KR102174330B1 - 전자 폐기물 재료의 안전하고 효율적인 전환을 위한 다단계 열분해 방법 - Google Patents

전자 폐기물 재료의 안전하고 효율적인 전환을 위한 다단계 열분해 방법 Download PDF

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울리히 에이치. 엔젤
찰스 티. 루드위그
어네스트 제이. 시니어 자보랄
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Abstract

다양한 전자 폐기물 소스들을 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환시키는 프로세스들에 열분해(thermolysis) 방법들을 활용하기 위한 청결하고 안전하며 효율적인 방법들, 시스템들 및 프로세스들이 개시된다. 본 발명은, 이를 테면, 예를 들어, 전체 회로 기판들과 같은 전자 폐기물 소스들을 처리하여 폐기물 소스를 효과적으로 파쇄(shred) 및/또는 분쇄(grind)하고, 그 다음에, 열분해 방법을 사용하여 할로겐 및 다른 위험한 성분들을 파괴 및/또는 분리하여, 귀금속들 및 다른 귀중한 성분들을 차르로부터 회수할 수 있는 능력과 함께, 청정 연료 가스 및 차르 소스를 제공한다.

Description

전자 폐기물 재료의 안전하고 효율적인 전환을 위한 다단계 열분해 방법
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은, 35 U.S.C. § 119 하에, 명세서, 청구범위, 및 요약서 뿐만아니라 임의의 도면들, 표들 또는 그의 도면들을 제한하지 않고, 본원에서 포함하는 그 전체가 인용에 의해 포함되는, 발명의 명칭이 "Multistage Thermolysis Method for Safe and Efficient Conversion of E-Waste Materials"인 2015 년 12 월 31 일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제62/273,751호를 우선권 주장한다.
발명의 내용
본 발명은, 다양한 전자 폐기물 소스들(e-waste sources)을 청정 연료 가스 및 차르(char) 소스로 전환시키는 공정들에 열분해(thermolysis) 방법들을 활용하기 위한 청결하고 안전하며 효율적인 방법들, 시스템들 및 공정들에 관한 것이다. 열분해는 본원에 개시된 바와 같이 전자 폐기물 소스들을 가열 및 전환시키기 위한 진보된 열분해 방법론을 제공한다. 특정 양태에서, 본 발명은, 이를 테면, 예를 들어, 전체 회로 기판들과 같은 전자 폐기물 소스들을 처리하여 폐기물 소스를 효과적으로 파쇄(shred) 및/또는 분쇄(grind)하고, 그 다음에, 열분해 방법을 사용하여 할로겐 및 다른 유해 성분들을 분리, 중화 및/또는 파괴하여, 귀금속들 및 다른 귀중한 성분들을 차르로부터 회수할 수 있는 능력과 함께, 청정 연료 가스 및 차르 소스를 제공한다.
전세계 전자 폐기물 시장은, 인쇄 회로 기판들(printed circuit boards; PCBs)로 또한 지칭되는 인쇄 배선 기판들(printed wiring boards; PWDs)에 있어서 대략 3 %(150 만 톤) 그리고, 플라스틱 수지에 있어서 대략 30 %(1500 만 톤)와 함께 연간 5000 만톤을 초과하여 생성된다. 미국 단독으로 세계 전자 폐기물 총량의 약 28 내지 33 %를 차지한다. 전자 폐기물 시장은, 최신 전기 및 전자 장비에 대한 세계 소비자 수요 요구와 함께 매년 대략 10 내지 15 %로 계속해서 증가할 것으로 예상된다. 간단히 말해서, 세계는 전자 폐기물들로 넘쳐난다. 그 결과 폐기된 전자 폐기물 제품들에 대한 해법들을 필요로 하는 비판적이고 악화되는 경제 환경이 되었다. 전 세계적으로, 귀금속들, 구리 및 알루미늄(지배적인 전자 폐기물 소스)의 가치들이 현저하게 변동하여 지속적으로 증가하는 전자 폐기물 재활용/회수 시장에서 컴포넌트들을 효과적으로 회수하거나 재활용하는데 대한 관심이 더욱 감소되고 있다. 게다가, 다양한 주의 규정들(state regulations)은 전자 폐기물 소스들의 매립지 투기(landfill dumping)를 규제하거나 제한하여 전자 폐기물 소스들을 처리하는 것에 대한 인센티브들이 현저히 감소되고 있다.
축적된 전자 폐기물 소스들은 처리 기술 개발들에 많은 어려움들을 제시한다. 컴퓨터들, 프린터들 및 팩스들로부터 세탁기들에 이르기까지 광범위한 제품들의 스펙트럼을 지칭하는 용어인 WEEE(waste electrical and electronic equipment)를 처리하기 위해서 상이한 접근법들이 사용되고 있다. 특히, WEEE는 다음과 같은 14 가지 구별되는 카테고리로 분류된다: 대형 가전 제품; 소형 가전 제품; IT 및 통신 장비; 소비재; 조명 장비; 전기 및 전자 공구; 장난감, 레저 및 스포츠 장비; 의료 디바이스들; 모니터링 및 제어 기기들; 자동 분배기들; 디스플레이 장비; 냉동 장비; 가스 방전 램프들; 및 광기전력 패널들(Photovoltaic panels).
WEEE 분류들에 포함된 전자 폐기물의 4 개의 주요 카테고리들은 다음과 같다: 인쇄 배선 기판들(PWBs), 전자 플라스틱들, 평면 스크린 디스플레이들(FSDs) 및 토너 카트리지들. 당업자가 알아낸 바와 같이, 셀 폰들, 랩탑들, 핸드헬드들(handhelds), 가전 제품 및 다른 장치와 같은 무수한 다른 유형의 전기 및 전자 장치가 이 분류 내에 모두 포함된다. 전자제품 재활용은 역사적으로 매우 노동 집약적인 작업이다. 이는 전자 폐기물 소스들을 구성하는 다양한 조성물들의 결과이다. 전자 장치들로부터의 플라스틱 하우징들은, 수집, 분류, 재-펠릿화 및 운송 비용들이 천연 가스 기반 공급원료들를 기반으로 한 처음 원료들(virgin raw materials)을 위한 비용들의 2 배가 될 수 있기 때문에, 비효율적으로 재활용된다. 수은을 포함하는 FSD들은 전자 폐기물 소스들을 처리하는 돈이 드는 일의 또 다른 예를 제공한다. 각각의 평면 디스플레이(flat screen display)는 섬세한 수은 램프들을 제거하기 위해 대략 20 분의 분해를 필요로 한다. 이 재활용 프로세스와 연관된 매우 높은 비용들 외에도, 열악한 분해 처리 및 파손으로 인한 빈번한 수은 오염은 재활용업자들에게 큰 문제를 제시한다. 이들 예들은, 전자 폐기물 소스들의 수동 재활용이 누적 전자 폐기물 공급에 대해 비용 효율적인 해법을 제공하지 않는다는 것을 입증한다.
또한, 전자 폐기물 소스들을 처리하는 데 있어 안전 문제도 있다. 재활용 폴리머들중 상당 퍼센트는, 할로겐화 탄화수소들 및 유기물들, 산화 안티몬 산화물들 및 다른 폴리머 첨가제 화염 및/또는 화재 및/또는 화재 지연제들(retardants)을 포함하는 독성 화합물들을 함유하고 있다. 전기 및 전자 장비의 할로겐화 물질들의 위험성에 대한 설명은, Watson 등에 의해, Greenpeace Research Laboratories Technical Note(2010 년 1 월)에서 설명되어 있다. 이들 컴포넌트들은, 전세계 UL-94 인화성 규정들을 충족시키는 데 필요한 바와 같이, 화재 지연성(fire retardancy)을 제공하기 위해 플라스틱 하우징들 및 전자 폐기물 소스들의 다른 컴포넌트들에서 제형화된다. 결과적으로, 하우징들은 독성 화염 및/또는 화재 지연제들로 인해서 용이하게 매립될 수 없다. 미국에서는, EPA가 제련소들(smelters)로 하여금 회로 기판들을 처리하게 하고 이러한 독성물질들을 환경으로 방출하는 것을 허용하지 않는다. 이러한 독성물질들은 방향족화합물들 및 다환 방향족 탄화수소들(PAHs), 할로겐화 디벤조디옥신들, 할로겐화 디벤조퓨란들, 비페닐들, 피렌들 등과 같은 독성 부산물들을 생성하는 할로겐화 탄화수소 및 유기물들의 연소에 기인한다. 연소 과정들은 이러한 독성 재료들을 생성하며 이러한 독성 재료들은 그 다음에, 공정의 하류에서 제거되어야 하며, 이에 의해 소각 접근법들이 성공하지 못하고 그리고/또는 경제적이지 못하게 된다. 그 결과, 많은 양의 전자 폐기물이 제련소들로 외국으로 선적되며(shipped off-shore), 이는 운송, 처리 및 환경 비용들이 높기 때문에 경제적으로 매력적이지 않다. 더욱이, 제련 공정은 비효율적이며 많은 양의 금속들이 제련 공정에서 손실될 수 있다.
다양한 전자 폐기물 소스들을 효율적으로 처리해야할 필요성이 남아 있다. "E-Waste Recycling Technologies"라는 제목의 2013년 World Intellectual Property Organization(WIPO) 특허 랜드스케이프 보고서는 다음 카테고리들 및 설명들을 포함하여 수많은 최종 제품들 및 컴포넌트들을 식별한다:
배터리들(위험한 카드뮴 및 다른 독성물질들을 함유), 인쇄 배선 기판들 및 와이어들 또는 케이블들.
커패시터들 - 회로 기판 상에 많은 비율의 전자기기들 구성하고 유전체로서 사용되는 이국적이고 종종 위험한 재료들을 함유하는 컴포넌트들
LED들 - 또 다른 공통 인쇄 배선 기판 하위-컴포넌트 및 전형적으로 개별 패키지, 이들 컴포넌트들은 또한 반도체들, 철계 및 비철계 금속들 및 플라스틱들과 같은 재료 클래스들의 혼합을 함유한다.
자성 컴포넌트들 - 희토류 원소들, 특히 네오디뮴의 주요 소스일 가능성이 있다는 점에서 흥미로운 클래스
컴퓨터들/랩탑들; 핸드헬드 장치들; 디스플레이들; 가정용 기기들 - 이들 주제들은 WIPO 랜드스케이프에서 언급된 주요 "최종 제품" 유형들이다. 디스플레이들은 TV 또는 컴퓨터 모니터 형태의 최종 제품들 또는 모바일 장치, 랩톱 또는 태블릿 장치의 일부와 같은 컴포넌트들 양자 모두일 수 있으므로 다소 복합적인 소스이다.
통신 장비 - 이 전자 폐기물의 그룹화는 우선 순위 중 하나이다. 가입자 사업 모델과 모바일 장치 산업의 급속한 진부화로 인해, 휴대 전화들, 태블릿들, 및 기타 장치들이 대부분의 국가에서 전자 폐기물 흐름들(streams)의 매우 큰 비율을 차지한다. 전화들 및 태블릿들 외에도, 예를 들어, 스마트폰들, 스위치 기어, 상호 연결 서버들, 휴대 전화들, 유선 전화(stationary landline phone) 및 허브들과 같은 다른 통신 장비도 또한 포함된다.
따라서, 청구된 본 발명의 목적은, 무수히 많은 전자 폐기물 소스들을 처리하기 위한 효율적인 방법들에 대한 당 업계의 오랜 문제 및 필요성을 해결하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 폐기물 투입물 흐름들에 일반적으로 사용되는 이들 염소화된 폴리머들을 비롯한 작은 분자들을 포함하는 독성 부산물들의 생성(및 추가적인 제거) 없이, 열분해 방법들(thermolysis methods)을 활용하여 다양한 전자 폐기물 소스들을 청정 연료 가스(Clean Fuel Gas) 및 차르 소스(Char source)로 안전하고 효율적으로 전환시키는 방법들, 시스템들 및/또는 프로세스들을 제공하는 것이다. 독성 부산물들은, 예를 들어, VOC들, 방향족화합물들 및 다환 방향족 탄화수소들(PAHs), 다이옥신들 및 퓨란들을 더 포함하고, 할로겐화 디벤조다이옥신들 및할로겐화 디벤조퓨란들, 비페닐들, 피렌들, 카드뮴, 납, 안티몬, 비소, 베릴륨, 클로로플루오로카본들(CFCs), 수은, 니켈, 및 기타 유기 화합물들을 포함한다. 그 결과, 본 발명의 방법들, 시스템들 및/또는 프로세스들은 가장 엄격한 환경 표준들 조차 충족시킨다.
본 발명의 또 다른 목적은, 다양한 전자 폐기물 소스들을 청정 연료 가스 및 차르 소스로 안전하고 효율적으로 전환시키기 위해 열분해 방법들을 활용하기 위한 방법들, 시스템들 및/또는 프로세스들을 제공하는 것이다. 특히, 청정 연료 가스의 생성은 청정 연료 가스를 생성하기 위한 타르들 및 오일들의 재활용을 통해 이전에 활용되지 않은 폐기물 소스로부터 바람직한 폐기물 대 에너지(waste-to-energy) 경로를 제공함으로써, 원래의 제조에 들어간 에너지를 재사용한다. 추가적인 응용에서, 차르 소스의 생성은 본 발명에 따라 개시된 바와 같이 다양한 응용들을 위한 바람직한 성분들의 추가 분리를 위한 차르 소스의 추가 재활용 및/또는 사용에 적합하다.
본 발명의 또 다른 목적은, 폐기물 소스들의 특정 성분들에 존재하는 독성 할로겐화 유기 화합물들을 파괴(그리고 임의의 부가적인 독성 할로겐화 유기 화합물들을 유리하게 생성하지 않기) 위해 열분해 방법들을 활용하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 할로겐화 유기 화합물들(VOC들을 포함)이 실질적으로 없거나 또는 없는 깨끗하고 사용 가능한 연료 가스 소스들을 생성하기 위해 열분해 방법들을 활용하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 귀중한 전자 금속들, 귀금속들, 유리 보강재, 및 기타 재료들 ― 이들 모두는 할로겐화 유기 화합물들(VOC들을 포함)이 실질적으로 없거나 또는 없음 ― 을 함유하는 차르를 생성하기 위해 열분해 방법들을 활용하는 것이다.
본 발명의 다른 목적들, 이점들, 및 특징들은 첨부된 도면들과 관련하여 고려되는 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 이점은, 다양한 전자 폐기물 소스들을 청정 연료 가스 및 차르 소스로 안전하고 효율적으로 전환시키기 위한 열분해 방법들을 위한 깨끗하고 효율적인 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들이다. 본 발명의 또 다른 이점은, 전자 폐기물 소스들이 그 내부에 존재하는 독성 할로겐화 유기 및 탄화수소 화합물들을 파괴함으로써 전환되고; 할로겐화된 유기 또는 탄화수소 화합물들이 실질적으로 로 없거나 또는 없는 깨끗하고 사용 가능한 연료 가스 소스들이 생성되며; 그리고 귀중한 전자 금속들, 귀금속들, 유리 보강재 및 기타 재료들(이들 전부는 할로겐화 또는 탄화수소 유기 화합물들이 실질적으로 없거나 또는 없음)을 함유하는 차르가 더 생성된다는 것이다.
본 발명의 일 양태에서, 전기 및/또는 전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하는 방법은: 전기 및 전자 폐기물 소스를 열분해 시스템에 투입하는 단계; 폐기물 소스에서 탄화수소들의 해중합(depolymerization) 및 분해(cracking) 반응을 거치는 단계; 폐기물 소스들에 존재하는 독성 화합물들을 파괴 및/또는 제거하는 단계; 및 청정 연료 가스 및 차르 소스를 생성하는 단계를 포함한다. 추가 양태에서, 청정 연료 가스 소스는 시스템 또는 어플리케이션에 대한 파워를 위해 사용되며, 차르 소스는 회수 가능한 금속들을 포함하며, 청정 연료 가스 및 차르 소스는 할로겐화 유기 화합물이 실질적으로 없다.
본 발명의 일 양태에서, 전자 폐기물 소스들을 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 법이 제공되며 이는 다음을 포함한다: 약 300 ℃ 내지 800 ℃의 공정 온도 및 약 10 내지 약 100 밀리바(millibar)의 압력 범위를 갖는 적어도 하나의 반응기를 포함하는 열분해 시스템 내로 평균 직경이 1 인치 미만인 실질적으로 균일한 전자 폐기물 소스를 제공하기 위해 전자 폐기물 소스를 파쇄(shredding) 또는 분쇄(grinding)하는 단계 ― 상기 시스템은 산소가 없는 간접적인 열이 제공됨 ―; 전자 폐기물 소스에서 탄화수소의 해중합 및 분해를 받는 단계; 전자 폐기물 소스들에 존재하는 독성 화합물들을 파괴 및/또는 제거하는 단계 ― 차르는 할로겐화 유기 화합물들이 없는 미세 금속 상태이며, 그리고 귀중한 전자 금속들, 희토류 금속들, 귀금속들, 유리 보강재 및/또는 다른 재료들을 포함 ―; 차르로부터 상기 금속들, 유리 보강재 및/또는 다른 재료들을 분리하는 단계; 및, 전자 폐기물 소스 내의 탄화수소들의 열분해 전환으로부터 청정 연료 가스 소스를 생성하는 단계 ― 상기 연료 가스 소스는 할로겐화 유기 화합물들이 없으며, 상기 전자 폐기물 소스로서 파운드당 약 3,000 내지 19,000 BTU들의 전자 폐기물 소스가 생성됨 ―; 및 상기 방법을 위한 에너지 소스를 제공하기 위해 전자 폐기물 소스들을 전환하기 위한 방법에 연료 가스 소스의 적어도 일부를 제공하는 단계를 포함한다.
추가의 양태에서, 설명된 공정들에 의해 제조된 생성물들 및 폐기물 소스들을 전환시키기 위한 방법들이 제공된다.
다수의 실시예들이 개시되었지만, 본 발명의 또 다른 실시예들은, 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시하고 설명하는 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 따라서, 도면들 및 상세한 설명은 본질적으로 예시적인 것이며 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 한다.
도 1은, 본 발명의 방법들, 시스템들 및/또는 프로세스들을 위한 프로세스 다이어그램을 도시한다.
도 2는, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들에 따른 처리에 적합한 전자 폐기물들(PWBs)의 도면을 도시한다.
도 3 내지 도 4는, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들에 따른 초기 처리 단계에 따라 분쇄된 전자 폐기물 투입물(PWBs)의 사진들을 도시한다. 도 3은, 분쇄된 전자 플라스틱들의 형태로 전자 폐기물 투입 소스를 도시한다. 도 4는, 분쇄된 프린터 카트리지들의 형태의 전자 폐기물 투입물 소스를 도시한다.
도 5 내지 도 6은, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들에 따라 처리하기 위해, 다수의 유형의 전체 플라스틱 재료(도 5a, 도 5b, 및 도 5c) ― 이는 각각, 대형 전자 플라스틱 폐기물 투입물들(도 5a), 플라스틱 컴퓨터 모니터 인클로즈(도 5b), 및 여러 종류의(miscellaneous) 전자 플라스틱 프린터 봉입물들(도 5c)을 포함함 ― 및 혼합된 플라스틱 재료(도 6a, 도 6b, 및 도 6c) ― 이는 ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌) 플라스틱으로 제조되는 것을 언급하는 플라스틱 부품(도 6a), ABS-FR(화재 지연제(fire retardant)) 플라스틱으로 제조되는 것을 언급하는 플라스틱 부품(도 6b), 및 FR 플라스틱을 갖는 ABS를 더한 PC(폴리카보네이트)로부터 제조되는 것을 언급하는 플라스틱 부품(도 6c) ― 를 포함하는, 전자 폐기물 투입물들의 사진들을 도시한다.
도 7은, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들에 따른 초기 처리 단계에 따라 분쇄된 전체 플라스틱 재료의 사진을 도시한다.
도 8 및 도 9는, 본 발명의 방법들, 시스템들 및/또는 프로세스들에 따라 전자 폐기물 투입물로부터 생성된 차르의 사진들을 도시한다.
도 10 내지 도 15는, 청정 차르로부터 본 발명의 선택적인 실시예들에 따른 분리 단계들에서 분리된 재료들의 사진들을 도시하는데, 오버사이즈된 구리 재료들(1.3+ mm)(도 10), 더 작은 크기의 구리 및 귀금속 재료들(도 11), 추가의 더 미세한 크기의 구리 및 귀금속 재료들(도 12), 300 um 미만의 크기의 구리 및 귀금속 재료들(도 13), 추가의 더 미세한 크기의 구리 및 귀금속 재료들(도 14), 그리고 주로 미세한 탄소 재료(도 15).
도 16은, 본 발명의 실시예들에 따라 전자 폐기물 투입물들을 처리하기 위해 채용되는 반응기들에서의 대표적인 온도 측정치들을 나타낸다.
도 17은, 본 발명의 실시예에 따라 전자 폐기물 투입물들을 처리하기 위해 채용되는 반응기들에서의 대표적인 가스 유동 측정치들을 나타낸다.
도 18은, 본 발명의 실시예들에 따라 전자 폐기물 투입물들을 처리하기 위해 채용되는 반응기들에서의 대표적인 온도 측정치들을 나타낸다.
도 19은, 본 발명의 실시예에 따라 전자 폐기물 투입물들을 처리하기 위해 채용되는 반응기들에서의 대표적인 가스 유동 측정치들을 나타낸다.
본 발명의 다양한 실시예들이 도면들을 참조하여 상세히 설명되며, 여기서, 동일한 도면 부호들은 여러 도면들에 걸쳐 동일한 부분들을 나타낸다. 다양한 실시예들에 대한 참조는, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 본원에서 나타낸 도면들은 본 발명에 따른 다양한 실시예에 대한 제한들이 아니며 본 발명의 예시적인 설명을 위해 제공된다.
본 발명의 실시예들은, 다양한 전자 폐기물 소스들을 안전하고 효율적으로 전환시키기 위한 열분해 방법들의 특정 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들에 국한되지 않으며, 이는 다양할 수 있으며, 당업자에게 이해된다. 본원에서 사용되는 모든 용어가 특정 실시예들만을 설명하기 위한 것이지, 임의의 방식 또는 범주로 제한하고자 하는 것으로 의도된 것이 아니라는 점이 더 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서 및 첨부된 청구 범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 그 내용이 명확하게 달리 지시되지 않는 한 복수의 대상들을 포함할 수 있다. 또한, 모든 단위들, 접두사들, 및 기호들은 그의 SI 허용 형식으로 표시될 수 있다. 명세서 내에서 인용된 수치 범위들은 범위를 규정하는 숫자들을 포함하며 규정된 범위 내에서 각각의 정수(integer)를 포함한다.
달리 규정되지 않는 한, 본원에 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 실시예들의 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에 설명된 것들과 유사하거나, 수정되거나, 등가인 많은 방법들 및 재료들이 과도한 실험(undue experimentation)없이 본 발명의 실시예들의 실시에서 사용될 수 있으며, 바람직한 재료들 및 방법들은 하기에 설명되어 있다. 본 발명의 실시예들을 설명하고 청구할 때, 이하의 용어가 하기에 제시된 정의들에 따라 사용될 것이다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "약"은 예를 들어, 현실 세계에서 농축물들을 만들기 위해 또는 용액을 사용하기 위해 사용되는 전형적인 측정 및 액체 취급 절차들을 통해; 이러한 절차들에서 부주의 한 실수를 통해; 조성물들을 제조하거나 방법들을 수행하기 위해 사용되는 구성성분들의 제작, 소스 또는 순도의 차이들를 통해 발생할 수 있는 수치적 양의 편차를 지칭한다. 용어 "약"은 또한 특정 초기 혼합물로부터 유래하는 조성물에 대한 상이한 평형 조건들로 인해 상이한 수량들을 포함한다. "약"이라는 용어로 수정되었는지의 여부에 관계없이, 청구범위들은 수량들에 동등한 것들을 포함한다.
본원에서 사용된 바와 같은 용어 "실질적으로 없는"은, 본 발명의 방법들, 프로세스들, 및 시스템들에 의해 생성된 차르와 같은 재료에서 바람직하지 않은 그리고/또는 독성 성분의 최소량을 지칭할 수 있다. 일 양태에서, 재료는, 규정된 성분의 검출 가능한 양 미만, 또는 약 10 ppb(parts per billion) 미만, 또는 보다 바람직하게는 약 1 ppb 미만을 함유하는 경우, 규정된 성분이 실질적으로 없다. 일 실시예에서, 전자 폐기물의 처리에 따라 생성된 차르 및 연료 가스는, 실질적으로 독성물질들이 없으며, 약 10 ppb의 검출 한계 미만의 할로겐들을 포함하는, 또는 보다 바람직하게는, 할로겐들을 포함하는 약 1 ppb 미만의 독성 물질을 갖는다. 유독성 및/또는 유해 재료들의 경우, 용어 "없는(free)"은 실험 오차 내에서 적절한 재료의 검출 한계 미만의 양을 나타낸다. 본 발명의 일 양태에서, 전자 폐기물의 처리에 따라 생성된 차르 및 연료 가스는 독성물질들이 없으며, 측정된 소스에서 검출 불가능한 양의 독성물질들이 존재함을 나타낸다.
열분해 방법들에서의 산소를 지칭하는데 본원에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 없는" 이라는 용어는 최소량의 산소 또는 공기를 지칭한다. 일 양태에서, 시스템이 약 4 wt % 미만, 그리고 바람직하게는, 약 2 wt % 미만을 함유하는 경우, 시스템은 산소가 실질적으로 없다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "열분해(thermolysis)"는, 일반적으로, 청정 연료 가스 및 차르 소스로의 전환을 필요로 하는 투입물 소스에 열을 채용하는 열 화학 분해 전환 공정으로 지칭된다. 열분해는, 일반적으로, 300 ℃를 초과하는 온도에서 유기 재료들의 열 화학적 분해를 지칭하며 그리고 일부 경우에 외부 산소의 부재시, 화학적 공급원료들(chemical feedstocks) 또는 연료들로서 사용될 수 있는 가스들, 타르들 및 오일들 및 차르들을 형성한다. 타르들 및 오일들은, 예를 들어, 휘발성 유기 화합물들, 점성 액체들, 파라핀들, 왁스들, 방향족 화합물들, 지방족 화합물들, 지방들 및 기타 석유 화학 기반 유기 혼합물들의 그룹들을 나타낸다. 본 발명에 따라 개시된 열분해 방법들은, 불(fire) 또는 열원을 채용하고 오일을 출력물로 포함하는 통상적인 열분해 및/또는 열분해 방법들에 대한 진보이다. 본 발명에 따라 본원에 설명된 바와 같이, 오일은 본 발명의 열분해 방법들의 출력물로서 생성되지 않는다. 본원에서 더욱 상세하게 개시된 바와 같이, 본 발명의 열분해 방법들은 적어도 타르들 및 오일들의 재처리를 채용한다. 열 전환 방법들 사이에 적어도 이러한 차이들에 기초하여, 용어 열분해(thermolysis) 및 피롤리시스(pyrolysis)는 동의어가 아닌데, 왜냐하면 열분해는 피롤리시스 방법들 및/또는 통상적인 열분해 방법들에 의해 이전에 성취되지 않은 다양한 유익한 개선들을 제공하기 때문이다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "중량 퍼센트", "wt %", "중량 %" 및 이들의 변형들은, 물질의 중량을 조성물의 총 중량으로 나눈 값을 100 배로 한 물질의 농도를 지칭한다. 본원에서 사용된 바와 같이 "퍼센트", "%" 등은 "중량 퍼센트", "중량 %" 등과 동의어로 의도된 것으로 이해된다.
본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 조성물들은 본원에 설명된 다른 구성성분들(ingredients)뿐만 아니라 본 발명의 성분들(components) 및 구성성분들을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "본질적으로 구성된다"는 것은, 방법들, 시스템들, 및/또는 조성물들이 추가 단계들, 성분들 또는 구성성분들을 포함할 수 있지만, 단지 추가 단계들만 있다면, 성분들 또는 구성성분들이 청구된 방법들, 프로세스들 및/또는 시스템들의 기본 및 신규한 특성들을 실질적으로 변경하지 않는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 용어 "구성된(configured)"은 특정 작업을 수행하거나 특정 구성을 채택하도록 구축되거나 구성된 시스템, 장치, 또는 다른 구조를 설명한다는 것에 주목해야 한다. 용어 "구성된"은 배열되고 구성되고, 구축되고 배열되고, 적응되고 구성되고, 적응되고, 구축되고, 제조되고 그리고 배열되는 것 등과 같은 다른 유사한 문구들과 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다.
본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은 다양한 전자 폐기물 소스들을 청정 연료 가스 및 차르 소스로 안전하고 효율적으로 전환시키기 위한 열분해 방법들에 관한 것이다. 유용하게는, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은 통상적인 열분해 방법들을 넘는 상당한 그리고 예기치 않은 진보들을 제공한다. 예를 들어, 전자 폐기물 소스들을 태우는 통상적인 연소 프로세스들은 매우 예측불가하며 제어하기 어렵다. 종래 기술에서 열분해의 진보들이 이루어졌지만, 본 발명은, 전자 폐기물 소스들을 전자 폐기물 소스들에 존재하는 독성 할로겐화 유기 화합물들을 파괴하는(그리고 임의의 새로운 독성 할로겐화 유기 화합물들을 생성하지 않는) 귀중한 배출물들로 전환시키는 공지된 열분해 방법들의 능력들을 유용하게 초과한다. 더욱이, 본 발명의 열분해 방법들은 다중 반응기들의 사용, 생성된 임의의 그리고 모든 타르들 및 오일들의 재주입(reinjection) 및 크래킹(cracking)을 포함한다. 추가 이점으로서, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은, 할로겐화 유기 화합물들이 실질적으로 없거나 또는 없는 깨끗하고 사용 가능한 연료 가스 소스들을 생성한다. 또 다른 이점으로서, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은, 할로겐화 유기 화합물들이 실질적으로 없거나 또는 없는 귀중한 전자 금속들, 귀금속들, 유리 강화 및 기타 재료들을 함유하는 차르를 생성한다. 특히, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은, 브롬화된 화합물들 및 다른 독성물질들의 양들을 단순히 감소시키는 것이 아니라, 그 대신에, 본원에서 추가로 규정된 본 발명의 유용하며 귀중한 출력물들을 추가로 제공하면서, 이들이 처리된 전자 폐기물 소스들로부터(추가 생성없이) 제거된다.
전자 폐기물 소스들
본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은 열분해 방법들을 사용하여 전자 폐기물 소스들을 포함하는 다양한 전기 및 전자 장비(WEEE)를 너무 안전하고 효율적으로 전환시키는 신규한 프로세스에 관한 것이다. 본원에서 지칭되는 바와 같이, "전자 폐기물" 소스들은 다음을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다: (i) 브롬화 화염 및/또는 화재 지연제들(FR)을 함유하는 에폭시들과 함께 유지되는 유리 섬유들과 함께 인쇄 배선 기판(PWB)에 부착된 전자 컴포넌트들 및 배선을 포함하는 전자 회로 기판들(ECBs)을 포함한 인쇄 배선 기판들(PWB), (ii) 플라스틱 하우징들, 케이스들, 베이스들, 지지대들, 프레임들, 엔클로저, 단자 커넥터들, 및 기타 중합체 부품들을 포함하는, PWB와 함께 채용되는 전자 플라스틱 재료들, (iii) 내부에 함유되는, 강, 전자 플라스틱들, 알루미늄, 유리, PWB들, 및 수은 램프들을 포함하는 평판 디스플레이들(FPDs), 및 (iv) 프린터 카트리지들 및/또는 카세트들, 토너 카트리지들, 용매들, 및 잉크-함유 모듈들.
당업자가 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 폐기물 소스들은 전자 폐기물 소스의 폴리머 유형, 화염 및/또는 화재 지연제, 즉 전자 폐기물 소스에 채용되는 특정 폴리머 시스템용으로 설계된 열가소성 폴리머들에 대한 할로겐화 화염 및/또는 화재 지연제들을 포함하는 인자들에 기초하여 상이하다. 할로겐화 화염 및/또는 화재 지연제들은 특정 폴리머 시스템과의 호환성에 일치하고 설계된 미국 안전규격(Underwriters Laboratories of the USA)(UL) 요구사항들, 기관 및 산업 시험 표준들을 충족하도록 가공되었다. 그 결과, 본 발명에 따른 처리을 요구하는 전자 폐기물 소스들에 함유된 화염 및/또는 화재 지연성 중합체 재료들 사이에는 현저한 차이가 있다. 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은 그러한 다양한 전자 폐기물 소스들을 원하는 출력물들로 전환하기 위한 적절한 조건들을 예기치 않게 제공한다. 그러나, 전자 폐기물 소스의 성질은, 그러한 전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환시키기 위해 본 발명의 특정 열분해 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들에 영향을 미칠 것이다.
본 발명의 특정 이론에 한정되지 않고, 첨가제 화염 및/또는 화재 지연제들은, 일반적으로, 열가소성 폴리머들(예를 들어, PWB를 함유하는 플라스틱을 포함하는 전자 기기의 캐비넷류 및/또는 플라스틱 하우징들에 사용되는 것) 용으로 제형화되며, PWB의 에폭시 백본에 사용되는 반응성 화염 및/또는 화재 지연제들로부터 유일하다. 유용하게는, 열분해 방법은 본원에 개시된 처리 방법들, 시스템들, 및/또는 장치들에 대한 수정을 통해 전자 폐기물 소스들의 양자 모두의 유형들을 처리하는 데 적합하다.
전자 폐기물 소스로서 에폭시 백본들(FR4)에 반응성 화염 및/또는 화재 지연성 폴리머들을 함유하는 PWB 및 ECB들
본 발명의 일 양태에서, ECB들을 포함하는 PWB들은 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들에 따른 사용을 위한 적절한 전자 폐기물 소스이다. PWB들은 귀금속들, 유기물들, 유해 할로겐화 화염 및/또는 화재 지연제들(또한, 화염 및/또는 화재 지연성 폴리머들로 지칭됨), 및 유리 섬유들을 함유한다. ECB들은 또한, 할로겐화 화염 및/또는 화재 지연제들을 함유하는 에폭시들과 함께 유지되는 유리 섬유들 또는 패브릭과 같은 PWB에 부착되는 전자 컴포넌트들 및 배선을 포함하는 전자 폐기물 소스이다. 본 명세서에 여기서 채용된 용어 PWB들의 사용은, ECB들을 포함하는 것으로 더 이해된다.
일 양태에서, 본 발명에 따라 처리된 PWB들은, 개별 금속들에 대한 정제(그 대신에, 제련(smelting)) 또는 화학적 또는 전기 화학적 분리에 의해 PWB들 내의 금속들이 회수될 수 있게 하며, 그리고 추가로, 유리섬유들을 회수하며, 이들 각각은, 금속들을 함유하는 생성된 차르로부터 임의의 독성 성분들(예를 들어, 다이옥신들 및 퓨란들)을 제거하는 이점을 더 갖는다. 더욱이, 유리 섬유의 정제 및 제거는 귀금속들을 함유하는 차르의 양을 더 감소시킨다. 유익하게, 금속들은 이들의 원래 형태로 실질적으로 회수되며 그리고 대부분 용융되지 않으며, 이는 금속들의 가치를 보존한다. 본 발명의 일 양태에서, 귀금속들(예를 들어, 금, 은, 팔라듐), 전자 금속들(예를 들어, 구리, 알루미늄), 및 희토류 금속들을 포함하는, 금속들의 적어도 50 % 회수가 분리 방법들을 통해 차르로부터, 바람직하게는, 적어도 약 55 %, 바람직하게는 적어도 약 60 %, 바람직하게는 적어도 약 65 %, 바람직하게는 적어도 약 70 %, 바람직하게는 적어도 약 75 %, 바람직하게는 적어도 약 80 %, 바람직하게는 적어도 약 85 %, 바람직하게는 적어도 약 90 %, 또는 가장 바람직하게는 적어도 약 95 %가 회수된다. 본원에서 지칭된 바와 같이, "분리"는, 내용물 또는 물질(이 경우에, 차르 내의 금속들)을 금, 팔라듐 등과 같은 구성성분 또는 별개의 원소들로 분할하는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 PWB 전자 폐기물 소스들을 처리하는 이들 및 다른 이점들이 여기에 개시되어 있다.
본 발명의 일 양태에서, PWB의 에폭시 백본에 사용되는 반응성 화염 및/또는 화재 지연성 폴리머들이 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들에 따른 사용을 위한 적합한 전자 폐기물 소스이다. 본원에서 지칭되는 바와 같이, 에폭시는 화염 및/또는 화재 지연성 그룹들이 폴리머 매트릭스에 잠금되어, 할로겐화 그룹(예를 들어, 브롬)이 고열 작업들 중에 에폭시 폴리머를 열적으로 안정화키고, 펜던트할로겐화 그룹(예를 들어, Br-그룹들)은 PWB 서비스 수명동안 에폭시드 결합들(epoxide linkage)을 화학물질, 습기, 및 산화로부터 보호하고, 할로겐화 그룹(예를 들어, 브롬)은 직접 개방(direct open) 화염 및/또는 화재 또는 열선(hot wire) 노출(예를 들어, 단락된(shorted) 표면 장착 장치들로부터)로만 방출된다. PWB의 에폭시 백본에 반응성 화염 및/또는 화재 지연성 폴리머들을 채용하는 전자 폐기물 소스들은, 일반적으로, 전기적인 이유들로 안티몬(Sb) 또는 임의의 다른 특정 상승제(synergist)를 사용하지 않는다.
전자 장치들 및 컴포넌트들이 부착된 FR4 에폭시 기판을 포함하는 회로 기판들은 흔히 발견되는 전자 폐기물 소스이다. 일례로서, 브롬화된 에폭시 수지들이 회로 기판들(PWB)로 사용되는 FR4 라미네이트들, 장치들 및 회로 컴포넌트들을 코팅하기 위한 캡슐화 화합물들, 및 기판들 상의 또는 전자장치 하우징들 내에서 전자 장치들을 보호하기 위한 밀봉제들(sealants) 또는 퍼티들(putties)에 사용된다. 이 전자 폐기물 소스에서, 테트라브로모비스페놀A(TBBPA), 에폭시를 위해서 테트라브로모 BPA-에폭시드에 대한 다음 식에 의해 도시되는 바와 같은 브롬 함유 분자가 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 전자 폐기물 소스들에서 발견되는 바와 같이 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 나일론 및 우레탄들에서 발견될 수 있다:
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는 폴리머를 형성하는 에폭시 폴리머 백본 내로 반응된다. TBBPA로부터의 브롬 원자들은, 기판 처리에 사용되는 화학물질들로부터 에폭시 화학물질 결합들을 보호하고, 재료의 열 저항 특성들, 가수 분해 안정성 및 습한 환경들에 대한 내성을 증가시키고, 그리고 표면 배선들 및 장착된 장치들로부터의 화염 및/또는 화재 확산 보호를 제공한다. 예시적인 FR4 PWB 라미네이트 전자 폐기물 소스로서의 TBBPA는, 약 16 내지 20 %의 브롬(인화성(flammability) 및 열선 점화 시험에 대한 UL 요건들)을 함유한다. FR4 라미네이트들은 40 내지 60 %의 직조된 유리 매트(woven glass matt)를 함유하고 있어, FR4 라미네이트에서 8 내지 12 %의 브롬 함량을 유발한다. TBBPA 분자 상의 브롬 원자들 형태의 이 브롬 함량은, 화염 및/또는 화재 원인(회로 기판 상의 단락들 또는 과부하들과 연관됨)을 소멸시키기 위해 직접 화염 및/또는 화재 상황에 노출될 때, 방출된다. 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 결합 에너지는 부식성 브롬 이온들을 방출하지 않으면서 상승된 작동 조건들(예를 들어, 솔더 배스(solder bath) 처리 또는 다른 기판 처리 프로세스들)동안 브롬 원자 및 에폭시 수지를 안정적으로 유지시킨다. UL 요건들은 화염 및/또는 화재 지연으로 분류하기 위해 연속 작동 또는 충전 작동들에 대해 110 내지 220V의 직접적인 전기 연결을 갖는 어플리케이션들을 요구한다. 유사하게, 라미네이트는 자체-소화로 분류하기 위해 UL 불리틴(bulletin) 94 V-0이어야 한다.
예를 들어, FR4 라미네이트들을 포함하는, 화염 및/또는 화재 지연성 폴리머들의 이러한 특성들의 결과로서, 본 발명의 일부 실시예들에 따라 단일 전자 폐기물 소스로서 PWB의 에폭시 백본에 사용되는 화염 및/또는 화재 지연성 폴리머들을 처리하는 이점이 있다.
전자 폐기물 소스로서 열가소성 하우징들
본 발명의 일 양태에서, 전자 플라스틱들 또는 열가소성 프라스틱들은 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들에 따른 사용을 위한 적절한 전자 폐기물 소스이다. 유해한 화염 및/또는 화재 지연제들을 함유하고 있는 전자 플라스틱들 또는 열가소성 플라스틱들의 체적는, 채용되는 광범위하게 다양한 플라스틱들의 결과로서 PWB들의 체적의 대략 10 배이다. 일 양태에서, 본 발명에 따라 처리된 전자 플라스틱들 또는 열가소성 플라스틱들은 플라스틱들에서 에너지를 회수하고 그리고 이를 재사용 가능한 에너지 소스로 반환하고, 임의의 독성 성분들(예를 들어, 다이옥신들 및 퓨란들)의 발생없이도 유해한 화염 및/또는 화재 지연제들을 더 안전하게 분해한다. 본 발명에 따른 PWB 전자 폐기물 소스들을 처리하는 이들 및 다른 이점들이 여기에 개시되어 있다.
본 발명의 일 양태에서, 많은 것들이 전자 기기들용 플라스틱 하우징들 및/또는 캐비넷류에서 사용되는 화염 및/또는 화재 지연성 폴리머들을 함유하는 열가소성 플라스틱 하우징들은 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들에 따른 사용을 위한 적합한 전자 폐기물 소스이다. 본 발명에 따라 처리되고 재활용되는 특정 유형의 전자 폐기물에 국한되지 않고, 전세계적으로, PWB의 모든 톤에 대해, 프로세싱을 필요로 하는 PWB를 수납하는 약 10 톤의 열가소성 플라스틱들이 존재할 것으로 추정된다. 따라서, 열가소성 플라스틱 하우징들은 본 발명의 실시예들에 따른 처리을 필요로 하는 중요한 전자 폐기물 소스를 나타낸다.
본원에서 지칭되는 바와 같이, 하우징들에 사용되는 화염 및/또는 화재 지연성 폴리머들은 배합(compounding) 동안 플라스틱 폴리머들과 혼합되도록 화학적으로 설계되는 첨가할로겐화 분자(예를 들어, 브롬 또는 염소)이다. 이러한 화염 및/또는 화재 지연성 분자들은 열 노출 또는 화염 및/또는 화재 연소 동안 폴리머 매트릭스 내에서 이동한다. 또한, 화염 및/또는 화재 지연성 분자들은 화염 및/또는 화재를 억제하고 그리고 표면 상에 절연 차르(insulating Char)를 형성하도록 설계된 삼브롬화 안티몬(SbBr3)을 유발하는, 강력한 상승제로서 삼산화 안티몬(Sb2O3)과 배합된다. 전반적으로, 전자 폐기물 하우징들에 사용되는 이러한 화염 및/또는 화재 지연성 폴리머들은 개선되지 않고 폴리머의 물리적 특성들을 희석시키는 것으로 공지된 가소 효과(plasticizing effect)를 갖는다.
화염 및/또는 화재 지연성 폴리머들을 함유하는 열가소성 플라스틱 하우징들, 인클로저들, 케이스들 및 기타 모듈들은 풍부한 전자 폐기물 소스이다. 예를 들어, 열가소성 플라스틱 폴리머들에 대한 브롬화 화염 및/또는 화재 지연제들은 각각의 베이스 폴리머 시스템에 대해 화학적으로 설계된다. 첨가 화염 및/또는 화재 지연성(FR) 분자들은 수지 배합 프로세스동안 다른 첨가제들, 착색제들, 안정화제들(stabilizers) 및 증강제들(reinforcements)과 함께 첨가된다. 예시적인 폴리머들 및 이들의 어플리케이션들은 다음을 포함한다: 고광택 외부 하우징들, 커버들, 베젤들 및 도어들에 적합한 FR-아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS); 바람직한 외형과 함께, 물리적 강도, 내구성, 및 인성이 필요한 하우징들에 적합한 폴리카보네이트들; 하우징들, 커버들, 낮은 최종 경제성들 및 낮은 특성 요건들을 가진 하우징들, 커버들, 인클로저들에 적합한 FR-HIPS(High Impact Polystyrene); 낮은 표면 외형을 필요로 하는 저비용 전자 기기 커버들 또는 케이스들을 위한 FR-폴리프로필렌; 낮은 물리적 특성 요건들 및 저비용 압력들을 갖는 저비용 전자 기기 커버들, 도어들, 및 하우징들에 적합한 PVC; 전기 커넥터들, 단자들, 와이어 블록들, 소켓들 등에 적합한 FR-나이론 및 PBT. 열가소성 플라스틱 하우징 폴리머들을 위한 이들 및 다른 화염 및/또는 화재 지연제들의 설계는, 화염 및/또는 화재 노출 또는 발화점의 임계점에서 삼산화 안티몬(Sb2O3)과 결합할 수 있도록 열 노출동안 폴리머의 표면으로 이동하면서 베이스 폴리머의 물리적 특징들을 손상시키지 않는 것에 초점을 맞추고 있다. 이러한 할로겐화 화염 및/또는 화재 지연제들은, 무거운 가스 삼브롬화 안티몬(SbBr3)을 형성하여 화염 및/또는 화재를 막고 그리고 연소 장소를 냉각시켜 화염 및/또는 화재 전파를 중단시키도록 증강제로서 작용하는 삼산화 안티몬(Sb2O3)과 배합된다.
화염 및/또는 화재 지연성 열가소성 폴리머들의 이러한 특성들의 결과로서, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 단일 전자 폐기물 소스로서 전자 기기용, 플라스틱 하우징들, 인클로저들, 케이스들, 캐비넷류, 및 다른 모듈들에 사용되는 화염 및/또는 화재 지연성 폴리머들을 처리하는데 이점이 있다.
전자 폐기물 소스로서의 평판 디스플레이들
본 발명의 일 양태에서, 평판 디스플레이들(flat panel displays; FPDs)은 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들에 따라 사용하기에 적합한 전자 폐기물 소스이다. 전자 폐기물 소스로서의 FPD들은 내부에 포함되는, 강, 플라스틱, 알루미늄, 유리, 기판들 및 유해성 수은 램프들과 같은 다양한 컴포넌트들을 포함한다. 일 양태에서, 본 발명에 따라 처리된 FPD들은 임의의 독성 성분들(예를 들어, 다이옥신들 및 퓨란들)의 생성없이 수은 및 유해한 화염 및/또는 화재 지연제들을 안전하게 추출하고 제거한다. 본 발명에 따른 FPD 전자 폐기물 소스들을 처리하는는 이들 및 다른 이점들이 여기에 개시되어 있다.
일 양태에서, 본 발명의 방법들에 따라 FPD들 내에 함유된 수은 램프들의 취급은, FPD들 내에서부터 수은 램프의 초기 제거 또는 분리의 시간 소모적이고 잠재적으로 유해한 단계를 필요로 하지 않는다. 이는, FSD가 수은 앰플들을 보호하기 위해 각각 수은 1 내지 20 mg을 함유하고 FPD 인클로저 내에 60 내지 70 개의 스크류들로 밀봉되는 유리 앰플들(ampules)을 최대 20 개 이상 함유할 수 있기 때문에 상당한 이점이다. 이는, 환경 파괴 물질(HAZMAT) 조건들 하에서 해체하는 작업에 대해 시간 소모적인 프로세스를 야기한다. 그 대신에, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스를 채용함으로써, 단계의 필요성을 제거하고 수은을 포함하는 독성물질들을 제거할 수 있는 밀폐된 무산소 시스템 내에서 전자 폐기물 소스를 처리한다. 특별한 작용 메커니즘으로 국한되지 않고, 열분해 방법들은 임의의 수은을 유용하게 기화시키고 할로겐화 수은들(mercury halides)로부터 스크러버들(scrubbers)에서 할로겐들과 반응하며, 이는 내부 폐수 처리 시스템으로부터 안전하게 제거될 수 있다.
전자 폐기물 소스로서의 프린터 카트리지들 및 카세트들
본 발명의 일 양태에서, 프린터 카세트들 및/또는 잉크 카트리지들은 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들에 따른 사용을 위한 적절한 전자 폐기물 소스이다. 이러한 프린터 카세트들 및/또는 잉크 카트리지들은 열가소성 플라스틱들, 용매 및 카본 블랙/잉크를 포함한다. 일부 경우들에, 이러한 열가소성 플라스틱들은 또한 할로겐화 화염 및/또는 화재 지연제들을 포함한다. 유용하게는, 용매는 높은 수준의 전환 전위(conversion potential)를 제공하고 그리고 잉크의 카본 블랙이 더 회수될 수 있고 재사용될 수 있다.
전자 폐기물 소스들의 조합들
본 발명의 일 양태에서, 전자 폐기물 소스들을 포함하는 전술된 전기 및 전자 장비 중 임의의 조합은, 본 발명의 실시예에 따른 결합된 처리로 처리될 수 있다.
열분해 방법들
본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은 다양한 전자 폐기물 소스들을 가스/증기 혼합물들 및 탄소질 재료들, 즉 다양한 금속들, 귀금속들을 함유하는 청정 연료 가스 소스 및 차르로 안전하고 효율적으로 전환시키기 위한 열분해 방법들에 관한 것이다. 일 양태에서, 할로겐들을 포함하는 가스/증기는 일회용 염들로서 세정 및 제거된다. 추가의 양태에서, 임의의 수은은 시스템의 반응기들에서 기화된다. 금속들은 실질적으로 이들의 원래 형태로 회수되며 그리고 대부분 용융되지 않는다. 본원에 설명된 방법들의 결과로서, 청정 차르 소스 및 연료 가스는 시스템의 유일한 제품들이다.
본원에서 지칭된 바와 같이, 열분해 방법들은 열에너지를 사용하는 전자 폐기물 소스들의 연속적인 무산소 열 프로세스를 채용한다. 유용하게도, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은 전자 폐기물 소스들에 존재하는 추가의 독성 할로겐화 유기 화합물들을 파괴하고 생성하지 않음으로써 전자 폐기물 소스를 전환시킨다. 추가 이점으로서, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은, 할로겐화 유기 화합물들이 실질적으로 없거나 또는 없는 깨끗하고 사용 가능한 연료 가스 소스들을 생성한다. 또 다른 이점으로서, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은, 할로겐화 유기 화합물들이 실질적으로 없거나 또는 없는 귀중한 전자 금속들, 귀금속들, 유리 강화 및 기타 재료들을 함유하는 차르를 생성한다. 본 발명의 일 양태에서, 귀금속들(예를 들어, 금, 은, 팔라듐), 전자 금속들(예를 들어, 구리, 알루미늄), 및 희토류 금속들을 포함하는, 금속들의 적어도 50 % 회수가 분리 방법들을 통해 차르로부터, 바람직하게는, 적어도 약 55 %, 바람직하게는 적어도 약 60 %, 바람직하게는 적어도 약 65 %, 바람직하게는 적어도 약 70 %, 바람직하게는 적어도 약 75 %, 바람직하게는 적어도 약 80 %, 바람직하게는 적어도 약 85 %, 바람직하게는 적어도 약 90 %, 또는 가장 바람직하게는 적어도 약 95 %가 회수된다. 또 다른 이점으로서, 할로겐화 화합물들의 형성없이 (할로겐화 화합물의 파기와 함께) 청정 연료 가스 및 차르의 생성을 제공하는 본 발명은, 열분해 방법들을 위해 채용되는 시스템들의 수명을 유용하게 연장시킨다. 특정 메커니즘에 따른 제한 없이, 물과 함께 용액 중에 브롬화 수소산(hydrobromic acid)을 형성하는 것으로 공지된 브롬화 수소와 같은 할로겐화 화합물들의 형성의 감소는, 밸브들, 필터들, 반응기들 등과 같은 시스템들에 유발되는 부식성 손상을 감소시킨다.
일 양태에서, 본 발명의 방법들 및 프로세스들에 활용되는 시스템들 및 장치들은, 공급원료 투입물, 에어록, 적어도 하나의 반응기(및 바람직하게는, 일련의 반응기들), 가스 스크러버들, 타르/오일 크래커들(또는 크래킹 반응기로 지칭될 수 있음), 차르용 수거 탱크들, 및 청정 연료 가스용 출력물을 포함하는, 도 1에 실질적으로 도시된 바와 같은 다음의 컴포넌트들을 포함한다. 추가의 선택적인 컴포넌트들은, 예를 들어, 차르로부터 탄소를 제거하기 위한 탄소 제거 유닛을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 것을 포함하여, 이들 시스템들 및 장치들에 대한 수정들은, 본원에서 제시된 본 발명의 설명에 기초하여 당업자의 수준 내에서 고려된다.
일 양태에서, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은 도 1에서 실질적으로 도시된 바와 같은 단계를 포함하며, 다음의 처리 단계들을 포함한다: 전자 폐기물 투입물의 파쇄(shredding), 절단(chopping) 및/또는 분쇄(grinding) 단계; 간접 가열로 실질적으로 무산소 연속, 저압 열분해 프로세스에서의 반응 또는 일련의 열분해 반응들; 열분해 반응들에 대해 하나 초과의 반응기를 채용하는 단계; 차르의 분리; 타르 및 오일 재처리 또는 크래킹 단계; 및 연료 가스의 스크러빙.
본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은, 선택적으로, 다음 단계들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다: 전자 폐기물 소스들의 분리; 전자 폐기물 투입물을 건조시키는 단계, 전자 폐기물 소스로부터 임의의 귀중한 성분들을 제거하는 단계; 분쇄 및/또는 파쇄된 전자 폐기물 투입물로부터 금속들 또는 다른 컴포넌트들의 추출; 분리 단계 및 추가 가스 스크러버들(gas scrubbers); 차르로부터의 성분들(예를 들어, 탄소, 금속들)의 수집 및 분리.
본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은 열분해를 위한 다양한 장치에서 실행될 수 있다. 오일 및 다른 분리기들, 차르/오일 분리기들, 가스 스크러버들, 증발기들 등을 추가로 포함하는 예시적인 장치 또는 일련의 반응기들이 예를 들어, 미국 특허 공보 제 2014/0182194 호에 도시되어 있으며, 이는 본원에서 그 전체가 참조로 포함된다.
일 양태에서, 본 발명은 본 발명에 따른 처리을 위해 전자 폐기물 소스들을 분리하는 초기의 선택적 단계를 포함한다. 일 양태에서, 하나 또는 그 초과의 유형들의 전자 폐기물은, 본 발명의 방법들에 따라 독립적인 처리을 위해 분리될 수 있다. 예를 들어, PWB들은 PWB들을 함유하는 열가소성 플라스틱 하우징들로부터 제거되고 이후의 처리을 위해 전자 폐기물 투입물 소스들로 분리될 수 있다. 일 실시예에서, 분리된 전자 폐기물 투입물 소스들은 별개의 반응기 시스템들을 사용하여 처리되거나 상이한 배치들로 동일한 반응기 시스템들을 사용하여 처리될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다양한 전자 폐기물 소스들(PWB로 도시된 바와 같음)이 본 발명의 일 실시예에 따라 처리될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 다양한 전자 폐기물 소스들(전자 플라스틱들로 도시된 바와 같음)이 본 발명의 일 실시예에 따라 처리될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 다양한 전자 폐기물 소스들(프린터 카트리지들로 도시된 바와 같음)은 본 발명의 일 실시예에 따라 처리될 수 있다. 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 다양한 전자 폐기물 소스들(전체 플라스틱 및 혼합된 플라스틱을 포함하는 플라스틱 재료로 도시된 바와 같음)이 본 발명의 일 실시예에 따라 처리될 수 있다.
일 양태에서, 본 발명은, 파쇄 및/또는 분쇄 단계 이전에 임의의 귀중한 성분들을 제거하는 초기 선택적 단계를 포함한다. 예를 들어, 일 양태에서, 회로 기판들은 전자 폐기물 소스의 파쇄 및/또는 분쇄 이전에 플라스틱 재료들(예를 들어, 키보드들, 랩탑들, iPhone/iPad 등)로부터 제거될 수 있다.
일 양태에서, 본 발명은 전자 폐기물 소스의 초기 파쇄, 절단 및/또는 분쇄 단계를 포함하며, 이들 각각은 파쇄 및/또는 분쇄로 본원에서 지칭될 수 있다. 본 발명의 범위는, 전자 폐기물의 크기를 줄이고 실질적으로 균일한 투입물 소스를 제공하기 위한 이 초기 처리 단계와 관련하여 제한되지 않는다. 일 양태에서, 전자 폐기물 소스는 분쇄기(grinder) 또는 파쇄기(shredder)에 직접 배치될 수 있다. 일 양태에서, 분쇄 및/또는 파쇄 단계는 투입물 소스의 실질적으로 균일한 부분들을 제공한다. 일 양태에서, 분쇄 및/또는 파쇄 단계는 약 2 인치 미만, 바람직하게는 (도 3 및 도 4 그리고 도 7에 도시된 바와 같음) 약 1 인치 미만, 또는 일부 양태들에서, 약 0.5 인치 미만의 평균 직경을 갖는 투입물 소스의 일부들을 제공한다. 일 양태에서, 파쇄 및/또는 분쇄는, 미세 파쇄 및/또는 분쇄 단계에 이은 제1 조대화(coarse) 단계를 포함할 수 있다. 대안의 양태에서, 파쇄 및/또는 분쇄는 단일 처리 단계를 포함할 수 있다.
처리를 위해 바람직한 크기 또는 형태의 전자 폐기물 투입물 소스를 제공하기 위해 다양한 파쇄 및/또는 분쇄 기술들이 본 발명에 따라 채용될 수 있다. 바람직한 양태에서, PWB와 같은 전자 폐기물 소스는 실질적으로 균일한 투입물 소스를 제공하기 위해 약 1 인치 미만의 크기로 분쇄 및/또는 파쇄된다. 추가의 바람직한 양태에서, 실질적으로 균일한 투입물 소스는, 본 발명의 방법들에 따라 처리를 위해 회수되는 파쇄 및/또는 분쇄 단계로부터의 임의의 분진(dust) 또는 다른 파편(debris)과 조합된다.
유용하게는, 본 발명에 따르면, 별도의 분리된 처리를 위해 다양한 컴포넌트들을 제거 또는 분리하기 위한 실질적인 추출 단계들없이 다양한 전자 폐기물 소스들이 본 발명에 따라 처리될 수 있다. 이는, 컴포넌트들의 실질적인 분류(sorting) 및 분리를 필요로 하는 종래기술의 처리 시스템들 및 기술들에 비해 상당한 이점이다. 발명의 명칭이 전자 폐기물 재활용 기술들(E-waste Recycling Technologies)인 2013년 WIPO 보고서에서 제시된 바와 같이("각 단계의 일반적인 의도는 복합 재료들이 가능한 한 많이 유사한 유형의 재료들, 예를 들어, 강을 포함한 강, 알루미늄을 포함한 알루미늄, 구리를 갖는 구리 등으로 분류 및 분리되어야 한다. 각각의 단계에서, 보다 농축된(concentrated) 출력물 재료는, 재료가 새로운 재료로 시장에 출시될 때까지 다른 프로세스 내로 더 귀중한 투입물이 된다.") 본 발명은, 전자 폐기물 소스들의 처리를 위한 유사한 유형들의 재료들로의 그러한 광범위한 분리를 요구하지 않는다.
일 양태에서, 본 발명은 분쇄 및/또는 파쇄된 전자 폐기물 소스 투입물로부터 소정 금속들을 제거하기 위한 선택적인 추출 단계를 포함한다. 일 양태에서, 금속들의 추출을 위한 단계는, 전자 폐기물 소스의 파쇄 및/또는 분쇄 직후에 수행된다. 이 단계에서 지칭되는 바와 같이, 금속들의 추출은 철계 금속들 및 비철 금속들(예를 들어, 알루미늄)을 포함한다.
제거 단계는, 기계적 및/또는 수동 제거의 조합을 포함하여 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 공지된 임의의 기술들을 포함할 수 있다. 일 양태에서, 분리는, 철계 금속들의 인력(attraction) 및 제거를 위해 자기 및 고자기 분리기들을 포함하는 자석 분리기들의 사용을 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 와전류(eddy current)의 사용은, 구리 및 알루미늄과 같은 금속들을 제거하는데 사용될 수 있다. 일 양태에서, 분리는 정전식 분리(electrostatic separation)의 사용을 포함할 수 있다. 일 양태에서, 분리는 비중 분리(specific gravity separation)의 사용을 포함할 수 있다. 일 양태에서, 분리는 공기 또는 유체 분류 장치(fluid sorting device)의 사용을 포함할 수 있다.
일 양태에서, 본 발명은, 열 에너지를 사용하여 실질적으로 무산소 연속, 저압 열분해 공정에서 반응 또는 일련의 열분해 방법들 및 반응들을 포함한다. 일 양태에서, 저압은 약 10 내지 약 100 밀리바(millibar) 또는 그 안에서 임의의 범위를 포함한다. 일 양태에서, 본 발명은 반응기 또는 일련의 반응기들에서 산소가 없는 연속적이고 저압의 열분해 프로세스를 포함한다. 본원에서 지칭된 바와 같이, 반응기(들)에서 무산소 프로세스는 전자 폐기물 투입물 소스와 접촉하는 공기 또는 산소를 포함하지 않는다. 유용하게는, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들로부터의 산소의 감소 및/또는 제거의 결과로서, 전자 폐기물 투입물 소스들은, 화염 및/또는 화재들 또는 플라즈마 소스에 노출되지 않으므로, 일 양태에서, 다환 방향족 탄화수소들(polycyclic aromatic hydrocarbons; PAHs), 할로겐화 디벤조디옥신들, 할로겐화 디벤조퓨란들, 비페닐들, 및/또는 피렌들, 또는 기타할로겐화 유기물을 형성하지 않는다. 일 양태에서, 10 % 이하의 할로겐 함량을 포함하는 전자 폐기물 소스들의 전체 응집체 조성물은, PAH들, 할로겐화 디벤조디옥신들, 할로겐화 디벤조퓨란들, 비페닐, 및/또는 피렌들의 생성없이, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들에 따라 처리된다.
추가의 양태에서, 본 발명은 독성물질들, 즉 전술된 바와 같은 임의의 독성물질들을 생성하지 않는 것 이외에, 할로겐 화합물들의 파괴를 추가로 포함한다. 일 양태에서, 이 방법들은 지방족화합물들, 방향족화합물들, 및 다환성 방향족 탄화수소들, 할로겐화 디벤조디옥신들, 할로겐화 디벤조퓨란들, 비페닐들, 피렌들, 클로로플루오로카본들 등을 파괴한다. 카드뮴, 납, 안티몬, 비소, 베릴륨, 수은, 니켈, 및 전자 폐기물 소스에 존재하는 기타 유기 화합물들과 같은 금속들은 본질적으로, 이들의 원래 상태로 회수된다.
일 양태에서, 본 발명은 열에너지를 공급하면서 실질적으로 산소가 없거나 또는 산소가 없는 연속적인 저압의 열분해 프로세스를 채용한다. 열 분해 방법들은, 열 에너지의 상이한 방법들 및 양들을 채용하는 것으로 알려져 있으며, 예를 들어, 500 ℃ 미만의 프로세스 온도로 저온 열분해; 500 내지 800 ℃의 온도 범위에서의 중온 열분해; 및 800 내지 1500 ℃의 온도에서의 용융 열분해를 포함한다. 본 발명의 양태들에 따르면, 실질적으로 무산소 또는 무산소 연속, 저압 열분해 공정은 간접 가열을 적용한다. 일 양태에서, 가열은, 약 400 ℃ 내지 800 ℃의 온도들에서 전자 폐기물 소스 투입물을 처리하는 것을 포함한다. 유용하게는, 저온 열분해 프로세스의 사용은 반응기(들)(예를 들어, 강 반응기들) 상에 더 적은 응력을 주며, 본 발명에 따른 연속 프로세스를 수행하는 데 더 적은 에너지를 요구하고, 그리고 더 낮은 온도 범위들에서 시스템과 접촉하는 금속들을 추가로 유지시켜 공장 설비 내에서 수명, 가공 등을 향상시킨다.
일 양태에서, 반응기 또는 일련의 반응기들(또한, 캐스캐이딩 반응기들(cascading reactors)로 지칭됨)은 약 400 ℃ 내지 약 800 ℃의 보다 낮은 온도 범위에 대한 열분해 처리을 허용한다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 본 발명에 따른 투입물 소스에 대해 단일 처리 온도가 존재하지 않으며; 그 대신에, 반응기(또는 일련의 반응기들) 내의 온도 범위가 얻어진다. 예를 들어, 단일 반응기 내에서, 반응기의 헤드 내의 투입물 소스는 반응기의 저부보다 더 높은 온도일 수 있다. 게다가, 당업자가 이해하는 바와 같이, 단일 반응기의 사용은, 약 600 ℃ 내지 약 800 ℃와 같은 더 높은 온도 범위를 필요로할 수 있는 한편, 일련의 반응기들은 약 400 ℃ 내지 약 600 ℃와 같은 더 낮은 온도 범위를 가능하게한다. 바람직한 양태들에서, 본 발명의 방법들에 따라 채용되는 반응기(들)는, 상대적으로 낮은 온도 및 압력들(평균 약 650 ℃ 및 평균 약 50 mbar의 주위 압력)이 채용되기 때문에, 고온/고압을 견디기 위한 설계를 필요로 하지 않는다.
연속 열분해 프로세스는, 적어도 부분적인 가스화를 수행하기 위해서 적어도 하나의 반응기에서 실행된다. 예를 들어, 회전식 드럼 반응기들(rotary drum reactors), 샤프트 반응기들(shaft reactors), 수평 반응기들(horizontal reactors), 비말동반식 유동 가스화기들(entrained-flow gasifiers), 고정층 가스화기들(fixed-bed gasifiers), 비말동반식 유동 가스화기들 등을 포함하는 당 업계에 공지된 다양한 반응기들이 채용될 수 있다. 예시적인 반응기들은, 예를 들어, 미국 공개번호 제2014/0182194 호 및 DE 제100 47 787 호, DE 제100 33 453 호, DE 제100 65 921 호, DE 제200 01 920 호, 및 DE 제100 18 201 호에 개시되어 있으며, 이들은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다. 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 채용되는 반응기들의 수, 순서 및 규모가 본 발명의 범위 내에서 구체화된 입력된 전자 폐기물 소스들의 규모 및 체적에 따라 적응될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 발명에 따라 채용된 1 차 반응기는, 분배기를 갖는 투입물 영역, 반응기 혼합 챔버, 고온 영역, 고온 챔버, 버너들을 갖는 가열 재킷 챔버, 전환 섹션, 내부 레지스터, 및/또는 열 전달 레지스터를 포함하고, 이들로 구성되거나 또는 본질적으로 구성될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 본 발명에 따라 채용된 2 차(또는 3 차) 반응기는, 돔을 갖는 가스 격실, 수직 운반 장치를 갖는 고온 챔버, 내부 레지스터 및 외부 레지스터, 컨베이어 장치를 갖는 전환 섹션, 가열 재킷 챔버 및/또는 연소 챔버를 포함하고, 이들로 구성되거나 또는 본질적으로 구성될 수 있다.
일 양태에서, 반응기(들)는 재킷-가열된다. 일 양태에서, 반응기들은 수직 및/또는 수평으로 배치된다. 일 양태에서, 적어도 2 개의 반응기들이 채용된다. 일 양태에서, 적어도 3 개의 반응기들이 채용된다. 일 양태에서, 반응기(들)는 선택적으로 교반(agitation)을 수행할 수 있다. 바람직한 양태에서, 적어도 하나의 반응기 또는 1 차 반응기는 2 차 반응기들 내로 가열된 벽들을 따라 연료 가스에 대한 이동층(moving bed) 설계 및 대향류(counter-current flow)에 수직이다. 본 발명의 일 실시예에 따라 제한되지 않고, 그러한 설계들은 바람직하지 않은 타르들 및 연료 오일들의 생성을 최소화한다. 추가의 바람직한 실시예에서, 이동층 설계는, 2 차 수평 반응기를 위해서 더 채용되는데, 2 차 수평 반응기는 본 발명에 따른 개선된 고체/기체 및 기체/기체 반응들로부터 연료 기체 및 차르의 제어된 반응 시간 및 온도를 연장시킨다.
전자 폐기물 소스들은, 적어도 부분적 전환을 제공하기에 충분하고 실질적으로 미국 공보 제2014/0182194 호의 방법들에 따라 실질적으로 제시된 바와 같은 시간양 동안 반응기(들)에서 전환을 수행한다. 일 양태에서, 반응기(들)에서의 체류 시간양(amount of retention time)은, 예를 들어, 가스화 반응에 영향을 주는 투입물 소스의 파쇄된 크기 등을 포함하는 인자들에 기초하여 변할 수 있는 바와 같이, 적어도 약 20 분, 적어도 약 30 분, 적어도 약 40 분, 적어도 약 50 분, 또는 적어도 약 60 분으로부터 변할 수 있다.
일 양태에서, 반응기(들) 내의 압력은 약 10 내지 약 100 밀리바(millibar), 또는 바람직하게는 약 20 내지 약 50 밀리바(millibar)의 압력 범위 내에서 일정하게 유지된다.
일 양태에서, 상기 방법들은 타르 및 오일 크래킹 단계를 더 포함한다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 타르들 및 오일들은 타르들 및 유해 성분을 함유하는 올레핀들 및 파라핀들의 비-불균질(non-heterogenous) 혼합물인 피롤리시스 프로세스의 피할 수 없는 생성물이다. PVC 및/또는 화염 지연제들이 플라스틱 공급원료에 존재한다면, 이러한 유해한 성분들은 발암성 벤젠, 톨루엔 및 염소화-브롬화 성분들을 포함한다. 피롤리틱 오일들은 인화점(flash point)이 낮으며 극히 유해한 것(종종 다양한 국가들에서 유해한 규제 허용들을 필요로 함)으로 공지되어 있다. 유용하게는, 본 발명에 따르면, 이러한 불가피하게 생성된 타르들 및 오일들은 단지 중간물이며, 후속하여 크래킹된다. 본원에서 지칭된 바와 같이, "크래킹(cracking)"은, 복합 유기 분자들이 전구체들(precursors)에서 탄소-탄소 결합들의 파괴에 의해, 경질 탄화수소들(light hydrocarbons)과 같은 더 단순한 분자들로 분해되는 프로세스를 지칭한다. 따라서, 크래킹은, 열, 촉매, 및 용매들의 영향 하에 있는 분자들의 임의의 분할의 유형을 설명한다. 따라서, 타르들 및 오일들은 수집되지 않거나 본 발명의 열분해 방법들의 출력물이 아니다. 일 양태에서, 더 높은 유기 성분들이 추가로 저급화되는(degraded) 경우와 같이, 추가의 가스 전환기(크래킹 반응기)가 채용될 것이다. 이러한 중유들(heavy oils) 또는 타르들의 청정 연료 가스로의 제거 및 전환은, 할로겐화 유해 물질들을 선택적으로 흡수하는 이러한 재료들을 제거하는 것이 바람직하다. 일 양태에서, 이 단계는 유해한 할로겐화 화합물들을 제거하기 위해 타르들 및 오일들을 재생시킨다. 추가의 양태에서, 타르 및 오일 크래킹 단계는 보다 청정 연료 가스를 생성시키는 유용한 효과를 갖는다.
일 양태에서, 생성된 타르들 및 오일들은 임의의 촉매, 이를 테면, 예를 들어, 제올라이트의 존재 하에 처리된다. 일 실시예에서, 크래킹 단계는, 예를 들어, 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된 미국 특허 공보 제2014/0182194 호에 개시된 바와 같이, 경유와 중유(light and heavy oils)를 분리한다.
일 양태에서, 상기 방법들은 가스에 대한 선택적인 냉각 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스는 스크러빙 단계에서의 추가 처리로 인해 냉각될 것이다. 예를 들어, 냉각된 전환 챔버는, 본 발명의 방법들에 따라 반응기와 연결될 수 있다. 일 양태에서, 약 400 ℃ 내지 800 ℃의 온도의 가스는 약 100 ℃ 미만, 바람직하게는 약 80 ℃ 미만의 온도로 냉각된다. 그 후, 가스는 또한 인접한 워터 스크러버(water scrubber)와 같은 주위 온도로 냉각되어 가스로부터 임의의 과량의 물 및/또는 증기를 제거할 수 있다.
일 양태에서, 상기 방법들은 추가의 가스 스크러버들을 채용하는 것과 같은 컨디셔닝(conditioning) 단계를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 발생된 가스는 가스는 가스 스크러빙 단계, 즉, 알칼리 단계(예를 들어, HCl 및 HBr의 결합을 위한 NaOH)에서 냉각시킨 후 추가로 정제될 수 있고 하류 프로세스에 공급될 수 있다.
일 양태에서, 본 발명은 수은-함유 화합물들이 처리된 전자 폐기물 소스에 포함되었을 때 추가 처리를 위한 세정 단계를 더 포함한다. 원소 수은은 워터 스크러버에서 제거될 것이다. 이러한 단계는, 또한, 스크러버에서 제거되는 물에 불용성할로겐 염(insoluble halogen salt)으로서 있을 수 있는 할로겐화 수은(mercury halide)으로 형성되고 있는 수은의 제거를 포함할 수 있다. 일 양태에서, 할로겐화 수은은 스크러버에서 스크러빙된 후 폐기된다.
일 양태에서, 본 발명은 생성된 연료 가스의 추가 처리를 위한 세정 단계를 더 포함한다. 이러한 단계는 "습식 세정(wet scrubbing)" 단계로 지칭될 수 있다. 일 양태에서, 가스는 정화를 위해 가스 유동으로서 습식 스크러버 내로 도입된다. 일 양태에서, 가스 스크러버(들)는 생성물 가스 유동으로부터 타르들, 오일들, 및 차르를 분리한다. 또 다른 양태에서, 가스 스크러버(들)는 예를 들어, 약 80 ℃ 미만의 온도로 생성물 가스를 더 냉각시킬 수 있다. 스크러버(들)는 연료 가스 생성물 내의 임의의 독성 화합물들에 대한 최종 제거 단계를 위해 추가로 채용될 수 있다.
일 양태에서, 생성된 연료 가스/수증기 혼합물은, 가스 세정, 즉, 스크러버 시스템에 진입한다. 일 양태에서, 각각의 반응기 라인은 그 자신의 제1 가스 스크러빙 유닛을 갖는다. 가스 스트림들은 제1 스크러버 유닛들 이후에 결합되고 이후에 추가 스크러버들로 진입할 것이다.
일 양태에서, 가스 스크러빙 유닛들은 스크러버들, 용기들, 펌프들, 오일 배출 유닛들 및 열 교환기들을 포함하거나 구성된다. 소각(incineration) 기술 분야의 당업자에게 공지된, 알칼리성 소스(예를 들어, NaOH) 또는 황 제거를 위한 석회석과 같은 다른 소스와 같은 첨가제들과 조합된 물. 특히, 본 발명에 따른 가열 방법들은 외부 가열이 제공되므로 소각과 구별된다. 명료성을 위해, 본 발명의 방법들은 소각을 채용하지 않는다. 소각 기술 분야의 당업자들은 산 성분들을 제거하기 위해 알칼리성 재료들을 함유하는 물을 사용하여 스크러빙하는 것이 구별되는 방법들이라는 것을 이해한다. 이들은 폐루프 시스템에서 가스 흐름으로부터 응축액들 및 오염물들을 세정하고 가스를 냉각시키는 데 사용된다. 응축액들은 올레핀들, 방향족화합물들 및 파라핀들을 고형물들로서 그리고 물을 함유한다. 표준 시스템은 다섯 개의 가스 세정 시스템들을 포함하거나 구성된다. 이 양은 본 발명의 실시예들에 따라 채용된 공급원료 사양들에 따라 감소되거나 증가될 수 있다. 타르와 같은 세정된 성분들은 크래킹 반응기들의 공급원료가 될 것이며, 방향족 오일 및 올레핀들의 경유 분획물(light oil fraction)은 고형물들/물로부터 분리되어 가스화 시스템에서 재처리될 것이며, 그리고 물은 사전 세정되고 재사용될 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 전자 폐기물 소스들을 차르 소스 및 청정 연료 가스 소스로 전환시킨다. 일 양태에서, 본 발명은 본원에 설명된 방법들로부터 생성된 임의의 오일들 및 타르들을 재순환시키기 위한 재순환 단계를 더 포함할 것이다. 일 양태에서, 오일들 및 타르들의 재활용은 이들을 크래킹한 다음에 더 짧은 사슬형 분자들(chain molecules)을 주 반응기로 재 처리하여 추가 청정 연료 가스로 전환하는 것을 포함한다. 본 발명의 유용한 양태에서, 이러한 생성된 청정 연료 가스는 사용 지점(즉, 본 발명의 방법들, 시스템들 및/또는 프로세스들을 채용하는 시설)에서 본 발명의 프로세스들의 작동을 유지하는데 사용하기에 적합하다.
일 양태에서, 본 발명은 생성된 차르 소스(도 8 및 도 9에 도시된 바와 같음)의 추가 처리를 위한 분리 단계를 더 포함한다. 일 양태에서, 본 발명에 따라 생성된 차르 소스는 미세한 금속 상태의 금속들을 포함한다. 추가의 양태에서, 본 발명에 따라 생성된 차르 소스는, 유리 섬유들(FR4 기판들과 같음), 탄소 미립자들/미세 물질, 금속들, 귀금속들 및/또는 이들의 조합물들을 포함한다. 차르 소스는, 다양한 상업적으로 공지된 프로세스들에 의해 달성될 수 있는 바와 같이 차르로부터 원하는 성분을 제거하는 것과 같은 후속 분리 단계를 더 겪을 수 있다.
일 실시예에서, 탄소 전환 유닛은 차르 소스로부터 탄소를 제거하기 위해 채용될 수 있다. 유용하게는, 생성된 차르 소스는, 유기물들을 제거하고 이후에 나머지 성분들을 더 분리할 수 있는, 본 발명에 따른 열분해 처리의 결과로서 약 40 %, 50 % 또는 그 초과의 감소(중량 기준)을 겪었다. 일 양태에서, 차르 소스로부터 추가 탄소를 제거하여, 차르 소스 내에서 탄소의 50 %(중량 기준) 초과의 감소가 존재하는 것이 요망된다. 바람직한 실시예에서, 탄소는 10 %(중량 기준) 미만으로 감소된다. 바람직한 실시예에서, 탄소는 차르 소스로부터 제거된다.
일 양태에서, 차르 소스의 추가 처리는, 탄소를 연료 가스(이후 스크러버들을 통해 추가로 처리되는 이산화탄소 또는 일산화탄소의 형태)로 전환시키는 오존의 사용을 포함할 수 있다. 그러한 일 실시예에서, 오존은 차르를 (실온 또는 주위 온도 또는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃와 같은 상승된 온도들에서) 함유하는 챔버에 첨가될 수 있다. 그러한 챔버는 반응기들 또는 별도의 챔버중 하나일 수 있다. 일 양태에서, 탄소를 연료 가스로 전환시키는 오존의 사용은 저온 소각 프로세스의 사용을 회피한다.
일 양태에서, 차르 소스의 추가 처리는, 약 300 ℃ 내지 약 500 ℃와 같은 제어된 온도들에서 잔류물 내의 탄소를 소각한다. 공기 공급이 온도 제어되며, 전체 프로세스는 약 300 ℃ 내지 약 500 ℃의 온도와 같이 냉각될 수 있다. 이러한 프로세스는 저온 소각 프로세스로 지칭된다. 일 양태에서, 장비는 인피드 스크류 컨베이어(infeed screw conveyor), 열 전달을 위한 플라이트들(flights) 및 등록 파이프들(register pipes)을 갖는 회전식 하소로(rotary calciner), 냉각된 출구 스크류 컨베이어, 미립자 제거 및 선택적 스크러빙 장치들을 갖는 배기 가스 스크러빙 유닛을 포함하거나 또는 구성된다.
일 양태에서, 인피드 스크류 컨베이어는 종래의 설계를 가지며, 부산물의 온도가 그의 사양에 대한 주요한 매개변수이다. 부산물의 온도는, 부산물이 회전식 하소로에 진입하기 이전에 간접 가열 및 제어된 공기 공급에 의해 증가될 것이다.
일 양태에서, 회전식 하소로는 2 개의 베어링들을 갖는 세장형 드럼, 플라이트들을 갖는 내부 드럼, 및 중앙 출력 스크루 컨베이어의 기본 설계이다. 투입 및 출력은 대칭으로 위치된다. 드라이브가 회전식 하소로의 헤드에 있다. 재료의 투입 및 출력은 샤프트 그리고 이에 따라 대기에 대한 내가스성(gas proof)을 통해 행해진다. 드럼 내측에서 2 레벨들로된 파이프 레지스터는 프로세스를 냉각시킬 것이다. 재료는 내부 플라이트들을 통해 출력 스크류 컨베이어로 이송될 수 있다. 재료는 일정한 온도와 일정한 냉각으로 회전식 하소로를 통해 연속적으로 이송될 수 있다. 더욱이, 탄소는 이 프로세스에서 CO2로 산화된다.
일 양태에서, 출력 스크류 컨베이어는 냉각 재킷을 가지며 저장 용기(storage vessel)에 연결된 종래의 설계를 갖는다.
일 양태에서, 배기 가스 세정 모듈은 종래의 미립자 제거 시스템을 가지며, 선택적으로, 고형물이 제거된 가스 스크러버를 구비할 수 있다. 필요한 경우, 스택(stack)에 진입하기 전에 팬이 추가될 수 있다.
일 양태에서, 분리 단계는 차르로부터 미세 금속들 및/또는 유리 섬유들을 제거하기 위해 채용된다. 일 양태에서, 유리 섬유들은 분리되어 고농축 금속들/차르 혼합물을 유발할 수 있다. 일 양태에서, 유리 섬유들의 제거는 2X 농축 금속들/차르 혼합물, 또는 3X 금속들/차르 혼합물, 또는 바람직하게는 4X 금속들/차르 혼합물을 제공한다. 유용하게는, 금속들/차르 재료는 국제 제련소들(international smelters)로의 근해 선적(off-shore shipment)을 요구하는 것과는 대조적으로 가공된 상태로 국내 정제소들(domestic refineries)에서 처리될 수 있다. 또 다른 이점으로서, 차르 혼합물에서의 금속들은 유리 섬유들을 추가로 제거하면서 정제함으로써 회수될 수 있어서, 차르로부터 분리된 각각의 성분은 독성 성분들(이를 테면, 다이옥신들 및 퓨란들)이 실질적으로 없거나 또는 없게 유지된다. 이러한 유리 섬유의 정제 및 제거는, 실질적으로 원래 형태로 회수되는, 귀금속들을 포함하는, 금속들을 분리할 수 있는 공지된 분리 방법들(예를 들어, 스크린(screen) 및 중력 분리(gravity separation))을 통해 달성된다. 더욱이, 분리된 금속들은 프로세스에서 용융되지 않았거나 또는 금속들의 대부분이 용융되지 않으며, 이는 금속들의 가치를 보존한다.
본 발명의 일 양태에서, 귀금속들(예를 들어, 금, 은, 팔라듐), 전자 금속들(예를 들어, 구리, 알루미늄), 및 희토류 금속들을 포함하는, 금속들의 적어도 50 % 회수가 분리 방법들을 통해 차르로부터, 바람직하게는, 적어도 약 55 %, 바람직하게는 적어도 약 60 %, 바람직하게는 적어도 약 65 %, 바람직하게는 적어도 약 70 %, 바람직하게는 적어도 약 75 %, 바람직하게는 적어도 약 80 %, 바람직하게는 적어도 약 85 %, 바람직하게는 적어도 약 90 %, 또는 가장 바람직하게는 적어도 약 95 %가 회수된다. 분리 기술들의 예들은 예를 들어, 기계적(즉, 셰이킹(shaking)) 분리, 전기 화학적 처리 등을 포함한다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 차르(금속들 및 유리를 함유 함유)의 금은 90 % 초과, 95 % 초과, 및 가장 바람직한 실시예들에서는, 98 % 초과로 회수되었다. 본 발명의 일 양태에서, 추출된 금속들은 원하는 사용의 용도를 위해 추가로 정제될 수 있다. 귀금속들이 이들의 원래 형태로 있으며 합금화되지 않기 때문에, 전기화학 프로세스들이 다른 공지된 프로세스들에 의해 이 귀금속들을 개별적으로 회수하기 위해 사용될 수 있다.
일 양태에서, 연료 가스는 통기 시스템들에 의해 약 100 mbar와 같은 압력을 증가시킴으로써 가스 세정 시스템을 통해 이송된다. 일 양태에서, 100 mbar는 본 발명에 따라 채용된 시스템에 대한 한계 값이다.
일 양태에서, 폐수 처리는 물리적 및 생물학적 처리 세그먼트를 포함하거나 구성된다. 폐수는 전처리 및 세척 후에 배출될 수 있다.
일 양태에서, 안전 시스템은 비상시에 연료 가스를 플레어(flare)로 이송한다. 일 양태에서, 모든 파이프 라인들은, 정전시에 자동으로 개방되는 밸브들을 갖는다. 또 다른 양태에서, 플레어에 연결되는 파이프들에는 버스트 디스크들(burst discs)이 장착되며, 이는 반응기들 및 가스 세정 시스템들의 과도한 압력을 방지할 것이다. 응급시에, 이 시스템은 시스템을 안전한 방식으로 종료시키는 것을 도울 것이다.
열분해 방법들의 향상된 처리 및 효율성을 위한 선택적 추가
본 발명의 방법들은, 채용된 방법들 및 시스템들의 효율을 추가로 최대화하기 위해서 추가의 투입물들과 조합하는데 적합하다. 발전 설비(power generation equipment)는 공급된 연료를 특정 연료 부하 범위의 전력으로 전환하기 위한 최상의 효율들을 수행하도록 설계된 것으로 공지되어 있다. 가스 터빈들 및 가스 엔진들에 대한 이 범위는, 일반적으로, 선택된 가스 터빈 또는 가스 엔진의 80 % 내지 100 % 연료 가스 용량 내에 있다. 효율은 발전을 위해서 연료 가스에서 요구되는 열에너지로 결정되며, 이들 장비의 80 % 내지 100 % 용량의 연료 가스 부하의 특정 범위동안 유효한 BTU/kWh로 공급업체들에 의해 제공된다. 당업자가 알 수 있는 바와 같이, <80 %의 연료 가스 부하들은 연료 가스의 열 에너지를 전력으로 전환시키는 효율을 감소시킬 것이다.
본 발명의 선택적 실시예들에 따르면, 본 발명의 방법들에 따른 청정 연료 가스 소스 출력은 추가로 향상될 수 있는데, 예를 들어, cfm(cubic feet per minute) 및 BTU/cuft로 일정하게 제어되는 청정 연료 가스 소스의 가열 값으로 측정될 수 있다. 청정 연료 가스 소스의 양 및 가열 값은, 본 발명의 실시예들에 따라 처리된 공급원료 특성들에 의존한다. 반응기들로의 균일한 공급원료 투입은 양자 모두의 매개변수들: cfm 및 가스 터빈 엔진에 공급된 커프트(cuft) 당 발열량(heating value)에 대해 일관된 청정 연료 가스 소스 출력을 산출할 것이다. 공급원료의 요동들은 생성된 청정 연료 가스 소스의 양과 그의 커프트 당 발열량을 변경할 것이다. 이에 따라, 본 발명의 방법들은, 연료로서, 가스 터빈/엔진에 천연 가스를 공급하기 이전에 청정 연료 가스 소스를 저장 예비 혼합 저장 용기에 천연 가스를 첨가함으로써 청정 연료 가스 소스의 출력을 위해 추가로 제어될 수 있다.
일 양태에서, 본 발명의 청정 연료 가스 소스 출력에 천연 가스(예를 들어, 메탄)를 첨가하는 것은 다양한 이점들을 갖는다. 추가된 천연 가스는 청정 연료 가스 소스의 가스 유량의 임의의 변동들을 동일하게할 수 있으며, 2 개의 조합된 가스 흐름들의 혼합은 발전 장비의 최적화된 성능을 위해 80 % 내지 100 % 연료 가스 부하를 성취하도록 가스 터빈/엔진에 필요한 총 가스의 공급을 보장할 것이다. 게다가, 입수가능한 청정 연료 가스 소스 용량에 천연 가스를 추가하는 것은, 프로젝트 현장(project site)에서의 총 발전 용량을 증가시킬 수 있다. 또한 추가로, 채용된 시스템들의 유지 보수 기간들 동안 천연 가스로 청정 연료 가스 소스를 대체하는 것은, 시스템의 셧-다운 지속기간 동안 여분(redundancy)의 발전을 제공한다.
각각의 투입물 소스에 대한 예시적인 BTU를 갖는 "추가 연료 소스들"로서 이하에 열거된 것들을 포함하는, 추가의 연료의 소스들이 본 발명의 방법들에서 활용될 수 있다.
열분해 방법들의 생성된 출력물들
일 양태에서, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들은 전자 폐기물 소스들을 차르 소스 및 청정 연료 가스 소스로 전환시킨다. 유용하게는, 금속들 및 탄소-코크스가 "차르"로 수집될 동안 전자 폐기물 투입물로부터의 탄화수소 재료들이 청정 연료 가스로 전환된다. 추가 이점으로서, 생성된 임의의 오일들 및 타르들은, 사용 지점(즉, 본 발명의 방법들, 시스템들, 및/또는 프로세스들을 채용하는 설비)에서 본 발명의 프로세스들의 작동을 유지하도록 채용될 것인 추가 연료 가스로 전환되도록 2 차 반응기 및 크래킹 반응기로 재순환된다.
차르(Char)
열분해 방법들을 채용하는 본 발명에 따른 방법들은 유용하게는, 유리 섬유들(예를 들어, FR4 기판들로부터), 탄소 미립자들/미세 물질, 금속들, 귀금속들 및/또는 이들의 조합물들을 포함하는 처리된 차르를 제공한다. 일 양태에서, 차르는 유해하지 않은 재료이다. 일 양태에서, 차르는 독성 화학물질들이 실질적으로 없거나 또는 없다. 차르는 유해한 다이옥신들 및 퓨란들(예를 들어, 약 120 ℃ 미만과 같음)의 형성을 방지하기 위해 공기에 대한 개방 이전에 냉각되어야 한다.
일 양태에서, 차르는 할로겐 화합물들이 실질적으로 없다. 추가의 양태에서, 차르는 독성 화학물질들 및할로겐 화합물들이 실질적으로 없다. 일 양태에서, 차르는, 예를 들어, 수은-함유 화합물들을 포함하는 독성 화학물질들이 없다. 일 양태에서, 차르는 할로겐 화합물들이 없다. 추가의 양태에서, 차르는 독성 화학물질들 및할로겐 화합물들이 실질적으로 없다.
연료 소스
열분해 방법들을 채용하는 본 발명에 따른 방법들은, 유용하게는, 청정 연료 소스를 제공한다. 일 양태에서, 연료 가스 소스는 청정하고 유해하지 않은 재료이다. 일 양태에서, 연료 가스 소스는 독성 화학물질들이 실질적으로 없다. 일 양태에서, 연료 가스 소스는 할로겐 화합물들이 실질적으로 없다. 추가의 양태에서, 연료 가스 소스는 독성 화학물질들 및할로겐 화합물들이 실질적으로 없다. 일 양태에서, 연료 가스 소스는 독성 화학물질들이 없다. 일 양태에서, 연료 가스 소스는 할로겐 화합물들이 없다. 추가의 양태에서, 연료 가스 소스는 독성 화학물질들 및할로겐 화합물들이 없다. 일 양태에서, 연료 소스는 다환 방향족 탄화수소들(PAHs), 할로겐화 디벤조디옥신들, 할로겐화 디벤조퓨란들, 비페닐들, 및/또는 피렌들이 실질적으로 없거나 또는 없다.
일 실시예에서, 생성된 연료 가스는 본 발명의 시스템 및 본 방법의 열분해 방법들을 위한 반응기(들)의 가열에 활용된다. 일 양태에서, 반응기(들)에 대한 열은, 생성된 연료 가스의 약 10 내지 50 %, 생성된 연료 가스의 약 10 내지 40 %, 또는 생성된 연료 가스의 약 20 내지 30 % 만큼 공급된다.
일 실시예에서, 생성된 연료 가스는 예들에서 표들에 제시된 바와 같은 조성물을 갖는다.
일 양태에서, 연료 가스는 피롤리시스 및/또는 부분 산화 시스템들에서 공통적인 것과 같이 반응기들 내로 도입된 공기 또는 외부 산소가 없기 때문에 우수한 생성물이다.
본 발명의 일 실시예에서, 전자 폐기물 소스들의 열분해는 에너지 소스들로서 청정 연료 가스를 생성하는, 전자 폐기물의 파운드 당 약 3,000 내지 약 19,000 BTU들을 함유한다. 당업자가 본원에 제시된 본 발명의 개시내용에 기초하여 알 수 있듯이, 전자 폐기물 소스들의 차이들이 파운드 당 BTU들에 영향을 줄 것이다. 일 양태에서, 열가소성 플라스틱 하우징 전자 폐기물 소스는, 예를 들어, 파운드 당 약 14,000 내지 16,000 BTU들을 포함할 수 있다.
또 다른 양태들에 따르면, 다양한 폐기물 소스들은 다음과 같이 추정된 BTU/파운드를 제공할 것이다:
HIPS 17,800
FR HIPS 15,850
ABS 16,350
FR-ABS 14,800
FR PWB 라미네이트 5,140
PMMA-아크릴 10,750
복합 수지들 12,850
일 양태에서, 생성된 연료 가스 소스의 발열량은, 이에 따라, 전자 폐기물 투입물 소스의 타입에 기초하여 달라질 것이다. 예를 들어, 비-제한적인 실시예에서, 예들에서 생성된 데이터에 따라 하기의 입력 소스들로부터 생성된 연료 가스의 발열량은 대략 400 Btu/ft3 내지 800 Btu/ft3이다. 다른 양태들에서, 발열량은 약 200 Btu/ft3 내지 약 1500 Btu/ft3 또는 약 500 Btu/ft3 내지 약 1000 Btu/ft3의 범위들을 제공하기 위한 투입물들에 기초하여 수정될 수 있다. 일 양태에서, 특히, 평가된 연료 가스는 평가된 모든 배기 요건들(emission requirements)을 충족시켰다.
일 양태에서, 연료 가스의 생성은 다양한 용도에 적합하다. 일 실시예에서, 생성된 연료 소스는 천연 가스 및/또는 전기의 대체물로서 제조 플랜트 및/또는 보일러들에 동력을 공급하기 위해 엔진들 또는 가스 터빈들을 사용하여 전기를 발생 시키는데 사용될 수 있다. 다른 양태에서, 연료 가스는 버너들, 또는 증기, 및 전기 생산 및/또는 분배를 위해 사용될 수 있다. 이러한 용도들의 많은 예들이 당업자에게 주지되어 있다.
예들
본 발명의 실시예들은 다음의 비-제한적인 예들에서 추가로 규정된다. 이들 예들은, 본 발명의 특정 실시예들을 나타내지만, 단지 예시로서 주어진 것으로 이해되어야 한다. 상기 논의 및 이들 예들로부터, 당업자는 본 발명의 본질적인 특징을 확인할 수 있으며, 그리고 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고, 다양한 용도들 및 조건들에 본 발명을 적응시키기 위해 본 발명의 실시예들을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다. 이에 따라, 본원에서 도시되고 설명된 것 이외에, 본 발명의 실시예들의 다양한 수정들이 전술한 설명으로부터 당업자에게 자명해질 것이다. 이러한 수정들은, 또한, 첨부된 청구범위들의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다.
본 특허 출원에서 여기에 제시된 각각의 인용의 개시내용은 그 전체가 본원에 인용에 의해 포함된다.
예 1
본 발명의 실시예들에 따른 다양한 전자 폐기물 소스들의 평가는, 처리를 위한 투입물들로서 전자 폐기물 소스들의 혼합물을 검토 및 분석하기 위해 수행되었다. 다음과 같은 전자 폐기물 소스들이 분석되었으며, 투입물들의 평가에 대한 요약들은 다음과 같다:
Figure 112018074887434-pct00002
Figure 112018074887434-pct00003
Figure 112018074887434-pct00004
Figure 112018074887434-pct00005
Figure 112018074887434-pct00006
예 2
전자 폐기물 소스들을 처리하기 위한 시스템들 및 장치. PWB들에 대한 장치 및 처리 시스템은, 본 발명의 실시예들에 따라 개시된 바와 같이 제품 특징들 및 재료 밸런스의 평가를 위해 평가되었다. 시험의 대상은, 운반된(delivered) PWB들의 연속 공급과 함께 플랜트의 기술적 성능들을 증명하고 그리고 추가 평가를 위해 특정 생성물 및 작동 매개변수를 산출하는 것이 었다. 본 발명에 따른 방법들은, 추가의 사용을 위해 높은 메탄, 수소, 및 일산화탄소 함량을 갖는 적절한 조성물을 갖는 가스 출력물, 및 수산화나트륨으로 가스 스크러버들에서 중화된 브롬화수소 또는 염화수소를 확인하기 위해 평가되었다. 본 발명에 따른 방법들은, PWB 공급원료에 함유된 검출할 수 없지만, 원래의 다이옥신 함량으로서 차르의 다이옥신 함량을 포함하는, 다이옥신들의 완전한 파괴를 확인하기 위해 평가되었다. 본 발명에 따른 방법들은, 공장에서 사용하기 위한 프로세스들의 적합성을 평가하기 위해 임의의 잠재적으로 유해한 성분들 및 VCO들의 측정과 함께, VOC들 및 다른 독성 성분들의 완전한 파괴를 확인하기 위해 평가되었다. 본 발명에 따른 방법들은 기계적 분리를 통해 차르로부터 금속 입자들을 모으는 능력을 평가하기 위해 평가되었다.
시운전의 매개변수들. 1000 파운드의 PWB 공급원료를 받아 검사하였다. 공급원료는 시험을 위해 2 인치 미만으로 파쇄되었다. 실질적으로 도 1에 도시된 바와 같은 반응기는 시험 전에 세척되었다. 프로세스 소프트웨어 및 센서들은 작동 조건들을 기록하기 위해 조정되었다. 재료 취급 및 인피드 조건들은 시험 전에 조정되었다. 이 특정 공급원료의 기술적 조정들은 하기에 개요로 설명된 바와 같이 구현되었다.
연속적인 처리. 제어된 공급원료 투입 및 생성물 배출로 시스템을 가열 한 후에 연속적인 플랜트 작동이 수행되었다. 작동 매개변수들은 공급원료의 요건들로 조정되었다. 결과적인 재료들 및 매체는 샘플링되고 문서화되었다. 총 3 개의 가스 샘플들, 공급원료 샘플들, 및 차르 샘플이 추가 분석을 위해 획득되었다. 샘플들의 분석은, 인증된 독립적인 연구소에서 실행되었다.
플랜트의 표준 작동 조건들은 다음과 같은 작동을 위한 플랜트의 준비가 포함되었다: 플랜트의 시동: 오전 6시 30분; 공급원료 투입: 오전 11시부터; 오후 1시부터 오후 3시 30분까지 샘플링; 플랜트 작동의 완료: 오후 6시까지; 생성물들 및 미디어 배출, 물질 수지(mass balance)를 위한 산출된 생성물들의 기록.
일반적인 조건들. 공급원료는, 파쇄되어 시험 프로토콜에 따라 공급되었다. 시동 프로세스는 반응기들의 가열 그리고 가스 스크러빙 유닛들 및 인접한 플랜트 컴포넌트들의 조정들이 포함되었다. 작동 조건들은, 아래에서 개요로 설명된 바와 같이 시험 플랜트에 대해 조정되었다.
플랜트 조건들. 시험 도중 플랜트 작동은, 시스템의 표준 구성을 사용하고 그리고 이 공급원료에 대한 특정 조정들을 사용하였다 - 이러한 조정들에는 다음이 포함되었다:
하부 버너에서만 플랜트 작동
인피드 챔버가 비워짐에 따라 공급원료가 주기적으로 공급됨.
반응기 정상부에서 630 ℃ 및 반응기의 하부 부분들에서 750 ℃ 내지 850 ℃의 온도들에서 반응기 조건들.
가스 돔으로부터 가스를 스크러버(1)로 방출하고, 반응기 헤드로부터 스크러버(4)로 직접 연결하지 않음;
열 교환기를 통한 증기 생성 및 특수 파이프 라인들을 통한 반응기 헤드 내로의 직접적인 증기의 주입;
생성된 응축물을 위한 크래커-모듈은 작동하지 않았는데, 왜냐하면 이러한 오일들의 체적은 효율적인 작동을 하기에는 너무 낮기 때문이다.
가스 스크러버들의 작동은 재순환없이 실행되었다;
정확한 레벨의 수동 조정들에 의해 스크러버 1 및 2의 레벨 제어; 그리고 작동 중 스크러버들과 플랜트의 가스 파이프라인 사이의 유수 분리기(oil water separator)의 제어.
시운전의 특수 조건들. 선택된 기본 작동 매개변수들은 지속적으로 모니터링되었으며 미미한 조정들만 필요하였다. 공급원료의 인피드 체적은 시험의 두 번째 단계 동안 증가되었다. 공급원료 투입물은 선택된 간격들로 지속되었다. 공급원료의 높은 반응성 및 신속한 가스화로 인해, 가스 체적 및 압력의 맥동(pulsating) 증가가 모니터링되었다. 이 효과는 시운전에 부정적인 영향을 미치지 않았다. 공급원료의 증가는, 더 많은 가스 생성을 유발했으며 그리고 수 밀리바의 범위에서의 약간의 압력 증가는 시운전에 영향을 미치지 않았다.
반응기 내의 수분 함량은, 증기 주입에 의해 약간 증가되었으며, 이는 화학적 평형 반응들로 인한 가스 생성을 증가시켰다. 가스 체적은 지속적으로 측정되었다. 증가된 공급원료 공급의 단계들동안 생성된 가스 체적은 30 ㎥/hr 및 그 초과이며, 평균값은 ca. 20 ㎥/hr이었다.
스크러버는 정상적인 정지 상태들에서 작동하였다. 차압은 약 20 내지 50 mbar의 이전 시운전들에서 차압과 같은 범위에 있었다.
스크러버들(1 및 2)에서 생성된 오일들의 재순환 및 주입 없음. 소량의 오일 성분들이 스크러버들(1 및 2)에서 제거되고 수집되었다.
작동 중 매체의 레벨 제어는, 지속적으로 그의 해당 범위 수준으로 조정되었다. 제1 스크러버의 매체: 오일, 다음 스크러버들의 매체: 첨가제들을 갖는 물. 생성된 모든 매체는 시험 후에 제거되고 물질 수지(mass balance)를 위해 측정되었다.
위에서 설명된 플랜트 조건들로부터 시운전 중에 특별한 기술적인 조정들이 필요하지 않았다. 어떠한 기술적인 오류도 발생하지 않았다. 플랜트는 완벽하게 안정적으로 작동되었으며 그의 성능이 이 공급원료를 처리하는데 입증되었다.
장치 및 프로세스 설정 요약. 공급원료는 이러한 온도 조건들에서 주요 반응기에서 빠르게 반응하고 급속하게 가스화한다. 이 가스화 프로파일은 공급원료가 시스템에 공급된 직후에 압력 증가에 의해 모니터링되었다. 관측된 압력 증가는 중요하지 않으며 상용 크기 단위에 대해 보다 일정한 공급원료 투입에 의해 균등화될 수 있다. 유용하게는, 본원에 설명된 시험된 공급원료의 가스화 및 반응 속도는 높은 처리량 체적(throughput volume)을 가능하게 한다. 생성된 가스는 반응기로부터 가스 스크러빙 유닛들로 파이프연결되며 가스 스크러빙 유닛들은 가스 스트림으로부터 응축물들을 제거한다. 그 다음, 응축물들은 스크러버(1 및 2)에서 수집되며 이들의 점성도는 연료 소스로서 프로세스 내로의 재주입에 적합하다. 잔여 타르들이 스크러버에 걸쳐 남아 있지는 않다.
다양한 작동 매개변수들은 이하의 것을 포함하여 조정되었다: 인피드 스크류 컨베이어들을 위한 처리량 체적들; 반응기내의 반응들을 균형 잡기 위해 증기 주입들의 조정들; 반응기 온도들; 공급원료 투입량; 차르 제거에 의존한 체류 시간. 이러한 조정들 및 설명된 설정으로, 안정적인 플랜트 작동이 이루어졌다.
예 3
PWB 공급원료 처리를 위한 예시적인 플랜트 작동. 예 2의 장치 및 시스템 설정에 대한 평가에 후속하여, 플랜트 작동들은 전자 폐기물 공급원료를 처리하기 위해 활용되었다.
운반된 공급원료 재료는 시운전을 위해 <2"로 파쇄되었으며 짧은 간격으로 지속적으로 플랜트에 공급되었다. 증기가 주입되었으며, 스크러버들(1 및 2)로부터 응축물들이 제거되고, 차르 스크류 이송 유닛으로부터 차르가 제거되었다.
이전에 처리되지 않았던 이 재료에 대한 스크류 컨베이어들의 인피드 사양들이 시동 중에 시험되었고 단계 1동안 짧게 인피드 체적이 감소되었다. 차르 수집 드럼의 온도가 급속하게 증가하고 차르를 냉각하기 위해 더 많은 시간이 필요했기 때문에, 인피드 체적은 또한 시험 중 나중에 감소되었다. 냉각 기간은 플랜트 구성의 외부측에서 화학 반응들을 회피하기 위해 필요하다. 냉각 온도의 지연이 이 특정 공급원료의 차르-금속 혼합물의 열용량에 의해 야기되었다. 인피드 비율은 시스템 설계에 따라 달라지며 그리고 최적화된 매개변수이다.
Figure 112018074887434-pct00007
온도 및 압력 측정치들이 도 16 및 도 17(섭씨 온도로 측정)에 도시되는데, 여기서, 온도 1은 반응기의 중간 부분이고; 온도 2는 반응기 헤드에서이고; 온도 3은 가스 돔(도 16)에서이며, 유량과 비교된 압력(mbar)이 도시된다(도 17).
측정된 값들 및 데이터의 평가. 플랜트는 전자 폐기물 투입물의 완전한 화학적 전환을 확보하기 위해 반응기에서 상승된 온도 범위(> 700 ℃)로 운전되었다. 반응기 내의 압력은 평균 > 5 mbar였다. 재료의 높은 반응성 및 급속한 가스화에도 불구하고, 상당한 압력 상승들(pressure spike)은 기록되지 않았다. 시험 중 약간의 온도 조절들이 이루어졌다. 생성된 가스 체적들은, 재료의 높은 반응성으로 인해 상당한 상승들을 보였으며, 이는 보다 일정한 인피드 체적에 의해 균등화될 수 있었다. 파일럿 플랜트(pilot plant)는 이 공급원료에 대해 상이한 인피드 시스템을 필요로 하며 훨씬 높은 처리량을 얻을 수 있었다. 이는, 또한 공기 침입없이 차르-금속 혼합물의 빠른 냉각을 확보하기 위해 파일럿 플랜트에서 추가 장비를 필요로 한다. 결과적인 증가된 가스 생성과 간격을 둔 재료 인피드가 시험의 제1 단계에서 기록된다. 시험동안 나중의 처리량 감소가 차르의 냉각 시간을 증가시키기 위해서 유발되었다. 이러한 효과들은 시험 플랜트 기술과 관련이 없지만, 전체 프로세스 평가에 도움이 된다. 이 시험동안 약 5 중량 % 내지 약 10 중량 %와 같은 상이한 체적들의 증기 주입은, 전체 프로세스 데이터에 영향을 미치지 않았다. 들어오는 재료 흐름의 수분 함량(moisture content)을 제어하기 위해 증기가 추가된다. 이 증기는 프로세스 열로부터 생성된다.
반응기 헤드 온도는 약 600 ℃ 내지 800 ℃에서 측정되었다. 이 온도들은 차르의 열 전달 능력들에 의해 조절될 것이기 때문에 또한 더 높은 처리량으로 달성될 수 있다.
온도 제어 및 세정된 성분들의 체적은 가스 스크러빙 유닛들로부터의 데이터 평가와 관련이 있다. 스크러버(1)의 온도는 ca. 75 ℃로, 스크러버(2 및 3)에서 30 ℃로 조절되었다. 스크러버들의 온도들 및 충전 레벨을 제어하기 위해 매체(알칼리 소스들 및/또는 안정제들과 같은 임의의 첨가제드을 포함한 스크러버들의 오일 또는 물)가 첨가되었다. 스크러버(1)의 응축물들은 장쇄 탄화수소들(long-chained hydrocarbons)(이들은 반응기로 재주입될 것임)이었다. 물과 방향족 화합물들은 스크러버(2)에서 세정되었다. 오일 성분들이 없는 프로세스 물은 No.3에서 세정되었다.
시운전에 대한 설명들. 시험 재료의 반응성은 알려지지 않았다. 높은 비열용량(specific heat capacity)을 갖는 차르-금속 혼합물은, 이전에 시험한 다른 공급원료보다 더 긴 냉각 기간을 필요로 했다. 가스 생산은 공급원료의 높은 반응성으로 인해 맥동을 일으키고, 이는 파일럿 플랜트에서 시험하는 동안 어떠한 문제들도 유발하지 않았다.
샘플링, 분석, 평가들. 공급원료 및 차르 샘플들이 수집되고 분석되었다. 공급원료와 차르의 다이옥신들에 대한 추가 분석 시험이 지시되었다. 가스 샘플들은 특수 가스 병들에서 수집되어 외부 시험을 위해 연구소로 보내졌다. 생성된 오일 체적은 매우 작아서 분석되지 않았다. 오일 샘플들이 수집되어 분석에 사용할 수 있다. 시험 샘플들은 분석을 위해 시운전 후 연구소로 전달되었다. 분석은 하나의 대표적인 샘플을 사용하여 행해졌으며, 상이한 공급원료 내용물의 상태들은 이 시험에서 평가될 수 없었다.
분석 데이터 및 M + E 밸런스. 분석 결과들이 표 2 내지 표 4에 도시된다.
Figure 112018074887434-pct00008
Figure 112018074887434-pct00009
Figure 112018074887434-pct00010
표 2 내지 표 4에 도시된 결과들은 수집된 여러 샘플들로부터의 대표 샘플을 분석한 것이다. 더 큰 금속 입자들을 갖는 추가의 샘플의 분석은, 전체 금속들이 훨씬 적게 산출되어 대표 샘플로 간주될 수 없다. 이 분석은 상승된 Zn 수준을 가졌다. 유리 섬유 입자들의 선택적인 감소는, 금속들의 양을 증가시키고 대표적인 샘플을 산출하지는 않을 것이다.
PWB 공급원료의 화염 및/또는 화재 지연제들은 공급원료에서 2 %로 분석되었던 브롬을 함유하는 것으로 공지되어 있다. 공급원료의 다이옥신들의 분석은 공급원료의 다이옥신들의 상승된 레벨들을 도시하였다. 시험의 목표는 새로운 다이옥신들의 생성을 회피하고 크래킹에 의해 기존 다이옥신들을 감소시키는 것이었다.
생성물 가스의 분석. 분석 결과들이 표 5에 도시된다.
Figure 112018074887434-pct00011
생성된 가스의 샘플들은 단계 1 및 단계 2(13:50 및 15:50)에서 수집되었다. 분석 결과들은 균일한 작동 조건들을 반영한다. 가스 분석은 상대적으로 높은 수소 함량과 낮은 파라핀 함량을 도시한다. CO 및 CO2의 비율은 이 온도 프로파일의 특징이다. 산소 및 질소는 원래 가스 조성물의 성분들이 아니지만, 유리 용기들의 운송 중에 가스 샘플에 침입한다.
특징적인 페놀 성분들을 갖는 공급원료의 분자 구조는, 파라핀들 및 올레핀들과 같은 장쇄 분자들의 상당량을 생성하지 않을 것이다. 가스 증기의 방향족 성분들은, 크래킹 반응기없이 완전히 크래킹되지 않을 것이며, 점도가 낮은 액체 분획물을 생성할 것이다. 생성된 적은양의 오일 성분들이 평균 온도로 펌핑될 수 있고 크래킹 반응기로 전환될 수 있다.
차르-금속 혼합물의 분석. 분석 결과들이 표 6 및 표 7에 도시된다.
Figure 112018074887434-pct00012
표 6에 도시된 바와 같이, 차르-금속 혼합물에 대한 분석 결과들은 차르의 전체 조성물을 반영하지 않는다. 비-철 금속들인 Al, Sn, Zn 및 Cu는 너무 낮다. 수집된 샘플들의 분석은 50 %만큼(a factor of 50%) 상이한데, 이는 내용물의 불균일한 분포 및 입자 크기에 기초한다. 더 큰 금속들의 조각들이 덩어리지거나 또는 용융되었던 차르에서 발견되었다. 이러한 덩어리들은 추가되어야 하고 분석 데이터에 표시되지 않았다.
Figure 112018074887434-pct00013
표 7에 도시된 바와 같이, 차르는 다이옥신 함량에 대해 분석되었다. 대부분의 측정 데이터는, 검출 한계 미만이었다(표의 데이터는 검출 한계들이며 차르의 실제 측정된 데이터는 아님). 이 분석은 다이옥신들이 생성되지 않았으며 화학 물질 환원 조건들 하에서 이 시험 도중에 공급원료에 존재하는 다이옥신들이 크래킹되었다는 것을 입증한다. 공급원료와 차르의 다이옥신 값들의 비교는, 다이옥신 분자들의 완전한 파괴를 확인한다. 특히, 크래킹을 통한 추가 파괴는 후속 반응들에 의한 완전한 크래킹을 확보하기 위한 추가 반응기들에 의한 공급원료 처리를 최적화함으로써 얻어 질 수 있다.
전반적인 결과들. 이송된 공급원료를 사용한 플랜트 작동이 성공하였다. 파일럿 플랜트의 기술적 설계는, PWB 공급원료의 원하는 처리를 입증했다. 다수의 적용들을 위한 가스가 생성되었으며 추가 처리에 적합한 차르-금속 혼합물이 얻어졌다. 추가의 이점은 어떠한 다이옥신들도 생성되지 않으며 기존 다이옥신들이 크래킹되며, PWB들의 브롬화 화염 및/또는 화재 지연제들로 인한 임의의 독성 재료들을 생성하지 않는다는 발명의 실시(reduction to practice)를 확인한다는 것의 확인을 포함한다. 이에 따라, 파일럿 플랜트는 플라스틱들의 조성물이나 프로세스에 임의의 부정적인 영향을 미치는 금속들이 없는 안정적인 성능을 입증하였다.
예 4
본 발명의 방법들에 따라 생성된 차르 소스의 정량적 평가는, 차르 소스에 존재하는 금속들 및 다른 원소들를 평가하기 위해 수행되었다. 차르 소스는 로드 밀(rod mill)에서 분쇄된 후 입자상 물질의 크기에 따라 분리되도록 스크리닝되었다. 언더사이즈는 쉐이킹 테이블을 통과했다. 그 다음, 테이블 테일들이 귀금속들의 분리를 위해 원심 분리기에서 시험되었다. 금속들과 다른 원소들의 분리에 후속하여, 물질 수지(mass balance)의 양들은 % 또는 ppm으로 도시된다. 그 결과들이 표 81 내지 표 83에 도시된다.
Figure 112018074887434-pct00014
Figure 112018074887434-pct00015
Figure 112018074887434-pct00016
표 81 내지 표 83에 수집된 데이터의 경우, 크기가 + 1.3 mm인 큰 물질의 경우, 너무 조대하고(coarse) 이종(heterogeneous)이어서 재료들이 분석될 수 없었다. 양들은 자성 및 시각적 분류(재료의 절반)에 의해 등급을 매김으로써 추정되었고 다음을 발견했다: 81.7 % 구리 색 플레이크들(물질 수지를 위해 순수한 구리로 가정됨); 10.6 % 자성 플레이크들(순수 철이라 가정되지만, 이는 다른 금속들을 또한 함유하는 것이 가능); 6.7 % 비자성 금속들(물질 수지에서 사용되지 않음); 및 1.0 % 탄소 유사(carbon-like) 재료(물질 수지에서 사용되지 않음). 또한, 이 큰 물질에 어떠한 귀금속들도 존재하지 않는 것으로 추측되었다.
데이터는, 본 발명의 방법들이 어떠한 오염물질들 및/또는 다른 유해 재료들을 도입하지 않고, 금속들 및 다른 원소들의 형태를 유지한다는 것을 도시한다. 이는, 유용하게는, 금속들 및 기타 원소들의 가치를 보존한다.
표 9에서 도시된 바와 같이, 중력 시험 물질 수지는 금, 팔라듐, 및 백금 원소들에 대해 도시된다. 이는, 특정 금속들 및/또는 상업적으로 관심있는 다른 원소들이 본 발명에 따른 차르 소스로부터 고농도들로 회수될 수 있음을 추가로 입증한다.
Figure 112018074887434-pct00017
예 5
예 1에서 확인된 바와 같이, 본 발명의 방법들은 PAH들을 생성시키지 않으면서할로겐들을 함유하는 탄화수소 재료들을 안전하게 전환시켰다. 예시적인-전자 폐기물 소스들은 대략 1 파운드의 무게를 갖는 전형적인 데스크탑 컴퓨터 마더보드를 포함한다. 이 전체 질량 중, 약 30 %가 보드 자체에 있을 것이다. 보드는 또한, 강도를 위해 약 50 %의 유리섬유를 함유한다. 이는 수지 바인더를 위해 약 15 %가 남는다. PWB의 브롬 함량은 18 %까지 높을 수 있다. 따라서, 할로겐 함량은 약 2 내지 3 질량 %일 수 있다.
본 발명의 방법들은, 본 발명에 따라 처리된 7 %, 8 %, 9 %, 10 % 또는 그 초과의 할로겐들을 포함하는 전자 폐기물 소스들의 처리가 PAH들, 할로겐화 디벤조디옥신들, 할로겐화 디벤조푸란들, 비페닐들 및/또는 피렌들을 생성하지 않음을 확인하기 위해 추가로 평가된다. 상기 방법들의 확인된 허용 수준은, PAH들, 할로겐화 디벤조디옥신들, 할로겐화 디벤조퓨란들, 비페닐들, 및/또는 피렌들을 생성시키지 않으면서, 본 발명에 따라 처리된 적어도 7 내지 10 %의 할로겐들로부터 나온 것이다. 유용하게는, 본 발명의 방법들은 새로운 분자들을 발생시키지 않고, 전자 폐기물 소스 투입물 자체에 함유된 분자들을 추가적으로 제거한다.
유용하게는, 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법들은, 또한, 스크러버 시스템에서의 그의 포획을 통해 수은을 휘발시키고 이에 의해 효과적으로 제거할 수 있다. 차르 잔류물 및/또는 그 방법들에 따라 발생된 가스에서 수은이 검출되지 않았기 때문에, 방법들은 수동 수단에 의해 임의의 수은 성분들을 수동으로 제거할 필요없이 수은 함유 전자 폐기물을 처리하는 데 안전하고 효과적이라는 것이 입증되었다. 자동 파쇄기 잔여물(auto shredder residue)의 샘플을 활용한 추가 평가에서, 처리 이전에 50 ml의 수은이 주입되었다. 처리 후, 차르 또는 가스에서 수은이 발견되지 않았으며, 스크러버들에 의한 완전한 제거를 확인한다.
예 6
파일럿 설비에서의 추가적인 시험은, 전자 폐기물(e-waste source), 즉 전자 폐기물을 수반하는 플라스틱인 ABS 및 폴리스티렌 공급원료의 처리를 위한 플랜트 조건들들에 대한 다음 수정과 함께 예 2 및 예 3에서 제시된 바와 같이 수행되었다;
* 하부 버너만 사용한 플랜트 작동
* 짧은 간격들로 공급원료 인피드
* 반응기의 상부 부분에서 온도가 600 ℃이고 반응기의 하부 부분에서 온도가 650 ℃ 내지 700 ℃ 인 반응기 조건들.
가스 돔으로부터 가스를 스크러버(1)로 방출하고, 반응기 헤드로부터 스크러버(4)로 직접 연결하지 않음;
* 열 교환기를 통한 증기 생성 및 특수 파이프라인들을 통한 반응기 헤드로의 증기의 직접적인 주입.
* 생성된 응축물을 위한 크래커-모듈은 작동하지 않았는데, 왜냐하면 이러한 오일들의 체적은 효율적인 작동을 하기에는 너무 낮기 때문이다.
* 가스 스크러버의 작동은 재순환없이 실행되었다.
o 정확한 레벨의 수동 조정들에 의한 스크러버(1 및 2)의 레벨 제어.
o 작동 중 스크러버들과 플랜트의 가스 파이프라인 사이의 유수 분리기의 제어.
시운전을 위한 특별 조건들 :
* 선택된 기본 작동 매개변수들은 지속적으로 모니터링되었으며 미미한 조정들만 필요하였다. 공급원료의 인피드 체적은 시험의 두 번째 단계 동안 증가되었다.
* 공급원료 투입물은 선택된 간격들로 지속되었다. 공급원료의 높은 반응성 및 신속한 가스화로 인해, 가스 체적 및 압력의 맥동(pulsating) 증가가 모니터링되었다. 이 효과는 시운전에 부정적인 영향을 미치지 않았다. 공급원료의 증가는, 더 많은 가스 생성을 유발했으며 그리고 수 mbar의 범위에서의 약간의 압력 증가는 시운전에 영향을 미치지 않았다.
* 반응기 내의 수분 함량은, 증기 주입에 의해 약간 증가되었으며, 이는 화학적 평형 반응들로 인한 가스 생성을 증가시켰다.
* 가스 체적은 지속적으로 측정되었다. 증가된 공급원료 공급의 단계들동안 생성된 가스 체적은 30 ㎥/h 및 그 초과이며, 평균값은 ca. 15 ㎥/h이었다.
* 스크러버는 정상적인 정지 상태들에서 작동하였다. 차압은 이전 시운전들에서 차압과 같은 범위에 있었다.
* 스크러버들(1 및 2)에서 생성된 오일들의 재순환 및 주입 없음. 소량의 오일 성분들이 스크러버들(1 및 2)에서 제거되고 수집되었다.
* 작동 중 매체의 레벨 제어는, 지속적으로 그의 해당 범위 수준으로 조정되었다. 생성된 모든 매체(즉, NaOH와 같은 관련 첨가제들을 또한 포함하는 스크러버들에 함유된 액체들)가 시험 후에 제거되고 물질 수지를 위해 측정되었다. 매체에 대해 본원에서 지칭된 바와 같이, 매체는 가스 세정을 위한 첨가제들을 갖는 오일 및 물로서 규정된다.
* 시운전 중에 특별한 기술적인 조정들이 필요하지 않으며, 이 공급원료의 조정들은 시운전 이전에 고객의 지시에 따라 구현되었다. 어떠한 기술적인 오류도 발생하지 않았다. 플랜트는 완벽하게 안정적으로 작동되었으며 이 공급원료를 처리하는데 그의 성능이 입증되었다.
Figure 112018074887434-pct00018
온도 및 압력 측정치들이 도 18 및 도 19(섭씨 온도로 측정)에 도시되는데, 여기서, 온도 1은 반응기의 중간 부분이고; 온도 2는 반응기 헤드에서이고; 온도 3은 가스 돔(도 18)에서이며, 유량과 비교된 압력(mbar)이 도시된다(도 19).
측정된 값들 및 데이터의 평가. 플랜트는 600 ℃ 내지 700 ℃의 반응기에서 온도 범위로 작동되었다. 반응기 내의 압력은 평균 > 5 mbar였다. 재료의 높은 반응성 및 급속한 가스화 그리고 압력 상승들이 10 mbar 미만으로 유지되었음에도 불구하고, 상당한 압력 상승들은 기록되지 않았다. 공급원료의 처리량 변화가 측정된 데이터에 기록된다. 생성된 가스 체적들은, 재료의 높은 반응성으로 인해 상당한 상승들을 보였으며, 이 효과가 보다 일정한 인피드 체적에 의해 균등화될 수 있었다. 반응기 헤드 온도들은 약 600 ℃였다. 이 온도들은 차르의 열 전달 용량들에 의해 조절될 것이기 때문에 또한 더 높은 처리량으로 달성될 수 있다.
온도 제어 및 세정된 성분들의 체적은 가스 스크러빙 유닛들로부터의 데이터 평가와 관련이 있다. 스크러버(1)의 온도는 ca. 79 ℃에서, 스크러버(2)에서 60 ℃, 스크러버(3)에서 30 ℃로 조절되었다. 스크러버들의 온도들 및 충전 레벨을 제어하기 위해 매체(물 또는 오일 및 화학물질들)가 첨가되었다. 스크러버(1)의 응축물들은 장쇄 탄화수소들(long-chained hydrocarbons)(이들은 반응기로 재주입될 것임)이었다. 물과 방향족 화합물들은 스크러버(2)에서 세정되었다. 오일 성분들이 없는 프로세스 물은 No.3에서 세정되었다. 오일 성분들은 프로세스에 재주입될 수있는 방향족 화합물들이다.
흡수 프로세스. 수은 및 HBr을 검출하기 위해 추가 스크러버가 사용되었다. 이 스크러버는 먼저 수은을 검출하기 위해 왕수(aqua regia)로, 그리고 제2 단계에서, 고도로 농축된 수산화나트륨(NaOH)으로 작동되었다. 브롬화된 염들도 수은도 검출되지 않았다.
시운전에 대한 설명들. 시험 재료의 반응성은 알려지지 않았다. 가스 생산은 공급원료의 높은 반응성으로 인해 맥동을 일으키고, 이는 파일럿 플랜트에서 시험하는 동안 어떠한 문제들도 유발하지 않았다. 시험 샘플들은 분석을 위해 시운전 후에 연구소로 전달되었다. 분석은 투입물과 차르에 대해 하나의 대표 샘플을 사용하여 수행되었으며 3 개의 가스 샘플들이 분석되었다.
샘플링, 분석, 평가들. 공급원료 및 차르 샘플들이 수집되고 분석되었다. 공급원료와 차르의 다이옥신들에 대한 추가 분석 시험이 지시되었다. 시험 샘플들은 분석을 위해 시운전 후에 연구소로 전달되었다. 분석은 하나의 대표적인 샘플을 사용하여 행해졌으며, 상이한 공급원료 함량의 조건들은 이 시험에서 평가될 수 없었다.
분석 데이터 및 M + E 밸런스. 분석 결과들이 표 11 내지 표 13에 도시된다.
Figure 112018074887434-pct00019
Figure 112018074887434-pct00020
브롬 < 100*mg/kg: 이 연구소는 브롬을 두 자리 범위(two digit range)로 설명했지만, 정확한 수치를 정할 수 없었고 <100* mg/kg의 보수적인 값을 선택했다.
Figure 112018074887434-pct00021
위의 결과들은 수집된 여러 샘플들의 대표 샘플을 분석했다. 평가된 전자 플라스틱들은 <100 mg/kg으로 분석되었던 브롬을 함유한 공급원료에 화염 지연제를 함유한다. 공급원료의 다이옥신들의 분석은 표 5에 도시되며 어떠한 다이옥신들도 공급원료에 존재하지 않는다.
PWB 공급원료의 화염 및/또는 화재 지연제들은 공급원료에서 2 %로 분석되었던 브롬을 함유하는 것으로 공지되어 있다. 공급원료의 다이옥신들의 분석은 공급원료의 다이옥신들의 상승된 레벨들을 도시하였다. 시험의 목표는 새로운 다이옥신들의 생성을 회피하고 크래킹에 의해 기존 다이옥신들을 감소시키는 것이었다.
생성물 가스의 분석. 분석 결과들이 표 14에 도시된다.
Figure 112018074887434-pct00022
생성된 가스의 샘플들은 단계 1 및 단계 2(12.10, 15.10, 17.10)에서 수집되었다. 분석 결과들은 균일한 작동 조건들을 반영한다. 가스 분석은 상대적으로 높은 메탄 함량과 낮은 파라핀 함량을 도시한다. CO 및 CO2의 비율은 이 온도 프로파일의 특징이다. 산소 및 질소는 원래 가스 조성물의 성분들이 아니지만, 유리 용기들의 운송 중에 가스 샘플에 침입한다.
공급원료의 분자 구조는 높은 폴리스티렌 함량을 특징으로 한다. 대량의 벤젠 및 메탄이 이 공급원료 조성물의 결과이다. 가스 증기의 방향족 성분들은, 크래킹 반응기없이 완전히 크래킹되지 않을 것이며, 점도가 낮은 액체 분획물을 생성할 것이다. 생성된 적은양의 오일 성분들이 평균 온도로 펌핑될 수 있고 크래킹 반응기로 전환될 수 있다.
차르-금속 혼합물의 분석. 분석 결과들이 표 15 및 표 16에 도시된다.
Figure 112018074887434-pct00023
Figure 112018074887434-pct00024
표 15에 도시된 바와 같이, 차르는 금속 입자들에 대해 분석되었다. 나머지 차르에서 금속들의 분석된 구성 외에도, 청정 차르의 대략 25 kg 샘플이 분리 및 분석에 의해 추가 평가를 위해 보내졌다. 차르는 크기에 따라 분리되었다. 도 10 내지 도 15는, 청정 차르로부터 본 발명의 선택적인 실시예들에 따른 분리 단계들에서 분리된 재료들의 사진들을 도시하는데, 오버사이즈된 구리 재료들(1.3+ mm)(도 10), 더 작은 크기의 구리 및 귀금속 재료들(도 11), 추가의 더 미세한 크기의 구리 및 귀금속 재료들(도 12), 300 μm 미만의 크기의 구리 및 귀금속 재료들(도 13), 추가의 더 미세한 크기의 구리 및 귀금속 재료들(도 14), 그리고 주로 미세한 탄소 재료(도 15). 차르는, 먼저, 트램멜(trammel), 그 다음에, 재료들을 1.3 mm 오버사이즈 및 +600 μm로 분리하기 위해 2 개의 쉐이킹 테이블들을 통과함으로써 분리되었다. 2 개의 후속 진동 테이블들은 대략 600 μm 이하의 크기들을 수집했습니다. 마지막으로, 회전 분리를 사용하여 차르의 가장 작은 부분들과 사용할 수 없는 미립자를 수집하기 위해 회전 분리가 사용되었다.
표 16에 도시된 바와 같이, 차르는 나머지 다이옥신들에 대해 더 분석되었다. 도시된 결과들은, 차르의 다이옥신 함량이 검출되지 않는 것으로 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 처리 방법들의 결과로서 다이옥신들의 생성없이 화염 지연제들의 파괴를 확인한다.
전반적인 결과들. 이송된 공급원료를 사용한 플랜트 작동이 성공하였다. 파일럿 플랜트의 기술적 설계는, 전자 플라스틱 공급원료의 원하는 처리를 입증했다. 다수의 적용들을 위한 가스가 생성되었으며 추가 처리에 적합한 차르-금속 혼합물이 얻어졌다. 추가의 이점은 어떠한 다이옥신들도 생성되지 않으며 기존 다이옥신들이 크래킹되며, 전자 플라스틱들의 브롬화 화염 및/또는 화재 지연제들로 인한 임의의 독성 재료들을 생성하지 않는다는 발명의 실시(reduction to practice)를 확인한다는 것의 확인을 포함한다. 이에 따라, 파일럿 플랜트는 플라스틱들의 조성물이나 프로세스에 임의의 부정적인 영향을 미치는 금속들이 없는 안정적인 성능을 입증하였다.
평가의 결과들은 본 발명의 방법들이 주로 ABS 및 폴리스티렌으로 구성된 이 특정 공급원료에 대한 요건들을 충족시킨다는 것을 확인했다. 플랜트의 작동은, 그의 조성물, 용융 사양들 및 예상되는 빠른 가스화 성능과 관련하여 이 재료 유형에 대해 검증되었다. 제품 사양들 및 가스 조성물은 다음과 같았다: (1) 가스는 추가의 사용을 위해서 높은 메탄, 수소, 및 일산화탄소 및 낮은 CO2 함량을 갖는 적절한 조성을 갖는다; (2) 브롬화수소는 수산화나트륨으로 가스 스크러버들에서 중화되어 있다; (3) 가스 세정 효율은 스크러버들 다음에 흡수체(absorber)에서 확인되었다; (4) 다이옥신들의 생성없이 화염 지연제들의 파괴가 입증되었다; 차르의 다이옥신 함량이 검출 가능하지 않았다; (5) 금속 입자들 및 나머지 차르는 프로세스 이후에 (기계적으로) 수집되었다.

Claims (34)

  1. 전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스(Clean Fuel Gas) 및 차르 소스(Char source)로 전환하기 위한 방법으로서,
    유해 할로겐화 물질들을 포함하는 전자 폐기물 소스를 열분해 시스템(thermolysis system)에 투입하는 단계 ― 상기 열분해 시스템은 적어도 2개의 반응기들, 오일/물 분리기, 오일/타르 크래커, 및 적어도 2개의 가스 스크러버들을 포함함 ―;
    상기 폐기물 소스에서 탄화수소들의 해중합(depolymerization) 및 크래킹(cracking) 반응을 거치는 단계;
    상기 폐기물 소스에 존재하는 할로겐화 물질들을 파괴 및/또는 제거하는 단계; 및
    청정 연료 가스 소스 및 차르 소스를 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 반응기들은 300 ℃ 내지 800 ℃의 프로세스 온도를 가지고 타르들 및 오일들을 생성하고;
    상기 적어도 2개의 가스 스크러버들에서 청정 연료 가스 소스로부터 오일들 및 타르들의 전부가 분리되고, 그 이후 상기 오일/타르 크래커에서 크래킹되고, 더 많은 량의 청정 연료 가스 소스를 생성하기 위해 제 2 반응기로 되돌려 보내지며;
    상기 청정 연료 가스 소스는 시스템 또는 애플리케이션에 전력을 공급하는 데 사용되며;
    상기 차르 소스는 회수 가능한 금속들을 함유하고; 그리고
    상기 청정 연료 가스 소스 및 상기 차르 소스에는 할로겐화 유기 화합물들이 없고 오일들 및/또는 타르들을 함유하지 않는,
    전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전자 폐기물 소스는, 인쇄 배선 기판들(printed wiring boards), 열가소성 플라스틱 재료들(thermoplastic materials), 평판 디스플레이들(flat panel displays), 프린터 카트리지들(printer cartridges) 및/또는 카세트들, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
    전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 반응기들은, 상기 폐기물 소스가 적어도 부분적인 가스화를 겪기 위해 400 ℃ 내지 800 ℃의 프로세스 온도를 갖는,
    전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 열 분해 시스템은 산소가 없는 간접 열을 제공받는,
    전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 열 분해 시스템은 10 내지 100 밀리바(millibar)의 압력 범위를 갖는,
    전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 폐기물 소스는 1 인치 미만의 평균 직경을 갖는 균일한 크기이고, 그리고 상기 방법은 직경이 1 인치보다 더 큰 폐기물 소스를 파쇄(shredding) 또는 분쇄(grinding)하는 초기 단계를 더 포함하는,
    전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    파괴된 및/또는 제거된 독성 화합물들은, 방향족 화합물들 및 다환 방향족 탄화수소들(polycyclic aromatic hydrocarbons), 할로겐화 디벤조디옥신들, 할로겐화 디벤조퓨란들, 비페닐들, 피렌들, 카드뮴, 납, 안티몬, 비소, 베릴륨, 클로로플루오르카본들, 수은, 니켈 및 폐기물 소스 중에 존재하는 다른 유기 화합물들을 포함하고, 그리고 생성된 청정 연료 가스 및 차르 소스는 10 ppb 미만의 할로겐화 유기 화합물들을 함유하는,
    전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 폐기물 소스는 10 중량% 이하의 할로겐들 또는 할로겐화 화합물들을 포함하고, 그리고 상기 방법은 다환 방향족 탄화수소들, 할로겐화 디벤조디옥신들, 할로겐화 디벤조퓨란들, 비페닐들 및/또는 피렌들을 생성하지 않는,
    전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 차르 소스는 전자 금속들, 희토류 금속들, 귀금속들, 유리 보강재, 또는 이들의 조합을 함유하는 파인(fine), 플레이크(flake), 및/또는 칩(chip)인 금속 상태의 형태이고, 그리고 상기 방법은 상기 차르 소스로부터, 전자 금속들, 희토류 금속들, 귀금속들, 유리 보강재, 또는 이들의 조합을 제거하는 추가 단계를 더 포함하는,
    전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 폐기물 소스 내의 탄화수소들의 열분해 전환에 후속하여 청정 연료 가스 소스에서 가스/증기 혼합물로부터 오일 가용성 물질들을 분리하는 것 그리고 그 이후 오일/타르 크래커에서 타르들 및 오일들의 분획물(light fraction)을 크래킹하는 것을 더 포함하는,
    전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    청정 연료 가스 소스의 적어도 일부는 열을 생성하는데 이용되는,
    전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    청정 연료 가스 소스는 폐기물 소스의 1 파운드당 3,000 내지 19,000 BTU를 생성하는,
    전자 폐기물 소스를 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  13. 전자 폐기물 소스들을 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법으로서,
    1 인치 미만의 평균 직경을 갖는 균일한 전자 폐기물 소스를 제공하기 위해 유해 할로겐화 물질들을 포함하는 전자 폐기물 소스를 파쇄 또는 분쇄하는 단계;
    적어도 2개의 반응기들, 오일/물 분리기, 오일/타르 크래커, 및 적어도 2개의 가스 스크러버들을 포함하는 열분해 시스템(thermolysis system)에 균일한 전자 폐기물 소스를 투입하는 단계 ― 상기 반응기들은 300 ℃ 내지 800 ℃의 프로세스 온도 및 10 내지 100 밀리바(millibar)의 압력 범위를 가지고, 그리고 오일들 및 타르들을 생성하고, 상기 적어도 2개의 가스 스크러버들에서 오일들 및 타르들의 전부가 분리되고, 그 이후 상기 오일/타르 크래커에서 크래킹되고, 더 많은 량의 청정 연료 가스 소스를 생성하기 위해 제 2 반응기로 되돌려 보내지며, 상기 열 분해 시스템은 산소가 없는 간접 열을 제공받음 ―;
    상기 전자 폐기물 소스에서 탄화수소들의 해중합(depolymerisation) 및 크래킹(cracking)을 거치는 단계;
    상기 전자 폐기물 소스에 존재하는 할로겐화 물질들을 파괴 및/또는 제거하는 단계;
    차르를 생성하는 단계 ― 차르 소스는 할로겐화 유기 화합물들이 없는 미세 금속 상태(fine metallic state)이고 그리고 상기 차르 소스는 전자 금속들, 희토류 금속들, 귀금속들, 유리 보강재, 또는 이들의 조합을 포함함 ―;
    상기 차르 소스로부터 금속들, 유리 보강재, 이들의 조합을 분리하는 단계; 및
    상기 전자 폐기물 소스 내의 탄화수소들의 피롤리틱 전환(pyrolytic conversion)으로부터 청정 연료 가스 소스를 생성하는 단계 ― 상기 청정 연료 가스 소스는 할로겐화 유기 화합물들이 없음 ―;를 포함하고,
    상기 청정 연료 가스 소스 및 상기 차르 소스는 타르들 및/또는 오일들을 포함하지 않는,
    전자 폐기물 소스들을 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 전자 폐기물 소스는, 인쇄 배선 기판들(printed wiring boards), 열가소성 플라스틱 재료들(thermoplastic materials), 평판 디스플레이들(flat panel displays), 프린터 카트리지들(printer cartridges) 및/또는 카세트들, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 그리고 상기 방법은 다환 방향족 탄화수소들, 할로겐화 디벤조디옥신들, 할로겐화 디벤조퓨란들, 비페닐들 및/또는 피렌들을 생성하지 않는,
    전자 폐기물 소스들을 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    독성 화합물들은, 방향족 화합물들 및 다환 방향족 탄화수소들, 할로겐화 디벤조디옥신들, 할로겐화 디벤조푸란들, 비페닐들, 피렌들, 카드뮴, 납, 안티몬, 비소, 베릴륨, 클로로플루오로카본들, 수은, 니켈, 또는 상기 전자 폐기물 소스에 존재하는 이들의 조합을 포함하며, 그리고 상기 방법은 상기 전자 폐기물 소스들을 차르 소스 및 청정 연료 가스 소스로 전환하는 프로세스에서 임의의 독성 할로겐화 유기 화합물들을 생성하지 않는,
    전자 폐기물 소스들을 청정 연료 가스 및 차르 소스로 전환하기 위한 방법.
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