KR20080087797A - 폐플라스틱재의 유화 처리 장치 및 유화 처리 방법 - Google Patents

Abstract

더 짧은 기간 더 높은 수율로 유분과 탄화 잔사분을 생산하는 것이 가능한 동시에, 더 양질의 유분과 탄화 잔사분을 얻을 수 있는, 가열로 내에 화강석이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱재 유화 처리 장치.

폐플라스틱, 유화 처리, 분해 처리, 재이용

Description

폐플라스틱재의 유화 처리 장치 및 유화 처리 방법 {WASTE PLASTIC LIQUEFACTION PLANT AND WASTE PLASTIC LIQUEFACTION PROCESS}

본 발명은 가열로 내에 플라스틱재를 투입하고, 가열에 의하여 분해 처리하여 재이용 가능한 물질로 변환시키는 폐플라스틱재의 분해 처리 기술에 관한 것이다.

종래의 폐플라스틱재의 분해 처리는 프탈산나트륨이나 스테아린산소다 등의 분해 촉진제를 첨가한 상황 하에서, 500 내지 800℃라는 고온의 가열로 내에서 폐플라스틱재를 가열함으로써 실시한다. 이 때, 당해 가열에 의하여, 폐플라스틱재의 폴리머 분자가 절단되는 결과, 액화한 유지 성분이 생성된다. 또한, 당해 유지 성분을 분별 정제하여, 재이용 가능한 나프타 등의 유지를 얻을 수 있다.

이 때, 상기와 같은 500 내지 800℃의 고온에서 폐플라스틱재를 분해 처리한 경우, 그 온도 유지를 위한 연료비·전열비의 비용이 올라간다는 문제가 있다. 이로부터, 본 발명자들은 가열로 내에 투입한 폐플라스틱재를, 250 내지 350℃ 정도의 낮은 온도에서, 연소시키지 않고 증소(蒸燒) 상태로 가열하여, 플라스틱재를 조성하는 유지 성분으로 분해하고, 발생한 기화 가스를 취출하여 냉각 장치에서 냉각하고, 유지류로 환원하는 수단을 특허 문헌 1에서 제안하고 있다. 상세하게는 가열 로 내에 장석·운모를 깔고 유화 처리의 상기 저온에서의 고효율화를 달성하고 있다.

특허 문헌 1: 일본 특개2004-168806

이 때, 특허 문헌 1에 관련된 폐플라스틱 유화 처리 장치로 폐플라스틱재를 분해한 경우(배치식), 본건 명세서의 실시예의「실험-4」에 나타내는 바와 같이, 시간당 채취 유량은 73 g/시간이고, 장석을 가열로 내에 포함하지 않는「실험-5」(내화 시멘트만)을 비교하면 배 이상의 수치를 나타낸 것이지만, 실제의 가동을 고려하면, 더 짧은 시간에 더 높은 유화 효율을 달성할 수 있는 것이 요망된다. 또한, 그 분해산물(유분, 탄화 잔사)도 산업상 이용 가치가 더 높은 것이 바람직하다. 이에 본 발명은 더 짧은 시간에 더 고효율로 유분과 탄화 잔사분을 생산할 수 있는 동시에 더 양질의 유분과 탄화 잔사분을 얻을 수 있는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명(1)은 폐플라스틱재를 가열하여 분해하는 가열로를 갖는 폐플라스틱 유화 처리 장치에 있어서, 상기 가열로 내에 화강석이 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 당해 장치는 전형적으로는 주변벽(周壁)의 외주(外周)에 히터를 구비하고 있는 동시에 당해 히터의 외주가 단열재로 피복되어 있는 가열로와, 가열로 내에 폐플라스틱재를 공급하는 피더와, 공급한 폐플라스틱재의 열분해에 의하여 그 가열로 내에 생성하는 기화 가스를 회수하는 기화 가스 취출관과, 공급한 폐플라스틱재의 열분해에 의하여 생성하는 잔사를 회수하는 잔사 배출 장치를 갖는다.

본 발명(2)은 상기 화강석이 상기 가열로 내의 내벽에 적용되어 있는 상기 발명(1)의 장치이다.

본 발명(3)은 폐플라스틱재를 가열하여 분해하는 공정을 포함하는 폐플라스틱 유화 처리 방법에 있어서, 상기 분해 공정을 화강석의 존재하에 실시하는 것을 특징으로 하는 방법이다.

본 발명(4)은 폐플라스틱재를 가열하여 분해하는 공정을 포함하는 폐플라스틱재를 원료로 하여 유분을 제조하는 방법에 있어서, 상기 분해 공정을 화강석의 존재하에 실시하는 것을 특징으로 하는 방법이다.

본 발명(5)은 폐플라스틱재를 가열하여 분해하는 공정을 포함하는, 폐플라스틱재를 원료로 하여 탄화 잔사를 제조하는 방법에 있어서, 상기 분해 공정을 화강석의 존재하에 실시하는 것을 특징으로 하는 방법이다.

여기서, 본 특허 청구 범위 및 명세서 중에서의 "화강석"이라 불리는 광물은 이산화규소를 65% 이상(예를 들면 65 내지 70%) 포함하고, 주성분이 석영과 장석이며, 또한 1종 이상의 유색 광물(예를 들면, 흑운모나 각섬석)을 포함하는 것을 들 수 있다.

본 발명에 의하면, 폐플라스틱재를 더 단시간에 고효율로 분해할 수 있기 때문에, 신속한 폐기물 처리가 가능하게 되는 동시에, 산업상 이용 가치가 있는 분해산물(유분, 탄화 잔사)을 높은 수율로 얻는 것이 가능하게 되는 효과를 제공한다. 또한, 분해 산물에 관하여도, 예를 들면 저온(예를 들면 150℃)에서 처리한 경우에는, 유분으로서, 스티렌이나 에틸벤젠(스티렌의 원료)과 같은 공업상 유용한 성분을 다량으로 얻을 수 있고, 또한 탄화잔사(폐플라스틱 분해 코크스)와 관련해서도 보면, 유황분을 포함하고 있지 않는, 예를 들면 제철용으로 이용하는 경우에도 취약한 철이 되지 않게 하는 우수한 코크스원으로서 이용 가능한 성분을 대량으로 얻을 수 있다.

도 1은 본 유화 처리 장치(연속식) 전체를 처리 방향(도면 중의 좌로부터 우 방향)에 대하여 옆에서 본 도면(정면도)이다.

도 2는 본 유화 처리 장치(연속식) 전체를 처리 방향의 상류측으로부터 본 도면(도 1의 왼쪽 도면에 상당)이다.

도 3은 본 유화 처리 장치(연속식) 전체를 처리 방향의 하류(下流)측으로부터 본 도면(도 1의 오른쪽 도면에 상당)이다.

도 4는 본 유화 처리 장치(연속식) 전체를 처리 방향(도면에서 왼쪽에서 오른쪽 방향)에 대하여 옆에서 바라본 도면(단면도)이다.

도 5는 본 유화 처리 장치(연속식)의 가열로의 종단면도이다.

도 6은 본 유화 처리 장치(연속식)의 가열로의 횡단면도이다.

도 7은 본 유화 처리 장치(배치식) 전체의 사시도이다.

도 8은 본 유화 처리 장치(배치식)의 가열로의 내부 구조를 도시한 도면이다.

도 9는 본 유화 처리 장치(배치식)의 냉각 수단의 구조를 도시한 도면이다.

도 10은 본 유화 처리 장치(배치식)에 있어서, 가열로의 상면(上面)에서 냉 각되어 액화한 경우의, 당해 액체가 액 고임부에 안내될 때까지의 모습을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 1 내지 도 6을 참조하면서 본 발명의 가장 바람직한 실시 형태에 따른 유화 처리 장치(연속식)에 대하여 설명한다. 전술한 바와 같이 본 유화 처리 장치는 폐플라스틱재를 가열하여 분해하는 가열로 내에 화강석이 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 따라서, 이하에서는 당해 유화 처리 장치의 전체 구조에 대하여 먼저 설명하고, 그 다음에 특징 부분에 관한 구성 요소(가열로)에 대하여 설명한 후, 나머지 구성 요소에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명의 가장 바람직한 실시 형태에서는 가열로의 내벽에 "화강석 함유층"이 적용된 것(연속식)을 예시하지만, 가열로 내에 화강석이 존재하는 한 어떠한 형태라도 좋고, 예를 들면 화강석(또는 그것을 함유하는 세라믹체 등)이 가열로의 노 바닥{또는 노 바닥 위 등에 배치한 판(예를 들면, 철판) 위}에 깔려 있는 형태나, 폐플라스틱재 중에 화강석을 혼재시키는 형태이어도 좋다.

도면을 참조하면서 본 유화 처리 장치(연속식)의 전체 구조에 대하여 상세하게 설명한다. 먼저, 도 1은 본 유화 처리 장치 전체를 처리 방향(도 중의 왼쪽에서 오른쪽 방향)에 대하여 옆에서 바라본 도면(정면도)이다. 또한, 도 2는 본 유화 처리 장치 전체를 처리 방향의 상류측으로부터 바라본 도면(도 1의 왼쪽 도면에 상당)이다. 또한, 도 3은 본 유화 처리 장치 전체를 처리 방향의 하류측으로부터 바라본 도면(도 1의 오른쪽 도면에 상당)이다. 이 도면들에 도시하는 바와 같이, 본 유화 처리 장치는 처리 방향을 따라서 원통 모양을 이루고 있는 가열로(1)와, 가열로(1) 내에 폐플라스틱재를 공급하는 피더(2)와, 가열로(1) 내에 나트륨계의 촉매를 공급하는 촉매 피더(3)와, 가열로(1) 내에 투입한 폐플라스틱재의 가열 처리에 의하여 분해되어 생성되는 기화 가스를 추출하여 후술하는 냉각 장치(5)로 안내하는 기화 가스 취출관(4)과, 기화 가스 취출관(4)에서 추출되는 기화 가스를 냉각 처리하는 냉각 장치(5)와, 가열로(1) 내에 생성되는 주로 탄소로 이루어지는 탄화 잔사를 배출하는(수용하는) 잔사 배출 장치(6)로 구성되어 있다. 또한, 이들 각 구성요소는 기계 프레임(F) 내에 수납·고정되어 있다.

다음으로, 본 발명의 특징적인 구성 요소인, 가열로(1)의 구조에 대하여 상세하게 설명한다. 도 4 내지 도 6을 참조하면서, 본 발명의 특징 부분인, 가열로(1) 내면에 형성된 "화강석 함유층"에 대하여 상세하게 설명한다. 상기 가열로(1)의 베이스 구조는 처리 방향을 따라서 원통 모양으로 형성된 주변벽(10)과, 상기 주변벽(10)을 전후(축 방향의 양단측)에서 폐색(閉塞)하는 측벽(11)으로 구축되어 있다. 또한, 옆으로 누운 원통 모양의 가열로(1)의 내면(주변벽(10)+측벽(11·11)으로 구성된 내벽)의 전체 또는 일부에 화강석 함유층(m)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 화강석 함유층(m)은 화강석을 함유하는 한 특별히 한정하지 않지만, 화강석 그 자체의 성형체(예를 들면 패널), 화강석의 분쇄물을 함유하는 세라믹체{예를 들면, 화강석의 분쇄물·내화 시멘트·물을 혼화하여 소성한 세라믹체(예를 들면 패널)}, 화강석의 분쇄물을 함유하는 캐스터블(castable)을 예시할 수 있다. 더 구체적으로는, 패널 상으로 성형한 천연 화강석의 세라믹 패널을 가열로의 내벽 면에 첩부(貼付)한 모양, 분쇄한 천연 화강석을 내화 시멘트 및 물과 반죽하여 몰탈 형태로 가열로의 내벽면에 도착(塗着)하는 형태(당해 도착체는 가열로의 가동에 의한 가열로 소성되고, 세라믹체인 화강석 함유층을 형성시킨다)를 들 수 있다. 이 때, 내면의 어느 위치에라도 화강석 함유층을 형성시켜도 좋지만, 내벽면에 형성시킨 것이 노 바닥에 형성시키는 것보다 유효하다. 또한, 본 발명의 가장 바람직한 실시 형태에서는 원통 모양의 가열로를 예시하였지만, 다른 형상의 경우에는 당해 형상에 맞추어 화강석 함유층의 설치 위치를 적절하게 결정한다. 예를 들면, 상면측으로부터 평평하게 주변벽이 측단면에서 U자상을 이루는 U자관(그 일단에 폐플라스틱재의 공급구가 설치되어 있고, 타단측에 배출구가 설치되어 있다)의 가열로의 경우에는, 상면측, 주변벽, 공급구 측벽 및 배출구 측벽의 전부 또는 일부에 화강석 함유층을 형성한다.

후술하는 실시예의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 화강석 함유층은 크기가 작은 돌 정도의 거친 분쇄편으로서 화강석을 함유하는 실시 형태(실시예의 "실험-6")이 가장 적합하다. 이러한 실시 형태의 경우, 화강석의 판상(실시예의 "실험-1")이나 가루상(실시예의 "실험-3")으로 존재할 때와 비교하여, 시간당 채취 유량이 훨씬 큰 이외에, 소성한 세라믹 패널에 크랙(crack)이 발생하는 것이 억제된다. 또한, 상기 분쇄편을 내벽(특히, 중력의 영향을 받는 벽면)에 설치하는 경우에는 내화 시멘트 등을 사용하여 벽면에 분쇄편을 고정한다. 또한, 노 바닥 등의 중력의 영향을 받지 않는 위치에 배치하는 경우에는, 바닥에 까는 등 단순하게 분쇄편을 배치하는 형태이어도 좋다.

다음으로, 가열로(1)의 내부 구조에 관한 다른 구성 요소에 대하여 설명한다. 또한, 상기 화강석 함유층 이외의 구성 요소는 본 발명의 특징이 아니기 때문에, 이하에 설명하는 요소 중 일부의 구성이 다른 형태나 존재하지 않는 형태, 다른 구성 요소가 부가된 형태에 대하여도, 전술한 본 발명의 특징을 구비하고 있는 한 본 발명의 범위 내이다.

먼저, 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 가열로(1)는 지지부재(1a)에 의하여 기계 프레임(F)에 고정되어 있다. 또한, 회전 가능하게 기계 프레임(F)에 축가(軸架)된 회전축(12)이 당해 가열로(1)의 내강(內腔)의 축심 부위에 좌우로 관통하도록 배치되어 있다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 이 회전축(12)의 주변면에는 나선상의 교반기(13)가 설치되어 있다. 또한, 상기 교반기(13)는 회전축(12)의 한쪽에 설치된 모터(M1)의 작동에 의하여 상기 회전축(12)이 구동 회전함으로써 회동한다.

또한, 가열로(1)의 외측에는 가열로(1) 내의 온도를 소정 온도로 유지하기 위하여 전열 히터(a)가 가열로(1)의 외주면(통 형상을 이루는 주변벽(10))에 권취되어 있고, 이와 아울러 권취된 히터(a)의 외주에는 단열재(b)가 다층상으로 다시 감겨 있다. 또한, 본 발명의 가장 바람직한 실시 형태에 있어서는, 노내 온도의 제어를 용이하고 확실하게 한다는 관점에서 상기 가열 수단을 채용하였지만, 유화 장치 내를 소정(또는 소정 범위)의 처리 온도로 설정 가능하게 하는 한, 어떠한 형태이더라도 좋다(예를 들면, 실시예에서는 연소 장치를 사용).

다음으로, 피더(2)는 폐플라스틱재를 투입하는 호퍼(20)와, 호퍼(20)의 아래 쪽 개구부(21)에 연결된 반송통(22)과, 이 반송통(22) 내에 축가(軸架)된 스크류 모양의 컨베이어(23)와, 이 컨베이어(23)를 구동하는 모터(M2)로 구성된다. 또한, 상기 반송통(22)의 선단은 가열로(1)의 일단측(도 4의 왼쪽)에 설치된 공급구(15)와 접속된, 폐플라스틱재를 도입하는 접속통(24)과 접속하고 있다. 또한, 호퍼(20) 내에 투입된 폐플라스틱재는 모터(M2)의 구동에 의한 컨베이어(23)의 작동에 의하여 반송통(22)의 선단측(도 4의 오른쪽)을 향하여 반송된다. 또한, 반송통(22)의 선단측에 압송된 폐플라스틱재는 이 선단측에 접속된 접속통(24)을 통하여 공급구(15)로부터 가열로(1) 내에 도입된다. 이 때, 피더(2)에는 가열로(1) 내에 공급한 폐플라스틱재의 열 분해로 생성되는 기화 가스의 압력이 역류하여 분출하는 것을 저지하기 위하여, 회전 밸브 모양의 공급 기구(25)가 폐플라스틱재를 압송하는 컨베이어(23)의 종단측에 설치되어 있다. 또한, 피더(2)의 재질이나 구조 등은 수세 후의 젖은 상태에 있는 폐플라스틱재를 가열로(1) 내에 공급 가능하도록 적절하게 결정된다.

다음으로, 촉매 피더(3)는 촉매를 투입하는 호퍼(30)와, 이 호퍼(30) 내에 투입된 촉매로부터 소정량의 촉매를 나누어 공급하는 정량 공급 기구(31)와, 소정량의 촉매를 유도하는 반송통(32)으로 구성된다. 이 때, 상기 반송통(32)의 하단은 전술한 피더(2)의 반송통(22)의 반송 방향에 있어서 중간 부위에 접속되어 있다. 이 결과, 피더(2)로부터 공급된 폐플라스틱재와 소정량의 촉매가 혼화된 상태로 이들이 가열로(1)에 보내지도록 기능한다.

다음으로, 기화 가스 취출관(4)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 가열로(1)의 중앙으로부터 약간 뒤에 배치되어 있다. 또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 기화 가스 취출관(4)은 가열로(1)의 내강으로 연통되는 접속구(40)를 사이에 두고, 가열로(1)의 축 방향에 대하여 가열로(1)의 좌우 상부에 배치되어 있는 동시에, 주변벽(10)의 축심 위치를 통과하는 상하의 중심선(X)에 대하여 약 30도 정도의 각도로 배치되어 있다. 이 결과, 가열로(1)의 노 내의 상부에 집적된 기화 가스(폐플라스틱재로부터 생성되는 기화 가스)나 수증기 등이 후술하는 냉각 장치(5)에 효율적으로 안내된다.

다음으로, 냉각 장치(5)는 기밀하게 형성한 냉각 박스(50)와, 그것의 내부에 설치한 라디에이터 모양의 열교환기(51)와, 열 교환기(51) 내를 순환시키는 냉동기로 냉각시킨 냉각수를 저류하는 냉각수 탱크(52)와, 이 탱크(52) 내의 냉각수를 순환시키는 펌프(P1)로 구성된다. 이 때, 이 냉각 박스(50)의 내부에서 상기 열 교환기(51)의 아래쪽에는 냉각에 의하여 응축되어 유화한 유지 성분을 수용하는 수용기(53)가 트레이 모양으로 배치되어 있다. 또한, 이 수용기(53)의 바닥부에는 저류된 유지 성분을 배출시키는 기름 배출관(54)이 밸브(V1)를 사이에 두고 접속되고, 그 선단에 회수 탱크(t1)가 추가로 접속되어 있다. 또한, 이 수용기(53) 내에는 가열로(1) 내에 공급한 물로부터 생성되어 기화 가스와 함께 기화 가스 취출관(4)을 거쳐 냉각 박스(50) 내로 안내되는 수증기로부터 다시 물이 된 물(염화 비닐의 분해와 나트륨계 촉매와의 반응으로 생성된 NaCl)도, 전술한 유화한 유지 성분과 함께 수용기(53) 내에 저류된다. 또한, 이 물과 유지 성분은 2층 분리되고, 이 물은 아래층에 저류된다. 또한, 상기 소금 물은 수용기(53)의 바닥면 쪽에 밸브(V2)를 사이에 두고 연결된 물 배수관(55)을 통하여, 그 하단측에 연결된 염수 탱크(t2)에 저류된다. 또한, 장치 내에서 2층 분리되지 않고 바깥으로 혼합액을 배출하여 이층 분리하여도 좋다.

잔사 배출 장치(6)는 가열로(1)의 타단측의 단부에 설치된 잔사 배출구(14)에 접속된 배출관(61)과, 상기 잔사 배출구(14)를 외부에 대하여 밀폐된 상태로 하고, 이곳에 보내온 잔사를 강제적으로 송출하도록 기능하는 밸브 셔터 모양의 잔사 취출 기구(60)와, 이 송출 방향의 하류측에 접속된 잔사 취출 빈(62)으로 구성된다. 여기서, 잔사 취출 기구(60)는 모터 M3(도시하지 않음)의 구동에 의하여 잔사를 차례로 잔사 취출 빈(bin)(62) 내에 넣는 기능을 한다. 또한, 잔사 취출 빈(62)은 그 외주가 워터 쟈켓으로 이루어지는 냉각기(63)에 의하여 포위되어 있다. 또한, 전술한 냉각 탱크(52) 내의 냉각수가 펌프(P2)에 의하여 냉각기(63) 내를 순환한다. 그 결과 잔사 취출 빈(62) 내에 회수되는 탄화 잔사가 냉각되는 동시에 기밀하게 유지되기 때문에, 잔사가 공기와 접촉된 상태에서의 열과의 상승 작용에 의한 분진 폭발이 억제된다. 또한, 잔사를 회수하는 잔사 취출 빈(62)에는 냉각된 잔사를 배출하기 위한 취출구(64)가 그 바닥부에 설치되어 있다. 또한, 이 취출구(64)에도 잔사 취출 빈(62)으로부터의 분출을 저지하는 셔터(65)가 개폐가 자유롭게 설치되어 있다. 또한, 셔터(65)가 개방된 때에, 냉각된 잔사를 외부로 취출하기 위한 컨베이어(66)가 상기 취출구(64)에 설치되어 있다.

다음으로, 본 발명의 가장 바람직한 실시 상태에 따른 유화 처리 장치(연속식)의 사용 방법(일례)에 대하여 설명한다. 먼저, 호퍼(20)에는 재단(裁斷)된 폐플 라스틱재를 투입한다. 이 때, 물로 세정한 폐플라스틱재를 물기를 제거하거나 건조시키지 않은 젖은 상태로 투입하여도 좋다. 또한, 촉매 피더(3)에는 폐플라스틱재에 포함되는 염화 비닐을 분해할 때에 발생하는 염소화합물을 분해하기 위한 나트륨계 촉매(수산화나트륨, 중탄산나트륨)등을 투입한다. 또한, 이들 호퍼 내의 폐플라스틱재와 나트륨계 촉매가 도입되는 가열로의 온도에 대하여는 특별히 한정하지 않지만(가장 바람직하게는 상한 온도를 500℃ 이하로 설정), 예를 들면 150 내지 400℃로 설정한다.

다음으로, 도 7 내지 도 10을 참조하면서 본 발명의 또 다른 가장 바람직한 실시 상태에 따른 유화 처리 장치(배치식)에 대하여 설명한다. 또한, 연속식의 경우와 동일한 부분은 설명을 생략한다. 먼저, 도 7에 도시하는 바와 같이, 본 유화 처리 장치는 대략 사각 형상의 가열로(101)와, 가열로 내를 가열하기 위한 버너(102)와, 버너(102)에 접속되어 있고 가열로(101)의 내부를 관통하는 열전달 배관(103)과, 열전달 배관(103)을 가열로(101)에 도입할 때까지 그 열전달 배관의 냉각을 방지하기 위한 보온 장치(104)와, 가열로(101) 내에서 발생한 가스를 냉각하여 액화하기 위한 냉각 수단(이것에 대하여는 후술한다)에 보내는 냉각수가 저장된 워터 펌프와 접속된 냉각수 탱크(106)와, 가열로(101)의 바로 아래에 설치된 액 고임부(107)와, 가열로(101)의 온도 제어 등을 실시하는 조작 장치(109)와, 이들을 수납하는 프레임(110)으로 구성된다. 또한, 도시한 바와 같이, 액 고임부(107)를 냉각 가스로 냉각하기 위한 냉동기(108)를 더 구비하도록 구성하여도 좋다.

다음으로, 도 8을 참조하면서, 본 발명의 가장 바람직한 실시 형태에 따른 가열로(101)의 구조를 설명한다. 이 가열로(101) 내에는, 도시하는 바와 같이, 열 전달 배관(103)이 U자 모양으로 배치되어 있다. 이 때, 열 전달 배관(103) 내에는 버너(102)로부터의 연소 공기가 도입되어 있다. 그리고, 연소 공기의 열이 열 전달 배관(103)을 거쳐 가열로(101) 내에 전달되는 결과, 가열로(101) 내부가 가열된다. 또한, 가열로(101) 내의 분해 온도의 조정은 버너(102)에서의 연소를 조절함으로써 실행한다.

다음으로, 도 9를 참조하면서 본 발명의 가장 바람직한 실시 상태에 따른 냉각 수단의 구조를 설명한다. 여기서, 도 9는 가열로(101)의 부분 단면도이다. 이 가열로(101)의 상면 및 양측면에는 내부에 냉각수 배관(112a)이 매립된 냉각기(112)가 설치되어 있다. 또한, 이 가열로(101)는 냉각기(112) 근방에서 이중 구조를 취하고 있다. 구체적으로는 가열로(101) 내에는 발생한 분해 가스가 도입되는 공간(분해 가스 도입 공간(101b))을 구축하기 위한 내부 벽(101a)이 위와 좌우에 설치되어 있다. 또한, 좌우 내부 벽(101a)에 관해서는, 가열로(101) 내에서 발생한 기체를 상기 기체 도입 공간(101b)으로 안내하는 도입 슬릿(101a-1)이 설치되어 있다. 이와 같은 구성 하에서, 도시하는 바와 같이, 발생한 분해 가스(G)는 도입 슬릿(101a-1)을 통하여 분해 가스 도입 공간(101b)에 안내되고, 이 때 분해 가스(G)는 냉각기(112)와 접촉하여 냉각되어 액화된다. 또한, 도면 중의 화살표로 나타내는 바와 같이, 상기 액화된 액체(L)는 자체 중량에 의하여 아래로 낙하하여 전술한 액 고임부(107) 내에 쌓인다. 또한, 액 고임부(107)에도 동일한 냉각기가 구비되어 있다. 이 때문에 분해 가스가 액화되지 않고 액 고임부(107)까지 안내되는 경우에 는 동일한 메커니즘의 냉각이 이 액 고임부(107)에서도 이루어진다. 또한, 일례로, 도 10은, 가열로(101)의 상면에서 냉각되어 액화된 경우에 이 액체가 액 고임부(107)에 안내될 때까지의 모습을 나타내고 있다.

다음으로, 본 발명의 가장 바람직한 실시 형태에 따른 액화 처리 장치(배치식)의 사용 방법(일례)에 대하여 설명한다. 먼저, 가열로(101) 내의 소정 위치(예를 들면, 열 전달 배관(103)의 위에 철판을 배치)에 재단된 폐플라스틱재를 탑재한다. 이 때, 물로 세정한 폐플라스틱재를 물기 제거나 건조를 하지 않고 젖은 상태로 투입하여도 좋다. 또한, 이 폐플라스틱재에는 폐플라스틱재에 포함되는 염화 비닐을 분해한 때에 발생하는 염소 화합물을 분해하기 위한 나트륨계 촉매(수산화나트륨, 중탄산나트륨 등)을 혼합한다. 또한, 이들 폐플라스틱재와 나트륨계 촉매가 도입되는 가열로의 온도는 특별히 한정되지 않지만(가장 좋기로는 상한 온도를 500℃ 이하로 설정), 예를 들면 120 내지 350℃의 범위로 설정된다.

이하, 실시예를 참조하면서 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 본 실시예에 있어서는, 도 6 등에 도시하는 배치식의 유화 처리 장치를 사용하였다. 또한, 재단한 폐플라스틱재는 열 전달 배관(103) 상에 배치된 철판 상에 탑재하였다. 또한, 화강석의 적용 방법에 관하여는, 이하의 실험-1 및 실험-2는 철판 상에 화강석 판을 탑재하는 형태로, 실험-3은 철판 상에 내화 시멘트를 도포하여 소성하는 형태로, 실험-6에서는 철판 상에 화강석의 분쇄물을 탑재하는 형태로 실행하였다.

1. 실험 내용

실험-1 (실시예 1): 천연 화강석판+ 수분 첨가

실험-2 (실시예 2): 천연 화강석판(수분 미첨가)

실험-3 (실시예 3): 분상 화강석과 내화 시멘트와의 혼합물 + 수분 첨가

실험-4 (비교예 1): 장석(특허 문헌 1)의 분쇄물(작은 돌맹이 형태) + 수분 첨가

실험-5 (비교예 1): 장석(특허 문헌 1)의 분쇄물(작은 돌맹이 형태)+ 수분 첨가

2. 실험 조건 및 실험 결과

실험 조건 및 실험 결과를 표 1에 나타낸다. 이 때, 가장 주목하여야 할 데이터는 채취 유량을 정미 처리 시간으로 나눈 시간당 채취 유량 및 폐플라스틱재가 분해 유화되지 않고 잔존한 잔사량이다. 이와 같은 주목점에 관한 실험 결과를 정리하면 다음과 같다.

(1) 화강석판(실험-1), 분상 화강석과 내화 시멘트 혼합물(실험-3), 화강석 파쇄물(실험-6)을 사용하여 수분 첨가를 한 것이 시간당 채취 유량이 100 g 이상에서 안정된 폐플라스틱 유화 처리가 가능하게 된다.

(2) 수분 첨가를 하지 않은 것(실험-2)은 시간당 채취 유량이 92 g으로 다소 적어지지만, 수분 첨가량의 영향은 비교적 적다.

(3) 장석(실험-4)을 사용한 것은 화강석을 사용한 경우에 비하여 시간당 채취 유량이 적지만, 특히 장석의 형상(파쇄품)에 맞춘 화강석 파쇄품(실험-6)을 사용한 것과 비교하면, 시간당 채취 유량이 50% 이하가 된다. 이것에 의하여 폐플라스틱 유화 성능에 관하여는 장석과 비교할 때 화강석이 훨씬 우수하다는 것이 증명 되었다.

(4) 화강석을 사용하지 않고 내화 시멘트만 사용한 것(실험-5)은 시간당 채취 유량이 34 g으로 상당히 작고, 잔사도 분해되지 않은 폐플라스틱이 남아 있는 상태에서 폐플라스틱 분해 유화 성능이 극단적으로 나쁘다는 것을 알 수 있었다.

이와 같은 결과들로부터 화강석의 폐플라스틱 유화 처리 성능이 상당히 우수한 것이 입증되었다. 또한, 채취유 성분 분석 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 150℃의 저온에서 처리하였기 때문에 유용한 성분이 얻어지는 것도 판명되었다.

실험번호		(단위)	실험-1	실험-2	실험-3	실험-4	실험-5	실험6
실 험 조 건	실험 시료명	-	화강석	화강석	화강석(73%)+내화 시멘트(27%)	장석	내화 시멘트	화강석
	시료 형상	-	판상 (5mm 두께)	판상 (5mm 두께)	분상 혼합물을 철판에 도포	파쇄품 (10~30mm) 2.4Kg	철판에 도포	화강석판 파쇄품 (5~30mm) 2.4Kg
	폐플라스틱 처리량	g	2000	2000	2000	2000	2000	2000
	수분 첨가량	g	400	0	400	400	400	400
	6% 중탄산나트륨 용액 첨가량	cc	67	67	67	67	67	67
	유화 처리 온도	℃	150	150	150	150	150	150
	유화 처리 총 시간	시간	7시간	7시간	7시간	7시간	7시간	7시간
	정미 처리 시간(노 내 온도 140℃ 도달 후의 처리 시간)	시간·분	4시간20분	4시간40분	4시간10분	5시간20분	5시간20분	5시간10분
실 험 결 과	채취 유량	g	450	430	550	390	180	340
	잔사량	g	1100	1135	1080	1230	1850	850
	시간 당 채취 유량 *1	g/시간	104	92	132	73	34	163
	채취유 성분 분석 결과*2
	① 벤젠	%	0.9	0.8	1.5	1.5	1.5	-
	② 톨루엔	%	4.0	3.4	5.5	5.4	5.5	-
	③ 에틸 벤젠	%	10.7	10.0	13.3	12.4	12.1	-
	④ 스티렌	%	13.6	11.0	14.1	14.4	13.4	-
	⑤ 쿠멘	%	1.0	1.0	1.4	1.2	1.2	-
	⑥ 이소프로페닐 벤젠	%	2.0	1.7	2.3	2.2	1.9	-
	⑦ 페닐 에탄올	%	1.0	1.1	1.1	1.0	1.3	-
	⑧ 아세토페논	%	1.0	1.0	1.1	1.1	1.1	-
	⑨ 안식향산	%	1.7	1.9	1.7	1.7	1.4	-
	⑩ 나프탈렌	%	0.7	0.6	0.6	0.6	0.6	-
	⑪ 비페닐	%	0.8	0.8	0.7	0.7	0.8	-
	⑫ 다이페닐 프로판	%	1.7	1.9	1.6	1.9	1.9	-
	⑬ 페닐 나프탈렌	%	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	-
	⑭ 2-에틸헥실 프탈레이트	%	0.3	0.5	0.2	0.2	0.3	-
	합계	%	39.7	36.0	45.4	44.6	43.3	-
실 험 결 과	채취유 발열량 *3	J/g	23900	34200	26700	38100	38600	-
	채취유 동점도(50℃) *4	mm2/s	1.56	2.15	1.34	1.39	-	-
	채취유 전체 염소 성분 *5	질량%	3.71	0.70	0.63	0.74	0.75	-
	잔사 중 유분 *6	mg/g	127.4	152.6	82.9	113.1	28.5	-
참고 치	연질화 수지 성분 *7	%	-	-	-	50	70	-
	잔사 중 미탄화물의 양 *8	g	700	600	550	670	1750	-

*1 채취 유량을 정미 처리 시간으로 나눈 값. 실험에서의 정미 처리 시간(설명은 표 중에 넣음)에 편차가 있었기 때문에 이를 보정하기 위하여 실시하였음.

*2 미쓰이가가쿠분세키센타에서, 가스크로마토그라프 질량 분석계(시마 즈(Shimadzu) 회사제 GCMS=QP5000)에 의함.

*3 히로시마켄리쓰세이부고교기쥬쓰센타에서, 시마즈-열연식 자동 봄베 열량계로 측정.

*4 히로시마켄리쓰세이부고교기쥬쓰센타에서, 일본 공업 규격에 의거함.

*5 히로시마켄리쓰세이부고교기쥬쓰센타에서, 이온크로마토그라프법에 의함.

*6 히로시마켄리쓰세이부고교기쥬쓰센타에서, 일본 공업 규격에 의거함.

*7 미쓰이가가쿠분세키센타에서.

*8 가부시키가이샤 에코노인더스트리에서, 잔사를 손으로 분쇄하여 비분말상 성분을 미탄화물량으로 함. 분말상 함량은 탄화물량으로 함.

Claims (5)

1. 폐플라스틱재를 가열하여 분해하는 가열로를 구비한 폐플라스틱 유화 처리 장치에 있어서,

   상기 가열로 내에 화강석이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 유화 처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 화강석이 상기 가열로 내의 내벽에 적용되어 있는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 유화 처리 장치.
3. 폐플라스틱재를 가열하여 분해하는 공정을 포함한 폐플라스틱 유화 처리 방법에 있어서,

   상기 분해 공정을 화강석의 존재 하에 실시하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 유화 처리 방법.
4. 폐플라스틱재를 가열하여 분해하는 공정을 포함한 폐플라스틱재를 원료로 하여 유분을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 분해 공정을 화강석의 존재하에 실시하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱재를 원료로 하여 유분을 제조하는 방법.
5. 폐플라스틱재를 가열하여 분해하는 공정을 포함한 폐플라스틱재를 원료로 하여 탄화 잔사를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 분해 공정을 화강석의 존재하에 실시하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 유화 처리 방법.

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