KR102280442B1 - 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템 및 이를 이용한 재생방법 - Google Patents

폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템 및 이를 이용한 재생방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템 및 이를 이용한 재생방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐아크릴로부터 재활용 가능한 아크릴 재생원료의 재생율을 상승시키고 폐기물의 발생을 최소할 수 있는 재생시스템 및 이를 이용한 재생방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템은 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템에 있어서, 폐아크릴이 투입되는 1차재생용기, 상기 1차재생용기를 가열하여 폐아크릴을 용융, 기화시키는 1차가열수단을 구비하고 응축과정을 통해 1차추출액이 생성되는 기본재생부; 상기 기본재생부로부터 공급되는 상기 1차추출액이 투입되는 2차재생용기, 상기 2차재생용기를 가열하여 상기 1차추출액을 기화시키는 2차가열수단을 구비하고 응축과정을 통해 재생원료로 획득하는 원료재생부; 및 상기 2차재생용기의 하부에 침전되는 하층부 용액이 배출, 수용되는 침전층재생용기, 상기 침전층재생용기를 가열하여 상기 하층부 용액을 기화시키는 3차가열수단을 구비하고 응축과정을 통해 생성된 2차추출액을 상기 2차재생용기로 리사이클링 시키는 침전층재생부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템 및 이를 이용한 재생방법{WASTE ACRYLIC RECYCLING SYSTEM AND WASTE ACRYLIC RECYCLING METHOD}
본 발명은 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템 및 이를 이용한 재생방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐아크릴로부터 재활용 가능한 아크릴 재생원료의 재생율을 상승시키고 폐기물의 발생을 최소할 수 있을 뿐만 아니라 폐아크릴의 재생과정에서 별도의 물질을 추가 투입하지 않더라도 효과적으로 재생원료를 추출할 수 있어서 아크릴 재생원료의 품질향상과 재생비용을 절감할 수 있는 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템 및 이를 이용한 재생방법에 관한 것이다.
일반적으로,아크릴은 광투과율이 유리보다도 우수한 투명한 플라스틱으로서, 폴리메타크릴레이트(PMMA:Polymethylmethacrylate) 또는 메틸메타크릴레이트(MMA:Methylmethacrylate)로도 호칭되고 있다.
그리고, 아크릴은 제작의 편리성과 색상 및 형태 변형의 다양성으로 각종분야에서 많이 사용되고 있고 이로 인해 아크릴 제품의 제작과정에서 스크랩이 발생되고 있으며 사용후 폐기되는 아크릴의 폐기량이 증가하고 있다.
상기한 바와 같은 폐아크릴은 소각에 의해 처리할 경우 다이옥신 등의 대기환경 오염물질이 발생되고 아크릴이 고가의 소재라는 점에서 널리 재활용 되고 있다.
폐아크릴의 재활용 방법은 폐아크릴을 분쇄하고 용융, 정제하여 액상의 아크릴 원료로 재생하는 것으로서, 예컨대 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1985147호에는 '폐아크릴 재생공정에서 나오는 폐유로부터 아크릴 원료를 획득하는 추출방법'이 개시되어 있으며, 도1에 도시된 바와 같은 장치에 의해 수행하도록 되어 있다.
상기한 아크릴 원료를 획득하는 추출방법은 폐아크릴로 아크릴원료를 재생하는 폐아크릴 재생공정에서 나오는 폐유로부터 아크릴원료를 추출하는 추출방법에 있어서, a) 상기 폐유를 500~800℃로 가열하고, 가열에 의해 생성된 가스를 냉각하여 응축되는 응축액을 수집하여 1차추출액을 획득하는 단계; b) 상기 1차추출액을 450~750℃로 가열하고, 가열에 의해 생성된 가스를 냉각하여 응축되는 응축액을 수집하되, 전체응축액이 수집되는 시간 중 초기소정시간과 마지막 소정시간을 제외한 중간시간대에 수집되는 응축액을 수집하여 2차추출액을 획득하는 단계; c) 상기 2차추출액과 하이드로 퀴논 모노 메틸 에테르를 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계; d) 상기 혼합액을 400~750℃로 가열하고, 가열에의해 생성된 가스를 냉각하여 응축되는 응축액을 수집하되, 전체응축액이 수집되는 시간 중 초기소정시간과 마지막 소정시간을 제외한 중간시간대에 수집되는 응축액을 수집하여 아크릴 재생원료를 획득하는 단계;를 포함한다.
전술한 종래 아크릴 원료를 획득하는 추출방법은 투입되는 폐아크릴 대비 85중량%만이 액상의 아크릴원료로 재생되고 나머지 15중량%는 폐기물로 잔류하게 됨에 따라 이를 소각 등으로 처리하여야 하므로 환경오염을 유발하는 문제점이 여전히 상존하는 한계점이 있다.
그리고 종래 아크릴 원료를 획득하는 추출방법은 2차추출액을 획득하는 단계의 시행 후에 하이드로 퀴논 모노 메틸 에테르를 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계를 추가적으로 시행하여야 하는 단점이 있다. 특히, 이러한 혼압액을 제조하는 단계는 별도의 화합물을 투입하는 것이므로 자연히 재생되는 아크릴 원료의 투명도 저하(탁도 증가)를 초라하여 상품성이 불량해지는 한계점이 있고, 화합물과 같은 별도의 원자재가 추가되므로 재생원가가 상승되는 단점이 있다.
한국등록특허 제10-1985147호 '폐아크릴 재생공정에서 나오는 폐유로부터 아크릴 원료를 획득하는 추출방법' 한국등록특허 제10-1048268호 '폐아크릴계 수지의 재활용 방법'
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 폐아크릴로부터 재활용 가능한 아크릴 재생원료의 재생효율을 상승시키고 폐기물의 발생을 최소할 수 있도록 한 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템 및 이를 이용한 재생방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 폐아크릴의 재생과정에서 별도의 물질을 추가 투입하지 않더라도 효과적으로 재생원료를 추출할 수 있어서 아크릴 재생원료의 품질향상과 재생비용을 절감할 수 있도록 한 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템 및 이를 이용한 재생방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템은 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템에 있어서, 폐아크릴이 투입되는 1차재생용기, 상기 1차재생용기를 가열하여 폐아크릴을 용융, 기화시키는 1차가열수단을 구비하고 응축과정을 통해 1차추출액이 생성되는 기본재생부; 상기 기본재생부로부터 공급되는 상기 1차추출액이 투입되는 2차재생용기, 상기 2차재생용기를 가열하여 상기 1차추출액을 기화시키는 2차가열수단을 구비하고 응축과정을 통해 재생원료로 획득하는 원료재생부; 및 상기 2차재생용기의 하부에 침전되는 하층부 용액이 배출, 수용되는 침전층재생용기, 상기 침전층재생용기를 가열하여 상기 하층부 용액을 기화시키는 3차가열수단을 구비하고 응축과정을 통해 생성된 2차추출액을 상기 2차재생용기로 리사이클링 시키는 침전층재생부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기본재생부는 상기 1차재생용기에 연결되는 1차배출라인을 통과하는 가스를 응축시켜 상기 1차추출액을 생성하는 1차열교환부, 상기 1차추출액이 수용되는 1차추출액저장용기, 및 상기 1차추출액저장용기에 수용된 상기 1차추출액을 1차이송라인을 매개로 상기 2차재생용기로 압송하는 제1 압송펌프를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 원료재생부는 상기 2차재생용기에 연결되는 2차배출라인을 통과하는 가스를 응축시켜 상기 재생원료를 생성하는 2차열교환부, 상기 재생원료가 수용되는 재생원료저장용기를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 침전층재생부는, 상기 침전층재생용기에 연결되는 3차배출라인을 통과하는 가스를 응축시켜 2차추출액을 형성하는 3차열교환부, 상기 2차추출액이 수용되는 2차추출액저장용기, 상기 2차추출액저장용기의 상기 2차추출액을 상기 2차재생용기로 2차이송라인을 매개로 압송하는 제2 압송펌프를 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 침전층재생부는 상기 하층부 용액이 배출되도록 상기 2차재생용기와 드레인라인에 의해 연결되어 버퍼 기능을 수행하는 완충용기를 더 포함하되, 상기 완충용기는 상기 드레인라인으로부터 분리 가능하게 구성되어 상기 3차가열수단에 상기 침전층재생용기의 용도로 배치될 수 있다.
한편, 상기 침전층재생부는, 상기 하층부 용액이 배출되도록 상기 2차재생용기와 드레인라인에 의해 연결되어 버퍼 기능을 수행하는 완충용기; 상기 2차추출액저장용기의 상기 2차추출액을 상기 완충용기로 공급하도록 설치되는 3차이송라인; 상기 2차이송라인 및 상기 3차이송라인으로 유동되는 상기 2차추출액의 흐름을 제어하는 2차추출액제어밸브부; 상기 완충용기와 상기 침전층재생용기 사이에 연결되는 침전층이송라인; 및 상기 침전층이송라인에 설치되어 상기 완충용기에 수용된 상기 2차추출액을 포함하는 상기 하층부 용액을 상기 침전층재생용기로 압송하는 제3 압송펌프;를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 침전층재생부는 상기 완충용기로 상기 하층부 용액의 유입을 제어하는 침전층제어밸브부; 및 상기 2차추출액과 상기 하층부 용액을 혼합하도록 상기 완충용기에 설치되는 교반기;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 이용한 재생방법은 전술한 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 이용한 재생방법에 있어서, 상기 1차재생용기에 투입된 폐아크릴을 상기 1차가열수단에 의해 500 내지 800℃로 12 내지 14시간 가열하고 기화하는 가스를 응축하여 1차추출액을 획득하는 1차추출액 획득단계; 및 상기 1차추출액이 투입된 상기 2차재생용기를 상기 2차가열수단에 의해 400 내지 700℃로 13 내지 15시간 가열하고 기화하는 가스를 응축하여 재생원료로 획득하는 재생원료 획득단계; 및 상기 2차재생용기의 하층부 용액이 배출, 수용된 상기 침전층재생용기를 상기 3차가열수단에 의해 550 내지 850℃로 4 내지 20시간 가열하고 기화하는 가스를 응축하여 2차추출액을 획득하는 2차추출액 획득단계를 포함하고, 상기 재생원료 획득단계는 상기 1차추출액 획득단계에서 얻어진 상기 2차추출액을 상기 1차추출액에 혼합하여 시행하는 것을 특징으로 한다.
상기 2차추출액 획득단계는 상기 재생원료 획득단계에서 생성된 상기 하층부 용액에 상기 2차추출액을 혼합하는 혼합과정을 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 혼합과정은 상기 2차추출액을 상기 하층부 용액 중량에 대해 5 내지 20중량%로 투입하여 시행할 수 있다.
바람직하게, 상기 재생원료 획득단계는 상기 2차재생용기에 투입된 상기 1차추출액 100중량%에 대해 4 내지 16중량%가 상기 하층부 용액으로 잔류할 때 까지 시행할 수 있다.
그리고, 상기 재생원료 획득단계의 가열온도는 상기 1차추출액 획득단계의 가열온도보다 50 내지 100℃ 범위의 낮은 온도가 되도록 하여 시행할 수 있다.
상기 재생원료 획득단계의 가열시간은 상기 1차추출액 획득단계의 가열시간보다 1 내지 3시간 범위로 더 길게 하여 시행할 수 있다.
본 발명에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템 및 이를 이용한 재생방법에 의하면, 아크릴 재생원료의 추출과정에서 침전되는 폐기물을 폐기하지 않고 침전층재생부에 의해 한번 더 재생원료로 추출함에 따라 재생효율을 상승시킬 수 있고 폐기물의 발생을 최소할 수 있어서 환경오염을 저감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템 및 이를 이용한 재생방법에 의하면, 폐아크릴의 재생과정에서 별도의 물질을 추가 투입하지 않을 뿐만 아니라 재생공정별로 가열온도와 가열시간을 적절하게 제어함에 따라 재생원료가 유색으로 변화하지 않아서 상품성을 향상시킬 수 있고, 재생비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도1은 폐아크릴 재생공정에서 나오는 폐유로부터 아크릴 원료를 획득하는 추출방법을 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 설명하기 위한 도면으로서, 이해를 돕기 위해 주요 구성요소를 간략화하여 나타낸 모식도이다.
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도2 내지 도3에 의거하여 상세히 설명하되, 도2 내지 도3에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여하여 설명하도록 한다.
한편, 각각의 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 상세한 설명은 간략히 하거나 생략한다. 또한, 본 발명이 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템 및 이를 이용한 재생방법에 특징을 갖는 것이므로 이와 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하고 나머지 부분에 대한 설명은 간략화하거나 생략하도록 한다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 설명하기 위한 도면으로서, 이해를 돕기 위해 주요 구성요소를 간략화하여 나타낸 모식도이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템은 아크릴 스크랩, 폐기 아크릴 등의 폐아크릴을 가열, 용융시킨 다음 기화하는 가스를 응축함으로써 액상의 재생원료를 획득하는 재생시스템으로서, 기본재생부(1), 원료재생부(2) 및 침전층재생부(3)가 구비되어 있다.
기본재생부(1)는 고체상의 폐아크릴을 용융시키고 기화하는 가스를 응축하여 1차추출액을 생성하는 구성요소로서, 폐아크릴이 투입되는 1차재생용기(11), 1차재생용기를 가열하여 폐아크릴을 용융, 기화시키는 1차가열수단(12)이 구비되어 있다
1차재생용기(11)는 대략 원통 형상을 갖는 밀폐형 탱크 형태로 형성된 것으로서, 상부에 폐아크릴의 투입을 위한 개폐 가능한 도어(미도시)가 마련되어 있고, 내부의 압력을 감지하는 압력감지수단(19a), 내부의 온도를 감지하는 온도감지수단(19b) 등이 설치되어 있다.
그리고, 1차재생용기(11)는 내약품성, 내열성, 내산성, 내부식성 등을 만족할 수 있도록 스테인레스강 중에서 몰리브덴을 함유하고 있으면서 탄소함유량이 매우 낮은 한국규격 STS 316L과 같은 소재로 제작되는 것이 바람직하다.
1차가열수단(12)은 화석연료 등을 에너지원으로 하여 1차재생용기를 가열하도록 구성할 수도 있지만, 본 실시예에서는 작업환경의 개선과 대기환경오염을 저감할 수 있도록 전기에너지에 의해 가열되는 전기식 히터가 히터베이스에 내장된 구조로 구성되어 있다.
또한, 기본재생부(1)는 1차재생용기(11) 내부에서 기화하는 가스를 응축시켜 1차추출액을 생성하는 1차열교환부(13)와, 생성된 1차추출액이 수용되는 1차추출액저장용기(14), 및 1차추출액을 후술되는 2차재생용기(21)로 압송하는 제1 압송펌프(15)가 구성되어 있다.
1차열교환부(13)는 열교환작용을 통해 가스를 응축시킬 수 있는 열교환장치라면 특별한 제한 없이 구성될 수 있지만, 본 실시예에서 가스가 통과하는 1차배출라인(17)이 내장되고 냉각수가 채워지는 냉각챔버(131), 이 냉각챔버(131)에 냉각수의 공급을 위해 접속되는 냉각수공급라인(132)과 냉각수의 배출을 위한 냉각수회수라인(133)이 접속된 구조로 이루어진 수냉식 열교환기로 구성되어 있다.
제1 압송펌프(15)는 1차추출액저장용기(14)와 후술되는 2차재생용기(21) 사이에 설치되는 배관인 1차이송라인(18)에 설치되는 펌프로서, 내약품성, 내열성, 내산성, 내부식성을 갖는 소재로 제작된 것을 적용한다.
한편, 원료재생부(2)는 기본재생부(1)를 거치면서 액상으로 생성된 1차추출액이 기화하도록 가열하고 다시 기화하는 가스를 응축하여 재생원료를 생성하는 구성요소로서, 기본재생부(1)로부터 공급되는 1차추출액이 투입되는 2차재생용기(21), 2차재생용기를 가열하여 1차추출액을 기화시키는 2차가열수단(22)이 구비되어 있다.
그리고, 원료재생부(2)는 2차재생용기(21)에 연결되는 2차배출라인(27)을 통과하는 가스를 응축시켜 재생원료를 생성하는 2차열교환부(23)와, 2차열교환부(23)의 열교환작용을 통해 생성된 재생원료가 수용되는 재생원료저장용기(24)가 구성되어 있다.
아울러, 2차재생용기(21)에는 압력감지수단(29a), 온도감지수단(29b)와 함께 투입되는 1차추출액 및 잔류하는 하층수 용액의 양을 확인할 수 있는 액량감지수단(29c)이 더 구성되는 것이 바람직하다. 여기서, 액량감지수단은 유량을 감지할 수 있는 유량계, 액의 레벨을 감지하는 레벨센서, 액의 중량을 감지할 수 있는 로드셀 중에서 선택하여 구성할 수 있다.
한편, 침전층재생부(3)는 1차추출액 중에서 전술한 원료재생부(2)에서 기화하여 재생원료로 생성된 후 2차재생용기(21)의 하부에 비중 등으로 인해 침전하여 잔류하는 하층부 용액을 처리하기 위한 구성요소로서, 침전층재생용기(31), 3차가열수단(32), 3차열교환부(33), 2차추출액저장용기(34), 제2 압송펌프(35)로 구성되어 있다.
침전층재생용기(31)는 2차재생용기(21)의 하부에 침전되는 하층부 용액이 배출, 수용되는 용기이고, 3차가열수단(32)은 침전층재생용기(31)를 가열하여 수용된 하층부 용액을 기화시키는 구성요소이며, 3차열교환부(33)는 침전층재생용기(31)에 연결된 3차배출라인(37)을 통해 유동되는 가스를 응축시켜 2차추출액이 생성되도록 하는 구성요소이다.
그리고, 2차추출액저장용기(34)는 3차열교환부(33)의 열교환과정에서 생성된 2차추출액이 수용되어 저장되는 용기이고, 제2 압송펌프(35)는 2차추출액저장용기(34)에 수용된 2차추출액을 2차재생용기(21)로 2차이송라인(38)을 매개로 압송하는 펌프이다.
한편, 상기 침전층재생부(3)는 상기한 하층부 용액이 배출, 수용되도록 2차재생용기(21)와 드레인라인(42)에 의해 연결되어 버퍼 기능을 수행하는 완충용기(41)가 더 구성되어 있다.
완충용기(41)는 드레인라인(42)으로부터 분리 가능하게 구성된 것으로서, 드레인라인으로부터 분리된 상태에서 크레인, 지게차 등과 같은 이동수단(미도시)에 의해 이동되어 3차가열수단(32)에 설치됨으로써 후술되는 2차추출액 획득단계에 이용되는 침전층재생용기(31)의 용도로 사용할 수 있다.
여기서, 완충용기(41)는 2차재생용기(21)가 복수 개로 구성된 경우 각 2차재생용기에 대응하여 배치되는 것이 바람직하고, 연속적인 흐름작업을 위해 추가로 여유있게 추가 배치될 수 있다.
그리고, 드레인라인(42)에는 완충용기(41)의 분리시 등 하층부 용액의 흐름을 제어하기 위한 침전층제어밸브부(43)가 설치되어 있다.
한편, 전술한 기본재생부(1), 원료재생부(2) 및 침전층재생부(3)를 구성하는 용기나 배관 등은 내약품성, 내열성, 내산성, 내부식성 등을 만족할 수 있도록 스테인레스강 중에서 몰리브덴을 함유하고 있으면서 탄소함유량이 매우 낮은 한국규격 STS 316L과 같은 소재로 제작되는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 이용한 재생방법을 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 이용한 재생방법은 도2에 도시된 바와 같이 기본재생부(1)에 의해 폐아크릴로부터 1차추출액을 획득하는 1차추출액 획득단계, 원료재생부(2)에 의해 1차추출액으로부터 재생원료를 획득하는 재생원료 획득단계 및 침전층재생부(3)에 의해 1차추출액으로부터 2차추출액을 획득하는 2차추출액 획득단계를 시행하되, 재생원료 획득단계는 2차추출액을 1차추출액에 혼합하여 시행하는 점에 특징이 있다.
1차추출액 획득단계는 1차재생용기(11)에 폐아크릴판과 같은 폐아크릴 600Kg을 투입하고, 이를 1차가열수단(12)에 의해 500 내지 800℃ 범위로 12 내지 14시간 용융시키는 한편 가열과정에서 1차배출라인(17)을 통해 기화하는 가스를 1차열교환수단(13)을 경유하도록 하여 응축함으로써 1차추출액을 생성한다.
바람직하게, 1차재생용기(11)의 가열온도는 550 내지 650℃ 범위의 설정온도로 하여 시행하고 이러한 설정온도에서 13시간을 기준으로 ±30분 범위로 가감하여 시행하는 것이 바람직하다.
재생원료 획득단계는 1차추출액이 투입된 2차재생용기(21)를 2차가열수단(22)에 의해 400 내지 700℃ 범위로 13 내지 15시간 가열하여 기화하는 가스를 응축하여 재생원료로 획득하는 단계이다. 이때, 2차재생용기(21)의 가열온도는 500 내지 600℃ 범위의 설정온도로 하여 시행하고 이러한 설정온도에서 14시간을 기준으로 ±30분 범위로 가감하여 시행하는 것이 바람직하다.
이러한, 재생원료 획득단계는 1차추출액저장용기(14)에 수용되어 있는 1차추출액을 제1 압송펌프(15)의 펌핑작용을 통해 1차이송라인(18)을 매개로 2차재생용기(21)로 채운 다음 시행한다.
전술한 바와 같이 2차재생용기(21)의 가열과정에서 기화하는 가스는 2차배출라인(27)을 통해 유동되면서 2차열교환수단(22)을 경유함에 따라 재생원료로 응축된 후 재생원료저장용기(24)에 채워지게 된다.
그리고, 재생원료 획득단계는 2차가열수단(22)의 에너지 투입량 대비 재생원료 추출량을 실험적으로 확인한 결과 2차재생용기(21)에 투입된 1차추출액 100중량%에 대해 4 내지 16중량% 범위의 하층부 용액이 잔류할 때까지 시행하는 것이 효율적임을 알 수 있다.
아울러, 재생원료 획득단계는 후술되는 2차추출액 획득단계에서 얻어진 2차추출액을 1차추출액에 혼합하여 시행함으로써 재생과정에서 폐기물의 발생을 최소화함으로써 고형폐기물의 소각량을 줄여 환경오염을 저감할 수 있다.
한편, 2차추출액 획득단계는 2차재생용기(21)에 투입된 1차추출액이 기화되어 재생원료로 획득되는 과정에서 가라앉아 잔류하는 하층부 용액을 침전층재생용기(31)에 채워넣고 다시 가열하여 기화하는 가스를 응축시켜 2차추출액을 획득하는 단계이다.
2차추출액 획득단계를 보다 구체적으로 설명하면, 먼저 2차재생용기(21)에서 이루어지는 재생원료 획득단계의 시행과정에서 1차추출액 및 2차추출액 중 불순물 등으로 인해 상대적으로 비중이 커서 가라앉는 하층부 용액을 완충용기(41)에 채운 다음 드레인라인(42)으로부터 완충용기(41)를 분리하고 크레인 또는 지게차 등과 같은 이동수단(미도시)을 이용하여 3차가열수단(32)에 설치하는 방식으로 2차추출액 획득단계를 위한 침전층재생용기(31)의 기능을 수행하도록 설치작업을 시행한다.
이러한 상태에서 침전층재생용기(31)에 수용된 하층부 용액을 3차가열수단(32)에 의해 550 내지 850℃로 4 내지 20시간 가열하고 기화하는 가스를 응축하여 2차추출액을 획득하는 방식으로 2차추출액 획득단계를 수행한다.
그리고, 2차추출액 획득단계는 실험적으로 확인한 결과 침전층재생용기(31)에 투입되는 하층부 용액 100중량%에 대해 10중량% 이하의 폐기물이 잔류할 때까지 시행하는 것이 효율적임을 알 수 있었고, 투입되는 폐아크릴에 다른 종류의 이물질이 포함되지 않은 경우 8중량%의 폐기물이 잔류할 때까지 시행하는 바람직함을 알 수 있었다.
전술한 바와 같이 침전층재생용기(31)의 가열과정에서 기화하는 가스는 3차배출라인(37)을 통해 유동되면서 3차열교환수단(33)을 경유함에 따라 2차추출액으로 응축된 후 2차추출액저장용기(34)에 채워지게 된다.
이와 같이 2차추출액저장용기(34)에 채워진 2차추출액은 제2 압송펌프(35)의 펌핑작용에 따라 2차이송라인(38)을 매개로 2차재생용기(21)로 리사이클링 된 후 재생원료 획득단계를 거쳐서 재생원료로 획득된다.
전술한 바와 같이 폐아크릴 600Kg을 투입하여 1차추출액 획득단계, 재생원료 획득단계 및 2차추출액 획득단계를 수행한 결과 552Kg의 액상 재생원료가 획득됨을 알 수 있었고, 소각용 고형 폐기물 등의 각종 폐기물이 대략 48Kg로 분리됨을 확인할 수 있었다.
결국, 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 적용하여 폐아크릴을 재생할 경우 92중량%의 액상 아크릴 재생원료가 획득되고 8중량%의 폐기물로 분리되는 것이므로 종래 폐아크릴 투입량 대비 15중량%의 폐기물이 발생되던 기술에 비해 폐기물 발생량을 7중량% 줄일 수 있어서 재생원료 획득효율을 7중량% 상승시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 이용한 재생방법을 시행한 결과, 1차추출액 획득단계가 수행되는 1차재생용기(11)에는 고체상태인 폐아크릴판이 투입되어 가열, 용융되는 것임에 비해 재생원료 획득단계가 시행되는 2차재생용기(21)에 이미 액상으로 변환된 1차추출액이 투입되므로 2차재생용기(21)를 고온으로 긴 시간 동안 고온 가열할 경우 액상의 재생원료 색상이 무색에서 유색으로 변화되어 상품성이 급격히 저하되는 단점이 확인되었다.
이에 따라 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 이용한 재생방법은 다양한 가열온도와 가열시간 조건을 변경하면서 시험한 결과 1차재생용기(11), 2차재생용기(21) 및 침전층재생용기(31)의 가열온도 및 가열시간에 대한 결과를 얻을 수 있었다.
보다 구체적으로 설명하면, 가열온도와 가열시간의 조건은 1차추출액 획득단계, 재생원료 획득단계 및 2차추출액 획득단계에서의 용융 및 기화 가능한 가열온도를 10℃ 간격으로 변경하고, 가열시간을 10분 간격으로 변경하면서 다양하게 시험하였다.
전술한 시험을 통해 얻어진 결과를 정리하면, 재생원료 획득단계의 가열온도는 전술한 바와 같이 1차추출액 획득단계의 가열온도보다 50 내지 100℃ 범위의 낮은 온도가 되도록 하여 시행하고, 재생원료 획득단계의 가열시간은 상기 1차추출액 획득단계의 가열시간보다 1 내지 3시간 범위로 더 길게 할 경우 색상이 유색으로 변하지 않고 무색을 유지하여 상품성을 일정하게 유지할 수 있음을 확인할 수 있었다. 그리고, 2차추출액 획득단계가 수행되는 침전층재생용기(31)의 가열온도 및 가열시간은 재생원료의 품질에 특별한 영향을 끼치게 않는 것으로 확인되었으나 전체적인 공정이나 흐름작업을 고려하여 550 내지 850℃로 4 내지 20시간 범위로 시행하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 다른 실시예를 설명하되, 전술한 제1 실시예에 나타난 구성요소와 유사한 구성요소에 대하여는 구체적인 설명을 생략하고 차이점을 갖는 구성요소를 중심으로 설명한다. 그리고, 이하의 다른 실시예에서는 제1 실시예에 나타난 구성요소 또는 서로 다른 실시예에 나타난 구성요소 중에서 채용 가능한 구조라면 선택적으로 적용할 수도 있는 것으로 구체적인 설명이나 도면상 도시는 생략한다.
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 설명하기 위한 도면으로서, 이해를 돕기 위해 주요 구성요소를 간략화하여 나타낸 모식도이다.
도3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템은 기본재생부(1), 원료재생부(2) 및 침전층재생부(3)가 구비되고, 침전층재생부(3)는 침전층재생용기(31), 3차가열수단(32), 3차열교환부(33), 2차추출액저장용기(34), 제2 압송펌프(35)로 구성되되, 전술한 제1 실시예에서와 같이 완충용기(41)를 이동시켜 3차가열수단(32)에 설치하는 방식으로 침전층재생용기를 준비하는 사전 준비작업이 불필요하여 자동적인 흐름작업이 가능하도록 구성한 점에 특징이 있다.
그리고, 본 발명의 제2 실시예는 주요 구성요소 중에서 전술한 제1 실시예와 동일, 유사한 기본재생부(1) 및 원료재생부(2)와, 침전층재생부(3)의 세부 구성인 침전층재생용기(31), 3차가열수단(32), 3차열교환부(33), 2차추출액저장용기(34), 제2 압송펌프(35)에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 침전층재생부(3)에 구비된 구성요소 중에서 차별성을 갖는 부분을 중심으로 설명한다.
상기 침전층재생부(3)는 버퍼 기능을 수행하는 완충용기(51)가 구비되되, 분리 이동식으로 구성된 제1 실시예의 완충용기(41, 도2 참조)와는 달리 2차재생용기(21)의 하부에 비이동식 구조로 드레인라인(52)에 의해 연결되어 있다.
그리고, 침전층재생부(3)는 2차추출액저장용기(31)의 2차추출액을 완충용기(45)로 공급하도록 설치되는 3차이송라인(53)와, 2차이송라인(38) 및 3차이송라인(53)으로 유동되는 2차추출액의 흐름을 제어하는 2차추출액제어밸브부(54)과, 완충용기(51)와 침전층재생용기(31) 사이에 연결되는 침전층이송라인(55) 및 침전층이송라인(55)에 설치되는 제3 압송펌프(56)가 더 구성되어 있다.
2차추출액제어밸브부(54)는 2차이송라인(38) 및 3차이송라인(53)에 각각 2방향제어밸브(2-way valve)를 설치하는 방식으로도 구성할 수 있지만, 본 실시예에서는 구조의 간결, 단순화를 위해 2차이송라인(38) 및 3차이송라인(53)의 연결부위에 설치되는 3방향밸브(3-way valve)로 구성되어 있다. 여기서, 3방향밸브는 전기신호의 입력시에 자동적인 개폐동작이 가능하도록 구동액츄에이터가 구비된 자동밸브로 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 2차이송라인(38), 3차이송라인(53) 및 침전층이송라인(55)은 내약품성, 내열성, 내산성, 내부식성 등을 만족할 수 있도록 금속관이나 합성수지관으로 구성될 수 있다.
제3 압송펌프(56)는 침전층이송라인(55)에 설치되어 완충용기(51)에 수용된 하층부 용액과 혼합되는 희석용 2차추출액을 침전층재생용기(31)로 압송하기 위해 구성되는 펌프로서, 비중, 점도가 상대적으로 높고 슬러리를 포함하고 있는 물질을 펌핑한다는 점을 고려하여 내약품성, 내열성, 내산성, 내부식성을 만족하는 소재로 제작된 슬러리 펌프로 구성되어 있다.
그리고, 완충용기(51)에는 2차추출액과 하층부 용액과의 혼합작용을 효과적으로 수행할 수 있도록 교반기(57)가 설치될 수 있고, 드레인라인(52)에는 하층부 용액의 유입을 제어하는 침전층제어밸브부(58)가 설치되어 있다.
이하 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 이용한 재생방법을 설명하되, 전술한 제1 실시예에 따른 재생방법과 동일, 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 이용한 재생방법은 기본재생부(1)에 의해 폐아크릴로부터 1차추출액을 획득하는 1차추출액 획득단계, 원료재생부(2)에 의해 1차추출액으로부터 재생원료를 획득하는 재생원료 획득단계 및 침전층재생부(3)에 의해 1차추출액으로부터 2차추출액을 획득하는 2차추출액 획득단계를 시행하되, 전술한 제1 실시예에서와 같이 완충용기를 이동시켜 3차가열수단에 설치하는 방식으로 침전층재생용기를 준비하는 사전 준비작업이 불필요하여 2차추출액 획득단계를 보다 원활하게 수행할 수 있는 장점이 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 제2 실시예에서 2차추출액 획득단계는 침전층이송라인(55)와, 제3 압송펌프(56)가 구비되어 있으므로 재생원료 획득단계에서 생성된 하층부 용액을 수용하는 완충용기(51)를 이동하지 않고 제3 압송펌프(56)의 펌핑작용을 통해 직접 침전층재생용기(31)로 유동시킬 수 있다.
그리고, 3차이송라인(53)을 이용하여 2차추출액 획득단계에서 얻어진 2차추출액을 2차추출액제어밸브부(54)의 개폐동작(2차이송라인(38)으로의 유동 차단하고 3차이송라인(53)으로 유동되되도록 3방향밸브의 개폐조작)과 제2 압송펌프(35)의 펌핑작용을 통해 완충용기(51)에 공급, 혼합하는 혼합과정을 수행할 경우 침전층 용액의 농도를 희석할 수 있어서 제3 압송펌프(56)에 의한 펌핑작용이 가능하게 된다.
그리고, 상기한 혼합과정은 제2 압송펌프(35) 및 제3 압송펌프(56)의 펌핑시간의 단축과 제3 가열수단(32)의 가열 부하를 줄일 수 있도록 2차추출액의 유입량을 최소화하는 것이 중요하다.
이에 2차추출액의 유입량을 다양하게 조절하면서 상기한 혼합과정을 반복 수행한 결과 2차추출액의 투입량을 하층부 용액 중량에 대해 5중량% 이상으로 투입할 경우 일반적인 슬러리 펌프에 과부하가 발생되지 않으면서 이송이 가능함을 확인할 수 있었다. 이러한 실험 결과를 토대로 2차추출액을 5 내지 20중량%로 투입하여 시행하되, 2차추출액의 유입량이 과도하지 않도록 15중량% 전후가 되도록 2차추출액을 투입하여 시행하는 것이 바람직하다.
아울러 2차추출액 획득단계는 2차재생용기(21)에 투입된 1차추출액 100중량%에 대해 4 내지 16중량%가 하층부 용액으로 잔류할 때까지 시행하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템 및 이를 이용한 재생방법의 구성 및 동작에 대해서 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예의 일부를 치환 및 변형하는 것이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물에 미치는 것으로 이해되어야 할 것이다.
1:기본재생부 11:1차재생용기
12:1차가열수단 13:1차열교환부
14:1차추출액저장용기 15:제1 압송펌프
2:원료재생부 21:2차재생용기
22:2차가열수단 23:2차열교환부
24:재생원료저장용기 3:침전층재생부
31:침전층재생용기 32:3차가열수단
33:3차열교환부 34:2차추출액저장용기
35:제2 압송펌프 41,51:완충용기
42,52:드레인라인 43:침전층제어밸브부
53:3차이송라인 54:2차추출액제어밸브부
55:침전층이송라인 56:제3 압송펌프

Claims (8)

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  6. 폐아크릴이 투입되는 1차재생용기, 상기 1차재생용기를 가열하여 폐아크릴을 용융, 기화시키는 1차가열수단을 구비하고 응축과정을 통해 1차추출액이 생성되는 기본재생부; 상기 기본재생부로부터 공급되는 상기 1차추출액이 투입되는 2차재생용기, 상기 2차재생용기를 가열하여 상기 1차추출액을 기화시키는 2차가열수단을 구비하고 응축과정을 통해 재생원료로 획득하는 원료재생부; 및 상기 2차재생용기의 하부에 침전되는 하층부 용액이 배출, 수용되는 침전층재생용기, 상기 침전층재생용기를 가열하여 상기 하층부 용액을 기화시키는 3차가열수단을 구비하고 응축과정을 통해 생성된 2차추출액을 상기 2차재생용기로 리사이클링 시키는 침전층재생부;를 포함하는 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 이용한 재생방법에 있어서,
    상기 1차재생용기에 투입된 폐아크릴을 상기 1차가열수단에 의해 500 내지 800℃로 12 내지 14시간 가열하고 기화하는 가스를 응축하여 1차추출액을 획득하는 1차추출액 획득단계; 및
    상기 1차추출액이 투입된 상기 2차재생용기를 상기 2차가열수단에 의해 400 내지 700℃로 13 내지 15시간 가열하고 기화하는 가스를 응축하여 재생원료로 획득하는 재생원료 획득단계; 및
    상기 2차재생용기의 하층부 용액이 배출, 수용된 상기 침전층재생용기를 상기 3차가열수단에 의해 550 내지 850℃로 4 내지 20시간 가열하고 기화하는 가스를 응축하여 2차추출액을 획득하는 2차추출액 획득단계를 포함하고,
    상기 재생원료 획득단계는 상기 1차추출액 획득단계에서 얻어진 상기 2차추출액을 상기 1차추출액에 혼합하여 시행하는 것을 특징으로 하는 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 이용한 재생방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 2차추출액 획득단계는 상기 재생원료 획득단계에서 생성된 상기 하층부 용액에 상기 2차추출액을 혼합하는 혼합과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 이용한 재생방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 혼합과정은 상기 2차추출액을 상기 하층부 용액 중량에 대해 5 내지 20중량%로 투입하여 시행하고,
    상기 재생원료 획득단계는 상기 2차재생용기에 투입된 상기 1차추출액 100중량%에 대해 4 내지 16중량%가 상기 하층부 용액으로 잔류할 때 까지 시행하는 한편, 상기 재생원료 획득단계의 가열온도는 상기 1차추출액 획득단계의 가열온도보다 50 내지 100℃ 범위의 낮은 온도가 되도록 하여 시행하고, 상기 재생원료 획득단계의 가열시간은 상기 1차추출액 획득단계의 가열시간보다 1 내지 3시간 범위로 더 길게 하여 시행하는 것을 특징으로 하는 폐아크릴로부터 아크릴원료를 획득하는 재생시스템을 이용한 재생방법.
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