KR100341551B1 - 유해성분제거방법및그를위한유해성분제거제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이옥신의 원료가 되는 염소 및(또는) 황을 함유하는 폐기물로부터 염소 및(또는) 황을 제거하는 방법을 제공한다. 본 방법은 (a) 알칼리금속 화합물을 함유하는 염소 및 황 제거제와 폐기물을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 (b) 폐기물이 열분해되도록 혼합물을 가열하여 염소-함유 물질 및(또는) 황-함유 물질을 생성하고, 염소-함유 물질 및(또는) 황-함유 물질을 염소 및 황 제거제와 접촉시키고 반응시켜 무해한 염화물 및(또는) 아황산염을 형성하는 단계의 일련의 단계를 포함한다.

Description

유해 성분 제거 방법 및 그를 위한 유해 성분 제거제 {Noxious Component Removal Process and Noxious Component Removal Agent Therefor}

본 발명은 도시 폐기물 또는 쓰레기 및 산업 폐기물과 같이, 염소 및(또는) 황을 함유하는 재료(본원에서 "처리성 재료"라고 칭함)로부터 유해 성분(예를 들면염소 및(또는) 황)을 제거하는 개선된 방법, 및 상기 방법에서 사용되는 개선된 유해 성분 제거제, 및 보다 특히 쓰레기 및 폐기물의 열처리시에 생성되는 유해 성분-함유 가스(염화수소, 염소 가스 및(또는) 산화황 가스)를 유해 성분 제거제와 반응시켜 무해한 가스 및 화합물을 형성하는 기술에 관한 것이다.

최근, 도시 폐기물 또는 쓰레기와 같은 폐기물은 해마다 그 양이 증가하여 폐기물 처리는 문제가 되고 있다. 이와 같은 도시 폐기물은 보통의 가정 및 사무실로부터의 폐기물 또는 쓰레기를 포함하며, 따라서 주로 연소성 폐기물로 이루어진다. 이와 같은 연소성 폐기물에는 다량의 염화폴리비닐을 포함하는 각종 화학 물질(예를 들면, 플라스틱) 및 염소-함유 표백제와 같은 다량의 염소 성분을 포함하는 각종 재료(예를 들면, 사무실용 종이)가 포함된다.

일반적으로 이와 같은 폐기물을 처리하는 데에는 소각법이 이용된다. 그러나, 염소 성분을 함유하는 폐기물 또는 처리성 재료를 소각하는 경우, 염화수소 가스 및 염소 가스와 같은 염소-함유 가스가 생성되어 염소 함유 가스 작용에 의한 환경 오염 및 소각 설비의 열화와 같은 문제가 야기된다. 이와 같은 염소-함유 가스의 생성을 억제하기 위해서는, 예를 들면 일본 특허 공고 제2-10341호에 개시된 바와 같이 소석회, 탄산칼슘 등과 같은 염소 제거제를 첨가하여 폐기물 또는 처리성 재료를 소각시켰다. 또한, 소각로에서 처리성 재료가 소각 처리된 후, 필요에 따라 배출되는 가스에 각종의 정화 처리가 가해지는데, 예를 들면 상기 가스를 주머니형 여과기에 도입하여 소석회와 반응시킴으로써 유해한 염소-함유 가스가 대기로 배출되는 것을 방지한다.

상기 논의한 바와 같이, 폐기물 또는 처리성 재료를 소각하는 경우에 염소 및 기타 염소 화합물과 같은 염소-함유 물질이 문제가 된다. 즉, 소각 중에 생성되는 염소-함유 가스는 소각로 자체를 손상시키고 증기관을 부식시킬 뿐만 아니라 유독성인 다이옥신이 생성되는 문제점을 야기시킨다. 따라서, 염소-함유 가스는 일반적으로 주머니형 여과기에서 소석회 등과 반응하여 상기 가스의 대기로의 배출이 방지된다. 이와 같은 방법에 따르면, 연소된 가스 처리 시에 소정의 효과를 얻을 수 있어 염소-함유 가스의 대기로의 분산이 방지될 것으로 예상할 수 있다. 그러나, 처리성 재료의 소각후에도 형성된 잔류물에 염소-함유 물질이 잔류하므로 이와 같은 방법에 의해 염소 함유 물질을 완전히 제거하는 것은 어렵다. 이것은 다이옥신 생성의 일부 원인이 된다. 소각시에 소석회 또는 탄산칼슘을 첨가하는 방법에 의해서도 염소-함유 가스의 생성은 충분히 방지될 수 없었다.

또한, 일본 특허 공개 제54-93864호에 개시된 바와 같이, 처리성 재료가 소각되는 소각로에 알칼리 재료를 분무하는 방법이 제안되어 왔다. 그러나, 이와 같은 제안 방법에서는 일단 생성되어 소각로를 채운 염소-함유 가스를 상기 방법과 유사하게 처리하는데, 이 방법에 의해서도 염소 함유 가스를 완전히 제거할 수 없다.

더욱이, 예를 들면 일본 특허 공고 제2-10341호, 일본 특허 공개 제1-296007, 및 일본 특허 공개 제59-12733호에 개시된 바와 같이, 석회(CaCO₃), 소석회(Ca(OH)₂)등과 같은 칼슘을 함유한 알칼리 재료를 첨가하여 처리성 재료의소각을 수행하는 방법, 또는 알칼리 물질로 충전된 여과기에 SO_x를 통과시켜 SO_x를 제거하는 방법이 또한 제안되어 있다. 이와 같은 제안 방법에서 행해지는 반응은 하기와 같다.

염소-함유 가스(HCl)를 처리하는 경우:

CaCO₃+ 2HCl → CaCl₂+ H₂O + CO₂

Ca(OH)₂+ 2HCl → CaCl₂+ 2H₂O

산화황 함유 가스(SO₂)를 처리하는 경우:

CaCO₃→ CaO + CO₂

CaO + SO₂+ 1/2O₂→ CaSO₄

Ca(OH)₂→ CaO + H₂O

CaO + SO₂+ 1/2O₂→ CaSO₄

그 밖에도, 일본 특허 공개 제5-33916호, 일본 특허 공고 제8-510789호, 및 일본 특허 공개 제9-155326호에 개시된 바와 같이, 소각시키는 대신 처리성 재료를 열분해 또는 건류하여 처리성 재료의 부피를 감소시키고 처리성 재료를 탄화시키는 방법이 또한 제안되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제5-33916호에는 소석회와 같은 알칼리 재료를 노(爐)에 분무하는 방법이 개시되어 있으나, 알칼리 재료가 일단 생성되어 노에 충전된 염소-함유 가스와 접촉하게 되므로 염소-함유 가스를 제거하는 충분한 효과를 기대할 수 없다.

상기의 관점에서, 처리성 재료의 열처리시에 발생하는, 신체에 유독한 것으로 알려진 다이옥신 생성의 부분적인 원인이 되는 염소-함유 가스를 충분히 제거하거나 충분히 방지하는 기술의 조속한 확립이 절실하게 요망되어 왔다.

다량의 염소 성분 또는 화합물을 함유한 폐기물 또는 처리성 재료의 열처리시 생성되는 배출 가스에서 유해한 염소-함유 물질 또는 가스(예를 들면 염화수소 가스 및 염소 가스)를 제거하기 위한 각종 실험 및 연구의 결과로부터, 본 발명의 발명자들은 유해한 염소-함유 물질 또는 가스는 알칼리금속 화합물(특히 알칼리금속 탄산염, 알칼리금속 중탄산염 및 알칼리금속 수산화물)과 효과적으로 반응할 수 있어서 유해한 염소-함유 가스가 효과적으로 무해한 염화물로 전환될 수 있음을 밝혀냈다. 또한, 알칼리금속 성분은 유해한 황-함유 가스를 무해한 아황산염으로 전환시키는 데에도 효과적인 것으로 확인되었다

본 발명은 상기 사실에 근거하여 이루어졌으며, 알칼리금속 화합물을 함유하는 특정의 유해 성분 제거제를 이용하는 개선된 유해 성분 제거 방법을 제공하는 것으로, 이에 의해 처리성 재료의 가열시 생성되는 유해 성분-함유 가스는 유해 성분 제거제와 즉시 반응하여 무해한 화합물을 형성하고, 유해 성분-함유 가스가 대기 중으로 배출되는 것을 방지한다.

본 발명의 목적은 통상의 유사한 유해 성분 제거 방법에서 나타나는 결점을 극복할 수 있는 개선된 유해 성분 제거 방법 및 이 방법에서 사용되는 개선된 유해 성분 제거제를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 폐기물 또는 처리성 재료의 열처리 방법에 이용되는 개선된 유해 성분 제거 방법을 제공하는 것으로, 이에 의해 일반적으로 처리성 재료의 열처리시에 배출된 가스 및 형성된 잔류물에 유해 성분-함유 가스가 포함되지 않아서, 일반적으로 열처리 공정시에 유해 성분(다이옥신 함유)의 생성이 완전히 방지된다.

본 발명의 다른 목적은 폐기물 또는 처리성 재료의 열처리 시에 생성되는 유해 성분-함유 가스가 열처리 중에 일반적으로 완전히 제거될 수 있는 개선된 유해 성분 제거 방법을 제공하는 것으로, 이 방법에 의해 유해 성분(다이옥신 함유)이 생성될 가능성이 없어지는 한편 잔류물은 유해 성분-함유 물질을 함유하지 않으면서 무해한 화합물만을 함유한다.

본 발명의 다른 목적은 유해 성분 함유 물질 또는 가스의 제거에 매우 효과적이고, 폐기물 또는 처리성 재료가 열처리되는 유해 성분 제거 방법 중 임의의 단계에서 사용되는 개선된 유해 성분 제거제를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유해 성분 제거 방법의 제5 태양을 수행하기 위한 염소 및 황 제거 시스템의 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 혼합 장치

2: 노

3: 가열 코일

4: 잔류물 처리 장치

5: 방출 가스 처리 장치

6: 가스 회수 장치

7: 2차 연소 장치

본 발명의 제1 측면은, (a) 알칼리금속 화합물을 함유하는 유해 성분 제거제와 처리성 재료를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 (b) 처리성 재료가 열분해되도록 상기 혼합물을 가열하여 유해 성분-함유 물질을 생성하고, 유해 성분-함유 물질을 유해 성분 제거제와 접촉시키고 반응시켜 무해한 화합물을 형성하는 단계를 순차적으로 포함하는, 유해 성분을 함유하는 처리성 재료로부터 유해 성분을 제거하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제2 측면은, (a) 알칼리금속 화합물을 함유하는 염소 및 황 제거제와 처리성 재료를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 (b) 처리성 재료가 열분해되도록 상기 혼합물을 가열하여 염소-함유 물질 및 황-함유 물질 중 1종 이상을 생성하고, 염소-함유 물질 및 황-함유 물질 중 1종 이상을 염소 및 황 제거제와 접촉시키고 반응시켜 무해한 염화물 및 아황산염 중 1종 이상을 형성하는 단계를 순차적으로 포함하는, 염소 및 황 중 1종 이상을 함유하는 처리성 재료로부터 염소 및 황 중 1종 이상을 제거하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제3 측면은, (a) 알칼리금속 화합물을 함유하는 염소 제거제와 처리성 재료를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 (b) 처리성 재료가 열분해되도록 상기 혼합물을 가열하여 염소-함유 물질을 생성하고, 염소-함유 물질을 염소 제거제와 접촉시키고 반응시켜 무해한 염화물을 형성하는 단계를 순차적으로 포함하는, 염소를 함유하는 처리성 재료로부터 염소를 제거하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제4 측면은, 알칼리금속 화합물을 함유하고, 처리성 재료의 가열시에 처리성 재료로부터 생성되는 유해 성분-함유 물질과 접촉하고 반응하여 무해한 화합물을 형성하는, 유해 성분을 함유하는 처리성 재료로부터 유해 성분을 제거하는 방법에 사용되는 유해 성분 제거제에 관한 것이다.

본 발명의 제5 측면은, 알칼리금속 화합물을 함유하고, 처리성 재료의 가열시에 처리성 재료로부터 생성되는 염소-함유 물질 및 황-함유 물질 중 1종 이상과 접촉하고 반응하여 무해한 염화물 및 아황산염 중 1종 이상을 형성하는, 염소 및 황 중 1종 이상을 함유하는 처리성 재료로부터 염소 및 황 중 1종 이상을 제거하는방법에 사용되는 염소 및 황 제거제에 관한 것이다.

본 발명의 제6 측면은, 알칼리금속 화합물을 함유하고, 처리성 재료의 가열시에 처리성 재료로부터 생성되는 염소-함유 물질과 접촉하고 반응하여 무해한 염화물을 형성하는, 염소를 함유하는 처리성 재료로부터 염소를 제거하는 방법에 사용되는 염소 제거제에 관한 것이다.

본 발명의 제7 측면은, 알칼리금속 화합물을 함유하는 염소 및 황 제거제와 처리성 재료를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 처리성 재료가 열분해되도록 상기 혼합물을 가열하여 염소-함유 물질 및 황-함유 물질 중 1종 이상을 생성하고, 염소-함유 물질 및 황-함유 물질 중 1종 이상을 상기 염소 및 황 제거제와 접촉시키고 반응시켜 무해한 염화물 및 아황산염 중 1종 이상을 형성하는 단계를 순차적으로 포함하는 염소 및 황 중 1종 이상을 함유하는 처리성 재료로부터 염소 및 황 중 1종 이상을 제거하는 방법에 사용되는, 알칼리금속 화합물을 함유하는 염소 및 황 제거제에 관한 것이다.

본 발명의 제8 측면은, 알칼리금속 화합물을 함유하는 염소 및 황 제거제와 처리성 재료를 혼합하여 혼합물을 형성하는 장치; 상기 염소 및 황 제거제와 처리성 재료의 혼합물이 공급되고, 저산소농도 대기를 형성하도록 적합화된 노; 및 처리성 재료가 열분해되도록 상기 노의 저산소농도 대기에서 상기 혼합물을 가열하여 상기 처리성 재료를 건류 (dry distillation)함으로써 상기 혼합물이 염소-함유 물질 및 황-함유 물질 중 1종 이상을 생성하고, 염소-함유 물질 및 황-함유 물질 중 1종 이상을 상기 염소 및 황 제거제와 접촉시키고 반응시켜 무해한 염화물 및 아황산염 중 1종 이상을 형성하는 가열 장치를 포함하는, 염소 및 황 중 1종 이상을 함유하는 처리성 재료로부터 염소 및 황 중 1종 이상을 제거하는 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 유해 성분(예를 들면, 염소 및(또는) 황) 제거 방법에 따르면, 처리성 재료의 열처리 방법의 모든 단계 및 열처리 방법의 모든 온도 범위에서 유해 성분-함유 가스가 생성되지 않았는데, 이것은 염소 제거제로 소석회 또는 탄산칼슘을 사용하는 종래의 유해 성분 제거 방법에 의해서는 이룰 수 없는 사항이었다. 또한, 처리성 재료의 열처리시 형성된 잔류물은 무해한 화합물(예를 들면 염화물 및(또는) 아황산염)을 함유하며, 유해 성분-함유 물질을 포함하지 않는다. 따라서, 본 발명의 유해 성분 제거 방법은 특히 도시 폐기물 또는 쓰레기와 같은 다량의 유해 성분-함유 물질 또는 유해 성분의 화합물을 함유하는 처리성 재료에 대해 높은 유해 성분 제거 효과를 나타낸다.

본 발명의 유해 성분 제거 방법에서, 본 발명의 유해 성분 제거제는 처리성 재료과 혼합되어, 처리성 재료의 가열시에 생성된 유해 성분 함유 가스와 즉시 반응함으로써 유해 성분의 무해한 가스 및 화합물을 형성한다. 주목할 점은, 유해 성분 제거제 자체는, 유해 성분 제거제가 가열 단계에서 사용되는지의 여부에 무관하게 처리성 재료의 열처리시에 처리성 재료의 열분해를 위한 가열 단계 이외의 임의 단계에서 사용될 수 있다는 점이다. 즉, 유해 성분 제거제 자체는 가열 단계 후에도, 그리고 도관, 배출된 가스의 처리를 위한 각종 설비, 및 소각로 등의 기타 각종 통상 설비에서도 사용될 수 있다. 본 발명의 유해 성분(염소) 제거제 자체는통상의 유해 성분(염소) 제거 공정 및 폐기물의 통상적인 소각 공정 중 임의의 단계에서 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다.

유해 성분 함유 가스가 처리성 재료의 열처리용 노에서 일반적으로 완전히 제거될 수 있으므로, 열처리 노(소각로 포함) 자체, 증기 관 등의 부식이 효과적으로 방지될 수 있어서 노 및 설비의 수명이 연장된다. 또한, 주목할 점은 처리성 재료의 가열시에 형성된 잔류물이 신체에 유해한 다이옥신을 함유하지 않으므로 환경 및 처리 공정의 관점에서 안전성이 매우 향상된다는 점이다.

더욱이, 본 발명의 유해 성분 제거 방법에 따르면, 노로부터 배출되는 가스는 무해하고 연소성이어서 배출된 가스는 가스 엔진, 터빈, 보일러의 연료, 물 가열 장치의 열원, 및 가열기의 연료로 재사용될 수 있다. 또한, 잔류물 내의 덩어리화된 탄소 성분은 연료로 사용될 수 있고, 잔류물 내의 무기물은 유리 또는 시멘트의 재료로 재사용될 수 있다. 본 발명의 유해 성분 제거 방법은 폐기물 또는 처리성 재료가 물을 함유할 경우에도 영향을 받지 않는 것으로 생각된다. 유해한 염소-함유 가스가 노로부터 배출되는 가스에 존재하지 않고, 필요한 경우 배출되는 가스는 배출되는 가스에 대한 후처리로서 더 가열하여 2차 연소될 수 있다.

본 발명에 따르면, 유해 성분을 함유하는 처리성 재료(예를 들면 도시 폐기물 또는 쓰레기, 또는 산업 폐기물)로부터 유해 성분(예를 들면 염소 및(또는) 황)을 제거하는 방법은 (a) 알칼리금속 화합물을 함유하는 유해 성분(염소 및(또는) 황) 제거제와 처리성 재료를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 (b) 처리성 재료가 열분해되도록 상기 혼합물을 가열하여 유해 성분(염소 및(또는) 황)-함유 물질을 생성하고, 유해 성분-함유 물질을 상기 유해 성분 제거제와 접촉시키고 반응시켜 무해한 화합물을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 유해 성분 제거 방법에 사용되는 유해 성분(염소 및(또는) 황) 제거제의 예는 다음과 같다:

(1) 중탄산나트륨(NaHCO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 세스퀴탄산나트륨(Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O), 및 천연 소다(Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O 함유)와 같은 알칼리금속 중탄산염, 알칼리금속 탄산염 등,

(2) 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화리튬(LiOH), 수산화루비듐(RbOH) 및 수산화세슘(CsOH)과 같은 알칼리금속 수산화물, 및

(3) 탄산칼륨(K₂CO₃), 중탄산칼륨(KHCO₃), 및 탄산나트륨칼륨(KNaCO₃·6H₂O)과 같은 알칼리금속 탄산염 및 알칼리금속 중탄산염.

상기 목록의 화합물을 단독으로 또는 조합하여 유해 성분 제거제로 사용되는 것이 이해될 것이다. 즉, 유해 성분 제거제는 중탄산나트륨, 탄산나트륨, 세스퀴탄산나트륨, 천연 소다, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화루비듐(RbOH) 및 수산화세슘(CsOH), 탄산칼륨, 중탄산칼륨 및 탄산나트륨칼륨 등으로 이루어지는 군 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 함유한다.

유해 성분 제거제는 덩어리, 판, 다공체, 입자(분말, 과립, 또는 분말 및 과립의 혼합물을 포함), 용액(수용액 또는 기타 용액), 또는 현탁액의 형태로 사용된다. 이와 같은 형태는 단독으로 또는 조합하여 사용된다.

사용되는 유해 성분 제거제의 양은 일반적으로 처리성 재료가 유해 성분 제거제와 혼합되기 전의 개시 시점의 처리성 재료에 대해 0.05 내지 10 중량% 범위이다. 그러나, 염화폴리비닐, 염화폴리비닐리덴, 기타 염소-함유 합성 수지 및(또는) 염소 함유 고무와 같이 다량의 염소 성분을 함유하는 물질 또는 화합물을 포함하는 처리성 재료의 경우에, 사용되는 유해 성분 제거제의 양은 개시 시점의 처리성 재료에 대해 10 내지 70 중량% 범위이다. 유해 성분 제거제의 양은 처리성 재료의 중량에 무관하게, 가열시 처리성 재료로부터 생성되는 염소-함유 물질 또는 가스(염소를 함유하는 물질 또는 가스)의 화학적 당량보다 많은 양으로 선택될 수 있다. 다른 방법으로는, 유해 성분 제거제의 양은 염소-함유 가스의 배출 농도가 허용 가능한 배출 농도 미만으로 억제되는 양으로 선정될 수 있다. 또한, 처리성 재료가 다량의 황 성분을 함유하는 물질 또는 화합물을 포함하는 경우, 유해 성분의 양은 상기와 유사하게 선택될 수 있다.

유해 성분 제거제를 처리성 재료와 혼합하고 저산소농도 대기 하에서 200 내지 1000 ℃의 열분해 온도로 가열한다. 즉, 유해 성분 제거제 및 처리성 재료의 혼합은 처리성 재료의 열분해를 위한 가열 전에, 즉 처리성 재료의 온도가 처리성 재료의 열분해가 일어나는 정도로 상승하기 전에 행해진다. 분해 온도에서, 염소 화합물, 황 화합물 및 염소 및(또는) 황을 함유한 물질은 열분해된다. 저산소농도 대기라는 것은 산소 농도가 낮은 대기를 의미하며, 이와 같은 대기는 처리성 재료 및 유해 성분 제거제의 혼합물을 노 내로 투입하는 순간, 가열로와 같은 열처리 노 또는 조의 입구 및 출구를 밀폐하여 이루어질 수 있다. 저산소농도 대기는 입구및 출구가 밀폐된 노 내에 대기가 잔류하는 상태에 해당하는 것으로 이해될 것이다. 즉, 저산소농도 대기는 혼합물 투입시에 외부 공기가 노에 공급되지 않도록 실질적으로 밀봉되고, 노로부터 노의 압력이 누출되는 상태에 해당한다. 따라서, 저산소농도 대기는 노의 완전한 폐쇄 또는 밀봉 상태를 필요로 하지는 않으나, 노의 입구의 측면이 처리성 재료 자체로 폐쇄되어, 노의 외부로부터 공기가 거의 공급되지 않도록 노 내의 가스압이 가열하에 상승되는 상태를 또한 포함한다. 저산소농도 대기는 처리성 재료가 열분해되어 소위 처리성 재료의 열분해 가스를 생성하는 열분해 대기일 수 있다. 따라서, 저산소농도 대기에 의해 처리성 재료의 건류가 수행된다.

처리성 재료를 노 내로 투입 또는 분무할 때, 유해 성분 제거제가 기본적으로 처리성 재료와 혼합되는 것으로 이해된다. 유해 성분 제거제가 노 내에서 처리성 재료 및 유해 성분 제거제의 혼합물에 부가적으로 투입 또는 분무될 수 있다.

저산소농도 대기에서 상기와 같이 가열한 결과, 염소-함유 화합물(염소를 함유한 화합물) 및(또는) 황-함유 화합물(황을 함유한 화합물)의 가스 성분이 노로부터 배출되는 가스에 실질적으로 잔류하지 않으므로, 배출되는 가스에 대한 후처리(예를 들면 열처리 또는 2차 연소)는 필요한 경우에 행해질 수 있다. 물론, 배출되는 가스는 그 자체로 대기로 배출될 수 있다.

유해 성분 제거제는 처리성 재료의 가열 또는 열분해 전에 처리성 재료와 혼합되는 것으로 기재되었으나, 유해 성분 제거제는 또한 처리성 재료의 가열 또는 열분해 후 노로부터 배출되는 건류 가스 또는 배출 가스(처리성 재료의 건류하에서생성된 가스)와 접촉시에도 염소의 제거에 효과적일 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 유해 성분 제거 재료는 열분해되는 처리성 재료에 공급 또는 분무될 수 있는 것으로 이해된다. 더욱이, 본 발명에 따른 유해 성분 제거제는 유해 가스 또는 염소를 함유한 재료로부터 염소를 제거할 목적으로, 본 발명에 따른 방법 이외의 유해 성분 제거 방법의 임의 단계에 존재하는 염소-함유 물질 및(또는) 황-함유 물질과 접촉하는 식으로 사용될 수 있는 것으로 이해된다.

본원에서, 본 발명에 따른 유해 성분 또는 염소 제거 방법의 제1 태양을 논의하고자 한다. 본 태양에서, 유해 성분 또는 염소 제거제는 알칼리금속 중탄산염 및(또는) 알칼리금속 탄산염, 즉 중탄산나트륨(NaHCO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 세스퀴탄산나트륨(Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O), 및 천연 소다(Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O 함유) 중 1종 이상을 포함한다.

본 예에서, 중탄산나트륨(NaHCO₃)이 염소 제거제로 사용되는데, 이 때 중탄산나트륨을 처리성 재료와 혼합하고 가열하고, 가열시에 처리성 재료로부터 생성되는 가스에 함유된 염소-함유 화합물의 주성분인 염화수소(HCl)와의 하기 반응이 일어난다.

NaHCO₃+ HCl → NaCl + H₂O + CO₂

상기 반응에 따르면, Na 및 CO 성분이 반응계에 존재하는 경우, 염소가 Na와 반응하여 처리성 재료의 가열시 형성되는 잔류물의 일부인 NaCl을 형성하고, 부가적으로 물(H₂O) 및 가스(CO₂)가 형성된다. 결과적으로, 염소-함유 가스가 생성되지 않고 노로부터 배출되지 않아서, 배출되는 가스 및 잔류물이 무해하게 된다. 염소-함유 화합물 또는 가스가 유독성인 다이옥신의 생성원이 되는 것으로 이해된다.

본 발명에 따라, 가열시 염소-함유 가스를 생성하는 염소-함유 물질을 함유하는 처리성 재료에 열처리를 가하기 전에, 알칼리금속 탄산염 및(또는) 알칼리금속 중탄산염이 염소 제거제로서 처리성 재료에 첨가되고 혼합되어 혼합물을 형성한다. 이 혼합물을 저산소농도 대기 중에서 가열하여, 염소-함유 물질이 소정의 온도에서 열분해되어 유해한 염소-함유 가스를 생성한다. 이와 같은 염소-함유 가스는 염소 제거제와 즉시 반응하여 무해한 염화물을 형성한다.

이후에, 실시예(본 태양에 따름) 및 비교예(본 발명의 범위에 속하지 않음) 사이의 실험 결과를 비교하면서, 본 태양에 따른 염소 제거 방법을 수행하는 실험을 논의하고자 한다.

실험 1

본 태양의 염소 제거 방법은 처리성 재료로서 다량의 염소 성분을 함유하는 염화폴리비닐리덴을 사용하여 수행하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1-1에서는 4 g의 처리성 재료에 20 g의 염소 제거제(중탄산나트륨)을 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 비교예 1-1에서는 4 g의 처리성 재료에 염소 제거제를 첨가히지 않았다. 비교예 1-2에서는 본 발명의 범위에 속하지 않는 염소 제거제(소석회 또는 수화석회)를 20 내지 4 g의 처리성 재료에 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 비교예 1-3에서는 본 발명의 범위에 속하지 않는 염소 제거제(탄산칼슘)를 20 g내지 4 g의 처리성 재료에 첨가하여 가열될 혼합물을 생성하였다. 모든 실시예 및 비교예에서 염소 제거제는 평균 입도가 100 μm인 분말 형태였다.

더욱 상세하게는, 비교예 1-1을 제외한 각 실시예 또는 비교예의 실험에서, 4 g의 처리성 재료를 조 또는 노에 가하고, 이어서 20 g의 염소 제거제를 조내의 처리성 재료에 첨가하고 혼합하여 상기 혼합물을 형성하였다. 이어서, 외부 공기 또는 대기로부터 조 내부를 단리시켜 가열시 혼합물이 건류되도록 조를 단단히 밀봉하였다. 이와 같이 밀봉된 조를 가열 코일로 250 ℃, 300 ℃, 350 ℃, 400 ℃, 450 ℃, 500 ℃, 550 ℃, 600 ℃의 8종의 가열 온도에서 단계식으로 가열하였다. 이와 같은 가열 방법에서, 8 단계의 각 온도를 5 분 동안 유지하고, 각 온도 상승 시간(하나의 온도 단계에서 다음 온도 단계로 온도가 상승하는 시간) 및 각 온도 유지 시간(각 온도 단계의 온도가 유지되는 시간)에서의 조 내의 염화수소 가스 농도를 측정하였다. 표 3에서, 온도 상승 시간을 "상승 시간"으로 나타내고, 온도 유지 시간을 "유지 시간"으로 나타낸다. 조는 가열시 조에서 생성되는 가스 및 압력이 조로부터 배출되는 가스 배출관을 구비하고 있다. JIS(일본 공업 표준)-K0804에 따라 염화수소 가스 농도의 측정을 위해 가스 배출관에 삽입된 검출기 튜브를 사용하여 염화수소 가스 농도를 측정하였다. 염화수소 가스 농도 측정 결과를 표 3에 나타내었다. 상기 실험을 10회 반복하여, 각 실시예 및 비교예에 대한 염화수소 가스 농도의 10개의 실제 측정치를 얻었고, 여기서 각 실시예에 대한 측정치(표 3에 나타냄)는 측정치 중에서 최고치를 나타내며 각 비교예에 대한 측정치(표 3에 나타냄)는 측정치 중에서 최저치를 나타낸다. 또한, 표 3에서 "ND"라는 표현은 10개의 실제 측정치를 얻기 위한 10회의 염화수소 가스 농도 측정 중 어디에서도 염화수소 가스가 검출되지 않았음을 나타낸다. 또한, 염소 제거제의 후처리 방법은 표 3의 "염소 제거제에 대한 후처리"에서 상세히 나타내었다.

실험 2

본 실험에서, 처리성 재료가 표준 도시 쓰레기와 유사하게 되도록 염화폴리비닐리덴을 모조 쓰레기와 혼합하여 처리성 재료를 제조하고 보다 심한 조건에서 실험을 수행하였다. 실시예 1-2에서는 표 2에 나타낸 바와 같이 1 g의 염화폴리비닐레덴과 20 g의 모조 쓰레기를 혼합하여 제조된 처리성 재료에 염소 제거제로 5 g의 중탄산나트륨을 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 실시예 1-3에서는 0.5 g의 염화폴리비닐리덴과 20 g의 모조 쓰레기를 혼합하여 제조된 처리성 재료에 염소 제거제로 2.5 g의 중탄산나트륨을 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 실시예 1-4에서는, 0.1g의 염화폴리비닐리덴과 20 g의 모조 쓰레기를 혼합하여 제조된 처리성 재료에 염소 제거제로 0.5 g의 중탄산나트륨을 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 실시예 1-5에서는, 20 cc의 수도물과 20 g의 모조 쓰레기를 혼합하여 제조된 처리성 재료에 염소 제거제로 5 g의 중탄산나트륨을 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다.

폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 및 염화폴리비닐리덴을 포함하는 플라스틱 20 중량%, 티슈지, 신문지, 포장지, 종이상자 및 음료용 포장지를 포함하는종이 50 중량%, 넝마를 포함하는 옷감 20 중량%, 사용된 찻잎을 포함하는 음식 찌꺼기 10중량%을 혼합하고 분쇄하여 도시 쓰레기와 유사한 상기 모조 쓰레기를 제조하였다.

각 실시예에 대한 실험에서, 상기 소정량의 처리성 재료를 조에 투입하고, 이어서 상기 소정량의 염소 제거제를 조 내의 처리성 재료에 첨가하고 혼합하여 상기 혼합물을 형성하였다. 이어서, 견고한 공기 밀봉 상태가 유지되도록 조를 단단히 밀봉하여 외부 공기 또는 대기로부터 조 내부를 단리시켰다. 이후에, 실시예 1과 유사하게 실험을 수행하여 표 3에 나타난 결과(또는 측정치)를 얻었다. 염화수소 가스 농도 측정 결과(또는 측정치)를 표 3에 나타내었다.

상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 염소 제거제로 작용하는 알칼리금속을 함유한 중탄산염 또는 탄산염은 알칼리금속이 염소와 반응하여 알칼리금속의 염화물을 형성하는 반응에 의해, 유해한 염소-함유 가스를 무해한 염화물로 전환시킬 수 있음이 밝혀졌다. 처리성 재료로 다량의 염소 성분을 함유하는 염화폴리비닐리덴이 사용된 예비 시험(비교예 1-1)을 수행하였다. 이 시험의 결과, 표 3의 비교예 1-1의 종렬에 나타난 바와 같이 다량의 염화수소가 생성된 것이 확인되었다.

이어서, 종래의 염소 제거제로 소석회 및 탄산칼슘이 각각 사용된 비교 시험(비교예 1-2 및 1-3)을 수행하였다. 그 결과, 염화수소의 생성은 어느 정도 억제될 수 있었지만, 종래의 염소 제거제에 의한 이와 같은 억제 효과는 충분하지 않아서 추가의 개선 사항이 요구되는 것으로 확인되었다.

상기 관점에서, 각종 연구 및 고찰 결과, 본 발명자들은 염소 제거제로 알칼리금속을 함유한 중탄산염 및 탄산염에 주목하게 되었고, 중탄산나트륨을 선택하여 시험을 수행하였다(실시예 1-1 내지 1-5). 시험 결과, 염화수소의 생성이 임의의 온도 범위에서 일반적으로 완전히 억제되고 중탄산나트륨은 염소 제거제로 매우 우수한 것으로 밝혀졌다.

따라서, 상기의 결과로부터 알칼리금속(염화물과 반응할 수 있는 것)을 함유한 중탄산염 및(또는) 탄산염이 처리성 재료에 첨가되어 열처리될 혼합물을 형성하는 경우, 처리성 재료로부터 생성되는 염소-함유 가스는 효과적으로 탈염소화되어 무해하게 되는 것이 명백해진다.

이후에, 표 3에 나타난 상기 실험 결과에 기초하여 논의하고자 한다.

먼저, 비교예 1-1에 나타난 바와 같이, 다량의 염소 성분을 함유하는 처리성 재료로 염화폴리비닐리덴이 사용되고 염소 제거제가 사용되지 않는 경우에는, 열처리 또는 가열 공정 시에 넓은 온도 범위에서 다량의 염화수소 가스가 생성되었다. 처리성 재료에 염소 제거제로 각각 소석회 및 탄산칼슘이 첨가된 비교예 1-2 및 1-3은 비교예 1-1과 비교해서 염화수소 가스의 생성이 어느 정도 억제될 수 있었다. 그러나, 염화수소에 대한 이와 같은 억제는 불충분한 것으로 확인되었다.

대조적으로, 처리성 재료에 염소 제거제로 중탄산나트륨이 첨가되는 실시예 1-1에서는, 가열 공정의 전 온도 범위에서 염화수소의 생성은 검출되지 않았고, 이 사실은 중탄산나트륨이 염소 제거제로 매우 우수함을 나타내었다. 또한, 모조 쓰레기 및 염화폴리비닐리덴을 함유하는 처리성 재료에 염소 제거제로 각종 양의 중탄산나트륨을 첨가하는 실시예 1-3, 1-4 및 1-5의 경우에도, 가열 공정의 전체 온도 범위에서 염화수소 가스의 생성을 검출할 수 없었다.

모조 쓰레기 및 물을 함유하는 처리성 재료에 염소 제거제로 중탄산나트륨이 첨가된 실시예 1-5에서, 450 ℃의 온도 상승 및 유지 시간 그리고 500 ℃의 온도 상승 시간에 소량의 염화수소가 생성된 것으로 검출되었으나, 전체 온도 범위에서 염화수소의 생성은 거의 검출되지 않았다. 이 사실은 염소 제거제인 중탄산나트륨의 효과가 처리성 재료 중에 물이 존재하더라도 거의 영향을 받지 않아서, 염소 제거제로 소석회가 사용된 비교예 1-2와 비교하여 상당히 높은 것이 증명되었다.

결과적으로, 열처리 또는 가열 공정에서 처리성 재료에 알칼리금속을 함유한 중탄산염 및(또는) 탄산염을 첨가함으로써 처리성 재료로부터 생성되는 염소-함유 가스의 탈염소화를 효과적으로 수행하여 염소-함유 가스가 무해해지도록 할 수 있음이 확인되었다.

600 ℃를 초과하는 보다 높은 온도 조건에서 처리성 재료를 가열하여 상기와유사한 실험을 수행하여, 상기와 유사한 실험 결과를 나타내었음에 주목하여야 한다. 온도가 1000 ℃를 초과하는 경우 본 발명의 염소 제거 방법을 수행하기 위한 설비가 보다 클 필요가 있다는 사실에 근거하여 처리성 재료 및 염소 제거제 혼합물의 가열 온도는 바람직하게는 1000 ℃ 이하의 범위이다.

이어서, 배출 가스 및 잔류물 모두가 무해하게되는 예상 외의 결과를 나타내는, 알칼리금속(나트륨)을 함유한 중탄산염 또는 탄산염과 염소-함유 가스 간의 반응 메카니즘에 대해 논의한다.

(1) 염소 제거제로 중탄산나트륨을 사용하는 경우:

염화수소(HCl)을 생성하는 처리성 재료에 중탄산나트륨(NaHCO₃)을 첨가할 때, 중탄산나트륨과 염화수소는 다음과 같이 반응한다:

NaHCO₃+ HCl → NaCl + H₂O + CO₂

염화수소를 생성하는 처리성 재료와 중탄산나트륨 사이의 반응에 물이 존재하면, 다음과 같은 화학 반응식에 따라 반응이 행해진다:

NaHCO₃+ 2H₂O → NaOH + H₂O + H₂CO₃

NaOH + H₂CO₃+ HCl → NaCl + H₂O + CO₂

(2) 염소 제거제로 탄산나트륨을 사용하는 경우:

염화수소(HCl)를 생성하는 처리성 재료에 탄산나트륨(Na₂CO₃)을 첨가할 때, 탄산나트륨과 염화수소는 다음과 같이 반응한다:

Na₂CO₃+ 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂

(3) 염소 제거제로 세스퀴탄산나트륨을 사용하는 경우:

세스퀴탄산나트륨은 화학식, Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O로 나타나고, (1) 및 (2)의 경우와 유사하게 염화수소(HCl)와 반응하여 유해한 염화수소를 무해한 염화물(NaCl)로 전환시킬 수 있다. 세스퀴탄산나트륨은 천연 상태로 존재하고, "트로나(trona)"로 명명된다.

상기 실험에서, 가열 공정의 완료 후 잔류물이 조 내에 잔류하였다. 이 잔류물을 검사한 결과, 잔류물이 유해한 염소-함유 가스 성분을 포함하지 않고 무해한 염화물 또는 염화나트륨을 포함하는 것으로 검출되었다. 잔류물을 물에 투입하고 10분 동안 교반하면, 염화나트륨은 물에 용해된 반면, 탄화 재료는 잔류하였다. 탄화 재료도 또한 염소-함유 가스 성분을 함유하지 않은 것으로 검출되었다.

따라서, 처리성 재료 내의 염소-함유 화합물 및 염소 성분은 염화나트륨(NaCl), 물(H₂O) 및 이산화탄소 가스(CO₂)로 전환될 수 있고, 그에 따라 다이옥신 공급원의 일부를 형성하는 염화수소가 형성되지 않아서 배출되는 가스 및 잔류물을 무해하게 하는 예상밖의 결과가 나타났음을 알 수 있다.

본 태양에서, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 세스퀴탄산나트륨, 천연 소다(Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O 함유)와 같이 알칼리금속을 함유하는 탄산염을 함유하는 물질이 염소 제거제로 사용된 것으로 이해된다. 탄산나트륨은 일수화물 및 십수화물을 형성할 수 있고 소다로 알려져 있다. 세스퀴탄산나트륨은 천연적으로 트로나로 존재한다.

이해되는 바와 같이, 상기 화학 반응에 따른 반응이 수행되는 가열 공정에서 NaCl이 형성된다. NaCl은 무해한 염화물이고, 물 등으로 헹굼 또는 용해 처리시 효과적으로 제거될 수 있다. 헹굼 처리후, 고체상 잔류 재료 또는 탄화 재료가 조에 잔류하고 재사용될 수 있다. 따라서, 잔류 재료는 임의의 분리 방법에 의해 특성이 다른 각 재료로 분리될 수 있다. 분리된 각 재료는 연료 등으로 사용할 수 있도록 건조되고 덩어리화된다. 또한, 상기 헹굼 처리에 사용되는 액체(예를 들면, 물)는 유해 물질을 거의 함유하지 않아서 강 및 바다로 그대로 배출될 수 있다.

보다 상세하게는, 조로부터 배출된 잔류물은 무해한 염화물 또는 염화나트륨(NaCl)을 함유한다. 탄화 재료를 추출하기 위해서, 물을 함유한 수조에 잔류물을 투입하고, 소정의 시간 동안 교반하여 염화나트륨을 용해한다. 이어서, 수조 내의 고체상 재료를 수조로부터 꺼내어 원심 탈수 처리하여 고체상 재료로부터 물을 분리한다. 이와 같이 탈수된 고체상 재료를 건조하고 덩어리로 경화시킨다. 수조에 잔류하는 물 및 분리된 물을 별개의 배수 및 처리 수단을 통해 배수한다. 경화물 내의 탄소물은 연료로 사용될 수 있는 한편, 경화물 내의 무기물은 유리 및 시멘트용 재료로 사용될 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이 잔류물은 임의의 분리 방법에 의해 특성이 상이한 각 재료로 분리될 수 있고, 이 때 분리된 각 재료는 연료 등으로 효과적으로 사용되도록 건조되고 덩어리화된다.

이어서, 본 발명에 따른 유해 성분 또는 염소 제거 방법의 제 2태양에 대해 논의하고자 한다. 본 태양에서, 유해 성분 또는 염소 제거제는 1종 이상의 알칼리금속 수산화물, 즉 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화리튬(LiOH), 수산화루비듐(RbOH), 및 수산화세슘(CsOH) 중 1종 이상을 함유한다.

일례로서, 수산화나트륨(NaOH)을 염소 제거제로 사용하는데, 수산화나트륨을 처리성 재료와 혼합하고 가열하여, 가열시에 처리성 재료로부터 생성되는 가스에 함유된 염소-함유 화합물의 주성분인 염화수소(HCl)와의 하기 반응이 수행된다.

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

상기 반응에 따르면, 염화수소는 수산화나트륨과 반응하여 잔류물의 일부인 NaCl 및 물(H₂O)이 형성된다. 결과적으로, 염소-함유 가스가 생성되지 않고 노로부터 배출되지 않아서, 배출되는 가스 및 잔류물이 무해하게 되는 것을 알 수 있다. 염소-함유 화합물 또는 가스가 인체에 유독성인 다이옥신의 생성원이 되는 것으로 이해된다.

본 태양에 따라, 가열시 염소-함유 가스를 생성하는 염소-함유 물질을 함유하는 처리성 재료에 열처리를 가할 때, 염소 제거제로 알칼리금속 수산화물을 처리성 재료에 첨가하고 혼합하여 혼합물을 형성한다. 이 혼합물을 저산소농도 대기 중에서 가열하여, 염소-함유 물질이 소정의 온도에서 열분해되어 유해한 염소-함유 가스를 생성한다. 이와 같은 염소-함유 가스는 염소 제거제와 즉시 반응하여 무해한 염화물을 형성한다.

이후에, 실시예(본 태양에 따름) 및 비교예(본 발명의 범위에 속하지 않음) 사이의 실험 결과를 비교하면서, 본 발명에 따른 염소 제거 방법을 수행하는 실험에 대해 논의하고자 한다.

본 실험의 염소 제거 방법은 처리성 재료로 다량의 염소 성분을 함유하는 염화폴리비닐리덴을 사용하여 수행되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 2-1에서는 4 g의 처리성 재료에 20 g의 염소 제거제(분화된 수산화나트륨)을 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 실시예 2-2에서는 4 g의 처리성 재료에 20 g의 염소 제거제(분화된 수산화칼륨)을 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 비교예 2-1및 2-2에서는 각각 1 g 및 4 g의 처리성 재료에 염소 제거제를 첨가하지 않았다. 비교예 2-3에서는 본 발명의 범위에 속하지 않는 염소 제거제(소석회 또는 수화석회) 20 g을 4 g의 처리성 재료에 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 비교예 2-4에서는 본 발명의 범위에 속하지 않는 염소 제거제(탄산칼슘) 20 g을 4 g의 처리성 재료에 첨가하여 가열될 혼합물을 생성하였다. 모든 실시예 및 비교예에서 염소 제거제는 평균 입도가 100 μm인 분말 형태였다.

비교예 2-1 및 2-2를 제외한 각 실시예 또는 비교예의 실험에서, 상기 양의 처리성 재료를 조 또는 노에 투입하고, 이어서 20 g의 염소 제거제를 조 내의 처리성 재료에 첨가하고 혼합하여 상기 혼합물을 형성하였다. 이어서, 외부 공기 또는 대기로부터 조 내부가 단리되어 가열시 혼합물이 건류 처리되도록 조를 단단히 밀봉하였다. 이와 같이 밀봉된 조를 가열 코일로 250 ℃, 300 ℃, 350 ℃, 400 ℃, 450 ℃, 500 ℃, 550 ℃, 600 ℃ 및 600 내지 1000 ℃의 9종의 가열 온도에서 단계식으로 가열하였다. 이와 같은 가열 방법에서, 9 단계의 각 온도를 5 분 동안 유지하고, 각 온도 상승 시간(하나의 온도 단계에서 다음 온도 단계로 온도가 상승하는 시간) 및 각 온도 유지 시간(각 온도 단계의 온도가 유지되는 시간)에서의 조 내의 염화수소 가스 농도를 측정하였다. 표 4에서, 온도 상승 시간을 "상승 시간"으로 나타내고, 온도 유지 시간을 "유지 시간"으로 나타낸다. 조는 가열시 조에서 생성되는 가스 및 압력이 조로부터 배출되는 가스 배출관을 구비하고 있다. JIS(일본 공업 표준)-K0804에 따라 염화수소 가스 농도의 측정을 위해 가스 배출관에 삽입된 검출기 튜브를 사용하여 염화수소 가스 농도를 측정하였다. 염화수소 가스농도 측정 결과를 표 4에 나타내었다. 상기 실험을 10회 반복하여, 각 실시예 및 비교예에 대한 염화수소 가스 농도의 10개의 실제 측정치를 얻었고, 여기서 각 실시예에 대한 측정치(표 4에 나타냄)는 측정치 중에서 최고치를 나타내며, 각 비교예에 대한 측정치(표 4에 나타냄)는 측정치 중에서 최저치를 나타낸다. 또한, 표 4에서 "ND"라는 표현은 10개의 실제 측정치를 얻기 위한 10회의 염화수소 가스 측정 중 어디에서도 염화수소 가스가 검출되지 않았음을 나타낸다. 또한, 염소 제거제의 후처리 방법은 표 4의 "염소 제거제에 대한 후처리"에서 상세히 나타내었다.

상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 염소 제거제로 작용하는 알칼리금속 수산화물은 알칼리금속이 염소와 반응하여 알칼리금속의 염화물을 형성하는 반응에 의해, 유해한 염소-함유 가스를 무해한 염화물로 효과적으로 전환시킬 수 있음이 명백해졌다. 처리성 재료로서 다량의 염소 성분을 함유하는 염화폴리비닐리덴이 사용된 예비 시험(비교예 2-1 및 2-2)을 수행하였다. 이 시험의 결과, 표 4의 비교예 2-1 및 2-2의 종렬에 나타난 바와 같이 다량의 염화수소가 생성된 것이 확인되었다.

이어서, 종래의 염소 제거제인 소석회 및 탄산칼슘이 각각 사용된 비교 시험(비교예 2-3 및 2-4)을 수행하였다. 결과적으로, 염화수소의 생성은 어느 정도 억제될 수 있었지만, 종래의 염소 제거제에 의한 이와 같은 억제 효과는 충분하지 않아서 추가의 개선 사항이 요구되는 것으로 확인되었다.

상기 관점에서, 각종 연구 및 고찰 결과, 본 발명자들은 염소 제거제로 알칼리금속 수산화물에 주목하게 되었고, 수산화칼륨을 선택하여 시험을 수행하였다(실시예 2-1 및 2-2). 시험 결과, 염화수소의 생성이 임의의 온도 범위에서 일반적으로 완전히 억제되고 수산화칼륨은 염소 제거제로 매우 우수한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 상기의 결과로부터 알칼리금속 수산화물을 처리성 재료에 첨가하여 열처리될 혼합물을 형성하는 경우, 처리성 재료로부터 생성되는 염소-함유 가스는 효과적으로 탈염소화되어 무해하게 되는 것이 명백해진다.

이후에, 표 4에 나타난 상기 실험 결과에 기초하여 논의하고자 한다.

먼저, 비교예 2-1 및 2-2에 나타난 바와 같이, 염소 제거제를 사용하지 않고 염화폴리비닐리덴(다량의 염소 성분을 함유하는 처리성 재료)을 열처리하는 경우에는, 열처리 또는 가열 공정 시에 넓은 온도 범위에서 다량의 염화수소가 생성되었다. 처리성 재료에 염소 제거제로 각각 소석회 및 탄산칼슘이 첨가된 비교예 2-3 및 2-4는 비교예 2-1 및 2-2와 비교해서 염화수소 가스의 생성이 어느 정도 억제될 수 있었다. 그러나, 염화수소에 대한 이와 같은 억제는 불충분한 것으로 확인되었다.

대조적으로, 동일한 처리성 재료에 염소 제거제로 각각 20 g의 수산화나트륨 및 20 g의 수산화칼륨이 첨가되는 실시예 2-1 및 2-2에서, 실시예 2-1은 350 ℃ 및 450 ℃의 상승 시간에서, 실시예 2-2는 450 ℃의 유지 시간에서 소량의 염화수소가 생성된 것으로 밝혀졌다. 그러나, 열처리 또는 가열 공정의 전 온도 범위에서 염화수소의 생성은 검출되지 않았고, 이 사실은 비교예 2-1 내지 2-4에 비하여 우수한 실험 결과를 나타내었다. 결과적으로, 열처리 또는 가열 공정에서 처리성 재료에 알칼리금속 함유 수산화물(염화물과 반응할 수 있는 것)을 첨가함으로써 처리성재료로부터 생성되는 염소-함유가스의 탈염소화를 효과적으로 수행하여 염소-함유 가스가 무해해지도록 할 수 있음이 확인되었다.

600℃를 초과하는 보다 높은 온도 조건에서 처리성 재료를 가열하여 상기와유사한 실험을 수행하여 상기와 유사한 실험 결과를 나타내었음에 주목하여야 한다. 온도가 1000 ℃를 초과하는 경우, 본 발명의 염소 제거 반응을 수행하기 위한 설비는 보다 클 필요가 있다는 사실에 근거하여 처리성 재료 및 염소 제거제 혼합물의 가열 온도는 바람직하게는 1000 ℃ 이하의 범위이다.

이어서, 배출 가스 및 잔류물이 무해하게 되는 예상 외의 결과를 나타내는, 알칼리금속 수산화물 및 염소-함유 가스 간의 반응 메카니즘에 대해 논의한다.

(1) 염소 제거제로 수산화나트륨(NaOH)을 사용하는 경우:

염화수소(HCl)를 생성하는 처리성 재료에 수산화나트륨을 첨가할 때, 수산화나트륨이 염화수소와 반응하여 무해한 염화나트륨 및 물을 다음과 같이 형성한다:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

(2) 염소 제거제로 수산화칼륨(KOH)을 사용하는 경우:

염화수소(HCl)를 생성하는 처리성 재료에 수산화칼륨을 첨가할 때, 수산화칼륨이 염화수소와 반응하여 염화칼륨 및 물을 다음과 같이 형성한다:

KOH + HCl → KCl + H₂O

상기 실험에서, 가열 공정의 완료 후 잔류물이 조 내에 잔류하였다. 이 잔류물을 검사한 결과, 잔류물은 유해한 염소-함유 가스 성분을 포함하지 않고 무해한 염화물(염화나트륨 또는 염화칼륨)을 포함하는 것으로 검출되었다. 잔류물을 물에 투입하고 10분 동안 교반하면, 염화나트륨 또는 염화칼륨은 물에 용해되는 반면, 탄화 재료는 잔류하였다. 탄화 재료도 또한 염소-함유 가스 성분을 함유하지 않은 것으로 검출되었다.

따라서, 처리성 재료 내의 염소-함유 화합물 및 염소 성분은 염화나트륨 또는 염화칼륨 및 물로 전환될 수 있고, 그에 따라 다이옥신 공급원의 일부를 형성하는 염화수소가 형성되지 않아서 배출되는 가스 및 잔류물을 무해하게 하는 예상밖의 결과가 나타났음을 알 수 있다. 수산화리튬(LiOH), 수산화루비듐(RbOH), 및 수산화세슘(CsOH)과 같은 다른 알칼리금속 수산화물 중 1 종 이상이 염소 제거제로 사용되는 경우에도 동일한 결과가 얻어질 수 있는 것으로 이해된다.

즉 본 태양에서, 알칼리금속 수산화물, 즉 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화리튬(LiOH), 수산화루비듐(RbOH) 및(또는) 수산화세슘(CsOH) 중 1 종 이상이 염소 제거제로 사용되는 것으로 이해된다.

이해되는 바와 같이, 상기 화학 반응에 따른 반응이 수행되는 가열 공정에서 NaCl 및 KCl이 형성된다. NaCl 및 KCl은 무해한 염화물이고, 물 등으로 헹굼 또는 용해 처리시 효과적으로 제거될 수 있다. 헹굼 처리후, 고체상 잔류 재료 또는 탄화 재료가 조에 잔류하고 재사용될 수 있다. 따라서, 잔류 재료는 임의의 분리 방법에 의해 특성이 다른 각 재료로 분리될 수 있다. 분리된 각 재료는 연료 등으로 사용할 수 있도록 건조되고 덩어리화된다. 또한, 상기 헹굼 처리에 사용되는 액체(예를 들면, 물)는 유해 물질을 거의 함유하지 않아서 강 및 바다로 그대로 배출될 수 있다.

보다 상세하게는, 조로부터 배출된 잔류물은 무해한 염화나트륨(NaCl) 및 염화칼륨(KCl)을 함유한다. 탄화 재료를 추출하기 위해서, 잔류물을 물을 함유한 수조에 투입하고, 소정의 시간 동안 교반하여 염화나트륨 및 염화칼륨을 용해한다. 이어서, 수조 내의 고체상 재료를 수조로부터 꺼내어 원심 탈수 처리하여 고체상 재료로부터 물을 분리한다. 이와 같이 탈수된 고체상 재료를 건조하고 덩어리화시킨다. 수조에 잔류하는 물 및 분리된 물을 별개의 배수 및 처리 수단을 통해 배수한다. 덩어리상 고체 물질 내의 탄소물은 연료로 사용될 수 있는 한편, 덩어리상 고체 물질 내의 무기물은 유리 및 시멘트용 재료로 사용될 수 있는 것으로 생각된다. 또한, 상기한 바와 같이 잔류물은 임의의 분리 방법에 의해 특성이 상이한 각 재료로 분리될 수 있고, 이 때 분리된 각 재료는 연료 등으로 효과적으로 사용되도록 건조되고 덩어리화된다.

이어서, 본 발명에 따른 유해 성분 또는 염소 제거 방법의 제 3태양에 대해 논의하고자 한다. 본 태양은 염화폴리비닐, 염화폴리비닐리덴, 염소를 함유하는 합성 수지, 염소를 함유하는 고무 등의 염소 제거 방법에 특히 적용될 수 있다. 본 태양에서, 유해 성분, 염소 제거제는 알칼리금속 중탄산염 및(또는) 알칼리금속 탄산염, 즉 중탄산나트륨, 탄산나트륨, 세스퀴탄산나트륨 및 천연 소다 중 1종 이상을 함유한다. 또한, 본 태양에서 염화폴리비닐 및 염화폴리비닐리덴이 처리성 재료로 사용된다.

일례로서, 중탄산나트륨(NaHCO₃)을 염소 제거제로 사용하는데, 이 때 중탄산나트륨을 처리성 재료와 혼합하고 가열하여, 가열시에 처리성 재료로부터 생성되는 가스에 함유된 염소-함유 화합물의 주성분인 염화수소(HCl)와의 하기 반응이 수행된다.

NaHCO₃+ HCl → NaCl + H₂O + CO₂

본 반응에 따르면, Na 및 CO 성분이 반응계에 존재하는 경우, 염소는 Na와 반응하여 처리성 재료의 가열시 생성되는 잔류물의 일부인 NaCl이 형성되고, 부가적으로 물(H₂O) 및 가스(CO₂)가 형성된다. 결과적으로, 염소-함유 가스가 생성되지 않고 노로부터 배출되지 않아서, 배출되는 가스 및 잔류물은 무해하게 되는 것을 알 수 있다. 염소-함유 화합물 또는 가스가 인체에 유독성인 다이옥신의 생성원이 되는 것으로 이해된다.

본 태양에 따라, 가열시 염소-함유 가스를 생성하는 염소-함유 물질을 함유하는 처리성 재료에 열처리를 가할 때, 염소 제거제로 알칼리금속 탄산염 및(또는) 알칼리금속 중탄산염을 처리성 재료에 첨가하고 혼합하여 혼합물을 형성한다. 이 혼합물을 저산소농도 대기 중에서 가열하여, 염소-함유 물질이 소정의 온도에서 열분해되어 유해한 염소-함유 가스를 생성한다. 이와 같은 염소-함유 가스는 염소 제거제와 즉시 반응하여 무해한 염화물을 형성한다.

이후에, 실시예(본 태양에 따름) 및 비교예(본 발명의 범위에 속하지 않음) 사이의 실험 결과를 비교하면서, 본 발명에 따른 염소 제거 방법을 수행하는 실험을 논의하고자 한다.

본 실험의 염소 제거 방법은 처리성 재료로 다량의 염소 성분을 함유하는 염화폴리비닐 및 염화폴리비닐리덴을 사용하여 수행하였다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 3-1에서는 4 g의 처리성 재료(염화폴리비닐)에 20 g의 염소 제거제(중탄산나트륨)를 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 실시예 3-2에서는 4 g의 처리성 재료(염화폴리비닐리덴)에 20 g의 염소 제거제(중탄산나트륨)를 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 비교예 3-1에서는 4 g의 처리성 재료(염화폴리비닐리덴)에 염소 제거제를 첨가하지 않았다. 비교예 3-2에서는 본 발명의 범위에 속하지 않는 염소 제거제(탄산칼슘) 20 g을 4 g의 처리성 재료(염화폴리비닐리덴)에 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 비교예 3-3에서는, 본 발명의 범위에 속하지 않는 염소 제거제(소석회) 20 g을 4 g의 처리성 재료(염화폴리비닐리덴)에 첨가하여 가열될 혼합물을 생성하였다. 모든 실시예 및 비교예에서 염소 제거제는 평균 입도가 100 μm인 분말 형태였다.

비교예 3-1를 제외한 각 실시예 또는 비교예의 실험에서, 4 g의 처리성 재료를 조 또는 노에 투입하고, 이어서 20 g의 염소 제거제를 조 내의 처리성 재료에 첨가하고 혼합하여 상기 혼합물을 형성하였다. 이어서, 외부 공기 또는 대기로부터 조 내부가 단리되어 가열시 혼합물이 건류 처리되도록 조를 단단히 밀봉하였다. 이와 같이 밀봉된 조를 가열 코일로 250 ℃, 300 ℃, 350 ℃, 400 ℃, 450 ℃, 500 ℃, 550 ℃, 600 ℃의 8종의 가열 온도에서 단계식으로 가열하였다. 이와 같은 가열 방법에서, 8 단계의 각 온도를 5 분 동안 유지하고, 각 온도 상승 시간(하나의온도 단계에서 다음 온도 단계로 온도가 상승하는 시간) 및 각 온도 유지 시간(각 온도 단계의 온도가 유지되는 시간)에서의 조 내의 염화수소 가스 농도를 측정하였다. 표 5에서, 온도 상승 시간을 "상승 시간"으로 나타내고, 온도 유지 시간을 "유지 시간"으로 나타낸다. 조는 가열시 조에서 생성되는 가스 및 압력이 조로부터 배출되는 가스 배출관을 구비하고 있다. JIS(일본 공업 표준)-K0804에 따라 염화수소 가스 농도의 측정을 위해 가스 배출관에 삽입된 검출기 튜브를 사용하여 염화수소 가스 농도를 측정하였다. 염화수소 가스 농도 측정 결과를 표 5에 나타내었다. 상기 실험을 10회 반복하여, 각 실시예 및 비교예에 대한 수소 가스 농도의 10개의 실제 측정치를 얻었고, 여기서 각 실시예에 대한 측정치(표 5에 나타냄)는 측정치 중에서 최고치를 나타내며, 각 비교예에 대한 측정치(표 5에 나타냄)는 측정치 중에서 최저치를 나타낸다. 또한, 표 5에서 "ND"라는 표현은 10개의 실제 측정치를 얻기 위한 10회의 염화수소 가스 측정 중 어디에서도 염화수소 가스가 검출되지 않았음을 나타낸다. 또한, 염소 제거제의 후처리 방법은 표 5의 "염소 제거제에 대한 후처리"에서 상세히 나타내었다.

상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 염소 제거제로 작용하는 알칼리금속 수산화물은 알칼리금속이 염소와 반응하여 알칼리금속의 염화물을 형성하는 반응에 의해, 유해한 염소-함유 가스를 무해한 염화물로 효과적으로 전환시킬 수 있음이 명백해졌다. 처리성 재료로서 다량의 염소 성분을 함유하는 염화폴리비닐리덴이 사용된 예비 시험(비교예 3-1)을 수행하였다. 이 시험의 결과, 표 5의 비교예 3-1의 종렬에 나타난 바와 같이 다량의 염화수소가 생성된 것이 확인되었다.

이어서, 종래의 염소 제거제인 소석회 및 탄산칼슘이 각각 사용된 비교 시험(비교예 1-2 및 1-3)을 수행하였다. 결과적으로, 염화수소의 생성은 어느 정도 억제될 수 있었지만, 종래의 염소 제거제에 의한 이와 같은 억제 효과는 충분하지 않아서 추가의 개선 사항이 요구되는 것으로 확인되었다.

시험(실시예 3-1 및 3-2)의 결과로부터, 염화수소의 생성이 임의의 온도 범위에서 일반적으로 완전히 억제될 수 있고, 염소 제거제로 중탄산나트륨은 매우 우수한 것으로 밝혀졌다.

따라서, 상기 논의로부터 알칼리금속(염화물과 반응할 수 있는 것)을 함유하는 중탄산염 및(또는) 탄산염이 처리성 재료에 첨가되어 열처리될 혼합물을 형성하는 경우, 처리성 재료로부터 생성되는 가스 염소-함유 가스는 효과적으로 탈염소화되어 무해하게 되는 것이 명백해진다.

이후에, 표 5에 나타난 상기 실험 결과에 기초하여 논의하고자 한다.

먼저, 비교예 3-1에 나타난 바와 같이, 다량의 염소 성분을 함유하는 처리성 재료로 염화폴리비닐리덴이 사용되고 염소 제거제가 사용되지 않는 경우에는, 열처리 또는 가열 공정 시에 넓은 온도 범위에서 다량의 염화수소가 생성되었다. 처리성 재료에 염소 제거제로 각각 탄산칼슘 및 소석회가 첨가된 비교예 3-2 및 3-3은 비교예 3-1과 비교해서 염화수소 가스의 생성이 어느 정도 억제될 수 있었다. 그러나, 염화수소에 대한 이와 같은 억제는 불충분한 것으로 확인되었다.

대조적으로, 처리성 재료에 염소 제거제로 중탄산나트륨이 첨가되는 실시예 3-2에서는, 가열 공정의 전체 온도 범위에서 염화수소의 생성이 검출되지 않았고,이 사실은 염화물 제거제로 중탄산나트륨이 매우 우수한 것을 나타내었다. 기타 처리성 재료(염화폴리비닐)에 염소 제거제로 중탄산나트륨이 첨가되는 실시예 3-1에서도 염화수소의 생성이 가열 공정의 전체 온도 범위에서 완전히 억제될 수 있었다.

결과적으로, 열처리 또는 가열 공정에서 염화폴리비닐을 함유한 처리성 재료에 알칼리금속(염화물과 반응할 수 있는 것)을 함유하는 중탄산염 및(또는) 탄산염을 첨가함으로써 처리성 재료로부터 생성되는 염소-함유 가스의 탈염소화를 효과적으로 수행하여 염소-함유 가스가 무해해지도록 할 수 있음이 확인되었다. 600 ℃를 초과하는 보다 높은 온도 조건에서 처리성 재료를 가열하여 상기와 유사한 실험을 수행하여 상기와 유사한 실험 결과를 나타내었음에 주목하여야 한다. 온도가 1000 ℃를 초과하는 경우, 본 발명의 염소 제거 반응을 수행하기 위한 설비는 보다 클 필요가 있다는 사실에 근거하여 처리성 재료 및 염소 제거제 혼합물의 가열 온도는 바람직하게는 1000 ℃ 이하의 범위이다.

중탄산나트륨, 탄산나트륨 또는 세스퀴탄산나트륨이 처리성 재료(염화폴리비닐 또는 염화폴리비닐리덴)로부터 생성된 염화수소와 반응하는 경우, 제1 태양과 동일한 반응이 행해져서 무해한 염화나트륨, 물 및 이산화탄소를 형성하는 것으로 이해된다.

상기 실험에서, 가열 공정의 완료 후 잔류물이 조 내에 잔류하였다. 이 잔류물을 검사한 결과, 잔류물이 유해 염소-함유 가스 성분을 함유하지 않고 무해한 염화물 또는 염화나트륨을 함유하는 것으로 검출되었다. 잔류물을 물에 투입하고10분 동안 교반하면 염화나트륨은 물에 용해되는 반면, 탄화 재료는 잔류하였다. 탄화 재료도 또한 염소-함유 가스 성분을 함유하지 않은 것으로 검출되었다.

따라서, 처리성 재료 내의 염소-함유 화합물 및 염소 성분은 염화나트륨(NaCl), 물(H₂O) 및 이산화탄소 가스(CO₂)로 전환될 수 있고, 그에 따라 다이옥신 공급원의 일부를 형성하는 염화수소가 형성되지 않아서 배출되는 가스 및 잔류물을 무해하게 하는 예상밖의 결과가 나타났음을 알 수 있다.

본 태양에서, 탄산나트륨, 중탄산나트륨 및(또는) 세스퀴탄산나트륨, 천연 소다가 염소 제거제로 사용되는 것으로 이해된다. 탄산나트륨은 일수화물 화합물 및 십수화물을 형성할 수 있고 소다로 알려져 있다. 세스퀴탄산나트륨은 천연적으로 트로나로 존재한다. 이해되는 바와 같이, 상기 화학 반응에 따른 반응이 수행되는 가열 공정에서 NaCl이 형성된다. NaCl은 무해한 염화물이고, 물 등으로 헹굼 또는 용해 처리시 효과적으로 제거될 수 있다. 헹굼 처리후, 고체상 잔류 재료 또는 탄화 재료가 조에 잔류하고 재사용될 수 있다. 따라서, 잔류 재료는 임의의 분리 방법에 의해 특성이 다른 각 재료로 분리될 수 있다. 분리된 각 재료는 연료 등으로 사용할 수 있도록 건조되고 덩어리화된다. 또한, 상기 헹굼 처리에 사용되는 액체(예를 들면, 물)은 유해 물질을 거의 함유하지 않아서 강 및 바다로 그대로 배출될 수 있다.

이어서, 본 발명에 따른 유해 성분 또는 염소 제거 방법의 제 4태양에 대해 논의하고자 한다. 본 태양에서, 유해 성분 또는 염소 제거제는 알칼리금속 중탄산염 및(또는) 알칼리금속 탄산염, 즉 중탄산칼륨(KHCO₃) 및 탄산칼륨(K₂CO₃) 중 1종 이상을 함유하고, 염화폴리비닐, 염화폴리비닐리덴, 염소를 함유하는 합성 수지, 염소를 함유하는 고무 등의 처리성 재료에 대한 염소 제거 방법에 사용될 수 있다.

일례로서, 중탄산칼륨(KHCO₃)을 염소 제거제로 사용하는데, 중탄산칼륨을 처리성 재료와 혼합하고 가열하여, 가열시에 처리성 재료로부터 생성되는 가스에 함유된 염소-함유 화합물의 주성분인 염화수소(HCl)와의 하기 반응이 수행된다.

KHCO₃+ HCl → KCl + H₂O + CO₂

상기 반응에 따르면, Na 및 CO 성분이 반응계에 존재하는 경우, 염소는 Na와 반응하여 처리성 재료의 가열시 생성되는 잔류물의 일부인 NaCl이 형성되고, 부가적으로 물(H₂O) 및 가스(CO₂)가 형성된다. 결과적으로, 염소-함유 가스가 생성되지 않고 노로부터 배출되지 않아서, 배출되는 가스 및 잔류물은 무해하게 되는 것을 알 수 있다. 염소-함유 화합물 또는 가스가 인체에 유독성인 다이옥신의 생성원이 되는 것으로 이해된다.

본 태양에 따라, 가열시 염소-함유 가스를 생성하는 염소-함유 물질을 함유하는 처리성 재료에 열처리를 가할 때, 염소 제거제로 알칼리금속 탄산염 및(또는) 알칼리금속 중탄산염을 처리성 재료에 첨가하고 혼합하여 혼합물을 형성한다. 이 혼합물을 저산소농도 대기 중에서 가열하여, 염소-함유 물질이 소정의 온도에서 열분해되어 유해한 염소-함유 가스를 생성한다. 이와 같은 염소-함유 가스는 염소 제거제와 즉시 반응하여 무해한 염화물을 형성한다.

이후에, 실시예(본 태양에 따름) 및 비교예(본 발명의 범위에 속하지 않음) 사이의 실험 결과를 비교하면서, 본 태양에 따른 염소 제거 방법을 수행하는 실험을 논의하고자 한다.

본 태양의 염소 제거 방법은 처리성 재료로 다량의 염소 성분을 함유하는 염화폴리비닐리덴 또는 모조(표준) 쓰레기를 사용하여 수행하였다. 이 모조 쓰레기는 제1 태양의 실험에서 사용된 것과 동일하였다. 표 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 4-1에서는 4 g의 처리성 재료(염화폴리비닐리덴)에 10 g의 염소 제거제(분쇄된 중탄산칼륨)을 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 실시예 4-2에서는 4 g의 처리성 재료(모조 쓰레기)에 10 g의 염소 제거제(분쇄된 중탄산칼륨)을 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 비교예 4-1에서는 4 g의 처리성 재료(염화폴리비닐리덴)에 염소 제거제를 첨가하지 않았다. 비교예 4-2에서는 본 발명의 범위에 속하지 않는 염소 제거제(소석회) 20 g을 4 g의 처리성 재료에 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 비교예 4-3에서는, 본 발명의 범위에 속하지 않는 염소 제거제(탄산칼슘) 20 g을 4 g의 처리성 재료(염화폴리비닐리덴)에 첨가하여 가열될 혼합물을 생성하였다. 모든 실시예 및 비교예에서 염소 제거제는 평균 입도가 100 μm인 분말 형태였다.

상세하게는, 비교예 4-1을 제외한 각 실시예 또는 비교예의 실험에서, 소정량의 처리성 재료를 조 또는 노에 첨가하고, 이어서 20 g의 염소 제거제를 조 내의 처리성 재료에 첨가하고 혼합하여 상기 혼합물을 형성하였다. 이어서, 외부 공기 또는 대기로부터 조 내부가 단리되어 가열시 혼합물이 건류 처리되도록 조를 단단히 밀봉하였다. 이와 같이 밀봉된 조를 가열 코일로 250 ℃, 300 ℃, 350 ℃, 400 ℃, 450 ℃, 500 ℃, 550 ℃, 600 ℃의 8종의 가열 온도에서 단계식으로 가열하였다. 이와 같은 가열 방법에서, 8 단계의 각 온도를 5 분 동안 유지하고, 각 온도 상승 시간(하나의 온도 단계에서 다음 온도 단계로 온도가 상승하는 시간) 및 각 온도 유지 시간(각 온도 단계의 온도가 유지되는 시간)에서의 조 내의 염화수소 가스 농도를 측정하였다. 표 6에서, 온도 상승 시간을 "상승 시간"으로 나타내고, 온도 유지 시간을 "유지 시간"으로 나타낸다. 조는 가열시 조에서 생성되는 가스 및 압력이 조로부터 배출되는 가스 배출관을 구비하였다. JIS(일본 공업 표준)-K0804에 따라 염화수소 가스 농도의 측정을 위해 가스 배출관에 삽입된 검출기 튜브를 사용하여 염화수소 가스 농도를 측정하였다. 염화수소 가스 농도 측정 결과를 표 6에 나타내었다. 상기 실험을 10회 반복하여, 각 실시예 및 비교예에 대한 염화수소 가스 농도의 10개의 실제 측정치를 얻었고, 여기서 각 실시예에 대한 측정치(표 6에 나타냄)는 측정치 중에서 최고치를 나타내며, 각 비교예에 대한 측정치(표 6에 나타냄)는 측정치 중에서 최저치를 나타낸다. 또한, 표 6에서 "ND"라는 표현은 10개의 실제 측정치를 얻기 위한 10회의 염화수소 가스 측정 중 어디에서도 염화수소 가스가 검출되지 않았음을 나타낸다. 또한, 염소 제거제의 후처리 방법은 표 6의 "염소 제거제에 대한 후처리"에서 상세히 나타내었다.

상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 염소 제거제로 작용하는 알칼리금속을 함유하는 중탄산염 또는 탄산염은 알칼리금속이 염소와 반응하여 알칼리금속의 염화물을 형성하는 반응에 의해, 유해한 염소-함유 가스를 무해한 염화물로 효과적으로전환시킬 수 있음이 명백해졌다. 처리성 재료로서 다량의 염소 성분을 함유하는 염화폴리비닐리덴이 사용된 예비 시험(비교예 4-1)을 수행하였다. 이 시험의 결과, 표 6의 비교예 4-1의 종렬에 나타난 바와 같이 다량의 염화수소가 생성된 것이 확인되었다.

이어서, 종래의 염소 제거제인 소석회 및 탄산칼슘이 각각 사용된 비교 시험(비교예 4-2 및 4-3)을 수행하였다. 결과적으로, 염화수소의 생성이 어느 정도 억제될 수 있었지만, 종래의 염소 제거제에 의한 이와 같은 억제 효과는 충분하지 않아서 추가의 개선 사항이 요구되는 것으로 확인되었다.

상기의 관점에서, 각종 연구 및 고찰 결과, 본 발명자들은 염소 제거제로 중탄산칼륨 및 탄산칼륨에 주목하게 되었고 본 실험에서 중탄산칼륨을 선택하여 시험을 수행하였다(실시예 4-1 내지 4-2). 시험 결과, 염화수소의 생성이 임의의 온도 범위에서 일반적으로 완전히 억제되고 중탄산나트륨은 염소 제거제로 매우 우수한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 상기의 결과로부터 중탄산칼륨 및(또는) 탄산칼륨(염화물과 반응할 수 있는 것)이 처리성 재료에 첨가되어 열처리될 혼합물을 형성하는 경우, 처리성 재료로부터 생성되는 염소-함유 가스는 효과적으로 탈염소화되어 무해하게 되는 것이 명백해진다.

이후에, 표 6에 나타난 상기 실험 결과에 기초하여 논의하고자 한다.

먼저, 비교예 4-1에 나타난 바와 같이, 다량의 염소 성분을 함유하는 처리성 재료로 염화폴리비닐리덴이 사용되고 염소 제거제가 사용되지 않는 경우에는, 열처리 또는 가열 공정 시에 넓은 온도 범위에서 다량의 염화수소가 생성되었다. 처리성 재료에 염소 제거제로 각각 소석회 및 탄산칼슘이 첨가된 비교예 4-2 및 4-3은 비교예 4-1과 비교해서 염화수소 가스의 생성이 어느 정도 억제될 수 있었다. 그러나, 염화수소에 대한 이와 같은 억제는 불충분한 것으로 확인되었다.

대조적으로, 처리성 재료에 염소 제거제로 중탄산칼륨이 첨가되는 실시예 4-1에서는 가열 공정의 전체 온도 범위에서 염화수소의 생성이 관찰되지 않았고, 이 사실은 염화물 제거제로 중탄산칼륨이 매우 우수한 것을 나타내었다. 또한, 처리성 재료(모조 쓰레기)에 염소 제거제로 중탄산칼륨이 첨가되는 실시예 4-2에서는 소량의 염화수소 생성이 관찰되었으나, 가열 공정의 전체 온도 범위에서 염화수소의 생성이 실질적으로 검출되지 않았다.

상기 실험에서, 처리성 재료로부터 염화수소(HCl)가 생성되는 온도 미만의 온도에서 중탄산칼륨(KHCO₃)의 분해로 CO₃가 분리되어서, 다음과 같이, 잔류 KH는 생성된 HCl과 순조롭게 반응하였다.

KH + CO₃+ HCl → KCl + H₂O + CO₂

따라서, HCl 및 KH는 서로 순조롭게 반응하여 무해한 염화물(KCl)을 형성한다.

대조적으로, 탄산칼슘(CaCO₃) 또는 소석회(Ca(OH)₂)의 경우에는, 무해한 염화물(CaCl)이 상기와 유사하게 형성되리라 예상되었으나, 그 반응은 상기와 같이 칼륨을 함유한 염소 제거제와 비교하여 순조롭지 않았다.

결과적으로, 열처리 또는 가열 공정에서 처리성 재료에 중탄산칼륨 및(또는)탄산칼륨(염화물과 반응할 수 있는 것)을 첨가함으로써 처리성 재료로부터 생성되는 염소-함유 가스의 탈염소화를 효과적으로 수행하여 염소-함유 가스가 무해해지도록 할 수 있음이 확인되었다. 600 ℃를 초과하는 보다 높은 온도 조건에서 처리성 재료를 가열하여 상기와 유사한 실험을 수행하여 상기와 유사한 실험 결과를 나타내었음에 주목하여야 한다. 온도가 1000 ℃를 초과하는 경우, 본 발명의 염소 제거 반응을 수행하기 위한 설비가 보다 클 필요가 있다는 사실에 근거하여 처리성 재료 및 염소 제거제 혼합물의 가열 온도는 바람직하게는 1000 ℃ 이하의 범위이다.

본 태양의 염소 제거 반응에서 수행되는 반응에 대해 논의하고자 한다. 중탄산칼륨(KHCO₃)이 염소 제거제로 사용되는 경우, 중탄산칼륨 및 염화수소(HCl) 사이에서 다음 반응이 행해진다.

KHCO₃+ HCl → KCl + H₂O + CO₂

따라서, 중탄산칼륨은 염화수소와 반응하여 무해한 염화칼륨 및 이산화탄소 가스를 형성한다.

염소 제거제로 탄산칼륨(K₂CO₃)을 사용하는 경우, 탄산칼륨과 염화수소 사이에서 하기 반응이 행해진다.

K₂CO₃+ 2HCl → 2KCl + H₂O + CO₂

따라서, 탄산칼륨은 염화수소와 반응하여 무해한 염화칼륨, 물 및 이산화탄소 가스를 형성한다.

상기 실험에서, 가열 공정의 완료 후 잔류물이 조 내에 잔류하였다. 이 잔류물을 검사한 결과, 잔류물은 유해한 염소-함유 가스 성분을 포함하지 않고 무해한 염화물 또는 염화칼륨을 포함하는 것으로 검출되었다. 잔류물을 물에 투입하고 10분 동안 교반하면, 염화칼륨은 물에 용해되는 반면, 탄화 재료는 잔류하였다. 탄화 재료도 또한 염소-함유 가스 성분을 함유하지 않은 것으로 검출되었다. 따라서, 처리성 재료 내의 염소-함유 화합물 및 염소 성분은 염화칼륨(KCl), 물(H₂O) 및 이산화탄소 가스(CO₂)로 전환될 수 있고, 그에 따라 다이옥신 공급원의 일부를 형성하는 염화수소가 형성되지 않아서 배출되는 가스 및 잔류물을 무해하게 하는 예상밖의 결과가 나타났음을 알 수 있다. 본 태양에서, 중탄산칼륨 및(또는) 탄산칼륨과 같은 알칼리금속 중탄산염 및(또는) 알칼리금속 탄산염이 염소 제거제로 사용되는 것으로 이해된다.

이해되는 바와 같이, 상기 화학 반응에 따른 반응이 수행되는 가열 공정에서 KCl이 형성된다. KCl은 무해한 염화물이고, 물 등으로 헹굼 또는 용해 처리시 효과적으로 제거될 수 있다. 헹굼 처리후, 고체상 잔류 재료 또는 탄화 재료가 조에 잔류하고 재사용될 수 있다. 따라서, 잔류 재료는 임의의 분리 방법에 의해 특성이 다른 각 재료로 분리될 수 있다. 분리된 각 재료는 연료 등으로 사용할 수 있도록 건조되고 덩어리화된다. 또한, 상기 헹굼 처리에 사용되는 액체(예를 들면, 물)는 유해 물질을 거의 함유하지 않아서 강 및 바다로 그대로 배출될 수 있다. 보다 상세하게는, 조로부터 배출된 잔류물은 무해한 염화물 또는 염화칼륨(KCl)을함유한다. 탄화 재료를 추출하기 위해서, 잔류물을 물을 함유한 수조에 투입하고, 소정의 시간 동안 교반하여 염화칼륨을 용해한다. 이어서, 수조 내의 고체상 재료를 수조로부터 꺼내어 원심 탈수 처리하여 고체상 재료로부터 물을 분리한다. 이와 같이 탈수된 고체상 재료를 건조하고 덩어리화시킨다. 수조에 잔류하는 물 및 분리된 물을 별개의 배수 및 처리 수단을 통해 배수한다. 덩어리화된 고상물 내의 탄소물은 연료로 사용될 수 있는 한편, 경화물 내의 무기물은 유리 및 시멘트용 재료로 사용될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이 잔류물은 임의의 분리 방법에 의해 특성이 상이한 각 재료로 분리될 수 있고, 이 때 분리된 각 재료는 연료 등으로 효과적으로 사용되도록 건조되고 덩어리화된다.

이어서, 본 발명에 따른 유해 성분 또는 염소 제거 방법의 제 5태양에 대해 논의하고자 한다. 이와 같은 유해 성분 제거 방법은 유해 성분(예를 들면 염소 및(또는) 황)을 함유하는 처리성 재료(예를 들면 도시 폐기물 또는 쓰레기, 또는 산업 폐기물)로부터 유해 성분(예를 들면 염소 및(또는) 황)을 제거하기 위한 것이다. 처리성 재료는 염화폴리비닐, 염화폴리비닐리덴, 염소를 함유하는 합성 수지, 염소를 함유하는 고무, 소위 강판 분진(종이 강판에 의해 형성되는 분진 또는 쓰레기), 염화폴리비닐 또는 염화폴리비닐리덴으로부터 형성된 물품, 폐타이어 및 발포된 폴리스티렌을 포함할 수 있다.

본 태양의 유해 성분 제거 방법은 (a) 알칼리금속 화합물을 함유하는 유해 성분(염소 및(또는) 황) 제거제와 처리성 재료를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 (b) 처리성 재료가 열분해되도록 혼합물을 가열하여 유해 성분(염소 및(또는) 황)-함유 물질을 생성하고, 유해 성분-함유 물질을 유해 성분 제거제와 접촉시키고 반응시켜 무해한 화합물을 형성하는 단계를 순차적으로 포함한다.

본 태양에서, 유해 성분 제거제는 알칼리금속 탄산염, 알칼리금속 중탄산염, 및 알칼리금속 수산화물 중 1종 이상, 즉 중탄산나트륨(NaHCO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 세스퀴탄산나트륨(Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O), 천연 소다(Na₂CO₃· NaHCO₃·2H₂O 함유), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 탄산칼륨(K₂CO₃), 중탄산칼륨(KHCO₃), 및 탄산나트륨칼륨(KNaCO₃·6H₂O) 중 1종 이상을 포함한다.

본 태양에서, 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 탄산나트륨, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 사용하여 다량의 염소 및 황을 함유하는 처리성 재료와 혼합하였다. 본 태양에 따르면, 가열시 염소-함유 가스 및 황-함유 가스(황을 함유한 가스)를 각각 생성하는 염소-함유 물질 및 황-함유 물질(황을 함유하는 물질)을 포함하는 처리성 재료에 가열처리를 가하기 전에, 염화물 제거제를 처리성 재료에 첨가하고 혼합하여 혼합물을 형성한다. 저산소농도 대기에서 이들 혼합물을 가열하여, 염소-함유 물질이 소정 온도에서 열분해되어 유해한 염소-함유 가스 및 황-함유 가스를 생성한다. 이와 같은 염소-함유 가스 및 황-함유 가스는 유해 성분 제거제와 즉시 반응하여 무해한 염화물(NaCl, KCl) 및 아황산염(Na₂SO₃, K₂SO₃)을 형성한다.

본 태양의 방법이 수행되는 염소 및 황 제거 시스템을 도시하는 도 1을 참조하여 본 태양을 논의하고자 한다.

염소 및 황 제거 시스템은 혼합물이 형성되도록 처리성 재료(예를 들면 분쇄된 폐기물 또는 쓰레기) 및 유해 성분 제거제(예를 들면 중탄산나트륨)을 혼합하기 위한 수단 또는 장치(1)를 포함한다. 열처리 노(2)는 원통형이고 회전가능하다. 혼합 장치(1)에 의해 형성된 혼합물을 노(2)에 공급한다. 혼합물은 혼합 장치(1) 이외의 다른 수단 또는 장치에 의해 형성될 수 있다. 열처리 노(2)는 교반 하에 혼합물을 전달하도록 적합화된 회전 전달 수단 또는 장치(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 노(2)에서, 처리성 재료 및 유해 성분 제거제의 혼합물이 저산소압 대기에서 가열되어 처리성 재료의 열분해가 이루어진다. 노(2)는 노(2)의 내용물을 가열하기 위한 가열 코일(3)을 구비하고 있다.

잔류물 처리 수단 또는 장치(4)가 구비되어 노(2) 내의 처리성 재료의 가열시 형성되는 잔류물(재)을 처리한다. 노(2)로부터 잔류물을 꺼내고 고체-액체 분리 처리하였다. 이와 같은 고체-액체 분리에서, 잔류물이 물과 같은 액체로 헹굼처리되고 형성된 염화물 및(또는) 아황산염이 분리 및 제거되고, 이어서 액체 배출부(4a)로부터 배출된다. 금속 및 탄화 재료와 같은 잔류 고체가 고체 배출부(4b)로부터 배출된다. 열처리노(2)로부터 배출되는 가스가 배출 가스 처리 수단 또는 장치(5) 내로 도입된다. 처리성 재료 중의 유해 성분이 유해 성분 제거제와의 작용으로 제거되므로 배출되는 가스가 무해하게 되는 것으로 이해된다. 배출 가스 처리 장치(5) 내에 도입된 배출되는 가스에 필요한 처리를 가한다. 이어서 가스 처리 장치(5)로부터 처리된 가스가, 가스를 회수하기 위한 가스 회수 수단 또는 장치(6)에 도입하거나 배출되는 가스의 2차 연소를 위한 2차 연소 수단 또는 장치(7)로 도입한다.

상기 유해 성분 제거 시스템을 이용하는 이와 같은 유해 성분 제거 방법에서, 유해 성분을 함유하는 처리성 재료 및 유해 성분 제거제(예를 들면 중탄산나트륨)는 혼합 장치(1)로 투입되어 서로 충분히 혼합된 후 열처리 노(2)로 투입된다. 처리성 재료는 투입 전에 분쇄되거나, 처리성 재료 및 유해 성분 제거제 사이의 혼합과 동시에 분쇄된다. 유해 성분 제거제의 양은 처리성 재료에 대해 5 내지 30 중량% 범위이다. 열처리 노(2) 내의 혼합물의 열처리 또는 가열은 처리성 재료로부터의 HCl 가스 및 SO_x가스의 생성을 위한 온도 및 시간을 포함하는 온도 및 시간 범위 내에서 수행되며, 온도(예를 들면 600 ℃) 및 시간(예를 들면 1시간)은 예비 조사를 통해 결정되었다. 이와 같은 온도 및 시간은 열처리 노의 조건(예를 들면 크기 및 가열 코일), 처리성 재료의 처리량, 처리성 재료의 열처리에 대한 처리 시간, 처리성 재료의 열처리에 대한 처리 온도와 관련된다. 따라서, 상기 온도 및 시간은 충분한 조사를 통해 미리 결정되고 온도 및 시간에 대한 데이터를 모을 필요가 있다.

본 방법에서의 열처리는 처리성 재료의 건류(또는 열분해)를 수행하기 위한 가열 조건하에서 수행되므로 처리성 재료의 연소 또는 소각을 수행하기 위한 다른 가열 조건하에서는 수행되지 않는다. 이와 같은 열처리시에, 유해한 HCl가스 및 SO_x가스는 접촉시에 효과적으로 서로 반응할 수 있어서, 유해한 HCl 가스 및 SO_x는 각각 무해한 염화물 및 아황산염으로 전환된다.

이와 같은 가열 조건을 유지하기 위해, 열처리 노 내의 전체 반응 대기 또는 환경은 필요한 조건을 충족시키며 안정화될 수 있다. 예를 들면, 열처리노의 내부에 안정한 저산소농도 대기가 형성된다. 즉, 가열 또는 열처리 중 처리성 재료 주위에만 외부 공기를 공급할 필요가 있다. 외부 공기가 처리성 재료 주위로 공급되는 경우, 반응을 안정화시키는 처리성 재료의 연소가 개시될 가능성이 있다. 다른 방법으로는, 처리성 재료의 비연소 상태가 유지되는 상태에서 외부 공기가 분쇄된 처리성 재료 전체에 도달하는 식으로 외부 공기를 열처리 노에 공급하는 경우에도 가열 조건이 유지될 수 있는 것으로 실험적으로 확인되었다.

노에서의 열처리 시에, HCl 가스 및 SO_x가스를 함유한 분해 가스가 생성되어, HCl 및 SO_x성분이 즉시 유해 성분 제거제 또는 중탄산나트륨과 반응하여 무해한 염화물(예를 들면 NaCl) 및 아황산염(Na₂SO₃)을 형성하여 분해 가스로부터 유해한 HCl 및 SO_x가 제거된다. 처리성 재료의 열처리 시에 형성된 잔류물은 유해한 HCl 및 SO_x를 포함하지 않는다. 따라서, 분해 가스 및 잔류물이 동시에 무해하게 될 수 있다.

잔류물을 잔류물 처리 장치(4)로부터 꺼내어 물 또는 용액으로 헹구어, 고체상 잔류 재료로부터 유리되도록 하여 염화물 및 아황산염을 잔류물로부터 분리하였다. 고체상 잔류 재료는 효과적으로 재사용 가능한 유용한 금속을 함유한다.

이후에, 실시예(본 태양에 따름) 및 비교예(본 발명의 범위에 속하지 않음)의 실험 결과를 비교하면서, 본 발명에 따른 유해 성분 제거 방법을 수행하기 위한 실험을 논의하고자 한다. 본 실험으로부터 본 태양의 유해 성분 제거제가 효과적으로 HCl 가스 및 SO_x가스와 반응하여 무해한 배출 가스 및 잔류물을 형성하는 것으로 밝혀졌다.

본 실험에서, 본 태양의 유해 성분 제거 방법은 처리성 재료인 쓰레기로부터 얻어진 연료(이하 "RDF"로 칭함)를 사용하여 수행되었다. RDF는 폐기물 또는 쓰레기로부터 형성되었고, 육류, 어류, 골류, 달걀껍질, 채소, 과일 등을 포함하는 음식 찌꺼기; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리비닐리덴 염화물 등을 포함하는 플라스틱 폐기물; 티슈지, 광고지, 종이 가방, 종이 상자 및 음료용 포장지 등을 포함하는 종이; 및 직물, 목재 단편, 고무, 가죽 등과 같은 섬유 물질을 포함하는 가소체와 같은 성분을 포함한다.

분석 결과, 본 실험에 사용된 RDF는 60.173 중량%의 탄소(C), 16.277 중량%의 산소(O), 10.745 중량%의 규소(Si), 7.045 중량%의 칼슘(Ca), 3.314 중량%의 알루미늄(Al), 0.888 중량%의 마그네슘(Mg), 0.505 중량%의 인(P), 0.466 중량%의 염소(Cl), 0.331 중량%의 황(S), 및 0.155 중량%의 칼륨(K), 0.101 중량%의 나트륨(Na)을 포함하는 것으로 확인되었다.

본 실험과 연관된 실험(실시예)은 처리성 재료로서 RDF(열처리 또는 소각 처리되지 않음)를 사용하는 한편, 비교를 위한 실험(비교예)은 처리된 RDF(열 또는 소각 처리됨)를 사용한다. 참고로, 일반적으로 주 성분이 플라스틱인 RDF는 0.29내지 0.89 중량%의 염소 성분을 함유하고, 주 성분이 종이인 RDF는 0.2 중량%의 염소 성분을 함유한다. 또한, 일반적으로 처리된 RDF는 약 1.0 중량%의 황 성분을 함유한다.

실시예와 관련해서 표 7에 나타난 바와 같이, 실시예 5-1에서는 40 g의 처리성 재료(분쇄상 RDF)에 10 g의 염소 제거제(중탄산나트륨)를 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 실시예 5-2에서는 40 g의 처리성 재료(분쇄상 RDF)에 4 g의 염소 제거제(중탄산나트륨)를 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 실시예 5-3에서는 40 g의 처리성 재료(분쇄상 RDF)에 3 g의 염소 제거제(중탄산칼륨)을 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 실시예 5-4에서는 20 g의 처리성 재료(분쇄상 RDF)에 3 g의 염소 제거제(탄산나트륨 및 탄산칼륨)를 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 실시예 5-5에서는 20 g의 처리성 재료(분쇄상 RDF)에 3 g의 염소 제거제(수산화나트륨)를 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 실시예 5-6에서는 20 g의 처리성 재료(분쇄상 RDF)에 3 g의 염소 제거제(수산화칼륨)를 첨가하여 가열될 혼합물을 형성하였다. 실시예 5-7에서는 40 g의 처리성 재료(분쇄상이 아니라 덩어리상인 RDF)에 10 g의 염소 제거제(중탄산나트륨)를 첨가하여 가열할 혼합물을 형성하였다. 모든 실시예에서 염소 제거제는 평균 입도가 100 μm인 분말 형태였다.

유해 성분 제거제를 사용하지 않은 비교예에 있어서, 비교예 5-1에서는 처리성 재료로서 40 g의 처리된 분쇄상 RDF를 사용하였다. 비교예 5-2에서는 처리성 재료로 처리된 분쇄상 RDF 20 g을 사용하였다. 비교예 5-3에서는 처리성 재료로서처리된 미분쇄된 덩어리상의 RDF 20 g을 사용하였다.

각 실시예에 대한 실험은 하기와 같이 수행하였다. 소정량의 처리성 재료를 조 및 노에 투입하고, 이어서 20 g의 유해 성분 제거제를 조 내의 처리성 재료에 첨가하고 혼합하여, 상기 혼합물을 형성하였다. 각 비교예에 대한 실험에서, 소정량의 처리성 재료를 조 또는 노에 투입하였다. 이어서, 외부 공기 또는 대기로부터 조 내부가 단리되어, 가열시 혼합물 또는 처리성 재료만의 것이 건류 처리되도록 조를 단단히 밀봉하였다. 이와 같이 밀봉된 조를 가열 코일로 250 ℃, 300 ℃, 350 ℃, 400 ℃, 450 ℃, 500 ℃, 550 ℃, 600 ℃의 8종의 가열 온도에서 단계식으로 가열하였다. 이와 같은 가열 단계에서, 8 단계의 각 온도를 5 분 동안 유지하고, 각 온도 상승 시간(하나의 온도 단계에서 다음 온도 단계로 온도가 상승하는 시간) 및 각 온도 유지 시간(각 온도 단계의 온도가 유지되는 시간)에서의 조 내의 HCl 가스 및 SO₂가스 농도를 측정하였다. 표 7 및 8에서, 온도 상승 시간을 "상승 시간"으로 나타내고, 온도 유지 시간을 "유지 시간"으로 나타낸다. 조는 가열시 조에서 생성되는 가스 및 압력이 조로부터 배출되는 가스 배출관을 구비하고 있다. JIS(일본 공업 표준)-K0804에 따라 염화수소 가스 농도의 측정을 위해 가스 배출관에 삽입된 검출기 튜브를 사용하여 HCl 및 SO₂가스 농도를 측정하였다. HCl 및 SO₂가스 농도 측정 결과를 표 7 및 8에 나타내었다. 상기 실험을 10회 반복하여, 각 실시예 및 비교예에 대한 염화수소 및 SO₂가스 농도의 10개의 실제 측정치를 얻었고, 여기서 각 실시예에 대한 측정치(표 7에 나타냄)는 측정치 중에서 최고치를나타내며, 각 비교예에 대한 측정치(표 8에 나타냄)는 측정치 중에서 최저치를 나타낸다. 또한, 표 7 및 8에서 "ND"라는 표현은 10개의 실제 측정치를 얻기 위한 10회의 HCl 및 SO₂가스 측정 중 어디에서도 염화수소 가스가 검출되지 않았음을 나타낸다. 또한, 유해 성분 제거제의 후처리 방법은 표 7 및 8의 "염소 제거제에 대한 후처리"에서 상세히 나타내었다.

이후, 표 7 및 8을 참조하여 실험 결과를 논의하고자 한다.

염화수소 가스(HCl)의 경우:

(a) 처리성 재료가 분쇄된 경우, 실시예 5-4에서는 소량의 HCl 가스가 검출되었으나, 다른 실시예에서는 HCl 가스가 검출되지 않아서 HCl 가스 생성의 억제가 매우 효과적이었다. 이와 같은 HCl 가스 농도 억제 효과는 비교예 5-1 및 5-2에 비해서 매우 높았다.

(b) 처리성 재료가 분쇄되지 않고 덩어리 형태로 사용된 경우, 실시예 5-7의 350 내지 450 ℃의 온도 단계에서, 처리성 재료가 분쇄된 경우와 비교할 만한 소량의 HCl 가스가 검출되었으나, 실시예 5-7의 결과는 비교예의 결과에 비해서 상당히 우수한 것으로 확인되었다.

산화황 가스(SO₂)의 경우:

(a) 처리성 재료가 분쇄된 경우, 실시예 5-1 내지 5-6의 400 내지 450 ℃의 온도 단계에서는 소량의 SO₂가스가 검출되었으나, 전체적으로 유해 성분 제거제가 SO₂가스의 생성을 억제하기에 매우 효과적일 정도로 실시예의 결과는 매우 우수하였다. 이와 같은 SO₂가스 생성 억제 효과는 비교예 5-1 및 5-2에 비해 상당히 높았다.

(b) 처리성 재료가 분쇄되지 않고 덩어리 형태로 사용된 경우, 실시예 5-7의 350 내지 450 ℃의 온도 단계에서, 처리성 재료가 분쇄된 경우와 비교할 만한 소량의 SO₂가스가 검출되었으나, 실시예 5-7의 결과는 비교예 5-3의 결과에 비해서 상당히 우수한 것으로 확인되었다.

상기 실험 결과 및 고찰의 결과, HCl 및 SO_x와 효과적으로 반응하여 무해한 염화물 및 아황산염을 형성하는 알칼리금속을 함유한 유해 성분 제거제를 사용하면 HCl 및 SO_x가 일반적으로 완전히 무해하게 되는 것으로 확인되었다. 따라서, 상기 결과로부터 처리성 재료에 유해 성분 제거제가 첨가되어 열처리될 혼합물을 형성하는 경우, 처리성 재료로부터 생성된 염소-함유 가스 및 황-함유 가스가 효과적으로 무해하게 되는 것을 알 수 있다.

주목할 점은 600 ℃를 초과하는 보다 높은 온도 조건에서 상기와 유사한 실험을 수행하는 경우, 상기와 유사한 실험 결과를 나타낸다는 점이다. 열처리를 수행하기 위한 설비의 형태, 열처리 시간, 처리성 재료의 양 등에 따라 처리성 재료 및 염소 제거제의 혼합물을 가열하기 위한 온도가 설정될 수 있다.

이어서, 배출된 가스 및 잔류물이 모두 무해하게 되는 예상 외의 결과를 나타내는,유해 성분 제거제 및 유해 가스(염소-함유 가스 및 황-함유 가스) 간의 반응 메카니즘에 대해 논의한다.

(1) 염화수소(HCl) 가스의 경우:

중탄산나트륨(NaHCO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 세스퀴탄산나트륨(Na₂CO₃· NaHCO₃·2H₂O), 천연 소다(Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O 함유), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 탄산칼륨(K₂CO₃) 및 중탄산칼륨(KHCO₃)은 전기 논의한 반응식에 따라서 유해 HCl과 반응하여 HCl을 무해한 염화물(NaCl 및 KCl)로 전환시킬 수 있음이 확인되었다. 탄산나트륨칼륨 및 수화탄산나트륨 또한 상기와 유사하게 유해한 HCl과 반응할 수 있다.

특히 유해 성분 제거제로 알칼리금속 중탄산염을 사용하는 경우, 하기와 같은 경향이 우세하다: 먼저, 처리성 재료의 분해시에 염화수소(HCl)가 생성되는 온도(250 ℃ 이상) 미만의 온도에서 CO₂가 분리되어 NaOH 또는 KOH를 형성한다. 이에 의해 NaOH 또는 KOH와 HCl의 반응이 순조롭게 수행되는 대기를 형성하는 것으로 예상된다. 여기에서 하기 반응이 수행된다:

중탄산나트륨의 경우:

NaHCO₃→ NaOH + CO₂

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

중탄산칼륨의 경우:

KHCO₃→ KOH + CO₂

KOH + HCl → KCl + H₂O

따라서, NaOH 또는 KOH는 HCl과 순조롭게 반응하여 무해한 염화물(NaCl, KCl)을 새롭게 형성한다.

열처리 후, 가열 공정의 완료 후 잔류물이 조 내에 잔류하였다. 이 잔류물을 검사한 결과, 잔류물은 유해한 염소-함유 가스 성분을 포함하지 않고 무해한 염화물(염화나트륨 또는 염화칼륨)을 포함하는 것으로 검출되었다. 잔류물을 물에 투입하고 10분 동안 교반하면, 염화물은 물에 용해되는 반면, 탄화 재료는 잔류하였다. 탄화 재료도 또한 염소-함유 가스 성분을 함유하지 않은 것으로 검출되었다.

따라서, 처리성 재료 내의 염소-함유 화합물 및 염소 성분은 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl), 물(H₂O) 및 이산화탄소 가스(CO₂)로 전환될 수 있고, 그에 따라 다이옥신 공급원의 일부를 형성하는 염화수소가 형성되지 않아서 배출되는 가스 및 잔류물을 무해하게 하는 예상밖의 결과가 나타났음을 알 수 있다.

(2) 산화황 가스(SO_x)의 경우:

하기와 같이 유해 성분 제거제가 유해 SO_x와 반응하여 SO_x가 무해한 아황산염으로 전환된 것으로 확인되었다.

중탄산나트륨이 유해 성분 제거제로 사용되는 경우:

NaHCO₃→ NaOH + CO₂

2NaOH + SO₂→ Na₂SO₃+ H₂O

중탄산칼륨이 유해 성분 제거제로 사용되는 경우:

KHCO₃→ KOH + CO₂

2KOH + SO₂→ K₂SO₃+ H₂O

수산화나트륨이 유해 성분 제거제로 사용되는 경우:

2NaOH + SO₂→ Na₂SO₃+ H₂O

수산화칼륨이 유해 성분 제거제로 사용되는 경우:

2KOH + SO₂→ K₂SO₃+ H₂O

탄산나트륨칼륨이 유해 성분 제거제로 사용되는 경우:

(Na₂HCO₃+ K₂CO₃) + 2SO₂→ Na₂SO₃+ K₂SO₃+ 2CO₂

특히 유해 성분 제거제로 알칼리금속 중탄산염을 사용하는 경우, 하기와 같은 경향이 우세하다: 먼저, 처리성 재료의 분해시에 산화황(SO₂)이 생성되는 온도(300 ℃ 이상) 미만의 온도에서 CO₂가 분리되어 NaOH 또는 KOH를 형성한다. 이에 의해 NaOH 또는 KOH와 SO₂의 반응이 순조롭게 수행되는 대기를 형성하는 것으로 예상된다. 여기에서 하기 반응이 수행된다:

중탄산나트륨의 경우:

NaHCO₃→ NaOH + CO₂

2NaOH + SO₂→ Na₂SO₃+ H₂O

중탄산칼륨의 경우:

KHCO₃→ KOH + CO₂

2KOH + SO₂→ K₂SO₃+ H₂O

따라서, NaOH 또는 KOH는 SO₂와 순조롭게 반응하여 무해한 아황산염(Na₂SO₃, K₂SO₃)을 새롭게 형성한다.

탄산나트륨(Na₂CO₃), 세스퀴탄산나트륨(Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O), 천연 소다(Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O 함유), 탄산칼륨(K₂CO₃) 및 수화탄산나트륨은 전기 논의한 반응식에 따라서 유해한 SO₂와 반응하여 SO₂를 무해한 아황산염(Na₂SO₃, K₂SO₃)으로 전환시킬 수 있는 것으로 확인되었다.

잔류물을 상기와 같이 조사하였더니 잔류물은 유해한 황-함유 가스(SO_x가스) 성분을 함유하지 않고 무해한 아황산염(Na₂SO₃, K₂SO₃)을 함유한 것으로 검출되었다. 잔류물을 물에 투입하고 10분 동안 교반하면, 알칼리금속 아황산염은 물에 용해되는 반면, 탄화 재료는 잔류하였다. 탄화 재료도 또한 황-함유 가스(SO_x) 성분을 함유하지 않은 것으로 검출되었다.

따라서, 처리성 재료 내의 황-함유 화합물 및 황 성분은 분말 형태의 아황산나트륨(Na₂SO₃), 분말 형태의 아황산칼륨(K₂SO₃), 물(H₂O) 및 이산화탄소 가스(CO₂)로 전환될 수 있어서 SO_x가스의 생성이 억제되어 배출되는 가스 및 잔류물을 모두 무해하게 하는 예상밖의 결과가 나타났음을 알 수 있다.

본 태양에서, 유해 성분 제거제는 알칼리금속 탄산염, 알칼리금속 중탄산염 및 알칼리금속 수산화물 중 1종 이상, 즉 중탄산나트륨(NaHCO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 세스퀴탄산나트륨(Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O), 천연 소다(Na₂CO₃· NaHCO₃·2H₂O 함유), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 탄산칼륨(K₂CO₃) 및 중탄산칼륨(KHCO₃) 및 탄산나트륨칼륨(KNaCO₃·6H₂O) 중 1종 이상을 함유하는 것으로 이해된다. 이해되는 바와 같이, 상기 화학 반응에 따른 반응이 수행되는 가열 공정에서, 유해한 염화수소 및(또는) 산화황이 무해한 염화물(NaCl, KCl) 및(또는) 아황산염(Na₂SO₃, K₂SO₃)으로 전환되어 가열시 처리성 재료로부터 생성되는 분해 가스로부터 유해 성분(염화수소 및(또는) 산화황)을 제거할 수 있다. 따라서, 분해 가스 또는 노로부터의 배출 가스가 효과적으로 무해하게 될 수 있다. 염화물 및(또는) 아황산염은 잔류물을 일부 형성하고, 물 등을 이용한 헹굼 또는 용해 처리하에서 효과적으로 제거된다. 헹굼 처리후, 고체상 잔류 재료 또는 탄화 재료가 조에 잔류하고 재사용될 수 있다. 따라서, 잔류 재료는 임의의 분리 방법에 의해 특성이 다른 각 재료로 분리될 수 있다. 분리된 각 재료는 연료 등으로 사용할 수 있도록 건조되고 덩어리화된다. 또한, 상기 헹굼 처리에 사용되는 액체(예를 들면물)은 유해 물질을 거의 함유하지 않아서 강 및 바다로 그대로 배출될 수 있다.

품목	시료	실시예 1-1	비교예 1-1	비교예 1-2	비교예 1-3
처리성 재료	염화폴리비닐리덴	4g	4g	4g	4g
염소 제거제	중탄산나트륨	20g	-	-	-
	소석회	-	-	20g	-
	탄산칼슘	-	-	-	20g

품목	시료	실시예 1-2	실시예 1-3	실시예 1-4	실시예 1-5
처리성 재료	모조 쓰레기	20g	20g	20g	20g
	염화폴리비닐리덴	1g	0.5g	0.1g	-
염소 제거제	중탄산나트륨	5g	2.5g	0.5g	5g
물	수도물	-	-	-	20cc

본 발명에 의해 종래의 유사한 유해 성분 제거 방법에서 나타나는 결점이 극복되고, 보다 개선된 유해 성분 제거 방법 및 이 방법에서 사용되는 개선된 유해 성분 제거제가 얻어진다. 또한, 이를 사용하여 폐기물 또는 처리성 재료에 대한 열처리를 수행함으로써 처리성 재료의 열처리시에 배출된 가스 및 형성된 잔류물에 유해 성분-함유 가스가 포함되지 않아서, 열처리 공정시에 유해 성분(다이옥신 함유)의 생성이 완전히 방지된다.

Claims (19)

1. 나트륨 화합물 및 칼륨 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 함유하는 염소 및 황 제거제와 처리성 재료를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;

   상기 혼합물을 노 안으로 공급하는 단계;

   상기 혼합물을 노 안에서 교반시키는 단계; 및

   처리성 재료가 열분해되도록 상기 혼합물을 노 중의 저산소 농도하에서 가열하여 염소-함유 물질 및 황-함유 물질 중 1종 이상을 생성하고, 염소-함유 물질 및 황-함유 물질 중 1종 이상을 상기 염소 및 황 제거제와 접촉시키고 반응시켜 1종 이상의 무해한 염화물 및 아황산염을 형성하는 단계

   를 순차적으로 포함하되, 상기 교반단계는 가열단계와 동시에 행하여지는 것인, 염소 및 황 중 1종 이상을 함유하는 처리성 재료로부터 염소 및 황 중 1종 이상을 제거하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 염소를 함유하는 처리성 재료로부터 염소를 제거하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제거제가 나트륨 및 칼륨의 탄산염, 중탄산염 및 수산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 함유하는 것인 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제거제가 중탄산나트륨, 탄산나트륨, 세스퀴탄산나트륨, 천연 소다, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 탄산칼륨, 중탄산칼륨, 및 탄산나트륨칼륨으로 이루어지는 군 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 함유하는 것인 방법.
5. 제2항에 있어서, 가열단계가 노 내로 외부 공기가 공급되는 것을 막도록 실질적으로 밀폐되고, 노 내의 압력이 상기 노로부터 누출되는 노 내에서 상기 혼합물을 가열하는 단계를 포함하는 방법.
6. 제2항에 있어서, 가열 단계가 상기 처리성 재료가 건류되도록 상기 혼합물을 가열하는 단계를 포함하는 방법.
7. 제2항에 있어서, 상기 제거제의 형태가 덩어리, 판, 다공체, 입자, 용액 및 현탁액으로 이루어지는 군 중에서 선택된 1종 이상의 것인 방법.
8. 제2항에 있어서, 상기 처리성 재료가 염화폴리비닐, 염화폴리비닐리덴, 염소를 함유하는 합성 수지 및 염소를 함유하는 고무로 이루어지는 군 중에서 선택된 1종 이상의 것인 방법.
9. 제2항에 있어서, 상기 혼합 단계 중의 상기 제거제의 양이 상기 혼합 단계전의 처리성 재료에 대해 0.05 내지 10 중량%의 범위인 방법.
10. 제2항에 있어서, 처리성 재료가 염화폴리비닐, 염화폴리비닐리덴, 염소를 함유하는 합성 수지 및 염소를 함유하는 고무로 이루어지는 군 중에서 선택되는 1종 이상의 것인 경우에, 상기 혼합 단계 중의 상기 제거제의 양이 처리성 재료에 대해 10 내지 70 중량%의 범위인 방법.
11. 제2항에 있어서, 상기 혼합 단계 중의 상기 제거제의 양이 처리성 재료로부터 생성되는 염소의 화학적 당량 이상인 방법.
12. 제2항에 있어서, 상기 가열 단계 중의 상기 혼합물에 상기 제거제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 첨가 단계가 처리성 재료의 온도가 처리성 재료의 열분해가 일어나는 수준에 도달하기 전에 상기 혼합물에 상기 제거제를 첨가하는 것을 포함하는 방법.
14. 제12항에 있어서, 첨가 단계가 처리성 재료의 온도가 처리성 재료의 열분해가 일어나는 수준에 도달한 후에 상기 혼합물에 상기 제거제를 첨가하는 것을 포함하는 방법.
15. 제2항에 있어서, 투입 및 분무로 이루어지는 군 중에서 선택된 하나 이상의 방법에 의해 노 내의 처리성 재료에 상기 제거제를 공급하는 것을 추가로 포함하는 방법.
16. 제2항에 있어서, 상기 가열 단계가 200 내지 1000 ℃ 범위의 온도에서 처리성 재료를 가열하는 것을 포함하는 방법.
17. 나트륨 화합물 및 칼륨 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 함유하는 염소 및 황 제거제와 처리성 재료를 혼합하는 장치;

    상기 염소 및 황 제거제와 처리성 재료의 혼합물이 공급되고, 저산소농도 대기가 형성되도록 적합화되고, 회전하는 이송 수단을 갖춘 노; 및

    처리성 재료가 열분해되도록 상기 노의 저산소농도 대기에서 상기 혼합물을 가열하여 상기 처리성 재료를 건류함으로써, 상기 혼합물이 염소-함유 물질 및 황-함유 물질 중 1종 이상을 생성하고, 염소-함유 물질 및 황-함유 물질 중 1종 이상을 상기 염소 및 황 제거제와 접촉시키고 반응시켜 무해한 염화물 및 아황산염 중 1종 이상을 형성하는 가열 장치

    를 포함하는, 염소 및 황 중 1종 이상을 함유하는 처리성 재료로부터 염소 및 황 중 1종 이상을 제거하는 시스템.
18. 제17항에 있어서, 상기 염소 및 황 제거제가 나트륨 및 칼륨의 탄산염, 중탄산염 및 수산화물로 이루어지는 군 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 함유하는 것인 시스템.
19. 제17항에 있어서, 상기 염소 및 황 제거제가 중탄산나트륨, 탄산나트륨, 세스퀴탄산나트륨, 천연 소다, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨, 중탄산칼륨 및 탄산나트륨칼륨으로 이루어지는 군 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 함유하는 것인 시스템.