KR101184973B1 - 폐기물 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정한 진공환경에서 폐기물의 연속적인 열분해를 수행하는 열분해로 그리고 이를 이용하여 폐기물의 열분해 중 발생된 각종 가스를 처리하는 고효율의 폐기물 처리 시스템에 관한 것이다.

구체적으로 본 발명은 밀폐된 내부 가열영역을 제공하는 아우터탱크; 일단과 타단이 상기 아우터탱크 외부로 노출되도록 상기 아우터탱크에 관통 실장되고 밀폐된 내부 열분해영역을 제공하는 관로 형상의 인너탱크; 상기 인너탱크를 가열하는 가열수단; 상기 인너탱크 일단에 설치되어 상기 열분해영역을 외부와 격리하고, 폐기물 투입을 위한 호퍼를 제공하는 제 1 로드락밸브; 상기 인너탱크 타단에 설치되어 상기 열분해영역을 외부와 격리하고, 상기 폐기물의 열분해에 따른 탄화물 배출을 위한 배출구를 제공하는 제 2 로드락밸브; 상기 열분해영역을 감압하여 진공을 조성 및 유지하는 진공펌프; 및 상기 인너탱크에 실장되어 상기 폐기물을 상기 일단에서 타단으로 이동시키는 이송수단을 포함하는 열분해로 및 이를 이용한 폐기물 처리 시스템을 제공한다.

Description

폐기물 처리 시스템{waste treatment system}

본 발명은 열분해로(pyrolysis furnace) 및 이를 이용한 폐기물 처리 시스템(waste treatment system)에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 일정한 진공환경에서 폐기물의 연속적인 열분해를 수행하는 열분해로 그리고 이를 이용하여 폐기물의 열분해 중 발생된 각종 가스를 처리하는 고효율의 폐기물 처리 시스템에 관한 것이다.

최근 들어 사회가 급격한 산업화, 도시화 양상을 보이면서 폐기물 발생량이 급증하고 있고, 특히 플라스틱류 등 화학합성물질의 난분해성 폐기물 발생량은 전 세계적으로 가파른 상승추세를 보이고 있다.

이에 따라 세계 각국은 효율적인 폐기물 처리방안을 적극 모색하고 있는 가운데 난분해성 폐기물의 처리 시 수반되는 각종 오염물질로 인한 환경오염문제에 주목하고 있고, 대표적인 오염물질로서 폐기물 소각에 따른 대기오염공해배출가스, 예컨대 다이옥신(dioxin : Poly Chlorinated Dibenzo Dioxins, PCDD계 화합물을 총칭한다. 이하 동일하다.) 등을 억제하는데 총력을 기울이고 있다.

일반적으로 폐기물이란 쓸모없게 되어 버리는 물질의 총칭으로, 폐기물 관리법에 따르면 "쓰레기·연소재·오니(汚泥)· 폐유(廢油)·폐산·폐알칼리·동물 사체 등 사람의 생활이나 산업활동에 필요 없게 되어 버리는 물질"로 정의된다.

한편, 폐기물의 처리를 위해서는 과거로부터 '감량', '재활용', '재생', '매립', '소각'의 방법이 주로 사용되었는데, 최종적인 처리방안이 될 수 없는 '감량', '재활용', '재생'은 제외하더라도 '매립'은 장기간에 걸쳐 심각한 토질 및 수질오염을 초래하므로 강력한 규제대상이 되어 있다.

따라서 현재로서는 화염으로 폐기물을 태워 제거하는 '소각'의 방식이 주로 사용되며, 이를 위한 산업장치를 총칭하는 소각로(incinerator)는 그 방식에 따라 화격자연소방식(火格子燃燒方式), 고정상연소방식(固定床燃燒方式), 다단로연소방식(多段爐燃燒方式), 회전소각로방식(回轉燒却爐方式), 유동상연소방식(流動床燃燒方式), 분무연소방식 등으로 구분된다.

하지만, 소각에 의한 폐기물 처리방법 역시 여러 가지 문제점을 나타내는데, 폐기물의 종류, 적재량, 밀도, 수분함유량 등 여러 가지 요인으로 인해 폐기물의 완전연소가 실질적으로 불가능하고, 불완전 연소에 따른 그을음, 먼지, 대기오염 공해배출가스의 문제점을 야기한다.

이에 따라 최근에는 고온 및 진공환경에서 폐기물을 열분해(pyrolysis) 하여 대기오염공해배출가스의 배출을 최소화하는 방안이 주목받고 있다.

도 1은 해당분야의 일반적인 열분해 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.

보이는 것처럼, 일반적인 열분해 장치는 폐기물을 분쇄하는 분쇄장치(grinder:6)와, 분쇄된 폐기물에 버너(burner:15)의 화염을 가해 열 분해하는 열분해로(pyrolysis furnace:10)와, 폐기물의 열분해 중에 발생되는 각종 가스를 연소시키는 연소로(combustors:14)를 필수구성요소로 하며, 분쇄장치(6)에는 내부를 감압하여 무산소 환경의 진공을 조성하는 진공펌프(5)가 설치된다.

이에 따라 폐기물이 호퍼(1)를 통해 분쇄장치(6)로 투입되면 폐기물의 분쇄와 더불어 진공이 조성된 후 열분해로(14)에서 열분해가 이루어지며, 이 과정 중에 발생되는 기체는 연소로(14)를 통과하는 동안 별도의 화염에 의해 연소된다.

하지만, 이 역시 몇 가지 문제점을 나타내는데, 대표적인 몇 가지만 살펴보면 첫째, 폐기물의 연속 처리가 불가능하고, 둘째, 열분해로와 별도로 운용되는 대형의 연소로를 필요로 하며, 셋째, 폐기물의 열분해 과정 중에 발생되는 가스의 전량을 태워 제거함에 따라 효율이 낮고 자원재활용의 이익을 얻을 수 없는 단점을 나타낸다.

각각을 간략히 살펴보면, 먼저 첫 번째 단점과 관련된 내용으로서 일반적인 열분해 장치는 열분해로 내부의 진공 조성 및 유지 등을 이유로 열분해 진행 중에 폐기물의 추가투입이 불가능하다. 때문에 각각의 열분해 공정에서 기(旣) 투입된 양의 폐기물만 처리 가능하며, 이로 인해 시간적, 비용적 소모가 큰 것은 물론 대량의 폐기물 처리를 위해서는 대형의 열분해로를 사용할 수밖에 없어 설치면적 등 장치적 제약이 큰 단점이 있다.

또한, 두 번째와 세 번째에 관련된 내용으로서 일반적인 열분해 장치는 폐기물의 열분해 과정 중에 발생되는 대량의 가스를 전량 연소로에서 연소 제거함에 따라 고효율의 대형 연소로를 필요로 하며, 여기에는 별도의 화염이 소요되므로 효율이 크게 떨어지는 단점을 나타낸다. 아울러, 폐기물의 종류에 따라 가스 내에는 재활용 가능한 유용성분이 다량 존재하지만 전량을 연소 제거하는 일반적인 열분해장치의 경우에 재활용의 여지가 없고, 이로 인해 자원낭비가 큰 단점을 보인다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 폐기물의 연속 처리가 가능하고 소형의 연소로로도 충분히 운용 가능하며 폐기물의 열분해 중에 발생되는 가스 내 유용성분을 획득 및 재활용할 수 있는 구체적인 방도를 제공하는데 그 목적이 있다.

구체적으로 본 발명은 폐기물의 연속적인 열분해를 통해 시간적, 비용적 이득을 얻을 수 있고, 소형의 연소로로도 대기오염공해배출가스의 배출문제를 효과적으로 해결하며, 폐기물의 열분해 중에 발생되는 가스로부터 각종 유용성분을 효율적으로 획득 및 재활용할 수 있는 폐기물 처리 방안을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 밀폐된 내부 가열영역을 제 공하는 아우터탱크; 일단과 타단이 상기 아우터탱크 외부로 노출되도록 상기 아우터탱크에 관통 실장되고 밀폐된 내부 열분해영역을 제공하는 관로 형상의 인너탱크; 상기 인너탱크를 가열하는 가열수단; 상기 인너탱크 일단에 설치되어 상기 열분해영역을 외부와 격리하고, 폐기물 투입을 위한 호퍼를 제공하는 제 1 로드락밸브; 상기 인너탱크 타단에 설치되어 상기 열분해영역을 외부와 격리하고, 상기 폐기물의 열분해에 따른 탄화물 배출을 위한 배출구를 제공하는 제 2 로드락밸브; 상기 열분해영역을 감압하여 진공을 조성 및 유지하는 진공펌프; 및 상기 인너탱크에 실장되어 상기 폐기물을 상기 일단에서 타단으로 이동시키는 이송수단을 포함하는 열분해로를 제공한다.

이때, 상기 제 1 로드락밸브는, 상기 인너탱크 일단과 상기 호퍼를 연결하는 밀폐된 제 1 밸브챔버; 상기 호퍼 측의 상기 제 1 밸브챔버 선단과 상기 열분해로 일단 측의 상기 제 1 밸브챔버 후단을 각각 개폐하는 제 1 및 제 2 게이트밸브; 및 상기 제 1 및 제 2 게이트밸브 사이의 상기 제 1 밸브챔버를 흡기 및 배기하는 제 1 흡배기펌프를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 2 로드락밸브는, 상기 인너탱크 타단과 상기 배출구를 연결하는 밀폐된 제 2 밸브챔버; 상기 인너탱크 타단 측의 상기 제 2 밸브챔버 선단과 상기 배출구 측의 상기 제 2 밸브챔버 후단을 각각 밀폐하는 제 3 및 제 4 게이트밸브; 및 상기 제 3 및 제 4 게이트밸브 사이의 상기 제 2 밸브챔버를 흡기 및 배기하는 제 2 흡배기펌프를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 이송수단은, 상기 아우터탱크 외부에 설치된 모터; 및 상기 인너탱크의 길이방향을 따라 배열되어 상기 모터에 의해 회전되는 축의 외면을 따라 복수 의 패들 스크류가 둘러 붙여진 패들 스크류 컨베이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명은 상기의 기재에 따른 열분해로를 이용한 폐기물 처리 시스템으로서, 상기 열분해로; 상기 가열영역에서 발생된 연소가스를 연소시키는 연소로; 상기 진공펌프를 매개로 상기 열분해영역에 연결되어, 상기 열분해영역에서 발생된 혼합가스 내 불순물을 제거하는 불순물제거부; 상기 불순물이 제거된 혼합가스를 냉각하는 냉각부; 상기 냉각된 혼합가스로부터 가연성가스를 포함하는 유용성분을 수집하고, 상기 가연성가스를 상기 버너로 공급하는 가스정제부를 포함하는 폐기물 처리시스템을 제공한다.

이때, 상기 불순물제거부는, 상면이 밀폐된 수직 원통 형상으로 하단으로 갈수록 내경이 줄어드는 사이클론본체, 상기 사이클론본체의 일측 상단에 접선방향으로 연결되어 상기 진공펌프의 가스가 유입되는 유입관, 상기 사이클론본체 상면에 관통 연결된 배기구를 포함하여 사이클론 방식으로 불순물을 1차 제거하는 사이클론유닛; 및 상기 사이클론유닛과 연결된 수직 벤츄리 형태의 스크러버본체, 상기 스크러버본체 하단에 설치되는 집수탱크, 상기 스크러버본체의 슬롯 상단에 설치되어 수직 하방으로 세정수를 분사하는 제 1 분사노즐을 포함하여 벤츄리스크러버 방식으로 불순물을 2차 제거하는 벤츄리유닛을 포함하고, 상기 집수탱크 상단에 수직 설치되어 상기 불순물이 제거된 가스가 수집되는 분리탱크; 상기 분리탱크의 내부 상단으로부터 수직 하방으로 세정수를 분사하는 제 2 분사노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각부는 냉각수를 이용한 냉각타워인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 열분해로는 내부 진공환경에 대한 변화없이 폐기물의 연속투입과 탄화물의 연속배출이 가능하다, 따라서 열분해로의 불필요한 가동중단 없이 연속적인 열분해가 가능하고, 이를 통해 폐기물 처리에 소요되는 시간적, 비용을 대폭 절감하는 것은 물론 장치적 구성면에서도 동일 효율 대비 상대적으로 소형화가 가능한 장점이 있다.

아울러, 본 발명에 따른 열분해로는 폐기물의 열분해 중에 발생되는 각종 가스성분을 각각 화염에 의한 연소가스와 열분해에 의한 혼합가스로 분리하여 이중 연소가스만을 연소로에 전달한다. 따라서 소형의 연소로로도 연소가스의 완전연소가 가능하고 대기오염공해배출가스를 효과적으로 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 폐기물 처리 시스템은 혼합가스의 효과적인 처리를 통해 유용성분의 정제 및 재활용이 가능하므로 자원 재활용의 효과가 큰 장점을 나타낸다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 보다 구체적으로 살펴본다.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 폐기물 처리 시스템의 모식도로서, 임의로 폐기물의 열분해를 위한 열분해로(50) 그리고 열분해로의 열분해 중에 발생되는 각종 가스성분을 처리하기 위한 그 밖의 부분으로 나누어 볼 수 있다.

여기서 열분해로(50)는 폐기물의 직접적이고 연속적인 열분해를 진행한다.

이를 위한 열분해로(50)는 밀폐된 내부 가열영역(54)을 제공하는 아우터탱크(outer tank:52), 양단이 아우터탱크(52) 외부로 노출되도록 아우터탱크(52)에 관통 실장되며 밀폐된 내부 열분해영역(64)을 제공하는 관로 형상의 인너탱크(inner tank:62), 인너탱크(62)를 가열하는 가열수단(B), 아우터탱크(52) 외부로 노출된 인너탱크(62)의 일단에 설치되어 열분해영역(64)을 외부로부터 격리하되 폐기물 투입을 위한 호퍼(74)를 제공하는 제 1 로드락밸브(loadlock valve:72), 외부로 노출된 인너탱크(62)의 타단에 설치되어 열분해영역(64)을 외부로부터 격리하되 폐기물의 열분해 완료에 따른 탄화물 배출을 위한 배출구(84)를 제공하는 제 2 로드락밸브(82), 인너탱크(62) 내부에 실장되어 폐기물을 일 방향으로 이송하는 이송수단(도 3 및 도 4의 90참조, 이하 동일하다.) 그리고 열분해영역(64)을 배기 및 감압하여 해당 영역에 진공을 조성 및 유지하는 진공펌프(P1)를 포함한다.

각각을 구체적으로 살펴본다.

먼저, 아우터탱크(52)는 밀폐된 탱크형상으로서 열분해로(50)의 실질적인 외관을 이룬다. 이때, 아우터탱크(52) 내면 및/또는 외면을 따라서는 절연층에 의한 절연처리가 이루어질 수 있고, 아우터탱크(52)의 일측, 바람직하게는 상단에는 배기관(56)이 연결되어 별도의 연소로(C)에 연결된다.

다음으로, 인너탱크(62)는 밀폐된 관로 형상으로서 양 말단이 아우터탱크(52)로부터 관통 노출되도록 아우터탱크(52)에 실장된다. 이때, 바람직하게는 인 너탱크(62)의 양 말단 중 폐기물의 이동방향에 따른 선단에 해당되는 일단은 반대편인 타단에 비해 상대적으로 높은 위치에 있고, 아우터탱크(52) 외부로 노출된 인너탱크(62)의 일단과 타단에는 각각 제 1 및 제 2 로드락밸브(72,82)를 매개로 호퍼(74,84)와 배출구가 연결되며, 아우너탱크(52) 내부의 인너탱크(62) 일측에는 펌핑관(66)이 연결되어 아우터탱크(52) 외부의 진공펌프(P1)에 연결된다.

따라서, 아우터탱크(52)와 인너탱크(62) 사이로는 배기관(56)을 통해 연소로(C)와 연결되는 밀폐된 가열영역(54)이 정의되고, 인너탱크(62) 내부로는 펌핑관(66)을 통해 진공펌프(P1)와 연결되는 밀폐된 열분해영역(64)이 정의된다.

이때, 바람직하게는 인너탱크(62)는 아우터탱크(52) 내부에서 상하 지그재그 배열되도록 도면상 좌우방향을 향하는 적어도 둘의 직선통로부 그리고 직선통로부의 동일 방향 말단을 연결하여 열분해영역(64)이 단일경로를 이루도록 하는 적어도 하나의 수직통로부로 이루어질 수 있고, 직선통로부에는 폐기물을 일 방향, 바람직하게는 인너탱크(62)의 일단에서 타단 방향으로 강제 이송하는 이송수단(90)이 설치된다.

그리고 아우터탱크(52)의 일측, 바람직하게는 하단에는 인너탱크(62)를 가열하기 위한 가열수단(B)으로서 버너가 설치되어 가열영역(54)으로 화염을 도입한다.

그 결과 호퍼(74) 및 제 1 로드락밸브(72)를 통해 인너탱크(62)로 투입된 폐기물은 이송수단(90)에 의해 이송되는 과정 중에 가열수단(B)에 의한 열분해가 진행되고, 열분해 완료에 따른 최종의 탄화물은 제 2 로드락밸브(82) 및 배출구(84)를 통해 배출된다. 그리고 이 과정 중에 가열수단(B)에 의해 가열영역(54)에서 발 생되는 가스성분(이하, 연소가스라 함)은 연소로(C)로 전달되고, 폐기물의 열분해에 의해 열분해영역(64)에서 발생되는 가스성분(이하, 혼합가스라 함)은 진공펌프(P1)로 배기된다.

이때 특히 본 발명에 따른 열분해로(50)는 폐기물의 연소가 아닌 무산소 환경의 열분해를 진행하며, 이는 폐기물의 지속적 투입에 따라 연속 진행되는 것을 특징으로 하는바, 인너탱크(62) 내부의 열분해영역(64)은 진공상태로 조성되어 폐기물의 투입과 탄화물의 배출에도 불구하고 일정수준의 진공상태를 유지할 필요가 있다.

이를 위해 제 1 로드락밸브(72)는 열분해영역(64)을 외부로부터 격리시킨 상태로 호퍼(74)의 폐기물을 인너탱크(62)로 투입하고, 제 2 로드락밸브(82)는 열분해영역(64)을 외부로부터 격리시킨 상태로 탄화물을 배출하는데, 여기에 대해서 열분해로(50)의 일부 단면도인 도 3을 함께 참조하여 살펴본다.

보이는 것처럼, 본 발명에 따른 제 1 로드락밸브(72)는 호퍼(74)와 인너탱크(62)의 일단을 연결하는 밀폐된 제 1 밸브챔버(valve chamber:73), 호퍼(74) 측의 제 1 밸브챔버(73) 선단을 개폐하는 제 1 게이트밸브(gate valve:76), 인너탱크(62) 일단 측의 제 1 밸브챔버(73) 후단을 개폐하는 제 2 게이트밸브(78) 그리고 제 1 및 제 2 게이트밸브(76,78) 사이의 제 1 밸브챔버(73) 내부를 흡기 및 배기하는 제 1 흡배기펌프(P2)를 포함한다.

이때, 제 1 및 제 2 게이트밸브(76,78)는 각각 실린더나 모터 등으로 제 1 밸브챔버(73)의 선 후단을 개폐하도록 슬라이딩되는 평판형 밸브, 이른바 나이프 게이트 밸브(Knife Gate Valves)가 사용될 수 있고, 제 1 흡배기펌프(P1)는 제 1 및 제 2 게이트밸브(76,78)의 개폐동작에 따라 흡기 또는 배기 동작을 적절히 수행하여 제 1 밸브챔버(73) 내부를 대기압 또는 열분해영역(64)과 동일한 진공을 조성한다.

즉, 폐기물 투입의 과정을 예로 들면 진공펌프(P1)에 의해 인너탱크(62) 내부의 열분해영역(64)에 미리 일정수준의 진공이 조성된 것을 전제로, 제 1 및 제 2 게이트밸브(76,78)가 모두 닫힌 상태에서 제 1 흡배기펌프(P2)의 배기동작에 의해 제 1 밸브챔버(73) 내부가 대기압으로 조성되고 제 1 게이트밸브(76)가 열린다. 이에 따라 호퍼(74)로 투입된 폐기물은 제 1 밸브챔버(73)로 유입된다. 이어서 제 1 게이트밸브(76)가 닫힌 후 제 1 흡배기펌프(P2)의 흡기동작에 의해 밀폐된 제 1 밸브챔버(73) 내부가 인너탱크(62)의 열분해영역(64)과 동일한 수준의 진공으로 조성되고 제 2 게이트밸브(78)가 열린다. 이에 따라 제 1 밸브챔버(73) 내부의 폐기물은 인너탱크(62)로 투입된다.

그 결과 인너탱크(62) 내부의 열분해영역(64)은 초기 진공상태를 지속적으로 유지한 상태로 폐기물이 연속적으로 투입될 수 있고, 해당 구성 및 작용은 제 2 로드락밸브(82)에도 동일하게 적용된다.

즉, 도 4에 도시된 제 2 로드락밸브(82)는 인너탱크(62) 타단과 배출구(84)를 연결하는 밀폐된 제 2 밸브챔버(83), 인너탱크(62) 타단 측의 제 2 밸브챔버(83) 선단을 개폐하는 제 3 게이트밸브(86), 배출구(84) 측의 제 2 밸브챔버(83) 후단을 개폐하는 제 4 게이트밸브(88) 그리고 제 3 및 제 4 게이트밸브(86,88) 사 이의 제 2 밸브챔버(83) 내부를 흡기 및 배기하는 제 2 흡배기펌프(P3)를 포함한다. 이때, 제 3 및 제 4 게이트밸브(86,88)는 각각 실린더 또는 모터 등으로 제 2 밸브챔버(83)의 선 후단을 개폐하는 나이프 게이트 밸브가 사용될 수 있고, 제 2 흡배기펌프(P3)는 제 3 및 제 4 게이트밸브(86,88)의 개폐동작에 연동된 흡기 또는 배기동작을 통해 제 2 밸브챔버(83) 내부에 대기압 또는 열분해영역(64)과 동일한 진공을 조성한다.

그 결과 인너탱크(62) 내부의 열분해영역(64)은 초기 진공상태를 지속적으로 유지한 채 폐기물의 열분해 완료에 따른 탄화물을 지속적으로 배출할 수 있다.

또한, 도 3 및 도 4에 함께 나타나 있는 것처럼 인너탱크(62)의 직선통로부에 설치되는 이송수단(90)은 모터(M) 및 이에 의해 회전하는 스크류 컨베이어가 사용될 수 있다.

이때, 바람직하게는 모터(M)는 아우터탱크(52) 외부에 설치되고, 스크류 컨베이어는 인너탱크(62)의 길이방향을 따라 실장되어 모터(M)에 의해 회전되는 축(92)의 외면을 따라 복수의 패들 스크류(paddle screw:94)가 둘러 붙여진 형태, 이른바 패들 스크류 컨베이어가 사용될 수 있다. 그 결과 폐기물의 이송은 물론 교반 및 분쇄작용을 통해 한층 더 원활한 열분해를 가능케 한다.

참고로, 도 2에 나타난 것처럼 아우터탱크(52)와 인너탱크(62) 사이로는 가열수단(B)에 의한 열기의 방향을 적절히 전환하는 격벽(W)이 설치될 수 있다. 이때, 격벽(W)의 역할은 배출관(56)을 향하는 열기의 이동경로를 적절히 전환하여 인너탱크(62)와 열기의 접촉면적을 증가시키기 위한 것으로서 당업자에게 자명한 사 실이므로 자세한 설명은 생략한다. 더불어, 도면에서와 같이 인너탱크(62)가 아우터탱크(52) 내부에서 상하 지그재그 배열되는 이유는 인너탱크(62)를 따라 이송되는 폐기물과 가열수단(B)에 의한 열기의 접촉면적을 실질적으로 증가시켜 한층 더 원활한 열분해를 도모하기 위한 것으로, 이 역시 당업자에게는 자명한 사실이며 도면에서와 같이 4개의 직선통로부에 의한 4단 절곡구조는 예시에 지나지 않는다.

이상에서 살펴본 본 발명에 따른 열분해로(50)의 동작을 다시 정리한다.

먼저, 제 1 및 제 2 로드락밸브(72,74)의 제 1 내지 제 4 게이트밸브(76,78,86,88)가 모두 닫힌 상태에서 진공펌프(P1)를 통해 인너탱크(62) 내부의 열분해영역(64)에 진공이 조성되고, 가열수단(B)에 의해 아우터탱크(52)의 가열영역(54)이 가열된다. 이후 적정한 온도, 임의로 가열영역(54)이 750℃에 달하면 이송수단(90)이 작동하는 가운데 호퍼(74)로 폐기물이 투입되고, 제 1 로드락밸브(72)에 의해 인너탱크(62)의 진공환경을 훼손하지 않으면서 인너탱크(62)로 폐기물이 유입된다.

이에 따라 폐기물은 인너탱크(62) 내부를 따라 이송되면서 가열영역(54)으로부터 열분해영역(64)으로 전달되는 고온에 의해 열분해 되고, 열분해 완료에 따른 탄화물은 제 2 로드락밸브(82)에 의해 인너탱크(62)의 진공환경을 훼손하지 않도록 배출구(84)로 배출된다.

이 과정 중에 가열수단(B)에 의해 가열영역(54)에서 발생되는 연소가스는 연소로(C)로 전달되어 연소 처리되고, 폐기물의 열분해에 의해 인너탱크(62)의 열분해영역(64)에서 발생되는 혼합가스는 진공펌프(P1)를 통해 지속적으로 배출되어 열 분해영역(64)은 여전히 일정한 진공환경을 유지한다.

그 결과 본 발명에 따른 열분해로(50)는 폐기물의 열분해에 의해 발생되는 혼합가스 이외의 가열수단(B)에 의한 연소가스만을 연소로(C)로 전달하며, 따라서 연소로(C)는 기존 대비 소용량이어도 무리 없이 대기오염공해배출가스를 효과적으로 제거할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 폐기물 처리 시스템은 상기의 열분해로(50) 이외에 진공펌프(P1)를 통해 배출되는 혼합가스를 처리하기 위한 그 밖의 부분을 포함한다.

다시 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 폐기물 처리 시스템은 진공펌프(P1)를 통해 전달되는 혼합가스 내 불순물을 제거하는 불순물제거부, 불순물이 제거된 혼합가스를 냉각하는 냉각부 그리고 냉각된 혼합가스로부터 각종 유용성분을 추출하는 가스정제부를 포함한다.

각각을 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 불순물제거부는 각각의 구동원리에 따라 사이클론(cyclone)에 의한 불순물 제거방식을 갖는 사이클론유닛(cyclone unit:100), 벤츄리스크러버(venturi scrubber)에 의한 불순물 제거방식을 갖는 벤츄리유닛(200)으로 나누어볼 수 있는데, 이들은 진공펌프(P1)를 통해 공급되는 혼합가스 내 분진과 같은 고밀도 불순물을 차례로 제거한다.

첨부된 도 5는 본 발명에 따른 폐기물 처리 시스템의 불순물제거부 중에서 사이클론유닛(100)을 나타낸 모식도로서 도 2와 함께 참조한다.

보이는 것처럼, 본 발명에 따른 사이클론유닛(100)은 상면이 밀폐된 수직의 원통 형상을 보이되 하단부로 갈수록 직경이 줄어드는 사이클론본체(102), 사이클론본체(102)의 일측 상단에 접선방향으로 연결되어 진공펌프(P1)의 혼합가스가 유입되는 유입구(104) 그리고 사이클론본체(102)의 상면에 마련된 배기구(106)를 포함한다.

이때, 해당 구조는 이른바 접선유입식(Tangetial Entry Type) 사이클론 장치라 불리는 그것과 유사한 형태로서, 그 작용을 간략하게 살펴보면 유입구(104)를 통해 사이클론본체(102)로 유입된 혼합가스는 유입압력에 의해 사이클론본체(102) 내부를 회류하는 과정 중에 상대적으로 비중이 큰 고밀도의 불순물은 사이클론본체(102)의 하단으로 낙하 및 수집되고, 가스성분은 배기구(106)를 통해 배기된다. 참고로, 사이클론유닛(100)을 통해 분리 및 수집되는 불순물은 후술하는 벤츄리유닛(200)을 통해 분리 및 수집되는 불순물에 비해 상대적으로 큰 입자의 분진, 먼지, 기타 고체상태의 이물질을 포함한다.

첨부된 도 6은 본 발명에 따른 불순물제거부 중 벤츄리유닛(200)의 일부 모식도로서 도 2와 함께 참조한다.

보이는 것처럼, 본 발명에 따른 벤추리유닛(200)은 사이클론유닛(100)의 배기구(106)에 연결된 수직 벤츄리 형태의 스크러버본체(202), 스크러버본체(202) 하단에 설치되는 집수탱크(204) 그리고 스크러버본체(202) 내부의 잘록한 중간 부분에 해당되는 슬롯 상단에 설치되어 수직 하방으로 세정수를 분사하는 제 1 분사노즐(206)을 포함한다.

이때, 해당 구조는 세정집진장치 등에 주로 사용되는 벤츄리스크러버와 유사 한 형태로서, 그 작용을 간략하게 살펴보면 사이클론유닛(100)으로부터 전달된 혼합가스는 스크러버본체(202) 내부의 상단에서 하단으로 이동되는 과정 중에 제 1 분사노즐(206)로 분사되는 고압의 세정수와 접촉되고, 혼합가스 내의 불순물은 세정수에 포집되어 집수탱크(204)로 분리된다.

이 경우 바람직하게는 집수탱크(204)의 상단에 별도의 분리탱크(210)를 수직 설치하여 불순물이 제거된 혼합기체를 수집할 수 있고, 필요하다면 분리탱크(210)의 내부 상단으로부터 수직 하방으로 세정수를 분사하는 제 2 분사노즐(212)을 추가로 설치하여 혼합기체의 냉각은 물론 추가적인 불순물 냉각효과를 얻을 수 있다. 아울러, 집수탱크(204)에는 혼합가스로부터 분리된 고밀도의 불순물을 걸러 제거하는 불순물 제거수단이 마련될 수 있으며, 여기에 대해서는 공지의 기술적 사상이 적용될 수 있으므로 별도의 설명은 생략한다. 더 나아가 제 1 및 제 2 분사노즐(206,212)로 공급되는 세정수는 집수탱크(204)에 저장된 것을 사용할 수 있고, 이를 위해 집수탱크(204)와 제 1 및 제 2 분사노즐(206,212) 사이로는 펌프 등의 액체이송수단(P4)이 설치된다.

다음으로, 냉각부는 냉각수를 이용한 적어도 하나의 냉각타워(300)가 사용된다.

이때, 냉각타워(300)는 별도의 도면을 첨부하지 않았지만 불순물이 제거된 혼합기체가 통과하는 복수의 관로 외면에 냉각수를 흘려보내는 방식이 가능하고, 여기서 냉각수와 혼합기체의 이동방향은 서로 반대방향인 것이 바람직하다.

다음으로, 가스정제부는 냉각타워(300)에서 냉각된 혼합가스를 중간 저장하 는 버퍼탱크(400) 그리고 버퍼탱크(400)에 저장된 혼합가스로부터 각종 유용성분을 분리하는 정제유닛(500)을 포함한다.

이때, 버퍼탱크(400)와 정제유닛(500) 사이로는 별도의 이송펌프(P5)가 설치될 수 있으며, 정제유닛(500)은 혼합기체의 정제를 위한 부분으로서 일반적인 기술내용이 적용될 수 있다. 편의상, 정제유닛(500)의 구체적인 구성은 폐기물 또는 혼합가스의 종류에 따라 다르지만, 임의로 합성가스 내 H₂S 등이 다량 함유된 경우에는 흡수제인 아민(amin)을 이용한 흡수 및 클라우스(claus) 공정을 이용한 탈황이나 철킬레이트, ZnO, Fe, Mn 옥사이드(oxide) 중 적어도 하나를 이용한 흡수 및 재생에 따른 탈황장치 등이 사용될 수 있다.

아울러, 이상에서는 설명의 편의상 본 발명에 꼭 필요한 사항에 대해서만 살펴보았는바, 필요하다면 사이클론유닛(100)의 하단, 사이클론유닛(100)의 배기구(106)와 벤츄리유닛(200) 사이에 각각 제 1 및 제 2 밸브(V1,V2)가 설치될 수 있고, 배기관(56)과 펌핑관(66)에 각각 온도와 압력을 측정 및 제어하는 온도/압력 측정기(T1,T2)이 설치될 수 있으며, 배기관(56)과 연소로(C), 벤츄리유닛(100)과 냉각타워(200) 사이로 각각 펌프 등의 유체이송수단(P6,P7)이 설치될 수 있다. 이때, 이들 구성요소는 시스템의 효율적인 구성 및 제어를 위해 적절히 추가 또는 변형될 수 있는 것으로, 여기에 대해서는 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

이를 통해 알 수 있는 것처럼 이상의 설명은 본 발명의 일례에 지나지 않는 것으로, 필요하다면 다양한 변형이 있을 수 있다. 하지만 이들 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에 있다면 본 발명의 권리범위에 포함된다 해야 할 것인바, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위에 명시되어 있다.

도 1은 일반적인 폐기물 처리장치의 개요도.

도 2는 본 발명에 따른 폐기물 처리 시스템의 모식도.

도 3과 도 4는 각각 본 발명에 따른 폐기물 처리 시스템의 열분해 장치에 일부 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 폐기물 처리 시스템의 사이클론유닛에 대한 모식도.

도 6은 본 발명에 따른 폐기물 처리 시스템의 벤츄리유닛에 대한 모식도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50 : 열분해로 52 : 아우터탱크

54 : 가열영역 56 : 배기관

62 : 인너탱크 64 : 열분해영역

66 : 펌핑관 72,74 : 제 1 및 제 2 로드락밸브

74 : 호퍼 84 : 배출구

100 : 사이클론유닛 102 : 사이클론본체

104 : 유입구 200 : 벤츄리유닛

2002 : 벤츄리본체 204 : 집수탱크

206, 212 : 제 1 및 제 2 분사노즐

210 : 수집탱크 300 : 냉각타워

400 : 버퍼탱크 500 : 정제유닛

B : 가열수단 C : 연소로

Claims (8)

1. 폐기물의 열 분해를 위한 열분해로, 상기 열 분해 시 발생되는 혼합가스 내 불순물을 제거하는 불순물제거부를 포함하는 폐기물 처리시스템으로서,

   상기 열 분해로는,

   밀폐된 내부 가열영역을 제공하는 아우터탱크;

   일단과 타단이 상기 아우터탱크 외부로 노출되도록 상기 아우터탱크에 관통 실장되고 밀폐된 내부 열분해영역을 제공하는 관로 형상의 인너탱크;

   상기 인너탱크를 가열하는 가열수단;

   상기 인너탱크 일단에 설치되어 상기 열분해영역을 외부와 격리하고, 폐기물 투입을 위한 호퍼를 제공하는 제 1 로드락밸브;

   상기 인너탱크 타단에 설치되어 상기 열분해영역을 외부와 격리하고, 상기 폐기물의 열분해에 따른 탄화물 배출을 위한 배출구를 제공하는 제 2 로드락밸브;

   상기 열분해영역을 감압하여 진공을 조성 및 유지하는 진공펌프; 및

   상기 인너탱크에 실장되어 상기 폐기물을 상기 일단에서 타단으로 이동시키는 이송수단을 포함하고,

   상기 불순물제거부는,

   상면이 밀폐된 수직 원통 형상으로 하단으로 갈수록 내경이 줄어드는 사이클론본체;

   상기 사이클론본체의 일측 상단에 접선방향으로 연결되고 진공펌프를 매개로 상기 열분해영역에 연결되어 상기 혼합가스가 유입되는 유입관; 및

   상기 사이클론본체 상면에 관통 연결된 배기구를 포함하는 사이클론유닛을 포함하는 폐기물 처리 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 1 로드락밸브는,

   상기 인너탱크 일단과 상기 호퍼를 연결하는 밀폐된 제 1 밸브챔버;

   상기 호퍼 측의 상기 제 1 밸브챔버 선단과 상기 열분해로 일단 측의 상기 제 1 밸브챔버 후단을 각각 개폐하는 제 1 및 제 2 게이트밸브; 및

   상기 제 1 및 제 2 게이트밸브 사이의 상기 제 1 밸브챔버를 흡기 및 배기하는 제 1 흡배기펌프를 포함하는 폐기물 처리 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 2 로드락밸브는,

   상기 인너탱크 타단과 상기 배출구를 연결하는 밀폐된 제 2 밸브챔버;

   상기 인너탱크 타단 측의 상기 제 2 밸브챔버 선단과 상기 배출구 측의 상기 제 2 밸브챔버 후단을 각각 밀폐하는 제 3 및 제 4 게이트밸브; 및

   상기 제 3 및 제 4 게이트밸브 사이의 상기 제 2 밸브챔버를 흡기 및 배기하는 제 2 흡배기펌프를 포함하는 폐기물 처리 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 이송수단은,

   상기 아우터탱크 외부에 설치된 모터; 및

   상기 인너탱크의 길이방향을 따라 배열되어 상기 모터에 의해 회전되는 축의 외면을 따라 복수의 패들 스크류가 둘러 붙여진 패들 스크류 컨베이어를 포함하는 폐기물 처리 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 가열수단은 버너이고,

   상기 가열영역에서 발생된 연소가스를 연소시키는 연소로;

   상기 불순물이 제거된 상기 혼합가스를 냉각하는 냉각부; 및

   상기 냉각된 혼합가스로부터 가연성가스를 포함하는 유용성분을 수집하고, 상기 가연성가스를 상기 버너로 공급하는 가스정제부를 더 포함하는 폐기물 처리시스템.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 불순물제거부는,

   상기 사이클론유닛과 연결된 수직 벤츄리 형태의 스크러버본체;

   상기 스크러버본체 하단에 설치되는 집수탱크; 및

   상기 스크러버본체의 슬롯 상단에 설치되어 수직 하방으로 세정수를 분사하는 제 1 분사노즐을 포함하는 벤츄리유닛을 더 포함하는 폐기물 처리 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 불순물제거부는,

   상기 집수탱크 상단에 수직 설치되어 상기 불순물이 제거된 가스가 수집되는 분리탱크; 및

   상기 분리탱크의 내부 상단으로부터 수직 하방으로 세정수를 분사하는 제 2 분사노즐을 더 포함하는 폐기물 처리 시스템.
8. 청구항 5에 있어서,

   상기 냉각부는 냉각수를 이용한 냉각타워인 폐기물 처리시스템.

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