KR20180138188A - Recovery method of d-limonene by fast pyrolysis of waste tire and pyrolysis oil distillation and oil thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디-리모넨을 회수하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐타이어를 급속열분해하여 액상 생성물인 폐타이어 열분해 오일을 생산한 후, 상기 열분해 오일의 감압 분별증류를 통해 디-리모넨을 회수할 수 있는 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법 및 이를 이용하여 회수된 오일에 관한 것이다.The present invention relates to a method for recovering di-limonene, and more particularly, to a method for recovering di-limonene by rapid thermal decomposition of a waste tire to produce a waste tire thermal decomposition oil as a liquid product, Limonene recovery through waste tire quick pyrolysis and pyrolysis oil distillation, and recovered oils using the same.
폐타이어는 고분자 화학물질에 해당하는 폐기물로서, 인류의 산업 활동 증대에 따른 자동차 수의 급증으로 인하여 발생량이 해마다 증가하고 있으며, 이에 따른 처리 문제가 심각하게 대두되고 있다. 또한 국내의 폐타이어 관리는 생산자 책임 재활용 제도(Extended Producer Responsibility, 이하 "EPR"이라 함)를 통해 과거의 임의 처리방식에서 의무 처리로 전환되고 있는 추세이다.Waste tires are wastes equivalent to polymer chemicals, and the amount of waste generated is increasing year by year due to the increase of automobile number due to the increase of industrial activities of mankind. In addition, domestic waste tire management is shifting from obsolete processing to obligation processing through Extended Producer Responsibility (EPR).
한편, 국내 폐타이어 재활용은 매립 시 부피가 크고 생분해에 많은 시간이 소요되는 단점으로 인하여 매립지를 확보하는데 어려움을 겪고 있기 때문에 대부분 열적 재활용에 의존하고 있으나, 상기 열적 재활용은 추가적인 유해물질의 배출로 오염을 발생시키므로 친환경적이지 못하며, 폐열을 열원으로만 이용하는 제한적인 용법이라는 한계가 있다.On the other hand, the domestic recycling of waste tires is largely bulky at the time of landfilling and it takes a long time for biodegradation, and thus it is difficult to secure a landfill site. Therefore, most of them rely on thermal recycling. However, It is not environmentally friendly, and there is a limit to the limited use of waste heat as a heat source.
이에 따라 이러한 문제점들은 폐타이어를 안정적이고 경제적으로 재생에너지화할 수 있는 기술 개발의 중요성을 부각시키는 계기를 형성하였다.Accordingly, these problems have created an opportunity to highlight the importance of developing a technology that can stably and economically regenerate waste tires.
폐기물을 에너지원으로 이용하는 기술인 열화학적 전환공정은 일반적으로 산소 양에 따라 연소, 가스화 및 열분해로 구분하며, 그 중 열분해 공정은 무산소 조건에서 반응온도 400~600 ℃로 간접 가열하여 고분자 물질의 분해를 통해 주로 액상 생성물인 열분해 오일을 얻어내는 기술로서, 연소 반응과 달리 대기오염 배가스 및 분진 등의 오염물질 발생량이 적은 친환경적인 처리 기술이다. The thermochemical conversion process, which is a technology using waste as an energy source, is generally divided into combustion, gasification and pyrolysis depending on the amount of oxygen. Among them, the pyrolysis process indirectly heats at 400 ~ 600 ℃ in anaerobic condition. Is a technology to obtain pyrolysis oil, which is mainly a liquid product, and it is an eco-friendly treatment technology which generates pollutants such as air pollution flue gas and dust unlike a combustion reaction.
폐타이어는 열적으로 분해하여 액상(열분해 오일), 고상(카본블랙(Carbon black), 철심), 가스상(합성가스) 등의 유용물질을 회수할 수 있는데, 상기 유용물질은 추가적인 정제 공정을 거친다면 부가가치가 더 높은 물질로 재사용이 가능하며, 합성가스 경우 스팀 및 전기 등을 생산할 수 있는 연료로 사용된다는 점에서 자원회수 측면에서 높은 경제적 효과를 기대할 수 있다. The waste tires can be thermally decomposed to recover useful substances such as liquid (pyrolysis oil), solid (carbon black, iron core), gas phase (synthesis gas), etc. If the useful substance is subjected to an additional purification process It can be reused as a higher value added material, and in the case of syngas, it is used as a fuel that can produce steam and electricity.
또한, 폐타이어 열분해 오일은 방향족 화합물, 질소/산소함유 화합물이 포함된 다양한 유기화합물로 이루어져 있으며, 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 리모넨(limonene) 등과 같은 고부가가치 탄화수소를 포함하고 있다. 이 중 상기 열분해 오일 내 포함되어 있는 디-리모넨(d-limonene)은 천연재료인 레몬이나 오렌지 껍질에서 추출한 디-리모넨과 화학식(C10H16)이 동일한 특성을 지니는데, 이는 산업용 세정제로서 산업 전반적으로 이용되고 있으며, 전량 수입되고 있는 디-리모넨을 일부 대체할 수 있을 것으로 판단된다.The pyrolysis oil of the waste tire is composed of various organic compounds including an aromatic compound and a nitrogen / oxygen-containing compound, and is a high-value hydrocarbon such as benzene, toluene, xylene, limonene, . The d-limonene contained in the pyrolysis oil has the same characteristics as the d-limonene extracted from lemon or orange peel, which is a natural material, and the chemical formula (C 10 H 16 ) And it is considered that some of the imported d-limonene can be partially substituted.
따라서 고부가가치 물질인 디-리모넨을 회수하기 위해 폐타이어를 급속열분해 할 수 있는 폐타이어 전용 급속열분해 반응기의 개발이 절대적으로 필요한 실정이며, 폐타이어 열분해 오일 내 함유되어 있는 디-리모넨을 회수 할 수 있는 감압 분별증류(fractional distillation) 특성을 가진 장치의 개발이 필요한 실정이다. Therefore, it is absolutely necessary to develop a rapid pyrolysis reactor dedicated to waste tires that can rapidly pyrolyze waste tires to recover di-limonene, which is a high-value-added substance. (Fractional distillation) is required to develop a device having the characteristic of fractional distillation.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 우선 폐타이어의 급속열분해 공정 기술 및 열분해 오일 내 디-리모넨의 회수 기술 개발을 통하여 폐타이어를 급속열분해하여 액상 생성물인 폐타이어 열분해 오일을 생산한 후, 상기 열분해 오일의 감압 분별증류를 통해 디-리모넨을 회수하는 방법을 제공함으로써 폐자원으로부터 상품성 있는 제품을 생산할 수 있는 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법 및 이를 이용하여 회수된 오일을 제공하는 것을 목적으로 한다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a process for producing a waste tire by subjecting waste tires to rapid pyrolysis through development of rapid pyrolysis process technology of waste tires and recovery technology of di- Limonene recovery method using waste tire rapid thermal cracking and pyrolysis oil distillation capable of producing a commercial product from waste resources by providing a method of recovering di-limonene through reduced-pressure fractional distillation of the pyrolysis oil, And to provide recovered oil.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 폐타이어를 이용한 디-리모넨 제조 시스템을 이용한 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법은, (a)폐타이어를 원뿔형 분사층 반응기 내에 투입하여 급속열분해 시키는 단계와, (b) 상기 반응기 내에서 급속열분해로 얻어진 가스를 응축해 폐타이어 열분해하여 오일을 추출하는 단계와, (c) 상기 (b)단계에서 추출된 오일을 감압 분별증류하여 디-리모넨을 회수하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.A method for recovering di-limonene by pyrolysis oil distillation using a di-limonene manufacturing system using waste tires according to an embodiment of the present invention includes the steps of (a) charging a waste tire into a conical spray layer reactor (B) condensing the gas obtained by the rapid pyrolysis in the reactor to pyrolyze waste tires to extract oil; and (c) separating the oil extracted in the step (b) - recovering the limonene.
(a)단계는 시료 정량 투입장치에 의하여 상기 원뿔형 분사층 반응기 내로 공급하는 단계를 더 포함하고, 급속열분해는 400 내지 700 ℃의 온도 범위에서 수행되고, 상기 원뿔형 분사층 반응기 내 응축 가스는 2초 이내에 외부로 배출되는 단계를 더 포함한다.wherein the step (a) further comprises feeding into the conical spray bed reactor by means of a sample dosing device, wherein the rapid pyrolysis is carried out in a temperature range of 400 to 700 ° C, and the condensation gas in the conical spray bed reactor To the outside.
또한, (a)단계는 급속열분해의 종료 후 가스, 모래 및 카본블랙은 상기 원뿔형 분사층 반응기 외부로 배출되고, 상기 모래 및 카본블랙은 사이클론을 통해서 가스와 분리되는 단계를 더 포함할 수 있다.Further, in the step (a), after completion of the rapid pyrolysis, the gas, the sand and the carbon black may be discharged to the outside of the conical spray layer reactor, and the sand and the carbon black may be separated from the gas through the cyclone.
상기 (c) 단계의 분별증류는 96 내지 175 ℃의 온도 범위에서 수행되고, 60 내지 760 mmHg의 압력 범위에서 수행된다.The fractional distillation of step (c) is carried out at a temperature ranging from 96 to 175 캜, and is carried out at a pressure ranging from 60 to 760 mmHg.
또한, 상기 (c) 단계에서 발생한 증기를 분별 컬럼 상부에 구비한 딤로드 환류 냉각기로 응축시킨 후 환류 효과를 위해서 응축된 액상 생성물을 분별 컬럼으로 재순환시키는 단계를 더 포함하게 구성할 수 있음은 물론이다.Further, it is possible to further comprise a step of recirculating the condensed liquid product to the fractionation column for the reflux effect after condensing the vapor generated in the step (c) with a dim-rod reflux condenser provided on the fractionation column to be.
?편, 폐타이어를 이용한 디-리모넨 제조 시스템은D-limonene manufacturing system using waste tires
유동사를 이용하여 투입된 폐타이어의 급속열분해 반응을 진행시키는 원뿔형 분사층 반응기와, 상기 원뿔형 분사층 반응기 상부에 구비된 폐타이어를 공급하는 시료 정량 투입장치와, 상기 원뿔형 분사층 반응기의 내외부 및 반응기에 주입되는 가스를 가열하는 가열기와, 상기 원뿔형 분사층 반응기 일측에 결합되어 카본블랙을 배출하는 카본블랙 배출구와, 상기 원뿔형 분사층 반응기로부터 배출되는 폐타이어의 열분해 가스, 카본블랙, 모래를 전달받아 열분해 가스에 함유된 카본블랙 및 모래를 포집하는 사이클론과, 상기 사이클론에서 카본블랙이 제거된 열분해 가스 내 폐타이어 열분해 오일을 응축 및 포집시키는 응축기와 전기 집진기와, 폐타이어 급속열분해 시스템으로부터 대상 시료를 전달받아 감압 분별증류를 통하여 증류물질을 추출하는 디-리모넨 회수장치를 포함할 수 있다.A conical spray layer reactor for carrying out a rapid thermal decomposition reaction of waste tires introduced using a fluidized bed; a sample dosing device for supplying a waste tire provided in the upper part of the conical spray layer reactor; A carbon black discharge port connected to one side of the conical spray layer reactor for discharging carbon black, and a pyrolysis gas, carbon black and sand of a waste tire discharged from the conical spray layer reactor A condenser and an electrostatic precipitator for condensing and collecting the waste tire thermal decomposition oil in the pyrolysis gas from which the carbon black has been removed from the cyclone and an electrostatic precipitator for collecting the carbon black and the sand contained in the pyrolysis gas, Distillation material is extracted through vacuum fractionation distillation It is D-limonene may comprise a recovery unit.
또한, 분사층 반응기는 높이에 따라 단면적이 증가하는 역 원뿔형 구조이고, 상기 카본블랙 배출구는 상기 원뿔형 분사층 반응기 내부에 설치하여 개구부가 위 방향을 향한 채로 높이가 조절된다.In addition, the spray layer reactor has an inverted conical structure in which the cross-sectional area increases with height, and the carbon black outlet is installed inside the conical spray layer reactor, and the height thereof is adjusted while the opening portion is directed upward.
또한, 상기 시료 정량 투입장치에서 시료가 투입되기 위한 배출구는, 상기 분사층 반응기 내고체 입자층 상단으로 시료를 배출하기 위해 아래 방향을 향하도록 구비된다.In addition, the discharge port through which the sample is injected in the sample quantitative dosing device is directed downward to discharge the sample to the upper end of the solid particle layer in the spray layer reactor.
또한, 상기 원뿔형 분사층 반응기 하부 가스 입구에 공급되는 가스는 유량계와 레귤레이터에 의해서 가스 유량을 제어하며, 상기 원뿔형 분사층 반응기 내의 가스 유속을 조절하는 것을 특징으로 한다.Also, the gas supplied to the gas inlet of the conical spray layer reactor is characterized by controlling the gas flow rate by the flow meter and the regulator, and regulating the gas flow rate in the conical spray layer reactor.
한편, 상기 디-리모넨 회수방법에 따라 제조된 오일은 수율이 50 wt.% 이상이고, 오일 발열량이 42MJ/kg(10,000 kcal/kg) 이상이고, 오일의 수분 함량이 5 wt.% 이하인 것을 특징으로 한다.On the other hand, the oil produced according to the di-limonene recovery method has a yield of 50 wt.% Or more, an oil calorific value of 42 MJ / kg (10,000 kcal / kg) or more and a water content of oil of 5 wt. .
따라서, 본 발명의 일실시예에 의한 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법 및 이를 이용하여 회수된 오일은 폐타이어 급속열분해 과정에서 발생하는 카본블랙을 효과적으로 배출할 수 있어서 급속열분해의 성능을 향상 시키므로 디-리모넨 생산을 위한 폐타이어 열분해 오일을 높은 수율 및 향상된 품질로 제조할 수 있다는 장점이 있다. Therefore, the method for recovering di-limonene by the rapid pyrolysis of waste tire and the pyrolysis oil distillation according to an embodiment of the present invention and the oil recovered using the method can effectively discharge carbon black generated in the waste tire rapid pyrolysis process, The pyrolysis performance can be improved and the pyrolysis waste tire for producing di-limonene can be produced with high yield and improved quality.
또한, 본 발명에 따른 폐타이어 급속열분해 시스템에서 발생하는 유용자원 중 하나인 열분해 오일은 디-리모넨의 회수를 위한 목적 이외에도 보일러, 발전용 연료로 이용 가능하며, 카본블랙은 고무보강제, 플라스틱 제조 및 흡착제 등의 원료로서 이용 가능하므로 폐자원의 재활용 측면에서 매우 우수하다. In addition, the pyrolysis oil, which is one of useful resources generated in the waste tire rapid thermal decomposition system according to the present invention, can be used as a fuel for boiler and power generation in addition to the purpose of recovering di-limonene, and carbon black can be used as a rubber reinforcing agent, It can be used as a raw material for an adsorbent and the like, and is thus excellent in terms of recycling waste resources.
한편, 본 발명에 따라 제조된 열분해 오일이 감압 분별증류 공정을 거치게 되면 압력이 감소할 때 액체 본래의 끓는점보다 낮은 온도에서도 증류할 수 있게 되므로 열에너지 소요량을 줄일 수 있고 증류장치 내부의 열전달율을 증가시킬 수 있다. On the other hand, when the pyrolysis oil produced according to the present invention is subjected to the reduced pressure fractionation step, distillation can be performed at a temperature lower than the original boiling point of the liquid when the pressure is lowered, thereby reducing the amount of heat energy required and increasing the heat transfer rate inside the distillation apparatus .
또한, 본 발명에 따르면 폐타이어를 이용한 디-리모넨 제조 시스템은 원가 경쟁력이 높기 때문에 오렌지 추출 디-리모넨보다 가격 경쟁력이 높을 것으로 판단되며, 이에 따라 기존 산업용 세정제로 사용되는 오렌지 추출 디-리모넨의 전량 수입을 일부 대체하여 사용할 수 있어 경제적이다.According to the present invention, the d-limonene manufacturing system using waste tires is more cost competitive than the orange extract di-limonene because of its high cost competitiveness. Accordingly, the total amount of the orange extract di-limonene used as the conventional industrial detergent It is economical because it can be used as a partial substitute for income.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐타이어를 이용한 디-리모넨 제조 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐타이어 급속열분해 시스템 구성을 보다 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 분별증류 장치 개념도를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디-리모넨 회수장치의 구성을 보다 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 5는 실험 1에 따라 반응온도 조건으로 폐타이어를 급속열분해하여 생산한 생성물질의 수율을 나타낸 것이다.
도 6은 실험 1에 따라 반응온도 조건으로 폐타이어를 급속열분해하여 생산한 열분해 오일의 수분함량, 발열량, 점도를 나타낸 것이다.
도 7은 실험 1에 따라 질소가스의 입구속도 조건으로 폐타이어를 급속열분해하여 생산한 생성물질의 수율을 나타낸 것이다.
도 8은 실험 1에 따라 질소가스의 입구속도 조건으로 폐타이어를 급속열분해하여 생산한 열분해 오일의 수분함량, 발열량, 점도를 나타낸 것이다.
도 9는 실험 1에 따라 시료의 투입속도 조건으로 폐타이어를 급속열분해하여 생산한 생성물질의 수율을 나타낸 것이다.
도 10은 실험 1에 따라 시료의 투입속도 조건으로 폐타이어를 급속열분해하여 생산한 열분해 오일의 수분함량, 발열량, 점도를 나타낸 것이다.
도 11은 실험 1에 따라 폐타이어를 급속열분해하여 생산한 열분해 오일의 GC/MS 분석을 나타낸 것이다.
도 12는 실험 2에 따라 증류시간 변화에 따른 디-리모넨 회수장치의 효율을 나타낸 것이다.
도 13은 실험 2에 따라 증류시간 변화에 따른 폐타이어 열분해 오일의 GC/MS 분석을 나타낸 것이다.1 is a block diagram schematically showing a di-limonene manufacturing system using a waste tire according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a waste tire rapid thermal decomposition system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 is a view showing a conceptual diagram of a fractionation device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of a de-limonene recovery apparatus according to an embodiment of the present invention in more detail.
FIG. 5 shows the yield of the product produced by rapid pyrolysis of a waste tire under the reaction temperature condition according to
6 shows the moisture content, calorific value and viscosity of the pyrolysis oil produced by the rapid thermal decomposition of the waste tire under the reaction temperature condition according to
FIG. 7 shows the yield of the product produced by rapid pyrolysis of a waste tire under an inlet velocity condition of nitrogen gas according to
8 shows the moisture content, the calorific value and the viscosity of the pyrolysis oil produced by rapid pyrolysis of a waste tire under an inlet velocity condition of nitrogen gas according to
9 is a graph showing the yield of a product produced by rapid pyrolysis of a waste tire under the condition of the input rate of the sample according to
10 shows the moisture content, the calorific value and the viscosity of the pyrolysis oil produced by rapid pyrolysis of the waste tire under the input rate condition of the sample according to
Fig. 11 shows GC / MS analysis of pyrolysis oil produced by rapid thermal decomposition of waste tire according to
12 shows the efficiency of the di-limonene recovery apparatus according to the variation of distillation time according to
13 is a GC / MS analysis of the pyrolysis oil of the waste tire according to the distillation time change according to
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이지, 본 발명이 실시예들에 의해서 제한되거나 한정되는 것을 의도하지 않는다. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following examples are intended to assist the understanding of the present invention, and the present invention is not intended to be limited or limited by the embodiments.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐타이어를 이용한 디-리모넨의 제조 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐타이어 급속열분해 시스템 구성을 보다 구체적으로 나타낸 구성도이다.FIG. 1 is a schematic view showing a system for producing di-limonene using a waste tire according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic view showing a structure of a waste tire rapid thermal decomposition system according to an embodiment of the present invention, Fig.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 폐타이어의 급속열분해 시스템은 급속열분해 기술을 이용하여 고분자화합물 또는 혼합물로부터 열분해 오일을 제조하는 장치이다. Referring to FIGS. 1 and 2, a rapid pyrolysis system for a waste tire according to an embodiment of the present invention is an apparatus for producing pyrolysis oil from a polymer compound or a mixture using a rapid pyrolysis technique.
본 발명의 디-리모넨을 회수하는 방법은 폐타이어의 급속열분해 시스템은 급속열분해 기술을 이용하여 a) 폐타이어를 이용한 디-리모넨 제조 시스템을 개발하는 단계와 b) 폐타이어를 원뿔형 분사층 반응기 내에 투입해 급속열분해 시키는 단계와 c) 상기 반응기 내에서 급속열분해로 얻어진 가스를 응축해 폐타이어 열분해 오일을 추출하는 단계 및 d) 상기 추출된 오일을 감압 분별증류하여 디-리모넨을 회수하는 단계를 포함하여 이루어지게 할 수 있다. The method for recovering di-limonene according to the present invention comprises the steps of: a) developing a di-limonene manufacturing system using a waste tire, using a rapid thermal decomposition technique, and b) introducing waste tires into a conical spray layer reactor And c) condensing the gas obtained by the rapid pyrolysis in the reactor to extract pyrolysis oil of waste tire; and d) recovering di-limonene by subjecting the extracted oil to reduced-pressure fractional distillation .
한편, 급속열분해 공정에서 반응이 이루어지는 반응기는 전체 공정의 핵심이라 할 수 있으며, 반응기의 종류에 따라 공정 및 열분해 생성물의 특성이 변화한다. 급속열분해 시 요구되는 조건으로는 1,000~10,000 ℃/s의 빠른 가열속도, 500 ℃의 열분해 반응온도, 1~2초 이내의 열분해 생성물 체류시간으로 이를 실현 시킬 수 있는 새로운 형태의 열분해 반응기 개발에 많은 연구가 진행되었다. 일반적으로 현재 개발되어서 사용 중인 반응기는 기포유동층, 순환유동층, 분사층, 원추형, 나선형 형태의 반응기가 있다. 이 중 본 발명의 일실시예에 따른 반응기는 분사층 반응기를 이용하였다. On the other hand, the reactor in which the reaction is performed in the rapid pyrolysis process is the core of the whole process, and the characteristics of the process and the pyrolysis product change depending on the kind of the reactor. Conditions required for rapid pyrolysis include rapid heating rates of 1,000 to 10,000 ° C / s, pyrolysis temperature of 500 ° C, and pyrolysis product retention time of 1 to 2 seconds. Research has been conducted. Generally, the reactors currently being developed and in use include a bubble fluidized bed, a circulating fluidized bed, a sprayed bed, a conical, and a spiral type reactor. The reactor according to an embodiment of the present invention uses a spray layer reactor.
도 1에 나타난 바와 같이 상기 분사층 반응기는 높이에 따라서 단면적이 증가하는 역 원뿔형 구조를 가지고 있다. 원뿔형 분사층 급속열분해 반응기는 열 및 물질전달이 우수하고, 일반적으로 이용되는 기포유동층 반응기보다 불규칙하고 점착성이 높은 물질도 운전이 가능하기 때문에 입자 분쇄에 소요되는 에너지를 절감할 수 있다. 또한 원뿔형 분사층 반응기는 내부에 분산판이 없기 때문에 유동층 반응기보다 압력 손실량이 적으므로 연속 운전에 적합하며, 희박상 분사층 영역에서는 반응기 내 짧은 체류시간으로 인하여 높은 열전달율을 가지므로 액상 생성물의 수율이 유동층 반응기보다 높은 이점을 지니고 있다. As shown in FIG. 1, the spray layer reactor has an inverted conical structure in which the cross-sectional area increases with height. The conical spray layer rapid pyrolysis reactor is excellent in heat and mass transfer and can operate irregular and highly viscous materials as compared with commonly used bubbling fluidized bed reactors, thus saving energy required for particle grinding. In addition, the conical spray layer reactor is suitable for continuous operation because it has less pressure loss than the fluidized bed reactor because there is no dispersion plate in the conical spray layer, and because of the short retention time in the reactor in the lean phase spray layer region, Which has a higher advantage than the reactor.
본 발명에 따른 폐타이어 급속열분해 시스템은 원뿔형 분사층 반응기(10), 반응기 상단에 결합되는 시료 정량 투입장치(20), 가열기(30), 사이클론(40), 응축기(50), 전기 집진기(60)를 포함할 수 있다.
The waste tire rapid pyrolysis system according to the present invention includes a conical
원뿔형 분사층 반응기(10)는 가열기(30)을 통해 고온의 가스를 주입받고, 고온의 유동사를 이용해 내외부의 가열호 시료 정량 투입장치(20)로부터 공급된 시료를 급속열분해 시키는 장치이다. 또한, 상기와 같이 시료가 급속열분해 되면, 시료로부터 오일 미스트가 함유된 열분해 가스가 생성될 수 있다. 원뿔형 분사층 반응기(10) 측면에는 열분해 가스가 배출되는 가스 배출구가 형성될 수 있다.
The conical
시료 정량 투입장치(20)는 원뿔형 분사층 반응기(10)의 상부에 설치되어 원뿔형 분사층 반응기(10) 내부로 시료를 공급하는 구성이다. 한편, 공급되는 시료는 고분자 화합물질 및 혼합물과 같은 다양한 형태의 재료가 사용될 수 있다.
The sample
가열기(30)는 원뿔형 분사층 반응기(10) 하부와 외부에 설치되어 공급되는 가스 및 원뿔형 분사층 반응기(10) 외부를 가열하는 구성이다. 한편, 가열기(30)는 상기 구성 조건을 만족한다면 다양한 형태의 가열기가 사용될 수 있다.
The
원뿔형 분사층 반응기(10) 내부 유동사를 가열시킬 수 있는 가열기(30)에 의해 고온의 가스를 반응기 하부의 가스 입구를 통해 주입하게 되는데, 이때 유량계(80)와 레귤레이터에 의해 주입되는 가스 유량을 제어하며, 이에 따라 원뿔형 분사층 반응기(10) 내의 가스 유속을 조절한다.
The high temperature gas is injected through the gas inlet of the lower portion of the reactor by the
사이클론(40)은 사이클론 현상을 이용하여 원뿔형 분사층 반응기(10)의 배출구를 통해 배출되는 열분해 가스 내의 이물질을 제거하는 장치이다. 일반적으로 사이클론에 의해 제거되는 이물질은 폐타이어의 급속열분해시 생성되는 카본블랙이 대표적이다. 또한, 사이클론(40)은 필요에 따라 복수 개가 연속적으로 배치될 수 있으며, 이에 따라 원뿔형 유동층 반응기(10)에서 배출된 열분해 가스는 복수 개의 사이클론에 의해 단계적으로 처리될 수 있다.
The
본 발명에서는 원뿔형 분사층 반응기(10) 일측에 결합되어 있는 카본블랙 배출구(70)를 통하여 층으로 분리된 카본블랙을 제거하고, 이후 여기서 걸러지지 않은 미세 카본블랙을 상기 사이클론(40)을 이용하여 제거한다. 한편, 급속열분해 반응기를 연속적으로 운전하기 위해서는 시료인 폐타이어가 급속열분해 된 후 생성되는 카본블랙을 배출하여야 한다. 이를 위하여 카본블랙 배출구(70)를 원뿔형 분사층 반응기(10) 내부에 설치하고, 개구부가 위로 향한채로 높이가 조절되도록 구비되어 카본블랙을 더 효과적으로 분리 배출시킨다.
In the present invention, the carbon black separated by the layer is removed through the carbon
이와 같이, 본 발명에서는 열분해 오일의 제조 과정에서 악영향을 끼치는 카본블랙을 효율적으로 제거하고, 폐타이어 열분해 오일의 품질을 저하시키는 카본블랙을 효율적으로 제거할 수 있다. As described above, in the present invention, it is possible to efficiently remove carbon black that adversely affects the production process of the pyrolysis oil and efficiently remove the carbon black that degrades the quality of the pyrolysis oil of the waste tire.
응축기(50)는 카본블랙 배출구(70) 및 사이클론(40)에서 카본블랙이 제거된 열분해 가스를 응축시켜 열분해 오일을 추출하는 장치로서, 일반적인 열교환기 구조로 형성될 수도 있고, 응축기(50)가 열분해 가스에 응축유를 직접 접촉시켜 열분해 오일을 응축시키는 구조로 형성될 수도 있다.
The
전기 집진기(60)는 응축기(50)에서 배출되는 비응축성 열분해 가스를 전기 집진하여 상기 비응축성 열분해 가스에 함유된 액적 상태의 열분해 오일을 포집한다.
The
미설명부호 90은 송풍기를 110은 진공 펌프를 의미한다.
도 4의 본 발명의 일실시예에 따른 디-리모넨 회수장치(100)의 구성을 보다 구체적으로 나타낸 구성도와 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 디-리모넨 제조 시스템은 감압 분별증류 기술을 이용해 급속열분해를 통해 추출된 폐타이어 열분해 오일로부터 디-리모넨을 회수하는 장치이다.
1, a di-limonene manufacturing system according to an embodiment of the present invention includes a
일반적으로 원료에서 정유 성분을 추출하는 방법은 침지법, 용매 추출법, 증류법, 초임계 추출법 등이 있다. 그 중 증류법은 정유 성분이 적게 함유된 물질이라도 다른 추출 방법들에 비하여 평균적으로 짧은 시간에 높은 수율의 정유 성분을 얻을 수 있다는 이점이 있으며, 석유와 같은 액상 원료의 이용에 용이하다. 이에 따라 본 발명에서는 일실시예에 따라 감압 분별증류(fractional distillation)를 이용하였다. In general, the method of extracting the essential oil component from the raw materials includes a dipping method, a solvent extraction method, a distillation method, and a supercritical extraction method. Among them, the distillation method is advantageous in that it can obtain a high yielding essential oil component in a short time on average in comparison with other extraction methods even in the case of a material containing a small amount of essential oil components, and is easy to use a liquid raw material such as petroleum. Accordingly, the present invention uses fractional distillation according to one embodiment.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 분별 증류 장치의 개념도를 도시하는 도면이다. 3 is a view showing a conceptual view of a fractionation device according to an embodiment of the present invention.
분별증류는 액체 유기 화합물인 혼합물을 가열하여 혼합물의 일부 성분이 증기상으로 상변화한 후 냉각시켜서 응축현상에 의해 증기를 다시 액체상으로 변환시키는 과정을 의미하며, 두 가지 이상 물질들로 이루어진 혼합물에서 각각의 물질은 고유한 끓는점(boiling point)이 존재한다는 원리를 이용한다. Fractional distillation refers to a process in which a mixture of liquid organic compounds is heated to convert a portion of the mixture into a vapor phase, followed by cooling to convert the vapor back into a liquid phase by condensation, Each material uses the principle that there is a unique boiling point.
감압 증류는 대기압 상태에서 가지는 액상 물질 고유의 끓는점 온도가 압력이 감소하면 압력과 같이 점차 낮아지는 원리를 이용한 것으로, 압력이 감소할 때 액체의 고유한 기존 끓는점보다 낮은 온도에서도 증류할 수 있기 때문에 열에너지 소요량을 줄일 수 있고 증류장치 내부 열전달율을 증가시킬 수 있는 이점을 가지고 있다. Decompression distillation is based on the principle that the boiling point temperature inherent to the liquid material at atmospheric pressure is gradually lowered as the pressure decreases. Since the distillation can be performed at a temperature lower than the inherent boiling point of the liquid when the pressure is reduced, It is possible to reduce the required amount and increase the heat transfer rate in the distillation apparatus.
본 발명에 따른 디-리모넨 회수장치(100)는 히팅 맨틀을 통해 증류 플라스크의 내외부를 가열하여 공급된 원료인 폐타이어 열분해 오일을 감압 분별증류 시키는 장치이다. 또한, 상기와 같이 원료가 분별증류 되면, 원료에서 디-리모넨이 함유된 증기가 생성될 수 있다.
The di-
한편, 디-리모넨 함유 증기는 분별 컬럼 내의 패킹(packing)에 의해 액체상으로 다시 상전이가 이루어지는데, 이때 증류 플라스크에서 기화되어 올라오는 다른 증기상 물질의 에너지에 의해 재기화 및 혼합물의 분리가 일어나면서 순도가 높아지게 된다. On the other hand, the di-limonene-containing vapor is phase-reversed to the liquid phase by packing in the fractionation column, where the regeneration and the separation of the mixture occur due to the energy of the other vapor phase coming up in the distillation flask The purity becomes high.
이와 같이, 본 발명에서는 디 리모넨 회수 시 반복적인 상전이를 통해 기체의 순도를 높이고, 이를 응용하여 다량의 물질이 혼합되어 있을 때 그 특성에 따라 최종 목표 물질을 단계별로 나누어 획득할 수 있다. As described above, in the present invention, it is possible to increase the purity of the gas through repetitive phase transition upon recovery of the dithymonane, and to obtain the final target material by dividing the final target material according to the characteristics when a large amount of materials are mixed.
한편, 상기 분별 컬럼 일측에 결합된 리비히(liebig) 냉각기는 반복적인 상전이를 거친 디-리모넨 함유 증기를 응축시켜 증류물질로 회수하며, 상기 분별 컬럼 상부에 결합된 딤로드(dimroth) 환류 냉각기는 환류(reflux) 효과를 위해 일부 증기를 응축시킨 후 하부의 분별 컬럼으로 액상 물질을 회수한다. Meanwhile, a liebig cooler coupled to one side of the fractionation column condenses the di-limonene-containing vapor that has undergone repetitive phase transformation to recover as a distillate, and a dimroth reflux condenser coupled to the fractionation column has reflux some steam is condensed for the reflux effect and the liquid material is recovered to the lower fractionation column.
본 발명의 다른 일 측면은 폐타이어 열분해 오일 제조방법에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a method for producing waste tire pyrolysis oil.
먼저 본 발명의 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법은 (a)폐타이어를 원뿔형 분사층 반응기 내에 투입하여 급속열분해 시키는 단계와 (b)상기 반응기 내에서 급속열분해로 얻어진 가스를 응축해 폐타이어 열분해 오일을 추출하는 단계 그리고 (c)상기 추출된 오일을 감압 분별증류하여 디-리모넨을 회수하는 단계를 포함한다.The method for recovering di-limonene from waste tire rapid pyrolysis and pyrolysis oil distillation according to the present invention comprises the steps of: (a) introducing a waste tire into a conical spray layer reactor to rapidly pyrolyze the pyrolysis product; and (b) And (c) recovering the di-limonene by subjecting the extracted oil to fractional distillation under reduced pressure.
먼저, 단계 (a)에서 폐타이어는 시료 정량 투입장치(20)을 통하여 원뿔형 분사층 반응기(10)로 공급된다. 상기와 같이 시료가 원뿔형 분사층 반응기(10) 내부로 공급되면, 이를 급속열분해하여 응축가스, 비응축가스, 카본블랙을 발생시키게 된다.First, in step (a), the waste tire is supplied to the conical
단계 a에서의 급속열분해는 400 내지 700 ℃의 온도 범위에서 수행될 수 있으며 상세하게는 400 내 550 ℃ 온도 범위에서 수행될 수 있다. 상기 열분해 시 온도가 400 ℃ 미만인 경우 또는 700 ℃ 초과인 경우에는 최종적으로 제조되는 폐타이어 열분해 오일의 수율이 낮아 불리할 수 있다. The rapid pyrolysis in step a can be carried out in a temperature range of 400 to 700 ° C and more specifically in a temperature range of 400 to 550 ° C. If the temperature at the pyrolysis is lower than 400 ° C or higher than 700 ° C, the yield of pyrolysis oil of waste tire to be finally produced may be low, which is disadvantageous.
한편, 상기 원뿔형 분사층 반응기(10) 내 응축 가스의 체류시간은 2초 이내로 수행되어야 한다. 상기 체류시간이 2초를 초과하는 경우에는 응축 가스의 2차 반응이 발생하여 불리할 수 있다.
Meanwhile, the retention time of the condensed gas in the conical
한편, 상기 급속열분해의 종료 후 가스, 모래 및 카본블랙 등이 원뿔형 분사층 반응기(10) 외부로 배출되고, 상기 모래 및 카본블랙은 사이클론을 통해서 가스와 분리된다. 한편, 상기 모래 및 카본블랙으로부터 분리된 열분해 가스는 응축기로 전달되며, 상기 응축기 내에서 응축되어 열분해 오일로 얻어진다(단계 b).
After completion of the rapid pyrolysis, gas, sand and carbon black are discharged to the outside of the conical
본 발명의 다른 일 측면은 폐타이어 열분해 오일로부터 디-리모넨 제조방법에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a method for producing di-limonene from waste tire thermal cracking oil.
우선, 상기 급속열분해 시스템에서 추출된 폐타이어 열분해 오일을 디-리모넨 회수장치(100)에 투입하고 분별증류 한다(단계 c).
First, the waste tire pyrolysis oil extracted from the rapid pyrolysis system is introduced into the di-
한편, 상기 디-리모넨 회수장치(100)의 원료가 담긴 플라스크부를 가열하여 폐타이어 열분해 오일을 분별증류 시키며, 이에 따라 상기 분별증류는 디-리모넨의 끓는점인 175 ℃ 온도 조건에서 수행될 수 있다.
On the other hand, the flask portion containing the raw material of the di-
한편, 상기 디-리모넨 회수장치(100) 내 압력은 대기압 조건(760 mmHg)에서 60 mmHg로 감압하였으며, 이에 따라 상기 분별증류는 감압 조건에 따른 디-리모넨 끓는점인 96 ℃ 온도 조건으로 수행하였다.
The pressure in the di-
한편, 상기 분별증류 종료 후 폐타이어 열분해 오일 내 일부 물질은 증기상으로 상변화되어 냉각기로 전달되며, 상기 냉각기 내에서 응축되어 증류물질로 얻어진다. On the other hand, after finishing the fractional distillation, some of the substances in the pyrolysis oil of the waste tire are phase-changed into vapor phase and transferred to the cooler, which is condensed in the cooler to obtain a distillate.
이상으로 설명한 디-리모넨 제조방법에 따르면, 분별증류에 앞서 대상 시료를 급속열분해하는 과정을 거침으로써 고상 물질인 폐타이어를 액상 생성물인 폐타이어 열분해 오일로 상변화할 수 있으므로 분별증류 시 반응 표면적이 최대화할 수 있기에 빠른 기화 속도를 가지게 된다. According to the di-limonene production method described above, since a subject sample is subjected to a rapid pyrolysis process prior to fractional distillation, waste tires, which are solid substances, can be phase-changed into pyrolysis oil of waste tire, which is a liquid product, So that it has a faster vaporization rate.
또한, 본 발명에 따라 폐타이어가 급속열분해 공정을 거치게 되면, 도 5 내지 도 11 각각에 나타낸 바와 같이 반응온도, 질소가스 입구속도, 시료의 투입속도에 따라 얻어지는 폐타이어 열분해 오일의 수율, 에너지 밀도, 수분 함량, 발열량, 점도 분석의 결과를 고찰하여, 디-리모넨의 생산을 위한 폐타이어 열분해 오일의 최적 조건을 도출하였다. When the waste tire is subjected to the rapid pyrolysis process according to the present invention, as shown in each of FIGS. 5 to 11, the yield of the pyrolysis oil of the waste tire obtained according to the reaction temperature, the nitrogen gas inlet velocity, , Moisture content, calorific value, and viscosity of the tire were investigated to determine the optimum condition of pyrolysis waste tire for the production of di - limonene.
한편, 본 발명에 따라 폐타이어 열분해 오일을 이용하여 감압 분별증류 공정을 가지게 되면, 도 13에 나타난 바와 같이 얻어지는 증류물질 내 디-리모넨이 함유되어 있는 것을 확인할 수 있다. On the other hand, when the decompression fractional distillation process is carried out using the pyrolysis oil waste tire according to the present invention, it can be confirmed that di-limonene is contained in the obtained distillate as shown in FIG.
상술한 바와 같이 본 발명의 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법 및 이를 이용하여 회수된 오일에 의하면, 원가 경쟁력이 높기 때문에 오렌지 추출 디-리모넨보다 가격 경쟁력이 높을 것으로 판단되며, 이에 따라 기존 산업용 세정제로 사용되는 오렌지 추출 디-리모넨의 전량 수입을 일부 대체하여 사용할 수 있어 경제적이다.As described above, the method of recovering di-limonene from the waste tire rapid thermal decomposition and pyrolysis oil distillation of the present invention and the oil recovered by using the method are believed to be more cost competitive than the orange extract di-limonene because of its high cost competitiveness Therefore, it is economical to replace some of the imported orange extract di-limonene which is used as the conventional industrial cleaning agent.
실시예Example
실험 1: 폐타이어의 급속열분해Experiment 1: Rapid thermal decomposition of waste tire
본 발명의 급속열분해를 위하여 대상 시료는 승용차용 타이어(Passenger Car Tire, 이하 PCT) 스크랩을 사용하였다. For the rapid thermal decomposition of the present invention, Passenger Car Tire (PCT) scrap was used as a target sample.
먼저, PCT 스크랩 시료에 대한 물리-화학적 특성을 분석하기 위하여, 거름체 1.00 mm와 2.00 mm로 1~2 mm 크기로 선별하였다. 선별된 PCT 스크랩은 수분 0.65 wt.%, 휘발분 67.59 wt.%, 고정탄소 25.16 wt.%, 회분 6.61 wt.% 였으며, 고위 발열량은 35.69 MJ/kg 이었다. First, to analyze the physico-chemical properties of PCT scrap samples, we have selected 1.00 mm and 2.00 mm size of 1 ~ 2 mm. The selected PCT scrap was 0.65 wt.% Moisture, 67.59 wt.% Volatile matter, 25.16 wt.% Fixed carbon, 6.61 wt.% Ash and 35.69 MJ / kg calorific value.
한편, 급속열분해 장치는 원뿔형 분사층 반응기를 이용하였으며, 열분해 반응에 의해 생성되는 가스 및 시료 정량 투입장치로 유동매질인 유동사가 역류하는 현상을 방지하기 위하여 일정량의 질소를 주입하였다. 또한, 반응기 하부에는 고체 입자층이 분사되는 적정 영역을 형성하기 위한 질소를 투입하여 무산소 분위기를 유지하였다. The rapid pyrolysis unit used a conical spray layer reactor and a certain amount of nitrogen was injected in order to prevent the backflow of the fluidized bed, which is a flow medium, to the gas and the sample dosing device produced by the pyrolysis reaction. In the lower part of the reactor, nitrogen was added to form an appropriate area for spraying the solid particle layer, and an oxygen-free atmosphere was maintained.
실험은 열분해 생성물의 수율과 품질에 영향을 줄 것으로 판단되는 요소인 열분해 반응온도 400, 450, 500, 550 ℃ 조건과, 질소 입구속도 1.10, 1.27, 1.44 m/s 조건 및 시료 투입속도 8.33, 16.67, 25.00 g/min 조건에서 각각의 실험을 수행하였다. The experimental conditions were pyrolysis reaction temperatures of 400, 450, 500 and 550 ℃, nitrogen inlet rates of 1.10, 1.27 and 1.44 m / s, and sample feed rates of 8.33 and 16.67 , And 25.00 g / min, respectively.
시료 저장고에 채워진 대상 시료는 시료 정량 투입장치를 이용해 원뿔형 분사층 반응기 내부로 이송되었으며, 각각의 실험 조건에서 급속열분해 되었다. 급속열분해 종료 후 빠른 열전달에 의해 분해되어 생성된 합성 가스 및 고체 미립자는 사이클론을 통과하게 되는데, 이때 고체 미립자는 사이클론으로 포집되고 합성 가스는 응축기로 이동하게 된다. 응축기로 이동한 합성 가스는 열교환을 통해 열분해 오일로 응축되며, 그 외 나머지 비응축 가스는 전기 집진기로 이동하여 오일 미스트의 포집 후 배가스 처리장치로 이동하였다. The sample in the sample reservoir was transferred into the conical spray bed reactor using a sample dosing device and rapidly pyrolyzed under each experimental condition. After the rapid thermal decomposition, the syngas and the solid particles generated by the rapid heat transfer are passed through the cyclone, where the solid particles are collected by the cyclone and the syngas is transferred to the condenser. The syngas transferred to the condenser was condensed into pyrolysis oil through heat exchange, and the remaining noncondensable gas was transferred to the electrostatic precipitator and then transferred to the flue gas treating apparatus after collecting the oil mist.
생성된 폐타이어 열분해 오일 및 카본블랙 수율은 시료인 PCT 스크랩 및 급속열분해 후 생성물질의 무게를 측정하여 다음 식을 이용하여 계산하였다. 수학식 1에서 는 투입 시료인 PCT 스크랩의 무게, 는 급속열분해 후 제조된 생성물질의 무게이다. 이후 합성 가스 수율은 전체 투입된 시료의 무게에서 나머지 생성물의 무게를 뺀 값을 이용하여 산정하였다(도 5 내지 10 참조).The yields of the pyrolysis oil and carbon black produced were determined by weighing the PCT scrap and the pyrolysis product, using the following equation. In Equation (1) The weight of the PCT scrap, Is the weight of the product produced after rapid pyrolysis. The synthesis gas yield was then calculated by subtracting the weight of the remaining product from the weight of the entire charged sample (see FIGS. 5 to 10).
폐타이어 열분해 오일의 수분, 휘발분, 고정탄소분, 회분은 공업분석 방법인 ASTM D 3172를 참조하여 LECO사의 TGA701을 사용하여 측정하였다. 또한 탄소, 수소, 질소, 황의 함량은 원소분석 방법인 ASTM D 3176 방법에 따라 Perkin Elmer사의 2400 Series Ⅱ CHNS/O 분석기기를 이용하여 측정하였다. 그리고 고위발열량은 ASTM D 4809에 따라 LECO사의 AC600 발열량 측정기기를 이용하여 측정하였다(도 5 내지 도 10 참조).Moisture content, volatile matter, fixed carbon content, and ash content of the waste tire pyrolysis oil were measured using TGA701 manufactured by LECO Co., Ltd. according to the industrial analysis method ASTM D 3172. The contents of carbon, hydrogen, nitrogen, and sulfur were measured by Perkin Elmer 2400 Series II CHNS / O analyzer according to ASTM D 3176, an elemental analysis method. The high calorific value was measured using an
한편, 폐타이어 열분해 오일의 에너지 수율은 다음 식을 이용하여 계산하였다. 수학식 2에서 는 투입 시료인 PCT 스크랩의 고위발열량, 는 폐타이어 열분해 오일의 고위발열량이다(도 5 내지 10 참조).On the other hand, the energy yield of pyrolysis oil waste tire was calculated using the following equation. In
한편, 열분해 오일의 GC/MS(gas chromatograph-mass spectrometer) 분석은 외부표준법을 이용하였으며 우선, 외부표준물질인 (+)-Limonene(디-리모넨)을 이용하여 검량선 작성 후 검출된 peak를 적분하여 area 값을 도출하였으며, 모든 시료의 샘플은 클로로폼(chloroform)에 10,000배 희석하여 측정하였다(도 11 및 표 1 참조).On the other hand, the GC / MS (gas chromatograph-mass spectrometer) analysis of pyrolysis oil was performed using an external standard method. First, the peak detected after preparing the calibration curve using (+) - Limonene area values were obtained, and samples of all samples were diluted 10,000 times in chloroform (see FIG. 11 and Table 1).
(℃)(° C)
(m/s)(m / s)
(g/min)(g / min)
(area, y)(area, y)
(wt.(wt.
%%
, x), x)
실험 2: 폐타이어 열분해 오일로부터 디-리모넨 회수Experiment 2: D-limonene recovery from pyrolysis oil waste tire
상기 실험 1에서 얻어진 폐타이어 열분해 오일을 원료로 이용하였으며, 이용된 폐타이어 열분해 오일은 GC/MS 분석 결과를 통하여 열분해 반응온도 450 ℃ 조건과, 질소 입구속도 1.27 m/s 조건 및 시료 투입속도 16.67 g/min 조건에서 열분해한 오일을 최적 조건으로 선정하여 사용하였다.
The pyrolysis oil of the waste tire obtained from
한편, 디-리모넨 회수장치는 감압 분별 증류를 이용하기 위하여, 진공 펌프로 대기압 조건에서 -700 mmHg 감압을 진행하였다. 실험은 디-리모넨의 함유량에 영향을 미치는 온도 96 ℃ 조건과, 압력 60 mmHg 조건 및 증류 시간 1, 2, 4, 8시간 조건에서 각각 실험을 수행하였다. 증류 플라스크에 채워진 대상 원료는 히팅 맨틀을 이용하여 실험 조건 온도에서 분별증류 되었다. 증류 시간동안 원료에서 발생한 증기는 패킹이 충전된 분별 컬럼을 지나며 재회수 및 분리 과정을 거치게 되고, 여기서 일부 증기는 일측에 구비된 냉각기의 열교환을 통하여 증류물질로 포집되었다. On the other hand, the di-limonene recovery apparatus was operated under a reduced pressure of -700 mmHg at atmospheric pressure using a vacuum pump in order to utilize the reduced pressure fractionation. Experiments were conducted under conditions of 96 ° C, 60 mmHg and 1, 2, 4, and 8 hours, respectively, which affect the content of di-limonene. The distillation flask was charged with the target material by fractional distillation at the experimental condition temperature using a heating mantle. The steam generated from the raw material during the distillation time passes through the fractionation column packed with the packing and is subjected to the re-collection and separation process, wherein some of the steam is collected as distillate through the heat exchange of the cooler provided at one side.
디-리모넨 회수장치의 효율은 원료인 폐타이어 열분해 오일의 분별증류 전과 후의 무게를 측정하여 다음과 같이 계산하였다. 수학식 3에서 는 원료로부터 증발된 기체의 양, 는 회수된 액상 생성물의 양이다(도 6 참조).The efficiency of the di-limonene recovery unit was calculated by measuring the weight before and after the fractional distillation of the waste tire pyrolysis oil as the raw material. In
한편, 증류물질의 GC/MS 분석은 폐타이어 열분해 오일의 GC/MS 분석과 동일한 조건으로 외부표준법을 이용하여 측정하였다(도 13 및 표 2 참조).On the other hand, the GC / MS analysis of the distillate was performed using the external standard method under the same conditions as the GC / MS analysis of the waste tire pyrolysis oil (see FIG. 13 and Table 2).
(h)(h)
(m/s)(m / s)
(℃)(° C)
(area, y)(area, y)
(wt.(wt.
%%
, x), x)
상기 증류물질의 디-리모넨 함유율은 8 wt.% 이상으로 하는 것이 바람직하다.The di-limonene content of the distillation material is preferably 8 wt.% Or more.
10: 원뿔형 분사층 반응기
20: 시료 정량 투입장치
30: 가열기
40: 사이클론
50: 응축기
60: 전기 집진기
70: 카본블랙 배출구
80: 유량계
90: 송풍기
100: 디-리모넨 회수장치
110: 진공 펌프10: Conical spray layer reactor 20: Sample quantitative dosing device
30: heater 40: cyclone
50: condenser 60: electrostatic precipitator
70: Carbon black outlet 80: Flow meter
90: blower 100: di-limonene recovery device
110: Vacuum pump
Claims (14)
(a)폐타이어를 원뿔형 분사층 반응기 내에 투입하여 급속열분해 시키는 단계;
(b) 상기 반응기 내에서 급속열분해로 얻어진 가스를 응축해 폐타이어 열분해하여 오일을 추출하는 단계;
(c) 상기 (b)단계에서 추출된 오일을 감압 분별증류하여 디-리모넨을 회수하는 단계;를 포함하여 이루어지는 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법.
A method for recovering di-limonene by pyrolysis oil distillation using a di-limonene manufacturing system using waste tires,
(a) rapidly pyrolyzing a waste tire by injecting it into a conical spray layer reactor;
(b) condensing the gas obtained by rapid pyrolysis in the reactor to pyrolyze the waste tire to extract oil;
(c) recovering di-limonene by subjecting the oil extracted in the step (b) to reduced-pressure fractional distillation to recover di-limonene from waste tire rapid thermal cracking and pyrolysis oil distillation.
상기 (a)단계는
시료 정량 투입장치에 의하여 상기 원뿔형 분사층 반응기 내로 공급하는 단계;
를 더 포함하고, 급속열분해는 400 내지 700 ℃의 온도 범위에서 수행되는 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법.
The method according to claim 1,
The step (a)
Feeding the solution into the conical spray bed reactor by a sample dosing device;
Wherein the rapid pyrolysis is carried out at a temperature in the range of 400 to 700 占 폚. The method for recovering di-limonene by rapid pyrolysis of waste tire and pyrolysis oil distillation.
상기 (a)단계는
상기 원뿔형 분사층 반응기 내 응축 가스는 2초 이내에 외부로 배출되는 단계를 더 포함하는 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법.
The method according to claim 1,
The step (a)
And discharging the condensed gas in the conical spray layer reactor to the outside within 2 seconds. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 (a)단계는
급속열분해의 종료 후 가스, 모래 및 카본블랙은 상기 원뿔형 분사층 반응기 외부로 배출되고, 상기 모래 및 카본블랙은 사이클론을 통해서 가스와 분리되는 단계;를 더 포함하는 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법.
The method according to claim 1,
The step (a)
Wherein the gas, the sand and the carbon black are discharged to the outside of the conical spray layer reactor after completion of the rapid pyrolysis, and the sand and the carbon black are separated from the gas through the cyclone. Method of recovering di-limonene.
상기 (c) 단계의 분별증류는 96 내지 175 ℃의 온도 범위에서 수행되는 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법.
The method according to claim 1,
Wherein the fractional distillation in step (c) is carried out at a temperature ranging from 96 to 175 ° C.
상기 (c) 단계의 분별증류는 60 내지 760 mmHg의 압력 범위에서 수행되는 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법.
The method according to claim 1,
Wherein the fractional distillation in step (c) is carried out in a pressure range of 60 to 760 mmHg.
(d)상기 (c) 단계에서 발생한 증기를 분별 컬럼 상부에 구비한 딤로드 환류 냉각기로 응축시킨 후 환류 효과를 위해서 응축된 액상 생성물을 분별 컬럼으로 재순환시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법.
The method according to claim 1,
(d) condensing the vapor generated in the step (c) with a dim-rod reflux condenser provided on the fractionation column, and recycling the condensed liquid product to the fractionation column for the reflux effect A method for recovering di - limonene by rapid pyrolysis of waste tires and pyrolysis oil distillation.
상기 폐타이어를 이용한 디-리모넨 제조 시스템은
유동사를 이용하여 투입된 폐타이어의 급속열분해 반응을 진행시키는 원뿔형 분사층 반응기;
상기 원뿔형 분사층 반응기 상부에 구비된 폐타이어를 공급하는 시료 정량 투입장치;
상기 원뿔형 분사층 반응기의 내외부 및 반응기에 주입되는 가스를 가열하는 가열기;
상기 원뿔형 분사층 반응기 일측에 결합되어 카본블랙을 배출하는 카본블랙 배출구;
상기 원뿔형 분사층 반응기로부터 배출되는 폐타이어의 열분해 가스, 카본블랙, 모래를 전달받아 열분해 가스에 함유된 카본블랙 및 모래를 포집하는 사이클론;
상기 사이클론에서 카본블랙이 제거된 열분해 가스 내 폐타이어 열분해 오일을 응축 및 포집시키는 응축기와 전기 집진기;
폐타이어 급속열분해 시스템으로부터 대상 시료를 전달받아 감압 분별증류를 통하여 증류물질을 추출하는 디-리모넨 회수장치;를 포함하는 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법.
The method according to claim 1,
The di-limonene manufacturing system using the waste tire
A conical spray layer reactor for accelerating the rapid pyrolysis reaction of the waste tires introduced by using the fluidized yarn;
A sample dosing device for supplying a waste tire provided in the upper part of the conical spray layer reactor;
A heater for heating the gas injected into and from the inside and the outside of the conical spray layer reactor;
A carbon black outlet coupled to one side of the conical spray layer reactor to discharge carbon black;
A pyrolysis gas of the waste tire discharged from the conical spray layer reactor, a carbon black, a cyclone which receives the sand and collects carbon black and sand contained in the pyrolysis gas;
A condenser and an electrostatic precipitator for condensing and collecting waste tire pyrolysis oil in pyrolysis gas from which carbon black is removed from the cyclone;
A method for recovering di-limonene by rapid thermal decomposition of waste tire and distillation of pyrolysis oil, comprising the steps of: receiving a sample from a waste tire rapid pyrolysis system and extracting distillate material through reduced pressure fractional distillation;
상기 분사층 반응기는
높이에 따라 단면적이 증가하는 역 원뿔형 구조이고, 상기 카본블랙 배출구는 상기 원뿔형 분사층 반응기 내부에 설치하여 개구부가 위 방향을 향한 채로 높이가 조절되는 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법.
9. The method of claim 8,
The spray layer reactor
Wherein the carbon black outlet is provided inside the conical spray layer reactor and the height is controlled with the opening directed upward, and the carbon black discharge port is formed in the conical spray layer reactor through a decomposition of the waste tire and pyrolysis oil distillation, Recovery method.
상기 시료 정량 투입장치에서 시료가 투입되기 위한 배출구는, 상기 분사층 반응기 내고체 입자층 상단으로 시료를 배출하기 위해 아래 방향을 향하도록 구비되는 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법.
9. The method of claim 8,
The discharge port through which the sample is injected into the sample quantitative charging device may include a rapid thermal decomposition of waste tire and a di-limonene recovery method through pyrolysis oil distillation, which are provided to be directed downward to discharge the sample to the upper end of the solid particle layer in the spray layer reactor .
상기 원뿔형 분사층 반응기 하부 가스 입구에 공급되는 가스는 유량계와 레귤레이터에 의해서 가스 유량을 제어하며, 상기 원뿔형 분사층 반응기 내의 가스 유속을 조절하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 급속열분해 및 열분해 오일 증류를 통한 디-리모넨 회수방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the gas supplied to the lower gas inlet of the conical spray layer reactor is controlled by a flow meter and a regulator to control a gas flow rate and to control a gas flow rate in the conical spray layer reactor. - Method of recovery of limonene.
An oil produced according to the process for recovering di-limonene according to any one of claims 1 to 11, wherein the yield of the pyrolysis oil is 50 wt.% Or more.
An oil produced according to the method for recovering di-limonene according to any one of claims 1 to 11, which has an oil calorific value of 42 MJ / kg (10,000 kcal / kg) or more.
11. An oil produced according to the process for recovering di-limonene according to any one of claims 1 to 11, wherein the oil has a moisture content of 5 wt.% Or less.
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