KR20100021155A

KR20100021155A - 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제방법 및 정제장치

Info

Publication number: KR20100021155A
Application number: KR1020080079909A
Authority: KR
Inventors: 박광헌; 성진현; 김정수; 김연승; 길흥섭
Original assignee: 경희대학교 산학협력단; 주식회사 대영기공
Priority date: 2008-08-14
Filing date: 2008-08-14
Publication date: 2010-02-24
Also published as: KR101016348B1

Abstract

본 발명은 방사성 폐유로부터 방사성 오염물질을 제염하거나 일반 산업에서 발생하는 폐유로부터 금속성분 등의 오염물질들을 분리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 납과 같은 금속 성분과 황분의 제거 효율이 매우 높은 폐유의 정제방법 및 그 정제장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 의하면 밀도차에 의하여 폐유 속에 함유된 밀도가 높은 이물질과 자유수분을 침강시키는 침강 단계; 상기 침강 단계를 거쳐서 분리된, 밀도가 낮은 상층부 폐유를 가열하여 그 폐유 속에 함유된 수분을 증발시키는 탈수 단계; 상기 탈수 단계를 거친 폐유에 초임계 상태의 용매를 공급하여 그 폐유의 점도를 낮추는 용해 단계; 상기 용해 단계를 거쳐 점도가 낮아진 폐유를 분리막을 투과시켜 그 폐유 속에 함유된 오염물을 제거하는 여과 단계; 및 상기 여과 단계를 거친 폐유를 용매와 용매를 제외한 나머지 부분인 유분으로 분리시키는 분리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제방법이 제공된다.

본 발명에 따른 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제방법과 정제장치는 다음과 같은 효과가 있다. 첫째, 분리막을 이용하므로 금속성분 및 황분의 제거율이 높다. 둘째, 이산화탄소 초임계 용매를 단독으로 사용하여 높은 제거율을 얻을 수 있다. 따라서, 오존층 파괴의 위험이 없으며, 클로로디플루오로메탄을 사용하는 경우에 비해 저온에서 운전되므로, 에너지 비용의 절감 효과가 더 크다.

초임계 용매, 분리막, 폐유, 제염, 정제

Description

초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제방법 및 정제장치{METHOD AND APPARATUS FOR REFINING WASTE OIL USING SUPERCRITICAL FLUID AND MEMBRANE}

본 발명은 원자력산업에서 발생하는 방사성 폐유로부터 방사성 오염물질을 제염하거나 일반 산업에서 발생하는 폐유로부터 금속성분 등의 오염물질들을 분리하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐유의 점도를 낮추기 위한 초임계 용매와 금속성분 등의 여과능력이 가지는 분리막을 이용하여 방사성 폐유 또는 일반 폐유를 정제하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반 산업에서 발생하는 폐유의 대표적인 정제 방법에는 이온교환법, 감압증류법, 고온 열분해법이 있다.

이 중 이온교환법은 응집제를 투입하여 원심분리 방법으로 폐유를 정제하는 방법이며, 대다수의 폐유정제업체에서 활용하고 있는 대표적인 화학적 정제방법이다. 그러나 이온교환법은 정제유의 품질이 낮고 화학약품을 포함한 슬러지 등의 환경오염을 유발하는 2차 폐기물을 발생시킨다는 문제점이 있어서 환경부에서는 이온교환법에 의한 정제공정을 더 이상 권장하지 않는 실정이다.

감압증류법은 진공상태에서 가열하여 폐유를 정제하는 방법으로 많이 활용되 고 있는 정제방법이다. 감압증류법은 정제유의 품질이 이온교환법에 비하여 월등하게 우수하나 250-300℃의 고온에서 운전된다. 따라서 운전온도가 120℃인 이온교환법의 비하여 에너지가 많이 사용되므로 에너지 효율이 낮으며, 폐유를 1차 정제하는 전처리 단계를 필요로 하고 있어서 초기 설비투자비용이 이온교환법에 비하여 훨씬 높다는 문제점이 있다.

고온 열분해법은 상압 상태에서 온도를 500℃이상으로 가열하여 폐유를 정제하는 방법이다. 고온 열분해법은 정제제품이 불안정하고 탄화에 의한 타르의 생성과 악취 등을 발생시킨다는 문제점이 있다. 또한 고온에서 사용되므로 기화된 증기유분에 의한 화재 및 폭발의 위험성이 높고 설비의 수명이 짧아 설비운전에 많은 주의가 필요하므로 실제로 활용하고 있는 정제업체는 거의 없는 편이다.

일반산업에서 발생하는 폐유를 정제하기 위하여 개발되는 기술 중의 하나는 세라믹 복합막을 이용하여 금속 성분의 오염물을 분리하는 기술이다. 세라믹 복합막을 이용한 기술은 폐유의 점도를 낮추어 분리막의 투과성을 증가시키기 위하여 온도를 200℃까지 높이기 때문에 에너지 소비가 큰 단점이 있다.

원자력산업에서 방사성 오염물질의 제염과 방사성 폐기물의 처리 및 처분은 매우 중요한 분야이다. 특히, 방사성 오염물질의 처리와 제염을 하는 공정에서 보다 환경친화적이면서도 폐기물을 적게 발생시키는 효율적인 제염공정의 개발이 요구되고 있다. 현재 방사성 폐유의 제염공정은 산업 폐유의 정제기술 중의 하나인 이온교환법을 활용하여 처리하므로 많은 양의 2차 폐기물이 발생할 뿐만 아니라 제염 효율도 낮으며, 또한 응집제 등의 화학약품으로 처리하므로 환경적으로도 바람 직하지 못한 단점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서 폐유의 처리 시간과 처리 비용을 절감할 수 있고, 2차 폐기물의 발생이 적으며, 납과 같은 금속 성분과 황분의 제거 효율이 특히 높은 폐유의 정제방법 및 그 정제장치를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 폐유를 밀도차에 의하여 층간 분리하기 위하여 폐유를 저장하는 침강 분리 저장조; 상기 침강 분리 저장조의 상층에 저장된 저밀도 폐유를 수용하고 탈수시키기 위하여 가열하는 탈수 반응조; 상기 탈수된 폐유를 초임계 상태의 용매에 용해하기 위하여 그 탈수된 폐유와 그 초임계 상태의 용매를 수용하는 초임계 용매 용해조; 상기의 초임계 용매 용해조에 초임계 상태의 용매를 공급하는 초임계 용매 공급장치; 상기 초임계 용매에 용해된 폐유를 투과시켜 폐유 속에 함유된 오염물을 제거하는 분리막을 구비하는 분리막 여과조; 상기 분리막을 투과한 투과 정제유를 용매와 정제 유분으로 분리시키기 위하여 상기 투과 정제유를 수용하여 가열시키는 투과 정제유 분리조; 상기 분리막을 투과하지 못한 농축 잔사유를 용매와 농축 잔사 유분으로 분리시키기 위하여 상기 농축 잔사유를 수용하여 가열시키는 농축 잔사유 분리조; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제장치가 제공된다.

본 발명에 따른 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제방법과 정제장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 분리막을 이용하므로 금속성분 및 황분의 제거율이 높다.

둘째, 이산화탄소 초임계 용매를 단독으로 사용하여 높은 제거율을 얻을 수 있다. 따라서, 오존층 파괴의 위험이 없으며, 클로로디플루오로메탄을 사용하는 경우에 비해 저온에서 운전되므로, 에너지 비용의 절감 효과가 더 크다.

셋째, 초임계 용매와 분리막을 이용하여 방사성 오염물질을 분리함으로써 정제된 유분은 일반적인 폐기물과 동일한 방법으로 처리할 수 있어 방사성 폐유의 처리 시간과 처리 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

냇째, 고품질의 정제유를 생산할 수 있으며, 이 정제유들은 연료유나 고부가가치의 윤활기유로 사용할 수 있어 경제적인 효과가 크다.

다섯째, 2차 폐기물의 발생이 적다.

여섯째, 저온에서 운전하므로 화재에 대하여서도 안전하며 타르나 악취 같은 이차물질이 발생하지 않아서 깨끗한 작업환경에서 조업할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 초임계 용매를 이용한 폐유의 정제방법 및 정제장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초임계 용매 및 분리막을 이용한 폐유의 정제장치의 개념도이다. 도 1에 도시된 정제장치는 침강 분리 저장조(1), 탈수 반응조(2), 용매 저장조(3), 초임계 용매 용해조(4)를 구비하고 있다.

침강 분리 저장조(1)에는 원자력산업에서 발생한 방사성 폐유 또는 일반 산업에서 발생한 폐유가 저장된다. 침강 분리 저장조(1)에서는 밀도차에 의하여, 폐유에 포함된 밀도가 높은 이물질과 일부의 자유수분이 침강 되어 하층을 이루고, 밀도가 낮은 저밀도 폐유가 상층을 이루게 된다. 상층을 이루는 저밀도 폐유는 탈수 반응조(2)로 공급되며, 하층을 이루는 이물질과 자유수분은 배출된다.

침강 분리 저장조(1)는 저밀도 폐유 이송관(11)에 의하여 탈수 반응조(2)와 연결된다. 저밀도 폐유 이송관(11)은 침강 분리 저장조(1)의 상층에 수용된 저밀도 폐유를 탈수 반응조(2)에 공급시킨다. 저밀도 폐유를 탈수 반응조(2)에 공급하기 위하여 저밀도 폐유 이송관(11)에는 저밀도 폐유 이송펌프(12)가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 저밀도 폐유 이송관(11)은 침강된 이물질과 자유수분이 탈수 반응 조(2)로 이송되지 않도록 침강 분리 저장조(1)의 최하부로부터 부피를 기준으로 20%이상인 부분의 측면에 설치되어 있다.

탈수 반응조(2)는 탈수 반응조 진공관(22)에 의하여 진공펌프(25)와 연결된다. 탈수 반응조(2)는 침강 분리 저장조(1)로부터 이송된 저밀도 폐유를 약 50 mmHg의 낮은 압력에서 약 100~120℃의 온도로 가열하여 폐유 속에 남아있는 잔여 수분과 비점이 낮은 오염물을 증발시킨다.

또한, 탈수 반응조(2)는 수분의 제거 효율을 증가시키고, 저 압력에 의한 폐유의 부피 팽창을 감소시키기 위하여 교반기(21)를 구비하며, 탈수 공정 운전 중에 항상 교반기(21)를 사용하여 저속으로 폐유를 교반한다.

또한, 본 실시예에 따른 정제장치는 탈수 반응조(2)에서 증발된 수증기와 저비점 오염물을 응축시켜 분리 저장할 수 있는 수증기 냉각기(23)와 응축수 저장조(24)를 구비하고 있다.

또한, 탈수 반응조(2)의 압력을 낮추고, 분리된 수증기와 저비점 오염물을 수증기 냉각기(23)에 유입시키기 위한 탈수 반응조 진공펌프(25)를 구비하고 있다.

탈수 반응조(2)는 탈수 폐유 이송관(26)에 의하여 초임계 용매 용해조(4)와 연결된다. 탈수 폐유 이송관(26)은 탈수 반응조(2)에서 탈수된 폐유를 초임계 용매 용해조(4)에 공급시킨다. 탈수된 폐유를 초임계 용매 용해조(4)에 공급하기 위하여 탈수 폐유 이송관(26)에는 폐유 이송펌프(27)가 설치되어 있다. 폐유 이송펌프(27)는 탈수 반응조(2)에서 초임계 용매 용해조(4)로 폐유를 이송하기 위하여 초임계 용매 용해조(4) 내부의 압력 이상으로 폐유를 가압하여 초임계 용매 용해조(4)에 공급하여야 한다.

용매 저장조(3)는 용매 이송관(31)에 의하여 초임계 용매 용해조(4)와 연결된다. 용매 이송관(31)은 용매 저장조(3)에 저장된 용매를 초임계 용매 용해조(4)에 공급시킨다. 상기의 용매를 초임계 용매 용해조(4)에 공급하기 위하여 용매 이송관(31)에는 용매 이송펌프(32)가 설치되어야 하며, 이송되는 용매를 예열시킬 수 있는 용매 가열기(33)가 설치되어 있다. 용매 이송펌프(32)는 용매 저장조(3)에서 초임계 용매 용해조(4)로 용매를 이송하기 위하여 초임계 용매 용해조(4) 내부의 압력 이상으로 용매를 가압하여 초임계 용매 용해조(4)에 공급하여야 한다.

초임계 용매 용해조(4)는 탈수 반응조(2)에서 공급된 폐유와 용매 저장조(3)에서 공급된 초임계 상태의 용매를 수용한다. 초임계 상태의 용매는 약 80~120℃와 60~120bar 상태의 이산화탄소 또는 클로로디플루오로메탄(R-22)이 바람직하며, 이산화탄소와 클로로디플루오로메탄(R-22)이 혼용하여 사용될 수 있다. 초임계 상태의 용매와 폐유가 수용되면, 상기 폐유가 초임계 용매에 용해되며, 폐유는 저점도의 물성을 지닌 형태로 존재한다. 따라서 초임계 용매 용해조(4)는 수용된 용매가 초임계 상태를 유지하도록 수용된 용매와 폐유를 가열하는 가열수단(미도시)을 구비한다.

초임계 용매 용해조(4)는 초임계 용매 용해 폐유 이송관(41)에 의하여 분리막 여과조(5)와 연결된다. 초임계 용매 용해 폐유 이송관(41)은 초임계 용매 용해조(4)에 저장된 초임계 용매 용해 폐유를 분리막 여과조(5)에 공급시킨다. 상기의 초임계 용매에 용해된 폐유를 분리막 여과조(5)로 공급하기 위하여 초임계 용매 용 해 폐유 이송관(41)에는 초임계 용매 용해 폐유 이송펌프(42)가 설치되어 있다.

분리막 여과조(5)는 초임계 용매 용해조(4)에서 공급된 초임계 상태의 용매에 용해된 폐유를 수용한다. 도 2는 도 1에 도시된 초임계 용매 및 분리막을 이용한 폐유의 정제장치에 사용되는 분리막 여과조를 도시한 사시도이다. 도 2를 참조하면, 분리막 여과조(5)는 세라믹 분리막(510)과 세라믹 분리막(510)을 수용하고 있는 하우징(520)을 포함한다. 세라믹 분리막(510)은 미세한 기공을 포함하고 있는 다공성 세라믹으로서, 긴 원통 형태를 이루고 있다. 내부에는 다수의 원통형 통로(512)가 구비되어 있다. 세라믹 분리막(510)은 고온, 고압 등에서 물리적으로 매우 안정하며, 화학적으로도 매우 안정하다. 또한 내구성이 커서 사용 수명이 매우 길며, 세척을 통해서 재사용이 가능하다는 장점이 있다.

초임계 용매 용해 폐유 이송관(41)을 통해서 공급된 초임계 상태의 용매에 용해된 폐유는 다공성 세라믹으로 이루어진 세라믹 분리막(510)을 지나게 된다. 수용된 초임계 상태의 용매에 용해된 폐유 중 일부는 다공성 세라믹의 기공을 통과하여 세라믹 분리막(510)의 외주면을 따라서 배출된다. 이 부분을 투과 정제유라 한다. 투과 정제유는 하우징(520)의 내부를 따라서 제1 투과 정제유 이송관(51)을 향해서 흐른다.

그러나 폐유에 포함되어 있는 납, 크롬, 카드뮴, 비소와 같은 금속성분이나 회분, 황분과 같은 오염물질은 다공성 세라믹의 기공을 통과하지 못하고 세라믹 분리막(510)의 길이 방향으로 형성되어 있는 다수의 원통형 통로(512)를 따라서 배출된다. 이 부분을 농축 잔사유라 한다.

분리막 여과조(5)는 제1 투과 정제유 이송관(51)에 의하여 투과 정제유 분리조(6)와 연결된다. 제1 투과 정제유 이송관(51)은 분리막 여과조(5)에서 분리막을 통과한 투과 정제유를 투과 정제유 분리조(6)에 공급한다. 또한, 투과 정제유 분리조(6)는 60~120bar로 이송된 투과 정제유의 압력을 40~60bar로 낮추어 투과 정제유 에서 용매를 기화시켜 투과 정제 유분과 용매로 분리시킨다.

분리막 여과조(5)는 제1 농축 잔사유 이송관(52)에 의하여 농축 잔사유 분리조(7)와 연결된다. 제1 농축 잔사유 이송관(52)은 분리막 여과조(5)에서 분리막을 통과하지 못한 농축 잔사유를 농축 잔사유 분리조(7)에 공급한다. 농축 잔사유 분리조(7)는 60~120bar로 이송된 농축 잔사유의 압력을 40~60bar로 낮추어 농축 잔사유에서 용매를 기화시켜 잔사 유분과 용매로 분리시킨다.

상기의 분리막 여과조(5)는 수용된 용매가 초임계 상태를 유지하도록 수용된 초임계 용매 용해 폐유를 가열하는 가열수단(미도시)을 구비한다.

투과 정제유 분리조(6)는 제2 투과 정제유 이송관(61)에 의하여 투과 정제유 저장조(8)와 연결된다. 투과 정제유는 투과 정제 유분과 다량의 용매로 이루어 진다. 투과 정제유 분리조(6)는 투과 정제유를 용매와 투과 정제 유분으로 분리하기 위하여 수용된 투과 정제 유분을 가열하는 가열수단(미도시)을 구비한다.

농축 잔사유 분리조(7)는 제2 농축 잔사유 이송관(71)에 의하여 농축 잔사유 저장조(9)와 연결된다. 농축 잔사유는 농축 잔사 유분과 다량의 용매로 이루어 진다. 농축 잔사유 분리조(7)는 농축 잔사유를 용매와 농축 잔사 유분으로 분리하기 위하여 수용된 농축 잔사 유분을 가열하는 가열수단(미도시)을 구비한다.

투과 정제유 저장조(8)는 투과 정제유 분리조(6)와 동일한 압력을 유지하도록 제1 동압관(63)에 의하여 연결되어 있으며, 투과 정제유 저장조(8)는 투과 정제유 분리조(6)에서 분리된 투과 정제 유분이 중력에 의하여 배출되도록 투과 정제유 분리조(6)의 하부에서 투과 정제유 저장조(8)에 연통된다. 따라서 투과 정제유 저장조(8)에는 투과 정제 유분이 저장된다. 다만, 투과 정제유 저장조(8)는 투과 정제유 분리조(6)와 제1 동압관(63)에 의하여 연통되어 있으므로, 투과 정제 유분뿐만 아니라 소량의 용매가 수용된다. 따라서 투과 정제유 저장조(8)는 투과 정제 유분에 잔류하는 용매를 분리하기 위하여 잔류 용매을 함유하는 투과 정제 유분을 가열하는 가열수단(미도시)을 구비한다.

농축 잔사유 저장조(9)는 농축 잔사유 분리조(7)와 동일한 압력을 유지하도록 제2 동압관(73)에 의하여 연결되어 있으며, 농축 잔사유 저장조(9)는 농축 잔사유 분리조(7)에서 분리된 농축 잔사 유분이 중력에 의하여 배출되도록 농축 잔사유 분리조(7)의 하부에서 농축 잔사유 저장조(9)에 연통된다. 따라서 농축 잔사유 저장조(9)에는 정제되지 못한 농축 잔사 유분이 저장된다. 다만, 농축 잔사유 저장조(9)는 농축 잔사유 분리조(7)와 제2 동압관(73)에 의하여 연통되어 있으므로, 농축 잔사 유분뿐만 아니라 소량의 용매가 수용된다. 따라서 농축 잔사유 저장조(9)는 농축 잔사 유분에 잔류하는 용매를 분리하기 위하여 잔류 용매를 함유하는 농축 잔사 유분을 가열하는 가열수단(미도시)을 구비한다.

투과 정제유 저장조(8)는 정제 연료유 이송관(81)에 의하여 정제 연료유 저장조(10)와 연결된다. 정제 연료유 이송관(81)은 투과 정제유 저장조(8)에 수용된 투과 정제 유분을 정제 연료유 저장조(10)에 이송시킨다. 투과 정제 유분을 정제 연료유 저장조(10)에 이송시키기 위하여 정제 연료유 이송관(81)에는 정제 연료유이송펌프(82)가 설치되어 있다.

정제 연료유 저장조(10)는 초임계 용매와 분리막에 의하여 폐유로부터 정제되고, 초임계 용매가 분리된 투과 정제 유분이 저장된다. 따라서 정제 연료유저장조(10)에 저장된 투과 정제 유분을 재생연료로 재활용할 수 있다.

초임계 용매 공급수단은 용매 냉각기(미도시)와, 용매 저장조(3)와, 용매 가압펌프(32)와 및 용매 가열기(33)를 구비한다. 용매 저장조(3)는 초임계 용매 용해조(4)에 공급될 용매를 저장한다. 용매 가압펌프(32)는 용매 저장조(2)에 수용된 용매를 초임계 상태로 초임계 용매 용해조(4)에 공급하기 위하여 용매를 가압한다. 따라서 용매를 운전압력인 60~120bar까지 가압한다. 용매 가열기(33)는 용매 가압펌프(32)에 의하여 가압된 용매를 초임계 상태로 만들기 위하여 가열한다. 따라서, 본 실시예에서는 용매를 운전온도인 80~120℃까지 가열한다. 용매 저장조(3)에 저장된 용매는 용매 가압펌프(32) 및 용매 가열기(33)에 의하여 초임계 상태로 초임계 용매 용해조(5)에 공급된다.

또한, 초임계 용매 공급수단은 투과 정제유 분리조(6)와, 농축 잔사유 분리조(7)와, 투과 정제유 저장조(8) 및 농축 잔사유 저장조(9)와 용매 회수관(62, 72, 83, 91)을 통해서 연결된다. 상기의 투과 정제유 분리조(6)와, 농축 잔사유 분리조(7)와, 투과 정제유 저장조(8) 및 농축 잔사유 저장조(9)에는 용매가 발생하므로 상기의 용매를 회수하여 재활용하기 위함이다. 따라서 초임계 용매 공급수단은 상 기의 투과 정제유 분리조(6)와, 농축 잔사유 분리조(7)와, 투과 정제유 저장조(8) 및 농축 잔사유 저장조(9)에서 발생된 용매를 회수하여 재활용하기 위하여 추출 용매 가압부스터(64)와 추출 용매 냉각기(65)를 구비한다. 추출 용매 가압부스터(64)와 추출 용매 냉각기(65)는 상기의 회수된 용매를 냉각하여 용매 저장조(3)에 공급하기 위하여 용매 저장조(3)에 연결된다.

용매의 재활용은 다양한 방법으로 할 수 있다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초임계 용매 및 분리막을 이용한 폐유의 정제장치의 개념도이다. 도 1에 도시된 실시예와 동일한 기능을 하는 부재는 동일한 부재번호를 붙이고 설명하지 않는다. 도 3에서는 투과 정제유 분리조(6)와, 농축 잔사유 분리조(7)와, 투과 정제유 저장조(8) 및 농축 잔사유 저장조(9)에서 발생한 용매를 초임계 용매 용해조(4)에 공급하기 위하여 용매 회수관(66)에 연결되며, 용매의 회수와 재활용을 용이하게 하기 위하여 용매 재활용 가스부스터(67)가 설치될 수 있다.

이러한 방법을 사용하면 용매를 초임계 상태로 만들기 위해서 다시 가열하지 않고 바로 사용할 수 있다는 점에서 효과적이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초임계 용매 및 분리막을 이용한 폐유의 정제방법의 순서도이다. 이하 도 1을 참조하여 설명한 실시예에 따른 초임계 용매 및 분리막을 이용한 폐유의 정제장치를 이용하여 폐유를 정제하는 방법을 예를 들어 설명하나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다.

원자력산업에서 발생한 방사성 폐유 또는 일반 산업에서 발생한 폐유를 침강 분리 저장조에 수용하고 폐유내의 이물질 및 자유수분을 밀도차를 이용하여 침강시키는 침강 단계(S10)를 수행한다. 즉 상기의 폐유를 침강 분리 저장조(1)에 수용하여 일정시간 방치하면 폐유는 이물질 및 자유수분으로 이루어진 하층과 밀도가 낮은 상층의 폐유로 분리된다.

다음으로, 침강 단계(S10)를 거쳐서 분리된, 밀도가 낮은 상층의 폐유를 탈수 반응조(2)에 공급한 후 저 압력에서 가열하여 폐유에 포함된 수분을 탈수시키는 탈수 단계(S20)를 거친다. 이때 교반기를 사용하여 폐유를 교반한다.

다음으로, 탈수 단계(S20)에서 수분이 탈수된 폐유를 초임계 용매 용해조(4)에 공급한 후 초임계 용매 공급장치를 사용하여 초임계 상태의 용매를 공급하여 상기의 폐유를 초임계 용매에 용해는 용해 단계(S30)를 거친다.

다음으로, 용해 단계(S30)에서 초임계 용매에 용해된 폐유를 분리막 여과조(5)에서 분리막(510)으로 여과하여 투과 정제유와 농축 잔사유로 분리하는 여과 단계(S40)를 거친다.

다음으로, 여과 단계(S40)에서 분리막(510)을 투과한 투과 정제유에는 다량의 용매가 포함되어 있으므로 투과 정제 유분과 용매로 분리하는 투과 정제유/용매 분리 단계(S50)를 거친다. 또한 여과 단계(S40)에서 분리막(510)을 투과하지 못한 농축 잔사유에도 다량의 용매가 포함되어 있으므로 농축 잔사 유분과 용매로 분리하는 농축 잔사유/용매 분리 단계(S60)를 거친다.

여과 단계(S40)에서 분리막(510)을 사용하면 다음과 같은 장점이 있다. 분리막(510)을 사용하지 않는 경우에는 초임계 용매에 금속성분의 오염물질을 용해시킨 후 초임계 용매를 분리하여 오염물질을 제거하였다. 따라서 초임계 용매로서 금속성분을 용해할 수 있는 극성 용매인 클로로디플루오로메탄을 단독으로 사용하거나, 이산화탄소 초임계 용매와 클로로디플루오로메탄 초임계 용매를 혼합하여 사용하여야 했다. 그러나 클로로디플루오로메탄은 오존을 파괴하는 물질로서 사용이 제한되며, 가격이 비싸다는 문제가 있었다. 또한 금속성분 오염물 중에서 납과 황분은 클로로디플루오로메탄 초임계 용매에 쉽게 용해되지 않아서 제거율이 낮다는 문제가 있었다.

분리막(510)을 사용하는 경우에는 분리막(510)을 이용하여 금속성분을 제거할 수 있으므로 클로로디플루오로메탄뿐 아니라 이산화탄소와 같은 비극성 용매를 단독으로 사용할 수 있다. 또한 클로로디플루오로메탄 초임계 용매에 잘 용해되지 않는 납이나 황분과 같은 오염물질도 용이하게 제거할 수 있다는 장점이 있다.

분리막(510) 사용 여부에 따른 오염물질의 제거 비율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1은 클로로디플루오로메탄 초임계 용매를 사용하고, 분리막(510)을 사용하지 않은 경우이며, 초임계 용매의 운전 조건은 105℃, 80bar 이다. 시험예 1, 2를 초임계 상태의 이산화탄소와 기공의 크기가 0.02㎛인 세라믹 분리막(510)을 사용한 것으로서 초임계 용매의 운전 조건을 달리한다. 시험예 1은 80℃, 120bar인 초임계 상태 이산화탄소를 용매로 사용하였으며, 시험예 2는 120℃, 120bar인 초임계 상태 이산화탄소를 용매로 사용하였다.

표 1을 통해서 알 수 있는 바와 같이, 분리막(510)을 사용하기 전에는 황분 과 납에 대한 제거율이 18%정도에 불과하였으나, 세라믹 분리막(510)을 사용한 후에는 50%정도로 대폭 향상되었다.

	폐유내 함량(wt%)	제거율(%)
	폐유내 함량(wt%)	비교예	시험예1	시험예 2
잔류탄소분	1.32	87	89	88
물과 침전물	2.8	94	95	94
회분	0.6	78	80	80
황분	0.36	17	50	50
Pb	11 (ppm)	18	48	49

다음으로, 투과 정제유/용매 분리 단계(S50)에서 분리된 투과 정제 유분에는 미처 분리되지 않은 소량의 용매가 포함되어 있으므로 다시 한번 용매를 분리하는 투과 정제 유분/용매 재분리 단계(S70)를 거친다.

또한 농축 잔사유/용매 분리 단계(S60)에서 분리된 농축 잔사 유분에는 소량의 용매가 포함되어 있으므로 다시 한번 농축 잔사 유분과 용매를 분리하는 농축 잔사 유분/용매 재분리 단계(S80)를 거친다.

다음으로, 투과 정제유/용매 분리 단계(S50), 농축 잔사유/용매 분리 단계(S60), 투과 정제 유분/용매 재분리 단계(S70)및 농축 잔사 유분/용매 재분리 단계(S80)에서 분리된 용매를 재활용하기 위하여 용매를 회수하며, 회수된 용매를 초임계 용매 공급장치에 공급하는 용매 회수 및 재활용 단계(S90)를 거친다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초임계 용매 및 분리막을 이용한 폐유의 정제장치의 개념도.

도 2는 도 1에 도시된 초임계 용매 및 분리막을 이용한 폐유의 정제장치에 사용되는 분리막 여과조를 도시한 사시도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초임계 용매 및 분리막을 이용한 폐유의 정제장치의 개념도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초임계 용매 및 분리막을 이용한 폐유의 정제방법의 순서도.

<도면 부호의 간단한 설명>

1 : 침강 분리 저장조 2 : 탈수 반응조

3 : 용매 저장조 4 : 초임계 용매 용해조

5 : 분리막 여과조 6 : 투과 정제유 분리조

7 : 농축 잔사유 분리조 8 : 투과 정제유 저장조

9 : 농축 잔사유 저장조 10 : 정제 연료유 저장조

Claims

초임계 용매를 이용하여 폐유를 정제하는 방법에 있어서,

밀도차에 의하여 폐유 속에 함유된 이물질과 자유수분을 침강시키는 침강 단계;

상기 침강 단계를 거쳐서 분리된, 저밀도의 상층부 폐유를 가열하여 그 폐유 속에 함유된 수분을 증발시키는 탈수 단계;

상기 탈수 단계를 거친 폐유에 초임계 상태의 용매를 공급하여 그 폐유의 점도를 낮추는 용해 단계;

상기 용해 단계를 거쳐 점도가 낮아진 폐유를 분리막을 투과시켜 그 폐유 속에 함유된 오염물을 제거하는 여과 단계; 및

상기 여과 단계를 거친 폐유를 용매와 용매를 제외한 나머지 부분인 유분으로 분리시키는 분리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제방법.
제1항에 있어서,

상기 여과 단계에서,

상기 분리막은 다공질 세라믹인 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제방법.
제1항에 있어서,

상기 용해 단계에서,

상기 초임계 상태의 용매는 이산화탄소, 클로로디플루오로메탄, 이산화탄소 와 클로로디플루오로메탄의 혼합물, 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제방법.
제1항에 있어서,

상기 분리 단계를 거친 후 분리 단계에서 분리된 상기 유분을 가열하여 그 유분 속에 잔류하는 용매를 재분리시키는 재분리 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제방법.
제4항에 있어서,

상기의 분리 단계 및 재분리 단계에서 분리된 용매를 회수하여 초임계 상태로 가압 및 가열한 후 상기의 용해 단계에 공급하는 용매 회수 및 재활용 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제방법.
제1항에 있어서,

상기 탈수 단계는, 0.1 ~ 70mmHg의 압력상태에서 100 ~ 120℃의 온도로 가열하여 탈수시키는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제방법.
제1항에 있어서,

상기 용해 단계에서,

초임계 상태 용매는 80 ~ 120℃의 온도와 60 ~ 120bar의 압력조건을 갖는 초임계 상태인 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제방법.
초임계 용매를 이용하여 폐유를 정제하는 장치에 있어서,

폐유를 밀도차에 의하여 층간 분리하기 위하여 폐유를 저장하는 침강 분리 저장조;

상기 침강 분리 저장조의 상층에 저장된 저밀도 폐유를 수용하고 탈수시키기 위하여 가열하는 탈수 반응조;

상기 탈수된 폐유를 초임계 상태의 용매에 용해하기 위하여 그 탈수된 폐유와 그 초임계 상태의 용매를 수용하는 초임계 용매 용해조;

상기의 초임계 용매 용해조에 초임계 상태의 용매를 공급하는 초임계 용매 공급장치;

상기 초임계 용매에 용해된 폐유를 투과시켜 폐유 속에 함유된 오염물을 제거하는 분리막을 구비하는 분리막 여과조;

상기 분리막을 투과한 투과 정제유를 용매와 투과 정제 유분으로 분리시키기 위하여 상기 투과 정제유를 수용하여 가열시키는 투과 정제유 분리조; 및

상기 분리막을 투과하지 못한 농축 잔사유를 용매와 농축 잔사 유분으로 분 리시키기 위하여 상기 농축 잔사유를 수용하여 가열시키는 농축 잔사유 분리조;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제장치.
제8항에 있어서,

상기 분리막은 다공질 세라믹인 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제장치.
제8항에 있어서,

상기 투과 정제유 분리조에서 분리된 투과 정제 유분에 잔류하는 용매를 재분리시키기 위하여 그 투과 정제 유분을 수용하여 가열시키는 투과 정제유 저장조;와

상기 농축 잔사유 분리조에서 분리된 농축 잔사 유분에 잔류하는 용매를 재분리시키기 위하여 그 농축 잔사 유분을 수용하여 가열시키는 농축 잔사유 저장조;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제장치.
제8항에 있어서,

상기 투과 정제유 분리조와 상기 투과 정제유 저장조의 압력이 동일하도록 상기 투과 정제유 분리조와 상기 투과 정제유 저장조에 연결된 제1 동압관을 추가 로 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제장치.
제8항에 있어서,

상기 농축 잔사유 분리조와 상기 농축 잔사유 저장조의 압력이 동일하도록 상기 농축 잔사유 분리조와 상기 농축 잔사유 저장조에 연결된 제2 동압관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제장치.
제8항에 있어서,

상기 탈수 반응조는 수용된 저밀도 폐유를 교반시키는 교반기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제장치.
제8항에 있어서,

상기 초임계 용매 공급장치는,

용매를 저장하는 용매 저장조와,

상기 용매 저장조에 저장된 용매를 가압하는 용매 가압펌프와,

상기 가압된 용매를 초임계 상태로 만들기 위하여 가열시키는 용매 가열기를 구비하는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제장치.
제10항에 있어서,

상기 투과 정제유 분리조, 투과 정제유 저장조, 농축 잔사유 분리조, 농축 잔사유 저장조에서 분리된 용매를 냉각시키기 위한 용매 냉각기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제장치.
제10항에 있어서,

상기 투과 정제유 분리조, 투과 정제유 저장조, 농축 잔사유 분리조, 농축 잔사유 저장조에서 분리된 용매를 초임계 용매 용해조에 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 초임계 용매와 분리막을 이용한 폐유의 정제장치.