KR102295902B1 - 아임계 포화증기처리를 통한 혼합 폐플라스틱의 자원화 방법 및 장치 - Google Patents

아임계 포화증기처리를 통한 혼합 폐플라스틱의 자원화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아임계 포화증기처리를 통한 폐플라스틱의 자원화 방법 및 장치에 있어서, 전처리부에서 제1 반응로에 투입되는 폐플라스틱을 전처리하는 전처리단계, 제1 반응로에서 폐플라스틱을 아임계 포화증기처리하여 고형물을 형성하는 수열처리단계 및 분리부에서 고형물을 재활용 물질 및 연료물질로 분리하는 자원화 단계를 포함하고, 전처리단계는 전처리부에서 폐플라스틱을 분쇄하는 분쇄 단계, 전처리부와 연결된 스팀 공급부에서 스팀을 전처리부로 투입하는 스팀 투입단계 및 스팀을 통해 폐플라스틱을 건조시켜 비중을 증가시키는 비중 증가 단계를 더 포함한다. 본 발명에 따르면, 제1 반응로를 통해 혼합 폐플라스틱은 반응 전 대비 부피가 약 5%로 감소하여 용이한 처리가 가능하고, 제1 반응로의 내부에서 회수한 스팀은 재사용이 가능하기 때문에 혼합 폐플라스틱을 처리하는데 소요되는 비용을 현저하게 단축시킬 수 있으며, 제1 반응로 내에서 분류되지 않는 연료물질은 분리부를 통해 별도로 분류되기 때문에, 연료물질의 비산 등으로 인한 환경 오염 문제를 미연에 방지할 수 있다.

Description

아임계 포화증기처리를 통한 혼합 폐플라스틱의 자원화 방법 및 장치{RESTORING WASTE PLASTIC RESOURCE METHOD AND TREATMENT APPARATUS BY HYDROTHERMAL METHOD}
본 발명은 혼합 폐플라스틱의 자원화 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는 혼합 폐플라스틱을 아임계 포화증기처리하여 감용화함으로써 재활용 물질 및 고형연료로 자원화함으로써 용이하게 재활용할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
석유화학 정제기술의 발달로 인해, 플라스틱 재질로 형성된 제품을 제조하는 기술은 동반 발전하고 있고 이에 따라 국내에서는 매년 600만톤의 플라스틱 제품을 생산하고 있다. 하지만, 플라스틱은 타 재료와 다르게 재사용 방법이 곤란하기 때문에 별도의 처리 없이 단순 매립 등으로 처리하고 있는 실정이다. 상세하게, 플라스틱을 재활용하기 위해서는 폐플라스틱을 조성 별로 분류하고, 각각 상이한 화학적 분류를 수행해야 한다. 하지만, 상기와 같은 방법을 수행함에도 불구하고 전체 폐플라스틱의 약 40%가 분류되지 않아 잔재물로 남게 되고, 이는 환경오염 및 비용낭비 등의 문제점을 야기한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 선행문헌 1(대한민국 등록특허 제10-1533053호)에서는 가열성 폐합성수지를 파쇄 및 소각하여 고체 연료를 제조하는 방법을 개시한다. 하지만, 선행문헌 1의 경우 폐플라스틱의 파쇄 과정에서 발생하는 분진 및 이물질의 비산을 방지할 수 없어 환경 오염을 막을 수 없고, 선술한 바와 같이 폐플라스틱의 선별이 어렵기 때문에 효율이 극히 저하되는 문제점이 있다.
추가적으로, 선별이 완료된 폐플라스틱을 자원화하는 것에 대한 필요성이 대두되는 실정이다.
선행문헌 1: 대한민국 등록특허 제10-1533053호 (2015.06.25. 등록)
본 발명의 기술적 과제는 혼합 폐플라스틱을 처리하는데 있어 환경오염을 야기하지 않을 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 혼합 폐플라스틱을 처리하는데 있어 소요되는 비용을 최소화할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 혼합 폐플라스틱의 처리 과정에서 발생하는 분진, 악취 등을 미연에 방지할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은 혼합 폐플라스틱의 자원화가 가능한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명은 전처리부에서 제1 반응로에 투입되는 폐플라스틱을 전처리하는 전처리단계, 제1 반응로에서 폐플라스틱을 아임계 포화증기처리하여 고형물을 형성하는 수열처리단계 및 분리부에서 고형물을 재활용 물질 및 연료물질로 분리하는 자원화 단계를 포함하고, 전처리단계는 전처리부에서 폐플라스틱을 분쇄하는 분쇄 단계, 전처리부와 연결된 스팀 공급부에서 스팀을 전처리부로 투입하는 스팀 투입단계 및 스팀을 통해 폐플라스틱을 건조시켜 비중을 증가시키는 비중 증가 단계를 더 포함한다. 또한, 본 발명은 폐플라스틱의 수열처리를 통한 자원화 장치에 있어서, 폐플라스틱을 분쇄하는 전처리부, 전처리부와 연결되고 전처리부로부터 폐플라스틱을 공급받아 수열처리하는 원통 형상의 제1 반응로 및 제1 반응로에 스팀을 투입시키는 스팀 공급부를 포함하고, 폐플라스틱은 제1 반응로 내에서 고형물로 변환되어 배출되며, 제1 반응로와 연결되고 고형물을 재활용 물질 및 연료물질로 분리하는 분리부 및 고형물을 미리 설정된 대상물과 배합하여 팰릿으로 성형하는 가공부를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 제1 반응로를 통해 혼합 폐플라스틱은 반응 전 대비 부피가 약 20%로 감소하여 용이한 처리가 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면 제1 반응로의 내부에서 회수한 스팀은 재사용이 가능하기 때문에, 혼합 폐플라스틱을 처리하는데 소요되는 비용을 현저하게 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 제1 반응로 내에서 분류되지 않는 연료물질은 분리부를 통해 별도로 분류되고 반응로는 밀페용기로 되어, 연료물질의 비산 등으로 인한 환경 오염 문제를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명을 통해 폐플라스틱을 팰릿형태의 재활용 물질화 할 수 있어 환경 오염 및 고형물질 생산 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아임계 포화증기처리를 통한 혼합 폐플라스틱의 자원화 장치를 전체적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전처리부 및 비중 증가부를 통한 폐플라스틱의 전처리 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 반응로를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 반응로를 통한 폐플라스틱의 수열처리 이후 진행되는 물질 재활용화 및 스팀의 재사용을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아임계 포화증기처리를 통한 혼합 폐플라스틱의 자원화 장치를 전체적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전처리부(110) 및 비중 증가부(120)를 통한 폐플라스틱의 전처리 과정을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 이임계 포화증기처리를 통한 혼합 폐플라스틱의 자원화 장치는 폐플라스틱을 분쇄 후 제1 반응로(130)로 전달하는 전처리부(110), 전처리부(110)와 연결되고 전처리부(110)에 스팀(s)을 공급하여 분쇄된 폐플라스틱의 비중을 높이는 비중 증가부(120), 전처리부(110)와 연결되고 분쇄된 폐플라스틱을 공급받아 수열처리하는 제1 반응로(130), 비중 증가부(120) 및 제1 반응로(130)와 연결되어 스팀(s)을 각각 공급하는 스팀 공급부(140), 제1 반응로(130) 내에서 폐플라스틱이 고형물로 변환됨에 따라 상기 고형물을 재활용 물질 및 연료물질로 분리하는 분리부(180), 회수 스팀을 공급받아 재차 수열처리하는 제2 반응로(170), 제1 반응로(130) 및 제2 반응로(170)에서 사용된 스팀(s)을 회수하여 응축시키는 응축부(150) 및 제1 반응로(130)와 제2 반응로(170)의 외측 방향에 위치하고 제1 반응로(130) 및 제2 반응로(170)를 가열하는 가열부(160) 및 분리부(180)와 연결되어 재활용 물질을 팰릿으로 가공하는 가공부(190)를 포함한다.
전처리부(110)는 폐플라스틱을 분쇄하는 구성이다. 상세하게, 전처리부(110)에서는 폐플라스틱의 크기를 줄여 후술할 제1 반응로(130)에서 용이한 아임계 포화증기처리를 수행하기 용이하도록 한다. 이를 위해, 전처리부(110)는 내부가 밀폐된 박스 형상으로 구비되고 별도로 구비되는 투입부를 통해 폐플라스틱을 공급받으며, 별도로 구비되는 커팅수단을 통해 폐플라스틱을 물리적으로 분쇄한다. 여기서, 전처리부(110)의 형상은 박스 형상뿐만 아니라, 원통 형상 등으로 다양하게 구비될 수 있다. 보다 바람직한 실시예로서, 전처리부(110)는 폐플라스틱의 크기가 200mm 이하가 되도록 분쇄할 수 있는 커팅수단을 구비할 수 있다. 상기 커팅수단은 상하방향으로의 왕복 운동을 통해 폐플라스틱을 지속적으로 분쇄하는 방법, 블레이드가 초음파 진동하여 폐플라스틱을 분쇄하는 방법 등을 통해 폐플라스틱의 크기를 감소시킬 수 있다. 또한, 전처리부(110)는 폐플라스틱을 압축시키는 별도의 압축수단을 더 구비할 수 있다. 상기 압축수단은 프레스 등으로 구비될 수 있고 폐플라스틱을 물리적으로 압축시킴으로써, 폐플라스틱의 크기를 보다 용이하게 감소시킬 수 있다. 또한, 전처리부(110)는 비중 증가부(120)로부터 스팀(s)을 공급받아 폐플라스틱에 노출시킴으로써, 분쇄된 폐플라스틱의 비중을 증가시킨다.
비중 증가부(120)는 전처리부(110)의 내부로 스팀(s)을 공급함에 따라 폐플라스틱의 비중을 증가시킴으로써 수열처리 효율을 높인다. 이를 위해, 비중 증가부(120)는 후술할 스팀 공급부(140)로부터 스팀(s)을 공급받고, 이를 전처리부(110)로 투입시킨다. 이와 같이 투입된 스팀(s)에 의해 분쇄된 폐플라스틱은 건조되면서 표면의 수분이 증발하게 되고, 이를 통해 폐플라스틱의 겉보기 비중이 증가한다. 상세하게, 스팀(s)에 노출된 폐플라스틱의 부피가 감소하고 질량은 일정하도록 유지됨에 따라, 폐플라스틱의 비중은 증가한다. 이를 통해, 제1 반응로(130)에 투입되는 폐플라스틱의 양이 보다 많도록 할 수 있어 수열처리 효율을 극대화할 수 있다. 보다 바람직한 실시예로서, 비중 증가부(120)는 후술할 제1 반응로(130) 및 제2 반응로(170)에서 회수된 스팀(s)을 공급받아 사용함으로써, 스팀(s)의 실제 사용량을 감소시킬 수 있어 스팀(s) 제조에 소요되는 연료 등을 절약할 수 있다. 상세하게, 제1 반응로(130) 및 제2 반응로(170)에서 수열처리를 위해 사용된 스팀(s)은 응축부(150)로 이동하여 회수 및 응축되고, 스팀 공급부(140)는 상기 회수 및 응축된 스팀(s)을 비중 증가부(120)로 이동시켜 폐플라스틱에 노출시키도록 함으로써, 스팀(s)을 재사용할 수 있다.
도 2를 참조하여 제1 반응로(130)로 투입되기 전까지의 폐플라스틱의 전처리 과정을 설명하도록 한다. 전처리부(110)에서는 투입된 폐플라스틱을 별도의 커팅수단 및 압축수단을 이용하여 분쇄하고, 비중 증가부(120)는 전처리부(110) 내부로 스팀(s)을 투입하여 폐플라스틱을 건조시킨다. 이를 통해, 분쇄된 폐플라스틱은 건조되어 수분이 증발함으로써 부피가 감소하여 비중이 증가한다. 전처리부(110)에서는 컨베이어 등의 별도의 이송수단을 통해 비중이 증가한 폐플라스틱을 제1 반응로(130)로 운반한다. 전처리부(110)에서는 폐플라스틱의 전처리 과정에서 이물질이 유입되거나 분쇄된 폐플라스틱이 비산하지 않기 때문에, 환경 오염 문제의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 반응로(130)를 나타내는 도면이다.
제1 반응로(130)는 폐플라스틱을 수열처리하는 구성이다. 상세하게, 제1 반응로(130)는 전처리부(110) 및 비중 증가부(120)를 통해 분쇄되고 비중이 증가한 폐플라스틱을 전처리부(110)로부터 공급받아 수열처리함으로써 고형물로 변환시킨다. 이를 위해, 제1 반응로(130)는 내부가 밀폐된 원통 형상으로 구비되고, 스팀 공급부(140)로부터 스팀(s)을 공급받아 폐플라스틱을 스팀(s)에 노출시켜 폐플라스틱을 분해한다. 또한, 제1 반응로(130)의 내부는 2 내지 3MPa의 압력으로 구비되고 온도는 섭씨 200 내지 250도의 범위 이내의 온도를 갖도록 구비된다. 이와 더불어, 제1 반응로(130)의 내부로 투입되는 스팀(s)은 과열증기로 구비되고 미리 설정된 소정의 온도보다 섭씨 20 내지 50도 높도록 구비될 수 있다. 이는 제1 반응로(130)의 내부로 공급된 스팀(s)이 응축됨으로써 폐플라스틱의 수열처리에 대한 효율이 저하되는 것을 미연에 방지하기 위함이다. 보다 바람직한 실시예로서, 제1 반응로(130)는 스팀(s)을 공급받기 전에 무산소 환경을 이루기 위해 질소 등의 반응성이 작은 기체가 주입될 수 있다. 상세하게, 제1 반응로(130)는 별도로 구비되는 질소 공급부를 통해 질소를 공급받음으로써, 내부 공간을 무산소 환경으로 조성할 수 있다. 이를 통해, 제1 반응로(130) 내에서의 수열 처리 과정에서 산소에 의해 발생할 수 있는 불완전 연소 등이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있어 열 효율을 극대화하고, 숯 등의 불완전 연소체가 형성되는 것을 방지할 수 있어 별도의 분류 작업을 생략할 수 있기 때문에 비용 낭비를 최소화할 수 있다. 제1 반응로(130)의 내부에서는 무산소 환경에서 선술한 스팀(s)을 공급받고, 내부로 투입된 폐플라스틱을 2 내지 3MPa의 압력, 섭씨 200 내지 250도의 범위 이내의 온도 범위에서 30분 내지 2시간 동안 가열함으로써 수열처리한다. 이를 통해, 폐플라스틱은 내부의 수분이 증발하고 미세 분말화가 촉진되어 감용화된다. 상기와 같은 아임계 포화증기처리 공법(수열처리)을 통해 처리된 폐플라스틱은 제1 반응로(130)의 투입 전 대비 20%의 부피로 감소되고, 부분적 탄화가 발생하여 고정 탄소의 함유량이 증가함에 따라 고체로 구비되는 재활용 물질로 변환된다. 상세하게, 폐플라스틱은 제1 반응로(130) 내에서 고형물로 형성되고, 상기 고형물은 분말 형태의 재활용 물질 및 수열분해되지 않은 연료물질로 구분되고, 연료물질은 고체 연료로 재활용된다. 제1 반응로(130)에서 형성된 고형물의 후처리에 대한 상세한 설명은 도 4에서 후술하도록 한다.
스팀 공급부(140)는 제1 반응로(130)의 내부로 선술한 스팀(s)을 공급함으로써, 제1 반응로(130)가 폐플라스틱에 대한 수열처리를 수행할 수 있도록 한다. 이를 위해, 스팀 공급부(140)는 보일러 등의 형태로 구비되고, 제1 반응로(130)와 직접 연결되어 스팀(s)을 제1 반응로(130)의 내부로 분사한다. 또한, 스팀 공급부(140)는 후술할 응축부(150)에서 응축된 스팀(s)을 가열하여 후술할 제2 반응로(170), 선술한 비중 증가부(120), 후술할 가열부(160)로 전달한다. 이를 통해 제2 반응로(170), 비중 증가부(120) 및 가열부(160)는 재활용된 스팀(s)을 이용하여 수열처리, 폐플라스틱의 건조 및 제1 반응로(130)의 가열을 각각 수행할 수 있어 열 효율을 극대화할 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 4에서 후술한다.
응축부(150)는 제1 반응로(130)에서 사용된 스팀(s)을 회수하여 응축시키는 구성이다. 상세하게, 응축부(150)는 스팀(s)을 회수하고 응축시킨 상태에서 스팀 공급부(140)로 이동시킨다. 이를 위해, 응축부(150)는 핀 등의 응축수단이 삽입된 열교환기 형태로 구비되고, 스팀(s)의 온도를 하강시킨다. 이와 같이 온도가 하강한 스팀(s)은 응축수로 형성되어 스팀 공급부(140)로 이동한 후 스팀 공급부(140) 내에서 재차 가열되어 제2 반응로(170), 비중 증가부(120) 및 가열부(160)로 전달된다. 본 발명의 또다른 실시예로서, 응축부(150) 및 스팀 공급부(140)의 사이에는 응축부(150)에서 응축됨에 따라 형성된 응축수를 정화하는 별도의 정화부가 더 구비될 수 있다. 정화부는 필터 등의 여과수단을 구비하는 구성으로서, 응축수에 함유된 오염물질을 여과한 후 스팀 공급부(140)로 응축수를 이동시킨다. 이를 통해, 폐수의 발생을 최소화할 수 있어 환경 오염 문제를 미연에 방지할 수 있다.
가열부(160)는 제1 반응로(130)를 가열하는 구성이다. 상세하게, 가열부(160)는 제1 반응로(130)를 가열함으로써, 제1 반응로(130)의 초기 승온 시간을 단축시켜 불필요한 연료 소모를 방지한다. 이를 위해, 가열부(160)는 제1 반응로(130)의 외측 방향에 위치한다. 본 발명에서 제1 가열부(160)가 원통 형상으로 형성되는 것으로 설명한바, 가열부(160)는 제1 반응로(130)의 외주면을 감싸도록 형성되어야 함이 바람직하다. 또한, 가열부(160)는 스팀 공급부(140)를 통해 회수된 스팀(s)을 공급받아 제1 가열부(160)를 가열한다. 이를 통해, 제1 반응로(130)는 수열처리반응을 유도하기 위한 소정의 온도에 이르기까지 소요되는 시간을 단축할 수 있고, 제1 반응로(130) 내부의 스팀(s)이 응축되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 한편, 가열부(160)는 제1 반응로(130) 뿐만 아니라 후술할 제2 반응로(170)에도 동일하게 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 반응로(130)를 통한 폐플라스틱의 수열처리 이후 진행되는 물질 재활용 및 고체 연료화 그리고 스팀(s)의 재사용을 나타내는 도면이다.
제2 반응로(170)는 제1 반응로(130)에서 형성된 고형물에 대한 수열처리를 수행하는 구성이다. 상세하게, 제2 반응로(170)는 제1 반응로(130)로부터 고형물을 전달받아 수열처리를 진행함으로써 고형물로부터 재활용 물질 및 연료물질을 형성한다. 즉, 제2 반응로(170)는 보다 정밀한 재활용 물질 및 연료물질의 형성을 위한 구성이다. 제2 반응로(170)는 제1 반응로(130)와 동일하게 구비되고 선술한 스팀 공급부(140)로부터 회수된 스팀(s)을 공급받아 수열처리를 수행한다. 이를 통해, 제2 반응로(170)에서는 고형물을 수열처리하여 재활용 물질 및 고형의 연료물질을 형성할 수 있다. 상기와 같은 제2 반응로(170)를 통해, 제1 반응로(130)에서 재활용 물질로 분해되지 않은 연료물질에 대한 수열처리가 가능하여, 최종적인 연료물질의 형성을 최소화할 수 있다. 상기와 같은 제2 반응로(170) 구성은 선택 사항이며, 제1 반응로(130)에서 형성된 재활용 물질 및 연료물질은 제2 반응로(170)로 이동하지 않고 후술할 분리부(180)로 직접 이동되어 각각 분류될 수 있다.
분리부(180)는 재활용 물질 및 고형의 연료물질을 각각 분리하기 위한 구성이다. 상세하게, 분리부(180)는 재활용 물질 및 연료물질이 섞여 있는 상태에서 상기 연료물질을 별도로 분리해냄으로써, 재활용 물질 및 연료물질이 서로 무분별하게 섞이는 것을 방지한다. 이를 위해 분리부(180)는 제1 반응로(130) 및 제2 반응로(170)와 연결되고, 제1 반응로(130) 및 제2 반응로(170)로부터 재활용 물질 및 연료물질을 공급받는다. 여기서, 분리부(180)는 컨베이어 등의 이송수단이 구비되어 재활용 물질 및 연료물질을 건조시키고, 이 과정에서 상기 이송수단의 상측 방향에 위치한 분류수단을 통해 연료물질을 재활용 물질로부터 제거한다. 보다 바람직한 실시예로서, 상기 분류수단은 금속 분류기 등과 같이 자력을 통해 연료물질을 분리하거나, 밀도 차이를 이용하여 재활용 물질 및 연료물질을 회전 및 분리하는 원심분리기 등으로 구비될 수 있다. 상기와 같은 분리부(180) 구성을 통해, 재활용 물질만을 용이하게 획득할 수 있다.
가공부(190)는 선술한 분리부(180)를 통해 형성된 재활용 물질을 가공 및 성형하는 구성이다. 상세하게, 가공부(190)는 재활용 물질이 용이하게 사용될 수 있도록 팰릿 등의 형태로 상기 재활용 물질을 가공 및 성형한다. 이를 위해, 가공부(190)는 분리부(180)와 연결되도록 구비된다. 또한, 가공부(190)는 미리 설정된 대상물을 포함한다. 여기서, 상기 미리 설정된 대상물은 단일조성을 갖는 단일 수지 재질로 구비된다. 이에 따라, 재활용 물질은 상기 대상물과 배합되어 팰릿으로 성형된다. 보다 바람직한 실시예로서, 가공부(190)는 대상물 및 재활용 물질을 용이하게 배합하기 위해 교반기 등의 배합수단으로 구비될 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 가공부(190)가 구비되지 않는 것과 비교했을 때 폐플라스틱을 보다 용이하게 물질로 재활용할 수 있어 혼합 폐플라스틱 처리 관련 수율을 극대화할 수 있다.
보다 바람직한 실시예로서, 재활용 물질은 PE 또는 PP 등으로 구비되는 재생칩으로 형성되는 대상물과 혼합되어 팰릿으로 제조될 수 있다. 상세하게, 재활용 물질이 가공부(190) 내에서 배합될 때, 상기 대상물은 PE 재생칩, PP 재생칩 등으로 구비될 수 있다. 이에 따라, 재활용 물질은 최종적으로 PE 재생칩 또는 PP 재생칩과 만나 PE 재생팰릿 또는 PP 재생팰릿으로 성형되어 제조된다. 따라서, 작업자의 요구사항에 부합하는 조성을 갖는 연료로의 재활용이 가능하여, 혼합 폐플라스틱의 재활용 수율을 극대화할 수 있다. 또한, 재활용 물질 이외의 연료 물질은 별도로 구비되는 후처리부에 투입되어 함유된 염소 성분이 감소함에 따라, 고형 연료화된다. 상세하게, 연료 물질은 상기 후처리부에 공급되어 내포된 염소 성분을 제거하는 공정이 실시됨에 따라, 0.5% 미만의 염소 성분을 갖는 고형 연료로 제조되어 재활용될 수 있다. 또한, 상기와 같은 고형 연료는 연소 시 발생하는 유해 가스 및 분진이 최소화되기 때문에, 고급 연료로도 용이하게 재활용될 수 있다. 상기와 같은 가공부 및 후처리부 구성을 통해, 궁극적인 혼합 폐플라스틱의 물질 재활용을 실현할 수 있어, 혼합 폐플라스틱의 처리 곤란으로 인한 환경 오염 및 비용 낭비 등의 문제를 해결할 수 있다.
이하, 제1 반응로(130) 내 수열처리 이후의 재활용 물질 및 연료물질의 형성 과정을 설명하도록 한다. 제1 반응로(130) 내에서 수열처리가 완료되어 형성된 고형물은 분리부(180)로 이동하거나 제2 반응로(170)로 투입된다. 또한, 제1 반응로(130) 내에서 폐플라스틱의 수열처리에 사용된 스팀(s)은 응축부(150)로 이동하여 응축수로 변환되며 스팀 공급부(140)로 이동되어 제2 반응부로 투입된다. 분리부(180)로 이동된 고형물은 재활용 물질 및 연료물질로 분리되고, 제2 반응로(170)로 이동된 고형물은 제2 반응부로 투입된 스팀(s)에 의해 재차 수열처리된다. 이를 통해 상기 고형물은 수열처리되어 재활용 물질 및 연료물질로 형성되고 분리부(180)로 이동된 후 재활용 물질 및 연료물질로 분리된다. 또한, 재활용 물질은 가공부(190)로 이동하여 미리 설정된 대상물과 섞여 배합됨에 따라 팰릿으로 가공된다. 따라서, 폐플라스틱에 대한 재활용 물질을 최대한 많이 형성할 수 있어, 폐플라스틱의 재사용 비율을 높일 수 있다. 또한, 반응로는 밀폐용기로 되어 폐플라스틱 및 이물질의 비산을 최소화할 수 있어 환경 오염의 발생을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료물질은 제1 반응로 및 제2 반응로에서 수열처리되어 획득되기 때문에 분쇄하여 재활용 물질로 사용할 수 있어, 폐플라스틱에 대한 재활용 비중을 현저하게 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 재활용 물질은 단일 조성의 물질로 구비되기 때문에 건축자재, 성형용 원료 및 건설자재 등으로 사용할 수 있어 범용성이 크다.
이하, 도 2 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 아임계 포화증기처리를 통한 혼합 폐플라스틱의 자원화 방법을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 아임계 포화증기처리를 통한 혼합 폐플라스틱의 자원화 방법은 전처리 단계, 수열처리 단계 및 자원화 단계를 포함한다.
전처리단계는 폐플라스틱의 아임계 포화증기처리가 용이하도록 하는 단계로서, 제1 반응로에 투입되기 전의 폐플라스틱을 전처리한다. 이를 위해 전처리단계는 분쇄 단계, 스팀 투입 단계 및 비중 증가단계를 더 포함한다. 분쇄 단계에서는 폐플라스틱이 용이하게 아임계 포화증기처리될 수 있도록 폐플라스틱을 분쇄한다. 상세하게, 전처리부는 투입된 폐플라스틱을 분쇄하고 200mm 크기 이하로 분쇄한다. 보다 바람직한 실시예로서, 전처리부는 별도의 커팅수단을 통해 폐플라스틱의 크기를 감소시킨다. 스팀 투입단계는 폐플라스틱을 건조시키는 단계로서, 전처리부와 연결된 스팀 공급부에서 스팀을 전처리부로 투입시켜 폐플라스틱의 수분을 제거한다. 비중 증가단계는 폐플라스틱의 처리가 용이하도록 폐플라스틱의 비중을 증가시키는 단계로서, 전처리부와 연결된 비중 증가부는 스팀 공급부로부터 공급받은 스팀을 전처리부로 투입시켜 폐플라스틱의 부피가 감소함에 따라 비중이 증가한다. 따라서, 동일 면적 대비 보다 많은 양의 폐플라스틱을 제1 반응로에 투입시킬 수 있어 효율을 극대화할 수 있다.
수열처리 단계는 제1 반응로의 내부로 투입된 폐플라스틱을 아임계 포화증기처리하는 단계이다. 이를 위해 제1 반응로에서는 2 내지 3MPa의 압력으로 구비되고 온도는 섭씨 200 내지 250도의 범위 이내의 온도 환경에서 30분 내지 2시간 동안 폐플라스틱을 가열함으로써 아임계 포화증기처리를 수행한다. 이를 통해, 고분자로 이루어진 폐플라스틱은 분해되어 고형물로 형성된다. 상세하게, 아임계 포화증기처리 공법(수열처리)을 통해 처리된 폐플라스틱은 제1 반응로(130)의 투입 전 대비 5%의 크기로 감소되고, 부분적 탄화가 발생하여 고정 탄소의 함유량이 증가함에 따라 고체로 구비되는 재활용 물질로 변환된다. 한편, 고형물은 분말 형태의 재활용 물질 및 분해되지 않은 연료물질로 구분되고, 후술할 자원화 단계에서 재활용 물질 및 연료물질을 각각 선별한다.
자원화 단계는 재활용 물질 및 연료물질이 섞이지 않도록 분리하는 단계이다. 이를 위해, 자원화 단계에서는 제1 반응로와 연결된 분리부에서 재활용 물질 및 연료물질을 선별하여 분리한다. 보다 바람직한 실시예로서, 컨베이어 등의 이송수단이 구비되어 재활용 물질 및 연료물질을 건조시키고, 이 과정에서 상기 이송수단의 상측 방향에 위치한 분류수단을 통해 연료물질을 재활용 물질로부터 제거할 수 있다. 또한, 상기 분류수단은 금속 분류기 등과 같이 자력을 통해 연료물질을 분리하거나, 밀도 차이를 이용하여 재활용 물질 및 연료물질을 회전 및 분리하는 원심분리기 등으로 구비될 수 있다. 이를 통해, 자원화 단계에서는 재활용 물질만을 용이하게 획득할 수 있고, 재활용 물질은 함수율이 10%이하로 구비됨으로써 용이하게 연소되는 연료로 재활용된다.
가공 단계는 재활용 물질을 보다 용이하게 사용하기 위해 구비되는 단계이다. 상세하게, 가공 단계는 혼합 폐플라스틱의 자원화를 궁극적으로 실현시키는 단계이다. 이를 위해, 가공 단계에서 분리부와 연결된 가공부는 분리부로부터 재활용 물질을 공급받고, 내부에 위치하고 단일 수지 재질로 이루어지는 대상물과의 교반 및 배합을 실시한다. 상기와 같은 가공 단계 과정을 통해, 재활용 물질은 팰릿 등의 연료로 가공됨으로써, 자원화를 보다 용이하게 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱의 자원화 방법은 스팀 회수단계를 더 포함한다. 상세하게, 스팀 회수단계에서는 수열처리 단계에서 사용된 스팀을 회수 및 응축시킨 후 스팀 공급부로 전달함으로써, 스팀을 재사용할 수 있도록 한다. 이를 위해, 스팀 회수단계에서는 제1 반응로와 연결된 응축부에서 제1 반응로의 내부에 위치한 스팀을 회수하여 응축시킨다. 상세하게, 응축부는 회수한 스팀의 온도를 하강시켜 응축수로 변환한 후 스팀 공급부로 전달한다. 이를 통해, 스팀 공급부는 기체로 구비되는 스팀 대비 부피가 감소한 응축수를 전달받음으로써, 동일 시간 대비 보다 많은 응축수를 스팀으로 변환할 수 있다. 본 발명의 또다른 실시예로서, 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱의 자원화 방법은 스팀 재회수 단계를 포함한다. 상세하게, 스팀 재회수단계는 제1 반응로와 연결된 제2 반응로에서 사용된 스팀을 회수 및 응축하는 단계이다. 보다 상세하게, 스팀 재회수단계에서 응축부는 제2 반응로와 연결되고 제2 반응로에서 사용된 스팀을 회수하여 응축시킴으로써 응축수로 변환한다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 전처리부에서 제1 반응로에 투입되는 폐플라스틱을 전처리하는 전처리단계;
    상기 제1 반응로에서 상기 폐플라스틱을 아임계 포화증기처리하여 고형물을 형성하는 수열처리 단계;
    상기 제1 반응로와 연결된 분리부에서 상기 고형물을 재활용 물질 및 연료물질로 분리하는 자원화 단계; 및
    상기 분리부와 연결된 가공부를 통해 상기 재활용 물질을 성형하는 가공 단계;를 포함하고,
    상기 전처리단계는,
    상기 전처리부에서 상기 폐플라스틱을 분쇄하는 분쇄 단계;
    상기 전처리부와 연결된 스팀 공급부에서 스팀을 상기 전처리부로 투입하는 스팀 투입단계; 및
    상기 스팀을 통해 상기 폐플라스틱을 건조시켜 비중을 증가시키는 비중 증가 단계;를 포함하고,
    상기 수열처리 단계에서 상기 제1 반응로는 2 내지 3 MPa의 압력 및 섭씨 200 내지 250도의 온도 환경에서 과열증기로 구비되는 상기 스팀을 상기 전처리부로부터 공급받음으로써 상기 폐플라스틱의 탄화 및 악취를 방지하며,
    상기 스팀 투입단계 이전에 상기 제1 반응로는 질소 공급부를 통해 질소를 공급받음으로써, 상기 수열처리 단계에서 투입되는 상기 스팀에 의해 상기 폐플라스틱의 불완전 연소의 발생을 미연에 방지하며,
    상기 가공 단계에서, 상기 가공부(190)는 상기 재활용 물질을 PE 재생칩 또는 PP 재생칩과 혼합하여 PE 재생팰릿 또는 PP 재생팰릿으로 형성함으로써, 혼합 폐플라스틱의 재활용 수율을 극대화하고,
    상기 가공 단계 이후, 후처리부에서 상기 연료 물질 내 염소 성분을 제거하여 0.5% 미만의 염소 성분을 갖는 고형 연료로 제조됨으로써, 상기 고형 연료의 연소 시 발생하는 유해 가스 및 분진을 최소화하는 것을 특징으로 하는, 아임계 포화증기처리를 통한 혼합 폐플라스틱의 자원화 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 비중 증가 단계 이후, 상기 수열처리 단계에서 사용된 스팀을 응축부에서 응축하여 응축수로 변환한 후 상기 스팀 공급부(140)로 전달하는 스팀 회수단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 아임계 포화증기처리를 통한 혼합 폐플라스틱의 자원화 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스팀 회수단계 이후, 상기 스팀 공급부(140)는 스팀을 상기 제1 반응로(130)와 연결된 제2 반응로(170)로 공급함으로써, 상기 제1 반응로(130)에서 상기 재활용 물질로 분해되지 않은 연료물질의 형성을 최소화하는 것을 특징으로 하는, 아임계 포화증기처리를 통한 혼합 폐플라스틱의 자원화 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 응축부가 상기 제2 반응로에서 사용된 스팀을 응축하는 스팀 재회수 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 아임계 포화증기처리를 통한 혼합 폐플라스틱의 자원화 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
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