KR20240106239A - 열분해유의 전처리 방법 - Google Patents

열분해유의 전처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20240106239A
KR20240106239A KR1020220188942A KR20220188942A KR20240106239A KR 20240106239 A KR20240106239 A KR 20240106239A KR 1020220188942 A KR1020220188942 A KR 1020220188942A KR 20220188942 A KR20220188942 A KR 20220188942A KR 20240106239 A KR20240106239 A KR 20240106239A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pyrolysis oil
carbon black
oil
clause
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020220188942A
Other languages
English (en)
Inventor
이남진
손현식
이재석
Original Assignee
오씨아이 주식회사
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 오씨아이 주식회사 filed Critical 오씨아이 주식회사
Priority to KR1020220188942A priority Critical patent/KR20240106239A/ko
Publication of KR20240106239A publication Critical patent/KR20240106239A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G31/00—Refining of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by methods not otherwise provided for
    • C10G31/10—Refining of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by methods not otherwise provided for with the aid of centrifugal force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/482—Preparation from used rubber products, e.g. tyres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/50—Furnace black ; Preparation thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/10—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal from rubber or rubber waste
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G31/00—Refining of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by methods not otherwise provided for
    • C10G31/06—Refining of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by methods not otherwise provided for by heating, cooling, or pressure treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
    • B29B2017/0424—Specific disintegrating techniques; devices therefor
    • B29B2017/0496—Pyrolysing the materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10—Feedstock materials
    • C10G2300/1003—Waste materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

본 발명은 열분해유(pyrolytic oil; pOIL)의 전처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐자원으로부터 추출한 열분해유를 사용하여 카본블랙을 제조할 때에 공정 안정성 및 효율성을 향상시키기 위하여 열분해유를 전처리하는 방법에 관한 것이다.

Description

열분해유의 전처리 방법{PRE-TREATMENT METHOD OF PYROLYTIC OIL}
본 발명은 열분해유(pyrolytic oil; pOIL)의 전처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐자원으로부터 추출한 열분해유를 사용하여 카본블랙을 제조할 때에 공정 안정성 및 효율성을 향상시키기 위하여 열분해유를 전처리하는 방법에 관한 것이다.
최근, 환경오염이나 온난화 현상이 심각한 문제로 대두되고 있어, 일반폐기물이나 산업폐기물을 재활용 또는 재순환하는 방법이 중요한 과제로 떠오르고 있다. 일반폐기물 및 산업폐기물 중 전기제품, 가정용품, 자동차 등으로부터의 폐타이어 및 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS)과 같은 다양한 폐수지는 재활용 용도가 낮고 대부분 쓰레기로 처분되는데, 자연 상태에서 분해되는데 매우 오랜 시간이 소요되므로 토양을 오염시키고 심각한 환경오염을 유발하고 있어 문제가 되고 있다.
이에 따라 폐수지의 처리와 자원으로 활용하기 위한 기술이 활발히 연구되고 있다. 이러한 연구 중 폐수지를 재활용하기 위한 방법으로서, 폐수지를 일반적으로 약 300℃ 이상의 온도로 가열하는 열분해 추출을 통하여 열분해 가스(pyrolytic gas) 및 열분해유(pyrolytic oil)를 수득하는 기술이 연구되어 오고 있다. 이와 같이 수득된 열분해유는 폐자원을 재순환하는 관점에서 큰 이점이 있어, 이를 다양한 산업분야에 효율적으로 적용할 수 있으면서도, 높은 부가가치를 가진 석유공업화학 제품을 생산하기 위한 기술에 대한 개발이 여전히 요구되고 있다.
한편, 카본블랙은 고무 보강제 등의 고무 첨가제 용도, 수지 착색제, 인쇄 잉크, 도료 등의 용도 및 수지 등에 도전성을 부여하기 위한 용도 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있다. 카본블랙을 제조하기 위해서는 원료(feedstock) 탄화수소 및 연료(fuel) 탄화수소를 투입하여 불완전 연소시키는 퍼니스(furnace) 법, 천연 가스를 열분해시키는 서멀(thermal) 법 등이 있다. 가장 범용적인 방법으로는 상기 퍼니스 법이 사용되고 있으며, 카본블랙의 제조 원료 및/또는 연료로서 열분해유(pOIL)를 사용하기 위한 방법을 개발하는 것이 필요한 실정이다.
한편, 열분해유는 열분해 추출 및 정제 단계에서 의도하지 않은 수분, 열분해 잔재물 등의 기타 불순물이 소량 포함하게 되는데, 산업 스케일에서는 수천 리터 이상을 보관하게 되므로 불순물의 양은 상당하게 된다. 이러한 불순물은 슬러지(sludge) 상태로 존재하여 오일 보관 탱크 바닥에 가라앉게 되고 점도가 높아져, 오일 이송 상태를 방해한다. 또한, 연료유로서 열분해유 외의 다른 종류의 연료유(예를 들어, 중질유)와 혼합하거나, 보관시 일반적으로 가해지는 고온으로 인해 연료유에 포함된 불순물은 산화 작용을 일으켜, 산화물을 생성하게 되고, 이는 딱딱한 덩어리 형태를 형성한다.
또한, 이와 같이 이와 같은 상태의 열분해유를 연료 탄화수소로서 사용하여 카본블랙 제조하게 되면, 카본블랙의 공정성 및 양산성을 저하시키고, 제조되는 카본블랙의 품질이 나빠지는 문제점이 있어, 이를 해결하고자 하는 기술적 요구가 존재하고 있다.
본 발명은 열분해유(pyrolytic oil; pOIL)를 전처리하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 전처리된 열분해유를 사용하여 카본블랙을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 카본블랙을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 제조된 카본블랙의 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1양태에 따르면, (a)열분해유를 원심분리기를 이용하여 불순물을 제거하는 단계; 및 (b) 상기 불순물이 제거된 열분해유를 60~100℃에서 보온하는 단계;를 포함하는, 열분해유의 전처리 방법을 제공할 수 있다.
상기 보온하는 단계는 60~90℃에서 수행될 수 있다.
상기 보온하는 단계는 온수 중탕법에 의해 수행될 수 있다.
상기 열분해유는 폐타이어 및/또는 폐수지를 400~600℃의 온도에서 열분해 추출하여 수득하는 것일 수 있다.
상기 열분해유는 폐수지를 400~600℃의 온도에서 열분해 추출하여 수득하는 것이고, 상기 폐수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리스티렌(PS) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2양태에 따르면, 연소 반응기 및 상기 연소 반응기에 연결된 산화 반응기를 구비한 장치를 준비하는 단계; 상기 연소 반응기에 원료 탄화수소 및 연료 탄화수소를 투입하여 카본블랙을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 연료 탄화수소는 제1연료 탄화수소 및 열분해유(pOIL)를 포함하는 혼합물이고, 상기 열분해유는 원심분리 하여 불순물을 제거하고, 60~100℃의 온도에서 보온된 것을 사용하는, 카본블랙의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 열분해유의 보온 온도는 60~90℃일 수 있다.
상기 열분해유의 보온 시에, 제1연료 탄화수소와 혼합하여 보온하는 것일 수 있다.
상기 연료 탄화수소 혼합물 100 중량부에 대하여, 상기 열분해유를 5~80 중량부로 포함할 수 있다.
상기 연료 탄화수소 혼합물 100 중량부에 대하여, 상기 열분해유를 20~70 중량부로 포함할 수 있다.
상기 제1연료 탄화수소는 석탄계 탄화수소 또는 석유계 탄화수소 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 석유계 탄화수소는 FCC 오일(Fluidized catalytic cracking oil)을 포함할 수 있다.
상기 석유계 탄화수소 투입시 산화 가스를 함께 투입할 수 있다.
상기 산화 가스는 공기를 포함할 수 있다.
상기 열분해유는 폐타이어 및/또는 폐수지를 400~600℃의 온도에서 열분해 추출하여 수득하는 것일 수 있다.
상기 열분해유는 폐수지를 400~600℃의 온도에서 열분해 추출하여 수득하는 것일 수 있다. 상기 폐수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리스티렌(PS) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3양태에 따르면, 본 발명의 제2양태에 따른 카본블랙의 제조방법에 따라 제조된 카본블랙을 제공할 수 있다.
상기 카본블랙은 황(sulfur)의 함량이 1.0% 이하의 퍼니스 블랙일 수 있다.
상기 카본블랙은 고무 첨가제, 수지 착색제, 인쇄 잉크, 도료, 도전재(conductive material) 및 촉매담지체 중 어느 하나로서 사용되는 것일 수 있다.
본 발명은 열분해유(pyrolytic oil; pOIL)를 전처리함으로써 열분해유에 존재하는 불순물을 현저히 감소 또는 제거할 수 있다.
본 발명에 따라 전처리된 열분해유는 단독으로 보관하거나, 다른 원료유와 혼합하여 보관할 때에도 산화물 생성 현상을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따라 전처리된 열분해유는 오일 유동성 및 보관 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따라 전처리된 열분해유를 연료유로서 포함하여 사용함으로써, 폐자원을 효율적으로 재순환할 수 있고, 불순물 함량이 낮은 고품질의 카본블랙을 안정적으로 제조할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 열분해유를 보관한 후 카본블랙을 제조하기 위해 공급되는 흐름도를 간략히 나타낸 것이다.
도 2는 실험예 1에 따라 열분해유 저장 탱크의 하단(110a)에서 수득한 열분해유 샘플에 대한 실제 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 실험예 1에 따라 스트레이너(120a)에서 수득한 열분해유 샘플에 대한 실제 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 실험예 1에 따라 연료 탄화수소 저장 탱크(130)에서 수득한 열분해유 샘플에 대한 실제 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 실험예 1에 따라 스트레이너(140a)에서 수득한 열분해유 샘플에 대한 실제 사진을 나타낸 것이다.
도 6은 실험예 1에 따라 카본블랙 제조장치(150)에서 수득한 열분해유 샘플에 대한 실제 사진을 나타낸 것이다.
도 7은 실험예 1에 따라 열분해유 저장 탱크의 하단(110a)에서 수득한 열분해유에 대하여, 80 메쉬(mesh) 체(sieve)를 통과시키는 실제 사진을 나타낸 것이다.
도 8은 실험예 1에 따라 열분해유 저장 탱크의 하단(110a)에서 수득한 열분해유를 투명한 보관 용기에 일정 시간 보관한 후의 층 분리 현상을 관찰한 실제 사진을 나타낸 것이다.
도 9는 실험예 1에 따라 열분해유 저장 탱크의 하단(110a)에서 수득한 열분해유를 약 1g을 채취하여 종이 위에 펼친 실제 사진을 나타낸 것이다.
도 10은 실험예 2의 실시예 1에 따라 산화물 발생을 관찰한 실제 사진을 나타낸 것이다.
도 11은 실험예 2의 비교예 1에 따라 산화물 발생을 관찰한 실제 사진을 나타낸 것이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 명세서를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 구성 요소를 “포함한다”, “갖는다”, “이루어진다“, “배치한다”, “구비한다” 등이 사용되는 경우 “만”이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
본 명세서에서 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
이하에서는, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 열분해유를 보관한 후 카본블랙을 제조하기 위해 공급되는 과정을 간략히 나타낸 것이다. 도1을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 폐수지 등을 400℃ 이상의 온도에서 열분해 추출하여 수득된 열분해유는 열분해유 저장 탱크(110)에 보관된다. 상기 보관된 열분해유의 저장 탱크(110)의 하단(110a)에 연결된 스트레이너(strainer)(120a)를 포함하는 제1파이프(120)를 통하여 연료 탄화수소 저장 탱크(130)로 이송된다. 이처럼, 열분해유가 이송된 다음, 열분해유 외의 다른 성분인 제1연료 탄화수소와 혼합되고, 제1연료 탄화수소 및 연료유의 혼합물은 연료 탄화수소 저장 탱크(130)에서 보관된다. 제1연료 탄화수소 및 연료유의 혼합물은, 스트레이너(140a)를 포함하는 제2파이프(140)을 통하여 카본블랙 제조장치(150)로 이송된다. 제2파이프(140)를 통하여 카본블랙 제조장치(150)으로 이송될 때 펌프(140b)에 의해 이송된다.
본 발명자들은, 카본블랙 제조시 연료 탄화수소로서 사용되는 열분해유는 열분해유 저장 탱크(110)의 하단(1140a)에 저장되어 슬러지가 다량 함유된 열분해유 상태로 공급되고, 이에 따라, 이송 파이프의 스트레이너(120a, 140a) 및 펌프(140b)에서 막힘 현상이 발생하고, 연료 탄화수소 저장 탱크(130)의 바닥에도 다량의 슬러지가 쌓이게 되는 현상이 있음을 확인하고, 이를 해결하기 위하여 본 발명을 안출하였다.
즉, 본 발명은 열분해유가 카본블랙 제조장치로 이송되기에 전에 수행되는 열분해유의 전처리하는 방법을 제공할 수 있으며, 구체적으로는 (a) 열분해유를 원심분리기를 이용하여 불순물을 제거하는 단계; 및 (b) 상기 불순물이 제거된 열분해유를 60~100℃에서 보온하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(a) 단계
열분해유에 존재하는 불순물에는 수분, 열분해 잔해물 및 기타 이물질이 포함되어 있고, 이는 열(heat) 및/또는 공기 중 산소와의 접촉으로 인하여 딱딱하고 끈적한 상태의 산화물로 변형되므로, 상기 불순물을 제거하는 것이 바람직하다. 상기 불순물을 제거하기 위한 효율적인 방법으로서, 원심분리법을 사용할 수 있다. (a) 불순물 제거 단계에서의 원심 분리는 열분해유 저장 탱크(110)에서 수행되는데, 열분해유 저장 탱크(110) 내에 원심분리기를 설치하여 원심분리를 수행하거나, 열분해유 저장 탱크(110)로부터 열분해유를 이송시키기 전에 별도로 설치된 원심분리기를 통하여 원심분리를 수행하는 방식 등을 선택할 수 있다. 원심분리를 위한 원심분리기의 구체적인 장비는 특별히 제한이 없으며, 열분해유의 공급량 및 외부로의 이송량 등을 고려하여 원심 분리 조건은 적절히 조절할 수 있다.
(b) 단계
상기 불순물이 제거된 열분해유를 비교적 저온에서 보온하여 보관하는 것을 특징으로 한다. 저온 보관 온도로는 60~100℃인 것이 바람직하고, 60~90℃인 것이 보다 바람직하고, 60~80℃인 것이 가장 바람직하다. 종래에는 오일 유동성 및 보관 상태를 유지를 위해 100℃ 이상의 고온에서 열분해유를 저장해왔고, 일반적으로는 스팀(steam)이 공급되는 파이프(pipe)와 같은 가열원을 통해 고온을 유지했다.
그러나, 본 발명자들은 연구 결과, 100℃ 이상의 고온의 가열원으로 인해 산화물의 생성이 가속화된다는 것을 발견하여, 저온 보관 온도 방법을 채택하였다. 따라서, 보온 온도는 100℃ 이하인 것이 바람직하고, 90℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 보온 온도의 하한은 특별히 정함이 없으나, 전처리된 열분해유를 카본블랙 제조장치에 연료 탄화수소(또는 연료유)로서 공급시 60℃ 이상의 온도로 가열한 상태로 공급해야 한다는 점 및 열분해유와 혼합해서 사용하는 다른 연료 탄화수소(“본 발명에서 제1연료 탄화수소로 지칭함”)가 60℃ 미만의 온도에서는 유동성이 현저히 낮아지는 점을 고려하여, 보온 온도는 60℃ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 보온 방법에는 특별히 제한 없으나, 가열원을 최대한 없애기 위한 방법으로서 온수 중탕법에 의해 보온하는 것이 바람직하다.
상기 열분해유의 보온은 연료 탄화수소 저장 탱크(130)에서 수행되는데, 열분해유를 단독으로 보온되거나, 열분해유 외에 다른 연료 탄화수소(“본 발명에서 제1연료 탄화수소로 지칭함”)와 혼합하여, 연료 탄화수소 혼합물 상태로 보온될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 연료 탄화수소 혼합물 100 중량부에 대하여, 상기 열분해유를 5~80 중량부로 포함할 수 있고, 20~70 중량부로 포함할 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 선택하는 제1연료 탄화수소의 종류 등에 따라 혼합 비율을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1연료 탄화수소는 석탄계 탄화수소 및/또는 석유계 탄화수소를 포함할 수 있고, 예를 들어, 석유계 탄화수소로는 FCC 오일(Fluidized catalytic cracking oil), 프로필렌, MTBE, Alkylate, LCN(Light Cracked Naphtha), HCN(Heavy Cracked Naphtha), LCO(Light Cycle Oil), 및 SLO(Slurry Oil) 등을 포함할 수 있고, 이들 중 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 FCC 오일을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 열분해유는 폐타이어 및/또는 폐수지를 400~600℃의 온도에서 열분해 추출하여 수득하는 것일 수 있다.
본 발명의 카본블랙의 제조방법은 본 기술분야에서 사용하는 카본블랙의 제조방법을 사용할 수 있으며, 예를 들어 퍼니스 블랙(furnace black) 제조방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 카본블랙의 제조방법은, 연소 반응기 및 상기 연소 반응기에 연결된 산화 반응기를 구비한 장치를 준비하는 단계; 상기 연소 반응기에 원료 탄화수소 및 연료 탄화수소를 투입하여 카본블랙을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 원료 탄화수소의 종류로는 특별히 제한 없으나, 석유계 탄화수소 또는 석탄계 탄화수소를 사용할 수 있다. 상기 석탄계 탄화수소로는 예를 들어, 크루드 콜 타르(crude coal tar), 콜 타르를 정제한 상태의 크레오소트(creosote)유, 안트라센(antracene) 등을 사용할 수 있으며, 제조하고자 하는 카본블랙의 특성 및 품질에 따라 원료 탄화수소의 종류를 선택할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 연료 탄화수소는 제1연료 탄화수소 및 열분해유(pOIL)를 포함하는 혼합물을 사용할 수 있으며, 이 때 열분해유는 상술한 것처럼, 원심분리 하여 불순물을 제거하고, 60~100℃의 온도에서, 바람직하게는 60~90℃의 온도에서 저온 보관된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열분해유의 보온 시에, 제1연료 탄화수소와 혼합하여 보온할 수 있으며, 연료 탄화수소 보관 탱크에서 보온이 수행될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 연료 탄화수소 혼합물 100 중량부에 대하여, 상기 열분해유를 5~80 중량부로 포함할 수 있고, 바람직하게는 열분해유를 20~70 중량부로 포함할 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 선택하는 연료 탄화수소의 종류에 따라 상기 함량을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1연료 탄화수소는 석탄계 탄화수소 또는 석유계 탄화수소 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 상기 석유계 탄화수소로서 FCC 오일을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 석유계 탄화수소 투입시 산화 가스를 함께 투입할 수 있고, 상기 산화 가스는 공기를 포함할 수 있다.
본 발명의 카본블랙 제조방법에 따라, 열분해유를 사용하여 카본블랙을 제조하면, 황(sulfur)의 함량이 1.0% 이하의 퍼니스 블랙을 제조할 수 있다.
이와 같이, 불순물 함량, 특히, 황의 함량을 현저히 감소시킨 카본블랙을 생산하기 위해서는 폐수지를 사용하여 열분해유를 수득하는 것이 바람직하다. 상기 폐수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리스티렌(PS) 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따라 제조된 카본블랙은, 다양한 용도로서 사용될 수 있고, 예를 들어 고무 첨가제, 수지 착색제, 인쇄 잉크, 도료, 도전재(conductive material) 및 촉매담지체 중 어느 하나로서 사용될 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
이하에서는, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 하기의 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
실험예 1 : 열분해유의 샘플 관찰
열분해유가 저장 및 이송되는 과정에서의 샘플을 수득하여 육안으로 상태를 관찰하였으며, 샘플 수득 위치는 도 1의 부호를 참조하여 설명하였다.
열분해유 저장 탱크의 하단(110a) 및 스트레이너(120a)에서 수득한 열분해유 샘플에 대한 실제 사진을 도 2 및 도 3에 각각 나타냈다.
열분해유는 연료 탄화수소 저장 탱크(130)로 이동하여, FCC 오일 및 열분해유의 혼합물(FCC 오일 : 열분해유 = 30 wt% : 70 wt%) 상태로 저장되었다. 연료 탄화수소 저장 탱크(130), 스트레이너(140a) 및 카본블랙 제조장치(150)에서 수득한 열분해유의 혼합물의 샘플에 대한 실제 사진을 도 4, 도 5 및 도 6에 각각 나타냈다. 이 때, 카본블랙 장치(150)에서 수득한 샘플은 카본블랙 제조를 위해 연료 탄화수소로서 사용되기 위해 공급되기 전에 수득한 샘플이다.
열분해유 저장 탱크의 하단(110a)에서 수득한 열분해유에 대하여, 80 메쉬(mesh) 체(sieve)를 통과시키는 실제 사진, 투명한 보관 용기에 일정 시간 보관한 후의 층 분리 현상을 관찰한 실제 사진 및 약 1g을 채취하여 종이 위에 펼친 실제 사진을 각각 도 7, 도 8 및 도 9에 나타냈다.
도 2 내지 도 6에서 알 수 있는 것처럼, 열분해유가 저장 및 이송되는 각 위치에서 슬러지가 다량 존재하는 것을 육안으로도 명확히 관찰되었다.
또한, 도 7에서 알 수 있는 것처럼, 열분해유 저장 탱크(130)에 보관된 열분해유는 슬러지와 산화물이 다량 함유되어 있어, 80 메쉬 체를 통과하지 못할 정도로 점도가 높고 막힘 현상을 유발시키는 상태로 확인되었다.
또한, 도 8에서 알 수 있는 것처럼, 열분해유 저장 탱크(130)에 보관된 열분해유를 투명한 보관 용기에 보관시 슬러지와 산화물이 다량 함유되어 있어 층 분리가 발생하였고, 용기를 기울이더라도 거의 흐르지 않아 왁스(wax) 수준의 점도를 가진 것이 관찰되었다.
또한, 도 9에서 알 수 있는 것처럼, 열분해유 저장 탱크(130)에 보관된 열분해유는 종이 상에서 검은색으로 뭉쳐진 이물질이 확인되었고, 해당 이물질에 압력을 가하거나 문질러 보았을 때 저항감 없이 잘게 흩어졌는바, 미세 크기의 차(Char) 성분이 뭉쳐있는 것으로 추정되었다.
이와 같이, 별도의 전처리없이 보관되거나 이송 상태의 열분해유는 슬러지, 산화물이 다량 존재하여 오일 유동성을 방해하게 되고, 결과적으로 카본블랙의 제조장치에서 카본블랙의 제조 안정성 및 제조되는 카본블랙의 품질을 저하시킬 수 있다.
실험예 2 : 불순물 제거 후 산화물 발생 확인 실험
실시예 1
열분해유(지평선에너지社)를 준비하여 원심분리기를 이용하여 원심 분리한 다음, 60℃의 온수 중탕에서 보관하여 불순물을 제거하여, 열분해유를 전처리하여 실시예 1의 열분해유를 수득하였다. 그런 다음, 상기 열분해유 및 FCC 오일을 혼합하였으며, 혼합 비율은 열분해유 : FCC 오일 = 7 : 3(중량 기준)이었다. 열분해유 및 FCC 오일이 혼합된 블랜딩 오일로서 200g을 취하였다.
상기 실시예 1의 블랜딩 오일 200g을 둥근 플라스크에 투입한 다음 200℃로 핫플레이트의 열원으로 가열하여 산화물 발생을 육안으로 확인하였으며, 이의 실제 사진을 도 10에 나타냈다.
비교예 1
열분해유(지평선에너지社)를 준비하여 이를 비교예 1로 하였으며, 상기 비교예 1의 열분해유를 둥근 플라스크에 200g 투입한 다음 200℃로 핫플레이트의 가열원으로 가열하여 산화물 발생을 육안으로 확인하였으며, 이의 실제 사진을 도 11에 나타냈다.
도 10 및 도 11에서 알 수 있는 것처럼, 전처리된 열분해유(실시예 1)는 가열원에 의한 산화물 발생이 거의 없는 반면, 전처리하지 않은 열분해유(비교예 1)은 가열원에 의한 산화물이 다량 발생되었다.
실험예 3 : 보관 온도에 따른 산화물 발생량 확인 실험
열분해유(지평선에너지社)를 준비하여 원심분리기를 이용하여 원심 분리한 다음, FCC 오일을 혼합하였으며, 혼합 비율은 열분해유 : FCC 오일 = 7 : 3(중량 기준)이었다. 열분해유 및 FCC 오일이 혼합된 블랜딩 오일로서 200g을 취하였다. 상기 블랜딩 오일을 온수 중탕으로 보관하되 하기 표 1에 기재된 것처럼 온도를 달리하여 보관하였으며, 이에 따라 발생된 산화물의 무게를 측정하여 나타냈다.
온도(℃) 산화물 발생량 (g)
200 25~35
140 8
90 <0.5
60 <0.5
상기 표 1에서 알 수 있는 것처럼, 보관 온도가 증가할수록 산화물 발생량이 증가하였는바 본 발명처럼 열분해유를 60~100℃에서 보온하는 것이 산화물 발생량을 최소화하는 것을 알 수 있었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 명세서는 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 명세서의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 명세서의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 명세서의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 명세서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 열분해유의 저장 탱크
110a : 열분해유의 저장 탱크의 하단
120 : 제1파이프
120a : 제1파이프의 스트레이너
130 : 연료 탄화수소 저장 탱크
140 : 제2파이프
140a : 제2파이프의 스트레이너
140b : 펌프
150 : 카본블랙 제조장치

Claims (19)

  1. (a)열분해유를 원심분리기를 이용하여 불순물을 제거하는 단계; 및
    (b) 상기 불순물이 제거된 열분해유를 60~100℃에서 보온하는 단계;를 포함하는,
    열분해유의 전처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보온하는 단계는 60~90℃에서 수행되는,
    열분해유의 전처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보온하는 단계는 온수 중탕법에 의해 수행되는,
    열분해유의 전처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열분해유는 폐타이어 및/또는 폐수지를 400~600℃의 온도에서 열분해 추출하여 수득하는 것인,
    열분해유의 전처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열분해유는 폐수지를 400~600℃의 온도에서 열분해 추출하여 수득하는 것이고,
    상기 폐수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리스티렌(PS) 중 하나 이상을 포함하는,
    열분해유의 전처리 방법.
  6. 연소 반응기 및 상기 연소 반응기에 연결된 산화 반응기를 구비한 장치를 준비하는 단계;
    상기 연소 반응기에 원료 탄화수소 및 연료 탄화수소를 투입하여 카본블랙을 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 연료 탄화수소는 제1연료 탄화수소 및 열분해유(pOIL)를 포함하는 혼합물이고,
    상기 열분해유는 원심분리 하여 불순물을 제거하고, 60~100℃의 온도에서 보온된 것을 사용하는,
    카본블랙의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열분해유의 보온 온도는 60~90℃인,
    카본블랙의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 열분해유의 보온 시에, 제1연료 탄화수소와 혼합하여 보온하는 것인,
    카본블랙의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 연료 탄화수소 혼합물 100 중량부에 대하여, 상기 열분해유를 5~80 중량부로 포함하는,
    카본블랙의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 연료 탄화수소 혼합물 100 중량부에 대하여, 상기 열분해유를 20~70 중량부로 포함하는,
    카본블랙의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1연료 탄화수소는 석탄계 탄화수소 또는 석유계 탄화수소 중 1종 이상을 포함하는,
    카본블랙의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 석유계 탄화수소는 FCC 오일(Fluidized catalytic cracking oil)을 포함하는,
    카본블랙의 제조방법.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 석유계 탄화수소 투입시 산화 가스를 함께 투입하는 것인,
    카본블랙의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 산화 가스는 공기를 포함하는 것인,
    카본블랙의 제조방법.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 열분해유는 폐타이어 및/또는 폐수지를 400~600℃의 온도에서 열분해 추출하여 수득하는 것인,
    카본블랙의 제조방법.
  16. 제6항에 있어서,
    상기 열분해유는 폐수지를 400~600℃의 온도에서 열분해 추출하여 수득하는 것이고,
    상기 폐수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리스티렌(PS) 중 하나 이상을 포함하고,
    카본블랙의 제조방법.
  17. 제6항 내지 제16항 중 어느 한 항의 카본블랙의 제조방법에 따라 제조된 카본블랙.
  18. 제17항에 있어서,
    황(sulfur)의 함량이 1.0% 이하의 퍼니스 블랙인,
    카본블랙.
  19. 제17항에 있어서,
    고무 첨가제, 수지 착색제, 인쇄 잉크, 도료, 도전재(conductive material) 및 촉매담지체 중 어느 하나로서 사용되는 것인,
    카본블랙.
KR1020220188942A 2022-12-29 2022-12-29 열분해유의 전처리 방법 KR20240106239A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220188942A KR20240106239A (ko) 2022-12-29 2022-12-29 열분해유의 전처리 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220188942A KR20240106239A (ko) 2022-12-29 2022-12-29 열분해유의 전처리 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240106239A true KR20240106239A (ko) 2024-07-08

Family

ID=91945898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220188942A KR20240106239A (ko) 2022-12-29 2022-12-29 열분해유의 전처리 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240106239A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101885976B (zh) 从煤直接液化残渣中提取重质液化油和中间相沥青类物质的方法以及其应用
CN101962560B (zh) 煤直接液化残渣的萃取方法以及萃取物的应用
AU2011279887B2 (en) Low water biomass-derived pyrolysis oils and processes for producing the same
Nkosi et al. A review and discussion of waste tyre pyrolysis and derived products
CN101962561B (zh) 煤直接液化残渣的萃取方法以及萃取物的应用
TW201204824A (en) Novel hydrogenated solvents for coal liquefaction
PT1332199E (pt) Produtos produzidos a partir de processamento térmico rápido de alimentações de hidrocarboneto pesado
CN113150813A (zh) 改质残余物、重油和塑料
Kuznetsov et al. Methods for the preparation of coal-tar pitch
US10301549B2 (en) Process for depolymerizing coal to co-produce pitch and naphthalene
CN105778968A (zh) 制备浸渍沥青的方法、浸渍沥青及其应用
CN103788968B (zh) 一种煤与石油炼制副产品共热解的组合工艺
CN105713658A (zh) 一种低温煤焦油的预处理工艺
Chia Yang et al. CONTROLLED MICROWAVE-INDUCED PYROLYSIS OF WASTE RUBBER TIRES.
CN113755211B (zh) 一种利用优化含乙烯焦油的原料生产针状焦的方法
CN110668440A (zh) 焦油渣废弃物的循环利用方法
JP2009242467A (ja) 炭化水素油の分解方法
TW201502174A (zh) 以熱催化法將塑膠／橡膠轉換爲碳氫燃料的系統及方法
KR20240106239A (ko) 열분해유의 전처리 방법
US20160340250A1 (en) Process for producing depolymerized hydrocarbon products from coal
CN110804464B (zh) 一种利用秸秆和废弃机油加氢耦合热解制备绿色柴油的方法
JP2019522067A (ja) 炭化器高温ガスの炭化水素再生利用
Wang et al. Coal tar refining by aromatic-aliphatic solvent extraction for preparing QI-free pitch
Aljaziri et al. Interactions in co-pyrolysis of Salicornia bigelovii and heavy fuel oil
Ibrahim Pyrolysis in the Chemical Industry and Its Major Industrial Applications