KR20220066926A - 플라스틱 함유 폐기물 및 유기 액체의 장쇄 탄화수소 분해 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱 함유 폐기물 및 원유에 기초한 유기 액체로부터 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 분해하는 방법을 제공하며, 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 제공하는 단계; 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료의 특정 체적을 분해 온도로 가열하는 단계로서, 이 분해 온도에서 재료 내의 탄화수소 사슬은 더 짧은 사슬로 분해되기 시작하는, 단계; 및 상기 분해 온도보다 높은 온도를 갖는 특정 체적에 대해, 상기 특정 체적을 상기 특정 체적의 온도에서 50℃ 이하 높은 열에 노출시키는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 본 발명을 수행하기 위한 장치를 제공한다.

Description

플라스틱 함유 폐기물 및 유기 액체의 장쇄 탄화수소 분해 방법 및 장치

본 발명은 일반적으로 사용된 플라스틱 및 폴리올레핀을 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

처리되지 않은 사용된 플라스틱은 환경에 문제를 야기하는 것을 경험하고 있지만, 원유 및 기타 화석 연료 공급원에서 일반적으로 회수되는 탄화수소를 적어도 부분적으로 대체할 수 있는 자원을 제공하기도 한다. 사용된 플라스틱을 자원으로 사용할 때, 알려진 공정들은 상대적으로 많은 양의 그을음, 즉 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소를 생성하는 경우가 많으며, 이것들은 수요가 적은 반면, 사슬 길이가 더 짧은 경질 탄화수소는 업계에서 훨씬 더 요구된다.

WO 2016/116114 A1은, 촉매를 사용하지 않고 순수한 열성 분해(thermolytic cracking)에 의해, 플라스틱 폐기물, 특히 폴리올레핀이 풍부한 폐기물로부터 탄화수소를 회수하는 방법에 관한 것으로, 2개의 가열 장치에서 플라스틱 폐기물을 용융시키는 단계를 포함하며, 여기서 분해 반응기(cracking reactor)에서 유래하고 분리기 시스템에서 정제된 재순환 스트림은 상기 가열 장치에서 나온 용융 플라스틱 폐기물과 혼합된다. 상기 혼합된 플라스틱 스트림은 제2 가열 장치에서 추가로 가열되고, 거기로부터 플라스틱 재료가 분해되는 분해 반응기 내로 안내되며, 후속 증류를 통해 디젤과 저비점물질(low boiler)로 분리된다.

US 10,160,920 B2는 단계적인 분해 장치들에서 탄화수소 공급원료의 열 분해를 위한 순차적 분해 공정을 기술하고 있으며, 여기서 상기 탄화수소 공급원료는 노에서 미리 결정된 최고 온도로 가열되고 단계적인 분해에서 열적으로 분해되어, 코크스의 형성이 줄어든다.

플라스틱 함유 폐기물 및 유기 액체로부터 장쇄 탄화수소를 분해하는 방법 및 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 장쇄 탄화수소를 분해하기 위한 어셈블리(10)를 도시한다. 도시된 실시형태의 세부사항을 더 설명하기 전에, 본 발명의 일반적인 양태들이 아래에 제시된다.

제1 양태에 따르면, 플라스틱 함유 폐기물 및 원유에 기초한 유기 액체로부터 장쇄 탄화수소(long-chained hydrocarbons)를 분해하는 방법은 다음 단계들을 포함한다:

- 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 제공하는 단계;

- 장쇄 탄화수소를 함유하는 상기 재료의 특정 체적(specific volume)을 분해 온도까지 가열하는 단계로서, 이 분해 온도에서 상기 재료 내의 탄화수소 사슬이 더 짧은 사슬로 분해되기 시작하는, 단계; 그리고

- 상기 분해 온도보다 높은 온도를 갖는 상기 특정 체적에 대해, 상기 특정 체적을 상기 특정 체적의 온도에서 50℃ 이하 높은 열에 노출시키는 단계.

장쇄 탄화수소를 포함하는 재료를 해당 재료의 온도에서 50℃ 미만 높은 열에 노출시킴으로써 고체 탄소, 그을음 및 덜 유용한 중질 탄화수소의 형성이 상당히 감소된다는 것이 밝혀졌다. 일반적으로 상기 특정 체적을 노출하는 것은 가열 구역(heating zone)에서 발생할 것이다. 다음의 설명은 특정 체적을 언급하지만, 이것은 분해 공정을 거쳐서 결과적으로 더 짧은 사슬의 탄화수소를 함유하는 재료로 변화되고 추가로 분해 공정에서 처리되는 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료의 특정 체적임을 이해해야 한다. 또한, 이 방법은 동일한 시점에 서로 다른 등급의 분해된 재료를 갖는 연속 공정으로 간주되어야 한다. 본 출원의 맥락에서, 분해(cracking)는 더 긴 사슬 또는 더 복잡한 구조의 탄화수소를 일반적으로 탄소-탄소 결합을 끊음으로써 더 짧은 사슬 또는 덜 복잡한 구조의 탄화수소로 부수는 것을 의미한다.

일부 실시형태에서 노출하는 동안, 가스 함량을 제한하기 위해 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료의 특정 체적의 압력이 조정된다. 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료는 일반적으로 가열 구역 앞에 배치된 스크류 오거(screw auger)와 같은 압출기 또는 펌프에 의해 상기 가열 구역을 통해 전달되므로, 재료 흐름을 차단하여 상기 가열 구역 내부에 압력 상승을 제공하는 압력 제어 밸브를 상기 가열 구조물 뒤에 배열하는 것으로 충분할 수 있다. 가스는 일반적으로 동일한 물질의 액체보다 열전도율이 낮다. 압력이 높을수록 액체의 끓는점이 높아진다. 따라서 압력을 높이면 물질 내부의 열전도율이 증가하여 물질 즉 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료 내로의 열 전달이 향상된다.

일부 실시형태에서 노출하는 동안, 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료의 압력은 10 내지 35 bar, 바람직하게는 20 bar로 조정된다. 상기 제안된 범위는 향상된 열전도율과 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료의 분해 경향 사이에 양호한 절충을 제공한다.

일부 실시형태에서 재료가 충분히 유동 가능할 때까지 상기 재료를 가열하는 동안 첨가제가 제공되며, 상기 첨가제는 바람직하게는 산화방지제이고, 특히 상기 첨가제는 장쇄 중합체를 분해한 후 사슬 말단에 수소화물을 제공하기 위해 제공되며, 상기 첨가제는 바람직하게는 부틸화 히드록시톨루엔(BHT) 및/또는 제올라이트를 함유한다. 따라서 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료가 이미 증가된 압력하에 있는 경우 상기 첨가제를 도입할 필요가 없다. 또한, 일찍 도입되는 경우, 첨가제는 분해하기 시작하면 장쇄 탄화수소를 함유한 재료와 잘 혼합된다.

일부 실시형태에서, 본 방법은 상기 특정 체적을 열에 노출시킨 후 상기 재료의 압력을 낮추는 단계를 추가로 포함한다. 즉, 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료가 더 이상 가열되지 않으면, 더 짧은 사슬의 재료가 가스로 증발할 수 있다.

일부 실시형태에서, 본 방법은 상기 특정 체적을 열에 노출시킨 후, 상기 특정 체적으로부터 증발하는 가스의 유형을 조정하기 위해 상기 특정 체적의 온도를 조정하는 단계를 추가로 포함한다. 이 문맥에서 상기 가스 유형은 특히 해당 가스의 한 분자에 포함된 탄소의 수를 나타낸다.

일부 실시형태에서 상기 온도는 상기 특정 체적을 냉각함으로써 조정된다. 상기 특정 체적을 냉각하면 일반적으로 더 긴 사슬을 가진 분자를 액체 상태로 유지하여 그것들이 쉽게 증발하지 않는다.

일부 실시형태에서, 증발된 가스는 부분 응축기를 통과하고, 상기 부분 응축기는 상기 가스로부터 장쇄 탄화수소를 분리하도록 구성된다. 따라서 열에 노출된 후 상기 재료의 특정 체적은, 예를 들어 분리 구조물에서, 분리될 수 있다. 상기 부분 응축기는 특히 장쇄 탄화수소의 작은 방울들이 상기 가스와 함께 상기 분리 구조물을 떠나는 것을 방지한다.

일부 실시형태에서, 상기 특정 체적은 가스를 증발시킨 후 남아 있는 장쇄 탄화수소를 분해하기 위해, 바람직하게는 재가열 전 상기 재료의 온도에서 25℃ 미만 높은 온도로, 재가열되고, 상기 재가열된 재료는 처음으로 열에 노출된 재료와 혼합되며, 재가열된 재료 대 처음으로 열에 노출된 추가 재료의 혼합 비율은 바람직하게는 5:1과 15:1 사이이고, 더 바람직하게는 8:1과 10:1 사이이다. 따라서 재가열은 아직 충분히 분해되지 않은 재료에 대해 일종의 피드백 루프에서 수행된다. 즉, 재료가 상기 가열 구역에서 상기 분리 구조물 내로 들어갈 때, 가스가 증발하고 장쇄 탄화수소를 포함하는 나머지 재료가 피드백되어 다시 가열됨으로써 장쇄가 분열될 수 있도록 한다. 그런 다음 상기 나머지 재료는 처음 노출된 재료에 공급되어 다시 상기 분리 구조물에 들어가고 가스가 증발할 수 있도록 한다.

일부 실시형태에서, 본 방법은 상기 특정 체적을 열에 노출시킨 후 상기 특정 체적으로부터 코크스를 분리하는 단계를 추가로 포함한다.

일부 실시형태에서, 상기 특정 체적을 열에 노출시킨 후 상기 특정 체적은 분리기 용기로 들어가며, 여기서 가스는 바람직하게는 부분 응축기를 통해 증발하고, 코크스는 출구 구조물(outlet structure)을 통해 분리되며, 상기 출구 구조물은 바람직하게는 상기 분리기 용기 내부에서 최소 레벨의 액체 재료를 유지하면서, 상기 출구 구조물에 대해 상기 분리기 탱크의 개구를 상기 최소 레벨의 액체 재료 아래에 가진다.

일부 실시형태에서 상기 출구 구조물은 잠금장치를 포함하며, 이 잠금장치는 코크스를 분리하기 위해 상기 분리기 용기 쪽으로 개방하거나 상기 잠금장치 내의 코크스를 방출하기 위해 상기 분리기 용기로부터 상기 출구 구조물을 차단한다.

일부 실시형태에서 상기 출구 구조물은, 상기 분리기 용기 내부에서 상기 최소 레벨의 액체 재료를 유지하고 코크스 온도가 연소 온도 아래로 떨어지면 코크스를 방출하는 밸브 및 냉각 구조를 포함한다.

일부 실시형태에서, 상기 분리기 용기는 출구 구조물에 대해 상기 분리기 탱크의 개구에 인접하여 진정 구역(sedation zone)을 제공한다.

제2 양태에 따르면, 상기 실시형태들 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하기 위한 장치가 제공된다.

위에 열거된 양태들에 대한 대안적인 또는 추가적인 제3 양태에 따르면, 플라스틱 함유 폐기물 및 원유에 기초한 유기 액체로부터 장쇄 탄화수소를 분해하는 방법은 다음 단계들을 포함한다:

- 단쇄(short-chained) 탄화수소를 증발시킬 수 있는 분리 구조물 내에 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 제공하는 단계,

- 상기 분리 구조물로부터 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 순환시키고 상기 재료를 분해 온도까지 가열하는 단계로서, 이 분해 온도에서 상기 재료 내의 탄화수소 사슬이 상기 분리 구조물과 분리된 가열 구역에서 더 짧은 사슬로 분해되기 시작하는, 단계,

- 상기 재료를 상기 분리 구조물 내로 순환시키는 단계.

전술한 양태에 따른 가열 구역은, 상기 가열 구역에서 처리되는 일정 체적의 재료가 상기 분리 구조물 외부에 있기 때문에, 상기 분리 구조물로부터 분리된다.

일 실시형태에서, 상기 분리 구조물로부터 분리된 상기 가열 구역은 상기 분리 구조물 내부의 재료의 체적에 따라 재료의 온도를 조정한다. 일부 실시형태에서, 상기 분리 구조물로부터 분리된 상기 가열 구역은 재료의 분해 속도를 조정하기 위해 재료의 온도를 조정한다. 일부 실시형태에서 상기 분해 속도(cracking rate)는 시간 프레임당 분해 이벤트에 대한 척도이다. 추가 실시형태에서, 상기 분해 속도는 체적당 분해 이벤트의 척도이다. 상기 분해 속도를 조정함으로써, 단쇄 탄화수소의 양이 조정되고 이것은 이어서 재료의 증발을 조정하는데, 이는 분해된 탄화수소가 일반적으로 분해 전의 동일한 탄화수소보다 증발 온도가 낮기 때문이다. 따라서 재료의 온도를 높이면 재료에서의 증발이 촉진되고 재료의 체적이 증가한다. 결과적으로 재료의 온도를 높이면 상기 분리 구조물 내부에서 재료의 충전 레벨(fill level)이 높아진다.

일부 실시형태에서, 증발된 탄화수소는 상기 분리 구조물의 장쇄 탄화수소로부터 분리된다. 추가 실시형태에서, 증발된 탄화수소는 상기 분리 구조물로부터 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료와 함께 순환되지 않는다. 상기 재료의 증발을 증가시켜 상기 분리 구조물에서 재료의 체적을 증가시키는 것은 증발된 탄화수소가 분리될 때까지 적용된다. 가스 상(phase)의 재료의 특정 체적은 액체 상의 동일한 재료의 특정 체적보다 실질적으로 더 크기 때문에, 상기 분리 구조물 내 재료의 체적은 증발을 조정함으로써 넓은 범위에 걸쳐 조정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 분리 구조물 내 장쇄 탄화수소로부터 분리된 탄화수소는 상기 분리 구조물 내로 순환하기 전에 상기 분리 구조물로부터 분리된 가열 구역으로부터 순환된 재료에 첨가된 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료로 대체된다.

위에 열거된 양태에 대한 대안적인 또는 추가적인 제4 양태에 따르면, 플라스틱 함유 폐기물 및 원유에 기초한 유기 액체로부터 장쇄 탄화수소를 분해하는 방법은 다음 단계들을 포함한다:

- 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 공급 장치에 제공하고 상기 공급 장치 내부의 재료를 재료의 유동성이 증가하는 온도까지 가열하는 단계,

- 상기 재료를 가열 구조물 내로 방출하고 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료의 온도를 분해 온도까지 증가시키는 단계로서, 상기 분해 온도에서 상기 재료 내의 탄화수소 사슬이 더 짧은 사슬로 분해되기 시작하고, 상기 재료가 상기 공급 장치 내부에 있는 동안 분해를 지원하는 첨가제가 상기 재료에 첨가되는, 단계.

전술한 양태에 따른 첨가제는 분해된 탄화수소 사슬의 재결합을 방지함으로써 분해를 지원한다. 일부 실시형태에서 상기 첨가제는 분해 후 개방 사슬 말단에 수소 원자를 제공한다. 일부 실시형태에서 첨가제는 항산화제이다. 일부 실시형태에서 상기 첨가제는 제올라이트, 칼슘 및/또는 부틸화 히드록시톨루엔(BHT)을 함유한다. 상기 공급 장치에 첨가제를 첨가하는 것은, 나중 단계에서 그러한 첨가제를 첨가하는 것이 첨가제를 별도로 가압하거나 가열하는 것과 같은 추가 조치를 요구할 수 있기 때문에, 유리한 것으로 밝혀졌다.

위에 열거된 양태에 대한 대안적인 또는 추가적인 제5 양태에 따르면, 플라스틱 함유 폐기물 및 원유에 기초한 유기 액체로부터 장쇄 탄화수소를 분해하는 방법은 다음 단계를 포함한다:

- 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 제공하는 단계;

- 상기 장쇄 탄화수소를 함유한 재료의 특정 체적을 분해 온도로 가열하는 단계로서, 이 분해 온도에서 상기 재료 내의 탄화수소 사슬이 더 짧은 사슬로 분해되기 시작하는, 단계; 그리고

- 상기 재료가 가열되는 동안 증발을 방지하기 위해 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료의 상기 특정 체적의 압력을 유지하는 단계.

전술한 양태에 따라 압력을 유지하는 것은 대기압보다 높은, 예를 들어 10 bar와 40 bar 사이로 상기 압력을 유지하는 것을 포함한다. 일부 실시형태에서 상기 압력은 약 20 bar로 유지된다. 상기 제안된 범위는 열 교환기로부터 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료 내로의 개선된 열 전도율과 재료의 분해 경향 사이에 양호한 절충을 제공한다.

위에 열거된 양태에 대한 대안적인 또는 추가적인 제6 양태에 따르면, 플라스틱 함유 폐기물 및 원유에 기초한 유기 액체로부터 장쇄 탄화수소를 분해하기 위한 장치는 다음을 포함한다:

- 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료의 특정 체적을 분해 온도로 가열하도록 구성된 가열 구조물로서, 상기 분해 온도에서 재료 내의 탄화수소 사슬이 더 짧은 사슬로 분해되기 시작하는, 가열 구조물; 그리고

- 상기 재료가 가열되는 동안 증발을 방지하기 위해 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료의 상기 특정 체적의 압력을 유지하도록 구성된 배압 제어 요소로서, 상기 배압 제어 요소는 상기 가열 구조물의 출구에 배열되는, 배압 제어 요소.

전술한 양태에 따른 일 실시형태는, 압출기와 같은, 압력 방출을 방지하도록 구성된 공급 장치를 포함한다. 일부 실시형태에서 상기 배압 제어 요소는 가열 구조물 내부의 압력을 조정하도록 구성된 압력 센서 및/또는 밸브를 포함한다.

위에 열거된 양태에 대한 대안적인 또는 추가적인 제7 양태에 따르면, 상이한 사슬 길이의 탄화수소를 함유하는 체적으로부터 중질 탄화수소 및 고체 탄소를 제거하는 방법은 다음 단계를 포함한다:

- 분리 구조물에 탄화수소를 함유하는 체적을 제공하는 단계,

- 탄화수소를 포함하는 상기 체적 내 수직축 주위에 와류를 생성하는 단계, 및

- 상기 체적의 바닥 부분으로부터 탄화수소를 인출하고 상기 인출된 탄화수소를 잠금 챔버 내로 유도하는 단계로서, 상기 잠금 챔버는 상기 분리 구조물 내부의 탄화수소를 함유하는 체적과 유사한 높이 레벨 사이에서 연장되고, 인출하는 동안 상기 잠금 챔버는 상기 분리 구조물과 유체 연통하고, 상기 체적의 상부 표면을 포함하는 상기 분리 구조물의 상단 부분과 상기 잠금 챔버의 상단 부분이 동일한 유체 압력을 받게 하는, 단계.

일부 실시형태에서, 상기 잠금 챔버가 상기 분리 구조물과 유체 연통하고, 상기 분리 구조물의 상단 부분과 상기 잠금 챔버의 상단 부분이 동일한 유체 압력을 받게 하는 것은 상기 분리 구조물 내부의 액체로부터의 압력하에서 상기 잠금 챔버가 충전되도록 하여 본질적으로 상기 충전을 중력의 영향에 맡겨둔다. 일부 실시형태에서 탄화수소는 후속 용기 또는 개방 공기로 방출되기 전에 냉각된다. 일부 실시형태에서, 상기 와류는 탄화수소 함유 재료를 접선 방향으로 상기 체적 내로 전달함으로써 생성된다.

위에 열거된 양태에 대한 대안적인 또는 추가적인 제8 양태에 따르면, 상이한 사슬 길이의 탄화수소를 함유하는 체적으로부터 중질 탄화수소 및 고체 탄소를 제거하기 위한 장치는 다음을 포함한다:

- 탄화수소를 함유하도록 구성된 분리 구조물,

- 상기 분리 구조물 내부에 탄화수소를 포함하는 체적의 수직축 주위에 와류를 생성하도록 구성된 상기 분리 구조물, 및

- 상기 분리 구조물의 바닥 부분으로부터 탄화수소를 받고 상기 분리 구조물과 유사한 높이 레벨 사이에서 연장되도록 구성된 잠금 챔버로서, 상기 잠금 챔버는 탄화수소를 받을 때 상기 분리 구조물과 유체 연통하도록 구성되고, 상기 분리 구조물의 상단 부분과 상기 잠금 챔버의 상단 부분은 탄화수소를 받을 때 동일한 유체 압력에 있도록 구성되는, 잠금 챔버.

일부 실시형태에서 상기 잠금 챔버는 탄화수소가 후속 용기 또는 개방 공기로 방출되기 전에 냉각되도록 구성된다.

도면들은 축척에 따라 도시된 것은 아니다.
도 1은 장쇄 탄화수소를 분해하기 위한 어셈블리를 도시한다.
도 2는 분리 구조물 및 방출 구조물의 일 실시형태를 도시한다.

도 1의 설명으로 돌아와서, 어셈블리(10)는 가열 구조물(11) 및 분리 구조물(12)을 포함한다. 가열 구조물(11)은 분리 구조물(12)과 연통하여 유체를 분리 구조물(12)로 공급한다. 특히, 가열 구조물(11)은 분해된 탄화수소를 포함하는 유체를 분리 구조물(12) 내로 공급한다.

일부 실시형태에서 공급 장치(7)는 폐 플라스틱 또는 원유와 같은 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 가열 구조물(11)에 채우도록 배열된다. 다양한 실시형태에서 공급 장치(7)는 미리 정해진 크기를 초과하는 임의의 고체 재료를 저장하기 위한 구성요소 및/또는 분해하기 위한 구성요소를 포함한다. 일부 실시형태에서 상기 미리 정해진 크기는 약 100mm 또는 약 50mm이다. 일부 실시형태에서, 공급 장치(7)는 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 가열 및/또는 전달하기 위한 이펙터(effector)(8)를 포함한다. 일부 실시형태에서 이펙터(8)는 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 가열 및/또는 전달하도록 배열된 스크류 오거(8)이다. 일부 실시형태에서 상기 스크류 오거는 상기 재료를 이동시키고 재료의 내부 마찰로 인해 재료가 가열되어 녹는다. 추가 실시형태에서 공급 장치(7)는 전기 히터와 같은 가열 장치 또는 열유(thermal oil)와 같은 가열 매체에 의해 관류되는 가열 장치를 포함한다. 다양한 실시형태에서 가열은 물을 증발시킨다. 다양한 실시형태에서 공급 장치(7)는 탈기(degassing)를 통해 물 및/또는 할로겐을 제거하기 위해 액체 링 펌프와 같은 펌프를 포함한다. 공급 장치(7)는 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 가열 구조물(11)로 전달한다.

일부 실시형태에서, 분해를 증가 및/또는 최적화하는 첨가제가 공급 장치(7)의 재료에 삽입된다. 공급 장치(7)에 첨가제를 삽입하는 것은 이미 재료와 첨가제의 보다 균일한 분포를 허용하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 상기 첨가제가 나중 단계에서만 활성화될지라도, 공급 장치(7)에 첨가제를 삽입하는 것은 증가된 열 및 압력하에서 재료에 첨가제를 삽입하기 위해 달리 요구되는 구조물을 피한다. 일부 실시형태에서 상기 첨가제는 항산화제이다. 일부 실시형태에서 상기 첨가제는 제올라이트, 칼슘 및/또는 부틸화 히드록시톨루엔(BHT)을 함유한다. 다양한 실시형태에서 상기 첨가제는 분해된 탄화수소 사슬이 재결합하는 것을 방지한다. 추가 실시형태에서 상기 첨가제는 염소와 같은 교란(disturbances)을 결합한다.

가열 구조물(11)은 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 받는다. 다양한 실시형태에서 상기 가열 구조물(11)은 적어도 하나의 가열 구역(1, 2, 3, 4)을 포함한다. 가열 구역(1, 2, 3, 4)은 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 제한된 온도 증가에 노출하도록 배열된다. 달리 말하면, 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료는 재료의 온도에서 미리 정해진 온도 미만으로 높은 온도에 노출된다. 온도 상승을 제한함으로써 어셈블리(10)의 작동으로 인해 얻어지는 원하는 사슬 길이를 갖는 탄화수소를 함유하는 사용 가능한 재료의 수율이 증가하고, 생성되는 고체 탄소의 양이 제한된다는 것이 밝혀졌다. 다양한 실시형태에서, 가열 구역(1, 2, 3, 4)은 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 약 50℃ 이하의 미리 정해진 온도에 노출하도록 배열된다.

이하에서는, 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료가 노출되는 온도를 노출 온도라고 한다. 그러나 노출 온도는 어셈블리 내 위치와 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료의 해당 온도에 따라 다른 값을 갖는다.

예를 들어, 온도가 약 200℃인 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료가 가열 구역(1, 2, 3, 4)에 들어가는 경우, 가열 구역(1, 2, 3, 4)은 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료를 가열 구역(1, 2, 3, 4)의 입구에서 250℃ 이하의 노출 온도에 노출한다. 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료가 가열되기 시작하면, 가열 구역(1, 2, 3, 4)은 그에 따라 상승된 노출 온도에 재료를 노출한다. 예를 들어, 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료가 250℃ 온도로 가열된 경우, 가열 구역(1, 2, 3, 4)은 재료를 최대 300℃의 노출 온도에 노출한다.

다양한 실시형태에서, 가열 구역(1, 2, 3, 4)은 이와 같이 미리 정해진 최고 온도에 도달할 때까지 장쇄 탄화수소를 함유하는 일회분의 재료가 상기 재료의 온도에서 50℃ 이하 높게 가열되는 회분 공정(batch process)을 제공한다. 적어도 일부의 장쇄 탄화수소가 분해되는 미리 정해진 유지 시간 후에, 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료는 어셈블리(10)의 하류에 있는 개체로 방출된다. 일부 실시형태에서는 유지 시간이 없다, 즉 유지 시간이 0에 가깝다, 그러나 상기 재료는 가열 직후에 방출된다.

상이한 실시형태에서, 가열 구역(1, 2, 3, 4)은 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료에 대한 흐름 경로를 제공한다. 가열 구역(1, 2, 3, 4)은 상기 흐름 경로를 따라 노출 온도를 지속적으로 또는 점진적으로 상승시킨다. 일부 실시형태에서, 가열 구역(1, 2, 3, 4)은 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 위한 제1 튜브를 제공한다. 상기 재료는 일반적으로 제1 튜브를 통해 제1 방향으로 흐른다. 가열 구역(1, 2, 3, 4)은 가열 구역(1, 2, 3, 4)의 상당한 길이를 따라 제1 튜브와 접촉하는 제2 튜브를 추가로 제공하여 열이 상기 제2 튜브의 내부로부터 상기 제1 튜브 내로 전달될 수 있도록 한다. 상기 제2 튜브는 가열 매체를 위한 흐름 경로를 제공한다.

일부 실시형태에서, 상기 가열 매체는 제1 방향에 반대인 방향으로 흘러서 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료가 제1 방향의 흐름에 따라 가열되는 반면, 상기 가열 매체는 제2 방향의 흐름 경로를 따라 냉각되게 한다. 이러한 일부 실시형태에서, 가열 매체는 가열 구역(1, 2, 3, 4)을 따라 제2 튜브에 들어갈 때 미리 정해진 최종 온도에서 50℃를 초과하지 않는 높은 온도를 갖도록 제어되고, 가열 구역(1, 2, 3, 4)에 들어갈 때 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료의 온도에서 50℃를 초과하지 않는 높은 온도를 갖도록 제어된다. 일부 실시형태에서, 제2 튜브 내 가열 매체 및/또는 제1 튜브 내의 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료의 온도, 속도 및/또는 압력은 제어된다. 일부 실시형태에서, 제2 튜브는, 이를 통해 미리 정해진 속도로 흐르고 미리 정해진 시작 속도를 갖는 가열 매체가 미리 정해진 온도 특성을 갖도록, 치수가 정해진다. 일부 실시형태에서 제1 튜브는 제2 튜브 내부에서 동축으로 연장된다.

일부 실시형태에서, 제2 튜브는 제1 튜브 내부에서 동축으로 연장된다. 일부 실시형태에서, 제2 튜브는 제1 튜브 주위에 감긴다. 일부 실시형태에서, 제1 튜브는 제2 튜브 내부에서 구불구불한 형상이고, 제1 튜브는, 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료가 가열 매체가 제2 튜브를 나가는 위치에 인접한 측면에서 제1 튜브로 들어가고, 상기 재료가 가열 매체가 제2 튜브에 들어가는 위치에 인접한 제2 튜브의 측면에서 제1 튜브를 나가도록, 배열된다.

일부 실시형태에서 가열 구역(1, 2, 3, 4)은 여러 가열 섹션을 포함하고, 각각의 가열 섹션은 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 미리 정해진 온도에 노출시킨다. 상기 가열 섹션들은, 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료가 그들 각각을 통해 연속적으로 흐르도록 구성된다. 각 가열 섹션은 이전 가열 섹션보다 더 높은 노출 온도에 상기 재료를 노출시킨다. 상기 가열 섹션들은 노출 온도가 각 가열 섹션에 들어갈 때 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료의 온도에서 50℃를 초과하지 않도록 구성된다.

도 1의 실시형태에서 가열 구역(1, 2, 3, 4)은 4개의 가열 섹션을 포함한다. 예를 들어, 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료가 제1 가열 섹션(1)으로 들어가고 약 200℃의 온도를 갖는 경우, 가열 섹션(1)은 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 250℃ 이하의 제1 노출 온도에 노출시킨다. 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료가 제1 가열 섹션(1)을 통해 흐르는 동안, 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료가 가열되고 그 온도가 제1 노출 온도에 접근한다. 일부 실시형태에서, 제1 노출 온도는 200℃와 370℃ 사이이다. 일부 실시형태에서, 제1 노출 온도는 220℃와 320℃ 사이이다. 일부 실시형태에서, 제1 노출 온도는 약 250℃이다.

제1 가열 섹션(1) 내부에서 분해가 일어나는지는, 온도와는 별도로, 재료에 함유된 장쇄 탄화수소뿐만 아니라 재료에 의도적으로 또는 우연히 함유된 기타 물질 및 재료의 압력에 의존한다. 일부 경우에, 추가 매개변수는 분해를 촉진하지 않기 때문에 200℃와 250℃ 사이와 같은 저온에서는 분해가 실질적으로 발생하지 않는다. 이러한 경우 노출 온도는 재료 온도에서 50℃를 초과하여 높을 수 있다. 일부 실시형태에서 노출 온도는 분해가 실질적으로 발생하는 최소 온도보다 50℃만큼 높을 수도 있다.

제1 가열 섹션(1)을 나갈 때, 상기 재료는 제1 가열 섹션(1)의 하류에 있는 제2 가열 섹션(2)으로 전달된다. 제2 가열 섹션(2)은 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 제1 가열 섹션(1)보다 더 높은 노출 온도, 즉 제2 노출 온도에 노출한다. 제2 노출 온도는 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료의 온도에서 50℃의 온도를 초과하지 않는다. 다양한 실시형태에서 제2 노출 온도는 250℃와 400℃ 사이이다. 일부 실시형태에서, 제2 노출 온도는 270℃와 370℃ 사이이다. 일부 실시형태에서, 제2 노출 온도는 약 300℃이다. 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료는 제2 가열 섹션(2)을 통해 흐르고 제2 노출 온도를 향해 가열된다.

제2 가열 섹션(2)으로부터 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료는 제2 가열 섹션(2)의 하류에 있는 제3 가열 섹션(3)으로 이동한다. 제3 가열 섹션(3)은 재료를 제3 노출 온도에 노출한다. 제3 노출 온도는 제2 노출 온도보다 높다. 제3 노출 온도는 재료의 온도에서 50℃의 온도를 초과하지 않는다. 다양한 실시형태에서 제3 노출 온도는 300℃와 400℃ 사이이다. 일부 실시형태에서, 제3 노출 온도는 320℃와 380℃ 사이이다. 일부 실시형태에서, 제3 노출 온도는 약 370℃이다. 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료는 제3 가열 섹션(3)을 통해 흐르고 제3 노출 온도를 향해 가열된다.

제3 가열 섹션(3)으로부터 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료는 제3 가열 섹션(3)의 하류에 있는 제4 가열 섹션(4)으로 이동한다. 제4 가열 섹션(4)은 재료를 제4 노출 온도에 노출한다. 제4 노출 온도는 재료의 온도에서 50℃의 온도를 초과하지 않는다. 제4 노출 온도는 본질적으로 장쇄 탄화수소의 분해를 위한 최고 온도를 결정한다. 일부 실시형태에서, 제4 노출 온도는 350℃와 450℃ 사이이다. 추가 실시형태에서, 제4 노출 온도는 380℃와 420℃ 사이이다. 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료는 제4 가열 섹션(4)을 통해 흐르고 제4 노출 온도를 향해 가열된다.

장쇄 탄화수소를 포함하는 재료가 제4 가열 섹션(4)을 통해 흐르는 동안, 장쇄 탄화수소의 일부가 분해된다. 일부 실시형태에서, 재료가 제3 가열 섹션(3)을 통해 흐르는 동안 장쇄 탄화수소의 일부가 분해된다. 일부 실시형태에서, 재료가 제2 가열 섹션(2)을 통해 흐르는 동안 장쇄 탄화수소의 일부가 분해된다. 일부 실시형태에서, 재료가 제1 가열 섹션(1)을 통해 흐르는 동안 장쇄 탄화수소의 일부가 분해된다. 원칙적으로 가열 섹션이 더 뜨거울수록 더 많은 분해가 발생한다. 상당한 양의 장쇄 탄화수소가 분해되면 가열 섹션은 노출 온도를 재료 온도보다 최대 50℃ 높게 제한한다. 따라서 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료는 또한 분해된 탄화수소를 함유한다. 즉, 가열 구역에 진입하기 전의 재료에 비해 더 짧은 사슬 길이를 가진 탄화수소의 비율이 증가한다. 제4 가열 섹션(4)을 빠져나가는 재료는 분리 구조물(12)로 전달된다.

다양한 실시형태에서 가열 섹션들은, 가열 섹션들의 체인 내 각 위치에 대해 오직 한 유형의 가열 섹션만이 사용될 수 있도록, 동일한 구조로 구성된다. 다양한 실시형태에서 가열 섹션들은 450℃의 온도까지 가열하도록 설계된다. 다양한 실시형태에서 가열 섹션들은 0 bar와 40 bar 사이의 동작 압력을 위해 설계된다. 다양한 실시형태에서 가열 섹션들에는 가열 매체로서 열유가 공급된다. 다양한 실시형태에서 상기 열유는 가열 섹션의 동작 온도보다 높은 비점 및/또는 40℃ 미만의 응고 온도를 갖도록 선택된다.

일부 실시형태에서 제1 내지 제3 가열 섹션 각각은, 후속 가열 섹션의 노출 온도가 상기 후속 가열 섹션에 들어가는 재료의 온도에서 50℃를 초과하지 않도록 특정 최소 온도에 도달한 후에만 재료가 빠져나가는 것을 허용하도록 배열된다. 달리 말하면, 제1 내지 제3 가열 섹션 각각은 재료가 각각의 후속 가열 섹션의 노출 온도보다 50℃ 미만으로 낮은 온도에 도달했을 때만 재료가 빠져나가는 것을 허용하도록 배열된다.

추가 실시형태에서, 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료의 처리량은 제1 내지 제4 가열 섹션을 나가는 재료가 특정 각각의 온도에 도달하는 것을 보장하도록 조정된다. 제1 내지 제3 가열 섹션의 경우 상기 특정 온도는 각 후속 가열 섹션의 노출 온도보다 50℃ 미만으로 낮다. 제4 가열 섹션(4)의 경우 특정 온도는 미리 정해진 최고 온도이다.

더 많거나 더 적은 가열 섹션들을 갖는 가열 구조물에 대해 전술한 내용이 상응하여 적용된다.

일부 실시형태에서 가열 구역(1, 2, 3, 4)의 하류에 배압 제어 요소(5a, 5b)가 있다. 배압 제어 요소(5a, 5b)는 가열 구역에서 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료의 압력을 조정하도록 배열된다. 다양한 실시형태에서, 배압 제어 요소는 가열 구역을 통과하는 재료의 처리량을 제어한다. 배압 제어 요소는 가열 구역과 분리 구조물(12) 사이에 배열된다. 배압 제어 요소(5a, 5b)를 빠져나가는 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료는 분리 구조물(12)로 전달된다. 일부 실시형태에서 배압 제어 요소는 조정 밸브(5a) 및 압력 센서(5b)를 포함한다. 압력 센서(5b)는 가열 구역에서 재료의 압력을 감지하도록 구성된다. 조정 밸브(5a)는 압력 센서(5b)가 특정 범위의 압력을 감지하는 한 재료를 방출하도록 구성된다. 일부 실시형태에서 상기 특정 범위는 10 bar 내지 40 bar 사이이다. 일부 실시형태에서 상기 특정 범위는 약 20 bar이다. 가열 구역 내의 재료가 상기 범위 밖의 압력을 갖는 경우, 밸브(5a)는 재료의 처리량을 제어한다. 예를 들어, 가열 구역의 압력이 상기 압력 범위의 하한 아래로 떨어지면 밸브(5a)는 가열 구역의 압력이 증가할 때까지 처리량을 감소시킨다. 가열 구역의 압력이 상한을 초과하면, 밸브(5a)는 압력이 떨어질 때까지 처리량의 증가를 허용한다. 일부 실시형태에서 밸브(5a)는 압력 완화 밸브의 구조를 가진다. 즉, 밸브(5a)는 프리로드 스프링(preloaded spring)에 의해 닫힌 상태를 유지하고 미리 정해진 압력을 초과하면 후속 분리 구조물(12)을 향해 열리며, 압력이 미리 정해진 압력 아래로 떨어지면 닫힌다. 다른 실시형태에서, 밸브(5a)는, 처리량을 조정하고 그에 따라 압력 센서(5b)에 의해 검출된 압력을 조정하기 위해 개폐되는 게이트 밸브이다. 일부 실시형태에서 밸브(5a)는 항상 작은 처리량을 허용하도록 배열된다. 달리 말하면, 밸브(5a)는 완전히 닫히지 않도록 배열된다.

재료가 상기 배압 제어 요소를 통과하면 재료 내 압력이 떨어진다. 특히 분해로부터 생성된 단쇄(shorter chained) 탄화수소는 탄화수소를 함유하는 가스로 귀결되는 기상으로 증발한다.

탄화수소를 함유하는 가스 및 액체를 갖는 재료가 분리 구조물(12)로 전달된다. 분리 구조물(12)에서, 탄화수소를 함유하는 가스는 상기 재료의 장쇄 탄화수소를 함유하는 액체로부터 분리된다. 탄화수소를 함유한 가스가 액체로부터 상승한다. 분리 구조물(12)은 미리 정해진 사슬 길이 이하의 사슬 길이를 갖는 탄화수소를 함유하는 가스를 방출한다. 일부 실시형태에서 분리 구조물(12)은 그 상부에 가스 방출부를 포함한다. 상기 가스 방출부에는 바람직하게는 부분 응축기(21)가 장착된다.

다양한 실시형태에서, 분리 구조물(12)은 부분 응축기(21), 탄화수소 재료의 가스-액체 계면을 포함하는 분리 구역(separation zone)(25), 및 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소가 축적되는 경화 구역(setting zone)(28)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 분리 구조물(12)은 분리 구역(25)을 포함하는 실린더형 중간 부분(24), 및 경화 구역(28)을 포함하는 깔때기 모양의 바닥 부분(27)을 포함하고, 상기 깔때기는 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소를 위한 출구로서 종결된다.

부분 응축기(21)는 최대 사슬 길이를 갖는 탄화수소를 가진 가스를 통과시킬 수 있도록 구성된다. 부분 응축기(21)는 특정 사슬 길이 이상의 탄화수소를 응축시키는 응축 온도까지 탄화수소 함유 가스를 냉각시킨다. 상기 부분 응축기는 응축된 탄화수소를 액체 쪽으로 다시 순환시킨다. 일부 실시형태에서 응축 온도는 270℃와 370℃ 사이이다. 추가 실시형태에서 응축 온도는 320℃이다.

일부 실시형태에서 부분 응축기(21)는 탄화수소를 함유하는 가스를 위한 유로를 제공하는 응축기 용기(22) 및 상기 가스를 냉각시키기 위해 열유와 같은 냉각 매체를 위한 냉각 튜브(23)를 포함한다. 일부 실시형태에서 냉각 튜브(23)는 응축기 용기(22)와 교차한다. 일부 실시형태에서 냉각 튜브(23)는 응축기 용기(22) 내부에서 구불구불한, 스파이럴(spiral), 및/또는 헬리컬(helical) 모양으로 연장된다. 일부 실시형태에서, 응축기 용기(22) 및 냉각 튜브(23)는, 이들 내부에서 상기 가스가 수직 방향과 하나 이상의 수평 방향으로 흐르도록 구성된다. 달리 말하면, 가스는 부분 응축기(21)를 직선으로 통과할 수 없다. 일부 실시형태에서 냉각 튜브(23)는, 가스와의 접촉 표면을 증가시키고 특히 부분 응축기(21) 내부에서 가스 흐름을 안내 및/또는 지연시키는 냉각 리브(ribs) 및/또는 배플(baffles)을 제공한다. 일부 실시형태에서 부분 응축기(21)는 무작위 배열의 냉각 리브 및/또는 배플을 포함한다. 일부 실시형태에서 냉각 튜브(23), 냉각 리브 및/또는 배플은 응축된 탄화수소를 가스의 주된 흐름으로부터 멀리 예를 들어 응축기 용기(22)의 측면으로 안내하여 액체 내로 흐르거나 다시 떨어지도록 경사진다.

이와 같이 부분 응축기(21)는 미리 정해진 사슬 길이를 포함하거나 그 미만인 사슬 길이를 갖는 탄화수소를 함유하는 가스를 통과시키도록 배열된다. 일부 실시형태에서 상기 미리 정해진 사슬 길이는 30개의 탄소이다. 추가 실시형태에서 상기 미리 정해진 사슬 길이는 25개의 탄소이다. 추가 실시형태에서, 상기 미리 정해진 사슬 길이는 22 또는 20개의 탄소이다. 미리 정해진 사슬 길이보다 긴 사슬 길이를 갖는 탄화수소는 분리 구조물(12)에서 액체로 다시 순환된다.

다양한 실시형태에서, 분리 구조물(12)은 미리 정해진 사슬 길이보다 더 긴 사슬 길이를 갖는 탄화수소를 함유하는 액체를 방출한다. 분리 구조물(12)은 분해로부터 생성된 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소를 제거한다.

일부 실시형태에서 가열 구조물(11)은 재가열 구역(6)을 포함한다. 탄화수소를 함유하는 액체는 분리 구조물(12)로부터 재가열 구역(6)을 통해 관류된다. 재가열 구역(6)은 탄화수소를 함유하는 액체를 다시 가열하여 추가의 장쇄 탄화수소가 분해되도록 한다. 일부 실시형태에서, 재가열 구역(6)은 탄화수소를 함유하는 액체의 온도에서 50℃를 초과하지 않는 노출 온도를 제공하도록 배열된다. 제한된 노출 온도는 탄화수소의 탄화를 제한할 수 있다. 일부 실시형태에서, 재가열 구역(6)은 가스와 탄소의 분리로 인한 분리 구조물(12) 내 재료의 열 손실뿐만 아니라, 분리 구조물(12)의 벽 및 임의의 파이프라인을 통한 열 손실을 적어도 부분적으로 담당한다. 일부 실시형태에서 재가열 구역(6)은 380℃ 와 450℃ 사이의 노출 온도를 제공한다. 추가 실시형태에서 재가열 구역(6)은 390℃와 410℃ 사이의 노출 온도를 제공한다.

일부 실시형태에서 탄화수소를 함유하는 액체는 입자를 제거하기 위해 필터(9)를 통과한다. 일부 실시형태에서, 탄화수소를 함유하는 액체는 액체의 유량을 조정하도록 배열된 펌프(10)에 의해 전달된다.

상기 액체는 재가열 구역(6)을 빠져나와 분해된 탄화수소 사슬의 가스를 증발시킨다. 일부 실시형태에서, 재가열 구역(6) 내의 액체는 가압되지 않으므로 분해된 탄화수소의 일부가 재가열 구역(6)에서 이미 분해된 탄화수소 사슬의 가스로 증발하게 된다. 일부 실시형태에서, 재가열 구역(6)을 빠져나가는 액체 및/또는 가스는 분리 구조물(12) 내로 공급되어 증발된 가스를 방출한다. 일부 실시형태에서 재가열 구역(6)을 나가는 액체 및/또는 가스는 가열 구역(1, 2, 3, 4)을 나가는 재료와 혼합된다. 일부 실시형태에서 재가열 구역(6)을 나가는 액체 및/또는 가스는 배압 제어 요소(5a, 5b)를 빠져나가는 재료와 혼합된다. 일부 실시형태에서, 재가열 구역(6)을 나가는 액체 및/또는 가스 대 가열 구역(1, 2, 3, 4)을 나가는 재료의 혼합 비율은 유량을 기준으로 5:1 내지 15:1, 보다 바람직하게는 8:1 내지 10:1이다. 일부 실시형태에서 상기 혼합 비율은 공급 장치(7), 상기 가열 구역, 상기 배압 제어 요소, 및 펌프(10)에 의해 조정된다. 일부 실시형태에서 재가열 구역(6)에는 제1 내지 제4 가열 섹션(1, 2, 3, 4)에서 사용되는 열유와 같은 열유가 공급된다. 일부 실시형태에서 재가열 구역(6)은 제4 가열 구역(4)과 동일한 온도의 열유를 받는다.

일부 실시형태에서, 재가열 구역(6)은 분리 구조물(12) 내부의 재료의 체적에 따라 재료의 온도를 조정한다. 일부 실시형태에서, 재가열 구역은 재료의 분해 속도를 조정하기 위해 재료의 온도를 조정한다. 일부 실시형태에서 분해 속도는 시간 프레임당 분해 이벤트의 양이다. 추가 실시형태에서, 분해 속도는 체적당 분해 이벤트의 양이다. 분해 속도를 조정함으로써, 분해된 탄화수소가 일반적으로 분해 전의 동일한 탄화수소보다 증발 온도가 낮기 때문에 재료의 단쇄 탄화수소의 양이 조정되어 재료의 증발을 조정한다. 또한, 재료를 가열하면 더 많은 재료가 증발한다. 따라서, 재료의 온도를 높이면 재료의 증발이 촉진되고 액체 상태의 재료의 체적이 감소한다. 일부 실시형태에서 이것은 분리 구조물(12) 내부의 액체 상태의 재료의 레벨을 조정하는 데 사용된다.

예시적인 실시형태에서, 가열 섹션(1, 2, 3, 4), 재가열 구역(6) 및 사용된 열유는 다음 매개변수를 제공한다:

여기서 "PM 입구 온도"는 각 가열 섹션에 입력될 때 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료의 온도를 나타내고, "PM 출구 온도"는 각 가열 섹션에서 출력될 때 장쇄 탄화수소를 포함하는 재료의 온도를 나타낸다. "TO 입구 온도"는 각 가열 섹션에 적용될 때 본 실시형태에서 가열 매체로서 사용되는 열유의 온도를 나타내고, "TO 출구 온도"는 각 가열 구역에서 적용한 후 열유의 온도를 나타낸다. 이 표에서 볼 수 있듯이 TO 입구 온도와 PM 출구 온도 사이뿐만 아니라, TO 출구 온도와 PM 입구 온도 사이의 최대 차이는 50℃를 초과하지 않는다. 상기 열유는 각 가열 세션을 통해 재료의 흐름 방향과 반대 방향으로 흐르기 때문에, 노출 온도는 재료의 온도보다 50℃를 초과하지 않는다.

다양한 실시형태에서 탄화수소를 함유하는 재료는 가열 구조물(11)로부터 나오고 입구(26)를 통해 분리 구조물(12)로 들어간다. 일부 실시형태에서 상기 입구는 재료를 접선 방향으로 분리 구역(25) 내로 전달하도록 구성된다. 달리 말하면, 상기 재료는 실린더형 중간 부분(24)의 수직축으로부터 오프셋 되어 실린더형 중간 부분(24) 내로 흘러들어간다. 따라서, 상기 중간부 내부의 액체는 회전하게 된다. 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소는 분리 구역(25)의 외부를 향해 이동한다. 외부에서 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소는, 실린더형 중간 부분(24)의 내벽과 같은, 분리 구역(25)의 측벽과 마찰을 겪는다. 상기 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소는 감속되어 바닥으로 가라앉는다. 다양한 실시형태에서, 상기 중질 탄화수소 및 고체 탄소는 경화 구역(28)에 축적된다. 일부 실시형태에서 깔때기 형상의 바닥 부분(27)은 상기 중질 탄화수소 및 고체 탄소를 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소용 출구로 안내한다.

다양한 실시형태에서, 경화 구역(28)은 깔때기 모양의 바닥 부분(27) 위에 배치된 분리 원뿔(29)을 포함한다. 분리 원뿔(29)은 바닥 부분(27)을 향하는 원뿔 기부와 분리 구조물(12)의 상단 부분을 향하는 원뿔 상단과 측면 원뿔 표면을 형성하는 시트를 포함한다. 다양한 실시형태에서 분리 원뿔(29)은 본질적으로 실린더형 중간 부분(24)의 수직축에 인접하거나 수직축과 일치하는 정점을 갖는 직원뿔로서 형성된다. 다양한 실시형태에서 분리 원뿔(29)은 절단된 형태를 갖고 정점에 개구를 포함한다. 분리 원뿔(29)은, 분리 원뿔(29)과 실린더형 중간 부분(24) 및/또는 깔때기 모양 바닥 부분(27)의 내벽 사이에 간극이 남아 있어 고체 탄소 및/또는 중질 탄화수소가 상기 출구를 통과할 수 있도록, 배열된다. 상기 간극은 바람직하게는 분리 원뿔(29)의 둘레 주위에 배열된다. 분리 원뿔(29)은 중간 부분(24) 내의 회전하는 액체가 깔때기 모양의 바닥 부분(27)에 축적된 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소를 교반하는 것을 억제한다. 이에 의해 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소가 출구에서 더욱 밀집되고 더 적은 액체 탄화수소로 제거될 수 있다.

다양한 실시형태에서, 상기 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소는 밸브 구조물(13)을 통해 방출되며, 이 밸브 구조물은 분리 구조물(12)의 충전 레벨(fill level)을 조정하여 적어도 미리 결정된 최소 레벨로 유지하도록 구성된다. 다양한 실시형태에서, 밸브 구조물(13)은 적어도 제1 및 제2 잠금 밸브(31, 32)와 제1 및 제2 잠금 밸브(31, 32) 사이의 잠금 챔버를 포함하고, 잠금 밸브(31, 32) 중 적어도 하나는 작동하는 동안 일반적으로 폐쇄된다. 일부 실시형태에서 제어 요소(33)는 잠금 밸브(31, 32)를 제어한다. 작동 중에 바닥 부분(27)에 인접한 제1 잠금 밸브(31)는 개방되어 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소가 분리 구조물(12)을 빠져나가도록 한다. 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소는 잠금 챔버로 들어간다. 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소가 방출되기 전에, 제1 잠금 밸브(31)가 닫힌다. 그 다음, 제2 잠금 밸브(32)가 열린다.

도 2는 분리 구조물(12) 및 밸브 구조물(13)의 일 실시형태를 도시한다. 도 2의 밸브 구조물(13)은 제1 잠금 밸브(31), 잠금 챔버(34), 제2 잠금 밸브(32) 및 보상 라인(35)을 포함한다. 보상 라인은 보상 밸브(36)를 포함한다. 잠금 챔버(34)는 분리 구역(25) 및 경화 구역(28)과 유사한 높이 레벨 사이에서 연장되도록 배열된다. 보상 라인(35)은 보상 밸브(36)를 통해 분리 구조물(12) 및 잠금 챔버(34)가 그 상부에서 동일한 유체 압력을 받게 하여 잠금 챔버(34)가 상기 분리 구조물 내부의 액체로부터의 압력하에 충전하도록 허용한다.

분리 구조물(12)을 작동할 때, 분리 구조물(12) 내부에 항상 일정 레벨의 액체를 갖는 것이 유리하다. 제1 잠금 밸브(31) 및 보상 밸브(36)가 열리고 제2 잠금 밸브(32)가 닫혀 있는 한, 잠금 챔버(34)의 충전 레벨은 분리 구조물(12)의 충전 레벨에 해당한다. 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소가 경화 구역(28)에 축적됨에 따라, 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소는 분리 구조물(12)에서 잠금 챔버(34) 내로 흘러넘친다. 잠금 챔버 내의 충전 레벨이 분리 구조물(12) 내의 충전 레벨에 상응하기 때문에, 잠금 챔버(34)의 용량은 충전 레벨이 증가함에 따라 증가한다. 그러나 분리 구조물(12)의 충전 레벨이 낮을 때, 잠금 챔버(34)의 용량이 낮아서 분리 구조물이 잠금 챔버(34) 내로 완전히 배출되지 않고 따라서 비워지지 않는다. 잠금 챔버(34)가 채워지는 경우, 제1 잠금 밸브(31)와 보상 밸브(36)가 닫힌다. 제2 잠금 밸브(32)는 개방된다. 다양한 실시형태에서 잠금 챔버(34)는 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소를 몰아내기 위해 불활성 가스로 가압된다. 잠금 챔버(34)가 비워지면, 제2 잠금 밸브(32)가 닫히고, 제1 잠금 밸브(31)와 보상 밸브(36)가 열린다. 경화 구역(28)으로부터의 추가 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소가 잠금 챔버(34)로 들어가는 것이 허용된다.

다양한 실시형태에서, 잠금 챔버(34) 내의 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소는 그들의 점화 온도보다 높다. 따라서 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소는 공기와 접촉하기 전에 냉각될 수 있다. 일부 실시형태에서, 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소는 방출되기 전에 냉각 챔버로 공급되어 냉각된다. 일부 실시형태에서, 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소는 이들의 온도가 특정 최고 온도 아래로 떨어진 후 냉각 챔버를 빠져나간다. 일부 실시형태에서, 중질 탄화수소 및/또는 고체 탄소에 대한 최고 온도는 점화 온도이다.

Claims (15)

1. 원유를 기반으로 하는 유기 액체 및 플라스틱 함유 폐기물로부터 장쇄(long-chained) 탄화수소를 분해하는 방법으로서,
   - 장쇄 탄화수소를 함유하는 재료를 제공하는 단계;
   - 장쇄 탄화수소를 함유하는 상기 재료의 특정 체적을 분해 온도까지 가열하는 단계로서, 여기서 상기 분해 온도는 상기 재료 내의 탄화수소 사슬이 더 짧은 사슬로 분해되기 시작하는 온도인, 단계; 및
   - 상기 분해 온도보다 높은 온도를 갖는 상기 특정 체적에 대해, 상기 특정 체적을 상기 특정 체적의 온도보다 50℃ 이하 더 높은 열에 노출시키는 단계;
   를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 노출하는 동안, 가스 함량을 제한하기 위해 상기 특정 체적의 압력을 조정하는, 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 노출하는 동안, 상기 특정 체적의 압력을 10 내지 35 bar, 바람직하게는 20 bar로 조정하는, 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   첨가제가 충분한 유동성을 가질 때까지 상기 특정 체적을 가열하면서 제공되고, 상기 첨가제는 장쇄 중합체 분해 후 사슬 말단에 수소화물을 제공하기 위해 특별히 제공되는 항산화제이고, 상기 첨가제는 바람직하게는 부틸화 히드록시톨루엔(BHT) 및 제올라이트 중 하나 이상을 함유하는, 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 특정 체적을 열에 노출시킨 후 상기 특정 체적의 압력을 낮추는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 특정 체적을 열에 노출시킨 후, 상기 특정 체적으로부터 증발하는 가스를 조정하기 위해 상기 특정 체적의 온도를 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 온도는 상기 특정 체적을 냉각시킴으로써 조정되는, 방법.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 증발된 가스는 부분 응축기를 통과하고, 상기 부분 응축기는 상기 가스로부터 장쇄 탄화수소를 분리하도록 구성되는, 방법.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   가스를 증발시킨 후 상기 특정 체적은, 바람직하게는 재가열 전의 상기 특정 체적의 온도보다 25℃ 미만 높게, 재가열되어 남아 있는 장쇄 탄화수소를 분해하고, 상기 재가열된 특정 체적은 처음으로 열에 노출된 추가 재료와 혼합되며, 재가열된 재료 대 처음으로 열에 노출된 후의 재료의 혼합 비율은 바람직하게는 5:1과 15:1 사이, 더 바람직하게는 8:1과 10:1 사이인, 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특정 체적을 열에 노출시킨 후에 상기 특정 체적으로부터 코크스를 분리하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    열에 노출된 후 상기 특정 체적은 분리기 용기 내로 들어가며, 여기서 가스는 바람직하게는 부분 응축기를 통해 증발하고, 코크스는 출구 구조물을 통해 분리되며, 바람직하게는 상기 출구 구조물은 상기 출구 구조물에 대해 액체 재료의 최소 레벨 아래에 상기 분리기 탱크의 개구를 가지면서 상기 분리기 용기 내부의 액체 재료의 최소 레벨을 유지하는, 방법.
12. 제11항에 있어서,
    출구 구조는 코크스를 분리하기 위해 분리기 용기를 향해 개방되거나 잠금 장치 내의 코크스를 방출하기 위해 분리기 용기로부터 출구 구조물을 차단하는 잠금 장치를 포함하는, 방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 출구 구조물은 상기 분리기 용기 내부의 액체 재료의 최소 레벨을 유지하고 코크스 온도가 연소 온도 아래로 떨어지면 코크스를 방출하는 냉각 구조물과 밸브를 포함하는, 방법.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리기 용기가 상기 출구 구조물에 대해 상기 분리기 탱크의 개구에 인접하여 진정 구역을 제공하는, 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치.

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