KR20230155802A - 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드 처리장치와 이를 이용한 아세트알데히드 처리방법 - Google Patents
플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드 처리장치와 이를 이용한 아세트알데히드 처리방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드 처리장치와 이를 이용한 아세트알데히드 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제철소의 제강공정에서 발생되는 함철부산물 및 열병합발전소에서 발생되는 연소재를 이용하여 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 유증기의 온도를 저감시키면서 유증기 중에 함유된 아세트알데히드를 효과적으로 제거할 수 있는 처리장치와 이를 이용한 처리방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드 처리장치와 이를 이용한 아세트알데히드 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제철소의 제강공정에서 발생되는 함철부산물 및 열병합발전소에서 발생되는 연소재를 이용하여 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 유증기의 온도를 저감시키면서 유증기 중에 함유된 아세트알데히드를 효과적으로 제거할 수 있는 처리장치와 이를 이용한 처리방법에 관한 것이다.
플라스틱을 용융 및 압출하여 펠렛을 제조하는 압출공정에서 온도 65℃~75℃ 의 유증기 형태의 가스상 물질이 발생한다. 이러한 가스상 물질에는 악취를 발생시키는 휘발성유기화합물질인 아세트알데히드(acetaldehyde)가 다량 함유되어 있다.
따라서 플라스틱 압출공정에서 발생된 유증기가 대기중으로 그대로 유출되면 환경오염 문제 및 민원을 발생시킨다.
압출공정에서 발생되는 유증기는 온도(65℃~75℃)가 높아 기존의 여과 및 활성탄 흡착시설로는 알데히드 화합물의 효과적인 처리가 어렵다. 따라서 배기되는 유증기의 온도를 40℃~45℃로 낮춘 후 가스상 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 처리장치가 필요하다.
한편, 제철소 제강공정에서 많은 양의 함철부산물이 발생한다. 제강공정에서 발생되는 주요 함철부산물로서 제강로(전로)에서 고압 및 고순도의 산소를 주입하는 과정에서 발생되는 슬래그와, 집진시설에 의해 포집된 더스트가 있다. 이러한 함철부산물의 주성분의 함량은 Fe, CaO, SiO2, MgO, Al2O3 등의 순서로 높다. 이들은 Fe 함량이 높은 특성을 가지며, 일부는 CaO, MgO 성분도 함유되어 있다. 더스트와 슬래그의 주요성분들의 조성은 일 예로 아래와 같다.
| 폐기물 | Al203 | CaO | K2O | MgO | SiO2 | T-Fe | Zn | M-Fe | C | F | P | S | 수분 |
| 더스트 | 0.31 | 12.93 | 0.23 | 2.19 | 2.12 | 64.22 | 0.45 | 49.40 | 0.91 | 1.92 | 0.09 | 0.03 | - |
| 슬래그 | 0.14 | 0.42 | 0.07 | 0.05 | 0.62 | 71.91 | 0.01 | 3.38 | 0.08 | 1.17 | 0.01 | 0.03 | 4.0 |
한편, 열병합발전소는 황산화물의 배출을 막기 위해 석탄과 석회석을 혼소하고, 질산화물의 배출을 막기 위해 연소온도를 저온으로 유지하며 암모니아를 분무하므로 열병합발전소에서 발생되는 연소재는 그 화학적 특성이 일반 석탄화력발전소에서 발생하는 석탄재와 상이하다. 열병합발전소에서 발생되는 연소재의 주요성분들의 조성은 일 예로 아래와 같다.
| 항목 | SiO2(%) | Al2O3(%) | Fe2O3(%) | CaO(%) | TiO2(%) | MgO(%) | SO3(%) |
| 열병합발전소 연소재 | 24.5 | 10.8 | 1.5 | 51.3 | 0.1 | 11.3 | 0.5 |
열병합발전소에서 발생되는 연소재는 일반 석탄화력발전소에서 발생하는 석탄재에 비하여 상대적으로 CaO 함량이 높은 특성을 가지고 있다. 열병합발전소에서 발생되는 연소재는 재활용 분야가 고화재 또는 복토재로 매우 한정적이다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 더욱 상세하게는 제철소의 제강공정에서 발생되는 함철부산물 및 열병합발전소에서 발생되는 연소재를 이용하여 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 유증기의 온도를 저감시키면서 유증기 중에 함유된 아세트알데히드를 효과적으로 제거할 수 있는 처리장치와 이를 이용한 처리방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드 처리장치는 처리대상가스가 유입 및 유출가능한 처리관과; 상기 처리관을 통과하는 처리대상가스의 온도를 저감시키면서 처리대상가스 중의 아세트알데히드를 제거하기 위해 상기 처리관의 내부에 설치되는 제 1필터층;을 구비하고, 상기 제 1필터층은 제강공정에서 발생되는 함철부산물을 충진하여 형성시킨다.
상기 함철부산물은 슬래그와 더스트의 혼합물이다.
상기 처리관의 내부에 설치되어 상기 제 1필터층을 통과한 처리대상가스 중의 아세트알데히드를 추가로 제거하는 제 2필터층을 더 구비하고, 상기 제 2필터층은 열병합발전소에서 발생되는 연소재를 충진하여 형성시킨다.
상기 제 1필터층과 상기 제 2필터층 사이에 실리카겔을 충진한 형성시킨 실리카겔층을 더 구비한다.
그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드 처리방법은 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드가 함유된 처리대상가스를 제 1필터층으로 통과시켜 처리대상가스의 온도를 저감시키면서 처리대상가스 중의 아세트알데히드를 제거하는 단계와; 상기 제 1필터층을 통과한 처리대상가스를 제 2필터층으로 통과시켜 처리대상가스 중의 아세트알데히드를 추가로 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 제 1필터층은 제강공정에서 발생되는 함철부산물을 충진하여 형성시키며, 상기 제 2필터층은 열병합발전소에서 발생되는 연소재를 충진하여 형성시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명은 제철소의 제강공정 폐기물인 함철부산물(슬래그, 더스트)과 열병합발전소의 폐기물인 고칼슘의 연소재를 활용하여 플라스틱 압출공정에서 배기되는 가스의 온도 저감 및 아세트알데히드 가스를 효과적으로 감소 시킬 수 있다.
제강공정 폐기물은 대부분 매립 및 극히 일부 제한적으로 재이용되고 있으며, 열병합발전소의 연소재는 건설지반용 고화재 및 복토재로 사용되고 있는데, 본 발명은 이를 새롭게 응용하여 대기 및 악취오염가스물질 처리 분야에 유용하게 활용 가능한 기술을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 제철소 제강공정 폐기물과 열병합발전소의 연소재를 이용하므로 재료의 수급이 용이하고 제조원가를 절감할 수 있으며, 폐기물의 재자원화를 통해 자원순환 네트워크 및 탄소중립 실천에 크게 활성화가 가능한 장점을 갖는다.
도 1은 폐합성수지 및 폐플라스틱류를 이용하여 펠렛을 제조하기 위한 통상적인 공정을 나타낸 블록도이고,
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 아세트알데히드 처리장치의 모식도이고,
도 3은 본 발명의 다른 예에 따른 아세트알데히드 처리장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 아세트알데히드 처리장치의 모식도이고,
도 3은 본 발명의 다른 예에 따른 아세트알데히드 처리장치의 모식도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드 처리장치와 이를 이용한 아세트알데히드 처리방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 아세트알데히드 처리장치는 처리대상가스가 유입 및 유출가능한 처리관(10)과, 처리관(10)을 통과하는 처리대상가스의 온도를 저감시키면서 처리대상가스 중의 아세트알데히드를 제거하기 위해 처리관(10)의 내부에 설치되는 제 1필터층(11)을 구비한다.
처리관(10)은 처리대상가스가 연속적으로 유입 및 유출이 가능하도록 양측이 개방된 파이프 구조로 이루어진다. 처리관(10)의 상부로 처리대상가스가 유입되고, 처리관(10)의 하부로 처리대상가스가 유출된다. 처리관(10)은 금속, 세라믹, 석영, 합성수지 등의 소재로 형성될 수 있다.
제 1필터층(11)은 처리관(10)의 내부에 설치된다. 처리관(10)의 내부로 유입된 처리대상가스는 제 1필터층(11)을 통과한다. 처리대상가스는 제 1필터층(11)을 통과하면서 온도가 낮아지고, 처리대상가스 중의 아세트알데히드가 제거된다.
제 1필터층(11)은 제강공정에서 발생되는 입상의 함철부산물을 충진하여 형성시킨다. 함철부산물로 슬래그와 더스트를 들 수 있다.
제강공정에서 발생되는 제강 슬래그는 제강로(전로)에 고압 및 고순도의 산소를 주입하여 선철을 정련하여 불순물인 탄소, 인, 유황 등을 제거하는 과정 중에 발생하는 슬래그라는 점에서 고로 슬래그와 구분된다. 제강 슬래그는 주요 화학성분으로 산화철(Fe2O3), 산화칼슘(CaO), 실리카(SiO2) 등을 포함한다. 제강 슬래그는 평균 입경크기 400 내지 600㎛, 비표면적 2,500 내지 4,500㎠/g일 수 있다.
더스트는 제공공정의 집진시설에서 포집된 미세 분진이다. 더스트는 주요 화학성분으로 산화철(Fe2O3), 산화칼슘(CaO), 실리카(SiO2) 등을 포함한다. 더스트는 평균 입경크기는 20 내지 40㎛, 비표면적 300 내지 500㎠/g일 수 있다.
이와 같이 제강공정에서 발생되는 함철부산물은 주요성분인 철(Fe)의 함량이 높은 것이 특징이다. 함철부산물은 철 외에 CaO, SiO2, MgO, Al2O3 성분들을 함유한다. 이러한 함철부산물은 철(Fe) 함량이 높아 플라스틱 압출공정에서 배기되는 온도를 낮출수 있는 역할을 한다. 또한, 함철부산물에 함유된 다공성물질인 CaO, SiO2, MgO, Al2O3 성분은 아세트알데히드를 제거하는 역할을 한다.
제 1필터층(11)을 형성하기 위한 함철부산물로서 슬래그와 더스트 중 어느 하나를 이용하거나, 슬래그와 더스트가 혼합된 혼합물을 이용할 수 있다. 슬래그와 더스트를 혼합하여 사용할 경우 중량비로 1: 0.5~1.5의 비율로 혼합할 수 있다.
제 1필터층(11)을 지지하기 위해 처리관(10)의 내부에 지지체(13)(14)가 설치될 수 있다. 도시된 예에서 제 1필터층(11)의 하부에 하부지지체(13)가 설치되고, 제 1필터층(11)의 상부에 상부지지체(14)가 설치된다.
지지체는 처리대상가스는 통과시키되 함철부산물은 통과시키지 않은 소재로 형성된다. 가령, 지지체(13)(14)로 원판 형태의 유리섬유(glass wool)를 이용할 수 있다. 유리섬유는 용융 유리를 섬유상으로 만든 것으로서, 내열성과 내화학성, 내구성이 우수한 소재이다.
처리관(10)의 상부를 통해 처리대상가스를 유입시키면, 처리대상가스는 제 1필터층(11)을 통과하여 처리관(10)의 하부를 통해 유출된다.
처리대상가스는 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 가스이다. 이러한 처리대상가스는 유증기 형태로 발생된다. 본 발명은 처리대상가스 중의 아세트알데히드(acetaldehyde)를 제거한다.
플라스틱 압출 공정에서 발생하는 처리대상가스는 온도가 65℃~75℃이다. 이러한 온도의 처리대상가스는 제 1필터층(11)을 통과하면서 온도가 40℃~45℃로 낮추어진다. 이와 동시에 처리대상가스 중의 아세트알데히드가 제거된다.
본 발명의 다른 예에 따른 아세트알데히드 처리장치를 도 3에 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 아세트알데히드 처리장치는 제 2필터층(15)을 더 구비한다.
처리관(10)의 내부에는 제 1필터층(11), 제 2필터층(15)이 설치된다.
제 2필터층(15)은 제 1필터층(11)의 하부에 위치한다. 따라서 처리관(10) 상부로 유입된 처리대상가스는 제 1필터층(11)과 제 2필터층(15)을 순차적으로 통과하여 처리관(10)의 하부를 통해 유출된다. 처리대상가스 중의 아세트알데히는 제 1필터층(11)에서 1차로 제거되고, 제 2필터층(15)에서 추가적으로 제거된다.
제 2필터층(15)은 열병합발전소에서 발생되는 연소재를 충진하여 형성시킨다.
열병합발전소는 황산화물의 배출을 막기 위해 석탄과 석회석을 혼합하여 연소시켜 발전을 한다. 이때 연소시 질산화물의 배출을 막기 위해 연소온도를 저온으로 유지하면서 암모니아를 분무하므로 열병합발전소에서 발생되는 연소재는 일반 석탄화력발전소에서 발생하는 석탄재와 차이가 있다. 열병합발전소에서 발생되는 연소재는 일반 석탄화력발전소에서 발생하는 석탄재에 비하여 상대적으로 산화칼슘(CaO) 함량이 높은 특성을 가지고 있다.
열병합발전소에서 발생되는 연소재는 주요 화학성분으로 산화칼슘(CaO), 실리카(SiO2), 산화마그네슘(MgO), 산화알루미늄(Al2O3) 등을 포함한다. 연소재는 평균입경크기 480 내지 630㎛, 비표면적 4,000 내지 5,000㎠/g 일 수 있다. 연소재는 산화칼슘(CaO) 함량이 가장 높고, SiO2, MgO, Al2O3 성분이 많이 함유되어 있어 아세트알데히드를 제거하는 역할을 한다.
연소재는 발생장소에 따라 플라이애쉬(fly ash)와 바텀애쉬(bottom ash) 등으로 구분할 수 있다. 플라이애쉬는 보일러의 연소가스가 집진장치를 통과할 때 채취된 재이고, 바텀애쉬는 보일러 내에서 연소한 후 하부로 낙하된 비교적 입경이 큰 재이다. 연소재로 플라이애쉬와 바텀애쉬 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
제 1필터층(11)과 제 2필터층(15) 사이에는 실리카겔층(17)이 형성되는 것이 바람직하다. 실리카겔층(17)은 실리카겔을 충진하여 형성시킨다. 실리카겔층(17)은 미량의 수분 제어와 함께 처리대상가스 흐름의 채널링 현상을 막아 처리대상가스가 일정한 흐름을 유지하도록 하기 위함이다.
상부지지체(14)는 제 1필터층(11)의 상부에 설치되고, 하부지지체(13)는 제 2필터층(15)의 하부에 설치된다.
처리관(10)의 상부로 처리대상가스를 유입시키면, 처리대상가스는 제 1필터층(11)을 통과한다. 이때 처리대상가스는 제 1필터층(11)을 통과하면서 온도가 저감된다. 가령, 65℃~75℃의 처리대상가스는 제 1필터층(11)을 통과한 후 온도가 40℃~45℃로 낮아진다. 이와 함께 처리대상가스 중의 아세트알데히드가 1차로 제거된다.
다음으로, 제 1필터층(11)을 통과한 처리대상가스는 실리카겔층(17)을 통과한 후 제 2필터층(15)을 통과한다. 처리대상가스는 제 2필터층(15)을 통과하면서 아세트알데히드가 추가로 제거된다. 제 1 및 제 2필터층(11)(15)을 통과하면서 처리대상가스의 온도는 약 35.8~40.0% 감소, 아세트알데히드 가스 농도는 99.6~99.8%로 감소된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 제철소의 제강공정 폐기물인 함철부산물(슬래그, 더스트)과 열병합발전소의 폐기물인 고칼슘의 연소재를 활용하여 플라스틱 압출공정에서 배기되는 가스의 온도 저감 및 아세트알데히드를 효과적으로 감소 시킬 수 있다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명에 대해 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시 예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 하기의 실시 예로 한정하는 것은 아니다.
(실시예)
제강슬래그와 더스트는 광양제철소의 제강공정에서 발생된 것을 이용하였으며, 연소재는 한화열병합화력발전소에서 발생된 것을 이용하였다.
길이 1,000mm, 직경 100mm의 투명 석영관으로 이루어진 처리관의 내부에 두께 5mm의 유리섬유 소재의 하부 지지체를 배치한 후 그 위에 연소재를 충진하여 두께 70mm의 제 2필터층을 형성하였다. 그리고 제 2필터층 위에 실리카겔을 충진하여 두께 10mm의 실리카겔층을 형성하고, 그 위에 슬래그와 더스트를 1:1로 혼합한 혼합물을 충진하여 두께 60mm의 제 1필터층을 형성하였다. 그리고 제 1필터층 위에 두께 5mm의 유리섬유 소재의 상부 지지체를 배치하여 도 3과 같은 구조의 처리장치를 준비하였다.
처리관의 상부로 아세트알데히드가 함유된 시험가스를 유입시키고, 처리관의 하부로 유출시키는 연속순환방식으로 10분 동안 처리하였다. 시험가스의 초기 유입 농도는 7.02~7.21ppm, 유입 유량은 30~35cc/min으로 하였다.
실험은 3회 반복하여 수행하였다. 시험가스의 처리전후의 온도와 아세트알데히드 농도를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
| 시료 | 시험가스 온도(℃) | 아세트알데히드 농도(ppm) | |
| 시료 1 | 처리 전 | 68 | 7.21 |
| 처리 후 | 42 | 0.02 | |
| 시료 2 | 처리 전 | 75 | 7.58 |
| 처리 후 | 45 | 0.03 | |
| 시료 3 | 처리 전 | 65 | 7.02 |
| 처리 후 | 40 | 0.02 | |
상기 표 3의 결과를 참조하면, 처리 후 가스의 온도, 아세트알데히드의 농도가 감소한 것으로 나타났다. 특히, 가스의 온도는 35.8~40.0% 감소하였고, 아세트알데히드 농도는 99.6~99.8%로 크게 감소한 것으로 확인되었다.
따라서 본 발명은 제강공정에서 발생되는 폐기물인 함철부산물 및 열병합발전소에서 발생되는 연소재을 이용하여 플라스틱 압출공정에서 배기되는 유증기의 온도 감소와 아세트알데히드를 제거할 수 있는 것으로 나타났다. 특히, 본 발명은 플라스틱 압출공정에서 배기되는 아세트알데히드의 제거가 효과가 매우 높은 것으로 확인되었다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 처리관 11: 제 1필터층
13: 하부지지체 14: 상부지지체
15: 제 2필터층 17: 실리카겔층
13: 하부지지체 14: 상부지지체
15: 제 2필터층 17: 실리카겔층
Claims (5)
- 처리대상가스가 유입 및 유출가능한 처리관과;
상기 처리관을 통과하는 처리대상가스의 온도를 저감시키면서 처리대상가스 중의 아세트알데히드를 제거하기 위해 상기 처리관의 내부에 설치되는 제 1필터층;을 구비하고,
상기 제 1필터층은 제강공정에서 발생되는 함철부산물을 충진하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드 처리장치. - 제 1항에 있어서, 상기 함철부산물은 슬래그와 더스트의 혼합물인 것을 특징으로 하는 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드 처리장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 처리관의 내부에 설치되어 상기 제 1필터층을 통과한 처리대상가스 중의 아세트알데히드를 추가로 제거하는 제 2필터층을 더 구비하고,
상기 제 2필터층은 열병합발전소에서 발생되는 연소재를 충진하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드 처리장치. - 제 3항에 있어서, 상기 제 1필터층과 상기 제 2필터층 사이에 실리카겔을 충진한 형성시킨 실리카겔층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드 처리장치.
- 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드가 함유된 처리대상가스를 제 1필터층으로 통과시켜 처리대상가스의 온도를 저감시키면서 처리대상가스 중의 아세트알데히드를 제거하는 단계와;
상기 제 1필터층을 통과한 처리대상가스를 제 2필터층으로 통과시켜 처리대상가스 중의 아세트알데히드를 추가로 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 제 1필터층은 제강공정에서 발생되는 함철부산물을 충진하여 형성시키며, 상기 제 2필터층은 열병합발전소에서 발생되는 연소재를 충진하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 플라스틱 압출 공정에서 발생하는 아세트알데히드 처리방법.
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| KR20060036866A (ko) | 2004-10-26 | 2006-05-02 | 오석원 | 알데히드계 가스 제거용 흡착제 및 이의 제조 방법 |
| KR20120038805A (ko) | 2010-10-14 | 2012-04-24 | 주식회사 이에스티 | 알데히드가스 제거용 유기촉매-나노실리카의 제조방법 |
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