KR0168139B1 - 스크랩 금속을 연속적으로 용락시키기 위한 방법 - Google Patents

스크랩 금속을 연속적으로 용락시키기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라스틱 재료들을 포함하고 있는 스크랩 금속을 연속적으로 용락시키기 위한 방법을 제공하려는데 있다. 스크랩 금속은 용락 반응로(1)로 제공된다. 스크랩을 용락시키는데 필요한 열은 출선지점 근처에 배열된 버너를 사용하여 용락 반응로의 하부를 직접 가열함으로써 얻어진다. 본 발명의 방법은 용락 반응로(1)에서 환원성 공정으로서 수행된다. 공정가스 중의 일부는 현열의 이용 및 정화후에 연소가스로서 용락 반응로(1)로 복귀하고, 그 나머지 부분은 출력가스로서 배출된다. 이것은 플라스틱을 포함하고 있는 스크랩 금속을 용락시킬 때 정화장치의 크기를 크게 하지 않고서도 작동시킬 수 있으며, 작용재료에 포함되어 있는 열분해된 물질들을 양호하게 이용할 수 있다.

Description

스크랩 금속을 연속적으로 용락시키기 위한 방법
본 발명은 스크랩 금속, 특히 찌꺼기의 폐플라스틱 재료를 포함하는 스크랩 금속 덩어리를 연속적으로 용락(melting down)시키기 위한 방법에 관한 것이다. 스크랩 금속은 용락 반응로로 공급되고, 스크랩을 용융시키는데 필요한 열은 출선 지점 근처에 위치된 버너를 사용하여 반응로를 직접 가열함으로써 제공된다.
스크랩 금속을 용락시키기 위해서 용해로(shaft furnace)를 사용한다. 용해로에서, 용융될 재료가 버너에 의해서 용해로의 하부로부터 가열되는 것은 DE-PS 25 04 889에 이미 공지되어 있다. 용해로에서 직접적인 가열을 위해 사용되는 연료-산소 연소는 산화성 용락 지역 아래에 환원성 분위기의 영역을 만들고, 용융될 재료에 큰 조각들의 석탄을 추가함으로써 수행된다. 일반적으로, 비교적 많은 양의 플라스틱 재료가 용락될 재료내에 포함되어 있다. 특히, 예를들어 자동차를 폐차시킬 때 얻어지는 스크랩 금속을 이용하거나, 또는 스크랩 금속을 압축하여 용락시킬 재료를 얻는다. 이렇게 얻은 스크랩 금속들은 인체에 해로운 고농도의 폐가스를 유발시킬 수 있다.
버너로 용락 반응로를 가열하는 경우에, 상당량의 해로운 유기물질 또는 무기 물질을 포함하는 가스가 발생된다. 이에 따라, 스크랩 금속을 용락시키기 위해서는 비교적 큰 규모의 값비싼 정화 시설이 필요하다.
본 발명의 목적은 지나치게 큰 가스 정화 시설이 필요없이, 플라스틱을 포함하는 스크랩 금속, 특히 자동차의 폐차시에 얻어지는 종류의 스크랩 금속 덩어리를 용락시키기 위한 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 목적은 용락될 재료에 포함되어 있는 열분해된 물질들을 양호하게 이용하고, 장치를 작동시키는데 필요한 에너지 및 기술적인 비용을 최소화시키는데 있다.
이를 위해서 본 발명에 따른 방법은 용락 반응로의 공정을 환원성 공정으로 수행하는 것이 필수적이다. 즉, 공정 가스들중 일부는 현혈(sensible heat)의 이용 및 정화후에 연소가스로서 용락 반응로로 회수되고, 그 나머지의 공정가스는 출력가스로서 배출된다. 용락 반응로내의 환원성 공정은 현열 이외에도 화학 결합된 많은 부분의 열을 포함하는 공정가스를 이용할 수 있게 한다. 용락 반응로내의 환원성 공정은 공정가스로서 연소가스를 얻을 수 있는 가능성을 제공한다. 공정가스는 용락 반응로의 시동단계 동안에 사용되는 연소가스를 대체하여 사용될 수 있다. 용락될 재료의 적절한 선택 및 운용은 공정의 자동적인 열 관리를 가능하게 한다. 용락 반응로내의 환원성 분위기의 공정은 완벽한 자동적인 열공정 운용을 가능하게 한다. 0.6kwt.t-1 이하의 화학 결합 에너지를 갖는 스크랩 금속이 용락 반응로에서 작동재료로서 사용된다.
용락 반응로로 복귀하는 연소가스를 예열하는데 폐가스의 현열을 사용함으로써, 에너지 평형이 개선될 수 있다. 이와 같은 형태의 복귀된 연소가스의 예열에 의해서, 용락 반응로의 내부내에서 바람직한 공정 매개변수를 유지하는데 저질의 연소가스를 사용할 수 있다.
설비관리는 에너지 소비의 감소와 동시에 감소된다. 에너지 소비는 20 부피% 이상의 공정가스가 정화후, 특히 HCI 강력수세 및 SO2-/H2S 분리후에, 가열된 연소 가스로서 용락 반응로로 제공되고 그 나머지의 공정가스는 출력가스로서 배출된다는 점에서 볼때, 상당히 감소된다.
공정가스의 나머지 부분은 출력가스로서 배출된다. 순환장치에서 이러한 종류의 공정은 공정가스를 상당한 정도까지 정화시키기 위한 장치의 규모를 축소 시킬 수 있게 한다. 본 발명의 방법은 용락 반응로로부터 나오는 처리가스의 CO 함량을 산소가스의 부화학 양론적인 도입에 의하여 30 내지 40 부피%, 특히 약 36 부피%가 되도록 조정할 수 있다. CO 함량이 30 내지 40 부피%인 이러한 종류의 공정 진행은 1.5 내지 2 kwh.m-3n의 열수치를 나타내는 공정가스 또는 연소가스를 자동 열 공정에 대하여 이용할 수 있게 한다.
그러므로, 공정은 복귀되는 공정가스의 양을 초과하는 출력가스가 흡착 정화된 후에 1.5 내지 2 kwh.m-3n의 열수치로 발생될 수 있게 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 종류의 열수치는 공정가스가 용락 반응로로 별 문제없이 복귀할 수 있게 하고, 초기 에너지 운반체와 관련된 에너지 소비를 최소화시킨다.
높은 수치의 출력 가스를 얻고, 작용물질이 아주 낮은 화학 결합 에너지를 갖는 경우에 자동 열 작동을 할 수 있게 하기 위해서, 본 발명의 공정은 공정가스, 특히 출력가스가 코크스층 반응로에서 3 내지 3.5 kwh.m-3n 바람직하게는 3.3 kwh.m-3n의 열수치로 조정되도록 수행되어야 한다.
공정으로부터 나오는 폐가스의 바람직한 정화는, 공정가스가 코크스와 석회석을 사용하는 혼합층 흡수기로 이동하고 장입된 흡착제가 용락 반응로로 복귀하는 공정으로부터 달성된다. 이것은 장치내로 도입되는 황의 제거를 보장한다. 황은 슬래그와 함께 제거된다. 특히, 바람직하지 않은 찌꺼기, 및 염화물과 불화물을 포함하는 예를들어, 석고와 같은 추가의 2차 생성물을 제거할 수 있다.
공정으로부터 나오는 폐가스의 간단하고 효과적인 정화는 다음과 같이 달성될 수 있다. 폐가스는 고온 가스 사이클론 타입의 분리기로 이동한 후, 열 반응로로 이동한다. 그 다음에는 순환장치에서 복귀되는 연소가스들을 가열시키기 위한 열교환기로 이동한다. 공정가스는 물리적 및 화학적인 정화 이전에 이용될 수 있고, 연고가스의 예열 후에 처리증기를 발생시키기 위하여 복귀될 수 있다. 이러한 형식의 공정 운용은 열 반응로에서 용락 반응로의 상부로부터 배출되는 생성물 또는 처리가스를 오랫동안 유지시킬 수 있어, 거칠은 분진의 제거후에 바람직한 화학적 전환을 보장하고 평형을 달성할 수 있도록 오랜 반응시간 동안에 수행된다. 복귀되는 연소가스를 예열시키기 위해서, 현열이 열교환기내에서 사용될 수 있다.
부수적인 가스정화단계에서, 공정을 통해서 발생된 분진들은 전자 필터에 의해서 종래의 방식으로 제거될 수 있고, 염화수소/플루오르화 수소는 세척될 수 있다. 연소가스는 용융 에너지 운반체로서 회수될 수 있고, 부수적인 H2S 및 SO2의 흡수후에 출력가스로서 사용될 수 있다.
용락 반응로의 출선 지점 근처에 위치된 버너가 작동되고, 정화된 공정가스중 적어도 20 내지 30 부피%의 공정가스가 버너로 운반된다. 순환되는 공정가스는 500 내지 700℃의 온도로 바람직하게 예열되고, 보다 바람직하게는 약 600℃로 예열된다. 공정가스는 버너로 운반되기 전에 역유동 가열되는데, 이것은 연소가스, 예를들어 천연가스의 외부적인 공급을 시동단계후에 제거할 수 있다는 측면에서 볼때, 필요한 용융열을 만들어내기 위한 비용을 절감시킨다.
이하, 첨부된 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예를 통해서 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도에는 용락 반응로(1)가 도시되어 있는데, 이 반응로는 스크랩 금속과 같은 금속재료(2) 외에도 플라스틱 재료들을 포함한다. 용락 반응로에는 코크스(3)와 석회석(4)이 또한 추가된다. 슬래그(5) 뿐만 아니라 용융 금속(6)이 용락 반응로(1)의 하부 지역으로부터 배출된다. 약 3%의 탄소 함유량을 갖도록 금속을 탄화시키기 위해서는 (용융 금속에 대하여) 약 60 kg/t의 추가 코크스가 필요하다. 그러나, 이것은 사용되는 금속 재료에 따라 변화될 수 있다.
용락 반응로(1)내에서 금속을 용융시키는데 필요한 열은 버너(7)를 사용하여 용락 반응로의 하부를 직접 가열함으로써 제공된다. 시동후에는 정화하여 복귀되는 공정가스가 도관(8)을 통해서 공급되며, 산소 공급도관(10)을 통해서 산소가 공급된다. 산소 (순도 90%)의 공급은 약 100℃의 온도에서 효과적으로 이루어진다. 시동단계, 또는 복귀되는 공정가스의 열수치(thermal value)가 자동작동에 의해 불충분하게 제공되는 경우, 예를들어 천연가스와 같은 추가의 연소가스(11)가 공급된다.
공정가스는 도관(12)을 통해서 용락 반응로(1)의 상부로부터 배출되어 거친 분리기, 바람직하게는 고온가스 사이클론 형식의 분리기(13)로 이동한다. 여기에서, 초기의 분진 분리가 수행된다. 분리된 분진은 도관(14)을 따라서 용락 반응로로 복귀된다.
고온 가스 사이클론 형식의 분리기(13)을 통과한 공정가스는 코크스상 반응로(15)내로 이동하고, 약 1,000℃의 온도로 다단계 열교환기(16)로 이동한다. 다단계 열교환기의 제1단계(17)에서, 연소가스는 정화되어 도관(8)을 따라서 버너(7)로 복귀한다. 복귀된 연소가스는 역유동 열교환기에서 약 90℃ 내지 600℃의 온도로 예열된다. 정화되지 않은 공정가스는 100℃의 온도로부터 약 900℃로 냉각된다. 부수적인 폐열 보일러(18)에 있어서, 공정가스의 현열(sensible heat)의 많은 부분은 공정가스가 약 300℃로 냉각되는 경우, 공정증기(19)를 발생시키는데 사용될 수 있다. 예를들어 열-오일(thermo-oil) 열 교환기로서 형성된 순환장치(20)에서 공정가스는 전자필터(21)로 이동하기 전에 냉각되고, 다시 한번 분진(22)이 분리된다. 다음에, 공정가스는 HCI 강력수세기(23)로 이동한다. 여기에서는 염화수소와 불화수소가 95% 가량 분리된다. HCI 강력수세기(23)로부터 나오는 폐수를 정화시키기 위해서, 30% 또는 50%의 가성소다 용액(25)이 폐수 정화 장치(24)로 추가된다. 염화나트륨 입자(26) 뿐만아니라 필터 케이크(27)가 정화장치로부터 제거될 수 있다. HCI 강력 수세기(23)를 거친 후에, 공정가스는 순환장치인 열교환기(20)에서 약 90℃의 온도로 예비 가열되고, 유동층 흡수기로 이동하기 전에 팬(28)에 의해 압축된다. 특히, HCI 과 HF의 찌꺼기 뿐만아니라 H2S 및 SO2의 분리가 유동층 흡수기에서 진행된다. 유동층 흡수기인 코크스상 반응로(29)로부터 배출되는 흡착제(30)는 석회석 및 코크스로부터 형성되고, 도관(31)을 따라서 용락 반응로(1)로 복귀한다. 코크스(32)와 석회석(33)은 유동층 흡수기 또는 혼합된 유동층 흡수기(29)에 사용된다. 황과 함께 용락 반응로로 장입되는 흡착제(30)를 복귀시킴으로써, 대부분의 황은 슬래그에서 결합된다. 이것은 황을 포함하는 알이에이(REA) 석고와 같은 부산물 또는 폐기물이 가스 정화 처리에서 발생되지 않음을 의미한다.
흡수기(29)로부터 배출되는 정화 공정 가스는 일부분 예를들어, 부분적으로 20 부피 퍼센트 보다 약간 많으며 추가의 팬(34)에 의해 한 번 더 압축된다. 또한, 전술한 바와 같이, 용락 반응로로 복귀되기 전에 역유동 열교환기에서 버너(7)에 의해 다시 한번 약 600℃의 온도로 예열된다.
용락 반응로로 복귀되지 않은 정화된 공정가스의 일부는 출력가스(35)로서 배출된다.
일정한 시동 단계를 벗어나게 되면, 공정은 넓은 범위에 걸쳐서 자동적으로 진행된다. 정화된 환원물질의 일부 또는 공정가스는 회수되므로, 추가의 연소가스에 대한 필요성은 없다. 그러므로, 용락 반응로(1)에서 금속을 용해시키는데 필요한 에너지는 금속 적용 물질 또는 스크랩 금속에 포함된 유기체로부터 부분적으로 얻어지고, 탄소를 소비하는 반응때문에 탄화에 사용될 수 없는 코크스로부터 부분적으로 얻어진다. 생산된 출력가스의 열수치는 사용된 스크랩 금속중의 유기체 폐기물 또는 플라스틱 조각에 의존 한다. 약 20%의 유기체 분율을 갖는 스크랩 금속의 경우에 있어서, 여기에서 설명된 공정에 의하여 제조된 공정가스 또는 배출가스의 열수치는 약 2.0 kwh.m-3n 이다. 배출가스의 열수치를 향상시키기 위해서, 배출가스는 코크스상 반응로로 이동할 수 있다. 이것에 대해서는 본 명세서에서 상세히 설명하지 않는다.
용락 반응로의 공정은 환원성 분위기하에서 수행된다. 즉, 반응로를 떠나는 출력가스의 일산화탄소(CO) 함량이 약 30 내지 40 부피 퍼센트, 바람직하게는 약 36 부피 퍼센트가 되는 방식으로 부화학 양론적으로 수행된다.
또한, 공정가스의 현열과 화학 결합열이 이용되는데, 화학 결합열은 폐가스를 용락 공정으로 복귀시킴으로써 효과적으로 얻는다. 열적인 이용은 회수된 가스들을 연소시킴과 동시에 버너(7)로 산소를 공급함으로써 이루어진다.

Claims (10)

  1. 폐플라스틱 재료를 포함하고 있는 스크랩금속이 용락반응로(1)로 제공되고 상기 스크랩 금속을 용락시키는데 필요한 열이 출선 지점 근처에 배열된 버너를 사용하여 상기 용락 반응로(1)의 하부를 직접 가열함으로써 얻어지는, 상기 스크랩 금속을 연속적으로 용락시키기 위한 방법에 있어서, 상기 스크랩 금속의 연속적인 용락 공정은 상기 용락 반응로(1)내에서 환원 공정으로서 수행되며, 현열의 이용 및 단계를 후에 상기 반응로로부터 배출되는 공정가스 중의 일부는 연소가스로서 상기 용락 반응로(1)로 복귀되고 상기 공정가스중 나머지 부분은 출력 가스로서 배출됨을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, HCI 강력수세 및 SO2-/H2S 분리와 같은 정화후에, 상기 배출되는 공정가스의 20 부피 퍼센트 이상은 가열된 연소가스로서 상기 용락 반응로(1)로 복귀하며, 상기 공정가스중 나머지 부분은 출력가스로서 배출됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 폐가스의 현열은 상기 용락 반응로(1)로 복귀된 상기 연소가스를 예열시키기는데 사용됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 용락 반응로(1)로부터 배출되는 공정가스의 일산화탄소(CO) 함량은 산소(O2)의 부화학 양론적으로 30 내지 40 부피 퍼센트로 조정됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 가스의 복귀된 부분을 초과하는 배출가스가 합착 정화후에 1.5 내지 2 kwh.m-3n의 열수치로 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정가스는 코크스상 반응로(15)에서 3.0 내지 3.5 kwh.m-3n의 열수치로 조절됨을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 0.6 kwh.t-1이상의 화학 결합 에너지 함량을 갖는 스크랩 금속의 일부분은 용락 반응로(1)내에서 작용재료(2)로서 사용됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정가스는 코크스(32) 및 석회석(33)이 제공된 상태하에서 작동하는 코크스상 반응로(29)로 이동하고, 장입된 흡착제가 용락 반응로(1)로 복귀됨을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 폐가스는 고온가스 사이클론 타입의 거친 분리기(13)를 통해서 용락 반응로(1)로 이동하고, 그 다음에는 순환 장치로 복귀하는 연소 가스들을 가열하도록 열교환기(16)로 이동함을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 순환장치내의 공정가스는 버너(7)로 들어가기 전에 역 유동가열에 의해서 500 내지 700℃의 온도로 예열됨을 특징으로 하는 방법.
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