KR101239519B1 - 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐합성수지와 폐오일을 포함하는 원료가 공급되며, 고온 및 고압 하에서 열분해가 일어나 가스가 생성되는 반응로; 상기 반응로로부터 토출되는 원료를 가열하고, 가열된 원료를 다시 상기 반응로로 순환시키도록 상기 반응로와 배관으로 연결되어 있는 제 1 가열부를 포함하는 제 1 가열부재; 및 상기 반응로에서 생성되는 가스를 냉각 응축시켜서 재생유를 추출하는 냉각부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화 장치는 열분해 과정에서 생성되는 코크가 열분해 반응로 내벽에 침착되지 않아, 반응로 내벽의 잔사를 제거할 필요가 없으며, 이에 따라 반응로를 연속적으로 가동할 수 있게 되며, 반응로에 공급된 폐합성수지를 직접 가열함으로써, 많은 양의 폐합성수지를 신속하게 처리하도록 할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화 장치{APPARATUS FOR MAKING REGENERATED OIL FROM WASTE PLASTICS USING WASTE OIL}

본 발명은 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화 장치에 대한 것으로, 보다 상세하게는 직접 가열에 의하여 폐합성수지를 신속하게 처리할 수 있도록 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화 장치에 관한 것이다.

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

특히, 폴리에틸렌(Polyethylene: PE)이나 폴리프로필렌(Polypropylene: PP) 등을 원료로 하는 플라스틱은 그 재활용도가 떨어져 대부분 소각이나 매립에 의해 처리되고 있다.

이러한 플라스틱 매립은 심각한 환경오염을 유발하고, 자연상태로 분해되기까지 많은 시간이 소요되므로, 환경친화적이고 경제적인 폐플라스틱 처리 기술 개발이 요구되어 왔다. 그리고 이에 대한 대안으로 폐플라스틱을 액화하여 크래킹(Cracking)함으로써 대체연료로 재활용하는 방법이 제안되었는데, 이를 간략하게 설명하면 아래와 같다.

폐비닐이나 폐플라스틱 등의 폐합성수지의 원료는 석유이고 휘발유, 디젤, 액화가스 역시 석유로부터 추출된다. 폐합성수지의 원료는 분자량이 큰 고분자로 되어 있고 그 조성은 주로 탄소와 수소로 되어 있다. 또한, 정유업체에서 생산되는 휘발유, 디젤유는 분자량이 비교적 작은 것이며 그 조성 역시 탄소와 수소로 이루어져 있다.

이에 따라, 분자량의 조성 전환에 의하여 폐합성수지로부터 휘발유, 디젤유, 가스 등으로 전환할 수 있다. 즉, 폐합성수지는 분자량이 매우 큰 고체 석유로 볼 수 있으므로 이를 액체화하여 크래킹하면 액체로 조성된 석유로 전환시킬 수 있다.

이러한 크래킹 방법으로는 통상적으로 산소 없는 조건하에서 고분자 물질을 가열하는 열분해 유화 공정을 이용하고 있으며, 최근에는 열과 촉매를 동시에 사용하는 방법도 대두되고 있다.

일반적으로 종래 열분해 유화공정은 잘게 부수어진 폐합성수지를 호퍼로부터 고온의 용융로로 공급하여 겔상으로 용융되게 한 후, 겔상의 용융액을 열분해 반응로에서 350~450℃의 고온으로 가열하여 기체와 액체로 분리시킨 다음, 유류성분을 갖는 기체상의 가스로부터 왁스성분의 중유를 분리하고, 중유가 분리된 가스를 다시 콘덴서에 의해 응축시켜 재생유를 얻도록 구성된다. 여기에서 얻어지는 재생유는 열분해 공정에서 생산하고자 하는 주 생성물로서, 저비점부터 고비점 성분이 혼합된 기름이다.

그러나 상기한 종래 열분해 유화공정은 반응로에 공급된 용융액을 매회 공정마다 간접가열을 이용하여 350~450℃까지 가열하여야 하므로, 가열시간이 상대적으로 길어져서, 많은 양의 폐합성수지를 신속하게 처리하지 못하는 문제점이 있었다. 또한, 종래 열분해 유화공정은 열분해 과정에서 생성되는 코크가 열분해 반응로 내벽에 침착되므로, 다음 작업을 하기 위해서는 반응로 내벽의 잔사를 제거해야 하며, 이에 따라 반응로를 연속적으로 가동하지 못하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반응로에 공급된 폐합성수지를 직접 가열함으로써, 많은 양의 폐합성수지를 신속하게 처리하도록 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화 장치를 제공하도록 하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 열분해 과정에서 생성되는 코크가 열분해 반응로 내벽에 침착되지 않도록 하여, 반응로를 연속적으로 가동하도록 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화 장치를 제공하도록 하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폐합성수지와 폐오일을 포함하는 원료가 공급되며, 고온 및 고압 하에서 열분해가 일어나 가스가 생성되는 반응로; 상기 반응로로부터 토출되는 원료를 가열하고, 가열된 원료를 다시 상기 반응로로 순환시키도록 상기 반응로와 배관으로 연결되어 있는 제 1 가열부를 포함하는 제 1 가열부재; 및 상기 반응로에서 생성되는 가스를 냉각 응축시켜서 재생유를 추출하는 냉각부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치를 제공한다.

또한, 이중격벽 구조인 상기 반응로의 외벽과 내벽 사이에 충진되는 열매체와, 상기 이중격벽과 연결되는 연결관과, 상기 이중격벽과 상기 연결관을 순환하는 상기 열매체를 가열하는 제 2 가열부를 구비하는 제 2 가열부재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치를 제공한다.

또한, 상기 반응로의 일측에 촉매분해부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치를 제공한다.

또한, 상기 반응로는 고온 및 고압 하에서 열분해가 일어난 후, 감압되면서 가스가 생성되는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치를 제공한다.

또한, 상기 제 1 가열부재에서, 상기 배관은, 일단부는 상기 반응로 측부를 관통하여 상기 반응로 내부와 연결되고 타단부는 상기 제 1 가열부와 연결되어, 상기 반응로 내부의 상기 원료를 상기 제 1 가열부로 토출시키는 토출관과, 일단부는 상기 제 1 가열부와 연결되고 타단부는 상기 반응로 내부와 연결되어 상기 제 1 가열부에서 가열된 상기 원료를 상기 반응로로 순환시키는 순환관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치를 제공한다.

또한, 상기 순환관의 타단부에는 상기 원료를 상기 반응로로 순환시키도록 제 1 배출구와 제 2 배출구가 각각 형성되며, 상기 제 1 배출구는 상기 반응로에서 상기 원료의 열분해가 진행될 때 사용되고, 상기 제 2 배출구는 상기 반응로에서 상기 원료의 열분해가 진행된 후, 감압 하에서 상기 원료를 순환하여 가스화하는 과정에서 사용되는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치를 제공한다.

또한, 상기 제 1 배출구는 단부가 외측 방향으로 벌어지지 않도록 형성되고, 상기 제 2 배출구는 단부가 외측 방향으로 벌어져, 순환되는 원료가 옆으로 퍼지면서 상기 반응로 내벽에 부딪히도록 구성되는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 합성수지와 폐오일이 혼합된 원료를 고온 및 고압 하에서 열분해하기 위하여 반응로에 공급하는 원료공급 단계; 상기 반응로와 배관으로 연결된 제 1 가열부에서 상기 원료를 가열한 후, 다시 상기 반응로에 순환 공급하여, 상기 원료의 직접 가열을 통하여 상기 원료를 고온으로 유지하여 열분해 하는 직접 가열식 열분해 단계; 상기 열분해가 진행된 후, 상기 반응로를 감압하여, 상기 열분해된 원료의 가스화를 촉진하는 감압 단계; 및 상기 반응로에서 추출된 가스를 냉각 응축시켜서 재생유를 추출하는 추출 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화방법을 제공한다.

또한, 상기 직접 가열식 열분해 단계에서의 열분해 온도는 350℃ 내지 500℃이고, 열분해 압력은 3 내지 7 기압(atm)인 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화방법을 제공한다.

또한, 상기 감압단계에서의 압력은 10 torr 이하이고, 온도는 100℃ 내지 300℃인 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화방법을 제공한다.

또한, 상기 감압단계 이후, 촉매분해단계를 더 거치는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화방법을 제공한다.

또한, 상기 직접가열식 열분해 단계에서, 상기 원료의 직접 가열과 더불어, 이중격벽 구조인 상기 반응로의 외벽과 내벽 사이에 열매체가 충진되어 있으며, 상기 열매체의 가열을 위한 제 2 가열부를 통하여 상기 열매체를 가열하여 상기 반응로를 외부에서 가열하는 것을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화방법을 제공한다.

본 발명에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화 장치는 열분해 과정에서 생성되는 코크가 열분해 반응로 내벽에 침착되지 않아, 반응로 내벽의 잔사를 제거할 필요가 없으며, 이에 따라 반응로를 연속적으로 가동할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화 장치는 반응로에 공급된 폐합성수지를 직접 가열함으로써, 많은 양의 폐합성수지를 신속하게 처리하도록 할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화 장치는 저온열분해로 품질이 우수한 재생유를 얻을 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치의 반응로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화방법을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치를 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치는 폐합성수지와 폐오일이 공급되는 반응로(10), 촉매분해부(40), 기체분리부(50), 냉각부(60) 및 가스저장부(70)를 포함하여 구성된다.

상기 폐합성수지는 작은 크기로 파쇄 또는 절단하고, 컨베이어벨트(미도시) 등을 통하여 반응로(10)로 공급된다. 상기 폐합성수지의 재질은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체(acrylonitrile butadiene styrene copolymer, ABS), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테프탈레이트, 폴리폐닐렌술파이트, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 아크릴 수지, 나이론, 폴리아미드, 발포 폴리에틸렌, 테프론, 합성 고무 또는 폴리염화비닐 등일 수 있으며, 본 발명에서 폐합성수지의 재질이 한정되는 것은 아니다.

그리고 상기 폐오일은 폐합성수지와 혼합되어 폐합성수지의 온도를 빠르게 상승시키는 것으로, 값싼 폐윤활유 또는 기화점이 높은 폐유 등으로 구성될 수 있다.

반응로(10)는 무산소 또는 저산소 상태에서 그 내부에 공급된 폐합성수지, 폐오일 등의 원료를 고온 고압 하에서 열분해가 일어나도록 하여 가스를 발생시키는 것이다.

상기 반응로(10) 내부에 폐합성수지와 폐오일이 공급되면, 3 내지 7 기압(atm), 바람직하게는 5기압 이상의 압력에서, 350℃ 내지 500℃, 바람직하게는 430℃ 정도의 열을 30분 이상 가한다. 만약, 반응로(10) 내부 압력이 3기압 미만이거나, 7기압를 초과하는 경우, 폐합성수지가 기화되는데 걸리는 시간 또는 폐합성수지의 온도를 상승시키는데 걸리는 시간이 오래 걸리는 문제점이 발생될 수 있다. 그리고 반응로(10) 내부 온도가 350℃ 미만이거나, 500℃를 초과하는 경우, 폐합성수지가 기화되지 않거나, 온도를 상승시키는데 드는 비용이 많이 소비되는 문제점이 발생될 수 있다.

그리고 원료가 430℃에서 30분 이상 반응을 거치면, 폐합성수지가 열분해되어, 기화되기 시작하는데, 이때, 반응로 내부 온도를 100 내지 300℃, 반응로(10) 압력을 감압펌프(미도시) 등으로 10 torr 이하로 낮추어 감압증류시켜서, 원료를 안정적으로 기화시킨다. 이때, 생성되는 가스는 스스로의 압력에 의하여 반응로(10) 상부에 형성되는 연결관(38)을 거쳐 촉매분해부(40)로 이동되며, 이어서 기체분리부(50) 및 냉각부(60)로 순차 공급되어 재생유가 추출된다.

여기서 가스의 발생량이 빠르고 많으면 많을수록, 재생유의 추출량은 늘어나므로, 공급로로 공급되는 폐합성수지를 보다 빠르게 기액 분리시켜야 효율적인 에너지 회수는 물론, 그 처리시간이 단축된다. 이에 따라, 본 발명에서는, 제 1 가열부재(30)와, 제 2 가열부재(20)를 통하여 반응로(10)로 공급된 폐합성수지를 고온으로 빠르게 상승시키도록 구성되는데, 이는 하기 도 2를 통하여 상세하게 설명하기로 한다.

한편, 반응로(10)의 상부에는 반응로(10) 내부를 무산소 또는 저산소 상태로 유지시키도록 배출관(39)이 형성되어, 반응로(10) 내부의 공기가 배출관(39)을 통하여 외부로 배출된다.

촉매분해부(40)는 반응로(10)에서 생성된 가스에서 특정 성분 등을 촉매 반응으로 분해 및 제거하는 것으로, 반응로(10) 상부에 설치된다. 그리고 반응로(10) 상부로 이동한 가스가 촉매분해부(40)를 통과하면서, 왁스 성분 등이 흡수 제거된다. 상기 촉매분해부(40)에 사용되는 촉매는 제한되지 않으며, 종래의 폐합성수지 유화 장치에 사용되는 촉매이면 어느 것이든 사용 가능하다. 그리고 촉매분해부(40)에서 걸려지는 왁스 성분 등은 태워져서 외부로 방출된다.

기체분리부(50)는 촉매분해부(40)를 통과한 가스에서 고상의 불순물을 분리 추출한다.

냉각부(60)는 기체분리부(50)를 통과한 가스를 냉각 및 응축시켜서 재생유를 생성하는 것으로, 제 1 냉각기(62)와 제 2 냉각기(66)로 구성된다. 그리고 기체분리부(50)를 통과한 가스는 제 1 냉각기(62)와 제 2 냉각기(66)를 거치면서 응축되어 재생유가 된다. 본 발명에서는 2개의 냉각기(62, 66)를 포함하여 가스를 액화하는 것에 대하여 설명하고 있으나, 본 발명을 이로 한정하는 것은 아님은 당연하고, 2개 이상의 냉각기를 사용할 수도 있으며, 1개의 냉각기만을 사용할 수도 있다. 그리고 제 1, 2 냉각기(62, 66)를 거치며 회수된 재생유는 제 1, 2 냉각기(62, 66)에 각각 위치된 오일탱크(64, 67)에 임시 보관되었다가 정제 과정을 거쳐 저장 탱크(미도시)에 저장된다.

가스저장부(70)는 냉각기를 거친 후, 응축되지 않은 가스가 저장되는 것으로, 이렇게 저장된 가스는 별도의 버너 장치의 원료로 사용된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치는 반응로(10)에서 생성된 가스가 촉매분해부(40) 및 기체분리부(50)를 통과한 후 냉각부(60)에서 액화됨으로써 재생유가 되는 것으로 설명되어 있으나, 촉매분해부(40) 및 기체분리부(50)는 선택적으로 포함될 수 있으며, 이외에도 폐합성수지를 기화시켜 가스를 제조한 후, 이를 냉각시켜 재생유를 얻는 방법이면 종래의 어떤 방법도 채용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치의 반응로를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치의 반응로(10)에 공급된 원료에 열을 가하는 방법은 직접 가열방식과, 간접 가열방식이 있으며, 이를 위하여 제 1 가열부재(30)와, 제 2 가열부재(20)가 구비된다.

제 1 가열부재(30)는 전기 또는 가스를 사용하여 원료에 열을 직접적으로 가하는 것으로, 본 발명에서는 전기를 사용하여 열을 발산시키는 제 1 가열부(32) 및 배관(33)을 포함한다. 제 1 가열부(32)는 반응로(10) 외측에 위치되며, 전력 등에 의하여 자체 발열되도록 구성된다. 배관(33)은 토출관(34)과, 순환관(35)을 포함하며, 먼저, 토출관(34)은 일단은 반응로(10) 측방 하단을 관통하여 반응로(10) 내부와 연결되고, 타단은 제 1 가열부(32)와 연결되어, 반응로(10) 내부의 원료를 제 1 가열부(32)로 공급한다. 순환관(35)은 일단은 제 1 가열부(32)와 연결되고, 타단은 반응로(10) 상단에 위치되어, 제 1 가열부(32)를 통하여 직접 열이 가해진 원료를 반응로(10) 상단을 통하여 반응로(10) 내부로 순환한다. 이때, 순환관(35)의 타단에는 상기 원료를 상기 반응로(10)로 순환시키도록 반응로(10) 내부 방향으로 두 개의 배출구(36, 37), 즉, 단부가 외측으로 벌어지지 않은 제 1 배출구(36)와, 단부가 외측으로 벌어진 제 2 배출구(37)가 각각 형성된다. 상기 제 1 배출구(36)는 상기 반응로(10)에서 상기 원료의 열분해가 진행될 때 사용되고, 상기 제 2 배출구(37)는 상기 반응로(10)에서 상기 원료의 열분해가 진행된 후, 감압 하에서 상기 원료를 순환하여 가스화하는 과정에서 사용된다. 이는 하기에서 다시 설명하기로 한다.

이렇게 형성되는 제 1 가열부재(30)는 토출관(34)을 통하여 반응로(10)에서 용융되는 원료를 제 1 가열부(32)로 이동시켜서 직접 가열함으로써, 원료의 온도를 430℃ 정도의 고온으로 빠르게 상승시킬 수 있게 되며, 이에 따라, 반응로(10) 가동시 소요되는 전력을 대폭 절감시킬 수 있게 된다. 여기서 상기 원료에는 폐오일이 혼합되어 있으므로, 원료의 온도를 더욱 빠르게 상승시킬 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 폐오일은 반응로(10) 내벽을 코팅시키므로, 열분해 과정에서 생성되는 코크가 열분해 반응로(10) 내벽에 침착되지 않아, 반응로(10) 내벽의 잔사를 제거할 필요가 없으며, 이에 따라 반응로(10)를 연속적으로 가동할 수 있게 되는 효과가 있다. 그리고 이렇게 제 1 가열부(32)에서 고온으로 가열된 원료는 순환관(35)의 제 1 배출구(36)를 통하여 반응로(10)로 다시 투입된다. 이때, 제 2 배출구(37)는 차단부(미도시)에 의하여 차단되도록 구성된다.

제 2 가열부재(20)는 전기 또는 가스를 사용하여 원료에 열을 간접적으로 가하는 것으로, 본 발명에서는 전기를 사용하여 열을 발산시키는 열매체(24), 제 2 가열부(22), 제 1 연결부(23) 및 제 2 연결부(23')를 포함한다.

열매체(24)는 반응로(10)를 가열시키는 것으로, 열전도율이 높은 물질로 구성되며, 이중 격벽 구조인 상기 반응로의 외벽(11)과 내벽(12) 사이에 충진된다. 제 2 가열부(22)는 반응로(10) 외측에 위치되며, 열매체(24)를 가열시키도록 구성된다. 제 1 연결부(23)는 열매체(24)의 하단과 제 2 가열부(22)를 연결시키는 것이고, 제 2 연결부(23')는 열매체(24)의 상단과 제 2 가열부(22)를 연결시키도록 구성된다. 그리고 열매체(24)가 제 2 가열부(22)를 통하여 가열된 후, 제 1, 2 연결부(23, 23')와 반응로(10)의 이중 격벽을 순환하게 되어, 반응로(10)가 가열되며, 이러한 반응로(10)의 가열에 의하여 원료에 열이 간접적으로 가해지게 된다.

한편, 반응로(10)에 투입된 원료는 반응로(10) 압력 5기압 및 온도 430℃ 에서 30분 동안 가열시킨다. 그 후, 반응로(10) 압력 10 torr 이하 및 온도 100 내지 300℃ 에서 감압증류시키며 이때, 제 1 가열부재(30)의 제 2 배출구(37)를 통하여 반응로(10)로 원료를 분사시켜서, 원료를 안정적으로 기화시킨다. 여기서, 제 2 배출구(37)는 단부가 바깥방향으로 벌어져 있으므로, 제 1 가열부재(30)를 통하여 가열된 후, 제 2 배출구(37)를 통하여 반응로(10)로 순환되는 원료는 옆으로 퍼지면서 반응로(10) 내벽에 부딪히게 되어, 원료의 기화가 촉진된다. 여기서 제 1 배출구(36)는 차단부(미도시)에 의하여 차단되도록 구성된다.

그리고 이렇게 기화된 원료는 반응로(10) 상부의 연결관(38)을 거쳐 촉매분해부(40)로 이동되며, 이어서 기체분리부(50)와 냉각부(60)를 거치면서 재생유가 생성된다.

이처럼 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화방법은 제 1 가열부재(30)와, 제 2 가열부재(20)를 사용하여 반응로(10) 가장자리뿐만 아니라, 반응로(10)로 공급된 폐합성수지 등의 원료에도 직접 열을 전달할 수 있어, 반응로(10)에 투입된 폐합성수지 등의 원료를 빠르게 기화시킬 수 있어, 높은 수율과 높은 품질의 재생유를 추출할 수 있게 되는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화방법을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화방법은 먼저, 폐합성수지를 작은 크기로 파쇄 또는 절단하여 반응로(10)에 70 내지 80 중량% 투입시킨다(S10). 그리고 폐합성수지가 투입된 반응로(10)에 20 내지 30 중량%의 폐오일을 혼합시킨다(S20). 본 발명의 일 실시예에서 반응로(10)에 폐합성수지가 투입된 후, 폐오일이 투입되었으나, 이를 한정하는 것은 아니고, 폐오일이 먼저 반응로(10)에 투입된 후, 이어서 폐합성수지가 투입될 수도 있다. 그리고 이렇게 반응로(10)에 공급된 원료, 즉, 폐합성수지와 폐오일은 골고루 혼합된다. 그 후, 제올라이트계 또는 실리카, 알루미나 촉매를 반응기에 1 내지 5 중량% 투입 후, 반응기 내부를 무산소 상태로 유지시킨다(S25). 이어서 상기 원료가 공급된 반응로(10)에 열을 가하여 원료를 용융 및 열분해 시켜서 가스를 추출한다(S30).

상기 S30 단계는 반응로(10)에 투입된 폐합성수지 등의 원료를 빠르게 기화시키도록 하기 위하여, 상기 반응로(10) 내부가 350℃ 내지 500℃의 온도 및 3기압 내지 7기압의 압력하에서, 30분 내지 60분 동안 상기 원료를 가열시켜서 원료를 열분해시킨다.

보다 상세하게, 상기 반응로(10) 내부 압력을 3기압 내지 7기압, 바람직하게는 5기압로 유지시킨 상태에서, 제 2 가열부재(20)를 통하여 상기 반응로(10) 내부가 350℃ 내지 500℃의 온도, 바람직하게는 430℃ 정도가 되도록 상기 반응로(10) 외측을 가열시킨다. 이와 동시에 상기 반응로(10) 내부로 공급된 원료를 상기 반응로(10) 외측에 위치된 제 1 가열부재(30)의 제 1 가열부(32)로 이동시켜서, 상기 제 1 가열부(32)에서 350℃ 내지 500℃, 바람직하게는 430℃로 원료를 직접 가열시킨 후, 순환관(35)을 통하여 반응로(10)로 원료를 다시 순환시킨다. 이때, 상기 제 1 가열부(32)에서 가열된 원료는 상기 순환관(35)의 타단부에 형성되는 제 1 배출구(36)를 통하여 반응로(10) 내부로 순환되도록 구성된다.

이처럼 본 발명은 제 1 가열부재(30)와 제 2 가열부재(20)를 통하여, 반응로(10) 가장자리뿐만 아니라, 반응로(10)로 공급된 폐합성수지 등의 원료에도 직접 열을 전달할 수 있어, 반응로(10)에 투입된 원료의 온도를 빠르게 상승시켜서 열분해가 빠르게 진행되도록 하는 장점이 있다.

그 후, 가열된 상기 원료를 100℃ 내지 300℃의 온도 및 10 torr 이하의 압력으로 감압증류시킨다(S35). 보다 상세하게 상기 S30 단계에서 3기압 내지 7기압 하에서 원료를 열분해 시킨 상기 반응로(10)의 내부 압력을 10 torr 이하로 감압한 상태에서, 제 2 가열부재(20)를 통하여 상기 반응로(10) 내부가 100℃ 내지 300℃의 온도가 되도록 상기 반응로(10) 외측을 가열시키고, 이와 동시에 상기 반응로(10) 내부로 공급된 원료를 반응로(10) 외측에 위치된 제 1 가열부재(30)의 제 1 가열부(32)로 이동시켜서, 상기 제 1 가열부(32)에서 100℃ 내지 300℃로 직접 가열시킨 후, 순환관(35)을 통하여 상기 반응로(10)로 다시 순환시킨다. 이때, 상기 제 1 가열부(32)에서 가열된 상기 원료는 상기 순환관(35)의 타단부에 형성되는 제 2 배출구(37)를 통하여 상기 반응로(10) 내벽에 부딪히면서 순환되어, 원료의 기화가 촉진된다.

이처럼 본 발명은 상기 S35 단계에서 반응로(10) 내부 압력을 낮추는 감압 증류를 진행함으로써, 반응로(10)에서 기화된 가스가 후술하는 S40 내지 S60 단계를 거치면서 경질유 및 중질유로 정제될 수 있도록 하는 효과를 가진다.

종래에는 열분해되는 시점에 반응로(10)에 압력이 가해져 라디칼 반응이 일어날 수 있는 분위기를 역행해 더욱더 열을 가해야만 분위기를 유도할 수 있었지만, 본 발명은 생성물을 강제로 제거해줌으로써, 정반응을 유도하여 저온열분해를 할 수 있다.

본 발명은 반응로(10)로 공급되는 원료에 폐오일이 포함되어 있으므로, 감압증류를 하더라도, 폐합성수지가 굳어버리지 않게 되며, 이렇게 감압증류를 통하여 생성되는 가스 및 이를 응축시킨 재생유는 경질유 및 중질유로 용이하게 정제할 수 있는 분자구조로 구성되는 효과가 있다.

그리고 반응로(10)에서 기화된 가스는 촉매분해부(40)와 기체분리부(50)를 거치면서 특정 성분, 수증기 등의 불순물이 분리 및 제거된다(S40). 상기 S40 단계는 경우에 따라 생략 가능하다.

그리고 이렇게 불순물이 제거된 가스는 제 1 냉각기(62)와 제 2 냉각기(66)를 통하여 냉각 및 응축되어 재생유가 추출된다(S50). 본 발명의 일 실시예에서 S50 단계는 2개의 냉각기(62, 66)를 통하여 이루어지나, 본 발명을 이로 한정하는 것은 아님은 당연하고, 경우에 따라, 한 개의 냉각기 또는 두 개 이상의 냉각기가 사용될 수 있다. 그리고 냉각 온도 또한 본 발명에서 한정되지 않으며, 원료인 폐합성수지의 종류에 따라 다양하게 조절 가능하다.

그리고 상기 S50 단계에서 추출된 액상의 재생유는 오일탱크(64, 67)에 임시 보관된 후, 정제 과정을 거쳐 저장 탱크(미도시)에 저장된다(S60).

본 발명은 상기 실시예에서 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10: 반응로 11: 외벽
12: 내벽 20: 제 2 가열부재
22: 제 2 가열부 23: 제 1 연결부
23': 제 2 연결부 24: 열매체
30: 제 1 가열부재 32: 제 1 가열부
33: 배관 34: 토출관
35: 순환관 36: 제 1 배출구
37: 제 2 배출구 38: 연결관
39: 배출관 40: 촉매분해부
50: 기체분리부 60: 냉각부
62, 66: 제 1, 2 냉각기 64, 67: 오일탱크
70: 가스저장부

Claims (12)

1. 폐합성수지와 폐오일을 포함하는 원료가 공급되며, 고온 및 고압 하에서 열분해가 일어나 가스가 생성되는 반응로;
   상기 반응로로부터 토출되는 원료를 가열하고, 가열된 원료를 다시 상기 반응로로 순환시키도록 상기 반응로와 배관으로 연결되어 있는 제 1 가열부를 포함하는 제 1 가열부재; 및
   상기 반응로에서 생성되는 가스를 냉각 응축시켜서 재생유를 추출하는 냉각부를 포함하고,
   상기 반응로는 고온 및 고압 하에서 열분해가 일어난 후, 감압되면서 가스가 생성되며,
   상기 제 1 가열부재에서,
   상기 배관은, 일단부는 상기 반응로 측부를 관통하여 상기 반응로 내부와 연결되고 타단부는 상기 제 1 가열부와 연결되어, 상기 반응로 내부의 상기 원료를 상기 제 1 가열부로 토출시키는 토출관과, 일단부는 상기 제 1 가열부와 연결되고 타단부는 상기 반응로 내부와 연결되어 상기 제 1 가열부에서 가열된 상기 원료를 상기 반응로로 순환시키는 순환관을 포함하고,
   상기 순환관의 타단부에는 상기 원료를 상기 반응로로 순환시키도록 제 1 배출구와 제 2 배출구가 각각 형성되며,
   상기 제 1 배출구는 상기 반응로에서 상기 원료의 열분해가 진행될 때 사용되고,
   상기 제 2 배출구는 상기 반응로에서 상기 원료의 열분해가 진행된 후, 감압 하에서 상기 원료를 순환하여 가스화하는 과정에서 사용되며,
   상기 제 1 배출구는 단부가 외측 방향으로 벌어지지 않도록 형성되고,
   상기 제 2 배출구는 단부가 외측 방향으로 벌어져, 순환되는 원료가 옆으로 퍼지면서 상기 반응로 내벽에 부딪히도록 구성되는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   이중격벽 구조인 상기 반응로의 외벽과 내벽 사이에 충진되는 열매체와, 상기 이중격벽과 연결되는 연결관과, 상기 이중격벽과 상기 연결관을 순환하는 상기 열매체를 가열하는 제 2 가열부를 구비하는 제 2 가열부재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 반응로의 일측에 촉매분해부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 폐오일을 이용한 직접가열식 폐합성수지의 유화장치.
   
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