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公開番号2024138201
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-07
出願番号2024124948,2021568183
出願日2024-07-31,2020-02-06
発明の名称ポリマーの触媒熱分解によるオレフィン及び芳香族化合物の生成
出願人アネロテック・インコーポレイテッド,ANELLOTECH,INC.
代理人アクシス国際弁理士法人
主分類C10G 1/10 20060101AFI20240927BHJP(石油,ガスまたはコークス工業;一酸化炭素を含有する工業ガス;燃料;潤滑剤;でい炭)
要約【課題】本発明は、プラスチックを触媒的に熱分解する方法を含む。
【解決手段】プラスチックが触媒再生中に適当な熱を提供するのに不十分なコークスを提供することが発見されているため、熱形成添加剤を方法に導入することができる。プラスチックの触媒熱分解に有用なシステム及び組成物も記載されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
材料の混合供給物を触媒的に熱分解する方法であって、
ポリマーを含む第１の流れを提供することと、
コークス形成材料を添加して、材料の混合供給物を形成することと、
前記材料の混合供給物を流動床反応器に添加することと、
前記流動床反応器内で、固体触媒の存在下で前記混合供給物を熱分解して、流体生成物流と、コークスを有する使用済み触媒と、を生成することであって、前記混合供給物中の炭素の少なくとも９５％が、コークス及び揮発性生成物に変換される、前記生成することと、
前記コークスを有する使用済み触媒の少なくとも一部分を、前記コークスが酸素と反応する再生器に移送して、高温再生触媒を形成し、前記高温再生触媒の少なくとも一部分を前記流動床反応器に戻すことであって、前記高温再生触媒からの熱が、前記熱分解ステップにエネルギーを提供する、前記戻すことと、を含み、
（ａ）前記コークスの燃焼からの熱が、前記熱分解ステップに前記エネルギーの少なくとも９０％を提供することであって、
前記第１の流れが、前記第１の流れのみからなる流れが前記熱分解ステップを受け、かつ前記コークスを有する使用済み触媒のすべてが、前記コークスが酸素で燃焼される前記再生器に移送されて、前記高温再生触媒及び高温燃焼ガスを形成し、前記高温再生触媒のすべてを前記流動床反応器に戻し、前記高温再生触媒からの前記熱が、前記熱分解ステップにエネルギーを提供する場合、前記触媒の熱及び前記燃焼ガスから回収された熱を含む前記コークスの前記燃焼によって提供された前記熱が、前記第１の流れ中の炭素の少なくとも９５％がコークス及び揮発性生成物に変換される前記触媒熱分解プロセスに必要な最小エネルギーよりも小さいエネルギーを提供するような、特性を有する、前記提供すること、または
（ｂ）コークス、及び前記揮発性生成物の一部分の燃焼からの熱が、前記熱分解ステップに前記エネルギーの少なくとも９０％を提供することであって、
前記第１の流れが、前記第１の流れのみからなる流れが前記熱分解ステップを受け、かつ前記コークスを有する使用済み触媒のすべて、及び前記揮発性生成物の一部分が、前記コークス、及び前記揮発性生成物の前記一部分が酸素で燃焼される前記再生器に移送されて、前記高温再生触媒及び高温燃焼ガスを形成し、前記高温再生触媒のすべてを前記流動床反応器に戻し、前記高温再生触媒からの前記熱が、前記熱分解ステップにエネルギーを提供する場合、前記触媒の熱及び前記燃焼ガスから回収された熱を含む前記コークスの前記燃焼によって提供された前記熱が、前記第１の流れ中の炭素の少なくとも９５％がコークス及び揮発性生成物に変換される前記触媒熱分解プロセスに必要な最小エネルギーよりも小さいエネルギーを提供するような、特性を有する、前記提供すること、のいずれかであり、
前記コークス形成材料の前記混合供給物への前記添加が、前記混合供給物中の前記炭素の少なくとも９５％がコークス及び揮発性生成物に変換される触媒熱分解プロセスに必要な少なくとも最小エネルギーを提供するのに十分なコークスをもたらす、前記方法。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
コークス及び前記揮発性生成物の一部分の燃焼からの熱が、前記熱分解ステップに前記エネルギーの少なくとも９０％を提供し、燃焼された前記揮発性生成物の前記一部分が、前記揮発性生成物から分離されたＣＯ及びＨ２濃縮流を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
コークス及び前記揮発性生成物の一部分の燃焼からの熱が、前記熱分解ステップに前記エネルギーの少なくとも９０％を提供し、燃焼された前記揮発性生成物の前記一部分が、前記揮発性生成物からＣ５＋生成物を除去した後に回収されたガス混合物の画分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記混合供給物材料が、バイオマス、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセチレン、ポリブチレン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート、コポリエステル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアセタール、エポキシ、ポリシアヌレート、ポリアクリル酸、ポリ尿素、ビニルエステル、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、エチレン－プロピレンなどのコポリマー、ＥＰＤＭ、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＡＢＳ）、ニトリルゴム、天然及び合成ゴム、タイヤ、スチレン－ブタジエン、スチレン－アクリロニトリル、スチレン－イソプレン、スチレン－無水マレイン酸、エチレン－酢酸ビニル、ナイロン１２／６／６６、充填ポリマー、ポリマー複合材料、プラスチック合金、他のポリマー材料、ならびに廃棄物としてポリマーまたはプラスチックの製造プロセスから得られたか、または処分材料であるかどうかにかかわらず、溶媒中に溶解されたポリマーもしくはプラスチック、消費者リサイクル後ポリマー材料、都市固形廃棄物、黒液、木材廃棄物もしくは他の生物学的に生成された材料などの廃棄物流から分離された材料、またはこれらのいくつかの組み合わせから選択される、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
コークスの燃焼からの熱が、前記熱分解ステップに必要な前記エネルギーの少なくとも９０％を提供する、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ポリマーが、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリスチレン、またはそれらの混合物の中から選択され、高コークス形成材料が、バイオマス、ポリエチレンテレフタレート、タイヤ、セルロース、酢酸セルロース、綿衣類及びナイロン、またはそれらの混合物の中から選択される、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記反応が、３００℃～１０００℃、または４００℃～６５０℃、または４５０℃～６００℃、または５００℃～５７５℃の範囲の動作温度で、流動床、循環床、気泡床またはライザー反応器内で実施される、請求項１～６のいずれかに１項に記載の方法。
【請求項８】
エチレンもしくはプロピレン、またはそれらの両方を濃縮した流れが、前記揮発性生成物から分離される、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記揮発性生成物が、少なくとも１０質量％のオレフィンまたは少なくとも２０質量％のオレフィン、いくつかの実施形態では、５～９０質量％の範囲のオレフィンを含む、請求項１～８のいずれかに１項に記載の方法。
【請求項１０】
Ｃ５＋生成物を含む流れが、前記揮発性生成物から分離される、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１９年５月１４日に出願された米国特許仮出願第６２／８４７，９３３号の優先権の利益を主張する。
続きを表示（約 1,700 文字）【０００２】
本発明は、外部源からのエネルギー消費が最小限または全くない、廃プラスチック、ポリマー及び他の廃棄物、またはバイオマス材料の、パラフィン、オレフィン及びＢＴＸなどの有用な化学的生成物及び燃料生成物への変換に関する。
【０００３】
序文
２０１８年には、米国におけるプラスチックの生産は３８５０万トンであり、これは、ＭＳＷの生産の１３．１パーセントであった。世界中で３億５０００万トンを上回るプラスチックが生成された。プラスチックのリサイクルは、スクラップまたは廃プラスチックを回収し、材料を有用な生成物に再加工する。しかしながら、中国が廃プラスチックの輸入を禁止したため、米国におけるリサイクル率は、４．４％にまで低下したと推定される。
【０００４】
プラスチックのリサイクルは、長鎖有機ポリマーの化学的性質及び低い経済的利益という理由で困難である。さらに、廃プラスチック材料は、多くの場合、別個のリサイクル処理のために、様々なプラスチック樹脂タイプ、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、及びポリエチレン－テレフタレート（ＰＥＴ）に選別する必要がある。
【０００５】
Ｂｉｏ－ＴＣａｔ（商標）は、再生可能なバイオマス材料を、永久ガス、Ｃ２～Ｃ４軽質オレフィン、Ｃ１～Ｃ４軽質パラフィンと、ベンゼン、トルエン、及びキシレン（「ＢＴＸ」）の芳香族化合物ならびに非芳香族のナフサ範囲分子を含むＣ５＋炭化水素、Ｃ１１＋炭化水素、コークス及び炭化物、ならびに微量の副生成物との混合生成物に変換する触媒熱分解技術である。変換は、ＺＳＭ－５ゼオライトまたは類似の触媒を使用して流動床反応器内で生じる。反応によって生成された軽質ガスの一部分は、流動化ガスを提供するために、かつ容器にバイオマス原料を注入するために、反応器にリサイクルされ得る。触媒上に蓄積され、触媒を一時的に非活性化するコークス及び炭化物の副生成物は、連続的に動作する触媒再生器内で、酸化によって除去される。Ｂｉｏ－ＴＣａｔによって加工することができる廃材料としては、バイオマス、廃タイヤ、潤滑油、石炭及び石油残渣が挙げられる。
【０００６】
新しい技術は、ゼオライト触媒を使用する触媒流動床プロセスでもあるＰｌａｓ－ＴＣａｔ（商標）であるが、原料は、ポリマー／プラスチック材料、特に、他の方法で、埋立地または焼却炉に送られる場合がある廃プラスチックである。比較的高い水素と炭素のモル比を有し、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン、ポリスチレン及び組み合わせなどの塩素ならびに窒素を除外するプラスチック混合物は、オレフィン及び芳香族化合物に変換することができるが、副生成物の燃焼はプロセスで必要なエネルギーを生成しない場合があるため、プロセスは化石燃料などの外部源からのエネルギーを必要とする。
【０００７】
ＵＳ５，１５８，９８３には、水素の高圧下で油溶性触媒を使用して、廃プラスチック及びスクラップゴムタイヤの混合物を高品質の合成原油に直接変換することができるプロセスが教示されている。少量のコークスが形成される。
【０００８】
ＵＳ５，３６４，９９５には、触媒の不存在下でプラスチックを気化させて、軽質オレフィン、パラフィン、ナフテン、オレフィンオリゴマー及びワックスを生成するためのプロセスが教示されている。スチームクラッキングによる生成物流のさらなるアップグレードが開示される。
【０００９】
ＵＳ８，８９５，７９０には、プラスチックをオレフィン及び芳香族化合物に変換する方法が記載されている。本特許では、熱分解反応は、５５０℃超で実行される。
【００１０】
ＵＳ９，４２８，６９５には、ＦＣＣ及びＺＳＭ－５触媒の流動床を使用して、プラスチックの混合物をオレフィン及び芳香族化合物に変換するためのプロセスが記載されており、このプロセスは、外部熱源からの補助的な熱投入を必要とする場合がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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