KR200311373Y1 - 폐합성수지의 연속 유화장치 - Google Patents

Abstract

본 고안에 따른 폐합성수지의 유화장치는 원통형의 열분해탱크와, 그 하부에 설치되는 가열수단과, 열분해탱크의 상부에 설치되는 정류탑 및 원재료 투입수단과, 열분해탱크의 하부 일측에 구비되는 잔재 배출수단을 포함하는 폐합성수지의 유화장치에 있어서, 상기 잔재 배출수단이 열분해 탱크의 바닥 면 선상에 접하여 설치되는 잔재배출실린더와, 제1 잔재탱크, 제2 잔재 탱크 및 수조로 구성되고, 상기 원재료 투입수단이 역류방지 수단을 구비하며, 상기 교반수단은 교반축이 자동으로 승강될 수 있고, 열분해 탱크에 용융된 폐합성수지의 수위측정수단이 4개의 온도 측정기로 구성되며, 열분해수단과 정류탑의 사이에 파티클 콜렉터를 포함하는 고체입자의 분리수단이 구비된 것을 특징으로 한다. 본 고안의 폐합성수지의 연속 유화장치는 가동 중에 잔재를 안전하게 배출시킬 수 있고, 이에 따라 연속 가동이 가능하기 때문에 그에 따른 에너지 절감효과가 크다.

Description

폐합성수지의 연속 유화장치 {Apparatus for producing waste synthetic resin into oil}

본 고안은 폐합성수지를 열분해하여 각종 유류 혼합물을 얻는 폐합성수지의 연속 유화장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 열분해 공정과 분별증류공정을 포함하는 연속식 폐합성수지의 연속 유화장치에 있어서, 상기 열분해공정에서 열분해 되지 않고 열분해 탱크의 내부 바닥 면에 쌓이는 잔재를 가동 중에 안전하고 용이하게 꺼낼 수 있는 열분해 잔재 배출수단과, 용융수지액의 역류 방지수단을 구비한 원재료 투입수단과, 열분해공정과 정류탑 사이에 구비되는 고체입자의 분리수단과, 열분해 공정의 용융수지액 수위측정수단과, 교반축이 승강될 수 있는 교반수단이구비된 것을 특징으로 하는 폐합성수지의 연속 유화장치에 관한 것이다.

근래 들어 폐합성수지의 처리에 따른 환경문제가 심각히 대두되면서 그 처리에 따른 오염문제를 해결하면서 동시에 유용한 오일류를 생산할 수 있는 폐합성수지의 유화방법이나 장치가 개발되어 가동 중에 있다. 종래에는 폐합성수지가 발생하면 이를 소각장으로 이송하여 소각처리하거나 또는 매립 처리하였으나 이들 처리방식은 자원의 낭비는 물론, 소각 방식의 경우 먼지, 염화수소(HCl), 유황산화물(SOX), 질소산화물(NOX), 다이옥신 등 대기 오염물질의 배출에 따른 2차 대기오염 문제가 심각하고, 매립방식도 합성수지의 특성인 난분해성에 따른 토양오염, 침출수 등으로 인한 오염 문제가 심각하였다. 이에 따라 폐합성수지를 소각하거나 매립하지 않고 재 활용하는 방안으로서 열분해가 가능한 열 가소성 합성수지는 이를 열 분해하여 유용한 오일을 얻을 수 있는 유화방법이나 그 장치의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.

열가소성 폐합성수지의 유화공정은 폐합성수지를 300℃ 내지 600℃로 가열, 분해시켜 기체상태의 유류성분을 얻는 열 분해 공정과, 상기 기체상태의 유류성분을 유종별로 액화, 분리하는 분별증류 공정으로 대별된다. 상기 종래의 폐합성수지 유화공정을 좀더 구체적으로 설명하면, 먼저 수집된 폐합성수지는 열분해가 되지 않는 열경화성합성수지류, 금속류, 목재류 등을 개략적으로 분리해 내고 선별된 열가소성합성수지류를 적정 사이즈(size)로 절단 또는 파쇄하는 전처리 공정을 거친다. 상기 전처리 공정을 거친 열가소성 폐합성수지류는 사일로(silo)를 거쳐 일종의 공급 및 저장수단인 호퍼(hopper)에 일시 저장된다. 호퍼에 저장된 폐합성수지는 그 하부에 장착되는 익스트루더와 같은 원재료 투입수단에 의해 열 분해탱크에 이송, 투입된다. 이때, 폐합성수지는 통상 익스트루더에서 200℃ 내지 250℃로 가열되어 거의 용융상태가 되어 열 분해탱크에 투입된다. 합성수지의 열분해 온도는 분해조건, 합성수지의 종류, 규격, 형태, 그리고 함유된 첨가제 등에 따라 다르나 통상, 300∼600℃ 범위이다. 따라서 열 분해탱크에 도입되는 폐합성수지는 열 분해탱크에서 그 하부에 구비되는 버너와 같은 가열수단에 의해 300℃ 내지 600℃로 가열되어 대부분의 폐합성수지류는 유류(오일)성분으로 분해되어 기화되고, 일부 혼입된 열경화성수지, 금속류, 목재류 또는 합성수지 첨가제 등은 미분해 잔재(sludgy)로 열 분해탱크의 바닥에 남아 쌓이게 된다. 열분해 탱크에서 분해, 생성된 상기 유류성분은 가스 상태의 각종 탄화수소 혼합물로서 정류탑에 곧바로 도입되어 비점 차에 의해 유종별로 액화, 분리된다. 액화 분리되는 혼합유류는 필요할 경우 재 분별 증류 공정이나 불순물 제거 또는 탈색이나 탈취 공정과 같은 별도의 후 처리과정을 거친 다음, 저장설비에 이송되어 저장된다.

그러나, 최근 가동 중에 있거나 개발된 기존의 폐합성수지의 유화방법 및 그 장치는 해결해야 할 몇 가지 과제가 남아 있다. 예를 들면, 비 연속분해방식의 경우에는 열효율이 매우 낮아 경제성이 없다. 연속분해방식의 경우에는 장기간 동안 중단 없이 계속 가동함에 따라 필연적으로 발생되는 과제로서, 열분해 공정 중에 발생되는 미분해 잔재(sludgy)를 가동 중에 안전하게 계속 배출해야하는 과제와, 열분해탱크의 내부 바닥 면에 고착 누적되는 코크(탄화물)발생을 억제해야하는 과제, 열분해 공정 중 종종 발생하는 러쉬(rush)현상 시 용융 수지액의 역류를 방지해야하는 과제, 열분해 공정에서 용융수지액의 수위를 정확히 측정해야하는 과재, 분별증류공정 후의 파이프 라인의 파이프 블로킹(pipe blocking)을 방지해야하는 과제 등, 전 공정에서 해결해야 할 과제가 아직 남아있다. 좀더 구체적으로 종래기술의 과제를 살펴보면, 기존 기술의 유화 방법 및 그 장치는 유화공정 중에 발생되는 잔재(sludgy)를 효과적으로 배출할 수 있는 배출수단이 미흡하여 연속가동이 어려운 문제점을 갖고 있다. 실제로 수집한 폐합성수지를 유화하면, 잔재가 투입원재료 대비 적게는 5중량% 내외에서 많게는 20중량% 내외 까지 나온다. 이 잔재의 주성분은 상기된 것과 같은 합성수지 중에 포함되는 첨가제 성분이거나 미분해 합성수지, 금속류, 목재류 또는 카본 등으로서 이 잔재는 폐합성수지의 분해 장치에서 유화를 계속해 가면 분해탱크의 바닥에 점점 많은 량이 쌓이게 될 뿐만 아니라 코크의 생성 및 누적의 원인이 되기도 한다. 따라서 폐합성수지 분해 장치를 중단 없이 계속 가동하고 코크의 생성 및 누적을 줄이기 위해서는 분해탱크로부터 잔재를 가동 중에 배출하는 수단이 필요하지만, 종래 기술에서는 이와 같이 분해 탱크의 바닥에 쌓이는 잔재를 가동 중에 배출할 수 있는 수단이 없거나, 구비되어 있다 하더라도 아주 미흡하여 연속가동이 어려웠다. 종래 원통형의 분해탱크의 하부 일측에 잔재배출구를 구성한 선행기술이 개시되어 있으나, 이는 대부분 잔재 배출을 위해서는 가동을 멈추어야 하는 비연속 가동 방식의 폐합성수지분해 장치에 관한 것이다. 연속방식의 폐합성수지 유화장치로서 가동 중에 잔재를 배출할 수 있는 기술이 대한민국 공개특허 공보의 공개번호 특2000-0029307호에 개시되어 있으나, 이는 분해수단과 응축수단 사이에 잔재 배출수단을 별도로 구비한 것으로서 분해수단이탱크형이 아닌 스크류컨베이어 형인 소용량의 폐합성수지 분해 장치에 관한 것이다. 폐합성수지의 유화장치는 분해탱크가 통상, 원통형으로서 그 하부에 버너와 같은 가열수단이 설치되기 때문에 분해탱크의 하부에 쌓이는 잔재를 분해탱크의 하부로 배출할 수 있도록 장치를 구성하기가 그리 쉽지 않고, 또한 잔재 자체가 고온이어서 공기 중에 나오면 곧 바로 발화해 타 버리는 등 잔재의 취급에도 매우 어려운 문제점이 있어 폐합성수지의 유화장치를 가동 중에 잔재를 안전하고 용이하게 꺼낼 수 있는 잔재 배출시스템이 구비된 연속식 폐합성수지의 유화장치는 없었다. 그래서 종래 기술에서는 이와 같이 분해 탱크의 바닥에 쌓이는 잔재는 폐합성수지의 유화를 할 때마다 장치의 가동을 중단하고 분해 탱크를 분해해 잔사를 제거하는 것이 보통이었다. 이에 따라 종래 기술에서는 잔재를 꺼낼 때마다 장치의 가동을 중지할 수밖에 없어 열효율 및 가동효율이 매우 낮을 수밖에 없는 문제점이 있었다.

또한, 기존의 폐합성수지의 유화방법이나 그 장치는 열분해 시 분해물의 러쉬(rush)현상(예를 들면, 폐합성수지에 함유되어있는 접착제, 색소제, 암모니움 등의 화합물, 수분 등이 가열되면서 열 반응에 의해 부분적인 익스플러젼(EXPLOSION), 발열, 기포팽창 등으로 용융수지액이 끓어오르는 현상)이 종종 발생하게 되는데, 이때 끓어오르는 용융수지액이 원재료 투입구로 역류되어 가동을 중단해야 하거나 화재가 발생할 우려가 있는 등의 문제점이 있었고, 특히 용융수지액의 수위가 적정 수위보다도 높을 경우에 러쉬현상이 발생하면 그 위험이 크게 가중되나, 종래의 열분해 수단에는 그 수위를 정확히 지속적으로 측정할 수 있는 수단이 미흡한 실정이었다. 종래에는 통상, 레이저(laser)에 의해 수위를 감지하는 수위측정수단으로 구성하였으나, 상기 온도감지기는 정확한 수위측정이 곤란한 구조상의 결점을 내포하고 있어 장기간에 걸쳐 정확한 수위를 측정하기에는 부족하였다. 통상, 열분해효율 및 에너지효율은 열분해 탱크 내의 용융수지액의 수위가 2분의 1 내지 5분의 3범위에서 가장 높기 때문에 그 적정수위를 유지하는 것이 바람직하나, 종래의 기술에서는 수위측정 수단이 미흡하여 적정수위 유지가 어려운 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 열분해를 장기간 계속하게 되면 열분해 잔재를 밖으로 계속 배출하더라도 열분해탱크의 내부 바닥 면에 탄화물(coke)이 고착, 누적되는 현상이 불가피하게 발생하게 된다. 열분해탱크의 내부 바닥 면에 탄화물(coke)이 고착, 누적되는 현상은 교반수단의 교반날개를 가능한 한 바닥 면에 접하여 회전될 수 있도록 구성함으로써 완전히 방지할 수는 없지만, 단위기간 당의 누적량은 크게 줄일 수 있다. 이에 따라 종래기술에서는 교반수단의 교반축 및 교반날개를 바닥면에 인접하도록 구성하고 있으나, 교반축이 회전축에 고정되어 있어 승강될 수 없기 때문에 열분해탱크의 내부 바닥 면에 탄화물이 계속 누적되는 경우, 교반수단 또는 열분해 탱크의 바닥면이 손상을 입게 되는 등의 문제점이 종종 발생하였다. 이는 열분해탱크의 내부 바닥 면에 탄화물이 계속 고착되어 쌓이는 두께만큼 교반수단의 교반축 및 교반날개가 상승되어야 하나, 종래기술에서는 교반수단의 교반축이 상승 및 하강할 수 없도록 회전축에 고정된 구성이기 때문에 불가피하게 일어나는 문제점이었다. 따라서 종래에는 탄화물 제거를 위한 가동 중단시기를 노칠 경우에는 상기한 바와 같이 교반수단 또는 열분해 탱크의 바닥 면이 손상을 입게 되는 등의 문제점이 발생될 우려가 있을 뿐만 아니라, 교반수단 또는열분해 탱크의 파손이나 손상을 사전에 방지하기 위해서 적기에 가동을 중단하고 탄화물을 제거한다 하더라도 자주 가동을 중단하고 누적된 탄화물을 제거해야 하기 때문에 에너지 효율이 좋지 못한 결점이 있었다.

한편, 열분해 탱크에서 분해되어 정류탑에 도입되는 기체상 혼합물에는 먼지나 기타 고상 입자가 불가피하게 혼입되는데 종래에는 그 고상 입자의 분리 또는 저감수단이 없거나 미흡하여 특히 정류탑 이후 설비인 파이프 라인에서 파이프 블로킹(pipe blocking)현상이 심하였다. 파이프 블로킹의 원인은 미세한 고체입자인 탄소. 암모니움. 접착제에서 발생하는 검(GUM) 등으로써 파이프 블로킹 방지를 위해 정류탑을 거친 분해물에 온수 인젝션(INJECTION)설비를 구성하고 있으나, 다발적으로 발생하는 순간적인 블로킹 현상을 방지하기에는 미흡하였다.

본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 폐합성수지를 열분해시켜 각종 유류를 얻는 동시에, 가동 중에 잔재를 안전하고 용이하게 배출시킬 수 있는 열분해 잔재배출수단을 구비한 연속식 폐합성수지의 유화장치를 제공하려는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 폐합성수지의 열분해 시 용융수지액이 원재료 투입수단으로 역류되는 것을 방지할 수 있는 원료 투입수단을 구비한 연속식 폐합성수지의 유화장치를 제공하려는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 열분해수단의 바닥면에 고착되어 쌓이는 탄화물의 두께에 따라 교반축이 자동으로 승강될 수 있는 교반수단을 구비한 폐합성수지의유화장치를 제공하려는 것이다.

본 고안의 또 하나의 다른 목적은 열분해 수단의 용융수지액의 수위를 정확히 측정할 수 있는 수위측정수단을 구비한 폐합성수지의 유화장치를 제공하려는 것이다.

본 고안은 정류탑에 도입되는 분해가스 중에 함유되는 고상입자의 분리수단을 구비한 연속식 폐합성수지의 유화장치를 제공하려는 것도 본 고안의 목적으로 한다.

상기 본 고안의 목적은 열 분해탱크의 하부 일측에 구성되는 2개의 잔재 탱크 및 수조로 구성되는 잔재배출수단, 적어도 1개의 절개부를 갖는 회전날개로 구성되는 익스트루더인 원료투입수단, 자동으로 승강 가능한 교반수단의 교반축, 열 분해수단의 용융수지액 수위 측정수단 및 열분해수단과 정류탑의 사이에 파티클 콜렉터를 구성함으로써 달성할 수 있다.

도 1은 본 고안의 폐합성수지 유화공정의 흐름도이고,

도 2는 본 고안에 따른 폐합성수지의 연속 유화장치의 전체 개략도이며,

도 3a 및 도 3b는 본 고안의 회전축과 교반축의 기어 결합관계를 나타낸 일부 절단 확대 사시도 및 횡단면도이고,

도 4는 본 고안에 따른 열분해 탱크에 용융된 폐합성수지의 수위측정수단의 구성을 도시한 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 원재료 투입수단(익스트루더) 12 : 호퍼

14 : 스크류날개 15 : 밸브

16 : 절단부 20 : 열분해탱크

22 : 자켓 24 : 직화방지판

30 : 정류탑 40 : 가열수단

50 : 교반수단 51 : 구동수단

52 : 회전축 53 : 회전축 기어

55 : 교반축 56 : 교반축 기어

58 : 교반날개 60 : 수위측정수단

70 : 잔재배출수단 72 : 실린더

74 : 제1잔재탱크 75 : 제2잔재탱크

76 : 수조 77~79 : 밸브

80 : 고체입자분리수단 81 : 연결부재

83 : 파티클 콜렉터 84 : 러쉬 방지판

86 : 포올링층 91 : 정제수단

92 : 저장설비 93 : 연료 공급수단

T1~T4, L : 온도감지기 P1~P3 : 펌프

본 고안에 따른 폐합성수지 유화장치는 열분해 수단을 중심으로 그 하부에 가열수단이 설치되고, 그 중심부에는 교반수단이 설치되며, 그 상부의 일측에는 원재료 투입수단이 연결, 결합되고, 타측에는 정류탑이 연결, 결합되며, 그 내부 일측부에는 용융수지액의 수위 측정수단이 구성되고, 상기 열분해 수단의 하부 일측에 잔재 배출수단이 구성된다.

본 고안에 따른 폐합성수지 유화장치는 상기 잔재 배출수단이 열분해 탱크의 바닥 면 선상에 접하여 설치되는 잔재배출실린더와, 제1 잔재탱크, 제2 잔재 탱크및 수조로 구성되고, 상기 원재료 투입수단이 역류방지 수단을 구비하며, 상기 교반수단은 교반축이 자동으로 승강될 수 있도록 한쌍의 기어에 의해 회전축에 교반축이 결합되고, 열 분해수단의 용융수지액 수위 측정수단이 4개의 온도 측정기로 구성되며, 열분해수단과 정류탑의 사이에 파티클 콜렉터를 포함하는 고체입자의 분리수단이 구비된 것을 특징으로 한다.

이하 본 고안의 바람직한 실시형태를 도면에 의해 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 폐합성수지 유화공정의 흐름도이고, 도 2는 본 고안에 따른 폐합성수지의 연속 유화장치의 전체 개략도이며, 도 3a 및 도 3b는 본 고안의 회전축과 교반축의 기어 결합관계를 나타낸 일부 절단 확대 사시도 및 횡단면도이고, 도 4는 본 고안에 따른 열분해 탱크에 용융된 폐합성수지의 수위측정수단의 구성을 도시한 것이다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 고안에 따른 폐합성수지의 연속 유화장치는 열분해 탱크(20)를 중심으로 그 하부에 가열수단(40)이 설치된다. 상기 열분해 탱크(20)의 중심부에는 교반수단(50)이 설치되고, 그 상부의 일측에는 원재료 투입수단(10)이 연결, 결합되며, 타측에는 정류탑(30)이 연결, 결합되고, 그 내부의 일측부에는 용융수지액 수위 측정수단(60)이 구성된다. 상기 열분해 탱크(20)의 하부 일측에 잔재 배출수단(70)이 구성된다. 먼저 본 고안에 따른 상기 잔재 배출수단(70)을 보면, 열분해 탱크(20)의 바닥 면 선상에 접하여 설치되는 잔재배출실린더(72)와 상기 잔재배출실린더(72)와 연결, 결합되는 제1 잔재탱크(74), 상기 제1 잔재탱크(74)와 연결, 결합되는 제2 잔재 탱크(75) 및 상기 제2 잔재 탱크(75)의 하부에 이격되어 설치되는 수조(76)로 구성된다. 상기 잔재배출실린더(72)와 제1 잔재탱크(74), 제1 잔재탱크(74)와 제2 잔재 탱크(75) 및 제2 잔재 탱크(75)와 수조(76)와의 사이에는 각각 게이트 밸브(77),(78),(79)가 설치되어 개폐가 자동 제어된다. 상기 잔재배출실린더(72)는 열분해 탱크(20)와 동일한 재질로서 열분해 탱크(20)에 용접된 원통형이고 열분해 탱크(20)의 외부에 설치되는 자켓(22)을 지나 연장되는 것이 바람직하다. 본 고안의 상기 잔재배출실린더(72)는 스크류 컨베이어(도시 생략)로 구성할 수 있다. 상기 잔재 배출수단(70)인 스크류 컨베이어는 스크류 날개와 그 구동모터로 이루어지는 익스트루더와 같은 스크류 컨베이어이나, 그 이송방향이 통상의 익스트루더와는 역 방향으로 구성되는 것이다.

본 고안에서 열분해 잔재는 교반수단(50)의 교반날개(58)에 의해 잔재배출실린더(72)에 모아진다. 본 고안에 따른 열분해탱크(20)내의 상기 교반날개(58)는 분해 후 남는 미분해 잔재를 상기 잔재배출실린더(72)에 모이게 하고 배출 시에는 가압수단으로 작용한다. 상기 교반수단(50)은 모터와 같은 구동수단에 결합된 회전축(52), 상기 회전축(52)에 결합되는 교반축(55) 및 상기 교반축(55)에 고정, 결합되는 교반날개(58)로 구성된다. 본 고안의 교반수단(50)은 상기 교반축(55)이 승강 가능하게 회전축(52)에 결합된다. 본 고안의 상기 교반축(55)과 회전축(52)은 한쌍의 맞물리는 원통형 기어에 의해 결합된다. 이에 따라 교반축(55)이 승강 가능하게 회전축(52)에 결합될 수 있다. 예를 들면, 교반축(55)과 회전축(52)이 결합되는 어느 하나의 기어는 원통의 내부에 형성된 기어이고, 다른 하나의 기어는 원통의 외부에 형성된 기어로서 외부에 형성된 기어의 원통이 내부에 형성된 기어의 원통에 내삽되어 기어가 맞물리어 결합된다. 이에 따라 고정된 회전축(52)의 기어에 맞물리는 교반축(55)의 기어는 고정되지 않기 때문에 교반축(55)의 승강이 가능하다.

도 3a 및 도 3b에 나타낸 회전축(52)과 교반축(55)의 결합구조는 회전축(52)의 기어가 원통의 내부에 형성된 기어이고, 교반축(55)의 기어가 원통의 외부에 형성된 기어가 맞물리는 실시 예를 보인 것이다.

본 고안의 폐합성수지 유화장치를 구성하는 상기 원재료 투입수단(10)은 호퍼(12)로부터 도입되는 원재료를 200℃ 내지 250℃로 가열하여 거의 용융상태를 유지할 수 있는 스크류 컨베이어로서, 구체적으로는 익스트루더(10)이다. 본 고안에 따른 원재료 투입수단인 스크류 컨베이어는 스크류 날개(14)와 모터와 같은 그 구동수단으로 이루어지되, 역류방지수단으로서 스크류 날개(14)에 적어도 하나 이상 3개의 절단부(16)가 형성된 것을 특징으로 한다. 투입되는 원재료에 의해 상기 절단부(16)에서 원반형상의 벽체를 형성함으로써 열분해 탱크(20)로부터 용융수지액 및 열분해물의 역류를 방지하는 역류방지 벽으로 작용한다.

상기 열분해 탱크(20)는 외부에 통상적인 자켓(22)과 직화 방지판(24)을 구비한다. 상기 가열수단(40)은 통상의 가스 또는 등유나 경유 버너와 같은 것일 수 있다. 따라서 본 고안의 폐합성수지 유화장치에서 분해되어 생성되는 가스상태의 생성물 또는 유류를 연료로 사용할 수 있다.

상기 열분해 탱크(20)의 내부 일 측부에 용융수지액 수위측정수단(60)인 온도 감지기(T1,T2,T3,T4)가 구성된다. 본 고안의 용융수지액 수위측정수단(60)인 온도 감지기는 4개의 온도감지기(T1,T2,T3,T4)로 구성된 것을 특징으로 한다. 본 고안의 상기 4개의 온도감지기(T1,T2,T3,T4)는 열분해 탱크(20) 내부의 일측에 높이를 달리하여 구성된다. 예를 들면 제1 온도감지기(T1)는 열분해 탱크(20)의 바닥 면으로부터 열분해 탱크(20)의 전체높이의 40% 수준의 높이에, 제2 온도감지기(T2)는 50% 수준의 높이에, 제3 온도감지기(T3)는 60% 수준의 높이에, 제4 온도감지기(T4)는 70% 수준의 높이에 설치하고, 감지된 온도는 제어판에서 볼 수 있도록 구성한다. 열분해 탱크(20) 내 용융수지액의 수위는 용융수지액과 그 상부 기상의 온도차에 의해 알 수 있다. 즉, 용융수지액의 온도와 그 상부의 기상의 온도는 30℃ 이상의 차이가 발생한다. 따라서 예를 들면 4개의 온도감지기(T1,T2,T3,T4)가 모두 동일한 온도로 나타난 경우, 용융수지액의 수위는 낮아도 제4 온도감지기(T4)가 설치된 70% 수준의 높이에 달하고 있는 것이므로 즉시 원재료 투입을 중단해야 함을 알 수 있다. 또 한 예로 상기 4개의 온도감지기(T1,T2,T3,T4) 중 가장 하부에 설치된 제1 온도감지기(T1)와 그 상부에 설치된 나머지 3개의 온도감지기(T2,T3,T4)가 30℃ 이상의 차이를 보인다면 용융수지액의 수위는 제2 온도감지기(T2)의 수준보다 낮다는 것을 알 수 있으므로 원재료의 더 많은 공급이 필요함을 알 수 있다. 본 고안의 상기 용융수지액 수위측정수단(60)인 4개의 온도감지기(T1,T2,T3,T4)는 관체에 내장되어 설치될 수 있고, 종래의 레이저(laser)에 의한 수위측정수단(60)인 수위감지기(L)와 함께 설치할 수 있다. 도 4는 본 고안의 4개의 온도감지기와 종래의 온도감지기(L)를 함께 양측부에 구성한 예를 보여주고 있다.

상기 열분해 탱크(20)의 상부 일측부에 연통되게 결합되는 정류탑(30)은 열분해 탱크(20)로부터 분해, 증발되어 상승하는 각종의 유류가스를 비점 차에 의해 유종별로 액화, 분리하는 통상의 분별증류 장치로서 공지된 것이나, 열분해 탱크(20)와 정류탑(30)의 사이에 분해가스에 혼입 될 수 있는 고체입자의 분리를 위한 원통형의 파티클 콜렉터(particle collector)(83)가 더 구비된다. 상기 파티클 콜렉터(83)는 열분해 탱크(20)의 일측부에 용접, 결합되는 원통형의 연결부재(81)와 정류탑(30)에 프랜지(flange)와 같은 결합수단에 의해 결합된다. 상기 원통형의 파티클 콜렉터(83)는 열분해 탱크(20)로부터 상승하는 먼지 등의 고체입자를 대부분 분리하여 열분해 탱크(20)로 피드백(feed back)시키는 작용을 수행한다. 상기 연결부재(81)의 원통직경은 정류탑(30)의 원통직경과 동일 직경으로 구성하는 것이 바람직하고, 상기 파티클 콜렉터(83)의 원통은 상기 연결부재(81)의 원통에 비해 그 내부 직경을 크게 구성함으로써 고형입자가 파티클 콜렉터(83)구간에 들어서면서 일시적인 압력저하에 의해 회류되고 100℃내외의 온도저하에 따라 정류탑(30)으로 상승하지 못하고 열분해 탱크(20)로 피드백되도록 한다. 파티클 콜렉터(83)원통의 내부직경 대 연결부재(81)의 내부직경은 3:1 정도인 것이 바람직하다. 파티클 콜렉터(83) 원통의 내부직경 대 연결부재(81)의 내부직경이 3:1 범위를 벗어나면 고체입자의 분리효과가 적어지고, 특히 3배를 초과할 경우에는 원통이 너무 커져서 장치의 구성이 어려워지는 단점이 있다. 본 고안에 따른 고체입자 분리수단(80)은 상기 파티클 콜렉터(83)와 정류탑(30)의 하단부에 내장되는 포올링(Paul ring)층(86)을 포함한다.

상기 포올링층(86)은 박판의 원통형 링(ring)을 정류탑의 사이즈에 따라 수백 내지 수천개를 쌓아 형성한 층으로서 상기 파티클 콜렉터(83)를 통과한 고체상 입자를 흡착 분리한다. 본 고안의 상기 고체 입자 분리수단(80)은 분해가스에 혼입되는 고체입자를 미리 분리함으로써 유화장치, 특히 정류탑(30)의 후 공정에 구성되는 각종 파이프 라인의 파이프 브로킹(pipe bloking)을 방지할 수 있는 효과가 있다. 본 고안에 따른 상기 파티클 콜렉터(83)는 러쉬 방지판(84)이 내장될 수 있다.

상기 원재료의 전처리 설비는 선별기, 파쇄기 또는 절단기 등과 같은 통상적인 합성수지 전처리 설비로서 전처리 공정을 거침으로서 열분해 시 발생하는 미분해 잔재의 생성량을 줄일 수 있고, 파이프의 블로킹(pipe bloking)을 방지하거나 줄일 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라 원재료의 투입 및 용융공정이 용이한 효과가 있다.

본 고안에 따른 폐합성수지 유화장치는 상기 구성에 정제 수단(91), 유종별 저장설비(92), 가스 상태인 저급탄화수소의 회수설비, 연료 공급 수단(93) 및 각종 제어수단(도시 생략) 등 통상적인 폐합성수지의 유화설비와 부대설비를 포함하여 이루어진다.

본 고안에 따른 상기 폐합성수지 유화방법 및 그 장치에 의한 유화공정을 설명하면, 본 고안에서도 통상적인 폐합성수지 유화장치와 마찬가지로 먼저 수집되는 각양각종의 폐합성수지의 혼합물은 종류별로 선별된다. 예를 들면, 합성수지류만을 먼저 선별한 다음, 선별된 합성수지류 중에서 열분해가 가능한 열가소성 수지만을 선별, 분리한다. 선별, 분리된 원재료인 열 가소성수지류는 적정 크기로 절단 또는 파쇄되어 저장되거나 호퍼(12)로 이송된다. 호퍼(12)에 이송된 원재료는 원재료 투입수단인 익스트루더(10)에 의해 200℃ 내지 250℃로 가열, 거의 용융상태가 되어 열분해 탱크(20)에 투입된다. 원재료는 연속적 또는 간헐적으로 투입될 수 있으며, 상기 익스트루더(10)의 토출구에는 열분해탱크에서 분해된 가스나 용융수지액의 역류, 유출방지를 위한 게이트 밸브(15)가 구비될 수 있고, 상기 익스트루더(10)의 스크류에는 열분해물의 역류방지를 위한 역류방지수단으로서 하나 이상의 절단부(16)가 형성된다. 이 절단부(16)에 폐합성수지 용융수지액의 원반형상이 가압상태로 형성되어 일종의 열분해물의 역류 방지 벽 작용을 하게 되는 것이다.

열분해 탱크(20)에 도입된 원재료는 열분해탱크(20)에서 완전히 용융되어 350℃ 내지 450℃에서 대부분은 유류 성분인 탄화수소로 분해되어 기화되고 일부는 미분해 잔재로 남게 된다. 상기 분해되어 기화되는 탄화수소 혼합가스는 본 고안의 파티클 콜렉터(83)를 포함하는 고체입자분리수단(80)을 통과하면서 고체입자가 분리되고 열분해탱크와 연통된 정류탑(30)으로 상승되어 정류탑(30)에서 유종별로 액화, 분리된다. 액화되지 않는 메탄, 프로판과 같은 분해가스는 수세와 같은 정제수단(91)을 거쳐 직접 버너의 연료로 사용되거나 연료 저장설비(92)에 회수 저장된다. 상기 액화 분리된 유류는 수세와 같은 정제수단(91)을 거쳐 유종별로 저장된다.

한편, 상기 미분해 잔재는 본 고안에 따른 잔재배출수단에 의해 가동 중에 외부로 배출된다. 이에 따라 본 고안의 폐합성수지 유화장치는 잔재의 배출 시에도가동중단 없이 연속 가동할 수 있고, 가동중단 없이 잔재를 외부로 꺼낼 수 있으므로 열효율 및 생산성이 월등히 높다.

열분해탱크(20)에서 열분해가 이루어지는 동안에 교반수단(50)의 교반날개(58)가 구동된다. 교반날개(58)는 열분해 탱크(10)의 바닥 면에 인접되어 설치되고 지속적으로 구동되면서 폐합성수지를 타거나 바닥에 눌러 붙지 않도록 하며, 폐합성수지의 용해가 잘 이루어지도록 하는 동시에, 미분해 잔재를 잔재배출실린더(72)에 모이게 하는 작용을 수행한다. 본 고안의 교반수단(50)은 교반축(55)이 승강 가능하게 회전축(52)에 결합되어 교반날개(58)나 열분해 탱크(20)의 손상을 방지할 수 있고 열분해 탱크(20)의 바닥 면에 탄화물이 고착, 누적되어도 그 두께에 관계없이 계속 가동이 가능한 효과가 있다.

본 고안에서 잔재배출실린더(72)에 모인 분해 잔재는 게이트밸브(77)를 통해 일정량 씩 제1 잔재 탱크(74)로 배출된다. 잔재는 원재료 투입량에 따라 그 생성비율(10~15중량%)을 알 수 있으므로 그 배출량 및 간격을 적절히 조정할 수 있다. 예를 들면, 1500톤/년 규모의 열분해 설비라면 시간당 200킬로그램(kg) 내외의 원재료가 투입되므로 매 시간 마다 20~30킬로그램(kg)의 잔재를 배출시키면 충분하다.

이와 같은 설비의 제1잔재 탱크 사이즈(size)는 20~30킬로그램(kg)의 잔재를 일시 저장할 수 있는 정도이면 충분하다. 상기 제1잔재탱크(74)는 배출되는 잔재의 자연 발화를 막기 위해 공지의 진공장치에 연결되어 진공상태로 유지된다. 열분해 탱크(20)에서 제1잔재탱크(74)로 배출된 잔재는 200~250℃로 냉각된 다음, 진공상태의 제2 잔재탱크(75)로 일정량씩 분할, 이송된다. 제1잔재탱크(74)의 20~30킬로그램(kg)의 잔재를 일시에 제2잔재탱크(75)에 이송할 경우에는 중량, 부피 등이 너무 커서 취급이 쉽지 않을 뿐만 아니라 수조에서 수온의 급격한 상승 등의 문제점이 발생한다. 이와 같은 문제점 때문에 잔재탱크를 복수 개로 구성하고, 제1잔재탱크(74)의 잔재를 취급이 용이한 양, 예를 들면 5킬로그램(kg)내외의 취급이 용이한 정도로 분할하여 제2잔재탱크(75)에 이송되도록 하고, 그 다음, 수조(76)에 낙하시킨다. 열분해 잔재가 열분해 탱크(20)로부터 수조에 이르는 동안 게이트 밸브의 개폐구조는 어느 하나의 밸브가 열리면 타 밸브는 닫히도록 자동 제어된다.

한편, 열분해 탱크(20)에서 열분해가 이루어지는 동안에 교반수단(50)의 교반날개(58)가 구동됨과 동시에 열분해 탱크(20) 내 용융수지액의 수위가 계속 측정된다.

본 고안은 열분해 탱크의 하부 일측에 잔재배출수단을 구성함으로써 가동 중에 잔재를 안전하게 배출시킬 수 있고, 이에 따라 연속 가동이 가능하며, 잔재 배출을 위해 가동을 중지하지 않아도 되기 때문에 그에 따른 에너지 절감 및 생산성이 월등히 향상된 효과가 있고, 원재료 투입수단에 역류방지수단을 구성함으로써 가동중단이나 화재발생을 예방할 수 있으며, 정류탑의 전방에 고체입자 분리수단을 구성함으로써 배관의 블로킹을 방지할 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라, 교반축을 승강 가능하게 구성함으로써 열분해탱크 및 교반수단의 손상을 방지할 수 있고 열분해수단에 다수의 온도감지기를 높이를 달리하여 구성함으로써 용융 수지액의 수위를 정확히 측정할 수 있고 이에 따라 안정가동 및 가동효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 열분해 탱크(20)를 중심으로 그 하부에 가열수단(40)이 설치되고, 상기 열분해 탱크(20)의 중심부에는 교반수단(50)이 설치되고, 그 상부의 일측에는 원재료 투입수단(10)이 연결, 결합되며, 타측에는 정류탑(30)이 연결, 결합되고, 그 내부 일측부에는 용융 수지액의 수위 측정수단(60)이 구성되며, 상기 열분해 탱크(20)의 하부 일측에 잔재 배출수단(70)이 구비된 폐합성수지 유화장치에 있어서, 상기 열분해 탱크(20)와 정류탑(30) 사이에 고체입자의 분리를 위한 파티클 콜렉터(particle collector)(83)가 열분해 탱크(20)에 결합된 연결부재(81)와 상기 정류탑(30)에 고정, 결합되고, 상기 잔재 배출수단(70)이 상기 열분해 탱크(20)의 바닥 면 선상에 접하여 설치되는 잔재배출실린더(72)와 상기 잔재배출실린더(72)와 연결, 결합되는 제1 잔재탱크(74), 상기 제1 잔재탱크(74)와 연결, 결합되는 제2 잔재 탱크(75) 및 상기 제2 잔재 탱크(75)의 하부에 이격되어 설치되는 수조(76)로 구성된 것을 특징으로 하는 폐합성수지의 연속 유화장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 원재료 투입수단(10)이 스크류 컨베이어이고, 상기 스크류 컨베이어가 스크류날개(14)에 용융 수지액의 역류방지를 위한 절단부(16)가 1 내지 3개 형성된 것을 특징으로 하는 폐합성수지의 연속 유화장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 잔재배출실린더(72)가 스크류 컨베이어인 것을 특징으로 하는 폐합성수지의 연속 유화장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 잔재배출수단(70)이 잔재배출실린더(72)와 제1 잔재탱크(74), 제1 잔재탱크(74)와 제2 잔재 탱크(75) 및 제2 잔재 탱크(75)와 수조(76)와의 사이에 각각 게이트 밸브(77),(78),(79)가 설치되고, 상기 밸브(77),(78),(79) 중 어느 하나의 밸브가 열리면 타 밸브는 닫히도록 자동 제어되는 것을 특징으로 하는 폐합성수지의 연속 유화장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 열분해 탱크(20)의 용융수지액의 수위측정수단(60)이 4개의 온도감지기(T1,T2,T3,T4)로 이루어지고, 상기 4개의 온도감지기(T1,T2,T3,T4)가 열분해탱크(20)의 내부 일측에 높이를 달리하여 구성된 것을 특징으로 하는 폐합성수지의 연속 유화장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 열분해 탱크(20)의 중심부의 교반수단(50)이 구동수단(51)과 회전축(52), 상기 회전축(52)에 결합되는 교반축(55) 및 상기 교반축(55)에 고정, 결합되는 교반날개(58)로 구성되고, 상기 교반축(55)이 승강 가능하게 회전축(52)에 한쌍의 기어에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 폐합성수지의 연속 유화장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 교반축(55)과 회전축(52)이 회전축(52)의 기어가 원통의 내부에 형성된 원통기어이고, 교반축(55)의 기어가 원통의 외부에 형성된 원통기어이며, 상기 교반축(55)의 원통기어가 회전축(52)의 원통기어에 내삽, 결합된 것을 특징으로 하는 폐합성수지의 연속 유화장치.