KR101188380B1 - 제어냉각부를 포함하는 탄화처리장치 - Google Patents

Abstract

폐기물이 수용된 콘테이너 내부를 무산소 비활성 밀폐 분위기로 만들고 탄화처리를 위한 사전 준비를 행하는 처리준비부; 상기 처리준비부를 거친 상기 콘테이너 내부의 상기 폐기물을 무산소 비활성 밀폐 분위기하에서 가열하여 열분해시킴으로써 탄화물과 열분해가스를 생성시키는 탄화분해부; 및 상기 탄화분해부를 거친 상기 콘테이너 내부를 서냉하여 압력을 서서히 감소시킨뒤 대기 온도로 급냉함으로써 상기 콘테이너 내부에 잔류하는 상기 열분해가스의 급격한 압력 변화에 따른 폭발을 방지하는 상태에서 상기 탄화물을 배출할 수 있도록하는 제어냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화처리장치가 제공된다.

유기폐기물, 탄화, 제어냉각

Description

제어냉각부를 포함하는 탄화처리장치{A carbonizing apparatus with a controlled cooling part}

본 발명은 제어냉각부를 포함하는 탄화처리장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 유기화합물을 포함하는 폐기물의 조성분리를 행하고 이로부터 탄소소재를 제조하는 탄화처리장치로서, 폭발을 방지하기 위한 제어냉각부를 포함하는 탄화처리장치에 관한 것이다.

현재의 공업용 탄소소재를 제조하는 경우에, 지하자원으로 존재하는 원유를 이용하거나 원유를 사용하여 제조한 플라스틱 등을 원료로 하여 제조하는 방법이 주류를 형성하고 있다.

그 때문에 한정되어 있는 지하자원은 점차 고갈되어 가고 있다. 또한 그 제조공정에서는 탄소연소의 공정이 존재하여 이산화탄소를 시작해 여러가지의 화학합성 반응가스가 발생한다. 그 때문에, 배출가스등을 처리하기 위해서는 방대한 비용을 필요로 한다. 또한 폐플라스틱 등을 원료로 했을 경우, 소재마다 분별을 필요로 하고, 그 때문에 비용이 생긴다. 다른 재자원화 기술에서는 냉동차의 알루미늄 차체와 같이 금속과 우레탄 같은 고분자화합물이 접착되어 있는 경우에는 그 박리가 어렵고, 다시 소재로는 이용되지 않고, 거기다 페트병과 같이 여러 종류의 재질이 일체화해 있는 물건은 소재마다 분리를 하기 위해 캡을 제외하는 등 시간과 인력을 필요로 한다.

더우기 폐기물에는 빈병, 빈용기 같은 여러 종류의 소재가 일체로 되어 있어, 또 그 내용물도 남아 있는 물건도 있을 수 있다. 그 때문에 리사이클, 재자원화를 하기에는 비용이 들기 때문에 재 상품화된 물건은 통상의 물건보다 원가가 높아진다. 거기에, 폐자동차의 해체 때 발생하는 복합소재 폐기물등은 방대한 종류의 소재가 혼재해 있어 소재마다의 회수가 불가능했다. 그 때문에 소각이나 매립하지 않을 수 없었으며, 소각하는 경우는 매우 고온이 발생되어 소각로의 내용 년수가 매우 짧아지고, 이산화탄소도 매우 많은 양이 발생되어 대기 오염이 진행된다. 이 때문에 현재는 매립이 주류가 되었다. 매립하는 경우 토양오염, 지하수 오염 등이 진행되며, 매립장이 매립가능량은 점점더 적어지고 있는 것이 현실이다. 이 매립장의 잔존 년수를 늘리기 위해서는 灰용융방식 등이 있으나 그 장치 시스템을 설치하고, 관리하는데에 막대한 비용이 든다.

이러한 문제들을 해결하기 위한 시도로, 유기화합물을 포함하는 폐기물의 조성분리를 행하고 이로부터 탄소소재를 제조하는 탄화처리장치가 제안된바 있다.

하지만, 종래의 탄화처리장치는 탄화처리한 후 고온 상태의 폐기물을 바로 상온 근처의 온도로 냉각하는 구조를 가지기 때문에 냉각시 장치 내외부간 형성되는 큰 압력차로 인해 외부 공기가 장치내에 대량 급속으로 유입되어 폭발을 일으킬 위험성이 상존하고 있는 근본적인 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 종래 탄화처리후 고온 상태의 폐기물을 상온 근처로 냉각할 때의 폭발 위험성을 배제한 탄화처리장치를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 폭발 위험성을 배제한 상태에서 생산성을 최대한 확보할 수 있는 탄화처리장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄화처리장치는,

폐기물이 수용된 콘테이너 내부를 무산소 비활성 밀폐 분위기로 만들고 탄화처리를 위한 사전 준비를 행하는 처리준비부;

상기 처리준비부를 거친 상기 콘테이너 내부의 상기 폐기물을 무산소 비활성 밀폐 분위기하에서 가열하여 열분해시킴으로써 탄화물과 열분해가스를 생성시키는 탄화분해부; 및

상기 탄화분해부를 거친 상기 콘테이너 내부를 서냉하여 압력을 서서히 감소시킨뒤 대기 온도로 급냉함으로써 상기 콘테이너 내부에 잔류하는 상기 열분해가스의 급격한 압력 변화에 따른 폭발을 방지하는 상태에서 상기 탄화물을 배출할 수 있도록하는 제어냉각부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 처리준비부는,

상기 콘테이너 내부의 공기를 비활성 가스로 치환하고 밀폐상태를 부여하는 대기실;

상기 콘테이너 내부의 상기 폐기물을 가열하여 상기 폐기물로부터 수분을 제거하는 증발실; 및

상기 콘테이너 내부의 상기 폐기물을 가열하여 상기 폐기물로부터 염소계 가스를 제거하는 가열분해실을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 탄화분해부는,

상기 가열분해실을 거친 상기 콘테이너 내부의 상기 폐기물을 가열하여 상기 폐기물로부터 탄화수소계 가스를 분해시키는 탄화분해실을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어냉각부는,

상기 탄화분해실을 거친 상기 콘테이너 내부를 서냉하여 압력을 서서히 감소시키는 서냉압력조절실; 및

상기 서냉압력조절실을 거친 상기 콘테이너 내부를 급냉하여 상기 탄화물을 배출하는 냉각실을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 대기실, 상기 증발실, 상기 가열분해실, 상기 탄화분해실, 상기 서냉압력조절실 및 상기 냉각실은 상호간 온도 및 분해가스의 간섭이 최소가 되도록 하는 격막에 의해 각각 독립된 구조를 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 증발실, 상기 가열분해실, 상기 탄화분해실은 각각 10℃단위로 내부 온도가 조절되어, 상기 증발실의 내부 온도는 150±20℃ 범위에서 제어되고, 상기 가열분해실의 내부 온도는 300±20℃ 범위에서 제어되고, 상기 탄화분해실의 내부 온도는 450±20℃ 범위에서 제어될 수 있다.

바람직하게는, 상기 서냉압력조절실은 내부 온도가 300±20℃ 범위에 이를때까지 서냉하여 압력을 조절할 수 있다.

바람직하게는, 상기 대기실, 상기 증발실, 상기 가열분해실, 상기 탄화분해실, 상기 서냉압력조절실 및 상기 냉각실에는 각 실내의 가스 분위기에 따라 다른 소재로 이루어진 가스 배출관들이 각각 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 가스 배출관들은 별도의 냉각기로 이어져 상기 가스 배출관들 통한 가스는 각각 개별 냉각될 수 있다.

바람직하게는, 상기 비활성 가스는 질소가스일 수 있다.

현재까지는 지구상에 있는 각종자원을 이용, 가공하는 것에 의해 문명을 발전시켜왔다. 그 결과, 자원이 고갈되고, 자원의 조달가격의 상승, 경제발전의 걸림돌이 되고 있어, 그 자원 가공공정이나 이용 방법에 의해 지구온난화의 근원이 되는 이산화탄소의 배출을 억제할 수 없었다.

본 발명에 따른 탄화처리장치에 의하면, 안전하게 각종 자원을 조달 가능하고, 이산화탄소의 배출이나 각종 화학합성가스의 발생을 대폭으로 억제가 가능하여, 지하수 오염이나 토양오염이 없어지기 때문에, 종래의 자원 회수 수단과 비교해 각종 환경개선을 위해 필요로 하는 비용(환경회계)면으로부터도 그 비용을 대폭 절감하게 되는 것이다.

또한 본 발명에 따른 탄화처리장치에 의하면, 폭발 위험을 배제한 상태에서 생산성을 최대한 확보할 수 있어 경제성 면에서도 우수하다.

더 나아가, 본 발명에 따른 탄화처리장치를 적용하여 쓰레기 매립장을 파내어, 그 곳에 매립되어 있는 폐기물을 재처리하면, 공업용 탄소소재를 제조할 수 있는 것과 동시에 각종자원의 조달도 가능, 쓰레기 매립장의 수명 연장이나 환경개선도 가능하다.

본 발명에 의한 탄화처리장치에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 의한 탄화처리장치의 개략 구성도이다

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 탄화처리장치는 기본적으로 처리준비부(10), 탄화분해부(20) 및 제어냉각부(30)로 구성되는데, 이들 각각에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 처리준비부(10)는 폐기물이 수용된 콘테이너(A1) 내부를 무산소 비활성 밀폐 분위기로 만들고 탄화처리를 위한 사전 준비를 행한다. 처리준비부(10)에서는 본 발명에 따른 장치 내부를 비활성 가스를 이용하여 무산소 비활성 밀폐 분위기를 형성하기 때문에 적정온도에서 처리시 산화반응, 합성반응 등이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 탄화처리를 위한 사전 준비는 적정온도로 처리하여 폐기물에 포함되어 있는 수분을 증발시키는 것과 염소가스를 제거하는 것 등을 포함한다.

바람직하게는, 상기 처리준비부(10)는, 상기 콘테이너(A1) 내부의 공기를 비활성 가스로 치환하고 밀폐상태를 부여하는 대기실(D1); 상기 콘테이너(A1) 내부의 상기 폐기물을 가열하여 상기 폐기물로부터 수분을 제거하는 증발실(E1); 및 상기 콘테이너(A1) 내부의 상기 폐기물을 가열하여 상기 폐기물로부터 염소계 가스를 제거하는 가열분해실(F1)을 포함할 수 있다. 또한 바람직하게는, 상기 증발실(E1) 그리고 상기 가열분해실(F1)은 각각 10℃단위로 내부 온도가 조절되어, 상기 증발실(E1)의 내부 온도는 150±20℃ 범위에서 제어되고, 상기 가열분해실(F1)의 내부 온도는 300±20℃ 범위에서 제어될 수 있다.

바람직하게는, 상기 대기실(D1), 상기 증발실(E1), 그리고 상기 가열분해실(F1)은 각 실내의 가스 분위기에 알맞는 소재로 이루어진 가스 배출관(50)들이 각각 형성되어 가스를 배출할 수 있다.

바람직하게는, 상기 가스 배출관(50)들은 별도의 냉각기(J1)로 이어져 상기 가스 배출관(50)들 통한 가스는 각각 개별 냉각될 수 있다.

그 다음, 탄화분해부(20)는 상기 처리준비부(10)를 거친 상기 콘테이너(A1) 내부의 상기 폐기물을 무산소 비활성 밀폐 분위기하에서 가열하여 열분해시킴으로써 탄화물과 열분해가스를 생성한다. 여기서 발생되는 열분해가스는 탄화수소계 가스들이다. 바람직하게는, 상기 탄화분해부(20)는 상기 가열분해실(F1)을 거친 상기 콘테이너(A1) 내부의 상기 폐기물을 가열하여 상기 폐기물로부터 탄화수소계 가스를 분해시키는 탄화분해실(G1)을 필요에 따라 하나 또는 복수개 포함한다. 또한 바람직하게는, 상기 탄화분해실(G1)은 10℃단위로 내부 온도가 조절되어, 상기 탄화분해실(G1)의 내부 온도는 450±20℃ 범위에서 제어될 수 있다.

바람직하게는, 상기 탄화분해실(G1)은 실내의 가스 분위기에 알맞은 소재로 이루어진 가스 배출관(50)이 형성되어 가스를 배출할 수 있다.

바람직하게는, 상기 가스 배출관(50)은 별도의 냉각기(J1)로 이어져 상기 가스 배출관(50)들 통한 가스를 개별 냉각할 수 있다.

그 다음, 제어냉각부(30)는 상기 탄화분해부(20)를 거친 상기 콘테이너(A1) 내부를 서냉하여 압력을 서서히 감소시킨뒤 대기 온도로 급냉함으로써 상기 콘테이너(A1) 내부에 잔류하는 상기 열분해가스의 급격한 압력 변화에 따른 폭발을 방지하는 상태에서 상기 탄화물을 배출할 수 있도록 한다. 바람직하게는, 상기 제어냉각부(30)는, 상기 탄화분해실(G1)을 거친 상기 콘테이너(A1) 내부를 서냉하여 압력을 서서히 감소시키는 서냉압력조절실(H1); 및 상기 서냉압력조절실(H1)을 거친 상기 콘테이너(A1) 내부를 급냉하여 상기 탄화물을 배출하는 냉각실(I1)을 포함할 수 있다. 또한 바람직하게는, 상기 서냉압력조절실(H1)은 내부 온도가 300±20℃ 범위에 이를 때까지 서냉하여 압력을 조절할 수 있다. 그런후 냉각실(I1)에서 50℃ 근방의 온도로 냉각하게 된다. 본 발명자들의 부단한 노력의 결과로서 알아낸 사실에 의하면, 이러한 300±20℃의 온도범위에서 본 발명에 따른 탄화처리장치의 폭발의 위험성을 배제하는 동시에 생산성을 최대로 끌어올리는 것이 가능하다. 또한, 필요에 따라 냉각실(I1)을 한개 또는 복수개로 구성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 서냉압력조절실(H1) 및 상기 냉각실(I1)에는 각 실내의 가스 분위기에 알맞은 소재로 이루어진 가스 배출관(50)들이 각각 형성되어 가스를 배출할 수 있다.

바람직하게는, 상기 가스 배출관(50)은 별도의 냉각기(J1)로 이어져 상기 가스 배출관(50)들 통한 가스를 개별 냉각할 수 있다.

위에서 살펴본, 상기 대기실(D1), 상기 증발실(E1), 상기 가열분해실(F1), 상기 탄화분해실(G1), 상기 서냉압력조절실(H1) 및 상기 냉각실(I1)은 상호간 온도 및 분해가스의 간섭이 최소가 되도록 하는 격막(40)에 의해 독립된 구조를 갖는 것이 바람직하다. 또한 바람직하게는 상기 비활성 가스로 질소가스를 이용할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화처리장치의 작동에 대해 설명한다.

먼저, 탄소를 제조하기 위한 유기물은 나중에 반응실내에 일괄 투입을 위한 콘테이너(A1)에 담겨진다.

원료는 수분이 많을 경우 처리 효율이 저하될 수 있으므로 사전에 별도의 건조 장치등을 통해 값싸고 손쉽게 많은 수분을 제거한 후에 투입할 수 있다.

콘테이너(A1)는 반송용 롤러 컨베이어(B1)에 의해 대기실(D1)로 이동하며, 대기실(D1)에서는 내부의 공기를 비활성 가스를 불어 넣어 비활성 분위기로 치환한다.

비활성 분위기로 치환이 완료되면 원료 콘테이너(A1)는 상하 개폐 격막(40)를 통해 증발실(E1)로 이동한다. 이때 상하개폐 격막(40)은 챔버간 열의 이동을 줄이기 위해 충분한 기밀을 유지한다.

증발실(E1)은 전기히터를 이용, 공정 온도를 관리하여 원료에 함유된 수분을 증발 시키고 증발된 수분은 별도의 분해 가스냉각장치(K1)를 통하여 응축 회수 한다.

수분이 증발하면 콘테이너(A1)는 가열분해실(F1)으로 이동하여 탄화 이전에 분해되는 염소 가스를 분해하고 그 발생 가스는 분해 가스 냉각 장치(K1)를 통해 응축되어 별도 회수한다.

1차 가열 분해가 완료되면 콘테이너(A1)는 탄화 분해실(G1)으로 이동하여 유기물의 열분해를 거쳐 최종 탄소 성분만 남기고 나머지 성분은 가스로 분해되어 분해가스 냉각 장치(K1)를 통해 응축 회수한다. 탄화 분해실(G1)은 대상 물질의 종류 및 처리 용량에 따라 복수로 배열하여 성능을 높일 수 있다.

탄화 분해가 완료되면 콘테이너(A1)는 서냉압력조절실(H1)로 이동하여 일정 시간 천천히 냉각을 실시한다.

일정시간이 경과하면 콘테이너는 냉각실(I1)로 이동하여 고온 상태의 탄소를 냉각시킨다. 이때 냉각실(I1)은 처리 용량이나 효율을 고려하여 복수로 설치할 수 있다.

또한 냉각실(I1)의 열의 효율의 높이기 위해 냉각실(I1)의 열을 증발실(E1) 또는 가열분해실(F1)로 보내 종합 열효율을 높이고 나머지 열은 원료의 사전 건조등에 활용할 수 있다.

본 발명에 의하면, 고갈되어 가고 있는 자원을 반영구적으로 안전하게 공급할 수 있게 된다.

본 발명은 그 가공품을 포함해 여러가지 원재료로부터, 공업용 탄소원료를 안전하게 제조하고, 동시에 금속과 다른 것등을 가공전의 원재료 상태로 회수 가능하며, 그 개별원료 회수율은 70%를 넘는다.

혼입해 있는 금속은 산소가 존재하지 않기 때문에 산화되지 않고, 그 상태로 회수가 할 수 있고, 고분자화합물은 일단 가스로서 증발해, 그 후 액화된다. 예를 들어, 염화비닐과 같은 고분자화합물이나 PCB같은 유기화합물 등은, 그 물질의 특성에 맞는 적정온도에 의해 일시적으로, 그 각 조성의 상태로 분해 가스화 되어, 그 가스를 물로 세정하는 것에 의해 염소를 염화수소로 회수할 수 있고, 혹은 촉매를 사용하는 것으로 NaCI、KCI등과 같은 식염, 공업용소금 등으로 회수가 가능하기 때문에, 그 나머지는 원유상태로 무해한 액체로 회수가 가능하다.

목재, 대나무, 풀등의 식물 등은 목초, 죽초등의 효소가 존재하는 액화물이 회수되어, 다른 잔여물은 공업용 탄소 소재로 회수한다. 이 회수 액화물은 일반의 목초, 죽초라고 불리며 판매되고 있다.

휴대전화나 컴퓨터등은 본 발명 시스템을 이용하는 것에 의해, 공업용 탄소원료를 제조할수 있는 것과 동시에, 유화물이나 동, 철, 알루미늄, 기타 여러가지의 희귀금속을 회수할 수 있다. 게다가, 본 시스템의 작업공정으로부터의 폐수는 일절 없고, 수질오염의 걱정도 없으며, 폐기가스와, 종래 소각시스템의 대략 20분의 1, 용해시스템의 40분의1 정도가 되지만, 배기가스의 회수 시스템을 장착하면 에너지로 변환 할 수 있어, 폐기는 거의 0으로 할 수 있다.

도1은 본 발명에 의한 탄소 제조 장치의 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 처리준비부

20 : 탄화분해부

30 : 제어냉각부

40 : 상하 개폐 격막

50 : 가스배출관

A1 : 원료 투입용 콘테이너

B1 : 롤러 컨베이어

D1 : 대기실

E1 : 증발실

F1 : 가열 분해실

G1 : 탄화 분해실

H1 : 서냉압력조절실

I1 : 냉각실

J1 : 분해 가스 간접 냉각 장치

K1 : 분해 가스 냉각 장치

Claims (10)

1. 폐기물이 수용된 콘테이너 내부를 무산소 비활성 밀폐 분위기로 만들고 탄화처리를 위한 사전 준비를 행하는 처리준비부;

   상기 처리준비부를 거친 상기 콘테이너 내부의 상기 폐기물을 무산소 비활성 밀폐 분위기하에서 가열하여 열분해시킴으로써 탄화물과 열분해가스를 생성시키는 탄화분해부; 및

   상기 탄화분해부를 거친 상기 콘테이너 내부를 서냉하여 압력을 서서히 감소시킨뒤 대기 온도로 급냉함으로써 상기 콘테이너 내부에 잔류하는 상기 열분해가스의 급격한 압력 변화에 따른 폭발을 방지하는 상태에서 상기 탄화물을 배출할 수 있도록하는 제어냉각부를 포함하고,

   상기 제어냉각부는 상기 탄화분해부를 거친 상기 콘테이너 내부를 서냉하여 압력을 서서히 감소시키는 서냉압력조절실과, 상기 서냉압력조절실을 거친 상기 콘테이너 내부를 급냉하여 상기 탄화물을 배출하는 냉각실을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 처리준비부는,

   상기 콘테이너 내부의 공기를 비활성 가스로 치환하고 밀폐상태를 부여하는 대기실;

   상기 콘테이너 내부의 상기 폐기물을 가열하여 상기 폐기물로부터 수분을 제거하는 증발실; 및

   상기 콘테이너 내부의 상기 폐기물을 가열하여 상기 폐기물로부터 염소계 가스를 제거하는 가열분해실을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화처리장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 탄화분해부는,

   상기 가열분해실을 거친 상기 콘테이너 내부의 상기 폐기물을 가열하여 상기 폐기물로부터 탄화수소계 가스를 분해시키는 탄화분해실을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화처리장치.
4. 삭제
5. 제3항에 있어서, 상기 대기실, 상기 증발실, 상기 가열분해실, 상기 탄화분해실, 상기 서냉압력조절실 및 상기 냉각실은 상호간 온도 및 분해가스의 간섭이 최소가 되도록 하는 격막에 의해 독립된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 탄화처리장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 증발실, 상기 가열분해실, 상기 탄화분해실은 각각 10℃단위로 내부 온도가 조절되어, 상기 증발실의 내부 온도는 150±20℃ 범위에서 제어되고, 상기 가열분해실의 내부 온도는 300±20℃ 범위에서 제어되고, 상기 탄화분해실의 내부 온도는 450±20℃ 범위에서 제어되는 것을 특징으로 하는 탄화처 리장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 서냉압력조절실은 내부 온도가 300±20℃ 범위에 이를때까지 서냉하여 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 탄화처리장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 대기실, 상기 증발실, 상기 가열분해실, 상기 탄화분해실, 상기 서냉압력조절실 및 상기 냉각실에는 각 실내의 가스 분위기에 따라 다른 소재로 이루어진 가스 배출관들이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄화처리장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 가스 배출관들은 별도의 냉각기로 이어져 상기 가스 배출관들 통한 가스는 각각 개별 냉각되는 것을 특징으로 하는 탄화처리장치.
10. 제2항, 제3항, 제5항, 제6항, 제7항, 제8항, 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비활성 가스는 질소가스인 것을 특징으로 하는 탄화처리장치.

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