KR100703190B1

KR100703190B1 - 토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치

Info

Publication number: KR100703190B1
Application number: KR1020050085609A
Authority: KR
Inventors: 동종인
Original assignee: (주)유젠텍
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-04-06
Also published as: KR20070031488A

Abstract

본 발명은 오염된 매체에 함유된 오염물질을 열탈착 반응으로 분리 제거하는 에너지 회수형 열탈착 장치에 관한 것으로서, 로터리 킬른 방식으로 구동되는 열탈착 몸체(120)와, 열탈착 몸체(120) 내부에서 주입되는 오염된 매체를 가열시켜 열탈착 반응을 유도하는 1개 이상의 열파이프(123)들 및, 열탈착 몸체(120)의 내벽에 그 일측이 고정되며 열탈착 몸체(120)의 회전에 따라 오염된 매체와 마찰 접촉하는 날개(125)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 에너지 회수형 열탈착 장치(100)는 열탈착 몸체(120) 내부에서 오염된 토양이 열파이프(123)에 의해 가열되면서도, 날개(125)가 토양과 마찰 접촉되면서 종래에 비해 토양이 보다 유연하게 혼합됨으로써, 열탈착 반응되는 토양의 접촉면적이 넓어져 열탈착 반응 효율이 상승되는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 토양의 유기오염물질이 열탈착 반응으로 생성된 고온의 배기가스를 다시 열탈착 반응에 소요되는 열원으로 재순환시킴으로써, 에너지의 비용이 절감되는 장점이 있다.

Description

토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치{Regenerative Thermal Desorption Apparatus for Remedation of Organics-Contaminated Soil}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치의 개략도이고,

도 2는 도 1에 도시된 에너지 회수형 열탈착 장치에서 열탈착 현상이 발생되는 로터리 킬른형 열탈착 몸체를 선 A-A를 따라 나타낸 단면도이고,

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 회수형 열탈착 장치의 개략도이고,

도 4는 도 3에 도시된 에너지 회수형 열탈착 장치에서 열탈착 현상이 발생되는 로터리 킬른형 열탈착 몸체를 선 B-B를 따라 나타낸 단면도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

100 : 에너지 회수형 열탈착 장치

110 : 토양 주입부

120 : 열탈착 몸체

130 : 토양 배출부

140 : 배기가스 가열순환부

144 : 배기가스 재활용관

본 발명은 오염된 토양에 함유된 유기오염물질을 열탈착 반응으로 분리 제거하는 에너지 회수형 열탈착 장치에 관한 것이며, 특히, 로터리 킬른 방식으로 오염된 토양을 열파이프와 재사용되는 배기가스로 가열함으로써 보다 효율적으로 토양의 유기오염물질을 분리 제거하는 에너지 회수형 열탈착 장치에 관한 것이다.

급속한 산업발전 및 인구증가로 인해 환경오염이 사회적 문제로 대두되고 있다. 이런 환경오염은 대기오염, 수질오염, 소음공해, 해양오염, 토양오염 등..여러 가지가 존재하고 있지만, 그 중에서도 토양은 인위적인 증식이 불가능하여 자기 정화능력에 한계가 있기 때문에, 오염물질이 지속적으로 축적되는 특성이 있다. 즉, 토양오염은 산업공정상의 누출, 석유화학제품의 운반 및 유통과정에서 각종 유해폐기물 및 독성폐수가 배출됨으로써, 토양생태계의 파괴 뿐만 아니라 지하수 오염으로 인해 사람에게 직접적인 피해를 줄 수 있다. 그래서, 종래에는 자생력이 없어진 오염된 토양 즉, 오염매체를 여러 수단으로 정화하고자 하는 기술이 개발되었다.

이와 같은 오염된 토양을 정화하는 기술에는 대표적으로 열탈착 처리방법이 있다. 열탈착 처리방법은 오염된 토양에 열에너지를 가하여 토양 세공 속이나 토양 입자들 사이에 존재하는 유기오염물질을 액상 또는 고상으로부터 기상으로 탈착시키는 것으로, 저온 열처리라고도 불리우며 소각에 비해 처리온도가 낮아 에너지 소모가 적고 유기오염물질을 물리적으로 분리시켜 토양 내 유기물을 파괴하지 않아 처리 후 굴착된 지역에 다시 메꿀 수 있는 장점이 있다. 그리고, 열탈착 처리방법은 열탈착기 내부에 제한된 양의 산소를 공급하여 불완전 연소시켜 제한된 소규모 처리에 적합한 직접 가열방식과, 연소반응을 배제시켜 열탈착기의 열원만을 이용하며 대규모 처리에 적합한 간접 가열방식으로 구분된다.

이런 열탈착 처리방법 중 간접 가열방식의 종래기술에 대해 살펴 보면, 대한민국 등록특허공보 제0195687호에 기술된 '유류오염 토양 복원을 위한 가열관이 내삽된 간접 가열식 유동상 장치'가 있다.

상기 종래기술의 간접 가열식 유동상 장치는 유류에 오염된 토양이 토양 공급관을 통해 유동층 내로 공급되고, 200℃ ~ 300℃ 범위 내로 승온되면서 유류가 탈착되면서, 정화된 토양이 토양 배출관을 통해 배출된다. 그리고, 종래기술은 공정 중 비산되는 미세토양이 사이클론을 통해 다시 오염 토양 공급관으로 재공급되거나 정화된 토양 배출관에서 배출되는 토양과 합해져서 배출되도록 구성된다. 또한, 종래기술의 간접 가열식 유동상 장치는 유동층 내의 탈착된 유류(탄화수소)가 탈착가스 배출관을 통해 배출되고, 순환 펌프에 의해 열파괴 시스템으로 공급된다. 그러면, 유동층 내의 탈착된 유류는 열파괴 시스템의 산화 촉매층에서 산화되어 이산화탄소 및 물로 전환되어 폐가스 배출관으로 배출된다.

하지만, 상기 종래기술은 열탈착 시스템의 열발생 부위에선 오염된 토양의 열탈착이 용이하게 이뤄지나, 열발생 부위로부터 멀어질수록 그 열탈착율이 저하되는 현상이 있었다. 즉, 상기 종래기술은 오염된 토양에 열이 골고루 전달되지 않 아서, 시간이 다소 지체되거나 어떤 부위에선 열탈착율이 다소 낮은 문제점이 있어서, 이를 개선할 필요가 있었다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 로터리 킬른(Rotary Kiln) 방식으로 회전하는 열탈착 몸체 내부에 발열체인 열파이프와 날개가 각각 축방향으로 설치됨으로써, 열탈착 몸체 내의 토양이 날개에 의해서 보다 유연하게 유동되면서 종래기술에 비해 보다 효과적으로 열탈착되는 토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치는 로터리 킬른 방식으로 구동되는 열탈착 몸체와, 상기 열탈착 몸체 내부에서 주입되는 오염된 매체를 가열시켜 열탈착 반응을 유도하는 1개 이상의 열파이프들 및, 상기 열탈착 몸체의 내벽에 그 일측이 고정되며 상기 열탈착 몸체의 회전에 따라 상기 오염된 매체와 마찰 접촉하는 날개부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아래에서는 본 발명의 토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 에너지 회수형 열탈착 장치 에서 열탈착 현상이 발생되는 로터리 킬른형 열탈착 몸체를 선 A-A를 따라 나타낸 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 토양 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치(100)는 로터리 킬른(Rotary kiln) 방식으로 구동되며, 그 구성이 토양 주입부(110), 열탈착 몸체(120), 토양 배출부(130), 배기가스 가열순환부(140)로 구분된다.

본 발명에서 처리하는 오염매체인 토양은 다양한 종류일 수 있으나, 그 중에서도 휘발성 유기물질과 유류 오염물질이 주된 처리대상이고, 소각에 비해 처리효율이 상대적으로 낮은 준 휘발성 유기물질도 처리대상이 될 수 있다. 본 발명에서 처리하는 오염매체는 사전에 탈수공정을 통해 수분이 제거되고, 잠재적으로 장치를 손상시킬 수 있는 거친 입자가 선별되도록 2인치 이하의 입자만이 스크린을 통해 선별 사용된다.

본 발명의 토양 주입부(110)에는 연속적으로 일정량씩 토양시료가 공급되는데, 외부로부터의 공기유입을 방지하기 위해서 주입구(111)를 가득 메운 상태로 토양이 공급된다. 그리고, 본 발명은 주입구(111)의 하부에 스크류가 부착되어, 주입된 토양을 열탈착 몸체(120) 내부로 이송시키는데, 스크류의 속도조절기능으로 열탈착 몸체(120)로 이송되는 토양의 주입량이 조정된다.

열탈착 몸체(120)는 수평식 원통형 몸체가 회전 구동되는 로터리 킬른 방식으로서, 킬른각도 및 회전속도가 각각 조절됨으로써, 그 내부로 유입된 토양의 체류시간 및 열탈착량이 변화되도록 제작된다. 이때, 킬른각도는 열탈착 몸체(120) 의 중심 축선이 지면에 대해 기울어진 일정 각도(본 실시예에서는 9°로 제작됨)를 의미한다. 그리고, 열탈착 몸체(120)는 지지체(124)에 의해서 회전 가능하게 지지되며, 그 회전력은 저속모터에 의해 공급된다.

본 발명의 기술적 특징인 열탈착 몸체(120)는 그 내부에 가열된 공기와 오염된 토양이 상호 긴밀하게 접하면서 열탈착 반응이 용이하게 발생되도록, 그 내부에 날개(Flights, 125)가 축방향으로 설치된다. 이런 열탈착 몸체(120)의 구성관계를 살펴보면, 다음과 같다.

즉, 본 발명의 열탈착 몸체(120)는 그 축방향 선단에 제1 축 연결부(121)가 토양 주입구(110)와 연결되고, 제1 축 연결부(121)의 내부를 통해 토양 주입구(110)에서 운반된 토양이 열탈착 몸체(120)의 내부로 유입된다. 이때, 제1 축 연결부(121)는 그 단면 중심에 배기가스 공급관(122)이 형성되어, 열탈착 반응과정에서 발생된 배출가스가 배기가스 공급관(122)으로 다시 주입되게 구성된다. 이런 배기가스 공급관(122)은 열탈착 몸체(120)의 내부까지 축선상으로 연장 설치된다.

그리고, 본 발명의 열탈착 몸체(120)를 보다 자세하게 살펴보면, 도 2의 단면도와 같다. 즉, 열탈착 몸체(120)는 원통형 단면 중심인 축선상에 배기가스 공급관(122)이 위치하고, 그 원주방향 외측에 1개 이상의 열파이프(123)들이 각각 배열 설치된다. 이런 열파이프(123)는 전원의 공급에 따라 발열함으로써, 열탈착 몸체(120)의 내부로 유입된 토양을 가열시켜 토양과의 열탈착 반응을 유도한다.

그리고, 본 발명의 날개(125)는 열탈착 몸체(120)와의 긴밀한 결합을 위해서 열탈착 몸체(120)의 내벽 원주면을 따라 하나 이상이 결합 고정된다. 즉, 본 발명 의 날개(125)는 그 단면형상이 L형강으로 그 단면의 일측이 열탈착 몸체(120)의 내벽에 고정되고, 단면의 타측이 열탈착 몸체(120)의 회전시 토양과 마찰하면서 토양을 섞어주는 역할을 한다. 그리고, 본 발명의 날개(125)는 단면의 타측 끝단이 약간 휘어져, 부딪치는 토양이 보다 유연하게 유동되도록 형성된다. 다시 말해, 본 발명의 날개(125)는 열탈착 몸체(120)의 회전에 따라 몸체 하부에 위치한 토양을 밀어 올리다가, 몸체 상부의 어느 지점에서 토양이 자중에 의해 아래측으로 이동되도록 한다.

그러면, 본 발명은 열탈착 몸체(120) 내에 조밀하게 주입된 토양이 열파이프(123)에 양호하게 접하면서도, 열탈착 몸체(120)의 회전에 따라 토양이 날개(125)의 작동에 의해 종래에 비해 보다 유연하게 혼합된다. 이로 인해서, 본 발명은 열파이프(123)에서 발생된 열이 열탈착 몸체(120) 내부의 토양에 전체적으로 골고루 열전달되어, 오염된 토양이 보다 효과적으로 열탈착 반응될 수 있는 여건을 제공한다.

본 발명의 열탈착 몸체(120)는 그 축방향 하단에 제2 축 연결부(126)가 설치되는데, 열탈착 몸체(120)와 제2 축 연결부(126)는 선단에 위치한 제1 축 연결부(121)와 동일하게 접촉부위가 트러니언에 의해 베어링 결합된다. 그리고, 제2 축 연결부(126)는 토양 배출부(130)와 연결되며, 열탈착된 토양을 토양 배출부(130)로 이송하는 연결통로 역할도 한다.

본 발명의 토양 배출부(130)는 열탈착 반응으로 정화된 토양이 배출되는 곳이면서, 열탈착 반응과정에서 발생된 가스가 분리되어 배기가스 가열순환부(140)로 송부되는 부분이다. 그리고, 토양 배출부(130)에는 정화된 토양 또는 배기가스의 온도를 측정하는 온도센서(Thermocouple, 131)가 부착되는데, 이런 온도센서(131)에서 측정된 자료는 본 발명 장치를 구동 제어하는 요소로 활용된다.

본 발명의 배기가스 가열순환부(140)는 후 연소기(141)와 가열부(142)에서 토양 배출부(130)로부터 유입된 배기가스를 분해 산화시킴으로써, 배기가스에 포함된 유해한 성분(일예로 다이옥신과 같은 전구물질들) 및 유류 성분들을 제거하기 위한 장치이다. 오염된 토양에 함유된 다이옥신과 같은 전구물질들은 열탈착 몸체(120) 내의 높은 온도에서 분해 또는 산화되었다가, 배기가스 온도가 낮아지면서 토양 내의 중금속을 촉매제로 재합성될 수 있다. 따라서, 본 발명은 배기가스 가열순환부(140)의 후 연소기(141)에서 엘피지(LPG)와 공기를 이용해 1000℃에 가까운 초고온도로 배기가스를 1차적으로 분해 산화시키고, 열선이 감긴 가열부(142)에서 배기가스를 재차 처리함으로써, 배기가스의 유해한 성분들이 이산화탄소 또는 물과 같은 유기물로 전환될 수 있다.

그리고, 본 발명은 배기가스 가열순환부(140)에 아이디 팬(I.D Fan)이 설치되어, 열탈착 몸체(120) 내의 배기가스가 배기가스 가열순환부(140)로 지속적으로 공급되게 구성된다.

또한, 본 발명은 배기가스가 배출되는 가열부(142)의 하류측에 냉각기가 설치될 수도 있다. 이런 냉각기는 배기가스 가열순환부(140)에서 열산화된 배기가스 내에 다이옥신과 같은 유해물질이 생성되었는지를 확인하기 위해 설치되는 것으로, 2차 산화기인 가열부(142)를 통과한 배기가스(약 800℃ ~ 900℃)가 냉각기에서 200 ℃ 까지 저온화됨으로써, 다이옥신과 같은 유해물질의 생성여부를 샘플링 검사방법으로 확인할 수 있다.

그리고, 본 발명은 배기가스 가열순환부(140)의 가열부(142)를 통과한 배기가스 중 일부가 배기가스 재활용관(144)을 통해 열탈착 몸체(120)의 내부로 공급되도록, 배기가스 재활용관(144)이 가열부(142)와 제1 축 연결부(121) 사이에 연결된다. 구체적으로는 배기가스 재활용관(144)이 제1 축 연결부(121)의 단면 중심에 위치하는 배기가스 공급관(122)에 연결된다. 이런 구성으로 인해서, 본 발명은 배기가스가 열탈착 몸체(120) 내의 토양을 가열시키는 열원으로 재이용된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 회수형 열탈착 장치의 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 에너지 회수형 열탈착 장치에서 열탈착 현상이 발생되는 로터리 킬른형 열탈착 몸체를 선 B-B를 따라 나타낸 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 본 발명에 따른 토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치(100')는 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한 열탈착 장치와 비교할 때, 로터리 킬른 방식으로 작동되면서 오염된 토양이 열탈착반응에 의해 처리되는 기본 구성이 동일하지만, 배기가스 공급공간(128)이 열탈착 몸체(120)의 단면 중심이 아닌 그 원주상의 내벽과 외벽 사이에 형성되는 구조가 다를 뿐이다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열탈착 장치는 열탈착 몸체(120)의 내벽과 외벽이 이격된 상태로서, 그 사이의 배기가스 공급공간(128)에 배기가스가 열원으로 공급되며, 이를 위해 배기가스 재활용관(144)이 열탈착 몸체(120)의 외벽에 연결된다. 이때, 본 발명의 열탈착장치(100')는 내벽이 회전 구동됨으로, 배기가스 재활용관(144)이 열탈착 몸체(120)의 회전구동을 간섭하지 않는다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치는 열탈착 몸체 내부에서 오염된 토양이 열파이프에 의해 가열되면서도, 날개가 토양과 마찰 접촉되면서 종래에 비해 토양이 보다 유연하게 혼합됨으로써, 열탈착 반응되는 토양의 접촉면적이 넓어져 열탈착 반응 효율이 상승되는 장점이 있다

이상에서 본 발명에 따른 토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

로터리 킬른 방식으로 구동되는 열탈착 몸체와, 상기 열탈착 몸체 내부에서 주입되는 오염된 매체를 가열시켜 열탈착 반응을 유도하는 1개 이상의 열파이프들을 포함하는 에너지 회수형 열탈착 장치에 있어서,

상기 열탈착 몸체의 내벽에 그 일측이 고정되며, 상기 열탈착 몸체의 회전에 따라 상기 오염된 매체와 마찰 접촉하는 날개부재를 포함하고;

상기 날개부재는 상기 열탈착 몸체의 내주면을 따라 1개 이상이 배열 설치되는 것을 특징으로 하는 토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 날개부재는 L형강 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 열탈착 몸체의 축선상에는 열탈착 반응 후에 배출되는 배기가스가 열원으로 재사용되도록 배기가스 공급관이 설치되며, 상기 배기가스 공급관에는 상기 배기가스의 배출통로인 배기가스 재활용관이 연결되는 것을 특징으로 하는 토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 열탈착 몸체는 회전하는 내벽과 상기 내벽과 이격된 외벽을 포함하며, 상기 열탈착 몸체의 내벽과 외벽 사이의 공간은 열탈착 반응 후에 배출되는 배기가스가 열원으로 재사용되도록 배기가스 공급공간으로 활용되며, 상기 열탈착 몸체의 외벽에는 상기 배기가스의 배출통로인 배기가스 재활용관이 연결되는 것을 특징으로 하는 토양의 유기오염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치.