KR100513495B1 - 폴리스틸렌 열분해 연속반응기 및 이를 이용한 스틸렌모노머 회수방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리스틸렌 열분해 연속반응기 및 이를 이용한 스틸렌 모노머 회수방법에 관한 것으로서, 용융기에서 용해된 폐 폴리스틸렌을 연속적으로 열분해하는 반응기의 내부에 발생되는 잔사물이 정체하지 않고 연속적으로 밖으로 배출되도록 함으로써, 에틸벤젠, 알파메틸스틸렌, 벤젠 및 톨루엔과 같은 부산물의 발생을 억제시키는 동시에 분해 오일의 생성 및 모노머인 스틸렌의 수율을 증가시킬 수 있는 폴리스틸렌 열분해 연속반응기 및 이를 이용한 스틸렌 모노머 회수방법을 제공하고자 한다.

이를 위해 본 발명은 서로 다른 직경의 1차 실린더와 2차 실린더가 위아래 연결된 일체형의 관형상으로 이루어져 있으며, 상부에는 용해된 폴리스틸렌 입자가 유입되는 유입구 및 열분해 반응에 의해 열분해된 기체가 배출되는 배출구가 형성되어 있고, 하부에는 열분해되고 남은 잔사가 배출되는 잔사 배출구가 형성되어 있는 폴리스틸렌 열분해 연속반응기를 제공한다.

Description

폴리스틸렌 열분해 연속반응기 및 이를 이용한 스틸렌 모노머 회수방법{Continuous reactor for thermal degradation of polystyrene and method for recovery of styrene using it}

본 발명은 폴리스틸렌 열분해 연속반응기 및 이를 이용한 스틸렌 모노머 회수방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용융기에서 용해된 폐 폴리스틸렌을 연속적으로 열분해하는 반응기의 내부에 발생되는 잔사물이 정체하지 않고 연속적으로 밖으로 배출되도록 함으로써, 에틸벤젠, 알파메틸스틸렌, 벤젠 및 톨루엔과 같은 부산물의 발생을 억제시키는 동시에 분해 오일의 생성 및 모노머인 스틸렌의 수율을 증가시킬 수 있는 폴리스틸렌 열분해 연속반응기 및 이를 이용한 스틸렌 모노머 회수방법에 관한 것이다.

최근 PE(폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌), PS(폴리스틸렌), PVC(폴리염화비닐) 등의 폐 플라스틱의 발생에 의한 환경적인 문제가 크기 대두되고 있다.

상기와 같은 폐 플라스틱은 재활용율이 저조하고 대부분 쓰레기로 폐기 처분되는 바, 자연상태로 부패되는데 장시간이 소요되므로 이에 대한 대책이 요구되고 있으며, 이와 더불어 폐 플라스틱과 같은 폐기물의 처리방법 및 재 자원화를 위한 각종 기술에 대한 개발이 진행되고 있다.

폐 플라스틱의 재활용 방법은 원형 그대로 또는 가공하여 재활용하는 방법(material recycle), 소각 등의 열적 재활용(thermal recycle), 수지원료 등의 화학물질을 회수하는 방법(chemical recycle)으로 구분된다.

일 예로서, 최근 우리나라는 매년 30만 톤의 폐 폴리스틸렌이 발생되고 있으며, 이 폐 폴리스틸렌은 주로 재생수지 제조, 경량 콘크리트 제조, 접착제 제조 등에 재활용되고 있으나 이는 물리적인 재생방법으로써 그 부가가치가 대단히 낮으며 여러 번 물리적 재생 후에는 재활용할 수 없어 결국 다량의 폐 폴리스틸렌이 발생한다.

또한, 농수산물시장이나 건축폐기물로 배출되는 오염된 다량의 폐 발포폴리스틸렌은 기타 폐 폴리스틸렌에 비하여 청결하지 못해 물리적 재생방법으로 사용하기가 곤란하다.

더욱이, 오염된 다량의 폐 발포폴리스틸렌은 기타 폐 폴리스틸렌의 약 50배 이상으로 그 처리량이 많아 매립이나 물리적 재활용이 어려워 매립이나 소각 등에 의해 처리되고 있으나 소각에 의한 방법은 다이옥신 발생 등에 의한 환경문제를 야기시키는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같이 폐기되는 폴리스틸렌을 자원화하는 기술이 여러 방도로 진행되고 있는 바, 폐기되는 폴리스틸렌을 화학적 처리단계를 거쳐 모노머(monomer)인 스틸렌(styrene) 같은 화학물질로 회수하여 자원화하는 기술이 제시되었다.

폐 폴리스틸렌으로부터 모노머인 스틸렌으로의 회수 기술은 1997년 Nishizaki 등이 처음으로 시도하였으며 733K 온도에서 열분해에 의해 폐 폴리스틸렌으로부터 약 50%의 스틸렌의 회수가 가능하다고 보고되었으며 스틸렌의 수율을 증가시키기 위하여 많은 연구자들에 의해 여러 촉매의 영향이 검토되며 많은 촉매들이 개발되고 있다.

한편, 첨부한 도 3은 종래 폐 폴리스틸렌을 열분해하여 스틸렌 모노머를 회수하는 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.

도시한 바와 같이, 종래 폐 폴리스틸렌으로부터 스틸렌 모노머를 회수하는 장치는 사출성형기, 용융기, 반응기 및 열교환기와 오일저장조로 구성되어 있는 바, 사출성형기를 통해 분쇄된 폐 폴리스틸렌은 용융기를 통해 용해되어 반응기에 투입되고, 이 반응기에서 열분해된 기체는 열교환기를 통해 액화되어 오일저장조로 수집된다.

이를 좀 더 상세하게 설명하면 종래에는 용융기에서 용해된 폐 폴리스틸렌을 열분해하기 위하여 첨부한 도 4에서 도시한 바와 같은 CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor) 방식의 반응기로 연속적으로 열분해 반응을 실시하였다.

그러나, 종래 반응기로 폐 폴리스틸렌을 장시간 연속적으로 열분해 반응을 실시하면 반응시간이 경과함에 따라 누적되는 잔사의 영향으로 인하여 앞에서 개발된 촉매들은 활성을 거의 보이지 않을 뿐만 아니라 폴리스틸렌의 열분해 반응을 억제하여 분해 오일의 생성을 낮추고 모노머인 스틸렌의 수율은 저하시키며 에틸벤젠, 알파메틸스틸렌, 벤젠 및 톨루엔과 같은 부산물을 크게 증가시키는 문제점이 발생되었다.

즉, 상기 에틸벤젠 및 알파메틸스틸렌은 모노머인 스틸렌과 비점이 거의 비슷하여 이의 양이 증가할수록 스틸렌의 분리에 필요한 경비가 증가되어 경제성에 큰 영향을 미치게 된다.

따라서, 폐 폴리스틸렌으로부터 모노머인 스틸렌을 고수율로 처리하는 새로운 열분해 반응기의 개발이 매우 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 발명한 것으로서, 용융기에서 용해된 폐 폴리스틸렌을 연속적으로 열분해하는 반응기의 내부에 발생되는 잔사물이 정체하지 않고 연속적으로 밖으로 배출되도록 함으로써, 에틸벤젠, 알파메틸스틸렌, 벤젠 및 톨루엔과 같은 부산물의 발생을 억제시키는 동시에 분해 오일의 생성 및 모노머인 스틸렌의 수율을 증가시킬 수 있는 폴리스틸렌 열분해 연속반응기 및 이를 이용한 스틸렌 모노머 회수방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리스틸렌 열분해 연속반응기는 서로 다른 직경의 1차 실린더와 2차 실린더가 위아래 연결된 일체형의 관형상으로 이루어져 있으며, 상부에는 용해된 폴리스틸렌 입자가 유입되는 유입구 및 열분해 반응에 의해 열분해된 기체가 배출되는 배출구가 형성되어 있고, 하부에는 열분해되고 남은 잔사가 배출되는 잔사 배출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 1차 실린더는 2차 실린더보다 더 큰 직경으로 형성되어 지되, 직경이 작은 2차 실린더의 주입구 부위가 1 차 실린더 내부로 일정 구간 돌출된 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 2차 실린더 내면에는 이 내면을 따라 흘러내려가면서 열분해 반응되는 반응물의 체류시간을 증가시킬 수 있도록 다수개의 배풀이 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 2차 실린더 내측에는 열분해 반응으로 생성된 기체의 배출을 돕기 위한 질소가스 분사장치가 더 장착된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 폴리스틸렌 열분해 연속반응기를 이용한 스틸렌 모노머 회수방법은 사출성형기에서 파쇄된 폴리스틸렌을 용융기에 투입하는 단계; 상기 용융기를 통해 용해된 폴리스틸렌 입자를 반응기로 투입되는 단계; 상기 용해된 폴리스틸렌 입자가 반응기의 1차 실린더를 거쳐 2차 실린더의 내면을 따라 흘러내려가면서 열분해 반응하며 기체를 생성하는 단계; 반응기 내부의 질소가스 분사장치를 통해 질소가스를 분사하는 단계; 상기 기체 및 열분해 반응 후 생성되는 잔사를 반응기로부터 연속적으로 배출하는 단계; 상기 열분해된 기체를 열교환기를 통해 액화시키고, 이를 통해 생성된 오일을 오일저장조에 수집하는 단계; 로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리스틸렌 열분해 연속반응기가 설치되어 폐 폴리스틸렌을 열분해하여 스틸렌 모노머를 회수하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 폴리스틸렌 열분해 연속반응기의 구조 및 이의 사용상태를 도시한 도면이다.

여기서 도면부호 2는 사출성형기, 4는 용융기, 5는 반응기, 13은 열교환기, 14는 오일저장조를 나타내고, 미설명 부호 3은 호퍼를 나타낸다.

도시한 바와 같이, 폐 폴리스틸렌으로부터 스틸렌 모노머를 회수하는 장치는 사출성형기(2), 용융기(4), 반응기(5) 및 열교환기(13)와 오일저장조(14)로 구성되어 있는 바, 사출성형기(2)를 통해 분쇄된 폐 폴리스틸렌은 용융기(4)를 통해 용해되어 반응기(5)에 투입되고, 이 반응기(5)에서 열분해된 기체는 열교환기(13)를 통해 액화되어 오일저장조(14)로 수집된다.

이를 좀 더 상세히 설명하면 폐 폴리스틸렌은 사출성형기(2)에 의해 대략 3㎝ 이내의 크기로 파쇄하고, 이렇게 파쇄된 폐 폴리스틸렌 입자는 용융기(4)로 연속적으로 유입되어 일정시간동안 일정온도로 가열되어 용해된다.

이때, 상기 용융기(4)를 통해 용해되는 폐 폴리스틸렌 입자의 용융온도는 200℃ ~ 300℃가 적합한 바, 이는 상기 폐 폴리스틸렌 입자의 용융온도가 200℃ 미만이며 용융이 거의 이루어지지 않아 주입에 어려움이 따르게 되며, 용융온도가 300℃를 초과하게 되면 열분해 반응이 진행되어 가스가 발생하는 문제점이 있기 때문에, 그 범위를 200℃ ~ 300℃로 한정하였다.

또한, 상기 용융기(4)를 통해 용해되는 폐 폴리스틸렌 입자의 용융시간은 30분 ~ 5시간으로 하는 것이 적합한 바, 이는 상기 폐 폴리스틸렌 입자의 용융시간이 30분 미만일 경우에는 분자량의 조절이 어려우며, 용융시간이 5시간을 초과하게 되면 폐 폴리스틸렌의 절단반응이 초과 진행되어 분자량이 크게 감소하여 반응성이 크게 저하하는 문제점이 있기 때문에, 그 범위를 30분 ~ 5시간으로 한정하였다.

다음으로, 상기와 같이 용융기(4)를 통해 용해된 폐 폴리스틸렌 입자(이하 반응물이라 지칭한다)는 일정온도로 가열되어 있는 반응기(5)로 투입되어 열분해 반응하게 된다.

상기 반응기(5)는 서로 다른 직경의 1차 실린더와 2차 실린더가 위아래 연결된 일체형의 관형상으로 이루어져 있으며, 상부에는 반응물이 유입되는 유입구(10)와, 열분해 반응에 의해 열분해된 기체가 배출되는 배출구(11)가 형성되어 있으며, 하부에는 열분해되어 남은 잔사가 배출될 수 있는 잔사 배출구(12)가 형성되어 있다.

즉, 상기 반응기(5)는 서로 다른 직경의 1차 실린더(6)와 2차 실린더(7)가 일체로 형성되어지되, 직경이 작은 2차 실린더(7)의 주입구 부위가 1 차 실린더 내부로 일정 구간 돌출된 형상으로 형성되어 있는 바, 상기 유입구(10)를 통해 반응물이 유입되면 반응물은 반응기(5)의 1차 실린더(6)의 내부 벽면을 따라 흐르게 되고, 상기와 같이 1차 실린더(6)의 내부 벽면을 통해 흐르던 반응물은 2차 실린더(7)의 외부 벽면을 통해 고여지는 방식으로 유지되며 일정온도로 가열 또는 유지된다.

상기와 같은 상태의 반응물은 상기 유입구(10)를 통해 연속적으로 유입되는 반응물에 의해 일정량 채워져 2차 실린더(7)의 주입구를 넘쳐 흐르는 방식으로 그 내부 벽면(이하 "반응 구간"이라 지칭한다)으로 흐르게 되는 바, 이로써 상기 반응물이 일정온도로 가열되어 있는 반응 구간의 벽면을 통해 흘러내려가면서 열분해 반응되어 진다.

즉, 상기와 같이 서로 다른 직경의 1차 실린더와 2차 실린더가 위아래 연결된 일체형의 관형상으로 된 실린더 형상에 의해 반응 구간으로 유입되는 반응물의 유입 상태를 결정할 수 있는 바, 상기와 같은 방식에 의해 반응 구간에 유입되는 반응물은 반응 구간 벽면에 얇은 막을 형성하는 방식으로 서서히 흘러내려갈 수 있게 된다.

또한, 상기 반응 구간의 벽면에는 다수개의 배풀(8)이 돌출형성 되어 있는 바, 상기 다수개의 배풀(8)을 통해 벽면을 타고 흘러내려오는 반응물의 속도를 느리게 할 수 있다.

즉, 반응 구간의 벽면을 따라 흘러내려가는 반응물의 하강 속도는 상기 배풀(8)을 통해 느리게 설정할 수 있는 바, 결국 이는 상기 반응물이 반응 구간 내에서 체류하는 시간을 증가시키게 하여 충분히 열분해 반응이 일어나게 한다.

이때, 상기 반응기(5)에서 열분해 반응되는 반응물의 반응조건은 370℃ ~ 450℃ 온도에서 열분해 오일 생성속도가 10㎖/min ~ 20㎖/min가 적합한 바, 반응조건 중 온도가 370℃ 미만일 경우에는 반응물의 하강속도가 증가되어 미 반응물질이 많이 발생하는 문제점이 있고, 반응조건 중 온도가 450℃를 초과할 경우에는 벽면에 탄화카본이 발생하고 이 탄화카본이 열분해 기체와 함께 유동하며 열교환기(13) 실린더에 부착되어 열교환기(13)에서 응축되어 발생되는 오일을 오염시켜 오일의 색상이 점점 검은색으로 변화되는 문제점을 발생시켰고, 결국 열교환기 실린더를 봉쇄시키는 결과를 초래하기 때문에, 그 범위를 370℃ ~ 450℃로 한정하였다.

또한, 상기 반응조건 중 열분해 오일 생성이 10㎖/min 미만일 경우에는 스틸렌 모노머의 회수량이 적은 문제점이 있고, 상기 반응조건 중 열분해 오일 생성이 20㎖/min를 초과할 경우에는 에너지 소비가 크게 향상될 뿐만 아니라 이 오일속도의 물질수지를 맞추기 위해서는 사출성형기(2)의 회전속도(rpm)를 증가시켜 결국 원료주입속도가 증가 됨으로써 반응물이 300℃인 1차 실린더(6)에서 반응 구간으로 균일하게 유입되지 않고 입구를 봉쇄하는 문제점이 있기 때문에, 열분해 오일 생성속도의 범위를 10㎖/min ~ 20㎖/min로 한정하였다.

상기와 같이 반응 구간을 통해서 반응물이 열분해되고, 이에 따라 발생되는 기체는 반응기(5) 상부의 배출구(11)를 통해 열교환기(13)로 보내지고, 열분해되고 남은 분해 잔사는 반응기(5) 하부의 잔사 배출구(12)를 통해 연속적으로 배출된다.

이때, 상기 반응 구간의 하부 일측에는 상기와 같이 열분해 반응되어 발생되는 기체가 열교환기(13) 측으로 수월히 배출될 수 있도록 질소가스 분사장치(9)가 장착되어 있는 바, 이 질소가스 분사장치(9)에서는 30㎖/min의 유량으로 질소(N₂) 가스가 분사되어 상기 기체와 함께 배출되며, 결과적으로 상기 기체의 배출을 돕는 역할을 한다.

이때, 상기 질소 가스의 분사량이 30㎖/min 미만일 경우에는 열교환기(13)에서 응축되는 오일의 생성속도가 저하되고, 질소 가스의 분사량이 30㎖/min가 초과되어 분사될 경우에는 열분해 기체가 열교환기(13)에서 충분히 응축되지 않기 때문에 오일 수율이 저하되고 또한 악취가 발생되는 문제점이 있다.

한편, 상기와 같이 반응기(5)를 통해 배출되는 기체는 열교환기(13)로 유입되는 바, 열교환기(13)는 상기 기체를 냉각/응축하여 액체상태의 오일을 얻을 수 있게 한다.

마지막으로, 상기와 같이 열교환기(13)를 통해 생성된 오일은 오일저장조(14)에 수집된다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예 및 비교예에 의하여 더욱 상세하게 설명하는 바, 본 발명이 다음의 실시예 및 비교예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

본 발명에 사용된 페 폴리스틸렌은 가락동 농수산시장에서 수거되는 감용 잉곳(ingot)의 파쇄물을 이용하였다.

상기와 같이 수거된 2㎏의 폐 폴리스틸렌을 사출성형기(2)에 의해 약 3㎝ 이하의 크기로 파쇄하여 일정 속도로 용융기(4)에 투입하였다.

용융기(4)에 투입된 폐 폴리스틸렌 입자를 일정시간동안 250℃의 반응물로 용해한 후 이를 본 발명에 따른 반응기(5)로 주입시켰다.

이때, 250℃로 용해된 반응물은 반응기(5)에서 300℃인 1차 실린더(6) 부위로 주입되었고, 이 반응물이 일정수위가 되면 390℃인 2차 실린더(7) 부위로 주입되어 벽을 따라 흘러내려가면서 열분해 반응되도록 진행하였다.

상기와 같은 열분해 반응에 의하여 얻어진 분해된 기체를 열교환기(13)를 통하여 액화시켜 얻어진 오일을 오일저장조(14)에서 수집하였다.

상기 생성되는 오일은 메스실린더를 사용하여 시간에 따른 부피를 측정하여 열분해 정도를 관찰하였으며, 반응시간이 경과됨에 따라 오일의 성분분석을 일정한 간격으로 가스크로마토그라피에 의해 분석하여 이를 표 1에 나타내었다.

실시예 2

실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 반응기(5)에서의 1차 실린더(6) 부위는 300℃로 그대로 유지한 상태에서 2차 실린더(7) 부위는 410℃로 대신하여 열분해 반응되도록 진행하였다.

상기 생성되는 오일은 메스실린더를 사용하여 시간에 따른 부피를 측정하여 열분해 정도를 관찰하였으며, 반응시간이 경과됨에 따라 오일의 성분분석을 일정한 간격으로 가스크로마토그라피에 의해 분석하여 이를 표 2에 나타내었다.

비교예 1

실시예 1과 동일한 방식으로 수거된 2㎏의 폐 폴리스틸렌을 사출성형기에 의해 약 3㎝ 이하의 크기로 파쇄하여 일정 속도로 용융기에 투입하였다.

용융기에 투입된 폐 폴리스틸렌 입자를 일정시간동안 250℃의 반응물로 용해한 후 이를 종래 CSTR 방식의 반응기로 주입시켰다.

이때, 250℃로 용해된 반응물을 무촉매, 390℃에서 200rpm의 회전속도로 교반하면서 열분해 반응되도록 진행하였다.

상기와 같은 열분해 반응에 의하여 얻어진 분해된 기체를 열교환기를 통하여 액화시켜 얻어진 오일을 오일저장조에서 수집하였다.

상기 생성되는 오일은 메스실린더를 사용하여 시간에 따른 부피를 측정하여 열분해 정도를 관찰하였으며, 반응시간이 경과됨에 따라 오일의 성분분석을 일정한 간격으로 가스크로마토그라피에 의해 분석하여 이를 표 3에 나타내었다.

비교예 2

실시예 1과 동일한 방식으로 수거된 2㎏의 폐 폴리스틸렌을 사출성형기에 의해 약 3㎝ 이하의 크기로 파쇄하여 일정 속도로 용융기에 투입하였다.

용융기에 투입된 폐 폴리스틸렌 입자를 일정시간동안 250℃의 반응물로 용해한 후 이를 종래 CSTR 방식의 반응기로 주입시켰다.

이때, 250℃로 용해된 반응물을 무촉매, 410℃에서 200rpm의 회전속도로 교반하면서 열분해 반응되도록 진행하였다.

상기와 같은 열분해 반응에 의하여 얻어진 분해된 기체를 열교환기를 통하여 액화시켜 얻어진 오일을 오일저장조에서 수집하였다.

상기 생성되는 오일은 메스실린더를 사용하여 시간에 따른 부피를 측정하여 열분해 정도를 관찰하였으며, 반응시간이 경과됨에 따라 오일의 성분분석을 일정한 간격으로 가스크로마토그라피에 의해 분석하여 이를 표 4에 나타내었다.

비교예 3

실시예 1과 동일한 방식으로 수거된 2㎏의 폐 폴리스틸렌을 사출성형기에 의해 약 3㎝ 이하의 크기로 파쇄하여 일정 속도로 용융기에 투입하였다.

용융기에 투입된 폐 폴리스틸렌 입자를 일정시간동안 250℃의 반응물로 용해한 후 이를 종래 CSTR 방식의 반응기로 주입시켰다.

이때, 250℃로 용해된 반응물에 대하여 산화바륨(BaO) 1 중량%를 촉매로 첨가하였으며, 390℃에서 200rpm의 회전속도로 교반하면서 열분해 반응되도록 진행하였다.

상기와 같은 열분해 반응에 의하여 얻어진 분해된 기체를 열교환기를 통하여 액화시켜 얻어진 오일을 오일저장조에서 수집하였다.

상기 생성되는 오일은 메스실린더를 사용하여 시간에 따른 부피를 측정하여 열분해 정도를 관찰하였으며, 반응시간이 경과됨에 따라 오일의 성분분석을 일정한 간격으로 가스크로마토그라피에 의해 분석하여 이를 표 5에 나타내었다.

상술한 바와 같은 목적에 상응하도록 표 1 내지 표 5는 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 시험결과를 나타낸 것으로서, 본 발명에 따른 폴리스틸렌 열분해 연속반응기를 사용한 경우 반응온도 및 촉매의 유무에 상관없이 반응잔사를 연속적으로 제거할 수 있어 장시간 연속적으로 열분해 반응을 실시하여도 생성되는 오일에 대한 스틸렌의 수율이 고수율로 유지될 수 있는 것으로 나타났다.

즉, 본 발명에 따른 반응기를 이용하여 390℃ 및 410℃의 반응조건에서 열분해 반응을 연속적으로 실행한 결과 생성되는 오일 중 스틸렌의 수율이 55.75 중량%와 58.04 중량%로 약 55 중량% 이상의 고수율로 나타났다.

이에 반해, 종래 CSTR 방식의 반응기를 이용하여 390℃ 및 410℃의 반응조건에서 촉매를 사용 또는 미사용하며 열분해 반응을 연속적으로 실행한 결과 생성되는 오일에 대한 스틸렌의 수율은 점차 떨어지는 것으로 나타났다.

결과적으로, 본 발명에 따른 폴리스틸렌 열분해 연속반응기를 사용하여 열분해 반응을 연속적으로 실행한 결과 종래 CSTR 방식의 반응기를 이용한 경우에 대비하여 스틸렌의 수율이 약 25% 증가됨을 확인할 수 있었다.

한편, 상술한 내용에서는 본 발명에 따른 열분해 연속반응기를 폴리스틸렌을 열분해 하는데 사용하는 것으로만 설명하고 있지만, 본 발명에 따른 열분해 연속반응기를 이용하여 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 플라스틱을 열분해 하여 디젤 오일 등을 생성하는 것도 가능하다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리스틸렌 열분해 연속반응기 및 이를 이용한 스틸렌 모노머 회수방법에 의하면, 용융기에서 용해된 폐 폴리스틸렌을 연속적으로 열분해하는 반응기의 내부에 발생되는 잔사물이 정체하지 않고 연속적으로 밖으로 배출되도록 함으로써, 에틸벤젠, 알파메틸스틸렌, 벤젠 및 톨루엔과 같은 부산물의 발생을 억제시키는 동시에 분해 오일의 생성 및 모노머인 스틸렌의 수율을 증감시킬 수 있다.

따라서, 폐기되는 폴리스틸렌의 재 자원화율을 높일 수 있어 이에 따른 경제효과 및 환경효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리스틸렌 열분해 연속반응기가 설치되어 폐 폴리스틸렌을 열분해하여 스틸렌 모노머를 회수하는 공정을 개략적으로 도시한 도면

도 2는 본 발명에 따른 폴리스틸렌 열분해 연속반응기의 구조 및 이의 사용상태를 도시한 도면

도 3은 종래 폐 폴리스틸렌을 열분해하여 스틸렌 모노머를 회수하는 공정을 개략적으로 나타낸 공정도

도 4는 종래 CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor) 방식의 반응기를 도시한 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 사출성형기 3 : 호퍼

4 : 용융기 5 : 반응기

6 : 1차 실린더 7 : 2차 실린더

8 : 배풀 9 : 질소가스 분사장치

10 : 유입구 11 : 배출구

12 : 잔사 배출구 13 : 열교환기

14 : 오일저장조 15 : 주입구 부위

Claims (5)

1. 삭제
2. 서로 다른 직경의 1차 실린더(6)와 2차 실린더(7)가 위아래 연결된 일체형의 관형상으로 이루어져 있으며, 상부에는 용해된 폴리스틸렌 입자가 유입되는 유입구(10) 및 열분해 반응에 의해 열분해된 기체가 배출되는 배출구(11)가 형성되어 있고, 하부에는 열분해되고 남은 잔사가 배출되는 잔사 배출구(12)가 형성되어 있는 폴리스틸렌 열분해 연속반응기에 있어서,

   상기 1차 실린더(6)는 2차 실린더(7)보다 더 큰 직경으로 이루어지되, 직경이 작은 2차 실린더(7)의 주입구 부위(15)가 1차 실린더(6)의 내부로 일정 구간 돌출된 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리스틸렌 열분해 연속반응기.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 2차 실린더(7)의 내면에는 이 내면을 따라 흘러내려가면서 열분해 반응되는 반응물의 체류시간을 증가시킬 수 있도록 다수 개의 배풀(8)이 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리스틸렌 열분해 연속반응기.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 2차 실린더(7)의 내측에는 열분해 반응으로 생성된 기체의 배출을 돕기 위한 질소가스 분사장치(9)가 더 장착된 것을 특징으로 하는 폴리스틸렌 열분해 연속반응기.
5. 사출성형기에서 파쇄된 폴리스틸렌을 용융기에 투입하는 단계와, 상기 용융기를 통해 용해된 폴리스틸렌 입자를 반응기로 투입되는 단계와, 상기 용해된 폴리스틸렌 입자가 반응기의 1차 실린더를 거쳐 2차 실린더의 내면을 따라 흘러내려가면서 열분해 반응하며 기체를 생성하는 단계와, 반응기 내부의 질소가스 분사장치를 통해 질소가스를 분사하는 단계와, 상기 기체 및 열분해 반응 후 생성되는 잔사를 반응기로부터 연속적으로 배출하는 단계와, 상기 열분해된 기체를 열교환기를 통해 액화시키고, 이를 통해 생성된 오일을 오일저장조에 수집하는 단계를 포함하는 폴리스틸렌 열분해 연속반응기를 이용한 스틸렌 모노머 회수방법에 있어서,

   상기 용해된 폴리스틸렌 입자가 1차 실린더에서 2차 실린더로 보내지면서 열분해 반응으로 기체를 생성하는 단계는 직경이 작은 2차 실린더의 주입구 부위가 직경이 큰 1차 실린더의 내부로 일부 돌출되게 하여 1차 실린더 내에 유입된 폴리스틸렌 입자가 2차 실린더의 주입구를 넘쳐 흐르는 방식으로 2차 실린더의 내면을 따라 흘러내려가게 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스틸렌 열분해 연속반응기를 이용한 스틸렌 모노머 회수방법.