KR102346144B1 - 유증기의 고속 응축 장치 및 이를 포함하는 연료유 생산 장치 - Google Patents

유증기의 고속 응축 장치 및 이를 포함하는 연료유 생산 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 유증기의 고속 응축 장치는,
외관을 형성하는 외벽면과 외부에서 공급받는 유증기를 수용하는 내벽면을 가지며, 상기 외벽면과 상기 내벽면 사이에는 냉각수가 저장되는 하우징; 상기 하우징의 저면을 관통하여 상기 하우징 내부까지 상방으로 연장되며, 외부에서 유증기를 공급받아 상기 하우징 내부로 전달하는 유증기 공급관; 상기 하우징 내부에 수용된 유증기에 자외선을 조사하여, 유증기에 포함된 유기염소화합물을 무기염소화합물로 전환하는 UV램프; 및 상기 하우징 내부에서 상기 냉각수와의 열교환을 통해 응축된 유증기를 유수분리기로 배출하는 응축액 배출관을 포함하는 것이 특징이다.

Description

유증기의 고속 응축 장치 및 이를 포함하는 연료유 생산 장치{OIL VAPOR HIGH-SPEED CONDENSING DEVICE AND APPARATUS FOR PRODUCING FUEL OIL COMPRISING THE SAME}
본 발명은 유증기의 고속 응축 장치 및 이를 포함하는 연료유 생산 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은, 폐플라스틱에서 추출된 유증기를 빠르게 응축시켜 연료유를 생산할 수 있는 고속 응축 장치 및 이를 포함하는 연료유 생산 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 비교적 낮은 온도에서 작동하며, 염소 성분이 제거된 고품질의 연료유를 생산할 수 있는 것이 특징이다.
탄소와 수소를 주성분으로 하는 고분자 물질인 플라스틱은 현대 사회에서 널리 사용되고 있으며, 이에 따라 폐플라스틱의 배출량도 급격하게 늘어나고 있다. 폐플라스틱은 소각 또는 매립함으로써 처리하고 있는데, 이 과정에서 심각한 환경오염을 유발하여 사회적 문제가 되고 있다. 이 때문에 폐플라스틱을 친환경적이고 경제적인 방법으로 처리하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
폐플라스틱을 처리하는 방법 중의 하나로 폐플라스틱을 열분해하는 방법이 있다. 종래에 폐플라스틱을 열분해하는 방법은 고온 열분해 방법으로, 폐플라스틱을 고온의 용융로에서 겔상으로 용융한 후, 겔상의 용융액을 열분해 반응로에서 450℃ 이상의 고온으로 가열함으로써 상대적으로 작은 분자량의 탄화수소들을 포함하는 유증기(Oil mist 또는 Oil vapor)를 생성하고, 생성된 유증기를 액체 상태로 응축함으로써 연료유를 얻음과 동시에 폐플라스틱 또한 처리할 수 있는 방법이다.
그러나, 이와 같은 고온 열분해하는 방법은 열분해 반응로에 공급된 폐플라스틱을 매회 공정마다 450℃ 이상의 고온으로 가열해야 하기 때문에, 가열온도까지 가열하는 데에 에너지 소모가 많고 가열 시간이 상대적으로 길어져서 많은 양의 폐플라스틱을 신속하게 처리하지 못하는 문제점이 있다.
한편, 폐플라스틱을 열분해하는 경우 다량의 염소분이 함께 생성되는데, 이는 수거되는 폐플라스틱에는 폴리에틸렌(polyethylene:PE), 폴리프로필렌(polypropylene:PP), 폴리스틸렌(polystyrene:PS) 등의 기본 성분 이외에 음식물 등의 생활폐기물과 폴리염화비닐(polyvinyl chloride:PVC) 등의 이물질이 혼합되어 있기 때문이다.
이러한 염소분은 열분해 공정시 설비의 부식을 초래하고, 생성된 연료유에 용해되어 품질을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 염소분은 700℃ 이상의 고온에서 연소하여 분해가 되나, 연소과정에서 다이옥신, 염소가스 등의 환경오염물질이 생성된다. 특히, 염소분에 포함되는 유기염소화합물은 지용성 물질이면서, 염소 원자가 각 분자의 탄화수소고리 안에 매우 강하게 결합된 난분해성 물질로, 연료유에 용해된 경우 이를 제거하기가 매우 어렵다는 문제가 있다.
따라서, 빠르게 폐플라스틱을 처리하여 연료유를 생산하면서도, 열분해시 발생되는 염소분을 효과적으로 제거할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
한국등록특허 10-1410502
본 발명의 과제는 비교적 낮은 온도에서도 폐플라스틱을 분해할 수 있는 연료유 생산 장치를 제공하는 데 있다. 특히, 열형광 특성을 갖는 세라믹 복합체를 사용하여 비교적 낮은 온도에서 폐플라스틱을 분해함으로써, 시간과 비용을 절감할 수 있는 연료유 생산 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 과제는 염소가 효과적으로 제거된 저염소 연료유를 생산할 수 있는 유증기의 고속 응축 장치를 제공하는 데 있다. 특히, 유증기에 자외선을 조사하여 유증기 내의 유기염소화합물의 탄소를 해리시킴으로써, 생산되는 연료유의 염소성분을 효과적으로 제거할 수 있는 유증기의 고속 응축 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 과제는 유증기의 고속 응축 장치 내에서 유증기를 빠르게 응축함으로써, 연료유를 빠르게 생산할 수 있는 유증기의 고속 응축 장치를 제공하고자 한다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 예시적인 실시예들에 따른 유증기의 고속 응축 장치는, 외관을 형성하는 외벽면과 외부에서 공급받는 유증기를 수용하는 내벽면을 가지며, 상기 외벽면과 상기 내벽면 사이에는 냉각수가 저장되는 하우징; 상기 하우징의 저면을 관통하여 상기 하우징 내부까지 상방으로 연장되며, 외부에서 유증기를 공급받아 상기 하우징 내부로 전달하는 유증기 공급관; 상기 하우징 내부에 수용된 유증기에 자외선을 조사하여, 유증기에 포함된 유기염소화합물을 무기염소화합물로 전환하는 UV램프; 및 상기 하우징 내부에서 상기 냉각수와의 열교환을 통해 응축된 유증기를 유수분리기로 배출하는 응축액 배출관을 포함한다.
또한, 상기 하우징의 내벽면 상단부는 원뿔 형상이고, 상기 하우징의 내벽면에는 상하 방향으로 연장되는 돌기가 복수개 돌출될 수 있다.
또한, 상기 UV램프는 100nm 내지 301.4nm의 파장을 갖는 자외선을 조사할 수 있다.
또한, 상기 UV램프는, 상기 하우징의 상기 내벽면과 수직한 방향으로 상기 하우징 내부로 연장되고, 복수 개가 서로 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 UV램프는, 상기 유증기 공급관의 내부에 복수 개가 상하로 이격되어 설치되며, 상기 복수개의 UV램프 각각은 도넛 형상일 수 있다.
또한, 상기 UV램프는, 상기 유증기 공급관의 내부에 복수 개가 상하로 이격되어 설치되며, 상기 복수개의 UV램프 각각은 그물망 형상일 수 있다.
또한, 상기 유증기 공급관에서 상기 하우징 내부로 공급된 유증기는 상기 유증기 공급관의 외측면과 상기 하우징의 내벽면 사이에 형성된 통로를 지나 상기 하우징 하부에 연결된 상기 응축액 배출관으로 이동하며, 상기 유증기의 고속 응축 장치는 상기 유증기 공급관의 상단에서 상기 하우징의 내벽면 방향으로 돌출되어 상기 통로의 단면적을 감소시키는 연장부를 더 포함하고, 상기 UV램프는 상기 통로에 설치되어 상기 통로를 지나는 유증기에 자외선을 조사할 수 있다.
또한, 상기 응축액 배출관은 상기 하우징의 내벽면 바닥에 연결되며, 상기 하우징의 내벽면 바닥은 경사지게 형성되어, 상기 응축액 배출관의 방향으로 갈수록 높이가 점차 낮아질 수 있다.
또한, 상기 하우징의 내벽면에는 코팅층이 형성되고, 상기 코팅층은 Ni, Cr 및 Pt 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 과제를 달성하기 위한 연료유 생산 장치는, 폐플라스틱을 가열함과 동시에 자외선을 조사하여 상기 폐플라스틱의 고분자 탄화수소를 저분자 탄화수소로 절단하고, 상기 절단된 저분자 탄화수소를 포함하는 유증기를 생성하는 분해로; 상기 분해로 후단에 연결되어 상기 분해로에서 발생한 유증기를 공급받으며, 상기 분해로에서 유입된 유증기를 냉각하여 응축시키되, 유증기에 자외선을 조사하여 유증기에 포함된 유기염소화합물을 무기염소화합물로 전환하는 유증기의 고속 응축 장치; 및 상기 유증기의 고속 응축 장치 후단에 연결되어 상기 응축된 유증기에서 연료유를 분리하는 유수분리기를 포함한다.
또한, 상기 유증기의 고속 응축 장치는, 상기 유증기의 고속 응축 장치의 외관을 형성하는 외벽면과 상기 분해로에서 생성된 유증기를 수용하는 내벽면을 가지며, 상기 외벽면과 상기 내벽면 사이에는 냉각수가 저장되는 하우징; 상기 분해로에서 상방으로 상기 하우징 내부까지 연장되며, 상기 분해로에서 생성된 유증기를 상기 하우징 내부로 공급하는 유증기 공급관; 상기 하우징 내부에 수용된 유증기에 자외선을 조사하는 UV램프; 및 상기 하우징 내부에서 응축된 유증기를 상기 유수분리기로 공급하는 응축액 배출관을 포함하고, 상기 하우징의 내벽면 상단부는 원뿔 형상이고, 상기 하우징의 내벽면에는 상하 방향으로 연장되는 돌기가 복수개 돌출될 수 있다.
또한, 상기 분해로는 복수의 세라믹 복합체를 가진 세라믹 복합체 수용부를 적어도 하나 이상 포함하고, 상기 세라믹 복합체는 세라믹 분말과 불화물 분말과 열형광 희토류계 형광체 물질을 포함하고, 상기 세라믹 분말은 Al2O3, ZrO2 및 MgO 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 불화물 분말은 LiF, MgF2 및 CaF2 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 열형광 희토류계 형광체 물질은 터븀(Terbium, Tb), 세륨(Cerium, Ce), 유로퓸(Europium, Eu) 및 디스프로슘(Dysprosium, Dy) 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 세라믹 복합체는 상기 분해로 내부에서 180 내지 270℃의 온도로 가열되어, 120 내지 250nm 파장의 자외선을 방출할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 연료유 생산 장치는 열형광 특성을 갖는 세라믹 복합체를 사용하여 비교적 낮은 온도에서도 폐플라스틱의 분해가 가능하다. 이를 통하여, 종래에 고온 열분해 방식 대비 가열 시간 및 에너지 소모를 줄임으로써, 폐플라스틱 처리에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 유증기의 고속 응축 장치는 유증기에 자외선을 조사하여 유기염소화합물의 탄소를 해리시켜 수용성의 무기염소화합물을 생성하고, 응축된 연료유로부터 수용성 무기염소화합물이 용해된 물을 분리함으로써, 염소 성분이 제거된 고품질의 연료유를 생산할 수 있다.
또한, 유증기 상태에서 염소 성분을 제거할 수 있다. 이에 따라, 염소 성분에 의한 장치 내 배관의 부식을 방지함으로써, 폐플라스틱으로부터 연료유를 생산하는 장치의 수명을 연장할 수 있다.
또한, 하우징의 내벽면에 돌기를 형성하여 하우징 내부의 표면적을 확장시켜 유증기의 응축량을 증대시킬 수 있다.
또한, 유증기의 고속 응축 장치의 내표면을 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 백금(Pt)을 포함하는 금속으로 코팅할 수 있다. Ni과 Cr은 기름과의 점착력이 다른 금속소재에 비하여 낮고, Ni의 경우 마찰계수가 낮으며, Ni과 Pt은 수소화반응에 의해 기름이 표면에서 쉽게 떨어져 나간다. 그러므로, 상기 코팅에 의해 내표면에 응축되는 응축액의 유동성을 높여 빠르게 연료유를 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유증기의 고속 응축 장치 및 이를 포함하는 연료유 생산 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 분해로의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 복합체의 폐플라스틱 분해 성능 확인을 위한 열 중량 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 복합체의 폐플라스틱 분해 성능 확인을 위한 열 중량 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1의 유증기의 고속 응축 장치의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3의 유증기의 고속 응축 장치를 A-A'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 도 1의 유증기의 고속 응축 장치의 다른 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 유증기의 고속 응축 장치를 B-B'라인을 따라 절단한 단면도로, 유증기 공급관 내에 설치되는 도넛 형태의 UV램프를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 7의 유증기의 고속 응축 장치를 B-B'라인을 따라 절단한 단면도로, 유증기 공급관 내에 설치되는 그물망 형태의 UV램프를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 1의 유증기의 고속 응축 장치의 또 다른 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 유증기의 고속 응축 장치를 C-C'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 12는 도 1의 유증기의 고속 응축 장치에 있어서, 경사지어 형성된 하우징의 내벽면 바닥을 설명하기 위한 도면이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유증기의 고속 응축 장치 및 이를 포함하는 연료유 생산 장치를 나타내는 블록도이고, 도 2는 도 1의 분해로의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 복합체의 폐플라스틱 분해 성능 확인을 위한 열 중량 분석 결과를 나타내는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 복합체의 폐플라스틱 분해 성능 확인을 위한 열 중량 분석 결과를 나타내는 그래프이고, 도 5는 도 1의 유증기의 고속 응축 장치의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 6은 도 3의 유증기의 고속 응축 장치를 A-A'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 연료유 생산 장치(10)는 폐플라스틱을 가열하고 자외선을 조사하여 유증기(OM)를 생성하는 분해로(100), 생성된 유증기(OM)를 응축하여 응축액(CO)으로 액화시키는 유증기의 고속 응축 장치(300), 액화된 응축액(CO)을 비중차를 이용하여 물 등의 이물질과 연료유로 분리하는 유수분리기(500) 및 분리된 연료유를 저장하는 저장탱크(700)를 포함한다.
즉, 연료유 생산 장치(10)는 폐플라스틱을 분해하여 유증기(OM)를 생성한 후, 생성된 유증기(OM)를 응축시켜 액화 상태의 연료유를 얻어내는 장치이다.
여기서 폐플라스틱은 사용 후에 폐기된 플라스틱들이며, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌 등의 기본 성분을 가지는 고분자 화합물을 의미한다. 다만, 일반적으로 폐플라스틱에는 상기 기본 성분 이외에도 음식물 등의 생활폐기물과 폴리염화비닐 등의 이물질이 혼합되는 경우가 많다. 이에, 본 발명에서는 이물질이 혼합된 폐플라스틱을 처리하여 고품질의 연료유를 생산하는 장치를 제안하고자 한다.
한편, 분해로(100)에서는 폐플라스틱을 분해하여 유증기(OM)를 생산하는데, 여기서 유증기(OM)이란 분해된 폐플라스틱의 기름 성분이 증기 상태로 존재하는 물질을 의미한다. 다만, 상술한 바와 같이 폐플라스틱에는 다양한 이물질들이 포함되어 있기 때문에, 본 발명에서 유증기(OM)이란 물이나 염소 등의 이물질들이 기름 성분과 함께 증기화된 것을 의미한다.
한편, 연료유는 상기 유증기가 응축된 액상의 기름을 의미한다.
분해로(100)는 폐플라스틱을 수용하는 본체(110), 본체(110) 내부에 수용된 폐플라스틱을 가열하는 가열부(150), 본체(110) 내부에 수용된 폐플라스틱에 자외선을 조사하는 자외선 발생부(160), 및 본체(110)에서 생성된 유증기(OM)를 유증기의 고속 응축 장치(300)로 배출하는 유증기 배출관(170)을 포함할 수 있다.
분해로(100)는 폐플라스틱을 가열함과 동시에 자외선을 조사하여 고체의 폐플라스틱을 분해하여 증기 상태의 유증기를 생성할 수 있다.
즉, 분해로(100)에서는 가열부(150)가 180℃ 내지 270℃의 저온으로 본체(110) 내부에 수용된 폐플라스틱을 가열할 수 있다. 이와 동시에, 자외선 발생부(160)도 가열하는데, 가열된 자외선 발생부(160)는 120nm 내지 250nm 사이의 파장을 가지는 자외선을 방출할 수 있다. 그리고, 가열부(150)에 의한 가열과 자외선 발생부(160)가 조사하는 자외선에 의해 폐플라스틱의 고분자 탄화수소가 저분자 탄화수소로 절단되어, 저분자 탄화수소의 기름 성분이 포함된 유증기(OM)를 생성하게 되는 것이다.
폐플라스틱에 일반적으로 포함되는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌 등은 사슬 모양으로 연결된 고분자 탄화수소가 복잡하게 얽혀 있는 구조로 이루어져 있으며, 연결된 고분자 탄화수소의 탄소 간 단일결합(C-C)은 347kJ/mol의 결합에너지를 가지고 있다. 분해로(100)에서 조사되는 자외선은 120nm 내지 250nm 사이의 파장을 가지며, 이를 파동에너지로 환산하면 989kJ/mol 내지 480kJ/mol 사이에 해당한다. 분해로(100)에서 조사되는 자외선의 파장에너지는 폐플라스틱의 고분자 탄화수소의 탄소 간 단일결합의 결합에너지보다 크다. 그러므로, 분해로(100)에서 폐플라스틱에 조사되는 자외선은 폐플라스틱의 고분자 탄화수소의 탄소 간 단일결합을 절단하여 저분자 탄화수소로 분해할 수 있다. 파장에서 파동에너지로의 환산은 하기 수학식 1을 통해 이루어졌다.
[수학식 1]
E = hc/λ
여기서, E는 에너지, h는 플랑크 상수(6.626×10-34 Js), c는 광속(3×108 m/s), λ는 파장이다.
종래의 고온 열분해 장치의 열분해로는 450℃ 이상의 고온열로 폐플라스틱을 가열하여 유증기를 생성하므로, 해당 온도까지 가열하는데 많은 시간이 비용이 든다. 반면, 본 발명은 폐플라스틱에 자외선을 조사함으로써 상대적으로 저온인 180℃ 내지 270℃ 범위에서도 유증기를 생성할 수 있으므로, 종래의 열분해로와 대비하여 시간 및 비용을 절약할 수 있다.
본체(110)는 내부에 폐플라스틱을 수용하며, 외형은 원통 형상 또는 다각기둥 형상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 분해로(100)는 폐플라스틱을 투입하는 투입구(140), 본체(110)의 내부로 폐플라스틱을 이동시키는 대차(120), 대차(120)가 이동하는 레일(130)을 더 포함할 수 있다.
폐플라스틱은 대차(140) 내에 적재되고, 폐플라스틱을 적재한 대차(140)는 분해로(100)의 투입구(140)를 통해 본체(110)의 내부로 레일(130)을 따라 이동될 수 있다.
대차(140)는 폐플라스틱을 수용할 수 있도록 내부에 공간을 가지는 입체도형 형상일 수 있다.
투입구(140)는 분해로(100)의 일면에 설치될 수 있다.
레일(130)은 본체(110) 내부의 바닥면에 설치될 수 있다.
가열부(150)는 본체(110) 내부에 수용된 폐플라스틱과 자외선 발생부(160)를 가열할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 가열부(150)는 폐플라스틱과 자외선 발생부(160)가 180℃ 내지 270℃의 온도 범위를 유지하도록 가열할 수 있다. 종래의 고온 열분해 장치는 폐플라스틱을 분해하기 위해 열분해로 내부를 450℃ 이상의 고온으로 유지해야 하는데 반해, 본 발명은 폐플라스틱을 분해하기 위해 본체(110) 내부를 180℃ 내지 270℃의 저온으로만 유지해도 되어, 종래 기술 대비 온도를 유지하는데 소요되는 비용을 절약할 수 있다. 왜냐하면, 자외선 발생부(160)가 180℃ 내지 270℃의 온도로 가열되면 자외선을 방출하는데, 상기의 자외선에 의해 폐플라스틱이 분해될 수 있기 때문이다.
가열부(150)는 파이프 형태로, 본체(110)의 내벽면 가까이에 설치될 수 있다. 이 때 가열부(150)는 본체(100)의 바닥면과 수직 또는 수평으로 한 개 또는 일정 간격을 두고 여러 개가 설치될 수 있다. 도 2에서는 원통형 형태의 가열부(150)가 복수개로 설치된 분해로(100)가 도시되어 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 분해로(100)의 크기 및 가열부(150)의 필요 성능에 따라 가열부(150)는 다양한 형태와 개수로 설치될 수 있다.
자외선 발생부(160)는 본체(110) 내부에 수용된 폐플라스틱에 자외선을 조사할 수 있다. 특히, 자외선 발생부(160)는 120nm 내지 250nm의 파장을 가지는 자외선을 폐플라스틱에 조사함으로써, 폐플라스틱의 고분자 탄화수소 사슬을 절단하여 저분자 탄화수소로 분해하는 효과가 있다.
자외선 발생부(160)는 복수의 세라믹 복합체(162)가 수용된 세라믹 복합체 수용부(161)를 포함할 수 있다.
자외선 발생부(160)는 자외선 발생부(160)의 세라믹 복합체 수용부(161)에 수용된 세라믹 복합체(162)에서 방출되는 자외선을 본체(110) 내부에 수용된 폐플라스틱에 조사할 수 있다.
자외선 발생부(160)는 본체(110)의 내벽면에 설치되어 본체(110)의 내부에 수용된 폐플라스틱에 자외선을 집중적으로 조사할 수 있다.
세라믹 복합체 수용부(161)는 세라믹 복합체(162)를 수용할 수 있다.
세라믹 복합체 수용부(161)는 가열부(150)에서 가해지는 열에 변형되지 않도록 금속 소재로 만들어질 수 있다.
세라믹 복합체 수용부(161)는 세라믹 복합체(162)에서 방출하는 자외선이 차단되지 않도록 그물망 형태일 수 있다.
세라믹 복합체(162)는 180℃ 내지 270℃의 온도로 가열되면 120nm 내지 250nm 사이의 파장을 가지는 자외선을 방출할 수 있다.
세라믹 복합체(162)는 세라믹 분말, 불화물 분말 및 열형광 희토류계 형광체 물질을 혼합하고, 이를 소결하여 다양한 형상으로 성형하여 제조될 수 있다.
열형광은 물질에 빛이나 방사선을 조사하면 물질이 에너지 자극에 의해 온도가 올라갈 때에 발광하는 현상을 의미하고, 형광체는 이러한 에너지 자극에 의하여 발광하는 물질을 의미한다. 세라믹 복합체(162)는 이러한 열형광(Thermo-Fluorescence) 특성에 의해, 가열되면 자외선을 방출할 수 있는 것이다.
세라믹 분말은 Al2O3, ZrO2 및 MgO 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 분말일 수 있고, 불화물 분말은 LiF, MgF2 및 CaF2 중에서 선택된 어느 하나 이상의 물질일 수 있고, 열형광 희토류계 형광체 물질은 터븀(Terbium, Tb), 세륨(Cerium, Ce), 유로퓸(Europium, Eu) 및 디스프로슘(Dysprosium, Dy) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 혼합물일 수 있다.
세라믹 복합체(162)는 판 형상 또는 직경 8mm 내지 15mm의 구 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 설치의 편의성을 위해 세라믹 복합체(162)의 형태를 적절히 선택할 수 있다.
실험예 1. 열 중량 분석
세라믹 복합체의 폐플라스틱 분해 성능을 확인하기 위하여 열 중량 분석(thermogravimetric analysis, TGA)을 실시하였다.
세라믹 복합체는 다음 방법으로 제조하였다. 순도 99.99% 이상의 Al2O3, ZrO2 및 MgO를 메쉬 #2400 이상으로 분쇄한 세라믹 분말 100 중량부를 기준으로 LiF, MgF2 및 CaF2를 혼합한 불화물 분말 7 중량부, 터븀산화물(Tb3O) 분말, 디스프로슘산화물(Dy2O3) 분말, 세륨(CeO2) 분말을 혼합한 열형광 희토류계 형광체 물질 3 중량부를 혼합하였다. 혼합물을 직경 10 mm의 구 형상으로 성형한 후, 1400℃에서 소결하여 세라믹 복합체를 제조하였다.
고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 시료 단독으로 열 중량 분석기에 투입한 후 온도를 2℃/분의 승온 속도로 승온하여 무게를 측정하였다. 또한 고밀도 폴리에틸렌 시료를 세라믹 복합체와 함께 열 중량 분석기에 투입한 것을 제외하고는 동일한 조건으로 무게를 측정하였다. 분석 결과는 도 5에 나타내었다. 도 5a는 고밀도 폴리에틸렌 시료 단독 열 중량 분석 결과이고, 도 5b는 고밀도 폴리에틸렌 시료 및 세라믹 복합체의 열 중량 분석 결과이다.
도 3a 및 도 3b에서 나타난 바와 같이, 고밀도 폴리에틸렌 시료를 단독으로 투입한 경우, 220℃의 온도에서부터 질량의 감소가 관찰된 반면, 세라믹 복합체를 함께 투입한 경우, 110℃의 온도에서부터 질량 감소가 시작됨을 확인할 수 있었다.
또한 250℃의 항온 유지 조건에서 300분 동안 고밀도 폴리에틸렌 시료 단독에 대한 열 중량 분석을 실시하였으며, 동일한 분석을 고밀도 폴레에틸렌 시료와 세라믹 복합체를 함께 실시하여 비교하였다. 분석 결과는 도 6에 나타내었다.
도 4에 나타난 바와 같이, 고밀도 폴리에틸렌 시료 단독 투입의 경우 85분 후 질량 감소가 시작되었으며, 분석이 종료된 후 초기 시료 투입 중량 대비 12%의 중량 감소가 일어남을 확인할 수 있었다.
반면, 세라믹 복합체를 함께 투입한 경우 7분 만에 분해가 시작되었으며, 분석이 종료된 후 초기 투입 시료 중량 대비 68%의 중량 감소가 일어남을 확인할 수 있었다.
따라서, 상기 열 중량 분석 결과로부터, 세라믹 복합체는 보다 낮은 온도에서 빠른 속도로 많은 양의 합성수지를 분해할 수 있음을 확인하였다.
유증기 배출관(170)은 열에너지 및 파동에너지에 기화된 유증기(OM)가 상승하는 점을 고려할 때, 본체(110) 상부에 설치될 수 있다.
상술한 바와 같이 분해로에서는, 가열부에서 발생하는 열과 자외선 발생부에서 방출되는 자외선을 사용하여 동시에 폐플라스틱을 분해하여 연료유인 유증기를 생산하기 때문에, 종래 고온열만을 사용하여 폐플라스틱을 분해하는 연료유인 유증기를 생산하는 것에 비하여, 더욱 빠르게 폐플라스틱을 분해하여 더욱 많은 양의 연료유인 유증기를 생산할 수 있다. 이에 따라 연료유도 더욱 빠르게 더욱 많은 양을 생산할 수 있다.
또한, 180℃ 내지 270℃의 저온으로 가열하여 폐플라스틱을 분해하기 때문에, 종래 450℃ 이상의 고온 공정이 필수적이었던 고온 열분해 장치에 비하여, 가열하는데 소요되는 비용과 시간을 절감할 수 있다.
또한, 고온의 공정에 의하여 다이옥신, 분진 등의 유해 물질이 생성되는 종래의 고온 열분해 장치와 달리, 저온 공정에서는 유해 물질이 방출되지 않아 환경 친화적이며, 다이옥신 등의 유해 물질 배출 방지 및 회수를 위한 비용을 절약할 수 있어 경제적이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 유증기의 고속 응축 장치(300)는 분해로(100)에서 생산된 유증기(OM)를 공급받는 유증기 공급관(340), 공급받는 유증기(OM)를 수용하여 액화시키는 하우징(310), 하우징(310) 내부에 수용된 유증기(OM)에 자외선을 조사하여 유기염소화합물을 무기염소화합물로 전환시키는 UV램프(351), 및 하우징(310)에서 응축된 유증기(OM)를 외부로 배출하는 응축액 배출관(360)을 포함할 수 있다.
유증기의 고속 응축 장치(300)는 분해로(100) 후단에 연결되어 분해로(100)에서 발생한 유증기(OM)를 공급받으며, 분해로(100)에서 유입된 유증기(OM)를 냉각하여 응축시킬 수 있다. 이 때, 유증기의 고속 응축 장치(300)는 유증기(OM)에 자외선을 조사함으로써 유증기(OM)에 포함된 유기염소화합물을 무기염소화합물로 전환할 수 있다.
유기염소화합물은 탄소 골격에 염소가 결합되어 이루어진 물질을 의미하며, 기름에 잘 용해되는 지용성이고, CxHyCl 탄화수소고리 구조에서는 염소 원자가 각 분자의 탄화수소고리 안에 매우 강하게 결합되어 분해가 어렵다. 그러므로 연료유에 용해된 이후에는, 연료유로부터 이를 제거하기가 매우 어렵다. 이러한 유기염소화합물은 연료유의 품질을 저하시키는 원인이 된다.
무기염소화합물은 탄소 골격 이외의 원소에 염소가 함께 결합되어 이루어진 물질을 의미하며, NaCl, 염소이온, 염소, 염화수소 등과 같이 물에 잘 용해되는 수용성이므로, 물에 녹은 후에 유수분리기에서 연료유와 물로 분리되어 제거될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 유기염소화합물을 무기염소화합물 또는 무기염소로 전환하는 유증기의 고속 응축 장치를 제안하고자 하며, 무기염소화합물과 무기염소를 무기염소화합물로 총칭하기로 한다.
유기염소화합물에 있어서 탄소와 염소 간의 결합(C-Cl)은 397kJ/mol의 결합에너지를 가지고 있다. 그러므로, 유기염소화합물의 탄소에 결합된 염소를 해리하여 무기염소화합물로 만드는데 요구되는 최소한의 에너지는 397kJ/mol이 된다. 그리고, 397kJ/mol의 파동에너지를 가지는 광의 파장은 301.4nm이다. 그러므로, 상기 유증기(OM) 내의 유기염소화합물의 탄소에 결합된 염소를 해리시켜 무기염소화합물로 만들기 위해서는 301.4nm보다 짧은 파장이 인가되어야 한다. 본 발명에서는 유증기의 고속 응축 장치(300) 내에 수용된 유증기(OM)에 301.4nm보다 파장이 짧은 자외선으로 조사하여 유기염소화합물을 무기염소화합물로 전환할 수 있다. 파동에너지에서 파장으로의 환산은 하기 수학식 2를 통해 이루어졌다.
[수학식 2]
λ = hc/E
여기서, λ는 파장, h는 플랑크 상수(6.626×10-34 Js), c는 광속(3×108 m/s), E는 에너지이다.
종래의 고온 열분해 장치에서는 유기염소화합물이 연료유에 용해되어 품질이 저하된 연료유를 생산하는데 반해, 본 발명은 유기염소화합물을 유증기 상태에서 자외선을 조사하여 무기염소화합물로 전환한 후, 무기염소화합물이 용해된 물을 연료유와 분리하여 제거함으로써 품질이 향상된 연료유를 생산할 수 있다.
유증기 공급관(340)은 분해로(100)에서 상방으로 상기 하우징(310) 내부까지 연장되며 분해로(100)에서 생성된 유증기(OM)를 하우징(310) 내부로 공급할 수 있다.
유증기 공급관(340)에는 유증기(OM) 공급량 조절을 위한 밸브를 포함할 수 있다.
하우징(310)은 유증기의 고속 응축 장치(300)의 외관을 형성하며, 내부에는 분해로(100)에서 생성되어 유증기 공급관(340)을 통하여 유증기의 고속 응축 장치(300)의 내부로 유입되는 유증기(OM)를 수용하기 위한 공간을 가질 수 있다. 하우징(310)은 내부에 유증기(OM)를 수용할 수 있도록 속이 빈 입체도형 형상으로 형성될 수 있다.
하우징(310)은 외벽면(311)과 내벽면(312)을 가질 수 있다. 외벽면(311)과 내벽면(312)의 사이에는 냉각수 저장공간(CP)이 형성되며, 저장공간에는 유증기를 냉각시키기 위한 냉각수가 저장될 수 있다.
즉, 냉각수 저장공간(CP)은 유증기(OM)가 수용되는 하우징(310)의 내벽면(312)을 감쌀 수 있다. 이 경우, 유증기(OM)는 냉각수와 열교환을 하여 냉각되고, 이에 따라 증기 상태의 유증기(OM)가 액체 상태로 응축될 수 있다.
하우징(310)은 하우징(310)의 외벽면(311)을 관통하는 냉각수 공급관(320)과 냉각수 배출관(330)을 더 가질 수 있다. 냉각수는 냉각수 공급관(320)을 통해 냉각수 저장공간(CP)으로 유입되며, 유증기(OM)를 냉각시킨 이후 냉각수 배출관(330)으로 배출될 수 있다. 이와 같이, 저온의 냉각수가 냉각수 저장공간(CP)으로 지속적으로 공급됨으로써, 유증기(OM)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
하우징(310)은 상단부(315)와 하단부(316)를 가질 수 있다. 이러한 구성은 설명의 편의를 위한 구별이며, 도 3에 상단부(315)는 도면부호 315로, 하단부(316)는 도면부호 316으로 구분되어 있다.
하우징(310)의 상단부(315)는 상방으로 갈수록 그 단면적이 점차 좁아지는 원뿔 형태일 수 있다.
하우징(310)의 상단부(315)는 원뿔 형상이고, 하우징(310) 상단부(315)의 내벽면(312) 하단은 유증기 공급관(340)의 직경보다 직경이 클 수 있다. 이 경우, 하우징(310) 상단부(315)는 상방으로 갈수록 그 단면적이 점차 좁아진다. 따라서 상승하는 유증기(OM)는 하우징(310) 상단부(315)의 내벽면(312)에 접촉하게 되고, 냉각수와 열교환함으로써 응축된다. 응축되어 액화된 유증기(OM)는 상단부(315) 내벽면(312)의 경사를 따라 하방으로 흐르게 되어 응축액(CO)을 빠르게 모을 수 있다.
하우징(310)의 하단부(316)의 내벽면(312)은 원통 형상일 수 있다.
하우징(310)의 내벽면(312)에는 상하 방향으로 연장되는 돌기(313)가 복수개 형성될 수 있다. 즉, 하우징(310)의 내벽면(312)에 내측을 향해 돌기(313)가 돌출되고, 돌기(313)는 하우징(310)의 내벽면(312)을 따라 상하로 연장된다. 이러한 돌기(313)는 하우징(313)의 내벽면(312)을 따라 둘레 방향으로 복수개가 구비될 수 있다. 이 경우 하우징(310) 내부의 표면적이 확장되어, 돌기(313)가 없는 경우와 대비하여 더 많은 양의 유증기(OM)가 하우징(310) 내부면과 접촉할 수 있다. 이에 따라 돌기(313)가 없는 경우와 대비하여 유증기(OM)의 응축량을 증대시킬 수 있다.
하우징(310)의 내벽면(312)에는 코팅층이 형성되고, 그 성분은 Ni, Cr 및 Pt 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
Ni과 Cr은 기름과의 점착력이 다른 금속소재에 비하여 낮다. Ni의 경우 마찰계수가 낮다. Ni과 Pt은 수소화반응에 의해 기름이 표면에서 쉽게 떨어져나갈 수 있다. 그러므로 코팅된 코팅층에서 응축되는 응축액(CO)의 유동성을 높일 수 있다.
수소화반응이란 Pt와 Ni과 같은 촉매금속 표면에 흡착된 불포화 오일과 수소 사이에서 일어나는 화학변화를 의미한다. 이 경우, 폴리스틸렌의 C=C 이중결합은 촉매금속 표면에서 수소 원자로 해리되어 C-C 단일결합으로 분해시켜서 표면에서 분리되어 떠나게 된다.
냉각수 공급관(320)과 냉각수 배출관(330)에는 각각 밸브가 형성되어, 이를 통해 냉각수 저장공간(CP)을 지나는 냉각수의 유량을 조정할 수 있다. 이 경우, 냉각수의 유량을 조절하여 응축되는 응축액(CO)의 양을 조정할 수 있다.
또한, 유증기(OM) 내에 유기염소화합물이 많으면, 냉각수의 유량이 적어지도록 조정할 수 있다. 이 경우, 유증기(OM)가 유증기의 고속 응축 장치(300) 내에서 늦게 응축되어, 유증기(OM)에 자외선을 조사할 수 있는 시간을 연장할 수 있다.
반대의 경우로, 유증기(OM) 내에 유기염소화합물이 적으면, 냉각수의 유량이 많아지도록 조정할 수 있다. 이 경우, 유증기(OM)가 유증기의 고속 응축 장치(300) 내에서 빠르게 응축되어, 유증기(OM)에 자외선을 조사할 수 있는 시간을 단축할 수 있다.
도시하지는 않았으나, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 유증기의 고속 응축 장치(300)는 하우징(310)의 내부에 위치하여 유기염소화합물의 농도를 측정하는 유기염소 측정센서를 더 포함할 수 있다. 유기염소 측정센서를 통해 유증기의 고속 응축 장치(300) 내부의 유기염소화합물의 농도를 측정하고, 측정된 농도에 따라 냉각수의 유량을 조절할 수 있다.
UV램프(351)는 하우징(310) 내부에 수용된 유증기(OM)에 자외선을 조사할 수 있다. 이를 통해, 유증기(OM)에 포함된 유기염소화합물에서 염소를 해리하여 무기염소화합물로 전환시킬 수 있다.
UV램프(351)는 파장이 301.4nm보다 짧은 자외선을 유기염소화합물에 조사하여 무기염소화합물로 전환시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, UV램프(351)는 100nm 내지 301,4nm의 파장 영역을 가지는 자외선인 UV-C(ultraviolet-C) 또는 UV-B(ultraviolet-B)를 유증기(OM)에 조사할 수 있다.
한편, UV램프(351)는 하우징(310)에 수용된 유증기(OM)에 자외선을 조사할 수 있으면 충분하다. 다만 보다 효율적으로 유기염소화합물을 제거하기 위해서는 UV램프(350)는 하우징(310)의 내벽면(312)으로부터 내벽면(312)과 수직한 방향으로 연장되어 설치될 수 있으며, 복수 개가 서로 이격하여 배치될 수 있다.
응축액 배출관(360)은 하우징(310) 하부에 구비되며, 액화된 응축액(CO)을 유수분리기(500)로 공급할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유증기의 고속 응축 장치는, 유증기의 고속 응축 장치 내부로 유입되는 유증기에 자외선을 조사하여, 유증기 내에 포함된 유기염소화합물을 무기염소화합물로 전환하고, 전환된 무기염소화합물이 용해된 물을 연료유로부터 제거함으로써 고급의 연료유를 생산할 수 있다.
또한, 유증기가 응축액으로 액화된 상태에서는 자외선의 투과율이 현저하게 저하되기 때문에, 자외선 조사의 효율이 저하되는 문제가 있었다. 이에 반해, 본 발명에 따른 유증기의 고속 응축 장치는 증기 상태인 유증기에 자외선을 조사하기 때문에, 유기염소화합물을 무기염소화합물로 전환하는 전환 효율을 높일 수 있다.
또한, 유증기의 고속 응축 장치의 벽면 사이에 저장되어 유증기와 열교환하는 냉각수와 유증기의 고속 응축 장치 내부의 표면적을 확장하도록 내벽면에 복수개의 돌기가 형성되어, 유증기의 응축량을 증대시킬 수 있다. 이 때, 돌기는 내벽면의 응축액이 하부로 유동하는데 방해되지 않도록 하우징 내벽면에 상하 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
또한, 유증기의 고속 응축 장치의 벽면에 상하로 연장되어 형성된 복수개의 돌기와 내벽면의 코팅층의 구조로 인하여, 응축된 응축액을 빠르게 모을 수 있다.
유수분리기(500)는 유증기의 고속 응축 장치(300)로부터 공급받은 응축액(CO)을 비중차이를 이용하여 물 등의 이물질과 연료유로 분리할 수 있다.
이 때, 유증기의 고속 응축 장치(300)에서 자외선 조사를 통하여 전환된 유기염소화합물은 물에 용해되어 연료유로부터 제거될 수 있다.
저장탱크(700)는 유수분리기(500)로부터 유입되는 연료유를 저장할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 가열부에서 발생하는 저온의 열과 자외선 발생부에서 방출하는 자외선을 사용하여 빠르게 많은 양의 유증기를 생성할 수 있다.
또한, 유증기의 고속 응축 장치에서 UV램프를 사용하여 유증기에 자외선을 조사하여, 유증기 내의 유기염소화합물을 물에 용해되는 무기염소화합물로 전환한 후, 연료유로부터 무기염소화합물이 용해된 물을 제거함으로써, 염소 성분이 제거된 고급의 연료유를 생산할 수 있다.
또한, 유증기의 고속 응축 장치에서 냉각수를 사용하여 유증기가 빠르게 응축되도록 하고, 유증기의 고속 응축 장치 내부에 돌기와 코팅층을 형성하여 응축된 응축액을 빠르게 모을 수 있다.
이하에서는 유증기의 고속 응축 장치의 다른 실시예들에 관하여 설명한다.
도 7은 도 1의 유증기의 고속 응축 장치의 다른 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 8은 도 7의 유증기의 고속 응축 장치를 B-B'라인을 따라 절단한 단면도로, 유증기 공급관 내에 설치되는 도넛 형태의 UV램프를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 8에 도시된 유증기의 고속 응축 장치(300)는 UV램프(352)의 설치 위치와 모양을 제외하고는 도 1 내지 도 6을 참조로 설명한 유증기의 고속 응축 장치(300)와 동일하거나 유사하다. 이에 상기와 같은 차이점에 대해서만 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
UV램프(352)는 유증기 공급관(340)의 내부에 설치될 수 있다. 즉, 도 5를 참조로 설명한 실시예에서는 하우징(310)의 내벽면(312)에 UV램프(351)가 설치디어 있는데 반해, 도 7에 도시된 본 실시예에서는 UV램프(352)가 유증기 공급관(340) 내부에 설치된다는 점에서 차이가 있다.
보다 구체적으로, UV램프(352)는 유증기 공급관(340)의 내측면에 설치되며, 복수 개가 상하로 이격되어 적층 설치될 수 있다.
UV램프(352)는 도넛 형태로 유증기 공급관(340)의 내측면에 설치될 수 있다. 이 경우, UV램프(352)는 UV램프(352)를 통과하는 모든 유증기(OM)의 모든 방향에서 유증기(OM)에 자외선을 조사하므로, 보다 전환 효율이 높게 유기염소화합물을 무기염소화합물로 전환시킬 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나 다른 실시예로, UV램프(352)는 유증기 공급관(340)의 내측면에 복수개가 이격 없이 적층되어 설치될 수 있다. 이 경우, 이격 없이 적층되어 설치되므로, UV램프(352)가 이격되어 적층 설치된 일 실시예 대비 유증기(OM)에 대한 자외선 조사 효과를 향상시킬 수 있다.
추가적으로, UV램프(353)를 그물망 형태로 구성하여 함으로써, 자외선의 조사 면적을 넓힘과 동시에 유증기(OM)의 흐름에 방해가 되지 않으면서 조사 효율을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 본 발명의 다른 일 실시예가 도 9에 개시되어 있다.
도 9는 도 7의 유증기의 고속 응축 장치를 B-B'라인을 따라 절단한 단면도로, 유증기 공급관 내에 설치되는 그물망 형태의 UV램프를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 유증기의 고속 응축 장치(300)는 UV램프(353)의 모양을 제외하고는 도 1 내지 도 7을 참조로 설명한 유증기의 고속 응축 장치(300)와 동일하거나 유사하다. 이에 상기와 같은 차이점에 대해서만 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
UV램프(353)는 유증기 공급관(340)의 내측면에 복수 개가 상하로 이격되어 적층 설치될 수 있다.
UV램프(353)는 그물망 형태로 유증기 공급관(340) 내에 설치될 수 있다.
UV램프(353)는 그물망 형태로 유증기 공급관(340)의 내측면에 설치될 수 있다. 이 경우, 분해로(100)에서 공급받는 유증기(OM)는 유증기 공급관(340)을 통해서 이동하게 되며, 이 과정에서 유증기(OM)는 UV램프(353)에서 조사되는 자외선에 노출될 수 있다. 그물망 형태의 UV램프(350)는 자외선의 조사 면적을 더욱 넓힘과 동시에 유증기(OM)의 흐름에 방해가 되지 않으므로, 유증기(OM)에 대한 자외선의 조사 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 유증기 공급관(340)의 내측면에 UV램프(352,353)를 설치하면, 유증기(OM)가 공급되는 즉시 자외선을 조사하게 된다. 이 경우, 유증기(OM)의 응축과 액화에 의해 자외선 조사효율이 저하되는 것을 개선할 수 있으며, 결과적으로 자외선을 사용한 유기염소화합물을 무기염소화합물로 전환시키는 전환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 10은 도 1의 유증기의 고속 응축 장치의 또 다른 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 11은 도 10의 유증기의 고속 응축 장치를 C-C'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 10 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유증기의 고속 응축 장치(300)는 유증기(OM)가 이동하는 통로(PZ)의 단면적을 감소시키는 연장부(370)를 포함하고, 유증기(OM)는 유증기 공급관(340)에서 하우징(310) 내부로 공급되어 유증기 공급관(340)과 하우징(310)의 내벽면(312) 사이에 형성된 통로(PM)를 지나 응축액 배출관(360)으로 이동할 수 있다.
연장부(370)는 유증기 공급관(340)의 상단에서 하우징(310)의 내벽면(312) 방향으로 돌출되도록 형성된다. 이 경우, 연장부(370)는 통로(PZ)의 단면적을 감소시킬 수 있다. 따라서, 통로(PZ)를 통과하는 유증기(OM) 층의 두께가 얇아지게 되고, 통로(PZ)에 설치된 UV램프(354)가 자외선을 조사함으로써, 유증기(OM) 내의 입자들에 의해 투과율이 낮아지는 현상으로 인해 유증기(OM) 내 유기염소화합물을 무기염소화합물로 전환하는 효율이 낮아지는 것을 개선할 수 있다.
하우징(310)의 내벽면(312)와 대응하여 통로(PZ)를 형성하는 연장부(370)의 일면은 유증기(OM)가 이동하는 방향으로 경사지어 형성될 수 있다. 이 경우, 통로(PZ) 내에 응축된 유증기(OM)는 통로(PZ)를 따라 신속하게 통로(PZ) 바깥으로 배출될 수 있다.
연장부(370) 하단에는 통로(PZ)보다 넓은 공간이 형성될 수 있다. 이 경우, 통로(PZ)를 빠져나온 유증기(OM)는 연장부(370) 하단에 형성된 공간에서 체류하는 동안 하우징(310)의 내벽면(312)과 외벽면(311)의 냉각수에 의해 빠르게 응축될 수 있다.
즉, 유증기(OM)는 통로(PZ)를 통과하면서 UV램프(354)에서 조사되는 자외선에 노출될 수 있다. 이 때, 유증기(OM)에 포함된 유기염소화합물이 무기염소화합물로 전환될 수 있다. 이 후, 통로(PZ)를 빠져나온 유증기(OM)는 연장부(370) 하단에 형성된 공간에서 체류하면서 하우징(310)의 내벽면(312)과 외벽면(311)의 냉각수에 의해 빠르게 응축될 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 냉각수 저장공간(CP)을 제1 공간과 제2 공간으로 분할하는 분리막이 하우징(310)의 내벽면(312)과 외벽면(311)의 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(310)의 내벽면(312)의 상단부(315)와 연장부(370)의 일면이 서로 대응하여 통로(PZ)를 형성한다. 이 때, 하우징(310)의 내벽면(312)의 상단부(315)와 대응하는 하우징(310) 외벽면(311)의 상단부(315) 사이의 제1 공간에는 냉각수가 유입되지 않도록 하고, 하우징(310)의 내벽면(312)의 하단부(316)와 대응하는 하우징(310) 외벽면(311)의 하단부(316) 사이의 제2 공간에는 냉각수가 유입되도록, 냉각수 저장공간(CP)을 제1 공간과 제2 공간을 분할하는 분리막이 냉각수 저장공간(CP)에 형성될 수 있는 것이다. 이 경우, 유증기(OM)에 자외선을 조사하는 통로(PZ) 구간에서 냉각수로 인한 유증기(OM)의 응축을 방지할 수 있다. 이 후, 통로(PZ)를 빠져나온 유증기(OM)는 제2 공간에 저장된 냉각수에 의해 간접적으로 냉각되어, 유증기(OM)의 응축 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 도시하지는 않았으나, 다른 실시예에 의하면, 통로(PZ)를 형성하는 하우징(310) 상단부(315)의 내벽면(312)과, 이와 대응하는 연장부(370)의 일면에는 자외선을 반사하기 위한 반사층이 형성될 수 있다.
반사층은 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 성분을 포함할 수 있다. 폴리테트라 플루오로에틸렌은 마찰계수가 낮고 열에 안정적인 물질이다. 그러므로, 고온의 유증기(OM)로 인해 손상되지 않으면서 효과적으로 조사되는 자외선을 반사시켜 자외선의 반사 효율을 높일 수 있다. 또한, 통로(PZ)에 응축된 응축액(CO)이 통로(PZ) 외부로 신속하게 빠져나갈 수 있다.
이 경우, UV램프(350)로부터 자외선 조사시 유증기(OM)는 최대한 유증기(OM)의 상태를 유지하고, 자외선 조사가 완료된 후 유증기(OM)는 냉각수에 의해 직간접적으로 응축되어 액화가 진행될 수 있다.
한편, 응축된 응축액(CO)의 경우, 점성이 강하여 응축액 배출관(360)으로의 배출이 잘 안될 수도 있다. 이러한 문제를 방지하기 위하여, 하우징(310)의 내벽면(312) 바닥(314)이 경사지게 형성될 수 있다. 이와 같은 본 발명의 다른 일 실시예가 도 12에 개시되어 있다.
도 12는 도 1의 유증기의 고속 응축 장치에 있어서, 경사지게 형성된 하우징의 내벽면 바닥을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 하우징(310)의 내벽면(312) 바닥(314)이 응축액 배출관(360)을 향해 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 하우징(310)의 내벽면(312) 바닥(314)의 높이는 응축액 배출관(360)에 근접할수록 점차 낮아질 수 있다. 바닥(314)의 높이가 가장 낮은 위치에 응축액 배출관(360)이 형성되어 있을 수 있다. 이 경우, 응축되어 액화된 응축액은 바닥(314)에 고이지 않고, 응축액 배출관(360)을 통해 유수분리기(500)로 신속하게 배출될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 연료유 생산 장치 100: 분해로
110: 본체 120: 대차
130: 레일 140: 투입구
150: 가열부 160: 자외선 발생부
161: 세라믹 복합체 수용부 162: 세라믹 복합체
170: 유증기 배출관 300: 유증기의 고속 응축 장치
310: 하우징 311: 외벽면
312: 내벽면 313: 돌기
320: 냉각수 공급관 330: 냉각수 배출관
340: 유증기 공급관 351,352,353,354: UV램프
360: 응축액 배출관 370: 연장부
500: 유수분리기 700: 저장탱크

Claims (12)

  1. 외관을 형성하는 외벽면과 외부에서 공급받는 유증기를 수용하는 내벽면을 가지며, 상기 외벽면과 상기 내벽면 사이에는 냉각수가 저장되는 냉각수 저장공간이 마련되는 하우징;
    상기 하우징의 저면을 관통하여 상기 하우징 내부까지 상방으로 연장되며, 외부에서 유증기를 공급받아 상기 하우징 내부로 전달하는 유증기 공급관;
    상기 하우징 내부에 수용된 유증기에 자외선을 조사하여, 유증기에 포함된 유기염소화합물을 무기염소화합물로 전환하는 UV램프; 및
    상기 하우징 내부에서 상기 냉각수와의 열교환을 통해 응축된 유증기를 유수분리기로 배출하는 응축액 배출관을 포함하고,
    상기 유증기 공급관에서 상기 하우징 내부로 공급된 유증기는 상기 유증기 공급관의 외측면과 상기 하우징의 내벽면 사이에 형성된 통로를 지나 상기 하우징 하부에 연결된 상기 응축액 배출관으로 이동하며,
    상기 UV램프는 상기 통로에 설치되어 상기 통로를 지나는 유증기에 자외선을 조사하고,
    상기 유증기 공급관의 상단에는 상기 하우징의 내벽면 방향으로 돌출되어 상기 통로의 단면적을 감소시키는 연장부가 구비되며,
    상기 하우징은, 상기 통로를 형성하는 상기 하우징의 내벽면 상단부 및 이와 대응하는 상기 하우징의 외벽면 상단부 사이에 마련되어 냉각수가 미저장되는 제1 공간과 상기 통로를 빠져나온 유증기가 체류하는 공간을 형성하는 상기 하우징의 내벽면 하단부 및 이와 대응하는 상기 하우징의 외벽면 하단부 사이에 마련되어 냉각수가 저장되는 제2 공간으로 상기 냉각수 저장공간을 분할하는 분리막을 더 포함하고,
    상기 통로를 형성하는 상기 하우징 상단부의 내벽면 및 이와 대응하는 상기 연장부의 일면에는 폴리테트라 플루오로에틸렌 성분을 포함하는 반사층이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 유증기의 고속 응축 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 내벽면 상단부는 원뿔 형상이고,
    상기 하우징의 내벽면에는 상하 방향으로 연장되는 돌기가 복수개 돌출되는 것을 특징으로 하는 유증기의 고속 응축 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 UV램프는 100nm 내지 301.4nm의 파장을 갖는 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 유증기의 고속 응축 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 응축액 배출관은 상기 하우징의 내벽면 바닥에 연결되며,
    상기 하우징의 내벽면 바닥은 경사지게 형성되어, 상기 응축액 배출관의 방향으로 갈수록 높이가 점차 낮아지는 것을 특징으로 하는 유증기의 고속 응축 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 내벽면에는 코팅층이 형성되고,
    상기 코팅층은 Ni, Cr 및 Pt 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 유증기의 고속 응축 장치.
  10. 폐플라스틱을 가열함과 동시에 자외선을 조사하여 상기 폐플라스틱의 고분자 탄화수소를 저분자 탄화수소로 절단하고, 상기 절단된 저분자 탄화수소를 포함하는 유증기를 생성하는 분해로;
    상기 분해로 후단에 연결되어 상기 분해로에서 발생한 유증기를 공급받으며, 상기 분해로에서 유입된 유증기를 냉각하여 응축시키되, 유증기에 자외선을 조사하여 유증기에 포함된 유기염소화합물을 무기염소화합물로 전환하는 유증기의 고속 응축 장치; 및
    상기 유증기의 고속 응축 장치 후단에 연결되어 상기 응축된 유증기에서 연료유를 분리하는 유수분리기를 포함하고,
    상기 분해로는 복수의 세라믹 복합체를 가진 세라믹 복합체 수용부를 적어도 하나 이상 포함하고,
    상기 세라믹 복합체는 세라믹 분말과 불화물 분말과 열형광 희토류계 형광체 물질을 포함하고,
    상기 세라믹 분말은 Al2O3, ZrO2 및 MgO 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 불화물 분말은 LiF, MgF2 및 CaF2 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 열형광 희토류계 형광체 물질은 터븀(Terbium, Tb), 세륨(Cerium, Ce), 유로퓸(Europium, Eu) 및 디스프로슘(Dysprosium, Dy) 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하며,
    상기 세라믹 복합체는 상기 분해로 내부에서 180 내지 270℃의 온도로 가열되어, 120 내지 250nm 파장의 자외선을 방출하는 것을 특징으로 하고,
    상기 세라믹 복합체는 열형광(Thermo-Fluorescence) 특성에 의해, 가열되면 자외선을 방출하는 것을 특징으로 하는 연료유 생산 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유증기의 고속 응축 장치는,
    상기 유증기의 고속 응축 장치의 외관을 형성하는 외벽면과 상기 분해로에서 생성된 유증기를 수용하는 내벽면을 가지며, 상기 외벽면과 상기 내벽면 사이에는 냉각수가 저장되는 하우징;
    상기 분해로에서 상방으로 상기 하우징 내부까지 연장되며, 상기 분해로에서 생성된 유증기를 상기 하우징 내부로 공급하는 유증기 공급관;
    상기 하우징 내부에 수용된 유증기에 자외선을 조사하는 UV램프; 및
    상기 하우징 내부에서 응축된 유증기를 상기 유수분리기로 공급하는 응축액 배출관을 포함하고,
    상기 하우징의 내벽면 상단부는 원뿔 형상이고, 상기 하우징의 내벽면에는 상하 방향으로 연장되는 돌기가 복수개 돌출되는 것을 특징으로 하는 연료유 생산 장치.
  12. 삭제
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