KR20050079028A

KR20050079028A - 폐플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법

Info

Publication number: KR20050079028A
Application number: KR1020040007109A
Authority: KR
Inventors: 오종화
Original assignee: 오종화
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2005-08-09
Also published as: KR100601734B1

Abstract

본 발명은 가연성 고분자 물질로서 폐플라스틱을 재활용한 저공해 대체 에너지자원으로서 고형연료를 제조함에 있어서 수산화 칼슘 또는 산화칼슘을 촉매로 이용하여 공해물질인 황화물을, 질소흡착제 겸 촉매로서 제올라이트를 이용하여 질산화물을 흡착 제거하며 흡착제겸 보형 결합제로서 활성백토(산성백토)를 첨가하여 다중 흡착효과를 구현하므로서 매연이나 유독 가스의 발생을 저감시켜서 2차 공해 발생요인을 줄일 수 있고 균질화되고 성형성이 좋으며 발열량이 높으며 소규모 소각로에서도 사용이 편리하게끔 체적이 감소되고 연소재 발생이 극소화되어 연료로서의 이용성과 경제성이 향상된 저공해 고효율의 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법에 관한 것이다.

Description

폐플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법{The Process of Manufacturing High Calorie Plastic Refuse Derived Fuel}

본 발명은 폐플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세히는 가연성 고분자 물질로서 폐플라스틱을 재활용한 저공해 대체 에너지자원으로서 고형연료를 제조함에 있어서 수산화 칼슘 또는 산화칼슘을 촉매로 이용하여 공해물질인 황화물을, 질소흡착제 겸 촉매로서 제올라이트를 이용하여 질산화물을 흡착 제거하며 흡착제겸 보형 결합제로서 활성백토(산성백토)를 첨가하여 다중 흡착효과를 구현하므로서 매연이나 유독 가스의 발생을 저감시켜서 2차 공해 발생요인을 줄일 수 있고 균질화되고 성형성이 좋으며 발열량이 높아서 연료로서의 이용성과 경제성이 향상된 저공해 고효율의 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법에 관한 것이다.

신비의 소재라고 하는 플라스틱은 내식성, 내변질성, 가공성 및 경량성, 저렴한 가격 등의 특징이 있어서 금속이나 천연섬유, 도자기 등의 광범위한 대체재료로서 산업사회를 발전시키는데 지대한 역할을 하고 있으며 매년 그 수요가 증가하고 있으며 많이 쓰이고 있는 만큼 폐플라스틱량도 증가하고 있으나, 플라스틱은 그 특성상 자연상태에서 햇빛이나 미생물에 의하여 쉽게 분해되지 않도록 인위적으로 만들어진 합성 고분자 화합물이므로 폐기물 처리시 토양에 버리면 자연분해가 되지 않아 토양의 황폐화를 유발하며 매립하면 자연계로 환원이 안되어 매립지의 안정화를 저해하고 용량이 과다하여 매립지가 절대적으로 부족하게 되며 소각하게 되면 유해가스가 발생하게 되며 중금속이 비산하는 등 문제점이 있어 편리한 만큼 사용후의 처리가 사회적으로 이슈가 되고 있다.

상기한 폐플라스틱을 처리하는 방법에는 재활용하는 방법 외에 소각처리하는 방법, 연료로 사용하는 방법 등이 있으나 종래의 방법에 따른 일반적인 소각처리는 연소시에 소각대상 폐기물이나 연소시에 발생하는 가스를 완전히 연소시키지 못하므로서 불완전연소에 따라 많은 매연과 독성 가스 등을 발생시켜 노를 부식시키고 대기오염을 가중시키며 연료자원으로서 재활용하는 방법은 고처리 비용 및 열처리효율 등의 요인으로 석유와의 가격 경쟁력을 높이고 환경오염을 극소화시키면서 발열량이 높은 연료로서 재활용할 수 있는 방법이 요구되는 것으로서, 폐기물 특성에 적합한 가공으로 무공해 고효율의 연료로서의 이용가치를 높인 폐기물 고형연료화(RDF)나 이렇게 적절하게 가공된 양질의 폐기물 고형연료를 환경적으로 안정된 열원으로서 유효하게 재활용할 수 있는 고효율의 전용 연소처리 시스템이 유기적으로 결합된 새로운 폐기물 처리방식이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

폐기물 재활용 고형연료(RDF)는 가공을 통하여 연료로서의 이용 가능성을 향상시킨 폐기물로 정의되며, 폐기물을 직접 소각하지 않고 연료화 한후 이를 연소시켜 고형연료를 유효하게 재활용할 수 있어서 연료적인 가치가 향상되며 석유자원이 고갈되고 유가가 상승함에 따라 중요성이 강조되는 것으로서, 이는 특히 원료의 물리리화학적 특성에 맞게 성상에 적응시켜 균일하게 가공 하여 저장성 및 수송성을 향상시키고 발열량이 높아야 하며 연소가 용이하고 소각시 유독가스나 중금속 등의 함유량을 감소시켜 대기오염을 방지시킬 수 있는 안정되고 우수한 품질을 유지히여야 하는 것으로서 폐플라스틱을 그대로 소각할 때보다 열효율이 좋아야 하고 연소재의 발생을 극소화하여하며 체적을 줄여서 중소규모 소각로에서도 쉽게 사용할 수 있도록 하여야 한다.

그러나 종래의 방법에 의한 폐기물 재활용 고형연료는 성상이 고체연료이므로 처리과정에서 기체나 액체연료에 비하여 불완전연소로 인하여 이산화 탄소나 미연소 분진이 배출되기 쉽고 특히 고분자폐기물로서 폐플라스틱은 종류가 다양하며, 열량 차이가 심하고 크기가 상이하여 품질이 균일하지 아니하으므로 이를 효율적으로 개선하여 불완전 연소와 유독물질 발생 등의 공해요인과 성형성, 발열성이 개선되어 합리적인 자원화로서 양질의 폐고무류 폐기물 고형연료 제조방법이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위하여 안출한 것으로서, 폐플라스틱 원료에 수산화 칼슘 또는 산화칼슘을 촉매로 이용하여 공해물질인 황화물을, 질소흡착제 겸 촉매로서 제올라이트를 이용하여 질산화물을 흡착 제거하며 흡착제겸 보형 결합제로서 활성백토(산성백토)를 첨가하여 다중 흡착효과를 구현하여 매연이나 유독가스의 발생을 저감시켜서 2차 공해 발생요인을 줄일 수 있고 균질화되고 성형성이 좋으며 발열량이 높아서 연료로서의 이용성과 경제성이 향상된 저공해 고효율의 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같으며 공지의 기술에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명은 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법에 있어서, 원료로서 염화비닐이나 PVC 계열의 플라스틱을 제외한 폐플라스틱을 세척한 다음 적당한 크기로 절단 및 건조시켜 전처리하고, 전처리된 폐고무 원료 90-95%(중량비)에 황화물(SO_X) 제거 촉매제로서 수산화 칼슘 또는 산화칼슘과 질산화물(NO_X) 흡착 제거제로서 다공성의 제올라이트, 흡착제겸 보형 결합제로서 활성백토(산성백토)를 3:4:3 비율로 혼합한 혼합물 5-10%(중량비)를 450-500 ℃의 열분해 반응기에 혼합 첨가하고 성형기에서 일정 길이의 봉상으로 압출 성형하는 구성으로서, 공해발생이 적고 발열량이 높으며 경제성이 좋아서 연료로서의 이용성과 경제성이 향상된 저공해 고효율의 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법이다.

본 발명의 특징은 원료물질인 폐플라스틱에 촉매제로서 수산화 칼슘 또는 산화칼슘을 선택적으로 첨가하여 제2차 공해발생의 원인물질인 황화물(SO_X)과 질산화물(NO_X) 흡착 제거제 겸 촉매제로서 다공성의 제올라이트, 흡착제겸 보형(保型) 결합제로서 활성백토(산성백토)를 3:4:3 비율로 혼합물을 고온의 열분해 반응기에 혼합 첨가하여 공해물질을 고형연료 생성 단계에서 제거함과 동시에 열분해 반응을 수행하며 제올라이트를 첨가하므로서 탈취작용은 물론 착화시에 고옥탄화로 연소를 촉진하고 보형제겸 흡착제인 활성백토(산성백토)가 첨가되어 성형성과 발열성, 흡착성이 복합된 시너지작용으로 고체연료로서의 품질을 가일층 향상시키므로서 연소시 공해 발생이 없고 최적의 열량을 가지게 하므로서 본 발명의 고형연료를 발열원으로 하는 연소로에서의 연소작용을 촉진시키는데 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴본다.

본 발명에 있어서 원료로서 폐플라스틱은 종류별로 분리 수거한 다음 성분을 구분하여 유해가스로서 환경물질인 다이옥신을 다량 배출시키는 염화비닐이나 PVC 계열의 플라스틱을 제외한 열가소성 플라스틱이나 열경화성 플라스틱을 단독 또는 혼합하여 사용하며 세척한 다음 사용이 편리한 적당한 크기로 절단 및 건조하여 성형하기 좋은 상태로 가공하게 되며 일반적인 폐플라스틱 폐기물의 특성상 수분 함량이 적고 가연성이 좋으므로 원료가 용이하게 처리된다.

상기와 같이 세척, 절단, 건조의 전처리과정을 거친 폐플라스틱을 열분해 반응기에 투입하여 열분해 반응 온도범위가 상이한 다종의 수지를 모두 포함하여 분해할 수 있는 온도범위로서 450-500 ℃의 가열에 의한 열분해 반응을 수행하게 되는데, 이때 인체에 유해한 성분을 제거하기 위한 촉매제로서 수산화 칼슘 또는 산화칼슘을 사용하므로서 황화물(SO_X)을 용이하게 제거하며, 또한 다공성의 제올라이트를 질산화물(NO_X) 흡착 제거제 겸 촉매제로서 첨가하고 흡착제겸 보형(保型) 결합제로서 활성백토(산성백토)를 3:4:3 비율로 혼합물을 고온의 열분해 반응기에 혼합 첨가하여 공해물질을 제거할 수 있게 되는 것으로서 수산화 칼슘과 제올라이트, 활성백토의 혼합비율은 전체 중량비의 5-10%에서 약 3:4:3의 비율이 바람직하며 이렇게 하므로서 촉매효과 및 경제성면에서 최적의 효과를 구현할 수 있다.

촉매제로서 수산화 칼슘 또는 산화칼슘은 폐플라스틱에서 생성되는 황화물(SO_X)과 염소 등의 유해물질을 화학적으로 빠르게 흡착 제거하여 염소가스 및 염화수소, 산화황의 생성을 억제하게 한다.

상기한 제올라이트는 미세한 다공질의 함수 규산염 광물로서 물리적 흡착력과 화학적 양이온 치환작용을 하며 강한 산성과 800-900 ℃이상의 고온에서도 견디는 고온 안정성이 있으며 세공속의 표면적이 넓어 흡착용량이 커서 다양한 분자들을 선택적으로 흡착시키는 특성이 있는 것으로서, 고형원료 생성시에 촉매작용과 흡착작용으로 황화물(SO_X)과 질산화물(NO_X)을 선택적으로 협착 고정하며, 고옥탄화가 이루어진 고형유탄으로 전환되어 연소온도 700-800℃의 고온에서 연소로의 발열원으로 쓰일 때에는 저질탄을 고질탄으로 개질 전환시켜서 밑불로서 연소를 촉진하며 탈취작용을 동시에 수행한다.

활성 백토(산성 백토)는 주원료토를 화학명 Montmorillonite계의 점토 광물(고령토)이며 층구조(3층)로 되어 있어 이온교환수지와 유사한 양이온 교환성이 있으며 활성화 처리에 의해 양이온의 일부가 수소이온으로 치환되므로서 독특한 화학활성을 나타내며 구조는 미세한 세공이 있는 표면을 형성하여 선택적인 흡착을 하는 것으로서 본 발명의 고형연료가 연소할 때 700-800℃의 고온에서도 알칼리 물질과 결합하여 분해되지 아니하면서 제올라이트와 상호 보완적인 협착 고정으로 폐플라스틱의 황산화물과 질산화물을 제거하며 일정한 형상으로 성형후에 보형성을 증가시킨다.

또한 상기한 제올라이트와 활성 백토(산성 백토)는 규산(SiO₂)과 알루미나 (Al₂O₃)성분이 함유되어 있으며 자연의 원적외선 방사체로서 열전도성이 좋지 않는 플라스틱에 가열에 의한 방사열이 신속하게 전달되고 균일하게 가열되게 하는 것으로 이는 플라스틱류가 원적외선 영역에 아주 큰 흡수대를 갖는 특성을 살린 것이며 또한 제올라이트와 활성 백토(산성 백토)가 고온 가열하면 팽창하는 성질이 있어서 물질전달 및 열전달을 촉진하는 역할을 한다.

이렇게 해서 생성된 본 발명의 폐플라스틱을 이용한 폐플라스틱 이용 고형연료는 유해환경물질인 황화물이나 질산화물을 효과적으로 제거하므로서 환경친화적이며 본 출원인이 전용 연소로에서 실험한 바로는 착화가 잘되고 발열량이 많으며 형상, 원료조성이나, 발열량 등의 품질이 고르게 되며 연소재의 발생도 극소화되므로서 고체연료로서의 효능이 극대화됨을 발견할 수 있어서 저공해 고효율의 에너지 자원임을 확인할 수 있었다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

상기한 바와 같이 본 발명은 폐플라스틱을 재활용한 저공해 대체 에너지자원으로서 고형연료를 제조함에 있어서 수산화 칼슘 또는 산화칼슘을 촉매로 이용하여 공해물질인 황화물을, 질소흡착제 겸 촉매로서 제올라이트를 이용하여 질산화물을 흡착 제거하며 흡착제겸 보형 결합제로서 활성백토(산성백토)를 첨가하여 다중 흡착효과를 구현하므로서 매연이나 유독 가스의 발생을 저감시켜서 2차 공해 발생요인을 줄일 수 있고 균질화되고 성형성이 좋으며 발열량이 높고 연료의 체적을 줄여서 소규모 소각로에서도 사용하기 편리하여 연료로서의 이용성과 경제성이 대폭 향상되는 효과가 있다.

Claims

폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법에 있어서, 원료로서 염화비닐이나 PVC 계열의 플라스틱을 제외한 폐플라스틱을 세척한 다음 적당한 크기로 절단 및 건조시켜 전처리하고, 전처리된 폐고무 원료 90-95%(중량비)에 황화물(SO_X) 제거 촉매제로서 수산화 칼슘 또는 산화칼슘과 질산화물(NO_X) 흡착 제거제로서 다공성의 제올라이트, 흡착제겸 보형 결합제로서 활성백토(산성백토)를 3:4:3 비율로 혼합한 혼합물 5-10%(중량비)를 450-500 ℃의 열분해 반응기에 혼합 첨가하고 성형기에서 일정 길이의 봉상으로 압출 성형함을 특징으로 하는 폐플라스틱을 이용한 고형연료의 제조방법