KR20110119197A - 고분자 복합폐기물의 열분해 시 형성되는 가스를 응축하는 응축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 복합폐기물의 열분해 과정 중 생성되는 기체를 액체로 응축시키는 응축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기체상태의 분해증기가 냉각수에 의해 응축액이 되어 저장탱크로 포집되는 구성과 함께 특히, 고분자 복합폐기물의 분해증기가 응축되는 과정에서 냉각수의 이동통로인 냉각튜브의 외피에 부착된 비산 또는 타르 입자들을 제거하는 고압분사장치를 구성하여 더욱 효과적인 응축공정이 이루어지도록 한 고분자 복합폐기물의 열분해 과정 중 생성되는 기체를 응축하기 위한 응축기에 관한 것이다.

Description

고분자 복합폐기물의 열분해 시 형성되는 가스를 응축하는 응축기{Condenser for gas from thermal decomposition of polymer-compound-wastes}

에너지원의 부족으로 인해 에너지원 회수 가능한 제품으로 탄소나 수소와 같이 유기성 화합물, 폐고무류, 폐플라스틱, 폐비닐과 같은 고분자 복합폐기물을 열적으로 성분 분해하여 이 과정에서 생산되는 가스를 이용하여 가스터빈을 구동하는 등 직접 에너지원으로 사용하기 위한 공정개발이 활발하게 진행하고 있는 가운데, 본 발명은 상기 고분자 복합폐기물을 열적으로 성분 분해되는 과정 중에 형성되는 분해증기를 보다 효율적으로 응축하기 위한 응축기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

에너지원의 부족이 심화되면서 사용이 끝난 제품에서 에너지원을 회수하기 위한 노력이 지속되고 있으며, 가장 대표적인 에너지원 회수 가능 제품으로 탄소나 수소와 같이 결합된 유기성 화합 혼합물, 폐고무류와 폐플라스틱, 폐비닐 같은 고분자 복합폐기물, 폐목재, 바이오매스, 석탄, 오리멀젼, 타르 등이 있다. 이러한 원료나 재활용가능한 고발열량 성분의 고분자폐기물들은 고온상태에서 성분 분해하여 재활용할 수 있는 부가가치 있는 성분들을 추출하고, 재생자원으로 활용하거나 새로운 청정에너지원으로 활용하는 경우 그 효용가치가 매우 높다.

상기와 같은 고분자폐기물로부터 응축액을 얻는 과정에서 상기 응축액은 오일상태로써 냉각수를 제공하는 튜브 등에 비산이나 타르 같은 침적물이 지속적으로 침적되면 냉각수에 의한 열전도도가 나빠짐에 따라 응축효율이 떨어지며, 이에 따라 응축액(오일)의 품질이 떨어지는 단점이 제기되었다.

특히, 고분자폐기물로부터 생성된 가스의 응축액은 점도가 높은 오일종류가 많기 때문에 물체의 외피 등에 침적되면 제거하기가 매우 힘들다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 응축과정 중에 냉각수 튜브의 외피에 형성되는 비산이나 타르가 침적하여 효율적인 응축공정이 저하되는 것을 방지하기 위하여 뱅크박스의 상부에 고압의 응축액을 분사하는 고압분사장치를 구성하여 냉각수 튜브의 외피에 형성되는 비산이나 타르를 깨끗하게 제거함으로써 보다 효율적인 응축공정이 이루어지도록 하였다.

본 발명은 고분자 복합폐기물의 열분해 과정 중 생성되는 기체를 액체로 응축시키는 응축기에 관한 것으로, 본 발명의 응축기는 상기 응축기는 수직으로 직립하고 내부 공간을 가지는 외부하우징과;

상기 외부하우징의 내부에서 외부하우징을 따라 직립하되, 내부 공간을 가지게 구성된 내부하우징과;

상기 내부하우징의 내부에서 유입되는 기체가 통과함에 있어서 기체와의 최대한의 접촉면적을 가지도록 구성된 뱅크박스와;

상기 외부하우징의 상부측에 구성되어 분해증기가 상기 뱅크박스로 유입되는 유입구와;

상기 뱅크박스로 냉각수가 통과하도록 구성된 냉각튜브와;

상기 냉각튜브의 냉각수에 의해 뱅크박스 내의 분해증기가 응축되어 포집되도록 상기 외부하우징의 하부에 구성된 저장탱크와;

상기 뱅크박스의 일측에 구성되어 하부의 저장탱크로부터 연결된 분사라인을 통해 입수된 응축액을 분사하여 뱅크박스 및 냉각튜브의 외피에 부착된 타르 또는 비산입자 들을 제거하는 고압분사장치와;

상기 뱅크박스 내의 분해증기 중 미응축된 분해증기가 상기 뱅크박스의 하단과 저장탱크 사이에 구성된 유출구를 통해 유출된 분해증기가 이동하는 통로로서 상기 내부하우징과 외부하우징의 사이에 구성된 이동로와;

상기 이동로를 따라 이동한 분해증기가 외부로 배출되는 연결관과;

상기 연결관의 일단에 구성되어 미응축된 분해증기를 공기 중에 포함된 입자상 물질 및 분진을 여과시켜 주는 데미스터와;

상기 데미스터 내로 유입된 분해증기 중 이동과정 중에 응축된 응축액을 외부하우징의 저장탱크로 포집시키는 드레인라인과;

상기 데미스터의 일측에 구성되어 후공정으로 미응축된 분해증기가 배출되는 배출구로 구성된 것이 특징이다.

본 발명의 응축기는 뱅크박스 내에서의 1차 응축액 형성과 1차에서 응축되지 않은 비응축기체(분해증기)가 내부하우징과 외부하우징 사이로 형성된 이동로를 따라 이동 중에 응축되는 2차의 응축액 형성이 가능하며, 냉각튜브 표면상에 침적되는 비산이나 타르와 같은 침적물을 제거하는 고압분사장치를 구성하여 보다 효율적인 응축공정이 이루어지도록 하고 있다.

도 1은 본 발명의 응축기의 개요도.
도 2는 본 발명 응축기의 뱅크박스의 상세 개요도.
도 3은 도 2의 뱅크박스와 제어장치 부분을 나타낸 일부분 상세 개요도.

이하, 첨부한 도면에 의해 본 발명 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 응축기의 개요도이다.

도 1에서의 화살표 중 회색의 화살표는 분해증기의 흐름이고, 흑색의 화살표는 응축액(응축오일)의 흐름을 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 응축기(1)는 수직으로 직립하고 내부 공간을 가지는 외부하우징(2)과 상기 외부하우징(2)의 내부에서 외부하우징(2)을 따라 직립하게 구성되되, 내부 공간을 가지는 내부하우징(3)으로 구성되어 있다.

상기 내부하우징(3)과 외부하우징(2) 사이에는 역시 공간이 형성하게 되며, 이 공간 사이에 외부하우징(2)과 내부하우징(3)을 고정시키는 지지부재(도면에 도시되지 않음)가 구성되는 것은 일반적인 구성으로 다양하게 구현될 수 있다.

상기 외부하우징(2)과 내부하우징(3)은 고온 고압의 기체를 수용하기 때문에 원통형으로 제작되는 것이 바람직한 일 예일 것이다.

그리고 상기 내부하우징(3)의 내부에는 통과하는 기체와의 최대한의 접촉면적을 가지도록 구성된 뱅크박스(4)가 상기 외부하우징(2)의 상부측에 구성되어 전 공정인 반응기에서 생성된 분해증기가 유입되는 유입구(5)와 연결되도록 구성되어 있다.

상기 뱅크박스(4)는 내부공간을 가지는 원통형의 관 묶음체나 케이싱 형태 와 같이 분해증기와의 접촉 표면적을 최대한 증대하는 트레이 역할을 할 수 있도록 제작되어야 한다.

또한, 뱅크박스(4) 내로는 외부하우징(2)의 측면으로부터 냉각수가 유통되는 통로인 냉각튜브(6)가 구성되어 있다.

상기 냉각튜브(6)는 뱅크박스(4) 내에서 응축효율을 높이기 위하여 지그재그 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

따라서, 반응기에서 생성된 분해증기가 유입구(5)를 통해 뱅크박스(4)로 유입되면 냉각튜브(6) 내에는 냉각수가 유동하고 있는 관계로 뱅크박스(4)와 냉각튜브(6)의 외피에는 분해증기가 응축되어 액체상태인 응축액(응축오일)이 생기게 되며, 이런 응축액을 포집하기 위하여 외부하우징(2)의 하부에 저장탱크(5)가 구성된다.

그러나 분해증기는 뱅크박스(4) 내에서 냉각튜브(6)에 의해 응축될 때 100%로 응축되지 않기 때문에 미응축된 기체(분해증기)는 또다시 응축작업을 위해 다른 응축기로 이동되어야 하며, 이를 위해 미응축기체(분해증기)는 뱅크박스(4)와 저장탱크(5) 사이에 형성된 유출구(11)를 통해 유출되어 내부하우징(3)과 외부하우징(2)의 공간 사이에 형성된 이동로(10)를 따라 외부하우징(2)의 상부 일측면에 구성된 연결관(12) 통해 데미스터(13)로 이동하게 된다.

상기 데미스터(13)는 흡입된 공기 중에 포함된 입자상 물질 및 분진을 여과시켜 제거하는 장치로써 이 이동과정 중에 2차로 자연 응축된 응축액은 데미스터(13)의 하부측에 구성된 드레인라인(14)을 따라 외부하우징(2)의 하부에 구성된 저장탱크(5)로 이동되어 포집되게된다.

따라서, 하나의 응축기(1) 안에서 두 번의 응축공정이 이루어 지게 된다.

끝으로 데미스터(13)를 거쳐 배출구를 통해 미응축기체(분해증기)는 다른 응축기로 보내지게 된다.

이때, 상기 뱅크박스(4)의 상단에는 응축액을 뱅크박스(4)로 분사하기 위한 고압분사장치(8)가 구성되는데, 상기 고압분사장치(8)에 사용되는 응축액(응축오일)은 저장탱크(5)와 연결된 분사라인(9)을 통해 충당되며, 뱅크박스(4)와 냉각튜브(6)의 외피에 부착된 타르 또는 비산입자 들을 제거하게 되어 뱅크박스(4) 내에서 더욱 효율적인 응축작업이 이루어지도록 한다.

실질적으로 고분자 복합폐기물에서 생성된 분해증기를 응축시켜 얻어지는 액체는 오일상태로서 점도가 비교적 높기 때문에 뱅크박스(4) 내에나 냉각튜브(6)의 외피에 부착되기 마련이며, 한번 부착된 응축액은 쉽게 떨어지지 않기 때문에 상기와 같은 고압분사장치(8)는 상당히 효과적인 구성이라 할 수 있다.

또한, 고압분사장치에 사용되는 응축액(응축오일)을 분해증기에서 응축된 동일한 응축액을 사용하기 때문에 다른 물질사용에 따른 추가비용이 들지 않으며, 저장탱크(5)에도 다른 이물질이나 다른 혼합액이 포집되지 않게 된다.

도 2는 본 발명의 응축기의 또 다른 실시 예를 나타낸 개요도이며, 도 3은 도 2의 뱅크박스와 제어장치 부분을 나타낸 일부분 상세 개요도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 분해증기가 유입되어 1차로 응축액이 생성되는 공간인 뱅크박스(4)를 수직으로 다수개 구성하여 각각의 뱅크박스(4)의 상단부에는 하부의 저장탱크(5)와 연결된 분사라인(9)에 의해 입수된 응축액(응축오일)을 분사하는 고압분사장치(8)를 구성하고, 하단부에는 뱅크박스(4)를 제어하는 제어장치(16)를 구성하여 분해증기의 양이 적거나 하여 응축기(1) 내의 모든 뱅크박스(4)와 냉각튜브(6)의 사용이 불필요할 때에 다수개의 뱅크박스(4) 중 상부측에 구성된 뱅크박스(4)만 사용 가능하고 하부측의 뱅크박스(4)는 제어하여 불필요한 전력소모를 줄일 수 있도록 하였다.

즉, 제어장치(16)에 의해 상부의 뱅크박스 내에서 응축된 응축액은 하부의 뱅크박스(4)를 지나지 않고 곧장 최하부의 응축오일 저장탱크(5)로 직행하도록 하였다.

상술한 제어장치(16)에 의해 응축액의 이동과정의 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 기술자라면 다양하게 도출해 낼 수 있기 때문에 본 발명의 도면에서는 상세한 기술을 하지 않았다.

이상 본 발명을 바람직한 실시 예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시 예는 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 누구나 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 보호범위는 특정 실시 예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1. 응축기 2. 외부하우징 3. 내부하우징
4. 뱅크박스 5. 유입구 6. 냉각튜브
7. 저장탱크 8. 고압분사장치 9. 분사라인
10. 이동로 11. 유출구 12. 연결관
13. 데미스터 14. 드레인라인 15. 배출구
16. 제어장치

Claims (2)

1. 고분자 복합폐기물의 열분해 과정 중 형성된 가스를 액체로 응축시키는 응축기에 있어서,
   상기 응축기(1)는 수직으로 직립하고 내부 공간을 가지는 외부하우징(2)과;
   상기 외부하우징(2)의 내부에서 외부하우징(2)을 따라 직립하되, 내부 공간을 가지게 구성된 내부하우징(3)과;
   상기 내부하우징(3)의 내부에서 유입되는 기체가 통과함에 있어서 기체와의 최대한의 접촉면적을 가지도록 구성된 뱅크박스(4)와;
   상기 외부하우징(2)의 상부측에 구성되어 분해증기가 상기 뱅크박스(4)로 유입되는 유입구(5)와;
   상기 뱅크박스(4)로 냉각수가 통과하도록 구성된 냉각튜브(6)와;
   상기 냉각튜브(6)의 냉각수에 의해 뱅크박스(4) 내의 분해증기가 응축되어 포집되도록 상기 외부하우징(2)의 하부에 구성된 저장탱크(7)와;
   상기 뱅크박스(4)의 일측에 구성되어 하부의 저장탱크(7)로부터 연결된 분사라인(9)을 통해 입수된 응축액을 분사하여 뱅크박스(4) 및 냉각튜브(6)의 외피에 부착된 타르 또는 비산입자 들을 제거하는 고압분사장치(8)와;
   상기 뱅크박스(4) 내의 분해증기 중 미응축된 분해증기가 상기 뱅크박스(4)의 하단과 저장탱크(7) 사이에 구성된 유출구(16)를 통해 유출된 분해증기가 이동하는 통로로서 상기 내부하우징(3)과 외부하우징(2)의 사이에 구성된 이동로(10)와;
   상기 이동로(10)를 따라 이동한 분해증기가 외부로 배출되는 연결관(12)과;
   상기 연결관(12)의 일단에 구성되어 미응축된 분해증기를 공기 중에 포함된 입자상 물질 및 분진을 여과시켜 주는 데미스터(13)와;
   상기 데미스터(13) 내로 유입된 분해증기 중 이동과정 중에 응축된 응축액을 외부하우징(2)의 하부에 구성된 저장탱크(7)로 포집시키는 드레인라인(14)과;
   상기 데미스터(13)의 일측에 구성되어 후공정으로 미응축된 분해증기가 배출되는 배출구(15)로 구성된 것이 특징인 고분자 복합폐기물의 열분해 시 형성되는 가스를 응축하는 응축기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 뱅크박스(4)는 수직으로 다수개가 동일간격으로 이격되게 구성되되, 상기 뱅크박스(4)의 상단에는 고압분사장치(8)가 하단에는 뱅크박스(4)를 제어하는 제어장치(16)가 각각 구성되어 필요에 따라 독립적으로 제어가능한 것이 특징인 고분자 복합폐기물의 열분해 시 형성되는 가스를 응축하는 응축기.
   

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