KR102599852B1 - 펠레타이저 및 이를 포함하는 폐타이어로부터의 카본블랙 제조 시스템 - Google Patents

펠레타이저 및 이를 포함하는 폐타이어로부터의 카본블랙 제조 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 펠레타이저는, 카본블랙을 수용하는 하우징; 상기 하우징 내부의 중심에 위치하며 펠레타이징 시 회전하는 본체; 및 상기 본체에 결합되는 핀;을 포함하며, 상기 핀은 본체와 결합되는 제1 부분, 상기 제1 부분과 제3 부분을 연결하는 제2 부분 및 상기 하우징에 인접한 측의 단부로 향할수록 직경이 줄어드는 제3 부분을 포함한다.

Description

펠레타이저 및 이를 포함하는 폐타이어로부터의 카본블랙 제조 시스템{PELLETIZER AND CARBON BLACK MANUFACTURING SYSTEM FROM WASTE TIRE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 펠레타이징이 더 수월하며 내구성이 강한 펠레타이저 및 이를 포함하는 폐타이어로부터의 카본블랙 제조 시스템에 관한 것이다.
국내외에서 많은 폐기물로써 폐타이어, 폐플라스틱 등의 유기고분자 폐기물이 발생한다. 특히 폐타이어는 매년 세계적으로 약 15억개가 발생하고 있으며 무게로는 약 1500만톤에 해당한다. 우리나라의 경우도 2021년 약 38만톤의 페타이어가 발생하였다. 이들 폐기물의 처리는 매립, 소각 및 재활용으로 구분되며, 매립은 폐타이어와 폐플라스틱이 잘 썩지 않는 성질이 있어 적당한 매립지를 지속적으로 개발해야 하는 문제가 있으며, 토양오염 문제가 중요시 되면서 폐기물 처리 방법 중 비중이 적어지고 있다. 한편 소각은 단시간에 부피를 최소화할 수 있으며 소각시 발생하는 열을 이용할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 소각시 발생하는 다이옥신 등 대기 오염물질의 배출이 문제되면서 대체 기술개발이 요구되고 있다.
따라서, 폐타이어의 재활용은 폐기물의 발생량을 감소시키고 매립이나 소각 등으로 인해 발생할 수 있는 환경오염 문제를 해결할 수 있는 다른 대안으로 기대된다.
폐타어이의 재활용 방법 중 가장 많이 사용되는 열분해 법은 무산소 상태에서 유기 폐기물을 500~800℃의 온도에서 열적으로 분해하는 방법을 말한다.
이와 관련하여, 공개특허 제10-2019-0084713호는 폐타이어 열분해를 통한 챠르의 정제 및 카본블랙 제조 시스템 및 방법을 개시한다. 하지만, 상기 특허는 이러한 카본블랙의 펠레타이징에 대하여는 구체적으로 개시하지 않는다.
본 발명의 목적은 기존의 제품보다 내구성이 좋으며 카본블랙의 펠릿의 펠레타이징이 더 수월하게 만드는 펠레타이저 및 이를 포함하는 페타이어로부터의 카본블랙 제조 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 펠레타이저는, 카본블랙을 수용하는 하우징; 상기 하우징 내부의 중심에 위치하며 펠레타이징 시 회전하는 본체; 및 상기 본체에 결합되는 핀;을 포함하며, 상기 핀은 본체와 결합되는 제1 부분, 상기 제1 부분과 제3 부분을 연결하는 제2 부분 및 상기 하우징에 인접한 측의 단부로 향할수록 직경이 줄어드는 제3 부분을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제3 부분의 길이는 제1 부분과 제2 부분의 길이의 합보다 클 수 있다.
일 실시예에서, 핀 중에서 제3 부분만 질소처리될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 부분은 나사산이 형성되며, 제1 부분은 너트를 통해 본체에 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 카본 블랙 시스템은, 폐타이어가 투입되는 부분인 공급부; 상기 공급부로부터 공급된 폐타이어를 열분해하는 열분해부로서, 상기 열분해부에서 폐타이어는 열분해되어 가스, 오일, 차르 및 철을 포함하는, 열분해부; 상기 열분해부에서 연소에 의해 발생하는 연도 가스가 보내지는 배기부로서, 상기 배기부는 이송된 가스를 압축하는 압축부, 질소를 제거하는 탈질부 및 가스에서 황을 제거하는 탈황부를 포함하는, 배기부; 상기 열분해부에서 분해된 오일증기가 보내지는 응축부로서, 상기 응축부는 열분해부와 수평으로 위치되고, 열분해부에 근접하여 위치되며, 응축부는 오일증기를 응축시켜 오일을 생성시키고, 응축되지 않은 비응축성 가스를 열분해부에 이송하여 연소에 사용하는, 응축부; 상기 열분해부에서 분해된 차르가 보내지는 선별부로서, 상기 선별부에서 차르는 철을 포함하는 이물질로부터 분리되는, 선별부; 상기 선별부로부터 보내진 차르가 저장되는 저장부; 상기 저장부로부터 차르가 보내지는 분쇄부로서, 상기 분쇄부는 차르를 미립 또는 미분의 형태로 분쇄하여 카본블랙으로 형성하는, 분쇄부; 상기 분쇄부로부터 카본블랙이 보내지는 성형부로서, 상기 성형부는 카본블랙을 펠레타이징하는 펠레타이저를 포함하는, 성형부; 상기 성형부에서 펠렛화된 카본블랙이 보내져서 냉각 및 건조되는 냉각 및 건조부; 및 상기 냉각 및 건조부로부터 보내진 펠렛화된 카본블랙을 포장하는 포장부;를 포함하며, 상기 펠레타이저는: 카본블랙을 수용하는 하우징; 상기 하우징 내부의 중심에 위치하며 펠레타이징 시 회전하는 본체; 및 상기 본체에 결합되는 핀;을 포함하며, 상기 핀은 본체와 결합되는 제1 부분, 상기 제1 부분과 제3 부분을 연결하는 제2 부분 및 상기 하우징에 인접한 측의 단부로 향할수록 직경이 줄어드는 제3 부분을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제3 부분의 길이는 제1 부분과 제2 부분의 길이의 합보다 클 수 있다.
일 실시예에서, 핀 중에서 제3 부분만 질소처리될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 부분은 나사산이 형성되며, 제1 부분은 너트를 통해 본체에 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 펠레타이저는 핀이 펠레타이징에 의해 마모가 많이 진행되더라도 제3 부분의 직경이 제1 부분 및 제2 부분의 직경보다 작은 상태가 오래 유지되기 때문에 카본블랙의 펠렛화가 더 잘 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 펠레타이저는 핀의 펠렛화 부분에만 열처리가 가해지고 결합 부분에 열처리가 수행되지 않기 때문에, 펠레타이저의 많은 작동이 있더라도, 핀이 쉽게 마모되지 않으면서 롤러 본체와 결합되는 부분이 잘 깨지지 않는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 폐타이어 열분해를 통한 카본블랙 제조 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 성형부를 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 펠레타이저의 핀(도 3의 (a)) 및 종래의 펠레타이저의 핀(도 3의 (b) 및 (c))을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 폐타이어 열분해를 통한 카본블랙 제조 시스템을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 폐타이어 열분해를 통한 카본블랙 제조 시스템은 공급부(10), 열분해부(20), 배기부(30), 응축부(40), 선별부(50), 저장부(60), 분쇄부(70), 성형부(80), 건조 및 냉각부(90) 및 포장부(100)를 포함할 수 있다.
공급부(10)는 폐타이어가 투입되는 부분일 수 있다. 공급부(10)는 투입된 폐타이어를 공급부(10) 내부의 드래그 컨베이어를 통해 이송되어 저장 사일로(storage silo)에 저장할 수 있다. 저장 사일로에 저장된 폐타이어는 배출 컨베이어 벨트를 통해 배출되어 열분해부(20)로 향할 수 있다.
열분해부(20)는 공급부(10)로부터 공급된 폐타이어를 열분해하는 부분일 수 있다. 열분해부(20)는 열풍로에서 발생되는 고온가스가 반응기 내부로 유입되어 폐타이어를 고온, 예를 들어 300 내지 800℃로 가열시킬 수 있다. 반응기는 외부와 기밀되어 무산소 또는 희박 산소 분위기에서 동작하며, 이를 유지하기 위해 반응기의 일 단부에 질소가 공급될 수 있다. 가열된 폐타이어는 가스, 오일, 차르(char) 및 철 등으로 분해될 수 있다.
열분해부(20)에서 연소에 의해 발생하는 연도 가스(flue gas)는 배기부(30)로 보내질 수 있다. 배기부(30)는 이송된 가스를 압축하는 압축부, 가스에서 질소를 제거하는 탈질부 및 가스에서 황을 제거하는 탈황부를 포함할 수 있다. 이러한 부분을 거쳐 배출되는 배기 가스는 대기 오염으로부터 더 안전할 수 있다.
열분해부(20)에서 분해된 오일증기는 응축부(40)로 보내질 수 있다. 응축부(40)는 열분해부(20)와 수평으로 위치되며, 열분해부(20)에 근접하여 위치될 수 있다. 응축부(40)는 오일증기를 응축시켜 생성되는 오일을 오일 펌프를 통해 이송하여 오일 저장 탱크에 저장시킬 수 있다. 응축되지 않은 비응축성 가스는 이송 팬을 통해 가스 탱크에 이송 및 저장될 수 있다. 그 후에 비응축성 가스는 열분해부(20)의 열풍로로 이송되어 연소에 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 비응축성 가스의 재활용으로 인하여 공정 비용이 감소되며, 공정이 친환경적일 수 있다.
열분해부(20)에서 분해된 차르 및 철은 선별부(50)로 하나 이상의 컨베이어를 통해 보내질 수 있다. 선별부(50)는 차르로부터 철을 포함하는 이물질을 분리하는 부분일 수 있다. 예를 들어, 선별부(50)는 차르를 진동시켜 이물질을 분리시키는 1차 선별기 및 1차 선별기로부터 이송되는 차르로부터 자력을 이용하여 철을 분리하는 2차 선별기를 포함할 수 있다.
차르는 선별부(50)에서 저장부(60)로 하나 이상의 컨베이어를 통해 보내질 수 있다. 저장부(60)는 차르가 저장되는 부분일 수 있다. 본 실시예에서는 저장부(60)가 사일로를 포함하는 것을 예로 하였으나, 이에 한정되지는 않는다.
차르는 저장부(60)에서 분쇄부(70)로 보내질 수 있다. 분쇄부(70)는 이송되는 차르를 미립 또는 미분의 형태로 분쇄하여 카본블랙으로 형성할 수 있다.
형성된 카본블랙은 분쇄부(70)로부터 성형부(80)로 이송될 수 있다. 성형부(80)에서 카본블랙은 물을 바인더로 사용하여 구형으로 성형될 수 있다.
도 2 및 도 3은 상술한 성형부(80)의 일 실시예를 예시한 것으로서, 도 2 및 도 3을 참조하여 성형부(80)의 세부 구성에 대해 설명할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 성형부(80)를 개념적으로 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명에 따른 펠레타이저의 핀(도 3의 (a)) 및 종래의 펠레타이저의 핀(도 3의 (b) 및 (c))을 도시한 도면이다. 성형부(80)는 카본블랙을 펠레타이징하는 펠레타이저를 포함할 수 있다. 펠레타이저는 하우징(101), 본체(102) 및 핀(103)을 포함할 수 있다.
하우징(101)은 펠레타이저에 투입되는 카본블랙을 수용하는 기능을 할 수 있다. 하우징(101)은 카본블랙이 투입되는 제1 입구, 물, 녹말 등의 첨가제가 투입되는 제2 입구 및 펠릿화된 카본블랙이 빠져나오는 출구를 포함할 수 있다. 하우징(101)은 내벽이 특정 마찰계수를 가질 수 있으며, 마찰계수의 변화에 따라 펠릿화된 카본블랙의 직경이 달라질 수 있다.
본체(102)는 펠레타이저의 중심에 위치할 수 있다. 본체(102)는 하우징(101) 내부의 중심에 위치할 수 있다. 본체(102)는 속이 빈 원통형 형상일 수 있다. 다른 실시예에서, 본체(102)는 속이 채워진 원통형 형상일 수 있다. 본체(102)는 펠레타이저의 회전축이 되는 부분일 수 있다. 본체(102)는 펠레타이징 시 회전할 수 있다.
본체(102)에는 핀(103)이 결합될 수 있다. 핀(103)은 본체(102)에 복수 개가 결합될 수 있다. 핀(103)은 원기둥 형상일 수 있다. 핀(103)이 본체(102)에 결합된 후에 핀(103)과 본체(102)가 함께 회전하여 카본블랙을 펠레타이징할 수 있다.
한편, 핀(103)은 카본블랙의 펠레타이징이 여러 번 진행될수록 마모될 수 있다. 즉, 핀(103)은 카본블랙의 펠레타이징이 여러 번 진행될수록 길이가 짧아질 수 있다.
또한, 핀(103)은 하우징(101)에 인접한 측의 단부의 직경이 작을수록 펠레타이징이 더 잘 될 수 있다. 따라서, 기존의 핀(103)과 비교하여 본 발명에 따른 펠레타이저의 핀(103)은 단부의 직경이 작을 수 있다.
본 발명에 따른 펠레타이저의 핀(103)은 제1 부분(151), 제2 부분(152) 및 제3 부분(153)을 포함할 수 있다. 핀(103)의 제1 부분(151)은 본체(102)에 결합되는 부분일 수 있다. 따라서, 핀(103)의 제1 부분(151)은 나사산이 형성될 수 있다. 핀(103)의 제1 부분(151)은 너트(104)를 통해 본체(102)에 결합될 수 있다.
핀(103)의 제2 부분(152)은 제1 부분(151)과 제3 부분(153)을 연결하는 부분일 수 있다. 핀(103)의 제2 부분(152)은 직경이 일정한 부분일 수 있다.
핀(103)의 제3 부분(153)은 카본블랙을 펠레타이징하는 부분일 수 있다. 핀(103)의 제3 부분(153)의 하우징(101)에서 먼 측의 단부의 직경은 제1 부분(151) 및 제2 부분(152)의 직경과 동일할 수 있다. 핀(103)의 제3 부분(153)은 하우징(101)에 인접한 측의 단부로 향할수록 점점 좁아지는 직경을 가질 수 있다. 따라서, 핀(103)의 제3 부분(153)은 단부가 계속 마모되더라도 제1 부분(151) 및 제2 부분(152)보다 작은 직경을 가질 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 핀(103)의 제3 부분(153)의 길이는 기존의 핀(203)의 제3 부분(253)의 길이 보다 더 길 수 있다. 본 발명에 따른 핀(103)의 전체 길이에 대한 제3 부분(153)의 길이의 비는 기존의 제1 핀(203)의 전체 길이에 대한 제3 부분(253)의 길이의 비보다 더 클 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 핀(103)의 전체 길이에 대한 제3 부분(153)의 길이의 비는 1:2 이상일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 핀(103)의 제3 부분(153)의 길이는 핀(103)의 제1 부분(151)과 제2 부분(152)의 길이의 합보다 클 수 있다. 또한, 기존의 제2 핀(303)은 제3 부분이 존재하지 않고 직경이 일정한 제1 부분(351) 및 제2 부분(352)만으로 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 핀(103)은 펠레타이징에 의해 마모가 많이 진행되더라도, 제3 부분(153)의 직경이 제1 부분(151) 및 제2 부분(152)의 직경보다 작은 상태가 오래 유지되기 때문에, 카본블랙의 펠렛화가 더 잘 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 핀(103)은 내마모성을 향상시키기 위해 질소 열처리가 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 핀(103)에 열처리가 수행되는 경우 핀(103)의 내마모성 및 강도는 향상되지만 핀의 내충격성은 약화될 수 있다. 따라서, 기존의 핀의 경우에 펠레타이징이 수행되면서 핀과 본체가 결합되는 부분이 깨지는 경우가 빈번했다. 이 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 핀(103)은 제1 부분(151) 및 제2 부분(152)에는 열처리가 수행되지 않을 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 핀(103)은 제3 부분(153)에만 열처리가 수행될 수 있다. 이로 인하여, 본 발명에 따른 핀(103)은 종래의 핀과 비교하여 펠레타이징 시에 내마모성과 강도가 높으면서 동시에 제1 부분(151)이 파괴되지 않는 효과를 가질 수 있다.
다시 도 1로 돌아가서, 성형부(80)에서 펠렛화된 카본블랙은 컨베이어 벨트를 통해 건조 및 냉각부(90)로 보내져 건조 및 냉각될 수 있다. 예를 들어, 펠렛화된 카본블랙은 우선 건조 및 냉각부(90)의 건조기에서 열을 통해 건조되며, 그 후에 냉각기에서 냉각될 수 있다.
건조 및 냉각부(90)에서 카본블랙이 컨베이어 벨트를 통해 포장부(100)로 보내질 수 있다. 포장부는 펠렛화된 카본블랙을 미리 설정된 양을 단위로 하여 포장할 수 있다. 예를 들어, 포장부(100)는 톤백(tonbag) 포장부 및 소포장부를 포함할 수 있다. 건조 및 냉각부(90)에서 카본블랙이 포장부(100)의 투 웨이 댐퍼(two way damper)로 연결되며, 투웨이 댐퍼를 통해 카본블랙이 톤백 포장부 및 소포장부로 선택적인 이송이 이루어질 수 있다.
상술한 구성에 의해서, 폐타이어의 열분해 과정을 통해 카본블랙을 제조하는 작업이 최적의 순서로 이어지는 일련의 공정을 통해 연속적이고 순차적인 작업 형태로 진행되며 그 결과 펠렛화된 카본블랙의 품질이 매우 양호한 상태가 될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (8)

  1. 펠레타이저로서,
    카본블랙을 수용하는 하우징;
    상기 하우징 내부의 중심에 위치하며 펠레타이징 시 회전하는 본체; 및
    상기 본체에 결합되는 핀;을 포함하며,
    상기 핀은 본체와 결합되는 제1 부분, 상기 제1 부분과 제3 부분을 연결하는 제2 부분 및 상기 하우징에 인접한 측의 단부로 향할수록 직경이 줄어드는 제3 부분을 포함하는,
    펠레타이저.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 부분의 길이는 제1 부분과 제2 부분의 길이의 합보다 큰,
    펠레타이저.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 핀 중에서 제3 부분만 질소처리되는,
    펠레타이저.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분은 나사산이 형성되며,
    상기 제1 부분은 너트를 통해 상기 본체에 결합되는,
    펠레타이저.
  5. 카본블랙 제조 시스템으로서,
    폐타이어가 투입되는 부분인 공급부;
    상기 공급부로부터 공급된 폐타이어를 열분해하는 열분해부로서, 상기 열분해부에서 폐타이어는 열분해되어 가스, 오일, 차르 및 철을 포함하는, 열분해부;
    상기 열분해부에서 연소에 의해 발생하는 연도 가스가 보내지는 배기부로서, 상기 배기부는 이송된 가스를 압축하는 압축부, 질소를 제거하는 탈질부 및 가스에서 황을 제거하는 탈황부를 포함하는, 배기부;
    상기 열분해부에서 분해된 오일증기가 보내지는 응축부로서, 상기 응축부는 열분해부와 수평으로 위치되고, 열분해부에 근접하여 위치되며, 응축부는 오일증기를 응축시켜 오일을 생성시키고, 응축되지 않은 비응축성 가스를 열분해부에 이송하여 연소에 사용하는, 응축부;
    상기 열분해부에서 분해된 차르가 보내지는 선별부로서, 상기 선별부에서 차르는 철을 포함하는 이물질로부터 분리되는, 선별부;
    상기 선별부로부터 보내진 차르가 저장되는 저장부;
    상기 저장부로부터 차르가 보내지는 분쇄부로서, 상기 분쇄부는 차르를 미립 또는 미분의 형태로 분쇄하여 카본블랙으로 형성하는, 분쇄부;
    상기 분쇄부로부터 카본블랙이 보내지는 성형부로서, 상기 성형부는 카본블랙을 펠레타이징하는 펠레타이저를 포함하는, 성형부;
    상기 성형부에서 펠렛화된 카본블랙이 보내져서 냉각 및 건조되는 냉각 및 건조부; 및
    상기 냉각 및 건조부로부터 보내진 펠렛화된 카본블랙을 포장하는 포장부;를 포함하며,
    상기 펠레타이저는:
    카본블랙을 수용하는 하우징;
    상기 하우징 내부의 중심에 위치하며 펠레타이징 시 회전하는 본체; 및
    상기 본체에 결합되는 핀;을 포함하며,
    상기 핀은 본체와 결합되는 제1 부분, 상기 제1 부분과 제3 부분을 연결하는 제2 부분 및 상기 하우징에 인접한 측의 단부로 향할수록 직경이 줄어드는 제3 부분을 포함하는,
    카본블랙 제조 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 부분의 길이는 제1 부분과 제2 부분의 길이의 합보다 큰,
    카본블랙 제조 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 핀 중 제3 부분만 질소처리되는,
    카본블랙 제조 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 부분은 나사산이 형성되며,
    상기 제1 부분은 너트를 통해 상기 본체에 결합되는,
    카본블랙 제조 시스템.
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