본 발명은 폐절연유 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 폐절연유 처리장치는, 폴리염화비페닐이 포함된 폐절연유가 유입 수용되는 탈염 반응기; 상기 탈염반응기에 수용된 상기 폐절연유에 염화물 전환 물질로서 산화철을 투입하는 산화철 투입기; 상기 탈염 반응기에 수용된 상기 폐절연유를 가열하는 가열기; 탈염 공정이 진행되는 동안, 상기 폐절연유가 가열됨으로 인해 기화되는 기체를 냉각시켜 상기 탈염 반응기 내부로 순환시키는 탈염 냉각기; 및 상기 탈염 공정 이후 연료유 추출 공정이 진행되는 동안, 상기 탈염반응기 내부에서 기화되는 기체를 냉각시켜 연료유를 생성하는 연료유 냉각기를 포함한다.

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기술분야


본 발명은 폐절연유 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환경적인 측면과 처리 비용의 측면에서 우수하고, 처리 과정에 있어서 안정성이 우수하며, 연료유의 생성 효율도 크게 향상시킬 수 있는 폐절연유 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.


배경기술


일반적으로 PCBs(Poly chlorinated Biphenyl)는 환경 중에서 분해되기 어렵고, 지용성으로 생물농축율이 높아서 물, 저질, 생물 등에 광범위하게 잔류하여 사람과 환경에 영향을 주는 것이 밝혀지면서 대부분의 국가에서는 1970년대에 PCBs의 생산, 수입 및 개방계에서의 사용을 금지하였다.
그러나 변압기, 축전기 등 밀폐계에서는 1980년대까지 사용할 수 있었으며, 이들 제품들은 15년 이상 장기간 사용하는 제품이어서 각 국은 이들 제품이 폐기될 때까지 잠정적으로 사용을 허용하였다.
따라서 1990년대에도 PCBs가 함유된 제품이 사용 중이었으므로 이들에 대한 목록작성과 폐기가 의무화되고 있다.
우리나라의 경우 PCBs가 2mg/kg 이상 되는 절연유를 PCBs 함유 지정폐기물로 지정하고 있으며, 고온 소각 또는 용융처리를 의무화하고 있다.
이러한 PCBs 함유 절연유를 분해, 제거하기 위해서 열 또는 화학에너지를 가해 분자간 결합을 파괴하는 것이 필요하며, 최근에는 고온소각과 수소화 및 탈염소 처리 등의 화학처리 방법이 주로 사용되고 있다.
그 중 소각은 가장 널리 사용되는 PCBs 제거방법으로 고온소각처리를 적절하게 활용할 경우 적어도 99.9999%의 제거효율로 PCBs를 분해하는 것으로 알려져 있다. 고온소각에서의 주요산물은 이산화탄소, 물, 무기성 회분이다.
존재하는 염소는 염화수소 가스로 전환되며 이는 연소에 의한 부산물로 생성되는 다른 물질들과 함께 대기오염제어설비에서 제거된다.


소각의 효율성은 체류시간, 온도, 난류에 의해 결정되기 때문에 적절한 소각로 운전조건을 유지하는 것이 필요하며, 가스처리 시스템의 효율성을 확보하는 것이 필요하다.
그리고 수소화 처리법은 화학반응에 의해 PCBs의 염소기를 수소기와 수산기 등으로 치환해서 비페닐류로 분해하는 탈염소화 반응을 기본 원리로 한다.


한편, 탈염소화 분해법은 소각법과 달리 외부로 연소 배가스의 배출이 없고 화합반응이 밀폐계에서 완결되는 것이 특징이며, 염소가 함유되지 않은 오일의 재사용 및 재활용을 위하여 고안된 처리기술이다.
이 같은 탈염소화 분해법을 적용한 종래의 폐절연유 처리방법은, PCBs를 함유한 폐절연유에 나트륨, 칼륨 등의 양이온 1가 금속 물질을 투입하여, PCBs를 비페닐과 무해한 염화물로 전환시킨다(탈염공정).

그리고 이러한 탈염공정 이후에는 폐절연유로부터 연료유를 추출한다.
그러나 종래의 폐절연유 처리방법은, 별도의 적지 않은 비용을 들여 나트륨, 칼륨 등의 염화물 전환 물질을 투입해야 하므로 처리 비용이 많이 소요되고, 염화물 전환 물질로서 반응속도가 매우 빠른 양이온 1가 금속 물질을 이용하므로, 반응속도로 인한 처리 안정성이 낮은 문제점이 있다.
또한, 종래의 폐절연유 처리방법은, 폐절연유가 가열되더라도 기화 효율이 떨어져 연료유 생성 효율이 낮으므로, 연료유생성에 많은 시간 및 에너지가 소요되는 단점도 있다.


문제점


상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 저렴하게 수급할 수 있으면서도 반응속도로 인한 불안정성이 높지 않은 다른 염화물 전환 물질을 이용하여 폴리염화비페닐을 제거하는 탈염화 공정을 진행할 수 있고, 특히 해당 염화물 전환물질로 환경에 좋지 않은 다른 폐기물을 이용하여 탈염화 공정을 진행할 수 있으며, 연료유 생성 효율 향상을 위해 폐절연유의 기화 효율을 향상시킬 수 있는 폐절연유 처리장치 및 그 처리방법을 제공하고자 한다.


해결과제


상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 폐절연유 처리장치는, 폴리염화비페닐이 포함된 폐절연유가 유입 수용되는 탈염 반응기; 상기 탈염 반응기에 수용된 상기 폐절연유에 염화물 전환 물질로서 산화철을 투입하는 산화철 투입기; 상기 탈염 반응기에 수용된 상기 폐절연유를 가열하는 가열기; 탈염 공정이 진행되는 동안, 상기 폐절연유가 가열됨으로 인해 기화되는 기체를 냉각시켜 상기 탈염 반응기 내부로 순환시키는 탈염 냉각기; 및 상기 탈염 공정 이후 연료유 추출 공정이 진행되는 동안, 상기 탈염 반응기 내부에서 기화되는 기체를 냉각시켜 연료유를 생성하는 연료유 냉각기;를 포함한다.


상기 산화철 투입기는, 상기 산화철을 상기 폐절연유에 대해 5 ~ 15 중량%만큼 투입하도록 구비되는 것이 바람직하다.
상기 폐절연유 처리장치는, 상기 탈염 반응기에 수용된 상기 폐절연유에 탄화수소의 사슬을 잘게 끊어주는 기화촉진제를 투입하는 기화촉진제 투입기;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기화촉진제 투입기는, 상기 기화촉진제로서 제올라이트(zeolite)를 상기 폐절연유에 대해 5 ~ 15 중량%만큼 투입하도록 구비될 수 있다.


상기 폐절연유 처리장치는, 상기 폐절연유가 상기 탈염 반응기에 유입되기 전에 유입 수용되는 흡착 반응기; 및 상기 흡착 반응기 내부에 폴리염화비페닐을 흡착 제거하는 흡착제를 투입하는 흡착제 투입기;를 더 포함하여, 상기 폐절연유는 상기 흡착 반응기에서 폴리염화비페닐이 일부 흡착 제거된 상태로 상기 탈염 반응기에 유입 수용되도록 구비될 수 있다.
상기 흡착제 투입기는, 상기 흡착제로서 점토(clay)를 상기 폐절연유에 대해 1 ~ 5 중량%만큼 투입하도록 구비될 수 있다.
상기 가열기는, 상기 폐절연유를 상기 탈염 공정이 진행되는 동안 300 ~ 400℃의 온도로 가열하고 유지시키도록 구비될 수 있다.


효과


이러한 본 발명의 폐절연유 처리장치 및 그 처리방법에 의하면, 열간단조공정 등의 제철 과정에서 다량 생성되는 폐기 부산물인 산화철을 이용하여 독성이 강한 폴리염화비페닐을 비페닐로 탈염화시키고 폐절연유로부터 연료유를 생성하므로, 폐기물을 줄임과 동시에 독성 물질도 처리할 수 있고 연료유도 얻을 수 있으므로 환경적인 측면과 처리 비용의 측면에서 매우 우수하다.
그리고 이러한 산화철은 2가 양이온 금속 물질이므로 기존에 염화물 전환 물질로 사용되는 1가 양이온 금속 물질인 나트륨, 칼륨 등에 비해 반응속도로 인한 불안정성이 현저히 낮아지므로 폐절연유를 안전하게 처리할 수 있다.
또한, 기화촉진제로서 제올라이트를 폐절연유에 투입함으로써 폐절연유의 기화 효율을 향상시켜 연료유 생성 효율을 크게 제고할 수 있다.


* 본고는 한국생산기술연구원 최상기, 편광현, 김강은의 연구성과 발표자료를 요약한 것이다.

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