KR20220084090A - 유기 폐기물의 열-촉매 분해-열분해 장치 - Google Patents

유기 폐기물의 열-촉매 분해-열분해 장치 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 유기 폐기물의 열-촉매 분해-열분해 장치에 관한 것으로, 장치는: 공급 라인에 의해 반응기에 연결된 저장소로서, 공급 라인에는 밸브가 배치되고, 반응기는, 반응기의 바닥으로부터 높이의 대략 1/3에 해당하는 최대 레벨에 위치한 가열 요소 및/또는 방사선원을 포함하는, 저장소; 및 반응기의 바닥으로부터 높이의 1/3에 해당하는 최대 레벨에 배치된 온도 센서를 포함하고, 출력 라인은 냉각기가 연결된 반응기의 뚜껑으로부터 돌출되고, 출력 라인의 단부는 생성물 가스를 배출하기 위한 분기를 통해 액화 생성물을 수용하기 위한 수용기의 오리피스에 연결된다.

Description

유기 폐기물의 열-촉매 분해-열분해 장치
본 발명은 공정에 의해 제조되는 유기 물질 및 열분해 오일의 열분해적(열적) 분해 장치에 관한 것이다. 본 발명은 물리학과 화학의 두 가지 과학 분야를 결합한다.
재생 불가능한 자원의 제조업체는 현재 주로 육상 운송 목적의 액체 연료 생산과 관련된 석유 및 기타 화석 탄소 공급원으로서 재생 불가능한 자원의 활용을 제한해야 하는 강한 압박에 직면해 있다. 자동차의 스파크 점화 엔진용 연료는 주로 식물성 오일 또는 선택적으로 동물성 지방의 재에스테르화에 의해 제조된 높은 당류 함량의 농작물 발효를 통해 생산된 바이오 에탄올 및 지방산 메틸 에스테르를 포함한다. 식물성 오일의 수소화(HVO)를 통해 수득한 탄화수소에 의해 형성된 재생 가능한 자원을 사용하는 소량의 연료 생산이 있다. 바이오 에탄올 및 지방산 메틸 에스테르의 사용 가능한 특성은 기존 화석 연료의 특성과 비교할 때 특정 측면에서 더 나쁘다, 즉 바이오 에탄올은 장기간 저장 동안 연료 품질을 악화시키는 대기 습도의 유입으로 인해 장기간 저장 기간에 걸친 연료 품질 저하 측면에서 결과적으로 발생할 수 있는 문제 및 물과의 혼화성에 대해 주로 구별되고, 메틸 에스테르는 더 나쁜 보관 안정성과 열 산화 안정성이 문제이다. 압축 점화 엔진에 사용할 수 있는 특성이 매우 양호한 수소화 식물성 오일의 생산은 생산 공정에 필수적인 수소화 촉매의 짧은 수명 및 많은 수소 소비와 관련이 있다.
현재로서는 일반적일 수 있는 재생 가능한 자원에서 액체 연료를 제조하기 위한 추가 옵션은 없다. 이들의 생산은 다양한 바이오매스 유형을 이용하고, 주로 열 분해 또는 열-촉매 분해를 주로 다루는 공정을 사용하여 일반 액체 연료와 관련된 비등점 범위에 해당하는 낮은 비등점을 갖는 물질을 형성할 것으로 예상된다. 이러한 분해를 통해 수득한 생성물은, 결과적인 특성이 소비자들에게 분배되는 최종 생성물의 품질에 대한 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 추가 공정을 거쳐야 한다. 이에 대한 대체 절차는 합성 가스를 생산하기 위한 열분해 및 액체 연료 생산에 적합한 탄화수소의 후속 합성이다.
열분해 반응기의 가열된 내부 표면 상에 스키밍 필름(skimming film)을 포함하는 장치에서의 식물성 오일과 동물성 지방의 열분해는 특허 CZ306462B6에 개시되어 있다. 적외선 스펙트럼에서 일정량의 에너지를 전달하는 방사선원이 장착된 반응기에서 다양한 식물성 오일 및 기타 생물학적 공급원료와 혼합되면서, 자기장에 의해 제공되는 영향을 받는 탈산제(de-oxidizing agent)를 활용이 특허 EP2129746에 의해 개시되어 있다. 다른 특허 받은 절차는 공급원료의 분해 전반에 걸친 촉매 작용을 포함한다.
예를 들어 촉매제로 사용되는 소성 돌로마이트(calcined dolomite)와 접촉하는 유기 오일 기반 공급원료의 열분해적 분해 공정과 관련된 미국 특허 출원 US20110289826A1이 있다. 전처리 구역 및 처리된 재료의 열분해 구역을 포함하는 장치에서 두 단계에서의 폐기물의 열촉매 분해를 통한 열분해 오일의 생산이 특허 EP3132004T3에 개시되어 있다. 주입된 재료의 초음파 분무를 위한 노즐을 통한 공급원료 주입으로 관형로(tubular furnace) 내부에서 식물성 오일 및 기타 액체 공급원료의 열분해를 수행하는 것이 특허 출원 US20190144758A1에 개시되어 있다. 반응기로의 공급원료 주입은 암모니아, 메탄올 또는 수소의 도입과 병행하며, 반응기의 일부는 또한 제올라이트, 금속 산화물, 고체 산 및 알칼리 촉매를 기반으로 하는 물질로 채워진 촉매 베드(catalytic bed)를 포함한다. 식물성 오일 등의 열분해를 위한 다양한 반응기의 특정 설계 외에도, 미국 특허 출원 US20070007176A1에 공개된 바와 같이, 열분해 단계 이후의 순환 재생의 일반적인 과정뿐만 아니라 고전적인 분해 촉매를 포함하는 유동 접촉 분해(fluid catalytic cracking, FCC) 장치에서 공급원료 분해가 수행되는 전통적인 정제 기술에 대한 상세한 설명도 있다.
예를 들어, 고급 자동차 연료를 제조하기 위한 목적으로 추가 처리에서 이용될 액체 부분을 생산하기 위해 열분해를 수행할 때, 원하는 결과는 가스, 코크스 또는 미반응 공급원료를 희생시키면서 액상으로부터의 수율을 최대화하는 것이다. 분해 조건(고온, 열분해 가스의 동시 생성)은 일반적으로 공급원료의 일부 미분해 입자들이 생성물로 침투하는 것을 포함하기 때문에, 이들은 열 분해 공정으로 되돌려 보내져야 한다.
본원에 제시된 솔루션은 본 발명을 따르고, 특이한 세포 구조를 형성하고 유기물의 완전히 새로운 세포를 확립하기 위한 필요에 따라, 액체 상태에서 편리하게, 원래 유기물의 세포에서 화학 구조의 변형을 수행하기 위한 장치에 적용된다. 이러한 변형 방법은 원래 구조뿐만 아니라 물질의 원래 상태에도 영향을 미칠 수 있다. 이 경우에 관련된 세포는 가장 단순하게 화학적으로 결정된 유기물의 입자로 구성된다.
설명의 목적을 위해, 물리 화학적, 열-촉매 방법(분해)은, 온도 구배의 동시 활용과 함께 온도와 방사선의 영향을 받을 때 원래 물질의 셀 구조가 파괴되는 것을 의미한다.
본 발명의 목적은, 탈산제의 유무에 관계없이, 또는 선택적으로 촉매를 사용하여 원재료를 처리하고, 자동차 연료 성분을 각각 생산하기 위한 후속 정제에 적합한 낮은 분자량 및 높은 탄화수소 함량 또는 낮은 함량의 잔류 산소를 갖는 생성물을 수득하기 위해, 특정 장치 및 까다롭지 않은 기술 조건(대기압, 수소 부재 하에서 수행됨)을 활용하는 것이다.
지방산 트리글리세리드의 에스테르기에 포함된 산소는 주로 탄소 산화물과 이산화탄소의 형태로 탈산-산화 반응 동안 배출된다. 탈산의 범위는 추가된 잔류 석유 분획에 의해 뒷받침되었고, 산소기 함량의 더 큰 감소는 반응 혼합물에서의 촉매 보충에 의해 달성되었다.
본 발명의 핵심은 유기 폐기물의 열-촉매 분해-열분해 장치를 포함하고, 장치는:
공급 라인(2)에 의해 반응기(4)에 연결된 폐기물용 저장소(1)로서,
공급 라인(2)에는 폐기물의 양에 대한 제어를 보장하기 위해 밸브(3)가 배치되고,
반응기(4)는, 반응기(4)의 바닥(7)으로부터 높이의 대략 1/3에 해당하는 최대 레벨에 반응기(4)의 외부 또는 내부에 위치한, 폐기물의 가열을 위한 가열 요소(5) 및/또는 폐기물의 분해를 위한 방사선원(5a)을 포함하는, 저장소(1); 및
반응기(4)의 바닥(7)으로부터 높이의 1/3에 해당하는 최대 레벨에 배치되어 전원 공급을 제어하기 위한, 가열 요소 및/또는 방사선원 부근의 온도 센서(6)를 포함하고,
출력 라인(10)은 반응기(4)의 뚜껑(9)으로부터 돌출되어 수득한 생성물의 기체 성분을 운반하고, 이에 연결된 냉각기(16)는 수득한 생성물의 기체 성분을 액화하고,
출력 라인(10)의 단부는 생성물 가스를 배출하기 위한 분기(21)를 통해 액화 생성물을 수용하기 위한 수용기(17)의 오리피스에 연결된다.
센서(11)와 냉각기(16)가 출력 라인(10) 상에 있는 바람직한 구성은 반응기(4)를 빠져나가는 가스의 화학적 조성을 제어하기 위한 제어 센서(12) 및 센서(11)와 냉각기(16) 사이에 배치되어 가스 유량을 제어하기 위한 스로틀 플랩 밸브(throttle flap valve, 13)를 포함하고, 출력 라인(10)에는 가열 요소(5) 외부의 반응기(4)의 오리피스 내로 연결된 환류기(15)와 후속 냉각기(16) 모두에 연결된 중간 냉각기(14)가 더 배치된다.
또한, 편리한 구성은 폐기물로부터 수득한 생성물의 기체 성분의 온도를 설정하기 위한 온도 센서(8)가 장착된 반응기(4)의 상부 절반을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, 폐기물은 그 자체로 특정 폐기물이 아니라 비-식품 적용을 위한 유기 공급원료를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태 중 하나는 생성물의 기체 성분의 온도 및 유량에 대한 센서(11)의 편리한 구성을 갖는 출력 라인(10)을 포함한다.
본 발명에 따른 장치 내의 센서의 수와 위치는 바람직하게 방법을 수행하기 위한 조건, 장치 유형 및 공급원료의 특정 유형 또는 특정 장치에서 처리될 임의의 가능한 첨가제를 포함하는 이들의 혼합물에 의해 결정된다.
방사선원(5a)은 바람직하게 폐기물 레벨 바로 아래에 반응기 내부에 배치되는 반면, 반응기(4) 내부의 상기 레벨의 최대 지점은 환류기(15) 바로 아래에 도달한다.
방사선원의 구성과 형태는 반응기의 크기와 형태뿐만 아니라 원하는 분해 속도에 따라 최적의 반응 표면을 제공해야 한다. 편리한 구성은 나선형, 이중 또는 다중 꼬임 나선형, 반응기 내부의 나사선 또는 경사면 또는 이들의 조합을 포함한다.
또 다른 편리한 실시형태는 유도 요소(induction element) 또는 가스 버너가 더 장착된 가열 요소(5)를 갖는 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 편리한 실시형태는, 반응기(4)에 투입되기 전에 폐기물의 예비 가열을 보장하기 위한 예열기(18)가 장착된 공급 라인(2)이 앞에 있는 반응기(4)이다.
반응기 앞의 라인은 바람직하게, 반응기 내부의 내용물 레벨의 표시기로서 그리고 반응기 뚜껑의 오리피스에 연결된, 바람직하게는 유리로 제조된 레벨 게이지(20)를 설치하기 위한 T-접합부(19)가 장착된다.
본 발명의 또 다른 편리한 실시형태는 반응기의 밀봉을 보장하고 임의의 산소 접근을 방지하기 위해 폐쇄 그리드(22)로 구성된, 반응기(4) 내부의 방사선원(5a) 부근을 특징으로 한다.
본 발명의 편리한 실시형태는 또한, 고비점 탄화수소 및 기타 유기 물질, 예를 들어 더욱 바람직하게는 알칼리 금속의 수산화물, 가장 바람직하게는 KOH 및 NaOH의 혼합물을 기반으로 하는 촉매가 구비된, 오일 기원의 증류 잔류물 및 진공 증류물의 우세한 양으로 물질의 20중량%까지 증가된 폐기물이 들어있는 공급원료 저장소(1)를 특징으로 한다.
전체 장치는 유리 섬유 절연체와 함께 스테인리스, 내열성 및 내화학성 강철로 제작되었다. 반응기 내부의 가열 요소용으로 설치된 전기 공급장치는 세라믹 그로밋(ceramic grommet)으로 완성되었다.
열분해를 위한 편리한 반응기는 특히 포트 또는 관형 반응기이다.
반응기 내부의 공급원료의 레벨은, 도압 배관(impulse piping)을 형성하는 편리한 금속 모세관에 의해 신선한 공급원료를 보유하는 저장소에 연결된 반응 플라스크의 바닥과 반응기 상단 사이에 설치된 유리 레벨 게이지를 사용하여 편리하게 확인되었다.
장치는 바람직하게, 원료 레벨 이하의 온도, 상기 레벨 이상의 증기 온도 및 수 냉각기에 투입되기 전에 반응 배관에서 방출되는 증기의 온도를 측정할 수 있도록 열전 셀(thermoelectric cell)이 장착된 온도계 삽입홈(thermometer well)을 구비하였다.
반응의 실제 과정
I. 단계: 개시 (초기 시작)
이 단계는 변환에 절대적으로 필요한 다른 물질과 함께 변환될 물질의 공급을 포함하며, 이들 물질은 균질 또는 비균질 혼합물을 형성하거나, 개별적이고 단계적인 방식으로 투입된다.
공급원료의 분해 및 추가 변환을 개시하기 위해 필요한 초기 에너지는 내부에 설치된 방사선원을 통해, 즉 이러한 개시 조건의 최상의 가장 빠른 전개를 위한 공간을 통해 반응기에 공급되거나, 에너지는 외부로부터의 유도 가열을 통해 반응 공간으로 전달되거나, 에너지는 반응기 내부에 위치한 방사선원(5a) 또는 반응기의 내부 쉘로 유도되거나, 또는 이러한 가열 옵션의 조합에 의해 가스 동력 또는 또는 열 공급 장치가 사용될 수 있다.
초기 충격은 개별 물질의 온도차 또는 열 분해를 이용할 수 있는 정도의 에너지 공급으로 정의된다. 특정 온도에 도달하면, 물질은 열 분해 대상이 되고, 이후 반응기 내부에 존재하는 다른 물질이 분해된다. 이 단계에서, 모든 물질은 60℃ 내지 600℃의 온도에 도달하는 기체 상태로 변환된다.
Ⅱ. 단계: 전파
a) 반응 과정 및 반응기 내부의 부분 제어
라디칼 반응이 진행됨에 따라 다양한 결합 및 분해 과정을 수행하는 복잡한 메커니즘이 작용하면서, 기체 라디칼의 최종 잔류물이 더 이상의 분해를 멈추고 상호 작용을 시작하는 온도 레벨까지 냉각될 때 발생하는 최종 반응 단계인 종결(완결)까지, 다양한 중간물 또는 생성물이 생성되고 이후 분해된다.
반응기의 이 부분에는, 다른 기술 부분의 제어를 위한 피드백 임펄스를 활용하고 반응에 대해 설정된 조건을 유지하기 위해, 시간, 압력, 온도, 양, 유량 및 개별 성분으로부터 기술에 대한 피드백을 모니터링하기 위한 감지 요소(측정 센서)가 장착된다.
따라서, 반응은 계산에 의해 결정된 화학 작용을 사용하여 직접 제어되는 것이 아니라, 그 과정에 대한 영향에 실질적으로 영향을 미치지 않는 허용 수준에서 특정 반응에 대해 설정된 최적 조건을 통해 간접적으로 제어된다.
가능한 편차 범위 및 완제품의 품질에 미칠 수 있는 이의 가능한 영향과 함께, 반응 및 공정 준수 검증 과정에서 개별 센서로부터 수신된 데이터의 모니터링 및 비교.
b) 반응 과정 및 가능한 조치에 대한 평가 - 반응기 외부
뜨거운 가스 형태로 반응기를 빠져나가는 개별 라디칼이 상호 작용에 여전히 존재하는 경우, 개별 측정 센서로부터의 데이터의 평가를 계속 사용할 수 있으며, 생산 목적에 해당하는 화합물의 부분적 선택을 진행할 수 있고, 완제품 내의 현재 원하지 않는 것들의 부분적 선택을 진행하여, 이들을 포착하고 반응 공간으로 되돌리며 그 특정 순간에 원하는 화합물을 생성하기 위한 후속적인 화학 변형을 진행할 수 있다.
파트 III: 종료
화학 변형의 다음 종료 단계는, 기존 생성물이 더 이상 변경되지 않고 이들의 구성이 일정하고 상당히 안정적으로 유지되는 동시에, 생성될 화합물에 부합하는 경우, 라디칼 반응을 중지하기 위해 뜨거운 가스를 빠르게 냉각시킨다.
생성된 화합물의 추가 처리는, 필요에 따라, 즉 적용 가능한 경우 액체, 기체 또는 고체 상태의 처리 또는 업그레이드를 포함한다.
공정이, 원래 물질에 존재하는 다양한 요소 조합을 포함하는 화합물, 예를 들어 유리지방산(FFA), 알코올, 페놀, 케톤, 글리세린, 에스테르, 및 주로 탄소(C), 수소(FI), 산소(O), 질소(N), 인(P), 칼슘(Ca) 또는 칼륨(K)을 포함하는 기타 물질뿐만 아니라, 원재료와 동일한 길이 또는 선택적으로 다른 길이의 탄소 사슬을 갖는 매우 순수한 탄화수소를 생산할 수 있는 경우, 재생 가능한 자원, 특히 식물성 원료로부터 연료와 윤활유 생산에 사용하는 것이 바람직하다.
원리는, 반응에 투입되는 균질적이고 비균질적인 개별 물질들의 열 분해 또는 발화점 지점 간의 차이, 또는 다른 공급원료에 있는 분자의 세포 구조를 파괴하여 라디칼 반응을 시작하는 이들 물질 중 하나의 강렬한 공격성을 활용하는, 특정 장치인 반응기에서의 라디칼 반응 과정 동안의 부분 제어를 기반으로 한다.
반응 공간 내의 라디칼 반응의 실행 및 매우 특정한 순간에 수득한 기체의 후속 냉각을 가능하게 하는 특정 시간, 온도, 압력 및 기타 조건의 형성을 기반으로, 상기 조건에 의해 유도된 유기물 조성의 구조가 정확하게 최적으로 생성된다.
초기 물질의 화학 구조 변환은 다기능 장치인 열분해 반응기를 사용하여 수행되며, 이러한 변환을 점진적으로 전개하기 위해 각각 몇 가지 후속 부분을 포함하는 결과적인 화학 물질의 후속 처리가 수행된다.
산소 접근 없는 더 높은 온도에서의 열적 분해는 탄소, 수소 또는 선택적으로 산소 및 기타 요소를 포함하는 초기 유기 물질을 주로 액체 열분해 생성물(열분해 오일), 열분해 가스 또는 선택적으로 고체 탄소 잔류물로 변경한다. 이러한 생성물의 수율은 공급원료의 구성 및 공정 조건, 특히 온도와 반응기 유지 시간에 따라 달라진다. 열분해 오일에 포함된 화합물의 평균 분자량은 초기 공급원료와 비교할 때 더 낮다. 가능한 공급원료는 사용된 식용유, 동물성 지방 및 유기성의 기타 액체 혼합물, 바람직하게는 액체 물질 단독 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
생성된 열분해 오일은 바람직하게 액체 연료의 제조에 사용될 수 있다.
유기성 물질, 특히 폐기물의 열분해(물질의 열적 분해)를 수행하기 위한 장치의 편리한 실시양태 중 하나는, 공급원료의 예열용 장치, 열분해 반응기, 부분 응축기 유닛 및 열분해 오일용 응축기의 특정 부분을 포함한다. 공급원료의 예열은 교환기에 의해 수행되며, 공급원료는 200℃에서 최대 400℃까지 예열된다. 예열 교환기에 이어, 250℃ 내지 430℃에서의 분해 반응을 보장하기 위해 공급된 추가 열과 함께 재료가 열분해 반응기에 투입된다. 분해를 통해 수득한 생성물은 비등점이 가장 높은 부분을 포함하여, 부분 응축이 발생하는 증기 상태의 냉각기로 추출된다. 이들 부분은 이후 공급원료와 다시 혼합되고 열분해 반응기에 투입된다. 부분 응축용 냉각기 내부에서 응축되지 않은 생성물의 양은 또 다른 냉각기(열교환기)로 배출되어, 열분해 가스를 제외하고, 완전 응축을 겪는다. 또한 열분해 반응기로부터 연속적으로 추출된 고체 부분(코크스)을 포함하는 소량의 미분해 공급원료가 있다.
반응기에 투입되기 전에, 공급원료는 바람직하게 다량의 고비점 탄화수소 및 기타 유기 물질, 예를 들어 오일 기원의 증류 잔류물 및 진공 증류물, 검댕 또는 석탄을 포함하는 소량의 물질과 혼합된다.
공급원료를 분해 온도 레벨로 만드는 데 필요한 에너지는 반응기 내부에 장착된 방사선원을 사용하여 직접 열분해 반응기에 공급되거나, 반응기 공간 외부에 배치된 코일을 사용하여 필요한 양의 에너지가 방사선원으로 전달되는 유도 가열 설비를 통해 간접적으로 공급된다. 이러한 반응기 가열 방법은 고체 연료 버너를 포함하는 또 다른 가열 장치와 결합될 수 있다. 이러한 버너는 바람직하게는 열분해를 통해 수득한 생성물의 가스 부분을 사용할 수 있다.
불용성 물질(코크스)을 포함하는, 열분해 반응기 바닥에서 추출된 미반응 공급원료의 일부는 장치의 연속 작동 동안 불용성 물질이 반응기 내부에 축적되지 않도록 한다.
본원에 기술된 장치에서 실행되는 절차를 사용하는 열적 분해는, 주로 불포화 탄화수소 및 산소 물질의 함량과 관련하여 열분해를 통해 수득한 생성물의 조성에 영향을 미치기 위해, 공정 조건, 특히 열분해의 반응 온도, 열분해 반응기 내부의 레벨 높이, 유지 시간, 부분 응축 냉각기의 온도, 및 고비점 탄화수소 및 기타 유기 물질을 포함하는 첨가된 물질의 양의 조절에 의해 조정될 수 있다.
열분해 반응기에 촉매를 첨가함으로써 열분해 생성물의 조성이 더 영향을 받아 산소 물질의 함량을 감소시킬 수 있다. 촉매로서, 주로 Na와 K인 알칼리 금속 수산화물의 용융물을 사용하였다.
비균질 및 균질 탈산이라는 용어에 관한 한, 균질 탈산은 액체 공급원료(석유 증류 잔류물)와 혼화성인 탈산제를 포함하고, 비균질 탈산은 비혼화성 탈산제(검댕, 오일 코크스, 또는 그 반대로 짚, 아스팔트 톱밥)를 사용한다.
본 발명의 목적을 위해, 탈산제는 탈산의 최종 생성물에 영향을 미치도록 탈산을 위해 초기 공급원료에 특정 비율로 첨가되는, 탄소 과잉 함량이 높은 원료이다.
본 발명의 목적을 위해, 탈산은, 탈산제에 포함된 탄소를 발화점까지 가열하는 한편, 환경은 산소의 접근으로부터 보호되고, 초기 공급원료에서 점화에 필요한 산소를 분리하기 위해 가열된 탄소를 유지하여, 초기 공급원료의 세포를 파괴하고 라디칼 반응을 개시하는, 이 장치에서 발생하는 과정으로 해석된다. 이 반응은 초기 공급원료의 탈산을 초래하고, 산소 화합물의 함량은 감소하는 반면, 순수 탄화수소의 함량은 증가한다.
도 1은 본 발명에 정의된 장치인 연결되지 않은 환류 포트 반응기의 제1 실시형태를 도시하고;
도 2는 본 발명에 정의된 장치인 포트 환류 반응기(균질 탈산)의 제2 실시형태를 도시하고;
도 3은 본 발명에 정의된 장치인 포트 환류 반응기(비균질 탈산)의 제3 실시형태를 도시하고;
도 4는 본 발명에 정의된 장치인 관형 환류 반응기의 제4 실시형태를 도시하고;
도 5A, 도 5B, 도 5C, 도 5D, 도 5E, 도 5F, 도 5G는 샘플 PL8, 샘플 PL9, 샘플 PL10, 샘플 PL11, 샘플 PL12, 샘플 PL13 및 샘플 PL14의 FTIR 스펙트럼을 도시하고;
도 6은 샘플 1 내지 샘플 4의 파수에 대한 흡광도를 도시한다.
실시예 :
열분해 대상 투입 물질:
식품 품질 오일:
유채씨유: 15℃에서의 밀도: 919.1 kg.m-3
40℃에서의 동점도: 39.8 mm2s-1
발화점: 235℃
팔미트산: 3.8중량%
올레산: 61.8중량%
리놀레산: 32.3중량%
해바라기유: 15℃에서의 밀도: 919.1 kg.m-3
40℃에서의 동점도: 38.3 mm2s-l
발화점: >250℃
팔미트산: 7.6중량%
스테아르산: 4.9중량%
올레산: 21.1중량%
리놀레산: 66.4 중량
러시아 수출 혼합물(VZ PSP, Litvinov 정유 공장)로부터의 석유의 진공 잔류물(VR):
침입도: 213 p.u.
밀도: 1006.2 kg.m-3
100℃에서의 점도: 1850 mPa.s
150℃에서의 점도: 156 mPa.s
아스팔텐 함량: 5.8 중량%
황 함량: 2.1 중량%
Azeri Light 및 CPC 석유(Kralupy n. Vlt. 정유 공장) 혼합물로부터의 대기 증류 잔류물:
밀도: 960.5 kg.m-3
100℃에서의 점도: 180 mPa.s
황 함량: 2.1 중량%
본 발명에 따른 장치의 구체적인 실시예
실시예 1: 연결되지 않은 환류 포트 반응기(도 1 참조)
저장소(1)에는, 반응기 바닥으로부터 대략 1/4 위쪽까지, 열분해에 의해 분해된 액체 레벨 아래를 거의 통과하는 저항 와이어를 포함하는 방사선원(5a)을 사용하여, 380℃ 내지 430℃의 온도 범위에서 열분해적 분해 대상이 되는 액체 공급원료(식물성 오일-식품 품질)를 전달하는 포트 반응기(4) 내로 제어 밸브(3)를 통해 이어지는 공급 라인(2)이 장착되어 있고, 열분해 온도 범위는, 반응기 내부의 내용물 레벨을 보여주고 반응기 뚜껑에 연결된, 바람직하게는 유리로 제조된, 온도 감지기 보호관(thermowell) 내의 열전대(thermocouple)를 포함하는 센서(6)에 의해 모니터링된다.
반응기 내부의 공급원료의 레벨은 바람직하게는, 유리로 제조되고 반응기(4)의 뚜껑(9)에 있는 오리피스에 연결된 레벨 게이지(20)를 사용하여 모니터링된다. 레벨 게이지(20)는 바람직하게 반응기 전에 위치하는 T-접합부(19)에 의해 연결된다.
발생된 열분해 가스의 온도는 센서(8)를 사용하여 측정되고, 출력 라인(10)은 유량 및 온도 데이터를 해석하기 위해 센서(11)에 연결되고, 냉각기(16) 내부에서 이러한 가스의 후속 냉각 및 액화가 이루어지는 반면, 탄화수소의 나머지 기체 부분은 분기(21)를 통과하고 액체 생성물 수용기(17) 밖으로 배출된다.
실시예 2: 포트 환류 반응기(균질 탈산)(도 2 참조)
증류 잔류물을 반응기(4)에 채우고, 집중 분해점(대략 섭씨 410도)에 근접한 온도로 예열하면서, 반응기(4) 전의 입력 라인(2)에는 바람직하게 예열기(18)가 장착되는 방식으로 탈산제-석유 증류 잔류물 및 식물성 오일이 사용된다.
KOH 및 NaOH의 혼합물을 포함하는 촉매가 바람직하게 첨가될 수 있다. 온도가 섭씨 410도에 도달하면, 증류 잔류물 레벨 바로 아래에 장착된 방사선원의 전원이 켜지고, 오일과 5%의 증류 잔류물 또는 검댕을 포함하는 혼합물이 반응기에 투입된다.
증류 잔류물(검댕)로 채워진 공간에는 다음과 같은 세 개의 센서가 있다:
1) 증류 잔류물의 모니터링을 위한 온도 센서(6), 이의 피드백은 가능한 냉각을 켠다;
2) 증류 잔류물 레벨에 대한 온도 센서(6b), 이의 피드백은 효율적인 방사선원이 일정한 기준으로 확실하게 잠긴 상태로 유지하기 위해 반응 혼합물의 공급을 증가시킨다;
3) 방사선원(5a)에 대한 온도 센서(6a), 이의 피드백은 온도가 떨어질 때 방사선원의 전원 입력을 증가시킨다.
반응기 내부에 위치한 센서:
4) 반응기 내부에서 발생하는 생성물 증기를 모니터링하기 위한 온도 센서(8);
반응기 뒤에 장착된 센서:
5) 가스가 냉각기로 배출될 때 가스 혼합물과 예상 조성(목표 상태)에 대한 준수를 모니터링하기 위한 반응기 뒤의 센서(11a), 피드백은 환류 장치/또는 냉각기로 접근을 직접 개방한다;
환류 장치는 위에서 언급한 모든 끓는 부분을 다시 반응 공간으로 되돌리는 출구를 갖는다.
센서(11)와 냉각기(16) 사이의 출력 라인(10)에는 반응기(4)에 존재하는 가스의 화학적 조성을 제어하기 위한 제어 센서(12) 및 이와 병렬로 연결되어 가스의 유량을 조절하기 위한 스로틀 플랩 밸브(13)가 구비되는 동시에, 출력 라인(10)에는 후속 냉각기(16) 및 가열 요소(5) 외부의 반응기(4)에 연결된 환류기(15) 모두에 연결된 중간 냉각기(14)가 더 장착된다.
실시예 3: 포트 환류 반응기(비균질 탈산)(도 3 참조)
공정은 탈산제-증류 잔류물 및 식물성 오일을 사용하였고, 이때 석탄(코크스)을 반응기에 채우고, 대략 섭씨 700도의 온도로 예열하고, KOH와 NaOH의 혼합물을 포함하는 촉매를 바람직하게 첨가할 수 있었다. 온도가 섭씨 700도에 도달하면, 증류 잔류물 레벨 바로 아래에 장착된 방사선원(5a)의 전원을 켰고, 오일과 5 중량%의 증류 잔류물 또는 검댕을 포함하는 혼합물을 반응기에 투입했다.
이는 공정이 비균질 탈산을 포함한다는 점에서 실시예 2와 차이가 있다.
포트 반응기(4)로 공급되는 열은 호퍼(23) 및 폐쇄 밸브(24)를 사용하여 생성되어 석탄 또는 코크스를 장치에 공급하고, 이후 섭씨 700도의 설정 온도로 예열된다.
사용된 기술의 관점에서, 주변 환경으로부터 완전히 밀봉되어야 하는 장치에는 또한 그리드(22)가 장착된다.
반응기 아래의 재(ash)의 배출은 플랩 밸브(25)를 통해 보장된다.
증류 잔류물(그을음)로 채워진 공간에는 다음과 같은 세 개의 센서가 있다.
1) 증류 잔류물에 대한 온도 센서(6), 피드백은 가능한 냉각을 켠다;
2) 공급원료-석탄(코크스)에 대한 레벨 센서(6b), 피드백은 방사선원이 공급원료에 잠긴 상태로 유지하기 위해 공급원료를 완성한다;
3) 방사선원의 온도 센서(6a), 이의 피드백은 전원 입력을 증가 또는 감소시킨다.
반응기 내부에 위치한 센서:
4) 반응기 내부에서 발생하는 가스의 온도를 감지하는 온도 센서(8)
5) 생성된 가스의 온도 및 유량에 대한 센서(11), 피드백은 혼합물 투입을 위한 것이다.
반응기 뒤에 장착된 센서:
6) 가스가 냉각기로 배출될 때 가스 혼합물이 예상 조성(목표 상태)을 준수하는지를 모니터링하기 위한 반응기 뒤의 센서(11a), 피드백은 환류 장치/또는 냉각기로의 입력을 직접 개방한다;
환류 장치는 위에서 언급한 모든 끓는 부분을 다시 반응 공간으로 되돌리는 출구를 갖는다.
실시형태 4: 관형 환류 반응기(도 4 참조)
유도 요소(선택적으로 고체 연료 버너)를 포함하는 가열 요소(5)는 관형 반응기의 전체 표면을 예열하는 데 관여했고, 전체 표면이 반응 온도에 도달하면, 오일 및 탈산제-증류 잔류물(또는 검댕)로 구성된 혼합물을 균일하게 분무했다. 이 경우 증류 잔류물의 비율은 전체 혼합물 중량에 대해 5 내지 70 중량%에 달한다.
1) 반응 표면에 대한 온도 센서(6a), 피드백은 입력 전원을 증가 또는 감소시킨다;
2) 가스에 대한 온도 센서(6), 피드백은 공급원료 투입 속도를 감소 또는 증가시킨다;
3) 반응기 내부에서 발생하는 가스에 대한 온도 센서(8);
4) 생성된 가스의 온도 및 유량에 대한 센서(11), 피드백은 혼합물 투여량을 제어하고, 반응기 내부의 압력(또는 선택적으로 반응기 내부의 반응 시간)을 증가 및 감소시킨다;
5) 가스가 냉각기로 배출될 때 가스 혼합물과 예상 조성(목표 상태)에 대한 준수를 모니터링하기 위한 반응기 뒤의 센서(11a), 피드백은 환류 장치/또는 냉각기로의 입력을 직접 개방한다;
환류 장치는 위에서 언급한 모든 고비점 부분을 다시 반응 공간으로 되돌리는 출구를 갖는다.
수득한 생성물을 도 5A, 도 5B, 도 5C, 도 5D, 도 5E, 도 5F 및 도 5G에 나타낸 바와 같이 FTIR 분광법(푸리에 변환을 포함하는 적외선 분광법)을 사용하여 분석하였다.
공급원료 액체 생성물 표시 비고
해바라기유 PL8
해바라기유 대기 증류 잔류물, Al2O3 촉매 PL9
해바라기유 대기 증류 잔류물, FCC 촉매 PL10
가공 지방 PL11
해바라기유, Na+ 촉매 PL12 제 2 생성물 샘플
PL13 제 3 생성물 샘플
PL14 제 4 생성물 샘플
도 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F 및 5G에 나타낸 바와 같이, 아래 표의 개별 샘플의 FTIR 스펙트럼은, 카르보닐 및 카르복실기에 해당하는 FTIR 스펙트럼 내의 밴드의 면적 대 단독 탄화수소 및 또 다른 화합물의 탄화수소 가닥 모두의 탄소질 골격기에 해당하는 밴드 면적 비율을 상세히 보여주고 있다, 즉 카르복실산, 카르복실산의 에스테르 등이 명시되어 있다. 공급에서의 촉매의 적용은 최종 생성물(PL12 내지 PL14) 내의 카르보닐 및 카르복실기의 상당한 감소를 가져왔다.
열분해 액체 생성물 밴드 강도 비율
1550-1850 cm-1/2700-3000 cm-1
PL8 0.78
PL9 0.68
PL10 0.68
PL11 0.88
PL12 0.12
PL13 0.09
PL14 0.19
적외선 스펙트럼:
아래 도면은 실험의 최종 단계에서 생성물 분석을 통해 수득한 적외선 스펙트럼의 예를 나타낸다. 배치(batch)는 샘플 1 내지 샘플 4를 포함한다. 샘플 3 및 샘플 4는 반응 혼합물에 나트륨 기반 촉매를 첨가하여 수득한 것이며 샘플 1 및 샘플 2로 표시된 샘플은 참고용이다. 첨가제의 존재는 다음과 같이 요약될 수 있는 긍정적인 효과를 가져왔다: 스펙트럼은 1700 및 2900 cm-1에서 스펙트럼 밴드 범위로 해석되어, 이러한 샘플에서 산소가 포함된 화합물의 함량이 이미 10% 미만에 도달한다는 결론을 내릴 수 있다. 샘플에는 3100 cm-1에서 C=C-H 진동의 낮은 밴드로 표시된, 주로 포화 탄화수소 사슬이 포함되어 있다.
생성물의 조성은 반응 조건의 조정, 또는 선택적으로 공급원료의 조성, 촉매 또는 기타 산화, 수소화 또는 탈산 및 탈수소화제의 첨가에 의해 영향을 받는다.
본 발명은 정유, 석유화학, 화학, 폐기물 관리 및 환경 보존 산업뿐만 아니라 특수 화학 공장 등에 응용될 수 있다.
1: 저장소
2: 공급 라인
2a: 공급 입력 라인
3: 밸브
4: 반응기
5: 가열 요소
5a: 방사선원
6: 온도 센서
6a: 방사선원 온도 센서
6b: 공급원료 레벨 온도 센서
6b: 증류 잔류물 레벨 온도 센서
7: 반응기 바닥
8: 반응기 뒤의 배기 가스에 대한 온도 센서
9: 반응기 뚜껑
10: 출력 라인
11: 온도 및 유량 센서
11a: 가스 혼합물 조성 확인 센서
12: 제어 센서
13: 스로틀 플랩 밸브
14: 중간 냉각기
15: 환류기
16: 냉각기
17: 수용기
18: 예열기
19: T-접합부
20: 레벨 게이지
21: 생성물 가스 배출용 분기
22: 폐쇄 그리드
23: 석탄(코크스) 저장소
24: 폐쇄 플랩 밸브
25: 재 배출 플랩 밸브

Claims (9)

  1. 유기 폐기물의 열-촉매 분해-열분해 장치로서, 장치는:
    공급 라인(2)에 의해 반응기(4)에 연결된 폐기물용 저장소(1)로서,
    공급 라인(2)에는 폐기물의 양에 대한 제어를 보장하기 위해 밸브(3)가 배치되고,
    반응기(4)는, 반응기(4)의 바닥(7)으로부터 높이의 대략 1/3에 해당하는 최대 레벨에 반응기(4)의 외부 또는 내부에 위치한, 폐기물의 가열을 위한 가열 요소(5) 및/또는 폐기물의 분해를 위한 방사선원(5a)을 포함하는, 저장소(1); 및
    반응기(4)의 바닥(7)으로부터 높이의 1/3에 해당하는 최대 레벨에 배치되어 전원 공급을 제어하기 위한, 가열 요소 및/또는 방사선원 부근의 온도 센서(6)를 포함하고,
    출력 라인(10)은 반응기(4)의 뚜껑(9)으로부터 돌출되어 수득한 생성물의 기체 성분을 운반하고, 이에 연결된 냉각기(16)는 수득한 생성물의 기체 성분을 액화하고,
    출력 라인(10)의 단부는 생성물 가스를 배출하기 위한 분기(21)를 통해 액화 생성물을 수용하기 위한 수용기(17)의 오리피스에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    반응기(4)의 상부 절반은 폐기물로부터 수득한 기체 성분의 온도를 결정하기 위한 온도 센서(8)가 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    출력 라인(10)에는 기체 생성물 성분의 온도 및 유량을 모니터링하기 위한 센서(11)가 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    센서(11)와 냉각기(16)는, 반응기(4)를 빠져나가는 가스의 화학적 조성을 확인하기 위한 제어 센서(12) 및 센서(11)와 냉각기(16) 사이에 배치되어 가스 유량을 제어하기 위한 스로틀 플랩 밸브(13)를 포함하는 직렬 구성을 포함하는 출력 라인(10)과 함께 설계되고, 출력 라인(10)에는 가열 요소(5) 외부의 반응기(4)의 오리피스 내로 연결된 환류기(15)와 후속 냉각기(16) 모두에 연결된 중간 냉각기(14)가 더 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    방사선원(5a)은 폐기물 레벨 바로 아래에 반응기 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    가열 요소(5)는 각각 유도 요소 또는 가스 버너인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반응기(4)는, 반응기(4)에 투입되기 전에 폐기물의 예비 가열을 보장하기 위한 예열기(18)가 장착된 공급 라인(2)이 앞에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    공급 라인(2)이 앞에 있는 반응기(4)는, 반응기(4) 내부의 내용물 레벨의 표시기로서 그리고 반응기(4) 뚜껑(9)의 오리피스에 연결된 레벨 게이지(20)의 연결을 위한 T-접합부(19)가 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반응기(4) 내부의 방사선원(5a) 부근은 반응기(4)의 밀봉을 보장하고 산소의 유입을 방지하기 위해 폐쇄 그리드(22)로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202100033044A1 (it) * 2021-12-30 2023-06-30 Versalis Spa Procedimento per la pirolisi di materiale sostanzialmente plastico di composizione non costante, relativo reattore, apparato e prodotto ottenuto
CZ309834B6 (cs) * 2022-03-19 2023-11-22 Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Zařízení a způsob pro dehalogenaci primárního pyrolýzního plynu

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3519539A (en) * 1967-09-25 1970-07-07 Koppers Co Inc Apparatus for retorting oil shale having a central axial hollow column
JPS6348389A (ja) * 1986-08-15 1988-03-01 Chugai Ro Kogyo Kaisha Ltd 連続式コ−クス炉
FR2734741B1 (fr) * 1995-05-31 1997-08-22 Beaumartin Sa Procede de recyclage des bois traites et l'installation de mise en oeuvre du procede
US6206941B1 (en) * 1997-01-03 2001-03-27 Du Plessis Cornelius J. Apparatus and process for carbonization and activation of carbonaceous materials
DE19937524A1 (de) * 1999-08-03 2001-02-15 Harald Martin Verfahren und Vorrichtung zum Beseitigen von Abprodukten und Abfallstoffen
DE102005026764B3 (de) * 2005-06-10 2007-04-05 Ws Reformer Gmbh Festbettvergaser und Verfahren zur Vergasung von Festbrennstoff
BRPI0502577B1 (pt) 2005-07-07 2015-11-03 Petroleo Brasileiro Sa processo de craqueamento catalítico para produção de diesel a partir de óleos vegetais
HUE027658T2 (en) * 2007-04-04 2016-11-28 Aikona Ltd Process for the production of aliphatic and cyclic hydrocarbons
US8404911B2 (en) 2010-05-27 2013-03-26 Jumluck Srinakruang Process for producing fuel from vegetable oil by using ore catalyst
WO2012032530A1 (en) * 2010-09-09 2012-03-15 Rajah Vijay Kumar Thermomegasonic deagglomeration process and reactor for the conversion of compounded hydrocarbons to crude oil
US9475993B1 (en) * 2013-03-21 2016-10-25 George Francis Cudahy Continuous flow, high capacity system for rapidly converting hydrocarbon containing post-consumer and post-industrial waste and renewable feedstocks into biofuel
US9567539B2 (en) * 2013-09-05 2017-02-14 Ag Energy Solutions, Inc. Apparatuses, systems, mobile gasification systems, and methods for gasifying residual biomass
NO2717573T3 (ko) 2014-04-15 2018-08-25
BR102014011171A2 (pt) * 2014-05-09 2016-03-22 Bocaiuva Mecânica Ltda processo industrial utilizando forno metálico com exaustão forçada e mecanismos desenvolvidos para produção concomitante de carvão, gás combustível, extra to piro lenhoso e alcatrão
AU2015263935A1 (en) * 2014-05-23 2016-12-15 Lp Amina Llc System and process for the manufacture of hydrocarbons and upgraded coal by catalytic mild temperature pyrolysis of coal
CZ306462B6 (cs) 2015-10-13 2017-02-01 Alpajar Group S.R.O. Způsob výroby motorových paliv z rostlinných a živočišných olejů a tuků a zařízení k provádění tohoto způsobu
WO2017173165A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 Vertimass, LLC Systems and methods for improving yields of hydrocarbon fuels from alcohols
US10190058B2 (en) 2016-08-22 2019-01-29 The University Of Toledo High-yield production of fuels and petro- and oleo-chemical precursors from vegetable oils and other liquid feedstocks in a continuous-flow pyrolysis reactor with or without catalysts
CN106518475A (zh) * 2016-12-12 2017-03-22 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 一种利用稻草制备生物质炭基尿素肥料的系统及方法

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