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Summary
목차
제1장 연구개요 26
제1절 서론 26
제2절 연구수행 내용 29
제2장 폐타이어, 폐유의 발생 및 처리현황과 외국의 기술 사례 분석 31
제1절 폐타이어, 폐유의 발생 및 처리현황 31
제2절 외국의 열분해 기술사례 분석 37
1. Natrl Windgap Inc. 공정 37
가. 개요 37
나. 공정분석 39
다. 열분해 오일, 가스, 잔류물의 성상분석치 (예) 40
2. Hamburg 대 공정 42
3. 고베제강 42
제3장 실험 플랜트(PDU)의 운전실험 47
제1절 PDU 설계 47
1. 개요 47
2. 공정구성 48
3. 물질수지계산 52
가. 전체 물질수지 52
나. 장치별 물질 수지 53
4. 열수지 계산 63
가. 장치별 열부하 계산 63
나. 장치별 냉각부하 계산 66
다. 장치별 열부하 및 냉각부하 요약 ((표 3-3)) 69
5. 기타 계산 70
가. 급냉조(1)의 냉각용 순환오일량 계산 70
나. 급냉조(2)의 냉각용 순환오일량 계산 70
다. 열풍로 열부하 계산 71
제2절 운전실험 72
1. 폐타이어 공급실험 72
가. 공정개요 및 작동원리 72
나. 폐타이어 공급량 조절실험 73
2. 슬럿지 이송실험 75
가. 실험개요 및 목적 75
나. 실험결과 75
3. 폐유 예비가열실험 81
가. 실험개요 및 목적 81
나. 장치구성 85
다. 가열실험 86
라. 실험결과 90
4. 장치 운전 및 가열실험 97
가. 장치개요 97
나. 폐타이어 열분해장치의 운전절차 102
다. 폐타이어 장입 및 공급실험 104
라. 폐유 가열 및 공급실험 104
마. 반응기 및 건조기 가열실험 106
바. 반응기 및 건조기 Screw이송 실험 107
제4장 성능실험결과 및 플랜트 설계시 고려사항 112
제1절 성능실험결과 112
1. 폐유 가열실험 112
가. 개요 112
나. 장치구성 114
다. 실험방법 116
라. 결과 및 고찰 117
마. 실증 플랜트 설계시 고려사항 121
2. 폐타이어／폐유 공급비 조절실험 127
가. 개요 127
나. 가열폐유 공급장치 127
다. 반응기에서 폐유 소모량 측정 128
3. PDU 가열운전 실험 133
가. 개요 133
나. 각 장치의 온도변화 측정 133
4. 생성물의 회수실험 및 성상 155
가. PDU 운전시 생성물의 분포 155
나. 생성오일의 성상 157
다. 생성가스의 성상분석 167
라. 잔류물의 성상분석 170
마. 생성오일 중의 유해성분 분석 171
제2절 플랜트 설계시 고려사항 172
1. 파쇄타이어 공급장치 173
가. 구성 173
나. 구성방안 (그림 4-23 참조) 173
다. 단위 장치별 구성지침 173
2. 폐유 공급장치 177
가. 구성 177
나. 구성방안(그림 4-26 참조) 177
다. 단위장치별 구성지침 177
3. 열분해 반응기 179
가. 구성 179
나. 구성방안(그림 4-27 참조) 179
다. 단위장치별 구성지침 179
4. 건조기 184
가. 구성 184
나. 구성방안 (반응기의 구조와 동일) 184
다. 단위장치별 구성지침 184
5. 가열시스템 187
가. 구성 187
나. 구성방안 (그림 4-29 참조) 187
다. 단위장치별 구성지침 188
6. 잔류물 분쇄 및 분리장치 189
가. 구성 189
나. 구성방안 (그림 4-30 참조) 189
다. 단위장치별 구성지침 189
7. 생성오일 회수장치 192
가. 구성 192
나. 구성방안 (그림 4-31 참조) 192
다. 단위장치별 구성지침 192
8. 비응축가스 저장시스템 197
가. 구성 197
나. 구성방안 (그림 4-35 참조) 198
다. 단위장치별 구성지침 198
제5장 실증플랜트의 기본설계 201
제1절 공정 개요 201
제2절 물질수지 및 열수지 계산 202
1. 설계기준 및 자료 202
가. 플랜트 규모 및 방식 202
나. 가동 기준 203
다. 계산 기준 203
2. 수지계산을 위한 블록공정도 : (그림 3-2) 참고 203
3. 물질수지의 계산 203
가. 전체 물질수지 203
나. 장치별 물질 수지 205
다. 물질수지계산 요약도 ((그림 3-3) 참고) 209
4. 열 수지 계산 209
가. 장치별 열부하 계산 209
나. 장치별 냉각부하 계산 212
다. 열수지 계산 요약도 ((그림 3-2)) 214
5. 기타 계산 214
가. 급냉조 냉각용 순환오일량 계산 214
나. 반응기 가열용 순환오일량 계산 215
다. 비응축성 가스 소요량 계산 215
제3절 공정 구성 및 장치 기능 217
1. 공정 계통 설명 217
가. 폐유의 저장 및 공급 계통 217
나. 폐타이어의 전처리 및 공급 계통 217
다. 폐유의 가열 계통 218
라. 열분해 반응기 (RX-101) 218
마. 오일증기의 응축 및 저장계통 219
바. 잔류물 건조 및 처리계통 220
2. 장치별 기능 및 구조 221
가. 열분해 반응기 (RX-101) 221
나. 로타리킬른식 잔류물건조기(DR-101) 및 스크류건조기(DR-102) 221
다. 타이어공급장치 (Tire Feeder , FD-101) 및 잔류물 배출 장치(Residue Discharger, DC-101) 224
라. 가열로 (Fired Heater, H-101) 227
마. 급냉조 (Quenching Tower, HE-101) 및 2차 응축기(Condenser, HE-102) 227
바. 슬럿지 분리조(Sludge Separator, V-103) 및 유수분리기(Oil／Water Separator, V-105) 229
사. 증기분리조 (Flash Tower, V-101, V-102) 및 비응축성가스 분리조(V-104) 229
아. 중질유수집탱크(TK-102), 경질유수집탱크(TK-103) 및 가스체류탱크(TK-104) 232
자. 유적분리기 (Demister, DM-101, DM-102) 237
차. 건조잔류물 처리장치 237
카. 열풍로 (Hot Gas Generator, FN-101) 237
타. 파쇄타이어 저장조 (BN-101 ABC) 237
4. 제어 계통 238
가. 레벨제어 계통 238
나. 온도제어 계통 241
다. 기타 제어 계통 242
제4절 주요 장치의 개념 설계 245
1. 열분해 반응기 245
가. 설계 기준 245
나. 처리용량에 따른 반응기내경 산출식 248
다. Screw Conveyor의 최대 허용회전수 계산식 248
라. Screw 축의 직경계산 249
2. Rotary Kiln 외통식 Screw건조기 250
가. 설계 기준 250
3. Spray Quencher 설계 253
가. 설계기준 253
나. Spray Quencher에서 생성가스의 한계 최대속도 254
다. Spray Quencher의 용량설계 255
4. 잔류물 처리장치 260
5. 비응축성가스 저장시스템 260
제6장 경제성 분석 264
1. 기본자료 264
가. Plant 규모 : 폐타이어 - 10,000톤／년 264
나. Products 생성비(wt. %) 265
다. Products 량 265
라. Products Price 265
마. 폐타이어, 폐유의 수집 및 수송비 265
2. 경제성 분석 266
가. 투자비 266
나. 연간 운영비용 266
다. 제품판매수입 267
라. 경제성 검토 267
제7장 결론 및 향후 추진 방향 269
1. 적정 열분해 조건 및 오일화 수율 269
2. 생성오일의 성상 및 열분해 잔류물의 활용 269
3. PDU실험에서 운전, 장치상의 Trouble 사항 270
4. 폐유의 수거 여건 270
5. 사업화 경제성 270
6. 향후 추진 방향 270
(그림 2-1) 폐타이어 열분해 가스의 처리 흐름도 46
(그림 3-1) PDU 플랜트 공정흐름도 49
(그림 3-2) 물질수지 및 열수지 계산을 위한 블록 공정도 50
(그림 3-3) 물질수지 계산 요약도 62
(그림 3-4) Hopper 장입시 높이에 따른 공급량 및 공급속도 74
(그림 3-5) 폐타이어 열분해 슬럿지 이송실험장치 77
(그림 3-6) 회분식 장입시 회전수에 따른 이송속도 78
(그림 3-7) 장입속도를 변화하였을 때 회전수에 대한 배출시간 79
(그림 3-8) 장입속도를 변화하였을 때 회전수에 대한 배출시간 80
(그림 3-9) 경사도를 변화하였을 때 회전수에 대한 배출시간 82
(그림 3-10) 경사도를 변화하였을 때 회전수에 대한 배출시간 83
(그림 3-11) 폐유의 비점분포 곡선 84
(그림 3-12) 폐유 예비가열장치 공정도 87
(그림 3-13) 폐유 여과용 필터의 Mesh 크기별 축적된 고형분의 변화 89
(그림 3-14) 폐유 가열시 경과시간에 따른 폐유의 무게 감소량 92
(그림 3-15) 폐유 가열시 경과시간에 따른 폐유의 무게 감소분율 93
(그림 3-16) 폐유 예비 가열시 각 장치의 연소가스온도 94
(그림 3-17) PDU 폐타이어 열분해 플랜트의 공정구성도 98
(사진 3-1) PDU 폐타이어 열분해장치 전경 99
(그림 4-1) 폐유 가압, 가열장치의 공정도 115
(그림 4-2) 폐유 가압 가열시 Vapor 생성분율의 변화 119
(그림 4-3) 고비점(B.P 300℃ 이상)의 폐유 가열방법 123
(그림 4-4) 폐유중 저비점 성분이 함유되었을 때의 가열방법 123
(그림 4-5) 타르 또는 생성오일의 회수를 위한 응축시스템 126
(그림 4-6) 반응기 수위별 폐유 장입량의 변화 130
(그림 4-7) 반응기 가열온도에 따른 폐유의 체적변화 131
(그림 4-8) 열풍로 가열시 각 장치의 연소가스온도 135
(그림 4-9) 열분해 장치 가열시 경유소모량의 변화 136
(그림 4-10) 반응기 연소가스 가열시 반응기 내부온도 및 가열특성 138
(그림 4-11) 1차 건조기 연소가스 가열시 내부온도 및 가열특성 140
(그림 4-12) 2차 건조기 연소가스 가열시 내부온도 및 가열특성 142
(그림 4-13) 잔류물 탱크 연소가스 가열시 내부온도 및 가열특성 144
(그림 4-14) 각 장치별 연소가스 가열시 출구／입구 연소가스 온도비율 146
(그림 4-15) 반응기 가열시 1차 급냉조 온도 변화 148
(그림 4-16) 1차 건조기 가열시 2차 급냉조 온도변화 150
(그림 4-17) 2차 건조기 가열시 3차 응축기 온도 변화 152
(그림 4-18) 각 장치의 응축시스템에서의 입구／출구 온도비 변화 154
(그림 4-19) PDU 장치 열분해 생성오일의 비점분포 158
(그림 4-20) PDU 장치 열분해 생성오일의 ASTM 분석치 160
(그림 4-21) 폐타이어／폐유 열분해 생성오일의 비점분포 162
(그림 4-22) 폐타이어／폐유 열분해시 비응축가스의 성분비교 169
(그림 4-23) 파쇄타이어 공급장치의 공정흐름도 173
(그림 4-24) 폐타이어 파쇄 크기조절을 위한 처리시스템 176
(그림 4-25) 파쇄타이어 공급용 Conveyor의 구조 177
(그림 4-26) 폐유 공급장치의 공정 흐름도 178
(그림 4-27) 폐타이어 열분해 반응기의 공정도 180
(그림 4-28) 열분해 반응기의 폐유 수위조절장치 공정도 182
(그림 4-29) 연소가스를 이용한 가열시스템 공정도 187
(그림 4-30) 열분해 잔류물의 분쇄 및 분급 공정도 190
(그림 4-31) 생성오일 회수장치의 공정도 193
(그림 4-32) 생성오일 회수용 응축기의 구조 195
(그림 4-33) 생성오일 여과장치의 공정도 196
(그림 4-34) 생성오일 중의 타르의 분리 및 제거장치 197
(그림 4-35) 비응축가스 저장 시스템의 공정도 198
(그림 5-1) 파쇄타이어를 이용한 열분해 반응기(RX-101) 222
(그림 5-2) 로타리 킬른 형식의 Screw 건조기(DR-101) 223
(그림 5-3) Screw 건조기(DR-102) 225
(그림 5-4) 파쇄타이어 공급기(FD-101) 226
(그림 5-5) 급냉조(HE-101) 228
(그림 5-6) 슬럿지 분리조(V-103) 230
(그림 5-7) 유수 분리 장치(V-105) 231
(그림 5-8) Flash탑(V-101) 233
(그림 5-9) Flash탑(V-102) 234
(그림 5-10) 유수 분리기(V-104) 235
(그림 5-11) 중질유 저장조(TK-102) 236
(그림 5-12) 반응기 폐유 수위 및 온도 조절 장치 239
(그림 5-13) 고비점 오일 급냉조의 냉각 및 수위 조절 시스템 240
(그림 5-14) 파쇄타이어 공급 시스템 243
(그림 5-15) 반응기 및 건조기의 압력조절 시스템 246
(그림 5-16) 건조 잔류물 처리 시스템 261
(그림 5-17) 비응축 가스 저장 시스템 262
(표 2-1) 폐타이어, 폐윤활유의 발생 및 처리 현황 33
(표 2-2) 미국과 일본의 폐타이어 처리 현황 34
(표 2-3) 외국의 폐타이어 오일화 플랜트 기술개발 사례 38
(표 2-4) Specifications of main equipment 43
(표 2-5) Material balance of scrap tire pyrolysis tests*1 (Pyrolysis temperature : 600℃) 44
(표 2-6) Heat balance in the pyrolysis kiln.(Data based on Test in (표2-5) 45
(표 3-1) PDU 플랜트 설계기준 자료 51
(표 3-2) 총괄물질수지표 54
(표 3-3) 장치별 열부하 및 냉각부하 요약 69
(표 3-4) 폐유 예비가열시 생성물의 분포 및 비중 96
(표 3-5) PDU 공정구성의 요약 100
(표 4-1) 폐유의 강압, 가열에 따른 Vapor 생성량의 변화 118
(표 4-2) 가압, 가열한 폐유를 상압 Flashing할 때의 Residue Oil 및 Flash Vapor 변화량 121
(표 4-3) Fired Heater의 설계를 위한 기본자료 125
(표 4-4) PDU 열분해 장치 운전시 열분해 생성물의 분포 156
(표 4-5) 폐타이어／폐유 열분해 생성오일의 원소분석 163
(표 4-6) 생성오일의 규격 164
(표 4-7) 생성오일의 BTX 분석결과 166
(표 4-8) 폐유／폐타이어 열분해시 비응축가스의 성분분석 167
(표 4-9) 폐타이어 열분해시 비응축가스의 성분분석 168
(표 4-10) 폐타이어／폐유의 복합처리시 열분해 잔류물의 공업분석치 170
(표 4-11) 잔류물중에 함유된 중금속 및 유황함량 171
(표 4-12) 열분해 잔류물을 포함한 아스팔트의 용출실험결과 171
(표 4-13) 폐유 및 생성오일 중에 함유된 중금속 함량의 비교 172
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