KR20010031507A - 수지 또는 유기화합물 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의처리방법 - Google Patents

Abstract

수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱을 일부 열풍로에서 연소 처리함과 동시에, 나머지를 코크스로에서 열분해 처리하는, 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.

Description

수지 또는 유기화합물 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법{METHOD OF TREATING RESIN OR ORGANIC COMPOUND, OR WASTE PLASTICS CONTAINING THEM}

폐플라스틱을 리사이클 처리하는 방법으로서 종래에는 대부분이 연소 소각, 매립 처분되어 왔다. 연소처리에서는 발열량이 크기 때문에 소각로가 손상을 입고, 또한 염소를 포함하는 폐플라스틱인 경우에는 배기가스중의 염소의 처리가 문제가 된다. 폐 플라스틱은 토양중의 세균이나 박테리아로 분해되지 아니하고, 매립지가 부족함과 동시에 환경 부하가 걸려다. 따라서 소각매립 처분되지 않고 환경도 배려한 리사이클 기술의 채용이 요망되고 있다. 현재 소각하지 않는 리사이클 방법으로서는 플라스틱 원료로서의 재이용 이외에, 열분해로 얻어지는 가스분이나 유분을 연료나 화학원료로서 재이용하는 방법이 있다.

열분해로 얻어지는 가스분이나 유분을 연료나 화학원료로서 재이용하는 방법 중에서도, 철강제조 프로세스의 하나인 열풍로에서 폐플라스틱을 환원재로서 이용하는 방법은 이미 알려져 있고 (일본공개특허공고공보 소51-33493), 최근에는 보다 효율성 있게 실현하기 위하여 여러 가지 개발이 시도되고 있다. (예를 들면, 일본공개특허공보 평9-170009, 일본공개 특허공보 평9-137926, 일본공개 특허공보 평9-178130호 공보, 일본공개 특허공보 평9-202907호 공보, 일본특허 제2765535호)

폐플라스틱을 열풍로에서 처리하는 경우에는, 폐플라스틱 다량 취입에 의한 열풍로 생산성의 저하와 폐플라스틱에 필연적으로 혼입되는 염소를 고려할 필요가 있다.

즉, 제조되는 용선 1톤당 10kg을 넘는 폐플라스틱을 열풍로에서 장입하면, 열풍로 로심의 불활성화를 초래하여, 선철 제조 생산성이 현저하게 떨어진다. 따라서 종래에는 용선 1톤당 10kg을 한도로 열풍로에서 처리되어 왔다. 또한 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리염화비페닐은 염소를 함유하고 있고, 산업 폐기 플라스틱의 경우 수십wt%, 일반폐기 플라스틱의 경우 수십wt% 정도의 염소가 평균적으로 혼입되어 있고, 선별처리를 거쳐도 산업폐기 플라스틱, 일반 폐기 플라스틱 모두 수 wt%의 염소가 평균적으로 혼입된다. 이와 같은 폐 플라스틱을 그대로 열풍로에 장입한 경우, 폐플라스틱 중의 염소 성분은 열분해에 의하여 염소계 가스, 예를 들면 염소, 염화 수소 등으로 되고, 열풍로 로체 철피의 부식문제, 열풍로 냉각을 위한 스테이브 쿨러의 부식문제, 열풍로 로정 배가스 설비의 부식 문제, 열풍로 로정 발전 설비의 부식문제를 일으킨다. 따라서 미리 염소 함유 폐플라스틱을 제거하거나, 또는 폐플라스틱 중의 염소분을 제거하여 열풍로에 장입하여 왔다.

철강 제조 프로세스의 하나인 코크스로에서 폐플라스틱을 열분해 처리하는 방법도 오래 전부터 알려져 있고, (일본공개 공고공보 소 49-10321호 공보, 일본공개 특허공보 소59-120682호 공보), 최근에는 코크스 강도를 고려한 장입방법 등, 보다 효율적으로 폐플라스틱 처리를 실현하기 위한 여러 가지 개발이 시도되어 왔다. (예를 들면 일본공개 특허공보 평8-157834호 공보 등) 코크스로는 석탄을 건류하는 설비이며, 마찬가지로 폐플라스틱을 건류하여 연료 가스, 타르, 코크스를 얻을 수 있는 리사이클 장치이기도 하다.

폐플라스틱을 코크스로에서 처리하는 경우에는, 열풍로에서 처리하는 경우와 마찬가지로, 폐플라스틱에 의한 코크스로 생산성의 저하와 폐플라스틱에 자연적으로 혼입하는 염소를 고려할 필요가 있었다.

코크스로에 석탄과 혼합하여 장입하는 경우, 현재, 석탄 1톤당 10kg을 넘게 장입하면 급격하게 코크스 품질이 저하된다. 따라서, 코크스로에서는 이론적으로 석탄 1톤당 10kg 처리할 수 있는 것으로 예측되고 있으나, 필연적으로 염소가 약 3 내지 5wt% 함유되어 있는 폐플라스틱을 그대로 코크스로에 장입한 경우, 코크스 중에 염소가 잔류할 가능성이 있고, 또한 열분해에 의하여 발생한 염소계 가스가 배기가스 경로를 부식시킬 염려가 있을 뿐 아니라, 부산물인 타르, 코크스로 가스에 염소계 가스가 혼입될 염려가 있으므로, 코크스로에 장입함에 있어서 일본특허 공개공보 평7-216361호 공보에 기재되어 있는 데로, 통상은 사전에 염소분을 열분해 제거한 후에 장입하거나, 일본공개 특허공보 평8-259955호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 미리 비중분리 등으로 염소계 수지를 제거한 후 폐플라스틱을 코크스로에 장입할 필요가 있어, 현실적으로는 코크스로에서 처리하는 것은 시도되지 않았다.

철강 제조 프로세스의 하나인 열풍로에서 폐플라스틱을 환원제로서 이용하는 방법에 있어서는, 송풍구로부터 열풍로에 불어넣는 폐플라스틱의 양에는 한계가 있고, 또한 열풍로 생산성의 저하를 고려하여, 용량이 4000m³의 고형 열풍로를 가지고 있어도 평균 출선비가 약 2t/m³이므로, 최대한 열풍로에 불어넣어도 연간 3만톤의 폐플라스틱을 리사이클하여야 하는 사회적 요청에 부응할 수 없다. 또한, 미리 염소 함유 폐플라스틱을 제거하거나, 또는 폐플라스틱 중의 염소분을 제거하여 열풍로에 장입하려면, 공정이 번잡하게 되고, 처리비용의 증대를 초래하였다. 통상 시중에서 수집되는 폐플라스틱에는 자력선별, 알루미늄 선별 등의 사전처리를 거친 후에, 약 3 내지 5wt%의 염소분이 포함되어 있다. 이는 주로 폐플라스틱 중에 6 내지 10wt%의 폴리 염화 비닐이 포함되는 있는 것에 기인한다.

열풍로에 있어서는 통상 염소 함유율을 0.5wt% 이하로 떨어뜨리지 않으면, 열풍로의 염소계 가스에 의한 부식이 문제가 된다고 알려져 있다. 따라서 약 300도로 가열하여 사전에 염소분을 염소계 가스로서 제거하거나, 또는 비중 분리, 예를 들면 원심분리기에 의하여 경량 플라스틱과 중량 플라스틱으로 분리하고, 염소 함유량이 적은 경량 플라스틱만을 열풍로에 장입 처리하는 수법이 채용된다. 그러나 수집된 폐플라스틱 모두를 탈염소 장치에서 탈염소하는 것은 상당히 비용이 들고, 또한 3 내지 5wt%부터 0.5wt%로 탈염소하는 것은 기술적으로 상당히 곤란하므로, 그다지 채용되고 있지 않다. 오히려 비중분리, 예를 들면 원심분리기에 의하여 경량 플라스틱과 중량 플라스틱으로 분리하고, 염소 함유량이 적은 경량 플라스틱만을 열풍로에 장입 처리하는 수법이 채용된다. 그러나, 이 수법에 있어서도 과제가 존재한다. 이를 원심분리기를 예를 들여 설명한다. 일반적으로 이물 제거후의 폐플라스틱 100kg (그 안에 염화비닐 10kg, 염소중량 5kg)을 원심분리기로 이상적으로 분리하여, 즉 경량부로서 염소 함유율 0%의 것을 90kg, 중량부로서 염소 함유량 50% (폴리염화비닐의 염소 함유율은 약 57wt%)의 것을 10kg으로 하는 것은 불가능하다. 현재 경량부로서 염소 함유율 0.5%인 것을 50kg, 중량부로서 염소 함유량 9.5%인 것을 50kg으로서 분리하거나, 조건을 더욱 최적화하여도 경량부로서 염소 함유율 0.5%의 것을 70kg, 중량부로서 염소 함유량이 15.5%의 것을 30kg으로서 분리하는 것이 한계이다. 이 경우, 9.5 내지 15.5wt%의 염소를 함유하는 폐플라스틱은 이를 탈염소하여 염소 함유율을 0.5wt% 이하로 하는 것은 불가능하고, 분리된 중량부 폐플라스틱 (분리하기 전의 폐플라스틱의 30 내지 50% 상당)은 잔사로서 처리, 예를 들면 매립 처리하는 수밖에 없었다. 잔사로서 처리하는 경우에는 잔사 1톤 당 약 3만 엔의 처리비가 들뿐만 아니라, 이는 폐플라스틱의 리사이클율이 낮은 것을 나타내고, 리사이클이라고 하는 사회적 요청에 부응할 수 있는 리사이클 처리방법이라고는 할 수 없었다.

철강 제조 프로세스의 하나인 코크스로에서 폐플라스틱을 이용하는 방법은, 전술한 바와 같이 사전에 염소분을 열분해 제거한 후 장입하거나, 미리 비중 분리 등으로 염소계 수지를 제거한 후, 폐플라스틱을 코크스로에 장입할 필요가 있는 것으로 인식되어 있으므로, 현실적으로는 코크스로로 제거하는 것은 시도되지 않고 있다. 염소분을 사전에 제거하는 것은 열풍로에서의 폐플라스틱 리사이클의 과제로서 전술한 바와 같이, 고액의 탈염소 비용, 고액의 중량 폐플라스틱 처리비용, 리사이클율의 저하라는 문제를 안고 있어, 채용할 수 없는 것이었다.

예를 들면 염소분을 제거하여 장입하더라도, 로실이 100실인 코크스로에서 최대한 폐플라스틱을 장입하여 처리하더라도, 연간 1톤밖에 처리할 수 없고, 이것으로는 매년 대량으로 배출되는 폐플라스틱을 리사이클한다는 사회적 요청에 부응할 수 없다.

발명의요약

본원 발명은 이러한 종래기술의 과제를 해결하는 수단을 제공하는 것으로, 철강업의 제선공정에서 고액의 설비투자를 하지 않고, 종래의 열풍로에 의한 폐플라스틱 처리능력을 제선 공정에서의 처리능력으로서 확대하고, 잔분을 코크스로에서 처리함으로써, 폐플라스틱을 가스, 타르, 코크스 성분으로서 리사이클하는 방법을 제공할 뿐만 아니라, 종래 필수로 여겨져 온 폐플라스틱의 사전 탈염소 공정의 부하를 저감 또는 생략하거나, 리사이클율의 향상을 달성할 수 있는 처리 프로세스를 제공하는 것이다. 그 요지로 하는 것은 폐플라스틱의 염소분을 사전에 제거하지 않고 열분해로에 장입하여, 염소계 가스를 포함하는 열분해가스를 암모니아수와 접촉시키는 프로세스를 기반으로 하여, 이것과 열풍로에 의한 폐플라스틱 처리를 조합하는 데 있다. 열분해로로서 코크스로를 채용하면, 석탄으로부터 발생하는 암모니아수를 이용할 수 있어서 좋다. 단, 본원발명은 코크스로에 한정되지 아니하고, 열분해로와 암모니아원, 및 열풍로가 있으면 달성될 수 있는 것이다. 열분해로서 코크스로를 이용하는 경우에 이하에 설명하는 3개의 실시태양을 본원 발명자는 안출하였다.

제 1 태양은 염소분을 포함하는 폐플라스틱을 예를 들면 비중 분리를 이용하여 염소분이 많은 것과 작은 것으로 나누고, 염소분이 많은 것을 코크스로에 장입하여 열분해처리하고, 염소분이 적은 폐플라스틱을 열풍로에 장입하여 열분해 처리하는 방법이다 (도3A).

제 2 태양은 폐플라스틱의 일부를 사전에 탈염소 처리한 후 열풍로에 장입하여 처리하고, 잔부의 일부 또는 전부를 사전에 탈염소 처리하지 않고 코크스로에 장입하는 방법이다 (도 3B).

제 3 태양은, 사전에 염소분을 제거한 폐플라스틱을 열풍로에 염소농도가 혀용하는 범위에서 장입하여 처리하고, 잔부의 일부 또는 전부를 역시 사전에 염소분을 제거하지 않고 코크스로에 장입하여 처리하는 방법이다 (도 3C).

폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리스틸렌, 폴리염화비닐리덴 등의 수지, 폴리염화비페닐 등의 유기화합물은 산업폐기물로서, 또는 가정에서 수집되는 일반 폐기물로서 매년 다량으로 배출되고 있다. 이하 이들을 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱(약칭 : 폐플라스틱)이라 다. 폐플라스틱은 산업폐기물로서 매년 약 400만톤, 일반 폐기물로서 매년 약 400만톤이 배출되고 있다. 본 발명은 폐플라스틱의 리사이클 처리방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 폐플라스틱의 처리방법의 플로우도이다. 도 1에 있어서, 1은 폐플라스틱의 분급장치, 2는 코크스로, 3은 열풍로, 4는 염화비닐을 포함하는 폐플라스틱, 5는 염화비닐을 다량 포함하는 폐플라스틱, 6은 염화비닐을 소량 포함하는 폐플라스틱, 7은 코크스로 가스, 8은 코크스, 9는 열풍로 가스, 10은 용선이다.

도 2는 폐플라스틱의 철강 프로세스 (열풍로, 코크스로)에서의 사용시의 재료 플로우를 도시한 도이다.

도 3A - 3C는 본원 발명의 구체적인 처리 태양을 도시한 도이다.

본원 발명자는 먼저 열분해로에서 폐플라스틱을 열분해한 때에 발생하는 염소계가스를 함유하는 가스를 암모니아수와 접촉시키는 프로세스가 상당히 경제적이라는 것을 알아내었다. 열분해로로서 철강업의 제선 공정의 하나인 코크스로를 채용할 수 있고, 이 경우에는 사전에 폐플라스틱으로부터 염소분을 제거할 필요가 없다는 것을 알게 되었다. 또한 열풍로와 코크스로를 조합함으로써, 사전의 탈염소 처리를 하지 않고 열풍로에서 폐플라스틱의 처리를 달성(도3A)할 수 있거나, 탈염소 총경비를 절약(도 3B)할 수 있거나 또는 열풍로에서의 염소에 의한 부식 문제의 저감을 꾀할 수 있다는 (도 3C) 것을 알게 되었다.

먼저 본 발명자들은 염소분을 함유하는 폐플라스틱을 코크스로에서 건류하는 것에 대하여 예의 검토하였다. 코크스로의 탄화실에서 석탄을 건류할 때, 발생하는 코크스로 가스에는 타르 성분 외에, 물, 암모니아가 포함되고, 코크스로 가스는 코크스로로부터 배출된 후, 암모니아액(석탄에 기인하는 암모니아수를 저장, 순환시키고 있음)의 플러싱에 의하여 냉각되고, 염료 가스로서의 코크스로 가스와 타르로 분별함과 동시에 코크스로 가스 중의 물과 암모니아는 암모니아액이 되어 순환 사용되고 있다. 여기서 본 발명자 등은 코크스로이면 코크스로 가스 중에 암모니아가 존재하므로, 열분해 시에 염소계 가스가 생성되어도 염화 암모늄으로서 무해화할 수 있다고 생각하여 이하에 도시하는 상세한 검토를 하였다.

코크스로의 탄화실내에서 건류중에, 수지 또는 유기물 중의 염소분은 250℃ 내지 1300℃에서 분해되나, 코크스중에 무기물로서 잔류할 가능성이 있다. 그러나 염소 함유 플라스틱을 석탄과 함께 건류하는 경우, 염소분은 기상으로 90% 이상 이행하고 석탄에 잔사로서 잔류하는 것은 10% 이하라는 것을 확인하였다.

또한, 염소계 가스가 탄화실 내에 체류하면 코크스 압출시에 누설될 가능성이 있으나, 기상으로 이행한 염소계 가스는 코크스로의 탄화실 내를 상승하여 장입 탄상부의 로정 공간에 도달하고, 압출시의 1100℃ 분위기 하에서는 건류를 거쳐 로내에서는 거의 잔류하지 않는다는 것을 확인하였다.

염소 함유 플라스틱을 열분해하여 발생하는 염소계 가스는 부식성 가스이나, 예를 들면 염화수소인 상태로는 배기계에 배출되면 배기계의 배관의 부식이 염려되나, 염소계 가스와 암모니아를 포함하는 코크스로 가스가 혼합된 가스를 코크스로의 상승관으로부터 밴드부로 이끌고, 냉각수(암모니아액)를 플러싱하여 약 80℃로 냉각함으로써, 놀랍게도, 상기 가스 중에 포함되는 염소계 가스는 대부분이 포착되고, 플러싱 후의 코크스로 가스에는 거의 염소분이 포함되지 않는다는 것이 본 발명자의 예의 검토에 의하여 밝혀졌다.

이는 석탄에서 유도된 암모니아와 염소계 가스가 플러싱에 의하여 염화 암모늄의 형태로 암모니아액 중에 용해되고, 코크스로 가스와 분리되기 때문이다.

암모니아액 중에는 타르가 포함되나, 이는 기울여 따르기에 의하여 분리하고, 타르분이 분리 제거된 암모니아액은, 통상, 암모니아액 탱크에 일차 저장하고, 코크스 1톤 당 100 내지 200kg의 암모니아액이 계외에 배출되고, 나머지는 다시 플러싱용으로서 이용한다. 이를 반복하면, 염화 암모늄이 암모니아액 중에 저축되어, 언젠가는 용해도를 넘을 수 있는 염려가 있다. 플러싱용으로 이용하는 암모니아액 중에는 지난번의 플러싱에 의하여 포착된 염화 암모늄이 잔류하나, 석탄을 건류함으로써 석탄으로부터 방출되는 수분은 코크스 1톤당 100 내지 200kg (약 5500mol 내지 11000mol)이나 된다. 이는 원래 석탄에 약 9%의 수분이 포함되어 있고, 그 밖에 반응에서 3%의 수분이 추가되기 때문이다. 예를 들면 코크스 1톤을 제조하는 과정에서 160kg의 물이 방출되어, 염화 암모늄의 용해도는 「37.2g/100g 물, 20℃」이나, 염화 암모늄의 원자량 53.4으로부터 계산하여 코크스 1톤당 약 1100mol (= 160000 × 0.372 ÷ 53.4)의 염화암모늄까지 허용할 수 있다. 석탄 1톤에 대하여 그 1%인 10kg의 염소 함유 플라스틱을 첨가하는 경우, 그 중량의 반이 폴리 염화 비닐이라고 하더라도, 발생하는 염소는 약 80mol (HCl 환산으로 80mol, Cl₂환산으로 40mol)이고, 석탄을 건류한 경우에 발생하는 수분은 염소 함유 플라스틱으로부터 발생하는 염소를 염화 암모늄으로서 물에 용해하는데 충분한 양이다. 따라서 플라스틱용 암모니아액이 염화암모늄으로 포화될 염려는 없다.

이상과 같이 먼저 본 발명자 등은 염소분을 함유하는 폐플라스틱을 코크스로에서 건류하는 것에 대하여 예의 검토하고, ① 코크스로에서 석탄과 함께 염소를 함유하는 수지 또는 유기 화합물을 건류하여도 코크스에 거의 잔류하지 않고, ② 250℃ 내지 1300℃로 건류한 경우, 염소는 기상으로 이행하며, ③ 기상으로 이행한 염소의 대부분은 암모니아액 플러싱 시에 염화 암모늄으로서 암모니아액 중에 포착되고 ④ 암모니아액을 순환 사용하여도, 석탄 건류시에 발생하는 수분이 가하여지므로, 플러싱용 암모니아액이 염화암모늄으로 포화되지는 않는 것을 알아내고, 그 결과, 철강업의 제선 공정의 하나인 코크스로에서는 염소를 함유하는 폐플라스틱을 사전에 염소분을 제거하지 않더라도, 열분해 처리할 때에 발생하는 염소계 가스를 특별한 처리공정을 요하지 않고 무해화할 수 있다는 것을 밝혀내었다.

다음으로 본 발명은 철강 제조 프로세스에 있어서 폐플라스틱 처리량을 확대하고, 또한 종래 필수로 여겨온 폐플라스틱의 사전 탈염소 공정의 부하를 저감 또는 생략하거나, 리사이클율의 향상을 달성할 수 있는 처리 프로세스에 대하여 예의 검토를 하였다. 이는 제철 프로세스에 있어서 폐플라스틱의 종류의 잔류 허용량 한계의 확대, 제철 프로세스의 생산의 안정화로 이어지는 것으로 상당히 의미가 있는 것이다.

열풍로에서는 통상 조업에 있어서, 원료인 소결광, 코크스, 송풍구로부터 불어넣는 미분탄으로부터 용선 1톤당 약 300g의 염소가 혼입되나, 이 양이 대폭으로 증가하면, 열풍로 로체 철피, 스테이브 쿨러, 로정 배기가스 경로, 로정 발전 설비 등의 부식 문제를 일으키게 된다. 폐플라스틱을 용선 1톤당 10kg 송풍구로부터 불어넣는 경우에는 염소 함유량을 0.5% 이하로 떨어뜨리지 않으면 전술한 부식 문제가 현저하게 나타난다.

이 때, 본 발명자 등은 사전에 염소 함유량에 따라서 폐플라스틱을 분류하는 것, 사전에 탈염소 처리가 불필요하다는 것을 밝혀낸 코크스로에 의한 처리 및 염소 입량 규제가 있는 열풍로에 의한 처리를 조합함으로써, 철강 제조 프로세스에 있어서 폐 플라스틱 처리량을 확대하는 것뿐만 아니라, 종래 필수라고 여겨져 온, 폐플라스틱의 사전 탈염소 공정을 생략할 수 있고, 종래에는 매립하여 온 고염소 함유량의 폐 플라스틱을 리사이클하여 리사이클율을 높이는 것을 밝혀내었다.

즉, 수집한 폐플라스틱을 염소 함유량이 많은 것과 작은 것으로 분별하고, 적은 것 바람직하게는 염소 함유량이 0.5% 이하의 것을 열풍로에서 환원제로서 리사이클하고, 염소 함유량이 많은 것을 사전에 염소분을 제거하지 않고 코크스로에서 잔류 처리함으로써 상당히 비용이 드는 탈 염소공정을 생략하고, 열풍로의 염소 부하를 저감하는 것, 및 처리능력의 확대, 리사이클율의 향상을 달성할 수 있다. 본 발명자 등이 발견한 본 발명에 의하면, 회수된 폐플라스틱의 염소 함유율이 때로 상당히 높을 것이 예측되는 경우, 상당히 경제적이고 또한 실용적인 리사이클 처리방법이다.

또한, 본 발명자 등은 사전에 탈염소처리가 불필요하다는 것이 밝혀진 코크스로에 의한 처리 및 염소 입량 규제가 있는 열풍로에 의한 처리를 조합함으로써, 철강 제조 프로세스에 있어서 폐플라스틱 처리량을 확대할 수 있다는 것을 알게 되었다. 즉, 열풍로에서 처리할 수 있는 양을 처리하고, 수집 상황에 따라 잔부를 코크스로에서 처리하거나, 또는 코크스로에서 처리할 수 있는 양을 처리하고, 수집 상황에 따라 잔부를 열풍로에서 처리함으로써, 폐플라스틱의 리사이클 처리량을 확대, 리사이클율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 열풍로, 코크스로 중 어느 하나의 생산이 안정되지 않을 때에, 생산이 안정하지 않는 로의 폐플라스틱 처리량을 줄이고, 남은 로에 의한 리사이클처리량을 늘리는 등, 생산의 안정화에 기여한다. 이 방법을 채용한 경우, 예를 들면 연간 300만톤의 용선을 제조하는 열풍로 (약4000m³, 출선비 2 정도)를 예로 들어 설명한다. 이 경우 필요한 코크스는 약 120만 톤이고, 코크스에의 품질을 고려하여 코크스 1톤당 10kg의 폐플라스틱을 처리하면 1.2만톤의 폐플라스틱을 처리할 수 있다. 이에 열풍로에서의 용선 1톤당 10kg의 폐플라스틱을 처리하는 것을 추가하여, 합계 4.2만톤이 최대 처리 가능량이 되어, 처리량의 대폭적인 확대를 꾀할 수 있게 된다.

또한, 본 발명자 등은 열풍로에서의 염소 허용 상황을 검토한 결과, 수집한 폐플라스틱에 대하여 사전에 염소분을 제거하지 않고, 또한 비중 분리 등에서 염소 함유율에 따라 플라스틱을 분별하는 공정을 채용하지 않지 않고도, 제철 프로세스에 있어서 처리량의 확대를 달성할 수 있는 처리 프로세스를 밝혀내었다.

가정으로부터 분별 회수되는 폐플라스틱에는 염소로 환산하여 5 내지 10wt%나 되는 염소가 함유되어 있다. 회수된 후에 이물 제거 등을 위한 풍력 분급을 거쳐도 약 3%의 염소분이 포함되어 있다. 종래에는 송풍구로부터 용선 1톤당 10kg의 폐플라스틱을 불어넣는 경우, 열풍로의 부식을 검토할 때, 사전에 탈염소 처리하여 염소 함유량을 0.5wt% 정도까지 떨어뜨릴 필요가 있었다. 그러나 본 발명자등이 검토한 결과, 열풍로의 부식 문제는 열풍로에서 처리하는 폐플라스틱의 염소 함유량이 문제가 되는 것이 아니라, 용선 1톤당 염소 입량 총량이 문제가 된다는 것을 알아내었다. 열풍로에서는 통상 조업에 있어서 원료인 소결광, 코크스, 송풍구로부터 불어넣는 미분탄으로부터 용선 1톤당 약 300g의 염소가 혼입되나, 용선 1톤당 350g을 넘는 부근부터 부식문제가 현저하게 된다는 것을 밝혀내었다. 따라서 용선 1톤당 10kg 송풍구로부터 불어넣는 경우에는 염소 함유량을 0.5%까지 사전 탈염소에 의하여 떨어뜨릴 필요가 있으나, 용철 1톤당 1.7kg을 한도로 폐플라스틱을 열풍로에 장입하여 처리하는 경우에는, 약 3wt%의 염소를 함유하는 폐플라스틱을 사전에 탈염소할 필요가 없다는 것을 알아내었다. 이는 약 3만톤의 폐플라스틱을 사전에 탈염소하는데 필요한 10억엔 내지 20억엔에 이르는 사전 탈염소 설비투자를 생략할 수 있는 것이므로, 상당히 경제적이다.

그러나, 이 방법에 의하면, 탈염소는 생략할 수 있으나, 연간 열풍로 1기당 Max 5000t밖에 처리할 수 없으므로, 주민 10만명당 연간 배출되는 1500t의 폐플라스틱을 처리하는데는 처리 허용 한계량이 너무 부족한 것이다.

이에 본 발명자 등은 사전에 탈염소 처리하지 않는 경우의 열풍로 장입량 상한치를 두고, 사전에 탈염소 처리가 불필요하는 것을 밝혀낸 코크스로에 의한 처리를 조합함으로써, 종래 필수였던 폐플라스틱의 사전 탈염소 공정을 생략하고, 또한 비중분리 등에서 염소 함유율에 따라 플라스틱을 분별하는 공정을 채용하지 않고도, 제철 프로세스에 있어서 처리량의 확대를 달성할 수 있는 처리 프로세스를 밝혀내었다.

코크스에 대한 품질을 고려하면, 현재 코크스 1톤당 10kg의 폐플라스틱을 처리하는 것이 한도이다. 이 경우, 연간 300만톤의 용선을 제조하는 열풍로에 대하여 필요한 코크스는 약 120만톤이고, 따라서 1.2만톤의 폐플라스틱의 처리가 가능하다. 이에 연간 300만톤의 용선을 제조할 수 있는 열풍로(약 4000m³, 출선비 2정도)에서의 처리 가능량인 5000톤을 더하여, 총 1.7만톤까지 폐플라스틱을 리사이클 처리하는 것이 가능하게 된다.

발명자 등은 전술한 검토에 기초하여 본 발명을 발명하기에 이르렀다. 본 발명의 요지로 하는 것은,

(1) 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 일부를 열풍로에서 환원제로서 처리하고, 잔부 모두 또는 일부를 열분해 처리하고, 열분해 처리에 의하여 발생하는 가스를 암모니아수와 접촉시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물, 또는 그들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.

(2) 암모니아수가 석탄을 건류한 경우에 발생하는 것을 특징으로 하는 (1)의 수지 또는 유기화합물, 또는 이를 함유하는 폐플라스틱의 처리방법.

(3) 수지 또는 유기화합물, 또는 이를 포함하는 폐플라스틱의 일부를 열풍로에서 환원제로서 처리하고, 잔부 모두 또는 일부를 코크스로에서 열분해 처리하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물 또는 그것을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법,

(4) 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱을 염소 함유량이 많은 것과 염소 함유량이 적은 것으로 분별하고, 염소 함유량이 적은 것을 열풍로에서 처리하고, 염소 함유량이 많은 것을 코크스로에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기 화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.

(5) 수지 또는 유기화합물, 또는 이를 포함하는 폐플라스틱을 비중 분리에 의하여 염소 함유량이 많은 것과 염소 함유량이 적은 것으로 분리하는 것을 특징으로 하는 (4)의 수지 또는 유기화합물, 또는 이를 포함하는 폐플라스틱의 처리방법,

(6) 수지 또는 유기화합물, 또는 이를 포함하는 폐플라스틱을 염소 함유량이 평균으로 0.5wt% 이하의 것으로 분별하고, 염소 함유량이 평균 0.5wt%인 것을 열풍로에서 처리하고, 염소 함유량이 평균 0.5wt% 이상인 것을 코크스로에서 열분해 처리하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기 화합물, 또는 이를 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.

(7) 수지 또는 유기 화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 일부를 사전에 탈염소 처리를 한 후, 열풍로에서 환원제로서 처리함과 동시에, 잔부의 모두 또는 일부를 사전에 탈염소 처리하지 않고, 코크스로에서 열분해 처리하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.

(8) 수지 또는 유기화합물, 또는 이를 포함하는 폐플라스틱의 일부를 사전에 염소 함유량이 0.5wt% 이하로 되기까지 탈염소 처리한 후에 열풍로에서 환원제로서 처리하는 것을 특징으로 하는 (7)의 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법,

(9) 수지 또는 유기화합물 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱을 사전에 염소 함유율이 0.5wt%이하가 될 때까지 탈염소 처리한 것을 용선 1톤당 0.5kg 내지 10kg, 열풍로에서 처리한 것을 특징으로 하는 (8) 기재의 수지 또는 유기화합물 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법,

(10) 수지 또는 유기화합물 또는 그들을 포함하는 폐플라스틱의 일부를 사전에 염소분을 제거하지 않고, 열풍로에서 환원제로서 처리하고, 잔부의 모두 또는 일부를 사전에 염소분을 제거하지 않고 코크스로에서 열분해 처리하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법,

(11) 용선 1톤당 0.5kg을 하한으로 하고, 염소 허용도를 고려한 열풍로 처리량을 상한으로 하여 수지 또는 유기화합물, 또는 그들을 포함하는 폐플라스틱을 사전에 염소분을 제거하지 않고 열풍로에서 환원제로서 처리하는 것을 특징으로 하는 (10) 기재의 수지 또는 유기화합물 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법,

(12) 용선 1톤당 0.5kg이상 1.7kg 이하의 수지 또는 유기화합물 또는 그들을 포함하는 폐플라스틱을 사전에 염소분을 제거하지 않고 열풍로에서 처리하는 것을 특징으로 하는 (11) 기재의 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법이다.

이 방법에 의하여, 수집되는 폐플라스틱의 양에 대하여, 리사이클 처리 설비의 생산이 안정되지 않는 경우에도, 다른 계통의 리사이클 처리가 가능하게 되어, 처리의 안정화가 꾀하여지는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하여 수집되는 폐플라스틱의 염소 함유량이 변동하여도, 리사이클율을 낮추지 않고 처리할 수 있게 된다. 즉, 종래 그 대부분이 잔사로서 매립 처리되었던 함염소 중량 폐프라스틱을 유효하게 리사이클할 수 있다.

또한 제철 프로세스에 있어서도 종래의 열풍로 단독으로 폐플라스틱을 리사이클 처리하는 경우와 비교하여, 비약적으로 리사이클율, 리사이클량의 향상을 꾀할 수 있다.

종래에는 리사이클되지 않았던 폐플라스틱을 환원제로 하고, 또한 타르, 가스 등으로서 머티리얼 사이클을 꾀할 수 있다. 코크스로에서 열분해한 폐플라스틱의 대부분은 수소, 메탄, 에탄, 프로판 등의 고칼로리 환원 분해가스가 되고, 코크스로 가스에 포함되어 회수됨으로써, 에너지원으로서 재이용된다. 또한 남은 탄소분은 코크스의 일부로서 열풍로에서 재이용된다. 본원발명에 의한 리사이클 전체를 도 2에 도시한다.

도 2에 있어서, 가정 등에서 용기포장 등의 플라스틱 제품이 사용되고, 발생하는 폐플라스틱은 이물제거, 처리, 탈염처리, 입상화 등의 사전 처리를 거쳐 수입되고, 저장된 것이므로, 그 일부가 열풍로 원료로 사전처리를 거쳐 본 발명에 따라 열풍로에서 처리된다.

열풍로에서 제조되는 용선은 정련, 압연, 도포, 도장 등의 처리를 하여 건물, 교량, 가전제품, 사무기기 등의 용도로 사용된다. 열풍로에서 발생하는 열풍로 슬러그는 입상화 슬러그, 서냉 슬러그 등으로서, 고성능 건재, 세라믹 화이버, 시멘트, 도로 등으로 사용된다. 또한 열풍로 가스(BFG)는 코크스로에 사용된다. 사전 처리된 폐플라스틱의 일부는 역시 먼저 저장되어 있는 석탄과 동일하게 코크스 원료 사전처리를 거쳐, 코크스로에서 건류 (코크스화) 처리하여 코크스를 제조한다. 이 코크스는 열풍로에서 사용한다. 또한 코크스로에서 발생하여 유화된 타르, 경유, BTX, 페놀, 테프탈린 등은 화학공장에서 수소, 암모니아, 탄소섬유, 에틸렌 등의 기초화학품, 도료 등에 이용하고, 플라스틱류 원료로부터 플라스틱 제품군의 제조에 이용되고, 가정 등의 플라스틱의 제품에 순환 사용된다. 코크스로로부터 가스화된 코크스로 가스(COG)는 가스 정제공장을 거쳐, 발전소나 선철의 정련 등에 이용됨과 동시에, 메탄올 등으로의 개질에 의하여, 황산암모늄과 함께 화학공장에서 수소, 암모니아, 탄소섬유, 에틸렌 등의 제조에 이용될 수 있다.

먼저, 열풍로에서 폐플라스틱을 환원제로서 처리하는 방법에 대하여 설명한다. 산업 폐기물 플라스틱은 재질적으로 염소계 플라스틱이나 이물을 포함하는 것과 포함하지 않는 것으로 구별하여 개별 배출사업자로부터 수집할 수 있다. 크기, 형상에 대하여는 설비 능력에 맞추어 집하할 수 있다.

일반 폐기물계 플라스틱인, 가정에서 분별 배출한 플라스틱 쓰레기나, 불연 쓰레기 등에 대하여는 지방자치단체가 먼저 일차 수집한다. 지방자치단체의 집하장에 집하되어 있는 것은 플라스틱계 쓰레기 리사이클을 위탁받은 민간 사업자에 의하여 자사의 처리설비까지 수송된다. 이 경우, 플라스틱 재질이나 이물을 구분한 집하는 할 수 없다.

자사의 처리 설비까지 수송된 산업 플라스틱, 일반 폐기 플라스틱은 열풍로에서 장입하는데 좋은 상태로 만들기 위하여 사전처리가 이루어진다.

산업폐기물 플라스틱의 경우, 그것이 염소를 포함하지 않는 고형 폐플라스틱인 경우는 파쇄-이물제거-가는 파쇄 (10mm 미만 정도)로 하고, 열풍로 이용 조립물로 한다. 염소를 포함하지 않는 경우에는 가는 파쇄 후 비중차 (염소계 플라스틱은 1 이상, PE, PP, PS 등 염소를 포함하지 않는 플라스틱은 1 이하)를 이용한 중력 분리장치로 분리함으로써 고염소 함유 플라스틱과 저염소 함유 플라스틱으로 분리한다. 저염소 함유 플라스틱의 염소 함유율을 0.5wt% 이하가 될 때까지 분리한 것은 열풍로 이용 조립물로 된다. 한편, 종래 매립 처리하여 온 고염소 함유 플라스틱은 10 내지 70mm로 입상화하여 코크스로에서 처리함으로써, 중력 분리기의 수율의 영향에 좌우되지 아니하고, 이물 제거후의 폐플라스틱은 거의 100% 가까이 리사이클할 수 있다.

일반 폐기물 플라스틱의 경우, 각 마을마다의 수집 형태에 따라 이물 함유율이 크게 다르나, 평균적인 분별 플라스틱의 조성은 플라스틱을 중심으로 하는 가연물 : 75% (내염소분 5 내지 10%), 자성 금속 : 5%, 알루미늄 : 2%, 글래스 등 무기분 : 8% (내 5%는 가연분중 무기분), 수분 : 10%이다. 이를 열풍로 환원제용 조립물 사양, 염소분 : 0.5% 이하, 재분 : 5% 이하로 하는 것은 봉투 파괴-자선-이물 제거-가는 파쇄-중력분리-탈수-건조-조립의 공정이 필요하게 된다. 이 경우 중력 분리기의 고유 성능에도 좌우되나 중력 분리기에 투입된 가는 파쇄 플라스틱 (형상 : 10 내지 20mm 정도 부정형)은 50 내지 70wt%가 열풍로 환원제용 플라스틱 (염소분 : 0.5% 이하)으로서 분리된다.

비중 분리를 사용하지 않고 열풍로의 송풍구로부터 불어넣는 폐플라스틱의 염소 함유율을 0.5wt% 이하가 되도록 탈염소하는 방법으로서는 잘 알려져 있는 수지 이중 혼련기에서 약 300℃로 가열함으로써 달성할 수 있다 (예를 들면 일본특허공개공보 평 8-120285호 공보).

열풍로에서는 원연로로부터 염소 입량이 증가하면 염화수소에 의한 로내 및 배기계의 부식 문제, 로내 반응을 저해할 가능성이 있으므로, 처리하는 폐플라스틱에 의한 염소 혼입 증가분을 용선 1t 당 50g 정도로 억제할 필요가 있어, 상술한 대로 비중 분리나 탈염소 처리가 실시되나, 열풍로에 용선 1 톤당 약 1.7kg(10/6)의 폐플라스틱을 불어넣는 경우에는 회수 후의 분급에 의하여 염소분은 거의 3% 정도까지 떨어져 있으므로, 반드시 탈염소는 필요하지 않다.

폐플라스틱은 로정부의 온도가 높은 등의 이유로 인하여 열풍로 송풍구로부터 불어넣는다. 송풍구로부터 불어넣은 폐플라스틱의 양은 미분탄 불어넣기와 마찬가지로 미연(未燃) 성분에 의하여 로내의 통기성 악화를 피하는 관점 및, 폐플라스틱의 밀도, 입경 및 열풍로로부터의 풍량, 풍속 등에 의하여 정하여진다. 이들 불어넣는 양 및 불어넣는 폐플라스틱의 형태에 대하여는 종래부터 당업자에게 잘 알려져 있고, 특허 등에서도 공개되어 있으므로, 여기에서는 상세에 대한 설명을 생략한다 (예를 들면 일본공개 특허공보 평8-50715호 공보, 일본공개 특허공보 평9-125113호 공보 등).

열풍로에 장입하는 양의 상한으로서는 염소 함유율을 고려하지 않으면 최대, 용선 1톤당 10kg까지 폐플라스틱을 장입 처리할 수 있다. 이를 넘으면 열풍로 로심부의 불활성화를 초래하는 등, 열풍로의 생산성을 저해하는 결과를 부른다. 한편, 장입량이 0.5kg 이하가 되면, 리사이클로서의 의미가 없다. 열풍로에 5wt%인 염소를 포함하는 폐플라스틱을 용선 1톤당 10 kg 송풍구로부터 불어넣으면, 염소 입량은 50g / 용선 1톤이 된다. 통상 조업시에 열풍로 원료와 함께 들어와 열풍로에 포함되는 탄소 농도는 300 내지 350g / 용선 1톤이므로 폐플라스틱으로부터 들어오는 염소 입량비는 20% 증가된다. 이는 실조업 허용범위 내이고, 열풍로에 들어오는 염소입량의 상한치로 되어 있다. 열풍로에 들어오는 염소 총 입량을 관리하면, 열풍로 이용 폐플라스틱 포함 염소 농도는 장입량에 따라 수%까지 허용될 수 있다.

열풍로 이용을 위하여 분리 제거된 고염소 함유 플라스틱, 또는 열풍로에서 미처 처리되지 못한 폐플라스틱은 열풍로와 병설된 가스화를 목적으로 한 부분산화로나 건류로 등의 열분해 처리로에서 고온 분해할 수 있다. 환원 분위기이고 폐플라스틱이 가스화되는 온도인 400℃ 이상이면 어떠한 로든 채용할 수 있으며, 예를 들면 CDQ (코크스를 냉각열 회수하는 설비)의 채용도 가능하다.

폐플라스틱을 열분해하여 발생하는 고온 가스는 먼저 알칼리 세정 등으로 염소계 가스분을 세정 제거하고, 그 후의 분해 가스는 화학공업원료, 고칼로리 가스로서 공업적으로 이용할 수 있다.

염소 함유 폐플라스틱을 열분해 처리하면 탄소회분 잔사와 염소분을 포함하는 탄화수소 가스를 얻을 수 있다. 탄소회분 잔사는 코크스로서 열풍로의 환원제로서 이용하고, 염소분을 제거한 탄화수소 가스는 코크스로 가스와 함께 화학제품용 원료로서 이용되는 외에, 고효율의 제철소내 에너지로서 이용된다. 열분해 처리된 폐 플라스틱은 열풍로와 코크스로의 조합 처리에 의하여 발생물은 극히 높은 리사이클율을 달성하는 것이 가능하게 된다.

열처리로에 폐플라스틱을 장입하여 열분해할 때 발생하는 가스에는 염소계 가스가 필연적으로 포함된다. 이를 무해화하는 방법으로서는 배기가스 경로 도중에서 암모니아수를 분무하는 장치를 부착함으로써 달성할 수 있다. 철강 제조 프로세스에 있어서는 염소를 포함하는 고온 탄화수소 가스의 알칼리 세정원으로서는 코크스로에서 발생하는 암모니아액이 있다. 암모니아액은 코크스화의 프로세스에서 석탄으로부터 발생하는 암모니아를 흡수하고, 고온 (약 900℃)의 코크스 가스를 냉각 (80℃ 이하), 청정화하는 목적으로 스프레이 순환하고 있는 물이다. 열분해 처리로를 코크스로에 병설하고, 열분해 처리로로부터 나온 배기가스를 코크스로의 상승관 부분에 접촉시킴으로써, 염소계 가스를 포함하는 고온 탄화수소가스와 암모니아가 접촉하여 염소계 가스는 염화 암모늄으로서 고정화된다. 원료탄 1톤당 암모니아 발생량은 3000 내지 4000g으로 예를 들면 5%의 염소를 포함하는 폐플라스틱을 석탄 1톤당 10kg 처리한 경우의 탄소입량을 500g으로 6배 이상의 중화능력을 가지고 있다.

코크스로는 폐플라스틱을 열분해하는데 이상적인 로이다. 코크스로로 처리하는 폐플라스틱의 집하에 대하여는 열풍로에서 폐플라스틱을 처리하는 경우와 동일하므로 설명을 생략한다. 코크스로에서는 비중 분리에 의하여 분리된 중량 폐플라스틱(염소 함유량이 7 내지 30wt%), 또는 열풍로에서 미처 다 처리하지 못한 폐플라스틱이 건류 처리된다.

코크스로에 폐플라스틱을 장입함에 있어서는, 이물인 금속류를 선별 제거할 필요가 있다. 집하된 폐플라스틱을 거친 파쇄 (봉투 파괴) -자선-이물제거(비자성물)-용적 축소의 조작공정으로 회분 : 10% 이하, 염소분 : 30% 이하, 입도 : 10 내지 70mm, 저위 발열량 : 5000kcal/kg 이상, 중금속 : 1% 이하를 얻는다. 또한 열풍로 환원제용 이외의 고염소 중플라스틱은 세정 기능을 부가함으로써 회분, 중금속분 제거를 실시하여 조립함으로써, 상기 코크스용 조립 사양을 만족할 수 있다. 열풍로법과 코크스법의 복합 이용에 의하여 폐플라스틱은 거의 100% 리사이클할 수 있다.

폐플라스틱을 코크스로에 장입함에 있어, 괴상의 플라스틱은 소정 입도로 파쇄하여 장입 원료로 한다. 그러나, 폐플라스틱은 원래 필름상체, 발포상체, 분상체로서 회수되므로, 이를 단지 소정 입도로 분쇄하는 것만으로는 부피 비중이 작고 부피가 큰 장입 원료가 되고, 또한 분체를 과도하게 함유하므로 코크스원료인 석탄과 혼합하기 어렵고, 장입이 곤란하게 되는 경우가 있다. 또한 부피 비중이 작고 부피가 큰 플라스틱은 고온 코크스 로체의 옆에서는 발화 가능성이 있어 상당히 취급하기가 곤란하다. 따라서 염소 함유 플라스틱을 미리 80℃ 내지 190℃의 온도로 가열하고, 이 상태로 압축을 가하여, 다시 냉각함으로써 용적을 줄여 고화시킨다. 용적을 줄인 고화물의 크기는 반송성 및 석탄과의 혼합성, 석탄과 함께 건류한 때의 코크스 강도, 발화 위험성 등에 따라 적절하게 설계할 수 있으나, 대략 5 내지 10mm정도의 직경이 바람직하다. 용적 축소 고화의 방법으로는 수지 혼련기나 파쇄기, 드럼형 가열기 등, 종래부터 사용되고 있는 것을 채용할 수 있다.

코크스로에의 폐플라스틱 장입 위치로서는 로정 공간에 첨가하는 방법 (예를 들면 일본공개 특허공보 평 9-157834호 공보), 탄화실의 하부에 첨가하는 방법 (예를 들명 일본공개 특허공보 평 132782호 공보), 석탄과 사전에 혼합하여 장입하는 방법 (예를 들면 일본공개 특허공보 평6-228565호 공보)을 들 수 있다. 특정 탄화실에 폐플라스틱을 집중하여 장입하는 경우, 불활성가스에 의하여 기류 수송에 의하여 코크스 로정부에 반송한 후, 정량 절출 기능이 있는 저류 호퍼에 의하여 불활성 가스와 함께 특정 탄화실 내에 덤핑하는 방법을 채용할 수 있다. 장입에 있어서는 열분해 가스의 분출이나 대기의 흡입 문제를 피하기 위하여 대기 차단 상태로 조작을 실시하는 것이 바람직하고 구체적으로는 일본공개 특허공보 평 4-41588호 공보 중에서 본원 출원인이 제안하고 있는 방법을 채용할 수 있다. 본 발명은 어떠한 장입장치, 장입 위치, 장입 방법에 있어서도 유효하다.

코크스로에서 처리하는 경우에는 코크스로의 복수의 탄화실의 일부를 폐플라스틱 리사이클 전용으로 사용할 수 있고, 이 경우에는 코크스로에서 처리할 수 있는 양을 늘릴 수 있으므로 처리 허용 한계량을 더욱 확대할 수 있고, 처리 허용 한계량을 확대하면서 열풍로에서 처리하는 폐플라스틱의 사전 탈염소를 생략하는 것도 가능하다.

구체적으로는 100여개의 탄화실로 구성되는 코크스로의 수개의 실을 폐플라스틱 열처리 전용으로 하고, 발생하는 염소가스를 포함하는 코크스로 가스에 코크스로에서 순환 사용하고 있는 암모니아액을 플러싱하여 코크스로 가스 중에 포함되는 염소를 무해화하는 방법이다. 이 방법이 가능한 이유는, 코크스로의 경우, 플러싱용 암모니아액을 전 탄화실에서 공유하고 있기 때문이다. 염소 함유 플라스틱을 석탄과 함께 건류하는 경우와 비교하여, 본 방법은 탄화실에 장입하는 염소를 함유하는 플라스틱의 양에 제약이 없고, 암모니아원으로서의 석탄도 필수가 아니며, 탄화실의 온도도 400 내지 1300℃의 범위에서 적절하게 설정할 수 있다.

폐플라스틱을 복수의 탄화실을 가지는 코크스로의 일부의 탄화실에서 열분해하고, 기타 탄화실에서 코크스를 건류하는 경우에는 코크스의 품질저하를 염려할 필요가 없다.

코크스로는 석탄을 건류하는 장치이고, 폐플라스틱으로부터의 염소계 가스를 무해화하는 데 필요한 암모니아는 석탄으로부터 발생한다. 이 암모니아는 상승관부에서 물의 플러싱을 받아, 냉각되어 암모니아수가 된다. 이 암모니아수는 각 탄화실 상승관 공통으로 순환 이용되고 있다.

이 플러싱 방법으로서는 종래부터 코크스로에서 사용되고 있는 방법을 채용할 수 있다. 로정 공간에 있어서 가스의 온도는 800℃ 전후이다. 발생한 염화수소가스와 암모니아가스는 이 로정공간을 거쳐, 탄화실 상부에 설치된 상승관을 경유하여 밴드부로 유도된다. 상수관부에 있어서 가스온도는 700℃ 정도이다. 상승관의 재질로서는 일반적으로 주철이 사용되나, 경우에 따라서는 암모니아 가스를 수분무(플러싱)하는 드라이메인까지의 배관재질의 부식을 고려하여 설계 변경하는 것도 생각할 수 있다. 폐플라스틱을 열분해한 결과 발생하는 염소계 가스는 암모니아액의 플러싱에 의하여 염화암모늄으로서 고정화되어 무해화된다.

일반적으로 석탄은 열풍로용 코크스의 제조에 적합한 점결탄과 적합하지 아니한 비미점결탄으로 분류할 수 있고, 실제의 코크스로 조업에 있어서는 소정의 코크스 품질이 얻어지도록 점결탄과 비미점결탄을 임의의 비율로 배합하고, 배합탄으로서 사용하고 있다. 이 비미(非微) 점결탄이란, 일반적으로 JIS M8801에 규정된 기세라 플라스트메이터법에 의한 유동성 시험에 있어서 최고 유동도 지수가 10ddpm 이하이거나, 또는 비트리니트 평균 반사율이 0.8 이하인 석탄을 말한다. 폐플라스틱을 석탄과 함께 코크스로에 장입하여 열분해한 경우의 폐플라스틱의 배합 비율과 코크스 품질과의 관계를 검토한 결과, 폐플라스틱을 1wt% 까지 배합하여도 코크스 품질을 유지할 수 있다. 플라스틱 배합 원료의 첨가량이 1중량%을 넘는 경우에 있어서는, 코크스 강도의 저하에 맞게 비미점결탄의 배합 비율을 줄이고, 점결탄의 배합량 비율을 증가시킴으로써, 코크스 강도를 충분히 보상할 수 있다.

석탄을 코크스로에서 건류하는 경우, 그 온도는 최고 1300℃나 된다. 한편, 폴리염화비닐이나 폴리염화비닐리덴은 250℃ 정도로부터 열분해를 일으키기 시작하여, 약 400℃에서 가스화하고, 1300℃에서 완전하게 분해된다. 따라서 코크스로에서 석탄과 함께 염소 함유 플라스틱을 열분해 또는 건류하는 한, 열분해 또는 건류 온도, 패턴은 종래의 석탄 건류와 동일하여도 무방하다.

열풍로와 코크스로에의 폐플라스틱 분배방법에 대하여는, 기본적으로는 품질에 대한 영향, 염소의 영향, 취입 상한에 의하여 결정되는 열풍로에서 가능한 처리량 이외의 량을 코크스로에서 처리하면 된다. 이 때, 분별 회수된 폐플라스틱을 열풍로용의 저염소 함유율의 것과 그렇지 않은 것으로 나누어 두는 것이 바람직하다. 방법으로서는 비중분리법, 손 선별(手選別)을 예로서 들 수 있다.

비중 분리법은 폐플라스틱 중에서 염화비닐 등의 염소 함유 수지 또는 염소 함유 유기물의 비중이 특히 높은 것을 이용한 분리법이다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 대부분의 플라스틱의 비중이 0.90 내지 0.97인 것에 비하여, 염화비닐은 비중이 1.16 내지 1.56으로 크고, ABS 수지, PET 수지도 1보다 크다. 따라서 염화 비닐을 포함하는 폐플라스틱을 세립으로 파쇄한 후, 예를 들면 물을 이용하여 비중 분리할 수 있다. 즉, 침강분리기에서 비중 1을 넘는 폐플라스틱을 침강시키고, 비중 1 이하의 폐플라스틱을 물과 함께 배출한다. 물과 함께 배출한 폐플라스틱을 금망으로 구성되는 경사판에 공급하고, 물과 폐플라스틱을 분리한다. 얻어진 비중 1 초과 폐플라스틱에는 염화비닐 등의 염소 함유 수지 또는 염소 함유 유기화합물이 많이 포함되고, 비중 1 이하의 폐플라스틱에는 염화 비닐이 거의 포함되어 있지 않아 염소 함유량은 0.5wt% 이하이다. 대표적인 비중 분리방법으로서는 회전 드럼 원심식 비중 분리장치를 들 수 있고 시판되고 있는 장치를 구입함으로써 달성할 수 있다. 비중 분리법으로서는 풍력 분급을 사용하여도 된다.

또한 처리량이 많지 않은 경우에는 손 선별에 의하여 비교적 용이하게 염소 함유수지 또는 염소 함유 유기화합물을 분별 제거할 수 있다. 이는 염화비닐 등의 염소 함유 수지의 용도는 비교적 한정되어 있고, 색이나 형상에 의하여 용이하게 사람이 판별 가능하기 때문이다.

폐플라스틱의 염소 함유율의 측정은 다음에 설명하는 방법을 채용할 수 있다. 10kg의 폐플라스틱을 약 10 내지 20mm 파쇄한 것에 대하여, 사분법을 반복함으로써 최종적으로 20g/로트까지 잘게 하여 대표 샘플로 한다. 이 샘플을 냉동 파쇄하여 분말화한다. 정성 분석법으로서는 이 분말을 형광 X선 분석법에 의하여 퍼센트 오더의 분석 결과를 얻는다. 정량 분석법으로서는 JIS-K-2541 「원유 및 석유제품 유황분 시험법」의 봄베식 CI분 시험방법에 의하여 얻은 염화물을 이온크로마토그래피에 의하여 CI 이온량을 측정하고, 전CI로 환산한다. 이 결과를 가지고 염소 함유율의 평균치로 한다.

비중 분리에 의하여 염소 함유율이 0.5wt% 이하가 되는 폐플라스틱을 얻는 것은 다음에 설명하는 방법으로 가능하다. 이물 제거된 가는 파쇄 폐플라스틱 (10 내지 20mm 정도)을 회전 드럼 원심식 비중 분리장치에 물과 함께 공급한다. 드럼은 2000 내지 3000rpm으로 회전하고, 파쇄 플라스틱은 1000 내지 1700G의 가속도 (분리수면상)에 의하여 비중액 내에 부상물 (경량물)과 침강물 (중량물)로서 분리된다. 공급시 5 내지 10%의 염소 함유 농도의 폐플라스틱으로부터 경량물은 50%부터 70% 회수되고, 염소함유 농도는 0.3 내지 0.5wt%가 된다. 이는 염소계 수지의 비중이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 발포 폴리에스틸렌 보다 0.1 내지 0.2정도 비중이 무겁고, 침강물로서 분리되기 때문이다.

코크스로나 열분해로로부터 계외로 뽑아내는 암모니아액에는 폐플라스틱 유도 염소계 가스와 암모니아가 반응한 결과 염화 암모늄이 다량 축적되는데, 이것에 강염기, 예를 들면 수산화나트륨 (가성 소다)을 첨가하는 것이 바람직하다. 강염기로서는 수산화 나트륨 외에 수산화칼륨 등이어도 된다. 이에 의하여 암모니아액 중의 염화 암모늄은 수산화나트륨과 반응하여 염화 나트륨과 암모니아로 된다. 수산화나트륨의 첨가량은 염화암모늄과 동일한 당량 또는 그 보다 약간 많이 첨가하는 것이 바람직하다.

종래, 코크스로에는 계외로 뽑아내는 암모니아액을 처리하기 위한 탈 암모니아 설비가 설치되어 있었다. 그 탈 암모니아 설비에 있어서는 증기 스트리핑에 의하여 프리 암모니아를 기화 제거한 후에 활성 오물질 처리를 하여 방류한다. 본 발명에 있어서는 탈암모니아 설비에 넣기 전에 수산화나트륨에 의하여 암모니아액 중의 염화 암모늄은 염화나트륨과 암모니아로 되어 있으므로, 암모니아액 중에 포함되어 있던 질소 성분은 모두 암모니아의 형태로 함유되어 있다. 따라서, 탈 암모니아 설비에서 암모니아가 기화 제거되는 결과로서 암모니아액 중의 질소 성분은 제거된다. 탈암모니아 설비를 나온 암모니아액 중에는 무해한 염화나트륨 밖에 잔존하지 않으므로, 그대로 방류하여도 해수 중에 질소분을 증가시킬 염려는 없다.

쓰레기 봉투로 수집된 평균적인 일반 폐기물 분별 플라스틱 (조성 : 가연물 : 75% (내염소분 5 내지 10%) 자성 금속 : 5%, 알루미늄 : 2%, 글래스 등 무기분 : 8% (내 5%는 가연분 중 무기분), 수분 : 10%)에 대하여, 열풍로 환원제로서 사용할 수 있도록, 봉투 파괴 - 자력선별 - 풍력선별 ＆ 진동 체 치기- 가는 파쇄- 습식비중분리 -수분제거건조-입상화 공정을 거쳐, 입도 : 1 내지 10mm, 밀도 : 0.3kg/1 이상, 회분 : 10% 이하, 염소분 : 0.5% 이하의 것을 얻었다. 원료 수율을 계산한 결과 50 내지 60% 정도였다. 이는 리사이클의 관점에서 만족할 만한 것은 아니었다. 또한, 습식 중력 분리로 중플라스틱 (고염소 플라스틱)으로서 20 내지 30%의 수율이 떨어진 고염소 플라스틱을 폐기처분 하지 않고 열분해 처리에 의한 탈염소처리를 하여 열풍로 환원제로서 이용할 수 있게 하였다. 이 경우 원료 수율은 향상되나 코스트가 올라갔다.

염화비닐을 포함하는 폐플라스틱을 비중 분리 또는 손 선별로, 염화 비닐을 다량 포함하는 폐플라스틱과 염화비닐이 적은 폐플라스틱으로 분별하고, 염화비닐을 많이 포함하는 폐플라스틱을 코크스로에 장입하여 열분해 처리하고, 염화비닐이 적은 폐플라스틱을 송풍구로부터 열풍로에 취입한 경우의 실시예를 표 1에 도시한다. 또한 열풍로의 출선량은 하루 1만t이다.

	분별법	폐플라스틱중 염소함유량(%)	코크스로	열풍로
		분별전	분별후	폐플라스틱의 장입량	조업평가	폐플라스틱의 장입량	조업평가
			염화비닐다량					염화비닐 소량
1	손 분별	1.6	3.5	0.1	0.5	○	2.0	○
2	손 분별	2.3	3.0	0.1	1.0	○	1.0	○
3	비중분리	1.7	2.4	0.3	2.0	○	3.0	○
4	비중분리	1.5	2.5	0.3	2.0	○	5.0	○
5	비중분리	1.5	2.2	0.3	3.0	○	5.0	○

코크스로의 조업평가에 대하여는 건류 후에 탄화실로부터 압출된 코크스 강도가 JIS K2151에 준한 코크스의 드럼 강도 (150 회전후 + 15mm)에서 84 이상, 또한 경우에 포함되는 염소 농도가 10ppm 이하, 또한 플러싱에 의하여 포착되는 염소의 비율이 90% 이상, 또한 가성 소다를 첨가하여 증기 스트리핑에 의하여 암모니아를 제외한 폐액의 질소 농도는 20mg/1 이하인 경우를 ○으로 하고, 하나라도 불충분한 경우에는 ×으로 하였다. 또한 열풍로의 조업평가에 대하여는 로정 압력 변동, 샤프트 압력 변동 등의 문제가 없고, 계획대로 출선량이 얻어져 순조롭게 조업이 이루어지고 있다고 판단한 경우를 ○으로 하였다.

실시예 5의 조업을 약 1개월간 계속한 결과 약 7000톤의 폐플라스틱을 처리할 수 있었다.

열풍로와 코크스로를 병용하고, 염소를 함유하는 폐플라스틱을 코크스로에서 열분해 처리함으로써, 염소를 함유하는 폐플라스틱의 탈염소처리 공정을 생략할 수 있고, 또한 염소를 함유하는 폐플라스틱을 폐기하지 않고, 염소를 함유하는 폐플라스틱이더라도 대량으로 재활용하는 것이 가능하게 되었다.

Claims (12)

1. 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 일부를 열풍로에서 환원제로서 처리하고, 잔부의 모두 또는 일부를 열분해 처리하고, 열분해 처리에 의하여 발생하는 가스를 암모니아수와 접촉시키는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.
2. 제 1항에 있어서

   암모니아수가 석탄과 건류할 때에 발생하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물, 또는 그들을 포함하는 플라스틱의 처리방법.
3. 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 일부를 열풍로에서 환원제로서 처리하고, 잔부의 전부 또는 일부를 코크스로에서 열분해 처리하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.
4. 수지 또는 유기화합물 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱을 염소 함유량이 많은 것과 염소 함유량이 적은 것으로 분별하고, 염소 함유량이 적은 것을 열풍로로 처리하고, 염소 함유량이 많은 것을 코크스로에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.
5. 제 4항에 있어서,

   수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱을 비중 분리에 의하여 염소 함유량이 많은 것과 염소 함유량이 적은 것으로 분별하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.
6. 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱을 염소 함유량이 평균 0.5wt% 이상의 것과 염소 함유량이 평균으로 0.5wt% 이상의 것으로 분별하고, 염소 함유량이 평균 0.5wt% 이하인 것을 열풍로에서 처리하고, 염소 함유량이 평균 0.5wt% 이상인 것을 코크스로에서 열분해 처리하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물 또는 이들을 함유하는 폐플라스틱의 처리방법.
7. 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 일부를 사전에 탈염소 처리한 후, 열풍로에서 환원제로서 처리함과 동시에, 잔부의 전부 또는 일부를 사전에 탈염소 처리하지 않고, 코크스로에서 열분해 처리하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.
8. 제 7항에 있어서,

   수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 일부를 사전에 염소 함유율이 0.5wt% 이하가 되기까지 탈염소 처리한 후에 열풍로에서 환원제로서 처리하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.
9. 제 8항에 있어서

   수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱을 사전에 염소 함유율이 0.5wt% 이하가 되기까지 탈염소 처리한 것을 용선 1톤당, 0.5kg 내지 10kg, 열풍로에서 처리한 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.
10. 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 일부를 사전에 염소분을 제거하지 않고, 열풍로에서 환원제로서 처리하고, 잔부의 전부 또는 일부를 사전에 염소분을 제거하지 않고, 코크스로에서 열분해 처리하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.
11. 제 10항에 있어서,

    용선 1톤당 0.5kg을 하한으로 하고, 염소 허용도를 고려한 열풍로 처리량을 상한으로 하여 사전에 염소분을 제거하지 않고, 열풍로에서 환원제로서 처리하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.
12. 제 11항에 있어서,

    용선 1톤당 0.5kg 이상 1.7kg 이하의 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱을 사전에 염소분을 제거하지 않고 열풍로에서 처리하는 것을 특징으로 하는 수지 또는 유기화합물, 또는 이들을 포함하는 폐플라스틱의 처리방법.