KR20040076642A - 폐 플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐 플라스틱을 연료로 재활용하는 방법에 대한 것으로서, 수거된 폐 플라스틱에 촉매를 첨가한 후 이를 약 250℃ 내외의 온도로 운전되는 열 분해로에 투입해 상기 폐 플라스틱으로부터 왁스형태의 액상물질을 용해·추출하고, 이어서 상기 액상물질에 오니나 저급석탄 또는 톱밥 등과 같이 잘게 파쇄될 수 있는 가연성 폐기물을 소정 비율로 혼합해 고형 연료로 성형하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 폐 플라스틱의 무공해 처리가 가능하고, 재생처리과정에서 고열량의 고급연료를 얻을 수 있다.

Description

폐 플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법{Method of manufacturing the solid fuel using thermal cracking wax of waste plastics}

본 발명은 폐 플라스틱을 연료로 재활용하는 방법에 대한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 수거된 폐 플라스틱에 촉매를 첨가한 후 이를 약 250℃ 내외의 온도로 운전되는 열 분해로에 투입해 상기 폐 플라스틱으로부터 왁스형태의 액상물질을 용해·추출하고, 이어서 상기 액상물질에 오니나 저급석탄 또는 톱밥 등과 같이 잘게 파쇄될 수 있는 가연성 폐기물을 소정 비율로 혼합해 고형 연료로 성형하는 방법에 관한 것이다.

현재, 농업용·산업용 폐 비닐과 같은 폐 플라스틱은, 토양환경과 대기환경에 심각한 악영향을 끼치고 있다. 이 때문에, 우리 나라의 경우에는 이들 폐 플라스틱을 수거해 다른 자원으로 재생처리 하는 한국자원재생공사가 설립되어 있다.

수거된 폐 플라스틱으로부터 다른 자원을 회수하는 종래의 방법으로는, ① 열처리를 통해 폐 플라스틱으로부터 오일을 추출해 내거나 ② 폐 플라스틱을 잘게파쇄한 후 다른 재료와 섞어 고체연료봉의 형태로 압축·성형하는 방법이 있다.

하지만, 전자의 경우에는 투입되는 재생비용에 비해 회수되는 현실 이익이 낮아 경제성이 없고 게다가 재생 오일의 품질이 낮다는 문제가 있고, 후자의 경우에는 환경호르몬인 다이옥신의 발생을 막을 수 없다는 문제가 있다.

이 때문에, 실제로 수거한 량에 비해 재처리 또는 재생되는 양이 현저히 적고, 또 재생과정을 통해 제조된 펠릿이나 오일의 품질이 낮아 거의 유통이 되지 않기 때문에, 하치장에 야적된 폐 비닐의 야적높이가 나날이 높아만 가고 있다.

또한, 폐 비닐은 매립이 허용되지 않기 때문에 재생불가 판정을 받은 것은 소각처리할 수 밖에 없으나, 불완전 연소 시 매연과 그을음 등에 의해 대기환경이 2차적으로 오염되는 문제가 발생하고, 게다가 폐 비닐이나 대기 중에 포함된 염소 (Cl)가 다이옥신으로 변하여, 인체에 암을 유발하거나 신경계나 호르몬 분비계에 장애를 일으키는 문제가 있다.

이처럼, 폐 비닐의 처리에는 많은 문제가 뒤따르고 있으며, 다른 자원으로 재생하는 경우에도 경제성과 재생자원의 품질에 문제가 있어, 이 문제를 해결하기는 쉽지 않다.

본 발명은 이러한 폐 플라스틱의 처리와 관련된 종래 기술의 문제점을 획기적으로 개선하기 위해 안출된 것으로서, ① 폐 플라스틱의 무공해처리가 가능하고,② 재생처리과정에서 고열량의 고급연료를 얻을 수 있는 폐 플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 수거된 폐 플라스틱에 촉매를 첨가해 일정 온도범위에서 열 분해(thermal cracking)하여 저 분자량의 액상물질을 추출한 다음(열 분해단계), 상기 액상물질을 가연성 물질과 소정의 비율로 혼합하여 성형함(성형단계)을 특징으로 한다.

⑴ 상기 열 분해단계와 관련하여, 종래에는 열 분해과정에서의 운전온도가 대략 400℃ 내외여서 에너지 소모가 많았고, 또한 열 분해과정에서 대기나 폐 플라스틱 등에 포함된 염소가 300℃ 이상의 온도에서 산소와 결합하여 다이옥신 등의 환경호르몬 물질로 변하는 문제를 해결할 수 없었다.

그러나, 본 발명의 경우에는 수거된 폐 플라스틱에 수산화나트륨 등의 촉매를 가하여 다이옥신의 발생온도보다 낮은 저온에서(200℃∼250℃) 상기 폐 플라스틱을 열 분해하기 때문에, 환경호르몬의 발생문제를 해결할 수 있었다.

또한, 본 발명에서는 상기 열 분해단계에서 용해·추출되는 액상물질의 생산이 최종 목적이 아니므로, 농가 등지에서 수거된 폐 비닐 등의 폐 플라스틱 표면에 묻은 더러움을 세척할 필요가 없이 수거된 형태 그대로 처리하면 되기 때문에 전처리 비용이 전혀 들지 않으며 따라서 처리비용을 대폭 절감시킬 수 있었다.

여기서, 상기 폐 플라스틱의 열 분해 온도가 200℃ 이하가 되면 열 분해가 안되거나 장시간 운전해야 하는 문제가 있고 250℃ 이상이 되면 다이옥신이 발생될 가능성이 있으므로, 상기 온도범위 내에서 운전되는 것이 가장 경제적이다.

또한, 상기 열 분해단계는, 종래 열 분해장치(분해로)에서 수행될 수 있다.

⑵ 한편, 상술한 열 분해단계에서 생산된 액상물질은, 후 공정인 성형단계에 연속적으로 공급되어 가연성 물질과 혼합된다. 이 때, 상기 액상물질은 가연성 물질과의 혼합에 의해 자연냉각 됨으로 별도로 냉각시키지 않아도 된다.

여기서, 상기 가연성 물질로는 (저급)석탄이나 오니, 톱밥, 왕겨, 황토 또는 가연성 폐기물이 채택 가능하며, 상기 나열된 물질이 단독으로 또는 적어도 둘 이상이 혼합된 형태로 제공될 수 있다.

또한, 상기 액상물질과 상기 가연성 물질의 성형형상은, 예를 들면 조개탄 형상이나 케이크 형상 또는 바(bar) 형상 등 임의의 형태로 성형 가능하다.

또한, 상기 액상물질과 상기 가연성 물질은 고형연료로의 성형성 등을 고려하여, 상기 가연성 물질이 고형연료 100중량부 당 30∼70 중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.

아래의 표 1은 본 발명의 방법에 따라 생산된 고형연료 1㎏ 당의 발열량을 나타낸 것으로서, 상기 액상물질과 상기 가연성 물질의 혼합비율을 70:30과 50:50 그리고 30:70의 세 가지 경우로 나누고, 상기 가연성 물질로서 석탄과 톱밥을 각각적용한 경우를 나타낸 것이다.

액상물질:석탄의 혼합비율	발열량(㎉/㎏)	액상물질:톱밥의 혼합비율	발열량(㎉/㎏)	비고
70:30	9,200	70:30	9,000	석탄:5000(㎉/㎏)톱밥:4,500(㎉/㎏)액상물질:11,000(㎉/㎏)
50:50	8,000	50:50	7,800
30:70	6,800	30:70	6,700

상기 표에 나타난 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 생산된 고형연료는 석탄보다 단위 무게 당 발열량이 훨씬 높았으며, 연탄에 비해 발화점 온도도 낮아 쉽게 점화되는 장점이 있었다.

또한, 여러 차례의 실험에서, 액상물질:가연성 물질의 혼합비율이 상기 범위 이내일 때 가장 안정적이고 지속적으로 연소되는 점을 발견할 수 있었다. 즉, 액상물질의 비율이 높을수록 발열량은 높아지지만, 지속시간이 짧아져 연료로서는 적당치 않았다.

이상과 같이, 본 발명의 폐 플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법에 의하면, 처리 곤란한 폐 플라스틱을 촉매와 함께 비교적 낮은 온도범위에서 열 분해하여 왁스 형태의 액상물질로 제조한 다음, 상기 액상물질을 바인더로 하여 오니·석탄·톱밥 등과 같은 가연성 물질과 혼합해 고열량의 고형연료를 제조할 수 있다.

따라서, 폐 플라스틱의 무공해처리가 가능하다.

또한, 한국자원재생공사에서 수거하고도 아직 처리하지 못한 미처리 폐 플라스틱을 소각처리가 아닌 고품질 연료로 재생할 수 있기 때문에, 미처리 물량을 전부 소화해 낼 수 있을 뿐 아니라 환경친화적으로 처리할 수 있고 재생자원의 판매를 통해 경제적 이득을 얻을 수 있다.

게다가, 재생과정을 거쳐 만들어진 고형연료는 기존의 난방장치에 그대로 사용할 수 있고 발열량도 석탄보다 많기 때문에, 폐 비닐의 주요 발생지인 농촌지역에서 지역별로 수거해 곧바로 고형연료로 제조한 후 비닐하우스 등지에서 난방용 연료로 사용할 경우, 폐기물의 처리와 자원의 재활용이 그 지역 또는 현장에서 바로바로 이루어지는 이상적인 모델이 될 수 있다.

또한, 폐수처리과정에서 배출되는 오니를 섞어 고형연료로 만들 경우, 오니처리에 드는 막대한 비용을 절감하고 나아가서는 하수 슬러지를 처리하는 획기적인 방법이 될 수 있다.

이처럼, 본 발명의 방법에 따라 제조된 고형연료는 폐 플라스틱에서 추출한 액상물질이 바인더로 작용하기 때문에 성형성이 우수하고, 석탄보다 발열량이 높아 대체연료로서 사용이 가능하며, 생산단가도 매우 저렴한 장점이 있다.

Claims (4)

1. 수거된 폐 플라스틱에 촉매를 첨가하여 일정 온도범위에서 저 분자량의 액상물질로 용해·추출하는 열 분해단계와;

   상기 열 분해단계에서 용해·추출된 저 분자량의 액상물질을 가연성 물질과 일정한 혼합비율로 혼합하여 성형하는 성형단계;를 포함하는 폐 플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 촉매는 수산화나트륨이며,

   상기 가연성 물질은 석탄·오니·톱밥·황토·왕겨 또는 가연성 폐기물 중에서 선택된 단일물 또는 상기 단일물이 적어도 둘 이상 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 폐 플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 액상물질과 일정한 혼합비율로 혼합되는 상기 가연성물질의 혼합비율은 폐 플라스틱을 이용한 고형연료 100중량부 당 30∼70 중량부인 것을 특징으로 하는 폐 플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 일정 온도범위는 200℃∼250℃ 인 것을 특징으로 하는 폐 플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법.