KR101085553B1

KR101085553B1 - 폴리염화비페닐 탈염소화 공정

Info

Publication number: KR101085553B1
Application number: KR1020090081234A
Authority: KR
Inventors: 이종열
Original assignee: 아름다운 환경건설(주)
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-11-24
Also published as: KR20110023381A

Abstract

본 발명은 독성이 커 심각한 환경오염을 유발할 수 있는 PCBs(polychlorinated biphenyls), 특히 변압기의 절연유에 함유된 PCBs를 처리하여 환경오염을 유발하지 않는 물질로 변환하는 PCBs 탈염소화 공정을 위하여, (a) 반응기에 이소프로필알콜(IPA)과, 가성소다분말을 투입하는 단계와, (b1) 상기 반응기에 PCBs 함유 절연유를 공급하는 단계와, (c1) 상기 반응기에 이미다졸을 투입하는 단계와, (d) 상기 반응기 내부 온도를 사전설정된 제1온도로 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCBS 탈염소화 공정을 제공한다.

Description

폴리염화비페닐 탈염소화 공정{Dechlorination process of polychlorinated biphenyls}

본 발명은 PCBs(폴리염화비페닐. polychlorinated biphenyls) 탈염소화 공정에 관한 것으로서, 더 상세하게는 변압기의 절연유에 함유되고 독성이 커 심각한 환경오염을 유발할 수 있는 PCBs를 탈염소화 처리하여 환경오염을 유발하지 않는 물질로 변환하는 PCBs 탈염소화 공정에 관한 것이다.

PCBs를 처리하는 방법과 관련한 종래기술로는 소각방법, 플라즈마 분해방법 등이 있는데, 소각기술은 고온을 유지한 상태에서 PCBs를 분해하는 방법으로서 분해효율이 우수한 면은 있으나 연소시 다이옥신과 같은 발암물질이 발생하는 문제가 있어 현재는 거의 활용되지 않고 있으며, 플라즈마 분해기술은 높은 분해율이 장점이나 초기 설비 투자비 및 운전비가 과다한 문제가 있고, 또한 최근 방사선과 같은 강력한 에너지를 조사하여 PCBs에서 다량의 염소이온을 분리해 처리하는 기술이 있으나 이 또한 초기 투자비가 과다한 단점이 있었다.

이에, 본 발명은 종래 기술이 지닌 상기와 같은 문제점들을 해결하고, 독성이 커 심각한 환경오염을 유발할 수 있는 PCBs, 특히 변압기의 절연유에 함유된 PCBs를 효율적이면서도 친환경적으로 처리하여 환경오염을 유발하지 않는 물질로 변환할 수 있도록 설비 및 공정을 간소화하면서도 경제적이고도 효과적인 PCBs의 탈염소화 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 PCBs 함유 절연유에 있어서 PCBs를 탈염소화 하는데서 나아가 탈염소화된 절연유를 재활용하기 위한 공정을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 반응기에 이소프로필알콜(IPA)과, 가성소다분말(Sodium Hydroxide)을 투입하는 단계와, (b) 상기 반응기에 PCBs 함유 절연유를 공급하는 단계와, (c1) 상기 반응기에 이미다졸(Imidazole. C₃H₄N₂)을 투입하는 단계와, (d) 상기 반응기 내부 온도를 사전설정된 제1온도로 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCBS 탈염소화 공정을 제공한다.

그리고 본 발명의 다른 특징에 의하면, (c1)과 (d) 단계 사이에, (c2) 반응기에 글리콜류를 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, (b) 반응기에 PCBs 함유 절연유를 공급하는 단계와, (c3) 상기 반응기에 이미다졸과 황산을 투입하는 단계 및 (d) 상기 반응기 내부 온도를 사전설정된 제1온도로 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCBs 탈염소화 공정을 제공함으로써, 본 발명은 PCBs의 탈염소화 공정에 있어서 이미다졸(Imidazole)을 탈염소 촉진제로서 필수적으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 위 (d) 단계 후, (e) 반응기 내부 온도를 사전설정된 제2온도로 냉각시켜 층분리를 유도하는 단계와, (f) 상층부의 물질을 재활용용 절연유 저장 탱크로 배출시키는 단계와, (g) 하층부의 물질을 폐기물 저장 탱크로 배출시키는 단계를 더 포함하여 구성할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 PCBs 탈염소화 공정에 따르면, 독성이 커 심각한 환경오염을 유발할 수 있는 PCBs, 특히 절연유에 함유된 PCBs를 설비 및 공정을 간소화하며 환경오염을 유발하지 않는 물질로 경제적이고도 효과적으로 처리할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 PCBs 탈염소화 공정을 개략적으로 도시하는 플로우챠트이며, 도 2는 도1에 따른 PCBs 탈염소화 공정을 위한 PCBs 탈염소화 장치를 개략적으로 도시하는 블록도이다.

따라서, 도 2의 블록도를 참조하여 도 1의 공정을 살펴보면, 먼저 반응기(10)에 이소프로필알콜(IPA)과, 98% 가성소다분말(Na 함량10-30%. 가성소다분말 대신 수산화칼륨분말을 사용할 수도 있음)을 투입구(16)로 주입하는 단계(S1)를 거친다. 이에 반응기(10) 내 교반기(12)를 가동하여 교반하면서 반응기 온도를 서서히 상승시키며 가성소다분말을 이소프로필알콜에 용해시킨다. 그리고, S1 단계 후 PCBs 함유 폐절연유 저장탱크(20)로부터 반응기(10) 내로 PCBs 함유 절연유를 공급하는 단계(S2)와 탈염소 촉진제인 이미다졸을 투입구(16)를 통해 투입하는 단계(S3)를 거친다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이 S2 단계를 거친 후 S3 단계를 거칠 수도 있으나, 이와 달리 S2 단계와 S3 단계는 동시에 수행할 수도 있고 S3 단계를 거친 후 S2 단계를 거칠 수도 있는 등 다양한 변형이 가능함은 물론이며, S1 단계에서 가성소다분말이 이소프로필알콜(IPA)에 용해되면서 반응기 내 온도가 60℃에 도달하면, S2 단계를 실시할 수도 있다.

한편 상기 S3 단계에서, 이미다졸과 함께 글리콜을 투입할 수 있다. 상기 글리콜은 모노에틸렌글리콜(monoethylene glycol. MEG), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol. DEG), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol. TEG) 및 테트라에틸렌글리 콜(tetraethylene glycol)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나이며, 글리콜은 염소(Cl)와 같은 할로겐원소를 치환하고 독성물질의 독성을 약화시키는 특징을 지니고 있어, 본 발명에 따른 PCBs의 탈염소화에서 효과적인 반응물질로 사용할 수 있다.

또 다른 한편으로, 본 발명에서는 S1 단계를 생략하고, 반응기(10)에 PCBs 함유 절연유를 공급하는 단계(S2)와 이미다졸과 황산(H₂SO₄)을 투입하는 단계(S3)를 통해 PCBs의 탈염소화를 수행할 수 있다.

그리고, 상술한 바와 같이 이미다졸, 이미다졸과 글리콜 또는 이미다졸과 황산을 반응기(10) 내로 투입하는 S3 단계 이후, 반응기(10) 내부 온도를 열원(14)을 통해 사전설정된 제1온도로 상승시키는 단계(S4)를 거친다. 상기 사전설정된 제1온도는 150℃ 내지 250℃인데, 이는 특히 본 발명에 따른 PCBs 탈염소화 공정에서 필수적으로 사용되는 탈염소 촉진제인 이미다졸의 끓는점(256℃)과 녹는점(89℃~91℃) 및 반응설비운용의 경제성을 고려하여 설정한 것이다. 한편 반응압력은 상압을 유지하는 것이 바람직한데 이를 위해 반응과정에서 생성된 비점이 낮은 물질을 반응기(10) 상부에 설치된 응축기(50)에서 응축함으로써 반응압력뿐 아니라 설정된 반응목표 온도를 유지할 수 있다.

따라서, 반응기(10) 내 온도를 사전설정된 제1온도로 유지하면서 내부 물질들을 교반기(12)로 일정한 속도로 가동시켜 유지하면, PCBs는 반응후 비페닐이되어 오일층에 용해되고 염소는 염화나트륨으로서 배출되어, PCBs의 탈염소화가 이루어지게 된다.

한편, 본 발명에 따른 PCBs 탈염소화의 구체적 실시예는 다음의 표 1에 제시된 바와 같다.

[표 1]

실시예	PCBs함유 절연유 (g)	절연유 내 PCBs 농도 (ppm)	반응물질 (g)	촉매 (g)	반응 시간 (hrs)	반응 온도 (℃)	반응 후 PCBs (ppm)
1-1	60	50	가성소다 0.6 IPA 6	이미다졸 6	4	200	1.28
1-2	100	50	가성소다 1 IPA 6	이미다졸 0.3	6	200	17.5
1-3	60	50	가성소다 6 IPA 6	이미다졸 6	6	200	1.2
2-1	40	50	-	황산 4 이미다졸 4	1.5	200	1.01
2-2	100	50	-	황산 2 이미다졸 0.3	2	200	3.42
2-3	60	50	-	황산 6 이미다졸 6	6	200	1.0
3-1	60	50	TEG 0.6 가성소다 0.6 IPA 6	이미다졸 0.2	0.5	200	미검출
3-2	100	50	TEG 1 가성소다 1 IPA 6	이미다졸 0.1	6	200	0.64
3-3	60	50	TEG 6 가성소다 6 IPA 6	이미다졸 0.3	6	200	미검출

상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 PCBs 탈염소화 공정의 실 시예 1-1, 1-2, 1-3은 PCBs가 일정 농도 함유된 절연유에 가성소다와 이소프로필알콜, 이미다졸을 투입하여 PCBs의 탈염소화를 진행한 결과이며, 실시예 2-1, 2-2, 2-3은 PCBs 함유된 절연유에 이미다졸과 황산을 투입하여 PCBs의 탈염소화를 진행한 결과를 나타낸 것이고, 실시예 3-1, 3-2, 3-3은 PCBs에 가성소다와 이소프로필알콜, 이미다졸 및 TEG를 투입하여 PCBs의 탈염소화를 진행한 결과를 나타내고 있는 것이다.

따라서, 상기 반응 후 PCBs의 잔류치를 통해 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따라 이미다졸(Imidazole)을 탈염소 촉진제로서 사용함으로써 PCBs 탈염소화 공정을 수행하면 PCBs의 탈염소에 의한 제거 효과가 탁월함을 알 수 있다.

또한, 전술한 바와 같은 PCBs 탈염소화 공정에서와 같이 PCBs 함유 절연유에 있어서 PCBs를 탈염소화한 후, 이에서 더 나아가 탈염소화된 절연유를 재활용하기 위한 공정도 포함한다.

즉, S4 단계 후, 반응기 내부 온도를 사전설정된 제2온도로 냉각시켜 층분리를 유도하는 단계(S5)를 거친다. 사전설정된 제2온도는 예컨대 70℃일 수 있는데, 이와 같이 반응기 내부 온도를 사전설정된 제2온도로 낮추게 되면 반응기 내에서 상층부의 물질인 상등액과 하층부의 물질인 하등액으로 층분리가 일어난다. 여기서 상등액은 탈염소화된 절연유로서 이는 재활용이 가능한 절연유이다. 따라서 상등액을 재활용용 절연유 저장 탱크(30)로 배출시키는 단계(S6)를 거치게 된다. 반면, 하등액은 세척폐수이므로 레벨 게이지(18)로 그 양을 관찰하면서 폐기물 저장 탱크(40)로 배출시키는 단계(S7)를 거치게 된다. 물론 도 1에서는 S6 단계를 거친 후 S7 단계를 거치는 것으로 도시하고 있으나 이와 달리 S7 단계를 거친 후 S6 단계를 거칠 수도 있고 S6 단계와 S7 단계를 동시에 수행할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능함은 물론이다.

한편 반응기 내에서는 가스가 발생할 수 있는데, 이 가스는 이소프로필알콜(IPA) 등의 성분을 포함할 수 있으므로 응축기(50)를 이용하여 이소프로필알콜을 응축하여 재활용할 수 있도록 별도의 저비점물 저장드럼(52)에 저장할 수 있다. 그 외의 가스는 필터 등을 통과시킨 후 대기 중으로 배기시킨다.

이와 같은 본 실시예에 따른 PCBs 탈염소화 공정에 따르면, 절연유를 재활용할 수 있게 되어 자원의 낭비를 방지하면서도 환경오염을 획기적으로 저감할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 PCBs 탈염소화 공정에 의할 경우, 이미다졸을 탈염소화의 필수적인 반응 촉진제로 도입함으로써 고온 고압의 조건을 부여하지 않더라도 간소한 설비 및 장치에서 소량의 반응물 및 촉매를 투입하여 PCBs가 가진 염소를 효과적으로 분리해 낼 수 있을 뿐 아니라 또한 절연유를 재활용할 수 있게 되어 자원의 낭비를 방지하면서도 환경오염의 주범인 PCBs를 안정적, 효과적으로 처리해 낼 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCBs 탈염소화 공정을 개략적으로 도시하는 플로우챠트이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCBs 탈염소화 공정을 위한 PCBs 탈염소화 장치를 개략적으로 도시하는 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 반응기 12: 교반기

14: 열원 16: 투입구

18: 레벨 게이지 20: PCBs함유 폐절연유 저장탱크

30: 재활용용 절연유 저장탱크 40: 폐기물 저장탱크

50: 응축기 52: 저비점물 저장드럼

Claims

(a) 반응기에 이소프로필알콜(IPA)과, 가성소다분말을 투입하는 단계;

(b) 상기 반응기에 PCBs(polychlorinated biphenyls) 함유 절연유를 공급하는 단계;

(c1) 상기 반응기에 이미다졸(Imidazole)을 투입하는 단계;

(d) 상기 반응기 내부 온도를 사전설정된 제1온도로 상승시키는 단계;

(e) 반응기 내부 온도를 사전설정된 제2온도로 냉각시켜 층분리를 유도하는 단계;

(f) 상층부의 물질을 재활용용 절연유 저장 탱크로 배출시키는 단계; 및

(g) 하층부의 물질을 폐기물 저장 탱크로 배출시키는 단계;를 포함하고,

상기 사전설정된 제2온도는 70℃인 것을 특징으로 하는 PCBs 탈염소화 공정.
제1항에 있어서,

상기 (a) 단계 후 상기 반응기 내 온도가 60℃에 도달하면 상기 (b) 단계 및 상기 (c1) 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 PCBs 탈염소화 공정.
제1항에 있어서,

(c1)과 (d) 단계 사이에, (c2) 반응기에 글리콜을 투입하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PCBs 탈염소화 공정.
제3항에 있어서,

상기 글리콜은 모노에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 및 테트라에틸렌글리콜으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 PCBs 탈염소화 공정.
제1항에 있어서,

상기 사전설정된 제1온도는 150℃ 내지 250℃인 것을 특징으로 하는 PCBs 탈염소화 공정.
(b) 반응기에 PCBs(polychlorinated biphenyls) 함유 절연유를 공급하는 단계;

(c3) 상기 반응기에 이미다졸과 황산을 투입하는 단계; 및

(d) 상기 반응기 내부 온도를 사전설정된 제1온도로 상승시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCBs 탈염소화 공정.
제6항에 있어서,

상기 사전설정된 제1온도는 150℃ 내지 250℃인 것을 특징으로 하는 PCBs 탈염소화 공정.
제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

(e) 반응기 내부 온도를 사전설정된 제2온도로 냉각시켜 층분리를 유도하는 단계;

(f) 상층부의 물질을 재활용용 절연유 저장 탱크로 배출시키는 단계; 및

(g) 하층부의 물질을 폐기물 저장 탱크로 배출시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PCBs 탈염소화 공정.
제8항에 있어서,

상기 사전설정된 제2온도는 70℃인 것을 특징으로 하는 PCBs 탈염소화 공정.