KR102059308B1 - Automatic production system of syngas and hydrogen from combustible waste and steam using plasma - Google Patents

Automatic production system of syngas and hydrogen from combustible waste and steam using plasma Download PDF

Info

Publication number
KR102059308B1
KR102059308B1 KR1020190115778A KR20190115778A KR102059308B1 KR 102059308 B1 KR102059308 B1 KR 102059308B1 KR 1020190115778 A KR1020190115778 A KR 1020190115778A KR 20190115778 A KR20190115778 A KR 20190115778A KR 102059308 B1 KR102059308 B1 KR 102059308B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen
steam
syngas
gasification
gasification reactor
Prior art date
Application number
KR1020190115778A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
유강
Original Assignee
유강
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유강 filed Critical 유강
Priority to KR1020190115778A priority Critical patent/KR102059308B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102059308B1 publication Critical patent/KR102059308B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0046Sequential or parallel reactions, e.g. for the synthesis of polypeptides or polynucleotides; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making molecular arrays
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894Processes carried out in the presence of a plasma
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • B29B17/04Disintegrating plastics, e.g. by milling
    • B29B2017/0424Specific disintegrating techniques; devices therefor
    • B29B2017/0496Pyrolysing the materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06Integration with other chemical processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205Composition of the feed
    • C01B2203/1211Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16Controlling the process
    • C01B2203/169Controlling the feed
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62Plastics recycling; Rubber recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

The present invention relates to an automation equipment and method for producing syngas and hydrogen from combustible waste and vapor, and more specifically, to an automation equipment and method for producing syngas and hydrogen by decomposing combustible waste and vapor into a gas atom at a high temperature of a plasma torch and recombining the same. The purpose of the present invention is to secure economic feasibility of combustible waste gasification in order to realize production of eco-friendly gas energy and industrialization thereof. To this end, the present invention uses a three-stage gasification reactor in which inflow of air is blocked, supplies oxygen and hydrogen required for gas synthesis by thermally decomposing vapor, automatically controls a production process, and does not have air discharge facilities such as a chimney or the like. The syngas may be used as fuel of a gas turbine generator or as a substitute fuel for LNG (city gas), and hydrogen may be used as fuel of a hydrogen vehicle charging station or hydrogen fuel cell power plant.

Description

플라스마를 이용하여 가연성 폐기물과 수증기로부터 합성가스(Syngas) 및 수소 생산 자동화 장치{Automatic production system of syngas and hydrogen from combustible waste and steam using plasma}Automatic production system of syngas and hydrogen from combustible waste and steam using plasma}

본 발명은 합성가스(Syngas)와 수소 생산 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기 유입이 차단된 가스화반응로에서 고체 또는 액체 상태의 유기물질을 기체 분자로 열분해 하고, 수증기를 플라스마 화염의 고온으로 열분해하여 수소와 산소를 생성하고, 후속 화학반응에서 이용하여 합성가스(Syngas)와 수소를 생산하는, 가연성 폐기물 처리와 가스에너지 생산의 병렬 처리 방법이다. The present invention relates to a method and apparatus for producing syngas and hydrogen, and more particularly, to pyrolyzing organic matter in a solid or liquid state into gas molecules in a gasification reactor in which atmospheric inflow is blocked, and to convert water vapor into a plasma flame. It is a parallel process of combustible waste treatment and gas energy production that pyrolyzes to high temperature to produce hydrogen and oxygen, and is used in subsequent chemical reactions to produce syngas and hydrogen.

현대 사회에서는 모든 분야에서 다양한 형태의 에너지를 사용하고 있다. 그중에서 화석연료를 에너지원으로 가장 많이 사용하고 그 때문에 온실가스 발생량의 증대로 많은 문제점이 도출된 상황이다. 이러한 문제를 해결하고자 국제협약을 통하여 온실가스 배출 감소를 유도하고 있다. 이러한 노력 중의 하나로 여러 나라에서 신재생 에너지에 관한 새로운 정책 수립 및 기술개발 등이 이루어지고 있다.Modern society uses all forms of energy in all fields. Among them, fossil fuel is the most used as energy source, and therefore, many problems have been derived due to the increase of greenhouse gas emissions. In order to solve these problems, international agreements have led to reductions in greenhouse gas emissions. One such effort is the development of new policies and technology development on renewable energy in many countries.

가연성 폐기물을 활용한 일반적인 에너지 재생 방법은 소각으로 열에너지를 얻는 방법으로 수행된다. 하지만 소각의 근본적인 문제점, 대기의 다량 투입과 낮은 소각온도(섭씨 800~1,000도)로 인하여 미세먼지와 대기환경 오염물질 배출 등으로 사회적 문제점이 도출되어서, 민원 발생 때문에 정부의 정책수행 및 폐기물 처리에 차질을 빚고 있다. 소각은 친환경적인 방법이 아니지만, 폐기물 관리 및 처리의 관점에서 보면 대안이 없었다.Typical energy recovery methods using combustible wastes are carried out by incineration to obtain thermal energy. However, due to the fundamental problems of incineration, large amount of air input and low incineration temperature (800 ~ 1,000 degrees Celsius), social problems are derived from the emission of dust and air pollutants. I am in trouble. Incineration is not an environmentally friendly method, but there is no alternative in terms of waste management and disposal.

합성가스(Syngas)는 주로 수소와 일산화탄소로 구성되어 있으며 암모니아(NH3), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H6O) 등 여러 화학제품의 원료로 사용되고 또는 친환경적 연료로 사용된다. 합성가스(Syngas)는 천연가스를 개질하여 생산하는 방법이 일반적이나, 현대 기술 발달에 따라 가연성 폐기물을 분해하여 합성가스(Syngas)를 생산하는 방법이 가연성폐기물 자원화의 한 방법으로 개발되고 있다.Syngas is mainly composed of hydrogen and carbon monoxide, and is used as a raw material for various chemical products such as ammonia (NH 3 ), methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 6 O) or as an environmentally friendly fuel. Syngas is generally produced by reforming natural gas, but according to the development of modern technology, a method of producing syngas by decomposing flammable waste has been developed as a method of combustible waste resource recycling.

신재생에너지의 한 분야인 수소를 생산하는 방법은 물의 전기분해 또는 열분해를 통하여 생산하는 방법 등이 있으나 경제성이 없음으로 상업용으로 활용되지 못하고 천연가스등의 화석연료를 개질하여 생산하는 방법이 매우 일반적이다.Hydrogen, which is one of the fields of renewable energy, is produced by electrolysis or pyrolysis of water. However, it is not economically available and is produced by reforming fossil fuels such as natural gas. .

수소를 생산하기 위한 천연가스 개질은, 천연가스를 약 섭씨 1,000도의 고온에서 수증기 반응으로 이루어진다. 이에 따른 화학적 변환은 일반적으로 다음과 같다. Natural gas reforming to produce hydrogen consists of steam reaction at natural temperatures of about 1,000 degrees Celsius. The resulting chemical transformation is generally as follows.

CH4 + H2O = CO + 3H2 CH4 + H2O = CO + 3H2

CH4 + 2H2O = CO2+ 4H2CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2

수소 생산에 가연성 폐기물을 원료로 사용하는 방법은 가연성 폐기물을 약 섭씨 600~2,000도의 고온에서 열분해, 가스화 과정을 통하여 기체 원자로 분해하고 고온의 수증기와 반응하여 이루어진다. 가연성 폐기물에서 분해된 수소는 후속 반응 없이 배출된다. 주요 화학적 변환은 다음과 같다. The method of using flammable waste as a raw material for hydrogen production is to decompose flammable waste into gas atoms through pyrolysis and gasification process at a high temperature of about 600 to 2,000 degrees Celsius and react with hot steam. Hydrogen decomposed in flammable waste is discharged without subsequent reaction. The main chemical transformations are as follows.

C + H2O = CO + H2C + H2O = CO + H2

H2 = H2H2 = H2

천연가스와 가연성 폐기물에서 수소가 생산되는 화학적 변환은 유사하다. 탄소와 수소의 합성물질을 열분해하여 원자 상태로 치환한 후, 탄소와 산소를 결합하고 수소를 추출하는 방법으로, 가연성 폐기물을 원료로 수소를 생산하는 방법이 경제적이며 폐자원의 에너지화에 이바지할 것으로 생각된다.The chemical conversions that produce hydrogen from natural gas and flammable waste are similar. A method of thermally decomposing a composite material of carbon and hydrogen, replacing it in an atomic state, and then combining carbon and oxygen and extracting hydrogen, a method of producing hydrogen from flammable waste material is economical and contributes to the energyization of waste resources. It is thought to be.

친환경적이고 경제적인 가연성 폐기물 자원화 기술의 미비로 전국에 수십만 톤의 폐기물이 불법 방치되어 있고, 폐기물 소각으로 말미암은 미세먼지 배출, 폐기물 불법 수출로 국제적 문제 발생 등 폐기물처리가 우리 사회에 미치는 영향은 지대하다.Due to the lack of eco-friendly and economical flammable waste recycling technology, hundreds of thousands of tons of wastes are illegally left across the country. .

우리의 산업활동 및 일상생활에서 발생하는 가연성 폐기물을 에너지화하는 과정에서, 가연성 폐기물 소각의 대체 방법으로 미세먼지 및 공해물질의 배출 없이 친환경적 가스에너지를 생산하는 데 그 목적이 있다.In the process of energizing the combustible wastes generated in our industrial activities and daily life, the objective is to produce eco-friendly gas energy without the release of fine dust and pollutants as an alternative to combustible waste incineration.

특히 수소생산에서 천연가스를 대체하여 미활용 자원인 가연성 폐기물과 수증기를 원료로 활용하여 수소를 대량생산하는 방법을 확보하여, 수소에너지의 경제성을 향상하는 것이다.In particular, by replacing the natural gas in the production of hydrogen, by securing a method of mass production of hydrogen by using combustible waste and water vapor, which are unused resources, as raw materials, the economic efficiency of hydrogen energy is improved.

가연성 폐기물의 가스에너지화는 학술적으로는 매우 간단한 자연 현상을 이용한 것으로 논리적으로는 아무런 장애 요인이 없으나, 산업화에는 아래와 같은 과제를 해결하여야 경제성 있는 산업화가 이루어질 수 있다.The gasification of combustible waste uses a very simple natural phenomenon in academic terms, and there is no logical obstacle. However, industrialization can be economically achieved by solving the following tasks.

폐기물 가스화에 관한 논문 또는 특허 문건을 보면 산소, 이산화탄소, 수증기 등을 가스화반응로에 투입하여 합성가스(Syngas)의 생성을 유도한다. 가스화반응로에 투입되는 가스 또는 수증기의 목적은 산소를 공급하여 가연성 폐기물에서 분해된 탄소 원자를 일산화탄소로 치환하기 위한 것이다. 산소를 가스화반응로에 투입할 경우 가스화 공정에 투입되는 총 에너지의 양은 다른 가스 또는 수증기 투입의 30% 정도로 매우 적다. 수증기 또는 이산화탄소를 분해하여 산소로 치환하는데 필요한 에너지가 필요 없기 때문이다. 하지만 실험실, 연구소 등의 가스화 시설에서는 산소투입이 가능하나, 일 처리량이 수십 톤에서 수백 톤에 달하는 상용화 시설에서는 가연성폐기물 1톤당 평균 300kg 정도가 필요한 산소를 경제적으로 공급하는 방법은 현재의 기술로는 실행되기 힘들 것으로 사료된다. 수증기(물)는 경제적으로 운반, 저장, 공급이 가능한 산소와 수소의 화합물로, 산소와 수소를 열분해를 통하여 대량으로 획득할 수 있으나 현 기술로는 산업적 경제성이 없다.In the paper or patent document on waste gasification, oxygen, carbon dioxide, water vapor, etc. are introduced into the gasification reactor to induce the production of syngas. The purpose of the gas or water vapor introduced into the gasification reactor is to supply oxygen to replace the carbon atoms decomposed in the combustible waste with carbon monoxide. When oxygen is introduced into the gasification reactor, the total amount of energy introduced into the gasification process is very small, about 30% of the input of other gases or steam. This is because they do not need the energy needed to decompose and replace water vapor or carbon dioxide with oxygen. However, in gasification facilities such as laboratories and laboratories, oxygen can be injected.However, in commercialization facilities with daily throughput ranging from tens of tons to hundreds of tons, the method of economically supplying oxygen, which requires an average of 300kg per ton of flammable waste, is currently possible It is difficult to execute. Water vapor (water) is a compound of oxygen and hydrogen that can be economically transported, stored, and supplied. A large amount of oxygen and hydrogen can be obtained through pyrolysis, but there is no industrial economy with the current technology.

수증기는 약 섭씨 2,200도에서 3% 정도, 섭씨 3,000도에서는 50% 이상이 산소 및 수소 원자로 분해된다고 알려져 있다. 가스화반응로 내부로 분사된 수증기 일부는 발열 화학반응에 의하여 산소 및 수소로 분해되나, 일산화탄소 형성에 필요한 모든 산소를 획득하기 위하여 가스화반응로 내부온도를 섭씨 3,000도로 유지하여도 수증기 열분해 효율이 50% 정도이다. 일 수백 톤 처리 규모의 가스화반응로 내부 온도를 섭씨 3,000도로 유지하는 것은 가스화반응로 재질, 수명 그리고 경제성을 고려하면 실현될 수 없다.It is known that water vapor decomposes to oxygen and hydrogen atoms at about 2,200 to 3%, and at least 3,000 to 50%. Although some of the water vapor injected into the gasification reactor is decomposed into oxygen and hydrogen by exothermic chemical reaction, the steam pyrolysis efficiency is 50% even if the internal temperature of the gasification reactor is maintained at 3,000 degrees Celsius in order to obtain all the oxygen required to form carbon monoxide. It is enough. Maintaining an internal temperature of 3,000 degrees Celsius in a hundreds of tonnes processing scale cannot be realized considering the gasification reactor material, lifetime and economy.

폐기물 가스화에서 가장 중요한 산소 공급에 있어서, 대기를 공급하면 질소산화물이 발생하면서 합성가스(Syngas)에 포함되는 질소로 인하여 열량이 저하되고, 산소를 투입하면 경제성이 없고, 수증기를 투입하면 섭씨 3,000도의 고온 가스화반응로가 필요하다는 난제가 있다. 가연성 폐기물의 가스화 설비나 방법에 관하여 전 세계적으로 많은 발명과 논문 등이 있으나, 산업화에 성공한 것이 극소수인 이유는 상기와 같이 발명의 실시에 따른 장애 요인들을 간과한 것으로 사료 된다.In the most important oxygen supply in waste gasification, when the atmosphere is supplied, nitrogen oxides are generated and the calories are lowered due to the nitrogen contained in the syngas, and when the oxygen is added, it is not economical, and when steam is introduced, the temperature is 3,000 degrees Celsius. The challenge is the need for a hot gasification reactor. Although there are many inventions and papers around the world regarding gasification facilities and methods of combustible waste, the reason for the small number of successful industrialization is considered to have overlooked the obstacles according to the implementation of the invention as described above.

가연성 폐기물 가스화 시스템은 일반적으로 하나의 가스화반응로로 구성되며, 가스화반응로 내부의 온도에 따라 건조, 열분해, 가스화 반응이 발생한다. 하나의 가스화반응로로 구성된 가스화 시스템의 문제점은 모든 화학반응이 동일 공간에서 연속적으로 발생하고, 상대적으로 낮은 배출 온도로 합성가스(Syngas)에 미분해 물질이 혼합되어 배출되는 것이다. 이러한 합성가스(Syngas)는 천연가스의 대체 연료로 사용할 수 없어, 고비용의 후처리 정제시설이 필요하므로 경제성을 저하한다. 또한 상대적으로 대용량의 가스화반응로에 투입되는 에너지가 많다는 단점이 있다. 가스화반응로의 운영에 요구되는 최소 에너지를 파악하고, 온도를 실시간으로 제어하여 가스화반응로의 운영의 경제성 확보가 필요하다. The combustible waste gasification system generally consists of one gasification reactor, and drying, pyrolysis and gasification reactions occur depending on the temperature inside the gasification reactor. The problem with a gasification system consisting of one gasification reactor is that all chemical reactions occur continuously in the same space, and unresolved substances are mixed with syngas at a relatively low discharge temperature. Syngas cannot be used as an alternative fuel for natural gas, and thus requires a costly aftertreatment and purification facility, thereby lowering economic efficiency. In addition, there is a disadvantage that a lot of energy input to a relatively large gasification reactor. It is necessary to grasp the minimum energy required for the operation of the gasification reactor and to control the temperature in real time to secure the economics of the operation of the gasification reactor.

가연성 폐기물에서 기인하는 장애 요인은 가연성 폐기물의 종류와 성분의 다양성이다. 평균 에너지값(Calorific Value)은 일반 생활 폐기물은 10~14MJ/kg이고 PVC는 41MJ/kg로 3~4배의 차이가 있고, 탄소 성분비가 폐기물 종류에 따라 다양하다. 이러한 변수를 무시하고 최선의 평균치를 설정하여 가스화반응로를 운영할 때는 투입된 폐기물은 연소, 가스화되어 소멸하지만 생산된 합성가스는 활용하지 못한다. 합성가스(Syngas) 생산이 목적이 아닌, 폐기물 감량 및 소멸 목적의 가스화반응로에서 주로 행하여진다.A barrier to flammable waste is the variety and composition of the combustible waste. Average value (Calorific Value) is 10 ~ 14MJ / kg for general household waste and 3 ~ 4 times difference for PVC for 41MJ / kg, and carbon content varies according to the type of waste. When operating the gasification reactor by ignoring these variables and setting the best average value, the injected waste is burned, gasified and extinguished, but the produced syngas is not utilized. Syngas production is mainly carried out in gasification reactors for waste reduction and extinction purposes, not for the purpose.

가연성 폐기물을 가스화하여 고순도의 가스에너지를 생산하는 데 있어서 상기와 같은 장애 요인 및 문제점이 가연성 폐기물의 가스화 시스템의 보급에 부정적 요인이 되고 있다.The above obstacles and problems in gasifying flammable waste to produce high purity gas energy have been a negative factor in the spread of the gasification system of flammable waste.

본 발명은 가연성 폐기물을 미세먼지 및 공해물질의 배출 없이 가스에너지화하는 공정에서 아래에 서술한 수단과 방법 및 컴퓨터 프로그램을 이용하여 위의 문제점들을 해결한다.The present invention solves the above problems by using the means, method and computer program described below in the process of gasifying flammable wastes without the release of fine dust and pollutants.

- 대기의 유입이 차단된 가스화반응로-Gasification reactor with inflow of air

- 3단계 가스화반응로-3-stage gasification reactor

- 플라스마 토치를 이용한 수증기 열분해로 산소 및 수소의 공급-Supply of oxygen and hydrogen by steam pyrolysis using plasma torch

- 수증기 열분해에 투입된 에너지로 가연성 폐기물 열분해 -Pyrolysis of combustible wastes with energy input for steam pyrolysis

- 센서 및 컴퓨터 프로그램을 활용하여 생산공정의 자동 제어-Automatic control of production process using sensors and computer programs

본 발명에 따른 가스화반응로 모듈은 3개의 가스화반응로로 구성되었고 대기(공기)의 가스화반응로 내부 유입이 차단되었다. 대기의 유입이 차단되면, 대기 중의 질소 때문에 형성되는 질소산화물 및 미세먼지 발생 원인이 근본적으로 제거되고, 생산되는 합성가스(Syngas)에 질소가 포함되는 것을 예방하고, 굴뚝 등의 대기 배출시설이 필요 없다.The gasification reactor module according to the present invention was composed of three gasification reactors and the inflow of the gasification reactor to the atmosphere (air) was blocked. When the inflow of the air is blocked, the source of nitrogen oxides and fine dust generated due to nitrogen in the atmosphere is fundamentally eliminated, and the production of syngas to prevent nitrogen from being included, and an air discharge facility such as a chimney is required. none.

가스화 공정의 3단계(건조 및 열분해, 가스화, 가스정제)에 맞추어 각 가스화반응로의 크기와 운영온도를 최적화하고, 가스화반응로에서 발생한 열에너지를 재사용하여, 투입에너지를 최소화하는 3단계 가스화반응로 방법을 사용한다.Three-stage gasification reactor that optimizes the size and operating temperature of each gasification reactor in accordance with three stages of gasification process (drying and pyrolysis, gasification, gas purification), and minimizes input energy by reusing thermal energy generated in gasification reactor. Use the method.

또한, 3단계 가스화반응로는 배출되는 합성가스(Syngas)에 타르, 다이옥신 등의 미분해 물질이 혼합될 수 없는 구조로 형성되어, 고품질의 가스에너지를 생산한다.In addition, the three-stage gasification reaction is formed of a structure in which undecomposed substances such as tar and dioxins cannot be mixed with the syngas discharged, thereby producing high quality gas energy.

합성가스(Syngas) 형성에 필요한 산소와 수소는 플라스마 토치를 통하여 수증기의 형태로 2가지 방법으로 공급된다. 수증기 공급량의 조절로 다양한 성분비의 합성가스(Syngas)를 생산할 수 있다.Oxygen and hydrogen for syngas formation are supplied in two ways in the form of water vapor through a plasma torch. By controlling the amount of steam supplied, it is possible to produce syngas having various component ratios.

첫 번째 방법은 플라스마의 형성 가스로 공급된 수증기가 이온화 과정을 통하여 배출되면서 플라스마 화염을 형성하고, 수소와 산소로 열분해 된다. 플라스마 형성 가스로 이용되는 수증기의 공급량은 가감될 수 있으나, 플라스마 형성가스의 이온화가 이루어져야 하므로 플라스마 형성가스의 가감에는 플라스마 토치의 설계에 따른 한계치가 존재한다. In the first method, the water vapor supplied to the plasma forming gas is discharged through the ionization process to form a plasma flame and pyrolyze into hydrogen and oxygen. The amount of water vapor used as the plasma forming gas may be reduced, but since the plasma forming gas needs to be ionized, the plasma forming gas has a limit according to the design of the plasma torch.

이러한 한계치보다 많은 양의 수증기를 공급할 수 있는 두 번째는 방법은, 플라스마 화염의 외부를 감싸는 소용돌이 형태로 수증기를 분출하는 것이다. 섭씨 3,000도 이상의 고온이 요구되는 수증기 열분해에서, 섭씨 5,000~15,000도의 플라스마 화염 외부에 소용돌이 형태로 공급된 수증기는 고온에 노출되는 시간이 증대되어 열분해 효율이 향상된다. 또한, 상기와 같은 수증기 분출 형태는 플라스마 화염 형성에 간섭을 배제한다. The second way to supply a larger amount of water vapor than this limit is to eject water vapor in the form of a vortex that surrounds the outside of the plasma flame. In steam pyrolysis requiring a high temperature of 3,000 degrees Celsius or more, steam supplied in a vortex form outside the plasma flame of 5,000 to 15,000 degrees Celsius increases the time to be exposed to high temperatures, thereby improving pyrolysis efficiency. In addition, such vapor ejection forms exclude interference with plasma flame formation.

생성된 산소와 수소, 열분해 되지 못한 수증기는 높은 엔탈피를 갖는 기체로 가스화반응로 내부로 확산하여 가스화반응로의 효율을 향상한다.The generated oxygen, hydrogen, and non-pyrolyzed water vapor are diffused into the gasification reactor with a gas having high enthalpy to improve the efficiency of the gasification reactor.

가스화 과정에서는 자연적 현상으로 다양한 화학반응이 발생하지만 본 발명을 통하여 제어하는 화학반응은 탄소와 산소의 결합으로 생성되는 일산화탄소 형성 반응이다. 가연성 폐기물의 평균 구성비를 보면 탄소가 산소보다 약 30% 많다. 이에 위의 두 가지 방법으로 산소를 공급하여 탄소와 산소의 몰비를 1:1로 유지하여 일산화탄소의 결합을 유도하고, 산소 공급과정에서 생산된 수소가 혼합되어 합성가스(Syngas)를 생산한다.In the gasification process, various chemical reactions occur as natural phenomena, but the chemical reaction controlled through the present invention is a carbon monoxide formation reaction generated by the combination of carbon and oxygen. The average composition of combustible waste shows that carbon is about 30% more than oxygen. Thus, by supplying oxygen in the above two methods to maintain a molar ratio of carbon and oxygen of 1: 1 to induce the combination of carbon monoxide, hydrogen produced in the oxygen supply process is mixed to produce syngas (Syngas).

본 발명에서는 인공지능(Artificial Intelligence)을 기반으로 하는 컴퓨터 프로그램과 컴퓨터 수치 제어 장치로 구성된 원격제어부를 이용하여 본 발명에 따른 장치들을 자동제어한다. In the present invention, the apparatus according to the present invention is automatically controlled by using a remote control unit comprising a computer program based on artificial intelligence and a computer numerical control device.

원격제어부는 수시로 변하는 가스화반응로 내부의 온도, 가스 성분비, 압력의 데이터를 센서를 통하여 실시간으로 수집하고 분석하여, 그 데이터에 상응하는 제어를 컴퓨터 수치 제어 장치를 통하여 장치들을 실시간으로 조정한다. 상응 제어의 간단한 일례로 가스화반응로 내부에 탄소가 산소보다 많이 존재하면 플라스마 토치에 투입되는 수증기량을 증가하여 탄소와 산소의 몰비를 1:1로 유지하는 것이다. The remote control unit collects and analyzes data of the temperature, gas component ratio, and pressure inside the gasification reactor, which changes from time to time, in real time through a sensor, and adjusts the devices corresponding to the data through a computer numerical control device in real time. As a simple example of the corresponding control, if there is more carbon in the gasification reactor than oxygen, the amount of water vapor injected into the plasma torch is increased to maintain the molar ratio of carbon to oxygen at 1: 1.

원격제어부는 가스화반응로에 장착된 측정 센서들의 디지털 자료를 수집, 분석한 후 가연성 폐기물 공급 장치, 플라스마 토치, 합성가스 배출 장치들을 실시간으로 제어하고, 제어의 결과를 가스분석기의 자료로 확인한 후, 후속 제어 공정의 입력 자료로 활용한다. 위와 같은 과정을 연속적으로 수행하면서 수집된 데이터를 모델링하여 메모리에 저장하고 자가학습의 데이터로 활용하여, 원격제어부 스스로 장비들을 능동적으로 제어하여 최적의 운영상태로 유지하는 방법이다.The remote control unit collects and analyzes the digital data of the measuring sensors installed in the gasification reactor, and then controls the flammable waste supply device, the plasma torch and the syngas discharge device in real time, and confirms the result of the control with the data of the gas analyzer. It is used as input data for the subsequent control process. By continuously performing the above process, the collected data is modeled and stored in memory and used as data for self-learning, so that the remote controller actively controls the devices to maintain the optimal operating state.

가연성 폐기물의 탄소 성분비 및 에너지값(Calorific Value)의 편차에 따른 문제점도, 가스화반응로에 공급되는 수증기, 가연성 폐기물 투입량, 내부 온도의 능동적인 제어로 해결한다.Problems caused by variations in carbon content ratio and energy value of flammable wastes are also solved by active control of steam, combustible waste input and internal temperature supplied to the gasification reactor.

원격제어부의 활용으로 가연성 폐기물 투입부터 생산된 수소의 분리 추출까지의 모든 공정에 능동적으로 대처하여, 고순도의 수소 및 합성가스 생산 공정에 투입되는 에너지를 최소화하면서 가연성 폐기물의 잠재에너지를 고순도의 합성가스(Syngas)로 치환한다.Actively cope with all processes from inputting flammable waste to separation and extraction of hydrogen produced by remote control unit, minimizing energy input to high-purity hydrogen and syngas production process while minimizing energy input to flammable waste Replace with (Syngas).

본 발명은 가연성 폐기물과 수증기를 열분해하여 가스에너지로 치환하는 자동화 방법, 장치 및 구현 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로 이에 따른 직접적인 효과로 미세먼지 및 오염물질의 배출 없이 가연성 폐기물을 처리하는 것이다. 그에 따른 결과로 환경오염에 따른 사회적 손실을 줄이는데 이바지할 수 있고, 소각에 따른 사회적 갈등을 해결하는데 긍정적으로 작용할 것이다.The present invention relates to an automated method, apparatus, and implementation computer program for pyrolyzing flammable waste and water vapor to replace it with gas energy, thereby directly treating flammable waste without the release of fine dust and pollutants. As a result, it can contribute to reducing social loss due to environmental pollution, and will have a positive effect on resolving social conflicts caused by incineration.

또한, 현재 세계적으로 관리, 처리 과정에서 많은 문제가 있는 플라스틱 폐기물을 포함한 가연성 폐기물을 원료로 사용하여 수소 및 합성가스(Syngas)를 생산하므로, LNG 발전소와 수소 생산에 사용되는 천연가스의 수입대체효과가 있어, 한국의 에너지 자립에도 도움이 된다.In addition, since the production of hydrogen and syngas using the combustible waste including plastic waste, which has a lot of problems in the current management and processing, as a raw material, the import substitution effect of LNG power plant and natural gas used for hydrogen production It also helps Korea's energy independence.

환경부 2017년도 폐기물 통계를 보면, 1일 26,290톤의 가연성 폐기물을 소각의 방법으로 처리하였다. 소각된 가연성 폐기물의 경제적 가치를 생산 가능한 전력으로 단순 계산하면 일 26,290MWh이다. 본 발명을 통하여 생산된 전력에서, 자체 소비 후의 잉여 전력은 가연성 폐기물 1톤당 평균 1MWh이다. 또한 1일 32,524톤의 폐기물이 매립되는데 그중에 포함된 가연성 폐기물의 통계는 없으나 매립장 구성물을 보면 많은 양의 가연성 폐기물이 매립된다. According to the Ministry of Environment's 2017 waste statistics, 26,290 tons of flammable waste was treated by incineration a day. The economic value of incinerated combustible waste is simply 26,290 MWh per day as a means of producing power. In the power produced through the present invention, the surplus power after self consumption is on average 1 MWh per tonne of combustible waste. In addition, 32,524 tons of waste are buried a day, although there are no statistics on the combustible waste contained therein, but the landfill composition shows a large amount of combustible waste.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 장치의 구성 및 연결을 표시한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 분쇄된 가연성 폐기물 운반용 스크루 컨베이어 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 분쇄된 폐기물의 투입 시, 가스화반응로 내부로 대기의 유입을 방지하는 대기유입방지 개폐기의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3개의 가스화반응로로 구성된 가스화반응로 모듈의 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 DC 플라스마 토치에 산소 및 수소 생산을 위한 열분해 수증기 배출기가 형성된 구성을 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 합성가스(Syngas)에서 수소를 분리 추출하는 수소분리기의 단면도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 DC 플라스마 토치에 형성되어 있는 열분해 수증기 배출기에 수증기 유도 강성이 도시된 단면도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 DC 플라스마 토치에 형성되어 있는 열분해 수증기 배출기의 수증기 유도강성이 도시된 내부 투시도.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 의료폐기물 등과 같이 밀봉되어 운반되는 감염성 폐기물의 투입 시, 가스화반응로 내부로 대기의 유입을 방지하는 대기유입방지 감염물 개폐기의 단면도.
1 is a block diagram showing the configuration and connection of a device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view of the screw conveyor for conveying combustible combustible waste in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view of the air inflow prevention switch to prevent the inflow of the atmosphere into the gasification reaction when the crushed waste is added according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a gasification reactor module consisting of three gasification reactor according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a configuration in which a pyrolysis steam discharger for oxygen and hydrogen production is formed in a DC plasma torch according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of a hydrogen separator for separating and extracting hydrogen from syngas according to an embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view showing the steam induction rigidity in the pyrolysis steam discharger formed in the DC plasma torch in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 8 is an internal perspective view showing the steam induction rigidity of the pyrolysis steam discharger formed in the DC plasma torch in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a cross-sectional view of the air inflow prevention infectious switch to prevent the inflow of the atmosphere into the gasification reaction when the injection of infectious waste sealed and transported, such as medical waste in accordance with an embodiment of the present invention.

(예시 1, 일반 가연성 폐기물)(Example 1, General Flammable Waste)

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 아래와 같이 상세히 설명한다.The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명하면서 관련 공지 기술 또는 장치의 상세한 설명은 생략되었다. 또한, 본 발명의 설명에 사용된 용어들은 서술자의 의도 또는 관례에 따라 다르게 해석될 수 있음으로, 용어들의 정의는 본 명세서에서 설명하고자 하는 내용을 기본으로 내려져야 할 것이다.Detailed descriptions of related well-known techniques or devices have been omitted while describing the present invention. In addition, terms used in the description of the present invention may be interpreted differently according to the intention or custom of the descriptor, and the definition of the terms should be made based on the contents to be described herein.

발명 실시의 구체적인 내용을 설명하기 위한 도면에 도시된 구성은 본 발명 표현의 한 예로 본 발명의 기술적 사상을 전부 대변하는 것은 아니므로, 발명을 실시하기 위한 다른 예에서는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다르게 구성될 수 있다고 해석되어야 할 것이다.The configuration shown in the drawings for describing the specific embodiments of the invention does not represent all the technical ideas of the present invention as an example of the expression of the present invention , other examples for carrying out the invention does not depart from the technical spirit of the present invention. It should be interpreted that it can be configured differently within the scope.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 구성을 나타내며, 원격제어부(도 1의 9)의 통제하에 가연성 폐기물이 장치들을 따라 이동되면서 합성가스(Syngas)로 치환되고 수소가 합성가스(Syngas)에서 분리되어 배출되는 블록도이다. Figure 1 shows the configuration of the device according to the invention, under the control of the remote control unit ( 9 in FIG. 1 ) as the combustible waste is moved along the devices are replaced with syngas (Syngas) and hydrogen is separated from the Syngas (Syngas) A block diagram is discharged.

원격제어부(도 1의 9)에서 가연성 폐기물 투입 신호를 보내면 분쇄기(도 1의 1)는 고형 가연성 폐기물을 20~50mm 크기로 분쇄하고 혼합한다. 스크루 컨베이어(도 1의 2)는 분쇄된 가연성 폐기물을 대기유입방지 개폐기(도 1의 3)를 통하여 가스화반응로 모듈(도 1의 4)에 투입한다. 분쇄된 가연성 폐기물은 표면적의 증가로 가스화 효율이 증대되고 다양한 성분의 가연성 폐기물은 혼합 과정을 통하여 좀 더 균일한 에너지를 갖게 된다. When the remote control unit ( 9 in FIG. 1 ) sends a combustible waste input signal, the grinder ( 1 in FIG. 1 ) grinds and mixes the solid combustible waste into a size of 20 to 50 mm. Screw conveyor ( 2 in Figure 1) is a combustible waste to prevent the air inlet switch ( 3 in Figure 1 ) Through the gasification reactor module ( 4 in Figure 1 ) through. Crushed combustible wastes increase the gasification efficiency by increasing the surface area, and combustible wastes of various components have more uniform energy through the mixing process.

도 3은 열림 상태의 대기유입방지 개폐기(300)의 단면도로 몸체부(301), 원통 형태로 하부에 수평 방향으로 원통형의 구멍이 있는 개폐제어부(302), 유압실린더 모듈(303), 노폐물배출밸브(308)를 포함하여 도 3과 같이 구성된다. 3 is a cross-sectional view of the air inflow prevention switch 300 in the open state body 301 , the cylindrical opening and closing control unit 302 with a cylindrical hole in the horizontal direction at the bottom , hydraulic cylinder module 303 , waste discharge Valve ( 308 ) It is configured as shown in FIG.

상기 몸체부(301)의 외벽 상하부에는 수증기발생기(도 1의 5)와 연결되어 몸체부(301) 내부에 있는 개폐제어부(302)로 수증기를 공급하는 수증기공급기(304.a, 304.b)가 장착되어 있어 연속적으로 개폐제어부(302)로 수증기가 공급된다. Steam supply to the upper and lower outer wall is connected to the steam generator (5 in Fig. 1) is opened and closed by supplying steam control unit 302 in the inner body portion 301 of the body portion 301 (304.a, 304.b) Is mounted so that water vapor is continuously supplied to the open / close control unit 302 .

유압실린더 모듈(303)은 투입 신호 받고 개폐제어부(302)를 90도 회전하여 대기유입방지 개폐기(300)를 열림 상태로 만든다. 열림 상태에서는 개폐제어부(302)에 형성되어있는 열림공간부(307)는 스크루 컨베이어(도 2의 200)에 형성되어있는 이동공간부(도 2의 201)와 가스화반응로(도 4의 401.a)에 형성되어 있는 반응공간부(도 4의 414.a)와 연통되고, 수증기공급기(304.a, 304.b)와 개폐제어부(302) 내부에 형성되어 있는 열림수증기공급관(305.a, 305.b)이 연통되면서 개폐제어부(302) 하부에 형성되어 있는 열림공간부(307)로 고압의 수증기를 분사한다. Hydraulic cylinder module 303 receives the input signal The opening and closing control unit 302 is rotated 90 degrees to make the inflow preventing switch 300 open. Open state, the open space formed in the opening and closing control unit 302 307 screw conveyor moves the space portion which is formed on the (200 in Fig. 2) (201 in Fig. 2 and Fig. 4 401 to the gasification reaction. The open steam supply pipe 305.a communicating with the reaction space portion ( 414.a of FIG. 4 ) formed in a ) and formed inside the water vapor supplyers 304.a and 304.b and the open / close control unit 302 . , 305.b ) Open and close control unit in communication ( 302 ) The high pressure water vapor is injected into the open space part 307 formed at the bottom.

원격제어부(도 1의 9)는 수시로 변하는 가스화반응로의 내부 압력을 압력센서(도 4의 406)를 통하여 획득하고, 그에 상응하는 압력의 수증기를 공급한다.The remote control unit ( 9 in FIG. 1 ) obtains the internal pressure of the gasification reactor, which changes from time to time, through a pressure sensor ( 406 in FIG. 4 ), and supplies water vapor of a corresponding pressure.

상기 고압의 수증기는 열림공간부(307)에 수증기 에어커튼을 형성하면서 일부 수증기는 반응공간부(도 4의 414.a)로 유입되고, 일부는 이동공간부(도 2의 201)의 공기를 밀어내면서 외부로 배출된다. 연속적인 고압의 수증기 배출로 대기 유입이 차단된다. 가연성 폐기물은 스크루 컨베이어(도 2의 200)의 회전력에 의하여 반응공간부(도 4의 414.a)에 투입된다. 액체 상태의 가연성 폐기물은 액상폐기물투입구(도 4의 409)를 통하여 반응공간부(도 4의 414.a)로 투입된다.The high pressure steam forms a water vapor air curtain in the open space portion 307 , while some water vapor flows into the reaction space portion ( 414.a in FIG. 4 ), and part of the air in the moving space portion ( 201 in FIG. 2 ). It is pushed out and discharged to the outside. Continuous high pressure steam discharge blocks the air inlet. The combustible waste is injected into the reaction space part ( 414.a of FIG. 4 ) by the rotational force of the screw conveyor ( 200 of FIG. 2 ). Flammable waste in liquid form is introduced into the reaction chamber portion (414.a of Figure 4) through the liquid waste inlet (409 in Fig. 4).

원격제어부(도 1의 9)의 투입 정지 신호로 분쇄기(도 1의 1)와 스크루 컨베이어(도 2의 200)의 작동이 중지되고, 개폐제어부(302)는 유압실린더 모듈(303)에 의하여 90도 역회전 되면서 대기유입방지 개폐기(300)는 닫힘이 된다. 이에 개폐제어부(302)의 회전축과 직각으로 형성되어 있는 열림공간부(307)는 닫힘 상태가 되어 이동공간부(도 2의 201)와 반응공간부(도 4의 414.a)의 연통이 차단된다. 수증기공급기(304.a, 304.b)는 열림수증기공급관(305.a, 305.b)과 차단되고 담힘수증기공급관(306a, 306b)과 연통되어 소량의 수증기가 분출된다.Operation of the grinder ( 1 of FIG. 1 ) and the screw conveyor ( 200 of FIG. 2 ) is stopped by the closing stop signal of the remote control unit ( 9 of FIG. 1 ), and the opening / closing control unit 302 is controlled by the hydraulic cylinder module 303 . As the reverse rotation, the air inlet prevention switch 300 is closed. Accordingly, the open space portion 307 formed at right angles to the rotation axis of the open / close control unit 302 is in a closed state so that communication between the moving space portion 201 of FIG. 2 and the reaction space portion 414.a of FIG. 4 is blocked. do. Steam supply ( 304.a, 304.b ) Open steam supply pipes ( 305.a, 305.b ) and It is blocked and communicated with the condensed steam supply pipes 306a and 306b to eject a small amount of steam.

담힘수증기공급관(306a, 306b)은 개폐제어부(302) 외벽 상하에 링의 형태로 음각되어 형성되어 있어, 이곳으로 분출된 수증기는 개폐제어부(302) 외벽에 수증기의 링을 형성하고 몸체부(301)와 개폐제어부(302) 사이의 미세한 공간에 수증기의 막을 만들어 대기의 유입을 방지하며 개폐제어부(302) 회전의 윤활 역할을 한다. The condensed steam supply pipes 306a and 306b The opening and closing control unit 302 is engraved in the form of a ring on the top and bottom of the outer wall, the water vapor ejected to the opening and closing control unit 302 The ring of water vapor is formed on the outer wall, and the body part 301 and the opening and closing control part 302 The opening and closing control unit 302 prevents the inflow of air by making a film of water vapor in a fine space between It acts as a lubricant for rotation.

몸체(301) 내부에 누적될 수 있는 응결수, 노폐물 등은 노폐물배출밸브(308)를 통하여 필요에 따라 외부로 배출한다. 정지된 스크루 컨베이어(도 2의 200)의 내부에 형성되어 있는 이동공간부(201)는 분쇄된 가연성 폐기물로 막혀있는 상태로 대기의 유입이 제한된다.Condensed water, waste, and the like, which may accumulate inside the body 301 , are discharged to the outside through the waste discharge valve 308 as needed. Of a stationary screw conveyor ( 200 in FIG. 2 ) The moving space portion 201 formed therein is limited inflow of the atmosphere in the state of being blocked by the combustible combustible waste.

상기 대기유입방지 개폐기(300)의 모든 구성품은 금속 재질로, 섭씨 600도 이상의 고온 환경에서 분쇄된 가연성 폐기물을 첫 번째 반응공간부(도 4의 414.a)로 대기의 유입 없이 투입되도록 한다. 이런 과정의 결과로 대기 중의 질소 때문인 생성되는 질소산화물 및 생산된 합성가스(Syngas)에 질소가 포함되는 것을 원천적으로 봉쇄한다.All components of the air inlet / exit switch 300 are made of metal so that combustible wastes pulverized in a high temperature environment of 600 degrees Celsius or higher are introduced into the first reaction space part ( 414.a of FIG. 4 ) without inflow of air. As a result of this process, nitrogen is contained in the generated nitrogen oxides and the syngas produced due to nitrogen in the atmosphere at the source.

도 4는 가연성 폐기물이 합성가스(Syngas)로 변환되는 화학반응이 일어나는 가스화반응로 모듈(400)의 단면도이다. 가스화반응로 모듈(400)은 3개의 가스화반응로(401.a, 401.b, 401.c)로 구성되었다. 4 is a cross-sectional view of a gasification reactor module 400 in which a chemical reaction in which combustible waste is converted to syngas. Gasification reactor module 400 is composed of three gasification reactor ( 401.a, 401.b, 401.c ).

가스화반응로 모듈(400)에서는 투입된 폐기물이 건조, 열분해, 가스화 및 부분 연소를 통하여 가스로 분해된 후 정제된다. 가스화반응로 내부의 온도, 압력, 가연성 폐기물 투입량, 산소 및 수소 공급량, 합성가스(Syngas) 배출량, 수소의 추출량 등의 운영 조건은 원격제어부(도 1의 9)가 자동제어된다.In the gasification reactor module 400 , the injected waste is decomposed into gas through drying, pyrolysis, gasification and partial combustion, and then purified. Operation conditions such as temperature, pressure, combustible waste input amount, oxygen and hydrogen supply amount, syngas discharge amount, and hydrogen extraction amount inside the gasification reactor are automatically controlled by the remote control unit ( 9 in FIG. 1 ).

가연성 폐기물이 투입되는 첫 번째 가스화반응로(401.a)의 열원은 세 번째 가스화반응로(401.c)에서 배출되는 섭씨 2,000도의 합성가스(Syngas)로, 반응공간부(414.a)의 온도는 섭씨 600도 이상으로 유지되어, 산소의 공급이 없는 무산소 환경에서 투입된 가연성 폐기물의 건조(Drying) 및 열분해(Pyrolysis) 반응이 주로 발생한다. Of the first gasification reactor ( 401.a ) into which combustible waste is introduced. The heat source is a syngas of 2,000 degrees Celsius discharged from the third gasification reactor ( 401.c ), and the reaction space portion ( 414.a ) The temperature is maintained at more than 600 degrees Celsius, so that the drying and pyrolysis reactions of combustible wastes introduced in an oxygen-free environment without oxygen supply occur mainly.

첫 번째 반응공간부(414.a)에서 발생한 가스는 반응로연결관(407.a)을 통하여 두 번째 가스화반응로(401.b)의 반응공간부(414.b)로 이동된다. 첫 번째 반응공간부(414.a)에서 완전히 가스화되지 못한 가연성 폐기물은 후속 폐기물투입공정에서 투입된 가연성 폐기물에 밀려서 반응로연결관(407.a)을 통하여 두 번째 가스화반응로(401.b)의 반응공간부(414.b)로 떨어지면서 가스화된다.Gas generated in the first reaction space portion (414.a) is via a connection pipe (407.a) of the reactor as the second gasification reaction (401.b) It is moved to the reaction space ( 414.b ). Combustible wastes that have not been fully gasified in the first reaction space section 414.a are pushed by the combustible wastes introduced in the subsequent waste input process, and the second gasification reactor 401.b through the reactor connection pipe 407.a. Gasification falls into the reaction space portion ( 414.b ).

두 번째 가스화반응로(401.b)는 플라스마 토치(402.a)에서 열과 산소 및 수소가 공급되며 반응공간부(414.b)의 평균 온도는 섭씨 1,500도로 유지된다. 불완전 연소(Incomplete Combustion)와 가스화(Gasification) 반응으로 유기물질은 기체로 변하고, 유리 금속 등의 무기물질은 녹아, 두 번째 반응공간부(414.b) 밑바닥에 고여서 반응공간부(414.b)의 내부 온도를 유지하는 열 저장소 역할을 한다. 누적된 용융물은 용융물배출밸브(410)를 통해 배출한다.The second gasification reactor ( 401.b ) Heat, oxygen, and hydrogen are supplied from the plasma torch 402.a and the average temperature of the reaction space 414.b is maintained at 1,500 degrees Celsius. Incomplete Combustion and Gasification reactions turn organic matter into gas, and inorganic matter such as glass metal melts and collects at the bottom of the second reaction space part ( 414.b ), thereby reacting to the reaction space part ( 414.b). It serves as a heat reservoir to maintain the internal temperature of. The accumulated melt is discharged through the melt discharge valve 410 .

가연성 폐기물에서 분해된 탄소와 산소, 플라스마 토치(402.a)에서 공급되는 수증기의 열분해로 생성된 산소의 화학결합으로 일산화탄소가 생성된다. 수소는 가연성 폐기물과 수증기의 열분해로 생성된다.Carbon monoxide is produced by chemical bonding of carbon decomposed from combustible waste with oxygen and oxygen produced by pyrolysis of water vapor supplied from a plasma torch ( 402.a ). Hydrogen is produced by the pyrolysis of flammable waste and water vapor.

투입되는 수증기는 2가지 방법으로 공급되는데 첫 번째는 이온수증기공급관(502)을 통하여 플라스마 형성가스로, 두 번째는 열분해수증기조절밸브(510)를 통하여 공급한다. 공급된 수증기는 산소와 수소로 열분해 되어, 반응공간부(414.b)의 탄소와 산소의 몰비를 1:1 유지하는 데 사용된다.The introduced steam is supplied in two ways, the first of which is supplied to the plasma forming gas through the ion steam supply pipe 502 and the second of which is supplied through the pyrolysis steam control valve 510 . The supplied steam is thermally decomposed into oxygen and hydrogen, and is used to maintain a molar ratio of carbon and oxygen in the reaction space portion 414.b 1: 1.

C + O2 = CO2C + O2 = CO2

C + O = CO;C + O = CO;

위의 화학반응식과 같이 산소가 과잉 공급되면 일산화탄소(CO) 대신에 이산화탄소(CO2) 발생하므로, 적정량의 산소 공급은 고순도의 합성가스(Syngas) 생산에서 매우 중요한 요인이다.When oxygen is supplied excessively as shown in the above chemical equation, carbon dioxide (CO2) is generated instead of carbon monoxide (CO), so supplying an appropriate amount of oxygen is a very important factor in syngas production of high purity.

원격제어부(도 1의 9)는 가스분석기(405.b)의 가스성분비 자료를 분석하여, 탄소의 투입이 필요하면 가연성폐기물을 투입하고, 산소가 필요하면 추가 공급이 필요한 산소의 양을 계산하여 플라스마 토치(402.a)를 통하여 수증기의 형태로 공급하며, 온도센서(404.b), 가스분석기(405.b), 압력센서(406)의 자료와 수증기의 투입량에 따른 합성가스(Syngas) 생산 결과를 가스분석기(405.a)의 자료를 통하여 확인하여, 공정을 제어한다.The remote control unit ( 9 in FIG. 1 ) analyzes the gas component ratio data of the gas analyzer 405.b , injects combustible waste if carbon is required, and calculates the amount of oxygen required for additional supply if oxygen is required. It is supplied in the form of water vapor through the plasma torch ( 402.a ), the temperature sensor ( 404.b ), gas analyzer ( 405.b ), The data of the pressure sensor 406 and the result of syngas production according to the input amount of steam are checked through the data of the gas analyzer 405.a to control the process.

두 번째 반응공간부(414.b)에서 생성된 합성가스(Syngas)는 반응로연결관(407.b)를 통하여 세 번째 가스화반응로(401.c)의 반응공간부(414.c)로 유입된다. 세 번째 가스화반응로(401.c)는 플라스마 토치(402.b)에서 열과 산소 및 수소가 공급되며 반응공간부(414.c)는 평균 섭씨 2,000도로 유지된다. The second reaction in the third gasification synthesis gas (Syngas) generated in the space portion (414.b) is via a connection pipe (407.b) in reaction (401.c) Flow into the reaction space 414.c. The third gasification reactor ( 401.c ) Heat, oxygen and hydrogen are supplied from the plasma torch ( 402.b ) and the reaction space portion ( 414.c ) is The average is maintained at 2,000 degrees Celsius.

합성가스(Syngas)가 유입되는 반응로연결관(407.b) 주위는 플라스마 토치(402.a, 402.b)와 근거리에 있어 상대적으로 고온이 형성되어 있고, 세 번째 가스화반응로(401.c)는 구조적으로 유입되는 합성가스(Syngas)가 플라스마 토치(402.b)에서 형성되는 섭씨 5,000~15,000도의 플라스마 화염 주위를 통과하게 되어 있다. 이에 따라 반응로연결관(407.b)을 통하여 세 번째 반응공간부(414.c)로 유입된 합성가스(Syngas)에 존재할 있는 타르 및 다이옥신, 퓨란 등의 오염물질이 완벽히 분해되어 합성가스(Syngas)의 정제가 이루어진다. 세 번째 가스화반응로(401.c)에서 발생할 수 있는 노폐물은 노폐물배출밸브(411)를 통하여 배출된다.Reactor reactor pipe (Syngas) is introduced (407.b) Around the plasma torch (402.a, 402.b)Wow In the short distance, relatively high temperature is formed, and the third gasification reactor (401.c) Is a structurally introduced synthetic gas (Syngas) is a plasma torch (402.bIt is supposed to pass around a plasma flame of 5,000 to 15,000 degrees Celsius formed in Accordingly, reactor tube (407.b)of through Third reaction space part (414.cPresent in the syngas introduced into Number Contaminants such as tar, dioxins, and furans are completely decomposed to purify syngas. Third gasification reactor (401.cWastes that may be generated from the waste discharge valve are411)Emitted through.

이때, 원격제어부(도 1의 9)는 두 번째 가스화반응로(401.b)에서 수행한 자동제어 과정을 세 번째 가스화반응로(401.c)에서도 수행하면서, 압력센서(406)의 자료와 가스분석기(405.a)의 자료를 기본으로 합성가스송출기(408)를 작동하여 합성가스(Syngas)를 배출한다. 상기 배출되는 섭씨 2,000도의 합성가스(Syngas)는, 반응로연결관(407.c)를 통하여 첫 번째 가스화반응로(401.a)의 내벽(412)과 외벽(413) 사이에 형성된 공간을 통과하면서 간접가열로 첫 번째 반응공간부(414.a)에 위치한 가연성 폐기물을 가열하고 합성가스배출관(403)을 따라서 수증기발생기(도1의 5)로 배출되어 수증기를 만드는 열원으로 이용된다. 최종적으로 배출되는 합성가스(Syngas)의 온도는 온도센서(404.a)에 의하여 확인되고, 세 번째 가스화반응로(401.c)에 장착된 온도센서(404.c)의 자료와 가연성폐기물 투입량을 통하여 온도를 유지한다. At this time, the ID of the remote control unit (9 in Fig. 1) has two pressure sensor 406, and performed in an automatic control process for the second three Gasification (401.c) made in a second gasification reaction (401.b) and Syngas is discharged by operating the syngas transmitter 408 based on the data of the gas analyzer 405.a. The discharged syngas at 2,000 degrees Celsius passes through a space formed between the inner wall 412 and the outer wall 413 of the first gasification reactor 401.a through a reactor tube 407.c. While indirect heating to the first reaction space ( 414.a ) Heat the flammable waste located and steam generator along the syngas discharge pipe 403 ( Fig. 5 ) It is discharged to and used as a heat source to make steam. The temperature of the final synthesis gas (Syngas) discharged as is confirmed by a temperature sensor (404.a), three data inputs of the flammable waste and a temperature sensor (404.c) mounted on a second gasification reaction (401.c) Maintain the temperature through.

상기와 같은 간접가열 방법으로, 세 번째 가스화반응로(401.c)에서 사용된 에너지의 일부는 첫 번째 가스화반응로(401.a)에 위치한 가연성 폐기물의 건조(Drying) 및 열분해(Pyrolysis)에 사용된다.By indirect heating method as described above, the three part of the energy used in a second gasification reaction (401.c) is located in the first gasification reaction (401.a) It is used for drying and pyrolysis of flammable wastes.

수증기의 열분해에 투입되는 에너지와 열분해로 생성된 수소와 산소의 반응으로 발생하는 에너지의 값은 거의 같아 수증기 열분해는 경제성이 없으나, 본 발명에서는 수증기의 열분해와 가연성 폐기물의 가스화 공정을 동시에 수행하여 수증기의 열분해에 투입된 에너지가 가연성 폐기물의 열분해 에너지로 이용되므로, 열효율을 극대화하였다. The energy input to pyrolysis of water vapor and the energy generated by the reaction of hydrogen and oxygen generated by pyrolysis are almost the same, but steam pyrolysis is not economical, but in the present invention, steam pyrolysis and gasification of flammable waste are performed simultaneously. The energy put into the pyrolysis of is used as the pyrolysis energy of the combustible waste, thereby maximizing the thermal efficiency.

일반적으로 가연성 폐기물의 성분비를 보면 탄소가 산소보다 약 30% 정도 많이 포함되어 있다. 평균적으로 가연성 생활 폐기물 1kg에 탄소(C) 500g, 산소(O) 350g, 수소(H) 80g이 포함되어 있고 이것을 몰(Mol)로 환산하면;In general, the composition ratio of flammable waste contains about 30% more carbon than oxygen. On average, 1 kg of combustible household waste contains 500 g of carbon (C), 350 g of oxygen (O), and 80 g of hydrogen (H), which is converted into mol;

탄소(C) 500g ÷ 12g = 41.6 몰Carbon 500 g ÷ 12 g = 41.6 mol

산소(O) 350g ÷ 16g = 21.8 몰Oxygen (O) 350g ÷ 16g = 21.8 mol

수소(H) 80g ÷ 1g = 80 몰로 구성된다.Hydrogen (H) 80g ÷ 1g = 80 moles.

탄소(C) + 산소(O) = 일산화탄소(CO), 반응식과 같이 일산화탄소의 결합을 위한 탄소와 산소의 몰비가 1:1이다. 상기 가연성 폐기물 1kg에 포함된 탄소 41.6몰을 일산화탄소로 치환하기 위하여, 산소 원자 41.6몰이 필요하다. 상기 가연성 폐기물에서 산소 원자 21.8몰이 생산되었으므로 추가로 필요한 산소 원자는, 41.6 - 21.8 = 19.8몰이다. 수증기(H2O) 1몰(Mol)은 수소 원자 2몰과 산소 원자 1몰로 구성되어 있음으로 수증기(H2O) 20몰을 열분해하여 산소 원자 20몰을 공급하면서 수소 원자 40몰이 생성된다. Carbon (C) + Oxygen (O) = Carbon Monoxide (CO) As shown in the equation, the molar ratio of carbon and oxygen for carbon monoxide bonding is 1: 1. In order to replace 41.6 mol of carbon contained in 1 kg of the combustible waste with carbon monoxide, 41.6 mol of an oxygen atom is required. Since 21.8 moles of oxygen atoms were produced in the combustible waste, additional oxygen atoms needed were 41.6-21.8 = 19.8 moles. Since 1 mol (Mol) of water vapor (H 2 O) is composed of 2 mol of hydrogen atoms and 1 mol of oxygen atoms, 40 mol of hydrogen atoms are generated while pyrolyzing 20 mol of steam (H 2 O) to supply 20 mol of oxygen atoms.

가연성 폐기물 1Kg와 물 360mL에서 생산된 합성가스의 완전연소 발열량은 아래와 같다.The total combustion calorific value of the syngas produced from 1 kg of flammable waste and 360 mL of water is as follows.

일산화탄소, CO(g) + 1/2O2(g) → CO2(g), △H = - 283.0 kJ,Carbon monoxide, CO (g) + 1 / 2O 2 (g) → CO 2 (g), △ H = - 283.0 kJ,

283.0 kJ * 41.6몰 = 11,772.8 kJ                      283.0 kJ * 41.6 mol = 11,772.8 kJ

수소, H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(l), △H = - 286.0 kJ Hydrogen, H2 (g) + 1 / 2O 2 (g) → H 2 O (l), △ H = - 286.0 kJ

286.0 kJ * 60 몰 = 17,040 kJ                      286.0 kJ * 60 moles = 17,040 kJ

산소를 공급하기 위하여 수증기를 열분해하는 과정에서 수소가 추가로 생산되어, 일반적으로 가연성 폐기물에서 생산된 합성가스(Syngas)의 일산화탄소 대 수소의 몰 비율은 3:2 정도지만, 본 발명에 따른 합성가스(Syngas)의 일산화탄소 대 수소의 비율은 2:3 정도로 수소의 생산을 극대화할 수 있다. In the process of pyrolysis of water vapor to supply oxygen, hydrogen is additionally produced, and in general, the molar ratio of carbon monoxide to hydrogen in syngas produced from combustible waste is about 3: 2, but the syngas according to the present invention Syngas's ratio of carbon monoxide to hydrogen is about 2: 3 to maximize hydrogen production.

위의 과정을 정리하여 아래 표1에 표시하였다.The above process is summarized in Table 1 below.


비고Remarks

탄소(C)

Carbon (C)

산소(O)

Oxygen (O)

수소(H)

Hydrogen (H)
가연성 폐기물 1Kg Flammable waste 1Kg
(무게별 성분비)(Component ratio according to weight)
500g500 g 350g350 g 80g80 g
가연성 폐기물 1Kg Flammable waste 1Kg
(몰별 성분비)(Component ratio per mole)
41.6몰41.6 mall 21.8몰21.8 mall 80몰80 moles
수증기 20몰 20 moles of water vapor
(산소, 수소 발생량)(Oxygen, hydrogen generation)
20몰20 mall 40몰40 moles
가연성 폐기물 1Kg +수증기 20몰Combustible Waste 1Kg + Water 20 Moles
(몰별 성분비)(Component ratio per mole)
41.6몰41.6 mall 41.8몰41.8 mall 120몰120 moles
생산된 합성가스(Syngas) Syngas produced
(성분별 몰수)(Moles per component)
일산화탄소 41.6몰41.6 mol of carbon monoxide 수소분자 60몰60 moles of hydrogen
합성가스(Syngas) Syngas
(성분별 완전연소 발열량)(Complete burn calorific value by component)
11.8 MJ11.8 MJ 17.0 MJ17.0 MJ

아래 " DETAILED GASIFICATION CHEMISTRY "은 미국에너지부 산하 국립연구소 "National Energy Technology Laboratory" 웹사이트에서 인용되었다.Under "DETAILED GASIFICATION CHEMISTRY" was quoted in the US Department of Energy's National Institute "National Energy Technology Laboratory" website.

(https://www.netl.doe.gov/research/coal/energy-systems/(https://www.netl.doe.gov/research/coal/energy-systems/

gasification/gasifipedia/gasification-chemistry) gasification / gasifipedia / ga sification-chemistry)

DETAILED GASIFICATION CHEMISTRYDETAILED GASIFICATION CHEMISTRY

가스화반응로 내부에서는 매우 다양한 화학 반응이 투입된 재료의 성분 및 반응로 온도와 압력에 따라 다양한 방향으로 진행된다. 제한된 산소가 투입된 가스화 공정에서 '부분 산화'에 의해 생성된 열은 가스화의 흡열 반응을 유도하는 데 필요한 대부분의 에너지를 제공한다. 가스화반응로에서의 주요 화학 반응은 다음과 같이 탄소, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 메탄에 관한 것이다.Within the gasification reactor, a wide variety of chemical reactions proceed in various directions depending on the components of the injected material and the reactor temperature and pressure. In the gasification process with limited oxygen input, the heat generated by the 'partial oxidation' provides most of the energy needed to induce an endothermic reaction of gasification. The main chemical reactions in gasification reactors are carbon, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, and methane.

연소 반응 :Combustion reaction:

1. C + ½ O2 →1.C + ½ O2 → CO (CO ( -111 MJ / -111 MJ / kmolkmol ))

2. CO + ½ O2 →CO2 2.CO + ½ O2 → CO2 (-283 MJ / kmol)     (-283 MJ / kmol)

3. H2 + ½ O2 →3.H2 + ½ O2 → H2O (H2O ( -242 MJ / -242 MJ / kmolkmol ))

불균일 반응;Heterogeneous reaction;

4. C + H2O ↔CO + 4.C + H2O ↔CO + H2 H2 (( +131 MJ/+131 MJ / kmolkmol ), Water-Gas Reaction), Water-Gas Reaction

5. C + CO2 ↔ 5. C + CO2 ↔ 2CO 2CO (( +172 MJ/+172 MJ / kmolkmol ), ), BoudouardBoudouard Reaction  Reaction

6. C + 6. C + 2H22H2  ↔ CH4 (CH4 ( -75 MJ/-75 MJ / kmolkmol ), ), MethanationMethanation Reaction Reaction

균일 반응;Homogeneous reaction;

7. CO + H2O ↔CO2 + 7.CO + H2O ↔CO2 + H2 (H2 ( -41 MJ / -41 MJ / kmolkmol ), Water-Gas-Shift Reaction), Water-Gas-Shift Reaction

8. CH4 + H2O ↔CO2 + 8.CH4 + H2O ↔CO2 + 3H2 (3H2 ( ++ 206MJ206MJ /Of kmolkmol ), Steam-Methane-Reforming Reaction), Steam-Methane-Reforming Reaction

특히 두 번째 반응공간부(414.b)에서는 상기의 연소 반응과 불균일 반응 또는 균일 반응이 연속적으로 이루어지는데, 흡열반응과 발열반응의 에너지의 양이 유사하다. 상기의 반응이 발생하도록 고체 및 액체의 가연성 폐기물을 기체로 치환하고, 기체 분자의 해리, 가스화반응로의 온도 유지에 필요로 하는 에너지는 외부에서 공급되어야 한다. 외부 공급 에너지는 플라스마 토치에 가연성 폐기물 1kg에 평균 2.7 kWh의 전력으로 공급된다.In particular, in the second reaction space portion 414.b , the combustion reaction and heterogeneous reaction or homogeneous reaction are continuously performed, and the amount of energy of the endothermic reaction and the exothermic reaction is similar. In order for the reaction to occur, the solid and liquid combustible wastes are replaced with gas, and the energy required for dissociation of gas molecules and maintaining the temperature of the gasification reactor must be supplied from the outside. Externally supplied energy is supplied to the plasma torch with an average power of 2.7 kWh for 1 kg of combustible waste.

가연성 폐기물 1kg와 물 360mL에서 생산된 합성가스(28.8 MJ)로, 발전효율 50%의 발전설비를 이용하여 4kWh의 전기를 생산하고, 2.7kWh의 전기를 소모하였다. 투입되는 가연성 폐기물의 성분 및 수분 함유율 등의 변수가 있으나 가연성 폐기물 1톤에서 평균 1MWh의 전기를 생산한다.Synthetic gas (28.8 MJ) produced from 1 kg of flammable waste and 360 mL of water produced 4 kWh of electricity using a 50% generation efficiency and consumed 2.7 kWh of electricity. There are variables such as the composition and moisture content of the combustible waste input, but an average of 1MWh of electricity is produced from 1 ton of combustible waste.

본 발명 실시의 구체적인 내용을 설명하기 위한 직류 아크 플라스마 토치(500)는 형체를 구성하는 몸체부(501), 음극의 전원이 공급되는 음극부(503), 양극의 전원이 공급되는 양극부(504), 이온화된 플라스마 가스가 배출되는 냉각부(505), 냉각수를 공급하는 냉각수유입구(507), 가열된 냉각수가 배출되는 냉각수배출구(506), 냉각부(505) 외부를 감싸는 형태의 열분해수증기배출기(508)와 수증기발생기(도 1의 5)와 연결되어 공급되는 수증기의 양을 조절하는 열분해수증기조절밸브(510), 그와 연통되어 열분해수증기배출기(508)에 수증기를 공급하는 열분해수증기공급관(509)을 포함하여 도 5와 같이 구비된다. DC arc plasma torch ( 500 ) for explaining the details of the practice of the present invention A body portion 501, where the cathode unit 503, the power source of the negative electrode is supplied, an anode unit 504 which is the power supply of the positive electrode, the ionized plasma gas is discharged cooling unit 505, and supplies the cooling water constituting a mold clamping Cooling water inlet ( 507 ) , the cooling water outlet ( 506 ) for discharging the heated coolant , the pyrolysis steam discharger ( 508 ) of the type surrounding the outside of the cooling unit ( 505 ) and Pyrolysis steam control valve ( 510 ) for controlling the amount of water vapor supplied in connection with the steam generator ( 5 of Figure 1 ) , in communication with it A pyrolysis steam supply pipe 509 for supplying steam to the pyrolysis steam discharger 508 is provided as shown in FIG. 5.

플라스마의 형성 방법 및 원리, 그에 따른 플라스마 토치의 종류 등은 공지되어 많이 활용되고 있음으로 상세한 설명은 생략되었다. 플라스마 토치(402.a , 402.b)에서 이온수증기공급관(502)을 통하여 공급되는 수증기는 플라스마형성부(511)에서 이온화되어 배출되면서 플라스마화염형성부(512)에 섭씨 5,000~15,000도의 플라스마 화염이 형성된다. 이온화되어 배출되는 수증기는 열분해되어 반응공간부(414.b, 414.c)에 산소 및 수소로 공급된다. 이온화되는 수증기의 공급량을 필요에 따라 가감할 수 있으나 플라스마 토치 설계에 따른 한계치가 있다. Plasma formation method and principle, and the type of plasma torch according to the known and widely used, detailed description thereof has been omitted. From the plasma torch ( 402.a , 402.b ) through the ion steam supply pipe ( 502 ) The supplied water vapor is ionized and discharged from the plasma forming unit 511 to form a plasma flame of 5,000 to 15,000 degrees Celsius in the plasma flame forming unit 512 . Water vapor that is ionized and discharged is pyrolyzed and supplied to the reaction space portions 414.b and 414.c as oxygen and hydrogen . The amount of water vapor to be ionized can be added or subtracted as needed, but there is a limit to the plasma torch design.

이에 상기 한계치 이상의 수증기는, 열분해수증기조절밸브(510)을 통하여 열분해수증기공급관(509)으로 유입되어 열분해수증기배출기(508)를 통하여 플라스마화염형성부(512)로 배출하여 공급한다. 열분해수증기배출기(508)의 내부에는 수증기유도강선(도 7의 701)이 나선형으로 음각되어 있어, 수증기는 수증기유도강선(701)을 따라 이동하면서 플라스마 화염의 외부를 감싸는 소용돌이 형태로 배출되어 고온에 노출되는 시간이 증대된다. 도 7은 열분해수증기배출기(508)의 단면도, 도 8은 열분해수증기배출기(508)의 내부 투시도로 수증기유도강선(701)의 형성을 도시한다. Accordingly, the water vapor exceeding the limit value is introduced into the pyrolysis steam supply pipe 509 through the pyrolysis steam control valve 510 and then through the pyrolysis steam discharger 508 . The plasma flame forming unit 512 is supplied and discharged. The steam induction steel wire 701 is engraved in a spiral shape inside the pyrolysis steam discharger 508 , so that the water vapor is discharged in a vortex form surrounding the outside of the plasma flame while moving along the steam induction steel wire 701 . The time of exposure is increased. FIG. 7 is a cross-sectional view of the pyrolytic steam discharger 508 , and FIG . 8 illustrates the formation of a steam induction steel wire 701 in an internal perspective view of the pyrolytic steam discharger 508 .

상기의 수증기 배출 형태는, 이온화되어 배출되는 플라스마 가스의 화염 형성에 간섭을 배제한다. 배출되는 수증기는 플라스마 화염의 고온으로 열분해되어, 반응공간부(414.b, 414.c)에 산소와 수소를 공급한다. The above water vapor discharge mode excludes interference in the flame formation of the plasma gas which is ionized and discharged. Discharged water vapor is thermally decomposed at a high temperature of the plasma flame, the oxygen and hydrogen to the reaction chamber portion (414.b, 414.c).

본 발명의 실시를 설명하기 위하여 직류 아크 플라스마 토치로 설명되었으나 이에 국한되지 않고 마이크로웨이브, RF, 교류 플라스마 토치 등 플라스마 토치 종류와 관계없이 설명 가능함은 물론이다.It has been described as a direct current arc plasma torch to illustrate the practice of the present invention, but is not limited thereto and can be described regardless of the type of plasma torch such as microwave, RF, alternating plasma torch.

도 6 합성가스(Syngas)에 혼합된 수소를 분리 추출하는 수소분리기(도 6의 600)의 단면도이다. 몸체부(601)의 상부에는 수소송출관(603)과 이에 장착된 수소송출기(604), 몸체부(601)의 하부에는 합성가스송출관(605)과 이에 장착된 합성가스송출기(606)가 형성되어 있다. 6 is 6 is a cross-sectional view of a hydrogen separator ( 600 of FIG. 6 ) for separating and extracting hydrogen mixed in syngas. The upper portion of the body portion 601 is a hydrogen discharge pipe 603 and the hydrogen transmitter 604 mounted thereon, the lower portion of the body portion 601 is a syngas delivery tube 605 and a synthesis gas transmitter 606 mounted thereto. Formed.

수증기발생기(도 1의 5)를 통과하여 냉각된 합성가스(Syngas)는 유입관(602)을 통하여 수소분리기(600) 내부에 형성되어 있은 분리공간부(607)로 유입된다. 수소는 가장 가벼운 분자이며 확산(Diffusion)속도가 크므로 분리공간부(607)의 상부로 빠르게 이동되어 위치한다. Syngas cooled by passing through the steam generator ( 5 of FIG. 1 ) is introduced through the inlet pipe 602 . Separation space portion 607 formed inside the hydrogen separator 600 Inflow. Since hydrogen is the lightest molecule and has a high diffusion speed, the hydrogen is rapidly moved to the upper portion of the separation space 607 .

수소분리기(600)로 유입되는 합성가스(Syngas)에 평균 60% 정도 포함된 수소의 50%는 분리 배출하고 나머지 50%는 합성가스(Syngas)의 구성물로 남아 있다. 50% of hydrogen contained in an average of about 60% of the syngas flowing into the hydrogen separator 600 is separated and discharged, and the remaining 50% remains as a constituent of the syngas.

원격제어부(9)는 가스분석기(405.a), 합성가스송출기(408) 자료를 통하여 수소분리기(600)로 유입된 합성가스(Syngas) 및 수소의 유입량과 수소송출기(604)와 합성가스송출기(606)의 배출량을 기반으로, 분리공간부(607) 상부에 포집되어 있는 수소의 50%를 일회 배출량으로 정하고, 수소송출기(604)를 작동하여 분리공간부(607) 상부의 수소를 수소송출관(603)을 통하여 수소저장탱크(도 1의 7)로 먼저 배출한 후, 합성가스송출기(606)를 작동하여 분리공간부(607) 하부의 합성가스(Syngas)를 합성가스송출관(605)을 통하여 합성가스저장탱크(도 1의 8)로 일 회 배출량만큼 배출한다. The remote control unit 9 is a gas analyzer 405.a , the syngas transmitter 408 Based on the inflow amount of syngas and hydrogen introduced into the hydrogen separator 600 through the data and the emissions of the hydrogen transmitter 604 and the syngas transmitter 606, the upper portion of the separation space 607 is collected. Separating space part 607 by setting 50% of hydrogen as a one-time discharge and operating the hydrogen discharger ( 604 ). After discharging the upper hydrogen through the hydrogen discharge pipe 603 to the hydrogen storage tank ( 7 of FIG. 1 ), the syngas transmitter 606 is operated to separate the space portion 607 . Syngas below is discharged as much as one time discharge into the synthesis gas storage tank ( 8 of FIG. 1 ) through the synthesis gas delivery pipe 605 .

분리공간부(607) 상부에 포집되어 있는 수소의 50%만을, 상부에 장착된 수소송출관(603)으로 송출되므로, 다른 성분의 가스가 송출되는 수소에 혼합되는 것을 방지한다Separated space part ( 607 ) Only 50% of the hydrogen trapped at the top is sent to the hydrogen discharge pipe 603 mounted at the top, thereby preventing the gas of different components from being mixed with the discharged hydrogen.

수소의 분리배출은 가스 이동량을 기준으로 가스송출량이 계산되므로 온도에 따른 가스 밀도의 변화, 기체의 확산 현상 등으로 오차가 발생하고, 그 오차는 수소분리기(600) 운영 시간에 비례하여 증대한다. 이러한 오차의 해결 방법으로 원격제어부(9) 소프트웨어 재시동(reset) 시간을 정하여, 정해진 시간마다 분리공간부(607)의 모든 가스를 합성가스저장탱크(도 1의 8)로 송출하면서 메모리에 저장하고 있던 합성가스(Syngas) 및 수소에 관한 자료를 재시동(reset)하여 다시 수소 분리배출을 시작한다. 재시동(reset) 시간의 간격을 통하여 합성가스저장탱크(도 1의 8)에 저장되는 합성가스(Syngas)의 수소 함량을 사용 용도에 따라 조정할 수 있다.Since the separated discharge of hydrogen is calculated based on the amount of gas flow, an error occurs due to the change in gas density and the diffusion of gas according to temperature, and the error is determined by the hydrogen separator ( 600 ). Increase in proportion to operating hours. As a solution for this error, the remote control unit 9 The data on the syngas and hydrogen stored in the memory while all the gas in the separation space 607 is sent to the syngas storage tank ( 8 in FIG. 1 ) by setting the software reset time and the predetermined time . Reset the hydrogen and start hydrogen separation discharge again. The hydrogen content of the syngas stored in the syngas storage tank ( 8 of FIG. 1 ) may be adjusted according to the intended use through the interval of reset time.

수소저장탱크(도 1의 7) 및 합성가스저장탱크(도 1의 8)의 가스는 사용 목적에 따른 공정을 거쳐 실시간으로 소비된다.Gases of the hydrogen storage tank ( 7 of FIG. 1 ) and the syngas storage tank ( 8 of FIG. 1 ) are consumed in real time through a process depending on the purpose of use.

본 발명에 따른 합성가스(Syngas)와 수소의 생산공정을 수행하는 데 있어서, 원격제어부(9)는 아래의 기능을 연속적으로 반복 수행하고 학습하여, 원격제어부(9) 스스로 생산공정을 제어하여 합성가스(Syngas)와 수소 생산을 자동화한다.In performing the production process of syngas and hydrogen according to the present invention, the remote control unit 9 By repeatedly performing and learning the following functions, the remote control unit 9 itself controls the production process to automate syngas and hydrogen production.

- 온도센서(404.a,404.b,404.c)의 자료를 이용하여 가스화반응로(401.a, 401.b, 401.c)의 온도를 유지한다. Maintain the temperature of the gasification reactors ( 401.a, 401.b, 401.c ) using the data from the temperature sensors ( 404.a, 404.b, 404.c ).

- 가스분석기(405.b)의 자료를 기준으로, 수증기 공급량, 가연성 폐기물 투입량을 산출하여 가스화반응로(401.b)에 투입한다. -Based on the data of the gas analyzer ( 405.b ), the water vapor supply amount and the combustible waste input amount are calculated and put into the gasification reactor ( 401.b ).

- 가스분석기(405.a)의 자료를 분석하여, 가스화반응로(401.c)에서 마지막 공정의 결과로 배출되는 합성가스(Syngas)의 성분을 확인하고, 필요에 따라 가스화반응로(401.c)의 온도와 투입되는 수증기의 양을 조정한다.Analyze the data of the gas analyzer 405.a to identify the components of the syngas discharged as a result of the last process in the gasification reactor 401.c and, if necessary, the gasification reactor 401. Adjust the temperature of c ) and the amount of water vapor introduced.

- 압력센서(406)의 자료를 기준으로, 합성가스송출기(408)를 작동하여 합성가스(Syngas)를 수증기발생기(도1의 5)로 배출한다.Based on the data of the pressure sensor 406 , the syngas generator 408 is operated to discharge syngas to the steam generator ( 5 of FIG. 1 ).

- 가스화반응로(401.a,401.b,401.c)의 운영 조건과 최종 배출되는 합성가스(Syngas)의 성분비를 모델링하여 메모리에 저장하고 자가학습의 데이터로 이용하여, 후속 제어 공정의 입력 자료로 활용한다. -The operating conditions of the gasification reactor ( 401.a, 401.b, 401.c ) and the composition ratio of the syngas discharged finally are modeled, stored in memory and used as data for self-learning, Use as input data.

- 수소분리기(600)의 합성가스(Syngas)와 수소의 이동량(유입, 배출량)을 저장한 후 활용하여 수소의 분리 배출량을 결정한다.-Determine and separate the discharge amount of hydrogen by storing and using the syngas and the flow amount (inflow, discharge) of hydrogen in the hydrogen separator 600 .

상기와 같이 방법과 장비를 이용하여, 대기의 유입을 차단한 가스화반응로에서 가연성 폐기물을 열분해하고, 일산화탄소 형성에 필요한 산소를 실시간으로 측정하고 공급하면서 수소를 생성하여, 합성가스(Syngas)를 생산한다. By using the method and equipment as described above, pyrolysis of flammable waste in the gasification reactor that blocks the inflow of the atmosphere, by producing hydrogen while measuring and supplying the oxygen required to form carbon monoxide in real time to produce syngas do.

원격제어부(9)의 활용으로 각각의 가스화 공정에서 수시로 변하는 최소 에너지 필요량을 실시간으로 파악하고 대응하여, 가스화 공정에 투입되는 에너지를 최소화하여 가스화반응로 운영의 경제성을 확보하였고, 대기 오염물질의 형성 없이 가연성 폐기물의 잠재 에너지를 고순도의 가스 에너지로 치환한다. By utilizing the remote control unit 9 to identify and respond in real time to the minimum energy requirements that change frequently in each gasification process, and minimize the energy input into the gasification process to secure the economics of the gasification reactor operation, the formation of air pollutants To replace the potential energy of combustible waste with high purity gas energy.

이상과 같이, 본 발명을 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명하였으나, 본 발명은 이 설명에 국한되지 아니하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 청구항에 기재된 청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형을 할수 있음은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated through the limited embodiment and drawing, this invention is not limited to this description, and the person of ordinary skill in the art to which this invention belongs described in the technical idea and claim of this invention. Of course, various modifications and variations can be made within the scope of the claims.

(예시 2, 감염성 폐기물)(Example 2, infectious waste)

예시 2는 의료 폐기물 같이 밀봉된 상태로 운반되어 처리되는 감염성 폐기물의 실시 예이다. 상기에 설명된 (예시 1, 일반 가연성 폐기물)과 차이점은 폐기물을 가스화반응로에 대기의 유입 없이 투입하는 방법과 장치이다. 폐기물 투입 후의 과정은 일반 가연성폐기물과 동일하므로 설명을 생략하였다.Example 2 is an embodiment of an infectious waste that is transported and disposed of in a sealed state, such as a medical waste. The difference from the above (Example 1, General Flammable Waste) is the method and apparatus for introducing the waste into the gasification reactor without ingress of air. Since the process after the waste input is the same as general combustible waste, the description is omitted.

도 9는 대기유입방지 감염물 개폐기의 단면도이다. 몸체부(901) 상부에는 호퍼 형태의 상부저장부(907)가 형성되어 있어 투입될 감염성 폐기물을 임시 저장한다. 몸체부(901) 내부에는 개폐 기능을 수행하는 상부슬라이더개폐기(902)와 하부슬라이더개폐기(905)가 장착되어 있고, 외부에는 유압실린더조정부(904), 유압실린더(903)를 포함하여 도 9 같이 구성되어 있다. 9 is a cross-sectional view of the anti-air ingress infector switch. The upper portion 907 of the hopper form is formed on the upper portion of the body portion 901 to temporarily store infectious waste to be injected. An upper slider switch 902 and a lower slider switch 905 are installed inside the body 901 to perform an opening and closing function, and an external hydraulic cylinder adjusting unit 904 and a hydraulic cylinder 903 are mounted on the outside as illustrated in FIG. 9 . Consists of.

상부슬라이더개폐기(902)와 하부슬라이더개폐기(905)가 폐쇄된 상태에서, 원격제어부(9)의 투입 명령에 따라 유압실린더조정부(904)는 유압실린더(903.a)를 작동하여 연결된 상부슬라이더개폐기(902)를 완전히 개방한다. 이에 상부저장부(907)에 있던 모든 감염성 폐기물은 밀폐된 상태로 원심력에 의하여 중간저장부(908)에 떨어져 위치한다.With the upper slider switch 902 and the lower slider switch 905 closed, the hydraulic cylinder adjusting unit 904 operates the hydraulic cylinder 903.a according to the input command of the remote control unit 9 to connect the upper slider switch. Fully open ( 902 ). Therefore, all infectious wastes in the upper reservoir 907 are located in the sealed intermediate reservoir 908 by centrifugal force in a sealed state.

이후, 원격제어부(9)는 상부슬라이더개폐기(902)를 1cm 개방한 상태로 부분 폐쇄한 후 수증기발생기(도 1의 5)와 연통되어 몸체부(901) 외벽에 장착된 하부수증기배출기(912)를 작동하여 중간저장부(908) 내부 부피 2배 분량의 수증기를 배출하여 중간저장부(908) 내부의 대기를 외부로 배출한 후 상부슬라이더개폐기(902)를 완전히 폐쇄한다. Subsequently, the remote control unit 9 partially closes the upper slider switch 902 in an open state of 1 cm, and then communicates with a steam generator ( 5 of FIG. 1 ) to the lower steam discharger 912 mounted on the outer wall of the body 901 . By operating the outlet of the internal volume of the intermediate storage unit 908 twice the volume of water to discharge the atmosphere inside the intermediate storage unit 908 to the outside to close the upper slider switch 902 completely.

이후, 유압실린더조정부(904)와 유압실린더(903.b)를 통하여 연결된 하부슬라이더개폐기(905)를 완전히 개방하여 하부이동부(906)로 떨어지는 감염성 폐기물을 몸체부(901) 하부에 장착된 스크루컨베이어(914)를 작동하여 하부이동부(906)와 연통된 반응공간부(도 4의 414.a)로 감염성 폐기물을 이송한다. 스크루컨베이어(914)에는 냉각수유입구(915)와 냉각수배출구(913)를 통한 냉각수 순환으로 고온으로부터 스크루컨베이어(914)를 보호한다.Thereafter, the lower slider switch 905 connected through the hydraulic cylinder adjusting unit 904 and the hydraulic cylinder 903.b is completely opened to infect infectious waste falling into the lower moving unit 906 under the body portion 901 . 914 is operated to transfer the infectious waste to the reaction space portion 414.a of FIG. 4 in communication with the lower portion 906 . The screw conveyor 914 protects the screw conveyor 914 from the high temperature by the coolant circulation through the coolant inlet 915 and the coolant outlet 913 .

원격제어부(9)는 몸체부(901) 외벽에 장착된 방해센서(911)의 테이터를 수신하여 모든 감염성 폐기물의 이송을 확인한다. 감염성 폐기물의 투입이 완료된 후, 중간저장부(908)에는 수증기, 가스화반응로 가스 이외에 감염성 균들이 존재할 수 있다. 다음 공정은 고온의 수증기를 주입하여 중간저장부(908)에 위치한 기체를 가스화반응로로 배출하는 공정이다. The remote control unit 9 receives the data of the disturbance sensor 911 mounted on the outer wall of the body 901 to confirm the transfer of all infectious waste. After the input of the infectious waste is completed, in the intermediate storage unit 908 , infectious bacteria may be present in addition to water vapor and gasification reaction gas. The next process is a process of injecting high temperature water vapor to discharge the gas located in the intermediate storage 908 to the gasification reactor.

원격제어부(9)는 하부슬라이더개폐기(905)를 0.5cm 개방한 상태로 부분 폐쇄한 후 수증기발생기(도 1의 5)와 연통되어 몸체부(901) 외벽에 장착된 상부수증기배출기(909)를 작동하여 중간저장부(908)로 고온, 고압의 수증기를 배출한다. 연통되어 있는 반응공간부(도 4의 414.a)의 압력을 압력센서(도 4의 406)를 통하여 획득하고, 몸체부(901) 외벽에 장착된 압력센서(910)를 이용하여 반응공간부(도 4의 414.a) 압력의 150%가 될 때까지 수증기를 배출하여 중간저장부(908)에 위치하였던 기체를 반응공간부(도 4의 414.a)로 배출한 후. 하부슬라이더개폐기(905)를 완전히 폐쇄한다. The remote control unit 9 partially closes the lower slider switch 905 in an open state of 0.5 cm, and then communicates with a steam generator ( 5 of FIG. 1 ) to open the upper steam discharger 909 mounted on the outer wall of the body 901 . It is operated to discharge the high temperature and high pressure steam to the intermediate storage ( 908 ). The pressure of the reaction space portion ( 414.a of FIG. 4 ) in communication is obtained through the pressure sensor ( 406 of FIG. 4 ), and the reaction space portion is formed using the pressure sensor 910 mounted on the outer wall of the body portion 901 . ( 414.a of FIG. 4 ) after discharging the water vapor to 150% of the pressure to discharge the gas located in the intermediate storage 908 to the reaction space ( 414.a of FIG. 4 ). Close the lower slider switch 905 completely.

상기와 같이 원격제어부(9)의 자동 제어하에, 감염성 폐기물을 위해 요소를 제거하면서 가스화반응로로 투입하여, 합성가스(Syngas)와 수소 생산의 원료로 활용한다.Under the automatic control of the remote control unit 9 as described above, the urea is removed into the gasification reactor while removing urea for infectious waste, and used as a raw material for syngas and hydrogen production.

2017년 환경부 통계를 보면 지방 자치단체의 178개소의 소각장과 150개소의 민간 소각시설에서 26,290톤/일 가연성 폐기물을 소각하였다. 또한, 정부의 「수소 경제 활성화 로드맵」에 의하면 수소충전소를 2022년까지 310개소, 2040년까지 1,200개소로 확충할 계획이다. 그에 따른 수소의 공급은 부생수소, 추출수소, 수전해 방법으로 공급할 계획으로 알려졌다. 그중 추출수소는 주로 수입 연료인 천연가스 개질을 통하여 만들어진다. According to 2017 Ministry of Environment statistics, 26,290 tons / day flammable waste was incinerated at 178 incinerators and 150 private incinerators of local governments. In addition, according to the government's hydrogen economy revitalization roadmap, the government plans to expand the number of hydrogen stations to 310 by 2022 and 1,200 by 2040. The hydrogen supply is expected to be supplied by by-product hydrogen, extractive hydrogen, and hydrolysis. Among them, the extracted hydrogen is mainly produced through the reforming of natural gas, an imported fuel.

전국에 산재하여 있는, 설계수명이 지나 노후화되어 교체가 요구되는 소각로를 합성가스(Syngas) 생산용 반응로로 교체 운영하면, 가연성 폐기물 1톤과 수증기로부터 120kg의 수소를 생산할 수 있다. 약 20대의 수소차를 충전할 수 있는 양이다. 전국의 대도시에 위치한 지방 자치단체의 자원 회수화 시설을 활용하여, 전국에 수소 생산시설 및 발전 시설을 경제적으로 구축할 수 있다.The incinerators, which are scattered throughout the country and whose ages are required to be replaced and replaced by the reactors for syngas production, can produce 120 kg of hydrogen from 1 ton of flammable waste and steam. That is enough to charge about 20 hydrogen cars. By utilizing the resource recovery facilities of local governments located in large cities nationwide, it is possible to economically establish hydrogen production facilities and power generation facilities nationwide.

정부의 「수소 경제 활성화 로드맵」에 따른 2040년도 수소차 620만 대가 10일에 한 번씩 충전할 수 있는 수소를 2017년에 소각된 가연성 폐기물에서 생산할 수 있다.According to the government's roadmap to revitalize the hydrogen economy, 6.20 million hydrogen cars in 2040 can be produced from flammable waste incinerated in 2017.

또한, 고속도로 휴게소, 군부대 등에 소형의 설비를 설치하여, 현장에서 배출되는 폐기물을 원료로 하여 합성가스(Syngas)와 수소를 생산하고, 수소는 수소차 충전소와 수소 연료전지 발전소에 사용하고, 합성가스(Syngas)는 취사 및 난방의 연료로 사용하며, 부수적으로 생산되는 온수를 현장에서 소비하는 것과 같이, 폐기물 발생 현지에서 가스에너지의 현지 생산, 현지 소비 방법은 직접, 간접적으로 사회에 많은 혜택을 준다. 도서벽지 지역 같은 천연가스 파이프라인이 없는 지역에서는 합성가스(Syngas)를 지역의 취사 및 난방 연료로 공급할 수 있다.In addition, small facilities are installed in highway rest areas and military units to produce syngas and hydrogen using waste discharged from the site as raw materials, and hydrogen is used in hydrogen car charging stations and hydrogen fuel cell power plants. Syngas is used as a fuel for cooking and heating, and local production and local consumption of gas energy directly and indirectly benefits society in the same way as on-site consumption of hot water produced incidentally. . In areas without natural gas pipelines, such as island walls, Syngas can be supplied as cooking and heating fuel for the region.

1: 분쇄기 2: 스쿠루 컨베이어 3: 대기유입방지 개폐기
4: 가스화반응로 모듈 5: 수증기발생기 6: 수소분리기
7: 수소저장탱크 8: 합성가스저장탱크 9: 원격제어부
200: 스크루 컨베이어 201: 이동공간부
300: 대기유입방지 개폐기
301: 몸체부 302: 개폐제어부
303: 유압실린더모듈 304: 수증기공급기
305: 열림수증기공급관 306: 담힘수증기공급관
307: 열림공간부 308: 노폐물배출밸브
400: 가스화반응로 모듈
401: 가스화반응로 402: 플라스마 토치
403: 합성가스송출관 404: 온도센서
405: 가스분석기 406: 압력센서
407: 반응로연결 408: 합성가스송출기
409: 액상폐기물투입구 410: 용융물배출밸브
411: 노폐물배출밸브 412: 가스화반응로내벽
413: 가스화반응로외벽 414: 반응공간부
500: 플라스마 토치
501: 몸체부 502: 이온수증기공급관
503: 음극부 504: 양극부
505: 냉각부 506: 냉각수배출구
507: 냉각수유입구 508: 열분해수증기배출기
509: 열분해수증기공급관 510: 열분해수증기조절밸브
511: 플라스마형성부 512: 플라스마화염형성부
600: 수소분리기
601: 몸체부 602: 유입관
603: 수소송출관 604: 수소송출기
605: 합성가스송출관 606: 합성가스송출기
607: 분리공간부
701: 수증기유도강선
900: 대기유입방지 감염물 개폐기
901: 몸체부 902: 상부슬리이더개폐기
903: 유압실린더 904: 유압실린더조정부
905: 하부슬리이더개폐기 906: 하부이동부
907: 상부저장부 908: 중간저장부
909: 상부수증기배출기 910: 압력센서
911: 방해센서 912: 하부수증기배출기
913: 냉각수배출구 914: 스크루컨베이어
915: 냉각수유입구
표 1: 가연성 폐기물 1kg와 물 360g의 가스화 생성물
1: Crusher 2: Scour Conveyor 3: Atmospheric Inflow Switch
4: gasification reactor module 5: steam generator 6: hydrogen separator
7: Hydrogen storage tank 8: Syngas storage tank 9: Remote control unit
200: screw conveyor 201: moving space part
300: air inflow prevention switch
301: body portion 302: opening and closing control unit
303: hydraulic cylinder module 304: steam supply
305: open steam supply pipe 306: stored steam supply pipe
307: open space portion 308: waste discharge valve
400: gasification reactor module
401: gasification reactor 402: plasma torch
403: syngas delivery pipe 404: temperature sensor
405: gas analyzer 406: pressure sensor
407: reactor connection 408: syngas blower
409: liquid waste inlet 410: melt discharge valve
411: waste discharge valve 412: gasification reactor inner wall
413: outer wall of the gasification reactor 414: reaction space
500: plasma torch
501: body portion 502: ion water vapor supply pipe
503: cathode portion 504: anode portion
505: cooling unit 506: cooling water discharge port
507: cooling water inlet 508: pyrolysis steam discharger
509: pyrolysis steam supply pipe 510: pyrolysis steam control valve
511: plasma forming unit 512: plasma flame forming unit
600: hydrogen separator
601: body portion 602: inlet pipe
603: hydrogen delivery pipe 604: hydrogen delivery
605: syngas delivery pipe 606: syngas delivery
607: separation space
701: steam induction steel wire
900: airflow prevention infectious material switch
901: Body portion 902: Upper slider switch
903: hydraulic cylinder 904: hydraulic cylinder adjustment unit
905: lower slider opening 906: lower moving part
907: upper storage 908: intermediate storage
909: upper steam discharger 910: pressure sensor
911: obstruction sensor 912: lower steam discharger
913: cooling water outlet 914: screw conveyor
915: cooling water inlet
Table 1: Gasification products for 1 kg of flammable waste and 360 g of water

Claims (4)

대기의 유입 없이 가연성 폐기물과 수증기를 원료로 합성가스(Syngas)와 수소를 생산하기 위한 자동화 가스화반응로 모듈(400)에 있어서,
상기 가스화반응로 모듈(400)은 대기의 유입이 없어, 질소산화물의 형성이 근본적으로 차단되고, 생산되는 합성가스(Syngas)에 질소가 포함되는 것을 방지하는 특징과,
상기 가스화반응로 모듈(400)의 3개의 가스화반응로(401.a,401.b,401.c)는 직렬로 연통되어있어 생산되는 합성가스(Syngas)가 순차적으로 이동하고, 투입폐기물의 종류와 투입폐기물의 건조와 열분해, 가스화, 가스 정제의 공정에 따라서 운영 온도가 다르고, 가스화반응로(401.a,401.b,401.c)는 건조와 열분해, 가스화, 가스 정제의 공정에 부합되게 다른 크기로 구성되어있는 특징과,
첫 번째 가스화반응로(401.a)에는 대기의 유입을 방지하는 대기유입방지 개폐기(300) 또는 대기유입방지 감염물 개폐기(900)가 장착된 특징과,
상기 가스화반응로에는 가스화 과정의 자료를 실시간으로 획득하기 위한 온도센서(404.a, 404.b,404.c), 가스분석기(405.a, 405.b), 압력센서(406)가 각각 하나 이상 부착되어 구성되어 있는 특징과,
첫 번째 가스화반응로(401.a)는 가스화반응로내벽(412)과 가스화반응로외벽(413)의 이중벽으로 형성되어있어, 이중벽 사이의 공간을 따라 세 번째 가스화반응로(401.c)에서 배출되는 합성가스(Syngas)가 이동하면서 첫 번째 가스화반응로(401.a)를 간접 가열하는 특징과,
합성가스(Syngas) 형성에 필요한 산소와 수소를 외부 공급 없이, 수증기를 열분해 하여 산소와 수소 및 열을 공급하는 플라스마 토치(500)가 하나 이상 장착되어 있는 특징과,
상기 플라스마 토치(500)는, 고온의 수증기를 플라스마 화염 외부로 분출하는 열분해수증기배출기(508)가 플라스마 가스가 분출되는 냉각부(505) 외부를 따라 형성되어 있고, 열분해수증기배출기(508)에 공급되는 수증기의 양을 조절하는 열분해수증기조절밸브(510)가 장착된 특징과,
상기 장착된 열분해수증기배출기(508)의 내부에 수증기의 이동 통로인 수증기유도강선(701)이 나선형으로 음각되어 형성되어 있는 특징과,
열분해수증기배출기(508) 횡단면의 중심점과 플라스마 가스가 분출되는 냉각부(505)의 횡단면의 중심점 일치되도록 형성되어 있는 특징과,
열분해수증기배출기(508)에서 배출되는 수증기가 플라스마 화염의 외부를 감싸는 형태로 분출되는 것을 특징으로 하는 플라스마 토치(500).
상기 센서들과 플라스마 토치(500)는 공정을 자동 제어 하는 컴퓨터 프로그램과 실시간으로 테이터 통신을 하는 것을 특징으로 하는 가연성폐기물과 수증기를 원료로 합성가스(Syngas)와 수소를 생산하기 위한 자동화 가스화반응로 모듈(400).
In the automated gasification reactor module 400 for producing synthetic gas (syngas) and hydrogen as a raw material without inflow of air,
The gasification reactor module 400 is characterized in that there is no inflow of the atmosphere, the formation of nitrogen oxide is essentially blocked, and to prevent nitrogen from being included in the syngas produced,
The three gasification reactors 401.a, 401.b, and 401.c of the gasification reactor module 400 are connected in series so that the syngas produced is sequentially moved, and the type of input waste. And operating temperatures vary according to the process of drying, pyrolysis, gasification and gas purification of the input waste, and gasification reactors (401.a, 401.b, 401.c) are suitable for the process of drying, pyrolysis, gasification and gas purification. Features that consist of different sizes,
The first gasification reactor (401.a) is characterized in that the air inlet prevention switch 300 or the air inlet prevention opening and closing switch 900 to prevent the inflow of air,
In the gasification reactor, temperature sensors 404.a, 404.b, 404.c, gas analyzers 405.a, 405.b, and pressure sensors 406 for obtaining data of gasification process in real time, respectively, are provided. One or more attached features,
The first gasification reactor (401.a) is formed of double walls of the gasification reactor inner wall 412 and the gasification reactor outer wall 413, the third gasification reactor (401.c) along the space between the double wall Indirect heating of the first gasification reactor (401.a) while the syngas discharged is moved,
At least one plasma torch 500 for supplying oxygen, hydrogen and heat by pyrolyzing water without external supply of oxygen and hydrogen required for syngas formation is provided.
The plasma torch 500 has a pyrolysis steam ejector 508 for ejecting high temperature steam to the outside of the plasma flame and is formed along the exterior of the cooling unit 505 through which the plasma gas is ejected, and is supplied to the pyrolysis steam ejector 508. It is equipped with a pyrolysis steam control valve 510 for adjusting the amount of water vapor,
A steam induction steel wire 701 which is a moving passage of water vapor is formed in a spiral shape inside the mounted pyrolysis steam discharger 508,
And the center point of the cross-section of the pyrolysis steam discharger 508 and the center point of the cross section of the cooling unit 505 through which the plasma gas is ejected.
The plasma torch 500, characterized in that the steam discharged from the pyrolysis steam discharger 508 is ejected in a form surrounding the outside of the plasma flame.
The sensors and the plasma torch 500 are automated gasification reactors for producing syngas and hydrogen as raw materials of combustible waste and water vapor, characterized in that data communication is performed in real time with a computer program that automatically controls the process. Module 400.
제 1항에 있어서,
대기의 유입 없이 가연성 폐기물과 수증기를 원료로 합성가스(Syngas)와 수소를 자동 생산하는 가스화반응로에 장착되어, 분쇄된 가연성 폐기물의 투입구로 사용되는 대기유입방지 개폐기(300)에 있어서.
대기유입방지 개폐기(300)는 몸체부(301), 몸체부(301) 내부에 위치하여 90도 회전과 역회전하여 개폐 기능을 수행하는 원통 형태의 개폐제어부(302), 개폐제어부(302)에 회전 동력을 공급하는 유압실린더모듈(303), 장치 내부의 노폐물을 배출하는 노폐물배출밸브(308), 몸체부(301) 외벽에 부착되어 개폐제어부(302)로 조정된 압력의 수증기를 공급하는 수증기공급기(304.a, 304.b), 개폐제어부(302) 내부에 관의 형태로 형성되어 있는 열림수증기공급관(305.a, 305.b), 개폐제어부(302) 외벽에 링의 형태로 음각되어 있는 담힘수증기공급관(306.a, 306.b), 개폐제어부(302) 하부에 수평 방향의 원통 형태로 형성되어 있는 열림공간부(307)를 포함하여 구성된 특징과,
개폐제어부(302)의 90도 회전에 의하여 열림상태로 되면, 열림수증기공급관(305.a, 305.b)이 수증기공급기(304.a, 304.b)와 연통되어 열림공간부(307)에 고온 고압의 수증기를 분사하여 수증기 에어커튼을 형성하여, 가스화반응로 내부로 대기의 유입을 방지하는 특징과,
개폐제어부(302)의 90도 역회전에 의하여 닫힘상태로 되면, 담힘수증기공급관(306.a, 306.b)이 수증기공급기(304.a, 304.b)와 연통되어 이곳으로 분출되는 소량의 수증기는 개폐제어부(302) 외벽에 수증기의 링을 형성하고 몸체부(301)와 개폐제어부(302) 사이의 미세한 공간에 수증기의 막을 만들어 대기가 대기유입방지 개폐기(300)의 내부 공간을 따라서 가스화반응로 내부로 유입되는 것을 방지하는 특징과,
상기 유압실린더 모듈(303)과 수증기공급기(304.a, 304.b)는 공정을 자동 제어하는 컴퓨터 프로그램과 실시간으로 테이터 통신을 하는 것을 특징으로 하는 대기유입방지 개폐기(300)를 포함하는 자동화 가스화반응로 모듈(400).
The method of claim 1,
In the air inlet switch 300 is installed in the gasification reactor that automatically produces the synthesis gas (Syngas) and hydrogen as a raw material without the inflow of air, used as the inlet of the combustible combustible waste.
Atmospheric inflow prevention switch 300 is located in the body portion 301, the body portion 301 inside the cylindrical opening and closing control unit 302, the opening and closing control unit 302 to perform the opening and closing function by rotating 90 degrees and reverse rotation A hydraulic cylinder module 303 for supplying rotational power, a waste discharge valve 308 for discharging wastes in the apparatus, and a steam attached to the outer wall of the body 301 to supply steam with pressure adjusted to the opening / closing control unit 302. Inlet 304.a, 304.b, open steam supply pipe 305.a, 305.b formed in the form of a tube inside the opening and closing control unit 302, engraved in the form of a ring on the outer wall of the opening and closing control unit 302 A condensed water vapor supply pipe (306.a, 306.b), the open space portion 307 formed in a cylindrical shape in the horizontal direction under the opening and closing control unit 302, and
When the opening and closing state by the opening and closing control unit 302 by 90 degrees, the open steam supply pipe (305.a, 305.b) is in communication with the steam supply (304.a, 304.b) in the open space portion 307 By spraying steam at high temperature and high pressure to form a vapor air curtain, preventing the inflow of air into the gasification reactor;
When the state is closed by the reverse rotation of 90 degrees of the opening and closing control unit 302, the condensed steam supply pipes (306.a, 306.b) is in communication with the steam supply (304.a, 304.b) and a small amount of ejected there The water vapor forms a ring of water vapor on the outer wall of the opening and closing control unit 302 and forms a film of water vapor in a fine space between the body 301 and the opening and closing control unit 302 so that the atmosphere is gasified along the inner space of the air inlet / outlet switch 300 Preventing the flow into the reactor,
The hydraulic cylinder module 303 and the steam supply (304.a, 304.b) is automated gasification including the air flow prevention switch 300, characterized in that the data communication in real time with a computer program for automatically controlling the process Reactor module 400.
제 1항에 있어서,
대기의 유입 없이 가연성 폐기물과 수증기를 원료로 합성가스(Syngas)와 수소를 자동 생산하는 가스화반응로에 장착되어, 밀폐된 감염성 폐기물의 투입구로 사용되는 대기유입방지 감염물 개폐기(900)에 있어서.
대기유입방지 감염물 개폐기(900)는 몸체부(901), 상부에는 감염성 폐기물을 임시 저장하는 호퍼 형태의 상부저장부(907), 몸체부(901) 내부에는 개폐 장치인 상부슬라이더개폐기(902)와 하부슬라이더개폐기(905)가 장착되어 있고, 상부슬라이더개폐기(902)와 하부슬라이더개폐기(905)를 개폐하는 유압실린더조정부(904)와 유압실린더(903)가 몸체부(901) 외부에 장착되어 있고, 하부이동부(906)로 떨어지는 감염성 폐기물을 가스화반응로로 운반하는 스크루컨베이어(914), 스크루컨베이어(914)를 고온으로 부터 보호하기 위한 냉각수유입구(915),냉각수배출구(913)를 포함하여 구성된 특징과,
감염성 폐기물이 중간저장부(908)로 이동 후 상부슬라이더개폐기(902)의 부분 폐쇄 후 중간저장부(908)에 있는 대기를 외부로 배출하기 위한 하나 이상의 하부수증기배출기(912)가 장착된 특징과,
감염성 폐기물의 가스화반응로 투입 후, 하부슬라이더개폐기(905)의 부분 폐쇄 후 중간저장부(908)에 위치한 위해성 기체를 가스화반응로로 배출하기 위한 하나 이상의 상부수증기배출기(909)가 장착된 특징과,
수증기 배출 시 중간저장부(908)의 내부 압력을 측정하기 위한 압력센서(910)와 중간저장부(908) 내부에 감염성 폐기물의 잔존 여부를 확인할 수 있는 방해센서(911)가 장착된 특징과,
상기 센서들과 장치들이 공정을 자동 제어하는 컴퓨터 프로그램과 실시간으로 테이터 통신을 하는 것을 특징으로 하는 대기유입방지 감염물 개폐기(900)를 포함하는 자동화 가스화반응로 모듈(400).
The method of claim 1,
In the airflow preventing infectious switch (900), which is installed in a gasification reactor that automatically produces flammable waste and water vapor as a raw material, and produces syngas and hydrogen as raw materials.
Atmospheric inflow prevention infectious material switch 900 is the body portion 901, the upper portion of the upper storage unit 907 in the form of a hopper temporarily storing infectious waste, the body portion 901 inside the upper slider switch 902 as an opening and closing device And the lower slider switch 905 is mounted, and the hydraulic cylinder adjusting unit 904 and the hydraulic cylinder 903 for opening and closing the upper slider switch 902 and the lower slider switch 905 are mounted outside the body 901. And a cooling water inlet 915 and a cooling water outlet 913 for protecting the screw conveyor 914 from the high temperature of the infectious waste falling into the lower moving part 906 to the gasification reactor. Configured features,
And at least one lower steam discharger 912 for discharging the atmosphere in the intermediate reservoir 908 to the outside after infectious waste is moved to the intermediate reservoir 908 and after partial closure of the upper slider switch 902; ,
After the gasification reactor of infectious waste, after the partial closure of the lower slider switch 905 is equipped with one or more upper steam discharger 909 for discharging the dangerous gas located in the intermediate storage 908 to the gasification reactor and ,
A pressure sensor 910 for measuring the internal pressure of the intermediate storage unit 908 and a disturbance sensor 911 for checking whether residual infectious waste remains inside the intermediate storage unit 908 when water vapor is discharged;
Automated gasification reactor module (400) comprising an air ingress prevention infectious material switch (900), characterized in that the sensors and devices communicate data in real time with a computer program that automatically controls the process.
삭제delete
KR1020190115778A 2019-09-20 2019-09-20 Automatic production system of syngas and hydrogen from combustible waste and steam using plasma KR102059308B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190115778A KR102059308B1 (en) 2019-09-20 2019-09-20 Automatic production system of syngas and hydrogen from combustible waste and steam using plasma

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190115778A KR102059308B1 (en) 2019-09-20 2019-09-20 Automatic production system of syngas and hydrogen from combustible waste and steam using plasma

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102059308B1 true KR102059308B1 (en) 2020-02-11

Family

ID=69568922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190115778A KR102059308B1 (en) 2019-09-20 2019-09-20 Automatic production system of syngas and hydrogen from combustible waste and steam using plasma

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102059308B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112275246A (en) * 2020-12-29 2021-01-29 东营浩辰石油技术开发有限公司 Thermal cycle chemical industry reation kettle
CN114590607A (en) * 2022-03-09 2022-06-07 上海电气集团股份有限公司 Slag discharging system for high-temperature ash and use method thereof
KR102564138B1 (en) * 2023-01-27 2023-08-08 유라시아세계본부아이오더블유지씨에이 주식회사 Renewable energy hydrogen production method using waste plastic and electricity generation apparatus
KR102655523B1 (en) * 2023-12-01 2024-04-08 인하대학교 산학협력단 Method for generating hydrogen through gasfication of an object

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990074976A (en) * 1998-03-16 1999-10-05 윤명조 Waste Recycling Process and Device Using Hydrogen-Oxygen Plasma Torch
KR20080031152A (en) * 2005-06-29 2008-04-08 테트로닉스 엘티디 Waste treatment process and apparatus
KR20150043542A (en) * 2012-09-05 2015-04-22 파워다인, 인코포레이티드 System for generating fuel materials using fischer-tropsch catalysts and plasma sources
KR101546815B1 (en) * 2014-09-29 2015-08-25 인하대학교 산학협력단 Apparatus and method for waste gasification process using the plasma

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990074976A (en) * 1998-03-16 1999-10-05 윤명조 Waste Recycling Process and Device Using Hydrogen-Oxygen Plasma Torch
KR20080031152A (en) * 2005-06-29 2008-04-08 테트로닉스 엘티디 Waste treatment process and apparatus
KR20150043542A (en) * 2012-09-05 2015-04-22 파워다인, 인코포레이티드 System for generating fuel materials using fischer-tropsch catalysts and plasma sources
KR101546815B1 (en) * 2014-09-29 2015-08-25 인하대학교 산학협력단 Apparatus and method for waste gasification process using the plasma

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112275246A (en) * 2020-12-29 2021-01-29 东营浩辰石油技术开发有限公司 Thermal cycle chemical industry reation kettle
CN114590607A (en) * 2022-03-09 2022-06-07 上海电气集团股份有限公司 Slag discharging system for high-temperature ash and use method thereof
CN114590607B (en) * 2022-03-09 2024-03-19 上海电气集团股份有限公司 Slag discharging system for high-temperature ash and using method thereof
KR102564138B1 (en) * 2023-01-27 2023-08-08 유라시아세계본부아이오더블유지씨에이 주식회사 Renewable energy hydrogen production method using waste plastic and electricity generation apparatus
KR102655523B1 (en) * 2023-12-01 2024-04-08 인하대학교 산학협력단 Method for generating hydrogen through gasfication of an object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102059308B1 (en) Automatic production system of syngas and hydrogen from combustible waste and steam using plasma
CA2610806C (en) A system for the conversion of carbonaceous feedstocks to a gas of a specified composition
RU2633565C1 (en) Method and device for conjugated pyrolysis of biomass under pressure
US7878131B2 (en) Integrated process for waste treatment by pyrolysis and related plant
US20080210089A1 (en) Gas Conditioning System
Moustakas et al. Solid waste management through the application of thermal methods
KR20080028409A (en) A system for the conversion of coal to a gas of a specified composition
KR20110052604A (en) Method and device for producing low-tar synthesis gas from biomass
KR100256401B1 (en) Device & method for recycling scrapped material with hydrogen oxygen plasma torch
CN103013568B (en) Plasma gasification treatment system of solid organic waste
CN105066135A (en) Small garbage catalytic gasification pyrolysis technology method and equipment thereof
KR101872990B1 (en) System for producing hydrogen using polymeric waste
KR102059307B1 (en) Method and implementation computer program for automatic production of syngas and hydrogen from combustible waste and steam using plasma
US20240003540A1 (en) Structural configuration and method for environmentally safe solid waste and biomass processing to increase the efficiency of power generation dn production of other useful products
CA2651406C (en) A gas conditioning system
CN113755213A (en) Garbage gasification coupling hydrogen production system
KR101309559B1 (en) Apparatus and method for treating waste polymer insulators
KR102254729B1 (en) Hydrogen and carbon dioxide manufacturing method using combustible waste
WO2023279034A1 (en) Methods, processes and systems for the production of hydrogen & carbon from waste, biogenic waste and biomass
RU2680135C1 (en) Device and method of plasma gasification of a carbon-containing material and unit for generation of thermal/electric energy in which the device is used
KR101356910B1 (en) Device and method for organic synthesis gas generating device of automotive waste
CN101248312A (en) Process and apparatus using a molten metal bath
US9803150B2 (en) System and apparatus for processing material to generate syngas in a modular architecture
CN216513707U (en) High-temperature normal-pressure garbage gasification furnace with two-stage gas outlet
ES1293184U (en) Pyrolysis-plasma reactor for the valuation of waste ecobalas. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant