KR102441715B1

KR102441715B1 - 열분해 유화방법

Info

Publication number: KR102441715B1
Application number: KR1020210056683A
Authority: KR
Inventors: 나성용
Original assignee: 주식회사 웨이스트에너지솔루션
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2022-09-08

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화방법은, 고분자 폐기물을 열분해하기 위한 내부 공간이 형성된 열분해로를 마련하는 단계; 가열 수단으로 기체를 가열하여 가열된 기체로 열분해로를 가열하는 단계; 열분해로에 고분자 폐기물을 투입하여 열분해시키는 단계; 및 열분해로에서 열분해되는 생성물을 냉각하여 생성되는 재생유 및 응축되지 않은 비응축 가스를 저장하는 단계;를 포함하고, 재생유 또는 비응축 가스를 가열 수단으로 공급하여, 이들 중 어느 하나 이상을 선택하여 가열 수단에서 연소시킨다.

Description

열분해 유화방법{PYROLYSIS PETROLIZING METHOD}

본 발명은 열분해 유화방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다양한 가열원을 이용한 친환경적이고 효율적인 열분해 유화방법에 관한 것이다.

현재, 다양한 용도로 사용되고 있는 탄화수소로 구성되는 고분자 물질인 플라스틱과 비닐 등은 산업발전에 의해 배출량이 증가하고, 대부분 소각 및 매립에 의해 처리되고 있어, 대기, 토양, 해양 등의 심각한 환경오염의 요인으로 부각되면서, 고분자 폐기물의 새로운 처리기술 개발이 요구되고 있다.

또한, 자원의 순환적 이용을 위한 여러 방안들이 강구되고 있고, 이에 다양한 종류의 폐플라스틱을 재활용하는 유화장치 기술이 활성화되고 있다. 일례로 석유를 원료로 하여 제조된 폐플라스틱, 비닐 등의 고분자 폐기물의 재활용 방법으로 산소가 없는 환원성 분위기에서 열을 가하여 고분자를 구성하는 탄소사슬이 끊어지는 분해 반응을 일으켜 여러 개의 저분자 물질로 변화시키는 것으로, 폐기물이 용해되면서 기체화된 후 냉각장치를 통해 액화되어 다시 재생유를 얻을 수 있게 된다. 일부 탄화수소는 200

에서도 그 결합이 끊어지며, 350~400

까지 승온될 경우 격렬한 열분해 반응이 발생한다.

이러한 열분해 유화장치는 크게, 폐기물을 열분해로에 장입시킨 상태에서 가열하여 용융시키는 배치식과, 폐기물을 열분해로에 연속적으로 투입하여 가열하면서 연속적으로 열분해하는 연속식으로 분류할 수 있다.

배치식 열분해 유화장치는 폐기물 원료를 열분해로에 일정량 투입하고, 투입된 폐기물 원료가 모두 반응되도록 하며, 반응이 끝나면 열분해로에 남아 있는 잔류물을 제거한 후 다시 원료를 투입하는 과정을 반복한다. 이 경우 폐기물을 재투입하기 전에 반응기를 적절한 온도까지 낮춘 다음 다시 원료를 투입하게 되고, 원료 자체도 파쇄를 하지 않고 인력에 의해 투입하는 공정도 있다.

연속식 열분해 유화장치는 폐기물 원료의 전처리 및 공급, 열분해 반응, 잔류물의 배출 및 처리, 제품의 정제 등 일련의 처리 공정을 연속적으로 실시한다. 연속식의 경우는 거의 대부분의 공정이 자동화되며 따라서 플랜트의 설치를 위한 초기 투자비가 많이 소요되는 반면 운전 인력의 감소 등으로 운전비용이 적게 들고, 제품의 품질이 좋다는 장점이 있다.

종래의 열분해 유화방법은 열분해로가 가열수단과 직접적으로 접촉하여 가열수단에 의해 직접적으로 가열하는 방식이 이용되는데, 이러한 직접 가열 방식은 열분해로가 열팽창에 의해 변형되거나 손상될 위험이 있고, 열분해 유화 공정의 결과물인 폐가스, 재생유 등의 생성물을 이용하여 가열수단에 투입하는 경우 악취가 발행한다는 문제점이 있었다.

[선행기술문헌]

대한민국 등록특허공보 제10-2060532호 (2019.12.23 공고)

본 발명의 일측면은 가열원을 다양화하여 안정적이고 효율적으로 운용할 수 있는 열유화 분해방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 일측면은 재생유 사용에 따른 대기배출 가스와 유독 가스에 의한 냄새를 사전 제거할 수 있는 열유화 분해방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 일측면은 열분해로와 가열수단을 분리를 통해 유지보수작업이 용이하여 작업시간이 단축되고 관리가 효율적인 열유화 분해방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화방법은, 고분자 폐기물을 열분해하기 위한 내부 공간이 형성된 열분해로를 마련하는 단계; 가열 수단으로 기체를 가열하여 가열된 기체로 열분해로를 가열하는 단계; 열분해로에 고분자 폐기물을 투입하여 열분해시키는 단계; 및 열분해로에서 열분해되는 생성물을 냉각하여 생성되는 재생유 및 응축되지 않은 비응축 가스를 저장하는 단계;를 포함하고, 재생유 또는 비응축 가스를 가열 수단으로 공급하고, 이들 중 어느 하나 이상을 선택하여 가열 수단에서 연소시켜 기체를 가열한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화방법에 있어서, 가열하는 단계는, 열분해로의 온도가 150 ~ 200 ℃로 되도록 가열하는 제1 가열 단계와, 제1 가열 단계에서 일정 시간이 경과한 후 열분해로의 온도가 300 ~ 400 ℃로 승온하도록 가열하는 제2 가열 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화방법에 있어서, 제1 가열 단계는 가열 수단에서 외부에서 유입되는 공기를 전기로 가열하며, 제2 가열 단계는 전기로 가열하는 것을 중단한 후, 외부에서 유입되는 공기를 재생유 또는 비응축 가스 중 어느 하나 이상을 선택하여 가열할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화방법에 있어서, 제2 가열 단계는, 비응축 가스의 생성량이 기설정된 기준치를 초과하는 경우 실시간으로 비응축 가스를 연소하여 공기를 가열하고, 비응축 가스의 생성량이 기설정된 기준치 이하로 감소하는 경우, 비응축 가스가 기준치를 초과할 때까지 포집하고, 재생유를 연소하여 공기를 가열할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화방법에 있어서, 열분해시키는 단계는 고분자 폐기물을 열분해로로 투입하는 투입수단에서 열분해로에 인접한 구역의 산소 농도를 측정하는 단계; 산소 센서에 측정한 산소 농도가 기설정한 기준치를 초과하는 경우, 투입 수단에 퍼지 가스를 배출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면 가열원을 다양화하여 안정적이고 효율적으로 운용할 수 있고, 재생유 사용에 따른 대기배출 가스와 유독 가스에 의한 냄새를 사전 제거할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예들에 따르면 열분해로와 가열수단을 분리를 통해 유지보수작업이 용이하여 작업시간이 단축되고 효율적으로 관리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화장치의 일부를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화장치의 열분해로를 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화장치의 연소 챔버를 나타내는 구성도이다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 열유화 분해장치에 관하여 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화장치를 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화장치의 일부를 나타내는 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화장치의 연소 챔버를 나타내는 구성도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화장치는 열분해로(300), 열분해로 하우징(310), 가열 수단(400), 배출 수단(500), 기체분리기(600), 냉각 수단(700), 가스저장 수단(800), 재생유 저장수단(900)공급 수단을 포함한다.

투입수단(200)은 호퍼 등과 같은 원료 공급수단(100)과 연결되어 고분자 폐기물을 공급받아 열분해로(200)의 내부로 투입하는 것으로, 열분해로(300)에서 열분해 공정 중에도 계속적으로 고분자 폐기물을 열분해로(200)의 내부로 투입한다.

투입수단(200)은 외부공기 유입 차단을 위한 구조로서 상부투입관(210), 하부투입관(220) 및 수직연결관(230)을 포함하여 구성될 수 있다.

상부투입관(210)은 원료공급 수단(100)과 연결되고, 내측에 상부스크루(211)가 구동수단(212)에 의해 회전 가능하게 설치되어 고분자 폐기물을 압착시켜 후방으로 이송하며, 이 때 구동수단(212)은 상부투입관(210)의 외부 전방에 설치되어 상부스크루(211)의 회전축을 회전시킨다.

상부스크루(211)는 날개깃과 날개깃 사이의 피치가 관 후단부로 갈수록 점차 감소하도록 형성되어 고분자 폐기물이 점점 강하게 압착되면서 후방으로 이송될 수 있도록 형성될 수 있다.

수직연결관(230)과 연결되는 상부투입관(110)의 후단부에는 날개깃이 형성되지 않아 상부투입관(210)에서 이송된 고분자 폐기물이 정체되지 않고 수직연결관(230)을 통해 하측으로 원활히 이송될 수 있으며, 날개깃이 형성되지 않은 후단부에 상부 게이트밸브(213)가 설치되어 관을 개폐 제어할 수 있다.

상부 게이트밸브(213)는 나이프 셔터의 개폐 작동에 의하여 외부 공기가 상부투입관(210)으로 유입되지 않고 고분자 폐기물만 자동으로 투입될 수 있게 된다.

상부투입관(210)은 전방투입관(210a), 후방투입관(210b) 및 벤트리관(210c)을 포함한다.

전방투입관(210a)은 상측의 원료 공급수단(100)과 연결되고 원료 공급수단(100)으로부터 공급된 압축되지 않은 고분자 폐기물을 원활히 수용하기 위해 큰 직경을 가지며, 수용된 고분자 폐기물이 전방투입관(210a)에서 1차로 압축된다.

후방투입관(210b)은 전방투입관(210a)보다 작은 직경을 갖고 벤트리관(210c)을 통과한 고분자 폐기물이 3차로 압착되며 수직연결관(230)과 연결된다. 후방투입관(210b)에는 상부 게이트밸브(213)가 설치되어 관의 개폐 제어가 이루어진다.

벤트리관(210c)은 큰 직경을 갖는 전방투입관(210a)과 이보다 작은 직경을 갖는 후방투입관(210b)의 사이에 연결 형성되고 후방으로 갈수록 점차 직경이 감소함으로써 전방투입관(210a)에서 이송된 고분자 폐기물이 2차로 가압된다.

하부투입관(220)은 상부투입관(230)의 하측 후방에 구비되되, 후방의 열분해로(300)와 연결되고, 내측에 하부스크루(221)가 구동수단(222)에 의해 회전 가능하게 설치되어 고분자 폐기물을 압착시켜 후방으로 이송하여 열분해로(300)의 내부로 투입시키며, 이 때 구동수단(222)은 하부투입관(220)의 외부 전방에 설치되어 하부스크루(221)의 회전축을 회전시킨다.

하부스크루(221)는 상부스크루(211)와 날개깃의 나선 방향이 반대로 형성될 수 있고, 날개깃과 날개깃 사이의 피치가 관 후단부로 갈수록 점차 감소하도록 형성되어 고분자 폐기물이 점점 강하게 압착되면서 후방으로 이송될 수 있도록 한다. 수직연결관(230)과 연결되는 하부투입관(120)의 전단부에는 수직연결관(230)으로부터 이송된 고분자 폐기물의 정체를 방지하기 위해 날개깃이 형성되지 않는다.

수직연결관(230)은 상부투입관(110)의 후단과 하부투입관(120)의 전단을 수직 방향으로 연결하고, 중간에 하부 게이트밸브(131)가 설치되어 관을 개폐 제어한다.

하부 게이트밸브(231)는 셔터의 개폐 작동에 의하여 외부 공기가 하부투입관(220)으로 유입되지 않고 고분자 폐기물만 자동으로 투입될 수 있도록 하고 원료 공급수단(100)을 통해 고분자 폐기물의 자동 투입시 상부 게이트밸브(213)와 하부 게이트밸브(231)가 동시에 개폐될 수도 있고, 교대로 개폐 제어될 수 있다.

교대 개폐 제어의 일례로, 원료 공급수단(100)으로부터 공급된 고분자 폐기물이 상부투입관(210)을 통해 압착 이송되면, 상부 게이트밸브(213)가 개방되어 수직연결관(230)에 유입될 수 있도록 한다. 이 때, 하부 게이트밸브(231)는 닫혀진 상태가 되며, 수직연결관(230)에 고분자 폐기물만 모이게 되면 하부 게이트밸브(231)가 개방되어 고분자 폐기물이 하부투입관(220)을 향해 아래로 낙하하게 된다. 이 때 상부 게이트밸브(213)는 닫혀진 상태가 되어 외부 공기의 유입과 유증기의 외부 유출을 차단하여 사고를 방지할 수 있다.

투입수단(200)을 통해 고분차 폐기물을 열분해로(300)에 투입할 때, 공기도 같이 열분해로(300)에 유입되면서 열분해로(300)에 산소농도가 높아지면 가연성 가스가 연소하면서 폭발할 위험이 있다. 이러한 경우 열분해로(300) 또는 투입수단(200)에 불활성 가스를 같이 유입하면 폭발 위험을 감소시킬 수 있다.

퍼지 가스 주입 유닛(250)은 산소농도를 낮추기 위해 퍼지 가스를 투입수단(200)에 주입하는 수단으로서, 퍼지 가스를 투입수단(200)에 주입하는 제1 노즐부(251)와, 제1 노즐부(251)와 인접 배치되며 퍼지 가스를 투입수단(200)에 주입하는 제2 노즐부(252)와, 제1 노즐부(251) 및 제2 노즐부(252)에 연결되어 퍼지가스를 공급하는 가스 저장부(253)을 포함한다. 퍼지 가스는 질소와 같은 불활성 가스로 구성된다.

제1 노즐부(251)는 투입수단(200)을 개폐하는 게이트밸브 전단에 배치되며, 제2 노즐부(252)는 게이트밸브 후단에 배치된다. 본 실시예에서는 하부 게이트밸브(231)의 전단에 제1 노즐부(251)가 배치되고, 하부 게이트밸브(231)의 후단에 제2 노즐부(252)가 배치된다.

산소 센서(260)는 열분해로(300)에 인접한 투입수단(200)에 배치되어 열분해로(300)에 인접한 투입수단 구역의 산소 농도를 감지한다. 산소 센서(260)는 제1 노즐부(251) 및 제2 노즐부(252)보다 열분해로(300)에 인접한 구역에 배치될 수 있다.

산소 센서(260)를 통해 감지된 산소가 일정 %를 초과하면, 가스 저장부(253)에 신호를 보내 제1 노즐부(251) 또는 제2 노즐부(252)를 통해 퍼지 가스를 배출한다. 투입수단(200)에 퍼지 가스가 주입되면서 산소 농도를 낮출 수 있다.

이 때, 열분해로(300)의 내부폭발위험성을 방지하기 위하여 산소의 농도를 연소에 필요한 최소산소농도(MOC, Minimum Oxygen Concentration)를 기준으로, 열분해로의 산소농도를 최소산소농도 이하로 낮추는 것이 바람직하다. 예를 들어 열분해시 인화성 가스나 증기의 경우에는 최소산소농도가 약 10% 정도이나, 충분한 안정성을 확보하기 위해 산소농도를 최소산소농도보다 4% 이상 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 산소 센서(260)에서 산소농도가 6%를 초과하여 측정되면 퍼지 가스를 투입하고, 산소농도가 6% 이하가 되면 퍼지 가스를 투입을 정지한다.

투입수단(200)에 별도의 공기배출배관(미도시)가 형성되어 질소 주입시에 공기를 배출할 수 있다. 공기가 배출되는 양에 대응하여 퍼지 가스에 주입됨으로써 보다 효율적으로 산소 농도를 낮출 수 있다.

제1 노즐부(251) 및 제2 노즐부(252)는 하부 게이트밸브(231)와 연동하여 작동할 수 있다. 예를 들어, 산소 센서(260)에서 측정된 산소농도가 기준치를 초과하여 퍼지 가스를 투입할 때, 하부 게이트밸브(231)이 개방된 경우에는 제1 노즐부(251)을 통해 퍼지 가스를 투입하고, 외부 공기 차단을 위해 하부 게이트밸브(231)가 폐쇄된 경우에는 제2 노즐부(252)를 통해 퍼지 가스를 투입한다.

열분해로(300)는 내부 공간에 장입된 고분자 폐기물을 가열 용융하여 열분해하기 위한 수단으로, 가열 수단에서 가열된 기체와 열교환하여 고분자 폐기물을 열분해한다.

열분해로(300)는 대략 원통형으로 형성되고, 수평으로 배치되며, 수평방향 일측에 고분자 폐기물이 투입되는 투입구와, 타측에 가열 용융하여 열분해한 생성물을 배출되는 배출구를 구비한다. 열분해로(300)는 일측 설치된 모터(미도시)가 제공하는 회전력에 의해 원통의 중심을 회전축으로 하여 회전할 수 있다.

일측에 연결된 투입수단(100)으로부터 폐플라스틱, 폐비닐 등의 고분자 폐기물이 자동으로 연속 투입되어 열분해로(300)의 회전에 의하여 교반되면서 가열 및 용융되며, 용융된 생성물은 내부 공간에 수평방향으로 형성된 나선(미도시)에 의해 가이드되면서 배출구로 이송될 수 있다.

열분해로 하우징(310)은 열분해로(300)를 가열된 기체로 가열하기 위한 수단으로서, 열분해로(300)의 외부를 이격되어 감싸도록 형성된다. 열분해로 하우징(310)의 내면과 열분해로 외면 사이에 이격된 공간으로 가열된 기체가 지나면서 열분해로(300)를 가열할 수 있다. 즉, 열분해로(300)는 가열원에 의한 직접 가열 방식이 아닌, 가열된 기체와의 열교환을 통해 가열되는 간접 가열 방식으로 가열된다.

가열 수단(400)에서 가열된 공기는 가열 수단(400)과 열분해로(300)를 연결하는 연결관(L430)에서 복수개의 유입관(320)을 거쳐 열분해로(300)로 유입된다. 가열된 공기가 직접적으로 열분해로(300)에 접촉하는 경우에는 고열에 의한 변형이나 파손이 발생할 수 있으므로, 유입관(320)의 유입구 전방에는 가드부(330)가 배치될 수 있다.

가드부(330)는 3개의 판이 결합되어 단면이 Y자 형태로 형성되어 있으며, 열분해로 하우징(310)으로 유입되는 고열의 공기가 열분해로(300)의 표면에 직접 닿지 않도록 하고, 가열된 공기의 흐름을 분산시켜 열분해로(300)의 외면에 넓게 퍼지게 함으로써 열교환이 효율적으로 발생할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화장치의 연소 챔버를 나타내는 구성도이다.

기체를 가열하여 히팅 챔버에 가열된 기체를 공급하는 가열 수단(400)은 전기 히팅 챔버(410) 및 연소 챔버(420)를 포함한다. 전기 히팅 챔버(410) 및 연소 챔버(420)는 서로 직결로 연결되어 있는데, 온도, 열분해 생성물 상황에 따라 선택적으로 가동할 수 있다. 가열수단(400)은 열분해로(300)와 접촉하지 않고 분리되어 있어 유지보수작업이 용이하고 효율적으로 관리할 수 있다.

전기 히팅 챔버(410)는 외부에서 유입된 공기를 전기 히터로 가열하는 수단으로, 열분해 공정 개시 전 또는 초기에 열분해 공정의 생성물인 비응축 가스 또는 재생유가 생성되기 전에 공기를 가열하는 열원의 역할을 한다.

전기 히팅 챔버(410)는 외부 공기가 유입되는 공간을 구비한 챔버 본체와, 챔버 내에 유입된 공기를 가열하는 전기 히터를 포함한다. 외부 공기가 송풍기(412a)를 통해 전기 히팅 챔버(410)의 챔버 본체로 유입되어 챔버 본체에서 가열된다. 가열된 공기는 전기 히팅 챔버(410)에서 나와 연소 챔버(420)를 거쳐 열분해로 하우징(310)으로 유입된다.

연소 챔버(420)는 기체를 가스 또는 오일로 가열하는 수단으로, 가스공급수단(800)으로부터 공급받은 비응축가스 또는 재생유 저장수단(900)으로부터 공급받은 재생유 중에서 어느 하나 이상을 선택하여 연소시켜 외부에서 유입된 기체를 가열하는 역할을 한다.

이와 같이 비응축 가스를 공급받아 가열원으로 사용하면, 높은 온도의 가연성 가스를 가열원으로 사용하는 것이므로 가열효율이 향상되며, 열분해 공정에서 생성된 가스를 한 번 더 연소 후에 정제하여 배출하므로 오염물질을 감소시킬 수 있다.

연소 챔버(420)는, 내부 공간을 구비하는 챔버 본체(421)와, 챔버 본체(421) 일측에 연결되어 가스공급수단(800)으로부터 공급받은 비응축가스를 연소시키는 가스 버너(422)와, 챔버 본체(4212) 일측에 연결되어 재생유 저장수단(900)으로부터 공급받은 재생유를 연소시키는 오일 버너(423)를 포함한다.

가스 버너와(422)와 오일 버너(423)은 서로 인접하여 사이에 두고 서로 마주 보도록 배치된다. 바람직하게는 도 4에 도시된 바와 같이, 가스 버너(422)와 오일 버너(423)가 소정 각도를 갖고 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 이와 같이 배치되면 가스 버너(422)의 가스 노즐(미도시)은 오일 버너(423)의 점화장치(미도시)와 마주 보게 되어, 가스 버너(422)에서 연소 챔버(420)로 유입된 비응축 가스는 오일 버너(423) 점화장치의 화염을 지나면서 연소하게 된다.

비응축 가스로 기체를 가열하는 경우, 비응축 가스는 열분해 공정 동안 불규칙하고 고분자 폐기물에 성분에 따라 생성량의 편차가 크기 때문에, 비응축가스가 급격히 공급되는 경우 화재나 폭발 위험이 있을 수 있다.

따라서 가스 버너(422)에서는 열분해 공정 중 비응축 가스 공급량과 상관없이 점화장치를 별도로 점화를 하지 않고, 오일 버너(423) 점화장치의 화염을 이용하는 것이 바람직하다. 오일 버너(423)는 열분해 공정 중 점화를 개시하면, 공정 내내 계속적으로 점화 상태로 화염을 유지한다.

이는 재생유로 기체를 가열하는 경우에, 재생유의 특성상 왁스에 의해 굳어버리는 특징이 있고, 정제되지 않은 불순물을 다량 함유할 수 있어 노즐이 막히는 현상이 발생할 위험이 있기 때문이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화장치를 참조하면서, 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화방법을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 유화방법은, 고분자 폐기물을 열분해하기 위한 내부 공간이 형성된 열분해로(300)를 마련하는 단계; 가열 수단(400)으로 기체를 가열하여 가열된 기체로 열분해로(300)를 가열하는 단계; 열분해로(300)에 고분자 폐기물을 투입하여 열분해시키는 단계; 및 열분해로(300)에서 열분해되는 생성물을 냉각하여 생성되는 재생유 및 응축되지 않은 비응축 가스를 저장하는 단계;를 포함하고, 재생유 또는 비응축 가스를 가열 수단(400)으로 공급하여, 이들 중 어느 하나 이상을 선택하여 가열 수단에서 연소시킨다.

고분자 폐기물을 열분해하기 위한 열분해로(300)와, 이를 가열하는 가열 수단(400)에 대한 설명은 전술한 바와 동일하다.

가열하는 단계는 저온 영역에서 가열하는 제1 가열 단계와, 저온 영역에서 승온하여 고온 영역에서 가열하는 제2 가열 단계를 포함한다.

열분해로(300)에 고분자 폐기물을 투입하기 전에 수행하는 제1 가열 단계로서, 열분해로(300)를 예열하거나 열분해 공정 초기에는 외부 공기가 송풍기(412a)를 통해 전기 히팅 챔버(410)의 챔버 본체 내부로 유입되고, 전기 히팅 챔버(410)를 가동하여 유입된 공기를 가열한다. 전기 히팅 챔버(410)에 의해 가열된 공기를 열분해로 하우징(310)으로 공급하고, 가열된 공기는 열교환을 통해 열분해로(300)를 가열한다.

제1 가열 단계에서 일정 시간이 경과한 후, 열분해로(300)의 온도를 고온으로 승온하는 경우에는, 제2 가열 단계로서 재생유를 통해 오일 버너(423)를 가동하여 재생유를 연소시키고, 송풍기(412b)를 통해 유입되는 외부 공기를 가열할 수 있다. 열분해 공정이 정상 상태에 도달하여 재생유나 비응축 가스가 생성되기 전인 경우, 미리 마련된 오일을 통해 오일 버너(423)을 가동할 수 있다.

이 때, 오일을 점화하기 위하여 점화한 오일 버너의 점화장치는 열분해 공정을 완료할 때까지 점화 상태로 화염을 유지한다. 이와 같이 저온에서 전기 히팅 챔버(410)로 가열하여 온도를 높인 후에 재생유를 통해 좀 더 고온으로 2단계로 승온하는 경우에는 대기배출 가스와 유독 가스에 의한 냄새를 제거할 수 있다.

본 실시예에서는 제1 가열단계에서 열분해로(300)의 온도가 150 ~ 200 ℃로 가열하고, 제2 가열 단계에서 열분해로(300)의 온도가 300 ~ 400 ℃로 승온하도록 가열하여 300 ~ 400 ℃에서 열분해로(300)에 장입된 고분자 폐기물들이 열분해 반응을 일으키도록 한다.

공정 초기 단계에서부터 열분해 온도로 300 ~ 400 ℃로 가열하는 경우에는 급속한 가열로 인해 열분해시 발생하는 저탄소 합성가스를 다량 발생시켜, 생산수율을 하락시킬 수 있으며, 200 ℃ 이하에서의 저온가열이 계속되는 경우에는 다량의 파라핀계 성분의 재생유를 발생시켜 재생유의 품질을 저하시킬 수 있다.

열분해로(300)가 가열되면서 열분해 온도에 도달하고 열분해 공정에 의해 비응축 가스 또는 재생유가 일정 수량 이상 생성되기 시작하면, 전기 히팅 챔버(410)의 가동을 중단할 수 있다. 열분해로(300)의 온도를 높이기 위해서 비응축 가스 또는 재생유 중 어느 하나 이상을 선택하여 연소시켜 가열된 기체를 열분해로 하우징(310)으로 공급할 수 있다.

비응축 가스를 선택하여 연소 챔버(420)에서 연소시키는 경우에는, 공급량이 불규칙이고 일정하지 않은 특성을 고려하여 가스 버너(422)의 점화장치(미도시)는 점화하지 않는다. 비응축 가스가 공급됨에 따라 가스 버너(422)의 점화장치가 작동한다면, 비응축 가스가 갑자기 생성량이 증가한 상태에서 점화될 경우 가스 버너(422)가 폭발할 위험이 있다. 비응축 가스는 가스 버너(422)에서 나와 연소 챔버(420)에 유입되면서 계속 점화 중인 오일 버너(423)의 화염을 지나면서 연소되는 것이 바람직하다.

열분해로(300)의 온도가 일정 온도를 초과하는 경우에는 전기 히팅 챔버(410)의 가동을 중단하고, 비응축 가스 또는 재생유 중 어느 하나 이상을 선택하여 연소시켜 열분해로 하우징(310)으로 공급할 수 있다.

비응축 가스는 열분해 공정 동안 불규칙하고 고분자 폐기물에 성분에 따라 생성량 편차가 크기 때문에, 열분해 공정동안 비응축 가스를 최대한 일정하게 연소 챔버(420)로 보내는 것이 바람직하다. 비응축 가스의 생성량이 기설정된 기준치를 초과하는 경우, 실시간으로 연소 챔버(420)로 비응축 가스를 공급한다. 비응축 가스의 생성량이 기설정된 기준치 이하로 감소하는 경우, 비응축 가스가 기준치를 초과할 때까지 포집하고, 그 동안은 재생유를 연소 챔버(420)로 공급하여 재생유로 기체를 가열할 수 있다.

열분해로 하우징(310)에서 열교환 후 배출되는 기체는 다시 연소 챔버(420)으로 유입시켜, 잔열이 남아있는 기체를 다시 재가열함으로써 열효율을 높일 수 있다.

상술한 설명에서 서로 다른 요소들 간의 결합 또는 접합(접속)시에는 이들 간을 결합시키기 위한 별도의 결합 부재를 구비한다. 또한, 필요에 따라 접합면에서의 누설을 방지하기 위한 별도의 밀봉 수단이 더 추가될 수도 있다. 또한, 결합 공정의 편의와 누설 방지를 위해 끼워맞춤 형태의 소정의 돌기 또는 홈 등이 형성될 수도 있다.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 다양한 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

100 : 연료 공급수단 200 : 투입수단
300 : 열분해로 310 : 열분해로 하우징
400 : 가열 수단 410 : 전기 히팅 챔버
420 : 연소 챔버 500 : 배출 수단
600: 기체분리기 700 : 냉각 수단
800 : 가스공급수단 900 : 재생유 저장수단

Claims

고분자 폐기물을 열분해하기 위한 내부 공간이 형성된 열분해로를 마련하는 단계;
가열 수단으로 기체를 가열하여 가열된 기체로 상기 열분해로를 가열하는 단계;
상기 열분해로에 고분자 폐기물을 투입하여 열분해시키는 단계; 및
상기 열분해로에서 열분해되는 생성물을 냉각하여 생성되는 재생유 및 응축되지 않은 비응축 가스를 저장하는 단계;를 포함하고,
상기 재생유 또는 비응축 가스를 상기 가열 수단으로 공급하고, 이들 중 어느 하나 이상을 선택하여 상기 가열 수단에서 연소시켜 기체를 가열하고,
상기 가열하는 단계는,
상기 열분해 공정 개시 전 또는 초기에 열분해로의 온도가 150 ~ 200 ℃로 되도록 가열하는 제1 가열 단계와,
상기 제1 가열 단계에서 일정 시간이 경과한 후, 상기 열분해로의 온도가 300 ~ 400 ℃로 승온하도록 가열하는 제2 가열 단계를 포함하며,
상기 제1 가열 단계는 상기 가열 수단에서 외부에서 유입되는 공기를 전기로 가열하며,
상기 제2 가열 단계는 전기로 가열하는 것을 중단한 후, 외부에서 유입되는 공기를 상기 재생유 또는 비응축 가스 중 어느 하나 이상을 선택하여 가열하고,
상기 제2 가열 단계에서,
상기 가열 수단은 공기를 재생유 또는 비응축 가스 중 어느 하나를 온도, 열분해 생성물 상황에 따라 선택하여 연소시켜 공기를 가열하는 연소 챔버를 포함하고,
연소 챔버는, 내부 공간을 구비하는 챔버 본체; 상기 챔버 본체 일측에 연결되어 상기 가스공급수단으로부터 공급받은 비응축가스를 연소시키는 가스 버너; 및 상기 챔버 본체 일측에 연결되어 상기 재생유 저장수단으로부터 공급받은 재생유를 연소시키는 오일 버너;를 포함하고,
상기 가스 버너는 오일 버너와 인접하여 마주보도록 배치되되, 소정 각도를 갖고 교차하는 방향으로 배치되고,
상기 가스 버너에서는 열분해 공정 중 비응축 가스 공급량과 상관없이 점화장치를 별도로 점화를 하지 않고, 상기 오일 버너는 열분해 공정 도중 계속적으로 점화 상태를 유지하며,
상기 가스 버너에서 상기 연소 챔버로 유입된 비응축 가스는 상기 오일 버너의 점화장치의 화염을 지나면서 연소하는 열분해 유화방법.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 제2 가열 단계는
상기 비응축 가스의 생성량이 기설정된 기준치를 초과하는 경우, 실시간으로 상기 비응축 가스를 연소하여 공기를 가열하고,
상기 비응축 가스의 생성량이 기설정된 기준치 이하로 감소하는 경우, 상기 비응축 가스가 기준치를 초과할 때까지 포집하고, 상기 재생유를 연소하여 공기를 가열하는 열분해 유화방법.
제1항에 있어서,
상기 열분해시키는 단계는
고분자 폐기물을 상기 열분해로로 투입하는 투입수단에서 상기 열분해로에 인접한 구역의 산소 농도를 측정하는 단계;
상기 산소 센서에 측정한 산소 농도가 기설정한 기준치를 초과하는 경우, 상기 투입 수단에 퍼지 가스를 배출하는 단계를 포함하는 열분해 유화방법.