KR20060085914A - 폐기 플라스틱의 재이용 방법 및 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스로 배합 원료로서 바람직한 정도로 휘발분이나 유화물이 감소되어 있고, 코크스로 장입 후에도 매우 적합한 형상을 유지할 수 있는 플라스틱 입상화물을 형성하는 것이 가능하고, 생성하는 염화수소 가스를 처리하기 위한 고가의 설비를 필요로 하지 않는 폐기 플라스틱의 재이용 방법 및 성형 방법을 제공함으로써, 폐기 플라스틱을 160℃ 초과 250℃ 이하의 온도로 일부 또는 전부를 용융시켜 압축 성형하고, 이로써 겉보기 밀도가 0.7 내지 1.2 ㎏/리터인 플라스틱 입상화물로 하고, 이 플라스틱 입상화물을 석탄과 혼합하여 코크스로에서 건류하는 것을 특징으로 하는 폐기 플라스틱의 재이용 방법.

폐기 플라스틱의 압축 성형시에 발생하는 가스를 물 또는 암모니아수와 접촉시켜, 상기 물 또는 암모니아수를 코크스로에 부수되어 있는 암모니아수 처리 설비의 암모니아수에 합류시킴으로써, 발생 가스 중에 포함되는 염화수소를 제거할 수 있다.

폐기 플라스틱, 플라스틱 입상화물

Description

폐기 플라스틱의 재이용 방법 및 성형 방법{METHOD OF RECYCLING WASTE PLASTIC AND METHOD OF MOLDING}

본 발명은 폐기 플라스틱의 재이용 방법, 특히 코크스로(爐)로 건류하는 폐기 플라스틱의 재이용 방법과 폐기 플라스틱의 성형 방법에 관한 것이다.

종래에는 플라스틱 가공 공정에서 발생한 폐플라스틱이나 사용하고 난 플라스틱 (이하, 폐기 플라스틱이라 부른다)은 소각되거나, 매립 처분되었다. 그 결과, 소각하는 경우에는 고온 연소로 인하여 소각로가 파손되거나 염소와의 반응에 의하여 다이옥신이 발생하는 문제점이 있었다. 또한, 매립 처리하는 경우에도, 플라스틱은 부패하지 않고 토양이 고화하지 않기 때문에, 조성지의 이용 가치가 낮다고 하는 문제가 있었다.

그 대책으로서, 여러 가지 플라스틱의 리사이클 기술이 실시되고 있다. 예를 들면, 플라스틱의 유화나 가스화가 행해지고 있으나, 그 처리 비용이 비싸다고 하는 문제가 있다. 한편, 플라스틱을 코크스로에서 건류하는 것은 대량의 리사이클이 가능한 경제적인 방법으로서, 코크스로에서의 건류에서는 연료 가스나 유화물과 함께 코크스도 회수할 수 있으므로, 이용 용도의 다양화라는 면에서도 우수한 방법이다.

코크스로에서의 폐기 플라스틱의 건류 방법은 폐기 플라스틱을 석탄과 혼합하여 코크스로 내에 넣고 약 1200℃에서 건류하는 방법으로서, 예를 들면 일본 공개 특허 공보 소48-34901호에 기재되어 있는 방법이다. 사용하는 플라스틱의 종류에 따라서 다르지만, 사용한 플라스틱의 약 35%는 코크스가 되고, 약 25%는 유화물이 되며, 약 40%는 코크스로 가스가 된다. 플라스틱으로부터 생성된 코크스는 석탄으로부터 생성된 코크스와 혼합된 상태로 코크스로로부터 배출되어, 고로나 합금철 제조 공정 등에서의 환원제나 연료로서 이용된다.

전술한 바와 같이, 코크스로에서 폐기 플라스틱을 건류하는 방법은 경제적으로 플라스틱을 리사이클하는 방법으로서 유효한 수단이다. 그러나, 플라스틱을 사용하는 방법과 코크스 품질 사이의 관계에 관한 정확한 지식이 없었기 때문에, 제조한 코크스 품질에 문제가 있었다. 예를 들면, 일본 공개 특허 공보 평8-157834호에 기재되어 있는 기술을 이용하는 가스나 타르를 많이 회수하는 수단에서는 코크스 품질에 대한 배려가 없고, 플라스틱을 대량으로 혼합하면 코크스 강도가 저하된다고 하는 문제가 발생하였다. 한편, 코크스는 고로나 큐포라 등의 대형 설비에서 사용하기 때문에, 이러한 노 내에서의 하중 조건에 견딜 필요가 있고, 강도가 높은 것이 요구되고 있어 코크스 강도의 악화는 중요한 품질 문제가 된다.

한편, 종래에는 입수가 용이한 플라스틱의 가공 공정에서 발생하는 못쓰는 플라스틱 (이하, 폐플라스틱이라 부른다)을 코크스로에서 사용하였다. 이 폐플라스틱은 두꺼운 칩상의 것이 주를 이루는데, 비교적 순도가 높고, 형상도 그대로 코크스로에서 사용할 수 있는 것이었기 때문에, 종래에는 코크스로 조업에 대한 회분의 영향이나 겉보기 밀도의 영향에 관하여 밝혀진 바가 없었다. 그 결과, 순도가 나쁘고, 형상도 얇은 것이 많은 등의 문제가 있는 가정 등에서 발생하는 사용하고 난 플라스틱 (이하, 사용하고 난 플라스틱이라 부른다)을 사용할 때에도, 간편한 방법으로 코크스로에서 사용하였기 때문에, 이것을 사용하였을 경우 특히 코크스의 품질에 대한 악영향이 발생하였다.

사용하고 난 플라스틱은 형상이 나쁜 것이나 겉보기 밀도가 작은 것에 의한 문제가 발생하였다. 너무 작은 플라스틱, 예를 들면 지름 5 mm 이하, 두께 1 mm 이하의 것을 대량으로 사용하는 경우에는 제조된 코크스는 코크스의 강도가 악화되는 문제가 발생하였다. 또한, 사용하고 난 플라스틱이 너무 큰 경우에는, 괴상 코크스 수율이 저하되는 문제가 있는 것으로 지적되었다. 품위가 나쁘고, 회분이 많은 사용하고 난 플라스틱을 대량으로 사용하면, 괴상 코크스의 강도가 저하되는 문제가 있었다.

일본 공개 특허 공보 2001-49261호에는 폐기 플라스틱을 압축 성형하여 겉보기 밀도가 0.40 내지 0.95 ㎏/리터인 플라스틱 입상화물로 하고, 이것을 석탄에 대하여 5% 이하의 질량 비율로 혼합하여 코크스로에서 건류하는 방법이 개시되어 있다. 겉보기 밀도가 0.40 ㎏/리터 이상인 입상화 플라스틱를 사용함으로써, 코크스 분상화(粉狀化)의 문제를 해결할 수 있다. 한편, 플라스틱을 용융시키면서 성형하려고 하면, 용융될 때에 유해 가스가 발생하는 등의 문제가 있으므로, 용융하는 방법은 경제적이고, 안전한 방법은 아니기 때문에, 플라스틱을 용융하지 않고 압축 성형하는 조건으로서 겉보기 밀도 상한을 0.95 ㎏/리터로 하고 있다. 성형시의 플 라스틱 온도에 대하여는 플라스틱의 함유 수분을 제거하기 위하여 100℃ 이상으로 하고, 온도가 160℃를 넘으면 플라스틱의 일부가 용융이 개시되어 유해 가스 발생을 시키기 때문에 160℃ 이하가 바람직하다고 보고 있다.

또한, 일본 공개 특허 공보 2002-12876호에 기재된 폐기 플라스틱의 코크스로에서의 처리 방법에 있어서는 폐기 플라스틱을 온도 300℃로 탈염소 처리하고, 또한 압축 성형하여 밀도를 0.78 내지 1.0 g/㎤로 조정하고, 이 성형한 폐기 플라스틱을 코크스로에 소정량 배합하여 건류하는 방법이 개시되어 있다.

전술한 일본 공개 특허 공보 2001-49261호에 기재된 방법에서는 유해 가스 발생 방지를 위하여 성형시의 온도를 160℃ 이하로 한정하고 있기 때문에, 성형시에 있어서의 폐기 플라스틱의 용융이 불충분하게 되고, 도달하는 겉보기 밀도도 0.95 ㎏/리터 이하이다. 이 겉보기 밀도는 석탄 정도의 것이지만, 석탄에 비하여 휘발분이 많아, 유화물, 가스로서 빠져나가기 쉽기 때문에, 코크스로 배합 원료로 하기에는 아직 겉보기 밀도가 충분하지 않다. 또한, 160℃에서 용융되지 않은 플라스틱 성분이 입상화 플라스틱 중에 원래의 형상을 유지한 입자로서 남기 때문에, 그 입자 계면으로부터 균열을 일으키기 쉽고, 그 때문에 일본 공개 특허 공보 2001-49261호에 나타나 있는 적정한 입자 지름 5 내지 80 mm를 코크스 건류 초기에 유지하는 것도 어려워진다.

한편, 일본 공개 특허 공보 2002-12876호에 기재된 방법에서는 폐기 플라스틱을 300℃의 온도로 탈염소 처리하고 있으나, 탈염소 처리에 의하여 발생하는 염화수소 가스를 처리하기 위한 장치가 필요하게 되어, 설비 비용 및 운전 비용의 증대를 피할 수 없다.

본 발명은 코크스로 배합 원료로서 바람직한 정도로 휘발분이나 유화물이 감소하고 있고, 코크스로 장입 후에도 매우 적합한 형상을 유지할 수 있는 플라스틱 입상화물을 형성하는 것이 가능하고, 생성되는 염화수소 가스를 처리하기 위한 고가의 설비를 필요로 하지 않는 폐기 플라스틱의 재이용 방법 및 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 본 발명이 요지로 하는 것은 다음과 같다.

(1) 폐기 플라스틱을 160℃ 초과 250℃ 이하의 온도로 일부 또는 전부를 용융시켜 압축 성형하고, 이것에 의하여 겉보기 밀도가 0.7 내지 1.2 ㎏/리터의 플라스틱 입상화물로 하고, 이 플라스틱 입상화물을 석탄과 혼합하여 코크스로에서 건류하는 것을 특징으로 하는 폐기 플라스틱의 재이용 방법.

(2) 상기 플라스틱 입상화물을 석탄에 대한 질량 비율로 6 질량% 이하의 비율로 석탄과 혼합하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 폐기 플라스틱의 재이용 방법.

(3) 폐기 플라스틱을 가열 수단으로 가열하면서 관상부의 내부를 압출하는 형식으로 압축 성형하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 폐기 플라스틱의 재이용 방법.

(4) 폐기 플라스틱의 압축 성형시에 발생하는 가스를 물 또는 암모니아수와 접촉시켜, 상기 물 또는 암모니아수를 코크스로에 부수되어 있는 암모니아수 처리 설비의 암모니아수에 합류시키는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 폐기 플라스틱의 재이용 방법.

(5) 폐기 플라스틱를 가열 수단으로 가열하면서 관상부의 내부를 압출하는 형식으로 160℃ 초과 250℃ 이하의 온도로 압축 성형하고, 압축 성형시에 발생하는 가스를 물 또는 암모니아수와 접촉시켜, 상기 물 또는 암모니아수를 코크스로에 부수되어 있는 암모니아수 처리 설비의 암모니아수에 합류시키는 것을 특징으로 하는 폐기 플라스틱의 성형 방법.

전술한 바와 같이, 본 발명은 폐기 플라스틱을 압축 성형하여 플라스틱 입상화물로 하고, 이 플라스틱 입상화물을 석탄과 혼합하여 코크스로에서 건류함에 있어서, 폐기 플라스틱을 160℃를 초과하는 온도로 일부 또는 전부를 용융시켜 압축 성형하고, 겉보기 밀도가 0.7 내지 1.2 ㎏/리터인 플라스틱 입상화물로 함으로써, 코크스로에서의 플라스틱 장입 비율이 높아도 코크스 강도를 저하시키지 않는다.

또한, 본 발명은 압축 성형시의 온도를 250℃ 이하로 억제하는 동시에 폐기 플라스틱의 압축 성형시에 발생하는 가스를 물 또는 암모니아수와 접촉시키고, 상기 물 또는 암모니아수를 코크스로에 부수되어 있는 암모니아수 처리 설비의 암모니아수에 합류시킴으로써, 압축 성형시에 발생하는 가스 중의 염화수소를 제거할 수 있고, 또한 제거 처리를 염가로 실시하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 석탄에 대한 폐기 플라스틱의 첨가 비율과 코크스 강도와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 2는 각종 플라스틱의 가열 온도와 가열에 의한 질량 감소를 나타내는 도 면이다.

도 3은 본 발명을 적용하는 폐기 플라스틱의 압축 성형기 및 이 성형기로부터 발생하는 가스 중의 염화수소를 처리하는 장치를 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명에서 사용하는 폐기 플라스틱으로서는 사용하고 난 플라스틱를 중심으로 사용한다. 사용하고 난 플라스틱은 그 성분이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리염화비닐 등으로 다양하고, 또한 잔존 조미료, 음료의 영향이나 플라스틱 이외의 혼합물이 많기 때문에, 분별·세정 조작을 거쳐도 자원으로서 회수하는 머티리얼 리사이클(material recycle)이 어려워, 종래에는 연소에 의한 열 회수, 서멀 리사이클 밖에 실시되지 않았다. 본 발명에서는 이러한 종래 유효하게 재이용할 수 없었던 사용하고 난 플라스틱을 주로 이용하여 코크스로에서 가스, 오일, 탄소 제품(코크스)으로의 머티리얼 리사이클을 실시하는 것이다. 이를 위하여 사용하고 난 플라스틱의 회수에 있어서는 분별 수집을 원칙으로 하고 있기는 하지만, 종류가 여러 가지이고, 또한 혼재되어 있는 수분이 10 내지 30%로 많은 편이다. 이 사용하고 난 플라스틱을 이물질 제거, 재단 공정을 거친 후, 가열 압축 성형하여 입상화물로 한다.

본 발명에 있어서는 폐기 플라스틱을 160℃ 초과 250℃ 이하의 온도로 일부 또는 전부를 용융시켜 압축 성형하고, 이로써 겉보기 밀도가 0.7 내지 1.2 ㎏/리터인 플라스틱 입상화물로 한다.

그런데, 일본 공개 특허 공보 2001-49261호에 기재되어 있는 방법으로는 압 축 성형시의 온도를 160℃ 이하로 하고, 플라스틱을 용융시키지 않고 성형하고 있었으므로, 플라스틱은 파쇄된 형상 그대로 표층만이 접착되기 때문에, 얻어지는 성형물의 밀도가 낮고, 균질이 아니다. 또한, 플라스틱 끼리의 접착이 약하기 때문에, 성형물의 반송 과정 또는 코크스로 장입시에 붕괴되고, 코크스로 조업 및 코크스 품질에 악영향을 준다.

본 발명에 있어서는 압축 성형시에 의도적으로 폐기 플라스틱의 일부 또는 전부를 용융시켜 성형하기 위하여, 압축 성형시의 온도를 160℃ 초과로 하는 것이 바람직하다. 폴리에틸렌은 160℃ 초과에서 거의 완전하게 용융되고, 폴리스틸렌 등의 용융점이 높은 것이라도 200℃ 전후에서 거의 용융한다. 또한, 폐기 플라스틱 중에 혼입된 PET 등의 특별히 용융점이 높은 것도 주변에 존재하는 용융된 폴리에틸렌 등에 의하여 수용되어, 고밀도의 균질한 구조가 된다. 또한, 용융의 결과로서 폐기 플라스틱이 원래의 형상인 채로 입상화물 속에 남는 경우가 없기 때문에, 입상화물의 강도가 증대되어 석탄과 함께 코크스로 탄화물에 장입된 후에 형상이 무너지는 경우가 없다. 압축 성형시의 플라스틱 온도는 180℃ 이상으로 하면 더 좋다.

폐기 플라스틱을 160℃ 초과 250℃ 이하의 온도로 일부 또는 전부를 용융시켜 압축 성형한 결과, 상기와 같이 겉보기 밀도가 0.7 내지 1.2 ㎏/리터인 플라스틱 입상화물이 된다.

폐기 플라스틱을 석탄과 혼합하여 코크스로에서 건류하는 경우에는 그 대부분이 열분해 반응에 의하여, 가스상 또는 성분이 되고, 코크스로 가스와 함께 로외 로 배출되고, 건류 후에는 약 20 질량%의 고체상의 잔사(주로 탄소 성분)가 남는다. 이 잔사는 상당히 다공질이며, 그 주변에 존재하는 코크스 조직은 취약화되는 경향이 있어서, 코크스 강도 등의 품질의 열화를 초래하는 원인이 된다.

원료에 점결탄 등을 첨가하는 방법 등의 시책 없이, 코크스 품질을 유지하기 위해서는 폐기 플라스틱 유래의 상당히 다공질인 잔사를 증가(보다 엄밀하게는 잔사의 표면적을 증가) 시키지 않는 것이 중요하고, 본 발명에서는 폐기 플라스틱 유래의 잔사의 표면적을 저하시키기 위한 수단으로서, 압축 성형에 의하여 폐기 플라스틱의 밀도를 높인다. 폐기 플라스틱의 성형물의 겉보기 밀도가 높을수록, 그 표면적을 저감하는 것을 기대할 수 있다.

도 1에 겉보기 밀도가 0.5 kg/리터, 0.7 ㎏/리터 및 0.95 ㎏/리터의 폐기 플라스틱 성형품을 석탄과 혼합하여 건류한 후, 석탄에 대한 폐기 플라스틱의 첨가 비율과 코크스 강도와의 관계를 조사한 결과를 나타낸다.

도 1로부터, 압축 성형에 의하여 폐기 플라스틱의 겉보기 밀도를 0.7 ㎏/리터 이상으로 고밀도화함으로써 석탄에 대한 질량 비율로 폐기 플라스틱을 6 질량%까지 첨가하였을 경우에도, 폐기 플라스틱 첨가에 의한 코크스 강도 저하를 낮게 억제할 수 있다. 한편, 폐기 플라스틱의 겉보기 밀도가 0.5 ㎏/리터 이하에서는 석탄에 대한 질량 비율로 폐기 플라스틱을 6 질량%까지 첨가하였을 경우에는 코크스 강도 저하를 낮게 억제하는 것이 곤란해진다.

또한, DI ¹⁵⁰ ₁₅는 JIS K2151(1993)에 준하여 측정된 코크스의 드럼 강도 지 수(150 회전수 + 15 mm 지수)이고, △DI ¹⁵⁰ ₁₅는 폐기 플라스틱의 첨가율이 O%(무첨가)일 때의 DI ¹⁵⁰ ₁₅를 베이스로 하였을 경우의 DI ¹⁵⁰ ₁₅의 변화량을 나타낸다.

도 1로부터, 코크스로에 본 발명 방법으로 성형한 플라스틱 입상화물을 장입함에 있어서, 플라스틱의 질량 비율이 석탄에 대하여 6 질량%를 넘는 경우에는 폐기 플라스틱의 겉보기 밀도가 0.5 ㎏/리터 이하에서는 괴상 코크스의 강도 저하의 문제가 생기는 경우가 있다.

따라서, 본 발명의 플라스틱 입상화물의 장입 범위를 석탄의 질량에 대하여 6 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

압축 성형한 플라스틱 입상화물의 겉보기 밀도의 하한을 0.7 ㎏/리터로 한 것은 건류 후의 폐기 플라스틱에 유래하는 잔사의 표면적을 감소시켜 코크스 강도 저하를 억제하기 위한 것이다. 또한, 0.7 ㎏/리터 미만이 되면 원료의 장입 밀도가 낮아져 코크스로의 생산성을 저해할 뿐만 아니라, 석탄에 대한 질량 비율로 폐기 플라스틱을 6 질량%까지 첨가하였을 경우에는 코크스 강도 등의 품질 악화의 가능성이 있기 때문이다.

또한, 겉보기 밀도의 상한을 1.2 ㎏/리터로 한 것은 플라스틱의 참 비중이 1.2 정도이므로 얻어지는 겉보기 밀도로서는 실질적인 상한치라고 생각하였다.

본 발명에 있어서는 압축 성형시의 폐기 플라스틱 온도의 상한을 250℃로 한다. 본 발명에서 사용하는 폐기 플라스틱 중에는 폴리염화비닐(PVC)이 함유되어 있 다. 도 2에는 가로축에 각종 플라스틱의 가열 온도, 세로축에 가열 후의 질량(가열 전 질량과의 비)을 나타낸다. 도중, Goonyella탄은 대표적인 코크스 제조용 석탄인 구니엘라탄을 나타내고, PVC는 폴리염화비닐, PE는 폴리에틸렌, PP는 폴리프로필렌, PS는 폴리스틸렌, PET는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 나타낸다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, PVC에 대하여는 200℃대에 있어서 질량의 저하가 심하고, 300℃를 넘으면 질량 저하의 구배가 작아진다.

이 도 2로부터, PVC를 분해할 때 염화수소가 활발하게 발생하는 것은 250℃를 넘은 후인 것을 알 수 있다. 300℃에 이르면 PVC의 상당 부분은 분해되어 염화수소 발생량이 큰 폭으로 증대된다. 본 발명에서는 압축 성형시의 플라스틱 온도를 250℃ 이하로 하고 있으므로, 압축 성형시에 발생하는 염화수소의 양을 낮게 억제할 수 있고, 압축 성형기의 배기 가스 중 염화수소의 처리를 용이하게 실시하는 것이 가능하게 된다. PVC 이외의 플라스틱 성분에 대하여는 250℃에서는 전혀 분해가 일어나지 않고, 부착된 경질유가 증발하는 정도이다. 압축 성형시에 발생하는 가스의 주요부는 수증기이며, 이 수증기 중에 염화수소가 실질적으로 문제가 되지 않는 소량 포함된 가스가 발생한다. 종래에는 사전에 300℃ 이상의 온도까지 탈염소 처리를 하여 폐기 플라스틱 중의 염소 함유량이 0.2 질량% 미만 정도까지 저하된 후에, 압축 성형할 필요가 있었지만, 본 발명에서는 염소 함유량이 0.2 질량% 이상인 폐기 플라스틱을 160 내지 250℃의 온도에서 염화수소의 발생을 억제하면서 압축 성형할 수 있다.

압축 성형시의 폐기 플라스틱 온도의 상한을 220℃ 이하로 하면 더 좋다. 220℃이면 PVC의 분해는 편차를 고려하여도 2 내지 3%에 그치고, 염화수소의 발생도 적고, 발생 수증기가 pH4인 약산성을 나타내는 정도이다.

폐기 플라스틱을 압축 성형하는 방법으로서, 예를 들면 도 3에 나타내는 장치와 같은 금속제 또는 그것과 유사한 관상의 구멍형의 내부에서 압출하는 방식을 사용할 수 있다. 전기 히터 등의 가열 수단을 부가하고, 이것에 압축시의 마찰열이 가하여져 용이하게 160℃ 초과 250℃ 이하의 온도 범위로 조정할 수 있기 때문에, 이 방식을 취하는 것이 경제적인 압축 가공이다. 구체적인 가공 방법으로서는 적정한 사이즈까지 재단된 사용하고 난 플라스틱은 공급 장치 (피더) (1)로부터 압축 성형기 (2)에 공급되고, 압축 스크류 (21)로 압축 성형기 (2)의 케이싱의 내부에 밀어넣어지고, 케이싱은 상기 히터 등의 가열 수단(3)으로 가열되고 있어 복수의 구멍이 형성되어 있는 절출(切出) 장치 (5)로부터 소정의 사이즈의 입상화 플라스틱으로서 장치 외로 밀려나온다. 이것을 커터 (51)로 코크스로에 사용할 수 있는 적절한 길이로 절단하는 방식이다. 압축 스크류 (21)는 공급 장치 (1) 바로 뒤에 기계적인 압축 탈수부가 형성되어 있고, 이 탈수부 뒤에 가열 수단(3)과 수냉 배관을 설치하여 온도 제어하는 기능을 갖추고 있다. 세정 장치 (4)에 안내되는 스크류부로부터의 수증기의 배기관 (7)은 스크류 기장의 도중에 설치되어 있다.

또한, 공급 장치 (1)로부터 압축 성형기 (2)에 공급되는 폐기 플라스틱의 재단 사이즈는 고밀도 성형품의 안정적인 제조, 또는 성형품의 반송성의 관점에서, 평균 직경 50 mm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 압축 성형기 (2)에 의하여, 폐기 플라스틱을 가열하면서 압축 성형하 는 경우, 가열 조건, 성형 속도, 폐기 플라스틱 조성 등에 따라서는 폐기 플라스틱의 열분해 가스가 성형품으로부터 다 빠져나오지 못하고, 성형품 내에 잔류하여, 성형품 내부의 공극이 증가하여 성형품의 겉보기 밀도를 약간 저하시키는 경우도 있다. 이것으로부터, 흡인 블로어 (8) 등에 의하여 성형기의 배기관 (7)으로부터 폐기 플라스틱의 열분해 가스를 신속하게 성형품 내로부터 제거하는 것이 바람직하다.

다음에, 폐기 플라스틱의 압축 성형시에 발생하는 가스의 처리 방법에 대하여 설명한다.

압축 성형시에 발생하는 가스의 주성분은 수증기이다. 또한, 본 발명에 있어서는 압축 성형시의 플라스틱 온도가 250℃ 이하이기 때문에, 염소 함유량이 0.2 질량% 이상 함유하는 폐기 플라스틱을 압축 성형하는 경우에도 발생하는 염화수소의 양은 많지 않다. 따라서, 제거하여야 할 성분은 얼마 안되는 양의 염화수소와 경질 유분 뿐이기 때문에, 대규모의 염화수소 처리 장치를 설치할 필요는 없다.

본 발명에 있어서는, 폐기 플라스틱의 압축 성형시에 발생하는 가스를 물 또는 암모니아수와 접촉시킨다. 접촉 방법으로서는 물 또는 암모니아수를 채운 세정조 (4) 중에 가스를 불어넣어 기포로서 상승시키는 방법, 또는 가스의 통로에 물 또는 암모니아수를 액적으로 살포하거나 분무하는 방법을 채용할 수 있다. 이 접촉에 있어서, 가스 중의 드레인(drain)화 수분 , 염화수소 및 유분은 물 또는 암모니아수 중에 트랩되어 가스 중의 염화수소를 제거할 수 있다. 이 때, 가스 중의 증기의 열량도 물 또는 암모니아수 중으로 전달되기 때문에, 상기 세정조 (4)에는 물 또는 암모니아수를 연속적으로 유입시켜 오버플로우시킨다. 세정조 (4)에서는 증기의 드레인화 시에 용적 축소되기 때문에, 흡인 블로어 (8)를 설치하고 배기 가스를 흡인한다. 흡인된 가스는 세정조 (4)로부터 묻어서 들어온 암모니아수 미스트에 의한 암모니아 냄새가 남기 때문에, 2단의 담수 스프레이가 있는 수세 장치 (9)를 설치하여 세정하고, 세정수는 오버플로우 암모니아수와 합류시킨다.

가스를 물과 접촉시킨 때에는 가스 중의 염화수소는 물에 용융되고, 물이 약산성의 염산이 된다. 가스를 암모니아수와 접촉시켰을 때는 가스 중의 염화수소와 암모니아수 중의 암모니아가 반응하여, 염화암모늄을 함유하는 암모니아수가 된다.

다음에, 염화수소를 용해한 물 또는 암모니아수를 코크스로에 부수되어 있는 암모니아수 처리 설비의 암모니아수에 합류시킨다. 상기와 같이 세정조로부터 오버플로우시키고 있을 때는 오버플로우수를 암모니아수 처리 설비의 암모니아수에 합류시키면 좋다. 세정조 (4)로부터의 물 또는 암모니아수는 우선 코크스 필터 (10)에서 유분을 제거하고, 그 후 코크스로 암모니아수 처리 설비의 폭기조 (11)에서 암모니아수에 합류된다. 폭기조 (11)에서 수용성 유기물을 미생물의 작용에 의하여 분해하는 폭기 처리를 하고, 그 다음에 침전조 (12)에 있어서 미생물의 플럭(fluke)을 침전시키는 침전 처리를 거쳐 청정한 물로서 해역 또는 하천에 방류된다. 플라스틱으로부터 반입되는 염소분은 석탄에 기인하여 본래의 암모니아수 중에 함유되는 그것에 비하여 저농도이며, 또한 특별한 처리를 실시하지 않고 방류할 수 있다.

본 발명에서 성형하여 코크스로에서 건류하는 플라스틱 입상화물의 입자 지 름으로서는 입자 지름 5 내지 80 mm로 하면 좋다. 코크스로에서의 건류 중에 플라스틱의 가스분과 유분이 빠져나가는 결과, 크기가 5 mm 이하인 경우에는 플라스틱이 존재하고 있던 부분의 코크스에 작은 구멍이 다수의 뚫린 상태, 이른 바 구멍 뚫린 상태가 되고, 그 결과 코크스 강도가 저하되기 때문이다. 또한, 80 mm 이상의 성형품을 사용하였을 경우는 제조된 코크스에 큰 구멍이 있고, 이 부분이 연결되는 것이 많고, 여기에 회분이 많은 부분이 생기게 되어, 이 부분의 코크스가 갈라지기 쉬워진다. 그 결과, 가루의 발생율이 증가하여 괴상 코크스 수율이 악화된다. 그러나, 크기가 5 mm 이상, 80 mm 이하인 플라스틱을 사용하였을 경우는 이러한 문제가 발생하지 않고, 가루의 발생, 코크스 강도라는 점에 있어서도 통상의 코크스에 비하여 손색이 없는 것을 제조할 수 있다.

압축 성형시에 발생하는 가스의 처리로서 코크스로에 부수되어 있는 암모니아수 처리 설비를 이용하는 본 발명의 폐기 플라스틱의 성형 방법은 코크스로에 장입되는 원료로서의 플라스틱 이외의 용도에 사용할 수 있다. 즉, 폐기 플라스틱을 가열 수단으로 가열하면서 관상부의 내부를 압출하는 형식으로 160℃ 초과, 250℃ 이하의 온도로 압축 성형하고, 압축 성형시에 발생하는 가스를 물 또는 암모니아수와 접촉시키고, 상기 물 또는 암모니아수를 코크스로에 부수되어 있는 암모니아수 처리 설비의 암모니아수에 합류시키는 것을 특징으로 하는 폐기 플라스틱의 성형 방법이다. 압축 성형시의 플라스틱 온도는 250℃ 이하이므로, 발생하는 염화수소의 양은 그다지 많지 않다. 또한, 코크스로에 부수되어 있는 암모니아수 처리 설비를 사용하여 염화수소의 처리를 실시할 수 있으므로, 매우 염가로 가스 처리를 실시할 수 있다.

본 발명의 폐기 플라스틱의 성형 방법으로 얻어지는 폐플라스틱은 코크스로에 장입하는 원료로서 이외에, 최근 널리 보급되기 시작한 고로형의 쓰레기 융해로의 연료로서 이용하는 일도 기대할 수 있다.

본 발명의 폐기 플라스틱의 재이용 방법에 의하여, 표 1에 나타내는 성상의 폐기 플라스틱을 코크스로에서 재이용하였다. 또한, PVC 중의 Cl함유량은 약 55 질량%이기 때문에 표 1을 기초로 폐기 플라스틱 중의 염소 함유량은 약 3 질량%이다. 또한, 석탄은 표 2에 나타내는 성상의 원료탄 A 및 원료탄 B를 1:1로 혼합한 배합탄을 사용하였다. 처리 조건을 표 3에 나타낸다. 건류한 코크스 품질 지표로서는 코크스 강도 지수를 나타내었다. 또한, 플라스틱 입상화물의 제조는 도 3에 나타내는 장치로 실시하고, 코크스로에서 1250℃로 건류한 결과이다. 비교예 1은 플라스틱을 장입하지 않고 석탄만을 원료로 하여 코크스를 제조하였을 경우의 조업 결과이다. 또한, 비교예 2 내지 5는 압축 성형시의 온도가 본 발명 범위로부터 벗어나는 경우이며, 압축 성형시에 발생하는 가스에 대하여서는 염화수소 제거 처리를 실시하지 않았다.

성분 (질량%)
PS	PE	PVC	PP	PET	PVDC	기타
25	23	6	14	16	0.3	15.7

	공업 분석		석탄 유동도 MF[log(ddpm)]
	VM(%)	Ash(%)
원료탄 A	23.7	8.8	2.96
원료탄 B	34.7	8.8	2.08

본 발명예 1은 본 발명의 전형적인 조건으로 실시한 실시예이다. 플라스틱 입상화물의 형상은 장단 지름비가 대략 1 정도의 것으로 평균지름은 50 mm이다. 이 지름은 코크스로에서 사용하고 있는 석탄의 최대지름에 필적하고, 큰 석탄입자에 상당하는 플라스틱 입자가 들어가는 것이 된다. 겉보기 밀도는 1.10 kg/리터이고 혼합 비율은 2.0%이다. 이러한 조건으로 건류한 코크스 강도 지수는 84.2이며, 플라스틱을 이용하지 않는 조업 결과인 비교예 1의 코크스 강도 84.4에 대하여 거의 플라스틱의 영향에 의한 저하가 없는 것이 확인되었다.

본 발명예 2는 본 발명예 1과 동일한 성형 조건이지만, 성형 온도만을 170℃로 억제하여 실행하고 있다. 그 결과, 성형 온도가 220℃인 본 발명예 1과 비교하여 낮은 만큼, 폴리스틸렌(PS)이나 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등 용해되기 어려운 플라스틱 성분의 잔존 부분이 발생하고, 플라스틱 입상화물의 표면에 보풀이 약간 발생하고, 충전성이 약간 저하되어 겉보기 밀도가 저하되고, 0.70 ㎏/리터로 되었다. 이로써, 석탄과 혼합하였을 때의 충전성이 저하되기 때문에, 코크스 강도 지수는 83.4에 그쳤다.

본 발명예 3 내지 7은 본 발명예 1에 대하여 절출장치에서의 다이스 지름을 작은 것으로 하고 평균지름을 25 mm로 하고 있기 때문에, 코크스로에서의 장입 용적 밀도가 평균지름이 50 mm인 본 발명예 1보다 약간 낮고, 겉보기 밀도가 0.93 내지 0.95 ㎏/리터가 되어, 석탄과 혼합하였을 때의 충전성이 약간 저하되었다. 이 충전성의 저하에 의한 코크스 강도 지수의 저하의 영향은 플라스틱의 석탄으로의 혼합 비율의 증가와 함께 현저하게 되어, 본 발명예 3의 혼합 비율이 1.0%인 경우에는 코크스 강도 지수는 84.4이었던 것이, 본 발명예 7의 혼합 비율이 6.0%의 경우에는 코크스 강도 지수는 83.0에 그쳤다. 그러나, 본 발명예 1 내지 7은 모두, 본 발명 범위로부터 벗어나는 조건으로 실시한 비교예에 비하여 양호한 코크스 강도 지수를 실현할 수 있었다.

비교예 2 내지 5는 압축 성형시의 온도가 100 내지 160℃로 낮은 온도였기 때문에, 코크스 강도 지수가 모두 낮은 값이 되었다.

본 발명예 1 내지 7은 비교예 2 내지 5와 비교하여 압축 성형시의 플라스틱 온도를 높게 하였으므로, 성형시의 수증기 및 염화수소계 유해 가스의 발생량은 증가하고 있으나, 이들은 모두 세정 장치 (4)에 있어서 암모니아수에 포집되어 있고, 오히려 온도를 억제하고 있지만 세정 장치를 설치하지 않고 실시한 비교예 2 내지 5보다 배기는 저온에서 스팀이 발생하지 않고, 자극적인 냄새도 적어, 당연히 배기가스 중의 염화수소 함유량도 줄어들었다.

이상과 같이 가스의 세정 장치를 설치하여 고온에서의 성형을 가능하게 하고 플라스틱 입상화물의 겉보기 밀도를 향상시킴으로써, 코크스로에서의 플라스틱 장입 비율이 높아도 코크스 강도를 저하시키지 않는 방법을 확립할 수 있었다. 또한, 압축 성형시의 온도 범위를 적절한 범위로 정하여 플라스틱의 일부 또는 전부를 용융시켜 압축 성형을 실시하고, 동시에 코크스로에 부수되어 있는 암모니아수 처리 설비를 염화수소 함유 가스의 처리 설비로서 사용함으로써, 대규모 추가 설비를 필요로 하지 않는 경제적인 폐기 플라스틱 처리를 할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 폐기 플라스틱을 160℃ 초과 250℃ 이하의 온도로 일부 또는 전부를 용융시켜 압축 성형하고, 이것에 의하여 겉보기 밀도가 0.7 내지 1.2 ㎏/리터인 플라스틱 입상화물로 하고, 이 플라스틱 입상화물을 석탄과 혼합하여 코크스로에서 건류하는 것을 특징으로 하는 폐기 플라스틱의 재이용 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 입상화물을 석탄에 대한 질량 비율로 6 질량% 이하의 비율로 석탄과 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐기 플라스틱의 재이용 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폐기 플라스틱을 가열 수단으로 가열하면서 관상부의 내부를 압출하는 형식으로 압축 성형하는 것을 특징으로 하는 폐기 플라스틱의 재이용 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 폐기 플라스틱의 압축 성형시에 발생하는 가스를 물 또는 암모니아수와 접촉시키고, 상기 물 또는 암모니아수를 코크스로에 부수되어 있는 암모니아수 처리 설비의 암모니아수에 합류시키는 것을 특징으로 하는 폐기 플라스틱의 재이용 방법.
5. 폐기 플라스틱을 가열 수단으로 가열하면서 관상부의 내부를 압출하는 형식으로 160℃ 초과 250℃ 이하의 온도로 압축 성형하고, 압축 성형시에 발생하는 가스를 물 또는 암모니아수와 접촉시키고, 상기 물 또는 암모니아수를 코크스로에 부수되어 있는 암모니아수 처리 설비의 암모니아수에 합류시키는 것을 특징으로 하는 폐기 플라스틱의 성형 방법.

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