KR100584131B1 - 석유류 폐기물 열분해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복사열을 이용하여 석유류 폐기물을 밀폐된 공간에서 고온의 복사열에 의하여 열분해 시킴으로서, 숯, 기름 및 가스로 분리시켜 이를 채취 및 재활용이 가능하도록 석유류 폐기물 열분해장치를 제공하므로, 소각으로 인한 매연이나 불완전 연소로 인한 유해가스가 발생됨을 방지하면서 열분해 가스를 채집할 수 있으며, 발생된 열분해 가스를 액화시켜 기름으로서 채집하여 재활용할 수 있는 석유류 폐기물 열분해장치를 제공할 수 있다.

아울러, 다수개의 탄화로를 사용하여 대용량의 석유류 폐기물을 고온 복사열에 의한 열분해처리가 가능하며, 또한 방출된 가스를 연료로서 재활용하고 각 탄화로의 열원을 함께 이용하고 상기의 가스를 또한 탄화로의 열원으로 이용함으로서 여타의 열원연료의 소모없이 저비용으로 고효율의 효과가 있는 석유류 폐기물 열분해장치를 제공할 수 있다.

석유류 폐기물, 열분해, 복사열

Description

석유류 폐기물 열분해장치{Pyrolytic apparatus for petroleum based waste}

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 일부 절각된 사시도,

도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 일부 절각된 사시도,

도 3은 본 발명의 액화수단의 일실시예에 따른 일부 절각된 사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 탄화로 11 : 내벽

12 : 외벽 13 : 철망

14 : 측면부 15 : 덮개부

16 : 힌지 17 : 공기공

20 : 열분해실 21 : 내화벽

25 : 배기관 30 : 열원연소실

35 : 연료투입구 40 : 액화수단

41 : 액화관 42 : 필터

43 : 연결관 44 : 조절부

45 : 송풍기 46 : 배기실

50 : 집유실 60 : 집기실(集氣室)

100 : 가스이동관 110 : 공기조절기

150 : 점화관 200 : 제 2탄화로

201 : 내벽 202 : 외벽

205 : 덮개부 206 : 힌지

209 : 조절관 210 : 덮개부

220 : 열원연소실 225 : 입구부

230 : 열분해실 235 : 내화벽

240 : 배기관 250 : 액화수단

260 : 배기구 300 : 집유실

400 : 집기실(集氣室)

본 발명은 석유류 폐기물을 공해없이 가스와 기름 및 숯으로 분해 및 회수할 수 있도록 구성된 석유류 폐기물 열분해장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열분해실과 연료연소실을 구비하여 복사열을 이용하여 밀폐된 공간에서 폐기물을 열분해시키고, 열분해실에서 배출되는 배기가스로부터 가스 및 기름의 분리 및 채집이 가능하도록 구성된 석유류 폐기물 열분해장치에 관한 것이다.

현대 사회는 생활쓰레기를 비롯하여 산업발달로 인한 각종 산업 폐기물의 급증으로 환경오염 문제가 심각하며, 세계적으로도 이러한 환경오염 문제의 해결책을 마련하기 위하여 오염원의 배출도 규제 등의 정책을 시행하고 있다.

환경오염문제를 해결하기 위해서, 각종 폐기물 중 재활용이 가능한 것을 분리하여 다시 사용 가능하도록 변형시키는 방법과, 재활용이 불가능한 폐기물을 연소시켜 그 부피를 감소시키고 오염도를 줄이는 방법 등이 대표적이라 할 수 있다.

그러나, 폐타이어 등의 석유류 폐기물은 부식되거나 분해되지 않아 땅 속에 매립시킬 수도 없고, 소각시키더라도 유해물질의 발생이 심하여 대기오염의 우려가 커 이들을 방치할 수 밖에 없었다. 이로 인하여 상기의 폐기물을 쌓아둘 만한 공간이 부족하고 마땅한 처리방법이 없어 문제가 되어 왔다.

이에 상기 폐기물을 소각 처리함에 있어서 각종 유해가스의 방출을 억제하기 위한 방법 중의 하나로 상기 유해가스를 재연소시키는 방법이 알려져 있다. 이를 위하여 2차 열원에 의하여 불완전 연소가스를 연소시키거나 송풍기를 사용하여 강제로 공기를 유입시켜 재연소 되도록하여 불완전 연소를 줄이는 방법이 주로 사용되고 있다. 그러나 상기와 같이 2차 열원을 추가로 설치함에는 설치의 복잡함과 비용이 소요되는 단점이 있다. 또한 강제로 공기를 유입시키더라도 완전연소 되는 데 에는 한계가 있다. 한편, 완전연소를 위하여 850℃ 이상의 고온의 열원을 사용하는 경우 이를 위하여 다량의 연료를 사용하게 되므로 경제적인 부담이 매우 커지게 된다.

대한민국 공개특허공보 제93-10437호에는 폐타이어 소각장치로서 열분해된 카본과 방카C유 및 고열가스를 얻을 수 있는 소각로가 공개되어 있다. 그러나 이는 폐타이어를 공기와 함께 연소시켜 산화열분해시키는 것이며 이 때에는 유해가스나 매연이 심하게 배출되게 된다.

이에 본 발명자는 폐타이어와 같은 석유류 폐기물을 처리함에 있어서 각종 유해가스가 대기로 방출되는 것을 막고 효율적으로 폐기물을 분해시키기 위하여 공기가 통하지 않는 밀폐된 공간에서 복사열을 이용하여 산화가 아닌 탄화를 이용하여 고온에서 열분해시킴으로서 연소에 의해 발생하는 유해가스 및 매연이 발생되지 않음을 확인하였으며, 열분해시에 발생된 열분해 가스와, 기름으로 분리되고 다시 증발된 가스를 액화시키고 정제시키면서 가스와 기름으로 분리시켜 재활용하며, 상기의 액화되지 않은 가스를 다시 폐타이어를 열분해시키는 연료로서 재활용함으로서 저비용의 고효율적인 석유류 폐기물 열분해장치를 제공할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명은 석유류 폐기물을 복사열을 이용하여 밀폐된 공간에서 고온에서 열분해처리가 가능하여, 소각시 발생되는 유해가스 및 매연의 발생을 방지하며, 발생된 가스를 가스 및 기름으로 분리 채취하여 연료로서 재활용할 수 있는 저비용 고효율의 석유류 폐기물 열분해장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내화벽에 의하여 형성된 열분해실; 상기 내화벽의 외측면과 탄화로의 내벽 사이에 형성되어 있는 열원연소실; 상기 열분해실과 연결되어 탄화로의 측면부를 관통하도록 구성된 배기관; 상기 배기관을 통과하는 배기가스를 액화시키는 액화수단; 상기 액화수단과 연결되어 있으며, 상기 액화수단을 통과하면서 액화된 재생유가 모이는 집유실; 및 상기 액화수단과 연결되어 있으며, 액화되지 않은 열분해가스가 모이는 집기실(集氣室)을 포함하여 이루어진 석유류 폐기물 열분해장치를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 집기실의 배기가스가 다른 열분해장치를 위한 연료로 사용되는 것을 특징으로 하는 석유류 폐기물 열분해장치를 제공한다.

아울러 본 발명은 상기 열분해실, 열원연소실, 배기관, 액화수단, 집유실 및 집기실을 포함하여 이루어진 열분해장치를 두 개 이상 구비하고, 각 열분해장치의 열원연소실을 관을 통하여 연결하여, 한 개 열분해장치에서 폐기물이 완전탄화되기 까지의 시간과 완전탄화된 후 발생열량이 떨어지는 시간동안 공급되지 못한 고열을 다른 열분해장치에서 열원을 공급할 수 있도록 순환식으로 구성된 것을 특징으로 하는 석유류 폐기물 열분해장치를 제공한다.

이하 본 발명을 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 일부 절각된 사시도로서, 본 발명의 열분해장치의 구성을 보여주고 있다.

탄화로(10)의 중공에는 내화벽(21)에 의해 이루어진 열분해실(20)이 형성되어 있다. 상기 열분해실(20)의 내화벽(21)은 내화재료, 예컨대, 캐스터블(castable)로 구성되어, 고온에서도 잘 견딜 수 있도록 형성되어 있다.

상기 열분해실(20)의 내화벽(21)의 외측면과 탄화로(10)의 내벽(11) 사이에는 조개탄과 같은 연료를 연소시키는 열원연소실(30)이 형성되어 있다. 상기 탄화로(10)의 내벽(11) 역시 열분해실(20)의 내화벽(21)과 같은 내화재료로 구성되어 있다. 따라서 열원연소실(30)에서 발생된 열이 폐기물로 간접적인 복사열을 통하여 밀폐되어 공기가 차단된 열분해실(20)로 전달됨으로서 약 500~800℃의 고온으로 폐기물을 탄화시켜 이들을 숯과 기름과 가스로 분리시키면서 열분해시킬 수 있으며, 상기 기름과 가스는 다시 상기의 고온에서 다시 재탄화되게 된다.

또한 탄화로의 외벽(12)은 철판으로 둘러싸여있어 외형이 깨지거나 변형되지 않도록 지지하여 준다.

탄화로(10)의 내벽(11)과 외벽(12)을 포함한 벽의 두께와 열분해실(20)과 열원연소실(30)의 경계가 되는 내화벽(21)의 두께는 각각 8~15㎝이며, 바람직하게는 10㎝가 좋다. 또한 탄화로(10)의 입구부의 지름은 1~2m가 적당하며, 내화벽(21)의 균열을 방지하기 위해 탄화로(10)의 내벽(11)과 열분해실(20)의 내화벽(21)의 외측면 사이의 길이는 20~30㎝가 적당하다.

상기의 탄화로(10)는 덮개부(15)가 힌지(16)를 통하여 결합되어 있으며, 덮개부(15)를 열고 탄화시키고자 하는 폐기물을 투입하고 덮개부(15)를 닫음으로서, 설치된 공기공(17)를 통하여 열원연소실(30)과 공기가 통하는 것을 제외하고는 열분해실(20)과는 공기가 전혀 통하지 않게 된다. 한편 열원연소실(30)에서 연소시킬 연료, 예컨대, 조개탄을 투입하는 연료투입구(35)가 탄화로 상측에 구비되어 있다. 따라서 폐기물을 투입하고 열분해실(20)에 공기가 통하지 않도록 덮개부(15)를 닫은 후에 열원연소실(30)에 연료가 부족한 경우에도 덮개부를 열지 않고 열분해실(20)을 밀폐시킨 상태에서 연료의 추가 투입이 가능하다.

상기 탄화로(10)의 하측에는 철망(13)이 힌지결합 되어있어 연소에 필요한 공기를 통하도록 해주며, 연소된 연료를 털어낼 수 있는 역할을 해준다.

또한 상기 덮개부(15)에는 상기 열원연소실(30)에 공기를 통하도록 해주기 위하여 열원연소실(30)에 해당하는 부분에 공기공(17)이 한 개이상 구비되어 있어 연소를 도와주며, 상기 공기공(17)을 통하여 도구를 이용하여 열원을 섞어줄 수 있어 불씨를 유지시켜 줄 수 있도록 해준다.

상기 탄화로(10)의 측면부(14)의 중앙부에는 열분해실(20)에서 액화수단(40)으로 연결되는 배기관(25)이 관통되어 있다. 상기 배기관(25)을 통하여 열분해실(20)에서 열분해된 가스가 배출되어 액화수단(40)으로 이동하게 된다. 상기 액화수단(40)에서는 이동된 가스를 상온으로 냉각시키고, 액화수단 내부에는 설치된 필터에 의해 가스가 액화되며, 이 중 액화된 기름은 집유실(50)로, 액화되지 않은 열분해 가스는 집기실(60)로 이동되게 된다. 상기 액화수단(40)의 구성은 하기 도 3에서 상세히 설명하기로 한다. 상기 집기실(60)에는 석유류 폐기물이 밀폐된 열분해실(20)에서 고온의 복사열로 열분해됨으로서 유해한 물질이 발생되지 않는 열분해 가스가 채집되게 된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 일부 절각된 사시도로서, 두 개 이상의 탄화로를 구비함으로서 대량의 석유류 폐기물을 열분해시키도록 구성된 모습을 도시하고 있다.

제 1탄화로(10)는 상기 도 1에서 설명한 바와 같은 구성이며, 집기실(60)에 채집된 열분해 가스를 제 2탄화로(200)로 이동시키기 위하여 가스이동관(100)을 설 치하였다. 이 때 이동되는 가스의 양을 조절하고, 이송력을 더하기 위해 가스이동관(100)에 공기조절기(110)를 설치할 수 있다. 상기 가스이동관(100)의 일부를 상기 제 1탄화로(10)에 연결하여 제 1탄화로(10)의 연료로 재이용하여 추가적인 연료의 소모를 방지할 수 있다. 이 때에는 상기 제 1탄화로(10) 하부에 설치된 철망을 막을 수 있다.

제 2탄화로(200)는 열분해실(230)을 형성하는 내화벽(235)과 탄화로(200)를 형성하고 있는 내벽(201)과 외벽(202)을 포함한 벽의 두께가 20~40㎝, 바람직하게는 30㎝이며, 로의 가장 넓은 부분의 지름이 3~10m로서 대형의 탄화로(200)를 형성하고 있다. 또한 제 2탄화로(200)의 내벽(201)과 중앙부에 형성된 열분해실(230)의 내화벽(235)은 제 1탄화로(10)와 마찬가지로 내화재료로 이루어져 있으며, 탄화로의 외벽(202)은 외형이 깨지거나 변형되지 않도록 철판으로 둘러싸여 있다.

제 2탄화로(200)의 열원연소실(220)의 입구부(225)에는 상기 제 1탄화로(10)에서 이송된 열분해 가스가 공급한다.

한편, 상기 열원연소실(220)의 입구부(225)에는 별도의 점화스위치를 사용하여도 좋지만 설치의 번거로움과 복잡함이 있으므로, 본 실시예에서는 상기 제 1탄화로(10)에서 사용되고 있는 열원을 사용한다. 즉, 제 1탄화로(10)의 열원연소실(30)이 상기 제 2탄화로(200)의 열원연소실(220)의 입구부(225)과 연결되도록 점화관(150)을 설치하여 상기 제 1탄화로(10)의 열원연소실(30)에서 사용되 고 있는 열을 제 2탄화로(200)에서도 함께 사용될 수 있도록 구성한다. 따라서 열원연소실(220)의 입구부(225)에 주입된 가스에 점화관(150)을 통하여 열이 순간적으로 점화되면서 큰 열을 발생시키게 된다.

열분해실(230)의 상측에 형성된 덮개부(205)는 제 2차 탄화로(200)의 외형을 형성하고 있는 내벽(201) 및 외벽(202)과 힌지(206)로 결합되어있어, 열고 닫으며 폐기물을 투입시킬 수 있다. 한편, 제 2탄화로(200)의 열분해실(230)과 연결되어 있는 일측 하부에는 조절관(209)과 덮개부(210)를 구성하고 있어 덮개부(210)를 열고 조절관(209)을 통하여 도구를 사용하여 숯으로 탄화된 폐기물을 혼합 및 배출시킬 수 있다.

상기와 같이 열원연소실(220)에서 발생된 열이 밀폐된 열분해실(230) 내부에 간접적인 복사열로서 전달됨으로서 약 800~1300℃의 고온으로 폐기물을 열분해시킨다. 이 때에도 상기 도 1에서 설명한 바와 마찬가지로 밀폐되어 공기가 통하지 않는 상태에서 폐기물이 고온에서 숯과 기름과 가스로 분리되면서 열분해된다. 열분해되고 남게된 상기의 가스나 기름 역시 열분해실(230) 내부온도가 매우 높은 온도이므로 다시 열분해되게 된다. 열원연소실(220)에서 열원으로 사용되고 남은 가스는 배기구(260)를 통하여 배출되게 된다.

또한 상기 열분해실(230)의 가스는 배기관(240)을 통하여 액화수단(250)에 연결되며, 상기 액화수단(250)에서는 이동된 가스를 상온으로 냉각시키고, 액화수단 내부에는 설치된 필터에 의해 가스가 액화되며, 이 중 액화된 기름은 집유실(300)로, 액화되지 않은 열분해 가스는 집기실(400)로 이동되게 된다. 상기 액화수단(250)의 구성은 하기 도 3에서 상세히 설명하기로 한다. 상기 집기실(400)에는 석유류 폐기물이 밀폐된 열분해실(230)에서 고온의 복사열로 열분해됨으로서 유해물질이 발생되지 않는 열분해 가스가 채집되게 된다.

상기 제 2탄화로의 하단부에는 입구부(225)를 다수개 설치하여 제 1탄화로를 다수개 연결하여 사용할 수 있다. 따라서 한 개의 제 1탄화로에서 폐기물이 완전탄화되기까지의 시간과 완전탄화된 후 발생열량이 떨어지는 시간동안 공급되지 못한 고열을 다른 열분해장치에서 보충하여 열원이 공급될 수 있다.

도 3은 본 발명의 액화수단(40, 250)의 일실시예에 따른 일부 절각된 사시도이다.

본 발명의 액화수단(40, 250)은 배기된 가스가 모이는 배기실(46)과 상기 배기실(46)과 연결되고 내부에 필터(42)가 설치된 액화관(41)으로 구성되어 있다. 상기 액화관(41)의 지름은 30~80㎝, 바람직하게는 50㎝이며, 이 내부에는 필터(42)가 구비되어 있으며, 본 발명에서 상기 필터(42)의 공극은 5~10mesh이며, 필터(42) 대신 철망 등을 말아서 사용할 수도 있다. 가스가 상기의 필터(42)를 지나가면서 액화된 기름을 집유실(50, 300)에 채집하고 액화되지 않은 가스는 집기실(60, 400)에 채집한다.

이 때 상기 액화되지 않은 가스의 액화를 위하여 상기 액화관(41)에 한 개 이상의 송풍기(45)를 연결할 수 있다. 상기의 배출된 가스가 송풍기(45)를 지나면서 다시 액화된 기름은 송풍기(45)의 하단에 설치된 집유실(50, 300)에 채집되게 되며, 액화되지 않은 가스는 집기실(60, 400)에 채집된다. 상기 액화관(41)과 송풍기(45)를 연결하는 연결관(43)에는 조절부(44)가 형성되어 있어 가스가 배출되지 않을땐 송풍기(45)가 돌아가지 않도록 막을 수 있다.

상기 실시예에서는 본 발명의 일실시예를 설명하였으나, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 변경하여 적용할 수 있음은 당업자에게 자명한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 복사열을 이용하여 석유류 폐기물을 밀폐된 공간에서 고온의 복사열에 의하여 열분해 시킴으로서, 숯, 기름 및 가스로 분리시켜 이를 채취 및 재활용이 가능하도록 석유류 폐기물 열분해장치를 제공하므로, 소각으로 인한 매연이나 불완전 연소로 인한 유해가스가 발생됨을 방지하면서 열분해 가스를 채집할 수 있으며, 발생된 열분해 가스를 다시 액화시켜 기름으로서 채집하여 재활용할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 다수개의 탄화로를 사용하여 대용량의 석유류 폐기물을 고온 복사열에 의한 열분해처리가 가능하며, 또한 방출된 가스를 연료로서 재활용하고 각 탄화로의 열원을 함께 이용하고 상기의 가스를 또한 탄화로의 열원으로 이용함으로서 여타의 열원연료의 소모없이 저비용으로 고효율의 효과가 있는 석유류 폐기물 열분해장치를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 내화벽에 의하여 형성되되, 상기 내화벽은 고온에서도 잘 견딜 수 있는 캐스터블로 구성된 것을 특징으로 하는 열분해실;

   상기 내화벽의 외측면과 탄화로의 내벽 사이에 형성되어 있는 열원연소실;

   상기 열분해실과 연결되어 탄화로의 측면부를 관통하도록 구성된 배기관;

   상기 배기관을 통과하는 열분해 가스를 액화시키는 액화수단;

   상기 액화수단과 연결되어 있으며, 상기 액화수단을 통과하면서 액화된 재생유가 모이는 집유실; 및

   상기 액화수단과 연결되어 있으며, 액화되지 않은 열분해 가스가 모이는 집기실(集氣室)을 포함하여 이루어진 석유류 폐기물 열분해장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 집기실의 배기가스는 연료연소실의 연료로 사용되는 것을 특징으로 하는 석유류 폐기물 열분해장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 열분해실, 열원연소실, 배기관, 액화수단, 집유실 및 집기실을 포함하여 이루어진 열분해장치를 두 개 이상 구비하고, 각 열분해장치의 열원연소실을 관 을 통하여 연결하여,

   한 개 열분해장치에서 폐기물이 완전탄화되기까지의 시간과 완전탄화된 후 발생열량이 떨어지는 시간동안 공급되지 못한 고열을 다른 열분해장치에서 열원을 공급할 수 있도록 순환식으로 구성된 것을 특징으로 하는 석유류 폐기물 열분해장치.

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