KR102452134B1 - 폐플라스틱 열분해로 시스템과 폐플라스틱 열분해 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소각 처리 대상인 각종 폐플라스틱으로부터 열 화학적인 방법으로 유용한 가스 및 오일을 추출하면서, 폐플라스틱에 결합된 금속류를 분리 회수할 수 있는 열분해로 시스템 및 폐플라스틱의 열분해 방법에 관한 것으로서, 열분해로와 상기 열분해로에 폐플라스틱을 공급시키도록 운송 수단이 마련되는 공급부와, 상기 열분해로에서 열분해가 완료된 폐플라스틱을 냉각시키는 냉각부를 포함하되, 상기 공급부와 열분해로 사이에는 상기 입구 도어 측에 설치되어, 입구 도어가 개방될 때 열분해로와 서로 연통되고, 열분해로에 기밀하게 연결되어 열분해로에 외부 공기가 유입되는 것을 차단시키는 공급용 안전조가 설치됨으로써, 낭비와 환경파괴를 초래하던 폐플라스틱의 처리 과정을 친환경적이고 유용한 물질의 다량 회수가 가능한 공정으로 만들어줌과 아울러, 폐플라스틱이 연속적으로 공급되더라도 주변 공기와 열분해로 내부의 수소 기체의 폭발적 반응이 일어나는 것이 방지됨으로써 폐플라스틱으로부터 유용한 물질을 얻는 공정이 극히 높은 속도로 이루어질 수 있게 되어 최대한 효율적인 운전이 가능한 폐플라스틱 열분해로 시스템 및 폐플라스틱의 열분해 방법을 제공하고자 한다.
Description
본 발명은 소각 처리 대상인 각종 폐플라스틱으로부터 열 화학적인 방법으로 유용한 가스 및 오일을 추출하면서, 폐플라스틱에 결합된 금속류를 분리 및 회수할 수 있는 열분해로 시스템 및 폐플라스틱의 열분해 방법에 관한 것이다.
현대사회를 떠받치는 기둥이라고 할 수 있는 주요 에너지원인 석유는 전 산업분야에 광범위하게 대량으로 사용되는 플라스틱 제품의 원료이기도 하다.
플라스틱 제품은 특성상 부패하지 않고, 특별한 열화학적 공정 없이 재활용 되는 제품은 극히 한정되어 있으므로, 각 산업과 가정에서 배출되는 폐플라스틱은 통상적으로 소각 처리된다.
폐플라스틱은 소각 과정에서 다이옥신과 같은 극히 유해한 화학물질을 대량으로 발생시키므로 편리하게 사용되던 물건임에도 폐기될 때는 엄청난 환경 문제를 유발시킨다.
또한 폐플라스틱은 금속과 같은 유용하게 재활용 가능한 물질과 결합 또는 부착된 상태로 제작되는 경우가 많으므로 폐플라스틱에 결합된 금속류를 회수하기 위해서는 플라스틱 부위는 소각하는 수밖에 없어 결합된 금속류의 회수 과정에서도 엄청난 환경문제가 발생된다. 더욱이 각종 전자제품부터 차량 타이어와 기타 생활 비닐 등을 포함하는 폐플라스틱의 소각 과정에서는 대량의 온실가스와 기타 유해한 가스들이 방출되고, 처리가 곤란한 고형물이 남게 되므로 대기 뿐만 아니라 토양과 지하수 또한 심각하게 오염시키고 있다.
예를 들어 도 1a와 같이 주변에서 흔하게 볼 수 있는 알루미늄 층과 유화필름 층을 모두 포함하는 포장재의 경우, 포장재에 포함되는 알루미늄 층의 두께는 100㎛ 이하로 극히 얇으므로 기계적인 방법에 의한 알루미늄 회수는 거의 불가능하며, 소각으로도 온전하게 회수하기가 힘들며 특히 유독가스 발생과 폭발의 위험이 존재하여 고가의 정화시설이 필연적으로 구비되어야 하므로 막대한 비용이 소요되거나 안전사고의 원인이 될 수 있으므로 재활용이 용이하지 않다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래기술인 국내공개특허 제2004-24473호 등이 개시되어 있고, 구체적으로는 질산을 함유한 산성 용액을 이용하여 알루미늄 비닐(종이) 복합 포장재에 대하여 침출 삼투를 진행하고, 아울러 알루미늄 비닐 복합 포장재 접합처의 알루미늄 산화층에 대하여 분리 용해 침식을 진행하여 알루미늄 비닐(종이) 복합 포장재 중의 비닐 재질층 또는 종이 재질층을 알루미늄 재질층과 분리하는 방법이 개시되어 있다.
그러나 이러한 종래기술은 포장재를 이루는 얇은 알루미늄을 분리할 수 있다는 장점은 있으나, 해당 포장재를 용액에 침하시켜야 하므로 소요되는 시간이 상당하고, 해당 알루미늄을 분리하기 위해 사용하는 용액 자체가 산성의 물질로 이루어져 있어 그로 인한 독성의 가스방출이나 안전사고에 대한 방어가 취약하다는 문제점이 여전히 존재한다.
또한 등록특허공보 제10-1890415호(공고일자: 2018. 08. 21)에서는 폐플라스틱으로부터 열분해 방식으로 재생유를 환원하여 회수하는 폐플라스틱 열분해 유화장치가 개시된다. 이때 소정의 밀폐된 반응로에서 폐플라스틱을 가열하여 흡열반응을 거쳐 발생되는 가스를 응축시킴으로써 유용한 오일을 얻을 수 있다.
그런데 열분해로는 가스 추출을 위한 특성상 외부에 대해 밀폐되므로 한번 투입된 폐플라스틱으로 추출 과정을 마치고 나면 식혀서 잔류물을 배출시키고 다음 폐플라스틱을 투입하여 재가열해야 하므로 효율이 상당히 낮을 수밖에 없고, 얻어진 가스 중에서 응축되지 않고 끝까지 잔류하는 가스는 별도의 저장 시설이 없는 한 소각시켜 제거해야 하므로 유용한 물질의 낭비로 인하여 높은 수율을 얻기 힘든 문제가 있다.
특히 열분해로에 폐플라스틱을 투입하는 과정에서 열분해로 내부에 발생된 수소와 주변의 공기가 만나 폭발성 반응이 일어나는 것을 방지하기 위해서는 열분해로 내부의 수소가 제거되고 온도가 냉각되는 과정이 필요하므로 종래의 열분해로에서는 폐플라스틱의 연속적인 공급이 이루어질 수 없어 수율이 극히 낮을 수밖에 없는 문제도 있다.
또한 폐플라스틱이 파우치 형태나 유연한 용기 형태일 경우에는 열분해 공정이 끝나면 반드시 천천히 냉각시켜야 하며 이러한 냉각 과정을 거치지 않으면 폭발 위험이 있다. 폐플라스틱에는 여러 종류의 물건이 섞여 있을 수 있으며 그 중에는 이러한 파우치 형태의 물건이 있을 수 있으므로 폭발과 같은 안전사고를 방지하기 위해서도 반드시 한 번의 열분해 공정 후에는 장시간의 냉각이 필요하여 종래 열분해로는 수율이 낮을 수밖에 없는 문제가 있다.
공개특허공보 제10-2004-24473호(공개일자: 2004. 03. 20)
등록특허공보 제10-1890415호(공고일자: 2018. 08. 21)
이에 본 발명은 폐플라스틱으로부터 환경 파괴 없이도 친환경적인 방법으로 유용한 오일과 가스를 얻을 수 있고, 종래 분리시키기 힘든 폐플라스틱과 결합된 금속류도 용이하게 회수할 수 있음으로 인해, 종래 극히 유해한 물질을 배출하기만 하면서 폐기되어 막대한 낭비와 환경파괴를 초래하던 폐플라스틱의 처리 과정을 친환경적이고 유용한 물질의 다량 회수가 가능한 공정으로 만들어줌과 아울러, 폐플라스틱이 연속적으로 공급되더라도 주변 공기와 열분해로 내부의 수소 기체의 폭발적 반응이 일어나는 것이 방지됨으로써 폐플라스틱으로부터 유용한 물질을 얻는 공정이 극히 높은 속도로 이루어질 수 있게 되어 최대한 효율적인 운전이 가능한 폐플라스틱 열분해로 시스템 및 폐플라스틱의 열분해 방법을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해로 시스템은 내부에 가열 수단이 마련되고, 입구 도어와 출구 도어가 설치되는 열분해로와, 상기 열분해로에 폐플라스틱을 공급시키도록 운송 수단이 마련되는 공급부(50)와, 상기 열분해로에서 열분해가 완료된 폐플라스틱을 냉각시키는 냉각부(40)와, 상기 냉각부(40)에서 냉각된 잔류 폐플라스틱을 반출시키는 이송부를 포함하되, 상기 공급부(50)와 열분해로 사이에는 상기 입구 도어 측에 설치되어, 입구 도어가 개방될 때 열분해로와 서로 연통되고, 열분해로에 기밀하게 연결되어 열분해로에 외부 공기가 유입되는 것을 차단시키는 공급용 안전조(10)가 설치됨으로써, 열분해 과정에서 발생되는 수소가 공기와 만나 폭발성 반응이 일어나는 것이 방지되어 폐플라스틱의 연속 공급이 가능하다.
여기서 상기 공급용 안전조(10)에는 바람직하게는 불활성 가스 주입덕트가 설치됨으로써, 공급용 안전조(10)에 폐플라스틱이 투입된 후에 공급용 안전조(10) 내부에 불활성 가스가 충전될 수 있다.
이 경우 상기 열분해로는 바람직하게는 적어도 하나 이상의 파티션 도어(24)가 개폐 가능하게 설치되어, 열분해로가 폐플라스틱의 진행 방향을 따라 둘 이상의 섹터로 분할되게 형성되고, 상기 공급용 안전조(10)와 인접한 섹터에는 폐플라스틱이 상온에서 고온으로 가열되는 과정에서 발생되는 수증기 및 불순물의 증발기체가 배출되는 불순물 가스 배출 덕트가 설치될 수 있다.
이때 상기 파티션 도어(24)는 두 개가 설치되고, 상기 둘 이상의 섹터 중에서 상기 냉각부(40)에 근접한 섹터에는 바람직하게는 폐플라스틱의 열분해가 완료 되었는지가 내부의 가스 추출로 확인 가능하도록 분해 완료 확인용 배출 덕트가 설치된다.
또한 상기 둘 이상의 섹터들에는 하부에 바람직하게는 폐플라스틱의 열분해 과정에서 발생되는 왁스 성분이 배출되도록 왁스 분리 챔버가 마련된다.
이 경우 상기 왁스 분리 챔버를 이루는 벽면은 바람직하게는 모두 왁스 분리 챔버의 바닥의 일 지점을 향하여 경사가 형성됨으로써 상기 일 지점을 향하여 왁스가 유도 가능한 왁스 유도 판으로 이루어지고, 상기 일 지점에는 상기 왁스 유도 판을 따라 흘러 내려 집중된 왁스가 외부로 배출되는 통로인 왁스 배출 홀이 형성된다.
그리고 상기 공급부(50)는 바람직하게는 폐플라스틱이 내장되는 컨테이너(51)와, 상기 공급용 안전조(10)의 입구 외부에 설치되는 공급용 롤러와, 상기 공급용 안전조(10) 내부에 설치되는 복수개의 안전조 롤러와, 상기 열분해로 내부에 설치되는 복수개의 열분해로 롤러와, 상기 냉각부(40)에 설치되는 복수개의 냉각부(40) 롤러로 이루어지고, 상기 공급용 롤러와 안전조 롤러 사이의 간격과, 상기 안전조 롤러와 상기 열분해로 롤러 사이의 간격은 상기 컨테이너(51)의 길이의 절반보다 작게 배치됨으로써, 상기 컨테이너(51)는 상기 간격들을 추락 없이 통과 가능하면서도, 상기 공급용 안전조(10)와 상기 열분해로는 각각 상기 컨테이너(51)의 통과 후에 밀폐가 가능할 수 있다.
이때 상기 냉각부(40)에는 바람직하게는 냉각수가 저장된 수조와, 상기 수조 내부에 승강되는 승강대가 설치되어, 상기 컨테이너(51)가 상기 승강대에 안착되면 상기 컨테이너(51)를 냉각수 내부로 침지시켜 상기 컨테이너(51)에 저장된 열분해 잔류물이 급냉 될 수 있다.
본 발명에 따른 폐플라스틱의 열분해 방법은 폐플라스틱을 열분해로에 투입하는 단계와, 열분해로에서 폐플라스틱을 가열하여 흡열반응을 일으켜 유분가스를 추출하는 단계와, 상기 흡열반응으로 유분가스가 추출된 폐플라스틱을 상기 열분해로에서 인출하여 냉각시키는 단계를 포함하되, 상기 열분해로에 투입하는 단계는 열분해로와 기밀하게 연통되는 챔버 내부로 먼저 투입하여 불활성가스를 상기 챔버 내부로 주입하여 폐플라스틱과 공기와의 접촉을 차단시키는 단계를 더 포함한다.
여기서 상기 유분가스를 추출하는 단계는 바람직하게는 상기 열분해로를 폐플라스틱의 진행 방향에 따라 복수개의 섹터로 구획되도록 파티션 도어(24)로 상기 섹터 사이를 차단시키는 단계와, 상기 섹터 중에서 폐플라스틱이 진입한 첫 번째 섹터에서 폐플라스틱에 함유된 수증기와 불순물 증기를 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우 바람직하게는 상기 섹터 중에서 폐플라스틱이 마지막으로 진입한 섹터에서는 발생되는 가스를 추출하여 폐플라스틱의 열분해가 완료되었는지를 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 유분가스를 추출하는 단계는 바람직하게는 상기 폐플라스틱에서 발생되는 왁스 성분을 상기 열분해로 하부로 집중시켜 분리배출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해로 시스템은 및 폐플라스틱의 열분해 방법은 폐플라스틱으로부터 환경 파괴 없이도 친환경적인 방법으로 유용한 오일과 가스를 얻을 수 있고, 종래 분리시키기 힘든 폐플라스틱과 결합된 금속류도 용이하게 회수할 수 있음으로 인해, 종래 극히 유해한 물질을 배출하기만 하면서 폐기되어 막대한 낭비와 환경파괴를 초래하던 폐플라스틱의 처리 과정을 친환경적이고 유용한 물질의 다량 회수가 가능한 공정으로 만들어줌과 아울러, 폐플라스틱이 연속적으로 공급되더라도 주변 공기와 열분해로 내부의 수소 기체의 폭발적 반응이 일어나는 것이 방지됨으로써 폐플라스틱으로부터 유용한 물질을 얻는 공정이 극히 높은 속도로 이루어질 수 있게 되어 최대한 효율적인 운전이 가능한 효과가 있다.
도 1a는 폐플라스틱의 형태 중 재활용 가능한 유용 금속과 분리하기 힘든 유형의 폐플라스틱의 일 예를 나타내는 도면,
도 1b는 종래의 폐플라스틱 열분해 공정을 나타내는 도면,
도 1c는 폐플라스틱의 열분해 원리를 나타내는 화학식,
도 2는 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해 시스템의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해 시스템의 정단면도,
도 4a는 도 3에서 공급용 안전조의 확대도,
도 4b는 도 4a에서 투입 도어의 측면도와 정면도,
도 5a는 도 3에서 열분해로의 확대도,
도 5b는 도 5a의 측면도,
도 5c는 도 5a의 평면도 및 일부 정면도,
도 5d는 도 5a에서 파티션 도어의 측면도와 정면도,
도 5e는 도 5a에서 터포 팬의 확대도,
도 6a는 냉각부의 정면도,
도 6b는 도 6a의 측면도,
도 7a는 도 3에서 왁스 분리 챔버의 정면도,
도 7b는 도 7a의 평면도,
도 7c는 도 7a의 측면도,
도 1b는 종래의 폐플라스틱 열분해 공정을 나타내는 도면,
도 1c는 폐플라스틱의 열분해 원리를 나타내는 화학식,
도 2는 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해 시스템의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해 시스템의 정단면도,
도 4a는 도 3에서 공급용 안전조의 확대도,
도 4b는 도 4a에서 투입 도어의 측면도와 정면도,
도 5a는 도 3에서 열분해로의 확대도,
도 5b는 도 5a의 측면도,
도 5c는 도 5a의 평면도 및 일부 정면도,
도 5d는 도 5a에서 파티션 도어의 측면도와 정면도,
도 5e는 도 5a에서 터포 팬의 확대도,
도 6a는 냉각부의 정면도,
도 6b는 도 6a의 측면도,
도 7a는 도 3에서 왁스 분리 챔버의 정면도,
도 7b는 도 7a의 평면도,
도 7c는 도 7a의 측면도,
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 폐플라스틱 열분해 시스템은 열분해로(20)와, 공급부(50)와, 냉각부(40)로 구성된다.
열분해로(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 내부에 가열 수단이 마련되고, 입구 도어와 출구 도어가 설치되는 밀폐된 구조를 가지는 챔버 장치이다.
열분해로(20) 내부에서는 폐플라스틱이 석유자원으로 전환될 수 있도록 재생되는 반응이 일어난다. 폐플라스틱은 무산소 또는 저산소 분위기하에서 350℃~450℃로 가열될 경우 흡열반응이 일어나면서 도 1c에 도시된 화학반응이 일어나면서 탄소들이 연결된 긴 고분자 화합물이 산소가 없는 상태에서 환원 분해되어 각종 유기화합물이 저분자화 되고, 저분자 생성물은 탄소들의 연결 길이와 화합물의 형태에 따라 가연성 가스, 챠르(Char), 정제유의 3가지 형태로 화학적으로 분해된다.
열분해로(20) 내부에는 열분해로(20)의 온도를 폐플라스틱의 열분해에 가장 적합한 온도로 유지시키도록 도 5a에 도시된 바와 같이 튜브 버너(201)가 설치된다. 다만 열분해로(20)의 온도를 유지시키는 수단이라면 열교환기나 열 재킷 기타 공지된 온도 유지수단들도 채용 가능하다.
공급부(50)는 열분해로(20)에 폐플라스틱을 공급시키는 운송 수단을 포함하는 구성이다.
냉각부(40)는 열분해로(20)에서 열분해가 완료된 고형 부산물을 냉각시키는 장치이다. 도 3에서는 수조에 상기 고형 부산물이 담긴 컨테이너(51)를 통째로 침지 시켜 냉각시키는 형태로 구성되나, 고형 부산물을 냉각시킬 수 있는 장치라면 반드시 도 3의 형태에 한정되지는 않는다.
그런데 앞서 배경기술 란에서 언급된 바와 같이 열분해 과정에서 발생되는 수소 가스는 공기중의 산소와 만날 때 폭발성 반응을 일으킬 수 있어 사고가 발생될 수 있으므로, 일정량의 폐플라스틱의 열분해 공정이 끝나면 열분해로(20)의 냉각과 생성가스의 추출이 선행된 후에 다시 폐플라스틱 열분해가 수행될 수 있으므로 일정량 이상의 폐플라스틱이 연속적으로 공급되지 못하여 수율이 현저하게 낮은 문제가 있다.
본 발명에서는 바로 이러한 문제의 해결을 위해 폐플라스틱이 곧바로 열분해로(20)로 투입되지 않고, 폐플라스틱이 주변 공기와 차단된 상태로 열분해로(20) 내부로 투입될 수 있도록 공급용 안전조(10)가 마련된다.
공급용 안전조(10)는 열분해로(20)의 입구 도어(212) 측에 설치되어, 입구 도어(212)가 개방될 때 열분해로(20)와 서로 연통되고, 열분해로(20)에 기밀하게 연결되어 열분해로(20)에 외부 공기가 유입되는 것을 차단시키도록 설치된다. 따라서 열분해 과정에서 발생되는 수소가 공기와 만나 폭발성 반응이 일어나는 것이 방지되어 폐플라스틱의 연속 공급이 이루어질 수 있다.
이때 공급용 안전조(10)에는 공급용 안전조(10) 내부로 유입된 폐플라스틱이 공기와 차단될 수 있도록 도 4a에 도시된 바와 같이 불활성 가스 주입덕트(12)가 설치됨으로써, 공급용 안전조(10)에 폐플라스틱이 투입된 후에 공급용 안전조(10) 내부에 불활성 가스가 충전된다. 그리고 공급용 안전조(10)에서 폐플라스틱의 투입을 위해 설치되는 투입 도어는 도 4b에 도시된 바와 같이 수직으로 승강되게 구성됨으로써, 투입 도어(13)의 동작이 폐플라스틱의 진행에 일체 방해가 되지 않는다.
또한 공급용 안전조(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 열분해로(20)와 완전 밀착되어, 도 5a에 도시된 열분해로(20)의 입구 도어(212)가 개방되더라도 오로지 열분해로(20)는 공급용 안전조(10)와 서로 연통될 뿐이고 외부공기는 들어오지 못하게 기밀한 구조를 가진다.
공급용 안전조(10)에 충전되는 불활성가스는 질소나 아르곤일 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않으며 공지의 불활성 기체라면 그 밖의 것도 채택될 수 있다.
열분해로(20)는 내부에서 폐플라스틱의 열분해가 진행되는 장치이다.
그런데 열분해 과정에서는 폐플라스틱이 가열되기 시작하면서 유용한 가스가 생성되기 이전에 수증기나 불순물이 증발하여 이물질 가스가 생성됨으로써 추후에 생성될 유용한 가스를 불균일하게 만들어 생성 가스의 순도와 안정성을 저하시키는 문제가 있다.
본 발명에 따른 열분해 시스템에서는 이러한 문제의 해결을 위해 열분해로(20)는 도 5a에 도시된 바와 같이 열분해로(20)의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 파티션 도어(24)가 개폐 가능하게 설치된다. 이때 열분해로(20)의 길이방향은 도 3에 도시된 바와 같이 폐플라스틱의 진행 방향을 따라 형성된다. 따라서 파티션 도어(24)로 인해 열분해로(20)는 길이방향을 따라 둘 이상의 섹터(21,22,23)로 분할될 수 있다.
바로 여기서 공급용 안전조(10)와 인접한 첫 번째 섹터(이하에서 '제1섹터(21)'라 칭하기로 한다)에는 폐플라스틱이 상온에서 고온으로 가열되는 과정에서 발생되는 수증기 및 불순물의 증발기체가 배출되는 불순물 가스 배출 덕트(281)가 설치된다.
즉 본격적인 유용한 물질의 생성은 제1 섹터와 인접된 두 번째 섹터(이하에서 '제2 섹터(22)'라 칭하기로 한다)에서 일어나며, 제1 섹터(21)에서는 유용한 가스와 분리되어야 할 수증기나 이물질 가스를 먼저 배출시키는 작용을 한다.
따라서 본 발명에 따른 열분해 시스템은 폐플라스틱의 연속적인 투입이 가능함으로써 수율이 현저하게 상승하면서 또한 얻어지는 유용한 가스의 순도도 현저하게 상승되는 효과가 있다.
또한 도 5a에 도시된 바와 같이 열분해로(20)에서는 파티션 도어(24)가 두 대 설치되어 제2 섹터(22)와 바로 인접한 세 번째 섹터(이하에서 '제3 섹터(23)'라 칭하기로 한다)가 형성된다.
제3 섹터(23)에는 폐플라스틱의 열분해가 완료 되었는지가 내부의 가스 추출로 확인 가능하도록 분해 완료 확인용 배출 덕트(미도시)가 설치된다.
또한 제3 섹터(23)에서는 배출되지 않고 잔류하는 가스 성분이 제2 섹터(22)에 열을 전달하는 보일러(미도시)로 공급되어 열원으로 작용함으로써 열효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고 제1 내지 제3섹터(21,22,23)에는 모두 도 5a에 도시된 바와 같이 균일한 열분포를 위해 터보 팬 유닛(25)이 설치된다. 터보 팬 유닛(25)은 도 5e에 도시된 바와 같이 냉각수관(251)이 설치되고, 유닛 케이스(252)가 팬 구동 샤프트 주변을 기밀하게 밀폐시킴으로써 터보 팬 유닛(25)을 통한 내부 가스의 유출이 방지된다.
제1내지 제3 섹터(21,22,23)를 구분시키는 파티션 도어(24)는 도 5d에 도시된 바와 같이 파티션 도어 플레이트(241)와 액추에이터(244)와 도어가이드(243)가 모두 수직으로 형성됨으로써, 파티션 도어(24)의 개폐 동작이 폐플라스틱의 진행에 방해가 되지 않게 구성된다.
참고로 제3 섹터(23)에 형성되는 출구 도어(232)에는 도 4a에 도시된 공급용 안전조(10)와 마찬가지로 출구 도어(232)를 밀폐시키는 인출용 안전조(30)가 설치된다. 따라서 출구 도어(232)를 통해 열분해로(20) 내부에서 발생되는 수소와 주변 공기 중의 산소가 만나서 폭발성 반응이 발생되는 것이 방지된다.
한편 종래의 열분해로(20)에서는 열분해 과정에서 발생되는 왁스 성분이 가스 배관이나 기타 설비 곳곳에 누적되면서 막힘이나 기타 문제를 발생시키는 문제가 있다. 본 발명에 따른 열분해 시스템에서는 이러한 문제의 해결을 위해 도 5a 및 도 7a에 도시된 바와 같이 제1내지 제3 섹터(21,22,23)의 하부에 폐플라스틱의 열분해 과정에서 발생되는 왁스 성분이 배출되도록 왁스 분리 챔버(29)가 마련된다.
이때 왁스 분리 챔버(29)를 이루는 벽면은 모두 도 7a에 도시된 바와 같이 왁스 분리 챔버(29)의 바닥의 일 지점을 향하여 경사가 형성됨으로써 상기 일 지점을 향하여 왁스가 유도 가능한 왁스 유도 판(292)으로 이루어지고, 상기 일 지점에는 도 7b에 도시된 바와 같이 왁스 유도 판(292)을 따라 흘러 내려 집중된 왁스가 외부로 배출되는 통로인 왁스 배출 홀(291)이 형성되어, 왁스 성분으로 인한 문제가 해결될 수 있다.
참고로 공급부(50)는 도 3에 도시된 바와 같이 폐플라스틱이 내장되는 컨테이너(51)와, 공급용 안전조(10)의 입구 외부에 설치되는 공급용 롤러(52)와, 공급용 안전조(10) 내부에 설치되는 복수개의 안전조 롤러(16)와, 열분해로(20) 내부에 설치되는 복수개의 열분해로 롤러(26)와, 냉각부(40)에 설치되는 복수개의 냉각부 롤러(44)로 이루어진다.
여기서 공급용 롤러(52)와 안전조 롤러(16) 사이의 간격과, 안전조 롤러(16)와 열분해로 롤러(26) 사이의 간격은 컨테이너(51)의 길이의 절반보다 작게 배치됨으로써, 컨테이너(51)는 상기 간격들을 추락 없이 통과 가능하면서도, 공급용 안전조(10)와 열분해로(20)는 각각 컨테이너(51)의 통과 후에 밀폐가 가능하다.
즉 폐플라스틱이 담긴 컨테이너(51)가 연속적으로 공급용 안전조(10)와 열분해로(20) 등을 통과하기 위해서는 연속적으로 컨테이너(51)를 운반시키는 롤러와 컨베이어가 필요하지만 그럴 경우 열분해로(20)의 밀폐와 공급용 안전조(10)의 밀폐 및 제1내지 제3섹터(21,22,23)의 구획이 불가능할 수 있으므로, 본 발명에 따른 열분해 시스템에서는 각 장치마다 롤러와 컨베이어 수단이 서로 분리되되, 컨테이너(51)가 추락되지 않도록 서로 조밀하게 배치됨으로써 컨테이너(51)의 연속적인 이송이 가능하게 구성된다.
한편 냉각부(40)에는 도 6a에 도시된 바와 같이 냉각수가 저장된 수조를 이루는 수조 프레임(41)과, 수조 프레임(41) 내부에 승강되는 승강대(46)가 설치되어, 컨테이너(51)가 승강대(46)에 안착되면 컨테이너(51)를 냉각수 내부로 침지시켜 컨테이너(51)에 저장된 열분해 잔류물이 급냉될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 폐플라스틱의 열분해 방법에 대해 설명한다. 다만 폐플라스틱의 열분해 방법의 주요 내용은 앞서 설명된 폐플라스틱 열분해 시스템의 내용과 대부분 중복되므로 중복되는 내용은 생략하고 간략하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 폐플라스틱의 열분해 방법은 폐플라스틱을 열분해로(20)에 투입하는 단계와, 열분해로(20)에서 폐플라스틱을 가열하여 흡열반응을 일으켜 유분가스를 추출하는 단계와, 흡열반응으로 유분가스가 추출된 폐플라스틱을 열분해로(20)에서 인출하여 냉각시키는 단계로 구성된다.
여기서 상기 열분해로(20)에 투입하는 단계는 열분해로(20)와 기밀하게 연통되는 챔버 내부로 먼저 투입하여 불활성가스를 상기 챔버 내부로 주입하여 폐플라스틱과 공기와의 접촉을 차단시키는 단계를 더 포함한다. 이 경우 상기 챔버는 바로 앞서 언급된 공급용 안전조(10)에 해당된다.
또한 상기 유분가스를 추출하는 단계는 열분해로(20)를 폐플라스틱의 진행 방향에 따라 복수개의 섹터로 구획되도록 파티션 도어(24)로 상기 섹터 사이를 차단시키는 단계와, 상기 섹터 중에서 폐플라스틱이 진입한 첫 번째 섹터에서 폐플라스틱에 함유된 수증기와 불순물 증기를 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 섹터 중에서 폐플라스틱이 마지막으로 진입한 섹터에서는 발생되는 가스를 추출하여 폐플라스틱의 열분해가 완료되었는지를 분석하는 단계를 더 포함함으로써, 불필요한 열분해 공정의 연장이 방지되면서도, 투입된 폐플라스틱에서 최대한 유용한 물질이 최대한 추출됨으로써 수율이 고도로 향상될 수 있다.
한편 상기 유분가스를 추출하는 단계는 폐플라스틱에서 발생되는 왁스 성분을 상기 열분해로(20) 하부로 집중시켜 분리배출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10 : 공급용 안전조 11,31 : 프레임
12 : 불활성가스 주입덕트 13 : 투입 도어
14 : 안전조 도어 액추에이터 15 : 안전조 배출 덕트
16 : 안전조 롤러 20 : 열분해로
21 : 제1 섹터 22 : 제2 섹터
23 : 제3 섹터 24 : 파티션 도어
25 : 터보 팬 유닛 26 : 열분해로 롤러
27 : 온도조절기 28 : 배출 덕트
29 : 왁스 분리 챔버 30 : 인출용 안전조
40 : 냉각부 41 : 수조 프레임
42 : 엘리베이터 레일 43 : 카운터웨이트
44 : 냉각부 롤러 46 : 승강대
47 : 승강기 구동 모터 50 : 공급부
51 : 컨테이너 52 : 공급용 롤러
70 : 측면 인출 컨베이어
201 : 튜브 버너 212 : 입구 도어
232 : 출구 도어 241 : 파티션 도어 플레이트
242 : 리프터 243 : 도어 가이드
244 : 액추에이터 251 : 냉각수관
252 : 유닛 케이스 253 : 팬
254 : 팬 구동 모터 255 : 팬 구동 풀리
261 : 구동 모터 262 : 체인 가이드
263 : 텐션기 272 : 사이트글래스
273 : 난간 281 : 불순물 가스 배출 덕트
282 : 방폭 유닛 291 : 왁스 배출 홀
292 : 왁스 유도판 441 : 냉각부 롤러 구동 축
12 : 불활성가스 주입덕트 13 : 투입 도어
14 : 안전조 도어 액추에이터 15 : 안전조 배출 덕트
16 : 안전조 롤러 20 : 열분해로
21 : 제1 섹터 22 : 제2 섹터
23 : 제3 섹터 24 : 파티션 도어
25 : 터보 팬 유닛 26 : 열분해로 롤러
27 : 온도조절기 28 : 배출 덕트
29 : 왁스 분리 챔버 30 : 인출용 안전조
40 : 냉각부 41 : 수조 프레임
42 : 엘리베이터 레일 43 : 카운터웨이트
44 : 냉각부 롤러 46 : 승강대
47 : 승강기 구동 모터 50 : 공급부
51 : 컨테이너 52 : 공급용 롤러
70 : 측면 인출 컨베이어
201 : 튜브 버너 212 : 입구 도어
232 : 출구 도어 241 : 파티션 도어 플레이트
242 : 리프터 243 : 도어 가이드
244 : 액추에이터 251 : 냉각수관
252 : 유닛 케이스 253 : 팬
254 : 팬 구동 모터 255 : 팬 구동 풀리
261 : 구동 모터 262 : 체인 가이드
263 : 텐션기 272 : 사이트글래스
273 : 난간 281 : 불순물 가스 배출 덕트
282 : 방폭 유닛 291 : 왁스 배출 홀
292 : 왁스 유도판 441 : 냉각부 롤러 구동 축
Claims (12)
- 내부에 가열 수단이 마련되고, 입구 도어와 출구 도어가 설치되는 열분해로와;
상기 열분해로에 폐플라스틱을 공급시키도록 운송 수단이 마련되는 공급부와;
상기 열분해로에서 열분해가 완료된 폐플라스틱을 냉각시키는 냉각부(40);를 포함하되,
상기 공급부와 열분해로 사이에는 상기 입구 도어 측에 설치되어, 입구 도어가 개방될 때 열분해로와 서로 연통되고, 열분해로에 기밀하게 연결되어 열분해로에 외부 공기가 유입되는 것을 차단시키는 공급용 안전조가 설치됨으로써,
열분해 과정에서 발생되는 수소가 공기와 만나 폭발성 반응이 일어나는 것이 방지되어 폐플라스틱의 연속 공급이 가능하고,
상기 공급용 안전조에는 불활성 가스 주입덕트가 설치됨으로써, 공급용 안전조에 폐플라스틱이 투입된 후에 공급용 안전조 내부에 불활성 가스가 충전되고,
상기 열분해로는 적어도 하나 이상의 파티션 도어가 개폐 가능하게 설치됨으로써 열분해로가 폐플라스틱의 진행 방향을 따라 둘 이상의 섹터로 분할되고,
상기 공급용 안전조와 인접한 섹터에는 폐플라스틱이 상온에서 고온으로 가열되는 과정에서 발생되는 수증기 및 불순물의 증발기체가 배출되는 불순물 가스 배출 덕트가 설치되는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해로 시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 파티션 도어는 두 개가 설치되고,
상기 둘 이상의 섹터 중에서 상기 냉각부에 근접한 섹터에는 폐플라스틱의 열분해가 완료 되었는지가 내부의 가스 추출로 확인 가능하도록 분해 완료 확인용 배출 덕트가 설치되는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해로 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 둘 이상의 섹터들에는 하부에 폐플라스틱의 열분해 과정에서 발생되는 왁스 성분이 배출되도록 왁스 분리 챔버가 마련되는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해로 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 왁스 분리 챔버를 이루는 벽면은 모두 왁스 분리 챔버의 바닥의 일 지점을 향하여 경사가 형성됨으로써 상기 일 지점을 향하여 왁스가 유도 가능한 왁스 유도 판으로 이루어지고,
상기 일 지점에는 상기 왁스 유도 판을 따라 흘러 내려 집중된 왁스가 외부로 배출되는 통로인 왁스 배출 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해로 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 공급부는 폐플라스틱이 내장되는 컨테이너와, 상기 공급용 안전조의 입구 외부에 설치되는 공급용 롤러와, 상기 공급용 안전조 내부에 설치되는 복수개의 안전조 롤러와, 상기 열분해로 내부에 설치되는 복수개의 열분해로 롤러와, 상기 냉각부에 설치되는 복수개의 냉각부 롤러로 이루어지고,
상기 공급용 롤러와 안전조 롤러 사이의 간격과, 상기 안전조 롤러와 상기 열분해로 롤러 사이의 간격은 상기 컨테이너의 길이의 절반보다 작게 배치됨으로써,
상기 컨테이너는 상기 간격들을 추락 없이 통과 가능하면서도, 상기 공급용 안전조와 상기 열분해로는 각각 상기 컨테이너의 통과 후에 밀폐가 가능한 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해로 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 냉각부에는 냉각수가 저장된 수조와, 상기 수조 내부에 승강되는 승강대가 설치되어, 상기 컨테이너가 상기 승강대에 안착되면 상기 컨테이너를 냉각수 내부로 침지시켜 상기 컨테이너에 저장된 열분해 잔류물이 급냉되는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해로 시스템. - 폐플라스틱을 열분해로에서 가열하여 흡열 반응을 일으켜 폐플라스틱으로부터 유용한 가스와 오일을 추출시키는 폐플라스틱의 열분해 방법에 있어서,
폐플라스틱을 열분해로에 투입하는 단계와;
열분해로에서 폐플라스틱을 가열하여 흡열반응을 일으켜 유분가스를 추출하는 단계와;
상기 흡열반응으로 유분가스가 추출된 폐플라스틱을 상기 열분해로에서 인출하여 냉각시키는 단계;를 포함하되,
상기 열분해로에 투입하는 단계는 열분해로와 기밀하게 연통되는 챔버 내부로 먼저 투입하여 불활성가스를 상기 챔버 내부로 주입하여 폐플라스틱과 공기와의 접촉을 차단시키는 단계를 더 포함하고,
상기 유분가스를 추출하는 단계는
상기 열분해로를 폐플라스틱의 진행 방향에 따라 복수개의 섹터로 구획되도록 파티션 도어로 상기 섹터 사이를 차단시키는 단계와,
상기 섹터 중에서 폐플라스틱이 진입한 첫 번째 섹터에서 폐플라스틱에 함유된 수증기와 불순물 증기를 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 열분해 방법. - 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 섹터 중에서 폐플라스틱이 마지막으로 진입한 섹터에서는 발생되는 가스를 추출하여 폐플라스틱의 열분해가 완료되었는지를 분석하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 열분해 방법. - 제9항에 있어서,
상기 유분가스를 추출하는 단계는
상기 폐플라스틱에서 발생되는 왁스 성분을 상기 열분해로 하부로 집중시켜 분리배출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 열분해 방법.
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