KR20200091677A - 악취 및 미세먼지 등을 포함한 유해물질이 저감된 아스팔트 제조 공정 및 그 시스템 - Google Patents

악취 및 미세먼지 등을 포함한 유해물질이 저감된 아스팔트 제조 공정 및 그 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20200091677A
KR20200091677A KR1020190008759A KR20190008759A KR20200091677A KR 20200091677 A KR20200091677 A KR 20200091677A KR 1020190008759 A KR1020190008759 A KR 1020190008759A KR 20190008759 A KR20190008759 A KR 20190008759A KR 20200091677 A KR20200091677 A KR 20200091677A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
asphalt
odor
carrier gas
harmful components
causing
Prior art date
Application number
KR1020190008759A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102201116B1 (ko
Inventor
조정모
Original Assignee
한국화학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국화학연구원 filed Critical 한국화학연구원
Priority to KR1020190008759A priority Critical patent/KR102201116B1/ko
Priority to CN202080009849.9A priority patent/CN113316628B/zh
Priority to PCT/KR2020/001130 priority patent/WO2020153769A2/ko
Publication of KR20200091677A publication Critical patent/KR20200091677A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102201116B1 publication Critical patent/KR102201116B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10C—WORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
    • C10C3/00—Working-up pitch, asphalt, bitumen
    • C10C3/007—Working-up pitch, asphalt, bitumen winning and separation of asphalt from mixtures with aggregates, fillers and other products, e.g. winning from natural asphalt and regeneration of waste asphalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D47/00—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/228—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10C—WORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
    • C10C3/00—Working-up pitch, asphalt, bitumen
    • C10C3/002—Working-up pitch, asphalt, bitumen by thermal means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/02—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for preparing the materials
    • E01C19/08—Apparatus for transporting and heating or melting asphalt, bitumen, tar, or the like

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Working-Up Tar And Pitch (AREA)

Abstract

본 발명은 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 공정 및 그 시스템에 관한 것으로, 내부에 저장되는 아스팔트를 가열하는 가열 수단을 포함하며, 내부로 공급되는 운반기체가 가열된 아스팔트 내 악취유발 및 유해 성분과 함께 외부로 배출되는 아스팔트 개질 반응조; 상기 아스팔트 개질 반응조 내부로 운반기체를 공급하는 운반기체 공급부; 상기 운반기체 공급부에서 상기 아스팔트 개질 반응조 내부로 공급되는 운반기체를 분산시키는 운반기체 분산부; 상기 아스팔트 개질 반응조에서 배출되는 운반기체로부터 악취유발 및 유해 성분을 분리하는 악취유발 및 유해 성분 분리부; 및 상기 악취유발 및 유해 성분 분리부에서 악취유발 및 유해 성분이 분리된 운반기체를 상기 아스팔트 개질 반응조로 재공급하는 운반기체 순환부;를 포함하는 아스팔트 제조 시스템과 이를 이용하여 제조되는 아스팔트 제조 방법에 관한 것이다.

Description

악취 및 미세먼지 등을 포함한 유해물질이 저감된 아스팔트 제조 공정 및 그 시스템{A PROCESS FOR REDUCING HAZARDOUS SUBSTANCES SUCH AS ODOR VAPORS AND PARTICLE MATTERS FROM ASPHALT AND THE SYSTEM THEREOF}
본 발명은 아스팔트콘크리트 (이하 아스콘으로 칭함) 제조 시 발생할 수 있는 악취 및 미세먼지 등의 유해 물질이 크게 저감된 중질유분(아스팔트)를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것으로써, 보다 상세하게는, 정유 또는 석유화학공정에서 발생하는 고비점 잔사유분 내 잔존하는 악취유발 및 유해 성분을 미리 저감함으로써 아스콘의 제조 및 도로 포설 단계에서 발생할 수 있는 악취 및 미세먼지 등의 유해물질의 배출 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 고품질 중질원료의 제조 방법 및 이를 위한 생산 공정에 관한 것이다.
일반적으로 아스콘은 자갈 또는 쇄석 등과 같은 골재와, 첨가제, 그리고 원유 정제공정의 최하류에서 발생하는 저급 중질유분(아스팔트)를 일정한 조건하에서 가열하고 혼합하여 제조되는 것으로 도로 및 건설용 재료로 널리 사용된다.
일반적으로 아스콘의 제조공정은 골재를 가열한 후 선별과 계량과정을 거쳐 아스팔트와 혼합한 후 출하하는 공정으로 이루어져 있다. 아스콘 제조 공정에서 대기로 배출되는 물질들로는 골재에서 발생하는 비산 먼지와 아스팔트 내 원유 정제과정에서 미분리된 일부 저비점 성분들을 포함할 수 있으며 모두 미세먼지의 범주에 해당한다. 아스팔트는 아스콘을 구성하는 유기성 원료로 점착성이 있으며, 80℃ 이상으로 가열하면 유동성을 갖지만 상온에서는 매우 높은 점도를 갖는 흑색 또는 흑갈색의 반고체 물질로써 천연 또는 석유의 정제공정으로부터 얻어지 고비점 화합물이 다량 포함된 중질유분이다. 한편, 해당 유분은 고비점 화합물 이외에도 매우 다양한 화학종으로 구성된 혼합물이며, 원유 내 존재하고 있는 불순물, 예컨대 황분, 질분, 중금속(니켈, 바나듐, 철 등) 성분들이 높은 농도로 농축되어 있다. 이들 대부분은 탄화수소물 분자구조 내 이종원소(heteroatom)형태나 포피린 고리구조(Porphyrin)로 존재하며, 극성이 높은 아스팔텐이나 레진과 같은 거대 분자들과 함께 콜로이드 상을 구성하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 아스팔트 원료 내 특정 성분의 비점이 낮더라도 유분으로부터 탈거가 쉽게 일어나지 않을 수 있으며, 아스콘의 제조 공정에서와 같이 유분이 고온으로 가열되었을 때 매우 제한적인 속도와 조성의 일부만 분리된다. 따라서, 유증기 또는 휘발성유기화합물(volatile organic compounds, VOCs)의 발생량은 연속적이고 지속적으로 일어날 수 있다. 제조공정에서 발생하는 유증기는 대기로 확산되는 과정에서 육안으로 식별될 수 있으며, 고유의 색상을 갖고 있어 블루 스모크(blue smoke)로 불리기도 한다. 한편, 성분 내 황분이나 질분을 함유하는 저분자 화합물의 경우, 소량으로도 심한 악취를 유발하며, 다환 방향족 화합물(Polyaromatic hydrocarbons; PAHs) 형태의 탄화수소물은 매우 유해한 것으로 알려져 있다.
따라서, 일부 아스콘 제조 공정에서는 이들의 확산을 방지하기 위한 설비를 갖추고자 방진 설비를 두고 있으며, 일반적인 주요 방진 시설로 사이클론과 백필터 등 입자상을 제거하기 위한 설비와 가스상 악취물질을 제거하는 공정을 구성하기도 한다.
보통, 아스콘의 제조공정은 회분식과 연속식으로 구분되고 연속식은 다시 순방향과 역방향식으로 구분되는데, 외국의 경우 회분식이 전체의 60~70%를 차지하고 국내는 대부분 회분식이다. 회분식과 연속식 모두 자갈을 로터리 건조기로 건조시킨 후에 고온의 아스팔트 시멘트와 혼합시킨다. 다만, 회분식은 고온혼합기(hot bins and mixer)에서 혼합시키고, 연속식은 드럼혼합기(drum mixer)에서 혼합시키는 점이 상이하다. 우리나라에서 주로 사용하는 회분식 아스콘 제조 공정의 경우, 유증기는 자갈과 아스팔트 원료가 서로 혼합되는 공정인 고온 혼합기(hot bins and mixer)에서 주로 발생하며, 제조된 아스콘을 트럭에 적재하는 과정과 아스팔트를 고온으로 유지하며 이동하는 과정, 도로에 포설하는 과정 모두에서 발생할 수 있다. 이와 같은 일련의 공정들에서 하류방향으로 갈수록, 그리고 물질 흐름이 많이 진행 될수록 악취와 미세먼지 등의 유해물질의 확산에 대한 제어가 점차 더 어려워지고 확산의 범위 또한 매우 광범위해질 수 있기 때문에, 아스콘 제조 단계 또는 원료 자체를 개질하는 것 이외의 방법들은 대기오염 물질의 확산 문제를 차단하는 근본적인 해결책이 될 수 없다.
앞서 언급한 바와 같이 아스콘 제조 공정시 발생되는 유증기는 심한 악취를 유발하거나 장기적으로 노출 시 인체에 매우 유해한 방향족 화합물질들로 매우 심각한 대기환경의 주오염원이 될 수도 있다. 본 특허에서 특정하는 악취란 황화수소, 메르캅탄류, 아민류 그 밖에 매우 저농도에서도 자극성이 있어 기체상태의 확산만으로도 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 유기물질로, 여러 가지 성분이 혼합된 상태로 존재할 수 있으며, 쾌적한 정서생활과 나아가 심리적, 정신적, 물리적인 건강 상태에 영향을 줄 수 있는 것이다.
또한, 배출된 유증기는 고유의 향을 갖고 있는 방향족 화합물이나 알데히드 같은 산화물, 그리고 일산화탄소와 같이 무색무취의 특성을 갖는 다수의 유해물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질들이 제조공정으로부터 지속적으로 발생, 확산될 시 직간접적인 대기환경 오염을 유발할 수 있으며, 조업공정 작업자 외 인근 주거지역의 주민의 삶의 질과 건강에도 영향을 줄 수 있어서 집중적으로 관리되고 제거되어야 하는 것들이다.
아스콘 제조 설비에서는 비교적 협소한 공간으로부터 대기오염 물질이 배출되고 있으나, 대기 내 확산의 속도가 매우 빠르며 아스콘 제조 과정이 지속될 경우 오염의 범위 및 오염원의 절대적 확산량이 증가할 수 있다.
한편, 도로포장용 재료인 아스콘은 아스콘 차량을 이용하여 현장 포설시 160℃ 이상의 고온 유지가 필수적이고 소재 특성상 원거리 제조 및 이송이 불가하기 때문에 해당 공장은 지역적으로 널리 분포되어 있는 특성을 갖고 있다. 과거 아스콘 공장은 도서산간 지역에 주로 위치하였으나 민간의 주거공간이 확대됨에 따라 생산시설에 인접한 주택들이 늘어났으며, 생산시설 인근의 민원 발생 빈도 또한 점차 늘어나고 있는 실정이나, 배출되는 오염원들을 효과적으로 제어할 수 있는 방법이 아직까지 명확히 제시되지 않아 많은 사회적 문제를 야기하고 있다. 이로부터 원료 내 악취 및 미세먼지 등의 유해물질 발생원을 저감할 수 있는 기술 개발의 필요성이 지속적으로 제기되어 왔으며, 아스콘 제조 시 대기오염물질 확산을 방지하기 위한 연구들은 꾸준히 수행되어 왔다.
공개특허공보 제10-2007-0037310호 발명의 명칭 ‘아스콘 플랜트의 드라이어를 이용한 분진 및 악취 제거장치’에서는 아스콘 제조과정에서 악취와 분진을 제거하기 위해서 아스콘 제조 시, 믹서 내부에 발생하는 악취를 흡입하는 흡기팬을 설치하여 분진 및 악취를 제거하는 방법이 기재되어 있다. 특히 아스콘 플랜트의 믹서 및 그 믹서의 배출구를 통해 트럭의 적재함에 아스콘을 투입하는 과정에서 발생되는 악취와 분진을 흡입 및 제거하는 아스콘 플랜트의 드라이어를 이용한 분진 및 악취 제거 장치에 관한 기술이 기재되어 있다.
또한, 공개특허공보 제10-2012-0055321호 발명의 명칭 ‘아스콘에서 발생되는 분진 및 악취 제거 장치’에서는 아스콘 제조 시 발생되는 분진 및 악취를 제거하기 위한 기술 개발로써, 아스콘의 제조부에서 배출되는 대기오염물질이나 기타 유해분진을 하나의 장치로 제거하여 하나의 일괄된 장치로 악취 및 분진을 제거 또는 최소화하여 환경오염을 방지하는 기술이 기재되어 있다.
또한, 등록특허공보 제10-1273329호 발명의 명칭 ‘제조된 아스콘 출하시 발생되는 분진 및 악취 제거 장치’에서는 아스콘 제조시 AP유와 가열된 골재를 혼합하는 공정과 아스콘을 트럭에 상차하는 공정에서 발생되는 유해물질 등의 휘발성 유기화합물질(VOCs) 등을 제조함에 있어서 특히, 트럭에 적재 시 발생되는 대기오염물질이나 기타 유해분진인 악취 및 분진을 최대한 일괄적으로 단시간 내에 제거 또는 최소화하여 환경오염을 미연에 방지할 수 있도록 하는 기술이 기재되어 있다.
상기의 선행기술문헌들은 아스콘 제조, 혼합, 저장 시 발생하는 악취 및 유해물질을 제거하는 기술을 나타내고 있지만, 대기오염을 방지할 수 있는 범위가 매우 제한적이거나 비경제적이며, 효과가 매우 단편적이어서, 해당 산업현장에서 발생하는 대기오염 문제에 대한 근본적 해결책을 제공하지 못하고 있다.
이에 본 발명자는 아스콘 제조 공정에서 악취유발 및 미세먼지를 포함한 유해성분들이 아스팔트로부터 발생한다는 사실에 주목하여, 아스팔트로부터 악취유발 및 유해성분이 포함된 증기를 미리 효과적으로 저감하되 아스콘의 특성 변화를 일으키지 않는 개질 방법을 개발하여 본 발명에 이르게 되었다.
한국공개특허 제10-2007-0037310호(2007.11.28. 공개) 한국공개특허 제10-2012-0055321호(2012.10.02. 공개) 한국등록특허 제10-1273329호(2013.06.11. 공고)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로, 아스콘 제조 원료인 아스팔트 자체 내에 존재하는 다수의 악취유발 및 미세먼지 등의 유해 물질들이 포함된 저비점 물질들을 미리 저감함으로써, 기존 아스콘 제조를 위한 상류공정, 예컨대 예열부 및 혼합부와 같이 고온으로 유지되는 각 단위공정에서 주로 발생할 수 있는 악취유발 및 먼지등을 포함하는 유해 성분들의 증기화 및 대기 확산 자체를 원천적으로 방지하는 기술에 관한 것이다.
본 발명에서는 악취유발 및 유해성분이 효과적으로 저감된 아스팔트 원료를 제조하기 위한 개질 시스템 및 그 방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 아스팔트 자체의 악취유발 및 유해 성분이 포함된 증기를 저감하는 데 있어서, 아스팔트 개질 반응조에 연속적으로 비활성 운반기체(ineart carrier gas)를 공급하여 가열된 아스팔트로부터 배출될 수 있는 악취유발 및 유해 성분을 증기화 시키고, 기화 분리된 악취유발 및 유해 성분을 운반기체로부터 저온 분리하는 방법을 통해 원료가 아스콘 조업조건에서 발생시킬 수 있는 악취유발 및 유해 성분을 미리 저감하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 아스팔트 개질 반응조에 운반기체를 공급하는 데 있어서, 운반기체 분산부(distributor)를 이용하여 아스팔트 개질 반응조 내에 운반기체를 분산 공급함으로써, 여러 탄화수소물로 구성된 중질유분 내로 운반기체를 골고루 분산시켜 저비점 유증기를 효과적으로 분리할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 아스팔트 개질 반응조에 운반기체를 공급하는 데 있어서, 외부로부터 비활성 기체를 연속적으로 공급하거나 유증기가 분리된 운반기체를 순환 공급 또는 재공급 하는 방법을 사용함으로써, 개방 또는 폐쇄된 루프를 갖는 개질 시스템 내에서 악취유발 및 유해 성분이 포함된 증기를 물리적으로 분리함에 따라 개질된 아스팔트 원료를 제조하고, 개질 원료가 아스콘 제조 공정에 적용되기 위해 가열되거나 조업 조건에 노출되었을 때 악취유발 및 유해 성분을 포함하는 증기의 양을 현저히 줄일 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적 달성을 위해 본 발명에 따른 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 시스템은, 내부에 저장되는 아스팔트를 가열하는 가열 수단을 포함하며, 내부로 공급되는 운반기체가 가열된 아스팔트 내 악취유발 및 유해 성분과 함께 외부로 배출되는 아스팔트 개질 반응조가 구비되고, 상기 아스팔트 개질 반응조 내부로 운반기체를 공급하는 운반기체 공급부와 상기 운반기체 공급부에서 상기 아스팔트 개질 반응조 내부로 공급되는 운반기체를 분산시키는 운반기체 분산부가 구비되며, 상기 아스팔트 개질 반응조에서 배출되는 운반기체로부터 악취유발 및 유해 성분을 분리하는 악취유발 및 유해 성분 분리부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 악취유발 및 유해 성분 분리부에서 악취유발 및 유해 성분이 분리된 운반기체를 상기 아스팔트 개질 반응조로 재공급하는 운반기체 순환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 아스팔트 개질 반응조는 상기 가열 수단에 의해 아스콘 제조시 아스팔트 가열온도 이상 330 ℃ 이하의 범위로 아스팔트를 가열시키는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 아스팔트 개질 반응조내에 비활성 또는 재순환 운반기체를 공급함에 있어서, 원료의 단위질량 당 표준상태의 공급 기체 비로 0.05 내지 90 sccm/(g of feedstock)으로 유량이 조절되는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 아스팔트 개질 반응조는, 운반기체가 아스팔트 개질 반응조 외부로 배출되기 전에 운반기체에 포함되어 있는 아스팔트 미립자를 필터링하는 디미스터;를 추가적으로 더 포함될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 악취유발 및 유해 성분 분리부는, 흡착제, 스크러버, 분리막, 냉각기 중 적어도 하나 이상의 수단을 이용하여, 상기 아스팔트 개질 반응조에서 배출되는 운반기체로부터 악취유발 및 유해 성분이 저감될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 악취유발 및 유해 성분 분리부는, 악취 분해용 촉매를 이용하여 상기 아스팔트 개질 반응조에서 배출되는 운반기체로부터 악취유발 및 유해 성분을 직접 분해 저감될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 악취유발 및 유해 성분 분리부 후단과 개질반응조의 입구 사이에 폐공정 촉매, 분자체, NaOH 중에서 선택된 하나 이상이 추가로 더 위치시킬 수 있다.
본 발명은 악취 유발 및 유해성분이 저감된 아스팔트를 제조하는 공정으로서, 아스팔트 개질 반응조 내부에 저장되어 있는 아스팔트를 가열하는 아스팔트 가열 단계와 상기 아스팔트 개질 반응조 내부에 저장되어 있는 가열된 아스팔트 내로 운반기체를 분산시켜 공급하는 운반기체 공급 단계를 거쳐, 상기 아스팔트 개질 반응조 내부에서 가열된 아스팔트 내 악취유발 및 유해 성분이 운반기체와 함께 아스팔트 개질 반응조 외부로 배출되는 악취유발 및 유해 성분 배출 단계와, 상기 아스팔트 개질 반응조에서 배출되는 운반기체로부터 악취유발 및 유해 성분을 분리하는 악취유발 및 유해 성분 분리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 공정을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 악취유발 및 유해 성분 분리 단계에서 악취유발 및 유해 성분이 분리된 운반기체를 상기 아스팔트 개질 반응조로 재공급하는 운반기체 순환 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 아스팔트 가열 단계는 아스콘 제조시 아스팔트 가열온도 이상 330 ℃ 이하의 온도로 아스팔트가 가열되는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 운반기체 배출 단계는 운반기체가 아스팔트 개질 반응조 외부로 배출되기 전에 운반기체에 포함되어 있는 아스팔트 미립자를 필터링하는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 악취유발 및 유해 성분 분리 단계는 흡수, 흡착, 막분리, 심냉 중 적어도 하나 이상의 방식을 이용하여, 상기 아스팔트 개질 반응조에서 배출되는 운반기체로부터 악취유발 및 유해 성분을 저감할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 악취유발 및 유해 성분 분리 단계는 촉매분해법을 이용하여 상기 아스팔트 개질 반응조에서 배출되는 운반기체로부터 악취유발 및 유해 성분을 직접 분해 저감할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 아스팔트 제조 시스템에서 제조되는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트를 골재와 혼합하는 아스콘 믹싱부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스콘 제조 시스템을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현 예에서, 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 방법에 의해 제조된 아스팔트를 골재와 혼합하는 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스콘 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 악취 및 유해 성분이 크게 저감된 아스팔트 제조 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 아스콘 제조공정 단계 중 아스팔트가 골재와 혼합하는 믹싱부 또는 그외 후단공정에서 대기오염 물질을 저감하는 것이 아니라, 원료, 즉 아스팔트 자체의 개질을 통해 저비점 유증기의 발생량을 현저히 저감함으로써, 기존 아스콘 제조공정으로부터 발생하는 악취유발 및 유해 성분의 배출 및 확산을 원천적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 아스팔트 원료로부터 악취유발 및 유해 성분이 포함된 증기를 저감하는 데 있어서, 개질 반응조 내부에 운반기체를 순환방식으로 공급하고, 운반기체와 함께 배출되는 아스팔트 내 유증기 만을 연속적으로 분리/제거함으로써, 악취유발 및 유해성분의 발생량을 효과적으로 저감시킬 수 있는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 기체분배장치를 이용하여 개질 반응조 내부에 운반기체를 골고루 분산시켜 제공함으로써, 아스팔트 원료 내 저비점 성분의 기체상 물질전달을 촉진하고 이로부터 악취유발 및 유해성분이 포함된 증기의 분리 속도를 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 따라 개질된 아스팔트 원료는 소량의 저비점 성분만 분리되었으며, 유분 내 분자구조들의 열분해나 화학적 반응이 지배적으로 일어나지 않았기 때문에 아스콘 원료로써의 특성, 예컨대 온도 별 점도값에 큰 영향을 나타내지 않는 특성을 갖고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 악취유발 및 유해 성분들을 저감하기 위한 아스팔트 개질 시스템에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 아스콘의 제조 조건에서 발생하는 증기를 수집한 후 기체크로마토그래피를 이용하여 분석한 악취 유발 및 유해 성분들이 포함된 증기의 머무름 시간 별 검출 피크들과 질량스펙트럼 검출기를 이용하여 규명된 대표적 화합물 종들을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 농축분리 회수된 악취유발 및 유해 성분들이 포함된 유증기의 기체크로마토그램을 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 악취 및 미세먼지 등의 유해물질이 저감된 아스팔트 제조 시스템 및 그 방법를 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고, 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 개질 시스템은 아스콘을 제조하기 전 단계에서, 아스콘 제조 원료인 아스팔트로부터 악취유발 및 유해 성분을 개질을 통해 저감함으로써, 기존 아스콘 제조공정에서 발생하는 악취유발 및 유해 성분이 포함된 물질을 원천적으로 저감시키는 데 그 목적이 있다.
본 발명에서 악취유발 및 유해 성분이라 함은 악취를 유발하는 물질 및 악취를 유발하지는 않으나 유해한 물질을 모두 포괄하여 일컫는 것이며, 상기 아스콘 제조공정 중의 미세/초미세 먼지(PM2.5 및 PM10)도 포함된다.
아스콘 제조공정 중 발생하는 아스팔트 내 악취유발 및 유해 증기 성분은 휘발성 유기화합물(VOCs)로써, 아스팔트 저장조에서 발생하는 휘발성유기화합물은 BTX를 포함한 다환방향족 탄화수소물(PAHs), 황화물(티오에테르(R-S-R`)나 알킬메르캅탄 (R-SH), 황화수소, 설파이드 등), 각종 산화물(알데하이드, 아세테이트, 케톤류), 그 외 질소화합물 등이 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 아스콘의 제조 원료인 아스팔트로부터 악취유발 및 유해 성분의 발생량을 저감하기 위한 아스팔트 개질 시스템에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 악취유발 및 유해성분이 저감된 아스팔트 제조 시스템은, 아스팔트 개질 반응조(100), 운반기체 공급부(120), 운반기체 분산부(110), 악취 성분 및 유해 성분 분리부(130)를 포함하여 구성되며, 운반기체 순환부(140)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 아스팔트 개질 반응조(100)는 내부 공간에 아스팔트 원료가 위치하며, 위치된 아스팔트로부터 악취유발 및 유해성분이 포함된 물질을 탈거하기 위해, 가열 수단(103), 운반기체 유입구(101) 및 운반기체 배출구(102)를 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로는, 상기 아스팔트 개질 반응조(100)는, 상기 가열 수단(103)에 의해 내부에 위치된 아스팔트가 가열되어 원료 내부 콜로이드 상으로부터 저비점 성분의 분리와 물질 전달이 촉진되며, 이는 다시 내부로 공급되는 운반기체에 의해 포화 증기상 형태로 이송되어지며, 유동화된 아스팔트 원료 내부로부터 악취유발 및 유해 성분이 포함된 유증기는 운반기체에 의해 반응기 외부로 연속적으로 배출된다.
또한, 상기 아스팔트 개질 반응조(100)는, 상기 가열 수단(103)에 의해 개질 조건을 제공하는 데 있어서, 아스콘 제조시 아스팔트의 설정온도 이상이되, 상기 아스팔트가 변성되지 않고 아스콘용 아스팔트로서 기능할 수 있는 최대한의 개질 온도 이하의 범위로 유지되도록 한다. 상기와 같이 아스팔트 개질 온도를 아스콘 제조시 아스팔트의 설정온도 이상으로 가열함으로서 미리 아스콘 제조 현장에서 발생할 수 있는 유증기를 제거하게 된다. 또한 개질온도를 상기 온도 이상에서 실시하면 유증기의 제거 정도 및 제거 속도는 커질 수 있으나 아스팔트 원료를 구성하는 다수의 탄화수소물이 분해 변성되어 아스콘 제조공정의 원료로 적용될 수 없으므로 지배적인 열분해가 일어나지 않으나 저비점 성분의 물리적 탈기가 일어날 수 있을 정도의 높은 온도를 유지하도록 하여야 한다.
상기 개질반응의 지속시간은 유증기의 목표 제거량에 도달할 때까지 지속한다. 상기 지속시간은 개질하여야 하는 아스팔트의 양과 운반기체의 공급량 등에 따라 달라질 수 있으나 대체적으로 1~24시간 동안 지속될 수 있다.
상기 운반기체 공급부(120)는, 상기 아스팔트 개질 반응조(100) 내부로 운반기체를 공급하는 것으로, 상기 운반기체를 선택함에 있어서 산소를 포함하는 경우는 가열된 원료의 부분적 산화반응에 의해 특성 변화가 일어날 수 있다. 따라서, 아스팔트 산화를 방지하기 위하여 활성이 없는 불활성 기체인 것이 바람직하며, 주로 헬륨, 아르곤, 질소 가스 등으로 이루어질 수 있으나, 개질 과정 중 연속적으로 공급하는 방식이 아닌, 개질 공정이 적용되기 이전 또는 초기 단계에 일회성으로 제공하여 폐쇄된 시스템 내에서 재순환되는 형태의 공기를 사용하여도 무방하다.
이러한 운반기체 공급부(120)는 고압의 가스를 저장할 수 있는 압력용기 등의 장치가 사용될 수도 있다.
또한, 상기 운반기체 분산부(110)는 상기 운반기체 공급부(120)에서 상기 아스팔트 개질 반응조(100) 내부로 공급되는 운반기체를 넓은 영역에 걸쳐 분산시키는 것으로, 이에 의해 상기 아스팔트 개질 반응조(100) 내부로 분산된 운반기체가 유분 내에 골고루 분산되어 버블링 되면서, 아스팔트 내부로부터 기화되는 악취유발 및 유해 성분을 포함한 유증기가 운반기체에 의해 더욱 빠른 속도로 개질반응기 외부로 이송, 배출됨에 따라 아스팔트 내 악취유발 및 유해성분 물질의 저감 효과를 향상시킬 수 있다.
이와 같이 상기 운반기체가 아스팔트 내부로부터 기화되는 악취유발 및 유해 성분을 포함한 유증기를 운반하여 이송함으로써, 극성이 높은 아스팔텐이나 레진과 같은 거대 분자들과 함께 콜로이드 상을 구성하여 유분으로부터 탈거가 쉽게 일어나지 않으며, 고온이더라도 매우 제한적인 속도와 조성의 일부만 분리되는 상기 유해 성분들을 공정적으로 유의미한 시간 내에 제거할 수 있게 된다.
이를 위하여 상기 분산부(110)는 다수의 구멍이 형성된 분산판 형태(distributor), 하나의 운반기체 공급 코일로부터 다수개의 분사 노즐(orifice nozzle)로 구성된 형태 (sparger) 등 통상적인 기체 분산수단 중 적어도 하나 이상의 수단을 사용하여 구성될 수 있다.
상기 운반기체 분산부(110)에서 분사되는 운반기체의 유량은 원료 단위 질량 당 표준상태 유량의 비로 0.05 내지 90 sccm/(g of feedstock), 바람직하게는 0.1 내지 10sccm/(g of feedstock)으로 한다.
한편, 상기 아스팔트 개질 반응조(100)는 내부에 디미스터(104)를 추가적으로 포함할 수 있으며, 상기 디미스터(104)를 이용하여, 운반기체가 아스팔트 개질 반응조(100) 외부로 배출되기 전에 운반기체에 포함될 수도 있는 미립자를 필터링하거나 개질과정 중 발생할 수 있는 원료의 비등으로부터 고비점 성분의 지나친 유실을 방지할 수 있다.
또한, 상기 악취유발 및 유해 성분을 분리하기 위한 악취유발 및 유해성분 분리부(130)는 상기 아스팔트 개질 반응조(100)에서 배출되는 운반기체로부터 악취유발 및 유해 성분의 분리 또는 분해하여 저감하는 것으로, 흡착제, 산화제, 스크러버, 분리막, 냉각기 등의 통상적인 분리수단 중 적어도 하나 이상의 수단을 이용하여, 상기 아스팔트 개질 반응조(100)에서 배출되는 운반기체로부터 악취 및 유해성분이 포함된 유증기를 저감한다.
더욱 상세하게는, 상기 악취유발 및 유해 성분 분리부(130)는 운반기체 내 악취유발 및 유해 성분을 스크러버(scrubber)이용하여 흡수하거나, 촉매 또는 흡착제를 이용하여 흡착하거나, 냉각기를 이용하여 액화하는 방식을 통해 운반기체 내 악취유발 및 유해 성분이 포함된 유증기를 분리 저감할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 분리 수단 중 흡착제를 이용하여 악취유발 및 유해 성분을 흡착하는 데 있어서, 폐촉매를 이용할 수도 있다. 이때 사용되는 폐촉매로 화학산업 중에서 배출되는 알루미나계 또는 제올라이트계 촉매 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 악취유발 및 유해 성분 분리부(130)는, 악취유발 및 유해 성분을 분리 저감하는 것 외에도, 산화 촉매를 적용하여 상기 아스팔트 개질 반응조(100)에서 배출되는 운반기체부터 발생하는 악취유발 및 유해 성분이 포함된 물질을 덜 유해하거나 보다 높은 비점을 갖는 물질로 직접 화학 전환하도록 구성될 수도 있다.
또한, 상기 악취유발 및 유해 성분 분리부(130)는 분리된 악취유발 및 유해 성분을 연속적으로 배출하는 배출구를 포함할 수 있다.
또한, 상기 운반기체 순환부(140)는 상기 악취유발 및 유해 성분 분리부(130)에서 유증기가 분리 또는 저감된 운반기체를 상기 아스팔트 개질 반응조(100)로 재공급하는 것으로, 상기 운반기체 분산부(110)에 의해 공급된 운반기체는 배출되지 않고 상기 운반기체 순환부(140)에 의해 아스팔트 개질 반응조(100)와 악취유발 및 유해 성분 분리부(130)를 순환하게 된다.
이와 같이 운반기체는 소모되지 않으며 순환부(140)에 의해 운반기체는 계속하여 재순환되면서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 개질 시스템에서 운반기체 순환부를 사용하게 되면 상기와 같은 운반기체 순환 구조에 의해 외부로부터 지속적으로 운반기체를 공급받지 않아도 되며, 운반기체로서 불활성 가스 외에 공기를 사용하더라도 운반기체 순환 과정 초반에 공기 중에 존재하는 산소의 양은 매우 제한적이어서 원료의 극히 일부만 산화가 되고 산소가 제거된 기체상, 즉 질소 등 불활성 기체 조성들로만 구성된 운반기체로서 공급되기 때문에 운반기체로서 공기를 사용해도 되는 효과가 있다. 더불어 아스콘 공정에서 발생할 수 있는 저비점 성분의 유증기와 불활성 기체가 폐쇄된 흐름에 존재하고, 유증기를 평형온도에 따른 상변화로부터 농축상 형태로 분리 유도하기 때문에 본 발명의 시스템 자체에서는 아스팔트 내 악취유발 및 유해 성분의 발생이 일어나지 않는다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 악취유발 및 유해 성분을 저감하고자 하는 아스팔트 개질 시스템은 아스콘 제조 공정, 예컨대 아스팔트를 골재와 혼합하는 아스콘 혼합부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 악취 및 미세먼지 등의 유해성분이 저감된 아스팔트 제조 방법은, 아스팔트 가열 단계, 운반기체 공급 단계, 악취성분 및 유해성분이 포함된 물질의 배출 단계, 상기 악취성분 및 유해성분이 포함된 물질을 운반기체로부터 분리하는 분리 단계를 포함하여 구성될 수 있으며, 운반기체 순환 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
더욱 상세하게는, 상기 아스팔트 가열 단계에서는 적절한 온도로 아스팔트를 가열하여 미리 악취 유발 및 유해 성분을 저감하는 개질 반응을 실시하는 단계이다. 이때 상기 적절한 온도의 하한은 아스팔트를 사용하여 아스콘을 제조할 때의 아스팔트의 설정온도로 두는 것이 바람직하다. 이러한 이유는 아스콘 제조현장에서 발생하는 악취유발 및 유해 성분들을 미리 제거하려면 그 설정온도 이상으로 가열하는 것이 유리하기 때문이다. 또한 상기 적절한 온도의 상한은 아스팔트 원료의 일부 또는 전부가 열분해 되어 아스콘 소재의 기능적 특성에 지장을 주지 않는 최대 온도로 설정하였을 때 개질 처리 용량 및 속도 측면에서 유리할 수 있다.
예로서, 아스콘 제조 시 아스팔트가 가열되는 최고온도가 180℃이면 상기 개질을 위한 온도 하한은 180℃로 설정하게 되며, 아스팔트 원료가 330℃를 초과하는 개질온도에 노출될 경우 심각한 열분해 반응에 의해 아스팔트 원료의 물리적 특성이 크게 달라지므로 상기 가열단계의 온도는 180℃ ~ 330℃의 범위 안에 두는 것이 좋으며, 공정효율 및 물성측면에서 바람직하게는 200℃ ~ 325℃, 더욱 바람직하게는 250℃ ~ 315℃의 온도 범위로 가열하는 것이 유리하다.
상기 악취유발 및 유해 성분의 배출 단계에서는 상기 아스팔트 개질 반응조 내부에서 운반기체에 의해 가열된 아스팔트가 유동화되고, 유동화된 아스팔트 내부의 악취유발 및 유해 성분이 운반기체에 의해 운반되어 아스팔트 개질 반응조 외부로 배출된다.
이의 과정을 더욱 상세히 설명하면, 상기 아스팔트 개질 반응조 내부로 분산 유입된 운반기체가 아스팔트 원료 내로 버블링 되면서, 레진 및 아스팔텐 등 중질분자들과 함께 상호인력에 의해 형성된 거대 콜로이드 상(colloidal cluster)으로부터 저비점 성분의 탈거 및 물질전달을 촉진하게 되며, 기체 내로 확산 및 포화된 악취유발 및 유해 성분이 포함된 유증기는 혼합기체의 자연 및 강제대류에 의해 더욱 빠른 속도로 개질 반응조 외부로의 배출 속도가 크게 향상되며, 원료 내 악취유발 및 유해 성분의 잔존량을 급격히 감소시키는 효과가 있다. 즉, 상기 운반기체로 인해 거대 콜로이드 상(colloidal cluster)으로부터 탈거된 저비점 성분이 다시 주변의 레진이나 아스팔텐들과 상호 인력에 의해 거대 콜로이드 상내로 재병합되기 전에 상기 탈거된 저비점 성분이 운반기체에 의해 운반되어 아스팔트 원료로부터 비가역적으로 분리될 수 있게 된다.
또한, 상기 악취유발 및 유해 성분의 배출 단계는 디미스터를 이용하여 운반기체가 아스팔트 개질 반응조 외부로 배출되기 전에 운반기체에 포함될 수 있는 미립자를 여과하거나 원료의 비등에 따른 고비점 성분의 지나친 유실을 방지하는 과정을 포함할 수도 있다.
한편, 상기 운반기체 공급 단계는 원료의 단위질량 당 표준상태 유량의 비로 0.05 내지 90 sccm/(g of feedstock), 바람직하게는 0.1 내지 10 sccm/(g of feedstock)으로 아스팔트 개질 반응조 내부로 운반기체가 분사될 수 있도록 설정된다. 운반기체의 유량이 0.05 sccm/(g of feedstock) 미만으로 공급되면, 악취유발 및 유해 성분의 배출 속도가 매우 낮아 개질의 효과가 미미할 수 있으며, 90 sccm/(g of feedstock)을 초과하여 공급되면 개질의 성능이 향상되지 않는 반면, 원료가 될 수 있는 고비점 성분의 유실량이 증가할 수 있다.
또한, 상기 악취유발 및 유해 성분의 분리 단계에서는 상기 아스팔트 개질 반응조에서 배출되는 혼합기체에서 악취유발 및 유해 성분을 포함하는 유증기를 운반기체와 분리 제거한다.
상기 악취유발 및 유해 성분의 분리 단계는 흡수, 흡착, 막분리, 심냉 중 적어도 하나 이상의 방식을 이용하여 운반기체로부터 악취유발 및 유해 성분을 분리 제거하는 방법을 사용할 수도 있고, 선택 또는 완전 산화반응과 같은 화학적 전환 방법을 이용하여 운반기체로부터 악취유발 및 유해 성분을 포함하는 유증기를 직접 분해 제거하는 방법을 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 악취 및 미세먼지 등의 유해물질이 저감된 아스콘 제조 방법은, 상기 악취유발 및 유해 성분이 저감된 개질 아스팔트 제조 방법에 의해 제조된 아스팔트를 골재와 혼합하는 단계를 포함하여 구성된다.
이하, 실험예, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명 과정의 세부사항을 설명하고자 한다.
<실험예 1> 아스팔트 원료 준비 및 특성 분석
개질 성능 평가에 사용된 아스팔트 원료는 에쓰오일사로부터 공급된 AP-5 등급의 중질유가 사용되었으며, 특성은 표 1에 제시된 바와 같다. 원료의 특성 분석을 위해 구성 유기원소 및 그 함량을 원소분석기(모델명: Thermo Scientific Flash EA-2000 Organic Elemental Analyzer, 감지기: Thermal Conductivity Detector)를 사용하여 분석 하였고, SARA(Saturates, Aromatics, Resins and Asphaltenes) 함량분석은 SARA Analyzer (모델명: Latroscan MK6s), 비점분포는 ASTM D7169 (GC-Simdis)방법을 사용하고, 난분해성 잔류 탄소량 (Conradson carbon residue; CCR)은 ASTM D189 방법을 이용하여 분석하였다. 아스팔트 원료는 상온에서 고체 상태이며, 원료를 정량하여, 특성을 분석하거나 악취유발 및 유해 성분의 발생량을 측정하거나, 개질 반응의 원료로 공급함에 있어서 밀폐된 용기 내에 담아 80℃이상으로 예열된 오븐에 3시간 이상 방치하여 흐름성을 유지하도록 한 후 사용하였다.
분석항목 측정 결과값
원소 분석
(wt.%)		 C 83.3
H 10.1
N 0.6
S 5.6
O -
SARA 분석*
(Area %)		 S 14.22
A 40.60
R 22.15
Asph 23.04
API 4.21
Distillation curve >524℃ 74.9%
CCR 21.2 wt%
* S: Saturates, A : Aromatics, R : Resins, Asph : Asphaltenes
<실험예 2> 아스콘 제조 시 발생하는 악취 유발 및 유해 성분의 수집 및 분석
아스콘 제조 시 발생하는 악취 유발 및 유해 성분의 수집 및 분석을 위해 개질 전 또는 개질 후 아스팔트 원료 100g을 180℃로 유지되는 250ml 반응기에 담아 6시간 노출하였으며 용기 마개에 달린 유로를 통해 증기를 포집 하였다. 발생하는 증기 5ml를 주사기(gas-tight) 포집하였으며, 포집된 혼합 증기는 질량 스펙트럼 검출기가 연결된 기체크로마토그래피 (GC-MS; gas chromatography w/ mass spectrum detector and HP 50+ column)로 각 성분들의 머무름 특성을 분석하였으며, 불꽃이온화 검출기(FID)가 장착된 별도의 기체크로마토그래피를 이용하여 동일한 분석조건(HP 50+ column) 하 각각의 성분에 대한 정량 분석을 실시하였다.
<실험예 3> 아스팔트 개질 반응
아스팔트의 개질 반응은 500ml 용량의 SUS Liner가 장착될 수 있는 갖는 고온, 고압 반응기 (제작사: Ari Instrument, 모델: SCH reactor 500 w/ data gathering tool)를 개질 반응조로 사용하였다. 개질온도는 열전쌍을 사용하여 감지하였으며 내부 개질 반응조의 온도를 근접하여 탐침하도록 보호관(thermowell)에 삽입하여 측정하였다. 내부 개질온도는 외벽을 통해 열전달이 일어날 수 있는 가열로를 통해 열원 공급이 이루어졌으며 다중루프 PID 제어 프로그램을 이용하여 원료의 개질 단계에서는 온도가 ±1℃ 이내로 유지되도록 하였다. 초기온도(100℃)에서 개질온도에 도달하는데 최대 20분이 소요되었으며, 목적 온도에 도달하는 시점부터 운반기체를 공급하여 개질을 실시하였다. 운반기체는 질소 기체를 외부에서 제공하거나, 초기 기체가 연속적으로 재순환 공급이 가능하도록 기체이송펌프 (모델명: KNF N022ATE)를 설치하여 폐쇄루프(closed loop) 내에서 공급하였으며, 공급기체의 유량 조절은 질량유량제어기(mfc)를 사용하여 제어하였다. 개질 반응조 내로 유입되는 기체는 하부에 위치한 다공성 기체 분산관(sparger)를 이용하여 분산 공급하였다. 반응기의 상부로부터 유증기와 운반기체가 혼합 형태로 기상이 배출되였으며, 고비점 유분의 유실을 방지하기 위해 유리섬유 또는 SUS316 소재의 디미스터를 위치하였다. 혼합 기체는 외부관을 통해 -10℃이하의 냉각액이 외부에서 연속적으로 흐르도록 설계된 이중자켓 구조의 기상 응축기 및 수집용기의 내부를 통과하여 액화된 유증기만 농축, 수집할 수 있도록 하였으며, 분리된 비활성 운반기체는 반응기 내부로 기체이송펌프를 통해 재공급될 수 있도록 구성 하였다. 개질반응에 사용된 아스팔트 원료는 80℃ 이상으로 가열하여 150g을 반응조에 투입하고, 마그네틱 드라이브에 의해 원료를 50rpm의 속도로 초기에 교반하였으며, 목적하는 개질 온도 도달 시점에 교반속도를 300rpm으로 변경 유지하였다.
<아스팔트 원료의 열분해 온도 결정>
원료로부터 악취유발 및 유해 성분을 저감하기 위해서는 고온의 개질조건이 유리할 수 있으나, 지나치게 고온조건을 적용하게 되면 원료의 열분해 반응이 지배적으로 일어나므로 개질 후 원료의 비가역적 특성 변화가 크게 일어날 수 있다. 중질유가 고온으로 가열되어 열분해 반응이 진행될 경우, 일반적으로 아스팔텐 및 레진과 같은 중질분자 외곽의 알킬 사슬구조(side alkyl chain)의 분해가 점진적으로 일어나며, 저분자량 라디칼 간 재결합(recombination)에 의해 탄소수가 4 이하이며 상온에서 기상으로 존재하는 포화탄화수소물들이 다량 생성된다. 한편, 열분해로부터 발생하는 높은 분자량의 라디칼들은 중축합(polycondensation)에 의해 고체 부산물에 해당하는 코크(coke; toluene insoluble) 또는 코크 전구체에 해당하는 고비점 화합물의 생성을 유발할 수 있으며, 생성량이 매우 소량이라도 원료의 특성을 크게 변화할 수 있다. 따라서, 열분해가 일어나지 않는 온도영역을 규명하고, 이로부터 원료 개질 조건의 탐색이 선행되어야 한다. 이를 위하여 하기와 같은 실험을 실시하였다.
상기 실험예 1의 특성 분석된 개질 전 원료 150g을 실험예3의 개질반응기에 넣고 각 315℃, 330℃, 350℃로 유지하면서 운반기체를 사용하지 않은 상태로 12시간 방치한 후 각 생성물의 변화량을 관찰하였다.
액상 제품의 비점 특성은 ASTM D7169 (GC-Simdis)에 따라 비점 분포를 측정하여 나타낸 것이고, 기상제품의 특성은 열분해 시 생성되는 기체에 의한 압력 변화량 (ΔP; 초기 압력 대비 기체 분압의 생성률)의 측정과 함께 기체크로마토그래피에 의해 정량 분석 하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
구 분
(개질온도)		 개질전
초기원료		 개질온도
315℃ 330℃ 350℃
기상제품(wt.%) - 0.1 2.37 2.59
액상제품 비점분포 (wt.%) - 99.9 97.63 97.41
Naphtha (IBP-177℃) - 0.0 0.00 0.59
Middle distillate (177-343℃) - 0.0 0.98 3.13
Gas oil (343-524℃) 10.1 13.1 21.59 26.33
Residue (524℃-FBP) 89.9 86.8 75.06 67.36
Toluene insoluble (wt.%) - 0.00 0.00 0.00
분압 증가율 (ΔP)* - 0.1 2.2 4.2
*ΔP(%) = (P0- Pgas)/P0×100
315℃ 이하 온도에서는 원료의 비점분포 변화만 일부 관찰되었으며, 열분해가 진행되지 않았다. 반면, 개질온도가 315℃까지는 열분해에 의한 제품 성상의 변화가 나타나지 않았으며, 330℃에서는 일부 분해 기체가 관측되며, 350℃에서는 기체의 발생량 뿐만 아니라, 액상의 비점 분포 역시 상당량 변화가 관찰되었다. 이로 보아 개질은 330℃ 이하, 바람직하게는 325℃이하, 더욱 바람직하게는 315℃ 이하에서 이루어져야 원료의 성상에 큰 변화 없이 악취 및 유해성분을 저감할 수 있음을 알 수 있다.
다음으로 본원 발명의 효과를 보여주기 위하여 하기와 같은 실시예와 비교예를 실험하였고, 그 결과를 도표로 나타내었다.
<실시예 1>
<실험예 1>을 따라 특성 분석된 개질 전 원료 150g을 <실험예 3>에 따라 개질 아스팔트 원료를 준비함에 있어서, 개질 반응조의 온도를 200℃로 유지하고 기상의 운반기체로서 공기의 재순환 유량속도는 100 sccm으로 하여 12시간 동안 개질을 수행하였다. 이후 상기 운반기체의 순환을 멈추고, 계를 밀폐시킨 상태에서 상기 개질 반응조 내의 온도가 상온이 되도록 하였다.
개질 반응에 의한 영향을 분석하기 위하여 상기 상온의 시료를 <실험예 2>의 방법으로 분석하였으며, 그 결과는 표 3에 나타내었다.
<실시예 2>
개질 반응조의 온도를 250℃로 유지한 것을 제외하고는 <실시예 1>과 동일한 조건으로 개질 및 분석을 실시하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.
<실시예 3>
개질 반응조의 온도를 300℃로 유지한 것을 제외하고는 <실시예 1>과 동일한 조건으로 개질 및 분석을 실시하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.
<실시예 4>
개질 반응조의 온도를 315℃로 유지한 것을 제외하고는 <실시예 1>과 동일한 조건으로 개질 및 분석을 실시하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.
<실시예 5>
개질 반응조의 온도를 315℃로 유지하며, 공기를 이용한 재순환 흐름을 사용하는 대신, 외부에서 질소를 100 sccm의 속도로 연속 공급하며, 개질 반응조로부터 배출된 혼합 증기로부터 유증기를 냉각기로 수집, 분리한 후, 운반기체를 개질 반응조로 재순환하지 않고 외부로 배출한 점을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 개질 및 분석을 실시하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.
<실시예 6>
반응조의 온도를 315℃로 유지한 것과 기상의 재순환 유량속도를 10 sccm으로 유지한 것을 제외하고는 <실시예 1>과 동일한 조건으로 개질 및 분석을 실시하고 그 결과를 표3에 나타내었다.
<실시예 7>
반응조의 온도를 315℃로 유지한 것과 질소의 공급 유량속도를 5,000 sccm으로 유지한 것을 제외하고는 <실시예 5>와 동일한 조건으로 개질 및 분석을 실시하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.
<비교예 1>
개질 반응조의 온도를 150℃로 유지한 것을 제외하고는 <실시예 1>과 동일한 조건으로 개질 및 분석을 실시하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.
<비교예 2>
반응조의 온도를 315℃로 유지한 것과 기상의 재순환 유량속도를 0 sccm으로 유지한 것을 제외하고는 <실시예 1>과 동일한 조건으로 개질 및 분석을 실시하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.
<비교예 3>
반응조의 온도를 315℃로 유지한 것과 기상의 재순환 유량속도를 5 sccm으로 유지한 것을 제외하고는 <실시예 1>과 동일한 조건으로 개질 및 분석을 실시하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.
<비교예 4>
반응조의 온도를 315℃로 유지한 것과 질소의 공급 유량속도를 15,000 sccm으로 유지한 것을 제외하고는 <실시예 5>와 동일한 조건으로 개질 및 분석을 실시하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.
구 분 개질 온도
(℃)		 운반기체/
공급방식		 유량
(sccm)		 원료
회수량
(wt.%)		 유증기
상대 발생량
(%)
실시예 1 200 Air / 재순환 100 99.6 26.2
실시예 2 250 Air / 재순환 100 99.0 2.6
실시예 3 300 Air / 재순환 100 98.1 0.5
실시예 4 315 Air / 재순환 100 94.9 0.1
실시예 5 315 N2 / 외부공급 100 94.6 0.1
실시예 6 315 Air / 재순환 10 98.7 34.1
실시예 7 315 N2 / 외부공급 5,000 89.7 0.0
비교예 1 150 Air / 재순환 100 99.9 97.4
비교예 2 315 Air / - 0 99.8 95.5
비교예 3 315 Air / 재순환 5 99.3 84.3
비교예 4 315 N2 / 외부공급 15,000 64.1 -
표 3은 개질 조건 별 회수되는 원료의 질량 및 유증기의 상대 발생량을 비교하여 나타낸 것이다. 원료 회수량은 초기 원료 투입 대비, 개질 반응조로부터 회수되는 개질 아스팔트의 양으로 계산하였다. 유증기의 상대 발생량은, 개질 전 초기 아스팔트 원료를 <실험예 2>에 따라 진행하고, 발생하는 기상 샘플의 포집하여 정량한 유증기의 질량 대비, 각각의 개질 조건에 따라 준비된 아스팔트 원료를 사용하여 동일한 과정(실험예 2)으로부터 측정될 수 있는 유증기의 질량의 상대적인 비를 백분율로 환산하여 나타낸 것이다.
<비교예 1>과 <실시예 1> 내지 <실시예 4>의 결과를 비교하면 개질에 적용된 온도가 아스팔트 원료 내 악취유발 및 유해 성분의 저감 성능에 미치는 영향을 알 수 있다. 개질 온도가 아스콘의 제조 온도보다 더 낮은 온도, 예컨대 <비교예 1>에서처럼 150℃로 유지된 상태에서 개질을 수행했을 경우, 매우 제한적인 악취유발 및 유해 성분의 저감이 가능하며 개질 전 원료 대비 유증기의 발생 감소량이 3%이하로 그 효과가 매우 미미한 편이다. 반면, 개질에 적용된 온도가 아스콘의 제조 온도 보다 높게 유지되는 경우, 특히 300℃ 이상의 개질 온도를 적용한 <실시예 3>과 <실시예 4>에 따라 제조된 개질 아스팔트의 경우, <실험예 2>의 과정으로부터 포집된 유증기 발생량은 거의 없었으며 기체크로마토그래피를 사용하여 정량분석 하였을 때 악취유발 및 유해 성분의 특성 피크들 또한 두드러지게 관찰되지 않았다.
동일한 개질 조건을 유지하되, 내부 기상의 재순환에 따른 폐쇄 루프에 의해 개질을 실시한 경우(실시예 4), 그리고 비활성 운반기체의 외부 공급 및 배출을 통해 유증기 성분을 연속적인 흐름에 의해 분리하는 개방 루프(open-loop)가 적용된 경우(실시예 5)의 개질 성능을 비교해 보면, 초기 투입 원료 대비 극히 미미한 원료 회수율 (0.5 wt.% 미만) 차이가 관찰 되었으나, <실험예 2>에 따라 유증기의 발생량을 측정하였을 때, 두 경우 모두 기상 생성물의 질량이 개질 전 원료의 기체 발생량 대비 0.1% 이내의 극히 소량만 배출됨을 알 수 있었다.
한편, 운반기체의 유속에 따른 개질 성능의 변화를 파악하기 위해 개질 온도를 315℃로 고정하고, 개질 공정의 운반기체의 유량을 변화하여 반복 실험(비교예 2 내지 비교예 4 및 실시예 4 내지 실시예 7)을 수행하였다. 운반기체의 흐름이 존재하지 않는 경우(비교예 2) 혹은 매우 느린 유속으로 유지되는 경우(비교예 3)에 원료의 질량 변화가 거의 없었으며, <실험예 2>에 따라 관찰될 수 있는 유증기 발생량 저감에 있어서도 큰 효과가 발현되지 않아, 요구되는 정도까지 유증기를 저감하기 위해서는 매우 긴 시간이 필요함을 알 수 있었다. 반면에 본 발명은 비교적 짧은 처리 시간인 12시간의 개질반응에 의해서도 유증기의 상대 발생량을 매우 큰 폭으로 저감시킬 수 있었다. 한편, 지나치게 높은 운반기체가 공급되는 경우(비교예 4), 많은 양의 원료가 외부로 배출 되었으며, 개질조 외부에 위치한 유증기 수집부 내로 응축된 탄화수소 성분 또한 많은 양의 고비점 성분을 포함하고 있어서, 해당 조건 하 아스팔트 원료의 개질이 타당하게 진행되었거나 악취유발 및 유해 성분만의 제거가 효과적으로 일어난 것으로 보기 어려웠다.
<개질 공정으로부터 분리된 악취유발 및 유해 성분의 조성 분석>
표 4와 표 5는 <비교예 1>과 <실시예 4>에 따라 개질을 수행함에 있어서 개질조 외부에 위치한 기상 성분의 저온 분리부로부터 회수된 유증기를 질량 스펙트럼 검출기가 장착된 기체크로마토그래피를 이용하여 각각의 성분과 조성에 대해 분석하고, 이로부터 초기 투입 아스팔트 원료 질량 중 추출된 각 성분의 농도를 물질수지에 기초하여 환산한 후 도표화 한 것이다.
상기 추출된 각 성분은 악취유발 및 유해성분외에도 포화탄화수소, 벤젠고리를 포함하지 않는 (알데히드, 케톤, 알콜, 카르복실산 등) 산화물 등 다양한 종류가 있으나, 유해성분으로 판단되는 방향족과 악취유발 성분인 황화물들만을 기재하였다.
하기 표 4는 <비교예 1>에 따라 분리된 유증기 내 존재하는 황분을 포함하는 화합물 및 방향족 화합물의 대표적 성분 및 농도를 나타낸 것이다.
화합물 유증기 내
구성비
(wt.%)		 원료로부터
추출된 농도 (wppm)
(방향족 화합물) 227.1
(o- or p-)xylene 21.51 167.1
(ethyl or 1,3 dimethyl) benzene 2.76 21.5
(1,2,3- or 1,2,4-)trimethyl benzene 0.63 4.9
1,2,3,4-tetramethyl benzene 3.22 25.0
1,3-dimethyl-5-(1-methylmethyl)-benzene 1.11 8.6
(황화합물) 7.1
methyl benzothiophene 0.91 7.1
총 23종이 검출되었으며, 악취유발을 하는 주요 물질(황화합물)은 1종 이상, 유해성 방향족 화합물은 5종 이상이 검출되었으며, 원료 대비 각각 7.1 wppm 및 227.1 wppm의 매우 소량만이 분리 회수될 수 있었다.
하기 표 5는 실시예 4에 따라 분리된 유증기의 조성 분석을 실시하고 황분을 포함하는 화합물 및 방향족 화합물의 대표적 성분 및 농도를 나타낸 것이다.
화합물 유증기 내
구성비
(wt.%)		 원료로부터
추출된 농도 (wppm)
(방향족 화합물) 4,385.3
(o- or p-)xylene 0.46 234.6
(ethyl or 1,3 dimethyl) benzene 2.85 1,464.2
(1,2,3- or 1,2,4-)trimethyl benzene 0.72 368.4
1-ethyl-3,5-dimethyl-benzene 0.48 247.6
1,2,3,4-tetramethyl benzene 2.16 1,109.3
1,3-dimethyl-5-(1-methylmethyl)-benzene 0.36 185.2
2,3-dihydro-1,1,4,5,6-pentamethyl-1H-Indene 0.89 456.3
2,3-dihydro-2.,2,5,6-tetramethyl-Benzofuran 0.62 319.6
(황화합물) 2,630.5
2,3,4-trimethyl thiophene 0.51 260.6
5-methyl-Benzo[b]thiophene 0.84 433.2
3,6-dimethyl-Benzo[b]thiophene 1.02 524.3
3,5-dimethyl-Benzo[b]thiophene 0.79 406.8
7-ethyl-2-methyl-Benzo[b]thiophene 0.57 292.4
2,5,7-trimethyl-Benzo[b]thiophene 0.54 276.4
2-ethyl-7-methyl-Benzo[b]thiophene 0.85 436.9
성분분석결과, 총 85종 이상이 검출 되었으며, 이들 중 악취를 유발하는 황화합물은 7종 이상으로 원료 대비 2,630wppm을 분리할 수 있었으며, 주요 유해성분으로 구분될 수 있는 방향족 화합물은 8종 이상으로 4,385wppm의 농도가 원료로부터 분리될 수 있었다.
상기 표 4와 표 5를 대비하면 표 4에서는 낮은 온도로 인해 분리되는 악취유발 물질 및 유해성분의 종류도 많지 않으며, 동일한 시간동안(12시간) 저감된 유증기의 양도 크게 차이가 남을 알 수 있다.
이로 미루어 본원의 방법을 통한 아스팔트 원료의 개질을 통해 악취유발 및 유해성분이 크게 저감될 수 있음을 확인할 수 있다.
<개질에 따른 아스팔트 원료의 특성 변화>
아스팔트
원료 구분		 GC-Simdis Elemental Analysis
IBP(℃) FBP(℃) C(%) H(%) N(%) S(%)
개질전 원료 376.4 734.6 83.3 10.1 0.6 5.6
비교예 1 377.3 738.7 83.3 10.0 0.6 5.5
실시예 1 375.6 737.5 83.3 10.0 0.6 5.6
실시예 4 373.3 737.5 83.4 9.9 0.6 5.4
IBP : initial boiling point, FBP : final boiling point
표 6은 개질 온도를 달리하여 개질 공정을 적용하고, 이로부터 제조된 개질 전 또는 개질 후의 아스팔트 원료가 갖는 비점 분포 및 원소 비 구성의 차이를 나타낸 표이다. <실시예 1>과 <실시예 4>에 따라 개질된 아스팔트 원료들은 아스콘의 제조 공정 조건에 노출되었을 때, 악취유발 또는 유해 성분이 포함된 증기가 거의 발생하지 않는 반면, 개질에 따른 비점 분포의 변화는 크게 관찰되지 않음을 알 수 있었다. 또한, 개질 전 초기 원료와 실시예에 따라 개질된 아스팔트 원료의 원소분석 결과, 조성비의 큰 변화가 관찰되지 않았다. 다만, 유증기의 감소량이 매우 큰 실시예 4의 경우 황함량이 소폭 감소함을 알 수 있었다. 이러한 결과들로부터, 아스콘 제조 공정 중 발생하는 악취유발 및 유해 성분들은 매우 소량이며 상대적으로 느린 유분 내 분리 속도와 대기 내 빠른 확산 속도를 갖는 저비점 성분들로 예상할 수 있으며, 본원 발명의 방법에 따라 아스팔트를 개질할 경우 주로 아스콘 제조공정에서 발생할 수 있는 악취유발 성분, 즉 저비점 영역의 황화합물만 선택적으로 제거됨을 알 수 있다. 따라서, 유분 내 분리 속도를 촉진 시키고 발생하는 유증기를 외부에서 별도로 분리 농축하는 과정을 포함하는 본 발명의 아스팔트 원료 개질 방법은 악취 유발 및 유해 성분들이 효과적으로 저감 되었거나 완전히 제거된 아스팔트 원료의 제공이 가능하다.
한편, 개질된 아스팔트가 아스콘 제조공정의 원료로 유효하게 제공되기 위해서는 중질분자의 구성에 큰 변화가 발생되지 않아야 한다. 중질유를 구성하는 중질분자들의 조성 및 함량(아스팔텐이나 레진의 농도)이 개질 과정 중 화학적 반응에 의해 일부 변화가 발생하면 점도의 변화폭이 더욱 민감하게 달라지는 것이 일반적이다. 이로부터, 아스팔트 원료의 물리적 특성 변화를 관찰하기 위한 척도로 온도에 따른 점도 변화를 관찰 할 수 있다.
(단위: mPa·s)
온도
구분 		110℃ 120℃ 130℃ 140℃ 150℃ 160℃ 170℃
개질전 원료 5103 3057 1509 915 602 388 264
비교예 1 4587 2532 1498 854 598 384 262
실시예 1 4400 2481 1528 938 583 375 257
실시예 4 4565 2470 1362 834 557 337 241
표 7은 개질 전 초기 원료 및 개질을 수행한 원료들에 대해 110~170℃의 온도 범위에 걸친 점도 변위를 레오미터(제조사: Thermo Scientific, 모델: HAAKE RheoStress 6000)로 측정하여 나타낸 결과이다. 원유의 정제공정으로부터 제조되는 아스팔트 원료는 침입도에 따라 AP-5(침입도 60~80), AP-3(침입도 80~100)로 구분한다. 개질 전 원료는 AP-5 등급에 해당하는 아스팔트로서 100℃ 이상 온도로 가열 후, 점도 특성 변화가 20% 이하의 원료인 경우, 공용성 등급(performance grade)을 기준으로 하는 AP-5 등급의 원료 조건을 충족할 수 있다. 온도 변화에 따른 개질 전 원료 및 개질에 따른 원료들의 온도별 점도 변화를 관찰하면, 등급 변화를 가져올 정도의 편차가 발생하지 않음을 알 수 있다. 한편, 일부 또는 전체 구성성분의 열분해가 발생하진 않았으나 고온 개질된 원료의 경우(표 7의 실시예1 및 실시예4) 온도에 따른 점도 편차가 소폭 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 아스콘의 도로포설 후 계절성에 따른 포장재의 강도와 물성 변화가 보다 일정하게 유지될 수 있어서 개질된 원료가 보다 유리한 원료로 사용될 수 있음을 나타낸다.
또한, 등록특허 KR20120128914A 및 인용된 국내외 다수의 문헌보고에 따르면 아스팔트 혼합물을 포설 후 다짐되는 과정에서 다짐 온도 130~160℃에서 150~300 mPa·s가 될 때 최적의 균질 코팅이 되고, 300~400 mPa·s에서 다짐(Compaction)이 가장 잘되는 것으로 보고되고 있다. 이로부터, 개질된 아스팔트를 해당 온도범위로 가열되었을 때 점도가 다짐 특성을 개선할 수 있는 범위로 소폭 낮아지는 것을 관찰할 수 있다. 이에 따라 아스콘 제조 공정에 개질원료를 적용하면 작업성 및 시공 후 도로 포장재의 특성도 개선할 수 있을 것으로 예상할 수 있다.
결론적으로 본 발명에 따른 아스팔트 개질 공정은, 아스콘 제조 공정에서 발생할 수 있는 악취유발 및 유해 성분은 효과적으로 분리할 수 있는 반면, 제조된 개질원료는 물리적 특성 변화가 크게 발생하지 않거나, 변화가 일어나더라도 아스콘 제조공정에 보다 유리한 아스팔트 원료로 적용될 수 있음을 유추할 수 있다.
<개질 성능 개선을 위한 저비점 유증기 분리 향상 기술 적용>
아스팔트 원료의 개질 과정 중 발생하는 악취유발 및 유해 성분들은 대부분 저비점 화합물로 구성되어 있으며, 운반기체의 재순환 시 개질 반응조로 재유입 되는 것을 방지하기 위해 폐촉매, 흡착제, 흡수제, 산화제, 스크러버, 분리막 등을 추가적으로 위치시킬 수 있다.
<실시예 8>
G사로부터 공급받은 석유 정제용 폐촉매 (Ni(5.2 wt.%)-Mo(24.8 wt.%)/alumina) 100g을 악취유발 및 유해성분 분리부와 운반기체 유입구 사이에 추가로 위치한 것을 제외하고는 <실시예 4>와 동일한 조건으로 개질하였다.
<실시예 9>
분자체 13X(제조사: Acros, Code #: 197305000) 100g을 운반기체 순환부에 추가로 위치한 것을 제외하고는 <실시예 4>와 동일한 조건으로 개질하였다.
<실시예 10>
NaOH 분말(흡수제) 100g을 운반기체 순환부에 추가로 위치한 것을 제외하고는 <실시예 4>와 동일한 조건으로 개질하였다.
표 8은 상기 실시예4 및 실시예8~10에 따라 개질조 내로 재순환되는 운반기체에 일부 존재할 수 있는 저비점 성분을 제거한 후, 아스팔트 원료의 개질 성능의 변화를 관찰하여 나타낸 것이다.
구 분 개질 온도
(℃)		 운반기체/
공급방식		 추가
수단		 유량
(sccm)		 원료
회수량
(wt.%)		 유증기
상대 발생량
(%)
실시예 4 315 Air/재순환 - 100 94.9 0.1
실시예 8 315 Air/재순환 석유 정제용 폐촉매 100 94.5 0.0
실시예 9 315 Air/재순환 분자체 13X 100 94.6 0.0
실시예 10 315 Air/재순환 NaOH 100 95.1 0.0
상기 표 8에서 보이듯이 실시예4와 동일하게 실험하되 악취유발 및 유해성분 분리부와 운반기체 유입구 사이에 석유정제용 폐촉매나 분자체 13X 혹은 NaOH를 추가로 설치한 <실시예 8> 내지 <실시예 10>의 경우에 원료 회수량은 큰 변화가 없으면서도 유증기의 상대 발생량이 측정되지 않은 결과를 나타내었다.
상기와 같은 발생량의 변화는 실질적으로 악취 등은 매우 적은 양의 유발물질이 존재하는 경우에도 악취를 호소하는 경우가 많다는 점을 감안하면 매우 유의미한 결과를 보여주는 것이며, 상대적으로 짧은 시간에 유증기의 발생량을 줄일 수 있는 방안이 될 수 있음을 의미한다.
이상으로 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 아스팔트 개질 반응조
101 : 운반기체 유입구
102 : 운반기체 배출구
103 : 가열 수단
104 : 디미스터
110 : 운반기체 분산부
120 : 운반기체 공급부
130 : 악취유발 및 유해 성분 분리부
140 : 운반기체 순환부

Claims (12)

  1. 내부에 저장되는 아스팔트를 가열하는 가열 수단을 포함하며, 내부로 공급되는 운반기체가 가열된 아스팔트 내 악취유발 및 유해 성분과 함께 외부로 배출되는 아스팔트 개질 반응조;
    상기 아스팔트 개질 반응조 내부로 운반기체를 공급하는 운반기체 공급부;
    상기 운반기체 공급부에서 상기 아스팔트 개질 반응조 내부로 공급되는 운반기체를 분산시키는 운반기체 분산부; 및
    상기 아스팔트 개질 반응조에서 배출되는 운반기체로부터 악취유발 및 유해 성분을 분리하는 유해 성분 분리부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 악취유발 및 유해 성분 분리부에서 악취유발 및 유해 성분이 분리된 운반기체를 상기 아스팔트 개질 반응조로 재공급하는 운반기체 순환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아스팔트 개질 반응조는,
    상기 가열 수단에 의해 아스콘 제조시 아스팔트 가열온도 이상 및 330 ℃ 이하의 범위로 아스팔트를 가열시키는 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아스팔트 개질 반응조는,
    운반기체가 아스팔트 개질 반응조 외부로 배출되기 전에 운반기체에 포함되어 있는 아스팔트 미립자를 필터링하는 디미스터;를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 악취유발 및 유해 성분 분리부는,
    흡착제, 스크러버, 분리막, 냉각기 중 적어도 하나 이상의 수단을 이용하여, 상기 아스팔트 개질 반응조에서 배출되는 운반기체로부터 악취유발 및 유해 성분을 저감하는 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 악취유발 및 유해 성분 분리부 후단과 개질반응조의 입구 사이에 폐공정 촉매, 분자체, NaOH 중에서 선택된 하나 이상이 추가로 위치한 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 시스템.
  7. 아스팔트 개질 반응조 내부에 저장되어 있는 아스팔트를 가열하는 아스팔트 가열 단계;
    상기 아스팔트 개질 반응조 내부에 저장되어 있는 가열된 아스팔트 내로 운반기체를 분산시켜 공급하는 운반기체 공급 단계;
    상기 아스팔트 개질 반응조 내부에서 가열된 아스팔트 내 악취유발 및 유해 성분이 운반기체와 함께 아스팔트 개질 반응조 외부로 배출되는 악취유발 및 유해 성분 배출 단계;
    상기 아스팔트 개질 반응조에서 배출되는 운반기체로부터 악취유발 및 유해 성분을 분리하는 악취유발 및 유해 성분 분리 단계; 를
    포함하는 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 공정.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 악취유발 및 유해 성분 분리 단계에서 악취유발 및 유해 성분이 분리된 운반기체를 상기 아스팔트 개질 반응조로 재공급하는 운반기체 순환 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 공정.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 아스팔트 가열 단계는,
    아스콘 제조시 아스팔트 가열온도 이상 및 330 ℃ 이하의 온도로 아스팔트가 가열되는 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 공정.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 운반기체 공급단계에서,
    상기 운반기체는 비활성 기체인 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해성분이 저감된 아스팔트 제조 공정.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 시스템; 및
    상기 아스팔트 제조 시스템에서 제조되는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트를 골재와 혼합하는 아스콘 믹싱부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스콘 제조 시스템.
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스팔트 제조 공정에 의해 제조된 아스팔트를 골재와 혼합하는 것을 특징으로 하는 악취유발 및 유해 성분이 저감된 아스콘 제조 공정.
KR1020190008759A 2019-01-23 2019-01-23 악취 및 미세먼지 등을 포함한 유해물질이 저감된 아스팔트 제조 공정 및 그 시스템 KR102201116B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190008759A KR102201116B1 (ko) 2019-01-23 2019-01-23 악취 및 미세먼지 등을 포함한 유해물질이 저감된 아스팔트 제조 공정 및 그 시스템
CN202080009849.9A CN113316628B (zh) 2019-01-23 2020-01-22 恶臭诱发以及有害蒸汽减少的重油制造方法及其系统
PCT/KR2020/001130 WO2020153769A2 (ko) 2019-01-23 2020-01-22 악취유발 및 유해증기가 저감된 중질유분 제조 방법 및 그 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190008759A KR102201116B1 (ko) 2019-01-23 2019-01-23 악취 및 미세먼지 등을 포함한 유해물질이 저감된 아스팔트 제조 공정 및 그 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200091677A true KR20200091677A (ko) 2020-07-31
KR102201116B1 KR102201116B1 (ko) 2021-01-08

Family

ID=71834790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190008759A KR102201116B1 (ko) 2019-01-23 2019-01-23 악취 및 미세먼지 등을 포함한 유해물질이 저감된 아스팔트 제조 공정 및 그 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102201116B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102337210B1 (ko) * 2021-08-09 2021-12-10 (주)덕산 아스팔트 저장탱크의 휘발성 유기화학물질 처리 및 탈취장치
KR102530008B1 (ko) * 2022-09-22 2023-05-08 대보하이테크 주식회사 흑연 고순화 처리장치 및 그의 동작방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766189C1 (ru) * 2021-02-24 2022-02-09 Открытое акционерное общество "Асфальтобетонный завод 1" Способ устранения запахов при перегрузке и транспортировке горячей асфальтобетонной смеси

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003342908A (ja) * 2002-05-27 2003-12-03 Nippon Hodo Co Ltd アスファルト混合物の臭気低減方法
KR20070037310A (ko) 2005-09-30 2007-04-04 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 배선기판 및 반도체 장치
KR20120055321A (ko) 2010-11-23 2012-05-31 (주)에어윈스 돌기형 방열판 구조의 발광다이오드 램프와 무전극 램프의 이중 구조를 갖는 조명장치
KR101273329B1 (ko) 2013-01-11 2013-06-11 주식회사 메트로엔지니어링 제조된 아스콘 출하시 발생되는 분진 및 악취 제거 장치
KR101699454B1 (ko) * 2015-07-15 2017-01-24 홍익대학교 산학협력단 공기 중의 유해물질을 분리하기 위한 분리 장치 및 분리된 유해물질을 감지하기 위한 센서 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003342908A (ja) * 2002-05-27 2003-12-03 Nippon Hodo Co Ltd アスファルト混合物の臭気低減方法
KR20070037310A (ko) 2005-09-30 2007-04-04 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 배선기판 및 반도체 장치
KR20120055321A (ko) 2010-11-23 2012-05-31 (주)에어윈스 돌기형 방열판 구조의 발광다이오드 램프와 무전극 램프의 이중 구조를 갖는 조명장치
KR101273329B1 (ko) 2013-01-11 2013-06-11 주식회사 메트로엔지니어링 제조된 아스콘 출하시 발생되는 분진 및 악취 제거 장치
KR101699454B1 (ko) * 2015-07-15 2017-01-24 홍익대학교 산학협력단 공기 중의 유해물질을 분리하기 위한 분리 장치 및 분리된 유해물질을 감지하기 위한 센서 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102337210B1 (ko) * 2021-08-09 2021-12-10 (주)덕산 아스팔트 저장탱크의 휘발성 유기화학물질 처리 및 탈취장치
KR102530008B1 (ko) * 2022-09-22 2023-05-08 대보하이테크 주식회사 흑연 고순화 처리장치 및 그의 동작방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102201116B1 (ko) 2021-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102201116B1 (ko) 악취 및 미세먼지 등을 포함한 유해물질이 저감된 아스팔트 제조 공정 및 그 시스템
Zhang et al. Properties and utilization of waste tire pyrolysis oil: A mini review
Quek et al. Liquefaction of waste tires by pyrolysis for oil and chemicals—A review
Islam et al. Liquid fuels and chemicals from pyrolysis of motorcycle tire waste: product yields, compositions and related properties
Velghe et al. Study of the pyrolysis of municipal solid waste for the production of valuable products
Xue et al. Interaction of spent FCC catalyst and asphalt binder: Rheological properties, emission of VOCs and immobilization of metals
Cheng et al. Pyrolysis of oil sludge with oil sludge ash additive employing a stirred tank reactor
Islam et al. Production of liquid fuels and chemicals from pyrolysis of Bangladeshi bicycle/rickshaw tire wastes
Ucar et al. Evaluation of two different scrap tires as hydrocarbon source by pyrolysis
CN101068908B (zh) 重质进料例如重质原油和蒸馏渣油转化的方法
JP4808101B2 (ja) 重質炭化水素原料油の水素変換方法
Sınağ et al. Production and characterization of pyrolytic oils by pyrolysis of waste machinery oil
Cao et al. Flue gas composition of waste rubber modified asphalt (WRMA) and effect of deodorants on hazardous constituents and WRMA
JP5421866B2 (ja) 水素化分解法用添加物の製造法
Hwang et al. Catalytic cracking of chlorinated heavy wax from pyrolysis of plastic wastes to low carbon-range fuels: catalyst effect on properties of liquid products and dechlorination
SA02230247B1 (ar) عملية لتحويل شحنات ثقيله
BRPI0715219A2 (pt) processo para a conversço de cargas de alimentaÇço
Wang et al. Spent fluid catalytic cracking (FCC) catalyst enhances pyrolysis of refinery waste activated sludge
Huang et al. Volatilization characteristics and risk evaluation of heavy metals during the pyrolysis and combustion of rubber waste without or with molecular sieves
Pevneva et al. Effect of WC/Ni–Cr additive on changes in the composition of an atmospheric residue in the course of cracking
Jonusas et al. Effect of the pressure and feedstock state on the yield and properties of waste tire thermolysis products
Zeng et al. Investigation on DOPO as reactive fumes suppressant to reduce the fumes emission of asphalt
Zhu et al. Characterization of Chlorinated Tire‐Derived Mesoporous Activated Carbon for Adsorptive Removal of Toluene
KR100841837B1 (ko) 컬럼 내부 촉매의 황화 방법
Lin et al. Liquefaction of waste tire rubber chips used for the absorptive recycling of spilled oils

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant