KR20210028834A

KR20210028834A - 폐플라스틱 처리방법

Info

Publication number: KR20210028834A
Application number: KR1020190109868A
Authority: KR
Inventors: 권무현
Original assignee: 우석대학교 산학협력단
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-03-15

Abstract

본 발명은 염소를 포함한 폐플라스틱과 알칼리 금속의 탄산염을 포함한 수용액과의 혼합물을 가열하고 초임계 조건 하에서 상기 폐플라스틱 중의 염소를 탈리하고 상기 폐플라스틱을 분해한 알칼리 금속의 탄산염 수용액을 가열하고 초임계 조건 하의 상기 수용액에 염소계 플라스틱을 포함한 용융한 폐플라스틱을 혼입하여 폐플라스틱 중의 염소를 탈리하고 상기 폐플라스틱을 분해하기로 한 폐플라스틱 처리방법에 관한 것이다.

Description

폐플라스틱 처리방법{METHOD FOR PROCESSING PLASTIC WASTE}

종래 폐플라스틱을 재이용하기 위한 방법으로서 초임계수에 의해 폐플라스틱을 분해하여 유용 성분을 회수하는 것이 시도되고 있다. 그러나 폐플라스틱이 염소계의 플라스틱일 경우 초임계수에 의한 처리시에 폐플라스틱에서 염소 이온이 탈리한다.

이 염소 이온은 처리 장치의 재료인 스테인리스계 금속의 격렬한 부식의 원인이 된다. 즉 초임계수에 의한 처리는 고온 및 고압 하에서 수행되기 때문에, 염소 이온에 의한 응력 부식 균열 등이 스테인리스계 금속에 발생한다. 또한 부식의 정도는 스테인리스 강의 성분 조성이나 탈리한 염소 이온의 농도에 의해 다르다. 한편, 처리 장치의 재료로서 특수한 화학 조성으로 구성되는 부식에 강한 니켈계 합금을 이용하는 것이 검토되어 있다. 그러나 니켈계 합금은 고가이며 장치 비용이 매우 높아진다.

따라서 폐플라스틱을 탈염소 장치 내에서 300~350

로 열분해하고 염소를 제거한 후, 상기 폐플라스틱을 니켈계 합금보다 저가의 스테인리스강제의 처리 장치 내에 도입하고 초임계수에 의해 처리하는 방법이 개발되어 있다. 그러나 이 경우, 직접 처리할 경우와 비교해서 공정이 복잡하게 되어, 또한 장치를 구성하는 기기의 수가 많아진다. 이 때문에 처리 설비 전체의 비용이 매우 높아진다.

대한민국 등록특허공보 제0385154호 대한민국 공개특허공보 제2004-0077408호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 이러한 문제점을 감안해 저가의 스테인리스계 금속을 이용한 장치에 적용 가능하며 기기의 수가 적어도 되는 염소계 폐플라스틱의 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 염소를 포함한 폐플라스틱과 이온성 액체를 포함한 수용액과의 혼합물을 가열하고 초임계 조건 하에서 상기 폐플라스틱 중의 염소를 탈리하고 상기 폐플라스틱을 분해할 수 있다.

또한, 이온성 액체를 포함한 수용액을 가열하고 초임계 조건 하의 상기 수용액에 염소계 플라스틱을 포함한 용융한 폐플라스틱을 혼입하고 상기 수용액의 용존 산소 농도는 상기 폐플라스틱의 혼입 전에 또는 혼입 시에 0.5 mg/리터 이하로 조정되고 상기 수용액에 혼입된 상기 폐플라스틱 중의 염소를 탈리하고 상기 폐플라스틱을 분해할 수 있다.

또한, 폐플라스틱 중에서 탈리시킨 염소를 알칼리 금속의 탄산염으로 중화시킬 수 있다.

또한, 용존 산소 농도를 조정하는 수단이 질소 가스의 취입하거나 또는 탈산소제를 첨가할 수 있다.

또한, 반응에 참여하는 이온성 액체로는 이미다졸륨계 화합물로 1-에틸아크릴레이트-3-메틸이미다졸륨 클로라이드 (1-ethylacrylate-3- methylimidazolium chloride), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드 (1-buthyl- 3-methylimidazolium chloride), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트(1-butyl-3-methylimidazolium hexafluoro phosphate), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄설포네이트(1-butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트(1-ethyl-3-methylimidazolium acetate), 1-벤질-3-메틸이미다졸륨 클로라이드(1-benzyl-3-methylimidazoliumchloride), 1,3-디메틸이미다졸륨 메틸설페이트(1,3-dimethylimidazolium methylsulfate), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 등이 있을 수 있으며, 에틸메틸이미다졸리엄 클로라이드([EMIM]Cl), 에틸메틸이미다졸리엄 브로민([EMIM]Br), 에틸메틸이미다졸리엄 요오드([EMIM]I), 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨, 1-에틸 이미다졸륨 니트레이트, 1-에틸 이미다졸륨 브로마이드, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-이미다졸륨 클로라이드, 1,2,3-트리메틸 이미다졸륨 메틸 설페이트, 1-메틸 이미다졸륨 클로라이드, 1-부틸-3-메틸 이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸 이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 하이드로겐설페이트, 1-부틸-3-메틸 이미다졸륨 하이드로겐설페이트, 메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 아세테이트, 1-부틸-3-메틸 이미다졸륨 아세테이트, Tris-2(하이드록시 에틸) 메틸암모늄 메틸설페이트, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 에틸설페이트, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 메탄설포네이트, 메틸-트리-n-부틸암모늄 메틸설페이트, 1-부틸-3-메틸 이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 티오시아네이트, 1-부틸-3-메틸 이미다졸륨 티오시아네이트, 1-뷰틸-3-메틸이미다졸륨클로라이드, 1-뷰틸-3-메틸이미다졸륨나이트레이트, 1-뷰틸-3-메틸이미다졸륨아세테이트, 1-뷰틸-3-메틸이미다졸륨테트라플로로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨나이트레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨아세테이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨테트라플로로보레이트, 1-알리-3-메틸이미다졸륨클로라이드, 1-알리-3-메틸이미다졸륨나이트레이트, 1-알리-3-메틸이미다졸륨아세테이트, 1-알리-3-메틸이미다졸륨테트라플로로보레이트가 있을 수 있다.

본 발명의 염소계 폐플라스틱의 처리방법에 의하면 종래 기술에 비해 처리 방법 및 장치를 큰 폭으로 간소화할 수 있고 또한 저가의 장치를 이용하여도 그 내부에서 부식이 발생하지 않는 효과가 있다.

본 출원에서 포함한다, 가지다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

염소계 플라스틱을 포함한 폐플라스틱과 이온성 액체를 포함한 수용액과의 혼합물을 가열하고 초임계 조건 하에서 상기 폐플라스틱 중의 염소를 탈리하고 상기 폐플라스틱을 분해하는 것을 특징으로 한다.

염소계 폐플라스틱의 처리방법으로는 탈산소제로서 아황산 나트륨, 아초산 나트륨 또는 하이드라진을 채용할 수 있다.

본 발명의 방법의 처리 대상이 되는 염소계 폐플라스틱은 염소를 함유하는 플라스틱이면 임의이며 예를 들면 염화비닐 수지, 폴리염화비닐리덴, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 등을 들 수 있다. 또한 염소계 이외의 폐플라스틱, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등과의 혼합물이라도 좋다.

처리 시 사전에 염소계 폐플라스틱은 분쇄해 분체로 한다. 분체의 크기는 같은 부피의 구로 했을 때 직경 2 mm이하가 될 정도로 하는 것이 바람직하다. 분체가 너무 크면, 수용액과 혼합해 처리 장치에 공급할 때, 원활한 공급을 할 수 없게 될 우려가 있고, 또한 처리 처리의 효율도 나빠진다.

이어서 분쇄된 폐플라스틱은 0.5 mg/리터 이하의 용존 산소 농도를 가지며, 이온성 액체를 포함한 수용액과 혼합된다.

여기서 용존 산소 농도의 조정은 혼합액의 생성 후에 즉 분쇄된 폐플라스틱을 이온성 액체를 포함한 수용액과 혼합하여 혼합액을 생성시킨 후, 상기 혼합액 중의 용존 산소 농도가 0.5 mg/리터 이하가 되도록 혼합액을 처리해도 좋다.

상기 수용액 또는 혼합액 중의 용존 산소 농도를 0.5 mg/리터 이하로 하는 수단으로서는 예를 들면 질소 가스의 블로우나 탈산소제의 첨가를 들 수 있다. 탈산소제로서는 예를 들면 아황산 나트륨, 아초산 나트륨, 히드라진 등을 들 수 있다. 이들의 탈산소제는 단독으로 이용하여도 혹은 2종 이상을 병용해도 좋다.

용존 산소 농도를 0.5 mg/리터 이하로 함으로써 초임계 조건 하에서의 부식 반응을 억제할 수 있다.

염소계 폐플라스틱과 혼합하는 수용액은 이온성 액체에 알칼리 금속의 탄산염을 함유한다. 이들의 구체적인 예로서는 탄산나트륨, 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 수산화칼슘 등을 들 수 있다.

이들의 탄산염 또는 수산화물의 첨가량은 아임계 및 초임계에서의 탈염소량의 합계량의 당량 이상이며 바람직하게는 1.1~1.2 당량이다.

염소계 폐플라스틱을 300

이상으로 가열하면, 탈염소한다. 탈염소된 염소는 물에 용해해 염산이 되고 특수한 금속 재료를 제외하고, 금속 재료를 격렬하게 부식한다. 이러한 염산에 의한 부식을 방지하기 위해, 예를 들면 수산화나트륨으로 중화하는 것이 생각된다. 그러나 수산화나트륨을 이용한 경우, 잔류하는 수산화나트륨에 의해 격렬한 부식과 응력 부식 균열이 단기간에 발생한다. 본 발명에서는 알칼리 금속의 수산화물을 이용하지 않고, 탄산나트륨 등을 이용함으로써 부식을 방지할 수 있다.

아임계 조건이란 250~350

의 온도 및 25~30 MPa의 압력 조건을 말한다. 또한 초임계 조건이란 350~550

의 온도 및 25~30 MPa의 압력 조건을 말한다.

조정된 혼합액 중의 염소계 폐플라스틱은 아임계 조건 하에서 탈염소되고 탈리한 염소는 즉시 혼합액 중의 염 또는 수산화물에 의해 중화된다. 따라서, 후의 초임계 조건 하에서의 처리 시에 혼합액 중에 염산이 존재하지 않고 염산에 의한 장치의 내벽 부식이 발생하지 않는다. 또한 아임계 조건 하에서 중화에 이용되지 않는 염은 혼합액 중에 많이 잔류한 채로, 초임계에 들어갔다 하더라도, 아임계 조건 하에서 염소가 탈리된 혼합액은 이어서 초임계 조건 하에서 혼합액 중의 폐플라스틱이 유분, 가스분으로 분해된다. 얻어진 유분 및 가스분은 연료 등에 이용할 수 있다.

초임계 조건 하에서도 폐플라스틱 중에 잔류하는 염소가 탈리한다. 탈리한 염소는 즉시 혼합액 중의 염 또는 수산화물에 의해 중화된다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.

Claims

염소를 포함한 폐플라스틱과 이온성 액체를 포함한 수용액과의 혼합물을 가열하고 초임계 조건 하에서 상기 폐플라스틱 중의 염소를 탈리하는 폐플라스틱을 분해하는 방법.
이온성 액체를 포함한 수용액을 가열하고 초임계 조건 하의 상기 수용액에 염소계 플라스틱을 포함한 용융한 폐플라스틱을 혼입하고 상기 수용액의 용존 산소 농도는 상기 폐플라스틱의 혼입 전에 또는 혼입 시에 0.5 mg/리터 이하로 조정되고 상기 수용액에 혼입된 상기 폐플라스틱 중의 염소를 탈리하고 폐플라스틱을 분해하는 방법.
청구항 제2항에 있어서
폐플라스틱 중에서 탈리시킨 염소를 알칼리 금속의 탄산염으로 중화시키는 폐플라스틱을 분해하는 방법.
청구항 제3항에 있어서
용존 산소 농도를 조정하는 수단이 질소 가스의 취입하거나 또는 탈산소제를 첨가하는 폐플라스틱을 분해하는 방법.
청구항 제2항에 있어서,
상기 반응에 참여하는 이온성 액체로는 이미다졸륨계 화합물로 1-에틸아크릴레이트-3-메틸이미다졸륨 클로라이드 (1-ethylacrylate-3- methylimidazolium chloride), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드 (1-buthyl- 3-methylimidazolium chloride), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트(1-butyl-3-methylimidazolium hexafluoro phosphate), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄설포네이트(1-butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트(1-ethyl-3-methylimidazolium acetate), 1-벤질-3-메틸이미다졸륨 클로라이드(1-benzyl-3-methylimidazoliumchloride), 1,3-디메틸이미다졸륨 메틸설페이트(1,3-dimethylimidazolium methylsulfate), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 등이 있을 수 있으며, 에틸메틸이미다졸리엄 클로라이드([EMIM]Cl), 에틸메틸이미다졸리엄 브로민([EMIM]Br), 에틸메틸이미다졸리엄 요오드([EMIM]I), 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨, 1-에틸 이미다졸륨 니트레이트, 1-에틸 이미다졸륨 브로마이드, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-이미다졸륨 클로라이드, 1,2,3-트리메틸 이미다졸륨 메틸 설페이트, 1-메틸 이미다졸륨 클로라이드, 1-부틸-3-메틸 이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸 이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 하이드로겐설페이트, 1-부틸-3-메틸 이미다졸륨 하이드로겐설페이트, 메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 아세테이트, 1-부틸-3-메틸 이미다졸륨 아세테이트, Tris-2(하이드록시 에틸) 메틸암모늄 메틸설페이트, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 에틸설페이트, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 메탄설포네이트, 메틸-트리-n-부틸암모늄 메틸설페이트, 1-부틸-3-메틸 이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸 이미다졸륨 티오시아네이트, 1-부틸-3-메틸 이미다졸륨 티오시아네이트, 1-뷰틸-3-메틸이미다졸륨클로라이드, 1-뷰틸-3-메틸이미다졸륨나이트레이트, 1-뷰틸-3-메틸이미다졸륨아세테이트, 1-뷰틸-3-메틸이미다졸륨테트라플로로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨나이트레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨아세테이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨테트라플로로보레이트, 1-알리-3-메틸이미다졸륨클로라이드, 1-알리-3-메틸이미다졸륨나이트레이트, 1-알리-3-메틸이미다졸륨아세테이트, 1-알리-3-메틸이미다졸륨테트라플로로보레이트 중 어느 하나 인 폐플라스틱을 분해하는 방법.