KR20170038827A - 폐타이어 또는 재생불가 타이어를 지속적으로 열처리하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐타이어 또는 재생불가 타이어를 연속 처리하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 이러한 폐타이어를 저분자 탄화수소 형태의 유기 분해 생성물 및 잔류 무기 폐기물로 열분해시키기 위한 반응기(1)를 포함하며, 반응기(1)의 상부에는 한쌍의 충전 칸막이(3)를 포함하고 내부 공간을 폐타이어로 채우기 위한 충전 챔버(2)가 형성되고, 반응기(1)의 기저부에는 한쌍의 배출 칸막이(9)를 포함하고 잔류 무기물을 배출시키기 위한 배출 챔버(8)가 형성되는 한편, 반응기(1)의 하부에는 폐타이어로부터 미반응 잔류 유기물을 산화시켜 가벼운(mild) 불활성 가스 매체를 생성하기 위한 노즐들(5)이 배치되며, 그런 다음 반응기(1)의 내부공간 상부, 충전 챔버(2)의 아래쪽으로 이러한 불활성 가스 매체의 배출을 위한 적어도 하나의 배출구(11)가 배치되며, 이들은 에어로졸(aerosol)의 형태로 분산된 유기 분해 생성물과 함께, 고체 입자용 분리기(12) 및 냉각기(17)를 거쳐 액체 입자용 분리기(10)로 유입시킴으로써 냉각된 에어로졸로부터 액체 입자를 최종적으로 분리시키고, 액체 입자용 분리기에는 액체 입자를 탱크(22)로 보내기 위한 제1단부 출구(21) 및 기체 입자를 보내기 위한 제2중간작동 출구(23)가 장착되는데, 이에 따라 열기계의 연소에 의해 직접적인 에너지 사용이 유도되거나, 또는 이들은 냉동 챔버(24) 내로 유도됨으로써 이 챔버 내의 온도보다 높은 응축 온도에 의해 가스를 분리하는 한편, 비응축된 가스의 경우 제2단부 출구(25) 및 제3단부 출구(26)에서 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

폐타이어 또는 재생불가 타이어를 지속적으로 열처리하기 위한 장치 {DEVICE FOR THE CONTINUOUS THERMAL PROCESSING OF USED OR OTHERWISE DEGRADED TYRES}

본 발명은 폐타이어 또는 재생불가 타이어를 지속적으로 열처리하여 연료용 오일, 가열 가스 및 강재(재활용 불가)로 만들기 위한 장치에 관한 것이다.

폐타이어에 대한 보고서에서, 전문가들은 년간 7억개에 달하는 타이어가 버려지는 것으로 보고 있다. 타이어의 내구 년한을 대폭 늘릴 경우, 이러한 일부 문제를 해결하는데 도움이 될 수도 있으나, 아직까지는 문제 발생에 대한 근본적인 해결 방안에는 미치지 못하고 있다. 그러므로, 폐타이어들은 계속 축적됨으로써 환경 문제로 대두되게 되었다. 현재 알려진 기술 중 처음으로 나타난 방법은 과열 수증기의 작용에 의해 고무를 재생시키는 분야에 초점을 맞추고 있다. 이른바, 재생으로 나온 출력물은 고무 합성물에 첨가되어 사용된다. 그러나, 원래의 고무에 비해, 생산량과 기능들이 제한됨에 따라 이러한 기술을 대규모로 보급하는 데는 한계가 있었다. 타이어 가공 기술과 관련한 또 다른 방법은 고무 그릿(rubber grit)의 획득에 초점을 맞추고 있는데, 이들은 건설 및 농업 또는 엔지니어링 생산 등의 분야에서 적용 및 사용된다. 이러한 기술 중에는 액체 질소의 과냉각(super-cooling)을 사용하는 기술이 비교적 잘 알려져 있는데, 여기서는 고무를 부서지기 쉬운 상태로 만든 다음, 이 상태에서 이들을 일반적으로 해머 분쇄기(hammer mill)에서 분해하도록 구성된다. 미국 특허공고 번호 US 5735471에는, 심하게 얼어 붙은 고무 폐기물을 기계적 파쇄기에서 처리하는 유사한 고무 폐기물 처리 기술을 개시하고 있다. 다른 기술로는, 다양한 형태의 분쇄기에서 그릿을 얻는 방법이 공지되어 있다. 이러한 두가지 기술들은 모두 공통점이 있는데, 내용물 중 강선(steel wire)의 돌출부를 먼저 제거하거나 또는 대안적으로 이들을 절단하여 작게 만드는 작업을 필요로 한다. 이로 인해, 폐타이어의 공정이 복잡해짐으로써, 이러한 기술들에 대해 제약으로 작용한다.

폐타이어의 사용을 위한 또 다른 방법은 이들을 연소시키는 것이다. 타이어는 자체적으로 흑탄 수준의 발열량을 갖고 있으나, 포함되어 있는 기계적 조성물, 특히 내재된 스틸 보강재 때문에, 실제 연소시켜 에너지를 얻고자 해도 구현이 용이하지 않다. 영국에서 운영중인 헬난-프로이트(Helnan-Freud) 연소로에서는 타이어 전체를 연소로에서 소각하여 과열 수증기를 얻을 수 있도록 구성되어 있으나, 이들은 일괄 처리 방식(batch way)으로만 운영 가능한데, 왜냐하면 이러한 연소로에서 스틸 보강재를 제거하기 위해서는 장치를 정지시켜야 하기 때문이다. 따라서, 이러한 공정은 일괄 처리 방식에 의해 이루어진다. 타이어의 연소에 대한 상이하면서도 다소 현대적인 방법은 오일 버너 및 송풍기로 구성된 시스템을 사용하는 것으로, 여기서는 회전식 연소로에 의해 온도를 1300℃까지 상승시켜 스틸을 용해시키는데, 여기서는 화격자(grate)를 차단하지 않도록 구성된다. 그러나, 이러한 방법에 의하면, 철의 재사용이 용이하지 않다.

타이어를 연료로 사용하기 위한 비교적 문제가 없는 방법은 고로를 사용하는 방법으로, 여기서는 타이어 전체를 용해시킴으로써 다른 고가의 에너지를 절감할 수 있도록 구성된다. 그러나, 고로에서의 타이어 소비량은 폐기 타이어의 누적숫자에 비교할 때 아주 일부분에 지나지 않는다.

체코 실용신안 번호 20795에서는 물리-화학적 방법에 의해 고무 폐기물, 특히 타이어를 처리하는 장치를 개시하고 있는데, 본 장치는 적어도 하나의 기밀식 챔버를 포함하고, O₃와 같은 유독 가스가 공급파이프를 거쳐 챔버로 공급되도록 구성되는데, 이들은 적어도 하나의 노즐을 통해 형성된 물분무(water mist)에 의해 습윤화되며, 이 때 노즐로 들어오는 유압수(pressure water)는 탱크로부터 공급된다. 기밀식 챔버 내의 상하 구분된 내부 공간 안에 상단 실린더, 하단 실린더 및 처리된 고무 폐기물에 대한 적치 공간이 배치되도록 구성된다. 한쪽 실린더는 고정되어 있으나, 다른쪽 실린더는 압력에 따라 수직으로 이동 가능하도록 구성된다. 기밀식 챔버의 입구 쪽에는 입구 캡을 포함한 입구 공간이 제공되고, 출구 쪽에는 출구 캡을 포함한 출구 공간이 제공되는데, 양쪽 공간에는 가스 배출이 가능한 폭발 방지 안전 잠금 장치가 구비된 출구 파이프가 제공되고, 양쪽 공간 모두 기밀식 챔버의 내부 공간을 내부 칸막이에 의해 분리함으로써 제공되도록 구성된다. 본 장치의 단점은 다른 장치와 비교하여 너부 복잡하다는 점이다.

현재의 기술 지식 수준에서 볼 때, 열분해(pyrolysis)를 사용하는 방법이 최종 해결책으로 대두될 수 있다. 폐기물, 특히 타이어의 처리를 위한 효과적인 열분해식 반응기에 대한 내용이 예컨대, 미국특허 공개번호 US 2011116986 또는 국제특허 공개번호 WO 9320396에 개시되어 있다.

그러나 이러한 장치에서 수행되는 열분해는, 가능하면 외래 혼합물을 섞지 않고 비교적 완만하게 분쇄된 원료를 투입할 필요가 있고, 또한 반응기의 외부를 가열할 필요가 있다. 이와 같은 분해 및 가열 작업은 원가와 비용을 크게 증가시킬 수 있으므로, 채택하기가 매우 어려우며, 채택하더라도 경제적으로 자급 자족 가능한 수준의 이익을 내기는 힘들다.

본 발명의 목적은 상기 언급한 문제들을 상당 부분 해소 가능한, 폐타이어 또는 재생불가 타이어를 연속 처리하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 폐타이어 또는 재생불가 타이어를 연속 처리하기 위한 장치는 이러한 폐타이어를 저분자 탄화수소 형태의 유기 분해 생성물 및 잔류 무기 폐기물로 열분해시키기 위한 반응기를 포함하며, 반응기의 상부에는 내부 공간을 폐타이어로 채우기 위한 충전 챔버(한쌍의 충전 칸막이 포함)가 형성되고, 반응기의 기저부에는 잔류 무기물의 배출을 위한 배출 챔버(한쌍의 배출 칸막이 포함)가 형성되는 한편, 반응기의 하부에는 미반응 잔류 유기물을 산화시켜 가벼운(mild) 불활성 가스 매체를 생성하기 위한 노즐이 배치되며, 이에 의해 공정 과정에서 반응기의 내부 공간이 하부로 통과되도록 구성된다. 그런 다음, 반응기의 내부공간 상부, 충전 챔버의 아래쪽으로 이러한 불활성 가스 매체의 배출을 위한 적어도 하나의 배출구가 배치되며, 이들은 에어로졸(aerosol)의 형태로 분산된 유기 분해 생성물과 함께, 고체 입자용 분리기 및 냉각기를 거쳐 액체 입자용 분리기로 유입시킴으로써 냉각된 에어로졸로부터 액체 입자를 최종적으로 분리하도록 구성된다. 액체 입자용 분리기에는 액체 입자를 탱크로 보내기 위한 제1단부 출구 및 기체 입자를 보내기 위한 제2중간작동 출구가 장착되는데, 이에 따라 열기계의 연소에 의해 직접적인 에너지 사용이 유도되거나 또는 대안적인 구현예의 경우 이들은 냉동 챔버 내로 유도됨으로써 이 챔버 내의 온도보다 높은 응축 온도에 의해 가스를 분리하는 한편, 비응축된 가스의 경우 제2단부 출구에서 배출되도록 구성된다.

본 발명의 핵심은, 한쌍의 배출 칸막이를 구비한 잔류 무기물용 배출 챔버가 반응기의 축선에서 벗어난 측면에 위치하고, 반응기의 기저부 축선상에는 불활성 가스 매체의 생성을 위한 발생기 및 노즐이 배치되며, 그 내부 공간에서 이들은 제어 밸브를 구비한 파이프와 연결됨으로써 반응기의 외부공간으로부터 공기를 통과시키는 한편, 불활성 가스 매체를 원하는 온도로 가열시키도록 구성된다. 그러나, 또한 반응기는 반응기의 기저부로부터 측면 배치된 배출 챔버까지 잔류 무기물을 배출시키기 위한 압출 장비를 동시에 갖추는 것이 바람직하다. 반응기의 내부 공간 충전을 용이하게 하기 위해, 처리된 타이어를 충전 챔버로 이동시키기 위한 컨베이어를 반응기에 장착하는 것이 바람직하다.

충전 챔버에 배치된 한쌍의 충전 칸막이 및 잔류 무기물용 배출 챔버에 배치된 한쌍의 배출 칸막이에 의해, 공기를 접촉하지 않고도 반응기 내에서 처리된 타이어의 열분해가 수행되도록 구성되는 한편, 이에 따라 처리된 폐기물에 대해 완벽한 열전달이 되도록 보증하는 동시에, 반응 공간 및 제조 과정 전체에서 발생하는 모든 반응 생성물이 완벽하게 이송되도록 보증한다. 본 발명에 따른 장치는 또한 생성된 기상 및 액상 유기 생성물의 열분해시 다른 처리 방법을 허용함으로써, 또 다른 사용 용도를 구현할 수 있도록 구성된다. 본 발명에 따른 장치의 장점은, 임의의 사전 조정 없이도 모든 폐타이어 또는 재생불가 타이어의 처리가 가능하다는 점이다.

본 발명에 따라, 상기 언급한 문제들을 상당 부분 해소 가능한, 폐타이어 또는 재생불가 타이어를 연속 처리하기 위한 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른, 폐타이어 또는 재생불가 타이어를 연속 처리하기 위한 장치에 대한 개략도이다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 폐타이어 또는 재생불가 타이어를 연속 처리하기 위한 장치는, 이들 폐타이어를 저분자 탄화수소 형태의 유기 분해 생성물 및 잔류 무기 폐기물로 열분해시키기 위한 수직 배치식 반응기(1)를 포함한다. 반응기(1)의 상부에는, 한쌍의 충전 칸막이(3)를 갖추고 그 내부공간을 폐타이어로 충전하기 위한 충전 챔버(2)가 형성되며, 반응기(1)의 기저부에는, 한쌍의 유출 칸막이(9)를 갖추고 잔류 무기물을 배출하기 위한 배출 챔버(8)가 형성되어 있다.

반응기(1)의 하부에는 공기의 유입을 위한 노즐(5)이 벽 안에 배치됨으로써, 처리된 타이어로부터 미반응 잔류 유기물을 산화시켜 가벼운(mild) 불활성 가스 매체를 생성하도록 구성된다. 한쌍의 배출 칸막이를 구비한 잔류 무기물용 배출 챔버는 반응기(1)의 축선에서 벗어난 측면에 위치하고, 반응기(1)의 기저부 축선상에는 불활성 가스 매체의 생성을 위한 발생기 및 노즐이 배치되며, 그 내부 공간에서 이들은 제어 밸브(6)를 구비한 파이프와 연결됨으로써 반응기(1)의 외부공간으로부터 공기를 통과시키는 한편, 불활성 가스 매체를 원하는 온도로 가열시키도록 구성된다.

그런 다음, 반응기(1)의 내부공간 상부, 충전 챔버(2)의 아래쪽으로 이러한 불활성 가스 매체 및 에어로졸의 형태로 분산된 유기 분해 생성물의 배출을 위한 배출구(11)가 생성된다.

본 장치는 주로 그을음과 같은 고체 입자를 분리하기 위한 분리기(12)를 더 포함하며, 에어로졸은 유입구(14)를 통해 분리기로 유입되는데, 분리기(12)에는 이를 공기로 냉각하기 위한 이중 케이스(13)가 장착된다. 그런 다음, 분리기(12)에서 고체 입자가 제거된 에어로졸은 배출구(15)를 거쳐 나와, 또 다른 유입구(16)를 거쳐 냉각기(17)로 유입되는데, 냉각기에는 유동 냉각수를 갖춘 냉각 회로(18) 및 냉각된 에어로졸의 배출을 위한 배출구(19)가 제공되며, 그런 다음 이들은 유입구(20)를 거쳐 액체 입자용 분리기(10)로 유입된다.

액체 입자용 분리기(10)에는 액체 입자를 탱크(22)로 보내기 위한 제1단부 출구(21) 및 가스 입자를 냉동 챔버(24)로 보내 상이한 응축 온도에 의해 가스를 분리하기 위한 제2중간작동 출구(23)가 제공되는데, 냉동 챔버에서 온도를 -20 내지 -40℃로 감소시킨 후 상기 언급된 응축 온도에 의해 가스를 분리시키도록 구성된다.

반응기(1)에는 또한, 처리된 타이어들을 충전 챔버(2)로 이송하기 위한 컨베이어(27) 및 잔류 무기물을 반응기(1)의 기저부로부터 측면 배치된 배출 챔버(8)로 이송하기 위한 압출 장비(7)가 더 포함된다.

처리된 타이어들을 채운 후, 반응기(1)의 충전 칸막이(3) 중 적어도 하나 및 배출 칸막이(9) 중 적어도 하나를 닫는다. 그런 다음, 처리된 타이어들을 반응기(1)의 하부에서 화염에 의해 또는 전기 가열에 의해 600℃의 작동 온도로 초기 가열하면, 생성기(4)에서 불활성 가스 매체의 생성이 개시되고, 액체 입자용 분리기(10)의 일부인 배기구가 작동됨으로써 반응이 시작된다. 제어 밸브(6)에 의해 공기를 통과시킨 후, 생성기(4) 주변의 공간에서 내용물을 산화시킴으로써, 불활성 가스 매체를 가열시키는데, 이에 대한 온도는 제어 밸브(6)의 공기 유량 제어에 의해 조절된다. 그런 다음, 이들 매체는 반응기(1)의 상부 배출구(11)를 통해 지속 배출되고, 이 공간에 배치된 타이어들을 열적으로 분해시키도록 구성되는데, 저분자 탄화수소 형태의 분해 생성물은 에어로졸의 형태로 매체 내에 분포된다.

본 발명에 따른 장치에서는 연속 공정이 구현되는 것을 특징으로 하는데, 즉 충전 칸막이(3) 중 상부 칸막이를 열고 하부 칸막이를 닫은 후, 컨베이어(27)가 반응기(1)의 충전 챔버(2)를 처리된 타이어들로 채우면, 상부 충전 칸막이(3)를 닫는다. 그런 다음, 하부 충전 칸막이(3)를 열어 충전 챔버(2)의 내용물을 반용기(1) 내로 투입한다. 이러한 충전 단계는 반응기(1) 내부의 타이어 소진에 따라 주기적으로 반복된다. 강선(wire) 및 무기 폐기물을 반응기(1)에서 배출할 때도 유사한 공정이 수행되는데, 즉 배출 칸막이(9) 중 상부 칸막이를 열고 하부 칸막이를 닫은 후, 압출 장비(7)의 선형 이동에 의해 이러한 유기 폐기물을 반응기(1)의 기저부에서 배출 챔버(8) 쪽으로 밀어 낸다. 그런 다음, 상부 배출 칸막이(9)를 닫고 하부 칸막이를 열어, 배출 챔버(8)의 내용물을 컨테이너(도시되지 않음)로 투하한다.

본 발명의 예시적인 실시예에서, 반응기(1)는 가로/세로 각 1m 및 높이 4.5m의 크기로 구성되며, 1,426kg의 폐타이어를 처리한 후, EUR 34.3MJ/kg의 열량을 가진 액체 연료 626ℓ, 액화 가스 170kg, 철 173kg 및 회분(ash) 137kg을 얻었다. 불활성 가스 매체로는 질소 64%, 이산화탄소 13.5% 및 일산화탄소 0.1%의 체적량(나머지는 과열 수증기 형성)으로 구성된 매체가 사용되었으며, 반응기 입구에서 측정된 온도는 620℃, 출구 온도는 220℃였다.

산업상 이용 가능성

본 발명에 따른, 폐타이어 또는 재생불가 타이어를 연속 처리하기 위한 장치는 효과적인 폐기물 처리에 있어 유용하게 사용 가능하며, 열 기계의 구동 및 열 생산에 적합한 제품을 포함하여 추가의 폐기물에도 이들 전부 또는 적어도 일부를 적용 가능하다.

1 반응기 2 충전 챔버
3 충전 칸막이 4 가열매체 생성기
5 노즐 6 제어 밸브
7 압출 장비 8 배출 챔버
9 배출 칸막이 10 액체 입자용 분리기
11 배출구 12 고체 입자용 분리기
13 이중 케이스 14 유입구
15 배출구 16 유입구
17 냉각기 18 냉각 회로
19 배출구 20 유입구
21 제1단부 출구 22 액체 입자용 탱크
23 중간작동 출구 24 냉각 챔버
25 제2단부 출구 26 제3단부 출구
27 컨베이어

Claims (4)

1. 폐타이어 또는 재생불가 타이어를 연속 처리하기 위한 장치에 있어서,
   상기 장치는 이러한 폐타이어를 저분자 탄화수소 형태의 유기 분해 생성물 및 잔류 무기 폐기물로 열분해시키기 위한 반응기(1)를 포함하며, 반응기(1)의 상부에는 한쌍의 충전 칸막이(3)를 포함하고 내부 공간을 폐타이어로 채우기 위한 충전 챔버(2)가 형성되고, 반응기(1)의 기저부에는 한쌍의 배출 칸막이(9)를 포함하고 잔류 무기물을 배출시키기 위한 배출 챔버(8)가 형성되는 한편, 반응기(1)의 하부에는 처리된 타이어들로부터 미반응 잔류 유기물을 산화시켜 가벼운(mild) 불활성 가스 매체를 생성하기 위한 노즐들(5)이 배치되며, 그런 다음 반응기(1)의 내부공간 상부, 충전 챔버(2)의 아래쪽으로 이러한 불활성 가스 매체의 배출을 위한 적어도 하나의 배출구(11)가 배치되며, 이들은 에어로졸(aerosol)의 형태로 분산된 유기 분해 생성물과 함께, 고체 입자용 분리기(12) 및 냉각기(17)를 거쳐 액체 입자용 분리기(10)로 유입시킴으로써 냉각된 에어로졸로부터 액체 입자를 최종적으로 분리시키고, 액체 입자용 분리기에는 액체 입자를 탱크(22)로 보내기 위한 제1단부 출구(21) 및 기체 입자를 보내기 위한 제2중간작동 출구(23)가 장착되는데, 이에 따라 열기계의 연소에 의해 직접적인 에너지 사용이 유도되거나, 또는 이들을 냉동 챔버(24) 내로 유도하여 이 챔버 내의 온도보다 높은 응축 온도에 의해 가스를 분리하는 한편, 비응축된 가스의 경우 제2단부 출구(25) 및 제3단부 출구(26)에서 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는
   폐타이어 또는 재생불가 타이어를 연속 처리하기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서,
   한쌍의 배출 칸막이(9)를 구비한 잔류 무기물용 배출 챔버(8)는 반응기(1)의 축선에서 벗어난 측면에 위치하고, 반응기의 기저부 축선상에는 불활성 가스 매체의 생성을 위한 발생기(4) 및 노즐들(5)이 배치되며, 그 내부 공간에서 이들은 제어 밸브(6)를 구비한 파이프와 연결됨으로써 반응기(1)의 외부공간으로부터 공기를 통과시키는 한편, 불활성 가스 매체를 원하는 온도로 가열시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는
   폐타이어 또는 재생불가 타이어를 연속 처리하기 위한 장치.
3. 제2항에 있어서,
   반응기(1)에는, 반응기(1)의 기저부로부터 측면 배치된 배출 챔버(8)까지 잔류 무기물을 배출시키기 위한 압출 장비(7)가 장착하는 것을 특징으로 하는
   폐타이어 또는 재생불가 타이어를 연속 처리하기 위한 장치.
4. 제1항 내지 제3항에 있어서,
   반응기(1)에는 폐타이어를 충전 챔버(2)로 이송시키기 위한 컨베이어(27)가 장착되는 것을 특징으로 하는
   폐타이어 또는 재생불가 타이어를 연속 처리하기 위한 장치.

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