KR20230037842A

KR20230037842A - 폐플라스틱 열분해유로부터 고부가 가치 오일을 생산하는 방법과 장치

Info

Publication number: KR20230037842A
Application number: KR1020210120894A
Authority: KR
Inventors: 김가영; 김옥윤; 박영무; 전희중
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사; 에스케이지오센트릭 주식회사
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2023-03-17
Also published as: EP4148102A1; US20230093149A1; CN115786000A

Abstract

본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법 및 장치는 폐플라스틱 열분해유로부터 나프타 및 등유 함량이 높은 고 부가가치 탄화수소 오일로 전환할 수 있고, 상기 탄화수소 오일의 염소, 질소, 산소, 금속 등의 불순물 함유량을 현저히 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 좀 더 온화한 공정 조건으로 운용할 수 있고, 공정 효율이 우수하며, 지속적으로 정제유를 생산할 수 있는 높은 공정 안정성을 가지는 효과가 있다.

Description

폐플라스틱 열분해유로부터 고부가 가치 오일을 생산하는 방법과 장치{Method and apparatus for producing high value-added oil from waste plastic pyrolysis oil}

본 개시는 폐플라스틱 열분해유로부터 고부가 가치 오일을 생산하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

폐플라스틱은 석유를 원료로 하여 제조된 것으로서 재활용도가 낮고 대부분 쓰레기로서 폐기 처분되고 있다. 이러한 폐기물들은 자연 상태에서 분해되는데 긴 시간이 소요되므로 토양을 오염시키고 심각한 환경오염을 유발하고 있는 실정이다. 폐플라스틱을 재활용하기 위한 방법으로, 폐플라스틱을 열분해하여 사용 가능한 오일로 전환시킬 수 있으며, 이를 폐플라스틱 열분해유라 한다.

그러나 폐플라스틱을 열분해하여 얻은 열분해유는 원유로부터 제조되는 통상적인 공정을 통해 제조된 오일과 비교하여 염소, 질소, 금속 등 불순물 함량이 높기 때문에 휘발유, 디젤유 등의 고부가 가치 연료로서 사용이 어렵다. 따라서 폐플라스틱을 사용 가능한 오일로 전환하기 위해서는 일반적인 원유 정제 공정과는 다른 방법이 요구된다.

또한 폐플라스틱 열분해유를 정제하는 종래 방법으로는 나프타, 등유 등의 함량이 높은 고부가 가치 오일로의 전환이 어렵다. 종래, 한국공개특허공보 제10-2020-0144791호에는 '중질유의 수소 처리 방법'이 개시되어 있으나, 상기 특허는 비점이 340 ℃ 이상인 유분을 주성분으로 하는 중질유를 정제하는 방법으로서, 이를 폐플라스틱 열분해유에 적용할 경우, 공정 효율이 떨어지고, 특히 나프타, 등유 등의 함량이 높은 고부가 가치 오일로의 전환이 어려운 한계가 있다.

따라서 폐플라스틱 열분해유로부터 정제유를 생산함에도 상기 정제유 내 나프타, 등유 등의 성분 함량을 높일 수 있으며, 공정 효율 및 정제 효과도 우수한 폐플라스틱 열분해유의 정제 기술이 필요하다.

한국공개특허공보 제10-2020-0144791호 (공개일 : 2020.12.30)

본 발명의 목적은 폐플라스틱 열분해유로부터 나프타 및 등유 함량이 높은 고 부가가치 탄화수소 오일로 전환할 수 있는 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 염소, 질소, 산소, 금속 등의 불순물 함유량이 현저히 낮은 정제유를 생산하는 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법 및 장치를 제공하는 것 이다.

본 발명의 또 다른 목적은 좀 더 온화한 공정 조건으로 운용할 수 있고, 공정 효율이 우수하며, 지속적으로 정제유를 생산할 수 있는 공정 안정성을 가지는 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법은, 경질 유분을 포함하는 폐플라스틱 열분해유 및 수소 기체를 제1 반응기에 도입하는 반응물 도입 단계; 상기 제1 반응기에서 상기 폐플라스틱 열분해유를 제1 수소화 처리 촉매 하에 1차 수소화 반응시켜 불순물이 1차 제거된 제1 정제유를 생성하는 제1 수소화 처리 단계; 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 반응 공간을 가지는 제2 반응기에 상기 제1 수소화 처리 단계로부터 유입되는 제1 정제유를 포함하는 유체를 도입하되, 상기 제1 영역에 도입하는 중간 생성물 도입 단계; 상기 제1 영역에서 제2 수소화 처리 촉매 하에 상기 유체 내 유분을 2차 수소화 반응시켜 불순물이 2차 제거된 제2 정제유를 생성하는 제2 수소화 처리 단계; 및 상기 제2 영역에서 제2 수소화 분해 촉매 하에 상기 제1 영역으로부터 유입되는 제2 정제유를 포함하는 유체 내 유분을 수소화 분해 반응시켜 나프타 및 등유를 포함하는 제3 정제유를 생성하는 수소화 분해 단계;를 포함한다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 수소화 처리 단계 또는 상기 수소화 분해 단계에서, 반응은 10 내지 120 bar의 압력에서 수행될 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 액체 시간당 공간 속도(LHSV)의 비가 1:1~10일 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 반응기 및 상기 제2 반응기의 액체 시간당 공간 속도(LHSV)의 비가 1:0.1~0.8일 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 1차 수소화 반응은 탈염소화 반응을 포함할 수 있으며, 상기 2차 수소화 반응은 탈질소화 반응을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 2차 수소화 반응의 온도 및 상기 수소화 분해 반응의 온도는 상기 1차 수소화 반응의 온도보다 높은 것일 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 수소화 반응의 온도는 100 ℃ 이상 및 300 ℃ 미만일 수 있으며, 상기 2차 수소화 반응의 온도 및 상기 수소화 분해 반응의 온도는 서로 독립적으로 300 내지 500 ℃일 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 수소화 처리 단계, 상기 제2 수소화 처리 단계 또는 상기 수소화 분해 단계에서, 폐플라스틱 열분해유 및 수소 기체는 1 기압 및 25 ℃ 기준 1:300~3,000의 부피 유량비로 반응할 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 폐플라스틱 열분해유는 비점이 150 ℃ 미만인 제1 유분 1 내지 40 중량%, 비점이 150 ℃ 이상, 265 ℃ 미만인 제2 유분 1 내지 50 중량%, 비점이 265 ℃ 이상, 340 ℃ 미만인 제3 유분 1 내지 50 중량% 및 비점이 340 ℃ 이상인 제4 유분 1 내지 60 중량%를 포함하는 탄화수소 오일일 수 있으며, 상기 경질 유분은 상기 제1 유분 및 상기 제2 유분을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 수소화 분해 단계에서 생성되는 제3 정제유는 10 중량% 이상의 나프타 및 25 중량% 이상의 등유를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 수소화 처리 촉매, 상기 제2 수소화 처리 촉매 또는 상기 수소화 분해 촉매는 각 반응기의 내부에 고정된 불균일계 촉매일 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 수소화 처리 촉매, 상기 제2 수소화 처리 촉매 또는 상기 수소화 분해 촉매는 몰리브데늄, 니켈, 코발트 및 텅스텐 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 활성금속이 지지체에 담지된 촉매일 수 있다.

본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해유의 정제 장치는, 폐플라스틱 열분해유 및 수소 기체가 유입되고, 제1 수소화 처리 촉매 하에 상기 폐플라스틱 열분해유가 1차 수소화 반응하여 불순물이 1차 제거된 제1 정제유가 생성되는 제1 반응기; 및 상기 제1 반응기로부터 제1 정제유를 포함하는 유체가 유입되고 상기 유체 내 유분 및 수소 기체가 반응하는 제1 영역 및 제2 영역을 내부 공간으로 가지는 제2 반응기;를 포함하며, 상기 제1 영역은 상기 제1 반응기로부터 유입되는 유체 내 유분이 제2 수소화 처리 촉매 하에 2차 수소화 반응하여 불순물이 2차 제거된 제2 정제유가 생성되는 영역이며, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역으로부터 제2 정제유를 포함하는 유체가 유입되어, 상기 유체 내 유분이 수소화 분해 촉매 하에 수소화 분해 반응하여 나프타 및 등유를 포함하는 제3 정제유가 생성되는 영역이다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 하측에 형성될 수 있으며, 상기 제1 영역에서 유출되는 제2 정제유 및 미반응 수소 기체를 포함하는 유체가 상기 제2 영역으로 유입될 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 10 내지 120 bar의 반응 압력을 유지할 수 있도록 제어될 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 반응기는 제1 영역 및 제2 영역의 액체 시간당 공간 속도(LHSV)의 비가 1:1~10이 되도록 제어될 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 반응기 및 상기 제2 반응기의 액체 시간당 공간 속도(LHSV)의 비가 1:0.1~0.8이 되도록 제어될 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 수소화 반응의 온도는 100 ℃ 이상 및 300 ℃ 미만이 되도록 제어될 수 있으며, 상기 2차 수소화 반응의 온도 및 상기 수소화 분해 반응의 온도는 서로 독립적으로 300 내지 500 ℃가 되도록 제어될 수 있다.

본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법 및 장치는 폐플라스틱 열분해유로부터 나프타 및 등유 함량이 높은 고 부가가치 탄화수소 오일로 전환할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법 및 장치는 염소, 질소, 산소, 금속 등의 불순물 함유량이 현저히 낮은 정제유를 생산할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법 및 장치는 좀 더 온화한 공정 조건으로 운용할 수 있고, 공정 효율이 우수하며, 지속적으로 정제유를 생산할 수 있는 높은 공정 안정성을 가지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 반응기 및 제2 반응기를 포함하는 폐플라스틱 열분해유의 정제 장치를 모식화하여 나타낸 도면이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해유로부터 고부가 가치 오일을 생산하는 방법 및 장치를 상세히 설명한다.

본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다.

본 명세서에서 언급되는 '포함한다'는 '구비한다', '함유한다', '가진다', '특징으로 한다' 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.

본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.

본 명세서에서 언급되는 “층” 또는 “막”의 용어는 각 재료가 연속체(continuum)를 이루며 폭과 길이 대비 두께가 상대적으로 작은 디멘젼(dimension)을 가짐을 의미하는 것이다. 이에 따라, 본 명세서에서 “층” 또는 “막”의 용어에 의해, 2차원의 편평한 평면으로 해석되어서는 안 된다.

폐플라스틱 열분해유는 원유와 비교하여 그 성분 및 조성비가 상이하므로, 종래 원유의 정제 공정을 폐플라스틱 열분해유의 정제에 그대로 적용할 경우, 공정 효율이 떨어지는 것은 물론 불순물 정제 효과가 좋지 못하며, 특히 목적하는 성분의 함량을 만족하는 정제유, 구체적으로 나프타 및 등유의 함량이 높은 정제유를 얻기 힘든 한계가 있다.

따라서 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법 및 정제 장치는 후술하는 수단을 사용함으로써, 나프타 및 등유를 포함하는 고부가 가치 유분의 함량이 높은 탄화수소유를 안정적으로 얻을 수 있고, 불순물의 제거 효과가 우수하며, 에너지 소모가 낮고 설비 공간을 최소화할 수 있는 등 공정 효율이 우수한 효과를 가진다.

특히 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법 및 정제 장치는 종래 원유를 대상으로 하는 정제 공정과 같은 비점 분리 공정이 추가적으로 선행하여 수행되지 않음에도 불구하고, 폐플라스틱 열분해유를 대상으로 불순물의 정제 및 경질화를 한 반응기 내에서 수행하는 수단을 포함함으로써, 공정 효율이 우수한 것은 물론, 나프타 및 등유의 유분 함량이 높은 정제된 탄화수소유를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법은 상기 제1 반응기 및 상기 제2 반응기를 포함하는 폐플라스틱 열분해유의 정제 장치를 통해 수행된다. 바람직한 일 예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 폐플라스틱 열분해유 및 수소 기체가 유입되고, 제1 수소화 처리 촉매 하에 상기 폐플라스틱 열분해유가 1차 수소화 반응하여 불순물이 1차 제거된 제1 정제유가 생성되는 제1 반응기; 및 상기 제1 반응기로부터 제1 정제유를 포함하는 유체가 유입되고 상기 유체 내 유분 및 수소 기체가 반응하는 제1 영역 및 제2 영역을 내부 공간으로 가지는 제2 반응기;를 포함한다. 여기서 상기 제1 영역은 상기 제1 반응기로부터 유입되는 유체 내 유분이 제2 수소화 처리 촉매 하에 2차 수소화 반응하여 불순물이 2차 제거된 제2 정제유가 생성되는 영역이며, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역으로부터 제2 정제유를 포함하는 유체가 유입되어, 상기 유체 내 유분이 수소화 분해 촉매 하에 수소화 분해 반응하여 나프타 및 등유를 포함하는 제3 정제유가 생성되는 영역이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 폐플라스틱 열분해유 및 수소 기체는 제1 반응기로 유입되고, 상기 제1 반응기의 내부 공간인 제1 수소화 반응 영역에서 1차 수소화 반응한다. 구체적으로, 제1 반응기의 내부 공간에서는 폐플라스틱 열분해유와 수소 기체가 수소화(Hydrotreating, HDT) 반응하는 영역인 제1 수소화 반응 영역이 형성되며, 수소화 처리 촉매 하에 폐플라스틱 열분해유와 수소 기체가 접촉함으로써 수소화 반응이 수행된다. 제1 수소화 반응 영역에서는 수소화 반응이 수행됨으로써 탈염소화, 탈질소화, 탈황화, 탈금속화가 이루어질 수 있음에 따라, 폐플라스틱 열분해유의 올레핀이 제거되는 것은 물론, 폐플라스틱 열분해유로부터 기타 불순물도 함께 제거된다. 상기 기타 불순물로는 염소, 질소, 황, 산소, 인 등의 비금속 불순물, 철, 니켈, 칼슘, 마그네슘, 크롬, 칼륨, 아연, 알루미늄, 규소 등의 금속 불순물 등을 예로 들 수 있다.

구체적으로, 제1 반응기의 제1 수소화 반응 영역에서 올레핀 제거 반응이 주반응으로서 수행될 수 있다. 또한, 상기 올레핀 제거 반응과 함께 염소 성분의 제거, 즉, 탈염소화 반응이 더 수행될 수 있다. 이를 통해, 후단의 제2 반응기에서의 불순물 제거 및 수소화 분해 반응의 효율이 더 향상됨으로써, 불순물 정제 효과가 우수하면서도 나프타 및 등유를 포함하는 유분의 수율이 우수한 고부가가치 탄화수소유를 수득할 수 있는 효과가 있다.

전술한 바와 같이, 제2 반응기의 전단에 제1 반응기가 존재함으로써 불순물 제거 효과 및 나프타 및 등유를 포함하는 유분의 수율이 우수한 고부가가치 탄화수소유를 수득할 수 있는 효과가 있다. 그러나 상기 제1 반응기가 포함되지 않을 경우, 불순물 제거 효과, 특히 충분한 정도의 올레핀 제거 반응을 유도할 수 없고, 반응기의 차압 발생을 크게 유발할 수 있다. 이에 따라, 후단에 위치한 제2 반응기 내 수소화 분해 촉매의 안정성을 크게 저하시킬 수 있어, 초기 높은 효율 성능을 장기간 유지할 수 없는 등 공정 운전 측면에서 효과가 현저히 저하된다. 따라서 폐플라스틱 열분해유의 정제 공정에서 제1 반응기가 포함되지 않는다면, 불순물 정제 효과가 우수하면서도 나프타 및 등유를 포함하는 유분의 수율이 우수한 고부가가치 탄화수소유를 수득할 수 없다.

상기 제1 반응기로 도입된 폐플라스틱 열분해유는 1차 수소화 반응을 통해 제1 정제유를 생성하고, 상기 제1 정제유 및 미반응 수소 기체를 포함하는 유체는 제2 반응기의 제1 영역으로 유입된다.

상기 제1 반응기를 통과하여 생성된 제1 정제유를 포함하는 유체는 제2 반응기의 제1 영역 및 제2 영역을 순차적으로 통과하여 처리됨으로써, 나프타 및 등유의 유분 함량이 높은 탄화수소유로 전환된다. 이때 제1 영역 및 제2 영역은 단일 반응기 내부에 형성되는 것이 바람직하며, 각 영역은 후술하는 바와 같이 수행되는 반응의 종류에 따라 구별 및 구획되어 정의될 수 있다.

상기 제2 반응기의 제1 영역은 상기 제1 반응기를 통과하여 생성된 제1 정제유를 포함하는 유체 내 유분과 수소 기체가 다시 수소화 반응하는 영역으로, 제2 수소화 처리 촉매 하에 상기 유분과 수소 기체가 접촉함으로써 2차 수소화 반응이 수행된다. 구체적으로, 제1 영역에서는 2차 수소화 반응이 수행됨으로써 탈염소화, 탈질소화, 탈황화, 탈금속화가 더 이루어질 수 있고, 제1 반응기에서 미처 제거되지 못한 염소, 질소, 황, 금속 외의 기타 불순물 및 올레핀이 더 제거될 수 있다. 이렇게 폐플라스틱 열분해유가 2차 수소화 반응하여 생성된 제2 정제유와 미반응 수소 기체를 포함하는 유체는 제2 영역으로 유입된다.

바람직하게는 제2 반응기의 제1 영역에서 질소 성분의 제거, 즉, 탈질소화 반응이 주반응으로서 수행될 수 있다. 이를 만족할 경우, 이후 제2 영역에서의 수소화 분해 반응의 효율이 더 향상됨으로써, 불순물 정제 효과가 우수하면서도 나프타 및 등유를 포함하는 유분의 수율이 우수한 고부가가치 탄화수소유를 수득할 수 있는 효과가 있다.

보다 바람직하게는, 제1 반응기의 1차 수소화 반응은 탈염소화 반응, 또는 탈염소화 반응과 올레핀 제거 반응이 주반응으로서 수행될 수 있으며, 제2 반응기의 2차 수소화 반응은 탈질소화 반응이 주반응으로서 수행될 수 있다. 이와 같이, 제1 반응기에서 높은 효율로 올레핀의 제거 및/또는 염소 성분의 제거가 1차적으로 수행된 이후에 제2 반응기에서 질소 성분이 높은 함량으로 2차 제거된 후 수소화 분해 반응이 수행될 경우, 불순물 정제 효과가 현저히 향상되며, 나프타 및 등유를 포함하는 유분의 수율이 현저히 향상된 고부가가치 탄화수소유를 수득할 수 있는 효과가 있다.

탈염소화 반응과 탈질소화 반응이 순차적으로 수행되도록 하는 구체적인 수단으로서, 상기 2차 수소화 반응의 온도 및 상기 수소화 분해 반응의 온도가 상기 1차 수소화 반응의 온도보다 높은 것이 바람직할 수 있다. 바람직한 일 예로, 상기 제1 수소화 반응의 온도는 100 ℃ 이상 및 300 ℃ 미만, 구체적으로 150 ℃ 이상 및 300 ℃ 미만, 보다 구체적으로 200 ℃ 이상 및 300 ℃ 미만일 수 있으며, 상기 2차 수소화 반응의 온도 및 상기 수소화 분해 반응의 온도는 서로 독립적으로 300 내지 500 ℃, 구체적으로 320 내지 450 ℃, 보다 구체적으로 330 내지 400 ℃일 수 있다. 비제한적인 일 예의 경우로서 제1 반응기의 온도가 300 ℃를 초과하는 경우, 고농도 올레핀이 포함된 열분해유가 고온에 노출되어 Coke을 빠르게 형성할 수 있고, 반응기에 차압을 유발할 확률 및 차압 발생 속도를 가속화할 수 있는 우려가 있을 수 있어, 장기 운용 관점에서 문제가 발생할 여지가 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.

상기 제2 반응기의 제2 영역은 상기 제1 영역으로부터 2차 수소화 반응하여 생성된 제2 정제유와 미반응 수소 기체를 포함하는 유체가 유입되어 상기 유체 내 유분과 수소 기체가 수소화 분해(Hydrocracking, HCK) 반응하는 영역으로, 수소화 분해 촉매 하에 제2 정제유의 유분과 수소 기체가 접촉함으로써 수소화 분해 반응이 수행된다.

구체적인 일 예로, 제1 영역 및/또는 제2 영역으로 유입되는 유체는 상기 유체 내 수소 기체 중 반응하지 않은 수소 기체, 즉, 미반응 수소 기체와 반응하는 것이 바람직하며, 상기 미반응 수소 기체 외에, 별도의 수소 기체 공급 라인을 통해 상기 제1 영역 및/또는 제2 영역으로 수소 기체가 추가적으로 공급되어, 이 추가적으로 공급되는 수소 기체도 상기 유체 내 유분과 반응할 수 있다. 이와 같이, 별도의 수소 기체 공급 라인을 통해 제1 영역 및/또는 제2 영역으로 수소 기체가 추가적으로 공급될 경우, 유분과 수소 기체의 반응 유량비를 더 정밀하게 제어할 수 있고, 예를 들어 제1 반응기의 제1 수소화 반응 영역의 수소 기체 유량, 제2 반응기의 제1 영역의 수소 기체 유량 및 제2 반응기의 제2 영역의 수소 기체 유량을 각각 다르게 설정하여 운전할 수 있다.

본 개시에서 반응 압력, 구체적으로, 상기 제1 수소화 처리 단계, 상기 제2 수소화 처리 단계 및/또는 상기 수소화 분해 단계의 반응 압력은 120 bar 이하, 바람직하게 95 bar 이하, 또는 70 bar 이하, 구체적으로 10 내지 120 bar, 바람직하게 15 내지 95 bar, 또는 20 내지 70 bar의 압력에서 수행될 수 있다. 이를 만족할 경우, 전술한 효과를 구현하면서, 에너지 소모가 작은 등 에너지 효율 및 공정 효율이 우수할 수 있는 측면에서 바람직할 수 있다.

특히 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법 또는 장치는, 나프타 및 등유의 유분 함량을 극대화 할 수 있는 측면에서, 반응 압력, 구체적으로, 상기 제1 수소화 처리 단계, 상기 제2 수소화 처리 단계 및/또는 상기 수소화 분해 단계의 반응 압력이 120 bar 이하, 바람직하게 95 bar 이하, 또는 70 bar 이하, 구체적으로 10 내지 120 bar, 바람직하게 15 내지 95 bar, 또는 20 내지 70 bar의 압력에서 수행되고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 액체 시간당 공간 속도(Liquid hourly space velocity, LHSV)의 비가 1:1~10, 구체적으로 1:1.5~10, 보다 구체적으로 1:2~10이 되도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 전술한 범위의 압력과 전술한 범위의 LHSV의 비를 모두 만족할 경우, 에너지 효율 및 공정 효율이 우수한 것은 물론, 불순물 제거 효과가 우수하고 동시에 나프타 및 등유의 수율이 더욱 향상될 수 있다.

상기 제2 반응기에서, 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 전체 영역의 액체 시간당 공간 속도 및/또는 제1 반응기의 제1 수소화 반응 영역의 액체 시간당 공간 속도, 즉, 본 개시에서 반응기 전체 내부 공간의 액체 시간당 공간 속도(Liquid hourly space velocity, LHSV)는 0.1 내지 5 h^-1, 구체적으로 0.2 내지 3 h^-1, 보다 구체적으로 0.3 내지 2 h^-1, 보다 더욱 구체적으로 0.3 내지 1 h^-1인 것이 바람직할 수 있다. 반응기 전체 내부 공간의 LHSV가 위 범위를 만족할 경우, 높은 함량의 나프타 및 등유를 포함하는 정제유를 안정적으로 얻을 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 반응기 및 상기 제2 반응기의 액체 시간당 공간 속도(LHSV)의 비가 1:0.1~0.8일 수 있다. 이를 만족할 경우, 제1 반응기의 반응과 제2 반응기의 제1 영역의 반응을 통해 효과적으로 불순물을 제거할 수 있고, 이를 통해 불순물이 효과적으로 제거된 정제유를 포함하는 유체가 제1 반응기의 제2 영역으로 유입되도록 함으로써 상기 제2 반응기의 제2 영역 내 수소화 분해 촉매의 활성을 고활성으로 장기간 유지할 수 있어 안정적으로 나프타 및 등유의 수율을 높게 유지할 수 있다. 이와 같이, 제1 반응기 및 제2 반응기의 액체 시간당 공간 속도(LHSV)의 비를 특정 범위로 제어함으로써, 공정 효율이 향상되는 것은 물론, 불순물 제거 효과도 향상되고 동시에 나프타 및 등유의 수율이 향상될 수 있다.

본 개시에서 반응 온도, 구체적으로, 상기 제1 수소화 처리 단계, 상기 제2 수소화 처리 단계 및/또는 상기 수소화 분해 단계의 반응 온도는 전술한 효과를 구현할 수 있을 정도로서 각 영역에서 각 반응이 수행될 수 있을 정도라면 무방하며, 예컨대 200 내지 500 ℃, 구체적으로 250 내지 450 ℃, 보다 구체적으로 300 내지 450 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.

본 개시에서 폐플라스틱 열분해유 및 수소 가스의 유량비, 구체적으로, 상기 제1 수소화 처리 단계, 상기 제2 수소화 처리 단계 및/또는 상기 수소화 분해 단계의 폐플라스틱 열분해유 및 수소 가스의 유량비는 전술한 효과를 구현할 수 있을 정도로서 각 영역에서 반응이 수행될 수 있을 정도라면 무방하다. 예컨대 폐플라스틱 열분해유 및 수소 가스가 1 기압 및 25 ℃ 기준 1:300~3,000의 부피 유량비, 구체적으로 1:400~2,500의 부피 유량비, 보다 구체적으로 1:500~1,500의 부피 유량비로 반응할 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.

구체적인 일 예로, 상기 제1 반응기는 반응기 내부 공간으로 수소 기체를 공급하며, 상기 내부 공간의 내벽과 대응되는 외벽에 구비되는 제1 수소 기체 공급라인을 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 수소 기체 공급라인은 제1 반응기의 상단부에 연통되어 구비될 수 있다. 또한 설명한 바와 같이, 별도의 수소 기체 공급라인을 통해 제2 반응기의 제1 영역 및/또는 제2 영역으로 수소 기체가 추가적으로 공급될 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 제2 반응기는 내부에 형성된 제1 영역 및/또는 제2 영역으로 수소 기체를 공급하며, 상기 제1 영역 및/또는 제2 영역을 형성하는 반응기의 내벽과 대응되는 외벽에 구비되는 제2 수소 기체 공급라인을 더 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 반응기의 1차 수소화 반응을 수행하는 제1 수소화 처리 촉매, 제2 반응기의 제1 영역에서 2차 수소화 반응을 수행하는 제2 수소화 처리 촉매 및 제2 반응기의 제2 영역에서 수소화 분해 반응을 수행하는 수소화 분해 촉매는 각 영역에 구비될 수 있으며, 각 촉매는 각 영역에 고정된 불균일계 촉매일 수 있다.

본 개시에서 언급되는 '촉매'는 해당하는 각 반응을 수행할 수 있는 것이라면 이 분야에서 공지된 다양한 것들이 사용되면 무방하며, 크게 제한되지 않는다. 구체적으로, 본 개시에서 언급되는 '수소화 처리 촉매' 또는 '수소화 분해 촉매'는 각 반응의 촉매능을 가지는 활성금속을 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어 지지체에 활성금속이 담지된 촉매일 수 있다. 상기 활성금속은 요구 반응을 수행하는 촉매능을 갖는 것이라면 무방하며, 예컨대 몰리브데늄, 니켈, 코발트 및 텅스텐 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 또한 상기 촉매는 활성금속의 촉매능이 활성화되어 금속 설파이드화(Sulfide)될 수 있도록 황을 더 포함할 수 있다. 상기 지지체는 상기 활성금속을 담지 및 지지할 수 있는 내구성을 갖는 것이라면 무방하며, 예를 들어 규소, 알루미늄, 지르콘, 실리콘, 마그네슘, 토륨, 베릴륨 및 티타늄 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 금속; 상기 금속의 산화물; 및 카본블랙, 활성탄소, 그래핀, 탄소나노튜브 및 흑연 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 탄소계 소재; 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 상기 활성금속은 촉매 전체 중량에 대하여 0.01 내지 20 중량%, 구체적으로 0.1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.

구체적인 일 예로, 상기 수소화 처리 촉매는 폐플라스틱 열분해유의 탄화수소에 수소가 첨가되는 수첨반응이 수행되도록 하는 촉매라면 공지된 다양한 종류의 것이 사용될 수 있다. 상세하게, 수소화 처리 촉매는 수소화 탈황화 촉매, 수소화 탈질소화 촉매, 수소화 탈염소화 촉매 및 수소화 탈금속화 촉매 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 이러한 수소화 처리 촉매는 탈황 반응, 탈질소 반응, 탈염소 반응 및 탈금속 반응이 수행되면서 올레핀 제거 반응 또한 함께 수행될 수 있다. 구체적인 일 실시예로, 수소화 처리 촉매는 몰리브데늄 및 니켈을 포함하는 활성금속을 포함할 수 있으며, 촉매 총 중량에 대하여 몰리브데늄 0.1 내지 30 중량% 및 니켈 0.1 내지 10 중량%를 포함하는 활성금속을 포함하는 촉매, 구체적으로 몰리브데늄 1 내지 15 중량% 및 니켈 1 내지 5 중량%를 포함하는 활성금속을 포함하는 촉매일 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.

구체적인 일 예로, 상기 수소화 분해 촉매는 폐플라스틱 열분해유의 탄화수소에 수소가 부가되면서 탄화수소의 분해 반응이 수행되도록 하는 촉매라면 공지된 다양한 종류의 것이 사용될 수 있다. 구체적인 일 실시예로, 수소화 분해 촉매는 니켈 및 텅스텐을 포함하는 활성금속을 포함할 수 있으며, 촉매 총 중량에 대하여 니켈 0.1 내지 10 중량% 및 텅스텐 0.1 내지 30 중량%를 포함하는 활성금속이 담지된 지지체인 촉매, 구체적으로 니켈 1 내지 5 중량% 및 텅스텐 1 내지 15 중량%를 포함하는 활성금속이 담지된 지지체인 촉매일 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.

본 개시에서 언급되는 “폐플라스틱 열분해유”(Waste plastic pyrolysis oil)는 폐플라스틱을 열분해하여 생성된 탄화수소 오일 혼합물을 의미한다. 이때 폐플라스틱은 폐합성수지, 폐합성섬유, 폐합성고무, 폐비닐 등 합성 고분자 화합물과 관련한 고상 또는 액상의 쓰레기를 의미할 수 있다. 상기 탄화수소 오일 혼합물은 탄화수소 오일 외에 염소 화합물, 질소 화합물, 금속 화합물 등의 불순물을 포함할 수 있고, 탄화수소 내에 염소, 질소 또는 금속이 결합된 화합물 형태의 불순물을 포함할 수 있으며, 올레핀 형태의 탄화수소를 포함할 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 폐플라스틱 열분해유는 질소 300 ppm 이상, 염소 30 ppm 이상을 함유할 수 있으며, 올레핀(Olefin) 20 부피%(1 atm, 25 ℃ 기준) 이상, 공액 디올레핀(Conjugated diolefin) 1 부피%(1 atm, 25 ℃ 기준) 이상을 함유할 수 있다.

상기 폐플라스틱 열분해유는 다양한 비점 범위의 유분을 포함할 수 있으며, 폐플라스틱 열분해유에 함유되는 유분의 조성비는 일반적인 원유와 상이하다. 구체적인 일 예로, 상기 폐플라스틱 열분해유는 비점이 150 ℃ 미만인 제1 유분 1 내지 40 중량%, 비점이 150 ℃ 이상, 265 ℃ 미만인 제2 유분 1 내지 50 중량%, 비점이 265 ℃ 이상, 340 ℃ 미만인 제3 유분 1 내지 50 중량% 및 비점이 340 ℃ 이상인 제4 유분 1 내지 60 중량%를 포함하는 탄화수소 오일, 구체적으로 비점이 150 ℃ 미만인 제1 유분 5 내지 20 중량%, 비점이 150 ℃ 이상, 265 ℃ 미만인 제2 유분 15 내지 30 중량%, 비점이 265 ℃ 이상, 340 ℃ 미만인 제3 유분 15 내지 30 중량% 및 비점이 340 ℃ 이상인 제4 유분 20 내지 60 중량%를 포함하는 탄화수소 오일일 수 있다. 이때 상기 경질 유분은 상기 제1 유분 및 상기 제2 유분을 포함할 수 있으며, 본 개시에서 언급되는 '제1 유분'은 나프타(Naphtha)일 수 있고, 본 개시에서 언급되는 '제2 유분'은 등유(Kerosene)일 수 있다.

전술한 범위의 조성비를 만족하는 유분이 함유된 폐플라스틱 열분해유를 대상으로 할 경우, 특히 중질유를 대상으로는 잘 구현되지 않는 경질유(나프타, 등유) 수율의 극대화를 구현하는 효과가 있다. 즉, 전술한 수단을 중질유를 대상으로 할 경우 상기 효과가 잘 나타나지 않을 수 있으며, 폐플라스틱 열분해유를 사용할 때 비로소 나프타, 등유 등의 경질유의 함량이 현저히 높은 정제유의 생산이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법 또는 장치를 이용하면, 폐플라스틱 열분해유의 불순물의 함량을 현저히 감소시킬 수 있으며, 특히 나프타 및 등유를 포함하는 경질 유분의 함량을 극대화할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 영역에서 생성되는 제2 정제유, 즉, 수소화 분해 단계에서 생성되는 제2 정제유는 10 중량% 이상의 나프타 및 25 중량% 이상의 등유를 포함하는 높은 함량의 경질 유분을 포함하는 탄화수소유일 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

내부 공간에 제1 수소화 처리 촉매가 구비된 제1 반응기와, 내부 공간의 상부에 제2 수소화 처리 촉매 및 하부에 수소화 분해 촉매가 고정된 제2 반응기가 직렬로 연결된 폐플라스틱 열분해유 정제 장치를 도 1과 같이 설계하였다. 그리고 폐플라스틱 열분해유를 상기 장치에 투입하고 이를 운전하여 폐플라스틱 열분해유로부터 불순물 제거 및 크래킹된 정제유를 수득하였다. 이때 상기 폐플라스틱 열분해유는 질소(N) 200 ppm 이상, 염소(Cl) 30 ppm 이상, 올레핀(Olefin) 20 부피% 이상, 공액 디올레핀(Conjugated diolefin) 1 부피% 이상의 고농도의 불순물을 함유하며, 하기 표 2의 조성비를 갖는 유분을 포함하는 탄화수소 오일 혼합물이다.

구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 반응기의 내부 공간, 즉, 제1 수소화 반응 영역으로 폐플라스틱 열분해유와 수소 기체가 유입되었다. 그리고 상기 제1 반응기의 제1 수소화 반응 영역에서 제1 수소화 처리 촉매 하에 폐플라스틱 열분해유와 수소 기체가 1차 수소화 반응함으로써, 올레핀이 제거되고, 비금속 불순물(염소, 질소, 황, 산소, 인 등) 및 금속 불순물(철, 니켈, 칼슘, 마그네슘, 크롬, 칼륨, 아연, 알루미늄, 규소 등)을 포함하는 기타 불순물이 1차 제거된 제1 정제유가 생성되었다. 이때 상기 제1 반응기의 내부 공간에는 상기 제1 수소화 처리 촉매로 NiMo Sulfide계 촉매가 충진되어 상기 1차 수소화 반응이 일어나도록 하였다.

이어서 상기 제1 반응기에서 배출되는 제1 정제유 및 미반응 수소 기체를 포함하는 유체는 제2 반응기의 내부 공간 중 상부에 위치하는 제1 영역으로 유입되었다. 그리고 상기 제1 영역에서 상기 유체 내 유분과 미반응 수소 기체가 제2 수소화 촉매 하에 2차 수소화 반응함으로써, 잔여 올레핀이 제거되고 비금속 불순물 및 금속 불순물을 포함하는 기타 불순물이 2차 제거된 제2 정제유가 생성되었다. 이때 상기 제2 반응기의 제1 영역에는 상기 제2 수소화 처리 촉매로 상기 제1 수소화 처리 촉매와 동일한 촉매가 충진되어 상기 2차 수소화 반응이 일어나도록 하였다.

이어서 상기 제1 반응기의 내부 공간 중 상부에 위치하는 제1 영역에서 생성된 제2 정제유를 포함하는 유체는 상기 제1 반응기의 내부 공간 중 하부, 즉, 상기 제1 영역의 하부에 위치하는 제2 영역으로 유입되었다. 그리고 상기 제2 영역에서 상기 유체 내 유분과 미반응 수소 기체가 수소화 분해 촉매 하에 수소화 분해 반응함으로써, 나프타, 등유 등을 포함하는 제3 정제유가 생성되었다. 이때 상기 제2 반응기의 제2 영역에는 상기 수소화 분해 촉매로 NiW Sulfide계 촉매가 충진되어 상기 수소화 분해 반응이 일어나도록 하였다.

상기 제1 반응기 및 상기 제2 반응기를 포함하는 폐플라스틱 열분해유 정제 장치의 운전 조건은 하기 표 1과 같다.

	제1 반응기	제2 반응기
주반응	올레핀 제거 반응/탈염소화 반응	탈질소화 반응/크래킹 반응
temperature(℃)	250	370
Pressure(bar)	50
H₂/Oil 공급 부피 유량비	840
반응기 전체 LHSV(Liquid hourly space velocity)(h^-1)	0.47
제1 반응기 및 제2 반응기의 전체 LHSV 비	2:1
제2 반응기에서 제1 영역 및 제2 영역의 LHSV 비	-	1:2.3

[실시예 2-4]

하기 표 2와 같이, 실시예 1에서 제2 반응기의 운전 조건 중 반응 온도를 370 ℃에서 380, 390 또는 400 ℃로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폐플라스틱 열분해유로부터 정제유를 수득하였다.

[실시예 5-6]

실시예 1에서 폐플라스틱 열분해유의 유분 조성을 분별증류를 통해 하기 표 2와 같이 되도록 제어한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폐플라스틱 열분해유로부터 정제유를 수득하였다.

[비교예 1]

실시예 1에서 폐플라스틱 열분해유 대신 하기 표 2와 같이 특정 조성비를 가지는 중질유를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 정제유를 수득하였다.

[비교예 2]

실시예 1에서 제1 반응기 및 제2 반응기의 전체 LHSV 비를 1:2로 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 정제유를 수득하였다.

[실험예 1] 반응기 구조, 운전 조건 및 피드 종류에 따른 정제유의 조성비 평가

실시예 1 내지 실시예 6, 비교예 1 및 비교예 2를 통해 제조된 정제유의 나프타 및 등유의 함량을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

		실시예						비교예
		1	2	3	4	5	6	1	2
오일 대상(Feed)	폐플라스틱 열분해유	○						×	○
	중질유	×						○	×
비점이 150 ℃ 미만인 제1 유분		11.2				0	0	0	11.2
비점이 150 ℃ 이상, 265 ℃ 미만인 제2 유분)		24.0				0	27.0	0	24.0
비점이 265 ℃ 이상, 340 ℃ 미만인 제3 유분		20.7				31.9	23.3	0	20.7
비점이 340 ℃ 이상인 제4 유분		44.1				68.1	49.7	100.0	44.1
반응 온도(℃)	제1 반응기	250				250		370
	제2 반응기	370	380	390	400	370		370
제1 반응기 및 제2 반응기의 전체 LHSV 비		2:1							1:2
정제유 내 나프타(Naphtha) 함량(wt%)		12.1	11.4	12.8	17.0	2.7	5.4	0	8.0
정제유 내 등유(Kerosene) 함량(wt%)		27.6	28.4	29.8	33.0	7.4	15.4	3.6	20.1

100 : 제1 반응기
110 : 제1 반응기 내부 공간(제1 수소화 반응 영역)
200 : 제2 반응기
210 : 제2 반응기의 제1 영역(제2 수소화 반응 영역)
220 : 제2 반응기의 제2 영역(수소화 분해 반응 영역)

Claims

경질 유분을 포함하는 폐플라스틱 열분해유 및 수소 기체를 제1 반응기에 도입하는 반응물 도입 단계;
상기 제1 반응기에서 상기 폐플라스틱 열분해유를 제1 수소화 처리 촉매 하에 1차 수소화 반응시켜 불순물이 1차 제거된 제1 정제유를 생성하는 제1 수소화 처리 단계;
제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 반응 공간을 가지는 제2 반응기에 상기 제1 수소화 처리 단계로부터 유입되는 제1 정제유를 포함하는 유체를 도입하되, 상기 제1 영역에 도입하는 중간 생성물 도입 단계;
상기 제1 영역에서 제2 수소화 처리 촉매 하에 상기 유체 내 유분을 2차 수소화 반응시켜 불순물이 2차 제거된 제2 정제유를 생성하는 제2 수소화 처리 단계; 및
상기 제2 영역에서 제2 수소화 분해 촉매 하에 상기 제1 영역으로부터 유입되는 제2 정제유를 포함하는 유체 내 유분을 수소화 분해 반응시켜 나프타 및 등유를 포함하는 제3 정제유를 생성하는 수소화 분해 단계;를 포함하는 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법.
제1항에 있어서,
상기 수소화 처리 단계 또는 상기 수소화 분해 단계에서, 반응은 10 내지 120 bar의 압력에서 수행되는 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법.
제2항에 있어서,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 액체 시간당 공간 속도(LHSV)의 비가 1:1~10인 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 반응기 및 상기 제2 반응기의 액체 시간당 공간 속도(LHSV)의 비가 1:0.1~0.8인 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법.
제1항에 있어서,
상기 1차 수소화 반응은 탈염소화 반응을 포함하며,
상기 2차 수소화 반응은 탈질소화 반응을 포함하는 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법.
제5항에 있어서,
상기 2차 수소화 반응의 온도 및 상기 수소화 분해 반응의 온도는 상기 1차 수소화 반응의 온도보다 높은 것인 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 수소화 반응의 온도는 100 ℃ 이상 및 300 ℃ 미만이며,
상기 2차 수소화 반응의 온도 및 상기 수소화 분해 반응의 온도는 서로 독립적으로 300 내지 500 ℃인 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 수소화 처리 단계, 상기 제2 수소화 처리 단계 또는 상기 수소화 분해 단계에서, 폐플라스틱 열분해유 및 수소 기체는 1 기압 및 25 ℃ 기준 1:300~3,000의 부피 유량비로 반응하는 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법.
제1항에 있어서,
상기 폐플라스틱 열분해유는 비점이 150 ℃ 미만인 제1 유분 1 내지 40 중량%, 비점이 150 ℃ 이상, 265 ℃ 미만인 제2 유분 1 내지 50 중량%, 비점이 265 ℃ 이상, 340 ℃ 미만인 제3 유분 1 내지 50 중량% 및 비점이 340 ℃ 이상인 제4 유분 1 내지 60 중량%를 포함하는 탄화수소 오일이며,
상기 경질 유분은 상기 제1 유분 및 상기 제2 유분을 포함하는 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법.
제1항에 있어서,
상기 수소화 분해 단계에서 생성되는 제3 정제유는 10 중량% 이상의 나프타 및 25 중량% 이상의 등유를 포함하는 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 수소화 처리 촉매, 상기 제2 수소화 처리 촉매 또는 상기 수소화 분해 촉매는 각 반응기의 내부에 고정된 불균일계 촉매인 것인 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 수소화 처리 촉매, 상기 제2 수소화 처리 촉매 또는 상기 수소화 분해 촉매는 몰리브데늄, 니켈, 코발트 및 텅스텐 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 활성금속이 지지체에 담지된 촉매인 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법.
폐플라스틱 열분해유 및 수소 기체가 유입되고, 제1 수소화 처리 촉매 하에 상기 폐플라스틱 열분해유가 1차 수소화 반응하여 불순물이 1차 제거된 제1 정제유가 생성되는 제1 반응기; 및
상기 제1 반응기로부터 제1 정제유를 포함하는 유체가 유입되고 상기 유체 내 유분 및 수소 기체가 반응하는 제1 영역 및 제2 영역을 내부 공간으로 가지는 제2 반응기;를 포함하며,
상기 제1 영역은 상기 제1 반응기로부터 유입되는 유체 내 유분이 제2 수소화 처리 촉매 하에 2차 수소화 반응하여 불순물이 2차 제거된 제2 정제유가 생성되는 영역이며,
상기 제2 영역은 상기 제1 영역으로부터 제2 정제유를 포함하는 유체가 유입되어, 상기 유체 내 유분이 수소화 분해 촉매 하에 수소화 분해 반응하여 나프타 및 등유를 포함하는 제3 정제유가 생성되는 영역인 폐플라스틱 열분해유의 정제 장치.
제13항에 있어서,
상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 하측에 형성되며,
상기 제1 영역에서 유출되는 제2 정제유 및 미반응 수소 기체를 포함하는 유체가 상기 제2 영역으로 유입되는 폐플라스틱 열분해유의 정제 장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 10 내지 120 bar의 반응 압력을 유지할 수 있도록 제어되는 폐플라스틱 열분해유의 정제 장치.
제12항에 있어서,
상기 반응기는 제1 영역 및 제2 영역의 액체 시간당 공간 속도(LHSV)의 비가 1:1~10이 되도록 제어되는 폐플라스틱 열분해유의 정제 장치.
제12항에 있어서,
상기 제1 반응기 및 상기 제2 반응기의 액체 시간당 공간 속도(LHSV)의 비가 1:0.1~0.8이 되도록 제어되는 폐플라스틱 열분해유의 정제 장치.
제12항에 있어서,
상기 제1 수소화 반응의 온도는 100 ℃ 이상 및 300 ℃ 미만이 되도록 제어되며,
상기 2차 수소화 반응의 온도 및 상기 수소화 분해 반응의 온도는 서로 독립적으로 300 내지 500 ℃가 되도록 제어되는 폐플라스틱 열분해유의 정제 장치.