KR20190087269A - 폴리스티렌 겔 처리시스템과 용제 분리장치 및 발포 폴리스티렌 재생방법 - Google Patents

Abstract

증류층 내부로 따뜻한 공기를 공급하여 흐르게 하는 것에 의하여 증류층으로부터 증발된 용제의 배기구로 증류한 용제를 밀어 올리고 나선형 교반기에 돌기들을 형성하여 폴리스티렌 겔의 표면적을 증가시킴으로써 용제 회수율을 종래에 비해 향상시킬 수 있는 용제 분리장치가 개시된다. 상기 용제 분리장치는 전처리장치에서 불용성분이 걸러진 폴리스티렌 겔이 유입되는 공급구, 상기 공급구를 통해 유입된 폴리스티렌 겔에 함유된 용제가 증발되는 다층구조의 증류층, 상기 증류층에서 증발되는 용제가 배출되는 배기구, 상기 용제가 증발된 폴리스티렌 겔이 배출되는 배출구, 열매체 공급부와 배출구를 구비하여 다층구조의 상기 증류층의 바닥을 가열하기 위한 재킷 및 상기 증류층의 내부공간으로 공기를 공급하여 상기 증류층에서 증발된 용제를 상기 증발된 용제의 배기구로 밀어 올릴 수 있도록 하기 위한 공기유입구를 구비하여 상기 폴리스티렌 겔에서 상기 용제를 증발 분리시켜 용융한 폴리스티렌과 상기 용제를 분리하는 것을 포함하는 구성을 한다.

Description

폴리스티렌 겔 처리시스템과 용제 분리장치 및 발포 폴리스티렌 재생방법{Polystyrene gel processing system and solvent separating apparatus, and foamed polystyrene recycling method}

본 발명은 용제 분리장치 및 폴리스티렌 겔 처리의 개선에 관련된 것으로, 특히 발포 스티롤(styrol) 즉, 발포 폴리스티렌(polystyrene)을 용제에 용융시킴으로써 얻어진 폴리스티렌 겔에서, 폴리스티렌과 용제를 분리/회수하기 위하여 이용되는 용제 분리장치 및 이를 이용한 폴리스티렌 겔 처리 시스템의 개선에 관한 것이다.

일반적으로, 스티로폼(Styrofoam)으로 많이 알려진 발포 폴리스티렌은 충격흡수성과 보온성이 뛰어나기 때문에 각종 제품의 포장이나 건축물의 보온재로 널리 사용되고 있으며, 경량이므로, 식품용 쟁반이나 기타 완충재 등으로도 많이 사용되고 있다. 이와 같은 발포 폴리스티렌은 대부분 한 번 사용하고 난 후에는 폐기처분되는데, 잘 썩지 않기 때문에 주로 소각된다. 발포 폴리스티렌은 소각되는 과정에서 발암물질로 알려진 다이옥신 등의 유해가스를 발생시킨다는 문제점을 안고 있다.

위와 같은 발포 폴리스티렌이 많이 사용되는 것은 그 특성이 뛰어난 것도 있지만, 원재료의 가격이 싸기 때문이다. 이 때문에 발포 폴리스티렌을 회수하여 상업적으로 재이용 할 수 있기 위해서는 재생 폴리스티렌의 재생비용이 가능한 한 낮아져야 한다.

발포 폴리스티렌의 재생과 관련된 각종 제안이 제시되고 있다. 예를 들면 일본 특개평 8-85735호 공보에는 사용 완료된 발포 스티롤을 재생하기 위한 분리방법 및 장치가 개시되어 있다. 일본 특개평 8-85735호 공보에서는 용매에서 용해한 발포스티롤 용액에 불활성 가스를 혼합하고, 불활성가스 중에서 폴리스티렌 용액을 가열함에 의하여 폴리스티렌과, 용매를 분리하는 방법이 이용되고 있다. 폴리스티렌을 용해시키는 용매로서는 탄화수소계 용매, 에테르계 용매, 에스테르계 용매, 케톤계 용매, 모노테르펜계 용매 및 d-리모넨이 이용되고 있고, 불활성가스로서는 질소가스가 이용되고 있다. 그러나 일본 특개평8-85735호 공보에 있어서는 폴리스티렌을 분리회수하는 것은 가능하지만, 불활성 가스를 공급할 필요가 있고, 더욱이 회수된 용매를 재이용하기 위하여 효율적으로 회수하는 점에 있어서는 충분한 것이 라고 말할 수 없다.

또한, 일본 특개평9-40802호 공보에 있어서는 발포스티롤의 처리방법 및 처리장치가 개시되어 있고, 유기계 용매에 발포스티롤의 폐재료를 용해시켜 떡형상의 중간생성물을 생성하고, 이 중간 생성물에서 폴리스티렌을 재생하는 재생방법이 개시되어 있다. 일본 특개평9-40802호 공보에 있어서는 유기계 용매로서는 방향족 탄화수소를 이용하는 것에 의하여 폴리스티렌이 회수되고 있지만, 폴리스티렌을 용해하기 위하여 사용하는 용제를 고효율로 회수할 수 없고, 회수된 용제가 다른 폐기물을 발생시키거나, 완전하게 회수되지 않은 용제를 포함하는 배기를 처리하기 위한 배기가스 처리시스템이 필요해지고, 이것이 재생 폴리스티렌의 비용을 인상시킨다는 다른 문제도 발생하게 된다.

그 외에 일본 특개평 11-5865호 공보, 일본 특개평 11-181144호 공보 등에도 재생되는 감용제의 재이용이 가능하고, 재생되는 폴리스티렌의 열등화가 적은 발포 스티롤의 재생처리설비 및 용해조를 탑재한 특장 이동차량으로 발포 스티롤을 회수하고, 용제를 분리함과 함께, 용제를 재이용하는 시스템이 개시되어 있으나, 감압설비 등을 필요로 하기 때문에 장치비용이 높고 연속조업을 행할 시의 채산성에 문제가 있고, 또한 감용제의 재생효율이 아직 충분하지 않기 때문에, 채산성 있게 연속 조업을 행하는 플랜트로서 이용하기에는 충분하지 않다.

위에서 설명한 바와 같이 지금까지 발포 스티롤을 용제에 용해시켜, 용매를 분리하여 폴리스티렌을 회수하고, 용제를 재이용하는 것은 많이 제안되어 있지만, 폴리스티렌이 다용되는 것이 비용상으로 저렴하기 때문임을 고려하면, 재생 폴리스티렌의 원가가 원 폴리스티렌 보다 높아서는 재생 폴리스티렌의 이용을 도모할 수 없고, 폴리스티렌 재생을 대규모로 행하는 것이 곤란하다. 더욱이, 발포 폴리스티렌을 용해시킨 후, 회수한 용제를 폐기하는 것은 환경문제를 발생시킬 염려가 있고, 더욱이 배기가스처리 시스템을 설치하거나 하는 것은, 처리비용을 증가시키고, 이것이 재생 폴리스티렌의 비용을 높여, 재생 폴리스티렌의 이용성을 제한하고, 대규모의 재생이용을 행하는데 중대한 문제점이 되고 있다.

또한, 종래 폴리스티렌 재생시스템에서는 재생되는 폴리스티렌과 용제에 불순물이 함유되어 있어 그 품질이 떨어진다는 문제도 있었다.

위와 같은 문제점을 해결하여 폴리스티렌을 어느 정도 염가로 재생할 수 있고, 회수된 용제의 처리를 행할 필요가 없고, 사업적으로 채산베이스에 맞는 비용으로 재생 폴리스티렌을 공급할 수 있는 폴리스티렌 겔 처리시스템 및 용제 분리장치가 등록번호 10-0406910호(이하, "선등록 발명"이라 칭함)의 등록특허공보에 개시되어 있다.

선등록 발명은 폴리스티렌을 염가로 재생할 수 있고, 회수된 용제의 처리를 행할 필요가 없고, 사업적으로 어느 정도 채산베이스에 맞는 비용으로 재생 폴리스티렌을 공급하는 것이 가능하고, 용제의 회수율이 매우 뛰어나고 용제를 반복하여 재사용할 수 있고, 시스템의 중단 없이 연속하여 운전할 수 있고, 병렬로 수평 되게 설치되는 원심분리기에 의해 미세한 찌꺼기도 걸러주므로 재생되는 폴리스티렌 및 용제의 품질도 우수하고, 스트레인 탱크, 스크린 메시 컨베이어, 원심분리장치의 조합 및 메시 사이즈의 변경에 의하여 효율이 좋은 이물질 제거의 설정이 가능하다는 많은 장점을 가지고 있다.

하지만, 본 발명자는 선등록 발명의 개선을 위해 장기간 사용 및 연구해온 결과, 선등록 발명에는 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있음은 알아 차렸다.

1. 선등록 발명에서는 파라핀계 용제, 방향족계 탄화수소의 혼합 용제, 크실렌, 이프솔100 등의 혼합 용제를 사용한다. 크실렌을 비롯하여 휘발성 탄화수소는 휘발성이 있고, 인화점이 낮고, 불특정 다수의 사람이 발포 스티롤의 폐기 현장에서 용제함유 전용 캔에 발포 스티롤을 투입하고 이를 감용 처리하여 겔상으로 만들기 때문에 화기에 대한 대책, 휘발한 용제의 냄새에 대한 대책이 필요하다.

2. 작업자가 실수로 용제를 엎질러 인체에 묻는 경우, 용제의 독성과 용제에 포함된 발암성 물질이 인체 및 주변의 동식물에 환경성의 악영향을 미칠 수 있어 용제의 취급에 안전성을 담보할 수 없다.

3. 용제 분리장치에 있어서는 용제의 휘발성이 높아서 인화하기 쉬운 점, 분리 장치를 운전하는 작업원의 환경 호르몬에의 영향을 생각한다면 모두에 있어 안전성 및 환경성이 높은 용제를 사용한 것이 좋고, 이는 수송의 관점에 있어도 마찬가지이다.

또한, PRTR 법(특정화학 물질의 환경에의 배출량의 파악 등 및 관리 개선의 촉진에 관한 법률, 1999년 일본에서 제정, 구미 및 한국에서 2006년 10월에 도입)에 따른 화학물질 배출 이동량 신고제도, 환경오염 물질 배출 이동 등록제도 등을 고려하는 경우에도 마찬가지이다.

크실렌 등 휘발성 탄화수소는 제1종 지정화학물질로 지정되고 발암성이 있는 15 물질에도 특정되어 있다.

4. 선등록 발명에서, 용제를 사용하여 폴리스티렌 폼을 감용(減容) 처리하는 것은 각 배출사업자가 행하기 때문에 감용된 겔의 점성이 균일하지 않다. 또한, 겨울철 등 기온이 낮은 경우 점성이 낮아져 딱딱해진 겔은 스크루 컨베이어로 스트레인 탱크로 보내는데 많은 시간을 필요로 한다. 따라서 선등록 발명은 겔 처리 능력이 떨어진다는 문제점도 있다.

저장탱크에서 40℃∼50℃로 가온하고, 또 스크루 컨베이어는 50℃∼80℃에 가온한다. 점성이 높은 부드러운 겔은 용제를 많이 포함하고 있고, 또한, 용제의 비중이 1.092로 폴리스티렌 겔보다 비중이 크기 때문에 가온한다면 겔로부터 용제가 분리되고 저장탱크의 하부나 저장탱크와 스크루 컨베이어 사이에 액상화한 용제가 체류한다. 그 때문에 스크루 컨베이어 하부의 콕으로부터 증류 전에 용제를 빼내지 않는다면 용제가 방해를 하여 겔이 스크루 컨베이어에 휘감기지 않아서 겔을 스트레인 탱크까지 보낼 수 없다. 반고형물은 스크루 컨베이어로 반송할 수 있지만, 액체는 반송할 수 없다. 빼내는 용제의 양은 투입된 겔 중량의 25％∼30％가 되어 용제 분리장치에는 보낼 수 없기 때문에 용제는 재생할 수 없게 되고, 최종적으로는 용제의 전체 재생률은 대폭 낮아진다. 즉, 선등록 발명은 스크루 컨베이어를 사용하기 때문에 겔 처리 비용이 증대되는 문제점을 안고 있다.

5. 선등록 발명은 3 단계의 증류층에 겔을 일정한 두께의 피막 상에 이동시키면서 용제를 증발시키는 방식이지만, 용제가 아직 남은 겔이 3단 째를 통과하고 스크루 익스트루더로의 출구 앞의 증류탑 하부에 쌓이면 두께가 있는 층을 이루고 용제를 회수하기 어려워지고, 용제를 95％이상 회수하는데 증류 시간을 아주 많이 연장해야 해서 현실적으로 용제를 95％이상 회수할 수 없고, 당초 설계한 처리 능력의 양을 처리하기가 어렵다는 문제점도 있다.

1 단계로부터 3 단계로 이동한 겔의 두께를 10㎜로 하면서 적정한 증류를 설계하고 있지만 그래도 빠지지 않고 겔이 증류탑 하부에 10㎜ 이상의 두께로 체류하면 시간을 들여도 증류할 수 없고, 재생 폴리스티렌에 16% 정도의 용제가 잔류한다는 문제점도 있다.

6. 선등록 발명은 1개의 보일러로 L1~L14의 라인을 통하여 열촉매 오일을 순환시키면서 각각을 적정한 온도로 관리하고 가열하도록 되어 있다.

선등록 발명은 저장 탱크로부터 스크루 익스트루더까지의 가열을 위해 １개의 보일러로 열촉매 오일을 가열하여 공급하고 있다. 하지만 저장 탱크의 설정 온도는 약 40℃이고 증류 분리 등에서는 약 240℃까지 증가시키면 각 단계마다 가열하는데, 열촉매 오일의 온도는 340℃~350℃ 정도여서 저장 탱크의 온도가 관리 및 제어할 수 있는 온도 이상의 온도가 되어 버리는 문제가 생기고, 열손실이 매우 크다는 문제점이 있었다.

한편, 선등록 발명에서는 CP용제(2염기산 에스테르계) 0088에 대하여 실험한 온도와 시간과 실험데이터를 밝히고 있고 분리장치도 개시하고 있지만, 더 향상된 용제 회수율과 발포 폴리스티렌 재생효율을 가지는 폴리스티렌 겔 처리시스템과 용제 분리장치 및 발포 폴리스티렌 재생방법의 개발에 대한 요구가 점점 커지고 있다.

7. 그 외에 선등록 발명은 분리장치가 3층의 증류층으로 이루어져 있어서 폴리스티렌 겔의 유동거리가 짧아서 용제의 증발이 충분히 이루어지지 않는 점도 있다. 이를 해결하기 위해 증류층을 1층 더 추가하는 것을 생각해볼 수 있으나, 상하로 이웃하는 증류층의 서로 반대방향으로 이송시키는 나선형 교반기로 인해 제1층류층의 가장자리로 공급된 폴리스티렌 겔이 제4증류층에서도 가장자리 쪽으로 이송되는 문제가 생긴다. 이를 해결하기 위해 분리장치의 상면으로 공급하는 것을 생각해볼 수 있으나, 샤프트 주변 구조로 인해 중앙부 가까이 공급하기 어렵고, 나선형 교반부재와 이를 샤프트에 지지하는 방사상 부재의 상면의 방해를 받기 때문에 제1증류층의 바닥으로 공급하는 능률이 떨어진다는 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은 용제 분리 효율이 뛰어난 용제 분리장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 위와 같은 선등록 발명의 단점을 개선하여 폭발의 위험성이 적고, 인체나 환경에 유해성이 적고, 용제 회수율이 뛰어나면서도 폴리스티렌 겔의 처리효율도 뛰어난 폴리스티렌 겔 처리시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 용제 분리장치는 전처리장치에서 불용성분이 걸러진 폴리스티렌 겔이 유입되는 공급구, 상기 공급구를 통해 유입된 폴리스티렌 겔에 함유된 용제가 증발되는 다층구조의 증류층, 상기 증류층에서 증발되는 용제가 배출되는 배기구, 상기 용제가 증발된 폴리스티렌 겔이 배출되는 배출구, 열매체 공급부와 배출구를 구비하여 다층구조의 상기 증류층의 바닥을 가열하기 위한 재킷 및 상기 증류층의 내부공간으로 공기를 공급하여 상기 증류층에서 증발된 용제를 상기 증발된 용제의 배기구로 밀어 올릴 수 있도록 하기 위한 공기유입구를 구비하여 구성되어 상기 폴리스티렌 겔에서 상기 용제를 증발 분리시켜 용융한 폴리스티렌과 상기 용제를 분리하는 것을 포함하는 구성을 한다.

상기 용제 분리장치는 제1증류층, 제2증류층, 제3증류층 및 제4증류층의 4층구조로 되고, 상기 제1증류층은 제1나선형 교반기를 수용하고 상기 제1나선형 교반기의 회전에 의해 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 내측에서 외측으로 이동시키면서 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제2증류층으로 낙하시키고, 상기 제2증류층은 제2나선형 교반기를 수용하고 상기 제2 나선형 교반기의 회전에 의해 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 내측에서 외측으로 이동시키면서 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제3증류층으로 낙하시키고, 상기 제3증류층은 제3나선형 교반기를 수용하고 상기 제3 나선형 교반기의 회전에 의해 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 외측에서 내측으로 이동시키면서 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제4증류층으로 낙하시키고, 상기 제4증류층은 제4나선형 교반기를 수용하고 상기 제4나선형 교반기의 회전에 의해 상기 제4증류층 바닥에 층을 이루며 쌓이는 용융된 폴리스티렌을 교반하면서 가열된 공기와 접촉될 수 있게 함과 아울러 상기 용융된 폴리스티렌을 지름방향 외측에서 내측으로 이동시키면서 상기 용융된 폴리스티렌에 잔류하는 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제4증류층 아래 바닥의 중앙에 마련된 배출구로 상기 용융된 폴리스티렌을 배출하고, 상기 제1증류층 내지 상기 제3증류층에 상기 공기 유입구가 각각 설치되고, 상기 제1 내지 제4나선형 교반기는 샤프트에 연결되어 모터에 의해 회동 가능케 설치된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 폴리스티렌 겔 처리시스템은 폴리스티렌 겔에서 폴리스티렌과 용제를 분리하여 회수하기 위한 폴리스티렌 겔 처리시스템에 있어서, 상기 폴리스티렌 겔에서 불용성분을 걸러주기 위한 전처리장치; 상기 전처리장치에서 불용성분이 걸러진 폴리스티렌 겔이 유입되는 공급구, 상기 공급구를 통해 유입된 폴리스티렌 겔에 함유된 용제가 증발되는 다층구조의 증류층, 상기 증류층에서 증발되는 용제가 배출되는 배기구, 상기 용제가 증발된 폴리스티렌 겔이 배출되는 배출구, 열매체 공급부와 배출구를 구비하여 다층구조의 상기 증류층의 바닥을 가열하기 위한 재킷 및 상기 증류층의 내부공간으로 상온 이상의 따뜻한 공기를 공급하여 상기 증류층에서 증발된 용제를 상기 증발된 용제의 배기구로 밀어 올릴 수 있도록 하기 위한 공기유입구를 구비하여 상기 폴리스티렌 겔에서 상기 용제를 증발 분리시켜 용융한 폴리스티렌과 상기 용제를 분리하기 위한 용제 분리장치; 상기 분리된 용제와 상기 용융한 폴리스티렌을 후처리하기 위한 후처리 장치; 순환되는 열매체를 이용하여 상기 전처리장치, 상기 용제 분리장치, 상기 후처리장치의 필요한 부위를 가열하기 위한 가열장치; 및 상기 공기 유입구로 공기를 공급하기 위한 공기공급부를 포함하는 구성을 한다.

상기 후처리장치는 상기 용제 분리장치에서 배출되는 상기 용융된 폴리스티렌을 필요한 형상의 단면모양으로 뽑아내기 위한 스크루 익스트루더, 상기 스크루 익스트루더를 통해 배출되는 폴리스티렌을 이송하기 위한 이송장치, 상기 이송되는 상기 용융 폴리스티렌을 냉각하기 위한 냉각장치 및 상기 용제 분리장치에서 증발되어 배출된 상기 용제를 냉각하여 상기 용제를 회수하기 위한 열교환기를 포함하여 구성되고,

상기 공기공급부는 상기 열교환기에 설치되어 상기 열교환기에 의해 가열된 공기를 상기 공기 유입구로 공급하는 것이 바람직하다.

상기 전처리장치는 걸름망을 구비하여 저장 탱크에서 공급되는 상기 폴리스티렌 겔에서 불용성분을 1차로 걸러주기 위한 스트레인 탱크와 상기 스트레인 탱크에서 배출되는 폴리스티렌 겔에서 불용성분을 2차로 교대로 걸러줄 수 있게 병렬 연결된 원심분리기를 구비하여 구성되고, 상기 가열장치는, 상기 저장 탱크, 상기 스트레인 탱크, 상기 스트레인 탱크에서 상기 원심분리기로 폴리스티렌 겔을 공급하는 제1히팅 파이프 및 상기 원심분리기로 순환되는 열매체를 가열하기 위한 제1보일러와 상기 원심분리기에서 배출되는 폴리스티렌 겔이 저장되는 호퍼, 상기 호퍼의 폴리스티렌 겔을 상기 용제 분리장치로 공급하기 위한 제2히팅 파이프 및 상기 용제 분리장치로 순환되는 열매체를 가열하기 위한 제2보일러를 구비하여 구성되고, 상기 용제 분리장치 내부에 다층 구조의 증류층을 구비하고, 상기 증류층에는 축에 결합되어 상기 축의 회전에 따라 상기 폴리스티렌 겔을 교반하여주기 위한 나선형 교반기가 설치되고, 상기 나선형 교반기의 저면에는 상기 폴리스티렌 겔을 교반하면서 상기 폴리스티렌 겔의 표면적을 증가시켜주기 위한 돌기들이 형성된 것이 좋다.

상기 용제 분리장치는 제1증류층, 제2증류층, 제3증류층 및 제4증류층의 4층구조로 되고, 상기 제1증류층은 제1나선형 교반기를 수용하고 상기 제1나선형 교반기의 회전에 의해 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 내측에서 외측으로 이동시키면서 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제2증류층으로 낙하시키고, 상기 제2증류층은 제2나선형 교반기를 수용하고 상기 제2 나선형 교반기의 회전에 의해 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 내측에서 외측으로 이동시키면서 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제3증류층으로 낙하시키고, 상기 제3증류층은 제3나선형 교반기를 수용하고 상기 제3 나선형 교반기의 회전에 의해 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 외측에서 내측으로 이동시키면서 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제4증류층으로 낙하시키고, 상기 제4증류층은 제4나선형 교반기를 수용하고 상기 제4나선형 교반기의 회전에 의해 상기 제4증류층 바닥에 층을 이루며 쌓이는 용융된 폴리스티렌을 교반하면서 가열된 공기와 접촉될 수 있게 함과 아울러 상기 용융된 폴리스티렌을 지름방향 외측에서 내측으로 이동시키면서 상기 용융된 폴리스티렌에 잔류하는 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제4증류층 아래 바닥의 중앙에 마련된 배출구로 상기 용융된 폴리스티렌을 배출하고, 상기 제1증류층 내지 상기 제3증류층에 상기 공기 유입구가 각각 설치되고, 상기 제1 내지 제4나선형 교반기는 샤프트에 연결되어 모터에 의해 회동 가능케 설치된 것이 바람직하다.

상기 용제는 2염기성 에스테르 용제인 것이 좋다.

상기 공기유입구로 공급되는 공기의 온도는 60~80℃인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 증류층 내부로, 바람직하게, 1단 내지 3단의 증류층 각각에 상온(15℃~25℃) 이상의 따뜻한 공기, 바람직하게 60℃~80℃의 공기를 공급하여 흐르게 하는 것에 의하여 각 증류층으로부터 증발된 용제의 배기구로 증류한 용제를 밀어 올림으로써 용제의 회수율을 향상시킬 수 있고, 이와 함께, 기존 3단의 증류층을 4단의 증류층으로 하되, 최하단의 증류층에서 층을 이루며 쌓이는 용융상태의 폴리스티렌 겔을 한 번 더 240℃~260℃의 높은 온도로 가열하면서 교반하여 용융상태의 폴리스티렌 겔에 남아있던 용제가 용제 분리장치 내부에서 가열된 공기와 접촉되게 하여 증발되게 함으로써 용제 회수율을 종래에 비해 약 15％ 향상시킬 수 있고 용제 분리장치에서의 증류 시간도 단축시킬 수 있다.

또한, 보일러를 저온 라인용 보일러와 고온 라인용 보일러로 2개로 나누고, 저온 라인에는 170℃ ~ 190℃ 정도 온도의 열촉매 오일을 공급하여 전처리장치에서의 폴리스티렌 겔은 저장 탱크에서 원심분리기 쪽으로 갈수록 약 60℃에서 140℃ 정도까지 20℃ 내지 40℃의 범위로 순차적으로 온도가 점점 높아지도록 가열되게 하고, 고온 라인에는 340℃∼350℃ 정도의 열촉매 오일을 공급하여 원심분리기 이후부터 용제 분리장치에서 배출되기 전까지의 폴리스티렌 겔을 약 150℃에서 약 260℃까지 약 20℃씩 순차적으로 온도가 점점 높아지도록 가열함에 따라 각 부분에서의 폴리스티렌 겔을 적정한 온도로 가열 할 수 있어서, 각 단계별 처리 과정에서 트러블이 발생하지 않고, 열손실도 줄일 수 있다.

본 발명에서 사용되는 용제 DBE(Dibasic Ester, 2염기성 에스테르)는 상온에서 휘발성이 거의 없고, 독성도 극히 낮고, 인화점이 100℃(겔의 인화점:107℃)로 높고 발화점도 370℃로 높아서 상온에서는 화기에 대하여 근처에 인화물이 있어도 인화하지 않는 등 안전성이 높고 그 증기가 공기와 혼합하여 인화성의 폭발성 혼합가스를 형성할 우려가 없을 뿐만 아니라 발포 폴리스티렌을 용융시킨 후 재생하는 효율을 많이 높일 수 있게 해준다.

또한, 본 발명에 따르면 용제 DBE는 수송상의 규제가 없고, PRTR 법에 저촉될 우려가 없어서 종래에 비해 용제 취급에 따른 제약을 적게 받는다.

본 발명에 따라 DBE 용제를 이용해 스티로폼을 녹이면 인체와 환경에 해가 되지 않고, 연기, 악취, 오수를 일절 발생시키지 않아 환경오염의 염려가 전혀 없는 완전 순환형 재활용을 실현할 수 있다. 완전 순환형 재활용은 단순히 쓰레기를 회수, 재생, 재상품화 하는 것뿐만 아니라 지구 자원 사용의 최소화를 실현하는 지구에 친절한 재활용 시스템이다. 본 발명에 따르면 불과 물을 사용하지 않는 상온처리 방식으로 스티로폼을 플라스틱 원료로 재생할 수 있다.

본 발명에 따라 DBE 용제를 감용제로 이용하는 경우 스티로폼의 체적이 최대 1/100까지 감소되며, 1번의 재활용 과정에서 용제는 약 3~5% 정도 감소하므로 감소한 부분만큼의 DBE 용제만 보충해주면 계속해서 반복하여 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면 선등록 발명의 단점을 모두 해소할 수 있고, 발포 폴리스티렌의 재생효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리스티렌 겔 처리시스템의 연결 구성을 나타낸 도면,
도 2는 전처리장치와 용제 분리장치의 결합상태를 나타낸 정면도,
도 3은 저장 탱크와 전처리장치의 결합상태를 나타낸 좌측면도,
도 4는 저장 탱크와 전처리 장치 및 용제 분리장치의 결합상태를 나타낸 평면도,
도 5는 저장 호퍼와 전처리 장치의 결합상태를 나타낸 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 바람직한 용제 분리장치의 단면도,
도 7 내지 9는 제1증류층 내지 제3증류층의 평면도,
도 10은 나선형 교반부재를 샤프트에 지지하기 위한 방사상 부재의 일례를 나타낸 평면도,
도 11은 제1나선형 교반부재의 일례를 나타낸 평면도,
도 12는 도 2나선형 교반부재의 일례를 나타낸 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리스티렌 겔 처리시스템의 연결 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 전처리장치와 용제 분리장치의 결합상태를 나타낸 정면도, 도 3은 저장 탱크와 전처리장치의 결합상태를 나타낸 좌측면도, 도 4는 저장 탱크와 전처리 장치 및 용제 분리장치의 결합상태를 나타낸 평면도, 도 5는 저장 호퍼와 전처리 장치의 결합상태를 나타낸 정면도, 도 6은 본 발명에 따른 바람직한 용제 분리장치의 단면도, 도 7 내지 9는 제1증류층 내지 제3증류층의 평면도이다.

도 1 내지 9를 참고하면, 본 발명에 따른 폴리스티렌 겔 처리시스템(100)은 폴리스티렌 폼을 DBE(2염기성 에스테르) 용제에 용해시켜서 만든 폴리스티렌 겔을 처리하는데 최적화한 것이므로, 이하에서는 발포 폴리스티렌을 DBE 용제에 용해시켜서 만든 DBE 용제 함유 폴리스티렌 겔을 처리하는 것을 위주로 설명한다.

본 발명에 따른 폴리스티렌 겔 처리시스템의 구성을 설명하기에 앞서 폴리스티렌 겔을 만드는데 사용되는 용제를 먼저 설명하면, 본 발명자는 많은 연구와 노력 끝에 선등록 발명에서 사용하던 파라핀계 용제, 방향족계 탄화수소의 혼합 용제, 크실렌, 이프솔100의 문제점을 해결할 수 있고 기존 CP용제의 혼합 용제의 성능을 한층 더 개선할 수 있는 용제를 찾을 수 있었는데, 그 용제가 본 발명에서 특정되는 바와 같은 DBE(바로 2염기성 에스테르, Dibasic Ester)라는 것을 알 수 있었다.

DBE는 무색, 투명의 액체로 부드러운 과일향이 나는 고비점 용제로 대부분의 용제 및 수지와 혼용성을 가지고 있으며, 저취의 불연성(non-flammability) 제품이다. 이러한 2염기성 에스테르는 공업도료, 코일코팅도료, 수성도료, 자동차도료 등의 각종 도료용 용제로 많이 사용되고, 잉크, 산업용 세정제, 페인트 제거제, 접착제 제거제 등으로도 사용되고 있다.

특히, 본 발명에서 사용되는 산가 0.19 mg KOH/g이며, 메탄올분 0.13 wt%, 숙신산디메틸 19.77 wt%, 글루탈산디메틸 58.35 wt%, 아디핀산디메틸 21.68 wt%과 나머지 수분(약 0.061 wt%)과 불순물로 이루어진 것으로 디에스테르 함유율 99.80 wt%, 색수(APHA) 11인 무색 투명의 외관을 가지는 DBE 용제는 발포 폴리스티렌의 재생 효율이 높고, 용제의 회수율도 높아서 발포 폴리스티렌의 감용제 적합함을 알 수 있었다. 이러한 DBE 용제는 상온에서 휘발성이 거의 없고, 독성도 극히 낮고, 인화점과 발화점도 높아서 상온에서는 화기에 대하여 근처에 인화물이 있어도 인화하지 않는 등 안전성이 높고 그 증기가 공기와 혼합하여 인화성의 폭발성 혼합가스를 형성할 우려가 없다. 이 DBE 용제와 함께 본 발명에 따른 폴리스티렌 겔 처리시스템(100)의 개선점들은 선등록 발명의 여러 가지 문제점들을 모두 해결할 수 있도록 해준다.

하지만, 이하에서 설명되는 본 발명에 따른 폴리스티렌 겔 처리시스템(100)은 다른 용제를 사용하여 만든 폴리스티렌 겔의 처리에도 유용하게 이용될 수 있음은 물론이다.

도 1 내지 도 9를 참고하면, 본 발명에 따른 폴리스티렌 겔 처리시스템(100)은 리프트(110)와 저장 탱크(storage tanker, 120)를 구비하고 있다. 이 저장 탱크(120)는 리프트(110) 등을 이용하여 폴리스티렌 겔이 담겨진 용기를 저장 호퍼(120)까지 들어 올려 용기에 담겨져 있던 폴리스티렌 겔을 저장 할 수 있도록 한다. 저장 탱크(120)는 예를 들어 하루정도의 작업분량을 저장하였다가 뒤에서 설명되는 전처리 장치 쪽으로 공급할 수 있도록 한다. 이러한 저장탱크(120)는 바람직하게 뒤에서 설명되는 원심분리기(250), 용제 분리장치(300) 등과 함께 프레임(FR) 상의 높은 위치에 설치된다.

도시된 바와 같이 저장 탱크(120)에는 스크루 피더(122) 등으로 폴리스티렌 겔을 공급하기 위한 전처리장치(200)가 연결되어 있다. 전처리장치(200)는 폴리스티렌 겔에 포함되어 있는 못, 나무조각 등의 불용성분의 찌꺼기를 걸러주기 위한 것으로 저장 탱크(120) 하부에는 연결되는 스트레인 탱크(strain tank, 210) 및 병렬 연결된 원심분리기(250)를 구비한다. 선등록 발명에 있던 스크루 피더(screw feeder)는 여러 가지 단점이 있어서 이를 제거하였다. 스트레인 탱크(210)는 폴리스티렌 겔에 함유된 찌꺼기를 1차로 걸러주기 위한 것으로, 바람직하게, 그 내부에 경사지게 배치된 망을 구비하며, 내부를 관찰할 수 있도록 하기 위한 관찰창과 필요에 따라 측면에서 청소를 할 수 있도록 하기 위한 해치(hatch) 형태의 도어를 구비할 수 있다. 이러한 스트레인 탱크(210)와 관련하여서는 선등록발명의 공보를 참고하면 알 수 있다. 스트레인 탱크(210)는 다양하게 변형되어 구성될 수 있다.

한편, 병렬 연결되어 설치된 원심분리기(250)는 스트레인 탱크(210)에서 걸러지지 않은 상대적으로 작은 불용성문을 걸러주기 위한 것으로, 내부에 통형태의 망을 가지는 것으로, 작은 불용성분을 걸러줄 수 있는 것이라면 다른 형태로 변형 가능하다. 이 병렬 연결되어 설치된 원심분리기(250)는 선등록 발명에 개시된 것이 그대로 이용될 수 있다. 원심분리기(250)를 병렬로 연결하여 한 쌍을 설치한 것은 폴리스티렌 겔 처리시스템의 가동을 멈추지 않고도 내부 찌꺼기를 제거할 수 있도록 하기 위한 것이다. 즉, 스트레인 탱크(210)에서 공급되는 폴리스티렌 겔은 두 원심분리기(250) 중 어느 한쪽으로 공급되어 그 불용성분들이 걸러진다. 폴리스티렌 겔이 공급되지 않는 원심분리기(250)는 그 내부의 찌꺼기가 제거된 후 대기상태로 있다. 동작하고 있던 원심분리기(250)에 찌꺼기가 일정 이상 쌓이면 그 원심분리기(250)는 동작을 멈추고, 밸브가 전환된다. 이와 동시에 대기하고 있던 원심분리기(250)가 작동되면서 폴리스티렌 겔을 공급받아 폴리스티렌 겔에 잔류하고 있던 미세한 찌꺼기까지 걸러준다.

여기에서 밸브는 구동되고 있는 원심분리기(250)에 걸리는 부하가 일정 이상되거나 그 하부의 호퍼(270)가 비는 경우 이를 감지하여 밸브가 자동전환되도록 구성하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명에 따른 전처리장치(200)에서, 스트레인 탱크(210)에서는 폴리스티렌 겔에서 상대적으로 크기가 큰 불용성분을 1차로 걸러주고, 스트레인 탱크(210)에서 배출되는 폴리스티렌 겔은 펌프(212)에 의해 제1히팅 파이프(213)를 거쳐 병렬 연결된 원심분리기(250) 중 하나로 공급되어 불용성문이 2차로 걸러진다.

원심분리기(250)를 거친 폴리스티렌 겔은 원심분리기(250) 아래에 설치된 호퍼(270)로 공급되고, 이 호퍼(270)에 저장된 폴리스티렌 겔은 펌프(272)에 의해 제2히팅 파이프(273)를 거쳐 본 발명에 따른 용제 분리장치(300)로 공급된다. 이 펌프(272)에 의해 1회 당 약 200kg의 폴리스티렌 겔이 용제 분리장치(300)로 투입된다. 펌프(272) 작동으로부터 약 20분, 용제 분리장치 투입 종료로부터 배출 익스트루더(410) 작동까지 약 90~100분 동안 용제 분리장치(300)의 제1 내지 제4증류층(310, 330, 350, 360)에서 용제에 대한 증류가 이루어진다.

용제 분리장치(300)는 전처리장치(200)에서 불용성분이 걸러진 폴리스티렌 겔에서 DBE 용제 등의 용제를 증발시켜 폴리스티렌과 DBE 용제를 분리하기 위한 것이다. 용제 분리장치(300)는 폴리스티렌 겔이 유입되는 공급구(302)와, 공급구(302)를 통해 유입된 폴리스티렌 겔에 함유된 DBE 용제가 증발되는 다층구조의 제1 내지 제4증류층(310, 330, 350, 360)과, 각각의 제1 내지 제4증류층(310, 330, 350, 360)에서 증발되는 DBE 용제가 배출되는 배기구(312, 332, 352, 362) 및 용제가 증발되고 남은 용융상태의 폴리스티렌 겔이 배출되는 배출구(304)를 구비하고 있다. 이 용제 분리장치(300)에 대해서는 뒤에서 더 자세히 설명한다.

용제 분리장치(300)에는 분리된 폴리스티렌과 DBE 용제를 후처리하기 위한 후처리장치(400)가 연결된다. 후처리장치(400)는 폴리스티렌을 처리하기 위한 것과 증발된 DBE 용제 등 용제를 처리하기 위한 것으로 구분된다. 폴리스티렌을 처리하기 위한 것으로는 폴리스티렌을 원하는 직경으로 뽑아내기 위한 스크루 익스트루더(screw extruder, 410)와 스크루 익스트루더(410)를 통해 배출되는 폴리스티렌을 냉각시키면서 이송시키기 위한 이송장치(430) 및 냉각된 폴리스티렌을 원하는 크기로 절단하여 팰릿(pallet)으로 만들기 위한 절단기(450) 및 팰릿 상태로 절단된 폴리스티렌을 받아주기 위한 팰릿 용기(452) 및 팰릿 용기(452)의 폴리스티렌을 보관하기 위한 팰릿 보관 탱크(454)가 구비된다. 이송장치(450)는 냉각수가 채워진 수조(460)를 이용하거나, 컨베이어 상부에 다수의 냉각수 노즐을 설치하여 구성할 수 있다.

DBE 용제 등의 용제를 처리하기 위한 것으로는 배기구(312, 332, 352, 362)에 연결되는 열교환기(470)가 구비된다. 열교환기(470)를 거친 용제는 액화되어 리시브 탱크(480)에 저장된다. 열교환기(470)와 수조(460)로는 냉각기(490)와 펌프(492)를 통해 순환되는 냉각수가 공급된다.

본 발명에 따른 폴리스티렌 겔 처리시스템은 가열장치(500)를 구비하고 있다. 이 가열장치(500)는 스트레인 탱크(210), 용제 분리장치(300) 등 필요한 부위를 가열하여주기 위한 것으로, 제1, 제2보일러(510a, 510b)와 열매체 오일의 공급 및 수급량을 조절하기 위한 고온 및 저온 오일 공급헤드(514a, 514b)와 고온 및 저온 오일 회수헤드(516a, 516b)와 오일순환에 필요한 적정 공기압을 제공하기 위한 공기압축기(520), 에어 헤드(air head, 522) 및 솔레노이드 밸브(미도시), 제1, 제2보일러(510a, 510b)로 연료를 공급하기 위한 연료탱크(530)를 구비한다. 여기에서의 제1보일러(510a)는 순환되는 열매체 오일을 약 190℃ 정도까지, 제2보일러(510b)는 약 360℃ 정도까지 가열할 수 있도록 설정되며, 컨트롤 패널(600) 및 메인패널(610)을 통해 가열되는 각 부분의 온도를 조절할 수 있다. 메인패널(610)은 제1보일러(510a)와 제2보일러(510b) 외에도 전기가 필요하고 컨트롤 패널(600)에서 제어를 하기 위한 다른 구성요소들과도 전선과 통신선으로 연결되지만, 도면의 복잡성을 피하기 위해 도시는 생략한다. 바람직하게, 저온 라인에는 170℃ ~ 190℃ 정도 온도의 열촉매 오일을 공급하고, 고온 라인에는 340℃∼360℃ 정도의 열촉매 오일을 공급하여 필요한 부분을 가열한다.

열매체 오일은 필요로 하는 내열성, 열용량을 가지고 있는 것이라면 실리콘 오일 등, 지금까지 알려진 어떠한 열매체용의 오일이라도 이용할 수 있고, 유사 성능을 가지는 것이라면 오일이 아닌 다른 열매체도 이용할 수 있다.

위와 같은 구성의 폴리스티렌 겔 처리시스템의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

폴리스티렌 겔이 담겨진 용기를 들어 올려 폴리스티렌 겔을 저장 호퍼(120)에 투입시킨다. 폴리스티렌 겔은 바람직하게 발포 폴리스티렌 100중량부를 70~150 중량부의 DBE 용제에 용해시켜서 만든 DBE 폴리스티렌 겔을 사용한다. 저장 호퍼(120)는 하루작업분량 정도의 크기로 하는 것이 바람직하다. 저장 호퍼(120)에 저장되어 있던 폴리스티렌 겔은 저장 호퍼(120) 하부에 설치된 전처리장치(200)의 스트레인 탱크(210)로 제공된다.

전처리장치(200)는 분리과정에서 문제를 발생시키지 않도록 폴리스티렌 겔에 포함되는 비닐, 종이, 작은 돌멩이, 못, 음식찌꺼기, 나무조각 등의 조악한 불용성분을 제거한다. 이 전처리장치(200)의 스트레인 탱크(210)는 상대적으로 큰 불용성분들을 걸러주고, 원심분리기(250)는 상대적으로 작은 찌꺼기까지 걸러준다. 이후, 폴리스티렌 겔은 펌프(272)에 의하여 용제 분리장치(300)로 공급된다.

용제 분리장치로(300) 한 단계씩 접근할 때마다 앞에서 약 20℃~40℃씩 더 증가된 온도로 가열된다. 더 자세하게 설명하면, 저온의 제1보일러(510a)에서 170℃ 내지 190℃, 바람직하게 180℃ 정도로 가열된 열매체 오일은 저온 오일 공급헤더(514a)에 연결된 저온열매체 공급라인(L1)을 통하여 공급되어 저장 탱크(120), 스트레인 탱크(210), 제1히팅 파이프(213), 원심분리기(250)를 각각, 예를 들면, 60℃, 100℃, 120℃ 및 140℃ 정도의 온도로 용제 분리장치(300)에 접근할수록 순차로 온도를 증가시키면서 가열한 후 저온열매체 회수라인(L2)을 통해 저온 오일 회수헤더(516a)로 회수되어 제1보일러(510a)에 의해 다시 가열된다.

또한, 저온 및 고온열매체 공급라인(L1, L3)으로는 공기압축기기(520)에 의한 압축공기가 공급되어 열매체 오일의 순환에 이용된다.

폴리스티렌 겔은 용제 분리장치(300)에 형성된 공급구(302)를 통해서 공급된다. 본 발명에서는 바람직하게, 용제의 증류 효율을 높이기 위해 공급구(302)를 구성하는 관이 제1증류층(310) 하부를 통해 중앙부까지 연장되고 중앙부에서 제1증류층(310)의 바닥을 통과하여 제1증류층(310) 연결되어 폴리스티렌 겔을 용제 분리장치 내부로 공급할 수 있도록 되어있다.

이 용제 분리장치(300)에는 제2보일러(510b)에 의하여 가열된 고온의 열매체 오일이 공급되어 용제 분리장치(300) 내에 공급된 폴리스티렌 겔을 가열하여, 폴리스티렌 겔에서 용제가 분리되도록 한다. 더 자세하게 설명하면, 고온의 제2보일러(510b)에서 340℃~350℃ 정도로 가열된 열매체 오일은 고온 오일 공급헤더(514a)에 연결된 고온열매체 공급라인(L3)을 통하여 공급되어 폴리스티렌 겔이 호퍼(270)에서 용제 분리장치(300)로 공급되는 제2히팅 파이프(273)와 용제 분리장치(300)의 제1 내지 제4 증류층(310, 330, 350, 360) 및 스크루 익스트루더(410)를 각각, 예를 들면, 180℃, 200℃, 220℃, 240℃, 240℃로 가열한 후 고온열매체 회수라인(L4)을 통해 고온 오일 회수헤더(514b)로 회수되어 제2보일러(510b)에서 다시 가열된다.

도 6 내지 9를 참고하여 용제 분리장치(300)에 대해 더 자세히 설명한다. 이 실시 예에서의 용제 분리장치(300)는 제1증류층(310) 내지 제4증류층(360)의 4층구조로 되어 있다. 제1증류층(310) 상부에는 제1증류층(310) 상부를 덮어주기 위한 윗덮개(370)가 장착되어 있다. 윗덮개(370)에는 증발한 용제를 배출시키기 위한 배기구(312) 및 이상이 발생한 경우에 용제 분리장치(300)의 내압이 증가한 경우에 압력을 배출하기 위한 안전밸브를 설치하기 위한 접속구(374)가 설치되어 있다.

제1 내지 제4증류층(310, 330, 350, 360)은 모터(M)에 회전되는 샤프트(384)에 결합된 제1 내지 제4나선형 교반기(385, 386, 387, 388)를 각각 수용하고 각 나선형 교반부기의 회전에 의해 하단으로 갈수록 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 내측에서 외측으로, 외측에서 내측으로 반복하여 이동시키면서 용제를 증발시킴과 함께 하부의 증류층으로 순차로 낙하시킨다.

최하측의 제4증류층(360)에서는 제4나선형 교반기(388)의 회전에 의해 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 외측에서 내측으로 이동시키면서 용제를 증발시킴과 함께 제4증류층(360) 바닥의 중앙에 마련된 배출구(304)로 용융된 폴리스티렌 겔을 배출한다.

그리고 제1증류층(310) 내지 제3증류층(350)에 있는 공기 유입구(390)를 통해 상온(15-25℃) 이상의 따뜻한 공기, 바람직하게 공기공급부(392)에서 60-80℃로 가열된 공기를 용제 분리장치(300) 내부로 공급하여 제1증류층(310) 내지 제3증류층(350)에서 증발된 용제를 용제의 배기구(312, 332, 352) 쪽으로 위로 밀어 올릴 수 있도록 한다. 공기공급부(392)는 바람직하게 열교환기(470)에 설치되어, 열교환기(470)에서 냉각되기 전의 용제증기의 열에 의해 공기를 가열하여 공기 유입구(390)로 60~80℃의 공기를 공급한다.

바람직하게, 용제 분리장치(300)에는 제1 내지 제4증류층(310, 330, 350, 360)을 외부에서 관찰 수 있도록 투명한 관찰창(SG)을 각각 설치한다.

또한, 제2보일러(510b)에서 가열된 열매체 오일은 용제 분리장치(300)의 각 증류층(310, 330, 350, 360)의 바닥 저부에 각각 형성된 재킷(316, 336, 356, 366)들로 열매체 공급구(IN)를 통해 공급되어 각 증류층의 바닥을 가열 한 후 배출구(OT)로 배출되어 계속 순환되면서 용제 분리장치(300)의 내부에서 폴리스티렌 겔을 가열하여 용제를 증발시킨다.

제1증류층(310)은 열매체 오일에 의하여 내부온도가 190~210℃, 바람직하게 약 200℃ 정도의 온도가 되도록 가열되고, 폴리스티렌 겔의 유동성을 확보함과 함께 용제 성분 중 숙신산디메틸을 증발시키도록 한다. 폴리스티렌 겔은 공급구(302)를 통해 제1증류층(310)의 중심부 부근으로 공급되어 지름방향 내측에서 지름방향 외측으로 이동해 가고, 제1증류층(310)의 가장자리 부근에 형성된 슬롯(S1)들을 통해 제2증류층(330)으로 낙하한다.

제2증류층(330)에서는 제1증류층(310)에서 낙하된 폴리스티렌 겔이 지름방향 외측에서 내측으로 이동된다. 제2증류층(330)은 제1증류층(310)에서와 같이 열매체 오일에 의하여, 210~230℃, 바람직하게 약 220℃ 정도의 온도가 되도록 가열되고, 폴리스티렌 겔의 유동성을 확보함과 함께 용제 성분 중 글루탈산디메틸을 증발시키도록 한다. 폴리스티렌 겔은 제2증류층(330)의 내부를 지름방향 외측에서 내측으로 이동해 가고, 제2증류층(330)의 중심 부근에 형성된 슬롯(S2)들을 통해 제3증류층(350)의 플레이트 상으로 낙하된다.

제3증류층(350)에서는 제2증류층(330)에서 낙하된 폴리스티렌 겔이 지름방향 내측에서 외측으로 이동되어 가장자리 부근에 형성된 슬롯(S3)들을 통해 제4증류층(360)으로 떨어진다. 제3증류층(350)은 제1, 제2증류층(310, 330)에서와 같이 열매체 오일에 의하여, 230~250℃, 바람직하게 240℃로 가열되어 아디핀산디메틸을 증발시킨다.

한편, 제1 내지 제3증류층(310, 330, 350)에는 공기유입구(390)를 통해 따뜻한 공기를 용제 분리장치(300) 내부로 공급하여 증발된 용제를 증발된 용제가 배출되는 배기구(312, 332, 352)로 밀어 올려 증발된 용제가 잘 배출될 수 있도록 한다.

제4증류층(360)에서는 폴리스티렌 겔이 제4나선형 교반기(388)의 회전에 의해 지름방향 외측에서 내측으로 이동되며, 제4증류층(360) 바닥의 중앙에 마련된 배출구(304)로 용융된 폴리스티렌 겔을 배출한다. 이에 따라 제4증류층(360) 바닥에 층을 이루며 쌓이는 용융된 폴리스티렌 겔이 교반되면서 제4증류층(360) 내부에서 가열된 공기와 접촉되어 제1증류층(310) 내지 제3증류층(350)에서 미처 증발되지 못한 용제를 증발시킨다.

즉, 폴리스티렌 겔은 용제 분리장치(300)에 의하여 용제와 용융된 폴리스티렌으로 분리되고, 용융상태로 용제 분리장치(300)에서 배출된다. 용융상태에서 배출된 용융한 폴리스티렌은 스크루 익스투루더(410)를 통해 배출되어 수조(460) 내에 설치된 컨베이어 등의 운송장치(430)에 보내어지거나 운송장치(430)의 상측에 배치되는 샤워 헤드에서의 냉각수에 의하여 냉각되어 고체화된다.

수조(460)로는 펌프(492)에 의해 냉각기(490)를 거친 물이 공급되었다가 회수된다. 수조(460)에 의해 용융한 폴리스티렌이 장시간에 걸쳐 공기에 노출됨으로써 산화/열등화 하는 것이 방지된다. 냉각된 폴리스티렌은 절단기(450)에 의해 적당한 크기로 절단되어 팰릿화 되어 팰릿 탱크(454)에 저장된다.

또한, 용제 분리장치(300)에 의하여 용제증기로서 분리된 용제는 열교환기(470)에 보내어지고, 응축된 용매로서 리시브 탱크(480)로 회수된다. 열교환기(470)에는 냉각기(490)에서 냉각된 냉각수가 공급된다. 이 냉각수는 열교환기(470)의 내부를 순환하면서 용제 증기를 냉각시키고 냉각기(490)로 되돌아간다.

상술한 바와 같이 본 발명에 있어서 폴리스티렌을 감용시키기 위하여 이용하는 용제는 DBE 용제 중에서 본 발명에서 특정한 DBE 용제가 가장 적합하지만, 여타의 용제를 사용하여 만든 폴리스티렌 겔을 처리하는데 이용될 수 있음은 물론이다.

위에서 설명한 본 발명에 따른 폴리스티렌 겔 처리시스템을 이용하는 경우, 선등록발명이 가지고 있던 문제점을 모두 해소할 수 있고, 종래에 비해 월등히 적은 시간에 용제를 쉽게 95% 이상의 수율로 회수할 수 있고, 감소한 약 3~5%정도만 보충하면서 계속 반복하여 사용할 수 있어서, 발포 폴리스티렌의 재생 비용을 현저하게 낮출 수 있다.

도 10은 나선형 교반부재를 샤프트에 지지하기 위한 방사상 부재의 일례를 나타낸 평면도이고, 도 11은 제1나선형 교반부재의 일례를 나타낸 평면도이고, 도 12는 도 2나선형 교반부재의 일례를 나타낸 평면도이다.

도 6을 함께 참고하면, 용제 분리장치(300)는 중심을 통하여 연장된 샤프트(384)와, 이 샤프트(384)에 연결된 제1 내지 제4나선형 교반기(385, 386, 387, 388)를 구비한다. 제1 내지 제4나선형 교반기(385, 386, 387, 388)는 샤프트(384)의 회전과 함께 회동하는 방사상 부재(385a, 386a, 387a, 388a)와, 이 방사상 부재(385a, 386a, 387a, 388a)에 보호 지지된 제1 내지 제4나선형 교반부재(385b, 386b, 387b, 388b)를 가진다. 샤프트(384)는 모터(M)에 의하여 저속으로 회전되고, 제1 내지 제4나선형 교반부재(385b, 386b, 387b, 388b)를 동일방향으로 회동시킬 수 있도록 되어 있다.

제1 내지 제4나선형 교반부재(385b, 386b, 387b, 388b)는 띠상의 판이 나선형으로 연속적으로 형성되어 구성되고, 이는 바람직하게 각 증류층의 바닥에 각각 접촉되어 있다. 제1 내지 제4나선형 교반부재(385b, 386b, 387b, 388b)의 저면에는 띠상의 판을 따라 돌기(PJ)들을 형성하여 교반되는 폴리스티렌 겔의 표면적이 증가되게 하여 용제의 증발표면을 증가시킨다.

제1나선형 교반부재(385b)와 제3나선형 교반부재(387b)는 동일하고, 제2나선형 교반부재(386b)는 제4나선형 교반부재(388b)와 동일하다. 그리고 제1나선형 교반부재(385b)와 제2나선형 교반부재(386)b는 감김 방향만 다르고 동일의 형상으로 되어 있다.

이에 따라, 샤프트(384)에 의하여 각 제1 내지 제4나선형 교반부재(385b, 386b, 387b, 388b)가 모두 동일 방향으로 회동하는 경우에도, 각 증류층에서 층상으로 전개되는 폴리스티렌 겔은 앞에서 설명한 바와 같은 과정을 거쳐 최종적으로 제4증류층(360)의 중앙부에 형성된 배출구(304)를 통해 배출될 수 있게 된다.

나선형 교반부재와 방사상부재는 선등록 발명에 개시된 것이 본 발명에 그대로 이용될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 발명자는 위에서 설명한 바와 같은 폴리스티렌 겔 처리시스템을 최적의 조건으로 가동할 수 있도록 하기 위해 발포 스티롤·감용제 혼합물 즉, 폴리스티렌 겔의 가열증류시험을 실시하였다.

사용된 2염기성 에스테르의 성분과 산가는 수분 0.061 wt%, 산가 0.19 mg KOH/g, 메탄올분 0.13 wt%, 숙신산디메틸 19.77 wt%, 글루탈산디메틸 58.35 wt%, 아디핀산디메틸 21.68 wt%, 디에스테르 함유율 99.80 wt%, 색수(APHA) 11인 무색 투명의 외관을 가지는 것이었다.

위와 같은 2염기성 에스테르 용제를 사용하여 용해시킨 폴리스티렌 겔을 본 발명에 따른 폴리스티렌 겔 처리시스템에서의 실험은 외부 온도 26℃의 환경에서 실시하였으며, 시료 100㎏을 240℃ 증류온도로 30분 단위로 가열하여 시료의 중량을 측정하여 가열감량(%)과 탈용제율을 산출하였고, 그 결과는 표1.과 같다.

증류온도	경과시간	가열감량 1	가열감량 2	평균치	탈용제
240℃	30분	53.3%	55.7%	54.5%	89.9%
	60분	58.7%	58.3%	58.5%	96.5%
	90분	60.5%	60.7%	60.6%	100%

종래의 방식에 따른 실험은 외부 온도 28℃의 환경에서 실시하였으며, 시료 100㎏을 240℃ 증류온도로 30분 단위로 가열하여 시료의 중량을 측정하여 가열감량(%)을 산출하였다. 감용제로 본 발명에서 특정하는 DBE 용제를 이용한 경우의 결과치는 표2.과 같다.

증류온도	경과시간	가열감량	잔류용제
240℃	30분	26.7%	50.6%
	60분	39.1%	40.6%
	90분	52.5%	23.8%
	120분	54.5%	20.5%
	150분	55.5%	18.6%
	180분	56.9%	16.0%

위 실험 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따르는 경우, 종래에 비해 폴리스티렌 겔 처리 효율이 월등하게 향상되었음을 알 수 있었다.

본 발명의 용제 분리장치의 나선형 교반부재의 회전수는 분당 1 내지 8회전 정도이고, 2회전~5회전이 적당하다.

이상 본 발명을 도면에 도시한 실시형태에 기초하여 상세하게 설명하였는데, 본 발명은 도면에 도시한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 각 장치 및 부재의 형상, 배치수, 치수 등에 대하여는 지금까지 알려진 어떠한 배치, 구성, 조합도 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 한 이용할 수 있다.

본 발명은 발포 폴리스티렌을 재생하는데 이용될 가능성이 있다.

100: 폴리스티렌 겔 처리시스템 110 : 리프트
120 : 호퍼 200 : 전처리장치
210 : 스트레인 탱크 213: 제1히팅 파이프
250 : 원심분리기 270 : 호퍼
273 : 제2히팅 파이프 300: 용제 분리장치
310, 330, 350, 360 : 제1 내지 제4증류층
390: 공기유입구 392: 공기공급부
400 : 후처리장치 410 : 스크루 익스트루더
430 : 이송장치 450 : 절단기
460 : 수조 470 : 열교환기
480 : 리시브 탱크 490 : 냉각기
500 : 가열장치 510a : 제1보일러
510b: 제2보일러 514a: 저온 오일 공급헤드
514b: 고온 오일 공급헤드 516a: 저온 오일 회수헤드
516b: 고온 오일 회수헤드 PJ: 돌기

Claims (8)

1. 전처리장치에서 불용성분이 걸러진 폴리스티렌 겔이 유입되는 공급구, 상기 공급구를 통해 유입된 폴리스티렌 겔에 함유된 용제가 증발되는 다층구조의 증류층, 상기 증류층에서 증발되는 용제가 배출되는 배기구, 상기 용제가 증발된 폴리스티렌 겔이 배출되는 배출구, 열매체 공급부와 배출구를 구비하여 다층구조의 상기 증류층의 바닥을 가열하기 위한 재킷 및 상기 증류층의 내부공간으로 공기를 공급하여 상기 증류층에서 증발된 용제를 상기 증발된 용제의 배기구로 밀어 올릴 수 있도록 하기 위한 공기유입구를 구비하여 상기 폴리스티렌 겔에서 상기 용제를 증발 분리시켜 용융한 폴리스티렌과 상기 용제를 분리하기 위한 용제 분리장치.
2. 제1항에서, 상기 용제 분리장치는 제1증류층, 제2증류층, 제3증류층 및 제4증류층의 4층구조로 되고,
   상기 제1증류층은 제1나선형 교반기를 수용하고 상기 제1나선형 교반기의 회전에 의해 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 내측에서 외측으로 이동시키면서 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제2증류층으로 낙하시키고,
   상기 제2증류층은 제2나선형 교반기를 수용하고 상기 제2 나선형 교반기의 회전에 의해 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 내측에서 외측으로 이동시키면서 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제3증류층으로 낙하시키고,
   상기 제3증류층은 제3나선형 교반기를 수용하고 상기 제3 나선형 교반기의 회전에 의해 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 외측에서 내측으로 이동시키면서 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제4증류층으로 낙하시키고,
   상기 제4증류층은 제4나선형 교반기를 수용하고 상기 제4나선형 교반기의 회전에 의해 상기 제4증류층 바닥에 층을 이루며 쌓이는 용융된 폴리스티렌을 교반하면서 가열된 공기와 접촉될 수 있게 함과 아울러 상기 용융된 폴리스티렌을 지름방향 외측에서 내측으로 이동시키면서 상기 용융된 폴리스티렌에 잔류하는 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제4증류층 아래 바닥의 중앙에 마련된 배출구로 상기 용융된 폴리스티렌을 배출하고,
   상기 제1증류층 내지 상기 제3증류층에 상기 공기 유입구가 각각 설치되고,
   상기 제1 내지 제4나선형 교반기는 샤프트에 연결되어 모터에 의해 회동 가능케 설치된 것을 특징으로 하는 용제 분리장치.
3. 폴리스티렌 겔에서 폴리스티렌과 용제를 분리하여 회수하기 위한 폴리스티렌 겔 처리시스템에 있어서,
   상기 폴리스티렌 겔에서 불용성분을 걸러주기 위한 전처리장치;
   상기 전처리장치에서 불용성분이 걸러진 폴리스티렌 겔이 유입되는 공급구, 상기 공급구를 통해 유입된 폴리스티렌 겔에 함유된 용제가 증발되는 다층구조의 증류층, 상기 증류층에서 증발되는 용제가 배출되는 배기구, 상기 용제가 증발된 폴리스티렌 겔이 배출되는 배출구, 열매체 공급부와 배출구를 구비하여 다층구조의 상기 증류층의 바닥을 가열하기 위한 재킷 및 상기 증류층의 내부공간으로 상온 이상의 따뜻한 공기를 공급하여 상기 증류층에서 증발된 용제를 상기 증발된 용제의 배기구로 밀어 올릴 수 있도록 하기 위한 공기유입구를 구비하여 상기 폴리스티렌 겔에서 상기 용제를 증발 분리시켜 용융한 폴리스티렌과 상기 용제를 분리하기 위한 용제 분리장치;
   상기 분리된 용제와 상기 용융한 폴리스티렌을 후처리하기 위한 후처리 장치;
   순환되는 열매체를 이용하여 상기 전처리장치, 상기 용제 분리장치, 상기 후처리장치의 필요한 부위를 가열하기 위한 가열장치; 및
   상기 공기 유입구로 공기를 공급하기 위한 공기공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌 겔 처리시스템.
4. 제3항에서, 상기 후처리장치는 상기 용제 분리장치에서 배출되는 상기 용융된 폴리스티렌을 필요한 형상의 단면모양으로 뽑아내기 위한 스크루 익스트루더, 상기 스크루 익스트루더를 통해 배출되는 폴리스티렌을 이송하기 위한 이송장치, 상기 이송되는 상기 용융 폴리스티렌을 냉각하기 위한 냉각장치 및 상기 용제 분리장치에서 증발되어 배출된 상기 용제를 냉각하여 상기 용제를 회수하기 위한 열교환기를 포함하여 구성되고,
   상기 공기공급부는 상기 열교환기에 설치되어 상기 열교환기에 의해 가열된 공기를 상기 공기 유입구로 공급하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌 겔 처리시스템.
5. 제3항에서, 상기 전처리장치는 걸름망을 구비하여 저장 탱크에서 공급되는 상기 폴리스티렌 겔에서 불용성분을 1차로 걸러주기 위한 스트레인 탱크와 상기 스트레인 탱크에서 배출되는 폴리스티렌 겔에서 불용성분을 2차로 교대로 걸러줄 수 있게 병렬 연결된 원심분리기를 구비하여 구성되고,
   상기 가열장치는,
   상기 저장 탱크, 상기 스트레인 탱크, 상기 스트레인 탱크에서 상기 원심분리기로 폴리스티렌 겔을 공급하는 제1히팅 파이프 및 상기 원심분리기로 순환되는 열매체를 가열하기 위한 제1보일러와 상기 원심분리기에서 배출되는 폴리스티렌 겔이 저장되는 호퍼, 상기 호퍼의 폴리스티렌 겔을 상기 용제 분리장치로 공급하기 위한 제2히팅 파이프 및 상기 용제 분리장치로 순환되는 열매체를 가열하기 위한 제2보일러를 구비하여 구성되고,
   상기 용제 분리장치 내부에 다층 구조의 증류층을 구비하고, 상기 증류층에는 축에 결합되어 상기 축의 회전에 따라 상기 폴리스티렌 겔을 교반하여주기 위한 나선형 교반기가 설치되고,
   상기 나선형 교반기의 저면에는 상기 폴리스티렌 겔을 교반하면서 상기 폴리스티렌 겔의 표면적을 증가시켜주기 위한 돌기들이 형성된 것을 특징으로 하는 폴리스티렌 겔 처리시스템.
6. 제3항에서, 상기 용제 분리장치는 제1증류층, 제2증류층, 제3증류층 및 제4증류층의 4층구조로 되고,
   상기 제1증류층은 제1나선형 교반기를 수용하고 상기 제1나선형 교반기의 회전에 의해 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 내측에서 외측으로 이동시키면서 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제2증류층으로 낙하시키고,
   상기 제2증류층은 제2나선형 교반기를 수용하고 상기 제2 나선형 교반기의 회전에 의해 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 내측에서 외측으로 이동시키면서 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제3증류층으로 낙하시키고,
   상기 제3증류층은 제3나선형 교반기를 수용하고 상기 제3 나선형 교반기의 회전에 의해 상기 폴리스티렌 겔을 지름방향 외측에서 내측으로 이동시키면서 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제4증류층으로 낙하시키고,
   상기 제4증류층은 제4나선형 교반기를 수용하고 상기 제4나선형 교반기의 회전에 의해 상기 제4증류층 바닥에 층을 이루며 쌓이는 용융된 폴리스티렌을 교반하면서 가열된 공기와 접촉될 수 있게 함과 아울러 상기 용융된 폴리스티렌을 지름방향 외측에서 내측으로 이동시키면서 상기 용융된 폴리스티렌에 잔류하는 상기 용제를 증발시킴과 함께 상기 제4증류층 아래 바닥의 중앙에 마련된 배출구로 상기 용융된 폴리스티렌을 배출하고,
   상기 제1증류층 내지 상기 제3증류층에 상기 공기 유입구가 각각 설치되고,
   상기 제1 내지 제4나선형 교반기는 샤프트에 연결되어 모터에 의해 회동 가능케 설치된 것을 특징으로 하는 폴리스티렌 겔 처리시스템.
7. 제3항에서, 상기 용제는 2염기성 에스테르 용제인 것을 특징으로 하는 폴리스티렌 겔 처리시스템.
8. 제3항에서, 상기 공기유입구로 공급되는 공기의 온도는 60~80℃인 것을 특징으로 하는 폴리스티렌 겔 처리시스템.

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