KR101147306B1 - 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치에 관한 것으로, 그 목적은, 투입된 에너지의 손실을 최소로 하면서 안정적으로 열에너지를 유기성 슬러지에 공급할 수 있는 에너지 저감형 가온 기술을 제공하도록 하는 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치를 제공함에 있다. 이는 유기성 슬러지를 열가수분해하기 위해 유기성 슬러지가 수용되는 밀폐형 연속식 가온가압반응기를 포함하는 열가수분해 반응기; 상기 밀폐형 연속식 가온가압반응기와 연통되어 유기성 슬러지를 열가수분해 반응온도로 열매유를 가온시키는 열매유 보일러; 상기 열매유 보일러에서 가온된 열매유를 상기 밀폐형 연속식 가온가압반응기 내부에 설치된 열매유 히터로 보내기 위한 열매유 순환펌프; 상기 열매유 히터의 반응온도 조절을 위해서 유입되는 열매유의 유량을 조절하기 위해 상기 열매유 순환펌프와 열매유 히터 사이에 설치된 열매유 유량조절밸브; 및 상기 밀폐형 연속식 가온가압반응기 내부에 설치되어 공급되는 열매유의 높은 열용량을 이용하여 급격한 승온없이 안정적으로 온도를 유지하고 열손실을 최소로 줄여 유기성 슬러지를 열가수분해하도록 하는 열매유 히터;를 포함하고, 상기 열매유 히터는, 이중관 형태로 이루어지며, 열매유는 내부관의 일측을 통해 유입되고, 개방된 타측의 단부에서 외부관을 통해 배출되며, 상기 열매유 히터의 외부관에는 유기성 슬러지의 일정한 가온을 위한 혼합에 필요한 정적 혼합기(static mixer)가 설치되어진 것이다.

Description

열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치{Apparatus of a successive treatment of organic sludges for producing solid-liquid slurry having heating apparatus by using of hot blast heater}
본 발명은 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투입된 에너지의 손실을 최소로 하면서 안정적으로 열에너지를 유기성 슬러지에 공급할 수 있는 에너지 저감형 가온 기술을 제공하도록 하는 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 하수 처리방법은 하수 처리장에서 미생물 처리방식으로 운영되는 경우 다량의 유기성 슬러지가 발생하게 되고, 이러한 유기성 슬러지는 통상 해양투기 및 매립으로 사후처리를 하였으나, 최근 발효된 각종 의정서 및 협약에 의하여 해양투기 및 매립을 엄금하게 되었으므로 환경친화적인 유기성 슬러지의 처리 기술 확보가 관건이라 할 수 있다.
이중, 유기성 슬러지는 주로 2 ㎛ 내외의 크기인 미생물의 사체가 주종을 이루고, 점도를 갖는 물질이 100 내지 1,000 ㎛ 크기의 플록(floc)을 형성하고, 이러한 플록 및 미생물 사체의 세포벽 내부에는 수분이 다량 함유된다.
따라서, 유기성 슬러지의 효율적인 재사용 및 자원화를 위해서는 유기성 슬러지를 적정 함수율로 저감시키는 전처리 기술이 필수적으로 요구되는 바, 전처리 기술로서 대표적인 건조 기술의 경우 슬러지를 구성하는 세포벽으로부터 수분을 분리하기 위하여 세포벽을 파괴시키기 위한 많은 에너지의 소모는 불가피하다.
또한, 건조 기술은 처리 과정에서 수반되는 악취와 점도의 증가는 다음 공정으로 이행시키기 힘들게 하는 요인 중의 하나로 작용하기도 한다.
상기와 같은 관점에서 안출된 것으로, 본 출원인이 기출원한 대한민국 등록 특허 제10-0894154호의 "유기성 슬러지로부터 고체 고형물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는, 유기성 슬러지의 연속식처리 장치 및 방법"(이하 '종래기술')과 같은 것을 들 수 있다.
종래기술은 밀폐형 연속식 가온가압 반응기를 이용하여 환원 분위기에서 가온 가압하고 슬러지로 부터 기화에너지의 소요 없이 수분을 분리하여 유기물의 손실을 최소화하면서 고열량의 고체 및 유기물이 가용화된 액체 생성물을 생산할 수 있으며, 이를 연속식 장치로 구현함으로서 슬러지를 더욱 간편하게 처리할 수 있도록 한 것이다.
그러나, 종래의 밀폐형 연속식 가온가압 반응기는 간접방식으로 유기성 슬러지를 처리하기 때문에 회분식 처리장치 보다는 50% 이상의 에너지 절감효과는 있으나, 전체 공정이 흡열반응으로 반응을 위해 안정적으로 열에너지를 유기성 슬러지에 공급하지 못하는 문제점이 있다.
즉, 지속적으로 공급되는 유기성 슬러지는 단일상이 아닌 혼합물로 열전도도가 낮아 가온이 어렵고 간접가열 방식에서는 열원과 접촉된 곳에서 부분적인 반응이 일어나는 어려움이 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은, 투입된 에너지의 손실을 최소로 하면서 안정적으로 열에너지를 유기성 슬러지에 공급할 수 있는 에너지 저감형 가온 기술을 제공하도록 하는 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치를 제공함에 있다.
본 발명을 달성하기 위한 기술적 사상으로 본 발명에 따른 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치는, 유기성 슬러지를 열가수분해하기 위해 유기성 슬러지가 수용되는 밀폐형 연속식 가온가압반응기를 포함하는 열가수분해 반응기; 상기 밀폐형 연속식 가온가압반응기와 연통되어 유기성 슬러지를 열가수분해 반응온도로 열매유를 가온시키는 열매유 보일러; 상기 열매유 보일러에서 가온된 열매유를 상기 밀폐형 연속식 가온가압반응기 내부에 설치된 열매유 히터로 보내기 위한 열매유 순환펌프; 상기 열매유 히터의 반응온도 조절을 위해서 유입되는 열매유의 유량을 조절하기 위해 상기 열매유 순환펌프와 열매유 히터 사이에 설치된 열매유 유량조절밸브; 및 상기 밀폐형 연속식 가온가압반응기 내부에 설치되어 공급되는 열매유의 높은 열용량을 이용하여 급격한 승온없이 안정적으로 온도를 유지하고 열손실을 최소로 줄여 유기성 슬러지를 열가수분해하도록 하는 열매유 히터;를 포함하고, 상기 열매유 히터는, 이중관 형태로 이루어지며, 열매유는 내부관의 일측을 통해 유입되고, 개방된 타측의 단부에서 외부관을 통해 배출되며, 상기 열매유 히터의 외부관에는 유기성 슬러지의 일정한 가온을 위한 혼합에 필요한 정적 혼합기(static mixer)가 설치되어진 것이다.
삭제
또한, 상기 열매유 보일러의 가온으로 인한 열매유의 부피 팽창을 완충할 수 있는 완충조를 상기 열매유 보일러의 상부에 더 설치한 것이다.
삭제
본 발명에 따른 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치는, 유기성 슬러지를 열가수분해하기 위해 유기성 슬러지가 수용되는 밀폐형 연속식 가온가압반응기의 내부에 열매유 히터를 설치하여 열매유 보일러에서 가온시킨 열매유를 열매유 순환펌프로 공급되도록 함으로서, 투입된 에너지의 손실을 최소로 하면서 안정적으로 열에너지를 유기성 슬러지에 공급할 수 있는 에너지 저감형 가온 기술을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치는, 열매유 히터가 이중관 형태로 이루어지며, 내부관의 일측으로 통해 유입된 열매유가 개방된 타측의 단부에서 외부관을 통해 배출되도록 함으로서, 새롭게 유입되는 열매유가 기존 히터내부의 열매유를 가온하여 열매유의 온도가 지속적으로 운전온도를 유지하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치는, 열매유 히터의 외부관에 정적 혼합기를 설치하여 슬러지의 혼합효과와 히터의 표면적을 증가시켜 반응기 외부까지 열에너지가 고르게 전달이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치는, 열매유 보일러의 상부에 완충조를 설치하여 열매유 보일러의 가온으로 인한 열매유의 부피 팽창을 완충하도록 함으로서, 열매유 히터에 공급되는 열매유의 반응온도를 맞출 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치의 전체적인 구성을 설명하기 위한 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 밀폐형 연속식 가온가압반응기의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 밀폐형 연속식 가온가압반응기의 내부에 설치된 정적 혼합기를 나타낸 사시도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명 한다.
도 1은 본 발명에 따른 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치의 전체적인 구성을 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 밀폐형 연속식 가온가압반응기의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 밀폐형 연속식 가온가압반응기의 내부에 설치된 정적 혼합기를 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치는, 열가수분해 반응기(100), 열매유 보일러(200), 열매유 순환펌프(210), 열매유 유량조절 밸브(220), 열매유 히터(240) 및 완충조(230)를 포함한다.
상기 열가수분해 반응기(100)는, 유기성 슬러지를 열가수분해하기 위해 유기성 슬러지가 수용되는 밀폐형 연속식 가온가압반응기(110)를 포함한다.
또한, 상기 밀폐형 연속식 가온가압반응기(110)는 상온의 유기성 슬러지를 가온하게 되는데, 이는 본 출원인이 기출원한 특허 제894154호의 100～300℃의 온도 범위, 바람직하게는 200～250℃에서 1～90 kg/㎠ 압력 범위의 운전 조건으로 가온 가압된다.
상기 열매유 보일러(200)는 상기 밀폐형 연속식 가온가압반응기(110)와 연통되어 유기성 슬러지를 열가수분해 반응온도로 열매유를 가온시키는 것이다.
또한, 상기 열매유 보일러(200)는 보일러의 용량에 따라서 전기히터부터 가스, 액체, 고체연료를 이용하여 가온시킬 수 있다.
상기 열매유 순환펌프(210)는, 상기 열매유 보일러(200)에서 가온된 열매유를 상기 밀폐형 연속식 가온가압반응기(110) 내부에 설치된 열매유 히터(240)로 보내기 위한 것이다.
상기 열매유 유량조절 밸브(220)는, 상기 열매유 히터(240)의 반응온도 조절을 위해서 유입되는 열매유의 유량을 조절하기 위해 상기 열매유 순환펌프(210)와 열매유 히터(240) 사이에 설치되는 것이다.
또한, 상기 열매유 유량조절 밸브(220)는, 가온에 의해 열팽창이 발생되는 열매유를 사용하여 여러 반응온도의 운전이 가능하도록 유량을 조절하는 것이다.
한편, 상기 열매유 보일러(200)의 가온으로 인한 열매유의 부피 팽창을 완충할 수 있는 완충조(230)를 상기 열매유 보일러(200)의 상부에 더 설치하도록 하는 것이 바람직한데, 이는 열매유의 반응온도를 맞추기 위해 열팽창하는 열매유의 부피 팽창현상을 완충시키도록 하는 것이다.
상기 열매유 히터(240)는, 이중관 형태로 이루어지며, 열매유는 내부관(241)의 일측을 통해 유입되고, 개방된 타측의 단부에서 외부관(242)을 통해 배출되도록 하여 새롭게 유입되는 열매유가 기존 히터내부의 열매유를 가온하여 열매유의 온도가 지속적으로 운전온도를 유지하도록 하는 것이다.
또한, 상기 열매유 히터(240)의 외부관(242)에는 유기성 슬러지의 일정한 가온을 위한 혼합에 필요한 정적 혼합기(243)(static mixer)가 설치되도록 하여 유기성 슬러지의 가온이 일정하게 될 수 있도록 혼합하여 주고, 열에너지를 전달하는 역할도 수행하여 전체적으로 열매유 히터(240)의 표면적을 증가시켜 밀폐형 연속식 가온가압반응기(110) 전체에 열에너지가 고루 전달하는 역할을 수행한다.
한편, 본 발명에 따른 밀폐형 연속식 가온가압반응기(110)는 전기히터와는 다르게 열매유의 한계온도가 존재하기 때문에 대상시료의 열전도도와 체류시간을 고려하여 밀폐형 연속식 가온가압반응기(110)의 길이와 지름 및 반응물 투입속도 등을 결정한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치는, 열매유 보일러(200)에서 가온된 열매유를 열매유 순환펌프(210)로 펌핑하여 밀폐형 연속식 가온가압반응기(110) 내부에 설치된 열매유 히터(240)로 압송한다.
상기 열매유 히터(240)로 압송된 열매유는 내부관(241)의 일측을 통해 유입되고, 개방된 타측의 단부에서 외부관(242)을 통해 배출되어 다시 열매유 보일러(200)로 복귀되며, 이 과정에서 밀폐형 연속식 가온가압반응기(110)의 내부에 투입된 유기성 슬러지와 열교환이 이루어지게 되는데, 열매유의 높은 열용량에 의해 급격한 승온없이 안정적으로 온도를 유지하고 열손실을 최소로 줄여 유기성 슬러지를 열가수분해하게 된다.
또한, 상기 열매유 히터(240)의 외부에 설치된 정적 혼합기(243)에 의해 유기성 슬러지의 가온이 일정하게 될 수 있도록 혼합하여 주고 열매유 히터(240)의 열에너지를 전달하는 역할도 수행하여 전체적으로 표면적을 증가시켜 밀폐형 연속식 가온가압반응기(110) 전체에 열에너지가 고루 전달하는 역할을 수행한다.
또한, 열매유 순환펌프(210)와 열매유 히터(240) 사이에 설치된 열매유 유량조절 밸브(220)에 의해 열매유의 유량을 조절하여 열매유 히터(240)의 반응온도를 조절하게 되고, 열매유 보일러(200)의 상부에 설치된 완충조(230)에 의해 열팽창하는 열매유의 부피 팽창현상을 완충시켜 열매유의 반응온도를 맞출 수 있는 것이다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명한 것이나, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게는 다양한 변형 및 다른 실시예가 가능하다는 점이 이해될 것이다.
[부호의 설명]
100...열가수분해 반응기
110: 밀폐형 연속식 가온가압반응기
200: 열매유 보일러
210: 열매유 순환펌프
220: 열매유 유량조절밸브
230: 열매유 완충조
240: 열매유 히터
241: 내부관
242: 외부관
243: 정적 혼합기

Claims (4)

  1. 유기성 슬러지를 열가수분해하기 위해 유기성 슬러지가 수용되는 밀폐형 연속식 가온가압반응기를 포함하는 열가수분해 반응기;
    상기 밀폐형 연속식 가온가압반응기와 연통되어 유기성 슬러지를 열가수분해 반응온도로 열매유를 가온시키는 열매유 보일러;
    상기 열매유 보일러에서 가온된 열매유를 상기 밀폐형 연속식 가온가압반응기 내부에 설치된 열매유 히터로 보내기 위한 열매유 순환펌프;
    상기 열매유 히터의 반응온도 조절을 위해서 유입되는 열매유의 유량을 조절하기 위해 상기 열매유 순환펌프와 열매유 히터 사이에 설치된 열매유 유량조절밸브; 및
    상기 밀폐형 연속식 가온가압반응기 내부에 설치되어 공급되는 열매유의 높은 열용량을 이용하여 급격한 승온없이 안정적으로 온도를 유지하고 열손실을 최소로 줄여 유기성 슬러지를 열가수분해하도록 하는 열매유 히터;를 포함하고,
    상기 열매유 히터는, 이중관 형태로 이루어지며, 열매유는 내부관의 일측을 통해 유입되고, 개방된 타측의 단부에서 외부관을 통해 배출되며,
    상기 열매유 히터의 외부관에는 유기성 슬러지의 일정한 가온을 위한 혼합에 필요한 정적 혼합기(static mixer)가 설치되어진 것을 특징으로 하는
    열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열매유 보일러의 가온으로 인한 열매유의 부피 팽창을 완충할 수 있는 완충조를 상기 열매유 보일러의 상부에 더 설치한 것을 특징으로 하는
    열매유를 이용한 가열장치가 구비된 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하는 연속식 처리장치.
  4. 삭제
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