KR20240155738A - Method and system for producing refined hydrocarbons from waste plastics - Google Patents
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Abstract
본 개시는 폐플라스틱으로 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템에 관한 것이다.
본 개시에 따른 폐플라스틱으로 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템은 염소 및 질소 등을 포함하는 불순물이 함유된 폐플라스틱 열분해유를 정제하는 과정에서 암모늄 염(NH4Cl)의 생성을 최소화하고, 반응기 내에서 불순물 입자가 고착화되는 현상을 방지할 수 있다. 또한
본 개시에 따른 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템은 공정에서 사용되는 촉매의 비활성화가 방지됨에 따라 정제 효율이 우수하고, 공정의 장기간 운영이 가능하며, 폐플라스틱으로부터 불순물 함유량 및 올레핀 함유량이 낮은 정제 탄화수소 및 고체 코크를 제조할 수 있다.The present disclosure relates to a method and a production system for producing purified hydrocarbons from waste plastic.
The method and system for producing refined hydrocarbons from waste plastic according to the present disclosure can minimize the generation of ammonium salts (NH 4 Cl) in the process of refining waste plastic pyrolysis oil containing impurities including chlorine and nitrogen, and prevent the phenomenon of impurity particles being fixed within a reactor. In addition, the method and system for producing refined hydrocarbons according to the present disclosure have excellent refining efficiency because deactivation of a catalyst used in the process is prevented, long-term operation of the process is possible, and refined hydrocarbons and solid coke having low impurity content and low olefin content can be produced from waste plastic.
Description
본 개시는 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method and a production system for purified hydrocarbons from waste plastic.
폐플라스틱은 석유를 원료로 하여 제조된 것으로서 발전 등 에너지 회수, 기계적 재활용과 같은 재활용 비율은 낮고, 상당량이 단순 소각 또는 매립되고 있는 실정이다. 이러한 폐기물들은 자연 상태에서 분해되는데 긴 시간이 소요되므로 토양을 오염시키고 심각한 환경오염을 유발한다. 폐플라스틱을 재활용하기 위한 방법으로, 폐플라스틱을 열분해하여 이용 가능한 유분으로 전환시키는 방법이 있으며 이와 같이 폐플라스틱을 열분해하여 생산된 유분을 폐플라스틱 열분해유라 한다.Waste plastics are manufactured using petroleum as a raw material, and the recycling rate, such as energy recovery and mechanical recycling, is low, and a significant amount is simply incinerated or landfilled. Since these wastes take a long time to decompose in nature, they pollute the soil and cause serious environmental pollution. As a method for recycling waste plastics, there is a method of converting waste plastics into usable oil by thermal decomposition, and the oil produced by thermal decomposition of waste plastics in this way is called waste plastic pyrolysis oil.
그러나 폐플라스틱을 열분해하여 얻은 열분해유는 일반적인 방법으로 원유로부터 제조되는 유분과 비교하여 폐물질에서 기인한 염소, 질소, 금속 등 불순물 함량이 높기 때문에 이를 연료로 활용 시 SOx, NOx 등의 대기 오염 물질 배출 우려가 있고, 휘발유, 경유 등의 고부가 가치 연료에 제한적인 양만이 블렌딩될 수 있다.However, pyrolysis oil obtained by pyrolyzing waste plastics has a higher content of impurities such as chlorine, nitrogen, and metals derived from waste materials compared to oil manufactured from crude oil using a general method. Therefore, there is a concern that it may emit air pollutants such as SOx and NOx when used as fuel, and only a limited amount can be blended with high value-added fuels such as gasoline and diesel.
이와 같이, 폐플라스틱 열분해유에 함유된 염소, 질소, 산소, 금속 등의 불순물을 제거하기 위한 정제 방법으로 수소화 처리 촉매 하에 폐플라스틱 열분해유와 수소를 반응시켜 탈염소화/탈질소화/탈산소화하는 방법 또는 염소 흡착제를 이용하여 폐플라스틱 열분해유에 함유된 염소를 흡착 제거하는 방법 등이 알려져 있다.In this way, as a purification method for removing impurities such as chlorine, nitrogen, oxygen, and metals contained in waste plastic pyrolysis oil, a method of reacting waste plastic pyrolysis oil with hydrogen in the presence of a hydrogenation catalyst to perform dechlorination/denitrogenation/deoxygenation, or a method of adsorbing and removing chlorine contained in waste plastic pyrolysis oil using a chlorine adsorbent, etc. are known.
구체적으로, 미국등록특허공보 제3935295호에는 다양한 탄화수소 오일로부터 염화물 오염 물질을 제거하기 위한 기술이 개시되어 있다. 상기 기술은 제1 반응기에서 수소화 처리 촉매 하에 오일을 수소화 반응시키고, 이때 생성된 염화수소(HCl)와 정제된 오일을 포함하는 유체를 제2 반응기에 유입시킨 후, 상기 유체에 포함된 염소 성분을 흡착제를 통해 흡착 제거하는 종래 기술이다. Specifically, U.S. Patent Publication No. 3,935,295 discloses a technique for removing chloride contaminants from various hydrocarbon oils. The technique is a conventional technique in which oil is hydrogenated under a hydrogenation catalyst in a first reactor, a fluid containing hydrogen chloride (HCl) produced in the process and purified oil is introduced into a second reactor, and then the chlorine component contained in the fluid is removed by adsorption using an adsorbent.
하지만 전술한 종래 기술과 같이, 수소화 처리 촉매 하에 오일과 수소를 반응시킬 경우, 정제된 오일과 함께 생성되는 염화수소 등의 염소 화합물과 질소 화합물이 반응하여 암모늄 염(NH4Cl)을 생성하며, 이 암모늄 염은 다양한 공정적 문제를 유발한다. 구체적으로, 오일과 수소가 반응하여 반응기 내부에 생성되는 암모늄 염은 반응기의 부식을 유발하여 내구성을 감소시킬 뿐만 아니라, 차압 발생, 이로 인한 공정 효율 저하 등 많은 공정적 문제를 야기한다. 또한, 공정을 장기간 운영하는 경우 폐플라스틱 열분해유 내 불순물 입자(particle)들이 반응기 내에 고착되어 마찬가지로 여러 공정적 문제를 일으킨다.However, as in the conventional technology described above, when reacting oil and hydrogen under a hydrogenation catalyst, chlorine compounds such as hydrogen chloride and nitrogen compounds generated together with the refined oil react to generate ammonium salts (NH 4 Cl), and these ammonium salts cause various process problems. Specifically, the ammonium salts generated inside the reactor when the oil and hydrogen react not only cause corrosion of the reactor, reducing durability, but also cause many process problems such as differential pressure generation and reduced process efficiency due to this. In addition, when the process is operated for a long period of time, impurity particles in the waste plastic pyrolysis oil are fixed inside the reactor, similarly causing various process problems.
따라서 폐플라스틱으로부터 상술한 공정적 문제를 해결하면서 정제 탄화수소 및 고체 코크(Coke)를 제조할 수 있는 방법의 개발이 요구된다.Therefore, there is a need to develop a method for producing refined hydrocarbons and solid coke from waste plastics while solving the process problems described above.
본 개시의 목적은 염소 및 질소 등을 포함하는 불순물이 함유된 폐플라스틱 열분해유의 정제 공정에 있어, 암모늄 염(NH4Cl)의 생성을 최소화하는 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템을 제공하는 것이다.The purpose of the present disclosure is to provide a method and a system for producing purified hydrocarbons from waste plastics, which minimize the production of ammonium salts (NH 4 Cl) in a purification process of waste plastic pyrolysis oil containing impurities including chlorine and nitrogen.
본 개시의 다른 목적은 촉매의 활성이 오래 유지되어 정제 효율이 우수하고, 장기간 운영이 가능한 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present disclosure is to provide a method and system for producing purified hydrocarbons from waste plastics, in which the activity of the catalyst is maintained for a long time, the purification efficiency is excellent, and long-term operation is possible.
본 개시의 다른 목적은 불순물 입자의 고착화 현상을 방지할 수 있는 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present disclosure is to provide a method and system for producing purified hydrocarbon from waste plastics, which can prevent the phenomenon of fixation of impurity particles.
본 개시의 다른 목적은 폐플라스틱으로부터 염소, 질소, 산소, 금속 등의 불순물 및 올레핀 함유량이 낮고, 품질이 우수한 정제 탄화수소 및 고체 코크(Coke)를 제조할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present disclosure is to provide a method and system capable of producing refined hydrocarbons and solid coke of high quality and having low content of impurities such as chlorine, nitrogen, oxygen, metals, and olefins from waste plastics.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 일 측면에서는 S1) 폐플라스틱을 열분해 반응기에 투입하여 열분해 가스를 제조하는 열분해 단계; S2) 상기 열분해 가스를 중화제가 충진된 고온필터(hot filter)에 투입하여 폐플라스틱 열분해유를 제조하는 단계; S3) 폐플라스틱 열분해유, 세척수 및 해유화제(demulsifier)를 혼합한 제1혼합액에 전압을 인가하여 탈수하는 단계; S4) 상기 S3) 단계에서 탈수한 제1혼합액 및 황 공급원(sulfur source)을 혼합한 제2혼합액을 수소화 처리하여 불순물이 제거된 정제유를 생성하는 단계; 및 S5) 상기 불순물이 제거된 정제유를 코킹(coking)하는 단계;를 포함하는, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, in one aspect of the present disclosure, a method for producing refined hydrocarbons from waste plastic is provided, comprising: S1) a pyrolysis step of introducing waste plastic into a pyrolysis reactor to produce pyrolysis gas; S2) a step of introducing the pyrolysis gas into a hot filter filled with a neutralizing agent to produce waste plastic pyrolysis oil; S3) a step of dehydrating a first mixture comprising waste plastic pyrolysis oil, wash water, and a demulsifier by applying voltage; S4) a step of hydrogenating a second mixture comprising the first mixture dehydrated in step S3) and a sulfur source to produce refined oil from which impurities have been removed; and S5) a step of coking the refined oil from which the impurities have been removed.
본 개시의 일 예에 따른 상기 S3) 단계에서, 상기 폐플라스틱 열분해유는 상기 세척수보다 더 많은 부피로 혼합될 수 있다.In the step S3) according to an example of the present disclosure, the waste plastic pyrolysis oil can be mixed in a larger volume than the wash water.
본 개시의 일 예에 따른 상기 S3) 단계에서, 상기 제1혼합액은 폐플라스틱 열분해유와 세척수가 1:0.001 내지 0.5의 부피비로 혼합되는 것일 수 있다.In the step S3) according to an example of the present disclosure, the first mixture may be a mixture of waste plastic pyrolysis oil and washing water in a volume ratio of 1:0.001 to 0.5.
본 개시의 일 예에 따른 상기 S3) 단계에서, 상기 제1혼합액은 폐플라스틱 열분해유와 해유화제가 1:0.000001 내지 0.001의 부피비로 혼합되는 것일 수 있다.In the step S3) according to an example of the present disclosure, the first mixture may be a mixture of waste plastic pyrolysis oil and a demulsifier in a volume ratio of 1:0.000001 to 0.001.
본 개시의 일 예에 따른 상기 전압은 교류 또는 교류와 직류의 조합으로 인가되는 것일 수 있다.The voltage according to an example of the present disclosure may be applied as an alternating current or a combination of alternating current and direct current.
본 개시의 일 예에 따른 상기 전압은 수직 전극을 통해 인가되는 것일 수 있다.According to one example of the present disclosure, the voltage may be applied through a vertical electrode.
본 개시의 일 예에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법은 상기 S3) 단계에서, 상기 전압 인가 후 제1혼합액으로부터 래그층(rag layer)을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.A method for producing purified hydrocarbon from waste plastic according to an example of the present disclosure may further include, in step S3), a step of removing a rag layer from the first mixture after applying the voltage.
본 개시의 일 예에 따른 상기 S3) 단계는 20 ℃ 내지 300 ℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다.The step S3) according to an example of the present disclosure can be performed at a temperature condition of 20° C. to 300° C.
본 개시의 일 예에 따른 상기 폐플라스틱 열분해유의 수분 함량과 상기 S3) 단계에서 탈수한 제1혼합액의 수분 함량의 비율은 1:0.0001 내지 0.9일 수 있다.According to an example of the present disclosure, the ratio of the moisture content of the waste plastic pyrolysis oil and the moisture content of the first mixture dehydrated in step S3) may be 1:0.0001 to 0.9.
본 개시의 일 예에 따른 상기 S3) 단계는 탈수한 제1혼합액을 수분 응집하여 추가 탈수하는 것일 수 있다. According to an example of the present disclosure, the step S3) may further dehydrate the dehydrated first mixture by coagulating the moisture.
본 개시의 일 예에 따른 상기 제2혼합액은 염소에 대한 질소의 중량비가 1:1 내지 10인 것일 수 있다.According to an example of the present disclosure, the second mixture may have a weight ratio of nitrogen to chlorine of 1:1 to 10.
본 개시의 일 예에 따른 상기 황 공급원(sulfur source)은 황 함유 유분을 포함하는 것일 수 있다.The sulfur source according to one example of the present disclosure may include a sulfur-containing oil.
본 개시의 일 예에 따른 상기 황 함유 유분은 상기 S3) 단계에서 탈수한 제1혼합액 100 중량부 기준으로 0.5 중량부 미만으로 포함될 수 있다.According to an example of the present disclosure, the sulfur-containing oil may be included in an amount of less than 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the first mixture dehydrated in step S3).
본 개시의 일 예에 따른 상기 황 공급원(sulfur source)은 디설파이드계 화합물, 설파이드계 화합물, 설포네이트계 화합물 및 설페이트계 화합물에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 황 함유 유기 화합물을 포함할 수 있다.According to one example of the present disclosure, the sulfur source may include one or more sulfur-containing organic compounds selected from a disulfide compound, a sulfide compound, a sulfonate compound, and a sulfate compound.
본 개시의 일 예에 따른 상기 수소화 처리는 몰리브덴계 수소화 촉매 하에서 수행될 수 있다.The hydrogenation treatment according to an example of the present disclosure can be performed in the presence of a molybdenum-based hydrogenation catalyst.
본 개시의 일 예에 따른 상기 몰리브덴계 수소화 촉매는 몰리브덴계 금속, 또는 니켈, 코발트 및 텅스텐 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 금속과 몰리브덴계 금속이 지지체에 담지된 촉매일 수 있다.The molybdenum-based hydrogenation catalyst according to one example of the present disclosure may be a catalyst in which a molybdenum-based metal or a metal including one or more selected from nickel, cobalt, and tungsten and the molybdenum-based metal are supported on a support.
본 개시의 일 예에 따른 상기 몰리브덴계 수소화 촉매는 몰리브덴계 황화물 수소화 촉매를 포함할 수 있다.The molybdenum-based hydrogenation catalyst according to one example of the present disclosure may include a molybdenum-based sulfide hydrogenation catalyst.
본 개시의 일 예에 따른 상기 수소화 처리는 50 bar 내지 150 bar의 압력 조건에서 수행될 수 있다.The hydrogenation treatment according to an example of the present disclosure can be performed under pressure conditions of 50 bar to 150 bar.
본 개시의 일 예에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법은 상기 S4) 단계 이후에, 상기 불순물이 제거된 정제유가 포함된 스트림을 기액분리한 후 수세하는 단계;를 더 포함할 수 있다.A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic according to an example of the present disclosure may further include, after step S4), a step of washing a stream containing refined oil from which impurities have been removed by subjecting the stream to vapor-liquid separation.
본 개시의 일 예에 따른 상기 S5) 단계는, 상기 불순물이 제거된 정제유를 증류하여 분리한 정제 유분을 코킹하는 것일 수 있다.The step S5) according to an example of the present disclosure may be coking the purified oil fraction separated by distillation of the purified oil from which the impurities have been removed.
본 개시의 일 예에 따른 상기 S5) 단계는, 상기 불순물이 제거된 정제유와 석유계 탄화수소가 혼합된 혼합유를 코킹하는 것일 수 있다.The step S5) according to an example of the present disclosure may be coking a mixed oil in which the refined oil from which the impurities have been removed and the petroleum hydrocarbon are mixed.
본 개시에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템은 염소 및 질소 등을 포함하는 불순물이 함유된 폐플라스틱 열분해유의 정제 공정에 있어, 암모늄 염(NH4Cl)이 생성되지 못하도록 하거나 이를 최소한으로 생성하도록 하고, 불순물 입자의 고착화 현상을 방지할 수 있다.The method and system for producing purified hydrocarbon from waste plastic according to the present disclosure can prevent the generation of ammonium salt (NH 4 Cl) or minimize the generation thereof, and prevent the fixation phenomenon of impurity particles in the purification process of waste plastic pyrolysis oil containing impurities including chlorine and nitrogen.
본 개시에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템은 수분에 의한 촉매 비활성화가 방지됨에 따라 정제 효율이 우수하고, 공정의 장기간 운영이 가능한 효과가 있다.The method and system for producing purified hydrocarbons from waste plastic according to the present disclosure have excellent purification efficiency and enable long-term operation of the process since catalyst deactivation due to moisture is prevented.
본 개시에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템은 폐플라스틱으로부터 염소, 질소, 산소, 금속 등의 불순물 및 올레핀 함유량이 매우 낮은 정제 탄화수소 및 코체 코크를 제공할 수 있다.The method and system for producing purified hydrocarbon from waste plastic according to the present disclosure can provide purified hydrocarbon and coke having very low content of impurities such as chlorine, nitrogen, oxygen, metals, and olefins from waste plastic.
본 개시에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템은 폐플라스틱을 이용한 친환경 정유 및 석유화학제품의 생산에 사용될 수 있다.The method and system for producing refined hydrocarbons from waste plastics according to the present disclosure can be used in the production of environmentally friendly refined oil and petrochemical products using waste plastics.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법의 공정도이다.FIG. 1 is a process diagram of a method for producing purified hydrocarbon from waste plastic according to one embodiment of the present disclosure.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.The advantages and features of the present invention, and the method for achieving them, will become clear with reference to the embodiments described in detail below. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and these embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete and to fully inform a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs of the scope of the invention, and the present invention is defined only by the scope of the claims.
다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used in a commonly understood meaning to a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.As used herein, the singular forms of terms are to be construed to include the plural forms as well, unless otherwise specified.
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.The numerical range used in this specification includes the lower and upper limits and all values within that range, increments logically derived from the shape and width of the defined range, all doubly defined values, and all possible combinations of the upper and lower limits of a numerical range defined in different shapes. Unless otherwise specifically defined in the specification of the present invention, values outside the numerical range that may arise due to experimental error or rounding of values are also included in the defined numerical range.
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.The term "includes" as used herein is an open-ended description that has the equivalent meaning of expressions such as "comprises," "contains," "has," and "is characterized by," and does not exclude additional elements, materials, or processes not listed herein.
본 명세서에서 사용되는 용어, '반응기'는 폐플라스틱 열분해유의 생산, 정제, 분류, 혼합 등의 공정에서 사용될 수 있는 기구를 의미하는 것일 수 있다. 예를 들면 '반응기'는 폐플라스틱 열분해유의 정제 공정에서 사용되는 탈수기(dehydrator), 응집기(coalescer), 수소화 처리 반응기(hydrotreating reactor), 세퍼레이터(separator) 등과 같은 기구를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.The term 'reactor' used in this specification may mean a device that can be used in processes such as production, refining, classification, and mixing of waste plastic pyrolysis oil. For example, 'reactor' may be interpreted to mean devices such as a dehydrator, a coalescer, a hydrotreating reactor, and a separator used in a process of refining waste plastic pyrolysis oil.
본 명세서에서 사용되는 용어, '수직 전극'은 지면에 대하여 수직 방향으로 세워진 전극을 의미하는 것일 수 있고, '수평 전극'은 지면에 대하여 수평 방향으로 눕혀진 전극을 의미하는 것일 수 있다.As used herein, the term 'vertical electrode' may mean an electrode erected vertically with respect to the ground, and the term 'horizontal electrode' may mean an electrode laid horizontally with respect to the ground.
본 개시에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템은, 폐플라스틱을 열분해하여 열분해 가스를 제조하는 단계, 상기 열분해 가스로부터 폐플라스틱 열분해유를 제조하는 단계 및 상기 폐플라스틱 열분해유 내 에멀젼 형태로 분산되어 있는 수분에 의한 촉매 비활성화, 수분에 포함된 염소와 수분의 낮은 pH로 인한 반응기의 부식 등의 문제를 감소시키기 위하여 수세, 해유화 및 전압 인가 등을 거치는 탈수 단계를 포함한다. 또한, 열분해유를 정제하는 공정 및 정제유를 원료로 하는 정유 및 석유화학 공정 등에서 여러 문제를 야기하는 암모늄 염의 생성을 최소화할 수 있는 수소화 처리 단계 및 상기 단계들을 거쳐 불순물이 제거된 정제유를 코킹하는 코킹 단계를 포함한다. 본 개시에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법은 상기 일련의 경시적 단계가 유기적으로 결합됨에 따라 폐플라스틱으로부터 불순물 함량이 낮은 정제 탄화수소 및 고체 코크를 안정적으로 생산할 수 있다.The method and system for producing refined hydrocarbons from waste plastic according to the present disclosure include a step of producing pyrolysis gas by pyrolyzing waste plastic, a step of producing waste plastic pyrolysis oil from the pyrolysis gas, and a dehydration step including washing, demulsification, and voltage application to reduce problems such as catalyst deactivation due to moisture dispersed in the waste plastic pyrolysis oil in the form of an emulsion, corrosion of a reactor due to chlorine contained in the moisture and low pH of the moisture, etc. In addition, the method includes a hydrogenation step capable of minimizing the generation of ammonium salts that cause various problems in a process of refining pyrolysis oil and in oil refining and petrochemical processes using refined oil as a raw material, and a coking step for coking refined oil from which impurities have been removed through the above steps. The method for producing refined hydrocarbons from waste plastic according to the present disclosure can stably produce refined hydrocarbons and solid coke with a low impurity content from waste plastic by organically combining the above series of sequential steps.
이하 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템에 대하여 상세히 설명한다.Below, a method and system for producing purified hydrocarbons from waste plastic are described in detail.
본 개시는 S1) 폐플라스틱을 열분해 반응기에 투입하여 열분해 가스를 제조하는 열분해 단계; S2) 상기 열분해 가스를 중화제가 충진된 고온필터(hot filter)에 투입하여 폐플라스틱 열분해유를 제조하는 단계; S3) 폐플라스틱 열분해유, 세척수 및 해유화제(demulsifier)를 혼합한 제1혼합액에 전압을 인가하여 탈수하는 단계; S4) 상기 S3) 단계에서 탈수한 제1혼합액 및 황 공급원(sulfur source)을 혼합한 제2혼합액을 수소화 처리하여 불순물이 제거된 정제유를 생성하는 단계; 및 S5) 상기 불순물이 제거된 정제유를 코킹(coking)하는 단계;를 포함하는, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법을 제공한다.The present disclosure provides a method for producing refined hydrocarbons from waste plastic, comprising: S1) a pyrolysis step of introducing waste plastic into a pyrolysis reactor to produce pyrolysis gas; S2) a step of introducing the pyrolysis gas into a hot filter filled with a neutralizing agent to produce waste plastic pyrolysis oil; S3) a step of dehydrating a first mixture comprising waste plastic pyrolysis oil, wash water, and a demulsifier by applying voltage; S4) a step of hydrogenating a second mixture comprising the first mixture dehydrated in step S3) and a sulfur source to produce refined oil from which impurities have been removed; and S5) a step of coking the refined oil from which the impurities have been removed.
먼저, S1) 단계는 폐플라스틱을 열분해 반응기에 투입하여 열분해 가스를 제조하는 열분해 단계이다.First, step S1) is a pyrolysis step that produces pyrolysis gas by feeding waste plastic into a pyrolysis reactor.
상기 열분해 단계는 폐플라스틱을 열분해 반응기에 투입하고, 가열하여 열분해 가스를 제조하는 단계이다. 상기 열분해 단계는 비산화성 분위기하 400 내지 550℃의 온도에서 진행되는 것일 수 있으며, 구체적으로 상기 비산화 분위기는 폐플라스틱이 산화(연소)하지 않는 분위기이며, 예를 들어 산소 농도가 1 부피% 이하로 조정된 분위기, 질소, 수증기, 이산화탄소 및 아르곤 등의 불활성 가스의 분위기일 수 있다. 상기 열분해 온도가 400℃이상이면 염소 함유 플라스틱의 융착을 방지할 수 있고, 열분해 온도가 550℃이하이면, 폐플라스틱 내 일부 염소가 열분해 찌꺼기(char)에 잔류할 수 있다.The above pyrolysis step is a step of introducing waste plastic into a pyrolysis reactor and heating it to produce pyrolysis gas. The pyrolysis step may be performed at a temperature of 400 to 550°C in a non-oxidizing atmosphere, and specifically, the non-oxidizing atmosphere is an atmosphere in which the waste plastic is not oxidized (burned), and may be, for example, an atmosphere in which the oxygen concentration is adjusted to 1% by volume or less, an atmosphere of an inert gas such as nitrogen, water vapor, carbon dioxide, and argon. When the pyrolysis temperature is 400°C or higher, fusion of chlorine-containing plastic can be prevented, and when the pyrolysis temperature is 550°C or lower, some of the chlorine in the waste plastic may remain in the pyrolysis residue (char).
상기 열분해 단계는 열분해 가스상, 오일 및 왁스를 포함하는 열분해 액체상 및 열분해 찌꺼기를 포함하는 열분해 고체상을 생성할 수 있다.The above pyrolysis step can produce a pyrolysis gas phase, a pyrolysis liquid phase including oil and wax, and a pyrolysis solid phase including pyrolysis residue.
상기 폐플라스틱은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리염화비닐(PVC) 및 폴리스티렌(PS)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 폐플라스틱은 유기 염소(organic Cl) 및 무기 염소(Inorganic Cl)를 포함할 수 있다. 폐플라스틱 열분해유 등 폐플라스틱의 Cracking, Pyrolysis 반응을 통해 생성된 폐유분 내에는 폐플라스틱에서 기인한 다량의 불순물이 포함된다. 이에, 폐유분을 활용 시 대기오염물질 배출의 우려가 있고, 특히 유기 염소 및 무기 염소 성분 등은 고온 처리 과정에서 HCl로 전환되어 배출되는 문제가 있으므로, 폐유분을 정제하여 상기 염소 성분의 불순물을 제거할 필요가 있다.The above waste plastic may include at least one selected from the group consisting of polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), and polystyrene (PS). The waste plastic may include organic chlorine (organic Cl) and inorganic chlorine (inorganic Cl). Waste oil generated through cracking and pyrolysis reactions of waste plastic, such as waste plastic pyrolysis oil, contains a large amount of impurities originating from the waste plastic. Therefore, there is a concern about the emission of air pollutants when the waste oil is utilized, and in particular, since organic chlorine and inorganic chlorine components are converted to HCl and emitted during the high-temperature treatment process, it is necessary to purify the waste oil to remove the impurities of the chlorine components.
일반적으로 폐플라스틱은 생활계 폐플라스틱 폐기물과 산업계 폐플라스틱 폐기물로 구분될 수 있다. 생활계 폐플라스틱 폐기물은 PE, PP 이외의 PVC, PS, PET, PBT등이 혼합된 플라스틱으로서 본 발명에서는 PE, PP와 함께 PVC가 3중량% 이상 포함하는 혼합 폐플라스틱 폐기물을 의미할 수 있고, 폐플라스틱의 염소 함량은 예를 들어 5,000ppm 이상, 5,000 내지 15,000ppm로 염소의 함량이 상대적으로 높은 특징이 있다. 산업계 폐플라스틱 폐기물은 PE/PP가 대부분을 차지하며, 염소 함량은 100 내지 1,000ppm, 500 내지 1,000ppm 또는 700 내지 1,000ppm으로 생활계 폐플라스틱 대비 염소 함량이 낮지만, 접착제 또는 염료 성분에서 기인되는 유기 Cl 함량이 높고, 특히 방향족 고리(aromatic ring)에 함유된 염소의 비율이 높다는 특징이 있다.In general, waste plastics can be divided into waste plastic waste from daily life and waste plastic waste from industrial life. Household waste plastic waste is a mixed plastic containing PVC, PS, PET, PBT, etc. other than PE and PP, and in the present invention, it can mean mixed waste plastic waste containing 3 wt% or more of PVC together with PE and PP, and the chlorine content of waste plastics is, for example, 5,000 ppm or more, 5,000 to 15,000 ppm, and is characterized by a relatively high chlorine content. Industrial waste plastic waste is mostly made up of PE/PP, and the chlorine content is 100 to 1,000 ppm, 500 to 1,000 ppm, or 700 to 1,000 ppm, and is characterized by a low chlorine content compared to daily waste plastics. However, it has a high organic Cl content caused by adhesive or dye components, and in particular, a high proportion of chlorine contained in an aromatic ring.
특히 생활계 폐플라스틱 중 PVC에서 기인하는 염소는 HCl로 제거(Hydrogen chloride elimination)되는 데 반해, 산업계 폐플라스틱 중 대부분을 차지하는 PE 및 PP의 염소는 접착제 또는 염료 성분에서 기인하는 것으로서, 대부분 사슬고리 말단에 형성하는 유기 염소에 비해 방향족 고리에서 기인하는 유기 염소의 비율이 높은데, 이는 일반적인 열분해나 중화제로는 제거하기 어렵다는 문제가 있다.In particular, chlorine originating from PVC in household waste plastics is removed with HCl (hydrogen chloride elimination), whereas chlorine in PE and PP, which account for the majority of industrial waste plastics, originates from adhesive or dye components. In most cases, the proportion of organic chlorine originating from aromatic rings is higher than that of organic chlorine formed at the end of chain links, which poses a problem in that it is difficult to remove with general thermal decomposition or neutralizing agents.
상기 열분해 단계에서 제조된 열분해 가스는 총 중량에 대하여 Naphtha(bp ~150℃) 5~35 중량%, Kero(bp 150~265℃) 10~60 중량%, LGO(bp 265~380℃) 20~40 중량% 및 UCO-2/AR(bp 380℃) 5~40 중량%를 포함할 수 있고, 구체적으로 Naphtha(bp ~150℃) 5~30 중량%, Kero(bp 150~265℃) 15~50 중량%, LGO(bp 265~380℃) 20~35 중량% 및 UCO-2/AR(bp 380℃) 10~40 중량% 또는 Naphtha(bp ~150℃) 5~20 중량%, Kero(bp 150~265℃) 15~35 중량%, LGO(bp 265~380℃) 25~35 중량% 및 UCO-2/AR(bp 380℃) 15~40 중량%를 포함할 수 있다. 또한, 상기 열분해 가스는 중질유분(LGO 및 UCO-2/AR의 총합)에 대한 경질유분(Naphtha 및 Kero의 총합)의 중량비가 0.1 내지 3, 0.1 내지 2.0, 또는 0.2 내지 1.0일 수 있다. 상기 유분 조성의 범위를 갖는 열분해 가스를 이후 본 개시의 고온필터에 투입하는 경우 목적하는 열분해유의 경질화 및 불순물 제거 효과를 향상시킬 수 있다. 구체적으로 고온필터에서는, 1차적으로 고온에서 열분해 반응이 일어나면서 추가적인 염소 해리와 유분의 경질화가 동시에 진행되며, 2차적으로 해리된 염소는 중화제(CaO)와 접촉하여 염(salt) 형태로 고정된다. 특히, PVC가 포함된 생활계 폐플라스틱에서 유래한 열분해유에서 HCl 발생량이 많으며, 상기 HCl 해리 염소는 탄화수소와 재조합(recombination) 되지 않고 고온필터 내의 중화제(CaO)에 고정되는 비율이 높은 것으로 분석된다. 이에, 본 개시의 열분해 단계는 생활계 폐플라스틱 원료물질을 사용하는 경우 염소 제거 효율이 더 좋을 수 있다. 그러나, 산업계 폐플라스틱의 경우 생활계 폐플라스틱에 비해 원료물질 내 염소 함량 자체가 낮기 때문에 염소 제거 효율이 다소 낮을 수 있으나, 폐플라스틱의 조성의 차이에 의해 경질화 효과는 현저히 개선될 수 있다.The pyrolysis gas produced in the above pyrolysis step may contain 5 to 35 wt% of Naphtha (bp ~150℃), 10 to 60 wt% of Kero (bp 150~265℃), 20 to 40 wt% of LGO (bp 265~380℃), and 5 to 40 wt% of UCO-2/AR (bp 380℃) based on the total weight, and specifically 5 to 30 wt% of Naphtha (bp ~150℃), 15 to 50 wt% of Kero (bp 150~265℃), 20 to 35 wt% of LGO (bp 265~380℃), and 10 to 40 wt% of UCO-2/AR (bp 380℃), or 5 to 20 wt% of Naphtha (bp ~150℃), 15 to 35 wt% of Kero (bp 150~265℃). The pyrolysis gas may include a weight ratio of light oil (sum of naphtha and kero) to heavy oil (sum of LGO and UCO-2/AR) of 0.1 to 3, 0.1 to 2.0, or 0.2 to 1.0. When the pyrolysis gas having the above-described oil composition range is subsequently introduced into the high-temperature filter of the present disclosure, the hardening effect of the target pyrolysis oil and the impurity removal effect can be improved. Specifically, in the high-temperature filter, a pyrolysis reaction primarily occurs at high temperature, and additional chlorine dissociation and oil hardening simultaneously proceed, and secondarily, the dissociated chlorine comes into contact with a neutralizing agent (CaO) and is fixed in the form of a salt. In particular, the amount of HCl generated from pyrolysis oil derived from household waste plastics containing PVC is large, and it is analyzed that the HCl dissociated chlorine is not recombined with hydrocarbons but is fixed at a high rate to a neutralizing agent (CaO) in a high-temperature filter. Accordingly, the pyrolysis step of the present disclosure may have better chlorine removal efficiency when household waste plastic raw materials are used. However, in the case of industrial waste plastics, the chlorine removal efficiency may be somewhat lower than that of household waste plastics because the chlorine content itself in the raw materials is lower; however, the hardening effect can be significantly improved due to the difference in the composition of the waste plastics.
상기 열분해 반응기는 고온고압반응기(Autoclave reactor), 회분식반응기(batch stirred reactor), 유동층반응기(Fluidised-bed reactor) 및 고정층반응기(Packed-bed reactor)등에서 진행될 수 있고, 구체적으로 교반과 승온 제어가 가능한 모든 반응기에 적용할 수 있으며, 본 개시에서는 회분식반응기(Batch reactor)에서 진행될 수 있다.The above pyrolysis reactor can be carried out in a high-temperature and high-pressure reactor (autoclave reactor), a batch stirred reactor, a fluidised-bed reactor, a packed-bed reactor, etc., and specifically, can be applied to all reactors capable of stirring and temperature control, and in the present disclosure, can be carried out in a batch reactor.
한편, 상기 열분해 단계는 열분해 가스상과 열분해 액체상을 가스로 회수하는 열분해 가스 회수 단계 및 열분해 고체상(고형분)을 미립물과 조립물로 분리하는 분리 단계를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the pyrolysis step may further include a pyrolysis gas recovery step for recovering the pyrolysis gas phase and the pyrolysis liquid phase as gas, and a separation step for separating the pyrolysis solid phase (solid content) into fine particles and coarse particles.
상기 가스 회수 단계에서는 열분해 단계에서 생성된 기체상 중 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8)과 같은 저비점 탄화수소 화합물을 포함하는 열분해 가스를 회수한다. 상기 열분해 가스는 일반적으로는 수소, 일산화탄소, 저분자량의 탄화수소 화합물 등의 가연성 물질을 포함한다. 탄화수소 화합물의 예로서는 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로펜, 부탄, 부텐 등을 들 수 있다. 이러한 열분해 가스는 가연성 물질을 포함하므로 연료로 사용될 수 있다.In the above gas recovery step, the pyrolysis gas containing low-boiling-point hydrocarbon compounds such as methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), and propane (C 3 H 8 ) among the gaseous compounds generated in the pyrolysis step is recovered. The pyrolysis gas generally contains combustible substances such as hydrogen, carbon monoxide, and low-molecular-weight hydrocarbon compounds. Examples of the hydrocarbon compounds include methane, ethane, ethylene, propane, propene, butane, and butene. Since such pyrolysis gas contains combustible substances, it can be used as fuel.
상기 분리 단계에서는 열분해 단계에서 생성된 고체상 중 고형분, 예를 들어 탄화물과 중화제 및/또는 구리 화합물을 미립물과 조립물로 분리한다. 구체적으로 염소 함유 플라스틱의 평균 입자 지름보다 작고 또한 중화제 및 구리 화합물의 평균 입자 지름보다 큰 체를 이용하여 분급함으로써 열분해 단계로 생성된 고형분을 미립물과 조립물로 분리할 수 있다. 상기 분리 단계에서는 고형분을 염소 함유 중화제 및 구리 화합물을 상대적으로 많이 포함하는 미립물과, 탄화물을 상대적으로 많이 포함하는 조립물로 분리하는 경우 바람직하다. 상기 미립물과 탄화물은 필요에 따라 재처리될 수 있고, 열분해 단계에서 재사용, 연료로 사용 또는 폐기될 수 있으며, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.In the above separation step, the solid phase produced in the pyrolysis step, for example, the solid matter, such as carbide, neutralizer, and/or copper compound, is separated into fine particles and coarse particles. Specifically, the solid matter produced in the pyrolysis step can be separated into fine particles and coarse particles by classifying using a sieve having a smaller average particle diameter than the chlorine-containing plastic and a larger average particle diameter than the neutralizer and the copper compound. In the above separation step, it is preferable to separate the solid matter into fine particles containing a relatively large amount of the chlorine-containing neutralizer and copper compound, and coarse particles containing a relatively large amount of carbide. The fine particles and carbide may be reprocessed as necessary, and may be reused, used as fuel, or discarded in the pyrolysis step, but the present disclosure is not limited thereto.
이어서, 상기 S2) 단계는 상기 열분해 가스를 중화제가 충진된 고온필터(hot filter)에 투입하여 폐플라스틱 열분해유를 제조하는 단계이다.Next, the step S2) is a step of producing waste plastic pyrolysis oil by injecting the pyrolysis gas into a hot filter filled with a neutralizing agent.
상기 S2) 단계에서 폐플라스틱 열분해유의 제조는 무산소 분위기하 400 내지 550℃의 온도 및 상압 내지 0.5 bar의 압력에서 진행되는 것일 수 있으며, 상기 무산소 분위기는 비활성 기체 분위기 또는 산소가 없는 닫힌계 분위기일 수 있다. 상기 온도 범위에서, 열분해가스의 경질화가 잘 진행되어 왁스에 의한 막힘 현상 및 차압 발생을 개선할 수 있다.In the above step S2), the production of waste plastic pyrolysis oil may be carried out at a temperature of 400 to 550° C. and a pressure of normal pressure to 0.5 bar in an oxygen-free atmosphere, and the oxygen-free atmosphere may be an inert gas atmosphere or a closed system atmosphere without oxygen. In the above temperature range, the hardening of the pyrolysis gas progresses well, thereby improving the clogging phenomenon caused by wax and the occurrence of differential pressure.
또한, 상기 S2) 단계에서 폐플라스틱 열분해유의 제조는 GHSV(gas volumetric flow rate)가 0.3 내지 1.2 /hr 또는 0.5 내지 0.8 /hr인 조건에서 진행되는 것일 수 있다. 이를 만족하는 경우 폐플라스틱 열분해유가 경질화되고, 열분해유 내 불순물이 저감될 수 있다.In addition, in the step S2), the production of waste plastic pyrolysis oil may be carried out under the condition that the gas volumetric flow rate (GHSV) is 0.3 to 1.2 /hr or 0.5 to 0.8 /hr. When this is satisfied, the waste plastic pyrolysis oil may be hardened and impurities in the pyrolysis oil may be reduced.
상기 중화제는 금속의 산화물, 수산화물, 탄산염 또는 이들의 조합일 수 있고, 상기 금속은 칼슘, 알루미늄, 마그네슘, 아연, 철, 구리 또는 이들의 조합일 수 있다. 구체적으로 상기 중화제는 알루미늄 산화물, 칼슘 산화물, 마그네슘 산화물, 아연 산화물, 철 산화물 및/또는 구리 산화물일 수 있다. 또한, 상기 중화제는 폐FCC촉매(E-cat)등의 제올라이트 성분일 수 있고, 상기 금속 산화물에 폐FCC 촉매를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 중화제는 좋게는 칼슘 산화물, 폐FCC 촉매, 구리 금속 또는 구리 산화물일 수 있고, 또는 칼슘 산화물일 수 있다.The neutralizing agent may be a metal oxide, hydroxide, carbonate or a combination thereof, and the metal may be calcium, aluminum, magnesium, zinc, iron, copper or a combination thereof. Specifically, the neutralizing agent may be aluminum oxide, calcium oxide, magnesium oxide, zinc oxide, iron oxide and/or copper oxide. In addition, the neutralizing agent may be a zeolite component such as a spent FCC catalyst (E-cat), and may further include a spent FCC catalyst in the metal oxide. The neutralizing agent may preferably be calcium oxide, a spent FCC catalyst, copper metal or copper oxide, or may be calcium oxide.
상기 중화제는 400 내지 900㎛의 입자크기를 갖는 것일 수 있고, 또는 500 내지 800㎛의 입자크기를 갖는 것일 수 있다. 상기 고온필터에 상기 입자크기를 갖는 중화제를 충진함으로써 열분해 가스의 체류시간(GHSV)을 조절하여 열분해유의 경질화를 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 고온필터의 차압 발생을 억제하여 공정운전 효율을 개선할 수 있다.The neutralizing agent may have a particle size of 400 to 900 μm, or may have a particle size of 500 to 800 μm. By filling the neutralizing agent having the particle size described above into the high-temperature filter, not only can the residence time (GHSV) of the pyrolysis gas be controlled to achieve hardening of the pyrolysis oil, but also the generation of differential pressure in the high-temperature filter can be suppressed to improve the efficiency of process operation.
한편, 상기 중화제 입자의 크기는 D50을 의미하는 것일 수 있고, 상기 D50은 레이저 산란법에 의한 입도 분포 측정에서 작은 입경부터 누적 체적이 50%가 될 때의 입자 직경을 의미한다. 여기서 D50은 제조된 탄소질 재료에 대해 KS A ISO 13320-1 규격에 따라 시료를 채취하여 Malvern社의 Mastersizer3000을 이용하여 입도 분포를 측정할 수 있다. 구체적으로, 에탄올을 용매로 하고 필요한 경우 초음파 분산기를 사용하여 분산시킨 뒤, Volume density를 측정할 수 있다.Meanwhile, the size of the neutralizing agent particles may refer to D50, and the D50 refers to the particle diameter when the cumulative volume from the smallest particle size becomes 50% in particle size distribution measurement by the laser scattering method. Here, D50 can be measured by collecting a sample according to the KS A ISO 13320-1 standard for the manufactured carbonaceous material and using Malvern's Mastersizer3000 to measure the particle size distribution. Specifically, ethanol can be used as a solvent and, if necessary, an ultrasonic disperser can be used for dispersion, and then the volume density can be measured.
해당 기술분야에서 고온필터는 열분해물 중 가스(pyrolysis gas)와 찌꺼기(char)를 분리하는 역할을 하는 것이 일반적이나, 본 개시에서는 경질화와 동시에 불순물을 저감하기 위해 중화제가 충진된 고온필터기를 적용하였으며, 이에 상술한 바와 같이 고온필터의 온도 등 운전조건과 중화제의 입자 크기를 특정 범위로 조절하였다.In the relevant technical field, it is common for a high-temperature filter to separate gas (pyrolysis gas) and char from pyrolysis products. However, in the present disclosure, a high-temperature filter filled with a neutralizing agent was applied to reduce impurities while simultaneously hardening, and as described above, the operating conditions of the high-temperature filter, such as the temperature, and the particle size of the neutralizing agent were adjusted to a specific range.
상기 S2) 단계는 하기 관계식1 및 관계식2를 만족하는 것일 수 있다.The above step S2) may satisfy the following relations 1 and 2.
[관계식1][Relationship 1]
50 < (A2-A1)/A1 (%) < 10050 < (A 2 -A 1 )/A 1 (%) < 100
[관계식2][Relationship 2]
-80 < (B2-B1/B1) (%) < -50-80 < (B 2 -B 1 /B 1 ) (%) < -50
상기 관계식1에서, A1은 상기 열분해 가스의 Naphtha(bp ~150℃) 및 Kero(bp 150~265℃)의 총량(중량%)이고, 상기 A2는 상기 열분해유의 Naphtha(bp ~150℃) 및 Kero(bp 150~265℃)의 총량(중량%)이며, 상기 관계식2에서, B1은 상기 열분해 가스의 염소의 함량(ppm)이고, 상기 B2는 상기 열분해유의 염소의 함량(ppm)이다.In the above relational expression 1, A 1 is the total amount (weight %) of naphtha (bp ~150℃) and kero (bp 150~265℃) of the pyrolysis gas, A 2 is the total amount (weight %) of naphtha (bp ~150℃) and kero (bp 150~265℃) of the pyrolysis oil, and in the above relational expression 2, B 1 is the content (ppm) of chlorine of the pyrolysis gas, and B 2 is the content (ppm) of chlorine of the pyrolysis oil.
상기 관계식 1 및 2는 구체적으로, 60 < (A2-A1)/A1 (%) < 90, 65 < (A2-A1)/A1 (%) < 85 또는 70 < (A2-A1)/A1 (%) < 80일 수 있고, -75 < (B2-B1/B1) (%) < -55, -70 < (B2-B1/B1) (%) < -55 또는 -65 < (B2-B1/B1) (%) < -55 일 수 있다.Specifically, the above relations 1 and 2 may be 60 < (A 2 -A 1 )/A 1 (%) < 90, 65 < (A 2 -A 1 )/A 1 (%) < 85, or 70 < (A 2 -A 1 )/A 1 (%) < 80, and -75 < (B 2 -B 1 /B 1 ) (%) < -55, -70 < (B 2 -B 1 /B 1 ) (%) < -55, or -65 < (B 2 -B 1 /B 1 ) (%) < -55.
상기 관계식1 및 2는 본 개시의 중화제가 충진된 고온필터를 사용함에 따른 폐플라스틱 열분해유의 경질화 및 중질화 정도를 수치로 나타낸 것이다. 본 개시에서는 고온필터에 투입되는 열분해 가스의 유분 조성과 염소의 함량 및 상기 염소를 포함하는 유/무기 물질을 조절함으로써 열분해유의 경질화 정도를 매우 높은 수준으로 향상시킬 수 있다.The above relational expressions 1 and 2 numerically represent the degree of hardening and heavyening of waste plastic pyrolysis oil by using the high-temperature filter filled with the neutralizing agent of the present disclosure. In the present disclosure, the degree of hardening of pyrolysis oil can be improved to a very high level by controlling the oil composition of pyrolysis gas fed into the high-temperature filter, the content of chlorine, and the organic/inorganic substances containing the chlorine.
상기 S2) 단계에서 제조된 폐플라스틱 열분해유는 총 중량에 대하여 Naphtha(bp ~150℃) 30~50 중량%, Kero(bp 150~265℃) 30~50 중량%, LGO(bp 265~380℃) 10~30 중량% 및 UCO-2/AR(bp 380℃~) 0~10 중량%를 포함할 수 있고, 구체적으로 Naphtha(bp ~150℃) 35~50 중량%, Kero(bp 150~265℃) 35~50 중량%, LGO(bp 265~380℃) 10~30 중량% 및 UCO-2/AR(bp 380℃~) 0~8 중량% 또는 Naphtha(bp ~150℃) 35~45 중량%, Kero(bp 150~265℃) 35~45 중량%, LGO(bp 265~380℃) 10~20 중량% 및 UCO-2/AR(bp 380℃~) 0~6 중량%를 포함할 수 있다. 또한, 상기 열분해 가스는 중질유분(LGO 및 UCO-2/AR의 총합)에 대한 경질유분(Naphtha 및 Kero의 총합)의 중량비가 2.5 내지 5, 2.5 내지 4, 또는 3 내지 3.8일 수 있다.The waste plastic pyrolysis oil manufactured in the above step S2) may contain 30 to 50 wt% of Naphtha (bp ~150℃), 30 to 50 wt% of Kero (bp 150 to 265℃), 10 to 30 wt% of LGO (bp 265 to 380℃), and 0 to 10 wt% of UCO-2/AR (bp 380℃~) based on the total weight, and specifically, 35 to 50 wt% of Naphtha (bp ~150℃), 35 to 50 wt% of Kero (bp 150 to 265℃), 10 to 30 wt% of LGO (bp 265 to 380℃), and 0 to 8 wt% of UCO-2/AR (bp 380℃~) or 35 to 45 wt% of Naphtha (bp ~150℃), Kero (bp The pyrolysis gas may contain 35 to 45 wt% of LGO (bp 265 to 380°C), 10 to 20 wt% of LGO, and 0 to 6 wt% of UCO-2/AR (bp 380°C~). In addition, the weight ratio of the light fraction (sum of naphtha and kero) to the heavy fraction (sum of LGO and UCO-2/AR) may be 2.5 to 5, 2.5 to 4, or 3 to 3.8.
본 개시의 일 실시예에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법에서, 상기 S1) 단계 및 S2) 단계는 하기 관계식3을 만족하는 것일 수 있다.In a method for producing purified hydrocarbon from waste plastic according to one embodiment of the present disclosure, steps S1) and S2) may satisfy the following relationship 3.
[관계식3][Relationship 3]
0.7 < T2/T1 < 1.30.7 < T 2 /T 1 < 1.3
상기 관계식3에서 T1은 S1) 단계에서 열분해 반응기에서 폐플라스틱이 열분해되는 온도이고, T2는 S2) 단계에서 고온필터에서 폐플라스틱 열분해유가 제조되는 온도이다.In the above relational expression 3, T 1 is the temperature at which waste plastic is thermally decomposed in the pyrolysis reactor in step S1), and T 2 is the temperature at which waste plastic thermal decomposition oil is produced in the high-temperature filter in step S2).
상기 T2/T1 값이 0.7이하인 경우, 고온필터에서 응축되어 열분해 반응기로 순환되는 비율이 높아져 열분해유의 Final boiling point가 지나치게 낮아질 수 있다. 반면에, 상기 T2/T1 값이 1.3이상인 경우, 가스 상에서 손실되는 비율이 과도하게 높아져 열분해유의 수율이 낮아질 수 있다.When the above T 2 /T 1 value is 0.7 or less, the ratio of condensation in the high-temperature filter and circulation to the pyrolysis reactor may increase, which may cause the final boiling point of the pyrolysis oil to become excessively low. On the other hand, when the above T 2 /T 1 value is 1.3 or more, the ratio of loss in the gas phase may increase excessively, which may cause the yield of the pyrolysis oil to decrease.
구체적으로, 상기 T2/T1 값은 0.7 내지 1.2, 0.8 내지 1.2, 0.8 내지 1.1, 0.9 내지 1.1 또는 일 예로 1일 수 있다. 이에, 상술한 효과를 더욱 개선할 수 있다.Specifically, the T 2 /T 1 value may be 0.7 to 1.2, 0.8 to 1.2, 0.8 to 1.1, 0.9 to 1.1, or, for example, 1. Accordingly, the above-described effect can be further improved.
S3) 단계는 상기 폐플라스틱 열분해유, 세척수 및 해유화제를 혼합한 제1혼합액에 전압을 인가하여 탈수하는 단계이다.Step S3) is a step of dehydrating by applying voltage to a first mixture containing the waste plastic pyrolysis oil, washing water, and a demulsifier.
폐플라스틱 열분해유는 수분을 포함하는데, 열분해유 내 수분으로 인해 수소화 처리 촉매의 비활성화, 반응기 부식 등의 문제가 발생할 수 있고, 수용성의 불순물이 수분 내에 포함되어 있으므로, 수분을 제거하는 것이 필요하다. 상기 S3) 단계를 거침으로써 폐플라스틱 열분해유 내 에멀젼(emulsion) 형태로 존재하는 수분을 용이하게 제거할 수 있다.Waste plastic pyrolysis oil contains moisture, and problems such as deactivation of hydrogenation catalyst and corrosion of reactor may occur due to moisture in the pyrolysis oil, and water-soluble impurities are contained in the moisture, so it is necessary to remove moisture. By going through the above step S3), moisture existing in the form of an emulsion in the waste plastic pyrolysis oil can be easily removed.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 폐플라스틱 열분해유는 염소 화합물, 질소 화합물, 산소 화합물, 금속 화합물, 차르(char) 유래 입자 등의 불순물을 포함할 수 있고, 탄화수소 내에 염소, 질소, 산소 또는 금속이 결합된 화합물 형태의 불순물을 포함할 수 있으며, 파라핀, 올레핀, 납센 또는 방향족 형태의 탄화수소를 포함할 수 있다.The waste plastic pyrolysis oil according to one embodiment of the present disclosure may include impurities such as chlorine compounds, nitrogen compounds, oxygen compounds, metal compounds, particles derived from char, and may include impurities in the form of compounds in which chlorine, nitrogen, oxygen, or metals are combined within hydrocarbons, and may include hydrocarbons in the form of paraffins, olefins, naphthenes, or aromatics.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 세척수는 폐플라스틱 열분해유에 존재하는 에멀젼 형태의 수분간 접촉 확률을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 또한 수분 내에 포함된 수용성의 산성 물질을 제거할 수 있도록 세척수에 염기성 화합물을 첨가할 수 있으며, 상기 염기성 화합물은 수산화나트륨(NaOH)일 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 일 실시예에 따른 상기 폐플라스틱 열분해유는 상기 세척수보다 더 많은 부피로 혼합될 수 있고, 구체적으로 상기 제1혼합액은 폐플라스틱 열분해유와 세척수가 1:0.001 내지 0.5의 부피비, 더욱 구체적으로 1:0.005 내지 0.4의 부피비, 가장 구체적으로 1:0.01 내지 0.3의 부피비로 혼합된 것일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 수세가 충분히 이루어져 열분해유 내 불순물이 현저히 줄어들 수 있고 혼합되는 세척수를 제거하는데 소요되는 비용을 최소화할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the wash water can serve to increase the probability of contact between waste plastic pyrolysis oil and the water in the form of an emulsion. In addition, a basic compound can be added to the wash water so as to remove a water-soluble acidic substance contained in the water, and the basic compound can be sodium hydroxide (NaOH), but is not particularly limited. According to one embodiment of the present disclosure, the waste plastic pyrolysis oil can be mixed in a larger volume than the wash water, and specifically, the first mixed solution can be a mixture of waste plastic pyrolysis oil and wash water in a volume ratio of 1:0.001 to 0.5, more specifically in a volume ratio of 1:0.005 to 0.4, and most specifically in a volume ratio of 1:0.01 to 0.3. When the above range is satisfied, washing is sufficiently performed so that impurities in the pyrolysis oil can be significantly reduced, and the cost required for removing the mixed wash water can be minimized.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 해유화제는 폴리에틸렌글리콜, tert-부탄올, 아세톤, 알킬나프탈렌술폰산염, 알킬벤젠술폰산염, 비이온성 알콕실화 알킬 페놀 수지, 폴리알킬렌옥사이드 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 에스테르로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present disclosure, the demulsifier may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of polyethylene glycol, tert-butanol, acetone, alkylnaphthalenesulfonate, alkylbenzenesulfonate, nonionic alkoxylated alkyl phenol resin, polyalkylene oxide, and polyoxyethylene sorbitan ester, but is not limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 제1혼합액은 폐플라스틱 열분해유와 해유화제가 1:0.000001 내지 0.001의 부피비, 구체적으로 1:0.000002 내지 0.0005의 부피비, 더욱 구체적으로 1:0.000003 내지 0.0001의 부피비로 혼합된 것일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 열분해유의 품질에 미치는 영향을 최소화하면서 에멀젼을 분해할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the first mixture may be a mixture of waste plastic pyrolysis oil and a demulsifier in a volume ratio of 1:0.000001 to 0.001, specifically, a volume ratio of 1:0.000002 to 0.0005, and more specifically, a volume ratio of 1:0.000003 to 0.0001. When the above range is satisfied, the emulsion can be decomposed while minimizing the impact on the quality of the pyrolysis oil.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 해유화제는 중량평균분자량이 200 내지 2,000 범위, 구체적으로 중량평균분자량이 300 내지 1,000 범위, 더욱 구체적으로 중량평균분자량이 400 내지 800 범위일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 탈수 공정이 진행되는 조건에서 폐플라스틱 열분해유 및 세척수와의 혼합이 용이하여 수분 에멀젼의 분해 효율이 상승된다.According to one embodiment of the present disclosure, the emulsifier may have a weight average molecular weight of 200 to 2,000, specifically, a weight average molecular weight of 300 to 1,000, and more specifically, a weight average molecular weight of 400 to 800. When the above range is satisfied, mixing with waste plastic pyrolysis oil and washing water under conditions in which a dehydration process is performed is facilitated, thereby increasing the decomposition efficiency of the water emulsion.
상기 폐플라스틱 열분해유, 세척수 및 해유화제가 혼합된 제1혼합액에 포함된 에멀젼 형태의 수분은 안정하기 때문에 여전히 제거하기 어렵다. 따라서 제1혼합액에 전압을 인가하여 수분의 제거가 용이하도록 할 수 있다.The emulsion-type moisture contained in the first mixture containing the above-mentioned waste plastic pyrolysis oil, washing water, and demulsifier is still difficult to remove because it is stable. Therefore, the moisture can be easily removed by applying voltage to the first mixture.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 전압은 교류 또는 교류와 직류의 조합으로 인가되는 것일 수 있다. 폐플라스틱 열분해유에 포함된 일부 불순물 입자는 극성을 나타내어, 직류 전압이 인가되는 경우 특정 전극에 극성을 띤 불순물 입자가 쌓이게 되고 오랜 기간 동안 공정이 진행되는 경우 전극 상에 불순물이 고착화되는 현상이 발생할 수 있다. 하지만 교류 전압이 인가되는 경우 전극의 극성이 주기적으로 변하기 때문에 불순물 입자의 고착화 현상을 방지할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 상기 교류의 주파수는 단일 주파수 또는 둘 이상의 주파수의 조합일 수 있고, 구체적인 일 예로서, 단일 주파수인 경우 주파수가 60 Hz인 교류가 인가되는 것일 수 있고, 둘 이상의 주파수의 조합인 경우 주파수가 각각 50 Hz 및 60 Hz인 교류가 번갈아 인가되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present disclosure, the voltage may be applied as an alternating current or a combination of an alternating current and a direct current. Some impurity particles contained in waste plastic pyrolysis oil exhibit polarity, and when a direct current voltage is applied, polar impurity particles may accumulate on a specific electrode, and when the process is performed for a long period of time, a phenomenon in which the impurities are fixed on the electrode may occur. However, when an alternating voltage is applied, the polarity of the electrode changes periodically, so that the fixation phenomenon of the impurity particles can be prevented. In addition, the frequency of the alternating current according to one embodiment of the present disclosure may be a single frequency or a combination of two or more frequencies. As a specific example, in the case of a single frequency, an alternating current having a frequency of 60 Hz may be applied, and in the case of a combination of two or more frequencies, an alternating current having frequencies of 50 Hz and 60 Hz may be applied alternately, but is not limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 전압은 수직 전극을 통해 인가되는 것일 수 있다. 혼합액의 제조 과정 또는 전압 인가 과정에서 불순물 입자가 전극에 쌓인 경우 인위적으로 이를 세척해주지 않으면 장기간이 지난 후 불순물 입자가 전극에 고착화되는 현상이 발생할 수 있다. 하지만 수직 전극을 이용하면 별도의 세척 작업을 수행하지 않아도 중력에 의해 불순물 입자가 전극에 쌓이지 않고 반응기 하단으로 떨어지기 때문에 불순물 입자의 고착화 현상을 사전에 방지할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the voltage may be applied via a vertical electrode. If impurity particles accumulate on the electrode during the process of preparing the mixture or applying the voltage, if they are not artificially washed, the phenomenon of the impurity particles being fixed on the electrode may occur after a long period of time. However, if a vertical electrode is used, the impurity particles fall to the bottom of the reactor without being accumulated on the electrode due to gravity without performing a separate washing operation, so the phenomenon of the impurity particles being fixed can be prevented in advance.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 전압의 크기는 0.1 내지 50 kV, 구체적으로 1 내지 30 kV, 더욱 구체적으로 5 내지 20 kV일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The magnitude of the voltage according to one embodiment of the present disclosure may be, but is not limited to, 0.1 to 50 kV, specifically 1 to 30 kV, and more specifically 5 to 20 kV.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 탈수는 당해 기술분야에서 공지된 임의의 방법으로 수행될 수 있다. 비제한적인 예로서, 전압 인가 후 유수 분리된 수층을 따라내기에 의해 물을 제거할 수 있다. 물은 또한 기액분리기에서 제거될 수도 있다.The dehydration according to one embodiment of the present disclosure may be performed by any method known in the art. As a non-limiting example, the water may be removed by following the separated water layer after voltage application. The water may also be removed in a gas-liquid separator.
폐플라스틱 열분해유 내 금속 불순물은 에멀전을 안정화시켜 유수 분리를 방해하고, 흔히 래그층(rag layer)이라 불리는 안정한 에멀전층의 형성을 돕는다. 이러한 래그층은 제1혼합액 상부의 탈염유층과 하부의 수층 사이에 형성될 수 있으며, 연속적인 탈수 공정에서 점진적으로 두꺼워질 수 있다. 지나치게 두꺼워진 래그층은 탈염유와 함께 수소화 처리 단계 설비로 배출될 수 있다. 이는 탈염유의 탈염 효과를 저하시켜, 공정의 효율을 떨어뜨린다. 또한, 래그층은 물과 함께 배출되어 폐수 처리 공정에 문제를 유발할 수 있다. 따라서 탈염유층과 수층 사이에 형성된 래그층을 제거하는 것이 좋다.Metal impurities in the waste plastic pyrolysis oil stabilize the emulsion, hindering the oil-water separation, and help form a stable emulsion layer, commonly called a rag layer. This rag layer can be formed between the demineralized oil layer on the upper side of the first mixture and the water layer below, and can gradually thicken during the continuous dehydration process. The excessively thick rag layer can be discharged to the hydrogenation treatment stage equipment together with the demineralized oil. This reduces the demineralization effect of the demineralized oil, thereby reducing the efficiency of the process. In addition, the rag layer can be discharged together with the water, causing problems in the wastewater treatment process. Therefore, it is desirable to remove the rag layer formed between the demineralized oil layer and the water layer.
그리하여 본 개시의 일 실시예에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법은 상기 S3) 단계에서 전압 인가 후 제1혼합액으로부터 래그층을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 래그층의 제거는 탈수기 내 밀도 계측기를 통해 혼합액의 밀도 변화를 측정하여 래그층의 형성 위치 및 두께를 파악한 후 탈수기 벽면을 관통하여 외부로 연결되는 파이프를 통해 수행될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Thus, the method for producing purified hydrocarbon from waste plastic according to one embodiment of the present disclosure may further include a step of removing a rag layer from the first mixture after applying voltage in step S3). The removal of the rag layer may be performed through a pipe that penetrates the wall of the dehydrator and is connected to the outside after measuring a change in the density of the mixture through a density meter in the dehydrator to determine the formation location and thickness of the rag layer, but is not necessarily limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 S3) 단계는 상기 제1혼합액을 탈수한 후, 탈수한 제1혼합액을 수분 응집하여 추가 탈수하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the step S3) may be to dehydrate the first mixture, and then further dehydrate the dehydrated first mixture by coagulating the moisture.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 추가 탈수는 상기 탈수한 제1혼합액이 응집기(coalescer)로 공급되어 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 탈수한 제1혼합액에 포함된 잔량의 수분이 응집기 내 포집 필터에 의해 응집되어 제거되는 것일 수 있으나, 이는 구체적인 일 예시일 뿐, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 추가 탈수를 통하여 폐플라스틱 열분해유 내 수분 함량이 더욱 감소함에 따라 수분에 의한 촉매의 비활성화가 방지되고, 공정의 안정성 및 정제유의 품질이 향상될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the additional dehydration may be performed by supplying the dehydrated first mixture to a coalescer. Specifically, the residual moisture contained in the dehydrated first mixture may be removed by being coagulated by a collection filter in the coalescer, but this is only a specific example and is not necessarily limited thereto. As the moisture content in the waste plastic pyrolysis oil is further reduced through the additional dehydration, the deactivation of the catalyst due to moisture is prevented, and the stability of the process and the quality of the refined oil can be improved.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 폐플라스틱 열분해유의 수분 함량과 탈수한 제1혼합액의 수분 함량의 비율은 1:0.0001 내지 0.9, 구체적으로 1:0.0005 내지 0.5, 더욱 구체적으로 1:0.001 내지 0.1일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 수소화 처리를 비롯한 이후 공정에서, 트러블 발생 위험이 현저히 줄어들고 원료로써 규격을 만족하는 수준의 고품질 정제유를 생산할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present disclosure, the ratio of the moisture content of the waste plastic pyrolysis oil and the moisture content of the dehydrated first mixture may be 1:0.0001 to 0.9, specifically 1:0.0005 to 0.5, and more specifically 1:0.001 to 0.1. When the above range is satisfied, the risk of trouble occurring in subsequent processes including hydrogenation treatment is significantly reduced, and high-quality refined oil satisfying the specifications as a raw material can be produced, but is not necessarily limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 S3) 단계는 50 bar 이하의 압력에서 수행될 수 있다. 50 bar 이하의 압력에서 수행할 경우, 열분해유 내 수분 제거가 용이하고, 공정 안정성이 확보될 수 있다. 구체적으로, 30 bar 이하의 압력에서 수행할 수 있으며, 보다 구체적으로 20 bar 이하의 압력에서 수행할 수 있고, 비한정적으로 5 bar 이상의 압력에서 수행할 수 있다.The step S3) according to one embodiment of the present disclosure can be performed at a pressure of 50 bar or less. When performed at a pressure of 50 bar or less, moisture in the pyrolysis oil can be easily removed, and process stability can be secured. Specifically, it can be performed at a pressure of 30 bar or less, more specifically, it can be performed at a pressure of 20 bar or less, and, without limitation, it can be performed at a pressure of 5 bar or more.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 S3) 단계는 20 ℃ 내지 300 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 범위를 만족할 경우 에멀젼 분해 및 수분 응집이 잘 일어나 탈수 효율이 향상될 수 있다. 구체적으로 50 ℃내지 250 ℃, 더욱 구체적으로 80 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.The step S3) according to one embodiment of the present disclosure may be performed at a temperature of 20° C. to 300° C. When the above range is satisfied, emulsion decomposition and moisture coagulation may occur well, thereby improving dehydration efficiency. Specifically, it may be performed at a temperature of 50° C. to 250° C., and more specifically, 80° C. to 200° C.
본 개시의 일 실시예에 따른 S3) 단계에서 탈수 효율을 향상시키기 위하여 탈수 전 및/또는 후에 원심 분리 및 증류로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 추가 공정을 수행할 수 있다. 상술한 추가 공정은 당업계에서 공지된 방법으로 수행될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.In order to improve the dehydration efficiency in step S3) according to one embodiment of the present disclosure, one or more additional processes selected from the group consisting of centrifugation and distillation may be performed before and/or after dehydration. The above-described additional processes may be performed by methods known in the art and are not particularly limited.
다음, S4) 단계는 상기 S3) 단계에서 탈수한 제1혼합액 및 황 공급원(sulfur source)을 혼합한 제2혼합액을 수소화 처리하여 불순물이 제거된 정제유를 생성하는 단계이다.Next, step S4) is a step of hydrogenating the first mixture dehydrated in step S3) and the second mixture mixed with a sulfur source to produce refined oil from which impurities have been removed.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 제2혼합액은 염소(Cl)의 농도가 10 ppm 이상, 구체적으로 100 ppm 이상, 더욱 구체적으로 200 ppm 이상일 수 있고, 상한으로는 비한정적으로 3000ppm 이하일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The second mixture according to one embodiment of the present disclosure may have a concentration of chlorine (Cl) of 10 ppm or more, specifically 100 ppm or more, more specifically 200 ppm or more, and an upper limit may be, but is not limited to, 3000 ppm or less.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 제2혼합액은 염소에 대한 질소의 중량비가 1:0.1 내지 10, 구체적으로 1:0.5 내지 5, 더욱 구체적으로 1:1 내지 2일 수 있으나, 상기 중량비는 폐플라스틱 열분해유에 포함될 수 있는 구체적인 예시일 뿐 폐플라스틱 열분해유의 조성은 이에 한정되지 않는다. According to one embodiment of the present disclosure, the second mixture may have a weight ratio of nitrogen to chlorine of 1:0.1 to 10, specifically 1:0.5 to 5, and more specifically 1:1 to 2. However, the weight ratio is only a specific example that may be included in the waste plastic pyrolysis oil, and the composition of the waste plastic pyrolysis oil is not limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 수소화 처리는 제2혼합액에 대한 수소의 비율이 100 Nm3/Sm3 내지 5000 Nm3/Sm3, 구체적으로 500 Nm3/Sm3 내지 3000 Nm3/Sm3, 더욱 구체적으로 1000 Nm3/Sm3 내지 1500 Nm3/Sm3인 조건에서 수행될 수 있다. 이를 만족하는 경우 효과적으로 불순물을 제거할 수 있고, 수소화 촉매의 활성을 고활성으로 장기간 유지할 수 있으며, 공정 효율이 향상될 수 있다.The hydrogenation treatment according to one embodiment of the present disclosure can be performed under a condition where the ratio of hydrogen to the second mixture is 100 Nm 3 /Sm 3 to 5000 Nm 3 /Sm 3 , specifically 500 Nm 3 /Sm 3 to 3000 Nm 3 /Sm 3 , and more specifically 1000 Nm 3 /Sm 3 to 1500 Nm 3 /Sm 3 . When this is satisfied, impurities can be effectively removed, the activity of the hydrogenation catalyst can be maintained at a high level for a long period of time, and the process efficiency can be improved.
상기 황 공급원(sulfur source)은 정제 공정 중 황 성분을 지속적으로 공급할 수 있는 sulfur source를 의미한다.The above sulfur source refers to a sulfur source that can continuously supply sulfur components during the refining process.
상기 S4) 단계는 상기 황 공급원(sulfur source)을 포함하는 제2혼합액을 제조함으로써, 정제 공정 중 황 공급원 부족 및 고온 운전으로 인한 몰리브덴계 수소화 촉매의 비활성화를 억제하고 촉매 활성을 유지시킬 수 있다.The above step S4) can suppress deactivation of a molybdenum-based hydrogenation catalyst due to insufficient sulfur source and high-temperature operation during the purification process and maintain catalytic activity by producing a second mixture containing the sulfur source.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 황 공급원은 황 함유 유분을 포함할 수 있다. 상기 황 함유 유분은 원유를 원료로서 얻어진 황을 함유하는 탄화수소로 구성된 유분을 의미한다. 황을 함유하는 유분이면 특별히 제한은 없으며 예를 들어 경질가스오일, 직류 나프타, 감압 나프타, 열분해 나프타, 직류 등유, 감압 등유, 열분해 등유, 직류 경유, 감압 경유, 열분해 경유, 황 함유 폐타이어 유분 등이나 이들의 임의의 혼합물일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the sulfur supply source may include a sulfur-containing oil fraction. The sulfur-containing oil fraction refers to an oil fraction composed of hydrocarbons containing sulfur obtained using crude oil as a raw material. There is no particular limitation on the sulfur-containing oil fraction, and examples thereof may include light gas oil, straight run naphtha, vacuum naphtha, thermal cracking naphtha, straight run kerosene, vacuum kerosene, thermal cracking kerosene, straight run light oil, vacuum kerosene, thermal cracking light oil, sulfur-containing waste tire oil, and the like, or any mixture thereof.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 황 함유 유분으로서 폐타이어 유분을 포함함에 따라 폐타이어에 포함되는 고함량의 황이 탄화수소와 함께 유분으로 전환되어 폐플라스틱 열분해유의 황 공급원으로 바람직하게 작용할 수 있다. 또한 폐타이어 유분을 폐플라스틱 열분해유의 황 공급원으로 전용함으로써 폐타이어의 재순환에 따른 환경 부하의 감소 및 촉매활성의 장기간 유지 측면에서 유리하다.According to one embodiment of the present disclosure, by including waste tire oil as the sulfur-containing oil, the high content of sulfur contained in the waste tire is converted into oil together with hydrocarbons, so that it can preferably function as a sulfur source for waste plastic pyrolysis oil. In addition, by using waste tire oil as a sulfur source for waste plastic pyrolysis oil, it is advantageous in terms of reducing the environmental load due to recycling of waste tires and maintaining catalytic activity for a long period of time.
구체적으로, 상기 황 함유 유분은 비중(gravity) 0.7 내지 1의 경질가스오일(LGO)일 수 있다. 이를 사용할 경우 상기 탈수된 제1혼합액과 균일하게 혼합될 수 있고, 수소화 처리 효율이 높은 장점이 있다. 구체적으로, 비중(gravity)은 0.75 내지 0.95일 수 있고, 보다 구체적으로 0.8 내지 0.9일 수 있다. 상기 황 함유 유분은 황을 100 ppm 이상으로 포함할 수 있다. 황 성분이 100 ppm 이하로 포함되면, 공급되는 황 성분의 함량이 적어 몰리브덴계 수소화 촉매의 비활성화를 방지하는 효과가 미미할 수 있다. 구체적으로, 황 성분을 800 ppm 이상으로 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 8,000 ppm 이상으로 포함할 수 있으며 비한정적으로 200,000 ppm 이하로 포함할 수 있다.Specifically, the sulfur-containing fraction may be light gas oil (LGO) having a specific gravity of 0.7 to 1. When this is used, it can be uniformly mixed with the dehydrated first mixture, and has the advantage of high hydrogenation efficiency. Specifically, the specific gravity may be 0.75 to 0.95, and more specifically, may be 0.8 to 0.9. The sulfur-containing fraction may contain sulfur in an amount of 100 ppm or more. When the sulfur component is contained in an amount of 100 ppm or less, the content of the supplied sulfur component may be small, and the effect of preventing deactivation of the molybdenum-based hydrogenation catalyst may be minimal. Specifically, the sulfur component may be contained in an amount of 800 ppm or more, more specifically, 8,000 ppm or more, and, but not limited to, 200,000 ppm or less.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 제2혼합액은 황을 100 ppm 이상으로 포함할 수 있다. 상기 황 함유 유분의 경우와 같이, 제2혼합액 내 황 성분이 100 ppm 이하로 포함되면, 공급되는 황 성분의 함량이 적어 몰리브덴계 수소화 촉매의 비활성화를 방지하는 효과가 미미할 수 있다. 구체적으로, 황 성분을 800 ppm 이상으로 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 8,000 ppm 이상으로 포함할 수 있으며 비한정적으로 200,000 ppm이하로 포함할 수 있다.The second mixture according to one embodiment of the present disclosure may contain sulfur in an amount of 100 ppm or more. As in the case of the sulfur-containing oil, if the sulfur component in the second mixture is contained in an amount of 100 ppm or less, the content of the supplied sulfur component may be small, and thus the effect of preventing deactivation of the molybdenum-based hydrogenation catalyst may be minimal. Specifically, the sulfur component may be contained in an amount of 800 ppm or more, more specifically, in an amount of 8,000 ppm or more, and, without limitation, in an amount of 200,000 ppm or less.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 황 함유 유분은 상기 S3) 단계에서 탈수한 제1혼합액 100 중량부 기준으로 0.5 중량부 미만으로 포함될 수 있다. 구체적으로 황 함유 유분은 0.1 중량부 미만으로 포함될 수 있고, 보다 구체적으로 0.05 중량부 미만으로 포함될 수 있으며 비한정적으로 0.01 중량부 초과로 포함될 수 있다. 상기 황 함유 유분이 0.5 중량부 미만으로 포함됨에 따라, 폐플라스틱 열분해유에 포함된 염소(Cl) 또는 질소(N) 농도가 희석되어 암모늄 염(NH4Cl) 생성 속도를 제어할 수 있고 공정 안정성을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the sulfur-containing oil may be included in an amount of less than 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the first mixture dehydrated in step S3). Specifically, the sulfur-containing oil may be included in an amount of less than 0.1 parts by weight, more specifically, less than 0.05 parts by weight, and, without limitation, more than 0.01 parts by weight. Since the sulfur-containing oil is included in an amount of less than 0.5 parts by weight, the concentration of chlorine (Cl) or nitrogen (N) included in the waste plastic pyrolysis oil is diluted, thereby controlling the production rate of ammonium salt (NH 4 Cl) and improving process stability.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 황 공급원(sulfur source)은 디설파이드계 화합물, 설파이드계 화합물, 설포네이트계 화합물 및 설페이트계 화합물에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 황 함유 유기 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 디메틸 디설파이드 (dimethyldisulfide), 디메틸 설파이드 (dimethylsulfide), 폴리설파이드(polysulfide), 디메틸 설폭사이드 (DMSO), 메틸 메탄설포네이트(methyl methanesulfonate), 에틸 메탄설포네이트(ehthyl methanesulfonate), 프로필 메탄설포네이트(propylsulfonate), 프로페닐 프로펜설포네이트(propenyl propenesulfonate), 프로페닐 시아노에탄설포네이트(Propenyl cyanoethansulfonate), 에틸렌 설페이트(ethylene sulfate), 바이사이클로 글리옥살 설페이트(bicyclo glyoxal sulfate) 및 메틸 설페이트(methyl sulfate)에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있고 이는 일 예로 제시된 것일 뿐 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present disclosure, the sulfur source may include one or more sulfur-containing organic compounds selected from a disulfide compound, a sulfide compound, a sulfonate compound, and a sulfate compound. Specifically, it may include one or a mixture of two or more selected from dimethyldisulfide, dimethylsulfide, polysulfide, dimethyl sulfoxide (DMSO), methyl methanesulfonate, ethyl methanesulfonate, propyl methanesulfonate, propenyl propenesulfonate, propenyl cyanoethansulfonate, ethylene sulfate, bicyclo glyoxal sulfate, and methyl sulfate, which is provided by way of example only and the present disclosure is not limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 황 함유 유기 화합물은 상기 S3) 단계에서 탈수한 제1혼합액 100 중량부 기준으로 0.01 내지 0.1 중량부로 포함될 수 있다. 구체적으로 0.02 내지 0.08 중량부로 포함될 수 있고, 보다 구체적으로 0.03 내지 0.06 중량부로 포함될 수 있다. 0.01 중량부 미만으로 포함되면, 공급되는 황 성분의 함량이 적어 몰리브덴계 수소화 촉매의 비활성화를 방지하는 효과가 미미할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the sulfur-containing organic compound may be included in an amount of 0.01 to 0.1 parts by weight based on 100 parts by weight of the first mixture dehydrated in step S3). Specifically, it may be included in an amount of 0.02 to 0.08 parts by weight, and more specifically, it may be included in an amount of 0.03 to 0.06 parts by weight. If it is included in an amount of less than 0.01 parts by weight, the content of the supplied sulfur component may be low, and thus the effect of preventing deactivation of the molybdenum-based hydrogenation catalyst may be minimal.
상기 수소화 처리는, 몰리브덴계 수소화 촉매 하에 상기 S3) 단계에서 탈수한 제1혼합액 및 황 공급원(sulfur source)이 혼합된 제2혼합액에 수소 기체(H2)를 포함하는 반응 가스가 첨가되어 일어나는 수첨반응을 의미한다. 구체적으로, 수소화 처리는 수소화 탈황 반응, 수소화 분해 반응, 수소화 탈염소 반응, 수소화 탈질소 반응, 수소화 탈산소 반응 및 수소화 탈금속 반응을 포함하는 종래 공지된 수소화 처리를 의미할 수 있다. 상기 수소화 처리를 통해 염소(Cl), 질소(N) 및 산소(O)를 포함하는 불순물과 올레핀의 일부가 제거되며, 기타 금속 불순물들도 제거될 수 있고, 상기 불순물들을 포함하는 부산물(by-product)이 생성된다.The above hydrogenation treatment means a hydrogenation reaction in which a reaction gas containing hydrogen gas (H 2 ) is added to a first mixture solution dehydrated in the step S3) and a second mixture solution containing a sulfur source under a molybdenum-based hydrogenation catalyst. Specifically, the hydrogenation treatment may mean a conventionally known hydrogenation treatment including a hydrodesulfurization reaction, a hydrocracking reaction, a hydrodechlorination reaction, a hydrodenitrogenation reaction, a hydrodeoxygenation reaction, and a hydrodemetallation reaction. Through the hydrogenation treatment, impurities including chlorine (Cl), nitrogen (N), and oxygen (O) and a portion of olefins are removed, and other metal impurities can also be removed, and by-products containing the above impurities are generated.
상기 부산물(by-product)은 폐플라스틱 열분해유 내 포함된 불순물인 염소(Cl), 질소(N), 황(S) 또는 산소(O) 와 수소 기체(H2)가 반응하여 생성되며, 구체적으로 황화 수소 기체(H2S), 염화 수소(HCl), 암모니아(NH3) 또는 수증기(H2O) 등을 포함할 수 있고, 이외에도 미반응의 수소 기체(H2), 극소량의 메탄 (CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8) 또는 부탄(C4H10) 등을 포함할 수 있다.The above by-product is generated by the reaction of hydrogen gas (H 2 ) with impurities contained in the waste plastic pyrolysis oil, such as chlorine (Cl), nitrogen (N), sulfur (S), or oxygen (O), and specifically, may include hydrogen sulfide gas (H 2 S), hydrogen chloride (HCl), ammonia (NH 3 ) or water vapor (H 2 O), and in addition, may include unreacted hydrogen gas (H 2 ), trace amounts of methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ) or butane (C 4 H 10 ).
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 몰리브덴계 수소화 촉매는 몰리브덴계 금속, 또는 니켈, 코발트 및 텅스텐 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 금속과 몰리브덴계 금속이 지지체에 담지된 촉매일 수 있다. 상기 몰리브덴계 수소화 촉매는 수소화 처리 시 높은 촉매활성을 지니고 있으며, 단독으로 이용하거나, 필요에 따라 니켈, 코발트, 텅스텐 등의 금속과 결합된 2원 계통 촉매 형태로도 이용할 수 있다.The molybdenum-based hydrogenation catalyst according to one embodiment of the present disclosure may be a catalyst in which a molybdenum-based metal, or a metal including one or more selected from nickel, cobalt, and tungsten, and the molybdenum-based metal are supported on a support. The molybdenum-based hydrogenation catalyst has high catalytic activity during hydrogenation treatment, and may be used alone or, if necessary, in the form of a binary system catalyst combined with a metal such as nickel, cobalt, or tungsten.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 지지체로 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 산화티타늄, 분자체, 지르코니아, 알루미늄포스페이트, 카본, 니오비아 또는 이들의 혼합물을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present disclosure, the support may be, but is not limited to, alumina, silica, silica-alumina, titanium oxide, molecular sieve, zirconia, aluminum phosphate, carbon, niobia or a mixture thereof.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 몰리브덴계 수소화 촉매는 몰리브덴계 황화물 수소화 촉매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 황화몰리브덴(MoS) 또는 이황화몰리브덴(MoS2)을 포함할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니며 공지된 몰리브덴계 황화물 수소화 촉매를 포함할 수 있다.The molybdenum-based hydrogenation catalyst according to one embodiment of the present disclosure may include a molybdenum-based sulfide hydrogenation catalyst. For example, it may include molybdenum sulfide (MoS) or molybdenum disulfide (MoS 2 ), but is not limited thereto, and may include a known molybdenum-based sulfide hydrogenation catalyst.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 반응 가스는 황화 수소 기체(H2S)를 더 포함할 수 있다. 상기 반응 가스에 포함된 황화 수소 기체(H2S)는 황 공급원(sulfur source)으로 작용하여 폐플라스틱 열분해유와 혼합되는 황 공급원(sulfur source)과 같이 정제 공정 중 비활성화된 몰리브덴계 수소화 촉매의 활성을 재생시킬 수 있다.The reaction gas according to one embodiment of the present disclosure may further include hydrogen sulfide gas (H 2 S). The hydrogen sulfide gas (H 2 S) included in the reaction gas may act as a sulfur source and regenerate the activity of a molybdenum-based hydrogenation catalyst that has been deactivated during a purification process, such as a sulfur source mixed with waste plastic pyrolysis oil.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 수소화 처리는 150 bar 이하의 압력에서 수행할 수 있다. 구체적으로, 120 bar 이하, 보다 구체적으로 100 bar 이하의 압력에서 수행할 수 있고, 비한정적으로 50 bar 이상의 압력에서 수행할 수 있다. 150 bar를 초과하는 압력 조건에서 수소화 처리를 수행하는 경우, 수소화 처리 시 암모니아 및 염화수소가 과량으로 생성됨에 따라, 암모늄 염 형성 온도가 상승하여 반응기 등 공정 내 차압이 쉽게 유발될 수 있고 공정 안정성이 현저히 저하될 수 있다. 폐플라스틱 열분해유 내 질소 및 염소의 함량 조절을 통하여 150 bar를 초과하는 압력 조건에서도 암모늄 염 형성 온도의 상승을 일부 억제할 수 있으나, 이 경우 본 개시에 따른 제조 방법의 대상이 되는 폐플라스틱이 극히 제한될 수 있어 적절하지 않다.The hydrogenation treatment according to one embodiment of the present disclosure can be performed at a pressure of 150 bar or less. Specifically, it can be performed at a pressure of 120 bar or less, more specifically, 100 bar or less, and, but not limited to, it can be performed at a pressure of 50 bar or more. When the hydrogenation treatment is performed under a pressure condition exceeding 150 bar, since ammonia and hydrogen chloride are generated in excess during the hydrogenation treatment, the ammonium salt formation temperature increases, which can easily cause a differential pressure within the process such as a reactor, and the process stability can be significantly reduced. By controlling the contents of nitrogen and chlorine in the waste plastic pyrolysis oil, the increase in the ammonium salt formation temperature can be partially suppressed even under a pressure condition exceeding 150 bar; however, in this case, the waste plastic that is the target of the manufacturing method according to the present disclosure can be extremely limited, which is not appropriate.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 수소화 처리는 150 ℃ 내지 500 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 범위를 만족할 경우 수소화 처리 효율이 향상될 수 있다. 구체적으로 200 ℃ 내지 400 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.The hydrogenation treatment according to one embodiment of the present disclosure may be performed at a temperature of 150° C. to 500° C. When the above range is satisfied, the hydrogenation treatment efficiency may be improved. Specifically, it may be performed at a temperature of 200° C. to 400° C.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 수소화 처리는 다단계로 수행될 수 있고, 구체적인 일 예로서 2단계로 수행될 수 있다. 수소화 처리가 2단계로 수행되는 경우, 첫번째 단계가 두번째 단계보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 이때 첫번째 단계는 150 ℃ 내지 300 ℃, 구체적으로 200 ℃ 내지 250 ℃의 온도에서 수행될 수 있고, 두번째 단계는 300 ℃ 내지 500 ℃, 구체적으로 350 ℃ 내지 400 ℃에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The hydrogenation treatment according to one embodiment of the present disclosure may be performed in multiple stages, and as a specific example, may be performed in two stages. When the hydrogenation treatment is performed in two stages, the first stage may be performed at a lower temperature than the second stage. In this case, the first stage may be performed at a temperature of 150° C. to 300° C., specifically 200° C. to 250° C., and the second stage may be performed at a temperature of 300° C. to 500° C., specifically 350° C. to 400° C., but is not limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법은 상기 S4) 단계 이후에, 상기 불순물이 제거된 정제유가 포함된 스트림을 기액분리한 후 수세하는 단계;를 더 포함할 수 있다.A method for producing purified hydrocarbon from waste plastic according to one embodiment of the present disclosure may further include, after step S4), a step of washing a stream containing purified oil from which impurities have been removed after gas-liquid separation.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 불순물이 제거된 정제유가 포함된 스트림은 상기 S4) 단계가 수행되는 반응기 후단에서 배출되는 상기 불순물이 제거된 정제유를 비롯한, 염화수소, 암모니아 및 미반응 수소 기체 등을 포함하는 것일 수 있다.The stream containing the refined oil from which the impurities have been removed according to one embodiment of the present disclosure may include the refined oil from which the impurities have been removed, discharged from the rear end of the reactor where the step S4) is performed, as well as hydrogen chloride, ammonia, and unreacted hydrogen gas.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 기액분리를 통해 불순물이 제거된 정제유가 포함된 스트림으로부터 수소화 처리에 따라 발생한 암모니아와 염화수소를 제거하고, 미반응 수소 기체를 회수할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, ammonia and hydrogen chloride generated by hydrogenation can be removed from a stream containing refined oil from which impurities have been removed through the gas-liquid separation, and unreacted hydrogen gas can be recovered.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 기액분리는 세퍼레이터(separator)를 통해 당업계에서 공지된 방법으로 수행될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.The gas-liquid separation according to one embodiment of the present disclosure can be performed using a separator by a method known in the art and is not particularly limited.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 기액분리는 2회 내지 4회 수행할 수 있고, 구체적으로 3회 내지 4회, 더욱 구체적으로 4회 수행할 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 정제유는 극미량의 NH3 및 HCl을 함유하기 때문에 유수 분리를 위한 저온 조건에서도 암모늄 염의 생성이 최소화될 수 있다. 또한 추후 상기 정제유에 별도의 염 제거제를 투입하지 않아도 이를 원료로 하는 정유 및 석유화학 공정 등을 안정적으로 수행할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the gas-liquid separation may be performed 2 to 4 times, specifically 3 to 4 times, and more specifically 4 times. When the above range is satisfied, since the refined oil contains trace amounts of NH 3 and HCl, the generation of ammonium salts may be minimized even under low-temperature conditions for oil-water separation. In addition, even without adding a separate salt remover to the refined oil in the future, oil refining and petrochemical processes using the refined oil as a raw material may be stably performed.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 기액분리 결과 생성된 기체 스트림은 경질 탄화수소, 황화수소, 암모니아 또는 염화수소 등을 포함하는 폐가스(off-gas) 및 미반응 수소 기체를 포함할 수 있다. 당업계에 공지된 방법에 따라 폐가스와 미반응 수소 기체가 분리되어 미반응 수소 기체는 공정 내에서 재순환되고, 폐가스는 후술하는 단계를 통해 처리되어 연료로 사용되거나 대기로 배출될 수 있다.The gas stream generated as a result of the gas-liquid separation according to one embodiment of the present disclosure may include off-gas including light hydrocarbons, hydrogen sulfide, ammonia, or hydrogen chloride, and unreacted hydrogen gas. The off-gas and unreacted hydrogen gas are separated according to a method known in the art, and the unreacted hydrogen gas is recycled within the process, and the off-gas is treated through the steps described below and can be used as fuel or discharged into the atmosphere.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 수세를 통해 상기 기체 스트림 내에 포함된 염을 용해시켜 제거하거나, 염을 형성할 수 있는 기체를 용해시켜 염 형성을 억제할 수 있다. 상기 수세는 당업계에서 공지된 방법으로 수행될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.According to one embodiment of the present disclosure, the washing may be performed to dissolve and remove salts contained in the gas stream, or to dissolve gases capable of forming salts, thereby inhibiting salt formation. The washing may be performed by a method known in the art, and is not particularly limited.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 수세는 2회 내지 4회, 구체적으로 2 내지 3회 수행할 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 염 제거 및 염 형성 억제 효과가 충분히 발휘되어 고품질의 정제유를 수득할 수 있고, 공정의 안정성을 확보할 수 있다.The washing according to one embodiment of the present disclosure may be performed 2 to 4 times, specifically 2 to 3 times. When the above range is satisfied, the salt removal and salt formation inhibition effects are sufficiently exerted, so that high-quality refined oil can be obtained, and the stability of the process can be secured.
본 개시의 일 실시예에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법은 상기 불순물이 제거된 정제유가 포함된 스트림을 기액분리한 후 수세하는 단계 이후에, 상기 분리된 폐가스(off-gas)를 연소하는 단계; 및 미연소된 폐가스를 처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.A method for producing refined hydrocarbon from waste plastic according to one embodiment of the present disclosure may further include, after the step of separating a stream containing refined oil from which impurities have been removed and then washing it, the step of combusting the separated off-gas; and the step of treating the uncombusted off-gas.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 폐가스는 C1-C4의 경질 탄화수소, 황화수소(H2S), 암모니아(NH3) 등을 포함할 수 있다. 따라서 상기 폐가스를 연료(fuel)로 사용하기 위해 폐가스를 연소하여 황화수소(H2S), 암모니아(NH3) 등을 제거하는 것이 필요하다. 폐가스의 연소에 의해 생성되는 이산화황(SO2), 이산화질소(NO2) 등을 포함하는 배출 가스는 가성 스크러빙(caustic scrubbing)을 수행하여 배출 규격을 맞춘 후 대기로 배출될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the waste gas may include light hydrocarbons of C1-C4, hydrogen sulfide (H 2 S), ammonia (NH 3 ), etc. Therefore, in order to use the waste gas as fuel, it is necessary to remove hydrogen sulfide (H 2 S), ammonia (NH 3 ), etc. The exhaust gas containing sulfur dioxide (SO 2 ), nitrogen dioxide (NO 2 ), etc. generated by the combustion of the waste gas may be discharged into the atmosphere after performing caustic scrubbing to meet emission standards.
또한 상기 폐가스를 연소하는 단계 이후에 미연소된 폐가스는 산성수 스트리핑(sour water stripping), 흡착(adsorption), 생물학적 처리, 산화, 아민 스크러빙(amine scrubbing) 또는 가성 스크러빙(caustic scrubbing) 처리하여 폐수로 배출될 수 있다.In addition, after the step of combusting the waste gas, the uncombusted waste gas can be discharged as waste water after being treated by sour water stripping, adsorption, biological treatment, oxidation, amine scrubbing, or caustic scrubbing.
다음, S5) 단계는 상기 불순물이 제거된 정제유를 코킹하는 단계이다.Next, step S5) is a step of coking the refined oil from which the above impurities have been removed.
상기 코킹 단계를 포함함으로써 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소뿐만 아니라 고체 코크를 수득할 수 있어 공정의 경제성이 향상될 수 있다.By including the above coking step, not only refined hydrocarbons but also solid coke can be obtained from waste plastics, thereby improving the economic efficiency of the process.
본 개시에서 "코킹(Coking)"은, 통상적으로 원유의 상압 및 감압 증류 시 증류탑 하단에 남는 잔사유인 상압 잔사유(atmospheric residue) 및 감압 잔사유(vacuum residue) 등과 같은 원유 잔류물을 전환하기 위해 사용되는 지연 코킹(delayed coking) 공정을 의미할 수 있다.In the present disclosure, “coking” may mean a delayed coking process used to convert crude oil residues, such as atmospheric residue and vacuum residue, which are typically residues remaining at the bottom of a distillation tower during atmospheric and vacuum distillation of crude oil.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 코킹 단계는 연소식 히터(fired heater) 및 가열로(furnace)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 코킹 장치를 사용하여 수행되는 것일 수 있다.The coking step according to one embodiment of the present disclosure may be performed using one or more coking devices selected from the group consisting of a fired heater and a furnace.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 코킹이 수행되는 온도는 425 ℃이상, 450 ℃이상, 470 ℃이상, 700 ℃이하, 650 ℃이하, 600 ℃이하, 550 ℃이하, 500 ℃이하 또는 상기 수치들의 사이값일 수 있으며, 구체적으로 425 내지 700 ℃, 더욱 구체적으로 450 내지 550 ℃일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The temperature at which the caulking according to one embodiment of the present disclosure is performed may be 425°C or higher, 450°C or higher, 470°C or higher, 700°C or lower, 650°C or lower, 600°C or lower, 550°C or lower, 500°C or lower, or a value between the above values, and specifically may be 425 to 700°C, and more specifically 450 to 550°C, but is not limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 코킹이 수행되는 압력은 1 내지 20 bar, 구체적으로 1 내지 10 bar, 보다 구체적으로 1 내지 5 bar의 범위일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The pressure at which the coking is performed according to one embodiment of the present disclosure may be in the range of 1 to 20 bar, specifically 1 to 10 bar, and more specifically 1 to 5 bar, but is not limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 S5) 단계는 상기 불순물이 제거된 정제유를 증류하여 분리한 정제 유분을 코킹하는 것일 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따른 상기 정제 유분은 상압 잔사유(atmospheric residue), 감압 잔사유(vacuum residue) 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The step S5) according to one embodiment of the present disclosure may be coking the purified oil fraction separated by distillation of the purified oil from which the impurities have been removed. The purified oil fraction according to one embodiment of the present disclosure may be, but is not limited to, atmospheric residue, vacuum residue, or a mixture thereof.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 S5) 단계는 상기 불순물이 제거된 정제유와 석유계 탄화수소가 혼합된 혼합유를 코킹하는 것일 수 있다. 또한, 상기 정제 유분과 석유계 탄화수소가 혼합된 혼합유를 코킹할 수 있음은 물론이다.The step S5) according to one embodiment of the present disclosure may be coking a mixed oil in which the refined oil from which the impurities have been removed and the petroleum hydrocarbon are mixed. In addition, it goes without saying that the mixed oil in which the refined oil fraction and the petroleum hydrocarbon are mixed may be coked.
상기 석유계 탄화수소는 자연발생적으로 존재하는 탄화수소의 혼합물 또는 상기 혼합물에서 분리된 화합물을 통칭하는 것으로, 구체적으로 원유로부터 유래된 상압 잔사유(atmospheric residue), 감압 잔사유(vacuum residue) 또는 이들의 혼합물일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The above petroleum hydrocarbons collectively refer to a mixture of hydrocarbons that exist naturally or a compound separated from the mixture, and specifically, may be, but is not limited to, atmospheric residue, vacuum residue, or a mixture thereof derived from crude oil.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 혼합유는 상기 불순물이 제거된 정제유를 상기 혼합유의 총 중량 대비 5 중량% 이상, 10 중량% 이상, 20 중량% 이상, 40 중량% 이상 또는 50 중량% 이상일 수 있고, 상한으로는 비한정적으로 95 중량% 이하로 포함하는 것일 수 있다. 본 개시가 상기 범위에 반드시 한정되는 것은 아니지만, 일반적으로 정제유 내 불순물 함량이 낮을수록 정제유가 높은 비율로 혼합유에 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the mixed oil may contain refined oil from which the impurities have been removed in an amount of 5 wt% or more, 10 wt% or more, 20 wt% or more, 40 wt% or more, or 50 wt% or more, based on the total weight of the mixed oil, and may have an upper limit of, but not limited to, 95 wt% or less. Although the present disclosure is not necessarily limited to the above range, generally, the lower the impurity content in the refined oil, the higher the proportion of refined oil that can be included in the mixed oil.
또한, 본 개시는 폐플라스틱으로부터 열분해 가스를 제조하는 열분해 반응기; 상기 열분해 가스가 투입되어 폐플라스틱 열분해유가 제조되는 고온필터(hot filter); 상기 폐플라스틱 열분해유, 세척수 및 해유화제가 혼합된 제1혼합액에 전압을 인가하여 탈수를 수행하는 탈수기(dehydrator); 상기 탈수기에서 탈수한 제1혼합액 및 수소 기체가 유입되고, 수소화 처리 촉매 하에 수소화 처리하여 불순물이 제거된 정제유를 생성하는 수소화 처리 반응기; 및 상기 불순물이 제거된 정제유를 코킹하는 코킹 장치;를 포함하는 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 시스템을 제공한다.In addition, the present disclosure provides a system for producing refined hydrocarbons from waste plastic, including: a pyrolysis reactor for producing pyrolysis gas from waste plastic; a hot filter into which the pyrolysis gas is input to produce waste plastic pyrolysis oil; a dehydrator for performing dehydration by applying voltage to a first mixture in which the waste plastic pyrolysis oil, washing water, and a demulsifier are mixed; a hydrogenation reactor into which the first mixture dehydrated in the dehydrator and hydrogen gas are introduced and hydrogenated under a hydrogenation catalyst to produce refined oil from which impurities are removed; and a coking device for coking the refined oil from which the impurities are removed.
폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법에 대하여 설명된 내용은 중복되는 범위 내에서 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 시스템에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.The description of the method for producing purified hydrocarbons from waste plastics can be equally applied to the description of the system for producing purified hydrocarbons from waste plastics, to the extent that there is overlap.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 탈수기는 수직 전극이 구비된 것일 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따른 상기 탈수기에 구비된 수직 전극의 개수는 적어도 2개 이상, 구체적으로 4개 이상, 더욱 구체적으로 6개 이상일 수 있고, 상한으로는 20개 이하일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The dehydrator according to one embodiment of the present disclosure may be equipped with vertical electrodes. The number of vertical electrodes equipped in the dehydrator according to one embodiment of the present disclosure may be at least 2 or more, specifically 4 or more, more specifically 6 or more, and may be 20 or less as an upper limit, but is not necessarily limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 탈수기는 내부에 응집기(coalescer)가 포함된 것일 수 있다. 상기 응집기는 미세한 액적을 포집하여 큰 액적을 형성시키는 장치이며 산업에서 통상적으로 사용하는 장치를 사용할 수 있고, 특별하게 한정되지 않는다.The dehydrator according to one embodiment of the present disclosure may include a coalescer therein. The coalescer is a device that collects fine droplets to form large droplets, and a device commonly used in the industry can be used, and is not particularly limited.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 응집기로 상기 탈수기에서 탈수한 제1혼합액이 유입되어 추가 탈수한 제1혼합액을 생성할 수 있다. 상기 응집기가 포함된 탈수기를 사용하는 경우 상기 추가 탈수한 제1혼합액이 수소 기체와 함께 수소화 처리 반응기로 유입되는 것은 물론이다.According to one embodiment of the present disclosure, the first mixture dehydrated in the dehydrator may be introduced into the coagulator to produce an additionally dehydrated first mixture. When a dehydrator including the coagulator is used, the additionally dehydrated first mixture is of course introduced into the hydrogenation reactor together with hydrogen gas.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 시스템은 상기 수소화 처리 반응기로부터 생성된 불순물이 제거된 정제유를 기액분리하는 세퍼레이터(separator);를 더 포함할 수 있다.The system for producing refined hydrocarbon from waste plastic according to one embodiment of the present disclosure may further include a separator for separating refined oil from which impurities have been removed, generated from the hydrogenation reactor, into gas and liquid.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 세퍼레이터는 2개 내지 4개일 수 있고, 구체적으로 3개 내지 4개, 더욱 구체적으로 4개일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 정제유는 극미량의 NH3 및 HCl을 함유하기 때문에 유수 분리를 위한 저온 조건에서도 암모늄 염의 생성이 최소화될 수 있다. 또한 추후 상기 정제유에 별도의 염 제거제를 투입하지 않아도 이를 원료로 하는 정유 및 석유화학 공정 등을 안정적으로 수행할 수 있다.The number of the separators according to one embodiment of the present disclosure may be 2 to 4, specifically 3 to 4, and more specifically 4. When the above range is satisfied, since the refined oil contains trace amounts of NH 3 and HCl, the generation of ammonium salts can be minimized even under low-temperature conditions for oil-water separation. In addition, even without adding a separate salt remover to the refined oil in the future, oil refining and petrochemical processes using the refined oil as a raw material can be stably performed.
본 개시의 일 실시예에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 시스템은 상기 세퍼레이터으로부터 분리된 기체 스트림에서 미반응 수소 기체를 회수하여 수소화 처리 반응기로 투입하는 재생 가스 압축기(recycle gas compressor)를 더 포함할 수 있다.A system for producing purified hydrocarbons from waste plastics according to one embodiment of the present disclosure may further include a recycle gas compressor for recovering unreacted hydrogen gas from a gas stream separated from the separator and feeding it into a hydrogenation reactor.
이하 실시예를 통해 본 개시에 따른 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 개시를 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. 또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 개시가 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 또한, 본 개시에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고, 본 개시를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Hereinafter, the method and system for producing purified hydrocarbons from waste plastic according to the present disclosure will be described in more detail through examples. However, the following examples are only one reference for describing the present disclosure in detail, and the present disclosure is not limited thereto, and may be implemented in various forms. In addition, unless otherwise defined, all technical terms and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present disclosure belongs. In addition, the terminology used in the description of the present disclosure is only for the purpose of effectively describing specific embodiments, and is not intended to limit the present disclosure.
[실시예 1][Example 1]
Feed로 사용하기 위한 생활계 폐플라스틱은 PE 73.4 중량%, PP 10.4 중량%, PVC 9.8 중량%, PET 2.3 중량%, 나일론 2.1 중량% 및 PU 2.0 중량%를 포함하였다.The waste plastics from daily life for use as feed contained 73.4 wt% PE, 10.4 wt% PP, 9.8 wt% PVC, 2.3 wt% PET, 2.1 wt% nylon, and 2.0 wt% PU.
상기 생활계 폐플라스틱 Feed 600g을 Batch 열분해 반응기에 투입하고 500 ℃에서 열분해를 진행하였다. 제조된 열분해 가스를 입자 크기(D50)가 400~900㎛인 CaO 20g이 충진된 500 ℃의 고온필터에 투입한 후 응축기(condenser)에서 포집하였고, 회수부에서 폐플라스틱 열분해유로 회수하였다.The above 600g of waste plastic feed from the living world was fed into a batch pyrolysis reactor and pyrolysis was performed at 500°C. The produced pyrolysis gas was fed into a 500°C high-temperature filter filled with 20g of CaO having a particle size (D50) of 400 to 900 μm, collected in a condenser, and recovered as waste plastic pyrolysis oil in a recovery section.
150 ℃, 10 bar 조건에서 상기 폐플라스틱 열분해유, 세척수 및 중량평균분자량이 500인 폴리에틸렌글리콜을 1:0.25:0.0001의 부피비로 탈수기에 투입하고 교반하여 제1혼합액을 제조하였다. 상기 제1혼합액을 수직 전극을 통해 15 kV의 교류 전압을 인가하여 유수 분리한 후, 수층을 제거하여 탈수하였다.Under the conditions of 150 ℃ and 10 bar, the waste plastic pyrolysis oil, washing water, and polyethylene glycol having a weight average molecular weight of 500 were introduced into a dehydrator in a volume ratio of 1:0.25:0.0001 and stirred to prepare a first mixture. The first mixture was separated into oil and water by applying an AC voltage of 15 kV through a vertical electrode, and then the water layer was removed to perform dehydration.
이때 상기 폐플라스틱 열분해유는 수분 함량이 약 5,000 ppm 이상이고, 질소(N) 500 ppm 이상, 염소(Cl) 200 ppm 이상 및 올레핀(olefin) 20 부피% 이상의 고농도의 불순물을 함유하는 것이었다.At this time, the waste plastic pyrolysis oil had a moisture content of about 5,000 ppm or more and contained high concentrations of impurities such as nitrogen (N) of 500 ppm or more, chlorine (Cl) of 200 ppm or more, and olefin of 20 volume% or more.
상기 탈수기에서 탈수한 제1혼합액 100 중량부 대비 디메틸 디설파이드 0.04 중량부를 혼합하여 제2혼합액을 제조한 후, 300 ℃, 70 bar 조건에서 수소화 처리하여 불순물이 제거된 정제유를 생성하였다.A second mixture was prepared by mixing 0.04 parts by weight of dimethyl disulfide with 100 parts by weight of the first mixture dehydrated in the above dehydrator, and then hydrogenation was performed under the conditions of 300°C and 70 bar to produce refined oil from which impurities were removed.
상기 불순물이 제거된 정제유를 증류하여 분리한 상압 잔사유와 원유로부터 유래된 끓는점이 380 ℃ 이상인 상압 잔사유를 2 대 8의 중량비로 혼합한 혼합유를 가열로에 투입하고 480 ℃,4 bar 조건에서 코킹하여 정제 탄화수소와 고체 코크를 수득하였다.The refined oil from which the above impurities have been removed was distilled to separate the atmospheric residual oil and the atmospheric residual oil derived from crude oil having a boiling point of 380°C or higher were mixed in a weight ratio of 2 to 8, and the mixed oil was fed into a heating furnace and coked under the conditions of 480°C and 4 bar to obtain refined hydrocarbons and solid coke.
[실시예 2 및 3][Examples 2 and 3]
실시예 1에서 폐플라스틱 열분해유, 세척수 및 폴리에틸렌글리콜을 하기 표 1에 기재된 부피비로 탈수기에 투입하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소와 고체 코크를 수득하였다.In Example 1, waste plastic pyrolysis oil, washing water, and polyethylene glycol were charged into a dehydrator in the volume ratios shown in Table 1 below, and the same conditions as in Example 1 were performed to obtain purified hydrocarbons and solid coke.
[실시예 4][Example 4]
실시예 1에서 수평 전극을 통해 직류 전압을 인가하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소와 고체 코크를 수득하였다.Example 1 was performed under the same conditions as Example 1 except that a direct current voltage was applied through the horizontal electrode, to obtain refined hydrocarbon and solid coke.
[실시예 5][Example 5]
실시예 1에서 제1혼합액의 탈수가 120 ℃ 온도 조건에서 수행되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소와 고체 코크를 수득하였다.In Example 1, dehydration of the first mixture was performed under the same conditions as in Example 1, except that it was performed at a temperature of 120°C, to obtain purified hydrocarbon and solid coke.
[실시예 6][Example 6]
실시예 5에서 폐플라스틱 열분해유와 폴리에틸렌글리콜을 1:0.00001의 부피비로 투입하고, 압력이 180 bar인 조건에서 수소화 처리하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소와 고체 코크를 수득하였다.In Example 5, waste plastic pyrolysis oil and polyethylene glycol were introduced in a volume ratio of 1:0.00001, and the hydrogenation process was performed under the same conditions as Example 1, except that the pressure was 180 bar, to obtain refined hydrocarbons and solid coke.
[실시예 7][Example 7]
실시예 1에서 상기 제1혼합액을 탈수한 후 응집기를 통해 추가 탈수하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소와 고체 코크를 수득하였다.In Example 1, the same conditions as in Example 1 were performed except that additional dehydration was performed through a coagulant after dehydration of the first mixture, thereby obtaining purified hydrocarbon and solid coke.
[비교예 1][Comparative Example 1]
실시예 1에서 세척수를 투입하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소와 고체 코크를 수득하였다.Example 1 was performed under the same conditions as Example 1 except that no wash water was added, thereby obtaining purified hydrocarbon and solid coke.
[비교예 2][Comparative Example 2]
실시예 1에서 폴리에틸렌글리콜을 투입하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소와 고체 코크를 수득하였다.Example 1 was performed under the same conditions as Example 1 except that polyethylene glycol was not added, thereby obtaining purified hydrocarbon and solid coke.
[비교예 3][Comparative Example 3]
실시예 1에서 전압을 인가하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소와 고체 코크를 수득하였다.Example 1 was performed under the same conditions as Example 1 except that no voltage was applied, to obtain purified hydrocarbon and solid coke.
[비교예 4][Comparative Example 4]
실시예 1에서 상기 탈수한 제1혼합액에 디메틸 디설파이드를 혼합하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소와 고체 코크를 수득하였다.Example 1 was performed under the same conditions as Example 1, except that dimethyl disulfide was not mixed into the dehydrated first mixture, thereby obtaining purified hydrocarbon and solid coke.
평가예Evaluation example
측정 방법measurement method
탈수 공정이 종료된 후 수득된 혼합액 내 수분 및 염소 함량과 불순물이 제거된 정제유 내 염소 함량을 ICP, XRF 분석법을 통해 측정하여 나타내었다.The moisture and chlorine contents in the mixture obtained after the dehydration process and the chlorine content in the refined oil from which impurities were removed were measured and displayed using ICP and XRF analysis methods.
촉매활성 유지시간은 정제유를 대상으로 Total Nitrogen & Sulfur(TNS 원소)분석을 진행하여 정제유 내 질소의 함량이 10 ppm을 초과하는 시점을 기준으로 시간 단위로 측정하여 나타내었다.The catalytic activity retention time was measured in hours based on the point at which the nitrogen content in the refined oil exceeded 10 ppm through Total Nitrogen & Sulfur (TNS element) analysis on refined oil.
또한, 상기 실시예 및 비교예의 공정을 3개월 운전하여, 하기 식 1에 따라 입자 고착율을 측정하였다.In addition, the processes of the above examples and comparative examples were operated for 3 months, and the particle fixation rate was measured according to Equation 1 below.
[식 1][Formula 1]
입자 고착율(%) = (전극에 고착된 불순물 입자량/열분해유 내 불순물 입자량)*100Particle fixation rate (%) = (amount of impurity particles fixed on the electrode/amount of impurity particles in the pyrolysis oil)*100
상기 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The above measurement results are shown in Table 1 below.
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 비교예 1 내지 3은 각각 세척수 투입 여부, 해유화제 투입 여부, 전압 인가 여부를 실시예와 달리한 결과 탈수 단계에 의한 수분 및 Cl 제거 효과가 저조하였다. 불순물이 많이 포함된 폐플라스틱 열분해유가 수소화 처리됨에 따라 정제유 내 Cl 함량이 높았고, 수소화 촉매가 상대적으로 빠르게 비활성화되었다. 비록 비교예 4에서는 탈수 단계에서 폐플라스틱 열분해유 내 수분 및 일부 불순물이 충분히 제거되었지만, 부족한 황 함량으로 인해 수소화 촉매가 단시간 내에 비활성화되어 공정이 장기간 유지되는 경우 다른 비교예와 마찬가지로 정제유 내 Cl 함량이 높게 나타났다. 정제유 내 많은 양으로 포함된 Cl은, 코킹 장치의 부식을 야기할 수 있어, 혼합유 내 정제유의 함량이 제한적일 수밖에 없음을 예상할 수 있다.As shown in Table 1 above, Comparative Examples 1 to 3 showed low moisture and Cl removal effects by the dehydration step as a result of varying the presence or absence of wash water, presence or absence of demulsifier, and presence or absence of voltage application from the Examples, respectively. As the waste plastic pyrolysis oil containing many impurities was hydrogenated, the Cl content in the refined oil was high and the hydrogenation catalyst was deactivated relatively quickly. Although in Comparative Example 4, moisture and some impurities in the waste plastic pyrolysis oil were sufficiently removed in the dehydration step, the hydrogenation catalyst was deactivated in a short period of time due to the insufficient sulfur content, and if the process was maintained for a long time, the Cl content in the refined oil was high, as in the other Comparative Examples. Since a large amount of Cl included in the refined oil can cause corrosion of the coking device, it can be expected that the content of refined oil in the mixed oil cannot but be limited.
그러나 본 개시의 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법에 따른 실시예 1 내지 7은 탈수 단계를 통해 폐플라스틱 열분해유 내 함유된 수분이 상당량 제거되고 황 공급원이 추가되어, 수소화 촉매의 활성을 현저히 오래 지속시켰다. 또한, 탈수 단계에서 일부 수용성 불순물을 선제적으로 제거하고 수소화 처리하여 정제유 내 Cl을 비롯한 불순물 함량이 낮아, 추가적인 불순물 제거를 수행하지 않아도 코킹 단계에 많은 양의 정제유가 투입될 수 있음을 확인하였다.However, in Examples 1 to 7 according to the method for producing refined hydrocarbons from waste plastics of the present disclosure, a significant amount of moisture contained in the waste plastic pyrolysis oil was removed through the dehydration step, and a sulfur source was added, thereby significantly prolonging the activity of the hydrogenation catalyst. In addition, it was confirmed that a large amount of refined oil can be input into the coking step without performing additional impurity removal, since some water-soluble impurities are preemptively removed in the dehydration step and the content of impurities including Cl in the refined oil is low by hydrogenation treatment.
한편, 수직 전극을 사용하여 교류 전압을 인가한 경우, 공정이 3개월 이상 진행되어도 전극 표면에 열분해유 내 차르(char) 유래 불순물 입자 고착율이 매우 낮은 것을 확인하였다. 이를 통해 교류 전압을 인가하거나, 수직 전극을 사용하면 반응기 내부 세척을 위한 공정 가동 중단이 필요 없어 더욱 우수한 공정 효율을 나타낼 수 있음을 알 수 있었다.Meanwhile, when an AC voltage was applied using a vertical electrode, it was confirmed that the rate of fixation of impurity particles derived from char in the pyrolysis oil on the electrode surface was very low even after the process was conducted for more than 3 months. Through this, it was found that applying an AC voltage or using a vertical electrode can exhibit better process efficiency because there is no need to stop the process for cleaning the inside of the reactor.
또한 실시예 6의 경우, 다른 실시예와 비교하여 탈수 결과가 저조하였으나, 수소화 처리가 높은 압력 조건에서 진행됨에 따라 정제유 내 불순물 Cl 함량은 매우 낮았다. 그러나 높은 압력으로 인해 암모니아 및 염화수소가 과량으로 발생하기 때문에 수소화 처리가 수행되는 온도에서도 암모늄 염이 상대적으로 다량 발생하는 것을 확인하였다.In addition, in the case of Example 6, the dehydration result was poor compared to other examples, but since the hydrogenation treatment was performed under high pressure conditions, the Cl content of impurities in the refined oil was very low. However, since ammonia and hydrogen chloride are generated in excess due to the high pressure, it was confirmed that a relatively large amount of ammonium salts were generated even at the temperature at which the hydrogenation treatment was performed.
실시예 7에서 응집기를 이용하여 추가 탈수를 진행함에 따라 탈수 후 수분 및 염소 함량이 다른 실시예에 비해 적게 나타났는 바, 촉매의 활성시간, 공정 안정성 및 정제유 품질이 다른 실시예에 비해 상대적으로 더 우수함을 예상할 수 있다.In Example 7, as additional dehydration was performed using a coagulant, the moisture and chlorine contents after dehydration were lower than in other examples. Therefore, it can be expected that the activation time of the catalyst, process stability, and refined oil quality are relatively better than in other examples.
또한, 코킹 단계를 거침으로써 정제 탄화수소를 고부가 가치화할 수 있고, 연료로서 활용가능한 고체 코크를 수득할 수 있어, 공정의 경제성 향상이 가능함을 확인하였다.In addition, it was confirmed that the economic feasibility of the process can be improved by obtaining solid coke that can be used as fuel and adding added value to refined hydrocarbons through the coking step.
상술한 바에 있어서, 본 개시의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 개시는 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.While the exemplary embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited thereto, and those skilled in the art will understand that various changes and modifications can be made thereto without departing from the concept and scope of the claims set forth below.
Claims (21)
S2) 상기 열분해 가스를 중화제가 충진된 고온필터(hot filter)에 투입하여 폐플라스틱 열분해유를 제조하는 단계;
S3) 상기 폐플라스틱 열분해유, 세척수 및 해유화제(demulsifier)를 혼합한 제1혼합액에 전압을 인가하여 탈수하는 단계;
S4) 상기 S3) 단계에서 탈수한 제1혼합액 및 황 공급원(sulfur source)을 혼합한 제2혼합액을 수소화 처리하여 불순물이 제거된 정제유를 생성하는 단계; 및
S5) 상기 불순물이 제거된 정제유를 코킹(coking)하는 단계;
를 포함하는, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
S1) A pyrolysis step of producing pyrolysis gas by introducing waste plastic into a pyrolysis reactor;
S2) A step of producing waste plastic pyrolysis oil by injecting the above pyrolysis gas into a hot filter filled with a neutralizing agent;
S3) A step of dehydrating by applying voltage to a first mixture containing the waste plastic pyrolysis oil, washing water, and a demulsifier;
S4) a step of hydrogenating the first mixture dehydrated in step S3) and the second mixture mixed with a sulfur source to produce refined oil from which impurities have been removed; and
S5) A step of coking the refined oil from which the above impurities have been removed;
A method for producing purified hydrocarbons from waste plastics, comprising:
상기 S3) 단계에서,
상기 폐플라스틱 열분해유는 상기 세척수보다 더 많은 부피로 혼합되는, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
In the above step S3),
A method for producing purified hydrocarbon from waste plastic, wherein the waste plastic pyrolysis oil is mixed in a larger volume than the wash water.
상기 S3) 단계에서,
상기 제1혼합액은 폐플라스틱 열분해유와 세척수가 1:0.001 내지 0.5의 부피비로 혼합되는 것인, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the second paragraph,
In the above step S3),
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic, wherein the first mixture is a mixture of waste plastic pyrolysis oil and washing water in a volume ratio of 1:0.001 to 0.5.
상기 S3) 단계에서,
상기 제1혼합액은 폐플라스틱 열분해유와 해유화제가 1:0.000001 내지 0.001의 부피비로 혼합되는 것인, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
In the above step S3),
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic, wherein the first mixture is a mixture of waste plastic pyrolysis oil and a demulsifier in a volume ratio of 1:0.000001 to 0.001.
상기 전압은 교류 또는 교류와 직류의 조합으로 인가되는 것인, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing purified hydrocarbons from waste plastic, wherein the voltage is applied as an alternating current or a combination of alternating current and direct current.
상기 전압은 수직 전극을 통해 인가되는 것인, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing purified hydrocarbons from waste plastic, wherein the voltage is applied through a vertical electrode.
상기 S3) 단계에서,
상기 전압 인가 후 제1혼합액으로부터 래그층(rag layer)을 제거하는 단계;
를 더 포함하는, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
In the above step S3),
A step of removing a rag layer from the first mixture after applying the voltage;
A method for producing purified hydrocarbons from waste plastics, the method further comprising:
상기 S3) 단계는 20 ℃ 내지 300 ℃의 온도 조건에서 수행되는, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing purified hydrocarbon from waste plastic, wherein the step S3) is performed at a temperature of 20° C. to 300° C.
상기 폐플라스틱 열분해유의 수분 함량과 상기 S3) 단계에서 탈수한 제1혼합액의 수분 함량의 비율은 1:0.0001 내지 0.9인, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic, wherein the ratio of the moisture content of the waste plastic pyrolysis oil and the moisture content of the first mixture dehydrated in step S3) is 1:0.0001 to 0.9.
상기 S3) 단계는 탈수한 제1혼합액을 수분 응집하여 추가 탈수하는 것인, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing purified hydrocarbon from waste plastic, wherein the step S3) comprises further dehydrating the dehydrated first mixture by coagulating moisture.
상기 제2혼합액은 염소에 대한 질소의 중량비가 1:1 내지 10인 것인, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing purified hydrocarbon from waste plastic, wherein the second mixture has a weight ratio of nitrogen to chlorine of 1:1 to 10.
상기 황 공급원(sulfur source)은 황 함유 유분을 포함하는 것인, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic, wherein the sulfur source comprises a sulfur-containing oil.
상기 황 함유 유분은 상기 S3) 단계에서 탈수한 제1혼합액 100 중량부 기준으로 0.5 중량부 미만으로 포함되는, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In Article 12,
A method for producing refined hydrocarbon from waste plastic, wherein the sulfur-containing oil is contained in an amount of less than 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the first mixture dehydrated in step S3).
상기 황 공급원(sulfur source)은 디설파이드계 화합물, 설파이드계 화합물, 설포네이트계 화합물 및 설페이트계 화합물에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 황 함유 유기 화합물을 포함하는, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing purified hydrocarbon from waste plastic, wherein the sulfur source comprises one or more sulfur-containing organic compounds selected from disulfide compounds, sulfide compounds, sulfonate compounds, and sulfate compounds.
상기 수소화 처리는 몰리브덴계 수소화 촉매 하에서 수행되는, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing purified hydrocarbons from waste plastic, wherein the above hydrogenation treatment is performed in the presence of a molybdenum-based hydrogenation catalyst.
상기 몰리브덴계 수소화 촉매는 몰리브덴계 금속, 또는 니켈, 코발트 및 텅스텐 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 금속과 몰리브덴계 금속이 지지체에 담지된 촉매인, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In Article 15,
A method for producing purified hydrocarbons from waste plastic, wherein the above molybdenum-based hydrogenation catalyst is a catalyst in which a molybdenum-based metal or a metal including one or more selected from nickel, cobalt and tungsten and the molybdenum-based metal are supported on a support.
상기 몰리브덴계 수소화 촉매는 몰리브덴계 황화물 수소화 촉매를 포함하는, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In Article 15,
A method for producing purified hydrocarbons from waste plastic, wherein the above molybdenum-based hydrogenation catalyst comprises a molybdenum-based sulfide hydrogenation catalyst.
상기 수소화 처리는 50 bar 내지 150 bar의 압력 조건에서 수행되는, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing purified hydrocarbons from waste plastic, wherein the above hydrogenation treatment is performed under pressure conditions of 50 bar to 150 bar.
상기 S4) 단계 이후에,
상기 불순물이 제거된 정제유가 포함된 스트림을 기액분리한 후 수세하는 단계;
를 더 포함하는, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
After the above step S4),
A step of washing a stream containing refined oil from which the above impurities have been removed after gas-liquid separation;
A method for producing purified hydrocarbons from waste plastics, the method further comprising:
상기 S5) 단계는,
상기 불순물이 제거된 정제유를 증류하여 분리한 정제 유분을 코킹하는 것인, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
The above step S5) is,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic, comprising coking the refined oil fraction separated by distillation of refined oil from which the above impurities have been removed.
상기 S5) 단계는,
상기 불순물이 제거된 정제유와 석유계 탄화수소가 혼합된 혼합유를 코킹하는 것인, 폐플라스틱으로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.In the first paragraph,
The above step S5) is,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic, comprising coking a mixed oil comprising refined oil from which the above impurities have been removed and petroleum hydrocarbons.
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