KR100375569B1 - 고분자 폐기물을 위한 열분해 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 폐기물을 위한 열분해 장치에 관한 것으로, 각 제1 챔버와 제2 챔버의 튜브 내에 설치되는 경사 파이프의 외주면에는 외부로부터 공급되는 열풍의 열이 그 경사 파이프의 외측공간으로부터 상기 이송 파이프의 폐기물 이송공간으로 전달되도록 적어도 두 개의 스크류 타입 열전달핀이 마련되고, 상기 제2 챔버측 이송 파이프의 내측에는 외부로부터 공급되는 열풍의 열이 그 이송 파이프의 내측공간으로부터 상기 이송 파이프의 폐기물 이송공간으로 전달되도록 보조 가열관이 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

고분자 폐기물을 위한 열분해 장치{PYROLYSIS APPARATUS FOR POLYMERIC WASTES}

본 발명은 고분자 폐기물을 위한 열분해 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라스틱 등의 고분자 폐기물을 열분해하여 유용한 연료유나 연료 가스를 공급할 수 있도록 한 고분자 폐기물을 위한 열분해 장치에 관한 것이다.

플라스틱 물질, 즉 고분자 물질의 폐기물을 열분해하는 장치는 다양한 형태로 개발되어 사용되고 있으며, 그 예가 일본 특개평9-268293호, 특개평10-17871호에 개시되어 있다.

상기 일본 특개평9-268293호에 개시된 장치에 따르면, 관형 예열기와 관형 분해로가 경사지게 설치되고, 스크류형 배출기, 관형 예열기 및 관형 분해로 내부에는 스크류가 제공되어 폐기물과 용해 물질을 이송시킴과 동시에 파이프 내벽에 쌓이는 슬러지를 긁어 자동적으로 배출시키게 되어 있으며, 스크류에 의해 이송된 슬러지는 관형 분해로 상단에서 관형 분해로 외측으로 배출된다.

상기 장치는 연속적으로 작동 가능하고, 관형 접촉 분해기의 상부에 모이게 된 상부의 분해 가스가 관형 접촉 분해기 하부에 모여 있는 용융물에 의해 막혀 있어 관형 예열기의 배출기 상류 쪽으로 역류할 수 없게 되어 있다.

한편, 상기 일본 특개평10-17871호에 개시된 장치에 따르면, 원료 물질의 용해 탱크, 열분해를 위한 경사진 파이프와 가열 수단, 상기 파이프 내부에 설치되어 용해된 고분자계 폐기물 및 슬러지를 이송하는 스크류, 상기 가열 수단이 경사진 파이프의 하부에서 상부에 이르기까지 세부분으로 구획된 열풍 가열로를 포함하며, 상기 열풍가열로의 온도는 하부에서부터 순차적으로 상승한다.

상기 장치는 열분해를 위해 경사관을 사용하며, 일차, 이차, 삼차 열분해를 위해 가열 공간인 챔버를 통과하게 되어, 각 챔버가 차지하는 공간이 커지게 된다. 따라서, 불필요하게 큰 가열 공간이 요구되어, 상당히 많은 양의 열이 사용되지도 못한채 낭비되어 버린다. 그리고, 온도 변화의 히스테리시스가 커서 여전히 열관리의 어려움이 있다. 또한, 원료 물질의 용융 탱크와 열분해를 위한 경사관 사이의 관계를 명확하게 규명하지 않고 있어, 열분해 장소로의 공기의 유입과 분해 가스의 역류로 인해 발생되는 문제점을 해소하지 못하고 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 일본 특허출원 제98-170081호에는 고분자 폐기물을 투입할 수 있는 투입부와, 그 투입된 고분자 폐기물을 용융시키는 용융부를 갖는 제1 챔버와; 일차 분해부와, 이 일차 분해부 상부에 위치하는 이차 분해부로 이루어진 제2 챔버를 포함하는 고분자 폐기물 열분해 장치가 개시되어 있다.

도 1에는 상기 일본 특허 출원과 유사한 장치를 개략적으로 도시하는 측면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 열분해 장치는 제1 챔버와 제2챔버로 이루어지며, 상기 제1 챔버의 용융부(4)는 호퍼(17)와, 이송 파이프(18), 이 이송 파이프를 둘러싸는 경사 파이프(23), 이 경사 파이프를 둘러싸는 외측 튜브(24)로 이루어져 있다. 이 이송 파이프(18)의 외주면에는 이송 스크류(18a)가 설치되어 있으며, 이 이송 스크류는 제1 모터(20)에 의하여 비교적 저속으로, 예를 들면 9rpm의 속도로 회전한다.

상기 용융부(4)에는 이송 파이프(18) 주위의 폐기물 이송공간 내의 온도가 적정 고온상태로 유지될 수 있도록 열풍 발생로(도시되지 않음)로부터 열풍이 공급된다.

상기 제2 챔버의 열분해부(5)는 이송 파이프(18'), 이 이송 파이프를 둘러싸는 경사 파이프(23')와, 이 경사 파이프를 둘러싸는 외측 튜브(24')로 구성되어 있으며, 상기 이송 파이프(18')의 외주면에는 그 이송 파이프의 축선방향으로 이송 스크류(18a')가 설치되어 있다.

상기 일본 특허출원의 열분해 장치는, 각 경사 파이프의 외주면에 마련되는 열전달핀(38)이 축선방향으로 일정간격을 두고 일직선으로 뻗은 평판형태로 이루어졌기 때문에, 상대적으로 열교환 표면적이 작은데다 열풍이 경사 파이프의 축선을 따라 그대로 배출되어 버려 열교환 효율이 낮아질 수밖에 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 특히 열풍의 속도를 저하시키지 않으면서도 열전달율을 높임으로써 폐기물의 열분해를 효율적으로 수행할 수 있도록 한 고분자 폐기물을 위한 열분해 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 고분자 폐기물을 위한 열분해 장치를 개략적으로 도시하는 측면도이다.

도 2는 도 1의 경사 파이프 외주면에 설치된 플랫 타입의 열전달 핀을 도시하는 정면도로서, 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 절결하여 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 폐기물을 위한 열분해 장치를 개략적으로 도시하는 측면도이다.

도 4는 도 3의 경사 파이프 외주면에 설치된 스크류 타입의 열전달 핀을 도시하는 정면도로서, 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절결하여 나타낸 도면이다.

도 5 및 도 6은 각각 도 3의 원 A 및 B의 확대 단면도이다.

<도면의 주요 부부에 대한 부호의 설명>

104: 용융부 105: 열분해부117: 호퍼 118a: 이송 스크류118: 이송 파이프 120: 제1 모터123: 경사 파이프 124: 튜브126: 제2 모터 135: 슬러지 슈트 파이프138: 열전달핀 150: 보조 가열관151: 상단부 152: 유입구153: 하단부 155: 전기열선

상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 고분자 폐기물을 투입할 수 있는 투입부와, 그 투입부를 통해 투입된 고분자 폐기물을 용융시키는 용융부를 갖는 제1 챔버와; 이 제1 챔버를 가로질러 연결되어 그 제1 챔버로부터 이송되는 폐기물을 열분해하는 열분해부를 갖는 제2 챔버를 포함하며, 상기 각 제1 챔버와 제2 챔버의 튜브 내에는 외부로부터 공급되는 열풍을 안내하는 경사 파이프와, 이 경사 파이프 내에 동축으로 설치되고 외주면에 이송 스크류가 구비된 이송 파이프를 구비하는 고분자 폐기물을 위한 열분해 장치에 있어서,상기 경사 파이프의 외주면에는 외부로부터 공급되는 열풍속의 열이 그 경사 파이프의 외측공간으로부터 상기 이송 파이프의 폐기물 이송공간으로 많이 전달되도록 적어도 두 개의 스크류 타입 열전달핀이 마련되고, 상기 제2 챔버측 이송 파이프의 내측에는 외부로부터 공급되는 열풍속의 열이 그 이송 파이프의 내측공간으로부터 상기 이송 파이프의 폐기물 이송공간으로 많이 전달되도록 보조 가열관이 구비되는 구조로 이루어져 있다.여기에서, 상기 보조 가열관의 내부에는 전기열선이 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 도 3 내지 6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 폐기물의 열분해 장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고분자 폐기물의 열분해 장치의 측면도를 개략적으로 도시한다.본 발명은 고분자 폐기물을 투입할 수 있는 투입부와, 그 투입부를 통해 투입된 고분자 폐기물을 용융시키는 용융부를 갖는 제1 챔버와; 이 제1 챔버를 가로질러 연결되어 그 제1 챔버로부터 이송되는 폐기물을 열분해하는 열분해부를 갖는 제2 챔버를 포함하며, 상기 각 제1 챔버와 제2 챔버의 튜브 내에는 외부로부터 공급되는 열풍을 안내하는 경사 파이프(123)와, 이 경사 파이프 내에 동축으로 설치되고 외주면에 이송 스크류(118a)가 구비된 이송 파이프(118)를 구비하는 고분자 폐기물을 위한 열분해 장치에 있어서,상기 경사 파이프(123)의 외주면에는 외부로부터 공급되는 열풍속의 열이 그 경사 파이프의 외측공간으로부터 상기 이송 파이프(118)의 폐기물 이송공간으로 많이 전달되도록 적어도 두 개의 스크류 타입 열전달핀(138)이 마련되고,

상기 제2 챔버측 이송 파이프(118)의 내측에는 외부로부터 공급되는 열풍속의 열이 그 이송 파이프의 내측공간으로부터 상기 이송 파이프의 폐기물 이송공간으로 많이 전달되도록 보조 가열관(150)이 구비되는 구조로 이루어져 있다.여기에서, 상기 보조 가열관의 내부에는 전기열선(155)이 설치되는 것이 바람직하다.상기 이송 스크류는 제1 모터(120)에 의하여 비교적 저속으로, 예를 들면 9rpm의 속도로 회전한다.

상기 이송 파이프(118)는 그 내부 온도를 적정 고온상태로 유지시킬 수 있도록 용융부(104)에 의해 둘러싸여 있으며, 이 용융부 내에는 열풍 발생로(도시되지 않음)로부터 열풍이 공급된다.

열분해부(105)는 외주면에 이송 스크류(118a)가 구비된 이송 파이프(118)와, 이 이송 파이프를 둘러싸는 경사 파이프(123)와, 이 경사 파이프의 외주를 둘러싸는 외측 튜브(124)로 구성되어 있으며, 상기 이송 파이프(118)의 전단에는 제2 모터(126)가 설치되어 있다.상기 경사 파이프(123)와 외측 튜브(124) 사이의 열풍 유동공간은 열풍 발생로와 통해 있다. 이 열풍 발생로에 마련된 버너에 의해 발생된 고온의 열은 송풍기를 통해 열풍 유동공간 내로 공급되어 열교환이 이루어진 후 밖으로 배출되도록 되어 있다. 상기 외측 튜브(124)는 외부와 단열되도록 절연 물질로 제조된다. 또한 경사 파이프(123)의 상단부에는 가스 수집부(134)가 제공된다.

상기 각 경사 파이프(123) 내의 이송 파이프(118)는 일부분이 서로 크로스 연결되어 폐기물이 용융부(104)로부터 열분해부(105)로 단계적으로 이송되도록 되어 있다.

고분자 폐기물(예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, ABS 수지, 비닐클로라이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등을 포함하는 플라스틱 물질의 폐기물)은 호퍼(117)에 투입되어, 자체 중량 또는 기계적인 압력에 의해 압축되면서 이송 스크류(118a)에 의해 이송된다. 이때, 작은 사이즈의 폐기물은 바로 투입되지만, 큰 폐기물의 경우엔 적절한 크기로 파쇄되거나 잘라 투입되어야 한다. 그런 다음, 폐기물은 이송 파이프(118)를 통해 용융부(104)를 지나면서 가열되고 용해된다.

이와 같이, 상기 용융부(104)측 이송 파이프(118)의 후단부에서 열분해부(105)의 전단부까지를 폐기물 제1 처리공간이라 할 수 있으며, 호퍼와 연통되어 투입부로 이용되는 후단부와 용융부로 이용되는 중간부, 고분자 용해물이 축적되는 전단부로 구획된 제1 챔버로 되어 있다.

제1 챔버의 이러한 배열로 인해, 비록 용융점이 높은 폐기물과 용해되지 않은 폐기물도 열용량과 접촉면적이 크기 때문에 짧은 시간 내에 완전히 용해될 수 있게 된다.

상기 이송 스크류(118a)는 경사 파이프(123) 내에서 회전하여 그 안의 고분자 용융물을 교반하면서 상방으로 밀어 올린다. 고분자 용융물은 하부공간 내부의 경사 파이프(123) 내에서 고온으로 가열되기 때문에 고분자 체인이 파괴되어 이때 분해가스를 생성시킨다. 상부공간의 경사 파이프(123) 내에는 분해가스가 수집되어 보다 높은 온도로 더욱 가열되면서 분해가스가 더 적은 분자량의 분해 가스로 된다.

고분자계 물질속에 함유된 금속 등과 같은 용융되지 않은 부분은 용융물 중에 슬러지나 침전물로 되는데, 이는 이송 스크류(118a)에 의해 용융물과 함께 상방으로 밀어 올려져 경사 파이프(123)의 전단측 개구부와 통해있는 슬러지 슈트 파이프(135)를 통해 배출된다.

도 4를 참조하면, 상기 경사 파이프(123)는 강철 파이프로서, 외주면 상에 일정한 피치를 갖는 여러 개의 스크류 타입의 열전달 핀(138)을 갖는다. 이러한 열전달 핀은 용융부 내부로 공급된 열풍으로부터 보다 신속하게 열을 흡수하여 이송 파이프(118) 주위의 폐기물 공간으로 전달하는 기능을 수행한다. 스크류 타입의 열전달 핀을 사용하면 열풍이 회전하여 와류가 발생되는바, 이러한 와류 현상에 의해 열교환 효율이 극대화된다. 이때, 스크류 타입의 열전달 핀을 사용하면 약간의 열풍압력 손실이 발생되는데 이는 여러 개의 스크류 타입의 열전달 핀을 사용하면 감소된다. 또한, 스크류 타입의 열전달 핀은 플랫 타입의 열전달 핀에 비해 열교환 표면적이 크기 때문에 그 만큼 열교환 효율이 증대된다.

도 5와 도 6을 참조하면, 이송 파이프(118) 내측에서 폐기물 유동공간으로 열풍의 열이 전달되도록 그 이송 파이프의 내측에 보조 가열관(150)이 마련되어 있다. 이로써, 열풍 발생로로부터 발생된 열풍의 일부가 이송 파이프(118)의 상단에 형성된 유입구(152)을 통해 이송 파이프와 보조 가열관 사이의 공간으로 유입된다. 그리고, 이 공급된 열풍은 보조 가열관(150)의 하단부(153)에 형성된 개구를 통해 보조 가열관 내부로 진입하여 상단부(151)로 배출된다.

전술한 구조에 의하면, 열풍 발생로로부터 열풍이 공급되는 경사 파이프의 외주면에 스크류 타입의 열전달 핀이 제공됨으로써, 경사 파이프 주위의 외측공간으로부터 이송 파이프 주위의 폐기물 이송공간으로 열풍의 열이 효율적으로 전달될 수 있도록 하였다. 게다가, 이송 파이프의 내측에도 보조 가열관을 마련하여 이송 파이프의 내측공간으로부터 폐기물 이송공간으로 열풍의 열을 공급함으로써, 이송 파이프와 경사 파이프 사이의 공간을 지나는 폐기물을 효율적으로 열분해할 수 있도록 하였다.

Claims (5)

1. 고분자 폐기물을 투입할 수 있는 투입부와, 그 투입부를 통해 투입된 고분자 폐기물을 용융시키는 용융부를 갖는 제1 챔버와; 이 제1 챔버를 가로질러 연결되어 그 제1 챔버로부터 이송되는 폐기물을 열분해하는 열분해부를 갖는 제2 챔버를 포함하며, 상기 각 제1 챔버와 제2 챔버의 튜브 내에는 외부로부터 공급되는 열풍을 안내하는 경사 파이프와, 이 경사 파이프 내에 동축으로 설치되고 외주면에 이송 스크류가 구비된 이송 파이프를 구비하는 고분자 폐기물을 위한 열분해 장치에 있어서,

   상기 경사 파이프의 외주면에는 외부로부터 공급되는 열풍속의 열이 그 경사 파이프의 외측공간으로부터 상기 이송 파이프의 폐기물 이송공간으로 전달되도록 적어도 두 개의 스크류 타입 열전달핀이 마련되고,

   상기 제2 챔버측 이송 파이프의 내측에는 외부로부터 공급되는 열풍속의 열이 그 이송 파이프의 내측공간으로부터 상기 이송 파이프의 폐기물 이송공간으로 전달되도록 보조 가열관이 구비되는 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물을 위한 열분해 장치.
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3. 제1항에 있어서, 상기 보조 가열관의 내부에는 전기열선이 설치되는 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물을 위한 열분해 장치.
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