KR20110109211A

KR20110109211A - 열분해 반응기의 안전장치

Info

Publication number: KR20110109211A
Application number: KR1020100028823A
Authority: KR
Inventors: 박충열; 박현주
Original assignee: 주식회사 동성에코어
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-06
Also published as: KR101183246B1

Abstract

본 발명은 고온, 고압의 환경 하에서 반응이 일어나는 열분해 반응기에 설치되어 적정 압력을 유지하게 함으로써 열분해 반응기 내의 폭발의 위험성을 방지할 수 있는 안전장치에 관한 것으로, 열분해 반응기에 설치된 배기관의 유입구 측에 설치되어, 상기 열분해 반응기의 내부 압력에 따라 오일증기 상기 배기관을 개방 또는 폐쇄하는 제1안전밸브와, 상기 배기관의 배출구 측에 설치되고, 상기 제1안전밸브가 개방된 후에 개방되며 상기 제1안전밸브가 폐쇄되기 전에 폐쇄되는 제2안전밸브를 포함한다.

Description

열분해 반응기의 안전장치{SAFETY APPARATUS FOR THERMAL DECOMPOSITION REACTOR}

본 발명은 열분해 반응기의 안전장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 고온, 고압의 환경 하에서 반응이 일어나는 열분해 반응기에 설치되어 적정 압력을 유지하게 함으로써 열분해 반응기 내의 폭발의 위험성을 방지할 수 있는 안전장치에 관한 것이다.

자동차산업이 발달함에 따라 연관 산업인 타이어산업도 꾸준하게 성장하고 있다. 타이어산업의 성장은 타이어 생산량을 증가시킬 뿐만 아니라 폐타이어 발생량 또한 증가시키고 있다. 일례로, 우리나라에서 한해 발생한 폐타이어의 수는 2,000만 개를 넘으며, 그 발생량은 매년 200만 개 이상 증가하고 있는 추세이다.

폐타이어는 탄화수소 동족체에 속하는 이소프렌과 부타디엔을 함유하며 다량의 에너지를 지닌 고분자 화합물질이다. 따라서 경제적 가치가 매우 큰 재활용품임에도 불구하고 마땅한 처리시설이 없어 재활용에 어려움을 겪고 있다.

종래에는 타이어의 재활용 방법으로 소각에 의해 처리하는 방법을 많이 사용하였는데, 이러한 소각처리방법은 폐타이어 연소시 발생하는 각종 유해가스, 분진 등에 의한 환경오염의 우려가 있으며, 소각 장소가 매우 제한적이므로 재활용에 한계가 있다.

이러한 문제점을 해결하고자, 최근에는 열분해 반응기 내에서 폐타이어를 열분해함으로써 환경오염을 방지하고, 폐타이어의 처리량을 증대시킬 수 있으며, 생성물을 에너지원 및 재생자원으로 재활용할 수 있는 열분해 시스템이 제안된 바 있다.

열분해 시스템은 칩 형태의 폐타이어를 가열하여 열분해하고, 열분해시 생성된 파이로카본(pyrocarbon)과 오일증기(oil vapor)를 에너지원 및 재생자원으로 재활용한다. 이때, 생성된 파이로카본은 회수된 후 정제과정을 거쳐 카본블랙으로 재활용되고, 오일증기는 응축되어 벙커C유와 경유의 중간 정도의 물질로 재활용된다. 또한, 오일증기 중 응축되지 않는 오일증기(비응축오일증기, Non-Condensable oil vapor; NC gas)는 가연성가스로 재활용된다.

한편, 상술한 열분해 시스템 중 열분해 반응기는 고온의 가열가스를 이용하여 간접 가열함으로써 폐타이어를 열분해 한다. 따라서 열분해 반응기는 고온, 고압의 상태이고, 내부에 파이로카본을 생성하는 과정에서 발생한 미세분진이 충전된 상태이므로, 공기와 접촉할 경우 폭발 및 화재의 우려가 있다. 따라서 열분해 반응기의 내부 압력이 일정 압력 이상으로 상승하는 것을 방지하여 항상 적정 압력을 유지할 수 있도록 하는 안전장치가 요구된다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 고온, 고압의 환경 하에서 반응이 일어나는 열분해 반응기에 설치되어 적정 압력을 유지하게 함으로써 열분해 반응기 내의 폭발의 위험성을 방지할 수 있는 안전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열분해 반응기의 안전장치는, 열분해 반응기에 설치된 배기관의 유입구 측에 설치되어, 상기 열분해 반응기의 내부 압력에 따라 오일증기 상기 배기관을 개방 또는 폐쇄하는 제1안전밸브와, 상기 배기관의 배출구 측에 설치되고, 상기 제1안전밸브가 개방된 후에 개방되며 상기 제1안전밸브가 폐쇄되기 전에 폐쇄되는 제2안전밸브를 포함한다.

이 중에서 제1안전밸브는, 상기 배기관 내부에서 설치되고 중앙에 제1관통공이 형성되는 제1플레이트와, 상기 제1플레이트에서 상기 배기관의 배출구 측으로 이격된 위치에 설치되고 제2관통공이 형성되는 제2플레이트와, 양단이 상기 제1 및 제2플레이트에 결합되는 가이드 봉과, 상기 가이드 봉이 관통하는 가이드 홀이 형성되고 상기 제1 및 제2플레이트 사이에 위치되어 상기 가이드 봉을 따라 이동하며 상기 제1관통공을 개폐하는 제3플레이트와, 상기 제3플레이트를 상기 제1플레이트 측으로 탄성 지지하는 스프링을 포함한다.

또한, 제2안전밸브는, 상기 배기관의 내부에 설치되는 덮개와, 상기 배기관의 외부에 설치되는 액추에이터와, 양단이 상기 덮개와 상기 액추에이터에 각각 결합되고 중단이 상기 배기관에 힌지 결합되는 링크와, 상기 액추에이터의 작동방향을 변경시키는 마그네틱과, 상기 마그네틱의 신호에 따라 상기 유압실린더의 전진포트 또는 후진포트에 작동유체를 공급하는 솔레노이드 밸브를 포함한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 열분해 반응기의 내부 압력에 의해 개폐되는 제1안전밸브를 통해 열분해 반응기의 내부 압력을 적정 압력으로 유지할 수 있다. 또한, 제1안전밸브와, 제1안전밸브의 개방 후 개방되고 제1안전밸브의 폐쇄 전 폐쇄되도록 작동되는 제2안전밸브를 포함하는 이중 밸브 구조로 이루어져, 제1안전밸브의 개폐동작이 확실하고, 오일증기가 누설될 우려가 없어 열분해 반응기 내의 폭발의 위험성을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 반응기의 안전장치를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 반응기의 안전장치 중 제1안전밸브의 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 반응기의 안전장치 중 제2안전밸브의 도면.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 반응기의 안전장치에 의한 압력유지과정을 도시하는 도면.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 반응기의 안전장치를 도시하는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 반응기의 안전장치(이하, 안전장치라 함)는 열분해 반응기(300)의 배기관(310)에 설치되어, 열분해 반응기(300)의 내부 압력을 일정하게 유지하기 위한 수단이다. 이러한 열분해 반응기의 안전장치는, 배기관(310)의 유입구(312) 측에 설치되는 제1안전밸브(100)와, 배기관(310)의 배출구(314) 측에 설치되는 제2안전밸브(200)를 포함한다.

본 실시예에서는 제1안전밸브(100)와 제2안전밸브(200)를 포함하는 안전장치가 열분해 반응기(300)의 일단에만 설치되는 것으로 예시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 열분해 반응기(300)의 내부 압력에 따라 열분해 반응기(300)의 적어도 두 곳 이상에 설치되는 것이 바람직하다.

도 2와 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 열분해 반응기의 안전장치를 구성하는 제1안전밸브(100)와 제2안전밸브(200)에 대해 살펴보도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 반응기의 안전장치 중 제1안전밸브의 도면이다.

도 2를 참조하여 제1안전밸브(100)를 살펴보면, 배기관(310)의 유입구(312) 측 내부에서 서로 이격되게 설치되는 제1 및 제2플레이트(110,120)와, 양단이 제1 및 제2플레이트(110,120)에 각각 결합되는 가이드 봉(130)과, 제1 및 제2플레이트(110,120) 사이에 위치되고 가이드 봉(130)을 따라 이동하는 제3플레이트(140)와, 제3플레이트(140)를 제1플레이트(110) 측으로 탄성 지지하는 스프링(150)을 포함한다.

우선, 제1플레이트(110)는 배기관(310)의 내부, 좀 더 상세하게는 배기관(310)의 유입구(312) 측에 설치된다. 제1플레이트(110)의 중앙에는 오일증기의 배출을 위한 제1관통공(112)이 형성된다.

제2플레이트(120)는 제1플레이트(110)에서 배기관(310)의 배출구(314) 측으로 소정 거리 이격된 위치에 설치된다. 제2플레이트(120)에는 오일증기의 배출을 위한 제2관통공(122)이 설치되는데, 이 제2관통공(122)은 다수개(본 실시예에서는 4개)가 제2플레이트(120)에 방사상으로 형성된다.

제3플레이트(140)는 제1 및 제2플레이트(110,120) 사이에 위치되어 가이드 봉(130)을 따라 이동하고, 스프링(150)에 의해 제1플레이트(110) 측으로 탄성 지지되어 제1플레이트(110)의 제1관통공(112)을 밀폐한다. 즉, 열분해 반응기(도 1의 300)의 내부 압력이 스프링(150)의 탄성보다 큰 경우 제3플레이트(140)가 제1플레이트(110)에서 이격되어 제1관통공(112)을 개방하고, 열분해 반응기(도 1의 300)의 내부 압력이 스프링(150)의 탄성보다 작은 경우 제3플레이트(140)가 제1플레이트(110)와 밀착하여 제1관통공(112)을 폐쇄한다.

이때, 제3플레이트(140)에는 가이드 봉(130)이 관통되는 가이드 홀(142)이 형성된다. 또한, 제2플레이트(120)와 제3플레이트(140)의 서로 마주보는 면, 즉 제2플레이트(120)의 하면과 제3플레이트(140)의 상면에는 스프링(150)을 고정하기 위한 고정돌기(124,144)가 돌출된다.

한편, 가이드 봉(130)은 단면이 원형인 환봉이고, 다수개(본 실시예에서는 4개)가 방사상으로 배치된다. 또한, 스프링(150)은 제3플레이트(140)를 제1플레이트(110) 측으로 탄성 지지할 수 있도록 압축 코일스프링인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 헬리컬 스프링인 것이 좋다.

다른 한편, 도면에 도시되진 않았지만, 열분해 반응기(도 1의 300)에는 안전장치와 더불어 열분해 반응기(300)의 내부 압력을 측정하기 위한 압력게이지가 설치될 수 있다. 압력게이지를 이용하면 열분해 반응기(300)의 내부 압력이 적정 압력으로 유지되는지를 알 수 있다.

이와 같이 구성된 제1안전밸브(100)는 열분해 반응기(300)의 내부 압력에 따라 개폐된다. 이때, 제1안전밸브(100)의 폐쇄과정, 즉 제3플레이트(140)가 하강하는 과정에서 수평이 유지되지 못할 경우 제1관통공(112)을 완벽하게 폐쇄하지 못해 틈새가 발생하고, 이 틈새를 통해 오일증기가 배출되어 공기와 접촉하면 폭발 및 화재의 우려가 있다.

이를 해소하기 위해 본 실시예에 따른 열분해 반응기의 안전장치는 제2안전밸브(200)가 설치된다. 도 3을 참조하여 제2안전밸브(200)에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 반응기의 안전장치 중 제2안전밸브의 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제2안전밸브(200)는, 배기관(310)의 내부에 설치되는 제4플레이트(210)와, 제4플레이트(210)의 상부에 설치되는 덮개(220)와, 배기관(310)의 외부에 설치되는 액추에이터(230)와, 배기관(310)에 힌지 결합되는 링크(240)를 포함한다.

제4플레이트(210)는 배기관(310)의 내부, 좀 더 상세하게는 배기관(310)의 배출구(314) 측에 설치된다. 제4플레이트(210)의 중앙에는 오일증기의 배출을 위한 제3관통공(212)이 형성된다.

덮개(220)는 제4플레이트(210)의 제3관통공(212)을 개폐하기 위한 수단이다. 이 덮개(220)는 열분해 반응기(도 1의 300)의 내부 압력에 의해 회전 상승하여 제3관통공(212)을 개방하고, 상술한 액추에이터(230)의 작동에 의해 회전 하강하여 제3관통공(212)을 폐쇄한다.

액추에이터(230)는 덮개(220)를 회전(회전 상승 및 회전 하강)시키기 위한 수단이다. 이 액추에이터(230)는 유압에 의해 작동하는 유압실린더로, 본체(232)와, 본체(232)에서 돌출되거나 삽입될 수 있도록 결합된 로드(234)를 포함한다.

링크(240)는 배기관(310)에 힌지 결합되어 액추에이터(230)의 작동에 의해 덮개(220)를 회전시킨다. 즉, 링크(240)의 중단은 배기관(310)에 힌지 결합되고, 일단은 배기관(310)의 내부에 위치되어 덮개(220)와 결합된다. 또한, 링크의 타단은 배기관(310)의 외부에 위치되어 액추에이터(230)의 로드(234)와 결합된다.

한편, 액추에이터(230)에는 작동위치를 감지하는 마그네틱(250)이 설치된다. 이 마그네틱(250)은 액추에이터(230)의 본체(232)에 설치되어, 로드(234)의 돌출 또는 삽입 여부를 감지한다.

다른 한편, 제2안전밸브(200)는 마그네틱(250)의 신호에 따라 액추에이터(230)의 전진포트(236) 또는 후진포트(238)에 작동유체(오일)를 공급하는 솔레노이드 밸브(260)를 더 포함한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열분해 반응기의 안전장치에 의한 압력유지과정을 도시하는 도면이다.

도 4는 열분해 반응기(300)의 내부 압력이 스프링(150)의 탄성보다 작아 안전장치의 제1안전밸브(100)와 제2안전밸브(200)가 폐쇄된 상태이다. 이 상태에서 열분해 반응기(300)에 폐타이어를 투입하고 가열하면, 폐타이어가 열분해되면서 오일증기가 발생하고, 발생하는 오일증기의 양이 많아질수록 열분해 반응기(300)의 내부 압력이 상승하게 된다.

열분해 반응기(300)의 내부 압력이 지속적으로 상승하여 스프링(150)의 탄성 보다 커지면, 도 5에 도시된 바와 같이 제1안전밸브(100)의 제3플레이트(140)가 제1플레이트(110)에서 이격되어 제1관통공(112)을 개방하고, 개방된 제1관통공(112)을 통해 오일증기가 배출된다.

제1관통공(112)을 통해 배출된 오일증기는 제2안전밸브(200)의 덮개(220)를 회전 상승시켜 제3관통공(212)을 개방한다. 이때, 덮개(220)가 회전 상승되면 돌출된 액추에이터(230)의 로드(234)가 삽입되면서 전진포트(236)를 통해 오일이 배출되고, 배출된 오일은 오일저장탱크(미도시)로 이송된다.

한편, 로드(234)가 계속 삽입되어 본체(232)의 최하단에 위치되면 마그네틱(250)이 이를 감지하고 그 신호를 솔레노이드 밸브(260)로 전달한다. 솔레노이드 밸브(260)는 마그네틱(250) 신호에 따라 오일저장탱크(미도시)의 오일을 액추에이터(230)의 전진포트(236)에 공급하여 로드(234)를 돌출시키고, 로드(234)가 돌출됨에 따라 덮개(220)는 회전 하강하며 제3관통공(212)을 폐쇄한다(도 6 참조). 이때, 열분해 반응기(300)의 내부 압력은 스프링(150)의 탄성보다 작으므로 도 4에 도시된 바와 같이 제3플레이트(140)가 하강하며 제1관통공(112)을 폐쇄한다.

이와 같은 열분해 반응기의 안전장치는, 열분해 반응기(300)의 내부 압력에 따라 제1 및 제2안전밸브(100,200)가 개폐되므로 열분해 반응기(300)의 내부 압력을 적정 압력으로 유지할 수 있다.

또한, 제1안전밸브(100)와, 제1안전밸브(100)의 개방 후 개방되고 제1안전밸브(100)의 폐쇄 전 폐쇄되도록 작동되는 제2안전밸브(200)를 포함하는 이중 밸브 구조로 이루어진다. 따라서 제1안전밸브(100)의 폐쇄과정, 즉 제3플레이트(140)가 하강하는 과정에서 제3플레이트(140)가 수평인 상태로 하강하므로, 제1관통공(112)이 완벽하게 밀폐되며 이에 따라 오일증기와 공기의 접촉이 방지되어 폭발 및 화재를 예방할 수 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 제1안전밸브 110: 제1플레이트
120: 제2플레이트 130: 가이드 봉
140: 제3플레이트 150: 스프링
200: 제2안전밸브 210: 제4플레이트
220: 덮개 230: 액추에이터
240: 링크 250: 마그네틱
260: 솔레노이드 밸브 300: 열분해 반응기
310: 배기관

Claims

열분해 반응기에 설치된 배기관의 유입구 측에 설치되어, 상기 열분해 반응기의 내부 압력에 따라 오일증기 상기 배기관을 개방 또는 폐쇄하는 제1안전밸브; 및
상기 배기관의 배출구 측에 설치되고, 상기 제1안전밸브가 개방된 후에 개방되며 상기 제1안전밸브가 폐쇄되기 전에 폐쇄되는 제2안전밸브를 포함하는 열분해 반응기의 안전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2안전밸브는,
상기 배기관의 내부에 설치되는 덮개;
상기 배기관의 외부에 설치되는 액추에이터; 및
양단이 상기 덮개와 상기 액추에이터에 각각 결합되고, 중단이 상기 배기관에 힌지 결합되는 링크를 포함하는 열분해 반응기의 안전장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제2안전밸브는, 상기 액추에이터의 작동위치를 감지하는 마그네틱을 더 포함하는 열분해 반응기의 안전장치.
청구항 3에 있어서,
상기 액추에이터는 유압실린더이고, 상기 마그네틱의 신호에 따라 상기 유압실린더의 전진포트 또는 후진포트에 작동유체를 공급하는 솔레노이드 밸브를 더 포함하는 열분해 반응기의 안전장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 있어서,
상기 제1안전밸브는,
상기 배기관 내부에서 설치되고, 중앙에 제1관통공이 형성되는 제1플레이트;
상기 제1플레이트에서 상기 배기관의 배출구 측으로 이격된 위치에 설치되고, 제2관통공이 형성되는 제2플레이트;
양단이 상기 제1 및 제2플레이트에 결합되는 가이드 봉;
상기 가이드 봉이 관통하는 가이드 홀이 형성되고, 상기 제1 및 제2플레이트 사이에 위치되어 상기 가이드 봉을 따라 이동하며, 상기 제1관통공을 개폐하는 제3플레이트; 및
상기 제3플레이트를 상기 제1플레이트 측으로 탄성 지지하는 스프링을 포함하는 열분해 반응기의 안전장치.
청구항 5에 있어서,
상기 열분해 반응기의 내부 압력을 측정하기 위한 압력게이지를 더 포함하는 열분해 반응기의 안전장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제2플레이트와 상기 제3플레이트의 서로 마주보는 면에는 상기 스프링을 고정하기 위한 고정돌기가 돌출되는 것을 특징으로 하는 열분해 반응기의 안전장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제2관통공은 다수개가 방사상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열분해 반응기의 안전장치.
청구항 5에 있어서,
상기 열분해 반응기의 적어도 두 곳 이상에 설치되는 것을 특징으로 하는 열분해 반응기의 안전장치.