KR200330701Y1

KR200330701Y1 - 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치

Info

Publication number: KR200330701Y1
Application number: KR20-2003-0024260U
Authority: KR
Inventors: 구재완
Original assignee: 구재완
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2003-10-17
Anticipated expiration: 2013-07-28

Abstract

본 고안은 액상 또는 고상의 일반 및 산업폐기물 등과 같은 가연성 폐기물을 고온, 무산소 또는 저산소 분위기하에서 간접적으로 열을 가하여 열분해시켜 공해물질 배출을 줄이며, 고온 열분해되는 가스를 자체의 열원으로서 활용하여 외부로 부터 별도의 연료 공급이 불필요하여 에너지 효율을 극대화할 수 있도록 한 것으로,

액상 및 고상의 폐기물이 혼합되어 투입되는 호퍼와, 호퍼로 부터 폐기물을 일정량씩 자동으로 배출시키고, 폐기물을 따라 유입되는 외부 공기를 제거하는 공기 제거수단이 구비된 폐기물 자동 투입장치와, 폐기물 투입장치를 통해 배출되는 폐기물을 이송, 용융 및 기화시키는 이송스크류가 구동수단에 의해 회전가능하게 설치되며, 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열 분해실과, 열 분해실에 이송되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로서 이용하도록 폐기물의 열분해시 발생되는 열분해가스중 응축이 되지않은 비응축가스를 연소시켜 열 분해실에 소정온도의 열을 공급하는 연소실과, 열 분해실의 가스배출구와 연결되는 촉매반응탑에 의해 열분해가스를 촉매작용 후, 증류탑에서 비등점에 따라 경유와 중유를 생성하여 연소실에 초기 연료로서 공급하는 정제유 생성수단과, 열 분해실로 부터 열분해된 후 배출되는 재를 연속적으로 배출시키고, 재 배출시 외부로 부터 유입되는 외부공기 및 열 분해실로 부터 배출되는 열분해가스를 제거하는 수단이 구비된 자동 배출장치를 구비한다.

Description

연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치{scrapped material thermal resolution device}

본 고안은 가연성 폐기물을 고온, 무산소 또는 저산소 분위기하에서 간접적으로 열을 가하여 열분해시켜 공해물질 배출을 줄이는 열분해 장치의 수율 및 기능을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 폐유 등의 액상(液狀) 폐기물 또는 고상(固狀)의 일반 및 산업폐기물 등과 같은 가연성 폐기물(廢棄物)을 고온 및 저산소 상태의 분위기하에서 연속적인 건조 및 열분해 과정을 동시에 수행하며, 열분해 가스중 비응축되는 가스를 자체의 열원으로서 활용하여 외부로 부터 별도의 연료공급이 불필요하여 에너지효율을 극대화시킬 수 있도록 한 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치 에 관한 것이다.

이하에서, 열분해 장치에서 사용되는 열분해 원리는 가연성 폐기물을 무산소또는 저산소 분위기하에서 간접적으로 열을 가하면 열 분해공간은 환원성 분위기가 조성되며, 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.

일반적으로, 산업 발전으로 인한 공장 증가로 난분해성 폐기물 증가, 음식문화의 다변화로 인해 수분을 많이 함유하는 음식물 쓰레기 및 축산농가로 부터 배출되는 축산폐기물의 배출량은 대폭적으로 증대되고 있으나, 이들 액상 및 고상의 폐기물을 소정의 소각장치를 이용하여 건조 및 연소시켜 소각하는 데에는 처리비용 및 공간의 한계에 직면하게 되므로, 폐기물의 대부분은 매립(埋立) 또는 불법처리하는 방식을 채택하게 된다.

이로 인해, 음식물 쓰레기 및 산업 폐기물로 부터 발생되는 침출수 등으로 인해 토질 및 지하수가 심각하게 오염되며, 축산오폐수의 무단방류로 인해 하천수의 오염이 심각해지는 문제점을 갖게 된다.

한편, 종래에 사용되는 열분해 장치는, 배치(batch)식으로 일정한 분량의 폐기물을 열 분해실 내부에 투입시킨 후, 뚜껑을 닫아 외부로 부터 고온의 열을 가하여 열 분해실을 소정온도로서 가열함에 따라, 폐기물을 열분해시켜 액체, 기체 및 고체상태의 물질로 변환시키는 방식으로 회분식의 방법을 채택하고 있다.

한편, 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.

따라서, 본 고안의 목적은, 가연성 폐기물을 고온, 무산소 또는 저산소 분위기하에서 간접적으로 열을 가하여 열분해시키는 경우, 폐기물을 소정량씩 계속적으로 투입하고 열분해 과정을 거쳐 배출되는 재는 연속적으로 배출시킬 수 있도록 하여 열분해 장치의 수율 및 기능을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치를 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은, 폐기물의 열분해시 간접적으로 접촉되는 열 접촉면적을 최대화하여 폐기물의 열분해 속도를 높임에 따라 값비싼 기기의 효율을 향상시킬 수 있도록 한 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은, 열 분해실 내부에 이상고온 또는 화재 발생시 내부에 설치된 온도센서와 연동되어 자동으로 질소를 공급하여 소화시키는 소화장치를 구비하여 안전성을 확보할 수 있도록 한 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은, 고온 열분해 가스중 비응축가스를 연소실 버너의자체의 열원으로서 활용하여 외부로 부터 별도의 연료 공급이 불필요하여 에너지 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은, 폐기물의 고온 열분해시 배출되는 고온의 폐열을 전기에너지로 변환시켜 공장 등의 동력으로서 재활용하여 폐기물을 자원화할 수 있도록 한 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안에 의한 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치의 개략적인 전체 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 열 분해실의 단면도,

도 3은 도 1에 도시된 폐기물 자동 투입 및 배출장치에서 슬라이드 게이트의 요부발췌확대도,

도 4는 도 3에 도시된 A-A선에서의 단면도,

도 5는 도 3에 도시된 B-B선에서의 단면도,

도 6은 도 3에 도시된 C-C선에서의 단면도,

도 7은 도 6에 도시된 "D"부위의 확대단면도,

도 8은 본 고안에 의한 열분해되어 배출되는 가스를 전기에너지로 변환시켜 동력으로 재활용하는 장치의 블럭도,

도 9는 본 고안에 의한 연속식 액상 및 고상의 폐기물을 열분해시키는 공정을 나타내는 흐름도,

도 10은 본 고안에 의한 연속식 액상 및 고상의 폐기물을 열분해시키는 열 분해실의 요부발췌확대도,

도 11은 도 10에 도시된 A-A선에서의 단면도,

도 12(a,b,c)는 도 10에 도시된 B-B선에서의 변형예시도이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명

1; 믹서기

3,30; 제1슬라이드 게이트

5; 진공필터

7; 진공탱크

9; 질소 투입구

11; 질소 저장탱크

13; 구동기어

15; 베어링

17; 실링유니트

19; 이송날개

21; 온도 감지센서

23; 단열재

25; 열 분해실

27; 연소가스 배출구

29; 프레임

4,31; 제2슬라이드 게이트

33; 연소실

35; 열분해가스 배출구

37; 증류탑

57,57a; 슬라이더

59; 연장가이드

전술한 본 고안의 목적은, 액상 및 고상의 폐기물이 혼합되어 투입되는 호퍼와, 호퍼로 부터 폐기물을 일정량씩 자동으로 배출시키고, 폐기물을 따라 유입되는 외부 공기를 제거하는 공기 제거수단이 구비된 폐기물 자동 투입장치와, 폐기물 투입장치를 통해 배출되는 폐기물을 이송, 용융 및 기화시키는 이송스크류가 구동수단에 의해 회전가능하게 설치되며, 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열 분해실과,

열 분해실에 이송되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로서 이용하도록 폐기물의 열분해시 발생되는 열분해가스중 응축이 되지않은 비응축가스를 연소시켜 열 분해실에 소정온도의 열을 공급하는 연소실과, 열 분해실의 가스배출구와 연결되는 촉매반응탑에 의해 열분해가스를 촉매작용 후, 증류탑에서 비등점에 따라 경유와 중유를 생성하여 연소실에 초기 연료로서 공급하는 정제유 생성수단과,

열 분해실로 부터 열분해된 후 배출되는 재를 연속적으로 배출시키고, 재 배출시 외부로 부터 유입되는 외부공기 및 열 분해실로 부터 배출되는 열분해가스를 제거하는 수단이 구비된 자동 배출장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해장치를 제공함에 의해 달성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 열 분해실 내부에 설치되는 온도 감지센서와, 질소를 저장하며 온도 감지센서와 연동되어 개폐되는 액츄에이터 밸브를 구비하는 질소 저장탱크와, 온도 감지센서에 의해 열 분해실 내부의 온도가 설정값을 초과하는 경우 액츄에이터 밸브 개방으로 인해 열 분해실에 형성된 질소 투입구를 통해 열 분해실 내부에 질소를 자동으로 공급하는 질소 공급장치를 더 구비한다.

전술한 자동 투입장치 및 배출장치는,

제1실린더 구동으로 게이트 몸체에 형성된 안내홈을 따라 슬라이딩이동되어 호퍼 배출구를 개폐시키는 제1슬라이더 게이트와, 제2실린더 구동으로 게이트 몸체에 형성된 안내홈을 따라 슬라이딩이동되어 제1슬라이더 게이트와의 사이에 임시저장 호퍼를 형성하는 제2슬라이더 게이트와, 외부로 부터 임시저장 호퍼에 유입되는 외부공기 및 열 분해실로 부터 임시저장 호퍼에 배출되는 열분해가스를 제거하여 열 분해실 내부에 무산소 상태의 분위기를 유지하는 공기 제거수단을 구비한다.

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 게이트몸체에 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.

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

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

전술한 열 분해실은,

단면적이 원형으로 형성되며, 이송스크류와 열 분해실 입,출구케이싱사이의 간극을 최소화하여 열분해 가스의 역류되는 것을 차단하는 가스 역류방지구간과, 이송스크류 구동시 폐기물을 이송시키도록 하부에 형성되는 이송공간과, 이송, 용융 및 기화되는 폐기물의 열분해시 증발되는 열분해 가스를 체류시키도록 상부측에 형성되는 체류공간으로 이루어진 열분해 공간을 구비하여 이루어진다.

전술한 열 분해실은 그 단면적 형상이 원형, 타원형 또는 유선형으로 형성된다.

전술한 구동수단으로 사용되는 구동모터는 이송스크류의 회전속도를 조절할 수 있도록 VS모터, DC모터, 인버터장착된 기어드모터중 선택되는 어느 하나가 사용될 수 있다.

전술한 본 고안의 목적은, 분쇄 및 선별처리되어 공급되는 가연성 고상 및 액상 폐기물을 믹서기에 의해 혼합하는 제1단계와, 호퍼에 투입되는 폐기물을 자동 투입장치에 의해 호퍼로 부터 일정량씩 강제적으로 배출시키되, 폐기물을 따라 유입되는 외부 공기를 제거하는 제2단계와, 호퍼로 부터 열 분해실에 투입되는 폐기물을 이송스크류에 의해 이송, 용융 및 기화시키되, 고온 및 저산소상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 제3단계와,

열 분해실에 투입되는 폐기물을 연속적으로 건조 및 열분해시키도록 폐기물 열분해시 발생되는 열분해가스중 응축이 되지않은 비응축가스를 연소시켜 열 분해실 내부에 소정온도의 열을 공급하는 제4단계와, 열 분해실로 부터 배출되는 열분해가스는 탈황, 탈질소 및 탈염소 제거장치를 통과하고, 촉매작용 후 증류탑에서 비등점에 따라 경유와 중유를 생성하여 연소실 가동시 초기 연료로 사용하는 제5단계와,

열 분해실로 부터 열분해되는 재를 연속적으로 배출시키고, 재 배출시 외부로 부터 유입되는 외부공기 및 열 분해실로 부터 배출되는 열분해가스를 제거하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 방법을 제공함에 의해 달성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 폐기물을 건조 및 열분해시키는 열 분해실 내부의 온도는 300∼500℃를 유지한다.

전술한 열 분해실로 부터 배출되는 소정온도(400∼500℃를 말함)의 열에너지를 증기보일러에 공급하여 증기상태로 변환하고, 변환된 증기로서 터빈을 회전시키며, 터빈의 회전시 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 동력으로 사용된다.

전술한 제5단계에서 사용되는 촉매로서 니트로 그리세린, 유황, 무연탄, 활성탄, 삭카린 나트륨, 화약, 붕사, 규소, 알루미나 나이트션, 아교가 사용될 수 있다.

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

도 1 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 고안에 의한 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치는, 폐유 등의 가연성 액상 폐기물 및 폐합성수지 등의 고상의 폐기물이 믹서기(1)에서 혼합되어 투입되며 폐기물 정량 투입센서(55,56)가 내설되는 호퍼(2)와, 호퍼(2)로 부터 폐기물을 일정량씩 자동으로 배출시키고 폐기물을 따라 유입되는 외부 공기를 제거하는 공기 제거수단(E)이 구비된 폐기물 자동 투입장치(A)와,

폐기물 자동 투입장치(A)를 통해 배출되는 폐기물을 이송, 용융 및 기화시키는 이송날개(19)가 장착된 이송스크류(18)가 구동모터(12)에 연결되는 기어(13,14)및 베어링(15)의 지지에 의해 회전가능하게 설치되며, 고온(300∼500℃를 말함) 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열 분해실(25)과,

열 분해실(25)에 이송되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로서 이용하도록 폐기물의 열분해시 발생되는 열분해가스중 응축이 되지않은 비응축가스를 연소시켜 열 분해실(25)에 소정온도의 열을 공급하는 고온 연소실(33)과, 열분해된 열분해가스는 탈황, 탈질소, 탈염소 제거장치를 통과하고, 열분해가스는 열 분해실(25)의 가스배출구(35)와 연결되는 촉매반응탑(36)을 거치면서 큰 분자량에서 작은 분자량으로 크랭킹되어 증류탑(37,38)으로 이송되며, 증류탑(37,38)에서 비등점에 따라 경유와 중유를 생성하여 연소실(33)에 초기 연료로서 공급하는 정제유(경유, 중유를 말함) 생성수단(C)과,

열 분해실(25)로 부터 열분해된 후 배출되는 재(char)를 연속적으로 배출시키고, 재 배출시 외부로 부터 유입되는 외부공기 및 열 분해실(25)로 부터 배출되는 열분해가스를 제거하는 공기 제거수단(E)이 구비된 자동 배출장치(B)를 구비한다.

이때, 전술한 열 분해실(25) 내부에 설치되는 온도 감지센서(21)와, 질소를 저장하며 온도 감지센서(21)와 연동되어 개폐되는 액츄에이터 밸브(10)를 구비하는 질소 저장탱크(11)와, 온도 감지센서(21)에 의해 열 분해실(25) 내부의 온도가 설정값을 초과하는 경우, 열분해장치의 오작동 또는 조작자의 실수로 인해 열분해실(25)에 용존산소량이 30%를 초과하는 경우, 액츄에이터 밸브(10) 개방으로 인해 열 분해실(25)에 형성된 질소 투입구(9)를 통해 열 분해실(25) 내부에 질소 저장탱크(11)로부터의 질소를 자동으로 공급하는 질소 공급장치를 더 구비한다.

전술한 자동 투입장치(A) 및 배출장치(B)는,

유압 또는 공압으로 작동되는 제1실린더(60) 구동으로 게이트 몸체(58)에 형성된 안내홈(58a)을 따라 슬라이더(57)가 슬라이딩이동되어 호퍼(2) 배출구를 자동으로 개폐시키는 제1슬라이드 게이트(3,30)와, 유압 또는 공압의 제2실린더(60a) 구동으로 게이트 몸체(58)에 형성된 안내홈(58a)을 따라 슬라이더(57a)가 슬라이딩이동되어 제1슬라이드 게이트(3,30)와의 사이에 임시저장 호퍼(D)를 형성하는 제2슬라이드 게이트(4,31)와, 외부로 부터 임시저장 호퍼(D)에 폐기물과 함께 유입되는 외부공기 및 열 분해실(25)로 부터 임시저장 호퍼(D)에 배출되는 열분해가스를 제거하여 열 분해실(25) 내부에 무산소 상태의 분위기를 유지하는 공기 제거수단(E)을 구비한다.

전술한 제1,2슬라이드 게이트(3,30)(4,31)는,

전술한 게이트 몸체(58)에 연장형성되며 슬라이더(57,57a)가 수평방향으로 슬라이딩되도록 안내홈(58a)으로 부터 이탈시 지지하는 연장가이드(59)와, 게이트 몸체(58)에 형성된 안내홈(58a)을 따라 슬라이딩이동되는 슬라이더(57,57a) 상면을 가압지지하여 슬라이더(57,57a)를 게이트 몸체(58)에 대해 밀착시켜 기밀을 유지하는 볼(61a) 및 볼(61a)을 탄성지지하는 탄성부재(61b)로 이루어진 기밀 유지수단과,

안내홈(58a)으로 부터 이탈되는 슬라이더(57,57a)가 연장가이드(59)로 이동시 슬라이더(57,57a) 상면을 가압지지하여 슬라이더(57,57a)를 연장가이드(59)에 밀착시켜 기밀을 유지하는 볼(66) 및 볼(66)을 탄성지지하는 탄성부재(67)와, 슬라이더(57,57a) 바닥면과 연장가이드(59)의 접촉면사이에 형성된 결합홈(69)에 결합되고, 슬라이더(57,57a) 이동시 게이트 몸체(58)와 슬라이더(57,57a)사이에 마찰을 방지하는 가이더(65)를 구비한다.

이때, 전술한 슬라이더(57,57a) 이동시 마찰으로 인해 파손되는 것을 방지할 수 있도록 가이더(65)의 재질은 슬라이더(57,57a)의 재질보다 상대적으로 연약한 것으로 형성됨이 바람직하다.

전술한 제1,2슬라이드 게이트(3,30)(4,31)의 안내홈(58a)과 연통되게 게이트 몸체(58)에 장착되며, 슬라이더(57,57a) 이동시 안내홈(58a)으로 부터 배출되는 이물질을 집적시키며, 이물질을 수시로 제거할 수 있도록 도어(63)가 설치되는 이물질 제거함(62)을 더 구비한다.

전술한 열 분해실(25)은,

단면적이 원형으로 형성되며, 이송스크류(18)와 열 분해실 입,출구케이싱(20a,20b)사이의 간극을 최소화하여 열분해 가스의 역류되는 것을 차단하는 가스 역류방지구간(L1)을 형성하는 예비 열 분해실과, 이송스크류(18) 구동시 폐기물을 이송시키도록 하부에 원형으로 형성되는 이송공간(S1)과, 폐기물의 열분해시 증발되는 열분해 가스를 체류시키도록 상부측에 원형, 타원형 또는 유선형으로 형성되는 체류공간(S2)으로서 이루어져 메인 열 분해실을 구비하여 형성된다.

전술한 구동수단으로 사용되는 구동모터(12)는 이송스크류(18)의 회전속도를 조절하여 폐기물의 열 분해속도를 가변조절할 수 있도록 VS모터, DC모터, 인버터장착된 기어드모터중 선택되는 어느 하나가 사용될 수 있다.

이하에서, 본 고안에 의한 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치의 사용방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일반 및 산업체 폐기물을 포함하는 가연성 고상의 폐기물은 입하후, 선별기를 경유하여 흙, 먼지 등이 제거되며 비철금속 등이 선별되어 선별된 일부 폐기물은 재활용된다(S100 참조). 선별처리된 가연성 폐기물은 분쇄기로 이동되어 소정크기로 파쇄 및 분쇄되어진다(S200 참조).

분쇄된 가연성 폐기물은 건조기를 경유하여 폐기물에 포함된 수분이 제거된다(S300 참조). 수분이 제거된 고상의 가연성 폐기물은 2차 분쇄기에서 잘게 분쇄된 후 컨베이어를 따라 믹서기로 이송되어 폐유 등과 같은 액상의 가연성 폐기물과 믹서기(1)에 투입되어 혼합된 후 호퍼(2)에 투입된다(S400 참조).

전술한 호퍼(2)에 투입되는 액상 및/또는 고상의 혼합된 폐기물은 전술한 폐기물 자동 투입장치(A)에 의해 일정량씩 열 분해실(25)로 투입된다.

즉, 전술한 호퍼(2)에 내설된 폐기물 투입 감지센서(55,56)의 검출에 의해 제1슬라이드 게이트(3)의 슬라이더(57)가 유압 또는 공압으로 작동되는 제1실린더(60) 구동으로 인해 개방됨에 따라, 호퍼(2)내의 소정량의 폐기물은 제2슬라이드 게이트(4)상에 투입된 후, 지정된 소정시간 경과후 제1슬라이드 게이트(3)는 제1실린더(60) 구동으로 인해 닫힌다.

이때, 제1,2슬라이드 게이트(3,4) 사이에 설치되는 공기 제거수단(E) 구동에 의해 제1,2슬라이드 게이트(3,4)사이의 임시저장 호퍼(D) 내부를 무산소 상태로 만들게 된다.

즉, 폐기물을 따라 임시저장 호퍼(D)에 유입된 외부공기는 진공펌프(8)에 의해 진공상태를 형성하는 진공탱크(7)와 연결되는 진공밸브(6)의 개방으로 인해 진공탱크(7)에 순간적으로 흡입되므로, 임시저장 호퍼(D)는 진공상태를 유지한다.

즉, 임시저장 호퍼(D)내에 유입되는 외부공기는 진공필터(5) - 진공밸브(6) - 진공탱크(7) - 진공펌프(8)를 차례로 통과하여 연소실(33)내로 공급된다.

전술한 제2슬라이드 게이트(4)의 슬라이더(57a)가 제2실린더(60a)의 작동으로 인해 개방됨에 따라, 임시저장 호퍼(D)에 저장된 폐기물은 열 분해실(25)로 자동으로 이동된다. 이때 열 분해실(25)로 부터 임시저장 호퍼(D)에 유입되는 열분해가스는 전술한 공기 제거수단(E) 구동으로 인해 제거되므로, 전술한 과정을 반복하여 연속적으로 실행함에 따라 호퍼(2)로부터의 폐기물을 열 분해실(25)에 일정량씩 연속적으로 투입시킬 수 있게 된다.

한편, 열 분해실(25)에서는 수분분리, 탈가수화, 탈황, 탈폴리머, 탈카복실기,탄소결합고리의 파괴(C-C결합고리), 지방족 형성과 같은 사슬형태의 지방족 형성, 방향족화, C-O결합파괴, C-N결합파괴가 이루어진다.

전술한 임시저장 호퍼(D)로 부터 폐기물이 전술한 열 분해실(25)으로 자동으로 투입되는 경우, 폐기물은 이송스크류(18) 외주연에 형성된 이송날개(19)에 의해 도 1 도면상, 우측방향(화살표시방향)으로 이송되며, 이송되면서 용융 및 기화되는 폐기물은 고온 및 저산소상태의 분위기를 유지하는 열 분해실(25)에서 간접적으로 가해지는 열에 의해 연속적으로 열분해된다.

이때, 전술한 구동수단의 구동모터(12)의 회전력은 이와 연결된 구동기어(13)와 체인(미도시됨)을 통해 이송스크류(18)에 고정된 피동기어(14)에 전달되므로, 이송스크류(18) 양단부를 지지하는 베어링(15) 및 열 분해실(25)을 형성하는 케이싱(20)을 지지하도록 프레임(29)에 장착된 실링유니트(16,17)에 의해 지지되어 이송스크류(18)는 소정속도로 회전된다.

한편, 폐기물에 간접적으로 열을 가하는 열원은 전술한 고온의 연소실(33)로 부터 공급된다. 즉, 열분해장치가 가동되는 초기의 열 분해실(25)의 열분해공간 내부의 온도는, 경유 또는 정제된 정제유를 사용하는 전술한 고온의 연소실(33)의 가동으로 인해 소정온도(300 내지 500℃정도)로서 승온시킨다.

이때, 연소실(33)은 열 분해실(25)로 부터의 열분해 가스가 아직 생성되지않아 연소실(33) 내부의 온도가 소정온도로 승온되기전까지는 초기연료(경유 등을 말함)를 사용한다. 연소실(33)에서 승온된 배기가스는 케이싱(22)에 형성된 열원 투입구(26)를 통해 유입된 후, 열 분해실(25) 외측으로 형성되는 환형의 열 분해실(25)의 케이싱(22)의 내부공간을 통과한후 열원 배출구(27)를 통해 외부로 배출된다.

전술한 열 분해실(25)에 투입되는 폐기물 열분해시 열 분해실(25)의 가스 역류방지구간(L1)에 해당되는 입구측 케이싱(20a)과 이송날개(19)사이의 간극이 최소로 형성됨에 따라, 열 분해실(25)로부터의 고온의 열분해 가스가 임시저장 호퍼(D)쪽으로 역류되는 것이 방지된다.

한편, 폐기물은 전술한 이송스크류(18)의 구동시 단면적이 유선형인 열 분해실(25)의 하부측에 원형으로 형성되는 이송공간(S1)을 따라 배출구측으로 이송되고, 폐기물 열분해시 증발되는 열분해 가스는 열 분해실(25) 상부측에 형성되는 체류공간(S2)에 체류되면서 폐기물에 간접적으로 고온의 열을 가하여 열분해시킨 후, 열분해가스 배출구(35)를 통해 촉매반응탑(36)으로 배출된다.

한편, 열분해장치의 가동중 오작동 발생, 또는 조작자의 개인 실수 등으로인해 열 분해실(25) 내부에 용존산소량이 설정값(일예로서 30%를 말함)을 초과하는 경우, 전술한 자동 투입장치(A)와 배출장치(B)가 오작동으로 인해 개방되어 외부공기가 열 분해실(25)에 유입됨에 따라 열 분해실(25)에 투입된 폐기물에 외부공기가 공급되어 점화가 발생되어지는 것을 질소 공급장치의 작동으로 인해 방지할 수 있게 된다.

즉, 전술한 열 분해실(25)에 내설된 온도 감지센서(21)에 의해 검출되는 열 분해실(25) 내부의 온도가 설정값을 초과하는 경우, 온도 감지센서(21)와 연동되는 액츄에이터 밸브(10) 개방으로 인해 질소 저장탱크(11)로부터의 질소를 열 분해실(25)에 형성된 질소 투입구(9)를 통해 열 분해실(25) 내부에 자동으로 공급할 수 있게 된다.

한편, 열분해된 후 열분해가스 배출구(35)를 통해 배출되는 열분해가스는 탈황, 탈질소, 탈염소 제거장치를 통과한 후, 열분해가스는 촉매반응탑(36)을 거치면서 큰 분자량에서 작은 분자량으로 크랭킹되어 증류탑(37,38)으로 이송되며, 증류탑(37,38)에서 비등점에 따라 경유와 증유를 생성하여 일부를 연소실(33)에 초기 연료로서 공급한다.

열분해 과정을 거쳐 이송날개(19)를 따라 배출구측으로 이송되는 잔재물(char)은 전술한 자동 배출장치(B)쪽으로 이동된다. 전술한 제1슬라이드 게이트(30)의 제1실린더(60) 구동으로 슬라이더(57) 개방시, 열분해된 잔재물은 임시저장 호퍼(D)에 투입되고 슬라이더(57)는 설정시간후 닫힌다.

이때, 잔재물을 따라 임시저장 호퍼(D)에 유입된 소량의 열분해가스는 진공펌프(8)와 연결된 진공밸브(6) 개방으로 인해 제거되므로 임시저장 호퍼(D) 내부는 무산소 상태를 유지한다.

전술한 제2슬라이드 게이트(31) 개방으로 재는 외부로 안전하게 배출된 후 제2슬라이드 게이트(31)의 슬라이더(57a)는 닫힌다. 이때 외부로 부터 임시저장 호퍼(D)에 유입되는 외부공기는 전술한 진공밸브(6) 개방으로 인해 진공탱크(7)로 흡입되므로 임시저장 호퍼(D)는 무산소 상태를 유지한다.

이로 인해, 전술한 열 분해실(25)로 부터 열분해된 후 이송되는 재를 연속적으로 배출시킬 수 있게 된다.

한편, 제1,2슬라이드 게이트(3,30)(4,31)의 계속적인 구동에 의해 슬라이더(57,57a) 끝단 또는 안내홈(58a) 사이에 누적되어 쌓이는 이물질로 인해 슬라이더(57,57a)의 개폐구동에 간섭을 받는 경우[일예로서 제1,2슬라이드 게이트(3,30)(4,31)의 오작동을 말함], 안내홈(58a) 끝단부에 연통되게 형성된 이물질제거함(62)에 의해 안내홈(58a)의 막히는 것을 방지할 수 있다. 이때, 전술한 이물질제거함(62)에 누적되는 이물질의 청소는 장비의 작동중에도 도어(63)를 개방하여 수행할 수 있음은 물론이다.

전술한 제1,2실린더(60,60a) 구동시 게이트 몸체(58)와 연장가이드(59)에 형성된 안내홈(58a)을 따라 수평이동되는 슬라이더(57,57a) 상면을 게이트 몸체(58)와 연장가이드(59)에 대해 가압지지하는 볼(61a,66)에 의해 기밀을 유지하게됨에 따라 안내홈(58a)을 통해 가스 또는 공기의 누출되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 연장가이드(59)와 슬라이더(57,57a)사이에 형성된 결합홈(69)에 장착된 가이더(65)를 슬라이더(57,57a) 이동시 수평이동 및 왕복구동이 정밀하게 이루어져 게이트몸체(58)와 슬라이더(57,57a)의 마찰을 방지할 수 있게 된다.

이와 같은 과정을 반복적으로 수행함에 따라, 전술한 열 분해실(25) 내부는 고온, 저산소상태의 분위기를 계속적으로 유지하게 되며, 연속적인 열분해 작업이 가능해진다.

전술한 열 분해실(25) 입구측에 투입되는 폐기물의 열분해 속도는 폐기물의 조성비, 수분량에 따라 그 열분해 속도가 결정되므로, 이송스크류(18)에 나선형으로 형성된 이송날개(19)를 따라 도 1의 도면상, 우측방향(화살표시방향)으로 연속적으로 이동하게 된다. 이때, 전술한 구동모터(12)의 가변 구동으로 인해 이송스크류(18)가 가변 구동함에 따라 폐기물의 열분해 속도를 가변조정하여 열분해 수율을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 전술한 열 분해실(25) 내부의 온도를 300 내지 500℃로 유지하는 경우, 열 분해실(25)의 몸체 및 이송스크류(18)는 고온의 열에 의해 수축 및 팽창을 반복하는 경우에도, 열 분해실(25) 양단부를 지지하는 열팽창가이드(24)에 의해 유선형인 열 분해실(25)이 항시 초기상태를 유지할 수 있게 된다.

열분해된 잔재물의 배출시 제1,2슬라이드 게이트(30,31) 사이의 임시저장 호퍼(D)에 유입되는 공기 및 가스는, 열 분해실(25) 입구측의 제1,2슬라이드 게이트(3,4)에서와 같이 진공필터(5) - 진공밸브(6) - 진공탱크(7) - 진공펌프(8)를 경유하여 연소실(33)에 공급되어 제거된다.

전술한 바와 같이, 본 고안에 의한 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치는 아래와 같은 특징을 갖는다.

①폐합성 고분자 폐기물의 분해조성,

폐합성고분자화합물의 열분해 특성은 잔재물(char) 5%와 열분해가스 95%로 분류된다. 열분해가스의 발열량은 폐기물의 종류에 따라 고위발열량의 6800kcal/㎥N ∼ 10642kcal/㎥N, 저위발열량은 6200kcal/㎥N ∼ 8376kcal/㎥N, 이중 열분해가스의 조성성분은 유류성분의 응축가스 85%와 유류성분이 없는 비응축가스 15%로 분류되며, 비응축가스의 조성성분은 미확인가스 5%와 확인가스 10%(H₂,CO,CO₂,CH₄), 이중 확인가스의 특징은 전부 연료로 사용가능한 성분이고 고위발열량은 3900kcal/㎥N ∼ 4030kcal/㎥N, 저위발열량은 3700kcal/㎥N ∼ 3800kcal/㎥N이다.

②도시쓰레기의 열분해 특성

도시폐기물의 비응축가스의 발열량은 2500kcal/㎥N ∼ 3500kcal/㎥N, 도시폐기물중 폐합성수지가 포함된 폐기물의 발열량은 4000kcal/㎥N ∼ 5000kcal/㎥N이다.

③열분해 반응의 특징

간접가열방식으로 최적의 반응온도는 300 ∼ 500℃이고, 반응시 특징은 수분분리, 탈가수화, 탈황, 탈폴리머, 탈카복실기, 탄소결합고리의 파괴(C-C결합고리), 지방족형성과 짧은 사슬형태의 지방복형성, 방향족화, C-O결합파괴, C-N결합파괴가 이루어진다.

④유류생생공정의 특징

열분해기에서 생성된 열분해가스는 탈황, 탈질소, 탈염소 제거장치를 통과하고 이들을 통과한 탄화가스는 촉매장치를 거치면서 큰 분자량에서 작은 분자량으로 크랭킹되어 다시 증류탑으로 이송되며, 증류탑에서 비등점에 따라 휘발유와 경유를 생산하게 된다.

⑤각 폐기물별 열분해온도의 특징

PE는 422 ∼ 506℃, PP는 379 ∼ 489℃, PS는 380 ∼ 471℃, 나일론은 402 ∼ 467℃, 고무는 167 ∼ 762℃이다.

⑥열분해 잔재물의 특징

오랜시간 반응할수록 분해효율이 커지고, 혼합 플라스틱재인 경우 회분의 함량이 47∼65%이고 발열량은 3000kcal/㎥N ∼ 4000kcal/㎥N이며, 플라스틱에 함유된 중금속(Pb, Cu, Ni 등을 말함)이 고정된다.

⑦열분해 촉진을 위한 촉매의 구성

난 분해성 폐기물 또는 좀더 빠른 열분해를 요하는 경우에만 사용되어진다.

촉매로서 니트로 그리세린 2.5중량%, 유황 10중량%, 무연탄 60중량%, 활성탄 10중량%, 삭카린 나트륨 1.5중량%, 화약 1.0중량%, 붕사 3중량%, 규소 7중량%, 알루미나 나이트션 3중량%, 아교 2.0중량% 사용된다.

이상에서와 같이, 본 고안에 의한 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치는 아래와 같은 이점을 갖는다.

액상 또는 고상의 가연성 폐기물을 고온, 무산소 또는 저산소 분위기하에서 간접적으로 열을 가하여 열분해시키는 경우, 폐기물을 소정량씩 계속적으로 투입하여 열분해시 배출되는 재는 연속적으로 배출시킬 수 있어 열분해 장치의 수율 및 기능을 대폭 향상시켜 동업종 분야에서 경쟁력을 갖게 된다.

또한, 열 분해실 내부에 이상고온 또는 화재 발생시 내부에 설치된 온도센서와 연동되어 자동으로 질소를 공급하여 소화시키는 소화장치를 구비하여 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 폐기물의 열분해시 열 접촉면적을 최대화하여 폐기물의 열분해 속도를 높여 열분해 장치의 작업성을 현저하게 향상시키고, 폐기물을 이송, 건조 및 고온 열분해시키는 공정을 무인 자동화하여 인건비를 대폭 줄일 수 있다.

또한, 고온 열분해가스를 연소실버너의 자체의 열원으로서 활용하여 외부로 부터 별도의 연료 공급이 불필요하여 에너지를 절감하고, 폐기물의 열분해시 배출되는 고온의 폐열을 전기에너지로 전환시켜 공장 등의 동력으로 재생하여 폐기물을 자원화할 수 있다.

Claims

액상 및 고상의 폐기물이 혼합되어 투입되는 호퍼;

상기 호퍼로 부터 폐기물을 일정량씩 자동으로 배출시키고, 폐기물을 따라 유입되는 외부 공기를 제거하는 공기 제거수단이 구비된 폐기물 자동 투입장치;

상기 폐기물 투입장치를 통해 배출되는 폐기물을 이송, 용융 및 기화시키는 이송스크류가 구동수단에 의해 회전가능하게 설치되며, 고온 및 저산소 상태의 분위기를 유지하여 폐기물을 간접가열에 의해 연속적으로 열분해시키는 열 분해실;

상기 열 분해실에 이송되는 폐기물을 열분해시키는 열원으로서 이용하도록 상기 폐기물의 열분해시 발생되는 열분해가스중 응축이 되지않은 비응축가스를 연소시켜 상기 열 분해실에 소정온도의 열을 공급하는 연소실;

상기 열 분해실의 가스배출구와 연결되는 촉매반응탑에 의해 열분해가스를 촉매작용 후, 증류탑에서 비등점에 따라 경유와 중유를 생성하여 그중 일부를 상기 연소실에 초기 연료로서 공급하는 정제유 생성수단; 및

상기 열 분해실로 부터 열분해된 후 배출되는 재를 연속적으로 배출시키고, 재 배출시 외부로 부터 유입되는 외부공기 및 열 분해실로 부터 배출되는 열분해가스를 제거하는 수단이 구비된 자동 배출장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해장치.
청구항 1에 있어서, 상기 열 분해실 내부에 설치되는 온도 감지센서와, 질소를 저장하며 온도 감지센서와 연동되어 개폐되는 액츄에이터 밸브를 구비하는 질소 저장탱크와, 상기 온도 감지센서에 의해 열 분해실 내부의 온도가 설정값을 초과하는 경우 상기 액츄에이터 밸브 개방으로 인해 상기 열 분해실에 형성된 질소 투입구를 통해 열 분해실 내부에 질소를 자동으로 공급하는 질소 공급장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 자동 투입장치 및 배출장치는;

제1실린더 구동으로 게이트 몸체에 형성된 안내홈을 따라 슬라이딩이동되어 상기 호퍼 배출구를 개폐시키는 제1슬라이드 게이트;

제2실린더 구동으로 게이트 몸체에 형성된 안내홈을 따라 슬라이딩이동되어 상기 제1슬라이드 게이트와의 사이에 임시저장 호퍼를 형성하는 제2슬라이드 게이트; 및

외부로 부터 상기 임시저장 호퍼에 유입되는 외부공기 및 상기 열 분해실로 부터 상기 임시저장 호퍼에 배출되는 열분해가스를 제거하여 상기 열 분해실 내부에 무산소 상태의 분위기를 유지하는 공기 제거수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치.
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 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치.
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 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 제1,2슬라이드 게이트의 안내홈과 연통되게 상기 게이트 몸체에 장착되며, 상기 슬라이더 이동시 상기 안내홈으로 부터 배출되는 이물질을 모으는 이물질 제거함을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 열 분해실은;

단면적이 원형으로 형성되며, 이송스크류와 상기 열 분해실 입,출구케이싱사이의 간극을 최소화하여 열분해 가스의 역류되는 것을 차단하는 가스 역류방지구간; 및

상기 이송스크류 구동시 폐기물을 이송시키도록 하부에 형성되는 이송공간과, 이송 및 건조되는 폐기물의 열분해시 증발되는 열분해 가스를 체류시키도록 상부측에 형성되는 체류공간으로 이루어진 열분해 공간을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치.
청구항 1,2,7항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열 분해실은 그 단면적 형상이 원형, 타원형 또는 유선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 구동수단으로 사용되는 구동모터는 상기 이송스크류의 회전속도를 조절할 수 있도록 VS모터, DC모터, 인버터장착된 기어드모터중 선택되는 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 연속식 액상 및 고상의 폐기물 열분해 장치.