KR100748107B1 - 폐비닐 열분해 유화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐비닐 열분해 유화장치에 관한 것으로서, 질소공급기(4n)가 설치된 공급용 호퍼(3)에 냉각장치(4h)와 증기배출장치(4k)가 형성된 용융로(4)를 연결하고, 용융로(4)에 본체가 배출구쪽이 높도록 경사지게 설치하는 제1분해로(5)와 제2분해로(6)를 연결하고 제1분해로(5) 및 제2분해로(6)의 단면구성을 “
Figure 112007005933113-pat00001
” 형상으로 하여 본체의 직상부에 가스통로가 별도로 형성되게 하고, 제1분해로(5) 및 제2분해로(6)와 연결된 반응기(7)에 유화용 촉매제로 제올라이트 다공망체(7-3)를 적층하고 반응기(7)에 응축기(8)를 연결하여서 된 구성이며, 높은 품질의 연료유를 얻을 수 있고, 유화율과 생산성이 높으며, 반응기의 제조가 저렴하고, 촉매제의 수리 및 교환이 용이하며, 용융로(4)와 제1분해로(5) 및 제2분해로(6)가 고열에 의하여 팽축하여도 휘어지거나 파손될 우려가 없어 안전한 등의 효과가 있는 것이다.
폐비닐, 열분해, 유화장치

Description

폐비닐 열분해 유화장치{PYROLYSIS APPARATUS FOR PRODUCING FUEL OIL FROM WASTE VINYL}
도 1 : 본 발명의 개략 구성도.
도 2 : 본 발명 용융로의 단면 구성도.
도 3 : 본 발명 제1 및 제2분해로의 단면 구성도.
도 4 : 본 발명 제1 및 제2분해로의 본체 단면 구성도.
도 5 : 본 발명 반응기의 단면구성도.
도 6 : 본 발명 제올라이트 다공망체 구성도.
도 7 : 본 발명 반응기와 응축기의 평면 구성도.
도 8 : 본 발명 받침부의 구성도.
도 9 : 본 발명 받침부의 구성도로서 지지편이 미끄럼 이동한 상태도.
도 10 : 본 발명 받침부의 정면구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) -- 저장조 (2) -- 컨베이어
(3) -- 호퍼 (4) -- 용융로
(4b) -- 전열히터 (4c) -- 이송스크류
(4g) -- 축봉 (4h) -- 냉각장치
(4k) -- 증기배출기 (4n) -- 질소공급기
(5) -- 제1분해로 (5-2) -- 전열히터
(5-3) -- 이송스크류 (5-7) -- 가스통로
(6) -- 제2분해로 (6-2) -- 전열히터
(6-3) -- 이송스크류 (6-7) -- 더스트배출장치
(7) -- 반응기 (7-2) -- 전열히터
(7-3) -- 다공망체 (7-4) -- 구멍
(8) -- 응축기 (9) -- 받침부
(9a) -- 지지편 (9b) -- 고정편
본 발명은 폐비닐을 열분해하여 연료유를 얻는 폐비닐 열분해 유화장치에 관한 것이다.
폐비닐을 가열하여 유화가스를 얻고 유화가스를 반응기에서 촉매반응시키고 응축기에서 액화시켜 연료유를 얻는 폐비닐 열분해 유화장치는 이미 다양하게 개발되어 있다.
그러나, 종래의 폐비닐 열분해 유화장치는 폐비닐의 유화율과 연료유의 품질 이 비교적 낮고, 고열로 가열하는 장치임에도 안전성에 관한 고려가 없으며, 유화가스 이동이 신속하지 못하고, 분해로를 가열하는 가열장치의 설치와 수리가 쉽지 아니하며, 반응기의 구성이 복잡하고, 재료비가 비싼 등의 문제가 있는 것이었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여 유화율과 연료유의 품질이 보다 향상되게 하고, 생산성이 높으며, 유화장치의 안전성과 함께 설치 및 수리가 용이하도록 하였고, 반응기의 구성도 단순화함으로써 제작 및 교체수리가 용이하도록 한 것이다.
이를 위하여, 본 발명에서는 폐비닐을 용융시키는 용융로에 증기배출기를 설치하여 폐비닐 용융과정에서 발생되는 수분이 최대한 배출되도록 함으로써 생산된 연료유에 수분함량이 극소화되도록 하여 연료유의 품질이 향상되게 하고, 제1분해로와 제2분해로의 상측에 폐비닐 열분해에 의하여 발생된 유화가스가 통과하는 통로를 별도로 형성하되 유화가스 통로는 분해로의 직상부에 형성하여 분해로의 단면이 “
Figure 112007005933113-pat00002
”와 같은 형상을 갖도록 함으로서 유화가스의 신속한 이동과 분해로를 둘러싸고 설치되는 전기가열장치의 설치와 분해가 용이하도록 하였다.
본 발명의 제1분해로와 제2분해로를 설치함에 있어서는, 배출구쪽이 유입구쪽보다 높도록 경사지게 설치함으로써 열분해 된 유화가스의 이동이 더욱 신속하게 이루어지고 유화가스로 기화되지 못하고 남아있는 폐비닐 용융액은 경사면을 따라 유입구쪽으로 흘러 내려가서 스크류에 의하여 다시 밀려 올라오면서 재열분해되는 작용이 반복되게 하여 폐비닐의 유화율이 높도록 하였다.
폐비닐을 용융시키는 용융로와 고열분해하는 제1분해로 및 제2분해로는, 일반적으로 철재 관체로 길게 형성되었고 통상 가열온도가 용융로는 300℃ 미만, 분해로는 최대 650℃까지 고열 가열하므로 가열에 의하여 철재 관체인 용융로와 분해로가 상당히 팽축(팽창과 축소)하는 것임에도 이를 흡수하기 위한 안전장치가 없었기 때문에 용융로와 분해로가 휘어지거나 파손되는 위험이 있는 것이었다.
본 발명에서는 용융로와 각 분해로의 받침부가 고정되지 않고 용융로와 분해로의 팽축에 따라 적절하게 미끄럼 이동되도록 함으로써 상기와 같은 위험을 방지하였다.
폐비닐 유화장치에 있어서 반응기의 구조는, 일반적으로 세라믹 분산제, 제올라이트 촉매제 및 스테인리스 안정제가 차례로 쌓여있는 구성이나 모두 크기가 매우 작은 것들로서 수백 개씩 쌓아 형성하는 복잡한 구성이었다. 본 발명에서는 촉매제인 제올라이트 망체만으로 유화가스의 분산, 촉매, 안정작용을 하도록 하였기 때문에, 반응기의 구성이 간단하고, 재료비가 적게 들며, 촉매제 등의 교환 수리가 용이하도록 하였다.
폐비닐 공급용 호퍼 내에 질소공급기를 설치하여 폐비닐과 함께 용융로에 유입되는 산소차단 효과가 더 높도록 한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 구성을 전체적으로 도시한 도면으로서 본 발명은 폐비닐을 일정크기로 전달하고, 파쇄 및 분쇄하고 건조하고, 이물질을 제거하는 전처리 공정을 거친 폐비닐을 저장하는 저장조(1)와, 저장조(1)로부터 컨베이어(2)로 이송되어 온 폐비닐을 일정량씩 공급하는 정량공급호퍼(3)와, 정량공급호퍼(3)로부터 공급된 폐비닐을 가열 용융시키는 용융로(4)와, 용융로(4)에서 용융된 폐비닐을 고열로 분해하는 제1분해로(5)와, 제1분해로(5)에서 아직 열분해되지 아니한 폐비닐 용융액을 2차로 고열분해하는 제2분해로(6)와, 제1분해로(5) 및 제2분해로(6)에서 열분해되어 발생한 유화가스의 다양한 분자량의 고분자를 특정범위 내의 분자량을 가지는 고분자로 촉매반응시키는 반응기(7)와, 반응기(7)로부터 공급되는 유화가스를 응축시켜 연료유로 액화시키는 응축기(8)와, 제조된 연료유를 모으는 집유탱크(도시안됨)로 구성된다.
본 발명 공급용 호퍼(3)에는 질소공급기(4n)를 설치하여 호퍼(3) 내에 50~100mmAq의 압력으로 질소를 계속 공급하므로서 폐비닐 사이의 산소를 밀어내고 질소가 폐비닐을 둘러싸도록하여 폐비닐과 함께 산소가 용융로(4)에 유입되는 것을 방지하는 효과가 더욱 높도록 하였다.
용융로(4)에는 일반적으로 산소유입을 차단하는 장치가 설치되어 있으나 산 소의 유입을 완전히 차단할 수는 없는 것이다.
용융로(4)는 짧은 철재관을 여러 개 연결시킨 몸체(4a)와 몸체(4a)를 둘러싼 전열히터(4b)와 이송스크류(4c)로 구성되어 있고, 이송스크류(4c)는 모터(4d)에 의하여 회전하면서 호퍼(3)로부터 공급된 폐비닐을 배출구(4e)쪽으로 밀어보낸다.
이송스크류(4c)는 투입구(4f)로부터 배출구(4e)로 갈수록 축봉(4g)의 직경이 굵어지도록 구성하였고, 용융로(4)의 투입구(4f)와 첫 번째 전열히터(4b) 사이에는 수냉식의 냉각장치(4h)가 설치되어 있다.
이송스크류(4c)의 축봉(4g)의 굵기가 배출구(4e)쪽으로 갈수록 굵어지도록 형성한 것은, 상대적으로 몸체(4a) 내면과 이송스크류(4c)의 축봉(4g) 사이에 형성되는 공간이 배출구(4e)쪽으로 갈수록 좁아지게 하기 위한 것이고, 이것은 폐비닐이 배출구(4e)쪽으로 밀려가면서 용융되어 액화될수록 부피가 작아지기 때문에 이송이 보다 원활하고 차질없이 이루어지도록 하기 위한 것이다.
용융로(4)의 첫 번째 전열히터(4b)와 투입구(4f) 사이에 냉각장치(4h)가 없으면, 전열히터(4b)의 열이 관체를 따라 투입구(4f)쪽으로 전달되어 투입구(4f)로 들어온 폐비닐이 전열히터(4b)로부터 전달된 열에 의하여 약간 녹게 되며, 폐비닐이 액화되지도 않고 약간 녹게 되면 스크류에 의한 이송이 원활하게 되지 못하게 되므로, 냉각장치(4h)가 전열히터(4b)의 열이 투입구(4f)쪽으로 전달되는 것을 차단하여 폐비닐이 투입구(4f)쪽에서는 전혀 용융되지 않고 이송되어 첫 번째 전열히터(4b)에서부터 용융 액화되도록 함으로써 폐비닐의 이송이 원활하게 되도록 한 것이다.
용융로(4)에는 도 2에서와 같이 적절한 위치에 증기배출기(4k)가 설치되어 있고, 이송스크류(4c)의 축봉(4g)은 증기배출기(4k)가 설치된 부분에는 다시 직경이 가늘어져 몸체(4a)와 사이에 공간이 넓어지고 그 후 다시 배출구(4e)로 갈수록 굵어지는 구성이며, 이는 용융로(4) 내에서 발생하는 증기의 배출이 용이하도록 하기 위함이다.
폐비닐은 전처리공정에서의 건조에도 불구하고 적어도 5%정도의 수분이 함유되어 있어 용융과정에서 증기화한다.
증기배출기(4k)는 용융과정에서 발생하는 증기를 최대한 배출함으로써, 열분해에 의하여 발생하는 유화가스에 수분함유량을 극소화할 수 있고 유화가스의 수분함유량이 적을수록 유화가스가 촉매반응과 응축과정을 거쳐 제조되는 연료유의 수분함유량이 적어지는 것이므로 연료유의 품질이 향상되는 효과가 있는 것이다.
용융로(4)의 가열은 전기적 방법에 의하고 가열온도는 185℃∼300℃미만의 온도로 가열한다.
용융로(4)는 제1분해로(5)와 연결되고, 제1분해로(5)는 제2분해로(6)와 연결된다.
제1분해로(5)와 제2분해로(6)의 구성은 서로 같다. 다만 제2분해로(6)에는 더스트 배출장치와 결합되어 있어 유화되고 남은 카본과 흙이 더스트(Dust)로 배출된다.
제1분해로(5)와 제2분해로(6)는 도 3에서와 같이 배출구쪽이 높도록 경사지게 설치되어 있어 열분해된 유화가스의 이동이 보다 신속하게 이루어진다.
철재 관체로 된 제1분해로(5)의 몸체(5-1) 주변에는 전열히터(5-2)가 빙둘러설치되고,,몸체(5-1) 내부에는 이송스크류(5-3)가 설치되어 있고 이송스크류(5-3)는 모터(5-4)에 의하여 회전한다.
제1분해로(5)의 몸체(5-1) 구성은 도 4에서와 같이 단면 “
Figure 112007038029980-pat00003
” 형상으로서 수지이송부(5-6) 위에 가스이송부(5-5)가 구분 구성되어 몸체(5-1) 상부에 가스통로(5-7)가 별도로 형성된 구성이다.
제1분해로(5)의 가스이송부(5-5)는 수지이송부(5-6)의 직상부에 형성되어 있어 수지이송부(5-6)에서 열분해된 유화가스가 보다 빠르게 가스통로(5-7)로 상승하게 되며 이러한 구성은 제1분해로(5)가 배출구(5-8)쪽으로 상향 경사진 구성과 함께 유화가스의 이동이 더욱 신속하게 이루어지게 하여 연료유의 생산성을 높게 한다.
가스이송부(5-5)가 수지이송부(5-6)의 직상부에 형성된 구성은 또한 가스이송부(5-5)가 일측으로 기울어지게 형성된 것에 비하여 몸체(5-1)를 빙둘러 설치하는 전열히터(5-2)의 설치와 분리가 용이하다.
제2분해로(6)에도 제1분해로(5)와 마찬가지로 철재 관체로된 몸체(6-1)와 몸체(6-1)를 둘러싼 전열히터(6-2)와 이송스크류(6-3)와 모터(6-4)로 구성되어 있고, 배출구(6-5)에 더스트배출장치(6-7)가 결합된 구성이며 몸체(6-1)의 단면구성 역시 제1분해로(5)와 마찬가지로 "
Figure 112007005933113-pat00004
" 형상이다.
도 3에서와 같이 제1분해로(5)는 제1공급관(5-9)을 통하여 반응기(7)와 연결 되고 제2분해로(6)는 제2공급관(6-8)을 통하여 반응기(7)와 연결된다.
제1분해로(5) 및 제2분해로(6)도 용융로(4)와 같이 전기적 방법으로 가열하고 가열온도는 450℃∼650℃ 범위이다.
반응기(7)는 도 5에서와 같이 본체(7-1)를 전열히터(7-2)가 둘러싼 구성이고 본체(7-1) 내에는 제올라이트를 주성분으로 한 유화용 촉매제를 다공망체(7-3)로 하여 적층한 구성이다.
다공망체(7-3)는 도 6에서와 같이 균등한 간격과 크기로 수많은 작은 구멍(7-4)들이 종횡으로 형성된 구성이다.
제1분해로(5) 및 제2분해로(6)에서 발생한 유화가스는 분배관(7-5)을 지나 반응기(7)의 본체(7-1)로 유입되고, 맨아래쪽 제1다공망체(7-3a)에서 촉매반응과 함께 고르게 확산되면서 상승하고, 제2다공망체(7-3b), 제3다공망체(7-3c), 제4다공망체(7-3d)를 지나면서 크래킹(Cracking) 반응하여 다양한 분자량을 가지는 고분자들이 특정범위내의 분자량을 가지는 고분자로 분해 내지 결합되며, 제5다공망체(7-3e)에서는 주로 소형으로 분해된 고분자간의 유착이 이루어지지 않도록 안정시키는 작용을 한다.
본 발명에서는 다공망체(7-3) 5개를 적층하고 한 개의 다공망체(7-3)의 크기가 가로 15cm, 세로 5cm, 높이 15cm인 것으로 제시하고 있으나, 다공망체(7-3)의 크기와 적층 개수는 필요에 따라 변할 수 있는 것이므로 반드시 본 발명 실시 예와 같이 한정할 필요는 없다.
본 발명 반응기(7)의 가열온도는 150℃∼450℃로서 가열온도가 높을수록 고 품질의 연료유가 생산되며 이러한 온도로 가열하므로서 C12 ∼C21의 연료유(디젤유)를 얻을 수 있다.
반응기(7)의 설치 개수도 필요에 따라 다르게 설치할 수 있는 것이므로 반응기(7)의 설치 개수도 본 발명에서 도시한 것으로 한정하지 아니한다.
반응기(7)를 지나면서 소형으로 분해된 고분자의 유화가스는 응축기(8)에서 액화되므로서 연료유가 생산되며 생산된 연료탱크는 집유탱크(도시안됨)에 저장되는 것이다.
본 발명 용융로(4)와 제1분해로(5) 및 제2분해로(6)에는 모두 몸체를 지지하는 받침부(9)들이 도 8 내지 도 10에서와 같이 슬라이딩하는 구성으로 설치되어 있다. 즉, 받침부(9)는 지지편(9a)과 고정편(9b)으로 구분 구성되고, 고정편(9b)은 바닥에 고정되고 지지편(9a)이 삽입되는 공간을 가지며 지지편(9a)의 하단부가 지지편(9a)의 공간에 삽입되어 미끄럼 이동할 수 있도록 설치된 구성으로서, 가열로 인하여 철재 관체로 된 용융로(4)와 제1분해로(5) 및 제2분해로(6)가 늘어나면 지지편(9a)이 고정편(9b)의 공간내에서 도 9에서와 같이 뒤로 이동하고, 가열이 중지되어 냉각 축소되면 다시 도 8에서와 같이 원래 자리로 복귀하는 작용을 함으로서 가열과 냉각에 의하여 용융로(4)와 제1분해로(5) 및 제2분해로(6)가 팽창하거나 축소되어도 휘어지거나 파손될 우려가 없어 안전하게 된다.
본 발명에서 유화되지 않고 최종적으로 배출되는 더스트(카본과 흙)는 약 20%로서 폐비닐의 80%정도가 유화되는 높은 유화율을 갖는다.
미설명 부호 (5-10)은 제1분해로 유입구이고, (6-6)은 제2분해로 유입구, (9c)는 돌출테, (10)은 고정된 지지각이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 폐비닐 열분해 유화장치는 높은 품질의 연료유를 얻을 수 있고 유화율과 생산성이 높으며 반응기의 제조가 저렴하고 촉매제의 수리 및 교환이 용이하며 용융로(4)와 제1분해로(5) 및 제2분해로(6)가 고열에 의하여 팽축하여도 휘어지거나 파손될 우려가 없어 안전한 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (8)

  1. 용융로와 분해로와 반응기와 응축기로 구성되는 폐비닐 열분해 유화장치에 있어서, 제1분해로(5)와 제2분해로(6)를 경사지게 설치하고, 제1분해로(5)와 제2분해로(6)에 각각 별도의 가스통로(5-7)를 형성하되 가스통로(5-7)가 수지이송부(5-6)의 직상부에 형성됨을 특징으로 하는 폐비닐 열분해 유화장치.
  2. 삭제
  3. 용융로와 분해로와 반응기와 응축기로 구성되는 폐비닐 열분해 유화장치에 있어서, 용융로(4)에 증기배출기(4k)를 설치함을 특징으로 하는 폐비닐 열분해 유화장치.
  4. 용융로와 분해로와 반응기와 응축기로 구성되는 폐비닐 열분해 유화장치에 있어서, 용융로(4)의 투입구(4f)와 전열히터(4b) 사이에 냉각장치(4h)를 설치함을 특징으로 하는 폐비닐 열분해 유화장치.
  5. 용융로와 분해로와 반응기와 응축기로 구성되는 폐비닐 열분해 유화장치에 있어서, 반응기(7)의 본체(7-1) 내에 유화용 촉매제로 제올라이트 다공망체(7-3)를 적층하여서 됨을 특징으로 하는 폐비닐 열분해 유화장치.
  6. 용융로와 분해로와 반응기와 응축기로 구성되는 폐비닐 열분해 유화장치에 있어서, 용융로(4)와 제1분해로(5)와 제2분해로(6)의 받침부(9)를 고정편(9b)과 지지편(9a)으로 분리구성하고 지지편(9a)이 고정편(9b)의 공간부에 삽입되어 미끄럼 운동하도록 구성함을 특징으로 하는 폐비닐 열분해 유화장치.
  7. 용융로와 분해로와 반응기와 응축기로 구성되는 폐비닐 열분해 유화장치에 있어서, 공급용 호퍼(3) 내에 질소공급기(4n)를 설치함을 특징으로 하는 폐비닐 열분해 유화장치.
  8. 공급용 호퍼(3)에 냉각장치(4h)와 증기배출장치(4k)가 형성된 용융로(4)를 연결하고 용융로(4)에 본체가 배출구쪽이 높도록 경사지게 설치하는 제1분해로(5) 와 제2분해로(6)를 연결하고 제1분해로(5) 및 제2분해로(6)의 단면구성을 “
    Figure 112007005933113-pat00005
    ” 형상으로 하여 본체의 직상부에 가스통로가 별도로 형성되게 하고 제1분해로(5) 및 제2분해로(6)와 연결된 반응기(7)에 유화용 촉매제로 제올라이트 다공망체(7-3)를 적층하고 반응기(7)에 응축기(8)를 연결하여서 된 폐비닐 열분해 유화장치.
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