KR102518211B1 - 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치 및 이를 이용한 재생원료 생산방법 - Google Patents

폐분리막 스크랩 오일 추출 장치 및 이를 이용한 재생원료 생산방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬이온 이차전지의 분리막으로 사용되는 고밀도폴리에틸렌(high-density polyethylene, HDPE) 스크랩을 재생원료로 생산하기 위한 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치 및 이를 이용한 생산방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치는 파쇄된 스크랩이 투입되며, 상기 스크랩에 포함된 오일의 응고 방지온도 이상 상기 스크랩 용융온도 미만의 가열온도 범위에서 스크류에 의한 가압 방식으로 투입된 스크랩을 압출하면서 스크랩에 포함된 오일을 1차 제거하기 위한 제1추출수단 및 상기 제1추출수단으로부터 오일이 1차 제거된 스크랩이 투입되며, 스크류에 의한 이송시 열을 가하여 유증기를 생성하고, 생성된 유증기를 진공 흡입하여 스크랩에 포함된 나머지 오일을 제거하기 위한 제2추출수단이 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치는 가압 추출 방식의 제1추출수단과 진공추출 방식의 제2추출수단을 포함하도록 구성되어 다중으로 오일 추출이 이루어짐으로써 보다 순도 높은 고밀도폴리에틸렌의 재생이 이루어 질 수 있다.

Description

폐분리막 스크랩 오일 추출 장치 및 이를 이용한 재생원료 생산방법{ An oil extracted device of waste separation-membrane scrab and producing method of recyclates using the same }
본 발명은 리튬이온 이차전지의 분리막으로 사용되는 고밀도폴리에틸렌(high-density polyethylene, HDPE) 스크랩을 재생원료로 생산하기 위한 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치 및 이를 이용한 생산방법에 관한 것이다.
휴대폰이나 소형 전자제품 등의 모바일 IT 기기용으로 널리 사용되는 이차전지는 최근 대용량화 및 안정성 확보 기술이 발전하면서 전기자동차와 에너지저장장치(ESS) 등으로 적용분야가 확대되고 있으며, 시장 확대와 함께 이차전지의 재생기술에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.
한편, 이차전지를 구성하는 주요 물질인 양극재와 음극재, 전해질 및 분리막은 전체 생산원가의 절반 이상을 차지하고 있으며, 양극재, 분리막, 음극재, 전해질 순으로 원가 구성 비중이 높게 나타나고 있다.
상기와 같은 생산원가 비율을 반영하듯 종래 이차전지 기술 분야에서 소재의 재생이나 회수를 위한 기술은 주로 양극재를 구성하는 리튬이나 코발트 등의 고가금속의 회수 기술에 집중된 반면, 분리막을 포함한 나머지 주요 구성의 재생이나 회수를 위한 연구 개발은 상대적으로 낮게 나타나고 있다.
상기 분리막은 다공성 구조의 고분자막으로서 이온의 이동 통로를 제공할 뿐 아니라, 대전류가 흐를 경우 기공이 용해되어 회로를 차단하는 안전장치의 기능을 수행한다.
또한, 상기 분리막은 작동 온도에서 높은 이온 투과도와 낮은 전기 저항성을 가지고, 양극과 음극에 대한 절연성이 높으며, 전해질 용액에 대한 화학적 안정성 및 고용량화를 위한 고밀도 충진이 요구된다.
따라서, 상기와 같은 요구 특성을 만족시키기 위하여 분리막은 주로 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 물질로 제조되며, 제조시 폴리에틸렌 수지에 가소제로 파라핀 오일을 혼합하여 제조된다.
하지만, 상기와 같이 제조되는 분리막은 제조시 발생되는 스크랩이나 이차전지에 장착된 이후 회수된 분리막에 파라핀오일이 포함됨에 따라 지정폐기물로 분류되어 별도 처리가 요구된다.
따라서, 종래에는 분리막에 포함된 오일을 추출하기 위하여 폐분리막에 포함된 오일을 추출용제를 이용하여 용출하고, 이를 다시 원심분리기를 통해 분리하여 재활용하는 기술들이 개발된 바 있다.
일 예로, 대한민국 등록특허 10-1490814 B1“리튬이차전지용 폐분리막으로부터 합성수지와 오일을 분리하는 방법”에는 리튬이차전지 제조시 생기는 폐분리막을 회수하여 합성수지와 오일을 분리하고 재활용하는 방법이 게시된다.
도 1 은 종래 기술에 따른 폐분리막 재생처리 방법의 주요 구성인 원심분리기를 보인 도면으로, 상기 원심분리기는 모터(12)에 의해 회전하는 회전스크린 바스켓(10) 내부로 투입구(4)를 통해 파쇄된 분리막과 오일-추출용액 혼합액이 유입되도록 구성된다.
상기 회전스크린 바스켓(10)은 상광하협형의 다공망벽을 가지며, 상기 회전스크린 바스켓(10)의 상단 외주연에는 회전스크린 바스켓(10)으로부터 분리되어 나오는 폐수지를 수용하기 위한 오버플로우 수용부(20)가 더 구비된다.
그리고, 상기 투입구(4)의 중심에는 열풍공급구(6)가 구비되어 원심분리와 함께 열풍건조가 이루어질 수 있다.
한편, 상기와 같은 구조의 원심분리기가 회전하면 액상의 오일-추출용제 혼합액(14)은 회전스크린 바스켓(10)의 외부로 배출되어 토출구(16)을 통해 분리 배출된다.
그리고, 오일이 탈리된 폐분리막(18)은 상기 회전스크린 바스켓(10)의 형상과 원심력에 의해 오버플로우 수용부(20)를 통해 이송되며, 추가 건조 과정을 거친 이후 사일로와 같은 별도의 저장공간으로 이송되어 재활용 될 수 있다.
하지만, 상기와 같은 종래 기술에서는 폐분리막에 포함된 오일의 추출을 위해 추출용제를 투입하여 함침시키는 공정이 이루어지는데, 이와 같은 함침 공정의 경우 폐분리막에 포함된 오일이 충분히 용해되어 빠져나올 수 있도록 상당한 시간과 별도의 교반장치 등이 요구되며, 함침 시간을 충분히 확보하지 못한 경우에는 재생 불량이 발생하게 되는 문제점을 가진다.
또한, 추출용제 분리 이후 원심분리기 회전스크린 바스켓(10)에는 스크린 메쉬에 불순물이 잔존하게 되는데, 효과적인 원심분리를 위해서는 이와 같은 잔존 불순물을 제거하는 공정이 더 수행되어야 하는 불편함이 야기된다.
KR 10-1490814 B1
본 발명의 목적은 가압 및 진공 추출 방식을 이용하여 폐분리막에 포함된 오일을 분리하기 위한 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 폐분리막을 추출용제의 사용없이, 폐분리막에 포함된 오일을 추출하여 고밀도폴리에틸렌(HDPE)을 분리할 수 있는 재생원료 생산방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치는 파쇄된 스크랩이 투입되며, 상기 스크랩에 포함된 오일의 응고 방지온도 이상 상기 스크랩 용융온도 미만의 가열온도 범위에서 스크류에 의한 가압 방식으로 투입된 스크랩을 압출하면서 스크랩에 포함된 오일을 1차 제거하기 위한 제1추출수단 및 상기 제1추출수단으로부터 오일이 1차 제거된 스크랩이 투입되며, 스크류에 의한 이송시 열을 가하여 유증기를 생성하고, 생성된 유증기를 진공 흡입하여 스크랩에 포함된 나머지 오일을 제거하기 위한 제2추출수단이 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1추출수단에는 스크류 하우징 내부에 수용되어 투입되는 스크랩을 일방향으로 이송시키면서 가압하는 제1스크류와, 상기 제1스크류에 회전력을 제공하기 위한 제1구동부와, 상기 스크류 하우징에 구비되며, 고온의 유체가 수용되어 스크류 하우징 내부에 열을 가하는 온유자켓과, 상기 스크류 하우징의 단부에 구비되어 오일이 1차 제거된 스크랩이 토출되는 제1노즐이 포함되며, 상기 스크류 하우징에는 상기 제1노즐과 인접한 위치에 스크랩의 토출 방향과 다른 방향으로 오일을 배출하기 위한 하나 이상의 오일배출홀이 형성되고, 상기 스크류 하우징은 상기 온유자켓에 의해 100℃ 내지 120℃의 온도범위를 가지도록 가열되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1스크류는 스크랩 투입구로부터 제1노즐을 향할수록 직경이 증가하며, 하이드로 모터의 회전축과 연결되어 동기 회전하는 것을 특징으로 한다.
제 2 추출수단에는 상기 제1노즐로부터 토출되며, 오일이 1차 제거된 스크랩이 유입되는 호퍼와, 상기 호퍼를 통해 투입된 스크랩을 일방향으로 이송시키는 제2스크류와, 상기 제2스크류에 회전력을 제공하기 위한 제2구동부와, 상기 제2스크류가 내부에 수용되며, 스크류를 통해 이송되는 스크랩의 이송경로를 가열하기 위한 가열챔버와, 상기 가열챔버 일측에 구비되며, 이송중인 스크랩에서 발생되는 유증기의 토출경로를 형성하는 유증기토출부와, 상기 유증기토출부와 연결되어 상기 유증기를 진공흡입하기 위한 진공펌프가 포함되며, 상기 가열챔버에는 고주파 유도가열히터가 구비되어 일정 구간 이상 내부에 고른 열분포가 이루어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서 본 발명에 따른 재생원료 생산방법은 폐분리막 또는 분리막의 제조시 발생되는 스크랩이 절단되는 분쇄단계와, 상기 분쇄단계를 통해 절단된 폐분리막 또는 스크랩이 설정범위 이내의 크기를 가지는 스크랩으로 파쇄되는 파쇄단계와, 상기 파쇄단계를 통해 형성된 스크랩을 제1추출수단으로 투입하여 가압 압출하면서 스크랩에 포함된 오일이 1차 제거되는 제1추출단계와, 상기 제1추출단계를 통해 오일이 1차 제거된 스크랩이 제2추출수단으로 투입되어 이송되면서 가열되고, 스크랩에 남아있던 오일이 유증기로 형성되며, 형성된 유증기가 진공흡입되면서 나머지 오일이 제거된 스크랩이 토출되는 제2추출단계와, 상기 제2추출단계를 통해 나머지 오일이 제거된 스크랩이 일정 크기의 펠릿 형태로 절단되는 냉간절단단계와, 상기 냉간절단단계를 통해 절단된 펠릿이 건조 이송되는 이송 및 건조단계 그리고, 상기 이송 및 건조단계를 통해 건조된 펠릿이 저장장치로 이송되어 보관되는 저장단계를 포함하며, 상기 제1추출단계에서는 상기 스크랩에 포함된 오일의 응고 방지온도 이상 상기 스크랩 용융온도 미만의 가열온도 범위에서 스크류에 의한 가압 방식으로 투입된 스크랩이 압출되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1추출단계 및 제2추출단계는 처리용량에 따라 상기 제1추출수단과 제2추출수단을 복수개 구비하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 파쇄단계에서는 하이드로모터를 포함하는 파쇄장치에 의해 상기 스크랩의 크기가 3㎝ 미만으로 파쇄되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치는 가압 추출 방식의 제1추출수단과 진공추출 방식의 제2추출수단을 포함하도록 구성되어 다중으로 오일 추출이 이루어질 수 있다.
그리고, 제1추출수단의 경우 스크랩투입구로부터 노즐을 향할 수록 스크류의 직경이 크게 형성된다. 따라서, 투입된 스크랩이 노즐을 향할 수록 보다 강한 압력을 받게 되며, 압력에 비례하여 증가되는 열로 인해 오일 분리력이 증가하게 된다.
또한, 상기 스크류의 외측에 구비되는 스크류 하우징 내부에는 고온의 유체가 순환하는 온유자켓이 구비됨에 따라 스크류 압착 열과 온유자켓의 열에 의해 스크랩에 포함된 오일배출이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
게다가, 본 발명에 따른 스크랩 오일 추출 장치는 제1추출수단에 의해 처리된 스크랩을 다시 제2추출수단으로 이송하고, 제2추출수단에서는 고주파히터 및 스크류를 이용하여 이송과 함께 가열하여 유증기를 생성하며, 생성된 유증기를 진공흡입하여 1차 추출시 제거되지 않은 나머지 오일이 2차 추출에서 제거될 수 있도록 한다.
즉, 본 발명에 따른 폐분리막 스크랩 오일 추출장치는 다중 추출을 통해 보다 효과적으로 폐분리막 스크랩으로부터 오일을 추출할 수 있는 이점을 가진다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 재생원료 생산방법에서는 폐분리막에 포함된 오일의 추출이 압출과 진공추출 방식으로 이루어짐에 따라 투입된 폐분리막 스크랩에 포함된 오일을 실시간으로 추출할 수 있다. 따라서, 폐분리막 스크랩의 재생이 보다 빠르고 용이하게 이루어질 수 있는 이점을 가진다.
도 1 은 종래 기술에 따른 폐분리막 재생처리 방법의 주요 구성인 원심분리기를 보인 도면.
도 2 는 본 발명이 적용된 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 스크랩 재생 공정을 위한 설비 구성을 보인 도면.
도 3 은 본 발명의 요부구성인 제1추출수단의 일 실시 예를 보인 도면.
도 4 는 본 발명의 요부구성인 제2추출수단의 일 실시 예를 보인 도면.
도 5 는 본 발명에 따른 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 스크랩 재생 공정을 설명하기 위한 순서도.
도 6 은 본 발명이 적용된 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 스크랩 재생 공정에 따른 설비 구성의 다른 실시 예를 보인 도면.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 기재된다. 또한, 실시 예의 설명에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 설명을 간략히 하거나 생략하였으며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 일측에 “구비”,“연결”되거나, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 함께“형성”한다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소의 일측에 직접적으로 구비 또는 연결되거나 언급된 구성으로 형성할 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “구비”또는“연결”되거나, 또 다른 구성과 함께“형성”할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치는 폐분리막의 재생을 위한 설비 구성에 적용될 수 있으며, 폐분리막 또는 분리막 제조시 발생되는 스크랩에서 추출용제 없이 오일을 분리하도록 구성된다.
우선, 도 2 에는 본 발명이 적용된 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 스크랩 재생 공정을 위한 설비 구성을 보인 도면이 도시된다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 고밀도폴리에틸렌(이하‘HDPE’라 함) 분리 재생 설비에는 수거된 폐분리막을 절단하기 위한 분쇄장치(52)와, 분쇄된 스크랩을 설정크기 이내의 범위로 작고 일정하게 파쇄하는 파쇄장치(54)가 포함된다.
상기 분쇄장치(52)는 수거된 분리막을 복수의 컨베이어를 통해 공급받아 절단하기 위한 장치로, 상기 컨베이어는 분쇄장치(52)의 설치 높이에 따라 다단으로 구성될 수 있다.
본 실시 예에서는 상대적으로 낮은 경사도의 제1투입컨베이어(32)와 제1투입컨베이어(32) 대비 보다 높은 경사도를 가지는 제2투입컨베이어(34)를 통해 수거된 폐분리막이 분쇄장치(52)로 공급된다.
상기 분쇄장치(52)에서는 공급된 폐분리막을 절단하며, 절단된 폐분리막은 제1이송컨베이어(42)를 통해 파쇄장치(54)로 이송된다.
상기 파쇄장치(54)는 본 발명에 따른 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치의 오일 취출이 보다 효과적으로 이루어질 수 있도록 최종 입자의 크기를 설정범위로 파쇄한다.
본 실시 예에서 상기 설정범위는 3cm 미만이며, 이와 같은 입자 크기의 원활한 형성을 위해 적어도 상기 파쇄장치(54)는 하이드로모터를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 본 발명이 적용되는 재생설비에서는 본 발명의 오일 추출 효율을 높일 수 있도록 상기 분쇄장치(52) 및 파쇄장치(54)가 하이드로모터를 통한 고 토크 구조로 형성될 수 있으며 이를 바탕으로 파쇄된 입자를 보다 조밀하게 하여 압출 효율이 향상될 수 있다.
한편, 상기 파쇄장치(54)에 의해 제한된 입자크기로 파쇄된 스크랩은 제1배출컨베이어(56)로 토출되며, 상기 제1배출컨베이어(56)는 본 발명에 따른 폐분리막 스크랩 오일 추출장치(100)로 상기 스크랩을 이송한다.
상기 폐분리막 스크랩 오일 추출장치(100)는 전술한 바와 같이 폐분리막에 포함된 오일의 용출을 위한 추출약제를 사용하지 않고 오일을 추출하는 것으로 가압 방식의 제1추출수단(200)과 진공 방식의 제2추출수단(400)을 포함하여 구성된다.
상기 제1추출수단(200)과 제2추출수단(400)은 제3이송컨베이어(46)로 연결되어 1차 오일이 추출된 스크랩이 제2추출수단(400)으로 이송될 수 있다.
한편, 상기 제1추출수단(200) 및 제2추출수단(400)은 아래에서 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하며, 도 2에 도시된 나머지 재생설비를 먼저 설명하기로 한다.
상기 폐분리막 스크랩 오일 추출장치(100)에 의해 오일이 분리된 재생 스크랩은 냉간절단장치(60)를 통해 펠릿형상의 재생원료(recyclate)로 절단된다.
즉, 상기 냉간절단장치(60)는 상대적으로 높은 온도의 재생 스크랩을 소정 길이의 펠릿 형상의 재생원료로 절단하며, 절단된 재생원료는 유체를 이용하여 냉각 및 세척된다.
그리고, 상기와 같이 생성된 재생원료는 건조 및 이송장치로 이송된다.
상기 건조 및 이송장치는 이송배관(72)과 바이브레이터(74) 및 건조장치(76)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 상기 이송배관(72)을 따라 냉간절단장치(60)로부터 바이브레이터(74)로 재생원료가 이송되면 상기 바이브레이터(74)에서는 진동을 이용하여 수분을 1차 제거하며, 1차 수분이 제거된 재생원료는 다시 열풍 등을 발생시키는 건조장치(76)에 의해 건조된다. 그리고, 건조가 완료된 재생원료는 사일로와 같은 저장장치(80)로 이송되어 보관되어 필요시 이차전지 분리막의 제조를 위한 원료로 재공급될 수 있다.
이하, 상기와 같은 재생 설비에 적용되는 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치(100)에 대하여 설명한다.
우선, 도 3 에는 본 발명의 요부구성인 제1추출수단의 일 실시 예를 보인 도면이 도시된다.
상기 제1추출수단(200)은 상기 파쇄장치(54)에 의해 설정 범위 이내의 입자 크기로 파쇄된 스크랩이 투입되어 가압 압축 방식으로 스크랩에 포함된 오일을 1차 추출하도록 구성된다.
상세히, 상기 제1추출수단(200)은 중공형으로 형성되는 제1스크류 하우징(210)의 일측에 회전 동력을 제공하기 위한 제1구동부(220)가 구비되고, 타측에는 오일과 분리된 1차 추출스크랩이 압출되는 노즐(260)이 구비된다.
상기 제1구동부(220)는 보다 높은 토크의 압력을 발생시기 위하여 하이드로 모터로 구성될 수 있으며, 상기 제1구동부(220)의 회전축은 제1스크류 하우징(210) 내부에 구비되는 제1스크류(240)와 동기 회전하도록 결합된다.
상기 제1스크류 하우징(210)에는 파쇄된 스크랩이 내부공간으로 투입될 수 있도록 일측에 스크랩 투입구(212)가 형성되며, 적어도 상기 스크랩 투입구(212) 주변에는 고온의 유체가 저장되는 온유자켓(214)이 구비된다.
상기 온유자켓(214)은 제1스크류 하우징(210) 내부공간으로 투입되는 스크랩에 열을 가하여 오일 압출이 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 구성으로, 50℃ 내지 200℃ 까지 온도 가변이 가능하나 스크랩을 용융시키지 않으면서 가압 과정에서 오일의 응고를 방지하기 위하여 100℃ 내지 120℃의 온도범위로 운영된다.
즉, 본 발명이 재생하고자 하는 HDPE의 경우 녹는점이 120℃ 내지 140℃로 형성되며, 100℃ 이하에서는 오일이 응고되어 압출 시 오일 분리가 원활하게 이루어지지 않으며, 120℃를 초과할 경우 용융됨에 따라 상기와 같이 온유자켓(214)의 운용 온도범위를 설정하여 압출을 통해 용이하게 오일이 분리될 수 있도록 한다.
한편, 상기 제1스크류 하우징(210)에는 상기 제1노즐(260)과 인접한 위치에 하나 이상의 오일배출홀(216)이 형성된다.
상기 오일배출홀(216)은 상기 제1노즐(260)을 향한 가압력에 의해 파쇄된 스크랩이 압축되면서 발생되는 열과 상기 온유자켓(212)의 열에 의해 스크랩 내부의 오일이 녹아서 흘러내릴 때 이의 외부 배출을 위한 구성으로 상기 스크랩의 토출방향과 다른 방향에 위치된다.
즉, 상기 오일배출홀(216)은 가압에 의해 추출되는 오일이 스크랩과 함께 노즐의 제1토출단(264)를 통해 배출되는 것을 방지하면서 자중에 의해 배출될 수 있도록 제1스크류 하우징(210)의 가압 방향과 교차되는 방향에 형성되는 것이 바람직하며, 아래에서 설명할 제1스크류(240)의 형상을 고려하여 복수개가 등 간격으로 형성될 수 있다.
상기 제1스크류(240)는 회전바디의 외면에 나선 형상의 블레이드가 형성되어 회전 방향에 따라 내부에 투입되는 스크랩을 일방향으로 가압 이송시킨다.
그리고, 상기 제1스크류(240)는 도 3 에 도시된 바와 같이 상기 스크랩 투입구(212)와 인접한 위치의 직경“A”보다 상기 제1노즐(260)의 제1유입단(262)과 인접한 위치로 갈수록 직경“B, C”가 점점 더 크게 형성된다.
즉, 상기 제1스크류(240)의 직경은 A < B < C 와 같은 크기로 형성되며, 이로 인해 상기 제1스크류 하우징(210)의 내면과 제1스크류(240)의 회전바디간 이격 거리는 A 위치에서 C위치로 갈수록 점점 좁아지게 된다.
따라서, 상기 제1유입단(262)과 가까워질 수록 회전바디의 직경이 증가함에 따라 스크랩에 가해지는 압착력이 비례해서 증가하게 되고, 이로 인해 오일의 분리가 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1구동부(220)의 회전 속도를 파쇄된 스크랩의 투입량에 따라 가변시켜 실시간으로 대응할 수 있으므로 반복된 추출데이터를 기반으로 투입량과 회전수의 최적 조건을 산출할 수 있으며, 이를 바탕으로 생산효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기와 같은 구조로 파쇄된 스크랩에서 오일이 1차 분리된 스크랩은 상기 제2추출수단(400)으로 상기 제3이송컨베이어(46)에 의해 이송되어 나머지 오일이 추출된다.
상세히, 도 4 에는 본 발명의 요부구성인 제2추출수단의 일 실시 예를 보인 도면이 도시된다.
상기 제2추출수단(400)은 전술한 바와 같이 진공 방식으로 1차 오일이 추출된 스크랩에서 나머지 오일을 추출한다.
이를 위해, 상기 제2추출수단(400)에는 투입되는 스크랩의 이송을 위한 제2스크류(420)와, 상기 제2스크류(420)의 회전축과 동축결합되어 회전력을 제공하는 제2구동부(422), 상기 제2스크류(420)의 이동경로를 형성하면서 열을 가하여 유증기를 형성하는 가열챔버(440) 및 상기 가열챔버(440)를 통과하면서 생성되는 유증기를 진공압을 이용하여 외부로 배출시키기 위한 진공펌프(460)가 포함된다.
상세히, 상기 제2스크류(420)는 상기 제1추출수단(200)으로부터 공급되는 1차 오일 분리 스크랩을 상기 가열챔버(440)를 거쳐 제2토출단(426)으로 이송시키면서, 제2노즐의 제2토출단(426)을 통해 2차 오일 분리된 스크랩이 추출될 수 있도록 가압하는 기능을 수행한다.
이를 위해 상기 제2스크류(420)에 회전동력을 제공하는 제2구동부(422)의 경우에도 하이드로 모터로 구성되어 고 토크를 발생시켜 안정적인 가압 이송이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 가열챔버(440)는 상기 제2스크류(420)에 의해 이송되는 스크랩이 일정경로를 통해 가열되면서 유증기로 생성되는 공간을 형성하며, 이를 위해 상기 가열챔버(440) 내부에는 히터가 구비된다.
본 실시 예에서 상기 히터는 고주파 유도가열히터로 가열챔버(440) 내부에 고른 열분포가 이루어질 수 있도록 하며, 일정 구간 이상 가열되면서 생성된 유증기의 배출을 위해 상기 가열챔버(440) 일측에는 유증기토출부(442)가 마련된다.
상기 유증기토출부(442)는 상기 가열챔버(440) 보다 좁은 단면적으로 가지며, 일측에 유증기의 배출을 위한 토출홀(441)이 형성된다.
그리고, 상기 토출홀(441)에는 상기 진공펌프(460)에서 생성한 음압을 인가하기 위한 흡입챔버(462)가 흡입배관(464)을 통해 연결된다.
따라서, 상기 토출홀(441)을 통해 상기 가열챔버(440)에서 생성된 유증기가 상기 흡입챔버(462) 및 흡입배관(464)을 통해 진공펌프(460)로 추출될 수 있다.
상기와 같이 진공 흡입 방식으로 오일이 2차 추출된 스크랩은 상기 제2노즐의 제2토출단(426)을 통해 토출되며, 2회에 걸쳐 오일이 추출된 스크랩은 전술한 바와 같이 냉간절단장치(60) 및 건조 및 이송장치를 통해 펠릿 형상으로 가공되어 저장장치(80)에 재생원료로 저장된다.
즉, 본 발명에 따른 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치(100)는 가열가압에 의해 스크랩에 포함된 오일을 1차 추출하고, 스크랩에 잔존하는 나머지 오일은 고주파 유도가열을 통해 유증기로 형성하여 진공 흡입 방식으로 제거하도록 구성된다.
따라서, 상기와 같은 구조의 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치(100)를 재생원료 생산 공정에 적용할 경우 보다 고순도의 HDPE를 안정적으로 대량 생산할 수 있다.
도 5 에는 본 발명에 따른 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 스크랩 재생 공정을 설명하기 위한 순서도가 도시되고, 도 6 에는 본 발명이 적용된 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 스크랩 재생 공정에 따른 설비 구성의 다른 실시 예를 보인 도면이 도시된다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 재생원료 생산방법은 폐분리막 또는 분리막의 제조시 발생되는 스크랩이 절단되는 분쇄단계와 상기 분쇄단계를 통해 절단된 폐분리막 또는 스크랩이 설정범위 이내의 크기를 가지는 스크랩으로 파쇄되는 파쇄단계가 먼저 수행된다.
상기 분쇄단계 및 파쇄단계는 전술한 바와 같이 토크 안정성을 확보하여 보다 조밀한 파쇄입자 크기를 형성하기 위하여 하이드로 모터로 구성되는 분쇄장치(52)와 파쇄장치(54)에 의해 수행된다.
그리고, 상기 파쇄단계를 통해 형성된 스크랩은 상기 제1추출수단(200)으로 투입되어 가압 압출되면서 스크랩에 포함된 오일이 1차 제거되는 제1추출단계가 수행된다.
또한, 상기 1차 추출단계에서는 제1스크류(240)를 통한 가압과 함께 온유자켓(214)에 의한 가열이 함께 이루어지며, 스크랩이 용해되지 않고 스크랩에 포함된 오일이 응고되지 않는 온도범위로 온유자켓(214)의 운전을 제어함으로써 안정적인 오일 추출이 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 제1추출단계를 통해 오일이 1차 제거된 스크랩은 제2추출수단(400)으로 투입되어 유증기로 형성되어 진공 흡입 방식으로 추출되는 제2추출단계가 수행된다.
상기 제2추출단계에서는 1차추출단계에서 제거되지 못하고 스크랩에 남아있던 오일이 가열챔버(440)를 통과하면서 유증기로 형성되고, 형성된 유증기는 진공펌프(600)에 의해 추출되며, 오일이 제거된 스크랩이 토출된다.
한편, 상기 제1추출단계 및 제2추출단계는 처리용량에 따라 상기 제1추출수단(200)과 제2추출수단(400)을 복수개 구비하여 병렬 처리될 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 재생원료 생산방법에서는 파쇄장치(54)에 의해 파쇄된 스크랩을 복수의 제1추출수단(200)으로 나누어 공급하며, 복수의 제1추출수단(200)으로 이송된 스크랩은 1차 오일이 추출된 이후 제1추출수단(200)과 제2추출수단(400)으로 이송되어 2차 추출이 이루어진다.
이때, 상기 제1추출수단(200)과 제2추출수단(400)은 서로 대응되는 갯수로 구비될 수 있으나, 상기 제2추출수단(400)의 처리용량이 제1추출수단(200) 보다 높을 경우 처리용량과 비례하여 제2추출수단(400)의 설치 갯수는 가변될 수 있다.
한편, 상기 제2추출단계를 통해 오일이 제거된 이후에는 토출된 스크랩이 일정 크기의 펠릿 형태로 절단되는 냉간절단단계가 수행된다.
즉, 상기 냉간절단단계에서는 펠릿 형태로 절단하면서 냉각 유체를 통해 절단된 형태가 경화되고, 세척되어 재생원료의 형상이 형성된다.
상기와 같이 형성된 펠릿 형상의 재생원료는 다시 이송 및 건조단계를 통과하면서 수분이 제거되며, 수분이 제거된 재생원료는 저장장치(80)로 이송되어 보관되는 저장단계를 거쳐 재생원료의 생산이 완료된다.
100..... 폐분리막 스크랩 오일 추출장치 200..... 제1추출수단
210..... 제1스크류 하우징 220..... 제1구동부
240..... 제1스크류 260..... 제1노즐
400..... 제2추출수단 420..... 제2스크류
440..... 가열챔버 460..... 진공펌프

Claims (7)

  1. 파쇄된 스크랩이 투입되며, 상기 스크랩에 포함된 오일의 응고 방지온도 이상 스크랩 용융온도 미만의 가열온도 범위에서 스크류에 의한 가압 방식으로 투입된 스크랩을 압출하면서 스크랩에 포함된 오일을 1차 제거하기 위한 제1추출수단 및
    상기 제1추출수단으로부터 오일이 1차 제거된 스크랩이 투입되며, 스크류에 의한 이송시 열을 가하여 유증기를 생성하고, 생성된 유증기를 진공 흡입하여 스크랩에 포함된 나머지 오일을 제거하기 위한 제2추출수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 폐분리막 스크랩 오일 추출장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1추출수단에는,
    스크류 하우징 내부에 수용되어 투입되는 스크랩을 일방향으로 이송시키면서 가압하는 제1스크류와,
    상기 제1스크류에 회전력을 제공하기 위한 제1구동부와,
    상기 스크류 하우징에 구비되며, 고온의 유체가 수용되어 스크류 하우징 내부에 열을 가하는 온유자켓과,
    상기 스크류 하우징의 단부에 구비되어 오일이 1차 제거된 스크랩이 토출되는 제1노즐이 포함되며,
    상기 스크류 하우징에는 상기 제1노즐과 인접한 위치에 스크랩의 토출 방향과 다른 방향으로 오일을 배출하기 위한 하나 이상의 오일배출홀이 형성되고,
    상기 스크류 하우징은 상기 온유자켓에 의해 100℃ 내지 120℃의 온도범위를 가지도록 가열되는 것을 특징으로 하는 폐분리막 스크랩 오일 추출장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1스크류는 스크랩 투입구로부터 제1노즐을 향할수록 직경이 증가하며, 하이드로 모터의 회전축과 연결되어 동기 회전하는 것을 특징으로 하는 폐분리막 스크랩 오일 추출장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 제 2 추출수단에는,
    상기 제1노즐로부터 토출되며, 오일이 1차 제거된 스크랩이 유입되는 호퍼와,
    상기 호퍼를 통해 투입된 스크랩을 일방향으로 이송시키는 제2스크류와,
    상기 제2스크류에 회전력을 제공하기 위한 제2구동부와,
    상기 제2스크류가 내부에 수용되며, 스크류를 통해 이송되는 스크랩의 이송경로를 가열하기 위한 가열챔버와,
    상기 가열챔버 일측에 구비되며, 이송중인 스크랩에서 발생되는 유증기의 토출경로를 형성하는 유증기토출부와,
    상기 유증기토출부와 연결되어 상기 유증기를 진공흡입하기 위한 진공펌프가 포함되며,
    상기 가열챔버에는 고주파 유도가열히터가 구비되어 일정 구간 이상 내부에 고른 열분포가 이루어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 폐분리막 스크랩 오일 추출장치.
  5. 폐분리막 또는 분리막의 제조시 발생되는 스크랩이 절단되는 분쇄단계;
    상기 분쇄단계를 통해 절단된 폐분리막 또는 스크랩이 설정범위 이내의 크기를 가지는 스크랩으로 파쇄되는 파쇄단계;
    상기 파쇄단계를 통해 형성된 스크랩을 제1추출수단으로 투입하여 가압 압출하면서 스크랩에 포함된 오일이 1차 제거되는 제1추출단계;
    상기 제1추출단계를 통해 오일이 1차 제거된 스크랩이 제2추출수단으로 투입되어 이송되면서 가열되고, 스크랩에 남아있던 오일이 유증기로 형성되며, 형성된 유증기가 진공흡입되면서 나머지 오일이 제거된 스크랩이 토출되는 제2추출단계;
    상기 제2추출단계를 통해 나머지 오일이 제거된 스크랩이 일정 크기의 펠릿 형태로 절단되는 냉간절단단계;
    상기 냉간절단단계를 통해 절단된 펠릿이 건조 이송되는 이송 및 건조단계; 그리고,
    상기 이송 및 건조단계를 통해 건조된 펠릿이 저장장치로 이송되어 보관되는 저장단계;를 포함하며,
    상기 제1추출단계에서는,
    상기 스크랩에 포함된 오일의 응고 방지온도 이상 상기 스크랩 용융온도 미만의 가열온도 범위에서 스크류에 의한 가압 방식으로 투입된 스크랩이 압출되는 것을 특징으로 하는 재생원료 생성방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1추출단계 및 제2추출단계는 처리용량에 따라 상기 제1추출수단과 제2추출수단을 복수개 구비하여 수행되는 것을 특징으로 하는 재생원료 생성방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 파쇄단계에서는 하이드로모터를 포함하는 파쇄장치에 의해 상기 스크랩의 크기가 3㎝ 미만으로 파쇄되는 것을 특징으로 하는 재생원료 생성방법.
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