KR20240041345A - 원료 공급 시스템 및 원료 공급 방법 - Google Patents

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다카시 후지와라
다케시 무카이
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에바라 간쿄 플랜트 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 PVC 및 PET를 포함하는 폐플라스틱을 열분해하기 위한 원료 공급 시스템 및 원료 공급 방법에 관한 것이다. 원료 공급 시스템은, 폐플라스틱에 소석회를 투입하는 소석회 공급 장치(12)와, 폐플라스틱 중의 PVC 및 PET의 총 몰수의 1 내지 4배의 몰수의 소석회를 폐플라스틱에 투입하도록, 소석회 공급 장치(12)에 지령을 발하는 동작 제어부(15)와, 폐플라스틱과 소석회를 가열하면서, 폐플라스틱과 소석회와 혼합함으로써, PVC를 탈염 처리하며, 또한 PET를 가수 분해하는 용융 탈염 장치(18)와, 용융 탈염 장치(18)에 연결된 탈기 호퍼(20)와, 탈기 호퍼(20) 내의 용융된 폐플라스틱을 열분해로(6)로 보내는 원료 공급기(22)를 구비하고 있다.

Description

원료 공급 시스템 및 원료 공급 방법
본 발명은 폴리염화비닐(PVC) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 폐플라스틱을 열분해하기 위한 원료 공급 시스템 및 원료 공급 방법에 관한 것으로, 특히 폐플라스틱에 포함되는 PVC 및 PET를 처리하면서, 폐플라스틱을 열분해로에 공급하는 원료 공급 시스템 및 원료 공급 방법에 관한 것이다.
폐플라스틱에는 PS(폴리스티렌), PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌) 외에, PVC(폴리염화비닐) 및 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)가 포함되어 있다. 이와 같은 다양한 수지 성분을 포함하는 폐플라스틱을 처리하여 재이용하는 물질적 재활용 및 화학적 재활용의 개발이 진행되고 있다. 특히, 폐플라스틱으로부터 오일이나 가스 등을 회수하는 화학적 재활용에 대한 주목이 높아지고 있다.
그러나, 폐플라스틱을 화학적 재활용하기 위해서는, 이하의 이유에서 PVC 및 PET의 처리가 필요하다.
PVC(폴리염화비닐)는 열분해될 때에, HCl(염화수소)를 발생하고, 이것이 하류 기기를 부식시키거나, 폐플라스틱으로부터 회수된 분해유 내에 염소를 포함한 화합물이 혼입됨으로써 제품 오일의 품질을 악화시켜버린다.
PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)는 열분해로에서 열분해될 때에, 벤조산이나 테레프탈산을 발생한다. 이들 산은, 모두 승화성이 있고, 하류측에서 퇴적하여, 하류 기기의 파울링 및 부식, 분해유에 대한 산 혼입(결정 석출)에 의한 품질의 악화를 야기한다.
일본 특허 공개 제2001-107058호 공보
특허문헌 1에는, 로터리 킬른에 소석회와 폐플라스틱을 공급하고, 폐플라스틱을 열분해하면서, 폐플라스틱 중의 PVC 유래의 염소를 탈염하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 폐플라스틱에는 PVC뿐만 아니라 PET가 포함되어 있는 경우가 많아, 폐플라스틱의 처리 시에는, PVC뿐만 아니라, PET도 함께 처리할 필요가 있다. 특히, PVC에는, 유연성을 갖게 할 목적으로 프탈산에스테르(PET의 주성분)가 가소제로서 첨가되어 있으며, PVC 또는 PET 중 어느 것을 지향한 처리로는 의도한 화학적 재활용을 달성할 수 없다.
이에, 본 발명은 폐플라스틱을 열분해로로 보내기 전에, 폐플라스틱에 포함되는 PVC 및 PET를 적절하게 처리함으로써, 화학적 재활용의 효율을 향상시키고, 또한 기기의 파울링 및 부식을 방지할 수 있는 원료 공급 시스템 및 원료 공급 방법을 제공한다.
일 양태에서는, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 폐플라스틱을 열분해하기 위한 원료 공급 시스템이며, 상기 폐플라스틱에 소석회를 투입하는 소석회 공급 장치와, 상기 폐플라스틱 중의 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌테레프탈레이트의 총 몰수의 1 내지 4배의 몰수의 소석회를 상기 폐플라스틱에 투입하도록, 상기 소석회 공급 장치에 지령을 발하는 동작 제어부와, 상기 폐플라스틱과 상기 소석회를 가열하면서, 상기 폐플라스틱과 상기 소석회와 혼합함으로써, 상기 폴리염화비닐을 탈염 처리하며, 또한 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트를 가수 분해하는 용융 탈염 장치와, 상기 용융 탈염 장치에 연결되고, 상기 용융 탈염 장치에 의해 용융된 상기 폐플라스틱을 저류하는 탈기 호퍼와, 상기 탈기 호퍼 내의 상기 용용된 폐플라스틱을 열분해로로 보내는 원료 공급기를 구비하고 있는, 원료 공급 시스템이 제공된다.
일 양태에서는, 상기 원료 공급 시스템은, 상기 소석회가 투입되기 전의 상기 폐플라스틱의 무게를 계측하는 중량 계측기를 더 구비하고 있으며, 상기 동작 제어부는, 상기 폐플라스틱의 무게의 계측값에 기초하여, 상기 폐플라스틱에 투입해야 할 상기 소석회의 양을 조정하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 원료 공급 시스템은, 상기 열분해로로부터 배출된 열분해 가스로부터 회수된 분해유의 성상을 계측하는 분해유 성상 계측기를 더 구비하고 있으며, 상기 동작 제어부는, 상기 분해유의 성상의 계측값에 기초하여, 상기 폐플라스틱에 투입해야 할 상기 소석회의 양을 조정하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 분해유 성상 계측기는, 상기 분해유 중의 염소의 농도를 계측하는 염소 농도 계측기, 상기 분해유 중의 산의 농도를 계측하는 산 농도 계측기, 상기 분해유의 pH를 계측하는 pH 계측기, 및 상기 분해유로부터 분리된 물의 pH를 계측하는 pH 계측기 중 적어도 하나이다.
일 양태에서는, 상기 원료 공급 시스템은, 가열된 상기 폐플라스틱으로부터 발생한 가스 형태의 탄화수소를 응축시켜 분해유를 회수하는 물 스크러버를 더 구비하고 있으며, 상기 물 스크러버는 상기 탈기 호퍼에 연결되어 있다.
일 양태에서는, 상기 열분해로는, 유동상로의 열분해로이며, 상기 유동상로는, 유동 매체가 순환하는 상기 열분해로와 매체 재생로를 갖고, 상기 원료 공급 시스템은, 상기 유동 매체의 일부를 상기 매체 재생로로부터 상기 용융 탈염 장치로 보내는 유동 매체 이송 라인을 더 구비하고 있으며, 상기 유동 매체의 일부는 상기 용융 탈염 장치의 열원을 구성한다.
일 양태에서는, 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 폐플라스틱을 열분해하기 위한 원료 공급 방법이며, 상기 폐플라스틱 중의 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌테레프탈레이트의 총 몰수의 1 내지 4배의 몰수의 소석회를 상기 폐플라스틱에 투입하고, 상기 폐플라스틱과 상기 소석회를 가열하면서, 상기 폐플라스틱과 상기 소석회와 혼합함으로써, 상기 폴리염화비닐을 탈염 처리하며, 또한 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트를 가수 분해하고, 가열됨으로써 용융된 상기 폐플라스틱을 열분해로로 보내는, 원료 공급 방법이 제공된다.
일 양태에서는, 상기 원료 공급 방법은, 상기 소석회가 투입되기 전의 상기 폐플라스틱의 무게를 계측하는 공정을 더 포함하고, 상기 폐플라스틱에 투입해야 할 상기 소석회의 양은, 상기 폐플라스틱의 무게의 계측값에 기초하여 조정된다.
일 양태에서는, 상기 원료 공급 방법은, 상기 열분해로로부터 배출된 열분해 가스로부터 회수된 분해유의 성상을 계측하는 공정을 더 포함하고, 상기 폐플라스틱에 투입해야 할 상기 소석회의 양은, 상기 분해유의 성상의 계측값에 기초하여 조정된다.
일 양태에서는, 상기 분해유의 성상은, 상기 분해유 중의 염소의 농도, 상기 분해유 중의 산의 농도, 상기 분해유의 pH, 및 상기 분해유로부터 분리된 물의 pH 중 적어도 하나이다.
일 양태에서는, 가열된 상기 폐플라스틱으로부터 발생한 가스 형태의 탄화수소를 물 스크러버에 의해 응축시켜 분해유를 회수하는 공정을 더 포함한다.
일 양태에서는, 상기 열분해로는, 유동상로의 열분해로이며, 상기 유동상로는, 유동 매체가 순환하는 상기 열분해로와 매체 재생로를 갖고, 상기 유동 매체의 일부를 상기 매체 재생로로부터 상기 용융 탈염 장치로 보내고, 상기 유동 매체의 일부를 상기 용융 탈염 장치의 열원으로서 사용한다.
본 발명에 따르면, 이하의 효과가 얻어진다.
폐플라스틱 중의 PVC(폴리염화비닐) 및 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)의 총 몰수의 1 내지 4배의 몰수의 소석회가 폐플라스틱에 투입되므로, PVC의 적절한 탈염 처리와, PET의 적절한 가수 분해가 달성된다. 결과적으로, 후단의 열분해로에 있어서, 폐플라스틱의 적절한 화학적 재활용을 달성할 수 있다. 또한, 기기의 부식, 파울링을 억제할 수 있음(신뢰성 향상)과 함께, 분해유 수율(주로 벤젠)의 향상을 기대할 수 있다.
폐플라스틱에 투입되는 소석회의 양은, 처리해야 할 폐플라스틱의 무게 또는 열분해로에서의 폐플라스틱의 열분해에 의해 발생한 열분해 가스로부터 회수된 분해유의 성상에 기초하여 자동적으로 조정된다. 폐플라스틱의 무게에 차지하는 PVC 및 PET의 무게는, 폐플라스틱의 조성을 사전에 조사함으로써 결정할 수 있다. 또한, 열분해 가스로부터 회수된 분해유의 성상(예를 들어, pH)은 투입된 소석회의 양에 의존하여 변할 수 있다. 따라서, 이들 정보에 기초하여, 적절한 양의 소석회를 폐플라스틱에 투입할 수 있다.
가열된 폐플라스틱으로부터 발생한 가스 형태의 탄화수소는, 물 스크러버에 의해 응축되고, 분해유로서 회수된다. 따라서, 분해유의 수율이 향상된다.
도 1은 폐플라스틱을 처리하기 위한 처리 시스템의 일 실시 형태를 나타내는 개략도이다.
도 2는 처리 시스템의 다른 실시 형태를 나타내는 개략도이다.
도 3은 처리 시스템의 또 다른 실시 형태를 나타내는 개략도이다.
도 4는 처리 시스템의 또 다른 실시 형태를 나타내는 개략도이다.
도 5는 폐플라스틱을 처리하기 위한 유동상형 처리 시스템의 일 실시 형태를 나타내는 개략도이다.
도 6은 폐플라스틱을 처리하기 위한 유동상형 처리 시스템의 다른 실시 형태를 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 폐플라스틱을 처리하기 위한 처리 시스템의 일 실시 형태를 나타내는 개략도이다. 처리 대상으로되는 폐플라스틱은, PVC(폴리염화비닐) 및 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)를 적어도 포함한다. 폐플라스틱은 또한 PS(폴리스티렌), PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌) 중 적어도 하나를 포함하는 경우도 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 처리 시스템은, 폐플라스틱을 열분해하고, 탄화수소 등의 열분해 생성물을 포함하는 열분해 가스를 생성하는 열분해로(6)와, 열분해로(6)에 폐플라스틱을 공급하는 원료 공급 시스템(2)을 구비하고 있다. 열분해로(6)의 타입은 특별히 한정되지는 않고, 예를 들어 후술하는 유동상식 열분해로여도 되고, 또는 킬른식 열분해로여도 된다.
원료 공급 시스템(2)은 폐플라스틱을 열분해로(6)에 공급하는 기능뿐만 아니라, 열분해로(6)에 공급하기 전의 폐플라스틱에 포함되는 PVC 및 PET를 처리하는 기능도 갖고 있다. 보다 구체적으로는, 원료 공급 시스템(2)은 폐플라스틱에 소석회를 투입하는 소석회 공급 장치(12)와, 폐플라스틱 중의 PVC(폴리염화비닐) 및 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)의 총 몰수의 1 내지 4배의 몰수의 소석회를 폐플라스틱에 투입하도록, 소석회 공급 장치(12)에 지령을 발하는 동작 제어부(15)와, 폐플라스틱과 소석회를 가열하면서, 폐플라스틱과 소석회와 혼합함으로써, PVC를 탈염 처리하며, 또한 PET를 가수 분해하는 용융 탈염 장치(18)와, 용융 탈염 장치(18)에 연결되고, 용융 탈염 장치(18)에 의해 용융된 폐플라스틱을 저류하는 탈기 호퍼(20)와, 탈기 호퍼(20) 내의 용융된 폐플라스틱을 열분해로(6)로 보내는 원료 공급기(22)를 구비하고 있다.
원료 공급 시스템(2)은 소석회가 투입되기 전의 폐플라스틱 무게를 계측하는 중량 계측기(25)를 더 구비하고 있다. 원료인 폐플라스틱은, 그 무게가 중량 계측기(25)에 의해 계측된 후, 용융 탈염 장치(18)의 원료 호퍼(27)에 투입된다. 중량 계측기(25)는, 예를 들어 폐플라스틱의 무게를 계량하면서 폐플라스틱을 이송할 수 있는 계량 컨베이어이다. 중량 계측기(25)는 동작 제어부(15)에 접속되어 있으며, 폐플라스틱의 무게의 계측값은 동작 제어부(15)로 보내지도록 되어 있다. 동작 제어부(15)는 폐플라스틱의 무게의 계측값에 기초하여, 폐플라스틱에 투입해야 할 소석회의 양을 조정(또는 결정)하도록 구성되어 있다. 소석회 공급 장치(12)는 용융 탈염 장치(18)의 원료 호퍼(27)에 연결되어 있으며, 동작 제어부(15)에 의해 정해진 양의 소석회를 용융 탈염 장치(18)의 원료 호퍼(27)에 투입한다. 따라서, 용융 탈염 장치(18)의 원료 호퍼(27)에는, 원료인 폐플라스틱과, 소석회가 투입된다. 소석회가 폐플라스틱에 투입되는 개소는 원료 호퍼(27)에 한정되지는 않고, 예를 들어 소석회는 폐플라스틱의 저류부 또는 반송부에 투입되어도 된다.
동작 제어부(15)는 프로그램이 저장된 기억 장치(15a)와, 프로그램에 포함되는 명령에 따라 연산을 실행하는 연산 장치(15b)를 구비하고 있다. 기억 장치(15a)는 랜덤 액세스 메모리(RAM) 등의 주 기억 장치와, 하드디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 등의 보조 기억 장치를 구비하고 있다. 연산 장치(15b)의 예로서는, CPU(중앙 처리 장치), GPU(그래픽 프로세싱 유닛)를 들 수 있다. 단, 동작 제어부(15)의 구체적 구성은 본 실시 형태에 한정되지는 않는다.
용융 탈염 장치(18)는 상기 원료 호퍼(27)와, 해당 원료 호퍼(27)에 연결된 제1 원료 피더(29)와, 제1 원료 피더(29)를 가열하는 히터(30)를 구비하고 있다. 원료 호퍼(27)에 투입된 폐플라스틱과 소석회는, 히터(30)에 의해 가열되면서, 제1 원료 피더(29)에 의해 혼합되며, 또한 탈기 호퍼(20)로 보내진다. 일 실시 형태에서는, 히터(30)는 폐플라스틱과 소석회를 250℃ 내지 350℃의 범위 내에서 가열하도록 구성된다. 히터(30)의 구조 및 배치는, 폐플라스틱과 소석회의 혼합물을 250℃ 내지 350℃의 범위 내에서 가열할 수 있는 것이면, 특별히 한정되지는 않는다. 히터(30)의 구체예로서는, 스팀 히터, 전기식 히터, 가열된 불활성 가스(예를 들어 질소 가스)를 열원으로 하는 히터 등을 들 수 있다. 또한, 가열 방식은 직접 가열, 간접 가열 중 어느 것이어도 되며, 또는 그들의 병용이어도 된다.
용융 탈염 장치(18)는 폐플라스틱과 소석회의 혼합물을 히터(30)에 의해 가열함으로써, 폐플라스틱에 포함되는 PVC를 탈염 처리한다. 보다 구체적으로는, PVC에 포함되는 염소는, 250℃ 내지 350℃로 가열됨으로써 HCl(염화수소)로서 열적으로 분리한다. 발생한 HCl은 소석회에 의해 건식 처리되고, HCl 중의 염소는 Ca염(CaCl2)으로서 소석회에 고정된다. 결과적으로, 후단의 열분해로(6) 내에서 발생한 열분해 가스 중의 분해유와 염소의 접촉 및 반응을 회피할 수 있어, 유기염소 화합물의 생성을 저감할 수 있다.
또한, 용융 탈염 장치(18)는 폐플라스틱과 소석회의 혼합물을 히터(30)에 의해 가열함으로써, 폐플라스틱에 포함되는 PET를 가수 분해한다. 보다 구체적으로는, PET를 소석회와 함께 250℃ 내지 350℃로 가열함으로써, 테레프탈산칼슘을 생성한다. 이 테레프탈산칼슘은, 열분해로(6) 내에서 열분해되므로, 승화성이 있는 벤조산 및 테레프탈산의 생성이 억제되어, 분해유(특히 벤젠)의 수율이 향상된다.
본 실시 형태에 따르면, 폐플라스틱 중의 PVC(폴리염화비닐) 및 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)의 총 몰수의 1 내지 4배의 몰수의 소석회가 폐플라스틱에 공급되므로, PVC의 적절한 탈염 처리와 PET의 적절한 가수 분해가 동시에 달성된다. 결과적으로, 후단의 열분해로(6)에 있어서, 폐플라스틱의 적절한 화학적 재활용을 달성할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 폐플라스틱에 투입되는 소석회의 양은, 처리해야 할 폐플라스틱의 무게에 기초하여 동작 제어부(15)에 의해 자동적으로 조정된다. 폐플라스틱의 무게에 차지하는 PVC 및 PET의 무게는, 폐플라스틱의 조성을 사전에 조사함으로써 결정할 수 있다. 따라서, 소석회 공급 장치(12)는 동작 제어부(15)로부터의 지령에 기초하여, 폐플라스틱 중의 PVC 및 PET의 양쪽을 적절하게 처리할 수 있는 양의 소석회를 폐플라스틱에 투입할 수 있다.
폐플라스틱의 무게에 차지하는 PVC 및 PET의 무게는, 보다 구체적으로는, 폐플라스틱의 무게에 차지하는 염소 및 산의 무게이다. 따라서, 폐플라스틱에 투입되는 소석회의 양은, 폐플라스틱 중에 포함되는 염소 및 산을 처리하기 위해 필요한 양이다. 이하, 폐플라스틱에 대한 소석회의 공급량의 예를 나타낸다.
(1) 폐플라스틱 중의 PVC와 PET의 혼입량을 알고 있는 경우
폐플라스틱의 중량 계측값을 W(㎏/H), PVC의 비율을 x(wt%), PET의 비율을 y (wt%)로 하면, 1배 몰의 소석회량 w(㎏/H)는 이하의 식으로 부여된다.
(2) 폐플라스틱 중의 PVC와 PET의 혼입량이 불분명한 경우
폐플라스틱의 중량 계측값을 W(㎏/H), 원소 분석 결과에 의한 염소 비율을 α(wt%), 산소 비율을 β(wt%)로 하면, 1배 몰의 소석회량 w(㎏/H)는 이하의 식으로 부여된다.
각 화합물의 분자량 및 각 원소의 원자량은 이하와 같다.
PVC(골격): (C2H3Cl)n, 분자량=62.5, PVC 중의 염소 비율=57wt%
PET(골격): (C10H8O4)n, 분자량=192, PET 중의 산소 비율=33wt%
소석회: Ca(OH)2, 분자량=74
염소의 원자량: 35.5
산소의 원자량: 16
예를 들어, 1몰의 PVC에 대하여 1몰의 HCl이 열분해로 발생하였다고 하면, 중화에 필요한 소석회 Ca(OH)2는 0.5몰이다. 또한, 1몰의 PET에 대하여 2몰의 -COOH가 가수 분해로 발생하였다고 하면, 중화에 필요한 소석회 Ca(OH)2는 1몰이다.
폐플라스틱은, 용융 탈염 장치(18)에 의해 250℃ 내지 350℃로 가열됨으로써 용융된다. 폐플라스틱을 용융 상태로 함으로써, 폐플라스틱은 소석회와 균일하게 혼합되고, PVC의 탈염소 및 PET의 가수 분해 효율이 향상된다.
용용된 폐플라스틱은, 제1 원료 피더(29)에 의해 탈기 호퍼(20)로 이송된다. 중량 계측기(25)의 계측값이 제1 원료 피더(29)의 구동부로 보내지고, 중량 계측기(25)의 계측값에 따라서 제1 원료 피더(29)가 동작한다. 탈기 호퍼(20)에서는, 폐플라스틱의 간극에 존재하고 있던 공기, Ca염으로서 소석회에 고정되지 않은 가스 형태의 HCl 및 가스 형태의 탄화수소가, 용용된 폐플라스틱으로부터 분리된다. 폐플라스틱을 용융함으로써, 폐플라스틱 중의 공기가 분리되고, 원료 공급 시스템(2)으로부터 열분해로(6)로의 공기 공급을 방지할 수 있다. 결과적으로, 열분해로(6) 내에서의 폐플라스틱의 연소를 방지하고, 폐플라스틱의 열분해를 진행시킬 수 있다. 탈기 호퍼(20)에 질소나 수증기 등의 불활성 가스를 도입함으로써 열분해로(6) 내에서의 폐플라스틱의 연소를 방지해도 된다.
원료 공급 시스템(2)은 탈기 호퍼(20) 내에 고인 액상의 폐플라스틱의 액면을 검출하는 레벨 센서(31)를 구비하고 있다. 폐플라스틱의 액면의 측정값은 제1 원료 피더(29)의 구동부로 보내진다. 제1 원료 피더(29)는 탈기 호퍼(20) 내의 폐플라스틱 액면이 소정의 범위 내가 되도록 동작한다. 여기에서의 소정의 범위란, 열분해로(6) 내에서의 압력 변동을 고려하면서 열분해로(6)와 탈기 호퍼(20) 사이의 시일성이 확보되는 레벨 이상이며, 또한 탈기 호퍼(20)의 용적을 초과할 우려가 없는 레벨 이하라고 함을 의미한다.
원료 공급기(22)는 탈기 호퍼(20) 내의 용융된 폐플라스틱을 열분해로(6)로 보내는 제2 원료 피더(32)를 구비하고 있다. 제2 원료 피더(32)는 폐플라스틱을 연속적 또는 단속적으로 열분해로(6)로 보내도록 구성되어 있다. 원료 공급 시스템(2)에 의해 처리된 폐플라스틱은, 열분해실(6)에서 열분해되고, 열분해 가스를 생성한다.
원료 공급 시스템(2)은 용융 탈염 장치(18)에 의해 가열된 폐플라스틱으로부터 발생한 가스 형태의 탄화수소(HC)를 응축시켜 분해유를 회수하는 물 스크러버(35)를 더 구비하고 있다. 물 스크러버(35)는 탈기 호퍼(20)에 연결되어 있다. 탈기 호퍼(20) 내의 용융된 폐플라스틱으로부터 발생한 가스 형태의 탄화수소(HC) 및 소석회에 고정되지 않은 염화수소는, 물 스크러버(35)로 보내진다. 물 스크러버(35)는 그 내부를 통과하는 가스 형태의 탄화수소(HC) 및 염화수소에 물(본 실시 형태에서는 알카리수)을 분무한다. 물 스크러버(35) 내의 탄화수소(HC) 및 염화수소는 물에 접촉하고, 그 결과, 염화수소(HCl)는 중화되고, 가스 형태의 탄화수소(HC)는 응축되어 분해유를 형성한다.
분해유와 물과의 혼합물은, 물 스크러버(35)로부터 배출되고, 유수 분리기(37)로 보내진다. 유수 분리기(37)는 분해유를 물로부터 분리하도록 구성되어 있다. 유수 분리기(37)의 구체적 구성은 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 코어레서나 침강 분리조를 유수 분리기(37)에 사용할 수 있다. 유수 분리기(37)에 의해 분리된 분해유는 분해유 저류조(38)로 보내지고, 분해유 저류조(38) 내에 저류된다. 유수 분리기(37)에 의해 분해유로부터 분리된 물은, 분리수 배출 라인(41)을 통하여 도시하지 않은 배수 처리 장치로 보내진다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 용융 탈염 장치(18)에 의해 가열된 폐플라스틱으로부터 발생한 가스 형태의 탄화수소(HC)는 물 스크러버(35)에 의해 분해유로서 회수되므로, 분해유의 전체의 수율이 향상된다. 사용되는 물 스크러버(35)의 구체적 구성은 특별히 한정되지는 않고, 공지된 물 스크러버를 사용할 수 있다. 예를 들어, 기체의 통로가 내부에 형성된 탑과, 통로를 흐르는 기체에 물을 분무하는 스프레이 노즐을 구비한 세정 탑을 물 스크러버(35)로서 사용할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 탈기 호퍼(20)에서 발생하여 소석회에 고정되지 않은 HCl(염화수소)을 포함하는 탄화수소 가스를 연소로(도시생략)로 유도하고, HCl을 포함하는 탄화수소 가스를 연소로 내에서 연소 처리해도 된다.
물 스크러버(35)는 이하에 설명하는 오일 스크러버(40)의 하류측에 배치되어 있다. 오일 스크러버(40)는 열분해로(6)에 연결되어 있다. 열분해로(6)에서 발생한 열분해 가스는, 우선 오일 스크러버(40)로 보내지고, 이어서 물 스크러버(35)로 보내진다. 오일 스크러버(40)는 열분해 가스로부터 이미 회수된 분해유 또는 외부로부터 별도 조달한 오일을 열분해 가스에 분무함으로써 열분해 가스를 냉각하면서, 열분해 가스 중의 가스 형태의 분해유(탄화수소)를 응축시킨다. 응축된 분해유와, 분무된 오일은 모두 오일 스크러버(40)로부터 배출되고, 분해유 저류조(38) 내에 저류된다.
오일 스크러버(40)를 나온 열분해 가스는, 물 스크러버(35)로 보내지고, 물 스크러버(35)에 의해 더 냉각됨과 함께, 열분해 가스 중에 잔류하고 있는 분해유가 회수된다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 열분해로(6)로부터 배출된 열분해 가스는, 오일 스크러버(40) 및 물 스크러버(35)의 2단계로 냉각된다. 오일 스크러버(40)와 물 스크러버(35)로 얻어지는 오일은 각각 냉각 온도가 다르다는 점에서 증류 특성이 다르다. 이 때문에, 오일 스크러버(40)와 물 스크러버(35)로부터 얻어진 오일을 각각 나눠서 저류해도 된다.
사용되는 오일 스크러버(40)의 구체적 구성은 특별히 한정되지는 않고, 공지된 오일 스크러버를 사용할 수 있다. 예를 들어, 기체의 통로가 내부에 형성된 탑과, 통로를 흐르는 기체에 오일을 분무하는 스프레이 노즐을 구비한 세정탑을 오일 스크러버(40)로서 사용할 수 있다.
도 2는, 폐플라스틱을 처리하기 위한 처리 시스템의 다른 실시 형태를 나타내는 개략도이다. 특별히 설명하지 않은 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 도 1을 참조하여 설명한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 도 2에 도시한 실시 형태에서는, 원료 공급 시스템(2)은 열분해로(6)로부터 배출된 열분해 가스로부터 회수된 분해유의 성상을 계측하는 분해유 성상 계측기(45)를 구비하고 있다.
분해유 성상 계측기(45)는 물 스크러버(35)의 하류에 배치되어 있으며, 물 스크러버(35)로부터 배출된 분해유의 성상을 계측하도록 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 도 2에 도시한 바와 같이, 분해유 성상 계측기(45)는 물 스크러버(35)로부터 배출된 유수 혼합물을 분해유와 물로 분리시키는 유수 분리기(37)의 하류에 배치되고, 유수 분리기(37)로부터 분해유 저류조(38)에 연장되는 배관에 접속되어 있다. 일 실시 형태에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 분해유 성상 계측기(45)는 오일 스크러버(40)의 하류에 배치되어도 되며, 오일 스크러버(40)로부터 배출된 분해유의 성상을 계측해도 된다.
분해유의 성상의 구체예로서는, 분해유 중의 염소의 농도, 분해유 중의 산의 농도, 분해유의 pH 및 분해유로부터 분리된 물의 pH를 들 수 있다. 이들 분해유의 성상은, 용융 탈염 장치(18)의 원료 호퍼(27)에 투입된 소석회의 양에 의존하여 변할 수 있다. 예를 들어, 소석회의 양이, 폐플라스틱 중의 PVC 및 PET의 양에 대하여 너무 많은 경우에는, 열분해 가스로부터 회수된 분해유의 pH는 높은 값을 나타낸다. 따라서, 분해유의 성상의 계측값에 기초하여, 적절한 양의 소석회를 폐플라스틱에 투입할 수 있다. 분해유의 성상은, 분해유 중의 염소의 농도, 분해유 중의 산의 농도, 분해유의 pH 및 분해유로부터 분리된 물의 pH 중 적어도 하나, 또는 둘 이상의 조합이어도 된다.
분해유 성상 계측기(45)의 구체예로서는, 분해유 중의 염소의 농도를 계측하는 염소 농도 계측기, 분해유 중의 산의 농도를 계측하는 산 농도 계측기, 분해유의 pH를 계측하는 pH 계측기, 및 분해유로부터 분리된 물의 pH를 계측하는 pH 계측기를 들 수 있다. 분해유 성상 계측기(45)가 분해유로부터 분리된 물의 pH를 계측하는 pH 계측기인 경우에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 분해유 성상 계측기(45)는 유수 분리기(37)에 의해 분해유로부터 분리된 물을 배출하는 분리수 배출 라인(41)에 접속된다. 이 분리수 배출 라인(41)은 유수 분리기(37)에 접속되어 있다.
분해유 성상 계측기(45)는 분해유 중의 염소의 농도를 계측하는 염소 농도 계측기, 분해유 중의 산의 농도를 계측하는 산 농도 계측기, 분해유의 pH를 계측하는 pH 계측기, 및 분해유로부터 분리된 물의 pH를 계측하는 pH 계측기 중 적어도 하나, 또는 둘 이상의 조합이어도 된다.
분해유 성상 계측기(45)는 동작 제어부(15)에 접속되어 있으며, 분해유의 성상의 계측값은, 동작 제어부(15)로 보내지도록 되어 있다. 동작 제어부(15)는 폐플라스틱의 무게의 계측값 대신에, 분해유의 성상의 계측값에 기초하여, 폐플라스틱에 투입해야 할 소석회의 양을 조정(또는 결정)하도록 구성되어 있다. 폐플라스틱의 성상(조성)이 대폭으로 변화하는 경우에는 폐플라스틱의 중량 계량값에 기초하는 비율 제어를 행하고, 통상 운전 시에는 분해유 성상 계측기(45)로부터의 계측값에 기초하는 피드백 제어로 전환하여, 소석회 공급량을 조정해도 된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 폐플라스틱에 투입되는 소석회의 양은, 열분해로(6)로부터 배출된 열분해 가스 중에 포함되는 분해유의 성상(예를 들어, 산 농도, 염소 농도, pH)에 기초하여 동작 제어부(15)에 의해 자동적으로 조정된다. 따라서, 소석회 공급 장치(12)는 동작 제어부(15)로부터의 지령에 기초하여, 폐플라스틱 중의 PVC 및 PET의 양쪽을 적절하게 처리할 수 있는 양의 소석회를 폐플라스틱에 투입할 수 있다.
도 5는, 유동상로를 이용한 폐플라스틱의 처리 시스템의 일 실시 형태를 나타내는 모식도이다. 특히 설명하지 않은 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 도 1을 참조하여 설명한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 5에 도시한 실시 형태에서는, 열분해로(6) 및 매체 재생로(7)를 구비한 유동상로(1)가 처리 시스템에 내장된다. 즉, 본 실시 형태의 처리 시스템은, 유동상로(1)와, 유동상로(1)의 열분해로(6)에 폐플라스틱을 공급하는 원료 공급 시스템(2)을 구비하고 있다. 도 5에 도시한 실시 형태에 있어서의 열분해로(6)는 도 1에 도시한 실시 형태에 있어서의 열분해로(6)에 상당한다.
유동상로(1)는 폐플라스틱을 열분해하고, 탄화수소 등의 열분해 생성물을 포함하는 열분해 가스를 생성하는 열분해로(6)와, 열분해된 폐플라스틱의 잔사를 연소하는 매체 재생로(7)를 갖는다. 유동상로(1)의 내부는, 칸막이벽(10)에 의해 열분해로(6)와 매체 재생로(7)로 구획되어 있다.
유동상로(1)의 전체의 형상은 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 원통형 또는 직사각형을 갖고 있다. 열분해로(6) 및 매체 재생로(7) 내에는, 유동 매체(예를 들어 규사)가 수용되어 있다. 유동 매체를 유동시키기 위해서, 열분해로(6) 및 매체 재생로(7)에는 유동화 가스 G가 공급된다. 원료 공급 시스템(2)은 열분해로(6)에 연결되어 있으며, 폐플라스틱은 원료 공급 시스템(2)에 의해 열분해로(6) 내에 공급된다. 원료 공급 시스템(2)의 구성은, 도 1을 참조하여 설명한 실시 형태와 같다.
유동 매체는 열분해로(6)와 매체 재생로(7) 사이를 순환하면서, 폐플라스틱은 원료 공급 시스템(2)에 의해 열분해로(6)에 투입된다. 폐플라스틱은 열분해로(6) 내로 유동 매체에 의해 가열되고, 열분해 후, 열분해 가스가 된다. 폐플라스틱의 잔사는, 유동 매체에 의해 매체 재생로(7)에 운반되고, 매체 재생로(7) 내에서 연소 처리된다. 폐플라스틱의 잔사는 매체 재생로(7) 내에서 연소하여, 유동 매체를 가열한다. 매체 재생로(7) 내에서 발생한 배기 가스는, 배기 가스 처리 장치(도시생략)로 보내진다. 매체 재생로(7) 내에서 가열된 유동 매체는, 열분해로(6) 내로 이동하고, 열분해로(6) 내에서 열원으로서 기능한다. 이렇게 유동 매체가 노내에서 순환하는 유동상로(1)는 내부 순환 유동상 가스화 시스템이라고 불린다.
원료 공급 시스템(2)에 의해 폐플라스틱에 투입된 소석회는, 이하의 화학 반응 후, 매체 재생로(7)로부터 배출된다.
상기에서, PVC(HCl)는 PVC 중의 염소 유래의 염화수소, TPA는 테레프탈산, TP-Ca는 테레프탈산칼슘을 의미한다.
일 실시 형태에서는, 탈기 호퍼(20)에서 발생하여 소석회에 고정되지 않은 HCl(염화수소)을 포함하는 탄화수소 가스를, 탄화수소 가스 이송 라인(50)을 통하여 매체 재생로(7)로 유도해도 된다. HCl을 포함하는 탄화수소 가스는, 매체 재생로(7) 내에서 연소 처리되고, 매체 재생로(7)의 하류측의 배기 가스 처리 설비에 있어서 HCl(염화수소)의 탈염 중화 처리가 행해진다.
용융 탈염 장치(18)에는, 통상 등몰 이상의 소석회가 공급된다. 또한, 매체 재생로(7)에서는, 중화 반응에 의해 생성된 Ca염(CaCl2)의 일부가 열분해된다. 이에, 용융 탈염 장치(18)의 열원으로서, 매체 재생로(7)에서 가열된 유동 매체를 사용해도 된다. 보다 구체적으로는, 도 6에 도시한 바와 같이, 매체 재생로(7)로부터 유동 매체의 일부를 유동 매체 이송 라인(51)을 통하여 용융 탈염 장치(18)로 보내고, 용융 탈염 장치(18)에 의해 폐플라스틱과 소석회와 유동 매체를 혼합함으로써, 유동 매체 자체를 열원으로서 사용해도 된다. 이 실시 형태에 따르면, 유동 매체에 포함되는 열분해한 Ca염 및 미반응된 소석회를 재이용하여, 소석회의 공급량을 삭감할 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 실시 형태(분해유 성상 계측기(45)의 배치 및 구성을 포함함)는, 도 5 및 도 6의 실시 형태에도 적용할 수 있으므로, 그 중복되는 설명 및 도시를 생략한다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기재된 실시 형태에 한정되지는 않고, 청구범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
본 발명은 폴리염화비닐(PVC) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 폐플라스틱을 열분해하기 위한 원료 공급 시스템 및 원료 공급 방법에 이용 가능하며, 특히 폐플라스틱에 포함되는 PVC 및 PET를 처리하면서, 폐플라스틱을 열분해로에 공급하는 원료 공급 시스템 및 원료 공급 방법에 이용 가능하다.
1: 유동상로
2: 원료 공급 시스템
6: 열분해로
7: 매체 재생로
10: 칸막이벽
12: 소석회 공급 장치
15: 동작 제어부
18: 용융 탈염 장치
20: 탈기 호퍼
22: 원료 공급기
25: 중량 계측기
27: 원료 호퍼
29: 제1 원료 피더
30: 히터
31: 레벨 센서
32: 제2 원료 피더
35: 물 스크러버
37: 유수 분리기
38: 분해유 저류조
40: 오일 스크러버
41: 분리수 배출 라인
45: 분해유 성상 계측기
50: 탄화수소 가스 이송 라인
51: 유동 매체 이송 라인

Claims (12)

  1. 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 폐플라스틱을 열분해하기 위한 원료 공급 시스템이며,
    상기 폐플라스틱에 소석회를 투입하는 소석회 공급 장치와,
    상기 폐플라스틱 중의 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌테레프탈레이트의 총 몰수의 1 내지 4배의 몰수의 소석회를 상기 폐플라스틱에 투입하도록, 상기 소석회 공급 장치에 지령을 발하는 동작 제어부와,
    상기 폐플라스틱과 상기 소석회를 가열하면서, 상기 폐플라스틱과 상기 소석회와 혼합함으로써, 상기 폴리염화비닐을 탈염 처리하며, 또한 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트를 가수 분해하는 용융 탈염 장치와,
    상기 용융 탈염 장치에 연결되고, 상기 용융 탈염 장치에 의해 용융된 상기 폐플라스틱을 저류하는 탈기 호퍼와,
    상기 탈기 호퍼 내의 상기 용용된 폐플라스틱을 열분해로로 보내는 원료 공급기를 구비하고 있는, 원료 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료 공급 시스템은, 상기 소석회가 투입되기 전의 상기 폐플라스틱의 무게를 계측하는 중량 계측기를 더 구비하고 있으며,
    상기 동작 제어부는, 상기 폐플라스틱의 무게의 계측값에 기초하여, 상기 폐플라스틱에 투입해야 할 상기 소석회의 양을 조정하도록 구성되어 있는, 원료 공급 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원료 공급 시스템은, 상기 열분해로로부터 배출된 열분해 가스로부터 회수된 분해유의 성상을 계측하는 분해유 성상 계측기를 더 구비하고 있으며,
    상기 동작 제어부는, 상기 분해유의 성상의 계측값에 기초하여, 상기 폐플라스틱에 투입해야 할 상기 소석회의 양을 조정하도록 구성되어 있는, 원료 공급 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분해유 성상 계측기는, 상기 분해유 중의 염소의 농도를 계측하는 염소 농도 계측기, 상기 분해유 중의 산의 농도를 계측하는 산 농도 계측기, 상기 분해유의 pH를 계측하는 pH 계측기, 및 상기 분해유로부터 분리된 물의 pH를 계측하는 pH 계측기 중 적어도 하나인, 원료 공급 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 공급 시스템은, 가열된 상기 폐플라스틱으로부터 발생한 가스 형태의 탄화수소를 응축시켜 분해유를 회수하는 물 스크러버를 더 구비하고 있으며,
    상기 물 스크러버는 상기 탈기 호퍼에 연결되어 있는, 원료 공급 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열분해로는, 유동상로의 열분해로이며,
    상기 유동상로는, 유동 매체가 순환하는 상기 열분해로와 매체 재생로를 갖고,
    상기 원료 공급 시스템은, 상기 유동 매체의 일부를 상기 매체 재생로로부터 상기 용융 탈염 장치로 보내는 유동 매체 이송 라인을 더 구비하고 있으며, 상기 유동 매체의 일부는 상기 용융 탈염 장치의 열원을 구성하는, 원료 공급 시스템.
  7. 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 폐플라스틱을 열분해하기 위한 원료 공급 방법이며,
    상기 폐플라스틱 중의 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌테레프탈레이트의 총 몰수의 1 내지 4배의 몰수의 소석회를 상기 폐플라스틱에 투입하고,
    상기 폐플라스틱과 상기 소석회를 가열하면서, 상기 폐플라스틱과 상기 소석회와 혼합함으로써, 상기 폴리염화비닐을 탈염 처리하며, 또한 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트를 가수 분해하고,
    가열됨으로써 용융된 상기 폐플라스틱을 열분해로로 보내는, 원료 공급 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 원료 공급 방법은, 상기 소석회가 투입되기 전의 상기 폐플라스틱의 무게를 계측하는 공정을 더 포함하고,
    상기 폐플라스틱에 투입해야 할 상기 소석회의 양은, 상기 폐플라스틱의 무게의 계측값에 기초하여 조정되는, 원료 공급 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 원료 공급 방법은, 상기 열분해로로부터 배출된 열분해 가스로부터 회수된 분해유의 성상을 계측하는 공정을 더 포함하고,
    상기 폐플라스틱에 투입해야 할 상기 소석회의 양은, 상기 분해유의 성상의 계측값에 기초하여 조정되는, 원료 공급 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분해유의 성상은, 상기 분해유 중의 염소의 농도, 상기 분해유 중의 산의 농도, 상기 분해유의 pH, 및 상기 분해유로부터 분리된 물의 pH 중 적어도 하나인, 원료 공급 방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열된 상기 폐플라스틱으로부터 발생한 가스 형태의 탄화수소를 물 스크러버에 의해 응축시켜 분해유를 회수하는 공정을 더 포함하는, 원료 공급 방법.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열분해로는, 유동상로의 열분해로이며,
    상기 유동상로는, 유동 매체가 순환하는 상기 열분해로와 매체 재생로를 갖고,
    상기 유동 매체의 일부를 상기 매체 재생로로부터 상기 용융 탈염 장치로 보내고, 상기 유동 매체의 일부를 상기 용융 탈염 장치의 열원으로서 사용하는, 원료 공급 방법.
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