KR101478528B1 - 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 장치는, 고비점 분해물의 유동성이 향상되도록 고비점 분해물을 가열하는 가열수단; 상기 가열수단을 경유하면서 가열된 고비점 분해물이 유입되어 저장되도록 되어 있되 고비점 분해물이 채워지지 않는 가스증발공간이 분해물저장부의 상부에 형성되어 있고, 상기 가스증발공간에 존재하는 가스가 배출되는 가스배출구를 갖는 고비점분해물저장탱크; 및 상기 가열수단에 의해 가열된 고비점 분해물이 유동되는 경로와 고비점분해물저장탱크 내의 가스증발공간의 압력이 대기압보다 낮은 상태가 되도록 하는 진공펌프;를 포함함하여 구성된다.
본 발명에서는 고비점 분해물의 유동성이 향상되도록 고비점 분해물를 가열하고, 고비점 분해물의 유동경로의 압력이 대기압보다 낮도록 하여 고비점 분해물로부터 염소가 증발하여 분리되도록 하므로 폐합성수지의 열분해시에 생성되는 연료유 중 고비점 분해물로부터 염소를 효과적이고 경제적으로 제거할 수 있는 특징이 있다.

Description

폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 장치 및 방법{Apparatus and Method for removal of Cl compounds including in high boiling-point pyrolytic oil produced from pyrolysis of waste synthetic plastics}

본 발명은 폐합성수지를 열분해하여 얻은 연료유로부터 불순물을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

산업의 발달에 따라 플라스틱이나 합성고무를 원료로 하는 상품의 생산량은 급증하고 있지만 폐플라스틱이나 폐고무 등의 폐합성수지에 대한 재활용률은 총 생산량에 비하여 미미한 수준에 불과한 실정이다.

이러한 현상이 발생되는 주요 원인은 폐합성수지의 재활용에 많은 경비가 소요되기 때문이다.

여러 가지 이유로 폐합성수지의 재활용에 많은 경비가 소요되는 것이지만 폐합성수지가 여러 가지 물질을 포함하고 있다는 것이 주요 원인이다.

폐합성수지의 재활용에 소요되는 경비를 줄이면서 폐합성수지를 재활용하는 기술로서 폐합성수지를 열분해 하는 방법이 안출되었다.

폐합성수지를 열분해하여 재활용하는 방법은 폐합성수지에 고열을 가하여 폐합성수지를 용융, 분해하며, 분해물로부터 오일을 얻는 방법이다.

폐플라스틱은 최근에 연간 수백만 톤이 발생되고 있으며, 이는 대부분 매립과 소각에 의해 처리되지만, 점차 매립은 불가능하고 소각 또한 대기오염 등 환경적인 문제점을 발생시켜 대체 재활용 방법이 제시되고 있다.

또, 재활용의 경우도 부가가치가 있는 일부 품목에 제한되어 있으나 대부분은 경제성이 낮아 재활용에는 점차 어려움이 예상되고 있다.

그 중의 하나가 폐플라스틱을 열 또는 촉매에 의한 화학적 처리하여 대체 연료유를 생산하는 방법이다.

본 발명의 출원인은 폐플라스틱을 열분해하여 대체 연료유를 안정적, 연속적으로 대량 생산하는 시스템을 발명하여 한국특허등록 제10-0736845호(발명의 명칭: 연료유정제장치 및 이를 구비한 분해물화시스템)로 등록받은 바 있다.

상기 특허는 폐플라스틱에 열을 가하여 용융한 후 열분해된 유분은 증류탑에서 회수하여 저장하고, 저장된 유분에 포함된 불순물 및 유해성분은 연료유정제장치를 통해 제거하여 연료유을 얻는 기술이다.

그러나 상기 특허를 통해서도 연료유에서 염소 등을 제거하지 못하여 열료유의 질이 낮은 문제점이 발생되었다.

즉, 최종 생성 연료유에는 염소 성분 등의 불순물 또는 유해한 산 성분이 포함되어 있어 연료유를 사용하는 장치 등에 부식을 발생시키고 노화를 급속하게 진행시키는 등의 심각한 문제를 일으키게 되고, 염소 성분 등이 대기로 배출되어 환경에 악영향을 미치게 되는 문제점이 있었던 것이다.

따라서 폐플라스틱으로부터 얻어진 연료유를 대체 연료로 안전하게 판매하기 위해서는 확보되는 연료유로부터 염소 등의 이물질을 분리하여 고급화하는 정제 기술 개발이 필요하다.

본 발명의 출원인은 한국특허등록 제10-0824965호(발명의 명칭: 염소제거장치를 구비한 연료유정제장치)를 안출한 바 있다.

상기 연료유정제장치는 폐플라스틱, 폐합성수지, 폐고무, 폐유 등의 고분자 폐기물을 열분해하여 증류하여 제조된 저급 연료유와 염기성수용액을 교반에 의해 접촉 및 혼합시키는 화학정제장치를 갖는다.

또, 화학정제장치에서 처리된 연료유와 염기성수용액의 혼합물을 수용하여 상 분리하여 연료유를 분리하는 물-오일분리기가 구비된다.

또, 화학정제장치 상부에 저급연료유와 염기성수용액을 접촉하게 하는 물-오일혼합기가 구비된다.

그러나 상기와 같은 기술은 그 효과가 기대에 미치지 못하는 문제점이 있었다.

특히, 유동성이 좋지 않으며, 다량의 염소를 포함하고 있는 중질류나 왁스 성분에서 염소 불순물을 제거하는 효과가 낮아 이를 개선할 수 있는 기술이 필요한 실정이었다.

한국특허등록 제10-0736845호 한국특허등록 제10-0824965호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 폐합성수지의 열분해시에 생성되는 연료유 중 고비점 분해물(중질유와 왁스 성분)로부터 염소를 효과적이고 경제적으로 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공하려는데 목적이 있다.

본 발명에서는 고비점 분해물의 유동성이 향상되도록 고비점 분해물를 가열하고, 고비점 분해물의 유동경로의 압력이 대기압보다 낮도록 하여 고비점 분해물로부터 염소가 증발하여 분리되도록 한다.

또, 증발된 염소와 함께 증발된 오일 성분을 포집하여 염기성 수용액과 혼합시켜 중화시킴으로써 증발된 오일을 정제한다.

또, 염기성 수용액과 혼합되어 중화된 오일이 수분 카트리지를 통과하면서 수분이 제거되어 고품질의 분해물를 얻을 수 있도록 한다.

즉, 본 발명의 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 방법은, 고비점 분해물의 유동성이 향상되도록 고비점 분해물을 가열하는 가열단계를 갖는다.

또, 가열수단(10)에 의해 가열된 고비점 분해물이 고비점분해물저장탱크의 분해물저장부에 저장되면서 대기압보다 낮은 압력과 열에 의해 저장된 고비점 분해물에서 염소가 증발되도록 하는 염소증발단계를 갖는다.

또, 고비점분해물저장탱크에서 증발된 염소 포함 가스를 냉각하여 저비점 오일을 얻은 후 염기성 수용액과 상기 저비점 오일이 혼합되어 중화되도록 하는 1차중화단계를 갖는다.

이를 위한 본 발명의 장치는, 고비점 분해물의 유동성이 향상되도록 고비점 분해물을 가열하는 가열수단을 갖는다.

또, 가열수단을 경유하면서 가열된 고비점 분해물이 유입되어 저장되도록 되어 있되 고비점 분해물이 채워지지 않는 가스증발공간이 분해물저장부의 상부에 형성되어 있고, 상기 가스증발공간에 존재하는 가스가 배출되는 가스배출구를 갖는 고비점분해물저장탱크를 갖는다.

또, 가열수단에 의해 가열된 고비점 분해물이 유동되는 경로와 고비점분해물저장탱크 내의 가스증발공간이 대기압보다 낮은 상태가 되도록 하는 진공펌프를 갖는다.

본 발명에서는 고비점 분해물의 유동성이 향상되도록 고비점 분해물를 가열하고, 고비점 분해물의 유동경로의 압력이 대기압보다 낮도록 하여 고비점 분해물로부터 염소가 증발하여 분리되도록 하므로 폐합성수지의 열분해시에 생성되는 연료유 중 고비점 분해물로부터 염소를 효과적이고 경제적으로 제거할 수 있는 특징이 있다.

또, 고비점분해물저장탱크는 분해물저장부의 상부에 고비점분해물이 유입되는 분해물유입구 및 유입된 고비점분해물이 저장되는 분해물저장부를 갖고, 분해물유입구와 가스배출구 사이에 칸막이가 위치되어 있는 구조인 경우 가스배출구로 배출되는 오일의 양을 줄일 수 있다.

또, 가스배출구를 경유하는 가스에 포함된 저비점 오일을 냉각을 통해 포집하는 오일포집탱크가 더 구비되어 있되 오일포집탱크에서 포집된 오일과 염기성 수용액이 혼합되어 중화되도록 되어 있는 경우 증발된 오일을 회수할 수 있는 특징이 있다.

도 1은 본 발명 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 장치의 개략도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 일 예를 도시한 것에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 장치에 관한 것이다.

그런데 본 발명은 고비점 분해물(중질유와 왁스 성분)로부터 염소를 효과적이고 경제적으로 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공하려는 목적을 갖는다.

이를 위하여 본 발명에서는, 고비점 분해물의 유동성이 향상되도록 고비점 분해물을 가열하고, 고비점 분해물 유동경로의 압력이 대기압보다 낮은 상태가 되도록 하여 고비점 분해물로부터 염소가 증발되어 분리되도록 한다.

구체적으로 설명하면 본 발명의 방법은, 고비점 분해물의 유동성이 향상되도록 고비점 분해물을 가열하는 가열단계를 갖는다.

또, 가열된 고비점 분해물이 고비점분해물저장탱크(20)의 분해물저장부(21)에 저장되면서 대기압보다 낮은 압력과 열에 의해 고비점 분해물에서 염소가 증발되도록 하는 염소증발단계를 갖는다.

가열수단(10)에 의한 가열온도는 50℃∼100℃가 바람직하고 더욱 바람직하게는 80℃∼100℃이다.

이것은 50℃ 이상의 온도에서 중질유와 왁스 등의 고비점 분해물이 유동 가능하고, 가열온도가 너무 높으면 액상인 중질유와 왁스가 기체 상태로의 상전이가 이루어져 압력 증가와 화재 위험성이 있기 때문이다.

상기와 같은 염소 제거방법을 위한 본 발명의 장치는, 고비점 분해물의 유동성이 향상되도록 고비점 분해물을 가열하는 가열수단(10)을 갖는다.

또, 가열수단(10)을 경유하면서 가열된 고비점 분해물이 유입되어 저장되도록 되어 있되 고비점 분해물(1)이 채워지지 않는 가스증발공간(23)이 분해물저장부(21)의 상부에 형성되어 있고, 상기 가스증발공간(23)에 존재하는 가스가 배출되는 가스배출구(23)를 갖는 고비점분해물저장탱크(20)를 갖는다.

또, 가열수단(10)에 의해 가열된 고비점 분해물이 유동되는 경로와 고비점분해물저장탱크(20) 내의 가스증발공간(23)의 압력이 대기압보다 낮은 상태가 되도록 하는 진공펌프(30)를 갖는다.

고비점분해물저장탱크(20)에도 가열수단(27)이 구비되어 분해물저장부(21)의 고비점 분해물에서 염소가 원활하게 증발될 수 있도록 분해물저장부(21)의 온도가 설정된 범위 내에 있도록 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 고비점분해물저장탱크(20)는 분해물저장부(21)의 상부에 고비점분해물이 유입되는 분해물유입구(24) 및 가스증발공간(23)의 가스가 배출되는 가스배출구(23)를 갖는 형태로 구현할 수 있다.

이러한 경우 분해물유입구(24)와 가스배출구(23) 사이에 칸막이(25)가 위치되어 있도록 하여 유입되는 고비점 분해물이 진공펌프 방향으로 곧바로 이동되는 것을 방지하면서 분해물저장부(21)로 원활하게 이동, 저장될 수 있도록 한다.

물론, 칸막이(25)의 하단부는 가스증발공간(23)을 완전히 차단하지 않는 형태로 구현한다.

본 발명의 염소 제거방법에 있어서, 고비점분해물저장탱크(20)에서 증발된 염소 포함 가스를 냉각하여 저비점 오일을 얻은 후 염기성 수용액과 저비점 오일이 혼합되어 중화되도록 하는 1차중화단계를 갖도록 구현할 수 있다.

즉, 고비점분해물저장탱크(20)에서 증발된 가스에는 저비점 오일이 일부 포함되게 되므로 이러한 저비점오일을 회수할 필요성이 있는 것이다.

저비점 오일을 회수하는 방법은 냉각을 통한 방법을 사용한다.

고비점분해물저장탱크(20)에서 증발된 가스의 온도가 90℃∼100℃라고 할때 증발된 가스를 50℃ 이하로 냉각하면 저비점오일을 얻을 수 있다.

증발된 가스로 부터 회수된 저비점오일을 염기성 수용액과 혼합하는 것은 저비점 오일을 중화하여 염소 성분을 제거하기 위한 것이다.

이러한 염소 제거방법을 위한 장치는, 가스배출구(23)를 경유하는 가스에 포함된 저비점 오일을 냉각을 통해 포집하는 오일포집탱크(40)가 더 구비되어 있도록 한다.

또, 오일포집탱크(40)는 포집된 오일과 염기성 수용액이 혼합되어 중화되도록 혼합공간을 갖는다.

오일포집탱크(40)의 오일저장부(41)가 혼합공간이 되며, 원활한 혼합을 위하여 오일저장부(41)에 교반기(43)를 설치할 수 있다.

본 발명의 염소 제거방법에서, 전술한 1차중화단계를 경유하면서 발생된 가스에 염기성 수용액을 분사하는 2차중화단계가 더 실시함으로써 더욱 확실한 염소의 제거가 가능하도록 할 수 있다.

이러한 방법을 위한 장치는, 오일포집탱크(40)를 경유하는 가스가 유동되는 경로 상에 설치되고, 유동되는 가스를 향해 염기성 수용액을 분사하는 수용액분사수단(51)을 갖는 2차중화탱크(50) 구비한다.

염기성 수용액을 미세한 입자 크기로 분사가능한 노즐을 구비하는 것이 좋다.

전술한 2차중화탱크(50)를 경유한 가스에는 상당량의 수분이 포함되는 형태가 된다.

이러한 수분을 제거하는 수분제거단계가 더 구비된 형태가 되도록 할 수 있다.

이를 위한 장치는, 2차중화탱크(50)를 경유한 가스에 포함된 수분을 제거하는 수분제거장치(60)가 더 구비한 형태가 된다.

수분제거장치(60)는 카트리지 방식이나 결로현상을 유발하는 냉각방식 등 공지의 다양한 방식의 형태로 구현 가능하다.

본 발명에 있어서, 고비점분해물저장탱크(20), 오일포집탱크(40), 2차중화탱크(50)는 저장되는 내용물을 외부로 배출하기 위한 저장물배출구(26, 42, 52)를 갖는 형태로 구현할 수 있다.

이러한 경우 저장물배출구(26, 42, 52)를 경유하는 고비점분해물 등의 내용물이 원활하게 유동되어 배출되도록 배출을 위한 고비점분해물에 열을 가하는 수단을 갖는 형태로 구현하는 것이 좋다.

본 발명에 있어서, 고비점분해물저장탱크(20)의 분해물저장부(21)의 저장부에 혼합을 위한 교반기(28)를 설치할 수 있다.

미설명 부호 70은 고비점 분해물을 이동시키는 이송펌프이고, 80은 이송배관이며, 29는 가열수단이다.

1. 고비점 분해물
10. 가열수단
20. 고비점분해물저장탱크
21. 분해물저장부
22. 가스증발공간
23. 가스배출구
24. 분해물유입구
25. 칸막이
26. 저장물배출구
27. 가열수단
28. 교반기
29. 가열수단
30. 진공펌프
40. 오일포집탱크
41. 오일저장부
42. 저장물배출구
43. 교반기
50. 2차중화탱크
51. 수용액분사수단
52. 저장물배출구
60. 수분제거장치
70. 이송펌프
80. 이송배관

Claims (7)

1. 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 장치에 있어서,
   고비점 분해물의 유동성이 향상되도록 고비점 분해물을 가열하는 가열수단;
   상기 가열수단을 경유하면서 가열된 고비점 분해물이 유입되어 저장되도록 되어 있되 고비점 분해물이 채워지지 않는 가스증발공간이 분해물저장부의 상부에 형성되어 있고, 상기 가스증발공간에 존재하는 가스가 배출되는 가스배출구를 갖는 고비점분해물저장탱크; 및
   상기 가열수단에 의해 가열된 고비점 분해물이 유동되는 경로와 고비점분해물저장탱크 내의 가스증발공간의 압력이 대기압보다 낮은 상태가 되도록 하는 진공펌프;를 포함함하여 구성된, 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 고비점분해물저장탱크는 분해물저장부의 상부에 고비점분해물이 유입되는 분해물유입구 및 가스증발공간의 가스가 배출되는 가스배출구를 갖고, 상기 분해물유입구와 가스배출구 사이에 칸막이가 위치되어 있는, 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 가스배출구를 경유하는 가스에 포함된 저비점 오일을 냉각을 통해 포집하는 오일포집탱크가 더 구비되어 있되 오일포집탱크에서 포집된 오일과 염기성 수용액이 혼합되어 중화되도록 되어 있는, 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 오일포집탱크를 경유하는 가스가 유동되는 경로 상에 설치되고, 유동되는 가스를 향해 염기성 수용액을 분사하는 수용액분사수단을 갖는 2차중화탱크가 더 구비되어 있는, 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 2차중화탱크를 경유한 가스에 포함된 수분을 제거하는 수분제거장치가 더 구비된, 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 장치.
   
6. 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 방법에 있어서,
   고비점 분해물의 유동성이 향상되도록 고비점 분해물을 가열하는 가열단계;
   가열수단에 의해 가열된 고비점 분해물이 고비점분해물저장탱크의 분해물저장부에 저장되면서 대기압보다 낮은 압력과 열에 의해 저장된 고비점 분해물에서 염소가 증발되도록 하는 염소증발단계; 및
   고비점분해물저장탱크에서 증발된 염소 포함 가스를 냉각하여 저비점 오일을 얻은 후 염기성 수용액과 상기 저비점 오일이 혼합되어 중화되도록 하는 1차중화단계;를 포함하여 구성된, 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 방법.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 1차중화단계를 경유하면서 발생된 가스에 염기성수용액을 분사하는 2차중화단계가 더 구비된, 폐합성수지의 열분해에 의해 생성된 고비점 분해물에서 염소를 제거하는 방법.

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