KR102312679B1

KR102312679B1 - 원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템

Info

Publication number: KR102312679B1
Application number: KR1020210023987A
Authority: KR
Inventors: 김강륜; 김종오; 송영화; 최형봉
Original assignee: 김강륜
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2021-10-14

Abstract

본 발명은 원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템으로, 폐기물원료를 열분해하는 과정에서 유입되는 공기를 차단하기 위한 열분해로를 통해 최적의 열분해를 진행하고, 열분해 과정에서 발생되는 염소가스를 효과적으로 탈염하기 위한 장치를 구비하며, 열원 주위를 회전하는 궤도 형태의 이송장치를 통해 폐기물원료에 가열 면적을 증대시키며 최적의 열분해 온도를 유지하기 위한 원적외선 장치를 구비하여 열분해 과정을 통해 생성되는 오일 및 가스의 품질과 수율을 증대할 수 있는 발명이다.

Description

원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템{THERMAL DECOMPOSITION SYSTEM OF WASTE MATERIALS USING FAR-INFRARED RAYS}

최근 신재생에너지로 바이오매스 연료가 각광받고 있다. 바이오매스의 에너지 전환기술에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이와 관련된 기술개발이 진행되고 있다.

이러한 바이오매스 연료를 생산하기 위한 에너지 전환기술로 열분해가 사용된다.

열분해란, 외부에서 열을 가하여 분자를 활성화시켰을 때, 약한 결합이 끊어져서 두 가지 이상의 성질이 다른 새로운 물질을 만드는 반응을 말한다.

전술한 열분해를 통해 오일 및 가스를 생산하며, 열분해 오일은 석유연료나 석유화학제품의 원료가 되는 원유와 같이 화학제품의 원료물질이 될 수 있으며 고체 원료에 비해 에너지 밀도가 높아 운반 및 저장 비용이 적게 소모되며, 액체상이기 때문에 취급이 용이하며 난방용, 발전용 연로로 이용가치가 높은 장점이 있다.

한편, 열분해는 무산소 및 저산소 분위기 상에서 반응하여 반응물에는 산소 함유량이 미량 존재하게 된다.

이는 오일의 화학적 불안정성과 낮은 발열량을 유발하게 되며, 바이오매스가 오일과 가스로 분리되면서 염소 성분이 토출되어 환경오염 및 작업 환경을 저해하는 문제가 발생된다.

또한, 서로 다른 물질 및 부피가 다른 물질들이 혼합되면서 각 물질의 물성에 따른 최적의 열분해 온도가 다르기 때문에 열분해 과정에서 코킹(coking) 또는 왁스(wax)가 생성되는 문제가 발생되고 있으며 이에 열분해로 추출하는 오일 및 가스의 품질 및 생산수율이 저하되는 문제점이 발생되고 있다.

한편, 고분자 폐기물 원료의 열분해를 위한 열분해로 종류로는 고정상 방식, 유동상 방식 및 부유상태 방식이 있다.

고정상 방식은 상부로부터 분쇄되었거나 또는 파쇄되지 않은 폐기물이 주입되어 건조된 후 열분해되는 방식이다.

부유상태 방식은 투입된 폐기물의 종류와 상관없이 열분해 시키는 장점이 있으며, 단점으로는 투입되는 폐기물의 부피가 작아야하며 다량을 수용할 수 없다.

유동상 방식은 유동사와 가스가 폐기물과 직접접축에 의해 전열되어 높은 연전달율 및 전열면적을 지닌다. 그러나 열손실이 크며 운전이 까다로운 단점이 있다.

전술한 열분해 방식들은 열분해 방식의 생산 수율의 한계가 명확하다.

또한, 이러한 생산 수율의 한계는 생산 인력 증대 및 생상 비용 증대의 문제를 지닌다. 즉, 폐기물원료를 처리함에 있어서 비용이 증대된다.

따라서, 전술한 생산 수율의 문제를 해결할 수 있는 열분해 시스템이 필요한 실정이다.

KR 10-0306573 B1

본 발명의 폐기물 원료를 열분해하는 과정에서 열분해를 통해 생성되는 오일과 가스의 품질과 수율을 증대하는 것에 목적이 있다.

본 발명에 따른 원적외선을 활용한 폐기물 열분해 시스템은 폐기물원료를 수용하여 이송하면서 1차 열분해하는 1차 반응부; 상기 1차 반응부에서 1차 열분해된 상기 폐기물원료를 수용받아 이송하면서 2차 열분해하는 2차 반응부; 및 상기 열분해로의 내부에 원적외선을 조사하는 복수 개의 원적외선부;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 1차 반응부는 상기 열분해로 내부에서 상기 2차 반응부의 상측으로 이격되어 위치한다.

본 발명에 따르면, 상기 열분해로는 상하 적층되어 다단 배치되고, 상측 상기 열분해로는 상기 1차 반응부가 위치하되, 하측 상기 열분해로에는 상기 2차 반응부가 위치한다.

본 발명에 따르면, 상기 2차 반응부는, 복사열을 방출하는 열원부; 및 상기 열원부의 외측면을 따라 회전하되, 상기 폐기물원료가 안착되는 회전벨트부;를 포함하고, 상기 열원부는 복사열로 상기 1차 반응부에 열을 공급한다.

본 발명에 따르면, 상기 1차 반응부에서는 이송되는 상기 폐기물원료가 상기 열원부로부터 공급받은 복사열로 1차 열분해되어 용융되고, 상기 폐기물원료는 수분 및 염소가스를 배출하며 상기 열분해로의 내부와 외부를 관통하는 가스배관부를 통해 상기 수분 및 상기 염소가스는 상기 열분해로의 외부로 배출된다.

본 발명에 따르면 상기 열분해로의 상측단에 인접하도록 위치하여, 상기 2차 반응부에서 상기 폐기물원료가 2차 열분해되어 상기 열분해로 내에 발생되는 그을음을 스크래핑하도록 형성되는 제1 스크럽부;를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 2차 반응부에서 2차 열분해되어 일부가 낙하된 상기 폐기물원료를 상기 열분해로의 외부로 토출하는 스크류부;를 더 포함한다.

본 발명의 폐기물원료를 열분해하는 과정에서 발생되는 염소가스를 탈염하며, 폐기물원료에 다양한 폐기물이 있더라도 열분해 처리 대상물에 제한이 없는 장점이 있다.

이를 통해 열분해를 통해 생성되는 오일과 가스의 품질과 수율을 증대하는 효과가 있다.

또한, 원적외선부를 통해 최적의 열분해를 위한 온도를 유지할 수 있으며 인터럽트 상황에서도 열분해를 진행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템의 전체 모식도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 열분해부를 도시한 것이다.
도 3은 1차 열분해를 설명하기 위해 도 2의 A 영역을 확대 도시한 것이다.
도 4는 2차 열분해를 설명하기 위해 도 2의 B 영역을 확대 도시한 것이다.
도 5는 폐기물원료의 외부 배출을 설명하기 위해 도 2의 C 영역을 확대 도시한 것이다.
도 6은 원적외선부의 작동방식 및 기능을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템의 열분해 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템의 다른 실시 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

또한, 본 발명에서 회전이란 무한 궤도 형태의 회전 또는 한 지점에서 다른 지점으로 물건 또는 소재를 운반하기 위한 장치의 동작을 의미할 수 있으며 '일측 회전'이란 반시계 방향의 회전, '타측 회전'이란 시계 방향의 회전을 의미할 수 있다.

또한, 본 발명에서 조사란, 빛이나 일정한 파장을 지닌 광선, 전자기파를 쬐는 것을 의미할 수 있다.

또한, 본 발명에서 전반에 걸쳐 사용된 폐기물원료란, 사전적 의미의 폐기물에 한정되지 아니하며, 일반폐기물, 산업폐기물, 병원폐기물, 기타 폐기물, 쓰레기, 잡질물, 음식물 쓰레기, 분리수거 수집물, 탄소화합물 관련 공정의 부산물, 기타 탄소를 포함하는 가연성 소재 및 탄소복합체를 포함하는 것으로 정의한다.

본 발명에 따른 원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템은 매립과 함께 가장 대표적인 폐기물 처리 방식인 열적 처리 즉 열에너지에 의한 열분해 방식으로 폐기물원료를 처리하는 발명이며 이를 통해 폐기물원료의 감량화, 폐기물원료의 위생적처리 및 에너지원료를 회수하여 이용할 수 있는 발명이다.

다시 말해, 폐기물원료를 처리하여 오염물질의 발생을 최소화시키면서 에너지원료를 회수할 수 있는 발명이다.

본 발명에 따른 원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템은 도 1을 참조하면 열분해부(100) 및 처리부(200)를 포함한다.

열분해부(100)는 폐기물원료(W)가 투입되어 열에너지에 의해 열분해되는 장치이며 투입부(110), 열분해로(120), 1차 반응부(130), 제1 스크럽부(140), 2차 반응부(150), 제2 스크럽부(160), 스크류부(170) 및 가스배관부(190)를 포함한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 열분해로(120)를 설명한다.

열분해로(120)는 무산소 또는 저산소 상태에서 가열, 열분해할 수 있도록 내부가 밀폐되는 것이 바람직하다.

즉, 열분해로(120)는 내부에 유입되는 산소를 차단하기 위해 내부가 밀폐된 상태인 것이 바람직하며 후술할 열분해를 통해 발생된 가스를 포집하기 위한 가스배관부(190)가 내부 및 외부를 관통하여 형성되는 것이 바람직하다.

투입부(110)는 폐기물원료(W)를 열분해로(120)의 내부에 투입하기 위해 형성되며 호퍼부(111)를 구비하여 폐기물원료(W)를 열분해로(120) 내부에 이탈없이 용이하게 투입할 수 있다.

호퍼부(111)는 폐기물원료(W)가 투입되는 입구가 폐기물원료(W)가 열분해로(120) 내부로 토출되는 입구보다 큰 각추상(角錐狀)의 소위 '깔때기' 형상인 것이 바람직하다.

호퍼부(111)는 다량으로 투입되는 폐기물원료가 일정량씩 방출될 수 있도록 하며 투입량을 조정하는 역할을 할 수 있다.

덧붙여, 폐기물원료가 열분해로(120) 내부로 토출되는 입구에는 폐기물원료(W)의 열분해에 따른 수분, 염소가스 및 열분해 산물이 역류하는 것을 방지하도록 틸팅되는 차단부(112)가 형성될 수 있다.

투입부(110)를 통해 열분해로(120) 내부로 투입된 폐기물원료(W)는 열분해로(120) 내부에 형성되는 1차 반응부(130)에 안착된다.

도 2를 참조하면 1차 반응부(130)는 폐기물원료(W)를 일측으로 이송할 수 있도록 회전할 수 있다.

이때, 1차 반응부(130)는 컨베이어벨트, 타이밍벨트, 체인벨트, 메쉬체인벨트 등 물건을 일측에서 타측으로 이동시키기 위한 이송장치의 한 종류일 수 있으며 궤도 형태일 수 있다. 1차 반응부(130)는 전술한 이송을 수행하기 위해 구동축, 톱니 및 다양한 공지의 기술이 적용될 수 있다.

도 2의 A 영역의 확대 도시인 도 3을 참조하면, 1차 반응부(130)는 폐기물원료(W)를 2차 반응부(150)로 이동시키기 위해 일측으로 이송하면서 폐기물원료(W)를 1차 열분해를 할 수 있다. 사용자 및 설계자의 의도에 따라 1차 반응부(130)의 회전 방향은 일측 또는 타측으로 임의로 설정될 수 있다.

상세히, 후술할 2차 반응부(150)에 형성되는 열원부(151)에 의해 전달받은 복사열을 통해 1차 반응부(130)에 위치한 폐기물원료(W)를 가열하여 1차로 열분해되며 이에 폐기물원료(W)는 일부가 용융된다.

1차 반응부(130)에서 1차 열분해된 폐기물원료(W)는 배기가스의 원인이 되는 기체 상태의 염소가스와 열분해의 효율을 저해하는 수분이 배출된다.

배출된 염소가스는 열분해로(120)의 내부에서 가스배관부(190) 중 염소가스를 포집하는 염소가스배관부(191)를 통해 열분해로(120) 외부로 배출되며 배출된 염소가스는 탈염부(210)에 저장되어 별도의 탈염 공정을 통해 처리될 수 있다.

이는, 1차 반응부(130)를 통해 배기가스의 원인이 되는 염소가스를 탈염공정으로 제거하여 후술할 열분해를 통해 발생되는 오일 및 가스의 수율 및 효율을 증대하는 효과를 지닌다.

또한, 배기가스인 염소가스가 외부로 유출되는 것을 방지하여 환경오염을 방지하는 효과가 있다.

또한, 1차 반응부(130)의 1차 열분해 과정은 폐기물원료에 포함될 수 있는 수분을 본격적인 열분해가 발생되는 2차 열분해 전 수분함량을 줄여 최적의 열분해 온도까지 폐기물원료(W)의 온도가 올라가는 시간을 줄여 연소효율을 증대하는 효과가 있다.

또한, 폐기물원료(W)를 건조시키는 별도의 장치 및 과정을 진행하지 않아 소요비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 열분해로(120) 상측단에는 열분해의 효율을 증대하기 위한 원적외선부(122)가 형성된다.

상세히, 1차 열분해가 진행되는 A 영역에는 원적외선부(122)의 제5 원적외선 장치(1225) 및 제6 원적외선 장치(1226)가 구비되어 적외선을 1차 반응부(130)에 조사하게 된다. 여기서 원적외선부(122)에 포함되는 원적외선 장치는 사용자 및 설계자의 의도에 따라 설치되는 개수 및 위치는 조절될 수 있다.

적외선은 가시광선보다 파장이 길어 눈에 보이지 않으며 열작용이 크며 침투력이 강한 광원이다.

적외선은 일반적으로 자외선보다도 강한 열작용을 지니고 있어 공업용으로 사용될 수 있다.

이러한, 적외선을 원적외선부(122)를 이용하여 열분해로(120)의 내부 즉, 1차 반응부(130)에 조사하는 경우는, 전술한 1차 열분해 과정에서 염소가스를 토출하기 위한 최적의 온도가 미처 상정되지 않을 경우 원적외선부(122)를 통해 적외선을 1차 반응부(130)에서 조사하여 1차 열분해 과정에서 최적의 열분해 온도를 설정할 수 있는 장점이 있다.

다음으로, 도 2 및 도 4를 참조하여 2차 반응부(150)를 설명한다.

1차 반응부(130)를 통해 1차 열분해된 폐기물원료(W)는 2차 반응부(150)로 이송된다.

2차 반응부(150)는 회전벨트부(152) 및 열원부(151)를 포함한다.

회전벨트부(152)는 폐기물원료(W)가 안착되며, 벨트 형태로 궤도 회전하는 것이 바람직하다.

열원부(151)는 복사열을 방출하는 장치로, 열원부(151)의 외측면을 따라 회전벨트부(152)가 감싸는 형태로 회전하는 것이 바람직하다. 이를 통해 회전벨트부(152)에 안착되는 폐기물원료(W)에 열이 가해지는 면적이 증대되어 열분해의 효율이 증대되는 효과가 있다.

도 2의 B 영역인 도 4를 참조하면, 1차 반응부(130)에서 이송된 폐기물원료(W)는 회전벨트부(152)에 안착되어 열원부(151)의 외측면을 회전하면서 열원부(151)를 통해 2차 열분해된다.

2차 반응부(150)에서 폐기물원료는 1차 열분해 온도보다 상승된 온도를 통해 폐기물원료를 일측으로 이송하면서 2차 열분해를 진행하게 되며, 폐기물원료(W)는 열분해 및 용융되는 것이 바람직하다. 여기서 2차 반응부(150)의 폐기물원료 이송방향은 사용자 또는 설계자의 의도에 따라 상이한 방향으로 실시될 수 있다.

여기서, 열분해로(120) 내부에 적외선을 조사하는 원적외선부(122)는 2차 반응부(150)에 적외선을 조사할 수 있다.

상세히, 본격적인 열분해가 진행되는 2차 반응부(150)는 2차 열분해를 위한 최적의 온도 유지가 중요하다.

만약, 온도가 낮아질 경우 열분해 효율이 떨어질 뿐만 아니라 열분해로(120)에서 충분히 열분해가 될 수 있는 폐기물원료(W)가 낮아진 온도 때문에 열분해가 되지 못할 경우 재가공 및 재열분해를 진행하는 단점이 발생하게 된다.

또한, 열분해 장치를 가동함에 있어서 돌발적인 인터럽트(interrupt)가 발생될 수 있으며 이는 열분해 과정에서 로스 타임(loss time)를 발생시켜 효율을 저하하는 요소가 된다.

이를 해결하기 위해, 복수 개의 원적외선부(122)를 2차 반응부(150)의 상측 즉, 열분해로의 상측단에 위치시켜 2차 반응부(150)에서 진행되는 2차 열분해를 촉진시키며 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.

도 4를 참조하면, 원적외선부(122)의 제1 원적외선 장치(1221), 제2 원적외선 장치(1222), 제3 원적외선 장치(1223) 및 제4 원적외선 장치(1224)를 통해 2차 반응부(150)에 적외선을 조사할 수 있다.

이를 통해, 2차 반응부(150)가 회전 시, 폐기물원료(W)에 가해지는 열에너지가 회전으로 인해 공기와 맞닿아 낮아지더라도 원적외선부(122)를 통해 일정한 적외선을 조사시켜 열분해 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 돌발적인 인터럽트(interrupt)와 같은 상황, 예를 들어 공급되는 열에너지의 감소, 장치의 고장에도 원적외선부(122)의 적외선 세기 조절을 통해 지속적으로 열분해를 진행할 수 있어 공정의 로스 타임(loss time을 방지하여 공정의 효율이 증대되는 효과가 있다.

전술한, 제1 원적외선 장치(1221), 제2 원적외선 장치(1222), 제3 원적외선 장치(1223) 및 제4 원적외선 장치(1224)는 예시로 설치된 것이며 사용자 및 설계자의 의도에 따라 설치되는 개수 및 설치 위치는 조절될 수 있다.

덧붙여, 원적외선부(122)는 열원부(151)가 국소적으로 제 기능을 발휘하지 못하거나 폐기물원료(W)에 순간적인 온도를 승온하여 열을 가하기 위해 적외선을 중첩하여 조사할 수 있다.

상세히, 도 6을 참조하면, 원적외선부(122)의 제1 원적외선 장치(1221) 및 제2 원적외선 장치(1222)가 도시된다.

전술한 제1 원적외선 장치(1221), 제2 원적외선 장치(1222), 제3 원적외선 장치(1223), 제4 원적외선 장치(1224), 제5 원적외선 장치(1225), 제6 원적외선 장치(1226)는 명칭만 상이할 뿐, 동일한 효과 및 구성을 지니므로 중복 설명을 방지하기 위해 원적외선부(122)의 제1 원적외선 장치(1221) 및 제2 원적외선 장치(1222)로 설명한다.

다시 도 6을 참조하면, 제1 원적외선 장치(1221)는 승하강 운동이 가능한 제1-1 승강장치(1221a) 및 제1-2 승강장치(1221b)를 포함한다.

제1-1 승강장치(1221a) 및 제1-2 승강장치(1221b)는 각각 독립적으로 승하강 운동이 가능하며, 이를 통해 제1 원적외선 장치(1221)를 일정 각도 기울어질 수 있도록 기울일 수 있다.

제2 원적외선 장치(1222) 또한, 승하강 운동이 가능한 제2-1 승강장치(1222a) 및 제2-2 승강장치(1222b)를 포함하며 각각 전술한 제1-1 승강장치(1221a) 및 제1-2 승강장치(1221b)와 동일한 기능을 지닌다.

전술한 구성을 통해 제1 원적외선 장치(1221) 및 제2 원적외선 장치(1222)는 상호 마주보는 방향으로 기울어질 수 있으며 이에, 방출되는 적외선이 중첩되는 T 영역이 발생될 수 있다.

적외선이 중첩되는 T 영역은 제1 반응부(130) 또는 제2 반응부(150)의 어느 일단부분일 수 있으며 적외선이 중첩되어 순간적인 승온이 가능한다.

이를 통해 폐기물원료(W)에 열에너지를 가해 열분해하는 과정에서 공기 또는 내외부 요인에 의해 낮아진 열을 순간적으로 승온하여 공급할 수 있어 열분해 효율이 증대되는 효과가 있다.

또한, 지속적인 연료 공급을 통해 열에너지를 공급하는 것이 아닌 단시간에 원적외선부(122)를 통해 순간적으로 온도를 상승시킬 수 있어 돌발적인 상황에서도 유연하게 대응할 수 있는 효과가 있다.

덧붙여, 원적외선부(122)를 기울여 사용자가 원하는 단부에 적외선을 조사할 수 있어 작업의 효율이 증대되는 장점이 있으며, 적외선 세기의 조절을 통해 미세한 온도를 조절할 수 있어 열분해 오일 및 가스와 같은 에너지원료의 회수율을 증대하는 효과가 있다.

다음으로, 열원부(151)는 2차 반응부(150)의 상측에 형성되는 1차 반응부(130)에서 복사열로 열을 공급하게 된다.

상세히, 도 1 및 도 2를 참조하면 1차 반응부(130)와 2차 반응부(150)는 d의 거리를 지니며 상호 이격되어 위치된다.

복사열을 방출하는 열원부(151)는 일정 간격 이격된 d의 거리로 인해 1차 반응부(130)에 2차 반응부(150)에 가해지는 열보다 상대적으로 낮은 온도의 열을 복사열로 전달하게 된다.

이는, 다량의 염소가스를 발생하는 염화비닐 및 PVC계열의 플라스틱과 같은 소재들은 다른 폐기물원료와는 상대적으로 낮은 온도에서 최적의 열분해가 일어나 염소가스를 발생시키기 때문에 일정 거리를 이격하여 열을 공급하게 된다.

열원부(151)의 복사열로 1차 반응부(130)에 열을 공급하는 이유는 폐기물원료의 종류에 따라 염소가스를 선별적으로 분류하기 위함이며 상이한 온도를 지니는 열원부(151)를 1차 반응부(130) 및 2차 반응부(150)에 각각 구비하는 것이 아닌 하나의 열원부(151)를 통해 수분 및 염소가스를 배출할 수 있는 최적의 열분해 온도를 설정할 수 있어 공정의 효율성이 증대되는 효과가 있다.

도 2 를 참조하면, 2차 열분해가 진행되는 과정에서, 1차 열분해의 산물인 수분 및 염소가스가 도 2의 B 영역 즉, 2차 열분해가 진행되는 영역에 유입되는 것을 방지하는 차폐부(121)가 1차 반응부(130) 및 2차 반응부(150) 사이에 형성되는 것이 바람직하다.

차폐부(121)는 일단이 열분해로(120)의 상측단에 결합되고 타단이 2차 반응부(150)와 인접하게 위치하며 틸팅 가능한 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

이를 통해, 차폐부(121)는 1차 반응부(130)에서 1차 열분해된 폐기물원료가 배출한 수분 및 염소가스가 역류하는 것을 방지할 수 있다.

이를 통해, 차폐부(121)는 염소가스가 역류 및 유출되는 것을 방지하여 염소가스를 효율적으로 포집하여 열분해로(120)의 외부로 배출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 2차 반응부(150)에서 폐기물원료가 2차 열분해되어 발생되는 가스에 염소가스가 섞이는 것을 방지하여 후술할 에너지 원료인 오일 및 가스의 품질과 수율을 증대하는 효과가 있다.

2차 반응부(150)에서 2차 열분해되는 폐기물연료는 열분해에 의해 열분해 가스가 발생된다.

발생되는 열분해 가스는 가스배관부(190) 중 2차 열분해된 가스를 포집하는 포집가스배관부(192)에 의해 열분해로(120)의 외부로 포집 및 배출된다.

2차 반응부(150)를 통해 2차 열분해되는 폐기물원료는 그을음과 같은 열분해에 의해 생기는 흑생 무정형의 미소분말 물질이 발생된다.

그을음은 열분해로(120)의 상측단에 붙어 쌓이게 되며 지속적으로 쌓이게 되는 경우 열분해 효율을 저하시키며 내부 압력을 상승시켜 위험 상황이 발생될 수 있다.

또한, 열분해로(120)의 상측에 형성되며 열분해로(120)의 외측과 내측을 연통하여 2차 열분해된 가스를 포집하는 포집가스배관부(192)가 결합되는 경계 단부에 그을음이 침적되어 슬러지가 형성되어 가스가 포집되는 입구가 막히는 경우가 발생된다.

또한, 적외선을 발생하는 원적외선부(122)에 그을음과 슬러지가 침적되어 적외선이 조사되는 것을 저하하는 단점이 발생된다.

이에, 그을음과 슬러지는 지속적으로 제거하여 적외선의 조사 효율을 증대하고 가스 포집의 효율을 증대할 필요가 있다.

이를 위해, 도 4를 참조하면, 열분해로(120)의 상측단 즉, 원적외선부(122) 및 포집가스배관부(192)가 설치되는 단부에 인접하도록 제1 스크럽부(140)가 형성된다.

제1 스크럽부(140)는 제1 본체부(141) 및 복수 개의 제1 스크래퍼(142)를 포함한다.

제1 본체부(141)는 궤도 형상으로 회전할 수 있는 벨트 형상일 수 있으며 제1 본체부(141)의 외측면을 따라 제1 스크래퍼(142)가 일정 간격 이격되어 복수 개로 돌출되어 형성될 수 있다.

여기서 제1 스크래퍼(142)는 탄성을 지니며 열에 강한 금속재의 솔 및 블레이드와 같은 부재일 수 있으며 전술한 예에 한정하지 않고 다양한 공지의 이물질을 긁어낼 수 있는 부재가 사용될 수 있다.

제1 본체부(141)가 회전 시 제1 스크래퍼(142)는 도 4의 도시처럼 열분해로(120)의 상측단을 스크래핑하여 긁어낸다.

이에, 열분해로(120)의 상측단에 달라붙어 있는 그을음 및 슬러지는 제1 스크래퍼(142)에 의해 물리적으로 탈락하게 된다.

탈락된 그을음 및 슬러지는 2차 반응부(150)에 떨어지거나 열분해로(120)의 하측단 즉 바닥면에 떨어져 잔사될 수 있다.

2차 반응부(150)는 회전하면서 그을음 및 슬러지를 열분해로(120)의 하측단으로 떨어뜨리게 되며 이는 후술할 스크류부(170)에 의해 외부로 배출되어 처리될 수 있다.

제1 스크럽부(140)에 의해 그을음 및 침적된 슬러지를 주기적으로 제거하는 것이 아닌 열분해가 진행되는 과정에서 일괄적으로 처리할 수 있어 공정의 효율이 증대되는 장점이 있다.

또한, 2차 열분해의 산물로 발생되는 열분해 가스를 포집 시, 열분해 가스를 흡입하는 단부에 슬러지가 쌓이는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

덧붙여, 열분해로(120) 내부에 형성되는 그을음 및 슬러지를 상시 제거할 수 있어 내부에 발생될 수 있는 과도하게 압력이 증대되는 것을 방지하여 사고의 위험을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.

2차 반응부(150)는 지속적으로 회전하면서 2차 반응부(150)에 위치하는 폐기물원료(W)를 일측으로 이송하면서 2차 열분해한다.

2차 열분해가 되는 과정에서, 무기물, 미반응 및 미용융 즉, 열분해가 되지 않는 탄화물, 유리, 토사, 금속, 도자기 및 다양한 부산물이 발생한다.

전술한 부산물은 2차 반응부(150)가 회전하면서 지속적으로 2차 열분해를 진행하더라도 열분해가 더 이상 진행되지 않으며, 이러한 부산물의 일부는 2차 반응부(150)가 회전하면서 열분해로(120)의 하측단 즉 바닥면 또는 스크류부(170)로 떨어져 배출될 수 있으나, 일부만 용융된 부산물은 2차 반응부(150)의 회전벨트부(152)에 부착되어 열분해되지 않고 붙어있게 된다.

전술한 미열분해된 부산물은 잔사처리되는 것이 바람직하며 이를 위해 회전벨트부(152)에서 분리되어야만 한다.

이를 위해, 부산물이 처리되는 도 2의 C 영역을 도시한 도 5를 참조하면 2차 반응부(150)의 하측에 인접하도록 이격되어 형성되는 제2 스크럽부(160)가 도시된다.

제2 스크럽부(160)는 전술한 제1 스크럽부(140)와 유사한 구성이며 제2 본체부(161) 및 복수 개의 제2 스크래퍼부(162)를 포함한다.

제2 본체부(161)는 제1 본체부(141)와 길이 및 폭의 차이만 있으며, 2차 반응부(150)와 반대 방향으로 회전할 뿐 동일하다. 그러므로 상세한 설명은 생략한다.

제2 스크래퍼부(162) 또한 제1 스크래퍼(142)부와 동일한 구성으로 제2 본체부(161)의 외측면을 따라 복수 개로 돌출된 형태로 형성되며 상세한 설명은 생략한다.

제2 스크럽부(160)의 제2 본체부(161)가 회전 시, 제2 스크래퍼부(162)는 회전벨트부(152)에 위치한 미용융 및 미분해 잔사된 폐기물원료인 부산물을 스크래핑하여 물리적으로 긁어낸다.

스크래핑된 부산물은 회전벨트부(152)에서 탈락되어 제2 스크럽부(160)에 안착되며, 안착된 폐기물원료의 부산물은 제2 스크럽부(160)가 회전하면서 열분해로(120)의 하측단으로 떨어지게 된다.

제2 스크래퍼부(162)는 회전벨트부(152)에 위치한 부산물을 긁어내 스크래핑할 뿐만 아니라 열분해로(120) 하측단에 떨어져 위치한 폐기물원료 및 열분해에 의해 형성된 부산물을 스크류부(170) 방향으로 이송시켜 스크류부(170)를 통해 열분해로(120) 외부로 배출할 수 있도록 한다.

제2 스크럽부(160)는 폐기물원료가 더 이상 열분해되지 않는 부산물을 2차 반응부(150)에서 탈락시켜 효율적으로 부산물을 거를 수 있는 효과가 있다.

또한, 부산물이 2차 반응부(150)에 달라붙어 지속적으로 회전하여 2차 반응부(150)에 부산물의 하중을 부가시켜 파손될 수 있는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

여기에, 열분해로(120)의 하측단에 쌓인 부산물을 지속으로 스크류부(170)를 통해 배출할 수 있어 부산물을 열분해로(120) 내에서 제거하기 위해 장치를 중단할 필요가 없어 열분해 공정의 효율이 증대되는 효과가 있다.

도 2 및 도 5를 참조하여 스크류부(170)를 설명한다.

스크류부(170)는 외측 둘레면에 나선의 블레이드(171)가 형성되어 미반응 및 미용융된 폐기물원료의 부산물을 블레이드(171)를 통해 폐기물원료를 가이드하면서 열분해로(120) 외부로 배출할 수 있다.

스크류부(170)는 잔사된 폐기물원료 및 미용융된 폐기물을 열분해로(120)의 외부로 이송하게 되며 나선의 블레이드(171)가 회전에 의해 폐기물원료를 교반 및 분쇄할 수 있다.

상세히, 제2 스크럽부(160)에 의해 폐기물원료가 연속적으로 스크류부(170)에 투입되어 회전에 의해 폐기물원료(W)를 교반 및 분쇄하여 폐기물원료(W)의 부피를 줄일 수 있다.

스크류부(170)를 통해 폐기물원료(W)가 교반 및 분쇄되어 배출됨에 따라 스크류부(170)의 외측 일측에는 폐기물원료(W)가 보관되는 폐기물보관부(180)가 형성된다.

폐기물보관부(180)는 소위 '테이퍼 형상'으로 불리는 상부에서 하부로 갈수록 첨예해지는 형상의 개폐부(181)가 형성되어 배출된 폐기물원료(W)가 어느 한 단부에 쌓이지 않고 고르게 쌓일 수 있게 한다.

또한, 스크류부(170)는 열분해로(120)의 내부 및 외부를 관통함에 있어서 외측면과 맞물릴 정도로 근접하여 맞닿도록 인입되어 공기의 유입을 최소화하여 폐기물원료(W)를 외부로 배출 수 있다.

이에, 스크류부(170)는 통해 폐기물원료를 열분해로(120)의 외부로 정체됨 없이 원활하게 배출이 가능하여 공정의 효율을 증대하는 효과가 있다.

전술한 구성 및 특성으로, 본 발명의 열분해부(100)는 폐기물원료(W)가 투입되어 순환하면서 지속적으로 열분해되고, 지속적인 열분해에도 미반응 및 미용융된 폐기물원료(W)는 외부로 배출되는 순환형 터널방식을 통해 폐기물의 원료의 종류에 상관없이 폐기물원료(W)의 열분해를 일괄적으로 진행할 수 있는 장점이 있다.

도 1 및 도 7을 참조하여 열분해된 가스를 포집하여 에너지원료인 오일 및 가스를 생성하는 처리부(200)를 설명한다.

2차 반응부(150)에서 2차 열분해되어 포집되는 열분해 가스는 포집가스배관부(192)를 통해 촉매부(220)로 이동된다.

촉매부(220)는 포집된 가스에서 열분해가 부족한 가스에 열화학적 또는 물리화학적 분해를 촉진한다.

여기서, 촉매반응을 촉진시키기 위해 일단이 열원부(151)와 열결되고 타단이 염소가스배관부(191)와 연결된 공급열배관부(193)를 통해 염소가스배관부(191)를 지나면서 온도가 낮아진 염소가스를 열원부(151)로부터 공급되는 열을 공급열배관부(193)를 통해 염소가스배관부(191)에 공급하여 촉매반응을 촉진할 수 있다.

촉매부(220)를 거친 가스는 액화부(230)로 이동되어 열교환 및 가스에 포함된 유분의 응축을 통해 열분해 오일을 생성한다.

여기서, 미처 응축되지 못한 잔사 가스는 가스압축부(240)에 압축 저장될 수 있다.

액화된 열분해 오일은 탱크부(250)에 저장되어 난방유 및 다양한 에너지원으로 공급될 수 있다.

또한, 열분해 오일은 열풍발생부(260)를 통해 열분해부(100)의 초기 구동 에너지원으로 사용될 수 있다.

또한, 열풍발생부(260)의 가동중에는 전술한 가스압축부(240)에 압축 저장된 가스를 열분해 오일과 혼합하여 공급관(194)을 통해 공급하여 열풍발생부(260)를 가동할 수 있다.

상세히, 열분해부(100)는 초기 가동되지 위한 에너지원이 필요하며 이를 열분해 오일 및 가스를 열풍발생부(260)를 통해 재순환시켜 본 발명의 구동 및 열원부(151)에 열원을 공급할 수 있다.

열분해 오일을 재순환시켜 사용함으로써, 열분해에 사용되는 가열과 구동에 요구되는 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 8을 참조하여, 본 발명을 열분해 과정을 정리하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 열분해부(100) 및 처리부(200)를 구동하는 단계(S10)를 시행 후, 투입부(110)를 통해 폐기물원료를 투입하는 단계(S20)를 진행한다.

투입된 폐기물원료는 1차 반응부(130)를 통해 1차 열분해 되는 단계(S30)를 통해 염소가스가 배출되며 배출된 염소가스는 포집되어 탈염되는 단계(S40)를 진행하게 된다.

1차 열분해된 폐기물원료는 2차 반응부(150)에 이송되어 2차 열분해 단계(S50)가 진행된다.

2차 열분해에도 미반응 및 미용융된 폐기물원료(W)는 스크류부(170)를 통해 열분해로(120) 외부로 토출되는 단계(S60)를 거쳐 처리된다.

2차 열분해에 의해 발생되는 가스는 포집되는 단계(S70)를 거쳐 화학 및 물리적 촉매 반응 단계(S80)를 통해 액화부(230)로 이송된다.

이송된 가스는 응측 및 액화되어 오일이 생성되며 탱크부(250)에 보관되는 단계(S90)를 통해 저장된다.

여기서, 미처 액화되지 못한 가스는 가스압축부(240)에 보관되어 열분해부(100) 및 처리부(200)를 구동하는 열풍발생부(260)에 사용될 수 있다.

도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예를 설명한다.

본 발명의 다른 실시 예는 열분해로(120)가 상하단으로 적층되는 다단 형식으로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 원적외선을 활용한 폐기물 열분해 시스템은 전술한 일 실시 예에 따른 원적외선을 활용한 폐기물 열분해 시스템과 유사한 구성이지만, 열분해로(120) 및 탈염공정을 위한 열에너지 전달방식에서 차이가 있다.

먼저, 열분해로(120)는 상하단으로 다단으로 형성되어 상측 열분해로(120a) 및 하측 열분해로(120b)로 구성될 수 있다.

이에, 상측 열분해로(120a)에는 1차 반응부(130)가 위치하며 하측 열분해로(120b)에는 2차 반응부(150)가 위치하게 된다.

상측 열분해로(120a) 및 하측 열분해로(120b)의 사이에는 폐기물원료(W) 상측 열분해로(120a)에서 하측 열분해로(120b)로 이동시킬 수 있도록 토출구가 형성되는 것이 바람직하며 상측 열분해로(120a) 및 하측 열분해로(120b)는 밀폐된 것이 바람직하다.

상세히, 상측 열분해로(120a)와 하측 열분해로(120b)는 다단으로 위치하여 폐기물원료(W)를 1차 열분해 및 2차 열분해를 진행 시, 공정의 구별을 통해 열분해 효율을 증대할 수 있다.

다시 말해, 상측 열분해로(120a)에서 1차 열분해된 폐기물원료가 토출하는 염소가스 및 수분을 선별적으로 처리하여 2차 열분해 과정에서 최적의 열분해를 진행할 수 있는 것이다.

이를 위해, 복사열을 방출하는 열원부(151)는 가스배관부(190) 중 히팅배관부(195)에 연결되어 1차 반응부(130)에 2차 반응부(1350)에 가해지는 열보다 상대적으로 낮은 온도의 열을 복사열로 전달하게 된다.

이를 설명하면, 히팅배관부(195)의 일단은 열원부(151)와 연결되며, 일부가 하측 열분해로(120b)의 외부로 노출되어 상측 열분해로(120a)의 히팅부(123)와 연결된다.

상세히, 히팅배관부(195)는 일부가 하측 열분해로(120b) 외부로 노출되어 타단이 상측 열분해로(120a)의 히팅부(123)와 연결되며, 히팅배관부(195)를 통해 히팅부(123)에 열을 전달하여 1차 반응부(130)에 위치한 폐기물원료(W)를 히팅부(123)를 통해 복사열로 1차 열분해하게 된다.

이는, 전술한 일 실시 예와 동일하게 다량의 염소가스를 발생하는 염화비닐 및 PVC계열의 플라스틱과 같은 소재들은 다른 폐기물원료와는 상대적으로 낮은 온도에서 최적의 열분해가 일어나 염소가스를 발생시키기 때문에 히팅배관부(195)를 하측 열분해로(120b)의 외부로 노출시켜 열을 공급하게 된다.

즉, 히팅배관부(195)는 외부에 노출되어 냉각되며 열원부(151)에서 설정된 온도보다 낮은 열을 히팅부(123)에 공급하게 되는 것이다.

여기서, 히팅부(123)의 과냉각에 의해 최적의 열분해 온도보다 낮아진 열에너지가 전달될 경우 원적외선부(122)를 통해 적외선을 조사하여 최적의 열분해가 진행되는 온도로 상승시킬 수 있다.

원적외선부(122)를 통해 염소가스를 배출할 수 있는 최적의 열분해 온도를 유지할 수 있으며 열분해를 촉진시킬 수 있는 효과가 있다.

열원부(151)의 복사열로 1차 반응부(130)에 열을 공급하는 이유는 폐기물원료의 종류에 따라 염소가스를 선별적으로 분류하기 위함이며 상이한 온도를 지니는 열원부(151)를 상측 열분해로(120a) 및 하측 열분해로(120b)에 각각 구비하는 것이 아닌 하나의 열원부(151)를 통해 수분 및 염소가스를 배출할 수 있는 최적의 열분해 온도를 설정할 수 있어 공정의 효율성이 증대되는 효과가 있다.

또한, 열원부(151)에서 공급되는 열이 외부에 노출된 히팅배관부(195)를 통해 열원부(151)에서 공급되는 열보다 상대적으로 낮은 열을 공급할 수 있어 상측 열분해로(120a)에 하측 열분해로(120b)보다 낮은 열을 공급하게 위한 별도의 장치를 구비하지 않아 비용이 절감되며 공정의 단순화로 공정의 효율이 증대되는 장점이 있다.

여기서, 하측 열분해로(120b)에도 전술한 상측 열분해로(120a)와 마찬가지로 복수 개의 원적외선부(122)가 상측단에 구비되어 최적의 열분해를 위해 적외선을 하측 열분해로(120b) 내부에 조사할 수 있다.

상세히, 원적외선부(122)는 2차 반응부(150)에 적외선을 조사하여 2차 열분해가 진행되는 과정에서 최적의 열분해 온도를 설정할 수 있도록 적외선의 세기를 조절하여 조사할 수 있다.

전술한 본 발명의 구성 및 특징으로 인해 폐기물원료(W)에 다양한 폐기물이 섞여 있더라도 열분해 처리 대상물에 제한이 없으며, 탈염, 그을음 및 부산물 제거를 통해 생성되는 오일과 가스의 품질과 수율을 증대하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100 : 열분해부,
110 : 투입부,
120 : 열분해로,
122 : 원적외선부,
130 : 1차 반응부,
140 : 제1 스크럽부,
150 : 2차 반응부,
160 : 제2 스크럽부,
170 : 스크류부,
180 : 폐기물보관부,
190 : 가스배관부,
200 : 처리부,
210 : 탈염부,
220 : 촉매부,
230 : 액화부
240 : 가스압축부,
250 : 탱크부,
260 : 열풍발생부.

Claims

내부가 밀폐되는 열분해로;
폐기물원료를 수용하여 이송하면서 1차 열분해하는 1차 반응부;
상기 1차 반응부에서 1차 열분해된 상기 폐기물원료를 수용받아 이송하면서 2차 열분해하는 2차 반응부; 및
상기 열분해로의 상측에서, 내부에 원적외선을 조사하는 복수 개의 원적외선부;를 포함하고,
상기 열분해로의 상측단에 인접하도록 위치하여, 상기 2차 반응부에서 상기 폐기물원료가 2차 열분해되어 상기 열분해로 내에 발생되는 그을음을 스크래핑하도록 형성되는 제1 스크럽부;를 더 포함하고,
상기 제1 스크럽부는,
상기 열분해로의 상측단에 인접하여 회전하는 제1 본체부; 및
상기 제1 본체부의 외측면을 따라 일정 간격 이격되어 돌출되어 형성되되, 상기 열분해로의 상측단을 스크래핑하는 제1 스크래퍼;를 포함하는 것인
원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템.
제1항에 있어서,
상기 1차 반응부는 상기 열분해로 내부에서 상기 2차 반응부의 상측으로 이격되어 위치하는 것인
원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템.
제1항에 있어서,
상기 열분해로는 상하 적층되어 다단 배치되고, 상측 상기 열분해로는 상기 1차 반응부가 위치하되, 하측 상기 열분해로에는 상기 2차 반응부가 위치하는 것인
원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템.
제1항에 있어서,
상기 2차 반응부는,
복사열을 방출하는 열원부; 및
상기 열원부의 외측면을 따라 회전하되, 상기 폐기물원료가 안착되는 회전벨트부;를 포함하고,
상기 열원부는 복사열로 상기 1차 반응부에 열을 공급하는 것인
원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템.
제4항에 있어서,
상기 1차 반응부에서는 이송되는 상기 폐기물원료가 상기 열원부로부터 공급받은 복사열로 1차 열분해되어 용융되고,
상기 폐기물원료는 수분 및 염소가스를 배출하며 상기 열분해로의 내부와 외부를 관통하는 가스배관부를 통해 상기 수분 및 상기 염소가스는 상기 열분해로의 외부로 배출되는 것인
원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 2차 반응부에서 2차 열분해되어 일부가 낙하된 상기 폐기물원료를 상기 열분해로의 외부로 토출하는 스크류부;를 더 포함하는 것인
원적외선을 활용한 폐기물원료 열분해 시스템.