KR20240155049A - Method and system for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil - Google Patents
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Abstract
본 개시는 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템에 관한 것이다.
본 개시에 따른 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 폐플라스틱 열분해유로부터 불순물 함유량 및 올레핀 함유량이 매우 낮아 품질이 우수한 정제 탄화수소를 제공할 수 있다.The present disclosure relates to a method and a production system for producing purified hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil.
The method and system for producing refined hydrocarbon according to the present disclosure can minimize the generation of ammonium salt (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, refined hydrocarbon having very low impurity content and olefin content and excellent quality can be provided from waste plastic pyrolysis oil.
Description
폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for producing purified hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil.
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 폐플라스틱 열분해유는 일반적인 방법으로 원유로부터 제조되는 유분과 비교하여 염소, 질소, 금속 등 불순물 함량이 높기 때문에 폐플라스틱 열분해유는 휘발유, 경유 등의 고부가 가치 연료에 제한적인 양만이 블렌딩될 수 있다. 따라서 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소를 제조하는 과정에서 폐플라스틱 열분해유 내 포함된 불순물을 제거하는 것이 필요하다.However, waste plastic pyrolysis oil has a higher content of impurities such as chlorine, nitrogen, and metals compared to the oil produced from crude oil by general methods, so waste plastic pyrolysis oil can only be blended in limited amounts into high value-added fuels such as gasoline and diesel. Therefore, in the process of producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, it is necessary to remove the impurities contained in the waste plastic pyrolysis oil.
폐플라스틱 열분해유에 함유된 염소, 질소, 산소, 금속 등의 불순물을 제거하기 위한 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.Known methods for removing impurities such as chlorine, nitrogen, oxygen, and metals contained in waste plastic pyrolysis oil include 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.
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, 촉매의 비활성화로 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 oil and hydrogen are reacted 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 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 deactivation of the catalyst, reducing process efficiency. 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, 상술한 공정적 문제를 해결한, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소를 제조하는 방법 및 시스템의 개발이 요구된다.Therefore, there is a need for the development of a method and system for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil that solves the above-described process problems.
본 개시의 목적은 염소 및 질소 등을 포함하는 불순물이 함유된 폐플라스틱 열분해유를 정제하는 과정에서 암모늄 염(NH4Cl)의 생성을 최소화하는, 폐플라스틱 열분해유로부터 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 plastic pyrolysis oil, which minimizes the production of ammonium salts (NH 4 Cl) in the process of refining waste plastic pyrolysis oil containing impurities including chlorine and nitrogen.
본 개시의 다른 목적은 촉매의 활성이 오래 유지되어 정제 효율이 우수하고 장기간 운영이 가능한, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present disclosure is to provide a method and system for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, 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 반응기 내에서 불순물 입자가 고착화되는 현상을 방지할 수 있는, 폐플라스틱 열분해유로부터 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 plastic pyrolysis oil, which can prevent the phenomenon of impurity particles becoming fixed within a reactor.
본 개시의 다른 목적은 폐플라스틱 열분해유로부터 염소, 질소, 산소, 금속 등의 불순물 함유량 및 올레핀 함유량이 매우 낮고, 품질이 우수한 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present disclosure is to provide a method and a production system for producing refined hydrocarbons having excellent quality and very low content of impurities such as chlorine, nitrogen, oxygen, and metals and olefin content from waste plastic pyrolysis oil.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 일 측면에서는 S1) 폐플라스틱 열분해유, 세척수 및 해유화제(demulsifier)를 혼합한 제1혼합액에 전압을 인가하여 탈수하는 단계; S2) 상기 S1) 단계에서 탈수한 제1혼합액 및 황 공급원(sulfur source)을 혼합한 제2혼합액을 제1수소화 처리하여 불순물이 제거된 정제유를 생성하는 단계; 및 S3) 상기 불순물이 제거된 정제유를 제2수소화 처리하는 단계;를 포함하는, 폐플라스틱 열분해유로부터 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 pyrolysis oil is provided, including: S1) a step of applying voltage to a first mixture comprising waste plastic pyrolysis oil, wash water, and a demulsifier to dehydrate them; S2) a step of first hydrogenating the first mixture dehydrated in step S1) and a second mixture comprising a sulfur source to produce refined oil from which impurities have been removed; and S3) a step of second hydrogenating the refined oil from which impurities have been removed.
본 개시의 일 예에 따른 상기 S1) 단계에서, 상기 폐플라스틱 열분해유는 상기 세척수보다 더 많은 부피로 혼합될 수 있다.In the step S1) 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 S1) 단계에서, 상기 제1혼합액은 폐플라스틱 열분해유와 세척수가 1:0.001 내지 0.5의 부피비로 혼합되는 것일 수 있다.In the step S1) 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 S1) 단계에서, 상기 제1혼합액은 폐플라스틱 열분해유와 해유화제가 1:0.000001 내지 0.001의 부피비로 혼합되는 것일 수 있다.In the step S1) 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 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법은 상기 S1) 단계에서, 상기 전압 인가 후 제1혼합액으로부터 래그층(rag layer)을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil according to an example of the present disclosure may further include, in the step S1), a step of removing a rag layer from the first mixture after the voltage is applied.
본 개시의 일 예에 따른 상기 S1) 단계는 20 ℃ 내지 300 ℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다.According to an example of the present disclosure, the step S1) can be performed at a temperature of 20° C. to 300° C.
본 개시의 일 예에 따른 상기 폐플라스틱 열분해유의 수분 함량과 상기 S1) 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 S1) may be 1:0.0001 to 0.9.
본 개시의 일 예에 따른 상기 S1) 단계는 탈수한 제1혼합액을 수분 응집하여 추가 탈수하는 것일 수 있다. According to an example of the present disclosure, the step S1) 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 S1) 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 S1).
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 제1수소화 처리는 몰리브덴계 수소화 촉매 하에서 수행될 수 있다.The first 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 제1수소화 처리는 50 bar 내지 150 bar의 압력 조건에서 수행될 수 있다.The first 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 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법은 상기 S2) 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 pyrolysis oil according to an example of the present disclosure may further include, after step S2), a step of subjecting a stream containing refined oil from which the impurities have been removed to gas-liquid separation and then washing.
본 개시의 일 예에 따른 상기 S3) 단계는, 상기 S2) 단계에서 불순물이 제거된 정제유와 석유계 탄화수소가 혼합된 혼합유를 제2수소화 처리하는 것일 수 있다.According to an example of the present disclosure, the step S3) may be a second hydrogenation treatment of a mixed oil in which refined oil from which impurities have been removed in the step S2) is mixed with petroleum-based hydrocarbons.
본 개시에 따른 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템은 염소 및 질소 등을 포함하는 불순물이 함유된 폐플라스틱 열분해유를 정제하는 과정에서 암모늄 염(NH4Cl)의 생성을 최소화할 수 있다.The method and system for producing refined hydrocarbon according to the present disclosure can minimize the production of ammonium salt (NH 4 Cl) in the process of refining waste plastic pyrolysis oil containing impurities including chlorine and nitrogen.
본 개시에 따른 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템은 공정에서 사용되는 촉매의 비활성화가 방지됨에 따라 정제 효율이 우수하고, 공정의 장기간 운영이 가능한 효과가 있다.The method and system for producing refined hydrocarbons according to the present disclosure have excellent purification efficiency and enable long-term operation of the process since deactivation of the catalyst used in the process is prevented.
본 개시에 따른 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템은 폐플라스틱 열분해유로부터 염소, 질소, 산소, 금속 등의 불순물 함유량 및 올레핀 함유량이 매우 낮아 품질이 우수한 정제 탄화수소를 제공할 수 있다.The method and system for producing refined hydrocarbon according to the present disclosure can provide refined hydrocarbon having excellent quality with very low content of impurities such as chlorine, nitrogen, oxygen, and metals and olefin content from waste plastic pyrolysis oil.
본 개시에 따른 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템은 폐플라스틱을 원료로 하는 친환경 정유 및 석유화학제품의 생산에 사용될 수 있다.The method and system for producing refined hydrocarbons according to the present disclosure can be used in the production of environmentally friendly refined oil and petrochemical products using waste plastics as raw materials.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법의 공정도이다.FIG. 1 is a process diagram of a method for producing purified hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil 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, 분리, 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, separation, 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 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템은, 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, 폐플라스틱 열분해유 내 포함된 불순물을 수소화 반응을 통해 제거하는 제1수소화 처리 단계 및 상기 불순물이 제거된 정제유를 제2수소화 처리하는 단계를 포함한다. 본 개시에 따른 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법은 상기 일련의 경시적 단계가 유기적으로 결합됨에 따라 폐플라스틱 열분해유로부터 고품질의 정제 탄화수소를 장기간 안정적으로 생산할 수 있다.The method and system for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil according to the present disclosure include a dehydration step that includes washing, demulsification, and voltage application, etc., to reduce problems such as catalyst deactivation due to moisture dispersed in the waste plastic pyrolysis oil in an emulsion form, corrosion of a reactor due to chlorine contained in the moisture and low pH of the moisture. In addition, the method includes a first hydrogenation treatment step for removing impurities contained in the waste plastic pyrolysis oil through a hydrogenation reaction, and a second hydrogenation treatment step for the refined oil from which the impurities have been removed. The method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil according to the present disclosure can stably produce high-quality refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil for a long period of time since the above series of sequential steps are organically combined.
이하 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법 및 제조 시스템에 대하여 상세히 설명한다.Below, a method and system for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil are described in detail.
본 개시는 S1) 폐플라스틱 열분해유, 세척수 및 해유화제(demulsifier)를 혼합한 제1혼합액에 전압을 인가하여 탈수하는 단계; S2) 상기 S1) 단계에서 탈수한 제1혼합액 및 황 공급원(sulfur source)을 혼합한 제2혼합액을 제1수소화 처리하여 불순물이 제거된 정제유를 생성하는 단계; 및 S3) 상기 S2) 단계에서 불순물이 제거된 정제유를 제2수소화 처리하는 단계;를 포함하는, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법을 제공한다.The present disclosure provides a method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, including the steps of S1) applying voltage to a first mixture comprising waste plastic pyrolysis oil, wash water, and a demulsifier to dehydrate them; S2) performing a first hydrogenation treatment on the first mixture dehydrated in step S1) and a second mixture comprising a sulfur source to produce refined oil from which impurities have been removed; and S3) performing a second hydrogenation treatment on the refined oil from which impurities have been removed in step S2).
먼저, S1) 단계는 폐플라스틱 열분해유, 세척수 및 해유화제를 혼합한 제1혼합액에 전압을 인가하여 탈수하는 단계이다.First, step S1) is a step of dehydrating by applying voltage to a first mixture containing 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 S1) 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 a hydrogenation catalyst and corrosion of a 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 S1), 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 폐플라스틱을 열분해하여 생성된 탄화수소 유분 혼합물일 수 있고, 이때 폐플라스틱은 폐합성수지, 폐합성섬유, 폐합성고무, 폐비닐 등 합성 고분자 화합물과 관련한 고상 또는 액상의 쓰레기를 포함할 수 있다.The waste plastic pyrolysis oil according to one embodiment of the present disclosure may be a hydrocarbon oil mixture produced by pyrolyzing waste plastic, wherein the waste plastic may include solid or liquid waste related to synthetic polymer compounds such as waste synthetic resin, waste synthetic fiber, waste synthetic rubber, and waste vinyl.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 탄화수소 유분 혼합물은 탄화수소 유분 외에 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 hydrocarbon oil mixture according to one embodiment of the present disclosure may include impurities such as chlorine compounds, nitrogen compounds, oxygen compounds, metal compounds, char-derived particles, etc., in addition to hydrocarbon oil, and may include impurities in the form of compounds in which chlorine, nitrogen, oxygen, or metals are combined within the hydrocarbon, and may include hydrocarbons in the form of paraffins, olefins, naphthene, 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 상승될 수 있다.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 can be easily performed, thereby increasing the decomposition efficiency of the water emulsion.
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 waste plastic pyrolysis oil, washing water, and a 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 따라내기하여 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 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법은 상기 S1) 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 refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil 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 S1). 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 S1) 단계는 상기 제1혼합액을 탈수한 후, 탈수한 제1혼합액을 수분 응집하여 추가 탈수하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the step S1) 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 예일뿐, 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 정제 탄화수소의 품질이 향상될 수 있다.The additional dehydration according to one embodiment of the present disclosure 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 hydrocarbon 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 S1) 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 S1) 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 S1) 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 S1) 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 S1) 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 S1) 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, S2) 단계는 상기 S1) 단계에서 탈수한 제1혼합액 및 황 공급원(sulfur source)을 혼합한 제2혼합액을 제1수소화 처리하여 불순물이 제거된 정제유를 생성하는 단계이다.Next, step S2) is a step of producing refined oil from which impurities have been removed by first hydrogenation of the first mixture obtained by dehydrating in step S1) and the second mixture obtained by mixing the sulfur source.
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 제1수소화 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 first 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 S2) 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 S2) 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 납사, 감압 납사, 열분해 납사, 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, 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 S1) 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 S1). 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 S1) 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 S1). 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 제1수소화 처리는, 몰리브덴계 수소화 촉매 하에 상기 S1) 단계에서 탈수한 제1혼합액 및 황 공급원(sulfur source)이 혼합된 제2혼합액에 수소 기체(H2)를 포함하는 반응 가스가 첨가되어 일어나는 수첨 반응을 의미한다. 구체적으로, 제1수소화 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 제1수소화 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 first hydrogenation treatment means a hydrogenation reaction in which a reaction gas containing hydrogen gas (H 2 ) is added to a second mixture containing a sulfur source and a first mixture dehydrated in the step S1) under a molybdenum-based hydrogenation catalyst. Specifically, the first 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 first 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 including 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 제1수소화 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 제1수소화 처리를 수행하는 경우, 제1수소화 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 정제 공정의 대상이 되는 폐플라스틱 열분해유가 극히 제한될 수 있어 적절하지 않다.The first 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 first hydrogenation treatment is performed under a pressure condition exceeding 150 bar, since ammonia and hydrogen chloride are generated in excess during the first 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 pyrolysis oil that is the target of the purification process according to the present disclosure can be extremely limited, which is not appropriate.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 제1수소화 처리는 150 ℃ 내지 500 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 범위를 만족할 경우 제1수소화 처리 효율이 향상될 수 있다. 구체적으로 200 ℃ 내지 400 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.The first 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 efficiency of the first hydrogenation treatment may be improved. Specifically, it may be performed at a temperature of 200° C. to 400° C.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 제1수소화 처리는 다단계로 수행될 수 있고, 구체적인 일 예로서 2단계로 수행될 수 있다. 제1수소화 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 first 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 first 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 상기 제1수소화 처리는 0.1 내지 5h-1의 유체공간속도(LHSV)에서 수행될 수 있다. LHSV가 위 범위를 만족할 경우, 염소, 질소 또는 금속 등의 불순물이 제거된 정제유를 보다 안정적으로 얻을 수 있는 효과가 있다. 구체적으로 0.3 내지 3h-1, 보다 구체적으로 0.5 내지 1.5h-1의 LHSV에서 수행될 수 있다.The first hydrogenation treatment according to one embodiment of the present disclosure may be performed at a fluid space velocity (LHSV) of 0.1 to 5 h -1 . When the LHSV satisfies the above range, there is an effect of more stably obtaining refined oil from which impurities such as chlorine, nitrogen, or metals are removed. Specifically, it may be performed at an LHSV of 0.3 to 3 h -1 , more specifically, 0.5 to 1.5 h -1 .
본 개시의 일 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법은 상기 S2) 단계 이후에, 상기 불순물이 제거된 정제유가 포함된 스트림을 기액분리한 후 수세하는 단계;를 더 포함할 수 있다.A method for purifying waste plastic pyrolysis oil according to one embodiment of the present disclosure may further include, after step S2), 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 S2) 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 S2) 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 공정을 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, without adding a separate salt remover to the refined oil in the future, an oil refining process using this 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 폐플라스틱 열분해유의 정제 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 purifying waste plastic pyrolysis oil according to one embodiment of the present disclosure may further include, after the step of separating a stream containing the purified oil from which the 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, S3) 단계는 상기 불순물이 제거된 정제유를 제2수소화 처리하는 단계이다.Next, step S3) is a step of second hydrogenation treatment of the refined oil from which the above impurities have been removed.
상기 제1수소화 처리에서 설명했던 내용은 중복되는 범위에서 제2수소화 처리에도 동일하게 적용될 수 있다.The contents described in the first hydrogenation treatment above can be equally applied to the second hydrogenation treatment to the overlapping extent.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 제2수소화 처리는, 몰리브덴계 수소화 촉매 하에 상기 S2) 단계에서 불순물이 제거된 정제유를 수소 기체(H2)를 포함하는 반응 가스가 첨가되어 일어나는 수첨 반응을 의미한다.The second hydrogenation treatment according to one embodiment of the present disclosure means a hydrogenation reaction that occurs by adding a reaction gas containing hydrogen gas (H 2 ) to the refined oil from which impurities have been removed in the step S2) under a molybdenum-based hydrogenation catalyst.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 몰리브덴계 수소화 촉매는 몰리브덴계 금속, 또는 니켈, 코발트 및 텅스텐 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘이상을 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 제2수소화 처리는 200 bar 이하의 압력에서 수행할 수 있다. 구체적으로, 150 bar 이하, 보다 구체적으로 120 bar 이하의 압력에서 수행할 수 있고, 비한정적으로 10 bar 이상의 압력에서 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The second hydrogenation treatment according to one embodiment of the present disclosure may be performed at a pressure of 200 bar or less. Specifically, it may be performed at a pressure of 150 bar or less, more specifically, 120 bar or less, and, without limitation, it may be performed at a pressure of 10 bar or more.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 제2수소화 처리는 150 ℃ 내지 500 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 구체적으로 200 ℃내지 400 ℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The second hydrogenation treatment according to one embodiment of the present disclosure may be performed at a temperature of 150° C. to 500° C. Specifically, it may be performed at a temperature of 200° C. to 400° C., but is not limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 제2수소화 처리는 0.1 내지 5h-1의 유체공간속도(LHSV)에서 수행될 수 있다. 구체적으로 0.3 내지 3h-1, 보다 구체적으로 0.5 내지 1.5h-1의 LHSV에서 수행될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The second hydrogenation treatment according to one embodiment of the present disclosure may be performed at a fluid space velocity (LHSV) of 0.1 to 5 h -1 . Specifically, it may be performed at an LHSV of 0.3 to 3 h -1 , more specifically, 0.5 to 1.5 h -1 , but is not necessarily limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 S3) 단계는 상기 S2) 단계에서 불순물이 제거된 정제유를 증류하여 분리한 정제 유분을 제2수소화 처리하는 것일 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따른 상기 정제 유분은 납사, 케로신(kerosene), 경질가스오일(light gas oil), VGO(vacuum gas oil) 또는 잔사유(residue)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present disclosure, the step S3) may be a second hydrogenation treatment of the purified oil fraction separated by distillation from the refined oil from which impurities have been removed in the step S2). According to one embodiment of the present disclosure, the purified oil fraction may be naphtha, kerosene, light gas oil, vacuum gas oil (VGO), or residue, but is not limited thereto.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 S3) 단계는 상기 S2) 단계에서 불순물이 제거된 정제유와 석유계 탄화수소가 혼합된 혼합유를 제2수소화 처리하는 것일 수 있다. 또한, 상기 정제 유분과 석유계 탄화수소가 혼합된 혼합유를 제2수소화 처리할 수 있음은 물론이다.According to one embodiment of the present disclosure, the step S3) may be a second hydrogenation treatment of a mixed oil mixture in which refined oil from which impurities have been removed in the step S2) and petroleum-based hydrocarbons are mixed. In addition, it goes without saying that the mixed oil mixture in which the refined oil fraction and petroleum-based hydrocarbons are mixed may be subjected to a second hydrogenation treatment.
상기 석유계 탄화수소는 자연발생적으로 존재하는 탄화수소의 혼합물 또는 상기 혼합물에서 분리된 화합물을 통칭하는 것으로, 구체적으로 원유로부터 유래된 납사, 케로신(kerosene), 경질가스오일(light gas oil), VGO(vacuum gas oil) 및 잔사유(residue)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The above petroleum hydrocarbons are a general term for a mixture of naturally occurring hydrocarbons or a compound separated from the mixture, and specifically, may be any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of naphtha, kerosene, light gas oil, vacuum gas oil (VGO), and residue derived from crude oil, but are not limited thereto.
종래 석유계 탄화수소만을 공급 원료로 하여 수소화 처리를 하는 경우 높은 황(S), 질소(N) 등의 불순물로 인해 수소화 촉매가 빠르게 비활성화되어 수소화 처리 효율이 오래 지속되지 못하였으나, 불순물이 제거된 정제유가 포함됨으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.In the past, when hydrogenation was performed using only petroleum hydrocarbons as feedstock, the hydrogenation catalyst was quickly deactivated due to impurities such as high sulfur (S) and nitrogen (N), so the hydrogenation efficiency did not last long. However, this problem can be solved by including refined oil from which impurities have been removed.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 혼합유는 상기 S2) 단계에서 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 impurities have been removed in the step S2) 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, relative to 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 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 제1수소화 처리 반응기; 및 상기 제1수소화 처리된 정제유를 제2수소화 처리하는 제2수소화 처리 반응기;를 포함하는 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 시스템을 제공한다.In addition, the present disclosure provides a system for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, including a dehydrator that performs dehydration by applying voltage to a first mixture containing waste plastic pyrolysis oil, wash water, and a demulsifier; a first hydrogenation reactor into which the first mixture dehydrated in the dehydrator and hydrogen gas are introduced and refined oil from which impurities are removed is generated by hydrogenation treatment under a hydrogenation treatment catalyst; and a second hydrogenation reactor that performs a second hydrogenation treatment on the refined oil subjected to the first hydrogenation treatment.
폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법에 대하여 설명된 내용은 중복되는 범위 내에서 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 시스템에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.The description of the method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil can be equally applied to the description of the system for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil within the overlapping scope.
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 제1수소화 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 a first mixture that has been further dehydrated. When a dehydrator including the coagulator is used, it goes without saying that the first mixture that has been further dehydrated is introduced into the first hydrogenation treatment reactor together with hydrogen gas.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 폐플라스틱 열분해유로부터 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 hydrocarbons from the waste plastic pyrolysis oil according to one embodiment of the present disclosure may further include a separator for gas-liquid separation of refined oil from which impurities have been removed, generated from the hydrogenation treatment reactor.
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 공정을 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, a process using the refined oil as a raw material can be stably performed without adding a separate salt remover to the refined oil in the future.
본 개시의 일 실시예에 따른 상기 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 시스템은 상기 세퍼레이터로부터 분리된 기체 스트림에서 미반응 수소 기체를 회수하여 수소화 처리 반응기로 투입하는 재생 가스 압축기(recycle gas compressor)를 더 포함할 수 있다.The system for producing refined hydrocarbons from the waste plastic pyrolysis oil according to one embodiment of the present disclosure may further include a recycle gas compressor for recovering unreacted hydrogen gas from the gas stream separated from the separator and feeding it into a hydrogenation reactor.
이하 실시예를 통해 본 개시에 따른 폐플라스틱 열분해유로부터 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 refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil 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 this disclosure belongs. In addition, the terminology used in the description of this disclosure is only for the purpose of effectively describing specific embodiments, and is not intended to limit the present disclosure.
[실시예 1][Example 1]
150 ℃, 10 bar 조건에서 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, 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 제1수소화 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 subjected to a first hydrogenation treatment under conditions of 300°C and 70 bar to produce refined oil from which impurities were removed.
상기 불순물이 제거된 정제유와 원유로부터 유래된 끓는점이 230 내지 380 ℃인 경질가스오일을 9 : 1의 중량비로 혼합한 혼합유를 350 ℃, 60 bar 조건에서 제2수소화 처리하여 정제 탄화수소를 수득하였다.A mixed oil, in which the refined oil from which the above impurities were removed and the light gas oil derived from crude oil and having a boiling point of 230 to 380°C were mixed in a weight ratio of 9:1, was subjected to a second hydrogenation treatment under the conditions of 350°C and 60 bar to obtain refined hydrocarbons.
[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 탄화수소를 수득하였다.In Example 1, the same conditions as in Example 1 were performed, except that waste plastic pyrolysis oil, washing water, and polyethylene glycol were added to the dehydrator in the volume ratios shown in Table 1 below, to obtain purified hydrocarbons.
[실시예 4][Example 4]
실시예 1에서 수평 전극을 통해 직류 전압을 인가하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소를 수득하였다.A purified hydrocarbon was obtained by performing the same process as in Example 1 except that a direct current voltage was applied through a horizontal electrode.
[실시예 5][Example 5]
실시예 1에서 제1혼합액의 탈수가 120 ℃ 온도 조건에서 수행되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소를 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 a purified hydrocarbon.
[실시예 6][Example 6]
실시예 5에서 폐플라스틱 열분해유와 폴리에틸렌글리콜을 1:0.00001의 부피비로 투입하고, 압력이 180 bar인 조건에서 제1수소화 처리하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소를 수득하였다.In Example 5, waste plastic pyrolysis oil and polyethylene glycol were introduced in a volume ratio of 1:0.00001, and the first hydrogenation treatment was performed under the same conditions as Example 1, except that the pressure was 180 bar, to obtain a purified hydrocarbon.
[실시예 7][Example 7]
실시예 1에서 상기 제1혼합액을 탈수한 후 응집기를 통해 추가 탈수하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소를 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, to obtain a purified hydrocarbon.
[비교예 1][Comparative Example 1]
실시예 1에서 세척수를 투입하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소를 수득하였다.A purified hydrocarbon was obtained by performing the process under the same conditions as in Example 1, except that no washing water was added.
[비교예 2][Comparative Example 2]
실시예 1에서 폴리에틸렌글리콜을 투입하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소를 수득하였다.A purified hydrocarbon was obtained by performing the same process as in Example 1 except that polyethylene glycol was not added.
[비교예 3][Comparative Example 3]
실시예 1에서 전압을 인가하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소를 수득하였다.A purified hydrocarbon was obtained by performing the same process as in Example 1 except that no voltage was applied.
[비교예 4][Comparative Example 4]
실시예 1에서 상기 탈수한 제1혼합액에 디메틸 디설파이드를 혼합하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 정제 탄화수소를 수득하였다.A purified hydrocarbon was obtained under the same conditions as in Example 1, except that dimethyl disulfide was not mixed into the dehydrated first mixture in Example 1.
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 정제 공정을 3개월 운전하여, 하기 식 1에 따라 입자 고착율을 측정하였다.In addition, the purification process of the above examples and comparative examples was 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 탈수 단계에서 각각 세척수 투입 여부, 해유화제 투입 여부, 전압 인가 여부를 실시예와 달리한 결과 저조한 수분 및 Cl 제거 결과를 나타내었다. 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 정제 공정이 장기간 유지되는 경우 다른 비교예와 마찬가지로 정제유 내 Cl 함량이 높게 나타났다. 정제유 내 많은 양으로 포함된 Cl은, 제2수소화 처리 단계에서 사용되는 촉매에 독이 될 수 있고, 제2수소화 처리 반응기를 부식시키는 문제를 일으킬 수 있어, 제2수소화 처리되는 혼합유 내 정제유의 함량이 제한적일 수밖에 없음을 예상할 수 있다.As shown in Table 1 above, Comparative Examples 1 to 3 showed poor moisture and Cl removal results as a result of changing the presence or absence of washing water, presence or absence of demulsifier, and presence or absence of voltage application in the dehydration step, respectively, from the Examples. 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, the 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 refining process was maintained for a long period of time, the Cl content in the refined oil was high, as in the other Comparative Examples. Cl included in a large amount in the refined oil can be toxic to the catalyst used in the second hydrogenation step and can cause the problem of corroding the second hydrogenation treatment reactor, so it can be expected that the content of refined oil in the mixed oil subjected to the second hydrogenation treatment cannot but be limited.
그러나 본 개시의 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법에 따른 실시예 1 내지 7은 탈수 단계를 통해 폐플라스틱 열분해유 내 함유된 수분이 상당량 제거되고 황 공급원이 추가되어, 수소화 처리 촉매의 활성을 현저히 오래 지속시켰다. 또한 탈수 단계에서 일부 수용성 불순물이 선제적으로 제거되고 상기 촉매의 우수한 활성도가 장기간 지속됨에 따라 불순물 함량이 매우 낮은 고품질의 정제 탄화수소를 수득할 수 있었다.However, in Examples 1 to 7 according to the method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil 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, since some water-soluble impurities were preemptively removed in the dehydration step and the excellent activity of the catalyst was prolonging for a long period of time, it was possible to obtain high-quality refined hydrocarbons with a very low impurity content.
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, 제1수소화 처리가 높은 압력 조건에서 진행됨에 따라 정제 탄화수소 내 불순물 Cl 함량은 매우 낮았다. 그러나 높은 압력으로 인해 암모니아 및 염화수소가 과량으로 발생하기 때문에 제1수소화 처리가 수행되는 온도에서도 암모늄 염이 상대적으로 다량 발생하는 것을 확인하였다.In addition, in the case of Example 6, although the dehydration result was poor compared to other examples, the Cl content of impurities in the purified hydrocarbon was very low because the first hydrogenation treatment was performed under high pressure conditions. However, it was confirmed that a relatively large amount of ammonium salts were generated even at the temperature at which the first hydrogenation treatment was performed because ammonia and hydrogen chloride were generated in excess due to the high pressure.
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 정제 탄화수소의 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 quality of purified hydrocarbons are relatively better than in other examples.
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 (20)
S2) 상기 S1) 단계에서 탈수한 제1혼합액 및 황 공급원(sulfur source)을 혼합한 제2혼합액을 제1수소화 처리하여 불순물이 제거된 정제유를 생성하는 단계; 및
S3) 상기 불순물이 제거된 정제유를 제2수소화 처리하는 단계;
를 포함하는, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
S1) A step of dehydrating by applying voltage to a first mixture containing waste plastic pyrolysis oil, washing water, and a demulsifier;
S2) a step of producing refined oil from which impurities have been removed by first hydrogenation of the first mixture obtained by dehydrating in step S1) and the second mixture obtained by mixing the sulfur source; and
S3) A step of performing a second hydrogenation treatment on the refined oil from which the above impurities have been removed;
A method for producing purified hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, comprising:
상기 S1) 단계에서,
상기 폐플라스틱 열분해유는 상기 세척수보다 더 많은 부피로 혼합되는, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
In the above step S1),
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, wherein the waste plastic pyrolysis oil is mixed in a larger volume than the wash water.
상기 S1) 단계에서,
상기 제1혼합액은 폐플라스틱 열분해유와 세척수가 1:0.001 내지 0.5의 부피비로 혼합되는 것인, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the second paragraph,
In the above step S1),
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, 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 S1) 단계에서,
상기 제1혼합액은 폐플라스틱 열분해유와 해유화제가 1:0.000001 내지 0.001의 부피비로 혼합되는 것인, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
In the above step S1),
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, 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, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, 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, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, wherein the above voltage is applied through a vertical electrode.
상기 S1) 단계에서,
상기 전압 인가 후 제1혼합액으로부터 래그층(rag layer)을 제거하는 단계;
를 더 포함하는, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
In the above step S1),
A step of removing a rag layer from the first mixture after applying the voltage;
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, which further comprises:
상기 S1) 단계는 20 ℃ 내지 300 ℃의 온도 조건에서 수행되는, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing purified hydrocarbon from waste plastic pyrolysis oil, wherein the step S1) is performed at a temperature of 20°C to 300°C.
상기 폐플라스틱 열분해유의 수분 함량과 상기 S1) 단계에서 탈수한 제1혼합액의 수분 함량의 비율은 1:0.0001 내지 0.9인, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, wherein the ratio of the moisture content of the waste plastic pyrolysis oil and the moisture content of the first mixture dehydrated in step S1) is 1:0.0001 to 0.9.
상기 S1) 단계는 탈수한 제1혼합액을 수분 응집하여 추가 탈수하는 것인, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, wherein the step S1) comprises further dehydrating the dehydrated first mixture by coagulating moisture.
상기 제2혼합액은 염소에 대한 질소의 중량비가 1:1 내지 10인 것인, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, 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, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, wherein the sulfur source includes a sulfur-containing oil component.
상기 황 함유 유분은 상기 S1) 단계에서 탈수한 제1혼합액 100 중량부 기준으로 0.5 중량부 미만으로 포함되는, 폐플라스틱 열분해유의 정제 방법.
In Article 12,
A method for refining waste plastic pyrolysis oil, 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 S1).
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, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing refined hydrocarbon from waste plastic pyrolysis oil, wherein the sulfur source comprises one or more sulfur-containing organic compounds selected from disulfide compounds, sulfide compounds, sulfonate compounds, and sulfate compounds.
상기 제1수소화 처리는 몰리브덴계 수소화 촉매 하에서 수행되는, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, wherein the first 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, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In Article 15,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, 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, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In Article 15,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, wherein the above molybdenum-based hydrogenation catalyst comprises a molybdenum-based sulfide hydrogenation catalyst.
상기 제1수소화 처리는 50 bar 내지 150 bar의 압력 조건에서 수행되는, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, wherein the first hydrogenation treatment is performed under pressure conditions of 50 bar to 150 bar.
상기 S2) 단계 이후에,
상기 불순물이 제거된 정제유가 포함된 스트림을 기액분리한 후 수세하는 단계;
를 더 포함하는, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.
In the first paragraph,
After the above step S2),
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 plastic pyrolysis oil, further comprising:
상기 S3) 단계는,
상기 S2) 단계에서 불순물이 제거된 정제유와 석유계 탄화수소가 혼합된 혼합유를 제2수소화 처리하는 것인, 폐플라스틱 열분해유로부터 정제 탄화수소의 제조 방법.In the first paragraph,
The above step S3) is,
A method for producing refined hydrocarbons from waste plastic pyrolysis oil, comprising second hydrogenation of a mixed oil in which refined oil from which impurities have been removed and petroleum hydrocarbons are mixed in the above step S2).
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