KR100973098B1 - 고체물질에 함침 또는 비(非)함침된 ＰＣＢｓ 함유 전기절연유의 세정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다염소(多鹽素)비페닐(Polychlorinated biphenyls : PCBs)과 전기절연유의 혼합용액이 잔류한 유입용 전력기기의 세정방법에 관한 것으로 종래에 사용하던 지구 오존층의 파괴성이 높은 염소계 세정제와 비교하여 세정력 등의 물리·화학적 특성이 우수할 뿐만 아니라 환경 친화적인 알킬브로마이드계 세정제를 사용한 세정방법의 발명에 관한 것이다.
전기절연유, PCBs, 세정제, 유입용 전력기기
Description
본 발명은 유입용 전력기기의 내부에 잔류하거나 내부부재인 고체상 물질에 함침 또는 비함침된 PCBs와 전기절연유를 제거하는 세정방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, PCBs가 함유된 전기절연유의 혼합액을 세정력이 우수하고 환경 친화적인 알킬브로마이드계 세정제를 사용하여 주상변압기, 대형변압기 및 콘덴서와 그 밖의 유입용 전력기기에 잔류하거나 내부부재에 함침 또는 비함침된 PCBs와 전기절연유의 혼합액을 제거하기 위한 세정방법에 관한 것이다.
다염소(多鹽素)비페닐(Polychlorinated biphenyls : PCBs)은 고분자 유기화합물로서 화학적 안정성(탄소와 염소의 결합에너지 : 84Kcal/mol)이 높고 유동성, 전기절연성 및 열전도성이 양호하며 불연성이기 때문에 1974년까지 유입용 전력기기의 전기절연유, 방염제 및 플라스틱의 가소제로 널리 사용되었으나, 현재는 환경호르몬 물질로 판명되어 사용할 수 없으며, 법정 규제치 이상으로 오염된 유입용 전력기기를 폐기처분할 때는 고체상물질과 액체상물질에 잔류하는 PCBs를 규제치 이하로 제거하여 폐기처분하여야 한다.
한편, 유입용 전력기기 중 많은 부분을 차지하는 유입용 변압기 내부부재의 구성물은 케이스, 규소강판철심, 구리권선, 목재, 절연지, 절연판 등 고체상 물질이 약 70%이며, 액체상 물질인 전기절연유가 약 30%로 구성되어 있으며, 유입용 변압기 등 유입용 전력기기에서 전기절연유를 발유(拔油)하여도 그 전력기기 내부에는 많은 양의 PCBs 함유 전기절연유가 고체상 물질에 함침 또는 비함침되어 잔류하고 있는데, 그 전력기기 내부에 잔류한 PCBs함유 전기절연유를 제거하는 방법 중 하나로서 용제 세정방법이 알려져 있다.
종래에는 일반적으로 금속표면에 부착한 그리스 등의 윤활제 세정에 사용한 세정제는 비극성이면서 불연성 물질로는 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene, 이하"TCE"라 함), 퍼클로로에틸렌(Perchloroethylene), 메틸클로로폼(methylchloroform), 염화메틸렌(methylenechloride), 염불화탄소(CFC), 브로모클로로메탄(bromochloro-
methane), 트리클로로 트리플로로에탄(trichloro trifluoroethane) 및 기타 하이드로클로로 플로로카본(various hydrochloro fluorocarbons) 등의 용제가 있으며, 극성물질인 물은 계면활성제를 혼합하여 고압으로 분사하거나 탱크에 침지하여 세정하는 방법이 있으나 이 방법은 PCBs로 오염된 폐수가 발생하기 때문에 비경제적이다.
또한, 비극성 액체인 PCBs와 전기절연유를 극성인 물로 세정하는 것은 세정력이 비극성용액 보다 떨어지는 문제점이 있고, IEEE Transactions on Industry Applications. Vol. IA-18, No. 6, November/December l982 에 수록된 "Solvent Decontamination of PCB Electrical Equipment" S. HUGH HAWTHORNE에는 트리클로로에틸렌을 세정제로 사용하여 유입용 전력기기에 잔류한 PCBs가 함유된 전기절연유를 제거하는데, 사용된 세정제는 TCE로서 PCBs의 세정력은 99.96%가 제거되는 뛰어난 효과가 있으나, 이는 지정 폐기물이므로 현재 우리나라에서는 사용할 수 없는 물질이다.
일본 공개특허공보(특개평 제7-8572호)는 통상의 세정조작에 있어서, n-헥산 등의 용제는 점도도 낮고 PCB 등에 용해성이 우수하므로 금속 또는 플라스틱 등의 세정에는 매우 효과적이나, n-헥산의 인화점은 -27℃로서 낮으므로 화재위험성이 매우 높아 변압기 등의 무게가 있는 금속의 세정에는 사용할 수 없고, 대한민국 등록특허(0373083호)는 n-헥산 등을 이용한 처리방법으로는 종이, 목재 등의 섬유소를 포함하고 있는 재료에 부착된 PCB 등을 완전하게 추출 하는 것이 불가능하다는 것을 지적하고 이의 해결방법을 제시하였다. 그 주요내용은 PCB 등이 부착된 섬유소를 포함하는 재료로부터 PCB 등을 완전히 추출하고 분해하는 세정 제거방법을 제공하고 있는데, 아래의 대한민국 등록특허(0864632호)의 용제(1,3-Dimethyl-2
-Imidazolidinone, DMI) 종류와 초음파를 사용하는 것이 유사하며, 대한민국 등록특허(0864632호)는 DMI와 초음파 장치를 사용하고 있으나, DMI는 인화점 93℃로서 가연성인 물질로 화재의 위험이 높은 용제이며, 미국특허(06,402,857호)에서 증기 그리스 제거시스템에 사용하는 혼합용제의 조성은 n-프로필브로마이드 85~96.5%, 저비점 용제가 3.5~15% 포함되는 혼합용액을 사용하고 있다.
아울러 금속, 종이 등 고체물질에 오염된 PCBs함유 전기절연유의 제거에 사 용되는 세정제는 실험실에서 소량 사용 시 가연성이나 극성이든지 문제가 되지 않고 기름의 세정력만 우수하면 되지만, 공업적으로 사용 시에는 불연성이며 환경 친화적인 물질만 사용할 수 있다.
우리나라는 2005년 10월 유기용제 중에서 에틸벤젠, TCE 등 17종의 대기오염 물질에 대해 "지정 대기유해물질"로 추가 지정하였으며, 이들은 인체 발암성이 높고 환경독성이 높은 물질로 분류하여 관리하고 있으며, "폐기물관리법 시행규칙"[별표 2]에 의거 중량비를 기준으로 하여 5% 이상 함유한 물질은 "지정 폐기물"로 분류되어 사용에 제한을 받는다. 즉, 우리나라에서는 불연성이면서 비극성 물질인 TCE 등은 현재 공업적인 세정제로는 사용할 수 없는 실정이다.
미국은 의회와 환경보호국(EPA)에서 퍼클로로에틸렌, TCE 등 염소계 유기용제를 오존층 파괴력(Ozone Depleting Potential)과 기후온난화(Global Warming Potential)에 미치는 영향이 매우 높은 독성 공기오염 물질로 규정하고 이에 따라 청정공기법(Clean Air Act)에 의한 규제를 하고 있으며, 메사추세츠주 환경보호부는 드라이클리닝 업소들이 TCE 사용을 억제하도록 권고하고 있다.
가연성 유기용제는 환경에는 독성이 적으나, 화재 위험성이 높아 화재예방설비의 설치비와 운영비가 많이 들기 때문에 변압기 내부의 PCBs 함유 전기절연유의 세정제로 사용 시는 비경제적이다.
본 발명은 상기한 종래 세정제의 사용상 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 위험폐기물 또는 위험 공기오염물질(Hazardous Air Productants)로 분류되어있지 않은 유기용제로서 오존층 파괴력과 기후온난화가 매우 낮고, 환경 친화적이면서 불연성 또는 가연성 및 비극성이며 폐수가 발생하지 않는 탄소수 2 내지 6개의 알킬브로마이드를 세정제로 사용한 세정방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 유입용 전력기기인 변압기 자체를 감압탱크로 사용하여 진공을 유지하고, 세정제를 주입하여 세정한 후, 그 내부에 잔류하는 PCBs와 전기절연유를 기화시키는 단계, 위 단계에서 기화된 PCBs와 전기절연유를 상온으로 냉각 및 응축시키는 단계, 유기용매를 세정제로 하여 분사시킴으로써 위 단계에서 냉각 및 응축되지 않은 PCBs와 전기절연유를 흡수하는 단계, 위 유기용매는 증발 분리시켜 세정제로 재사용하고 흡수된 PCBs와 전기절연유를 회수하는 단계로 이루어지는 유입용 전력기기에 잔류한 PCBs와 전기절연유를 제거하기 위한 세정방법에 있어서, 위 세정제들은 탄소수 2 내지 6개의 알킬브로마이드를 사용하는 세정제거 방법을 제공할 수 있도록 한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에서 유입용 전력기기에 잔류한 PCBs와 전기절연유의 제거에 사용되는 유기용제인 탄소수 2 내지 6개의 알킬브로마이드는 다음과 같 은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명에서 세정제로 사용한 탄소수 2 내지 6개의 알킬브로마이드는 위험폐기물 또는 위험 공기오염물질로 분류되지 않는 것으로서, 오존층 파괴력(Ozone Depleting Potential)과 기후온난화(Global Warming Potential)에 미치는 영향이 매우 낮은 환경 친화적인 물질이며, 특히 이들 물질은 비부식성 액체이므로 사용 시 세정처리장치를 부식 또는 손상시키지 않는다.
둘째, 세정처리 후 알킬브로마이드와 PCBs 및 전기절연유의 혼합액인 폐용액은 비등점 차이를 이용하여 증발 분리한 후 PCBs와 전기절연유의 폐유는 화학처리를 하여 재활용하고, 알킬브로마이드는 세정제로 재사용한다.
셋째, 이들 세정제는 비극성액체로서 PCBs와 전기절연유의 혼합액에 대한 용해 및 세정력이 매우 우수하다.
넷째, n-프로필브로마이드는 불연성이므로 세정처리 시 화재가 발생할 염려가 없고, 비열(1.06J/g℃), 증발잠열(246J/g) 및 비등점(71℃)이 낮아 증발분리 시 물 또는 TCE 보다 에너지가 절감된다.
본 발명은 유입용 전력기기인 변압기 자체를 감압탱크로 사용하여 진공을 유지하고, 세정제를 주입하여 세정한 후, 그 내부에 잔류하는 PCBs와 전기절연유를 기화시키는 단계, 위 단계에서 기화된 PCBs와 전기절연유를 상온으로 냉각 및 응축시키는 단계, 유기용매를 세정제로 하여 분사시킴으로써 위 단계에서 냉각 및 응축되지 않은 PCBs와 전기절연유를 흡수하는 단계, 위 유기용매는 증발 분리시켜 세정제로 재사용하고 흡수된 PCBs와 전기절연유를 회수하는 단계로 이루어지는 유입용 전력기기에 잔류한 PCBs와 전기절연유를 제거하기 위한 세정방법에 있어서, 위 세정제들은 탄소수 2 내지 6개의 알킬브로마이드를 사용하는 것을 특징으로 한다.
위 세정제들은 n-프로필브로마이드를 사용하는 것을 특징으로 한다.
위 n-프로필브로마이드는 용액 또는 증기 상으로 하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 유입용 전력기기인 변압기에 잔류한 PCBs함유 전기절연유를 세정제거하는 장치의 개략도로서, 이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
폐 변압기의 내부부재에 함침 또는 비함침 되어 잔류한 PCBs와 전기절연유의 세정방법은 유입용 변압기(2)의 내부를 감압 실시할 수 있고, 표 1의 알킬브로마이드를 세정제로 선택하여 이를 주입할 수 있는 세정처리장치인 도 1에서 다음 공정에 따라 PCBs 함유 전기절연유의 무해화 작업을 실시하였다.
표 1. 알킬브로마이드 종류 및 특성
첫째, PCBs함유 전기절연유로 오염된 변압기(2) 내부의 PCBs 오염 전기절연유를 진공펌프(8)를 이용하여 발유하고, 발유가 완료되면 진공펌프(8)를 가동하 여 변압기내부를 최대한 진공상태로 한다. 이때 진공상태로 하여 세정제를 주입하는 이유는 변압기의 내부부재인 권선이나 철심 사이와 방열판 등에 존재하는 기포를 배출시킨 후 세정제를 깊숙이 침투시켜 변압기의 세정 효율을 향상시키기 위함이다.
둘째, 변압기의 내부가 진공상태에 도달하면 세정제탱크(13)에서 세정제인 알킬브로마이드를 변압기(2)에 주입하고 일정시간 침지한 후 가열하여 PCBs, 전기절연유 및 알킬브로마이드를 기화시켜 PCBs 응축기(3)로 이송시키며, PCBs 응축기(3)를 상온으로 냉각시켜 PCBs, 전기절연유 및 알킬브로마이드를 응축시킨 다음, 펌프(4)로써 PCBs함유 전기절연유를 용해한 알킬브로마이드를 배출시켜 증발기(5)로 이송한다.
셋째, 증발기(5)로 이송된 알킬브로마이드와 PCBs함유 전기절연유의 혼합액은 증발분리 시 기화된 세정제는 응축기(6)에서 응축시켜 펌프(12)로 세정제탱크(13)에 저장하고, 증발기(5) 하부에 잔류한 PCBs함유 전기절연유는 펌프(17)를 이용하여 전기절연유 저장탱크(18)에 저장한다.
넷째, 상기 첫째 내지 둘째 공정을 반복하여 최종 세정액에서 PCBs함량이 리터당 0.003㎎ 미만으로 측정되면 세정을 종료한다.
한편, 세정처리의 종점 판정은 "잔류성 유기오염물질 관리법" 시행규칙 18조 별표 8에 의거 최종 세정액 중 또는 용출액에서 PCBs함량이 리터당 0.003㎎ 미만으로 규정하고 있으므로 이를 근거로 종점 판정의 기준으로 정하였다.
아래에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 실시예는 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 그 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
(실시예)
우리나라에서 전기절연유로 사용되고 있는 종류는 표 2와 같은데, PCBs와 표 2전기절연유의 종류를 각각 혼합하여 n-프로필브로마이드의 세정력을 시험하기 위하여 다음과 같이 실시하였다.
표 2. 전기절연유의 종류 및 용도
표 2에 개시된 전기절연유 7종류를 각각 100ml 취하여 우리나라 대표적인 PCBs의 종류인 Aroclor 1242, Aroclor 1254, Aroclor 1260 3가지의 PCBs 농도가 각각 200ppm 되도록 제조하여 절연지를 침지한 후 5종류 알킬브로마이드의 시간별 용해력을 n-헥산과 비교하여 시험하였는데, n-헥산을 비교예의 세정제로 사용한 이유는 "폐기물 공정시험방법 중 PCBs 분석방법"에 의하면 함침물질에서 PCBs의 추출용제로 n-헥산을 사용하는 것을 규정하고 있기 때문이다.
절연지의 크기는 1㎝ × 50㎝로 하였고, 세정제는 500ml을 취하여 침지시간에 따라 추출된 PCBs 농도를 측정하여 용해력을 시험한 결과를 표 3에 나타내었고, 상기의 시험방법에서 세정제 중의 PCBs 분석시험은 "폐기물공정시험방법 액상 폐기물 중 PCBs 분석방법"에 의거한 GC/ECD를 이용하여 분석하였는데, 전기절연유 7종류의 PCBs에 대한 탄소수 2 내지 6개의 알킬브로마이드의 용해력과 n-헥산의 용해력이 유사하여 세정력이 매우 양호함을 알 수 있었으며, 특히 세정제 중 n-프로필브로마이드의 용해력이 2 내지 4시간의 단시간 동안에 n-헥산보다 우수하여 세정력이 제일 양호함을 알 수 있었다.
표 3. PCBs 함유 전기절연유에 대한 알킬브로마이드와 n-헥산의 용해력 비교
(단위: ppm)
도 1은 본 발명에 따른 유입용 전력기기에 잔류한 PCBs함유 전기절연유를 세정제거하는 장치의 개략도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 변압기챔버(가열기 포함)
2 : 변압기
3 : PCBs 응축기
4 : 펌프
5 : 증발기
6 : 응축기
7, 9 : 액적 분리기
8 : 진공펌프
10, 16 : 대기오염방지기
11, 15 : 대기오염방지 감시기
12 : 세정제 이송펌프
13 : 세정제 탱크
14 : 세정제 순환펌프
17 : 펌프
18 : 전기절연유 저장탱크
Claims (3)
- 유입용 전력기기인 변압기 자체를 감압탱크로 사용하여 진공을 유지하고, 세정제를 주입하여 세정한 후, 그 내부에 잔류하는 PCBs와 전기절연유를 기화시키는 단계, 위 단계에서 기화된 PCBs와 전기절연유를 상온으로 냉각 및 응축시키는 단계, 유기용매를 세정제로 하여 분사시킴으로써 위 단계에서 냉각 및 응축되지 않은 PCBs와 전기절연유를 흡수하는 단계, 위 유기용매는 증발 분리시켜 세정제로 재사용하고 흡수된 PCBs와 전기절연유를 회수하는 단계로 이루어지는 유입용 전력기기에 잔류한 PCBs와 전기절연유를 제거하기 위한 세정방법에 있어서, 위 세정제들은 탄소수 2 내지 6개의 알킬브로마이드를 사용하는 것을 특징으로 하여 세정제거하는 방법.
- 제1항에 있어서, 위 세정제들은 n-프로필브로마이드를 사용하여 세정제거하는 방법.
- 제2항에 있어서, n-프로필브로마이드는 용액 또는 증기 상으로 하여 세정제거하는 방법.
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| KR20080114757A (ko) * | 2006-02-28 | 2008-12-31 | 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 | 세정 분야를 위한 플루오르화 화합물을 포함하는 공비 조성물 |
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2009
- 2009-09-24 KR KR1020090090474A patent/KR100973098B1/ko active IP Right Grant
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