KR100800025B1 - 음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화처리방법 - Google Patents

음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화처리방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100800025B1
KR100800025B1 KR1020070013416A KR20070013416A KR100800025B1 KR 100800025 B1 KR100800025 B1 KR 100800025B1 KR 1020070013416 A KR1020070013416 A KR 1020070013416A KR 20070013416 A KR20070013416 A KR 20070013416A KR 100800025 B1 KR100800025 B1 KR 100800025B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wet
food waste
carbonization
reactor
carbide
Prior art date
Application number
KR1020070013416A
Other languages
English (en)
Inventor
차진명
배진열
문철현
송인지
Original Assignee
비앤이테크(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비앤이테크(주) filed Critical 비앤이테크(주)
Priority to KR1020070013416A priority Critical patent/KR100800025B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100800025B1 publication Critical patent/KR100800025B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
    • C10B49/02—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음식물 쓰레기를 고체 연료로 사용 가능한 고열량의 탄화물로 생성할 수 있으며, 습식탄화 과정에서 발생되는 악취문제를 해결할 수 있는 음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화 처리방법에 관한 것이다.
본 발명의 음식물 쓰레기의 습식탄화장치는 음식물쓰레기를 습식탄화시켜 고체 탄화물을 얻기 위한 음식물 쓰레기의 습식탄화장치에 있어서, 상기 음식물쓰레기가 저장되는 음식물 저장조(10)와, 상기 음식물 저장조(10)로부터 음식물을 제공받아 습식탄화반응으로 음식물 쓰레기를 습식탄화시키는 습식탄화 반응기(20)와, 상기 습식탄화 반응기(20)에 연결되어 습식탄화시 필요한 열원을 공급하는 버너(30)와, 상기 습식탄화 반응기(20)에 연결되어 습식탄화 반응으로 생성된 탄화물의 온도를 감소시키기 위한 냉각수단과, 상기 냉각수단을 거친 탄화물을 탈수시키기 위한 필터(40) 및 상기 필터(40)의 후단에 연결되어 탈수된 탄화물을 건조시키는 건조기(45)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
음식물 쓰레기, 습식탄화 반응기, 교반기, 건조기, 수증기회수 저장통, 고체 탄화물

Description

음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화 처리방법{HUMID CARBONIZATION DEVICE OF FOOD WASTE AND HUMID CARBONIZE METHOD BY USING A CARBONIZATION DEVICE}
도 1은 본 발명에 의한 음식물 쓰레기의 습식탄화장치를 보인 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 의한 음식물 쓰레기의 습식탄화장치의 연결상태를 보인 블록도,
도 3은 본 발명에 의한 탈수기가 구비된 상태의 습식탄화장치를 보인 블록도,
도 4는 본 발명에 의한 습식탄화 반응기의 블록도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10: 음식물 저장조 11: 저장호퍼
12: 컨베이어 13: 투입호퍼
20: 습식탄화 반응기 21: 교반기
22: 단열자켓 23: 압력계
24: 압력밸브 25: 온도센서
26: 제어부 30: 버너
31: 펌프 32: 오일저장통
35: 쿨러(Cooler) 36: 냉각수유도관
40: 필터 45: 건조기
46: 탄화물호퍼 47: 건조기몸체
48: 탄화물컨베이어 49: 탄화물 저장조
50: 수증기회수 저장통
본 발명은 음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음식물 쓰레기를 고체 연료로 사용 가능한 고열량의 탄화물로 생성할 수 있으며, 습식탄화 과정에서 발생되는 악취문제를 해결할 수 있는 음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화 처리방법에 관한 것이다.
산업사회의 발전과 인구의 증가에 따라 폐기물 및 각종 환경오염물질이 대량으로 발생하고 있으며, 이에 따라 막대한 사회적, 경제적 손실을 가져오고 있다.
이러한 자연의 정화 능력을 초과한 폐기물이 발생하게 되면서 인간의 건강과 주위환경에 영향을 미치는 폐기물의 관리와 처리가 점차 중요한 문제로 대두되었다. 우리나라도 급속한 경제성장과 이에 따른 소득 증가로 소비수준의 향상이 이루어졌고, 그 결과 시민들이 일상생활에서 배출하는 생활폐기물의 양이 크게 증가하 였으며, 증가되는 생활폐기물의 처리를 위해 추가적인 매립장의 확보, 소각장의 건립이 필요하게 되었다.
식량자원이 부족한 우리나라의 경우 과다한 음식물 쓰레기의 발생은 식량자원의 낭비와 함께 음식문화의 특성상 수분함량이 높아 쉽게 부패되어 악취와 오수가 발생되며 매립 시에는 다량의 침출수가 흘러나와 지하수 오염과 같은 2차 환경오염을 유발시키며 침출수를 처리하는데 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 소각시에도 수분이 많아 소각효율이 떨어지기 때문에 보조연료를 사용해야 하는 등의 문제점이 있다.
특히 수도권 매립지의 침출수와 악취 문제로 인해 1997년 폐기물관리법에 직매립 금지조치가 설정되었으며, 2005년 1월 1일부터 음식쓰레기의 직매립이 전면 금지되었다. 음식물 쓰레기 재활용률은 1997년 9.7%에서 2000년 45.1%, 2002년 말 약 62%로 계속적으로 증가하고 있으며 이중 퇴비화사료화가 전체의 약 85% 정도를 차지하고 있다.
그러나 퇴비화사료화의 경우 처리기간이 길고, 필요한 부지면적이 크고, 재활용 과정에서 악취가 발생하며, 경제성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 특히 사료화의 경우에 광우병 파동 이후 반추동물의 동물성 사료 사용 금지조치로 인해 생산된 사료를 퇴비의 원료로 사용하고 있는 상황이다.
음식물 쓰레기와 같이 함수율이 높고 자체 유기물 함량이 높은 폐기물은 탈수효율을 높이면 감량화를 통해 처리비용을 절감할 수 있으며, 메탄화 또는 열처리 과정을 통해 에너지를 생성할 수 있는 이점이 있기 때문에 이에 대한 많은 연구가 이루어져 왔으나, 현재 많은 문제점이 나타나고 있다.
상기 메탄화의 경우 음식물 쓰레기를 처리하는 과정에서 에너지원으로 사용 가능한 메탄가스가 생성되고 처리 후 생성되는 슬러지의 생산량이 적으며, 장기간의 처리시간을 통해 슬러지나 폐수내의 병원균을 죽일 수 있지만, 처리시간이 길어 시설비가 높으며, 처리과정에서 악취가 발생해 이에 대한 대비가 필요하며, 메탄화 미생물이 온도, 용존 산소량(dissolved oxygen) 및 수소지수(pH)와 같은 환경조건에 민감하기 때문에 운전이 어려운 단점이 있다.
열처리에 의한 방법은 건조 후 소각 또는 재이용하는 기술이 있는데, 처리의 안정성이 높은 소각의 경우에 소각 대상 폐기물의 함수율이 60% 미만이어야 하고, 재이용을 위해서도 함수율이 20% 미만이 되어야 하기 때문에 건조과정이 반드시 필요하지만, 건조공정은 수분을 증발시키기 위한 높은 기화열을 필요로 하게 되고, 이를 위해 400℃ 이상의 외부 열풍에 의존하는 에너지 다소비 공정이며, 특히 건조 과정에서 발생하는 악취문제는 주변 민원의 상당부분을 차지하고 있어 처리시설의 설비 반대를 위한 지역 NIMBY(Not In My Back Yard) 현상의 주요 원인이 되고 있다.
또한, 음식물 쓰레기의 성상을 보면 에너지원으로 사용될 수 있는 휘발분 및 고정탄소 함량이 13%로 상당히 높아 연료화 가능성이 상당히 높으며, 1970년대 이후 하수슬러지, 음식물 쓰레기, 농촌 부산물과 같은 폐기물을 연료화ㆍ자원화하기 위한 열분해 처리기술이 개발되어 왔다. 열분해 처리기술은 무산소 또는 저산소 조건에서 유기물에 열을 가할 때 유기물이 에너지로 전환되는 기술로써 흡열반응이기 때문에 에너지 손실량이 적고, 소각과 달리 외부 공기의 주입이 없어 발생되는 악취 배출량이 적어 대기오염이 적은 장점이 있다.
열분해 처리기술은 폐기물의 수분 함유량에 따라 건식열분해 공정과 습식열분해 공정으로 구분될 수 있다. 건식열분해 공정은 폐기물의 수분을 탈수 및 건조과정을 거쳐 제거시킨 후 열분해 공정을 통해 에너지원으로 회수하는 기술로 에너지 회수시 생성되는 응축수 발생량이 적어 응축수 처리비용이 적게 들고, 운전이 상대적으로 용이한 장점이 있으나 일반적으로 350 ~ 750 ℃의 온도조건에서 대기압 수준의 압력하에서 반응이 진행됨에 따라 에너지 다소비 공정인 건조공정이 필요하고, 건조과정에서 발생되는 다량의 악취가스를 처리해야 하는 문제가 있다.
습식열분해 공정은 탈수 및 건조과정과 같이 별도의 수분제거 과정 없이도 열분해 할 수 있는 기술로서, 에너지 다소비 공정인 건조공정이 필요 없고, 열분해 과정에서 폐기물의 유기물 손실이 매우 적어 처리 후 생성된 고체 탄화물의 에너지 함유량이 높은 장점이 있으나 반응온도가 상승함에 따라 물의 포화수증기압 만큼 반응압력도 상승하게 됨에 따라 반응기의 압력이 필요이상으로 상승하게 되어 초기 설계 및 제작비용이 증가하고 열분해 후 생성되는 응축수의 양이 다량인 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 음식물 쓰레기를 고체 연료로 사용 가능한 고열량의 탄화물로 생성함과 아울러 습식탄화 시 적절하게 가열 및 가압하여 에너지 손실을 최소화할 수 있으며, 고체 탄화물의 건조 시 습식탄화 반응에서 배출되는 고온의 수증기를 열원으로 사용함에 따라 건조에 소요되는 에너지를 절감할 수 있으며, 특히 악취가 다량 발생되는 건조공정이 없고 밀폐형 반응기의 사용으로 습식탄화 반응시 발생되는 악취를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 대기로의 확산을 방지할 수 있으며, 이에 따라 밀폐공간 내부의 공기만을 포집하여 용이하게 악취를 제거할 수 있는 음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화 처리방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 음식물쓰레기를 습식탄화시켜 고체 탄화물을 얻기 위한 음식물 쓰레기의 습식탄화장치에 있어서, 상기 음식물쓰레기가 저장되는 음식물 저장조(10)와, 상기 음식물 저장조(10)로부터 음식물을 제공받아 습식탄화반응으로 음식물 쓰레기를 습식탄화시키는 습식탄화 반응기(20)와, 상기 습식탄화 반응기(20)에 연결되어 습식탄화 시 필요한 열원을 공급하는 버너(30)와, 상기 습식탄화 반응기(20)에 연결되어 습식탄화 반응으로 생성된 탄화물의 온도를 감소시키기 위한 냉각수단과, 상기 냉각수단을 거친 탄화물을 탈수시키기 위한 필터(40) 및 상기 필터(40)의 후단에 연결되어 탈수된 탄화물을 건조시키는 건조기(45)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 음식물 저장조(10)는 습식탄화하고자 하는 음식물 쓰레기가 저장되는 저장호퍼(11)와, 상기 저장호퍼(11)에 저장된 음식물 쓰레기를 이송시키기 위한 컨베이어(12)와, 상기 컨베이어(12)에 연결되어 상기 습식탄화 반응기(20)로 음식물 쓰레기를 투입하기 위한 투입호퍼(13)로 구성되고, 상기 습식탄화 반응기(20)의 내부에는 투입된 음식물 쓰레기의 성상을 일정하게 해주기 위한 교반 기(21)가 구비되고, 외부에는 상기 버너(30)로부터 열을 전달받아 상기 습식탄화 반응기(20)를 가열하도록 감싸여지는 단열자켓(22)이 구비되고, 상기 습식탄화 반응기(20)의 반응압력과 반응온도 및 반응시간을 조절하기 위한 제어부(26)가 더 구비된 것이 바람직하다.
또한, 상기 투입호퍼(13)에는 상기 습식탄화 반응기(20)로 투입되는 음식물을 탈수시켜 음식물 쓰레기의 량을 감소시키도록 탈수기(60)가 더 구비된 것이 바람직하다.
이때, 상기 건조기(45)는 일측에 상기 필터(40)를 통해 탈수되어 배출되는 탄화물이 저장되는 탄화물호퍼(46)와, 상기 탄화물호퍼(46)에 연결되고 내부에 탄화물컨베이어(48)가 내장된 건조기몸체(47)로 구성되고, 상기 건조기몸체(47)에는 열원을 공급하여 탄화물을 건조시키도록 상기 습식탄화 반응기(20)에 연결되어 배출되는 고온의 수증기를 회수하는 수증기회수 저장통(50)이 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 습식탄화 반응기(20)에는 내부의 압력이 설정된 압력을 초과하는 경우에, 내부의 압력을 측정하도록 설치된 압력계(23)의 지시값에 따라 개폐되는 압력밸브(24)가 구비되어 고온의 수증기가 배출되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 습식탄화 반응기(20)의 반응온도는 100~250℃이고, 반응압력은 1~40atm이며, 반응시간은 30~120분 동안 가열되고, 상기 습식탄화 반응기(20)를 통해 습식탄화 처리되어 생성된 고체 탄화물의 열량은 6㎉/g 이상인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 음식물 쓰레기의 습식탄화방법은 음식물쓰레기를 습식탄화시켜 고체 탄화물을 얻기 위한 음식물 쓰레기의 습식탄화방법에 있어서, 음식물 쓰레기를 컨베이어(12)를 이용하여 습식탄화 반응기(20)에 투입하는 반응기투입단계와; 상기 습식탄화 반응기(20)에 투입된 음식물 쓰레기를 파쇄시키면서 음식물 쓰레기에 포함되어 있는 수분의 포화수증기압을 이용하여 중온 및 고압에서 음식물 쓰레기를 습식탄화시키는 습식탄화단계와, 상기 단계를 거쳐 습식탄화되어 생성된 탄화물의 온도를 감소시킨 후 상기 탄화물에 포함되어 있는 수분을 탈수시키는 냉각 및 탈수단계와, 탈수된 탄화물을 건조기(45)에 투입시켜 이송시키면서 건조시키되, 상기 건조기(45)의 열원은 상기 습식탄화 반응기(20)에서 배출되는 고온의 수증기를 이용하여 건조시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화 처리방법를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 음식물 쓰레기의 습식탄화장치를 보인 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 음식물 쓰레기의 습식탄화장치의 연결상태를 보인 블록도이며, 도 3은 본 발명에 의한 탈수기가 구비된 상태의 습식탄화장치를 보인 블록도이고, 도 4는 본 발명에 의한 습식탄화 반응기의 블록도이다.
상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 음식물 쓰레기의 습식탄화장치는 음식물쓰레기를 습식탄화시켜 고체 탄화물을 얻기 위한 것으로, 상기 음식물 쓰레기가 저장되는 음식물 저장조(10)와, 상기 음식물 저장조(10)로부터 음식물을 제공받아 습식탄화반응으로 음식물 쓰레기를 습식탄화시키는 습식탄화 반응기(20)와, 상기 습식탄화 반응기(20)에 연결되어 습식탄화시 필요한 열원을 공급하는 버너(30)와, 상기 습식탄화 반응기(20)에 연결되어 습식탄화 반응으로 생성된 탄화물의 온도를 감소시키기 위한 냉각수단과, 상기 냉각수단을 거친 탄화물을 탈수시키기 위한 필터(40) 및 상기 필터(40)의 후단에 연결되어 탈수된 탄화물을 건조시키는 건조기(45)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 음식물 저장조(10)는 악취의 발생 및 확산을 예방하도록 외부와 차단되는 밀폐형으로 형성되는 것으로, 습식탄화하고자 하는 음식물 쓰레기가 저장되는 저장호퍼(11)와, 상기 저장호퍼(11)에 저장된 음식물 쓰레기를 이송시키기 위한 컨베이어(12)와, 상기 컨베이어(12)에 연결되어 상기 습식탄화 반응기(20)로 음식물 쓰레기를 투입하기 위한 투입호퍼(13)로 구성되고, 상기 습식탄화 반응기(20)의 내부에는 투입된 음식물 쓰레기의 성상을 일정하게 해주기 위한 교반기(21)가 구비되고, 외부에는 상기 버너(30)로부터 열을 전달받아 상기 습식탄화 반응기(20)를 가열하도록 감싸여지는 단열자켓(22)이 구비되고, 상기 습식탄화 반응기(20)의 반응압력과 반응온도 및 반응시간을 조절하기 위한 제어부(26)가 더 구비된다.
또한, 도 3에서와 같이 상기 투입호퍼(13)에는 상기 습식탄화 반응기(20)로 투입되는 음식물을 탈수시켜 음식물 쓰레기의 량을 감소시키도록 탈수기(60)가 더 구비될 수 있다.
즉, 음식물을 상기 습식탄화 반응기(20)로 투입하기 전에 상기 탈수기(60)를 이용하여 탈수시키게 되면, 음식물 쓰레기의 량은 감소하게 되어 효과적으로 습식탄화시킬 수 있으며, 이 경우 상기 습식탄화 반응기(20)의 크기를 감소시킬 수 있어 제작비용 등의 제반비용을 절감시킬 수 있게 된다.
상기 교반기(21)는 습식탄화 반응의 효율을 높이고 생성된 고체 탄화물의 성상을 균일하게 해주기 위한 것으로, 중심축이 상기 습식탄화 반응기(20)의 상부 내측에 중앙부에 결합되고, 중심축을 기준으로 주연부에 다수개의 날개편(미부호)이 구비되어 있다.
상기 버너(30)는 상기 단열자켓(22)에 열을 계속하여 공급하도록 펌프(31)가 구비되고, 별도의 오일저장통(32)이 구비되어 있으며, 상기 단열자켓(22)에 양측이 연결되어 가열된 열이 일측으로 공급된 후 타측으로 다시 유입되도록 연결되어 있다.
즉, 상기 습식탄화 반응기(20)의 가열은 버너(30)를 통해 가열된 오일을 통해 이루어지는 것으로, 상기 오일은 오일저장통(32)에 저장되어 있으며, 보충이 필요할 경우 상기 버너(30)로 유입된다. 상기 버너(30)를 통해 가열된 오일은 펌프(31)를 통해 상기 습식탄화 반응기(20)를 감싼 상태로 설치되어 있는 단열자켓(22)으로 유입되어 상기 습식탄화 반응기(20)를 가열시시킨 후 상기 버너(30)로 유입되어 재가열되는 것이다.
한편, 상기 습식탄화 반응기(20)의 상부에는 내부의 압력을 측정하기 위한 압력계(23)가 구비되어 있고, 내부 온도를 측정하기 위한 온도센서(25)가 설치되어 있으며, 내부의 압력이 설정된 압력을 초과하는 경우에 고온의 수증기를 외부로 배출하도록 상기 압력계(23)의 지시값에 따라 개폐되는 압력밸브(24)가 구비되어 있다.
즉, 상기 압력밸브(24)는 상기 습식탄화 반응기(20)의 내부 압력이 일정 이상이 되는 경우에 개방되어 습식탄화 반응기(20) 내부의 수증기를 외부로 배출시키고, 일정 압력에 도달하지 않았을 경우에 폐쇄되어 습식탄화 반응기(20) 내부의 포화수증기에 의해 압력이 상승할 수 있도록 함으로써 상기 습식탄화 반응기(20) 내부의 압력을 조절하기 위한 것으로서, 상기 압력밸브(24)의 개방으로 배출되는 고온의 수증기는 상기 건조기(45)의 열원으로 사용되도록 후술되는 수증기회수 저장통(50)에 저장된다.
상기 냉각수단은 상기 습식탄화 반응기(20)의 저부에 연결되어 배출되는 탄화물을 냉각시키기 위한 쿨러(35)인 것으로서, 내부에 코일형상으로 냉각수유도관(36)이 구비되어 일측으로 주입되는 냉각수가 타측으로 배출되도록 함으로써 냉각시키도록 한다.
여기서, 상기 건조기(45)는 일측에 상기 필터(40)를 통해 탈수되어 배출되는 탄화물이 저장되는 탄화물호퍼(46)와, 상기 탄화물호퍼(46)에 연결되고 내부에 탄화물컨베이어(48)가 내장된 건조기몸체(47)로 구성되고, 상기 건조기몸체(47)에는 열원을 공급하여 탄화물을 건조시키도록 상기 습식탄화 반응기(20)에 연결되어 배출되는 고온의 수증기를 회수하는 수증기회수 저장통(50)이 연결되어 있다.
상기 수증기회수 저장통(50)은 상기 압력밸브(24)의 개방으로 배출되는 고온 의 수증기를 필요시 상기 건조기(45)의 열원으로 사용되도록 일시적으로 저장하기 위하여 구비된 것으로, 건조시 필요한 별도의 열원을 사용하지 않고도 상기 습식탄화 반응기(20)에서 배출되는 고온의 수증기를 이용하여 건조시킬 수 있게 된다. (미설명 부호 51은 습식탄화 반응과정을 통해 유출될 수 있는 응축수 및 침출수의 포집을 위한 드레인밸브이다.)
특히, 본 발명의 상기 습식탄화 반응기(20)로 투입된 음식물 쓰레기는 반응온도 100~250℃, 반응압력 1~40atm에서 30~120분 동안 가열되는 것으로, 반응과정에서 음식물 쓰레기 중에 포함된 수분이 기화될 때 소요되는 기화에너지의 소요가 최대한 억제될 수 있도록 상기 습식탄화 반응기의 반응온도와 반응압력을 조절하여 중온, 고압 조건에서 습식열분해시켜 열량이 6㎉/g 이상인 고체 탄화물을 얻는 것이다.
즉, 본 발명은 습식탄화 반응기(20)의 반응온도, 반응압력, 반응시간을 조절하여 상기 습식탄화 반응기(20)에 투입된 음식물 쓰레기에 포함되어 있는 수분의 기화온도를 상승시켜 기화에너지의 소요를 최소화시키는 동시에 배출되는 포화수증기의 양을 최소한으로 조절함으로써 음식물 쓰레기의 습식탄화에 소요되는 전체 에너지 비용을 절감시킨 가운데 음식물 쓰레기를 습식열분해시켜 고체 탄화물로 생성시킬 수 있도록 하는 것이다. 이를 아래의 표 1을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
반응온도(℃) 포화수증기압(atm) 기화에너지(cal/g)
100 1 539
150 4.7 505
200 14.82 463
250 39.26 409
상기 표 1에서와 같이, 밀폐된 습식탄화 반응기(20)에서 반응온도가 증가함에 따라 포화 수증기압은 증가하고 기화에너지는 감소하는 것을 볼 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 음식물쓰레기를 습식탄화시켜 고체 탄화물을 얻기 위한 방법으로서, 음식물 쓰레기를 컨베이어(12)를 이용하여 습식탄화 반응기(20)에 투입한 후 음식물 쓰레기를 파쇄시키면서 음식물 쓰레기에 포함되어 있는 수분의 포화수증기압을 이용하여 중온 및 고압에서 음식물 쓰레기를 습식탄화시킨다.
그리고, 습식탄화되어 생성된 탄화물의 온도를 감소시킨 후 상기 탄화물에 포함되어 있는 수분을 탈수시킨 다음 탈수된 탄화물을 건조기(45)에 투입시켜 이송시키면서 건조시키되, 상기 건조기(45)의 열원은 상기 습식탄화 반응기(20)에서 배출되는 고온의 수증기를 이용하여 건조시켜 열원으로 사용이 가능한 고체탄화물을 생성한다.
이때, 상기 습식탄화를 위한 습식탄화 반응기(20)는 밀폐된 상태에서 운전되며, 반응압력이 정해진 압력을 초과하는 경우에 압력밸브(24)를 통해 외부로 배출됨에 따라 악취발생의 주원인인 대기 확산을 사전에 예방할 수 있게 되며, 외부의 과잉공기 주입이 필요없어 발생되는 악취가스량을 획기적으로 감소시킬 수 있게 된다.
상기 습식탄화 반응에 의해 생성된 고체 탄화물은 발열량이 6㎉/g 이상이고, 중금속, 황 등 환경오염물질의 함유량이 매우 적어 고체연료로 사용이 가능하며, 본 발명의 습식탄화 반응기의 열원으로도 재사용이 가능하다.
상기 습식탄화 반응의 실시예로서 습식탄화 반응기(20)의 반응온도와 반응압력의 적절한 조절은 반응온도를 100 ~ 250℃의 온도로 설정하고, 각 설정온도에 해당하는 물의 포화수증기압(예를 들어 100 ℃일 때 1 atm, 150 ℃일 때 4.7 atm, 200 ℃일 때 14.82 atm, 250 ℃일 때 39.26 atm 등)을 적합하게 설정하여 수증기를 반응기 밖으로 배출시킴으로써 습식탄화 반응기(20) 내부의 반응압력이 필요이상으로 증가하지 않도록 조절한다. 그러나 상기 포화수증기가 습식탄화 반응기(20)로부터 배출될 때 기화에너지 소비가 발생하므로 너무 많은 포화수증기의 배출이 발생되지 않도록 반응압력에 대한 적절한 조절이 필요하다.
한편, 습식탄화 반응시 음식물 쓰레기의 열적 특성을 살펴보면, 가열 후 120℃까지 전체의 약 77% 정도의 감량이 발생하고, 상기 온도 범위에서 음식물 쓰레기에 포함되어 있는 표면수 및 내부결합수가 고형물과 분리되어 증발된다. 또한 300℃ 이상이 되면 질량손실이 거의 발생하지 않아 300℃ 이하에서 유기물질의 손실 및 탄화반응이 진행되는 것이다.
통상 밀폐공간이 아닌 즉, 대기압 하(1 atm)에서 수분은 100℃ 기화되기 시작하며 기화가 완료되기 전까지 즉, 과열수증기(superheated steam)가 되기 전까지는 많은 에너지가 투입되어도 기화에너지로 소모되어 온도의 상승이 발생하지 않는다. 그러나 습식탄화 반응기(20)를 이용해 반응기 내부의 압력 즉, 포화수증기압을 4.7 atm, 14.82 atm, 39.26 atm 등으로 변화시켜주면 각각 150 ℃, 200 ℃, 250 ℃까지 기화에너지가 필요하지 않게 되어 기화에너지로 소비되는 에너지 없이 수분의 온도를 상승시킬 수 있어 에너지 효율성을 높일 수 있게 되는 것이다. 따라서 습식탄화 반응기(20) 내부의 포화수증기압을 적절한 수준으로 높여 조절하면 기화에너지로 소비되는 에너지량을 감소시킬 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있다. 또한 적절한 포화수증기압의 조절은 필요 이상으로 습식탄화 반응기의 내부압력이 상승하는 것을 방지해 상기 습식탄화 반응기의 초기 설계 및 제작비용을 절약할 수 있게 되는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 살펴보면, 음식물 쓰레기는 저장호퍼(11)에 저장된 후 모터에 의해 구동되는 컨베이어(12)에 의해 투입호퍼(13)로 이송되어 투입호퍼(13)를 통해 습식탄화 반응기(20) 내부로 투입된다. 이때, 상기 음식물 쓰레기는 건조 및 탈수와 같은 전처리 공정을 거치지 않아 80% 이상의 함수율을 지니고 있는 상태이다.
상기 습식탄화 반응기(20)의 내부로 투입된 음식물 쓰레기는 교반기(21)에 의해 교반되어 짐과 아울러 탄화되는데, 이때 반응온도 및 압력은 운전방법에 따라 다양하게 조절될 수 있으나 상기 습식탄화 반응기(20) 내부의 압력은 해당온도의 포화수증기압 이하 즉, 200℃일 경우 14.82 이하, 250℃일 경우 39.26 kPa 이하로 조절하여 상기 습식탄화 반응기(20) 내부의 압력을 감소시키도록 하되, 반응온도가 200℃일 경우 10 ~ 12atm, 250℃일 경우 30 ~ 35atm이 되도록 조절하는 것이 에너지 효율 면에서 바람직하다.
상기 습식탄화 반응이 종료된 후 습식탄화 반응기(20) 내부에 있는 슬러리(slurry) 상의 고체 탄화물은 외부로 배출된 후 쿨러(35)를 통과하면서 온도가 떨어지게 되고, 상기 쿨러(35)를 통해 냉각된 슬러리(slurry) 상의 고체 탄화물은 필터(40)로 유입되어 탈수된 후 탄화물호퍼(46)로 유입된 후 탄화물컨베이어(48)로 이송되면서 건조된 후 탄화물 저장조(49)에 저장된다.
아래의 표 2는 함수율이 80%인 음식물 쓰레기 600g을 150 ~ 300℃의 반응온도에서 반응시간을 1시간으로 고정하고 습식탄화 반응시켜 생성된 고체 탄화물의 열량을 나타내는 것이다.
반응온도(℃) 열량(㎈/g) 총열량(㎉)
150 5869.4 859.3
160 5983.2 868.8
170 6105.3 875.0
180 6401.3 898.7
190 6629.3 922.8
200 6711.1 942.2
210 6887.5 957.3
220 6958.2 955.2
230 7049.6 951.9
240 7129.2 948.4
250 7298.4 943.3
300 7795.4 940.1
상기 표 2를 보면, 습식탄화 반응온도가 증가할수록 음식물 쓰레기의 탄화도가 증가하여 고체 탄화물의 열량도 증가하지만 고체 탄화물의 총열량의 경우 210℃ 전후에서 가장 높은 것을 보면, 고체 탄화물의 전환율이 반응온도가 높은 경우에는 감소하는 것을 알 수 있다.
따라서 고체 탄화물 생성을 위한 습식탄화의 최적 반응온도는 200 ~ 250℃가 적당하다. 물론 상기 제시한 온도 범위는 음식물 쓰레기 습식탄화를 이용해 생성된 고체 탄화물의 발열량을 기준으로 한 것으로 발열량에 대한 고려가 없을 경우에는 습식탄화 반응을 이용한 고체 탄화물 생성은 대기압을 기준으로 수분이 기화될 수 있는 온도인 100℃ 이상이면 가능하다.
아래의 표 3은 함수율이 80%인 음식물 쓰레기 1500g을 200 ℃의 반응온도에서 반응시간을 1시간으로 고정하고 반응압력을 조절하면서 습식탄화 반응으로 처리해 생성된 고체 탄화물의 열량을 나타내는 것이다.
반응압력(atm) 열량(㎈/g) 총열량(㎉)
5 5725.4 2232.9
7 6014.5 2255.4
10 6695.6 2410.4
15 6711.9 2416.2
상기 표 3을 보면 7atm 이하의 낮은 반응압력에서는 음식물 쓰레기의 탄화도가 떨어져 습식탄화 후 생성된 고체 탄화물의 열량이 그 이상의 반응압력과 비교해 떨어진다. 총열량을 비교하면 10atm 이상의 반응압력에서는 큰 차이가 없었으며 열량만을 비교할 경우에도 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다.
아래의 표 4는 함수율이 80%인 함수율이 80%인 음식물 쓰레기 1500g을 200 ℃의 반응온도에서 반응시간을 1시간으로 고정하고 반응압력을 조절하면서 습식탄화 반응으로 처리해 생성된 고체 탄화물의 중금속 함량을 나타내는 것이다.
반응압력(atm) Pb(㎎/L) Cu(㎎/L) As(㎎/L) Cr(㎎/L) Cd(㎎/L) Hg(㎎/L)
지정폐기물 기준 3 3 1.5 1.5 0.3 0.005
5 N.D N.D N.D N.D N.D N.D
7 N.D N.D N.D N.D N.D N.D
10 N.D N.D N.D N.D N.D N.D
15 N.D N.D N.D N.D N.D N.D
상기 표 4를 보면 중금속 검출이 전혀 이루어지지 않음을 확인할 수 있다.
따라서 상기 열량 함유량, 중금속 함유량 등을 살펴볼 때 음식물 쓰레기 습식탄화 처리에 의해 생산된 고체 탄화물의 경우 에너지원으로 사용이 가능함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 다량의 수분을 함유하는 음식물 Tm레기를 건조 및 탈수와 같은 전처리 과정 없이 가열 및 가압하여 에너지원으로 사용이 가능한 고열량의 고체 탄화물로 생성할 수 있으며, 고체 탄화물의 건조시 습식탄화 반응에서 배출되는 고온의 수증기를 열원으로 사용함에 따라 건조에 소요되는 에너지를 절감할 수 있으며, 특히 악취가 다량 발생되는 건조공정이 없고 밀폐형 반응기의 사용으로 습식탄화 반응시 발생되는 악취를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 대기로의 확산을 방지할 수 있으며, 이에 따라 밀폐공간 내부의 공기만을 포집하여 용이하게 악취를 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 음식물쓰레기를 습식탄화시켜 고체 탄화물을 얻기 위한 음식물 쓰레기의 습식탄화장치에 있어서,
    상기 음식물쓰레기가 저장되는 음식물 저장조(10)와,
    상기 음식물 저장조(10)로부터 음식물을 제공받아 습식탄화반응으로 음식물 쓰레기를 습식탄화시키는 습식탄화 반응기(20)와,
    상기 습식탄화 반응기(20)에 연결되어 습식탄화시 필요한 열원을 공급하는 버너(30)와,
    상기 습식탄화 반응기(20)에 연결되어 습식탄화 반응으로 생성된 탄화물의 온도를 감소시키기 위한 냉각수단과,
    상기 냉각수단을 거친 탄화물을 탈수시키기 위한 필터(40) 및 상기 필터(40)의 후단에 연결되어 탈수된 탄화물을 건조시키는 건조기(45)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 습식탄화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음식물 저장조(10)는 악취의 발생 및 확산을 예방하도록 외부와 차단되는 밀폐형으로 형성되고, 습식탄화하고자 하는 음식물 쓰레기가 저장되는 저장호퍼(11)와, 상기 저장호퍼(11)에 저장된 음식물 쓰레기를 이송시키기 위한 컨베이 어(12)와, 상기 컨베이어(12)에 연결되어 상기 습식탄화 반응기(20)로 음식물 쓰레기를 투입하기 위한 투입호퍼(13)로 구성되고,
    상기 습식탄화 반응기(20)의 내부에는 투입된 음식물 쓰레기의 성상을 일정하게 해주기 위한 교반기(21)가 구비되고, 외부에는 상기 버너(30)로부터 열을 전달받아 상기 습식탄화 반응기(20)를 가열하도록 감싸여지는 단열자켓(22)이 구비되고, 상기 습식탄화 반응기(20)의 반응압력과 반응온도 및 반응시간을 조절하기 위한 제어부(26)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 습식탄화장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 투입호퍼(13)에는 상기 습식탄화 반응기(20)로 투입되는 음식물을 탈수시켜 음식물 쓰레기의 량을 감소시키도록 탈수기(60)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 습식탄화장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 건조기(45)는 일측에 상기 필터(40)를 통해 탈수되어 배출되는 탄화물이 저장되는 탄화물호퍼(46)와, 상기 탄화물호퍼(46)에 연결되고 내부에 탄화물컨베이어(48)가 내장된 건조기몸체(47)로 구성되고,
    상기 건조기몸체(47)에는 열원을 공급하여 탄화물을 건조시키도록 상기 습식 탄화 반응기(20)에 연결되어 배출되는 고온의 수증기를 회수하는 수증기회수 저장통(50)이 연결되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 습식탄화장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 습식탄화 반응기(20)에는 내부의 압력이 설정된 압력을 초과하는 경우에, 내부의 압력을 측정하도록 설치된 압력계(23)의 지시값에 따라 개폐되는 압력밸브(24)가 구비되어 고온의 수증기가 배출되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 습식탄화장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 습식탄화 반응기(20)의 반응온도는 100~250℃이고, 반응압력은 1~40atm이며, 반응시간은 30~120분 동안 가열되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 습식탄화장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 습식탄화 반응기(20)를 통해 습식탄화 처리되어 생성된 고체 탄화물의 열량은 6㎉/g 이상인 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 습식탄화장치.
  8. 음식물쓰레기를 습식탄화시켜 고체 탄화물을 얻기 위한 음식물 쓰레기의 습식탄화방법에 있어서,
    음식물 쓰레기를 컨베이어(12)를 이용하여 습식탄화 반응기(20)에 투입하는 반응기투입단계와,
    상기 습식탄화 반응기(20)에 투입된 음식물 쓰레기를 파쇄시키면서 음식물 쓰레기에 포함되어 있는 수분의 포화수증기압을 이용하여 중온 및 고압에서 음식물 쓰레기를 습식탄화시키는 습식탄화단계와,
    상기 단계를 거쳐 습식탄화되어 생성된 탄화물의 온도를 감소시킨 후 상기 탄화물에 포함되어 있는 수분을 탈수시키는 냉각 및 탈수단계와,
    탈수된 탄화물을 건조기(45)에 투입시켜 이송시키면서 건조시키되, 상기 건조기(45)의 열원은 상기 습식탄화 반응기(20)에서 배출되는 고온의 수증기를 이용하여 건조시키는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 습식탄화 처리방법.
KR1020070013416A 2007-02-08 2007-02-08 음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화처리방법 KR100800025B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070013416A KR100800025B1 (ko) 2007-02-08 2007-02-08 음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화처리방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070013416A KR100800025B1 (ko) 2007-02-08 2007-02-08 음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화처리방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100800025B1 true KR100800025B1 (ko) 2008-02-01

Family

ID=39342030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070013416A KR100800025B1 (ko) 2007-02-08 2007-02-08 음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화처리방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100800025B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101945626B1 (ko) * 2017-07-28 2019-02-08 건국대학교 산학협력단 압력제어식 저온 열분해장치 및 이를 이용한 유기성 폐기물 처리방법
KR101987334B1 (ko) * 2018-10-01 2019-06-25 주식회사 비츠로넥스텍 고온 플라즈마를 이용한 유기성물질의 탄화장치 및 이를 이용한 탄화방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101945626B1 (ko) * 2017-07-28 2019-02-08 건국대학교 산학협력단 압력제어식 저온 열분해장치 및 이를 이용한 유기성 폐기물 처리방법
KR101987334B1 (ko) * 2018-10-01 2019-06-25 주식회사 비츠로넥스텍 고온 플라즈마를 이용한 유기성물질의 탄화장치 및 이를 이용한 탄화방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4724032B2 (ja) 有機性廃棄物処理システム
CN101628779B (zh) 利用高温蒸汽对污泥干化的方法和设备
US9944876B2 (en) System for producing biochar and method for producing biochar
WO2001051587A1 (fr) Dispositif de distillation seche/de reduction de volume pour dechets
MX2007005619A (es) Eliminacion de agua de suspension y conversion de biosolidos a un combustible renovable.
KR100894154B1 (ko) 유기성 슬러지로부터 고체 고형물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는, 유기성 슬러지의 연속식처리 장치 및 방법
JP4390524B2 (ja) 有機性廃棄物の処理方法と処理システム
JP2007330918A (ja) 汚泥の再資源化方法及びその装置。
KR100903572B1 (ko) 폐열 회수를 이용한 유기성 폐기물의 건조 및 탄화장치
KR101616417B1 (ko) 하이브리드형 하수슬러지 처리 시스템
KR100800025B1 (ko) 음식물 쓰레기의 습식탄화장치 및 이를 이용한 습식탄화처리방법
KR101051093B1 (ko) 상압에서 유중증발기술을 이용한 고함수 유기성 슬러지 건조장치
KR100974324B1 (ko) 유기성 슬러지로부터 고체 고형물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는, 유기성 슬러지의 연속식처리 장치
JP2007105614A (ja) 廃棄物処理方法及び該システム
KR101788302B1 (ko) 유기폐기물의 바이오가스 생성시스템
KR101315234B1 (ko) 음식물찌꺼기를 이용한 친환경 탄화물 제조장치
KR20160093290A (ko) 유기성 폐기물의 바이오촤 생산 시스템
KR100553532B1 (ko) 유기성 슬러지의 탈수 방법 및 그 장치
Yan et al. Effect of pressure and atmosphere during hydrothermal treatment on the properties of sewage sludge-derived solid fuel
CN108675613A (zh) 一种工业污泥裂解的工艺系统及方法
JP2011020060A (ja) 生ごみの処理システム
CN101746939A (zh) 一种生活污泥无害裂解碳化处理工艺
KR100515497B1 (ko) 하수 슬러지의 고체 탄화물 생성방법 및 그 장치
WO2014086278A1 (zh) 一种回收富水生物质中能量的热回收方法和系统
KR100903573B1 (ko) 저장탱크 내 침출수를 처리하기 위한 혼합분쇄장치를 갖는유기성 폐기물 탄화설비

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130122

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140123

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150124

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160121

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170403

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180102

Year of fee payment: 11