KR101205962B1 - Method and a device to synthesis gas production from high moisturized organic waste over the course of the synthetic coal - Google Patents

Method and a device to synthesis gas production from high moisturized organic waste over the course of the synthetic coal Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of synthetic coal and an apparatus for the same are provided to reduce the introducing amount of external energy and to reduce energy consumption needed for manufacturing the synthetic coal. CONSTITUTION: A manufacturing method of synthetic coal includes the following steps: an acid catalyst or an alkali catalyst is added into organic waste of high moisture content to be stirred to obtain solidified organic waste(S311); a metallic catalyst is added into the solidified organic waste to be stirred to form uniformed organic waste(S312); the uniformed organic waste is transferred(S313); the transferred uniformed organic waste is heated and stirred to manufacture synthetic coal(S314); the synthetic coal is dried to remove moisture from the synthetic coal, and vapor and gas generated from the drying process are exhausted(S315); the exhausted vapor and gas are collected and cooled to form condensed water containing organic materials(S316); and the gas is refined(S317). [Reference numerals] (AA) Start; (BB) End; (S311) Forming solidified organic waste; (S312) Forming uniformed organic waste; (S313) Transferring; (S314) Generating synthetic coal; (S315) Drying; (S316) Cooling vapor and gas; (S317) Refining gas; (S318) Pyrolyzing synthetic coal; (S319) Introducing and igniting pyrolyzed coke; (S320) Washing and storing synthetic gas

Description

고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조방법, 합성가스 제조방법, 합성석탄 제조장치 및 합성가스 제조장치{Method and a device to synthesis gas production from high moisturized organic waste over the course of the synthetic coal}Synthetic coal production method, synthetic gas production method, synthetic coal production apparatus and synthesis gas production apparatus using high water content organic waste {Method and a device to synthesis gas production from high moisturized organic waste over the course of the synthetic coal}

본 발명은 자칫 방치하면 2차 환경오염을 유발할 수 있는 고함수율 유기성 폐기물 혹은 유기성 폐기물을 이용하여 에너지 연료인 합성석탄을 생산하고 이를 연계공정인 가스화 공정을 통하여 합성가스를 생산하는 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조방법, 합성가스 제조방법, 합성석탄 제조장치 및 합성가스 제조장치에 관한 것이다.
The present invention produces a high-content organic waste that can cause secondary environmental pollution, or produce a synthetic coal as an energy fuel using high-content organic waste or organic waste, and produce a synthesis gas through a gasification process linked to this The present invention relates to a synthetic coal production method, a synthesis gas production method, a synthetic coal production device and a synthesis gas production device.

유기성 폐기물로부터 에너지를 얻고자 하는 시도는 1970년대 1차 오일쇼크 이후 지속되어 왔으나, 에너지 효율성이 떨어져 상용화에 많은 어려움이 있다. 특히 고함수율의 유기성 폐기물인 하수슬러지, 가축분뇨, 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 처리하기 위해서는 탈수를 위한 원심분리 또는 고액분리 또는 건조 등의 전처리 공정기술이 필요하다. 이를 위하여 고비용의 장비와 많은 에너지 소모가 소요되며, 전처리공정을 거친 후에도 자칫 처리과정에서 악취민원, 침출수 발생 등의 2차 환경오염을 유발할 수 있다. Attempts to obtain energy from organic wastes have continued since the first oil shocks of the 1970s, but they are difficult to commercialize due to their low energy efficiency. In particular, in order to treat organic wastes such as sewage sludge, livestock manure and food waste, which have high water content, pretreatment process technologies such as centrifugation or solid-liquid separation or drying are required. To this end, expensive equipment and high energy consumption are required, and even after the pretreatment process, secondary environmental pollution such as malodorous complaints and leachate generation may occur during the treatment process.

한편, 거의 모든 에너지 연료를 수입에 의존하고 있는 국내의 현실에서 유기성 폐기물을 이용하여 연료가스 생산 내지는 합성가스의 생산을 통한 전기발전 등을 통해 국내의 에너지 자립능력을 향상시키는 일이 폐자원의 처리에서 얻는 환경적인 해법이 될 뿐만 아니라 유기성 폐기물에서 에너지원을 획득하는 차원에서 국가 자원화기술의 선진화를 추구하는 지름길이 될 것이다. On the other hand, in Korea, where almost all energy fuels are imported, the improvement of domestic energy independence capacity through the generation of fuel gas or the generation of syngas by using organic waste is the treatment of waste resources. It will not only be an environmental solution for the future, but also a shortcut to pursuing the advancement of national resource technology in order to obtain energy sources from organic waste.

매년 약 6,000만톤 이상 발생하고 있는 고함수율 유기성 폐기물(하수슬러지 약 250만톤/년; 음식물쓰레기 약 550만톤/년; 축산분뇨 약 5300만톤/년 자료참조: 환경부/농림수산식품부/통계청 2008년)은 유용한 자원으로써 가치가 있으며 특히 이를 이용하여 연료가스를 생산할 수 있으므로 유기성 폐기물 재활용화를 통한 에너지 획득에 적극적인 기술개발이 필요하다.High-yield organic wastes (approximately 2.5 million tons / year of sewage sludge; about 5.5 million tons of food waste / year; livestock manure about 53 million tons / year) are reported annually: Ministry of Environment, Ministry of Food, Agriculture, Forestry and Fisheries, Statistics Korea (2008) It is valuable as a useful resource, and in particular, fuel gas can be produced using it, and active technology development is needed to obtain energy through recycling of organic waste.

종래 음식물 쓰레기로부터 합성가스를 생산하는 기술은 한국등록특허공보 제10-0390776호에 개시되어 있다. 종래기술은 음식물 쓰레기를 저온반응기에서 가온 가압하여 열분해 방법으로 고형물과 여액(폐수)으로 분리하고, 다시 고형물과 여액으로부터 고화탄소와 기름을 분리한 다음 가스화 반응을 통해 합성가스를 제조한다. Conventional technology for producing syngas from food waste is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-0390776. In the prior art, the food waste is heated and pressurized in a low temperature reactor to separate the solids and the filtrate (wastewater) by pyrolysis method, and the solidified carbon and the oil are separated from the solids and the filtrate, and then the synthesis gas is produced by the gasification reaction.

그러나, 종래기술과 같이 고화탄소에서 합성가스를 제조하기 위해서는 300℃~1200℃의 조건에서 가스화 반응이 이루어지기 때문에, 때론 많은 에너지가 소모되어 가스수익률 저하로 인한 경제성 저하와 생산성 저하, 처리시스템의 대규모 플랜트화로 인한 초기투자 고비용 및 부지확보에 따른 문제점이 있다. However, in order to produce syngas from solid carbon as in the prior art, since gasification reaction is performed under the conditions of 300 ° C. to 1200 ° C., a lot of energy is sometimes consumed, thereby lowering economic efficiency and lowering productivity due to a decrease in gas yield. There is a problem due to the high initial investment cost and site acquisition due to large-scale planting.

한국등록특허공보 제10-0390776호 (등록일 2003.06.27)Korean Registered Patent Publication No. 10-0390776 (Registration Date 2003.06.27)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 환경오염을 유발할 수 있는 고함수율의 유기성 폐기물을 원료로 하여 합성석탄을 생산하는 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조방법과 제조장치를 제공하는 것이다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is a method for producing synthetic coal using high-content organic waste to produce synthetic coal from a high-content organic waste that may cause environmental pollution and It is to provide a manufacturing apparatus.

본 발명의 다른 목적은 고함수율 유기성 폐기물에서 합성석탄 생산장치와 연동하여 생산된 합성석탄를 원료로 하여 합성가스를 생산하는 합성가스 제조방법과 제조장치를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a syngas production method and apparatus for producing syngas from synthetic coal produced in conjunction with a synthetic coal production apparatus in a high water content organic waste.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 특성에 따른 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조방법은, 고함수율 유기성 폐기물에 산(acids) 촉매 또는 알칼리(alkalis) 촉매를 첨가하고 교반하여 고상화된 유기성 폐기물을 혼합하는 단계와, 고상화된 유기성 폐기물에 금속 촉매를 첨가하고 교반하여 균질화된 유기성 폐기물을 형성하는 단계와, 균질화된 유기성 폐기물을 이송하는 단계와, 이송된 균질화된 유기성 폐기물에 열을 가하면서 교반하여 합성석탄을 생산하는 단계와, 합성석탄에 함유된 수분을 제거하기 위해 상기 합성석탄을 건조시키면서 건조 과정에서 발생하는 수증기와 가스를 배출하는 단계와, 수증기와 가스를 포집하여 냉각시키는 단계와, 냉각된 수증기로부터 유기질을 포함하는 응축수를 형성하여 바이오필터의 미생물 담체의 미생물 생장을 위한 영양분으로 제공하는 단계와, 바이오필터의 미생물 담체에 의해 유기질이 제거된 응축수를 응집여과장치로 배출하는 단계와, 응집여과장치에서 배출되는 배출수를 가스포집기의 냉각수로 공급하는 단계와, 냉각된 가스에 함유된 악취성분을 미생물 담체를 이용하여 제거하는 단계와, 악취성분이 제거된 가스를 최종여과처리하여 정제처리된 가스를 배출하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, the synthetic coal production method using a high content organic waste according to an aspect of the present invention, by adding an acid catalyst or an alkali catalyst to the high content organic waste and stirring the solid phase Mixing the converted organic waste, adding a metal catalyst to the solidified organic waste and stirring to form a homogenized organic waste, transferring the homogenized organic waste, and transferring the transferred homogenized organic waste to the A step of producing synthetic coal by stirring with heat, and drying the synthetic coal to remove moisture contained in the synthetic coal, and discharging water vapor and gas generated during the drying process, and collecting steam and gas. Cooling and forming condensate containing organic matter from the cooled steam to Providing as a nutrient for microbial growth of the biological carrier, discharging condensate from which the organic matter is removed by the microbial carrier of the biofilter to the coagulation filtration device, and supplying the discharged water discharged from the coagulation filtration device to the cooling water of the gas collector. And removing the malodorous component contained in the cooled gas by using the microorganism carrier, and finally filtering the gas from which the malodorous component has been removed to discharge the purified gas.

본 발명의 특성에 따른 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성가스 제조방법은, 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조방법에 따라 제조된 합성석탄을 무산소상태에서 교반하고 합성석탄에 직접적으로 열을 가하지 않는 간접 가열방식으로 열분해하면서 합성석탄에서 발생하는 제1 합성가스와 열분해 결과 남은 열분해코크스를 배출하는 단계와, 열분해코크스를 연소로에 투입하고 연소로에 공기와 수증기를 주입하면서 열분해코크스를 점화시키는 단계와, 열분해코크스가 열분해되면서 발생하는 제2 합성가스를 배출하는 단계와, 제1, 2 합성가스를 세정하고 세정된 제1, 2 합성가스를 저장하는 단계를 포함한다. Synthetic gas production method using a high moisture content organic waste according to the characteristics of the present invention, indirectly stirring the synthetic coal prepared according to the synthetic coal production method using a high content organic waste in an anoxic state and does not directly apply heat to the synthetic coal Discharging the first syngas generated from the synthetic coal and pyrolysis coke remaining as a result of pyrolysis while pyrolyzing by heating, igniting the pyrolysis coke while injecting pyrolysis coke into the combustion furnace and injecting air and water vapor into the combustion furnace; And discharging the second syngas generated when the pyrolysis coke is pyrolyzed, and washing the first and second syngas and storing the cleaned first and second syngas.

본 발명의 다른 특성에 따른 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조장치는, 외부에서 공급되는 고함수율 유기성 폐기물을 보관하며 산(acids) 촉매 또는 알칼리(alkalis) 촉매를 공급하는 제1 촉매공급부와 금속 촉매를 공급하는 제2 촉매공급부와 고함수율 유기성 폐기물과 제1 촉매공급부 또는 제2 촉매공급부를 통해 공급된 촉매를 교반하는 제1 교반기와 제1 교반기에 의해 균질화된 유기성 폐기물을 배출하는 제1 배출관을 포함하는 저류조와, Synthetic coal production apparatus using a high content organic waste according to another aspect of the present invention, the first catalyst supply unit and the metal to store the acid content of the organic waste is supplied from the outside and supply the acid (alkalis) catalyst and the metal (alkalis) catalyst A first discharge pipe for discharging the organic waste homogenized by the first stirrer and the first stirrer for agitating the second catalyst supply unit for supplying the catalyst and the high water content organic waste and the catalyst supplied through the first catalyst supply unit or the second catalyst supply unit Storage tanks, including;

저류조에서 균질화된 유기성 폐기물을 이송하는 이송부와, 이송부에 의해 이송된 균질화된 유기성 폐기물이 투입되는 제1 투입구와 열을 공급하는 열공급부와 제1 투입구를 통해 투입된 균질화된 유기성 폐기물을 교반하는 제2 교반기와 열공급부와 제2 교반기의 동작에 따라 생산된 합성석탄을 배출하는 제2 배출관과 합성석탄이 생산되는 과정에서 발생하는 수증기와 가스성분을 배출하는 제3 배출관을 포함하는 석탄화 반응조와,A transfer unit for transferring the homogenized organic waste in the storage tank, a first inlet through which the homogenized organic waste transferred by the transfer unit is input, a heat supply unit for supplying heat, and a second in which homogenized organic waste input through the first inlet is stirred A coalification reactor including a second discharge pipe for discharging the synthetic coal produced according to the operation of the stirrer, the heat supply unit, and the second stirrer, and a third discharge pipe for discharging water vapor and gas components generated during the production of the synthetic coal;

제2 배출관에서 배출되는 합성석탄이 투입되는 제2 투입구와 열을 공급하는 제2 열공급부와 제2 투입구를 통해 투입된 합성석탄에 함유된 수분을 탈수하기 위해 교반하는 제3 교반기와 제2 열공급부와 제3 교반기의 동작에 따라 건조된 합성석탄을 배출하는 제4 배출관과 합성석탄에서 발생하는 수증기와 가스성분을 배출하는 제5 배출관을 포함하는 건조로와, A second inlet port through which the synthetic coal discharged from the second discharge pipe is introduced, a second heat supply unit supplying heat, and a third stirrer and a second heat supply unit which are stirred to dehydrate water contained in the synthetic coal introduced through the second inlet port And a drying furnace comprising a fourth discharge pipe for discharging the synthetic coal dried according to the operation of the third stirrer and a fifth discharge pipe for discharging the steam and gas components generated from the synthetic coal,

건조로의 제5 배출관에서 배출되는 수증기와 가스성분과 석탄화 반응조의 제3 배출관에서 배출되는 수증기와 가스성분을 포집하여 냉각시키는 가스 포집기와, A gas collector for collecting and cooling water vapor and gas components discharged from the fifth discharge pipe of the drying furnace and water vapor and gas components discharged from the third discharge pipe of the coalification reactor;

가스 포집기에서 배출되는 냉각 가스에 함유된 악취성분을 미생물 담체를 이용하여 제거하는 바이오필터와, 바이오필터에서 배출되는 가스를 최종여과하여 정제처리된 가스를 배출하는 종단필터와, 가스 포집기에서 수증기가 냉각되어 응축수로 되어 배출되는 응축수를 상기 바이오필터로 전달하는 응축수관로와, 응축수관로와 연결되며 바이오필터의 상단부에서 설치되어, 응축수관로를 통해 유입되는 응축수를 분무하는 응축수 분무부와, 바이오필터의 미생물 담체에 의해 유기질이 제거된 응축수를 최종여과처리하여 가스포집기의 냉각수로 공급하는 응집여과장치를 포함한다. The biofilter removes the odor component contained in the cooling gas discharged from the gas collector using a microbial carrier, the end filter which discharges the purified gas by filtration of the gas discharged from the biofilter, and the water vapor from the gas collector. A condensate pipe line for cooling the condensate discharged into the biofilter to be cooled and condensed to the biofilter, and a condensate spray unit connected to the condensate pipe line and installed at an upper end of the biofilter to spray condensate introduced through the condensate pipe line, And a coagulation filtration device for final filtering the condensate from which the organic matter is removed by the microorganism carrier and supplying the cooling water to the gas collector.

본 발명의 특성에 따른 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성가스 제조장치는, 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조장치에서 제조된 합성석탄이 투입되는 원료투입구와 상기 원료투입구를 통해 투입된 합성석탄을 교반하는 제4 교반기와 상기 제4 교반기에 의해 교반되는 합성석탄이 외부 열원에 의해 열분해되어 제1 합성가스를 발생하고 남은 열분해코크스를 배출하는 코크스 배출구와 상기 제1 합성가스를 배출하는 제1 가스 배출부를 포함하는 가스화 반응로와,Synthetic gas production apparatus using a high moisture content organic waste according to the characteristics of the present invention, the raw material inlet and the synthetic coal injected through the synthetic coal prepared in the synthetic coal production apparatus using a high water content organic waste is stirred A coke outlet for discharging the pyrolysis coke generated after the first coal is thermally decomposed by the fourth stirrer and the fourth stirrer to generate a first syngas, and a first gas outlet for discharging the first syngas. A gasification reactor comprising;

가스화 반응로에 열원을 공급하며 열분해코크스가 투입되는 코크스 투입구와 코크스 투입구를 통해 투입된 열분해코크스를 적재하며 열분해코크스로 공기를 통과시키는 복수개의 관통공이 형성된 로스트와 로스트 하단에 설치되며 외부에서 공급되는 공기를 로스트로 주입하는 공기주입관과 로스트에 적재된 열분해코크스를 점화하는 점화부와 로스트 상단에 위치하며 외부에서 공급되는 수증기를 주입하는 수증기주입관과 로스트에 적재된 열분해코크스가 열분해되어 제2 합성가스를 발생하고 남은 부산물을 배출하는 부산물 배출구와 제2 합성가스를 배출하는 제2 가스 배출부를 포함하는 연소로와, 가스화 반응로의 제1 가스 배출부를 통해 배출되는 제1 합성가스와 연소로의 제2 가스 배출부를 통해 배출되는 제2 합성가스를 세정하는 가스세정부와, 가스세정부를 통해 세정된 제1, 2 합성가스를 저장하는 가스저장조를 포함한다.It supplies heat source to gasification reactor, loads coke input port through which pyrolysis coke is input and pyrolysis coke input through coke input port, and is installed at the bottom of roast and lower which has a plurality of through-holes through which air passes through pyrolysis coke. Air injection pipe for injecting into the furnace and the ignition unit for igniting the pyrolysis coke loaded on the roast and the steam injection pipe for injecting water vapor supplied from the outside and pyrolysis coke loaded on the roast are pyrolyzed in the second synthesis A combustion furnace including a by-product outlet for generating gas and discharging the remaining by-product, and a second gas outlet for discharging the second synthesis gas, and a first synthesis gas and the combustion furnace discharged through the first gas discharge part of the gasification reactor. Gas cleaning to clean the second syngas discharged through the second gas discharge unit And, a gas reservoir for storing the cleaned first and second synthesis gas through a gas cleaning section.

상기와 같은 구성에 따르면 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조방법, 합성가스 제조방법, 합성석탄 제조장치 및 합성가스 제조장치는 다음과 같은 효과가 있다.According to the configuration as described above, the synthetic coal production method, synthetic gas production method, synthetic coal production apparatus and synthesis gas production apparatus using a high water content organic waste has the following effects.

첫째, 고함수율 유기성 폐기물에서 에너지 연료인 합성석탄과 합성가스를 생산할 수 있다. First, synthetic coal and syngas, which are energy fuels, can be produced from high-content organic wastes.

둘째, 유기성 폐기물을 육상에서 적정하게 처리할 수 있는 처리기반을 조성하는 효과가 있다.Second, there is an effect of creating a treatment base that can properly treat organic waste on land.

셋째, 합성석탄을 생산하는 에너지 양을 유기성 폐기물의 단순한 건조공정에서 소요되는 에너지 양보다 축소시킬 수 있다.Third, the amount of energy to produce synthetic coal can be reduced than the amount of energy required in the simple drying process of organic waste.

넷째, 간접가열방식을 이용하는 무산소조 가스화 반응로를 이용한 합성가스생산성이 유기성 폐기물의 단순한 건조공정에 의한 합성가스 생산성보다 높다. Fourth, syngas productivity using an anoxic gasification reactor using an indirect heating method is higher than that of syngas produced by a simple drying process of organic waste.

다섯째, 합성가스 생산공정에서 외부열원의 연료로 무산소조 합성가스 생산공정 후에 잔류하는 코크스를 사용함으로써 외부에너지 투입량을 절감할 수 있다. Fifth, the amount of external energy input can be reduced by using the coke remaining after the anoxic crude syngas production process as the fuel of the external heat source in the synthesis gas production process.

여섯째, 유기성 폐기물을 석탄화 공정을 통하여 합성석탄으로 생산하거나 혹은 이를 연계공정을 통하여 합성가스로 생산하는 공정기술을 개발함으로써 필요로 하는 연료 형태를 취사선택할 수 있다. Sixth, it is possible to select a fuel type required by developing a process technology for producing organic waste into synthetic coal through a coalification process or syngas through a linked process.

일곱째, 최종생산물인 합성석탄 혹은 합성가스는 저장과 이송이 용이하므로 광역화 에너지기술로 활용할 수 있다.
Seventh, synthetic coal or synthetic gas, which is the final product, is easy to store and transport, and thus can be used as a wide area energy technology.

도 1 는 본 발명에 따른 합성석탄 제조장치를 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 합성가스 제조장치를 도시한다.
도 3 은 본 발명에 따른 합성석탄 및 합성가스 제조방법을 도시한다.
1 shows a synthetic coal production apparatus according to the present invention.
2 shows a syngas production apparatus according to the present invention.
3 shows a method for producing synthetic coal and syngas according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 특성을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention.

본 명세서에서 원료로는 유기성 폐기물, 일예로 수분함량이 80%이상인 고함수율 유기성 폐기물로 예를 들어, 하수슬러지, 음식물쓰레기, 축산분뇨, 수산가공부산물, 도살장 폐기물, 육류가공폐기물, 식품가공폐기물을 포함하고, 함수율이 낮은 유기성 폐기물로 일반적으로 건축폐자재, 톱밥, 수피, 파쇄목(wood chip) 등 임업부산물을 포함할 수 있다. 저함수율 유기성 폐기물인 톱밥, 왕겨, 농업부산물, 폐목재, 수피 등은 원료로 투입시 최소 함수율을 약 40%이상 유지하도록 별도의 수분을 첨가한다. In this specification, the raw material is an organic waste, for example, a high water content organic waste having a moisture content of 80% or more, for example, sewage sludge, food waste, livestock waste, fish processing by-products, slaughterhouse waste, meat processing waste, food processing waste Organic waste, including low moisture content, may generally include forest by-products, such as construction waste, sawdust, bark, wood chips. Low-content organic wastes such as sawdust, rice hulls, agricultural by-products, waste wood and bark are added with additional moisture to maintain a minimum water content of about 40% when added as raw materials.

본 발명은 원료인 고함수율의 유기성 폐기물을 열가수분해 공정 및 중축합 반응을 통하여 석탄화시키는 기술을 토대로 하여 생성된 합성석탄을 생산하고 연계공정에서 합성석탄을 원료로 가스화 공정을 통하여 합성가스를 생산하는 것이다.The present invention produces a synthetic coal produced on the basis of the technology of coalifying the high-content organic waste material as a raw material through a thermal hydrolysis process and a polycondensation reaction, and produces a synthesis gas through a gasification process using synthetic coal as a raw material in the linkage process It is.

본 명세서에서 고함수율 유기성 폐기물의 열가수분해공정은 물의 초임계상태에 대한 이론을 응용한 것으로써, 물의 임계점(critical point)인 374℃와 22.1MPa (=225.4Kgf/㎠)압력범위에서는 이미 알려진 바대로 물의 형태가 일반적인 액체상태 혹은 기체상태가 평형(equilibrium)을 이루며 존재할 수 있는 한계점으로, 본 발명에서는 고함수율 유기성 폐기물에 함유된 물은 수열반응이 진행되면 반응물과 용매로써 역할을 하여 유기질을 가수분해하여 미립화 시킨다. In this specification, the thermal hydrolysis process of high-content organic waste is applied to the theory of supercritical state of water, which is known in the critical range of water at 374 ° C and 22.1 MPa (= 225.4 Kgf / ㎠) pressure range. As is the limit of the form of water in the general liquid state or gaseous state can exist in equilibrium (equilibrium), in the present invention, the water contained in the high-content organic wastes act as a reactant and a solvent when the hydrothermal reaction proceeds to form organic matter Hydrolyze and atomize.

즉 유기성 폐기물을 이루고 있는 성상인, 일예로, 음식물쓰레기는 크게 지방, 단백질, 탄수화물이 주성분으로 열가수분해공정을 통하여 카르복실기, 아미노기 및 올리고당 등의 저분자 형태로 미립화 된다.In other words, organic waste is a property, for example, food waste is largely divided into fats, proteins, carbohydrates, the main component is a small molecule such as carboxyl groups, amino groups and oligosaccharides through the thermal hydrolysis process.

물의 임계점에 도달하기 위한 온도 및 압력의 범위는 일반 실증플랜트 혹은 일반 열가수분해용 반응로를 대용량으로 제작하는데 어려움이 있으므로 이를 돕기 위하여 산(acids) 혹은 알칼리(alkalis)를 촉매로 이용하여 그 온도 범위 및 압력 범위를 최소화 할 수 있다.
The temperature and pressure range to reach the critical point of water is difficult to manufacture a large capacity in a general demonstration plant or a reactor for thermal hydrolysis, so to aid this, it is necessary to use acids or alkalis as a catalyst to help the temperature. Range and pressure range can be minimized.

본 발명에 따른 합성석탄 제조장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 크게 저류조(110), 이송부(115), 석탄화 반응조(120), 건조로(130), 가스 포집기(140), 바이오필터(150), 종단필터(160), 응집여과장치(170)를 포함한다. Synthetic coal production apparatus according to the present invention, as shown in Figure 1, large storage tank 110, transfer unit 115, coalification reaction tank 120, drying furnace 130, gas collector 140, biofilter ( 150, a termination filter 160, and a coagulation filtration device 170.

저류조(110)는 외부에서 공급되는 고함수율 유기성 폐기물을 보관하며, 저장된 유기성 폐기물을 균질화한다. 저류조(110)는 열가수분해를 촉진하기 위한 산(acids) 촉매 또는 알칼리(alkalis) 촉매를 공급하는 제1 촉매공급부(111), 중축합반응의 가속화를 위한 금속 촉매를 공급하는 제2 촉매공급부(112), 고함수율 유기성 폐기물과 제1 촉매공급부(111) 또는 제2 촉매공급부(112)를 통해 공급된 촉매를 교반하는 제1 교반기(113), 제1 교반기(113)에 의해 균질화된 유기성 폐기물을 배출하는 제1 배출관(114)을 포함한다. The storage tank 110 stores the high content organic waste supplied from the outside and homogenizes the stored organic waste. Storage tank 110 is a first catalyst supply 111 for supplying an acid catalyst or alkali catalyst for promoting thermal hydrolysis, a second catalyst supply for supplying a metal catalyst for accelerating the polycondensation reaction (112), the organic matter homogenized by the first stirrer 113, the first stirrer 113 for stirring the high content organic waste and the catalyst supplied through the first catalyst supply 111 or the second catalyst supply 112 It includes a first discharge pipe 114 for discharging the waste.

제1 교반기(113)에는 유기성 폐기물과 촉매를 교반하는 임펠라가 장착되며, 속도조절이 가능한 변속모터가 연결된다. 제1 교반기(113)의 회전수는 원료의 성상과 촉매양 즉 유기성 폐기물의 함수율과 점도에 따라 달라지며, 촉매의 종류와 양은 유기성 폐기물의 성상에 따라 차이가 있으며 촉매의 양은 유기성 폐기물의 건조물량에 대하여 0.1~20% 정도이다. The first stirrer 113 is equipped with an impeller for agitating organic waste and a catalyst, and a speed changeable motor is connected. The number of revolutions of the first stirrer 113 depends on the properties of the raw material and the amount of catalyst, that is, the moisture content and viscosity of the organic waste, and the type and amount of the catalyst are different depending on the properties of the organic waste, and the amount of the dry matter of the organic waste is different. It is about 0.1-20%.

이송부(115)는 저류조(110)에서 균질화된 유기성 폐기물을 이송한다. 이송부(115)는 저류조(110)의 일측에 위치하며 저류조(110)에서 촉매와 혼합된 유기성 폐기물을 받아 이송한다. 이송부(115)는 이송거리 및 이송양에 따라 스크류타입의 이송장치 또는 다른 형태의 이송장치를 사용할 수 있다. 스크류타입의 이송장치는 단위시간당 이송량이 스크류의 피치간격 및 피치폭 그리고 스크류의 회전수에 의하여 결정되며, 이때 소요되는 모터의 용량(HP) 또한 원료의 재질 즉 점도 및 입도 또는 마찰계수 등에 의하여 결정된다. The transfer unit 115 transfers the organic waste homogenized in the storage tank 110. The transfer unit 115 is located at one side of the storage tank 110 and receives and transports the organic waste mixed with the catalyst in the storage tank 110. The transfer unit 115 may use a screw type transfer device or another type of transfer device according to the transfer distance and the transfer amount. In the screw type feeder, the feed amount per unit time is determined by the pitch interval and pitch width of the screw, and the number of rotations of the screw.The motor capacity (HP) required at this time is also determined by the material of the raw material, that is, the viscosity and the particle size or the friction coefficient. do.

석탄화 반응조(120)는 이송부(115)에 의해 이송된 균질화된 유기성 폐기물이 투입되는 제1 투입구(121), 열을 공급하는 제1 열공급부(122), 제1 투입구(121)를 통해 투입된 균질화된 유기성 폐기물을 교반하는 제2 교반기(123)와 제1 열공급부(122)와 제2 교반기(123)의 동작에 따라 생산된 합성석탄을 배출하는 제2 배출관(124)과 합성석탄이 생산되는 과정에서 발생하는 수증기와 가스성분을 가스 포집기(140)로 배출함으로써 압력을 제거하여 합성석탄이 안전하게 건조로(130)로 이송이 가능하도록 하는 제3 배출관(125)을 포함한다. The coalification reactor 120 is introduced through the first inlet 121 through which the homogenized organic waste transferred by the transfer unit 115 is input, the first heat supply unit 122 and the first inlet 121 to supply heat. The second stirrer 123 for stirring the homogenized organic waste, the second discharge pipe 124 and the synthetic coal for discharging the synthetic coal produced according to the operation of the first heat supply unit 122 and the second stirrer 123 are produced. It comprises a third discharge pipe 125 to remove the pressure by discharging the water vapor and gas components generated in the process to the gas collector 140 so that the synthetic coal can be safely transported to the drying furnace (130).

제1 투입구(121)에는 차단밸브가 설치되며, 제2 교반기(123)의 회전수는 5~30rpm 정도의 낮은 속도로 회전하며, 회전방향은 전진과 후진을 반복하도록 한다. 석탄화 반응조(120)는 제1 열공급부(122)에 공급되는 외부열원에 의하여 가열된다. 운전조건은 열가수분해시 온도 및 압력범위 그리고 중축합반응시 온도 및 압력범위를 일정시간 유지하도록 한다. 석탄화 반응조에 공급되는 외부열원으로는 별도의 고온 보일러를 이용하거나 열매체유와 전열기를 이용하는 방식 또는 전기코일을 이용하는 방식 등을 적용할 수 있다. A shut-off valve is installed in the first inlet 121, the rotation speed of the second stirrer 123 is rotated at a low speed of about 5 ~ 30rpm, the rotation direction is to repeat the forward and backward. The coalification reactor 120 is heated by an external heat source supplied to the first heat supply unit 122. The operating conditions are to maintain the temperature and pressure ranges during thermal hydrolysis and the temperature and pressure ranges during polycondensation. As an external heat source supplied to the coalification reactor, a separate high temperature boiler, a method of using thermal oil and a heater, or a method of using an electric coil may be used.

석탄화 반응조(120)에는 반응조의 내부온도와 압력을 측정할 수 있도록 온도계측기와 압력계측기가 설치되며, 열가수분해 공정이 진행되는 동안에는 약 130~320℃ 사이에서 진행하고, 이때 압력은 0.3~5.88Mpa 범위이며, 중축합반응은 220~350℃ 사이에서 진행하고, 이때 압력은 2.0~5.88Mpa 범위이다. The coalification reactor 120 is equipped with a thermometer and a pressure gauge to measure the internal temperature and pressure of the reactor, and proceeds between about 130 ~ 320 ℃ during the thermal hydrolysis process, wherein the pressure is 0.3 ~ It is in the range of 5.88 Mpa, and the polycondensation reaction proceeds between 220 and 350 ° C., and the pressure is in the range of 2.0 to 5.88 Mpa.

즉 열가수분해공정과 중축합반응간의 온도와 압력구간이 다르므로 에너지를 효과적으로 사용하기 위하여 석탄화 반응조(120)를 2개의 반응조 또는 다수의 반응조를 이용하는 것도 효과적이다. That is, since the temperature and pressure section between the thermal hydrolysis process and the polycondensation reaction are different, it is also effective to use two or more reactors in the coalification reactor 120 to effectively use energy.

유기성 폐기물이 석탄화 반응조(120)에 정체하는 시간은 유기성 폐기물의 종류 및 성상 및 운전조건에 따라 현격한 차이가 있으며, 정체시간 범위는 0.5~4시간 정도가 소요된다The time for stagnant organic waste in the coalification reactor 120 varies considerably depending on the type, nature, and operating conditions of the organic waste, and the stagnation time range is about 0.5 to 4 hours.

석탄화 반응조(120)의 운전동작은 유기성 폐기물 유입시 제2 배출관(124)의 차단밸브가 닫힌 상태에서 반응조 내의 제2 교반기(123)가 회전하고 제1 투입구(121)의 밸브가 열린상태에서 이송부(115)를 통해 유기성 폐기물이 투입되어 일정량의 유기성 폐기물이 투입되면 제1 투입구(121)의 밸브가 닫히면서 석탄화 반응조(120)는 폐쇄회로를 형성하게 되고 제1 열공급부(122)에 공급되는 외부열원에 의하여 가열되는 석탄화 반응조(120)에 유기성 폐기물이 일정한 시간 머물면서 합성석탄이 생산된다. The operation of the coalification reactor 120 is performed when the second agitator 123 in the reactor rotates and the valve of the first inlet 121 is opened while the shutoff valve of the second discharge pipe 124 is closed when the organic waste is introduced. When the organic waste is input through the transfer unit 115 and a predetermined amount of the organic waste is input, the valve of the first inlet 121 is closed and the coalification reactor 120 forms a closed circuit, and the first heat supply unit 122 is closed. Synthetic coal is produced while the organic waste stays in the coalification reactor 120 heated by the external heat source for a predetermined time.

건조로(130)는 석탄화 반응조(120)의 배출관(124)에서 배출되는 합성석탄이 투입되는 제2 투입구(131), 열을 공급하는 제2 열공급부(132), 제2 열공급부(132)와 제2 투입구(131)를 통해 투입된 합성석탄에 함유된 수분을 탈수하기 위해 교반하는 제3 교반기(133), 제2 열공급부(132)와 제3 교반기(133)의 동작에 따라 건조된 합성석탄을 배출하는 제4 배출관(134), 합성석탄에서 발생하는 수증기와 가스성분을 배출하는 제5 배출관(135)을 포함한다.The drying furnace 130 has a second inlet 131 into which the synthetic coal discharged from the discharge pipe 124 of the coalification reactor 120 is input, a second heat supply unit 132 for supplying heat, and a second heat supply unit 132. ) And dried in accordance with the operation of the third stirrer 133, the second heat supply unit 132, and the third stirrer 133 to dehydrate water contained in the synthetic coal introduced through the second inlet 131. The fourth discharge pipe 134 for discharging the synthetic coal, and the fifth discharge pipe 135 for discharging the water vapor and gas components generated from the synthetic coal.

건조로(130)의 제4 배출관(134)에서 배출되는 합성석탄은 제4 배출관(134) 하측에 설치된 호퍼에 담기게 된다. 도 1에 도시하지 않았지만 건조로(130)의 온도범위를 측정할 수 있는 온도계가 설치되며, 제2 투입구(131)와 제5 배출관(135)에는 각각의 차단밸브가 설치된다.Synthetic coal discharged from the fourth discharge pipe 134 of the drying furnace 130 is put in a hopper installed below the fourth discharge pipe 134. Although not shown in FIG. 1, a thermometer capable of measuring a temperature range of the drying furnace 130 is installed, and respective shutoff valves are installed at the second inlet 131 and the fifth discharge pipe 135.

건조로(130)에서 건조공정은 batch 타입으로 수행되며, 건조로(130)에 일정시간 정체하며 정체시간은 합성석탄의 유기성 폐기물 종류 및 성상 및 운전조건에 따라 현격한 차이가 있으며, 일반적으로 0.5~4hr 정도가 소요된다.The drying process in the drying furnace 130 is carried out in a batch type, stagnant for a certain time in the drying furnace 130, and the retention time is a significant difference depending on the type of organic waste and the characteristics and operating conditions of synthetic coal, generally 0.5 It takes about 4hrs.

합성석탄의 건조공정을 수행하는 건조로(130)의 운전동작은 함수된 합성석탄의 유입시 제4 배출관(134)의 차단밸브가 닫힌 상태에서 제3 교반기(133)가 회전하고 제2 투입구(131)의 밸브가 열린상태에서 함수된 합성석탄이 투입되며 또한 제2 투입구(131) 타측에 설치된 수증기와 가스성분을 배출하는 제5 배출관(135)은 열린상태를 유지한다. 합성석탄은 제1 열공급부(122)에 공급되는 외부열원에 의하여 가열되는 건조로(130)에 일정한 시간 머물면서 건조된다. Operation operation of the drying furnace 130 to perform the drying process of the synthetic coal is the third stirrer 133 is rotated and the second inlet ( Synthetic coal that is functioned while the valve of 131 is opened is introduced, and the fifth discharge pipe 135 for discharging water vapor and gas components installed at the other side of the second inlet 131 is kept open. Synthetic coal is dried while staying for a predetermined time in the drying furnace 130 is heated by an external heat source supplied to the first heat supply (122).

가스 포집기(140)는 건조로(130)의 제5 배출관(135)에서 배출되는 수증기와 가스성분과 석탄화 반응조(120)의 제3 배출관(125)에서 배출되는 수증기와 가스성분을 포집하여 냉각시킨다. 가스 포집기(140)는 2중 자켓의 형태로 구현되며, 내측의 원통형 기둥에는 건조로(130)의 제5 배출관(135)에서 배출되는 고온의 수증기와 가스성분이 유입되는 제3 투입구(141)와 냉각된 가스가 배출되는 제7 배출관(144)가 형성되고, 외측은 냉각수가 유입되는 냉각수 투입구(142)가 형성되며 냉각수 투입구(142)는 냉각수의 유입관로와 배출관로를 연결하며, 가스 포집기(140)의 하단에는 응축수를 배출하는 제6 배출관(143)이 형성된다. 제6 배출관(143)에는 양정펌프를 설치하여 응축수를 연계되는 바이오필터(150)의 상단부로 양정한다.The gas collector 140 collects and cools water vapor and gas components discharged from the fifth discharge pipe 135 of the drying furnace 130 and water vapor and gas components discharged from the third discharge pipe 125 of the coalification reactor 120. Let's do it. The gas collector 140 is implemented in the form of a double jacket, and the third inlet 141 into which the high temperature water vapor and the gaseous components discharged from the fifth discharge pipe 135 of the drying furnace 130 are introduced into the cylindrical column. And a seventh discharge pipe 144 through which the cooled gas is discharged, a coolant inlet 142 through which the coolant is introduced is formed, and a coolant inlet 142 connects the inlet line and the discharge line of the coolant to the gas collector. A sixth discharge pipe 143 for discharging condensed water is formed at the lower end of the 140. The sixth discharge pipe 143 is provided with a lift pump to lift the condensate water to the upper end of the biofilter 150 is linked.

바이오필터(150)는 가스 포집기(140)의 제7 배출관(144)에서 배출되는 냉각 가스에 함유된 악취성분을 미생물 담체(152)를 이용하여 제거한다. 바이오필터(150)는 가스 포집기(140)의 제6 배출관(143)에서 배출되는 응축수를 바이오필터(150)로 전달하는 응축수관로와, 응축수관로와 연결되며 바이오필터(150)의 상단부에서 설치되어 응축수관로를 통해 유입되는 응축수를 분무하는 응축수 분무부(151)를 포함하여 구현될 수 있다. The biofilter 150 removes the odor component contained in the cooling gas discharged from the seventh discharge pipe 144 of the gas collector 140 by using the microbial carrier 152. The biofilter 150 is connected to the condensate pipe line for transferring the condensed water discharged from the sixth discharge pipe 143 of the gas collector 140 to the biofilter 150, and is connected to the condensed water pipe line and installed at an upper end of the biofilter 150. It may be implemented to include a condensate spray unit 151 for spraying the condensate flowing through the condensate pipe.

가스 포집기(140)에서 배출되어 바이오필터(150)의 응축수 분무부(151)를 통해 미생물 담체에 분무된 응축수는 응축수 내에 유기질은 미생물의 생장을 위한 영양분으로 제공되어 제거된다. 유기질이 제거된 응축수는 응집여과장치(170)로 배출(배출수)된다. The condensed water discharged from the gas collector 140 and sprayed onto the microbial carrier through the condensate spray unit 151 of the biofilter 150 is removed and provided with organic matter as nutrients for growth of the microorganisms in the condensate. The condensed water from which organic matters are removed is discharged (drained water) to the coagulation filtration device 170.

응집여과장치(170)에서 응축수의 유기질이 제거된 배출수는 미생물에 의해 유해물질이 제거된 처리수로써 잔류하는 미립자는 응집 처리 후에는 가스포집기(140)의 냉각수 투입구(142)로 유입되는 냉각수로 재활용된다.The discharged water from which the organic matter of the condensate is removed from the coagulation filtration device 170 is treated water from which harmful substances are removed by microorganisms, and the remaining fine particles are the cooling water introduced into the cooling water inlet 142 of the gas collector 140 after the coagulation process. Recycled.

가스 포집기(140)에서 냉각된 가스성분은 바이오필터(150)에 담지된 바이오 메디아에서 생장하는 미생물에 의하여 정화처리되고 최종 배출되기 전에 종단필터(160)에서 여과되어 대기로 배출된다. 이때 가스 포집기(140)에서 바이오필터(150)로 가스성분을 이송하기 위하여 브로워를 설치할 수 있으며, 적용되는 브로워는 시중에서 손쉽게 구입할 수 있는 소용량의 링브로워를 적용할 수 있다.The gas component cooled in the gas collector 140 is purified by the microorganisms growing in the biomedia supported on the biofilter 150 and filtered by the end filter 160 and discharged into the atmosphere before being finally discharged. In this case, a blower may be installed in order to transfer gas components from the gas collector 140 to the biofilter 150, and the applied blower may apply a small capacity ring blower that can be easily purchased on the market.

종단필터(160)는 바이오필터(150)에서 배출되는 가스를 최종여과하여 정제처리된 가스를 배출한다. 종단필터(160)는 배출기체상에 함유된 콜로이달 폼의 미립자나 먼지 등을 제거할 수 있도록 부직포 혹은 100메쉬 이상의 미세여과망을 설치하여 정제처리 하도록 한다.The end filter 160 finally filters the gas discharged from the biofilter 150 to discharge the purified gas. The end filter 160 is installed by using a non-woven fabric or a 100 mesh or more micro filtration network to remove the fine particles and dust of the colloidal foam contained on the exhaust gas to be purified.

본 발명에 따른 합성가스 제조장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 크게 가스화 반응로(210), 연소로(220), 가스세정부(230), 가스저장조(240)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the syngas production apparatus according to the present invention includes a gasification reactor 210, a combustion furnace 220, a gas washing unit 230, and a gas storage tank 240.

가스화 반응로(210)는 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조장치에서 제조된 합성석탄이 투입되는 원료투입구(211), 원료투입구(211)를 통해 투입된 합성석탄을 교반하는 제4 교반기(212), 제4 교반기(212)에 의해 교반되는 합성석탄이 외부 열원에 의해 열분해되어 제1 합성가스를 발생하고 남은 열분해코크스를 배출하는 코크스 배출구(214)와 제1 합성가스를 배출하는 제1 가스 배출부(213)를 포함한다.The gasification reactor 210 includes a raw material inlet 211 into which the synthetic coal prepared in the synthetic coal production apparatus using high water content organic waste is input, and a fourth stirrer 212 that agitates the synthetic coal introduced through the raw material inlet 211. The coke outlet 214 for discharging the remaining pyrolysis coke and the first syngas is discharged from the synthetic coal which is stirred by the fourth stirrer 212 by an external heat source to generate the first syngas. Section 213.

가스화 반응로(210)는 산소공급이 없는 상태에서 건조된 합성석탄을 가열하여 원료인 합성석탄을 열분해공정(pyrolysis)에 의하여 유기질 성분을 가스화 형태로 분해하여 합성가스를 생산하는 설비이다. Gasification reactor 210 is a facility for producing a synthesis gas by heating the synthetic coal dried in the absence of oxygen supply to decompose the organic components in a gasification form by pyrolysis (pyrolysis).

이때 투입되는 건조된 합성석탄의 함수율은 약 30% 정도이며, 열분해(pyrolysis)하는 공정의 온도는 400~850℃이며, 초기에 합성가스 발생을 위해 유도되는 초기압력은 약 0.5Mpa 정도이다. At this time, the moisture content of the dried synthetic coal is about 30%, the temperature of the pyrolysis process is 400 ~ 850 ℃, the initial pressure induced for the synthesis gas generation is about 0.5Mpa.

건조된 합성석탄을 원료로 가스화 생산공정을 수행하는 가스화 반응로(210)의 운전동작은, 약 30% 함수율의 건조된 합성석탄의 유입시 코크스 배출구(214)의 차단밸브가 닫힌 상태에서 가스화 반응로(210) 내의 제4 교반기(212)가 회전하고 가스화 반응로(210)의 원료투입구(211) 밸브가 열린상태에서 건조된 합성석탄이 투입되며, 또한 원료투입구(211)측에 설치된 제1 가스 배출부(213)는 초기 닫힌상태를 유지하며, 일정량의 건조된 합성석탄이 유입되면 원료투입구(211)측의 밸브가 닫히면서 가스화 반응로(210)는 가스생산 초기에는 폐쇄회로를 형성하며, 가스화 반응로(210)에 가스발생을 통하여 일정한 압력이 생성되면 제1 가스 배출부(213)의 밸브를 개방하여 합성가스를 배출한다. Operation of the gasification reactor 210 to perform a gasification production process using the dried synthetic coal as a raw material, the gasification reaction in the state that the shut-off valve of the coke outlet 214 is closed when the dried synthetic coal of about 30% moisture content inflow The synthetic coal is dried while the fourth stirrer 212 in the furnace 210 rotates and the raw material inlet 211 valve of the gasification reactor 210 is opened, and the first coal is provided on the raw material inlet 211. The gas discharge unit 213 maintains an initial closed state, and when a predetermined amount of dried synthetic coal is introduced, the gasification reactor 210 forms a closed circuit at the beginning of gas production while the valve of the raw material inlet 211 is closed. When a constant pressure is generated through gas generation in the gasification reactor 210, the valve of the first gas outlet 213 is opened to discharge the syngas.

가스화 반응로(210)의 외부에서 공급되는 외부열원에 의하여 가스화 반응로(210)는 가열되며, 가열되는 반응로 내부온도는 400~850℃ 정도를 유지하도록 가열된다. 가스화 반응로(210)에 공급되는 외부열원은 연소로(220)에서 열분해코크스가 연소되면서 발생하는 열량을 이용하는 것이다.The gasification reactor 210 is heated by an external heat source supplied from the outside of the gasification reactor 210, and the inside temperature of the heated reactor is heated to maintain about 400 to 850 ° C. The external heat source supplied to the gasification reactor 210 uses the amount of heat generated while the pyrolysis coke is combusted in the combustion furnace 220.

연소로(220)는 가스화 반응로(210)에 열원을 공급하며, 열분해코크스가 투입되는 코크스 투입구(221), 외부에서 공급되는 수증기를 주입하는 수증기주입관(222), 코크스 투입구(221)를 통해 투입된 열분해코크스를 적재하며 열분해코크스로 공기를 통과시키는 복수개의 관통공이 형성된 로스트(223), 로스트(223) 하단에 설치되며 외부에서 공급되는 공기를 로스트(223)로 주입하는 공기주입관(224), 로스트(223)에 적재된 열분해코크스를 점화하는 점화부(225), 제2 합성가스를 배출하는 제2 가스 배출부(226)를 포함한다. 도시하지 않았지만 연소로(220)에는 로스트(223)에 적재된 열분해코크스가 열분해되어 제2 합성가스를 발생하고 남은 부산물을 배출하는 부산물 배출구를 포함할 수 있다. The combustion furnace 220 supplies a heat source to the gasification reactor 210, the coke inlet 221 into which the pyrolysis coke is introduced, a steam inlet pipe 222 for injecting water vapor supplied from the outside, and a coke inlet 221. The roast 223 is formed at the bottom of the roast 223 and the roast 223 having a plurality of through holes through which the air is passed through the pyrolysis coke, and the air is injected from the outside into the roast 223. ), An ignition unit 225 for igniting the pyrolysis coke loaded on the roast 223, and a second gas discharge unit 226 for discharging the second synthesis gas. Although not shown, the combustion furnace 220 may include a by-product outlet for pyrolysis coke loaded on the roast 223 to thermally decompose to generate a second synthesis gas and discharge the remaining by-product.

연소로(220)의 코크스 투입구(221)로 열분해코크스가 로스트(223) 상단에 적재되는 방식으로 공급되도록 하며, 점화부(225)에 의하여 열분해코크스가 점화연소되면 원할한 연소를 위하여 로스트(223) 하단에 위치한 공기주입관(224)을 개폐시켜 연소를 활성화시키고 연소불꽃이 커지면서 열분해코크스가 산화될 때 완전하게 연소되는 것을 방지하기 위하여 수증기주입관(222)을 개폐시켜 부분연소 공정을 유도하여 열분해코크스가 연소되면서 2차 합성가스가 발생할 수 있도록 한다. The pyrolysis coke is supplied to the coke inlet 221 of the combustion furnace 220 in such a manner that the pyrolysis coke is loaded on the top of the roast 223, and when the pyrolysis coke is ignited and burned by the ignition unit 225, the roast 223 may be smoothly burned. In order to activate the combustion by opening and closing the air injection pipe 224 located at the bottom and to induce partial combustion process by opening and closing the steam injection pipe 222 to prevent the combustion completely when the pyrolysis coke is oxidized as the combustion flame increases. As the pyrolysis coke is burned, secondary syngas can be generated.

이때 열분해코크스가 연소되는 중심불꽃의 온도는 약 950~1300℃ 정도이며 적재된 코크스가 로스트 하단에 설치된 공기주입관(224)에서 공급되는 산소를 이용하여 연소되면서 이산화탄소(CO2)가 발생하면서 고온으로 상승되며, 이때 연소불꽃에 고온수증기를 공급하는 이유는 열분해코크스가 완전하게 연소되면서 단순히 이산화탄소(CO2)를 발생시키지 않도록 하며 불완전 연소를 유도하여 수증기 속의 수소와 산소 성분을 연소되는 열분해코크스의 탄소성분과 함께 생성되는 가스성분에 주입하여 연료화 가스를 생산하려는 것으로써, 즉, 메탄(CH4), 수소(H2), 에틸렌, 일산화 탄소(CO) 등 연소시 발열량을 지니고 있는 연료화 합성가스를 생산하려는 것이다. At this time, the temperature of the central flame at which the pyrolysis coke is burned is about 950-1300 ° C, and the loaded coke is burned using the oxygen supplied from the air injection pipe 224 installed at the bottom of the roast, and the carbon dioxide (CO2) is generated at a high temperature. The reason for supplying high temperature steam to the combustion flame is that the pyrolysis coke is completely burned so that it does not simply generate carbon dioxide (CO 2) and induces incomplete combustion to burn the hydrogen and oxygen components in the water vapor. It is intended to produce fueled gas by injecting into the gas component produced together with, that is, to produce fueled synthesis gas having a calorific value during combustion such as methane (CH4), hydrogen (H2), ethylene, carbon monoxide (CO), etc. .

연소로(220)에서 완전하게 연소된 열분해코크스는 재(ash) 혹은 스래그(slag) 형태로 로스트 하단으로 떨어지게 되며 발생하는 양은 매우 적으며, 코크스가 연소되면서 발생하는 연소가스는 연소로(220) 하단에 설치된 통기구를 통하여 배출된다. The pyrolysis coke completely combusted in the combustion furnace 220 falls to the bottom of the roast in the form of ash or slag, and the amount generated is very small. The combustion gas generated while the coke is combusted is the combustion furnace 220. ) It is discharged through the vent installed at the bottom.

이때 배기연소가스를 연소로(220)의 하단으로 설치하는 이유는, 연소가스를 연소로(220)에서 대류하도록 함으로써 연소공정에서 발생한 열량을 최대한 가스화 반응로(210)에 전달시키기 위함이다.At this time, the reason why the exhaust combustion gas is installed at the lower end of the combustion furnace 220 is to condense the combustion gas in the combustion furnace 220 so as to transfer the heat generated in the combustion process to the gasification reactor 210 as much as possible.

가스세정부(230)는 가스화 반응로(210)의 제1 가스 배출부(213)를 통해 배출되는 제1 합성가스와 연소로(220)의 제2 가스 배출부(226)를 통해 배출되는 제2 합성가스를 세정한다. 가스저장조(240)는 가스세정부(230)를 통해 세정된 합성가스를 저장한다.The gas cleaner 230 may discharge the first synthesis gas discharged through the first gas discharge unit 213 of the gasification reactor 210 and the second gas discharge unit 226 of the combustion furnace 220. 2 Clean the syngas. The gas storage tank 240 stores the syngas cleaned through the gas washing unit 230.

합성가스에 함유된 불연소성 가스인 이산화탄소(CO2)와 그 외의 대기오염물질 일예로 황산화물(SOx) 등을 제거하기 위하여 합성가스를 수세척과 동시에 화학세정하는 가스세정부(230)를 통과한다. In order to remove carbon dioxide (CO2), which is an incombustible gas contained in the synthesis gas, and other air pollutants, for example, sulfur oxides (SOx), the synthetic gas is passed through a gas washing unit 230 which simultaneously washes and chemically cleans the synthesis gas. .

황산화물(SOx)와 이산화탄소(CO2)는 수세척이나 화학세정을 통하여 제거할 수 있으며, 이에 대한 화학식은 아래와 같다:Sulfur oxides (SOx) and carbon dioxide (CO2) can be removed by washing with water or chemical cleaning.

SO2 + H2O → H2SO3SO2 + H2O → H2SO3

H2SO3 + H2O → H2SO4H2SO3 + H2O → H2SO4

SO3 + H2O → H2SO4SO3 + H2O → H2SO4

SO2 + CaO → CaSO3SO2 + CaO → CaSO3

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2OCO2 + Ca (OH) 2 → CaCO3 + H2O

즉, 황산화물 가운데 대표적인 아황산가스(SO2)는 물과 만나 아황산 혹은 황산으로 화학변화하므로 수세척될 수 있으며, 생석회와 접속하여 황산칼슘(석고)로 변하는 일반적인 화력발전소의 탈황설비공정에 의한 화학세정으로 제거가 가능하며, 이산화탄소(CO2)의 경우 수산화칼슘과 반응하여 탄산칼슘으로 화학변화하므로 화학세정이 가능하므로 수세척과 화학세정을 동시에 수행할 수 있는 다단계 가스세정부(230)에 의하여 합성가스를 정제할 수 있다.In other words, sulfur dioxide (SO2), which is representative of sulfur oxides, can be washed with water by chemically changing into sulfurous acid or sulfuric acid, and can be washed by quicklime, and chemical cleaning by desulfurization facility process of a general thermal power plant that is converted to calcium sulfate (gypsum). In the case of carbon dioxide (CO2) is reacted with calcium hydroxide to chemically change into calcium carbonate, chemical cleaning is possible, so that the synthesis gas by the multi-stage gas washing unit 230 that can simultaneously perform water washing and chemical cleaning. It can be purified.

생산한 합성가스를 가스저장조(240)에 저장하기 전에 가스압축기로 압축하여 압축된 가스를 가스저장조(240)에 저장할 수도 있다. 단 이때 가스저장조(240)의 합성가스압력이 합성가스 생산처인 연소로(220)와 가스화 반응로(210) 보다 높으므로 역토출을 방지하기 위하여 체크밸브를 설치한다.Before storing the produced syngas in the gas storage tank 240, it may be compressed by a gas compressor to store the compressed gas in the gas storage tank 240. However, at this time, since the synthesis gas pressure of the gas storage tank 240 is higher than the combustion furnace 220 and the gasification reactor 210 which are the producers of the synthesis gas, a check valve is installed to prevent back discharge.

본 발명에서 가스화 반응로(210)를 이용하여 제1 합성가스를 생산하는 큰 장점은 비교적 낮은 온도에서 열분해 공정을 유도할 수 있으므로 에너지를 절감할 수 있으며, 동시에 발생하는 제1 합성가스를 연소불꽃과 분리된 간접가열상태애서 발생시키므로 생산되는 제1 합성가스의 전량에 대한 회수가 가능하다는 것이다. 즉 생산된 제1 합성가스를 연소공정에서 소실시키지 않고 회수함으로써 생산성이 높다.A great advantage of producing the first synthesis gas using the gasification reactor 210 in the present invention can induce a pyrolysis process at a relatively low temperature, thereby saving energy, and simultaneously burning the first synthesis gas generated It is generated in the indirect heating state separate from the and it is possible to recover the entire amount of the first syngas produced. That is, productivity is high by recovering the produced first synthesis gas without losing it in the combustion process.

본 발명에 따른 합성석탄 및 합성가스 제조방법은 도 3에 도시한 바와 같다. 단계 S311 내지 S317은 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조방법이고, 단계 S318내지 S320은 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성가스 제조방법이다. Synthetic coal and syngas production method according to the present invention is as shown in FIG. Steps S311 to S317 are methods for producing synthetic coal using high content organic waste, and steps S318 to S320 are methods for preparing syngas using high content organic waste.

먼저, 고함수율 유기성 폐기물에 산(acids) 촉매 또는 알칼리(alkalis) 촉매를 첨가하고 교반하여 고상화된 유기성 폐기물을 혼합한다(S311). 물의 임계점에 도달하기 위한 온도 및 압력의 범위는 일반 실증플랜트 혹은 일반 열가수분해용 반응로를 대용량으로 제작하는데 어려움이 있으므로 이를 돕기 위하여 산(acids) 혹은 알칼리(alkalis)를 촉매로 이용하여 그 온도 범위 및 압력 범위를 최소화한다. First, an acids catalyst or an alkali catalyst is added to the high water content organic waste and stirred to mix the solidified organic waste (S311). The temperature and pressure range to reach the critical point of water is difficult to manufacture a large capacity in a general demonstration plant or a reactor for thermal hydrolysis, so to aid this, it is necessary to use acids or alkalis as a catalyst to help the temperature. Minimize ranges and pressure ranges.

단계 S311에서 형성된 고상화된 유기성 폐기물에 금속 촉매를 첨가하고 교반하여 균질화된 유기성 폐기물을 혼합한다(S312). 금속 촉매의 역할은 열가수분해에 의해 생성된 미립자 구조에서 단립형 분자간에 형성하는 음이온 간의 반발력에 의한 다중고리형의 고분자로 형성되지 못하는 것을 금속계 양이온이 가교역할을 함으로써 다중고리형의 고분자로 만드는 것이다. 일예로 지방의 분해로 형성되는 카르복실기-COOH 또는 -CO2H로 표시되며, 탄소, 산소, 수소로 이루어진 작용기의 하나로써, 중심의 탄소원자 하나에 산소원자가 이중결합으로 연결되어 있으며, 하나의 하이드록시(OH)기가 단일결합으로 연결된 상태이다. 즉 중심탄소원자에 하나의 최외각 전자를 보유하고 있는 형태이므로 보다 큰 분자와 결합할 수 도 있으며, 기본적으로 카르복실기는 탄소사슬의 끝부분에만 위치할 수 있으나, 연결고리가 되는 끝부분에 금속 촉매가 양이온으로 가교역할을 할 경우 여러 개의 탄소고리가 연결되는 다중고리형의 고분자화가 가능하다. The metal catalyst is added to the solidified organic waste formed in step S311 and stirred to mix the homogenized organic waste (S312). The role of the metal catalyst is to make a polycyclic polymer by crosslinking a metal-based cation, which is not formed into a multicyclic polymer by the repulsive force between anions formed between single molecules in the particulate structure produced by thermal hydrolysis. will be. For example, the carboxyl group formed by decomposition of fat is represented by -COOH or -CO2H, and is a functional group consisting of carbon, oxygen, and hydrogen. An oxygen atom is connected to a single carbon atom by a double bond, and one hydroxy ( OH) group is connected by a single bond. In other words, since it has one outermost electron in the central carbon atom, it may be combined with a larger molecule. Basically, the carboxyl group may be located only at the end of the carbon chain, but at the end of the linking metal catalyst When crosslinking with a cation, it is possible to polymerize a multicyclic type in which several carbon rings are connected.

이러한 방법으로 열가수분해공정의 의해 단립구조의 미립자로 분해된 유기질 성분들은 금속계 촉매의 가교역할을 통하여 다중고리형 탄소, 수소, 산소로 형성된 합성석탄을 형성하게 된다. 이렇게 생성된 합성석탄을 원료로 가스화 공정을 통하여 얻는 가스 가운데 수소(H2)와 일산화탄소(CO)가 함유된 것을 칭하며 천연가스와 구분하기 위하여 합성가스(synthesis gas)라고 한다. In this way, the organic components decomposed into fine particles having a monolithic structure by the thermal hydrolysis process form a synthetic coal formed of multicyclic carbon, hydrogen, and oxygen through the crosslinking role of the metal catalyst. The synthetic coal thus produced is referred to as containing hydrogen (H 2) and carbon monoxide (CO) among the gases obtained through the gasification process, and is called synthesis gas to distinguish it from natural gas.

일반적으로 합성가스는 천연석탄을 원료로 가스화 공정을 통하여 생산하는 것으로써 천연석탄을 미분화시켜 수분을 첨가하여 연소시켜 생산하는 방식으로써, 일반적으로는 천연석유의 매장량이 없는 독일 등 유럽국가에서 개발된 기술이며, 현재는 석탄매장량이 풍부한 남아프리카공화국의 Sasol사에서 Fischer-Tropsch합성공정기술을 발전시켜 생산된 합성가스를 이용하여 합성석유를 생산하는데 활발하게 활용하고 있으며, 이 공정 기술을 상용화 하고 있는 곳은 Sasol을 비롯하여 Mossgas(PetroSA로 개명), Shell 등이 있다. Generally, synthetic gas is produced by gasification process using natural coal as a raw material, and is produced by micronizing natural coal to add water and burning it. Generally, developed in European countries such as Germany without natural oil reserves. It is a technology, and currently, Sasol, South Africa, which has abundant coal reserves, is actively using it to produce synthetic oil using synthetic gas produced by developing Fischer-Tropsch synthesis process technology. Include Sasol, Mossgas (renamed PetroSA), and Shell.

본 발명의 합성가스 생산기술은 유기성 폐기물을 중온 고압방식으로 합성석탄(ecocoal)을 생산한 후에 이를 천연석탄 대신 원료로 이용하는 방식이다. 이때 유기성 폐기물에서 합성석탄 생산공정을 거치지 않고 직접 합성가스를 생산하는 공정기술을 적용하지 않는 가장 큰 이유는, 유기성 폐기물을 우선 단순건조공정을 거쳐 건조된 유기성 폐기물에서 합성가스를 발생시킬 수 있으며 이때 소요되는 에너지 소모량이 합성석탄을 생산하는데 투입되는 양보다 최소 130~150%이상 소요되며, 단순건조물이 갖는 발열량(합성가스를 발생시킬 수 있는 에너지원 연료량이) 일반적으로 합성석탄 보다 130~160% 정도 작다. 즉 에너지 소모량과 가스발생량에서 차이가 현격하게 나므로 합성석탄 생산공정을 거치는 것이 경제적이며, 생산성도 높다.Synthetic gas production technology of the present invention is a method of producing synthetic coal (ecocoal) using the organic waste in the medium temperature high pressure method and using it as a raw material instead of natural coal. At this time, the biggest reason for not applying the process technology of directly producing syngas without going through the synthetic coal production process in organic waste is that the organic waste can be generated from the organic waste dried through the simple drying process. The amount of energy consumed is at least 130-150% higher than the amount input to produce synthetic coal, and the calorific value of simple buildings (the amount of energy source fuel that can generate synthetic gas) is generally 130-160% higher than that of synthetic coal. Small enough In other words, the difference in energy consumption and gas generation is significantly different, so it is economical and productive to go through the synthetic coal production process.

단계 S312에서 형성된 균질화된 유기성 폐기물을 이송한다(S313). 이송된 균질화된 유기성 폐기물에 열을 가하면서 교반하여 합성석탄을 생산한다(S314). The homogenized organic waste formed in step S312 is transferred (S313). Agitated while applying heat to the transported homogenized organic waste to produce synthetic coal (S314).

상기 이송된 균질화된 유기성 폐기물에 열을 가하면서 교반하여 합성석탄을 생산하는 S314 단계는, 균질화된 유기성 폐기물에 열을 가하여 온도범위 130℃~320℃와 압력범위 0.3Mpa~5.88Mpa에서 열가수분해반응이 일어나도록 하는 제1 단계와, 균질화된 유기성 폐기물에 열을 가하여 온도범위 220℃~350℃와 압력범위 2.0Mpa~5.88Mpa에서 중축합반응이 일어나도록 하는 제2 단계를 포함하여 구현될 수 있다.S314 step of producing a synthetic coal by stirring the heated homogenized organic waste while heating, heat hydrolysis in the temperature range 130 ℃ ~ 320 ℃ and pressure range 0.3Mpa ~ 5.88Mpa A first step of causing the reaction to occur and a second step of applying a heat to the homogenized organic waste to cause the polycondensation reaction to occur in a temperature range of 220 ° C. to 350 ° C. and a pressure range of 2.0 Mpa to 5.88 Mpa. have.

합성석탄에 함유된 수분을 제거하기 위해 합성석탄을 건조시킨다(S315). 건조 과정에서 발생하는 수증기와 가스를 배출한다. 상기 수증기와 가스를 포집하여 냉각시킨다(S316). 상기 냉각된 수증기는 바이오필터의 응축수 분무부에서 미생물 담체에 분무되어 응축수 내에 유기질은 미생물의 생장을 위한 영양분으로 제공되어 제거하고, 유기질이 제거된 응축수는 응집여과장치(170)로 배출(배출수)되며, 유기질이 제거된 배출수는 미생물에 의해 유해물질이 제거된 처리수로써 잔류하는 미립자는 응집 처리 후에는 가스포집기(140)의 냉각수 투입구(142)로 유입되어 냉각수로 재활용된다. 상기 냉각된 가스에 함유된 악취성분을 미생물 담체를 이용하여 제거하고, 악취성분이 제거된 가스를 최종여과처리하여 정제처리된 가스를 배출한다(S317). Drying the synthetic coal to remove the moisture contained in the synthetic coal (S315). Evaporates water vapor and gases from the drying process. The water vapor and the gas are collected and cooled (S316). The cooled water vapor is sprayed onto the microorganism carrier in the condensate spray unit of the biofilter so that the organic matter in the condensate is provided as a nutrient for the growth of microorganisms, and the organic condensate from which the organic matter is removed is discharged to the coagulation filtration device (170). The discharged water from which organic matters are removed is treated water from which harmful substances are removed by microorganisms, and the remaining fine particles flow into the cooling water inlet 142 of the gas collector 140 after being aggregated and recycled into the cooling water. The malodorous component contained in the cooled gas is removed using a microbial carrier, and the gas from which the malodorous component is removed is finally filtered to discharge the purified gas (S317).

단계 S311 내지 S317에서 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조방법에 따라 제조된 합성석탄을 원료로 하여 합성가스를 제조하는 과정을 설명하면, 먼저, 무산소상태에서 합성석탄에 직접적으로 열을 가하지 않는 간접 가열방식으로 열분해하면서 합성석탄에서 발생하는 제1 합성가스와 열분해 결과 남은 열분해코크스를 배출한다(S318). In the steps S311 to S317, a process of preparing synthetic gas using synthetic coal prepared according to the method for producing synthetic coal using high content organic waste as a raw material will be described first. Indirectly, heat is not directly applied to synthetic coal in an anoxic state. While pyrolyzing by heating, the first syngas generated from the synthetic coal and the pyrolysis coke remaining as a result of pyrolysis are discharged (S318).

이때 발생하는 제1 합성가스는 후단에 발생하는 제2 합성가스와 함께 가스세정공정을 거친다. At this time, the first syngas generated is subjected to a gas cleaning process together with the second syngas generated at a later stage.

원료로 투입된 합성석탄이 열분해공정에 의하여 가스를 생산하고 부산물로 타르(tar) 및 열분해코크스(pyrolysis-coke)가 잔류물로 남는다. 일반적으로 열분해(pyrolysis)와 가스화(gasification)의 차이점은 가스화 공정에서는 수증기, 공기 혹은 산소를 공급하여 유기질 성분을 가스상으로 전환하는 것으로 최종 산물로 무기질 성분인 재(ash) 혹은 스래그(slag)가 남으며 고형물은 부분연소되어 메탄(CH4), 에틸렌, 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2)가 발생한다. Synthetic coal introduced as a raw material produces gas by a pyrolysis process, and tar and pyrolysis-coke remain as residues as by-products. In general, the difference between pyrolysis and gasification is that in the gasification process, organic matter is converted to gaseous phase by supplying water vapor, air, or oxygen. The final product is ash or slag. The solids are partially combusted to produce methane (CH4), ethylene, carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2).

열분해코크스를 연소로에 투입하고 연소로에 공기와 수증기를 주입하면서 열분해코크스를 점화시킨다(S319). 열분해코크스의 연소불꽃이 발생하는 지점에 고온수증기 공급관이 위치하며, 연소로는 외부로 열이 방출되는 것을 방지하기 위하여 내화벽돌을 부착시켜 내부마감을 하거나 혹은 이와 동일한 기능을 갖는 이중벽체 등을 설치하여 연소로 내에서 발생하는 열이 밖으로 방출되는 것을 최대한 방지하여 열손실을 줄일 필요가 있다. 이때 연소로 내에서 공기 혹은 산소를 공급하는 이유는 코크스의 연소를 유도하기 위한 것이며, 이때 연소불꽃에 고온수증기를 공급하는 이유는 코크스가 완전하게 연소되면서 단순히 이산화탄소(CO2)를 발생시키지 않도록 하여 불완전 연소를 유도하며 수증기 속의 수소와 산소 성분을 연소되는 코크스의 탄소성분과 함께 생성되는 가스성분에 주입하여 연료화 가스를 생산하려는 것으로써, 즉, 메탄(CH4), 수소(H2), 에틸렌, 일산화 탄소(CO) 등 연소시 발열량을 지니고 있는 연료화 가스를 생산하려는 것이다. The pyrolysis coke is injected into the combustion furnace, and the pyrolysis coke is ignited while injecting air and water vapor into the combustion furnace (S319). The hot water steam supply pipe is located at the point where the pyrolysis coke's combustion flame occurs, and the internal furnace is installed by attaching a refractory brick to prevent heat from being emitted to the outside, or a double wall having the same function is installed. Therefore, it is necessary to reduce heat loss by maximally preventing the heat generated in the combustion furnace from being released. At this time, the reason for supplying air or oxygen in the combustion furnace is to induce the combustion of coke, and the reason for supplying hot water vapor to the combustion flame is that the coke is completely burned, so that it does not simply generate carbon dioxide (CO2). Induces combustion and injects hydrogen and oxygen components in water vapor into the gaseous components produced together with the carbon components of the coke burned to produce fueled gas, ie methane (CH4), hydrogen (H2), ethylene, carbon monoxide It is to produce fuel gas that has a calorific value during combustion such as (CO).

열분해코크스가 열분해되면서 발생하는 제2 합성가스를 세정하고 세정된 제1, 2 합성가스를 저장한다(S320).
The second synthesis gas generated while the pyrolysis coke is pyrolyzed is stored and the cleaned first and second synthesis gases are stored (S320).

지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 일예로 본 명세서에서 언급하고 있는 건조공정과 건조로의 기능을 삭제하여 석탄화 공정을 거쳐 합성석탄화된 액상물을 제2배출관에서 건조시키지 않고 직접 가스화반응로(210)의 원료투입구(211)로 투입하여 가스화반응로에서 건조시킨 후에 열분해공정에 의해 제1 합성가스발생과 열분해코크스를 배출할 수도 있다. 즉 본발명의 기술사상은 원천적으로 고함수율 유기성 폐기물을 합성석탄화 하는 공정을 거친 후에 합성가스를 생산하는 공정이 연계된다는 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. As an example, the functions of the drying process and the drying furnace mentioned in the present specification are eliminated, and the synthetic coalified liquid product is introduced into the raw material inlet 211 of the gasification reactor 210 without being dried in the second discharge pipe through a coalification process. After drying in a gasification reactor, the first syngas generation and pyrolysis coke may be discharged by a pyrolysis process. In other words, the technical idea of the present invention is that the process of producing synthetic gas is linked after the process of synthesizing high-content organic wastes with synthetic coal. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined only by the appended claims.

고함수율의 유기성 폐기물인 하수슬러지, 축산분뇨, 음식물쓰레기, 농수산물 식품가공폐기물 등과 일반적인 유기성 폐기물인 생활쓰레기, 폐목재, 농업부산물, 임업부산물 등 유기질 성분에 대한 적정한 육상처리 기반을 조성하려는 친환경적 정책기조에 일조할 수 있으며, 특히 유기성 폐기물을 합성석탄으로 생산하여 고형연료로 활용하거나 혹은 이를 연계공정을 통하여 합성가스로 생산함으로써, 높은 열량을 요구하는 화력발전소, 시멘트공장, 열병합발전소, 비닐하우스 등에 에너지 열원으로 활용할 수 있으며, 터어빈 발전기의 연료로 활용함으로써 전력생산이 가능하며, 본 발명 기술의 대량보급을 통하여 농어민 가정에 에너지를 공급하거나 혹은 에너지 자립형 마을조성사업에 기술접목이 가능하다.
Eco-friendly policy to establish an appropriate land treatment base for organic components such as sewage sludge, livestock manure, food waste, agricultural and aquatic food processing waste, and organic wastes such as household waste, waste wood, agricultural by-products, and forest by-products, which are high-content organic wastes. In particular, organic waste can be produced as synthetic coal and used as solid fuel, or as a syngas through linkage process, which can be used for thermal power plants, cement plants, cogeneration plants, vinyl houses, etc. It can be used as a heat source, it is possible to produce electric power by using as a fuel of the turbine generator, supply energy to farmers and fishers households through mass distribution of the present technology, or technology can be applied to the energy-independent village development project.

Claims (5)

고함수율 유기성 폐기물에 산(acids) 촉매 또는 알칼리(alkalis) 촉매를 첨가하고 교반하여 고상화된 유기성 폐기물을 혼합하는 단계;
상기 고상화된 유기성 폐기물에 금속 촉매를 첨가하고 교반하여 균질화된 유기성 폐기물을 형성하는 단계;
상기 균질화된 유기성 폐기물을 이송하는 단계;
상기 이송된 균질화된 유기성 폐기물에 열을 가하면서 교반하여 합성석탄을 생산하는 단계;
상기 합성석탄에 함유된 수분을 제거하기 위해 상기 합성석탄을 건조시키면서 건조 과정에서 발생하는 수증기와 가스를 배출하는 단계;
상기 수증기와 가스를 포집하여 냉각시키는 단계;
상기 냉각된 수증기로부터 유기질을 포함하는 응축수를 형성하여 바이오필터의 미생물 담체의 미생물 생장을 위한 영양분으로 제공하는 단계;
상기 바이오필터의 미생물 담체에 의해 유기질이 제거된 응축수를 응집여과장치로 배출하는 단계;
상기 응집여과장치에서 배출되는 배출수를 가스포집기의 냉각수로 공급하는 단계;
상기 냉각된 가스에 함유된 악취성분을 미생물 담체를 이용하여 제거하는 단계; 및
상기 악취성분이 제거된 가스를 최종여과처리하여 정제처리된 가스를 배출하는 단계;
를 포함하는 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조방법.
Adding an acids catalyst or an alkali catalyst to the high water content organic waste and stirring to mix the solidified organic waste;
Adding a metal catalyst to the solidified organic waste and stirring to form a homogenized organic waste;
Conveying the homogenized organic waste;
Stirring the heated homogenized organic waste with heat to produce synthetic coal;
Discharging water vapor and gas generated during the drying process while drying the synthetic coal to remove moisture contained in the synthetic coal;
Collecting and cooling the water vapor and the gas;
Forming condensate containing organic matter from the cooled water vapor and providing the nutrient for microbial growth of the microbial carrier of the biofilter;
Discharging condensate from which organic matter is removed by the microbial carrier of the biofilter to a coagulation filtration device;
Supplying the discharged water discharged from the coagulation filtration device to the cooling water of the gas collector;
Removing the odor component contained in the cooled gas by using a microbial carrier; And
Final filtration of the gas from which the odor component has been removed to discharge the purified gas;
Synthetic coal production method using a high water content organic waste comprising a.
청구항 1에 있어서, 상기 이송된 균질화된 유기성 폐기물에 열을 가하면서 교반하여 합성석탄을 생산하는 단계가:
상기 균질화된 유기성 폐기물에 열을 가하여 온도범위 130℃~320℃와 압력범위 0.3Mpa~5.88Mpa에서 열가수분해반응이 일어나도록 하는 제1 단계; 및
상기 균질화된 유기성 폐기물에 열을 가하여 온도범위 220℃~350℃와 압력범위 2.0Mpa~5.88Mpa에서 중축합반응이 일어나도록 하는 제2 단계;
를 포함하는 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조방법.
The method of claim 1, wherein the step of producing synthetic coal by stirring with heat to the transferred homogenized organic waste:
A first step of subjecting the homogenized organic waste to thermal hydrolysis in a temperature range of 130 ° C. to 320 ° C. and a pressure range of 0.3 Mpa to 5.88 Mpa; And
A second step of applying a heat to the homogenized organic waste to cause a polycondensation reaction in a temperature range of 220 ° C. to 350 ° C. and a pressure range of 2.0 Mpa to 5.88 Mpa;
Synthetic coal production method using a high water content organic waste comprising a.
청구항 1 또는 청구항 2의 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조방법에 따라 제조된 합성석탄을 무산소상태에서 교반하고 상기 합성석탄에 직접적으로 열을 가하지 않는 간접 가열방식으로 열분해하면서 상기 합성석탄에서 발생하는 제1 합성가스와 열분해 결과 남은 열분해코크스를 배출하는 단계;
상기 열분해코크스를 연소로에 투입하고 상기 연소로에 공기와 수증기를 주입하면서 상기 열분해코크스를 점화시키는 단계;
상기 열분해코크스가 열분해되면서 발생하는 제2 합성가스를 배출하는 단계; 및
상기 제1, 2 합성가스를 세정하고 세정된 제1, 2 합성가스를 저장하는 단계;
를 포함하는 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성가스 제조방법.
Synthetic coal prepared according to the method for producing synthetic coal using the high content organic waste of claim 1 or 2 is generated in the synthetic coal while being pyrolyzed by an indirect heating method without stirring in an anoxic state and not directly heating the synthetic coal. Discharging the pyrolysis coke remaining as a result of the first synthesis gas and pyrolysis;
Injecting the pyrolysis coke into a combustion furnace and igniting the pyrolysis coke while injecting air and water vapor into the combustion furnace;
Discharging a second synthesis gas generated while the pyrolysis coke is pyrolyzed; And
Cleaning the first and second syngas and storing the cleaned first and second syngas;
Syngas production method using a high water content organic waste comprising a.
외부에서 공급되는 고함수율 유기성 폐기물을 보관하며, 산(acids) 촉매 또는 알칼리(alkalis) 촉매를 공급하는 제1 촉매공급부와 금속 촉매를 공급하는 제2 촉매공급부와 상기 고함수율 유기성 폐기물과 상기 제1 촉매공급부 또는 제2 촉매공급부를 통해 공급된 촉매를 교반하는 제1 교반기와 상기 제1 교반기에 의해 균질화된 유기성 폐기물을 배출하는 제1 배출관을 포함하는 저류조;
상기 저류조에서 균질화된 유기성 폐기물을 이송하는 이송부;
상기 이송부에 의해 이송된 균질화된 유기성 폐기물이 투입되는 제1 투입구와 열을 공급하는 제1 열공급부와 상기 제1 투입구를 통해 투입된 균질화된 유기성 폐기물을 교반하는 제2 교반기와 상기 제1 열공급부와 제2 교반기의 동작에 따라 생산된 합성석탄을 배출하는 제2 배출관과 합성석탄이 생산되는 과정에서 발생하는 수증기와 가스성분을 배출하는 제3 배출관을 포함하는 석탄화 반응조;
상기 제2 배출관에서 배출되는 합성석탄이 투입되는 제2 투입구와 열을 공급하는 제2 열공급부와 상기 제2 투입구를 통해 투입된 합성석탄에 함유된 수분을 탈수하기 위해 교반하는 제3 교반기와 상기 제2 열공급부와 제3 교반기의 동작에 따라 건조된 합성석탄을 배출하는 제4 배출관과 상기 합성석탄에서 발생하는 수증기와 가스성분을 배출하는 제5 배출관을 포함하는 건조로;
상기 건조로의 제5 배출관에서 배출되는 수증기와 가스성분과 상기 석탄화 반응조의 제3 배출관에서 배출되는 수증기와 가스성분을 포집하여 냉각시키는 가스 포집기;
상기 가스 포집기에서 배출되는 냉각 가스에 함유된 악취성분을 미생물 담체를 이용하여 제거하는 바이오필터;
상기 바이오필터에서 배출되는 가스를 최종여과하여 정제처리된 가스를 배출하는 종단필터;
상기 가스 포집기에서 수증기가 냉각되어 응축수로 되어 배출되는 응축수를 상기 바이오필터로 전달하는 응축수관로;
상기 응축수관로와 연결되며 상기 바이오필터의 상단부에서 설치되어, 상기 응축수관로를 통해 유입되는 응축수를 분무하는 응축수 분무부; 및
상기 바이오필터의 미생물 담체에 의해 유기질이 제거된 응축수를 최종여과처리하여 상기 가스포집기의 냉각수로 공급하는 응집여과장치;
를 포함하는 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조장치.
A first catalyst supply part for storing an acidic catalyst or an alkali catalyst and a second catalyst supply part for supplying a metal catalyst, the high content organic waste and the first content A storage tank including a first stirrer for stirring the catalyst supplied through the catalyst supply part or the second catalyst supply part and a first discharge pipe discharging the organic waste homogenized by the first stirrer;
A transfer unit for transferring the homogenized organic waste from the storage tank;
A first heat supply unit for supplying heat to the homogenized organic waste conveyed by the transfer unit, a first heat supply unit for supplying heat, a second stirrer for stirring the homogenized organic waste introduced through the first input port, and the first heat supply unit; A coalification reactor including a second discharge pipe discharging the synthetic coal produced according to the operation of the second stirrer and a third discharge pipe discharging the steam and gas components generated in the process of producing the synthetic coal;
A third stirrer and the third stirrer which is stirred to dehydrate water contained in the synthetic coal introduced through the second inlet port through which the synthetic coal discharged from the second discharge pipe is input and the second heat supply unit supplying heat; A drying furnace including a fourth discharge pipe discharging the synthetic coal dried according to the operation of the heat supply unit and the third stirrer and a fifth discharge pipe discharging the steam and gas components generated from the synthetic coal;
A gas collector for collecting and cooling water vapor and gas components discharged from the fifth discharge pipe of the drying furnace and water vapor and gas components discharged from the third discharge pipe of the coalification reactor;
A biofilter for removing odor components contained in the cooling gas discharged from the gas collector using a microbial carrier;
An end filter for final filtering the gas discharged from the biofilter to discharge the purified gas;
A condensate tube for delivering condensate discharged from the gas collector to condensate to the biofilter;
A condensate spray unit connected to the condensate pipe line and installed at an upper end of the biofilter to spray condensate introduced through the condensate pipe line; And
A coagulation filtration device for final filtering the condensed water from which the organic matter is removed by the microorganism carrier of the biofilter and supplying the cooling water to the gas collector;
Synthetic coal production apparatus using a high water content organic waste comprising a.
청구항 4에 따른 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성석탄 제조장치에서 제조된 합성석탄이 투입되는 원료투입구와 상기 원료투입구를 통해 투입된 합성석탄을 교반하는 제4 교반기와 상기 제4 교반기에 의해 교반되는 합성석탄이 외부 열원에 의해 열분해되어 제1 합성가스를 발생하고 남은 열분해코크스를 배출하는 코크스 배출구와 상기 제1 합성가스를 배출하는 제1 가스 배출부를 포함하는 가스화 반응로;
상기 가스화 반응로에 열원을 공급하며, 상기 열분해코크스가 투입되는 코크스 투입구와 상기 코크스 투입구를 통해 투입된 열분해코크스를 적재하며 상기 열분해코크스로 공기를 통과시키는 복수개의 관통공이 형성된 로스트와 상기 로스트 하단에 설치되며 외부에서 공급되는 공기를 상기 로스트로 주입하는 공기주입관과 상기 로스트에 적재된 열분해코크스를 점화하는 점화부와 상기 로스트 상단에 위치하며 외부에서 공급되는 수증기를 주입하는 수증기주입관과 상기 로스트에 적재된 열분해코크스가 열분해되어 제2 합성가스를 발생하고 남은 부산물을 배출하는 부산물 배출구와 상기 제2 합성가스를 배출하는 제2 가스 배출부를 포함하는 연소로;
상기 가스화 반응로의 제1 가스 배출부를 통해 배출되는 제1 합성가스와 상기 연소로의 제2 가스 배출부를 통해 배출되는 제2 합성가스를 세정하는 가스세정부; 및
상기 가스세정부를 통해 세정된 제1, 2 합성가스를 저장하는 가스저장조;
를 포함하는 고함수율 유기성 폐기물을 이용한 합성가스 제조장치.
Synthetic coal stirred by the fourth stirrer and the fourth stirrer to agitate the raw material inlet and the synthetic coal introduced through the raw material inlet prepared in the synthetic coal manufacturing apparatus using the high content organic waste according to claim 4 A gasification reactor including a coke outlet configured to be pyrolyzed by the external heat source to generate the first syngas, and to discharge the remaining pyrolysis coke, and a first gas outlet to discharge the first syngas;
A heat source is supplied to the gasification reactor, the coke inlet into which the pyrolysis coke is introduced, and the pyrolysis coke introduced through the coke inlet are loaded, and a plurality of through-holes through which air is passed through the pyrolysis coke is installed and installed at a lower end of the roast. And an air injection pipe for injecting air supplied from the outside into the roaster, an ignition part for igniting pyrolysis coke loaded in the roast, and a steam injection pipe for injecting water vapor supplied from the outside and positioned at the top of the roast. A combustion furnace including a by-product outlet configured to pyrolyze the stacked pyrolysis coke to generate a second synthesis gas, and to discharge the remaining byproduct; and a second gas outlet configured to discharge the second synthesis gas;
A gas washing unit for cleaning the first synthesis gas discharged through the first gas discharge unit of the gasification reactor and the second synthesis gas discharged through the second gas discharge unit of the combustion furnace; And
A gas storage tank storing first and second syngas cleaned through the gas washing unit;
Syngas production apparatus using a high water content organic waste comprising a.
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