KR100627376B1 - 폐합성수지 압출기 체망 재생장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐합성수지 압출기 체망 재생장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로 체망에 부착하여 응고된 이물질을 포함한 폐합성수지 덩어리를 제거하기 위한 밀폐된 반응조 형태로서, 환경적으로 대기오염을 유발하지도 않으며, 재생된 체망의 품질을 유지하여 반복적으로 사용할 수 있도록 하는 폐합성수지 압출기 체망 재생장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 폐합성수지 압출기 체망 재생장치 및 방법은 폐체망의 폐합성수지를 완전 용융시켜 환경적인 문제를 야기시키지 않으며, 폐체망을 재생하여 사용하므로 비용 절감 효과가 있다.
폐체망, 폐합성수지, 히터, 열분해 장치
Description
도 1은 일반적인 폐합성수지 재생공정도이고,
도 2a는 일반적인 압출기 체망의 사용 전의 도면이며,
도 2b는 일반적인 압출기 체망의 사용 후의 도면이고,
도 3는 본 발명에 따른 폐합성수지 압출기 체망 재생 장치의 정면도이며,
도 4은 본 발명에 따른 폐합성수지 압출기 체망 재생장치에 의한 폴리스티렌의 온도영역대별 열분해 특성도이고,
도 5a는 본 발명에 따른 폐합성수지 압출기 체망 재생 장치의 실제 외부 사진이며,
도 5b는 본 발명에 따른 폐합성수지 압출기 체망 재생 장치의 실제 내부 사진이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 폐재 수집 2: 동종 분리
3: 폐재 분석 4: 폐재 용융
5: 압출 6: 잉고트 생산
7: 잉고트 용융 8: 압출
9: 절단 10: 펠릿 생산
11: 체망 장착대 12: 외벽
13: 히터 14: 안전변
15: 폐체망 16: 용융액 경사면
17: 용융액 저장통 18: 받침부
20: 앞문
본 발명은 폐합성수지 압출기 체망 재생장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 체망에 부착하여 응고된 이물질을 포함한 폐합성수지 덩어리를 제거하기 위한 밀폐된 반응조 형태로서, 환경적으로 대기오염을 유발하지도 않으며, 재생된 체망의 품질을 유지하여 반복적으로 사용할 수 있도록 하는 폐합성수지 압출기 체망 재생장치 및 방법에 관한 것이다.
우리나라는 세계 제4위의 석유화학국가로서, 연간 약 1,000만톤의 합성수지를 생산하고 있으며, 이중 500만톤은 국내에서 소비하고 있다. 사용후 재활용되는 폐합성수지는 년간 350만톤으로 전국적으로 250여개 재생사업장에서 취급되고 있다.
도 1은 일반적인 폐합성수지 재생공정도이다.
폐합성수지의 재생공정은 합성수지 생산공정과 유사하며, 도 1과 같이 수집단계에서부터 최종 펠릿(입상 수지원료, pellet) 생산단계까지로 구성된다. 폐합성수지 재생공정은 합성수지의 특성상 다른 종류의 합성수지나 이물질이 혼입될 경우 상품 가치가 하락하게 된다. 즉, 폴리스티렌(스티로폴, PS) 재생시에는 폴리스티렌만을 재생시켜야 하고, 다른 합성수지인 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등이 혼입되어서는 안된다. 따라서 합성수지를 수집한 후(1), 종류별로 구분하고(2), 분쇄한 후(3, 본 공정은 생략될 수 있음), 열을 가하여 용융 압출하여(4, 5) 잉고트(떡, ingot)를 생산하거나(6), 가닥(string)으로 용융·압출한 후(7, 8) 절단하여(9) 펠릿을 생산하게 된다(10). 잉고트를 생산할 경우에는 크게 문제가 되지 않으나, 펠릿을 생산할 때는 최종 재생원료를 생산하게 되므로 제품의 순도가 품질을 좌우하게 된다. 따라서 도 1의 제8번 공정인 압출시에, 압출기 말단에 스테인리스망으로 제작된 체망을 설치하여 이물질을 최종적으로 거르게 된다. 국내의 거의 모든 폐합성수지 재생기업에서는 압출기에 체망을 설치하여 운전하고 있다.
체망은 공극 40-80 메쉬(mesh)의 스테인리스망을 사용하는데, 체망으로 사용되는 스테인리스망은 가로 30m, 세로 1m인 한 롤(roll)의 가격이 50만원 정도이다. 현장에서는 체망 원단을 직경 30cm 내외로 절단하여 압출기 말단에 삽입하여 사용하며, 압출기당 교체횟수가 1일 50회 내지 200회 정도이다.
도 2a는 일반적인 압출기 체망의 사용 전의 도면이고, 도 2b는 일반적인 압출기 체망의 사용 후의 도면이다.
거의 25분 주기로 교체된 체망은 도 2b와 같이 합성수지 덩어리가 심하게 부착되어 있는 상태이다. 그러므로, 재생현장에서는 신규 체망의 구입가격을 절약하 고, 사용된 폐체망이 쓰레기로 버려지는 것을 방지하기 위하여 폐체망을 재활용하고 있다. 재활용 방법은 국내 모든 폐합성수지 재활용업체가 동일하게 노천 소각을 실시하여, 체망 표면에 붙어 있는 이물질이 포함된 합성수지 덩어리를 연소시키는 방법을 실시하고 있다.
기존의 폐합성수지 재생기업에서 노천소각 방식을 채택하여 체망을 재생하는 공정시, 체망을 연소시킬 때 나타나는 단점은 크게 3가지로 평가된다. ⑴ 불법 소각에 의한 대기오염의 유발 및 주변지역으로부터의 민원 유발과, ⑵ 소각시 체망으로부터 이물질이 완전 제거되지 않으며, ⑶ 고온 소각으로 인하여 체망의 철사가 경화·부식되거나 구멍이 생김으로써 사용연한이 축소 또는 폐지되는 경우가 발생한다.
본 발명의 발명자들은 체망에 부착하여 응고된 이물질을 포함한 폐합성수지 덩어리를 제거하기 위하여 밀폐된 반응조를 제작함으로써, 환경적으로 대기오염을 유발하지도 않으며, 재생된 체망의 품질을 유지하여 반복적으로 사용할 수 있도록 하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 체망에 부착하여 응고된 이물질을 포함한 폐합성수지 덩어리를 제거하기 위한 밀폐된 반응조 형태로서, 환경적으로 대기오염을 유발하지도 않으며, 재생된 체망의 품질을 유지하여 반복적으로 사용할 수 있도록 하는 폐합성수지 압출기 체망 재생장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 폐체망이 장착되는 체망 장착대; 상기 체망 장착대가 내부에 구비되는 외벽; 상기 체망 장착대와 상기 외벽 사이에 구비되며 열을 가하는 히터; 상기 외벽의 상부에 형성된 안전변; 상기 외벽의 앞면에 형성된 개폐가 가능한 앞문; 상기 외벽의 하부에 경사져 형성된 용융액 적하 통로; 상기 용융액 적하 통로 중앙에 형성된 용융액 저장통; 및 상기 외벽과 연결되어 형성된 받침부를 포함하는 폐합성수지 압출기 체망 재생장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 폐합성수지가 불완전연소하지 않으면서 상기 폐체망에서 용융되어 분리되는 온도에서 운전되는 상기 폐합성수지 압출기 체망 재생장치를 이용한 폐합성수지 압출기 체망 재생방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 폐합성수지 압출기 체망 재생장치에서는 상기 폐체망을 장착한 상기 체망 장착대에 상기 히터로 열을 가하여 상기 폐체망에 엉겨있는 폐합성수지를 용융시켜 제거한다.
여기서, 상기 폐합성수지 압출기 체망 재생장치는
체망 장착대로서 철봉과 철고리를 사용하여 일정 공간에 폐체망을 장착하도록 설치하고, 상기 일정 공간은 상기 폐체망을 10개씩 총 80개를 장착하는 것을 포함할 수 있다.
히터는 상기 체망 장착대의 상부, 후면과 양측면을 둘러쌀 수 있으며, 이를 통해 상기 폐체망에 열을 골고루 가할 수 있다.
상기 히터는 산화마그네슘(MgO) 또는 탄화규소(SiC) 재질을 사용할 수 있고, 상기 히터 재질은 450℃까지의 고온 가열에 적합할 수 있다.
열분해 장치의 외벽의 외부는 철판으로, 내부는 단열재로 형성할 수 있어 내구성과 보온성을 증가시킬 수 있다.
상기 단열재는 알루미나 시멘트 또는 탄소 섬유의 재질로 450℃까지 견딜 수 있는 고온 단열재를 사용할 수 있다.
상기 알루미나시멘트는 석회석과 보크사이트를 소성 또는 녹여서 만들 수 있다. 성분 중 알루미나(Al2O3)는 30~80 %로 고온 단열재일 수록 고알루미나질이 사용될 수 있다.
상기 탄소섬유는 아크릴계 섬유나 셀룰로오스 섬유를 1,000°C 이상의 온도로 열처리하여 탄화결정화한 섬유로서 원료로 폴리아클리로나트릴(PAN), 레이온 등이 사용되며 드물게 석유 또는 콜타르피치를 사용할 수 있다. 상기 탄소섬유는 가볍고, 강도·내열성·탄성률이 높아 내열재·고온단열재·항공기의 부품·낚시대 등에 널리 쓰인다.
도 3은 본 발명에 따른 폐합성수지 압출기 체망 재생 장치의 정면도이다.
도 3과 같이, 상기 체망 장착대(11)에 상기 폐체망(15)을 수직으로 장착하고, 상기 체망 장착대(11)와 상기 외벽(12) 사이에 구비된 상기 히터(13)를 통해 열을 가하여 상기 폐체망(15)에 엉겨있는 상기 폐합성수지를 용융시킨다. 용 융액은 경사면(16)을 따라 흘러 용융액 저장통(17)에 저장된다. 상기 외벽의 상부에는 용융되는 동안 발생하는 가스를 배출하는 안전변(14)을 설치한다. 또한 외벽의 앞면에는 개폐가 가능한 앞문이 형성되어 있다. 그리고, 상기 외벽과 연결되도록 받침부(18)를 설치하여 장치를 완성한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 폐합성수지 압출기 체망 재생장치를 이용한 폐합성수지 압출기 체망 재생방법에서는 폐합성수지가 불완전연소하지 않으면서 상기 폐체망에서 용융되어 분리되는 온도에서 운전된다.
상기 폐합성수지가 불완전연소하지 않으면서 상기 폐체망에서 용융되어 분리되는 온도는 열중량분석법을 이용하여 구할 수 있다.
상기 방법에서는 폐합성수지가 남아있는 폐체망에 열을 가하여 용융시켜 상기 폐합성수지를 상기 폐체망에서 분리하여 폐체망을 재생한다.
또한, 상기 열가소성 폐합성수지가 불완전연소하지 않으면서 상기 폐체망에서 용융되어 분리되는 운전 온도와 적정 운전 시간을 본 발명의 장치와 방법을 통해 구할 수 있으므로 본 발명은 열가소성 폐합성수지 전반에 적용할 수 있다.
상기 열가소성 폐합성수지는 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리아세탈, 폴리염화비닐, ABS 수지, 또는 아크릴 수지를 포함할 수 있다.
예를 들어 폐폴리스티렌이 부착된 폐체망을 세정하기 위한 히터의 적정 운전 온도는 280±10℃이고, 적정 운전 시간은 30±2분인 것을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 히터의 적정 운전 온도 280±10℃는 불완전연소하지 않으면서 상기 폐체망에서 상기 폐폴리스티렌이 용융되어 분리되는 온도라 할 수 있고, 상기 적정 운전 시간 30±2분은 분리되는 데 걸리는 시간이라 할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
폴리스티렌의 온도 영역대별 열분해 특성
폐체망에 부착되어 있는 폐합성수지 덩어리의 물성을 파악하기 위한 가장 중요한 물성은 열적 특성이다.
도 4은 본 발명에 따른 폐합성수지 압출기 체망 재생장치에 의한 폴리스티렌의 온도영역대별 열분해 특성도이다.
도 4는 폐합성수지의 일종인 폴리스티렌(PS) 잉고트의 열분해 특성을 나타낸 열중량분석(TGA, Thermal Gravity Analysis)으로서, 78℃ 를 초기 온도로 하여 분쇄·건조된 폐폴리스티렌을 회화로에 넣어 지속적으로 가온시키면서 일정 온도마다 폐폴리스티렌이 담지된 14개의 도가니를 순차적으로 꺼내어 시료의 중량을 측정함으로써 폐폴리스티렌의 열적 감량을 계산하였다. 폐폴리스티렌을 열적으로 감량시킨 결과, 100℃ 에서는 약간의 외형변화가 발견되었고, 140℃ 에서는 95% 이상의 외형감소가 발견되었으며, 이후 180℃ 부터는 시료가 완전 용융되었고, 400℃ 이상에서는 육안으로 잔재물만이 발견되었다. 무게감량은 180℃ 에서 시료가 용융된 이후, 260℃ 부근에서 초기 중량의 10% 이내의 감량이 있었고, 330℃ 부근에서 초기 중량의 90% 이상의 감량이 있었다. 따라서 온도대 영역별로 폐폴리스티렌의 거동을 살펴보면, 80℃ 까지 수분 증발, 180℃ 까지 용적 축소, 280℃ 까지 용융, 340℃ 까지 가스화, 이후 잔류물의 연소가 진행된다고 할 수 있다.
폴리스티렌 열분해 장치의 운전 온도
상기 폴리스티렌의 온도 영역대별 열분해 특성으로부터, 폴리스티렌의 발포는 120-140℃ 에서, 열적 성형은 140-180℃ 의 범위내에서 실시하여야만 하며, 폐스티로폼의 열적 감량화는 340℃ 이상의 온도에서 실시되어야 함을 알 수 있었다. 특히 폐스티로폼의 소각속도는 온도영역대에 따라 지속적으로 소각되어지기보다는 280-340℃ 의 짧은 온도 영역대에서 가스화가 진행되어지기 때문에, 340℃ 이상의 온도가 유지되는 소각로에서는 급격한 가스화가 진행되었고, 폐스티로폼이 갖는 높은 가연성에 기인하여 불완전연소가 발생하게 되었으므로, 그 결과 검댕이 발생되었다. 따라서 본 발명의 열분해장치는 280±10℃의 온도영역대에서 운전하는 것이 바람직하였다. 즉, 적정 운전 온도 280±10℃는 불완전연소하지 않으면서 폐폴리스티렌이 용융되어 분리되는 온도라 할 수 있다.
폴리스티렌 열분해 장치의 운전 원리
폐합성수지 압출기 체망 재생장치(도 3 참조)의 주요 원리는 이물질이 덩어리를 이루고 있는 폐체망을 체망 장착대에 10개씩 총 80개를 장착한 다음 280±10℃의 열을 가하여 체망 표면에 덩어리져 있는 합성수지를 녹여 내리는 방식이었다. 외벽의 외부는 철판으로 되어 있으며, 내부는 단열재로 형성하였다. 히터는 장치의 후면과 상부, 양측면에 4개소 설치하였으며, 용융하여 적하된 합성수지를 받아 내기 위하여 바닥면은 경사를 두었으며, 하부 중앙으로 적하된 용융액을 받아내는 용기를 부착하였다.
도 5a는 본 발명에 따른 폐합성수지 압출기 체망 재생 장치의 실제 외부 사진이고, 도 5b는 본 발명에 따른 폐합성수지 압출기 체망 재생 장치의 실제 내부 사진이다.
장치의 크기는 폭 80±10cm, 길이 60±10cm, 높이 90±10cm이며, 받침부의 높이가 60±10cm로 되어 있다. 장치의 전면부에 체망을 꺼낼 수 있도록 앞문(20)을 설치하였으며, 앞문(20)은 가동중의 밀봉을 위하여 코크 개폐장치로 되어 있다(도 5a, 도 5b 참조). 또한 장치운전 중에 기체 압력으로 인한 장치의 손괴를 방지하기 위하여 장치 상부에 안전변(미도시, safety valve)을 장착하였다. 폐체망을 세정하기 위한 적정 운전온도는 280±10℃ 에서 30±2분 정도이다.
본 발명의 폐합성수지 압출기 체망 재생장치 및 방법은 폐체망의 폐합성수지를 완전 용융시켜 환경적인 문제를 야기시키지 않으며, 폐체망을 재생하여 사용하 므로 비용 절감 효과가 있으며, 폴리스티렌을 포함한 열가소성 폐합성수지에 적용할 수 있다.
Claims (10)
- 폐체망(15)을 수직으로 장착한 체망 장착대(11);체망 장착대가 내부에 구비되어 있는 외벽(12);체망 장착대와 상기 외벽 사이에 구비되어 있고 폐체망에 엉겨있는 폐합성 수지를 용융시키는 히터(13);외벽의 상부에 형성되어 있고 용융 동안에 발생하는 가스를 외부로 배출하는 안전변(14);외벽의 앞면에 형성된, 개폐가 가능한 앞문(20);외벽의 하부에 경사져 형성된 용융액 경사면(16);용융액 적하 통로 중앙에 형성되어 있고 경사면을 따라 흘러는 용융액을 저장하는 용융액 저장통(17); 및외벽과 연결되어 형성된 받침부(18)를 포함하는 폐합성수지 압출기 체망의 재생 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 히터는 상기 체망 장착대의 상부, 후면과 양측면을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 폐합성수지 압출기 체망 재생장치.
- 제1항에 있어서, 상기 히터의 재질은 산화마그네슘(MgO) 또는 탄화규소(SiC)를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지 압출기 체망 재생장치.
- 제1항에 있어서, 상기 외벽의 외부는 철판으로, 내부는 단열재로 형성하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지 압출기 체망 재생장치.
- 제4항에 있어서, 상기 단열재는 알루미나 시멘트 또는 탄소 섬유를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지 압출기 체망 재생장치.
- 제1항에 있어서, 상기 폐합성수지는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리아세탈, 폴리염화비닐, ABS 수지, 또는 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 폐합성수지 압출기 체망 재생장치.
- 폐합성수지가 불완전연소하지 않으면서 상기 폐체망에서 용융되어 분리되는 온도에서 운전되는 것을 특징으로 하는, 제1항에 따른 폐합성수지 압출기 체망 재생장치를 이용한 폐합성수지 압출기 체망 재생방법.
- 제7항에 있어서, 상기 온도는 열중량분석법을 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지 압출기 체망 재생방법.
- 제7항에 있어서, 상기 폐합성수지는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리아세탈, 폴리염화비닐, ABS 수지, 또는 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 폐합성수지 압출기 체망 재생방법.
- 제9항에 있어서, 상기 폐합성수지가 폴리스티렌인 경우 상기 히터의 적정 운 전 온도는 280±10℃이고, 적정 운전 시간은 30±2분인 것을 특징으로 하는 폐합성수지 압출기 체망 재생방법.
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