KR102318626B1 - 폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐비닐 재생공정의 구체화는 물론 무게별 분리공정을 통한 플라스틱제품 및 고형연료 제조(제작)와 더불어 그 고형연료로부터 유류를 추출하는 등 폐비닐에서 확보 가능한 모든 성분을 이옹해서 보다 다양한 용품(재활용품)을 만들어낼 수 있도록 한 폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 압축 폐비닐뭉치를 장비를 이용해서 해체하고 그렇게 해체된 폐비닐들에 혼재된 이물질들을 걸러내는 1차선별단계; 상기 1차선별단계를 거친 폐비닐들을 이송장치를 이용해서 다음 공정으로 이송시키되, 그 이송과정에서 자성체를 이용하여 폐비닐들에 혼재된 철제를 걸러내는 선별이송단계; 상기 1차선별단계 및 상기 선별이송단계에 의거 이물질 제거상태로 공급되는 폐비닐들을 분쇄장치를 이용해서 가공에 용이한 크기로 잘게 절단하는 1차분쇄단계; 상기 1차분쇄단계에 의거 잘게 절단된 폐비닐들을 다음 공정으로 이송시키되, 공기포집기를 이용한 무게별 선별을 통해 단일성분의 경량폐비닐들은 제품성형의 공정라인으로 포집시키는 한편 복합성분의 중량폐비닐들은 연료제조의 공정라인으로 이송시키는 2차선별단계; 상기 2차선별단계에 의해 포집되는 경량폐비닐들을 용융기와 압축기 및 성형기를 이용해서 플라스틱제품을 만드는 제품제작단계; 및, 상기 2차선별단계를 통해 공급되는 중량폐비닐들을 용융기로 용융시켜 수분이 제거된 고형연료를 만들고 또한 그 고형연료를 유화기로 유화시켜 유류를 추출하는 연료제조단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품{RECYCLING METHOD OF WASTE VINYL, AND RECYCLED PRODUCTS MANUFACTURED BY THE SAME}

본 발명은 폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐비닐 재생공정의 구체화는 물론 무게별 분리공정을 통한 플라스틱제품 및 고형연료 제조(제작)와 더불어 그 고형연료로부터 유류를 추출하는 등 폐비닐에서 확보 가능한 모든 성분을 이옹해서 보다 다양한 용품(재활용품)을 만들어낼 수 있도록 한 폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품에 관한 것이다.

현대사회는 산업의 발달과 인구의 증가로 인해 대량생산 및 대량소비의 특징이 뚜렷해지고 있으며, 이에 따른 필연적인 결과로 발생되는 폐기물의 다량화, 난분해화(難分解化)는 자연의 자정작용(自淨作用, self-purification)에만 맡겨둘 수 없는 심각한 사회문제로 대두되고 있다.

이처럼, 자연계가 스스로 소화할 수 없는 폐기물은 매립 또는 소각처리해야 하나 이 과정에서의 지역이기주의(地域利己主義, regional self-centeredness)나 대규모 시설투자 등에 따른 사회·경제적 문제들이 빈발하고 있어 국가의 정책적인 관리가 불가피한 실정이다.

이러한 폐기물 문제를 근본적으로 해결하기 위해서는, 폐기물의 발생을 억제하며 발생된 폐기물의 전부 또는 일부를 재사용하고, 재사용할 수 없는 폐기물은 또 다른 자원으로 재활용하는 자원순환형(資源循環形, resource circulation type) 사회경제체계의 구축이 필요하다.

부연하자면, 우리네 생활에서 흔히 쓰이는 자원인 비닐(vinyl)은 우수한 편리성으로 일회용 봉투, 필름, 섬유 등에서의 높은 활용도에 따라 다양한 분야에서 널리 사용되는 것에 비해, 폐비닐(waste vinyl)의 재활용율은 약 25%이고 그 외에는 소각이나 매립 등의 방법으로 처리되고 있으나, 이렇듯 폐비닐이 소각과 매립의 형태로 처리됨에 따른 환경오염 유발 및 활용 가능한 자원의 최종 폐기에 의한 경제적 손실 발생의 이유로 국내에서도 효율적인 폐비닐 재활용기술의 개발이 끊임없이 요구되고 있다.

여기서, 앞서 언급한 폐비닐의 재활용 방법으로는 물질회수(物質回收), 연료화(燃料化), 유화환원(乳化還元) 등이 알려져 있다. 그런데, 각종 이물질 및 불순물이 혼입된 채 선별과정을 거치므로 재활용에 대한 경제성과 생산효율이 크게 떨어질 수밖에 없는 바, 이에 토사, 유리, 금속, 음식물, 목재 등의 각종 불순물 및 이물질이 혼입된 생활계 복합 폐비닐을 보다 효율적으로 선별·분리하는 한편 선별 폐비닐을 이용한 재생물품의 제조 및 재생연료의 생산을 위한 폐비닐 재활용 기술의 발전이 필요하다.

이를 위해, 대한민국 등록특허 제10-0470121호를 통해, 폐비닐을 분쇄하고 가열 용융시키되 겔(gel)상태로 완전 반죽이 되기 전에 금형에 공급하여 유압프레스로 압축시킴으로써 제품을 성형시키도록 하는 폐비닐 재활용 방법이 개시된 바 있다.

종래의 상기 폐비닐 재활용 방법은, 수거한 폐비닐을 콘베이어를 통해 공급되도록 하여 세척수에 의해서 세척되도록 하면서 일정 크기로 분쇄되도록 하는 습식 분쇄단계; 제1이송수단을 통해 분쇄된 비닐 분쇄물들이 유도되면 일정 각도로 상향 이동되도록 하면서 세척수에 의해 비닐 분쇄물들에 붙어있는 이물질들이 바닥면의 망을 통해 배출되도록 하는 제1세척단계; 세척된 비닐 분쇄물들이 고속 회전하는 원통 형상의 스크린 내부에서 원심력에 의해 탈수되고, 탈수된 비닐 분쇄물들은 상기 스크린 내부에 나선형으로 형성된 가이드를 따라 일단에서 타단으로 이동되며, 타단으로 이동된 비닐 분쇄물들은 송풍기의 송풍압에 의해 원심분리기로 이동되는 제1탈수단계; 상기 제1탈수단계에서 탈수되고 송풍된 비닐 분쇄물들은 송풍력에 의해 싸이클론 형상의 원심 분리기를 통과하여 나선식으로 하향 이동하면서 비닐 분쇄물들에 잔류하는 이물질이 분리되도록 하는 이물질 분리단계; 이물질이 분리된 비닐 분쇄물들은 일정량의 물이 채워진 수조에서 복수의 교반 블레이드에 의해 침강 이동하면서 세척이 이루어지는 제2세척단계; 세척된 비닐 분쇄물들을 채워 이동되도록 하면서 고속으로 탈수가 이루어지도록 하는 제2탈수단계; 탈수된 비닐 분쇄물들은 송풍력에 의해 이동 및 건조되도록 하는 건조단계; 건조시킨 비닐 분쇄물들에 열을 가하여 용융 압출되도록 하는 용융단계; 용융시켜 압출되도록 한 용융물을 일정 온도로 가열되게 하면서 다공판을 통해 복수의 압출물이 연속해서 압출되도록 하는 압출단계; 압출되는 압출물을 냉각수가 채워진 수조를 통과하도록 하면서 냉각되도록 한 후 대기상태에서 자연 건조되도록 하는 냉각단계; 냉각시킨 압출물을 성형기에 의해 일정 크기로 절단하면서 칩 형상으로 성형하는 칩 성형단계;로 이루어진다.

종래 기술에 의하면, 파쇄기에서 폐비닐을 적정크기 파쇄시키고, 파쇄된 폐비닐을 가열 교반장치에 넣고 교반날개로 교반시키되 가열교반장치의 하부는 열매체유로 가열시키고 상부는 냉각수로 냉각시켜 폐비닐을 덩어리진 입자로 녹이면서 부피를 줄이는 한편 습기를 제거하며, 부피가 줄어든 폐비닐 입자는 열매체유로 가온된 슈퍼배합기에서 교반날개의 회전에 의한 마찰열로 겔 상태 직전까지 용융시키고, 용융된 폐비닐은 압착성형기에서 금형에 넣고 압착시켜 곧바로 완제품을 생산할 수 있다.

하지만, 상기와 같은 폐비닐의 파쇄공정, 가열공정, 교반공정, 습기 제거공정, 용융공정과 같이 폐비닐의 가공을 통해 플라스틱제품의 재활용품을 생산한다는 것 이외에, 수거된 폐비닐들에 혼재된(混在) 이물질(및 불순물)을 제거하는 공정은 그 어디에도 마련되어 있지 않아 상기와 같이 이물질이 그대로 혼재된 상태로의 플라스틱제품과 같은 재활용품을 생산하는 경우 앞서 언급한 이물질의 혼재로 인해 해당 재활용품의 성능(강도, 내구성 등)과 품질(표면상태 등)이 매우 떨어질 수밖에 없다.

또한, 앞서 언급한 공정들의 수행을 통해 단순히 플라스틱제품과 같은 재활용품을 생산하는 것외에, 다른 용품(고형연료 등)를 더불어 제조할 수 있는 기술적 특징은 그 어디에도 마련되어 있지 않아, 폐비닐을 효과적으로 재활용하는 자원순환의 취지에 충분히 부합할 수 없다.

결국, 보다 구체적인 재활공정의 구축을 통해 폐비닐들에 혼재된 이물질을 선별(제거)하여 질좋은 재료(원료)를 마련하고 해당 재료를 이용한 고품질 재활용품을 제조할 수 있고, 또한 폐비닐들의 특성을 고려한 공정분리를 통해 플라스틱제품의 제작은 물론 보일러 난방연료(고형연료) 및 그 난방연료로부터의 유류 추출하는 보다 다양한 형태(종류)의 재활용품 제조생산이 가능한 폐비닐 재활용 방법에 대한 기술개발이 절실하다.

(문헌 1) 대한민국 등록특허 제10-0470121호(2005.01.26. 등록) (문헌 2) 대한민국 등록특허 제10-0761488호(2007.09.18. 등록) (문헌 3) 대한민국 등록특허 제10-1880732호(2018.07.16. 등록) (문헌 4) 대한민국 공개특허 제10-2002-0055798호(2002.07.10. 공개)

본 발명의 목적은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수거된 폐비닐들에 혼재된 이물질 제거에 있어 특히 자성체를 이용해서 폐비닐들에 혼재된 철금속 이물질의 효율적 제거가 가능토록 하여, 이물질(및 불순물)의 선별능력 향상을 도모할 수 있도록 하는 폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 공기유동특성(characteristics of air movement)을 이용해서 폐비닐들을 단일성분의 경량폐비닐과 복합성분의 중량폐비닐로 선별 후 경량폐비닐로는 플라스틱제품을 제작하는 반면 중량폐비닐로는 고형연료를 제조하고 또한 그 고형연료로부터 유류를 추출하는 등, 폐비닐 재활용공정의 구체화 및 분리수행은 물론 폐비닐에서 확보 가능한 모든 재료를 이용하여 다양한 재활용품을 만들어낼 수 있도록 하는 폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 압축 폐비닐뭉치를 장비를 이용해서 해체하고 그렇게 해체된 폐비닐들에 혼재된 이물질들을 걸러내는 1차선별단계; 상기 1차선별단계를 거친 폐비닐들을 이송장치를 이용해서 다음 공정으로 이송시키되, 그 이송과정에서 자성체를 이용하여 폐비닐들에 혼재된 철제를 걸러내는 선별이송단계; 상기 1차선별단계 및 상기 선별이송단계에 의거 이물질 제거상태로 공급되는 폐비닐들을 분쇄장치를 이용해서 가공에 용이한 크기로 잘게 절단하는 1차분쇄단계; 상기 1차분쇄단계에 의거 잘게 절단된 폐비닐들을 다음 공정으로 이송시키되, 공기포집기를 이용한 무게별 선별을 통해 단일성분의 경량폐비닐들은 제품성형의 공정라인으로 포집시키는 한편 복합성분의 중량폐비닐들은 연료제조의 공정라인으로 이송시키는 2차선별단계; 상기 2차선별단계에 의해 포집되는 경량폐비닐들을 용융기와 압축기 및 성형기를 이용해서 플라스틱제품을 만드는 제품제작단계; 및, 상기 2차선별단계를 통해 공급되는 중량폐비닐들을 용융기로 용융시켜 수분이 제거된 고형연료를 만들고 또한 그 고형연료를 유화기로 유화시켜 유류를 추출하는 연료제조단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제품제작단계는, 상기 2차선별단계를 통해 포집된 경량폐비닐들을 정해진 온도로 가열하여 수분을 제거하고 덩어리형태의 성형원료로 가공하는 원료용융단계와, 상기 원료용융단계에 의해 덩어리형태로 가공된 성형원료의 추가적 수분증발 및 열기소멸을 유도하는 원료건조단계와, 상기 원료건조단계에 의해 자연건조된 성형원료를 잘게 분쇄하여 성형의 용이성을 확보하는 원료분쇄단계와, 상기 원료분쇄단계에 의거 잘게 분쇄된 성형원료를 열변형 압축하여 성형전 밀도를 향상시키는 원료압축단계와, 상기 원료압축단계에 의해 압축된 성형원료를 정해진 형상과 모양의 플라스틱제품으로 만들어내는 원료성형단계로 이루어진다.

더하여, 상기 연료제조단계는, 상기 2차선별단계를 통해 이송된 중량폐비닐을 다음 공정에 정량공급하는 연료공급단계와, 상기 연료공급단계를 통해 공급되는 정량의 중량폐비닐들을 정해진 온도로 가열하여 수분을 제거하고 덩어리형태의 고형연료로 가공하는 연료용융단계와, 상기 연료용융단계를 통해 가공된 고형연료를 정해진 온도로 가열해서 그 고형연료로부터 유류를 추출해내는 연료유화단계와, 상기 연료용융단계 및 상기 연료유화단계에 의거한 수분증발 및 유류추출로 인해 가루형태로 남은 잔재물 매립의 잔재물처리단계로 이루어진다.

또한, 상기 선별이송단계서의 상기 이송장치는, 물건을 연속적으로 이동·운반하는 컨베이어이고, 상기 컨베이어 구성에서 벨트의 회전을 위한 바퀴를 자성체로 구성하거나 또는 자성체를 부착하여 상기 벨트 상에 적재되는 폐비닐들에 혼재된 철금속 소재의 이물질이 벨트 표면에 들러붙도록 하는 것으로 철제를 걸러낼 수 있으며, 상기 바퀴에 의해 궤도회전되는 상기 벨트의 표면을 간섭하는 탈리판을 더 장치하여 그 탈리판에 의해 상기 벨트 표면에 들러붙은 철제가 분리수거도록 한다.

더하여, 상기 2차선별단계는, 기체 흐름을 발생시키는 공기유동특성을 이용해서 정해진 기준의 경량폐비닐과 중량폐비닐로 분리 후 제품성형의 공정라인과 연료제조의 공정라인으로 각각 달리 공급하고, 상기 경량폐비닐의 비산과 포집을 위한 상기 공기유동특성 유발장치는, 송풍기 및 흡입기의 조합 또는 상기 흡입기 단독으로 구성된 공기포집기이다.

또한, 상기 원료용융단계에서의 경량폐비닐 가열온도는 240 내지 260℃ 이내이고, 폐비닐의 완전연소 방지를 고려하여 2회 이상 반복수행한다.

더하여, 상기 연료용융단계에서의 중량폐비닐 가열온도는 240 내지 260℃ 이내이다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이, 본 발명의 폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품은, 수거된 폐비닐들에 혼재된 각종 이물질을 1차적으로 걸러냄에 더해 해당 폐비닐들을 다음 공정으로 이송하는 과정에서 자성체(및 탈리판)를 이용하여 철제(못, 철사 등)를 보다 완벽히 걸러낼 수 있게 됨으로써, 폐비닐들에 혼재된 대부분의 이물질 선별이 가능하고 이에 따라 질좋은 재료의 확보는 물론이거니와 해당 재료를 이용한 고품질 재활용품의 제조생산이 가능한 효과가 있다.

또한, 공기포집기를 이용한 공기유동원리로 단일성분의 경량폐비닐들을 비산시켜 포집하는 방법으로 폐비닐들을 무게별로 선별 후 단일성분의 경량폐비닐을 이용하여 고강도·고내구성을 갖춘 플라스틱제품을 제작하고 복합성분의 중량폐비닐들을 이용해서는 고형연료 제조와 더불어 그 고형연료로부터 유류를 추출하는 등 재활용공정의 구체화 및 재활용품 제조별 공정분리에 따라 다양한 재활용품의 제조생산은 물론이거니와 경량폐비닐을 이용한 고품질 재활용품(플라스틱제품)의 제작이 가능한 효과가 있다.

이와 함께, 고형연료로부터의 유류 추출로 매립 허용기준을 충족하는 가루(재)형태의 잔재물화로 인류에 유해한 폐기물 발생을 억제하는 효과가 있고, 지금까지와 같은 각종 효과의 달성으로, 폐비닐의 다량화와 난분해화로 심각한 사회문제로 대두되어 폐비닐의 재활용이 요구되는 지금, 이와 관련한 자원순환 관련산업은 물론 그린환경조성 관련산업의 발전 및 활성화에 크게 기여할 수 있는 아주 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법을 단계적으로 나타낸 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법에 있어서, 제품제작단계를 나타낸 공정도.
도 3은 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법에 있어서, 연료제조단계를 나타낸 공정도.
도 4는 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법에 있어서, 제품제작단계 중 원료용융단계를 통해 덩어리형태로 가공된 경량폐비닐의 용융상태를 보여주는 예시이미지.
도 5는 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법에 있어서, 제품제작단계 중 원료건조단계를 통해 덩어리형태로 가공된 폐비닐의 건조상태를 보여주는 예시이미지.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법에 있어서, 제품제작단계를 통해 제작된 플라스틱제품을 보여주는 예시이미지.
도 7은 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법에 있어서, 연료제조단계 중 연료용융단계를 통해 덩어리형태로 가공된 중량폐비닐의 용융상태를 보여주는 예시이미지.
도 8 내지 도 21은 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법을 통해 제조된 재활용품 중 플라스틱제품의 물성시험성적서.
도 22 내지 도 31은 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법을 통해 제조된 재활용품 중 플라스틱제품의 촉진내후성 시험성적서.
도 32 내지 도 37은 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품의 유해성분 검출 시험성적서.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

첨부도면 중 도 1은 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법을 단계적으로 나타낸 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법에 있어서 제품제작단계를 나타낸 공정도이며, 도 3은 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법에 있어서 연료제조단계를 나타낸 공정도이고, 도 4는 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법에 있어서 제품제작단계 중 원료용융단계를 통해 덩어리형태로 가공된 경량폐비닐의 용융상태를 보여주는 예시이미지이며, 도 5는 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법에 있어서 제품제작단계 중 원료건조단계를 통해 덩어리형태로 가공된 폐비닐의 건조상태를 보여주는 예시이미지이고, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법에 있어서 제품제작단계를 통해 제작된 플라스틱제품을 보여주는 예시이미지이며, 도 7은 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법에 있어서 연료제조단계 중 연료용융단계를 통해 덩어리형태로 가공된 중량폐비닐의 용융상태를 보여주는 예시이미지이고, 도 8 내지 도 21은 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법을 통해 제조된 재활용품 중 플라스틱제품의 물성시험성적서이고, 도 22 내지 도 31은 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법을 통해 제조된 재활용품 중 플라스틱제품의 촉진내후성 시험성적서이며, 도 32 내지 도 37은 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품의 유해성분 검출 시험성적서이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품은, 압축 폐비닐뭉치를 장비(크러셔 등의 중장비)를 이용해서 해체하고 그렇게 해체된 폐비닐들에 혼재된 이물질들을 걸러내는 1차선별단계(S100)와, 상기 1차선별단계(S100)를 거친 폐비닐들을 이송장치를 이용해서 다음 공정으로 이송시키되 그 이송과정에서 자성체를 이용하여 폐비닐들에 혼재된 철제를 걸러내는 선별이송단계(S200)와, 상기 1차선별단계(S100) 및 선별이송단계(S200)에 의거 이물질 제거상태로 공급되는 폐비닐들을 분쇄장치를 이용해서 가공에 용이한 크기로 잘게 절단하는 1차분쇄단계(S300)와, 상기 1차분쇄단계(S300)에 의거 잘게 절단된 폐비닐들을 다음 공정으로 이송시키되 공기포집기를 이용한 무게별 선별을 통해 단일성분의 경량폐비닐들은 제품성형의 공정라인으로 포집시키는 한편 복합성분의 중량폐비닐들은 연료제조의 공정라인으로 이송시키는 2차선별단계(S400)와, 상기 2차선별단계(S400)에 의해 포집되는 경량폐비닐들을 용융기와 압축기 및 성형기를 이용해서 플라스틱제품을 만드는 제품제작단계(S500)와, 상기 2차선별단계(S400)를 통해 공급되는 중량폐비닐들을 용융기로 용융시켜 수분이 제거된 고형연료(solid fuels)를 만들고 또한 그 고형연료를 유화기로 유화시켜 유류(oil)를 추출하는 연료제조단계(S600)로 이루어진다.

1차선별단계(S100)는, 전문 수거업체로부터 제공받은 압축 폐비닐뭉치의 해체 및 그 해체 폐비닐들에 혼재된 각종 이물질(예컨대 섬유제품, 지류제품, 금속제품, 고무제품, 플라스틱제품, 목재품, 유리제품, 금속제품 등)을 걸러내기 위한 공정으로, 부피가 큰 큐브(cube)형태로 압축제공된 폐비닐뭉치를 크러셔 또는 지게차 등과 같은 중장비를 이용해서 강제로 해체함에 더해 그로써 개개의 상태로 해체된 다량의 폐비닐들에 혼재된 이물질(및 불순물)들을 작업자가 직접(수작업) 추가로 걸러내는 작업과정으로 이루어지는 바, 이는 다음 공정(선별이송단계 : S200)에서 수행되는 폐비닐들에 혼재된 철금속 이물질(못, 철사 등)을 걸러내는 과정에 효율성을 더해주기 위함이다.

선별이송단계(S200)는, 상기 1차선별단계(S100)를 거친 폐비닐들을 다음 공정으로 이송공급하되 그 과정에서 철금속 소재의 이물질을 걸러내기 위한 공정으로, 물건을 연속적으로 이동·운반하는데 쓰이는 기계장치인 컨베이어(conveyor)를 이용하는 바, 상기 컨베이어 구성에서 벨트의 회전을 위한 바퀴(roll)를 자성체로 구성하거나 또는 자성체를 부착하여 상기 벨트 상에 적재되는 폐비닐들에 혼재된 철금속 소재의 이물질(이하 '철제'라 함)이 벨트 표면에 들러붙도록 하는 것으로 철제를 걸러낼 수 있으며, 또한 상기 바퀴에 의해 궤도회전되는 벨트의 표면을 간섭하는 탈리판을 더 장치하여 그 탈리판에 의해 벨트 표면에 들러붙은 철제의 분리수거가 가능하도록 한다.

1차분쇄단계(S300)는, 상기 선별이송단계(S200)를 통해 공급되는 다양한 크기의 폐비닐들을 가공에 용이한 크기로 잘게 절단하기 위한 공정으로, 재료를 분쇄·파쇄하는데 쓰이는 기계장치인 분쇄기(crusher)를 이용하는 바, 반드시 이에 한정되지 않고 동일한 작용관계를 나타내는 기계장치(절단기 등)라 한다면 얼마든지 달리 채용할 수 있다.

2차선별단계(S400)는, 상기 1차분쇄단계(S300)를 거친 폐비닐들을 제품성형과 연료제조의 재료로 선별(구분)하기 위한 공정으로, 기체 흐름을 발생시키는 공기유동특성을 이용해서 정해진 기준의 경량폐비닐과 중량폐비닐로 분리 후 제품성형의 공정라인 연료제조의 공정라인으로 각각 달리 공급하는 바, 이는 경량폐비닐의 비산 및 그렇게 비산하는 경량폐비닐의 포집을 위한 공기유동특성을 유발하는 기계장치인 송풍기 및 흡입기의 조합이거나 혹은 상기 흡입기 단독으로 구성된 공기포집기(air collector)인 것이 바람직하다.

제품제작단계(S500)는, 상기 2차선별단계(S400)를 통해 포집된 경량폐비닐을 이용해서 플라스틱제품을 만들어내기 위한 공정으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 포집된 경량폐비닐들을 정해진 온도로 가열하여 수분을 제거하고 덩어리형태의 성형원료(도 4 참조)로 가공하는 원료용융단계(S510)와, 상기 원료용융단계(S510)에 의해 덩어리형태로 가공된 성형원료의 추가적 수분증발 및 열기소멸을 유도하는 원료건조단계(S520)와, 상기 원료건조단계(S520)에 의해 자연건조된 성형원료(도 5 참조)를 잘게 분쇄하여 성형의 용이성을 확보하는 원료분쇄단계(S530)와, 상기 원료분쇄단계(S530)에 의거 잘게 분쇄된 성형원료를 열변형 압축하여 성형전 밀도를 향상시키는 원료압축단계(S540)와, 상기 원료압축단계(S540)에 의해 압축된 성형원료를 정해진 형상과 모양의 플라스틱제품(도 6a 내지 도 6c 참조)으로 만들어내는 원료성형단계(S550)로 이루어진다.

상기 원료용융단계(S510)는, 고체의 재료를 높은 온도로 가열하여 액체로 상태변화가 일어나도록 하고 그 과정에서 수분의 증발이 이루어지도록 하는 기계장치인 용융기(melting machine)를 이용함이 바람직하다. 그리고, 이때의 가열온도는 240 내지 260℃ 이내에서 수행되며, 폐비닐의 완전연소 방지를 고려하여 2회 이상 반복수행함이 바람직하다.

상기 원료건조단계(S520)는, 서늘한 장소에서 얼마간의 시간 동안 방치하여 열기의 소멸이 이루어지도록 함과 동시에 그 과정에서 수분의 추가증발이 이루어지도록 한다.

상기 원료분쇄단계(S530)는, 일정한 크기를 가진 고체의 재료를 절단하여 작은 크기로 만드는 기계장치인 분쇄기(disintegrator) 또는 절단기(cutting machine)를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 원료압축단계(S540)는, 덩어리형태로 이루어진 성형원료 속 공기층의 제거를 통해 성형전 밀도를 향상시켜 상기 원료성형단계(S550)를 통한 성형후 제품의 강도 및 내구성의 향상을 도모하는 기계장치인 압축기(pressing machine)를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 원료성형단계(S550)는, 압축된 성형원료를 준비된 금형내에 위치시키거나 주입시켜 정해진 형상과 모양을 가공하는 기계장치인 성형기(molding machine)를 이용하는 것이 바람직하다.

연료제조단계(S600)는, 상기 2차선별단계(S400)를 통해 이송된 중량폐비닐을 이용해서 보일러 난방연료로 주로 쓰이는 펠렛(pellet)형태의 고형연료를 만들어내고 또한 그 고형연료로부터 유류(oil)를 추출해내기 위한 공정으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 이송된 중량폐비닐들을 다음 공정에 정량공급하는 연료공급단계(S610)와, 상기 연료공급단계(S610)를 통해 공급되는 정량의 중량폐비닐들을 정해진 온도로 가열하여 수분을 제거하고 덩어리형태(도 7 참조)의 고형연료로 가공하는 연료용융단계(S620)와, 상기 연료용융단계(S620)를 통해 가공된 고형연료를 정해진 온도로 가열해서 그 고형연료로부터 유류를 추출해내는 연료유화단계(S630)와, 상기 연료용융단계(S620) 및 연료유화단계(S630)에 의거한 수분증발 및 유류추출로 인해 가루(재)형태로 남은 잔재물 매립의 잔재물처리단계(S640)로 이루어진다.

상기 연료공급단계(S610)는, 상기 2차선별단계(S400)를 통해 공급되는 중량폐비닐들을 로터리킬른(rotary kiln)으로 정해진 중량에 맞춰 상기 연료용융단계(S620)에 주기적으로 공급하는데 쓰이는 기계장치인 정량공급기(apron feeder)를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 연료용융단계(S620)는, 고체재료를 높은 온도로 가열하여 액체로 상태변화가 일어나도록 하고 그 과정에서 수분증발이 이루어지도록 하는 기계장치인 용융기를 이용함이 바람직하다. 그리고, 이때의 가열온도는 240 내지 260℃ 이내에서 수행됨이 바람직하다.

상기 연료유화단계(S630)는, 폐비닐 또는 폐플라스틱의 열분해를 통해 그 폐비닐 또는 폐플라스틱으로부터 유증기(油烝氣, oil mist)를 추출 후 그 유증기를 냉각시켜 액체형태의 휘발류, 경유, 등유 등의 유류를 만들어내는데 쓰이는 기계장치인 유화기(oil equipment)를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 잔재물처리단계(S640)는, 앞서 설명한 바와 같이 상기 연료용융단계(S610)와 연료유화단계(S640)에 따라 수분과 오일성분이 제거됨에 따라 가루형태로 남은 잔여물질의 최종처리를 위한 공정이다. 참고로, 상기와 같이 수분과 오일성분 등 환경에 유해한 성분이 제거된 가루형태로 매립 허용기준을 충족할 수 있다.

상기와 같은 구성으로 되는 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품의 작용을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 섬유, 유리, 금속, 목재 등의 각종 이물질(및 불순물)이 뒤섞인 생활계 복합 폐비닐을 보다 효율적으로 선별·분리하는 한편 선별된 폐비닐을 이용한 플라스틱제품의 제작 및 고형연료 제조와 더불어 그 고형연료로부터의 유류 추출을 목적한다.

이를 위해, 도 1에서와 같이, 수거업체로부터 제공받은 압축 폐비닐뭉치를 크러셔 등과 같은 중장비를 이용해서 해체한 후, 그렇게 해체된 폐비닐들에 혼재된 각종 이물질들을 작업자가 직접(수작업) 걸러내는 작업(1차선별단계 : S100)을 우선수행한다.

다음으로, 상기와 같이 이물질들이 제거된 폐비닐들을 이송장치(컨베이어)에 적재시켜 그 이송장치를 통해 다음 공정단계로 공급하게 되는 바, 여기서 상기 이송장치에 구성된 자성체와 탈리판이 폐비닐들에 혼재된 철제 이물질을 걸러내는 것(선별이송단계 : S200)에 의거 철제를 포함한 대부분의 이물질 제거가 가능하게 된다.

이어서, 분쇄기에 의해 재활용품 제조에 적합한 크기로 폐비닐들이 잘게 절단(1차분쇄단계 : S300)되고, 그 상태로 폐비닐들을 무게별로 구분(2차선별단계 : S400)하며 그에 따라 구분된 폐비닐들 중 경량폐비닐들은 플라스틱제품의 제조(제작)을 위한 공정으로, 중량폐비닐들은 연료제조를 위한 공정으로 각각 분리이송이 이루어지게 된다.

이는, 상기 분쇄기에 의거 잘게 절단된 폐비닐들에 공기유동작용을 부여하는 공기포집기에 의해 이루어지는 것이며, 이때 상기 공기유동작용의 영향으로 경량폐비닐들이 공중으로 비산함과 동시에 정해진 장소로 강제포집 후 플라스틱제품의 제작을 위한 공정라인으로 이송되는 것에 따라 경량폐비닐을 이용해서 정해진 형상과 모양의 플라스틱제품을 제조(제품제작단계 : S500)할 수 있게 되는 것으며, 상기 플라스틱제품은 빗물침투 가로수보호판, 띠녹지보호판, 생태기둥 화분, 빗물저금통, 조경용 울타리, 로드매트 블록 등과 같은 건설재료 또는 이밖에도 다양한 분야에서 여러 가지 용도 및 형태로 제작될 수 있다.

반면, 상기와 같이 비산 및 포집되지 아니하는 중량폐비닐들은 별도의 이송장치(컨베이어)에 의해 연료(고체연료, 유류) 제조를 위한 공정으로 이송되는 것에 의해 중량폐비닐을 이용해서 보일러 난방에 사용하는 펠렛형태의 고형연료 제조와 더불어 그 고형연료로부터 유류를 추출(연료제조단계 : S600)할 수 있게 되는 것이다.

참고로, 수거업체로부터 수집된 폐비닐들은 비교적 가벼운 경량폐비닐과 비교적 무거운 중량폐비닐이 뒤섞여 있게 마련인 바, 상기 경량폐비닐은 단일성분으로 이루어져 복합성분의 상기 중량폐비닐에 비해 비교적 가볍고 그와 같은 단일성분으로 이루어져 있음에 따라 상기 플라스틱제품을 제작하기에 적합하다는 것을 밝혀둔다.

이하, 앞서 언급한 경량폐비닐들을 이용한 플라스틱제품 제작의 상기 제품제작단계(S500)의 공정을 자세하게 설명하자면, 도 2에서와 같이, 상기 공기포집기에 의해 비산·포집된 경량폐비닐들을 용융기를 이용하여 정해진 온도(240 내지 260℃)에서 가열하여 그 경량폐비닐들로부터 수분을 제거함과 동시에 액체로 변화되어 다수의 경량폐비닐들이 정해진 크기의 덩어리형태로 가공(원료용융단계 : S510)한 후, 상온에서 덩어리형태로 된 성형원료를 자연건조시켜 추가적 수분증발과 열기소멸이 이루어지도록 한다(원료건조단계 : S520).

이후, 분쇄기를 이용해서 덩어리형태로 된 성형원료를 성형전 가공에 적합한 크기로 잘게 절단(원료분쇄단계 : S530)하는 공정으로 플라스틱제품 제작의 준비를 마친 다음, 상기와 같이 잘게 절단된 성형원료를 압축기를 이용해서 열변형 압축함을 통해 성형원료의 밀도를 향상(공기층 제거 등)시킨다.

마지막으로, 상기와 같이 압축된 성형원료를 정해진 형태의 금형이 장착된 성형기를 이용해서 정해진 형상과 모양으로 성형(원료성형단계 : S550)하는 공정을 끝으로 플라스틱제품의 제조(제작)를 위한 공정단계의 수행을 최종적으로 완료할 수 있다.

그리고, 앞서 언급한 중량폐비닐들을 이용한 고형연료 제조 및 유류 제조의 상기 연료제조단계(S600)의 공정을 구체적으로 설명하자면, 도 3에서와 같이, 상기 공기포집기에 의해 포집되지 아니하고 이송장치를 따라 공급된 중량폐비닐들을 용융기를 이용하여 정해진 온도(240 내지 260℃)에서 가열하여 그 중량폐비닐들로부터 수분을 제거함과 동시에 액체로 변화되어 다수의 중량폐비닐들이 정해진 크기의 덩어리형태로 가공(연료용융단계 : S610)함을 통해 보일러의 난방연료로 사용하기 위한 고형연료로 제조할 수 있다.

더불어, 상기 고형연료를 유화기를 이용해서 열분해하여 그 고형연료로부터 유증기를 추출하고 그 유증기를 냉각(연료유화단계 : S630)시켜 휘발류, 경유, 등유 등의 유류를 생산할 수 있다.

마지막으로, 상기와 같은 고형연료로부터의 수분증발 및 유류추출에 의거 인체 및 환경에 유해한 성분이 제거됨에 따라 매립 허용기준을 충족하는 상태의 가루형태로 남은 잔재물을 매립(잔재물처리단계 : S640)하는 것을 끝으로 모든 공정이 종료된다.

참고로, 도 8 내지 도 21에서와 같이, 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법으로 제작된 플라스틱제품(폐비닐 재활용 건설재료)에 대한 물성(인장 및 압축, 밀도, 길이선열팽창계수 등) 시험을 통해 적합한 강도와 내구성을 확보하였음을 확인하였다. 또한, 도 22 내지 도 31에서와 같이, 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법으로 제조된 플라스틱제품에 대한 촉진내후성 시험을 통해 적합한 내후성을 확보하였음을 확인하였다.

그리고, 도 32 내지 도 37에서와 같이, 본 발명에 따른 폐비닐 재활용 방법으로 제조된 플라스틱제품에 대한 유해성분 검출 시험을 통해 모든 결과가 만족하였음을 확인하였다.

정리하여, 본 발명의 폐비닐 재활용 방법 및 그 방법으로 제조된 재활용품에 의하면, 수거된 폐비닐들에 혼재된 각종 이물질을 1차적으로 걸러냄(1차선별단계 : S100)에 더해 해당 폐비닐들을 다음 공정으로 이송하는 과정에서 자성체(및 탈리판)를 이용하여 철제(못, 철사 등)를 보다 완벽히 걸러낼 수 있게 됨(선별이송단계 : S200)으로써, 폐비닐들에 혼재된 이물질의 완벽한 선별(제거)이 가능하고 이에 따라 질좋은 재료의 확보는 물론이거니와 해당 재료를 이용한 고품질 재활용품의 제조생산이 가능한 효과를 거둘 수 있다.

또한, 공기포집기를 이용한 공기유동원리로 단일성분의 경량폐비닐들을 비산시켜 포집하는 방법으로 폐비닐들을 무게별로 선별(2차선별단계 : S400) 후 단일성분의 경량폐비닐을 이용하여 고강도·고내구성을 갖춘 플라스틱제품을 제작(제품제작단계 : S500)하고 복합성분의 중량폐비닐들을 이용해서는 고형연료 제조와 더불어 그 고형연료로부터 유류를 추출(연료제조단계 S600)하는 등 재활용공정의 구체화 및 재활용품 제조별 공정분리에 따라 다양한 재활용품의 제조생산은 물론이거니와 경량폐비닐을 이용한 고품질 재활용품(플라스틱제품)의 제작이 가능한 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정과 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그리고, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

S100 : 1차선별단계, S200 : 선별이송단계
S300 : 1차분쇄단계, S400 : 2차선별단계
S500 : 제품제작단계, S510 : 원료용융단계
S520 : 원료건조단계, S530 : 원료분쇄단계
S540 : 원료압축단계, S550 : 원료성형단계
S610 : 연료공급단계, S620 : 연료용융단계
S630 : 연료유화단계, S640 : 잔재물처리단계

Claims (9)

1. 압축 폐비닐뭉치를 장비를 이용해서 해체하고 그렇게 해체된 폐비닐들에 혼재된 이물질들을 걸러내는 1차선별단계;
   상기 1차선별단계를 거친 폐비닐들을 이송장치를 이용해서 다음 공정으로 이송시키되, 그 이송과정에서 자성체를 이용하여 폐비닐들에 혼재된 철제를 걸러내는 선별이송단계;
   상기 1차선별단계 및 상기 선별이송단계에 의거 이물질 제거상태로 공급되는 폐비닐들을 분쇄장치를 이용해서 가공에 용이한 크기로 잘게 절단하는 1차분쇄단계;
   상기 1차분쇄단계에 의거 잘게 절단된 폐비닐들을 다음 공정으로 이송시키되, 공기포집기를 이용한 무게별 선별을 통해 단일성분의 경량폐비닐들은 제품성형의 공정라인으로 포집시키는 한편 복합성분의 중량폐비닐들은 연료제조의 공정라인으로 이송시키는 2차선별단계;
   상기 2차선별단계에 의해 포집되는 경량폐비닐들을 용융기와 압축기 및 성형기를 이용해서 플라스틱제품을 만드는 제품제작단계; 및,
   상기 2차선별단계를 통해 공급되는 중량폐비닐들을 용융기로 용융시켜 수분이 제거된 고형연료를 만들고 또한 그 고형연료를 유화기로 유화시켜 유류를 추출하는 연료제조단계;로 이루어지고,
   상기 2차선별단계는, 기체 흐름을 발생시키는 공기유동특성을 이용해서 정해진 기준의 경량폐비닐과 중량폐비닐로 분리 후 제품성형의 공정라인과 연료제조의 공정라인으로 각각 달리 공급하며,
   상기 제품제작단계는, 상기 2차선별단계를 통해 포집된 경량폐비닐들을 정해진 온도로 가열하여 수분을 제거하고 덩어리형태의 성형원료로 가공하는 원료용융단계와, 상기 원료용융단계에 의해 덩어리형태로 가공된 성형원료의 추가적 수분증발 및 열기소멸을 유도하는 원료건조단계와, 상기 원료건조단계에 의해 자연건조된 성형원료를 잘게 분쇄하여 성형의 용이성을 확보하는 원료분쇄단계와, 상기 원료분쇄단계에 의거 잘게 분쇄된 성형원료를 열변형 압축하여 성형전 밀도를 향상시키는 원료압축단계와, 상기 원료압축단계에 의해 압축된 성형원료를 정해진 형상과 모양의 플라스틱제품으로 만들어내는 원료성형단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐비닐 재활용 방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 연료제조단계는, 상기 2차선별단계를 통해 이송된 중량폐비닐을 다음 공정에 정량공급하는 연료공급단계와,
   상기 연료공급단계를 통해 공급되는 정량의 중량폐비닐들을 정해진 온도로 가열하여 수분을 제거하고 덩어리형태의 고형연료로 가공하는 연료용융단계와,
   상기 연료용융단계를 통해 가공된 고형연료를 정해진 온도로 가열해서 그 고형연료로부터 유류를 추출해내는 연료유화단계와,
   상기 연료용융단계 및 상기 연료유화단계에 의거한 수분증발 및 유류추출로 인해 가루형태로 남은 잔재물 매립의 잔재물처리단계로 이루어짐을 특징으로 하는 폐비닐 재활용 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 선별이송단계서의 상기 이송장치는, 물건을 연속적으로 이동·운반하는 컨베이어이고,
   상기 컨베이어 구성에서 벨트의 회전을 위한 바퀴를 자성체로 구성하거나 또는 자성체를 부착하여 상기 벨트 상에 적재되는 폐비닐들에 혼재된 철금속 소재의 이물질이 벨트 표면에 들러붙도록 하는 것으로 철제를 걸러낼 수 있으며,
   상기 바퀴에 의해 궤도회전되는 상기 벨트의 표면을 간섭하는 탈리판을 더 장치하여 그 탈리판에 의해 상기 벨트 표면에 들러붙은 철제가 분리수거도록 함을 특징으로 하는 폐비닐 재활용 방법.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 원료용융단계에서의 경량폐비닐 가열온도는 240 내지 260℃ 이내이고, 폐비닐의 완전연소 방지를 고려하여 2회 이상 반복수행함을 특징으로 하는 폐비닐 재활용 방법.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 연료용융단계에서의 중량폐비닐 가열온도는 240 내지 260℃ 이내임을 특징으로 하는 폐비닐 재활용 방법.
   
8. 삭제
9. 삭제

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