KR100610446B1

KR100610446B1 - 자동차 폐기물의 열적 재활용 방법

Info

Publication number: KR100610446B1
Application number: KR1020040105309A
Authority: KR
Inventors: 서용칠; 정현태
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-08-08
Also published as: KR20060066821A

Abstract

본 발명은 슈레더 업체, 폐차장, 자동차 수리업체 등에서 폐자동차로부터 재활용 가능한 부품과 철금속, 비철금속 등을 분리한 후 잔존하는 유기성 폐기물을 친환경적으로 처리하여 자원화하는 방법에 관한 것으로서, 종래와 같이 자동차 폐기물을 소각 또는 매립하는 환경유해적인 방법으로 처리하는 것을 대신하여, 염소탈착/회수장치를 이용하여 염소(Cl)를 우선 제거하고, 염소가 제거된 폐기물을 열분해, 가스화 및 용융 공정을 통해 열적처리하여 이 과정에서 발생된 고온의 열과 최종 발생된 용융 슬래그를 재활용할 수 있도록 함으로써, 자동차 폐기물의 유효한 자원 회수 및 환경친화적인 재활용이 가능하도록 하고, 유해한 자동차 폐기물의 자원순환형 재활용 처리에 따른 환경 오염 저감 및 경제적 이익을 제공하게 되는 자동차 폐기물의 열적 재활용 방법에 관한 것이다.

자동차, 폐기물, 열적 재활용

Description

자동차 폐기물의 열적 재활용 방법{Thermal recycling method of automobile shredder residue}

도 1은 본 발명에 따른 자동차 폐기물의 자원화 공정을 위한 시스템 블럭 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차 폐기물의 자원화 공정을 나타내는 공정도,

도 3은 본 발명에서 용융 후의 최종 슬래그를 나타내는 사진.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 파쇄기 20 : 염소탈착장치

30 : 염소회수장치 40 : 가스화반응로

50 : 열회수장치

본 발명은 슈레더 업체, 폐차장, 자동차 수리업체 등에서 폐자동차로부터 재활용 가능한 부품과 철금속, 비철금속 등을 분리한 후 잔존하는 유기성 폐기물을 친환경적으로 처리하여 자원화하는 방법에 관한 것으로서, 종래와 같이 자동차 폐기물을 소각 또는 매립하는 환경유해적인 방법으로 처리하는 것을 대신하여, 염소탈착장치 및 염소회수장치를 이용하여 염소(Cl)를 우선 제거하고, 염소가 제거된 폐기물을 열분해, 가스화 및 용융 공정을 통해 열적처리하여 이 과정에서 발생된 고온의 열과 최종 발생된 용융 슬래그를 재활용할 수 있도록 함으로써, 자동차 폐기물의 유효한 자원 회수 및 환경친화적인 재활용이 가능하도록 하고, 유해한 자동차 폐기물의 자원순환형 재활용 처리에 따른 환경 오염 저감 및 경제적 이익을 제공하게 되는 자동차 폐기물의 열적 재활용 방법에 관한 것이다.

산업의 고도화와 생활수준의 향상으로 인하여 다양한 형태의 폐기물이 급속히 증가하면서 쓰레기 처리방안에 대한 관심이 집중되고 있으며, 그 중의 한 가지가 자동차 폐기물이다.

이러한 폐기물의 효과적인 처리방법은, 첫째 폐기물의 발생량을 줄이는 것이고, 둘째 발생된 폐기물을 재이용을 하는 것이며, 세째로는 재활용하는 것, 네째 재활용할 수 없는 폐기물은 소각시키거나 매립하는 것이다.

그리고, 폐기물을 재활용하는 방법으로는 물질적 재활용(Material Recycle), 열적 재활용(Thermal Recycle), 화학적 재활용(Chemical Recycle)으로 구분할 수 있으며, 이 중 물질적 재활용은 폐기물 가운데 유용물을 회수하는 것이고, 열적 재활용은 폐기물을 열적으로 처리하여 발생하는 열을 에너지로 활용하는 것이다.

또한, 화학적 재활용은 폐기물 중 오일이나 가스 등을 연료나 화학원료로서 재자원화하여 재활용하는 방법이다.

폐기물을 열적으로 처리하는 방법으로는 소각처리 방법과 열분해, 가스화, 용융처리 방법 등이 있으며, 종래에는 보편적으로 소각처리 방법이 사용되고 있다.

자동차 폐기물의 발생 경로를 보면, 폐자동차가 폐차장에 인도되어 재활용 가능한 부품과 해체작업에 위험성이 있는 연료와 오일류 등의 액상류, 타이어 등을 회수하고, 금속재료로 구성된 엔진, 변속기 등을 재활용을 위해 분해한 후, 나머지 몸체는 슈레더(shredder) 업체로 인도되어 파쇄 및 분쇄, 자력 선별, 와류 선별, 스크린 선별 과정을 거치면서 철금속과 비철금속 등의 유가금속을 회수하는데, 이때 발생된 나머지 플라스틱, 스폼, 고무, 유리 등의 잔재 폐기물을 자동차 폐기물이라고 한다.

현재 국내에서는 대부분의 자동차 폐기물들을 단순 매립하거나 단순 소각처리하고 있는 실정이다.

그러나, 이들 자동차 폐기물은 가연성 물질로 구성되어 있기 때문에 열에너지원으로서 활용이 크게 기대되고 있으며, 선진국에서는 이들을 연료로 사용하여 증기나 발전을 하기도 한다.

하지만, 자동차 폐기물을 열에너지로 사용하는데 있어서 가장 큰 문제점은 플라스틱 물질 중에 PVC를 비롯하여 염소(Cl)를 함유한 각종 고분자 재질이 포함되어 있다는 것이다.

염소가 함유된 폐기물을 아무런 전처리 과정 없이 열처리하는 경우, H염소가 발생하여 대기오염이나 처리설비의 부식을 초래하게 되며, 심각한 환경문제로 대두되고 있는 다이옥신(Dioxin), 퓨란(Furan) 등의 맹독성 유해물질을 발생시킨다.

현재까지 알려진 다이옥신 발생 기작을 보면 모든 열처리 과정에서 필연적으로 발생하는 것으로 알려져 있고, 300℃ 부근에서 발생량이 최대가 되는 것으로 알려져 있다.

다만 1200℃ 이상으로 가열할 경우 다이옥신 등이 발생하지 않는 것으로 알려져 있다.

이에 자동차 폐기물을 열에너지원으로 활용함에 있어서 설비의 부식 및 다이옥신 등 환경유해물질의 발생을 최소화하기 위한 방법을 개발하는 것이 시급한 문제로 대두되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 종래와 같이 자동차 폐기물을 소각 또는 매립하는 환경유해적인 방법으로 처리하는 것을 대신하여, 염소탈착/회수장치를 이용하여 염소(Cl)을 우선 제거하고, 염소가 제거된 폐기물을 열분해, 가스화 및 용융 공정을 통해 열적처리하여 이 과정에서 발생된 고온의 열과 최종 발생된 용융 슬래그를 재활용할 수 있도록 함으로써, 자동차 폐기물의 유효한 자원 회수 및 환경친화적인 재활용이 가능하도록 하고, 유해한 자동차 폐기물의 자원순환형 재활용 처리에 따른 환경 오염 저감 및 경제적 이익을 제공하게 되는 자동차 폐기물의 열적 재활용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

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

본 발명에 따른 자동차 폐기물의 열적 재활용 방법은, 폐자동차에서 부품 해체 및 회수 후 잔존하는 폐기물(ASR)을 재활용하기 위하여,

폐기물을 파쇄 및 분쇄하는 파쇄 공정과;

파쇄된 폐기물을 염소탈착장치에서 240 ~ 360℃의 온도로 처리하여 염소를 열적으로 탈착하고 염소회수장치에서 냉각하여 회수하는 염소 탈착 및 회수 공정과;

상기 염소 탈착 및 회수 공정을 거친 폐기물을 가스화반응로에서 500 ~ 2000℃로 제어하여 500 ~ 800℃ 구간에서 열분해가 이루어지고, 800 ~ 1200℃ 구간에서 가스화가 이루어지며, 1300 ~ 1500℃ 구간에서 용융이 일어나도록 하는 가스화 반응 공정과;

상기 가스화반응로에서 발생되는 가스의 열을 열회수장치에서 회수하여 재활용하는 공정;

을 포함으로 한다.

특히, 상기와 같은 본 발명의 열적 재활용 방법은 상기 염소탈착장치를 통해 염소를 제거한 가스를 상기 가스반응로에 투입하는 바이패스 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스화 반응 공정에서, 폐기물의 열분해가 이루어지는 열분해로와, 상기 열분해로를 거친 폐기물의 가스화가 이루어지는 가스화로와, 상기 가스화 로를 거친 폐기물의 용융이 일어나는 용융로로 분리 구성된 가스화반응로를 이용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스화 반응 공정에서, 폐기물의 열분해가 이루어지는 열분해로와, 상기 열분해로를 거친 폐기물의 가스화 및 용융이 이루어지는 반응로로 분리 구성된 가스화반응로를 이용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스화반응로에서 최종 발생된 용융 슬래그를 이용하여 인조석, 벽돌, 보도블럭, 타일을 제조하여 재활용하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

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

본 발명은 자동차 폐기물의 친환경적 처리를 위한 방법을 제시하고자 한 것으로, 슈레더 업체에서 폐자동차의 재활용 가능한 부품과 철금속, 비철금속을 해체 및 회수한 후 잔존하는 파쇄 폐기물(ASR:Automobile Shredder Residue)을 친환경적으로 처리하여 자원화하는 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 폐기물 중의 PVC에 포함되어 있는 염소(Cl)를 열적으로 탈착 및 제거시켜서 HCl 등으로 회수하여 염소 함량을 최소화하는 동시에 염소가 제거된 폐기물을 열분해, 가스화, 용융 공정을 거쳐 자원화하는 자동차 폐기물의 열적 재활용 방법에 관한 것이다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차 폐기물의 자원화 공정을 위한 시스템 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차 폐기물의 자원화 공정을 나타내는 공정 도이다.

본 발명은 폐자동차의 슈레더 업체에서 발생되는 자동차 폐기물을 자원화하기 위한 방법으로, 자동차를 구성하는 재료의 성상은 재자원화가 쉬운 철 등의 금속이 69 ~ 73%이고, 재자원화하기 어려운 플라스틱, 고무, 유리 등이 각각 8 ~ 9%, 2 ~ 3%, 4 ~ 5% 등이다.

그리고, 플라스틱의 재료별 구성비율은 PP, PUR, PVC, ABS가 66%로 대부분을 차지하고 있고, PVC도 10% 가량 포함되어 있다.

또한, 자동차용 플라스틱 중 범용수지는 PP, PE, PUR, PVC, ABS 등이 있고, 엔지니어링 플라스틱으로는 PA, POM, PC, PMMA 등이 함유되어 있다.

현재 우리나라 폐자동차 처리과정을 보면, 사용이 종료된 자동차는 폐차장으로 넘겨져서 재사용이 가능한 일부 품목과 해체작업에 위험성이 있는 연료, 오일류, 배터리 등을 먼저 분리/회수하고, 2차적으로 금속재료로 구성된 엔진, 변속기 등을 해체하여 철, 비철금속 등을 분리/회수하여 재활용한다.

범퍼나 시트 등 플라스틱 재료의 내/외장 부품은 필요시 분리하여 재활용하지만 대부분은 차체에 장착된 상태에서 압축되어 슈레더 업체에 인도된다.

이후 슈레더 업체에서 철강파쇄기(Shredder)에 의해 분쇄된 후 금속류는 일반적인 자력선별기에 의해 회수되고, 고가의 비철금속류는 비철선별기로 대선별한 후 수작업에 의해 세선별하여 회수된다.

이와 같이 철금속 등 유가금속이 회수되고 남은 잔재물이 자동차 폐기물이며, 이러한 자동차 폐기물은 대부분 소각처리되거나 매립되고 있는 것이 현 실정이 다.

이와 같이 자동차 폐기물은 폐자동차 처리과정 중에서 발생되며, 자동차 중량의 약 25%가 폐기물로 발생하는데, 자동차 폐기물 성상의 대부분은 섬유, 스폼, 플라스틱 등이고, 기타 물질로 고무, 토사, 유리,목재, 종이, 전선 등이 포함되어 있다.

그리고, 이들의 발열량은 플라스틱이 9,000kcal/kg으로 가장 높고, 고무 5,000, 전선 4,900, 스폼 4,500, 섬유 4,000kcal/kg으로, 대부분의 물질이 높은 열량을 가지고 있어 열적인 처리방법으로 자원화 및 재활용될 수 있다.

하지만, 자동차 폐기물 중에는 다량의 염소가 함유되어 있는 PVC 등의 물질이 포함되어 있어 염소의 탈착 및 회수가 필수적이다.

자동차에 사용되는 PVC 수지는 용융장력이 우수하고 가공력이 용이하여 널리 사용되고 있지만, 환경 호르몬을 함유하고 있고 소각시 다이옥신과 HCl 등의 부식성 물질을 생성하기 때문에 유럽에서는 소각에 의한 에너지로의 회수를 금지하고 있는 실정이다.

따라서, 이러한 PVC 등의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해서 본 발명을 안출하였으며, 본 발명은 폐자동차에서 발생되어 소각 및 매립처리되고 있는 자동차 폐기물을 자원화하는 방법을 제공한다.

이러한 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 슈레더 업체에서 철금속 등을 선별하고 남은 잔재물인 자동차 폐기물에는 크기가 100mm 이상인 폐기물이 다량 포함되어 있기 때문에 파쇄기(10)를 이용 하여 더욱 작은 크기로 파쇄 및 분쇄 공정을 우선 실시하는 것이 바람직하다.

물론, 자동차 폐기물을 파쇄하는 공정을 거치지 않아도 된다.

상기 파쇄 공정을 통하여 10 ~ 50mm 크기로 파쇄된 폐기물은 염소 탈착 및 회수 공정을 거치게 되는데, 우선 염소 탈착을 위하여 염소탈착장치(20)에서 열적처리 과정을 거치게 된다.

이 과정의 온도는 240 ~ 360℃ 구간으로 하여 폐기물 내 포함되어 있는 염소를 열적으로 쉽게 탈착 및 제거할 수 있으며, 360℃를 초과하는 경우 염소 회수율은 더욱 높아지나 플라스틱이 같이 용융되는 문제가 있게 된다.

여기서 발생된 염소는 염소회수장치(30)에서 급속히 냉각하여 HCl로 회수하거나 CaCO₃나 CaOH₂, NaOH 등과 반응시켜 CaCl₂, NaCl 등으로 회수하고, 이렇게 회수된 물질은 재활용이 가능하다.

그리고, 염소가 제거된 폐기물은 가스화반응로(40)에 투입되어 열분해 공정, 가스화 공정 및 용융 공정을 차례로 거치게 된다.

이때, 가스화반응로(40)의 온도범위는 500 ~ 2000℃로 제어하게 되는데, 이때 열분해 반응은 500 ~ 800℃ 구간에서 일어나고, 가스화 반응은 800 ~ 1200℃ 구간에서, 융용 반응은 1300 ~ 1500℃ 구간에서 일어나며, 이와 같이 각 온도범위로 제어하여 열분해, 가스화 및 용융 공정을 실시한다.

여기서, 열분해 공정을 500℃ 미만에서 실시하는 경우 열분해가 안정적으로 이루어질 수 없기 때문에 바람직하지 않다.

이와 같이 용융 반응이 완료된 상태에서 용융 슬래그의 품질이 낮을 경우 첨가물을 넣어 품질을 개선할 수 있으며, 상기와 같은 가스화반응로(40)의 공정 과정에서 발생된 가스는 2차 연소과정을 거쳐 열회수장치(50)를 통해 증기나 스팀을 생성하여 온수 공급 및 난방 등 열에너지로 회수하거나 발전 등을 통해 전기에너지로 회수한다.

그리고, 최종 용융 슬래그는 인조석, 벽돌, 보도블럭, 타일 등을 제조하여 환경 무해한 자원으로 재활용한다.

전술한 바와 같이 염소 탈착 및 회수 공정, 열분해 공정, 가스화 공정 및 용융 공정을 실시함에 있어서, 염소탈착장치(20)는 단독으로 설치하여 이용하거나, 탈착, 열분해, 가스화, 용융 공정이 단계적으로 온도를 높여 실시할 수 있기 때문에 염소탈착장치(20)를 가스화반응로(40)의 전단에 설치하여 염소 탈착 공정을 가스화반응로(40)를 이용하는 공정과 더불어 하나의 공정으로 실시할 수도 있다.

또한, 열분해, 가스화, 용융 공정을 하나의 가스화반응로를 이용하여 실시하거나, 열분해 공정의 경우 별도의 열분해로를 설치 및 이용하여 독립적으로 우선 실시할 수도 있다.

즉, 폐기물의 열분해가 이루어지는 열분해로와, 상기 열분해로를 거친 폐기물의 가스화 및 용융이 모두 이루어지는 반응로로 분리 구성된 가스화반응로를 이용할 수 있는 것이다.

또는, 폐기물의 열분해가 이루어지는 열분해로와, 상기 열분해로를 거친 폐기물의 가스화가 이루어지는 가스화로와, 상기 가스화로를 거친 폐기물의 용융이 일어나는 용융로, 즉 3개의 반응로로 분리 구성된 가스화반응로를 이용할 수도 있다.

또한, 바람직하게는, 염소탈착장치(20)를 통해 염소를 제거한 가스를 바이패스 통로를 통해 다시 가스화반응로(40)에 투입시켜 무해하게 처리할 수 있으며, 이와 같이 본 발명의 과정은 염소탈착장치(20)에서 염소를 제거한 가스를 가스화반응로(40)로 바이패스시키는 바이패스 공정이 추가될 수 있다.

또한, 가스화반응로(40)에서 발생되는 가스 중 CH₄는 회수한 후 정제하여 통상의 제조방법을 통해 메탄올로 제조한 후 연료전지의 연료로 활용할 수 있으며, H₂ 또한 회수 후 정제하여 연료전지의 연료로 활용할 수 있다.

한편, 다음의 표 1은 자동차 폐기물의 열감량 특성 및 열량을 나타낸 것으로, 하기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 자동차 폐기물을 구성하는 대부분의 물질은 300℃ 부근에서 무게 감량이 일어나기 시작하여 550℃에서 무게 감량이 마무리되는 것으로 나타났으며, 그리고 각 물질의 열량은 대부분 고열량을 가지는 것으로 연구되었다.

그리고, 다음의 표 2는 자동차 폐기물에 포함된 염소를 탈착시키기 위하여 240 ~ 400℃ 구간에서 열적처리 및 염소 탈착을 실시한 결과를 보여주고 있다.

하기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 360℃에서 95%의 염소 회수율을 보여 가장 바람직한 결과를 얻을 수 있었으며, 360℃를 초과하는 경우 염소 회수율은 더욱 높아지나 플라스틱이 같이 용융되는 현상을 발견하였는 바, 360℃를 초과하는 것이 바람직하지 않음을 확인할 수 있었다.

또한, 다음의 표 3은 자동차 폐기물에 포함된 염소를 제거한 후 400 ~ 800 ℃의 각 온도에서 열분해를 실시하여 오일 생성량과 가스 생성량을 측정한 결과를 나타내는 것으로, 600℃에서 오일 생성량과 가스 생성량이 가장 높음을 알 수 있었으며, 400℃에서는 완전한 열분해 결과를 얻을 수 없었다.

아울러, 도 3의 사진은 1300 ~ 1500℃에서 자동차 폐기물에 대하여 마지막으로 실시되는 용융 공정 후의 슬래그를 나타내는 것이다.

이와 같이 하여, 본 발명에서 제시한 염소 탈착 및 회수 공정, 열분해 공정, 가스화 공정 및 용융 공정에 따르면 자동차 폐기물의 환경친화적인 자원화가 가능하고, 나아가 상기와 같은 자동차 폐기물의 재활용에 의해 환경 오염 저감 및 환경적 경제 이익 등을 기대할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 폐기물의 열적 재활용 방법에 의하면, 슈레더 업체, 폐차장, 자동차 수리업체 등에서 폐자동차로부터 재활용 가능한 부품과 철금속, 비철금속 등을 분리한 후 잔존하는 유기성 폐기물을, 종래와 같이 자동차 폐기물을 소각 또는 매립하는 환경유해적인 방법으로 처리하는 것을 대신하여, 염소탈착/회수장치를 이용하여 염소를 우선 제거하고, 염소가 제거된 폐기물을 열분해, 가스화 및 용융 공정을 통해 열적처리하여 이 과정에서 발생된 고온의 열과 최종 발생된 용융 슬래그를 재활용할 수 있도록 함으로써, 자동차 폐기물의 유효한 자원 회수 및 환경친화적인 재활용이 가능하도록 하고, 유해한 자동차 폐기물의 자원순환형 재활용 처리에 따른 환경 오염 저감 및 경제적 이익을 제공하는 효과가 있다.

Claims

폐자동차에서 부품 해체 및 회수 후 잔존하는 폐기물(ASR)을 재활용하기 위하여,

폐기물을 파쇄 및 분쇄하는 파쇄 공정과;

파쇄된 폐기물을 염소탈착장치에서 240 ~ 360℃의 온도로 처리하여 염소를 열적으로 탈착하고 염소회수장치에서 냉각하여 회수하는 염소 탈착 및 회수 공정과;

상기 염소 탈착 및 회수 공정을 거친 폐기물을 가스화반응로에서 500 ~ 2000℃로 제어하여 500 ~ 800℃ 구간에서 열분해가 이루어지고, 800 ~ 1200℃ 구간에서 가스화가 이루어지며, 1300 ~ 1500℃ 구간에서 용융이 일어나도록 하는 가스화 반응 공정과;

상기 가스화반응로에서 발생되는 가스의 열을 열회수장치에서 회수하여 재활용하는 공정;

을 포함하는 자동차 폐기물의 열적 재활용 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 염소탈착장치를 통해 염소를 제거한 가스를 상기 가스반응로에 투입하는 바이패스 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 폐기물의 열적 재활용 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 가스화 반응 공정에서, 폐기물의 열분해가 이루어지는 열분해로와, 상기 열분해로를 거친 폐기물의 가스화가 이루어지는 가스화로와, 상기 가스화로를 거친 폐기물의 용융이 일어나는 용융로로 분리 구성된 가스화반응로를 이용하는 것을 특징으로 하는 자동차 폐기물의 열적 재활용 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 가스화 반응 공정에서, 폐기물의 열분해가 이루어지는 열분해로와, 상기 열분해로를 거친 폐기물의 가스화 및 용융이 이루어지는 반응로로 분리 구성된 가스화반응로를 이용하는 것을 특징으로 하는 자동차 폐기물의 열적 재활용 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 가스화반응로에서 최종 발생된 용융 슬래그를 이용하여 인조석, 벽돌, 보도블럭, 타일을 제조하여 재활용하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 폐기물의 열적 재활용 방법.