KR100782381B1

KR100782381B1 - 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상 방법 및장치와 이로부터 제조된 재생연료유

Info

Publication number: KR100782381B1
Application number: KR1020060073304A
Authority: KR
Inventors: 이인구; 김재호
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2007-12-07

Abstract

본 발명은 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상 방법 및 장치와 이로부터 제조된 재생연료유에 관한 것으로, 그 목적은 일차적으로 폐플라스틱 재생연료유를 상온에서 원심분리하여 물리적으로 고형분을 제거한 후, 이차적으로 촉매가 충전된 반응기에서 연속 수첨열분해를 수행하여 고분자는 열분해하고 반응성이 높은 올레핀은 수소와 화학적으로 결합시켜 안정된 분자구조의 파라핀(paraffins)으로 전환함과 동시에 휘발성이 높은 물질은 가스화하여 상온에서 고형분함량이 적고 안정된 상태의 재생연료유를 생산하는 방법 및 장치와 이로부터 제조된 재생연료유를 제공하는 데 있다.

본 발명의 구성은 재생연료유를 상온에서 원심분리하여 고형물질을 1차적으로 제거하고 상등액을 250℃ 이상의 온도로 가열하여 가스상으로 기화시킨 다음 수소가스와 혼합하여 300 ~ 500℃ 범위의 온도가 유지되는 촉매가 충전된 반응기에 투입하여 수첨열분해 반응을 진행하여 재생연료유에 존재하는 타르와 같은 고형분 함량을 획기적으로 줄이고 인화점, 동점도 등 주요 연료품질 조건을 개선하는 방법과 장치 및 이로부터 생산되는 재생연료유에 관한 것이다.

폐플라스틱, 열분해, 재생연료유, 원심분리, 수첨열분해, 연료품질

Description

폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상 방법 및 장치와 이로부터 제조된 재생연료유{Method and apparatus for improving fuel quality of pyrolysis reclaimed fuel from wasted plastic and reclaimed fuel manufactured thereof}

도 1은 본 발명 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 물리, 화학적 처리에 의한 연료품질 향상 처리 단계를 나타낸 공정순서도이고,

도 2는 본 발명의 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 품질향상 장치 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 원심분리기 (11) : 재생연료유 원액 저장조

(20) : 재생연료유 상등액 교반 저장조 (30) : 오일유량계

(40) : 미터링 펌프 (50) : 재생연료유 상등액 기화부

(60) : 고압 수소 저장조

(70, 70') : 가스 유량 및 압력 제어기

(80, 80') : 체크밸브 (90, 90') : 가스유량계

(100) : 수소 예열부 (110) : 고압 질소 저장조

(120) : 질소 예열부 (130) : 가스 혼합부

(140) : 연료 가스 혼합부 (150) : 촉매충전 반응부

(160) : 열교환부 (170) : 1차 기-액 분리부

(180) : 생성오일 저장조 (190) : 후압 제어기

(200) : 2차 기-액 분리부 (210) : 연소부

(P) : 압력계 (T) : 열전대

본 발명은 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상 방법 및 장치와 이로부터 제조된 재생연료유에 관한 것으로, 자세하게는 폐플라스틱 또는 이를 물리적 성형하여 만든 고상 연료(RPF: Refused Plastics Fuel)를 열분해하여 제조한 재생연료유의 연료품질 향상을 위한 방법 및 장치와 이로부터 제공되는 연료에 관한 것으로, 특히 재생연료유를 일차적으로 원심분리하여 타르(tar) 등의 고형분을 물리적으로 제거한 후 액상의 상등액을 촉매하에서 수첨열분해함으로서 인화점, 동점도, 고형분함량 등 주요 연료특성을 개선한 것에 관한 것이다.

최근 중국, 인도 등 거대 국가들의 비약적 발전으로 인한 세계 에너지수요의 폭발적 증가와 중동과 중남미의 주요 산유국들의 계속되는 정치적 불안으로 말미암아 원유가격이 사상 유례없이 치솟고 있다. 이러한 원유가격의 고공행진은 세계의 공장이라고 불리는 중국과 인도의 막대한 수요가 계속되는 한 쉽게 멈추지 않을 것 으로 전망된다. 따라서 어느때보다 대체에너지 개발 및 이용이 절실한 시점에 이르렀다.

한편, 환경부 발표에 의하면 우리나라의 폐플라스틱류 발생량은 연간 약 400 만톤으로 총가연성폐기물 발생량의 17% 정도를 차지하고 있다. 비닐을 포함한 플라스틱류는 주로 에틸렌, 프로필렌, 에틸렌 테레프탈레인 등과 같은 원유로부터 유래한 화학물질을 고분자반응(polymerization)을 통하여 제조한 물질들이다. 따라서 폐플라스틱류를 열분해하면 고분자반응 이전의 물질인 단분자(monomers)나 이와 유사한 화학물질로 전환할 수 있다. 이렇게 단분자반응을 통하여 제조한 물질들이 폐플라스틱 재생연료유이다. 폐플라스틱 재생연료유는 가격이 저렴하고 액상으로 수송이 용이할 뿐만아니라 발열량이 중질류 수준(10,000 kcal/kg 이상)으로 높아 대체연료로서 연구개발되었으나, 분자들 대부분이 반응성이 높은 올레핀(olefins)으로서 상온에서도 쉽게 중합반응을 일으켜 타르(tar)와 같은 고상의 고분자물질을 생성하기 때문에 보일러 등에 연료로 사용시 파이프나 노즐의 막힘현상(plugging)이 발생하는 문제점이 제기되었다. 현재 우리나라에는 폐플라스틱류을 열분해하여 재생연료유를 생산하는 업체들이 한두 곳 있으나 생산된 재생연료유가 갖는 상기의 문제점으로 인하여 제품에 대한 수요는 적은 편이다. 따라서 폐플라스틱 열분해에 의한 재생연료유를 대체에너지로 활용하기 위해서는 타르제거, 연료 안정성 확보 등과 같은 연료품질 향상이 반드시 필요하다.

현재까지 폐플라스틱 재생연료유가 갖는 상기의 문제점을 해결하는 기술이 개발된 예는 거의 없다. 다만, 폐윤활유를 열분해한 후 증류하여 재생연료유를 생산하는 기술(대한민국특허 공개번호 특2002-0069763)과 폐윤활유를 열분해 후 냉각하여 활성탄 등에 물리적 흡착을 통하여 재생연료유를 생산하는 기술(대한민국특허 공개번호 특2002-0017481)이 각각 개발되었으며 모두 발명의 주요 기술은 증류나 흡착 등의 물리적 처리로서 본 발명에서 이루고자하는 주요 기술인 촉매 수첨열분해인 화학적 처리 방법 및 장치와 근본적으로 다르다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 일차적으로 폐플라스틱 재생연료유를 상온에서 원심분리하여 물리적으로 고형분을 제거한 후, 이차적으로 촉매가 충전된 반응기에서 연속 수첨열분해를 수행하여 고분자는 열분해하고 반응성이 높은 올레핀은 수소와 화학적으로 결합시켜 안정된 분자구조의 파라핀(paraffins)으로 전환함과 동시에 휘발성이 높은 물질은 가스화하여 상온에서 고형분함량이 적고 안정된 상태의 재생연료유를 생산하는 방법 및 장치와 이로부터 제조된 재생연료유를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 재생연료유를 연속 원심분리하여 액상의 상등액 만을 취한 후 이 를 250℃ 정도의 온도로 가열하여 기화시키고 미리 예열된 수소 및 질소와 혼합한 후 300 ℃∼500℃에서 운전되는 고형 촉매가 충전된 반응기에 유입시켜 수첨열분해 반응을 수행함으로써 재생연료유의 고형분 함량을 획기적으로 줄이고 안정성을 높인 방법 및 이를 수행하는 장치와 이로부터 제조된 연료유를 특징으로 한다. 이와 같은 원심분리 과정에서 생성된 고형물질과 수첨열분해 과정에서 생성된 가스는 연소하여 그 연소열을 기화기나 수첨열분해 반응기에서 필요한 에너지로 활용할 수 있다.

보다 구체적으로 본원 발명의 장치 구성은, 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질을 향상시키는 장치에 있어서,

재생연료유 원액을 저장조에서 이송받아 연속으로 고상과 액상으로 분리하는 원심분리기와; 상기 원심분리기에서 원심분리된 상등액을 균일하게 혼합하여 저장하는 재생연료유 상등액 교반 저장조와; 상등액 교반 저장조에서 이송되는 상등액의 이송 유량을 측정하는 오일유량계와; 상등액 교반저장조에서 이송되는 상등액을 일정한 유속으로 이송시키는 미터링 펌프와; 이송된 상등액을 기화시키는 재생연료유 상등액 기화부와; 고압의 수소를 저장하는 고압 수소 저장조와; 고압 수소 저장조에서 이송되는 고압 가스를 상압으로 감압하여 일정한 유속으로 이송하는 가스 압력 및 유량 제어기와; 이송되는 가스의 역류를 차단하는 체크밸브와; 이송되는 수소가스의 이송 유속을 측정하는 가스유량계와; 이송된 수소를 예열하는 수소 예열부와; 고압의 질소를 저장하는 고압 질소 저장조와; 고압 질소 저장조에서 이송되는 고압 가스를 상압으로 감압하여 일정한 유속으로 이송하는 가스 압력 및 유량 제어기와; 이송되는 가스의 역류를 차단하는 체크밸브와; 이송되는 질소가스의 이송 유속을 측정하는 가스유량계와; 이송된 질소를 예열하는 질소 예열부와; 수소 및 질소 가스를 단독 또는 혼합하여 연료가스혼합부로 공급하는 가수 혼합부와; 기화된 상등액과 예열된 수소가스(또는 수소와 질소의 혼합가스)를 혼합하는 연료 가스 혼합부와; 혼합된 반응물질의 수첨열분해 반응이 진행되는 촉매충전 반응부와; 생성물질을 상온으로 냉각하는 열교환부와; 생성물질을 기상과 액상으로 분리하는 1차 기-액 분리부와; 생성오일을 수집 저장하는 생성오일 저장조와; 반응장치의 압력을 제어하는 후압 제어기와; 잔존 액상물질을 가스로부터 재차 분리하는 2차 기-액 분리부와; 생성가스와 원심분리기에서 배출된 고상 타르를 연소하여 에너지를 회수하는 연소부로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 원심분리기는 드럼형 연속원심분리기로서 상등액은 드럼의 외부로 배출되고 고상의 타르는 드럼의 내부 하부로 배출되는 것을 사용한다.

상기 재생연료유 상등액 교반 저장조는 저장조 내부에서 상등액을 연속적으로 교반하여 균일한 농도로 유지할 수 있는 날개형 교반장치를 장착한 것을 사용한다.

상기 재생연료유 상등액 기화부는 액상의 상등액이 신속히 기화되기 위하여 기화기 외부를 완전히 둘러싼 형태의 간접 가열식 가열로를 장착한 것을 사용한다.

상기 수소 예열부 및 질소 예열부는 수소 가스 및 질소 가스의 신속한 예열을 위하여 예열기 외부를 완전히 둘러싼 형태의 간접 가열식 가열로를 장착한 것을 사용한다.

상기 연료 가스 혼합부는 기화된 재생연료유 상등액과 예열된 수소의 신속하고 완전한 혼합을 실현하기 위하여 혼합부 내부에 다수의 흐름 방해벽(baffle)을 서로 반대방향으로 설치하며, 혼합물질을 일정한 온도로 유지하기기 위하여 혼합기 외부를 완전히 둘러싼 형태의 간접 가열식 가열로를 장착하는 것을 사용한다.

상기 촉매충전 반응부는 입상의 고상 촉매를 반응기에 충전할 수 있도록 고안된 촉매 지지대와 반응온도를 측정하는 열전대(T)를 장착하며 반응물질을 신속히 반응온도까지 가열하기 위하여 반응기 외부를 완전히 둘러싼 형태의 간접 가열식 가열로를 장착한 것을 사용한다.

상기 미터링펌프 후단, 재생 연료유 상등액 기화부, 가스유량 및 압력제어기, 수소예열부 후단, 질소예열부 후단, 촉매충전반응부 후단에는 압력과 온도를 확인할 수 있도록 압력계(P) 또는 열전대(T)가 설치되어 구성한다.

상기와 같은 장치 구성을 구비한 본 발명 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상 방법은, 재생연료유 원액의 연속 원심분리에 의한 물리적 고-액 분리 단계와; 분리된 액상 상등액을 상압에서 수첨열분해 반응장치로 이송하는 단계와; 액상 상등액을 기화하는 단계와; 수소를 수첨열분해 반응장치로 이송하는 단계와; 수소를 예열하는 단계와; 기화된 재생연료유 상등액과 예열된 수소를 혼합하는 단계와; 혼합된 상등액과 수소를 화학적 반응시키는 수첨열분해 반응 단계와; 생성물의 냉각 및 기-액 분리 단계와; 원심분리 과정에서 발생한 고상 타르 및 수첨열 분해 과정에서 발생한 생성가스의 연소 및 에너지 회수 단계로 이루어진다.

본 발명은 재생연료유는 상기와 같은 장치와 방법을 사용하면 본 발명에 따른 재생연료가 생산된다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 물리, 화학적 처리에 의한 연료품질 향상 처리 단계를 나타낸 공정순서도인데, 도시된 바와 같이 본 발명은 재생연료유 원액의 연속 원심분리에 의한 물리적 고-액 분리 단계(S100)와; 분리된 액상 상등액을 상압에서 수첨열분해 반응장치로 이송하는 단계(S200)와; 액상 상등액을 기화하는 단계(S300)와; 수소를 수첨열분해 반응장치로 이송하는 단계(S400)와; 수소를 예열하는 단계(S500)와; 기화된 재생연료유 상등액과 예열된 수소를 혼합하는 단계(S600)와; 혼합된 상등액과 수소를 화학적 반응시키는 수첨열분해 반응 단계(S700)와; 생성물의 냉각 및 기-액 분리 단계(S800)와; 원심분리 과정에서 발생한 고상 타르 및 수첨열분해 과정에서 발생한 생성가스의 연소 및 에너지 회수 단계(S900)로 이루어진다.

또한 상기 수소를 수첨열분해 반응장치로 이송하는 단계(S400)와; 수소를 예열하는 단계(S500)와; 기화된 재생연료유 상등액과 예열된 수소를 혼합하는 단 계(S600)에서 별도의 경로를 통해 질소를 예열 후 수소와 혼합하여 수첨열분해 반응장치로 공급하는 단계를 더 포함하는 구성할 수 있다. 이와 같은 단계를 더 포함하는 이유는 수소의 폭발 위험성이 있을 경우를 대비해 질소를 투입하여 반응의 안정성을 도모하기 위함이다.

도 2는 본 발명 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 물리, 화학적 처리에 의한 연료품질 향상 장치의 개략도이다. 도시된 바와 같이 본 발명은 재생연료유 원액저장조(11)에서 폐플라스틱 열분해 재생연료유 원액을 연속 원심분리기(10)로 이송하면 3,000 rpm∼6,000 rpm 회전속도를 갖는 연속 원심분리기(10)가 가동되어 재생연료유를 원심력 차이를 이용하여 액상과 고상으로 분리한다. 액상 상등액은 원심분리기(10) 상부로부터 배출되어 상등액 교반저장조(20)로 이송되고, 고상 생성물인 타르는 원심분리기 중앙 하부에서 배출되어 연소부(210)로 이송되어 수첨열분해에서 발생된 가스와 함께 연소하여 에너지를 회수한다. 상기 회전속도를 한정한 이유는 상기 단계를 수행할 때 가장 좋은 결과를 가지는 하한치 및 상한치 임계조건으로 이러한 구간을 벗어나면 본 발명에서 요구하는 성능이 저하되는 문제점이 있어 한정하였다.

재생연료유 상등액 저장조(20)에는 10~100rpm 회전속도를 갖는 교반장치가 장착되어 있어 유입되는 상등액을 균일하게 혼합한 상태로 미터링 펌프(40)로 이송한다. 재생연료유 상등액은 미터링 펌프(40)를 통하여 정해진 일정한 유속으로 저 장조(20)에서 기화부(50)로 이송한다. 이때 이송되는 상등액의 유량은 오일유량계(30)를 이용하여 측정한다. 상기 회전속도를 한정한 이유는 상기 단계를 수행할 때 가장 좋은 결과를 가지는 하한치 및 상한치 임계조건으로 이러한 구간을 벗어나면 본 발명에서 요구하는 성능이 저하되는 문제점이 있어 한정하였다.

미터링 펌프(40)를 통하여 기화부(50)에 유입된 재생연료유 상등액은 250 ~ 450℃의 온도로 가열되어 수소와의 혼합 및 촉매반응에 유리한 상태인 기상으로 전환된다. 상기 온도를 한정한 이유는 상기 단계를 수행할 때 가장 좋은 결과를 가지는 하한치 및 상한치 임계조건으로 이러한 구간을 벗어나면 본 발명에서 요구하는 성능이 저하되는 문제점이 있어 한정하였다.

한편, 수첨열분해 반응에 사용할 수소는 고압 저장조(60)에서 가스 유량 및 압력 제어기(70)를 통하여 상압의 일정한 유속으로 수소 예열부(100)로 이송한다. 이때 이송되는 수소의 역류를 차단하기 위하여 체크밸브(80)를 설치한다. 이송유속은 가스 유량계(90)를 통하여 측정한다.

수소 예열부(100)에서 수소온도를 200 ~ 400℃까지 승온시켜 재생연료유 상등액과의 혼합 및 반응이 원활히 진행되도록 한다. 상기 온도를 한정한 이유는 상기 단계를 수행할 때 가장 좋은 결과를 가지는 하한치 및 상한치 임계조건으로 이러한 구간을 벗어나면 본 발명에서 요구하는 성능이 저하되는 문제점이 있어 한정 하였다.

장치의 가동 시작단계와 가동 멈춤단계에서는 수소 대신 질소를 고압 질소 저장조(110)에서 이송하여 질소 예열부(120)에서 적당한 온도로 예열한 다음 반응기에 투입하여 장치의 안전한 운전을 확보하고, 촉매를 보호한다.

기화된 재생연료유 상등액과 예열된 수소는 혼합부(140)에서 만나 혼합된다. 원활한 혼합을 위하여 상등액은 혼합부 상부로부터 유입하고 수소는 혼합부 하부로부터 유입하며 혼합부 내부에 도면과 같이 평면장벽(baffle)을 2개 이상 서로 반대 방향으로 설치한다. 연료 가스 혼합부 온도는 250 ~ 450℃를 유지하여 반응부 입구에서 원하는 온도가 유지될 수 있도록 한다.

상기 온도를 한정한 이유는 상기 단계를 수행할 때 가장 좋은 결과를 가지는 하한치 및 상한치 임계조건으로 이러한 구간을 벗어나면 본 발명에서 요구하는 성능이 저하되는 문제점이 있어 한정하였다.

촉매충전 반응부(150)에는 일정한 입도를 갖는 고형 과립상의 촉매가 충전되어 있으며 혼합된 상등액과 수소의 수첨열분해 반응이 실현된다. 반응온도는 300 ∼ 500℃로 유지한다. 촉매로는 상압에서 수첨열분해를 촉진하는 효과가 있는 입상 활성탄, 입상 알루미나-실리카, 입상 천연 제올라이트 중에서 선택된 하나 또는 하나 이상을 사용한다. 운전 종료후 비활성화된 촉매는 꺼내어 활성화시킨 후 촉매로 재사용할 수 있다. 촉매충전층 온도를 확인하기 위하여 도 2와 같이 열전대(T)를 반응기 내부에 설치한다. 반응부에서 재생연료유 상등액의 체류시간은 일반적으로 30분 이내로 유지하되, 상등액의 고형분 함량이 15% 이상으로 높을 경우에는 30분 이상의 반응기체류시간을 유지하여 반응이 충분히 진행될 수 있도록 한다.

촉매충전 반응부에서 배출된 생성물은 열교환부(160)를 통과하면서 상온으로 냉각된다. 열교환은 간접방식으로 진행되며 열교환 매질로는 순환 냉각수를 사용한다.

냉각된 생성물은 1차 기-액 분리부(170)에서 생성오일과 가스로 분리된다. 생성오일은 저장조(180)에 임시 저장한 후 다른 저장장소로 이송하고, 생성가스는 후압 제어기(190)를 통과시킨 후 2차 기-액 분리부(200)에서 액상 물질을 완전히 제거한다.

생성가스는 원심분리기에서 발생한 고상 타르와 함께 연소부(210)에서 연소되며 연소열은 회수하여 장치의 운전에 필요한 에너지로 활용한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예이다.

(실시예 1)

재생연료유 원액의 원심분리 및 촉매 수첨열분해에 의한 연료품질 개선

국내 D사에서 생산한 폐플라스틱 열분해 재생연료유 원액은 19℃에서 점도가 8.16 cP로 높고 유동성이 낮았다. 이는 원액에 타르와 같은 고형분의 함량이 높기 때문으로 일차적으로 원심분리기를 이용하여 6,000 rpm에서 원심분리하여 상등액을 취하였다. [표 1]에 재생연료유 원액과 시료의 몇가지 연료특성을 나타내었다. 원심분리 후 발열량, 동점도는 거의 변화가 없으나, 인화점, 고형분함량은 낮아졌다. 이러한 결과로부터 원심분리로는 재생연료유의 고형분을 제거할 수는 있으나 기타 보일러등유의 주요 품질기준을 만족시키기 어려움을 알 수 있다. 따라서 본 발명에서는 일차적으로 과량으로 존재하는 고형분을 원심분리를 통하여 제거하여 유동성을 확보한 다음 이차적으로 수첨열분해와 같은 열화학적 처리를 통하여 재생연료유의 연료품질을 개선하는 방법 및 장치를 발명하게 되었다.

재생연료유 상등액의 수첨열분해 처리에 의하여 얻은 액상 생성오일의 인화점, 동점도, 그리고 고형분 함량 변화를 반응온도와 촉매 종류별로 실험조사하여 그 결과를 [표 2]에 나타내었다. 생성오일의 인화점은 13 ∼26℃ 범위로서 모든 반응조건에서 시료보다 높은값을 보였다. 특히 제올라이트는 300 ∼400℃ 반응온도에서 수첨 열분해에 의하여 재생연료유의 인화점을 높이는데 효과가 있는 것으로 나타났다. 동점도도 수첨열분해 후 크게 높아졌다. 생성오일의 고형분 함량은 모든 반응조건에서 시료에 비하여 약 70% 감소하였다. 제올라이트 촉매반응에서는 다른 촉매반응에 비하여 다소 높은 고형분 함량을 보고, 활성탄 촉매에서 얻은 생성오일은 모든 반응온도에서 비교적 높고 안정된 인화점을 보였으며 동점도는 보일러등유 기준치에 수렴하였고 고형물 함량도 낮게 나타났다. 전반적으로 실험에 사용한 입상 알루미나-실리카, 입상 활성탄, 입상 천연 제올라이트는 상압 수첨열분해에 의한 재생연료유의 품질개선에 촉매로서 효과가 있는 것으로 확인되었다.

[표 1] 폐플라스틱 열분해 재생연료유와 이의 원심분리 상등액의 연료특성

분 석 항 목	재생연료유 원액	원심분리 상등액
- 원소분석 (wt%) 탄소 수소 질소 유황 - 발열량 (kcal/kg) - 동점도 (mm²/s @40℃) - 인화점 (P.M, ℃) - 잔류탄소량 (wt%) - 고형분함량 (wt%)	85.45 11.65 0.23 0.02 10,150 0.22 41 0.47 -	88.25 9.23 0.66 0.01 10,100 0.18 12 0.43 10.13

[표 2] 재생연료유 원심분리 상등액의 수첨열분해 실험조건 및 실험결과

실 험 조 건				실 험 결 과
반응부 온도 (℃)	재생유 투입속도 (g/min)	수소 투입속도 (NL/min)	촉매 종류	고형분 함량 (wt% @21℃, 0.2um Nylon)	동점도 (mm²/sec@40℃)	인화점 (P.M, ℃)	처리액 생성속도 (g/min)
원액				10.13	0.18	12.0
300	6.2	10	무촉매	3.09	1.15	23.0	4.9
400	10.2	10	무촉매	3.16	1.39	20.0	9.0
500	10.1	10	무촉매	3.46	1.28	12.0	10.4
300	16.8	10	Al/Si	1.48	1.23	13.0	14.1
400	13.8	10	Al/Si	3.11	1.61	22.0	11.6
500	10.1	10	Al/Si	2.74	1.50	16.5	10.0
300	12.6	10	AC	2.00	1.24	21.0	9.9
400	12.4	10	AC	2.64	1.39	23.0	11.2
500	11.2	10	AC	2.13	1.43	21.0	10.2
300	11.6	10	Zeolite	3.12	1.99	25.5	10.6
400	10.2	10	Zeolite	2.89	1.75	24.0	9.7
500	8.1	10	Zeolite	3.05	1.54	12.5	7.4

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은 폐플라스틱 열분해로부터 제조한 재생연료유를 원심분리에 이은 촉매 수첨열분해 반응을 통하여 고형분함량을 줄이고 인화점과 동점도를 높여 연료품질을 크게 개선하였고, 이로 인하여 그동안 저렴한 가격에도 불구하고 기술적 문제로 인하여 사용처가 없었던 폐플라스틱 열분해 재생연료유를 보일러 등에 대체연료로 사용할 수 있어서, 관련 산업의 연료비 저감에 따른 경제적 효과와 이로 인해 국가의 대체에너지 사용률 제고에 기여하는 효과를 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

Claims

폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질을 향상시키는 장치에 있어서,

재생연료유 원액을 저장조에서 이송받아 연속으로 고상과 액상으로 분리하는 원심분리기와;

상기 원심분리기에서 원심분리된 상등액을 균일하게 혼합하여 저장하는 재생연료유 상등액 교반 저장조와;

상등액 교반 저장조에서 이송되는 상등액의 이송 유량을 측정하는 오일유량계와;

상등액 교반저장조에서 이송되는 상등액을 일정한 유속으로 이송시키는 미터링 펌프와;

이송된 상등액을 기화시키는 재생연료유 상등액 기화부와;

고압의 수소를 저장하는 고압 수소 저장조와;

고압 수소 저장조에서 이송되는 고압 가스를 상압으로 감압하여 일정한 유속으로 이송하는 가스 압력 및 유량 제어기와;

이송되는 가스의 역류를 차단하는 체크밸브와;

이송되는 수소가스의 이송 유속을 측정하는 가스유량계와;

이송된 수소를 예열하는 수소 예열부와;

고압의 질소를 저장하는 고압 질소 저장조와;

고압 질소 저장조에서 이송되는 고압 가스를 상압으로 감압하여 일정한 유속 으로 이송하는 가스 압력 및 유량 제어기와;

이송되는 가스의 역류를 차단하는 체크밸브와;

이송되는 질소가스의 이송 유속을 측정하는 가스유량계와;

이송된 질소를 예열하는 질소 예열부와;

수소 및 질소 가스를 단독 또는 혼합하여 연료가스혼합부로 공급하는 가수 혼합부와;

기화된 상등액과 예열된 수소가스(또는 수소와 질소의 혼합가스)를 혼합하는 연료 가스 혼합부와;

혼합된 반응물질의 수첨열분해 반응이 진행되는 촉매충전 반응부와;

생성물질을 상온으로 냉각하는 열교환부와;

생성물질을 기상과 액상으로 분리하는 1차 기-액 분리부와;

생성오일을 수집 저장하는 생성오일 저장조와;

반응장치의 압력을 제어하는 후압 제어기와;

잔존 액상물질을 가스로부터 재차 분리하는 2차 기-액 분리부와;

생성가스와 원심분리기에서 배출된 고상 타르를 연소하여 에너지를 회수하는 연소부로 구성된 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상장치.
제 1항에 있어서,

상기 원심분리기는 드럼형 연속원심분리기로서 상등액은 드럼의 외부로 배출되고 고상의 타르는 드럼의 내부 하부로 배출되는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상장치.
제 1항에 있어서,

상기 재생연료유 상등액 교반 저장조는 저장조 내부에서 상등액을 연속적으로 교반하여 균일한 농도로 유지할 수 있는 날개형 교반장치를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 액상물질 저장장치.
제 1항에 있어서,

상기 재생연료유 상등액 기화부는 액상의 상등액이 신속히 기화되기 위하여 기화기 외부를 완전히 둘러싼 형태의 간접 가열식 가열로를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 액상물질 기화장치.
제 1항에 있어서,

상기 수소 예열부 및 질소 예열부는 수소 가스 및 질소 가스의 신속한 예열을 위하여 예열부 외부를 완전히 둘러싼 형태의 간접 가열식 가열로를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상장치.
제 1항에 있어서,

상기 연료 가스 혼합부는 기화된 재생연료유 상등액과 예열된 수소의 신속하고 완전한 혼합을 실현하기 위하여 혼합부 내부에 다수의 흐름 방해벽(baffle)을 서로 반대방향으로 설치하며, 혼합물질을 일정한 온도로 유지하기기 위하여 혼합부 외부를 완전히 둘러싼 형태의 간접 가열식 가열로를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상장치.
제 1항에 있어서,

상기 촉매충전 반응부는 입상의 고상 촉매를 반응기에 충전할 수 있도록 고안된 촉매 지지대와 반응온도를 측정하는 열전대를 장착하며 반응물질을 신속히 반응온도까지 가열하기 위하여 반응부 외부를 완전히 둘러싼 형태의 간접 가열식 가열로를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상장치.
제 1항에 있어서,

상기 미터링펌프 후단, 재생 연료유 상등액 기화부, 가스유량 및 압력제어기, 수소예열부 후단, 질소예열부 후단, 촉매충전반응부 후단에는 압력과 온도를 확인할 수 있도록 압력계 또는 열전대 중 어느 하나 이상이 설치구성된 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상장치.
제 1항에 있어서,

상기 원심분리기는 3,000 ∼6,000rpm의 속도로 운전하도록 구성한 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상장치.
제 1항에 있어서,

상기 재생연료유 상등액 저장조의 교반기는 10 ∼100 rpm으로 운전되도록 구성한 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상장치.
제 1항에 있어서,

상기 재생연료유 상등액 기화부는 250 ∼ 450℃로 운전하도록 구성한 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상장치.
제 1항에 있어서,

수소 예열부는 200 ∼ 400℃로 운전하도록 구성한 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상장치.
제 1항에 있어서,

상기 연료 가스 혼합부는 250 ∼ 450℃로 운전하도록 구성한 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상장치.
제 1 항에 있어서,

상기 촉매충전 반응부는 300 ∼ 500℃로 운전하도록 구성한 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상장치.
제 1 항에 있어서,

상기 촉매충전반응부에 충전되는 수첨열분해 반응의 촉매는 입상의 알루미나-실리카, 입상의 활성탄, 입상의 제올라이트중에서 선택된 어느 하나 또는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상장치.
폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질을 향상하는 방법에 있어서,

상기 1항 내지 15항 중 어느 한 항의 재생 연료유 품질향상 장치를 구비한 후 재생연료유 원액의 연속 원심분리에 의한 물리적 고-액 분리 단계(S100)와;

분리된 액상 상등액을 상압에서 수첨열분해 반응장치로 이송하는 단계(S200)와;

액상 상등액을 기화하는 단계(S300)와;

수소를 수첨열분해 반응장치로 이송하는 단계(S400)와;

수소를 예열하는 단계(S500)와;

기화된 재생연료유 상등액과 예열된 수소를 혼합하는 단계(S600)와;

혼합된 상등액과 수소를 화학적 반응시키는 수첨열분해 반응 단계(S700)와;

생성물의 냉각 및 기-액 분리 단계(S800)와;

원심분리 과정에서 발생한 고상 타르 및 수첨열분해 과정에서 발생한 생성가스의 연소 및 에너지 회수 단계(S900)로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 재생연료유의 연료품질 향상 방법
삭제
폐플라스틱 열분해로부터 제조된 재생연료유에 있어서,

상기 제 16항의 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 재생연료유.