KR100599377B1 - Ｐｖｃ가 혼합된 고분자 폐기물로부터 염소분 제거를 위한간접 가열식 탈염시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분리 재활용 처리가 어려운 혼합 플라스틱을 에너지로 활용하기 위하여, 연료로써의 이용기준을 맞추기 위한 기술에 관한 것으로서 혼합 폐플라스틱 중에 함유된 PVC 성분으로부터 염소분을 사전에 제거해주는 기술이다.
이 발명은 폐플라스틱과 혼합된 상태로 발생하는 PVC 성분을 함께 가열하면서 균일한 혼합이 일어나게 함으로써, PVC성분 중에 함유된 염산이 효율적으로 배출되도록 하는 장치에 관한 것이며, 구체적으로 양축방식을 사용함으로써 혼합 및 가열효과를 증대시키고 이송효과를 증대시켰으며 가열온도는 다른 폐플라스틱이 분해되지 않으면서 PVC만 분해되는 300℃ 근처로 일정하게 유지되도록 열매체유 가열방식을 채택하였다.
열매체에 의한 가열효과를 증대하기 위하여 스크루 날개가 붙은 관형축을 사용하였으며 가열된 열매체는 다시 열매체 보일러로 순환되어 가열되어 반응기 자켓을 통과하여 순환하게 된다.
탈염, PVC, 염소, 고분자 폐기물
Description
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 PVC가 혼합된 고분자 폐기물로부터 염소분 제거를 위한 간접 가열식 탈염시스템의 구조이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 호퍼 2 : 스크류 반응기
3 : 스크류 4 : 시료 출구
5 : 열매체유 6 : 열매 보일러
7 : 버너 8 : 열매체 펌프
9 : 반응기 자켓 10 : 내통
11 : 스크류 가동모터 12 : 염소분 배출구
13 : 팽창조 14 : 질소
본 발명은 고분자 폐기물을 주연료 또는 보조 연료로 사용하는 에너지 이용시설에서 폐플라스틱을 연료화할 경우 혼합된 PVC로 인하여 발생되는 염소분 생성에 의한 환경문제 또는 연료이용 장애를 극복하기 위하여, 고분자 폐기물 중에 포함된 PVC로부터 염소분을 가열하여 분리회수하는 간접 가열식 탈염시스템에 관한 것이다.
5대 범용 플라스틱 가운데 하나인 PVC는 비교적 가격이 저렴하고 가공성이 우수하여 활용빈도가 높은 편이다.
또한, 폐기물로 발생하면 원료로 재활용할 수 있는 물리적인 재활용이 가장 바람직하나 실제로 분리수거나 혼합 폐플라스틱으로부터 PVC만 분리하는 것이 쉽지 않기 때문에 한계가 있다.
따라서, 이러한 PVC 분리가 곤란한 고분자 폐기물은 산업용 연료로 사용하게 된다.
상기와 같은 이유로 현재 산업용 연료로 활용하는 고분자 폐기물 중에는 PVC가 불가피하게 혼입된다.
특히, 시멘트 킬른 소성로에서 보조 연료로 사용하거나 열분해 유화하기 위한 고분자 폐기물에 PVC가 혼합될 경우 연소 또는 분해과정에서 염산이 불가피하게 배출될 수밖에 없으며, 연소시에는 다량의 다이옥신이 배출될 가능성이 매우 높아지게 되고, 또한 연료 이용시설의 부식 등 심각한 문제를 야기시킨다.
뿐만 아니라 PVC가 혼합된 고분자 폐기물을 시멘트 소성로의 연료로 사용할 경우 배가스를 회수하는 공정에서 염산이 계속적으로 누적되며 시멘트에 기준치 이상의 염소분이 혼입될 경우 염을 형성하여 시멘트 품질저하로 연결되기 때문에 염소분을 전처리에 의하여 회수하는 것이 필수적이다.
또한, 열분해 유화공정에서도 PVC 중의 염산을 제거하지 않으면 열분해유 중에 함유되어 연료 사용시 염산이 배출되거나 다이옥신 형태로 전환될 가능성이 높다.
따라서, 대량의 혼합 고분자 폐기물을 연료로 이용하는 시설에는 염소분을 회수할 수 있는 탈염시설의 설치가 불가피하며 이를 위해서는 경제적이면서 탈염효율이 우수한 설비가 필요하다.
종래의 기술로는 혼합 폐플라스틱을 고형연료(RPF: Refused Plastic Fuel)로 제조시 소석회나 생석회를 투입하여 연소시 발생하는 염산을 중화시켜 염산의 배출농도를 저감시키는 방법이 있다.
그러나, 이 방법은 다른 중화물을 형성하여 2차 폐기물을 형성하고 총괄 염소분 농도에는 변화가 없고 연소시 다이옥신과 같은 유독성 산화물을 재형성할 가능성이 있다.
따라서, 중화제에 의하여 염소분을 제거하는 것보다 사전탈염에 의하여 2차 폐기물의 발생을 줄이고 연소과정에서 발생하는 염산이나 다이옥신의 양을 원천적으로 줄이기 위해서는 사전탈염기술이 적용되어야 한다.
혼합 폐플라스틱 중에 함유된 PVC로부터 염소분을 제거하는 기술은 다양한 방법이 있을 수 있다.
열분해 생성유나 열매유에 혼합 폐플라스틱을 직접 접촉하여 처리하는 기술이 있고, 스크류에 의하여 가열된 혼합 폐플라스틱을 용융, 압출하여 냉각수에 잠입시켜 염소분을 배출시키는 방법이 있다.
그러나, 전자는 열분해유나 열매체유 내에 생성되는 이물질의 처리문제가 있으며, 후자는 가열된 폐플라스틱을 냉각시킴으로서 에너지 손실 및 폐수처리에 대한 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, PVC 등의 이물질이 혼합된 폐플라스틱을 가열하면서 탈염을 연속적으로 장애없이 처리하기 위해서는 스크류 탈염반응기를 트윈형식으로 하여 혼합효과를 증대시키면서 이물질의 장애를 극복할 수 있도록 하는 간접 가열식 탈염시스템을 제공함에 있다.
상기의 탈염 반응은 온도조절이 일정해야 하기 때문에, 열매 보일러에 의하여 열매체를 가열하여 반응기 자켓에 순환하는 방식을 사용하고, 반응기의 내부에 있는 혼합 폐플라스틱을 일정온도로 가열하고 염산을 배출하는 방식을 사용한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 폐플라스틱이 장입되는 호퍼와, 상기 폐플라스틱을 출구로 교반 및 이송시키는 적어도 2개 이상의 스크류와, 폐플라 스틱에서 발생한 염소분이 배출되는 염소분 배출구와, 폐플라스틱에 열량을 공급하기 위한 반응기 자켓을 가지는 스크류 반응기와, 상기 반응기 자켓의 입구에 열매체를 밀어 공급하는 열매체펌프와, 상기 반응기 자켓의 출구에서 나온 열매체의 팽창 및 기화된 것을 완충시켜 주는 팽창조와, 상기 열매체에 열을 가하는 열매보일러를 가지는 열매체순환시스템을 포함하는 간접 가열식 탈염시스템이다.
상기에서 인접하는 스크류는 상호 역회전하는 것이 바람직하다.
상기 스크류의 축내부 내통이 형성되고, 반응기 자켓과 연결되어 열매체가 유동할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 팽창조는 열매체의 팽창이 자유롭도록 여유공간을 가지고, 상기 여유공간에는 질소로 충진되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 실시예 및 도면을 통하여 상세히 설명한다.
본 발명은 간접가열을 위한 열매체유 또는 연소 배가스 등을 이용하여 스크류 반응기 자켓과 스크류 내통을 통과시킴으로써, 탈염에 필요한 에너지를 반응기 내에 효율적으로 공급하고 동시에 탈염효율을 증대할 수 있도록 기계적인 교반을 실시하도록 고안되었다.
또한, 본 발명은 가열 및 혼합에 의하여 탈염효율을 증대시킬 수 있는 쌍축 스크류 반응기를 채택하였으며, 가열효율을 증가시키기 위하여 반응기 외벽과 스크류 축내부 가열방식을 채택하였다.
스크류 반응기(2)는 호퍼(1), 내통(10)이 형성된 스크류(3), 반응기 자켓(9),염소분 배출구(12), 출구(4), 스크류 가동모터(11) 및 동력전달수단으로 구성된다.
스크류 반응기(2)의 외벽 내에는 열매체가 흐를 수 있는 반응기 자켓(9)이 형성된다.
반응기 자켓(9)은 스크류 반응기(2)의 하부와 상부에 각각 형성되며, 열매체는 하부의 반응기 자켓에서 상부의 반응기 자켓으로 흐르게 된다.
호퍼(1)는 스크류 반응기(2)의 상부측에 설치되어 폐플라스틱을 장입하기 위해 형성된 대략적으로 깔때기 모양의 장치이다.
또한, 스크류 반응기(2)의 상부에는 염소분 배출을 위한 염소분 배출구(12)가 형성된다.
스크류 반응기(2)의 일측 단부에는 염소분이 제거된 폐플라스틱이 배출되는 출구(4)가 형성된다.
상기의 호퍼(1)와 출구(4)는 되도록 멀리 설치하여야 스크류 반응기(2) 내에서 폐플라스틱이 체류하는 시간이 길어져 염소분의 제거에 유리하다.
그리고, 염소분 배출구(12)는 호퍼(1)와 출구(4) 사이에 적어도 하나 이상 형성시켜, 분리되는 염소분이 바로바로 제거될 수 있도록 한다.
본 실시예의 경우 스크류 반응기(2)에 2개의 스크류(3)를 설치하였다.
왜냐하면, 스크류를 2개 이상 설치하여야 폐플라스틱의 스크류 반응기(2) 내부에서의 혼합효율을 높일 수 있고, 혹시 존재할 이 물질의 장애를 극복할 수 있기 때문이다.
스크류(3)는 스크류 가동모터(11)와 기어열에 의해 회전되고, 2개의 스크류 는 상호 역회전한다.
상기 스크류(3) 내부에는 내통(10)이 형성되고, 이 내통(10)은 반응기 자켓(9)과 연결되어 열매체가 흐를 수 있는 공간으로 활용된다.
내통(10)을 가지는 관현의 스크류를 사용하는 것은 스크류의 열변형을 방지하는 효과가 있다. 또한, 스크류 날개의 열전달 효과를 동시에 볼 수 있기 때문에 반응기 내부에 있는 폐플라스틱을 가열하는데 효과적이다.
다음으로 상기 반응기 자켓(9) 및 스크류(3) 내부의 내통(10)에 열매체를 흐르게 하는 열매체순환시스템은, 열매체펌프(8), 열매보일러(6), 팽창조(13)를 포함한다.
열매체순환시스템의 순환을 위한 압력 제공을 위해 열매체펌프(8)가 스크류 반응기(2)의 반응기 자켓(9)의 입력부에 연결된다.
열매체펌프(8)에 의해 스크류 반응기(2) 내부의 반응기 자켓(9) 및 스크류(3) 내부의 내통(10)을 지나고 나온 열매체가 자유팽창되도록 스크류 반응기(2)의 반응기 자켓(9)의 출력부에 팽창조(13)가 설치된다.
팽창조(13)는 열매보일러를 사용하는 과정에서 발생하는 열매체유의 팽창 및 기화분에 대한 대비를 위하여 설치되는 것이다.
열매체와 공기가 직접 맞닿는 것을 방지하기 위해, 팽창조(13) 상부에는 질소(14)를 사용한다.
스크류 반응기(2)의 반응기 자켓(9)의 출력부와 상기 팽창조(13) 사이의 배관에서 분기한 배관에 열매보일러(6)가 연결된다.
상기 열매보일러(6)에는 열공급을 위한 버너(7)가 설치된다.
상기 열매보일러(6)는 열매체펌프(8)와 연결되어, 열매체순환시스템은 폐회로를 이룬다.
이하, 본 발명의 일실시예의 작동순서를 설명한다.
호퍼(1)에 장입되는 폐플라스틱은 파쇄기(도시생략) 등을 이용하여 분쇄한다.
스크류 반응기(2)는 하부의 반응기 자켓(9)으로 진입된 열매체가 2개의 스크류(3)의 내통(10)을 지나 스크류 반응기(2)의 상부에 있는 반응기 자켓(9)까지 흘러 스크류 반응기(2) 내부를 일정온도로 유지하게 된다.
동시에 2개의 스크류(3)는 스크류 가동모터(11)에 의해 상호 역회전하며, 폐플라스틱을 조금씩 출구(4) 쪽으로 밀어 붙이며 교반시킨다.
또한, 스크류(3) 내부의 내통(10)에 의해서도 폐플라스틱에 열매체의 열이 전달된다.
스크류 반응기(2)의 온도는 약 300℃ 정도로 유지되고 이 때 혼합 폐플라스틱 중에 포함된 PVC가 열분해되면서 염소분 배출구(12)를 통하여 염산분이 배출되며 이 염산분은 별도의 응축 처리장치를 통하여 염산으로 회수가 가능하다.
상기와 같은 과정으로 염소분이 제거된 폐플라스틱은 출구(4)를 통하여 직접 연소로에 유입하거나 냉각하여 상용 청정연료로 활용하는 방안이 검토될 수 있다.
상기 열매보일러(6)는 버너(7)에 의해 열을 공급받아 열매체를 가열하여 열매체 펌프(8)에 전달하게 된다.
열매체는 열매체 펌프(8)에 의해 스크류 반응기(2)의 하부에 있는 반응기 자켓(9)에 진입하며, 스크류 반응기(2)의 반응기 자켓(9) 및 내통(10)을 지나 스크류 반응기(2)를 나오게 되며, 이는 팽창조(13)에 들어가 자유팽창하게 된다.
상기 팽창조(13)에는 질소(14)가 공급되어 열매체의 화학변화를 방지한다.
열매체는 다시 열매보일러(6)로 공급되어 버너(7)에 의해 가열되어 열매체펌프(8)로 나아간다.
따라서, 열매체는 열매체펌프(8), 하부 반응기 자켓, 2개의 스크류의 내통, 상부 반응기 자켓, 팽창조(13), 열매보일러를 지나 다시 열매체펌프(8)로 오는 순환을 하게 된다.
본 발명은 혼합 폐플라스틱 중에 불가피하게 포함되어 발생할 수밖에 없는 PVC 중에 들어있는 염산분을 미리 제거함으로써 청정연료로써 사용이 가능하도록 하는데 있다. 미리 탈염처리가 이루어지지 않을 경우 폐플라스틱 연소시 발생하는 염산의 농도가 20,000 ppm을 초과하는 경우가 있어서 사실상 염산제거를 위한 탈염공정에 대한 기술이 필요한 상황이며 탈염처리가 되지 않고는 현재로서는 사실상 연료로 사용하기가 어려운 상황이다.
본 발명은, 종래의 원료중에 석회분을 투입하는 기술과 달리, 가열에 의한 원천탈염으로 연료중의 염소분 농도의 저감할 수 있으며, 대형화 에너지화 시설에 적용가능하다.
또한, 현재 현장설치가 가능하기 때문에 사업성이 대단히 높다.
따라서, 본 발명은 연간 500만톤 이상 발생하는 폐기물인 폐플라스틱을 대체에너지로 활용할 수 있는 대안을 위한 것이며 개발이 완료될 경우 폐플라스틱의 산업체 청정 연료화가 이루어질 수 있다.
Claims (4)
- 폐플라스틱이 장입되는 호퍼와, 상기 폐플라스틱을 출구로 교반 및 이송시키는 적어도 2개 이상의 스크류와, 폐플라스틱에서 발생한 염소분이 배출되는 염소분 배출구와, 폐플라스틱에 열량을 공급하기 위한 반응기 자켓을 가지는 스크류 반응기와,상기 반응기 자켓의 입구에 열매체를 밀어 공급하는 열매체펌프와, 상기 반응기 자켓의 출구에서 나온 열매체의 팽창 및 기화된 것을 완충시켜 주는 팽창조와, 상기 열매체에 열을 가하는 열매보일러를 가지는 열매체순환시스템을 포함하고,상기 스크류의 축내부 내통이 형성되고, 상기 반응기 자켓과 연결되어 열매체가 유동할 수 있는 것을 특징으로 하는 간접 가열식 탈염시스템.
- 제1항에 있어서, 인접하는 스크류는 상호 역회전하는 것을 특징으로 하는 열매체순환시스템을 포함하는 간접 가열식 탈염시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 팽창조는 열매체의 팽창이 자유롭도록 여유공간을 가지고, 상기 여유공간에는 질소로 충진되는 것을 특징으로 하는 간접 가열식 탈염시스템.
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