KR20010108528A - 고분자 폐기물의 열분해 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 폐기물을 투입할 수 있는 투입부와 투입된 고분자 폐기물을 용융시키는 용융부를 갖는 제1 챔버와, 분해부를 갖는 제2 챔버를 포함하는 고분자 폐기물의 열분해 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는 제1 및 제2 챔버 내부에 실린더 형태의 이송 파이프와 상기 이송 파이프 내부에 회전 가능하게 배치된 이송 스크류를 포함한다. 챔버와 이송 파이프 사이에 공급되는 열풍의 열전달 효율을 극대화시키기 위하여, 상기 이송 스크류 외주면에 스크류 타입의 열전달핀이 설치되어 있다. 그리고, 이송 스크류 내부에는 보조 가열관이 배치되며, 상기 이송 스크류 내주면과 보조 가열관 사이에 열풍이 공급된다.

Description

고분자 폐기물의 열분해 장치{PYROLYSIS APPARATUS FOR POLYMERIC WASTES}

본 발명은 고분자 폐기물의 열분해 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라스틱 등의 고분자 폐기물을 열분해하여 유용한 연료유나 연료 가스를 공급할 수 있는 고분자 폐기물의 열분해 장치에 관한 것이다.

플라스틱 물질, 즉 고분자 물질의 폐기물을 열분해하는 장치는 다양한 형태로 개발되어 사용되고 있으며, 그 예가 일본 특개평9-268293호, 특개평10-17871호에 개시되어 있다.

상기 일본 특개평9-268293호에 개시된 장치에 따르면, 관형 예열기와 관형 분해로가 경사지게 설치되고, 스크류형 배출기, 관형 예열기 및 관형 분해로 내부에는 스크류가 제공되어 폐기물과 용해 물질을 이송시킴과 동시에 파이프 내벽에 쌓이는 슬러지를 긁어 자동적으로 배출시키게 되어 있으며, 스크류에 의해 이송된 슬러지는 관형 분해로 상단에서 관형 분해로 외측으로 배출된다.

상기 장치는 연속적으로 작동 가능하고, 관형 접촉 분해기의 상부에 모이게 된 상부의 분해 가슬가 관형 접촉 분해기 하부에 모여 있는 용융물에 의해 막혀 있어 관형 예열기로 배출기 상류 쪽으로 역류할 수 없게 되어 있다.

한편, 상기 일본 특개평10-17871호에 개시된 장치에 따르면, 원료 물질의 용해 탱크, 열분해를 위한 경사진 파이프와 가열 수단, 상기 파이프 내부에 설치되어 용해된 고분자계 폐기물 및 슬러지를 이송하는 스크류, 상기 가열 수단이 경사진 파이프의 하부에서 상부에 이르기까지 세부분으로 구획된 열풍 가열로를 포함하며, 상기 열풍가열로의 온도는 하부에서부터 순차적으로 상승한다.

상기 장치는 열분해를 위해 경사관을 사용하며, 일차, 이차, 삼차 열분해를 위해 가열 공간인 챔버를 통과하게 되어, 각 챔버가 차지하는 공간이 커지게 된다. 따라서, 불필요하게 큰 가열 공간이 요구되어, 상당히 많은 양의 열이 사용되지 않고 낭비하게 된다. 그리고, 온도 변화의 히스테리시스가 커서 여전히 열관리 어려움을 가지고 있다. 또한, 원료 물질의 용융 탱크와 열분해를 위한 경사관 사이의 관계를 명확하게 규명하지 않고 있어, 열분해 장소로의 공기 유입과 분해 가스의 역류로 인해 발생되는 문제점을 해소하지 못하고 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 일본 특허 출원 제98-170081호에는 고분자 폐기물을 투입할 수 있는 투입부와 투입된 고분자 폐기물을 용융시키는 용융부를 갖는 제1 챔버와, 일차 분해부와 상기 일차 분해부 상부에 위치하는 이차 분해부로 이루어진 제2 챔버를 포함하는 고분자 폐기물 열분해 장치가 개시되어 있다.

도 1에는 상기 일본 특허 출원과 유사한 장치를 개략적으로 도시하는 측면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 장치는 호퍼(17)와 이송 파이프(18)로 이루어진 투입 장치를 구비한다. 이송 파이프(18) 내부에는 이송 스크류(19)가 설치되어 있으며, 이 이송 스크류는 제1 모터(20)에 의하여 비교적 저속으로, 예를 들면 9rpm의 속도로 회전한다.

이송 파이프(18)는 그 내부 온도를 적정의 고온으로 유지하기 위하여 용융부(4)로 에워싸여 있으며, 이 용융부에는 비도시된 열풍 발생로로부터 열풍이 공급된다.

열분해부(5)는 후단으로부터 전단이 소정 각도로 들려진 경사 파이프(23)와 그 경사 파이프(23)의 외주를 둘러싸는 외측 튜브(24)로 구성되며, 피드업 스크류(25)가 경사 파이프(23) 내부를 관통하도록 설치되어 있다.

상기 일본 특허 출원에 있어서, 경사 파이프(23)는 강철 파이프로서, 외주면상에 원주 방향으로 일정 간격으로 이격되고, 축방향으로 배치된 다수의 플랫 타입의 열전달핀(38)을 갖는다. 이러한 열전달 핀은 용융부 내부로 공급된 열풍으로부터 보다 신속하게 열을 흡수하여 경사 파이프로 전달하는 기능을 수행한다.

그러나, 이러한 플랫 타입의 열전달 핀은 경사 파이프의 길이 방향으로 배치되어 있다. 따라서, 플랫 타입의 열교환 표면적이 작아 열교환 효율이 낮은 단점을 갖기 때문에, 경사 파이프의 길이 방향으로 공급되는 열풍과 접촉하는 부분이 매우 제한을 받는다. 그러므로, 열전달 핀에 의한 열교환 효율이 높지 않은 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 목적을 해결코자 하는 것으로서, 특히 열풍의 속도를 저하시키지 않고 또 마찰 손실도 최소화하는 고분자 폐기물의 열분해 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 고분자 폐기물의 열분해 장치를 개략적으로 도시하는 측면도이다.

도 2는 도 1의 경사 파이프 외주면에 설치된 플랫 타입의 열전달 핀을 도시하는 정면도로서, 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 절결하여 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 폐기물의 열분해 장치를 개략적으로 도시하는 측면도이다.

도 4는 도 3의 경사 파이프 외주면에 설치된 스크류 타입의 열전달 핀을 도시하는 정면도로서, 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절결하여 나타낸 도면이다.

도 5 및 도 6은 각각 도 3의 원 A 및 B의 확대 단면도이다.

<도면의 주요 부부에 대한 부호의 설명>

117 : 호퍼

118 : 이송 파이프

119 : 이송 스크류

105 : 열분해부

123 : 경사 파이프

124 ; 튜브

138 : 열전달 핀

150 : 보조 가열관

상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 고분자 폐기물을 투입할 수 있는 투입부와 투입된 고분자 폐기물을 용융시키는 용융부를 갖는 제1 챔버와, 분해부를 갖는 제2 챔버를 포함하는 고분자 폐기물의 열분해 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 챔버 내부에 실린더 형태의 이송 파이프와 상기 이송 파이프 내부에 회전 가능하게 배치된 이송 스크류를 포함하며, 상기 챔버와 이송 파이프 사이에 공급되는 열풍의 열전달 효율을 극대화시키기 위하여, 상기 이송 스크류 외주면에 스크류 타입의 열전달핀이 설치된 고분자 폐기물의 열분해 장치가 제공된다.

대형 축의 경우에는, 상기 이송 스크류 내부에 보조 가열관이 배치되며, 상기 이송 스크류 내주면과 보조 가열관 사이에 열풍이 공급된다.

소형 축의 경우에는, 축의 내경이 작기 때문에 상기 보조 가열관 내부에 전기열선이 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 도 3 내지 6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 폐기물의 열분해 장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고분자 폐기물의 열분해 장치의 측면도를 개략적으로 도시한다.

상기 장치는 호퍼(117)와 이송 파이프(118)로 이루어진 투입 장치를 구비한다. 이송 파이프(118) 내부에는 이송 스크류(119)가 설치되어 있으며, 이 이송 스크류는 제1 모터(120)에 의하여 비교적 저속으로, 예를 들면 9rpm의 속도로 회전한다.

이송 파이프(118)는 그 내부 온도를 적정의 고온으로 유지하기 위하여 용융부(104)로 에워싸여 있으며, 이 용융부에는 비도시된 열풍 발생로로부터 열풍이 공급된다.

열분해부(105)는 전단이 후단에 대하여 소정 각도로 들려진 경사 파이프(123)와 그 경사 파이프(123)의 외주를 둘러싸는 외측 튜브(124)로 구성되며, 피드업 스크류(125)가 경사 파이프(123) 내부를 관통하도록 설치되어 있다. 경사 파이프(123)의 던단에 설치된 제2 모터(126)에 의해 소정의 속도로 회전한다.

가열 공간으로 이용되는 경사 파이프(123)와 외측 튜브(124) 사이의 공간에는 열풍 발생로(비도시)와 연결되어 있다. 상기 공간은 열풍 발생로의 버너에 의하여 발생된 고온의 열이 송풍기를 통해 일측으로 공급되며, 타측으로부터 배출되도록 구성되어 있다. 외측 튜브(124)는 외부와 단열되도록 절연 물질로 제조된다. 경사 파이프(123)의 상단부에는 가스 수집부(134)가 제공된다.

후단부가 전단부보다 약간 높은 위치에 위치하도로 설치된 이송 파이프(118)의 전단과 경사 파이프(123)의 아래 부분이 연결되어, 그 내부가 경사 파이프(23)의 내부와 연통한다.

고분자 폐기물(예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, ABS 수지, 비닐클로라이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등을 포함하는 플라스틱 물질의 폐기물)가 호퍼(117)에 투입되어, 자체 중량에 의한 또는 기계적인 압력에 의해 압축되고, 이것이 이송 스크류(119)에 의해 이송된다. 작은 크기의 폐기물은 바로 투입되지만, 큰 폐기물의 경우 적절한 크기로 파쇄하거나 잘라 투입하여야 한다.이송 파이프(118)를 통하여 이송되어, 용융부(104)를 통과하면서 폐기물은 가열되고 용해된다.

이송 파이프(118)는 이송 파이프의 후단부에서 열분해부(105)의 전단부까지를 제1 폐기물 처리 공간이라 할 수 있으며, 호퍼와 연통되어 투입부로 이용되는 후단부와 용해부로 이용되는 중간부, 고분자 용해물이 축적되는 전단부로 구획된 제1 챔버로 되어 있다.

제1 챔버의 이러한 배열로 인해, 비록 용융점이 높은 폐기물과 용해되지 않은 폐기물이 있더라도 큰 열용량과 면적으로 축적된 용해 물질과 접촉하게 되므로, 짧은 시간의 접촉으로도 완전히 용해된다.

피드업 스크류(125)는 경사 파이프(123) 내부를 회전하며, 내부의 고분자 용융물을 교반하면서 상방으로 밀어 올린다. 고분자 용융물은 하부 공간 내부의 경사 파이프(123) 내부에서 고온으로 가열되면서 고분자 체인이 파괴되어 분해 가스를 생성한다. 상부 공간의 경사 파이프(123) 내부에 분해 가스가 수집되어 보다 높은 온도로 더욱 가열되면서 분해 가스가 더 적은 분자량을 갖는 분해 가스가 된다.

고분자계 물질속에 함유된 금속 등과 같은 용융되지 않은 부분은 용융물 중에 슬러지나 침전물로 되는데, 이를 피드업 스크류(125)가 슬러지를 긁어 용융물과 함께 상방으로 밀어 올려 슬러지가 경사 파이프(123)의 전단부 개구부와 연결된 슬러지 슈트 파이프(135)를 통해 배출된다.

도 4를 참조하면, 상기 경사 파이프(123)는 강철 파이프로서, 외주면상에 일정한 피치를 갖는 여러 개의 스크류 타입의 열전달 핀(138)을 갖는다. 이러한 열전달 핀은 용융부 내부로 공급된 열풍으로부터 보다 신속하게 열을 흡수하여 경사 파이프로 전달하는 기능을 수행한다. 스크류 타입의 열전달 핀을 사용할 경우에는 열풍을 회전시켜주는 역할을 하기 때문에 와류가 발생하는바, 이 와류 현상은 열교환 효율을 극대화시켜준다. 반면, 열풍의 압력 손실을 증대시키는 단점이 있다. 본 발명은 이러한 결점을 보완하기 위하여 여러 개의 스크류 타입의 핀을 사용하여 열풍의 압력 손실을 감소시킨다. 또한, 스크류 타입의 열전달 핀은 플랫 타입의 열전달 핀과 비교하여 전열 면적이 크기 때문에 열교환 효율이 증대된다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 경사 파이프(123) 내부에도 열풍이 공급되도록 보조 가열관(150)이 그 내부에 설치된다. 열풍 발생로로부터 발생된 열풍의 일부가 경사 파이프(123)의 상단에 형성된 부분(152)을 통해 경사 파이프 내부면과 보조 가열관 사이에 형성된 공간으로 공급된다. 그리고, 이 공급된 열풍은 보조 가열관(150)의 하단부(153)에 형성된 개구를 통해 보조 가열관 내부로 진입하여 상단부(151)로 배출된다.

상기 실시예에서, 상기 보조 가열관(150)은 경사 파이프(123)에만 적용된 것으로 설명되었으나, 제1 챔버의 경사 파이프(118) 내부에도 적용되는 것은 물론이다. 그리고, 상기 보조 가열관(150) 내부에는 전기열선(155)이 제공되는 것이 바람직하다.

전술한 구조에 의하면, 열풍 발생로로부터 열풍이 공급되는 경사 파이프의외주면에 스크류 타입의 열전달 핀이 제공됨으로써, 열전달 효율이 크게 개선될 수 있다. 게다가, 그 경사 파이프 내부에도 열풍이 공급되도록 구성된 구조에 의하면 경사 파이프는 열풍에 의하여 완전히 에워싸이므로서, 공급된 열을 효율적으로 이용할 수 있다.

Claims (5)

1. 고분자 폐기물을 투입할 수 있는 투입부와 투입된 고분자 폐기물을 용융시키는 용융부를 갖는 제1 챔버와, 분해부를 갖는 제2 챔버를 포함하는 고분자 폐기물의 열분해 장치에 있어서,

   상기 제1 및 제2 챔버 내부에 실린더 형태의 이송 파이프와 상기 이송 파이프 내부에 회전 가능하게 배치된 이송 스크류를 포함하며,

   상기 챔버와 이송 파이프 사이에 공급되는 열풍의 열전달 효율을 극대화시키기 위하여, 상기 이송 스크류 외주면에 스크류 타입의 열전달핀이 2개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 열분해 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 이송 스크류 내부에는 보조 가열관이 배치되며, 상기 이송 스크류 내주면과 보조 가열관 사이에 열풍이 공급되는 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 열분해 장치.
3. 제2항에 있어서, 내경이 작은 이송 스크류 내부에는 전기열선이 설치되는 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 열분해 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 이송 스크류는 2개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 열분해 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 열분해 장치의 하부측으로 배출된 열분해 액상을 재가열하여 가스화하는 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 폐기물의 열분해 장치.