KR20170109123A - 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환경오염을 유발하는 폐합성수지를 처리하는 기술에 있어서, 특히, 용융공정에서 폭발의 위험을 제거하고 가열공정에서의 열전달 효율을 높일 수 있는 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법에 관한 것으로, 파쇄기에서 폐합성수지를 파쇄하여 합성수지 파쇄물을 생성하는 단계와, 혼합기에서 상기 합성수지 파쇄물을 점성의 촉매액과 혼합하여 정제용 혼합물을 생성하는 단계와, 공급호퍼에서 상기 정제용 혼합물을 열분해반응기에 투입하는 단계와, 상기 열분해반응기에서 상기 투입된 정제용 혼합물을 가열하여 용융시키는 단계와, 열분해응축기에서 상기 열분해반응기에서 발생된 유기가스를 응축시켜 재생연료유를 배출하는 단계로 이루어져, 열분해반응기의 용융공정에서 폭발의 위험을 제거하고 가열공정에서의 열전달 효율을 향상시켜 재생연료유의 생산속도를 높일 수 있도록 해주는 발명이다.

Description

폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법{method of producing recycled fuel oil from waste synthetic resin}

본 발명은 환경오염을 유발하는 폐합성수지를 처리하는 기술에 관한 것으로, 특히, 용융공정에서 폭발의 위험을 제거하고 가열공정에서의 열전달 효율을 높일 수 있는 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 폐합성수지는 여러 가지 환경문제를 야기한다. 플라스틱 폐기물을 포함한 폐합성수지를 매립하는 경우에는 부패가 되지 않고 토양에 환원되지 않아 안정적인 지반형성을 방해하고 장기적으로는 토양오염의 원인이 된다.

이와 같이 환경오염을 유발하는 폐합성수지의 처리 문제를 해결하기 위해, 폐합성수지를 자원으로 재활용하기 위한 에너지 재활용 기술과 원료 재활용 기술과 화학 재활용 기술 등이 활발히 연구되고 있다.

폐합성수지의 에너지 재활용 기술은 폐합성수지의 소각하여 열에너지를 얻어내는 기술이다. 그러나, 폐합성수지를 소각하는 경우에는 인체에 해로운 발암물질인 다이옥신 등이 발생하여 인체에 직접적인 해를 줄 뿐만 아니라, 간접적으로도 토양, 물 등을 오염시켜서 2차적으로 인체에 흡수되어 심각한 문제를 야기시킨다. 그로 인해, 소각 시 발생되는 유해물질의 정화를 위한 오염방지시설을 마련해야 하는 부담은 물론 그 오염방지시설을 유지 관리해야 하는 부담도 있었다.

따라서, 매립이나 소각이 아닌 플라스틱 폐기물의 재활용 문제는 시급한 현안이 되고 있는데, 폐합성수지는 에너지 재활용보다는 원료 재활용과 화학 재활용이 우선적으로 고려되고 있다.

폐합성수지의 원료 재활용은 폐합성수지 자체를 분류하여 합성수지 제품의 원료로 재사용한다. 폐합성수지의 원료 재활용을 위해서는 폐합성수지를 종류 별로 분류해야 하는데, 대한민국 등록특허 제10-0953559호(구획공간 가변형 안내컨테이너가 구비된 플라스틱 선별장치)나 대한민국 등록특허 제10-1262221호(시분할 제어방식 재활용 선별장치)에 게시된 바와 같은 선별 장치를 사용하여 폐합성수지를 PET, PE, PP, PS 등 원료 별로 선별하였다. 그러나, 재활용 대상 이외의 배출물들을 수작업에 의해 개별적으로 처리하는 후처리 문제나 설비를 마련하고 유지 관리해야 하는 비용적 문제를 내포하고 있을 뿐만 아니라 경제성도 낮다는 문제가 제기되고 있다.

한편, 화학 재활용 기술은 폐합성수지로부터 재생연료유를 얻는 것으로, 폐합성수지를 열분해하여 발생된 유기가스를 냉각하여 오일로 전환시키는 기술이다.

폐합성수지의 화학 재활용을 위해 개발된 장비로는 회분식의 배치타입과 가열 스크류를 이용한 연속식타입이 있었다.

회분식 배치타입은 시설비가 저렴하지만 1회씩 가동과 냉각 배출의 공정을 반복하여야 하기 때문에, 냉각 후 재가열에 요구되는 가열 에너지의 낭비가 심하고 공정의 연속성이 없어서 생산성이 낮은 문제점이 있었다.

가열 스크류를 이용한 연속식타입은 장비의 기술적 정교함이 요구되어 설비비가 많이 들고 처리량이 적은 관계로 사업성이 떨어지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 용융압출식의 연속 배치타입 장치가 개발되었다. 용융압출식의 연속 배치타입 장치는 파쇄된 폐합성수지를 상온에서 그대로 열분해반응기에 투입하여 가열 용융시킨 후 압출시키는 것으로, 가열 온도까지 가열하는 데에 에너지 소모가 많아서 오일 생산의 원가를 높인다는 문제점이 있었다. 이러한 문제를 줄이기 위한 방안으로는 대한민국 등록특허 제10-0945529호(폐플라스틱의 저온 열분해 유화 시스템)에서와 같이 예열호퍼를 통해 폐합성수지를 단계적으로 가열하여 공급하는 기술이 소개된 바 있다.

또한, 폐합성수지를 가열 용융하는 도중에 발생하는 수증기의 배출이 원활하지 못하여 생산되는 유기가스 및 오일의 품질이 떨어지고, 코킹(Cocking) 현상이 발생하여 열분해반응기 내부의 용적이 감소하고, 그 코킹 현상과 함께 작업자의 온도체크 및 시간 등의 사소한 관리 미숙으로 인하여 배출 밸브에 탄화 슬러지가 쌓여 막임 현상이 자주 일어나는 문제점이 있었다.

또한, 파쇄된 폐합성수지를 그대로 투입하거나 예열하여 투입하는 경우에도 가열 용융시키는 과정에서 열전달의 불균형으로 인해 용융물 내부에 공기층이 발생하였다. 종래 기술에서는 그 발생된 공기층으로 인해 열분해반응기가 폭발하는 문제가 자주 발생하였다.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, 점성의 촉매액을 파쇄된 폐합성수지와 미리 혼합하여 공급함으로써, 열분해반응기의 가열 용융 공정에서 공기층의 발생을 미연에 방지해 주는 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 열분해반응기의 용융공정에서 폭발의 위험을 제거하고 가열공정에서의 열전달 효율을 향상시켜 재생연료유의 생산속도를 높일 수 있도록 해주는 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법의 특징은, 파쇄기에서 폐합성수지를 파쇄하여 합성수지 파쇄물을 생성하는 단계와, 혼합기에서 상기 합성수지 파쇄물을 점성의 촉매액과 혼합하여 정제용 혼합물을 생성하는 단계와, 공급호퍼에서 상기 정제용 혼합물을 열분해반응기에 투입하는 단계와, 상기 열분해반응기에서 상기 투입된 정제용 혼합물을 가열하여 용융시키는 단계와, 열분해응축기에서 상기 열분해반응기에서 발생된 유기가스를 응축시켜 재생연료유를 배출하는 단계로 이루어지는 것이다.

바람직하게, 상기 정제용 혼합물을 생성하는 단계는, 상기 촉매액이 상기 합성수지 파쇄물의 공극을 채우도록, 상기 혼합기의 내부에 구비되는 교반기를 사용하여 상기 합성수지 파쇄물을 상기 촉매액과 혼합하면서 교반시킬 수 있다.

바람직하게, 상기 정제용 혼합물을 생성하는 단계는, 상기 촉매액이 상기 합성수지 파쇄물의 공극을 채우도록, 상기 혼합기를 회전 또는 진동시켜서 상기 합성수지 파쇄물과 상기 촉매액을 교반시킬 수 있다.

바람직하게, 상기 정제용 혼합물을 생성하는 단계는, 상기 합성수지 파쇄물에 윤활유계 폐유를 상기 점성의 촉매액으로 혼합하여 상기 정제용 혼합물을 생성할 수 있다.

본 발명에 따른 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법에 의하면, 윤활유계 폐유와 같은 점성의 촉매액을 파쇄된 폐합성수지와 미리 혼합하여 열분해반응기에 공급하기 때문에 열분해반응기의 가열 용융 공정에서 용융물의 내부에 공기층이 발생하지 않는다. 그에 따라, 용융물 내부의 공기층의 팽창으로 인한 열분해반응기의 폭발 위험을 제거할 수 있다.

또한, 윤활유계 폐유와 같은 점성의 촉매액을 파쇄된 폐합성수지와 혼합하고 또한 교반시켜 공급하기 때문에, 파쇄된 폐합성수지의 공극에 채워진 촉매액으로 인한 열전달 효율이 향상된다. 결국 정제용 혼합물의 용융속도가 향상되기 때문에 가열 에너지의 낭비를 줄일 수 있고 재생연료유의 생산속도도 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 윤활유계 폐유와 같은 점성의 촉매액을 파쇄된 폐합성수지와 혼합하여 열분해반응기에 공급하기 때문에, 원활한 연속 공정을 가능하게 해준다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 절차를 나타낸 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 절차를 설명하기 위한 정제설비 구성도이다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 절차를 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 절차를 설명하기 위한 정제설비 구성도이다.

도 1 및 2를 참조하여 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 절차를 설명한다.

본 발명에서 재생연료유를 생산하기 위한 폐합성수지로는 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌 및 폴리염화비닐 등의 폐플라스틱류일 수 있다.

폐합성수지는 파쇄기에서 파쇄하여 합성수지 파쇄물을 생성한다(S100). 파쇄기를 통한 파쇄공전 이전에서는 여러 혼합된 폐기물로부터 폐합성수지를 자동으로 선별하는 장비를 더 마련할 수도 있다.

이어, 파쇄기에서 배출되는 합성수지 파쇄물을 혼합기에서 점성의 촉매액과 혼합하여 정제용 혼합물을 생성한다(S200). 여기서, 합성수지 파쇄물과 혼합되는 촉매액은 윤활유계 폐유인 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명에서는 점성의 촉매액을 윤활유계 폐유로만 한정하지 않고 대한민국 폐기물 관리법에 따른 폐연료유나 폐세정유와 같이 윤활유계 이외의 광물류 등 기름성분이 일정 비율 함유된 액체이면 사용 가능할 것이다.

한편, 혼합기에서 정제용 혼합물을 생성하는 공정에서는 교반기를 사용하여 혼합하는 과정에서 또는 혼합 후에 교반시킬 수도 있다. 여기서, 교반 공정은 혼합기의 내부에 구비되는 교반기를 사용하여 수행할 수도 있고, 혼합기 자체를 회전 또는 진동시켜서 수행할 수 있다.

보다 상세하게, 정제용 혼합물을 생성할 시에, 점성의 촉매액이 합성수지 파쇄물의 공극을 채우도록, 혼합기의 내부에 구비되는 교반기를 사용하여 합성수지 파쇄물을 촉매액과 혼합하면서 교반시킬 수 있다.

또는, 정제용 혼합물을 생성할 시에, 점성의 촉매액이 합성수지 파쇄물의 공극을 채우도록, 혼합기를 회전 또는 진동시켜서 혼합되고 있는 합성수지 파쇄물과 촉매액을 교반시킬 수 있다.

상기한 교반 공정을 통해 촉매액이 합성수지 파쇄물의 공극에 채워지는 효과가 극대화되어 균일한 정제용 혼합물을 생성하게 된다.

점성의 촉매액과 합성수지 파쇄물의 혼합비는 2:8에서 5:5로 정할 수 있다.

보다 상세하게, 혼합 공정에 교반 공정을 동반하는 경우에는, 점성의 촉매액의 혼합비율을 낮출 수 있으므로, 2:8 또는 3:7로 정하는 것이 바람직하다.

또한, 혼합 공정에 교반 공정을 동반하지 않는 경우에는, 점성의 촉매액의 혼합비율을 높여야 하므로, 4:6 또는 5:5로 정하는 것이 바람직하다.

이어, 공급호퍼에서 상기에서 생성된 정제용 혼합물을 열분해반응기에 투입한다(S300).

공급호퍼는 연속식타입의 장비를 위해 자동개폐수단을 구비할 수 있으며, 열분해반응기에서 가스성분(유기가스)과 오일성분과 코크 등의 배출량에 따라 자동개폐수단의 동작을 통해 정제용 혼합물을 열분해반응기에 투입할 수 있다.

이어, 열분해반응기에서는 공급호퍼를 통해 투입된 정제용 혼합물을 가열하여 용융시킨다(S400). 열분해반응기에서 정제용 혼합물을 가열하여 용융시킴에 따라, 가스성분(유기가스)과 오일성분과 코크 등이 배출될 수 있다.

이어, 열분해응축기에서는 열분해반응기에서 발생된 가스성분(유기가스)를 응축시켜 재생연료유를 배출한다(S500).

한편, 재생연료유를 정제하여 완제품 탱크로 배출 저장하기까지의 과정에서 열분해반응기로부터 열분해 잔사물의 배출, 더스트나 왁스나 유수의 분리, 비응축성 가스의 세정 등의 여러 공정에 대한 기술은 일반적인 사항이므로 본 발명에서는 상세한 설명을 생략한다.

이와 같이 본 발명에서는 윤활유계 폐유와 같은 점성의 촉매액을 파쇄된 폐합성수지와 미리 혼합하여 열분해반응기에 공급하기 때문에, 용융물 내부의 공기층의 팽창으로 인한 열분해반응기의 폭발 위험을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 파쇄된 폐합성수지의 공극에 채워진 촉매액으로 인한 열전달 효율이 향상된다.

본 발명에 따른 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법은 폐합성수지의 화학 재활용을 위해 개발된 장비에 모두 용이하게 적용될 수 있다. 즉, 화학 재활용을 위한 회분식의 배치타입이나 가열 스크류를 이용한 연속식타입의 장비는 물론 용융압출식의 연속 배치타입 장비에도 용이하게 적용될 수 있다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.

그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

1. 파쇄기에서 폐합성수지를 파쇄하여 합성수지 파쇄물을 생성하는 단계;
   혼합기에서 상기 합성수지 파쇄물을 점성의 촉매액과 혼합하여 정제용 혼합물을 생성하는 단계;
   공급호퍼에서 상기 정제용 혼합물을 열분해반응기에 투입하는 단계;
   상기 열분해반응기에서 상기 투입된 정제용 혼합물을 가열하여 용융시키는 단계;
   열분해응축기에서 상기 열분해반응기에서 발생된 유기가스를 응축시켜 재생연료유를 배출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 정제용 혼합물을 생성하는 단계는,
   상기 촉매액이 상기 합성수지 파쇄물의 공극을 채우도록, 상기 혼합기의 내부에 구비되는 교반기를 사용하여 상기 합성수지 파쇄물을 상기 촉매액과 혼합하면서 교반시키는 것을 특징으로 하는 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 정제용 혼합물을 생성하는 단계는,
   상기 촉매액이 상기 합성수지 파쇄물의 공극을 채우도록, 상기 혼합기를 회전 또는 진동시켜서 상기 합성수지 파쇄물과 상기 촉매액을 교반시키는 것을 특징으로 하는 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 정제용 혼합물을 생성하는 단계는,
   상기 합성수지 파쇄물에 윤활유계 폐유를 상기 점성의 촉매액으로 혼합하여 상기 정제용 혼합물을 생성하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지로부터 재생연료유를 생산하는 방법.

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