KR102624291B1 - 폐플라스틱의 열분해 장치 및 이를 이용한 저비점 열분해유의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐플라스틱 열분해 장치 및 이를 이용한 저비점 열분해유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐플라스틱의 열분해 효율을 높이고, 저비점 열분해유의 생산성을 향상시키기 위해 폐플라스틱을 산소의 접촉 없이 직접 열을 가하는 열분해부와 상기 열분해부에서 생성된 열분해물을 분리하고, 하부에서는 미분해된 미반응물을 추가적으로 열분해하는 반응증류탑부를 결합시켜 하나의 장치에서 연속적으로 폐플라스틱의 열분해를 수행함과 동시에 열분해물에 함유된 미응축 가스와 미분해된 미반응물을 열분해부와 반응증류탑부로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 장치 및 이를 이용한 저비점 열분해유의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폐플라스틱 재활용에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐플라스틱의 열분해 효율을 높이고, 저비점 열분해유의 생산성을 향상시킬 수 있는 폐플라스틱의 열분해 장치 및 이를 이용한 저비점 열분해유의 제조방법에 관한 것이다.
산업사회가 발전함에 따라 플라스틱의 사용량이 급속히 증가하고 있으며, 그에 따라 폐기물인 폐플라스틱의 발생량도 크게 늘어나고 있다. 이러한 경향은 생활계, 산업계 및 건설계 분야의 전반에 걸쳐 진행되고 있으며, 폐플라스틱을 처리하는 것이 사회적인 문제로 대두되고 있다.
재활용이 되지 않는 폐플라스틱은 주로 매립 또는 소각되고 있다. 이에 따라, 소각의 경우 소각으로 인한 환경호르몬 발생, 악취 및 유해가스 발생, 이산화탄소의 발생 등으로 지구온난화 및 환경오염을 유발시키기 때문에 갈수록 그 사용이 제한되고 있다. 또한 매립을 하는 경우에는 매립지 부족과 생태계 파괴 등의 부작용이 발생하여 매립조건은 점차 악화되고 있으며, 폐플라스틱은 자연계에서 쉽게 분해되지 않기 때문에 매립하는 경우 장기간 토양 속에 존재하기 때문에 토양과 수질을 오염시키고 있다.
이에 따라 폐플라스틱을 소각하거나 매립하지 않고 재활용하는 방안으로서 열분해를 이용한 폐플라스틱의 유화방법이 알려지고 또한 그 장치의 연구개발이 활발히 진행되고 있다.
종래의 사용되고 있는 열분해 장치로는 열분해 반응기에 폐플라스틱을 장입하여 외부에서 열을 가하는 배치식과, 열분해 반응기에 폐플라스틱을 연속투입하여 외부에서 열을 가하면서 연속 열분해하는 두가지 방법이 있다.
이들 모두 짧은 시간에 열분해에 필요한 열을 외부에서 집중적으로 가열하다 보니 반응기 내벽에 코크 생성이 심하고, 열전달 효율이 떨어져 열분해가 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있으며, 급격한 급부 가열로 열분해 장치의 각종 설비들이 원활한 동작을 하지 못하는 등 많은 문제점이 표출되었다.
또한, 폐플라틱을 열분해시키는 열분해 장치에는 열분해 반응기 후단에 증류탑을 별도로 설치하여 배관을 통해 열분해 가스를 증류탑에 이송시키고, 증류탑으로 이송된 열분해 가스를 비등점에 따라 중유 등의 정제유를 생산하는 기술이 개발되고 있으나, 열분해 오일의 생산량을 높이기 위해서는 이들의 규모를 각각 최대화시켜야 하고, 이들 장치의 온도를 올리고 내리는 과정에서 에너지의 소모량이 많아 원가 상승 및 안전 사고의 위험성이 내재되어 있었다.
일 예로 한국등록특허 제0787958호에서는 열분해된 열분해 가스를 비등점에 따라 정제유를 생산하는 증류탑을 열 분해실의 열분해 가스 배출구 상부에 수직으로 통합시켜 간접 가열에 의해 폐합성 고분자 화합물을 연속적으로 열분해하는 연속식 열분해 시스템을 제시한 바 있으나, 상기 연속식 열분해 시스템 역시 간접 가열방식으로 열분해를 수행함으로써, 열전달 효율이 떨어지고, 열 분해실 내부 온도가 낮아 고비점 물질이나 미분해물이 다량 생산되는 단점을 가지고 있어 고품질 연료 생산이 어려운 문제점이 있었다.
이에, 한국등록특허 제1180580호에서는 간접 가열로 인한 문제점을 해결하기 위해 용융된 열가소성 수지를 유동상 분해기에 연속 투입하여 예열된 촉매상에서 열가소성 수지를 직접 열분해시키고, 직접 열분해된 분해증기를 일관 공정으로 연속적으로 분별증류탑으로 도입하여 저비점유와 왁스를 연속적으로 분리시킨 다음, 분별증류탑 하부의 고정상 분해기 상부로 낙하하는 고비점 왁스류를 촉매상에서 재분해하여 저분자로 전환된 재생유를 회수하는 다단 촉매열분해공법을 제시하였다.
그러나 상기 다단 촉매열분해공법에서는 분별증류탑 하부에 구비된 촉매 고정상분해기로 왁스류가 낙하됨에 따라 촉매 고정상분해기의 코킹을 유발시켜 왁스류의 재분해가 제대로 이루어지지 않을 뿐만 아니라, 일관 공정으로 유동상 분해기에서 기상의 열분해된 분해증기만을 분별증류탑으로 도입시킴으로써, 유동상 분해기에 남아 있는 미분해된 액상의 고비점 물질로 인해 유동상 분해기의 열전달을 약화시키고 열분해반응 속도를 방해하여 열분해 오일 생산량을 저해하는 문제점이 있었다.
이로 인해 폐플라스틱용 열분해 장치들이 다수 개발되었음에도 불구하고, 열분해 효율이 낮고, 고품질의 연료로 적용할 수 있는 저비점 열분해오일의 생산량이 저조하여 산업현장에서는 제대로 실용화되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명의 주된 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 폐플라스틱의 열분해 효율을 높이고, 저비점 열분해유의 생산성을 향상시킬 수 있는 폐플라스틱의 열분해 장치 및 이를 이용한 저비점 열분해유의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는 폐플라스틱을 무산소 분위기에서 이송 및 용융시키도록 이송 스크류가 구동수단에 의해 회전 가능하게 구비된 용융부; 상기 용융부로부터 공급된 폐플라스틱 용융물을 직접 가열방식으로 급속 열분해시켜 열분해물을 생성시키는 열분해부; 상기 열분해부에서 열분해 후 생성된 고형 잔사물을 배출시키는 잔사물 배출부; 상기 열분해부와 가스 유통로 및 액체 유통로의 두 통로로 연결된 반응증류탑부; 상기 반응증류탑부의 상부에서 분리된 미응축 가스를 가열시킨 후, 용융부, 열분해부 및 반응증류탑부로 재순환시키는 가스 재순환부; 및 상기 반응증류탑부의 하부에 잔존하는 미반응물을 용융부 및 열분해부로 재순환시키는 액상 재순환부를 포함하고, 상기 가스 유통로는 열분해부에서 열분해된 가스를 반응증류탑부로 이송하여 반응증류탑부에서 열분해물의 비등점에 따라 분리하여 정제유를 생성시키고, 상기 액체 유통로는 미분해된 미반응물이 열분해부와 반응증류탑부 사이에서 유통되도록 하며, 상기 반응증류탑부의 하부에서는 미반응물을 직접 가열방식으로 열분해시키는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 열분해 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 반응증류탑부 하부의 온도는 열분해부 온도 미만인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 반응증류탑부는 별도의 가열 또는 냉각 수단에 의해 반응증류탑부의 일부를 가열 또는 냉각하여 반응증류탑부의 높이에 따른 적정한 온도 분포를 유지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 미응축 가스는 수소를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 열분해부는 유동층(Fluidized Bed) 반응기인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 가스 재순환부로부터 열분해부 및 반응증류탑부로 공급되는 미응축 가스는 폐플라스틱의 용융물 및 미반응물과 직접 접촉되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 정제유는 탄소수가 5 ~ 12개인 탄화수소유인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 폐플라스틱 열분해 장치를 이용하여 저비점 열분해유를 제조하는 것을 특징으로 하는 저비점 열분해유의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 폐플라스틱을 산소의 접촉 없이 직접 열을 가하는 열분해부와 상기 열분해부에서 생성된 열분해물을 비등점에 따라 분리하고, 하부에서 미분해된 미반응물을 추가적으로 열분해하는 반응증류탑부를 결합시켜 하나의 장치에서 연속적으로 폐플라스틱의 열분해 수행함으로써, 장치비, 조업비 등의 비용을 절감시킬 수 있고, 성분 분리, 열분해 반응 등이 복합적으로 일어나게 하여 에너지 소모를 대폭 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 간접 가열방식이 아닌 직접적인 가열로 폐플라스틱을 급속 열분해시킴으로써, 타르의 생성을 최소화할 수 있고, 폐플라스틱의 열분해로 생성된 기상의 열분해물을 연속적으로 반응증류탑부에 도입시켜 비등점에 따라 분리된 고품질의 정제유를 연속적으로 회수할 수 있으며, 열분해부에서 미분해된 미반응물과 반응증류탑부에서 환류되는 고비점 열분해물을 추가적으로 열분해하여 저분자로 전환시킴으로써, 완전한 열분해가 이루어져 고품질의 저비점 열분해유를 고수율로 회수할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 폐플라스틱의 열분해시 열분해물에서 분리된 미응축 가스를 열분해부와 반응증류탑부로 재순환시켜 직접 가열방식의 열전달 매체와 분해촉매로 사용함으로써, 열 접촉면적을 최대화시키고 열분해 반응속도를 증가시켜 폐플라스틱의 열분해 효율을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 열분해부 및 반응증류탑부내에 잔존하는 고비점 열분해물을 일정한 체류시간 이후에 반복적으로 열분해부에 재순환시킴으로써 열전달 효율을 증가시키고 미분해된 미반응물을 추가적으로 분해할 수 있는 순환 공정을 구축하여 폐플라스틱의 열분해 효율을 높이고, 저비점 열분해유의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해 장치의 개략 공정도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 명세서에 기재된 "구비한다", "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 지칭하는 것이고, 언급되지 않은 다른 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가될 수 있는 가능성을 배제하지 않는다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, "A 및/또는 B"는, A 또는 B, 또는 A 및 B를 의미하며, "열분해"는 산소를 배제한 조건에서 열분해 대상을 가열하여 열분해 대상에 포함된 화학물질을 분해하는 것을 의미한다.
본 발명은 폐플라스틱을 무산소 분위기에서 이송 및 용융시키도록 이송 스크류가 구동수단에 의해 회전 가능하게 구비된 용융부; 상기 용융부로부터 공급된 폐플라스틱 용융물을 직접 가열방식으로 급속 열분해시켜 열분해물을 생성시키는 열분해부; 상기 열분해부에서 열분해 후 생성된 고형 잔사물을 배출시키는 잔사물 배출부; 상기 열분해부와 가스 유통로 및 액체 유통로의 두 통로로 연결된 반응증류탑부; 상기 반응증류탑부의 상부에서 분리된 미응축 가스를 가열시킨 후, 용융부, 열분해부 및 반응증류탑부로 재순환시키는 가스 재순환부; 및 상기 반응증류탑부의 하부에 잔존하는 미반응물을 용융부 및 열분해부로 재순환시키는 액상 재순환부를 포함하고, 상기 가스 유통로는 열분해부에서 열분해된 가스를 반응증류탑부로 이송하여 반응증류탑부에서 열분해물의 비등점에 따라 분리하여 정제유를 생성시키고, 상기 액체 유통로는 미분해된 미반응물이 열분해부와 반응증류탑부 사이에서 유통되도록 하며, 상기 반응증류탑부의 하부에서는 미반응물을 직접 가열방식으로 열분해시키는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 열분해 장치에 관한 것이다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 구체예에 따른 폐플라스틱 열분해 장치(100)는 용융부(110), 열분해부(120), 잔사물 배출부(130), 반응증류탑부(140), 가스 재순환부(150) 및 액상 재순환부(160)를 주요 구성으로 포함한다.
상기 용융부(110)는 폐플라스틱 공급부(111)로부터 폐플라스틱을 공급받아 폐플라스틱을 용융시키면서 후술되는 열분해부(120)로 이송시킨다. 이때, 상기 용융부로 공급되는 폐플라스틱은 도면에 도시되지 않은 별도의 장치나 공정에서 플레이크나 그래뉼 형태로 분쇄시키거나, 열분해가 용이하도록 전처리를 수행할 수 있다.
상기 용융부(110)에서는 폐플라스틱의 산소 접촉을 방지하고 무산소 분위기를 유지하기 위해 불활성 가스(inert gas) 및/또는 반응증류탑부로부터 재순환된 미응축 가스로 퍼지시키고, 폐플라스틱이 유입될 때 산소가 함께 유입되지 않도록 용융부의 유입구가 밀봉되어 있으며, 폐플라스틱을 연속적으로 이송 및 용융시키도록 이송 스크류(112)가 구동수단(113)에 의해 회전 가능하게 구비된다.
상기 이송 스크류에 의해 용융되면서 이송된 폐플라스틱의 용융물은 열분해부(120) 내부로 유입되고, 유입된 용융물은 질소 등의 불활성 가스 및/또는 후술되는 반응증류탑부(140)에서 재순환되는 고온의 미응축 가스와 접촉시켜 급속 열분해를 수행한다.
상기 반응증류탑부(140)에서 재순환되는 미응축 가스는 수소, 메탄 등의 탄화수소 성분, 특히 수소가 함유되어 있어 이를 가열 후 폐플라스틱 용융물에 직접 접촉시킬 경우, 직접가열 방식의 열전달 매체 역할과 함께 분해촉매 역할을 수행할 수 있어 폐플라스틱의 열분해 효율을 증가시킬 수 있는 동시에 고가의 불활성 가스나 촉매의 사용량을 절감할 수 있다.
일 실시예로 상기 열분해부는 열전달 매체로 유동시키는 유동층 반응기(fluidized bed)일 수 있으며, 이러한 열분해부를 포함하는 본 발명에 구체예에 따른 폐플라스틱 열분해 장치는 회분식(batch type), 연속식(continuous type) 등의 어느 방식으로도 운전이 가능하나, 열분해유 생산량을 측면에서 연속식 운전이 바람직할 수 있다.
또한 본 발명의 구체적인 일 실시예에서, 열분해부로 유입되는 폐플라스틱 용융물은 그 열분해 효율을 높일 수 있는 촉매를 포함할 수도 있다. 이때, 촉매는 저가의 모래, 황토 등이나, 제올라이트 등의 공지된 열분해 촉매로부터 선택될 수 있으나, 이들로 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 열분해부(120)로 유입된 폐플라스틱의 용융물은 전술된 바와 같이 고온의 불활성 가스 및/또는 재순환된 고온의 미응축 가스로 접촉되어 직접 가열 열분해된다. 이때, 상기 고온의 불활성 가스 및/또는 미응축 가스의 온도는 폐플라스틱의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 상압 근처에서 300 ℃ ~ 600 ℃일 수 있다. 만일 상기 고온의 불활성 가스 및/또는 미응축 가스의 온도가 300 ℃ 미만일 경우, 폐플라스틱 용융물의 열분해가 제대로 이루어지지 않고, 600 ℃를 초과할 경우에는 고온으로 폐플라스틱 용융물이 탄화되어 열분해유의 회수율이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
한편 상기 열분해부에서 열분해되고 남은 고형의 잔사물은 열전달을 약화시키고 열분해 반응 속도를 방해하여 열분해유의 생산량을 저해할 수 있으므로 일정한 체류시간 이후에는 잔사물 배출부(130)를 통해 열분해부 밖으로 배출시킬 수 있다. 상기 잔사물 배출부(130)는 공지된 열분해 장치의 잔사물 배출부를 적용할 수 있으며, 일 예로 이송 스크류나 스크래퍼가 구비된 호퍼부 등을 적용할 수 있다.
상기 열분해부(120)에서 폐플라스틱 용융물의 열분해로 생성된 열분해물은 가스 유통로(121)를 통해 반응증류탑부로 공급되고, 열분해부에서 미분해된 액상 미반응물은 액체 유통로(122)를 통해 반응증류탑 하부로 공급된다.
상기 가스 유통로(121)를 통해 반응증류탑부로 유입된 열분해물(점선 화살표 표시)은 반응증류탑부의 온도분포를 적절한 범위내로 유지시킴으로써 열분해물의 비등점에 따라 부분적으로 응축시켜 액상 열분해물과 기상 열분해물로 분리된다. 이때, 상기 액상 열분해물의 적어도 일부는 다시 반응증류탑부의 아래쪽으로 환류되어 반응증류탑부로 유입되는 기상 열분해물과 기-액 접촉이 일어나며, 이 상태에서 열분해물의 비등점에 따라 성분분리가 동시에 일어나 저비점 열분해물은 반응증류탑부의 위쪽으로 향하고, 고비점의 열분해물은 아래쪽으로 향하게 되어 비점에 따른 정제유를 각각 회수할 수 있다. 상기 회수된 정제유는 사용 목적에 따라 후단에서 추가 냉각이나, 분리정제를 진행할 수 있다.
본 발명에서는 열분해물을 저비점으로 보다 효율적으로 전환시키기 위해 분해촉매(미도시)를 반응증류탑에 포함시켜 이용할 수 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 분해촉매로는 열분해물의 분해반응을 촉진시킬 수 있는 물질이라면 어떤 것이라도 좋으며, 니켈, 구리, 알루미늄 등의 금속 촉매와 알루미나, 제올라이트 등의 촉매가 이용될 수 있다. 또한, 넓은 의미에서 열분해물 중에 함유된 염화물, 질화물 등의 유해물질을 제거를 위한 백금, 팔라듐 등의 촉매나, 활성탄 등의 흡착제 등을 포함할 수도 있다.
한편 상기 액체 유통로(122)를 통해 반응증류탑부의 하부로 도입된 액상의 미반응물(이중선 화살표 표시)은 반응증류탑부에서 분리된 액상의 고비점 열분해물과 함께 재열분해 반응을 수행하여 저분자로 분해시킨다. 상기 반응증류탑부 하부에서 수행되는 재열분해 반응은 열분해부에서 수행되는 열분해 반응과 같이 고온의 불활성 가스 및/또는 재순환된 미응축 가스를 열전달 매체로 사용하여 미반응물과 고비점 열분해물을 접촉시키는 직접 가열방식으로 수행할 수 있다.
이때, 상기 반응증류탑부 하부의 온도는 열분해부 온도보다 낮은 온도로 유지시킴으로써, 열분해부에서의 과도한 2차 분해반응을 방지하여 폐플라스틱의 탄화나, 미응축 가스로의 전환을 최소화할 수 있다. 이때, 상기 반응증류탑부 하부의 온도는 300 ℃ ~ 500 ℃ 범위 내에서 열분해부 온도 미만일 수 있다.
상기 반응증류탑부의 하부에서 재열분해된 기상의 열분해물은 상기 반응증류탑부 상부로 이동되어 비등점에 따라 분리되어 정제유를 생성하고, 나머지 액상의 미반응물과 고형의 잔사물은 열분해물로 재순환되어 추가적인 열분해와 외부 배출이 진행된다.
전술된 바와 같은 반응증류탑부(140)의 온도분포는 공지된 증류탑의 온도 분포와 같이 최종 정제유의 성분 비점에 따라 달라질 수 있고, 반응증류탑부의 높이, 도입된 열분해물 및 미반응물의 조성과 온도, 반응증류탑부의 압력, 반응증류탑부의 환류조건 등 여러가지 변수에 의해 정해질 수 있다. 원하는 범위의 온도분포를 얻기 위해서는 상기 변수들을 적절히 조절해야 하며, 이와 무관하게 임의로 온도분포를 제어하기 위해 별도로 반응증류탑부를 가열 또는 냉각하는 방법을 사용할 수도 있다.
상기 반응증류탑부의 상부는 효율적인 기-액 접촉에 의한 성분 분리기능을 가지는 구조라면 어떤 구조라도 제한 없이 적용 가능하고, 예를 들면, 일반적으로 화학공정에서 사용되는 기-액 접촉수단인 플레이트형 칼럼(plate column)이나 패크드형 칼럼(pcaked column)의 탑내용물(column internal)을 그대로 본 발명의 반응증류탑부로 이용할 수 있으며, 반응증류탑부의 하부는 직접 가열방식의 열분해 반응기 구조라면 어떤 구조라고 제한 없이 적용 가능하며, 바람직하게는 유동층 반응기 구조일 수 있다.
상기 반응증류탑부의 상부에서 응축되지 않은 탄소수 5 미만의 미응축 가스는 가스 재순환부(150)를 통해 가열시킨 후, 전술된 용융부(110), 열분해부(120) 및 반응증류탑부(140) 하부 중 어느 하나로 재순환시킬 수 있다.
상기 가스 재순환부(150)는 미응축 가스를 일정 기간 저장할 수 있는 저장부(미도시) 및/또는 미응축 가스를 가열시키는 가열부(151)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 가스 재순환부의 저장부 및 가열부는 일반적은 저장부와 가열부일 수 있으며, 재순환되는 장소에 따라 다수개로 구비되어 가열 온도 등과 같이 재순환되는 미응축 가스의 조건에 따라 조절하여 작동시킬 수 있다.
한편, 상기 반응증류탑부의 하부에 잔존하는 고비점 미반응물은 액상 재순환부(160)를 통해 용융부(110) 및/또는 열분해부(120)로 공급시켜 추가적인 열분해를 수행할 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해 장치는 폐플라스틱의 열분해시 열분해물에서 분리된 고온의 미응축 가스를 용융부, 열분해부 및 반응증류탑부 중 어느 하나 이상으로 재순환시켜 직접 가열방식의 열전달 매체와 분해촉매로 사용함으로써, 열 접촉면적을 최대화시키고 열분해 반응속도를 증가시켜 폐플라스틱의 열분해 효율을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반응증류탑부 내에 잔존하는 고비점 열분해물을 일정한 체류시간 이후에 반복적으로 용융부 및/또는 열분해부에 재순환시킴으로써 열전달 효율을 증가시키고 미분해된 미반응물을 추가적으로 분해할 수 있어 폐플라스틱의 열분해 효율을 높이고, 탄소수 5 내지 12의 저비점 열분해유의 생산성을 향상시킬 수 있다.
이러한 구성을 갖는 도 1 장치에서 폐플라스틱을 공급하여 열분해시켜 저비점 열분해유를 생산하는 동작에 대해 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 폐플라스틱의 열분해 장치는 용융부에 폐플라스틱을 공급시키면 구동 수단에 의해 이송 스크류가 회전하면서 폐플라스틱을 용융시키고, 용융된 폐플라스틱 용융물은 열분해부로 이송된다. 상기 열분해부로 이송된 폐플라스틱의 용융물은 반응증류탑부로부터 재순환된 고온의 미응축 가스 및 불활성 가스에 의해 직접 가열방식으로 급속 열분해되어 열분해물, 미분해된 미반응물 및 고형의 잔사물로 생성되고, 생성된 고형의 잔사물은 잔사물 배출부로 배출된다. 이때, 상기 열분해부에 생성된 열분해물(점선 화살표)은 가스 유통로를 통해 반응증류탑부로 유입되고, 유입된 열분해물은 반응증류탑부에서 열분해물의 비등점에 따라 분리되어 정제유를 생성시킨다. 한편 상기 열분해부에 생성된 미분해된 미반응물(이중선 화살표)은 액체 유통로를 통해 반응증류탑부 하부로 유입된다. 상기 유입된 미반응물은 반응증류탑부 하부에서 재순환된 고온의 미응축 가스 및 불활성 가스에 의해 직접 가열방식으로 재열분해되어 열분해물, 미분해된 미반응물 및 고형의 잔사물로 생성된다. 생성된 열분해물은 반응증류탑부에서 비등점에 따라 분리되어 정제유를 생성시키고, 미분해된 미반응물 및 고형의 잔사물은 열분해부로 재순환된다.
이처럼 본 발명은 전술된 폐플라스틱 열분해 장치를 이용하여 열분해유를 제조함으로써, 열분해유를 생산하기 위한 설비의 가동에 따른 에너지 소비 효율을 증대시킴과 동시에 폐플라스틱의 열분해 효율을 높이고, 저비점 열분해유의 생산성을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해 장치 및 이를 이용한 저비점 열분해유의 제조방법의 바람직한 실시 예를 설명하였으나 이는 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지는 아니하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정／제한되지는 아니하는 것이다. 또한, 본 발명에서 제시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용되어질 수 있을 것인데, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술되는 본 발명의 기술적 범위에 구속되는 것으로서, 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능한 것이다.
100 : 폐플라스틱 열분해 장치
110 : 용융부
111 : 폐플라스틱 공급부
120 : 열분해부
121 : 가스 유통로
122 : 액체 유통로
130 : 잔사물 배출부
140 : 반응증류탑부
150 : 가스 재순환부
151 : 가열부
160 : 액상 재순환부
110 : 용융부
111 : 폐플라스틱 공급부
120 : 열분해부
121 : 가스 유통로
122 : 액체 유통로
130 : 잔사물 배출부
140 : 반응증류탑부
150 : 가스 재순환부
151 : 가열부
160 : 액상 재순환부
Claims (8)
- 폐플라스틱을 무산소 분위기에서 이송 및 용융시키도록 이송 스크류가 구동수단에 의해 회전 가능하게 구비된 용융부;
상기 용융부로부터 공급된 폐플라스틱 용융물을 직접 가열방식으로 급속 열분해시켜 열분해물을 생성시키는 열분해부;
상기 열분해부에서 열분해 후 생성된 고형 잔사물을 배출시키는 잔사물 배출부;
상기 열분해부와 가스 유통로 및 액체 유통로의 두 통로로 연결된 반응증류탑부;
상기 반응증류탑부의 상부에서 분리된 미응축 가스를 가열시킨 후, 용융부, 열분해부 및 반응증류탑부로 재순환시키는 가스 재순환부; 및
상기 반응증류탑부의 하부에 잔존하는 미반응물을 용융부 및 열분해부로 재순환시키는 액상 재순환부를 포함하고,
상기 가스 유통로는 열분해부에서 열분해된 가스를 반응증류탑부로 이송하여 반응증류탑부에서 열분해물의 비등점에 따라 분리하여 정제유를 생성시키고, 상기 액체 유통로는 열분해부에서 미분해된 미반응물이 반응증류탑 하부로 직접 공급될 수 있도록 하며, 상기 열분해부 및 반응증류탑부의 하부에서는 미반응물을 직접 가열방식으로 열분해시키고, 상기 반응증류탑부 하부의 온도는 열분해부 온도 미만이며, 상기 반응증류탑부 내에 잔존하는 고비점 열분해물을 일정한 체류시간 이후에 반복적으로 열분해부에 재순환시키고, 상기 가스 재순환부로부터 열분해부 및 반응증류탑부로 공급되는 미응축 가스는 폐플라스틱의 용융물 및 미반응물과 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 열분해 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 반응증류탑부는 별도의 가열 또는 냉각 수단에 의해 반응증류탑부의 일부를 가열 또는 냉각하여 반응증류탑부의 높이에 따른 적정한 온도 분포를 유지시키는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 열분해 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 미응축 가스는 수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 열분해 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 열분해부는 유동층(Fluidized Bed) 반응기인 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 열분해 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 정제유는 탄소수가 5 ~ 12개인 탄화수소유인 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 열분해 장치.
- 삭제
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210165527A KR102624291B1 (ko) | 2021-11-26 | 2021-11-26 | 폐플라스틱의 열분해 장치 및 이를 이용한 저비점 열분해유의 제조방법 |
| JP2022187194A JP7436613B2 (ja) | 2021-11-26 | 2022-11-24 | 廃プラスチック熱分解装置、及びそれを用いた低沸点熱分解油の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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