KR100531501B1 - 폐합성수지 유화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐합성수지를 열분해 시킬 때의 유화공정 중 회수되는 고비점 오일을 이용함으로써, 폐합성수지의 팽윤 및 열전달이 개선되고 우수한 열분해 속도와 균일한 조성을 갖는 열분해 생성물을 얻을 수 있으며, 열분해탱크 내부에 히터를 직접 설치하여 폐합성수지를 직접 가열시켜 열손실이 최소화되는 수단, 그리고 폐기되는 슬러지(sludge)를 재처리할 때의 유화공정 중에 회수된 가스를 이용하여 재열분해 시켜 오일(고급 연료유)을 최대한 회수하며 오일 함량이 줄어들고 부피가 감소된 슬러지만 배출되도록 하는 수단이 구비된 폐합성수지 유화장치를 제공함에 있다.

본 발명의 기술적 특징은 폐합성수지를 용융시키는 재료투입수단, 용융된 수지를 교반 가열시켜 열분해된 가스를 발생시키는 열분해탱크, 열분해된 가스에서 열분해 생성물을 추출하는 정제탑, 그리고 정제탑에서 회수되는 오일과 가스를 액화 분리시키는 오일가스분리기와 분리된 오일을 저장하는 오일저장탱크를 갖는 폐합성수지 유화장치에 있어서, 열분해탱크 내부에는 폐합성수지를 직접 가열시키는 히터가 방사상으로 다수개 내장되고, 정제탑의 상측 내부에는 오일가스분리기에서 회수되는 오일의 일부를 정제탑으로 환류시켜 열분해탱크에서 열분해된 가스와 기액 향류접촉 되도록 하여 열분해를 가속시키는 노즐이 구비되도록 구성된 폐합성수지 유화장치를 제공하려는 것이다.

Description

폐합성수지 유화장치{Oil making apparatus of useless resin}

본 발명은 폐합성수지 유화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐합성수지를 열분해 시킬 때의 유화공정 중 회수되는 고비점 오일을 이용하여 폐합성수지의 팽윤 및 열전달이 개선되고 우수한 열분해 속도와 균일한 조성을 갖는 열분해 생성물(휘발유, 중유, 디젤유 등의 정제유)을 얻을 수 있는 수단, 열분해탱크 내부에 히터를 직접 설치하여 폐합성수지를 직접 가열하므로 열손실이 최소화되는 수단, 그리고 폐기되는 슬러지(sludge)를 재처리할 때 유화공정 중에 회수된 가스를 이용하여 재열분해 시켜 오일(고급 연료유)을 최대한 회수하고 오일 함량이 줄어들고 부피가 감소된 슬러지만 배출되도록 한 수단을 갖는 폐합성수지 유화장치에 관한 것이다.

일반적으로 폐합성수지가 발생하면 이를 소각하거나 또는 매립하게 되고 이때, 소각할 경우 먼지, 염화수소(HCl), 유황산화물(SOX), 질소산화물(NOX), 다이옥신 등 대기 오염물질이 배출되는 문제가 있으며, 매립의 경우도 합성수지의 특성상 분해가 어려워 토양이 오염되고 침출수가 발생되며 지하수를 오염시키는 등의 문제가 있었다.

이에 따라 폐합성수지를 소각하거나 매립하지 않고 재활용하는 방안으로서 열분해가 가능한 열가소성 합성수지는 이를 열분해하여 유용한 오일을 얻을 수 있는 유화방법이 알려지고 또한 그 장치의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.

종래의 열가소성 폐합성수지의 유화공정은 본인의 선특허 10-0265273호에서 특허된바와 같이 폐합성수지를 300℃ 내지 600℃로 가열, 분해시켜 기체상태의 유류성분을 얻는 열분해 공정과, 기체상태의 유류성분을 유종별로 액화, 분리하는 분별증류 공정으로 대별된다. 먼저 수집된 폐합성수지는 열분해가 되지 않는 열경화성합성수지류, 금속류, 목재류 등을 개략적으로 분리해 내고 선별된 열가소성합성수지류를 적정 크기로 절단 또는 파쇄 하는 전처리 공정을 거친다.

전처리 공정을 거친 열가소성 폐합성수지류는 사일로(silo)를 거쳐 공급 및 저장수단인 호퍼(hopper)에 일시 저장된다. 호퍼에 저장된 폐합성수지는 그 하부에 장착되는 익스트루더(extruder)와 같은 재료투입수단에 의해 열분해탱크에 이송 및 투입된다.

이때, 폐합성수지는 통상 익스트루더에서 200℃ 내지 250℃로 가열되어 거의 용융상태로 열분해탱크에 투입된다.

합성수지의 열분해 온도는 분해조건, 합성수지의 종류, 규격, 형태, 그리고 함유된 첨가제 등에 따라 다르나 통상, 300 ~ 600℃ 범위이다. 따라서 열분해탱크에 도입되는 폐합성수지는 열분해탱크에서 그 하부에 구비되는 버너와 같은 가열수단에 의해 300℃ 내지 600℃로 가열되어 대부분의 폐합성수지류는 오일 성분으로 분해되어 기화되고, 일부 혼입된 열경화성수지, 금속류, 목재류 또는 합성수지 첨가제 등은 미분해 잔재(sludgy)로 열분해탱크의 바닥에 남아 쌓이게 된다.

열분해탱크에서 분해, 생성된 상기 오일(유류 성분)은 가스 상태의 각종 탄화수소 혼합물이며 정제탑에 곧바로 도입되어 비점 차에 의해 유종별로 액화, 분리된다. 액화 분리되는 혼합 오일은 필요할 경우 재분별 증류 공정이나 불순물 제거 또는 탈색이나 탈취 공정과 같은 별도의 후 처리과정을 거친 다음, 저장설비에 이송되어 저장된다.

그러나 이러한 종래의 유화장치는 상기 선특허와 함께 타인의 선등록 실용신안 20-0311373호에서와 같이 열분해탱크를 가열시키는 히터가 탱크 외부에 장착되므로 열손실이 발생되고 있으며, 전열을 방해하는 요소(그을음, 녹, 폐합성수지 탄화물)가 탱크 내벽에 생성되어 열전달 효율이 떨어지는 등의 단점이 있었다.

그리고 열분해탱크에서 발생되는 열분해 생성물이 별도의 열원 없이 정제탑에서 정제되므로 열분해 속도가 저하되어 균일한 조성의 생성물을 얻을 수 없었으며, 열분해시 발생되는 슬러지를 재차 처리하지 않고 배출시키므로 슬러지에 포함된 잔류 오일에 의한 부피 증가로 배출량이 늘어나고 특히 잔류오일량이 2 ~ 3%인 일반 폐기물이 아닌 5%이상의 지정 폐기물로 구성되어 지정물 폐기처리에 따른 비용이 증가되는 등의 단점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은 폐합성수지를 열분해 시킬 때 유화공정 중 회수되는 고비점 오일을 이용함으로써, 폐합성수지의 팽윤 및 열전달이 개선되고 우수한 열분해 속도와 균일한 조성을 갖는 열분해 생성물(휘발유, 중유, 디젤유 등의 정제유)을 얻을 수 있는 폐합성수지 유화장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 열분해탱크 내부에 히터를 직접 설치하여 폐합성수지를 직접 가열하므로 열손실이 최소화되는 수단, 그리고 폐기되는 슬러지(sludge)를 재처리할 때 유화공정에서 회수된 가스를 이용하여 재열분해시켜 오일(고급 연료유)을 최대한 회수하도록 함과, 오일 함량이 줄어들고 부피가 감소된 슬러지만 배출되도록 하는 수단에 의해 폐기물 처리비용이 감소되는 폐합성수지 유화장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폐합성수지를 용융시키는 재료투입수단, 용융된 수지를 교반 가열시켜 열분해된 가스를 발생시키는 열분해탱크, 열분해된 가스에서 열분해 생성물을 추출하는 정제탑 그리고 정제탑에서 회수되는 오일과 가스를 액화 분리시키는 오일가스분리기와 분리된 오일을 저장하는 오일저장탱크를 갖는 폐합성수지 유화장치에 있어서, 열분해탱크 내부에는 폐합성수지를 직접 가열시키는 히터가 방사상으로 다수개 내장되고, 정제탑의 상측 내부에는 오일가스분리기에서 회수되는 오일의 일부를 정제탑으로 환류 시켜 열분해탱크에서 열분해된 가스와 기액 향류접촉 되도록 하여 열분해를 가속시키는 노즐이 구비되도록 구성되어 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 폐합성수지 유화공정의 전체 개략도로써, 이를 공정별로 설명하면 다음과 같다.

폐합성수지 중에 섞여 있는 모래, 돌, 금속 등의 이물질을 제거한 후 파쇄기에서 일정 크기 이하가 되도록 파쇄하고 파쇄된 폐합성수지는 밀봉된 원료투입기(10a)에서 저장한다. 그리고 처리능력에 따라 일정량씩의 폐합성수지를 재료투입수단(10)으로 공급한다.

재료투입수단(10)으로 폐합성수지가 공급되면, 여기서 폐합성수지는 선택적으로 세팅된 온도(300℃)로 가열, 용융되고, 용융된 폐합성수지는 열분해탱크(20)로 이송되어 교반 혼합되고 오일 혼합물과 가스로 분해된다.

열분해탱크(20)에서 다음 공정으로 진행되지 않고 남게 되는 잔류물(침전물 또는 찌꺼기)은 재처리수단(70)으로 넘어가 가열 분해되고 여기서 재열분해 되어 저비점 기체가 회수된다. 회수된 저비점 기체는 다음 공정의 정제탑(28)에서 고급 오일로 생산되며 나머지는 폐기물 슬러지로 배출된다.

열분해탱크(20)에서 분해된 가스와 오일 혼합물은 정제탑(28)을 거치면서 열분해 생성물(휘발유, 중유, 디젤유 등의 정제유)로 되어 회수되고 나머지는 일종의 응축기인 냉각수단(30)을 거쳐 저온으로 냉각된 후, 오일가스분리기(40)로 이송된다. 이송된 가스와 오일 혼합물은 분리기(40) 내부에서 액체상태의 오일은 하부에 가라앉고 가스는 상부에 모이게 된다. 분리기(40) 하부의 액상 오일은 펌핑에 의하여 오일저장탱크(50)로 이송된다. 그리고 분해된 가스는 분리기(40)의 상부에서 유출되어 저압의 가스탱크(41)를 거쳐 압축기(41a)에서 압축되고 냉각수단(30)을 거쳐 연료가스탱크(42)로 모인다.

본 발명은 오일가스분리기(40)에서 회수되는 오일의 일부가 정제탑(28)으로 재차 공급되어 열분해를 촉진시키므로 폐합성수지의 팽윤 및 열전달이 개선되고 우수한 열분해 속도와 균일한 조성물을 얻을 수 있다.

연료가스탱크(42)로 모인 가스의 일부는 재처리수단(70)으로 공급되어 폐기되는 슬러지를 재차 가열시키는 열원으로 사용된다. 여기서 슬러지는 380℃ 이상의 고비점(高沸點) 성분이며 연료가스탱크(42)의 가스에 의해 가열되어 재 열분해 되고 분해된 저비점(低沸點) 기체는 정제탑(28)으로 회수되며 일부는 냉각기(30a)를 거쳐 응축 액화되고 오일저장탱크(80)로 회수되어 공정 트러블에 대비할 수 있게 된다.

본 발명은 재처리수단(70)에서 슬러지를 재차 가열 열분해 시키므로 오일 회수율이 증가되며, 슬러지에 포함되는 오일 함량이 줄어들게 되므로 슬러지를 일반 폐기물로 처리할 수 있어서 처리비용이 절감되는 2중의 효과가 있다. 그리고 슬러지의 가열원으로 연료가스탱크(42)의 회수 가스를 이용하므로 에너지 비용을 절감할 수 있다.

실험에 의하면 종래에는 폐합성수지 1kg에서 오일 500 ~ 600g, 가스 140g 및 슬러지 260 ~ 360g이 생성되었으나, 슬러지 재처리수단(70)을 이용할 경우 오일 함량이 5% 미만인 슬러지가 50 ~ 100g만 생성되므로 슬러지 배출량이 감소되고 오일 생산성이 향상되었다. 미설명부호 60은 유수분리기를 나타낸다.

도 2는 본 발명 유화장치의 재료투입수단의 단면도이다. 재료투입수단(10)은 입구(11)와 출구(13)를 갖는 원통형 몸체를 가지며 내부에는 2축 스크류(12)가 내장된다. 그리고 몸체의 외주면에는 히터(14)가 단계별로 부착되어 있어서 폐합성수지를 300 까지 가열시켜 용융상태로 만들어 준다. 그리고 온도조절기(15)에 의해 이들 히터의 온도가 자동 제어되도록 구성된다.

도 3은 본 발명 유화장치의 열분해탱크를 나타낸 단면도로써, 원통형의 탱크(20) 상부에 모터로 구동되는 감속기(21)가 구비되며 그 하부에 탱크(20)로 내장되는 축(22)이 장착된다. 그리고 축(22)에 의해 회전되는 상부교반날개(23)와 하부교반날개(24)가 구비되며 탱크(20) 내부에는 다수개의 히터(25)가 방사상으로 구비된다. 이들 히터(25)는 교반날개(23)(24)의 외주연으로 배치되어 있으며 폐합성수지를 380℃ 까지 가열 용융시킨다. 탱크(20) 외주면에는 다수개의 온도감지기(27)가 구비되며 이들 감지기에 의해 히터(25)의 온도가 일정하게 유지된다.

히터(25)는 전열을 방해하는 요소(그을음, 녹, 폐합성수지 탄화물)와 관계없이 탱크에 내장되어 폐합성수지와 직접 접촉되므로 열손실이 최소화되고 폐합성수지의 용융성이 향상되는 효과가 있다.

도 4는 본 발명 유화장치의 정제탑을 나타낸 단면도로써, 정제탑(28)은 열분해탱크(20)로부터 분해, 증발되어 상승하는 각종 유류 가스와 혼합유를 기액 향류접촉을 통해 고비점 기체를 액화시켜 재 열분해 하는 설비이다.

정제탑(28)의 하부에는 분해가스에 혼입 될 수 있는 고체입자의 분리를 위한 원통형의 파티클콜렉터(particle collector)(28a)가 구비되고, 정제탑(28)의 상부에는 포올링(Paulring)층(28b)이 구비된다. 포올링층(28b)은 박판의 원통형 링(ring)을 정제탑의 크기에 따라 수백 내지 수천개를 쌓아 형성한 층으로서 파티클콜렉터(28a)를 통과한 고체상 입자를 흡착 분리시킨다. 그리고 정제탑(28)의 외주면에 다단계의 맨홀(28d)(28e)(28f)이 형성되어 있다.

정제탑(28)의 상단에는 오일가스분리기(40)에서 회수되는 오일의 일부를 분사하기 위한 노즐(28c)이 구비된다. 이 노즐에서 분사되는 오일이 상승되는 열분해 가스와 혼합되면서 기액 향류접촉을 일으키고 이 과정에서 열분해가 가속된다. 특히 열분해된 가스중의 저비점 성분만을 통과시키므로 고급 유를 얻을 수 있도록 구성된 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 열분해탱크에서 열분해된 가스가 정제탑을 통과할 때 오일(혼합유)을 정제탑으로 환류시켜 이들이 기액 향류접촉 되도록 해주면 저비점 성분(고급 연료유)만 통과되므로 균일한 조성을 갖는 열분해 생성물을 얻을 수 있으며, 폐합성수지의 팽윤 및 열전달을 개선시킬 수 있어 우수한 열분해 속도를 얻을 수 있다.

그리고 열분해탱크의 내부에 히터가 내장되므로 전열을 방해하는 그을음, 녹, 폐합성수지 탄화물의 영향을 받지 않으며, 직접 폐합성수지를 용융시키므로 전열성이 우수하고 열손실을 최소화시킬 수 있다.

외부가열방식 공정에서는 정제된 폐합성수지 1kg에서 오일 500 ~ 600g, 가스 140g 및 슬러지 260 ~ 360g이 생성되었으나, 내부가열방식을 택하므로 현재까지 공정의 전열을 방해하는 코킹(coking)현상을 없애 열효율을 증가시키고 연속운전이 가능하게 되었으며, 슬러지 재처리방식을 택하므로 오일 함량이 5% 미만인 슬러지가 50 ~ 100g만 생성되므로 슬러지 배출량이 감소되는 효과가 있다. 그리고 연료유의 동점도가 0.856cst, 비중이 0.778인 고급 유를 생산하는 환경 친화적이고 열효율적인 유화장치인 것이다.

도 1은 본 발명 폐합성수지 유화공정의 전체 개략도

도 2는 본 발명 유화장치의 재료투입수단의 단면도

도 3은 본 발명 유화장치의 열분해탱크를 나타낸 단면도

도 4는 본 발명 유화장치의 정제탑을 나타낸 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

10 : 재료투입수단 20 : 열분해탱크

28 : 정제탑 28c : 노즐

30 : 냉각수단 40 : 오일가스분리기

50 : 오일저장탱크 70 : 재처리수단

Claims (2)

1. 폐합성수지를 용융시키는 재료투입수단(10), 용융된 수지를 교반 가열시켜 열분해된 가스를 발생시키는 열분해탱크(20), 열분해된 가스에서 열분해 생성물을 추출하는 정제탑(28) 그리고 정제탑(28)에서 회수되는 오일과 가스를 액화 분리시키는 오일가스분리기(40)와 분리된 오일을 저장하는 오일저장탱크(50)를 갖는 폐합성수지 유화장치에 있어서,

   열분해탱크(20) 내부에는 폐합성수지를 직접 가열시키는 히터(25)가 방사상으로 다수개 내장되고,

   정제탑(28)의 상측 내부에는 오일가스분리기(40)에서 회수되는 오일의 일부를 정제탑(28)으로 환류 시켜 열분해탱크(20)에서 열분해된 가스와 기액 향류접촉 되도록 하여 열분해를 가속시키는 노즐(28c)이 구비됨을 특징으로 하는 폐합성수지 유화장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   열분해탱크(20)의 하부에는 열분해 되지 않은 슬러지를 회수하는 재처리수단(70)이 구비되고,

   재처리수단(70)은 오일가스분리기(40)에서 회수되는 가스를 열원으로 하여 슬러지를 재차 가열 열분해 시키며 저비점 기체가 열분해탱크(20)로 회수되도록 함을 특징으로 하는 폐합성수지 유화장치.