KR100636616B1 - Recyling of Food Waste by Rapid Pyrolysis Process - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 협잡물이 다량 포함된 음식물 쓰레기를 급속 열분해하는 장치와 방법에 의하여 깨끗한 양질의 촤(char)를 회수하고 가스 및 오일 성분은 처리 장치의 가열용으로 사용하므로써 음식물 쓰레기를 소멸 감량화하고 25% 수준의 촤를 이용하여 성형연료탄으로 이용하는 장치 및 방법이 제시되는 것이며, 이러한 급속 가열을 수행하는 장치 및 방법을 위해 유동층 장치를 사용하고 온도 제어 및 체류시간의 조절에 의해 생성물의 분포 및 품질의 제어가 가능하여 최적화를 통해 양질의 성형탄을 제조할 수 있는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rapid pyrolysis device for food wastes and a method thereof, and more particularly, to recovering clean high-quality char by a device and method for rapid pyrolysis of food wastes containing a large amount of contaminants, and The present invention provides a device and method for reducing waste of food waste by using it as a heating device for processing coal and using coal fuel with a 25% level of coal. For a device and a method for performing such rapid heating, a fluidized bed device is used. The present invention relates to a rapid pyrolysis device for food waste which can control the distribution and quality of the product by controlling the temperature and adjusting the residence time, thereby producing a good quality coal briquettes through optimization.

본 발명에 의하면 불순물을 분리 제거하는 공정을 통하여 촤를 생산함으로써 4000Kcal/kg의 열량을 지닌 양질의 연료탄 제조가 가능해지는 효과가 있으며, 제조된 촤는 분말활성탄으로도 이용이 가능하여 음식물 쓰레기를 건조후 열화학적처리 공정을 거치면 음식물 쓰레기의 감량화 및 재활용이 가능해지는 효과가 있다.According to the present invention, by producing the char through the process of separating and removing impurities, it is possible to produce a high quality fuel coal with a calorific value of 4000 Kcal / kg, and the produced char can be used as powdered activated carbon to dry food waste. After the thermochemical treatment process, food waste can be reduced and recycled.

음식물 쓰레기, 급속 열분해, 연료탄Food Waste, Rapid Pyrolysis, Fuel Coal

Description

음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치 및 그 방법 { Recyling of Food Waste by Rapid Pyrolysis Process }Rapid pyrolysis device for food waste and method thereof {Recyling of Food Waste by Rapid Pyrolysis Process}

도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 급속 열분해 장치를 나타내기 위한 예시도.1 is an exemplary view for showing a rapid pyrolysis device of a preferred embodiment according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 음식물 쓰레기의 급속 열분해 방법을 나타내기 위한 순서도.2 is a flow chart showing a rapid pyrolysis method of food waste according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따라 촤로부터 성형된 연료탄을 나타내기 위한 예시도.3 is an exemplary view for showing a fuel coal formed from char in accordance with the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

1: 호퍼 2: 스크류 피더1: hopper 2: screw feeder

3: 반응기 4: 분배기3: reactor 4: distributor

5: 분배기 박스 6: 촤 배출장치5: distributor box 6: fan outlet

7: 예열기 8: 체크 밸브7: preheater 8: check valve

9: 플로우 미터 10: 운반가스 탱크9: flow meter 10: carrier gas tank

11: 싸이클론 12: 응축기11: cyclone 12: condenser

13: 기액 분리장치 14: 흡습기 13: gas-liquid separator 14: moisture absorber

15: 가스 채취기 16: 가스 플로우 미터 15: gas collector 16: gas flow meter

17: 바이오 오일 수집장치 100: 급속 열분해 장치17: bio oil collecting device 100: rapid pyrolysis device

본 발명은 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 협잡물이 다량 포함된 음식물 쓰레기를 급속 열분해하는 장치와 방법에 의하여 깨끗한 양질의 촤(char)를 회수하고 가스 및 오일 성분은 처리 장치의 가열용으로 사용하므로써 음식물 쓰레기를 소멸 감량화하고 25% 수준의 촤를 이용하여 성형연료탄으로 이용하는 장치 및 방법이 제시되는 것이며, 이러한 급속 가열을 수행하는 장치 및 방법을 위해 유동층 장치를 사용하고 온도 제어 및 체류시간의 조절에 의해 생성물의 분포 및 품질의 제어가 가능하여 최적화를 통해 양질의 성형탄을 제조할 수 있는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rapid pyrolysis device for food wastes and a method thereof, and more particularly, to recovering clean high-quality char by a device and method for rapid pyrolysis of food wastes containing a large amount of contaminants, and The present invention provides a device and method for reducing waste of food waste by using it as a heating device for processing coal and using coal fuel with a 25% level of coal. For a device and a method for performing such rapid heating, a fluidized bed device is used. The present invention relates to a rapid pyrolysis device for food waste which can control the distribution and quality of the product by controlling the temperature and adjusting the residence time, thereby producing a good quality coal briquettes through optimization.

일반적으로 음식물 쓰레기는 1998년 기준 1일 11,800톤으로 가정에서 발생되는 쓰레기의 26.5%로 높은 비중을 차지하고 있으며, 이러한 음식물 쓰레기는 물기가 많아서 땅에 매립할 경우 다량의 침출수가 발생하여 흙을 오염시키고, 음식물 쓰레기를 연소, 소각 처리할 경우에도 낮은 발열량으로 인한 불완전 연소로 대기오염물질이나 환경호로몬 배출량이 다른 바이오 폐기물에 비하여 높으므로 대기오염의 위험을 유발시키는 경우가 많다.In general, food waste is 11,800 tons per day as of 1998, accounting for 26.5% of household waste, and this food waste has a lot of water. In addition, even in the case of burning and incineration of food waste, incomplete combustion due to low calorific value causes high air pollutants and environmental hormone emissions than other bio wastes.

특히 다른 나라에 비해 맵고 짠 국내의 음식문화 특성은 음식물 쓰레기에 함유된 염분 농도가 매우 높아서 음식물 쓰레기로부터 만든 퇴비나 사료가 농작물과 가축 심지어는 인체에 심각한 피해를 준다는 지적이 제기되고 있다.In particular, it is pointed out that the spicy and salty characteristics of domestic food culture compared to other countries have a very high salt concentration in food wastes, so that compost or feed made from food wastes causes serious damage to crops, livestock and even the human body.

그리고, 염분이 포함된 퇴비의 경우 농작물의 수확량이 감소되는 문제가 있으며, 수거과정에서 부패되거나 비닐, 플라스틱, 담배꽁초, 중금속 등 인체에 해로운 물질을 분리배출하지 못하여 가축과 인체에 직접적인 피해를 줄 수 있는 문제가 있었으며, 음식물 쓰레기를 연소, 소각하는 경우에는 대기오염물질이나 환경 호르몬 배출량이 다른 바이오 폐기물에 비하여 높다.In addition, there is a problem that the yield of crops is reduced in the case of compost containing salt, and it may cause direct damage to livestock and human body by failing to separate or discharge harmful substances such as vinyl, plastic, cigarette butts and heavy metals during the collection process. There is a problem, and when burning and incinerating food waste, air pollutants and environmental hormone emissions are higher than other bio wastes.

이러한 열처리에 의한 폐기물 재활용 기술로는 가열속도가 느린 탄화법이 대표적으로 숯 제조법에 이용되었고, 음식물 쓰레기의 처리공정에서도 탄화법에 제안된 바 있었으나 탄화 공정에 의해서는 고체성분에 포함된 유기산 등의 냄새유발 성분 등을 효과적으로 제거할 수 없다는 단점이 있다.As a waste recycling technique by heat treatment, carbonization method with a slow heating rate is typically used for charcoal manufacturing method, and in the process of treating food waste, the carbonization method has been proposed, but the carbonization process induces odor such as organic acid contained in solid components. There is a disadvantage that the components cannot be removed effectively.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 열화학적 음식물 쓰레기 처리 공정에서 가열 속도를 빠르게 유지하여 불순물을 급격하게 분리 및 확산을 유도하여 촤의 내부에 불순물이 잔류하지 않도록 하여 양질의 촤(char)를 제조함에 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to maintain the heating rate in the thermochemical food waste treatment process to induce the rapid separation and diffusion of impurities to It is to manufacture high quality char by preventing impurities from remaining inside.

본 발명의 다른 목적은 빠른 반응시간 내에 효과적으로 감량화하는 것으로 탄화방법보다 효율적인 열전달 및 물질전달이 가능하도록 하여, 장치에 투입되는 음식물 쓰레기의 입도가 작고 반응온도가 500℃ 이상에서 수초 이내에 체류하는 방식으로 쓰레기 내부까지 빠른 열전달이 가능하여 액화 및 가스화 반응이 용이하도록 하는 장치와 방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to effectively reduce heat within a fast reaction time to enable more efficient heat transfer and material transfer than the carbonization method, so that the size of food waste introduced into the device is small and the reaction temperature stays within a few seconds at 500 ° C or more. The present invention provides an apparatus and a method for facilitating liquefaction and gasification reactions by enabling rapid heat transfer to the inside of waste.                         

본 발명의 또 다른 목적은 급속 열분해에 의한 열화학적 처리를 통하여 건조된 음식물 쓰레기에 포함된 황, 질소, 염소 등을 가스나 액상으로 제거하고 청정 연료탄을 생산하는 데 있다.Another object of the present invention is to remove sulfur, nitrogen, chlorine, etc. contained in the dried food waste by gas or liquid phase through the thermochemical treatment by rapid pyrolysis to produce clean coal.

상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은,The configuration of the present invention for solving the above problems,

음식물 쓰레기를 투입시키기 위한 호퍼(1)와 상기 호퍼를 통해 투입된 음식물 쓰레기를 유입시키기 위한 스크류 피더(2)로 구성된 음식물 쓰레기 유입장치:와, 고압질소를 저장하는 저장 장치(10) 및 저장된 고압 질소를 제어하는 제어 장치(9),(10)와 상기 고압가스를 소정 온도로 예열하는 예열기(7)로 구성된 운반가스 유입장치:로 이루어진 공급장치;Food waste inlet device consisting of a hopper (1) for feeding food waste and a screw feeder (2) for introducing the food waste introduced through the hopper: And, a storage device 10 for storing high pressure nitrogen and stored high pressure nitrogen Carrier gas inlet device consisting of a control device (9), (10) for controlling the preheater (7) for preheating the high-pressure gas to a predetermined temperature;

상기 스크류 피더(2)로부터 음식물 쓰레기를 유입받고, 상기 예열된 운반가스를 높은 압력으로 제공하는 분배기(4)로부터 예열된 고압가스를 유입받아 음식물 쓰레기와 촤(char)가 유동화 하도록 하여 급속 열분해시키는 상하 2단형 반응기로서, 투입된 음식물 쓰레기를 고온, 고압에서 급속 열분해 처리에 의해 다량의 증기(vapour)로 전환되도록 1차 반응을 유발시키고, 다음 단계에서 2차 반응을 통해 가스나 촤(char)로 최종 전환시키는 반응기(3):와, 상기 예열된 운반가스가 균일한 흐름을 갖고 상기 분배기에 도달하도록 하는 분배박스(4):로 구성된 반응장치; 및The food waste is introduced from the screw feeder 2, and the preheated high pressure gas is introduced from the distributor 4 which provides the preheated carrier gas at a high pressure, so that the food waste and char are fluidized to rapidly pyrolyze. As a top and bottom two-stage reactor, the first food waste is converted into a large amount of vapor by rapid pyrolysis treatment at high temperature and high pressure, and in the next step, it is converted into gas or char through the second reaction. A reactor (3) for final conversion; and a distribution box (4): for allowing the preheated carrier gas to reach the distributor with a uniform flow; And

상기 반응기의 2차 반응을 통해 생성된 가스나 촤(char)를 분리시키기 위한 사이클론(11):과, 사이클론(11)을 통과한 가스는 응축기(12)를 통과하면서 상온으 로 냉각시키고 액상의 생성물은 하부로 회수시키는 기액 분리장치(13):와, 상기 기액 분리 장치에서 분리된 가스를 정제하는 가스 정제 장치(14):와, 정재된 가스를 채취하기 위한 가스 채취 장치(15):와, 생성된 가스의 생성량을 측정하기 위한 생성량 측정장치(16):와, 액상 생성물을 저장하기 위한 액상 생성물 저장 탱크(17): 및 생성된 촤(char)를 배출하기 위한 촤(char) 배출장치(6)로 구성된 생성물 후처리 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Cyclone 11 for separating the gas or char generated through the secondary reaction of the reactor: and the gas passing through the cyclone 11 is cooled to room temperature while passing through the condenser 12 and the liquid phase A gas-liquid separator 13 for recovering the product to the bottom; a gas purification device 14 for purifying the gas separated from the gas-liquid separator; and a gas collecting device 15 for collecting the purified gas; A production amount measuring device 16 for measuring the amount of generated gas, a liquid product storage tank 17 for storing the liquid product, and a char discharge device for discharging the generated char; It is characterized in that it comprises a; product post-treatment device composed of (6).

바람직하게 상기 싸이클론의 외벽에는 생성된 열분해 가스의 냉각에 의한 타르 생성을 방지하기 위한 세라믹 히터가 설치되며, 상기 반응기의 최고 온도와 압력은 각각 800℃, 3 바(bar)이며, 상단 반응기의 하부에는 음식물 쓰레기 시료의 유입부가 있으며, 하단 반응기에는 생성된 촤의 배출구가 설치되어 있다.Preferably, a ceramic heater is installed on the outer wall of the cyclone to prevent tar generation by cooling of the generated pyrolysis gas. The maximum temperature and pressure of the reactor are 800 ° C. and 3 bar, respectively. In the lower part, there is an inlet for food waste sample, and the lower reactor is provided with a discharge port of the generated waste.

그리고, 본 발명에서는 바람직하게 음식물 쓰레기에 포함된 불순물인 황, 질소 화합물들이 열분해에 의하여 생성된 촤에 물리적 흡착 또는 2차 반응을 통하여 포함되는 것을 방지하여 가능한 적게 포함되도록 하기 위하여 생성된 불순물과 촤의 접촉시간을 최소화할 필요가 있으며, 이에 따라 공탑속도 기준으로 하단 반응기 체류시간을 1초, 상단 반응기 체류시간을 6초 정도가 되도록 제어할 수 있다.In the present invention, the impurities and sulfur produced in order to prevent the inclusion of sulfur, nitrogen compounds, which are impurities included in the food waste, by physical adsorption or secondary reaction in the 촤 produced by pyrolysis to be included as little as possible It is necessary to minimize the contact time of the, according to the tower speed can be controlled so that the bottom reactor residence time of 1 second, the top reactor residence time of about 6 seconds.

또한, 반응후에 생성된 촤를 재활용하기 위하여 유동화 매질로서 모래를 사용하지 않고 운반기체만을 사용하며, 반응기에서 생성된 오일 및 가스는 유동층 장치의 가열원으로 다시 사용할 수 있다.In addition, only the carrier gas is used without using sand as the fluidizing medium to recycle the produced steam after the reaction, and the oil and gas generated in the reactor can be used again as a heating source of the fluidized bed apparatus.

그리고, 본 발명에 의해 생성된 촤를 이용하여 연료탄을 제조할 수 있는 바, 이러한 연료탄 제조 공정은 투입, 저장, 배합, 증기혼합, 성형, 건조, 제품화 과정으로 이루어지며, 점결제를 사용하여 성형하고, 증기혼합후에 압축 성형한 다음 열풍 건조하는 방법으로 이루어질 수 있다.In addition, the fuel coal may be manufactured by using the fuel produced by the present invention. The fuel coal manufacturing process is performed by adding, storing, blending, steam mixing, molding, drying, and commercializing the product, and molding using a binder. After compression, after the steam mixing may be made by hot air drying method.

또한, 본 발명에 따라 음식물 쓰레기를 급속 열분해시켜 가스를 분리하고 연료탄을 제조하는 방법은, 음식물 쓰레기 시료에 고온, 고압의 운반가스를 유입시켜 음식물 쓰레기와 촤가 유동화되도록 하고 여기에 급속하게 열을 인가하여 1차 열분해 반응하여 다량의 증기로 전환되는 제1단계;In addition, according to the present invention, a method of rapidly decomposing food waste to separate gas and manufacturing fuel coal includes introducing a high-temperature, high-pressure carrier gas into the food waste sample so that the food waste and char are fluidized and rapidly heat up. A first step of applying the first pyrolysis reaction to convert a large amount of steam;

상기 전환된 다량의 증기를 운반가스와 더불어 반응기의 상단으로 이동시켜 2차 열분해 반응을 유발시킴으로써 증기성분을 가스화 반응으로 진행시키는 제2단계;A second step of moving the converted large amount of steam together with the carrier gas to the top of the reactor to cause a secondary pyrolysis reaction to advance the vapor component into a gasification reaction;

상기 제1단계에서 잔류하는 고형분을 중력에 의하여 반응기 하단으로 낙하시켜 운반가스에 의해 유동화하다가 탄화과정을 통해 촤로 전환되는 제3단계;A third step in which the solid content remaining in the first step is dropped into the lower end of the reactor by gravity to be fluidized by a carrier gas, and then converted into 촤 through a carbonization process;

상기 제2단계에서 생성되는 가스를 상기 반응기의 가열에 재활용하는 제4단계; 및A fourth step of recycling the gas generated in the second step to the heating of the reactor; And

상기 제3단계에서 생성된 촤를 투입, 저장, 배합, 증기혼합, 압축성형, 건조하는 과정을 통해 연료탄을 제조하는 제5단계로 이루어진다.The fifth step of preparing the fuel coal through the process of adding, storing, blending, steam mixing, compression molding, and drying the fuel generated in the third step.

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바람직하게 급속 열분해 반응은 500℃이상의 반응기에서 반응기 상단에서 체류시간 1초, 반응기 하단에서 체류시간 6초로 처리되도록 하여 상기 음식물 쓰레기에 포함된 불순물인 황, 질소, 염소원소 화합물들이 열분해에 의하여 생성된 촤에 물리적 흡착 또는 이차반응을 통하여 포함되는 것이 방지되도록 처리된다.Preferably, the rapid pyrolysis reaction is treated with a residence time of 1 second at the top of the reactor and a residence time of 6 seconds at the bottom of the reactor in a reactor at 500 ° C. or higher to generate sulfur, nitrogen, and chlorine element compounds, which are impurities included in the food waste, by pyrolysis. It is treated to prevent inclusion in the tank through physical adsorption or secondary reactions.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted, and the following terms are used in the present invention. As the terms set in consideration of the present invention may vary according to the intention or custom of the producer, the definition should be made based on the contents throughout the present specification.

도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 급속 열분해 장치를 나타내기 위한 예시도로서, 도 1에 따르면 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치(100)는 크게 공급장치와, 열분해 반응장치, 및 생성물 후처리 장치로 이루어진다.Figure 1 is an exemplary view for showing a rapid pyrolysis device of a preferred embodiment according to the present invention, according to Figure 1 rapid pyrolysis device for food waste 100 is largely a supply device, a pyrolysis reaction device, and a product after-treatment device Is done.

공급장치에는 음식물 쓰레기 유입장치와 운반가스 유입장치로 이루어지며, 음식물 쓰레기 유입장치는 음식물 쓰레기를 투입시키기 위한 호퍼(1)와, 호퍼(1)를 통해 투입된 음식물 쓰레기를 유입시키기 위한 스크류 피더(2)로 구성되며, 운반가스 유입장치는 고압질소를 저장하는 저장 장치(10) 및 저장된 고압 질소를 제어하는 제어 장치(9),(10)와 고압가스를 소정 온도로 예열하는 예열기(7)로 구성된다.The feeder comprises a food waste inlet device and a carrier gas inlet device, and the food waste inlet device includes a hopper (1) for feeding food waste, and a screw feeder (2) for introducing food waste introduced through the hopper (1). The carrier gas inlet device includes a storage device 10 for storing high pressure nitrogen, a control device 9 for controlling the stored high pressure nitrogen, and a preheater 7 for preheating the high pressure gas to a predetermined temperature. It is composed.

여기서 음식물 쓰레기가 운반가스로 유동화할 때 유동화 매질로 촤를 사용하고 있는데, 이는 유동화 매질로 사용하는 경우에 음식물 쓰레기와 격렬한 유동화를 통하여 반응물질로의 열 및 물질전달을 원활하게 진행할 수 있으나, 반응 종료 후 생성된 촤로부터 모래를 분리하는 과정을 요하지 않도록 하기 위하여 촤만을 유동화 매질로 이용하는 것이다.
열분해 반응장치는 상하 2단으로 형성된 반응기(3)와, 반응기(3)에 고압질소인 운반가스를 높은 압력으로 유입시켜 음식물 쓰레기와 촤(char)가 유동화되도록 하는 분배기(distributor)(4)와, 예열된 운반가스를 균일한 흐름으로 분배기(4)에 도달하도록 하는 분배기 박스(5)로 구성된다.
When the food waste is fluidized into a carrier gas, 촤 is used as the fluidizing medium. When the waste food is used as the fluidizing medium, the heat and mass transfer to the reactants can be smoothly carried out through the vigorous fluidization with the food waste. In order to avoid the process of separating the sand from the produced sand after finishing, only the sand is used as the fluidizing medium.
The pyrolysis reactor includes a reactor (3) formed in two stages of up and down, a distributor (4) for introducing food gas and char into fluid by introducing a high-pressure nitrogen carrier gas into the reactor (3). And a distributor box 5 which allows the preheated carrier gas to reach the distributor 4 in a uniform flow.

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반응기(3)에서의 최고 온도와 압력은 각각 800℃, 3바(bar)이며, 상단 반응기의 하부에는 음식물 쓰레기 시료의 유입부가 있어 스크류 피더(2)로부터 음식물 쓰레기를 유입받도록 구성되며, 하단 반응기에는 추후에 생성될 촤의 배출구가 설치되는데, 상단 반응기와 하단 반응기를 서로 다른 크기의 2단형 반응기로 제작한 이유는 바이오매스의 열분해 특성에 의한 것으로서, 즉, 바이오매스가 열분해되는 반응기구를 보면 일차적으로 거대분자가 외부열에 의하여 증기상(vapour) 물질(이론적으로는 거대분자가 분해된 중간체적인 물질을 말함)로 전환되고, 이차 반응을 통하여 가스나 촤(char)로 최종 전환되는데, 이때 일차 반응은 매우 빠르게 진행되며 반응온도가 낮으면 쉽게 촤로 전환되기 때문이다.The maximum temperature and pressure in the reactor (3) is 800 ℃, 3 bar (bar), respectively, the lower part of the upper reactor has a food waste sample inlet is configured to receive food waste from the screw feeder (2), the lower reactor In the future, the outlet of the fan to be produced is installed. The reason why the upper reactor and the lower reactor are manufactured as two-stage reactors of different sizes is due to the thermal decomposition characteristics of the biomass, that is, the reactor section where the biomass is pyrolyzed. Primary macromolecules are converted to vapor phase material (in theory, intermediate material from which macromolecules are decomposed) by external heat and finally converted to gas or char through secondary reaction. This is because the reaction proceeds very fast, and when the reaction temperature is low, it is easily converted to 촤.

즉, 본원발명에서 수행한 핵심 기술중 하나는 음식물 쓰레기에 포함된 불순물인 황, 질소 화합물 들이 열분해에 의하여 생성된 촤에 가능한 적게 포함되도록 하는 기술이므로, 음식물 쓰레기의 일차 열분해 반응에 의하여 생성된 불순물들이 물리적 흡착 또는 이차반응을 통하여 촤에 포함되는 것을 방지하기 위해서는 생성된 불순물과 촤의 접촉시간을 최소화하기 위한 구성이며, 장치에 투입되는 음식물 쓰레기의 입도가 작고 반응온도가 500℃이상에서 수초 이내에 체류하는 방식으로 쓰레기 내부까지 빠른 열전달이 가능하여 액화 및 가스화 반응이 용이하고 체류시간이 짧으므로 생산된 가스나 액상 속의 불순물이 촤에 다시 흡착되거나 결합될 가능성이 적다.That is, one of the core technologies performed in the present invention is a technology in which sulfur, nitrogen compounds, which are impurities included in food wastes, are contained in the sulfur generated by pyrolysis as little as possible, and thus impurities generated by primary pyrolysis of food wastes are included. In order to prevent them from being included in the tank through physical adsorption or secondary reaction, it is configured to minimize the contact time between the generated impurities and the tank, and the particle size of food waste put into the apparatus is small and the reaction temperature is within 500 seconds or more within a few seconds. It is possible to quickly transfer heat to the inside of the waste, so that the liquefaction and gasification reaction is easy, and the residence time is short, so that impurities in the produced gas or liquid phase are less likely to be adsorbed or combined with water.

이와 같은 반응기에 투입된 음식물 쓰레기 시료는 곧바로 일차 열분해 반응이 진행되어 휘발 성분들이 고형분으로부터 이탈하여 운반가스와 더불어 반응기 상단으로 신속히 이동하면서 이차 열분해 과정을 겪게 되며, 고형분은 중력에 의하여 반응기 하단으로 낙하되면서 운반 가스에 의하여 유동화되고 탄화과정을 통하여 촤로 전환되게 된다.The food waste sample introduced into the reactor immediately undergoes the first pyrolysis reaction, and the volatile components move away from the solids and rapidly move to the top of the reactor together with the carrier gas, undergoing the second pyrolysis process, and the solids fall to the bottom of the reactor by gravity. It is fluidized by the carrier gas and converted to char through the carbonization process.

반응기(3)에서 생성되는 촤는 하단 반응기에 연결된 배출구를 통하여 외부로 배출되게 구성되고, 가벼운 증기(vapour)상 물질은 운반가스에 의하여 상단 반응기로 이동하게 구성되며, 이러한 구성에 의하여 추가작인 가스화 반응이나 증기(vapour)상 물질의 분해가 진행되는 구성으로서 이를 위하여 공탑속도 기준으로 하단 반응기에서의 체류시간은 1초 내외, 상단 반응기에서의 체류시간은 6초 정도가 되도록 하였다.The steam generated in the reactor 3 is configured to be discharged to the outside through an outlet connected to the lower reactor, and the light vapor phase material is configured to move to the upper reactor by the carrier gas, thereby further gasification. Reaction or vapor phase decomposition of the material proceeds for this purpose, the residence time in the lower reactor was about 1 second, the residence time in the upper reactor was about 6 seconds based on the column speed.

즉, 반응기(3)에서는 음식물 쓰레기 시료가 위에서 설명한 바와 같이 1차 반응과 2차 반응에 따른 급속 열분해에 의하여 가스와 같은 기체는 상단 반응기로 올라간 후에 가스로 수거가 되어 본 발명에 따른 급속 열분해 장치(100) 가열용으로 재생되게 되며, 생성된 촤는 일정 시간 간격으로 촤 배출구를 통하여 배출되어 수거된 후에 연료탄으로 제조되게 된다.That is, in the reactor 3, the gaseous waste sample is collected as a gas after being raised to the upper reactor by the rapid pyrolysis according to the first reaction and the second reaction as described above, and thus the rapid pyrolysis apparatus according to the present invention. 100 is to be regenerated for heating, and the produced char is discharged through the char outlet at a predetermined time interval and collected and then made into fuel coal.

수거된 촤로부터 연료탄을 제조하는 방법으로는 투입, 저장, 배합, 증기혼 합, 성형, 건조, 제품화 과정으로 이루어지며, 점결제를 사용하여 성형하고, 증기혼합후에 압축 성형한 다음 열풍 건조하는 방법으로 도 3과 같은 일공탄을 제조할 수 있다.The method of manufacturing fuel coal from the collected steam consists of input, storage, blending, steam mixing, molding, drying, and commercialization, forming by using a binder, compressing after steam mixing, and then drying by hot air. As shown in FIG.

이와 같이 반응기(3)에서 생성되는 가스 및 촤를 재활용할 수 있도록 분리하는 것이 생성물 후처리 장치이며, 생성물 후처리 장치는 도 1에 나타나듯이 싸이클론(11), 응축기(12), 기액분리장치(13), 가스정제장치(14), 가스채취장치(15), 생성량 측정장치(16), 액상 생성물 저장탱크 및 촤 배출장치(6)로 구성되어 있다.As described above, the product aftertreatment device is a product post-treatment device that separates the gas and steam generated in the reactor 3 to be recycled. The cyclone 11, the condenser 12, and the gas-liquid separator are shown in FIG. 1. (13), a gas purifying device 14, a gas collecting device 15, a production amount measuring device 16, a liquid product storage tank, and a fin discharge device 6.

싸이클론(11)은 반응기의 2차 반응을 통해 생성된 가스나 촤(char)를 분리시키기 위하여 유체의 선회류(旋回流)에 의해서 생기는 원심력을 이용하는 것이며, 싸이클론(11)을 통과한 가스는 응축기(12)를 통과하면서 상온으로 냉각되어 기액 분리장치(13)로 인가되도록 구성된다.The cyclone 11 utilizes the centrifugal force generated by the swirl flow of the fluid to separate the gas or char generated through the secondary reaction of the reactor, the gas passed through the cyclone 11 Is cooled to room temperature while passing through the condenser 12 is configured to be applied to the gas-liquid separator (13).

기액 분리장치(13)에서는 응축기(12)를 통과한 증기를 가스와 액상 생성물로 분리하여 가스는 가스 정제장치(14)로 액상 생성물은 액상 생성물 저장탱크(17)로 인가하여 저장시키도록 구성된다.The gas-liquid separator 13 is configured to separate the vapor passing through the condenser 12 into a gas and a liquid product so that the gas is applied to the gas purification device 14 and the liquid product is stored in the liquid product storage tank 17. .

다음은 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 도표와 함께 나타낸 것이다.The following shows a specific embodiment according to the present invention with a diagram.

먼저, 음식물 쓰레기 시료의 탄소원소함량은 약 45wt%이었고 질소, 황원소함량이 각각 3.92wt%, 0.14wt%이며, 수분함량은 약 2wt%이고, 총휘발성고형분항량은 81wt%, 회분 12wt%, 고정탄소5 wt%로 각각 나타났으며 발열량은 4,570 Kcal/kg정도였다.First, the food waste sample had a carbon element content of about 45 wt%, nitrogen and sulfur element contents of 3.92 wt% and 0.14 wt%, respectively, water content of about 2 wt%, total volatile solid content of 81 wt%, ash 12 wt%, The fixed carbon was 5 wt% and the calorific value was about 4,570 Kcal / kg.

유동층 반응기를 이용한 음식물 쓰레기 시료의 열분해 실험은 400~600℃온도 범위에서 수행하였으며, 싸이클론 온도는 300~330℃, 냉각장치 상부 온도는 200℃, 하부온도는 30℃이하로 시스템을 조절하였으며, 아래의 표 1은 급속가열에 의한 수율변화, 표 2는 급속가열에 의한 촤의 성분변화, 표 3은 반응온도에 따른 생성가스의 조성을 나타낸 것이다.Pyrolysis experiment of food waste samples using a fluidized bed reactor was carried out in the temperature range of 400 ~ 600 ℃, cyclone temperature is 300 ~ 330 ℃, the upper temperature of the cooling device is 200 ℃, the lower temperature is adjusted to below 30 ℃, Table 1 below shows the yield change due to rapid heating, Table 2 shows the change in the composition of 촤 due to rapid heating, and Table 3 shows the composition of the generated gas according to the reaction temperature.

급속가열에 의한 수율변화Yield Change by Rapid Heating 온도(℃)Temperature (℃) 가스수율(g/g)Gas yield (g / g) 액체수율(g/g)Liquid yield (g / g) Char수율(g/g)Char yield (g / g) 500, 50℃/min500, 50 ℃ / min 0.2390.239 0.4120.412 0.3400.340 500℃, 급속500 ℃, rapid 0.2530.253 0.4710.471 0.2760.276

급속가열에 의한 촤의 성분변화Changes in Components of Soap by Rapid Heating 탄소carbon 수소Hydrogen 질소nitrogen 유황분Sulfur powder 발열량(Kcal/kg)Calorific Value (Kcal / kg) R-1R-1 45.045.0 6.166.16 4.454.45 0.120.12 4,5704,570 500,10℃/min500,10 ℃ / min 46.3046.30 2.912.91 4.554.55 0.060.06 3,9403,940 500, 100℃/s500, 100 ℃ / s 46.3546.35 1.961.96 4.454.45 0.020.02 4,0904,090

반응온도에 따른 생성가스의 조성Composition of Produced Gas According to Reaction Temperature 가스조성 (vol.%)Gas composition (vol.%) 온도(℃)Temperature (℃) 500500 600600 700700 800800 900900 H2 H 2 15.7215.72 23.9523.95 29.3829.38 30.4530.45 30.5530.55 COCO 11.5211.52 13.7113.71 15.2515.25 18.7018.70 19.4819.48 C02 C0 2 60.3660.36 48.6848.68 42.3142.31 37.5837.58 37.7437.74 CH4 CH 4 6.776.77 8.078.07 7.877.87 8.638.63 7.877.87 C2H4 C 2 H 4 0.890.89 0.860.86 0.810.81 0.750.75 0.670.67 C2H6 C 2 H 6 2.602.60 2.602.60 2.432.43 2.162.16 2.022.02 C3H6 C 3 H 6 1.111.11 1.121.12 1.021.02 0.900.90 0.900.90 C3H8 C 3 H 8 1.041.04 1.011.01 0.940.94 0.820.82 0.760.76

위의 표 1에서 알 수 있듯이 500℃에서 급속으로 열분해를 수행한 결과 가스수율과 액체수율이 각각 0.014g/g과 0.059g/g만큼 증가하는 것을 알 수 있다.As can be seen in Table 1 above, the rapid pyrolysis at 500 ° C. shows that the gas yield and the liquid yield increase by 0.014 g / g and 0.059 g / g, respectively.

그리고, 표 2의 촤의 성분변화표에서도 알 수 있듯이 급속 열분해를 수행할 때 촤의 성분은 탄소의 성분이 증가하고, 수소의 성분은 감소되며, 특히 급속 열분 해의 실험결과 저속 가열의 탄화보다 동일한 온도에서 액체성분의 오일이 증가하고, 질소 및 유황성분의 함량이 감소하는 것을 알 수 있다.In addition, as can be seen from the component change table of 의 in Table 2, the constituent of 때 increases in carbon and decreases in hydrogen, especially in the case of rapid thermal decomposition. It can be seen that the liquid oil increases at the temperature and the nitrogen and sulfur content decreases.

이는 열분해에 의하여 음식물 쓰레기 시료에 있던 유기황이 고형물로부터 빠르게 증기(vapour)상으로 전이되는 것을 의미하며, 유동층 열분해에 의하여 음식물 쓰레기의 총 휘발성 고형분 함량은 절반 이상이 감소하였고, 고정 탄소와 회분 함량은 크게 증가하였으며 촤(char)의 발열량은 4,090Kcal/kg이었다.This means that the organic sulfur in the food waste sample is rapidly transferred from the solid to the vapor phase by pyrolysis. The total volatile solid content of the food waste is reduced by more than half by fluidized bed pyrolysis, and the fixed carbon and ash content The calorific value of char was 4,090 Kcal / kg.

본 결과로부터 급속 열분해에 의해서 촤(char)중에 오염물질 함량을 감소시킬 수 있음을 알 수 있었고, 본 과정을 통해 생성된 촤를 이용하여 연료탄을 제조하는 것이다.From the results, it was found that the pollutant content in the char can be reduced by rapid pyrolysis, and the fuel coal is produced using the char generated through this process.

연료탄의 제조공정은 도 2에서와 같이 투입(단계 S1), 저장(단계 S2), 배합(단계 S3), 증기혼합(단계 S4), 성형(단계 S5), 건조(단계 S6), 제품화 과정으로 구성되며, 점결제를 사용하여 성형하였고 증기혼합후 압축성형한 다음 열풍 건조하였다.The production process of the fuel coal is as shown in FIG. 2 as input (step S1), storage (step S2), blending (step S3), steam mixing (step S4), molding (step S5), drying (step S6), and commercialization. It was made using a caking agent, and after compression mixing after steam mixing, hot air drying.

성형된 연료탄은 견고하여 쉽게 부서지지 않았으며 연소후에도 그 형상이 유지되고 도 3의 일공탄의 경우 연소지속시간은 20분간 진행되었다.The shaped coal briquettes were hard and not easily broken, and their shape was maintained even after combustion, and the burning duration of the coal-fired coal of FIG. 3 was 20 minutes.

상술한 바와 같이 본 발명의 분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 얼마든지 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 잘 알것이며, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청 구범위에 의하여 판단되어져야 할 것이다. As described above, those of ordinary skill in the art will appreciate that the present invention can be modified or modified as many as possible without departing from the spirit and scope of the present invention, and the true technical protection of the present invention. The scope should be determined by the appended claims.

본 발명에 의하면 불순물을 분리 제거하는 공정을 통하여 촤를 생산함으로써 4000Kcal/kg의 열량을 지닌 양질의 연료탄 제조가 가능해지는 효과가 있으며, 제조된 촤는 분말활성탄으로도 이용이 가능하여 음식물 쓰레기를 건조후 열화학적처리 공정을 거치면 음식물 쓰레기의 감량화 및 재활용이 가능해지는 효과가 있다.According to the present invention, by producing the char through the process of separating and removing impurities, it is possible to produce a high quality fuel coal with a calorific value of 4000 Kcal / kg, and the produced char can be used as powdered activated carbon to dry food waste. After the thermochemical treatment process, food waste can be reduced and recycled.

Claims (6)

음식물 쓰레기를 투입시키기 위한 호퍼(1)와 상기 호퍼를 통해 투입된 음식물 쓰레기를 유입시키기 위한 스크류 피더(2)로 구성된 음식물 쓰레기 유입장치와, 고압질소를 저장하는 저장장치(10) 및 저장된 고압질소를 제어하는 제어장치(9)와 상기 고압가스를 소정 온도로 예열하는 예열기(7)로 구성된 운반가스 유입장치로 이루어진 공급장치;Food waste inlet device consisting of a hopper (1) for introducing food waste and screw feeder (2) for introducing food waste introduced through the hopper, a storage device for storing high pressure nitrogen (10) and stored high pressure nitrogen A supply device comprising a control device 9 for controlling and a carrier gas inlet device composed of a preheater 7 for preheating the high pressure gas to a predetermined temperature; 상기 스크류 피더(2)로부터 음식물 쓰레기를 유입받고, 상기 예열된 운반가스를 높은 압력으로 제공하는 분배기(4)로부터 예열된 고압가스를 유입받아 음식물 쓰레기와 촤(char)가 유동화되도록 하여 급속열분해시키는 상하 2단형 반응기로서, 투입된 음식물 쓰레기를 고온, 고압에서 급속 열분해 처리에 의해 다량의 증기(vapour)로 전환되도록 1차 반응을 유발시키고, 다음 단계에서 2차 반응을 통해 가스나 촤(char)로 최종 전환시키는 반응기(3)와 상기 예열된 운반가스가 균일한 흐름을 갖고 상기 분배기에 도달하도록 하는 분배박스(4)로 구성된 열분해 반응장치 및The food waste is introduced from the screw feeder 2, and the preheated high pressure gas is introduced from the distributor 4 which provides the preheated carrier gas at a high pressure so that the food waste and char are fluidized to rapidly pyrolyze. As a top and bottom two-stage reactor, the first food waste is converted into a large amount of vapor by rapid pyrolysis treatment at high temperature and high pressure, and in the next step, it is converted into gas or char through the second reaction. A pyrolysis reactor comprising a reactor 3 for final conversion and a distribution box 4 which allows the preheated carrier gas to reach the distributor with a uniform flow and 상기 반응기의 2차 반응을 통해 생성된 가스나 촤(char)를 분리시키기 위한 사이클론(11)과, 사이클론(11)을 통과한 가스는 응축기(12)를 통과하면서 상온으로 냉각시키고 액상의 생성물은 하부로 회수시키는 기액 분리장치(13)와, 상기 기액 분리장치에서 분리된 가스를 정제하는 가스 정제장치(14)와 정제된 가스를 채취하기 위한 가스 채취장치(15)와, 생성된 가스의 생성량을 측정하기 위한 생성량 측정장치(16)와, 액상 생성물을 저장하기 위한 액상 생성물 저장 탱크(17) 및 생성된 촤(char)를 배출하기 위한 촤(char) 배출장치(6)로 구성된 생성물 후처리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치.Cyclone 11 for separating the gas or char produced through the secondary reaction of the reactor, the gas passing through the cyclone 11 is cooled to room temperature while passing through the condenser 12 and the liquid product is A gas-liquid separator 13 for recovering to the lower part, a gas purifier 14 for purifying the gas separated from the gas-liquid separator, a gas collecting device 15 for collecting the purified gas, and a generated amount of the generated gas Product post-treatment consisting of a production amount measuring device 16 for measuring the amount of liquid, a liquid product storage tank 17 for storing the liquid product, and a char discharge device 6 for discharging the generated char. Rapid pyrolysis device of food waste, characterized in that it comprises a device. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반응기의 상단이 하단보다 크게 형성하여 투입된 음식물 쓰레기 시료가 곧바로 일차 열분해 반응이 진행되어 휘발성분들이 고형분으로부터 이탈하여 운반가스와 더불어 반응기 상단으로 신속히 이동되어 이차 열분해 과정을 겪게 되고, 고형분은 중력에 의해 반응기 하단으로 유동화 및 낙하되면서 탄화될 수 있도록 서로 다른 크기의 2단형 반응기로 형성되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치.The top of the reactor is formed larger than the bottom of the food waste sample is injected directly to the first pyrolysis reaction proceeds from the volatiles from the solids and the gas quickly moved to the top of the reactor with the carrier gas undergoes a second pyrolysis process, the solids to gravity Rapid pyrolysis device of food waste, characterized in that formed in a two-stage reactor of different sizes to be carbonized while fluidized and dropped to the bottom of the reactor. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 싸이클론의 외벽에는 생성된 열분해 가스의 냉각에 의한 타르 생성을 방지하기 위한 세라믹 히터가 설치되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치.Rapid thermal decomposition apparatus of food waste, characterized in that a ceramic heater for preventing tar generation by cooling of the generated pyrolysis gas is installed on the outer wall of the cyclone. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응기에 투입된 음식물 쓰레기 시료의 체류시간을 하단 반응기에서는 1초, 상단 반응기에서는 6초로 설정하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치.A device for rapid pyrolysis of food waste, characterized in that the residence time of the food waste sample introduced into the reactor is set to 1 second in the lower reactor and 6 seconds in the upper reactor. 음식물 쓰레기 시료에 고온, 고압의 운반가스를 유입시켜 음식물 쓰레기와 촤가 유동화되도록 하고 여기에 급속하게 열을 인가하여 1차 열분해 반응하여 다량의 증기로 전환되는 제1단계;A first step in which a high temperature and high pressure carrier gas is introduced into the food waste sample so that the food waste and char are fluidized and rapidly applied to the first food pyrolysis to be converted into a large amount of steam; 상기 전환된 다량의 증기를 운반가스와 더불어 반응기의 상단으로 이동시켜 2차 열분해 반응을 유발시킴으로써 증기 성분을 가스화 반응으로 진행시키는 제2단계;A second step of moving the converted large amount of steam together with the carrier gas to the top of the reactor to cause a secondary pyrolysis reaction to advance the vapor component into a gasification reaction; 상기 제1단계에서 잔류하는 고형분을 중력에 의하여 반응기 하단으로 낙하시켜 운반가스에 의해 유동화 하다가 탄화 과정을 통해 촤로 전환돠는 제3단계;A third step of dropping the solid content remaining in the first step to the bottom of the reactor by gravity to be fluidized by a carrier gas, and then converting it into 을 through a carbonization process; 상기 제2단계에서 생성되는 가스를 상기 반응기의 가열에 재활용하는 제4단계; 및A fourth step of recycling the gas generated in the second step to the heating of the reactor; And 상기 제3단계에서 생성된 촤를 투입, 저장, 배합, 증기혼합, 압축성형, 건조하는 과정을 통해 연료탄을 제조하는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 방법.Rapid pyrolysis of the food waste, characterized in that the fifth step of producing a fuel coal through the process of adding, storing, blending, steam mixing, compression molding, drying the 촤 produced in the third step. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 급속 열분해 반응은 500 이상에서 반응기 하단에서 체류시간 1초, 반응기 상단에서 체류시간 6초로 처리되도록 하여 상기 음식물 쓰레기에 포함된 불순물인 황, 질소, 염소원소 화합물들이 열분해에 의하여 생성된 촤에 물리적 흡착 또는 2차 반응을 통하여 포함되는 것이 방지되도록 하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 방법.The rapid pyrolysis reaction is treated with a residence time of 1 second at the bottom of the reactor and a residence time of 6 seconds at the top of the reactor at 500 or more. Or rapid pyrolysis method of food waste, characterized in that to prevent the inclusion through the secondary reaction.
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