KR100515577B1 - Apparatus and process for treatment of waste oils - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐오일로부터 연료 오일을 재생하는 처리장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 장치 및 방법은 고온에서 순차적인 가압 및 진공 조건을 조합함으로써 폐오일을 열분해하는 것을 특징으로 한다. 종래의 배치형 방법이 400∼450℃이 진행되는 데 반해, 본 발명의 방법은 이보다 낮은 온도인 300∼350℃에서 급속 열분해를 행한다. 본 발명의 방법은 열분해 용기로부터 회 덩어리를 제거하는 배출 공정을 가진 반연속 방법이므로 회 덩어리를 수집하기 위한 작업중단 단계를 필요로 하지 않는다. 또한, 회 덩어리의 함량도 종래기술의 5%에서 1.4%로 낮아지는데, 그 이유는 타르 화합물의 형성에 관련된 산화문제를 야기하는 늦은 반응속도가 없어지기 때문이다. 또한, 2등급 디젤 연료 오일의 생산율도 종래의 배치형 공정에 비해 3배 가량 높일 수 있다.The present invention relates to a treatment apparatus and a method for regenerating fuel oil from waste oil. The apparatus and method of the present invention are characterized by pyrolysing waste oil by combining sequential pressurization and vacuum conditions at high temperatures. While the conventional batch method proceeds with 400-450 ° C., the method of the present invention undergoes rapid pyrolysis at 300-350 ° C., which is lower than this. The method of the present invention is a semi-continuous method with an evacuation process to remove ash from the pyrolysis vessel and therefore does not require an outage step to collect ash. In addition, the content of ash mass is also lowered from 5% to 1.4% of the prior art because the slow reaction rate that causes the oxidation problem associated with the formation of the tar compound is lost. In addition, the production rate of second-class diesel fuel oil can be increased by three times as compared to the conventional batch process.
Description
본 발명은 폐오일로부터 연료 오일을 재생하는 처리장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a treatment apparatus and a method for regenerating fuel oil from waste oil.
산업현장에서 나오는 폐 엔진오일 및 윤활오일은 환경에 해로울 뿐 아니라 그 처리에도 문제를 야기시킨다. 이들은 공공 서비스 기관에 의해 수집되어 상업적인 시설에 보내지는데, 여기서 이 오일들은 원심분리 및 여과공정을 거쳐서 재생된 다음에 재생 윤활오일 등의 형태로 판매된다. 이렇게 재생된 오일은 보일러 등의 연료원으로도 판매된다. 이 폐오일은 2급 디젤오일을 만들기 위해 열분해 공정을 종종 거치기도 한다.Waste engine oils and lubricating oils from industrial sites are not only harmful to the environment but also cause problems in their treatment. They are collected by public service agencies and sent to commercial facilities where they are recycled through centrifugation and filtration and sold in the form of regenerated lubricating oils. The regenerated oil is also sold as a fuel source such as a boiler. This waste oil is often subjected to a pyrolysis process to make a second grade diesel oil.
원유가 통상적으로 300∼500℃의 끓는 온도범위에 놓여지게 될 경우, 윤활 오일이 제조된다. 그런데, 합성 오일을 포함한 윤활 오일이 엔진의 격벽 내에서 기능을 수행할 경우, 대개는 엔진의 금속부 및 사용 연료로부터 나오는 먼지와 중금속 성분을 포착하게 된다. 따라서, 통상적인 사용 오일은 상당량의 카드뮴, 크롬, 아연 및 납을 함유하게 된다. 한편, 엔진 내에서 오일을 장기간 사용하게 되면, 윤활 오일은 해중합(depolymerization) 과정을 거치기 쉬워지는데, 이는 결국 낮은 끓는점의 짧은 탄화수소를 생성하는 데 귀결되게 된다. 또한, 윤활 오일을 엔진으로부터 제거하는 과정은 용매, 세정제 및 물 등을 이용하여 세정하는 과정을 필연적으로 수반한다.Lubricant oils are prepared when crude oil is typically placed in a boiling temperature range of 300-500 ° C. However, when lubricating oils, including synthetic oils, function within the bulkhead of the engine, they usually capture dust and heavy metal components from the metal parts of the engine and the fuel used. Thus, conventional used oils will contain significant amounts of cadmium, chromium, zinc and lead. On the other hand, prolonged use of the oil in the engine makes the lubricating oil easy to undergo depolymerization, which in turn results in the production of short hydrocarbons of low boiling point. In addition, the process of removing the lubricating oil from the engine inevitably involves the process of cleaning with a solvent, a cleaning agent and water.
따라서, 사용된 오일을 디젤 오일 등의 유용한 제품으로 바꾸고 환경적으로 해로운 고체 및 슬러지(sludge)를 줄이기 위해, 효율적인 열분해 공정의 개발에 대한 필요성이 대두되게 되었다.Thus, there is a need for the development of efficient pyrolysis processes to replace used oils with useful products such as diesel oils and to reduce environmentally harmful solids and sludge.
미국특허 제5,286,349호 및 제5,271,808호는 폐오일로부터 유용한 오일 제품을 재생하기 위한 장치에 대해 개시하고 있다. 이 장치의 설명에 따르면, 이 장치는 기본적으로 종래기술의 케틀(kettle)형 보일러를 포함하는데, 이 보일러 내에서 끓여진 물질은 응축기를 이용하여 재생된다. 도 1은 종래기술에 따른 열분해 공정을 나타내기 위한 열분해 장치의 개략도로서, 미국특허 제5,871,618호의 도 3과 동일한 것이다. 도 1을 참조하면, 열분해 장치는 뚜껑(106), 측벽(105)들, 바닥(102) 및 상부 배출구(120)로 이루어진 열분해 용기(101)를 포함한다. 폐오일로부터 오일 제품을 재생하기 위한 종래기술의 장치는 미국특허 제5,871,618호에 설명되어 있는데, 여기서는 대기압에서 사용되는 개방 배치형(batch type) 열분해 용기가 채용된다. 이 종래기술의 장치는 미국특허 제5,286,349호 및 제5,271,808호에 개시된 기술보다 어느 정도 진보적이지만, 승온 및 반응에 많은 시간이 소요된다는 문제점을 여전히 갖는다.U. S. Patent Nos. 5,286, 349 and 5, 271, 808 disclose devices for regenerating useful oil products from waste oil. According to the description of the device, the device basically comprises a kettle-type boiler of the prior art, in which the boiled material is regenerated using a condenser. 1 is a schematic diagram of a pyrolysis apparatus for illustrating a pyrolysis process according to the prior art, which is the same as FIG. 3 of US Pat. No. 5,871,618. Referring to FIG. 1, the pyrolysis apparatus includes a pyrolysis vessel 101 consisting of a lid 106, sidewalls 105, a bottom 102 and an upper outlet 120. Prior art devices for regenerating oil products from waste oil are described in US Pat. No. 5,871,618, where an open batch type pyrolysis vessel used at atmospheric pressure is employed. This prior art device is somewhat more advanced than the techniques disclosed in US Pat. Nos. 5,286,349 and 5,271,808, but still has the problem that it takes a long time to raise and react.
또한, 상기한 종래기술의 장치는, 도 2에 도시한 바와 같이, 3.5일마다 최소 10시간이 소요되는 회 덩어리(ash cake) 제거를 위한 작업중단 단계를 필요로 한다. 도 2는 종래기술의 장치의 제조 공정 싸이클에서의 시간 대 온도 곡선을 나타낸 그래프이다. 미국특허 제5,286,349호에 개시된 기술에서, 용기의 바닥에만 열을 가하는 것은 슬러지 덩어리를 생성시키는 원인이 된다는 것을 주목하여야 한다. 또한, 이는 용기 내의 폐오일의 바닥에서 꼭대기까지 서로 다른 온도영역이 생성되게 하여 열분해 공정의 효율을 나쁘게 할 뿐 아니라 용기의 바닥에 슬러지 덩어리가 더 많이 생성되게 한다.In addition, the apparatus of the prior art, as shown in FIG. 2, requires an interruption step for removing an ash cake which takes at least 10 hours every 3.5 days. 2 is a graph showing time versus temperature curves in the manufacturing process cycle of the prior art device. In the technique disclosed in US Pat. No. 5,286,349, it should be noted that applying heat only to the bottom of the container causes the sludge mass to be produced. In addition, this results in different temperature ranges from the bottom to the top of the waste oil in the vessel, which not only degrades the efficiency of the pyrolysis process but also creates more sludge mass at the bottom of the vessel.
따라서, 종래기술의 장치 및 방법에 따르면, 과다한 에너지 요구, 많은 반응시간, 큰 반응기 및 낮은 생산율을 피할 수 없게 된다. 특히, 대용적의 생산원료 때문에 반응에 장시간이 소요되어 바람직하지 않은 중합, 산화 및 탈수소반응이 발생하고, 이로 인해 미국특허 제6,132,596호에서 설명된 바와 같이 불안정한 디젤 연료와 대용적의 슬러지 덩어리 찌꺼기가 생성되게 된다. 이러한 종래기술의 단점에는, 450∼500℃에 이르는 고온을 사용함에 따른 열분해 용기의 구조에 대한 물리적 손상, 구조 변형, 높은 생산원가 요구, 너무 짧은 탄화수소 파편(too short hydrocarbon fragment)과 같은 불필요한 부산물의 생성이 포함된다.Therefore, according to the prior art apparatus and method, excessive energy demand, large reaction time, large reactor and low production rate are unavoidable. In particular, the large volume of raw material takes a long time to react, which leads to undesirable polymerization, oxidation and dehydrogenation reactions, which lead to the generation of unstable diesel fuel and large volumes of sludge mass as described in US Pat. No. 6,132,596. do. Disadvantages of these prior arts include unnecessary by-products such as physical damage to the structure of the pyrolysis vessel due to the use of high temperatures of 450-500 ° C., structural modifications, high production costs, and too short hydrocarbon fragments. Generation is included.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 종래의 배치형(batch type) 폐오일 열분해 공정에서 야기되는 단점을 극복하기 위해, 가압 및 진공 모드의 조합 등에 의해 반연속(semi-continuous) 폐오일 처리장치 및 방법을 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem of the present invention, in order to overcome the disadvantages caused by the conventional batch type waste oil pyrolysis process, a semi-continuous waste oil treatment apparatus by a combination of pressurized and vacuum modes and the like and To provide a way.
본 발명의 다른 기술적 과제는, 순차적인 가압 및 진공 조건에서의 높은 반응속도에 의해 종래기술에 비해 상대적으로 작은 용기를 사용하더라도 종래기술과 동일하거나 그보다 더 좋은 생산율을 달성할 수 있는 폐오일 처리장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another technical problem of the present invention is a waste oil treatment apparatus capable of achieving the same or better production rate as the prior art even when using a relatively small container compared to the prior art by the high reaction rate under sequential pressurization and vacuum conditions And a method.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 종래기술에 비해 상대적으로 낮은 공정온도를 채용하더라도 종래기술과 동등하거나 그보다 우수한 생산율을 나타내는 폐오일 처리장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another technical problem of the present invention is to provide a waste oil treatment apparatus and method which exhibits a production rate equivalent to or better than that of the prior art, even if a relatively low process temperature is employed.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 고체 오염물을 닦아내어 제거하기 위한 공정 중단 없이 용기의 바닥에 방출밸브(bleeding valve)를 이용함으로써 응고될 슬러지 덩어리를 제거할 수 있는 폐오일 처리장치 및 방법을 제공하는 것이다. Another technical problem of the present invention is to provide a waste oil treatment apparatus and method capable of removing the sludge mass to be solidified by using a bleeding valve at the bottom of the container without interrupting the process for wiping and removing solid contaminants. It is.
상기한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 폐오일 처리장치는:Waste oil treatment apparatus of the present invention for solving the above technical problems:
기밀을 유지할 수 있는 열분해 용기와;A pyrolysis vessel capable of maintaining airtightness;
상기 열분해 용기에 공급될 폐오일을 저장하는 폐오일 탱크와;A waste oil tank for storing waste oil to be supplied to the pyrolysis vessel;
상기 열분해 용기의 내부압을 상승시킬 수 있는 가압수단과;Pressing means for raising an internal pressure of the pyrolysis vessel;
상기 열분해 용기의 내부를 진공상태로 만들 수 있는 진공펌프와;A vacuum pump capable of vacuuming the interior of the pyrolysis vessel;
상기 열분해 용기 내의 과도한 압력을 경감하기 위한 고압 경감용 밸브와;A high pressure reducing valve for reducing excessive pressure in the pyrolysis vessel;
상기 열분해 용기를 전체적으로 둘러싸서, 상기 열분해 용기 내에 담긴 폐오일을 균일하게 가열하는 히터와;A heater that surrounds the pyrolysis vessel as a whole and uniformly heats waste oil contained in the pyrolysis vessel;
상기 열분해 용기의 바닥에서 고화되어 가는 회 덩어리를 외부로 배출시키는 방출밸브;A discharge valve for discharging the ash mass which is solidified at the bottom of the pyrolysis vessel to the outside;
를 구비하는 것을 특징으로 한다.Characterized in having a.
상기한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 폐오일 처리방법은:Waste oil treatment method of the present invention for solving the above technical problems:
(a) 고압 펌프에 의해 폐오일을 열분해 용기로 도입하면서 상기 열분해 용기 내의 압력을 50∼100 psi로 증가시키는 단계와;(a) increasing the pressure in the pyrolysis vessel to 50-100 psi while introducing waste oil into the pyrolysis vessel by a high pressure pump;
(b) 상기 열분해 용기 내의 온도가 대략 200℃에 도달하도록 가열하는 단계와;(b) heating the temperature in the pyrolysis vessel to reach approximately 200 ° C .;
(c) 상기 열분해 용기를 약간 개방하여 가두어진 공기를 대기 중에 방출한 후 다시 닫는 단계와;(c) opening the pyrolysis vessel slightly to release the trapped air into the atmosphere and then closing it again;
(d) 상기 열분해 용기 내의 온도가 300∼350℃ 내의 일정 온도를 유지하도록 가열하여, 상기 폐오일의 대략 50%가 제거될 때까지 열분해 공정을 진행하는 단계와;(d) heating the temperature in the pyrolysis vessel to maintain a constant temperature within 300-350 ° C., to proceed with the pyrolysis process until approximately 50% of the waste oil is removed;
(e) 상기 열분해 용기에 대한 가열을 중단하고, 상기 열분해 용기 내부의 압력이 대략 10-6 torr가 되도록 감압하는 단계와;(e) stopping heating to the pyrolysis vessel and depressurizing the pressure within the pyrolysis vessel to be approximately 10 −6 torr;
(f) 상기 폐오일의 대략 70%까지 제거되면, 상기 열분해 용기 내의 진공압을 제거하는 단계;(f) if up to approximately 70% of the waste oil is removed, removing the vacuum pressure in the pyrolysis vessel;
를 구비하는 것을 특징으로 한다.Characterized in having a.
본 발명에서, 종래의 배치형 공정의 반응시간보다 3배 정도로 빠르게 반응시간을 가속하기 위해 열분해 용기를 300 psi까지 가압하는 것이 바람직하다. PLC에 연결되어 있는 고압 경감 밸브 또는 공압 밸브는 300 psi로 설정되며, 증류탑의 유입구에 연결된다. 과도한 압력 등의 비상상황을 위해서, 350 psi로 설정된 고압 파열 밸브가 안전 탱크와 연결된 상태로 열분해 용기의 상부에 탑재된다. 따라서, 폐오일이 열분해되기 시작하고 압력이 300 psi에 이르면 고압 경감 밸브가 공압에 의해 열려서 열분해된 오일 가스를 증류탑으로 내보낸다. 이는 종래기술보다 3배 정도 빠른 공정으로 귀결된다.In the present invention, it is preferable to pressurize the pyrolysis vessel to 300 psi to accelerate the reaction time about three times faster than the reaction time of the conventional batch process. The high pressure relief valve or pneumatic valve connected to the PLC is set to 300 psi and connected to the inlet of the distillation column. For emergencies such as excessive pressure, a high pressure burst valve set at 350 psi is mounted on top of the pyrolysis vessel in connection with the safety tank. Therefore, when the waste oil begins to pyrolyze and the pressure reaches 300 psi, the high pressure relief valve is opened by pneumatic pressure to send the pyrolyzed oil gas to the distillation column. This results in a process about three times faster than the prior art.
또한, 본 발명에서는, 종래의 배치형 공정의 반응보다 빠르게 반응을 가속하기 위해 열분해 용기를 진공화하는 것이 바람직한데, 그 이유는 진공화가 열분해된 오일의 끓는점을 낮추고 열분해된 낮은 분자량의 화합물들을 열분해 용기로부터 훨씬 신속하게 제거하여 에너지와 시간을 줄여주기 때문이다.In addition, in the present invention, it is preferable to vacuum the pyrolysis vessel to accelerate the reaction faster than the reaction of the conventional batch process, because the vacuuming lowers the boiling point of the pyrolyzed oil and pyrolyzes the pyrolyzed low molecular weight compounds. This is because it saves energy and time much faster by removing it from the container.
또한, 본 발명에서는 열이 열분해 용기의 바닥 뿐만 아니라 측벽에도 가해져서 용기 내에서 서로 다른 온도 영역이 존재하지 못하게 하는 것이 바람직하다.It is also preferred in the present invention that heat is applied to the side walls as well as to the bottom of the pyrolysis vessel so that no different temperature zones are present in the vessel.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 순차적인 가압 및 진공 조건을 채용한 본 발명의 실시예에 따른 폐오일 처리장치 및 처리방법을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the waste oil treatment apparatus and treatment method according to an embodiment of the present invention employing sequential pressurization and vacuum conditions.
엔진 오일, 금속 절단 오일, 유압 오일 등의 폐오일은, 이들이 열분해 공장으로 운반되어 올 때, 기본적으로 물, 용매 및 세정제를 포함한다. 물은, 폐오일이 열분해 용기(30)로 들어오기 전에 미리 제거된다. 오일이 펌핑되어 들어오기 전에 밸브들(31 및 32)은 닫히고 밸브(39)는 열린다. 폐오일 탱크(29)에 있는 물이 제거된 폐오일은 고압 펌프(38)를 이용하여 열분해 용기(30) 내에 넣어진다. 이 고압 펌프(38)는 열분해 용기(30) 내의 압력을 50∼100 psi로 증가시키는 동시에 폐오일탱크(29) 내의 폐오일이 열분해 용기(30) 내로 들어가게 한다. 그런데, 열분해 용기(30)는 상황에 따라서 아르곤 가스(44)에 의해 200 psi까지 사전에 가압될 수도 있다. 열은 사전 가압된 열분해 용기(30)의 바닥에만 직접적으로 가해지는 것이 아니라 그 측벽에도 직접적으로 가해진다. 열분해 용기(30)에 열이 가해지기 전에, 반응의 가속화를 위해 아르곤 가스(44)로 열분해 용기(30) 내의 압력을 100∼150 psi의 압력으로 사전에 가압하는 것이 바람직하다.Waste oils, such as engine oils, metal cutting oils, hydraulic oils and the like, basically contain water, solvents and detergents when they are transported to a pyrolysis plant. The water is removed before the waste oil enters the pyrolysis vessel 30. Valves 31 and 32 are closed and valve 39 is opened before oil is pumped in. The waste oil from which the water in the waste oil tank 29 is removed is put into the pyrolysis vessel 30 using the high pressure pump 38. This high pressure pump 38 increases the pressure in the pyrolysis vessel 30 to 50-100 psi while allowing waste oil in the waste oil tank 29 to enter the pyrolysis vessel 30. By the way, the pyrolysis vessel 30 may be previously pressurized to 200 psi by the argon gas 44 depending on the situation. Heat is not only applied directly to the bottom of the pre-pressurized pyrolysis vessel 30 but also directly to its side walls. Before heat is applied to the pyrolysis vessel 30, it is preferable to pressurize the pressure in the pyrolysis vessel 30 with argon gas 44 at a pressure of 100 to 150 psi in advance to accelerate the reaction.
열분해 용기(30) 내의 온도가 대략 200℃에 도달하면, 고압 경감용 밸브(31)를 약간 개방하여 열분해 용기(30) 내에 가두어진 공기를 대기 중에 방출한 후 닫는다. 아르곤 탱크와 연결된 밸브는 압력 손실을 보상하기 위해 개방될 수도 있다. 대략 1.0∼1.5시간의 경과 후에 온도가 계속 올라가서 300∼350℃에 이르면 폐오일은 분해되기 시작하여 높은 끓는점 및 낮은 분자량의 탄화수소가 생성되는데, 이는 압력을 증가시키고 PLC(Programmable Logic Controller)에 의해 완전히 제어되는 고압 경감용 밸브(31)를 열게 만든다. 사전 가압의 최적화는 용기의 크기 및 폐오일의 용량에 의존하여 변하는 압력과 온도의 비율을 결정하는 데 있어서 중요한 요소이다. 일반적으로 용기에 폐오일을 70∼80%로 채워넣는 것이 바람직하다. 용접용 아르곤이 용기의 압력을 증가시킴에 따라 열분해 반응속도를 증가시키기 위해 각각의 반연속 싸이클의 시초에만 사용된다. 이 압력은 열분해 과정이 진행됨에 따라 증가하는데, 그 이유는 열분해에 따라 높은 끓는점의 저분자량의 탄화수소가 형성되기 때문이다.When the temperature in the pyrolysis vessel 30 reaches approximately 200 ° C, the high-pressure reducing valve 31 is slightly opened to release air trapped in the pyrolysis vessel 30 to the atmosphere and then closed. The valve connected to the argon tank may be open to compensate for pressure loss. After approximately 1.0 to 1.5 hours, the temperature continues to rise and reaches 300 to 350 ° C. The waste oil begins to decompose, producing high boiling point and low molecular weight hydrocarbons, which increases the pressure and is completely controlled by the programmable logic controller (PLC). Open the controlled high pressure relief valve 31. Optimization of prepressurization is an important factor in determining the ratio of pressure and temperature that varies depending on the size of the vessel and the capacity of the waste oil. In general, it is preferable to fill the container with 70-80% of waste oil. Welding argon is used only at the beginning of each semi-continuous cycle to increase the pyrolysis reaction rate as the pressure in the vessel increases. This pressure increases as the pyrolysis process proceeds, because pyrolysis results in the formation of high boiling, low molecular weight hydrocarbons.
열분해 용기(30) 내에 과도한 내부 압력이 생성되는 등의 긴급한 경우에는, 열분해 용기(30)의 상부에 탑재된 파열 밸브(rupture valve; 41)가 과도한 압력에 의해 파열될 수 있는데, 이 경우 뜨거운 폐오일의 일부와 함께 내부 압력은 열분해 용기(30)와 물리적으로 분리되어 있는 안전 탱크(42)로 새어나간다. 이에 의해 화재나 폭발을 예방할 수 있다. 따라서, 압력 게이지(40)가, 전체 공정 동안에 모니터되거나, PLC에 연결되어 자동 차단이 수행될 수 있도록 되어 있다.In urgent cases, such as excessive internal pressure being generated in the pyrolysis vessel 30, a rupture valve 41 mounted on top of the pyrolysis vessel 30 may be ruptured by excessive pressure, in which case hot waste The internal pressure with some of the oil leaks into the safety tank 42 which is physically separated from the pyrolysis vessel 30. This can prevent fire or explosion. Thus, the pressure gauge 40 can be monitored during the whole process or connected to a PLC so that automatic shut down can be performed.
가스 형태의 열분해된 오일, 낮은 끓는점의 저 분자량의 탄화수소는 추가적인 세정공정을 위해 증류탑과 응축기로 방출된다. 고온 및 고압에서 이루어지는 이러한 열분해 공정은, 1.5시간 정도가 소요되며 대략 폐오일의 50% 정도가 제거될 때까지 계속된다. 레벨 게이지(level gauge; 43) 또는 부동식 레벨 지시기 (floating level indicator)가, 열분해 용기(30) 내에 잔류하는 폐오일의 레벨을 읽기 위해 사용될 수 있다.Pyrolysed oil in gaseous form, low boiling point and low molecular weight hydrocarbons is discharged to the distillation tower and condenser for further cleaning. This pyrolysis process at high temperature and high pressure takes about 1.5 hours and continues until approximately 50% of the waste oil is removed. A level gauge 43 or floating level indicator may be used to read the level of waste oil remaining in the pyrolysis vessel 30.
열분해 공정의 가압 모드 동안에, PLC에 의해 제어되는 방출밸브(34)는 계속 열려서 열분해 용기(30)의 바닥에서 고화되어 가는 회 덩어리를 저장탱크(37)로 천천히 흘러 내려가게 해준다. 저장탱크(37)의 상부에 있는 폐오일은 밸브(36)와 펌프(35)를 거친 후에 폐오일 탱크(29)로 재순환되며, 저장탱크(37)의 바닥부분의 폐오일은 가열 또는 스프레이 건조되어 고체 회 덩어리를 만들어내게 된다.During the pressurization mode of the pyrolysis process, the release valve 34 controlled by the PLC continues to open to slowly flow the ash mass which solidifies at the bottom of the pyrolysis vessel 30 into the storage tank 37. The waste oil at the top of the storage tank 37 is recycled to the waste oil tank 29 after passing through the valve 36 and the pump 35, and the waste oil at the bottom of the storage tank 37 is heated or spray dried. To form a solid ash mass.
열분해 용기(30)에서 폐오일의 50% 정도가 열분해되고 증류된 때에는, 가압 모드가 진공 모드로 변환된다. 고압 경감용 밸브(31)는 열분해 용기(30) 내의 감압을 위해 천천히 그리고 완전하게 개방된다. 또한, 진공 모드에서 300∼350℃ 범위의 온도는 여전히 충분하게 높기 때문에 열분해 용기(30)를 둘러싼 히터가 꺼져야 한다. 이 진공 모드에서는 50%의 나머지 열분해 오일이 끓게 만들어주는데, 이 과정은 안전의 목적으로도 자주 바람직하게 적용된다. 고압 경감용 밸브(31)를 완전히 개방함으로써 열분해 용기(30)를 감압시켰을 때에는, 고압 경감용 밸브(31)를 폐쇄하고 진공 펌프(33)의 작동을 시작하면서 밸브(32)를 개방한다. 이 때, 적어도 10-6 torr까지 진공화시키는 것이 바람직하다.When about 50% of the waste oil is pyrolyzed and distilled in the pyrolysis vessel 30, the pressurized mode is switched to the vacuum mode. The high pressure relief valve 31 opens slowly and completely for pressure reduction in the pyrolysis vessel 30. In addition, the heater surrounding the pyrolysis vessel 30 must be turned off because the temperature in the vacuum mode in the 300-350 ° C. range is still sufficiently high. In this vacuum mode, 50% of the remaining pyrolysis oil is made to boil, which is often preferred for safety purposes. When the pyrolysis vessel 30 is depressurized by completely opening the high pressure reducing valve 31, the valve 32 is opened while closing the high pressure reducing valve 31 and starting the operation of the vacuum pump 33. At this time, it is preferable to vacuum to at least 10 -6 torr.
진공 펌프(33)가 열분해 용기(30)를 계속 진공화시킴에 따라서 잔류 오일은 끓기 시작하는데, 이는 열분해 용기(30) 내의 열분해된 오일의 제거를 가속화시킬 뿐만 아니라 반응속도도 증가시켜 준다. 이 단계는 대략 0.5 시간이 소요되며, 가압 모드에서의 불완전한 열분해 공정을 완결시켜 준다. 열분해 용기(30) 내의 온도에 따라 최소 10-6 torr 정도의 진공도가 바람직하다.As the vacuum pump 33 continues to vacuum the pyrolysis vessel 30, the residual oil begins to boil, which not only accelerates the removal of the pyrolyzed oil in the pyrolysis vessel 30 but also increases the reaction rate. This step takes approximately 0.5 hours and completes the incomplete pyrolysis process in pressurized mode. A vacuum degree of at least about 10 −6 torr is preferred depending on the temperature in the pyrolysis vessel 30.
열분해 용기(30)에 잔류한 오일의 대략 20%가 진공 모드에 의해 통상적으로 제거된 다음에는 진공 펌프(33)가 멈추고 밸브(39)가 열려서 열분해 용기(30) 내의 진공압을 없애게 된다. 따라서, 순차적인 가압 및 진공 모드에 의해 대략 70%의 폐오일이 열분해 공정을 거쳐 열분해 용기(30)로부터 증류되며, 전체 공정은 열분해 용기(30)를 새로운 폐오일로 보충함으로써 다시 반복된다.After approximately 20% of the oil remaining in the pyrolysis vessel 30 is typically removed by the vacuum mode, the vacuum pump 33 is stopped and the valve 39 is opened to remove the vacuum pressure in the pyrolysis vessel 30. Thus, approximately 70% of waste oil is distilled from the pyrolysis vessel 30 through a pyrolysis process by sequential pressurization and vacuum modes, and the whole process is repeated again by replenishing the pyrolysis vessel 30 with fresh waste oil.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공정 동안에 온도, 압력 및 반응시간 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 전체 반응시간은 4.0 시간이 소요되었음을 알 수 있다. 용기의 크기와 폐오일의 용량은 각각 2,500L 및 1,800L이며, 이는 용기의 72%가 채워진다는 것을 의미한다. 생산된 부피는 1,800L∼1,900L로서 이는 투입 부피와 같거나 이보다 약간 많은데, 그 이유는 슬러지 덩어리와 타르(tar)의 생성에도 불구하고 해중합 과정에서 부피의 증가가 일어나기 때문이다. 이와 같은 생산량은 미국특허 제5,871,618호에 개시된 배치형 장치보다 2.9배 더 나은 것이다.4 is a graph showing the relationship between temperature, pressure and reaction time during a process according to an embodiment of the invention. Referring to Figure 4, it can be seen that the total reaction time was 4.0 hours. The size of the vessel and the capacity of the waste oil are 2,500 L and 1,800 L, respectively, which means that 72% of the vessel is filled. The volume produced is from 1,800 L to 1,900 L, which is equal to or slightly higher than the input volume, because the volume increase occurs during depolymerization despite the formation of sludge masses and tars. This yield is 2.9 times better than the batch type device disclosed in US Pat. No. 5,871,618.
본 실시예의 작동에서 선택적으로 더 포함될 수 있는 사항은 가압 모드를 진행하기에 앞서 폐오일에 있는 산소를 포함한 가스를 제거하기 위해 진공 모드가 선행할 수도 있다는 것이다. 이는 열분해 공정 동안에 발생할 수 있는 초기 산화의 문제를 방지하는 데 도움을 줄 수 있는데, 산화는 타르 생성의 주요인으로 알려져 있다.What may optionally be further included in the operation of this embodiment is that the vacuum mode may be preceded to remove the gas containing oxygen in the waste oil prior to the pressurized mode. This may help to avoid the problem of early oxidation that may occur during the pyrolysis process, which is known to be a major factor in tar generation.
PLC는 도 3에 도시된 모든 밸브, 히터, 게이지 및 펌프를 제어한다. 또한, 프로브들은 적절한 모니터링을 위해 PLC에 접속되어 있다.The PLC controls all the valves, heaters, gauges and pumps shown in FIG. In addition, probes are connected to the PLC for proper monitoring.
아래의 표 1은 공급원료인 폐오일과 생산된 오일의 통상적인 분석을 나타낸 것이다.Table 1 below shows a typical analysis of the feedstock waste oil and the oil produced.
본 발명의 특징과 이에 따른 효과를 정리하면 다음과 같다.The characteristics and effects of the present invention are summarized as follows.
1) 본 발명의 폐오일 처리장치는 단일압 및 진공에서 작동하는 용기를 포함하므로, 그 구성이 간단하다.1) Since the waste oil treatment apparatus of the present invention includes a container operating at a single pressure and in a vacuum, its configuration is simple.
2) 가압 및 진공모드의 조합에 의해 종래기술에 비해 적어도 3배 이상으로 반응속도를 가속시킬 수 있다. 2) The combination of pressurization and vacuum modes can accelerate the reaction rate by at least three times compared with the prior art.
3) 대기압에서 공정을 진행하는 종래기술의 용기에 비해 1/6 정도로 작아진 크기의 용기를 사용할 수 있다.3) It is possible to use a container which is about 1/6 smaller than the conventional container which is processed at atmospheric pressure.
4) 상대적으로 작아진 크기의 용기를 사용함으로써 열분해 용기 내부를 가열하는 데 필요한 에너지를 절감할 수 있다.4) The use of relatively small vessels reduces the energy required to heat the pyrolysis vessel interior.
5) 상대적으로 작아진 크기의 용기를 사용함으로써 가열시간 및 반응시간을 줄일 수 있다.5) By using a container of relatively small size, heating time and reaction time can be reduced.
6) 열분해 용기의 바닥에 있는 고화된 회 덩어리를 제거하기 위해 종래의 배치형 용기에서는 반드시 필요했던 공정 중단을 방출공정(bleeding process)에 의해 방지할 수 있다.6) The bleeding process can prevent process interruptions that were necessary in conventional batch vessels to remove solidified ash mass at the bottom of the pyrolysis vessel.
7) 열분해 용기의 바닥에서 회 덩어리가 고체화되는 것을 방지하기 위한 교반이 불필요하기 때문에, 임펠러 교반기(impeller agitator)를 사용할 필요가 없다.7) There is no need to use an impeller agitator because agitation is not necessary to prevent solidification of the ash mass at the bottom of the pyrolysis vessel.
8) 고압의 사용에 의해 300∼350℃의 낮은 온도에서도 사용할 수 있다.8) It can be used at low temperature of 300 ~ 350 ℃ by using high pressure.
9) 열분해 용기 둘레로 열을 고르게 가하기 때문에 서로 다른 온도영역이 발생하지 않으며, 슬러지 덩어리의 발생도 줄어든다.9) Evenly applied heat around the pyrolysis vessel does not produce different temperature ranges and reduces the occurrence of sludge masses.
10) 진공 공정을 사용함으로써 증류율 및 생산율이 증대되며, 열분해 시간은감소된다.10) By using vacuum process, distillation rate and production rate are increased, and pyrolysis time is reduced.
도 1은 종래기술에 따른 열분해 공정을 나타내기 위한 열분해 장치의 개략도;1 is a schematic diagram of a pyrolysis apparatus for illustrating a pyrolysis process according to the prior art;
도 2는 종래기술의 장치의 제조 공정 싸이클에서의 시간 대 온도 곡선을 나타낸 그래프;2 is a graph showing a time versus temperature curve in a manufacturing process cycle of a device of the prior art;
도 3은 순차적인 가압 및 진공 조건을 채용한 본 발명의 실시예에 따른 폐오일 처리장치 및 처리방법을 설명하기 위한 도면; 및3 is a view for explaining a waste oil treatment apparatus and a treatment method according to an embodiment of the present invention employing sequential pressurization and vacuum conditions; And
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공정 동안에 온도, 압력 및 반응시간 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the relationship between temperature, pressure and reaction time during a process according to an embodiment of the invention.
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