KR20220127262A - 플라스틱 재료의 열분해 방법 및 그 시스템 - Google Patents

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크리스토퍼 스트리븐스
안드레스 예브루디
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Abstract

플라스틱 재료를 열분해하는 방법. 상기 방법은 다음 단계들을 포함한다: 플라스틱 재료를 가열 및 치밀화하는 단계; 상기 플라스틱 재료를 하나 이상의 반응기들까지 이송하는 단계; 및 상기 하나 이상의 반응기들에서 상기 플라스틱 재료를 열분해하는 단계. 상기 플라스틱 재료는 상기 이송하는 단계에서 가열된 상태로 유지된다. 플라스틱 재료를 열분해하기 위한 시스템도 제공된다.

Description

플라스틱 재료의 열분해 방법 및 그 시스템
본 개시는 플라스틱 재료의 열분해 방법, 및 그 시스템에 관한 것이다.
수명이 다한 플라스틱 화학물질 재활용은 혼합된 폐 플라스틱들을 다양한 액체 탄화수소 제품들로 재활용하도록 설계된 새로운 기술이다. 이러한 공정에 사용하기 위한 폐 플라스틱들은, 예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리스티렌(PS), 및/또는 폴리프로필렌(PP)을 포함할 수 있다. 이러한 폐 플라스틱들은 가열됨으로써 액체 탄화수소 제품들로 전환된 다음 용융된 형태의 플라스틱 공급물을 반응기 용기들 내로 펌핑된다. 반응기 용기들은 연소 시스템들에 의해 350 ℃를 초과하는 온도로 가열된다. 이것은 용융 플라스틱으로부터 풍부한 포화 탄화수소 증기를 생성한다. 이것은 접촉기 용기들(contactor vessels)을 통해 반응기 용기들 밖으로 흐르고, 더 무거운 증기 분획을 응축하여 최종 제품 사양에 의해 결정되는 목표 출구 온도 설정점을 유지할 것이다. 그런 다음, 다운스트림 응축 컬럼에서 대기압에 가까운 압력에서 증류된다.
본 발명에 따르면, 플라스틱 재료를 열분해하는 방법이 제공되며, 이 방법은: 플라스틱 재료를 가열 및 치밀화(densifying)하는 단계; 플라스틱 재료를 하나 이상의 반응기들까지 이송하는 단계; 및 하나 이상의 반응기들에서 플라스틱 재료를 열분해하는 단계;를 포함하고, 이송하는 단계 동안 플라스틱 재료를 가열된 상태로 유지하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로(optionally), 플라스틱 재료는 2개 이상의 반응기들로 이송되고, 가열된 플라스틱 재료는 한 번에 하나의 반응기로 전달된다.
선택적으로(optionally), 플라스틱 재료를 가열 및 치밀화하는 단계는 플라스틱 재료를 압출함으로써 수행된다.
선택적으로(optionally) 플라스틱 재료는 이송하는 단계 동안, 플라스틱 재료는 용융된 상태로 유지된다.
선택적으로(optionally), 플라스틱 재료의 온도는 목표 온도 범위 내의 온도로 유지된다.
선택적으로(optionally), 목표 온도 범위는 플라스틱 재료의 분해 온도보다 낮다.
선택적으로(optionally), 플라스틱 재료의 온도는 적어도 265 ℃의 온도로 유지된다.
선택적으로(optionally), 플라스틱 재료의 온도는 적어도 280 ℃의 온도로 유지된다.
선택적으로(optionally), 플라스틱 재료의 온도는 310 ℃ 이하의 온도로 유지된다.
선택적으로(optionally), 플라스틱 재료의 온도는 300 ℃ 이하의 온도로 유지된다.
선택적으로(optionally), 플라스틱 재료는 가열 및 치밀화하는 단계 동안 목표 온도 범위 내의 온도로 가열된다.
선택적으로(optionally), 플라스틱 재료는 가열 및 치밀화 단계의 종료시에 목표 온도 범위 내의 온도에 있다.
선택적으로(optionally), 플라스틱 재료는 수평에 대해 양의 각도로 이송된다.
선택적으로(optionally), 이 각도는 10° 내지 45°의 범위로부터 선택된다.
본 발명에 따르면, 플라스틱 재료를 열분해하기 위한 시스템이 추가적으로 제공되며, 상기 시스템은: 플라스틱 재료를 가열 및 치밀화하기 위한 펌프; 플라스틱 재료를 열분해하기 위한 하나 이상의 반응기들; 및 펌프와 하나 이상의 반응기들 사이에서 플라스틱 재료를 이송하기 위한 파이프;를 포함하고, 파이프는 플라스틱 재료를 가열된 상태로 유지하도록 구성된다.
선택적으로(optionally), 시스템은 2개 이상의 반응기들을 포함하고, 시스템은 가열된 플라스틱 재료가 한 번에 하나의 반응기로 전달될 수 있도록 배열된 복수의 밸브들을 더 포함한다.
선택적으로(optionally), 펌프는 압출기를 포함한다.
선택적으로(optionally), 파이프는 플라스틱 재료를 용융 상태로 유지하도록 구성된다.
선택적으로(optionally), 파이프는 가열 수단을 포함한다.
선택적으로(optionally), 가열 수단은 전기 가열 트레이싱(electric heat tracing)을 포함한다.
선택적으로(optionally), 파이프는 수평에 대해 양의 각도로 배향된다.
선택적으로(optionally), 이 각도는 10° 내지 45°의 범위로부터 선택된다.
선택적으로(optionally), 시스템은 가열된 플라스틱 재료를 둘 이상의 반응기들로 전달하기 위한 복수의 연동 밸브들(interlocked valves)을 포함한다.
이제 본 발명의 바람직한 구현예가, 첨부 도면을 참조하여, 단지 예로서, 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 특허 WO-A-2011077419에 개시된 바와 같이 알려진 화학물질 재활용 플랜트의 개략도를 보여준다;
도 2는, 본 발명에 따른 시스템의 일 부분을 형성하는, 화학물질 재활용 플랜트의 초기 단계들의 사시도를 보여준다.
도 3은 도 2에 도시된 것에 대한 대안적인 파이프 배열을 도시한다; 그리고
도 4는, 도 2의 시스템을 위한, 또는 도 3의 대안적인 파이프 배열을 위한, 파이프의 사시도를 보여준다.
플라스틱 화학물질 재활용을 위한, 수명이 다했거나 또는 오염된 플라스틱 폐기물 공급원료는, 예를 들어, 지자체 회수 시설, 재활용 공장, 또는 기타 플라스틱 수거 공급원으로부터 받을 수 있다. 전처리 공정 동안, 공급원료는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리스티렌(PS), 및/또는 폴리프로필렌(PP)과 같은 화학물질 재활용 공정에 적합한 플라스틱들만을 포함하도록 정제될 수 있다. 금속, 종이, 카드, 및 유리와 같은 부적합한 재료들뿐만 아니라 플라스틱 폐기물의 습기를 제거할 수 있다.
도 1은, 특허 WO A 2011077419에 개시된 바와 같은, 공지된 화학물질 재활용 플랜트(1)를 예시하며, 여기에 본 개시에 따른 파이프(2)가 사용될 수 있다. 전처리된 플라스틱 공급원료는 과립 형태 또는 플레이크 형태로 처리될 수 있으며, 이는 하나 이상의 인피드 호퍼들(infeed hoppers)(3)에서 시스템에 들어갈 수 있다. 컨베이어(4)는 플라스틱 재료를 중량 벨트(6)를 통해 펌프(5)로 전달할 수 있다. 플라스틱 재료는, 하나 이상의 가열 및 냉각 단계를 포함할 수 있는, 가열 공정에 의해 펌프(5) 내에서 300 ℃ 영역의 최종의 최대 온도로 용융될 수 있다. 용융된 플라스틱은 파이프(2)를 통해 하나 이상의 반응기들(10)로 이송될 수 있다.
하나 이상의 반응기들(10)에서, 공급원료는, 폴리머 분자들이 분해되어 풍부한 포화 탄화수소 증기를 형성하도록, 산소의 부재 하에 가열되어 열분해를 달성할 수 있다. 탄화수소 증기는 응축기 요소들(12)의 뱅크(bank)를 갖는 접촉기(11)를 통해 흐를 수 있다. 일부 장쇄 탄화수소 성분들은 응축되어, 응축된 장쇄 재료를 반응기(10)로 되돌려 보내, 더 짧은 탄소-탄소 사슬들로 열분해를 달성하도록 더 열분해되며; 성분들은 접촉기(11)로부터 증기로서 나갈 수 있다.
접촉기로부터의 탄화수소 증기는 응축 컬럼(13)에 의해 수용될 수 있으며, 응축 컬럼(13)은 탄화수소 증기를 분자량에 따라 응축 가능한 성분들 및 비응축성 합성 가스 성분들로 분리할 수 있다.
상대적으로 더 큰 분자량을 갖는 응축성 성분들은, 응축 컬럼(13)의 중간 및 바닥을 향해 하나 이상의 영역들에 축적될 수 있고, 그로부터 인출될 수 있다. 예를 들어, 경유 및 미가공 디젤은 응축 컬럼(13)으로부터 인출될 수 있다.
상대적으로 더 작은 분자량을 갖는 비응축성 합성가스 성분들은, 응축탑(13)의 상단부로 향하는 영역에 축적될 수 있다. 이들은 응축 컬럼(13)의 상단부로부터 인출될 수 있고, 예를 들어, 재활용 플랜트(1)의 퍼니스(미도시됨)에서의 연소를 위해 사용될 수 있다.
이 공정의 결과로, 응축성 가스들은 탄화수소 제품들로 전환될 수 있는 반면, 비응축성 합성가스들은 별도로 수집되어, 공정 에너지로 연소될 수 있다. 탄화수소 제품들은 석유화학 산업에 판매되어, 예를 들어, 미사용 플라스틱(virgin plastic), 오일, 또는 운송 연료들로 다시 전환될 수 있다. 합성가스는 화학물질 재활용 플랜트 내에서 사용될 수 있다.
도 2는, 공급원료의 열분해 이전에, 도 1에 도시된 것과 같은 화학물질 재활용 플랜트(1)의 초기 단계들을 더 상세히 도시한다. 공급 시스템(30)은 인피드 호퍼(3)(또는, 사일로), 컨베이어(미도시됨), 중량 벨트(또는'로드 셀'로 알려진 저울)(미도시됨), 및 펌프(5)를 포함할 수 있다.
유리하게는, 공급원료는 목표 온도 범위 내의 제어된 온도에서 각각의 반응기(10)로 전달될 수 있다. 최적으로, 공급원료의 온도는, 반응기(10)의 열 성능에 악영향을 미치지 않도록, 반응기(10)의 작동 온도에 가능한 한 가까울 수 있으며; 반응기(10)의 온도 강하는, 해중합(depolymerisation) 공정을 느리게 할 수 있으며 심지어 중단할 수도 있다. 공급원료가 공급되는 단계 동안 반응기(10)의 작동 온도는 380 ℃ 내지 41 0℃의 범위일 수 있다. 또한, 공급원료의 온도가 너무 낮으면, 공급원료가 파이프(2)를 따라 운반되기에는 너무 점도가 높을 수 있다. 이와 관련하여, 공급원료의 온도는 적어도 265 ℃, 선택적으로(optionally) 적어도 280 ℃일 수 있다. 이것은 공급원료가 적합하게는 용융된 상태임을 보장할 수 있다. 그러나, 공급원료의 온도가 너무 높으면, 공급원료는 반응기(10)에 도달하기 전에 분해되기 시작할 수 있다. 공급원료가 분해되기 시작하면, 코크스(탄소 잔류물의 형태)가 형성되기 시작할 수 있으며, 이는 아래 논의되는 바와 같이 불리할 수 있다. 따라서, 목표 온도 범위는 공급원료의 분해 온도보다 더 낮을 수 있다. 이와 관련하여, 공급원료의 온도는 310 ℃ 이하, 선택적으로(optionally) 300 ℃ 이하일 수 있다. 따라서, 적합한 목표 온도 범위는 265 ℃ 내지 310 ℃, 선택적으로(optionally) 280 ℃ 내지 300 ℃일 수 있다.
펌프(5)는 다음의 3가지 기능을 수행할 수 있다: 목표 온도 범위 내의 온도로 공급원료를 가열할 수 있고; 이는 공급원료를 치밀화하여, 공급원료로부터 공기 포켓(air pockets)을 제거할 수 있으며; 공급원료를 파이프(2)를 통해 반응기(10)로 이송하기 위한 구동력을 제공할 수 있다. 예시적인 일 구현예에서, 펌프(5)는 압출기를 포함할 수 있으며, 압출기는 밀착 배럴(close-fitting barrel)(41)에 수용된 오거(auger)(40)(또는, 나사)를 통상적으로 포함할 수 있다. 세 가지 기능은 오거(40)의 작용에 의해 영향을 받을 수 있다. 펌프(5)는 공급원료에 전단력을 가함으로써 주변 조건으로부터 목표 온도 범위 내의 온도로 공급원료를 가열할 수 있으며, 전단력은 오거(40)와 배럴(41)의 벽 사이의 상대적인 움직임의 결과이다. 이러한 방식으로, 펌프(5) 내의 공급원료의 온도는 펌프(5)의 출구(42)를 향해 점진적으로 증가할 수 있다. 이는 목표 온도 범위 내의 온도를 달성하는데 유리할 수 있다. 대조적으로, 기존 펌프들의 통상적인 작동은, 공급원료의 온도가 펌프 내의 한 지점에서 최고점에 도달하고, 출구로 갈수록 감소하는 것일 수 있다. 펌프(5)에는 펌프(5)의 출구(42)에서 온도를 목표 온도 범위 내로 유지하면서, 필요한 경우, 반응기(10)에 더 낮은 유량을 공급할 수 있는 가변 속도 드라이브들(미도시됨)이 제공될 수 있다.
펌프(5)에는 하나 이상의 이중 가열 및 냉각 구역들(43)이 제공될 수 있다. 하나 이상의 이중 가열 및 냉각 구역들(43)은 공급원료가 오거(40)를 따라 지나갈 때 공급원료의 온도를 점진적으로(incrementally) 제어하는 것을 도울 수 있다. 가열 기능은 주로 시스템의 시동 동안 오거(40) 내에 동반된 공급원료를 용융시키는 데 사용될 수 있다. 냉각 기능은 정상 작동 동안 구역 온도가 각각의 설정 점들을 초과하는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 가열 기능은 정상 작동 동안 거의 사용되지 않을 수 있는데, 이는 공급 원료를 용융시키고 출구(42)에서 목표 온도 범위 내의 온도를 달성하기에 충분한 열이 오거 나사의 작용으로 인한 전단력에 의해 제공될 수 있기 때문이다.
배럴(41)의 냉각은 폐쇄 루프 오일 냉각 회로 또는 팬(미도시됨)에 의해 달성될 수 있다. 온도 센서는 각각의 배럴 구역의 온도를 모니터링할 수 있다. 온도 센서에 의해 관찰된 과열로 인해, 각각의 배럴 구역의 오일 공급 밸브가 열리거나, 또는 개별 냉각 팬이 활성화되어, 설정 온도까지 냉각될 수 있다.
파이프(2)는 펌프(5)를 하나 이상의 반응기(10)에 연결할 수 있다. 바람직하게는, 파이프(2)는 펌프(5)를 다중 반응기들(10)에 연결할 수 있다. 도 2에 도시된 하나의 예시적인 배열에서, 파이프(2)는 펌프(5)를 단일 헤더 파이프(single header pipe)(50)를 통해 하나 이상의 반응기들(10)에 연결할 수 있다. 헤더 파이프(50)는 각각의 공급물 파이프(61)를 통해 하나 이상의 반응기들의 각각에 연결될 수 있다. 도 3에 도시된 대안적인 예시적인 구현예에서, 파이프(2)는 펌프(5)를 보조 파이프들(subsidiary pipes)(60)을 통해 하나 이상의 반응기들(10)에 연결할 수 있으며, 이 때, 보조 파이프(60)는 각각의 반응기(10)에 제공된다. 각각의 보조 파이프(60)는 공급물 파이프(61)를 통해 그의 반응기(10)에 연결될 수 있다. 두 배열 모두에서, 공급물 파이프들(61)은 통상적으로 수직일 수 있다.
펌프(5)의 출구(42)를 빠져나가는 치밀화되고 용융된 공급원료는 필요한 유량 및 온도에서 파이프(2)를 따라 공급원료를 밀어보내기에 충분한 압력 하에서 파이프(2) 내로 그리고 파이프(2)를 따라 밀어보내질 수 있지만, 이때, 파이프(2)에 따른 압력 강하를 고려하여, 반응기(10)에 도달할 때 공급원료가 너무 높은 압력에 있지 않도록 한다. 펌프(5)를 나갈 때(즉, 펌프 출구(42)에서) 공급원료의 적합한 압력은 3 MPaG 내지 15 MPaG(30 BarG 내지 150 BarG), 선택적으로(optionally) 5 MPaG 내지 8 MPaG(50 BarG 내지 80 BarG)의 범위일 수 있다.
파이프(2)는 도 4에 더 자세히 도시되어 있다. 파이프(2)는 스테인리스강 또는 탄소강과 같은 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 파이프(2)에는 가열 수단(51)이 제공될 수 있다. 가열 수단(51)은 전기 히트 트레이싱('히트 테이프' 또는'표면 가열'으로도 또한 알려짐)을 포함할 수 있다. 가열 수단(51)은 파이프(2)를 따라 목표 온도 범위 내의 온도가 유지되는 것을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 가열 수단(51)은 시스템의 시동 시에 파이프(2)에 동반된 기존 공급원료를 가열(및 용융)하기 위해 추가적으로 사용될 수 있다.
하나 이상의 온도 센서들(52) 및/또는 압력 센서들(미도시됨)은 안정적인 흐름을 보장하기 위해 파이프(2)를 따라 온도 및 압력을 모니터링하기 위해 제공될 수 있다. 온도 센서(52)는 열전쌍을 포함할 수 있다. 파이프(2)에는 단열재(53)가 더 제공될 수 있다.
파이프(2)의 직경은 가열 수단(51)을 통해 파이프(2)에서 열이 유지될 수 있도록(또는, 공급원료가 시스템의 시동 시에 가열될 수 있도록) 충분히 작게 선택될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 직경은 필요한 유량과 압력을 달성할 수 있을 만큼 충분히 커야 한다. 파이프(2)의 직경은 150 mm 내지 200 mm의 범위, 선택적으로(optionally) 200 mm 중에서 선택될 수 있다.
파이프(2)의 길이는, (파이프(2)가 열팽창 응력을 흡수할 수 있도록) 파이프(2)의 기계적 유연성을 허용하기에 충분한 길이를 유지하면서, 최소화될 수 있다. 파이프(2)의 길이를 최소화하는 것은, 파이프(2)에 요구되는 가열 수단(51)의 크기(extent)를 감소시킨다는 점에서, 유리할 수 있다. 파이프(2)의 길이를 최소화하는 것은, 파이프(2)를 '코크스화(coke)'하는 것(이는, 더 긴 파이프(2)에서 공급원료의 더 긴 체류 시간으로 인해 더 긴 파이프(2)에 대해 더 큰 위험이 될 수 있음)의 가능성을 감소시킨다는 점에서, 유리할 수 있다. 공급원료의 연속적인 흐름이 파이프(2)에서 유지되지 않아 공급원료가 상승된 온도에서 장기간 동안 파이프(2)에 머무를 수 있는 경우, 코크스(탄소 잔류물의 형태)가 파이프(2)의 내벽에 달라붙기(line) 시작할 수 있다. 그러한 코크스 퇴적물(coke deposits)은 파이프(2)의 직경을 감소시킬 수 있으며, 그에 따라, 파이프(2) 내의 유량을 감소시킬 수 있고, 또한 파이프(2) 내의 압력을 증가시킬 수 있다. 코크스 퇴적물은 또한 단열재로서 작용할 수 있으며, 이는 가열 수단(51)으로부터 더 많은 에너지 입력이 요구되는 결과를 초래할 수 있다. 파이프(2)의 길이는 5 m 내지 11 m의 범위로부터 선택될 수 있으며, 선택적으로(optionally) 8 m일 수 있다.
파이프(2)는 수평에 대해 양의 각도로 배향될 수 있으며, 그에 따라, 파이프(2)는 펌프(5)로부터 헤더 파이프(header pipe)(50)로의 또는 보조 파이프들(subsidiary pipes)(60)로의 방향으로 대략적으로 상향 각도로 경사질 수 있다(즉, 하향 경사지거나 수평이 아님). 적합한 각도는 10° 내지 45°의 범위일 수 있다. 목표 온도 범위 내의 온도의 공급 원료는 중력 하에서 흐를 가능성을 가질 수 있다. 파이프(2)를 상향 각도로 배향하는 것은, 파이프(2)가 펌프(5)의 효과 하에서만 배출될 수 있고 중력의 효과 하에서는 배출되지 않을 수 있다는 것을, 보장할 수 있다. 이는, 작동 동안 파이프가 비워지는 것을 방지하는 작용을 할 수 있다. 파이프(2)가 비어 있어서 펌프(5)와 반응기(10) 사이의 파이프에 개구부(opening)가 발생되는 경우, 반응기(10)로부터의 탄화수소 증기가 개방된 펌핑 구역 내로 방출될 수 있고, 및/또는, 공기가 반응기 시스템으로 들어갈 수 있으며, 이는 점화를 유발할 수 있다.
파이프(2)가 2개의(또는, 그보다 많은) 보조 파이프들로 분할되어 파이프(2) 내의 용융된 공급원료의 일 부분이 보조 파이프들의 각각 내로 동시에 보내지는 경우, 정의되지 않고 가변적인 우선 흐름(undefined and variable preferential flow)으로 인해, 용융된 공급원료는 2개의(또는, 그보다 많은) 보조 파이프들 사이에 균등하게 분배되지 않을 수 있다. 대신에, 하나의 보조 파이프는 선호된 흐름(preferred flow)을 예측할 수 없게 가질 수 있다. 따라서, 다수의 반응기들(10)이 각각의 보조 파이프들(60)에 의해 동시에 공급되는 경우(예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같음), 또는 다수의 반응기들(10)이 단일 헤더 파이프(50)로부터 동시에 공급되는 경우(예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같음), 각각의 반응기(10)에 공급되는 공급원료의 부피를 제어하는 것은 극도로 어려울 수 있고(또는, 심지어 불가능할 수 있음), 그 결과, 일관되고 반복적인 회분 사이클들을 제어할 수 없게 된다.
유리하게는, 공급원료는, 그 대신에, 한번에 하나의 반응기(10)에만 전달될 수 있다. 2개 이상의 반응기들(10)이, 헤더 파이프(50) 또는 보조 파이프(60)를 통해, 파이프(2)에 의해 순차적으로 공급받을 수 있다. 각각의 반응기(10)에는, 공급 원료가 각각의 반응기(10)에 제공되는 것을 가능하게 하거나 방지하기 위한 밸브(54)가 제공될 수 있다. 배열에 따라, 특정 반응기(10)를 위한 밸브(54)가, 예를 들어, 헤더 파이프(50) 상에, 보조 파이프(60) 상에, 또는 공급물 파이프(61) 상에, 위치될 수 있다. 2개 이상의 반응기들(10)에 대한 각각의 밸브들(54)은, 공급원료가 임의의 주어진 시간에 단일 반응기(10)에만 공급될 수 있음을 보장하기 위해, 연동될 수 있다. 이러한 배열은, 단일 펌프(5) 및 단일 파이프(2)가 서로 독립적으로 다수의 반응기들(10)에 공급하는 것을 가능하게 할 수 있다.
헤더 파이프(50)는 파이프(2)와 유사한 구성일 수 있다. 헤더 파이프(50)는 파이프(2)의 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 가열 수단(51); 하나 이상의 온도 및/또는 압력 센서들; 및/또는 단열재(53). 헤더 파이프(50)는 수평으로 배향될 수 있다. 헤더 파이프(50)의 직경은 100 mm 내지 200 mm의 범위로부터 선택될 수 있으며, 선택적으로(optionally) 150 mm일 수 있다. 헤더 파이프(50)의 길이는 7 m 내지 16 m의 범위로부터 선택될 수 있으며, 선택적으로(optionally) 11 m일 수 있다. 헤더 파이프(50) 내의 압력은 1 MPaG 내지 6 MPaG(10 BarG 내지 60 BarG), 선택적으로(optionally) 2 MPaG 내지 4 MPaG(20 BarG 내지 40 BarG)의 범위로부터 선택될 수 있다.
보조 파이프들(60) 역시 파이프(2)와 유사한 구성일 수 있다. 보조 파이프들(60)은 파이프(2)의 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 가열 수단(51); 하나 이상의 온도 및/또는 압력 센서들; 및/또는 단열재(53). 보조 파이프들(60)은 수평으로 배향될 수 있다. 각각의 보조 배관(60)의 직경은 100 mm 내지 200 mm의 범위로부터 선택될 수 있고, 선택적으로(optionally) 150 mm일 수 있다. 각각의 보조 파이프(60) 내의 압력은 1 MPaG 내지 6 MPaG(10 BarG 내지 60 BarG), 선택적으로(optionally) 2 MPaG 내지 4 MPaG(20 BarG 내지 40 BarG)의 범위로부터 선택될 수 있다.
사용 시, 시스템 시작 시에(예를 들어, 전환(turnaround) 후에), 고체 상태일 수 있는, 시스템 내에 이미 동반된(entrained) 기존 공급원료가 가열될 수 있다. 펌프(5) 내에 동반된 공급원료는 하나 이상의 이중 가열 및 냉각 구역들(43)의 가열 기능을 사용하여 가열될 수 있다. 파이프(2) 내에 동반된 공급원료는 가열 수단(51)을 사용하여 가열될 수 있다.
시스템 내에 동반된 기존 공급원료가 목표 온도 범위 내의 온도에 도달하면, 새로운 공급원료가 시스템에 추가될 수 있다. 새로운 공급원료는 과립 또는 플레이크 형태로 펌프(5)에 도달할 수 있고, 공급원료에 전단력을 가함으로써, 펌프(5)에 의해 목표 온도 범위 내의 온도로 가열될 수 있다. 오거(auger)(40)의 작용은 또한, 공급원료를 파이프(2) 내로 그리고 파이프(2)를 따라 밀어보낼 수 있다.
공급원료는 파이프(2)를 따라 이송됨에 따라 가열 수단(51)에 의해 그 온도가 목표 온도 범위 내의 온도로 유지될 수 있다.
공급원료는 반응기들(10)에 순차적으로 공급될 수 있다. 3개의 반응기들(10)을 갖는 예시적인 시스템에서, 제1 반응기는 탈분리(de-isolated)될 수 있고, 미리 결정된 부피의 공급원료를 공급받을 수 있으며, 그 후에, 분리(isolated)될 수 있다. 제1 반응기가 분리된 후, 제2 반응기는 탈분리될 수 있고, 미리 결정된 부피의 공급원료를 공급받을 수 있으며, 그 후에, 제2 반응기는 분리될 수 있다. 제3 반응기에 대해서도 동일한 과정이 반복될 수 있다. 각각의 반응기(10)에 대한 분리 시간 동안, 반응기(10)는 탄화수소 증기를 생성하기 위해 공급원료를 계속 열분해할 수 있다. 전체 시퀀스 후에, 제1 반응기 내의 기존 공급원료의 열분해가 실질적으로 완료되며, 그에 따라, 제1 반응기는 다시 공급받을 준비가 될 수 있다.
유리하게는, 본 폐쇄된 시스템은 공기가 파이프(2)에 유입되지 않도록 보장할 수 있다. 추가적으로, 본 폐쇄된 시스템에서 공급원료를 단일 방향으로(펌프(5)로부터 반응기들(10)을 향하여) 밀어내는 것은 용융된 공급원료를 압축할 수 있으며, 또한 반대 방향으로 임의의 공기 포켓(air pockets)을 밀어낼 수 있다.

Claims (23)

  1. 플라스틱 재료를 열분해하는 방법으로서, 상기 방법은:
    플라스틱 재료를 가열 및 치밀화(densifying)하는 단계;
    상기 플라스틱 재료를 하나 이상의 반응기들까지 이송하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 반응기들에서 상기 플라스틱 재료를 열분해하는 단계;를 포함하고,
    상기 이송하는 단계 동안 상기 플라스틱 재료는 가열된 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는,
    방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 가열된 상기 플라스틱 재료는 한 번에 하나의 반응기로 전달되는, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 플라스틱 재료를 가열 및 치밀화하는 단계는 상기 플라스틱 재료를 압출함으로써 수행되는, 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이송하는 단계 동안 상기 플라스틱 재료는 용융된 상태로 유지되는, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 재료의 온도는 목표 온도 범위 내의 온도로 유지되는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 목표 온도 범위는 상기 플라스틱 재료의 분해 온도보다 낮은, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 재료의 온도는 적어도 265 ℃의 온도로 유지되는, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 재료의 온도는 적어도 280 ℃의 온도로 유지되는, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 재료의 온도는 310 ℃ 이하의 온도로 유지되는, 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 재료의 온도는 300 ℃ 이하의 온도로 유지되는, 방법.
  11. 제 5 항에 있어서, 또는 제 4 항에 종속하는 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 재료는 상기 가열 및 치밀화하는 단계 동안 상기 목표 온도 범위 내의 온도로 가열되는, 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 플라스틱 재료는 상기 가열 및 치밀화 단계의 종료 시에 상기 목표 온도 범위 내의 온도에 있는, 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 재료는 수평에 대해 양의 각도로 이송되는, 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 각도는 10° 내지 45°의 범위로부터 선택되는, 방법.
  15. 플라스틱 재료를 열분해하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은:
    플라스틱 재료를 가열 및 치밀화하기 위한 펌프;
    상기 플라스틱 재료를 열분해하기 위한 하나 이상의 반응기들; 및
    상기 펌프와 상기 하나 이상의 반응기들 사이에서 상기 플라스틱 재료를 이송하기 위한 파이프;를 포함하고,
    상기 파이프는 상기 플라스틱 재료를 가열된 상태로 유지하도록 구성된,
    시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 플라스틱 재료를 열분해하기 위한 둘 이상의 반응기들을 포함하고, 상기 시스템은 가열된 상기 플라스틱 재료가 한 번에 하나의 반응기로 전달될 수 있도록 배열된 복수의 밸브들을 더 포함하는, 시스템.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 펌프는 압출기를 포함하는, 시스템.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파이프는 상기 플라스틱 재료를 용융 상태로 유지하도록 구성된, 시스템.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파이프는 가열 수단을 포함하는, 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 가열 수단은 전기 가열 트레이싱(electric heat tracing)을 포함하는, 시스템.
  21. 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파이프는 수평에 대해 양의 각도로 배향된, 시스템.
  22. 제 15 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각도는 10° 내지 45°의 범위로부터 선택되는, 시스템.
  23. 제 15 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 가열된 플라스틱 재료를 둘 이상의 반응기들로 전달하기 위한 복수의 연동 밸브들(interlocked valves)을 포함하는, 시스템.
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