설명된 공정이 발생하는 한 상이한 구현예에서의 구성요소의 디자인은 다를 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
실 험
위에서 기술된 공정들의 실험의 대상이 되었다.
실험 1: 모델 가스 혼합물의 촉매 수소화
제 1 실험에서, 촉매 수소화 타당성 및 다양한 촉매들이 모델 가스 혼합물에 대한 실험실에서 시험되었다.
본 실험에서, (희석된) 모델 가스의 촉매 수소화는 상이한 촉매에 대해 시험되었다. 모델 가스는 촉매 활성을 측정하기 위해 에틸렌 및 프로필렌을 함유하는 올레핀 혼합물인 것으로 선택되었다. 이들 2개의 올레핀에 대해 전환율을 측정하였다.
도 10에 도시된 바와 같이 실험 셋-업에서, 가스 용기(1)로부터의 가스 혼합물은 액체 용기(2)로부터 물과 혼합되고 예비-가열기(3)을 통과시켰다. 이어서, 가스/증기 혼합물은 촉매 수소화 반응기(충전층 반응기)(4)를 통해 및 이어서 증기 응축(5) 및 가스 분리 단위(6)으로 통과시킨 다음, 가스를 마이크로-GC(Micro-GC)(9)에서 분석하고 수거 용기(13)에서 물을 수거하였다.
가스 용기(1)을 예비-가열기(3)의 고열-구역(hot-zone)에 도입하고, 그것을 액체 용기(2)로부터의 물과 혼합하고, 거의 동시에 증기로 증발시킨다. 가스의 유동은 MFC(질량 유동 조절기; Mass Flow Controller)(7)에 의해서 조절하고 물 유동은 HPLC-펌프(8)로 조절한다. 사용되는 물은 밀리포어 밀리-DI 시스템(Millipore Milli-DI system)을 사용하여 탈이온화되고 용기로부터 공급되었다. 예비-가열기(3) 및 반응기(4)는 수직 분리가능한 2-구혁 관로(vertically divisible, two-zone tube furnace)에 위치된다.
상기 관로에서 2개의 온도-구역은 서로 독립적으로 조절되고 온도는 촉매층의 유입 온도가 가능한한 원하는 온도에 근접하도록 설정된다. 온도는 예비-가열기(3)에서 2개 그리고 반응기(4)에서 2개인 4개의 열전쌍에 의해서 모니터링된다. 촉매층이 시작하는 유입 온도를 측정하고 그 층이 종지하는 배출 온도를 측정한다.
실험은 150℃, 200℃, 250℃ 및 300℃의 온도 및 주위 압력에서 수행되었으며, 일부 경우에는 또한 350℃에서 조사되었다.
조사된 촉매는 20,000 h-1의 공간 속도에서 시험되었다. 상기 층에서 구배를 피하기 위해서, 촉매층은 소결된 α-알루미나를 사용하여 6배 희석되었다. 정상-상태 조작에 도달하고 각 시험 지점에서 확인되었을 때 최소 3개의 가스 샘플이 추출되었다. 3회의 연속 가스 크로마토그래피 분석이 동일한 것으로 확인되면 (최소 10분 간격) 조건이 안정된 것으로 간주하고 실험 조건을 새로운 시험 지점으로 변경하였다. 가스 분석은 「Varian CP-4900 2-Channel Micro Gas Chromatograph(이중 TCD 검출기를 구비한, 하나의 분자체 5A PLOT 칼럼 및 하나의 PoraPlot」을 이용하여 수행되었다.
촉매는 당해 분야에서 공지된 초기 습윤 방법에 의해서 제조되었다. δ-알루미나 상의 일련의 지지된 금속을 제조하고 플라스틱 열분해 반응기를 나타내는 구상된 공급물을 모방한 가스 혼합물에서 에틸렌과 프로필렌의 수소화에 대해 시험하였다.
결론: 특히 도 11에 도시된 바와 같은 Cu-Mn/Al2O3 촉매에 대해 양호한 전환율이 관측되었다.
실험 2: 열분해 반응기 탄화수소 가스의 촉매 수소화
본 실험에서, 본 발명자들은 하루에 5톤의 플라스틱을 생산하는 데모 플랜트(demo plant)에서 생산된 열분해 제품(탄화수소 유체)의 일부에 대해 수소화를 시험하였다. 이어서 열분해 반응으로부터 수득된 탄화수소 가스를, 도 12에 도시된 바와 같이 주로 디젤 C10-C20로 된 탄화수소 조성물을 제공하기 위해서 디젤 연료에 전형적인 온도 범위 즉 140-380℃에 초점을 둔 데모 배치 증류 칼럼(demo batch distillation column)에서 분별 분리하였다.
실험 1에서와 같이 촉매를 사용하여 도 10에 도시된 설정과 유사한 실험 설정으로 증류액의 일부를 기상에서 수소화시켰다. 상기 증류액의 나머지 부분은 미처리된 채로 두었다. 실험 설정을 참조하면, 가스 용기(1) 중의 가스는 수소인 반면, 액체 용기(2) 중의 액체는 증류액이다.
2개의 탄화수소 샘플 - 하나는 수소화된 것이고, 다른 하나는 미처리된(비-수소화된) 것임 - 은 표 2에서 나타낸 바와 같이 형광 지시약 흡착(fluorescent indicator adsorption)에 의해서 탄화수소 유형에 대해 분석하였다. 그 결과는 표 2에 나타내었다.
결론: 표 2로부터 수소화된 생성물에서 올레핀 수준이 크게 감소되었음을 알 수 있다. 따라서, 수소화는 탄화수소의 포화된 분획을 현저히 증가시키는데 기여하였다.
1: 가스 용기
2: 액체 용기
3: 예비-가열기
4: 촉매 수소화 반응기
5: 응축기
6: 분리기
7: MFC
8: HPLC-펌프
9: 마이크로-GC
10: 폐플라스틱 공급
11: 호퍼
12: 컨베이어
13: 수거 용기
18: 보충적 공급
19: 가스 버너
20: 1차 분해 반응기
22: 1차 분해 반응기 가스 추출물
23: 재순환을 위한 1차 분해 반응기 추출 가스
25: 거부된 연도 가스
27: 여과기
30: 예비-수소화 촉매 분해 반응기
34: 가열기/증발기
35: 중질 분획 분해 반응기
37: 냉각기
40: 촉매 수소화 반응기
50: 포스트-수소화 촉매 분해 반응기
60: 응축기
65: 포스트-응축 분리기
66: 제 1 탄화수소 액체
70: 보유 탱크
77: 분별 분리전 열 교환기
78: 촉매 수소화전 열 교환기
80: 분별 분리기
80p: 촉매 수소화에 의해 처리되지 않은 유체를 수용하도록 설계된 분별 분리기
81: 경질 분획
81p: 보다 높은 올레핀 비율을 갖는 경질 분획
81pl: 81p의 분리로부터 생성되는 액체 경질 분획
82: 중간 분획(디젤)
82p: 보다 높은 올레핀 비율을 갖는 중간 분획
82ph: 81p의 수소화 후 중간 분획
83: 중질 분획
83p: 보다 높은 올레핀 비율을 갖는 중질 분획
85: 포스트-분별 분리 응축기
91: 제 1 비-응축성 탄화수소 가스
91l : 81p로부터 생성된 경질 비-응축성 탄화수소 가스
92: 제 2 냉각기
95: 비-응축성 가스 분리기
96: 제 2 탄화수소 액체
97: 정제된 제 1 비-응축성 탄화수소 가스
99: 스크루버
100: 수소 분리기
101: 수소
120: 1차 분해 반응기로부터의 고체(차르)
127: 여과로부터의 고체
170: 보유 탱크로부터 추출된 물 및 정화 유체
195: 비-응축성 가스 분리기로부터 추출된 물
2: 액체 용기
3: 예비-가열기
4: 촉매 수소화 반응기
5: 응축기
6: 분리기
7: MFC
8: HPLC-펌프
9: 마이크로-GC
10: 폐플라스틱 공급
11: 호퍼
12: 컨베이어
13: 수거 용기
18: 보충적 공급
19: 가스 버너
20: 1차 분해 반응기
22: 1차 분해 반응기 가스 추출물
23: 재순환을 위한 1차 분해 반응기 추출 가스
25: 거부된 연도 가스
27: 여과기
30: 예비-수소화 촉매 분해 반응기
34: 가열기/증발기
35: 중질 분획 분해 반응기
37: 냉각기
40: 촉매 수소화 반응기
50: 포스트-수소화 촉매 분해 반응기
60: 응축기
65: 포스트-응축 분리기
66: 제 1 탄화수소 액체
70: 보유 탱크
77: 분별 분리전 열 교환기
78: 촉매 수소화전 열 교환기
80: 분별 분리기
80p: 촉매 수소화에 의해 처리되지 않은 유체를 수용하도록 설계된 분별 분리기
81: 경질 분획
81p: 보다 높은 올레핀 비율을 갖는 경질 분획
81pl: 81p의 분리로부터 생성되는 액체 경질 분획
82: 중간 분획(디젤)
82p: 보다 높은 올레핀 비율을 갖는 중간 분획
82ph: 81p의 수소화 후 중간 분획
83: 중질 분획
83p: 보다 높은 올레핀 비율을 갖는 중질 분획
85: 포스트-분별 분리 응축기
91: 제 1 비-응축성 탄화수소 가스
91l : 81p로부터 생성된 경질 비-응축성 탄화수소 가스
92: 제 2 냉각기
95: 비-응축성 가스 분리기
96: 제 2 탄화수소 액체
97: 정제된 제 1 비-응축성 탄화수소 가스
99: 스크루버
100: 수소 분리기
101: 수소
120: 1차 분해 반응기로부터의 고체(차르)
127: 여과로부터의 고체
170: 보유 탱크로부터 추출된 물 및 정화 유체
195: 비-응축성 가스 분리기로부터 추출된 물
Claims (33)
- - 적어도 1종의 플라스틱 물질을 제공하는 단계;
- 상기 적어도 1종의 플라스틱 물질을 1차 분해(primary cracking)에 노출시켜서 제 1 탄화수소 유체를 수득하는 단계; 상기 제 1 탄화수소 유체는 기체임;
- 상기 제 1 탄화수소 가스를 촉매 수소화에 노출시켜서 제 2 탄화수소 유체를 수득하는 단계;
- 상기 제 2 탄화수소 유체를 분별 분리(fractional separation)하여 적어도 1종의 최종 생성물을 수득하는 단계;
를 포함하는, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 촉매 수소화 단계 후에 응축(condensation) 단계를 더 포함하되, 상기 제 2 탄화수소 유체는 적어도 상기 촉매 수소화 단계 및 응축 단계를 통해서 수득되며, 상기 제 2 탄화수소 유체는 다상 탄화수소 유체(multi-phase hydrocarbon fluid)인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 응축 단계 후에 분리 단계를 더 포함하되, 상기 제 2 탄화수소 유체는 적어도 상기 촉매 수소화 단계, 응축 단계 및 분리 단계를 통해서 수득되며, 상기 제 2 탄화수소 유체는 분리 동안 상기 다상 탄화수소 유체로부터 수득된 제 1 탄화수소 액체인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 촉매 수소화 단계 전에 수행된 예비-수소화 촉매 분해(pre-hydrogenation catalytic cracking) 단계를 더 포함하되, 상기 제 1 탄화수소 유체는 적어도 상기 1차 분해 단계 및 예비-수소화 촉매 분해 단계를 통해서 수득되는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 촉매 수소화 단계 후에 수행된 포스트-수소화 촉매 분해 단계를 더 포함하되, 상기 제 2 탄화수소 유체는 적어도 촉매 수소화 단계 및 포스트-수소화 촉매 분해 단계를 통해서 수득되는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 분리 단계는 제 1 비-응축성 탄화수소 가스의 형성을 더 초래하고, 상기 제 1 비-응축성 탄화수소 가스의 적어도 일부는 가스 버너로 재순환되어 연소하여 상기 1차 분해 단계에 열을 제공하는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 비-응축성 탄화수소 가스의 적어도 일부는 연소되기 전에 추가 응축 및 분리와 같은 추가 처리에 노출되는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
3종의 최종 생성물이 상기 분별 분리 단계로부터 수득되고, 이들 생성물은 주로 C6 내지 C10 와 같은 경질 분획, 주로 C11 내지 C20 와 같은 중간 분획 및 주로 C21 이상과 같은 중질 분획인 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 경질 분획은 응축되고 선택적으로 분리되어 적어도 경질 비-응축성 탄화수소 가스를 생성하고, 상기 경질 비-응축성 탄화수소 가스의 적어도 일부는 가스 버너로 재순환되어 연소되어 상기 1차 분해에 열을 제공하는, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 플라스틱 물질은 HDPE, LDPE, PP 및/또는 PS인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 분해 단계는 혐기성 열 분해에 의해서 수행되는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 분해 단계는 300℃ 내지 550℃, 바람직하게는 대략 420℃와 같은 380℃ 내지 460℃ 온도에서 수행되는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 분해 단계는 0.1 내지 10 bar, 바람직하게는 대략 1 bar와 같은 0.7 내지 2 bar의 압력 범위에서 수행되는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 분해 단계는 촉매 없이 수행되는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 분해 단계는 상기 반응 온도를 감소시키고/시키거나 Cl 또는 S와 같은 원소를 포획하는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 분해 단계 후에 여과하고 선택적으로 냉각시키는 것을 더 포함하는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 촉매 수소화 단계는 150℃ 내지 280℃, 바람직하게는 200℃ 와 같은 190℃ 내지 230℃의 조작 온도에서 수행되는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 촉매 수소화 단계는 0.1 내지 10 bar, 바람직하게는 0.5 내지 5 bar의 범위, 가령 0.7 내지 2 bar의 범위, 예를 들어 0.9 내지 1.1 bar의 범위, 바람직하게는 대략 1 bar의 압력 범위에서 수행되는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항에 있어서,
분별 분리 단계 전에 상기 제 2 탄화수소 유체를 보유 탱크(holding tank)로 순환시키는 단계를 더 포함하는, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 8 항 내지 제 19 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 중질 분획(heavy fraction)은 상기 1차 분해 단계, 촉매 분해 단계 및/또는 촉매 수소화 단계로 또는 상기 보유 탱크로 재순환되는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 중질 분획은 상기 1차 분해 단계, 촉매 분해 단계 및/또는 촉매 수소화 단계로 또는 상기 보유 탱크로 재순환시키기 전에 중질 분획 분해 단계에 노출되는 것인, 폐플라스틱으로부터의 연료 및 부가 탄화수소의 제조방법. - 폐플라스틱을 유체 탄화수소 화합물로 리사이클링하기 위한 폐기물 리사이클링 시스템(waste recycling system)으로서, 상기 시스템은,
- 적어도 1종의 플라스틱 물질을 수용하고 1차 분해에 의해서 상기 적어도 1종의 플라스틱 물질로부터 제 1 탄화수소 유체를 생성할 수 있는 1차 분해 반응기, 상기 제 1 탄화수소 유체는 기체임;
- 상기 제 1 탄화수소 유체를 수용하고 촉매 수소화에 의해서 제 2 탄화수소 유체를 생성할 수 있는 촉매 수소화 반응기; 및
- 상기 제 2 탄화수소 유체를 분별 분리하여 적어도 1종의 최종 생성물을 생성할 수 있는 분별 분리기
를 포함하되,
상기 1차 분해 반응기는 상기 촉매 수소화 반응기와 유체 연통되며 상기 촉매 수소화 반응기는 상기 분별 분리기와 유체 연통되는 것인, 폐기물 리사이클링 시스템. - 제 22 항에 있어서,
상기 시스템은 상기 촉매 수소화 반응기와 함께 상기 제 2 탄화수소 유체를 생성하고 다상 탄화수소 유체(multi-phase hydrocarbon fluid)인 상기 제 2 탄화수소 유체를 생성하기 위한 응축기(condenser)를 더 포함하고, 상기 촉매 수소화 반응기는 상기 응축기를 통해서 상기 분별 분리기와 더 유동적으로(fluidly) 연결되는 것인, 폐기물 리사이클링 시스템. - 제 23 항에 있어서,
상기 시스템은 상기 다상 탄화수소 유체를 분리하여 제 1 탄화수소 유체 및 제 1 비-응축성 탄화수소 가스를 제공하기 위한 포스트-응축 분리기(post-condensation separator)를 더 포함하되, 상기 응축기는 상기 포스트-응축 분리기를 통해서 상기 분별 분리기와 더 유동적으로 연결되는 것인, 폐기물 리사이클링 시스템. - 제 22 항 내지 제 24 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은 예비-수소화 촉매 분해 반응기(pre-hydrogenation catalytic cracking reactor)를 더 포함하되, 상기 1차 분해 반응기는 상기 예비-수소화 촉매 분해 반응기를 통해서 상기 촉매 수소화 반응기와 더 유동적으로 연결되는 것인, 폐기물 리사이클링 시스템. - 제 22 항 내지 제 25 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은 포스트-수소화 촉매 분해 반응기를 더 포함하되, 상기 촉매 수소화 반응기는 상기 포스트-수소화 촉매 분해 반응기를 통해서 상기 분별 분리기와 더 유동적으로 연결되는 것인, 폐기물 리사이클링 시스템. - 제 22 항 내지 제 26 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 분해 반응기는 혐기성 열 분해 반응기(anaerobic thermal cracking reactor)인, 폐기물 리사이클링 시스템. - 제 22 항 내지 제 27 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은 분별 분리 전에 제 2 탄화수소 유체를 저장하기 위한 보유 탱크를 더 포함하되, 상기 촉매 수소화 반응기는 적어도 상기 보유 탱크를 통해서 상기 분별 분리기와 유동적으로 연결되는 것인, 폐기물 리사이클링 시스템. - 제 22 항 내지 제 28 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은 상기 1차 분해 반응기에 열을 제공하기 위한 가스 버너(gas burner)를 더 포함하되, 상기 가스 버너는 상기 포스트-응축 분리기와 유동적으로 연결되는 것인, 폐기물 리사이클링 시스템. - 제 22 항 내지 제 29 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은 중질 분획 분해 반응기(heavy fraction cracking reactor)를 더 포함하되, 상기 중질 분획 분해 반응기는 상기 분별 분리 공정으로부터 수득된 중질 분획을 수용하기 위해 상기 분별 분리기와 유체 연통되며, 상기 중질 분획 분해 반응기는 상기 1차 분해 반응기, 상기 예비-수소화 촉매 분해 반응기, 상기 포스트-수소화 촉매 분해 반응기 및/또는 상기 촉매 수소화 반응기와 더 유체 연통되는 것인, 폐기물 리사이클링 시스템. - 제 22 항 내지 제 30 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은 포스트-분별 분리 응축기, 비-응축성 가스 분리기 및 가스 버너를 더 포함하되, 상기 포스트-분별 분리 응축기는 분별 분리 공정으로부터 수득된 경질 분획을 수용하기 위한 상기 분별 분리기와 유체 연통되고, 상기 포스트-분별 분리 응축기는 경질 비-응축성 탄화수소 가스를 분리하기 위한 상기 비-응축성 가스 분리기와 더 유체 연통되며; 상기 비-응축성 가스 분리기는 상기 가스 버너와 더 유체 연통되는 것인, 폐기물 리사이클링 시스템. - 폐플라스틱으로부터 연료 및 부가 탄화수소를 제조하기 위한 제 22 항 내지 제 31 항 중의 어느 한 항에 기술된 시스템 또는 제 1 항 내지 제 21 항 중의 어느 한 항의 제조방법의 용도.
- 제 32 항에 있어서,
상기 연료는 디젤인 용도.
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