KR101917576B1 - 물성이 향상된 수용성 윤활유의 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오염물인 입상물질 및 수분을 갖는 폐윤활유를 이용하여 수용성 윤활유를 제조하는 장치에 있어서, 상기 폐윤활유를 저장하는 전처리조; 상기 전처리조에서 이송받은 폐윤활유를 교반시켜 입상물질과 액상물질을 분리하는 2상분리기; 상기 2상분리기에서 배출되는 액상물질이 통과하고 입상물질을 차단하는 시브가 구비되는 관형의 여과부; 상기 여과부에서 전달받은 상기 액상물질에서 스크류교반기로 교반시켜 상기 수용성 폐윤활유 중의 오일을 응집시키는 반응조; 상기 반응조로부터 응집된 오일을 이송받아 정체시켜 물과 오일을 분리하는 분리조; 상기 분리조에서 분리된 하부의 물을 이송받으며, 알카리를 첨가받아 산도가 조정된 상태에서 이송된 물을 교반시켜 정화된 물로 생성하는 화학반응조; 상기 분리조에서 분리된 상부의 오일을 저장하는 오일 저장조; 상기 오일 저장조에 인접하게 구비되어 사용하지 않은 신규한 수용성 윤활유을 저장하는 오일 보충조; 및 상기 오일 저장조에서 전달받은 오일과 상기 오일 보충조에서 전달받은 신규한 수용성 윤활유를 혼합하여 에이징시키는 에이징조;를 포함하는 물성이 향상된 수용성 윤활유의 제조장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 물성이 향상된 수용성 윤활유의 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 물성을 갖는 수용성 윤활유를 효율적으로 제조할 수 있는 물성이 향상된 수용성 윤활유의 제조장치에 관한 것이다.
금속 가공 윤활유는 여러 종류가 있으며, 사용되는 윤활유의 물에 대한 용해도와 특성에 따라 지용성 윤활유와 수용성 윤활유로 나눠진다. 이전에는 광유에 의한 지용성 윤활유가 대부분 사용되어 왔으나, 기름성분에 의한 작업환경의 열악화와 사용 후 폐수처리 과정에서의 환경오염 문제로 인해 환경 친화적인 물에 잘 녹을 수 있는 수용성 윤활유에 대한 관심이 증대되고 사용 비율도 증가되는 추세이다.
수용성 윤활유를 사용할 경우 물과 함께 혼합하여 사용할 수 있으므로 경비가 절감될 뿐 아니라 사용 후 처리가 쉬워 환경문제도 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
폐윤활유의 재정제 방법으로는 화학약품 및 용제를 사용하는 화학적인 방법과 물리적인 방법으로 대별되는 바, 화학적인 처리방법으로는 폐윤활유를 산/백토로 처리하는 재래식 공정과 용제처리 공정이 있는데 현재 폐윤활유의 재정제 공정으로 널리 이용되고 있는 산/백토 처리공정은 황산을 사용하므로 부산물로 나오는 산슬러지에 황산이 함유되어 있어서 슬러지에 대한 공해 문제가 나타날 뿐 아니라 날로 발달하는 첨가제의 영향으로 황산 반응이 제대로 일어나지 않아 저급기유를 회수하는 등 많은 문제점을 내포하고 있다.
한편 용제처리 공정은 고가의 용제를 사용하는데 따른 경제적인 문제점과 용제를 회수하는데 따른 부수적인 설비를 갖추어야 하는 등의 문제점이 있는 외에도 용제회수시 다량의 에너지를 소비하여야 하고 부산물에 의한 공해 문제점이 지적되고 있어 널리 이용되고 있지 않다.
반면 물리적 처리를 하게 되면 화공약품 및 용제를 사용하지 않아 부산물의 공해문제가 전무할 뿐 아니라 기계적 장치의 발달로 우수한 기유를 회수할 수 있어 크게 각광을 받고 있다.
폐윤활유를 물리적으로 정제하는 방법중에는 박막 증류 장치를 이용하는 방법이 알려져 있다.
박막 증류장치는 이중 쟈켓의 벽면으로부터 열이 가해지는 실린더의 내부에 4개의 블레이드(Blade)를 부착시킨 회전축을 설치하여 블레이드 끝부분과 실린더의 내벽면 사이가 아주 좁은 간격으로 (약1-2mm)로 유지되면서 회전축이 동심적으로 회전할 수 있게 한 것으로서 증발원리는 박막증발장치의 상부로 공급되고 있는 폐윤활유가 원료 공급부의 하단에 설치된 분산기와 블레이드에 의해 가열면 위에 박막으로 형성되어지고, 가열면으로부터 효율적으로 열을 공급받아 감압 상태에서 저비점 성분들이 증발됨과 동시에 중력으로 낙하하는 과정에서 첨가제나 금속 마모분 등이 주성분인 아스팔트로 농축되도록 하는 것이다.
이러한 박막증류장치를 이용한 종래의 방법에서는 증발되는 저비점 생성물을 응축시켜 액상으로 만든다음 분별증류기로 이송시켜 재차가열하고 분별증류하였으므로 박막증류기에서 나오는 저비점 생성물을 응축시키기 위한 응축기의 설치에 따른 시설비 투자와 응축기의 가동에 따른 에너지 소비가 많아진다는 문제점이 나타났다.
이와 같은 문제점을 해소하고, 폐윤활유를 보다 효율적으로 정제하여 이용하기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다.
(선행특허) 대한민국등록특허 제10-0029135호 (1989.08.30)
본 발명의 목적은 친환경적인 수용성 윤활유의 제조장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 향상된 물성을 갖는 수용성 윤활유를 제공할 수 있는 수용성 윤활유의 제조장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 실시예들은 오염물인 입상물질 및 수분을 갖는 폐윤활유를 이용하여 수용성 윤활유를 제조하는 장치에 있어서, 상기 폐윤활유를 저장하는 전처리조; 상기 전처리조에서 이송받은 폐윤활유를 교반시켜 입상물질과 액상물질을 분리하는 2상분리기; 상기 2상분리기에서 배출되는 액상물질이 통과하고 입상물질을 차단하는 시브가 구비되는 관형의 여과부; 상기 여과부에서 전달받은 상기 액상물질에서 스크류교반기로 교반시켜 상기 수용성 폐윤활유 중의 오일을 응집시키는 반응조; 상기 반응조로부터 응집된 오일을 이송받아 정체시켜 물과 오일을 분리하는 분리조; 상기 분리조에서 분리된 하부의 물을 이송받으며, 알카리를 첨가받아 산도가 조정된 상태에서 이송된 물을 교반시켜 정화된 물로 생성하는 화학반응조; 상기 분리조에서 분리된 상부의 오일을 저장하는 오일 저장조; 상기 오일 저장조에 인접하게 구비되어 사용하지 않은 신규한 수용성 윤활유을 저장하는 오일 보충조; 및 상기 오일 저장조에서 전달받은 오일과 상기 오일 보충조에서 전달받은 신규한 수용성 윤활유를 혼합하여 에이징시키는 에이징조;로 이루어지는 폐윤활유를 이용한 수용성 윤활유의 제조장치를 포함한다.
상기 전처리조는 상기 폐윤활유가 구비되는 전처리탱크와 상기 전처리탱크의 외면에 구비되어 상기 전처리탱크로 열을 공급하여 상기 폐윤활유의 온도를 30℃ 내지 45℃로 유지시키는 히팅자켓, 및 상기 전처리탱크의 내부로 질소가스를 주입하는 제1 질소가스탱크로 이루어질 수 있다.
상기 에이징조에서 상기 오일은 20중량% 내지 25중량%이고, 상기 신규한 수용성 윤활유는 75중량% 내지 80중량%일 수 있다.
상기 2상분리기는 수직회전축을 중심으로 회전하도록 구비되어 오염물인 입상물질을 상기 폐윤활유 중에 분리하여 배출시키는 분리탱크와, 상기 수직회전축을 중심으로 회전하되 상기 분리탱크의 내부에서 상기 분리탱크와 다른 속도로 회전하는 스크류 컨베이어를 포함할 수 있다.
상기 여과부는 상기 2상분리기에서 배출되는 액상물질이 통과하도록 내부가 빈 관형으로 구비되되 순차적으로 전단부, 시브 및 후단부로 이루어지고, 상기 전단부와 후단부는 원뿔대형으로 이루어지고, 상기 시브는 스테인리스 스틸로 이루어진 망상형의 플레이트로 이루어지며, 상기 전단부의 입구와 후단부의 출구는 동일한 면적으로 이루어지되, 상기 시브는 상기 전단부의 입구 및 후단부의 출구의 면적에 대해서 30% 내지 50%로 이루어질 수 있다.
상기 전단부의 내면에는 상기 액상물질의 흐름을 가이드하고 상기 입상물질의 응집을 해체하도록 상기 전단부에서 상기 액상물질의 흐름을 따라 구비되는 복수개의 디포머가 구비되고, 상기 전단부에는 상기 시브와 인접한 부분에 상기 입상물질을 외부로 배출시키는 배출구가 구비될 수 있다.
상기 반응조는 일방향으로 연장되는 원통형으로 상기 여과부에서 전달받은 액상물질이 유입되는 반응탱크와, 상기 반응탱크 내부에 구비되어 상기 액상물질을 45~55cm/s 속도로 회전하면서 상기 액상물질을 교반하는 스크류교반기로 이루어지고, 상기 스크류교반기는 상기 반응탱크의 일단에서 타단으로 연장되는 샤프트와 상기 샤프트에 연결되어 구비되는 헬리컬블레이드로 이루어지고, 상기 반응탱크의 내부에서 상부 및 하부에는 각각 상기 헬리컬블레이드 사이에 구비되도록 연장되는 복수개의 가열리브가 구비되며, 상기 가열리브의 내부에는 상기 반응탱크의 내부로 열을 공급하도록 열선이 구비될 수 있다.
상기 에이징조 내부에는 상기 오일 및 신규한 수용성 윤활유를 혼합하도록 구비되는 교반부가 구비되고 상기 에이징조의 바닥면에는 상기 에이징조 내부로 열을 공급하는 바텀히터가 구비되며, 상기 에이징조의 상부와 연결되어 상기 에이징조 내부로 첨가제를 전달하는 첨가제호퍼 및 상기 에이징조 내부로 질소가스를 투입하는 제2 질소가스탱크가 더 포함되고, 상기 교반부는 상기 에이징조 상부에서 일단이 상기 첨가제호퍼와 연결되어 내부가 비어있는 관형태로 회전하는 샤프트와 상기 샤프트의 타단에서 연결되는 복수개의 임팰러로 구비되고, 상기 샤프트의 일단 및 타단은 개구되되 상기 샤프트의 일단으로 상기 첨가제호퍼 내에 구비되는 첨가제가 유입되어 상기 샤프트의 타단으로 상기 첨가제가 상기 에이징조 내부로 투입될 수 있다.
상기 첨가제호퍼와 상기 샤프트가 연결되는 부분에는 상기 첨가제의 유입을 제어하도록 밸브가 구비되고, 상기 첨가제호퍼 내에서 상기 첨가제의 양을 측정하는 센서가 구비되며, 상기 센서와 상기 밸브는 제어부와 연결되고, 상기 제어부는 상기 센서에 의하여 측정된 첨가제의 양에 의하여 상기 밸브의 온/오프를 제어하여 상기 에이징조로 전달되는 첨가제의 양을 제어할 수 있다.
상기 오일 저장조는 상기 오일을 저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크의 외면에 구비되어 상기 오일에 열을 가하는 제1 히팅자켓으로 이루어지고, 상기 오일 보충조는 상기 신규한 수용성 윤활유을 저장하는 보충탱크와, 상기 보충탱크의 외면에 구비되어 상기 신규한 수용성 윤활유에 열을 가하는 제2 히팅자켓으로 이루어지며, 상기 제2 히팅자켓의 온도는 상기 제1 히팅자켓의 온도보다 높게 구비될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 친환경적인 수용성 윤활유의 제조장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 향상된 물성을 갖는 수용성 윤활유를 제공할 수 있는 수용성 윤활유의 제조장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐윤활유를 이용한 수용성 윤활유의 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 전처리조를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 2상분리기를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 단면도이다.
도 5a는 도 1의 여과부를 나타낸 도면이다.
도 5b는 도 5a의 전단부의 내면을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 반응조를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 에이징조를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 에이징조 내부에서의 첨가제의 유동을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7의 교반부를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐윤활유를 이용한 친환경 수용성 윤활유의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 도 1의 전처리조를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 2상분리기를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 단면도이다.
도 5a는 도 1의 여과부를 나타낸 도면이다.
도 5b는 도 5a의 전단부의 내면을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 반응조를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 에이징조를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 에이징조 내부에서의 첨가제의 유동을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7의 교반부를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐윤활유를 이용한 친환경 수용성 윤활유의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 매체를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐윤활유를 이용한 수용성 윤활유의 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 전처리조를 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1의 2상분리기를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3의 단면도이다. 도 5a는 도 1의 여과부를 나타낸 도면이다. 도 5b는 도 5a의 전단부의 내면을 나타낸 도면이다. 도 6은 도 1의 반응조를 나타낸 도면이다. 도 7은 도 1의 에이징조를 나타낸 도면이다. 도 8은 도 7의 에이징조 내부에서의 첨가제의 유동을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 9는 도 7의 교반부를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예는 오염물인 입상물질 및 수분을 갖는 폐윤활유를 이용하여 수용성 윤활유를 제조하는 장치에 대한 것으로, 폐윤활유를 이용한 수용성 윤활유의 제조장치 (10)는 상기 폐윤활유를 저장하는 전처리조 (100); 상기 전처리조 (100)에서 이송받은 폐윤활유를 교반시켜 입상물질과 액상물질을 분리하는 2상분리기 (200); 상기 2상분리기 (200)에서 배출되는 액상물질이 통과하고 입상물질을 차단하는 시브가 구비되는 관형의 여과부 (300); 상기 여과부 (300)에서 전달받은 상기 액상물질에서 스크류교반기로 교반시켜 상기 수용성 폐윤활유 중의 오일을 응집시키는 반응조 (400); 상기 반응조 (400)로부터 응집된 오일을 이송받아 정체시켜 물과 오일을 분리하는 분리조 (500); 상기 분리조 (500)에서 분리된 하부의 물을 이송받으며, 알카리를 첨가받아 산도가 조정된 상태에서 이송된 물을 교반시켜 정화된 물로 생성하는 화학반응조 (600); 상기 분리조 (500)에서 분리된 상부의 오일을 저장하는 오일 저장조 (700); 상기 오일 저장조 (700)에 인접하게 구비되어 사용하지 않은 신규한 수용성 윤활유을 저장하는 오일 보충조 (800); 및 상기 오일 저장조 (700)에서 전달받은 오일과 상기 오일 보충조 (800)에서 전달받은 신규한 수용성 윤활유를 혼합하여 에이징시키는 에이징조 (900);를 포함한다.
상기 전처리조 (100)는 상기 폐윤활유가 구비되는 전처리탱크 (110)와 상기 전처리탱크 (110)의 외면에 구비되어 상기 전처리탱크 (110)로 열을 공급하여 상기 폐윤활유의 온도를 30℃ 내지 45℃로 유지시키는 히팅자켓 (120), 및 상기 전처리탱크 (110)의 내부로 질소가스를 주입하는 제1 질소가스탱크 (130)로 이루어질 수 있다. 상기 에이징조 (900)에서 상기 오일은 20중량% 내지 25중량%이고, 상기 신규한 수용성 윤활유는 75중량% 내지 80중량%일 수 있다.
상기 전처리조 (100)는 오염물인 입상물질 및 수분을 갖는 폐윤활유에서 상기 입상물질과 수분을 분리하기 전 상기 폐윤활유에서 상기 입상물질과 수분이 용이하게 분리될 수 있도록 하고, 상기 입상물질과 수분이 분리된 후의 오일이 재사용이 가능하도록 할 수 있다.
상기 전처리조 (100)는 전처리탱크 (110)를 통하여 상기 폐윤활유를 수납하고 1일 동안 상기 폐윤활유를 상기 전처리탱크 (100) 내에 유지시킬 수 있다. 상기 전처리탱크 (100) 중에 수납된 폐윤활유는 상기 제1 질소가스탱크 (130)로부터 주입되는 질소가스에 의하여 폐윤활유의 산화 및 변질을 방지하고, 상기 히팅자켓 (120)에 의하여 30℃ 내지 45℃로 유지되어 후속하는 상기 입상물질 및 수분의 분리가 용이하도록 할 수 있다. 상기 온도가 30℃ 미만이면 상기 폐윤활유 중 입자의 분리가 용이하지 않고, 45℃를 초과하면 상기 전처리조 (100) 내에서 폐윤활유 중 포함되는 오일이 일부 변질될 수 있다. 바람직하게는, 상기 온도는 40℃일 수 있다.
상기 전처리조 (100) 내에서 에이징된 폐윤활유는 제1 노즐 (101)을 통하여 2상분리기 (200)로 전달되어 상기 폐윤활유 중 포함된 입상물질을 수분보다 먼저 제거할 수 있다.
상기 2상분리기 (200)는 수직회전축 (R)을 중심으로 회전하도록 구비되어 오염물인 입상물질을 상기 폐윤활유 중에 분리하여 배출시키는 분리탱크 (270)와, 상기 수직회전축 (R)을 중심으로 회전하되 상기 분리탱크 (270)의 내부에서 상기 분리탱크 (270)와 다른 속도로 회전하는 스크류 컨베이어 (280)를 포함할 수 있다.
상기 분리탱크 (270)는 원통형인 상부부분 (270a), 및 원뿔형인 하부부분 (270b)으로 구비되고, 상기 상부부분 (270a)과 하부부분 (270b)은 상기 분리탱크 (270) 내에 구비되는 스크류 컨베이어 (280)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 상기 분리탱크 (270)의 상부부분 (270a)의 외면에는 상기 분리탱크 (270)의 상부부분 (270a)으로 이송받는 폐윤활유의 온도를 30℃ 내지 45℃로 유지시키도록 히터 (201)가 구비될 수 있다.
상기 히터 (201)는 분리탱크 (270)의 상부부분 (270a)에서 수납된 폐윤활유를 상기 전처리조 (100)에서의 온도와 유사하게 유지시킴으로써 상기 폐윤활유 중 입상물질의 분리가 보다 용이하도록 할 수 있다. 바람직하게는, 상기 온도를 40℃로 유지할 수 있다.
상기 상부부분 (270a)은 중공 회전자 샤프트 (290)의 형태로 축방향으로 위쪽으로 향하는 연장부를 포함하고, 이것은 분리탱크 (270)를 회전축 R 주위로 회전시키기 위한 구동 장치 (도시되지 않음)에 연결된다.
추가의 중공 샤프트 (210a)는 중공 회전자 샤프트 (290)의 내부를 통해 분리탱크 (270) 내로 연장된다. 이러한 중공 샤프트 (210a)는 스크류 (211)에 의해 스크류 컨베이어 (280)를 지지하며, 스크류 컨베이어 (280)와 구동 연결되고, 이후에 컨베이어 샤프트 (210a)라고 지칭된다. 스크류 컨베이어 (280)는 원통형 상부부분 (270a)의 내부에서 축방향으로 연장되는 원통형 상부 컨베이어 부분 (280a), 원뿔형 하부부분 (270b)의 내부에서 축방향으로 연장되는 원뿔형 하부 컨베이어 부분 (280b), 및 스크류 컨베이어 (280)의 상부 원통형 부분 (280a) 및 하부 원뿔형 부분 (280b)을 따라 나선형으로 연장되는 컨베이어 플라이트 (280c)를 포함한다. 물론, 스크류 컨베이어 (280)는 하나 초과의 컨베이어 플라이트 (280c), 예를 들어 두 개 또는 세 개의 컨베이어 플라이트를 가질 수 있고, 이들은 모두 분리탱크 (270)의 내부를 따라 나선형 방식으로 연장된다.
분리탱크 (270)에서 처리될 액체 혼합물을 위한 입구 파이프 (212)는 컨베이어 샤프트 (210a)를 통해 연장되고 스크류 컨베이어 (280) 내부의 중앙 슬리브 (213) 내로 이어진다. 중앙 슬리브 (213)는 액체 혼합물을 위한 입구 챔버 (214)를 경계짓고, 여기서 입구 챔버 (214)는 방사형으로 연장되는 분배 채널 (216)을 통해 분리 챔버 (215)와 연통한다.
분리 챔버 (215)는 입구 챔버 (214)를 둘러싸고 원뿔대형 분리 디스크 (217)의 스택을 포함하는 환형 공간이다. 상기 스택은 스크류 컨베이어 (280)의 원통형 부분 (280a)의 내부에 방사형으로 꼭 들어맞고 회전축 (R)과 동축으로 배열된다. 원뿔형 분리 디스크 (217)는 상부 원뿔대형 지지판 (218)과 하부 원뿔대형 지지판 (219) 사이에 함께 동축으로 놓여 있다. 상기 하부 지지판 (219)은 중앙 슬리브 (213)과 일체형으로 형성되어 있다. 분리 디스크 (217)는 분리 디스크 (217)의 스택을 통한 액체의 축방향 유동 및 분배를 위해 채널 (220)을 형성하는 구멍을 포함한다. 하부 지지판 (219)은 상응하는 구멍 (도시되지 않음)을 포함하고, 이로써 분배 채널 (216)은 분리 디스크 (217)의 스택 내에서의 액체의 축방향 유동을 위한 채널 (220)과 연통하게 된다. 상부 지지판 (218)은 분리 디스크 (217)의 스택 내의 방사형 내부 환형 공간 (222)과 액체 출구 챔버 (223)를 연결하는 다수의 구멍 (221)을 포함한다. 상기 액체는 예를 들어 오일일 수 있다. 정제된 오일을 배출시키기 위한, 소위 페어링 디스크(paring disc) (224)가 출구 챔버 (223) 내에 배치된다. 페어링 디스크 (224)는 고정되어 있고 입구 파이프 (212)에 견고하게 연결되며, 여기서 페어링 디스크 (224)는 입구 파이프 (212)를 둘러싸는 출구 파이프 내에서 연장되는 출구 채널 (225)과 연통한다.
스크류 컨베이어 (280)의 원통형 부분 (280a)은 분리 디스크 (217)의 스택을 방사형으로 둘러싸고, 여기서 원통형 부분 (280a)은 회전축 R 주위에 분포된 다수의 축방향으로 연장되는 개구 (226)를 포함한다. 분리된 입자가 분리탱크 (270)의 원통형 상부부분 (270a)의 내벽을 통과하여 침착되는 것을 허용하기 위해 축방향으로 연장되는 개구 (260)가 제공된다. 물론, 액체는 스크류 컨베이어 (280)의 원통형 부분 (280a) 내의 개구 (260)를 통과할 수도 있을 것이다.
분리탱크 (270)는 분리된 입자 및 분리조제 (고체)를 위한 고체 출구 (227)를 그의 하부 단부에 갖는다. 이러한 고체 출구 (227)와 관련하여, 분리탱크 (270)는 고체 출구 (227)를 빠져나가는 고체를 가로채서 수집하기 위한 용기 (도시되지 않음)에 의해 둘러싸여질 수 있다. 고체는 컨베이어 플라이트 (280c)에 의해 고체 출구 (227) 쪽으로 수송되고 고체 출구 밖으로 수송된다. 따라서, 작동 동안에, 스크류 컨베이어 (280)는 분리탱크 (270)와 차등 속도로 회전하도록 배열되고, 이로써 고체는 스크류 컨베이어 (280)의 컨베이어 플라이트 (280c)에 의해 배출된다. 분리탱크 (270)와 스크류 컨베이어 (280) 사이의 이러한 상이한 속도는, 예를 들어 배출된 고체에 대해 요구되는 건조 정도 및/또는 고체의 배출을 위해 스크류 컨베이어 (280)를 구동시키는데 필요한 토크의 양에 따라, 공지된 방식으로 일정하거나 변동될 수 있다. 고체를 배출시키기가 매우 어려운 경우에, 분리탱크 (270)는 심지어는 분리상보다 더 낮은 회전 속도의 고체 배출상을 포함하는 사이클로 작동될 수 있다. 이렇게, 분리탱크 (270)의 내부의 원심력이 보다 낮은 속도로 감소됨에 따라 고체는 더 쉽게 배출된다.
더욱이, 작동이 저지 (또는 중단)된 후에, 원심 분리기는 재시동 전에 세정될 필요가 있을 수 있다. 따라서, 분리 디스크 (217)의 스택 내부에 고체와 액체의 잔여 혼합물이 일부 존재할 수 있고, 이것은 분리 작업이 재개되기 전에 세정될 필요가 있다. 스크류 컨베이어 (280)를 분리 디스크 (217)의 스택과 함께 고정된 (그리고 비어 있는) 분리탱크 (270) 내에서 회전시킴으로써 이를 달성할 수 있다.
이렇게 하여, 잔여 혼합물은 스택으로부터 고정된 회전자의 내벽 내로 버려질 것이고, 여기서 이는 중력 및 회전하는 스크류 컨베이어 (280)에 의해 고체 출구 (227)로부터 쉽게 배출된다.
스크류 컨베이어 (280)는, 섬유-강화될 수 있는, 플라스틱 또는 나일론과 같은 중합체 물질로써 일체형으로 만들어진다. 원뿔형 부분 (280b)은, 밀봉되거나 주위로 개방될 수 있는, 중공 내부 또는 공동을 갖는다. 상기 공동은 비교적 낮은 밀도를 갖는 몇몇 물질, 예컨대 셀형 플라스틱 등으로써 채워질 수 있다. 더욱이, 분리탱크 (270)의 원뿔형 하부부분 (270b)은 스크류 컨베이어를 위한 지지 장치 (228)와 함께 배열된다.
스크류 컨베이어 (280)는 분리탱크 (270)와 상이한 속도로 회전하기 때문에, 도면에 도시되지 않은 내마모성 요소가 단단한 고체 케이크, 즉 입자와 액체 분리조제의 중질상에 접선 절단력을 제공하는 일종의 절단 삽입부로서 작용할 수 있다. 이러한 절단 효과는 단단한 연마 케이크를 느슨하게 하여 이것의 배출을 더 쉽게 할 뿐만 아니라 컨베이어 플라이트를 덜 해롭게 할 것이다. 일반적으로, 내마모성 요소는 컨베이어 플라이트보다 더 단단한 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 그러나, 분리탱크 (270)의 내벽 상에 단단한 고체 케이크를 남기는 액체 혼합물의 고속 분리에서는, 내마모성 요소는 또한 단단한 고체 케이크보다 더 단단한 물질로 만들어져야 한다. 상기 내마모성 요소는 임의의 적합한 내마모성 물질, 예컨대 산화물 또는 비-산화물 세라믹, 금속, 다이아몬드 또는 임의의 복합 물질 또는 그의 조합으로써 만들어질 수 있다.
바람직하게는, 스크류 컨베이어 (280)는 스테인리스스틸로 이루어지되, 표면은 내마모성 코팅, 예컨대 멜라민 수지로 코팅된 형태로 구비될 수 있다. 상기 2상분리기 (200)에서 입상물질이 분리된 액상물질인 오일은 제2-1 노즐 (201)을 통하여 여과부 (300)로 전달되고, 상기 입상물질은 상기 제2-1 노즐 (201)과 별도록 구비되는 제2-2 노즐 (202)를 통하여 배출될 수 있다.
상기 여과부 (300)는 상기 2상분리기 (200)에서 배출되는 액상물질이 통과하도록 내부가 빈 관형으로 구비되되 순차적으로 전단부 (310), 시브 (320) 및 후단부 (330)로 이루어질 수 있다. 상기 전단부 (310)와 후단부 (320)는 원뿔대형으로 이루어지고, 상기 시브 (320)는 스테인리스 스틸로 이루어진 망상형의 플레이트로 이루어질 수 있다.
상기 전단부 (310)의 입구와 후단부 (330)의 출구는 동일한 면적으로 이루어지되, 상기 시브 (320)는 상기 전단부 (310)의 입구 및 후단부 (330)의 출구의 면적에 대해서 30% 내지 50%로 이루어질 수 있다.
상기 시브 (320)의 면적이 30% 미만이면 시브 (320)에서의 속도 감소에 의하여 부하가 생길 수 있고, 50% 초과이면 상기 시브 (320)에서의 입상물질의 분리가 충분하게 수행되지 않을 수 있다.
상기 시브 (320)는 망상형태로 구비될 수 있으며, 상기 여과부 (300)를 통과하는 액상물질 중에 잔류한 이물질을 가로막아 분리시킬 수 있다. 상기 시브 (320)는 체눈의 크기가 60㎛ 내지 80㎛일 수 있으며, 스테인리스 스틸로 이루어지되 표면에 카본 코팅된 형태일 수 있다.
상기 시브 (320)에서 체눈의 크기가 60㎛ 미만이면 점도가 높은 오일의 형태인 액상물질의 통과 속도가 어려워 문제되고, 80㎛ 초과이면 잔류한 이물질을 분리하기 어렵다. 또한, 상기 시브 (320)의 표면에는 카본으로 코팅되어 있고, 상기 카본은 상기 시브 (320)의 내마모성을 향상시키면서 동시에 상기 액상물질 중 포함된 이물질을 흡착할 수 있다.
상기 전단부 (310)의 내면에는 상기 액상물질의 흐름을 가이드하고 상기 입상물질의 응집을 해체하도록 상기 전단부에서 상기 액상물질의 흐름을 따라 구비되는 복수개의 디포머 (311)가 구비될 수 있다. 상기 전단부 (310)에는 상기 시브 (320)와 인접한 부분에 상기 입상물질을 외부로 배출시키는 배출구 (302)가 구비될 수 있다.
상기 디포머 (311)는 칼날과 같이 구비되어 상기 전단부 (310)의 내면에서 액상물질의 흐름을 가이드함과 동시에 상기 전단부 (310)의 내면에서의 마찰력을 감소시키고 입상물질의 응집을 해체시킬 수 있다. 또한, 상기 여과부 (300)에는 배출구 (302)가 구비됨으로써, 상기 시브 (320)에 의하여 분리된 입상물질을 배출 시킬 수 있다. 상기 여과부 (300)를 통과한 액상물질은 제3 노즐 (301)을 통하여 반응조 (400)로 전달된다.
상기 반응조 (400)는 일방향으로 연장되는 원통형으로 상기 여과부 (400)에서 전달받은 액상물질이 유입되는 반응탱크 (410)과, 상기 반응탱크 (410) 내부에 구비되어 상기 액상물질을 45~55cm/s 속도로 회전하면서 상기 액상물질을 교반하는 스크류교반기 (420)로 이루어질 수 있다.
상기 스크류교반기 (420)는 상기 반응탱크 (410)의 일단에서 타단으로 연장되는 샤프트 (421)와 상기 샤프트 (421)에 연결되어 구비되는 헬리컬블레이드 (422)로 이루어진다.
상기 반응탱크 (410)의 내부에서 상부 및 하부에는 각각 상기 헬리컬블레이드 (422) 사이에 구비되도록 연장되는 복수개의 가열리브 (411)가 구비되며, 상기 가열리브 (411)의 내부에는 상기 반응탱크 (410)의 내부로 열을 공급하도록 열선 (412)이 구비될 수 있다.
상기 반응조 (400) 내에서는 상기 폐윤활유 중 입상물질이 분리되고 나머지 수분을 포함하는 액상물질에서 물을 분리할 수 있다. 상기 반응조 (400)에서는 소정의 유속으로 한방향으로 교반함으로써, 상기 액상물질 중 오을을 응집시킬 수 있다. 상기 반응조 (400)에서의 상기 소정의 유속은 45~55cm/s으로 한 방향으로 교반하는 것이 바람직하다. 교반 속도가 45cm/s 이하인 경우, 15μ 이하의 오일 방울은 물에 남게 된다. 또한, 교반 속도가 55 cm/s 초과인 경우, 응집화 과정을 방해하여 응집된 오일방울(Oil Seed)의 크기가 5mm이상 커지지 않는다.
상기 반응조 (400) 내부에는 상기 액상물질에 열을 전달하는 가열리브 (411)가 구비될 수 있다. 상기 반응탱크 (410)에서 회전하는 스크류교반기 (420)의 회전에 의하여 상기 헬리컬블레이드 (422)와 접촉하는 액상물질은 마찰에 의한 열에 의하여 일부 온도가 상승한다. 반면, 상기 헬리컬블레이드 (422)와 접촉하지 않는 부분은 마찰에 의한 영향을 받지 않아 온도가 불균일해져 이에 의하여 오일방울의 응집이 영역별로 차이가 발생할 수 있다. 반면, 본 실시예에 따른 반응조 (400)에는 상기 헐리컬블레이드 (422) 사이 가열리브 (411)가 구비되고, 상기 가열리브 (411)의 내부에 구비되는 열선 (412)에 의하여 상기 액상물질로 미열을 공급함으로써, 상기 헐리컬블레이드 (422)와 접촉하는 부분과 그 외의 부분이 온도가 차이가 나지 않도록 제어할 수 있다.
상기 반응탱크 (410)에서 상기 여과부 (300)를 통하여 전달받은 액상물질은 제3 노즐 (301)을 통하여 유입되고, 상기 반응탱크 (410)에서 응집된 오일방울을 포함하는 액상물질은 제4 노즐 (401)을 통하여 유출될 수 있다. 상기 제3 노즐 (301)은 상기 반응탱크 (410)의 일측 하단에 인접하게 구비되고, 상기 제4 노즐 (401)은 상기 방응탱크 (410)의 타측 상단에 인접하게 구비될 수 있다. 상기 제3 노즐 (301)과 제4 노즐 (401)의 위상 차이에 의하여 후속하는 분리조 (500) 내에서의 오일과 물의 분리가 보다 용이하게 수행되도록 할 수 있다.
상기 분리조 (500)에서는 상기 반응조 (400)의 제4 노즐 (410)을 통하여 전달받은 옹일방울이 응집된 액상물질을 정체시켜 물과 오일을 분리할 수 있다. 상기 분리조 (500) 내부의 온도는 30℃를 유지하도록 구비되고, 상기 분리조 (500)에서 20시간 동안 유지시킴으로써, 상기 물과 오일을 효과적으로 분리할 수 있다.
별법으로, 상기 분리조 (500)에서 분리된 오일이나 에멀젼 상태의 오일(아직 응집화단계에 있는 오일)은 다시 상기 반응조 (400)에 공급되어 응집화를 빠르게 진행시킨다. 상기 반응조 (400)에 공급되는 상기 분리된 오일이나 응집상태의 오일은 상기 반응탱크 (410) 내에 구비되는 액상물질의 부피에 대해 32~35%로 첨가할 수 있다.
상기 반응조 (400)로 재 공급되는 분리된 오일은 상기 반응조 (400) 내에서 오일방울의 시드 (seed)로 작용할 수 있는데, 상기 부피비가 전술한 범위로 첨가되어야 상기 오일방울이 소정의 크기로 형성되어 균일한 크기로 오일이 효율적으로 응집될 수 있다.
상기 분리조 (500)에서 분리된 하부의 물은 제5-1 노즐 (501)을 통하여 화학반응조 (600)로 전달되고, 분리된 오일은 제5-2 노즐 (502)를 통하여 오일 저장조 (700)로 전달될 수 있다.
상기 화학반응조 (600)에서는 상기 분리조 (500)의 제5-1 노즐 (501)을 통하여 전달받은 물 중에 알칼리를 첨가하고 산도를 조정 및 교반함으로써 정화된 물을 생성할 수 있다. 상기 화학반응조 (600)는 상온에서 상기 물의 산도를 pH 6.8 내지 7.3로 제어할 수 있다.
상기 오일 저장조 (700)는 상기 오일을 저장하는 저장탱크 (710)와, 상기 저장탱크 (710)의 외면에 구비되어 상기 오일에 열을 가하는 제1 히팅자켓 (720)으로 이루어질 수 있다. 상기 오일 보충조 (800)는 상기 신규한 수용성 윤활유을 저장하는 보충탱크 (810)와, 상기 보충탱크 (810)의 외면에 구비되어 상기 신규한 수용성 윤활유에 열을 가하는 제2 히팅자켓 (820)으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 히팅자켓 (820)의 온도는 상기 제1 히팅자켓 (720)의 온도보다 높게 구비될 수 있다. 상기 오일 저장조 (700)에서의 오일의 온도는 70℃ 내지 80℃이고, 상기 오일 보충조 (800)에서의 신규한 수용성 윤활유의 온도는 82℃ 내지 85℃일 수 있다. 상기 오일 보충조 (800)에 구비되는 신규한 수용성 윤활유의 온도를 보다 높게 유지시킴으로써 상기 오일 저장조 (700)의 재활용하는 오일과의 관계에서 추후 혼합하여 형성된 오일의 품질을 보다 향상되도록 할 수 있다.
상기 오일 저장조 (700)의 오일은 제7 노즐 (701)을 통하여 에이징조 (900)로 전달되고, 상기 오일 보층조 (800)의 신규한 수용성 윤활유는 제8 노즐 (801)을 통하여 에이징조 (900)로 전달된다.
상기 에이징조 (900) 내부에는 상기 오일 및 신규한 수용성 윤활유를 혼합하도록 구비되는 교반부 (910)가 구비되고 상기 에이징조 (900)의 바닥면에는 상기 에이징조 (900) 내부로 열을 공급하는 바텀히터 (940)가 구비될 수 있다. 상기 에이징조 (900)의 상부와 연결되어 상기 에이징조 (900) 내부로 첨가제를 전달하는 첨가제호퍼 (920) 및 상기 에이징조 (900) 내부로 질소가스를 투입하는 제2 질소가스탱크 (930)가 더 포함될 수 있다.
상기 교반부 (910)는 상기 에이징조 (900) 상부에서 일단 (910a)이 상기 첨가제호퍼 (920)와 연결되어 내부가 비어있는 관형태로 회전하는 샤프트 (911)와 상기 샤프트의 타단 (910b)에서 연결되는 복수개의 임팰러 (912)로 구비된다. 상기 샤프트 (911)의 일단 (910a) 및 타단 (910a)은 개구되되 상기 샤프트의 일단 (910a)으로 상기 첨가제호퍼 (920) 내에 구비되는 첨가제가 유입되어 상기 샤프트의 타단 (910b)으로 상기 첨가제가 상기 에이징조 (900) 내부로 투입된다.
상기 첨가제는 상기 샤프트 (911)의 내부를 통하여 유입되어 회전하는 샤프트 (911)에 의하여 상기 에이징조 (900)의 내부에서 전체적으로 균일하게 투입될 수 있다. 또한, 상기 에이징조 (900)의 하부측에서는 질소가스가 유입됨으로써 상기 첨가제와 상기 오일 및 신규한 수용성 윤활제의 혼합이 보다 균일하도록 할 수 있다.
상기 첨가제호퍼 (920) 내에서는 수용성 윤활제의 첨가제, 예컨대 광택제, 녹방지제, 유화제 등이 구비될 수 있으며, 상기 수용성 윤활제의 부가적인 성능을 향상시키기 위한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 첨가제호퍼 (920)와 상기 샤프트 (911)가 연결되는 부분에는 상기 첨가제의 유입을 제어하도록 밸브 (921)가 구비되고, 상기 첨가제호퍼 (920) 내에서 상기 첨가제의 양을 측정하는 센서 (922)가 구비되며, 상기 센서 (922)와 상기 밸브 (921)는 제어부 (1000)와 연결될 수 있다.
상기 제어부 (1000)는 상기 센서 (922)에 의하여 측정된 첨가제의 양에 의하여 상기 밸브 (921)의 온/오프를 제어하여 상기 에이징조 (900)로 전달되는 첨가제의 양을 제어할 수 있다.
상기 에이징조 (900)에서 상기 오일은 20중량% 내지 25중량%이고, 상기 신규한 수용성 윤활유는 75중량% 내지 80중량%일 수 있다. 상기 에이징조 (900)에서는 최종 수용성 윤활유가 제조되는데, 상기 폐윤활유를 정제하여 제조된 오일과 신규한 수용성 윤활유의 함량비가 전술한 범위로 포함되어야, 제조된 최종 수용성 윤활유가 상기 신규한 수용성 윤활유에 대응되는 특성을 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐윤활유를 이용한 친환경 수용성 윤활유의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 오염물인 입상물질 및 수분을 갖는 폐윤활유를 이용하여 수용성 윤활유를 제조하는 방법에 있어서, 상기 폐윤활유를 전처리조에서 저장하여 전처리하는 전처리단계 (S100); 상기 전처리조에서 폐윤활유를 2상분리기로 이송받고, 상기 2상분리기에서 교반시켜 입상물질과 액상물질을 분리하는 2상분리단계 (S200); 상기 2상분리기에서 배출되는 액상물질이 통과하고 입상물질을 차단하는 시브가 구비되는 관형의 여과부를 통과시키는 여과단계 (S300); 상기 여과부에서 상기 액상물질을 반응조로 전달받고, 상기 반응조에서 스크류교반기로 교반시켜 상기 수용성 폐윤활유 중의 오일을 응집시키는 반응단계 (S400); 상기 반응조로부터 응집된 오일을 분리조로 이송받아 정체시켜 물과 오일을 분리하는 분리단계 (S500); 상기 분리조에서 분리된 하부의 물을 화학반응조로 이송받으며, 상기 화학반응조 내에서 알카리를 첨가받아 상온에서 상기 물이 pH 6.8 내지 7.3로 산도가 조정된 상태에서 이송된 물을 교반시켜 정화된 물로 생성하는 화학반응단계 (S600); 상기 분리조에서 분리된 상부의 오일을 오일 저장조에서 저장하는 오일 저장단계 (S700); 상기 오일 저장조에 인접하게 구비되어 사용하지 않은 신규한 수용성 윤활유을 오일 보충조에서 저장하는 오일 보충단계 (S800); 및 상기 오일 저장조에서 전달받은 오일과 상기 오일 보충조에서 전달받은 신규한 수용성 윤활유를 에이징조에서 혼합하여 에이징시키는 에이징단계 (S900);를 포함한다.
상기 전처리단계 (S100)에서 상기 전처리조는 상기 폐윤활유가 구비되는 전처리탱크와 상기 전처리탱크의 외면에 구비되어 상기 전처리탱크로 열을 공급하여 상기 폐윤활유의 온도를 30℃ 내지 45℃로 유지시키는 히팅자켓 및 상기 전처리탱크의 내부로 질소가스를 주입하는 제1 질소가스탱크로 이루어질 수 있다.
상기 전처리조는 전처리탱크를 통하여 상기 폐윤활유를 수납하고 1일 동안 상기 폐윤활유를 상기 전처리탱크 내에 유지시킬 수 있다. 상기 전처리탱크 중에 수납된 폐윤활유는 상기 제1 질소가스탱크로부터 주입되는 질소가스에 의하여 폐윤활유의 산화 및 변질을 방지하고, 상기 히팅자켓에 의하여 30℃ 내지 45℃로 유지되어 후속하는 상기 입상물질 및 수분의 분리가 용이하도록 할 수 있다. 상기 온도가 30℃ 미만이면 상기 폐윤활유 중 입자의 분리가 용이하지 않고, 45℃를 초과하면 상기 전처리조 내에서 폐윤활유 중 포함되는 오일이 일부 변질될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전처리단계 (S100)에서 상기 폐윤활유는 상기 전처리탱크 내에 수납되어 40℃의 온도로 1일 동안 에이징될 수 있다. 상기 폐윤활유는 후속하는 오염물인 입상물질 및 물을 정제하는 과정을 거칠 수 있는데, 상기 전처리단계 (S100)에서 상기 폐윤활유를 상기 온도에서 에이징시킴으로써 입상물질과 물의 분리가 보다 효율적으로 수행되도록 할 수 있다.
상기 2상분리단계 (S200)에서, 상기 2상분리기는 수직회전축을 중심으로 회전하도록 구비되어 오염물인 입상물질을 상기 폐윤활유 중에 분리하여 배출시키는 분리탱크와, 상기 수직회전축을 중심으로 회전하되 상기 분리탱크의 내부에서 상기 분리탱크와 다른 속도로 회전하는 스크류 컨베이어를 포함한다.
상기 분리탱크는 원통형인 상부부분 및 원뿔형인 하부부분으로 구비되고, 상기 상부부분과 하부부분은 상기 분리탱크 내에 구비되는 스크류 컨베이어에 의하여 서로 연결될 수 있다. 상기 분리탱크의 상부부분의 외면에는 상기 분리탱크의 상부부분으로 이송받는 폐윤활유의 온도를 30℃ 내지 45℃로 유지시키도록 히터가 구비될 수 있다.
상기 히터는 분리탱크의 상부부분에서 수납된 폐윤활유를 상기 전처리조에서의 온도와 유사하게 유지시킴으로써 상기 폐윤활유 중 입상물질의 분리가 보다 용이하도록 할 수 있다. 바람직하게는, 상기 온도를 40℃로 유지할 수 있다.
상기 여과단계 (S300)에서, 상기 여과부는 상기 2상분리기에서 배출되는 액상물질이 통과하도록 내부가 빈 관형으로 구비되되 순차적으로 전단부, 시브 및 후단부로 이루어진다. 상기 전단부와 후단부는 원뿔대형으로 이루어지고, 상기 시브는 스테인리스 스틸로 이루어진 망상형의 플레이트로 이루어지며, 상기 전단부의 입구와 후단부의 출구는 동일한 면적으로 이루어지되, 상기 시브는 상기 전단부의 입구 및 후단부의 출구의 면적에 대해서 30% 내지 50%로 이루어질 수 있다.
상기 전단부의 내면에는 상기 액상물질의 흐름을 가이드하고 상기 입상물질의 응집을 해체하도록 상기 전단부에서 상기 액상물질의 흐름을 따라 구비되는 복수개의 디포머가 구비되고, 상기 전단부에는 상기 시브와 인접한 부분에 상기 입상물질을 외부로 배출시키는 배출구가 구비될 수 있다.
상기 반응단계 (S400)에서, 상기 반응조는 일방향으로 연장되는 원통형으로 상기 여과부에서 전달받은 액상물질이 유입되는 반응탱크와, 상기 반응탱크 내부에 구비되어 상기 액상물질을 45~55cm/s 속도로 회전하면서 상기 액상물질을 교반하는 스크류교반기로 이루어질 수 있다.
상기 스크류교반기는 상기 반응탱크의 일단에서 타단으로 연장되는 샤프트와 상기 샤프트에 연결되어 구비되는 헬리컬블레이드로 이루어질 수 있따. 상기 반응탱크의 내부에서 상부 및 하부에는 각각 상기 헬리컬블레이드 사이에 구비되도록 연장되는 복수개의 가열리브가 구비되며, 상기 가열리브의 내부에는 상기 반응탱크의 내부로 열을 공급하도록 열선이 구비될 수 있다.
상기 반응조에서의 상기 소정의 유속은 45~55cm/s으로 한 방향으로 교반하는 것이 바람직하다. 교반 속도가 45cm/s 이하인 경우, 15μ 이하의 오일 방울은 물에 남게 된다. 또한, 교반 속도가 55 cm/s 초과인 경우, 응집화 과정을 방해하여 응집된 오일방울(Oil Seed)의 크기가 5mm이상 커지지 않는다.
상기 분리조에서는 상기 반응조의 제4 노즐을 통하여 전달받은 옹일방울이 응집된 액상물질을 정체시켜 물과 오일을 분리할 수 있다. 상기 분리조 내부의 온도는 30℃를 유지하도록 구비되고, 상기 분리조에서 20시간 동안 유지시킴으로써, 상기 물과 오일을 효과적으로 분리할 수 있다.
상기 분리단계에서, 상기 분리조에서 분리된 오일을 상기 반응조로 재공급시켜 상기 반응단계에서 액상물질 중 오일방울의 응집화 속도를 증가시킬 수 있는데, 상기 재공급하는 분리된 오일은 상기 반응탱크 내에 구비되는 액상물질의 부피에 대해서 32~35%일 수 있다.
별법으로, 상기 분리단계 (S500)에서, 상기 전처리조에서 이송받은 액상물질은 회전하는 상기 분리탱크의 상부로 투입되되 자성나노입자와 함께 투입되고, 상기 분리탱크 내에서 발생하는 원심력에 의하여 상기 입상물질과 상기 자성나노입자는 오일인 액상물질에서 분리될 수 있다.
상기 액상물질은 상기 여과부로 전달되고, 상기 입상물질과 자성나노입자는 상기 액상물질과는 별도의 출구를 통하여 배출되고, 상기 자성나노입자는 상기 액상물질에 불용성의 물질로 상기 입상물질과 표면화학결합을 통하여 상기 입자와 결합하도록 표면에 암모늄기를 포함하는 리간드가 결합될 수 있다.
상기 자성나노입자는 표면에 이온기를 갖는 암모늄기를 리간드로 포함하고 있고, 자성을 가지고 있어 상기 반응단계 (S400)에서 오일방울의 응집시 시드 (seed)로 작용하여 응집이 보다 효율적으로 수행되도록 할 수 있다.
상기 분리단계 (S500)에서는 응집된 오일방울 중 포함된 자성나노입자를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 자성나노입자는 자성을 띄고 있어 상기 오일방울을 자성을 부여하는 장치 내에 통과시킴으로써 상기 오일방울과 자성나노입자를 분리시킬 수 있다.
상기 오일 저장단계 (S700)에서의 오일의 온도는 70℃ 내지 80℃이고, 상기 오일 보충단계 (S800)에서의 신규한 수용성 윤활제의 온도는 82℃ 내지 85℃일 수 있다. 상기 오일 보충단계 (S800)에서의 신규한 수용성 윤활제의 온도를 재생된 오일보다 높은 온도로 유지함으로써 에이징단계 (S900)에서 혼합하는 과정에서 상기 신규한 수용성 윤활제의 상대적으로 높은 온도에 의하여 재생된 오일의 물성이 보다 향상되도록 할 수 있다.
상기 에이징단계 (S900)에서 상기 에이징조에서 상기 오일은 20중량% 내지 25중량%이고, 상기 신규한 수용성 윤활유는 75중량% 내지 80중량%일 수 있다.
상기 에이징단계 (S900)에서, 상기 에이징조 내부에는 상기 오일 및 신규한 수용성 윤활유를 혼합하도록 구비되는 교반부가 구비되고 상기 에이징조의 바닥면에는 상기 에이징조 내부로 열을 공급하는 바텀히터가 구비된다. 상기 에이징조의 상부와 연결되어 상기 에이징조 내부로 첨가제를 전달하는 첨가제호퍼 및 상기 에이징조 내부로 질소가스를 투입하는 제2 질소가스탱크가 더 포함될 수 있다.
상기 교반부는 상기 에이징조 상부에서 일단이 상기 첨가제호퍼와 연결되어 내부가 비어있는 관형태로 회전하는 샤프트와 상기 샤프트의 타단에서 연결되는 복수개의 임팰러로 구비된다. 상기 샤프트의 일단 및 타단은 개구되되 상기 샤프트의 일단으로 상기 첨가제호퍼 내에 구비되는 첨가제가 유입되어 상기 샤프트의 타단으로 상기 첨가제가 상기 에이징조 내부로 투입될 수 있다.
상기 첨가제호퍼와 상기 샤프트가 연결되는 부분에는 상기 첨가제의 유입을 제어하도록 밸브가 구비되고, 상기 첨가제호퍼 내에서 상기 첨가제의 양을 측정하는 센서가 구비되며, 상기 센서와 상기 밸브는 제어부와 연결될 수 있다.
상기 제어부는 상기 센서에 의하여 측정된 첨가제의 양에 의하여 상기 밸브의 온/오프를 제어하여 상기 에이징조로 전달되는 첨가제의 양을 제어할 수 있다.
상기 오일 저장조는 상기 오일을 저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크의 외면에 구비되어 상기 오일에 열을 가하는 제1 히팅자켓으로 이루어지고, 상기 오일 보충조는 상기 신규한 수용성 윤활유을 저장하는 보충탱크와, 상기 보충탱크의 외면에 구비되어 상기 신규한 수용성 윤활유에 열을 가하는 제2 히팅자켓으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 제2 히팅자켓의 온도는 상기 제1 히팅자켓의 온도보다 높게 구비될 수 있다. 바람직하게는, 상기 오일 저장단계에서의 오일의 온도는 70℃ 내지 80℃이고, 상기 오일 보충단계에서의 오일의 온도는 82℃ 내지 85℃일 수 있다.
상기 오일 저장단계에서의 오일은 폐윤활유를 이용한 재생된 오일로, 상기 오일 보충단계에서는 신규한 수용성 윤활유를 이용할 수 있는데, 상기 신규한 수용성 윤활유를 상기 재생된 오일보다 높은 온도로 유지함으로써, 최종적으로 제조된 윤활유의 품질이 상기 신규한 수용성 윤활유에 의하여 보다 향상되도록 할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 수용성 윤활유의 제조장치
100 : 전처리조
200 : 2상분리기
300 : 여과부
400 : 반응조
500 : 분리조
600 : 화학반응조
700 : 오일 저장조
800 : 오일 보충조
900 : 에이징조
100 : 전처리조
200 : 2상분리기
300 : 여과부
400 : 반응조
500 : 분리조
600 : 화학반응조
700 : 오일 저장조
800 : 오일 보충조
900 : 에이징조
Claims (8)
- 오염물인 입상물질 및 수분을 갖는 폐윤활유를 이용하여 수용성 윤활유를 제조하는 장치에 있어서,
상기 폐윤활유를 저장하는 전처리조;
상기 전처리조에서 이송받은 폐윤활유를 교반시켜 입상물질과 액상물질을 분리하는 2상분리기;
상기 2상분리기에서 배출되는 액상물질이 통과하고 입상물질을 차단하는 시브가 구비되는 관형의 여과부;
상기 여과부에서 전달받은 상기 액상물질에서 스크류교반기로 교반시켜 상기 수용성 폐윤활유 중의 오일을 응집시키는 반응조;
상기 반응조로부터 응집된 오일을 이송받아 정체시켜 물과 오일을 분리하는 분리조;
상기 분리조에서 분리된 하부의 물을 이송받으며, 알카리를 첨가받아 산도가 조정된 상태에서 이송된 물을 교반시켜 정화된 물로 생성하는 화학반응조;
상기 분리조에서 분리된 상부의 오일을 저장하는 오일 저장조;
상기 오일 저장조에 인접하게 구비되어 사용하지 않은 신규한 수용성 윤활유을 저장하는 오일 보충조; 및
상기 오일 저장조에서 전달받은 오일과 상기 오일 보충조에서 전달받은 신규한 수용성 윤활유를 혼합하여 에이징시키는 에이징조;를 포함하고,
상기 전처리조는 상기 폐윤활유가 구비되는 전처리탱크와 상기 전처리탱크의 외면에 구비되어 상기 전처리탱크로 열을 공급하여 상기 폐윤활유의 온도를 30℃ 내지 45℃로 유지시키는 히팅자켓, 및 상기 전처리탱크의 내부로 질소가스를 주입하는 제1 질소가스탱크로 이루어지고,
상기 에이징조에서 상기 오일은 20중량% 내지 25중량%이고, 상기 신규한 수용성 윤활유는 75중량% 내지 80중량%인 물성이 향상된 수용성 윤활유의 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 2상분리기는 수직회전축을 중심으로 회전하도록 구비되어 오염물인 입상물질을 상기 폐윤활유 중에 분리하여 배출시키는 분리탱크와, 상기 수직회전축을 중심으로 회전하되 상기 분리탱크의 내부에서 상기 분리탱크와 다른 속도로 회전하는 스크류 컨베이어를 포함하고,
상기 분리탱크는 원통형인 상부부분 및 원뿔형인 하부부분으로 구비되고, 상기 상부부분과 하부부분은 상기 분리탱크 내에 구비되는 스크류 컨베이어에 의하여 서로 연결되며,
상기 분리탱크의 상부부분의 외면에는 상기 분리탱크의 상부부분으로 이송받는 폐윤활유의 온도를 30℃ 내지 45℃로 유지시키도록 히터가 구비되며,
상기 스크류 컨베이어는 스테인리스스틸로 이루어지되, 상기 스테인리스스틸의 표면은 내마모성 코팅인 멜라민 수지로 코팅된 형태인 물성이 향상된 수용성 윤활유의 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 여과부는 상기 2상분리기에서 배출되는 액상물질이 통과하도록 내부가 빈 관형으로 구비되되 순차적으로 전단부, 시브 및 후단부로 이루어지고,
상기 전단부와 후단부는 원뿔대형으로 이루어지고, 상기 시브는 스테인리스 스틸로 이루어진 망상형의 플레이트로 이루어지되, 체눈의 크기가 60㎛ 내지 80㎛일 수 있으며, 상기 스테인리스 스틸의 표면에 카본 코팅된 형태이며,
상기 전단부의 입구와 후단부의 출구는 동일한 면적으로 이루어지되, 상기 시브는 상기 전단부의 입구 및 후단부의 출구의 면적에 대해서 30% 내지 50%로 이루어지는 물성이 향상된 수용성 윤활유의 제조장치. - 제3항에 있어서,
상기 전단부의 내면에는 상기 액상물질의 흐름을 가이드하고 상기 입상물질의 응집을 해체하도록 상기 전단부에서 상기 액상물질의 흐름을 따라 구비되는 복수개의 디포머가 구비되고,
상기 전단부에는 상기 시브와 인접한 부분에 상기 입상물질을 외부로 배출시키는 배출구가 구비되는 물성이 향상된 수용성 윤활유의 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 반응조는 일방향으로 연장되는 원통형으로 상기 여과부에서 전달받은 액상물질이 유입되는 반응탱크와, 상기 반응탱크 내부에 구비되어 상기 액상물질을 45~55cm/s 속도로 회전하면서 상기 액상물질을 교반하는 스크류교반기로 이루어지고,
상기 스크류교반기는 상기 반응탱크의 일단에서 타단으로 연장되는 샤프트와 상기 샤프트에 연결되어 구비되는 헬리컬블레이드로 이루어지고,
상기 반응탱크의 내부에서 상부 및 하부에는 각각 상기 헬리컬블레이드 사이에 구비되도록 연장되는 복수개의 가열리브가 구비되며, 상기 가열리브의 내부에는 상기 반응탱크의 내부로 열을 공급하도록 열선이 구비되며,
상기 반응탱크에서 상기 여과부를 통하여 전달받은 액상물질은 제3 노즐을 통하여 유입되고, 상기 반응탱크에서 응집된 오일방울을 포함하는 액상물질은 제4 노즐을 통하여 유출되되, 상기 제3 노즐은 상기 반응탱크의 일측 하단에 인접하게 구비되고, 상기 제4 노즐은 상기 반응탱크의 타측 상단에 인접하게 구비되는 물성이 향상된 수용성 윤활유의 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 에이징조 내부에는 상기 오일 및 신규한 수용성 윤활유를 혼합하도록 구비되는 교반부가 구비되고 상기 에이징조의 바닥면에는 상기 에이징조 내부로 열을 공급하는 바텀히터가 구비되며,
상기 에이징조의 상부와 연결되어 상기 에이징조 내부로 첨가제를 전달하는 첨가제호퍼 및 상기 에이징조 내부로 질소가스를 투입하는 제2 질소가스탱크가 더 포함되고,
상기 교반부는 상기 에이징조 상부에서 일단이 상기 첨가제호퍼와 연결되어 내부가 비어있는 관형태로 회전하는 샤프트와 상기 샤프트의 타단에서 연결되는 복수개의 임팰러로 구비되고,
상기 샤프트의 일단 및 타단은 개구되되 상기 샤프트의 일단으로 상기 첨가제호퍼 내에 구비되는 첨가제가 유입되어 상기 샤프트의 타단으로 상기 첨가제가 상기 에이징조 내부로 투입되는 물성이 향상된 수용성 윤활유의 제조장치. - 제6항에 있어서,
상기 첨가제호퍼와 상기 샤프트가 연결되는 부분에는 상기 첨가제의 유입을 제어하도록 밸브가 구비되고, 상기 첨가제호퍼 내에서 상기 첨가제의 양을 측정하는 센서가 구비되며, 상기 센서와 상기 밸브는 제어부와 연결되고,
상기 제어부는 상기 센서에 의하여 측정된 첨가제의 양에 의하여 상기 밸브의 온/오프를 제어하여 상기 에이징조로 전달되는 첨가제의 양을 제어하는 물성이 향상된 수용성 윤활유의 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 오일 저장조는 상기 오일을 저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크의 외면에 구비되어 상기 오일에 열을 가하는 제1 히팅자켓으로 이루어지고,
상기 오일 보충조는 상기 신규한 수용성 윤활유을 저장하는 보충탱크와, 상기 보충탱크의 외면에 구비되어 상기 신규한 수용성 윤활유에 열을 가하는 제2 히팅자켓으로 이루어지며,
상기 제2 히팅자켓의 온도는 상기 제1 히팅자켓의 온도보다 높게 구비되는 물성이 향상된 수용성 윤활유의 제조장치.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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