KR100645803B1 - 단계화된 잔류물 이송수단을 이용한 고효율의 열분해반응기와 폐타이어 재활용 장치 및 그 방법 - Google Patents

단계화된 잔류물 이송수단을 이용한 고효율의 열분해반응기와 폐타이어 재활용 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐타이어 열분해 반응기 및 재활용 장치에 관한 것으로서, 마이크로파 발생기, 제1 이송수단, 제2 이송수단을 포함하는 열분해 반응기 및 마이크로파 차폐수단을 더 포함하는 열분해 반응기와 상기 반응기를 구비하며, 폐타이어 공급기, 응축기를 구비하는 탄화수소 회수기, 제1 회수기 및 제2 회수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 재활용 장치 및 그 재활용 방법에 관한 발명이다.
이와 같이 본 발명과 관련하여 반응기 내부에 있는 열분해에 의한 잔류물을 이송하는 이송수단이 마이크로파를 차폐하고 단계화 시켜 분리됨으로써, 카본블랙의 회수율을 증가시키고, 이송수단에 잔존해 있는 마이크로파에 의한 카본블랙의 에너지 재흡수를 방지하여, 열분해 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
열분해, 마이크로파 발생기, 폐타이어, 카본블랙, 폐타이어 재활용 장치

Description

단계화된 잔류물 이송수단을 이용한 고효율의 열분해 반응기와 폐타이어 재활용 장치 및 그 방법{High efficiency pyrolysis reactor and recycling system of used tire using cascaded conveyor system of residue, and recyling method thereof}
도 1은 종래의 폐타이어 재활용 장치의 구조를 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 이송수단이 분리된 마이크로파에 의하여 열분해 하는 고효율의 반응기 구조를 도시한 개략도,
도 3은 본 발명의 이송수단이 단계화 되고, 마이크로파 차폐수단이 구비된 고효율의 반응기 구조를 도시한 개략도,
도 4는 본 발명의 반응기 내부에 적어도 하나의 카본블랙 분쇄기가 포함된 고효율의 반응기 구조를 도시한 개략도,
도 5는 본 발명의 이송수단이 분리된 마이크로파에 의한 열분해 반응기를 구비하는 폐타이어 재활용 장치의 구조를 도시한 개략도,
도 6은 도 5에서 도시한 폐타이어 재활용 장치에 상응하는 폐타이어 재활용 방법의 흐름도를 예시한 도면,
도 7은 본 발명의 이송수단이 단계화 되고, 마이크로파 차폐수단이 구비된 고효율의 반응기를 갖는 폐타이어 재활용 장치의 구조를 도시한 개략도,
도 8은 도 7에서 도시한 폐타이어 재활용 장치에 상응하는 폐타이어 재활용 방법의 흐름도를 예시한 도면,
도 9는 본 발명의 반응기 내부에 적어도 하나의 카본블랙 분쇄기가 포함된 폐타이어 재활용 장치의 구조를 도시한 개략도,
도 10은 본 발명의 고철과 카본블랙을 회수하는 제1 회수기에 수조가 더 포함된 폐타이어 재활용 장치의 구조를 도시한 개략도,
도 11은 본 발명의 고철과 카본블랙을 회수하는 수조가 포함된 제1 회수기에 선별기가 구비된 폐타이어 재활용 장치의 구조를 도시한 개략도이다.
본 발명은 폐타이어의 열분해 반응기와 재활용 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐타이어를 마이크로파에 의하여 열분해 시키고, 그로부터 발생된 잔류물을 효율적인 이송수단의 분리에 의하여, 열분해 잔류물의 효과적인 회수와 분리가 가능하고, 열분해 에너지 효율을 증대 시키는 고효율 폐타이어 열분해 반응기 와 재활용 장치 및 그 방법에 관한 발명이다.
최근 들어 선진 각국들의 공통된 환경공해문제로 폐타이어를 중심으로 하는 고무제품의 폐기물에 관한 사항이 대두되고 있는데, 이는 고무제품의 수요 중 타이어가 차지하는 수요가 가장 많고, 고무제품에 의한 수명에 있어서도 타이어가 가장 짧은 시기에 급격한 양적 증가 추세를 나타내고 있기 때문인 것으로 파악된다.
특히, 우리나라의 경우 최근의 급격한 국민경제 수준의 향상과 더불어 매년 차량의 증가가 큰 폭으로 신장되고 있으며, 이에 따라 부수적으로 발생되고 있는 폐타이어는 연간 2,000만개 이상이 발생되는 등 해마다 큰 폭으로 증가하고 있어서, 이에 대한 재활용 장치와 그 방법에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적인 폐타이어 처리방법은 토목공사 등에 이용하는 원형이용 방법, 재생공무 및 재생타이어 등을 재생하는 가공이용 방법, 시멘트 소성로에 열원으로 이용하거나 건류소각하는 열분해 방법 3가지로 크게 나눌 수 있다.
과거에는 원형, 가공이용방법을 주로 이용하였으나, 최근에는 폐고무/폐타이어가 보유하고 있는 높은 에너지(8,000Kcal/kg)를 이용하는 열분해 방법이 주로 활용되고 있다. 폐고무/폐타이어를 원형이용 방법 또는 가공이용 방법을 이용하여 재활용하여도 최종적으로는 화학적으로 완전히 분해하여야 환경오염을 막을 수 있다는 점에서 열분해 방법이 최선이라고 할 수 있다.
폐타이어의 성분은 타이어 제조시 사용된 화합물에 기인하며, 용도에 따라 약간의 차이는 있지만, 일반적으로 성분비는 표 1과 같다.
[표 1]
폐타이어 성분비
성 분(Components) 함 량(%) 성 분(Components) 함 량(%)
천연고무 21.9 코드 및 철심(고철) 14.3
합성고무 24.8 첨가제 10.7
카본블랙 24.3 공정유 4.0
표 1과 같이, 천연고무 및 합성고무의 양은 각각 22%, 25% 정도이며, 카본블랙은 24% 정도이다. 타이어를 지지하며 강도를 높이기 위해 사용된 코드 및 철심(고철)은 14%정도이며, 그 밖에 가공을 위한 무기물 첨가제나 공정유도 약 15% 정도 로 구성된다. 즉 열분해로 45~50%의 재생유 수거가 가능하다.
현재 가장 이상적인 폐타이어 처리방법인 건류소각, 즉 열분해방법은 다양한 기술이 개발되고 다수의 특허가 출원, 등록되었다. 이러한 많은 노력과 시도에도 불구하고 상업화하기 힘든 이유로는 폐타이어를 무산소 조건에서 간접 가열해야 하므로 가열시간이 오래 걸리고 분해 종료 후 상온으로 냉각하여야 폭발, 화재의 위험을 줄일 수 있다는 점에서 에너지가 많이 소모된다는 문제점이 있기 때문이다.
이를 해결하기 위한 방법으로 최근에는 직접적 가열 방식으로 마이크로파를 이용하여 가열하는 방식이 대두되고 있는데, 이의 장점은 선택적으로 가열하여 분해가 가능하고, 가열 속도가 빠르며, 에너지 효율이 우수하고, 장치가 간단하며 연소가스가 발생하지 않으므로 공해물질이 발생하지 않는다는 것이다.
마이크로파는 라디오파와 적외선의 중간 영역에 해당하는 주파수를 말하며, 통신 주파수와 전자레인지, 산업용 가열로에 많이 사용되고 있다.
현재 한국과 미국에서 산업용으로 허가된 주파수는 2.45GHz(파장: 12cm), 915MHz(파장: 32cm)이지만 각국에서 산업용으로 허가된 주파수대는 각기 상이하다.
마이크로파가 물질을 가열하는 방식은 물과 같은 극성분자이며, 유전체가 마이크로파를 흡수해 빠른 속도로 회전하거나 이온성전도현상(ionic conduction)에 의해 가열된다. 가열속도는 대상물질의 유전특성에 의해 결정되는데, 유전특성 중에서 물질의 유전상수(dielectric constant: ??)는 전기적 에너지를 열 에너지로 전환, 소모할 수 있는 능력을 나타내고 이 값이 클수록 쉽게 가열되는 특성을 갖는다. 또한 마이크로파는 에너지 변환효율이 아주 높다는 장점을 가지고 있다.
그러나 이러한 열원의 비효율성의 문제점을 상당부분 해결 하였음에도 불구하고 반응기 내의 열분해 잔류물의 분리, 회수의 비효율성, 마이크로파의 잔류물인 카본블랙에 의한 재흡수로 인한 에너지 효율의 저하 등의 문제점이 여전히 남아있다.
구체적으로, 카본블랙은 기화된 탄화수소의 분해에 의하여 기체상으로부터 형성되는 유일한 물질이다. 이런 기체상 열분해 된 연기는 카본블랙을 97%이상 함유하는데, 카본블랙은 크기가 매우 작고(직경=약 30nm) 높은 비표면적(약 90km/ｇ)을 가진다.
카본블랙은 표면적 성질이 소수성으로, 역청질 재료인 아스팔트와의 친화력이 좋아 아스팔트에 분산시키면 아스팔트의 일부처럼 거동한다. 따라서 카본블랙은 타이어 고무의 상당부분을 차지하는 합성고무의 내마모성을 증진시켜 강인한 타이어를 제조할 목적으로 많이 사용되어 왔다.
즉 카본블랙으로 보강된 아스팔트를 결합재로 사용하여 골재와 교반시켜 아스팔트 콘크리트를 제작하였을 때 카본블랙은 내마모성의 증진, 저온에서의 균열, 고온에서의 동적 안정도의 개선을 가져오는 역할을 하게 된다.
이와 같은 역할을 하는 카본블랙은 표 1에서 나타낸 바와 같이 폐타이어의 구성성분의 약 24%가 카본블랙으로 이루어져 있으므로 폐타이어 재활용 장치의 회수 목적물로서 상당한 중요성을 지닌다고 할 수 있는 것이다.
도 1은 종래의 마이크로파 열분해를 이용한 폐타이어 재활용 장치의 구조를 나타낸 도면이다. 폐타이어 공급기(110)를 통하여 폐타이어가 공급되고 공급된 폐 타이어는 반응기(130) 내부의 이송수단(121)에 의하여 이송되며, 반응기(130) 외측에는 마이크로파 발생기(132)가 구비 되어 있다.
그리고 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물 중 이송수단(121)로부터 배출된 카본블랙과 고철은 원심 분리기와 같은 선별기(152)로 분리되고, 분리된 카본블랙 및 고철은 각각 카본블랙 회수기(170) 및 고철 회수기(160)에 의해 회수된다.
그러나 반응기(130) 내부에서 열분해에 의해 생성된 카본블랙은 유분이 거의 없어지면서, 카본블랙간 또는 고철과 분리될 수 있기 때문에 일부가 이송수단(121) 밑으로 떨어져 내린다. 이렇게 떨어져 내린 카본블랙은 반응기(130) 내부의 유분과 엉기게 되어 회수율이 현저히 감소하고, 이렇게 유분과 엉긴 카본블랙은 별도로 수거하여 처리해야 하는 문제점이 있다.
그리고 이러한 폐타이어 열분해 과정에서 생성된 카본블랙 중 이송수단(121) 위에 남아 있는 것은 마이크로파의 매우 좋은 흡수체이다. 폐타이어의 열분해에 사용되어야 할 마이크로파 에너지가 이미 열분해 되어 생성된 카본블랙에서 손실되므로 폐타이어 열분해 에너지 효율이 감소하게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 마이크로파를 이용하여 열분해된 잔류물을 반응기 내부에서 단계화시켜 이송수단을 분리하여 이송함으로써 카본블랙의 회수율을 증가시키고, 이송수단에 잔존해 있는 마이크로파에 의한 카본블랙의 에너지 재흡수를 방지하여 열분해 에너지 효율을 증가시키는 고효율의 열분해 반응기 와 폐타이어 재활용 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징은 고효율의 열분해 반응기로, 열원을 공급하는 마이크로파 발생기, 상기 마이크로파 발생기에서 발생된 마이크로파에 의하여 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물을 이송하고, 마이크로파의 유출을 차단하며, 잔류물 중 카본블랙의 일부가 낙하되도록 하는 제1 이송수단, 상기 낙하되는 카본블랙을 이송하는 제2 이송수단을 포함한다.
그리고 열원을 공급하는 마이크로파 발생기, 상기 마이크로파 발생기로부터 발생된 마이크로파에 의하여 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물을 이송하고 잔류물 중 카본블랙의 일부가 낙하되도록 하는 제1 이송수단, 상기 제1 이송수단으로부터 누설되는 마이크로파를 차단하고, 상기 제1 이송수단으로부터 낙하되는 카본블랙을 다시 하부로 낙하 되도록 하는 마이크로파 차폐수단 및, 상기 낙하되는 카본블랙을 이송하는 제2 이송수단을 포함한다.
더하여 상기 잔류물 중 고철과 카본블랙을 용이하게 분리하기 위한 적어도 하나의 카본블랙 분쇄기를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명의 제2 특징은 고효율 폐타이어 재활용 장치로, 폐타이어를 공급하는 폐타이어 공급기; 상기 공급기에서 공급된 폐타이어를 열분해 하기위한 열원을 공급하는 마이크로파 발생기, 상기 발생기에서 발생된 마이크로파에 의하여 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물을 이송하고 마이크로파의 유출을 차단하며 상기 잔류물 중 카본블랙의 일부가 낙하되도록 하는 제1 이송수단, 상기 낙하되는 카본블랙을 이송하는 제2 이송수단을 포함하는 고효율의 열분해 반응기; 상기 반응기에서 발생된 가스를 분리하기 위한 응축기를 구비하며 상기 분리된 가스 중 탄화수소를 회수하기 위한 탄화수소 회수기; 상기 제1 이송수단으로부터 잔류물을 회수하는 제1 회수기; 및, 상기 제2 이송수단으로부터 카본블랙을 회수하는 제2 회수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐타이어 재활용 장치.
그리고 폐타이어를 공급하는 폐타이어 공급기; 상기 공급된 폐타이어를 열분해 하기 위해 열원을 공급하는 마이크로파 발생기, 상기 마이크로파 발생기에 의해 발생된 마이크로파에 의하여 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물을 이송하고 잔류물 중 카본블랙의 일부가 낙하되도록 하는 제1 이송수단, 상기 제1 이송수단으로부터 누설되는 마이크로파를 차단하고, 상기 제1 이송수단으로부터 낙하되는 카본블랙을 다시 하부로 낙하 되도록 하는 마이크로파 차폐수단 및, 상기 낙하되는 카본블랙을 이송하는 제2 이송수단을 포함하는 고효율의 열분해 반응기; 상기 열분해 반응기에서 발생된 가스를 분리하기 위한 응축기를 구비하며, 상기 분리된 가스 중 탄화수소를 회수하기 위한 탄화수소 회수기; 상기 열분해 반응기의 제1 이송수단으로부터 잔류물을 회수하는 제1 회수기; 및, 상기 열분해 반응기의 제2 이송수단으로부터 카본블랙을 회수하는 제2 회수기를 포함한다.
여기서 상기 폐타이어 공급기는 일련의 밀봉 셔터에 의해 적어도 2 이상의 기밀실을 제공하는 것이 바람직하다.
더 나아가 상기 열분해 반응기는 상기 잔류물 중 고철과 카본블랙을 용이하 게 분리하기 위한 적어도 하나의 카본블랙 분쇄기를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1 회수기는 고철과 카본블랙을 연속적으로 배출할 수 있는 수조를 더 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는 상기 제1 회수기는 고철과 카본블랙을 분리하는 선별기를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 제 3특징은 고효율의 폐타이어 재활용 장치에 관한 발명으로, 폐타이어를 공급하는 단계; 상기 공급된 폐타이어를 마이크로파를 이용하여 상기 폐타이어를 열분해 하는 단계; 상기 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물을 이송하고, 마이크로파의 유출을 차단하며, 상기 잔류물 중 카본블랙 일부가 낙하하는 제1 이송단계; 및 상기 낙하되는 카본블랙을 이송하는 제2 이송단계; 상기 폐타이어가 열분해 되면서 발생된 가스를 분리하고 회수하는 단계; 상기 제1 이송단계에서 배출된 잔류물을 회수하는 제1 회수단계; 및, 상기 제2 이송단계에서 배출된 카본블랙을 회수하는 제2 회수단계를 포함한다.
그리고 폐타이어를 공급하는 단계; 상기 공급된 폐타이어를 마이크로파를 이용하여 상기 폐타이어를 열분해 하는 단계; 상기 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물을 이송하고, 상기 잔류물 중 카본블랙 일부가 낙하하는 제1 이송단계; 상기 제1 이송단계에서 누설된 마이크로파를 차폐하는 단계; 상기 낙하되는 카본블랙을 이송하는 제2 이송단계; 상기 폐타이어가 열분해 되면서 발생된 가스를 분리하고 회수하는 단계; 상기 제1 이송단계에서 배출된 잔류물을 회수하는 제1 회수단계; 및, 상기 제2 이송단계에서 배출된 카본블랙을 회수하는 제2 회수단계를 포함한다.
더하여, 상기 제1 이송단계는 카본블랙 분쇄기를 이용하여 상기 잔류물 중 고철과 카본블랙을 분리하는 단계를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 제1 회수단계는 상기 회수되는 잔류물 중 고철과 카본블랙을 수조를 이용하여 연속적으로 분리할 수 있는 것일 수 있다.
또는 상기 제1 회수단계는 고철과 카본블랙을 선별하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고효율의 열분해 반응기 와 재활용 장치 및 그 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 바람직한 제1 실시예로서, 도 2는 폐타이어를 열분해 하여 생성된 잔류물을 단계화된 이송수단을 이용하여, 높은 카본블랙 회수율과 에너지 효율을 갖는 고효율의 열분해 반응기의 구조의 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 고효율의 열분해 반응기(260)는 폐타이어 공급기(210)와 연결되어 있으며, 공급된 폐타이어를 열분해 하기위한 열원인 마이크로파 발생기(232), 폐타이어가 열분해 되어 발생된 잔류물을 이송하고 마이크로파의 유출을 차단하는 제1 이송수단(220) 및, 제1 이송수단(220)에서 낙하된 카본블랙을 다시 이송하는 제2 이송수단(230)으로 구성된다.
여기서 반응기(260) 내부는 질소 공급기(240)에 의하여 무산소 또는 희박산소 분위기를 유지하게 되고, 열분해에 의해 발생된 가스는 분해가스배관(222)을 통 하여 배출함으로써, 폐타이어의 잔류물로서 일반적으로 고철과 카본블랙이 생성된다.
또한 반응기(260) 외측에는 마이크로파 발생기(232)가 구비 되는데, 상기 마이크로파 발생기(232)는 마그네트론을 구비하여 2.45GHz 및/또는 915MHz의 주파수를 갖는 마이크로파를 발생한다. 마이크로파 발생기(232)에 의해 발생된 마이크로파는 도파관을 통해 반응기 내부로 투입된 폐타이어를 가열한다.
반응기(260)에는 폐타이어의 배출측으로 마이크로파를 누설되는 것을 차단하는 마이크로파 차폐구조(234)가 구비될 수 있다.
폐타이어가 열분해 되어 발생된 잔류물은 배출부로 제1 이송수단(220)에 의해 이송됨으로써, 연속적인 폐타이어 처리가 가능하게 된다.
제1 이송수단(220)은 전도체를 재질로 하여 마이크로파를 반사 또는 차단하는 타공망 또는 그물망으로 형성된 것일 수 있다.
이는 마이크로파를 반사 시켜 피조사체인 폐타이어에 조사하게 할 수 있고, 또한 유출되는 마이크로파를 차단하며, 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 카본블랙의 일부가 제1 이송수단(220)에 형성된 구멍을 통하여 제2 이송수단(230)으로 낙하되게 하기 위함이다
그 결과 잔류물을 단계화 시켜 배출부로 이송함으로써 효율적인 회수를 할 수 있고, 제1 이송수단(220)은 제2 이송수단(230)으로 마이크로파가 유출되지 않게 차단함으로써 제2 이송수단(230)에 남아 있는 카본블랙에 의한 마이크로파의 재흡수를 방지하여 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.
또한 제1 이송수단(220)으로부터 낙하된 카본블랙은 제2 이송수단(230)에 의해 배출부로 이송되는데, 제2 이송수단(230)은 카본블랙의 효과적인 회수를 위하여 표면에 들러붙지 않는 점착방지 물질로 사용하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 마이크로파 발생기(232), 제1 이송수단(220), 마이크로파 차폐수단(250), 제2 이송수단(230)로 구성된다.
마이크로파 발생기(232)는 폐타이어를 열분해 하기 위한 열원을 공급하고, 제1 이송수단(220)은 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물을 이송하고 잔류물 중 카본블랙의 일부가 낙하 되도록 형성된다.
여기서, 제1 이송수단(220)은 섭씨 350도 이상의 고온에 견딜 수 있는 내열성 재질로 하여 마이크로파를 반사 또는 투과하는 타공망, 그물망, 롤러로 형성된 것일 수 있다.
마이크로파 차폐수단(250)은 제1 이송수단(220)으로부터 누설된 마이크로파를 차단하고, 제2 이송수단(230)은 낙하되는 카본블랙을 배출부로 이송한다.
여기서 마이크로파 차폐수단(150)은 전도체를 재질로 하여 마이크로파를 반사, 차단 시키는 타공망 또는 그물망인 것일 수 있다. 이는 제1 이송수단에서 제2 이송수단(230)으로 카본블랙을 통과하게 할 수 있고, 제1 이송수단(220)으로부터 누설되는 마이크로파를 차폐하게 할 수 있기 때문이다. 결국 마이크로파를 차단함으로써, 제2 이송수단(230)에 남아 있는 카본블랙이 마이크로파를 재흡수 하여 에너지 효율을 떨어뜨리는 것을 방지하기 위함이다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 첨부한 도 4는 고철과 카본블랙을 용이 하게 분리하기 위해 적어도 하나의 카본블랙 분쇄기를 포함하는 고효율의 반응기 구조의 실시예를 도시한 개략도이다.
도 4에서 마이크로파 발생기(332), 제1 이송수단(320), 제2 이송수단(330), 마이크로파 차폐수단(350)으로 구성된 반응기 구조는 앞서 설명한 도 2a의 반응기(260)와 같고, 더하여 제1 이송수단(320) 상부에 적어도 하나의 카본블랙 분쇄기(300)를 더 포함하여, 폐타이어의 열분해 잔류물인 고철과 카본블랙을 용이하게 분리할 수 있게 된다.
또한 카본블랙 분쇄기(300)를 구동하는 구동장치(355)를 구비하며, 구동장치(355)는 반응기(360) 외부에 설치할 수 있다.
이는 내부에 구동수단(300)을 설치하게 되면 잔류물의 분진으로 인하여 탄화수소의 회수 또는 반응기 동작 제어가 용이하지 못할 수 있으므로 반응기(360) 외부에 구비되는 것이 바람직하다. 역시 도 3의 제1 이송수단(320)과 제2 이송수단(330) 또한 외부에 있는 하나의 구동장치(355)에 의하여 구동되는 것이 바람직하다.
첨부한 도 5와 도 6은 본 발명에 따른 제2 실시예로서, 고효율의 반응기를 구비하는 폐타이어 재활용 장치의 구조를 도시한 개략도와 이에 상응하는 폐타이어 재활용 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 고효율 폐타이어 재활용 장치는 폐타이어(400)를 반응기 내부로 공급하는 공급기(410); 열원을 공급하는 마이크로파 발생기(432), 열분해 잔류물을 이송하는 제1 이송수단(420) 및, 제1 이송수단으로부터 낙 하된 카본블랙을 이송하는 제2 이송수단(430)을 포함하는 고효율의 반응기(460); 반응기(460)에서 발생된 가스를 분리하기 위한 응축기(482)를 구비하며 분리된 가스 중 탄화수소를 회수하는 탄화수소 회수기(480); 제1 이송수단(420)으로부터 카본블랙과 고철을 회수하는 제1 회수기(426); 및, 제2 이송수단(430)으로부터 카본블랙을 회수하는 제2 회수기(436)로 구성된다.
여기서 폐타이어 공급기(410)는 일련의 금속셔터(401)에 의해 분리되는 최소한 2이상의 기밀실을 구비하는 것이 바람직하다. 그리고 폐타이어 공급기(410)는 폐타이어가 셔터(401)의 개폐에 의해 연직 하방으로 순차 이동하도록 타워 형태일 수 있다.
폐타이어의 열분해시, 기밀실은 질소가스 공급기(440)에 의한 질소 가스의 공급에 의해 질소 분위기로 유지되고, 폐타이어 공급기(410)를 통해 투입된 폐타이어는 반응기 내부의 제1 이송수단(420)을 따라 이송되며, 반응기(460) 내부에서 열분해 된다.
또한 반응기(460)에는 폐타이어의 배출측으로 마이크로파가 누설되는 것을 차단하는 마이크로파 차폐구조(434)가 구비될 수 있다.
반응기 내부 영역은 마이크로파 발생기(432)의 공급 에너지에 의해 폐타이어 가열실을 형성한다. 마이크로파 발생기(432) 주위에는 마그네트론의 과열을 막기 위해 워터 재킷과 같은 냉각기가 부착될 수 있다.
부가적으로, 반응기(460) 내부에는 온도 센서가 장착될 수 있다. 상기 온도 센서로부터 검출된 반응기 내부의 온도 정보는 마이크로파 발생기의 제어기(도시하 지 않음)로 전송되어 마이크로파 발생기의 동작 제어에 사용될 수 있다.
또한 반응기(460)는 외부와 기밀되어, 무산소 또는 희박 산소 분위기에서 동작하며, 이에 따라 분해 부산물로 탄화수소를 생성한다. 반응기(460)를 무산소 또는 희박 산소 분위기에서 유지하기 위해, 질소 공급기(440)는 반응기(460) 내부에 질소를 공급한다.
그리고 반응기(460) 내에 발생한 탄화수소를 외부로 배출하기 위해 반응기 내의 적절한 위치에는 탄화수소 가스의 배출을 위한 배기관(422)이 형성되어 있다. 배기관 입구는 전도체를 재질로 한 타공망 또는 그물망 등이 설치되어 있어 마이크로파가 누출되는 것을 차단한다.
탄소가스 배출을 위한 배기관(422)에서 배출된 탄화수소를 회수하는 탄화수소 회수기(480)는 반응기(460)에서 배출된 분해가스 중 응축성분은 오일로 비응축 성분은 가스로 분리 회수한다.
이러한 분해가스 응축을 위해 탄화수소 회수기(480)는 워터재킷과 같은 냉각기가 부착된 응축기(482)를 구비하고 있다. 또한, 부가적으로 탄화수소 회수기(480)는 비응축 성분에 포함된 황 성분을 제거하기 위한 탈황 수단을 더 구비할 수 있다.
폐타이어가 열분해 되어 생성된 잔류물인 고철과 카본블랙은 제1 이송수단(420)에 의해 배출부로 이송됨으로써, 연속적인 폐타이어 처리가 가능하게 된다.
제1 이송수단(420)은 전도체를 재질로 한 타공망 또는 그물망으로 형성할 수 있다. 이는 제1 이송수단(420)이 마이크로파를 반사 또는 차단 시켜 피조사체인 폐 타이어에 조사하게 할 수 있고, 제1 이송수단(420)에 형성된 구멍을 통하여 카본블랙을 제2 이송수단(430)으로 낙하되도록 하기 위함이다.
그 결과 잔류물을 단계화 시켜 이송시킴으로써 효율적인 회수를 할 수 있게 되고, 마이크로파를 차단하여 제2 이송수단(430)에 남아 있는 카본블랙에 의한 에너지 효율 저하를 방지 할 수 있다.
또한 제1 이송수단(420)으로부터 낙하된 카본블랙은 제2 이송수단(430)에 의해 이송된다. 제2 이송수단(430)은 카본블랙의 효과적인 회수를 위하여 표면에 들러붙지 않는 점착방지 물질로 사용하는 것이 바람직하다.
이렇게 제1 이송수단(420)에 의해 이송된 잔류물인 고철(425)과 카본블랙(425)은 제1 회수기(426)로 수직 하방으로 낙하되어 회수되고, 제2 이송수단(430)에 의해 이송된 카본블랙(435)은 제2 회수기(436)로 수직 하방으로 낙하되어 회수된다.
이하에서 본 발명에 따른 도 5의 폐타이어 재활용 장치에 상응하는 폐타이어 재활용 방법의 예를 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
폐타이어 공급기(410)에서 폐타이어를 공급하는 단계(S110), 공급된 폐타이어를 마이크로파 발생기(432)에 의해서 열분해 하는 단계(S120), 마이크로파의 유출을 차단하고 잔류물중 카본블랙의 일부를 낙하 시키며 잔류물을 제1 이송수단(420)에 의해 이송하는 단계(S130), 낙하되는 카본블랙을 제2 이송수단(430)에 의해 이송하는 단계(S140), 제2 이송수단(430)에서 배출되는 카본블랙을 제 2회수기(436)에 의해 회수하는 단계(S150), 열분해 되는 단계(S120)에서 부산물로서 발생 된 가스를 분리, 회수하는 단계(S152) 및 제1 이송수단(420)에 의한 이송단계(s130)에서 배출된 잔류물을 제1 회수기(426)에 의해 회수하는 단계(S151)를 포함한다.
본 발명에 따른 제 3의 실시예로서, 도 7 및 도 8은 마이크로파 차폐수단(450)에 의한 이송수단의 분리로 열분해 잔류물을 분리, 회수하는 고효율의 반응기를 구비하는 폐타이어 재활용 장치 및 이에 상응하는 폐타이어 재활용 방법의 흐름도의 예를 나타낸 도면이다.
도 7에서는 제1 이송수단(420)과 제2 이송수단 사이에 마이크로파 차폐수단(450)을 구비함으로써, 제1 이송수단(420)에서 누설되는 마이크로파를 차단하고 제2 이송수단으로 카본블랙이 낙하 할 수 있도록 하여, 카본블랙의 효율적인 회수와 열분해 에너지 효율을 증가시키는 역할을 하게 된다.
제1 이송수단(420)은 섭씨 350도 이상의 고온에 견딜 수 있는 내열성 재질로 하여 마이크로파를 반사 또는 투과하는 타공망, 그물망, 롤러로 형성할 수 있다. 이는 제1 이송수단(420)이 마이크로파를 반사 또는 투과시켜 피조사체인 폐타이어에 여러 방향에서 조사하도록 하기 위함이다.
그 외의 구성요소는 도 5의 구성요소와 같고, 작용, 효과 또한 동일하다.
여기서 마이크로파 차폐수단(450)은 전도체를 재질로 하여 마이크로파를 반사, 차단하는 타공망 또는 그물망인 것일 수 있다. 이는 제1 이송수단(420)에서 제2 이송수단(430)으로 카본블랙을 통과하게 할 수 있고, 제1 이송수단(420)으로부터 누설되는 마이크로파를 차단하게 할 수 있기 때문이다.
그리고 이하에서 본 발명에 따른 도 7의 폐타이어 재활용 장치에 상응하는 폐타이어 재활용 방법의 예를 도 8를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
폐타이어 공급기(410)에서 폐타이어를 공급하는 단계(S210), 공급된 폐타이어를 마이크로파 발생기(432)에 의해서 열분해 하는 단계(S220), 열분해 하는 과정에서 생성된 잔류물 중 카본블랙의 일부를 낙하 시키며 잔류물을 제1 이송수단(420)에 의해 이송하는 단계(S230), 제1 이송수단(420)으로부터 누설되는 마이크로파를 마이크로파 차폐수단(450)에 의해 차단하는 단계(S240), 낙하되는 카본블랙을 제2 이송수단(430)에 의해 이송하는 단계(S250), 제2 이송수단(430)에서 배출되는 카본블랙을 제 2회수기(436)에 의해 회수하는 단계(S260), 열분해 되는 단계(S220)에서 부산물로서 발생된 가스를 분리, 회수하는 단계(S262) 및 제1 이송수단에 의한 이송단계(S230)에서 배출된 잔류물을 제1 회수기(426)에 의해 회수하는 단계(S261)를 포함한다.
도 9는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 폐타이어의 열분해 잔류물인 고철과 카본블랙을 용이하게 분리하기 위한 적어도 하나 이상의 카본블랙 분쇄기를 더 포함하는 폐타이어 재활용 장치의 구조를 도시한 개략도이다.
반응기(560) 내부에 위치하고 제1 이송수단(520) 상부에 카본블랙 분쇄기(500)를 1개 이상 설치함으로써 열분해 잔류물인 고철과 카본블랙을 용이하게 분리할 수 있게 된다. 또한 카본블랙 분쇄기(500)를 구동하는 구동장치(555)는 외부에 설치한다.
이는 내부에 구동장치를 설치하게 되면, 잔류물의 분진으로 인하여 탄화수소 의 회수 또는 반응기 동작 제어가 용이하지 못할 수 있으므로 반응기 외부에 구비되는 것이 바람직하다.
같은 이유로 도 9의 제1 이송수단(520)과 제2 이송수단(530)은 외부에 있는 하나의 구동장치(555)에 의하여 구동된다.
그 밖에 폐타이어 공급기(510), 마이크로파 발생기(532), 탄화수소 회수기(580), 제1 회수기(526), 제2 회수기(536) 등은 도 7에서 도시한 폐타이어 재활용 장치의 구조와 동일하다.
그리고 첨부한 도 10는 본 발명에 따른 고철과 카본블랙을 회수하는 제2 회수기에 카본블랙을 연속적으로 배출할 수 있는 수조가 더 포함되어 있는 폐타이어 재활용 장치의 구조를 도시한 개략도이다.
도 10에서 나타낸 바와 같이 탄화수소 회수에 의해 반응기(660) 내의 제1 이송수단(620) 위에는 열분해 잔류물로 고철과 카본블랙이 서로 엉킨 상태로 존재하며 반응기(660) 외부로 이송된다.
그래서 반응기(660) 내로 외부공기가 유입되지 않도록 제1 이송수단(620)과 연결된 제1 회수기(624)는 물(626)이 채워진 수조(624)로 형성된 것이 바람직하다. 그 이외의 구성은 앞서 설명한 도4b의 폐타이어 재활용 장치와 같다.
한편, 첨부한 도 11은 본 발명에 따른 열분해 잔류물인 고철과 카본블랙을 회수하는 제1 회수기(724)에 고철과 카본블랙의 분리를 용이하게 하기위해 선별기(770)가 장착된 폐타이어 재활용 장치의 구조를 도시한 개략도이다.
도 10에서 나타낸 바와 같이 수조(724)를 통과한 컨베이어 벨트(727)상의 고 철과 카본블랙은 원심 분리기와 같은 선별기(770)로 유입되어 서로 엉켜 있는 고철과 카본블랙을 분리한다.
선별기(770)는 반응기 내에 구비될 수도 있으나 분쇄로 인한 분진 등으로 인해 탄화수소 회수 또는 반응기의 동작 제어가 용이하지 못할 수 있으므로 반응기 외부에 구비되는 것이 바람직하다. 그 이외의 구성은 앞서 설명한 도 7의 폐타이어 재활용 장치와 같다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열분해 반응기 와 폐타이어 재활용 장치 및 그 방법을 제공하면, 고철과 카본블랙을 효과적으로 분리, 회수하여 카본블랙의 회수율을 증가시키고, 이송수단에 잔존해 있는 마이크로파에 의한 카본블랙의 에너지 재흡수를 방지하여 열분해 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 열분해 반응기에 있어서,
    열원을 공급하는 마이크로파 발생기;
    상기 마이크로파 발생기에서 발생된 마이크로파에 의하여 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물을 이송하고, 마이크로파의 유출을 차단하며, 상기 잔류물 중 카본블랙의 일부가 낙하되도록 하는 제1 이송수단;
    상기 낙하되는 카본블랙을 이송하는 제2 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 하여 폐타이어를 열분해 하는 고효율의 열분해 반응기.
  2. 열분해 반응기에 있어서,
    열원을 공급하는 마이크로파 발생기;
    상기 마이크로파 발생기에서 발생된 마이크로파에 의하여 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물을 이송하고, 잔류물 중 카본블랙의 일부가 낙하되도록 하는 제1 이송수단;
    상기 제1 이송수단으로부터 누설되는 마이크로파를 차단하고, 상기 제1 이송수단으로부터 낙하되는 카본블랙을 다시 하부로 낙하 되도록 하는 마이크로파 차폐수단; 및,
    상기 차폐수단에서 낙하되는 카본블랙을 이송하는 제2 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율의 열분해 반응기.
  3. 제 1항 내지 제 2항에 있어서,
    상기 잔류물 중 고철과 카본블랙을 용이하게 분리하기 위한 적어도 하나의 카본블랙 분쇄기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율의 열분해 반응기.
  4. 폐타이어 재활용장치에 있어서,
    폐타이어를 공급하는 폐타이어 공급기;
    상기 공급기에서 공급된 폐타이어를 열분해 하기위한 열원을 공급하는 마이크로파 발생기, 상기 발생기에서 발생된 마이크로파에 의하여 상기 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물을 이송하고 마이크로파의 유출을 차단하며, 상기 잔류물 중 카본블랙의 일부가 낙하되도록 하는 제1 이송수단 및, 상기 낙하되는 카본블랙을 이송하는 제2 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율의 열분해 반응기;
    상기 반응기에서 발생된 가스를 분리하기 위한 응축기를 구비하며 상기 분리된 가스 중 탄화수소를 회수하기 위한 탄화수소 회수기;
    상기 제1 이송수단으로부터 잔류물을 회수하는 제1 회수기; 및,
    상기 제2 이송수단으로부터 카본블랙을 회수하는 제2 회수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐타이어 재활용 장치.
  5. 폐타이어 재활용장치에 있어서,
    폐타이어를 공급하는 폐타이어 공급기;
    상기 공급기에서 공급된 폐타이어를 열분해 하기위한 열원을 공급하는 마이크로파 발생기, 상기 발생기에서 발생된 마이크로파에 의하여 상기 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물을 이송하고 잔류물 중 카본블랙의 일부가 낙하되도록 하는 제1 이송수단, 상기 제1 이송수단으로부터 누설되는 마이크로파를 차단하고, 상기 제1 이송수단으로부터 낙하되는 카본블랙을 다시 하부로 낙하 되도록 하는 마이크로파 차폐수단 및, 상기 차폐수단에서 낙하되는 카본블랙을 이송하는 제2 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율의 열분해 반응기;
    상기 반응기에서 발생된 가스를 분리하기 위한 응축기를 구비하며 상기 분리된 가스 중 탄화수소를 회수하기 위한 탄화수소 회수기;
    상기 제1 이송수단으로부터 잔류물을 회수하는 제1 회수기; 및,
    상기 제2 이송수단으로부터 카본블랙을 회수하는 제2 회수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐타이어 재활용 장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 폐타이어 공급기는 일련의 밀봉 셔터에 의해 2이상의 기밀실을 제공하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐타이어 재활용 장치.
  7. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 반응기는 상기 잔류물 중 고철과 카본블랙을 용이하게 분리하기 위한 적어도 하나이상의 카본블랙 분쇄기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐타이어 재활용 장치.
  8. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제1 회수기는 상기 잔류물 중 고철과 카본블랙을 연속적으로 배출할 수 있는 수조를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐타이어 재활용 장치.
  9. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제1 회수기는 상기 잔류물 중 고철과 카본블랙을 분리하는 선별기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐타이어 재활용 장치.
  10. 폐타이어 재활용 방법에 있어서,
    폐타이어를 공급하는 단계;
    상기 공급된 폐타이어가 마이크로파에 의하여 열분해 되는 단계;
    상기 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물을 이송하고, 마이크로파의 유출을 차단하며, 상기 잔류물 중 카본블랙 일부가 낙하하는 제1 이송단계; 및
    상기 낙하되는 카본블랙을 이송하는 제2 이송단계;
    상기 폐타이어가 열분해 되면서 발생된 가스를 분리하고 회수하는 단계;
    상기 제1 이송단계에서 배출된 잔류물을 회수하는 제1 회수단계; 및,
    상기 제2 이송단계에서 배출된 카본블랙을 회수하는 제2 회수단계를 포함하는 고효율의 폐타이어 재활용 방법.
  11. 폐타이어 재활용 방법에 있어서,
    폐타이어를 공급하는 단계;
    상기 공급된 폐타이어가 마이크로파에 의하여 열분해 되는 단계;
    상기 폐타이어가 열분해 되는 과정에서 생성된 잔류물을 이송하고, 상기 잔류물 중 카본블랙 일부가 낙하 되도록 하는 제1 이송단계;
    상기 제1 이송단계에서 누설된 마이크로파를 차폐하는 단계;
    상기 낙하되는 카본블랙을 이송하는 제2 이송단계;
    상기 폐타이어가 열분해 되면서 발생된 가스를 분리하고 회수하는 단계;
    상기 제1 이송단계에서 배출된 잔류물을 회수하는 제1 회수단계; 및,
    상기 제2 이송단계에서 배출된 카본블랙을 회수하는 제2 회수단계를 포함하는 고효율의 폐타이어 재활용 방법.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 제1 이송단계는 카본블랙 분쇄기를 이용하여 상기 잔류물 중 고철과 카본블랙을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐타이어 재활용 방법.
  13. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 제1 회수단계는 상기 회수되는 잔류물 중 고철과 카본블랙을 수조를 이용하여 연속적으로 분리할 수 있는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐타이어 재활용 방법.
  14. 제 10항에 또는 제 11항에 있어서
    상기 제1 회수단계는 상기 잔류물 중 고철과 카본블랙을 선별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐타이어 재활용 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102408957B1 (ko) * 2021-12-29 2022-06-14 김관우 마이크로웨이브를 이용한 폐스티로폼 처리장치

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