KR102555725B1

KR102555725B1 - 연속식 열분해 유화장치

Info

Publication number: KR102555725B1
Application number: KR1020200136495A
Authority: KR
Inventors: 나성용
Original assignee: 주식회사 웨이스트에너지솔루션
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2023-07-17
Also published as: KR20220052492A

Abstract

본 발명에 따른 연속식 열분해 유화장치는 원료공급수단으로부터 고분자 폐기물을 공급받아 열분해로로 투입시키기 위하여 수직라인과 수직라인의 하측에 연결된 수평라인이 포함된 투입관을 구비한 투입수단과, 일측에 투입수단과 연결되고 수평으로 배치되어 회전력에 의해 회전하면서 가열수단에 의해 고분자 폐기물을 가열 용융시켜 열분해하며 내측 둘레면에 나선이 형성되어 용융물을 배출구를 향해 이송시키는 열분해로와, 열분해로의 타측과 연결되어 슬러지를 배출하는 슬러지배출관과, 열분해로와 가스배출관을 통해 연결되어 열분해로에서 공급되는 유증기를 분별 증류하는 증류탑과, 증류탑에서 증류된 유분을 액화시키는 냉각수단과, 냉각수단에서 액화된 정제유를 저장하는 저장수단을 포함하며, 가열수단은 저장수단에 저장된 정제유를 공급받아 가열하여 투입수단의 수평라인으로 공급하고, 투입수단의 수평라인은 이중 격벽으로 형성된 하우징과, 하우징 내에 회전가능하게 배치되는 샤프트와, 샤프트의 외면에 형성된 블레이드로 구성되며, 가열된 정제유는 하우징의 격벽 내 공간부 일측과 샤프트의 일측으로 유입되고, 가열된 정제유는 격벽 내 공간부 타측과 샤프트의 타측으로 유출되어 가열수단으로 이동된다.

Description

연속식 열분해 유화장치{CONTINUOUS PYROLYSIS PETROLIZING}

본 발명은 연속식 열분해 유화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐플라스틱, 비닐 등의 고분자 폐기물을 가열에 의해 연속적으로 열분해하여 정제유를 생산하는 공기 유입 방지 및 폐기물 투입 효율이 우수한 연속식 열분해 유화장치에 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, 최근 환경문제로 인하여 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 정제유를 얻을 수 있게 된다. 일부 탄화수소는 200℃에서도 그 결합이 끊어지며, 350~450℃까지 승온될 경우 격렬한 열분해 반응이 발생한다.

이러한 유화장치는 폐기물 내의 플라스틱이 열분해시 염소가스가 발생되어 전체 장치를 부식시키거나 공기 중으로 유출되어 환경오염을 발생시키는 문제가 있었다. 아울러 열분해로에서 획득된 재생유의 경우 질이 낮아 효과적인 사용이 어려운 문제가 있었다.

대한민국 등록실용신안공보 제20-0452087호(2011.02.01. 공개)

본 발명은 고분자 폐기물의 열분해시 발생되는 염소를 최소화하기 위하여 열분해 전에 프리히팅을 하여 염소를 미리 배출하여 열분해시 발생되는 염소를 감소시킬 수 있도록 하고자 한다.

또한, 열분해 전에 고분자 폐기물을 프리히팅하여 열분해에 필요한 에너지를 최소화할 수 있도록 하고자 한다.

또한 고분자 폐기물의 열분해시 발생되는 재생유의 품질을 보다 우수하게 할 수 있도록 하고자 한다.

본 발명은 원료공급수단으로부터 고분자 폐기물을 공급받아 열분해로로 투입시키기 위하여 수직라인과, 수직라인의 하측에 연결된 수평라인이 포함된 투입관을 구비한 투입수단과, 일측에 투입수단과 연결되고 수평으로 배치되어 회전력에 의해 회전하면서 가열수단에 의해 고분자 폐기물을 가열 용융시켜 열분해하며 내측 둘레면에 나선이 형성되어 용융물을 배출구를 향해 이송시키는 열분해로와, 열분해로의 타측과 연결되어 슬러지를 배출하는 슬러지배출관과, 열분해로와 가스배출관을 통해 연결되어 열분해로에서 공급되는 유증기를 분별 증류하는 증류탑과, 증류탑에서 증류된 유분을 액화시키는 냉각수단과, 냉각수단에서 액화된 정제유를 저장하는 저장수단을 포함하는 연속식 열분해 유화장치에 있어서, 가열수단은 저장수단에 저장된 정제유를 공급받아 가열하여 수평라인으로 공급하고, 수평라인은 이중 격벽으로 형성된 하우징과, 하우징 내에 회전가능하게 배치되는 샤프트와, 샤프트의 외면에 형성된 블레이드로 구성되며, 가열된 정제유는 하우징의 격벽 내 공간부 일측과 샤프트의 일측으로 유입되고, 하우징의 격벽 내 공간부 타측과 샤프트의 타측으로 유출되어 가열수단으로 이동하고, 하우징의 격벽 상부에는 하우징의 내부와 연통되는 복수 개의 가스 배출홀이 형성되고, 가스 배출홀에는 가스 수집탱크가 연결되며, 열분해로의 일측에는 폐윤활유가 투입되는 폐윤활유 투입수단이 배치되어 열분해로로 폐윤활유를 공급하고, 폐윤활유 투입수단은 폐윤활유가 저장되는 폐윤활유 저장탱크와, 폐윤활유 저장탱크 내의 폐윤활유를 가압하여 이송하는 유압펌프와, 유압펌프에 의해 가압된 폐윤활유를 열분해로로 이송하는 폐윤활유 이송관과, 폐윤활유 이송관에 형성되어 열분해로 내부에 배치되어 폐윤활유를 분사하는 분사노즐로 구성되며, 폐윤활유 이송관의 일측은 하우징 외측을 감싸고, 하우징으로부터 열을 공급받고, 샤프트와 블레이드의 표면에 보호층이 도포 형성되되, 보호층은 테프론수지에 유리섬유가 10 내지 20 중량%, 탄소섬유 5 내지 10 중량% 및 폴리메타메틸아크릴레이트 5 내지 10 중량%가 포함되는 것이 바람직하다.

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본 발명은 고분자 폐기물의 열분해시 발생되는 염소를 최소화하기 위하여 열분해 전에 프리히팅을 하여 염소를 미리 배출하여 열분해시 발생되는 염소를 감소시킬 수 있는 효과가 있으며, 이를 통하여 열분해에 필요한 에너지를 최소화할 수 있도록 하고자 한다. 또한 고분자 폐기물의 열분해시 폐윤활유를 분사시켜 열분해로 인하여 획득되는 품질을 보다 우수하게 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연속식 열분해 유화장치의 배치도이다.
도 2는 본 발명에 따른 투입관 및 열분해로의 개념도이다.
도 3은 폐윤활유 투입수단의 개념도이다.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제 1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소는 제 1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 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 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 공기 유입 방지 및 폐기물 투입 효율이 우수한 연속식 열분해 유화장치(1)는 호퍼(미도시) 등의 원료공급수단(90)으로부터 고분자 폐기물을 공급받아 열분해로(200)로 투입시키는 투입관(110)을 구비한 투입수단(100), 일측은 투입수단(100)과 연결되고 수평으로 배치되어 회전력에 의해 회전하면서 가열수단(250)에 의해 고분자 폐기물을 가열 용융시켜 열분해하며 내측 둘레면에 나선이 형성되어 용융물을 타측의 배출구를 향해 이송시키는 열분해로(200), 열분해로(200)의 배출구와 연결되어 슬러지를 배출하는 슬러지배출관(500), 열분해로(200)와 가스배출관(400)을 통해 연결되어 열분해로(200)에서 공급되는 유증기를 분별 증류하는 증류탑(700), 증류탑(700)에서 증류된 유분을 액화시키는 냉각수단(800) 및 액화된 정제유를 저장하는 저장수단(900)을 포함하여 이루어진다.

열분해로(200)는 대략 원통형으로 형성되고, 수평으로 배치되어 모터가 제공되는 회전력에 의해 회전하며, 모터와 열분해로 사이에는 기어나 벨트와 같은 동력전달수단이 설치될 수 있고, 일측에 연결된 투입수단으로부터 폐플라스틱, 폐비닐 등의 고분자 폐기물이 자동으로 연속 투입되어 열분해로의 회전에 의하여 교반되면서 가열 및 용융되며, 용융물은 나선에 의해 가이드 되면서 배출구 쪽으로 이송되며, 이로써, 본 발명의 열분해로는 고정식 열분해로에 비하여 많은 면적이 가열되고, 열이 고르게 전달되며, 비회전 열분해로에 비하여 소형으로 제작 가능하고, 연속식 열분해 유화장치의 컴팩트한 설계가 가능하며, 비용이 절감된다.

이때, 가열수단(250)이 열분해로(200) 하측에 형성되어 열분해로(200)를 가열할 수 있다. 상술한 구성 중 열분해로(200)의 회전과 가열을 위한 구성 및 작동은 이미 공지된 기술이므로 여기서 더 이상 자세한 설명은 생략하기로 한다.

열분해로(200)는 타측의 배출구에 배출관체(300)가 연결되고, 배출관체(300)의 내측을 가스배출관(400)과 슬러지배출관(500)의 수평라인이 통과하도록 설치되어 유증기 가스와 슬러지를 각각 분리하여 배출한다.

투입수단(100)은 호퍼 등 원료공급수단(90)과 연결되어 고분자 폐기물을 공급받아 열분해로(200)의 내부로 투입하는 것으로, 열분해로(200)의 일측에 투입관(110)이 연결되고, 도 2와 같이 투입관(110) 내측에 투입스크루(120)가 구동수단(122)에 의해 회전 가능하게 설치되어 고분자 폐기물을 열분해로(200)의 입구 쪽으로 압착시켜 이송한다. 투입스크루(120)는 구동수단(122)과 연결되어 회전되는 샤프트(121)와, 샤프트(121)에 복수 개 형성된 블레이드(123)를 포함한다.

투입스크루(120)는 표면에 보호층이 도포 형성될 수 있다. 보호층은 테프론수지에 유리섬유가 10 내지 20 중량%, 탄소섬유 5 내지 10 중량% 및 폴리메타메틸아크릴레이트 5 내지 10 중량%가 포함되어, 스크루 회전에 따른 금속간의 접촉에 의해 발생될 수 있는 불꽃을 미연에 차단하여 폭발을 방지하고, 내열성과 내마모성이 우수하여 내구성이 증가될 수 있다.

테프론수지는 60 내지 70 중량%가 포함되는 바, 불소와 탄소의 강력한 화학적 결합으로 인해 매우 안정된 화학물을 형성한 것으로, 화학적 비활성, 내열성, 비점착성, 절연안정성, 낮은 마찰계수 등의 성질을 갖고 있어 보호층의 주성분을 이루며 고분자 폐기물이 스크루에 잘 점착됨 없이 원활히 이송되고, 불꽃을 방지하며, 내구성도 증가시킨다.

유리섬유는 테프론수지의 성질을 강화하고, 내부식성, 단열성을 증가시킨다. 유리섬유가 20 중량%를 초과하면 보호층이 폐기물에 의해 마모되어 훼손될 수 있으므로, 10 내지 20 중량%가 함유되는 것이 바람직하다.

탄소섬유 탄소 소재를 섬유상의 형태로 가공한 것으로, 탄소 함량이 90% 이상인 섬유상의 모양을 갖고 있고, 특히 고온에서 우수한 특성을 보인다. 고온일수록 기계적 강도가 낮아지는 금속과는 달리 온도가 높아질수록 기계적 강도가 증가하는 특성을 가지며, 열팽창계수가 낮고, 비산화분위기에서 3,000℃까지 사용할 수 있는 유일한 소재로 손꼽힌다. 이러한 탄소섬유가 5 내지 10 중량%가 포함되어 보호층 내에 불규칙하게 분산되어 존재하여 보호층을 지지하는 지지체 기능을 하고, 보호층의 고온특성을 증가시킨다.

폴리메타메틸아크릴레이트는 보호층의 강도와 내열성을 증가시키고, 부착력이 우수하여 스크루에 부착된 보호층을 정착시켜 안정화시키며, 5 내지 10 중량%가 함유되는 것이 바람직하다.

앞에서 설명한 가열수단(250)은 저장수단(900)에 저장된 정제유를 공급받아 가열하여 투입수단(100)의 수평라인(110b)으로 공급하고, 투입수단(100)의 수평라인(110b)은 이중 격벽으로 형성된 하우징(110b1)과, 상기 하우징(110b1) 내에 회전가능하게 배치되는 샤프트(121)와, 샤프트(121)의 외면에 형성된 블레이드(123)로 구성된다.

가열수단(250)에서 가열되어 공급된 정제유는 하우징(110b1)의 격벽 내 공간부 일측과 샤프트(121)의 일측으로 유입되고, 가열된 정제유는 격벽 내 공간부 타측과 샤프트의 타측으로 유출되어 다시 가열수단으로 이동한다.

따라서 투입수단(100)으로 이송된 폐기물은 열분해로(200)에 투입되기 전에 가열되어 염소가스/염소분을 발생시키게 된다. 이때, 수평라인(110b) 하우징의 격벽 상부에는 하우징의 내부와 연통되는 복수 개의 가스 배출홀(110d)이 형성되어, 발생된 염소가스/염소분을 배출홀(110d)을 통해 배출하며, 가스 배출홀(110d)에는 가스 수집탱크가 연결되어 염소가스/염소분이 수집된다.

또한, 열분해로(200)의 일측에는 폐윤활유가 투입되는 폐윤활유 투입수단(240)이 배치되어 열분해로(200)로 폐윤활유를 공급한다. 열분해로(200)에 투입된 폐윤활유는 폐기물 내에 포함된 폐플라스틱의 열 분해시 보다 질이 높은 디젤유를 발생시킬 수 있다. 구체적으로 폐윤활유 투입수단(240)은 폐윤활유가 저장되는 폐윤활유 저장탱크(242)와, 폐윤활유 저장탱크(242) 내의 폐윤활유를 가압하여 이송하는 유압펌프(244)와, 유압펌프(244)에 의해 가압된 폐윤활유를 열분해로(200)로 이송하는 폐윤활유 이송관(246)과, 폐윤활유 이송관(246)에 형성되어 열분해로(200) 내부에 배치되어 상기 폐윤활유를 분사하는 분사노즐(248)로 구성된다.

열분해로(200)로 투입되는 폐윤활유는 열효율을 개선하기 위해 일정 온도로 가열하여 투입되는 것이 바람직하다. 따라서 폐윤활유 이송관(246)의 일측은 수평이송관의 하우징(110b1) 외측을 감싸고, 하우징(110b1)으로부터 열을 공급받을 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

100 : 투입수단
200 : 열분해로
500 :슬러지배출관
800 : 냉각수단
900 : 저장수단

Claims

원료공급수단(90)으로부터 고분자 폐기물을 공급받아 열분해로(200)로 투입시키기 위하여 수직라인(110a)과, 상기 수직라인(110a)의 하측에 연결된 수평라인(110b)이 포함된 투입관(110)을 구비한 투입수단(100)과,
일측에 상기 투입수단(100)과 연결되고 수평으로 배치되어 회전력에 의해 회전하면서 가열수단(250)에 의해 고분자 폐기물을 가열 용융시켜 열분해하며 내측 둘레면에 나선이 형성되어 용융물을 배출구를 향해 이송시키는 열분해로(200)와,
상기 열분해로(200)의 타측과 연결되어 슬러지를 배출하는 슬러지배출관(500)과,
상기 열분해로(200)와 가스배출관(400)을 통해 연결되어 상기 열분해로(200)에서 공급되는 유증기를 분별 증류하는 증류탑(700)과,
상기 증류탑(700)에서 증류된 유분을 액화시키는 냉각수단(800)과,
상기 냉각수단(800)에서 액화된 정제유를 저장하는 저장수단(900)을 포함하는 연속식 열분해 유화장치에 있어서,
상기 가열수단(250)은 상기 저장수단(900)에 저장된 정제유를 공급받아 가열하여 상기 수평라인(110b)으로 공급하고,
상기 수평라인(110b)은,
이중 격벽으로 형성된 하우징(110b1)과,
상기 하우징(110b1) 내에 회전가능하게 배치되는 샤프트(121)와,
상기 샤프트(121)의 외면에 형성된 블레이드(123)로 구성되며,
가열된 상기 정제유는 상기 하우징(110b1)의 격벽 내 공간부 일측과 상기 샤프트(121)의 일측으로 유입되고, 상기 하우징(110b1)의 격벽 내 공간부 타측과 상기 샤프트의 타측으로 유출되어 상기 가열수단(250)으로 이동하고,
상기 하우징(110b1)의 격벽 상부에는 상기 하우징(110b1)의 내부와 연통되는 복수 개의 가스 배출홀(110d)이 형성되고,
상기 가스 배출홀(110d)에는 가스 수집탱크가 연결되며,
상기 열분해로(200)의 일측에는 폐윤활유가 투입되는 폐윤활유 투입수단(240)이 배치되어 상기 열분해로(200)로 폐윤활유를 공급하고,
상기 폐윤활유 투입수단(240)은,
폐윤활유가 저장되는 폐윤활유 저장탱크(242)와,
상기 폐윤활유 저장탱크(242) 내의 폐윤활유를 가압하여 이송하는 유압펌프(244)와,
상기 유압펌프(244)에 의해 가압된 폐윤활유를 열분해로(200)로 이송하는 폐윤활유 이송관(246)과,
상기 폐윤활유 이송관(246)에 형성되어 상기 열분해로(200) 내부에 배치되어 상기 폐윤활유를 분사하는 분사노즐(248)로 구성되며,
상기 폐윤활유 이송관(246)의 일측은 상기 하우징(110b1) 외측을 감싸고, 상기 하우징(110b1)으로부터 열을 공급받고,
상기 샤프트(121)와 블레이드(123)의 표면에 보호층이 도포 형성되되,
상기 보호층은,
테프론수지에 유리섬유가 10 내지 20 중량%, 탄소섬유 5 내지 10 중량% 및 폴리메타메틸아크릴레이트 5 내지 10 중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 연속식 열분해 유화장치.
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