KR100516478B1 - 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물로부터 탄화수소의제조 방법 및 장치 - Google Patents

가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물로부터 탄화수소의제조 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물로부터 탄화수소를 제조하는 방법 및 장치, 특히 열분해 및 촉매 크래킹으로 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물로부터 탄화수소를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물로부터 탄화수소의 제조 방법 및 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR PRODUCING HYDROCARBONS FROM CITY GARBAGE AND/OR ORGANIC WASTE MATERIAL}
본 발명은 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물로부터 탄화수소를 제조하는 방법 및 장치, 특히 열분해 및 촉매 크래킹으로 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물로부터 탄화수소를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
문명의 진보 및 인간의 삶의 향상과 더불어, 가정의 쓰레기 중의 유기 성분은 계속해서 증가하고 있고, 따라서 환경에 심각한 해가 된다. 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물을 처리하여 무해(無害)하고 재사용할 수 있도록 하는 것은 세계적인 화제가 되었다.
가정의 쓰레기의 조성은 매우 복잡하다. 선행 기술의 연소 공정은 비용이 많이 든다. 공정 말미에 나오는 가스는 대기를 오염시킨다. 선행 기술의 또 다른 방법인 매장은 많은 경작지를 차지하고, 지하수를 오염시키고, 폐기물을 재사용할 수 없다.
상기의 문제점에 대한 몇 가지의 기술적인 해결책은 선행 기술에 개시되어 있었다. USP 4,235,676 의 챔버(chamber)는 폐플라스틱, 및 산업 및 가정의 폐기물로부터 탄화수소를 제조하는 장치이다. 상기 장치는 진공 시스템 및 고정 반응기를 포함한다. 이 장치 사용의 문제점은 연속적 생산이 곤란하다는 것이다. 또한, 반응기는 코크스화되고, 반응에서 생성된 잔류물을 반응기 밖으로 배출하는 것이 아주 어렵다.
EP-A-0,607,862 (출원인: 마쯔다 주식회사)는 폐플라스틱 및 폐고무로부터 탄화수소를 제조하는 방법 및 장치를 개시하고 있는데, 여기에서는 수직형 반응기를 사용한다. 그러나, 상기 출원은 반응기의 잔류물을 어떻게 배출한 것인가에 대해서는 언급하고 있지 않다. 상기에서 언급된 모든 공정은 가정의 쓰레기 및/또는 착체 조성을 갖는 유기 폐기물을 동시에 그리고 계속적으로 처리할 수는 없다.
본 출원인에 의한 PCT/CN97/00124 는 유기 및 중합성 폐기물로부터 탄화수소를 제조하는 방법 및 장치를 개시하고 있는데, 여기서는 수평형의 회전식 반응기를 사용한다. 모든 반응이 하나의 반응기에서 수행되기 때문에 반응기가 크래킹의 반응 성능을 유지하기 위해 고온으로 유지되어야 한다. 그러나, 거기에 사용될 고온은 반응기의 성능에 중요하다. 반응기를 통상의 강철로 만든다면 회전시키기가 어렵다. 이 경우에, 반응 온도는 반응기 본래의 상태로 유지하기 위해서는 낮아야 한다. 따라서, 크래킹 반응은 종료되지 못하고 폐기물은 완전히 분해되지 못한다. 또한, 폐기물은 간헐적으로 도입되고 반응기로부터의 잔류물도 간헐적으로 배출된다.
본 발명은 선행 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공되는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물로부터 탄화수소를 제조하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명은 계속적으로 공급 및 배출하면서 상이한 온도에서 2단계 크래킹으로 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물로부터 탄화수소를 제조하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 방법은 2단계로 이루어져 있다. 제1 크래킹은 대규모로 설계된 제1 반응기(수평형의 나선형 반응기)에서 수행되어 다량의 폐기물을 처리할 수 있다. 반응기의 특정 크기는 처리될 폐기물의 성질에 달려있다. 예를 들어, 반응기는 통상 직경 1.0 내지 3.0 m 로 설계된다.
제1 크래킹 반응으로부터의 기상 성분은 반응이 완결된 후에 반응기에서 배출된다. 수득한 잔류물은 제2 반응기 (나선형 교반 반응기)에 들어가서 제2 크래킹 반응이 수행된다. 제2 반응기가 소규모로 설계될 수 있는 것은 제1 크래킹 후 폐기물의 부피가 크게 작아졌기 때문이다. 제2 반응기의 크기는 폐기물의 성질 및 처리 조건에 따라 변할 수 있다. 통상, 제2 반응기는 제1 반응기 직경의 1/2, 예컨대 0.5 내지 1.5 m 의 직경을 갖는다.
제2 반응기에서 유지될 온도가 제1 반응기보다 훨씬 높을지라도, 제2 반응기가 그와 같은 고온에서도 쉽게 변형되지 않는 것은 고정되어 있고 반응기의 체적이 비교적 작기 때문이다. 제2 반응기가 약간 변형될지라도 크래킹 반응에 영향을 주지 않는다. 따라서, 본 발명은 선행 기술의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명은 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물을 처리하는 방법에 있어서, 하기 단계로 이루어진 방법을 제공한다:
폐기물을 수평형의 회전식 반응기에 공급하여 제1 크래킹 반응을 수행하고,
제1 크래킹으로부터의 잔류물을 나선형 교반 반응기에 도입하여 제2 크래킹 반응을 수행한다.
상기 방법은 제1 및 제2 크래킹 반응으로부터의 기상 탄화수소를 수집하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법에서, 필요하다면, 폐기물을 예비처리할 수 있다.
상기 방법에서, 제1 및 제2 크래킹 반응은 열분해 및/또는 촉매 크래킹을 포함한다.
상기 크래킹 반응은 대기압 또는 그 이상에서 수행된다. 통상, 크래킹은 0.02∼0.6MPa 의 압력에서 수행된다. 제1 크래킹의 온도는 350∼600℃ 로 유지되고, 제2 크래킹의 온도는 600∼1200℃ 로 유지된다. 바람직하게는, 제1 크래킹의 온도는 400∼500℃, 제2 크래킹의 온도는 600∼800℃ 로 유지된다.
촉매 SR-1 을 촉매 크래킹에 사용한다.
또한, 본 발명은 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물을 처리하는 장치를 제공하는데, 이 장치는 수평형의 회전식 반응기 및 나선형 교반 반응기를 포함한다.
상기 수평형의 회전식 반응기는 하기를 포함한다: 제1 원통형 하우징; 원통형 하우징의 외벽 위에 고리를 이룬 원형 기어 휠; 원통형 하우징의 내벽 위에 고정된 나선형 스트립 강철; 수평형의 회전식 반응기의 말단에 배치된 공급장치; 및 수평형의 회전식 반응기의 또 다른 말단(터미널 말단)에 설치된 제1 처리 챔버. 상기 수평형의 회전식 반응기는 내부 가열용 단위 장치도 포함한다.
상기 공급장치는 스크루 공급장치 또는 왕복 공급장치를 포함한다.
상기 나선형 교반 반응기는 하기를 포함한다: 제2 원통형 하우징 (하나의 말단은 제1 처리 챔버와 연결된다); 제2 원통형 하우징에 설치된 나선형 교반기; 제2 원통형 하우징의 다른 말단에 배치된 제2 처리 챔버; 및 제2 처리 챔버의 하부에 설치된 나선형 배수장치.
고정 베드는 상기 제1 및 제2 챔버 각각의 내부의 상부에 설치된다.
본 발명에 따른 장치는, 필요하다면, 예비처리 단위 장치를 추가로 포함하는데, 이 장치로 폐기물 중의 수분을 제거할 수 있다.
예비처리 단위 장치는 제1 반응기와 같은 형상으로 설계될 수 있다. 이의 온도는 뜨거운 가스로 유지될 수 있고 제1 반응기와 같은 고온일 필요는 없다.
본 발명에 따른 장치는 탄화수소를 수집하는 장치를 포함하는데, 이 장치는 오일과 물을 분리하는 종래의 장치일 수 있다. 예를 들어, 콘덴서, 탄화수소 수집용 탱크 및 방수 탱크를 포함할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 것이다.
본 발명의 방법에 따라, 예비처리되거나 되지 않은 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물을 밀폐된 수평형의 회전식 반응기에 스크루 공급장치로 계속해서 도입한다. 반응기를 회전시키고 가열하고, 제1 크래킹 반응을 수행한다. 반응으로부터 수득한 기상 탄화수소를 반응기 밖으로 배출한다. 동시에, 반응에서 완전히 분해되지 않은 수득한 잔류물을 다른 밀폐된 나선형 교반 반응기에 계속해서 공급한다. 나선형 교반 반응기를 가열하고 스크루 교반기를 전기로 계속해서 회전시킨다. 제2 크래킹을 고온의 나선형 교반 반응기에서 수행하여 제1 크래킹으로부터 잔류물중의 유기 성분을 완전히 분해한다. 한편, 제2 크래킹으로부터의 무기 잔류물을 나선형 교반 반응기 밖으로 계속해서 배출한다. 제2 크래킹으로부터의 기상 탄화수소를 반응기 밖으로 배출하여 수집한다.
상기 방법에서, 제1 및 제2 크래킹 모두는 열분해 및/또는 촉매 크래킹을 포함한다. 열분해는, 촉매 크래킹이 필요하지 않으면, 단독으로 수행될 수 있다. 촉매 크래킹은 반응기 내부에 설치된 고정 베드에서 수행된다. 촉매 크래킹에 필요한 열은 반응기 자체에 의해 제공된다. 촉매는, 폐기물용 촉매 크래킹이 필요하지 않으면, 고정 베드로 도입하지 않아도 된다. 크래킹은 대기압 또는 그 이상에서 수행된다. 통상, 크래킹은 0.02∼0.6MPa 의 압력에서 수행된다. 제1 촉매 크래킹의 온도는 350∼600℃ 로 유지되고, 제2 촉매 크래킹의 온도는 600∼1200℃ 로 유지된다. 바람직하게는, 제1 촉매 크래킹의 온도는 400∼500℃, 제2 촉매 크래킹의 온도는 600∼800℃ 로 유지된다. 본 발명에서 사용된 촉매는 촉매 SR-1 로부터 선택되는데, 이는 5 중량% 의 CHO-1 (상표명, Qilu Petroleum & Chemical Co., China), 20 중량% 의 REY, 30 중량% 의 머서법으로 처리된(mercerized) 제올라이트 및 45 중량%의 촉매 ZSM-5를 포함한다.
본 발명의 장치는 주로 수평형의 나선형 반응기, 나선형 교반 반응기 및 탄화수소포집용 단위 장치를 포함한다.
상기 수평형의 회전식 반응기는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하기 위한 하우징 아래의 그라운드 상에 몇 개의 그룹의 원형 브래킷(각 그룹 2개) 에 의해 지지된 원통형 하우징, 원통형 하우징의 외벽 위에 고리를 이루고 용접 또는 바인더 볼트에 의해 원통형 하우징과 함께 연결되거나 또는 그 하우징에 고정되어 하우징이 동시에 회전하도록 원형 기어 휠; 암스크루와 같은 원통형 하우징의 내벽 위에 고정된 나선형 스트립 강철; 수평형의 회전식 반응기의 말단에 배치되어, 고정 외벽은 일반적인 기계적 밀봉 방법 또는 기타의 밀봉 방법에 의해 반응기의 하우징과 연결되는 공급장치; 상기 수평형의 나선형 반응기의 또 다른 말단에 설치되어,고정식이며 일반적인 기계적 밀봉 방법 또는 기타의 밀봉 방법에 의해 하우징과 연결되는 제1 처리 챔버; 및 상기 제1 처리 챔버 내부의 상부에 수직으로 설치되어 있고 기상 생성물을 배출하기 위한 반응기의 출구와 연결된 고정 베드를 포함한다.
상기 나선형 교반 반응기는 그라운드 상에 고정되고 원통형 하우징의 하나의 말단의 상부에 폐기물용 입구와 연결된 원통형 하우징; 원통형 하우징의 또 다른 말단에 배치된 제2 처리 챔버; 제2 처리 챔버 내부의 상부에 수직으로 배치되고 기상 생성물의 출구와 연결된 고정 베드; 원통형 하우징에 설치되어 있고 조속기 모터에 의해 구동되는 나선형 교반기; 제2 처리 챔버의 하부에 설치되어 있는 나선형 배출구를 포함하며, 제2 처리 챔버의 잔류물용 출구는 나선형 배출구의 폐기물용 입구와 연결된다.
탄화수소용 상기 단위 장치는 오일과 물을 분리하기 위한 종래의 단위 장치일 수 있다. 예를 들어, 콘덴서, 탄화수소 수집 탱크 및 방수 탱크를 포함한다.
본 발명의 방법은 하기와 같이 구체화된다: 가정의 폐기물 및/또는 유기 폐기물을 35cm 이하의 직경으로 분쇄하고, 수득한 폐기물을 밀봉된 수평형의 나선형 반응기에 공급하고, 수평형의 회전식 반응기를 회전시키고 가열하여 제1 크래킹을 수행하고, 제1 크래킹으로부터 수득한 기상 물질을 수평형의 회전식 반응기의 밖으로 배출하면서 제1 크래킹으로부터의 잔류물을 밀봉된 나선형 교반 반응기에 도입하여 제2 크래킹을 수행하고, 종래의 수단으로 제1 및 제2 크래킹으로부터 생성된 기상 탄화수소를 수집한다. 제2 크래킹으로부터의 잔류물은 완전히 분해되었으므로, 유기 화합물을 함유하지 않는다. 잔류물을 분쇄하고 자기선별하고 분리되어 산업 충전제 및 폐금속을 얻는다.
상기 방법에서, 크래킹은 열분해 및/또는 촉매 크래킹을 포함한다. 가정의 쓰레기와 같은 물질이 유기 성분을 덜 함유한다면 열분해만을 진행한다. 폐기물이 많은 중합성 물질, 예컨대 폐플라스틱, 폐고무 및 폐오일 등을 함유할 때, 열분해 및 촉매 크래킹을 진행한다.
촉매 크래킹은 반응기에 설치된 고정 베드에서 수행된다. 촉매 크래킹에 필요한 열은 반응기 내부의 열에 의해 제공된다. 제1 크래킹의 온도는 350∼600℃ 로 유지되고 제2 크래킹의 온도는 600∼1200℃에서 유지된다. 온도는 실제적으로 처리될 폐기물의 성질에 따른다. SR-1로부터 선택된 촉매는 고정 베드에서 수행된다. 촉매 SR-1 은 5%의 CHO-1, 20%의 REY, 30%의 머서법으로 처리된 제올라이트 (Si:Al의 몰비 = 12:1) 및 45%의 ZSM-5를 포함하는데, 모든 상기 성분을 완전히 혼합하여 제조한다.
반응은 대기압 또는 그 이상에서 수행될 수 있다. 제1 및 제2 크래킹으로부터 수득한 기상 생성물은 연속해서 응축되고 분리되어 상이한 분별 컷(cut) 및 연소성 가스를 갖는 탄화수소를 종래의 방법으로 얻는다. 제2 크래킹으로부터 수득한 무기 잔류물은 나선형 교반 반응기 밖으로 배출된다. 상기 잔류물은 분쇄되고, 자기적으로 선택되고, 분리되어 산업 충전제 및 폐금속을 얻는다.
본 발명의 방법으로 처리될 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물은 가정의 쓰레기, 폐제품, 폐플라스틱, 폐타이어를 포함하는 폐고무, 슬러지, 인간 또는 동물의 배설물, 톱밥, 원유, 폐유, 중유, 및 유기 또는 중합성 성분을 함유하는 다른 폐기물을 포함한다.
본 발명을 구현하는 바람직한 장치는 수평형의 나선형 반응기, 나선형 교반 반응기 및 탄화수소 수집용 단위 장치를 포함한다.
수평형의 회전식 반응기는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하기 위한 그라운드 상에 몇 개의 그룹의 원형 브래킷(각 그룹에 대해 2개) 에 의해 지지된 원통형 하우징을 포함한다. 단열재는 하우징 주위에 위치한다. 가열층은 하우징과 고정된 단열재 사이에 위치한다. 고온의 연도(煙道)가스는 단열재에 들어가서 가열층의 하나의 말단으로부터의 하우징을 가열하고 또 다른 말단으로부터 배출된다. 수평형의 회전식 반응기는 내부 가열 유형으로서 설계될 수 있다. 예를 들어, 연도가스용 파이프라인은 반응기의 중간 부분에서 고정될 수 있다. 반응기에 필요한 온도는 파이프라인을 통해 연도가스로 유지될 수 있다. 이 경우에, 단열재만 필요하고, 가열층은 제외될 수 있다. 나선형 스트립 강철은 암스크루와 같은 하우징의 내벽에 고정되는데, 상기 암스크루는 하우징이 회전할 때 반응기 내의 폐기물을 앞뒤로 유도한다. 하우징의 하나의 말단은 스크루 공급장치 또는 왕복 공급장치와 연결되고, 다른 말단은 제1 처리 챔버와 연결된다. 선행 기술의 기계적인 밀봉 또는 다른 밀봉 수단을 사용하여 회전 하우징을 고정된 스크루 공급장치, 제1 처리 챔버 및 단열재 각각과 연결한다. 고정 베드는 제1 챔버 내부의 상부에 설치된다. 열분해로부터의 기상 생성물은 고정 베드를 통해 반응기 밖으로 배출된다.
상기 나선형 교반 반응기는 그라운드 상에 고정된 원통형 하우징을 포함한다. 회전식 나선형 교반기는 상기 하우징에 배치된다. 하우징의 두 개의 말단은 각각 제1 크래킹으로부터 잔류물의 입구 및 제2 처리 챔버와 연결된다. 단열재에 의해 둘러쌓인 가열층은 하우징 위에 위치하고 있다. 하우징을 가열하기 위한 연도가스의 입구 및 출구는 가열층의 두 개의 말단에서 설계된다. 열분해로부터 수득한 기상 생성물은 제2 처리 챔버의 상부에 설치되어 있는 고정 베드에 들어가서 촉매 크래킹을 수행한다. 그 다음, 수득한 기상 탄화수소는 고정 베드와 연결된 출구를 통해 반응기로부터 배출된다.
본 발명은 하기와 같이 도면으로 설명된다.
본 발명에 따라, 도1에 나타나 있는 장치는 수평형의 회전식 반응기 1, 나선형 교반 반응기 26, 및 콘덴서 23, 탄화수소 수집 탱크 24 및 방수 탱크 25를 포함하는 탄화수소 수집용 단위 장치를 포함한다.
또한, 본 발명의 장치는 필요하다면 예비처리 단위 장치 32를 포함한다.
수평형 회전식 반응기 1 은 하우징 회전을 유연하게 하기 위한 몇 개의 그룹의 원형 브래킷 5 (각 그룹에 대해 2개) 에 의해 그라운드 상에 지지된 원통형 하우징 22를 포함한다. 하우징 22 의 외부층과 동일한 직경을 갖는 원형 기어 휠6은 하우징 22 의 외벽에 고정된다. 기어 휠 6 은 조속기 모터 4 에 의해 구동되는 작은 기어 휠 7 에 의해 포착된다. 기어 휠 6 은 조속기 모터 4를 회전시켜 작은 기어 휠 7 과 함께 회전하고, 따라서, 하우징도 동시에 회전하게 된다. 고정 단열재 9 로 둘러 쌓인 가열층 11 은 하우징 주위에 위치한다. 하우징을 가열하기 위한 연도가스는 하우징의 하나의 말단으로부터 가열층 11 로 들어가고 하우징의 다른 말단을 통해 배출된다. 또한, 연도가스용 파이프라인은 반응기의 가운데 부분에 설치된다 (도에는 나타나지 않음). 반응기 중 반응에 필요한 온도는 파이프라인을 통한 연도가스로 유지된다. 이 경우에, 가열층은 필요하지 않다. 하우징 22 의 내벽은 암스크루와 같은 나선형 스트립 강철에 의해 균일하게 분포된다. 하우징 22 가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 때, 반응기 내의 폐기물은 앞뒤로 움직이도록 유도된다. 하우징의 하나의 말단은 스크루 공급장치 (왕복 교반기) 3과 연결되고 다른 말단은 제1 처리 챔버 13 과 연결된다. 선행 기술의 기계적인 밀봉 또는 다른 밀봉 수단은 회전식 하우징 22를 고정 스크루 공급장치 3, 제1 처리 챔버 13 및 단열재 9 각각과 연결하기 위해 사용된다. 고정 베드 14 는 제1 처리 챔버 13 내부의 상부에 수직으로 설치되어 있고 크래킹으로부터 수득한 기상 생성물을 배출하기 위한 출구 15 와 연결된다. 기상 생성물은 콘덴서 23을 통해 탄화수소 수집용 탱크 24 에 들어간다. 응축되지 않은 가스는 방수 탱크 25 에 도입되고 탱크의 상부로부터 배출된다. 수평형의 회전식 반응기 1 로부터 수득한 잔류물은 제1 처리 챔버 13을 통해 나선형 교반 반응기 26의 입구 18 에 들어간다. 나선형 교반 반응기 26 은 그라운드에 고정된 원통형 하우징 21을 포함한다. 하우징 21 의 두 개의 말단은 각각 공급물용 입구 18 및 제2 처리 챔버와 연결된다. 조속기 모터 4 에 의해 구동되는 스크루 교반기 19 는 하우징 21 에 설치된다. 고정 단열재 9 에 의해 둘러 쌓인 가열 층 11 은 하우징 21 주위에 위치한다. 하우징 21을 가열하기 위한 고온의 연도 가스의 입구 12 및 출구 8 은 가열 층 11 의 두 개의 말단에 배치된다. 제2 크래킹으로부터 수득한 기상 탄화수소는 고정 베드 16을 통해 반응기 밖으로 배출된다. 기상 생성물은 콘덴서 23을 통해 탄화수소 수집용 탱크 24 에 들어간다. 응축되지 않은 가스는 방수 탱크 25 에 도입되고 탱크의 상부로부터 배출된다.
또한, 본 발명의 장치는, 물을 함유하는 폐기물을 처리할 때, 예비처리 단위 장치 32를 포함한다. 장치 32 는 도1 에 나타나 있는 바와 같이 제1 반응기와 유사하게 설계될 수 있다. 참조 번호는 제1 반응기에서와 동일한 요소를 나타내고, 단, 장치 32 의 온도는 100∼200℃에서 유지될 수 있고 폐기물은 열풍과 직접 접촉함으로써 가열된다. 참조 번호30 및 31 은 각각 열풍의 입구 및 출구를 나타낸다.
본 발명의 방법을 도1을 참조하여 설명한다.
가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물을 분쇄하여 직경 35 cm 이하의 조각을 만든다. 그 다음, 수득물은 호퍼 28 에 넣는다. 폐기물이 유체이면, 호퍼 28 로 펌프할 수 있다. 폐기물은 스크루 공급장치 3 에 의해 유도되어 수평형의 회전식 반응기에 넣는다. 가열로 10 으로부터 고온의 연도 가스는 반응기 1 에 가열 층 11을 통해 필요한 열을 제공한다. 기어 휠 6 은 조속기 모터에 의해 구동되는 작은 기어 휠 7 에 의해 구동되어, 원형 하우징 22 는 동시에 회전된다. 반응기 중의 폐기물은 반응기의 내벽에 설치된 나선형 스트립 강철 2 의 작용으로 앞쪽으로 움직인다. 조속기 모터 4 는 반응기 1 이 동시에 회전할 정도로 조절되어 시계방향 또는 반시계방향으로 회전한다. 반응기 1 중의 폐기물은 가열되어 열분해 반응을 수행하고, 수득한 잔류물은 제1 처리 챔버를 통해 나선형 교반 반응기 26 으로 들어간다. 반응으로부터의 기상 탄화수소는 고정 베드 14 에 들어가서 촉매 크래킹을 수행한다. 촉매 크래킹은, 촉매가 고정 베드로 도입되지 않는다면, 수행되지 않는다. 반응으로부터 발생한 기상 탄화수소는 반응기의 출구를 통해 콘덴서 23 에 들어간 다음, 탄화수소 수집용 탱크 24 에 들어간다. 수집된 탄화수소는 가솔린, 경유 및 중유로 분별될 수 있다. 중유는 반응기 1 로 되돌아가서 크래킹을 수행하거나 연료로서 판매된다. 응축되지 않은 가스는, 방수 탱크 25 에 들어간 후, 연소하기 위해 가열로 10 으로 다시 도입된다. 본 발명에 따른 반응기 1 은 상당한 이점, 예컨대 빠른 반응, 고효율의 열전달, 폐기물은 코크스화 되지 않음 및 연속적인 제조 공정을 갖는다. 산업적인 필요에 따라 반응기 1 은 가능한한 커야 한다. 그러나, 반응기가 크면 클수록, 반응기는 고온에서 쉽게 변형되므로 반응기는 회전하기 어렵다. 따라서, 비교적 저온에서 제1 크래킹을 수행하는 것이 바람직하다. 이의 문제점은 크래킹 반응이 저온에서는 완전하지 않고 폐기물 중의 유기 성분이 철저히 분해되지 않는다는 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 반응기 1 로부터의 잔류물은 나선형 교반 반응기 26 에 도입되어 고온에서 또 다른 제2 크래킹을 수행한다. 가열로 10 으로부터의 고온의 연도 가스는 반응기 26 에 가열 층 11을 통해 열을 제공한다. 반응기 26 중 스크루 교반기 19 는 조속기 모터 4 에 의해 회전한다. 반응기 1 로부터의 잔류물의 제2 크래킹은 고온에서 진행한다. 폐기물의 양은 제1 크래킹 후 상당히 감소한다. 따라서, 반응기 26 은 작은 체적으로 설계된다. 반응기 26 이 고온에서 쉽게 변형되지 않는 것은 반응기는 체적이 작고 고정되어 있기 때문이다. 반응기 26 이 약간 변형될지라도 제2 크래킹에 영향을 주지 않는데, 단, 스크루 교반기의 회전을 초래하지 않아야 한다. 폐기물 중 유기 성분은 제2 크래킹 동안에 기상 탄화수소로 완전히 분해된다. 수득한 기상 탄화수소는 고정 베드 16 에 들어가서 촉매 크래킹을 수행한다. 반응기 26 의 밖으로 배출된 수득한 탄화수소는 콘덴서 23 에 들어간 다음, 탄화수소 수집용 탱크 24 에 도달한다. 응축되지 않은 가스는, 방수 탱크 25 에 들어간 후, 연소하기 위해 반응기 1 에 다시 도입된다. 제2 크래킹으로부터 수득한 잔류물은 유기 성분을 함유하지 않는다. 상기 잔류물은 제2 처리 챔버 27 의 하부에 설치된 나선형 배출장치 29 에 의해 반응기 26 밖으로 배출되고, 자기적으로 선택되고 분리되어 산업용 폐기물, 예컨대 무기 충전제, 폐금속 등을 얻는다.
하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하지만, 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
(실시예 1)
베이징 가정의 겨울 폐기물을 직경 35 cm 이하의 조각으로 분쇄했다. 예비처리(탈수) 후, 폐기물을 호퍼 28에 넣고, 스크루 공급장치 3 으로 반응기 1 에 넣었다. 바람직한 양의 촉매 SR-1을 반응기 1 의 고정 베드 14에 넣었다. 가열 층 11을 통해 연소로 10으로부터의 고온의 연도 가스로 반응기 1을 가열하고 회전시켰다. 폐기물을 가열하여 반응기 1에서 열분해를 포함하는 제1 크래킹 및 촉매 크래킹을 수행했다. 크래킹을 400∼500℃의 온도 및 0.02∼0.3MPa에서 수행했다. 크래킹으로부터 생성된 기상 탄화수소를 반응기 1 밖으로 배출하고, 콘덴서 23을 통해 저비점의 탄화수소 오일을 산출하는 탄화수소 수집용 탱크 24에 넣었다. 응축되지 않은 가연성 가스, 예컨대 H2 및 탄화수소 C1-C4 를 가열로 10 에 방수 탱크 25를 통해 다시 도입했다. 제1 크래킹으로부터 수득한 잔류물을 제1 처리 챔버 13의 하부를 통해 반응기 26에 공급하여 고온에서 제2 크래킹을 수행했다. 여기에 필요한 열은 연소로 10 으로부터 생성된 연도 가스에 의해 공급되었다. 제2 크래킹은 600∼800℃의 온도 및 0.02∼0.3MPa에서 수행되었다. 제2 크래킹의 열분해 반응으로부터 생성된 기상 생성물은 반응기 26의 상부에 설치된 고정 베드 16 상부에 넣어서 촉매 SR-1 로 촉매 크래킹을 수행했다. 크래킹에 필요한 열은 반응기 자체에 의해 유지되었다. 제2 크래킹으로부터의 잔류물을 제2 처리 챔버 27 로 배출하고, 챔버 27 의 하부에 있는 나선형 배출장치 29 에 의해 반응기 26 밖으로 배출되었다. 제2 크래킹으로부터 수득한 기상 탄화수소를 콘덴서 23 에 도입한 다음, 탱크 24 에 넣어서 저비점의 탄화수소 오일을 얻었다. 필요하다면, 제1 및 제2 크래킹으로부터 수집된 탄화수소를 추가로 분별했다.
폐기물 및 생성물의 분석은 하기에 나타나 있다:
폐기물: 휘발성 물질 78 중량%, 고정 탄소 13.9 중량% 및 회분 10.1 중량%
폐기물의 원소 분석: H 5.6 %, C 53.1 %, N 8.8 %, O 21.8 % 및 S 0.6 %
생성물: 탄화수소 28 중량%, 가스(탄화수소) 35 중량%, 무기 물질과 금속 16 중량%, 및 수분 21 중량%.
(실시예 2)
폐타이어는 실시예 1 과 동일하게 처리되지만 폐기물의 예비처리는 필요하지 않다. 처리 조건 및 이의 결과는 하기에 나타나 있다.
폐기물: 타이어 1000kg
조건
제1 크래킹 온도: 450∼600℃
제1 크래킹 압력: 0.08∼0.4MPa
제1 크래킹용 촉매: SR-1
제2 크래킹의 온도: 750∼850℃
제2 크래킹 압력: 0.08∼0.4MPa
제2 크래킹용 촉매: SR-1
생성물
가솔린 98kg (RON 93.5); 경유 432kg (세탄가: 59, 응고점: < -20℃); 가연성 가스 (H2, C1-C4) 90kg; 강철 와이어 60kg; 카본 블랙 320kg (유기 함량: < 0.1%).

Claims (16)

  1. 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물로부터 탄화수소의 제조방법에 있어서, 상기 방법은,
    폐기물을 수평형의 회전식 반응기에 공급하여 제1 크래킹 반응을 수행하는 단계, 및
    상기 제1 크래킹 반응의 잔류물을 나선형 교반 반응기에 도입하여 제2 크래킹 반응을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 수평형의 회전식 반응기는 제1 원통형 하우징, 상기 원통형 하우징의 외벽 위에 고리를 이룬 원형 기어 휠, 상기 원통형 하우징의 내벽 위에 고정된 나선형 스트립 강철, 상기 수평형의 회전식 반응기의 하나의 말단에 배치된 공급장치, 및 상기 수평형의 회전식 반응기의 또 다른 말단에 설치된 제1 처리 챔버를 포함하며,
    상기 나선형 교반 반응기는 하나의 말단은 제1 처리 챔버와 연결되는 제2 원통형 하우징, 상기 제2 원통형 하우징에 설치된 나선형 교반기, 상기 제2 원통형 하우징의 또 다른 말단에 배치된 제2 처리 챔버, 및 상기 제2 처리 챔버의 하부에 설치된 나선형 배출장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물로부터 탄화수소의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 크래킹 반응이 열분해 반응 및/또는 촉매 크래킹을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 방법이 반응으로부터 수득한 탄화수소를 수집하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 방법이 수분을 제거하기 위해 폐기물의 예비처리 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 제1 크래킹은 350∼600℃ 의 온도에서 진행하고, 제2 크래킹은 600∼1,200℃ 의 온도에서 진행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 제1 크래킹은 400∼500℃ 의 온도에서 진행하고, 제2 크래킹은 600∼800℃ 의 온도에서 진행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 촉매 크래킹이 촉매 SR-1 의 존재에서 진행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 크래킹 반응이 0.02∼0.6MPa 의 압력에서 진행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물로부터 탄화수소의 제조 장치에 있어서,
    수평형의 회전식 반응기 및 나선형 교반 반응기를 포함하며,
    상기 수평형의 회전식 반응기는 제1 원통형 하우징, 원통형 하우징의 외벽 위에 고리를 이룬 원형 기어 휠, 원통형 하우징의 내벽 위에 고정된 나선형 스트립 강철, 상기 수평형의 회전식 반응기의 말단에 배치된 공급장치, 및 상기 수평형의 회전식 반응기의 또 다른 말단에 설치된 제1 처리 챔버를 포함하고,
    상기 나선형 교반 반응기는 하나의 말단은 제1 처리 챔버와 연결되는 제2 원통형 하우징, 상기 제2 원통형 하우징에 설치된 나선형 교반기, 상기 제2 원통형 하우징의 또 다른 말단에 배치된 제2 처리 챔버, 및 상기 제2 처리 챔버의 하부에 설치된 나선형 배출장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가정의 쓰레기 및/또는 유기 폐기물로부터 탄화수소의 제조장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 장치가 폐기물의 예비처리 단위 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 장치가 탄화수소 수집용 단위 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 삭제
  13. 제 12 항에 있어서, 제1 및 제2 처리 챔버는 제1 및 제2 처리 챔버 내부의 상부에 각각 배치된 고정 베드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 공급장치는 스크루 공급장치 또는 왕복 공급장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 수평형의 회전식 반응기는 내부 가열용 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 10 항에 있어서, 폐기물의 예비처리용 단위장치는 수평형의 나선형 반응기와 유사하게 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
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