KR20000025977A - 폐고무류용 열분해반응장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열분해 가스의 신속한 배출과 증기에 의한 반응기 내에서의 열전달효율 증대와 가스흡입관으로의 차르의 유입 억제에 따른 운전성의 개선, 및 양질의 차르를 얻기 위한 것으로서, 연소장치(20)가 설치된 가열로(1) 내에 가스배출관(4)을 중심축으로 하는 회전식 반응기(2)가 설치되고, 반응기(2)는 구동장치(5)에 의해 회전되며, 가스배출관(4)에는 열분해 가스 배출용 가스흡입관(6)이 설치된 것에 있어서, 가스배출관(4)의 겉에다 증기노즐관(7)을 부착하고, 가스흡입관(6)의 내부에는 열분해 가스의 배출 및 차르의 유입을 방지하는 댐퍼(11)를 축설치하며, 댐퍼(11)의 축점 바깥쪽에는 댐퍼의 무단열림을 저지하는 열림방지턱(12)을 설치하고, 상기 가열로(1)의 배기관로(9)상에는 증기발생장치(3)를 설치하여 증기관(10)으로 증기노즐관(7)에 증기를 공급토록 하며, 상기 증기노즐관(7)은 반응기(2)와 함께 회전이 가능하도록 증기관(10)의 말단에 연결한 폐고무류용 열분해반응장치이다.

Description

폐고무류용 열분해반응장치

본 발명은 폐타이어 등의 폐고무류를 열분해하여 차르를 얻는 열분해반응장치에 관한 것이며, 특히 열분해 가스의 신속한 배출과 증기에 의한 반응기내에서의 열전달효율 증대, 가스흡입관으로의 차르의 유입억제에 따른 운전성의 개선, 및 양질의 차르를 얻을 수 있게 한 폐고무류용 열분해반응장치에 관한 것이다.

이른바 열분해란 폐기물중의 가연성 물질을 무산소 분위기하에서 가열하여 탄화시키는 것으로서, 산화에 의한 연소와는 개념이 다르다. 즉, 고분자 유기물질을 가열하여 분자구조를 파괴하므로서 발생하는 열분해 가스를 응축시켜 보다 단조로운 분자구조를 가진 저분자 물질로 전환시키는 것을 의미하며, 폐타이어 등의 폐고무류를 열분해할 경우 고체인 차르와 액체인 오일, 및 기체인 가스가 부산물로 얻어진다.

종래의 폐고무류 열분해반응장치는 폐타이어 등의 열분해성 물질을 열분해시켜 얻는 차르에는 유분과 휘발분이 상당량 포함되어 있다. 유분과 휘발분은 폐고무류에 함유된 카본 블랙과 같은 고가물질 회수용 원료로 부적합하기 때문에 폐타이어를 비롯한 폐고무류용 열분해반응장치의 상업적 운전이 곤란하였다.

한편, 폐타이어의 경우 열분해된 차르의 휘발분은 폐타이어의 열분해가 불충분하므로 인하여 탄화수소가 차르에 잔류하는 경우와 열분해에 의해 기화된 탄화수소가 차르에 재흡착되는 2차 반응에 의한 경우가 있는데, 폐타이어를 열분해한 차르의 휘발분은 주로 열분해 가스가 차르에 재흡착되므로서 존재하게 된다. 그러므로 기화된 탄화수소가 차르에 재흡착되는 2차 반응을 최소화 내지는 방지하는 것이 유분과 휘발분이 적은 고순도 차르를 얻는데 무엇보다도 주요한 관건이다.

열분해가 진행되면서 차르가 생성되고, 열분해 가스 흡입관이 반응기 하부의 차르층을 통과하면서 차르가 열분해 가스흡입관을 통하여 배출되는 경향이 있는데, 이렇게 유출되는 차르는 가스배출관과 그 이후의 배기관로상에 퇴적되기 마련이고, 차르의 퇴적현상이 지나쳐 관로가 막히기라도 하면 열분해반응설비의 가동을 중단해야 하는 최악의 사태가 벌어질 가능성도 있느니만치 열분해 차르의 무단 배출방지에 대한 유효하고도 적절한 대책은 열분해반응설비를 운전하는데 반드시 고려할 사항이며, 또한 절실하다.

본 발명은 위에 언급한 바와 같은 종래 폐고무류용 열분해반응장치의 기술적 인 문제점을 십분 고려하여 열분해 가스의 신속한 배출과 반응기 내에서의 열분해 가스의 체류시간을 단축시켜 반응기 내에서의 열전달효율을 높이고 반응기가열용 연료비는 절감하며, 가스흡입관내 차르의 유입억제에 따른 운전성의 개선 및 양질의 차르를 얻을 수 있는 폐고무류용 열분해반응장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 반응기를 가열한 후 배기관로를 거쳐 굴뚝으로 배출되는 폐열로 증기를 발생시키는 증기발생장치를 구비하고, 증기발생장치에서 생산된 증기는 복수의 노즐공이 천공된 증기노즐관을 통해 반응기에 도입하여 열분해 가스의 신속한 배출을 도모하므로서 반응기 내에서 열분해 가스의 체류시간 단축과 이에 따른 열분해작용의 촉진, 그리고 양질의 차르를 얻을 수 있도록 구성한 폐고무류용 열분해반응장치를 제공한다.

본 발명은 가스흡입관 내에 열분해 가스는 배출시키고 차르의 유입은 봉쇄하는 댐퍼를 설치하여 차르 때문에 가스흡입관과 가스배출관의 관로가 축소되거나 막혀서 열분해 가스의 배출에 장애가 되고 차르의 수율감소 등의 부작용을 억제하고, 상업적 연속운전이 가능하며, 열분해 효율을 높일 수 있는 폐고무류용 열분해반응장치를 제공한다.

도 1은 본 발명에 의한 폐고무류용 열분해반응장치의 전체 구성도

도 2는 증기노즐관의 부분도

도 3은 가열로 및 반응기의 확대도

도 4는 가스흡입관의 위치별 댐퍼의 자세변화를 포함한 반응기의 확대종단측 면도

도 5는 댐퍼가 설치된 가스흡입관의 평면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 가열로 2 : 반응기

3 : 증기배출장치 4 : 가스배출관

6 : 가스흡입관 7 : 증기노즐관

7a : 노즐공 9 : 배기관로

10 : 증기관 11 : 댐퍼

12 : 열림방지턱

도 1에서, 본 발명에 의한 페고무류용 열분해반응장치는 가열로(1)내의 반응기(2)와 증기발생장치(3)가 핵심이다. 가열로(1)는 저부에 설치된 연소장치(20)로 반응기(2)를 가열하여 반응기(2)에 장입된 폐타이어, 폐고무 등의 페고무류와 비닐, 폐플라스틱 등의 폐수지류, 폐슬러지 등 열분해가 가능한 모든 물질을 열분해시킬 때 반응기(2)의 상층부로 모이는 열분해가스를 가스흡입관(6)과 가스배출관(4)을 통하여 도시하지 아니한 유분분리장치측으로 배출하도록 구성되어 있다.

반응기(2)는 가스배출관(4)을 회전전 삼아 구동장치(5)에 의해 제자리에서 회전하도록 설치한 것이고, 가스배출관(4)은 관경이 큰 외관(4a) 내에 그보다도 관경이 작은 내관(4b)을 동심원상에 설치한 2중관 형태로서, 외관(4a)의 주벽에는 복수의 가스흡입관(6)이 설치되어 이곳을 통해 반응기(2) 내 상층부로 모이는 열분해 가스가 유입되어 외관(4a)으로 들어 간 후 내관(4b)을 거쳐 대기중으로 확산된다. 상기 가스배출관(4), 구체적으로는 가스배출관(4)의 외관(4a)상에는 가스흡입관(6) 외에 증기노즐관(7)을 부착한다. 가스흡입관(6)은 열분해과정에서 발생하는 열분해 가스가 가스배출관(4)을 거쳐 배출되도록 유도하는 유입구의 역할을 하는 것으로, 외관(4a)의 주면에 소정의 원주피치각과 축방향으로 일정한 간격을 두고 설치한다. 나선상으로 배열할 수도 있다. 여하튼 가스흡입관(6)을 설치할 적당한 원주피치각은 45, 60, 90, 120°가 바람직하다.

이처럼 가스흡입관(6)을 수적으로 늘리면 반응기(2)의 상층부에 모인 열분해 가스를 신속히 흡입하여 배출할 수 있어서 열분해 가스중의 탄화수소의 농도나 부분적으로 압력조절이 가능하므로 가스상의 탄화수소가 차르에 재흡착되는 2차 반응도 억제할 수 있고, 이에 따라 생성된 차르에서 유분의 함량과 휘발분의 함량을 낮출 수 있는 것은 물론 열분해시간 단축과 열효율 증대도 가능해 열분해반응장치의 경제성을 높이는 단초가 된다.

증기노즐관(7)은 증기발생장치(3)에서 제공되는 고온의 증기를 반응기(2) 속으로 내뿜어서 열분해 가스의 배출을 촉진시키는 것으로, 도 2에서 보듯이 주벽에 노즐공(7a)을 다수 천공한 다공관이며, 증기관(10)의 말단에 반응기(2)와 함께 회전가능하도록 연결한다.

증기발생장치(3)는 가열로(1)의 폐열로 저장수를 가온하여 증기를 발생시키고 그 증기를 반응기(2)로 도입하여 열분해 가스의 조기 배출을 돕는 것으로, 가열로(1)에서 온수발생장치(8)로 향하는 배기관로(9)상에 설치하고, 증기발생장치(3)에서 도출한 증기관(10)은 상기한 증기노즐관(7)의 선단에 연결한다.

연소장치(20)는 400∼600℃로 반응기(2)를 가열하여 거기에 장입된 열분해물질을 열분해하게 된다. 열분해가 진행되는 동안 열분해 가스가 생성되고, 열분해 가스는 반응기(2)내 상층부에 모인 후 상위에 위치하는 가스흡입관(6)을 통해 유입되어 가스배출관(4)을 타고 유분분리장치측으로 배출된다.

가스흡입관(6)이 반응기(2)의 하위를 통과할 무렵에는 열분해에 의해 생성된 차르와 반응기(2)의 상층부로 미처 상승하지 못한 열분해 가스 및 폐물질 등이 뒤섞인 차르층을 통가하게 된다. 이 때에 가스흡입관(3)을 통하여 상당량의 차르가 흡입되어 가스배출관(4)을 타고 배출되는 수가 있고 더러는 가스배출관(4) 내에 축적되어 관로를 축소시키므로서 열분해 가스의 신속한 배출을 방해하고 차르의 생성을 저해하며 연속운전에 장애가 되는 부작용이 나타날 수가 있다. 이같이 바람직스럽지 못한 현상을 해결하지 않고는 열분해반응장치의 상업적 운용이 곤란하다. 이 점을 고려한 것이 바로 가스흡입관(6) 마다 설치한 댐퍼(11)이다.

도 3 및 도 4에서, 모든 가스흡입관(6) 내에 설치된 차르 유입방지용 댐퍼(11)는 축(11a)을 기준으로 반분하여 한 쪽의 중량을 크게 해서 무거운 쪽이 댐퍼(11)에서의 추 기능을 발휘토록 하므로서 무거운 쪽(11b)이 언제나 아래로 처져 가스흡입관(6)이 수평에서 상사점을 향해 회전할 때에는 가스흡입관(6)을 열어서 열분해 가스의 배출이 이뤄지도록 하고 가스흡입관(6)이 상사점을 지나 하사점쪽으로 회전하는 과정에서 수평위치에 당도할 무렵에서는 가스흡입관(6)을 닫은 이후 다시 열릴 때까지 차르가 유입되지 못하게 막는 역할을 한다. 댐퍼(11)에 의한 이같은 가스흡입관(6)의 자동 개방-봉쇄기능은 독특한 구조, 즉 축(11a)을 중심으로 양분하여 한쪽을 무겁게 만든 댐퍼(11)에 연유한다.

댐퍼(11)가 상기와 같은 기능을 발휘하는 한 다른 방법으로도 구성이 가능하다. 댐퍼(11)의 반쪽 부위에 추를 부착하여 무게쏠림작용을 유발하는 것이다. 도 4 및 도 5에서, 가스흡입관(3)의 축점을 기준으로 그 바로 외측 가스흡입관(6)의 내면 일점에는 열림방지턱(12)을 부착한다. 열림방지턱(12)은 댐퍼(11)가 가스흡입관(6)을 가로 막은 이후 반응기(2)의 저부를 통과하여 상승회전궤도의 수평 이후 상승과정으로 접어들어 다시 가스흡입관(6)을 개방할 때까지 댐퍼(11)가 함부로 열리지 못하게 저지하게 된다.

이와 같은 구조의 열분해반응장치에 있어서, 반응기(2)에 폐타이어, 폐고무, 폐비닐, 폐슬러지 등의 열분해물질을 장입하고 구동장치(5)로 반응기(2)를 회전시키는 한편으로 연소장치(20)를 가동하여 반응기(2)를 가열하여 열분해반응을 유도한다.

반응기(2)의 가열에 이용된 후의 폐열은 배기관로(9)와 증기발생장치(3), 온수발생장치(8)를 차례로 거쳐 굴뚝을 타고 대기중으로 방출된다. 폐열이 증기발생장치(3)를 통과하는 동안에 열교환이 이뤄져 그 속에 들어 있는 저장수를 가온하여 증기를 발생시키고, 그 증기는 증기관(10)을 거쳐 증기노즐관(7)으로 보내진다. 증기노즐관(7)은 반응기(2)와 함께 회전하면서 폐타이어, 폐고무, 차르 등이 모여 있는 반응기(2)의 하위와 열분해 가스층을 축차적으로 통과하면서 지속적으로 증기를 내뿜는다. 열분해 가스중에서의 증기는 열분해 가스의 압력을 높여 신속한 배출을 돕고 차르에 재흡착되어 2차 반응을 일으키므로서 차르화를 지연시키고 수율도 떨어뜨리는 가스상의 탄화수소가 차르층으로 향하는 것을 극력 억제하며, 차르의 표면 요철에 들어찬 유분을 밀어내서 차르화를 촉진하고 유분의 조속한 배출을 도와준다.

한편으로, 가스흡입관(6)이 차르층을 통과할 때마다 댐퍼(11)는 가스흡입관(6)을 막아 그리로 차르가 유입되는 것을 완벽하게 차단하고, 수평 이후 상사점에 이르는 구간과 상사점에서 하사점으로 이르는 도중의 수평 위치에 당도하기 전에는 가스흡입관(6)을 개방하여 열분해 가스의 배출을 돕는다.

이상 설명한 바를 종합하면 본 발명은 회전식 반응기내의 상층부로 집적되는 열분해 가스를 증기와 다수의 가스흡입관으로 신속히 배출할 수 있으므로 열분해시간이 단축되고, 따라서 열분해반응장치의 운전에 소요되는 연료비를 절감할 수 있다.

또, 열분해 가스흡입관이 정상 부근에 다달으면 저절로 열어서 열분해 가스의 배출이 이뤄지게 하고 정상을 벗어나 하사점으로 향하는 동안에는 스스로 가스흡입관을 막아서 차르가 유입되지 못하게 저지함으로써 가스흡입관과 가스배출관이 좁아지거나 막히는 일이 없게 하는 댐퍼의 작용은 차르의 무단 배출에 기인하던 연속운전장애, 차르화의 지연과 같은 부작용은 근절되며, 이에 따라 연속운전이 가능해진 본 발명의 폐고무류용 열분해반응장치는 상업적 이용가치가 획기적으로 제고된다.

Claims (3)

1. 연소장치(20)가 설치된 가열로(1)내에 가스배출관(4)을 축으로 하는 회전식 반응기(2)가 설치되고, 반응기(2)는 구동장치(5)에 의해 회전이 가능하며, 가스배출관(4)에는 열분해 가스의 배출용 가스흡입관(6)이 설치된 것에 있어서, 가스배출관(4)의 겉에 증기노즐관(7)을 부착하고, 가스흡입관(6)내에는 열분해 가스의 배출 및 차르의 유입방지용 댐퍼(11)를 제자리선회 가능하게 축설치하고, 댐퍼(11)의 축점 바깥쪽에는 댐퍼의 무단열림을 저지하는 열림방지턱(12)을 설치한 것을 특징으로 하는 폐고무류용 열분해반응장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가열로(1)의 배기관로(9)상에 증기발생장치(3)를 설치하여 증기관(10)으로 증기노즐관(7)에 증기를 공급하도록 구성한 폐고무류용 열분해반응장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 증기노즐관(7)은 반응기(2)와 함께 회전이 가능하도록 증기관(10)의 말단에 연결한 폐고무류용 열분해반응장치.