KR0137898B1 - 용제를 이용한 폐비닐의 회수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주로 농·공업용으로 많이 사용되고 있는 폐비닐(폴리에칠렌필름)을 수거하여 처리, 재활용함으로써 날로 증가하는 폐비닐에 의한 환경요염을 줄임과 동시에 수거처리된 폐비닐은 자원으로 재활용토록 한 용제를 이용한 폐비닐의 회수처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에칠렌수지를 이용하여 제조한 비닐은 농·공업용으로 많이 사용되고 있으며, 앞으로도 그 사용량이 늘어날 추세이다.

그러나 지금까지는 사용된 폐비닐을 수거하여 효과적으로 처리하지 못하고 있기 때문에 환경오염이 더욱 가중되고 있는 실정이다.

본 발명은 이러한 종래의 제반 문제점을 시정하고자 안출한 것이다.

즉, 수거된 폐비닐을 밀폐된 용기에 적량의 탄호수소용제와 함께 투입하고, 용기 내를 가열하면 폴리에칠렌수지의 비결정영역이 확대되면서 서서히 용해 및 용융되고, 융액은 아래로 침적하면서 여과장치에 의해 불용성 기타 이물질은 여과되게 하고, 상기 침적된 용융액은 증발관으로 이송한 다음 가열 교반함으로써 용제는 기화되어 응축기로 이송, 응축액화되게 하여 용제로 재사용케 하고, 수지는 압출, 냉각, 절단하여 수지원료로 재사용토록 한 것이다.

Description

용제를 이용한 폐비닐의 회수처리장치

제1도는 본 발명 장치이 개략공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 용해관 4 : 여과장치

6 : 보일러 10 : 용제저장조

14 : 증발관 20 : 응축기

24 : 수지시트기 26 : 절단펠렛트기

30 : 레시버탱크 32 : 혼합탑

44 : 증류기 52 : 응축기

54 : 레시버탱크

본 발명은 주로 농·공업용으로 많이 사용되고 있는 폐비닐(폴리에칠렌필름)을 수거하여 용융시킨 다음 기타 이물질은 건류제거하고 순수한 폴리에칠렌수지용액만을 수출하여 재활용토록 함으로써, 다량으로 발생하고 있는 폐비닐의 공해로부터 환경오염을 줄일 수 있도록 한 용재를 이용한 폐비닐의 회수처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에칠렌수지를 이용하여 제조한 비닐은 농·공업용으로 많이 사용되고 있다.

특히 무역개방시대의 농촌개발정책이 비닐하우스를 이용한 고소득 작물재배에 정책적 목표를 두고 있기 때문에 비닐의 이용은 날로 증가하고 있으며, 앞으로도 증가할 추세이므로 비닐의 사용량 증가에 따라 폐비닐의 발생량도 상대적으로 늘어나게 되므로 환경오염은 더욱 심화되고 있는 실정이다.

따라서 현재에도 정부차원에서 이러한 폐비닐을 수거하여 재활용토록 하는 장치들이 실제로 사용하고 있다.

그러나 막대한 예산과 투자로 가동되고 있는 회수처리 및 재활용장치들이 처리할 수 있는 용량이 극히 미세하기 때문에, 다량으로 수거되는 폐비닐을 처리 재활용하기에는 역부족인 것이었다.

뿐만아니라 처리장치를 가동하는 데에도 많은 경비가 소요되므로 경제적인 측면에서도 이상적이지 못한 것이었다. 또한 일본특허공보소 48-9598(1973. 3. 26)와 같이 폴리올레탄의 가교 발포제로부터 미분립자를 제조하는 방법이 제공된 바 있다.

즉 간단히 설명하면 폴리올레핀을 사용하여 약 20배로 가교발포한 발포체를 롤의 간격을 약 1mm로 한 직경 8인치 롤기에, 롤을 냉각시키면서 15회 미세통과 시킨후 꺼내어 롤기에서 마쇄시킨 마쇄물 100g을 스텐레스용기에 담고, 상기 용기에 500g의 사염화탄소를 첨가시키고, 약 50℃로 가열하여 폴리올레핀을 팽윤시켜 기포막을 용해한 후 메틸알콜 1,000g을 첨가하여 교반시키면 팽윤하고 있던 마쇄물은 아주작은 알갱이 상태가 되고, 알갱이 상태가 된 마쇄물을 여과시킨 후 자연 방치에 의해 용제 및 메틸알콜을 증발, 건조시켜서 미분말 폴리올레핀을 얻도록 하는 방법이다.

그러나 상기한 발명의 처리방법을 100g의 폴리올레핀 발포체를 회수처리하는 데에 500g의 사염화탄소와 1,000g의 메틸알콜을 사용하게 될 뿐만아니라 사용한 상기 용제들을 재활용하는 것이 아니라 증발 건조시켜 처리하게 되므로, 용제의 낭비가 심하게 되며, 또한 처리능률이 비효율적이므로 현실적으로 실시하기가 곤란한 것이다.

본 발명은 이러한 종래의 제반 문제점을 시정하고자 폐비닐을 회수하여 보다 많은 양을 효율적으로 처리하기 위한 처리장치에 관한 것이다.

주로 농·공업용으로 사용되고 있는 비닐은 고밀도 폴리에칠렌수지나 저밀도 폴리에칠렌수지가 사용되고 있고, 이들 고·저밀도 폴리에칠렌수지는 다같이 결정영역을 갖고 있다.

따라서 이들 결정영역에서는 약품의 영향이나 용제의 침투를 허용치 않으며, 내약품성이 강하여 용해가 어려운 것이다.

그러나 결정영역에서 비결정영역으로 이행시키면 융점인 약 130℃에서 약품을 이용하여 용해시키면 많은 양이 용해된다.

상기에서 온도가 상승함에 따라 비결정영역은 확대되고, 용해도는 더욱 커지게 된다.

또한 분자운동은 격렬해지고 분자분기는 교반작용을 하게 되므로 이때에는 탄화수소용매에 용해가 매우 쉽게 이루어지게 되면 융접보다 약 20℃ 낮은 온도에서도 용해가 된다.

상기의 원리를 이용하여 본 발명은 회수된 폐비닐을 완전히 용해되지 않은 이물질과 분리하여 추출함으로써 순수한 폴리에칠렌수지만 회수 재활용토록 한 것이다. 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 용해관과 증발관을 펌프가 구성된 공급관으로 서로 연결구성되게 하고, 증발관 하단에는 수지시트가 설치되어 있고 수지시트기 일측에는 펠레트기가 구성되어 있다.

증발관 상단 일측에는 연결관으로 응축기를 연결구성하고 상기 응축기는 다시 레버탱크와 연결되게 하고, 레시버탱크 일측 연결관은 용제 저장조와 연결구성되게 하고, 타측 연결관은 진공펌프와 연결되게 하고, 이 진공펌프는 다시 혼합탑과 연결구성되게 한다.

혼합탑 상하에는 연결관으로 각각 순환펌프와 연결되게 하고, 타측 연결관에는 다시 중간 연결관을 연결하여 증ㅡㅡ류기 상단과 연결되게 하고, 증류기 하단에는 다시 연결관으로 혼합 매개유 냉각기와 연결되게 한 다음 혼합 매개유 냉각기는 연결관으로 상기 순환펌프의 일측 연결관과 연결되게 구성한다.

증류기 상단에는 또다른 연결관으로 응축기와 연결하고, 이 응축기는 다시 레시버탱크와 연결하고, 레시버탱크는 펌프를 통하여 상기에서 설명한 용제저장조와 연결관으로 연결구성되게 하였으며, 상기 용제저장조는 다시 연결관으로 용해관과 연결되게 구성하므로서 본 발명의 폐비닐 재활용회수장치를 구성한다.

따라서 상기 장치를 이용하여 폐비닐을 용융한 다음 순수한 수지액만 추출하여 재활용하게 된다.

즉 폐비닐을 용해관에 투입하여 열매체 보일러로부터 공급되는 열온에 의해 투입된 폐비닐을 용융시켜 자중에 의해 아래로 침전되게 하고, 침전되는 과정에서 불용성 이물질은 여과장치에 여과되어 건류된다.

용융되어 아래로 침전된 용액은 수지용융액과 용제로 투입하였던 혼합물이며, 이때 용제의 투입목적은 폴리에칠렌수지를 융점보다 낮은 온도에서도 용융가능토록 하기 위한 것이다.

용해관 하단에 침전한 혼합용액은 펌프의 동작에 의해 증발관으로 이송되고, 이대 증발관 내에는 예열감압된 상태이고, 증발관 내로 공급되는 혼합용융액은 분사식으로 공급된다.

증발관 내에 혼합용융액이 침적되면 온도를 상승시켜 폴리에칠렌수지의 영역을 비결정영역상태로 유지시키면서 교반하면 용제는 증발하여 응축기로 이송된다.

상기와 같이 증발관 내에 침전된 혼합용액 중 폴리에칠렌수지용액을 제외한 용제의 증이 완료되면, 상기 수지용액은 증발관 하단으로 압출되어 수지시트기로 공급되고, 수지시트기에 공급되는 용융액은 수냉식 냉각롤러에 의해 냉각되고 냉각된 폴리에칠렌수지를 절단 포장하여 재활용토록 함으로써 폐비닐의 회수가 완료되며, 이때 사용된 용제회수는 다음과 같이 회수된다.

즉 증발관 내에서 가열로 인하여 기체화된 용제는 연결관을 통하여 응축기로 유입되고 응축기로 유입된 기체화된 용제는 진공 감압상태에서 차가운 물로서 용제의 비점이하로 냉각응축시킨다.

상기에서 응축된 용제는 레시버탱크로 이송되고, 불응축가스와 미응축가스는 다시 진공펌프로 흡인되어 혼합탑으로 이송되고 레시버탱크 충전된 용제는 다시 용제저장조로 이송저장되었다가 다시 용해관으로 공급되어 재활용하게 된다.

상기 응축기에서 응축 즉, 액화되지 못한 불응축가스나 미응축가스는 진공펌프를 통하여 혼합탑으로 이송되고, 혼합탑으로 이송된 가스는 대기오염을 줄임과 동시에 용제의 수율을 높이기 위하여 용제를 재회수하기 위한 회수공정을 거친다.

이때 회수공정에서 사용되는 순환펌프는 유제를 이용한 순환펌프이다.

따라서 혼합탑으로 이송된 불응축 및 미응축된 가스는 혼합탑 아랫쪽 연결관을 통하여 순환펌프로 이송되고, 순환펌프를 경유하면서 유제 내에 상기 가스들이 혼합되고 혼합된 혼합액 중 일부만 연결관을 통하여 증류기로 이송되고, 나머지는 다시 혼합탑 상부에 공급되어 분사되는 작동을 반복하게 된다.

이때 펌프를 작동시키는 유제는 용제와 상용성이나 친화력이 양호한 유제를 사용하면 이상적이다.

유제와 가스가 혼합된 혼합액이 연결관을 통하여 증류기로 공급되면, 증류기 내에서 유제와 혼합된 가스는 재증류하여 용제는 회수하고(비점차이) 유제는 다시 냉각기를 경유하여 순한펌프로 재공급되어 사용된다.

상기 증류기에서 기화된 가스는 응축기로 공급되고 응축기에서 응축되어 액화되고, 액화된 용제는 저장탱크로 이송되어 재활용하게 된다.

따라서 본 발명은 수거된 폐비닐을 용해관에 투입한 다음 용기 내의 온도를 상승시키면 비결정영역이 확대되어 용해도는 더욱 커지게 되며, 이러한 상태에서 탄화수소용제를 투입하게 되면 낮은 온도에서도 매우 용이하게 용융되고, 용융된 혼합액으로부터 폴리에칠렌수지액과 탄화수소용제를 각각 분리 회수하여 용제는 상기 공정에 재사용토록 하고, 수지액은 자원으로 재활용토록 함으로서 날로 증가하는 폐비닐의 처리를 효과적으로 하여 환경오염을 줄임은 물론, 자원의 재활용 차원에서 매우 중요한 것이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부도면에 따라 공정별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1공정 : 폐비닐(폴리에칠렌수지)용해공정

수거된 폐비닐을 밀폐형 용해관(2) 내에 투입한다.

이때 수거된 폐비닐은 수분과 흙, 모래 등의 기타 잡물이 혼합되어 있으며, 폐비닐이 투입된 용해관(2)의 구성은 다음과 같이 구성되어 있다.

즉 비교적 길게 구성된 원통형 탱크 일측에 개폐식 문이 구성되어 있고, 용해관(2) 내면에는 레일을 따라 출입가능하게 구성된 여과장치(4)가 내장되어 있고, 용해관(2) 하단에는 열매체 보일러(6)로부터 열을 공급받아 가열되는 가열관이 배치되어 있으며, 상기 용해관(2) 상단에는 용제저장주(10)와 연결관(8)으로 연결되어 있고, 이때 사용되는 용제는 탄화수소이다.

상기한 상태에서 용해관(2) 하단에 배치된 가열관을 통하여 보일러(6)의 열매체를 순환시켜 용해관(2) 내의 온도를 서서히 상승시킴과 동시에 용제저장조(10)로부터 탄화수소용제를 공급받아 용해관(2)내로 투입하게 된다.

따라서 폐비닐이 투입된 용해관(2)내에 온도가 상승하여 약 110℃ 정도로 상승하게 되면 폴리에칠렌수지로 제조된 폐비닐의 결정영역이 비결정영역으로 변화하면서 비결정영역이 서서히 확대되어 용해도는 더욱 커지게 되며, 동시에 분자운동은 격렬해지고, 분자 분기는 교반작용을 하게 하므로 탄화수소에 의해 결정폴리머가 서시히 용융된다.

상기에서와 같이 폐비닐이 서서히 용융됨에 따라 융융액은 용해관(2) 내에 장치된 여과장치(4)를 통하여 아래로 침적되며 침적되는 과정에서 폐비닐과 함께 투입되었던 흙, 모래 및 기타 잡물들은 여과장치(4)에 여과되고 침적되는 용융액은 폴리에칠렌수지와 용제(탄환수소)가 혼합된 혼합액이다.

이와 같은 방법으로 용해관(2) 내에 투입된 폐비닐의 용융이 완료되면 제1공정이 마무리되는 것이며 혼합액은 펌프(12)로 통하여 직립형 증발관(14)으로 공급하고, 용해관(2) 내에 설치된 여과장치(4)는 외부로 인출한 다음 다른 여과장치를 투입하여 다음 작업 준비한다.

상기 공정에서 용해관(2) 내의 온도 및 처리시간은 콘트롤박스에서 조작 제어된다.

제2공정 : 폴리에칠렌수지액과 탄화수소용제의 분리회수공정

제1공정에서 용융 여과되어 용해관(2) 하단에 침적된 혼합액을 펌프(12) 및 연결관(16)을 통하여 증발관(14)으로 이송공급하고, 상기 증발관(14) 내에서 폴리에칠렌수지와 탄화수소용제가 분리된다.

이때 증발관(14)의 구성은 다음과 같이 구성되어 있다.

즉 직립형 원통관 탱크를 이중으로 구성하되, 탱크 내의 온도는 열매체 보일러(6)에 의해 가열되게하고, 증발관(14) 내면 중심에는 직립형 교반기(18)가 장치되어 있다.

증발관(14) 상부에는 용해관(2) 및 응축기(20)와 연결된 연결관(16, 22)을 구성하고, 증발관(14) 하단에는 수지시트기(24)를 장치하고 수지시트기(24) 일측에는 절단펠렛트기(26)가 장치되어 있다.

따라서 상기와 같이 구성된 증발관(14)을 작동시키면 다음과 같은 반응이 진행된다.

즉 증발관(14)내에 혼합액이 충전된 상태에서 직립형 교반기(18)를 회전시키면서 열매체 보일러(6)로부터 공급받은 열로 공급관(14) 내의 온도를 서서히 가열시키고 동시에 증발관(14) 내의 압력을 감압시키면 폴리에칠렌수지와 탄화수소용제가 혼합된 혼합액 중 탄화수소용에만 기화되어 증발되고 순수한 폴리에칠렌수지만 잔류하게 되며, 증발된 가스는 상부 연결관(22)을 통하여 응축기(20)로 이송된다.

상기 용제가 증발될때의 수지상태는 비결정영역에서 진행이 이루어지게 되며, 분리 회수공정이 완료되면 증발관(14) 하단에 구성된 수지취출구를 통하여 아래로 압출토록 한다.

제3공정 : 수지취출공정

제2공정에서 증발관(14) 내에 투입된 혼합액을 가열, 감압 교반하면서 혼합액에 함유된 용제의 증발이 완료되어, 증발관(14) 내에 폴리에칠렌수지만 잔류하게 된 상태에서 증발관(14) 내에 압력을 상승시키면서 취출구(28)를 개방시키면, 취출구(28)를 통하여 수지가 아래로 압출되고 압출된 수지는 수지시트기(24)내에서 물로 냉각되면서 롤러에 의해 압착되고, 압착된 수지시트는 일측에 구성된 절단펠렛트기(26)에서 절단되어 칩상태로 되고 칩상태의 수지를 포장하여 재생연료로 사용하게 된다.

제4공정 : 탄화수소용제 회수공정

본 공정의 장치는 다음과 같이 장치되어 있다.

즉 증발관(14)과 연결된 응축기(20)와 응축기(20)와 연결된 레시버탱크(30)와 연결된 용제저장조(10)로 구성되어 있고, 상기 레시버탱크(30)는 다시 혼합탑(32)과도 연결 구성되어 있다.

상기 공정의 작용은 다음과 같이 진행된다.

즉 제2공정의 증발관(14)에서 증발 기화되어 응축기(20)로 이송되어 온 용제가스는 대부분 탄화수소가스이나 소량의 수분과 기타 가스가 혼합되어 있다.

따라서 응축기(20)에서 비점 차이를 이용하여 순수한 탄화수소용제만 액화시켜 용제로 환원시키고, 액화된 용제는 연결관(34)을 통하여 레시버탱크(30)에 수거되고, 상기 응축기(20)에서 액화되지 못한 불응축가스 및 미응축가스는 다시 진공펌프(36)를 통하여 혼합탑(32)으로 이송되고, 레시버탱크(30)에 수거된 탄화수소용제는 다시 연결관(38)을 통하여 용제저장조(10)에 저장되었다가 다음 작업시 용해관(2)으로 공급되어 용제로서 재활용하게 된다.

제5공정 : 용제 재회수공정

본 공정은 용제의 손실을 줄임과 동시에 대기오염을 줄이도록 한 공정으로서, 응축기(20)에서 액화되지 못한 불응축가스 및 미응축가스중 탄화수소가스는 용제로 재회수토록 하고, 불응축가스나 기타 수분은 외부로 배기시킨다.

이때 중요한 것은 외부로 배출되는 배기가스는 배출허용기준치를 초과해서는 아니된다.

상기 공정의 목적을, 달성하기 위하여 본 공정의 장치는 다음과 같이 구성되어 있다.

즉 레시버탱크(30)와 연결된 혼합탑(32) 아랫쪽 일측에 연결관(40)으로 순환펌프(42)와 연결하고, 순환펌프(42) 타측에는 혼합탑(32) 상부와 증류기(44)와 각각 연결된 연결관(46, 48)을 구성하고, 증류기(44) 상단에는 다시 연결관(50)으로 응축기(52)와 연결하고, 응축기(52)는 다시 레시버탱크(54)와 연결하고, 레시버탱크(54)는 펌프(56)를 통하여 용제저장조(10)와 연결관(58)으로 연결하고, 상기 증류기(44)는 열매체유 보일러(6)와 연결하여 증류기(44)가 가열되게 구성되어 있다.

증류기(44) 하단에는 연결관(60)을 통하여 냉각기(62)와 연결하고 이 냉각기(62)는 다시 연결관(64)을 통하여 순환펌프(42)와 연결되게 장치되어 있다.

상기 회수장치를 이용하여 용제를 재회수하는 방법은 다음과 같이 진행된다.

즉 제4공정의 응축기(20)에서 응축되지 못하고 진공펌프(36)를 통하여 혼합탑(32)으로 이송되어 온 불응축가스 및 미응축가스는 혼합탑(32) 하단 일측에 구성된 순환펌프(42)의 흡입력에 의해 순환펌프(42)로 흡입되고, 순환펌프(42)로 흡입된 가스는 순환펌프(42)에 의해 순환되는 유제와 혼합액화되어 혼합액이 되고, 상기 혼합액 중 일부는 연결관(48)을 통하여 증류기(44)로 공급되고, 나머지는 연결관(46)을 통하여 혼합탑(32)으로 공급 분사되는 작동을 연속 반복하게 된다.

연결관(48)을 통하여 증류기(44)로 공급된 혼합액은 보일러(2)의 열원에 의해 가열된 증류기(44) 내에서 다시 탄화수소가스는 기화되어 응축기(52)로 이송되고, 기화되지 못한 유제는 냉각기(62)를 통하여 순환펌프(42)로 재공급되어 유제로 재활용된다.

상기 증류기(44)에서 기화되어 응축기(52)로 공급된 가스는 응축기(52)에서 액화되어 다시 레시버탱크(54)로 이송되고, 레시버탱크(54)에 이송된 용제는 펌프(56)를 통하여 용제저장조(10)로 이송되어 보관되었다가 용제로 재활용되도록 장치되어 있다.

따라서 본 발명은 농·공업용으로 널리 사용되고 있는 폐비닐을 수거하여 용해관 내에 용제와 함께 투입, 가열하여 신속하게 폐비닐을 용융시키고, 상기 용융액은 다시 증발관으로 이송하여 용제와 수지를 분리한 다음, 수지는 압출하여 수지원료로 재활용토록 하고, 용제는 응축기를 통하여 응축 액화하여 용제로 재활용토록 함으로써 폐비닐의 용융이 용이하여 많은량의 폐비닐을 처리할 수 있을 뿐만 아니라 용제의 낭비가 거의 없어 경제적으로 폐비닐을 수거 처리할 수 있게 되므로 날로 증가하게 되는 폐비닐을 보다 효과적으로 수거 처리하여 환경오염을 줄이고 자원은 재활용할 수 있게 되는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 원통형 탱크 일측에 개폐식문이 구성된 밀폐형 용해관(2)을 구성하되, 용해관(2) 내면에는 여과장치의 가열관을 구성하고, 용해관(2) 상단에는 용제저장소(10)와 연결관(8)으로 연결하고, 용해관(2) 저면에는 연결관(16)을 통하여 증발관(14) 내면에는 교반기(18)를 설치하고, 증발관(14) 아래에는 수지시트기(24)를 연결구성하고, 증발관(14) 상부 일측에는 연결관(22, 34)을 통하여 응축기(20) 및 레시버탱크(30)와 연결하고 레시버탱크(30) 하단에는 연결관(38)을 통하여 용제저장소(10)와 연결되게 하고, 상기 레시버탱크(30) 일측에는 혼합탑(32)과 증류기(44), 응축기(52), 레시버탱크(30) 및 냉각기(62)로 구성하되, 레시버탱크(54)는 용제저장조(10)와 연결되게 장치함으로서, 용해관(2) 내에 폐비닐을 투입한 상태에서 용제저장조(10)로부터 탄화수소용제를 공급받아 투입함과 동시에 가열하게되면 폐비닐수지가 용융되어 아래로 침적되면서 이물질은 여과장치(4)에 여과되고, 용융액은 용제와 함께 아래로 침적되어 혼합액이 수집되며, 상기 혼합액은 연결관(16)을 통하여 증발과(14)으로 충전되게 하고, 이러한 상태에서 증발관(14) 내를 감압시키면서 교반기(18)로 회전시키면 탄화수소용제는 기화되어 응축기(20)에서 응축액되어 레시버탱크(30)를 통하여 용제저장조(10)로 이송저장되게하고, 증발관(14)에 잔류하는 에칠렌수지는 수지시트기(24)로 공급되어 재생원료로 재생하고, 레시버탱크(30)에서 회수되지 못한 탄화수소는 재생회수 장치를 통하여 회수한 다음 용제저장조(10)로 이송저장 되게 하여 재사용토록 하여서됨을 특징으로 하는 용제를 이용한 폐비닐수지의 회수 처리장치.