KR100405169B1 - 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동(Cu)선의 피복재를 탈피하여 발생한 폐합성수지에 산화칼슘 또는 합성 제올라이트를 첨가하여 대기오염 물질이며 인체에 유해한 질산, 황산, 다이옥신, 염화수소 산화물 등의 발생을 저감시킬 수 있도록 한 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법은, 동(Cu)선의 피복재를 탈피하여 발생한 폐합성섬유 2∼10중량%, 폐합성고무 2∼10중량%, 폐지 4∼15중량%, 폐PE 20∼30중량%, 폐PP 20∼30중량%, 폐PS 20∼30중량%를 길이 3∼10mm, 직경 1∼5mm가 되게 분쇄하는 공정; 상기 분쇄된 폐합성수지에 취기, NOx, SOx, 다이옥신, HCl 산화물 등의 유해성분을 저감시키고 열 크래킹 현상을 제거하기 위하여 산화칼슘 또는 합성 제올라이트를 상기 폐합성수지 대비 2∼5중량% 투입하여 혼합하는 공정; 상기 첨가제가 투입된 폐합성수지를 고체연료 성형기에 투입하여 150∼200℃의 열을 가하며 성형하여 외부로 배출시키는 공정; 상기 성형 완료되어 배출되는 폐합성수지의 성형물을 길이 5∼60mm, 직경 5∼40mm의 크기로 절단하는 공정으로 이루어진다.

Description

폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법{Sold fuel manufacturing method use waste synthesis resin}

본 발명은 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 동(Cu)을 재활용하고자 동선에 피복된 피복재를 탈피하여 발생한 폐가연성물질(이하 "폐합성수지"라 통칭함)에 산화칼슘 또는 합성 제올라이트를 첨가하여 고체연료를 만들고 그 만들어진 고체연료가 연소되면서 발생하는 대기오염 물질이며 인체에 유해한 질산, 황산, 다이옥신, 염화수소 산화물 등을 저감시킬 수 있도록 한 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법에 관한 것이다.산업발전의 고도화 즉 전자, 전기, 통신의 발달과 그들 기기들의 사용이 급격히 증가하고 보편화됨에 따라 동(Cu)선의 수요는 매년 증가하고 있으며, 그 동의 사용이 증가함에 따라 피복재로 사용되는 폐합성수지인 폐합성섬유, 폐합성고무, 폐지, 폐PE, 폐PP, 폐PS 등도 늘어나고 있는 추세이다.

이와 같이 동의 사용이 증가함에 따라 늘어나고 있는 동의 피복재인 폐합성수지는 재활용가치가 충분히 있으며, 특히 상기 폐합성수지의 특성상 연료로서의 사용이 그 무엇보다 활용가치가 높다할 수 있다.

그러나 작금에는 상기 동을 피복하는 피복재로 사용되고 있는 폐합성수지 즉 폐합성섬유, 폐합성고무, 폐PE, 폐PP, 폐PS, 폐지 등은 탈피시켜 버리고, 동 만을 회수하여 재활용하고 있는 실정이다.

상기 버려지는 폐합성수지는 산업폐기물로 취급되어 막대한 비용을 투자해가며 소각 등을 방법으로 처리하고 있는 바, 상기 폐합성수지를 소각하게 되면 질산, 황산, 다이옥신, 산화물 등이 발생하여 대기오염은 물론 인체에 유해함을 주어 각종 질병을 유발시킨다.

따라서 상기 동을 재활용하고자 탈피되는 폐합성수지인 폐합성섬유, 폐합성고무, 폐PE, 폐PP, 폐PS 폐지 등의 재활용은 국가경제에도 지대한 영향을 줄 수 있음은 물론 상기 폐합성섬유, 폐합성고무, 폐PE, 폐PP, 폐PS,폐지 등이 연료로서 재활용된다면 에너지부족 현상에도 일익을 담당할 수 있을 것이다.

종래에도 가연성 쓰레기를 가압 성형하여 고체연료를 얻기 위한 가연성 쓰레기를 이용한 고체연료 성형방법이 제공된 바 있다.

이는 종이류, 섬유류 합성수지류 등의 쓰레기를 분쇄하고 그 분쇄된 쓰레기를 불규칙하게 섞어서 가압 이송하는 중에 조연제를 분사 혼합하며 이후 상기 쓰레기를 앞에서 가하여진 가압력에 의해 노즐을 통과하도록 함으로서 소정형상의 고체연료를 성형하도록 된 쓰레기를 이용한 고체연료 성형방법에 있어서,

상기 노즐을 통과하는 쓰레기에 비틀림을 부여하여 쓰레기의 각 구성물간의 결합구조를 복잡화함으로서 노즐을 통하여 얻어지는 고체연료의 부서짐 현상을 방지하도록 한 기술이다.

이와 같은 상기 종래의 가연성 쓰레기를 이용한 고체연료 성형기술은 종이류, 섬유류 합성수지류 등을 소정의 크기로 분쇄하고 그 분쇄된 가연성 쓰레기를 결합구조가 불규칙적이고 복잡화 되도록 가압하여 고체화시키는 단순한 기술로서 이는 폐기물만을 사용하는 것이 아니고 제지분야에서 재활용할 수 있는 종이류 까지도 같이 사용되어 부가가치 면에서 효율이 현저히 저하되는 문제점이 있다.

또 종래의 가연성 쓰레기를 이용한 고체연료 성형기술은 섬유류 합성수지류를 정제처리하지 않고 그냥 사용하기 때문에 연료로서 사용할 때에 발화되면서 대기오염은 물론 인체에 유해한 질산, 황산, 다이옥신, 염화수소 산화물 등이 대기 중에 그대로 방출됨으로 별도의 상기 유해성분 처리장치를 설치해야 하는 문제점이 있고 그에 따른 경제성에 문제가 있었다.

또한 상기 종래의 가연성 쓰레기를 이용한 고체연료는 억지로 가압 성형된 상태임으로 운반도중 파손될 염려가 있고, 특히 우천시 또는 취급 부주의로 인하여 종이류에 수분이 흡수되면 그 흡수된 수분을 건조하여 사용해야 함으로 많은 시간과 노력이 필요하였다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로서, 이는 산업폐기물이라 할 수 있는 동(Cu)선에서 탈피된 폐합성수지에 산화칼슘 또는 합성 제올라이트를 첨가하여 고체연료를 만들고 그 만들어진 고체연료가 연소되면서 발생하는 대기오염 물질이며 인체에 유해한 질산, 황산, 다이옥신, 염화수소 산화물 등을 저감시킬 수 있도록 한 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법을 나타낸 공정도,

도 2는 본 발명의 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조시스템을 나타낸 개략도,

도 3은 본 발명의 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법으로 제조된 고체연료를 나타낸 사시도.

<도면의 주요부부에 대한 부호 설명>

10 : 저장호퍼 20 : 정량기

30 : 이송 컨베이어 40 : 수분배출 컨베이어

50 : 물 수집탱크 60 : 금속 선별기

70 : 분쇄기 71 : 집진기

80 : 혼합기 81 : 첨가제 투입기

90 : 고체연료 성형기 91 : 가열수단

92 : 노즐 93 : 압출공

100 : 고체연료

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법의 특징적인 기술적 구성은, 동(Cu)선의 피복재를 탈피하여 발생한 폐합성섬유 2∼10중량%, 폐합성고무 2∼10중량%, 폐지 4∼15중량%, 폐PE 20∼30중량%, 폐PP 20∼30중량%, 폐PS 20∼30중량%를 분쇄하는 공정; 상기 분쇄된 폐합성수지에 취기, NOx, SOx, 다이옥신, HCl 산화물 등의 유해성분을 저감시키고 열 크래킹 현상을 제거하기 위하여 산화칼슘 또는 합성 제올라이트를 상기 폐합성수지 대비 2∼5중량% 투입하여 혼합하는 공정; 상기 첨가제가 투입된 폐합성수지을 고체연료 성형기에 투입하여 150∼200℃열을 가하며 성형하여 외부로 배출시키는 공정; 상기 성형 완료되어 배출되는 폐합성수지의 성형물을 길이 3∼10mm, 직경 1∼5mm의 크기로 절단하는 공정으로 이루어진다.상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법을 나타낸 공정도이고, 도 2는 본 발명의 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조시스템을 나타낸 개략도이며, 도 3은 본 발명의 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법으로 제조된 고체연료를 나타낸 사시도로서,

본 발명은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법을 각 단계별로 설명하면 다음과 같다.

[제1단계]

먼저 동선을 탈피하여 수집된 폐합성수지인 폐합성섬유, 폐합성고무, 폐지, 폐PE, 폐PP, 폐PS를 운송수단인 화물차 등을 이용하여 목적지(고체연료 제조공장)에 이송하여 각각의 저장호퍼(10)에 저장한다.

[제2단계]

상기 각각의 저장호퍼(10)에 저장된 폐합성수지을 정량기(20)에 공급하고 그 공급된 정량기(20)가 원하고자 하는 량만큼 정량 되면, 그를 이송 컨베이어(30)로 배출하여 스크린체로 된 수분배출 컨베이어(40)로 이송시킨다.

[제3단계]

스크린체로 된 수분배출 컨베이어(40)로 이송된 폐합성수지은 진행도중 수분은 저부로 배출되어 물 수집탱크(50)에 모아지고, 상기 수분배출 컨베이어(40)의 출 측에 마련된 금속 선별기(60)에서는 금속성분을 선별하게 된다.

단 상기 금속 선별기(60)는 자석으로서 폐합성수지 중에 혼합되어 이송되는 Fe(철)성분을 선별해내는 것인 바, 그 이유는 상기 금속이 폐합성수지과 함께 분쇄기(70)에 들어가면 그 분쇄기(70)가 훼손될 염려가 있음으로 그를 예방하기 위함이고, 또 하나는 상기 금속성분을 회수하여 재활용할 수 있도록 하기 위함이다.

그리고 상기 금속 선별기(60)로부터 회수된 금속은 회수하여 금속재활용 공장으로 보낸다.

[제4단계]

상기 수분배출 컨베이어(40)로 이송되면서 수분이 배출되고 금속성분이 선별된 폐합성수지은 분쇄기(70)에 공급되고 그 분쇄기(70)내로 공급된 폐합성수지은 분쇄기(70)의 작동과 함께 길이 3∼10mm, 직경 1∼5mm가 되게 분쇄되면서 혼합기(80)에 공급한다.

단 상기 분쇄기(70)에는 집진기(71)가 마련되어 있는데, 그 집진기(71)를 마련한 이유는 상기 폐합성수지을 분쇄하면서 발생하는 각종 분진을 대기 중에 방출시키지 않고 흡수하여 처리함으로서 대기오염을 방지하고자 하는 것이다.

또한 상기 폐합성수지을 길이 3∼10mm, 직경 1∼5mm가 되게 분쇄하는 이유는 후 공정에서 이루어지는 고체연료 성형 작업시 가열수단(91)에 의해 용이하게 가열되어 용융될 수 있도록 하기 위함이고, 상기 절단된 폐합성수지의 크기가 길이 3∼10mm, 직경 1∼5mm 보다 크게되면 용융시간이 길어지고 그에 따른 작업지연과 생산성저하의 원인이 된다.

[제5단계]

상기 분쇄기(70)에 의해 분쇄된 폐합성수지 즉 폐합성섬유, 폐합성고무, 폐지, 폐PE, 폐PP, 폐PS 중 어느 하나 또는 2가지 이상이 투입되어 혼합되고, 또 혼합기(80)상에 마련된 첨가제 투입기(81)에서는 산화칼슘(CaO), 합성 제올라이트(X-Type Zeolite)를 첨가제로 투입하여 혼합한다.

한편 상기 폐합성수지에 첨가제로 산화칼슘(CaO) 및 합성 제올라이트를 첨가하는 이유는 상기 폐합성수지에서 발생하는 취기(臭氣), 질산(NOx), 황산(SOx), HCl, 산화물 등의 유해성분을 없애기 위함이며, 상기 산화칼슘 및 합성 제올라이트에 의해 Ca 성분은 CaCl₂로 중화되어 다이옥신의 생성량이 적어지며 S 성분은 CaSO₄화되어 저감된다. 이의 화학반응식은 하기와 같다.

[화학반응식]

Ca(OH)₂+ 2HCl →CaCl₂+ 2H₂O

Ca(OH)₂+ SOxl →CaSOx₊₁+ H₂O

그리고 상기 합성 제올라이트는 질산(NOx), 황산(SOx), HCl 등을 분자체로 흡착하여 고체연료의 연소시 무해화시키는 역할을 하며 폐합성수지의 분해율을 높여 안정적인 연소가 되게 함으로서 열 크래킹(Creaking)형상을 없애준다.

또 상기 각각의 폐합성수지와 첨가제의 혼합 비율은 중량%로 폐합성섬유 2∼10%, 폐합성고무 2∼10%, 폐지 4∼15%, 폐PE 20∼30%, 폐PP 20∼30%, 폐PS 20∼30%, 산화칼슘 1∼2.5%, 합성 제올라이트 1∼2.5%인데, 상기 폐합성수지의 혼합비율이 그 이상이거나 그 이하가 되면 고체연료가 지녀야할 발열량이 목표치에 미치지 못함으로 하기에서 설명되는 실시 예에 의하여 결정하였다.

그리고 첨가제로 산화칼슘과 합성 제올라이트를 각각 중량%로 1∼2.5%를 사용하였는데, 그 이유는 상기에서 설명하였듯이 폐합성수지가 연소되면서 발생하는 악취 즉 취기와 대기오염의 결정적인 역할을 하는 질산(NOx), 황산(SOx), 염화수소(HCl), 산화물 등을 저감시키기 위함이며, 상기 첨가제의 사용량이 그 이하이면 취기, 질산, 황산, 염화수소, 산화물 등을 저감효과가 기대치에 미치지 못하고, 그 이상이면 효과는 좋으나 발열량이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 첨가제의 사용량은 산화칼슘, 합성 제올라이트 모두 중량%로 1∼2.5%의 사용함이 적당하다.

[제6단계]

상기 혼합기(80)에 의해 폐합성수지와 첨가제가 혼합되면 그를 고체연료 성형기(90)에 투입하고 그 투입된 폐합성수지에 열을 가하며 용융시켜 압출하는데, 이때 상기 고체연료 성형기(90)에 투입된 폐합성수지의 가열온도는 150∼200℃이다.

폐합성수지의 가열온도를 150∼200℃로 하는 이유는 200℃ 이상이 되면 폐합성수지의 특성상 타버리거나 기화되는 문제점이 있고, 150℃ 이하가 되면 폐합성수지가 용융이 더디게 됨으로 고체연료 제조작업이 지연되는 문제점이 있다. 따라서 폐합성수지의 가열온도는 150∼200℃가 적당하다.

또 본 발명의 고체연료 성형기(90) 출 측에는 폐합성수지가 용융되어 압출되는 압출공(93)이 형성된 노즐(92)이 설치되고 그 노즐(92)의 압출공(93)은 원형이며 직경이 5∼40mm인데, 그 이유는 고체연료를 원주상 펠렛으로 형성시키고 그 펠렛의 직경 크기를 5∼40mm로 하기 때문이다.

단 상기 노즐(92)의 압출공(93) 형상은 상기에서 설명한 원형으로 한정하지 않고 적어도 3각 이상의 각형으로 형성시켜 사용해도 무방하고, 직경 역시 상기에서 설명한 5∼40mm가 아닌 사용 용도와 목적에 따라 다양한 크기로 형성시켜 사용해도 무방하다.

[제7단계]

상기 고체연료 성형기(90)의 출 측에 마련된 노즐(92)의 압출공(93)을 통하여 압출되는 폐합성수지는 길이가 60mm 이하가 되게 절단 나이프를 이용하여 절단하고 건조하는데, 상기 압출되는 폐합성수지의 절단시기는 압출공(93)의 입 측에서 압출됨과 동시에 절단하거나 또는 일정량만큼 압출한 다음 그를 60mm 이하가 되게절단해도 된다.

그리고 절단된 압출물의 건조는 상기 고체연료 성형기(90)의 가열수단(91)에 의해 가열된 상태로 압출되는 압출물을 냉각시키는 것을 의미하는 것으로서, 압출물이 냉각되면 폐합성수지의 특성상 단단한 고체상태로 변하게 되어 고체연료가 되는 것이다.

이상과 같이 제1단계 내지 제7단계의 과정을 거쳐 제조된 고체연료는 각종 건물의 난방용으로 사용하거나 공장의 보조연료 및 소각장의 소각연료 등으로 사용할 수 있으며, 대기오염 물질인 질산, 황산, 다이옥신, 염화수소, 산화물 등의 발생 농도가 현저하게 낮기 때문에 고도의 공해방지시설을 갖추지 않고도 사용할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

[실시예1]

본 발명은 먼저 수분과 금속성분이 제거되고 분쇄기(70)를 통하여 길이 5mm, 직경 2.5mm로 분쇄된 폐합성수지 중 중량%로 폐합성섬유 10%, 폐합성고무 10%, 폐지15%, 폐PE 20%, 폐PP 20%, 폐PS 20%,산화칼슘 2.5%, 합성 제올라이트 2.5%를 혼합기(80)에 투입하여 혼합하고, 그 혼합된 폐합성수지를 고체연료 성형기(90)에 투입한 다음 상기 고체연료 성형기(90)의 가열수단(91)을 180℃로 가열하여 상기 투입된 폐합성수지를 용융시켜 압출시키고 그 압출되는 압출물을 길이 50mm가 되게 절단한 다음 건조하여 그를 보일러의 연료로 사용해본 결과 발열량이 6000kcal/kg 이였고, 1톤의 물을 100℃ 이상이 되게 끊이는데 걸리는 사간은 15분이 걸렸다.

[실시예2]

본 발명의 실시 예2는 상기 실시예1과 마찬가지로 수분과 금속성분이 제거되고 분쇄기(70)를 통하여 길이5mm, 직경 2,5mm로 분쇄된 폐합성수지를 중량%로 폐 합성섬유 5%, 폐 합성고무 7%, 폐지 15%, 폐PE 25%, 폐PP 25%, 폐PS 20%, 산화칼슘 1.5%, 합성 제올라이트 1.5%를 혼합기(80)에 투입하여 혼합하고 그 혼합된 폐합성수지를 고체연료 성형기(90)에 투입한 다음 상기 고체연료 성형기(90)의 가열수단(91)을 180℃로 가열하여 상기 투입된 폐합성수지를 용융시켜 압출시키고 그 압출되는 압출물을 길이 40mm가 되게 절단한 다음 건조하여 그를 소각장의 소각연료로 사용해본 결과 발열량이 5900kcal/kg 이었고, 1톤의 소각물을 소각하는데 걸리는 시간은 10분이 걸렸다.

[실시예3]

본 발명의 실시예3은 상기 실시예1 및 실시예2와 마찬가지로 수분과 금속성분이 제거되고 분쇄기(70)를 통하여 길이 5mm, 직경 2.5mm로 분쇄된 폐합성수지를 중량%로 폐합성섬유 7%, 폐합성고무 10%, 폐지 10%, 폐PE 30%, 폐PP 20%, 폐PS 20%, 산화칼슘 1.5%, 합성 제올라이트 1.5%를 혼합기(80)에 투입하여 혼합하고 그 혼합된 폐합성수지를 고체연료 성형기(90)에 투입한 다음 상기 고체연료 성형기(90)의 가열수단(91)을 180℃로 가열하여 상기 투입된 폐합성수지를 용융시켜 압출시키고 그 압출되는 압출물을 길이 30mm가 되게 절단한 다음 건조하여 그를 비닐하우스의 난방연료로 사용해본 결과 발열량이 5500kcal/kg 이었다.

이상과 같은 방법에 의해 제조된 본 발명의 고체연료는 동(Cu)을 재활용하고자 동선에 피복된 피복재를 탈피하여 발생한 폐합성수지에 산화칼슘 또는 합성 제올라이트를 첨가하여 고체연료를 제조함으로서, 그 제조된 고체연료가 연소될 때에 인체에 유해하며 대기오염 물질인 질산, 황산, 다이옥신, 염화수소 산화물 등의 발생을 저감시키는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 동(Cu)선의 피복재를 탈피하여 발생한 폐합성섬유 2∼10중량%, 폐합성고무 2∼10중량%, 폐지 4∼15중량%, 폐PE 20∼30중량%, 폐PP 20∼30중량%, 폐PS 20∼30중량%를 길이 3∼10mm, 직경 1∼5mm가 되게 분쇄하는 공정;

   상기 분쇄된 폐합성수지에 취기, NOx, SOx, 다이옥신, HCl 산화물 등의 유해성분을 저감시키고 열 크래킹 현상을 제거하기 위하여 산화칼슘 또는 합성 제올라이트를 상기 폐합성수지 대비 2∼5중량% 투입하여 혼합하는 공정;

   상기 첨가제가 투입된 폐합성수지을 고체연료 성형기에 투입하여 150∼200℃의 열을 가하며 성형하여 외부로 배출시키는 공정;

   상기 성형 완료되어 배출되는 폐합성수지의 성형물을 길이 5∼60mm, 직경 5∼40mm의 크기로 절단하는 공정을 포함함을 특징으로 하는 폐합성수지를 이용한 고체연료 제조방법.
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