[국내논문]디스크 이동식 폐타이어 열분해 실증 설비의 운전 특성 고찰 Study on Operation Characteristics of Waste Tire Pyrolysis Demonstration Plant with Moving Disk Tube Reactor System원문보기
본 연구에서는 디스크 이동식 폐타이어 열분해 실증 설비(10톤/일)를 설계, 제작 그리고 시운전을 통하여 열분해 설비의 안정적인 연속 운전이 가능함을 확인하였다. 시운전 결과 반응기 내부 온도는 $500{\sim}600^{\circ}C$, 내부 압력은 $-80{\sim}-100mmHg$, 체류시간은 $60{\sim}90min$ 범위에서 안정적인 열분해가 일어났다. 또한 이번 과제 수행을 통해NC 가스의 연소기를 개발 적용하여 NC 가스의 열분해 열원으로 사용 가능성을 확인하였으며, NC 가스 연소 시 대기 측정을 통하여 규제치도 만족함을 확인할 수 있었다. 지금까지 나온 결과는 장기 연속 운전과 scale-up을 위한 기초 자료가 될 것이다.
본 연구에서는 디스크 이동식 폐타이어 열분해 실증 설비(10톤/일)를 설계, 제작 그리고 시운전을 통하여 열분해 설비의 안정적인 연속 운전이 가능함을 확인하였다. 시운전 결과 반응기 내부 온도는 $500{\sim}600^{\circ}C$, 내부 압력은 $-80{\sim}-100mmHg$, 체류시간은 $60{\sim}90min$ 범위에서 안정적인 열분해가 일어났다. 또한 이번 과제 수행을 통해NC 가스의 연소기를 개발 적용하여 NC 가스의 열분해 열원으로 사용 가능성을 확인하였으며, NC 가스 연소 시 대기 측정을 통하여 규제치도 만족함을 확인할 수 있었다. 지금까지 나온 결과는 장기 연속 운전과 scale-up을 위한 기초 자료가 될 것이다.
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문제 정의
후)운전실험이">운전 실험이 수행 중이다. 본 논문에서는 이 운전실험에 대한 내용을 간략히 소개하고자 한다.
후)응축온도를">응축 온도를 조절한다. 응축기 전단에 Quencher를 설치한 이유는 반응기에서 비산되는 입자들과 tar성분들이 Condenser에 유입되는 것을 방지하기 위한 것이다. 응축된 오일은 Oil Storage Tank에 모아 정치하여 밀도차에 의한 상분리가 일어나도록 한다.
제안 방법
디스크 이동식 폐타이어 열분해 실증 설비는 설계 설치된 후 총 14차에 걸쳐서 시운전이 진행되었으며, 1차~8차까지의 시운전은 무부하 상태에서 trouble shooting을 위해 진행되었다. 투입된 폐타이어는 20~30mm 크기의 chip형태를 사용하였으며 약간의 철심을 포함하고 있는 것을 투입하였다.
반응기 온도가 40℃에 도달하면 Rubber Chip을 상부에서 투입하였으며, Rubber Chip의 투입과 함께 열분해 반응이 시작되었다. 반응기를 가열하는 열원은 Hot Gas Generato에서r NC가스를 연료로 연소한 약 900~1000℃의 가스로 반응기를 가열하도록 하였고, 반응기 내부의 온도를 감지하여 NC가스 공급량을 줄이거나 과잉 공기를 조절하여 Hot Gas온도를 제어하였다. 폐타이어 투입량이 작은 저부하
후)파쇄된">파쇄 된 폐타이어조각(Rubber Chip)들은 Bucket Elevator로 투입되고 1, 2차 Scrap Silo를 거쳐 Screw Conveyor를 통해 정량으로 Pyrolysis Reactor에 공급된다. 이때 1, 2차 Scrap Silo 유입부에 각각 두 개의 Knife Gate Valve를 교차적으로 개폐 작동시켜 타이어가 투입될 때 외부공기의 유입이나 내부 가스의 유출을 방지하여 진공 상태가 유지되도록 하였다.
초기 반응기의 온도는 경유버너를 이용하여 승온 하였으며, 반응기 재질의 열적응력을 높이기 위해 100℃씩 올라갈 때마다 10분간 버너를 정지시키고 온도를 유지시켰다. 반응기 온도가 40℃에 도달하면 Rubber Chip을 상부에서 투입하였으며, Rubber Chip의 투입과 함께 열분해 반응이 시작되었다.
후)반응 기">반응기 내부의 온도를 감지하여 NC가스 공급량을 줄이거나 과잉 공기를 조절하여 Hot Gas온도를 제어하였다. 폐타이어 투입량이 작은 저부하 시 비응축가스의 발생량이 작을 경우 경유를 연소하여 반응기 온도를 유지하도록 하였다.
대상 데이터
본 플랜트는 디스크 이동식 폐타이어 열분해 설비로서 처리 용량은 10톤/일이며, 길이 12m, 내경 350mm의 원형관 내에 디스크 이동식 콘베이어를 설치하여 가동하였다. Fig.
투입된 폐타이어는 크기의 20~30mm chip형태를 사용하였으며 약간의 철심을 포함하고 있는 것을 투입하였다.
디스크 이동식 폐타이어 열분해는 550℃에서 수행되었다. 폐타이어 열분해를 통해 얻어진 생성물은 solid상으로는 Carbon Black과 Steel, liquid상으로는 Recovered Oil이 생성되었으며, gas상으로는 NC Gas가 생성되었다. 본 실험에서 얻어진 폐타이어 열분해 생성물의 수율은 무게비로 Oil이 약 40~50%, Carbon Black 30~35%, Steel 10~15%, 가연성 NC Gas 10~15% 정도가 되었다.
성능/효과
플랜트 전체에 나타나는 온도의 변동은 투입 폐타이어의 양, 생성되는 oil vapor양, NC gas의 생성량에 따른 버너의 열효율 등 여러 가지의 영향을 동시에 받는 것으로 생각된다. 그리고 반응이 진행되고 난 뒤 NC가스가 생성되기 시작하면 경유의 공급을 중단하고, NC가스의 연소로 Hot gas를 생성시켰는데, NC가스의 연소만으로도 열분해 반응에 필요한 온도를 유지시키는데 충분하다는 것을 알 수 있었다.
디스크 이동식 폐타이어 열분해 실증 설비(10톤/일)를 개발하고 시운전을 통해 안정적인 연속 운전이 가능함을 확인하였다. 시운전 결과, 반응기 내부 온도는 500~600℃, 내부 압력은 -80~-100mmHg, 체류시간은 60~90min 범위에서 가장 안정적인 열분해가 일어났다.
폐타이어 열분해를 통해 얻어진 생성물은 solid상으로는 Carbon Black과 Steel, liquid상으로는 Recovered Oil이 생성되었으며, gas상으로는 NC Gas가 생성되었다. 본 실험에서 얻어진 폐타이어 열분해 생성물의 수율은 무게비로 Oil이 약 40~50%, Carbon Black 30~35%, Steel 10~15%, 가연성 NC Gas 10~15% 정도가 되었다.
후)0 이하인">0이하인 음압을 유지하는 것을 나타내고 있다. 시운전 결과 -80mmHg를 유지할 때 가장 양호한 열분해가 이루어지는 것을 발견 수 있다.
후)설비(10톤/ 일)를">설비(10톤/일)를 개발하고 시운전을 통해 안정적인 연속 운전이 가능함을 확인하였다. 시운전 결과, 반응기 내부 온도는 500~600℃, 내부 압력은 -80~-100mmHg, 체류시간은 60~90min 범위에서 가장 안정적인 열분해가 일어났다.
후)대비타이어">대비 타이어 반응 상태 결과를 보여주고 있다. 실질적으로 하루에 톤을 처리하기 위해서는, 즉 시간당 420kg을 처리하려면 90분의 반응 시간을 가져야 안정적인 열분해가 이루어지는 것을 확인 할 수 있었다.
이번 과제 수행을 통해 NC가스의 연소기를 개발 적용하여 NC가스의 열분해 열원으로써 사용 가능성을 확인하였으며, NC 가스 연소 시 대기측정을 통하여 규제치도 만족함을 확인할 수 있었다.4) 그리고 열분해 오일 및 카본 블랙의
후속연구
후)오작동되는">오작동 되는
현상이 일어났다. 3차년도 과제를 진행함에 있어서는 위에서 언급한 사항의 개선과 더불어 Carbon Black을 더 안전하게 추출하기 위한 구조를 고안하고, Carbon Black과 미반응된 타이어의 구분을 위한 선별기도 추가로 작하는 등 연구에 박차를 가할 예정이다.
후)대기 측정을">대기측정을 통하여 규제치도 만족함을 확인할 수 있었다.4) 그리고 열분해 오일 및 카본 블랙의 특성분석을 통해 부가가치 향상을 위한 개발을 진행 중이다.
당사는 이에 그치지 않고 수율 향상을 위한 개발을 지속적으로 진행할 것이며, 장기 연속 운전을 위한 최적 조건을 도출할 것이다. 그리고
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