KR101536135B1 - 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 화합물을 폐석면에 침투시켜 섬유 구조를 변형시키고, 이를 부분적으로 온도를 조절하는 방식으로 저온 열분해시켜 폐석면을 효과적으로 처리할 수 있는 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치에 관한 것이다.

Description

화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치{Low temperature Pyrolysis apparatus using the compound for treating waste asbestos}

본 발명은 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 화합물을 폐석면에 침투시켜 섬유 구조를 변형시키고, 이를 부분적으로 온도를 조절하는 방식으로 저온 열분해시켜 폐석면을 효과적으로 처리할 수 있는 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치에 관한 것이다.

석면은 우수한 내열성 및 유연성 등으로 인하여 산업 전반적으로 석면을 사용하여 왔다. 특히 건축 자재 분야에서 많이 사용되어 왔으며 그 용도는 고형화 제품인 내장재, 외장재, 바닥재, 천장재 등 매우 다양하며, 비산성이 강한 것으로는 내화뿜칠재 및 배관 단열재, 보온재 등으로 사용되어 왔다.

그러나 석면은 세계보건기구에서 1급 발암 물질로 규정하고 있으며 호흡기를 통하여 인체에 유입될 경우 폐암, 중피종, 석면폐증을 유발할 수 있다고 알려져왔다. 따라서 세계 각국에서는 석면의 사용을 규제하고 있으며, 이미 사용된 석면의 경우도 해체를 하고 있는 실정이다.

이러한 폐석면의 처리방식은, 일반적으로 수거 후 1,500℃ 이상에서 소각 또는 고열 용융하거나 고형화하여 지정폐기물관리시설에 매립하는 방식으로 처리하고 있는 실정이다.

그러나 소각이나 용융 방식은 많은 에너지가 필요하고, 대기오염 및 대형설비(즉 플랜트 사업)로 많은 시설 설비에 따른 투자 비용이 필요하다는 문제점이 있다. 또한 현재 국내에서 주로 처리하고 있는 매립 방식은 지정폐기물 매립지 부족으로 처리 비용이 지속적으로 상승하고 있으며, 매립지 확보 문제와 주변 환경오염으로 인한 민원이 발생하고 있어 이에 대한 대책이 시급한 상황이다.

따라서 본 발명자는 폐석면을 완전 소멸시킬 수 있고 소형부터 대형까지 다양한 처리 용량으로 폐석면 처리를 수행할 수 있는 설비로서, 사용자의 초기 투자비 부담이 적으며, 이산화탄소 배출 등 환경 오염 문제가 거의 없는 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치를 발명하기에 이르렀다.

한국특허 공개공보 제10-2013-0114396호 한국특허 공개공보 제10-2011-0007953호

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 화합물을 폐석면에 침투시켜 섬유 구조를 변형시키고, 이를 부분적으로 온도를 조절하는 방식으로 저온 열분해시켜 폐석면을 효과적으로 처리할 수 있는 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치는 폐석면을 화합물과 혼합하는 원료 투입부; 상기 원료 투입부에서 공급되는 상기 폐석면을 저온 열분해하는 열분해부; 및 상기 열분해부에서 발생하는 가연성 가스 및 오염 물질를 산화시키기 위한 탈취부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 원료 투입부는, 폐석면을 공급하는 폐석면 공급부; 화합물을 공급하는 화학 용매 공급부; 및 상기 폐석면 및 상기 하나 이상의 화합물을 교반하는 교반부;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 화합물은, 칼슘 화합물, 황 화합물 및 염기성 용매가 혼합될 수 있다.

바람직하게는, 상기 원료 투입부는, 상기 교반부에서 상기 화합물과 혼합된 폐석면을 분쇄하는 분쇄부;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 열분해부는, 상기 폐석면을 탄화시켜 배출하는 내열로(kiln); 및 상기 내열로를 일정한 온도로 유지시켜 주는 외열로;를 포함하고, 상기 외열로는 전기를 이용하여 열을 발생시키는 하나 이상의 전기 히터일 수 있다.

바람직하게는, 상기 하나 이상의 전기 히터는, 상기 내열로를 둘러싸도록 구성되는 히터 본체; 및 상기 히터 본체 내에 위치하는 하나 이상의 전열선;을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 폐석면 처리 장치는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 하나 이상의 전기 히터를 제어함으로써 상기 내열로의 일정 부분의 온도를 개별적으로 조정할 수 있다.

바람직하게는, 상기 열분해부는, 2개 이상 병렬로 제공될 수 있다.

바람직하게는, 상기 탈취부는, 상기 열분해부에서 발생하는 가연성 가스 및 오염 물질을 혼합하여 연소시키는 탈취로 버너; 및 상기 탈취로 버너와 연결되고 800 내지 850 ℃로 유지되는 탈취로;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 탈취부는, 상기 가연성 가스 및 오염 물질를 산화시켜 소각한 배기 가스를 배출하는 배기로;를 더 포함할 수 있다.

폐석면을 처리하기 위해, 기존에 특허에 기재된 방식이나 혹은 사용되는 방식은 칼슘 함유물과 같은 화학 용매제를 활용하여 일부 안정화는 가능하나 석면이 완전히 소멸이 안된다는 문제점이 있으며, 용융 플랜트와 같이 대형 설비에서 석면을 용융시키거나 대형 소각로에서 고온으로 소각하여 석면을 제거함으로써 많은 에너지 비용이 소요되고 복잡한 프로세스와 투자가 되어야 하며, 자원의 재활용은 어렵다는 단점이 있었다.

그러나 본 발명에 따르면, 폐석면의 완전 소멸이 가능할 뿐만 아니라, 전기로를 사용하는 저온 간접 가열 방식으로 에너지 사용량이 감소될 수 있으며, 고온 직접 연소 방식에서 발생하는 이산화탄소나 다이옥신 같은 유해 가스 발생이 감소될 수 있게 된다.

특히, 폐석면의 처리 용량에 따라 소형부터 대형 용량 제작이 가능하여 현장에 이동하여 폐석면의 처리도 가능하고, 초기 투자비나 운영비 부담이 크지 않다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100)의 개략적인 구성도이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100)의 일부분을 구체적으로 도시한 구성도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100)에서 사용되는 외열로(122)를 사시 및 단면의 형태로 구체적으로 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100')의 일부분을 구체적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명에서 사용되는 화합물이 백석면 혹은 청석면에 처리되기 전과 후를 SEM(주사 전자 현미경)을 통하여 분석한 사진이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100)의 개략적인 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100)의 일부분을 구체적으로 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100)에서 사용되는 외열로(122)를 사시 및 단면의 형태로 구체적으로 도시한 도면이다.

이하, 도 1 내지 도 3를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100)를 설명하기로 한다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100)는 원료 투입부(110), 열분해부(120) 및 탈취부(130)를 포함할 수 있다.

원료 투입부(110)는 폐석면을 화합물과 혼합하는 역할을 수행한다.

이를 위해, 원료 투입부(110)는 폐석면 공급부(111), 화학 용매 공급부(112), 교반부(113) 및 분쇄부(114)를 포함할 수 있다.

폐석면 공급부(111)는 폐석면을 공급하며, 화학 용매 공급부(112)은 화합물을 공급하고, 교반부(113)는 공급된 폐석면 및 화합물을 교반하는 역할을 수행한다. 또한 분쇄부(114)는 교반부(113)에서 화합물과 혼합된 폐석면을 분쇄하는 역할을 수행한다.

구체적으로 설명하면, 폐석면은 용융점인 1,500℃ 이상으로 소각이나 용융해야 석면이 소멸되지만 이를 위해서는 많은 에너지를 필요로 하므로, 폐석면과 화합물을 교반함으로써 폐석면의 용융점을 낮추어 저온에서 처리할 수 있도록 하는 것이다.

여기서, 화합물은 칼슘 화합물, 황 화합물 및 염기성 용매가 혼합된 것일 수 있다. 이러한 화합물의 성분 비율은 표 1에 기재된 바와 같이 구성될 수 있으나, 이러한 성분 비율을 필요에 따라 조절될 수 있음을 유의한다.

화합물 성분	성분 비율	비고
칼슘	5% ~ 10%	-
황	10% ~ 20%	-
물외 기타 염기성 성분	70% ~ 85%	-
총 계	100%	pH 8~12

한편, 도 5는 본 발명에서 사용되는 화합물이 백석면 혹은 청석면에 처리되기 전과 후를 SEM(주사 전자 현미경)을 통하여 분석한 사진이다.

도 5(a)를 참조하면, 화합물이 석면에 처리되기 전에는 섬유가 침상 구조를 하고 있으나, 도 5(b)를 참조하면, 화합물이 석면에 처리되어 혼합되는 경우에는 용액이 섬유 조직 내부까지 침투하여 비산을 방지하고 무해화시키고 있음을 알 수 있다. 즉 이러한 화학 첨가물은 석면의 주성분인 규소와 친화성이 높은 칼슘화합물과 황화물 및 염기성 첨가물로 구성됨으로써, 석면에 침투시켜 화학 반응을 시키면 석면이 변성되어 섬유 구조가 변화되어 용융점이 낮아지게 된다.

한편 이러한 폐석면과 화합물의 혼합 및 분쇄 처리 프로세스를 살펴보면, 교반부(113)에 칼슘 화합물, 황(혹은 유황) 화합물 및 염기성 용매 혼합 한 후, 교반부(113)에 석면 폐기물을 투입하여 교반한다. 그리고 일정 시간 교반 후 분쇄부(114)에서 약 2 ~ 20cm 정도의 크기로 분쇄하여 후술되는 열분해부(120)로 투입하게 된다. 이때, 분쇄된 폐석면은 투입 호퍼(115)를 통하여 모아진 뒤 피더(116)를 통하여 열분해부(120)로 투입되게 된다.

열분해부(120)는 원료 투입부(110)에서 공급되는 폐석면을 저온 열분해하는 역할을 수행한다. 특히, 400 내지 500℃ 이하에서 저온 열분해하면 유해한 침상구조의 섬유상이 단락되어 무해한 규소 분자 성분만 남게 되어 안전한 처리가 가능하게 된다. 이를 위해, 열분해부(120)는 내열로(kiln)(121) 및 외열로(122)를 포함할 수 있다.

내열로(121)는 폐석면을 탄화시켜 배출하는 역할을 수행한다.

이러한 내열로(121)로서, 일반적으로 로터리 퀼른이 사용될 수 있으며, 로터리 퀼른이 사용됨으로써 피더(116)를 통하여 내열로(121)로 투입된 폐석면이 보다 효과적으로 탄화될 수 있게 된다.

외열로(122)는 내열로(121)에서 폐석면을 저온 열분해 할 수 있도록 내열로(121) 내부 온도를 400 ~ 500 ℃의 온도에서 유지시키는 역할을 수행한다.

이러한 외열로(122)로서 전기를 이용하여 열을 발생시키는 하나 이상의 전기 히터가 사용될 수 있다. 이와 같이, 외열로(122)로서 전기로를 사용하는 경우 사용시 온도 및 운영이 용이하고, 에너지 비용이 낮으며, 외열로(122) 부분에서 손실되는 열을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

외열로(112)로서 전기 히터를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

전기 히터는 내열로(121)를 둘러싸도록 구성되는 히터 본체(112a); 및 히터 본체(112a) 내에 위치하는 하나 이상의 전열선(112b);으로 구성될 수 있다(도 3 참조). 이와 같이, 전열선(112b)을 포함하고 있는 히터 본체(112a)가 단열재의 역할을 수행하며, 내열로(121)를 둘러싸고 있어 외열로 내부 전체의 공기 온도를 유지하는 기존의 버너 가열 방식보다 열 손실을 크게 줄일 수 있게 된다.

한편, 전기 히터는 하나 이상 존재하며, 그로 인해 이러한 하나 이상 존재하는 전기 히터를 위치에 따라 각각 다른 온도, 다른 조건으로 운영할 수 있게 되며 그로 인해 보다 효과적으로 폐석면을 저온 열분해할 수 있게 된다.

이에 대하여 구체적으로 살펴보면, 폐석면 처리하는 일반적인 설비의 경우 처리하는 대상물의 상태(종류, 함수율, 성분, 투입량 등)에 따라 운전조건이 다르며 그 산출물 성분도 다르기 때문에 연소 온도 등의 운전 조건이 중요하다. 그러나 기존에 오일 버너를 통한 대류 방식의 가열로는 원하는 부분에 원하는 온도를 유지하기가 어려운 문제점이 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 제어부(140)가 하나 이상의 전기 히터와 연결되어 하나 이상의 전기 히터를 제어함으로써 내열로(121)의 특정한 부분의 온도를 개별적으로 조정할 수 있게 된다. 특히, 대상 폐석면을 건조, 탄화하기 위하여는 함수율이 높은 #1 Zone 부분에서는 상대적으로 높은 온도를 유지하고(예를 들어, 내열로(121) 외부 800℃), 후반부인 #2 Zone, #3 Zone 부분에서는 상대적으로 낮은 온도를 유지할 수 있게 된다(예를 들어, 내열로(121) 외부 400~500℃ 정도). 이를 통하여, 본 발명에 따르면, 내열로(121)의 특정 부분을 구획화하여 보다 효과적으로 온도를 조절할 수 있게 되고 그로 인해 폐석면의 처리 효율 및 비용이 절감될 수 있게 된다.

한편, 열분해부(120)에서 폐석면을 저온 열분해함으로써 발생되는 가연성 가스와 오염물질은 배기로(123)를 통하여 배출되고, 후술되는 탈취부(130)로 유입되게 된다.

또한 열분해부(120)에서 폐석면을 저온 열분해함으로써 발생되는 탄화물은 탄화물 배출부(124)를 통하여 외부로 배출되고 재활용될 수 있게 된다. 한편, 폐석면을 저온 열분해함으로써 발생되는 탄화물(숯)을 이용하여 중금속 흡착제, 개토제, 여과재 등으로 활용가능하나 이에 대해서는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

탈취부(130)는 열분해부(120)에서 폐석면을 저온 열분해함으로써 발생되는 가연성 가스와 오염물질을 산화시켜 제거하는 역할을 수행한다.

이를 위해, 탈취부(130)는 탈취로 버너(131), 탈취로(132) 및 배기로(133)를 포함할 수 있다.

탈취로 버너(131)는 열분해부(120)에서 발생하는 가연성 가스 및 오염 물질을 혼합하여 1차로 연소시키며, 탈취로(132)는 탈취로 버너(131)와 연결되고 800 내지 850 ℃로 유지됨으로써 가연성 가스 및 오염 물질을 2차 연소시켜 산화시켜 제거하게 된다. 이러한 탈취로 버너(131) 및 탈취로(132)에서 산화시켜 소각된 배기 가스는 배기로(133)를 통하여 외부로 배출되게 된다. 이러한 과정을 통하여 배출되는 배기 가스에는 이산화탄소나 다이옥신 등의 배출이 없어 친환경적이라는 장점이 있게 된다.

한편, 이러한 탈취부(130)는 공지된 기술을 활용함에 따라 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100')의 일부분을 구체적으로 도시한 구성도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100')는 도 1에 기재된 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100)와 비교했을 때, 상기 열분해부가 2개 이상 병렬로 제공되는 점만 상이할 뿐 나머지는 동일한 구성 요소를 가지기 때문에 차이점에 대해서만 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100')는 열분해부(122A, 122B)가 병렬로 위치하여 동일 시간에 폐석면의 처리 용량을 증가시킬 수 있다는 특징이 있다.

일반적으로 기존의 1개의 열분해부(122)가 존재하는 구성에서는 처리 용량을 증가시키기 위해서 내열로(121)인 로터리 퀼른이의 직경을 넓히거나 그 길이를 늘려야 한다. 이 경우 지름이 클 경우 내열로(121) 내부의 대상 폐기물에 대하여 균일한 열전달이 어렵게 되고, 또한 길이를 길게 할 경우 과분해로 산화물(Ash)가 될 수 있어 고품질의 탄화제품을 만들기 어렵게 된다.

그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치(100')와 같이 열분해부(122A, 122B)를 이중으로 배열하는 경우 동일한 품질로 동일 시간 내에 폐석면의 처리 용량을 열분해부의 개수 만큼 증가시킬 수 있어 제작비 및 운영비가 절감되게 된다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 원료 투입부(110)에서 화합물을 폐석면에 침투시켜 섬유 구조를 변형시키고, 열분해부(120)에서 폐석면을 전기로를 통한 간접 가열 방식으로 저온 열분해를 수행함으로써 폐석면을 효과적으로 처리할 수 있게 되며, 또한 비용 절약뿐만 아니라, 고온 직접 연소 방식에서 발생하는 이상화탄소나 다이옥신 같은 유해 가스 발생이 감소될 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치
110 : 원료 투입부 111 : 폐석면 공급부
112 : 화학 용매 공급부 113 : 교반부
114 : 분쇄부 115 : 투입 호퍼
116 : 피더
120 : 열분해부 121 : 내열로
122 : 외열로 123 : 배기로
124 : 탄화물 배출부
130 : 탈취부 131 : 탈취로 버너
132 : 탈취로 133 : 배기로
140 : 제어부

Claims (10)

1. 폐석면을 칼슘 화합물, 황 화합물 및 염기성 용매가 혼합된 화합물과 혼합하고, 혼합된 폐석면을 2 내지 20cm 크기로 분쇄하는 원료 투입부;
   상기 원료 투입부에서 공급되는 상기 폐석면을 저온 열분해하고, 로터리 퀼른 타입의 내열로 및 상기 내열로를 일정 온도로 유지시키는 외열로로 구성되는 열분해부;
   상기 열분해부에서 발생하는 가연성 가스 및 오염 물질을 혼합하여 연소시키는 탈취로 버너; 및 상기 탈취로 버너와 연결되고 800 내지 850 ℃로 유지되는 탈취로;로 구성되는 탈취부; 및 제어부;를 포함하되,
   상기 외열로는 하나 이상의 전기 히터이며,
   상기 하나 이상의 전기 히터는, 상기 내열로를 둘러싸도록 구성되는 히터 본체; 및 상기 히터 본체 내에 위치하는 하나 이상의 전열선;을 포함하고,
   상기 제어부는 상기 하나 이상의 전기 히터를 제어함으로써 상기 내열로의 일정 부분의 온도를 개별적으로 조정하며, 그리고
   상기 열분해부는 3개 구역으로 구획되며, 전반부인 제1 구역에서는 상기 내열로 외부가 800℃로 유지되며, 후반부인 제2 및 제3 구역에서는 상기 내열로 외부가 400~500 ℃로 유지되는 것을 특징으로 하는,
   화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 원료 투입부는,
   폐석면을 공급하는 폐석면 공급부;
   화합물을 공급하는 화학 용매 공급부; 및
   상기 폐석면 및 상기 화합물을 교반하는 교반부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 내열로는,
   상기 폐석면을 탄화시켜 배출하는 것을 특징으로 하는,
   화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 열분해부는,
   2개 이상 병렬로 제공되는 것을 특징으로 하는 화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치.
   
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 탈취부는,
    상기 가연성 가스 및 오염 물질를 산화시켜 소각한 배기 가스를 배출하는 배기로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    화합물을 이용한 저온 열분해 폐석면 처리 장치.
    

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