KR200256293Y1 - 폐합성수지의 유화장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 플라스틱 등의 폐합성수지를 열분해하는 방법으로 생성오일을 회수시키도록 하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 촉매를 사용한 고온의 열분해 반응을 이용하여 저렴하고 높은 수율로 휘발유, 디젤유 등의 오일을 회수할 수 있고, 연속공정의 진행중에 환경오염 배출물질의 발생을 최대로 억제할 수 있는 폐합성수지의 유화장치에 관한 것이다.

본 고안은 분쇄 및 세척된 폐합성수지 원료와 촉매를 소정 비율로 투입시켜 용융시키도록 가열버너를 구비한 열분해기(11), 상기 열분해기에서 생성된 혼합유 및 가스를 냉각시켜 분리시키는 냉각기(12), 냉각기를 통해 나온 혼합유를 휠타를 거쳐 1차여과시켜 저장시키는 혼합유탱크(13), 혼합유탱크에서 이송된 혼합유를 2차로 가열시켜 휘발유와 경유로 분리시키는 정제로(14), 상기 정제로에서 발생된 분리오일 및 가스를 냉각시키는 정제로 냉각기(15), 정제로 냉각기에서 나온 혼합유의 불합격 제품을 재순환시키고 순수 분리된 오일을 종류별로 저장시키는 분리탱크(16), 및 상기 각각의 장치를 조작,조절하는 콘트롤패널(18)을 포함하는 구성을 특징으로 한다.

Description

폐합성수지의 유화장치 {Oil creation device}

본 고안은 플라스틱 등의 폐합성수지를 열분해하는 방법으로 생성오일을 회수시키도록 하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 촉매를 사용한 고온의 열분해 반응을 이용하여 저렴하고 높은 수율로 휘발유, 디젤유 등의 오일을 회수할 수 있고, 연속공정의 진행중에 환경오염 배출물질의 발생을 최대로 억제할 수 있는 폐합성수지의 유화장치에 관한 것이다.

PE, PP, PS, PVC 등의 폐합성수지는 재활용도가 떨어지고 대부분 쓰레기로폐기 처분되는 바, 자연상태로 부폐되는 데 장구한 시간이 소요되므로 이에 대한 대책이 요구되며, 이와 아울러 한정된 석유에너지를 대체할 수 있는 새로운 에너지 개발이 요구되고 있다.

이에 따라 환경오염을 방지하고 에너지를 취득하여 활용하도록 소정의 공정을 거쳐 오일을 추출하는 여러 기술이 제안되어 왔는 바, 그 기본원리를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

폐비닐이나 폐플라스틱 등의 폐합성수지의 원료는 석유이고 휘발유, 디젤, 액화가스 역시 석유로부터 추출된다. 폐성수지의 원료는 분자량이 큰 고분자로 되어 있고 그 조성은 탄소와 수소로 되어 있다.

그리고 정유업체에서 생산되는 휘발유, 디젤유는 분자량이 비교적 작은 것이며 그 조성 역시도 탄소와 수소로 이루어져 있다.

이에 따라 분자량의 조성 전환에 의하여 폐합성수지로부터 휘발유, 디젤유, 가스 등으로 전활할 수 있는 바, 그 이론적 근거로서 폐합성수지를 분자량이 매우 큰 고체석유로 볼 수 있으므로 이를 액체화하여 크래킹하면 액체와 기체로 조성된 석유로 전환시킬 수 있다는 것이다.

이러한 크래킹 방법으로서는 단순히 열만을 이용하는 열분해와 촉매분해 공정으로 나눌 수 있으나 최근에는 열 및 촉매공정이 복합된 공정이 검토되고 있다.

단순 열분해 공정은 공정이 단순하고 조작이 용이하여 과거 많은 연구가 이루어졌으며, 상압 열분해, 가압 열분해, 수소첨가 공정, 개질조작이 포함된 공정 등으로 나눌 수 있다.

열분해 공정에 의해서는 액체 연료류, 기체 연료 또는 합성가스 등의 분해 생성물을 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 이들 생성물중 탄화수소의 분자량 분포가 넓고 품질이 좋지 않으며 탄소의 침적에 따른 공정중단 등의 단점이 있다.

한편, 촉매를 이용한 플라스틱의 분해는 기존의 단순 열분해법에 비해 반응 온도가 100~200℃ 정도 낮고 분해 생성물의 선택도가 높고 분자량 분포의 범위가 좁아서 재활용이 용이하다는 장점을 가지고 있으나 촉매의 선택이나 비용 및 공정면에서 개선의 여지를 안고 있다.

또한 플라스틱의 열분해 온도는 각각의 플라스틱에 대하여 고유한 것이나 동종의 것이라도 종류, 형태 등에 따라 그리고 가소제나 기타 충전제 등의 영향에 따라 다르고, 플라스틱의 열분해하는 공기의 존재 유무, 수증기나 불활성가스의 존재 유무 혹은 촉매나 기타 화학제의 첨가유무에 따라 분해생성물이 다르며, 일반적으로 많은 종류의 가스, 유상물질, 잔류물 등이 생성된다.

또한 화학물질을 회수하는 방법은 분해하는 데 드는 비용이 직접 원류에서 생산하는 비용보다 더 많은 경우 경제성이 문제시 되고, 분해 생성물의 종류 역시 공정의 경제성 판단에 중요한 요소로 작용하는 데 생성물이 기상인 경우는 포집, 저장하기 위한 고정비가 많이 소요되며 부가적인 처리공정과 연계되어야 하며, 탄소 사슬의 길이가 긴 고비점 혼합물은 개질 조작을 거쳐야 하는 번거로움이 있으며, 촉매를 사용하는 경우 2차적인 환경공해를 유발하게 되는 등의 문제점이 있었다.

본 고안은 상술한 종래의 점자블럭이 안고 있는 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로서, 본 고안의 목적은 촉매를 사용한 고온의 열분해 반응을 이용하되 간단한 장치 및 공정을 통해 경제적으로 휘발유, 디젤유 등의 오일을 회수할 수 있고, 연속공정의 진행중에 환경오염 배출물질의 발생을 최대로 억제할 수 있으며, 특히 생성오일의 회수율을 대폭 향상시킬 수 있는 폐합성수지의 유화장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 폐합성수지의 유화장치는 분쇄 및 세척된 폐합성수지 원료와 촉매를 소정 비율로 투입시켜 용융시키도록 가열버너를 구비한 열분해기와, 쿨링탱크를 구비하여 상기 열분해기에서 기화된 가스를 냉각시키는 냉각기와, 냉각기를 통해 나온 혼합유를 휠타를 거쳐 1차여과시켜 저장시키는 혼합유탱크와, 혼합유탱크에서 이송된 혼합유를 2차로 가열시키는 정제로와, 쿨링탱크를 구비하여 상기 정제로에서 발생된 가스를 냉각시키는 정제로 냉각기와, 정제로 냉각기에서 나온 혼합유를 휘발유와 경유로 분리시키는 휘발류,경유분리기와, 분리된 유류를 종류별로 저장시키는 저장탱크, 및 상기 각각의 장치를 조작,조절하는 콘트롤패널을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 유화시스템의 전체적인 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

11: 열분해기 11a,14a: 가열버너

12: 냉각기 12a,15a: 쿨링탱크

13: 혼합유탱크 14: 정제로

16: 분리탱크 17: 저장탱크

18: 콘트롤패널

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 상술한다.

도 1은 본 고안에 따른 유화시스템의 전체적인 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 고안에 따른 폐합성수지의 유화장치는 분쇄 및 세척된폐합성수지 원료와 촉매를 소정 비율로 투입시켜 용융시키도록 가열버너(11a)를 구비한 열분해기(11), 쿨링탱크(12a)를 구비하여 상기 열분해기에서 기화된 가스를 냉각시키는 냉각기(12), 냉각기를 통해 나온 혼합유를 휠타를 거쳐 1차여과시켜 저장시키는 혼합유탱크(13), 혼합유탱크에서 이송된 혼합유를 2차로 가열시키도록 가열버너(14a)를 구비하는 정제로(14), 쿨링탱크(15a)를 구비하여 상기 정제로에서 발생된 가스를 냉각시키는 정제로 냉각기(15), 정제로 냉각기에서 나온 혼합유를 휘발유와 경유로 분리저장시키는 분리 저장탱크(16), 분리된 유류를 종류별로 저장시키는 저장탱크(17), 및 상기 각각의 장치를 조작,조절하는 콘트롤패널(18)을 포함한다.

상기 열분해기(11)에는 돌조각 또는 모래를 소정 두께로 깔아 전열 및 반응로 바닥에 원료가 탄화되어 눌어붙지 않도록 하는 것이 바람직하다.

전처리공정

먼저 수거된 폐합성수지를 파쇄 및 절단시켜 작은 크기로 형성하고 파쇄된 원료를 용융기인 열분해기(11)로 이송한다.

여기서 원료라 함은 열가소성 수지인 PE, PP, 폴리스틸렌, ABS, 아크릴로니트릴스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌술파이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 아크릴 수지, 나이론, 폴리아미드, 발포폴리에틸렌, 테프론, 합성고무, 폴리염화비닐(PVC)을 포함한다.

열분해공정

열분해기(11)에 원료 및 촉매가 투입되면 가열버너(11a)에 의해 용융이 개시되고 이 때 용융온도는 비교적 낮은 온도인 200~300℃ 내외로 한다.

이 때 촉매는 산화니켈, 산화알루미늄, 산화코발트, 이산화규소, 구리, 산화망간 등을 포함하는 조성물이다.

원료와 촉매의 투입비율은 원료 1㎏에 촉매 5~9g인 것이 바람직하다. 예를 들어 회수하고자 하는 휘발유와 경유의 비율을 갇게 할 경우에는 촉매 약 5g이면 될 것이고, 휘발유를 좀 더 증산하려면 촉매 8~9g이 투입될 수 있다.

또한 반응로 내부에서 탄화방지 및 오일의 추출율을 향상시키기 위해 혼합유로된 모유를 일정량 투입시켜 열분해시키는 것이 바람직하다.

모유로는 경유, 혼합유, 등유 등이 바람직하고 휘발유는 절대로 사용해선 않된다.

촉매크래킹반응공정

상기 열분해기에서 용융된 원료액체는 촉매와 함께 촉매크래킹반응을 개시하게 되고 금속촉매일 경우 금속파동작용에 의하여 용융된 원료액체의 탄소 연결사슬이 순식간에 끊어지게 되며 이 때 이러한 반응은 흡열반응으로서 열분해기 내의 온도가 급속하게 저하되므로 순환로를 통해 원료액체를 재가열 및 순환시켜 일정한 온도를 보장함으로써 원료액체를 충분히 분해반응시킨다.

이러한 열분해기에서의 작용은 용융된 폐합성수지를 혼합유인 중유로 만들게 되고 촉매와의 열작용에 의하여 중유와 소량의 오일가스를 생성하게 된다.

각종 폐합성수지를 열분해하였을 경우 다음 표과 같은 물질이 수득됨을 알 수 있다.

원료	유상물(%)	가스(%)	염화수소(%)	찌꺼기(%)
폴리에틸렌(PE)	94.7	4.6	-	0.7
폴리프로필렌(PP)	81.5	15.8	-	2.7
발포폴리스티렌	95.2	3.5	-	1.3
혼합플라스틱	57.3	14.5	12.1	16.1

냉각 및 가스분리공정

열분해로 생성한 증기 상태의 분해 생성물을 냉각기(12)로 이송시켜 급속냉각시킴으로써 유해가스, 비응축성, 탄화수소가스 및 저비점 생성물과 고비점 생성물과로 분리하고, 분리한 유해가스, 비응축성 탄화수소가스 및 저비점 생성물을 소각장치(미도시)로 이송 배출 자연기화시킨다.

상기 냉각기(12)는 쿨링탱크(12a)에 의해 순환냉각되는 상태이다.

가스가 분리된 고비점 생성물을 포함하는 유상물은 별도의 혼합유탱크(13)에 수집된다.

이 때 냉각기를 통해 나온 혼합유는 ??타를 거쳐 1차여과되는 상태로 혼합유탱크에 수집된다.

정제공정

혼합유탱크(13)에 수집된 고비점 생성물을 포함하는 유상물은 다음 단계인 정제로(14)에 투입되어 재가열된다. 즉 2차열분해 작용이 개시된다.

이 공정에서는 유출유에 포함된 슬러지의 제거는 물론 악취가 제거되며 색상이 안정된 정제유로 분류된다.

이 때 유출유에 포함된 슬러지의 제거는 물론 악취가 제거되며 안정된 색상을 얻기 위해서 소위 추출제를 투입하게 되는데 추출제로는 무기산, 무기알칼리를 주로 사용던 종래의 방법을 탈피하여 본 고안에서는 활성탄 또는 수산화나트륨 및 무수염화칼슘을 사용하였다.

즉 활성탄은 완제품 1톤당 10~15㎏을 사용할 수 있고, 수산화나트륨이나 무수염화칼슘은 완제품 1톤상 3~5㎏을 투입하는 것이 바람직하였다.

정제공정에서 발생한 혼합유 및 가스는 정제로냉각기(15)에서 급냉됨으로써 분리되고 유해가스는 배출 자연기화된다.

이 정제공정에서는 가열온도를 조절함으로써 휘발유와 경유로 재분류 추출시키는데 그 분류온도는 본래 225℃이나 본 고안의 촉매효과 특성상 200℃이전에 나온 것이 휘발유가 되고, 그 이후 온도인 200℃~365℃에서 추출된 것이 경유이며, 365℃~500℃에서 추출된 것이 중유이다.

이 때 일반 시중(주유소)에서 판매하는 휘발유, 경유와 동일한 물성의 제품을 원할시에는 기존 제품의 휘발유와 경유를 완제품에 약 3%정도 투입시키면 약 48시간 경과후 기존 시중 판매 유류와 같은 물성의 제품이 완성된다.

또한 경유의 경우 기물성의 품질을 높이려면 1톤의 완제품에 3㎏정도의 아세톤을 투입하게 되면 양질의 경유로 될 수 있었다.

분별 회수 및 재순환공정

정제공정 및 정제로냉각기를 통과한 분리된 혼합유는 분리탱크(16)에 저장되고, 불합격 제품은 다시 전단계 공정으로 재순환시켜 재처리되는 공정을 답습하게 된다.

분리저장공정

완제품은 종류별로 저장탱크(17)에 저장됨으로써 재사용단계를 밟게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안의 폐합성수지의 유화방법장치는 촉매를 사용한 고온의 열분해 반응을 이용하되 간단한 장치 및 공정을 통해 경제적으로 휘발유, 디젤유 등의 오일을 회수할 수 있고, 연속공정의 진행중에 환경오염 배출물질의 발생을 최대로 억제할 수 있으며, 특히 생성오일의 회수율을 대폭 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (2)

1. 분쇄 및 세척된 폐합성수지 원료와 촉매를 소정 비율로 투입시켜 용융시키도록 가열버너를 구비한 열분해기(11), 상기 열분해기에서 생성된 혼합유 및 가스를 냉각시켜 분리시키는 냉각기(12), 냉각기를 통해 나온 혼합유를 휠타를 거쳐 1차여과시켜 저장시키는 혼합유탱크(13), 혼합유탱크에서 이송된 혼합유를 2차로 가열시켜 휘발유와 경유로 분리시키는 정제로(14), 상기 정제로에서 발생된 분리오일 및 가스를 냉각시키는 정제로 냉각기(15), 정제로 냉각기에서 나온 혼합유의 불합격 제품을 재순환시키고 순수 분리된 오일을 종류별로 저장시키는 분리탱크(16), 및 상기 각각의 장치를 조작,조절하는 콘트롤패널(18)을 포함하는 구성을 특징으로 하는 폐합성수지의 유화장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 냉각기(12) 및 정제로 냉각기(15)에는 이들을 냉각시키기 위한 쿨링탱크(12a)(15a)가 별도로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐합성수지의 유화장치.