KR20010069823A - 폐열가소성수지를 이용한 대체연료의 제조방법과 생산된연료 - Google Patents

폐열가소성수지를 이용한 대체연료의 제조방법과 생산된연료 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐열가소성수지를 간단한 가공공정을 통해 고효율의 대체연료를 대량으로 생산하여 부족한 에너지 자원을 대체하며, 또한 재활용이 가능한 물질이 무분별하게 폐기 처분되는 것을 방지하여 대기와 토양의 오염을 줄임으로 쾌적한 생활환경을 도모하고, 부존자원의 가치활용을 극대화하며, 생산된 고효율의 대체연료를 사용하여 중, 대형 보일러를 가동하므로 저렴한 연료비로 난방과 온수공급을 가능케 하는 목적을 가진다.
본 발명의 제조과정을 공정순서에 의해 자세히 살펴보면, 제 1공정은 재활용이 가능한 폐열가소성수지를 수거하여 분쇄기(10)를 통해 일정한 크기로 분쇄 및 절단을 하는 공정이며, 제 2공정은 절단 혹은 분쇄된 폐비닐과 폐플라스틱이 컨베이어(80)를 통해 자동적으로 세척기(20)에 이송되어 세척되는 공정이며, 제 3공정은 세척된 폐비닐과 폐플라스틱이 컨베이어(80)에 의해 열풍건조기(30)내부를 통과하면서 수분들이 완전히 제거되는 공정이며, 제 4공정은 용융로(40) 내부로 유입된 폐비닐과 폐플라스틱의 용융과정으로, 중합체 고분자화합물((CH2CH2)n)을 최소의 온도로 용융시켜 단위체 고분자화합물(CH2CH2)로 소성변형을 시키는 과정이며, 또한, 제 5공정은 상기 용융된 액체상태의 단위체 고분자화합물(CH2CH2)들이 고압압출기 (50)내로 유입되어지면, 1차적으로 6기압 이하의 수소(H2)가스(51)가 단위체 고분자화합물(CH2CH2) 내부로 주입되어지고, 2차적으로는 8기압 이상의 산소(O2)(52)가 공급되어 단위체 고분자화합물(CH2CH2) 사이에 산소(O2)가 과포화 결합된 상태에서 강한 압력에 의해 연속적으로 외부로 분출되어지며, 제 6공정은 냉각기(60)를 통하여 액체 상태의 단위체 고분자화합물(CH2CH2)들을 빠른 속도로 냉각시켜서 직경 2mm 정도의 섬유사 형태로 응고시키며, 마지막 제 7공정은 절단기(70)를 통하여 상기 섬유사 형태의 중합체 고분자화합물((CH2CH2)n)들을 2 ~ 5mm 크기의 소형칩 형태로 절단하므로 본 발명의 대체연료를 완성한다.
이와 같이 본 발명은 폐열가소성수지의 무분별한 소각과 매립에 따른 자원의 폐기와 대기 및 토양의 오염을 방지하여 자원의 가치활용을 극대화하며, 공정의 간소화로 소비되는 열에너지를 감소시키며, 설비 투자비용이 저렴하므로 제조원가가 낮아져 경제적이며, 자동화를 통하여 신속하게 제품을 대량으로 생산할 수 있는 효과가 있다. 또한, 제조된 대체연료의 열효율은 기존의 가솔린 연료보다 2 ~ 3배 이상 높아서 사용되어지는 장소에 연료비를 크게 절감하며, 연소율이 뛰어나 2차 환경오염의 염려가 없는 효과가 있다.

Description

폐열가소성수지를 이용한 대체연료의 제조방법과 생산된 연료{manufacturing method of substitute fuel recycled thermoplastic resin and substitute fuel}
본 발명은 재활용이 거의 불가능하여 대부분 쓰레기로 처리되고 있는 폐열가소성수지로부터 양질의 대체연료를 생산할 수 있도록 하는 것이며, 특히 제조공정상 소요되는 열에너지의 절감 및 제품의 생산시간을 단축시켜 고부가가치의 대체연료의 생산 및 동 연료의 제조방법에 관한 것이다.
오늘날에 있어서 자원은 한정되어 있으나 인구의 증가와 소비성향의 가속화 등으로 에너지 자원이 점차적으로 고갈되어 가고 있으며, 또한 다양한 생산활동과 소비활동을 통하여 다량의 쓰레기를 발생시켜 심각한 환경오염을 유발하고 있다.
특히, 원예작물 재배시 사용되는 비닐하우스용 비닐수지와 생활용품에 많이 사용되는 1회용 플라스틱용기는 재활용도가 떨어져 대부분이 쓰레기로 폐기 처분됨에 있어서, 자연상태로 분해되는데는 오랜 시간이 소요되어 소각 등을 통하여 폐기되므로 환경오염을 유발시키는 원인으로 작용하여 이에 대한 대책이 요구되며, 이와 더불어 한정된 석유에너지를 대체할 수 있는 새로운 에너지의 개발이 요구되고 있다.
현재 대체 에너지로 개발되고 있는 것들은 제조공정상 많은 시간과 비용이 발생하여 효율적이지 못하며, 무공해 에너지인 태양, 지열, 풍력, 조력 등은 자연적인 제약을 많이 받으므로 상용화가 곤란하며, 초기 설비비용 또한 막대한 문제점을 내포하고 있다.
이에 본 발명은 폐비닐과 폐플라스틱을 간단한 가공공정을 통해 고효율의 대체연료를 대량으로 생산하므로 부족한 에너지 자원을 대체하며, 생산된 대체연료를 사용하여 중, 대형의 보일러를 가동하므로 난방과 온수공급의 목적을 가진다.
또한, 폐비닐과 폐플라스틱이 대부분 쓰레기로 폐기 처분되는 것을 방지하여 대기와 토양의 오염을 현저히 줄임으로 쾌적한 생활환경을 도모하며, 부존자원의 가치활용을 극대화함을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 시설의 설비를 최소화하고 자동화하여 신속하게 대량의 제품을 생산할 수 있어서 제조원가를 줄이며, 생산된 대체연료는 높은 화력과 완전연소로 공해물질의 배출 없이 연소됨을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 제조 공정도
도 2는 본 발명의 제조장치 구성도
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
10 : 분쇄기 20 : 세척기
30 : 열풍건조기 40 : 용융로
50 : 고압압출기 60 : 냉각기
70 : 절단기 80 : 컨베이어
본 발명은 폐열가소성수지를 이용한 대체연료의 제조방법과 생산된 연료에 관한 것으로, 간단한 가공공정을 통해 고효율의 대체연료를 대량으로 생산하며, 폐비닐과 폐플라스틱의 재활용을 통해 대기와 토양의 오염을 현저히 줄임으로 쾌적한 생활환경을 도모하며, 설비를 최소화하고 자동화하여 신속하게 대량의 제품을 생산할 수 있어서 제조원가를 줄이는 특징을 가진다.
이하 본 발명의 제조공정을 예시한 도면을 통해 상세히 설명하면,
도 2는 본 발명의 제조장치 구성도를 나타낸 것으로 전체가 일곱 공정으로 나뉘어 구성된다.
제 1공정은 재활용이 가능한 열가소성수지 즉, 폴리프로필렌(Polypropylene :PP), 폴리에틸렌(Polyethylene:PE), 폴리스티렌(polystyrene:PS), 비닐수지(vinyl resin) 등을 수거하여 분쇄기(10)를 통해 분쇄 및 절단을 하는 공정으로, 1회용 생활용품 등에 주로 사용되는 열가소성 플라스틱류는 일정한 크기를 가지도록 분쇄되어 배출되며, 원예작물 재배용 비닐하우스에 주로 사용되는 비닐류는 일정한 길이로 절단되어 배출된다.
제 2공정은 세척과정으로, 상기 절단 혹은 분쇄되어 배출된 폐비닐과 폐플라스틱이 컨베이어(80)를 통해 자동적으로 이송되어 세척기(20)내부로 유입되며, 이렇게 유입된 폐비닐과 폐플라스틱의 표면에 흡착된 흙 또는 이물질들이 물에 의해 세척되어 침전하게 되므로 원료로서의 순도를 가지게 된다.
또한, 제 3공정은 건조과정으로, 상기 세척된 폐비닐과 폐플라스틱이 컨베이어(80)를 통해 열풍건조기(30) 내부를 지나게되므로 표면의 수분들이 완전히 제거되어 건조한 상태로 용융로(40)의 내부로 유입된다.
제 4공정은 용융과정으로, 용융로(40) 내부로 유입된 상기 폐비닐과 폐플라스틱은 탄소(C)원자와 수소(H)원자의 결합으로 이루어진 연결사슬이 매우 긴 중합체 고분자화합물((CH2CH2)n)로, 저온 용융시 원래의 조성을 그대로 가진 채 짧은 연결사슬형태의 단위체 고분자화합물(CH2CH2)로 소성변형을 일으키게 되며, 통상 열가소성수지는 160℃ ~ 250℃ 사이의 비교적 낮은 용융점을 가지므로 많은 양의 열량 소모 없이 용융할 수 있어서 가공이 용이한 특징이 있다.
또한, 제 5공정은 주입 및 압출과정으로, 상기 용융되어진 액체상태의 단위체 고분자화합물(CH2CH2)들이 펌프(41)를 통해 고압압출기(50)내로 유입되어지면, 1차적으로 6기압 아하의 수소(H2)가스(51)를 단위체 고분자화합물(CH2CH2) 내부로 주입시키는 1차 주입과정을 실시함에 있어서, 수소(H2)가스는 대단히 활성화된 기체로 많은 주의를 필요로 한다. 산소(02)와 수소(H2)의 2:1 혼합물은 500℃ 이상에서 격렬하게 반응하여 폭발하므로 용융로(40)의 온도를 항시 250℃ 이하로 유지되도록안전을 고려하여 설치, 운용하며, 또한 염소(Cl)와 수소(H2)는 빛 등의 에너지를 흡수하여, 격렬하게 폭발하므로 PVC(Polyvinyl Chloride)등의 염소(Cl)성분을 함유한 열가소성수지는 세밀한 선별과정을 통해 원료로 사용되지 않도록 하여 안전하게 수소(H2)가스를 주입시킬 수 있는 구성을 가진다.
그 후 8기압 이상의 고압산소(O2)(52)를 수소(H2)가스가 주입된 액체상태의 단위체 고분자화합물(CH2CH2) 내부로 주입하는 2차 주입과정을 거치면, 액상의 단위체 고분자화합물(CH2CH2) 사이에 수소(H2)가 불포화되고 산소(O2)가 과포화 결합된 상태의 단위체 고분자화합물(CH2CH2)들이 생성되고, 이는 강한 압력에 의해 연속적으로 외부로 분출되어진다.
상기 수소(H2)와 산소(O2)의 주입과정을 통해 대체연료의 화력을 기존의 가솔린 연료에 비해 2 ~ 3배 이상 향상시킬 수 있으며, 대체연료의 연소시 발생되는 인체에 유해한 일산화탄소(CO)는 주입된 산소(O2)와 결합하여 인체에 무해한 이산화탄소(CO2)로 산화될 수 있는 역할을 가지며, 또한, 고압의 산소(O2)에 의해 별도의 동력 없이 외부로 분출이 용이한 구성을 가진다.
제 6공정은 상기 분출되는 액체 상태의 단위체 고분자화합물(CH2CH2)들을 빠른 속도로 냉각시키는 공정으로, 수랭식의 냉각기(60)를 통해 신속하게 직경 2mm 정도의 섬유사 형태의 중합체 고분자화합물((CH2CH2)n)로 응고시키는 구성을 가진다.
또한, 제 7공정은 절단과정으로, 상기와 같이 얻어진 고체상태의 중합체 고분자화합물((CH2CH2)n)을 절단기(70)를 통하여 2 ~ 5mm 크기의 소형칩 형태로 배출하게 되므로 대체연료로 사용시 착화되는 표면적이 넓으므로 인해 신속하게 연소될 수 있는 특징이 있다.
상기와 같이 구성된 공정은 폐비닐과 폐플라스틱을 공급만 시켜주면 컨베이어(80)와 각 기계들이 연동되어 자동적으로 소형칩 형태의 대체연료를 연속 배출하게 되므로 자동화 및 무인화 시스템을 구성할 수 있다.
또한, 일곱 단계의 공정을 거쳐서 완성된 본 발명의 대체연료는 가늘고 짧은 원통형의 소형칩 형태로, 그 조성은 단위체 고분자화합물(CH2CH2)들 사이에 수소(H2)와 산소(O2)가 주입된 채로 응고되어진 것으로 소정의 보일러에 연료로 사용하여 연소할 시, 수소(H2)의 높은 착화율과 연소를 돕는 산소(O2)의 화학적 특징으로 인해 기존의 가솔린 연료보다 2 ~ 3배 이상의 연소효율을 지니며, 연소율이 98%에 이르러 완전연소에 근접하므로 재가 거의 발생하지 않으며, 공해물질을 배출하지 않으므로 환경오염을 방지하는 특징이 있다.
상기와 같은 제조공정에 의하여 만들어진 본 고안은 출원인의 의뢰에 의해 대구광역시 보건환경연구원에서 2001년 4월 13일자로 대기오염 시험을 행하였으며, 그 결과 아래와 같은 시험성적을 나타내었으며, 열가소성 폐수지의 연소, 소각 등에 의해 흔히 발생하는 다이옥신 등의 대기오염물질은 배출되지 않았으며, 일산화탄소의 배출량이 다소 많은 것으로 나타났으나 이는 제조시 주입되는 산소량의 가감으로 극복할 수 있는 것이다.
시험 (대기오염) 성적서 대구광역시 보건환경연구원
항 목 성 적 항 목 성 적
먼지 16 mg/Sm3 황화수소 0.0 ppm
황산화물 (SO 2 ) 2 ppm 수은화합물 (Hg로서) 0.0 mg/Sm3
질소화물 (NO 2 ) 14 ppm 카드뮴화합물 (Cd로서) 0.0 mg/Sm3
일산화탄소 840 ppm 납화합물 (Pb로서) 0.0 mg/Sm3
염화수소 0.0 ppm 크롬화합물 (Cr로서) 0.0 mg/Sm3
채취 연월일 2001.4.13 측정유량 575 Sm3/hr
이상과 같이 제조된 대체연료가 사용되어질 수 있는 곳은 대규모의 난방이나 온수가 필요한 곳에 적당하며, 그 예로는 대중 목욕탕, 숙박시설, 농업용 비닐하우스 등이 있다. 별도로 구비된 중, 대용량의 보일러에 상기 제조된 대체연료를 주입하여 착화시키면 대체연료가 연소하면서 발생되는 열이 보일러 내부에 설치된 온수관의 온수를 가열하여 대규모의 난방과 온수공급을 할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 폐열가소성수지를 이용한 대체연료의 제조방법과 생산된 연료에 관한 것으로, 폐비닐과 폐플라스틱의 무분별한 소각과 매립에 따른 자원의 폐기와 대기 및 토양의 오염을 방지하며, 자원의 가치활용을 극대화하는 효과가 있다.
또한, 공정이 간단하여 제조공정시 사용되는 열에너지의 소비를 감소시키며, 시설규모가 최소화되어 설비 투자비용이 저렴하며, 이에 따라 제조원가가 낮아져 타 연료에 비해 경제적이며, 자동화를 통하여 신속하게 제품을 생산할 수 있어서 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 제조된 대체연료는 열효율이 높아서 사용되어지는 장소에 연료비를 크게 절감하며, 연소율이 뛰어나 2차 환경오염의 염려가 없는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 수거된 폐열가소성수지가 분쇄기(10)를 통해 분쇄 혹은 절단되는 제 1공정,
    분쇄 혹은 절단된 폐열가소성수지가 컨베이어(80)에 의해 세척기(20) 내부로 이송되어 세척되는 제 2공정,
    세척된 폐열가소성수지가 컨베이어(80)에 올려진 상태로 열풍건조기(30) 내부를 통과하여 건조한 상태로 되는 제 3공정,
    건조된 폐열가소성수지가 용융로(40)에 의해 용융되는 제 4공정,
    용융된 액상의 열가소성수지가 펌프(41)에 의해 고압압출기(50) 내부로 이송되면, 6기압 이하의 수소(51)가 1차적으로 주입된 후, 2차적으로는 8기압 이상의 고압산소(52)가 주입되어, 수소와 산소가 액상의 열가소성수지에 내포된 상태로 압출되는 제 5공정,
    압출된 액상의 열가소성수지가 수랭식 냉각기(60)에 의해 고체상태의 섬유사 형태로 신속히 냉각되는 제 6공정,
    냉각된 고체상태의 열가소성수지가 절단기(70)를 통해 일정한 크기로 절단되는 제 7공정,
    으로 구성됨을 특징으로 하는 폐열가소성수지를 이용한 대체연료의 제조방법.
  2. 수거된 폐열가소성수지가 분쇄기(10)를 통해 분쇄 혹은 절단되고, 분쇄 혹은 절단된 폐열가소성수지가 컨베이어(80)에 의해 세척기(20) 내부로 이송되어 세척되며, 세척된 폐열가소성수지가 컨베이어(80)에 올려진 상태로 열풍건조기(30) 내부를 통과하여 건조한 상태로 되고, 용융로(40)에 의해 용융된 액상의 열가소성수지가 펌프(41)에 의해 압출기(50) 내부로 이송되면, 6기압 이하의 수소(51)가 1차적으로 주입된 후, 2차적으로는 8기압 이상의 고압산소(52)가 주입되어, 수소와 산소가 액상의 열가소성수지에 내포된 상태로 압출되고, 압출된 액상의 열가소성수지가 수랭식 냉각기(60)에 의해 직경 2mm 정도의 섬유사 형태로 신속히 냉각되며, 냉각된 고체상태의 열가소성수지가 절단기(70)를 통해 2 ~ 5 mm 정도 길이의 칩형태로 절단되어 제조된, 수소와 산소가 내포되어 연소효율과 연소율이 높음을 특징으로 하는 열가소성수지의 대체연료.
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