KR101036949B1

KR101036949B1 - 폐타이어 열분해 오일화 장치에 사용되는 고온 가스 발생기

Info

Publication number: KR101036949B1
Application number: KR20090009925A
Authority: KR
Inventors: 박충열; 박현주
Original assignee: 주식회사 동성에코어
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2011-05-25
Also published as: KR20100090575A

Abstract

본 발명은 폐타이어 열분해 오일화 장치의 열분해 반응기를 가열하는 고온 가스 발생기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고온 가스 발생기는 고온·고압의 환경하에서 폐타이어 열분해 반응이 일어나는 열분해 반응기를 적정 온도로 가열함으로써 열분해 반응기 내의 폭발의 위험성을 방지할 수 있다.

고온 가스 발생기, 폐타이어 열분해 오일화 장치, 열분해 반응기, 적정 온도

Description

폐타이어 열분해 오일화 장치에 사용되는 고온 가스 발생기{High temperature gas generator used in apparatus for oil recovery by pyrolysis from waste tires}

본 발명은 폐타이어 열분해 오일화 장치의 열분해 반응기를 가열하는 고온 가스 발생기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 고온·고압의 환경하에서 폐타이어 열분해 반응이 일어나는 열분해 반응기를 적정 온도로 가열함으로써 열분해 반응기 내의 폭발의 위험성을 방지할 수 있는 고온 가스 발생기에 관한 것이다.

현대에는 자동차 산업의 급격한 발달로 인하여 차량의 보급도 많아지고 이에 따라 타이어의 생산량도 많아지게 되었다. 따라서 증가되는 사용한 폐타이어의 처리에 관한 많은 연구가 진행되고 있다.

폐타이어는 열분해시 중량비로 오일 50%, 가스 10%, 카본 30%, 철심 10%의 생성물이 발생되므로 에너지원 및 재생자원으로서 그 효용가치가 매우 높다.

현재 폐타이어를 이용한 에너지 회수 이용 기술로는 건류 소각방식과 열분해 방식이 있다. 이 중, 건류 소각방식은 대량 처리가 어렵고 초기 시설비의 부담과 함께 소각에 의해 이차 오염물질이 발생하는 문제점이 있다.

한편, 기존에 사용되고 있는 열분해 방식 또한 해결해야 할 많은 문제점을 가지고 있다. 폐타이어 열분해 장치에 타이어 칩이 투입되면, 이후 이는 이동식 디스크에 의해 적절한 체류 시간을 거쳐 이동하면서 열분해 반응이 진행된다. 열분해 반응물로서 오일 증기와 열분해 카본 블랙이 생성된다. 여기서 생성되는 오일 증기는 350℃ 이상(최대 600℃)의 고온이며, 열분해 카본 블랙 생성과정에서 미세분진이 많이 발생하기 때문에 공기에 노출되었을 때에 폭발의 위험성을 가지는 문제점이 있다. 따라서 폐타이어 열분해 반응이 진행되는 열분해 반응기에 적정 온도와 적정 압력을 유지하는 것이 필요로 하며 열분해 반응기를 가열하는 고온 가스 발생기는 반응기의 적정 온도를 유지할 수 있도록 설계되어야 한다.

대한민국특허 제645803호에서는 단계화된 잔류물 이송수단을 이용한 고효율의 열분해 반응기와 폐타이어 재활용 장치 및 그 방법에 관하여 개시하고 있다. 상기 대한민국특허 제645803에서 개시된 폐타이어 재활용 장치에서는 열분해 반응기를 가열하는 장치로서 마이크로파 발생기에 대해 개시하고 있다.

대한민국공개특허 제621157호에서는 폐타이어 건류로의 외부공기 차단장치에 대해 개시하고 있다. 상기 대한민국공개특허 제621157에서 개시된 폐타이어 열분해 반응이 일어나는 건류로를 가열하는 장치로서 가열기와 스팀분사기에 대해 개시하고 있고, 상기 건류로의 폭발의 위험성을 감소시키기 위해 단지 외부의 공기의 유입을 차단하는 장치에 대해서만 개시하고 있다.

본 발명자들은 고온·고압의 조건하에서 반응이 이루어지는 폐타이어 열분해 오일화 장치의 열분해 반응기 내부에서 발생될 수 있는 폭발의 위험성을 방지하기 위해 연구하던 중 열분해 반응기를 적정 온도로 가열·유지할 수 있는 고온 가스 발생기를 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 고온·고압의 조건하에서 반응이 이루어지는 폐타이어 열분해 오일화 장치의 열분해 반응기를 적정 온도로 가열·유지할 수 있는 고온 가스 발생기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 폐타이어를 공급하여 열분해 반응을 거친 후 오일, 가스 및 타르 등 발생되는 생성물을 회수하여 에너지원 및 재생자원으로 사용할 수 있는 폐타이어 열분해 오일화 장치에서 폐타이어 열분해 반응을 일으키기 위해 열분해 반응기를 가열하는 고온 가스 발생기에 있어서, 초기 점화에 사용되는 LPG를 주입하기 위한 LPG 주입구; 초기 점화 후 연소에 의해 고온 가스를 발생시키기 위한 경유를 주입하기 위한 경유 주입구; 상기 경유 주입구에서 과주입된 경유가 회수되는 리턴 라인; 경유를 주입한 후 연소에 의해 고온 가스가 발생되어 폐타이어 열분해 반응이 진행됨으로써 생성된 비응축가스가 회수되어 공급되는 비응축가스 주입구; 상기 비응축가스와 함께 연소시키기 위해 필요한 공기가 공급되는 공기 공급라인; 및 외부 벽면을 온도를 냉각시키기 위한 공기를 공급하기 위한 냉각공기 공급라인을 포함하는 열분해 반응기를 가열하기 위한 고온 가스 발생기를 제공한다.

반응이 시작하는 초기에 LPG가 상기 LPG 주입구로 투입되어 고온 가스 발생 기를 점화시키기 위해 사용된다.

점화 후 상기 경유 주입구를 통하여 주입된 경유를 연소시켜 고온 가스를 발생시킴으로써 열분해 반응기를 가열시켜 폐타이어 열분해 반응을 일으킨 후 생성된 비응축가스(non condensable gas; NC 가스)를 비응축가스 주입구를 통해 회수하여 연료로 사용한다.

상기 비응축가스 주입구를 통해 고온 가스 발생기로 회수된 비응축가스는 공기 공급라인을 통해 주입된 공기와 공기대비 1.5 내지 2.5의 양으로 혼합되어 열분해 반응기를 가열하기 위한 연료로 사용된다.

상기 외부 벽면에 주입되는 공기는 더블 자켓(double jacket) 방식으로 벽면에 공급되어 고온 가스 발생기의 벽면을 냉각시킨다.

본 발명은 고온의 가스가 체류하는 열분해 반응기를 적정 온도로 가열·유지하여 폭발의 위험성을 방지할 수 있는, 폐타이어 열분해 오일화 장치의 열분해 반응기를 가열하는데 사용되는 고온 가스 발생기를 제공하는 효과를 가진다.

본 발명은 폐타이어를 공급하여 열분해 반응을 거친 후 오일, 가스 및 타르 등 발생되는 생성물을 회수하여 에너지원 및 재생자원으로 사용할 수 있는 폐타이어 열분해 오일화 장치에서 폐타이어 열분해 반응을 일으키기 위해 열분해 반응기를 가열하는 고온 가스 발생기에 있어서, 초기 점화에 사용되는 LPG를 주입하기 위한 LPG 주입구; 초기 점화 후 고온 가스를 발생시키기 위한 경유를 주입하기 위한 경유 주입구; 상기 경유 주입구에서 과주입된 경유가 회수되는 리턴 라인; 경유를 주입한 후 고온 가스가 발생되어 폐타이어 열분해 반응이 진행됨으로써 생성된 비응축가스가 공급되는 비응축가스 주입구; 상기 비응축가스를 연소시키기 위해 필요한 공기가 공급되는 공기 공급라인; 및 외부 벽면을 온도를 냉각시키기 위한 공기를 공급하기 위한 냉각공기 공급라인을 포함하는 열분해 반응기를 가열하기 위한 고온 가스 발생기를 제공한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 고온 가스 발생기를 포함하는 폐타이어 열분해 오일화 장치의 구조를 나타내는 개략도이다. 도 2는 본 발명의 고온 가스 발생기의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 점선으로 표시된 부분을 상세하게 나타낸 확대도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 폐타이어 열분해 오일화 장치는, 폐타이어 칩을 이용하여 오일 및 열분해 카본블랙을 회수하는 열분해 반응기(100)와, 상기 열분해 반응기(100)에서 배출된 고온의 가스로부터 열을 회수하고 회수된 열에너지를 이용하여 증기를 생산하는 열회수 증기 발생기(20)와, 상기 열회수 증기 발생기(20)에서 생산된 증기에 의해 가동되는 스팀터빈(30)과, 상기 스팀터빈(30)에 연결되어 전기에너지를 발생하는 제너레이터(40)와, 상기 열분해 반응기(100)에서 생성된 오일증기를 이용하여 오일을 회수하는 오일 회수장치(50)와, 상기 오일 회수장치(50)에서 생성된 비응축오일증기를 회수하는 비응축오일증기 회수장치(60)와, 상기 비응축오일증기 회수장치(60)에서 회수된 비응축오일증기를 이용하여 고온의 가스를 생성하여 상기 열분해 반응기(100)로 공급하는 고온 가스 발생기(300)와, 상기 열분해 반응기(100)에서 생성된 열분해 카본블랙을 배출하는 열분해 카본블랙 배출장치(80)와, 상기 열회수 증기 발생기(20)에서 발생된 배기가스를 여과하여 외부로 배출하는 습식 스크러버(scrubber, 90)를 포함하여 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 열분해 반응기를 가열하기 위한 고온 가스 발생기는, 초기 점화에 사용되는 LPG를 주입하기 위한 LPG 주입구(303)와, 초기 점화 후 연소에 의해 고온 가스를 발생시키기 위한 경유를 주입하기 위한 경유 주입구(302)와, 상기 경유 주입구(302)에서 과주입된 경유가 회수되는 리턴 라인(304)과, 경유를 주입한 후 고온 가스가 발생되어 폐타이어 열분해 반응이 진행됨으로써 생성된 비응축가스가 회수되어 공급되는 비응축가스 주입구(301)와, 상기 비응축가스와 함께 연소시키기 위해 필요한 공기가 공급되는 공기 공급라인(308)과, 외부 벽면을 온도를 냉각시키기 위한 공기를 공급하기 위한 냉각공기 공급라인(307)을 포함하여 구성된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 고온 가스 발생기(300)를 사용하여 열분해 반응기(100)를 가열함으로써 폐타이어 열분해 반응을 진행시킨다. 하기에서 본 발명의 고온 가스 발생기(300)를 이용하여 열분해 반응기(100)를 가열하는 과정을 구체적으로 설명한다.

열분해 반응기(100)를 가열할 수 있도록 고온 가스 발생기(300)를 점화하기 위해 상기 LPG 주입구(303)를 통해 LPG를 주입하여 점화한다. 이후, 경유 주입구(302)로부터 경유가 주입되어 연소되면서 고온 가스를 발생시킨다. 이때 경유 주 입구(302)로부터 경유가 과주입되는 경우 과주입된 경유는 리턴 라인(304)을 통하여 회수된다. 경유가 연소되면서 발생된 고온 가스는 열분해 반응기(100)의 외부를 가열하게 되고, 이후 열분해 반응기(100) 내부에서는 폐타이어 열분해 반응이 진행된다.

열분해 반응기(100)를 통과하면서 폐타이어는 열분해되어 오일증기 및 잔류물의 형태로 각각의 배출구를 통하여 방출된다. 오일증기는 오일 회수장치(50)를 거쳐 중질유와 경질유의 오일로 오일탱크에 저장되고, 비응축가스는 비응축오일증기 회수장치(60)에 저장된 후에 비응축가스 주입구(301)를 통해 본 발명의 고온 가스 발생기(300) 내부로 유입된다. 이후 상기 열분해 반응기(100)는 폐타이어 열분해 반응에 의해 생성되는 비응축가스를 비응축가스 주입구(301)를 통해 회수하여 본 발명의 고온 가스 발생기(300)에서 연소시킴으로써 가열된다. 본 발명의 고온 가스 발생기(300)는 열분해 반응기(100)의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해서 상기 비응축가스와 공기 공급라인(308)으로부터 주입되는 공기를 혼합하여 연소시킨다. 공기는 에어 박스(306)로부터 공급되어 공기 공급라인(308)을 통하여 상기 고온 가스 발생기 내부로 주입되며 팬을 통하여 양이 조절될 수 있다. 이때, 비응축가스는 공기대비 1.5~2.5 부피비로 공기와 혼합되어 연료로 사용되는 것이 바람직하다.

고온 가스 발생기(300)의 내부 온도는 1000 ℃를 상회하기 때문에 운전자의 안전을 위하여 고온 가스 발생기의 외부 벽면 온도를 낮출 필요가 있다. 이와 같은 필요를 충족시키기 위해, 본 발명의 고온 가스 발생기(300)는 냉각공기 공급라인(307)을 포함하여 구성되며, 상기 냉각공기 공급라인(307)을 통해 주입되는 공기는 더블 자켓(double jacket) 방식으로 벽면에 공급되어 고온 가스 발생기의 벽면에 공급된다. 이와 같이 공기를 공급하여 벽면을 냉각시킴으로써 질소 산화물 생성을 억제하며 단열재의 두께를 줄일 수 있는 장점이 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 폐타이어의 오일화 과정에서, 폐타이어의 열분해 과정을 수행하는 고온·고압의 환경의 열분해 반응기를 상술한 방법으로 적정 온도로 가열·유지시킴으로써 열분해 반응기 내부에서 발생될 수 있는 폭발의 위험성을 제거한 고온 가스 발생기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 고온 가스 발생기를 포함하는 폐타이어 열분해 오일화 장치의 구조를 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명의 고온 가스 발생기의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2의 점선으로 표시된 부분을 상세하게 나타낸 확대도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 열분해 반응기 300: 고온 가스 발생기

삭제

301: 비응축가스 주입구 302: 경유 주입구

303: LPG 주입구 304: 리턴 라인

306: 에어 박스 307: 냉각공기 공급라인

308: 공기 공급라인

Claims

폐타이어를 공급하여 열분해 반응을 거친 후 오일, 가스 및 타르 등 발생되는 생성물을 회수하여 에너지원 및 재생자원으로 사용할 수 있는 폐타이어 열분해 오일화 장치에서 폐타이어 열분해 반응을 일으키기 위해 열분해 반응기를 가열하는 고온 가스 발생기에 있어서,

초기 점화에 사용되는 LPG를 주입하기 위한 LPG 주입구;

초기 점화 후 연소에 의해 고온 가스를 발생시키기 위한 경유를 주입하기 위한 경유 주입구;

상기 경유 주입구에서 과주입된 경유가 회수되는 리턴 라인;

경유를 주입한 후 고온 가스가 발생되어 폐타이어 열분해 반응이 진행됨으로써 생성된 비응축가스가 회수되어 공급되는 비응축가스 주입구;

상기 비응축가스와 함께 연소시키기 위해 필요한 공기가 공급되는 공기 공급라인; 및

외부 벽면을 온도를 냉각시키기 위한 공기를 공급하기 위한 냉각공기 공급라인

을 포함하는 폐타이어 열분해 오일화 장치에서 열분해 반응기를 가열하기 위한 고온 가스 발생기.
제1항에 있어서,

반응이 시작하는 초기에는 LPG가 상기 LPG 주입구를 통해 주입되어 점화에 사용되는 것을 특징으로 하는 폐타이어 열분해 오일화 장치에서 열분해 반응기를 가열하기 위한 고온 가스 발생기.
제1항에 있어서,

점화 후 상기 경유 주입구를 통하여 주입된 경유를 연소하여 고온 가스를 발생시킴으로써 열분해 반응기를 가열하여 폐타이어 열분해 반응을 일으킨 후 생성된 비응축가스를 비응축가스 주입구를 통해 회수하여 연료로 사용하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 열분해 오일화 장치에서 열분해 반응기를 가열하기 위한 고온 가스 발생기.
제3항에 있어서,

상기 비응축가스 주입구를 통해 고온 가스 발생기로 회수된 비응축가스는 공기대비 1.5~2.5 부피비로 공기와 혼합되어 연료로 사용되는 것을 특징으로 하는 폐타이어 열분해 오일화 장치에서 열분해 반응기를 가열하기 위한 고온 가스 발생기.
제4항에 있어서,

상기 비응축가스와 혼합되는 공기는 공기 공급라인을 통해 주입되는 것을 특징으로 하는 고온 가스 발생기.
제1항에 있어서,

상기 냉각공기 공급라인을 통해 외부 벽면에 주입되는 공기는 더블 자켓(double jacket) 방식으로 주입되는 것을 특징으로 하는 고온 가스 발생기.