KR0171501B1 - 폐유 재생 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐유 재생 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 폐유 재생 장치는 비점이 높은 탄화수소 재료를 비점이 낮은 경질 재료로 열분해하여 탄화수소 증기와 점성질의 잔류물로 분리시키는 열분해 장치와, 상기 열분해 장치로부터 유출되는 탄화수소 증기를 액체로 응축시키는 콘덴서/열교환기와, 상기 응축물을 화학적으로 처리하여 오일과 고체 침전물을 분리시키는 연료 안정화 시스템과, 상기 오일 내의 고체 오염물을 물리적으로 제거하여 고순도의 연료를 형성하는 경제 장치를 포함한다. 상기와 같이 구성된 페유 재생 장치를 사용하여 폐유를 재생하는 경우에는, 에너지 효율면에서 우수할 뿐 만 아니라, 부산물로 얻어지는 비교적 소량의 고체 석유 코우크스도 환경적으로 무해하므로, 환경 오염을 방지할 수 있다.

Description

폐유 재생 장치 및 방법

본 발명은 폐유 재생 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 심각한 환경 오염원으로 작용하는 폐윤활유를 비교적 소량의 환경적으로 무해한 고체 석유 코우크스와 함께 고순도의 디젤 엔진 연료유로 재생하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 명세서에서 사용되는 폐윤활유라는 용어는 엔진 오일, 금속 절삭유 및 유압기의 작동유 등과 같은 용도로 사용되는 윤활유의 폐유를 의미하는 것으로 사용된다.

통상적으로, 윤활유는 통상의 원유를 특정한 범위의 온도, 전형적으로 300 내지 500 ℃의 온도 범위에서 비등시켜서 얻어진다. 이와 같이 얻어진 재료는 통상적으로 브라이트 스톡(Bright Stock)이라 칭해지는 것으로서, 전형적으로 사용되고 있는 윤활유는 상기와 같이 얻어진 재료를 약 70 내지 80%의 범위로 포함하고 있으며, 윤활유의 나머지 부분은 다양한 첨가제로 구성되어 있다. 윤활유는 대기 상태에서 중합체 상태로 있게 된다.

윤활유를 상기한 바와 같은 다양한 용도로 이용할 때, 윤활유는 그사용중에 윤활 특성이 점차 열화되어 결국 만족할 만한 효과를 얻을 수 없게 되므로, 일정 주기마다 윤활유를 교환해 주어야 할 필요성이 있다. 또한, 윤활유를 필요한 용도에 사용하는 동안 엔진을 구성하는 금속 부분이나 엔진에서 사용되는 연료로부터 각종 오염물이나 중금속이 윤활유내에 유입되기 쉽고, 일단 사용된 윤활유는 다량의 크롬, 카드뮴, 아연 또는 납 등을 함유하게 될 수 있다. 또한, 윤활유를 구성하고 있는 탄화수소를 분해시키면 저비등점을 갖는 재료를 얻게 된다. 이미 사용된 윤활유는 엔진에서 추출된 후에 적절히 처리한 후 다량의 물을 가하여 묽은 용제로 만든다.

따라서, 사용된 윤활유는 심각한 환경 오염원이 되므로, 그에 따라 적절한 처리가 요망된다.

종래 기술에 따른 폐유 재생 장치의 일 예로서, 사용하고 난윤활유를 재생 처리하는 데 사용되는 장치가 미합중국 특허 제 5,286,349호 및 동 제 5,271,808호에 개시되어 있다. 상기 특허들에 개시된 장치에서는 모두 통상의 케틀(Kettle)형 보일러를 이용하여 포트에서 비등시킨 재료를 부분적으로 회수하도록 구성되어 있다.

도 1은 상기 언급한 종래 기술에 따른 폐유 재생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 폐유 재생 장치(70)는 증발기(80)와 콘덴서 즉, 열교환기(90)를 포함한다. 증발기(80) 내에는 폐유가 유입되는 입구와 기화된 오일이 유출되는 출구를 갖는 증발챔버(82)를 포함한다.

상기 두 특허에서는 사용된 윤활유중에서 저비등점을 갖는 성분은 증발시켜서 없앤 후, 얻어진 결과물을 응축시키는 과정을 거친다. 이 과정에 있어서, 상당량의 중질 재료가 결과물에 남아 있게 되고, 그에 따라 상기한 제5,271,808호 특허에서 제시한 장치를 사용하여 2차로 별도의 증류 공정을 거쳐야 한다. 이들 특허에 개시된 장치들은 한정된 기계에만 적용될 수 있도록 매우 한정된 장치로 이루어진 것으로서, 장치의 구성 및 제어 방법이 매우 복잡하다. 또한, 열분해 포트(cracking pot)로 사용되는 용기인 증발 챔버의 형상이 사각형이고, 또한 영구적인 변형 없이 필요에 따라 확장 또는 수축 가능한 것이 아니며, 이를 이용한는 경우에는 고순도의 생성물을 얻을 수 없게 된다. 또한, 생성물의 비점 범위를 제어할수 없으며, 이와 같이 얻어진 생성물은 전형적인 디젤 엔진에서는 사용할 수 없으므로, 상기 생성물을 디젤 엔진에 사용하기 전에 정제 공정을 필수적으로 거쳐야만 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 폐윤활유를 보다 간단하고 효율적인 방법으로 고순도의 디젤 엔진 연료유로 재생할 수 있는 폐유 재생 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 폐유 재생 장치를 사용하여 환경에 무해한 방법으로 폐윤활유를 재생하는 방법을 제공하는데 있다.

제1도는 종래 기술에 따른 폐유 재생 장치의 구성을 개략적으로 도시한도면.

제2도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐유 재생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

제3도는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치에 채용된 열분해 용기의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

제4a 및 b도는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치에 채용된 열분해 용기의 일 실시 예를 도시한 도면.

제5a 및 b도는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치에 채용된 열분해 용기의 다른 예를 도시한 도면.

제6a 및 b도는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치에 채용 가능한 분류관의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

제7도는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치의 콘덴서 /열교환기의 구성을 경질 연료 및 디젤 연료를 분리시키는 장치와 함께 개략적으로 도시한 도면.

제8도는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치에 채용 가능한 연소 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

제9도는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치의 연료 안정화 시스템으로서, 단기간 저장에 사용되는 2개의 탱크를 포함하는 탱크 시설을 개략적으로 도시한 도면.

제10도는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치의 연료 안정화 시스템으로서, 장기간 저장에 사용되는 탱크시설을 개략적으로 도시한 도면.

제11도는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치에서 채용되는 여과 장치를 개략적으 로 도시한 도면.

제12도는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치에서 채용 가능한 전형적인 증류 시스템의 일예를 개략적으로 도시한 도면.

제13도는 통상적으로 널리 사용되는 코우크스화 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

제14도는 본 발명에 따른 폐유 재생 방법의 폐유 재생 사이클에서 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 열분해 용기 2 : 분류관

3 : 콘덴서/열교환기 4 : 연소 시스템

5 : 연료 안정화 시스템 6 : 원심분리장치

7 : 여과장치 8 : 최종 증류시스템

9 : 코우크스화 장치

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 비점이 높은 탄화수소 재료를 비점이 낮은 경질 재료로 열분해하여 탄화수소 증기와 점성질의 잔류물로 분리시키는 열분해 장치와, 상기 열분해 장치로부터 유출되는 탄화수소 증기를 액체로 응축시키는 콘덴서/열교환기와, 상기 응축물을 화학적으로 처리하여 오일과 고체 침전물을 분리시키는 연료 안정화 시스템과, 상기 오일 내의 고체 오염물을 물리적으로 제거하여 고순도의 연료를 형성하는 정제장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐유 재생 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 열분해 장치는 그 단면이 U자 형상을 갖는 열분해 용기를 포함하고, 또한 상기 열분해 장치는 상기 열분해된 원료의 비점 범위를 조절하기 위한 분류관을 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 콘덴서/열교환기로부터 얻어진 가스 및 응축 불가능한 증기를 연소시키기 위한 연소 시스템을 더 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 연료 안정화 시스템은 고체 침전물을 침전시키기 위한 침전 탱크를 포함하고, 상기 정제 장치는 상기 오일 내에 잔류하는 고체 오염물 및 물을 제거하기 위한 윈심 분리 장치와, 상기 원심 분리 장치로부터 회수된 오일을 정제하여 고순도의 연료를 형성하는 여과 장치를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 여과 장치는 아태풀자이트 점토를 포함한다.

또한, 선택적으로 상기 고순도의 연료의 비점 범위를 조절하기 위한 증류 시스템과, 상기 열분해 장치에서 얻어진 점성질의 잔류물을 열처리에 의하여 코우크스화하는 코우크스화 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 폐유를 380 내지 420。C의 온도에서 열분해하여 탄화수소 증기와 점성질의 잔류물로 분리시키는 열분해 단계와, 상기 탄화수소 증기를 응축시켜서 액체 응축물을 형성하는 단계와, 상기 액체 응축물을 화학적으로 처리하여 오일과 고체 침전물을 분리시키는 단계와, 상기 오일 내의 고체 오염물을 물리적으로 제거하여 연료유를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐유 재생 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 폐유를 열분해하는 단계는 분류관을 사용하여 상기 열분해하여 얻어진 탄화수소 증기의 비점 범위를 조절하는 단계를 포함하고, 상기 탄화수소 증기의 비점 범위를 조절하는 단계는 상기 분류관의 출구의 온도를 250내지 280。C로 제어하는 단계를 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 액체 응축물을 형성하는 단계에 탄화수소 증기를 응축하는 단계는 공냉식 열교환기를 사용하여 행하고, 상기 탄화수소 증기를 응축시켜서 액체 응축물을 형성하는 단계는 상기 열교환기에서 인화점을 조절함으로써 상기 액체 응축물을 비점에 따라 분리하여 회수하는 단계를 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 액체 응축물을 화학적으로 처리하는 단계는 상기 액체 응축물을 항산화제로 희석하여 소정의 항산화제의 농도를 가지는 혼합물을 형성하는 단계와, 상기 혼합물중에 포함된 고체를 침전시키기 위하여 상기 혼합물을 소정 시간동안 방치하는 단계를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 항산화제로서 디메틸 포름 아미드를 사용하고, 상기 화합물중의 항산화제의 농도는 0.025내지 0.03부피%이다.

또한 바람직하게는, 상기 오일 내의 고체 오염물을 물리적으로 제거하는 단계는 상기 오일을 원심 분리하여 오일 내에 잔류하는 고체 오염물 및 물을 제거하는 단계와, 원심 분리된 오일을 여과 매체를 이용하여 정제하는 단계를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 여과 매체로서 입자 사이즈가 50내지 60메시인 아태풀자이트 점토 사용한다.

또한 상기 연료유를 형성하는 단계 후에 상기 연료유를 증류시켜서 상기 연료유의 비점 범위를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 폐유를 열분해 단계는 상기 점성질의 잔류물을 열처리에 의하여 코우크스화하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 폐윤활유의 비점 범위를 조절할 수 있는 고순도의 연료로 재생하는 데 있어서 단일의 증류/열분해 공정만을 필요로 하므로, 에너지 효율면에서 우수할 뿐 만 아니라, 부산물로 얻어지는 비교적 소량의 고체 석유 코우크스도 환경적으로 무해하므로, 환경 오염을 방지할 수 있다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 폐유 재생 장치는 엔진오일, 절삭유 또는 유압기의 작동유 등과 같은 임의의 이미 사용된 윤활유를 가솔린 및 디첼 연료 등과 같은 자동차 연료로서 재생하는 장치이다. 고순도의 디젤 연료인 1차 생성물이 도로 주행용 또는 산업용 디젤 엔진에 직접 사용될수 있다. 본 발명에 의한 장치를 이용한 공정은 필수적으로 다음과 같은 3가지 특징, 즉, (a) 반연속식의 열분해 공정, (b) 오일 생성물의 안정화, 즉 단기간저장에 필요한 안정화 및 장기간 저장에 필요한 안정화 및, (c) 최종 정제공정으로 구성되고, 부가적인 특징으로서, (d) 최종 증류 공정 및 , (e) 장치의 외부에서 이루어지는 코우킹화 공정을 포함할 수 있다.

본 발명의 첫 번째 특징인 반연속식 공정에서는 이미 사용된 윤활유를 열분해 용기 내에서 고체와 같은 재료의 형성이 임계점에 도달할때까지 연속식 공정에 따라 열분해하는 공정이다. 기화된 경질 재료를 응축시킨 후, 제2단계의 공정에 적합하도록 선택된 조건하에서 저장한다. 남아 있는 중질 재료는 연속식 공정중에는 열분해 및 기화 공정을 거치지 않고 보다 고온에서 가열하여 과잉의 탄소, 고체 잔류물 및 원래 사용된 폐유에 조재하던 중질 금속을 포함하는 코우크스 형의 재료로 변화시키는 뱃치(batch)식 공정에 의해 처리한다. 코우크스는 열분해 용기로부터 분리하여 안전하게 매립 처리할 수 있다. 이와 같이 얻어진 코우크스 분산물은 구조물로부터 중금속이 여과되는 경향이 매우 적으므로 환경적으로 무해한 것으로 밝혀졌다. 또한, 본발명에 따른 열분해 공정에서는 비점이 매우 높은 재료를 추출할 수 있으므로, 외부 장치에서 코우킹화될 수 있으며, 따라서 열분해 공정의 조작이 거의 연속식 조작에 가깝다. 외부의 코우크스화 장치는 상기 특징(5)로서 언급한 바와 같다. 열분해 공정중에 생성된 폐가스(offgas)는 본 장치에 포함된 연소 시스템에서 연소된다. 연소된 폐가스는 표준 환경 기준에 부합하는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 두 번째 특징에 따르면, 제 1단계 공정에서 열분해된 생성물을 제2단계에서 화학적으로 처리하여 올레핀계 재료를 중합시키거나 다른 방법으로 처리하여 중합 반응을 일시적으로 지연시킨다. 이들 공정중 어느 공정을 선택하는가의 여부는 연료를 저장하는 시간에 따라, 즉 연료를 소정의 기간동안 저장하는가의 여부 또는 처리 후에 저장하지 않고 바로 사용하는가에 따라서 결정된다. 이 재료의 일부는 대기 상태에서 고체이며, 이와 같은 부분은 본 공정의 제2단계에서 분리된다. 본 공정의 제2단계는 뱃치식으로 진행된다.

본 발명의 세 번째 특징은 여과 기술에 의해 구성되며, 본 발명에 따른 여과 공정에서는 활성화된 아태풀자이트 (attapulgite) 점토의 표면 활성 특성을 이용한다. 활성화된 점토는 본 폐유 처리 공정의 두 번째부분에서 화학 처리중에 침전된 고체 잔류물과 함께 열분해 용기로부터 운반되어온 극히 소량의 타르(tar)상의 재료를 제거하는 데 사용된다. 아태풀자이트, 점토는 연료유 분야에서 디젤 연료의 색조를 향상시키기 위하여 사용되어온 것으로서, 액체가 이를 통과함으로써 액체 내의 큰 분자가 제거된다. 따라서, 타르 및 반응된 올레핀계 재료가 제거될 수 있다.

본 발명의 네 번째 특징은 전처리물로부터 생성물을 분리하여 가솔린 및 디젤 연료로서 사용하는 데 필요한 비점 범위로 조절하는 표준증류 공정으로 구성된다. 디젤 연료에 적합한 최대치를 벗어나는 중질재료는 원래의 열분해 용기로 반송시켜서 다시 처리한다. 그러나, 본 공정중 이 단계는 생성물의 비점 범위를 매우 엄격하게 제어할 필요가 있는 경우에만 필요로 한다. 1차 열분해 공정은 별도의 증류 공정을 요하지 않고도 생성된 연료의 질을 고도로 조절할 수 있다. 이와 같은 제어는 열분해 용기로부터 생성되 연료의 최대 온도를 제한하고, 생성물 콘덴서 내에서 경질 및 중질 연료를 분리함으로써 행해진다.

본 공정에서 얻어진 생성물은 약 90%의 원래 공급량과, 전형적인 정유소의 가솔린 푸울(pool)에 가해질 수 있거나 열분해 용기의 버너에 연료 공급하는 데 사용할 수 있는 가솔린 비점 범위에 해당하는 약10%의 재료와, 연소 시스템에서 연소된 소량의 가스화된 재료와, 매립이 용이한 고체 코우크스형 재료를 포함하는 디젤 엔진 연료로서 직접 사용될 수 있다. 본 공정은 중질 탄화수소를 경질로 만들기 위한 열분해 공정에 기초하고 있으므로, 액체 생성물의 체적이 공급랑에 비하여 실제로 증가하데 되지만, 생성물의 중량은 공급 재료의 중량과 동일하다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐유 재생 장치의 구성을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 폐윤활유를 고순도의 디젤 연료유로 재생하는 데 사용되는 폐유 재생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에 있어서 1은 열분해 장치이고, 2는 열분해 장치(1) 내에 설치되는 얼분해 용기(11)의 상부에 직접 장착되는 분류관(2)이다. 분류관(2)으로부터 공급되는 증기는 콘덴서/열교환기(3)로 전달된다. 응축 불가능한 가스 및 증기는 밀폐된 연소 시스템 (4)으로 공급된다. 열교환기(3)로부터의 연료 생성물은 연료 안정화 시스템(5)으로 공급된다. 원심 분리 장치 (6) 및 여과 장치(7)에서 최종 정제 공정이 이루어진다. 본 발명에 따른 폐유 재생 장치는 원하는 바에 따라 최종증류 시스템 (8) 또는 외부 코우크스화 장치(9)를 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 폐유 재생 장치에 포함되는 열분해 장치(1)의 구성을 개략적으로 도시한 것인다. 도 3을 참조하면, 열분해 용기(101)는 316L 또는 321L의 스테인레스강 또는 그와 동등한 사양으로 제작될 수 있다. 상기 열분해 용기(101)를 구성할 수 있는 재료로는 용접특성이 우수하고 팽창이 최소한으로 이루지는 범위에서 선택 가능하다. 열분해 용기(101)의 저면(102) 및 측벽(105)은 최대한의 강도를 확보하기 위하여 모두 맞대기 용접(butt welding)에 의하여 형성된다. 열분해 용기(101)의 저면(102)의 두께는 약 16 내지 18mm이고, 얕은 접시 형상으로 만곡된 주위부(103)와 중앙의 평탄면(104)으로 구성되어 있다.

이와 같이, 열분해 용기(101)는 전체적으로 단면이 대략 U자 형상을 갖는다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치에서 채용 가능한 열분해 용기의 일 예를 도시한 것으로서, 도 4a는 그 종단면도이고, 도 4b는 횡단면도이다.

도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 예를 들면 연간 약 5,000톤의 생산량을 목표로 하는 경우에는, 상기 열분해 용기(101a)의 저면(102)은 대략 타원형이고, 길이가 약 5,000mm, 폭이 약 2,600mm, 높이가 약 2,250mm의 사이즈로 형성될 수 있다. 열분해 용기 (101a)의 측벽(105)이 저면(102)에 맞대기 용접에 의해 용접됨으로써, 깊은 욕조 형상, 즉 대략 U자 형상을 갖는다. 측벽(105)의 두께는 약 12 내지 14mm이다. 대략 U자 형상으로 이루어지는 열분해 용기(101a)의 상부에는 커버 (106)가 필릿(fillet) 용접에 의하여 제 위치에 용접되어 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치에서 채용 가능한 열분해 용기의 다른 예를 도시한 것으로서, 도 5a는 그종단면도이고, 도 5b는 횡단면도이다.

도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 특정한 용도, 예를 들면 연간 2,500톤의 보다 작은 생산량에 사용되는 경우에는, 상기 열분해 용기(101b)의 저면(102)은 대략 원형이고, 예를 들면 직경이 약 2,800mm, 두께가 약 16 내지 18mm로 되도록 형성될 수 있다.

상기 열분해 용기(101, 101a, 101b)는 높이가 약 1,000mm이고 복수의 버너를 포함하는 연소 챔버(108) 내에 수용된다. 도 4a 및 도 4b의 경우에 있어서, 버너 (109)를 예를 들면 6개 포함할 수 있고 (도면에는 2개만 도시함), 도 5a 및 도6의 경우에 있어서, 버너(110)를 예를 들면 3개 포함 할 수 있다. 이들 버너(109,110)는 각각 발열 용랑이 약350,000KJ/hr 이고, 천연 가스 또는 연료유에 의해 발화될 수 있다. 또 한, 열분해 장치(1)는 상기 버너(109 또는 110)의 갯수에 대응하여 동일한 수의 열전쌍(TI)을 갖추고 있고, 이들 열전쌍(TI)은 연소 챔버(108)내에 영구적으로 설치되어 버너의 발화 순서를 제어하는 것을 보조할 수 있다.

도 3, 도 4a 및 도 4b, 도 5a 및 도 5b에 있어서, 상기 연소 챔버(108)로부터의 배기 가스는 상기 연소 챔버(108)로부터 열분해 용기(101, 101a, 101b)와 일체로 형성된 일련의 스테인레스강 덕트(112)를 따라 열분해 용기(101)를 수용하는 하우징 (114)의 상부에 형성된 배기굴뚝(113)으로 배출된다. 상기 하우징(114)은 상부 및 하부의 2 부분으로 구성되며, 그 한 부분을 구성하는 상부는 그안에 수용된 스텐레스강으로 이루어진 상기 열분해 용기(101)의 유지 및 보수를 위하여 용이하게 분리될 수 있다. 이 때, 연소 챔버 (108)를 수용하는 상기 하우징(114)의 저부로부터 상기 열분해 용기(101,101a, 101b)를 꺼내서 유지 및 보수에 필요한 소정의 처리를 행할 수 있다.

열분해 용기 (101)에는 공급유(115) (도 3), 레벨 전송기(116) (도 3), 점성질 잔류물 회수 라인(117) 및 복수의 열전쌍(TIC) (도 3에는 3개도시되어 있음)을 연결시키기 위한 복수의 파이프 입구 (도시 생략)가 형성되어 있다. 열전쌍(TIC)중 1개의 열전쌍(TIC)은 상기 열분해 용기(101)의 각 벽으로부터 떨어져 있는 부분에서 액체 내에 침지(沈漬)될 수 있도록 설치되어 있고 , 다른 2개의 열전쌍 (TIC)은 열분해 용기(101)의 저면(102)에 부착되도록 설치되어 있다.

열분해 용기(101)로부터 배출되는 기화된 재료는 열분해 용기(101)의 상부에 형성되어 있는 출구(120)를 통하여 분류관(2)으로 유입된다. 상기 출구(120)는 단면의 형상이 대략 사각형으로 형성될 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 상기 분류관(2)의 구성을 더욱 상세히 도시한 것으로서, 도 6a는 도 2에 도시한 방향에서 본 측면입면도이고, 도 6b는 도 6a의 좌측면도이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면 분류관(2)의 입구(201)는 단면의 형상이 상기 열분해 용기(101)의 출구(120)와 마찬가지로 사각형으로 형성될 수 있다. 상기 분류관 (2)의 입구(201) 및 상기 열분해 용기(101)의 출구(120)의 사이즈는 대형 열분해 용기의 경우에는 예를 들면, 약 800mm × 320mm로 될 수 있고, 소형 열분해 용기의 경우에는 예를 들면 600mm × 200mm로 될 수 있다. 분류관(2)의 중앙부에는 외경이 약 48.3mm인 복수의 튜브(202)가 설치되어 있다. 상기 튜브(202)의 길이는 분류관(2)을 수용하는 수용 시설의 수용 능력에 따라서 1,500 내지 2,000mm의 범위로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 튜브(202)의 길이는 약 2,000mm이다. 분류관(2)의 상부(203)는 입구(201)와 동일한 단면 형상을 가지며, 길이는 약 600mm이다. 상부(203)에는 상기 튜브(202)를 세정할 수 있는 보수용 도어(204)가 설치된다. 상부(203)에는 콘덴서/열교환기(3) (도 2 참조)로 연결되는 중간 튜브(205)가 설치되어 있다. 상기 중간 튜브(205)는 예를 들면 외경이 약 457.2mm로 형성될 수 있다.

또한, 분류관(2)에는 그 하부에 하나의 열전쌍(TI) 및 압력 전송기(PT)가 설치되어 있고, 그 상부에 다른 하나의 열전쌍(TI)이 설치되어 있다. 또한, 분류관(2)의 출구(220)에 설치된 변속 팬(209)에 의해 출구(220)에서의 온도를 조절할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 폐유 재생 장치의 콘덴서/열교환기(3)의 구성을 경질 연료 및 디젤 연료를 분리시키는 장치와 함께 개략적으로 도시한 것이다.

도 7를 참조하면, 공냉식 콘덴서/열교환기(3)는 상부에서 제1행에 따라서 수평 방향으로 연장되고 단면의 치수가 약 500mm × 250mm인 2개의 튜브(301) (도 8에는 1개만 도시함)와, 성가 튜브(301)에 연통 가능하게 연결되고 상기 튜브(301)의 아래에서 제 2행에 따라서 수평 방향으로 연장되고 단면의 치수가 약 500mm × 250mm인 6개의 튜브(302)를 포함한다. 상기 제 2행에는 상기 열분해 용기(101)로부터 연장된 입구 파이프(300)가 설치되어 있다. 상기 입구 파이프(300)의 직경은 약 457.2mm이다. 상기 제 2행의 하부에 형성되는 제 3행에 따라서 치수가 약 250mm S 250mm인 일련의 튜브(303)가 상호 직렬로 연결되어 있으며, 상기 튜브(302)와는 병렬 관계로 배열된다. 상기 제 3행의 하부에 형성되는 제 4행에는 모두 직렬로 연결되어 있는 튜브(304)가 설치되어 있다. 상기 튜브(304)는 상기 튜브(304)의 일단의 플레이트에 설치되어 있는 열전쌍 포켓(309)을 포함한다. 상기 제4행에 설치된 튜브(304)는 단면의 치수가 약 250mm × 250mm이다. 상기 제 4행에 설치된 튜브(304)중 하나의 튜브는 경질 및 디젤 연료가 분리되는 지점으로서 선택되고, 이 지점에는 스플리터 장치(308)가 설치된다. 제 5행에 설치된 튜브(305) 및 제 6행에 설치된 튜브(306)는 단면의 치수가 약 500mm × 250mm이고, 각각 상호 직렬로 연결되어 있다. 가장 저부에 있는 제 6행에 설치된 튜브(306)는 실제로 연료 수집 탱크의 역할을 한다. 연간 5,000톤의 생산량을 위하여는 각 튜브(301 내지306)의 길이는 각각 5,000mm로 형성할 수 있고, 연간 2,500톤의 생산량을 위하여는 각 튜브(301 내지306)의 길이는 2,500mm로 할 수 있다. 상부로부터 2개의 행에 걸쳐서 형성된 각 튜브(301, 302)는 스테인레스강 쪼는 탄소강으로 형성될 수 있다. 나머지 튜브(303 내지306)들은 탄소강으로 형성할 수 있다.

콘덴서/열교환기(3)의 상부에 설치된 냉각 팬(309)에 의해, 콘덴서/열교환기(3)내의 공기가 콘덴서/열교환기(3)의 저면으로부터 상부로, 즉 오일의 흐름 방향에 대하여 유동 방향으로 흐른다. 콘덴서/열교환기(3)의 외측은 냉각 공기가 콘덴서/열교환기(3)의 저면에서 유입되도록 구성된다. 콘덴서/열교환기(3)의 저면에서 저장 탱크로부터 연료 생성물을 분리시키기 위하여 두 세트의 펌프(310, 311)가 설치되어 있다. 상기 펌프(3310, 311)중 한 세트의 펌프(310)는 경질 연료용이고, 다른 세트의 펌프(311)는 디젤 연료용이다. 상기 펌프(310, 311)는 각각 생성물 탱크 내의 레벨 스위치 (312, 313)에 의해 작동 가능하게 구성되어 있다. 제 5행에 설치된 튜브(305)중 3개의 튜브(305)는 상기 튜브(305)내에 삽입된 U-튜브(314)를 사용하여 상기 열분해 장치(1) (도 2 및 도 3 참조)로 공급되는 원료를 예열시키는 데 사용된다. 응축 불가능한 증기는 생성물 탱크로부터 2개의 2인치 배출 파이프(315)를 통해 밀폐된 연소 장치 (4) (도 1 참조)로 유도된다. 또한, 콘덴서/열교환기(3)의 입구 파이프(300) 및 저장 탱크에는 각각 열전쌍(TI)이 설치되어 있다.

도 8은 본 발명에 따른 폐유 재생 장치에서 채용 가능한 연소 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.

도 8에 도시한 밀폐된 연소 시스템(4)은 통상적으로 사용되는 것이므로, 그 설명은 간략하게만 한다. 콘덴서/열교환기(3)로부터 유도된 5cm(2인치) 라인(401)이 세퍼레이터 용기 (402) 내로 연결되어 있다. 상기 세퍼레이터 용기(402) 내의 액체는 펌프(403)에 의하여 배출되어 경질의 연료로 회수된다. 상기 세퍼레이터 용기(402)로부터 가스를 배기시키기 위하여 배기 팬(405)이 사용되고, 그 후속으로 한쌍의 화염 제어 장치(406)와 플레어 헤드(410)가 설치된다. 플레어 헤드(410)는 보호 커버 (407)에 의해 포위되어 있고, 프로판 파일럿 시스템(408)에 의해 작동된다. 본 시스템에는 점화 시스템 및 열전쌍(TI)이 설치된다.

도 9는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치의 연료 안정화 시스템(5)의 구성을 개략적으로 도시한 것으로서, 단기간 저장에 사용되는 2개의 탱크를 포함하는 탱크 시설을 개략적으로 도시한 것이다.

도 9를 참조하면, 연료 안정화 시스템(5)은 안정화된 화학 물질은 소정의 농도로 혼합하고, 또한 그 혼합물에서 화확 반응이 이루어지도록 약 4시간동안 방치할 수 있도록 설계되어 있다. 따라서, 침전 탱크(504) 및 그에 결합된 펌프(505, 506)의 사이즈는 얼마나 많은 양의 열분해 유니트가 공급되는가에 따라 다르다. 연간 생산량이 5,000톤인 경우에는, 침전 탱크(504)의 직경은 약 1,800mm, 총 높이는 약 3,200mm로 할 수 있으며, 그중 1,000mm는 하부의 원뿔형 부분에 해당한다. 또는, 연간 생산량이 2,500톤인 경우에는, 침전 탱크(504)의 직경은 약 1,400mm, 총 높이는 약 3,000mm로 할수 있으며 , 그중 1,000mm는 하부의 원뿔형 부분에 해당한다. 상기 펌프(505,506)와, 턍크(501)에 연결된 유량 펌프(502)도 용도에 맞도록 적절한 사이즈로 선택될 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 폐유 재생 장치의 연료 안정화 시스템으로서, 장기간 저장에 사용되는 탱크 시설을 개략적으로 도시한 것이다. 도 10에 도시한 구성은 대체로 도 9의 구성과 동일하다. 단, 각 탱크(504)내에는 내부 교반기(520)와 가열 코일 (521)이 설치되어 있다. 각 펌프(502, 505, 506)의 사이즈는 도 9에서와 동일하게 형성될 수 있다. 도 10에 있어서, 도 9에서의 구성 부분과 대응하는 구성 부분에 대하여는 도 9에서와 동일한 참조 부호를 붙여 도시하였다.

도 11은 본 발명에 따른 폐유 재생 장치의 최종 여과 장치(7)를 개략적으로 도시한 것이다.

도 11를 참조하면, 여과 장치(7)는 최대 작동 압력이 약 30바인 대략 원통형의 압력 용기(701)를 포함한다. 이들 압력 용기(701)는 직경이 약 750mm이고, 길이가 약 1,200mm이다. 상기 압력 용기 (701)의 양측 단부에는 분리 가능한 접시형 단부(702)가 설치되어 있다 상기 압력용기(701)의 측면에 설치된 측면플랜지(703)에 의하여 여과 매체를 분리할 수 있다. 각각의 압력 탱크(705)를 포함하는 필터 유니트에는 작동압력이 약 0 내지 2.0바인 차동 압력 전송기(704)가 설치되어 있다.

도 12는 본 발명에 따른 폐유 재생 장치에서 채용 가능한 최종 증류 시스템(8)의 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 증류 시스템(8)은 대부분의 오일 정유 시설에서 통상적으로 사용되는 것으로서, 최종 산물로 얻어지는 연료에 대하여 비점 범위를 매우 엄격하게 조절할 필요가 있는 경우에만 사용되는 것이다. 상기 증류 시스템(8)의 각 구성분의 구체적인 사이즈는 각 시설마다 차이가 있으므로, 본 발명에서는 사이즈에 대하여 특정하지 않는다.

상기 증류 시스템(8)의 전형적인 구성은 생성물을 포함하는 공급 유동(800)이 열교환기(801)를 거침으로써 열이 보존되고, 그 후 공급유동은 발화된 히터(802)로 유동하여 그 곳에서 온도가 약 320 ℃까지 상승된다. 그 후, 고온의 공급 원료는 약 20 내지 25개의 분리된 트레이(도시 생략)를 갖춘 증류탑(803)의 중앙부로 공급된다. 여기서, 3방향의 유동이 형성된다. 그중, 저면의 제 1유동(804)은 디젤 증류용으로서, 소정의 온도, 전형적으로는 350 ℃이상의 온도로 비등하는 재료를 포함하고, 상부의 제 2유동(805)은 가솔린용으로서, 150 ℃이하로 비등하고, 중간의 제 3유동(806)은 원하는 디젤 연료 생성물에 따라서 150내지 350 ℃ 사이의 온도 범위로 비등한다. 상기 제 2 및 제 3유동은 각각 냉각 장치(807)에서 냉각되고, 각각 용기(808, 809) 내에서 물과 분리되어 펌프(810, 811)에 의해 탱크에 공급된다.

도 13은 통상적으로 널리 사용되는 코우크스화 장치(9)의 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 도 13에 도시한 코우크스화 장치(9)는 외부에 선택적으로 설치하여 사용되는 것이다. 또한, 상기 코우크스화 장치(9)의 각 구성 부분의 구체적인 사이즈는 각 시설마다 차이가 있으므로, 본 발명에서는 사이즈에 대하여 특정하지 않는다. 전형적으로는, 공급 재료(900), 즉 열분해 용기(101) (도 2 참조)로 부터의 잔류물이 발화된 히터(901)로 공급되고, 여기서 약 550 ℃까지 가열되어 2개의 코우크스화 드럼(902)중 1개로 분사된다. 열분해된 증기(903)는 드럽(902)으로부터 배출된 후 상기 열분해 용기(101)에 대하여 사용한 것과 동일한 열교환기에서 응축된다. 코우크스는 냉각시킨 후 기계적으로 절단한다. 본 코우크스화 장치(9)는 또한 질소 퍼지 스트림(904)과 연소 시스템으로 향하는 출구(905)를 포함한다.

다음에, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 폐유 재생 장치를 사용하여 폐유를 재생하는 데 있어서, 본 발명에 의해 제공되는 앞에서 언급한 바와 같은 특징을 첨부 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

열분해 공정

본 발명에 따른 열분해 공정은 열분해 공정중에 발생되는 고온 및 부식 조건하에서 견딜 수 있도록 제작된 스텐인레스강 용기 내에서 행해진다.상기 용기는 316L 또는 321L의 스테인레스강 또는 그와 동등한 사양을 가지는 스테인레스강으로 제작된다. 또한, 상기 용기는 기계적인 관점에서 공정중에 요구되는 매우 높은 온도에 의한 악영향을 최소화하도록 설계된다. 따라서, 상기 용기는 공정중에 발생되는 열팽창에 의해 용기가 영구적으로 변형되지 않도록 설계된다.

본 발명에 따른 폐유 재생 장치에서 채용 가능한 열분해 용기의 구성은 도 3에 도시한 바와 같다. 여기서, 발화된 히터 연소 챔버 내의 열분해 용기(101)의 모든 표면이 만곡되어 형성됨으로써 상기와 같은 열팽창이 가능하게 된다. 본 발명에서 사용되는 열분해 용기(101)의 폭은 2.6m이고, 길이가5.0m이며, 전체적으로 욕조 형상을 갖는다. 상기 열분해 용기(101)에는 복수의 입구 파이프 및 추출용 파이프가 설치되어 있어서, 열공정중에 형성된 중질의 잔류물을 필요에 따라 추출할 수 있다. 용기의 만곡된 저면에는 복수의 열전쌍이 설치되어 있다. 상기 복수의 열전쌍은 열분해 공정중에 용기내에 액체 내로 돌출되는 단일의 열전쌍과 함께 공정 제어용으로 사용된다. 전형적으로는, 열분해 용기 내의 액체의 온도는 열분해 공정중에는 380 내지 420 ℃이다. 이미 사용된 폐유 공급 재료가 저장 탱크로부터 용량형 펌프(positive displacememt type pump)에 의해 공급된다. 용기를 약 50%정도 채울 정도의 재료의 초기 공급량은 대용적량 펌프를 사용하여 비교적 단기간 내에 공급한다. 이 펌프는 본 목적에 부합하는 필 펌프(fill pump)로서 사용한다. 용기의 대략 절반이 공급 재료에 의해 채워지면, 용기에 열을 가한다. 이 때, 용기는 오일 또는 천연 가스에 의해 발화된 버너를 사용하여 저부로부터 가열한다. 용기 내에서의 기화에 의하여 용기 내의 공급 재료의 레벨이 떨어지기 시작하면, 공정 제어 컴퓨터로부터의 레벨 측정 및 제어 루프에 의해 제어되는 변속 펌프에 의해 용기 내의 공급 재료의 레벨이 자동적으로 보충된다. 열분해 용기의 저면 플레이트의 온도는 용기의 저면에 폐유공급 퇴적물에 의해 반고체 상태의 재료가 퇴적될 때 시간의 함수로서 상승되기 때문에, 열분해 용기의 저면 풀레이트의 온도는 공정중에 계속 모니터된다. 저면 풀레이트의 온도가 대략 520 내지 560 ℃에 이르면, 폐유 공급을 정지한다. 공정중에 상기와 같은 온도에 도달하는 시간은 원래의 공급 원료 내의 침전물의 양의 함수이다. 본 공정에서 허용 가능한 최대 침전물의 양은 4중량%이고, 이 레벨에서 공정 사이클의 연속되는 부분이 종료되는 지점에 이르는 시간이 약 50시간이다. 공급 원료 내의 침전물의 양이 적으면 런타임(run time) 이 길어진다. 이 때, 용기 내에 잔류하는 휘발성 재료는 비등시켜서 제거한다. 이 단계는 본 공정에서 대략 10시간이 소요된다. 용기 내의 대부분의 액체가 비등에 의해 휘발되면, 저면 플레이트의 온도는 640내지 710 ℃까지 상승된다. 그 결과, 열분해 공정중에 저면에 퇴적되었던 반고체형의 잔류물이 석유 코우크스와 유사한 재료로 된다. 이와 같은 코우크스가 형성되는 데 필요한 시간을 5 내지 8시간이다. 코우크스화 공정은 열분해 용기로부터 배출되는 탄화수소증기가 소정치 이하의 소량으로 감소될 때 환료된 것을로 간주한다. 그 후, 용기 및 그 수용물을 초기에는 자연적인 열손실에 의해 냉각시키고, 용기 저면의 온도가 약 400 ℃에 이르면, 팬(fan)을 가동시켜서 냉각공정을 수행한다. 용기의 온도가 50 ℃에 이르면, 용기를 대기에 노출시켜서 인력에 의하여 용기내의 코우크스를 꺼낸다. 이와 같이 얻어진 코우크스에 대하여 삼출액(渗出液) 시험을 행한 결과를 다음의 표1에 나타내었으며, 그 결과로부터 본 발명에 따라 얻어진 코우크스 잔류물은 매립 가능한 재료로서 허용 가능한 것으로 판명되었다.

고체 코우크스 성분을 분석한 결과는 다음표 2와 같다.

상기한 바와 같은 열분해 용기 및 그 수용물의 냉각 공정은 약10시간에 걸쳐서 진행된다.

도 14는 상기한 바와 같은 폐유 재생 사이클에 있어서 기간에 따른 온도 변화를 나타난 그래프이다.

전술한 바와 같이, 열분해 용기의 저면에 침전된 잔류물을 열분해 공정중에 분리하여 이를 외부 장치에서 코우크스화하는 것이 가능하다. 이는 열분해 용기의 접시 형상을 가진 단부의 저면에 침적 파이프(dip pipe)를 설치함으로써 가능하다. 열분해 용기 내의 점성 재료는 후술하는 바와 같이 용량형 펌프에 의해 공기 냉각 방식의 열교환기를 통하여 외부의 코우크스화 장치(9) (도 2참조)로 공급된다.

또한, 도 14에서 나타낸 바와 같이 광범위한 공정 온도 변화로 인해 공정중에 상당한 정도의 금속 팽창 및 수축을 허용하도록 성형된 용기가 필요하다. 따라서, 용기는 대부부의 표면이 만곡되도록 제작되고, 이로써 금속이 약간만 왜곡된 상태에서 팽창 및 수축이 가능하게 된다. 본 공정에서 사용 가능한 용기는 다양한 형태 및 사이즈로 형성되는 것이 가능하다.

상기 도 4a 및 도 4b에 도시한 열분해 용기 (101a)는 비교적 큰 사이즈를 가지는 것으로서, 그 처리량이 연간 약 5,000,000리터, 즉 시간당 약 900내지 1,200리터이며, 상부에서 본 단면 형상이 도 4b에 도시한 바와 같이 대략 타원형이다.

또한, 상기 도 5a 및 도 5b에 도시한 열분해 용기 (101b)는 비교적 작은 사이즈를 가지는 것으로서, 그 처리량이 연간 약 2,500,000리터이며, 단면 형상이 도 5b에 도시한 바와 같이 대략 원형이고, 그 직경은 예를 들면 약 2.8m이다.

본 발명에서 채용 가능한 열분해 용기는 콘테이너에 의한 이송 시스템에 의해 이송 가능하도록 설계되는 것이 바람직하며, 또한 보수를 용이하게 하기 위하여 지지 구조 및 화실(火室)에서 용이하게 분리 시킬 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 폐유 재생 장치에 있어서 종래의 폐유 재생 장치와 현저하게 구분되는 중요한 특징중의 하나는 2차 증류 공정이 필요없이 대부분의 요구 조건을 충족시킬 수 있도록 비점 범위를 가변시킬 수 있다는 것이다. 일반적으로, 매우 엄격한 비점 범위를 갖는 생성물을 원하은 경우에는 최종 증류 단계를 엄격하게 진행하여야 한다. 그러나. 분류관(dephlegmator)을 이용하면, 열분해 용기로부터 콘덴서로 공급된 매우 중질의 재료의 비점 범위를 조절하여 그 생성물을 탱크로 공급하는 것이 가능하다. 또한, 분류관을 이용함으로써, 2차 증류를 필요로 할 수 있는 타르와 같은 재료의 반송이 방지된다. 따라서, 오일 생성물에서 생성된 매두 중질의 분자에 대하여는 선택적으로 처리하게 된다. 원하는 바에 따라서, 디젤 연료 또는 가열 연료와 유사한 연료를 비교적 간단한 제어 메카니즘에 의하여 생성할 수 있다. 분류관에서의 출구의 온도를 약 250내지 280℃로 제한함으로써, 디젤 연료 생성물의 최종 비점을 통상의 디젤 연료유와 같은 약 360℃로 제한할 수 있다.

상기 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 구성된 분류관(2)의 출구(220) 온도는 공기 팬(209) 및 열분해 용기 버너를 통해 가해지는 열에 의해 조졸된다. 따라서, 본 발명에 따른 장치에 의하면 원하는 바에 따라서 디젤 연료 생성물의 종류를 선택할 수 있다.

상기 도 7에 도시한 바와 같이 구성된 콘덴서/열교환기(3)는 공기의 흐름이 오일의 흐름 방향에 대하여 유동되도록 설치된 수평 투브를 포함하는 통상의 공기 냉각식 열교환기이다. 여기서, 탄화수소 증기가 액체로 응축되므로, 열교환기 뱅크(bank)의 상부로부터 저면에 설치된 저장 탱크까지 설치된 일련의 튜브에서 응축된 액체가 수집된다. 오일 생성물의 열은 열분해 용기로 행하는 미처리 공급 폐유를 예열하는 데 사용된다. 오일 생성물은 비점이 다양한 구성분의 혼합물이고, 이들 각 구성분은 열교환기의 상부에서 비점이 가장 높은 재료로부터 차례로 응축되어 나오므로, 오일 생성물의 일부를 형성하는 가장 경질인 탄화수소의 구분 포인트를 조절하는 것이 가능하다. 열교환기에서 적합한 포인트, 예를 들면 150℃를 선택하고, 이 포인트 이후에 경질 및 중질의 재료의 유동 경로를 구분함으로써, 1차 생성물에서 경질 재료의 양을 어느 정도 제어할 수 있다. 이공정에 의하면, 2가지 형태의 연료 생성물, 즉 인화점을 어느 정도 조절하면 통상의 디젤 연료와 유사하게 되는 제1생성물과, 가솔린과 유사한 소량의 제 2생성물이 얻어진다.열교환기 저장 탱크에서는 가스 및 응축 불가능한 증기가 얻어지고, 이들은 밀폐된 연소 시스템으로 향하게 된다.

상기한 바와 같이 열교환기 저장 탱크로부터 공급된 가스 및 응축 불가능한 증기는 상기 도 8에 도시한 바와 같은 연소 시스템(4)에서 과잉의 공기와 함께 연소되더어 생성물의 대부분을 구성하는 이산화탄소와 수증기가 소량의 오염물과 함께 생성된다.

표 3은 상기 연소 시스템에서의 생성물에 포함된 오염물의 성분을 분석한 결과를 나타낸 것이다.

상기 표 3에 나타낸 오염물을 양은 대체로 대기 방출 규제를 위한 환경청에서 요구하는 조건을 충족한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 열분해 공정에서는 이 열분해 공정을 실시할 수 있는 본 발명에 따른 신규한 장치에 의해 통상의 디젤 연료와 매우 유사한 연료유와 같은 연료를 재생할 수 있다. 또한, 상기 연료는 한 단계로 이루어지는 작동에 의하여 가능하고, 연료의 비점범위를 제어함으로써 연료의 고온의 종료 포인트 및 저온의 종료 포인트를 어느 정도 제어할 수 있다.

표 4는 이미 사용된 전형적인 폐유 공급 원료 및 전형적인 연료유 생성물의 성분을 분석한 결과를 나타낸 것이다.

오일 생성물의 안정화

열분해 공정에 의해 탄화수소 연료를 형성하면, 생성물에는 상당한 양의 화학적으로 불안정한 재료가 함유된다. 이들 성분은 대기 상태에서는 올레핀계이고, 저장 시간이 경과함에 따라 열화되어 검(gum)과 같은 재료가 형성됨으로써, 이를 연료로 사용할 때 엔진 구성 부분에 막힘 현상이나 플러그 형성을 야기한다. 본 폐유 재생 장치에서 생성된 열분해된 연료는 불안정하여 엔진에 사용하기 전에 화학적 처리를 요한다. 따라서, 본 폐유 재생 장치의 두 번째 특징부에서는 불안정한 연료를 적절히 처리하도록 설계되었다. 연료를 안정화하는 방법은 2가지가 있으며, 그중 한 방법은 진행되는 화학 반응을 일시적으로 지연시킴으로써 검을 형성시키는 것이고, 다른 방법은 반응을 신속하게 진행시켜서 얻어진 반고체형의 재료를 여과하여 없애거나 증류에 의하여 제거하는 것이다. 상기 두가지 방법은 모두 본 발명에 적용될 수 있다.

(i) 단 기간 저장에 필요한 안정화

콘덴서 열교환기의 저면에서 연료 생성물이 저장 탱크로부터 유출된 후 연료 생성물에 항산화제 역할을 하는 화학물질을 가한다. 항산화제로는 디메틸 포름아미드를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 항산화제의 양은 오일 생성물 내의 항산화제의 농도가 0.025 내지 0.035부피%가 되도록 하는 것이 바람직하다. 항산화제는 수용액으로서 또는 오일 용액으로서 첨가될 수 있다.

그 후, 처리된 오일은 저장 탱크로 보내고, 여기서 화학 반응이 일어날 수 있도록 소정 시간, 예를 들면 약 4시간 동안 방치한다. 저장탱크는 저면이 원뿔 형상으로 이루어짐으로써, 물과 함께 혼합되어 있는 고체가 분리되어 탱크의 저면으로 침전될 수 있다. 필요에 따라, 오일 생성물을 탱크의 측면으로부터 최종 처리 단계 또는 최종 증류 단계로 펌프에 의해 공급한다.

상기 도 9는 상기 단기간 저장에 사용되는 2개의 탱크(504)를 포함하는 탱크 시설을 최소한의 구성으로 도시한 것으로서, 상기 도 9에 도시한 각 탱크(504)의 저장 용량은 각각 예를 들면 4시간 저장 용량을 갖도록 할 수 있다. 여기서, 물 및 고체 잔류물 펌프는 수위 측정 장치에 의해 작동되고, 그에 따라 연료유 생성물이 용기의 측면으로부터 유출된다.

(ii) 장기간 저장에 필요한 안정화

오일 생성물을 수 일 이상동안 저장하고자 하는 경우에는 시간이 경과함에 따라 더 이상 올레핀계 반응이 일어나지 않도록 할 필요가 있다. 따라서, 화학 반응이 신속하게 이루어지도록 하고, 이들 반응 결과 얻어진 고체 생성물을 여과 분리하면서 오일은 폐유 재생 공정에 계속 남겨 두어야 한다. 따라서, 이와 같은 경우에는 콘덴서/열교환기의 저면에서 저장탱크로부터 연료를 온도가 90℃로 유지되도록 제어되는 한쌍의 탱크에 펌프에 의해 공급하고, 오일은 상기 온도 조건하에서 약 4시간동안 유지시킨다.

상기 도 10에 도시한 장기간 저장에 사용되는 탱크(504)에서는 각 탱크 내에 교반 장치(520)가 설치되어 있다. 각 탱크(504)에 설치된 교반 장치(520)에 의해 고체를 함유하는 재료를 배출시키고, 안정화된 오일 생성물은 최종 처리 공정을 거쳐서 장기간 저장을 위한 저장 탱크에 펌프에 의해 공급된다.

최종 정제 공정

(i) 원심 분리

전 단계인 화학적 안정화 단계에 있어서, 단기간 저장 및 장기간 저장의 경우 모두는 4시간의 침전 시간이 경과한 후에도 연료 내에 특정량의 물 및 고체가 남아 있게 된다. 따라서, 고속 원심 분리 장치를 사용하여 이들의 잔류하고 있는 소량의 물을 제거하여야 한다.

(ii) 여과 장치

오일 생성물 내에 고체 또는 검이 형성되는 것을 방지하기 위한 안정화 단계의 방법, 즉 단기간 저장 또는 장기간 저장 여부에 무관하게, 오일 생성물을 디젤 엔진에 직접 사용하기에 적합하도록 하기 위하여 최종 처리 공정을 거칠 필요가 있다. 이는 디젤 엔진이 전력을 발생시키기 위하여 전형적으로 사용되는 정치형태의 것인가, 또는 주행하는 차량에 사용되는 것인가의 여부에 관계없이 적용 가능하여야 한다. 따라서, 본 공정의 네 번째 단계는 연료의 최종 여과 단계이다.

최종 여과 공정은 예를 들면, 50 내지 60 메시의 입자 사이즈를 갖는 아태풀자이트 점토로 구성되는 여과 매체에 의해 행해질 수 있다. 이 점토로 이루어지는 베드는 오일 생성물 내에 잔존하는 소량의 타르(tar)와 같은 재료 또는 검(gum)과 같은 재료를 여과하게 된다. 점토 재료는 재생시킬 수도 있고, 또는 오염된 재료를 열분해 용기 내에 놓고 오일 잔류물 처리시와 동일한 방법으로 코우크스와 공정을 거쳐서 매립하기에 적합한 상태로 할 수도 있다. 이 조작은 대체로 약 4톤의 오염된 점토를 취급하는 경우에만 행한다.

상기 도 11에 도시한 필터 장치(7)는 직경이 약 0.75m이고 길이가 약 1.2m인 용기 내에 약 0.5m³의 여과 매체를 함유한다. 1개의 필터장치는 작동 상태로 있고, 다른 1개의 필터는 대기 상태로 있다가 작동상태에 있던 필터가 오염되어 교체할 필요가 있는 경우에 교체될 수 있는 준비 상태로 되도록 설계된다. 여과 장치로부터 배출되는 연료유는 상기 표 4에 나타낸 바와 같은 조성으로 이루어지며, 연료 필터, 연료 인젝터 또는 버너 노즐이 막힐 염려 없이, 어느 형태의 디젤 시스템에서도 사용가능한 것이며, 통상의 임의의 버너형 가열 시스템에도 사용될 수도 있다.

최종 증류

최종 증류를 행할 필요가 있는 경우에는 통상의 증류탑을 이용한 기술을 사용한다. 이와 같은 최종 증류 공정은 통상의 디젤 연료에 대한 매우 엄격한 요구 조건에 부합시켜야 할 필요가 있는 경우에 최종 단계로서 필요한 것이다. 발화점을 약 25 ℃이상으로 하는 것은 필요한 경우에는 기온이 낮은 곳에서 겨울에 사용하는 디젤 연료와 유사한 매우 낮은 온도의 디젤 연료, 즉 최종 비등점이 340℃ 이하인 디젤 연료가 필요한 경우와 마찬가지로 본 단계를 필요로 한다.

상기 도 12에 도시한 증류 시스템(8)은 공급 히터 (802)를 포함하고, 여기에서 공급유가 약 320℃까지 가열되어 증류탑(803)으로 보내진다. 증류탑(803)은 복수의 트레이 스테이지를 포함하며, 이 트레이 스테이지에 의해 공급 재료가 3 방향의 유동으로 분리된다. 저면의 제 1유동(804)은 디젤 증류 시스템으로서, 소정의 최대 온도, 전형적으로는 350℃ 이상으로 비등시킨다. 상부의 제 2 유동(805)은 가솔린 부분으로서, 150℃ 이하로 비등시킨다. 중간의 제 3 유동(806)은 원하는 디젤 연료 생성물에 따라서 150 내지 350℃ 사이의 온도 범위로 비등시킨다. 이들 온도는 상기 3가지 등급의 연료를 생성할 수 있도록 정확하게 제어될 수 있다. 상기 각 유동은 냉각시킨 후 펌프를 이용하여 적합한 방법으로 탱크에 저장한다. 상기와 같이 얻어진 생성물에서 열을 회수하여 본 증류 장치에 새로 유입되는 유동을 예열시킬 수 있는 이점이 있다.

외부의 코우크스화 공정

상기 언급한 바와 같이, 폐유 재생 사이클중에 열분해 용기로부터 점성질 재료를 제거하는 것이 가능하며, 이로써 폐유 재생 사이클에 필요한 시간이 연장된다.

상기 도 13에 도시한 코우크스화 장치(9)에 있어서, 열분해 용기로부터 분리된 점성질의 잔류물 재료(900)는 특수하게 제작된 히터(901)에서 525℃ 이상의 온도로 단기간 열처리된 후 스테인레스강 코우크스화 드럼(902) 내로 분사되고, 여기서 잔류물 재료가 고온에서 장시간 방치된다. 열분해된 경질의 재료는 열분해 용기에 대하여 사용되었던 동일한 열교환기로 보내지고, 여기에서 응축 반응에 의해 대부분의 액체가 제거된다. 잔류물 재료는 석유 코우크스화되고, 이는 용기 자체에서 형성된 코우크스와 유사한 특성을 가지는 석유 코우크스로 된다. 코우크스를 뱃치식으로 형성하는 것이 가능하며, 하나의 용기가 완전히 채워지면 그 용기로부터 꺼내고, 그 동안 다른 용기에 코우크스를 계속 채운다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐유 재생 방법으 일예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 예에서는 폐유로서 앞에서 제시한 표 4에 나타낸 바와 같은 분석 결과를 갖는폐유 공급 원료를 사용하고, 이로부터 고순도를 가지는 연료유를 생산하였다. 이에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

폐유로서 이미 사용된 모터 오일을 열분해 용기(101)에 공급하고 약 390℃의 온도로 가열하였다. 이와 같은 온도에 도달하는 데에는 약 10시간이 소요되었다. 온도가 390℃에 도달하였을 때, 폐유를 약1,000리터/hr의 유량으로 열분해 용기 내로 분사하였다. 열분해 용기로부터 열 분해된 증기가 분류관(2)의 튜브를 통과하고, 냉각팬(209)과, 화실(火室)에 인가되는 열의 양의 제어를 통하여 분류관(2)의 출구 온도를 약 280℃로 제어하였다. 이와 같은 조절에 의하여, 재생처리되는 재료 내에는 소량의 중질 타르 재료만이 수반되었다. 따라서, 정제된 생성물을 얻기 위한 2차 증류는 필요없었으며, 이는 본 발명의 전형적인 특징에 해당한다. 이와 같이 얻어진 증기 생성물을 공기 냉각식 열교환기(3)에서 응축시켜서 그 응축물을 열교환기(3)의 저면에서 원료 생성물 저장 탱크에 수집하였다. 그 후, 원료 생성물 오일을 연료 안정화 시스템(5)의 침전 탱크(504)로 공급하고, 여기서 생성물 오일을 항산화제인 디메틸 포름아미드로 희석하여 그 희석된 혼합물중 항산화제의 농도가 약 0.03부피%로 되도록 한 후, 약 4시간 동안 방치하였다. 그 후, 생성물 오일을 고속의 원심 분리 장치(6)로 보내고, 여기서 생성물 연료유로부터 침전물과 물을 제거하였다.

최종적으로 얻어진 생성물 오일은 타르 또는 검과 같은 물질을 전혀 함유하지 않은 것으로서, 연소 특성 또는 연료 필터의 막힘 현상 등에 따른 어려움 없이, 디젤 엔진에 직접 사용하였다. 디젤 엔진에 사용된 최종 연료유의 분석치는 상기 표 4에 나타낸 바와 같다. 여기서 주의할 점은, 분류관(2)의 출구 온도를 약 250℃로 낮춤으로써 생성물 오일의 최종 비점을 약 350℃로 낮추는 것이 가능하였다.

상기 설명한 특정한 실시예에 있어서, 생성물 오일은 별도의 여과 매체를 사용하지 않아도 디젤 연료에 직접 사용될 수 있을 정도의 매우 고순도의 것이었다. 별도의 여과 장치를 사용하게 되면 우수한 생성물을 얻을 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

내용없음.

Claims (12)

1. 열분해 장치와, 콘덴서/열교환기와, 연료 안정화 시스템과, 정제 장치를 구비한 폐유 재생 장치에 있어서, 상기 열분해 장치는 비점이 높은 탄화수소 재료를 비점이 낮은 경질 재료로 열분해 하여 탄화수소 증기와 점성질의 잔류물로 분리시키며, 상기 열분해 용기의 단면은 U자 형상을 가지며, 상기 콘덴서/열교환기는 상기 열분해 장치로부터 유출되어 나오는 탄화수소 증기를 액체로 응축시키며, 콘덴서/열교환기로부터 얻어진 가스 및 응축 불가능한 즐기를 연소시키기 위한 연소 시스템을 구비하고, 상기 연료 안정화 시스템은 상기 응축되어진 응축물을 화학적으로 처리하여 오일과 고체 침점물로 분리시키며 고체 침전물을 침전시키기 위한 침전 탱크를 포함하고, 상기 정제 장치는 상기 오일내의 고체 오염물을 물리적으로 제거하여 고순도의 연료를 형성하기 위하여 오일 내에 잔류하는 고체 오염물과 물을 제거하기 위한 원심 분리 장치와, 상기 원심 분리 장치로부터 회수된 오일을 정제하여 고순도의 연료를 형성하는 여과 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐유 재생 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 열분해 장치는 열분해된 원료의 비점 범위를 조절하기 위한 분류관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 폐유 재생 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 여과 장치는 아태풀자이트 점토를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐유 재생 장치.
4. 제1항에 있어서, 고순도의 연료의 비점 범위를 조절하기 위한 증류시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐유 재생 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 열분해 장치에서 얻어진 점성질의 잔류물을 열처리에 의하여 코우킹화하는 코우크스화 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐유 재생 장치.
6. 열분해 단계와, 액체 응축물을 형성하는 단계와, 액체 응축물을 화학적으로 처리하여 오일과 고체 침전물을 분리시키는 단계와, 오일내의 고체 오염물을 물리적으로 제거하여 연료유를 형성하는 단계를 구비한 폐유 재생 방법에 있어서, 상기 열분해 단계는 폐유를 380 내지 420℃의 온도에서 열분해하여 탄화수소 증기와 점성질의 잔류물로 분리시키며, 분류관을 사용하여 상기 열분해하여 얻어진 탄화수소 증기의 비점 범위를 조절하는 단계를 포함하며, 상기 탄화수소 증기의 비점 범위를 조절하는 단계는 상기 분류관의 출구의 온도를 250 내지 280℃로 제어하는 단계를 포함하고, 상기 액체 응축물을 형성하는 단계에서 탄화수소 증기를 응축하는 단계는 공냉식 열교환기를 사용하여 행하고, 상기 액체 응축물을 화학적으로 처리하는 단계는 상기 액체 응축물을 항산화제로 희석하여 소정의 항산화제의 농도를 가지는 혼합물로 형성하고, 상기 혼합물중에 포함된 고체를 침전시키기 위하여 상기 혼합물을 소정시간 동안 방치하는 단계를 포함하고, 오일내의 고체 오염물을 물리적으로 제거하여 연료유를 형성하는 단계는 상기 혼합물중에 포함된 고체를 침전시키기 위하여 상기 혼합물을 소정시간 동안 방치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐유 재생 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 탄화수소 증기를 응축시켜서 액체 응축물로 형성하는 단계는 상기 열교환기에서 인화점을 조절함으로써 상기 액체 응축물을 비점에 따라 분리하여 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐유 재생 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 항산화제로서 디메틸 포름 아미드를 사용하며, 상기 혼합물중의 항상화제의 농도는 0.025 내지 0.035부피%인 것을 특징으로 하는 폐유 재생 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 오일 내의 고체 오염물을 물리적으로 제거하는 단계는 상기 오일을 원심 분리하여 오일 내에 잔류하는 고체 오염물 및 물을 제거하는 단계와, 원심 분리된 오일을 여과 매체를 이용하여 정제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐유 재생 방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 여과 매체로서 입자 사이즈가 50 내지 60 메시인 아태풀자이트 점토를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐유 재생 방법.
11. 제6항에 있어서, 상기 연료유를 형성하는 단계 이후에 상기 연료유를 증류시켜서 상기 연료유의 비점 범위를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐유 재생 방법.
12. 제6항에 있어서, 상기 폐유를 열분해 단계는 상기 점성질의 잔류물을 열처리에 의하여 코우크스화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐유 재생 방법.