KR101140553B1 - 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템 - Google Patents

러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열적 성분 분해과정에서 발생한 분해증발기체를 직접 에너지원으로 활용하거나 이들을 이용하여 에너지원으로 생성하기 위한 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템에 관한 것으로, 러버 스크랩 및 러버 플레이크 등의 폐기물을 열적 성분 분해하는 주반응기와, 상기 주반응기에서 생성된 분해증발기체를 응축하는 응축기와, 상기 주반응기에서 생성된 미응축기체에 의해 가동되는 팽창터빈과, 상기 팽창터빈을 가동한 미응축기체가 저장되는 저장탱크와, 상기 저장탱크에 저장된 미응축기체의 일부를 이용하여 가열가스를 생성하는 가스발생기와, 상기 가스발생기의 가열가스를 이용하여 상기 저장탱크에서 이송된 미응축기체를 가열하는 가열기와, 상기 저장탱크의 미응축기체에 의해 가동되는 가스터빈과, 상기 가스발생기의 가열가스, 상기 가열기에서 미응축기체의 가열에 사용된 가열가스 및 상기 가스터빈을 가동한 미응축기체를 이용하여 증기를 발생시키는 증기발생기를 포함한다.
이러한 본 발명 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템은 상기 가열기에서 가열된 미응축기체를 상기 주반응기에 공급하여 폐기물을 열적 성분 분해하는 가열매체로 사용할 수 있다. 또한, 상기 증기발생기에서 발생된 증기를 상기 주반응기에 공급하여 폐기물을 열적 성분 분해하는 가열매체로 사용할 수 있다.
러버 스크랩, 러버 플레이크, 열적 성분 분해, 미응축기체

Description

러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템{RUBBER SCRAP AND RUBBER FLAKE THERMAL DECOMPOSITION SYSTEM}
본 발명은 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 열적 성분 분해과정에서 발생한 분해증발기체를 직접 에너지원으로 활용하거나 이들을 이용하여 에너지원으로 생성하기 위한 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 플라스틱 계통의 폐기물은 자연 분해되기 위해서는 상당 시간이 소요되고, 소각 처리할 경우에는 심각한 환경 공해를 유발하게 된다. 이러한 이유로 최근에는 플라스틱 계통의 폐기물을 소각 처리하지 않고 열적 성분 분해 장치를 이용하여 인공적으로 분해하여 오염원을 제거한다. 그리고 동시에 열적 성분 분해 과정에서 생성되는 에너지원을 회수하여 재사용하는 노력이 시도되고 있다.
이러한 열적 성분 분해 장치는 무산소 또는 저산소 분위기에서 폐기물을 가열하여 에너지를 회수한다. 이때, 열적 성분 분해가 된 물질은 기체 및 액체로 증발되고, 열적 성분 분해가 되지 않는 물질은 잔류물로 남게 된다.
한편, 상술한 열적 성분 분해 장치는 대기압에서 운전하는 경우가 대부분이 며, 열적 성분 분해 과정에서 얻어지는 분해증발기체는 대부분 연소시켜 대기 중으로 배출하고 있다. 즉, 폐기물의 열적 성분 분해 과정에서 불가피하게 생성되는 미응축기체는 에너지로 활용되지 못하고 연소 후 또는 직접 대기로 배출함으로써 공해문제를 일으킬 소지가 있다.
이와 같이 열적 성분 분해 과정에서 불가피하게 생성, 배출되는 미응축기체는 대부분 C4 이하의 탄화수소로 이루어지기 때문에 발열량이 높은 것이 특징이며, 이것은 충분히 가열용 연료로 이용할 수 있으나, 현재에는 이를 효율적으로 이용할 수 있는 시스템이 거의 없는 실정이다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 열적 성분 분해과정에서 발생한 분해증발기체를 직접 에너지원으로 활용하거나 이들을 이용하여 에너지원으로 생성하기 위한 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템은, 러버 스크랩 및 러버 플레이크 등의 폐기물을 열적 성분 분해하는 주반응기와, 상기 주반응기에서 생성된 분해증발기체를 응축하는 응축기와, 상기 주반응기에서 생성된 미응축기체에 의해 가동되는 팽창터빈과, 상기 팽창터빈을 가동한 미응축기체가 저장되는 저장탱크와, 상기 저장탱크에 저장된 미응축기체의 일부를 이용하여 가열가스를 생성하는 가스발생기와, 상기 가스발생기의 가열가스를 이용하여 상기 저장탱크에서 이송된 미응축기체를 가열하는 가열기와, 상기 저장탱크의 미응축기체에 의해 가동되는 가스터빈과, 상기 가스발생기의 가열가스, 상기 가열기에서 미응축기체의 가열에 사용된 가열가스 및 상기 가스터빈을 가동한 미응축기체를 이용하여 증기를 발생시키는 증기발생기를 포함한다.
이러한 본 발명 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템은 상기 가열기에서 가열된 미응축기체를 상기 주반응기에 공급하여 폐기물을 열적 성분 분해하는 가열매체로 사용할 수 있다.
또한, 상기 증기발생기에서 발생된 증기를 상기 주반응기에 공급하여 폐기물을 열적 성분 분해하는 가열매체로 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템은 열적 성분 분해과정에서 발생한 분해증발기체를 직접 에너지원으로 활용하거나 이들을 이용하여 에너지원으로 생성할 수 있다.
또한, 외부 열원을 이용하지 않고 시스템 내부에서 생성된 미응축기체 또는 증기를 가열매체로 사용하므로, 미응축기체 및 증기가 러버 스크랩 및 러버 플레이크 등의 폐기물과 접촉되더라도 산화되지 않으므로 열적 성분 분해하는 과정에서 폭발할 우려가 없다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템은, 가열기(240)에서 가열된 미응축기체를 이용하여 주반응기(110)와 보조반응기(120) 내의 폐기물을 열적 성분 분해하는 시스템이다. 즉, 외부 열원을 이용하지 않고 시스템 내부에서 생성된 미응축기체를 가열매체로 사용하는 방식이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템을 살펴보도록 한다.
주반응기(110)는 러버 스크랩 및 러버 플레이크 등의 폐기물(이하, 폐기물이라 함)을 열적 성분 분해하는 공간이다. 주반응기(110)로 투입되는 폐기물은, 열적 성분 분해가 쉽게 일어날 수 있도록 잘게 분쇄된 상태로 공급되는 것이 바람직하다. 이때, 폐기물의 분쇄방법은 분쇄기 등을 이용한 기계적인 분쇄와, 용매를 이용한 화학적인 분쇄로 구분될 수 있으며, 이러한 분쇄방법은 이미 공지된 사항이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 주반응기(110)를 통해 폐기물이 열적 성분 분해되면, 그 과정에서 다양한 추출물이 생성된다. 이때, 추출되는 물질에는 분해증발기체(저분자량을 갖는 수소, 메탄, 에탄, 프로판 수준의 가스)가 포함된다.
주반응기(110)에서 추출되는 물질 중 분해증발기체는 응축기(150)에 공급된다. 이 응축기(150)에서는 공급된 분해증발기체를 압축 또는 냉각하여 액상의 연료로 응축한다. 이렇게 응축된 액상의 연료는 회수탱크(160)에 저장된 후 사용처로 공급되거나 본 실시예와 같이 냉각기(170)로 공급될 수 있다. 그리고 냉각기(170)에 공급된 액상연료는 일정 온도 이하로 냉각되어 응축기(150)에 공급되고, 분해증발기체를 향해 분사되어 분해증발기체를 응축시킨다.
주반응기(110)에서 추출된 미응축기체는 응축기(150)를 거쳐 팽창터빈(180)에 공급된다. 이 미응축기체는 팽창터빈(180)을 가동하여 동력을 발생시키는데, 팽창터빈(180)에서 발생된 동력은 사용처로 직접 전달되거나 전기로 변환되어 공급된다.
한편, 주반응기(110)에서 추출된 미응축기체 중 일부는 응축기(150)에 공급되지 않는다. 주반응기(110)에 설치된 바이패스 배관(114)을 통해 주반응기(110)와 응축기(150)를 연결하는 배관(112), 그리고 응축기(150)와 팽창터빈(180)을 연결하는 배관(152)에 공급된다.
이와 같이 바이패스 배관(114)을 통해 공급된 미응축기체는 배관(112,152)을 따라 이송되는 분해증발기체 및 미응축기체에 비해 높은 압력과 온도를 갖는다. 따라서 주반응기(110)에서 배출된 미응축기체를 배관(112,115)에 직접 공급할 경우 배관(112,115) 내벽에 잔류물이 부착되어 발생하는 코킹현상을 방지할 수 있다.
다른 한편, 주반응기(110)에서 배출되는 잔류물은 완벽하게 분해되지 못해 휘발성을 포함하는 경우가 대부분이다. 이러한 잔류물을 그대로 배출할 경우 환경 오염에 우려가 있으므로 본 실시예에서는 보조반응기(120)를 통해 한 번 더 열적 성분 분해를 한다. 이때, 추출되는 분해증발기체는 주반응기(110)로 이송되고, 잔류물은 이송장치(130)를 통해 후처리장치(140)에 공급된다. 후처리장치(140)에서는 잔류물에 포함된 유해물질을 완벽하게 제거한 후 배출한다.
주반응기(110)에서 추출된 되어 팽창터빈(180)을 가동하는데 사용된 미응축기체는 세정장치(190)에서 불순물이 제거된 후 압축기(210)로 이송되고, 압축기(210)에서 일정한 압력으로 압축되어 저장탱크(220)에 저장된다.
상술한 과정을 거쳐 저장탱크(220)에 저장된 미응축기체는 가스발생기(230), 가열기(240) 및 가스터빈(250)에 각각 공급된다.
우선, 가스발생기(230)에 공급된 미응축기체는 가스발생기(230)에서 고온의 가열가스를 생성한다. 이 가열가스의 일부는 가열기(240)로 공급되어 가열매체로 사용될 미응축기체를 가열하고, 나머지 일부는 후술할 증기발생기(260)로 공급되어 증기를 발생하는데 사용된다.
가열기(240)에 공급된 미응축기체, 즉 가열매체로 사용되는 미응축기체는 가스발생기(230)에서 생성된 고온의 가열가스에 의해 일정 온도까지 가열된다. 이렇게 가열된 미응축기체는 주반응기(110)와 보조반응기(120)에 공급되어 폐기물을 열적 성분 분해하는데 사용된다.
가스터빈(250)에 공급된 미응축기체는 가스터빈(250)을 가동하여 동력을 발생시킨다. 가스터빈(250)에서 발생된 동력은 사용처로 직접 전달되거나 전기로 변환되어 공급된다.
증기발생기(260)는 가스발생기(230)에서 생성된 가열가스를 이용하여 증기를 발생시킨다. 또한, 가스발생기(230)의 가열가스 외에 가열기(240)에서 미응축기체를 가열하는데 사용된 가열가스와 가스터빈(250)을 가동하는데 사용된 미응축기체를 이용하여 증기를 발생시킨다.
이러한 증기발생기(260)에서 발생된 증기는 증기터빈(270)으로 공급되어 동력을 발생시키거나 필터(280)를 통해 불순물이 제거된 후 외부로 배출된다. 증기터빈(270)에서 발생된 동력은 사용처로 직접 전달되거나 전기로 변환되어 공급된다.
본 실시예에 따른 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템을 이용한 열적 성분 분해 과정에서 발생하는 분해증발기체는 직접 에너지원으로 활용될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 전기로 변환되어 활용될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템은, 상술한 일 실시예와 달리 증기발생기(260)에서 생성된 증기를 이용하여 주반응기(110)와 보조반응기(120) 내의 폐기물을 열적 성분 분해하는 시스템이다.
도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템을 살펴보도록 한다.
주반응기(110)는 잘게 분쇄된 상태로 공급된 러버 스크랩 및 러버 플레이크 등의 폐기물을 열적 성분 분해한다. 이 주반응기(110)를 이용하여 폐기물을 열적 성분 분해하면 분해증발기체를 포함한 추출물이 생성된다.
주반응기(110)에서 추출되는 물질 중 분해증발기체는 응축기(150)에 공급된다. 이 응축기(150)에서 응축된 액상의 연료는 회수탱크(160)에 저장된 후 사용처로 공급되거나 냉각기(170)로 공급될 수 있다. 그리고 냉각기(170)로 공급된 액상연료는 일정 온도 이하로 냉각되고, 응축기(150)에 공급되어 분해증발기체의 응축에 사용된다.
주반응기(110)에서 추출된 미응축기체는 응축기(150)를 거쳐 팽창터빈(180)에 공급되고, 팽창터빈(180)을 가동하여 동력을 발생시킨다. 이때, 본 실시예에서는 일 실시예와 달리 주반응기(110)에서 추출된 미응축기체 모두가 응축기(150)를 거쳐 팽창터빈(180)에 공급된다. 반면, 주반응기(110)와 응축기(150)를 연결하는 배관(112) 내벽에 잔류물이 부착되는 것을 방지하기 위해 가열기(240)에서 가열된 미응축기체를 이용한다.
한편, 주반응기(110)에서 배출되는 잔류물은 보조반응기(120)를 통해 한 번 더 열적 성분 분해되고, 이때 추출되는 분해증발기체는 주반응기(110)로 이송되며, 잔류물은 이송장치(130)를 통해 후처리장치(140)에 공급되어 유해물질이 완벽하게 제거된다.
주반응기(110)에서 추출된 되어 팽창터빈(180)을 가동하는데 사용된 미응축기체는 세정장치(190)에서 불순물이 제거된 후 압축기(210)로 이송되고, 압축기(210)에서 일정한 압력으로 압축되어 저장탱크(220)에 저장된다.
상술한 과정을 거쳐 저장탱크(220)에 저장된 미응축기체는 가스발생기(230), 가열기(240) 및 가스터빈(250)에 각각 공급된다.
우선, 가스발생기(230)에 공급된 미응축기체는 고온의 가열가스를 생성하는데, 이때 생성된 가열가스의 일부는 가열기(240)로 공급되어 미응축기체를 가열하고, 나머지 일부는 후술할 증기발생기(260)로 공급되어 증기를 발생하는데 사용된다.
가열기(240)에 공급된 미응축기체는 가스발생기(230)에서 생성된 고온의 가열가스에 의해 일정 온도까지 가열된 후 주반응기(110)와 응축기(150)를 연결하는 배관(112)으로 공급되어 코킹현상을 방지한다.
가스터빈(250)에 공급된 미응축기체는 가스터빈(250)을 가동하여 동력을 발생시키고, 이때 발생된 동력은 사용처로 직접 전달되거나 전기로 변환되어 공급된다.
증기발생기(260)는 상술한 바와 같이 가스발생기(230)에서 생성된 가열가스를 이용하여 증기를 발생시킨다. 이 증기발생기(260)는 증기발생 시 가열가스 외에 가열기(240)에서 미응축기체의 가열에 사용된 가열가스와 가스터빈(250)을 가동한 미응축기체를 이용한다.
한편, 증기발생기(260)에서 발생된 증기의 일부는 주반응기(110)와 보조반응기(120)에 공급되어 폐기물을 열적 성분 분해한다. 즉, 본 실시예는 일 실시예와 달리 미응축기체가 아닌 증기를 가열매체로 사용한다. 또한, 증기의 나머지 일부는 증기터빈(270)에 공급되어 동력을 발생시키거나 필터(280)를 통해 불순물이 제거된 후 외부로 배출된다.
상술한 바와 같은 본 실시예에 따른 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템은, 외부 열원을 이용하지 않고 시스템 내부에서 생성된 미응축기체 또는 증기를 가열매체로 사용하므로, 미응축기체 및 증기가 러버 스크랩 및 러버 플레이크 등의 폐기물과 접촉되더라도 산화되지 않으므로 열적 성분 분해하는 과정에서 폭발할 우려가 없다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템을 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110: 주반응기 120: 보조반응기
130: 이송장치 140: 후처리장치
150: 응축기 160: 회수탱크
170: 냉각기 180: 팽창터빈
190: 세정장치 210: 압축기
220: 저장탱크 230: 가스발생기
240: 가열기 250: 가스터빈
260: 증기발생기 270: 증기터빈
280: 필터

Claims (12)

  1. 러버 스크랩 및 러버 플레이크 등의 폐기물을 열적 성분 분해하는 주반응기;
    상기 주반응기에서 생성된 분해증발기체를 응축하는 응축기;
    상기 주반응기에서 생성된 미응축기체에 의해 가동되는 팽창터빈;
    상기 팽창터빈을 가동한 미응축기체가 저장되는 저장탱크;
    상기 저장탱크에 저장된 미응축기체의 일부를 이용하여 가열가스를 생성하는 가스발생기; 및
    상기 가스발생기의 가열가스를 이용하여 상기 저장탱크에서 이송된 미응축기체를 가열하는 가열기를 포함하고, 상기 가열기에서 가열된 미응축기체가 상기 주반응기에 공급되어 폐기물을 열적 성분 분해하는 가열매체로 사용되는 것을 특징으로 하는 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주반응기와 상기 응축기를 연결하는 배관 및 상기 응축기와 상기 팽창터빈을 연결하는 배관에, 상기 주반응기에서 생성된 미응축기체를 공급하여 코킹형상을 방지하는 바이패스 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 주반응기에서 생성된 잔류물을 다시 열적 성분 분해하는 보조반응기를 포함하고, 상기 보조반응기의 가열매체는 상기 가열기에서 가열된 미응축기체인 것을 특징으로 하는 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 저장탱크의 미응축기체에 의해 가동되는 가스터빈을 포함하는 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가스발생기의 가열가스, 상기 가열기에서 미응축기체의 가열에 사용된 가열가스 및 상기 가스터빈을 가동한 미응축기체를 이용하여 증기를 발생시키는 증기발생기와, 상기 증기발생기의 증기에 의해 가동되는 증기터빈을 포함하는 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
    상기 팽창터빈을 가동한 미응축기체를 세정하는 세정장치와, 세정된 미응축기체를 압축하는 압축기를 더 포함하는 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템.
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
    상기 응축기에서 응축된 액상연료를 저장하는 회수탱크와, 상기 회수탱크의 액상연료를 냉각하는 냉각기를 더 포함하고, 냉각된 액상연료는 상기 응축기로 분사되어 분해증발기체를 응축하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템.
  8. 러버 스크랩 및 러버 플레이크 등의 폐기물을 열적 성분 분해하는 주반응기;
    상기 주반응기에서 생성된 분해증발기체를 응축하는 응축기;
    상기 주반응기에서 생성된 미응축기체에 의해 가동되는 팽창터빈;
    상기 팽창터빈을 가동한 미응축기체가 저장되는 저장탱크;
    상기 저장탱크에 저장된 미응축기체의 일부를 이용하여 가열가스를 생성하는 가스발생기;
    상기 가스발생기의 가열가스를 이용하여 상기 저장탱크에서 이송된 미응축기체를 가열하여 상기 응축기에 공급하는 가열기;
    상기 저장탱크의 미응축기체에 의해 가동되는 가스터빈; 및
    상기 가스발생기의 가열가스, 상기 가열기에서 미응축기체의 가열에 사용된 가열가스 및 상기 가스터빈을 가동한 미응축기체를 이용하여 증기를 발생시키는 증기발생기를 포함하고,
    상기 증기발생기에서 발생된 증기가 상기 주반응기에 공급되어 폐기물을 열적 성분 분해하는 가열매체로 사용되는 것을 특징으로 하는 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 주반응기에서 생성된 잔류물을 다시 열적 성분 분해하는 보조반응기를 포함하고, 상기 보조반응기의 가열매체는 상기 증기발생기에서 발생된 증기가스인 것을 특징으로 하는 러버 스크랩 및 러버 플레이크의 열적 성분 분해 시스템.
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