KR100609316B1 - 고압고온 처리장치 및 그 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고압고온 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 상기 본 발명은 원료물질이 투입/배출되는 적어도 하나의 내부 내압용기를 설치하고, 상기 내부 내압용기의 전체 또는 일부를 감싸고 내부 내압용기를 내압가열하기 위한 외부 내압용기를 포함하는 반응용기; 상기 내부 내압용기로 원료물질을 투입할 수 있는 통로를 제공하며, 처리 중 상기 반응용기에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있고, 기밀성을 갖는 적어도 하나의 투입부; 상기 내부 내압용기로부터 처리된 물질을 배출할 수 있는 통로를 제공하며, 처리 중 상기 반응용기에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있고, 기밀성을 갖는 적어도 하나의 배출부; 상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 공급하여 가압가온하는 증기공급부; 상기 반응용기 내측에 양단이 회전가능하게 결합된 교반축과, 일단이 상기 교반축에 고정되어 상기 내부 내압용기 내로 투입된 원료물질을 교반하는 다수의 교반날개부를 포함하는 교반장치; 및 상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 배출하여 감압감온하는 증기배출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
가연성물질, 고압고온 처리장치, 반응용기, 교반장치, 증기, 장치비, 처리비

Description

고압고온 처리장치 및 그 처리방법{Apparatus and Method Processing for High Pressure and High Temperature}
도 1은 본 발명에 따른 고압고온 처리장치를 나타내는 개략도,
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 반응용기의 각각 다른 예를 나타내는 개략단면도,
도 4는 도 1에 도시된 교반장치를 나타내는 일부 사시도,
도 5는 도 4에 표시된 A방향에서 바라본 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 고압고온 처리장치를 통해 이루어지는 처리과정을 나타내는 흐름도,
도 7은 도 6에 표시된 처리과정에서 반응용기의 내/외부 내압용기의 온도 및 압력 조건을 나타내는 개략도이다.
*도면 내 주요부분에 대한 부호설명*
10: 반응용기 11: 내부 내압용기
13: 외부 내압용기 20: 투입부
30: 배출부 40: 증기공급부
50: 교반장치 60: 증기배출부
71,72: 안전장치 80: 보조투입부
90: 증기이동장치
[특허 문헌 1] 일본특개 2004-321855호 공보(에코메트리얼)
[특허 문헌 2] 일본특개평 10-147662호 공보
[특허 문헌 3] 일본특허 제 3440835호 공보
[특허 문헌 4] 일본특개 2004-290819호 공보
[특허 문헌 5] 한국특허등록 10-0526327호(이이티씨)
[특허 문헌 6] 한국특허등록 10-0124971호(한국화학연구원-저온)
[특허 문헌 7] 한국특허등록 10-0136987호(한국화학연구원-촉매)
본 발명은 가연성 물질(유기성폐기물, 생활쓰레기, 유기성슬러지, 하수슬러지, 축산분뇨, 음식물쓰레기, 감염성폐기물, 폐플라스틱, 폐가구, 액상유기성물질 및 폐수등)을 온도는 200도~275도, 압력은 16기압~59기압인 고온고압 상태에서 처리하는 가연성 물질의 고압고온 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 가연성 물질 처리 시 적용하는 물리적/화학적 반응은 크게 분쇄, 산화, 환원 등을 이용하여 처리하는 것으로 처리장치로는 파쇄 및 분쇄장치, 소각장치, 탄화장치, 혐기성 소화장치, 호기성 퇴비화장치 등이 있다.
그런데 석유 등의 외부 가열에너지를 이용한 소각 및 탄화기술은 처리기간이 1일 정도로 짧으나, 장치비와 처리비가 과다하게 필요로 하고 개보수 비용이 많이 들며 특히 소각의 경우 소각재나 다이옥신 등의 오염물질이 발생하고, 외부 가열에너지를 이용하지 않고 순수 미생물에 의해 처리하는 호기성 퇴비화기술의 경우 처리기간이 3주에서 6주 정도로 오래 걸리나 낮은 장치비와 처리비가 든다.
그래서 현재 소각이나 탄화보다 낮은 장치비와 처리비가 들면서 호기성 퇴비화기술보다 처리기간이 짧은 기술의 필요성이 대두되는 상황이다.
그리하여 특허 문헌 6과 특허 문헌 7과 같이 외부 가열에너지를 이용하여 반응용기 안의 온도와 압력을 200도~275도, 16기압~59기압 정도로 상승시켜(반응온도가 이 범위를 벗어나면 열분해에 의한 탈수반응이 일어나지 않거나 열분해에 의한 가스발생량의 증가와 수용성의 오일의 양이 증가하여 수질오염 및 대기오염의 2차 환경오염원인 물질의 발생량이 증가하는 문제가 대두된다.) 반응용기 안의 가연성 물질을 처리하는 기술이 연구실단계에서 점차 산업화단계로 진입하는 초기단계에 있다.
즉, 타 처리공법과 비교시 장치의 수명과 안전성이 확보된 후 장치비와 처리비에서 경쟁력이 있어야만 고압고온 처리기술이라는 새로운 기술이 시장에서 인정을 받고 산업화로 실현되지만, 아직도 산업화에 성공하려면 많은 문제점을 가지고 있는 게 현실이다.
특허 문헌 1에 나오는 시스템은 폐기물 그 외의 일반재료를 고온, 고압의 환경하에서 발열 성형체로서 재이용되도록 하기 위한 것으로, 반응용기 내부로만 고온고압의 수증기를 공급하는 것으로 되어있어 반응용기 내에 수증기의 결로현상이 생기고, 처리물질의 건조시 건조시간이 오래 걸리고, 스크류형 교반기로 인한 교반장치의 부하가 극심하다는 문제점이 있다.
특허문헌 2에 나타내고 있는 분해처리 방법, 장치도 수열반응을 이용해서 임계압력 이하의 온도에서 난분해성 폐기물을 분해 처리하는 것이지만, 연속식이기 때문에 장치가 복잡하게 되어버리는 문제가 있다.
특히, 특허 문헌 3에 나타내고 있는 유기성 폐기물의 처리 방법은 물의 초임계 온도 이상에서 임계압력 미만으로 설정된 고온고압 수증기 중에서 산화처리하는 방법으로, 설정 온도가 500℃ 이상, 압력이 5Mpa~22Mpa 으로 높기 때문에 이것에 견디는 장치의 개발이 어렵고, 비용도 많이 드는 문제가 있다.
다음으로, 특허 문헌 4에 나타내고 있는 고압고온 처리장치는 초임계수 또는 아임계수의 상태하에서 유기성 폐기물을 연속시에 산화 처리하는 것으로, 산화분해 반응에 좋은 아임계수의 처리 조건은 온도 250℃ 이상 처리압력 5~10Mpa로 있기 때문에 이 조건에서 연속식으로 산화처리 하기 위한 장치의 개발이 어렵고, 비용이 많이 드는 문제가 있다.
마지막으로 특허 문헌 5에 나타내고 있는 고온 고압 처리장치는 회분식으로 처리 조건은 온도가 300℃ 이하, 처리압력 1.4~5MPa로 되어 있어 본 출원 발명과 상당히 유사하나, 반응용기 내부로만 고온고압의 수증기를 공급하는 것으로 되어있어 반응용기 내에 수증기의 응축현상이 생기고, 처리물질의 건조시 건조시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다.
이렇듯이 기존의 고온고압으로 처리하는 기술을 장치의 사용수명과 안전성을 확보하면서도 장치비와 처리비에서 타 처리기술과 비교시 경쟁력이 있기 위한 기준으로 보았을 때 다음과 같은 문제점이 있다고 하겠다.
첫째, 증기의 응축현상으로 건조가 잘 되지 않고 건조시간이 오래 걸린다.
왜냐하면, 반응용기 내부의 온도가 200도가 넘는 다량의 증기로 채워지게 된다, 이때 반응용기의 외부를 단순히 보온재로 보온만 해서는 온도편차가 심하여 증기의 응축현상이 발생되고 이로 인해 원료물질에 수분이 공급되므로 건조시 증발시켜야 할 수분이 많아져 건조시간이 연장되거나 액상으로 처리할 경우 전체처리용량이 커지는 문제점이 있다.
둘째, 반응용기에 가온가압하는 시간이 길며, 처리단계 중 에너지 손실이 크다.
왜냐하면, 반응용기 내에 원료물질을 투입완료한 후 목표한 온도와 압력으로 반응용기 내의 온도와 압력을 상승시킬 때 열 손실을 최소화하고 짧은 시간 내에 목표한 온도와 압력으로 만들어 주고 1~2시간 동안 유지해야 하나 단순히 보온재로 보온만 해서는 열손실이 커서 가온가압시키는 시간이 오래 걸린다.
셋째, 반응용기의 제작 비용이 저렴하여 타 처리기술과의 비교시 경쟁력이 있으면서 동시에 안전성, 내구성, 내부식성, 내마모성이 있으려면 그에 적합한 재질의 금속을 반응용기의 재질로 사용하는 것이 중요한 요소이나 반응용기에 사용되는 금속의 재질이 이에 적합하지 않다.
왜냐하면, 반응용기의 용량을 상업적으로 적용가능한 3㎥ 정도의 물질을 처리할 수 있는 용량으로 만들었을 때, 위 반응용기의 금속재질은 고온고압을 견딜 수 있는 금속의 두께와 재질이면서, 최소한 3년 이상의 사용수명을 보장할 수 있어야 하므로, 그러기 위해선 고온고압상태에서의 부식에 강하면서도 처리되는 물질의 교반시 발생하는 마모에 강해야 하나, 실제로 이러한 금속 재질이 있다고 하여도 압력에 견딜만한 두께로 생산되지 않거나 향후 생산된다 하여도 가격이 높아 장치의 실용화가 어려워진다는 문제점을 가지고 있다.
실 예로 부식에 강하고 내마모성이 우수한 금속재질로 스테인레스 스틸(이하 '스텐'이라 한다)이 시중에 널리 사용되고 있다. 특히 실험실에서 고압고온처리기술에 대한 실험을 할 땐 대부분 스텐을 사용한 소규모 반응용기로 실험하고 있다.
그러나, 스텐을 이용 고온고압에서 견디는 반응용기를 만들려면 그에 상응한, 거기에 안전율까지 고려한 두께가 있어야 하나, 불행히도 제철소(POSCO등)에서는 그러한 두께의 스텐을 생산을 하고 있지를 않아 제작이 불가능하다는 1차적인 장치 산업화의 어려움이 있고, 만일 필요한 두께를 갖는 스텐을 생산한다고 하여도 너무 고가여서 만든다고 하여도 너무 비싸 팔리지 않는다는 2차적인 장치의 산업화의 어려움이 있다. 그런데 더군다나 스텐의 특성상 열에 잘 늘어난다는 결정적인 구조적 문제점을 가지고 있어, 스텐에 비해 내부식성과 내마모성이 떨어지나 가격이 저렴하고, 구하기 쉬우며, 제작이 용이한 철판을 사용하여 제작하는 경우가 대부분이어서 부식과 마모에 약하여 긴 사용수명을 보장하기가 어렵다는 문제점이 있다.
넷째, 잦은 정역회전으로 교반장치의 가동시 부하가 커서 고장이 나기 쉽고, 큰 동력이 필요하다.
왜냐하면, 기존의 기술들은 반응용기에 충진된 원료물질을 교반장치로 교반할 때 정역회전시 동일하게 교반과 이송이 이루어지므로 점성이 큰 물질일 경우 교반만 이루어질 경우보다 교반과 이송이 동시에 이루어질 때가 교반장치의 부하가 크고, 처리중 잦은 정역회전을 해야만 한다면 교반장치의 부하는 더욱 가중된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 장치의 사용수명과 안전성을 확보하면서도 장치비와 처리비에서 타 처리기술과 비교시 경쟁력이 있는 고압고온 처리장치 및 그 처리방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 반응용기 내에서 처리 완료된 폐기물을 찌꺼기가 남지 않도록 교반 및 배출할 수 있는 고온고압 처리장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 가연성물질을 고압고온 하에서 일어나는 반응을 이용하여 처리하기 위한 고압고온 처리장치에 있어서, 상기 원료물질이 투입/배출되는 적어도 하나의 내부 내압용기를 설치하고, 상기 내부 내압용기의 전체 또는 일부를 감싸고 내부 내압용기를 내압가열하기 위한 외부 내압용기를 포함하는 반응용기; 상기 내부 내압용기로 원료물질을 투입할 수 있는 통로를 제공하며, 처리 중 상기 반응용기에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있고, 기밀성을 갖는 적어도 하나의 투입부; 상기 내부 내압용기로부터 처리된 물질을 배출할 수 있는 통로를 제공하며, 처리 중 상기 반응용기에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있고, 기밀성을 갖는 적어도 하나의 배출부; 상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 공급하여 가압가온하는 증기공급부; 상기 반응용기 내측에 양단이 회전가능하게 결합된 교반축과, 일단이 상기 교반축에 고정되어 상기 내부 내압용기 내로 투입된 원료물질을 교반하는 다수의 교반날개부를 포함하는 교반장치; 및, 상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 배출하여 감압감온하는 증기배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리장치를 제공한다.
이에 따라, 원료물질 처리 시 이중으로 된 반응용기로 인해 원료물질을 직접(내부 내압용기로의 증기공급), 간접(외부 내압용기로부터 내부 내압용기로 열전달)으로 복합가열을 할 수 있어, 반응용기내의 원료물질을 가온가압하는 시간을 단축시킬 수 있고, 간접가열이라는 극대화된 보온기능으로 처리과정중 원료물질의 열손실을 최소화시킬 수 있으면서, 동시에 증기공급시 발생되는 응축수를 감소시켜 원료물질의 함수율이 높아지는 것을 방지하여, 처리된 원료물질이 건조된 상태로 배출시키려 할 경우 원료물질을 투입에서 배출까지 연속적으로 건조를 할 수 있고, 처리된 원료물질이 액상상태로 배출시키려 할 경우 응축수로 인한 처리용량의 증가를 저감시킬 수 있는 등 전체적인 처리시간의 단축과 에너지 손실 저감 그리고 건조기능의 최대화가 이루어져 처리용량 증대와 경제적인 처리비라는 고압고온처리장치의 실용화에 있어 가장 중요한 요소를 가질 수 있다.
상기 교반날개는 원료물질의 성상에 따라 여러 가지 모양(예를 들면, 스크류식,리본식,로타리식)을 사용할 수 있지만, 고온고압에서 작동되어야 하는 특성상 교반날개는 상기 교반축 방향을 따라 일면이 평면으로 형성되고, 타면이 경사면으 로 구비하며, 상기 교반날개는 교반축의 회전방향이 교반날개의 평면 측으로 정회전하면 교반을 행하고, 교반날개의 경사면 측으로 역회전하면 교반 및 이송을 동시에 수행할 수 있다.
이에 따라, 배출전에는 교반장치가 정회전하여 교반만 행하도록 하므로 잦은 정/역회전에서 오는 교반장치의 부하를 줄여 큰 동력이 필요하지 않게 되었으며, 배출시에는 교반장치가 역회전하여 교반은 물론 처리된 물질을 배출부로 원활하게 이송할 수 있어, 반응용기 내부에 처리된 물질의 찌꺼기 등이 잔존하는 것을 방지할 수 있다.
상기 배출부는 상기 반응용기 저부의 일측, 양측 또는 중앙 중 어느 한 곳에 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
상기 반응용기는 고압고온 하에서 견딜 수 있도록 서로 다른 2이상의 재질의 금속을 다층접합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 반응용기의 재질을 예를 들어 부식과 마모에 강하나 고가인 스텐재질의 금속과 열에 의한 변형이 적으면서 저가인 탄소강재질의 금속을 접합한 이종다층접합금속을 만들어 반응용기의 재질로 사용함으로써 고압고온 처리장치의 핵심인 반응용기에게 내압용기로서 갖추어야 할 안전성을 가져다주었고, 실용화에 중요한 기준인 3~5년 이상의 사용수명을 가질 수 있도록 고압고온 처리장치의 제작이 가능해졌다.
상기 반응용기의 내부 내압용기 내의 압력을 대기압 이하로 감압하기 위한 적어도 하나의 감압부(예를 들면, 진공펌프, 브로워류, 송풍기류, 제트 인젝트등) 를 더 포함한다.
이에 따라, 내부 내압용기 내에 있는 원료물질의 끓는 온도를 낮출 수 있어 대기압에서 보다 더 적은 에너지 비용으로 더 짧은 시간에 건조할 수 있게 되었을 뿐만 아니라, 내부 내압용기 내에서 배출되는 증기의 온도를 낮출 수 있어, 고온상태로 배출된 증기로 인해 증기를 처리하기 위한 장치들 예를 들면, 필터, 제2압력조절밸브, 냉각장치, 열교환장치, 탈취, 살균, 정화장치 등에 영향을 미쳐 오작동과 고장을 유발하는 것을 미연에 방지하고 사용수명을 연장할 수 있도록 고압고온처리장치의 제작이 가능해졌다.
상기 증기공급부는 증기를 발생시키고 공급해주는 적어도 하나의 증기공급기; 상기 증기공급기에 연결되어 증기압력을 조절하는 적어도 하나의 제1 압력조절밸브; 및, 상기 공급된 포화상태(Saturate)의 증기를 건증기상태(Super Heated Critical)로 전환하는 적어도 하나의 건증기전환장치(가열장치, 기수분리장치, 가열 및 기수분리장치등)를 포함할 수 있다.
이에 따라 상기 건증기전환장치가 설치되면 건증기상태로 반응용기내로 공급되므로 포화증기상태로 공급할 때보다 응축수의 발생량이 적어져 건조시 건조시간을 단축시킬 수 있고, 액상처리시 처리용량이 커지는 것을 감소시킬 수 있도록 고압고온 처리장치의 제작이 가능해졌다.
상기 증기배출부는 상기 반응용기의 내/외부 내압용기로부터 배출 증기에 포함된 이물질을 걸러내는 적어도 하나의 필터; 상기 필터에 연결되어 상기 반응용기의 내/외부 내압용기의 압력을 조절하기 위한 적어도 하나의 제2 압력조절밸브; 및 , 상기 반응용기의 내/외부 내압용기 내 이상발생 시 증기를 배출하기 위한 적어도 하나의 안전장치(안전밸브나 반응용기에 반응용기의 폭발 및 파손압력보다 약하게 제작된 장치를 설치하여 압력이 지나치게 상승될 때 그 부위가 먼저 터져 반응용기를 폭발 및 파손으로부터 보호할 수 있는 장치 등으로 구성되며 이때 배출되는 증기를 별도로 포집해서 처리할 수 있게 하거나 증기배출부와 연결하여 안전하게 처리될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 증기배출부 후단에 일반적인 열교환장치 이외에 이송스크류, 저장호퍼, 증기공급부의 물탱크 등에 열을 전달시키는 열교환시스템을 적용한 장치들을 포함한, 살균장치, 백금촉매장치, 탈취장치, 정화장치, 살균/정화장치를 설치하여 배출되는 증기를 처리하여 배출시킬 수 있다.
이에 따라 상기 필터가 설치되면 반응용기에서 배출되는 증기에 포함되어 있는 이물질을 걸러주게 되어 이로 인해 후단에 설치되는 제2 압력조절밸브와 설치할 수 있는 냉각장치, 열교환장치, 탈취/살균/정화장치 등에 영향을 미쳐 오작동과 고장을 유발하는 것을 미연에 방지하고 사용수명을 연장할 수 있도록 고압고온 처리장치의 제작이 가능해졌다.
상기 내부 내압용기에서 교반되는 원료물질의 처리반응(산화, 환원, 열분해등)과 반응속도를 조절시키기 위한 보조첨가제(가열된 또는 가열되지 않은 공기, 산소, 이산화탄소, 질소, 산성백토, 백토, 몬모릴로나이트, 카오린, 벤토나이트등)를 투입하도록 상기 반응용기의 상하좌우 어디에나 설치할 수 있는 하나 이상의 보조투입부를 더 포함할 수 있다.
이에 따라 원료물질의 처리효율을 높일 수 있는 고압고온 처리장치의 제작이 가능해졌다.
상기 반응용기의 내/외부 내압용기 사이에 증기를 이동하기 위해, 상기 반응용기에 설치된 증기이동장치를 더 포함할 수 있다.
이에 따라 감압감온시 내부 내압용기에서 배출되는 증기를 바로 증기배출부를 통해 배출하지 않고 외부 내압용기로 이동시켜 별도의 열에너지를 추가하지 않고도 내부 내압용기를 가열시킬 수 있게 하거나 내부 내압용기의 고압고온의 증기를 외부 내압용기에서 온도와 압력을 1차로 저감시킨 후 증기배출부를 통해 배출할 수 있게 하거나 외부 내압용기를 통해 내부 내압용기로 증기를 보낼 수 있도록 할 수 있도록 하는 고압고온 처리장치의 제작이 가능해졌다.
또한, 본 발명의 다른 특징은, 원료물질이 투입/배출되는 내/외부 내압용기를 포함하는 반응용기와, 상기 내부 내압용기로 원료물질을 투입하기 위한 투입부와, 상기 내부 내압용기로부터 처리된 물질을 배출하기 위한 배출부와, 상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 공급하여 가압가온하는 증기공급부와, 상기 내부 내압용기 내로 투입된 원료물질을 교반하기 위한 교반장치와, 상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 배출하여 감압감온하는 증기배출부를 구비한 고압고온 장치를 통해 원료물질을 처리하기 위한 고압고온 처리방법에 있어서,상기 교반장치를 미가동 또는 가동하면서 상기 내부 내압용기로 원료물질의 투입 전 또는 투입 중에 상기 외부 내압용기에 증기를 공급하여 반응용기를 예열하기 위한 예열단계; 상기 원료물질의 투입완료 후, 교반장치를 가 동하면서 본 처리를 위해, 상기 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 공급하거나 상기 내부 내압용기에만 증기를 공급하여 상기 내부 내압용기 내의 압력과 온도를 상승시키는 가압가온단계; 상기 상승시킨 내부 내압용기 내의 압력과 온도를 0.5~2시간이내 동안 상기 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 공급하거나 내부 내압용기에만 증기를 공급하는 온도압력 유지단계; 상기 온도압력 유지단계를 거쳐 처리된 물질을 배출하기 위해 내부 내압용기 내의 증기를 배출시키면서 내부 내압용기 내의 압력을 대기압수준으로 낮추는 감압감온단계; 및 상기 감압감온단계를 거친 후, 배출부에 의해 처리된 물질을 배출하는 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리방법을 제공한다.
상기 가압가온단계에서 상승시키는 압력은 16기압에서 59기압 이내이고, 온도는 200℃에서 275℃ 이내 까지만 상승시켜 처리하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 안전율을 고려하지 않고 반응온도를 300℃에 너무 가깝게 설정하였을 경우 순간적으로 반응온도가 300℃가 넘어서면서 2차 환경오염이 발생할 수 있기 때문이기도 하지만 기계적으로 300℃를 넘어서는 고압고온 처리장치를 제작하기가 어렵기 때문이다.
또한, 상기 내부 내압용기 내로 보조첨가제를 투입하는 보조첨가제투입단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가압가온단계 이전이나 감압감온단계 이후에 내부 내압용기의 압력을 대기압이하로 낮추는 감압건조단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 고압고온 처리장치의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 고압고온 처리장치를 나타낸다. 먼저, 도 1과 같이, 본 발명에 따른 처리장치는 가연성 물질(이하 '원료물질'이라 한다)을 투입하기 위한 적어도 하나의 내부 내압용기(11) 및 상기 내부 내압용기(11)의 전체를 감싸고 내부 내압용기(11)를 내압가열하기 위한 외부 내압용기(13)를 포함하는 반응용기(10)를 구비한다.
이와 같이 반응용기(10)를 2중으로 형성하는 이유는 원료물질 처리 시 이중으로 된 반응용기로 인해 원료물질을 직접적으로는 내부 내압용기로의 증기공급을 할 수 있고, 간접적으로는 외부 내압용기로부터 내부 내압용기로 열전달을 할 수 있어, 결과적으로 내/외부 내압용기(11,13)에서의 복합가열이 가능하다.
이에 따라 반응용기내의 원료물질을 가온가압하는 시간을 단축시킬 수 있고, 간접가열이라는 방식의 보온기능으로 처리과정중 원료물질의 열손실을 최소화시킬 수 있으면서, 동시에 증기공급시 발생되는 응축수를 감소시켜 원료물질의 함수율을 증가를 방지할 수 있다. 또한 원료물질을 건조하려 할 경우 원료물질을 투입에서 배출까지 연속적으로 건조를 할 수 있는 등 전체적인 처리시간의 단축과 에너지 손실 저감 그리고 건조기능의 최대화가 이루어져 처리용량 증대와 처리비 절감과 같이 고압고온 처리장치의 실용화에 있어 가장 중요한 요소를 갖는다.
이 경우, 상기 반응용기(10)는 도 2와 같이, 외부 내압용기(13a)가 내부 내압용기(11a)의 일측이 노출되도록 감싸는 것도 가능하다. 또한, 도 3과 같이, 외부 내압용기(13b)가 내부 내압용기(11b)의 양측이 노출되도록 감싸는 것도 물론 가능 하다. 이때, 외부로 노출되는 반응용기(10)의 외주에 반응용기(10)의 보온을 위해 반응용기(10)를 감싸는 별도의 보온수단(15a,15b)을 구비하는 것도 가능하다.
이와 같이, 외부 내압용기(13a,13b)가 내부 내압용기(11a,11b)의 적어도 일부를 노출시킴에 따라 제작 시 제작의 용이함을 제공할 수 있고, 제작기간을 단축하여 고압고온처리장치의 제작비를 낮출 수 있다.
또한, 도 1과 같이, 상기 내부 내압용기(11)의 상부에 연통결합된 투입부(20)는 원료물질을 투입할 수 있는 통로를 제공한다. 상기 투입부(20)는 원료물질 처리 중 상기 반응용기(10)에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있으며 기밀성을 갖도록 제작되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 내부 내압용기(11) 저부에 연통결합된 배출부(30)는 처리가 완료된 물질을 배출할 수 있는 통로를 제공한다. 상기 배출부(30)는 투입부(20)와 마찬가지로 처리 중 상기 반응용기에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있고, 기밀성을 갖도록 제작되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 반응용기(10)는 강성을 향상시키기 위해 서로 다른 2 이상의 재질의 금속을 다층접합하여 이루어지는 것도 가능하다.
상기 배출부(30)는 상기 내부 내압용기(11) 저부의 일측, 양측 또는 중앙 중 어느 한 곳에 위치 설정되는 것이 가능하며, 이와 같은 배출부(30)의 위치설정은 하기에 설명하는 교반날개부(53)의 설치방향과 밀접한 관계를 갖고 있으며, 이러한 관계는 교반장치(50)의 구성 설명 시 함께 설명한다.
한편, 상기 반응용기(10) 일측에 연결되는 증기공급부(40)는, 상기 반응용기(10)의 내/외부 내압용기(11,13)에 각각 또는 동시에 증기를 공급하여 가압가온하 는 역할을 한다.
상기 증기공급부(40)는 증기를 발생시키는 증기공급기(41)와, 상기 증기공급기(41)에 연결되어 증기압력을 조절하는 적어도 하나의 제1 압력조절밸브(43)와, 상기 증기공급기(41)에 의해 발생된 포화상태(saturate)의 증기를 건증기상태(super heated critical)로 전환하는 건증기전환장치(45)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 상기 건증기전환장치(45)를 통해 내부 내압용기(11) 내로 건증기를 반응용기(10) 내로 공급함에 따라, 포화증기로 공급할 때보다 응축수의 발생량이 적어져 원료물질을 건조할 경우 건조시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 상기 교반장치(50)는 상기 반응용기(10)의 내측을 관통하도록 설치되고, 내부 내압용기(11)에 투입된 원료물질을 반응시켜 처리하도록 원료물질을 교반하는 역할과 함께, 처리 완료된 물질을 배출부(30)로 이송하는 역할을 동시에 수행한다.
상기 교반장치(50)는 상기 반응용기(10)에 양단이 회전가능하게 관통하는 교반축(51)을 구비하며, 상기 교반축(51)은 동력원(미도시)을 통해 정/역회전 구동한다.
또한, 상기 교반장치(50)는 상기 교반축(51)에 고정되어 내부 내압용기 (11)내로 투입된 원료물질을 교반 또는 이송하는 다수의 교반날개부(53)를 포함한다. 상기 교반날개부(53)는 일단이 교반축(51)에 고정된 다수의 서포터(53a)와, 상기 다수의 서포터(53a)에 각각 결합된 핀(fin)(53b)을 포함한다.
도 4는 도 1에 도시된 교반장치를 나타내는 일부 사시도이고, 도 5는 도 4에 표시된 A방향에서 바라본 평면도이다.
상기 교반날개부(53)의 핀(53a)은 도 4와 같이, 상기 교반축(51) 방향을 따라 일면이 평면(P)으로 형성되고, 타면이 경사면(S)으로 이루어진다. 이에 따라, 도 5와 같이, 상기 교반축(51)의 회전방향이 교반날개의 평면 측방향(B)으로 회전하면 평면(P)이 회전방향으로 원료물질을 밀면서 교반을 행하고, 상기 교반축(51)이 핀(53b)의 경사면(S) 측방향(C)으로 회전하면 원료물질은 교반과 동시에 경사면의 경사방향(D)으로 이송된다.
이 때, 상기 처리 완료된 물질의 이송방향은 도 1과 같이 배출부(30)가 대략 중앙에 있을 경우, 다수의 핀(53b)은 경사면(S)이 배출부(30)를 중심으로 배출부(30)를 향해 상호 대향하는 방향으로 배치되며, 일측이나 양측에 배출부(30)가 있을 경우도 배출부 방향으로 교반날개의 경사면이 배출부를 향해 배치된다. 이에 따라 처리 완료된 물질을 배출부(30)를 향해 이송시키는 것이 가능하다.
한편, 상기 반응용기(10) 타측에 배치된 증기배출부(60)는 상기 반응용기(10)의 내/외부 내압용기(11,13)에 각각 또는 동시에 증기를 배출하여 감압감온하는 역할을 한다.
상기 증기배출부(60)는 상기 반응용기의 내/외부 내압용기(11,13)로부터 배출 증기에 포함된 이물질을 걸러내는 적어도 하나의 필터(61)와, 상기 필터(61)에 연결되어 상기 반응용기의 내/외부 내압용기(11,13)의 압력을 조절하기 위한 적어도 하나의 제2 압력조절밸브(63)와, 상기 반응용기의 내부 내압용기(11) 내의 압력을 대기압 이하로 감압하기 위한 적어도 하나의 감압부(65)를 포함한다.
또한, 상기 내/외부 내압용기(11,13)에 각각 설치된 안전장치(71,72)는 상기 반응용기의 내/외부 내압용기(11,13) 내의 이상발생 시 증기를 배출하여 고압으로 인해 내/외부 내압용기(11,13)가 폭발 및 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
아울러, 상기 반응용기(10)의 내부 내압용기(11) 상부에 연통 설치된 보조투입부(80)는 상기 내부 내압용기(11)에서 교반되는 원료물질의 반응속도를 향상시키기 위한 보조첨가제를 투입할 수 있는 통로를 하나이상 제공한다. 본 실시예에서는 상기 보조투입구(80)의 위치를 상부로 설정하여 설명하지만, 그 설정위치에 제한되지 않고, 하부, 측부 등 어디에나 설치가 가능하다.
상기 보조첨가제로는 가열된 또는 가열되지 않은 공기, 산소, 질소, 이산화탄소, 산성백토, 백토, 몬모릴로나이트, 카오린, 벤토나이트가 있으며, 이들 보조첨가제 중 어느 하나 또는 2이상을 단독/배합하여 1회이상 사용하는 것도 가능하다.
상기 반응용기의 내/외부 내압용기(11,13) 간을 연결하는 증기이동장치(90)는 내/외부 내압용기(11,13)의 증기를 서로 이동하는데 사용되며, 예를 들면 밸브를 적용할 수 있다.
이와 같이 증기이동장치(90)를 설치하는 이유는 감압감온시 내부 내압용기(11)에서 배출되는 증기를 바로 증기배출부(60)를 통해 배출하지 않고 외부 내압용기(13)로 이동시켜 별도의 열에너지를 추가하지 않고도 내부 내압용기(11)를 가열시킬 수 있게 하거나 내부 내압용기(11)의 고압고온의 증기를 외부 내압용기(13)에서 온도와 압력을 1차로 저감시킨 후 증기배출부(60)를 통해 배출할 수 있게 하거나 외부 내압용기(13)를 통해 내부 내압용기(11)로 증기를 보낼 수 있도록 하기 위 함이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 처리장치를 이용하여 원료물질을 처리하는 과정은 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 고압고온 처리장치를 통해 이루어지는 처리과정을 나타내는 흐름도이고, 도 7은 도 6에 표시된 처리과정에서 반응용기의 내/외부 내압용기의 온도 및 압력 조건을 나타내는 개략도이다.
먼저, 도 6과 같이, 교반장치(50)를 미가동 또는 가동하면서 투입부(80)를 통해 반응용기(10)의 내부 내압용기(11)로 원료물질의 투입 전 또는 투입 중에 상기 외부 내압용기(13)에 증기를 공급하여 반응용기를 예열한다(S1).
상기 원료물질의 투입완료 후 투입부(80)를 폐쇄하고, 동력원(미도시)를 통해 교반장치(50)를 가동하면서 본 처리를 위해, 상기 내/외부 내압용기(11,13)에 각각 또는 동시에 증기를 공급하거나 상기 내부 내압용기에만 증기를 공급하여 내부 내압용기의 가압 및 가온시킨다(S2).
바람직하게는, 상기 내부 내압용기(11) 내의 압력을 16기압에서 59기압 이내까지, 온도를 200℃에서 275℃ 이내까지 상승시키는 것이 안전을 고려했을 때 바람직하며, 그 이유는 압력이 90기압를 초과하고, 온도가 300℃를 초과할 경우, 가스발생등 2차 환경오염이 발생할 수 있기 때문이기도 하지만 기계적으로 300℃를 넘어서는 고압고온 처리장치를 제작하기가 어렵기 때문이다.
이 경우, 상기 교반장치(50)는 일방향으로 회전하면서 다수의 교반날개부(53)에 의해 교반만 행한다.
이어서, 상기 상승시킨 내부 내압용기 내의 압력과 온도를 0.5~2시간이내 동안 상기 내/외부 내압용기(11,13)에 각각 또는 동시에 증기를 공급하거나 내부 내압용기(11)에만 증기를 공급하여 상기 압력과 온도를 유지하면서(S3), 원료물질을 반응 처리한다.
상기 압력 및 온도 유지를 거쳐 처리 완료된 물질을 배출하기 위해 내부 내압용기(11) 내의 증기를 배출시키면서, 증기배출부(60)를 통해 내부 내압용기(11) 내의 압력을 대기압수준으로 낮추도록 감압 및 감온을 실시한다(S4).
그 후, 상기 교반장치(50)를 역회전하여 처리된 물질을 교반하면서 동시에 배출부(30)로 이송시켜 개방된 배출부(30)를 통해 내부 내압용기(11)의 외부로 배출한다(S5).
상기 가압 및 가온단계 이전 또는 감압 및 감온단계 이후 내부 내압용기(11)내의 압력을 대기압이하로 낮추고 외부 내압용기을 통해 열을 전달받아 감압건조를 하여 건조시간과 열에너지의 소모를 저감시키고 , 이를 통해 전체적인 처리시간을 단축시키는 것도 물론 가능하다.
상기 가압 및 가온단계 이후, 상기 내부 내압용기(11) 내로 보조투입부(80)를 통해 보조첨가제를 투입하여 반응을 촉진시키고, 이를 통해 전체적인 처리시간을 단축시키는 것도 물론 가능하다.
상기한 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 이중내압가열구조를 갖는 반응용기로 인해, 가연성물질(이하 원료물질) 처리 시 이중으로 된 반응용기로 인해 원료물질을 직접(내부 내압용기로의 증기공급), 간접(외부 내압용기로부터 내부 내압용기로 열전달)으로 복합가열을 할 수 있어, 반응용기내의 원료물질을 가온가압하는 시간을 단축시킬 수 있고, 간접가열이라는 극대화된 보온기능으로 처리과정중 원료물질의 열손실을 최소화시킬 수 있으면서, 동시에 증기공급시 발생되는 응축수를 감소시켜 원료물질의 함수율이 높아지는 것을 방지하여, 처리된 원료물질이 건조된 상태로 배출시키려 할 경우 원료물질을 투입에서 배출까지 연속적으로 건조를 할 수 있고, 처리된 원료물질이 액상상태로 배출시키려 할 경우 응축수로 인한 처리용량의 증가를 저감시킬 수 있는 등 전체적인 처리시간의 단축과 에너지 손실 저감 그리고 건조기능의 최대화가 이루어져 처리용량 증대와 경제적인 처리비라는 고압고온처리장치의 실용화에 있어 가장 중요한 요소를 가질 수 있다.
(2) 처리-교반 및 배출-교반이송이 가능한 교반장치로 인해, 배출전에는 교반장치가 정회전하여 교반만 행하도록 하므로 잦은 정/역회전에서 오는 교반장치의 부하를 줄여 큰 동력이 필요하지 않게 되었으며, 배출시에는 교반장치가 역회전하여 교반은 물론 처리된 물질을 배출부로 원활하게 이송할 수 있어, 반응용기 내부에 처리된 물질의 찌꺼기 등이 잔존하는 것을 방지할 수 있다.
(3) 이종다층접합금속재질을 갖는 반응용기로 인해, 반응용기의 재질을 예를 들어 부식과 마모에 강하나 고가인 스텐재질의 금속과 열에 의한 변형이 적으면서 저가인 탄소강재질의 금속을 접합한 이종다층접합금속을 만들어 반응용기의 재질로 사용함으로써 고압고온 처리장치의 핵심인 반응용기에게 내압용기로서 갖추어야 할 안전성을 가져다 주었고, 실용화에 중요한 기준인 3~5년이상의 사용수명을 가질 수 있도록 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다.
(4) 증기배출부의 감압부로 인해, 내부 내압용기 내에 있는 가연성물질의 끓는 온도를 낮출 수 있어 대기압에서 보다 더 적은 에너지 비용으로 더 짧은 시간에 건조할 수 있게 되었을 뿐만 아니라, 내부 내압용기내에서 배출되는 증기의 온도를 낮출 수 있어, 고온상태로 배출된 증기로 인해 증기를 처리하기 위한 장치들 예를 들면, 필터, 제2압력조절밸브, 냉각장치, 열교환장치, 탈취/살균/정화장치 등에 영향을 미쳐 오작동과 고장을 유발하는 것을 미연에 방지하고 사용수명을 연장할 수 있는 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다.
(5) 증기배출부의 건증기 전환장치로 인해, 건증기상태로 반응용기내로 공급되므로 포화증기상태로 공급할 때보다 응축수의 발생량이 적어져 건조시 건조시간을 단축시킬 수 있고, 액상처리시 처리용량이 커지는 것을 감소시킬 수 있도록 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다.
(6) 증기배출부의 필터로 인해, 반응용기에서 배출되는 증기에 포함되어 있는 이물질을 걸러주게 되어 이로 인해 후단에 설치되는 제2 압력조절밸브와 설치할 수 있는 냉각장치, 열교환장치, 탈취/살균/정화장치 등에 영향을 미쳐 오작동과 고장을 유발하는 것을 미연에 방지하고 사용수명을 연장할 수 있도록 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다.
(7) 보조첨가제 투입장치로 인해, 가연성물질의 처리효율을 높일 수 있는 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다.
(8) 증기이동장치로 인해, 감압감온시 내부 내압용기에서 배출되는 증기를 바로 증기배출부를 통해 배출하지 않고 외부 내압용기로 이동시켜 별도의 열에너지를 추가하지 않고도 내부 내압용기를 가열시킬 수 있게 하거나 내부 내압용기의 고압고온의 증기를 외부 내압용기에서 온도와 압력을 1차로 저감시킨 후 증기배출부를 통해 배출할 수 있게 하거나 외부 내압용기를 통해 내부 내압용기로 증기를 보낼 수 있도록 할 수 있도록 하는 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다.
(9) 고압고온 처리방법중 예열단계를 포함하여, 가연성물질의 투입과 동시에 가열이 가능하여 처리시간을 단축시킬 수 있는 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 가연성물질을 고압고온 하에서 일어나는 반응을 이용하여 처리하기 위한 고압고온 처리장치에 있어서,
    상기 원료물질이 투입/배출되는 적어도 하나의 내부 내압용기를 설치하고, 상기 내부 내압용기의 전체 또는 일부를 감싸고 내부 내압용기를 내압가열하기 위한 외부 내압용기를 포함하는 반응용기;
    상기 내부 내압용기로 원료물질을 투입할 수 있는 통로를 제공하며, 처리 중 상기 반응용기에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있고, 기밀성을 갖는 적어도 하나의 투입부;
    상기 내부 내압용기로부터 처리된 물질을 배출할 수 있는 통로를 제공하며, 처리 중 상기 반응용기에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있고, 기밀성을 갖는 적어도 하나의 배출부;
    상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 공급하여 가압가온하는 증기공급부;
    상기 반응용기 내측에 양단이 회전가능하게 결합된 교반축과, 일단이 상기 교반축에 고정되어 상기 내부 내압용기 내로 투입된 원료물질을 교반하는 다수의 교반날개부를 포함하는 교반장치; 및
    상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 배출하여 감압감온하는 증기배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교반날개부는 타단이 상기 교반축 방향을 따라 일면이 수평면으로 형성되고, 타면이 경사면으로 형성되어, 상기 교반축의 회전방향이 교반날개의 수평 측으로 정회전하면 교반을 행하고, 교반날개의 경사면 측으로 역회전하면 교반 및 이송을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배출부는 상기 반응용기 저부의 일측, 양측 또는 중앙 중 어느 한 곳에 하나이상 설치되는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응용기는 서로 다른 2이상의 재질의 금속을 다층접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기공급부는
    증기를 발생시키는 적어도 하나의 증기공급기;
    상기 증기공급기에 연결되어 증기압력을 조절하는 적어도 하나의 제1 압력조절밸브; 및,
    상기 공급된 증기를 건증기로 전환하는 적어도 하나의 건증기전환장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기배출부는
    상기 반응용기의 내/외부 내압용기로부터 배출 증기에 포함된 이물질을 걸러내는 적어도 하나의 필터;
    상기 필터에 연결되어 상기 반응용기의 내/외부 내압용기의 압력을 조절하기 이한 적어도 하나의 제2 압력조절밸브; 및,
    상기 반응용기의 내부 내압용기 내의 압력을 대기압 이하로 감압하기 위한 적어도 하나의 감압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반응용기의 내/외부 내압용기 내 이상발생 시 증기를 배출하기 위한 적어도 하나의 안전장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 내압용기에서 처리되는 원료물질에 보조첨가제를 투입하도록 상기 반응용기에 설치된 하나이상의 보조투입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 보조첨가제로는 가열 된 또는 가열되지 않은 공기, 산소, 질소, 이산화탄소, 산성백토, 백토, 몬모릴로나이트, 카오린, 벤토나이트 중 어느 하나 또는 2이상을 단독/배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리장치.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응용기의 내/외부 내압용기 사이에 증기를 이동하기 위해, 상기 반응용기에 설치된 증기이동장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리장치.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 내압용기의 압력 및 온도는 상기 외부 내압용기의 압력 및 온도보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 고압고온 처리장치.
  12. 원료물질이 투입/배출되는 내/외부 내압용기를 포함하는 반응용기와, 상기 내부 내압용기로 원료물질을 투입하기 위한 투입부와, 상기 내부 내압용기로부터 처리된 물질을 배출하기 위한 배출부와, 상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 공급하여 가압가온하는 증기공급부와, 상기 내부 내압용기 내로 투입된 원료물질을 교반하기 위한 교반장치와, 상기 반응용기의 내/외부 내압용 기에 각각 또는 동시에 증기를 배출하여 감압감온하는 증기배출부를 구비한 고압고온 장치를 통해 원료물질을 처리하기 위한 고압고온 처리방법에 있어서,
    상기 교반장치를 미가동 또는 가동하면서 상기 내부 내압용기로 원료물질의 투입 전 또는 투입 중에 상기 외부 내압용기에 증기를 공급하여 반응용기를 예열하기 위한 예열단계;
    상기 원료물질의 투입완료 후, 교반장치를 가동하면서 본 처리를 위해, 상기 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 공급하거나 상기 내부 내압용기에만 증기를 공급하여 상기 내부 내압용기 내의 압력과 온도를 상승시키는 가압가온단계;
    상기 상승시킨 내부 내압용기 내의 압력과 온도를 0.5~2시간이내 동안 상기 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 공급하거나 내부 내압용기에만 증기를 공급하는 온도압력 유지단계;
    상기 온도압력 유지단계를 거쳐 처리된 물질을 배출하기 위해 내부 내압용기내의 증기를 배출시키면서 내부 내압용기 내의 압력을 대기압수준으로 낮추는 감압감온단계; 및,
    상기 감압감온단계를 거친 후, 배출부에 의해 처리된 물질을 배출하는 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 내부 내압용기 내로 보조첨가제를 투입하는 보조첨가제투입단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 감압감온단계 이후, 내부 내압용기의 압력을 대기압이하로 낮추는 감압건조단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 가압가온단계 이전, 내부 내압용기의 압력을 대기압이하로 낮추는 감압건조단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리방법.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK2138244T3 (da) * 2007-03-20 2013-09-08 Jun Yang Bioaffalds-bortskaffelsesfremgangsmåde og -apparat
JP2013044451A (ja) * 2011-08-23 2013-03-04 Ke Os Machinery Co Ltd 乾燥装置
FR3008627B1 (fr) * 2013-07-19 2017-02-24 Arkema France Cuve de conversion thermique utilisee dans un procede d'amidification de cyanohydrine d'acetone
CN103658166A (zh) * 2013-12-26 2014-03-26 江苏盖亚环境工程有限公司 一种用于修复污染土壤的蒸汽炉
KR101516012B1 (ko) * 2014-07-17 2015-05-04 건국대학교 산학협력단 유기성 폐기물 처리 시스템 및 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법
WO2016191801A1 (en) * 2015-06-03 2016-12-08 Cem International Pty Ltd Mixing apparatus
CN108444252A (zh) * 2018-02-28 2018-08-24 张荷友 一种横置式搅拌的食品加工用干燥设备
JP7442782B2 (ja) * 2019-11-06 2024-03-05 Ｇ－８ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｒａｄｉｎｇ 株式会社 有機系処理物の亜臨界水処理装置
CN114425290B (zh) * 2020-10-29 2023-11-14 山东四达工贸股份有限公司 酚醛树脂加工用分层式加热反应釜

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR880002174B1 (ko) * 1984-04-02 1988-10-17 슈우소오 나까소노 동식물 원료의 탈수 처리 방법
KR200302382Y1 (ko) 2002-10-25 2003-02-05 안성사료 (주) 우모 사료화용 쿠커

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0474600A (ja) * 1990-07-13 1992-03-09 Kamigaki Tekkosho:Kk 脱水汚泥と野菜残渣物及び食品残渣物の処理方法
JP3898918B2 (ja) * 2001-08-07 2007-03-28 俊正 板倉 肥料製造方法
KR20050094710A (ko) * 2004-03-24 2005-09-28 (주)동아인터내셔날 폐기물 감량장치 및 감량방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR880002174B1 (ko) * 1984-04-02 1988-10-17 슈우소오 나까소노 동식물 원료의 탈수 처리 방법
KR200302382Y1 (ko) 2002-10-25 2003-02-05 안성사료 (주) 우모 사료화용 쿠커

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