KR101041592B1 - 복합 폐기물의 가스화 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
슬러지와 고발열량 폐기물을 혼합하여 고온에서 가스화하여 합성가스를 생산하는 고온 가스화기와, 상기 고온 가스화기와의 사이에 슬러지 공급라인이 연결되어 상기 고온 가스화기로 슬러지를 공급하는 슬러지 공급기와, 상기 고온 가스화기와의 사이에 폐기물 공급라인이 연결되어 상기 고온 가스화기로 고발열량 폐기물을 공급하는 폐기물 공급기와, 상기 고온 가스화기의 후단에 연결되어 상기 고온 가스화기에서 생산된 합성가스의 성분을 분석하며, 상기 슬러지 공급기와의 사이에 슬러지 공급 제어라인이 연결되고 상기 폐기물 공급기와의 사이에 폐기물 공급 제어라인이 연결된 합성가스 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폐기물의 가스화 장치가 개시된다.
고온 가스화기, 슬러지 공급기, 폐기물 공급기, 합성가스 분석기
Description
본 발명은 복합 폐기물의 가스화 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 슬러지와 고발열량 폐기물을 혼합하여 고온에서 가스화함으로써 수소 및 일산화탄소가 주성분인 합성가스를 생산하는 복합 폐기물의 가스화 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 폐기물의 가스화는 폐기물을 열처리하는 방법으로서, 독성 물질을 분해할 가능성이 높기 때문에 점점 더 중요해지고 있다.
종래기술의 경우, 수분 함량이 높은 슬러지를 고온 가스화기에 공급하기 위해서는, 전처리 단계로서 건조 공정을 거친 후 수분을 최소화하여 가스화하는 방식을 취하고 있으므로, 건조 공정이 부수적으로 추가되는 문제점이 있다.
또한, 종래에는, 이러한 슬러지를 고상 또는 액상의 고발열량 폐기물과 혼합하여 고온에서 가스화하는 경우에, 가스화기에 고상 또는 액상의 고발열량 폐기물을 공급함과 동시에 슬러지를 단순하게 부분적으로 공급하게 되는데, 가스화기에 슬러지를 공급하는 만큼 보조 연료를 사용해야 하는 문제점이 있다.
또한, 종래에는, 고발열량 폐기물을 수분 함량이 높은 슬러지와 혼합하여 고온에서 가스화함에 따라, 생산되는 합성가스 내 주요성분인 일산화탄소와 수소의 함량이 낮아져 합성가스의 품질이 저하되는 현상을 초래하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은, 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수분 함량이 높은 슬러지와 고발열량 폐기물을 혼합하여 고온에서 가스화함으로써 합성가스를 생산함에 있어서 건조 공정을 거치거나 보조 연료를 사용하지 않고도 합성가스의 품질을 안정적으로 유지하도록 구성된 가스화 장치 및 방법을 제공하는 그 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 슬러지와 고발열량 폐기물을 혼합하여 고온에서 가스화하여 합성가스를 생산하는 고온 가스화기와, 상기 고온 가스화기와의 사이에 슬러지 공급라인이 연결되어 상기 고온 가스화기로 슬러지를 공급하는 슬러지 공급기와, 상기 고온 가스화기와의 사이에 폐기물 공급라인이 연결되어 상기 고온 가스화기로 고발열량 폐기물을 공급하는 폐기물 공급기와, 상기 고온 가스화기의 후단에 연결되어 상기 고온 가스화기에서 생산된 합성가스의 성분을 분석하며, 상기 슬러지 공급기와의 사이에 슬러지 공급 제어라인이 연결되고 상기 폐기물 공급기와의 사이에 폐기물 공급 제어라인이 연결된 합성가스 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폐기물의 가스화 장치가 제공된다.
상기 슬러지 공급라인의 도중에는 슬러지 분배 조절기가 설치된 것이 바람직하다.
상기 슬러지 분배 조절기에서는 별도의 제1 분기라인이 분기되어 상기 폐기 물 공급라인의 도중에 연결된 것이 바람직하다.
고발열 폐기물이 고상인 경우, 슬러지와 고발열 폐기물은 각각 상기 고온 가스화기에 공급되고, 고발열 폐기물이 액상인 경우, 상기 제1 분기라인을 통한 슬러지는, 상기 제1 분기라인과 상기 폐기물 공급라인이 연결되는 지점에서 고발열 폐기물과 혼합된 상태로 상기 고온 가스화기에 공급되는 것이 바람직하다.
상기 고온 가스화기는 수평부와 상기 수평부의 단부에 수직 상방으로 연결된 수직부로 이루어지고 내부에 복합 폐기물을 쌓는 복합 폐기물 고정층 방식이고, 상기 슬러지 공급라인과 상기 폐기물 공급라인은 상기 고온 가스화기의 수평부의 상면에 연결된 것이 바람직하다.
상기 슬러지 공급라인에는 제2 분기라인이 분기되어 상기 고온 가스화기의 수직부의 측면에 연결된 것이 바람직하다.
상기 고온 가스화기는 수평부와 상기 수평부의 단부에 수직 상방으로 연결된 수직부로 이루어지고 내부에 복합 폐기물을 쌓는 복합 폐기물 고정층 방식이고, 상기 수평부의 일단 측면에는 제1 산소 공급 노즐이 설치되고, 상기 수평부의 타단과 상기 수직부가 만나는 목부에는 제2 산소 공급 노즐이 설치된 것이 바람직하다.
상기 수평부의 타단 측면에는 슬러지와 고발열량 폐기물이 용융된 슬래그를 배출하기 위한 슬래그 배출구가 형성된 것이 바람직하다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일측면에 의하면, 고온 가스화기에서 슬러지와 고발열량 폐기물을 혼합하여 고온에서 가스화하여 수소와 일산화탄소가 주성분인 합성가스를 생산하는 복합 폐기물의 가스화 방법으로서, 상기 생 성된 합성가스의 성분을 분석하여 수소와 일산화탄소의 함량이 소정의 기준치를 만족시키는 지에 따라 슬러지의 투입량을 제어하는 것을 특징으로 하는 복합 폐기물의 가스화 방법이 제공된다.
상기 합성가스에서 수소와 일산화탄소의 함량이 소정의 기준치에 못미치는 경우, 슬러지의 투입량을 감소시키는 것이 바람직하다.
상기 합성가스에서 수소와 일산화탄소의 함량의 기준치는 총 합성가스를 기준으로 40 부피% 이상인 것이 바람직하다.
상기 합성가스에서 수소와 일산화탄소의 함량이 소정의 기준치를 만족시킨다면, 상기 합성가스의 온도를 측정하여 유추되는 상기 고온 가스화기의 운전 온도가 소정의 범위 내에 있는 지에 따라 고발열량 폐기물의 투입량을 제어하는 것이 바람직하다.
상기 고온 가스화기의 운전 온도가 소정의 범위보다 작은 경우, 고발열량 폐기물의 투입량을 증가시키고, 상기 고온 가스화기의 운전 온도가 소정의 범위보다 큰 경우, 고발열량 폐기물의 투입량을 감소시키는 것이 바람직하다.
상기 고온 가스화기의 운전 온도의 범위는 1250-1650℃ 인 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 복합 폐기물의 가스화 장치 및 방법에 의하면, 수분 함량이 높은 슬러지와 고발열량 폐기물을 혼합하여 고온에서 가스화함으로써 합성가스를 생산함에 있어서 건조 공정을 거치거나 보조 연료를 사용하지 않고도 합성가스의 품질을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합 폐기물의 가스화 장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합 폐기물의 가스화 장치의 고온 가스화기의 개략도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 복합 폐기물의 가스화 장치(1)는, 슬러지와 고발열량 폐기물을 혼합하여 고온에서 가스화하여 수소(H2)와 일산화탄소(CO)가 주성분인 합성가스를 생산하는 장치로서 고온 가스화기(10)와 슬러지 공급기(20)와 폐기물 공급기(30)와 합성가스 분석기(40)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서 슬러지는 수분 함량이 높은 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 고온 가스화기(10)는 슬러지와 고발열량 폐기물을 혼합하여 고온에서 가스화하여 합성가스를 생산하는 장치로서, 수평부(10a)와 이 수평부(10a)의 단부에 수직 상방으로 연결된 수직부(10b)로 이루어지고, 내부에 복합 폐기물을 쌓는 복합 폐기물 고정층 방식이다.
슬러지 공급기(20)는 고온 가스화기(10)로 슬러지를 공급하는 장치이다. 슬러지 공급기(20)와 고온 가스화기(10)의 사이에는 슬러지 공급라인(L1)이 연결되어 있다. 또한, 슬러지 공급라인(L1)의 도중에는 슬러지 분배 조절기(21)가 설치되어 있다.
폐기물 공급기(30)는 고온 가스화기(10)로 고발열량 폐기물을 공급하는 장치 이다. 폐기물 공급기(30)와 고온 가스화기(10)의 사이에는 폐기물 공급라인(L2)이 연결되어 있다.
슬러지 분배 조절기(21)에서는 별도의 제1 분기라인(L11)이 분기되어 폐기물 공급라인(L2)의 도중에 연결되어 있다.
고발열 폐기물이 고상인 경우, 슬러지와 고발열 폐기물은 각각 고온 가스화기(10)에 공급된다.
한편, 고발열 폐기물이 액상인 경우, 슬러지 분배 조절기(21)의 제1 분기라인(L11)을 통한 슬러지는, 슬러지 분배 조절기(21)의 제1 분기라인(L11)과 폐기물 공급라인(L2)이 연결되는 지점에서 고발열 폐기물과 혼합된 상태로 고온 가스화기(10)에 공급된다. 이 때, 고발열 폐기물과 혼합된 슬러지는 펌핑에 의해 고온 가스화기(10)로 공급될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
슬러지 공급라인(L1)과 폐기물 공급라인(L2)은 고온 가스화기(10)의 수평부(10a)의 상면에 연결되어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 고온 기화기(10)는 내부에 복합 폐기물을 쌓는 복합 폐기물 고정층 방식이므로, 슬러지 공급라인(L1)과 폐기물 공급라인(L2)이 고온 가스화기(10)의 수평부(10a)의 단부 측면에 연결되어 수평부(10a)의 단부 측면에 복합 폐기물을 밀어 넣게 되면, 고온 기화기(10) 내에 복합 폐기물을 투입하는 것이 원활하지 않게 되지만, 슬러지 공급라인(L1)과 폐기물 공급라인(L2)이 고온 가스화기(10)의 수평부(10a)의 상면에 연결되어 수평부(10a)의 상면에서 낙하시키게 되면, 고온 기화기(10) 내에 복합 폐기물을 투입하는 것이 원활하게 된다.
슬러지 분배 조절기(21)의 하류의 슬러지 공급라인(L1)에는 제2 분기라인(L12)이 더 분기될 수 있다. 제2 분기라인(L12)은 고온 가스화기(10)의 수직부(10b)의 측면에 연결되어 있다. 이 또한, 복합 폐기물을 수직부(10b)의 측면에서 낙하시키므로 고온 기화기(10) 내에 복합 폐기물을 투입하는 것이 원활하게 된다.
또한, 이렇게 슬러지의 투입 위치를 구분하여 공급하는 이유는 합성가스의 일산화탄소와 수소의 생산비를 제어하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 고온 가스화기(10)의 수평부(10a)의 일단 측면에는 제1 산소 공급 노즐(11)이 설치되어 있고, 수평부(10)의 타단과 수직부(10)가 만나는 목부(10c)에는 제2 산소 공급 노즐(13)이 설치되는 것이 바람직하다. 제1 산소 공급 노즐(11)을 통해 공급된 산소는 복합 폐기물과 1차 가스화 반응을 일으키고, 제2 산소 공급 노즐(13)을 통해 공급된 산소는 부분 산화에 의해 생성된 합성가스를 완전 가스화 반응을 일으킴으로써 가스화 반응 효율을 높일 수 있다. 이러한 산소 공급 노즐은 각각의 위치에 복수개가 설치됨을 알 수 있을 것이다.
고온 가스화기(10)의 수평부(10a)의 타단 측면에는 슬러지와 고발열량 폐기물이 용융된 슬래그를 배출하기 위한 슬래그 배출구(15)가 형성되어 있다. 고온 가스화기(10)에 생성된 합성가스는 수평부(10a)와 목부(10c)를 통해 수직부(10b)의 상단부로 배출되고, 완전 용융된 슬래그도 합성가스의 흐름 방향과 동일한 방향으로 이동하게 되는데, 슬래그 배출구(15)를 복합 폐기물의 투입 위치의 합성가스의 흐름 방향으로 반대 위치에 형성하게 되면, 슬래그 배출구(15)를 통한 슬래그의 배출이 원활하게 된다. 또한, 슬래그는 완전 용융된 액체의 상태이므로, 슬래그 배출구(15)는 고온 가스화기(10)의 하단에서 일정 높이로 이격된 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
합성가스 분석기(40)는 고온 가스화기(10)의 후단에 연결되어 고온 가스화기(10)에서 생산된 합성가스의 성분을 분석하는 장치이다. 합성가스 분석기(40)와 슬러지 공급기(20)의 사이에는 슬러지 공급 제어라인(L3)이 연결되어 있고, 합성가스 분석기(40)와 폐기물 공급기(30)의 사이에는 폐기물 공급 제어라인(L4)이 연결되어 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합 폐기물의 가스화 방법의 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 복합 폐기물의 가스화 방법은 고온 가스화기(10)에서 슬러지와 고발열량 폐기물을 혼합하여 고온에서 가스화하여 수소와 일산화탄소가 주성분인 합성가스를 생산함에 있어서, 고온 가스화기(10)에서 생성된 합성가스의 성분을 합성가스 분석기(40)에서 분석하여 수소와 일산화탄소의 함량이 소정의 기준치를 만족시키는 지에 따라 슬러지 공급 제어라인(L3)을 통해 슬러지 공급기(20)로 제어신호를 송신하여 슬러지 공급기(20)로부터 고온 가스화기(10)로 투입되는 슬러지의 투입량을 제어한다. 슬러지 공급기(20)에는 슬러지 공급기(20)로부터 배출되는 슬러지의 양을 조절하기 위한 전자 조절 밸브(미도시)가 설치되어 있으며, 합성가스 분석기(40)에서 송신된 제어신호는 슬러지 공급기(20)의 전자 조절 밸브를 제어함을 알 수 있을 것이다.
보다 상세하게는, 합성가스에서 수소와 일산화탄소의 함량이 소정의 기준치에 못미치는 경우에는, 슬러지의 투입량을 감소시킨다. 합성가스에서 수소와 일산화탄소의 함량이 낮다는 것은 합성가스에 수분의 많이 포함되어 있다는 것을 의미하므로, 수분 함량이 높은 슬러지의 투입량을 감소시키게 되는 것이다.
합성가스에서 수소와 일산화탄소의 함량의 기준치는 총 합성가스를 기준으로 40 부피% 이상인 것이 바람직하다.
다음, 합성가스에서 수소와 일산화탄소의 함량이 소정의 기준치를 만족시킨다면, 고온 가스화기(10)에서 생성된 합성가스의 온도를 합성가스 분석기(40)에서 측정하여 고온 가스화기(10)의 운전 온도를 유추하고, 고온 가스화기(10)의 운전 온도가 소정의 범위 내에 있는 지에 따라 폐기물 공급 제어라인(L4)을 통해 폐기물 공급기(30)로 제어신호를 송신하여 폐기물 공급기(30)로부터 고온 가스화기(10)로 투입되는 고발열량 폐기물의 투입량을 제어한다. 폐기물 공급기(30)에는 폐기물 공급기(30)로부터 배출되는 고발열량 폐기물의 양을 조절하기 위한 전자 조절 밸브(미도시)가 설치되어 있으며, 합성가스 분석기(40)에서 송신된 제어신호는 폐기물 공급기(30)의 전자 조절 밸브를 제어함을 알 수 있을 것이다.
보다 상세하게는, 고온 가스화기(10)의 운전 온도가 소정의 범위보다 작은 경우, 고발열량 폐기물의 투입량을 증가시키고, 고온 가스화기(10)의 운전 온도가 소정의 범위보다 큰 경우, 고발열량 폐기물의 투입량을 감소시킨다. 고발열량 폐기물은 말 그대로 발열량이 크므로, 투입량을 증가시키면 고온 가스화기(10)의 운전 온도가 상승하게 되고, 투입량을 감소시키면 고온 가스화기(10)의 운전 온도가 하강하게 된다.
고온 가스화기(10)의 운전 온도의 범위는 1250-1650℃ 인 것이 바람직하다.
이렇게 고온 가스화기(10)의 운전 온도의 범위가 소정의 범위 내에 있으면 합성가스의 품질이 안정적으로 유지된다.
이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합 폐기물의 가스화 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합 폐기물의 가스화 장치의 고온 가스화기의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합 폐기물의 가스화 방법의 흐름도이다.
Claims (14)
- 슬러지와 고발열량 폐기물을 혼합하여 1250-1650℃에서 가스화하여 합성가스를 생산하는 가스화기와,상기 가스화기와의 사이에 슬러지 공급라인이 연결되어 상기 가스화기로 슬러지를 공급하는 슬러지 공급기와,상기 가스화기와의 사이에 폐기물 공급라인이 연결되어 상기 가스화기로 고발열량 폐기물을 공급하는 폐기물 공급기와,상기 가스화기의 후단에 연결되어 상기 가스화기에서 생산된 합성가스의 성분을 분석하며, 상기 슬러지 공급기와의 사이에 슬러지 공급 제어라인이 연결되고 상기 폐기물 공급기와의 사이에 폐기물 공급 제어라인이 연결된 합성가스 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폐기물의 가스화 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 슬러지 공급라인의 도중에는 슬러지 분배 조절기가 설치된 것을 특징으로 하는 복합 폐기물의 가스화 장치.
- 청구항 2에 있어서,상기 슬러지 분배 조절기에서는 별도의 제1 분기라인이 분기되어 상기 폐기물 공급라인의 도중에 연결된 것을 특징으로 하는 복합 폐기물의 가스화 장치.
- 청구항 3에 있어서,고발열량 폐기물이 고상인 경우, 슬러지와 폐기물은 각각 상기 가스화기에 공급되고,고발열량 폐기물이 액상인 경우, 상기 제1 분기라인을 통한 슬러지는, 상기 제1 분기라인과 상기 폐기물 공급라인이 연결되는 지점에서 고발열량 폐기물과 혼합된 상태로 상기 가스화기에 공급되는 것을 특징으로 하는 복합 폐기물의 가스화 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 가스화기는 수평부와 상기 수평부의 단부에 수직 상방으로 연결된 수직부로 이루어지고 내부에 복합 폐기물을 쌓는 복합 폐기물 고정층 방식이고,상기 슬러지 공급라인과 상기 폐기물 공급라인은 상기 가스화기의 수평부의 상면에 연결된 것을 특징으로 하는 복합 폐기물의 가스화 장치.
- 청구항 5에 있어서,상기 슬러지 공급라인에는 제2 분기라인이 분기되어 상기 가스화기의 수직부의 측면에 연결된 것을 특징으로 하는 복합 폐기물의 가스화 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 가스화기는 수평부와 상기 수평부의 단부에 수직 상방으로 연결된 수직부로 이루어지고 내부에 복합 폐기물을 쌓는 복합 폐기물 고정층 방식이고,상기 수평부의 일단 측면에는 제1 산소 공급 노즐이 설치되고,상기 수평부의 타단과 상기 수직부가 만나는 목부에는 제2 산소 공급 노즐이 설치된 것을 특징으로 하는 복합 폐기물의 가스화 장치.
- 청구항 7에 있어서,상기 수평부의 타단 측면에는 슬러지와 고발열량 폐기물이 용융된 슬래그를 배출하기 위한 슬래그 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 복합 폐기물의 가스화 장치.
- 가스화기에서 슬러지와 고발열량 폐기물을 혼합하여 1250-1650℃에서 가스화하여 수소와 일산화탄소가 주성분인 합성가스를 생산하는 복합 폐기물의 가스화 방법으로서,상기 생성된 합성가스의 성분을 분석하여 수소와 일산화탄소의 함량이 40부피% 이상의 기준치에 미치지 못하는 경우, 슬러지의 투입량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 복합 폐기물의 가스화 방법.
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- 청구항 9에 있어서,상기 합성가스에서 수소와 일산화탄소의 함량이 40부피% 이상의 기준치를 만족시킨다면, 상기 합성가스의 온도를 측정하여 유추되는 상기 가스화기의 운전 온도가 상기 가스화기의 운전 온도가 1250-1650℃의 범위보다 작은 경우, 고발열량 폐기물의 투입량을 증가시키고, 상기 가스화기의 운전 온도가 1250-1650℃의 범위보다 큰 경우, 고발열량 폐기물의 투입량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 복합 폐기물의 가스화 방법.
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| KR20020045059A (ko) * | 2000-12-07 | 2002-06-19 | 민경조 | 저발열량 폐기물용 회전식 소각로 및 이를 제어하기 위한퍼지 전문가 제어시스템 |
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