KR20130070774A

KR20130070774A - 파이넥스 공정에서의 폐플라스틱 고형원료를 이용한 연료가스의 제조방법

Info

Publication number: KR20130070774A
Application number: KR1020110137969A
Authority: KR
Inventors: 이신구; 김경태; 고대권
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-06-28

Abstract

본 발명의 일측면인 연료가스의 제조방법은, 파이넥스 공정 중 용융로를 이용한 공정에 있어서, 상기 용융로에 폐플라스틱 고형원료를 석탄 중량대비 3% 이하(0은 제외)로 투입하는 것일 수 있다. 이를 통하여, 파이넥스 공정에서 폐플라스틱을 이용하여, 노열에 큰 변화 없이, 양질의 연료가스를 생성할 수 있다.

Description

파이넥스 공정에서의 폐플라스틱 고형원료를 이용한 연료가스의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING FUEL GAS FROM WASTED PLASTICS IN FINEX PROCESS}

본 발명은 파이넥스(Finex)로를 이용하여, 종래 폐기처분되던 폐플라스틱 고형연료(Refuse Plastic Fuel, RPF)로부터 연료가스를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

고로법이라고 하는 통상의 제철법은 용융선철을 제조하기 위하여, 고로에 장입하는 원료를 전처리 공정에서 코크스와 괴상의 철광석으로 가공한 다음 이와 같이 덩어리 상태의 원료를 이용하여 용융선철을 제조하여 왔다.

그러나 이러한 전처리 공정이 필요한 기존의 고로법은 석탄의 코크스화 과정과 괴상의 철광석으로 소결하는 과정에서 많은 유해 가스를 배출하여 환경오염문제를 야기하고 있다.

따라서, 최근들어 이러한 환경오염문제를 극복하면서 아울러 자원고갈에 대한 대비책으로 새로운 제철법인 용융환원법에 대하여 많은 관심과 연구가 집중되고 있다. 현재 개발되고 있는 용융환원 제철법 중 FINEX 공정은 미립의 석탄과 분체 형태의 철광석을 최초 채광한 상태에서 입도만 분리하여 그대로 사용함에 따라 고로법에 비해 원료비가 저렴하여 상업화가 진행되고 있다. FINEX 공정은 크게 분체 형태의 철광석(분광석)을 유동 환원로내에서 환원시키는 유동환원공정과 이와 같이 직접환원된 분철광을 용융가스화로 내에서 용융시키는 용융공정으로 이루어져 있다.

한편, 종래에는 플라스틱 가공공정에서 발생한 폐기플라스틱이나, 사용하고 난 플라스틱(이하, 폐플라스틱이라 함)은 소각되거나, 매립 처분되었다. 그 결과, 소각하는 경우에는 고온 연소로 인하여 소각로가 파손되거나 염소와의 반응에 의해 다이옥신이 발생하는 문제점이 있었다. 또한, 매립 처리하는 경우에도, 폐플라스틱은 부패하지 않고 토양이 고화하지 않기 때문에, 조성지의 이용가치가 낮은 문제점이 있다. 이에 따라, 최근 폐기물 에너지화에 대한 관심이 고조되면서, 폐기물의 일종인 폐플라스틱의 활용이 점진적으로 증대됨으로써, 제철소에서도 폐기물의 일종인 폐플라스틱을 제철공정에 활용함으로써 CO₂를 저감시키고 및 부산물을 생성하는 것에 대한 연구가 진행되고 있다.

본 발명의 일측면은, 파이넥스 공정 중 용융공정에서, 용융로의 노열변화 없이 폐플라스틱 고형연료(Refuse Plastic Fuel, RPF)로부터 연료가스를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일측면인 연료가스의 제조방법은, 파이넥스 공정 중 용융로를 이용한 공정에 있어서, 상기 용융로에 폐플라스틱 고형원료를 석탄 중량대비 3% 이하(0은 제외)로 투입하는 것일 수 있다.

상기 폐플라스틱 고형원료는 직경 15~25mm 및 길이 20~30mm의 실린더 형태인 것이 바람직하다.

상기 용융로의 분산판 차압이 150~190 mbar 인 것이 바람직하다.

상기 용융로에서 발생되는 연료가스의 양은 폐플라스틱 고형원료 톤당 2,500~2,900 Nm³ 인 것이 바람직하다.

상기 용융로에서 발생되는 연료가스는 CO 및 H₂ 중 1종 또는 2종인 것이 바람직하다.

본 발명의 일측면에 따르면, 파이넥스 공정에서 폐플라스틱을 이용하여, 노열에 큰 변화 없이, 양질의 연료가스를 생성할 수 있다.

도 1은 일반적인 파이넥스 설비의 전체 공정을 도시한 공정 개략도이다.
도 2(a) 내지 (d)는 폐플라스틱 고형연료의 투입량에 따른 가스, 돔온도, 산소유량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 폐플라스틱 고형연료 3중량% 투입시 차압변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 폐플라스틱 고형연료 5중량% 투입시 차압변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 1톤의 용선 생산시 폐플라스틱 투압량에 따른 용융로 가스 발생량을 나타내는 그래프이다.

본 발명자들은 폐플라스틱 고형연료(Refuse Plastic Fuel, RPF)을 이용하여 효율적으로 연료가스를 확보하기 위한 방안에 대하여, 깊이 연구한 결과, 파이넥스 설비 중 용융로에서 상기 폐플라스틱 고형연료를 장입하고, 그 함량을 적절히 제어함으로서, 상기 용융로의 온도에 큰 영향을 주지 않으면서도 연료가스(Furnace oven gas)를 높은 효율로서 확보할 수 있음을 인지하고, 본 발명에 이르게 되었다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 일반적인 파이넥스 설비의 전체 공정을 도시한 공정 개략도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 파이넥스 설비는 분광석 건조기(10), 분광석을 환원시키기 위한 유동 환원로(2, 3, 4, 5), 분광석 점결 장치(9), 미분탄 점결 장치(8) 및 용융로(21)를 구비한다. 분광석(6)은 분광석 건조기(10)를 거쳐 유동 환원로(5, 4, 3, 2)를 들어가서 일산화탄소 등의 환원가스(용융로에서 발생한 것을 이용)에 의해 환원되어 고온의 환원 분광으로서 배출된다. 환원 분광은 분광석 점결 장치(9)를 통과한 후, 미분탄 점결 장치(8)를 거친 미분탄(7)과 함께 용융로로 들어가 용선을 제조하게 된다. 용융로에서 발생된 고온의 환원가스는 미분탄(7)의 경로와 반대로 유동 환원로(2. 3. 4. 5)를 거치면서 분광석에 제공된다. 본 발명의 일측면은 상기 용융로에 일정량의 폐플라스틱 고형원료를 상부 장입하여 이를 열분해 및 가스화하는 것이다.

이하, 본 발명의 일측면인 연료가스의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 파이넥스 공정 중 용융로를 이용한 공정 중에 실시하는 것이 바람직하다. 상기 용융로에 폐플라스틱 고형원료를 투입하여 연료가스를 생성할 수 있다.

상기 폐플라스틱 고형원료를 용융로에 투입하여, 하기 반응식과 같은 가스화 반응으로 연료가스를 제조할 수 있다.

(반응식1) CnHm -> aCH₄ + bH₂ + cC

(반응식2) C + O₂ -> CO₂

(반응식3) C + CO₂ -> 2CO

(반응식4) CH₄ + O₂ -> CO₂ + 2H₂

(반응식5) CH₄ + H₂O -> CO₂ + 3H₂

여기서, 상기 폐플라스틱 고형원료는 석탄 중량대비 3% 이하로 투입되는 것이 바람직하다. 상기 폐플라스틱 고형원료이 3%를 초과하는 경우에는 상기 용융로내에서 열분해된 고탄화수소 물질들이 분산판에 부착되어, 차압이 증대되는 문제점이 발생한다.

또한, 상기 폐플라스틱 고형원료는 직경 15~25mm, 길이 20~30mm의 실린더 형태인 것이 바람직하다. 상기 폐플라스틱 고형원료의 입도가 직경 15mm미만, 길이 20mm 미만인 경우에는 돔내부에서 통기성을 유지하기 어려운 문제점이 발생한다. 반면에, 상기 폐플라스틱 고형원료의 입도가 직경 25mm 초과, 길이 30mm를 초과하는 경우에는 폐플라스틱 단위 부피당 열전달 면적이 줄어들어 충분한 시간내에 모두 열분해 가스화가 어려운 문제점이 발생한다.

그리고, 본 발명의 일측면에 따르면, 상기 폐플라스틱 고형원료를 투입하여도 노열에 큰 변화를 일으키지 않는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 용융로의 분산판 차압은 150~190 mbar로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 분산판 차압이 100mbar미만인 경우에는 융융로 가스의 유량이 필요량보다 적게 발생하는 것을 의미하며, 이는 조업 운전조건을 변경시켜야 한다. 반면에, 상기 분산판 차압이 200mbar를 초과하는 경우에는 분산이 어떤 물질에 의해 막히는 문제점이 발생하고 있다.

이러한 공정을 통하여 연료가스를 생성할 수 있다. 상기 연료가스의 양은 폐플라스틱 고형원료 톤당 2,500~2,900 Nm³ 로 생성될 수 있다. 그리고, 상기 연료가스는 CO, H₂ 중 1종 또는 2종인 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예 1)

폐플라스틱 고형연료의 함량에 따라, 상기 폐플라스틱 고형연료를 용융로에 투입하고, 발생되는 가스성분과 돔온도 및 산소 유량변화를 측정하였다. 상기 투입된 폐플라스틱 고형연료와 측정된 가스성분, 돔온도 및 산소 유량변화를 도 2에 나타내었다.

도 2 (a) 내지 (d)에 도시한 바와 같이, 폐플라스틱 사용량이 증대되었으나, 돔온도는 큰 변화 없이 일정한 온도를 유지하였다. 그리고, 상기 폐플라스틱 사용량이 증대됨에 따라 메탄의 함량이 소폭 하락함을 확인할 수 있으며, 이를 통하여 상기 폐플라스틱 고형원료를 이용하여 연료가스를 생성할 수 있으나, 환원가스 생성은 어렵다는 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

또한, 폐플라스틱 고형연료를 3중량% 및 5중량%를 용융로에 투입하고, 상기 용융로의 분산판 차압을 측정하여 도 3 및 도 4에 나타내었다.

도 3에 도시한 바와 같이, 폐플라스틱 고형연료를 3중량%를 투입한 경우에는 조업상 어떠한 문제도 발생되지 않았음을 확인할 수 있다. 이와 반대로, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 폐플라스틱 고형연료를 5중량를 투입한 경우 분산판 차압이 증대되어 더 이상의 공정을 진행할 수 없음을 확인할 수 있다.

(실시예 3)

더불어, 폐플라스틱 고형연료를 함량을 변화시키면서 용융로에 투입하고, 용융로에서 발생되는 가스량을 측정하여 하기 도 5에 나타내었다.

도 5에 도시한 바와 같이, 도 5는 용선을 1톤 생산 기준 폐플라스틱 투입에 따른 용융로 가스 생산량을 나타낸 것이다. 이를 통하여, 폐플라스틱 1톤당 용융로 가스 생산량을 확인할 수 있다.

1: 용융로,
2, 3, 4, 5: 유동환원로,
6: 분광석,
7: 미분탄,
8: 미분탄 점결 장치,
9: 분광석 점결 장치.
10: 분광석 건조기,
11: 베드 버너(bed burner).

Claims

파이넥스 공정 중 용융로를 이용한 공정에 있어서,
상기 용융로에 폐플라스틱 고형원료를 석탄 중량대비 3% 이하(0은 제외)로 투입하는 연료가스의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 폐플라스틱 고형원료는 직경 15~25mm 및 길이 20~30mm의 실린더 형태인 연료가스의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 용융로의 분산판 차압이 150~190mbar인 연료가스의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 용융로에서 발생되는 연료가스의 양은 폐플라스틱 고형원료 톤당 2,500~2,900 Nm³ 인 연료가스의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 용융로에서 발생되는 연료가스는 CO 및 H₂ 중 1종 또는 2종인 연료가스의 제조방법.