도 1 은 직접 및 간접가열 겸용 폐타이어 열분해 공정도를, 도 2 는 도 1 에서 직접 간접 가열식 겸용 반응기의 구조도를, 도 3 은 도 1 에서 감압 열분해용 급냉조의 구조도를 도시한 것으로, 본 발명은 폐타이어가 장입되는 반응기(2)와, 상기 반응기(2)내로 연소가스를 공급하는 연소용 버너(1)와, 상기 반응기(2)내로 유입되는 연소가스를 차단하는 연소가스 차단댐퍼(3)와, 상기 연소용 버너(1)에 의해 생성된 연소가스를 외부로 배출하는 연소가스 배출댐퍼(4)와, 상기 반응기의 외부벽을 따라 열매체유를 강제순환시키는 열매체 펌프(6)와, 상기 반응기(2)에서 생성된 생성가스를 일정온도로 냉각시키는 급냉조(7)와, 상기 급냉조(7)에 의해 생성된 오일을 저장하는 생성오일 저장탱크(10)와, 상기 생성오일 저장탱크(10)내의 오일을 급냉조(7) 상부로 이송하는 오일펌프(31)와, 상기 급냉조(7)내에서 발생된 슬러지를 저장하는 슬러지 분리조(8)와, 상기 급냉조(7)에 의해 일정온도로 냉각된 생성가스를 응축하는 응축조(11)와, 상기 응축조(11)에 의해 생성된 오일을 저장하는 경질유 저장탱크(12)와, 상기 반응기(2), 급냉조(7), 응축조(11)내의 압력을 감압하는 진공펌프(13)와, 상기 진공펌프(13)의 회전수를 조절하는 콘트롤러(도시없음)로 구성되어 있다.
상기 반응기(2)는 폐타이어가 장입되어 연소되는 곳으로, 외부벽을 따라 열매체 펌프(6)에 의해 열매체유가 순환되고, 연소용 버너(1)에 의해 생성된 연소가스가 하부에 위치한 가스 공급관(21)을 통해 유입되며, 상기 유입된 연소가스에 의해 폐타이어가 열분해됨과 동시에, 폐타이어의 열분해에 의해 생성된 열분해가스가 상부에 위치한 가스 배출관(22)를 통해 급냉조(7)로 이송되도록 되어 있다.
상기 연소용 버너(1)는 가열 연소가스를 반응기(2)내로 공급하는 것으로, 연소용 버너(1)와 반응기(2) 사이에 연소가스 차단댐퍼(3)와, 연소가스 배출댐퍼(4)가 설치되어 있으며, 반응기(2) 외벽을 따라 순환된 열매체유를 다시 가열하도록 되어 있다.
즉, 상기 반응기(2)의 외부벽을 따라 순환된 열매체유는 연소용 버너(1)로 이송되어 가열되고, 상기 연소용 버너(1)에 의해 가열된 열매체유는 열매체 펌프(6)에 의해 다시 반응기(2) 외부벽을 따라 순환된다.
상기 급냉조(7)는 반응기(2)에 의해 생성된 생성가스가 일정온도에서 냉각, 응축하기 위한 것으로, 상부에 응축조(11)와 연결되는 가스 배출관(36)이 있고, 하부가 슬러지 분리조(8)에 연결되며, 급냉조(7)내에서 생성된 오일이 저장되도록 하부 일측에 생성오일 저장탱크(10)가 연결되어 있다.
상기 생성오일 저장탱크(10)내에 저장된 오일은 오일펌프(31)에 의해 급냉조(7)의 상부로 이송되어 내부(7)에 설치된 분사장치(33)에 의해 분사된다.즉, 상기 분사장치(33)에 의해 분사되는 오일은 생성가스 중에 혼입된 고비점 타르 및 분진과 접촉하여 급냉조(7) 하부로 모이게 되고, 급냉조(7) 하부와 연결된 슬러지 분리조(8)로 이송된다.
또한, 상기 급냉조(7) 상부 내에는 냉각수가 순환되는 방해판(37)이 설치되어 있으며, 상기 방해판(37)을 순환하는 냉각수에 의해 급냉조(7)의 내부온도가 조절되고, 방해판(37) 상부에 위치하도록 급냉조(7)내에 타르 및 카본분의 배출을 방지하는 갓모양의 판(38)이 설치되어 있다.
상기 응축조(11)는 급냉조(7)에 의해 일정온도로 냉각된 생성가스를 응축하는 곳으로, 급냉조(7) 상부에 위치한 가스 배출관(36)와 연결되어 있으며, 상기 가스 배출관(36)에서 배출된 가스를 유입·응축하여 저비점오일을 생성한다. 상기 응축조(11)에 의해 생성된 오일은 응축조(11) 하부에 연결된 경질유 저장탱크(12)에 저장된다.
상기 진공펌프(13)는 반응기(2)와 급냉조(7) 및 응축조(11)내의 압력을 감압하는 것으로, 반응기(2) 중앙 측면에 설치되어 있는 압력센서(도시없음)에 감지된 반응기(2)내의 압력에 따라 콘트롤러(도시없음)에 의해 펌프(13)의 회전수가 자동조절된다.
이와 같이 구성된 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
(실시예)
직접 및 간접 열분해 장치의 운전절차
도 1은 직접 및 간접가열에 의한 폐타이어의 감압 열분해 공정도이다. 공정운전순서는 다름과 같다. 폐타이어가 반응기(2)에 1/2∼1/4크기로 장입이 이루어진 후 상부의 실링장치에 의하여 공기의 차단이 이루어지고 진공펌프(13)에 의하여 반응기(2), 급냉조(7), 응축기(11)의 감압이 이루어진다. 이때의 진공도는 -0.2kg/cm2로 자동 감압 조절장치인 펌프 인버터가 연결된 감압 조절계(도시없음)에 의하여 이루어지고 동시에, 노(Furnace)가 연결된 연소용 버너(1)에 의하여 발생된 가열 연소가스가 반응기 내부로 장입된다. 이때 배출댐퍼(4)는 닫아지고 차단댐퍼(3)가 열린 상태로 운전이 되고 노의 외부에 있는 열매체는 열매체 펌프(6)에 의하여 최소 순환비로 반응기 외벽의 순환이 이루어지며 이때의 순환비는 노내의 온도조절에 따라 달라진다.(콘트롤러는 일반적인 것이므로 그 도시와 상세한 설명은 생략함)
반응기의 온도가 300℃정도에 이르면 배출댐퍼(4)를 열고 차단댐퍼(3)를 닫어 반응기(2) 내부로의 연소가스 유입을 막고 자동 감압 조절장치에 의하여 반응기의 압력을 -0.6∼-0.5kg/cm2으로 유지한다. 이때 펌프(6)의 순환은 최대로 이루어진다. 이때 반응기의 온도가 300℃이상으로 유지되면서 반응기의 내의 폐타이어가 열분해되면서 생성가스를 배출하는데 생성된 배출가스는 급냉조(7), 응축기(11)를 거치면서 오일화가 이루어지고 생성오일은 저장탱크(10)와 저장탱크(12)에 각각 유입이 된다. 급냉조(7)는 생성가스의 배출과 동시에 작동이 이루어지며 생성가스 중에 함유된 타르 및 카본분을 제거하기 위하여 분사에 의하여 응축을 실시한다. 펌프(13)의 감압에 의하여 카본분 및 타르분이 응축기(11)로 유입되는 것을 방지하기 위하여 급냉조(7) 상부에는 냉각수가 순환하는 방해판(37)을 두었으며 동시에 냉각 방해판(37)은 급냉조(7)의 내부온도를 조절하여 급냉조에서 얻어지는 오일의 수율 및 품질을 결정하는 기능을 하도록 하였다.
반응기의 온도가 350℃ 정도로 유지되면서 4시간 정도가 경과하면 폐타이어의 열분해가 대부분 완료되며 이때부터는 순환펌프(6)의 작동을 최소비로 유지하면서 반응을 종료시키고 서서히 반응기의 압력을 높이기 위하여 자동감압 조절장치의 진공도를 상압수준까지 증가시키고 반응을 종료시킨다. 종료가 된 후 8시간 후에 반응기의 하부의 잔류물 배출 설비를 이용하여 열분해 잔류물을 배출한다.
직접가열 및 간접가열을 위한 반응기의 구조
도 2는 직접 및 간접 가열을 겸용으로 할 수 있는 폐타이어 감압 열분해 장치의 반응기(2) 구조를 나타낸 것이다. 직접 가열시에는 공급관(21)으로 연소가스가 공급되고 공급관(23)으로는 열매체유의 최소 유량만 순환된다. 반응기의 온도가 300℃정도에 이르면 연소가스의 공급이 중단되고 공급관(23)으로 열매체유만 공급되고 순환관(24)을 통하여 열매체유를 가열하는 가열로로 순환된다. 반응기에서 배출되는 연소가스는 배출관(22)을 통하여 도 3의 급냉조(7)로 이송되며 연소가스 및 생성가스의 이송은 진공펌프(13)의 흡입력에 의하여 이루어진다.
공급관(23)에서 순환관(24)으로 이송되는 열매체유는 하부에 폐타이어를 하적할 수 있는 빗금 모양의 가로막(25)을 서로 교차적으로 통과하는데 우측에서 좌측으로 통과할 때와 우측에서 좌측으로 통과할 때는 상호 반대방향으로 통과가 이루어진다. 그 이후에는 열매체유가 반응기 외벽의 주위를 상호 교차적으로 돌면서 상부까지 이른 다음에는 순환관(24)를 통하여 연소용 버너(1)로 재유입이 이루어지고 이와같은 방식으로 순환이 이루어진다. 공급관(23)에서 유입되는 열매체유의 온도는 380℃정도이고 순환관(24)에서 배출되는 온도는 300℃정도로 유지하여 하부에서는 폐타이어의 가열 위주로 이루어지고 주위에서는 보온 기능 및 반응기 국부가열 방지기능으로 이루어진다,
도 2의 반응기(2) 중앙측면에는 감압 자동조절시스템 작동을 위한 압력센서 (도시없음)가 설치되어 있으며 여기에서 감지된 반응기(2)의 압력은 진공펌프(13)의 회전수를 조절할 수 있는 콘트롤러(도시없음)에 연결되어 있어서 감압 설정치가 입력된 콘트롤러에 따라 펌프 작동용 인버터를 통하여 펌프의 회전수가 자동 조절되도록 설계가 되었다. 이에 따라 반응기 내부에서 발생되는 폐타이어의 열분해가스의 양에 따라 반응기의 감압정도를 일정하게 유지하기 위하여 진공펌프 회전수가 변화하기 때문에 반응기의 진공도는 항상 일정한 유지가 가능하다.
감압 열분해용 생성가스 급냉조
감압 열분해는 진공펌프에 의하여 반응기(2)에서 생성되는 열분해 가스를 강제 송출하기 때문에 생성가스 응축기(11) 전단에 보완장치를 하지 않을 경우 열분해시 생성되는 타르 및 카본분진이 그대로 응축기(11)로 유입되어 응축기(11)의 셀에 부착되거나 가스 배출관로를 막아 운전에 막대한 장애를 주는 수가 많다. 뿐만 아니라 진공펌프(13)로의 오일 유출량이 많아져서 오일의 회수율을 급격히 저하시키거나 수봉식 펌프 사용시에는 수질 오염의 문제를 일으킬 수도 있다.
따라서 도 3은 감압열분해에서 위와 같은 현상의 장애를 방지할 수 있는 고비점 타르 및 카본분진을 제거하기 위한 장치의 구조이다.
반응기(2)에서 발생된 생성가스가 공급관(32)을 통하여 급냉조(7) 내부에 유입되면 분사를 위한 오일펌프(31)가 작동하면 분사장치(33)를 통하여 오일이 분사되고 분사된 오일은 생성가스중에 혼입된 고비점 타르 및 분진과 접촉하여 급냉조 하부로 모이게 된다. 급냉조의 내부 온도는 공급관(34)에서 순환관(35)으로 배출되는 냉각수에 의하여 조절되는데 배출관(36)에서 배출되는 가스의 온도에 따라 조절이 이루어지며 배출관(36)의 온도는 120 ∼ 150℃ 정도로 유지한다. 설정된 온도보다 높으면 냉각수의 양이 더 주입이 되고 낮으면 주입량을 감소시켜 분사장치(33)에서 배출되는 오일과 공급관(32)에서 유입되는 생성가스의 분위기 온도를 조절하도록 한다.
냉각수가 통과하는 셀의 구조는 ''과 같으며 관 내부로 가스가 하부에서 상부로 이동하며 상부에 있는 갓모양의 판이 배출관(36)으로의 타르 및 카본분의 배출을 방지해 준다.
급냉조(7)를 거친 생성가스는 분진 및 타르가 제거된 상태로 배출관(36)을 통하여 응축기(11)로 이동하기 때문에 응축기(11)에서 얻어지는 오일은 청결한 상태의 저비점 오일을 얻을 수가 있는 장점이 있다.
(변형예, 응용예)
상기와 같이 구성된 본 발명은 실시예에 국한되지 않으며, 폐타이어의 열분해공정뿐 아니라, 연소가스에 의한 직접가열방식 및 간접가열방식을 이용하는 모든 공정에 사용될 수 있고, 본 발명에 포함된 개개의 장치가 또다른 공정에 결합되어 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 직접 열분해방식과 간접 열분해방식을 겸용하여 오일을 회수하는 것으로, 본 발명의 권리는 청구범위 및 명세서의 상세한 설명에 기재된 모든 사항을 포함한다.