KR20070103166A - 플라스틱 연료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱 연료에 관한 것으로, 입자크기 1 내지 2,000 ㎛의 플라스틱 분말을 포함하여 연소성이 우수하고 사용이 용이하며 청정연료로서 분류할 수 있는 플라스틱 연료를 제공한다.

플라스틱, 연료

Description

플라스틱 연료{Plastic fuel}

본 발명은 플라스틱 연료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 크기로 미세하게 분말화한 플라스틱을 포함하여 연소성이 우수하고 사용이 용이하며 청정연료로서 분류할 수 있는 플라스틱 연료에 관한 것이다.

석유화학공업의 발달에 따라 인류의 일상생활에 없어서는 아니될 필수품이 된 플라스틱 제품은 많은 장점에도 불구하고 소각시 유독물질의 발생, 자연상태에서의 난분해성 때문에 그 폐기물의 처리가 큰 사회문제로 대두되고 있다. 따라서 폐플라스틱의 재생 내지 재활용 문제는 단순한 에너지 절약의 차원을 넘어 플라스틱 폐기물 처리의 가장 이상적인 방안으로서 최근 선진 각국의 주요 관심사가 되고 있다.

폐플라스틱을 이용한 연료의 종래기술을 살펴보면, 대한민국 특허공개 제1997-42958호에는 연료공급장치, 나선형 원료공급기, 원료분해 가마솥, 가열로, 정류탑, 휘발유냉각기 및 디젤유냉각기, 휘발유 정제장치 및 디젤유 정제장치로 구성된 연료제조장치를 이용하여 폐 플라스틱을 원료로 사용하여 접촉분해와 정류 및 정제과정에 거쳐 휘발유 및 디젤유 등의 고급연료를 제조하여 환경오염을 방지하고 에너지 재생산을 이룰 수 있는 폐 플라스틱을 이용한 연료의 제조방법 및 장치가 개시되어 있다.

대한민국 특허공개 제1998-67398호에는 폐유와 폐플라스틱을 연속공정에서 동시에 열분해한 후 생성유분의 재 열분해를 목적으로 반응기 또는 반응기전 공정으로 순환하는 단계와 폐플라스틱을 액상으로 전환하기 위하여 용해조에서 용해하는 단계와 생성된 코크 성분을 평형 증류드럼에서 침강분리하는 단계를 결합하며 폐유에 대한 폐플라스틱의 함량을 무게비 33-66%로 혼합하고, 폐유와 폐플라스틱 또는 폐유만을 열분해할 때 반응기의 온도400~500℃, 체류시간 20~50분을 부여하는 것을 특징으로 하는 연속공정에서 폐윤활유와 폐플라스틱의 동시 열분해에 의한 고급연료유 제조방법이 개시되어 있다.

대한민국 특허공개 제2002-51371호에는 PVC 함유 폐플라스틱과 분코크스 또는 석탄을 15: 85 내지 90:10의 중량비로 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 330 내지 400℃에서 가열하여 탈염소화하는 단계; 및 상기 혼합물을 입도 10 내지 60 mm로 성형하는 단계를 포함하는 코렉스로용 연료의 제조방법이 개시되어 있다.

대한민국 특허공개 제2004-64850호에는 열분해 반응기에 질소가스로 퍼지시킨 다음 폐플라스틱과 제올라이트 촉매를 투입한 후 교반시키면서 200℃ ~ 300℃로 가열하여 열분해시켜 평균분자량이 약 1,500 ~ 2,000인 왁스를 생성시키는 1공정; 상기 1공정에서 얻어진 왁스에 가연성 배합제를 10WT% ~ 70 WT%로 혼합시킨 후 성형 건조시켜 고형연료를 제조하는 2공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 열분해 왁스를 이용한 고형연료의 제조방법이 개시되어 있다.

대한민국 특허공개 제2005-79028호에는 원료로서 염화비닐이나 PVC 계열의 플라스틱을 제외한 폐플라스틱을 세척한 다음 적당한 크기로 절단 및 건조시켜 전처리하고, 전처리된 폐고무 원료 90-95%(중량비)에 황화물(SOX) 제거 촉매제로서 수산화 칼슘 또는 산화칼슘과 질산화물(NOX) 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 제조방법이 개시되어 있다.

한편, 현재 당면하고 있는 플라스틱을 이용한 연소로에 대한 문제점은 다음과 같다.

첫째, 플라스틱이 연소할 때 플라스틱의 고발열량 및 과도한 연소속도로 인하여 연소로의 수명이 단축되고 산소부족으로 인하여 완전연소가 불가능하다.

둘째, 플라스틱이 연소로 내에서 연소할 때 수열로 인한 용융벽면 부착현상이 초래되어 연소의 효율성이 저하된다.

셋째, 플라스틱의 부피가 크므로 운송에서 애로사항이 있고 연소 노즐을 통한 연소가 불가하다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 연소성이 우수하고 연소속도가 적합하여 로벽의 수명이 연장될 수 있고, 완전연소가 이루어지며, 고체 및 유체연료로의 임의 제조가 가능하여 사용이 용이하고, 청정연료로서 분류할 수 있는 플라스틱 연료를 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 입자크기 1 내지 2,000 ㎛의 플라스틱 분말을 포함하는 플라스틱 연료를 제공한다.

본 발명에서 플라스틱 분말의 입자크기가 작을수록 그 효과가 뛰어나며, 특히 10 내지 100 ㎛의 입자크기가 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 플라스틱은 폐타이어를 포함하는 가연성 플라스틱 폐기물로서, 폐플라스틱을 원료로서 사용함으로써 자원 재활용 및 제조원가 측면에서도 매우 유리하다.

본 발명의 플라스틱 연료는 플라스틱 분말 이외에 고체 또는 유체 연료를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 연료는 석탄, 코크스, 목탄, 석유 코크스, 고체 콜타르 중에서 선택되는 1종 이상의 고체 연료를 더욱 포함하는 고체 연료이다.

본 발명에서 고체 연료의 입자크기도 1 내지 2,000 ㎛, 특히 10 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스틱 연료는 물, 알코올, 석유 중에서 선택되는 1종 이상의 유체 연료를 더욱 포함하는 유체 연료이다.

본 발명에서 유체 연료인 경우 분산 유화제로서 표면활성제를 더욱 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 플라스틱 연료는 플라스틱을 직경 2,000 ㎛ 이하로 분말화하고, 필요에 따라 미분상의 고체연료와 혼합하여 분말연료로 제조하거나, 물, 알코올 및/또는 연료유의 수성 유화액 중에 분산시켜 유체연료로 제조할 수 있다.

이와 같이 제조되는 본 발명의 플라스틱 연료는 효과가 양호할 뿐 아니라 상술한 종래기술의 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명의 플라스틱 연료는 연소성이 우수하고 연소속도가 적합하여 로벽의 수명이 연장될 수 있고, 완전연소가 이루어지며, 고체 및 유체연료로의 임의 제조가 가능하여 사용이 용이하고, 연소 중 무기성분이 거의 없으므로 청정연료로 분류할 수 있다.

본 발명의 플라스틱 연료는 미분상의 고체 혹은 유체연료로서, 직경이 2,000 ㎛ 이하이므로 고정로의 연료 또는 연소기의 분무 연료로서 사용 가능하다.

본 발명에 따른 플라스틱 연료의 원재료로 사용되는 플라스틱은 열가소성 및 열경화성 플라스틱으로서, 특히 가연성 플라스틱 폐기물이 바람직하며, 폐타이어도 포함한다.

본 발명에서 고체연료로는 석탄, 코크스, 목탄, 석유 코크스, 고체 콜타르 등이 사용 가능하다.

코크스는 고체로서 일반적으로 석탄을 건류시킨 고체산물이다. 건류온도, 석탄종류 및 용도에 따라 고온 코크스, 중온 코크스, 저온 코크스, 야금 코크스, 가 스 코크스 등이 있다.

본 발명에서는 고온 코크스가 바람직하며, 주요성분은 고정탄이며, 휘발물이 적고 연소시 무연이며 발열량이 약 25.12 내지 31.39 kJ/㎏이고, 은백색 또는 회갈색을 띠고 있으며, 금속광택에 다공을 보이고 있다. 규격은 다양하며 기타 종류도 사용 가능하다.

석유 코크스는 석유를 제련하고 남은 고체형태의 부산물이며, 전석(電石), 금강사, 절연재료, 연료 등으로 사용되고 있다.

고체 콜타르는 콜타르를 건류시켜 나온 부산물로서, 성분은 흑색의 고체형태인 고정탄이고 휘발물질의 양이 미미하며 발열량이 약 25.12 내지 31.39 kJ/㎏이다.

본 발명에서 액체연료로는 물, 알코올계의 연료, 석유계통의 연료 등이 사용 가능하며, 특히 중유(벙커C)가 바람직하다.

본 발명에서 유체연료의 분산 유화제로서 표면활성제가 사용되며, 표면활성제로는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 소디움 리그노술포네이트(sodium lignosulfonate), 알킬페놀 에톡실레이트(alkylphenol ethoxylate) 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 따라 제조되는 유체연료에 표면활성제를 첨가하지 않으면, 15일 동안은 온정성을 유지하나, 15일 이후부터는 약간의 침전상태로 돌입되기 시작한다. 그러나, 표면활성제를 유체연료에 첨가하면 30일 경과까지 침전현상을 없앨 수 있다.

본 발명에서 플라스틱 미세분말의 제조법을 살펴보면, 각종 플라스틱을 건법 또는 습법으로 직접 분쇄하여 직경 2,000 ㎛ 이하로 분쇄하거나, 1차로 큰 입자로 분쇄한 후 다시 진동식 분쇄기(Pot Mill, Tube Mill, Conical Mill 등), 분사식 분쇄기(Jet Mill), 진동분쇄기 등으로 미분쇄하여 직경이 2,000 ㎛ 이하의 미분말을 만든다.

플라스틱 원료가 박판형태 또는 발포시킨 스티렌 등 연질 열가소성 플라스틱일 경우, 압축용융고화 방법으로 감용시켜 덩어리로 만든 후 볼 분쇄기(Ball Mill), 진동식 분쇄기 등으로 분쇄시켜 목적물을 얻는다.

플라스틱 원료의 조성은 플라스틱 분말로만 이루어질 수 있고, 고체 및/또는 유체연료가 혼합될 경우 그 조성은 플라스틱 분말 10 내지 90 중량%, 고체 및/또는 유체연료 10 내지 90%가 적절하다. 표면활성제의 첨가량은 연료 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%가 적절하다.

[실시예 1]

폴리에틸렌(PE) 분말을 포함하는 분말연료

고밀도 폴리에틸렌을 용융고화시킨 후 알맹이 형태로 만든 다음 냉동분쇄를 거쳐 직경 50 ㎛의 분말을 만들었다. 이 폴리에틸렌 분말 35 중량%와 분쇄 직경 40 ㎛의 미분탄 65 중량%를 혼합기를 이용하여 혼합함으로써, 폴리에틸렌 분말을 함유하는 분말연료를 제조하였으며, 이 분말연료의 발열량은 약 35.32 kJ/㎏이었다.

[실시예 2]

폴리에스터 분말을 포함하는 분말연료

열경화성 폴리에스터 구상체 0.8 ㎏과 석유코크스 5 ㎏을 혼합한 후, 용량 5 ℓ의 볼 분쇄기를 이용하여 평균 직경 45 ㎛의 분말연료를 제조하였으며, 이 분말연료의 발열량은 약 30.98 kJ/㎏이었다.

[실시예 3]

폴리스티렌(PS) 분말을 포함하는 유체연료

직경 60 ㎛의 폴리스티렌 분말과 평균 30 ㎛의 분쇄된 고체 콜타르 분말을 7:3의 중량비율로 균질 밀을 이용하여 중유에 분산시킴으로써, 농도 42%, 점도 0.83 Pa-s(65℃)의 유체연료를 제조하였으며, 비이온성 표면활성제인 알킬페놀 에톡실레이트 0.3%를 첨가하여 30일 경과까지 침전현상을 없앴다.

[실시예 4]

폴리염화비닐(PVC) 분말을 포함하는 유체연료

농업용 폐비닐을 가열 및 용융시켜 덩어리로 만든 후 냉동분쇄를 거쳐 평균 직경 35 ㎛의 PVC 분말을 제조하였다. 이 분말에 비이온성 표면활성제인 알킬페놀 에톡실레이트 1 중량% 수용액을 균질 밀을 이용하여 분산시킴으로써, 농도 65%, 점도 0.48 Pa-s(25℃)의 유체연료를 제조하였다.

[실시예 5]

폴리프로필렌(PP) 분말을 포함하는 유체연료

폴리프로필렌 입자 35 중량부, 표면활성제 소디움 리그노술포네이트 1 중량부, 물 100 중량부를 함께 볼 분쇄기로 분쇄한 후, 평균 직경 40 ㎛의 고체 콜타르 미분 25 중량부를 같이 혼합기에 투입하여 혼합함으로써 유체연료를 제조하였으며, 이 유체연료의 분말농도는 60%, 상대밀도는 1.03(25℃), 점도는 1.24 Pa-s(25℃), 발열량은 약 20.9 kJ/㎏이었다.

[실시예 6]

ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 수지 분말을 포함하는 유체연료

중유와 물을 각각 50%를 균화기에 혼합, 분산 에멀젼화시켜 W/O형 유화액을 만들었다. 이 물질 100 중량부에 대하여 직경 45 ㎛의 ABS수지 분말 38 중량부를 지속적으로 교반되고 있는 W/O 유화액에 천천히 투입하여 균일하게 유화시킴으로써 ABS수지 분말을 함유하는 유체연료를 제조하였으며, 이 유체연료의 분말농도는 38%, 상대밀도는 1.05(50℃), 점도는 0.6 Pa-s(50℃), 발열량은 약 25.53 kJ/㎏이었다.

본 발명의 플라스틱 연료는 연소성이 우수하고 연소속도가 적합하여 로벽의 수명이 연장될 수 있고, 완전연소가 이루어지며, 고체 및 유체연료로의 임의 제조가 가능하여 사용이 용이하고, 연소 중 무기성분이 거의 없으므로 청정연료로 분류할 수 있다.

본 발명에 따라 플라스틱 분말을 포함하는 분말연료나 유체연료는 고정로의 연료 또는 연소기의 분무연료로 사용 가능하고, 중유, 미분탄, 석탄 등과 혼합연소도 가능하다.

본 발명에 따른 플라스틱 연료의 기본원료는 폐플라스틱으로서, 생산 및 사용상에 무기물질이 포함되어 있지 않아 사용 중 오염이 극히 적으므로 성능이 양호한 청정연료라 칭할 수 있다.

Claims (6)

1. 입자크기 1 내지 2,000 ㎛의 플라스틱 분말을 포함하는 플라스틱 연료.
2. 제1항에 있어서, 플라스틱이 폐타이어를 포함하는 가연성 플라스틱 폐기물인 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료.
3. 제1항에 있어서, 석탄, 코크스, 목탄, 석유 코크스, 고체 콜타르 중에서 선택되는 1종 이상의 고체 연료를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료.
4. 제3항에 있어서, 고체 연료의 입자크기가 1 내지 2,000 ㎛인 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 물, 알코올, 석유 중에서 선택되는 1종 이상의 유체 연료를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료.
6. 제5항에 있어서, 표면활성제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료.