KR100515999B1 - 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온의 열원과 비반응성 가스를 양질의 가스로 변환시키는 수증기를 동시에 공급하는 브라운가스를 이용하여 폐기물로부터 양질의 가스를 생산하고 잔류물로서 고순도의 탄소입자를 만들어냄으로써 폐기물 처리에 따른 환경오염 및 파괴를 방지하고 폐기물을 양질의 자원으로 재활용할 수 있는 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 하우징과, 상기 하우징의 내벽면에 일정두께로 형성된 내화체를 포함하는 반응로와; 상기 반응로의 내부로 폐기물을 이송하기 위해 폐기물을 유입, 저장하기 위한 저장탱크와, 상기 저장탱크의 폐기물을 반응로 내부로 이송시키기 위해 회전구동되는 스크류를 구비한 공급피더부와; 상기 공급피더부로 부터 이송된 폐기물에 열과 수증기를 공급하기 위한 브라운가스연소기와; 상기 반응로의 탄화된 폐기물이 집중될 수 있도록 상기 반응로의 저면에 형성된 호퍼와, 상기 호퍼의 폐기물을 이송시키기 위해 회전구동되는 스크류와, 상기 스크류에 의해 이송된 폐기물이 일시저장되는 저장조로 구성되어 상기 반응로의 탄화된 폐기물을 배출시키는 배출피더부와; 상기 반응로의 가스가 배출될 수 있도록 상기 반응로와 연통되는 가스배출관;을 포함하여 구성되어 폐기물을 처리하기 위한 장치에 있어서, 상기 반응로의 저면에는 상기 배출피더부로 갈수록 낮아지게 경사를 이루는 경사면이 형성되고, 상기 반응로의 폐기물 진행로 상에는 상기 폐기물이 용이하게 이동될 수 있도록 푸셔가 설치되며, 상기 반응로 내부의 가스 진행로 상에는 상기 가스배출관으로 이물질이 배출되는 것을 방지하도록 입자충돌벽이 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치{Apparatus for Gasifying and Carbonizing Waste Simultaneously}

본 발명은 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온의 열원과 비반응성 가스를 양질의 가스로 변환시키는 수증기를 동시에 공급하는 브라운가스를 이용하여 폐기물로부터 양질의 가스를 생산하고 잔류물로서 고순도의 탄소입자를 만들어냄으로써 폐기물 처리에 따른 환경오염 및 파괴를 방지하고 폐기물을 양질의 자원으로 재활용할 수 있는 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치에 관한 것이다.

근래에 산업화가 가속화됨에 따라 가정에서 배출되는 생활쓰레기와 산업현장에서 배출되는 산업폐기물이 꾸준히 증가되어 왔다.

이와 같은 쓰레기 및 폐기물 등은 종류별로 분류, 재활용되는 것이 권장되나, 재활용이 어려운 것들은 소각 또는 매립에 의해 처리되는 것이 현실이다.

그러나 매립의 경우 심각한 토양오염을 야기하며, 소각의 경우 쓰레기를 소각할때 발생하는 미연소 성분 이나 연소 생성물과 같은 유해가스가 대기오염을 야기한다.

최근에는 쓰레기와 폐기물을 가스화 하는 방법이 활발히 연구되고 있는데, 이러한 방법으로는 상기 스레기와 폐기물을 소량의 공기나 산소와 접촉하여 발생된 열을 이용하여 가연성 가스를 발생시키는 직접 접촉식 방법과 외부에서 전기를 이용하여 열을 공급하거나 고온의 가스와의 열교환에 의해 가스를 발생시키는 간접 접촉식 방법이 있다.

전자는 쓰레기 및 폐기물과 산화제(공기 또는 산소)와의 반응으로 인하여 발생된 가스에 이산화탄소 또는 질소 등의 비가연성 가스의 함량이 많게 되어 가스의 질이 떨어짐으로 인해 분리 활용성이 낮아진다.

또한, 후자의 간접 접촉식 방법은 폐기물로 열이 고르게 전달되기 어려우며, 열전달 효율이 낮아 폐기물에서의 균일한 가스화 반응이 발생되기 위해서는 장치가 복잡하고 커져야하는 등 애로점 및 문제점이 많았다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 수소와 산소의 양론비 혼합상태에 있는 브라운가스의 반응시 발생되는 고온의 열과 수증기를 이용하여 폐기물로부터 수소와 일산화탄소 등의 양질의 가스를 생산하고 다량의 고순도 탄화물을 생산함으로써 폐기물의 처리에 따른 환경오염을 방지하고 상기 폐기물을 자원으로 변환시키는 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 하우징과, 상기 하우징의 내벽면에 일정두께로 형성된 내화체를 포함하는 반응로와; 상기 반응로의 내부로 폐기물을 이송하기 위해 폐기물을 유입, 저장하기 위한 저장탱크와, 상기 저장탱크의 폐기물을 반응로 내부로 이송시키기 위해 회전구동되는 스크류를 구비한 공급피더부와; 상기 공급피더부로 부터 이송된 폐기물에 열과 수증기를 공급하기 위한 브라운가스연소기와; 상기 반응로의 탄화된 폐기물이 집중될 수 있도록 상기 반응로의 저면에 형성된 호퍼와, 상기 호퍼의 폐기물을 이송시키기 위해 회전구동되는 스크류와, 상기 스크류에 의해 이송된 폐기물이 일시저장되는 저장조로 구성되어 상기 반응로의 탄화된 폐기물을 배출시키는 배출피더부와; 상기 반응로의 가스가 배출될 수 있도록 상기 반응로와 연통되는 가스배출관;을 포함하여 구성되어 폐기물을 처리하기 위한 장치에 있어서, 상기 반응로의 저면에는 상기 배출피더부로 갈수록 낮아지게 경사를 이루는 경사면이 형성되고, 상기 반응로의 폐기물 진행로 상에는 상기 폐기물이 용이하게 이동될 수 있도록 푸셔가 설치되며, 상기 반응로 내부의 가스 진행로 상에는 상기 가스배출관으로 이물질이 배출되는 것을 방지하도록 입자충돌벽이 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 보다 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 더불어 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치를 나타낸 개략구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치의 작동상태를 나타낸 예시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치(100)는 크게 반응로(30), 공급피더부(10), 브라운가스연소기(20), 배출피더부(50), 가스배출관(60)으로 구성된다.

상기 반응로(30)는 내부에 공간을 형성하는 하우징(31)과 고온 고압으로 인해 상기 반응로(30)의 손상 및 파손을 방지하기 위해 상기 하우징(31)의 내벽면에 일정두께로 형성된 내화체(32)를 포함한다.

여기서, 상기 반응로(30)의 저면에는 후술될 배출피더부(50)로 갈수록 낮아지게 경사을 이루는 경사면(35)이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 공급피더부(10)는 상기 반응로(30) 내부로 폐기물을 이송하기 위한 것이며, 폐기물을 유입하고 저장하기 위한 저장탱크(11)와 상기 저장탱크(11)의 폐기물을 반응로(30) 내부로 이송시키기 위해 모터(M) 등에 의해 회전구동되는 스크류(13)를 구비함으로써 구성된다.

상기 브라운가스연소기(20)는 상기 공급피더부(10)로부터 이송된 폐기물에 열과 수증기를 공급하기 위해 마련되는데, 이때 상기 브라운가스연소기(20)는 이송되는 폐기물 보다는 상부에 위치하도록 상기 반응로(30)의 상측에 위치하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 브라운가스연소기(20)에는 상기 브라운가스연소기(20)가 열에 의해 손상되는 것을 방지하도록 냉각수가 공급되는데, 이는 상기 브라운가스연소기(20)의 외면을 둘러싸는 냉각수로(21)에 의해 가능하다.

상기 배출피더부(50)는 상기 반응로(30)의 탄화된 폐기물을 배출시키기 위한 것으로서, 탄화된 폐기물이 집중될 수 있도록 상기 반응로(30)의 저면에 형성된 호퍼(51)와 상기 호퍼(51)에 집중된 폐기물을 이송시키기 위해 모터(M) 등에 의해 회전구동되는 스크류(53)와 상기 스크류(53)에 의해 이송된 폐기물이 일시저장되는 저장조(55)로 구성된다.

한편, 상기 반응로(30)에는 가스배출관(60)이 연통되는데, 이는 상기 반응로(30)의 가스를 외부로 배출시키기 위함이다.

그리고, 상기 반응로(30)의 폐기물 진행로 상, 즉, 공급피더부(10)와 배출피더부(50) 사이에는 상기 폐기물이 용이하게 이동될 수 있도록 푸셔(37)가 설치된다. 상기 푸셔(37)는 상기 반응로(30)의 저면에 설치되는 것이 바람직하며, 외부로 부터 동력을 인가받아 주기적인 전후 왕복운동이 가능해야 한다.

아울러, 상기 반응로(30)에는 입자충돌벽(38)과 관측수단으로서 관측창(40)이 각각 설치된다.

여기서, 상기 입자충돌벽(38)은 상기 가스배출관(60)으로 입자상 물질 등의 이물질이 배출되는 것을 방지하기 위한 것이며, 이를 위해 상기 반응로(30) 내부의 가스 진행로 상(예로서 상기 반응로의 천정면)에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 관측창(40)은 상기 반응로(30)의 내부를 관측할 수 있도록 설치되는 것이며, 이는 상기 반응로(50)의 일면을 투명하며, 고온 고압에 견딜수 있는 재질로 구성함으로써 가능하다.

상기 관측수단으로서, 비록 본 실시예에서는 관측창(40)을 예로 보였으나, 여타의 장비도 채택되어 사용될 수 있음은 물론이다.

이하에서는 상기와 같은 구성과 구조를 갖는 본 발명의 바람직한 실시예의 작용 및 원리를 설명하도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 공급피더부(10)의 저장탱크(11)에 폐기물이 내입되면 스크류(13)는 모터(M)에 의해 회전구동되어 상기 폐기물을 반응로(30)의 내부로 이송시킨다.

이송된 폐기물은 상기 반응로(30)의 내부에서 브라운가스연소기(20)로부터 분출되는 브라운가스와 함께 화학적 반응이 일어나는바, 이를 설명하면 다음과 같다.

CxHy + H₂O + Energy → C + CO + H₂ ---------------------> 식 1

식 1에 나타난 바와 같이, 폐기물(CxHy)에 고온(Energy) 고습(H₂O)의 환경을 부여하기 위하여 브라운가스를 불어넣으면 탄소(C)와 미량의 일산화탄소(CO) 및 다량의 수소(H₂)가 생성된다.

좀더 상세히 설명하면, 상기 브라운가스는 수소와 산소가 양론비에 따라서 혼합된 예혼합가스로서 연소시 수증기가 만들어지며, 상기 브라운가스에 의해 형성된 고온의 분위기는 폐기물로 부터 가연성 가스를 생성하며 특히 수증기는 일산화탄소 및 수소의 발생을 촉진한다.

상술한 바와 같이, 반응로(30) 내부에서 폐기물은 브라운가스의 화학적 반응에 의해 가스와 탄화물을 생성한다.

참고적으로, 이론 당량비 조건 상태에서 이루어지는 브라운가스 연소는 여유 산소를 발생하지 않기 때문에 폐기물 중의 탄소 반응이 억제되고 잔류물에 탄소입자가 많게 된다.

한편, 상기 반응로(30) 내부에서 탄소성분이 주를 이루는 탄화물과 일부 폐기물은 푸셔(37)에 의해 이동되고, 이동중에 상기 폐기물의 가스화는 계속 진행되어 탄화물 만이 경사면(35)을 타고 배출피더부(50)의 호퍼(51)로 이동된다.

즉, 입자상 물질이 주를 이루는 탄화물은 상기 경사면(35)에 의해 브릿지와 같은 막힘현상이 예방되고 자중과 푸셔(37)가 밀어주는 힘에 의해 호퍼(51)측으로 균일하게 이송되는 것이다.

상기 호퍼(51)로 이송된 탄화물은 모터(M)에 의해 회전구동되는 스크류(53)에 의해 저장조(55)로 모이게 되며, 상기 저장조(55)는 상기 탄화물과 공기의 접촉을 차단하여 상기 탄화물의 반응을 억제한다.

그리고, 상기 반응로(30) 내부에서 생성된 가스(주로 다량의 수소)는 가스배출관(60)을 통해 외부로 배출되는데, 이때, 상기 가스의 진행로 상에 설치된 입자충돌벽(38)은 분진 등 여러가지 입자상 물질이 상기 가스와 함께 배출되는 것을 방지한다.

아울러, 상기와 같이, 반응로(30) 내부에서 일어나는 현상은 상기 반응로(30)에 설치된 관측창(40)을 통해 용이하게 관측될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치는 고온의 열원과 비반응성 가스를 양질의 가스로 변환시키는 수증기를 동시에 공급하는 브라운가스를 이용하여 폐기물로부터 양질의 가스를 생산하고 잔류물로서 고순도의 탄소입자를 만들어냄으로써 폐기물 처리에 따른 환경오염 및 파괴를 방지하고 폐기물을 양질의 자원으로 재활용하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치를 나타낸 개략구성도,

도 2는 본 발명에 따른 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치의 작동상태를 나타낸 예시도.

<도면 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 공급피더부 11: 저장탱크

13: 스크류 20: 브라운가스연소기

21: 냉각수로 30: 반응로

31: 하우징 32: 내화체

35: 경사면 37: 푸셔

38: 입자충돌벽 40: 관측창

50: 배출피더부 51: 호퍼

53: 스크류 55: 저장조

60: 가스배출관 100: 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치

M: 모터

Claims (8)

1. 하우징(31)과, 상기 하우징(31)의 내벽면에 일정두께로 형성된 내화체(32)를 포함하는 반응로(30);

   상기 반응로(30)의 내부로 폐기물을 이송하기 위해 폐기물을 유입, 저장하기 위한 저장탱크(11)와, 상기 저장탱크(11)의 폐기물을 반응로(30) 내부로 이송시키기 위해 회전구동되는 스크류(13)를 구비한 공급피더부(10);

   상기 공급피더부(10)로 부터 이송된 폐기물에 열과 수증기를 공급하기 위한 브라운가스연소기(20);

   상기 반응로(30)의 탄화된 폐기물이 집중될 수 있도록 상기 반응로(30)의 저면에 형성된 호퍼(51)와, 상기 호퍼(51)의 폐기물을 이송시키기 위해 회전구동되는 스크류(53)와, 상기 스크류(53)에 의해 이송된 폐기물이 일시저장되는 저장조(55)로 구성되어 상기 반응로(30)의 탄화된 폐기물을 배출시키는 배출피더부(50);

   상기 반응로(30)의 가스가 배출될 수 있도록 상기 반응로(30)와 연통되는 가스배출관(60);을 포함하여 구성되어 폐기물을 처리하기 위한 장치에 있어서,

   상기 반응로(30)의 저면에는 상기 배출피더부(50)로 갈수록 낮아지게 경사를 이루는 경사면(35)이 형성되고, 상기 반응로(30)의 폐기물 진행로 상에는 상기 폐기물이 용이하게 이동될 수 있도록 푸셔(37)가 설치되며, 상기 반응로(30) 내부의 가스 진행로 상에는 상기 가스배출관(60)으로 이물질이 배출되는 것을 방지하도록 입자충돌벽(38)이 설치되는 것을 특징으로 하는 폐기물 가스화 및 탄화 동시 처리장치.
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