Chemical recycling of pyrolyzed waste plastics through co-feeding in an FCC pilot plant

Abstract

For the Chemical Recycling of plastic waste the OMV-AG has developed the Re-Oil process. The mixed, unsorted plastic waste is subjected to mechanical pre treatment ant the pyrolised. Some of the yielded product fractions are used as blends for fuel fractions. For other fractions there is currently no direct use. For this fractions the use as co-feeds for the fluid catalytic cracing (FCC) process is investigated.The two used fractions are called Heavy syncrude and Purge. Purge is the filtrated residues fraction and Heavy syncrude the high-boiling overhead. The experiments were carried out at the FCC pilot plant of the research group of Refinery technology and fluidised bed systems at the technical university Vienna. This plant uses an internal circulating fluidised bed. The aim was to confirm the possibility to use the fractions from the ReOil process as a co-feed together with VGO and to investigate changes in the product composition in comparison to pure VGO.To improve the handling of Heavy Feeds (e.g. Purge) in an FCC plant it is possible to inject nitrogen or water vapor in the riser together with the feed to assist the evaporation. This gas flow is called riser fluidisation. In this work the impact of the riser fluidisation flow on the product composition with pure VGO as feed is investigated.The product composition of the experiments with Heavy syncrude was very similar to the appertaining base case with pure VGO. Only the coke lump decreased slightly. Heavy syncrude is a highly suitable co-feed for the FCC process.The addition of Purge decreased the amount of yielded gasoline. This results in a decreasing TFY.The amount of cracking gas increased. In detail, the yield of the valuable components propylene and butenes increased significant while the sum of saturated hydrocarbon gases decreased slightly. The coke lump also increased, while on the other hand the amount of LCO decreases with rising Purge concentrations in the feed. The addition of Purge to the FCC Feed yields increased amounts of valuable products, but its high ash content makes a steady operation difficult.An increasing riser fluidisation causes an increase of the Catalyst to Oil ratio. This leads to increased yield of cracking gas, especially butenes and propylene and a decrease of the gasoline production.Riser fluidisation increases the Nitrogen consumption and the required power of the feed pump.

Der Re-Oil Prozess der OMV AG dient dem chemischen Recycling von unsortierten gemischten kunststoffabfällen. Hierbei wird der Kunststoffabfall mechanisch vorbehandelt und dann mittels Pyrolyse zersetzt. Ein teil der hieraus erhaltenen Produktfractionen wird als Blends für Treibstoffe verwendet.Für die Fraktionen für welche noch keine direkte Verwendung gefunden wurde, wird in dieser Arbeit die Eignung dieser als Co-Feed für den Fluid Catalytic Cracking (FCC) Prozess untersucht. Die Untersuchten Fraktionen sind zum einen die filtrierte Rückstandsfraktion, welche als Purge bezeichnet wird und andererseits die hochsiedenden Anteile des Kopfproduktes, welche heavy syncrude genannt werden. Die Experimente wurden an der FCC Pilotanlage mit interner zirkulierender Wirbelschicht der Arbeitsgruppe Raffinerietechnik und Wirbelschichtsysteme an der TU Wien durchgeführt. Aufgabe war es vorerst die prinzipielle Eignung als Co-Feed gemeinsam mit VGO in der FCC Anlage zu bestätigen und weiters die Veränderung des Produktspektrums im Vergleich zu reinem VGO zu untersuchen.Um die Handhabbarkeit von schweren Feeds (z.B. Purge) zu verbessen, kann Stickstoff oder Wasserdampf gemeinsam mit dem Feed in den Riser eingespritzt werden. Der Einfluss dieser sogenannten Riserfluidisierung auf das Produktspektrum wurde in dieser Arbeit, an reinem VGO, untersucht.Die Produktzusammensetzung bei den Versuchen mit heavy syncrude war sehr ähnlich wie bei Versuchen mit reinem VGO. Nur der Koksanteil sinkt leicht ab. Heavy syncrude ist daher sehr gut als Feed für den FCC Prozess geeignet.Durch den Zusatz von Purge verringert sich der Anteil der Benzin Fraktion was in einem geringeren TFY resultiert. Der Anteil an gasförmigen Produkten steigt jedoch. Besonders der Anteil an den wertvollen Produkten Propylen und den Butenen steigt. Auch der Anteil an Koks steigt, wohingegen der Anteil von LCO gesunken ist. Purge erhöht zwar den Anteil an wertvollen Produkten, hat jedoch einen für einen Co-Feed problematischen Aschegehalt. Eine steigende Riserfluidisierung führt zu einem höheren Katalysator zu Öl Verhältnis. Das führt zu einem höheren Anteil an gasförmigen Produkten, insbesondere Butene und Propylen und zu einem geringeren Anteil an Benzin. Die Stützfuidisierung erhöht den Stickstoffverbrauch und die benötigte Leistung der Feedpumpe steigt.