KR101969724B1 - 폐기물 처리 방법 - Google Patents

Abstract

개별적인 폐기물 또는 개별적인 폐기물의 조합을 분해(fragment)시키는 방법으로서, 상기 방법은: (e) 상기 개별적인 폐기물 또는 폐기물의 조합을 압력 용기에 도입하는 단계, (f) 상기 폐기물을 상기 용기 중에서 대기압보다 0.5 바(bar) 이상 더 높은 과열 증기의 대기에 적용시키는 단계, (g) 뒤이어 5초 이내에 0.5 바 이상의 압력 감소를 달성하기 위해 상기 용기를 감압시키는 단계, 및 (h) 단계 (b) 및 (c)를 반복하여, 상기 폐기물 또는 폐기물의 조합의 분해를 달성시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.

Description

폐기물 처리 방법{Method of treating waste items}

본 발명은 폐기물, 예를 들면, 일반적으로 가정 및 도시 폐기물에 존재하는 폐기물, 및 그들의 유효 수명의 종료에 도달했을 수 있는 특정한 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다. 그와 같은 항목의 예는 이상적으로 리사이클링되는 재료의 "1회 사용(use once)" 기준으로 제조된 것들(예를 들면, 플라스틱 병)을 포함한다. 본 발명의 처리 방법은 폐기물의 분해(fragmentation), 예를 들면, 처리를 촉진하기 위해 폐기물을 보다 작은 부피로 감소시키거나, 또는 폐기물을 리사이클링에 더 적합한 형태로 전환시킬 목적으로 폐기물의 분해를 달성하기 위한 방법이다. 폐기물의 속성 및 분해의 목적에 따라, 본 발명의 방법은 폐기물을 분쇄된 물질(powdered material)로 전환시키거나 또는 폐기물을 (예를 들면, 적층체의 경우, 박리에 의해) 매립(reclamation) 또는 리사이클링을 가능하게 하는 부분들로 분해하기 위해 수행될 수 있다.

다수의 현대적인 일회용 가정 용품은 디자인에 의해 비교적 다량의 공간을 차지한다. 이들은 중량은 거의 없으면서, 소량의 재료를 이용하나, 벌키한(bulky) 병 및 박스와 같은 형태로 주조되고 성형된다.

이러한 벌크는 처리되어야 하는 제품의 수명의 종료시 특별한 문제이다. 폐기물의 수송, 매립 및 심지어 리사이클링은 폐기물이 벌키한 경우 모두 저해된다. 다수의 현대적 물품의 디자인은 압축되면 에어 포켓(air pocket) 및 공동을 생성한다는 것을 의미한다. 단순히 압력을 적용하면 물품들을 상호 간에 으스러뜨리나 물품 자체가 부서지지 않으면 이러한 에어 포켓을 방출할 수 없다.

수년 동안, 폐기물의 처리를 위한 허용된 방법은 폐기물을 매립지로 보내는 것이었다. 그러나, 최근 년에, 이 경로에 의해 처리되는 폐기물의 부피를 감소시키려는 추진이 있었다. 이는 전세계적으로 매립 용량이 긴급한 이슈이고 새로운 부지의 형성이 특히 논란이 된다는 점에서 부분적으로 환경적 이유 때문이고, 부분적으로, 적어도 특정 종류의 폐기물이 리사이클링될 수 있다는 인식 때문이다. 이러한 이유 때문에, 매립지로 보내지는 물질의 부피를 감소시키거나, 또는 폐기물을 리사이클링에 더 용이하게 적합한 형태로 전환시키기 위해 폐기물의 일부 분해를 달성하는 것이 일반적으로 필요하다.

미국특허 제4,540,467호 (Grube)는 산업 생산 공정으로부터의 고체 폐기 물질 및 다양한 종류의 도시 폐기 물질을 분해하기에 적합한 방법을 개시한다. 산업 생산 공정으로부터의 폐기 물질의 처리와 관련하여, 이 방법은 용융된 금속을 모래 주형 으로 주조시키는 것에 의해 제조된 금속 성분으로부터 모래의 제거에 특히 적용될 수 있다. 이 방법은 또한 물로 포화될 수 있고, 폐쇄된 용기이거나 또는 유리인 성분들을 포함하는 폐기 물질의 처리에 대해 특별한 유용성을 갖는 것으로 명시된다. 이 방법은 처리될 폐기 물질이 용기 내로 도입될 수 있도록 개방될 수 있는 상부 해치(upper hatch) 및 처리된 물질이 용기로부터 배출될 수 있도록 개방될 수 있는 하부 해치(lower hatch)를 갖는 압력 용기를 이용한다. 이 방법은 처리될 물질을 압력 용기에 적재하는 단계 및 (바람직한 구체예에서) 상기 용기를 증기에 의해 가압하기 전에(또는 그와 동시에) 폐기물을 하나 이상의 계면활성제, 표백 화합물(bleaching compound), 산 또는 염기를 포함하는 수성 액체로 처리하는 단계를 포함한다. 특별한 처리제는 처리될 폐기 물질의 종류에 따라 선택된다. 따라서, 예를 들면, (i) 계면활성제는 종이, 목재, 래그(rag), 및 기타 물 흡수제(water absorber)의 습윤을 보장하기 위해 이용되고, (ii) 표백 화합물은 잉크 및 기타 착색 물질의 제거를 위해 종이 제품을 처리하기 위해 이용되며, (iii) 산은 종이 제품이 산업용 알코올의 제조에서 이용되는 경우 종이 제품의 처리를 위해 이용되고(산이 종이 제품을 당으로 전환시킴), 및 (iv) 염기는 투자 주조 주형(investment casting mould)으로부터 폐기 모래를 제거하는 경우 압착된 모래를 연화시키기 위해 이용된다.

증기는 용기의 내용물을 원하는 온도 및 압력까지 가열하고 가압하며 수분으로 포화될 수 있는 내용물에 수분을 첨가한다. 원하는 압력에서, 압력 용기와 결합된 하부 해치가 용기 내의 압력을 다시 대기압으로 신속하게 감소시키고, 처리된 성분을 배출하기 위해 개방된다. 미국특허 제4,540,467호에서, 압력의 신속한 저하는 용기의 내용물의 급속한 폭발적 감압(explosive decompression)을 가능하게 하여, 용기로부터 그들의 신속한 방출을 초래하는 것으로 개시된다. 감압 및 방출 동안, 폐기 물질에 함유된 수분 및 특정 비율의 기타 액체가 증기 및 수증기로 전환된다(flash). 이러한 물의 증기로의 급속한 플래싱은 폐기물의 대부분을 작은 조각으로 파열시키는 것으로 기술된다. 배출된 폐기물은 그 후 필요에 따라 더 가공될 수 있다.

US 4 540 467의 개시는 그 방법에서 이용하기 위한 바람직한 (용기 내) 압력이 1 내지 약 3 기압 (절대)이고, 이는 대기압보다 약 15 lb/in² (1.1 kg/cm²) 높거나 또는 약 2 기압 (절대)이 바람직한 것으로 고려하나, 423℉(ca 220℃)의 수준의 상응하는 포화 증기 온도로 300 파운드의 압력에서 작동할 수 있는 압력 용기도 이용될 수 있으며, 감압 전에 보다 높은 고압 증기 멸균(autoclave) 압력 및 온도가 보다 완전한 분해를 가져오는 것으로 고려된다.

US 4 540 467의 절차에 의해 분해될 수 있는 수분에 의해 포화될 수 있는 물질의 예는 종이 자재 및 일부 건축 자재, 예를 들면, 콘크리트, 벽판 재료, 목재, 및 기타 수분을 흡수할 수 있는 다공성 물질을 포함한다. US 4 540 467의 절차는 또한 용기로부터 폭발적 방출에 따른 폐쇄된 용기의 파열과 유리의 파쇄(shattering) 및 유리가 상승된 온도로부터 냉각되는 온도 구배(thermal gradient)를 초래한다. 그러나, US 4 540 467의 방법은 분열된 폐기물로부터 선별되어야 하는 고체 플라스틱 물품의 분해를 가져오지 않는다.

US 4 540 467에 기술된 절차에 다수의 단점이 있다. 먼저, 바람직한 절차는 적절한 화학적 시약으로 폐기물을 처리할 것을 요구한다(그 예가 앞서 기술됨). 따라서, 이 단계는 폐기물의 추가적인 "습식 처리(wet treatment)"를 포함하고, 관련된 화학물질의 수반되는 비용이 있다. 둘째로, 본 발명의 개발을 가져온 본 발명자들의 경험은 가압(pressurisation)과 폭발적 분해의 단일 사이클이 최적 미만의 분해를 초래할 수 있다는 것을 보여준다. 셋째로, US 4 540 467에서 제안된 조건 하에서, 플라스틱 물품은 그대로 남고 분해되지 않는다(전술 참조).

EP-A-1 628 736 (Longworth Engineering)은 필터 성분, 특히, 용융된 중합체의 여과를 위해 이용되고, 성분의 성능을 손상시키는 응고된 중합체의 침적된 잔류물을 갖는 필터 성분들을 청소하는 방법을 개시한다. EP-A-1 628 736에 기재된 방법에서, 청소될 필터 성분은 신속하게 개방되고, 뒤이어 폐쇄될 수 있는 배출 밸브(outlet valve)가 제공된 압력 용기에 배치된다. 청소될 필터 성분이 과열 증기에 의한 가압과 압력 용기와 결합된 (신속하게 개방가능한) 밸브의 개방에 의해 달성되는 신속한 감압의 사이클에 반복적으로 적용되는 압력 용기에 배치된다. 보다 상세하게, 과열 증기는 용기에서 0.5 바(bar) 이상 (및 보다 바람직하게, 2 내지 15 바) 압력을 상승시키고, 용기는 5초 이내에, 이상적으로 1초 이내에 0.5 바 이상의 압력 감소가 있도록 감압된다. 신속한 감압은 EP-A-1 628 736에 "플래시 감압(flash decompression)"으로 기재된다. EP-A-1 628 736에서 플래시 감압은 잔류물과 필터 성분 간의 인터페이스(및 가능하게는 잔류물 자체 내)에서 즉각적인 물의 끓음(instantaneous boiling of water)을 초래하여, 잔류물은 파쇄되고 그의 온전함(integrity)을 유지하고, 후속 사용을 위해 세정되는 필터 성분으로부터 제거된다. 통상적으로, 과열 증기에 의한 가압 및 신속한 ("플래시") 감압의 2회 (보다 일반적으로 5회 이상) 내지 100회(또는 그 이상)의 사이클이 응고된 중합체 잔류물로 오염된 필터 성분을 청소하기 위해 요구된다.

본 발명에 따르면, 개별적인 폐기물(discrete waste product item) 또는 개별적인 폐기물의 조합을 분해(fragment)시키는 방법으로서, 상기 방법은:

(a) 상기 개별적인 폐기물 또는 폐기물의 조합을 압력 용기에 도입하는 단계,

(b) 상기 폐기물을 상기 용기 중에서 대기압보다 0.5 바(bar) 이상 더 높은 과열 증기의 대기에 적용시키는 단계,

(c) 뒤이어 상기 용기를 감압시켜, 5초 이내에 0.5 바 이상의 압력 감소를 달성시키는 단계, 및

(d) 단계 (b) 및 (c)를 반복하여, 상기 폐기물 또는 폐기물의 조합의 분해를 달성시키는 단계를 포함하는 것인 방법이 제공된다.

표현 "별개의 폐기물(discrete waste product item)"에 의해, 본 발명자들은 폐기물은 그 자체로 개별적이고 앞서 정의된 본 발명의 방법에 따라 폐기물의 분해를 위해 압력 용기에 자유롭게(unconstrained) 도입될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 용어 "별개의 폐기물"은 필터의 일부를 막는 침적물(deposit)과 구별되며(전술된 EP 1 628 736의 검토 참조), 이는 그러한 침적물은 필터와 물리적으로 결합되어 있다는 점에서 "자유로운(unconstrained)" 것으로 간주되지 않고, 또한 간주될 수 없기 때문이다.

하기의 설명의 목적을 위해, 본 발명이 방법이 별개의 폐기물의 집합(collection)에 적용되는 정도까지, 상기 집합 중 폐기물은 가정/도시 폐기물의 처리의 경우에서와 같이, 상호 간에 상이할 수 있다. 또한, 그러한 집합은 본 발명의 방법에 의해 분해될 수 있는 폐기물 외에, 분해될 수 없는 폐기물(예를 들면, 금속 폐기물- 하기 참조)일 수 있다.

본 발명자들은 개별적인 폐기물(waste product item)을 앞서 정의된 단계 (b) 및 (c)의 반복적인 사이클에 적용시키면 US 4 540 467에 개시된 방법 대비, (분해를 달성하기 위한) 그러한 폐기물의 처리에서 상당한 잇점을 제공한다는 것을 발견했다. 구체적으로, 본 발명의 방법은 처리될 폐기물의 예비-침수(pre-soak) 또는 화학적 시약에 의한 예비-처리 없이 달성되고 여전히 분해를 달성할 수 있다. 또한, (단계 (b)와 (c)의 반복된 사이클을 포함하는) 본 발명에서 채택되는 조건은 보다 효과적인 분해 및 수득되는 분해의 정도의 제어를 가능하게 한다. US 4 540 467의 개시에 따라 분해될 수 있는 특정한 종류의 폐기물을 고려한다. 단계 (b)를 위한 특정한 정도의 가압 및 감압 단계 (c)를 달성하기 위한 특정한 조건을 이용한 본 발명의 방법은 이 단계들의 반복된 사이클로, 동일한 가압 및 감압 조건을 이용한 상기 미국 특허의 단일 단계 방법보다 폐기물에 대해 보다 높은 정도의 분해를 가져올 것이다. 또한, 본 발명의 방법을 이용하여, 특정한 폐기물에 대해 수행되는 단계 (b)와 (c)의 반복 횟수를 선택하는 것에 의해, 폐기물을 원하는 바와 같이 더 높거나 또는 더 낮은 정도까지 분해시킬 수 있다. 셋째로, 본 발명의 방법은 전술된 미국 특허의 방법에 의해 영향받지 않고 남은 폐기물의 분해를 가능하게 하고, 그러한 폐기물의 특정한 예는 본 발명의 방법을 이용하여 분말의 형태로 만들어질 수 있는 플라스틱 성분(예를 들면, PET 병)이다.

본 발명자들은 이론에 의해 한정되기를 원치 않으나, 개별적인 폐기물이 증기 및 플래시 감압에 의해 분해될 수 있는 메카니즘이 용융, 가수분해 및 열 감압(thermal decompression) 중 하나 이상일 수 있는 것으로 이해한다 (정확한 메카니즘은 분해될 폐기물의 속성에 의존적일 것임).

본 발명의 방법은 필요한 경우, 원래의 폐기물을 분말로 전환시키기 위해 충분한 횟수의 사이클을 위해 수행될 수 있다. 본 발명은 리사이클링될 수 있는 물질인 물품을 처리하기 위해 이용될 수 있고, 처리 과정으로부터 초래된 분해된 형태(예를 들면, 분말)가 그 물질로부터 추가적인 물품의 생성을 위한 원재료로 제공될 수 있다. 처리된 물품이 리사이클링될 수 있는 물질이 아닌 경우(또는 리사이클링이 요구되지 않는 경우), 분해된 물질은 통상적인 방식으로 처리될 수 있으나, 원래의 물품에 비해 처리될 물질의 부피가 크게 감소된다는 장점이 본 발명에 의해 제공된다. 그러나, 본 발명의 방법이 분말의 생성을 가져온다는 것이 본 발명의 요건이 아니다. 특정한 제품(예를 들면, 하기에서 보다 상세하게 기재되는 적층체)의 경우, 먼저, 다루기 힘든 폐기물이 가공에 보다 용이하게 적용될 수 있는 부분들로 분해된다는 것이 요건일 수 있다. 따라서, 개별적인 층들이 함께 결합된 것인 적층체(laminated article)의 경우, 요건은 요구되는 바와 같이 더 가공될 수 있는 층들의 분리일 수 있다.

본 발명은 전술된 명세서, 즉, US-A-4 540 467 및 EP-A-1 628 736의 개시로부터 여러 방식으로 상이한 것으로 이해되어야 한다. US-A-4 540 467의 경우, 이 특허는 단일 가압 및 감압 단계만을 고려한다. 실제로, 그에 기재된 방법을 달성하기 위해 US-A-4 540 467에 개시된 특정한 장치는 단일 가압 및 감압 단계에 맞도록 특별히 개조된다. 보다 상세하게, 그러한 장치는 상부 및 하부 해치(upper and lower hatch)를 갖는 압력 용기를 갖는다. 처리될 폐기물이 상부 해치를 통해 용기에 충진되고, 가압 단계의 완료시, 폐기물을 방출하기 위해 하부 해치가 개방된다. 또한, 미국 특허 제4 540 467호에 개시된 처리 조건 하에서, 플라스틱 물품은 온전하게 남고(전술 참조) 분해되지 않으나, 반면에, 이들은 본 발명의 방법에 의해 성공적으로 처리될 수 있다(하기 참조). 또한, 본 발명의 방법은 분해시킬 폐기물을 일반적으로 상기 미국 특허의 방법을 위해 요구되는 것과 같은 처리제, 예를 들면, 계면활성제, 표백 화합물(bleaching compound), 산 또는 염기에 의한 전-처리하는 것을 요구하지 않는다.

EP-A-1 628 736의 경우, 이 선행 명세서는 개별적인 폐기물을 분해하는 방법을 고려하지 않는다. 오히려, 이 선행 명세서는 처리 공정의 종료시 그 자체로 오전하게 남는 물품(즉, 필터 성분)의 청소에 관한 것이고, 제거되는 것은 한정되고, 오염시키는 중합체 침적물이다. 다른 방식으로 보면, 본 발명의 방법은 처리될 폐기물의 본체를 한정하는 형태로 간주될 수 있는 것을 분해한다. 따라서, 그 폐기물의 본체가 분해된다 (다른 말로, 붕해에 의해 파괴된다). 이는 폐기물(즉, 필터 성분)의 본체는 온전하게 남는 것인 EP-A-1 628 736의 방법과 완전히 대조되며, 상기 방법은 그 성분의 오염물을 청소하는 청소 작업이다.

본 발명은 광범위한 폐기물의 처리에 적용될 수 있다.

따라서, 예를 들면, 본 발명의 방법은 본 발명의 방법에 의해 분해될 수 있는 다수의 개별적인 폐기물을 포함할 가정 또는 도시 폐기물의 처리에 적용될 수 있고, 일반적으로 금속 물품은 온전하게 남으나, 통상적인 기법에 의해 분말화된 잔류물로부터 용이하게 걸러질 수 있다. 본 발명의 방법에 의해 분해될 수 있는 가정/도시 폐기물 중 폐기물의 예는 식품 폐기물, 종이, 플라스틱 및 유리를 포함한다. 본 발명의 방법에 의해 분해될 수 있는 식품 폐기물은 동물이나 식물 기원의 조리된 산물 및 원산물, 예를 들면, 육류, 가금류, 어류, 과일, 야채 등을 포함한다. 분해된 잔류물은 최종 처리, 예를 들면, 매립지로의 처리 전에 추가적인 분해를 요구하지 않는다. 이는 ("폭발적 감압" 단계에서 수득된) 도시 폐기물의 분해된 잔류물이 구덩이(pit)로 배출되고 잔류물의 최종 분해를 위해 퇴비화(composting)용 박테리아로 분무되는 것인 US 4 540 467의 바람직한 구체예에 비교된다. 본 발명의 이 구체예는 여전히 분해된 잔류물의 매립을 고려하나, 잔류물의 부피는 원래의 폐기물에 비해 훨씬 많이 감소되고, 표시되 바와 같이, 무균 상태이어서, 선택된 경로를 고려할 때, 매립 처리를 위해 이상적이게 한다.

본 발명은 플라스틱 물품을 표시된 바와 같이, 리사이클링될 수 있거나, 또는 최소한 원래의 물품에 비해 부피의 상당한 감소를 가져서 처리 목적을 위한 문제를 덜 야기하는 분해물로 전환시키기 위한 플라스틱 물품의 처리에 특별한 응용을 갖는다. 그러한 플라스틱 물품은 하기로 구성된 것일 수 있다:

(a) 축합 중합체, 예를 들면, 폴리에스테르(예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)), 폴리아미드, 폴리카르보네이트 또는 셀룰로오스 아세테이트;

(b) 올레핀 중합체 또는 공중합체, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 PTFE; 또는

(c) 폴리우레탄, PVA, PVC, 폴리스티렌, PEEK, 고무 또는 실리콘.

예로서, 본 발명의 방법은 플라스틱 물질을 리사이클링을 위한 단편들로 전환시키기 위해, 플라스틱 병(특히, PET 병)을 처리하기 위해 이용될 수 있다. 빈 플라스틱 병은 상당한 부피를 차지하나, 본 발명의 방법에 의한 단편으로의 전환에 의해, 단편화된 물질은 병 자체에 의해 차지되는 부피보다 훨씬 더 작다는 것이 이해될 것이다.

본 발명의 방법에 따라 분해될 수 있는 플라스틱 물품의 추가적인 특정한 예는 기체 (예를 들면, 공기) 또는 액체 정제를 위해 이용될 수 있는 플라스틱 필터이다. 그와 같은 필터는 회수하기를 원하는 물질을 포획했을 수 있다. 언급될 수 있는 특정한 예는 방사성인지 여부에 관계없이, 동위원소이다. 그러한 필터를 본 발명의 방법에 적용시키는 것에 의해, 그들의 높은 표면적 때문에, 성분을 회수하기 위한 가공에 적합한 단편들이 생성된다.

본 발명의 또 다른 용도(앞서 간단한 언급이 이루어짐)는 적층체, 구체적으로, 개별적인 물질의 층을 회수하기 위해 그들의 유효 수명의 종료에 도달한 합성물(composite)로의 적용이다.

탄소 섬유와 같은 합성물은 종종 수지 또는 접착제에 의해 층으로 결합된, 다수의 가닥(strand)으로부터 구축된다. 이 결합은 특별히 강하고 내성 있는 물질을 생성하나, 가닥들은 결과적으로 그 물질로부터 제조된 물품의 수명의 종료시 회수하기 어렵다. 통상적인 회수 방법은 박리(delimination)를 그러나, 비활성 대기의 사용 없이, 달성하기 위해 오븐에서 물품을 가열하는 단계를 포함하고, 산소의 존재 때문에, 섬유의 소성(burning)/산화 및 화학적 분해의 가능성이 있다. 본 발명의 방법은 이러한 물품을 소성 또는 다른 방식으로 분해하지 않으면서, 효과적으로 박리시키고, 따라서, 물질의 개별적인 가닥의 회수를 가능하게 한다.

탄소 섬유에 의한 본 발명자들의 시험은 양호한 길이 및 상업적 가치를 갖는 높은 품질의 섬유를 회수하였다, 비교하면, 다른 섬유 재활용(reclamation) 방법은 다수의 민감한 적용에 적합하지 않다는 사실 때문에 상업적 가치가 거의 없는, 자국이 있고(pitted), 소성되고(burnt), 매우 짧은 길이의 섬유를 초래한다.

합성물의 층을 함께 결합시키는 수지를 효과적으로 제거하는 것에 의해, 본 발명자들은 섬유를 회수할 수 있다. 온건한(mild) 공정 조건 및 산소의 부재(플래시 감압 단계 동안 용기로 과열 증기의 공급을 유지시키는 것에 의해 달성됨)는 그러한 섬유가 높은 품질 및 원래의 섬유에 유사한 품질 및 강도를 갖는다는 것을 의미한다.

본 발명은 또한 앞서 검토된 것들 외에 다양한 물질의 처리에 적용가능하다. 예는 식품 폐기물, 목재, 건축 자재(예를 들면, 하드코어, 시멘트질 자재, 벽돌 자재), 유리, 종이, 카드지, 및 직물 물질을 포함한다. 그러나, 일반적으로, 금속은 본 발명의 방법에 의해 분해되지 않는다.

처리될 수 있는 물품의 추가적 예는 매트리스, 예를 들면, 가정이나 또는 병원 또는 요양원과 같은 기관으로부터의 매트리스이다. 매트리스의 처리는 이들이 크고 부피가 큰 물품이고, (일부 경우에) 오염되었을 수 있기 때문에, 특별한 문제가 된다. 본 발명의 방법으로, 매트리스의 금속 스프링은 남으나, 매트리스의 직물 성분(즉, 커버 및 속)이 완전히 분해되어 무균 잔류물(sterile residue)을 남기도록 매트리스가 처리될 수 있다. 금속은 통상적인 절차(예를 들면, 제련)를 이용하여 리사이클링될 수 있고, 분해된 직물 잔류물은 절연재(insulation) 또는 충진재(filler)(예를 들면, 쿠션을 위한 충진재)로서 이용될 수 있다.

본 발명은 다수의 방식으로 달성될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 동일한 재료의 다수의 물품들이 동시에 압력 용기에서 (포화 증기에 의한) 가압 및 신속한 감압 단계에 적용될 수 있다. 따라서, 순수하게 예로서, 복수 개의 동일한 재료의 플라스틱 병이 동시에 처리될 수 있다. 분명히 동일한 재료의 물품을 처리하는 것에 의해, 결과적으로 수득되는, 분해된(예를 들면, 분말화된) 산물이 리사이클링 목적을 위해 바람직할 수 있는, "단일(single)" 물질이라는 것이 보장된다. 본 발명의 다른 구체예에서, 처리 방법은 혼합되고, 분해된 산물이 제조될 수 있는 경우 폐기 물품의 혼합물(예를 들면, 가정 폐기물(household refuse)에서 발견되는 것과 같은 혼합물)에 적용될 수 있고, 일부 물품(예를 들면, 금속 물품)은 실질적으로 영향받지 않고 남을 것이고, 분해된 산물로부터 선별될 수 있다. 다른 경우에, 본 발명의 방법은 단일 물품에 적용될 수 있고, 특히, 물품이 비교적 크고, 압력 용기가 하나의 그러한 물품만을 수용할 수 있는 경우에 그러하다. 이 경우의 특정한 예는 매트리스이다.

하기의 설명에서, 본 발명에서 채택된 신속한 압력 감소 단계(즉, 5초 이내에 0.5 바 이상의 감소)는 "플래시 감압(flash decompression)"으로 지칭된다.

일반적으로, 본 발명의 방법은 처리될 폐기물을 대기압보다 1 내지 15 바 높은(또는 훨씬 더 높은) 과열 증기의 대기에 적용시키는 것을 포함할 것이다. 그러나, 일반적으로, 대기압보다 4 내지 6 바 높은 압력이 적합할 것이다. 압력은 적합한 기간, 예를 들면, 1 내지 10시간에 걸쳐 원하는 수준까지 상승될 수 있고, 원하는 값에 도달되면 곧 플래시 감압이 이루어질 수 있다. 대안적으로, 폐기물은 플래시 감압이 일어나기 전에 일정한 시간 동안 특정한 압력에서 과열 증기에 적용될 수 있다.

달성될 수 있는 최대 압력 감소는 대기압 대비 초기 압력 증가에 의존적이나, 플래시 감압(5초 미만 내) 동안 달성되는 압력 감소는 1 바 이상, 예를 들면, 2 바 이상일 수 있다. 표시된 바와 같이, 플래시 감압은 최대 5초 내에 달성된다. 보다 바람직하게, 플래시 감압은 최대 4초 이내, 보다 바람직하게는 3초 이내, 훨씬 더 바람직하게는 2초 이내, 및 가장 바람직하게는 1초 또는 그 미만의 시간 내에 달성된다. 일반적으로, 플래시 감압의 시간은 최소 1 밀리초(millisecond)일 것이다. 따라서, 예를 들면, 1 밀리초 내지 5초의 기간이 적합할 수 있다.

플래시 감압을 달성하는 목적을 위해, 그 내부에서 필터 요소가 처리될 용기에 플래시 감압을 달성하기 위해 과열 증기의 (용기로부터의) 방출을 가능하게 하기 위해 신속하게 개방될 수 있는 적합한 밸브("플래시 감압 밸브")가 제공될 것이다. 플래시 감압 밸브는 예를 들면, 버터플라이 밸브(butterfly valve) 또는 유사한 신속 개방 저 흐름 제한 밸브(rapid opening low flow restriction valve)일 수 있다.

용기에 공급되는 과열 증기는 일반적으로 150℃ 이상의 온도, 보다 바람직하게는 200℃ 이상의 온도, 보다 바람직하게는 300℃ 이상의 온도, 및 가장 바람직하게는 400℃ 이상의 온도일 것이다. 일반적으로, 용기에 공급되는 과열 증기는 최대 500℃를 가질 것이다. 용기에 공급되는 과열 증기가 400℃ 내지 500℃의 온도를 가는 것이 특히 바람직하다. 과열 증기가 특정한 온도에서 용기로 공급되나, 용기 내에서 어느 정도의 증기의 냉각이 있어서, "플래시 감압"이 일어나는 온도는 적어도 초기에, 공급되는 과열 증기의 온도보다 다소 낮다는 것이 이해될 것이다. 그러나, (과열 증기에 의한) 가압과 플래시 감압의 반복된 사이클로, 플래시 감압시 용기 내 온도가 증가할 것이다.

본 발명의 방법은 폐기물을 대기압보다 0.5 바 이상 높은 압력의 과열 증기에 적용시키는 것과 플래시 감압을 수행하는 것의 반복적인 단계를 포함한다. 분해(fragmentation)의 원하는 수준을 달성하기 위해 요구되는 반복 단계의 횟수는 다수의 인자, 특히, 처리될 폐기물의 속성, 용기 내 온도(뒤이어, 용기에 공급되는 과열 증기의 온도에 의존적임), 용기가 가압되는 정도, 및 플래시 감압의 속도에 의존할 것이다. 당업자는 요구되는 반복 단계의 횟수를 결정하기 위해 단순한 실험을 용이하게 수행할 수 있다. 그러나, 단순히 예로서, 폐기 플라스틱 항목은 350℃의 온도에서 공급된 과열 증기를 이용하고, 최대 분해 및 부피 감소를 위해 2분의 간격으로 5바 (게이지)까지의 가압 및 5초 미만 내 대기압까지의 감압의 90회 사이클을 수행하여 처리될 수 있다.

본 발명의 유리한 구체예에서, 용기로의 과열 증기의 공급은 플래시 감압 단계 동안, 특히, 실질적으로 산소가 없는 대기가 용기 내에서 유지되어야 하는 경우에, 유지된다.

본 발명의 개선에서, 용기에 과열 증기의 도입 전에 처리될 물품을 가열하기 위해 100-150℃의 온도일 건조하고 포화된 깨끗한 증기가 먼저 공급된다. 건조 포화 증기는 최대량의 증발 엔탈피를 흡수하고 100% 건조인, 즉, 수분을 포함하지 않는 증기이다.

본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치는 플래시 감압 밸브 외에, 용기를 통한 원하는 증기 흐름을 제공하도록 조절될 수 있는 배출 흐름 제어 밸브(outlet flow control valve)를 포함할 수 있다. 배출 밸브는 예를 들면, 니들 밸브(needle valve)일 수 있다.

전술된 점들을 고려하여, 본 발명에 따른 바람직한 방법은 (처리될 폐기물의 압력 용기로의 도입 후) 하기 단계를 포함한다:

(a) 먼저, 건조하고 포화된 청정 증기를 도입한다 (원하는 온도는 미세 제어 밸브(fine control valve)에 의해 증기 배출 흐름을 제어하는 것에 의해 달성됨).

(b) 예를 들면, 400℃의 건조한 과열 청정 증기를 용기 내로 도입하고 배출 흐름 제어 밸브를 개방 상태로 유지한다. 용기 내의 온도를 원하는 수준까지 도달하게 하기 위해, 이 단계가 수행된다.

(c) 용기 내 압력이 미리 정해진 값, 예를 들면, 3 바까지 증가되도록 배출 흐름 제어 밸브를 폐쇄한다.

(d) 용기 중 원하는 압력(예를 들면, 3 바)이 플래시 감압 밸브의 개방에 의해 달성되자마자 (또는 그 후 곧) 플래시 감압을 수행한다.

(e) 플래시 감압 밸브를 폐쇄한다.

(f) 단계 (d)-(e)의 하나 이상의 추가적인 사이클을 수행한다.

(g) 배출 흐름 제어 밸브를 개방하고 폐기물을 과열 증기에 의한 처리의 추가적인 기간에 적용시킨다.

(h) 요구되는 만큼 단계 (c)-(g)를 반복한다.

(i) 용기 내의 압력이 미리 정해진 값, 예를 들면, 3 바까지 증가될 수 있도록 배출 흐름 제어 밸브를 폐쇄시킨다.

(j) 최종 플래시 감압을 수행하고 용기를 냉각시킨다.

플래시 감압은 플래시 감압 밸브를 개방하고, 과열 증기를 직접적으로 대기로 통기시키는 것에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 증기를, 필터 성분이 처리되는 용기로부터 증기를 대기로 배출시키거나 또는 흄 처리 단계(fume treatment step)로 통과시키는 소위 '블로우다운(blowdown)' 용기 내로 전달하는 것이 일반적으로 더 바람직할 것이다.

본 발명의 방법은 일반적으로, 적절한 변형으로, EP-A-1 628 736의 도 1 및 2에 예시되고 그를 참조하여 설명된 바와 같은 장치를 이용하여 수행될 수 있다.

본 발명은 본 발명의 방법을 이용하여 달성될 수 있는 폐기물의 부피의 감소를 보이도록 설계된 하기의 비-한정적 실시예에 의해 더 예시될 것이다.

모든 실시예에서, 처리될 폐기물은 메쉬 바스켓(mesh basket)에 배치했다. 이 실시예들 중 3개에서, 방법의 수행 전 물질의 부피는 각 경우에 동일하다는 것이 유념될 것이다. 이는 물질이 이러한 경우(명확히, 여전히 에어 포켓 및 공동을 포함하는 경우) 가능한 한 압착(compact)되고 공정 바스켓(process basket)의 부피와 거의 동일하기 때문이다.

실시예 1

혼합 플라스틱( Mixed Plastics )

다양한 식품 포장재 및 기타 일반적인 가정용 플라스틱 품목들로 구성된 혼합 플라스틱의 샘플을 준비했다. 이 샘플은 청량 음료 병 (PET), 즉석 식품 트레이(ready meal tray) 및 필름 뚜껑 (PET), 경화 툴 트레이(넛트 및 블트를 보관하기 이용되는 종류의 트레이), 화장품 병 및 뚜껑, 금속 와이어의 절연체 8 ft, 및 표준 배수관의 섹션 (PVC)를 포함했다.

샘플은 1489 그램으로 측정되었고 본 발명의 방법을 수행하기 위한 목적으로, 바스켓의 전체 부피 (6185 cm³)를 거의 차지하도록 천공된 바스켓(perforated basket) 내로 수동으로 압착시켰다.

샘플을 하기 조건을 이용하여 총 60분의 시간 동안 본 발명의 방법에 따라 처리했다:

(i) 400℃ 및 5 바에서 생성된 증기

(ii) 감압 직전 용기 압력- 4.5 바 (게이지)

(iii) 감압에 의해 달성된 압력 감소- 3.5 바

(iv) 플래시 감압 시간- 3 초

(v) 45 초/사이클의 80회 사이클.

상기 방법의 종료시, 샘플의 중량이 1195 그램까지 감소되고 부피는 3433 cm³까지 감소된 것으로 확인했다.

공정 용기 중 일부 용융의 증거가 있었고, 이는 물질이 증기 흐름으로부터 사각 지대(dead area)로 빠져나갔다는 것을 볼 수 있었다. 샘플의 대부분은 완전히 분해되고 바스켓 내로 압착되었다.

잔류물은 구조적 온전성(structural integrity) 없는, 자유-유동성의 잘 부서지는 산물이었다. 원래의 샘플(전체 물품으로 구성됨)이 하나의 혼합되고 압착된 산물로 분해된 것으로 확인하였다. 색상은 균일하지 않았으나, 분해된 자유-유동성 산물을 통한 "대리석 무늬(marbled)의" 각각의 원래 색상의 자취가 있었다.

실시예 2

식품 폐기물

혼합된 식품과 일부 통상적인 포장재의 샘플을 준비했다. 조리된 육류 및 채소와 조리되지 않은(raw) 육류 및 채소 및 비스켓, 초콜릿 및 "즉석 식품(ready meal)과 같은 가공된 물품을 모두 포함했다. 포장재는 필름 뚜껑을 갖는 "즉석 식품(ready meal)" 트레이, 광택 판지 슬리브 및 음료 곽(drink carton)을 포함한다.

샘플을 자르고 손으로 천공된 바스켓으로 압착시키고, 이때, 샘플은 총 3105 g이었다. 샘플의 압착된 부피(compacted volume)는 약 6185 cm³였다.

샘플을 실시예 1에 상세하게 기재된 바와 동일한 조건을 이용하여 총 60분 동안 과열 증기에 의한 가압 및 "플래시 감압"의 반복적인 단계에 적용시켰다.

그 공정 동안 도달된 최대 온도는 380℃였고, 도달된 평균 압력은 4.2 바 전이었다.

종료시, 샘플은 1700 그램인 것으로 확인되었고 약 2470 cm³의 부피를 차지했다. 스틸 포트(영향받지 않음)를 제외하고, 잔류 물질은 주로 비-균일한 분말로 완전히 붕해되었다.

공정 후 샘플로부터 검출가능한 냄새는 없었다.

실시예 3

하드코어 및 가공 목재( Hardcore and processed wood )

벽돌, 콘크리트, 및 가공된 목재의 샘플을 준비했다. 벽돌 및 콘크리트 자재를 천공된 바스켓으로 적재될 수 있게 작은 조각으로 부셨다. 목재 자재는 통상적인 파렛트 기판(pallet plank)의 조각들 및 깨진 빗자루 손잡이었다.

샘플을 천공된 바스켓 내로 최대한 압착시켰다. 바스켓과 샘플의 함쳐진 중량은 4229 그램이었다. 샘플은 약 3772 cm³의 부피를 차지했으나, 공정 중 물질의 구조 때문에, 바스켓 내에 일부 틈새 공간(interstitial space)이 있었다.

샘플을 실시예 1에 상세하게 기재된 바와 동일한 조건을 이용하여 총 60분 동안 과열 증기에 의한 가압 및 "플래시 감압"의 반복적인 단계에 적용시켰다.

그 공정 동안 도달된 최대 온도는 390℃였다.

종료시, 샘플은 약간만 변한 것으로 확인되었다. 벽돌 자재는 거의 변하지 않았고, 콘크리트 자재는 약간 부식되었으나, 큰 정도까지는 아니었다. 목재 자재는 보다 작은 조각으로 부수어졌으나, 거의 변하지 않았다. 공정 후 샘플의 중량은 4204 그램으로 확인되었고, 샘플에 의해 차지된 부피는 변하지 않았다.

실시예 4

종이 및 카드지

혼합된 종이와 카드지의 샘플을 준비했다. 이 샘플은 신문지, 표준 인쇄 용지, 광택지(glossy paper), 및 작은 조각의 카드지로 구성되었다.

샘플을 손으로 천공된 바스켓 내로 압착시켰다. 샘플의 중량은 1940 그램이었다. 압착된 샘플은 약 6185 cm³의 부피를 차지했다.

샘플을 실시예 1에 상세하게 기재된 바와 동일한 조건을 이용하여 총 60분 동안 과열 증기에 의한 가압 및 "플래시 감압"의 반복적인 단계에 적용시켰다.

공정 동안 도달된 최대 온도는 405℃였다.

공정의 종료시, 샘플은 완전히 분해되었다. 종이 및 카드지가 작은 조각(flake)로 단편화되었고 천공된 바스켓의 바닥으로 압착되었다. 바스켓과 샘플의 합쳐진 중량은 1735 그램이었다. 샘플은 약 3127 cm³의 부피를 차지했다.

하기 표는 실시예 1 내지 4의 결과를 요약한다.

	전 중량	후 중량	감소 %	전 부피	후 부피	감소 %
혼합 플라스틱	1489	1195	19.75	6185	3433	56
식품 폐기물	1825	1700	2.85	6185	2470	40
하드코어 & 목재	4229	4204	0.60	3772	3772	0
종이 & 카드지	1940	1735	11.57	6185	3127	51
		평균	8.69%		평균	36.75%

상기 표의 하단에 있는 평균 수치로부터 알 수 있는 바와 같이, 부피의 잠재적으로 큰 감소가 폐기물의 부피에서 달성될 수 있다. 하드코어 및 목재에 대한 수치가 제외되면(일반적인 폐기물로부터 분리됨), 그 수치는 49% 부피의 평균 감소로 증가된다.

따라서, 전술된 방법은 일부 폐기물의 부피를 거의 절반으로 감소시킬 수 있는 것으로 확인된다.

중량의 감소는 용기로부터 빠져나오는 기체 산물, 수집될 수 없는 용기의 내부 표면 상의 최소 잔류량, 및 또한 일부 실험 오류로부터 기인될 수 있는 것으로 사료된다.

실시예 5

탄소 섬유 적층물

총 194 그램 중량의 항공우주 산업으로부터의 탄소 섬유 적층물(carbon fiber laminate)의 잔류 조각을 스테인레스 스틸 바스켓에 적재하고, 이를 소형 압력 용기로 옮겼다.

샘플을 하기 조건을 이용하여 본 발명의 방법에 따라 처리했다:

(i) 550℃에서 생성된 과열 증기

(ii) 용기를 가입시키기 위한 시간- 15초

(iii) 감압 직전 용기 압력- 5 바 게이지

(iv) 플래시 감압이 일어나는 동안 총 5초 동안 개방된 배출 밸브.

(v) 플래시 감압에 의해 달성된 압력 감소- 4 바.

본 방법은 총 3 시간 동안 단계 (ii) 내지 (v)의 반복된 사이클을 포함하고, 그 후, 용기를 냉각되게 하였다. 용기로의 증기 흐름을 전체 3시간 동안, 심지어 감압 단계 동안도 유지시켰다.

본 방법의 종료시, 75 그램의 탄소 섬유를 회수하여, 약 119 그램의 수지가 감압 동안 증기 흐름으로부터 제거되었다 (그러나, 보다 작고, 느슨한 섬유의 일부가 또한 배출 증기 흐름으로 손실될 수 있음).

남은 느슨한 섬유 잔류물은 본래의(pristine) 탄소 섬유에 의해 보여지는 인장 특성(tensile property)과 유사한 인장 특성을 가졌다.

Claims (30)

1. 수지 또는 접착제에 의해 층으로 결합된 탄소 섬유를 포함하는 개별적인 폐기물 탄소 섬유 복합체(discrete waste carbon fibre composite article) 또는 그 조합의 박리(delamination)에 의해서 탄소 섬유를 회수하는 방법으로서, 상기 방법은:
   (a) 상기 복합체 또는 그 조합을 압력 용기에 도입하는 단계,
   (b) 400℃ 이상의 온도에서 상기 용기에 과열 증기를 공급하고, 상기 용기를 가압하여, 상기 복합체 또는 그 조합을 상기 용기 중에서 대기압보다 0.5 바(bar) 이상 더 높은 과열 증기의 대기에 적용시키는 단계,
   (c) 뒤이어 상기 용기로 과열 증기의 상기 공급을 유지하면서 상기 용기를 감압시켜, 5초 이내에 0.5 바 이상의 압력 감소를 달성시키는 단계, 및
   (d) 단계 (b) 및 (c)를 반복하여, 상기 복합체 또는 그 조합의 박리를 달성하여 그로부터 탄소 섬유를 회수하는 단계를 포함하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 압력 감소는 1 바 이상인 것인 방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 압력 감소는 2 바 이상인 것인 방법.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 감소는 4초 이내에 달성되는 것인 방법.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 압력 감소는 3초 이내에 달성되는 것인 방법.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 압력 감소는 2초 이내에 달성되는 것인 방법.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 압력 감소는 1초 이내에 달성되는 것인 방법.
8. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복합체 또는 그 조합을 과열 증기의 대기압보다 2 내지 15 바 더 높은 대기에 적용시키는 것인 방법.
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