KR20090025212A - 폐플라스틱·유기물의 분해방법, 분해장치 및 분해 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고효율의 폐플라스틱, 유기물, 특히 여러 종류의 플라스틱류로 구성되는 의료 폐기물의 분해방법, 분해장치 및 분해 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 분해공정에 있어서의 각 조건의 최적화와 촉매 순환 가능한 분해 장치 및 분해 시스템을 확립하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
폐플라스틱, 유기물, 의료 폐기물, 분해방법, 분해장치, 분해 시스템, 촉매
Description
본 발명은 폐플라스틱, 유기물, 특히 여러종류의 플라스틱, 유기물로 구성되는 의료 폐기물 및 감염성이 있는 의료 폐기물의 분해방법에 관한 것이며, 상세하게는 폐플라스틱, 유기물의 분해방법의 각 조건을 최적화시킴에 따른 고효율 폐플라스틱·유기물의 분해방법에 관한 것이다.
게다가, 본 발명은 폐플라스틱·유기물을 분해하는 촉매 순환형 분해장치 및 고효율 분해 시스템에 관한 것이다. 덧붙여, 상기 분해장치는 폐플라스틱에 혼재하거나 그 적어도 한부분에 증착되거나 점착된 금속·무기물의 분리·회수 수단도 포함한다.
또한, 본출원은 참조에 의해 여기에 원용되는 바, 일본특허출원번호 2006-297194, 2006-115920, 2006-115925 및 2007-016087로부터의 우선권을 청구한다.
최근 몇년간, 폐플라스틱을 처리하거나 재이용하는 방법으로서 여러가지 것들이 제안되었고, 또한 일부는 실용화되어 있다. 이와 같은 폐플라스틱의 재이용, 재자원화의 하나의 유력한 방법으로서, 폐플라스틱 조각을 광촉매로서 알려져 있는 산화티탄(titanium oxide)으로 이루어진 분해 촉매의 존재하에서 자외선을 조사하면서 가열하여 폐플라스틱을 가스화하는 방법 및 장치가 제안되어 있다(특허문헌 1, 2 참조).
또한, 폐플라스틱 조각의 분해 처리에 이용되는 촉매에 대해서도 여러가지 검사되고 있다(특허문헌 3 ~ 5).
그러나, 상기 폐플라스틱의 분해방법을 사용한 분해장치에서는 효율적인 폐플라스틱 분해 처리를 실시하지 못하고, 높은 처리비용 및 대규모의 장치가 필요하였다. 게다가, 폴리염화비닐을 포함하는 폐기물을 처리하는 경우에는 염화수소 가스가 발생한다는 것이 알려져 있고, 또한 테플론(Teflon®; 등록상표)을 처리하는 경우에는 유독한 불화수소(hydrogen fluoride gas)가 발생하는 것이 알려져 있어, 이 가스들의 처리가 문제가 되어왔다.
플라스틱 등의 유기물은 폐기시의 처리가 어렵고, 소각 처리에서는 다이옥신(dioxins) 등의 유해물질이 발생하는 등의 위험이 있다.
또한, 플라스틱 조각에는 용도에 따라서 알루미늄이나 구리 등의 금속, 무기물이 혼재되어 있거나, 표면에 금속이 증착, 점착되어 있다. 이와 같은 플라스틱 조각을 소각하면 유독가스가 발생하거나, 소각로를 상하게 할 우려가 있다.
따라서, 플라스틱 조각 등의 유기물은 매립처리되는 경우가 있으나, 플라스틱 그 자체는 땅속에서 분해되지 않는다. 매립지도 부족해져 가고 있다는 것이 실상이다. 또한, 생분해성 플라스틱인 것들이 존재하지만, 생분해성 플라스틱은 분 해되기까지 장기간이 걸리며, 게다가 분해에 필요한 토지가 방대하다라는 결점이 있다. 덧붙여, 폐플라스틱·유기물에 혼재하고 있는 이용 가능한 금속, 희소금속, 무기물은 폐플라스틱·유기물로부터 분리할 수 없어 매립하거나 소각시키고 있다.
종래 이와같은 촉매를 이용한 유기물의 분해는 도 23에 나타낸 바와 같이, 플라스틱 등의 유기물을 파쇄 장치(crusher; 101)에서 입상(granules)으로 파쇄하고, 그 유기물을 미리 입상의 촉매가 축적된 드럼형 반응조(reactor; 102)에 투입한다. 이어서, 반응조(102)의 내부에서 교반날개(agitation blades; 103)를 회전시킴으로써 촉매와 유기물을 교반하고, 블로어(blower; 104)로 반응조(102)의 내부로 열풍을 공급한다. 이것에 의하여, 촉매의 작용에 따라 유기물의 분해가 촉진되어 유기물이 기화하기에 이른다.
더욱이, 촉매는 반응조에 잔존하지만, 기화된 유기물은 사이클론 집진기(cyclone dust collector)를 주체로 하는 분리장치(106)를 통과하여, 수증기와 이산화탄소 만이 배기가스(exhaust gas)로서 대기로 방출된다. 이와 같이, 반응조(102)에 투입된 유기물이 기화한다면, 그 만큼 새로운 유기물을 반응조(102)에 투입할 수 있으므로, 상기 공정은 중단하는 일 없이 연속하여 실행할 수 있다.
그러나, 종래의 분해장치에서는 효율적인 폐플라스틱의 분해처리를 실행할 수 없고, 높은 처리비용 및 대규모의 장치가 필요하였다.
게다가, 폴리염화비닐을 포함하는 폐기물을 처리하는 경우에는 염화수소 가스, 질소 화합물이 발생한다는 것이 알려져 있고, 또한 테플론(등록상표)을 처리하는 경우에는 유독한 불화수소가 발생하는 것이 알려져 있어, 이 가스들의 처리가 문제가 되어왔다.
한편, 병원, 투석시설 등으로부터 배출되는 감염성 의료 폐기물에 따른 2차감염 방지를 위하여, 이와 같은 폐기물의 처리방법을 규정한 후생성의 가이드라인이 1989년 11월 7일에 발표되어 1990년 4월 1일부터 시행되고 있다. 이에 따라, 병원, 투석시설 등은 원칙적으로 원내 또는 시설 내에서의 의료 폐기물의 멸균처리가 의무화되어 있다.
이상에 따라, 병원 내나 클리닉 내에서의 시설에서 대규모 장치를 필요로 하지 않고도 안전하게 폐플라스틱, 특히 폴리염화비닐을 포함하는 감염성 의료 폐기물의 처리를 가능하게 하는 분해방법, 분해장치 및 분해 시스템의 개발이 기대되고 있다.
특허문헌 1 : 특개2002-363337호 공보
특허문헌 2 : 특개2003-182837호 공보
특허문헌 3 : 특개2005-066433호 공보
특허문헌 4 : 특개2005-205312호 공보
특허문헌 5 : 특개2005-307007호 공보
본 발명은 상기 요구에 응할 수 있도록, 고효율의 폐플라스틱, 유기물, 특히 여러종류의 플라스틱류로 구성되는 의료 폐기물, 혈액 등의 생체 유래물 또는 그 유래물이 부착된 플라스틱의 분해방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 게다가, 폴리염화비닐 등의 염소계 플라스틱 분해시에 발생하는 HCl, 생체 유래 및 여러종류의 의료 폐기물 플라스틱 분해시에 발생하는 유황 화합물, 질소 화합물, 테플론(등록상표) 등의 불소 화합물 분해시에 발생하는 불화수소 등의 제거도 가능한 분해방법 또한 과제로 한다.
한편, 의료 폐기물 등의 산업 폐기물은 그 대부분을 플라스틱, 유기물 등이 차지하고 있으나, 포장대의 내면에 증착된 알루미늄의 박막(thin film) 또는 주사침(syringe needle) 등도 포함하고 있다. 이 금속들은 유기물의 전부가 기화되어도 반응조에 남게 된다. 또한, 금속이 알루미늄 등인 경우, 반응조에 알루미늄 등을 남겨놓은 채로 분해공정을 계속하면 알루미늄 등은 심하게 산화되기 때문에 리사이클이 곤란해진다.
또한, 반응조로부터 금속을 순차적으로 골라내기 위해 상기의 공정을 중단하면, 소정의 시간 당 분해할 수 있는 유기물의 질량 또는 체적(이하에서 「처리량」이라 기재하는 경우가 있음)이 저하된다. 즉, 반응조 외에서 금속을 분리·회수하려고 하면, 촉매를 꺼낼 때마다 활성온도로 되어있는 촉매의 온도가 식어버려 다시 가열할 필요가 있기 때문에 열에너지가 쓸모없게 되었다.
또한, 종래의 분해장치에서는, 분말화해서 더욱 비산시킨 촉매는 반응조로 돌려보내는 일 없이 폐기되고 있다. 이것은 촉매가 1 ~ 3mm 전후 크기의 입자라면 교반날개의 회전에 따라 촉매의 유동이 반응조의 내부 전체에서 일어나지만, 분말화시킨 촉매는 유동하기 어려운 성질이 되어 폐플라스틱·유기물과 섞이기 어려워지기 때문이다. 이 문제는 반응조에 축적되는 촉매의 양이 증가할수록 현저해지기 때문에, 반응조를 대형화하는 것을 방해하고 게다가 처리량을 증대하는 것 또한 방해하고 있다.
한편, 알루미늄박 복합체 등, 알루미늄이나 구리 등의 금속을 포함하는 폐플라스틱·유기물 등으로부터 산화시키지 않고 금속을 회수하기 위해서는 건류처리 등이 사용되지만, 진공 용해로를 사용하면 금속 회수의 비용이 높아진다. 또한, 플라스틱 조각에 용해처리를 하면 금속은 산화되어 버리기 때문에, 고순도의 금속 회수는 바랄 수 없다.
게다가, 폴리염화비닐 등의 염소계 플라스틱 분해시에 발생하는 HCl, 생체유래 및 여러종류의 의료 폐기물 플라스틱 분해시에 발생하는 유황 화합물, 질소 화합물, 테플론(등록상표) 등의 불소 화합물 분해시에 발생하는 불화수소 등의 처리가 분해장치의 실용화에 방해가 되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 실정을 거울삼아 만들어진 것으로, 그 목적은 촉매의 수명을 늘일 수 있고, 또한 여러종류의 폐플라스틱·유기물을 효율 좋게 분해할 수 있는 분해장치 및 분해시스템을 제공하는 것에 있다.
게다가, 본 발명은 촉매가 순환 및/또는 교반되는 공정에서 금속 및/또는 무기물을 분리·회수할 수 있는 분해장치와 분해시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
게다가, 폴리염화비닐 등의 염소계 플라스틱 분해시에 발생하는 HCl, 생체 유래 및 여러종류의 의료 폐기물 플라스틱 분해시에 발생하는 유황 화합물, 질소 화합물, 테플론(등록상표) 등의 불소 화합물 분해시에 발생하는 불화수소 등을 제거할 수 있는 분해장치 및 분해시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결할 수 있도록 예의 연구를 반복한 결과, 분해공정에 있어서 각 조건을 최적화하고, 또한 발생된 유해가스를 흡착 제거하는 공정을 도입함으로써, 고효율의 폐플라스틱, 유기물, 특히 주로 플라스틱류로 구성되는 의료 폐기물의 분해방법을 확립하였다.
게다가, 본 발명자들은 촉매 순환을 가능하게 한 폐플라스틱·유기물의 분해장치 및 분해 시스템을 확립하였다.
상기에 따라 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 이하와 같다.
「1. 활성성분이 산화티탄인 산화티탄 과립체로 이루어진 촉매와 함께 폐플라스틱 및/또는 유기물을 가열하면서 교반하는 공정을 포함하고 그 플라스틱 및/또는 유기물을 가스화하는 폐플라스틱·유기물의 분해방법에서, 상기 촉매의 가열온도가 420도 ~ 560도의 범위인 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물의 분해방법.
2. 산화티탄 과립체의 산화티탄이 하기의 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 제1항의 분해방법.
(1) 비표면적이 35m2/g 이상 ~ 50m2/g 이하,
(2) 과립체가 3.5 메쉬(5.60mm) 이하.
3. 산화티탄 과립체 100kg에 대한 1시간 당 폐플라스틱 및/또는 유기물 처리량이 3.0kg ~ 40.0kg의 범위인 것을 특징으로 하는 상기 1항 또는 2항에 기재된 분해방법.
4. 게다가, 석회중화 처리 공정을 포함하는 상기 1항 ~ 3항 중 어느 한 항에 기재된 분해방법.
5. 게다가, 산화촉매 처리 공정을 포함하는 상기 1항 ~ 4항 중 어느 한 항에 기재된 분해방법.
6. 게다가, 산화촉매 처리 공정 전에 알루미나 촉매 처리 공정을 포함하는 상기 5항에 기재된 분해방법.
7. 게다가, 금속 및/또는 무기물 분리·회수공정을 포함하는 상기 1항 ~ 6항 중 어느 한 항에 기재된 분해방법.
8. 하기의 처리 수단을 포함하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치;
(1) 폐플라스틱·유기물 처리 수단
(2) 산화촉매 처리 수단.
9. 폐플라스틱·유기물 처리 수단이 하기의 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 상기 8항에 기재된 분해장치,
촉매를 반응조 내에 순환시키는 반응조와,
반응조의 투입구로부터 투입되는 폐플라스틱 및/또는 유기물을 상기 촉매와 함께 순환 및/또는 교반하는 수단(순환 및/또는 교반 수단)을 갖추고,
상기 촉매와 함께 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물이 상기 반응조 내를 순환하는 공정에서 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물을 기화시키는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물 처리장치.
10. 상기 순환 및/또는 교반 수단이 구동원에 의해 회전하는 회전축에 나선형 날개(spiral blade)를 설치하고, 상기 반응조 내에 상기 회전축을 삽입하여 완성되는 1 또는 2 이상의 스크류 피더(screw feeder)인 것을 특징으로 하는 상기 9항에 기재된 폐플라스틱·유기물 처리장치.
11. 상기 2개의 스크류 피더가 반응조 내에 실질적으로 수평자세로 설치되는 한편, 상기 2개의 스크류 피더의 회전에 의해 상기 촉매와 함께 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물이 반응조 내를 실질적으로 수평방향으로 순환하는 것을 특징으로 하는 상기 10항에 기재된 폐플라스틱·유기물 처리장치.
12. 폐플라스틱·유기물 처리 수단이 하기의 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 상기 9항에 기재된 분해장치,
촉매를 반응조 내의 상류단으로부터 하류단으로 순환시키는 반응조와,
상기 반응조의 투입구로부터 투입되는 폐플라스틱 및/또는 유기물을 상기 촉매와 함께 상기 상류단으로부터 하류단으로 향하여 순환시키는 순환 수단과,
상기 반응조 내에서 상기 촉매와 폐플라스틱 및/또는 유기물을 교반하는 교반 수단과,
상기 반응조 내에서 상기 촉매를 상기 반응조의 하류단로부터 상류단으로 안내하는 귀환경로를 갖추고,
상기 촉매와 함께 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물이 상기 반응조의 상류단으로부터 하류단으로 순환되는 공정에서, 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물을 기화시키는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물 처리장치.
13. 상기 반응조 내가 상기 상류단을 가지는 제1단조와 상기 하류단을 가지는 상기 제1단조보다 높게 배치되는 제2단조로 구분되어, 상기 촉매가 상기 제2단조의 하류단으로부터 상기 귀환경로로 안내되어 상기 제1단조의 상류단까지 흘러내리는 것을 특징으로 하는 상기 12항에 기재된 분해장치.
14. 상기 반응조 내의 상기 상류단과 상기 하류단이 실질적으로 수평자세로 설치되어, 상기 촉매가 상기 하류단으로부터 자동으로 추락한 후에 상기 귀환경로로 안내되어 상기 상류단까지 흘러가는 것을 특징으로 하는 상기 12항에 기재된 분해장치.
15. 상기 순환수단이 구동원에 의해 회전하는 회전축에 나선형 날개를 설치하고, 상기 반응조에 상기 회전축을 삽입하여 완성되는 스크류 피더인 것을 특징으로 하는 상기 12 ~ 14항 중 어느 한 항에 기재된 분해장치.
16. 상기 나선형 날개에 보조 날개가 설치되어있는 것을 특징으로 하는 상기 15항에 기재된 분해장치.
17. 폐플라스틱·유기물 처리수단이 하기의 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 상기 9항에 기재된 분해장치,
촉매를 반응조 내의 상류단으로부터 하류단으로 순환시키는 반응조와,
폐플라스틱 및/또는 유기물을 반응조 내로 배치 가능한 바구니와,
상기 반응조 내에서 상기 촉매를 상기 반응조의 하류단으로부터 상류단으로 안내하는 귀환경로를 갖추고,
상기 촉매가 상기 반응조의 상류단으로부터 하류단으로 낙하(순환)하는 공정에서, 상기 바구니 내의 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물은 상기 촉매와 접촉하고, 또한 기화되는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물 처리장치.
18. 상기 반응조에서, 반응조 아랫 부분의 여러 개의 구멍으로부터 담체가스(carrier gas)를 직접 촉매 내부로 균일하게 분산 공급 가능한 것을 특징으로 하는 상기 9항 ~ 17항 중 어느 한 항에 기재된 분해장치.
19. 상기 반응조의 순환공정 중에서, 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단을 갖추는 것을 특징으로 하는 상기 9항 ~ 18항 중 어느 한 항에 기재된 분해장치.
20. 상기 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단이 상기 반응조 내의 순환공정 중에 있어서, 촉매를 폐플라스틱 및/또는 유기물과 촉매의 혼합물로부터 분리하는 수단인 것을 특징으로 하는 상기 19항에 기재된 분해장치.
21. 촉매를 폐플라스틱 및/또는 유기물과 촉매의 혼합물로부터 분리하는 수단이 상기 금속 및/또는 무기물과 상기 촉매의 크기에 따라 양자를 분리하는 수단인 것을 특징으로 하는 상기 20항에 기재된 분해장치.
22. 상기 금속 및/또는 무기물과 상기 촉매의 크기에 따라 양자를 분리하는 수단이 상기 반응조의 순환공정 중에 촉매가 통과 가능한 체(sieve)를 설치하는 것을 특징으로 하는 상기 21항에 기재된 분해장치.
23. 게다가, 하기 중 어느 하나 이상의 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 상기 8 ~ 22항 중 어느 하나에 기재된 분해장치.
(1) 알루미나 촉매 처리 수단
(2) 파쇄 수단
(3) 담체가스 공급 수단
(4) 사이클론 집진 수단
(5) 백필터(bag filter)가 부착된 집진 수단
(6) 열교환 수단
(7) 프리히터(preheater) 수단
(8) 배기 블로어 수단
(9) 냉각 수단
(10) 열 회수 수단
(11) HCl 연속측정 수단
(12) CO 연속측정 수단
(13) 경보(alarm) 수단
(14) 석회중화 처리 수단
24. 전항 8 ~ 23 중 어느 하나의 분해장치를 사용하여, 활성 성분이 산화티탄인 산화티탄의 과립체로 이루어진 촉매의 가열온도를 420도 ~ 560도의 범위로 설정하여 폐플라스틱·유기물을 분해하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물의 분해 시스템.
25. 산화티탄 과립체의 산화티탄이 하기의 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 상기 24항에 기재된 분해 시스템.
(1) 비표면적이 35m2/g 이상 ~ 50m2/g 이하,
(2) 과립체가 3.5메쉬(5.60mm) 이하
26. 상기 산화티탄의 과립체가 활성성분으로서의 산화티탄과 적어도 하기의 어느 하나로부터 선택되는 혼합물인 것을 특징으로 하는 상기 25항에 기재된 분해 시스템.
(1) 산화 알루미늄
(2) 산화규소」
본 발명의 분해방법에 의하면, 고효율로 폐플라스틱, 유기물, 특히 여러종류의 플라스틱류로 구성되는 의료 폐기물, 혈액 등의 생체 유래물 또는 그 유래물이 부착된 플라스틱을 처리할 수 있다. 게다가, 분해공정 중에 HCl, 불화수소, 유황 화합물, 질소 화합물 등을 발생하는 플라스틱, 유기물 또는 혈액 등의 생체 유래물, 불화수소를 발생하는 불소 화합물의 처리도 용이하게 실시할 수 있다.
본 발명에 의한 분해장치 및 분해 시스템에 의하면, 촉매가 순환되고 있는 반응조의 내부에 가열 수단에 의해 뜨거워진 공기를 공급함으로써 촉매를 활성 온도까지 가열할 수 있다. 일단 가열한 후는, 폐플라스틱·유기물의 분해 반응열을 반응조의 촉매의 활성 최적온도 유지에 이용하고, 외부로부터의 에너지 공급을 억제할 수 있어 열 에너지의 유효 이용이 가능하다.
폐플라스틱·유기물이 반응조의 투입구로부터 투입되면, 폐플라스틱·유기물은 촉매와 함께 순환 수단에 의해 반응조를 순환한다. 이 공정에서 폐플라스틱·유기물과 촉매가 교반 수단에 의해 교반되므로, 촉매와 폐플라스틱·유기물과의 접촉이 반복되어 촉매와 폐플라스틱·유기물의 밀도를 균일하게 유지하고, 촉매의 작용에 기초한 효율적 분해가 촉진된다. 이것에 의하여, 반응조의 투입구로부터 투입된 폐플라스틱·유기물은 약 반응조를 1주(1순환)하는 동안에 기화된다.
또는, 반응조 내로 폐플라스틱·유기물을 포함하는 바구니를 배치한다. 그리고, 촉매가 상기 반응조의 상류단으로부터 하류단으로 떨어지는 공정(순환하는 공정)에서, 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물은 상기 촉매와 접촉하고 기화된다. 이 경우에는, 상기와 같은 폐플라스틱·유기물과 촉매와의 교반 수단을 필요로 하지 않는다.
촉매는 반응조를 항상 순환하고 있다. 하기 실시예 9의 양태에서, 촉매는 반응조 내를 수평 순환하고 있다. 또는, 하기 실시예 10 ~ 12의 양태에서, 촉매는 반응조의 상류단으로부터 하류단에 도달하면 귀환 경로로 안내되어 반응조의 상류단으로 되돌아감으로써 반응조를 순환하고 있다. 따라서, 촉매가 반응조의 내부를 항상 순환하게 되고, 새로운 폐플라스틱·유기물은 반응조에 투입되면 반응조의 내부를 순환하는 촉매의 작용에 기초하여 효율적으로 기화된다.
또한, 실시예 9 ~ 11의 양태에서, 폐플라스틱·유기물이 촉매와 함께 순환 수단에 의해 반응조를 순한하는 공정에서, 폐플라스틱·유기물의 큰 부분을 차지하는 유기물은 기화한다. 그러나, 폐플라스틱·유기물에 혼입된 금속·무기물은 촉매 중에 남는다. 이 금속·무기물은 촉매와 함께 더욱 순환되는 공정에서 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단에 의해 분리, 회수되므로, 이 금속·무기물을 촉매로부터 취출할 수 있다.
따라서, 당해 분해장치 및 분리 시스템에 의하면, 금속·무기물을 반응조에 다량으로 잔류시키는 일 없이 금속·무기물의 산화를 억제하고, 그 리사이클을 실현할 수 있다. 게다가, 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단이 금속을 분리·회수할 때, 순환 수단 및 교반 수단을 정지시킬 필요가 없으므로, 폐플라스틱·유기물의 처리량을 높게 유지시킬 수 있다. 게다가, 분리·회수 수단이 금속·무기물을 선별할 때, 반응조를 개방할 필요가 없고, 또는 촉매를 분해 장치 바깥으로 취출하여 금속·무기물을 분리할 필요가 없다. 따라서, 당해 분해장치 및 분해 시스템의 열 효율을 높게 유지할 수 있다.
게다가, 본 발명의 분해장치 또는 분해 시스템에 의하면, 산화촉매 처리 수단, 더욱 바람직하게는 석회중화 처리 수단을 갖추므로 고효율로 폐플라스틱, 유기물, 특히 여러종류의 플라스틱류로 구성되는 의료 폐기물 등의 산업 폐기물, 혈액 등의 생체 유래물 또는 그 유래물이 부착된 플라스틱을 처리할 수 있다. 또한, 분해 공정 중에 HCl, 불화 수소, 유황 화합물, 질소 화합물 등을 발생하는 플라스틱, 유기물 또는 혈액 등의 생체 유래물, 불화 수소를 발생하는 불소 화합물의 처리도 용이하게 실시할 수 있다.
본 발명의 「촉매의 가열 온도」는 적어도 300도 이상인 한편 600도 이하가 필요하며, 바람직하게는 350도 이상이고, 특히 바람직하게는 420도 ~ 560도 이고, 더욱 바람직하게는 450도 ~ 530도의 범위이며, 가장 바람직하게는 약 480도이다. 또한, 가열 온도는 촉매와 폐플라스틱 및/또는 유기물을 반응시키기 위한 반응조 내의 촉매 온도이고, 그 촉매의 설정 온도를 유지하기 위한 설정 온도를 말한다. 즉, 설정 온도를 480도라 하여도 반응조 내의 촉매 온도의 표준 범위는 설정 온도로부터 플러스·마이너스 약 30도가 된다.
또한, 반응조 내의 어느 부분에서는 반응조의 형상이나 크기에 의해, 본 발명의 특히 바람직한 「촉매의 가열 온도」 보다도 높아지거나 낮아지는 경우가 있다. 하지만, 촉매는 반응조 내를 순환하고 있으므로 촉매의 대부분이 특히 바람직한 촉매 가열 온도로 유지되어 있으면 된다.
하기 실시예에서는, 촉매의 가열 온도를 여러가지 검사하였다. 이것에 의하여, 폐플라스틱 분해에 있어서의 최적 가열 온도를 설정하였다.
본 발명의 촉매는 바람직하게는 활성 성분이 산화티탄인 산화티탄 과립체로 이루어진 촉매이다. 또한, 산화티탄의 과립체로 이루어진 촉매는 활성 성분으로서의 산화티탄만으로 이루어진 산화티탄의 과립체 뿐만 아니라, 산화 알루미늄, 산화 규소로부터 선택되는 적어도 1종과 산화티탄의 혼합물(이하, 산화티탄 혼합물이라 칭하는 경우가 있음)의 과립체도 포함된다. 이미 알려져 있는 것과 같이, 산화티탄은 광촉매로서의 기능도 가지고 있으므로, 상기 중 어느 한 촉매를 사용하여 폐플라스틱·유기물을 분해하는 동안에 필요에 따라 광조사(irradiating light), 특히 자외선 조사 하에서 촉매와 폐플라스틱·유기물을 가열 교반해도 된다. 하지만, 여러 종류의 폐플라스틱이나 유기물의 단체(single article) 또는 그것들의 고체나 액체 또는 금속, 무기물에 포함된 다양한 상태의 물질을 분해하려고 하면, 자외선의 조사 하에서는 실용성으로서의 효과는 부족하다.
하지만, 본 발명의 폐플라스틱·유기물의 분해방법 및 분해 시스템에서는 적당한 분해장치를 사용하는 것, 분해 조건을 최적화 하는 것, 적당한 촉매를 사용함으로써, 광조사를 필요로 하는 일 없이 고효율로 폐플라스틱, 유기물의 분해를 실시할 수 있다.
또한, 산화티탄 과립체의 제조방법은, 티탄 산화물의 졸(sol)을 건조하여 산화티탄 겔(gel)로 만들고, 이 산화티탄 겔을 450 ~ 850℃ 범위의 온도에서 소성하고, 이 소성물을 파쇄하고, 엣지처리(edge-treating)하여 얻는 것이다. 게다가, 산화티탄 혼합물의 과립체는 알루미나졸과 실리카졸로부터 선택되는 적어도 1종의 졸과 티탄 산화물의 졸을 혼합하고 건조하여 겔로 만들고, 이 겔을 450 ~ 850도 범위의 온도에서 소성하고, 이 소성물을 파쇄하고 엣지처리하여 얻어지는 것이다. 또한, 사용하는 산화티탄은 바람직하게는 아나타아제형(anatase-type) 산화티탄이다.
본 발명의 폐플라스틱의 분해방법 또는 분해 시스템에 사용하는 산화티탄 과립체의 형상은 3.5 메쉬(5.60mm) 이하, 바람직하게는 10 메쉬(1.70mm) 이하여도 된다. 보다 바람직하게는, 사용 전의 산화티탄 과립체의 형상은 5.60mm ~ 110μm, 3.50mm ~ 150μm이다.
보다 상세하게는, 산화티탄 과립체의 형상은 0.1mm 이상, 보다 바람직하게는 0.1mm 이상 ~ 5.60mm 이하의 입경을 가지는 입자의 비율은 90% 이상이다(참조:도 13 및 도 14).
또한, 종래의 폐플라스틱의 분해방법 또는 분해 시스템에서, 산화티탄 과립체 또는 산화티탄의 혼합물의 과립체의 바람직한 형상은, 0.5 ~ 1.18mm의 입경을 가지는 입자의 비율이 50 ~ 95중량% 범위에 있고, 1.18 ~ 1.7mm의 입경을 가지는 입자의 비율이 5 ~ 50중량%의 범위에 있는 입도 분포를 가짐과 동시에, 2.0% 이하의 마모율을 가지는 것, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 1.18mm의 입경을 가지는 입자의 비율이 60 ~ 90중량%의 범위에 있고, 1.18 ~ 1.7mm의 입경을 가지는 입자의 비율이 10 ~ 40중량%의 범위에 있는 입도 분포를 가짐과 동시에 1.0% 이하의 마모율을 가지는 것이었다.
그러나, 본 발명의 폐플라스틱·유기물의 분해방법 또는 분해 시스템에 사용하는 산화티탄 과립체의 형상은 분해공정에서 각 조건 및/또는 분해장치를 최적화함으로써, 상기 종래에서 적당하다고 생각되었던 산화티탄 과립체의 형상, 입도의 범위에 한정되지 않는 광범위한 것에도 사용 가능하게 되었다. 이에 의하여, 종래에 이용할 수 없었던 입경의 산화티탄 과립체를 사용할 수 있고, 산화티탄 제조에서의 공정·제법에 대하여 간략화할 수 있다.
그러나, 당연히 상기 종래의 과립체를 사용하여도 충분히 폐플라스틱·유기물을 분해할 수 있다.
이상에 의하여, 본 발명의 「산화티탄 과립체로 이루어진 촉매」는 산화티탄만의 과립체이거나 또는 산화티탄 혼합물의 과립체로 이루어지고, 3.5 메쉬(5.60mm) 이하, 바람직하게는 10 메쉬(1.70mm) 이하의 형상을 가짐과 동시에, 엣지처리의 결과 2.0% 이하, 보다 바람직하게는 1.0% 이하의 마모율을 가지는 것이다. 따라서, 본 발명에 의하면 상술한 바와 같은 촉매를 사용함으로써 장시간에 걸쳐 폐플라스틱, 유기물을 고효율로 분해할 수 있다.
상술한 형상을 가지는 과립체를 얻는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 전술한 것과 같이 겔을 소성하고, 얻어진 소성물을 파쇄하고, 엣지처리한 후 분급(각 메쉬 사이즈를 가지는 체를 이용)하여 상기 형상을 가지는 과립체를 얻어도 되며, 또는 엣지처리한 후 분급하고 얻어진 분급물을 적당하게 혼합하여 상기 형상을 가지는 과립체를 얻어도 된다.
여러 가지 제법에 따른 산화티탄 중에서도, 상술한 바와 같이, 티탄 산화물의 졸을 건조하여 산화티탄 겔로 만들고, 이 산화티탄 겔을 450 ~ 850℃ 범위의 온도에서 소성하여 얻어지는 산화티탄이 폐플라스틱의 분해 촉매로서 두드러진 성능을 가지나, 파쇄물 자체로는 쉽게 마모되고 고운 가루를 생성하여 손실되는 부분이 많아진다.
그래서, 본 발명에 따라 그와 같은 산화티탄 겔의 소성물의 파쇄물을 엣지처리하여, 말하자면 미리 각을 가짐으로써 마모율을 현저하게 저감하고, 이렇게 해서 폐플라스틱·유기물을 고효율로 분해할 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 형상을 가지고 높은 촉매 효율을 장시간에 걸쳐 유지할 수 있다. 산화티탄 혼합물의 과립체로 이루어진 촉매에 대해서도 동일하다. 이와 같은 엣지처리는 예를 들면, 산화티탄의 겔이나, 알루미나와 실리카로부터 선택되는 적어도 1종의 겔과 산화티탄 겔과의 혼합 겔을 파쇄하고, 이것을 조립장치의 하나로서 잘 알려져 있는 운동 조립장치에서 처리함으로써 실시할 수 있다. 그러나, 운동 조립장치에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 산화티탄 과립체의 마모율은 하기의 방법으로 측정한다.
도 1에 나타낸 마모율 측정장치로 측정한다. 즉, 이 마모율 측정장치는 내경 63mm, 깊이 86mm의 시료용기(201)에 교반기(202)를 설치해서 만들어지고, 이 교반기(202)는 축체(203)의 하단부에 각각 길이 20mm의 타원형상의 교반날개(204)를 3장, 60°간격으로 축체로부터 직경 방향으로 연장되도록 설치한 것으로, 교반날개는 각각 수평에 대하여 45°의 각도를 가지도록 기울어져 있다. 이 교반날개는 그 가장 아래의 가장자리가 시료용기의 바닥으로부터 8mm의 거리에 위치한다.
산화티탄 과립체의 마모율을 측정할 때에는 200mL 메스실린더로 산화티탄의 과립체 150mL을 계량하고, 중량을 기록한 후, 시료용기에 전량을 투입하고, 300rpm으로 30분간 상기 교반기를 이용하여 교반한 후, 시료용기로부터 시료를 꺼내고, 전량을 0.5mm의 구멍을 가지는 체로 옮겨 이 체를 통과한 시료의 중량을 측정한다. 여기에서, 시료의 마모율 A는 구멍이 0.5mm인 체를 통과한 시료의 중량을 W로 하고, 측정에 참고한 시료의 중량을 W0로 할 때, A = (W / W0) × 100(%)이다.
또한, 본 발명의 「산화티탄의 과립체로 이루어진 촉매」는 활성성분으로서의 산화티탄의 비표면적이 30m2/g 이상이고, 바람직하게는 33m2/g 이상 ~ 65m2/g 이하, 보다 바람직하게는 35m2/g 이상 ~ 50m2/g 이하이다. 더 나아가, 사용 전의 산화티탄의 과립체로 이루어진 촉매의 비표면적은 35m2/g 이상 ~ 50m2/g 이하이다. 이것은 비표면적이 클수록 폐플라스틱과의 접촉면이 커지고 분해효율을 높일 수 있다. 그러나, 비표면적이 너무 크면 내열성이 약해짐과 동시에 과립체가 부서지기 쉽고 분말화되기 쉽다.
또한, 산화티탄의 과립체로 이루어진 촉매의 비표면적의 측정방법은 자체 공지의 방법을 이용할 수 있으나, 본 발명에서는 BET법을 사용하여 측정한다. 상세하게는, 이하와 같다.
BET법은 분체 입자 표면에 흡착 점유 면적을 알고 있는 분자를 액체질소의 온도에서 흡착시켜, 그 양으로부터 시료의 비표면적을 구하는 방법이다.
본 발명에서는, 비표면적 측정장치는 2300형 자동 측정 장치(시마즈 제작소(주) 제조원)를 사용하였다.
또한, 본 발명의 「산화티탄의 과립체로 이루어진 촉매」는 활성성분으로서의 산화티탄의 세공 용적(micropore volume)이 0.05cc/g ~ 0.70cc/g, 바람직하게는 0.10cc/g ~ 0.50cc/g이다.
또한, 산화티탄의 과립체로 이루어진 촉매의 세공 용적의 측정방법은 자체 공지된 방법을 이용할 수 있으나, 본 발명에서는 수은 압입법(mercury intrusion method)을 사용하여 측정한다. 상세하게는, 이하와 같다.
수은 압입법은 수은의 표면 장력이 큰 것을 이용하여 분체의 세공에 수은을 칩입시키기 위하여 압력을 가하고, 압력과 압입된 수은량으로부터 세공 용적을 구하는 방법이다.
본 발명에서는 써모 피니건사(Thermo Finnigan) 제품의 다공도계(porosimeter; 수은 압입식 최고압력 : 200MPa)를 사용하였다.
또한, 본 발명의 「산화티탄의 과립체로 이루어진 촉매」의 강도는 도 13 및 도 14에 나타낸 것과 같은 분포를 나타낸다. 즉, 50KN 또는 70KN의 강도 분포에서는 1.4mm 이상이 20% ~ 30%이고, 1.0 ~ 1.4mm는 10.0% ~ 15.0%이고, 0.6 ~ 1.0mm는 15% ~ 20%이고, 0.3 ~ 0.6mm는 18% ~ 25%이고, 0.125 ~ 0.3mm는 10% ~ 18%이다.
또한, 강도의 측정방법은 이하와 같다.
(1) 압축 시험용 금형(사카이 화학 공업 주식회사 제품, 참조 도 11, 12)에 산화티탄의 과립체 350g을 투입한다. 또한, 투입 전에 잘 교반한다.
(2) 압축 시험용 금형을 300KN 압축 시험기((주) 마루이 제품)의 중앙에 셋팅한다.
(3) 천천히 하중을 걸어 지정압력(50KN, 70KN)에 도달했을 때 압력을 해방한다.
(4) 압축 시험용 금형을 시험기로부터 꺼낸다.
(5) 압축 시험용 금형의 과립체를 자루로 옮기고, 균일하게 혼합한다.
(6) 균일하게 혼합된 과립체 25g을 정칭하고, 체에 거른다.
(7) 메쉬에 남아있는 과립체의 중량을 측정하고, 분포를 계산한다.
또한, 본 발명은 산화티탄 과립체의 양에 대하여 폐플라스틱 및/또는 유기물의 양이 적으면 폐플라스틱, 유기물이 즉시 분해되어버려 분해 반응열을 이용하여 산화티탄의 분해에 적당한 온도를 유지하는 열량이 부족하고, 외부로부터의 가열이 필요해져 분해 에너지 효율이 나쁘다. 그러나, 산화티탄 과립체의 양에 대하여 폐플라스틱 및/또는 유기물의 양이 많으면 산화티탄 과립체의 접촉 분해 능력을 넘는 처리물은 미분해 가스가 된다거나, 또는 산화티탄 표면을 유기물이 덮어 활성을 없애버리므로 분해할 수 없게 된다.
그래서 산화티탄 과립체와 처리하는 폐플라스틱 및/또는 유기물의 양을 알맞게 함으로써 분해 반응열을 이용하여 산화티탄의 분해에 적당한 온도를 유지하고, 외부로부터의 에너지를 최소로 할 수 있는 한편, 분해에 적당한 온도를 넘는 반응열은 반응조를 냉각 제어 함으로써 열을 회수하여 재이용할 수 있다. 예를 들면, 증기, 탕에서의 열 회수가 가능하다. 따라서, 회수된 열은 공장 설비의 급탕관계(plant facilities) 또는 해설(melting snow) 등에 이용할 수 있다. 그러나, 이것들의 이용에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 산화티탄 과립체 100kg에 대한 1시간 당 폐플라스틱 처리량은 3.0 ~ 40.0kg, 바람직하게는 6.0 ~ 35.0kg이다.
상기 최적 처리량은 이하 실시예 4의 결과에 의해 얻어진 것이다.
본 발명에 관계되는 분해장치 및 분해 시스템에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에 설명하는 구동원, 블로어 또는 스크류 피더 외 자명한 기술에 대해서는, 그 도시 또는 설명은 생략할 경우가 있다. 또한, 당해 분해장치의 형상, 각 요소의 장치 및 척도에 대해서는 설명의 편의를 우선하여 도시하고, 실질적인 것에는 도시하지 않는다.
도 15, 16에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 폐플라스틱·유기물 처리 수단 (1)(실시예 9)은 촉매(2)를 내부로 순환시키는 반응조(3)와, 반응조(3)에 투입되는 폐플라스틱·유기물(4)을 촉매(2)와 함께 순환시키는 순환 수단(5)과, 촉매(2) 및 폐플라스틱·유기물(4)을 교반하는 교반 수단(6)과, 투입구(7)를 최소한 갖춘다. 게다가, 담체 가스(공기) 공급 수단으로서 송풍 블로어(19), 분해 반응에 필요한 열을 공급하는 가열 수단(9), 송풍 챔버(air-blowing chamber; 10), 촉매 순환을 원활하게 하기 위한 칸막이 벽(partition wall; 11), 촉매의 흐름을 바꾸기 위한 패들(paddle; 12), 배기구(vent opening; 39)도 적당하게 갖춘다. 또한, 큰 덩어리의 금속·무기물을 반응조로부터 직접 회수하는 수단인 금속·무기물 취출구(discharge opening; 18)를 갖춘다.
순환 수단(5)은 도 16(1)에 나타낸 바와 같이, 구동원에 의해 회전하는 회전축에 나선형 날개를 설치하고 반응조에 회전축을 삽입하여 이루어진 2개의 스크류 피더이고, 또한 그 2개의 스크류 피더는 반응조 내에 실질적으로 수평자세로 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 도 16(1) 중의 화살표는 시계방향의 촉매 순환 방향을 표시하고 있으나, 당연히 상기 2개의 스크류 피더의 회전방향을 바꿈으로써 반시계 방향의 촉매순환 방향으로 할 수도 있다. 또한, 회전축(14)은 모터 등의 구동원 M에 의해 회전된다.
또한, 도 16(1) 중에는 촉매의 흐름을 바꾸기 위한 2개의 패들(12)을 반응조의 대각선 상에 설치하였으나, 촉매의 흐름을 바꿀 수 있는 수단이라면 특별히 패들에 한정되지 않는다.
게다가, 도 16(2)과 같이 4개의 스크류 피더가 반응조 내에 실질적으로 수평자세로 설치되어 있다면 촉매를 순환시킬 수 있다.
덧붙여서, 도 16(3)과 같이 반응조의 형상을 타원 형상으로 한다면, 2개의 스크류 피더만으로 촉매 순환을 달성할 수도 있다.
더욱 덧붙여서, 도 16(5)와 같이 3개의 스크류 피더가 반응조 내에 실질적으로 수평자세로 설치되어 있다면 촉매를 순환시킬 수 있고, 또한 분쇄하지 않은 폐플라스틱·유기물(고형 폐플라스틱·유기물)을 고형 폐플라스틱·유기물 투입구(24)로부터 투입하여, 반응조(3) 내의 고형 폐플라스틱·유기물 분해부(25)에서 분해할 수 있다.
또한, 순환 수단(5)을 스크류 피더로 한 경우에는, 나선형 날개(21)(참조 도 21)가 순환 공정과 동시에 촉매(2)와 폐플라스틱·유기물(4)의 교반도 행하므로, 교반 수단(6)이 된다. 즉, 스크류 피더는 순환 수단(5)과 교반 수단(6)의 양방을 제공한다. 게다가, 나선형 날개(21)에는 적당한 보조장치가 설치되어 있다.
또한, 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단(15)을 상기 분해 수단에 설치할 수 있다. 그 분리·회수 수단(15)은 도 16(1)에 나타낸 바와 같이 촉매(2)의 최대 지름이 통과할 수 있을 정도의 구멍을 가지는 철망(16)을 반응조(3)의 순환 공정 중 어느 위치에라도 끼워넣어도 된다. 그러나, 바람직하게는 순환 공정의 종료 부근에 끼워넣는다. 그리고, 철망에 걸린 금속·무기물을 회수할 수 있는 포켓(17)을 그 철망(16)과 접속한다. 여기에서, 그 철망(16)은 포켓(17)보다도 높은 위치로 설정함으로써(철망으로부터 포켓에 경사를 주는 것) 철망에 걸린 금속·무기물은 포켓(17)에 자동으로 미끄러져 떨어지거나, 그 철망(16)을 모터 등에 의해 진동시킴으로써 철망에 걸린 금속·무기물을 포켓(17)으로 떨어뜨리는 것으로도 금속·무기물을 회수할 수 있다. 게다가, 포켓(17)은 2단 셔터로 되어 있고, 분해반응 중에 수시로 금속·무기물을 회수할 수 있다. 그러나, 금속·무기물이 어느 정도 모여졌을 때 포켓(17)으로부터 금속·무기물을 회수하면 된다.
따라서, 본 발명에서는 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단(15)이 금속·무기물을 그 포켓(17)들로부터 분리·회수할 때 순환 수단(5) 및/또는 교반 수단(6)을 정지시킬 필요가 없으므로, 페플라스틱·유기물의 처리량을 높게 유지시킬 수 있다. 게다가, 분리·회수 수단이 금속·무기물을 선별할 때 반응조(3)를 개방할 필요가 없으므로, 해당 분해장치 및 분해 시스템의 열효율을 높게 유지할 수 있다. 그러나, 당연히 반응조(3)를 일단 개방한 후에 금속 및/또는 무기물 분리·회수를 할 수도 있다.
덧붙여서, 폐플라스틱·유기물(4)에 고가의 금속이 혼재되어 있는 경우에 있어서, 그 금속을 효율적으로 회수하는 방법으로 금속·무기물 취출구(18)를 사용한다. 예를 들면, 미리 고가의 금속이 혼재되어 있는 폐플라스틱·유기물(4)을 촉매 순환의 방해가 되지 않는 형상(예: 입방체, 다면체)의 철망(촉매(2)는 통과 가능한 정도의 철망)에 넣은 상태로 투입구(7)로부터 투입하고, 상기 구체 형상의 철망은 반응조를 순환하는 공정에서 그 철망 중에 걸린 폐플라스틱·유기물은 기화되나, 기화되지 않은 금속은 철망 중에 잔존한다. 그리고, 상기 형상의 철망은 금속·무기물 취출구(18)로부터 직접 회수한다. 이에 의하여 그 구체 형상의 철망 중에 잔존하는 금속을 고효율적으로 회수할 수 있다.
게다가, 상기의 경우와는 다르게 회수하는 금속의 지름이 촉매(2)의 지름보다 작은 경우는, 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단(15)으로서, 실시예 9에서는 도 16(4)의 오목한 부분(13)의 가장 낮은 위치, 이하 실시예 10, 11에서는 귀환경로(20)의 가장 낮은 위치에 철망을 설치하는 것이 바람직하다. 철망 밑에 금속 수집 용기를 전치한다면 자동적으로 폐플라스틱·유기물(4)로부터 분리된 금속을 수집할 수 있다.
이상에 의해, 본 발명의 분해장치는 우수한 금속 및/또는 무기물 분리·회수 방법도 제공한다.
본 발명의 상기 실시예의 일 양태에서는 도 16(4)에 나타낸 바와 같이, 촉매(2)의 최대 지름이 통과할 수 있을 정도의 구멍을 가지는 철망(16)을 분해 수단(1)의 윗면으로부터 보아 오른쪽 전측에 설치한다(또한, 도 16(4)에서는 철망(16)을 도시하지 않음). 그리고, 그 철망(16)의 주변 부근은 오목한 부분(13)으로 되어 있다. 그 오목한 부분(13)은 투입구(7)와 연결되어 있다. 또한, 그 오목한 부분(13)에는 투입구(7)로부터 투입되는 폐플라스틱·유기물(4)을 오목한 부분(13)으로부터 분해 수단(1)의 윗면으로 부터 보아 왼쪽 전측으로 순환시키기 위한 순환 수단(5)(D)을 설치한다. 또한, 패들(12)은 분해 수단(1)의 윗면으로부터 보아 왼쪽 전측, 오른쪽 깊은 곳에 설치되어 있다. 당연히 각 배치는 도 16(4)의 기재에 한정되지 않는다.
상기 실시 양태에서는 상기 철망(16)의 구멍 구경에 따라 체로 치는 조작이 행해지고, 그 철망(16)의 상부에 잔치된 금속·무기물은 포켓(17)으로 회수되며, 한편 촉매(2)는 체 치는 조작으로 오목한 부분의 하부로 걸러내지고, 순환 수단(5)(D)에 의해 새롭게 투입된 폐플라스틱·유기물(4)과 함께 반응조(3) 내를 순환한다.
본 발명에서의 순환 수단(5)(D)의 원동력은 스크류 피더, 컨베이어(conveyer), 특히 버킷 컨베이어(bucket conveyer), 패들, 피스톤(piston) 등을 사용할 수 있으나, 특별히 한정되지는 않는다.
여기에서, 투입구(7)와 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단(15)의 위치는 서로 주변에 있어도 되고, 원하는 바대로 반대쪽에 설치하여도 된다. 바람직한 태양의 하나에서는, 서로 근처에 설치한다. 이것은, 투입된 직후의 폐플라스틱·유기물을 분해하기 위해서는 분해 도중의 폐플라스틱·유기물이 혼입되지 않은 촉매(2)가 바람직하기 때문이다. 본 발명의 폐플라스틱·유기물의 분해장치는 순환된 후의 촉매(2)(분해 도중의 폐플라스틱·유기물이 혼입되지 않은 촉매)를 새롭게 투입시킨 폐플라스틱·유기물과 반응시킬 수 있는 장치이다. 이것에 의하여, 종래의 분해장치와는 달리 고효율로 폐플라스틱·유기물을 분해할 수 있다.
또한, 본 발명의 분해 수단(1)에서는 바람직하게는 폐플라스틱·유기물(4)을 반응조(3)의 상부로부터 촉매(2)의 표면에 투입하는 것이 아니라, 도 15에 나타낸 바와 같이 투입구(7)로부터 순환하고 있는 촉매(2)의 내부로 투입하는 것이 바람직하다. 본 발명자들은 폐플라스틱·유기물(4)을 촉매(2)의 내부로 직접 투입함으로써, 고효율 분해 효과를 가지는 것을 발견하였다. 그러나, 본 발명의 분해 수단(1)에서는 폐플라스틱·유기물(4)을 반응조(3)의 상부인 투입구(8)로부터 촉매(2)의 표면에 투입하여도 분해할 수 있다.
게다가, 본 발명의 분해 수단(1)에서는 상기 어느 하나의 투입 방법을 실시 가능하도록 하기 위하여 2 이상의 투입구를 가져도 된다. 덧붙여, 투입구(7, 8)는 폐플라스틱·유기물(4)의 투입만으로 이용되는 것이 아니라, 촉매(2)의 투입구로서도 이용할 수 있다.
도 17에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 다른 폐플라스틱·유기물 처리 수단(1)(실시예 10)은 촉매(2)를 내부에 축적하는 반응조(3)와, 반응조(3) 내에 투입되는 폐플라스틱·유기물(4)을 촉매(2)와 함께 순환시키는 순환 수단(5) (A), (B), (C)와, 촉매(2) 및 폐플라스틱·유기물(4)을 교반하는 교반수단(6)과, 투입구(7), 귀환경로(20)를 최소한 갖춘다. 게다가, 담체가스(공기) 공급 수단으로서의 송풍 블로어(19), 송풍 챔버(10), 분해반응에 필요한 열을 공급하기 위한 가열 수단(9), 배기구(39)도 적절하게 갖춘다.
반응조(3)의 내부는 도 17에 나타낸 것과 같이, 제1단조(31)와 제1단조(31) 보다 높게 배치된 제2단조(32)로 구분되어 있다. 제1단조(31)는 그 세로 방향(longitudinal direction)의 한쪽(도 17의 좌측)을 상류단(upstream end; 33)으로 하고, 다른 방향(도 17의 우측)을 송출단(discharge end; 34)으로 한 통기성 바닥재(permeable bottom; 35)를 반응조(3)의 내부에 고정시킨 것이다. 제2단조(32)는 그 세로 방향의 한쪽을 하류단(downstream end; 36)으로 하고, 다른 방향을 송입단(charge end; 37)으로 한 제2의 통기성 바닥재(38)를 반응조(3)의 내부에 고정시킨 것이다.
순환 수단(5) (A)는 도 17에 나타낸 것과 같이, 나선형 날개(21)를 가지는 회전축(14)을 제1단조(31)의 내측에 그 세로 방향에 따라 수평 자세로 삽입한 스크류 피더이다. 순환 수단(5) (B)는 나선형 날개(21)를 가지는 회전축(14)의 하단부를 제1단조(31)의 송출단(34)에 근접하게 하는 한편, 회전축(14)의 상단부를 제2단조(32)의 송입단(37)에 근접하는 기립 자세로 한 스크류 피더이다. 순환 수단(5) (C)는 제2단조(32)의 내측에 설치되어 있다는 점을 제외하고는 상기의 순환 수단(5) (A)와 동일하다. 반송 수단(5) (A), (B), (C) 각각의 회전축(14)은 모터 등의 구동원 M에 의해 회전된다.
도 18에 나타낸 것과 같이, 제1, 제2의 통기성 바닥재(35, 38)는 각각 윗 방향으로 열린 원호의 단면 형성을 가지는 금속 메쉬이다. 금속 메쉬는 촉매(2)를 받아들일 수 있으며, 한편 기체의 통과를 허용하는 재료이다. 그러나, 통기성 바닥재는 금속 메쉬에 한정되지 않는다. 제1, 제2의 통기성 바닥재(35, 38)의 사이는 칸막이 벽(30)으로 차단되어 있으나, 이들의 윗쪽은 서로 개방되어 반응조(3)의 내부로 연결되어 있다. 또한, 제1, 제2의 통기성 바닥재(35, 38) 각각의 아랫쪽에는 송풍 챔버(10)가 구획되어 있다.
덧붙여, 도 17에 나타낸 것과 같이 제1단조 보다도 제2단조를 높게 배치함으로써, 촉매를 제2단조의 하류단으로부터 제1단조의 상류단까지 되돌리는데, 예를 들면 컨베이어 또는 스크류 피더 등을 이용하여 강제적으로 실행하지 않아도 된다. 또한, 귀환경로(20)는 제1단조(31)의 상류단(33)과 제2단조(32)의 하류단(36)을 접속하는 슈트(chute)이다.
또한, 도 18은 나선형 날개(21)의 도시를 생략하고, 순환 수단(5) 각각의 회전축(14)에 교반 수단으로서 설치된 익렬(blade row; 22)을 나타내고 있다. 익렬(22)은 3장의 날개(81)를 120도의 피치(pitch)로 회전축(14)에 고정한 것이다. 이와 같이, 순환 수단(5)이 폐플라스틱·유기물(4)을 촉매(2)와 함께 순환(순환 수단)함과 동시에, 촉매(2)와 폐플라스틱·유기물(4)을 양호하게 교반(교반수단)할 수 있다. 이에 의하여, 촉매(2)가 가루 형상인지 또는 알갱이 형상인지에 상관 없이, 촉매(2) 및 폐플라스틱·유기물(4)이 나선형 날개(21) 사이에서 덩어리지는 것을 방지할 수 있다. 게다가, 바람직하게는 나선형 날개(21)에 보조 날개가 설치되어 있다.
또한, 실시예 9의 폐플라스틱·유기물 처리 수단과 동일하게 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단(15)으로서 촉매(2)의 최대 지름이 통과할 수 있을 정도의 구멍을 가지는 철망(16)을 귀환경로(20)에 끼워도 된다. 이에 의하여, 실시예 9와 동일하게 금속 및/또는 무기물을 분리·회수할 수 있다.
또한, 도 19에 나타낸 것과 같이, 새로운 다른 폐플라스틱·유기물 처리 수단(1)(실시예 11)은 세로 방향의 한쪽을 상류단(33)으로 하고, 다른 방향을 하류단(36)으로 한 긴 반응조(3)의 내부에 순환 수단(5) 및 도면에 표시되어 있지 않은 교반 수단(6), 투입구(8), 귀환경로(20)를 적어도 갖춘다. 게다가, 담체가스(공기) 공급 수단으로서 송풍 블로어(19), 분해반응에 필요한 열을 공급하는 가열 수단(9), 송풍 챔버(10), 배기구(39)도 바람직하게는 갖춘다.
그리고, 상류단(33)과 하류단(36)과의 사이에 촉매(2)를 순환시킨다. 반응조(3)의 투입구(8)로부터 상류단(33) 부근으로 투입되는 폐플라스틱·유기물(4)을 촉매(2)와 함께 순환 수단(5)에 따라 반응조(3)의 상류단(33)으로부터 하류단(36)으로 향하여 순환시키면, 이 공정에서 폐플라스틱·유기물(4)을 기화시킬 수 있다. 동일한 도면에는 반응조(3)가 수평자세로 나타나 있으나, 상류단(33)보다도 하류단(36)이 높게 되도록 반응조(3)를 경사지게 만들어도 된다. 이 경우, 순환 수단(5)에 의해 하류단(36)까지 반송된 촉매(2)를 자동으로 귀환경로(20)를 추락시켜 상류단(33)까지 되돌려 보낼 수 있다.
또한, 촉매(2)는 순환 수단(5)에 따라 상류단(33)으로부터 하류단(36)으로 향하여 순환되는 것으로, 하류단(36)에 도달한 촉매는 귀환경로(20)로 안내되어 상류단(33)으로 되돌아간다. 이것에 의하여, 촉매를 반응조의 내부에 순환시킬 수 있으므로, 새롭게 반응조에 투입되는 폐플라스틱·유기물을 동일하게 촉매의 작용에 기초하여 더욱 기화시킬 수 있다.
또한, 도 19에서는 하류단(36)에 도달한 촉매는 스크류 피더에 의해 상류단(33)으로 되돌아가지만, 패들, 버킷 컨베이어, 피스톤 등도 이용할 수 있다.
또한, 도 20에 나타낸 것과 같이 새로운 폐플라스틱·유기물 처리 수단(1)(실시예 12)은 도면의 윗면을 상류단(33)으로 하고 도면의 하면을 하류단(36)으로 하는 반응조(3), 폐플라스틱 및/또는 유기물을 배치 가능한 바구니(cage; 40), 그 바구니를 반응조(3) 내부로 투입하기 위한 투입구(41), 귀환경로(20)를 적어도 갖춘다. 게다가, 담체가스(공기) 공급 수단으로서 송풍 블로어(19), 분해반응에 필요한 열을 공급하는 가열 수단(9), 낙하하는 촉매량을 제어하는 망(42), 배기구(39)도 바람직하게는 갖춘다.
여기에서, 상류단(33), 하류단(36)의 주변에는 촉매를 균일하게 하기 위한 교반 장치를 갖추어도 된다. 게다가, 도 20에서는 담체가스는 직접 반응조 내부에 공급되지만, 상기 실시예 9 ~ 11과 같이 송풍 챔버를 통하여 반응조 내부로 공급되어도 된다. 덧붙여, 배기구(39)는 촉매를 반응조에 투입하기 위한 투입구의 역할도 겸한다. 그러나, 별도로 촉매 투입구를 설치하여도 된다.
폐플라스틱·유기물을 포함하는 바구니(40)를 투입구(41)를 통하여 반응조(3) 내에 배치한다. 다음으로, 촉매가 상기 반응조(3)의 상류단으로부터 하류단으로 낙하하는 공정에서, 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물은 상기 촉매와 접촉하고 기화된다.
또한, 촉매(2)는 상류단(33)으로부터 하류단(36)으로 낙하(순환)되므로, 하류단(36)에 도달한 촉매는 귀환경로(20)로 안내되어 상류단(33)으로 되돌아간다. 이것에 의하여, 촉매(2)를 반응조(3)의 내부로 순환시킬 수 있다. 또한, 하류단(36)에 도달한 촉매(2)가 귀환경로(20)로 안내되어 상류단(33)으로 되돌아가는 원동력은 구동원에 의해 회전하는 회전축에 나선형 날개를 설치하고, 상기 귀환경로에 상기 회전축을 삽입시켜 만들어지는 스크류 피더이다. 그러나, 특별히 한정되지는 않으며, 다른 원동력으로는 버킷 컨베이어 등을 들 수 있다.
여기에서, 폐플라스틱 및/또는 유기물을 배치 가능한 바구니(40)로는 바람직하게는 철망이며, 흘려보내는 촉매(2)는 통과 가능하나 투입된 폐플라스틱·유기물은 통과 불가능하며, 게다가 폐플라스틱에 혼재하거나 그 적어도 한 부분에 증착되고 또는 점착된 금속·무기물은 통과 불가능하게 하는 망이다. 게다가, 촉매(2)와 폐플라스틱·유기물을 효율 좋게 접촉시키기 위하여, 바구니(40)는 반응조(3) 내에서 회전 및/또는 진동시켜도 된다.
그러나, 미소한(fine) 폐플라스틱·유기물이 바구니(40)를 통과하여 하류단(36)으로 낙하하여도 하류단(36)에 도달한 촉매(2)의 작용이 폐플라스틱·유기물을 기화시킨다.
여기에서, 낙하하는 촉매량을 제어하는 망(42)은, 바람직하게는 철망이고, 촉매(2)를 상류단으로부터 하류단으로 균일하게 낙하시킨다. 바람직하게는, 망(42)은 2장 이상의 철망으로 구성되고, 복수의 철망을 슬라이드시킴으로써 촉매 유하량을 제어할 수 있다.
도 20에 나타낸 것과 같은 실시예 12의 폐플라스틱·유기물 처리 수단(1)은 상기 실시예 9 ~ 11의 폐플라스틱·유기물 처리 수단(1)과는 달리, 폐플라스틱·유기물과 촉매와의 교반 수단을 필요로 하지 않는다. 이것에 의하여, 반응조(3)의 크기를 종래의 분해장치의 반응조와 비교하여 작게 만드는 것이 가능하다. 게다가, 폐플라스틱·유기물을 파쇄하는 일 없이 투입구(41)를 통하여 반응조(3)의 바구니(40) 내로 배치할 수 있다. 이것에 의하여, 폐플라스틱·유기물을 패쇄하기 위한 파쇄 장치를 필요로 하지 않는다.
덧붙여서, 도 20에 기재된 폐플라스틱·유기물 처리 수단(1)을 실시예 9(참조 : 도 16 (1) ~ (5))와 같이 수평 방향으로 할 수 있다. 이 경우에는, 촉매(2)를 순환시키기 위하여 순환 수단인 스크류 피더를 이용한다. 게다가, 폐플라스틱·유기물(4)을 포함하는 바구니(40)를 회전시키면서 촉매(2)를 반응조(3)에서 순환시켜도 된다. 이것에 의하여, 폐플라스틱·유기물(4)과 촉매(2)의 접촉 효율을 높일 수 있으므로, 효율적인 페플라스틱·유기물(4)의 분해를 실시할 수 있다.
상기 중 어느 한 실시예의 폐플라스틱·유기물 처리 수단에서라도, 스크류 피더에는 다음의 이점이 있다. 순환 수단(5)과 교반 수단(6)을 동시에 실행할 수 있다. 또한, 촉매(2)가 가루 형상이거나 알갱이 형상인에 관계없이, 스크류 피더는 촉매(2)를 체류시키지 않고 확실하게 순환시킬 수 있다. 또한, 반응조(3)에 축적시키는 촉매(2)의 용적을 증대시키면, 이것을 회전시키는데 과대한 토크(torque)를 필요로 하는 것에 대하여, 스크류 피더는 종래의 예의 교반날개와 비교하여 회전축(14)을 회전시키는 토크의 증대량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 순환 수단(5) 및/또는 교반 수단(6)으로서 스크류 피더를 적용하는 것은 폐플라스틱·유기물 처리 수단(1)의 반응조(3)의 용량을 증가시키는데 유익하다.
그 이외의 실시 양태로서, 자체 공지의 로터리 킬른(rotary kiln), 반응조 내에 복수의 패들을 설치한 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치도 본 발명에 포함한다.
상기 중 어느 한 실시예의 가열 수단(9)은 송풍 블로어(19) 등의 담체가스 공급 수단에 의해 공급된 공기 등을 가열하는 것이다. 즉, 가열 수단(9)은 송풍 블로어 등으로 공급된 공기가 송풍 챔버(10)로 보내지는 공정에서, 그 공기를 가열함으로써 분해반응에 필요한 촉매 활성 온도까지 촉매를 가열하는 움직임을 행한다. 또한, 열원(heating means)은 전기가 바람직하나, 특별히 제한되지는 않는다. 도 17을 사용하여 설명하면, 이 열풍은 송풍 챔버(10)로 보내져서 제1의 통기성 바닥재(35)로부터 반응조(3)의 내부로 상승한다. 그러나, 가열 수단은 분해반응의 초기에서 촉매(2)를 촉매활성 온도까지 올리는 데 필요하나, 분해반응이 진행되면 폐플라스틱·유기물의 분해열에 의해 촉매활성 온도가 유지되므로, 그 후 가열 수단은 특별히 필요하지 않다. 그러나, 발열량이 적은 폐플라스틱·유기물(4)을 분해하는 경우에는 송풍 블로어(19)로부터 공급되는 공기를 필요에 따라 가열 수단(9)에 의해 가열함으로써 반응조(3)에 열을 공급한다.
또한, 상기 중 어느 한 송풍 챔버(10)는 이른바 담체가스 공급조와 반응 초기에 필요한 열을 공급하는 조의 2가지의 역할을 한다. 또한, 송풍 챔버(10)의 존재에 의해 제1 통기성 바닥재(35)에 복수의 구멍을 가지게 함으로써, 송풍 블로어(19) 등으로부터 공급된 담체가스를 촉매 내부 전체에 균일하게 담체가스를 공급 분산할 수 있다.
본 발명의 폐플라스틱·유기물 처리 수단(1)에서는 단속적으로 구절되어 있지 않은(intermittently divided) 나선형 날개가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 나선형 날개의 사이에 작은 보조날개을 설치하여도 된다. 가장 바람직하게는 나선형 날개에 작은 보조 날개(85)를 설치한다. 보조날개(85)의 존재에 의하여 촉매(2)와 폐플라스틱·유기물(4)의 접촉 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
그 외, 실시예 중 어느 한 교반 수단은 단속적으로 구절된 나선형 날개여도 된다. 즉, 도 21(a)에 나타낸 것과 같이, 나선형 날개의 적당한 곳에 복수의 절결부(notch; 82)를 만들면, 분립상(powdery or granular) 촉매(2) 및 폐플라스틱·유기물(4)이 순환되는 도중에 그 일부가 절결부(82)를 통과한다. 이것에 의하여, 분립상 촉매(2) 및 폐플라스틱·유기물(4)의 교반이 시작되므로, 순환 수단(5)과 교반 수단(6)의 역할도 달성하게 된다. 또는, 동일한 도면 (b)에 나타낸 것과 같이, 교반 수단(6)은 회전축(14)을 중심으로 회전하면서 분립상 촉매(2) 및 폐플라스틱·유기물(4)에 추진력을 부여하는 복수의 축류 날개(axial flow blades; 83)여도 된다. 이 경우, 나선형 날개를 생략하여도 된다. 또한, 회전축(14)의 적절한 곳에 튀어나온 부분(projected piece; 84)을 설치하여도 된다.
게다가, 본 발명의 폐플라스틱·유기물의 분해장치에서는 상기 폐플라스틱·유기물 처리 수단에 더하여 산화촉매 처리 수단을 포함하고, 더욱 바람직하게는 석회중화 처리 수단을 포함한다.
또한, 본 발명의 분해장치에서는 하기 중 어느 하나 이상의 수단을 가질 수 있다(참조 도 22).
(1) 알루미나 촉매 처리 수단
본 발명의 폐플라스틱 분해방법 또는 분해장치에는 산화촉매 처리 공정 전에 「알루미나 촉매 처리 수단」을 도입하는 것이 바람직하다. 알루미나 촉매 처리 수단은 산화 촉매에 Si, Mg, Cr, Pb, Fe 등, 또는 더스트(먼지) 등이 부착하는 것을 방지하는 것이다. 또한, 알루미나 촉매는 산화 촉매조의 전단에 설치하는 것이 바람직하다. 별도의 알루미나 촉매조를 설치하여도 된다. 또한, 알루미나 촉매의 가열온도는 바람직하게는 350도 이상에서 실행하는 것이 좋다.
(2) 파쇄 수단
본 발명의 파쇄 수단은 폐플라스틱·유기물 처리 수단의 반응조에 폐플라스틱·유기물을 적당한 크기(조각)로 파쇄하기 위한 수단(장치)이다. 따라서, 폐플라스틱·유기물을 파쇄할 수 있는 수단이라면 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 바람직하게는 골판지 상자를 그대로 파쇄할 수 있는 용량, 특히 의료 분야의 감염성 처리물의 처리를 할 경우에는 2단 셔터가 부착된 살균등(sterilization lamp)이 부착된 것이 바람직하다.
(3) 담체가스 공급 수단
반응조에 공급하는 담체가스로는 산소가 바람직하나, 통상의 공기가 사용된다. 또한, 필요에 따라서 불활성 가스를 이용하여도 된다. 또한, 담체가스의 공급 방법은 송풍 블로어(19) 등을 사용하고, 바람직하게는 산화티탄 과립체의 내부 전체에 균일하게 분산 공급한다. 공급량은 분해 유기물의 산화 분해에 필요한 산소량을 포함하는 상온 공기로, 이론 산소 필요량(theoretically required oxygen amount)의 1.3배 ~ 4.0배가 바람직하다. 게다가, 분해 효율에 있어서 1.6배 ~ 3.0배가 좋다. 또한, 블로어 등을 이용할 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다.
예를 들면, 반응조(3)의 아랫부분에 복수의 구멍을 만들고, 거기로부터 산소 등을 공급하는 방법 등이다. 또한, 본 발명의 폐플라스틱·유기물 처리 수단은 반응조의 아랫부분에서 복수의 구멍으로부터 담체가스, 바람직하게는 공기를 순환하고 있는 촉매의 내부로 직접 공급함으로써, 종래 반응조의 상부에서 담체가스를 공급하는 방법보다 각별히 분해 효율이 향상된다.
집진 수단
본 발명의 집진 수단은 폐플라스틱·유기물 처리 수단의 반응조로부터 배출되는 비산된 금속·무기물 및/또는 촉매를 회수한다. 또한, 회수된 촉매를 재이용할 수도 있다. 또한, 바람직하게는 도 22에도 나타낸 것과 같이, 집진 수단은 석회중화 수단을 사이에 두고 2개가 있는 것이 바람직하다. 게다가, 제1집진 수단은 사이클론 집진 수단(장치), 제2집진 수단은 백필터 장착 집진 수단(장치)이 바람직하다.
(4) 사이클론 집진 수단(제1집진 수단)
제1집진 수단에서 회수된 촉매는 사이클론에 모이고, 반응조에 연결되어 있는 순환경로에 의해 반응조에 되돌림으로써 촉매의 순환에 이용할 수 있다. 또한, 본 발명자들은 실험 결과에 의해 제1집진 수단에서 약 95% ~ 약 99%의 촉매가 회수될 수 있다는 것을 확인하였다.
(5) 백필터 장착 집진 수단(제2집진 수단)
제2집진 수단에서 회수된 촉매가 미세한 분말이라면, 미세한 분말 촉매를 굳힘으로써 원하는 입경으로 만든 후, 반응조에 되돌릴 수도 있다.
(6) 열교환 수단
이산화탄소와 미량의 수분을 포함한 열풍으로부터 열교환을 통하여 열을 회수하는 수단이다. 또한, 얻어진 열원은 가열 수단에 이용할 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 공급하는 공기를 가열하는 프리히터(preheater)에 이용한다던지 공장 설비의 급탕관계 또는 융설 등에 이용할 수 있다.
(7) 프리히터 수단
산화 촉매 처리의 전에는 히터 수단에 의해 프리히터(전보온)를 행하는 것이 바람직하다. 농도가 낮은 가스가 흐른다던지 분해조에서의 발열이 낮은 경우에 산화 촉매를 확실하게 반응시키는데 적절하다.
(8) 배기 블로어 수단
폐플라스틱·유기물이 분해되어 생성된 안전한 탄산가스, 미량의 수분을 포함하는 공기를 본 발명의 폐플라스틱·유기물의 분해장치 바깥으로 배출하는 수단이다.
(9) 냉각 수단
반응조 내가 촉매의 최적활성 온도 영역을 넘은 경우에, 반응조의 촉매를 냉각하는 수단이다. 냉각하는 방법은 바람직하게는 냉각수를 반응조의 외주(external) 또는 내주(internal)로 흘림으로써 반응조로부터의 열을 회수하는(바람직하게는 잠열을 이용하거나 냉각수를 데운다) 방법이지만, 특별이 한정되지 않으며, 날개 등에 냉각수를 흘릴 수도 있다.
(10) 열회수 수단
상기 냉각수로부터 얻은 열을 보존 또는 이용하는 수단이다. 회수된 열은 공장설비의 급탕관계 또는 융설 등에 이용할 수 있다. 그러나, 이것들의 이용에 한정되는 것은 아니다.
(11) HCl 연속 측정 수단
HCl이 석회중화 처리 수단에서 흡수 제거되고 있는가를 확인하기 위한 수단이다. 즉, 일정 이상의 HCl 농도를 본 발명의 폐플라스틱·유기물의 분해장치 바깥으로 배출하는 것을 방지하는 수단이다.
(12) CO 연속 측정 수단
CO가 산화촉매 처리 수단에서 이산화탄소로 변환되고 있는가를 확인하기 위한 수단이다. 즉, 일정 이상의 CO 농도를 본 발명의 폐플라스틱·유기물의 분해장치 바깥으로 배출하는 것을 방지하는 수단이다.
(13) 경보 수단
본 발명의 분해장치는 법 규제 기준 내에서 안전한 운전을 행하고 있으나, 안전한 범위를 약간 초과한 경우에도 운전이 멈춘다. 즉, 상기 HCl 연속 측정 수단 및/또는 CO 연속 측정 수단에서 측정 중에 약간 기준값 이상의 CO, HCl 농도가 검출된 경우에 이상을 알리는 수단이다. 바람직하게는, 이상을 검출한 경우에는 안전 수단(장치)을 통하여 외부로 유해 가스를 배출하지 않는다.
본 발명의 폐플라스틱·유기물의 분해 시스템
본 발명의 폐플라스틱·유기물 분해 시스템은 상기 중 어느 하나에 기재된 분해장치를 사용하고, 더욱 바람직하게는 촉매의 사용 및/또는 바람직한 분해조건을 사용하여 폐플라스틱·유기물의 분해를 실행하는 것을 의미한다.
또한, 본 발명의 폐플라스틱·유기물의 분해 시스템에서는 도 23에 기재된 배치식의 반응조(batchwise reactor)를 가지는 종래 유기물 처리 수단을 포함하는 분해장치를 사용하고, 더욱 바람직하게는 촉매의 사용 및/또는 바람직한 분해조건을 사용하여 폐플라스틱·유기물의 분해를 행할 수 있다(도 6 참조).
게다가, 본 발명의 폐플라스틱·유기물의 분해방법 또는 분해 시스템에는, 예를 들면, 처리하는 폐플라스틱이 폴리염화비닐, 폴리우레탄, 테플론(등록상표) 등, 다양한 의료 폐기물 플라스틱인 경우에는 처리공정 중에 염화수소, 유황 화합물, 불화수소, 시안가스, 질소 함유 화합물이 생성된다. 염화수소 등을 그대로 대기 중에 방출시킬 수는 없다. 따라서 「석회중화 처리 공정」 또는 「석회중화 처리 수단」을 도입한다.
석회중화 처리 공정이라는 것은 분해처리 공정 중에 발생하는 염화수소, 유황 화합물, 불화수소, 시안가스, 질소 함유 화합물 등을 대기중으로 방출시키지 않기 위하여 흡착 제거하는 것을 의미한다. 석회중화 처리 수단은 이것들을 대기중으로 방출시키지 않기 위하여 흡착 제거하는 수단(장치)을 의미한다.
상세하게는, 생석회(quicklime), 소석회(slaked lime) 또는 그 혼합물을 주성분으로 하는 석회재(limle material)이며, 그것을 다공질로서 사이즈가 2mm 이상으로 형성된 염화 수소 흡수재 펠릿(pellet of hydrogen chloride-absorber)을 제거 용기에 충진하고, 그 제거 용기에 상기 분해된 폐플라스틱 유래의 염화수소 등을 함유하는 기체를 통과시켜 염화수소 등을 반응 흡수시키는 것이다.
본 발명에서 말하는 석회재는 생석회, 소석회, 그 혼합물이어도 좋다. 이 석회재를 다공질의 펠릿 형상으로 하고, 2mm 이상의 크기로 만든 것을 이용하는 것이 좋다. 이 성형 방법은 자유이나, 물로 단련하여 건조시키는 것만으로도 좋고, 연성하여도 된다. 예를 들면, 석회재의 분말을 물과 혼합하고, 성형 가능할 만큼 단단하게 만들고, 압출기로부터 압출하여, 그것을 잘라 펠릿 형상으로 만드는 것 등이 있다.
펠릿의 형상은 자유이다. 공모양, 원반모양, 원주모양 그 이외 어떠한 형상이라도 좋다. 사이즈는 2mm 이상이다. 이 이하가 되면 분체(powder)에 가까워지고, 처리 풍량의 압력 손실에 따른 장치의 문제, 비산(emmition), 동반(entrainment)의 문제나 필터의 문제가 생긴다. 큰 것은 원칙적으로 사용할 수 있으나, 커지면 커질수록 효율은 나빠진다. 현실적으로는 10mm 이하가 적당하다. 발명자의 실험에서는 3mm ~ 7mm 정도가 적당하였다.
또한, 본 발명의 폐플라스틱의 분해방법의 「석회중화 처리 공정」에 이용하는 석회재는 바람직하게는 소석회보다 생석회가 좋다. 이러한 의견은 본 발명의 발명자들에 의한 각 석회재(작은 구멍이 있는 생석회, 소석회)를 사용한 염소 고정률의 측정결과에 따른 것이다(참조 : 도 2).
게다가, 석회재 중의 수분량(ppm)은 가능한 한 저하시킨 것이 좋다. 바람직하게는 20% 이하, 보다 바람직하게는 10% 이하이다. 이러한 의견은 본 발명의 발명자들에 의한 각 수분량의 석회재(소석회, 생석회)의 측정결과에 따른 것이다(참조 : 도 3).
게다가, 석회중화 처리 공정의 가열 온도는 바람직하게는 150도 ~ 500도, 보다 바람직하게는 200도 ~ 400도, 가장 바람직하게는 250도 ~ 350도 이다. 이러한 의견은 이론 염소 고정농도의 계산에 따른 것이다(참조 : 도 4). 종래, 염화수소 등을 흡착 처리하는 데에는 상온에서 소석회를 사용해 왔다. 소각로 등에서는 연소 후의 배기가스의 온도를 냉각하여 낮춤으로써 염화수소 등을 흡착 처리하였다. 또한, 소석회의 분말을 사용하기 위하여, 다루기 힘든 장치는 큰 면적의 교환식 백필터 등 규모가 큰 것이었다. 그러나, 본 발명의 석회재는 분해반응 후의 배기가스 온도를 그대로 흡착 제거 처리할 수 있는 것으로 하였다.
석회중화 처리 공정은 바람직하게는 석회중화 처리 장치(수단)를 사용한다. 석회중화 처리 장치로는 충전조를 이용한다. 충전조 상부로부터 펠릿이 하부로 향하여 낙하하고, 처리가 필요한 가스는 하부로부터 상부로 석회 펠릿과 접촉하면서 통과하는 것이다. 상부에는 펠릿의 스톡부, 하부에는 사용이 끝난 펠릿의 배출부가 설치되어 있다. 물론 반응용기의 층과는 셔터, 회전 밸브 등으로 차단되어 있다. 처리농도, 처리속도에 의해 배출량을 제어하여 사용한다. 장치에는 조해현상(deliquescence phenomenon)의 방지를 위해 히터가 설치되어 있다. 본 분해방법은 고온에서 처리하기 때문에 조해현상은 일어나지 않으나, 가열하지 않는 상태일 때를 위하여 바람직하게는 히터 공정을 설치한다.
게다가, 본 발명의 폐플라스틱·유기물 분해방법에는 「산화촉매 처리 공정」, 본 발명의 폐플라스틱·유기물 분해 시스템에는 「산화촉매 처리 수단」을 도입하여도 된다.
산화촉매 처리 공정이라는 것은 상기 가열된 산화티탄 과립체 촉매에 의해 분해된 폐플라스틱이나 유기물이라도 모두가 완전하게 분해된다고 할 수는 없다. 미반응물이나 중간 생성물이 그대로 반응용기를 빠져나갈 가능성이 있다. 이 때문에, 본 발명에서는 그 후의 공정으로서 산화촉매 처리에 따라서 더 산화 또는 분해하는 것이 바람직하다. 또한, 산화촉매 처리 공정은 바람직하게는 석회중화 처리 공정 후에 행한다.
산화촉매라는 것은 일반적으로 촉매가 없을 때 보다 낮은 온도인 한편 단시간에 산화, 분해반응을 일으키는 것이다. 이러한 산화촉매는 종래로부터 여러가지가 알려져 있으며, 시판도 되고 있다. 일반적으로 반응 온도는 200 ~ 500도에서 사용되나, 본 발명에서는 300도 이상이 좋고, 바람직하게는 350도 이상이다. 이것은 잡다한 폐플라스틱, 유기물 등을 분해한 경우, 단일의 미분해 가스가 발생한다고는 할 수 없으므로, 혼합된 미분해 가스를 완전 분해하기 위해서는 350도 이상이 바람직하다. 본 발명에서는 효율, 장치면의 유효성으로부터 벌집타입(honycomb type)이 바람직하다.
또한, 백금 촉매는 일산화탄소를 이산화탄소로 만드는 반응, 저급 탄화수소, VOC(휘발성 유기 화합물) 분해에 바람직하다. 또한, 팔라듐 촉매는 메탄가스 분해에 바람직하다. 본 발명에서는 팔라듐과 백금 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 처리 순서는 바람직하게는 팔라듐 촉매, 백금 촉매의 순서이다.
이 촉매 처리 전에는 프리히터 처리(전보온)를 실행하는 것이 바람직하다. 농도가 낮은 가스가 흐른다던지 분해조에서의 발열이 낮은 경우 산화 촉매를 확실히 처리하기 위함이다.
이 산화촉매는 일산화탄소나 탄화수소와 같은 미연물의 산화에 대하여 큰 효과를 가지는 것으로, 산소와 소정의 온도가 있다면 즉시, 동시에 대부분이 산화 분해된다. 일산화탄소라면 이산화탄소로, 탄화수소라면 이산화탄소와 물이 된다.
게다가, 본 발명의 폐플라스틱 분해방법에는 산화촉매 처리 공정으로 「알루미나 촉매 처리 공정」을 도입하는 것이 바람직하다. 알루미나 촉매 처리 공정이라는 것은 산화 촉매에 Si, Mg, Cr, Pb, Fe 등, 또는 더스트(먼지) 등이 부착하는 것을 방지하는 것이다. 또한, 알루미나 촉매는 산화 촉매조의 전단에 설치하는 것이 바람직하다. 별도의 알루미나 촉매조를 설치하여도 된다(참조 : 도 5). 또한, 알루미나 촉매의 가열 온도는 바람직하게는 350도 이상에서 행하는 것이 좋다.
이와 같이, 본 발명은 산화티탄에 따른 산화·분해와, 석회중화 처리에 따른 염화수소, 불화수소, 유황 화합물, 질소 함유 화합물 등의 제거, 알루미나 촉매 처리에 따른 더스트 등의 제거 및/또는 산화 촉매에 따른 추가 산화·분해를 조합시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 폐플라스틱·유기물의 분해방법 또는 분해 시스템의 흐름을 도 6에 나타내었다. 도 6에 기재한 바와 같이, 본 발명의 분해방법에서는 상기 기재의 공정에 더하여 공기공급 공정, 냉각수를 사용한 냉각 공정, 사이클론 분리기를 사용한 비산 산화티탄 회수 재사용 공정, 열교환기를 사용한 열교환 공정, 미세분말을 제거하는 집진 공정, 배기 블로어에 의한 배기 공정, 염화수소 검지기를 사용한 배출가스 안전 제어 공정, CO 검출기를 사용한 배출가스 안전 제어 공정을 도입할 수 있다.
당연히, 상기 각 공정을 삭제 또는 수정할 수 있다.
게다가, 본 발명의 폐플라스틱·유기물의 분해방법 또는 분해 시스템에는 「금속 및/또는 무기물 분리·회수 공정」을 도입하여도 된다. 상기 가열된 촉매에 의해 산화 또는 분해된 폐플라스틱·분해물에는 스테인레스나 철, 알루미늄이나 동 등의 금속, 무기물이 혼재되어 있다던가, 표면에 금속이 증착, 점착되어 있는 경우가 있다. 이러한 금속은 폐플라스틱·유기물과는 달리 분해되지 않고, 촉매에 혼입하여 반응용기에 축적된다. 따라서, 금속 및/또는 분리·회수 공정에서는 상기 금속을 촉매로부터 분리하고 회수한다. 폐기물에 한하지 않고 플라스틱 또는 유기물에 금속, 무기물이 하나가 되어 있는 물질은 많다. 본 발명은 그러한 플라스틱 또는 유기물과 금속, 무기물이 하나가 되어 있는 물질로부터 플라스틱 또는 유기물만을 분리하고, 금속, 무기물을 취출할 수 있다.
상기 금속 및/또는 무기물 분리·회수 방법으로는, 예를 들면 분해반응 용기 중에 과립 산화티탄 촉매의 최대 지름이 통과할 수 있을 정도의 구멍을 가지는 체를 설치한다. 그리고, 철망에 걸린 금속, 무기물만을 취출하면 금속, 무기물을 반응용기에 극력 잔류시킬 일이 없다. 또한, 금속, 무기물과 촉매의 비중차에 의해 양자를 분리하여도 된다. 촉매보다도 비중이 작은 알루미늄 박막과 같은 금속은 산화티탄 촉매가 교반되는 공정 중에 촉매로부터 알루미늄의 박막 등이 부상하므로, 이것을 선택적으로 회수할 수 있다. 또는, 회수하는 금속이 자성체인 경우는, 금속과 촉매를 자기(magnetism) 또는 자계(magnetic field)를 이용하여 분리하여도 된다. 금속과 무기물의 분리에 대해서는 상기 방법에 한정되는 것은 아니다.
산화티탄의 과립체로 이루어지는 촉매와 폐플라스틱의 교반은 반응용기의 용적량, 교반날개의 형상 및 교반방법에 의해 차이는 있으나, 회전수는 5rpm ~ 70rpm, 바람직하게는 10rpm ~ 40rpm이다. 또한, 반응용기가 배치식 또는 순환방식이어도 동일한 회전수가 바람직하다.
이것은 회전수가 너무 빠르면 산화티탄의 마모가 크고, 그러나 회전수를 느리게 하면 산화티탄과 폐플라스틱 및/또는 유기물의 접촉 효율이 떨어지는 것을 고려한 값이다.
바꿔 말하면, 100kg의 티탄 중량에 대하여 인버터(inverter)를 30Hz ~ 70Hz로 조정하면서 0.75kw ~ 1.5kw의 부하(load)를 더하는 것이 바람직하다.
반응용기(반응조)에 공급하는 담체가스로는 산소가 바람직하나, 통상 공기가 사용된다. 또한, 필요에 따라서 불활성 가스를 이용하여도 된다. 또한, 담체가스의 공급 방법은 바람직하게는 산화티탄 과립체의 내부 전체에 균일하게 분산 공급한다. 공급량은 분해 유기물의 산화 분해에 필요한 산소량을 포함하는 상온 공기로, 이론 산소 필요량의 1.3배 ~ 4.0배가 바람직하다. 게다가, 분해 효율에 있어서 1.6배 ~ 3.0배가 좋다. 예를 들면, 반응용기의 바닥 부분에 무수히 작은 구멍을 만들어, 거기로부터 산소 등을 공급하는 방법 등이 있다.
본 발명의 분해방법, 분해장치 또는 분해 시스템에 적용할 수 있는 폐플라스틱, 유기물은 특별히 한정되는 것이 아니라, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 범용의 열가역성 플라스틱 이외, 열경화성 플라스틱도 본 발명의 방법에 의해 분해하고 가스화할 수 있다. 또한, 폐플라스틱, 유기물은 파쇄하여 수 mm3 각(square) 정도의 크기로 만든 것이 분해 효율면에서 바람직하나, 파쇄하지 않고 분해 처리도 할 수 있다.
또한, 본 발명의 폐플라스틱, 유기물 분해방법으로 분해할 수 있는 대상은 플라스틱, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 테플론(등록상표), 또한 기저귀, 인공투석 장치, 항암제, 유전자 연구 관계 처리물, 정보 단말물, 기밀 정보물(예를 들면, CD-R 등), 자동차·가전 폐플라스틱, 유가물 금속(valuable metal) 회수, 유기물과 금속 무기물의 분리 등을 들 수 있으나, 유기물을 포함하고 특별히 한정되지 않는다. 게다가, 의료 폐기물의 경우에는 용도에 따라 스테인레스, 알루미늄 등의 금속이 혼재되어 있다던지, 표면에 금속이 증착, 점착되어 있다. 또한, 폐플라스틱이라는 것은 사용이 끝난 플라스틱만을 대상으로 하는 것이 아니라, 미사용이나 불필요한 플라스틱, 유기물도 대상으로 한다.
하기에 실시예를 들어 본 발명을 설명하겠으나, 본 발명은 이들 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
도 1은 산화티탄의 마모율을 측정하기 위한 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 염소 고정 성능의 비교를 나타낸 것이다.
도 3은 석회재 중의 수분량의 영향을 나타낸 것이다.
도 4는 석회중화 처리 공정의 가열온도의 검사를 나타낸 것이다.
도 5는 알루미나 촉매조의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 폐플라스틱 분해방법의 흐름을 나타낸 것이다.
도 7은 각 가열온도에서 폐플라스틱의 분해 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 분해방법의 공정에서 발생하는 다이옥신의 검출을 나타낸 것이다.
도 9는 각 폐플라스틱의 분해에 따라 발생된 가스를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 분해처리 후의 산화티탄 과립체에 부착된 균의 검사결과를 나타낸 것이다.
도 11은 압축금형의 상압부를 나타낸 것이다.
도 12는 압축금형의 하압부를 나타낸 것이다.
도 13은 강도 분포(엣지 처리 없음)를 나타낸 것이다.
도 14는 강도 분포(엣치 처리함)를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 실시예 9에 관련된 유기물 처리 수단의 중요한 부분을 나타내는 개략도이다.
도 16은 본 발명의 실시예 9에 관련된 유기물 처리 수단의 각 태양을 나타내는 개략도이다.
도 17은 본 발명의 실시예 10에 관련된 유기물 처리 수단의 중요한 부분을 나타내는 개략도이다.
도 18은 본 발명의 실시예 10에 관련된 유기물 처리 수단의 단면도이다.
도 19는 본 발명의 실시예 11에 관련된 유기물 처리 수단의 중요한 부분을 나타내는 개략도이다.
도 20은 본 발명의 실시예 12에 관련된 유기물 처리 수단의 중요한 부분을 나타내는 개략도이다.
도 21(a) 및 21(b)는 각각 본 발명의 실시형태에 관련된 유기물 처리 수단에 적용한 반송 수단 및 교반 수단의 변형예를 나타낸 사시도이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 관련된 폐플라스틱·유기물의 분해장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
부호의 설명
1 : 폐플라스틱·유기물 처리 수단
2 : 촉매
3 : 반응조
4 : 폐플라스틱·유기물
5 : 순환 수단
6 : 교반 수단
7 : 투입구
8 : 투입구
9 : 가열 수단
10 : 송풍 챔버
11 : 칸막이 벽
12 : 패들
13 : 오목한 부분
14 : 회전축
15 : 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단
16 : 촉매(2)의 최대 지름이 통과할 수 있을 정도의 구멍을 가지는 철망
17 : 금속 및/또는 무기물 회수 포켓
18 : 금속·유기물 취출구
19 : 송풍 블로어
20 : 귀환경로
21 : 나선형 날개
22 : 익렬
23 : 파쇄 수단
24 : 고형 폐플라스틱·유기물 투입구
25 : 고형 폐플라스틱·유기물 분해부
30 : 칸막이 벽
31 : 제1단조
32 : 제2단조
33 : 상류단
34 : 송출단
35 : 통기성 바닥재
36 : 하류단
37 : 송입단
38 : 통기성 바닥재
39 : 배기구
40 : 바구니
41 : 투입구
42 : 망
81 : 3개의 날개
82 : 절결부
83 : 축류날개
84 : 튀어나온 부분
85 : 튀어나온 부분
101 : 파쇄장치
102 : 반응조
103 : 교반날개
104 : 블로어
105 : 제거장치
106 : 분리장치
107 : 회수조
201 : 시료용기
202 : 교반기
203 : 축체
204 : 교반날개
실시예 1
가열온도의 검사
산화티탄 과립체로 이루어진 촉매와 폐플라스틱의 최적 가열온도를 검사하였 다. 각 조건은 이하와 같다.
1. 실험장치(반응용기) : 교반형 분해 실험기(2200mL)
2. 도입 에어 유량 : 50L/min
3. 반응용기 내 온도 : 300도, 320도, 350도, 380도, 400도, 420도, 450도, 480도, 500도, 530도, 550도, 560도, 570도, 580도, 600도
4. 사용한 촉매 : 산화티탄 촉매(사카이 화학 공업(주) SSP-G Lot.051108) 700g
5. 폐플라스틱 : 폴리에틸렌 펠릿 1g/1회 투입
또한, 가스 농도(NOx, CO, CO2, O2, CH4)의 측정은 가스 농도 연속 측정기 PG-250(제조원 : 호리바 제작소)을 이용하였다.
상기 각 온도에서 폐플라스틱을 분해처리 하였다. 실험 결과는 도 7이다.
가열온도 300도에서는 폐플라스틱을 분해할 수 없었다. 이것은 가열온도가 300도 이하라면 산화티탄의 활성이 없어 분해성능이 기능하지 않기 때문이고, 단지 300도의 온도에 의해 폐플라스틱이 용해되고, 대부분은 산화티탄 표면에 부착·축적된다. 또한, 300도의 가열을 계속하면 폐플라스틱의 유기물이 산화티탄의 표면을 덮어 산화티탄의 촉매기능 활성이 없어진다.
가열온도 350도에서는 아주 조금은 반응하고 있으나, 결과는 300도와 동일하였다.
가열온도 600도에서는 폐플라스틱을 반응용기에 투입함과 동시에 연소하였 다. 즉, 가열온도 600도 이상에서는 폐플라스틱이 투입된 순간에 발화하였다. 이것은 산화티탄에 따른 촉매작용에 의한 폐플라스틱의 분해가 아니었으며, 연소에 따른 미분해 가스가 발생하였다.
가열온도 570도와 580도에서는 폐플라스틱이 투입되고 5초 ~ 15초에 발화되고 불탔다.
가열온도 350도에서는 1회의 분해에 35분 내지 45분을 필요로 하였다.
가열온도 380도에서는 1회의 분해에 15분 내지 25분을 필요로 하였다.
가열온도 400도에서는 1회의 분해에 6분 내지 8분을 필요로 하였다.
가열온도 420도에서는 1회의 분해에 3분 내지 5분을 필요로 하였다.
가열온도 450도에서는 1회의 분해에 1분 30초 내지 2분을 필요로 하였다.
가열온도 480도에서는 1회의 분해에 30초 내지 40초를 필요로 하였다.
가열온도 500도에서는 1회의 분해에 30초를 필요로 하였다.
가열온도 530도에서는 1회의 분해에 25초를 필요로 하였다.
가열온도 550도에서는 1회의 분해에 20초를 필요로 하였다.
가열온도 560도에서는 1회의 분해에 20초를 필요로 하였다.
가열온도 350도 ~ 420도에서는 분해가 천천히 진행되어 효율적인 분해가 아니었으며, 실용성은 보이지 않았다. 450도 내지 560도에서는 양호한 폐플라스틱의 분해를 보였으나, 가장 효율적인 폐플라스틱 분해를 보인 가열온도는 분해효율, 반응 안정성, 반응온도로 치우친 범위에 따른 안정성 등으로부터 480도 였다.
이상에 의하여, 최적 가열 온도는 종래 알려져 있는 가열온도 보다 상당히 좁은 범위에서 밖에는 고효율의 분해반응이 얻어지지 않는다는 것을 발견하였다. 실용성도 그 범위에 따른 결과였다. 효소 공급량을 변경하여 실험을 하여 분해속도의 변화가 바뀌었으나, 최적 가열 온도는 변화하지 않았다.
실시예 2
본 발명의 분해방법의 공정에서 발생하는 다이옥신의 검출
본 발명의 분해방법의 공정에서 발생하는 다이옥신량을 검출하였다. 사용한 플라스틱은 소거에 의해 다량의 다이옥신, 염화수소를 발생하는 20% 폴리염화비닐을 포함하는 폐플라스틱을 사용하였다.
측정조건은 이하와 같다.
1. 분해장치 : 100kg 산화티탄 교반 분해 장치
2. 사용한 촉매 : 산화티탄 촉매 100kg (사카이 화학 공업(주) SSP-G Lot. 050323)
3. 사용한 플라스틱의 종류 및 투입량 : 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌의 혼합물(20 대 80 : 중량%), 117g/min
4. 산화티탄 과립체의 가열온도 : 480도
5. 도입 에어 유량 : 3.9m3/min
6. 석회중화 처리 공정
7. 산화촉매 처리 공정
또한, 가스 농도의 측정은 특정 검사기관을 이용하였다.
본 발명의 분해방법의 공정에서 발생하는 다이옥신 량을 검출한 결과를 도 8에 나타내었다. 배기가스(산화촉매 처리 후), 분해조 내의 산화티탄 과립체(분해조 내의 촉매), 석회중화 처리 공정 후의 석회재(중화장치 내의 중화제) 중 어느 하나에 있어서도 다이옥신류 및 공면 PCB(Coplanary PCB) 농도의 실측정 값이 낮고, 더욱이 독성 당량에 대해서는 매우 미량이었다. 이상에 의하여, 본 발명의 분해방법의 공정에서 발생하는 다이옥신 량은 법 규제 이하인 것을 알았다.
통상, 20% 함유 염화비닐을 연소하면 다이옥신, 염화수소의 발생이 많아 처리가 곤란하였다. 또한, 통상의 소각로는 시동시에 투입물의 상태에 따라 다이옥신 발생이 일어나고, 남아있는 소각회 중에 다이옥신이 많이 포함되어 있다. 또한, 고온 처리는 대량의 열이 필요하였고, 소각로의 열화가 심하고 메인터넌스(maintenance)가 크게 바뀌었다. 그러나, 본 발명에서는 종래의 소각로와 비교하여 저온에서 처리할 수 있고, 메인터넌스가 소각로와 비교하여 간이하고, 게다가 문제가 되는 법 규제에 걸리는 다이옥인의 발생이 없다. 이것에 의하여, 본 발명의 분해방법에서는 저온 분해임에도 불구하고 유기물의 잔존물이 남지 않는 획기적인 분해방법이다.
실시예 3
산화티탄 과립체로 이루어진 촉매의 비표면적의 검사
산화티탄 과립체로 이루어진 촉매의 최적 비표면적을 검사하였다.
각 측정 조건은 이하와 같다.
1. 실험장치(반응용기) : 교반형 분해 실험기
2. 가열 방법 : 도입 공기 가열 방식
3. 도입 에어 유량 : 50L/min
4. 반응용기 내 온도 : 480도
5. 교반속도 : 35rpm
6. 사용한 촉매 : 산화티탄 촉매(사카이 화학 공업(주) SSP-G Lot.051108) 700g
7. 폐플라스틱 : 폴리에틸렌 1g/min 투입
8. 산화티탄 과립체로 이루어진 촉매의 비표면적 : 30m2/g, 40m2/g, 70m2/g
(1) 비표면적 30m2/g, 세공용적 0.20cc/g의 산화티탄 과립체
폐플라스틱인 폴리에틸렌을 반응용기의 산화티탄 과립체에 투입하였다. 투입 직후에는 폐플라스틱은 덩어리인 채로 흑화되고, 그 후 덩어리가 부서져 분상화 되었다. 분상화된 폐플라스틱은 촉매 전체에 펴져서 촉매 전체가 흑화되었다. 흑화된 촉매는 점차 원래의 색으로 변화되고, 약 40초 ~ 약 60초에 원래의 색으로 돌아왔다. 또한, 폐플라스틱 투입 직후의 덩어리가 부서져 분산될 때에 약간이지만 연기를 확인할 수 있었다. 또한, 분해 시간이 길어 효율이 나빴다.
(2) 비표면적 40m2/g, 세공용적 0.23cc/g의 산화티탄 과립체
폐플라스틱인 폴리에틸렌을 반응용기의 산화티탄 과립체에 투입하였다. 투 입 직후에는 폐플라스틱은 덩어리인 채로 흑화되고, 그 후 덩어리가 부서져서 분상화되었다. 분상화된 폐플라스틱은 촉매 전체에 퍼져서 촉매 전체가 흑화되었다. 흑화된 촉매는 점차 원래의 색으로 변화되고, 약 30초 ~ 약 40초에 원래의 색으로 돌아왔다. 또한, 분해 효율은 좋았다.
(3) 비표면적 70m2/g, 세공용적 0.26cc/g의 산화티탄 과립체
폐플라스틱인 폴리에틸렌을 반응용기의 산화티탄 과립체에 투입하였다. 투입 직후에는 폐플라스틱은 덩어리인 채로 흑화되고, 그 후 덩어리가 부서져 분상화 되었다. 분상화된 폐플라스틱은 촉매 전체에 퍼져서 촉매 전체가 흑화되었다. 흑화된 촉매는 점차 원래의 색으로 변화되고, 약 30초 ~ 약 45초에 원래의 색으로 돌아왔다. 또한, 폐플라스틱 투입 직후의 덩어리가 부서져 분산되는 것이 늦었다. 또한, 산화티탄 그 자체가 부서져 분상화되고 비산됨으로써 핸들링이 나빴다.
이상의 결과에 의해, 비표면적이 30m2/g 이상이라면 충분히 폐플라스틱을 분해할 수 있다. 그러나, 비표면적이 35m2/g 이상이라면 더욱 고효율로 폐플라스틱을 분해할 수 있다. 그러나, 비표면적을 너무 크게하면 내열성이 약하고, 과립체가 부셔저 분상화되어 버린다.
따라서, 33m2/g 이상 ~ 65m2/g 이하, 보다 바람직하게는 35m2/g 이상 ~ 50m2/g 이하의 비표면적을 가지는 산화티탄 과립체가 높은 효율로 폐플라스틱을 분해한다는 것을 알았다.
실시예 4
산화티탄 과립체로 이루어진 촉매의 처리량의 검사
산화티탄 과립체로 이루어진 촉매의 최적 처리량을 검사하였다.
폴리스틸렌 펠릿의 처리량을 점차 증가시켜 최대 처리 가능량을 계산하였다. 티탄 촉매량 350g으로 1g/min, 2g/min×5회, 2g/min×5회 연속 공급, 3g/min 연속 공급, 4g/min 연속 공급, 5g/min 연속 공급으로 처리하였다.
4g/min 연속 공급에서는 심하게 발화되어 연소하였다. 3g/min에서도 촉매의 흑화가 심하게 증대하였으므로, 2g/min 연속 공급이 최대 처리 가능량이라고 판단하였다.
이상의 실험으로부터 촉매 사용량에 대한 폐플라스틱의 최대 처리 가능량의 중량비는 100 대 34.2이다.
이상의 결과에 의해, 최대 처리 가능량은 본 발명의 산화티탄 과립체 100kg에 대하여 1시간 당 최적 폐플라스틱 처리량은 3.0 ~ 40.0kg, 바람직하게는 6.0kg ~ 35.0kg이라는 것을 알았다.
실시예 5
폴리에틸렌, 폴리스티렌의 분해
상기 각 폐플라스틱을 480도로 가열한 과립 산화티탄(사카이 화학 공업(주) SSP-G Lot.051108)을 이용하여 분해하였다. 상세하게는 이하와 같다.
분해장치로서 원주상의 용기, 열풍가열 제어 방식의 장치를 사용하였다. 그 용기중에 산화티탄 700g을 투입하였다. 다음으로, 입상으로 분쇄한 폴리에틸렌을 0.6g/30초 마다 투입하고, 교반장치에 의해 350rpm으로 교반하였다. 또한, 유량 100L/min의 배기가스를 전부 회수하였다. 경시적으로 배기가스에 포함되는 물질을 측정하였다.
또한, 가스 농도의 측정은 가스농도 연속 측정기 PG-250(제조원 : 시마즈 제작소)을 사용하였다.
폴리에티렌을 투입한지 30초 후에 배기가스 중에 탄산가스 및 CO의 배출을 확인할 수 있었다. 그 후, 정상 농도로 되돌아 왔다. 또한, 이에 맞춰서 폴리에틸렌은 투입 후 덩어리인 채로 흑화되고, 그 후 덩어리가 부서져서 분상화되었다. 분상화된 폐플라스틱은 촉매 전체에 퍼져서 촉매 전체가 흑화되었다. 흑화된 촉매는 점차 원래의 색으로 되돌아 왔다. 또한, 폐플라스틱은 그 후 연기를 내지 않고 30초 후에 분해되었다. 또한, 대조군으로서 불활성화된 동일한 입도의 산화티탄 과립을 사용한 경우에는, 일반적으로 태운 경우와 동일하게 검은 연기를 내며 탔다. 본 결과에 의해, 산화티탄에 따른 분해는 연소가 아닌 촉매 분해라는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 폴리스티렌으로도 상기와 동일한 결과였다.
이상에 의하여, 실시예 1의 결과와 동일하게 본 발명의 폐플라스틱 분해 방법에서는 산화티탄 과립체로 이루어진 촉매와 폐플라스틱의 가열 온도를 약 480도로 함으로써, 폴리에틸렌, 폴리스티렌을 고효율로 분해할 수 있다.
실시예 6
폴리염화비닐, 폴리우레탄, 테플론(등록상표)의 분해
폴리염화비닐은 분자에 염소 원자를 가지고, 폴리우레탄은 분자에 질소 원자를 가지며, 테플론(등록상포)은 분자에 불소 원자를 가진다. 본 발명의 분해 방법은 이러한 분해 공정에서 유해한 가스를 발생하는 플라스틱의 분해, 또한 그 가스를 흡착 제거할 수 있는가를 검사하였다.
즉, 산화티탄 처리 공정 후에 석회중화 처리 공정에 더하여 금속에 따른 산화촉매 처리 공정을 실행하였다. 그리고, 각 공정 후의 가스를 회수하여 가스 중에 포함되는 성분을 측정하였다. 또한, 폴리에틸렌, 폴리스티렌에서도 동일한 측정을 하였다.
측정 조건은 이하와 같다.
1. 분해장치 : 100kg 산화티탄 교반 분해 장치
2. 사용한 촉매 : 산화티탄 촉매 100kg (사카이 화학 공업(주) SSP-G Lot.060829)
3. 사용한 플라스틱의 종류 및 투입량 : 폴리염화비닐(70g/min), 폴리우레탄(120g/min), 테플론(등록상표)(30g/min), 폴리에틸렌(100g/min), 폴리스티렌(100g/min)
4. 가열온도 480도(폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐) 또는 490도(폴리우레탄, 테플론(등록상표))
5. 석회중화 처리 공정
6. 팔라듐, 백금 산화촉매 처리 공정
또한, 가스 농도의 측정은 특정 검사 기관을 이용하였다.
각 폐플라스틱의 분해에 따라 발생된 가스를 측정한 결과를 도 9에 나타내었다.
폴리염화비닐의 분해에서는 석회중화 처리 공정의 후에는 환경에 문제가 없을 정도까지 HCl 또는 염소가 제거되었다. 폴리우레탄의 분해에서는 NO, NO2 또는 HCN이 충분히 제거되었다. 테플론(등록상표)의 분해에서는 석회중화 처리 공정 후에는 환경에 문제가 없을 정도까지 불화수소가 제거되었다.
또한, VOC(휘발성 유기 화합물) 및 저급 탄화수소는 어느쪽의 폐플라스틱이라도 충분히 제거되었다.
이상의 결과에 의하여, 종래의 소각로로는 유해가스, 특히 불소화 수소를 발생하는 테플론(등록상표) 등을 분해하는 것은 곤란하였으나, 본 발명의 분해방법에서는 테플론(등록상표) 등을 저온에서 고효율로 분해할 수 있다. 게다가, 유해 가스를 장치 외로 방출하는 일 없이 안전하게 처리 가능한 것을 확인하였다.
실시예 7
상기 실험예에서는 폐플라스틱의 분해를 충분히 행하는 것을 확인하였으나, 다시금 의료 폐기물(원침관(centrifugal tube), 블루칩(blue chip), 돼지 혈액(swine blood), 수액 세트(infusion set), 네오 튜브(neo-tube), 주사 기(syringe), 세포 스크레이퍼(cell scraper), 슈어 퓨저(sure fuser), 슈어 플로우(sure flow), 투석기(dialyser), 라텍스 고무(latex rubber), 칩(chip), 킴타올(kimtowel))을 분해할 수 있는가를 확인하였다.
측정 조건은 이하와 같다.
1. 분해장치 : 순환식 실증 실험기 (용량:385L)
2. 사용한 촉매 : 산화티탄 촉매 200kg (왕로(approach pass) 100kg, 복로(return pass) 100kg, 사카이 화학 공업(주) SSP-G Lot.060116)
3. 가열온도 : 480도
4. 교반 회전수 : 왕로(분해부) 10rpm, 복로 35rpm
5. 산화촉매 온도 : 400도
6. 에어 유량 : 2.75m3/min
(1) 처리한 의료 폐기물(계 3.45kg) : 플라스틱 샬레(대) 36장 2kg, 샬레(소) 10장 0.25kg, 원침관(50ml) 30개 0.5kg, 블루칩 0.2kg, 의료 폐기물용 골판지 상자 0.6kg을 파쇄하였다.
투입량 84g/min 또는 120g/min 중 어느 하나에 있어서도 30분간 이내에 분해할 수 있었다.
(2) 처리한 의료 폐기물(계 7.007kg) : 플라스틱 샬레(대) 72장 4kg, 샬레(소) 20장 0.5kg, 원침관(50ml) 60개 0.8kg, 블루칩 0.4kg, 의료 폐기물용 골판지 상자 0.6kg을 분쇄한 후, 돼지 혈액(세정수, 흡수성 폴리머를 포함) 707g을 혼합하 였다.
투입량 120g/min에서 안정적으로 분해할 수 있었다.
(3) 처리한 의료 폐기물(계 7.185kg) : 수액세트 50개입 2상자 2.6kg, 네오튜브(진공 채혈관) 100개입 2상자 1.63kg, 주사기(20ml) 2상자 1.97kg, 세로 스크레이퍼 1자루 385g, 의료 폐기물용 골판지 상자 0.6kg을 분쇄하였다.
투입량 156g/min, 40분간 7280g을 분해할 수 있었다.
(4) 처리한 의료 폐기물(계 6.703kg) : 상기 (3)과 동일한 의료 폐기물 5.93kg에 돼지 혈액(세정수, 흡수성 폴리머를 포함) 773g을 혼합하였다.
투입량 120g/min에서 안정적으로 분해할 수 있었다.
(5) 처리한 의료 폐기물(계 3.055kg) : 슈어 퓨저 5개입 1상자 765g, 주사기 20개 340g, 슈어 플로우 2개 620g, 투석기(알루미라미네이트를 제외) 6개 670g, 골판지 상자 660g을 분쇄하였다.
투입량 64g/min 또는 84g/min에서 분해할 수 있었다.
(6) 처리한 의료 폐기물(계 3.82kg) : 상기 (5)의 의료 폐기물 3.1kg에 돼지 혈액(세정수, 흡수성 폴리머를 포함) 720g을 혼합하였다.
투입량 85g/min, 45분간 전량을 분해할 수 있었다.
(7) 처리한 산업 폐기물 (계 4.755kg) : 라텍스 고무장갑 3상자 2.2kg, 칩 400g, 킴타올 2대 945g, 주사기 560g, 골판지 상자 650g을 분쇄하였다.
투입량 480g/min, 10분간 모두 분해할 수 있었다.
(8) 처리한 의료 폐기물 (계 5.37kg) : 상기 (7)의 산업 폐기물 4.7kg에 돼 지 혈액(세정수, 흡수성 폴리머를 포함) 670g을 혼합하였다.
투입량 77g/min, 20분간 1540g을 분해할 수 있었다. 또한, 투입량 96g/min, 40분간 3840g을 분해할 수 있었다.
상기 (1) ~ (8)의 결과에 의해 의료 폐기물을 분해할 수 있었다. 특히, 본 발명의 분해방법에서는 혈액 등의 생체에서 유래하는 물질의 분해에 있어서, NOx 등의 질소 화합물도 안전하게 처리할 수 있는 한편, 유황 화합물, 예를 들어 황화수소, 아황산 가스에 대해서도 석회중화 처리 공정에 따라 안전하게 처리할 수 있음을 확인하였다.
실시예 8
산화티탄 과립체에 부착하는 균의 확인
균 등을 배양한 샬레를 분해 처리한 후에, 분해 처리 후의 산화티탄 과립체에 균이 부착하고 있는 것을 확인하였다. 상세하게는, 교반형 실험기 및 실증기에서 대장균이나 그 외의 유기물을 처리한 후 산화티탄 과립체를 회수하고, 이것들에 포함되는 세균을 검사하였다. 실험 방법은 이하와 같다.
(1) 교반형 실험 장치에서 사용이 끝난 산화 티탄 약 260g에 증류수 200ml을 첨가하여 세정하였다. 이 세정액의 일부를 SCD 배지 및 각종 배지에 도말하고, 24시간 및 48시간, 35℃에서 배양하였다. 배양 후 형성된 콜로니를 관찰, 계측하였다.
(2) 실증기에서는 티탄 교환시에 산화티탄 약 50g을 채취하고, 인산염 완충 액을 35ml 첨가하여 충분히 교반한 후, 세정액으로 회수하였다. 이 세정액의 일부를 SCD 배지 및 각종 패턴의 체크 배지에 도말하고, 24시간 및 48시간, 35℃에서 배양하였다. 배양 후 형성된 콜로니를 관찰, 계측하였다.
상기 (1) 및 (2)의 결과를 도 10에 나타내었다. 그 중 하나의 경우에, 폐플라스틱 분해 처리 후의 산화티탄 과립체로부터 얻어진 세정액으로부터는 대장균 등이 검출되지 않았다.
이상의 점으로부터, 본 발명의 분해처리 공정에 의해 대장균을 사멸시킬 수 있었다.
이하의 실시예에서는 병원 등에서 폐기되는 사용이 끝난 주사기, 포장대 또는 약병과 같은 의료 폐기물을 본 발명의 분해장치의 폐플라스틱·유기물 처리 수단에 따라 처리하는 공정을 설명한다. 이미 기술된 요소에는 계속해서 동일한 호칭 또는 동일한 부호를 사용하는 것으로 한다.
실시예 9
우선, 송풍 블로어(19) 등인 담체가스 공급 수단에 의해 반응조(3)에 공기를 공급하고, 다음으로 가열 수단(9)을 기동시킴으로써 담체가스 공급 수단에 의해 공급되고 있는 공기를 가열하여, 그 가열된 공기(열풍)를 촉매(2)를 포함한 반응조(3)의 내부로 공급함으로써, 촉매(2)의 온도를 420도 ~ 560도가 되도록 한다.
다음으로, 도 22에 나타낸 파쇄장치를 사용하여 의료 폐기물을 수 mm3 정도 의 크기인 촉매보다도 크게 파쇄한다. 파쇄된 의료 폐기물은 반응조(3)의 투입구(7)로부터 오목한 부분(13)(도 16-4를 참조)에 투입된다. 투입된 의료 폐기물은 촉매(2)와 함께 순환 수단(5)(D), 다시금 순환 수단(5)에 의해 반응조 내를 순환한다. 이 순환 공정에서, 촉매(2)와 의료 폐기물은 교반 수단(6)인 스크류 피더에 의해 계속해서 교반되므로, 촉매(2)와 의료 폐기물과의 접촉이 반복되고, 촉매(2)의 작용에 기초하여 의료 폐기물에 포함된 폐플라스틱·유기물(4)의 분해가 촉진된다. 이것에 의하여, 반응조(3)에 투입된 모든 의료 폐기물에 포함된 폐플라스틱·유기물(4)은 촉매의 순환 공정 중에 기화된다. 폐플라스틱·유기물(4)이 기화되는 과정에서, 그 분해가 일어나면 이산화탄소와 수증기를 주성분으로 하는 가스가 발생한다.
상기 가스(기화된 유기물)는 석회중화 처리 수단, 계속해서 산화촉매 처리 수단으로 보내진다. 배기가스의 유해성분을 제거하는 공정은 본 실시예에서는 생략한다.
또한, 상기 순환 공정에서 의료 폐기물의 대부분을 차지하는 폐플라스틱·유기물(4)은 기화되나, 의료 폐기물에 혼입된 금속은 순환 후에 이르러서도 촉매(2) 중에 남는다. 이와 같은 금속을 촉매(2)와 함께 다시 순환시키는 공정에서 선별할 수 있도록 하여도 좋다. 예를 들면, 촉매(2)의 최대 지름이 통과할 수 있을 정도의 구멍을 가지는 철망(16)을 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단으로서 반응조에 끼워 넣는다(도 16(4)를 참조). 그리고, 철망에 걸린 금속·무기물을 회수할 수 있는 포켓(17)을 설치하고, 포켓으로부터 금속·무기물을 회수할 수 있다.
따라서, 본 발명의 폐플라스틱·유기물 처리 수단에 의하면 의료 폐기물에 포함된 금속, 무기물을 반응조(3)에 잔류시키는 일 없이 금속의 산화를 억제하고, 그 리사이클을 실현할 수 있다. 게다가, 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단은 금속을 선별할 때 순환 수단(5) 및/또는 교반 수단(6)을 정지시킬 필요가 없으므로, 의료 폐기물의 처리량을 높게 유지시킬 수 있다. 또한, 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단(15)이 금속을 선별할 때 반응조(3)의 문을 개폐할 필요가 없으므로, 폐플라스틱·유기물 처리 수단의 열효율을 높게 유지할 수 있다.
실시예 10
우선, 도 17에 나타낸 반응조(3)의 투입구(7)를 개방하고, 제1단조(31)의 상류단(33)의 부근으로 촉매(2)를 흘려보낸다. 동시에, 순환 수단(5)을 기동하면 촉매(2)는 처음으로 순환 수단(5)(A)에 의해 제1단조(31)의 송출단(34)으로 향하여 반송되고, 순환 수단(5)(B)의 회전축(14)의 하단부에 이른다. 이어서, 촉매(2)는 순환 수단(5)(B)에 의해 제2단조(32)의 송입단(37)까지 밀어올려지고, 마지막으로 순환 수단(5)(C)에 의해 제2단조(32)의 하류단(36)까지 반송된다. 이 시점에서, 제1단조(31)의 상류단(33)으로부터 제2단조(32)의 하류단(36)까지의 순환 경로에 촉매(2)가 존재하여 순환되고 있다.
상기와 같이 촉매(2)를 흘려보내면서 순환 수단(5)을 계속 기동시키면, 촉매(2)는 자동으로 귀환 경로(2)를 추락하여 제1단조(31)의 상류단(33)으로 되돌아 간다. 상기의 순환 경로에 축적된 촉매(2)의 체적 또는 질량이 원하는 양에 도달 하는 것을 보아서 적당한 시기에 촉매(2)를 흘려보내는 것을 종료한다. 투입구(7)를 폐쇄한 후, 가열 수단(9)을 이용하여 반응조(3) 내부의 촉매(2)의 온도가 420도 ~ 560도의 범위가 되도록 가열한다. 또한, 촉매는 반응조에 항상 존재하도록 하여도 열화되는 일은 없으므로, 다음 이후의 분해 조작에서는 반응조(3) 내의 촉매(2)를 가열시키는 조작으로부터 실행하여도 된다.
다음으로, 도 22에 나타낸 파쇄장치를 사용하여 의료 폐기물을 수 mm3 정도의 크기로 촉매보다도 크게 파쇄한다. 파쇄된 의료 폐기물은 투입구(7)로부터 제1단조(31)의 상류단(33)의 부근에 투입된다. 또한, 의료 폐기물은 촉매(2)와 함께 순환 수단(5)에 의해 상기 순환 경로를 따라 순환된다. 이 순환 공정에서 촉매(2)와 의료 폐기물은 교반 수단(6)인 스크류 피더에 의해 계속 교반되므로, 촉매(2)와 의료 폐기물과의 접촉이 반복되어 촉매(2)의 작용에 기초하여 의료 폐기물에 포함되는 유기물의 분해가 촉진된다. 이것에 의하여, 반응조(3)에 투입된 모든 의료 폐기물에 포함된 유기물(4)은 제1단조(31)의 상류단(33)으로부터 제2단조(32)의 하류단(36)을 순환하는 동안에 기화된다. 유기물이 기화되는 과정에서, 그 분해가 일어나면 이산화탄소와 수증기를 주성분으로 하는 가스가 발생한다.
한편, 촉매(2)가 제2단조(32)의 하류단(36)에 도달할 때 귀환 경로(20)를 추락하여 반응조(3)의 상류단(33)으로 되돌아가므로, 촉매(2)는 반응조(3)의 내부에서 순환한다. 따라서, 새롭게 파쇄 수단에서 파쇄된 의료 폐기물이 반응조(3)에 투입되면, 동일한 촉매(2)를 이용하여 이 새로운 의료 폐기물에 포함되는 유기물을 반복하여 기화시킬 수 있다. 또한, 제1단조(31) 보다도 제2단조(32)의 위치가 높으므로, 촉매(2)를 제2단조(32)의 하류단(36)으로부터 제1단조(31)의 상류단(33)까지 되돌리는데, 예를 들어 컨베이어 또는 스크류 피어 등을 이용하여 강제적으로 실행하지 않아도 된다.
상기의 가스(기화된 유기물)는 석회중화 처리 수단, 이어서 산화촉매 처리 수단으로 보내진다. 배기가스의 유해 성분을 제거하는 공정은 본 실시예에서는 생략한다.
또한, 상기의 순환 공정에서 의료 폐기물의 대부분을 차지하는 유기물은 기화되나, 의료 폐기물에 혼입된 금속은 제2단조(32)의 하류단(36)에 이르러서도 촉매(2) 중에 남는다. 이와 같은 금속은 촉매(2)와 함께 다시금 순환시키는 공정에서 선별할 수 있도록 하여도 된다. 예를 들면, 촉매(2)의 최대 지름이 통과할 수 있을 정도의 구멍을 가지는 철망(16)을 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단(15)으로서 귀환 경로(20)의 도중에 끼워 넣어도 좋다. 이 경우, 철망에 걸린 금속이 상기의 고온 가스에 직접 접촉하지 않도록 귀환 경로(20)를 반응조(3)의 외측에 배치하여도 좋다. 그리고, 철망에 걸린 금속을 귀환 경로(20)를 개방하여 취출하면, 그 금속이 새롭게 반응조(3)에 투입되는 의료 폐기물에 섞기기 전에 촉매(2)로부터 제거할 수 있다.
여전히 본 발명은 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 당업자의 지식에 기초하여 여러가지 개량, 수정, 변형을 더한 양태로 실시할 수 있다. 예를 들면, 순환 수단(5) (B)를 필요로 하지 않는 경우도 있다. 예를 들면, 제1의 통기성 바닥 재(35)를 그 상류단(33) 보다 송출단(34)이 높게끔 기울어지게 하여 반송 수단(5)에 의해 제1의 통기성 바닥재(35)의 송출단(34)까지 반송된 촉매(2)를 제2의 통기성 바닥재(38)의 송입단(37)으로 직접 낙하시켜도 된다.
실시예 11
우선, 도 19에 나타낸 투입구(8)를 개방하고, 상류단(33)의 부근으로 촉매(2)를 흘려보낸다. 동시에 순환 수단(5)을 기동한다면 촉매(2)는 처음에 순환 수단(5)에 의해 상류단(33)으로부터 하류단(36)으로 향하여 반송된다. 이 시점에서, 상류단(33)으로부터 하류단(36)까지의 순환 경로에 촉매(2)가 존재하고, 순환하고 있다.
상기의 순환 경로에 축적된 촉매(2)의 제적 또는 질량이 원하는 양에 도달하는 것을 보아서 적당한 시기에 촉매(2)를 흘려보내는 것을 종료한다. 투입구를 폐쇄한 후, 송풍 블로어(19)로 공급하고 있는 공기를 가열 수단(9)에 의해 가열하고, 가열시킨 공기를 반응조(3)로 보냄으로써 반응조(3) 내부의 촉매(2)의 온도가 420도 ~ 560도의 범위가 되도록 가열한다. 또한, 촉매는 반응조에 항상 존재하도록 하여도 열화되는 일은 없으므로, 다음 이후의 분해 조작에서는 반응조(3) 내의 촉매(2)를 가열시키는 조작으로부터 실행하면 된다.
다음으로, 도 22에 나타낸 파쇄 장치를 사용하여 의료 폐기물을 수 mm3 정도의 크기로 촉매보다도 크게 파쇄한다. 파쇄된 의료 폐기물은 투입구(8)로부터 상 류단(33)의 부근으로 투입된다. 또한, 의료 폐기물은 촉매(2)와 함께 순환 수단(5)에 의해 상기의 순환 경로에 따라 순환된다. 이 순환 공정에서 촉매(2)와 의료 폐기물은 교반 수단(6)인 스크류 피더에 의해 계속 교반되므로, 촉매(2)와 의료 폐기물과의 접촉이 반복되어 촉매(2)의 작용에 기초하여 의료 폐기물에 포함되는 유기물의 분해가 촉진된다. 이에 의하여, 반응조(3)에 투입된 모든 의료 폐기물에 포함되는 유기물(4)은 상류단(33)으로부터 하류단(36)을 순환하는 동안에 기화된다. 유기물이 기화되는 과정에서 그 분해가 일어나면 이산화탄소와 수증기를 주성분으로 하는 가스가 발생한다.
한편, 촉매(2)는 하류단(36)에 도달한다 해도 순환경로(20)를 추락하여 반응조(3)의 상류단(33)으로 되돌아가므로, 촉매(2)는 반응조(3)의 내부를 항상 순환한다. 따라서, 새롭게 파쇄 장치에서 파쇄된 의료 폐기물이 반응조(3)에 투입되면, 동일한 촉매(2)를 이용하여 이 새로운 의료 폐기물에 포함되는 유기물을 반복하여 기화시킬 수 있다.
상기의 가스(기화된 유기물)는 석회중화 처리 수단, 이어서 산화촉매 처리 수단으로 보내진다. 배기가스의 유해 성분을 제거하는 공정은 본 실시예에서는 생략한다.
바람직하게는 귀환경로(20)는 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단(15)을 갖추고, 반응조(3)의 하류단(36)과 상류단(33)을 접속한다. 그 분리 수단(15)은 이하에 설명하는 것과 같이 하류단(36)으로 반송된 촉매(2) 중에 잔류하는 금속·무기물을 분리한다. 귀환경로(20)는 그 분리·회수 수단(15)에 의해 금속이 분리 된 촉매(2)를 상류단(33)으로 귀환시킨다.
그 분리 수단(15)은 촉매(2)의 최대 지름이 통과할 수 있을 정도의 구멍을 가지는 철망(16)이고, 귀환경로(20)의 도중에 끼워넣어져 있다. 그리고, 철망에 걸린 금속이 어느 정도 모아져 귀환경로(20)를 개방하여 금속 및/또는 무기물을 취출하면, 폐플라스틱·유기물(4)에 포함된 금속을 반응조(3)에 잔류시키는 일 없이 금속의 산화를 억제하여 그 리사이클을 실현할 수 있다.
상기 설명한 폐플라스틱·유기물 처리 장치에 의해 평균 순도가 98.9%인 금속(알루미늄(Al))을 회수할 수 있었다. 표면에 Al가 증착된 플라스틱제의 필름을 약 5cm 사방으로 파쇄하여 약 480℃로 가열한 1 ~ 3mm 지름의 촉매(산화티탄)(2)에 혼입·교반시키고, 10분간 폐플라스틱·유기물 처리 장치를 순환시켰다. 촉매(2)가 폐플라스틱·유기물 처리 수단(1) 내를 1주 순환할 때마다 수 cm 사방의 얇은 Al 조각을 회수하고, 플라스틱 조각을 분해·기화시킴과 동시에 상기 고순도의 알루미늄 금속을 회수할 수 있었다. 순환시간이 짧을수록 고순도의 금속을 회수할 수 있다고 예상된다.
이상, 본 발명의 폐플라스틱·유기물 처리 장치에 대해서 실시 형태, 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시예에서는 금속 조각이 철망 위에 남았으나, 촉매(2)가 철망 위에 남도록 하여도 된다. 회수하는 금속의 종류, 촉매(2)의 가열온도, 산소농도 등의 여러 조건에 의해 회수하는 금속 조각의 크기는 서로 다르게 얻어지므로, 입경이 큰 쪽이 철망 위에 남도록 회수 조건이나 촉매(2)의 지름, 구멍의 크기 등을 선택하여 금속을 회수할 수 있도록 미리 조정한다.
또한, 도 19에는 폐플라스틱·유기물 처리 수단(1)이 수평자세로 나타나 있으나, 상류단(33)보다도 하류단(36)이 높아지도록 반응조(3)를 경사지게 하여도 된다. 하류단(36)을 상류단(33)보다도 높게 함으로써, 순환 수단(5)에 의해 하류단(36)으로 반송된 촉매(2)를 자동으로 귀환경로(20)를 추락시켜 상류단(33)까지 되돌아가게 할 수 있다. 이 경우, 귀환경로(20)는 반응조(3)의 하류단(36)과 상류단(33)을 접속하는 슈트여도 된다.
실시예 12
도 20에 나타낸 것과 같이, 의료 폐기물인 샬레를 바구니(40)에 넣는다. 그리고, 그 샬레를 수납한 바구니(40)는 투입구(41)로부터 반응조(3) 내부에 배치된다.
다음으로, 촉매(2)를 반응조(3)의 배기구(39)로부터 흘려보낸다. 이것에 의해, 촉매(2)는 반응조(3)의 상류단(33)으로부터 하류단(36)으로 흘러간다. 다음으로, 스크류 피더를 기동시킨다. 이것에 의해, 하류단(36) 부근에 축적된 촉매(2)는 귀환경로(20)를 통하여 반응조(3)의 상단류(33)에 되돌아간다. 상기의 귀환경로에 축적된 촉매(2)의 체적 또는 질량이 원하는 양에 도달하는 것을 보아서 적당한 시기에 촉매(2)를 흘려보내는 것을 종료한다.
다음으로, 가열 수단(9)을 이용하여 반응조(3) 내부의 온도가 420도 ~ 560도 범위가 되도록 가열한다. 또한, 촉매는 반응조에 항상 존재하도록 하여도 열화되 는 일이 없으므로, 다음 번의 분해 조작에 있어서는 반응조(3) 내의 촉매(2)를 가열시켜 조작하는 것부터 실행하여도 된다.
이상에 의하여, 촉매 활성 온도에 도달한 촉매(2)가 반응조(3)의 상류단(33)으로부터 하류단(36)으로 흘러가는(순환하는) 공정에서, 샬레는 촉매(2)와 접촉하고 기화된다. 샬레가 기화하는 과정에서 이산화탄소와 수증기를 주성분으로 하는 가스가 발생한다.
한편, 촉매(2)는 반응조(3)의 하류단(36)에 도달한다 해도 귀환경로(20)를 통하여 반응조(3)의 상류단(33)으로 되돌아가므로, 촉매(2)는 반응조(3)의 내부에서 순환한다. 따라서, 촉매 활성 상태가 높은 촉매(2)를 차례로 샬레에 투하할 수 있다.
상기의 가스(기화된 유기물)는 석회중화 처리 수단, 이어서 산화촉매 처리 수단으로 보내진다. 배기가스의 유해성분을 제거하는 공정은 본 실시예에서는 생략한다.
실시예 13
본 발명의 폐플라스틱·유기물의 분해 시스템
상기 실시예 9에 기재된 분해장치를 사용하고, 또 한 번 반응조(3) 내의 산화티탄 과립체를 420도 ~ 560도로 가열한다. 또한, 사용하는 산화티탄 과립체의 활성 성분으로서의 산화티탄의 특성은 (1) 비표면적이 35m2/g 이상 ~ 50m2/g 이하, (2) 과립체가 3.5 메쉬(5.60mm) 이하 이다.
또한, 사용하는 폐플라스틱·유기물은 분해공정 중에 염소, 불화수소, 유황 화합물, 질소 화합물 등을 발생하는 플라스틱이다.
상기 분해 시스템에서는 종래의 분해 방법에 비하여 각 단계에서 높은 분해효율을 보인다. 또한, 석회중화 처리 수단에 따른 석회중화 처리 공정 및 산화촉매 처리 수단에 따른 산화촉매 처리 공정에 의해 분해 공정 중에 HCl, 불화수소, 유황 화합물, 질소 화합물 등을 발생하는 플라스틱, 유기물 또는 혈액 등의 생체 유래물, 불화수소를 발생하는 불소 화합물의 처리도 용이하게 할 수 있다. 게다가, 폐플라스틱·유기물에 혼재하거나 그 적어도 한 면에 증착 또는 점착된 금속·유기물의 분리·회수를 용이하게 할 수 있다.
그 외, 본 발명의 모든 실시예는 그 주지를 벗어나지 않는 범위에서 당업자의 지식에 기초하여 여러가지 개량, 수정, 변경을 더한 상태로 실시할 수 있는 것이다.
본 발명의 분해방법, 분해장치 및 분해 시스템은 의료 폐기물에 한정하지 않고, 모든 플라스틱 등의 폐재를 처리하는데 유익한 기술이다.
Claims (26)
- 활성 성분이 산화티탄인 산화티탄 과립체로 이루어진 촉매와 함께 폐플라스틱 및/또는 유기물을 가열하면서 교반하는 공정을 포함하고, 상기 플라스틱 및/또는 유기물을 가스화하는 페플라스틱·유기물의 분해방법에서, 상기 촉매의 가열온도가 420도 ~ 560도의 범위인 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물의 분해방법.
- 제1항에 있어서,상기 산화티탄 과립체의 산화티탄이(1) 비표면적이 35m2/g 이상 ~ 50m2/g 이하, 및(2) 과립체가 3.5 메쉬(5.60mm) 이하의 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물의 분해방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 산화티탄 과립체 100kg에 대하여 1시간 당 폐플라스틱 및/또는 유기물 처리량이 3.0kg ~ 40.0kg 범위인 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물의 분해방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,석회중화 처리 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물의 분해방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,산화촉매 처리 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물의 분해방법.
- 제5항에 있어서,상기 산화촉매 처리 공정 전에 알루미나 촉매 처리 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물의 분해방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,금속 및/또는 무기물 분리·회수 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물의 분해방법.
- (1) 폐플라스틱·유기물 처리 수단, 및(2) 산화촉매 처리 수단을 포함하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제8항에 있어서,상기 폐플라스틱·유기물 처리 수단이 촉매를 반응조 내에 순환시키는 반응조와, 반응조의 투입구로부터 투입되는 폐플라스틱 및/또는 유기물을 상기 촉매와 함께 순환 및/또는 교반하는 수단(순환 및/또는 교반 수단)을 갖추고;상기 촉매와 함께 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물이 상기 반응조 내를 순환하는 공정에서 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물을 기화시키는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물 처리장치의 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제9항에 있어서,상기 순환 및/또는 교반수단이 구동원에 의해 회전하는 회전축에 나선형 날개를 설치하고, 상기 반응조 내에 상기 회전축을 삽입하여 만들어지는 1 또는 2 이상의 스크류 피더인 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제10항에 있어서,상기 2개의 스크류 피더가 반응조 내에 실질적으로 수평자세로 설치되는 한편, 상기 2개의 스크류 피더의 회전에 의해 상기 촉매와 함께 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물이 반응조 내를 실질적으로 수평 방향으로 순환되는 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제9항에 있어서,상기 폐플라스틱·유기물 처리 수단이 촉매를 반응조 내의 상류단으로부터 하류단으로 순환시키는 반응조와, 상기 반응조의 투입구로부터 투입된 폐플라스틱 및/또는 유기물을 상기 촉매와 함께 상기 상류단으로부터 하류단으로 향하여 순환시키는 순환 수단과, 상기 반응조 내에서 상기 촉매와 폐플라스틱 및/또는 유기물을 교반하는 교반 수단과, 상기 반응조 내에서 상기 촉매를 상기 반응조의 하류단으로부터 상류단으로 안내하는 귀환 경로를 갖추고;상기 촉매와 함께 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물이 상기 반응조의 상류단으로부터 하류단으로 순환되는 공정에서 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물을 기화시키는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물 처리장치의 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제12항에 있어서,상기 반응조 내가 상기 상류단을 가지는 제1단조와 상기 하류단을 가지는 상기 제1단조 보다 높게 배치되는 제2단조와 구분되고, 상기 촉매가 상기 제2단조의 하류단으로부터 상기 귀환경로로 안내되어 상기 제1단조의 상류단까지 흘러가는 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제12항에 있어서,상기 반응조 내의 상기 상류단과 상기 하류단이 실질적으로 수평자세로 설치 되고, 상기 촉매가 상기 하류단으로부터 자동으로 추락한 후에 상기 귀환경로로 안내되어 상기 상류단까지 흘러가는 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,상기 순환 수단이 구동원에 의해 회전하는 회전축에 나선형 날개를 설치하고, 상기 반응조에 상기 회전축을 삽입하여 이루어진 스크류 피더인 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제15항에 있어서,상기 나선형 날개에 보조 날개가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제9항에 있어서,상기 폐플라스틱·유기물 처리 수단이 촉매를 반응조 내의 상류단으로부터 하류단으로 순환시키는 반응조와, 폐플라스틱 및/또는 유기물을 반응조 내로 배치 가능한 바구니와, 상기 반응조 내에서 상기 촉매를 상기 반응조의 하류단으로부터 상류단으로 안내하는 귀환경로를 갖추고;상기 촉매가 상기 반응조의 상류단으로부터 하류단으로 낙하(순환)하는 공정에서, 상기 바구니 내의 상기 폐플라스틱 및/또는 유기물은 상기 촉매와 접촉하고, 더 기화하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물 처리장치의 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반응조에서 반응조 아래 부분의 복수의 구멍으로부터 담체가스를 직접 촉매의 내부로 균일하게 분산 공급 가능한 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제9항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반응조의 순환 공정에서 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단을 갖추는 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제19항에 있어서,상기 금속 및/또는 무기물 분리·회수 수단이 상기 반응조 내의 순환 공정 중에 촉매를 폐플라스틱 및/또는 유기물 및 촉매의 혼합물로부터 분리하는 수단인 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제20항에 있어서,상기 촉매를 폐플라스틱 및/또는 유기물 및 촉매의 혼합물로부터 분리하는 수단이 상기 금속 및/또는 무기물과 상기 촉매의 크기에 의해 양자를 분리하는 수 단인 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제21항에 있어서,상기 금속 및/또는 무기물과 상기 촉매의 크기에 의해 양자를 분리하는 수단이 상기 반응조의 순환 공정 중에 촉매가 통과 가능한 체를 설치하는 것을 특징으로 하는 촉매 순환형 폐플라스틱·유기물의 분해장치.
- 제8항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,하기 중 어느 하나 이상의 수단을 더 가지는 것을 특징으로 하는 분해장치.(1) 알루미나 촉매 처리 수단(2) 파쇄 수단(3) 담체가스 공급 수단(4) 사이클론 집진 수단(5) 백필터 장착 집진 수단(6) 열교환 수단(7) 프리 히터 수단(8) 배기 블로어 수단(9) 냉각 수단(10) 열회수 수단(11) HCl 연속 측정 수단(12) CO 연속 측정 수단(13) 경보 수단(14) 석회중화 처리 수단
- 제8항 내지 제23항 중 어느 한 항의 분해장치를 사용하여, 활성 성분이 산화티탄인 산화티탄 과립체로 이루어진 촉매의 가열온도를 420도 ~ 560도의 범위로 설정하여 폐플라스틱·유기물을 분해하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물 분해 시스템.
- 제24항에 있어서,상기 산화티탄 과립체의 산화티탄이(1) 비표면적이 35mm2/g 이상 ~ 50mm2/g 이하, 및(2) 과립체가 3.5mesh(5.60mm) 이하의 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 ·유기물 분해 시스템.
- 제25항에 있어서,상기 산화티탄의 과립체가 활성 성분으로서의 산화티탄과 적어도 하기 중 어느 하나로부터 선택되는 혼합물인 것을 특징으로 하는 폐플라스틱·유기물 분해 시스템.(1) 산화 알루미늄(2) 산화규소
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