KR100609292B1

KR100609292B1 - 폐타이어 열분해 오일화 장치

Info

Publication number: KR100609292B1
Application number: KR1020040004075A
Authority: KR
Inventors: 김기경
Original assignee: (주)기경아이이앤드씨
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2006-08-03
Also published as: KR20050076204A

Abstract

본 발명은 폐타이어 열분해 오일화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파쇄기에서 파쇄된 폐타이어와 가열된 폐유를 2:1의 비율로 공급하여 열분해 반응기를 통과하도록 설치된 스크류에 의해 이송되면서 교반과 함께 열분해 반응을 거친 후, 잔류물은 잔류물 건조기로 배출되고 오일, 가스, 타르 등 발생되는 생성물들을 회수하여 에너지원 및 재생자원으로 사용하도록, 스크류축을 구비한 반응기와 잔류물 건조기를 포함하는 폐타이어 열분해 오일화 장치에 있어서, 반응기가 이상적인 적정 반응온도를 유지하고 잔류물에 의한 스케일 발생을 최소화함으로서 오일, 카본, 메탈 등 양질의 에너지원을 회수하고, 반응기 재킷에 다수개의 결합공이 구비된 반응기 재킷 플랜지와 반응기 결합 플랜지를 형성하여 반응기 재킷의 분해 및 결합이 쉬워 반응기에 대한 유지 및 보수 작업이 용이하며, 최종 잔류물 건조기에서 배출된 잔류물을 냉각시키도록 냉각수 저장조가 설치되어 상온에서 잔류물이 공기와 반응하여 폭발하는 위험을 방지하는 폐타이어 열분해 오일화 장치에 관한 것이다.

나선형 열전달 핀, 스팀 분사공, 스케일, 반응기 재킷 프랜지

Description

폐타이어 열분해 오일화 장치{AN EQUIPMENT, MAKE OIL WITH PYROLYSIS AN USED-TIRE}

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 폐타이어 열분해 오일화 장치의 구조를 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 반응기의 구조를 나타내는 분리사시도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 반응기의 측면을 도시한 측면사시도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 반응기의 정면을 도시한 평면사시도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 반응기 내부의 스크류축을 도시한 사시도이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 잔류물 건조기의 구조를 도시한 사시도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10: 본 발명의 폐타이어 열분해 오일화 장치

12: 비드와이어 제거장치 14: 1차 분쇄기

16: TROMEL SCREEN 18: 2차 분쇄기

20: 철심 분리기 22: 철심 저장조

24: 폐타이어 저장조 26: 오일탱크

28: 질소 탱크 30: 정량투입조

32: 전동밸브 34: 중간저장조

36: 잉여가스 배출장치 38: 열풍로

40: 오일 응축시스템 42: 오일 저장조

44: 가스 홀더(GAS HOLDER) 46: 투입 피더

48: 냉각수 저장조 50: 이송 컨베이어

52: 잔류물 저장조 100: 본 발명의 반응기

102: 구동기 104: 폐타이어 유입구

106: 오일 유입구 108: 오일 및 슬러지 배출구

110: 고온가스 유입구 112: 고온가스 배출구

114: 오일증기 배출구 116: 잔류물 배출구

118: 나선형 열전달 핀 120: 스크류

122: 반응기 재킷 플랜지 124: 반응기내통 결합 플랜지

125: 결합공 126: 반응기 재킷

128: 스크류 축 130: 분사공

132: 반응기 내통 134: 스팀 분사구

200: 본 발명의 잔류물 건조기

본 발명은 폐타이어 열분해 오일화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐타이어를 열분해하는데 있어서 반응기 내에서 이상적인 반응온도를 유지하고 잔류물에 의한 스케일 발생을 최소화함으로서 오일, 카본, 메탈 등 양질의 에너지원을 회수하기 위한 폐타이어 열분해 오일화 장치에 관한 것이다.

폐타이어는 열분해시 그 무게비로 오일 50%, 가스 10%, 카본 30%, 철심 10%의 생성물이 발생되므로 에너지원 및 재생 자원으로서 그 효용가치가 무척 높다.

현재 폐타이어를 이용한 에너지 회수 이용 기술로서는 건류 소각방식과 열분해 방식이 있다. 이 중, 건류 소각방식은 대량 처리가 어렵고 초기 시설비의 부담과 함께 소각에 의해 이차 오염물질 발생하는 문제점을 가지고 있다.

한편, 기존에 사용되고 있는 열분해 방식 또한 해결해야 할 많은 문제점을 가지고 있다. 반응기 내부에서 열분해 반응온도는 380∼400℃ 범위가 이상적인데, 폐타이어를 반응기에서 열분해 할 때, 적정한 반응온도까지 도달하는데 많은 시간이 소요된다. 또한, 효과적인 온도 유지가 이루어지지 않아 오일의 품질을 떨어뜨리는 결과를 낳게 된다. 또한, 열분해 과정에서 생성되는 잔류물이 반응기 내벽이나 이송장치에 고착되어 스케일이 형성되면 반응기 내부의 열전도율을 떨어뜨리고 순차적으로 반응기내 이송장치의 정상적인 동작에 치명적인 결함을 발생시킬 수 있다.

결론적으로, 반응기 내부에서의 최적 반응온도를 유지하는 것과 잔류물의 스케일 형성 현상을 최소화할 수 있는 열분해 반응기의 개발은 폐타이어를 이용한 열분해 오일화 장치에 있어서 핵심이 되는 부분이지만, 아직까지 이러한 문제점을 완전하게 극복한 열분해 반응기는 없는 실정이다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상기 반응기 외벽에 다수개의 나선형 열전달 핀을 형성함으로서 반응기가 적정 반응온도를 유지하고, 상기 스크류축의 표면에 다수개의 스팀 분사구를 형성하여 상기 반응기에 고온의 스팀을 분사함으로서 반응기 내부의 스케일 현상을 최소화하여, 반응기 내에서 이상적인 반응온도를 유지하고 잔류물에 의한 스케일 발생을 최소화함으로서 오일, 카본, 메탈 등 양질의 에너지원을 회수하도록 하는 폐타이어 열분해 오일화 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 반응기를 둘러싸도록 설치되는 반응기 재킷에 다수개의 결합공이 구비된 반응기 재킷 플랜지와 반응기 결합 플랜지를 형성하여 분해와 결합이 쉽고 유지 보수 작업이 용이한 폐타이어 열분해 오일화 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 잔류물 건조기에 잔류물을 냉각시키는 냉각수 저장조가 설치되어 잔류물 배출시 건조기내 공기의 유입을 차단함과 동시에 잔류물의 폭발을 방지하도록 형성된 폐타이어 열분해 오일화 장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 폐타이어 열분해 오일화 장치는, 파쇄기에서 파쇄된 폐타이어와 가열된 폐유를 2:1의 비율로 공급하여 열분해 반응기를 통과하도록 설치된 스크류에 의해 이송되면서 교반과 함께 열분해 반응을 거친 후, 잔류물은 잔류물 건조기로 배출되고 오일, 가스, 타르 등 발생되는 생성물들을 회수하여 에너지원 및 재생자원으로 사용하도록, 스크류축을 구비한 반응기와 잔류물 건조기를 포함하는 폐타이어 열분해 오일화 장치로서, 상기 반응기가 적정 반응온도를 유지하도록, 반응기내통 외벽에 다수개의 나선형 열전달 핀이 형성되고, 고온의 스팀을 분사함으로서 반응기 내부의 스케일 현상을 최소화하도록, 상기 스크류축의 표면에 다수개의 스팀 분사구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 반응기 내통을 둘러싸도록 설치되는 반응기 재킷은, 분해와 결합이 간편하도록 다수개의 결합공이 형성된 반응기 재킷 플랜지와 반응기 결합 플랜지를 구비한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 잔류물 건조기는, 잔류물의 폭발을 방지하도록 잔류물을 냉각시키는 냉각수 저장조를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 폐타이어 열분해 오일화 장치를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 폐타이어 열분해 오일화 장치의 구조를 나타내는 개략도이다. 도 1에 따르면, 폐타이어는 비드와이어 제거장치(12), 1차 분쇄기(14), TROMEL SCREEN(16), 2차 분쇄기(18), 철심분리기(20)로 구성된 전 처리장치를 차례로 거친다. 상기 과정에서 철심은 철심 저장조(22)에 저장되고, 철심과 분리된 폐타이어는 분말형태로 파쇄되어 폐타이어 저장조(24)에 저장된다. 폐타이어는 폐타이어 저장조(24)에서 정량투입조(30)로 옮겨진 후, 상기 정량투입조(30) 하부에 설치된 두개의 전동밸브(32)에 의해 반응기(100) 내에 투입된다. 두 개의 전동밸브(32) 중 상부의 밸브(32a)가 열리면서 정량투입조(30)에 저장되어 있는 정량의 폐타이어가 중간저장조(34)로 이동되고, 이동이 완료되면 상부의 전동밸브(32a)는 닫힌다. 상기 과정에서 공기가 유입되는 것을 막도록 중간저장조(34)에 질소 퍼징을 2∼3초간 실시한 후, 하부 전동밸브(32b)를 열어서 정량의 폐타이어를 반응기(100)에 투입한다. 또한, 분말 형태의 폐타이어와 폐유가 2:1 내지 3:1의 비율로 혼합되도록 오일탱크(26)로부터 폐유를 공급받아, 오일 유입구(106)를 통해 반응기내로 유입되어, 폐타이어를 폐유에 침전시킨다. 폐유 및 폐타이어를 동시 열분해 시키면, 오일이 팽윤제 역할을 함으로서 폐타이어의 열분해 처리시간이 단축된다는 장점이 있다.

반응기(100)를 통과하면서 폐타이어는 열분해되어 오일증기 및 잔류물의 형태로 각각의 배출구를 통하여 방출된다. 오일증기는 오일 응축 시스템(40)을 거쳐 중질유와 경질유의 오일로 오일 저장조(42)에 저장되고, 비응축성 가스는 가스 홀더(44)에 저장된 후에 다시 열풍로(38)로 보내여져서 연료로 사용된다.

반응기(100)를 통과하면서 열분해 작업을 거친 후, 잔류물 건조기(200)로 투입한다. 이때, 잔류물은 폐타이어를 반응기(100)에 투입할 때와 같이 두개의 전동 밸브(32)에 의해 중간저장조(34)를 거쳐 정량 투입된다. 반응기(100) 및 잔류물 건조기(200)를 통과하면서 배출되는 고온 가스는 열풍로(38)로 보내어져 열원으로 재사용되고, 오일 증기는 오일 응축시스템(40)을 거쳐 오일 저장조(42)에 저장된다. 비응축된 가스는 가스 홀드(44)에 저장되었다가 필요시 열풍로(38)로 보내어져 열원으로 재사용된다.

마지막으로 남은 잔류물들은 2차 잔류물 건조기(200)로 보내어지고, 1차 잔류물 건조기(200)에서와 같은 방식으로 작동하여 마지막으로 남은 잔류물들을 배출하여 처리한다.

상기 두 번의 건조과정을 거친 후 마지막으로 남은 잔류물들은 최종온도가 500℃에 가까운 높은 온도를 가진 상태이므로, 배출구를 통해 곧바로 상온에 노출될 경우 폭발할 위험이 있다. 따라서 2차 잔류물 건조기(200)에서 배출되는 최종 잔류물은 우선 전동밸브(32)와 투입 피더(46) 사이에 위치하는 중간저장조(34)에 저장되고, 상기 투입 피더(46)에 의해 주기적으로 일정량의 잔류물이 냉각수 저장조(48)로 곧바로 배출된다.

냉각수 저장조(48)를 설치함으로서 상온의 공기 중에 고온의 잔류물이 노출되는 것을 차단하고, 배출관을 통하여 공기의 유입을 차단하는 효과까지 얻게 된다. 냉각된 잔류물들은 상기 냉각수 저장조(48) 내에 설치된 이송 컨베이어(50)를 통해 잔류물 저장조(52)에 저장되고, 별도의 가공처리 시스템을 거쳐 에너지원으로 활용된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 반응기의 구성을 나타내는 분 리사시도이다. 도 2에 따르면, 반응기 내통(132)과 반응기 재킷(126)을 결합시키는데 있어서, 상기 반응기 재킷(126)에 반응기 재킷 플랜지(122)와 반응기 결합 플랜지(124)를 형성하여 결합과 분리가 가능하다.

종래의 반응기와 반응기 재킷은 용접하여 결합됨으로서 시스템의 작동에 이상이 발생할 때, 반응기 내부의 상태를 확인하거나 수리하는 것이 어려웠다.

본 발명에서는 반응기 재킷(126)을 설치하고 분해하는 것이 쉽게 구성하여, 반응기(100)의 교체 및 보수관리가 용이하도록 되어 있다. 반응기(100) 내부로부터 고온가스가 누출될 위험성은 고무패킹 등을 추가로 설치함으로서 방지할 수 있다.

도 3(가)는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 반응기의 측면을 도시한 측면사시도이고, 도 3(나)는 도 3(가)의 A-A 단면을 도시한 단면도이다. 도 3(가)에 따르면, 폐타이어 유입구(104)를 통하여 폐타이어가 유입되고, 상기 폐타이어와 혼합 교반되도록 오일 유입구(106)로부터 오일이 유입된다. 구동기(102)가 작동하면 반응기 내통(132)을 관통하도록 설치된 스크류(120)내에서 폐타이어와 오일이 원활하게 교반되면서 열분해되어 반응기를 통과하게 된다.

오일에 침전되어 열분해된 폐타이어는 오일증기 및 잔류물의 형태로 각각의 배출구를 통해 배출된다. 오일증기는 오일증기 배출구(114)를 통해 배출된 후 오일 응축시스템(40)을 거쳐 중질유와 경질유로 구분되어 저장되고, 공급된 폐타이어와 폐유랑의 10% 이내의 비응축성 가스가 가스 홀더(44)에 저장된 후 열풍로(38)로 보내어져 연료로서 사용된다. 오일증기가효율적으로 배출되도록 반응기 내통(132) 과 스크류(120)의 직경에 차이를 두어 반응기 내부의 상부에 공간이 형성되도록 하였다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 폐타이어와 오일의 스크류(120)내 체류시간은 30분, 상기 스크류(120)의 회전속도는 3RPM으로 함으로서 적정한 열분해 조건을 형성하는 것이 바람직하다.

열풍로(38)에서 발생되는 600∼650℃의 고온가스가 반응기 재킷(126)을 통하여 유입되어 반응기(100)를 간접 가열한다. 반응기 내통(132) 주변을 감싸고 있는 나선형의 열전달 핀(118)에 의해 고온가스가 상기 반응기 내통(132) 주변으로 고르게 전달되도록 함으로서 반응기(100)가 적정반응온도인 380∼400℃를 유지함과 동시에, 반응기 내통(132)의 강도를 높이게 된다. 또한, 이를 통하여 오일의 회수율도 높이게 된다.

고온가스는 고온가스 배출구(112)를 통해 배출된 후, 순환하여 열풍로(38)로 보내어져 반응기(100) 및 잔류물 건조기(200)가 작동하도록 열원으로 재투입되므로, 버려지는 에너지가 없다는 장점이 있다.

도 3(나)에 따르면, 상기 반응기 재킷(126)은 반응기 재킷 플랜지(122)가 상하로 결합되고, 반응기 결합 플랜지(124)가 반응기 내통(132)과 밀접하게 결합됨으로서, 반응기(100)를 보호함과 동시에 고온가스가 반응기 재킷(126)의 외부로 누출되지 않도록 설치된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 반응기의 정면을 도시한 평면사시도이다. 도 4에 따르면, 반응기 내통(132) 내부에 두 개의 스크류(120)가 설 치된다. 폐타이어와 오일은 작업의 효율성을 높이도록 정량 투입되므로 두 개의 스크류(120)를 설치함으로서 단위 시간당 처리 용량을 대폭 늘이게 되는 효과가 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 반응기 내부의 스크류축을 도시한 사시도이다. 도 5(가)에 따르면, 스크류 축(128) 내부에 고온의 스팀을 공급하고, 스팀은 스크류 축(128)에 설치된 다수개의 분사공(130)을 통하여 분사된다. 종래에는 잔류물이 반응기(100)내에서 스케일 현상을 발생시켜 균일한 성상의 유지와 원활한 이송을 진행하는 데에 장애를 일으켰으나, 본 발명의 반응기(100)에서는 상기 스팀의 작용으로 반응기(100) 내부의 스케일 현상을 최소화시키게 된다.

도 5(나)는 분사공(130)을 확대한 도면이고, 도 5(다)는 도 5(나)의 분사공(130)을 B-B 선상에서 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 잔류물 건조기의 구조를 도시한 사시도이다. 도 6에 따르면, 본 발명의 잔류물 건조기(200)는 반응기(100)와 구조 및 동작 방식이 동일하며, 오일 유입구(106)가 제거된 것만 다르다. 잔류물 건조기(200) 내부온도는 450∼500℃ 범위를 유지하고 약 30분간의 체류시간을 가진다. 상기 잔류물 건조기(200)에서 배출되는 고온가스 또한 열풍로(38)로 순환시켜 열원으로 재사용 되도록 한다. 발생된 오일증기는 오일 응축시스템(40)을 거쳐 중질유와 경질유로 저장되고, 비응축된 가스는 가스 홀더(44)에 저장되었다가 필요시 열풍로(38)로 보내어져 연료로서 사용된다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명의 폐타이어 열분해 오일화 장치는 반응기 내통(132)의 외벽에 다수개의 나선형 열전달 핀(118)을 형성함으로서 반응기(100)가 적정 반응온도를 유지하고, 상기 스크류 축(128)의 표면에 다수개의 스팀 분사구(134)를 형성하여 상기 반응기(100)에 고온의 스팀을 분사함으로서, 반응기(100) 내부에서 이상적인 반응온도를 유지하고 잔류물에 의한 스케일 발생을 최소화함으로서 오일, 카본, 메탈 등 양질의 에너지원을 회수하게 되는 장점이 있다.

또한, 반응기(100)를 둘러싸도록 설치되는 반응기 재킷(126)에 다수개의 결 합공(125)이 구비된 반응기 재킷 플랜지(122)와 반응기 결합 플랜지(124)를 형성하여, 반응기 재킷(126)의 분해 및 결합이 쉽고 유지 보수 작업이 용이하다.

또한, 2차 잔류물 건조기(200)에서 배출된 잔류물을 냉각시키도록 냉각수 저장조(48)가 설치되어, 상온에서 잔류물이 공기와 반응하여 폭발하는 위험과 건조기내로 공기가 유입되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Claims

파쇄기에서 파쇄된 폐타이어와 가열된 폐유를 2:1의 비율로 공급하여 열분해 반응기를 통과하도록 설치된 스크류에 의해 이송되면서 교반과 함께 열분해 반응을 거친 후, 잔류물은 잔류물 건조기로 배출되고 오일, 가스, 타르 등 발생되는 생성물들을 회수하여 에너지원 및 재생자원으로 사용하도록, 스크류축을 구비한 반응기와 잔류물 건조기를 포함하는 폐타이어 열분해 오일화 장치에 있어서,

상기 반응기(100)가 적정 반응온도를 유지하도록, 반응기 내통(132) 외벽에 다수개의 나선형 열전달 핀(118)이 형성되고,

고온의 스팀을 분사함으로서 반응기(100) 내부의 스케일 현상을 최소화하도록, 상기 스크류 축(128)의 표면에 다수개의 분사공(130)이 형성되는 것을 특징으로 하는 폐타이어 열분해 오일화 장치.
제 1항에 있어서,

상기 반응기(100)를 둘러싸도록 설치되는 반응기 재킷(126)은, 분해와 결합이 간편하도록 다수개의 결합공(125)이 형성된 반응기 재킷 플랜지(122)와 반응기 결합 플랜지(124)를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 열분해 오일화 장치.
제 1항에 있어서,

상기 잔류물 건조기(200)는, 잔류물의 폭발을 방지하도록 잔류물을 냉각시키 는 냉각수 저장조(48)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 열분해 오일화 장치.