KR100342349B1 - 고분자 폐기물의 열분해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 폐기물의 열분해 장치에 관한 것으로, 제1실과 제2실을 두고, 상기 제1실은 고분자 폐기물을 투입할 수 있게 된 투입부와, 투입된 고분자 폐기물을 용융시키는 용융부, 및 용융된 고분자 폐기물이 모이는 상기 용융부 아래의 저장부로 이루어지며, 상기 제2실은 일차분해부와, 상기 일차분해부 상부에 위치되는 2차분해부로 이루어지고, 상기 용융부와 상기 저장부의 온도를 200-300℃로 가열시킬 수 있는제1열풍발생로와, 상기 일차분해부의 온도를 300-400℃로 가열시킬 수 있는제2열풍발생로, 상기 2차분해부의 온도를 400-500℃로 가열시킬 수 있는제3열풍발생로가 구비되며, 상기 저장부 하단과 상기 일차분해부 하단이 연통부에 의해 연통되고, 상기 연통로에 고분자 용융물이 채워지게 되어 상기 저장부와 함께 상기 연통로가 저장영역을 형성하게 되어 있으며, 상기 2차분해부의 상부는 분해가스의 가스수집부로되어 있고, 상기 가스수집부상부의 유화장치와 상기 가스수집부가서로 연통될 수 있게 된 것으로, 간단한 구성을 가지면서, 크기면에서 작게 만들 수 있으며, 가격이 비싸지 않고 또한 운영비용도 저렴한 고분자 폐기물 열분해 장치를 제공하는 것이다.

Description

고분자 폐기물의 열분해장치{Thermal Decomposition Apparatus for Polymer Waste}

본 발명은 고분자 폐기물의 열분해 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라스틱 등의 고분자 폐기물을 열분해하여 유용한 연료유나 연료가스를 공급할 수 있게 된 고분자 폐기물의 열분해 장치에 관한 것이다.

플라스틱 물질, 즉 고분자 물질의 폐기물을 열분해하는 장치는 다양한 형태로 개발되어 사용되고 있는데, '합성고분자의 접촉분해장치와 이를 이용한 유상물 제조 방법'이란 제목의 일본 특개평9-268293호에는 스크류형 압출기와 관형 예열기 및 관형 분해로로 이루어진 장치로써 고분자계 폐기물을 스크류 익스트루더에 공급하여 열을 가해 이를 용융시키고, 이 고분자 용융물을 관형 예열기나 관형 분해로에 투입하여 더 많은 열을 가해 고분자 물질이 열분해 및 가스화시킨 후, 이 생성가스(분해된 가스)를 응축시켜 유상물을 얻게 되는 기술이 기재되어 있다.

상기 장치의 구성을 살펴보면, 관형 예열기와 관형 분해로는 경사지게 설치되어 있고, 스크류 익스트루더와 관형 예열기 및 관형 분해로 내부에 스크류가 구비되어 있어 웨이스트와 용융물질을 이송시킴과 동시에 파이프 내벽에 쌓이는 슬러지를 긁어 자동적으로 배출시키게 되어 있으며, 스크류에 의해 이송된 슬러지는 관형 분해로 상단에서 관형 분해로 바깥으로 배출되게 되어 있다.

부가적으로, 상기 장치는 연속적으로 작동가능하고, 관형 접촉분해기의 상부에 모이게 된 상부의 분해가스가 관형 접촉분해기 하부에 모여 있는 용융물에 의해 막혀 있어 관형 예열기로 익스트루더 상류 쪽으로 역류할 수 없게 되어 있다.

그러나, 상기 공개 기술 내용에는 관형 접촉분해기와 익스트루더가 원료 물질을 투입하기 위해 직접 연결하는 구조에 대해서 설명하고 있지 못하고, 익스트루더 쪽으로 기체가 역류하는 예기치 못한 상황을 막을 방법이 없으며, 익스트루더로부터 관형 접촉분해기 내부로 공기가 투입되어 폭발할 가능성을 줄일 수 있는 방법이 없다. 더욱이, 관형 예열기와 관형 분해로의 열원으로 전기적 가열 방법이 사용되었는데, 비록 전기적 가열이 제어하기 쉽고 열관리가 용이하지만 전기적 가열은 많은 열량이 요구되는 상기 장치의 열원으로 사용하기에는 비경제적이다.

일본 특개평 10-17871호에는, 고분자계 폐기물의 열분해장치가 개시되어 있는데, 이 장치는 원료 물질의 용해탱크와, 열분해를 위한 경사진 파이프와 가열수단, 상기 파이프 내부에 설치되어 용해된 고분자계 폐기물 및 슬러지를 이송하는 스크류, 상기 가열 수단은 경사진 파이프의 하부에서 상부에 이르기까지 세부분으로 나뉜 열풍발생로가 구비되고, 상기 열풍발생로의 온도는 하부에서부터 순차적으로 높아지게 되어 있다.

상기 장치는 연속적인 운영이 가능하고 일차분해와 2차분해의 열원으로 뜨거운 공기를 사용하며, 많은 열의 공급으로 생산된 오일을 연료로 사용하여 경제적으로 운용할 수 있게 되어 있다.

그러나, 열분해를 위해 경사관을 사용한 상기 장치는 일차, 2차, 3차 열분해를 위해 가열공간인 챔버를 통과하게 되어 있어 각 챔버의 차지하는 공간이 커지게 되므로 불필요하게 큰 가열공간이 요구되어 상당히 많은 양의 열이 사용되지 않고 낭비되고, 온도변화의 히스테리시스가 커서 여전히 열관리 어려움을 가지고 있다. 또한, 원료 물질의 용융탱크와 열분해를 위한 경사관의 사이의 관계를 명확하게 규명하지 않고 있어 열분해장소로의 공기 유입과 분해가스의 역류로 인해 발생되는 문제점을 해소하지 못하고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 간단한 구성을 가지면서, 크기면에서 작게 만들 수 있으며, 가격이 비싸지 않고 또한 운영비용도 저렴한 고분자 폐기물 열분해 장치를 제공함을 그 목적으로 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고분자 폐기물 열분해 장치는, 제1실과 제2실을 두고, 상기 제1실은 고분자 폐기물을 투입할 수 있게 된 투입부와, 투입된 고분자 폐기물을 용융시키는 용융부, 및 용융된 고분자 폐기물이 모이는 상기 용융부 아래의 저장부로 이루어지며, 상기 제2실은 일차분해부와, 상기 일차분해부 상부에 위치되는 2차분해부로 이루어지며, 상기 용융부와 상기 저장부의 온도를 200-300℃로 가열시킬 수 있는 가열수단과, 상기 일차분해부의 온도를 300-400℃로 가열시킬 수 있는 가열수단, 상기 2차분해부의 온도를 400-500℃로 가열시킬 수 있는 가열수단이 구비되고, 상기 저장부 하단과 상기 일차분해부 하단이 연통부에 의해 연통되며, 상기 연통로에 고분자 용융물이 채워지게 되어 상기 저장부와 함께 상기 연통로가 저장영역을 형성하게 되어 있고, 상기 2차분해부의 상부는 분해가스의 가스수집공간으로 되어 있으며, 상기 가스수집공간 상부의 유화장치와 상기 가스수집공간이 서로 연통될 수 있게 된 것이다.

이와 같은 고분자 폐기물 열분해 장치에서, 상기 제1실은 상부에 개구부가 구비되고, 지면에 수직하게 설치된 것이고, 상기 제2실은 상기 제1실에 인접하여 설치되고, 상부에 구비된 개구부가 뚜껑에 의해 폐쇄될 수 있게 된 것이 특징인 것을 사용할 수 있으며, 여기서, 상기 제1실과 상기 제2실간의 연통부를 일시적으로 차단할 수 있는 수단과, 상기 제2실의 일차분해부 온도를 600℃ 이상으로 가열시킬 수 있는 가열수단이 추가로 구비된 것도 사용할 수 있다.

이와 다른 본 발명의 고분자 폐기물 열분해 장치로서, 상기 제1실은 후단으로부터 전단이 아래로 경사진 실린더 형상의 것이고, 상기 제2실은 후단으로부터 전단이 위로 경사진 실린더 형상의 것이며, 상기 제2실의 내부에 전기모타로 구동되는 스크류피드가 관통 설치되고, 상기 제2실의 전단은 가스수집공간 및 슬러지를 아래로 배출시키는 개구부와 연결되어 있으며, 상기 연통부는 상기 제1실과 상기 제2실의 소정각도로 위로 구부러진 연결부위이고, 상기 연통부에 항상 고분자 용융물이 채워져 상기 제1실의 저장부를 포함하여 저장영역을 형성하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 것을 사용할 수도 있다. 이 장치에서, 상기 제1실과 상기 제2실의 외부에는 원주방향으로 일정거리 이격되게 둘러싸면서 가열공간을 형성할 수 있게 외부실린더가 설치되고, 열풍발생로에서 가열된 공기가 상기 제1실의 용융부와 저장부, 상기 제2실의 일차분해부와 2차분해부의 가열공간으로 순환하게 되어, 각각의 부위에 필요한 온도로 가열할 수 있게 된 것이 가열방법면에서 바람직하다.

그리고 이와 같은 본 발명의 고분자 폐기물 열분해 장치에서, 상기 제2실에 위치하는 2차분해부의 상부에 3차분해부가 추가로 설치되어 이 3차분해부와 상기 유화장치가 서로 연통될 수 있게 되고, 상기 3차분해부의 온도가 약 500℃로 유지될 수 있게 가열수단이 구비되면, 분해가스를 추가 가열하므로써 분자량을 줄일 수 있고, 많은 양을 경질연료로서 사용가능한 오일로서 얻을 수 있게 되므로 바람직하다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 열분해장치의 전체를 도시한 사시도,

도 2는 상기 도 1의 열분해장치 전체를 볼 수 있는 평면도,

도 3은 상기 도 1의 열분해장치의 정면도,

도 4는 작동상태를 나타내는 단면도,

도 5는 제1실과 제2실의 연결부위의 부분단면도,

도 6은 흡열 취부핀의 구조를 설명하기 위한 단면도,

도 7은 스크류의 취부 상태를 설명하기 위한 단면도,

도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 열분해장치의 정면도,

도 9는 상기 도 8의 열분해장치의 평면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 열분해장치 2 : 베이스

3 : 투입부 4 : 용융부

5 : 열분해부 6 : 탈염소장치

18 : 피드파이프 19 : 피드스크류

23 : 경사파이프 24 : 바깥 튜브

25 : 피드업 스크류 28 : 하부가열공간

29 : 상부가열공간 34 : 가스수집부

35 : 슬러지 슈트 파이프

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시예 1.

도 1, 2는 본 발명의 열분해장치의 일실시예로서 전체를 도시한 것으로, 열분해장치(1)는 베이스(2) 위에 투입부(3), 용융부(4), 경사진 열분해부(5), 탈염소장치(6), 콘덴서(7), 저유탱크(8), 슬러지박스(9), 및 제1 내지 제3열풍발생로(10, 11, 12)가 설치되어 있는 구조이다.도면부호13은 제어장치이고, 이제어장치(13)는 입출력부와 메모리부, 연산처리부를 포함하는 통상적인 장치이다. 상기 메모리부에는 열분해공정에 대한 프로그램이 저장되어 있고, 입력부는 열분해장치(1)의 적절한 위치에 설치된 다양한 센서로부터 신호를 받게 되어 있다.도면부호14는 어큐멀레이터이고, 이어큐멀레이터(14)는 상기 콘덴서(7)와 파이프로써 연결되어 있고, 냉각탑(15)은 콘덴서(7)를 냉각하게끔 되어 있다. 서비스탱크(16)는 상기 제1 내지 제3열풍발생로(10, 11, 12)의 버너에 공급되는 연료를 저장한다.

도 2와 도 3에 의하면, 투입부(3)는 고분자폐기물이 투입되는 호퍼(17)와호퍼(17)에 투입된 고분자폐기물을 한쪽방향으로 이송시키는피드파이프(18)로 이루어지고, 상기 피드파이프(18)는도 4에 도시된 바와 같이, 피드스크류(19)를 구비하고 있고, 중간부가 제1열풍발생로(10)을 관통하도록 설치되어 있다.상기 피드파이프(18)는 길이가 약 3300mm이고 직경이 약 250mm인 스테인레스 스틸 파이프이고, 피드스크류(19) 또한 스텐인레스 스틸 재질로 되어 있고, 스크류의 피치가 약 150mm인 것이다. 상기 피드스크류(19)는 피드파이프(18)의후단에 배치된 제1모터(20)에 의해 4rpm의 속도로 회전한다.

도 4에는, 버너(21)와 열풍순환용 송풍기(22)가 도시되어 있다. 상기 제1모터(20), 버너(21), 송풍기(22)의 작동은 상기 제어장치(13)에 의해 제어된다. 피드파이프(18)의 내부에 피드스크류(19)가 구비되고 제1열풍발생로(10)를 관통하는 부위는 용융부(4)로 된다. 제1열풍발생로(10)는버너(21)로 가열한 열풍을 송풍기(22)로 피드파이프(18)의 외측원주면에 송풍하여피드파이프(18)의 내부 온도가 200 내지 300℃의 범위내에서 평균 250℃로 유지되게 제어한다.

열분해부(5)는 후단으로부터 전단이 약 30°의 각도로 들려진 경사파이프(23)와 경사파이프(23)의 외주를 둘러싸는 바깥 튜브(24)로 구성되고, 피드업 스크류(25)가 경사파이프(23) 내부를 관통하게끔 설치되어 있다. 경사파이프(23)는 스길이가 7000mm이고 직경이 250mm인 스테인레스 스틸 파이프로서,도 6에 도시된 바와 같이,외주면상에 원주방향으로 일정간격으로 이격되고 축방향으로 배치된 6개의 열전달핀(38)을 갖는 구조이다. 상기 경사파이프(23)내에 구비된 상기 피드업 스크류(25) 역시 스테인레스 스틸로 만들어져 있고, 직경 100mm인 샤프트상에 150mm인 피치가 형성되어 있으며, 경사파이프(23)의 전단에 설치된 제2모터(26)에 의해 4rpm의 속도로 회전한다. 상기 피드업 스크류(25)는도 7에 도시된 바와 같이축방향으로 배치되고 원주방향으로 같은 간격으로 이격된 6개의 지지롤러에 의해 샤프트가 지지되어 피드업 스크류(25)의 자체 중량으로 인한 손상을 방지하게 되어 있다.

경사파이프(23)와 바깥 튜브(24) 사이의 공간은가열공간으로 되고,이 가열공간은격벽(27)에 의해 하부가열공간(28)과 상부가열공간(29)의 두부분으로 나뉘어 진다.상기 하부가열공간(28)에는제2열풍발생로(11)가 접속되고, 버너(30)에 의해 발생된 열이 송풍기(31)에 의해 하부가열공간(28)으로 순환하게 되어 있다.상기 상부가열공간(29)에는제3열풍발생로(12)가 접속되어 버너(30)가 발생시킨 열을 송풍기(33)로써 상부가열공간(29)에순환시키토록 되어 있다. 하부가열공간(28)과 상부가열공간(29)을 형성하는 바깥 튜브(24)는 내측 원주면에 절연재로 피복되어 있다.

경사파이프(23)의 상단부는 상부쪽으로 확장되어 가스수집부(34)를 형성하고, 상기 가스수집부(34)는도 4에 도시된 바와 같이,콘덴서(7)에연결된다. 또한 경사파이프(23)의 상단부에 아랫방향으로 뚫린 개구부를 두어, 이를 통해 슬러지슈트 파이프(35)와 연결된다. 상기 슬러지 슈트 파이프(35)의 하단은 물탱크(36)의 물에 잠겨 있어, 물에 의해 폐쇄된 구조이다.

피드업 스크류(25), 제2모터(26), 버너(30, 32), 송풍기(31, 33)의 작동은 상기 제어장치(13)에 의해 제어된다. 상기 제2열풍발생로(11)는 상기 하부가열공간(28)의 온도를 300 내지 400℃의 범위내로 유지되게 제어하여 하부가열공간(28)의 아래부분과 위부분이 각각 대략 350℃ 내지 400℃의 온도를 유지할 수 있게 제어된다.하부가열공간(28)내에 위치하는 피드파이프(18)의 아래부분인 저장부(37)는 경사파이프(23)의 아래부분과 거의 같은 정도, 약 350℃로 가열되도록 한다. 제3열풍발생로(12)는 상부가열공간(29)의 온도가 400 내지 500℃의 범위내에서 평균 약 450℃의 온도를 유지할 수 있게 조절한다.

후단이 전단부보다 약간 높은 위치, 약 5°의 경사각을 갖게 설치된 상기 피드파이프(18)의 전단을상기 경사파이프(23)의 하부에결합하여내부를 연통시킨다.즉상기 피드파이프(18)와 경사파이프(23)는 연결부위가 가장 하단에 위치하여, 사이각이 큰 V자 형상으로 연결되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이,용융부(4)의 피드파이프(18)에파이프를 통하여 연결된 상기 탈염소장치(6)는 피드파이프(18) 내의 가스를 흡입하여 그 가스에 물을 분사하여 가스내에 함유된 염소기체가 물에 녹아 염산용액으로 되게 하여 이를 수집하는주지의장치이다. 열분해부(5)의 가스수집부(34)와 연결된 상기 콘덴서(7)는 파이프를 통하여 어큐물레이터(14)에 연결되어 고온의 가스를냉각탑(15)의 기능을 이용하여 냉각함으로써 가스분자를 응축시켜 액화시키는 것이다. 냉각정도를 단계별로 분할함으로써 각종 기름을 분별하여 회수할 수 있다.

고분자 폐기물(예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, ABS 레진, 비닐클로라이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등을 포함하는 플라스틱 물질의 폐기물)가 호퍼(17)에 투입되어, 자체 중량에 의한 또는 기계적인 압력에 의해 압축되고, 이것이 피드스크류(19)에 의해 이송된다. 작은 크기의 폐기물은 바로 투입되지만, 큰 폐기물의 경우 적절한 크기로 파쇄하거나 잘라 투입하여야 한다.폐기물은 피드파이프(18)를 통과하는 도중에, 피드파이프(18)가 제1열풍발생로(10)를 통과하는 부분에서 가열되어 용해된다. 용해된 고분자 용융물은 피드파이프(18)와 경사파이프(23)가 이루는 V자형의 저장부(37)에 체류하게 된다.

즉 피드파이프(18)는 피드파이프(18)의 후단부에서부터 열분해부(5)의 전단부에 이르는 첫번째 고분자계 폐기물 처리 공간으로서 제1실을 구성하고,상기 제1실은 후단부가 호퍼에 연통된 투입부, 중간이 제1열풍발생로(10)의 열을 받는 용융부 및 전단부가 고분자 용융물이 체류하는 저장부로 이루어진다.

또 비닐클로라이드 등의 분해시 용융부에서 발생하는 염소 가스는 탈염소장치(6)에 의해 제거된다.

상기한 바와 같은 제1실의 구조에 의하면, 녹는점이 높아서 용해가 늦은 폐기물도 체류되어 있는 용융물의 높은 열용량과 넓은 접촉면적에 의해 단시간에 완전히 용해할 수 있다.

V자형 저장부(37)에 체류하는 고분자 용융물은, 호퍼(17)의 바닥면에 이르는 양으로 되고, 그 레벨(도 4의 L선)에서 경사파이프(23)의 후단에 이르는 저장영역을 저장영역을 형성한다. 따라서 피드스크류(19)와 경사파이프(23)의 연통부에는항상 고분자 용융물이 채워지게 된다. 이와 같이 채워진 고분자 용융물로 인해 경사파이프(23)의 내부는 외기로부터 원천적으로 차단되어 있고, 이러한 차단으로 인해 경사파이프(23)내로 외기가 유입되지 않고, 또한 경사파이프(23) 내부의 분해가스가 호퍼를 통하여 역류하여 외부로 배출되지도 않는다.

상기 피드업 스크류(25)는 경사파이프(23)내를 회전하며 저장부(37)의 고분자 용융물을 교반하면서 밀어올린다. 이로써 고분자용융물은하부가열공간(28)에 대응하는 경사파이프(23) 내부(이부분이 1차분해부이다)에서 약 400℃로 가열되면서 고분자사슬이 파괴되어 분해가스로 된다. 이 분해가스는상부가열공간(29)에 대응하는 경사파이프(28)내부(이공간이 2차분해부이다)에 모여 약 450 내지 500℃로 더욱 가열되면서분자량이 적은 분해가스로 된다.

상기 2차분해부의 상부는 가스수집부(34)로 형성되므로,분자량이 적고 가벼운 분해가스는 이곳에 모이게 되며, 이어서콘덴서(7)에 투입되어 오일로 변화된다.상기 가스수집부(34)를 3차분해부로 하여분해가스를더욱(약 500℃ 정도)가열하지만, 이 때 가열온도가 너무 높을 경우, 분해가스의 분자량이 너무 작아 분해가스가 통상의 냉각수단으로 액화시키기 어려우므로, 고분자계 폐기물의 종류에 따라 상당한 주의를 요한다.

고분자계폐기물에 든 금속등과 같이 용융되지 않은 부분은 슬러지로 되어 용융물 중에침전되지만, 피드업 스크류(25)가 이들 슬러지를용융물과 함께 위쪽으로 밀어 올려 경사파이프(23)의전단에 설치된 개구부에서 슬러지 슈트 파이프(35)안으로 낙하시킨다. 슬러지 슈트 파이프(35)는 하단이 물속에서 개방되어, 경사파이프(23)의 내부가 외기와 연통되는 것을 방지하고,경사파이프(23) 내의 압력을 적절히 유지할 수 있게 한다.

파쇄된 폴리에틸렌 폐기물 1톤을 호퍼로 계속적으로 투입한바,대략 1000리터의 연료로 사용가능한 오일을 얻을 수 있다. 본 실시예의 장치는 약 2시간동안 1톤의 분해 능력을 가진다.

파이프형으로 된 본 실시예는 용융부, 1차분해부와 2차분해부의 공간이 콤팩트(직경 250mm의 파이프 내부에 직경 100mm의 샤프트를 갖는 피드업 스크류(25)가 내부에 설치된 크기)로 되고,단면전체로열전달이 용이하며, 피드업 스크류(25)에 의해 고분자 용융물이 이송되고하부에서 상부로 점차적으로 온도가 상승하여 단면 전체에 열분포가 균등하게 되므로공급된 열을 효율적으로 사용할 수 있고,중앙부의 온도를 1차분해와 2차분해에 필요한 온도로 하므로 과잉 열을 가하여 경사파이프(23)의 내면에 접촉하는 고분자 용융물을 탄화되게 하는 현상이 일어나지 않는다.

실시예 2.

도 8과 도 9는 제2실시예에 따른 열분해장치의 전체를 도시하고 있다. 상기 제1실시예는 실린더 형상을 갖는 관형 피드파이프(18)과 관형 경사파이프(23)으로 각각 구성된 제1실과 제2실로 구성되어 고분자 폐기물과 용융물은 관 내부의 스크류에 의해 이송되면서 용융되고 가스화되는 것이고, 제2실시예에서는제1실과 제2실 모두 상부가 개방되고 바닥면을 탱크 구조이다. 열분해부의 구조를 간단히 하기 위해 제2실시예는최소로 필요한 알람이외의 제어장치, 탈염소장치 및 열풍발생로등은 구비하고 있지 않다.

도 8과 도 9의 도면부호 40은 제1실을 나타내는 것으로, 4각 단면을 갖는 탱크 형상이다. 제1실은호퍼를 겸하고 있고,내부에는 가압부재(41)가 상하방향으로 이동가능하게 되어 있다. 또 제1실의 측벽에서 내부로 복수개의 전열봉(42)이 끼워져 설치되고, 배치는탱크의 아래쪽으로 갈수록 전열봉의 밀도가 높아지게 되어 있다. 전열봉(42)은 제1실(40)의 하부 온도를 약 250℃로 유지할 수 있는 열량을 발생하는 것이다.가압부재(41)는 그 자중에 의해 가압작용을 하도록 되어 있다. 또 스프링을 이용한 가압작용도 가능하다.도면부호 43은 제2실을 나타내는 것으로, 원형 단면을 갖는 탱크형상으로 되어 있고,상부 개방부를 수평암으로 지지된 덮개(44)로 밀폐한 구성으로 되어 있다.상기 수평암은 일단을 중심으로 회전할 수 있게 되어 있다. 덮개(44)는 열분해과정 동안에는 닫혀 있지만, 프레임(45)과의 사이에 설치된 핸들(46)에 의해 개폐가능하게 되어 있다.제2실의 내부는 설계상에서 고분자 용융물이체류하는 1차분해부(47, 도 8의 L선 아래)와 이 1차분해부 위에 위치하는 2차분해부로 나누어지고, 이들 양 분해부에 복수개의 전열봉(49)이 끼워져 설치된다. 또한 상기 제2실의 바닥부에는 강열용 히터(50)를 매입하고, 2차분해부(48)의 공간에는 콘덴서(51)에 연통하는 관로(52)의 단부가 개방되어 분해가스의 흡입구로 되어 있다.

콘덴서(51)에 의해 응축되어 액화된 기름은 오일저장탱크(53)에 저장된다. 1차분해부(47)에 위치하는 전열봉(49)은,이 부분을 약 350℃로 유지할 수 있도록 하는 발열량을 갖는 것이고, 2차분해부(48)에 위치하는 전열봉(49)는 이 부분을 약 450℃로 유지할 수 있는 발열량을 내는 것을 사용하게 되어 있다.

따라서 제1실(40)의 하부와제2실(43)의 하부는제2실(43)쪽으로 약간 하향 경사진연통로(54)로연통되어 있고,그 부분에 상기 연통로(54)를 차단할 수 있는 셔터(55)가 외부에서 상하이동가능하게 설치되어 있다.상기 셔터(55)는 편평한 철판으로 만들어지고, 열분해과정 동안은 위로끌어올려져 연통로(54)를 열어두게 된다. 제1실(40)과 제2실(43)의 내면은 모두 스테인레스 스틸로 되어 있고 바깥면은 단열체로 싸여있는 형태의 것이다.

도 9의 도면부호 56은 가연가스 유도관으로, 액화되지 않은가스를 연료로 사용할 수 있게 유도하는 것이다. 도면부호 57은오일저장탱크(53)로부터 기름을 취출하여 다른 곳으로 공급하기 위한 펌프이다.이 장치는 장기간의 항해동안 버려진 고분자 폐기물을 처리하기 위한 것이고, 소형이며, 이 실시예에서는 제1실은 약 1200mm의 높이와 1000mm의 깊이 및 500mm의 넓이를 갖게 제작된 것이고, 제2실은 높이가 800mm, 직경이 800mm인 것이다.

고분자 폐기물은 상기 제1실(40)의 상부에서투입되어, 가압부재(41)에 의해아래쪽으로가압되고, 하부에 구비된 전열봉(42)에서 공급되는 열에 의해 약 250℃에서 용해된다.용해된고분자 용융물은 제1실(40) 하부에 모여진다. 즉 제1실은 상부의 투입부와 하부의 용융부 및 저장부로 구성되어 있다. 본 실시예는 탈염소장치가 없기 때문에 염화비닐등이 다량으로 혼입되어 있는 경우 탈염소처리로서 소석회를 고분자 폐기물과 함께 투입한다.이 경우 염소는 염화칼슘 형태로슬러지와 함께 회수된다.

고분자 폐기물을제1실에 연속으로 투입하면고분자용융물은 연통로(54)를 통하여 제2실로 유입되고, L선으로 표기된 수준까지 체류한다. 1차분해부(47)의 고분자 용융물은 전열봉(49)에 의해 350℃로 가열되어 고분자가분단되어분해가스로 변환되어 상부의 2차분해부(48)에 모인다. 2차분해부(48)에서는분해가스를 전열봉(49)에 의해 약 450℃로 가열하여 분해가스의 분자량을 적게 한다. 분해가스는관로(52)를 통해 콘덴서(51)로 들어가 오일로 변환되어 연료로 회수된다. 본 실시예에서는고분자 폐기물 1톤에서약 900리터의 오일을 얻을 수 있고 시간당 100kg의 처리능력을 가진다.

이 가운데 제1실(40)과 제2실(43)의 고분자 용융물은 연통로(54)를 통하여 저장영역을형성하여, 연통로(54)는 항상 용융물이 차있게 된다.이로써외기가 제1실(40)을 통하여 제2실(43)로 유입되는 위험한 상황을 막을 수 있으며, 제2실(43)의 분해가스가 제1실(40)로역류되는 것을 막을 수 있다.

열분해과정이 계속 진행되면, 고분자 폐기물에 혼입된 금속 등과 같은 분해되기 어려운고분자물질은 용융단계에서 제1실(40)의 바닥에 침전하여 경사진연통로(54)를 통하여이동하여 제2실(43)의 바닥면에 모이게 된다. 이를 제거하는 과정을 예를 들면, 열분해과정중 매10시간마다 셔터(55)로 연통로(54)를 폐쇄시키고, 제2실 바닥부의 강열히터(50)로써 제2실의 바닥 온도를 600℃이상으로 유지하여 잔류물을 탄화시킨 다음 제2실 상부의 덮개를 열어 제2실내의 탄화슬러지를 긁어내는 방법등을 들 수 있다.

즉, 강열히터(50)는 탄화를 위한 가열수단으로 사용되는 것이라 할 수 있다. 별도로 탄화물 수집 트레이를 제2실(43) 바닥에 설치하여 트레이상에 모인 탄화된 잔류물 슬러지를 트레이와 함께 제2실 밖으로 빼어내어 잔류물을 제거할 수도 있다. 셔터(55)는 필수적인 요소는아니다. 또한 이후 열분해과정이 다시 시작될 때 강열히터(50)는 공정의 중지 때문에 고화된 폐기물을 부드럽게하는 열원으로 사용될 수 있다. 이 경우 강열히터(50)은 제1실(40)의 바닥에도 설치되어야 한다.

본 발명의 상기 두 실시예는장치의 규모, 설치환경, 처리고분자 폐기물의 종류등에 따라 다양한형태로 변경될 수있다.

본 발명에 따른 열분해장치의 가장 기본적인 구성은 제1실과 제2실이 연통로를 통해 연결되고, 제1실과 제2실을 연결하는 연통로에는 항상 고분자 용융물이 가득차 있게 되므로 특별한 차단 시설을 둘 필요없이 외부의 공기가 분해실로 유입되는 위험한 상황과 분해실의 분해가스가 투입부로 역류하여 분출되는 상황을 방지할 수 있어, 구조를 간단히 할 수 있고, 이로 인해 그 크기가 작고 값싼 장치를 제공할 수 있게 된다.

제1실과 제2실이 탱크형태로 제조된 경우 고분자 폐기물 또는 용융물의 이송기구를 별도로 둘 필요없으므로 열분해장치의 크기를 더욱 줄일 수 있으며, 배나 차량에 장치를 설치할 수 있게 된다.

제1실과 제2실이 실린더형상으로 구성되면, 내부에 이송장치가 구비되므로 고분자 폐기물의 열분해과정이 아주 높은 효율로 연속적으로 수행되고, 제1분해와 제2분해가 연속적으로 하나의 경사파이프 내부에서 수행되어 분해장치가 구성면에서 단순해지게 된다. 상기 장치는 스크류 피더로써 고분자 폐기물과 용융물을 자동적으로 이송시킬 수 있고, 전체 크기와 장치가격을 줄일 수 있다. 또한 투입구로부터 제2분해부까지의 일련의 과정이 V 형태로 구부러진 하나의 파이프에서 이루어지게 되어 있고, 고분자 용융물은 파이프의 구부러진 부분에 모이게 되므로, 외부공기가 분해부로 유입되거나 특별한 장치를 둘 필요가 없이 분해가스의 역류를 방지할 수 있게 된다.

또한, 제1실과 제2실의 저장부를 가열하기 위한 가열공간을 줄일 수 있어 전체적인 장치 크기를 줄일 수 있고, 공급되는 열을 효율적으로 사용할 수 있어 열분해장치의 운용비용을 줄일 수 있다. 더욱이, 고분자 용융물이 제2실의 내부면에 접촉된다 하더라도 과열되어 탄화되는 경우가 발생되지 않기 때문에 열분해과정이 효과적으로 수행될 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 투입부, 용융부 및 상기 용융부의 하부에 배치된 저장부로 이루어진 제1실;

   제1분해부와 상기 1차분해부의 상부에 배치된 2차분해부로 이루어진 제2실;

   상기 저장부와 상기 1차분해부가 서로 교차하는 부분에 형성된 저장영역 ;

   상기 용융부를 약 200-300℃의 범위로 가열하여 유지시키는제1열풍발생로;

   상기 1차분해부와 상기 저장영역을 약 300-400℃의 범위로 가열하여 유지시키는제2열풍발생로;

   상기 2차분해부를 약 400-500℃의 범위로 가열하여 유지시키는제3열풍발생로를 포함하고,

   상기 2차분해부의 상부는 가스수집부를 구비하고, 이 가스수집부는 이 가스수집부로부터 유입되는 분해가스를 액화시키는 유화장치와 서로 연통된 고분자 폐기물의 열분해장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 2차분해부의 상부에 배치된 3차분해부와, 상기 3차분해부의 온도를 약 500℃로 유지하는제4열풍발생로를 더 포함하고, 상기 가스수집부는 상기 3차분해부안에 배치되고 상기 가스수집부는 유화장치와 연통된 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 열분해장치.
3. 상부에 개구부를 가지고, 투입부, 용융부, 및 상기 용융부 하부에 배치된 저장부를 포함하여 실질적으로 수직으로 배치된 제1실;

   상기 제1실에 인접하여 배치되고, 덮개로써 덮여지는 개구부를 가지며, 1차분해부와 상기 1차분해부 위에 배치된 2차분해부로 이루어진 제2실;

   상기 저장부의 바닥을 상기 1차분해부에 연결하고, 하향경사진연통로;

   상기 저장부의 바닥과, 상기연통로및 상기 1차분해부의 바닥으로 이루어진 저장영역;

   상기 용융부를 약 200-300℃로 유지하는제1열풍발생로;

   상기 1차분해부와 상기 저장영역을 300-400℃로 유지하는제2열풍발생로;

   상기 2차분해부를 약 400-500℃로 유지하는제3열풍발생로를 포함하고,

   상기 2차분해부의 상부는 가스수집부를 구비하고, 이 가스수집부는 유입되는 분해가스를 액화시키기 위한 유화장치와 연통된 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 열분해장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1실의 저장부의 바닥부를 상기 제2실의 상기 1차분해부의 바닥부로부터 차단하는셔터와,

   상기 2차분해부의 바닥부에 인접하게 배치되어 상기 1차분해부를 약 600℃로 유지하는강열히터를 더 포함한 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 열분해장치.
5. 실질적으로 실린더 형상을 가지고, 용융부와 저장부들 보다 높은 위치에 배치된 저장부를 가진 제1실;

   실질적으로 실린더 형상을 가지고, 가스수집부과 슬러지 튜브를 포함한 2차분해부보다 더 낮은 위치에 배치된 1차분해부를 가진 제2실;

   상기저장부와 상기 1차분해부의 교차부분에 형성된 저장영역;

   상기 제2실의 외측에 배치된 모터에 의해 구동되는 상기 제2실안에 배치된피드스크류;

   상기 용융부를 약 200-300℃로 유지하는제1열풍발생로;

   상기 1차분해부와 상기 저장부를 약 300-400℃로 유지하는제2열풍발생로;

   상기 2차분해부를 약 400-500℃로 유지하는제3열풍발생로를 포함하고,

   상기 2차분해부는 유화장치에 연결된 가스수집부를 포함한 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 열분해장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 저장부, 상기 1차분해부 및 상기 2차분해부중 적어도 하나를 에워싸는 외측 덮개를 더 포함하여 상기 외측덮개와 상기 각 부 사이에 가열공간을 형성하며,

   상기제1열풍발생로,제2열풍발생로, 및제3열풍발생로들은 상기 가열공간으로 가열공기를 배출함으로써 상기 용융부, 상기 1차분해부, 상기 2차분해부를 소정의 온도범위 이내로 유지시키는 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 열분해장치.