KR100773605B1

KR100773605B1 - 폐비닐을 이용한 재생유 제조 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100773605B1
Application number: KR1020060085284A
Authority: KR
Inventors: 박형식
Original assignee: 박형식
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2007-11-05

Abstract

본 발명은 폐비닐에서 경우와 왁스를 생성할 수 있으며 흙이나 이물질이 묻은 폐비닐을 세척하지 않고 그대로 재생할 수 있는 폐비닐을 이용한 재생유 제조 장치 및 그 방법을 제공하기 위하여, 호퍼(10)와 연결되며, 내부는 진공상태를 유지하고 하이드론 가스를 열원으로 사용하는 토치(20a,20b)가 설치되어 상기 폐비닐을 용융시키는 밀폐형 열분해 가스발생기(18)와, 상기 밀폐형 열분해 가스발생기(18)로부터 배출되는 건류가스를 응축시켜 유분과 물로 변환시키는 제1 응축기(32)와; 상기 제1 응축기(32)로부터 공급되는 유분과 물을 저장하며, 상기 물로부터 유분을 분리시키는 유수분리기(36)와, 상기 유수분리기(36)로부터 공급된 유분을 경유와 왁스로 분리시키는 왁스분리기(40)로 구성된다.

폐비닐, 하이드론가스, 응축기, 유수분리기

Description

폐비닐을 이용한 재생유 제조 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR RECLAIMING WASTE VINYL}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 하이드론 가스를 열원으로 사용하여 폐비닐에서 재생유를 제조하는 장치의 구성을 보이고 있는 도면.

도 2는 도 1에서 도시하고 있는 장치를 이용하여 폐비닐에서 경유와 왁스를 제조하는 방법을 보이고 있는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 호퍼 14: 공급실린더

18: 밀폐형 열분해 가스발생기 20a, 20b: 하이드론가스 토치

22: 회분 이송관 24: 회분 배출구

26: 진공펌프 28: 하이드론 가스발생기

30,33: 연결관 32: 제1 응축기

34: 제2 응축기 36: 유슈분리기

38: 응축수 배출구 40: 왁스분리기

42: 왁스 배출구 44: 경유탱크

46: 쿨링워터 탱크

본 발명은 폐비닐을 이용한 재생유 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이드론 가스를 열원으로 사용하여 폐비닐에서 경유와 왁스를 생성하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

오늘날에 있어서, 자원은 한정되어 있으나 인구의 증가와 소비성향의 가속화 등으로 인하여 에너지 자원은 점차적으로 고갈되어 가고 있으며, 또한 다양한 생산활동과 소비활동을 통해 발생되는 다량의 쓰레기는 심각한 환경오염을 유발하고 있는 실정이다.

특히, 오늘날 흔히 사용되고 있는 폴리에틸렌(Polyethylene: PE)이나 폴리프로필렌(Polypropylene: PP) 등을 원료로 하는 비닐제품은 그 재활용도가 떨어져 대부분 쓰레기로 폐기되고 있으며, 폐기된 비닐제품은 자연상태로 분해되기까지 많은 시간이 소요되어 이에 대한 대책이 요구되어 왔다. 아울러 한정된 자원인 석유 에너지를 대체할 수 있는 새로운 에너지의 개발이 요구되고 있다.

위와 같은 환경오염과 에너지 고갈의 문제점을 해결하기 위해 페비닐을 액화하여 크래킹(Cracking)하므로서 대체연료로 재활용하는 방법이 제안되었으며, 이를 간략하게 설명하면 아래와 같다.

통상, 비닐제품은 석유 중 분자량이 큰 고분자를 원료로 하여 제조되며, 자원으로 사용되고 있는 휘발유, 디젤, 액화가스 등은 석유 중 분자량이 비교적 작은 고분자를 원료로 하여 제조되므로서 비닐제품과 휘발유, 디젤, 액화가스 등은 모두 그 조성이 탄소와 수소로 구성되어 있다.

따라서, 폐비닐과 휘발유, 디젤유, 액화가스 등은 그 조성이 서로 같으므로, 분자량의 소성을 전환하면 폐비닐을 휘발유, 디젤유, 액화가스 등의 에너지원으로 전환할 수 있으며, 그 이론적 근거로서 폐비닐을 분자량이 매우 큰 고체 석유로 볼 수 있어, 이를 액화하여 크래킹하면 액체과 기체로 된 석유로 전환시킬 수 있는 것이다.

이러한 크래킹 방법으로는 단순히 열만을 이용하는 열분해 방법과 촉매제를 주입하는 촉매분해 공정으로 나눌 수 있으나, 최근에는 열 및 촉매분해가 복합된 방법이 검토되고 있다.

상기 열분해 방법은 공정이 단순하고 조작이 용이하여 과거 많은 연구가 이루어진 방법으로서, 이러한 방법은 액체 연료, 기체 연료 또는 합성가스 등의 분해 생성물을 얻을 수 있으나 이들 생성물은 탄화수소의 분자량 분포가 넓고 품질이 좋지 않으며, 또한 탄소의 침적에 따른 공정중단 등의 단점이 있었다.

또한, 폐비닐의 열분해 온도는 그 원료가 동종의 것이라 할지라도 폐비닐의 형태, 첨가된 가소제, 기타 충전제 등에 따라 다르고, 또한 페비닐을 열 분해하는 공기의 존재 유무, 수증기나 불활성가스의 존재유무, 촉매제나 기타 화학제의 첨가 유무 등에 따라 분해 생성물이 다른 문제점이 있었다. 또한 일반적으로 여러 종류 의 가스, 유성물질, 잔류물 등이 생성되어 대체연료로 이를 실용화하기에는 어려움이 있었다.

한편, 촉매분해 방법은 기존의 열분해 방법에 비해 반응 온도가 100~120℃정도 낮고 분해 생성물의 선택도가 높으며, 분자량 분포의 범위가 좁아서 재활용이 용이하다는 장점을 가지고 있으나, 촉매의 선택이 어렵고 제조비용이 고가이며 공정이 복잡하여 실용화하기에 여려움이 있었다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 하이드론 가스에 의한 열분해 가스화 재생유 제조 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 폐비닐에서 경우와 왁스를 생성할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명이 또 다른 목적은 흑이나 이물질이 묻은 폐비닐을 세척하지 않고 그대로 재생할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 폐비닐을 용융시키는 가열로의 내부를 진공상태로 만들고 하이드론 가스를 열원으로 사용하여 상기 폐비닐에서 경유와 왁스를 재생할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

후술될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명이 있어 한개의 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

우선 본 발명에서는 열분해존과 용융살균존으로 이루어진 열분해 가스발생기의 내부를 진공상태로 만들고 하이드론 가스(Hydron gas)를 열원으로 하여, 상기 가스 발생기에서 폐비닐을 용융시킨 다음 이를 응축 및 분리 작업을 거쳐 디젤유와 파라핀 왁스로 재생하는 장치 및 그 방법을 제시하고자 하며, 이러한 기술적 사상은 후술하는 상세설명에 의해 용이하게 이해될 것이다.

즉, 본 발명의 재생유 제조장치(EH는 설비)의 상부에서 투입된 폐비닐은 상기 열분해존과 용융살균존에서 기화하여 열교환기에 의하여 응축된다. 상기 용융살균존에서는 하이드론 가스(Hydron gas) 토치에서 분출되는 고온(1000~1200℃)의 하이드론 화염에 의해 500~800℃ 정도로 유지되고, 상기 용융살균존에 남아있는 회분(즉, 폐비닐을 용융시킬 때 발생하는 각종 이물질 등의 찌꺼기)은 용융 살균처리되고 이 회분은 토량 개량제 및 종묘토에 필요한 살균토로 이용된다.

상기 열분해존과 용융살균존으로 구성된 밀폐형 열분해 가스발생기는 하이드론 가스의 화염으로 인해 외부의 산소 공급업이 자체의 수소 및 산소에 의해서 고온이 유지되며, 상기 가스발생기에서 열분해 된 가스는 공기가 공급되지 않으므로 산화가 일어나지 않아 타르(tar)가 발생하지 않고 또한 360~400℃에서 건류된 폐비닐의 건류가스는 응축기에서 응축시켜 유슈 불리기 및 왁스분리기(waxseperator)에서 왁스를 분리하면 고품질이 디젤유(이하 "경유"라 함) 및 고품질의 파라핀 왁스 (이하 "왁스"라 함)를 제조할 수 있다.

이때, 본 발명의 재생유 제조장치에서 하이드론 가스발생기 및 기타 장비에서 소요되는 전력은 자체 생산한 경유로 자가 발전하여 공급하며, 또한 재생유의 품질 및 회수율을 상승시키기 위해 투입구에서 합류되는 공기를 진공하태로 만들어 감압(10 Torr)하여 공급한다.

특히, 본 발명의 재생유 제조장치는 하이드론 화염(H2O gas)을 열원으로 활용하기 때문에 열 분해시 산소 공급이 없어 탄화가 발생하지 않으며, 현재까지 개발된 폐비닐 재생 액체 연료유의 제조 공정상 함유되는 탄소분에 의한 타르의 발생으로 경유의 품질 저하는 물론이고 폐 PE 및 PP를 원료로 한 재생유 제조장치에서 왁스불리기의 사용은 불가능하였으나, 본 발명의 설비는 타르의 발생이 없고 폐 PE 및 PP에 의한 재생유에서 고품질의 파리핀 왁스와 경유를 생산할 수 있다.

또한, 본 발명에서의 배 가스를 전량 응축하여 분리 처리하며, 상기 분리된 응축수는 정밀 여과하여 하이드론 가스발생기의 원료 용수로 활용하고, 응축된 유분은 다시 왁스분리기에서 왁스와 경유로 분리 정제하여 경유는 탱크에 저장하고 파라핀 왁스는 포장을 하여 공급하므로, 현재까지 개발 제조된 재생유에서 발생하던 저품질의 타르 대신 PE, PP보다 고가인 고품질의 파라핀 왁스를 제조하며 또한 핸재까지 제조 공정시 발생하는 유해 가스(예를 들어, CO2, CO, C)가 완전히 발생 하지 않는 무공해 제조 설비를 구현할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 상기 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

도 1은 본 발명에 따른 하이드론 가스(hydron gas)를 열원으로 사용하여 폐비닐에서 재생유를 제조하는 장치의 구성을 보이고 있는 도면이다. 상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 제조장치는 밀폐형 열분해 가스발생기(18)와 하이드론 가스 발생기(28) 및 제 1,2 응축기(32,34), 그리고 유수분리기(36) 및 왁스분리기(40)와 기타 각종 장비들로 구성된다.

즉, 호퍼(hopper)(10)는 통상적으로 사용되는 저장수단으로서, 일측단에는 투입구가 형성되고 타측단에는 열고/닫히는 게이트(12)가 설치되며 천장에는 폐비닐을 공급실린더(14) 쪽으로 투입하기 위한 호이스트가 설치된다. 이때 상기 호퍼(10)에 투입되는 폐비닐은 세척 및 건조과정을 거치지 않은 상태의 폐비닐로서, 즉 흙이나 이물질 등이 묻은 그대로의 폐비닐이 상기 호퍼(10)에 투입된다.

상기 공급실린더(14)는 피스톤(14a)의 작동으로 폐비닐을 열분해 가스발생기(18)의 내부로 공급하며, 상기 공급실린더(16)의 내부 일측단에는 게이트(16)가 설치된다. 이때 상기 공급실린더(14)는 진공펌프(26)와 연결되어 있으며, 상기 진공펌프(26)는 전술한 공급실린더(14)의 내부 뿐만 아니라 밀폐형 열분해 가스발생기(18)의 내부를 진공상태로 만든다.

상기 밀폐형 열분해 가스발생기(18)는 본 고안의 주요 구성요소로서 내부는 진공상태를 유지하며, 2개의 영역으로 나뉘어진다. 즉, 상기 가스발생기(18)는 상단부에는 열분해존이 형성되고 하단부에는 용융살균존이 형성되며, 상기 용융살균존이 형성된 지점에는 2개의 하이드론가스 토치(20a,20b)가 설치된다.

상기 하이드론가스 토치(hydron gas torch)(20a,20b)는 하이드론 가스발생기(28)로부터 공급되는 하이드론 가스(H2O gas)를 열원으로 사용하며, 약 1000~1200℃의 고온을 발생한다. 이때 상기 가스발생기(18)의 용융

살균존은 약 500~800℃의 온도를 유지한다. 이러한 구성에 따라 상기 가스발생기(18)의 내부로 투입된 폐비닐은 용융 분해 및 겅조되어 환분과 건류가스로 번환되며, 상기 회분은 이송관(22) 쪽으로 배출되고 상기 건류가스는 연결관(30)을 통해 제1 응축기(32) 쪽으로 유입된다.

상기 이송관(22)은 전술한 가스발생기(18)의 저면에 설치되고 ,내부에는 스크류 이송장치가 설치되며, 일측단에는 살균토 저장 피트(pit)와 연결된 배출구(24)가 형성된다. 즉, 상기 회분은 이송관(22)에 설치된 스크류의 작동에 따라 배출구(24)를 통해 저장 피트로 배출되며, 이때 싱기 회분은 토량 개량제 및 종묘토에 필요한 살균토로 사용된다.

제1 응축기(32)는 연결관(30)에 의해 전술한 밀폐형 열분해 가스발생기(18)와 연결되며, 상기 연결관(30)을 통해 유입된 건류가스를 응축시켜 유뷴과 물(이하 "응축수"라 함)로 변환시킨다. 또한 제2 응축기(34)는 연결관(33)에 의해 상기 제1 응축기(32)와 연결되며, 상기 연결관(33)을 통해 잔여분의 건류가스(즉, 제1 응축기에서 완전히 응축되지 않고 남은 건류가스)를 다시 응축시켜 유분과 응축수로 변환시킨다. 이때 상기 제1,2 응축기(32,34)는 쿨링워터 탱크(36)와 연결되며 상기 쿨링워터에 의해 상기 제1,2 응축기(32,34)들은 냉각되어 건류가스를 응축시키게 된다. 한편 상기 쿨링워터 탱크(46)는 도시하지 않은 쿨링타워와 연결되어 쿨링워 터를 공급받게 된다.

유수분리기(36)는 전술한 제1,2 응축기(32,34)로부터 공급되는 유분과 응축수를 저장하며, 상기 저장된 응축수는 배수구(38)를 통해 배출되고 상기 유분은 왁스분리기(40)로 다시 공급된다. 이때 상기 응축수는 하이드론 가스발생기(28)의 원료 용수로 사용된다.

왁스분리기(40)는 상기 유수분리기(36)로부터 공급된 유분을 고품질의 경유와 왁스로 분리하며, 상기 분리된 경유는 탱크(44)에 저장되고 상기 왁스는 배출구(42)를 통해 외부로 배출되어 포장작업을 거치게 된다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 재생유 제조장치를 이용하여 폐비닐에서 경유와 왁스를 생성하는 방법을 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명하면 아래와 같다.

우선 도 1에 도시한 호퍼(10)에 폐비닐을 저장한 다음, 상기 호퍼(10)에 설치된 호이스트를 이용하여 공급실린더(14)에 폐비닐을 담는다. 이때 진공펌프(26)의 작동에 의해 상기 공급실린더(14)의 내부와 밀폐형 열분해 가스발생기(18)의 내부는 진공상태를 유지하게 된다.(100 단계)

이후 상기 공급실린더(14)의 작동에 따라, 즉 게이트(16)가 열리고 피스톤(14a)이 폐비닐을 밀게되면, 상기 폐비닐은 밀폐형 열분해 가스발생기(18)의 내부로 투입된다.(102 단계)

이후 하이드론 가스발생기(28)에서는 토치(20a,20b) 쪽으로 하이드론가스를 열원으로 공급하게 되고, 이어서 상기 하이드론가스 토치(20a,20b)는 1000~1200℃ 의 온도로 밀폐형 열분해 가스발생기(18)의 내부를 가열하게 된다.(104 단계)

이후 상기 열분해 가스발생기(18)의 내부에서는 폐비닐이 용융되어 회분과 건류가스로 변환되고(106 단계), 상기 회분은 이송관(22)을 통해 외부의 저장 피트로 배출된다. 이어서 상기 건류가스는 연결관(30)을 통해 제1 응축기(32)의 내부로 유입되고, 우입된 건류가스는 응축되어 유분관 응축수로 변환된다.(108 단계)

이때 상기 제1 응축기(32)에 완전히 응축되지 않은 건류가스는 제2 응축기(34)에서 제차 응축되어 앞에서 생성된 유분 및 응축수와 함께 유수분리기(36)로 이송된다. 이어서 상기 유수분리기(36)에서는 응축수를 배수구(38)를 통해 배출시키고, 상기 유분은 왁스분리기(40)로 이동시킨다.(110 단계)

이후 상기 왁스분리기(40)는 유분에서 파라핀 왁스를 추출하여 배출구(42)를 통해 외부로 배출시키고, 경유는 탱크(44)에 저장한다.(112 단계) 이때 상기 왁스는 포장 처리되어진다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 폐비닐을 이용한 재생유 제조장치 및 방법은 다음과 같은 많은 효과를 달성한다.

첫 번째로, 본 발명은 순수한 H2O의 화염에 의한 열을 활용한 열분해이므로 불연성에 의한 타르(tar)가 발생하지 않고 고순도의 파라핀 왁스를 제조할 수 있는 장점이 있으며, 또한 회수율도 기존의 산화건류 방법보다 30%이상의 회수율을 올릴 수 있는 효과가 있다.

두 번째로, 본 발명은 기존의 산화건류 방식보다 건류 가스량이 적으며, 손수 석유가스 및 수증기만을 함유하고 있기 때문에 응축후의 배기가스가 없게 되고 이로 인해 대기오염이 발생하지 않으며, 또한 여기에서 다소 발생되는 VOC는 건류기로 공급하여 재 열분해 되기 때문에 완전 무공해화를 구현할 수 있는 장점이 있다.

세 번째로, 본 발명은 건류가스량이 적으므로 응축기의 전열면적이 줄어들뿐만 아니라 냉각수 공급량을 50%이상 절감할 수 있으며, 또한 쿨링타워 역시 수량 및 수온이 줄어드는 만큼 시설규모도 자연적으로 줄어드는 장점이 있다.

네 번째로, 본 발명은 경유 또는 LPG를 연료로 사용하는 종래의 열분해 방법보다 하이드론 가스를 공급함으로 인해 운전경비를 약 70%이상 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims

폐비닐을 이용하여 재생유를 제조하는 장치에 있어서,

상기 폐비닐이 저장되는 호퍼(10)와 연결되며, 내부는 진공상태를 유지하고 하이드론 가스를 열원으로 사용하는 토치(20a,20b)가 설치되어 상기 폐비닐을 용융시키는 밀폐형 열분해 가스발생기(18)와;

상기 밀폐형 열분해 가스발생기(18)로부터 배출되는 건류가스를 응축시켜 유분과 물로 변환시키는 제1 응축기(32)와;

상기 제1 응축기(32)로부터 공급되는 유분과 물을 저장하며, 상기 물로부터 유분을 분리시키는 유수분리기(36)와;

상기 유수분리기(36)로부터 공급된 유분을 경유와 왁스로 분리시키는 왁스분리기(40)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 폐비닐을 이용한 재생유 제조 장치.
제1항에 있어서,

상기 밀폐형 열분해 가스발생기(18)의 저면에 연결 설치되며, 스크류이송장치로 상기 가스발생기(18)의 바닥면에 있는 회분을 외부로 배출시키는 이송관(22)을 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 폐비닐을 이용한 재생유 제조 장치.
밀폐형 열분해 가스발생기(18)와 하이드론 가스발생기(28) 및 제1,2 응축기(32,34), 그리고 유수분리기(36) 및 왁스분리기(40)로 구성된 재생유 제조장치를 이용하여 폐비닐에서 재생유를 생성하는 방법에 있어서,

상기 열분해 가스발생기(18)를 진공상태로 만든 다음, 상기 가스발생기(18)의 내부에 상기 폐비닐을 투입한 후, 상기 가스발생기(18)에 설치된 가열토치(20a,20b)에 하이드론 가스를 공급하는 단계와;

상기 열분해 가스발생기(18)에서 상기 하이드론 가스를 열원으로 하여 상기 폐비닐을 용융시켜 회분과 건류가스를 생성하는 단계와;

상기 건류가스를 상기 제1,2 응축기(32,34)에서 응축시킨 다음, 이를 상기 유수분리기(36)에서 유분과 물로 분리한 후, 상기 유분을 상기 왁스분리기(40)에서 경유와 왁스로 분리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 폐비닐을 이용한 재생유 제조 장치.