KR101891124B1 - 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법 - Google Patents
폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101891124B1 KR101891124B1 KR1020180044800A KR20180044800A KR101891124B1 KR 101891124 B1 KR101891124 B1 KR 101891124B1 KR 1020180044800 A KR1020180044800 A KR 1020180044800A KR 20180044800 A KR20180044800 A KR 20180044800A KR 101891124 B1 KR101891124 B1 KR 101891124B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pyrolysis
- olefin
- polyolefin
- plastic
- reactor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004033 plastic Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 title claims abstract description 76
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 title claims abstract description 61
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 title claims abstract description 57
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 18
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 58
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims abstract description 15
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 35
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 5
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 20
- 239000000047 product Substances 0.000 description 16
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 14
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 6
- 239000012717 electrostatic precipitator Substances 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N ethene;prop-1-ene Chemical group C=C.CC=C HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 238000000769 gas chromatography-flame ionisation detection Methods 0.000 description 1
- 238000002290 gas chromatography-mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000001165 gas chromatography-thermal conductivity detection Methods 0.000 description 1
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 description 1
- 238000001149 thermolysis Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000010920 waste tyre Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
- C10G1/10—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal from rubber or rubber waste
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C4/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms
- C07C4/02—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms by cracking a single hydrocarbon or a mixture of individually defined hydrocarbons or a normally gaseous hydrocarbon fraction
- C07C4/04—Thermal processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
- C10B53/07—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of solid raw materials consisting of synthetic polymeric materials, e.g. tyres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
- C10B57/02—Multi-step carbonising or coking processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
- B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
- B29B2017/0424—Specific disintegrating techniques; devices therefor
- B29B2017/0496—Pyrolysing the materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/141—Feedstock
- Y02P20/143—Feedstock the feedstock being recycled material, e.g. plastics
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling
-
- Y02W30/625—
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
Abstract
본 명세서에는 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면인 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법은, 오거 반응기에서의 예비적인 열분해 과정을 통해 폴리올레핀 분자의 진동 상태를 높여주어 주 열분해 반응기인 2 차 열분해 단계에서 분자쇄의 절단을 최대한으로 이루어, 그 결과 높은 수율로 에틸렌과 프로필렌을 생산할 수 있다.
Description
본 명세서에는 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법이 개시된다.
폴리올레핀(polyolefin) 플라스틱은 저렴한 가격에 비하여 우수한 물성과 범용 플라스틱 중에서 가장 많이 사용되는 열가소성 고분자이다. 대표적인 폴리올레핀 플라스틱의 예로 폴리에틸렌(polyethylene)과 폴리프로필렌(polyprophylene)을 들 수 있다. 폴리올레핀 플라스틱은 대표적인 범용플라스틱으로 현재 발생하는 폐플라스틱의 대부분을 이룬다. 불행히도 폐플라스틱 선별의 어려움으로 인해 발생하는 폐플라스틱의 상당량이 혼합된 형태로 존재하며 이들의 재활용은 대단히 어려운 것으로 나타나고 있다. 선진국 등에서는 진보된 선별 공정에 의해 단일 종의 폐플라스틱이 재활용 되지만 이 때는 압출기(extruder)를 활용하는 기계적 재활용(mechanical recycling) 수단이 적용되어 새로운 재생 폴리올레핀 그래뉼이 생산되고 있다. 하지만 이 방법도 최종적으로는 재생 플라스틱의 물성이 저하되기 ?문에 그 한계점을 나타낼 수 밖에 없다. 요약하면 혼합물로 존재하는 폐플라스틱이나 단일 종으로 존재하는 폴리올레핀 폐플라스틱의 궁극적 재활용 방법의 대두가 무엇보다도 절실하다. 열분해(thermolysis)는 이러한 문제에 해답을 줄 수 있는 가능성을 가지고 있다. 국내에서도 열분해에 대한 연구가 많이 이루어졌지만 그 결과는 의미를 둘 수 없는 경우가 많았다. 이는 대부분의 열분해가 연료 생산을 목적으로 하였기 때문이다. 열분해로 생성된 연료의 경우 염소 성분의 문제나 왁스의 문제로 인해 그 열분해유의 활용성이 제한 된다. 특히 왁스의 생산은 왁스 제거를 위한 또 다른 공정(KR 10-0489448 B1)이 필요하게 되어 전체 공정의 경제성을 저하 시키게 된다. 또 다른 열분해의 하나의 이슈는 연속적 공정의 개발이 이루어져야 한다는 것이다. 일례로 초임계 유체를 이용한 폐가교 폴리올레핀 플라스틱계 수지의 재활용 방법이 연구(KR 10-2012-0026035 A)되었으나, 이러한 기술은 회분식 반응기를 이용한 회분식 공정을 채택하여, 연속적인 재활용 공정과 대량 생산화에는 적합하지 않고, 재활용 산물의 생산량이 적다는 문제점이 있었다.
일 측면에서, 본 발명의 목적은 폴리올레핀 플라스틱으로부터 효율적으로 올레핀을 생산하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명의 목적은 폴리올레핀 플라스틱으로부터 높은 수율로 올레핀을 생산하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명의 목적은 버려지는 폐폴리올레핀 플라스틱을 효과적으로 재활용하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명의 목적은 폴리올레핀 폐플라스틱으로부터 연료유가 아닌 모노머인 올레핀을 연속적으로 생산하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법으로서, 상기 방법은, 폴리올레핀 플라스틱을 100~450℃에서 열분해하는 1차 열분해 단계; 상기 1차 열분해된 폴리올레핀 플라스틱을, 500~900℃에서 열분해하는 2차 열분해 단계를 포함하는, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법을 제공한다.
일 측면에서, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 1차 열분해는, 오거반응기에서 수행되는, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법을 제공한다.
일 측면에서, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 2차 열분해는, 유동층 반응기에서 수행되는, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법을 제공한다.
일 측면에서, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 폴리올레핀 플라스틱은, 폴리에틸렌 플라스틱을 포함하는, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법을 제공한다.
일 측면에서, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 올레핀은, 에틸렌 및 프로필렌 중 하나 이상을 포함하는, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법을 제공한다.
일 측면에서, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 올레핀은, 기체 상태의 올레핀을 포함하는, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법을 제공한다.
일 측면에서, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 방법은, 하기 식으로 표현되는 올레핀의 수율이 40 wt% 이상인, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법을 제공한다:
<수학식>
올레핀 수율(%)= 최종 열분해 산물 중 총 올레핀의 질량/최종 열분해 산물의 총 질량 X 100.
일 측면에서, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 올레핀은 에틸렌 및 프로필렌을 포함하고, 상기 방법은 하기 중 하나 이상을 포함하는, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법을 제공한다:
i) 에틸렌 수율이 35 wt% 이상; 및
ii) 프로필렌 수율이 7 wt% 이상.
본 발명의 일 측면인 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법은, 오거 반응기에서의 예비적인 열분해 과정을 통해 폴리올레핀 분자의 진동 상태 (vibration state)를 높여주어 주 열분해 반응기인 2 차 열분해 단계에서 분자쇄의 절단을 최대한으로 이루어, 그 결과 높은 수율로 에틸렌과 프로필렌을 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 올레핀 생산용 2단 열분해 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 올레핀 생산용 2 단 열분해 장치를 포함하는 폐플라스틱 처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 올레핀 생산용 2 단 열분해 장치를 포함하는 폐플라스틱 처리 시스템의 구성도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, "A 및/또는 B"는, A 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 일 측면에서, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법으로서, 상기 방법은, 상기 폴리올레핀 플라스틱을 100~450℃에서 열분해하는 1차 열분해 단계; 및 상기 1차 열분해된 폴리올레핀 플라스틱을, 500~900℃에서 열분해하는 2차 열분해 단계를 포함하는, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법은, 올레핀 생산용 2 단 열분해 장치 (100)를 사용하여, 올레핀을 생산할 수 있으며, 상기 올레핀 생산용 2단 열분해 장치는 오거 반응기 (200) 및 유동층 반응기 (300)를 포함할 수 있다.
상기 오거 반응기 (200)와 상기 유동층 반응기 (300)는 서로 직렬 연결되며, 오거 반응기(200) 뒤에 유동층 반응기 (300)가 위치한다.
본 발명의 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는데 사용되는 올레핀 생산용 2 단 열분해 장치(100) 중 오거 반응기(200) 내부로 폴리올레핀 플라스틱 또는 폴레올레핀을 포함하는 플라스틱 혼합물이 투입되면, 오거 반응기(200)에서는 1차 열분해에 의하여, 투입된 폴리올레핀 플라스틱 또는 폴리올레핀 플라스틱 함유 플라스틱 혼합물은 높아진 온도에 의해 (즉 열에너지 공급에 의해) 높은 진동 상태(vibration state)로 존재하게 된다,
이렇게 높은 진동 상태를 가진 폴리올레핀 플라스틱 또는 폴리올레핀 플라스틱 함유 플라스틱 혼합물(이하, 1차 열분해 산물이라고 함)은 오거 반응기를 떠나 바로유동층 반응기(300)로 자연스럽게 투입된다. 유동층 반응기(300)로 유입된 1차 열분해 산물은 높은 진동 상태 ?문에 폴리올레핀 플라스틱 구성 원소(element) 간의 결합 길이가 길어지게 되고 그 결과 분자간 결합력이 떨어져, 종래의 폴리올레핀 플라스틱 분해 방법과 달리, 분자쇄 결합을 깨어지기 용이한 상태가 될 수 있다(아래 그림 1 참조).
<그림 1>
상기와 같이 높아진 진동 상태 때문에 분자쇄가 더욱 짧게 끊어지는 열분해가 유동층 반응기 내에서 이루어지게 되며 그 결과 액체, 기체 상태인 탄화수소 화합물과 열분해 촤(char)등의 전형적 산물 중 짧은 탄소수를 가지는 기체의 수율이 획기적으로 늘어난다.
상기 유동층 반응기(300)는 생성된 산물이 배출되는 배출부(미도시)를 포함하는 것일 수 있다.
상기 2 단 열분해 장치(100)는 온도 조절 장치(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 상기 온도 조절 장치는 상기 오거 반응기(200) 및 상기 유동층 반응기(300) 각각의 온도를 독립적으로 변화시킬 수 있는 것이 바람직하다. 상기 온도 조절 장치는 온도 검출부, 온도 조절부, 및 가열부를 포함할 수 있다.
상기 1차 열분해 단계는, 100℃ 내지 450℃에서 수행될 수 있다. 상기 1차 열분해는, 바람직하게, 150℃ 내지 400℃, 더욱 바람직하게, 200℃ 내지 350℃, 더욱 바람직하게, 250℃ 내지 350℃, 더욱 바람직하게 280℃ 내지 320℃에서, 수행될 수 있다.
상기 온도 범위에서, 폴리올레핀 플라스틱인의 진동 상태를 극대화할 수 있다.
또한, 상기 2차 열분해 단계는, 500℃ 내지 900℃에서 수행될 수 있다. 상기 2차 열분해는, 바람직하게, 550℃ 내지 900℃, 더욱 바람직하게, 550℃ 내지 850℃, 더욱 바람직하게, 600℃ 내지 800℃, 더욱 바람직하게 650℃ 내지 750℃, 더욱 바람직하게 680℃ 내지 720℃에서, 수행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 폐플라스틱 처리 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 올레핀 생산 시스템은 2 단 열분해 장치(100), 폴리올레핀 플라스틱 공급 시스템 (400), 열분해 촤 분리 시스템 (500), ?칭 시스템(600, 600'), 임팩트 분리기(700, 700'), 전기집진기(800, 800') 및 기체 순환 시스템(미도시)을 포함한다.
상기 폴리올레핀 플라스틱 공급 시스템(400)은 폴리올레핀 플라스틱이 저장되는 사일로(silo, 410), 폴레올레핀을 상기 오거 반응기(200)로 전달하기 위한 하나 이상의 스크류 공급 장치(420, 430)를 포함할 수 있으며, 상기 사일로(410) 및 상기 스크류 공급 장치 (420)는 기체투입부(미도시)을 포함한다. 상기 스크류 공급 장치는 하나 이상, 예를 들어, 두 개를 직렬로 연결하여 사용할 경우 폴리올레핀 플라스틱의 공급을 안정적으로 수행할 수 있다.
상기 열분해 촤 분리 시스템(500)은 하나 이상의 필터(510, 520)를 포함할 수 있으며, 약 1 ㎛ 이상 또는 약 1 ㎛ 내지 약 100,000 ㎛으로 입자 크기가 큰 열분해 촤 입자를 캡쳐할 수 있다. 상기 필터는 사이클론 필터 및/또는 세라믹 필터일 수 있다.
상기 ?칭 시스템(600, 600')은 하나 이상의 콘덴서(610, 620)를 포함하며, 상기 콘덴서는 약 0℃ 내지 약 50℃ 및/또는 약 0℃ 내지 약 -50℃의 온도로 오거 반응기(200) 또는 유동층 반응기(300)로부터 배출된 기체 산물을 냉각시킨다. 이 과정에서 액체로의 응축이 진행되고, 비응축 기체는 기체 순환 시스템에 의해 순환될 수 있다.
상기 임팩트 분리기(700, 700')는 상기 ?칭 시스템(600, 600') 이후에 연결되어 큰 분자량의, 예를 들어, 중량평균분자량이 약 500 g/mole 이상 또는 약 500 g/mole 내지 약 50,000 g/mole인 화합물 기체를 효율적으로 캡쳐할 수 있다.
상기 전기집진기(800, 800')는 임팩트 분리기(700, 700') 후에 설치되어 기체 중의 에어로졸을 제거하는 역할을 한다.
상기 기체 순환 시스템에 의해 비응축 기체는 순환되어 유동층 반응기(300) 등으로 순환될 수 있다. 이때 컴프레셔(compressor)가 이용될 수 있으나, 필수는 아니다.
본 발명의 올레핀 2 단 열분해 장치는 생성 가스 중 일부를 폐플라스틱 공급 시스템(400)의 사일로(410)에 투입하여 폐플라스틱의 순탄한 공급을 돕는다.
도2에는 온도, 압력 등의 물리량이나 화합물의 화학량을 검지하는 TIR (thermal infrared sensor), PIR (passive infrared sensor)과 같은 적외선 센서, 모터 (M), 및 앞서 설명되지 않은 구성들이 표시되어 있으나, 이러한 적외선 센서, 모터 및 앞서 설명되지 않은 구성들은 본 발명의 일 구현예에 따른 폐타이어 처리 시스템에서 필수가 아니다. 도 2는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시한 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
일 측면에서, 상기 1차 열분해는, 오거 반응기에서 수행될 수 있으며, 상기 2차 열분해는 유동층 반응기에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 올레핀은, 폴리올레핀 플라스틱을 구성하는 올레핀 모노머, 즉 알켄류(alkenes)를 의미할 수 있다.
일 측면에서, 상기 올레핀은, 에틸렌 및 프로필렌 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 측면에서, 상기 올레핀은 기체 상태의 올레핀을 포함할 수 있다.
한편, 상기 폴리올레핀 플라스틱은, 폴리올레핀 플라스틱을 함유하는 혼합 플라스틱을 포함할 수 있다.
상기 폴리올레핀 플라스틱은, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 중 하나 이상을 포함하는 플라스틱을 의미할 수 있다.
일 측면에서, 상기 방법은, 하기 식으로 표현되는 올레핀의 수율이 40 wt% 이상인, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법일 수 있다:
<수학식>
올레핀 수율= 최종 열분해 산물 중 총 올레핀의 질량/최종 열분해 산물의 총 질량 (100% 전환율).
구체적으로, 상기 올레핀은 에틸렌 및 프로필렌을 포함하고, 상기 방법은 하기 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
i) 에틸렌 수율이 35 wt% 이상; 및
ii) 프로필렌 수율이 7 wt%이상.
상기 에틸렌과 프로필렌의 수율은, 최종 열분해 산물의 총 질량 대비 최종 열분해 산물 중 총 에틸렌/프로필렌의 질량의 비율로 계산할 수 있다.
또한, 상기 방법에 의하면, 에틸렌과 프로필렌 생산 시 스팀이 불필요하고, 낮은 온도에서 효과적으로 에틸렌과 프로필렌을 생산할 수 있다는 이점이 있다.
이하, 실시예 및 시험예를 들어 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예 및 시험예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 발명의 범주 및 범위가 하기 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
1. 시료의 준비
투입된 시료는 폐폴리에틸렌으로 99.9 wt%가 휘발성 물질이며 그 크기는2-4 mm 이다.
2. 실험 조건
본 실시에서, 2 단 열분해 장치는 오거 반응기 및 유동층 반응기를 포함한다. 오거 반응기는 유동층 반응기 전에 직접 연결된다. 2 단 열분해 장치를 이용한 실험은 오거 반응기에서의 염소 제거를 위해 고려되었다. 오거 반응기의 반응온도는 실시 예에서는 300 ℃이었으며 유동층 반응기 온도는 700℃ 이었다.
실험은 약 2 g/min의 속도로 시료를 투입하여 시작되었다. 총 시료 중량은 200 g이었고 실험의 운용 시간은 약 100 분이었다. 운용 전에, 열분해 장치는 질소 기체로 1 시간 동안 퍼지 되었다. 반응로는 퍼지 후, 전기로에 의해 결정된 반응온도까지 가열되었다. 규사 1.2 kg이 유동상 물질로서 사용되었다. 유동층 반응기의 속도로는, 최소 유동화 속도의 3 배가 각 실험의 유속이었다. 오거 반응기에서, 공급 재료의 체류 시간은 약 10 분이었다.
3. 열분해 장치 플랜트
도 2에 나타난 바와 같이, 2 단 열분해 장치는 오거 반응기가 유동층 반응기 전에 연결된 것이다. 실시예는 2 단 열분해 장치에서 실시되었다. 사일로(410)에서 오거 반응기를 거쳐 액체 산물 수집 장치까지 질소 기체 스트림이 통과되도록 하였다.
오거 반응기는 내산 처리된 310S 튜브 재질이다. 오거 반응기의 규모는 내경이 23 mm이고 길이가 650 mm였다. 오거 반응기에 위치한 ?칭 시스템은 콘덴서를 포함하였으며, 상기 콘덴서는 20℃로 물 중에서 냉각되었다. 임팩트 분리기 및 전지 집진기가 큰 분자량 화합물 및 에어로졸을 캡쳐하기 위해 사용되었으며, 비응축 기체는 순환 없이 플레어 스택으로 방출되었다.
유동층 반응로는 높이 550 mm, 내경 70 mm를 갖는 310S 튜브로 만들어졌다. 상기 반응로는 3 개의 열전쌍 (thermocouple)을 갖고 반응 온도는 상기 열전쌍에 의해 측정된 값으로부터 계산된 평균값으로 규정되었다. 유동층 반응기 이후 열분해 사이클론, ?칭 시스템, 임팩트 분리기, 전기집진기, 및 기체 순환 시스템을 갖추었다. 상기 사이클론은 10 ㎛ 보다 큰 열분해 촤 입자를 캡쳐할 수 있도록 설치되었다. ?칭 시스템은 두 개의 스틸 콘덴서를 이용하였으며, 두 콘덴서 중 하나는 20℃로 물 중에서 지속적인 냉각이 수행되었고, 다른 하나는 -20℃로 에탄올 중에서 지속적인 냉각이 수행되었다. 상기 콘덴서 후에 배치된 임팩트 분리기는 큰 중량의 분자를 캡쳐하고 전기집진기는 임팩트 분리기 후에 설치되어 기체 중 에어로졸을 제거한다. 기체 순환 시스템에서는, 비응축 기체가 컴프레셔(N0150ATE, KNF)에 의해 상기 유동층 반응기로 순환되었다. 생산된 기체 산물은 분석을 위해 테프론 가스 주머니를 이용하여 수집되었고, 나머지 기체는 플레어 스택(flare stack)에서 태웠다. 전체 플랜트의 온도를 모니터링 하기 위해, 추가로 두 개의 열전쌍이 배관 라인 및 기체 벤트 라인에 설치되었다. 증기 응축을 막기 위해 가열 밴드 (heating band) 및 유리솜(glass wool)이 사용되었다. 상기 폐플라스틱 열분해 시스템(플랜트)의 개략도를 도 2에 나타내었다.
4. 열분해 산물의 분석
열분해 산물의 분석은 GC-MS 및 GC-FID 그리고 GC-TCD를 통해 실시 되었다.
5. 결과 분석
아래 표 1에 기재되어 있는 것은 각 반응기에서의 산물과 그 함량(질량 밸런스)을 기록한 것이다.
[표 1]
그 결과, 오거 반응기를 가열 하지 않았을 경우에는 에텐(에틸렌)과 프로필렌의 수율 합이 약 33.5 wt%이었다. 한편 오거 반응기를 300℃로 가열 하였을 경우에는 경우에는 수율 합이 약 43.4 wt%로, 1차 열분해를 실행한 경우, 올레핀의 수율이 약 10 % 정도 크게 향상됨을 확인할 수 있었다.
100: 올레핀 생산용 2 단 열분해 장치
200: 오거 반응기
300: 유동층 반응기
400: 폴리올레핀 플라스틱 공급 시스템
410: 사일로 420, 430: 스크류 공급 장치 500: 열분해 차 분리 시스템 510, 520: 필터
600: ?칭 시스템 610, 620: 콘덴서
700: 임팩트 분리기
800: 전기집진기
200: 오거 반응기
300: 유동층 반응기
400: 폴리올레핀 플라스틱 공급 시스템
410: 사일로 420, 430: 스크류 공급 장치 500: 열분해 차 분리 시스템 510, 520: 필터
600: ?칭 시스템 610, 620: 콘덴서
700: 임팩트 분리기
800: 전기집진기
Claims (8)
- 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법으로서,
상기 폴리올레핀 플라스틱을 280~320℃에서 열분해하는 1차 열분해 단계; 및
상기 1차 열분해된 폴리올레핀 플라스틱을, 680~900℃에서 열분해하는 2차 열분해 단계를 포함하고,
상기 1차 열분해는, 오거반응기에서 수행되고,
상기 2차 열분해는, 유동층 반응기에서 수행되며,
상기 오거 반응기와 유동층 반응기는 직렬 연결되고,
상기 1차 열분해와 2차 열분해는 연속적으로 수행되는, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀 플라스틱은, 폴리에틸렌 플라스틱을 포함하는, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 올레핀은,
에틸렌 및 프로필렌 중 하나 이상을 포함하는, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 올레핀은, 기체 상태의 올레핀을 포함하는, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법. - 제1항, 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
하기 식으로 표현되는 올레핀의 수율이 40 % 이상인, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법:
<수학식>
올레핀 수율(%)= 최종 열분해 산물 중 총 올레핀의 질량/최종 열분해 산물의 총 질량 X 100. - 제7항에 있어서,
상기 올레핀은 에틸렌 및 프로필렌을 포함하고, 상기 방법은 하기 중 하나 이상을 포함하는, 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법:
i) 에틸렌 수율이 35 % 이상; 및
ii) 프로필렌 수율이 7 % 이상.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180044800A KR101891124B1 (ko) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법 |
| PCT/KR2018/004595 WO2019203375A1 (ko) | 2018-04-18 | 2018-04-20 | 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180044800A KR101891124B1 (ko) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101891124B1 true KR101891124B1 (ko) | 2018-08-23 |
Family
ID=63454716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180044800A Active KR101891124B1 (ko) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101891124B1 (ko) |
| WO (1) | WO2019203375A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220010217A1 (en) * | 2020-07-11 | 2022-01-13 | Uop Llc | Conversion of plastics to monomers by integration of low-temperature and high-temperature pyrolysis |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002121318A (ja) * | 2000-10-17 | 2002-04-23 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 廃プラスチックのケミカルリサイクル方法及び装置 |
| JP2005527672A (ja) | 2002-04-18 | 2005-09-15 | シェブロン ユー．エス．エー． インコーポレイテッド | 廃棄プラスチックを潤滑油に転化させる方法 |
| KR100868725B1 (ko) * | 2007-10-05 | 2008-11-13 | 한국생산기술연구원 | 환경친화적 폐기물 처리 및 청정 합성가스 생산 방법 |
| KR101127520B1 (ko) | 2011-05-13 | 2012-03-23 | 고호선 | 폐 플라스틱, 폐 글리세린 및 감압잔사유를 이용한 재생 연료유 제조 시스템 및 제조방법 |
| JP2012515549A (ja) * | 2009-01-26 | 2012-07-12 | キシレコ インコーポレイテッド | バイオマスの加工方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0823021B2 (ja) * | 1992-06-16 | 1996-03-06 | 東洋製罐株式会社 | プラスチックの化学的再利用方法 |
| KR101744558B1 (ko) * | 2015-10-06 | 2017-06-20 | 서울시립대학교 산학협력단 | 폐타이어 처리용 2 단 열분해 장치, 이를 이용한 폐타이어 처리 방법 및 시스템 |
-
2018
- 2018-04-18 KR KR1020180044800A patent/KR101891124B1/ko active Active
- 2018-04-20 WO PCT/KR2018/004595 patent/WO2019203375A1/ko active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002121318A (ja) * | 2000-10-17 | 2002-04-23 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 廃プラスチックのケミカルリサイクル方法及び装置 |
| JP2005527672A (ja) | 2002-04-18 | 2005-09-15 | シェブロン ユー．エス．エー． インコーポレイテッド | 廃棄プラスチックを潤滑油に転化させる方法 |
| KR100868725B1 (ko) * | 2007-10-05 | 2008-11-13 | 한국생산기술연구원 | 환경친화적 폐기물 처리 및 청정 합성가스 생산 방법 |
| JP2012515549A (ja) * | 2009-01-26 | 2012-07-12 | キシレコ インコーポレイテッド | バイオマスの加工方法 |
| KR101127520B1 (ko) | 2011-05-13 | 2012-03-23 | 고호선 | 폐 플라스틱, 폐 글리세린 및 감압잔사유를 이용한 재생 연료유 제조 시스템 및 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2019203375A1 (ko) | 2019-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101916404B1 (ko) | 폴리염화비닐을 포함하는 플라스틱 혼합물의 재활용을 위한 장치 및 이를 이용한 폴리염화비닐을 포함하는 플라스틱 혼합물의 재활용 방법 | |
| US6774271B2 (en) | Method and system of converting waste plastics into hydrocarbon oil | |
| EP0561849B1 (en) | Method for ablative heat transfer | |
| JP7391088B2 (ja) | プラスチック廃材を液体燃料に触媒変換する方法 | |
| US20230020918A1 (en) | A method for pyrolysing plastic material and a system therefor | |
| WO2009067350A1 (en) | Rapid thermal conversion of biomass | |
| CN113891754A (zh) | 用于处理废塑料热解气的方法 | |
| CA3227370A1 (en) | Apparatus and process for separating components of a multiphase hydrocarbon stream | |
| KR20230038527A (ko) | 단량체로의 플라스틱의 고온 열분해 | |
| KR101891124B1 (ko) | 폴리올레핀 플라스틱으로부터 올레핀을 생산하는 방법 | |
| US20130158309A1 (en) | Method and System for Hydrocarbon Extraction | |
| EP3031881A1 (en) | Method of pyrolytic processing of polymer waste from the recycling of food packaging and a system for carrying out such method | |
| EP4179016A1 (en) | High-temperature pyrolysis of plastics to monomers with high gas velocity | |
| PL215514B1 (pl) | Sposób wytwarzania cieklych weglowodorów i instalacja do wytwarzania cieklych weglowodorów | |
| WO2024046898A1 (en) | System for separation of gas, liquid, and solid particles in a material | |
| KR20200020518A (ko) | 목재 또는 리그닌의 재활용 장치 및 이를 이용하여 목재 또는 리그닌으로부터 페놀을 생산하는 방법 | |
| RU2804969C1 (ru) | Способ получения жидких углеводородов из отходов термопластов и устройство для его осуществления | |
| NL2032929B1 (en) | System for separation of gas, liquid, and solid particles in a material | |
| NL2032927B1 (en) | System for separation of gas, liquid, and solid particles in a material | |
| NL2032928B1 (en) | System for separation of gas, liquid, and solid particles in a material | |
| RU2701935C1 (ru) | Способ переработки отходов карбоцепных термопластов | |
| NL2032926B1 (en) | System for separation of gas, liquid, and solid particles in a material | |
| RU128879U1 (ru) | Установка термической переработки полимерных отходов | |
| RU2812640C1 (ru) | Способ пиролиза пластмассового материала и система для его осуществления | |
| WO2024220251A1 (en) | Process and apparatus for recovering polymer oil from drag stream |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20180418 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PA0302 | Request for accelerated examination |
Patent event date: 20180511 Patent event code: PA03022R01D Comment text: Request for Accelerated Examination Patent event date: 20180418 Patent event code: PA03021R01I Comment text: Patent Application |
|
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20180524 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20180816 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20180817 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20180820 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20210730 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20220729 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20240731 Start annual number: 7 End annual number: 7 |