KR101896538B1 - 폐플라스틱 열분해 리액터의 부산물 활용 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐플라스틱을 열분해하는 부산물로 발생된 폐가스를 활용하기 위한 폐플라스틱 열분해 리액터의 부산물 활용 장치를 제안한다.
이를 위하여 본 발명은 폐플라스틱을 투입하여 열분해 과정으로 연료유를 얻고 응축기를 경유하여 게이지 탱크에 연료유가 수집되도록 하되, 상기 공정 과정 중 배출되는 폐가스를 반응조에 상방으로 유입시키고 상기 반응조 내부에 한 조 이상의 물분사관과 철분 트레이를 설치하며, 반응조의 출구측에 사이클론을 연결하고 사이클론의 출구를 상기 리액터의 열원에 연료를 공급하기 위한 연료공급관과 연결하여서 된 것이다.
이에 따라, 본 발명은 폐플라스틱의 자원화를 위하여 열분해 과정에서 필연적으로 발생되는 염화수소를 포함하는 폐가스를 활용하여 수처리를 위한 응집제로 널리 사용되는 염화철을 생산할 수 있게 될 뿐만 아니라, 염화물이 제거된 폐가스를 폐플라스틱 열분해를 위한 열원으로 재사용하도록 함으로써 염화철 부산물을 얻고 재생 연료유 생산 코스트를 낮출 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.
이를 위하여 본 발명은 폐플라스틱을 투입하여 열분해 과정으로 연료유를 얻고 응축기를 경유하여 게이지 탱크에 연료유가 수집되도록 하되, 상기 공정 과정 중 배출되는 폐가스를 반응조에 상방으로 유입시키고 상기 반응조 내부에 한 조 이상의 물분사관과 철분 트레이를 설치하며, 반응조의 출구측에 사이클론을 연결하고 사이클론의 출구를 상기 리액터의 열원에 연료를 공급하기 위한 연료공급관과 연결하여서 된 것이다.
이에 따라, 본 발명은 폐플라스틱의 자원화를 위하여 열분해 과정에서 필연적으로 발생되는 염화수소를 포함하는 폐가스를 활용하여 수처리를 위한 응집제로 널리 사용되는 염화철을 생산할 수 있게 될 뿐만 아니라, 염화물이 제거된 폐가스를 폐플라스틱 열분해를 위한 열원으로 재사용하도록 함으로써 염화철 부산물을 얻고 재생 연료유 생산 코스트를 낮출 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.
Description
본 발명은 PS, PP, PC 등의 폐플라스틱 열분해 리액터에서 발생되는 부산물을 활용하는 장치에 관한 것으로 특히 폐플라스틱 열분해 용융로에서 열분해 되어 기상으로 배출되고, 이를 냉각시켜 연료유로 회수하고 남은 부산물인 염소화합물이 함유된 폐가스를 재활용하기 위한 폐플라스틱 열분해 리액터의 부산물 활용 장치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 최근에, 도시의 쓰레기와 공업폐기물의 양은 빠르게 증가하고 있고, 이들의 매립이나 소각에 의한 처리는 사회적 문제가 되어가고 있다.
특히 폐자동차나 가전제품 등의 분쇄로부터 발생하는 파편분진의 증가에 대한 긴급한 대책의 마련이 요구되고 있으며, 이러한 파편분진들은 배선의 피복재로 사용되는 염화비닐 등으로 이루어진 폐플라스틱의 혼합물이대부분이고, 이러한 폐플라스틱 혼합물은 현재 대부분 매립에 의해 처리되고 있어서 환경을 오염시키고 있다.
한편, 공업폐기물에 포함되는 플라스틱 폐재에 대해서는 재활용의 관점에서 연료(고체, 오일, 기체상의 연료)로서의 사용가능성에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 이러한 플라스틱 폐재의 열분해를 위한 전형적인 방법은 플라스틱 폐재나 고무 폐재로부터 오일성분과 기체 성분을 회수하기 위해 건식증류(건류) 할 수 있으며, 그 예를 일본 특허공개공보 소화 48-00067(발명의명칭: 폐합성수지등의 건류처리방법 및 그 장치), 일본 특허공개공보 소화 49-90773(발명의명칭: 플라스틱 혼합 고형 폐기물 소각설비), 일본 특허공개공보 소화50-04168(발명의 명칭: 고형폐기물중의 가연물에서 연료유를 얻는 방법), 일본 특허공개공보 소화50-85573(고무, 플라스틱폐기물의 처리방법) 등에 의하여 살펴 볼 수 있다.
반면에 이러한 종래의 플라스틱 폐재는 염화비닐과 같이 염소 화합물이 포함되어 있는 경우가 대부분이며, 이러한 염화비닐 등을 포함하는 함염소 플라스틱이 열분해되는 동안 염소성분이 염화수소로 휘발되고, 이 염화수소는 장치의 부식을 일으키거나 혹은 회수된 연료와 섞이게 된다는 문제점을 갖는다.
또한 대기 중에서 소각하는 방법은 다이옥신과 같은 유해한 염소화합물을 발생시키는 문제가 있다.
이러한 문제점을 감안하여 함염소 플라스틱 재의 처리를 위하여 소각 처리 전에 고온의 증기를 가하여 저온에서 건류함으로써 염소 성분을 염화수소로서 분리하는 방법이 일본국 특허공개공보 소화 48-60466(발명의 명칭: 함염소 합성수지폐기물의 처리방법)이 제안된 바 있다.
또 다른 방법으로는 철이나 산화철을 염화비닐수지에 첨가하고 열처리하여 염소를 철과 반응시킴으로써 3가철화합물인 염화제3철(FeCl3 )로 전환시켜서, 염화철을 기체화하여 분리시키는 방법이 일본국 특허 공개 공보 소화50-32264(발명의 명칭: 열가소성 수지 발포체의 제조방법)이 제안된 바 있다.
그러나 전자의 방법은 여전히 염화수소에 의한 부식의 문제를 가지고 있고, 후자의 방법은 염소를 승화하기 쉬운 염화제3철(Ⅲ)로 전환되도록 고안되었지만, 저온에서 열분해가 이루어지기 때문에 염소성분을 기체화하여 분리한다는 점에서는 기존의 방법과 동일하고, 따라서 생성된 기체와 염화제3철(Ⅲ) 기체를 분리하는 공정이 필요하므로 처리공정이 복잡하게 되어 활용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 열원으로 가열되는 리액터에서 배출된 가스를 냉각시켜 연료유를 얻으며, 대기로 배출되는 폐가스를 활용하여 염화철을 생산함과 아울러 상기 리액터의 연료로 재활용할 수 있도록 하는 폐플라스틱 열분해 리액터의 부산물 활용 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 폐플라스틱을 투입하기 위한 리액터 일측에 개폐부가 구비되고, 리액터 타측에 가스 배출구가 구비되며, 리액터 하방에 버너 등 열원을 배치하고, 상기 리액터에서 배출된 열분해 가스가 촉매장치를 거쳐 하나 이상의 응축기를 경유하여 게이지 탱크에 연료유가 수집되도록 하되, 상기 리액터에서 배출되는 폐가스를 반응조의 상방으로 유입시키고, 상기 반응조 내부에 한 조 이상의 물분사관과 철분 트레이를 설치하며, 상기 반응조의 출구측에 사이클론을 연결하고, 상기 사이클론의 출구를 상기 리액터의 열원에 연료를 공급하기 위한 연료공급관과 연결하며, 상기 반응조와 사이클론의 하방으로부터 저장조로 분사된 물을 회수하는 저장조와 상기 물분사관으로 물을 압송하기 위한 순환펌프를 구비하여서 된 것이다.
이와 같이 하여 본 발명은 폐플라스틱의 자원화를 위하여 열분해 과정에서 필연적으로 발생되는 염화수소를 포함하는 폐가스를 활용하여 수처리를 위한 응집제로 널리 사용되는 염화철을 생산할 수 있게 될 뿐만 아니라, 염화물이 제거된 폐가스를 폐플라스틱 열분해를 위한 열원으로 재사용하도록 함으로써 염화철 부산물을 얻고, 재생 연료유 생산 코스트를 낮출 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 반응조로 유입되는 폐가스 중의 염화수소 농도를 측정하여 적정량의 물을 분사함으로써 허용 수준 이하로 염화물의 배출을 억제함과 아울러 과다한 희석 용수의 사용을 제한할 수 있도록 하여 전체 시스템의 유지, 관리 비용을 절감할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.
도1은 본 발명에 의한 폐플라스틱 열분해 리액터의 부산물 활용 장치의 전체적인 구성도.
도2는 본 발명에 의한 폐플라스틱 열분해 리액터의 부산물 활용 장치의 요부 설명도.
도3은 도2의 A 부분 확대도.
도4는 본 발명에 의한 반응조의 일부를 보인 횡단면 사시도.
도5는 본 발명에 의한 반응조 구조를 보인 횡단 평면도.
도6은 본 발명에서 반응조의 측부에서 탈거한 철분트레이를 보인 분리사시도.
도7은 철분 트레이의 구조를 보인 사시도.
도8은 본 발명에서 반응조 내부의 물분사량을 조절하기 위한 전기적 구성을 보인 개략도.
도2는 본 발명에 의한 폐플라스틱 열분해 리액터의 부산물 활용 장치의 요부 설명도.
도3은 도2의 A 부분 확대도.
도4는 본 발명에 의한 반응조의 일부를 보인 횡단면 사시도.
도5는 본 발명에 의한 반응조 구조를 보인 횡단 평면도.
도6은 본 발명에서 반응조의 측부에서 탈거한 철분트레이를 보인 분리사시도.
도7은 철분 트레이의 구조를 보인 사시도.
도8은 본 발명에서 반응조 내부의 물분사량을 조절하기 위한 전기적 구성을 보인 개략도.
이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 상세한 설명에서 하방이 의미하는 것은 지면에 가까운 방향, 즉 지면측을 의미하며, 상방은 상기 하방의 반대방향, 대기측을 의미하는 것으로, 본 발명을 실시하기 위한 전체적인 구성을 도1로 도시하였다.
이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 리액터(100) 일측에 미도시된 유압실린더 등에 의하여 구동되는 개폐부(104)가 구비되고, 리액터(100) 타측에 가스 배출구가 구비되며, 리액터(100) 하방에 버너 등 열원(103)을 배치하여 가열되도록 함과 동시에 열의 균등 분산을 위하여 리액터(100)의 회전을 실시하기 위한 미도시된 회동 수단을 구비하여 리액터(100)의 가열 및 회동에 따라 내부에 장입된 폐플라스틱이 열분해 되어 가스 상태로 배출되도록 한다.
한편, 배출된 가스는 촉매장치(200)를 거쳐서 열분해 가스를 액상 연료로 전환시키며, 이어서 수평 응축기, 수직 응축기, 경사 응축기 등 하나 이상의 응축기(300)를 거쳐서 냉각되면서 하방의 게이지 탱크(400)에 연료유가 수집되도록 하며, 이후 배출되는 폐가스를 활용하여 염화철 생산과 리액터(100)의 보조 연료로 공급이 가능하도록 한 것이다.
즉, 본 발명에서는 상기 응축기(300)와, 지면에 대해 수직으로 세워서 설치된 하나 이상의 반응조(600) 상방에 수집관(606)을 연결하고, 상기 반응조(600) 내부에 한 조 이상의 물분사관(501)과 철분트레이(609)를 설치하되, 도3 및 도6으로 보인 바와 같이, 상기 반응조(600)의 내부에 고정, 설치된 두 개의 지지프레임(607) 사이로 구획된 도6에 도시한 수납공간(608)에 철분트레이(609)를 삽입하여서 된 것이다.
이와 같이 된 본 발명의 반응조(600)는 하방에 분사액이 저장되는 저장조(800)와 연결되어 있으며, 이러한 저장조(800)의 물은 순환펌프(801)에 의하여 펌핑 되어 상기 물분사관(501)에서 분사되도록 한다.
아울러, 상기 본 발명에서의 반응조(600) 출구는 사이클론(700)의 하방에 연결되고, 사이클론(700)의 하단은 저장조(800)와 연결되며, 사이클론(700)의 상방은 리액터(100)의 열원(103)에 구비된 연료공급관(102)과 연결된 것이다.
이와 같이 된 본 발명은 폐플라스틱을 상기 개폐부(104)를 열어 투입하고, 투입된 폐플라스틱은 열원(103)에 의하여 가열되는 리액터(100) 내부에서 열분해되어 가스배출구(101)를 경유하여 기상으로 배출된다.
이어서 기상으로 배출된 가스가 촉매장치(200)를 경유하면서 액상 연료유로 변화되고, 하나 이상의 응축기(300)를 거치면서 응축되어 하방의 게이지 탱크(400)로 액체 연료유가 저장되는 것이다. 상기한 열분해 및 응축 전과정에서 PVC가 열분해되면서 발생된 염소화합물이 공기중의 수소와 결합되면서 휘발되어 염화수소가 되는 바, 이러한 폐가스는 각 공정에 연결된 수집관(660)을 경유하여 반응조(600)로 유입된다.
이와 같이 수집관(660)을 경유하여 반응조(600) 상방으로 유입된 염화수소 함유 폐가스는 물분사관(501)을 거치게 되며, 물분사관(501)에서는 순환펌프(801)에 의하여 펌핑 된 저장조(800)의 물을 하방으로 분사하는 것이므로 반응조(600)로 유입된 염화수소는 물에 의하여 희석되면서 철분트레이(609)에 침투된다.
이러한 철분트레이(609)는 도2의 A부분 확대도인 도3으로 보인 바와 같이, 상부 및 하부에 망체(601)가 구비된 것이며, 도7로 보인 바와 같이, 수용공간(602)을 갖는 것으로 수용공간(602)에 철분을 넣고 상측커버(605)를 닫은 후 도6으로 보인 반응조(600)의 수납공간(608)에 끼워 줌으로써 상기 희석된 염화수소는 지지프레임(607)과 망체(601)를 통하여 철분트레이(609)를 통과하게 되고, 이러한 과정에서 철분에 염소가 결합하여 염화철이 되는 것이다.
이러한 본 발명에 의한 반응조(600)의 구조를 도 3 내지 도7로 도시하였다. 또한, 본 발명은 철분트레이(609)를 수납공간(608)에 결합시키거나 탈거하기 용이하도록 파지부(603)를 설치하였다.
아울러, 본 발명에서는 도2로 예시한 바와 같이, 2개의 철분트레이(609)를 1개조로 설치할 수 있으며, 철분트레이(609)가 삽입되는 수납공간(608)의 상,하에 도5로 보인 바와 같이 "ㅅ"형태로 된 지지프레임(607)을 설치하여 강한 수압으로 철분트레이(609)에 수분이 침투하여 중량이 증가하더라도 지지프레임(607)에 의하여 지지되어 변형되지 않도록 배려하였다.
또한, 본 발명에서는 도2로 보인 바와 같이 물분사관(501)과 철분트레이(609) 3개조를 배열하였으며, 이러한 과정에서 철분트레이(609)를 통과하고 난 물은 저장조(800)로 이동되도록 배관하였다. 그러므로 순환펌프(801)가 물분사관(501)에 지속적으로 수압을 공급하여 분사하고, 이러한 물은 폐가스의 염화수소를 희석하고 철분트레이(609)를 거쳐 저장조(800)로 수집되고 동일한 과정으로 재분사 되는 순환 과정을 반복하게 되는 것이다.
이러한 과정에 의하여 폐가스 중의 염화수소는 철분과 결합하여 대부분 제거되는 것이며, 사이클론(700)을 경유하면서 상승하여 수분은 저장조(800)로 수집되고, 가스성분만 상승하여 리액터(100)의 연료 공급관을 경유하여 열원(103)에 보조 연료로 공급되어 폐가스가 재활용됨으로써 열원(103)의 연료비용 부담을 경감시키고, 폐가스의 배출로 인한 제반 문제를 해결할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 하여 본 발명은 철분트레이(609)에 충분한 시간 동안 물로 희석된 염화수소가 통과함으로써 염화철이 생성되며, 공정 휴지 시 파지부(603)를 잡고 당겨 냄으로써 철분 트레이(609)를 꺼내고, 상측커버(605)를 열어 염화철을 꺼내고 철분을 재투입하여 전술한 과정이 재차 실시되도록 반복한다.
아울러, 본 발명은 상기 물분사관(501)에서 분사되는 물의 양을 반응조(600) 상단으로 유입되는 염화가스의 농도에 따라 가변되도록 함으로써 염화가스의 농도가 낮은 경우에는 물분사관(501)의 물 분사량을 감소시키고, 염화가스의 농도가 높은 경우에는 물분사관(501)의 물 분사량을 증가시킴으로써 사이클론(700)으로 최종 배출되는 가스 중 염화물 함유 농도가 허용치 이하로 되도록 하였다.
이를 위하여 본 발명은 반응조(600) 상방에 설치된 염화수소센서(900)와, 상기 염화수소센서(900)의 출력으로 디지털 출력을 발생시키기 위한 A/D 변환기(901)와, A/D 변환기(901)의 출력과 기준값의 차를 산출하기 위한 마이크로콘트롤유니트(902)와, 마이크로콘트롤유니트(902)의 출력으로 가변모터(904)의 회전수를 가변시키기 위한 구동회로(903)와, 상기 가변모터(904)에 의하여 작동되는 가변압축기(905)를 설치할 수 있다.
이러한 실시예에 의하면, 염화수소센서(900)가 반응조(600) 상방에서 유입되는 가스 중의 염화수소 농도를 검출하고, 이에 상응하는 아날로그 출력 전압을 A/D 변환기(901)에 인가한다. 이에 따라 A/D 변환기(901)에서 입력신호를 디지털 신호로 변환하고, 마이크로콘트롤유니트(902)에서 자체 메모리에 미리 입력되어진 기준값인 디지털 신호값과 기준값을 대비하여 그 차에 해당하는 신호를 산출하게 된다.
이어서, 마이크로콘트롤유니트(902)는 산출된 출력값에 따라 가변모터(904)의 회전수를 결정하기 위한 출력을 구동회로(903)로 출력시키며, 구동회로(903)는 마이크로콘트롤유니트(902)에서 출력되는 값에 상응하여 가변모터(904)의 회전수를 제어하게 된다.
이에 따라, 가변모터(904)가 회전수를 가감시켜 가변압축기(905)의 압축력을 제어하므로 결국 염화수소센서(900)가 감지한 농도값에 상응하여 가변압축기(905)의 회전수가 가변됨에 따라, 저장조(800)의 물을 흡입하여 물분사관(501)으로 분사되는 물의 양이 조절되는 것이다.
이에 따라, 본 발명은 반응조(600)에 유입되는 염화수소의 농도에 상응하는 양의 물이 공급되어 사이클론(700)을 경유하여 배출되는 가스의 염화물 농도를 억제할 수 있게 됨과 아울러 저장조(800)를 순환하는 용수의 사용량이 불필요하게 증가함을 억제하여 폐수발생량을 억제할 수 있게 되는 것이다.
이상에서, 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것이 아니고, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.
100: 리액터 101: 가스배출구 102: 연료공급관 103: 열원
104: 개폐부 200: 촉매장치 300: 응축기 400: 게이지 탱크
501: 물분사관 600: 반응조 601: 망체 602: 수용공간
603: 파지부 604: 수납본체 605: 상측커버 606: 수집관
607: 프레임 608: 수납공간 609: 철분트레이 700: 사이클론
800: 저장조 801: 순환펌프 900: 염화수소센서 901: A/D 변환기
902: 마이크로 콘트롤 유니트 903: 구동회로 904: 가변모터
905: 가변압축기
104: 개폐부 200: 촉매장치 300: 응축기 400: 게이지 탱크
501: 물분사관 600: 반응조 601: 망체 602: 수용공간
603: 파지부 604: 수납본체 605: 상측커버 606: 수집관
607: 프레임 608: 수납공간 609: 철분트레이 700: 사이클론
800: 저장조 801: 순환펌프 900: 염화수소센서 901: A/D 변환기
902: 마이크로 콘트롤 유니트 903: 구동회로 904: 가변모터
905: 가변압축기
Claims (3)
- 폐플라스틱을 투입하기 위한 리액터 일측에 개폐부가 구비되고, 리액터 타측에 가스 배출구가 구비되며, 리액터 하방에 열원이 배치되고, 리액터에서 배출된 가스가 촉매장치를 거쳐 하나 이상의 응축기를 경유하여 게이지 탱크에 연료유가 수집되도록 하되,
상기 리액터에서 배출되는 폐가스를 반응조의 상방으로 유입시키고, 상기 반응조 내부에 한 조 이상의 물분사관과 철분 트레이를 설치하며, 상기 반응조의 출구측에 사이클론을 연결하고, 상기 사이클론의 출구를 상기 리액터의 열원에 연료를 공급하기 위한 연료 공급관과 연결하며, 상기 반응조와 사이클론의 하방으로부터 분사된 물을 회수하는 저장조와 상기 물분사관으로 물을 압송하기 위한 순환펌프를 구비하여서 됨을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 리액터의 부산물 활용 장치 - 제 1 항에 있어서,
상기 철분 트레이는 망체가 구비된 분리되는 상측커버와, 하방에 구비된 망체와, 수용공간과 파지부가 구비되며,
상기 철분 트레이가 상기 반응조의 일측에 프레임으로 구획된 수납공간에 하나 이상 삽입되도록 하여서 됨을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 리액터의 부산물 활용 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응조 상방에 설치된 염화수소센서와, 상기 염화수소센서의 출력으로 디지털 출력을 발생시키기 위한 A/D 변환기와, 상기 A/D 변환기의 출력과 기준값의 차를 산출하기 위한 마이크로콘트롤유니트와, 상기 마이크로콘트롤유니트의 출력으로 가변모터의 회전수를 가변시키기 위한 구동회로와, 상기 가변모터에 의하여 작동되는 가변압축기가 구비됨을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 리액터의 부산물 활용 장치.
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