KR20230119654A - 폐 플라스틱을 재활용하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
폐 플라스틱을 프로세싱하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 하나의 방법은 하나 이상의 오염원으로부터의 상당한 양의 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 갖는 폐 플라스틱 기반 공급원료의 공급물을 혼합, 가열 및 압축하는 단계; 개질제를 포함하는 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 제공하기 위해, 폐 플라스틱 기반 공급원료와 함께 혼합, 가열 및 압축될 알칼리 토류 옥사이드 및/또는 하이드록사이드, 철의 옥사이드, 및/또는 알루미늄의 옥사이드를 포함하는 개질제를 제공하는 단계; 및 열분해 반응기 내에서 개질제를 포함하는 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 열분해시키는 단계를 포함한다. 또 다른 방법은 탄화수소 가스 스트림 및 고체 잔류물 스트림을 생성시키기 위해 열분해 반응기 내에서 폐 플라스틱 공급원료의 공급물을 열분해시키는 단계; 켄칭 장치를 사용하여, 열분해 반응기로부터 산출된 탄화수소 가스 스트림으로부터 타르 생성물을 응축시키는 단계; 및 추가의 열분해 반응기 내에서 타르 생성물을 열분해시키는 단계를 포함한다.
Description
본 개시내용은 일반적으로 폐 플라스틱의 재활용에 관한 것이다. 특정 실시형태는 보다 구체적으로 폐 플라스틱을 탄화수소 기반 오일 생성물로 전환시키기 위해 플라스틱 공급원료를 열분해시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 명세서에 기재된 개시내용은 비제한적이고 완전하지 않은 예시적인 실시형태를 기술한다. 도면에 도시된 이러한 예시적인 특정의 이러한 실시형태가 참조된다.
도 1은 플라스틱 재활용 시스템의 실시형태의 개략도를 제공하고; 그리고
도 2는 플라스틱 재활용 시스템의 또 다른 실시형태의 개략도를 제공한다.
도 1은 플라스틱 재활용 시스템의 실시형태의 개략도를 제공하고; 그리고
도 2는 플라스틱 재활용 시스템의 또 다른 실시형태의 개략도를 제공한다.
본 명세서에 기재된 시스템 및 방법의 특정 실시형태는 폐 플라스틱의 효율적인 재활용을 위해 구성된다. 일부 시스템 및 방법은 폐 플라스틱을 탄화수소 오일 생성물로 간주될 수 있는 하나 이상의 정제된 유기 분자 종으로 빠르고 간단하게 전환시킬 수 있다. 탄화수소 오일 생성물은 쉽게 저장, 수송, 및/또는 연료 또는 다른 상업적으로 관련된 물질로 정제될 수 있다.
일부 실시형태에서, 폐 플라스틱 공급원료는 본 명세서에 개시된 시스템을 통해 연속적으로 공급될 수 있다. 공급원료는 열분해 반응기에 도입되기 전에 혼합, 가열 및 압축 장치를 통해 예비-용융될 수 있으며, 이는 이어서 예비-용융된 공급원료를 가열하여, 공급원료가 추가 프로세싱을 위해 증기(예를 들어, 하나 이상의 가스)로 전이되도록 한다. 일부 예에서, 증기는 응축기 내로 도입되고, pH 조정된 용액(또는 다른 프로세스 용액(process solution))과 직접 접촉될 수 있으며, 이는 일부 예에서 증기의 일부를 흡수하고, 이의 다른 일부를 응축시킬 수 있다. 응축된 물질은 본 명세서에서 탄화수소 오일 생성물로서 지칭될 수 있는 하나 이상의 유기 분자 종을 포함할 수 있다. 탄화수소 오일 생성물은 pH 조정된 용액 내로 흡수되는 증기의 다른 부분으로부터 분리될 수 있으며, 따라서, 탄화수소 오일 생성물은 미정제 상태로부터 용이하게 정제될 수 있도록 깨끗하거나 정제된 품질일 수 있다. 다른 예에서, 다른 응축 장치 또는 방법이 열분해 반응기 또는 반응기들로부터 배출된 증기로부터 원하는 생성물을 응축시키는 데 사용될 수 있다.
일부 예에서, 공급원료는 하나 이상의 오염원으로부터의 상당한 양의 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함하는 폐 플라스틱을 포함할 수 있으며, 시스템은 이로부터 탄화수소 오일 생성물을 회수하도록 구성될 수 있다. 시스템은 폐 플라스틱 공급원료의 공급물을 수용하고 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 산출하도록 구성된 혼합, 가열 및 압축 장치를 포함할 수 있다. 알칼리 토류 옥사이드 및/또는 하이드록사이드, 철의 옥사이드, 및/또는 알루미늄의 옥사이드를 포함하거나 이로 구성된 개질제는 개질제를 포함하는 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 형성하기 위해 혼합, 가열 및 압축 장치에서 폐 플라스틱 기반 공급원료와 함께 혼합, 가열 및 압축될 수 있다. 시스템은 개질제를 포함하는 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 수용하고, 개질제를 포함하는 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 열분해시키고, 탄화수소 가스 스트림 및 고체 잔류물 스트림을 산출하도록 구성된 열분해 반응기를 추가로 포함할 수 있으며, 고체 잔류물 스트림은 개질제와 할라이드 화합물 또는 헤테로원자의 상호작용을 통한 폐 플라스틱 기반 공급원료의 실질적인 부분의 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함한다. 또한, 열분해 반응기로부터 산출된 탄화수소 가스 스트림으로부터 탄화수소 오일 생성물을 응축시키기 위해 하나 이상의 응축기가 제공될 수 있다. 일부 예에서, 시스템은 켄칭 장치를 사용하여 열분해 반응기로부터 산출된 탄화수소 가스 스트림으로부터 타르 생성물을 응축시키도록 구성될 수 있다. 시스템은 제2 열분해 반응기로 타르 생성물을 라우팅하여 제2 탄화수소 가스 스트림 및 제2 고체 잔류물 스트림을 생성하도록 추가로 구성될 수 있다. 제2 탄화수소 가스 스트림은 탄화수소 오일 생성물을 회수하기 위해 하나 이상의 응축기에 의한 후속 처리를 위해 켄칭 장치로부터 산출된 변경된 탄화수소 가스 스트림과 함께 추가로 처리 및 조합될 수 있다.
본 발명의 시스템 및 방법의 다양한 예시적인 실시형태가 이제 기술될 것이다. 시스템 및 방법의 이점, 뿐만 아니라 이들의 특징 및 단계는 각각, 도면을 포함하는, 하기 개시내용으로부터 명백할 것이다.
도 1은 플라스틱 재활용 시스템(10)의 실시형태의 개략도를 제공한다. 플라스틱 재활용 시스템은 플라스틱 공급원료(14)에 열을 전달하도록 구성된 가열 시스템(12)을 포함한다. 가열 시스템(12)은, 예를 들어, 연소 버너, 유동층 버너, 레토르트(retort), 또는 임의의 다른 이러한 가열 시스템과 같은, 임의의 적합한 가열 메커니즘을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 가열 시스템은 열분해 회수 유닛(PRU)을 포함한다. PRU는 플라스틱 공급원료를 수용하고 동시에 공급원료를 수송 및 열분해시키고, 탄화수소 가스 스트림(16) 및 고체 잔류물 스트림(18)을 산출하기 위한 이중 스크루 공급 메커니즘을 포함할 수 있다. PRU는 이의 길이를 따라 다수의 연속적인 가열 구역을 포함할 수 있다.
플라스틱 공급원료(14)는 한 종류 이상의 폐 플라스틱(예를 들어, 혼합 플라스틱)을 포함할 수 있고, 미량의 비-플라스틱 오염 또는 불순물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 불순물은 외부 성질(예를 들어, 물, 식료품, 라벨링, 토양, 종이, 또는 셀룰로스 폐기물)을 가질 수 있거나, 충전제, 가소제와 같은 폐 플라스틱의 내부 개질제 및 폐 플라스틱의 제조 시에 도입되는 다른 개질제(예를 들어, 유리, 금속, 철, 브로민 및/또는 염소)로부터 유발될 수 있다. 플라스틱 공급원료(14)는 분쇄된 형태, 칩 형태, 또는 플라스틱 공급원료로의 열의 전달을 촉진할 수 있는 다른 형태로 제공될 수 있다.
플라스틱 공급원료(14)는 연속적인 방식으로 시스템에 공급될 수 있다. 공급 장치는 연속 물질 공급을 제공하도록 설계된 빈(bin), 호퍼, 컨베이어, 혼합기, 히터 및 압축기를 포함할 수 있다. 공급 장치는 혼합, 가열 및 압축 장치(20)를 포함할 수 있고, 공급원료를 수용하고 고밀화된 플라스틱 용융물의 연속 스트림을 산출하도록 설계된 혼합기와 같은 예비-용융기 및 압축기를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 공급원료는 예비-용융을 거치지 않고 가열 시스템(예를 들어, PRU)(12) 내에 직접 공급될 수 있다.
가열 시스템(예를 들어, 열분해 회수 유닛)(12)에 의해 제공되는 열은 플라스틱 공급원료(14)를 크래킹시키거나 해중합시키고 이의 적어도 일부를 증기로 전환시키기에 충분할 수 있다. 증기는 하나 이상의 가스 유기 종, 하나 이상의 가스 무기 종, 및/또는 한 종류 이상의 혼입된 입자를 포함할 수 있다. 특히, 증기는 해중합된 비-극성 유기 가스를 포함할 수 있는데, 이는 수집 및 정제에 바람직할 수 있고, 불순물과 혼합될 수 있다. 유기 가스는, 예를 들어, 하나 이상의 파라핀, 올레핀, 나프텐, 방향족, 및/또는 다른 부류의 탄화수소 물질을 포함할 수 있다. 혼합된 불순물은, 예를 들어, 무기산(예를 들어, 염산, 브로민화수소산), 혼입된 금속 또는 메탈로이드(예를 들어, 카드뮴, 철, 안티몬); 및/또는 유기산(예를 들어, 테레프탈산)을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 증기는 비극성 유기 분자와 함께 수집되거나 수집되지 않을 수 있는, 극성 유기 분자와 같은 추가적인 분자 종을 포함할 수 있다. 예를 들어, 증기는 하나 이상의 알코올, 케톤, 에테르, 페놀, 카복실산, 또는 다른 극성 유기 분자를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 플라스틱 공급원료는 진공 조건 하에, 또는 음압 하에 가열될 수 있다. 다른 실시형태에서, 플라스틱 공급원료는 양압 하에 가열될 수 있다. 또 다른 또는 추가의 실시형태에서, 플라스틱 공급원료는 대기압 조건 하에, 또는 전술한 것들의 임의의 적합한 조합 하에 가열될 수 있다(예를 들어, 압력은 가열 이벤트(heating event) 동안 변할 수 있다).
증기는 증기의 적어도 일부의 상 변화를 일으키는 증기 처리 시스템(22)으로 전달될 수 있으며, 이에 따라, 특정 분자는 가스 상태에서 액체 상태로 전이된다. 증기 처리 시스템(22)은 또한 증기 처리 유닛 또는 증기 처리 용기로 지칭될 수 있다. 증기 처리 시스템(22)은 응축을 달성하는 데 사용되는 pH 조정된 용액(또는 다른 프로세스 용액)을 포함할 수 있다. 또한, pH 조정된 용액은 증기로부터 불순물의 적어도 일부를 흡수하도록 구성될 수 있다. 용액의 실시형태는 유기산, 무기산, 금속, 메탈로이드, 및/또는 특정 극성 유기 분자를 용이하게 흡수할 수 있다. 용어 "pH 조정된 용액"은 넓은 의미로 사용되고, pH 중성이 아니고 본 명세서에 기재된 다양한 특성 중 임의의 특성 또는 전부를 나타내는 용액을 포함한다. 예를 들어, pH 조정된 용액은 증기로부터 불순물을 제거하기 위해 포뮬레이션될 수 있고, 추가 실시형태에서, 이로부터 용이하게 분리되도록 응축된 오일과 비혼화성일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, pH 조정된 용액은 일부 경우에 강산성일 수 있는 산성 용액을 포함할 수 있다. 추가 실시형태에서, pH 조정된 용액은 원하는 pH 값으로 조정된 완충된 수용액을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, pH 조정된 용액은 7 미만, 약 6.5 미만, 약 6 미만, 약 5.5 미만, 약 5 미만, 약 4 미만, 또는 약 3 미만의 pH 값을 가질 수 있다.
pH 조정된 용액은 용액의 요망되는 특성을 달성하기 위해 임의의 적합한 종류의 하나 이상의 화학적 개질제를 포함할 수 있다. 이러한 특성은, 예를 들어, 증기로부터 하나 이상의 불순물을 제거하는 능력 및/또는 오일과의 높은 비혼화성을 포함할 수 있다. 전술한 특성 중 하나 이상의 조정 또는 최적화는 pH 조정된 용액 내에서 하나 이상의 화학적 개질제의 농도를 변경함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, pH 조정된 용액 내의 하나 이상의 물질의 존재, 조합, 및/또는 농도는 증기가 pH 조정된 용액과 상호작용함에 따라 증기로부터 오염물의 제거를 최적화할 수 있다. 다양한 실시형태에서, pH 조정된 용액은 강 및/또는 약 무기산(예를 들어, 염산, 아세트산), 하나 이상의 pH 완충 용액(예를 들어, 아세트산 + 아세트산나트륨), 하나 이상의 킬레이트제(예를 들어, 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)), 및/또는 하나 이상의 응고제 및/또는 응집제(예를 들어, 수산화칼슘, 폴리아크릴아마이드)를 포함할 수 있다.
증기 처리 시스템(22)은 내부에 수용된 증기와 pH 조정된 용액(또는 다른 프로세스 용액) 간에 직접 접촉을 달성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하기 추가로 논의되는 바와 같이, 일부 실시형태에서, pH 조정된 용액은 증기와 접촉하도록 분무될 수 있는 반면, 다른 실시형태에서, 증기는 용액을 통해 버블링될 수 있다. pH 조정된 용액은 증기의 일부(예를 들어, 유기산, 무기산, 금속, 메탈로이드, 및/또는 특정 극성 유기 분자)를 흡수 또는 용해시킬 수 있다. pH 조정된 용액은 또한 용액이 내부에서 비혼화성인 증기의 적어도 일부(예를 들어, 비극성 유기 분자)를 응축시키도록 증기의 온도보다 낮은 온도에서 제공될 수 있다.
pH 조정된 용액에서 비혼화성인 응축된 증기의 부분(즉, 소수성 부분)은 용액으로부터 용이하게 분리될 수 있다. 일부 실시형태에서, 분리(또는 이의 적어도 하나 이상의 스테이지)는 증기 처리 시스템 내에서 일어나는 반면, 다른 실시형태에서, 분리(또는 이의 적어도 하나 이상의 스테이지)는 증기 처리 시스템(22)과 독립적인 분리기(24) 내에서 일어난다.
일부 실시형태에서, 비혼화성 부분은 미정제 오일(26)의 형태로서 증기 처리 시스템으로부터 제거된다. 따라서, 미정제 오일(26)은, 플라스틱 공급원료에 존재했던 불순물이 pH 조정된 용액 내에 용해 또는 흡수되기 때문에, 불순물이 거의 또는 전혀 없을 수 있다. 일부 실시형태에서, 용해 또는 흡수된 불순물의 적어도 일부는 증기 처리 시스템(22) 내의 pH 조정된 용액 내에 남아 있을 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, pH 조정된 용액은 불순물을 축적한 후, 이는, 증기 처리 시스템(22)으로부터 불순물이 제거되지 않도록(적어도 즉시는 아님), 증기 처리 시스템(22) 내에서 계속 사용될 수 있다. 다른 또는 추가의 실시형태에서, 용해 또는 흡수된 불순물은 오일(26)과 별도로 증기 처리 시스템(22)으로부터 제거된다.
특정 부류의 극성 유기 분자는 pH 조정된 용액으로 단지 부분적으로(또는 적어도 부분적으로) 분할될 수 있다. 예를 들어, 특정 알코올, 케톤, 에테르, 페놀, 카복실산, 및/또는 다른 극성 유기 분자의 일부는 pH 조정된 용액으로 분할될 수 있으며, 이의 또 다른 일부는 미정제 오일로 분할될 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, 극성 유기 분자 종의 일부를 포함하는 미정제 오일은 극성 유기 분자 종의 또 다른 부분을 함유하는 pH 조정된 용액으로부터 분리될 수 있다.
증기는 증기 처리 시스템(22) 내에서 응축되지 않고 pH 조정된 용액에 의해 흡수되지 않는 부분을 포함할 수 있다. 이러한 비-응축성 가스(29)는 증기 처리 시스템(22)으로부터 별도로 제거될 수 있고, 임의의 다른 적합한 방식으로 연소 또는 폐기될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 증기 처리 시스템(22)은 진공 조건 하에, 또는 음압 하에 작동될 수 있다. 다른 실시형태에서, 증기 처리 시스템(22)은 양압 하에 작동될 수 있다. 또 다른 또는 추가 실시형태에서, 증기 처리 시스템(22)은 대기압 조건 하에, 또는 전술한 것들의 임의의 적합한 조합 하에 작동될 수 있다(예를 들어, 압력은 응축 이벤트 동안 변할 수 있다).
시스템은 플라스틱 공급원료를 신속하게 크래킹 또는 해중합시키는 데 매우 적합할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 플라스틱 공급원료의 가열 및 이의 증기로의 전환은 여러 상이한 분자 종이 동시에 가스화될 수 있는 고온에서 수행될 수 있다. 이러한 상이한 분자 종은 주어진 압력에서 상이한 기화 온도를 가질 수 있으며, 플라스틱 공급원료가 가열되는 온도는 분자 종의 일부 또는 모두에 대해 이러한 온도를 초과할 수 있다. 분자 종은 이후 전술한 바와 같이, 증기가 증기 처리 시스템으로 전달될 때, 서로 분리될 수 있다. 따라서, 시스템은 개별 분자 종이 순차적으로 가스화되도록 하기 위한 방식을 따라 서서히 가열시키고 때때로 다양한 별개의 온도 수준에서 일정하게 유지시키는 가열 시스템 없이 작동할 수 있다. 그러나, 시스템은 또한 가열 시스템 및 플라스틱 공급원료가 방금 기재된 바와 같이, 일련의 순차적인 가열 단계 또는 수준을 통해 진행되는 작동 모드로 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
시스템(10)은 가열 시스템(예를 들어, PRU)(12) 내에서 및 증기 처리 시스템(22) 내에서 음압을 유지하도록 구성된 진공 시스템(30)을 포함할 수 있다. 진공 시스템(30)은, 플라스틱 공급원료의 해중합이 산소-결핍 또는 무산소 환경에서 발생하도록, 가열 시스템(예를 들어, PRU)(12)으로부터 가스를 연속적으로 배기시킬 수 있다. 진공 시스템(30)은 증기를 증기 처리 시스템(22) 내로 인출하며, 여기서, 증기는 pH 조정된 용액, 또는 비-pH 조정된 용액에 의해 접촉되거나, 응축 장치 또는 디바이스에 의해 달리 프로세싱된다. 진공 시스템(30)은 증기 처리 시스템(22)으로부터 비-응축성 가스(29)를 인출하고, 이들을 연소 유닛 또는 다른 적합한 처분 디바이스(32)(예를 들어, 배출물 제어 디바이스)에 분배할 수 있다. 일부 예에서, 증기 처리 시스템(22)으로부터의 비-응축성 가스(29)는 에너지 회수 목적을 위해 열 교환기 또는 다른 장치 또는 시스템으로 라우팅될 수 있다. 예를 들어, 증기 처리 시스템(22)으로부터의 비-응축성 가스(29)는, 예를 들어, 가열 시스템(PRU)(12)으로의 도입을 위해 고밀화된 플라스틱 용융물의 생성을 돕기 위해 혼합, 가열 및 압축 장치(20)(예를 들어, 예비-용융 압출기)에 열을 공급하는 것과 같은, 본 명세서에 기재된 폐 플라스틱을 프로세싱하는 시스템 및 방법의 다른 양태에 대해 열을 공급하기 위해 열 교환기로 라우팅될 수 있다. 다른 예에서, 증기 처리 시스템(22)으로부터의 비-응축성 가스(29)는 관련 없는 목적을 위해 에너지를 공급하기 위해 열 교환기 또는 다른 에너지 회수 디바이스로 라우팅될 수 있다.
시스템(10)은 증기 처리 시스템(22)으로부터 응축된 물질의 에멀션을 수용하는 코어레서(coalescer)/분리기(24)를 포함할 수 있다. 에멀션은 내부에 혼입된 소량의 pH 조정된 용액(또는 다른 프로세스 용액)을 포함하는 미정제 오일을 포함할 수 있다. 코어레서/분리기(24)는 이러한 물질들 사이의 상대 밀도의 차이에 기초하여 pH 조정된 용액(또는 다른 프로세스 용액)으로부터 미정제 오일(26)을 분리하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 코어레서/분리기(24)는 미정제 오일(26)로부터 용액의 중력 분리를 가능하게 하는 침강 탱크를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 코어레서/분리기(24)는 원심분리기 또는 다른 분리기 디바이스를 포함할 수 있다.
시스템(10)은 다양한 센서 및 제어 구성요소(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)은 가열 시스템(예를 들어, PRU)(12)의 작동 및 공급원료에 전달되는 열의 양에 관한 다양한 데이터를 제어기에 제공할 수 있는, 하나 이상의 압력 센서 및/또는 온도 센서를 포함할 수 있다. 센서는 유선 또는 무선 연결과 같은 임의의 적합한 방식으로 제어기와 통신할 수 있다. 제어기는 센서로부터 수신된 데이터에 응답하여 그리고/또는 다른 프로그래밍의 결과로서 가열 시스템(예를 들어, PRU)(12)의 작동 파라미터를 변경할 수 있다.
마스터 제어 시스템은 제어기와 통신하도록 구성될 수 있고, 또한 플라스틱 재활용 시스템의 서브시스템에 각각 전용될 수 있는 추가 제어기와 통신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 별도의 서브시스템 제어기가 증기 처리 시스템(22) 및 진공 시스템(30)에 각각 전용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 서브시스템 제어기는 국소적으로(예를 들어, 이들이 관련된 다양한 서브시스템 근처에) 위치할 수 있는 반면, 마스터 제어 시스템은 작동자가 시스템(10)의 서브시스템의 즉각적인 상태를 모니터링하고 온사이트(onsite) 또는 오프사이트(offsite) 간에, 요망되는 경우 이러한 시스템을 변경할 수 있는, 감독 스테이션(supervisory station)에 위치될 수 있다.
편의상, 특정 구성요소와 관련된 서브시스템 제어기(들)는 이후에 식별되지 않을 수 있고, 특정 서브시스템 제어기 및/또는 마스터 제어 시스템이 플라스틱 재활용 시스템(10)의 특정 구성요소의 동작을 모니터링 및/또는 제어할 수 있다는 것이 명시적으로 언급되지 않을 것이다(그러나, 이러한 것은 이해됨). 또한, 서브-제어기 및/또는 마스터 제어 시스템에 의해 영향을 받을 수 있는 본 명세서에 논의된 단계 또는 제어 이벤트는 범용 또는 특수 목적 컴퓨터(또는 다른 전자 디바이스)에 의해 실행되는 기계-실행 가능 명령으로 구현될 수 있다는 것이 주목된다. 대안적으로, 단계 또는 제어 이벤트는 단계 또는 제어 이벤트를 수행하기 위한 특정 로직을 포함하는 하드웨어 구성요소에 의해, 또는 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 조합에 의해 수행되거나 실시될 수 있다. 단계의 일부 또는 모두는 국부적으로(예를 들어, 서브시스템 제어기를 통해) 또는 원격으로 수행될 수 있다.
공급원료가 가열 시스템(예를 들어, PRU)(12)에서 가열됨에 따라, 플라스틱 공급원료는 결국 기화되거나 증기화된다. 증기는 임의의 적합한 방식으로 증기 처리 시스템(22) 내에 도입될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 증기는 증기의 궤적을 실질적으로 변경하지 않으면서 응축기의 응축 타워로 도입될 수 있다. 다른 실시형태에서, 증기는 응축 타워에 진입 시에 배플(baffle)에 접할 수 있다.
응축되지 않은 증기의 이러한 부분(즉, 비-응축성 가스)은, 증기를 화학적으로 스크러빙하기 위해(예를 들어, 이로부터 머캅탄 황 종을 제거하기 위해) 및 미량 수준의 유리 무기산을 중화시키기 위해 가성 용액을 통해 나머지 증기를 통과시키는, 가성 스크러버로 진행될 수 있다. 증기의 나머지는 가성 스크러버로부터 배출물 제어 디바이스(ECD)(32)로 진행할 수 있다. 임의의 적합한 진공 시스템(30)이 플라스틱 재활용 시스템(10)과 함께 사용되어 증기를 그에 따라 이동시킬 수 있다.
임의의 적합한 배출물 제어 디바이스(ECD)(32)가 플라스틱 재활용 시스템(10)과 함께 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 배출물 제어 디바이스(32)는 버너 또는 다른 연소 디바이스를 포함할 수 있다. 배출물 제어 디바이스(32)로부터의 배기가스(34)는 대기로 배출될 수 있다. 다른 실시형태에서, 고온 배기가스(34)는 대신에 플라스틱 재활용 시스템(10)의 다른 부분으로 이송될 수 있다.
증기의 흡수 및 응축된 부분은 하나 이상의 위어(weir)를 포함하는 코어레서/분리기(24)의 탱크 내에 침강될 수 있다. 흡수된 불순물을 보유하는 pH 조정된 용액(또는 다른 프로세스 용액)은 응축된 미정제 오일 물질(26)보다 더 큰 상대 밀도를 갖는 일부 오염물의 응고를 촉진할 수 있고, 탱크의 바닥에 침강할 수 있다. 따라서, 응축된 미정제 오일(26)은 탱크의 상부로 상승하고 하나 이상의 위어 위로 유동하여 추가 프로세싱(36), 저장(38) 또는 사용을 위해 수집된다.
또한, 일부 실시형태에서, 본 명세서에 논의된 생성물 스트림을 정제하거나 상기 스트림을 특정 탄화수소 컷으로 분별하기 위해 하류 프로세싱이 제공될 수 있다. 이러한 목적을 위한 프로세스 유닛은 증류, 용매 추출, 흡착, 및 촉매 처리 유닛을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다.
일부 예에서, 켄칭된 열분해 가스(28)로부터 경질 탄화수소(42)를 응축시키기 위해 하나 이상의 추가의 응축기(40)가 제공될 수 있다. 하나 이상의 경질 탄화수소 스트림(42)은 이후 미정제 오일 생성물(26)과 조합될 수 있거나, 별도의 탄화수소 생성물로서 저장될 수 있다. 일부 예에서, 경질 탄화수소(42)의 적어도 일부(43)는 열분해 가스, 즉, 가열 시스템(예를 들어, PRU)(12)으로부터 산출된 탄화수소 가스 스트림(16)의 켄칭을 돕기 위해 증기 처리 시스템(22)으로 유도될 수 있다. 일부 예에서, 경질 탄화수소(42)의 적어도 일부(43)는 추가 프로세싱을 위해 가열 시스템(예를 들어, PRU)(12)으로 재도입되도록 가열 시스템(예를 들어, PRU)(12)으로 유도될 수 있다.
도 2는 플라스틱 재활용 시스템(100)의 또 다른 실시형태의 개략도를 제공하며, 이는 폐 플라스틱 공급원료(114)로부터 하나 이상의 탄화수소 오일 생성물(126, 143)을 생산하는 데 특히 매우 적합하다. 전술한 시스템과 유사하게, 혼합, 가열 및 압축 장치(예를 들어, 예비-용융 압출기)(120)는 폐 플라스틱(114)의 공급물을 수용하고 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물(121)을 산출하기 위해 제공될 수 있다. 시스템(100)은 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물(121)을 수용하고 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물(121)을 열분해시키고 제1 탄화수소 가스 스트림(116) 및 제1 고체 잔류물 스트림(118)을 산출하도록 구성된 열분해 회수 유닛(PRU)(112)을 추가로 포함할 수 있다. PRU(112)는, 예를 들어, PRU(112)로 도입된 공급원료를 동시에 수송 및 가열하도록 구성된 반응기 쉘 내의 이중 스크루 공급 메커니즘을 포함할 수 있다. PRU(112)는, 물질이 PRU(112)의 한 단부에서 다른 단부로 진행됨에 따라, 공급원료를 열분해 온도까지 효과적으로 가열하기 위해 이의 길이를 따라 다수의 가열 구역을 가질 수 있다.
시스템(100)은 본 명세서의 다른 곳에서 논의되는 바와 같이, PRU(112)로부터 산출된 탄화수소 가스 스트림(116)을 수용하고 추가 프로세싱을 위해 추가의 타르 열분해 반응기(160)로의 도입을 위해 타르 생성물(123)을 응축시키도록 구성된 제1 켄칭 장치(122)를 추가로 포함할 수 있다. PRU(112)와 유사하게, 추가의 타르 열분해 반응기(160)는 추가의 타르 열분해 반응기(160)에 도입된 물질을 동시에 수송 및 가열하도록 구성된 반응기 쉘 내에 이중 스크루 공급 메커니즘을 포함할 수 있다. 추가의 타르 열분해 반응기(160)는, 물질이 추가의 타르 열분해 반응기(160)의 한 단부에서 다른 단부로 진행됨에 따라, 공급원료를 열분해 온도까지 효과적으로 가열하기 위해 이의 길이를 따라 다수의 가열 구역을 가질 수 있다. PRU(112) 및 추가의 타르 열분해 반응기(160)는 상이한 형태 인자, 처리 용량 및/또는 상이한 가열 프로파일을 가질 수 있다.
제1 켄칭 장치(122)는 또한 추가 프로세싱을 위해 변경된 탄화수소 가스 스트림(128)을 배출하도록 구성될 수 있다. 제1 응축기 및 분리기(140)는 제1 켄칭 장치(122)로부터 변경된 탄화수소 가스 스트림(128)을 수용하고 탄화수소 오일 생성물(126)을 응축 및 분리하기 위해 제공될 수 있다. 추가적으로, 추가의 응축기 및 분리기(141)는 제1 응축기 및 분리기(140)로부터 배출된 가스 스트림(142)을 수용하고 경질 탄화수소(예를 들어, 메탄, 에탄, 프로판)를 응축 및 분리하여 경질 탄화수소 생성물(143)을 형성하거나 다른 생성물 스트림과 조합하기 위해 제공될 수 있다. 제1 응축기 및 분리기(140) 및/또는 추가의 응축기 및 분리기(141)는 PRU(112)로부터 산출된 탄화수소 가스 스트림(116)으로부터 타르 생성물(123)의 응축을 돕기 위해 제1 켄칭 장치(122)의 상류로 탄화수소 오일 생성물(126) 및 경질 탄화수소 생성물(143)의 일부를 유도하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 탄화수소 오일 생성물(126)의 적어도 일부 및/또는 경질 탄화수소 생성물(143)의 적어도 일부는 추가 프로세싱을 위해 가열 시스템(예를 들어, PRU)(12)으로 재도입되도록 가열 시스템(예를 들어, PRU)(12)으로 유도될 수 있다.
임의의 나머지 비-응축성 가스(129)는 적절한 배출물 제어 디바이스(132)에 의한 그리고 진공 시스템(130)의 영향 하에서의 프로세싱을 포함하는, 전술한 시스템과 관련하여 설명된 바와 같이 프로세싱될 수 있다. 일부 예에서, 증기 처리 시스템(22)으로부터의 비-응축성 가스(129)는 에너지 회수 목적을 위해 열 교환기 또는 다른 장치 또는 시스템으로 라우팅될 수 있다. 예를 들어, 증기 처리 시스템(22)으로부터의 비-응축성 가스(129)는, 예를 들어, 가열 시스템(PRU)(12)으로의 도입을 위해 고밀화된 플라스틱 용융물의 생성을 돕기 위해 혼합, 가열 및 압축 장치(20)(예를 들어, 예비-용융 압출기)에 열을 공급하는 것과 같은, 본 명세서에 기술된 폐 플라스틱을 프로세싱하는 시스템 및 방법의 다른 양태를 위해 열을 공급하기 위해 열 교환기로 라우팅될 수 있다. 다른 예에서, 증기 처리 시스템(22)으로부터의 비-응축성 가스(129)는 관련 없는 목적을 위해 에너지를 공급하기 위해 열 교환기 또는 다른 에너지 회수 디바이스로 라우팅될 수 있다.
다단계 응축기/분리기가 본 명세서에 도시되고 설명되지만, 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법은 다단계 응축 및 분리의 사용으로 제한되지 않고, 다른 예에서, 단일 단계 응축 및 분리 장치를 포함하거나 증류 기술 등을 통해 하나 이상의 요망되는 생성물을 응축 및 분리하기 위한 다른 잘 알려진 시스템 및 기술을 이용할 수 있는 것으로 이해된다.
탄화수소 오일 생성물 스트림은 생성물 저장 또는 수송 전에 생성물 필터(150) 및 생성물 냉각기(151)에 의해 여과 및 냉각될 수 있다. 또한, 일부 실시형태에서, 본 명세서에 논의된 생성물 스트림을 정제하거나 상기 스트림을 특정 탄화수소 컷으로 분별하기 위해 하류 프로세싱이 제공될 수 있다. 이러한 목적을 위한 프로세스 유닛은 증류, 용매 추출, 흡착, 및 촉매 처리 유닛을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다.
상기 논의된 바와 같이, 시스템(100)은 PRU(112)로부터 산출된 탄화수소 가스 스트림(116)을 수용하고 추가 프로세싱을 위해 타르 열분해 반응기(160)로 라우팅하기 위해 타르 생성물(123)을 응축시키도록 구성된 제1 켄칭 장치(122)를 포함할 수 있다. 타르 생성물(123)의 공급물은 후속 프로세싱 또는 사용을 위해 타르 탱크(162)에 일시적으로 저장될 수 있다. 타르 생성물(123)의 일부는 시스템(100)으로부터 유출되고 타르 유출 라인(164)을 통해 에너지 회수 유닛 또는 적절한 처분 시스템으로 라우팅될 수 있다. 타르 생성물(123)의 적어도 일부는 타르 생성물(123)을 제2 탄화수소 가스 스트림(166) 및 제2 고체 잔류물 스트림(168)으로 열분해시키기 위해 타르 열분해 반응기(160)로 라우팅될 수 있다. 제2 고체 잔류물 스트림(168)은 제1 고체 잔류물 스트림(118)과 조합되고 적절한 폐기물 처분 시스템(169)으로 라우팅될 수 있다.
유리하게는, 시스템(100)은 타르 열분해 반응기(160)로부터 산출된 제2 탄화수소 가스 스트림(166)을 수용하고 추가의 탄화수소 생성물(172)을 응축시키도록 구성된 제2 켄칭 장치(170)를 추가로 포함할 수 있다. 추가의 탄화수소 생성물(172)은 상기 논의된 바와 같은 추가 프로세싱을 위해 타르 열분해 반응(160)으로의 재진입을 위해 제1 켄칭 장치(122)로부터 산출된 타르 생성물(123)과 조합될 수 있다. 이러한 방식으로, 공급원료의 일부는 타르 열분해 반응기(160)에 의해 연속적으로 정제되어 특별히 정제된 탄화수소 기반 오일 생성물을 제공할 수 있다.
제2 켄칭 장치(170)는 또한 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림(174)을 배출하도록 구성될 수 있다. 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림(174)은 제1 켄칭 장치(122)로부터의 변경된 탄화수소 가스 스트림(128)과 조합될 수 있고, 상기 논의된 바와 같은 추가 프로세싱을 위해 제1 및 제2 응축기 및 분리기(140, 141)로 라우팅될 수 있다. 또한, 제2 켄칭 장치(170)는 타르 열분해 반응기(160)로부터 산출된 제2 탄화수소 가스 스트림(166)으로부터 추가의 탄화수소 생성물(172)의 응축을 돕기 위해 응축기 및 분리기(140, 141)로부터의 경질 탄화수소 생성물(143) 및/또는 탄화수소 오일 생성물(126)의 일부를 수용하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 폐 플라스틱 공급원료의 공급물은 하나 이상의 오염원(예를 들어, 할라이드 함유 플라스틱, 예컨대, PVC, 폴리머 첨가제, 식품, 토양, 염 및 기타 환경 공급원으로부터의 오염물)으로부터의 상당한 양의 할라이드 화합물(예를 들어, 염화수소) 또는 헤테로원자(예를 들어, 황, 인)를 포함할 수 있다. 유리하게는, 본 명세서에 기재된 시스템의 실시형태는 공급원료에 개질제(181)의 도입이 폐 플라스틱 물질(114) 및 그 안의 임의의 오염물을 열분해할 수 있도록 하는 개질제 공급 어레인지먼트(180)를 포함할 수 있다. 개질제(181)는, 예를 들어, 알칼리 토류 옥사이드 및/또는 하이드록사이드, 철의 옥사이드, 및/또는 알루미늄의 옥사이드를 포함할 수 있다. 특히, 개질제(181)는, 예를 들어, 산화칼슘(CaO); 수산화칼슘(Ca(OH)2); 산화제2철(Fe2O3); 및 알루미나(Al2O3) 중 적어도 하나를 포함한다. 개질제(181)는 균질한 분말 또는 입자; 고체 기판 상의 지지된 물질; 또는 슬러리의 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 개질제(181)는 물, 탄화수소, 또는 탄화수소 혼합물 형태의 용매를 갖는 슬러리의 형태로 제공될 수 있다. 개질제(181)는 조합된 폐 플라스틱 공급원료 및 개질제의 1 중량% 내지 10 중량%, 또는 조합된 폐 플라스틱 공급원료 및 개질제의 3 중량% 내지 4 중량%, 또는 조합된 폐 플라스틱 공급원료 및 개질제의 약 3.5 중량%의 농도로 제공될 수 있다.
유리하게는, 개질제(181)는 플라스틱 물질(121)의 고밀화된 용융물을 형성하기 위해 폐 플라스틱 기반 공급원료(114)의 공급물의 혼합, 가열 및 압축 전에 폐 플라스틱 기반 공급원료와 조합될 수 있다. 예를 들어, 폐 플라스틱 기반 공급원료(114)의 공급물 및 개질제(181)는 안에 개질제가 산재된 플라스틱 물질의 특히 유리하게 고밀화된 용융물을 제공하기 위해 열분해 반응기(112)에 도입 전에 혼합, 압축 및 적어도 약 200℃까지 가열될 수 있다. 또한, 폐 플라스틱 기반 공급원료(114) 및 개질제(181)는 폐 플라스틱 기반 공급원료(114) 및 개질제(181)로부터 산소를 실질적으로 감소 또는 제거하기 위해 에어록(182)을 통해 공급될 수 있다. 이러한 방식으로, 플라스틱 물질(121)의 고밀화된 용융물은 무산소 또는 저산소 조건 하에 플라스틱 물질(121)의 고밀화된 용융물을 열분해 반응기(112)에 공급하기 전에 플라스틱 물질(121)의 고밀화된 용융물 전체에 걸쳐 혼합된 개질제를 포함할 수 있다. 에어록(182)이 도 2에 별도의 구성요소 또는 서브-시스템으로서 개략적으로 도시되어 있지만, 에어록(182)은 열분해 동안 열분해 반응기(112) 내에 무산소 또는 저산소 조건을 제공하기 위해, 사용될 때, 혼합, 가열 및 압축 장치(예를 들어, 예비-용융 압출기)(120)에 또는 열분해 반응기(112)에 통합될 수 있다.
개질제(181)는 혼합, 가열 및 압축 장치(예를 들어, 예비-용융 압출기)(120)에 도입되기 전에 폐 플라스틱 기반 공급원료(114)와 혼합될 수 있거나, 혼합, 가열 및 압축 장치(예를 들어, 예비-용융 압출기)(120) 자체 내에서 폐 플라스틱 기반 공급원료와 혼합될 수 있다. 다른 덜 유리한 예에서, 개질제(181)는 열분해 반응기(112) 자체 내에서 플라스틱 물질과 혼합되도록 플라스틱 물질(121)의 고밀화된 용융물과 별도로 열분해 반응기(112)에 공급될 수 있다. 또한, 혼합, 가열 및 압축 장치(예를 들어, 예비-용융 압출기)(120)가 생략될 수 있는 실시형태에서, 개질제(181)는 폐 플라스틱 기반 공급원료(114)와 조합될 수 있고, 물질을 열분해 반응기(112)에 도입하기 전에 예비-용융을 생략할 수 있다.
임의의 경우에, 개질제(181)와 혼합된 폐 플라스틱 공급원료(114)의 열분해 시, 열분해 반응기(112)는 (상기 논의된 바와 같이) 프로세싱을 위한 탄화수소 가스 스트림(116) 및 고체 잔류물 스트림(118)을 산출하도록 구성된다. 유리하게는, 이러한 경우에, 고체 잔류물 스트림(118)은 개질제(181)와 할라이드 화합물 또는 헤테로원자의 상호작용을 통한 폐 플라스틱 기반 공급원료(114)의 실질적인 부분의 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함한다. 이와 같이, 개질제(181)의 첨가는 생성물 스트림으로부터 할라이드 화합물 및 헤테로원자를 효과적으로 제거함으로써 특별히 정제된 탄화수소 기반 오일 생성물을 제공하는 것을 도울 수 있다.
전술한 바와 같이, 폐 플라스틱을 프로세싱하는 다양한 방법이 제공될 수 있음이 이해될 것이다.
예시적인 일 실시형태에 따르면, 폐 플라스틱을 프로세싱하는 방법은 하나 이상의 오염원으로부터의 상당한 양의 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함하는 폐 플라스틱 기반 공급원료의 공급물을 혼합, 가열 및 압축하는 단계; 개질제를 포함하는 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 형성하기 위해 폐 플라스틱 기반 공급원료와 함께 혼합, 가열 및 압축되는 알칼리 토류 옥사이드 및/또는 하이드록사이드, 철의 옥사이드, 및/또는 알루미늄의 옥사이드를 포함하는 개질제를 제공하는 단계; 개질제를 포함하는 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 열분해 반응기에 공급하는 단계; 탄화수소 가스 스트림 및 고체 잔류물 스트림을 생성하기 위해 열분해 반응기 내에서 개질제를 포함하는 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 열분해시키는 단계로서, 고체 잔류물 스트림은 개질제와 할라이드 화합물 또는 헤테로원자의 상호작용을 통한 폐 플라스틱 기반 공급원료의 실질적인 부분의 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함하는, 상기 혼합, 가열 및 압축하는 단계; 및 열분해 반응기로부터 산출된 탄화수소 가스 스트림으로부터 탄화수소 기반 생성물을 응축시키는 단계를 포함하는 것으로서, 요약될 수 있다.
개질제를 제공하는 단계는 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 형성하기 위해, 폐 플라스틱 기반 공급원료의 공급물의 혼합, 가열 및 압축 전 또는 동안에 폐 플라스틱 기반 공급원료와 개질제를 혼합하는 것을 포함할 수 있으며, 이에 따라, 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물은 열분해 반응기에 개질제를 포함하는 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 공급하기 전에 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물 전반에 걸쳐 혼합된 개질제를 포함한다.
방법은, 폐 플라스틱으로부터 산소를 실질적으로 감소 또는 제거하기 위해, 폐 플라스틱 기반 공급원료의 공급물 및 개질제를 혼합, 가열 및 압축하기 전에, 폐 플라스틱 기반 공급원료의 공급물 및 개질제를 에어록을 통해 통과시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
방법은 켄칭 장치를 이용하여 열분해 반응기로부터 산출된 탄화수소 가스 스트림으로부터 타르 생성물을 응축시키는 단계, 및 제2 탄화수소 가스 스트림 및 제2 고체 잔류물 스트림을 생성하기 위해 열분해 반응기와 별개의 제2 열분해 반응기로 타르 생성물을 라우팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방법은 제2 켄칭 장치를 이용하여 제2 열분해 반응기로부터 산출된 제2 탄화수소 가스 스트림으로부터 탄화수소 생성물을 응축하는 단계, 및 추가 프로세싱을 위한 제2 열분해 반응기로 탄화수소 생성물을 라우팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 방법은 켄칭 장치로부터 변경된 탄화수소 가스 스트림을 배출하는 단계; 제2 켄칭 장치로부터 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림을 배출하는 단계; 및 하나 이상의 응축기에 의한 추가 처리를 위해 켄칭 장치로부터의 변경된 탄화수소 가스 스트림과 제2 켄칭 장치로부터의 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림을 조합하는 단계를 포함할 수 있다.
폐 플라스틱을 프로세싱하는 방법의 또 다른 예시적인 실시형태는 제1 탄화수소 가스 스트림 및 제1 고체 잔류물 스트림을 생성하기 위해 제1 열분해 반응기 내에서 폐 플라스틱 공급원료의 공급물을 열분해시키는 단계; 제1 켄칭 장치를 이용하여 제1 열분해 반응기로부터 산출된 제1 탄화수소 가스 스트림으로부터 타르 생성물을 응축하는 단계; 제1 캔칭 장치로부터 제1 변경된 탄화수소 가스 스트림을 배출하는 단계; 제2 탄화수소 가스 스트림 및 제2 고체 잔류물 스트림을 생성하기 위해 제2 열분해 반응기 내에서 타르 생성물을 열분해시키는 단계; 제2 켄칭 장치를 이용하여 제2 열분해 반응기로부터 산출된 제2 탄화수소 가스 스트림으로부터 추가의 탄화수소 생성물을 응축하는 단계; 제2 켄칭 장치로부터 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림을 배출하는 단계; 조합된 변경된 탄화수소 가스 스트림을 형성하기 위해 제1 켄칭 장치로부터의 제1 변경된 탄화수소 가스 스트림과 제2 켄칭 장치로부터의 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림을 조합하는 단계; 및 하나 이상의 응축기를 이용하여 조합된 변경된 탄화수소 가스 스트림으로부터 탄화수소 오일 생성물을 응축시키는 단계를 포함하는 것으로서 요약될 수 있다.
또한, 방법은 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 형성시키기 위해 폐 플라스틱 공급원료의 공급물을 혼합, 가열 및 압축하는 단계; 및 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 제1 열분해 반응기에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 방법은 열분해 반응기로의 도입을 위해 폐 플라스틱 기반 공급원료와 함께 혼합, 가열 및 압축될 알칼리 토류 옥사이드 및/또는 하이드록사이드, 철의 옥사이드, 및/또는 알루미늄의 옥사이드를 포함하는 개질제를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 방법은 예비-용융 없이 제1 열분해 반응기 내에서 열분해 처리를 위해 폐 플라스틱 공급원료와 조합될 알칼리 토류 옥사이드 및/또는 하이드록사이드, 철의 옥사이드, 및/또는 알루미늄의 옥사이드를 포함하는 개질제를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 시스템 및 방법의 양태는 다양한 플라스틱 유형을 포함하는 혼합된 폐 플라스틱을 처리하거나, 예를 들어, 모노머(예를 들어, 스티렌) 생성물을 회수할 수 있는 주로 폐 폴리스티렌의 공급원료와 같은, 주로 하나 이상의 특정 폐 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있는 폐 플라스틱 공급원료를 처리하는 것에 적용될 수 있다는 것으로 이해된다.
또한, 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법의 양태는 폐 플라스틱의 공급물을 수용하고 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 산출하기 위한 전술한 혼합, 가열 및 압축 장치(예를 들어, 예비-용융 압출기)(20, 120)를 포함할 수 있거나, 다른 경우에, 공급원료가 예비-용융을 거치지 않고, 가열 시스템 또는 열분해 반응기(예를 들어, PRU)(12, 112) 내에 직접적으로 공급될 수 있는 것으로 이해된다.
또한, 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법 전체에 걸쳐 생성된 다양한 응축된 생성물 스트림은 추가 프로세싱을 위해 가열 시스템 또는 열분해 반응기(PRU)(12, 112) 내에 재도입되도록 가열 시스템 또는 열분해 반응기(PRU)(12, 112)로 역으로 라우팅될 수 있거나, 상기 생성물 스트림의 추가적인 컨디셔닝과 함께 또는 이의 없이 다른 곳에서 라우팅되거나 별도의 생성물로서 판매될 수 있는 것으로 이해된다.
시스템의 추가적인 구성요소, 특징 및 기능은 도면에 제공된 상세한 개략도를 검토하면 관련 기술 분야의 당업자에게 자명해질 것이다.
또한, 당업자는, 본 명세서에 제시된 기본 원리를 벗어나지 않고 본 명세서에 기술되고 예시된 실시형태의 세부사항에 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 다양한 실시형태 또는 이의 특징의 임의의 적합한 조합이 고려된다. 예를 들어, 다양한 실시형태는 배치 모드, 연속 배치 모드, 또는 연속 모드 중 하나 이상으로 작동하도록 구성될 수 있다. 다른 또는 추가의 실시형태는 진공 조건, 대기압 조건, 또는 양압 조건 중 하나 이상 하에 작동하도록 구성된 다른 구성요소 및/또는 응축기 시스템을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 임의의 방법은 기재된 방법을 수행하기 위한 하나 이상의 단계 또는 동작을 포함한다. 방법 단계 및/또는 동작은 서로 교환될 수 있다. 다시 말해서, 실시형태의 적절한 작동을 위해 특정 순서의 단계 또는 동작이 요구되지 않는 한, 특정 단계 및/또는 동작의 순서 및/또는 사용이 변경될 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐, "하나의 실시형태", "일 실시형태" 또는 "실시형태"에 대한 임의의 언급은 그 실시형태와 관련하여 기재된 특정 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 실시형태에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 인용된, 발췌된 어구 또는 이의 변형예는 반드시 모두 동일한 실시형태를 지칭하는 것은 아니다.
유사하게, 상기 실시형태의 설명에서, 다양한 특징은 때때로 본 개시내용을 간소화할 목적으로 단일 실시형태, 도면, 또는 이의 설명으로 함께 그룹화되는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 이러한 개시 방법은 임의의 청구항이 그 청구항에서 명시적으로 인용된 것보다 더 많은 특징을 필요로 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 본 발명의 양태는 임의의 단일의 전술한 개시된 실시형태의 모든 특징보다 적은 특징이 조합되어 있다. 본 명세서에 기재된 기본 원리로부터 벗어남이 없이 전술한 실시형태의 세부사항에 변경이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다.
2020년 12월 10일에 출원된 미국 특허 가출원 제63/123,965호는 그 전체가 본 명세서에 참조에 의해 원용된다.
Claims (29)
- 탄화수소 기반 생성물을 형성시키기 위해 폐 플라스틱 기반 공급원료를 프로세싱하는 방법으로서,
상기 폐 플라스틱 기반 공급원료의 공급물을 혼합, 가열 및 압축하는 단계로서, 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료는 하나 이상의 오염원으로부터의 상당한 양의 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함하는, 상기 혼합, 가열 및 압축하는 단계;
개질제(amendment)를 포함하는 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 형성시키기 위해, 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료와 함께 혼합, 가열 및 압축되는 알칼리토류 옥사이드 및/또는 하이드록사이드, 철의 옥사이드, 및/또는 알루미늄의 옥사이드를 포함하는 개질제를 제공하여 단계;
열분해 반응기에 상기 개질제를 포함하는 상기 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 공급하는 단계;
탄화수소 가스 스트림 및 고체 잔류물 스트림을 생성시키기 위해, 상기 열분해 반응기 내에서 상기 개질제를 포함하는 상기 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 열분해시키는 단계로서, 상기 고체 잔류물 스트림은 상기 개질제와 상기 할라이드 화합물 또는 헤테로원자의 상호작용을 통한 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료의 실질적인 부분의 상기 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함하는, 상기 열분해시키는 단계; 및
상기 열분해 반응기로부터 산출된 상기 탄화수소 가스 스트림으로부터 상기 탄화수소 기반 생성물을 응축시키는 단계
를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 개질제가 산화칼슘(CaO); 수산화칼슘(Ca(OH)2); 산화제2철(Fe2O3); 및 알루미나(Al2O3) 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 개질제를 제공하는 단계가, 상기 열분해 반응기에 상기 개질제를 포함하는 상기 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 공급하기 전에 상기 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물이 상기 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물 전반에 걸쳐 혼합된 개질제를 포함하도록, 상기 공급된 개질제를 포함하는 상기 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 형성하기 위해, 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료의 공급물을 혼합, 가열 및 압축 전에 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료와 상기 개질제를 혼합하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 개질제를 제공하는 단계가, 상기 열분해 반응기에 상기 공급된 개질제를 포함하는 상기 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 공급하기 전에 상기 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물이 상기 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물 전반에 걸쳐 혼합된 개질제를 포함하도록, 상기 공급된 개질제를 포함하는 상기 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 형성하기 위해, 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료의 공급물을 혼합, 가열 및 압축 동안에 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료와 상기 개질제를 혼합하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 개질제를 제공하는 단계가 상기 개질제를 균질한 분말 또는 입자; 고체 기판 상의 지지된 물질; 또는 슬러리의 형태로 제공하는 것을 포함하는, 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 개질제가 물, 탄화수소, 또는 탄화수소 혼합물 형태의 용매를 갖는 슬러리의 형태로 제공되는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 개질제를 제공하는 단계가 조합된 폐 플라스틱 공급원료 및 개질제의 1 중량% 내지 10 중량%의 농도로 상기 개질제를 제공하는 것을 포함하는, 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 개질제를 제공하는 단계가 상기 조합된 폐 플라스틱 공급원료 및 개질제의 3 중량% 내지 4 중량%의 농도로 상기 개질제를 제공하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 폐 플라스틱 기반 공급원료의 공급물 및 상기 개질제를 혼합, 가열 및 압축하기 전에, 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료 및 상기 개질제로부터 산소를 실질적으로 감소 또는 제거하기 위해 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료의 공급물 및 상기 개질제를 에어록(airlock)을 통해 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제9항에 있어서, 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료의 공급물 및 상기 개질제를 혼합, 가열 및 압축하는 단계가, 상기 열분해 반응기에 도입하기 전에, 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료의 공급물 및 상기 개질제를 적어도 약 200℃까지 가열하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 열분해 반응기가 제1 열분해 반응기로서 작용하며, 상기 방법은,
켄칭 장치를 사용하여, 상기 제1 열분해 반응기로부터 산출된 상기 탄화수소 가스 스트림으로부터 타르 생성물을 응축시키는 단계, 및 제2 탄화수소 가스 스트림 및 제2 고체 잔류물 스트림을 생성시키기 위해 상기 타르 생성물을 상기 제1 열분해 반응기와 별개의 제2 열분해 반응기로 라우팅시키는(routing) 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제11항에 있어서,
제2 켄칭 장치를 사용하여, 상기 제2 열분해 반응기로부터 산출된 상기 제2 탄화수소 가스 스트림으로부터 탄화수소 생성물을 응축시키는 단계, 및 추가 프로세싱을 위해 상기 제2 열분해 반응기로 상기 탄화수소 생성물을 라우팅시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제11항에 있어서, 상기 켄칭 장치가 제1 켄칭 장치로서 작용하며, 상기 방법은,
상기 제1 켄칭 장치로부터 변경된 탄화수소 가스 스트림을 배출하는 단계;
상기 제2 켄칭 장치로부터 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림을 배출하는 단계; 및
하나 이상의 응축기에 의해, 추가 프로세싱을 위해, 제1 켄칭 장치로부터의 상기 변경된 탄화수소 가스 스트림 및 상기 제2 켄칭 장치로부터의 상기 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림을 조합하는 단계
를 추가로 포함하는, 방법. - 폐 플라스틱 기반 공급원료를 프로세싱하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은,
상기 폐 플라스틱 공급원료의 공급원을 수용하고 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 산출하도록 구성된 혼합, 가열 및 압축 장치로서, 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료는 하나 이상의 오염원으로부터의 상당한 양의 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함하는, 혼합, 가열 및 압축 장치;
개질제를 포함하는 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 형성하기 위해 상기 혼합, 가열 및 압축 장치에서 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료와 함께 혼합, 가열 및 압축될 알칼리 토류 옥사이드 및/또는 하이드록사이드, 철의 옥사이드, 및/또는 알루미늄의 옥사이드를 포함하는 개질제를 제공하기 위한 개질제 공급 어레인지먼트(amendment feed arrangement);
상기 개질제를 포함하는 상기 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 수용하고, 상기 개질제를 포함하는 상기 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 열분해시키고, 탄화수소 가스 스트림 및 고체 잔류물 스트림을 산출하도록 구성된 열분해 반응기로서, 상기 고체 잔류물 스트림은 상기 개질제와 상기 할라이드 화합물 또는 헤테로원자의 상호작용을 통한 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료의 실질적인 부분의 상기 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함하는, 열분해 반응기; 및
상기 열분해 반응기로부터 산출된 상기 탄화수소 가스 스트림으로부터 탄화수소 기반 오일 생성물을 응축하도록 구성된 적어도 하나의 응축기
를 포함하는, 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 폐 플라스틱 기반 공급원료 및 상기 개질제로부터 산소를 실질적으로 감소 또는 제거하기 위한, 혼합, 가열 및 압축 장치의 상류에 위치한 에어록을 추가로 포함하는, 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 열분해 반응기로부터 산출된 상기 탄화수소 가스 스트림을 수용하고 타르 생성물을 응축시키고, 제1 변경된 탄화수소 가스 스트림을 배출하도록 구성된 제1 켄칭 장치;
상기 타르 생성물을 수용하고, 상기 타르 생성물을 열분해시키고, 제2 탄화수소 가스 스트림 및 제2 고체 잔류물 스트림을 산출하도록 구성된 제2 열분해 반응기; 및
상기 제2 열분해 반응기로부터 산출된 상기 제2 탄화수소 가스 스트림을 수용하고 추가의 탄화수소 생성물을 응축시키고, 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림을 배출하도록 구성된 제2 켄칭 장치
를 추가로 포함하되, 상기 적어도 하나의 응축기는 상기 제1 및 제2 켄칭 장치로부터 상기 제1 변경된 탄화수소 가스 스트림 및 상기 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림을 수용하고 상기 탄화수소 기반 오일 생성물을 응축시키도록 구성되는, 시스템. - 제15항에 있어서, 재순환 라인이 상기 제2 켄칭 장치로부터 추가 프로세싱을 위한 상기 제2 열분해 반응기로 상기 추가의 탄화수소 생성물을 라우팅시키도록 배열되는, 시스템.
- 폐 플라스틱 공급원료를 프로세싱하는 방법으로서, 상기 방법은,
제1 탄화수소 가스 스트림 및 제1 고체 잔류물 스트림을 생성하기 위해, 제1 열분해 반응기 내에서 상기 폐 플라스틱 공급원료의 공급물을 열분해시키는 단계;
제1 켄칭 장치를 사용하여, 상기 제1 열분해 반응기로부터 산출된 상기 제1 탄화수소 가스 스트림으로부터 타르 생성물을 응축시키는 단계;
상기 제1 켄칭 장치로부터 제1 변경된 탄화수소 가스 스트림을 배출하는 단계;
제2 탄화수소 가스 스트림 및 제2 고체 잔류물 스트림을 생성하기 위해, 제2 열분해 반응기 내에서 상기 타르 생성물을 열분해시키는 단계;
제2 켄칭 장치를 사용하여, 상기 제2 열분해 반응기로부터 산출된 상기 제2 탄화수소 가스 스트림으로부터 추가의 탄화수소 생성물을 응축시키는 단계;
상기 제2 켄칭 장치로부터 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림을 배출하는 단계;
조합된 변경된 탄화수소 가스 스트림을 형성하기 위해, 상기 제2 켄칭 장치로부터의 상기 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림을 상기 제1 켄칭 장치로부터의 상기 제1 변경된 탄화수소 가스 스트림과 조합하는 단계; 및
하나 이상의 응축기를 사용하여 상기 조합된 변경된 탄화수소 가스 스트림으로부터 탄화수소 오일 생성물을 응축시키는 단계
를 포함하는 방법. - 제18항에 있어서,
상기 추가의 탄화수소 생성물을 상기 제2 켄칭 장치로부터 추가 프로세싱을 위한 상기 제2 열분해 반응기로 라우팅시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제18항에 있어서,
플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 형성하기 위해 상기 폐 플라스틱 공급원료의 공급물을 혼합, 가열 및 압축하는 단계; 및
상기 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 상기 제1 열분해 반응기에 공급하는 단계
를 추가로 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서, 상기 폐 플라스틱 공급원료의 공급물이 하나 이상의 오염원으로부터의 상당한 양의 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함하며, 상기 방법은,
상기 제1 열분해 반응기로의 도입을 위해 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료와 함께 혼합, 가열 및 압축될 알칼리 토류 옥사이드 및/또는 하이드록사이드, 철의 옥사이드, 및/또는 알루미늄의 옥사이드를 포함하는 개질제를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제21항에 있어서, 상기 열분해의 결과로서, 상기 제1 고체 잔류물 스트림이 상기 폐 플라스틱에서 상기 개질제와 상기 할라이드 화합물 또는 헤테로원자의 상호작용을 통한, 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료의 실질적인 부분의 상기 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함하는, 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 폐 플라스틱 공급원료의 공급물이 하나 이상의 오염원으로부터의 상당한 양의 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함하며, 상기 방법은,
상기 제1 열분해 반응기 내에서 열분해 처리를 위해 상기 폐 플라스틱 공급원료와 조합될 알칼리 토류 옥사이드 및/또는 하이드록사이드, 철의 옥사이드, 및/또는 알루미늄의 옥사이드를 포함하는 개질제를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 폐 플라스틱 공급원료를 프로세싱하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은,
상기 폐 플라스틱 공급원료의 공급물을 수용하고, 상기 폐 플라스틱 공급원료를 열분해시키고, 제1 탄화수소 가스 스트림 및 제1 고체 잔류물 스트림을 산출하도록 구성된 제1 열분해 반응기;
상기 제1 열분해 반응기로부터 산출된 상기 제1 탄화수소 가스 스트림을 수용하고, 타르 생성물을 응축시키고, 제1 변경된 탄화수소 가스 스트림을 배출하도록 구성된 제1 켄칭 장치;
타르 생성물을 수용하고, 타르 생성물을 열분해시키고, 제2 탄화수소 가스 스트림 및 제2 고체 잔류물 스트림을 산출하도록 구성된 제2 열분해 반응기;
상기 제2 열분해 반응기로부터 산출된 상기 제2 탄화수소 가스 스트림을 수용하고, 추가의 탄화수소 생성물을 응축시키고, 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림을 배출하도록 구성된 제2 켄칭 장치; 및
상기 제1 및 제2 켄칭 장치로부터의 상기 제1 변경된 탄화수소 가스 스트림 및 상기 추가의 변경된 탄화수소 가스 스트림을 수용하고, 탄화수소 오일 생성물을 응축시키도록 구성된 적어도 하나의 응축기
를 포함하는, 시스템. - 제24항에 있어서, 재순환 라인이 상기 제2 켄칭 장치로부터 추가 프로세싱을 위한 상기 제2 열분해 반응기로 상기 추가의 탄화수소 생성물을 라우팅하도록 배열되는, 시스템.
- 제24항에 있어서,
상기 제1 열분해 반응기 이전에 상기 폐 플라스틱 공급원료의 공급물을 수용하고 상기 제1 열분해 반응기로의 공급을 위한 플라스틱 물질의 고밀화된 용융물을 산출하도록 구성된 혼합, 가열 및 압축 장치를 추가로 포함하는, 시스템. - 제26항에 있어서, 상기 폐 플라스틱 공급원료의 공급물이 하나 이상의 오염원으로부터의 상당한 양의 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함하며, 상기 시스템은,
상기 제1 열분해 반응기 내로의 후속 도입을 위해 상기 혼합, 가열 및 압축 장치에서 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료와 함께 혼합, 가열 및 압축될 알칼리 토류 옥사이드 및/또는 하이드록사이드, 철의 옥사이드, 및/또는 알루미늄의 옥사이드를 포함하는 개질제를 제공하기 위한 개질제 공급 디바이스를 추가로 포함하는, 시스템. - 제27항에 있어서, 상기 제1 열분해 반응기 내의 열분해의 결과로서, 상기 제1 고체 잔류물 스트림이 상기 폐 플라스틱 공급원료에서의 상기 개질제와 상기 할라이드 화합물 또는 헤테로원자와의 상호작용을 통한 상기 폐 플라스틱 기반 공급원료의 실질적인 부분의 상기 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함하는, 시스템.
- 제24항에 있어서, 상기 폐 플라스틱 공급원료의 공급물이 하나 이상의 오염원으로부터의 상당한 양의 할라이드 화합물 또는 헤테로원자를 포함하며, 상기 방법은,
상기 제1 열분해 반응기 내에서 열분해 처리를 위해 상기 폐 플라스틱 공급원료와 조합될 알칼리 토류 옥사이드 및/또는 하이드록사이드, 철의 옥사이드, 및/또는 알루미늄의 옥사이드를 포함하는 개질제를 제공하기 위한 개질제 공급 어레인지먼트를 추가로 포함하는, 시스템.
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