KR101180080B1 - 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기성 폐기물처리장치에 관한 것으로서, 유기성폐기물이 투입되는 혼합실과; 열매체를 가열하는 가열실과; 상기 가열실에서 가열된 열매체를 상기 혼합실로 이송 투입하는 열매체 이송부; 상기 혼합실에서 혼합된 혼합물을 상기 가열실로 투입하는 혼합물 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치를 제공하여, 판재가 아닌 분말형의 열매체를 사용함으로써 열방출 표면적이 증가함으로써 열효율을 극대화 할 수 있고, 판재가 아닌 분말형의 열매체를 사용하기 때문에 열매체를 순환시켜 사용할 수 있기 때문에 경제적인 장점이 있다.

Description

유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치 및 방법{Apparatus and method treating for organic waste}

본 발명은 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치에 관한 것이며 보다 상세하게는 분말형의 열매체를 이용한 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치에 관한 것으로서 700℃ 이상의 고온으로 유기성 폐기물를 처리함으로써 처리대상물을 고온열분해 감량화시키는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치에 관한 것이다.

유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치란 함수율이 높은 음식물류폐기물이나 하폐수슬러지, 축산분뇨 등 다습성 유기성 폐기물을 처리하는 장치를 가리킨다.

열분해란 외부에서 열을 가하여 분자를 활성화시켰을 때 약한 결합이 끊어져서 새로운 물질을 만드는 화학반응을 일컫는다.

다습성 유기성 폐기물은 함수율이 약 75 내지 95 퍼센트에 이른다.

통상 이와 같은 유기성 폐기물은 함수율이 높아 일반적인 매립 및 소각시설의 처리대상에서 제외되어 그 처치가 곤란하며 많은 양이 해양투기를 통해 바다에 버려지고 있어 환경문제를 야기하는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치에는 젖어있는 폐기물에 열을 가하여 건조시키면서 유기성폐기물을 소각처리하는 장치들이 존재한다.

그중에서 유기성 폐기물을 열적처리하기 위한 종래의 건조방식인 열풍 및 열전도 방식들은 가열속도가 현저히 느리고 온도제어가 힘들기 때문에 열적손실이 많았을 뿐 아니라 건조효율도 떨어져 완전 소각처리되지 못하여 화석에너지 소비가 극심한 문제가 있었다.

그리고 열풍이 피건조물인 유기성 폐기물에 공급될 때 유기성 폐기물 각각의 물성치가 다를 수 있어 피건조물의 균일건조가 불가능하고 오히려 상대적으로 수분함량이 적은 피건조물은 비산하는 문제가 발생된다.

이에 피건조물의 균일건조를 이룩하기 위한 종래의 마이크로웨이브를 이용한 유기성 폐기물의 건조장치는 유전가열 특성을 이용하여 순간적으로 마이크로웨이브가 처리대상물에 침투하여 가열시킴으로서 고속가열이 가능하고, 가열대상물 스스로가 균일하게 발열됨으로써 에너지절약에 큰 장점이 있는 동시에 마이크로웨이브의 출력을 손쉽게 조절하여 온도조절이 용이하도록 함으로써 건조효율을 높일 수 있었다.

그러나, 종래의 마이크로웨이브를 이용한 건조장치는 적게는 수 kW에서부터 많게는 수백 kW의 강한 마이크로웨이브를 사용하더라도 700℃이상으로 가열하는 것에는 한계가 있었다.

더욱이 강한 마이크로웨이브를 사용하여 피건조물을 700℃이상으로 가열할 경우 처리대상물이 발화하여 고온으로의 열적처리가 매우 까다로운 문제가 있었다.

선행기술문헌 : 한국공개특허 제10-2011-0098991호, 한국공개실용신안 제20-2009-0007259호, 한국등록특허 제10-1043334호

종래기술인 한국공개특허 제10-2011-0098991호는 하수슬러지와 같이 점성이 있는 물질을 건조하기 위해 초음파장치를 설치하여 이송스크류에 눌러 붙은 유기성 폐기물를 탈착시키기 위한 터널형건조기를 개시한다.

그러나, 종래기술인 한국공개실용신안 제20-2009-0007259호는 열분해 소각과 같이 고온으로 피건조물을 처리하는 것에는 한계가 있는 문제가 있다.

또 다른 종래기술인 한국공개실용신안 제20-2009-0007259호는 타공형 열매체를 이용하여 잔류 마이크로웨이브들을 열매체에 흡수토록 하여 건조대상물을 건조시키는 마이크로웨이브 누설방지 및 열매체를 이용한 연속식 마이크로웨이브 건조장치를 개시한다.

그러나, 종래기술인 한국공개실용신안 제20-2009-0007259호는 마이크로웨이브를 열매체에 흡수하도록 함으로써 건조대상물을 건조시키는 것일 뿐 피건조물의 고온열분해를 이루지 못하는 한계를 안고 있었다.

또 다른 종래기술인 한국등록특허 제10-1043334호는 마이크로파 건조장치를 제공하여 하수슬러지와 같이 수분 함량이 많은 피건조물의 건조만을 위해 나팔형 도파관의 끝부분에 운모판을 설치하여 피건물에서 발생되는 각종 가스 및 수증기가 다시 마그네트론에 유입되어 마그네트론이 손상되는 것을 방지하는 기술을 개시한다.

그러나, 종래기술인 한국등록특허 제10-1043334호는 도파관이 금속재질로 이루어져 700℃이상의 고온으로 과열된 처리대상물에서 발생되는 복사열 및 각종 건류가스 및 수증기로부터 전해지는 열기 때문에 견뎌내지 못하고 마그네트론이 쉽게 파손될 수 있는 문제가 있었다.

더욱이 종래기술인 한국등록특허 제10-1043334호는 피건조물이 가지고 있는 섭씨 수백도에 달하는 폐열을 활용하지 아니한 채 자연냉각시킨 후 외부로 방출하기 때문에 에너지효율이 극히 낮은 기술에 해당한다.

앞서 살펴본 바와 같이, 종래에는 단위 체적당 5 내지 10퍼센트의 저산소 환경속에서 열화학적 반응을 일으킬 수 있는 열분해를 이용한 보다 효율적인 유기성 폐기물처리장치를 제공하지는 못하고 있는 실정이다.

또한, 종래에는 열매체로 판재를 사용함으로써 판재의 열매체를 계속하여 순환시켜 사용할 수 없었다.

다시 말해서 종래의 열매체는 판재를 사용하였기 때문에 발열부위가 판재의 표면에 국한되어 열효율이 낮은 문제가 있었다.

또한 종래의 기술들은 현장에 적용하여 설치할 경우에 마이크로웨이브 장치를 직렬로 연결하여 운전하므로 전체 시스템의 길이가 수십미터에 달하게 된다.

따라서 종래의 기술은 공간을 많이 차지하고, 처리대상물을 열분해시킬 경우 열매체 및 처리대상물을 마이크로웨이브 고온가열실의 배출구에서 투입구까지 수십미터에 달하는 거리를 이송해야 하며 그에 따라 이송되는 동안에 수증기, 분진, 건류가스, 악취 등이 외기에 노출되게 되며 이를 억제하기 위한 공간과 동력이 소요되고 환경문제를 유발하는 문제가 내재해 있었던 것이다.

따라서 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치를 제공하여 단위 체적당 5 내지 10퍼센트의 저산소 환경속에서 열화학적 반응을 일으킬 수 있는 열분해를 이용한 보다 효율적인 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치를 제공하고, 분말형의 열매체를 이용함으로써 열매체의 입체적 발열을 가능케하여 발열량을 극대화 하는 동시에 분말형의 열매체를 내부순환토록하여 사용가능하도록 하는 것에 그 목적이 있다.

위와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 유기성폐기물이 투입되는 혼합실과; 열매체를 가열하는 가열실과; 상기 가열실에서 가열된 열매체를 상기 혼합실로 이송 투입하는 열매체 이송부; 상기 혼합실에서 혼합된 혼합물을 상기 가열실로 투입하는 혼합물 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치를 포함한다.

또한, 상기 열매체는 분말형이면서 내부순환시켜서 사용가능한 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치를 포함한다.

또한, 상기 혼합물을 저장하여 상기 가열실로 이송하는 저장실이 더 설치되되, 상기 저장실은 상기 혼합실과 상기 저장실에서 나온 배가스와 열교환하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치를 포함한다.

또한, 상기 가열실의 상단에는 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론이 설치되고, 상기 마그네트론이 설치된 가열실 상단을 전면적으로 차폐하는 열차단격벽이 설치된 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치를 포함한다.

또한, 가열실에서 열매체를 가열하는 가열단계와; 상기 가열된 열매체를 이송시켜 혼합실로 투입되는 유기성폐기물과 혼합하는 혼합단계와; 상기 혼합된 혼합물을 상기 가열실로 이송하여 고온열분해시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 방법을 포함한다.

또한, 상기 혼합물을 상기 가열실로 이송하기 전에 상기 혼합물을 저장실로 이송하는 단계를 더 포함하되, 상기 저장실에서는 상기 혼합실과 상기 저장실에서 나오는 배가스와 열교환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 방법을 포함한다.

이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 판재가 아닌 분말형의 열매체를 사용함으로써 열방출 표면적이 증가함으로써 열효율을 극대화 할 수 있는 장점이 있다.

둘재, 판재가 아닌 분말형의 열매체를 사용하기 때문에 열매체를 내부순환시켜 사용할 수 있기 때문에 경제적인 장점이 있다.

셋째, 가열실에서 발생된 폐열을 피건조물의 건조에 사용함으로써 건조효율을 극대화하는 장점이 있다.

넷째, 운모판을 가열실 하부와 상부를 차단하도록 전면적으로 설치하여 열기가 마그네트론에 전달되는 것을 최소화함으로써 마그네트론을 보호하여 내구성을 향상시키는 장점이 있다.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장치의 일부분을 전체적으로 도시한 개략도이다.
도2는 마이크로웨이브가 조사되는 가열실 상단부분에 설치되어진 운모판 측면도이다.
도3은 피처리물의 양이 많을 경우 피처리물의 처리경로가 2개의 단일공정으로 연결되어 순환하는 것을 설명하는 흐름도이다.
도4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 유전가열 고온열분해 감량화공정을 설명하는 흐름도이다.
도5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전체 모습도이다.
도6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 피처리물의 처리방법 순서도이다.

이상과 같은 본 발명의 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장치의 일부분을 전체적으로 도시한 개략도이며, 도2는 마이크로웨이브가 조사되는 가열실 상단부분에 설치되어진 운모판 측면도이다.

도3은 피처리물의 양이 많을 경우 피처리물의 처리경로가 2개의 단일공정으로 연결되어 순환하는 것을 설명하는 흐름도이고, 도4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 유전가열 고온열분해 감량화공정을 설명하는 흐름도이며, 특히 도3에서 피처리물질을 처리하기 위해 장치구성도가 순환형으로 되어 있기 때문에 동일한 구조에서는 동일한 부호를 사용한다.

먼저 개략적인 설명을 하자면, 본 발명의 유기성폐기물 고온열분해 감량화는 크게 피처리물 투입호퍼(1), 파쇄혼합기건조기(2), 저장탱크 및 정량공급장치(3), 연속식 마이크로웨이브 열분해소각로(4), 열분해잔재배출기(5)를 포함하여 구성되며, 가스응축기(6), 폐가스연소장치(7)를 더 포함한다.

함수율이 높은 피처리물을 고온열분해 감량화하기 위해서는 피처리물을 최소한 700℃ 이상의 온도로 가열하여야 한다.

마이크로웨이브는 피처리물의 내부에서 전체적으로 일정하게 극성분자나 이온이 쌍극자 회전과 이온전도를 일으켜 온도가 상승하는 유전가열방식으로 전자에너지의 일종으로서 주파수가 30Mhz~300Ghz 이고 파장특성이

~ 1m 인 전자파의 총칭이다.

이러한 마이크로웨이브의 이용은 산업용에 적용시 설치면적의 극소화 및 유지관리가 극히 간단하다는 장점이 있으며, 연속적으로 단시간내에 피처리물을 가열하기가 쉬우므로 컨베이어 위를 유동하는 피처리물을 가열하기에는 가장 적합한 것으로 여겨지고, 금속에 이것이 도달하면 흡수되지 않고 완전히 반사되어 금속에 작용을 미치는 일이 없는 특성이 있다.

본 발명에 사용한 기술을 이용하여 피처리물을 가열할 경우 두 가지 방법으로 가열이 가능하다.

첫째, 초기에 피처리물이 마이크로웨이브에 조사될 경우 유기성폐기물에 함유된 수분인 물은 흡수분자로서 전자기파인 마이크로웨이브를 흡수하여 쌍극자 회전과 이온 분극현상의 두가지 효과에 의해 가열되는 유전가열이며, 상기의 가열은 저항마찰에 의해 에너지가 소비되고 소비된 에너지는 유전물질 내에서 열로 변하게 된다.

둘째, 본 발명에 사용되는 발열체로서 화학적으로 표면이 코팅되어진 탄소 또는 SiC, Al2O3, Ge, 퍼라이트 등은 임계온도 이상에서는 마이크로웨이브를 흡수하여 기하급수적으로 가열되고 1,000℃ 이하에서는 전기저항률이 부저항온도계수이기 때문에 온도상승과 함께 마이크로웨이브 흡수를 억제하지 못하고 과열이 발생한다.

앞서 언급한 2가지 가열방법으로 피처리물을 가열하여 고온열분해시킬때 단일재료 또는 일정한 비율로 혼합한 재료로 만들어 사용함과 동시에 열적효율을 증대시키기 위해 분말형태로 제작하여 사용하는 것이 바람직하다.

특히 앞서 언급한 발열체들은 내산화성 물질로서 고온 가열시 발열은 하되 발화가 최소화 되는 장점이 있어, 기존의 마이크로웨이브 조사에 의해 가열할 경우 유기성폐기물이 발화하여 500~600℃ 이상으로 운전하지 못하는 단점을 극복하고 700℃ 이상의 열을 발생할 수 있다.

특히 탄소의 표면에 얇고 치밀하게 화학적 코팅을 할 경우 산화방지가 일어나 탄소가 고온의 열에서 산소와 반응하여 연소되는 것을 방지할 수 있는데, 이러한 피막은 더 이상 내부로의 산화진행을 차단하는 역할을 한다.

도1은 발명의 장치를 전체적으로 도시한 개략도이다.

저장탱크(3)에는 정량공급장치(31)가 설치되어 있고, 저장탱크(3)의 우측의 가열실(4)에 연결된다.

가열실(4)의 상부에는 마이크로웨이브를 방출하는 마그네트론(43)이 복수개 설치된다.

가열실(4)의 하부에는 컨베이어(45)가 회전가능하도록 설치되며, 가열실(4) 내부에는 열매체(41)가 들어가 있다.

다시 말해서 열매체 이송부는 컨베이어(45)로 구성된다.

열매체(41)는 분말형으로서 저장탱크(3,8)와 가열실(4)과 혼합실(2) 및 이송부(80)중 적어도 어느 하나 이상을 순환 가능하다.

가열실(4) 내부에는 마그네트론(43)이 가열실(4)에서 발생되는 고온의 열 및 기타 증기 등으로부터 전체적으로 보호하도록 열차단격벽(44)이 설치된다.

보다 상세하게 말하면, 열차단격벽(44)은 운모판으로 이루어지는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 도2에서처럼 마그네트론(43)이 발생하는 마이크로웨이브는 운모판으로 형성된 열차단격벽(44)을 통과하여 가열실(4)에 놓인 분말형의 열매체(41)의 발열을 가능케 함으로써 피처리물(42)의 건조를 가능케 하나, 가열실(4)의 고온의 열 및 증기는 열차단격벽(44)을 통과하지 못하기 때문에 마그네트론(43)이 보호되어 내구성이 향상되게 되는 것이다.

또한, 열매체(41)는 분말형으로 형성되기 때문에 입자 알갱이에 마이크로웨이브가 골고루 조사될 수 있으며 발열이 3차원적으로 일어나면서 발열 체적도 증대되기 때문에 보다 피건조물(42)의 건조가 보다 용이하게 진행되는 것이다.

가열실(4)의 측벽에는 가열실(4)에서 피건조물(42)이 건조될 때 발생하는 가스를 외부로 배출하도록 가스배출장치(46)이 설치된다.

가열실(4)의 우측에는 혼합실(2)이 연통되어 있기 때문에 가열실(4)의 폐열(H)이 혼합실(2)로 유입될 수 있으며, 혼합실(2)의 우측 상단에는 유기성 폐기물이 투입되는 호퍼(1)가 설치되어, 유기성 폐기물이 혼합실(2)에서 폐열(H)에 의해 건조작업이 일어나게 된다.

혼합실(2)의 상부에는 혼합실(2)에서 빠져나가는 가스를 배출하도록 가스배출장치(47)가 설치된다.

혼합실(2)에서는 호퍼(1)로부터 운반된 유기성 폐기물과 가열실(4)로부터 이송된 열매체를 서로 파쇄하면서 혼합시켜 유기성 폐기물발열체 혼합물을 생성한다.

혼합된 유기성 폐기물발열체 혼합물은 혼합실(2) 하측에 마련된 이송부(80)를 따라 이송되어져 우측의 저장탱크(8)로 보내지고 저장탱크(8)의 유기성 폐기물발열체 혼합물은 다시 가열실(4)로 보내진다.

다시 말해서 혼합실(2)에서 혼합된 유기성 폐기물발열체 혼합물은 결국 혼합물 이송부를 통해서 가열실(4)로 보내지는 것이다.

혼합물 이송부는 혼합실(2)에 연결된 이송부(80)를 포함하여 이루어지며 혼합실(2)의 유기성 폐기물발열체 혼합물을 가열실(4)로 이송되도록 이동경로를 제공한다.

우측 저장탱크(8)의 상부에는 가스를 배출하는 가스배출장치(48)가 설치되어 있고, 저장탱크(8)의 우측에는 다시 좌측의 가열실(4)과 동일한 가열실(미도시)에 연결되면서 앞서 언급한 가열실(4)과 혼합실(2), 저장탱크(3,8)가 다시 한 번 동일한 구성으로 연결되어져 있는 시스템을 구성한다.

저장탱크(3,8)의 하부에는 가스배출장치(46,47,48)로부터 배출되는 고온의 가스를 이송하는 가스배출관(71)이 지나도록 설치되기 때문에 저장탱크(3,8)에 저장된 피건조물(42)의 건조작업을 보다 용이하게 도와 열에너지 활용도를 극대화한다.

도3 및 도4를 참조하면서 보다 상세하게 설명하면, 마이크로웨이브가 조사되어지는 유전가열 가열실에서 피처리물이 감량화 된 후 열매체와 열분해잔재물로 구성된 혼합물이 배출되어질 때 열분해잔재배출기(5)에 의해 잔재물을 간헐적으로 제거하는데, 이때 열분해해잔재물에 혼합되어져 빠져 나온 열매체의 양만큼 새로운 열매체(41)를 투입한다. 그리고 열분해잔재물에 혼합되어져 빠져 나온 열매체는 따로 만들어진 재생공정을 거쳐 재사용되어진다.

혼합실(2)를 경유한 피처리물(42)과 열매체(41) 혼합물은 밀봉 되어진 가열실(4)에서 고온에 견딜수 있는 스테인레스 스틸 재질로 이루어진 컨베이어(45)에 의해 이송되어짐과 동시에 마그네트론(43) 마이크로웨이브 조사에 의해 발열되어, 초기 진입단계에서는 건조 그리고 열분해가 순차적으로 일어나고 배출되어진다.

이때 저장탱크(3,8)에서는 약 15% 이하의 함수율을 가진 피처리물(42)에 함유된 수분이 가열되어 증발된 후 건조되는 과정이 진행되고, 이러한 건조과정이 진행된 후 함수율이 약 10~5% 에서 그리고 어느 임계온도 이상에서 유전재료인 열매체(41)에 의해 마이크로웨이브가 가속적으로 흡수되어지고 몇 분 이내에 열매체(41)의 온도는 700~1,000℃로 상승되어져 피처리물(42)을 고온열분해시킨다.

이러한 과정은 분쇄혼합건조기(2)를 경유해 이상적으로 균일하게 혼합되어진 피처리물(42)과 열매체(41)에 마이크로웨이브 조사에 의해 전체가 동시에 균일하게 가열되어진다.

마이크로웨이브 가열실(4)에서 발생하는 고온의 수증기와 각 종 건류가스는 가열실 진입부 측면에 여러개의 가스배출장치(47)를 통해 배출하고, 즉시 배출한 후 가스응축기(6)를 경유하여 폐가스연소장치(7)를 통해 처리되어진다.

유기성 폐기물로 이루어진 피처리물(42)은 고온열분해 감량화된 후 소량의 열분해잔재물로 배출기(5)에 의해 간헐적으로 배출되며, 700℃ 이상의 온도로 과열된 열매체(41)는 혼합실(2)에 투입되어져 그 폐열(H)을 피처리물의 건조에 재사용하고, 건조된 피처리물과 열매체는 저장탱크(3)에 일정기간 저장 후 스크류방식으로 운전하는 정량공급장치(31)에 의해 가열실(4)에 재투입되어진다.

저장탱크(3,8)의 역할은 일정기간 분말형 열매체(41)가 함유한 폐열(H)을 이용하여 지속적으로 피처리물(42)을 건조하게끔 함과 동시에 바닥에 폐가스연소장치(7)를 통해 배출되는 고온의 연소가스를 흐르게 하여 저장탱크에서 배출되는 피처리물과 열매체 혼합물의 함수율이 10 ~ 15%로 되게 조정한다. 열매체 혼합물은 스크류방식으로 운전되는 정량공급장치(31)에 의해 마이크로웨이브 가열실(4)에 투입되어진다.

열매체 혼합물의 온도가 외기온도보다 낮게 되면 외기에 함유된 수분을 재흡수하게 되어져 가열실(4)의 효율이 떨어지며, 가열실(4)의 초기 건조공정을 위해 일정온도 이상으로 가열하는데 특히 겨울철에는 에너지가 많이 소비되기 때문이다.

저장탱크(3)에서 발생하는 수증기는 가스응축기(6)를 거쳐 배가스 연소장치(7)에 의해 처리되어진다.

이러한 공정은 단일공정으로 운전하는 시스템으로 할 수 있고, 피처리물의 양이 많을 경우 도3에서 보는 바와 같이 2개 공정이 반복적이고 순환적으로 연결되게 하여, 첫 번째 공정에서 투입호퍼(1)에서 피처리물(42)이 투입된 후 혼합실(2)를 경유하여 저장탱크 및 정량공급장치(3), 유전가열 가열실(4) 그리고 두 번째 공정에서 투입호퍼(1)에서 피처리물(42)이 투입된 후 혼합실(2)를 거쳐 저장탱크 및 정량공급장치(3), 유전가열 가열실(4)로 연결되어져 연속적이고 순환적으로 처리되어진다.

먼저 본 발명의 전체적인 구성을 설명하자면, 본 발명은 마이크로웨이브를 통해 피처리물을 고온열분해 감량화하면서 열매체인 분말형 열매체(41)가 함유한 폐열(H)을 이용함으로서 에너지절감과 저장탱크(3) 바닥에 배가스 연소장치를 설치하여 연소가스 폐열(H)을 이용하거나, 배가스 연소장치(7)를 따로 설치하고 연소가스 배관(46)이 저장탱크(3) 바닥을 지나게 하여 연소가스 폐열(H)을 이용하고 저장탱크내의 피처리물(42)과 발열체 혼합물의 함수율이 10~5% 되게 건조시켜 마이크로웨이브 가열실의 효율을 높여 경제적이도록 하려는 목적을 갖는다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 마이크로웨이브를 이용하여 피처리물(42)을 보다 효율적으로 고온열분해 감량화시키기 위해서는 피처리물(42)이 일정한 양으로 투입되어야 보다 우수한 고온열분해 감량화 효율을 가질 수 있다.

또한 건조공정인 파쇄혼합기(2)에서는 피처리물(42)과 연속식 마이크로웨이브 가열실(4)에서 배출되는 700℃ 이상의 분말형 열매체(41)의 혼합비율을 무게비율로 분말형 열매체(41)가 50% 이상 되게 하여 혼합실(2)에 넣고, 피처리물(42)에 700℃ 이상의 분말형 열매체(41)의 높은 열을 짧은 시간내에 전달하기 위해 압력을 가하거나 고속회전 방법으로 파쇄하고 이상적으로 혼합시키는 파쇄혼합건조방식으로 운전되며, 이를 통해 피처리물(42)은 빠른 시간내에 건조가 이루어진다. 상기의 폐열(H)이용 방식으로 경제적인 시스템을 운전할 수 있고 열매체의 폐열(H)을 이용한 뒤 마이크로웨이브 열분해소각실(4)에 재투입되어져 재사용할 수 있다.

따라서 본 발명은 투입호퍼(1)에서는 스크류방식으로 피처리물(42)을 투입하고 가열실에서 배출되어진 분말형 열매체(41)와 피처리물(42)이 혼합실(2)의 건조공정을 거쳐 저장탱크에 저장한 후 스크류방식인 정량공급장치(3)에 의해 마그네트론(43)에서 조사되는 마이크로웨이브 유전가열방식으로 운전되는 가열실(4)에 일정하게 투입되어진다.

열매체는 분말형 열매체(41)로서 재료는 표면이 화학적으로 특수처리되어진 탄소 및 SiC, Al2O3, Ge, 퍼라이트 등으로 제작되어지며, 단일재료 또는 일정한 비율로 혼합한 재료로 만들어 사용한다. 열매체(41)는 마그네트론에서 조사되는 마이크로웨이브와 가열실 내부를 떠돌아다니는 마이크로웨이브 반사파들을 흡수하여 최대 15분 이내에 700℃ 이상의 고온을 형성하여 피처리물(42)의 온도상승을 가속화시키고 고온열분해 감량화시킨다. 또한 화학적 방법으로 코팅되어진 탄소는 발화현상을 최소화시켜 불꽃이 발생되지 않게 하는 특성이 있다.

마이크로웨이브는 일반적으로 약 80% 정도가 피처리물(42)에 흡수되어 유전가열을 일으키고, 나머지는 마이크로웨이브 가열실(4)에 잔류하거나 마그네트론(43)에 역류하는 현상을 일으키고, 혹은 조사실 밖으로 빠져나와 작업자의 안전을 위협하게 된다. 하지만 분말형 열매체(41)를 구성하는 탄소성분이 잔류 마이크로웨이브를 흡수하면서 발열체의 온도가 급속히 올라가고 피처리물(42)을 효과적이고 경제적으로 고온열분해시킬 수 있다.

피처리물(42)이 약 80% 이상의 함수율을 가지고 있으며, 뭉쳐지고 굳어진 상태라 혼합실(2)를 이용하여 마이크로웨이브 가열실(4)에서 700℃ 이상의 고온으로 가열된 분말형 열매체(41)와 피처리물(42)을 압력을 가하거나 고속회전으로 파쇄시켜 이상적으로 혼합시킴으로서 열매체(41)의 폐열(H)을 피처리물(42)의 건조에 활용한다. 이때 소요되는 시간은 아주 짧으며, 발생되는 수증기와 비산재는 가스응축기(6)를 통해 수분을 응축시키고 비응축가스는 배가스 연소장치(7)를 통해 처리되어진다.

도2는 마이크로웨이브가 조사되는 유전가열 가열실(4) 상단부분 전면에 걸쳐 설치되어진 열차단격벽(44)의 모습을 나타낸 것이다.

마그네트론(43)의 마이크로웨이브 조사에 의해 700℃ 이상의 고온으로 가열되어진 분말형 열매체(41)와 피처리물(42)에서 발생하는 각 종 건류가스, 수증기 그리고 복사열이 마그네트론(43)에 진입하는 것을 원천적으로 차단하기 위해 열차단격벽(44)이 설치되어 마그네트론(43)을 열과 오염물질로부터 보호하여 가열실(4)의 가동시간을 늘일 수 있는 동시에 내구성도 향상된다.

도5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전체 모습도이며, 도6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 피처리물의 처리방법 순서도이다.

제1루트(R1)는 좌측 가열실(4)의 열매체(41)를 우측 혼합실(2')로 이송하는 경로이며, 제2루트(R2)는 우측 가열실(4')의 열매체(41)를 좌측 혼합실(2)로 이송하는 경로이다.

다시 말해서 열매체(41)는 제1루트(R1)와 제2루터(R2)를 통하여 순환가능한 것이다.

따라서, 열매체(41)가 계속하여 순환하면서 열을 발산하기 때문에 피처리물(42)이 보다 효율적으로 건조되는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건조방법을 설명하면 가열실에서 열매체를 가열하는 가열단계와, 가열된 열매체를 이송시켜 혼합실로 투입되는 유기성폐기물과 혼합하는 혼합단계와, 혼합단계에서 혼합된 혼합물을 가열실로 이송하여 고온열분해시키는 단계로 이루어지는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 방법이다.

또한, 혼합물을 가열실로 이송하기 전에 혼합물을 저장실로 이송하는 단계를 더 포함하되, 저장실에서는 혼합실과 저장실에서 나오는 배가스와 열교환하는 단계를 포함하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 방법이기도 하다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 됨을 부언한다.

1, 1' : 호퍼 2, 2' : 혼합실
3, 8, 8' : 저장탱크 4, 4' : 가열실
5 : 열분해잔재 배출기 6 : 가스응축기
7 : 배가스 연소장치 31 : 정량공급장치
41 : 열매체 42 : 피처리물
43 : 마그네트론 44 : 열차단격벽
45 : 컨베이어 46, 47, 48 : 가스배출장치
71 : 가스배출관 80 : 이송부
R1 : 제1루트 R2 : 제2루트
H : 폐열

Claims (6)

1. 유기성폐기물이 투입되는 혼합실
   열매체를 가열하는 가열실과;
   상기 가열실에서 가열된 열매체를 상기 혼합실로 이송 투입하는 열매체 이송부;
   상기 혼합실에서 혼합된 혼합물을 상기 가열실로 투입하는 혼합물 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치.
   
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 열매체는 분말형이면서 내부순환시켜서 사용가능한 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치.
   
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 혼합물을 저장하여 상기 가열실로 이송하는 저장실이 더 설치되되,
   상기 저장실은 상기 혼합실과 상기 저장실에서 나온 배가스와 열교환하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 가열실의 상단에는 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론이 설치되고,
   상기 마그네트론이 설치된 가열실 상단을 전면적으로 차폐하는 열차단격벽이 설치된 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 장치.
   
   
5. 가열실에서 열매체를 가열하는 가열단계와;
   상기 가열된 열매체를 이송시켜 혼합실로 투입되는 유기성폐기물과 혼합하는 혼합단계와;
   상기 혼합된 혼합물을 상기 가열실로 이송하여 고온열분해시키는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 방법.
   
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 혼합물을 상기 가열실로 이송하기 전에 상기 혼합물을 저장실로 이송하는 단계를 더 포함하되,
   상기 저장실에서는 상기 혼합실과 상기 저장실에서 나오는 배가스와 열교환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물 고온열분해 감량화 방법.
   

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