KR20060028570A

KR20060028570A - 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템

Info

Publication number: KR20060028570A
Application number: KR1020040077580A
Authority: KR
Inventors: 구재완
Original assignee: 주식회사 알포
Priority date: 2004-09-25
Filing date: 2004-09-25
Publication date: 2006-03-30
Also published as: AU2005211544A1; CA2520676A1; CN1752184A; JP2006089742A; EP1647589A3; SG121109A1; MXPA05010052A; EP1647589A2; US20060076224A1; KR100787958B1; TW200624473A

Abstract

폐플라스틱류와 같은 가연성 폐기물을 고온 및 무산소 또는 저산소 분위기를 유지하는 열 분해실에서 간접 가열에 의해 연속적으로 열분해시키고, 열분해 가스를 증류탑에서 비등점에 따라 중유, 경유 등의 정제유를 생산하여 폐기물의 열분해 열원으로서 활용할 수 있도록 한 것으로,

본 발명에 의한 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템은, 폐기물이 공급되어 일정량씩 저장되는 호퍼와,

호퍼로 부터 폐기물을 소정량씩 자동으로 배출시키고, 폐기물을 따라 유입되는 외부공기를 제거하여 내부에 저산소 상태를 유지하는 공기 제거수단이 구비된 폐기물 자동 투입장치와,

폐기물 투입장치로 부터 공급되는 폐기물을 이송, 용융 및 기화시키도록 2축이상의 이송스크류가 구동수단에 의해 회전가능하게 설치되며, 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열 분해실과,

열 분해실에 공급되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로서 이용하도록 폐기물 열분해시 발생되는 열분해가스중 비응축가스를 연소시켜 열 분해실 외측면에 소정온도의 열을 공급하는 가스연소실과,

열 분해실의 가스배출구 상부에 수직방향으로 연결되고, 촉매반응탑에서 탄소고리쇄가 많은 고분자상태의 가스를 탄소고리쇄가 적은 저분자상태의 가스로 개 질시키는 촉매반응을 거쳐 개질된 열분해 가스는 증류탑에서 비등점에 따라 정제유를 생성하고 남은 잔여 비응축가스를 상기 가스연소실에 초기연료로서 공급하는 정제유 생성수단과,

열 분해실로 부터 열분해된 후 이송되는 재를 연속적으로 배출시키고, 재 배출시 외부로 부터 유입되는 외부공기 및 열 분해실로 부터 배출되는 열분해가스를 제거하여 내부에 저산소 상태를 유지하는 공기 제거수단이 구비된 자동 배출장치를 구비한다.

연속식, 폐합성 고분자화합물, 열분해 시스템, 유화플랜트

Description

폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템{SUCCESSIVE PYROLYSIS SYSTEM OF WASTE SYNTHETIC-HIGHLY POLYMERIZED COMPOUND}

도 1은 본 발명에 의한 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템의 개략적인 전체 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 A-A선에서의 단면도,

도 3은 도 1에 도시된 A-A선에서의 단면도로서, 열분해실에 설치되는 이송스크류의 변형예를 나타내는 도면,

도 4는 도 1에 도시된 "B"부위의 요부발췌확대도,

도 5는 도 1에 도시된 "C"부위의 요부발췌확대도,

도 6은 도 1에 도시된 "D"부위의 요부발췌확대도,

도 7은 도 6에 도시된 열팽창 연결부의 작동을 나타내는 도면,

도 8은 본 발명에 의한 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템에서, 폐기물을 연속으로 정량씩 투입 및 배출시키는 슬라이드게이트의 사용예를 나타내는 도면,

도 9는 본 발명에 의한 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템에서, 폐기물을 열분해실에 강제적으로 투입시키는 푸셔의 사용예를 나타내는 도면,

도 10은 도 8에 도시된 E-E선에서의 단면도,

도 11은 도 8에 도시된 F-F선에서의 단면도,

도 12는 도 8에 도시된 G-G선에서의 단면도,

도 13은 12에 도시된 "H"부위의 확대도이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명

1; 자동 투입장치

3; 호퍼

5; 제1슬라이드 게이트

7,19; 임시저장 호퍼

9; 제1푸셔

11; 필터

13; 진공탱크

21; 게이트 몸체

23; 슬라이더

25; 제3실리더

31; 이물질 제거함

35; 주버너

37; 가스 연소실

39; 열 분해실

41; 가스역류 방지구간

43; 열분해 열원 이동통로

45; 촉매반응탑

본 발명은 폐플라스틱류와 같은 가연성 폐기물을 고온 및 무산소 또는 저산소 분위기를 유지하는 열 분해실에서 간접 가열에 의해 연속적으로 열분해시키고, 열분해 가스를 증류탑에서 비등점에 따라 중유, 경유 등의 정제유를 생산하여 폐기물의 열분해 열원으로서 활용할 수 있도록 한 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하는 열 분해실에서 폐플라스틱류와 같은 폐합성 고분자화합물을 연속적으로 건조, 용융 및 열분해시키는 과정을 동시에 수행하며, 열분해 가스중 비응축되는 가스를 열분해 열원으로서 재활용하여 외부로 부터 별도의 연료공급이 불필요하게 되는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템에 관한 것이다.

전술한 열분해 시스템에서 사용되는 열분해 원리는, 무산소 또는 저산소 분위기하에서 가연성 폐기물에 간접적으로 열을 가하면 열분해실은 환원성 분위기가 조성되며, 가연성 폐기물은 분해되어 기체, 액체로 증발되며, 분해되지않는 것은 고체(char)로 남게되는 것을 의미한다.

즉, 폐기물(폐합성 고분자화합물을 의미함) + 열 = 기체(비응축가스) + 액체(정제유) + 고체(char)임을 알 수 있다.

각종 공장 등에서 배출되는 폐플라스틱류와 같은 가연성 폐기물을 열분해시키는 열분해 장치는, 배치(batch)식으로 일정분량의 폐기물을 열 분해실 내부에 투입시킨 후, 뚜껑을 닫아 외부로 부터 고온의 열을 가하여 열분해실을 소정온도로서 가열함에 따라, 폐기물을 열분해시켜 액체, 기체 및 고체상태의 물질로 변환시키는 방식으로 회분식의 방법을 채택하고 있다.

전술한 배치 타입의 열분해 방식에서는 여러물질이 혼합되는 폐기물의 열분해에는 많은 어려움이 뒤따르고, 특히 이물질(초자류, 흙, 비철금속류 등을 말함)이 혼합되는 경우 열전달이 원활하게 이루어지지 않게되어 열분해로 인해 폐기물로 부터 정제유를 생산하는 데 한계를 갖게되어 그 사용가치가 떨어지는 문제점을 갖게 된다.

한편, 가연성 폐기물을 열분해시키는 열분해 장치의 측면에 증류탑을 별도로 설치하여 열분해 가스를 비등점에 따라 중유 등의 정제유를 생산하여 열분해 열원으로서 활용하는 기술이 개발되고 있다. 이때 열분해실과 이송축은 고온의 열(250∼450??정도를 말함)에 노출되고, 열분해 장치의 구동시 팽창 및 수축을 반복하게되어 열팽창을 하게되므로 열분해실과 증류탑을 연결하는 배관부위 손상 및 파손을 초래하는 문제점을 갖는다.

따라서, 본 발명의 목적은, 고온 및 무산소 또는 저산소 분위기를 유지하는 열 분해실에서 폐플라스틱류와 같은 폐합성 고분자화합물을 간접가열으로 열분해시킬 때, 폐기물을 일정량씩 계속적으로 투입하고 열분해 과정을 거쳐 배출되는 재는 연속적으로 배출시켜 열분해 장치의 가동율을 극대화시킬 수 있도록 한 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 열분해 가스를 비등점에 따라 정제유를 생산하는 증류탑을 열분해가스 배출구의 상방에 수직으로 설치하되, 열분해가스 배출구와 증류탑사이의 연결부위에 완충수단을 설치하여 수축 및 열팽창으로 부터 연결부위를 보호할 수 있도록 한 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 열분해 가스를 증류탑에서 비등점에 따라 중유, 경유, 휘발유의 정제유를 생산하여 폐기물의 열분해 열원으로서 재활용하여 사용할 수 있도록 한 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 열분해시 폐기물과 열분해 열원의 접촉면적을 최적화하여 폐기물의 열분해 속도를 향상시킬 수 있도록 한 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템을 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적은, 폐기물이 공급되어 일정량씩 저장되는 호퍼와,

열 분해실의 가스배출구 상부에 수직방향으로 연결되고, 촉매반응탑에서 촉매반응되는 열분해 가스를 증류탑에서 비등점에 따라 정제유를 생성하여 가스연소실에 초기연료로서 공급하는 정제유 생성수단과,

열 분해실로 부터 열분해된 후 이송되는 재를 연속적으로 배출시키고, 재 배출시 외부로 부터 유입되는 외부공기 및 열 분해실로 부터 배출되는 열분해가스를 제거하여 내부에 저산소 상태를 유지하는 공기 제거수단이 구비된 자동 배출장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템을 제공함에 의해 달성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 폐기물 투입장치는,

제2슬라이드 게이트 하방에 제3실린더 구동시 수평방향으로 슬라이딩이동되 도록 설치되며, 임시저장 호퍼로 부터 배출되는 폐기물을 수평방향으로 이동시키는 제1푸셔와, 열 분해실 입구측 수직상방에 제4실린더 구동시 상하방향으로 슬라이딩이동되도록 설치되며, 제1푸셔에 의해 이동되는 폐기물을 열 분해실 입구에 투입시키는 제2푸셔를 구비한다.

또한, 전술한 폐기물 자동 투입장치 및 배출장치는,

제1실린더 구동으로 게이트 몸체에 형성된 안내홈을 따라 슬라이딩이동되어 호퍼 배출구와 열분해된 잔재 배출구를 각각 개폐시키는 제1슬라이드 게이트와, 제2실린더 구동으로 게이트 몸체에 형성된 안내홈을 따라 슬라이딩이동되고, 제1슬라이드 게이트와의 사이에 저산소 상태를 유지하는 임시저장 호퍼를 형성하는 제2슬라이드 게이트를 구비한다.

또한, 전술한 호퍼에 설치된 정량투입 검출센서에 의해 폐기물을 호퍼에 일정량씩 저장할 수 있도록 로드셀 또는 포토센서에 의해 폐기물을 계량후 호퍼에 투입된다.

또한, 전술한 제1,2슬라이드 게이트는,

게이트 몸체에 연장형성되며 슬라이더가 수평방향으로 슬라이딩되도록 안내홈으로 부터 이탈시 지지하는 연장가이드와,

게이트 몸체와 연장가이드에 형성된 안내홈을 따라 슬라이딩이동되는 슬라이더 상면을 가압지지하여 슬라이더를 몸체에 대해 밀착시켜 기밀을 유지하는 볼 및 볼을 탄성지지하는 탄성부재로 이루어진 기밀 유지수단과,

슬라이더 바닥면과 연장가이드의 접촉면사이에 형성된 결합홈에 결합되고, 슬라이더 이동시 게이트 몸체와 슬라이더사이에 마찰을 방지하는 가이더를 구비한다.

또한, 전술한 슬라이더 이동시 마찰으로 인해 파손되는 것을 방지할 수 있도록 가이더의 재질은 슬라이더의 재질보다 상대적으로 연약한 것으로 형성된다.

또한, 전술한 제1,2슬라이드 게이트의 안내홈과 연통되게 게이트 몸체에 장착되며, 슬라이더 이동시 안내홈으로 부터 배출되는 이물질을 모으는 이물질 제거함을 구비한다.

또한, 전술한 열 분해실은, 단면이 원형으로 형성되며, 이송스크류와 열 분해실의 입,출구케이싱사이의 간극을 최소화하여 열분해 가스의 역류되는 것을 차단하는 가스 역류방지구간과, 이송스크류 구동시 폐기물을 이송시키도록 열 분해실 하부에 형성되는 이송공간과, 용융 및 기화되는 폐기물의 열분해시 증발되는 열분해 가스를 체류시키도록 열 분해실 상부에 형성되는 열분해가스 체류공간을 구비한다.

또한, 전술한 열 분해실의 횡단면이 원형, 타원형, 장방형 또는 유선형으로 형성된다.

또한, 전술한 열 분해실의 열분해가스 체류공간은 이송스크류에 나선형으로 형성된 이송날개 직경의 1/2크기로 형성된다.

또한, 전술한 열 분해실의 열분해가스 배출구와 증류탑사이의 연결부위에 설치되고, 열 분해실이 반복적인 가동으로 인해 길이방향으로 수축 및 열팽창되는 경우 연결부위를 보호하도록 신축성을 갖는 연결부재를 구비한다.

또한, 전술한 열분해실의 열분해가스 배출구는 폐기물의 열분해 열원의 이동통로 내부에 설치된다.

또한, 전술한 폐기물을 열분해시키는 열분해 열원의 이동통로에 보조버너가 설치된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세하게 설명하며, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 1 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템은, 폐기물이 공급되어 일정량씩 저장되는 호퍼(3)와, 호퍼(3)로 부터 폐기물을 소정량씩 자동으로 배출시키고, 폐기물을 따라 유입되는 외부공기를 제거하여 내부에 저산소 상태를 유지하는 공기 제거수단이 구비된 폐기물 자동 투입장치(1)와, 폐기물 투입장치(1)로 부터 공급되는 폐기물을 이송, 용융 및 기화시키도록 2축이상의 이송스크류(34)가 구동수단에 의해 회전가능하게 설치되며, 고온(약, 250∼450??정도를 말함) 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열 분해실(39)을 구비한다.

이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 전술한 이송스크류(34)는 3축이 사용될 수있음은 물론이다.

전술한 구동수단은, 구동모터(62)와, 구동모터(62)에 장착되는 구동기어(63)와, 이송스크류(34) 일단에 장착되며 구동기어(63)에 체인(64)을 통하여 연결되어 이송날개(34a)가 나선형으로 형성된 이송스크류(34)를 회전시키는 피동기어(63a)를 구비한다.

또한, 열 분해실(39)에 공급되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로서 이용하도록 폐기물 열분해시 발생되는 열분해가스중 비응축가스를 연소시켜 열 분해실(39)외측면에 소정온도의 열을 공급하는 가스연소실(37)과, 열 분해실(39)의 가스배출구(39e)상부에 수직방향으로 연결되고, 촉매반응탑(45)에서 탄소고리쇄가 많은 고분자상태의 가스를 탄소고리쇄가 적은 저분자상태의 가스로 개질시키는 촉매반응을 거쳐 개질된 열분해 가스는 증류탑(67)에서 비등점에 따라 정제유를 생성하고 남은 잔여 비응축가스를 상기 가스연소실에 초기연료로서 공급하는 정제유 생성수단(100)을 구비한다.

또한, 열 분해실(39)로 부터 열분해된 후 이송되는 재를 연속적으로 배출시키고, 재 배출시 외부로 부터 유입되는 외부공기 및 열 분해실(39)로 부터 배출되는 열분해가스를 제거하여 내부에 저산소 상태를 유지하는 공기 제거수단이 구비된 자동 배출장치(101)를 구비한다.

이때, 전술한 폐기물 자동 투입장치(1) 및 배출장치(101)는,

제1실린더(20) 구동으로 게이트 몸체(21)에 형성된 안내홈(22)을 따라 슬라이더(23)가 슬라이딩이동되어 호퍼(3) 배출구와 열분해된 잔재 배출구(18)를 각각 개폐시키는 제1슬라이드 게이트(5)와, 제2실린더(24) 구동으로 게이트 몸체(21)에 형성된 안내홈(22)을 따라 슬라이더(23)가 슬라이딩이동되고, 제1슬라이드 게이트(5)와의 사이에 저산소 상태를 유지하는 임시저장 호퍼(7)를 형성하는 제2슬라이드 게이트(6)를 구비한다.

또한, 폐기물을 따라 임시저장 호퍼(7)에 유입되는 외부 공기를 제거하는 공기 제거수단은, 임시저장 호퍼(7)에 연통되어 먼지 등의 이물질을 제거하는 필터(11)와, 필터(11)를 수용하는 케이스에 연결되는 진공밸브(12)와, 진공밸브(12)와 연결되며 일정압 이하의 진공도를 유지하는 진공탱크(13)와, 진공탱크(13)와 연결되는 진공펌프(14)를 구비한다.

이때, 진공탱크(13)의 용량은 임시저장 호퍼(7)의 용량보다 최소한 2배이상의 처리용량을 갖도록 형성함이 바람직하다. 진공밸브(12)를 개방시키는 경우 임시저장 호퍼(7) 내부의 공기를 순식간에 진공탱크(13)로 흡입한 후, 진공밸브(12)는 닫히게 된다.

또한, 전술한 폐기물 자동 투입장치(1)는,

제2슬라이드 게이트(6) 하방에 제3실린더(25) 구동시 수평방향으로 슬라이딩이동되도록 설치되며, 임시저장 호퍼(7)로 부터 배출되는 폐기물을 수평방향으로 이동시키는 제1푸셔(9)와, 열 분해실(39)의 입구측 수직상방에 제4실린더(26) 구동시 상하방향으로 슬라이딩이동되도록 설치되며, 제1푸셔(9)에 의해 이동되는 폐기물을 열 분해실(39) 입구에 투입시키는 제2푸셔(10)를 구비한다.

또한, 전술한 호퍼(3)에 설치된 정량투입 검출센서(4)에 의해 폐기물을 호퍼(3)에 일정량씩 저장할 수 있도록 이송컨베이어(2)에 의해 공급되는 폐기물은 로드 셀(미도시됨) 또는 포토센서(미도시됨)에 의해 폐기물을 계량후 호퍼(3)에 투입된다.

또한, 전술한 제1,2슬라이드 게이트(5,6)는,

게이트 몸체(21)에 연장형성되며 슬라이더(23)가 수평방향으로 슬라이딩되도록 안내홈(22)으로 부터 이탈시 지지하는 연장가이드(21a)와, 게이트 몸체(21)와 연장가이드(21a)에 형성된 안내홈(22)을 따라 슬라이딩이동되는 슬라이더 상면을 가압지지하여 슬라이더(23)를 게이트 몸체(21)에 대해 밀착시켜 기밀을 유지하는 볼(27) 및 볼(27)을 탄성지지하는 탄성부재(28)로 이루어진 기밀 유지수단과, 슬라이더(23) 바닥면과 연장가이드(21a)의 접촉면사이에 형성된 결합홈(29)에 결합되고, 슬라이더(23) 이동시 게이트 몸체(21)와 슬라이더(23)사이에 마찰을 방지하는 가이더(30)를 구비한다.

또한, 전술한 슬라이더(23) 이동시 마찰으로 인해 파손되는 것을 방지할 수 있도록 가이더(30)의 재질은 슬라이더(23)의 재질보다 상대적으로 연약한 것으로 형성된다.

또한, 전술한 제1,2슬라이드 게이트(5,6)의 안내홈(22)과 연통되게 게이트 몸체(21)에 장착되며, 슬라이더(23) 이동시 안내홈(22)으로 부터 배출되는 이물질을 집적하며, 장치 운전중에도 이물질을 수거할 수 있도록 개폐되는 도어(31a)를 갖는 이물질 제거함(31)을 구비한다.

전술한 열 분해실(39)은, 단면이 원형으로 형성되며, 이송스크류(34)와 열 분해실(39)의 입,출구케이싱(39a,39b)사이의 간극을 최소화하여 열분해 가스의 역 류되는 것을 차단하는 가스 역류방지구간(40,41)(도 4,5에 도시됨)과, 이송스크류(34) 구동시 폐기물을 이송시키도록 열 분해실(39) 하부에 형성되는 이송공간(39c)과, 용융 및 기화되는 폐기물의 열분해시 증발되는 열분해 가스를 체류시키도록 열 분해실(39) 상부에 형성되는 열분해가스 체류공간(39d)을 구비한다.

또한, 전술한 열 분해실(39)의 횡단면이 원형, 타원형, 장방형 또는 유선형으로 형성되고, 전술한 열 분해실(39)의 열분해가스 체류공간(39d)은 이송스크류(34)에 나선형으로 형성된 이송날개(34a) 직경의 1/2크기로 형성된다.

또한, 도 6,7에 도시된 바와 같이, 전술한 열 분해실(39)의 열분해가스 배출구(39e)와 증류탑(67)사이의 연결부위에 설치되고, 열 분해실(39)이 반복적인 가동으로 인해 길이방향으로 수축 및 열팽창되는 경우 연결부위를 보호하도록 신축성을 갖는 연결부재(44)를 구비한다.

또한, 전술한 열 분해실(39)의 열분해가스 배출구(39e)는 폐기물의 열분해 열원의 이동통로(43) 내부에 설치되고, 폐기물을 열분해시키는 열분해 열원의 이동통로(43)에 보조버너(36)가 설치된다.

도면중 미설명부호 51은 이송펌프이고, 52는 레벨컨트롤밸브이며, 53은 중질유 저장탱크이며, 54는 열교환기이며, 55는 유량 컨트롤밸브이며, 56,57은 경질유 저장탱크이며, 58은 온도조절밸브이며, 59는 휘발유 저장탱크이며, 61은 유수 분리장치이다.

이하에서, 본 발명에 의한 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템의 사용방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 폐플라스틱류 등과 같은 폐합성 고분자화합물을 포함하는 가연성 고상의 폐기물이 파쇄 및 선별되어 이송컨베이어(2)를 따라 전술한 호퍼(3)에 일정량씩 공급된다.

이때, 전술한 호퍼(3)에 설치된 정량투입 검출센서(4)에 의해 폐기물을 일정량씩 부피로 제어하거나 또는 일정무게를 계량하는 로드셀 방식에 의해 호퍼(3)에 일정량의 폐기물이 투입된다.

전술한 호퍼(3)에 투입된 폐기물은 전술한 폐기물 자동 투입장치(1)에 의해 일정량씩 열 분해실(39)로 투입된다.

즉, 전술한 호퍼(3)에 설치된 폐기물 정량투입 검출센서(4)의 검출에 의해 제1슬라이드 게이트(5)의 슬라이더(23)가 유압 또는 공압으로 작동되는 제1실린더(20)구동으로 인해 개방됨에 따라, 호퍼(3)내의 소정량의 폐기물은 제2슬라이드 게이트(6)상에 투입된 후, 지정된 소정시간 경과후(3초 내지 5초 경과됨을 말함) 제1슬라이드 게이트(5)는 제1실린더(20) 구동으로 인해 닫힌다.

이때, 제1,2슬라이드 게이트(5,6)사이의 임시저장호퍼(7) 내부는 전술한 공기 제거수단 구동에 의해 외부공기를 제거함에 따라 무산소 상태로 변환된다.

즉, 폐기물을 따라 임시저장 호퍼(7)에 유입된 외부공기는 진공펌프(14)에 의해 진공상태를 형성하는 진공탱크(13)와 연결되는 진공밸브(12)의 개방으로 인해 진공탱크(14)에 순간적으로 흡입되므로, 임시저장 호퍼(7)는 진공상태를 유지한다.

즉, 임시저장 호퍼(7)내에 유입되는 외부공기는 진공필터(11) - 진공밸브(12) - 진공탱크(13) - 진공펌프(14)를 차례로 통과하여 가스연소실(37)내로 공급된다.

한편, 전술한 제2슬라이드 게이트(6)의 슬라이더(23)가 제2실린더(24)의 구동으로 인해 개방됨에 따라, 임시저장 호퍼(7)에 저장된 폐기물은 수직으로 낙하된다.

이때, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2슬라이드 게이트(6)와 연동되는 제3실린더(25) 구동으로 인해 제1푸셔(9)가 수평방향으로 슬라이딩되어 임시저장 호퍼(7)로 부터 낙하되는 폐기물을 도면상, 우측방향으로 이동시킨 후, 제4실린더(26) 구동으로 인해 제2푸셔(10)가 수직방향으로 슬라이딩되어 폐기물을 열 분해실(39)의 입구(8)에 낙하시킨다.

이때, 제2푸셔(10) 구동으로 폐기물을 열분해실(39)의 입구(8)에 강제적으로 투입시키므로, 입자가 큰 폐기물이 열분해실(39)의 입구측에 걸려 겉도는 현상(일명, 스베르현상을 말함)을 방지할 수 있다.

열 분해실(39)로 부터 임시저장 호퍼(7)에 유입되는 열분해 가스는 전술한 공기 제거수단의 구동으로 인해 제거된다. 전술한 과정을 연속적으로 반복하여 실행함에 따라 호퍼(3)로 부터 배출되는 폐기물을 열 분해실(39)에 일정량씩 연속적으로 투입시킬 수 있다.

한편, 열 분해실(39)에서는 수분분리, 탈가수화, 탈황, 탈폴리머, 탈카복실기,탄소결합고리의 파괴(C-C결합고리), 지방족 형성과 같은 사슬형태의 지방족 형 성, 방향족화, C-O결합파괴, C-N결합파괴가 이루어진다.

전술한 임시저장 호퍼(7)로 부터 폐기물이 열 분해실(39)으로 자동으로 투입되는 경우, 폐기물은 이송스크류(34) 외주연에 형성된 이송날개(34a)에 의해 도 1 도면상, 우측방향(화살표시방향)으로 이송되며, 이송되면서 용융 및 기화되는 폐기물은 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하는 열 분해실(39)에서 간접적으로 가해지는 열에 의해 연속적으로 열분해된다.

이때, 전술한 구동수단의 구동모터(62)의 회전력은 이와 연결된 구동기어(63)와 체인(64)을 통해 이송스크류(34)에 고정된 피동기어(63a)에 전달되므로, 이송스크류(34) 양단부를 지지하는 베어링 및 열 분해실(39)을 형성하는 케이싱(70)을 지지하도록 프레임(66)에 장착된 실링유니트(68)에 의해 지지되어 이송스크류(34)는 소정속도로 회전된다.

한편, 폐기물에 간접적으로 열을 가하는 열원은 고온의 가스연소실(37)로 부터 공급된다. 즉, 열분해장치가 가동되는 초기의 열 분해실(39)의 열분해공간 내부의 온도는 경유 또는 정제된 정제유를 사용하는 고온의 가스연소실(37)의 가동으로 인해 소정온도(250 내지 450??정도)로 승온시킨다.

이때, 가스연소실(37)은 열 분해실(39)로 부터의 열분해 가스가 아직 생성되지않아 가스연소실(37) 내부의 온도가 소정온도로 승온되기전까지는 초기연료(경유 등을 말함)를 사용한다.

가스연소실(37)에서 승온된 배기가스는 케이싱(70) 내측면과 이로 부터 이격되는 열 분해실(39) 외측면사이의 공간, 즉 폐기물을 열분해시키는 열분해 열원의 이동통로(43)를 따라 이동되면서 열 분해실(39) 내부의 폐기물을 간접가열하여 열분해시키는 것이다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 전술한 열 분해실(39)에 투입되는 폐기물 열분해시 열 분해실(39)의 가스 역류방지구간(40)에 해당되는 입구측 케이싱(39a)과 이송날개(34a)사이의 간극이 최소로 형성되고, 이들 공간을 폐기물이 채우게됨에 따라, 열 분해실(39)으로 부터 고온의 열분해 가스가 열분해실(39)의 입구(8)쪽으로 역류되는 것이 방지된다.

한편, 폐기물은 전술한 이송스크류(34) 구동시 단면이 유선형인 열 분해실(39)의 하부에 원형으로 형성되는 이송공간(39c)을 따라 배출구(18)측으로 이송되고, 폐기물 열분해시 증발되는 열분해 가스는 열 분해실(39) 상부에 형성되는 체류공간(39d)에 체류되면서 폐기물에 간접적으로 고온의 열을 가하여 열분해시킨 후, 열분해가스 배출구(39e)를 통해 촉매반응탑(45)으로 배출된다.

또한, 열분해실(39)내부에서 열분해가스의 발생 및 응축과정을 거치면서 열분해가스를 배출시키므로, 폐플라스틱류는 이송스크류(34)의 이송날개(34a)와 열분해실(39)내부에 윤활작용을 해주고, 폐기물 투입장치(1)와 배출장치(101)의 슬라이드 게이트(5,6)에 윤활작용을 해주므로 별도의 윤활수단이 불필요하다.

한편, 열분해된 후 열분해가스 배출구(39e)를 통해 배출되는 열분해가스는 탈황, 탈질소, 탈염소 제거장치를 통과한 후, 열분해가스는 촉매반응탑(45)을 거치면서 큰 분자량에서 작은 분자량으로 크랭킹되어 증류탑(67)으로 이송되며, 증류탑(67)에서 비등점에 따라 중유, 경유와 휘발유의 정제유를 생성하여 일부 정제유를 가스연소실(37)의 주버너(35)에 초기 연료로서 공급한다.

이때, 열분해가스 배출구(39e)를 열분해실(39)끝단 상부에 형성하되 열분해 열원의 이동통로(43) 내부에 형성함에 따라, 정제유 생성수단(100)의 운전시 증류설비 온도와 열분해실(39)의 배출가스 온도가 동일하게되므로 폐합성 고분자화합물으로 부터 유화과정이 정상적으로 이루어진다.

한편, 열분해실(39)로 부터 배출되는 열분해 가스는 열분해가스 배출구(39e)에 연결된 합성제오라이트 촉매탑(45)을 경유하면서 개질을 하게된다. 촉매탑(45)에서의 반응온도는 220∼400??에서 이루어지며, 이때 탄소고리쇄가 더 작은 탄소고리쇄로 분해되어져 더 작은 탄화수소계로 개질을 하게 되어 경질유가 많이 생성이 된다.

촉매탑(45)을 경유하여 탄소고리쇄가 많이 갖는 왁스 및 타르의 발생을 최소화된 열분해 가스는 증류탑(67)의 하부에서 360??이상으로 제어되어 중질유를 생성하고, 중류탑(67)의 중간층에서 240∼350??로 제어되어 경유성분을 추출하며, 중류탑(67)의 상부에서 130??이하로 제어되어 휘발유 성분을 생성하게 된다.

열분해 과정을 거쳐 이송날개(34a)를 따라 배출구(18)측으로 이송되는 잔재물(char)은 전술한 자동 배출장치(101)쪽으로 이동된다. 전술한 제1슬라이드 게이트(5)의 제1실린더(20) 구동으로 슬라이더(23) 개방시, 열분해된 잔재물은 임시저장 호퍼(19)에 투입되고 슬라이더(23)는 설정시간 경과후(3초 내지 5초 경과됨을 말함) 닫힌다.

이때, 잔재물을 따라 임시저장 호퍼(19)에 유입된 소량의 열분해가스는 진공 펌프(14)와 연결된 진공밸브(12) 개방으로 인해 제거되므로 임시저장 호퍼(19) 내부는 무산소 상태를 유지한다.

전술한 제2슬라이드 게이트(6) 개방으로 재는 외부로 안전하게 배출된 후 제2슬라이드 게이트(6)의 슬라이더(23)는 닫힌다. 이때 외부로 부터 임시저장 호퍼(19)에 유입되는 외부공기는 전술한 진공밸브(12) 개방으로 인해 진공탱크(13)로 흡입되므로 임시저장 호퍼(19)는 무산소 상태를 유지한다.

이로 인해, 전술한 열 분해실(39)로 부터 열분해된 후 이송되는 재를 연속적으로 배출시킬 수 있게 된다.

한편, 제1,2슬라이드 게이트(5,6)의 계속적인 구동에 의해 슬라이더(23) 끝단 또는 안내홈(22) 사이에 누적되어 쌓이는 이물질로 인해 슬라이더(23)의 개폐구동에 간섭을 받는 경우(제1,2슬라이드 게이트(5,6)의 오작동을 말함], 안내홈(22) 끝단부에 연통되게 형성된 이물질제거함(31)에 의해 안내홈(22)의 막히는 것을 방지할 수 있다. 이때, 전술한 이물질제거함(31)에 누적되는 이물질 수거는 장비 작동중에도 도어(31a)를 개방하여 수행할 수 있음은 물론이다.

전술한 제1,2실린더(20,24) 구동시 게이트 몸체(21)와 연장가이드(21a)에 형성된 안내홈(22)을 따라 수평이동되는 슬라이더(23) 상면을 게이트 몸체(21)와 연장가이드(21a)에 대해 가압지지하는 볼(27)에 의해 기밀을 유지하게됨에 따라, 안내홈(22)을 통해 가스 또는 공기의 누출되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 연장가이드(21a)와 슬라이더(23)사이에 형성된 결합홈(22)에 장착된 가이더(30)를 슬라이더(23) 이동시 수평이동 및 왕복구동이 정밀하게 이루어져 게 이트몸체(21)와 슬라이더(23)사이의 마찰을 방지할 수 있게 된다.

이와 같은 과정을 반복적으로 수행함에 따라, 전술한 열 분해실(39) 내부는 고온, 저산소상태의 분위기를 계속적으로 유지하게 되며, 연속적인 열분해 작업이 가능해진다.

전술한 열 분해실(39) 입구측에 투입되는 폐기물의 열분해 속도는 폐기물의 조성비, 수분량에 따라 그 열분해 속도가 결정되므로, 이송스크류(34)에 나선형으로 형성된 이송날개(34a)를 따라 도 1의 도면상, 우측방향(화살표시방향)으로 연속적으로 이동하게 된다. 이때, 전술한 구동모터(62)의 가변 구동으로 인해 이송스크류(34)가 가변 구동함에 따라 폐기물의 열분해 속도를 가변조정하여 열분해 수율을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 전술한 열 분해실(39) 내부의 온도를 250 내지 450??로 유지하는 경우, 열 분해실(39)의 몸체 및 이송스크류(34)는 고온의 열에 의해 길이방향으로 수축 및 팽창을 반복하게 된다. 이때 열분해가스 배출구(39e)와 증류탑(67)사이의 연결부위에 설치되는 신축성을 갖는 연결부재(44)에 의해 열 분해실(39)이 반복적인 가동으로 인해 길이방향으로 수축 및 열팽창되는 경우(15∼40㎜의 열팽창이 발생됨)에도 연결부위를 보호할 수 있다.

열분해된 잔재물의 배출시 제1,2슬라이드 게이트(5,6) 사이의 임시저장 호퍼(19)에 유입되는 공기 및 가스는, 열 분해실(39) 입구측의 제1,2슬라이드 게이트(3,4)에서와 같이 진공필터(11) - 진공밸브(12) - 진공탱크(13) - 진공펌프(14)를 경유하여 가스연소실(37)에 공급되어 제거된다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의한 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템은 아래와 같은 이점을 갖는다.

고온 및 무산소 또는 저산소 분위기를 유지하는 열 분해실에서 폐플라스틱류와 같은 가연성 고분자화합물을 간접가열으로 열분해시킬 때, 폐기물을 일정량씩 계속적으로 투입하고 열분해 과정을 거쳐 배출되는 재는 연속적으로 배출시켜 열분해 장치의 가동율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 열분해 가스를 비등점에 따라 정제유를 생산하는 증류탑을 열분해가스 배출구의 상방에 수직으로 설치하되, 열분해가스 배출구와 증류탑사이의 연결부위에 완충수단을 설치하여 수축 및 열팽창으로 부터 연결부위를 보호함에 따라 사후유지관리비용을 줄이고, 사용수명을 연장할 수 있다.

또한, 열분해 가스를 증류탑에서 비등점에 따라 중유, 경유, 휘발유의 정제유를 생산하여 폐기물의 열분해 열원으로서 재활용하여 사용하여 폐기물을 에너지로원으로 사용할 수 있다.

또한, 열분해시 폐기물과 간접 접촉되는 열분해 열원의 접촉면적을 최적화하여 폐기물의 열분해 속도를 현저하게 향상시킬 수 있다.

Claims

폐기물이 공급되어 일정량씩 저장되는 호퍼;

상기 호퍼로 부터 폐기물을 소정량씩 자동으로 배출시키고, 폐기물을 따라 유입되는 외부공기를 제거하여 내부에 저산소 상태를 유지하는 공기 제거수단이 구비된 폐기물 자동 투입장치;

상기 폐기물 투입장치로 부터 공급되는 폐기물을 이송, 용융 및 기화시키도록 2축이상의 이송스크류가 구동수단에 의해 회전가능하게 설치되며, 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열 분해실;

상기 열 분해실에 공급되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로서 이용하도록 폐기물 열분해시 발생되는 열분해가스중 비응축가스를 연소시켜 열 분해실 외측면에 소정온도의 열을 공급하는 가스연소실;

상기 열 분해실의 가스배출구 상부에 수직방향으로 연결되고, 촉매반응탑에서 촉매반응되는 열분해 가스를 증류탑에서 비등점에 따라 정제유를 생성하고 응축되지 않은 잔여 비응축가스를 상기 가스연소실에 초기연료로서 공급하는 정제유 생성수단; 및

상기 열 분해실로 부터 열분해된 후 이송되는 재를 연속적으로 배출시키고, 재 배출시 외부로 부터 유입되는 외부공기 및 열 분해실로 부터 배출되는 열분해가스를 제거하여 내부에 저산소 상태를 유지하는 공기 제거수단이 구비된 자동 배출 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 폐기물 자동 투입장치 및 배출장치는;

제1실린더 구동으로 게이트 몸체에 형성된 안내홈을 따라 슬라이딩이동되어 상기 호퍼 배출구와 열분해된 잔재 배출구를 각각 개폐시키는 제1슬라이드 게이트; 및

제2실린더 구동으로 게이트 몸체에 형성된 안내홈을 따라 슬라이딩이동되고,상기 제1슬라이드 게이트와의 사이에 저산소 상태를 유지하는 임시저장 호퍼를 형성하는 제2슬라이드 게이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 호퍼에 설치된 정량투입 검출센서에 의해 폐기물을 호퍼에 일정량씩 저장할 수 있도록 로드셀 또는 포토센서에 의해 폐기물을 계량후 호퍼에 투입하는 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템.
청구항 3에 있어서, 상기 제1,2슬라이드 게이트는;

상기 게이트 몸체에 연장형성되며 상기 슬라이더가 수평방향으로 슬라이딩되도록 상기 안내홈으로 부터 이탈시 지지하는 연장가이드;

상기 게이트 몸체와 연장가이드에 형성된 안내홈을 따라 슬라이딩이동되는 슬라이더 상면을 가압지지하여 슬라이더를 몸체에 대해 밀착시켜 기밀을 유지하는 볼 및 상기 볼을 탄성지지하는 탄성부재로 이루어진 기밀 유지수단; 및

상기 슬라이더 바닥면과 연장가이드의 접촉면사이에 형성된 결합홈에 결합되고, 상기 슬라이더 이동시 상기 게이트 몸체와 슬라이더사이에 마찰을 방지하는 가이더를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템.
청구항 4에 있어서, 상기 슬라이더 이동시 마찰으로 인해 파손되는 것을 방지할 수 있도록 상기 가이더의 재질은 상기 슬라이더의 재질보다 상대적으로 연약한 것으로 형성되는 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템.
청구항 4에 있어서, 상기 제1,2슬라이드 게이트의 안내홈과 연통되게 상기 게이트 몸체에 장착되며, 상기 슬라이더 이동시 상기 안내홈으로 부터 배출되는 이물질을 모으는 이물질 제거함을 구비하는 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 열 분해실은;

단면이 원형으로 형성되며, 이송스크류와 상기 열 분해실의 입,출구케이싱사 이의 간극을 최소화하여 열분해 가스의 역류되는 것을 차단하는 가스 역류방지구간; 및

상기 이송스크류 구동시 폐기물을 이송시키도록 열 분해실 하부에 형성되는 이송공간과, 폐기물의 열분해시 증발되는 열분해 가스를 체류시키도록 열 분해실 상부에 형성되는 열분해가스 체류공간을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 열 분해실의 횡단면이 원형, 타원형, 장방형 또는 유선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템.
청구항 7에 있어서, 상기 열 분해실의 열분해가스 체류공간은 상기 이송스크류에 나선형으로 형성된 이송날개 직경의 1/2크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 열 분해실의 열분해가스 배출구와 증류탑사이의 연결부위에 설치되고, 상기 열 분해실이 반복적인 가동으로 인해 길이방향으로 수축 및 열팽창되는 경우 연결부위를 보호하도록 신축성을 갖는 연결부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 열분해실의 열분해가스 배출구는 폐기물의 열분해 열원의 이동통로 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 폐기물 투입장치는;

상기 제2슬라이드 게이트 하방에 제3실린더 구동시 수평방향으로 슬라이딩이동되도록 설치되며, 상기 임시저장 호퍼로 부터 배출되는 폐기물을 수평방향으로 이동시키는 제1푸셔; 및

상기 열 분해실 입구측 수직상방에 제4실린더 구동시 상하방향으로 슬라이딩이동되도록 설치되며, 제1푸셔에 의해 이동되는 폐기물을 상기 열 분해실 입구에 투입시키는 제2푸셔를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 폐기물을 열분해시키는 열분해 열원의 이동통로에 보조버너가 설치되는 것을 특징으로 하는 폐합성 고분자화합물의 연속식 열분해 시스템.