KR20230036144A

KR20230036144A - 열분해에 의한 단량체로의 플라스틱의 전환

Info

Publication number: KR20230036144A
Application number: KR1020237004722A
Authority: KR
Inventors: 폴 티. 바거; 이리 시; 핑 순; 조셉 에이. 몬탈바노; 마이클 에스. 알레그로 2세; 레프 다비도브
Original assignee: 유오피 엘엘씨
Priority date: 2020-07-11
Filing date: 2021-07-08
Publication date: 2023-03-14
Also published as: AU2021310494A1; AU2021310494B2; EP4179018A4; JP7483120B2; WO2022016177A1; CN116348264A; EP4179018A1; US20220010217A1; JP2023534226A

Abstract

폐기물 플라스틱으로부터 고수율의 에틸렌, 프로필렌 및 다른 경질 올레핀을 생성할 수 있는 플라스틱 열분해 공정이 개시된다. 플라스틱 공급물은 저온 열분해 공정에서 열분해되고, 후속하여 고온 열분해 공정에서 에틸렌 및 프로필렌과 같은 단량체로 직접 열분해된다. 저온 열분해 공정으로부터의 불충분하게 열분해된 생성물은 원하는 저온 생성물 단량체를 보존하면서 고온 열분해 공정에 공급될 수 있다.

Description

열분해에 의한 단량체로의 플라스틱의 전환

우선권 진술

본 출원은 전체적으로 본 명세서에 포함된, 2020년 7월 11일자로 출원된 미국 가출원 제63/050,793호로부터의 우선권을 주장한다.

기술분야

이 분야는 플라스틱 재료를 재활용하여 단량체를 생성하는 것이다.

폐 플라스틱의 회수 및 재활용은 수십 년 동안 이 공정의 프런트 엔드(front end)에 참여해 온 일반 대중의 깊은 관심을 받아 왔다. 과거의 플라스틱 재활용 패러다임은 기계적 재활용으로서 설명할 수 있다. 기계적 재활용은 재활용 가능한 플라스틱 물품을 분류하고, 세척하고, 용융 플라스틱 재료로 용융하여 새로운 깨끗한 물품으로 재성형하는 것을 수반한다. 그러나, 이러한 기계적 재활용 공정은 경제적인 것으로 입증되지 않았다. 용융 및 재성형 패러다임은 경제적 및 질적 제한을 비롯한 몇 가지 제한에 직면하였다. 재료 회수 시설에서 재활용 가능한 플라스틱 물품의 수집에는 재활용 가능한 플라스틱 제품으로부터 분리해야 하는 비-플라스틱 물품이 필연적으로 포함된다. 유사하게, 상이한 플라스틱으로 성형된 물품은 전형적으로 동일한 플라스틱으로 성형된 물품의 품질을 갖지 않을 것이기 때문에, 상이한 플라스틱의 수집된 물품들은 용융되기 전에 서로 분리되어야 한다. 수집된 플라스틱 물품을 비-플라스틱 물품으로부터 분리한 다음 동일한 플라스틱으로 분리하는 것은 공정에서 비용을 추가하여 경제적이지 않다. 추가적으로, 재활용 가능한 플라스틱 물품은 용융 및 재성형 전에 비-플라스틱 잔류물을 제거하기 위해 적절하게 세정되어야 하며, 이는 또한 공정의 비용을 추가한다. 회수된 플라스틱은 또한 버진 등급(virgin grade) 수지의 품질을 갖지 않는다. 플라스틱 재활용 공정의 부담스러운 경제성 및 재활용 플라스틱의 더 낮은 품질은 이러한 재생 가능한 자원의 광범위한 재생을 막아 왔다.

패러다임 전환으로 인해 화학 산업은 폐 플라스틱 재활용을 위한 새로운 화학적 재활용 공정으로 신속하게 반응할 수 있었다. 새로운 패러다임은 350 내지 600℃에서 작동되는 열분해 공정에서 재활용 가능한 플라스틱을 액체로 화학적으로 전환하는 것이다. 액체는 정제소(refinery)에서 연료, 석유화학 물질, 및 심지어 재중합되어 버진 플라스틱 수지를 제조할 수 있는 단량체로 정제될 수 있다. 열분해 공정은 여전히 공정에 공급되는 플라스틱 재료로부터의 수집된 비-플라스틱 재료의 분리를 필요로 하지만, 플라스틱 재료의 세정 및 아마도 분류는 화학적 재활용에서 그다지 중요하지 않을 수 있다.

고온 열분해가 연구 중이며 추가 정제 없이 플라스틱을 단량체로 직접 전환하는 경로로 간주된다. 플라스틱을 다시 단량체로 전환하는 것은 아직 완전히 경제적으로 개발되지는 않은 재생 가능한 자원을 재활용하는 순환 방식을 제시한다. 플라스틱 물품을 다시 단량체로 직접 전환하는 실행가능한 공정이 필요하다.

본 발명은 폐기물 플라스틱으로부터 고수율의 에틸렌, 프로필렌 및 다른 경질 올레핀을 생성할 수 있는 플라스틱 열분해 공정을 기술한다. 플라스틱 공급물은 저온 열분해 공정에서 열분해되고, 후속하여 고온 열분해 공정에서 에틸렌 및 프로필렌과 같은 단량체로 직접 열분해된다. 저온 열분해 공정으로부터의 불충분하게 열분해된 생성물은 원하는 저온 생성물 단량체를 보존하면서 고온 열분해 공정에 공급될 수 있다.

도면은 본 발명의 방법 및 장치의 개략도이다.
정의
용어 "연통"은, "유체 연통"으로 특징지어질 수 있는, 열거된 구성요소들 사이에서 유체 흐름이 작동 가능하게 허용됨을 의미한다.
용어 "하류 연통"은 하류 연통의 주체로 유동하는 유체의 적어도 일부분이 그 주체가 유동적으로 연통하는 객체로부터 작동가능하게 유동할 수 있음을 의미한다.
용어 "상류 연통"은 상류 연통의 주체로부터 유동하는 유체의 적어도 일부분이 그 주체가 유동적으로 연통하는 객체로 작동가능하게 유동할 수 있음을 의미한다.
용어 "직접 연통"은 상류 성분으로부터의 유체 흐름이 임의의 다른 개재 용기를 통과하지 않고 하류 성분으로 들어가는 것을 의미한다.
용어 "간접 연통"은 상류 성분으로부터의 유체 흐름이 개재 용기를 통과한 후에 하류 성분으로 들어가는 것을 의미한다.
용어 "우회"는 객체가 적어도 우회하는 정도로 우회 주체와의 하류 연통을 벗어남을 의미한다.
용어 "우세한", "우세" 또는 "우세하다"는 50% 초과, 적합하게는 75% 초과, 바람직하게는 90% 초과를 의미한다.
용어 "탄소-대-가스 몰비"는 희석제 가스 스트림 내의 가스의 몰 비율에 대한 플라스틱 공급물 스트림 내의 탄소 원자의 몰 비율의 비를 의미한다. 배치식 공정의 경우, 탄소-대-가스 몰비는 반응기에 첨가된 가스의 몰에 대한 반응기에서 플라스틱 내의 탄소 원자의 몰의 비이다.

본 발명자들은 저온 플라스틱 열분해 공정과 고온 열분해 공정을 통합함으로써 플라스틱을 단량체로 전환하는 2단계 공정 및 장치를 발견하였다. 저온 열분해 공정으로부터 불충분하게 열분해된 생성물은 고온 열분해 공정에서 업그레이드될 수 있다.

플라스틱 폐기물 스트림을 열분해하는 공정은 도면에 도시된 바와 같은 실시 형태에 따른 공정(10)을 참조하여 다루어진다. 플라스틱 공급물은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 다른 단량체와 무작위로 또는 블록 공중합체로서 혼합되더라도 임의의 유형의 폴리올레핀 플라스틱이 허용가능하다. 따라서, 이 공정에 따라 더 광범위한 플라스틱이 재활용될 수 있다. 본 발명자들은 또한 플라스틱 공급물이 혼합 폴리올레핀일 수 있음을 발견하였다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리부틸렌이 함께 혼합될 수 있다. 또한, 다른 중합체가 폴리올레핀 플라스틱과 혼합될 수 있거나 공급물로서 그 자체로 제공될 수 있다. 그 자체로 또는 다른 중합체와 함께 사용될 수 있는 다른 중합체에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리우레탄 및 폴리설폰이 포함된다. 이 공정은 플라스틱 공급물을 경질 올레핀을 포함하는 더 작은 분자로 열분해하기 때문에 다수의 상이한 플라스틱이 공급물에 사용될 수 있다. 플라스틱 공급물 스트림은 종이, 목재, 알루미늄 포일, 일부 금속 전도성 충전제 또는 할로겐화 또는 비-할로겐화 난연제와 같은 비-플라스틱 불순물을 함유할 수 있다.

일 실시 형태에서, 플라스틱 공급물 스트림은 재료 재활용 설비(MRF)로부터 수득될 수 있으며, 그렇지 않으면 매립지로 보내진다. 플라스틱 공급물 스트림은 저온 열분해 반응기(LTPR)(1)를 위한 공급원료로서 사용된다. 도면에서, 플라스틱 공급물 스트림은 MRF 사이트에서 최소한의 분류 및 세정과 함께 입수된다. 플라스틱 공급물은 압축된 플라스틱 물품의 분리된 베일(bail)로부터의 압축된 플라스틱 물품일 수 있다. 플라스틱 물품은 LTPR(1)에 공급될 수 있는 플라스틱 칩(chip) 또는 입자로 쵸핑될(chopped) 수 있다. 오거(augur) 또는 상승식 호퍼(elevated hopper)가 플라스틱 공급물을 전체 물품으로서 또는 칩으로서 반응기 내로 수송하는 데 사용될 수 있다. 플라스틱 물품 또는 칩은 플라스틱 융점 초과로 가열되어 용융물로 되고 LTPR(1) 내로 주입되거나 오거될 수 있다. 오거는 전체 플라스틱 물품을 LTPR(1) 내로 이동시키는 동시에 마찰에 의해 또는 간접적인 열 교환에 의해 오거 내의 플라스틱 물품을 용융 상태로 반응기로 들어가는 용융물로 용융시키는 방식으로 작동할 수 있다. 플라스틱 공급물 스트림은 공급 라인(3)으로부터 LTPR(1)로 공급된다.

LTPR(1)은 연속 교반 탱크 반응기(CSTR), 회전 가마(kiln), 오거형 반응기(augured reactor) 또는 유동층일 수 있다. 일 실시 형태에서, LTPR(1)은 CSTR이다. LTPR(1)은 교반기를 이용할 수 있다. LTPR(1)에서, 플라스틱 공급물 스트림은 플라스틱 공급물 스트림을 열분해 생성물 스트림으로 열분해하는 온도로 가열된다. LTPR(1)은 플라스틱 공급물 스트림 내의 모든 플라스틱을 저온 열분해 생성물로 전환하기에 대한 충분한 체류 시간을 제공한다. LTPR(1)은 300℃(572°F) 내지 600℃(1112°F), 또는 바람직하게는 380℃(716°F) 내지 450℃(842°F)의 온도, 0.069 MPa(게이지)(10 psig) 내지 1.38 MPa(게이지)(200 psig), 또는 바람직하게는 0.138 MPa(게이지)(20 psig) 내지 0.55 MPa(게이지)(80 psig)의 압력, 0.1 hr^-1 내지 2 hr^- ¹ , 또는 0.2 hr^-1 내지 0.5 hr^-1의 플라스틱 공급물의 액체 시간당 공간 속도(liquid hourly space velocity)에서 작동할 수 있다. 라인(4)에서 질소 블랭킷 또는 전용 질소 스위핑 스트림이 선택적으로 17 N㎥/㎥ (100 scf/bbl) 내지 850 N㎥/㎥ 플라스틱 공급물 (5,000 scf/bbl), 또는 더 바람직하게는 170 N㎥/㎥ (1000 scf/bbl) 내지 340 N㎥/㎥ 플라스틱 공급물 (2000 scf/bbl)로 LTPR(1)에 첨가될 수 있다. 라인(4)의 질소 스위핑 스트림은 희석제 가스로서 작용하여 총 증기 생성물에서 불순한 가스 분압을 감소시킨다.

LTPR(1)은 증기 생성물 스트림과 상 평형 상태의 액체를 함유한다. 순환 라인(8)에서 순환 펌프(9)에 의해 액체 레벨 아래에서 LTPR(1)로부터 액체 스트림의 일부가 취해질 수 있다. 펌핑된 스트림은 라인(8)에서 가열기(6)로 수송될 수 있으며, 가열기(6)는 경질 탄화수소를 연소시켜 연소열로부터 열을 발생시키는 소각로일 수 있다. 라인(8)의 펌핑된 스트림은 가열기(6)에서 가열되고, 라인(5)을 통해 LTPR(1)로 복귀할 때 가열기(6)를 통해 모든 엔탈피 요건을 제공하는 질량 유량 및 열 전달 속도로 LTPR(1)로 복귀된다. 필요한 열 전달은 가열기(6)로부터의 라인(5)의 가열된 액체 스트림을 LTPR(1)에서 플라스틱 공급물 스트림(3)과 혼합함으로써 달성된다.

저온 열분해 생성물은 LTPR(1)의 상부 근처로부터 라인(11)의 증기 저온 생성물 스트림으로서 배출될 수 있다. 고형물 풍부 생성물 스트림은 라인(7)에서 LTPR(1)의 하부로부터 배출될 수 있다. 고형물 풍부 생성물 스트림은 차르(char) 및 비-유기물을 포함할 수 있다. LTPR(1) 내부에서의 대류 열 전달은 펌프-어라운드 스트림(11)으로부터의 혼합과 함께 균일한 가열을 제공하며, 이는 오거 또는 회전 가마 반응기에서 일반적으로 보이는 외부 간접 가열을 통해 가열되는 열분해 반응 방법에 비해 유리하다.

라인(11)의 증기 저온 생성물 스트림은 질소 스트림에 의해 선택적으로 운반되는 다양한 탄화수소를 포함한다. 고온 열분해 공급물 스트림은 고온 열분해 반응기(HTPR)(12) 내로 공급될 라인(11)의 저온 열분해 생성물 스트림으로부터 취해져야 한다. LTPR(1)과 HTPR(12)이 동일한 위치에 있는 경우(서로 50 마일 이하, 적합하게는 10 마일 이하, 바람직하게는 1 마일 이하만큼 떨어져 있는 경우를 의미함), 라인(11)의 저온 생성물 스트림은 냉각을 거치지 않고 고온 열분해 공급물 스트림으로서 HTPR(12)에 직접 공급될 수 있다. 이 경우, 고온 열분해 공급물 스트림은 라인(11)을 라인(120)과 연결하는 라인(118) 상의 제어 밸브를 통해 라인(11)의 저온 열분해 생성물 스트림으로부터 라인(120)에서 취해진다. LTPR(1)과 HTPR(12)이 동일한 위치에 있지 않는 경우(예를 들어, 서로 50 마일 초과, 적합하게는 10 마일 초과, 바람직하게는 1 마일 초과만큼에 위치하는 경우), 증기 저온 열분해 생성물 스트림은 장기 수송 시 회수된 생성물 슬레이트(slate)의 가치를 저하시킬 과도한 분해 반응 및 수소 전달 반응을 종결시키기 위해 냉각될 수 있다. 이 경우, LTPR(1)은 MRF에 위치할 수 있는 반면, HTPR(12)는 예를 들어 정유소에 위치할 수 있다.

후자의 경우에, 라인(11)의 증기 저온 열분해 생성물 스트림을 라인(111)을 통해 그 상의 제어 밸브를 통해 냉각기(114)로 우회시킴으로써 급랭이 수행될 수 있으며, 냉각기(114)는 간접 열 교환에 의한 스트림 및 라인(128)의 냉각된 저온 열분해 생성물 스트림을 생성하는 데 사용될 수 있다. 라인(128)의 냉각된 저온 열분해 스트림을 제1 분리기(130)에서 분리하여 라인(132)의 제1 증기 저온 열분해 생성물 스트림 및 라인(134)의 제1 액체 저온 열분해 생성물 스트림을 얻을 수 있다. 라인(132)의 제1 증기 저온 열분해 생성물 스트림은 메탄 및 건조 가스를 포함할 수 있으므로, 그로부터 라인(136)에서 연료 스트림이 취해질 수 있고 가열기(6)에서 연료로서 연소되어 그 안에 열을 생성할 수 있다. 제1 분리기(130)는 40 내지 70℃의 온도 및 350 내지 410 ㎪(g)의 압력에서 작동될 수 있다.

라인(134)의 제1 액체 저온 열분해 생성물 스트림은 라인(120)에서 고온 열분해 공급물 스트림으로서 취해질 수 있다. 그러나, 제2 분리는 라인(120)에서 고온 열분해 공급물 스트림으로서 취해진 저온 열분해 생성물 스트림의 나머지로부터 가치 있는 C2-C4 올레핀을 함유할 액화 석유 기체 스트림을 분리하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우, 라인(134)의 제1 액체 저온 열분해 생성물 스트림을 가열하고/하거나 그에 압력을 가하고, 제2 분리기(140)에서 분리하여 라인(142)의 제2 증기 저온 열분해 생성물 스트림 및 라인(144)의 제2 액체 저온 열분해 생성물 스트림을 얻을 수 있다. 라인(142)의 제2 증기 저온 열분해 생성물 스트림은 LPG를 포함할 수 있으므로, 경질 올레핀이 중합 공정 또는 다른 용도를 위한 단량체로서 그로부터 회수될 수 있다. C₅₊ 또는 C₆₊ 탄화수소를 갖는 라인(144)의 차가운 액체 저온 열분해 생성물 스트림은 라인(120)에서 고온 열분해 공급물 스트림으로서 취해질 수 있다. 제2 분리기(140)는 45 내지 80℃의 온도 및 150 내지 250 ㎪(g)의 압력에서 작동될 수 있다.

추가의 실시 형태에서, 고온 열분해 공급물 스트림을 선택적 수소화하여, 라인(120)의 공급물 스트림으로부터의 다이올레핀 및 아세틸렌을 모노올레핀으로 전환할 수 있다. 고온 열분해 공급물 스트림은 라인(121)에서 선택적 수소화 반응기(150)로 우회될 수 있다. 수소는 라인(152)에서 고온 열분해 공급물 스트림에 첨가된다. 선택적 수소화 반응기(150)는 보통 비교적 온화한 수소화 조건에서 작동된다. 이러한 조건은 보통 탄화수소가 액체상 재료로서 존재하게 할 것이므로, 반응기(150)는 전형적으로 고온 열분해 반응기(HTPR)(12)의 사이트에 있을 것이다. 반응물은 보통 반응물을 액체상 탄화수소로 유지하기에 충분한 최소 압력 하에서 유지될 것이다. 따라서, 광범위한 적합한 작동 압력은 276 ㎪(g) 내지 5516 ㎪(g)(40 psig 내지 800 psig), 또는 345 ㎪(g) 내지 2069 ㎪(g)(50 및 300 psig)에 이른다. 25℃ 내지 350℃(77°F 내지 662°F), 또는 50℃ 내지 200℃(122°F 내지 392°F))의 비교적 온건한 온도가 전형적으로 이용된다. 선택적 수소화 촉매를 통한 반응물의 액체 시간당 공간 속도는 1.0 hr^-1 초과 및 35.0 hr^-1이어야 한다. 상당량의 모노올레핀계 탄화수소가 바람직하지 않게 포화되는 것을 방지하기 위해, 선택적 수소화 촉매의 층에 들어가는 재료 내의 수소 대 다이올레핀계 탄화수소의 몰비는 0.75:1 내지 1.8:1로 유지된다.

나프타 스트림 내의 다이올레핀을 선택적으로 수소화할 수 있는 임의의 적합한 촉매가 사용될 수 있다. 적합한 촉매에는 구리 및 적어도 하나의 다른 금속, 예컨대 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 코발트, 니켈, 아연, 몰리브덴, 및 카드뮴 또는 이들의 혼합물을 포함하는 촉매가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 금속은 바람직하게는, 예를 들어, 실리카 및 알루미나와 같은 무기 산화물 지지체 상에 지지된다. 선택적으로 수소화된 고온 열분해 공급물 스트림은 라인(121)에서 HTPR(12)로 수송된다. 수소화 유출물은 라인(154)에서 반응기를 빠져나가고 수소화 분리기(156)로 들어가서 라인(158)에서 수소가 풍부한 오버헤드(overhead) 스트림을 제공할 수 있으며, 이는 염화수소 또는 다른 화합물을 제거하기 위해 스크러빙되고(도시되지 않음), 압축되고, 아마도 메이크-업 수소 스트림으로 보충한 후에 수소 스트림(152)으로서 다시 복귀될 수 있다. 분리기(156)의 하부로부터의 라인(160)의 수소화된 고온 열분해 공급물 스트림은 공급물 라인(14)을 통해 HTPR(12)로 수송될 수 있다.

라인(14)의 고온 열분해 공급물 스트림은 플라스틱을 위한 경질 올레핀으로의 추가 전환에 여전히 적합한 C₅₊ 또는 C₆₊ 재료를 포함할 수 있다. 결과적으로, 고온 열분해 공급물 스트림은 고온 열분해를 거쳐 회수를 위한 추가량의 경질 올레핀 단량체를 생성할 수 있다. 라인(120)의 고온 열분해 공급물 스트림은 원격 위치로부터, 예컨대 원격 MRF로부터 액체로서 수송되거나 근처 위치로부터 가스로서 수송되고 HTPR(12)에 공급된다. 라인(14)의 고온 열분해 공급물 스트림은 분배기를 통해 HTPR(12)의 측면(16)에서 아마도 공급물 입구(15)를 통해, HTPR(12) 내로 주입될 수 있다. 고온 열분해 공정에서, 라인(14)의 고온 열분해 공급물 스트림은 그의 기원을 염두에 두고 플라스틱 공급물로서 인식될 것이다. HTPR(12)에서, 고온 열분해 공급물 스트림은 600 내지 1100℃의 승온으로 가열되어 고온 열분해 공급물 스트림을 단량체를 포함하는 고온 열분해 생성물 스트림으로 추가로 열분해한다.

HTPR(12)로 주입된 공급물은 희석제 가스 스트림과 접촉될 수 있다. 희석제 가스 스트림은 바람직하게는 불활성이지만 탄화수소 가스일 수 있다. 스팀이 바람직한 희석제 가스 스트림이다. 희석제 가스 스트림은 반응성 올레핀 생성물을 서로 분리하여 경질 올레핀에 대한 선택성을 보존하므로, 경질 올레핀의 고급 올레핀으로의 올리고머화 또는 경질 가스로의 과도한 분해를 방지한다. 희석제 가스 스트림은 희석제 라인(18)으로부터 분배기를 통해 제공될 수 있으며 희석제 입구(19)를 통해 분배될 수 있다. 희석제 가스 스트림은 희석제 입구(19)를 통해 HTPR(12)로 블로잉될(blown) 수 있다. 희석제 입구(19)는 HTPR(12)의 하부에 있을 수 있다. 희석제 가스 스트림은 HTPR(12)의 공급물 입구(15)로부터 반응기의 출구(20)로 고온 열분해 공급물 스트림을 추진하는 데 사용될 수 있다. 일 태양에서, 공급물 입구(15)는 HTPR(12)의 하단부에 있을 수 있고 출구(20)는 반응기의 상단부에 있을 수 있다. HTPR(12)의 벽(16)의 내부는 반응기를 절연시키고 그의 열을 보존하기 위해 내화성 라이닝으로 코팅될 수 있다.

고온 열분해 공급물 스트림은 600 내지 1100℃, 적합하게는 800℃ 이상, 바람직하게는 850 내지 950℃의 열분해 온도로 가열되어야 한다. 고온 열분해 공급물 스트림은 HTPR(12)로 공급되기 전에 고온 열분해 온도로 예열될 수 있지만, 바람직하게는 HTPR(12)에 들어간 후에 고온 열분해 온도로 가열된다. 일 실시 형태에서, 고온 열분해 공급물 스트림은 뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림과의 접촉에 의해 고온 열분해 온도로 가열된다. 뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림은 캐리어 라인(22)에서 입자 입구(23)를 통해 반응기로 공급될 수 있다. 일 태양에서, 입자 입구(23)는 희석제 입구(19)와 공급물 입구(15) 사이에 위치할 수 있다. 이어서, 희석제 가스 스트림은 공급 라인(14)으로부터 공급물 입구(15)를 통해 고온 열분해 공급물 스트림과 접촉하도록 뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림과 접촉하고 이를 이동시킬 것이다.

열 캐리어 입자의 스트림 및 공급물 스트림은 HTPR(12)로 들어가기 전에 서로 접촉되며, 이 경우 공급물 스트림 및 열 캐리어 입자의 스트림은 동일한 입구를 통해 HTPR(12)로 들어갈 수 있는 것으로 고려된다. 희석제 가스 스트림의 일부 또는 전부가 열 캐리어 입자를 반응기 내로 추진할 수 있으며, 이 경우 희석제 가스 스트림 및 열 캐리어 입자의 스트림은 동일한 입구를 통해 HTPR(12)로 들어갈 수 있는 것으로 또한 고려된다. 또한, 희석제 가스 스트림은 고온 열분해 공급물 스트림을 반응기 내로 추진할 수 있으며, 이 경우 희석제 가스 스트림 및 고온 열분해 공급물 스트림은 동일한 입구를 통해 HTPR(12)로 들어갈 수 있다. 또한, 고온 열분해 공급물 스트림 및 열 캐리어 입자의 스트림은 희석제 가스 스트림의 일부 또는 전부에 의해 HTPR(12) 내로 추진될 수 있으며, 이 경우 적어도 일부의 희석제 스트림, 고온 열분해 공급물 스트림 및 열 캐리어 입자의 스트림은 모두 동일한 입구를 통해 HTPR(12)로 들어갈 수 있는 것으로 또한 고려된다.

다른 실시 형태에서, 공급물 입구(15) 및 입자 입구(23)는 반응기의 상단부에 위치할 수 있으며 그로부터 하향식 반응기 장치(도시되지 않음)에 함께 떨어질 수 있다. 희석제 가스 스트림은 이러한 실시 형태에서 공급물 및 열 캐리어 입자를 상향으로 유동화하는 기능을 하지 않을 것이다.

고온 열분해 공급물 스트림을 고온 열분해 온도로 가열하면, 고온 열분해 공급물 스트림이 기화되고 경질 올레핀을 포함하는 더 작은 분자로 열분해된다. 기화 및 더 많은 몰수로의 전환은 둘 모두 부피를 증가시켜 반응기 출구(20)를 향한 공급물 및 열분해 생성물의 신속한 이동을 유발한다. 고온 열분해 공급물 스트림 공급물의 부피 팽창으로 인해, 공급물 및 생성물을 출구로 신속하게 이동시키는 데 희석제 가스 스트림이 필요하지 않다. 그러나, 희석제 가스는 또한 생성물 올레핀들을 서로 분리하고 열 캐리어 입자로부터 분리하여 올리고머화 및 과도한 분해를 방지하는 역할을 하며, 이는 경질 올레핀 선택성을 감소시킨다. 따라서, 희석제 가스 스트림은 반응기 출구(20)를 향한 뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림과 접촉한 상태로 열분해를 거치면서 공급물 스트림을 이동시키는 데 이용될 수 있다. 일 태양에서, 본 발명자들은 희석제 가스 스트림이 0.6 내지 20의 높은 탄소-대-가스 몰비로 도입될 수 있음을 발견하였다. 탄소-대-가스 몰비는 0.7 이상, 적합하게는 0.8 이상, 더 적합하게는 0.9 이상, 가장 적합하게는 1.0 이상일 수 있다. 일 태양에서, 탄소-대-가스 몰비는 15를 초과하지 않을 수 있고, 적합하게는 12를 초과하지 않을 수 있고, 더 적합하게는 9를 초과하지 않을 수 있고, 가장 적합하게는 7을 초과하지 않을 수 있고, 바람직하게는 5를 초과하지 않을 것이다. 높은 탄소-대-가스 몰비는 중요하게는 생성물 회수에서 생성물 가스를 포함하는 다른 가스로부터 분리되어야 하는 희석제 가스의 양을 감소시킨다.

뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림은 모래와 같은 불활성 고체 미립자일 수 있다. 또한, 구형 입자는 희석제 가스 스트림에 의해 가장 용이하게 들어올려지거나 유동화될 수 있다. 구형 알파 알루미나는 열 캐리어 입자를 위한 바람직한 재료일 수 있다. 구형 알파 알루미나는 알루미나 용액을 분무 건조한 후에 알루미나를 α-알루미나 결정질 상으로 전환하는 온도에서 하소시킴으로써 형성될 수 있다. 열 캐리어 입자의 평균 직경은 입자의 최대 평균 직경을 지칭한다.

공급물 스트림은 고속 열분해 및 다른 열분해 방법, 예컨대 진공 열분해, 저속 열분해 등을 포함하는 다양한 열분해 방법을 사용하여 열분해될 수 있다. 고속 열분해는 매우 짧은 체류 시간, 전형적으로 0.5초 내지 0.5분 동안 공급원료에 비교적 높은 온도를 신속하게 부여하고 이어서 화학적 평형이 발생할 수 있기 전에 열분해 생성물의 온도를 신속하게 감소시키는 것을 포함한다. 이러한 접근법에 의해, 중합체의 구조는 반응성 화학 단편으로 분해되며 이는 초기에 해중합 및 휘발 반응에 의해 형성되지만 임의의 상당한 길이의 시간 동안 지속되지는 않는다. 고속 열분해는 고정층 열분해 반응기, 유동층 열분해 반응기, 순환 유동층 반응기, 또는 고속 열분해가 가능한 다른 열분해 반응기와 같은 다양한 열분해 반응기에서 수행될 수 있는 강렬하고 짧은 지속 시간의 공정이다.

열분해 공정은 차르라고 하는 탄소-함유 고체, 열 캐리어 입자 상에 축적되는 코크스, 올레핀과 수소 가스를 포함하는 탄화수소를 포함하는 열분해 가스를 생성한다.

열 캐리어 입자 및 고온 열분해 공급물 스트림은 희석제 가스 스트림에 의해 반응기에서 유동화될 수 있다. 고온 열분해 공급물 스트림 및 열 캐리어 입자의 스트림은 희석제 입구(19)를 통해 HTPR(12)로 지속적으로 들어가는 희석제 가스 스트림에 의해 유동화될 수 있다. 열 캐리어 입자 및 고온 열분해 공급물 스트림은 조밀한 버블링 층에서 유동화될 수 있다. 버블링 층에서, 희석제 가스 스트림 및 열분해된 플라스틱 증기는 조밀한 미립자 층의 식별가능한 상부 표면을 통해 상승하는 버블을 형성한다. 가스에 동반된 열 캐리어 입자만이 증기와 함께 반응기를 빠져나간다. 버블링 층에서 가스의 공탑 속도(superficial velocity)는 전형적으로 3.4 m/s(11.2 ft/s) 미만일 것이고, 조밀한 층의 밀도는 전형적으로 475 ㎏/㎥(49.6 lb/ft³) 초과일 것이다. 열 캐리어 입자와 가스의 혼합물은 불균질하며, 이때 침투성 증기(pervasive vapor)는 촉매를 우회한다. 조밀한 버블링 층에서, 가스는 반응기 출구(20)를 빠져나갈 것이며; 반면에 고체 열 캐리어 입자 및 차르는 HTPR(12)의 하부 출구(도시되지 않음)로부터 빠져나갈 수 있다.

일 태양에서, HTPR(12)은 고속-유동화 유동 체제에서 또는 열 캐리어 입자의 희석제 상을 갖는 수송 또는 공압 이송 유동 체제에서 작동할 수 있다. HTPR(12)은 라이저(riser) 반응기로서 작동할 것이다. 고속-유동화 유동 및 수송 유동 체제에서, 열 캐리어 입자의 스트림 및 열분해를 거치는 고온 열분해 공급물 스트림 및 희석제 가스 스트림이 함께 상향으로 유동할 것이다. 두 경우 모두에, 열분해 재료 및 열 캐리어 입자의 준-조밀 층(quasi-dense bed)은 HTPR(12)의 하부에서 열분해를 거칠 것이다. 열분해 재료 및 열 캐리어 입자는 상향으로 수송될 것이다. 희석제 가스 스트림은 열분해 재료 및 열 캐리어 입자의 스트림을 들어올릴 수 있다. 분리기(30)가 HTPR(12)의 외부에 위치하는 경우, 가스와 열 캐리어 입자의 혼합물은 반응기 출구(20)로부터 함께 배출될 수 있다. 분리기(30)가 HTPR(12) 내에 위치하는 경우, 가스는 반응기 출구(20)로부터 배출되고 열 캐리어 입자 및 차르는 추가적인 열 캐리어 입자 출구로부터 빠져나갈 것이다. 전형적으로, 열 캐리어 입자를 배출하는 반응기 출구(20)는 열 캐리어 입자 입구(23) 위에 있을 것이다. 또한, 기체 생성물로부터 열 캐리어 입자의 분리는 수송 및 고속-유동화 유동 체제에서 열 캐리어 입자 입구(23) 및/또는 공급물 입구(15) 위에서 수행될 것이다.

고속-유동화 유동 체제에서 밀도는 적어도 274 ㎏/㎥(17.1 lb/ft³) 내지 475 ㎏/㎥(49.6 lb/ft³)일 것이고 수송 유동 체제에서 274 ㎏/㎥(17.1 lb/ft³) 이하일 것이다. 공탑 가스 속도는 전형적으로 고온 열분해 공급물에 대해 고속-유동화 유동 체제에서 적어도 3.4 m/s(11.2 ft/s) 내지 7.3 m/s(15.8 ft/s)일 것이다. 수송 유동 체제에서, 공탑 가스 속도는 고온 열분해 공급물에 대해 7.3 m/s(15.8 ft/s) 이상일 것이다. 희석제 가스 스트림 및 생성물 가스는 고속-유동화 유동 체제에서 상승하지만, 뜨거운 고형물이 가스에 대해 미끄러질(slip) 수 있고 가스가 간접적인 상향 궤적을 취할 수 있다. 수송 유동 체제에서는, 더 적은 고형물이 미끄러질 것이다. 반응기에서 플라스틱 및 생성물 가스에 대한 체류 시간은 1 내지 20초, 전형적으로 10초 이하일 것이다.

희석제 가스 스트림 및 생성물 가스는 고속-유동화 유동 체제에서 상승하지만, 뜨거운 고형물이 가스에 대해 미끄러질(slip) 수 있고 가스가 간접적인 상향 궤적을 취할 수 있다. 수송 유동 체제에서는, 더 적은 고형물이 미끄러질 것이다. 반응기에서 고온 열분해 공급물 스트림 및 생성물 가스에 대한 체류 시간은 1 내지 20초, 전형적으로 10초 이하일 것이다.

열 캐리어 입자, 희석제 가스 스트림 및 고온 열분해된 생성물 가스를 포함하는 반응기 유출물은 반응기 출구(20)를 통해 반응기 유출물 라인(28)에서 HTPR(12)를 빠져나가고 분리기(30)로 수송될 수 있다. 일 태양에서, 분리기(30)는 HTPR(12)에 위치할 수 있다. 분리기(30)가 HTPR(12)에 위치하는 경우, 열 캐리어 입자, 희석제 가스 스트림 및 열분해된 생성물 가스가 분리기(30)로 들어갈 것이다. 라인(28)의 반응기 유출물은 600 내지 1100℃의 온도 및 1.5 내지 2.0 bar(게이지)의 압력일 것이다.

분리기(30)는 열분해된 기체 생성물로부터 열 캐리어 입자를 분리하기 위해 구심 가속도를 이용하는 사이클론 분리기일 수 있다. 반응기 유출물 라인(28)은 반응기 유출물이 구심 가속되도록 하는 전형적으로 수평 각방향 궤적으로 사이클론 분리기(30) 내로 반응기 유출물을 접선 방향으로 캐스팅할 수 있다. 구심 가속도로 인해 더 조밀한 열 캐리어 입자가 바깥쪽으로 끌린다. 입자는 각운동량을 상실하고 사이클론 분리기(30)에서 하부 촉매층으로 하강하여 열 캐리어 딥 라인(32)을 통해 빠져나간다. 덜 조밀한 기체 생성물은 사이클론(30)에서 상승하고 이송 라인(34)을 통해 배출된다. 일 태양에서, 열분해 가스 생성물은 딥 라인(32)의 하단부에 스트리핑(stripping) 가스를 첨가함으로써 라인(32)에서 열 캐리어 입자로부터 스트리핑될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 스트리핑 가스 및 스트리핑된 열분해 가스는 이송 라인(34)에서 분리기(30)를 빠져나갈 것이다.

일 실시 형태에서, 이송 라인(34)의 고온 열분해 생성물 스트림은, 고온 열분해 생성물 스트림에서 경질 올레핀 선택성을 감소시키도록 일어날 수 있는 수소 전달 반응과 과도한 분해를 방지 및 종결하기 위해 즉시 급랭될 수 있다. 급랭은 다음 방식으로 수행될 수 있지만, 다른 급랭 공정이 고려된다. 고온 열분해 생성물 스트림은 아마도 물과의 간접 열 교환에 의해 냉각되어, 이송 라인 교환기(36)에서 희석제 가스 스트림을 위한 스팀을 제조할 수 있다. 라인(38)의 교환된 고온 열분해 생성물 스트림은 300 내지 400℃의 온도일 수 있다. 일 태양에서, 교환된 고온 열분해 생성물 스트림은 물과의 간접 열 교환에 의해 완전히 급랭되어 이송 라인 교환기(36)에서 스팀을 생성할 수 있다. 교환된 고온 열분해 생성물 스트림이 간접 열 교환에 의해 완전히 급랭되는 경우, 완전히 냉각된 고온 열분해 생성물 스트림은 30 내지 60℃ 및 대략 대기압, 1 내지 1.3 bar(게이지)에서 이송 라인 교환기(36)를 빠져나가므로, 증기 고온 열분해 생성물 스트림의 경질 성분이 응축될 수 있다.

대안적으로, 교환된 고온 열분해 생성물 스트림을 추가로 급랭하기 위해, 라인(38)의 교환된 고온 열분해 생성물 스트림은 오일 급랭 챔버(42)에서 라인(40)으로부터의 오일 스트림, 예컨대 연료 오일로 즉시 급랭될 수 있다. 오일 스트림은 유동하는 교환된 고온 열분해 생성물 스트림 내로 횡방향으로 분무될 수 있다. 교환된 고온 열분해 생성물 스트림은 증기상으로 유지되는 반면, 오일 스트림은 오일 급랭 챔버(42)의 하부를 빠져나간다. 오일 급랭 챔버(42)를 빠져나간 후의 오일 스트림은 냉각되고 오일 급랭 챔버로 다시 재순환될 수 있다. 오일 급랭된 기체 생성물 스트림은 라인(44)에서 오일 급랭 챔버를 빠져나가고 추가 급랭을 위해 물 급랭 챔버(46)로 전달될 수 있다. 오일 급랭된 기체 생성물 스트림을 추가로 급랭하기 위해, 라인(44)의 오일 급랭된 기체 생성물 스트림은 물 급랭 챔버(46)에서 라인(48)으로부터의 물 스트림으로 즉시 급랭될 수 있다. 물 스트림은 유동하는 오일-급랭된 기체 생성물 스트림 내로 횡방향으로 분무될 수 있다. 물 급랭된 기체 생성물 스트림은 대략 대기압, 1 내지 1.3 bar(게이지)에서 30 내지 60℃로 냉각되므로, 기체 생성물 스트림의 경질 성분이 응축된다.

이송 라인 교환기(36)가 이송 라인(34)의 기체 열분해 생성물 스트림을 오일 또는 물로 직접 급랭하지 않고 간접적으로 냉각시키는 하나 또는 일련의 열 교환기를 포함할 수 있는 실시 형태에서, 이송 라인(38)은 이송 라인 교환기(36)를 고온 열분해 분리기(55)에 직접 연결할 것이다.

라인(54)의 고온 열분해 생성물 스트림은, 이송 라인 열 교환기(36)에서 단지 간접적으로 급랭되든지 또는 추가적으로 급랭 챔버(42, 46)에서 직접적으로 급랭되든지 간에, 급속 냉각으로 인해 부분적으로 응축된다. 고온 열분해 생성물 스트림은 고온 열분해 분리기(55)에서 분리되어, 분리기의 상부로부터 연장되는 오버헤드 라인(52)의 가스 고온 열분해 생성물 스트림을 분리기의 하부로부터 연장되는 하부 라인(57)의 액체 고온 열분해 생성물 스트림으로부터 분리한다. 분리기(55)는 HTPR(12)와 하류 연통할 수 있다. 일 실시 형태에서 물 급랭 챔버(46)로부터 생성되는 것과 같은 수성 스트림이 존재하는 경우, 라인(50)의 수성 스트림은 고온 열분해 분리기(55)에서 부트(boot)로부터 제거될 수 있다. C₅₊ 탄화수소를 포함하는 액체 고온 열분해 생성물 스트림은 라인(57)에서 부트 위에서 물 급랭 챔버로부터 제거될 수 있다.

물 라인(50)의 수성 스트림은 아마도 이송 라인 교환기(36) 및/또는 물 라인 교환기(56)에서의 열 교환에 의해 기화되고 희석제 가스 스트림으로서 사용될 수 있다. 블로어(58)는 희석제 라인(19)을 통해 희석제 입구(19)를 거쳐 HTPR(12) 내로 증기를 블로잉한다.

오버헤드 라인(52)의 기체 열분해 생성물 스트림은 압축기(80)에서 2 내지 3 MPa(게이지)로 압축될 수 있다. 이어서, 100 내지 150℃의 압축된 기체 열분해 생성물 스트림은 가성제 라인(82)에서 가성제 세척 용기(90)로 공급될 수 있다. 가성제 세척 용기(90)에서, 압축된 기체 생성물 스트림은 라인(92)을 통해 가성제 세척 용기(90)로 공급되는 수성 수산화나트륨과 접촉하여 이산화탄소와 같은 산성 가스를 수산화나트륨 내로 흡수한다. 이산화탄소 및 수산화나트륨은 탄산나트륨을 생성하며, 이는 수성상으로 들어가고 가성제 하부 라인(96)을 통해 산성 가스 풍부 스트림으로 빠져나와 재생 및 재활용된다. 세척된 가스 고온 열분해 생성물 스트림은 분해 가스 라인(94)으로 배출되고 잔류 수분을 제거하기 위해 건조기(100)로 공급된다.

건조기(100)에서는, 실리카 겔과 같은 흡착제와 접촉시켜 물을 흡착함으로써 세척된 기체 고온 열분해 생성물 스트림으로부터 물을 제거하거나, 가열하여 물을 기화시켜 기체 고온 열분해 생성물 스트림으로부터 물을 제거한다. 건조기(100)로부터의 물 라인(104)에서 물 스트림이 제거된다. 건조된 기체 고온 열분해 생성물 스트림은 건조된 분해된 가스 라인(102)에서 회수된다.

건조된 기체 고온 열분해 생성물 스트림은 C2, C3 및 C4 올레핀을 포함하며, 이는 회수되어 중합에 의해 플라스틱을 생성하는 데 사용될 수 있다. 본 발명자들은 기체 생성물로부터 회수된 생성물의 50 중량% 이상, 전형적으로 60 중량% 이상, 적합하게는 70 중량% 이상이 가치 있는 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌 생성물임을 발견하였다. 더 낮고 더 경제적인 탄소-대-희석제 가스 몰비에서, 본 발명자들은 회수된 생성물의 40 중량% 이상이 가치 있는 경질 올레핀임을 발견하였다. 이러한 경질 올레핀의 회수는 플라스틱 재활용을 위한 순환 경제(circular economy)를 나타낸다. 중합 플랜트가 현장에 있을 수 있거나, 회수된 올레핀이 중합 플랜트로 수송될 수 있다.

다시 분리기(30)로 돌아가면, 열 캐리어 딥 라인(32)의 열 캐리어 입자는 열분해 공정으로부터의 축적된 코크스를 가질 수 있다. 또한, 열분해 공정으로부터의 차르 잔류물은 또한 열 캐리어 딥 라인(32)에서 고형물로 끝날 수 있다. 열 캐리어 입자는 또한 HTPR(12)에서 많은 열을 발산하므로 재가열될 필요가 있다. 따라서, 열 캐리어 딥 라인(32)은 열 캐리어 입자 및 차르를 재가열기(60)로 전달한다.

일 태양에서, 재가열기(60)로 들어가는 열 캐리어 입자의 대부분이 분리기(30)를 통과한다. 일 실시 형태에서, 재가열기(60)로 들어가는 열 캐리어 입자의 전부가 분리기(30)를 통과한다.

열 캐리어 입자 및 차르는 재가열기(60)로 공급되고, 차가운 열 캐리어 입자 상의 차르 및 코크스를 연소시키기 위해 공기와 같은 라인(62)의 산소 공급 가스와 접촉된다. 재가열기(60)는 HTPR(12)와는 별개의 용기이다. 코크스는 연소 조건에서 산소 공급 가스와 접촉함으로써 폐 촉매에서 연소된다. 연소열은 열 캐리어 입자를 재가열하는 역할을 한다. 열 캐리어 입자에서 연소 제거되는 코크스 1 ㎏당 10 내지 15 ㎏의 공기가 필요하다. HTPR(12)에서 열분해 반응을 유도하기에 충분한 열을 생성하기 위해, 필요하다면 라인(64)의 연료 가스 스트림이 또한 재가열기(60)에 부가될 수 있다. 연료 가스는 라인(102)의 기체 고온 열분해 생성물 스트림으로부터 회수된 파라핀으로부터 수득될 수 있다. 예시적인 재가열 조건은 재가열기(60)에서 700℃ 내지 1000℃의 온도 및 1 내지 5 bar(절대)의 압력을 포함한다.

재가열된 열 캐리어 입자의 스트림은 라인(22)에서 재가열기(60)의 온도로 열 캐리어 입자 입구(23)를 통해 고온 열분해 반응기(12)로 재순환된다. 연도 가스 및 동반된 차르는 라인(66)에서 재가열기를 빠져나가서 사이클론(70)으로 전달되며, 이는 라인(74)의 고체 회분 생성물로부터 오버헤드 라인(72)의 배기 가스를 분리한다.

실시예

본 발명자들은 고온에서 HDPE 플라스틱 공급물의 열분해 반응을 수행하였다. 고온 열분해 공정을 시뮬레이션하기 위해 수냉식 재킷형 튜브를 통해 유동화 알파-알루미나 입자의 가열된 층 내로 플라스틱 펠릿을 떨어뜨렸다. 질소 가스를 사용하여 차가운 튜브를 통해 플라스틱 펠릿을 유동층으로 전달하고 열 캐리어 입자의 층을 유동화시켰다. 질소 스위프 가스를 사용하여 수냉식 재킷 주위의 층 위로 방출된 열분해된 플라스틱 가스를 스위핑하여 열분해 반응을 켄칭하였다. 질소 스위프 가스는 플라스틱 펠릿의 열분해 동안 유동층에서 플라스틱과 함께 존재하지 않았기 때문에, 탄소-대-가스 몰비 계산에 포함시키지 않았다. 가스 크로마토그래피를 사용하여 열분해의 생성물을 결정하였다. 다양한 열분해 조건 및 생성물 조성이 표에 나타나 있다.

[표]

생성물의 40 중량%는 고도로 가치 있는 C2-C4 올레핀을 포함한다. 귀중한 방향족 생산이 또한 상당하다.

구체적인 실시 형태

하기는 구체적인 실시 형태들과 관련하여 설명되지만, 이러한 설명은 예시하고자 하는 것이며 전술한 설명 및 첨부된 청구범위의 범위를 제한하고자 하는 것은 아님이 이해될 것이다.

본 발명의 제1 실시 형태는 플라스틱을 단량체로 전환하는 방법이며, 이 방법은 플라스틱 공급물 스트림을 열분해하여 저온 열분해 생성물 스트림을 제공하도록 플라스틱 공급물 스트림을 300 내지 600℃의 온도로 가열하는 단계; 저온 열분해 생성물 스트림으로부터 고온 열분해 공급물 스트림을 취하는 단계; 고온 열분해 공급물 스트림을 600 내지 1100℃의 승온으로 가열하여 고온 열분해 공급물 스트림을 단량체를 포함하는 고온 열분해 생성물 스트림으로 추가로 열분해하는 단계; 및 고온 열분해 생성물 스트림으로부터 단량체를 회수하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시 형태는, 저온 열분해 생성물 스트림을 분리하여 증기 저온 열분해 생성물 스트림 및 고온 열분해 공급물 스트림을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제1 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 고온 열분해 공급물 스트림이 액체 스트림인, 본 단락의 제1 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 고온 열분해 스트림을 플라스틱 공급물 스트림이 가열되는 위치로부터 고온 열분해 공급물 스트림이 가열되는 상이한 위치로 수송하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제1 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 플라스틱 공급물 스트림을 가열하기 전에 플라스틱 공급물 스트림을 그의 용융 온도 초과로 예열하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제1 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 저온 열분해 단계로부터의 재료 스트림을 가열기로 펌핑하는 단계, 재료 스트림을 가열하는 단계, 및 가열된 재료 스트림을 저온 열분해 단계로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제1 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 고온 열분해 공급물 스트림이 뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림과의 접촉에 의해 승온으로 가열되는, 본 단락의 제1 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 희석제 가스 스트림을 사용하여 고온 열분해 공급물 스트림 및 뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림을 들어올리는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제1 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림을 열 캐리어 입자 입구를 통해 반응기 내로 공급하는 단계 및 열 캐리어 입자 입구 위에서 열 캐리어 입자로부터 기체 생성물을 분리하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제1 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 분리된 열 캐리어 입자를 재가열기에서 재가열하는 단계 및 뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림을 재가열기로부터 반응기로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제1 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 고온 열분해 공급물 스트림을 수소처리하여 다이올레핀을 모노올레핀으로 전환하거나 유기 클로라이드 함유 화합물을 염화수소로 분해하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제1 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 냉각 액체로 기체 생성물을 급랭하여 열분해 반응을 종결시키는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제1 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다.

본 발명의 제2 실시 형태는 플라스틱을 단량체로 전환하는 방법이며, 이 방법은 플라스틱 공급물 스트림을 열분해하여 저온 열분해 생성물 스트림을 제공하도록 플라스틱 공급물 스트림을 300 내지 600℃의 온도로 가열하는 단계; 저온 열분해 생성물 스트림으로부터 고온 열분해 공급물 스트림을 취하는 단계; 고온 열분해 공급물 스트림을 뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림과의 접촉에 의해 600 내지 1100℃의 승온으로 가열하여 고온 열분해 공급물 스트림을 단량체를 포함하는 고온 열분해 생성물 스트림으로 추가로 열분해하는 단계; 및 고온 열분해 생성물 스트림으로부터 단량체를 회수하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시 형태는, 플라스틱 공급물 스트림을 가열하기 전에 플라스틱 공급물 스트림을 그의 용융 온도 초과로 예열하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제2 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림을 열 캐리어 입자 입구를 통해 반응기 내로 공급하는 단계 및 열 캐리어 입자 입구 위에서 열 캐리어 입자로부터 기체 생성물을 분리하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제2 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 분리된 열 캐리어 입자를 재가열기에서 재가열하는 단계 및 뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림을 재가열기로부터 반응기로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제2 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다.

본 발명의 제3 실시 형태는 플라스틱을 단량체로 전환하는 방법이며, 이 방법은 플라스틱 공급물 스트림을 열분해하여 저온 열분해 생성물 스트림을 제공하도록 플라스틱 공급물 스트림을 300 내지 600℃의 온도로 가열하는 단계; 저온 열분해 생성물 스트림을 분리하여 증기 저온 열분해 스트림 및 액체 저온 열분해 스트림을 제공하는 단계; 액체 저온 열분해 스트림을 고온 열분해 공급물 스트림으로서 고온 열분해 공정에 공급하는 단계; 고온 열분해 공급물 스트림을 600 내지 1100℃의 승온으로 가열하여 고온 열분해 공급물 스트림을 단량체를 포함하는 고온 열분해 생성물 스트림으로 추가로 열분해하는 단계; 및 고온 열분해 생성물 스트림으로부터 단량체를 회수하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시 형태는, 액체 저온 열분해 생성물 스트림을 플라스틱 공급물 스트림이 가열되는 위치로부터 증기 저온 열분해 공급물 스트림이 고온 열분해 공급물 스트림으로서 취해지는 상이한 위치로 수송하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제3 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 플라스틱 공급물 스트림을 가열하기 전에 플라스틱 공급물 스트림을 그의 용융 온도 초과로 예열하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제3 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 저온 열분해 단계로부터의 재료 스트림을 가열기로 펌핑하는 단계, 재료 스트림을 가열하는 단계, 및 가열된 재료 스트림을 저온 열분해 단계로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제3 실시 형태까지의 본 단락의 이전 실시 형태들 중 하나의 실시 형태, 임의의 실시 형태, 또는 모든 실시 형태이다.

추가의 상술 없이도, 전술한 설명을 사용하여 당업자는 본 발명을 최대한으로 이용하고 본 발명의 본질적인 특징을 용이하게 확인하여, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이, 본 발명의 다양한 변경 및 수정을 행하고 이를 다양한 사용 및 조건에 적응시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 따라서, 전술한 바람직한 구체적인 실시 형태는 본 개시의 나머지를 어떠한 방식으로든 제한하는 것이 아니라 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 그것은 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되는 다양한 수정 및 등가의 배열을 포함하도록 의도된다.

상기에서, 달리 지시되지 않는 한, 모든 온도는 섭씨 온도로 제시되며, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다.

Claims

플라스틱을 단량체로 전환하는 방법으로서,
플라스틱 공급물 스트림을 열분해하여 저온 열분해 생성물 스트림을 제공하도록 상기 플라스틱 공급물 스트림을 300 내지 600℃의 온도로 가열하는 단계;
상기 저온 열분해 생성물 스트림으로부터 고온 열분해 공급물 스트림을 취하는 단계;
상기 고온 열분해 공급물 스트림을 600 내지 1100℃의 승온으로 가열하여 상기 고온 열분해 공급물 스트림을 단량체를 포함하는 고온 열분해 생성물 스트림으로 추가로 열분해하는 단계; 및
상기 고온 열분해 생성물 스트림으로부터 상기 단량체를 회수하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 저온 열분해 생성물 스트림을 분리하여 증기 저온 열분해 생성물 스트림 및 고온 열분해 공급물 스트림을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제2항에 있어서, 상기 고온 열분해 공급물 스트림은 액체 스트림인, 방법.
제2항에 있어서, 상기 고온 열분해 스트림을 상기 플라스틱 공급물 스트림이 가열되는 위치로부터 상기 고온 열분해 공급물 스트림이 가열되는 상이한 위치로 수송하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 플라스틱 공급물 스트림을 가열하기 전에 상기 플라스틱 공급물 스트림을 그의 용융 온도 초과로 예열하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제5항에 있어서, 상기 저온 열분해 단계로부터의 재료 스트림을 가열기로 펌핑하는 단계, 상기 재료 스트림을 가열하는 단계, 및 상기 가열된 재료 스트림을 상기 저온 열분해 단계로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 고온 열분해 공급물 스트림은 뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림과의 접촉에 의해 승온으로 가열되는, 방법.
제7항에 있어서, 희석제 가스 스트림을 사용하여 상기 고온 열분해 공급물 스트림 및 뜨거운 열 캐리어 입자의 상기 스트림을 들어올리는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제8항에 있어서, 뜨거운 열 캐리어 입자의 상기 스트림을 열 캐리어 입자 입구를 통해 상기 반응기 내로 공급하는 단계 및 상기 열 캐리어 입자 입구 위에서 상기 열 캐리어 입자로부터 상기 기체 생성물을 분리하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제7항에 있어서, 분리된 열 캐리어 입자를 재가열기에서 재가열하는 단계 및 상기 뜨거운 열 캐리어 입자의 스트림을 상기 재가열기로부터 상기 반응기로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.