KR100593725B1

KR100593725B1 - 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템

Info

Publication number: KR100593725B1
Application number: KR20050117729A
Authority: KR
Inventors: 권오준; 권기찬; 김태규
Original assignee: (주)에티스
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2006-06-30

Abstract

본 발명에 폐타이어 열분해 시스템에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 철심이 제거된 폐타이어 칩을 연속 공급하여 반응관에 간접 가열 방식으로 열이 전달되어 폐타이어 칩이 열분해를 통해 오일을 회수하고 카본블랙을 추출하여 폐타이어를 재활용할 수 있는 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템은 폐타이어 칩에서 가스 및 카본블랙을 열 분해시키는 열분해 반응로와, 상기 열분해 반응로에 연결되며 가스에 함유된 먼지를 제거하는 싸이클론과, 상기 싸이클론에 연결되어 싸이클론을 통과한 오일 증기를 급속 냉각 및 제1차 응축시키는 냉각기와, 상기 냉각기에 연결되며 제1차 응축되지 않은 가스를 제2차 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에 연결되어 이 응축기에서 응축된 오일에 함유된 수분을 제거하기 위해 다단으로 구비되는 유수 분리기와, 상기 유수 분리기에 연결되어 있는 제1오일 탱크와, 상기 제1오일 탱크에 연결되어 있고 수분이 제거된 오일에 함유되어 있는 황, 질소화합물 및 암모니아 성분을 제거하는 증발기와, 상기 증발기에서 나온 오일을 저장하는 제2오일 탱크로 구성됨을 특징으로 한다.

열분해 반응로, 카본블랙 탱크, 제1오일 탱크, 제2오일 탱크

Description

폐타이어의 열분해 및 유화 시스템{Waste tires of pyroiysis and oil paint system}

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템을 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 실시예의 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템의 작용 상태를 나타낸 공정도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 열분해 반응로

11 : 연소 가스 배출 파이프

12 : 제1반응관

121 : 제1가스 이송구 , 122 : 원료 투입 장치구

13 : 제2반응관

131 : 제2가스 이송구

14 : 제3반응관

141 : 카본블랙 배출구

142 : 제3가스 이송구

143 : 연소 가스 배출구

15 : 스크류 축

16 : 기밀유지 장치

17 : 구동수단

18 : 가열부

2 : 싸이클론

3 : 냉각기

4 : 응축기

5 : 유수 분리기

51 : 제1오일 탱크

52 : 제1압축기

53 : 압축 노즐

6 : 증발기

7 : 제2오일 탱크

8 : 압축기

81 : 가스 재활용 연료 파이프

9 : 자석 분리기

10 : 분쇄기

19 : 카본블랙 탱크

우리나라에서 배출되고 있는 폐타이어의 발생량은 년간 약2,000 만개 이상으로, 이를 중량으로 환산할 경우, 약30만톤 정도에 달하고 있으며, 산업발전 및 국민 생활수준 향상과 더불어 자동차의 수요가 증가함에 따라 이러한 폐타이어의 발생량은 급격히 증가하고 있다.

그리고 폐타이어는 매년 증가하는 자동차 대수와 비례하여 늘어나고 있는 실정으로 심각한 환경 문제로 등장하고 있으나, 발생되는 폐타이어 중 극히 적은 일부만이 재활용되고 나머지 대부분은 폐기 처분되고 있다.

이와 같은 폐타이어 처리는 매립이나 소각등의 방법을 통해 처리하고 있으며, 폐타이어의 매립에는 넓은 면적의 매립지가 요구되고, 또한 매립후 폐타이어에서 발생되는 오염 물질로 인하여 토양 및 지하수의 오염이 큰 문제점으로 지적되고 있다.

상기와 같은 매립의 문제점으로 인하여 소각 처리하는 방안이 활용되고 있으나, 소각 처리 시 불안전 연소로 인하여 발생되는 연기로 인하여 환경오염이 발생되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 폐타어어 칩을 계속 공급하면서 폐타이어칩으로부터 오일 및 카본블랙을 추출하여 재활용할 수 있는 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템을 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폐타이어 칩에서 가스 및 카본블랙을 열 분해시키는 열분해 반응로와, 상기 열분해 반응로에 연결되며 가스에 함유된 먼지를 제거하는 싸이클론과, 상기 싸이클론에 연결되어 이 싸이클론을 통과한 오일 증기를 급속 냉각 및 제1차 응축시키는 냉각기와, 상기 냉각기에 연결되며 제1차 응축되지 않은 가스를 제2차 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에 연결되어 이 응축기에서 응축된 오일에 함유된 수분을 제거하기 위해 다단으로 구비되는 유수 분리기와, 상기 유수 분리기에 연결되어 있는 제1오일 탱크와, 상기 제1오일 탱크에 연결되어 있고 수분이 제거된 오일에 함유되어 있는 황, 질소화합물 및 암모니아 성분을 제거하는 증발기와, 상기 증발기에서 나온 오일을 저장하는 제2오일 탱크로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 이와 같은, 또 추가적인 양상들을 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 더욱 명백해 질 것이다. 이하에서는 본 발명은 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐타이어의 열분해 및 유화 시스 템은 폐타이어 칩에서 가스 및 카본블랙을 열 분해시키는 열분해 반응로(1)와, 상기 열분해 반응로(1)에 연결되며 가스에 함유된 먼지를 제거하는 싸이클론(2)과, 상기 싸이클론(2)에 연결되어 상기 싸이클론(2)을 통과한 오일 증기를 급속 냉각 및 제1차 응축시키는 냉각기(3)와, 상기 냉각기(3)에 연결되며 제1차 응축되지 않은 가스를 제2차 응축시키는 응축기(4)와, 상기 응축기(4)에 연결되어 이 응축기(4)에서 응축된 오일에 함유된 수분을 제거하기 위해 다단으로 구비되는 유수 분리기(5)와, 상기 유수 분리기(5)에 연결되어 있는 제1오일 탱크(51)와, 상기 제1오일 탱크(51)에 연결되어 있고 수분이 제거된 오일에 함유되어 있는 황, 질소화합물 및 암모니아 성분을 제거하는 증발기(6)와, 상기 증발기(6)에서 나온 오일을 저장하는 제2오일 탱크(7)로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예에 있어서 상기 열분해 반응로(1)는 일측에 폐타이어 칩을 공급하는 원료 투입 장치구(122)와 타측에 폐타이어 칩에서 추출된 가스를 외부로 배출하는 제1가스 이송구(121)를 포함하는 제1반응관(12)와, 상기 열분해 반응로(1)의 내부에 구비되어 내부 공간에 간적 가열 방식으로 열을 전달하는 가열부(2)와, 상기 제1반응관(12)의 내부에 구비된 스크류 축(15)과 이 스크류 축(15)의 양측을 지지하며 제1반응관(12) 양단에 설치된 기밀유지 장치(16)와, 상기 제1반응관(12)에 연결되어 폐타이어 칩의 잔류물인 카본블랙을 배출하는 카본블랙 배출구(141)가 구비되며 폐타이어 칩에서 추출된 가스를 이송하는 제3가스 이송구(142)를 포함하는 제3반응관(14)과, 상기 스크류 축(15)의 일측에 구비되어 상기 스크류 축(15)을 회전시키는 구동수단(17)과, 상기 제1반응관(12)와 상기 제3반응관(14) 사 이에 연결되며 내부에 구동수단(17)에 의해 회전되는 스크류 축(15)과 제2가스 이송구(131)를 포함하며 양단에 기밀유지 장치(16)에 의해 밀폐되는 제2반응관(13)으로 구성된다.

즉 가열부(18)에서 발생되는 열을 열분해 반응로에 구비된 제1반응관(12)와 제2반응관(13) 및 제3반응관(14)에 간적 가열방식으로 지속적으로 열을 공급함으로써, 제1반응관(12)에 구비된 원료 투입 장치구(122)에 공급된 폐타이어 칩에서 분해 반응이 발생하여 카본블랙과 가스가 분해되어 제1가스 이송구(121)와 제2가스 이송구(131) 및 제3가스 이송구(142)를 통해 가스가 싸이클론(2)으로 공급되며 상기 제3반응관(14)의 하부에 구비된 카본블랙 배출구(141)를 통해 카본블랙이 자석 분리기(9)로 배출되는 것이다.

그리고 본 발명에 따른 실시예에 있어서 상기 싸이클론(2)은 열분해 반응로(1)에 내부에 장착된 제1반응관(12)과 제2반응관(13) 및 제3반응관(14)에서 추출된 가스의 통로 역할을 하는 제1가스 이송구(121)와 제2가스 이송구(131) 및 제3가스 이송구(142)에 연결되어 있다.

즉 제1반응관과 제2반응관 및 제3반응관에 공급된 폐타이어 칩에서 추출된 가스에 함유된 먼지나 이물질을 제거하는 역할을 하는 것이다.

아울러 본 발명에 따른 실시예에서 상기 냉각기(3)는 싸이클론(2)에 연결되어 이 싸이클론(2)에서 먼지가 제거된 가스를 냉각기(3)에 공급되어 급속 냉각 및 제1차 응축시키는 것이다.

즉 싸이클론을 통해 공급된 약 500°C정도의 가스를 냉각기를 거쳐 150°C 이하로 급속 냉각을 시켜 약 70% 정도로 제1차 응축시키는 것이다.

그리고 상기 응축기(4)는 냉각기(3)에 연결되고 이 냉각기(3)에서 공급된 제1차 응축된 가스를 제2차 응축시키는 역할을 하는 것이다.

즉 열교환 면적을 최소화 한 응축기에서 35°C 이하로 제2차 응축을 하여 오일에 함유된 수분의 량을 조절할 수 있는 것이다.

또한 상기 유수 분리기(5)는 냉각기(3)와 응축기(4)에 연결되어 제1차 응축된 오일과 제2차 응축된 오일에 함유된 수분을 제거하는 것이다.

즉 다단으로 구비된 유수 분리기를 통과하면서 잔류 수분량을 0.02%이하로 하며, 이 과정을 통해 수분 제거 방식을 결정하고, 유수 분리기의 처리 용량은 850kg/hr로 처리하는 것이다.

그리고 본 발명에 따른 실시예에 있어서 상기 증발기(6)는 유수 분리기(5)에 연결되어 있고 이 과정을 통해 수분이 제거된 오일에 함유된 황이나 질소 화합물 및 암모니아 등을 제거하는 것이다.

즉 증발기를 통해 잔류 황 농도를 0.2%이하로 제거하고 또한 암모니아나 기타 잔류 성분의 성분을 0.01%이하로 정제하는 것이다.

더불어 본 발명에 따른 실시예에 있어서 상기 제2오일 탱크(7)는 상기 증발기(6)에서 황 및 암모니아나 기타 잔류 성분이 제거되어 추출된 오일을 저장하는 장소이며, 제2오일 탱크(7)의 처리 용량은 850kg/hr이다.

한편, 본 발명에 따른 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템은 열분해 반응로(1)에서 배출되는 더운 공기를 증발기(6)에 공급하는 연소 가스 배출 파이프(11)이 더 구비된다.

즉 상기 열분해 반응로(1) 내부 공간에 형성된 더운 공기를 증발기(6)에 공급하여 증발기의 열원으로 사용할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템은 상기 응축기(4)에 연결되어 응축된 가스를 압축시키는 압축기(8)와, 상기 압축기(8)에 압축된 가스를 열분해 반응로(1)에 구비된 가열부(18)에 연료로 공급하는 가스 재활용 연료 파이프(81)이 더 구비된다.

본 발명에 따른 실시예에 있어서 상기 압축기(8)는 응축기(4)에서 제2차 응축되지 않은 가스를 2기압 이상 압축시키며, 상기 응축기(4)에서 응축된 가스에서 오일을 분리할 수 있고, 상기 압축기(8)의 처리 용량은 85kg/hr이다.

또한 상기 가스 재활용 연료 파이프(81)은 열분해 반응로(1)내부에 구비된 가열부(18)와 압축기(8) 사이에 연결되어 압축된 오일을 가열부(18)에 연료를 공급하는 통로 역할을 하는 것이다.

그리고 본 발명에 따른 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템은 열분해 반응로(1)에 연결되며 카본블랙에 함유된 미세 철 성분을 제거하는 자석 분리기(9)와, 상기 자석 분리기(9)에 연결되어 철 성분이 제거된 카본블랙을 미세한 분말 형태로 분쇄하는 분쇄기(10)와, 상기 분쇄기(10)에서 미세한 카본블랙을 저장하는 카본블랙 탱크(19)가 더 구비된다.

즉 이와 같은 과정을 통해 폐타이어 분말 가루 및 폐타이어 칩에서 얻어지는 카본블랙은 6,800kcal로써 화력 발전소 연료로 별도의 공정 없이 즉시 사용이 가능 하며, 아스팔트 개질재, 전자 부품의 필러등으로 활용됨으로 카본블랙 재처리 기술에 따라 재활용 용도가 다양하다.

본 발명에 실시예에 있어서 상기 유수 분리기(5)에 연결되어 있는 제1오일 탱크(51)와, 상기 제1오일 탱크(51)에 연결되어 오일을 펌핑하기 위한 제1압축기(52)와, 상기 제1압축기(52)에 연결되어 압축된 오일을 냉각기(3)로 공급하는 압축 노즐(53)이 더 구비된다.

즉 제1오일 탱크에서 공급된 오일을 제1압축기에서 압축한 후 압축 노즐을 통해 냉각기에 공급함으로써, 반응기 오일의 온도를 하강 시키는 것이다.

또한 제1오일 탱크(51)에 연결된 오일을 냉각기로 보내져 오일에 함유된 수분 및 황 및 암모니아 등의 성분을 제거하기 위해 다시 정제하는 과정이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 실시예의 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 실시예의 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템의 작용 상태를 나타낸 공정도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템에서 오일과 카본블랙 추출과정을 나누어 설명하기로 한다.

먼저 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템에서 오일 추출 과정을 설명하면, 열분해 반응로(1) 내부 공간에 약 460°C 정도의 열이 전달되도록 가열부(18)를 가열한다.

그리고 제1반응관(12)의 일측에 구비된 원료 투입 장치구(122)에 철심이 제 거된 폐타이어 칩의 크기가 가로 3cm 세로 3cm 정도 혹은 그 보다 작은 폐타이어 칩을 90%정도 채운 후 원료 투입장치(31)에 공기가 유입되는 것을 차단하면서 제1반응관(12)에 연속적으로 공급한다.

다음 제1반응관(12) 일측에 구비된 구동수단(17)에 전원을 인가하면 이 구동수단(17)에 연결된 스크류 축(15)이 회전되고 가열부(18)에서 공급된 열이 제1반응관(12) 내부에 공급된 폐타이어 칩을 열분해한다.

그러면 분해된 폐타이어 칩에서 발생된 가스는 제1가스 이송구(121)로 배출되고 상기 제1반응관(12) 내부에 있는 폐타이어 칩이 제2반응관(13)으로 공급되어 열분해 되지 않고 남아 있는 폐타이어 칩에서 가스를 추출하여 제2가스 이송구(131)로 배출되고, 제2반응관(13)에 잔류하고 있는 폐타이어 칩이 제3반응관(14)을 통과하면서 폐타이어 칩에서 추출된 가스가 제3가스 이송구(142)를 통해 배출된 가스가 모아져 싸이클론(2)으로 보내진다.

다음 제1가스 이송구(121)와 제2가스 이송구(131) 및 제3가스 이송구(142)에서 나온 가스가 싸이클론(2)에 공급되면 이 싸이클론(2)에서 가스에 잔류하고 있는 먼지를 제거한다.

그리고 먼지가 제거된 가스를 냉각기(3)에 공급하여 급속 냉각 및 제1차 응축 시킨 후 응축기(4)로 보내져 제2차 응축을 시킨다.

이와 같이 응축된 상태에서 다단으로 구비된 유수 분리기(5)에 보내져 오일 증기에 함유된 수분을 제거한 다음 제1오일 탱크(51)에 저장된다.

그리고 제1오일 탱크(51)에 저장된 오일을 제1압축기(52)을 통해 오일을 압 축 시킨 후 압축 노즐(53)을 통해 냉각기(3)에 공급한다.

또한 제1오일 탱크(51)에 저장된 오일에 함유된 황 및 암모니아 성분을 제거하기 위해 증발기(6)로 보내진다.

그러면 오일이 증발기(6)를 통과한 후 나온 오일을 저장하는 제2오일 탱크(7)로 공급되는 것이다.

그리고 제2차 응축된 응축기(4)에 보내진 오일 증기를 압축기(8)에 연결된 가스 재활용 연료 파이프(81)을 통해 열분해 반응로(1) 내부에 구비된 가열부(18)에 연료를 공급하는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템에서 카본블랙을 추출하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 열분해 반응로(1)에 설치된 제1반응관(12)의 일측에 구비된 원료 투입 장치구(122)에 철심이 제거된 폐타이어 칩을 산소를 차단하면서 연속적으로 제1반응관(12)에 계속 공급한다.

다음 제1반응관(12) 일측에 구비된 구동수단(17)에 전원을 인가하면 이 구동수단(17)에 연결된 스크류 축(15)이 회전되고 가열부(18)에서 공급된 열이 제1반응관(12)을 간접 가열방식으로 가열한다.

그러면 폐타이어 칩에서 함유된 고분자 물질이 열분해 되어 가스화 되고, 폐타이어 제조시 경화제로 첨가된 카본블랙은 잔류한다.

여기서 발생된 가스는 제1가스 이송구(121)로 배출되면서 상기 제1반응관(12)내부에 있는 폐타이어 칩은 제2반응관(13)으로 전달된다.

다음 제2반응관(13)에 구비된 스크류 축(15)이 회전되고 가열부(18)에서 전도되는 열에 의해 폐타이어 칩이 연속적으로 열분해 되면서 추출된 가스는 제2가스 이송구(131)로 배출되고, 잔류물인 카본블랙이 제3반응관으로 공급되어 카본블랙에 함유된 가스는 제3가스 이송구(142)로 이송되고 남은 카본블랙이 제3반응관(14)의 하단에 구비된 연소 가스 배출구(143)로 배출되는 더운 가스에 의해 건조된 카본블랙이 카본블랙 배출구(141)를 통해 외부로 배출된다.

그리고 카본블랙 배출구(141)를 통해 배출된 카본블랙에 함유된 미세 철 성분을 제거하기 위해 자석 분리기(9)를 거친 후 분쇄기(10)에 공급되어 카본블랙을 미세한 분말 형태로 분쇄한다.

다음 분쇄된 카본블랙을 카본블랙 탱크(19)로 저장되는 것이다.

그러므로 철심이 제거된 폐타이어 칩을 계속 공급하여 오일 및 카본블랙을 추출할 수 있어 환경오염도 줄이고 대체에너지로 이용을 할 수 있는 것이다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템은 폐타이어를 분말 가루 형태로 계속 공급하면서 폐타이어에 함유된 오일 및 카본블랙을 추출하여 재활용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims

폐타이어 칩에서 가스 및 카본블랙을 열 분해시키는 열분해 반응로(1)와,

상기 열분해 반응로(1)에 연결되며 가스에 함유된 먼지를 제거하는 싸이클론(2)과,

상기 싸이클론(2)에 연결되어 이 싸이클론(2)을 통과한 오일 증기를 급속 냉각 및 제1차 응축시키는 냉각기(3)와,

상기 냉각기(3)에 연결되며 제1차 응축되지 않은 가스를 제2차 응축시키는 응축기(4)와,

상기 응축기(4)에 연결되어 이 응축기(4)에서 응축된 오일에 함유된 수분을 제거하기 위해 다단으로 구비되는 유수 분리기(5)와,

상기 유수 분리기(5)에 연결되어 있는 제1오일 탱크(51)와,

상기 제1오일 탱크(51)에 연결되어 있고 수분이 제거된 오일에 함유되어 있는 황, 질소화합물 및 암모니아 성분을 제거하는 증발기(6)와,

상기 증발기(6)에서 나온 오일을 저장하는 제2오일 탱크(7)로 구성됨을 특징으로 하는 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 열분해 반응로(1)에서 배출되는 더운 공기를 증발기(6)에 공급하는 연소 가스 배출 파이프(11)이 더 구비됨을 특징으로 하는 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 응축기(4)에 연결되어 응축되지 않은 가스를 압축시키는 압축기(8)와,

상기 압축기(8)에 압축된 오일을 열분해 반응로(1)에 연료로 공급하는 가스 재활용 연료 파이프(81)이 더 구비됨을 특징으로 하는 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 열분해 반응로(1)에 연결되며 카본블랙에 함유된 미세 철 성분을 제거하는 자석 분리기(9)와,

상기 자석 분리기(9)에 연결되어 철 성분이 제거된 카본블랙을 미세한 분말 형태로 분쇄하는 분쇄기(10)와,

상기 분쇄기(10)에서 미세한 카본블랙을 저장하는 카본블랙 탱크(19)가 더 구비됨을 특징으로 하는 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템.
제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1오일 탱크(51)에 연결되어 오일을 압축하기 위한 제1압축기(52)와,

상기 제1압축기(52)에 연결되어 압축된 오일을 냉각기(3)로 공급하는 압축 노즐(53)이 더 구비됨을 특징으로 하는 폐타이어의 열분해 및 유화 시스템.