KR100955425B1

KR100955425B1 - 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템

Info

Publication number: KR100955425B1
Application number: KR1020100000616A
Authority: KR
Inventors: 김형태; 홍성길
Original assignee: 김형태
Priority date: 2010-01-05
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2010-05-04

Abstract

본 발명은 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 유기폐기물을 열분해하여 연료가스를 추출하고 추출된 연료가스 중에 함유된 비산 입자를 제거한 후 냉각시켜 연료유를 제조하는 연료유 추출 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 연료유 추출 시스템은 열분해로가 연속식 타입이어도 차지하는 면적이 작아 종래의 연속식 열분해로보다 경제적이고, 처리될 유기폐기물 칩의 투입구와 처리완료된 고형성분을 배출시키는 고형물 배출구가 항상 외기로부터 차단되어 있어서 열분해에 바람직한 상태인 무산소 상태에서 유기폐기물을 열분해시키는 것을 가능하게 하며, 또한 열분해로에서 유기폐기물이 열분해되어 배출되는 연료가스에 포함된 비산입자를 백필터의 빈번한 교체없이 효율적으로 집진할 수 있으므로 유기폐기물로부터 고품질의 연료유를 추출할 수 있다.

Description

유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템{system for extracting fuel oil from organic waste by pyrolysis}

본 발명은 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 유기폐기물을 열분해하여 연료가스를 추출하고 추출된 연료가스 중에 함유된 비산입자를 제거한 후 냉각시켜 연료유를 제조하는 연료유 추출 시스템에 관한 것이다.

산업이 발달함에 따라 발생되는 부산물인 산업폐기물 및 생활쓰레기는 환경 측면에서 여러 가지 문제를 야기하고 있으며, 이의 처리비용도 날로 증가하는 추세이다.

산업폐기물 및 생활쓰레기에는 유기성 폐기물이 많은 부분을 차지하고 있으며, 유기성 폐기물은 그대로 매립되면 부산물에 함유된 여러 성분이 침출되어 토양을 오염시켜서 식물의 생장을 교란하여 생태계에 악영향을 미치며, 지상에 노출 폐기하면 미관을 해치게 되고, 이를 소각처리하는 경우에는 유독가스 및 그을음이 발생하여 대기를 오염시키는 문제가 발생한다.

이에 따라 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 여러 방안이 강구되고 있으며, 이러한 방안으로는 가공과정을 거쳐 재활용하는 방법, 보조원료로 사용하는 방법 또는 열분해 처리하여 연료유, 카본 등을 추출하여 재활용 부산물을 회수하는 방법 등이 있다.

일반적으로 유기폐기물은 주요 구성성분인 고분자 화합물에 폐기물의 종류에 따른 기타 여러 성분으로 구성되어 있는데, 상기 처리방법 중 열분해 처리방법은 유기폐기물의 가연성 부분을 무산소 상태하에서 열을 가하여 탄화시키는 것으로서, 고분자 화합물에 열을 가하면 분자구조가 파괴됨과 동시에 발생되는 열분해 가스가 응축되어 보다 간단한 저분자 물질로 전환된 부산물을 얻을 수 있다.

상기 부산물로는 고체상의 타르, 액체상의 오일, 기체상의 가스 등이 있다.

상기와 같이 유기폐기물을 이용한 에너지 회수 이용 기술은 매우 훌륭한 자원화 방안이 될 수 있으나, 종래의 열분해로(pyrolysis furnace)는 뱃치타입(batch type)으로서 투입구와 고형물 배출구를 선택적으로 닫을 수 있어 로(爐)내를 열분해에 바람직한 상태인 무산소 상태로 유지하기에는 바람직하지만 연속식 열분해로 보다는 수율이 낮다고 하는 문제가 있다.

반면에 연속식 타입의 열분해로는 처리될 유기폐기물의 투입구와 처리완료된 고형성분을 배출시키는 고형물 배출구가 항상 개방되어 있어서, 열분해에 바람직한 상태인 무산소 상태로 로(爐)내를 유지하기가 곤란하다는 문제점을 가지고 있다.

또한, 추출과정 중 가스에 함유된 미세입자에 의하여 배관의 막힘 현상 및 장치의 가동중단이 빈번히 발생하여 연속운전이 어려울 뿐만 아니라, 연료가스의 미세입자가 추출된 오일에 함유되어 이를 이용하는 장치에 고장을 일으키는 요인이 되어왔다.

이에 따라 열분해로의 가스 배출부에 집진설비를 설치하여 상기 문제를 해결하고자 하는 방법이 제안되고 있으며, 종래의 집진설비는 연료가스에 함유된 입자를 제거하기 위해 사이클론 타입의 집진기 또는 백필터 타입의 집진기가 적용되어 왔다.

그러나 열분해로에서 유기폐기물이 열분해되어 배출되는 연료가스에 포함된 카본블랙 입자는 경량의 미세입자이어서, 원심력과 중력을 이용하는 사이클론 타입의 집진기로는 상기 연료가스에 함유된 카본블랙을 여과시키는 데 한계가 있어서 여과효율이 낮다고 하는 문제가 있다.

또한, 열분해로에서 배출되는 연료가스는 열분해로에서 가열을 받아 통상 350~400℃의 고온이므로, 부직포로 만들어진 백필터에 부하를 증대시켜 백필터를 빈번하게 교체해야 할 뿐만 아니라 연료가스에 함유된 액상의 비산입자가 백필터를 젖게 하여 집진효율을 떨어뜨리는 문제가 있다.

따라서 열분해 처리방법으로 유기폐기물로부터 에너지를 회수하고 이를 산업에 이용하기 위해서는, 열분해로를 외기로부터 차단하고 열분해시 생성되는 연료가스에 필연적으로 함유되는 비산입자를 효율적으로 제거할 수 있는 열분해 시스템의 개발이 요구된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유기폐기물의 열분해로가 외기와 접촉되지 않도록 하면서 고품질의 연료유를 연속적으로 얻을 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 유기폐기물에서 연료가스를 추출하는 과정에서 연료가스에 함유되는 비산입자를 효율적으로 제거하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 유기폐기물 칩이 2개의 연속된 로터리밸브를 통하여 열분해 설비로 공급되는 공급설비, 상기 공급설비로부터 유기폐기물 칩이 공급되어 고형물인 카본블랙과 가스인 연료가스로 분해되는 열분해설비, 상기 열분해 설비에서 분리된 연료가스가 인입되어 상기 인입된 연료가스에 함유된 입자가 관성집진 후 여과집진되어 제거되는 집진설비, 상기 집진설비에서 입자가 제거된 연료가스가 응축되어 액화되는 냉각설비, 상기 냉각설비에서 응축된 연료유 및 응축되지 않은 연료가스가 저장되는 저장설비 및 상기 열분해 설비에서 분리된 카본블랙이 2개의 연속된 로터리밸브를 통하여 배출되는 고형물 배출설비를 포함하고 있는 연료유 추출 시스템을 제공한다.

이때, 상기 열분해 설비는 유기폐기물 칩의 투입구와 고형물 배출구를 로 밖에 배치하고 상기 투입구와 배출구에 입구과 출구가 각각 접속된 상태에서, 역 ㄷ자형의 유기폐기물 칩의 이송로를 갖는 관형챔버 내에 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 오거(auger)를 마련하고, 상기 투입구 및 상기 배출구 각각에 2개의 로터리밸브를 연속하여 개재시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 집진설비는 하나의 챔버 안에 다수개의 배플판과 세라믹 재질의 백필터를 내장하여 연료가스와 함께 유입되어 오는 비산 카본블랙 입자들 중 조대입자를 상기 다공성 배플판에 의해 1차 관성집진 처리하고, 상기 1차 처리된 연료가스 중에서 미세입자의 카본블랙을 상기 세라믹 재질의 백필터에 의해 2차 여과집진 처리하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기와 같은 방법에 의해 열분해로가 연속식 타입이어도 차지하는 면적이 작아 종래의 연속식 열분해로보다 경제적이고, 처리될 유기폐기물의 투입구와 처리완료된 고형성분을 배출시키는 고형물 배출구가 항상 외기로부터 차단되어 있어서 열분해에 바람직한 상태인 무산소 상태에서 유기폐기물을 열분해시키는 것을 가능하게 한다.

또한, 본 발명은 열분해로에서 유기폐기물이 열분해되어 배출되는 연료가스에 포함된 비산입자를 백필터의 빈번한 교체없이 효율적으로 집진할 수 있으므로 유기폐기물로부터 고품질의 연료유를 추출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료유 추출 시스템을 나타낸 구성도이다.

열분해 방법에 의하여 연료유가 추출되는 유기폐기물의 종류에는 대표적으로 고무, 종이, 비닐, 플라스틱, 목재, 피혁, 오염토양 등의 고형 폐기물과 음식물쓰레기, 하수슬러지, 오일슬러지, 분뇨, 동물사체 등의 슬러지성 폐기물이 있으며, 상기 고무의 대표적인 종류에는 폐타이어를 들 수 있다.

본 발명에서는 상기 폐기물이 칩 형태로 공급되는데, 상기 고형 폐기물은 파쇄되어 공급되고 슬러지성 폐기물은 건조 후 파쇄되어 공급되며, 상기 칩 형태로 가공되는 과정은 일반적인 공지의 건조ㆍ파쇄과정을 거치므로 이에 대한 설명은 생략한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료유 추출 시스템이 부호 100으로서 지시되어 있다.

상기 연료유 추출 시스템(100)은 유기폐기물 칩이 열분해 설비로 공급되는 공급설비(10), 상기 공급설비(10)로부터 유기폐기물 칩이 공급되어 고형물인 카본블랙과 가스인 연료가스로 분해되는 열분해설비(20), 상기 열분해 설비(20)에서 분리된 연료가스가 인입되어 상기 인입된 연료가스에 함유된 입자가 제거되는 집진설비(30), 상기 집진설비(30)에서 입자가 제거된 연료가스가 응축되어 액화되는 냉각설비(40), 상기 냉각설비(40)에서 응축된 연료유 및 응축되지 않은 연료가스가 저장되는 저장설비(50) 및 상기 열분해 설비(20)에서 분리된 카본블랙이 배출되는 고형물 배출설비(60)를 포함하고 있다.

상기 공급설비(10)는 수거된 유기폐기물이 작은 조각으로 파쇄되어 유기폐기물 칩 형태로 저장되는 저장사일로(storage silo, 11), 일단이 상기 저장사일로(11)의 하부와 접속되고 타단이 이송벨트콘베이어(12)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 제1로터리 밸브(13)가 개재되어 있는 제1공급관(L1), 일측에서 상기 제1공급관(L1)으로부터 유기폐기물을 공급받아 타측 하부에 위치한 버퍼사일로(buffer silo, 14)에 공급하는 이송벨트콘베이어(12), 상기 이송벨트콘베이어(12)로부터 공급받은 유기폐기물 칩을 열분해설비(20)의 운전상태에 따라 적정량 공급하기 위한 버퍼사일로(buffer silo, 14) 및 일단이 상기 버퍼사일로(14)의 하부와 접속되고 타단이 열분해설비(20)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 제2로터리 밸브(15) 및 제3로터리 밸브(16)가 일정간격을 두고서 개재되어 있는 제2공급관(L2)을 포함한다.

상기 이송벨트콘베이어(12) 하부에는 열분해설비(20)에 공급되는 유기폐기물 칩의 공급량을 측정하는 로드셀(load cell, 17)이 상기 이송벨트콘베이어(12) 밑면과 접촉 설치된다.

상기 열분해설비(20)는 케이스(21), 상기 케이스(21)의 하단 측면에 배치되어 상기 케이스(21)의 내부공간을 가열하는 버너(22), 일측이 상기 케이스(21) 밖으로 노출된 상태에서 타측이 상기 케이스(21) 내의 전장에 걸쳐서 수평방향으로 뻗어 있는 제1챔버(23), 일측이 상기 케이스(21) 밖으로 노출된 상태에서 타측이 상기 케이스(21) 내의 전장에 걸쳐서 수평방향으로 뻗어 있고 상기 제1챔버(23)보다 낮은 높이 레벨에 배치되어 있는 제2챔버(24), 상기 제1챔버(23) 내의 전장에 걸쳐 뻗어서 일측에서 타측으로 유기폐기물 칩을 이송시키는 제1오거(auger, 25), 상기 제2챔버(24) 내의 전장에 걸쳐 뻗어서 상기 제1챔버(23)에서 배출된 유기폐기물칩을 타측에서 일측으로 유기폐기물 칩을 이송시키는 제2오거(26), 상기 제1챔버(23)의 타측 하단과 상기 제2챔버(24)의 타측 상단이 수직방향으로 유통가능하게 접속되어 있는 연결챔버(27) 및 상기 제1챔버(23)의 타측 상단에 일단이 접속되어 있고 타단이 상기 케이스(21)의 타측 상단을 관통하여 노출된 가스배출관(28)을 포함하고 있다.

상기 제1챔버(23)의 노출된 일측 상단은 일단이 상기 버퍼사일로(14)와 접속되어 있는 제2공급관(L2)의 타단에 유통가능하게 접속되어 있다.

상기 제1챔버(23) 및 제2챔버(24)는 상기 버너(22)의 가열에 의해 용이하게 가열될 수 있는 열전도성이 우수한 재질로 제조되는 것이 바람직하다.

상기 집진설비(30)는 장방형 단면을 갖는 상부 케이스(31)와 상기 상부 케이스(31)의 하단에 상단이 기밀적으로 일체로 결합되어 있는 호퍼 형상의 단면을 갖는 하부 케이스(32), 상기 상부 케이스(31)의 내부를 좌우로 이등분하여 상기 상부 케이스(31)의 측벽(31a) 및 윗벽(31b)과 협력하여 제1집진실(S1)과 제2집진실(S2)을 구획형성하는 수직 칸막이벽(33), 일단이 상기 가스배출관(28)과 접속되고 타단이 상기 제1집진실(S1)의 상단 일측벽과 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 제1차단밸브(V1)가 개재된 가스유입관(L3), 일단이 상기 제2집진실(S2)의 상단 일측벽과 접속되고 타단이 냉각설비(40)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 제2차단밸브(V2)가 개재된 가스유출관(L4), 상기 제1집진실(S1) 내에서 상기 측벽(31a)방향으로 하향 경사지게 설치된 다수의 판(板)이 상기 측벽(31a)방향으로 하향 경사지게 배열된 제1배플판(34a), 상기 제1집진실(S1) 내에서 상기 제1배플판(34a)의 하부에 위치하며 상기 제1배플판(34a)에 대하여 평행한 상태로 일정간격 이격되어 배치되는 제2배플판(34b), 상기 제2집진실(S2) 내에서 상기 측벽(31a)방향으로 하향 경사지게 설치된 다수의 판(板)이 상기 측벽(31a)방향으로 하향 경사지게 배열된 제3배플판(34c), 상기 제2집진실(S2) 내에서 상기 상부 케이스(31)의 측벽(31a), 윗벽(31b) 및 수직 칸막이벽(33)과 협력하여 청정공간(S3)을 구획형성하며 격자 패턴을 갖는 복수개의 관통구멍이 형성된 수평 칸막이벽(35) 및 상기 수평 칸막이벽(35)의 관통구멍 각각에 상단이 유통가능하게 접속된 세라믹 재질의 다공성 백필터(bag filter, 36)를 포함하고 있다.

또한, 상기 제2집진실(S2)의 윗벽(31b)에는 상기 수평 칸막이벽(35)에 형성된 복수개의 관통구멍들의 각각의 중심과 동일한 중심을 가진 복수개의 질소분사관(37)이 관통되어 상기 복수개의 관통구멍과 마주하고 있고, 상기 복수개의 질소분사관(37) 각각은 도중에 전자개폐밸브(V3)가 개재되어 있다.

상기 질소분사관(37)의 상류단은 헤더(38)와 유통가능하게 접속되어 있고, 상기 헤더(38)는 일단이 질소공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있는 질소공급관(L5)의 타단에 유통가능하게 접속되어 있다.

또한, 상기 집진설비(30)의 운전상태 점검 및 상기 백필터(36)의 보호를 위하여 상기 제1집진실(S1)과 제2집진실(S2) 사이의 차압을 측정하는 차압계(P)가 설치되어 있다.

또한, 상기 하부 케이스(32)의 하단은 상기 집진설비(30)에서 포집된 입자가 저장되는 저장통(39)에 일단이 접속된 배출관(L6)의 타단이 유통가능하게 접속되고 도중에 입자배출밸브(V4)가 개재되어 있다.

상기 집진설비(30)에 상기 집진설비(30)와 동일한 구성의 예비집진설비(30a)가 1기 더 마련되어 있는 것이 바람직하다.

상기 예비집진설비(30a)의 연료가스 인입부에는 일단이 상기 제1차단밸브(V1)의 상류측 가스유입관(L3)에 접속되고 도중에 예비제1차단밸브(V1a)가 개재된 예비가스유입관(L3a)의 타단이 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며, 상기 예비집진설비(30a)의 연료가스 유출부에는 상기 제2차단밸브(V2)의 하류측 가스유출관(L4)에 접속되고 도중에 예비제2차단밸브(V2a)가 개재된 예비가스유출관(L4a)의 타단이 접속되어 서로 유통가능하게 연결되어, 상기 집진설비(30)와 예비집진설비(30a)가 병렬연결됨으로써 서로 교대로 운전된다.

상기 냉각설비(40)는 상부 일측에 상기 가스유출관(L4)의 타단이 유통가능하게 접속되어 상기 집진설비(30)에서 입자가 제거된 연료가스가 인입되어 하향통과하면서 냉각수에 의하여 냉각되어 연료가스 중의 고비점 물질이 응축되는 1차 냉각기(41), 상기 1차 냉각기(41)의 하부에 위치하여 상기 1차 냉각기(41)에서 응축된 연료유 및 응축되지 않은 연료가스가 체류하는 1차 저장조(42), 상부 일측에 일단이 상기 1차 저장조(42)의 윗벽과 접속된 가스이송관(L7)의 타단이 접속되어 유통가능하게 연결되며 상기 1차 냉각기(41)에서 응축되지 않은 연료가스가 상기 1차 저장조(42)를 경유하여 인입되어 하향통과하면서 냉각수에 의하여 2차 냉각되어 연료가스 중의 저비점 물질이 응축되는 2차 냉각기(43), 상기 2차 냉각기(43)의 하부에 위치하여 상기 2차 냉각기(43)에서 응축된 연료유 및 응축되지 않은 연료가스가 체류하는 2차 저장조(44) 및 일단이 상기 1차 저장조(42)의 하부와 접속되고 타단이 2차 저장조(44)의 하부와 접속되어 서로 유통가능하게 연결된 연결관(L8)을 포함하고 있다.

상기 1차 냉각기(41) 및 2차 냉각기(43)에는 냉각수와 연료가스가 서로 향류로 간접 접촉될 수 있도록 열전달 매체(45, 46)가 내장되어 있고, 냉각수는 냉각탑(도시하지 않음)에서 냉각된 다음 상기 연료가스와 열전달 매체(45, 46)를 사이에 두고 하부에서 상부로 흐른 후 다시 냉각탑으로 순환되도록 구성되어 있다.

상기 저장설비(50)는 상기 2차 저장조(44)의 연료가스가 인입되어 저장되는 연료가스 저장용기(51), 일단이 상기 2차 저장조(44)의 윗벽과 접속되고 타단이 상기 연료가스 저장용기(51)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 송풍기(52)가 개재된 연료가스 이송관(L9), 상기 2차 저장조(44)의 연료유가 인입되어 저장되는 연료유 저장용기(53) 및 일단이 상기 연결관(L8)과 접속되고 타단이 상기 연료유 저장용기(53)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 이송펌프(54)가 개재된 연료유 이송관(L10)을 포함하고 있다.

상기 송풍기(52)와 연료가스 저장용기(51) 사이의 연료가스 이송관(L9)의 도중에 버퍼용기(55)가 더 설치되는 것이 바람직한데, 상기 버퍼용기(55)는 상기 연료가스 저장용기(51)의 압력이 적절히 조절되도록 하여 일시적인 과도한 압력상승을 방지할 수 있게 한다.

또한, 도시하지는 않았으나 상기 연료가스 저장용기(51)와 버퍼용기(55)에 과도한 압력상승시 이를 외부로 배출할 수 있는 안전밸브 및 안전설비를 구비하는 것은 당연하다고 할 것이다.

상기 고형물 배출설비(60)는, 상기 열분해 설비(20)에서 가스성분이 분리되고 남은 고형물인 카본블랙을 배출하기 장치들로 구성되어 있으며, 일단이 제2챔버(24)의 노출된 일측 하단에 접속되고 타단이 외부(예를 들면 이송 컨베이어 또는 저장 사일로)에 노출되어 있으며, 도중에는 제4로터리 밸브(61) 및 제5로터리 밸브(62)가 일정 간격을 두고서 개재되어 있는 고형물 배출관(L11)과 그리고 상기 제4로터리 밸브(61) 상류측 고형물 배출관(L11) 도중에 설치되어 고온의 카본블랙을 냉각시키는 수냉식 호퍼(63)를 포함하고 있다.

상기 수냉식 호퍼(63)의 내부 공간에는 교반기(64)가 장착되어 상기 수냉식 호퍼(63)에 체류하는 고온의 고형물을 골고루 섞일 수 있도록 하며, 상기 수냉식 호퍼(63)의 측벽(63a)은 냉각수가 출입할 수 있는 재킷 타입의 이중벽 구조로 되어 있어서 상기 이중벽 공간을 통하여 냉각수가 하부에서 상부로 흐르도록 되어 있다.

상기 수냉식 호퍼(63)는 상광하협(上廣下狹)의 삼각형 단면을 갖는 것이 카본블랙의 배출에 유리하다.

상기 로터리 밸브들(13, 15, 16, 61, 62)은 원형의 단면을 갖는 케이스의 중앙에 모터에 의해 회전되는 축을 장착하고, 그 축에 일단이 고정되어 있고 타단이 방사상 바깥방향으로 뻗어 상기 케이스의 내주면과 시일(seal)을 개재하여 미끄럼운동가능하게 접촉하고 있는 복수개의 날개들을 일정한 균등 각도를 두고서 배치하고 있고, 케이싱의 상단에 입구와 케이싱의 하단에 출구가 형성되어 있는 밸브이다.

이러한 밸브들은 축의 회전속도 또는 축의 가동ㆍ중지를 통한 유체의 공급량을 조절하는 기능과 더불어 자체적으로 입구와 출구가 상기 시일에 의해 기밀적으로 차단되어 있어 입구의 기체가 출구로 유입되지 않도록 하는 작용을 한다.

상기 로터리 밸브들을 2개 연속하여 배치하면 상기 기밀효과를 좀더 향상시킬 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 연료유 추출 시스템은 다음과 같이 운전된다.

유기폐기물이 고형의 작은 조각으로 파쇄된 유기폐기물 칩은 공급설비(10)의 저장사일로(11)에 저장된 후 제1공급관(L1), 제1로터리 밸브(13) 및 이송벨트콘베이어(12)을 통하여 버퍼사일로(14)로 이송된다.

상기 버퍼사일로(14)에 저장된 유기폐기물 칩은 제2로터리 밸브(15) 및 제3로터리 밸브(16)를 경유하여 열분해설비(20)의 제1챔버(23)내 일측으로 유입되는데, 이때 상기 제2 및 제3 로터리밸브(15, 16)에 의해 외부의 공기가 상기 제1챔버(23)로 유입되는 것이 방지된다.

상기 제1챔버(23)내로 유입된 유기폐기물 칩은 제1오거(25)에 의해 일측에서 타측으로 이송되면서 버너(22)에 의해 가열되고, 타측으로 이송된 유기폐기물 칩은 연결챔버(27)을 통하여 제2챔버(24)의 타측으로 유입되며, 상기 제2챔버(24)에 유입된 유기폐기물 칩은 제2오거(26)에 의해 타측에서 일측으로 이송되면서 버너에 의해 계속 가열된다.

상기 열분해설비(20)의 운전온도에 따라 상기 제2로터리 밸브(15) 및 제3로터리 밸브(16)의 회전속도가 조절됨으로써 최적의 유기폐기물 열분해가 수행되도록 한다.

또한, 상기 버퍼사일로(14)의 수위를 감지하여, 수위가 정상보다 낮을 경우 정상수위로 회복될 때까지 상기 열분해설비(20)의 가동이 중지되고, 수위가 정상보다 높을 경우 정상수위로 회복될 때까지 상기 제1로터리 밸브(13) 및 이송벨트콘베이어(12)의 가동이 중지된다.

상기 공급설비(10)를 통하여 공급되는 유기폐기물의 공급량은 상기 이송벨트콘베이어(12) 하부에 설치된 로드셀(17)에 의하여 확인할 수 있다.

상기 유기폐기물 칩이 제1챔버(23)에서 이송되는 도중 열분해에 의해 생성된 연료가스는 가스배출관(28)을 경유하여 집진설비(30)로 방출되고, 상기 유기폐기물 칩이 제2챔버(24)에서 이송되는 도중 열분해에 의해 생성된 연료가스는 연결챔버(27), 제1챔버(23) 및 가스배출관(28)을 경유하여 집진설비(30)로 방출된다.

상기 제2오거(26)에 의해 상기 제2챔버(24)의 일측에 이송되면서 열분해되고 남은 카본블랙 등의 고형물은 고형물 배출관(L11)상의 수냉식 호퍼(63), 제4로터리 밸브(61) 및 제5로터리 밸브(62)를 경유하여, 도시되지 않은 고형물 처리시설로 보내져 처리된다.

상기 열분해설비(20)의 유기폐기물 칩 유입부에 설치된 제2로터리 밸브(15)와 제3로터리 밸브(16) 및 열분해설비(20)의 고형물 배출부에 설치된 제4로터리 밸브(61)와 제5로터리 밸브(62)에 의하여 상기 열분해설비(20)가 외기(外氣)와 차단되어, 외부의 공기가 상기 제1챔버(23) 및 제2챔버(24)로 유입되는 것이 방지될 뿐만 아니라 상기 제1챔버(23) 및 제2챔버(24)의 연료가스도 외부로 방출되지 않는다.

즉, 1차측 로터리 밸브(15, 61)에서 2개의 날개와 케이스의 내주면에 의해 구획형성된 복수개의 공간들 중에 입구 측에 배치된 공간에 유기폐기물 칩이나 고형물이 유입될 때 혼입된 기체가 존재하여도, 2차측 로터리 밸브(16, 62)에서 상기 공간들을 점유하고 있는 유기폐기물 칩이나 고형물로 인하여 상기 혼입된 기체가 2차측 로터리 밸브의 출구 측으로 배출되는 것이 방지된다.

상기와 같은 로터리 밸브들의 배열에 의해 상기 열분해설비(20)의 열손실을 줄일 뿐만 아니라, 유기폐기물이 무산소 분위기상태에서 상기 제1 및 제2챔버(23, 24)에서 효율적으로 열분해될 수 있다.

상기 수냉식 호퍼(63)에서는 측벽(63a)의 재킷을 통하여 냉각수가 하부에서 상부로 흘러가도록 함으로써 상기 제2챔버(24)로부터 인입되는 고온의 고형물이 냉각되고, 내부에 장착된 교반기(64)의 회전으로 고형물이 골고루 냉각되도록 함으로써, 이후 공정에서의 고형물의 취급이 용이하게 된다.

상기 열분해설비(20)에서 열분해되어 배출되는 연료가스는 가스유입관(L3)을 통하여 제1집진실(S1)로 유입되고, 상기 제1집진실(S1) 내부의 제1배플판(34a) 및 제2배플판(34b)에 부딪치면서 상기 연료가스에 함유된 비산 카본블랙 입자 중 조대입자는 관성이 약화되어 자중에 의해 낙하하여 하부 케이스(32)의 하부에 쌓이게 되고, 조대입자가 1차 제거된 연료가스는 상기 하부 케이스(32)를 통하여 제2집진실(S2)로 유입되어 상기 제3배플판(34c)에 부딪히면서 상기 가스에 여전히 포함된 조대입자가 상기 하부 케이스(32)의 하부로 낙하하여 2차 제거된다.

상기 조대입자가 2차 제거된 연료가스는 백필터(36)에서 연료가스에 함유된 미세입자가 제거되고, 청정공간(S3)을 경유한 다음 가스유출관(L4)을 통하여 냉각설비(40)로 배출되고, 상기 연료가스 중에 함유된 미세입자는 상기 백필터(36)을 통과하지 못하고 자연낙하하여 상기 하부 케이스(32)의 하부에 쌓이게 된다.

상기 제2집진실(S2)의 윗벽(31b)에 설치된 질소분사관(37)의 전자개폐밸브(V3)를 주기적으로 개폐하여, 질소공급관(L5)을 통하여 헤더(38)에 충전되어 있는 질소를 상기 백필터(36)에 분사함으로써 상기 백필터(36)에 부착되어 있는 미세입자를 탈착시키게 된다.

또한, 도시하지는 않았으나 상기 상부 케이스(31)의 측벽(31a)에 음파탈진기(acoustic horn) 또는 바이브레이터(vibrator)를 설치하여 상부 케이스(31)와 하부 케이스(32)의 내벽, 수직 칸막이벽(33), 배플판들(34a, 34b, 34c) 및 백필터(36)에 부착되어 있는 입자들을 탈착시키는 것이 바람직하다.

상기 하부 케이스(32)의 하부에 쌓인 입자들은 배출관(L6)을 통하여 입자배출밸브(V4)를 개폐함으로써 외부로 배출된다.

상기 백필터(36)에 부착된 미세입자가 상기에서 기술된 방법으로도 탈착되지 않고 계속 운전되면 집진설비(30)의 성능이 저하되고, 상기 백필터(36) 전후의 압력차가 커지게 되어 상기 백필터(36)가 파손될 우려가 있다.

따라서 상기 집진설비(30)에서 제1집진실(S1)과 제2집진실(S2) 사이의 차압을 측정하는 차압계(P)의 수치가 정상운전수치 이상으로 상승하면 대기상태인 예비집진설비(30a)를 가동하고 운전중인 집진설비(30)를 가동중지하여 정비한다.

상기 예비집진설비(30a)의 질소분사관에 설치된 전자개폐밸브, 음파탈진기 및 바이브레이터를 가동시킨 후 예비가스유입관(L3a)에 설치된 예비제1차단밸브(V1a) 및 예비가스유출관(L4a)에 설치된 예비제2차단밸브(V2a)를 개방하여 예비집진설비(30a)를 가동하고, 상기 집진설비(30)의 제1차단밸브(V1) 및 제2차단밸브(V2)를 잠근 다음 질소분사관(37)의 전자개폐밸브(V3)를 잠그고 음파탈진기 및 바이브레이터를 중지시킨 후 상기 집진설비(30)를 정비하여 운전 대기한다.

상기와 같은 방법으로 상기 집진설비(30)와 상기 예비집진설비(30a)는 서로 교대로 운전된다.

상기한 바와 같이 열분해설비(20)에서 열분해되어 생성된 연료가스는 집진설비(30)에서 배플판들(34a, 34b, 34c)에 의해 1차 관성집진 된 후 백필터(36)에 의해 2차 여과집진 됨으로써 연료가스 중에 함유된 입자의 제거가 보다 더 효율적으로 이루어지게 되고, 이에 따라 연료가스로부터 추출되는 연료유에 이물질이 함유되는 것이 방지되어 고품질의 연료유를 제조할 수 있다.

상기 집진설비(30)에서 입자가 제거된 연료가스는 가스유출관(L4)을 통하여 냉각설비(40)의 1차 냉각기(41)의 상부로 인입되고, 상기 1차 냉각기(41)를 하향 통과하는 동안 열전달 매체(45)를 사이에 둔 냉각수에 의해 냉각되어 연료가스 중의 고비점 물질이 응축되어 1차 저장조(42)에 저장된다.

상기 고비점 물질이 제거된 연료가스는 상기 1차 저장조(42)를 경유하여 가스이송관(L7)을 거친 후 2차 냉각기(43)의 상부로 인입되고, 상기 2차 냉각기(43)를 하향 통과하는 동안 열전달 매체(46)를 사이에 둔 냉각수에 의해 냉각되어 연료가스 중의 저비점 물질이 응축되어 2차 저장조(44)에 저장된다.

상기 저비점 물질이 제거된 연료가스는 상기 2차 저장조(44)를 경유하여 연료가스 이송관(L9)을 거친 다음 송풍기(52)에 의해 연료가스 저장용기(51)로 이송된다.

버퍼용기(55)가 상기 연료가스 저장용기(51) 상류 측에 설치되어 있는 경우, 연료가스는 버퍼용기(55)에서 압력 조절 후 연료가스 저장용기(51)에 저장되며, 상기 저장된 연료가스는 상기 열분해설비(20)의 버너(22) 연료로 사용되거나 보일러 등의 연료로 사용될 수 있다.

상기 1차 저장조(42)에 저장된 고비점 물질과 2차 저장조(44)에 저장된 저비점 물질로 이루어진 연료유는 연결관(L8), 연료유 이송관(L10)을 거쳐 이송펌프(54)에 의하여 연료유 저장용기(53)에 이송되어 저장되며, 보일러 등의 연료로 사용할 수 있다.

100:연료유 추출 시스템, 10:공급설비, 11:저장사일로, 12:이송밸트콘베이어, 13:제1로터리 밸브, 14:버퍼사일로, 15:제2로터리 밸브, 16:제3로터리 밸브, 17:로드셀, 20:열분해설비, 21:케이스, 22:버너, 23:제1챔버, 24:제2챔버, 25:제1오거, 26:제2오거, 27:연결챔버, 28:가스배출관, 30:집진설비, 30a:예비 집진설비, 31:상부 케이스, 31a:측벽, 31b:윗벽, 32:하부 케이스, 33:수직 칸막이벽, 34a:제1배플판, 34b:제2배플판, 34c:제3배플판, 35:수평 칸막이벽, 36:백필터, 37:질소분사관, 38:헤더, 39:저장통, 40:냉각설비, 41:1차 냉각기, 42:1차 저장조, 43:2차 냉각기, 44:2차 저장조, 45:열전달 매체, 46:열전달 매체, 50:저장설비, 51:연료가스 저장용기, 52:송풍기, 53:연료유 저장용기, 54:이송펌프, 55:버퍼용기, 60:고형물 배출설비, 61:제4로터리 밸브, 62:제5로터리 밸브, 63:수냉식 호퍼, 63a:측벽, 64:교반기,
L1:제1공급관, L2:제2공급관, L3:가스유입관, L3a:예비가스유입관, L4:가스유출관, L4a:예비가스유출관, L5:질소공급관, L6:배출관, L7:가스이송관, L8:연결관, L9:연료가스 이송관, L10:연료유 이송관, L11:고형물 배출관,
P:차압계,
S1:제1집진실, S2:제2집진실, S3:청정공간,
V1:제1차단밸브, V1a:예비제1차단밸브, V2:제2차단밸브, V2a:예비제2차단밸브, V3:전자개폐밸브, V4:입자배출밸브

Claims

유기폐기물 칩이 2개의 연속된 로터리밸브를 통하여 열분해 설비로 공급되는 공급설비(10);
상기 공급설비(10)로부터 유기폐기물 칩이 공급되어 고형물인 카본블랙과 가스인 연료가스로 분해되는 열분해설비(20);
상기 열분해 설비(20)에서 분리된 연료가스가 인입되어 상기 인입된 연료가스에 함유된 입자가 관성집진 후 여과집진되어 제거되는 집진설비(30);
상기 집진설비(30)에서 입자가 제거된 연료가스가 응축되어 액화되는 냉각설비(40);
상기 냉각설비(40)에서 응축된 연료유 및 응축되지 않은 연료가스가 저장되는 저장설비(50); 및
상기 열분해 설비(20)에서 분리된 카본블랙이 2개의 연속된 로터리밸브를 통하여 배출되는 고형물 배출설비(60)를 포함하고 있는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 공급설비(10)는,
수거된 유기폐기물이 작은 조각으로 파쇄되어 유기폐기물 칩 형태로 저장되는 저장사일로(11);
일단이 상기 저장사일로(11)의 하부와 접속되고 타단이 이송벨트콘베이어(12)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 제1로터리 밸브(13)가 개재되어 있는 제1공급관(L1);
일측에서 상기 제1공급관(L1)으로부터 유기폐기물을 공급받아 타측 하부에 위치한 버퍼사일로(14)로 공급하는 이송벨트콘베이어(12);
상기 이송벨트콘베이어(12)로부터 공급받은 유기폐기물 칩을 상기 열분해설비(20)의 운전상태에 따라 적정량 공급하기 위한 버퍼사일로(14); 및
일단이 상기 버퍼사일로(14)의 하부와 접속되고 타단이 상기 열분해설비(20)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며, 도중에 제2로터리 밸브(15) 및 제3로터리 밸브(16)가 일정간격을 두고서 개재되어 있는 제2공급관(L2)을 포함하고 있는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 열분해설비(20)는,
케이스(21);
상기 케이스(21)의 하단 측면에 배치되어 상기 케이스(21)의 내부공간을 가열하는 버너(22);
일측이 상기 케이스(21) 밖으로 노출된 상태에서 타측이 상기 케이스(21) 내의 전장에 걸쳐서 수평방향으로 뻗어 있는 제1챔버(23);
타측이 상기 케이스(21) 밖으로 노출된 상태에서 일측이 상기 케이스(21) 내의 전장에 걸쳐서 수평방향으로 뻗어 있고 상기 제1챔버(23)보다 낮은 높이 레벨에 배치되어 있는 제2챔버(24);
상기 제1챔버(23) 내의 전장에 걸쳐 뻗어서, 일측에서 타측으로 유기폐기물 칩을 이송시키는 제1오거(25);
상기 제2챔버(24) 내의 전장에 걸쳐 뻗어서, 상기 제1챔버(23)에서 배출된 유기폐기물 칩을 타측에서 일측으로 유기폐기물 칩을 이송시키는 제2오거(26);
상기 제1챔버(23)의 타측 하단과 상기 제2챔버(24)의 일측 상단이 수직방향으로 유통가능하게 접속되어 있는 연결챔버(27); 및
상기 제1챔버(23)의 타측 상단에 일단이 접속되어 있고 타단이 상기 케이스(21)의 타측 상단을 관통하여 노출된 가스배출관(28)을 포함하고 있는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 집진설비(30)는,
장방형 단면을 갖는 상부 케이스(31)와 상기 상부 케이스(31)의 하단에 상단이 기밀적으로 일체로 결합되어 있는 호퍼 형상의 단면을 갖는 하부 케이스(32);
상기 상부 케이스(31)의 내부를 좌우로 이등분하여 상기 상부 케이스(31)의 측벽(31a) 및 윗벽(31b)과 협력하여 제1집진실(S1)과 제2집진실(S2)을 구획형성하는 수직 칸막이벽(33);
일단이 상기 열분해설비(20)와 접속되고 타단이 상기 제1집진실(S1)의 상단 일측벽과 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 제1차단밸브(V1)가 개재된 가스유입관(L3);
일단이 상기 제2집진실(S2)의 상단 일측벽과 접속되고 타단이 상기 냉각설비(40)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 제2차단밸브(V2)가 개재된 가스유출관(L4);
상기 제1집진실(S1) 내에서 상기 측벽(31a)방향으로 하향 경사지게 설치된 다수의 판(板)이 상기 측벽(31a)방향으로 하향 경사지게 배열된 제1배플판(34a);
상기 제1집진실(S1) 내에서 상기 제1배플판(34a)의 하부에 위치하며 상기 제1배플판(34a)에 대하여 평행한 상태로 일정간격 이격되어 배치되는 제2배플판(34b);
상기 제2집진실(S2) 내에서 상기 측벽(31a)방향으로 하향 경사지게 설치된 다수의 판(板)이 상기 측벽(31a)방향으로 하향 경사지게 배열된 제3배플판(34c);
상기 제2집진실(S2) 내에서 상기 상부 케이스(31)의 측벽(31a), 윗벽(31b) 및 수직 칸막이벽(33)과 협력하여 청정공간(S3)을 구획형성하며 격자 패턴을 갖는 복수개의 관통구멍이 형성된 수평 칸막이벽(35);
상기 수평 칸막이벽(35)의 관통구멍 각각에 상단이 유통가능하게 접속된 세라믹 재질의 다공성 백필터(36); 및
일단이 포집된 입자가 저장되는 저장통(39)과 접속되고 타단이 상기 하부 케이스(32)의 하단과 접속되어 유통가능하게 연결되며, 도중에 입자배출밸브(V4)가 개재되어 있는 배출관(L6)을 포함하고 있는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제2집진실(S2)의 윗벽(31b)에는 상기 수평 칸막이벽(35)에 형성된 복수개의 관통구멍들의 각각의 중심과 동일한 중심을 가진 복수개의 질소분사관(37)이 관통되어 상기 복수개의 관통구멍과 마주하고 있고, 상기 복수개의 질소분사관(37) 각각은 도중에 전자개폐밸브(V3)가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 집진설비(30)에는 상기 제1집진실(S1)과 제2집진실(S2) 사이의 차압을 측정하는 차압계(P)가 설치되는 것을 특징으로 하는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각설비(40)는,
상부 일측에 상기 집진설비(30)에서 입자가 제거된 연료가스가 인입되어 하향통과하면서 냉각수에 의하여 냉각되어 연료가스 중의 고비점 물질이 응축되는 1차 냉각기(41);
상기 1차 냉각기(41)의 하부에 위치하여 상기 1차 냉각기(41)에서 응축된 연료유 및 응축되지 않은 연료가스가 체류하는 1차 저장조(42);
상부 일측에 일단이 상기 1차 저장조(42)의 윗벽과 접속된 가스이송관(L7)의 타단이 접속되어 유통가능하게 연결되며, 상기 1차 냉각기(41)에서 응축되지 않은 연료가스가 상기 1차 저장조(42)를 경유하여 인입되어 하향통과하면서 냉각수에 의하여 2차 냉각되어 연료가스 중의 저비점 물질이 응축되는 2차 냉각기(43);
상기 2차 냉각기(43)의 하부에 위치하여 상기 2차 냉각기(43)에서 응축된 연료유 및 응축되지 않은 연료가스가 체류하는 2차 저장조(44); 및
일단이 상기 1차 저장조(42)의 하부와 접속되고 타단이 2차 저장조(44)의 하부와 접속되어 서로 유통가능하게 연결된 연결관(L8)을 포함하고 있는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 1차 냉각기(41) 및 2차 냉각기(43)에는 내부에 냉각수가 상방향으로 흐르는 열전달 매체(45, 46)가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 저장설비(50)는,
연료가스가 저장되는 연료가스 저장용기(51);
일단이 상기 냉각설비(40)와 접속되고 타단이 상기 연료가스 저장용기(51)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며 도중에 송풍기(52)가 개재된 연료가스 이송관(L9);
연료유가 저장되는 연료유 저장용기(53); 및
일단이 상기 냉각설비(40)와 접속되고 타단이 상기 연료유 저장용기(53)와 접속되어 서로 유통가능하게 연결되며, 도중에 이송펌프(54)가 개재된 연료유 이송관(L10)을 포함하고 있는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 송풍기(52)와 연료가스 저장용기(51) 사이의 연료가스 이송관(L9) 도중에 버퍼용기(55)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 고형물 배출설비(60)는 일단이 열분해설비(20)에 접속되고 타단이 외부에 노출되어 있으며, 도중에는 제4로터리 밸브(61) 및 제5로터리 밸브(62)가 일정 간격을 두고서 개재되어 있는 고형물 배출관(L11)과 상기 제4로터리 밸브(61) 상류측 고형물 배출관(L11) 상에 설치되어 고온의 카본블랙을 냉각시키는 수냉식 호퍼(63)를 포함하고 있는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 수냉식 호퍼(63)는 내부 공간에 교반기(64)가 장착되고, 측벽(63a)은 냉각수가 상방향으로 흐를 수 있는 자켓 타입의 이중벽 구조로 되어 있으며, 상광하협(上廣下狹)의 삼각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 2 또는 청구항 11에 있어서,
상기 로터리 밸브(13, 15, 16, 61, 62)는 원형의 단면을 갖는 케이스의 중앙에 모터에 의해 회전되는 축을 장착하고, 상기 축에 일단이 고정되어 있고 타단이 방사상 바깥방향으로 뻗어 상기 케이스의 내주면과 시일을 개재하여 미끄럼운동가능하게 접촉하고 있는 복수개의 날개들을 일정한 균등 각도를 두고서 배치하고 있고, 케이싱의 상단에 입구와 케이싱의 하단에 출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 유기폐기물 칩은 고무, 종이, 비닐, 플라스틱, 목재, 피혁, 오염토양 등의 고형 폐기물이 파쇄되거나, 음식물쓰레기, 하수슬러지, 오일슬러지, 분뇨, 동물사체 등의 슬러지성 폐기물이 건조 후 파쇄된 것을 특징으로 하는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.
청구항 14에 있어서,
상기 고무는 폐타이어인 것을 특징으로 하는, 유기폐기물을 열분해하여 연료유를 추출하는 시스템.