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公開番号2025170307
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-18
出願番号2025135524,2024565023
出願日2025-08-15,2023-05-03
発明の名称プラスチックの流動床触媒熱分解プロセスにおける触媒及びガスから充填剤を分離する高効率プロセス
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 20060101AFI20251111BHJP(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】充填剤を含むポリマーの混合物を化学中間体に化学的にリサイクルし、さらにグレードアップするためのシンプルで連続的なプロセスが求められている。
【解決手段】廃プラスチック、ポリマー、その他の廃棄物をパラフィン、オレフィン、BTXなどの芳香族化合物などの有用な化学製品や燃料製品に変換するための流動床触媒熱分解プロセスであって、プラスチックに含まれる充填剤を触媒及びガスから分離するプロセスが説明される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
オレフィン及び芳香族化合物の製造方法であって、
少なくとも１つに充填剤材料を含むプラスチックを含むストリームを、触媒を含む流動床反応器に供給すること、ここで、前記充填剤材料のカットサイズ又は粒子サイズは、流動床触媒のカットサイズ又は粒子サイズよりも小さい；
前記流動床反応器内で原料と触媒を触媒反応させて、触媒と充填剤材料の第１の質量比を含む生成混合物を形成すること；
前記生成混合物から蒸気排出物を回収すること、ここで、前記蒸気排出物は触媒粒子及び充填剤材料を含む；
前記蒸気排出物を固体分離システムに通すこと、前記固体分離システムは、前記蒸気排出物を第１サイクロンに通し、第１ボトム画分と第１オーバーフロー画分とを分離することを含み、ここで、前記第１サイクロンは分級サイクロンであり、前記第１ボトム画分は、前記第１の質量比よりも大きい第２の質量比を有する；
前記オーバーフロー画分を第２サイクロンに送り、第２ボトム画分と第２オーバーフロー画分を分離すること、ここで、前記第１サイクロンは触媒粒子に対して第１分離効率を有し、前記第２サイクロンは触媒粒子に対して前記第１分離効率よりも大きい第２分離効率を有し、前記第２ボトム画分は、前記第１の質量比よりも小さい第３の質量比を有する；
最後のサイクロンから排出される前記第２オーバーフロー画分の蒸気からオレフィン、芳香族、又はそれらの組み合わせを回収すること；
を含む、方法。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
前記第１サイクロンは１つ以上の低効率サイクロン又は分類サイクロンを含み、前記第２サイクロンは１つ以上の回収サイクロン又はマルチクローン、あるいはその両方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記低効率サイクロン又は分級サイクロンへの入口の流速は、前記回収サイクロンの入口の流速よりも速い、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上の低効率サイクロン又は分級サイクロンから底部に回収された固形物の少なくとも一部は、前記流動床反応器に戻される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記１つ以上の回収サイクロンから回収された固形物の少なくとも一部は廃棄される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
触媒反応は、３００℃～８００℃、又は３５０℃～７００℃、又は４００℃～６５０℃、又は４５０℃～６２５℃、又は５００℃～６００℃の範囲の動作温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
エチレン又はプロピレン、あるいはその両方が濃縮されたストリームが前記揮発性生成物から分離される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
エチレン又はプロピレン、又はその両方が濃縮されたストリームが揮発性生成物から分離され、少なくとも部分的に前記熱分解反応器にリサイクルされる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
触媒粒子の質量の少なくとも８０％は、少なくとも４０ミクロン、又は少なくとも５０ミクロン、又は少なくとも６０ミクロン、又は少なくとも７５ミクロン、又は少なくとも１００ミクロン、又は４０～３００ミクロン、又は５０～２５０ミクロン、又は７５～１５０ミクロンのサイズである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
充填剤粒子の質量の少なくとも８０％は、４０ミクロン以下、又は３０ミクロン以下、又は２０ミクロン以下、又は１５ミクロン以下、又は１０ミクロン以下、又は１～４０ミクロン以下、又は２～３０ミクロン以下、又は５～２０ミクロン以下のサイズである、請求項１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、２０２２年５月３日に提出された米国仮特許出願番号６３／３３８，０１３の優先権を主張する。
続きを表示（約 3,100 文字）【０００２】
本発明は、廃プラスチック、ポリマー、及びその他の廃棄物を、パラフィン、オレフィン、ＢＴＸなどの芳香族などの有用な化学製品及び燃料製品に変換するプロセスに関するものであり、このプロセスには、このような廃棄物のアップグレードに使用される触媒粒子から充填剤を分離する高効率プロセスが含まれる。
【背景技術】
【０００３】
２０１９年、米国におけるプラスチックの発生量は５，５２０万トンで、これはＭＳＷ発生量の１３％に相当する。世界中で３億６，８００万トン以上のプラスチックが生産された。ある推計によると、これまでに生産された８３億トンのプラスチックのうち、６３億トンが廃棄物となり、そのうちリサイクルされたのはわずか９％である。プラスチックリサイクルは、スクラップや廃プラスチックを回収し、その材料を有用な製品に再加工するものである。しかし、中国が２０１８年に廃プラスチックの輸入を禁止して以来、米国のリサイクル率はわずか４．４％にまで低下したと推定されている。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と経済的利益の低さのために困難である。廃プラスチック材料は、多くの場合、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）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）など、さまざまなプラスチック樹脂タイプに分類して、個別にリサイクル処理する必要がある。さらに、プラスチック材料には、コストを削減し、特性を向上させるためにポリマー配合物に導入された粒子状材料が含まれることがよくある。プラスチック配合物に添加される材料、いわゆる充填剤は、スペースを占有し、高価な樹脂をより安価な化合物に置き換える。コスト削減は、ポリマーと充填剤の相対的なコストによって決まる。２０２０年５月のポリマーの価格範囲は、およそ（ドル／ｋｇ）で、ＡＢＳ１０～１６．５、ＨＤＰＥ３．８～８．６、ＰＥＴ１～３、ＰＰ２．３～３．７、ＰＳ１０．９～１６．８、ＰＶＣ１．８～２．５であったが、充填剤は一般に１ドル／ｋｇを大幅に下回る。世界のプラスチック充填剤市場は２０１９年に１００億米ドルと推定され、２０２６年までに５．２％の成長率で１４５億米ドルを超えると予想されている。これらの充填剤の多くは、プラスチックの安定性を確保しながら、成形や形作りを容易にする。耐熱性が必要なプラスチックの場合、鉱物充填剤により熱変形が増加し、熱膨張が減少する。充填剤粒子のサイズが大きいと、亀裂が成長し、材料が弱くなる。約１０～２０ミクロンを超える粒子は、複合材料の耐衝撃性と破断伸びに重大な影響を及ぼし始める。粒子が粗いと、表面仕上げが悪くなり、光沢が低下し、透過性が高くなる。したがって、充填剤は一般に、約３０ミクロン未満の非常に小さな粒子が好まれる。
【０００４】
ポリマーに充填剤が含まれている場合、通常は複合材料の質量の２０～３０％を占める。ただし、ＰＶＣなど、質量の９０％もの充填剤を含む材料も製造されており、重量の０．１％未満の充填剤を含む材料もある。
【０００５】
Ｐｌａｓ－ＴＣａｔ（商標）は、ゼオライト触媒を使用してポリマー／プラスチック材料、特に通常は埋立地や焼却炉に送られる可能性のある廃プラスチックを、永久ガス、Ｃ２～Ｃ４軽質オレフィン、Ｃ１～Ｃ４軽質パラフィン、及びベンゼン、トルエン、キシレン（「ＢＴＸ」）を含むＣ５＋炭化水素、芳香族及び非芳香族ナフサ範囲分子、Ｃ１１＋炭化水素、コークス及び炭化物、及び微量副産物の混合製品に変換する触媒流動床プロセスである。ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン、ポリスチレン、及びそれらの組み合わせなど、水素と炭素のモル比が比較的高いプラスチック混合物は、オレフィンや芳香族に変換できる。Ｐｌａｓ－ＴＣａｔ（商標）では、充填剤、無機物、塩、鉱物、ガラスや金属片などの材料が蓄積しないようにプロセスから継続的に除去する必要がある。蓄積すると、触媒の活性が低下し、反応器の流体力学に悪影響を与える可能性がある。
【０００６】
Ｐｌａｓ－ＴＣａｔ（商標）プロセスでは、反応器と再生器の両方のガス状排出物で充填剤が水簸され、さらに一部の触媒も混入するため、ガス状排出物ストリーム内の固体分布は二峰性になる。すなわち、充填剤の小粒子（＜４０ミクロン、９５％＜２０ミクロン）と触媒の大粒子（＞４０ミクロン、９５％＞６５ミクロン）である。このストリームから充填剤を効果的に分離し、プロセスからの触媒損失を最小限に抑えることは、パフォーマンスを安定させ、触媒コストを最小限に抑えるために重要である。
【０００７】
ホットメルトの濾過によるプラスチックからの充填剤の除去は、ＭＡＡＧが提供するようなスクリーン又はキャンドルフィルタを使用して行うことができる（https://maag.com/wp-content/uploads/LAF%20Brosch%C3%BCre_EN_16S_s.pdf）。プラスチックのホットメルトを濾過するには、粘性のある溶融プラスチックをフィルタに通すために混合物を高温（４００℃）及び高圧（３００ｂａｒ）に上げる必要があり、またプロセスをオフラインにする必要があるフィルタ要素の定期的な洗浄又は交換も必要である。
【０００８】
溶解プラスチックリサイクルでは、ポリスチレンに適用されるＣｒｅａＳｏｌｖ（登録商標）テクノロジー（https://www.creacycle.de/en/）やポリプロピレンに適用されるＰｕｒｅＣｙｃｌｅテクノロジーで実践されているように、ポリマーを溶剤に溶解して固形物を分離する。このプロセスでは、粒子状物質を除去するためにポリマー溶液を濾過する必要がある。フィルタの定期的な洗浄や交換から生じる問題に加えて、このプロセスが実行可能であるためには、大量の高価な溶剤と、溶剤のほぼ１００％の回収が必要である。さらに、このプロセスは、混合物中のすべてのポリマーが同じ溶媒に溶解する１種類のポリマー又はポリマー混合物に限定されており、実際のリサイクルストリームで見られるポリマー混合物を個々の成分ポリマーにさらに分離する必要がある。
【０００９】
Ｌａｙｍａｎらは、米国特許第９８０３０３５号明細書で、高温高圧下でポリエチレンを流体溶媒と接触させ、ポリエチレン溶液を固体媒体と接触させてより純粋なポリエチレン溶液を生成する精製プロセスについて説明している。Ｌａｙｍａｎらは、米国特許第１０４６５０５８号明細書で、ポリマーを溶媒に溶解し、溶液を沈殿させて懸濁汚染物質を除去し、溶液を固体媒体と接触させて精製し、得られた溶液からポリマーを分離することによって、再生ポリマーを精製するプロセスについて説明している。Ｌａｙｍａｎらは、ＵＳ１１００８４３３Ｂ２で、ポリマーを溶媒に溶解し、溶液を沈殿させて懸濁汚染物質を除去し、固体媒体と接触させて溶液を精製し、得られた溶液からポリマーを分離し、混合物中の異なるポリマーに対してこのプロセスを繰り返すことによって、再生ポリマーを精製するプロセスについて説明している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
すべての溶解プロセスでは大量の溶媒の取り扱いが必要であり、ポリマー化学リサイクルプロセスとは別のプロセスを構成する。
（【００１１】以降は省略されています）

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