KR101342226B1 - Ｃｏ2 함유 배기가스의 재처리 방법 및 장치 - Google Patents

Ｃｏ2 함유 배기가스의 재처리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다단계 환원 공정으로 CO2 함유 배기가스를 재처리하는 방법에 관한 것으로서,
CO2 함유 배기가스는 역 스트림으로 복수의 스테이지(1,2,3,4)를 통해 압력균등구역으로 열적으로 분해될 수 있으며, 이로 인해 열분해 가스로 전환되는 불활성 벌크 물질 및 유기 물질의 고체 물질 스트림으로 유도되며, 250 - 700 ℃의 연소가스 생성 스테이지(1)에서 연소 가스 중의 고체 물질 스트림의 흐름 방향으로, 유기 물질이 감압 조건하에서 열적으로 짧은 사슬 탄화수소, 수소 및 일산화탄소로 분해되어 코크스 및 잔류물을 생성하고, 상승하는 온도의 중간 스테이지(2)에서 열분해 코크스의 산화가 실시되며, 증가된 일산화탄소는 연소가스 생성 스테이지(1)의 방향으로 고체 물질 스트림과 반대로 흡입 배출되며, 800 - 1,600℃에서의 일산화탄소 생성 스테이지(3)에서 나머지 코크스 잔류물은 이산화탄소에 의해서 일산화탄소로 부도아르드 평형에 따라 압력과 온도를 설정함으로써 전환되며, 냉각 스테이지(4)에서 생성된 고체 잔류 물질 및 벌크 물질은 100℃ 이하로 CO2 역류 스트림으로 냉각되고, 분리되며, 상기 벌크 물질은 사이클로 반환되는 것이 특징이다.

Description

ＣＯ2 함유 배기가스의 재처리 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR REPROCESSING ＣＯ2-CONTAINING EXHAUST GASES}
본 발명은 다단계 환원 공정으로 CO2 함유 배기가스를 재처리하는 방법에 관한 것이다.
지구 온난화는 현재의 가장 큰 문제점 중의 하나이다. 지난 수년 동안 관찰되는 지구 대기 근처 및 대양의 평균 온도가 서서히 상승할 뿐만 아니라 또한 미래에 예상되는 추가의 온난화를 지구온난화라고 한다. 현재까지의 과학적인 지식에 의하면 이의 주요한 원인은 인간에 의해서 야기되는 온실효과의 증가에 있다. 상기로 인해서 대기 조성이 변화하는데, 이는 우선적으로 이에 의해 수득되는 이산화탄소(CO2)의 방출 및 화석연료의 연소 때문이다. 이러한 방출은 공장들, 산업 설비들, 열 발전소, 자동차, 항공기 등과 연관된 인간의 활동에 의해서 야기된다. 따라서, 이산화탄소 방출의 감소는 환경을 보호하기 위한 가장 중요한 조치 중의 하나이다.
이산화탄소 방출을 줄이기 위한 여러 가지의 노력들이 전 세계적으로 실시되고 있다. 이러한 관점에서 개선되거나 또는 중립적인 CO2 밸런스를 갖는 대체 에너지 공급원의 개발 및 이용이 필수적인 역활을 한다. 예를 들면 연료전지기술, 태양, 바람 또는 물로부터의 에너지 발생, 재생가능한 에너지 담체의 이용 등이 있다. 그러나, 핵 에너지의 전 세계적인 확대로 이루어지는 추가의 시도는 기타 중요한 환경 위험 및 미해결의 처리 문제들 때문에 정치적으로 논쟁의 여지가 많다.
적어도 이산화탄소 방출의 증가를 둔화시키기 위해서 생각할 수 있는 모든 인간 할동의 영역들에서 에너지 효율성을 개선시키는 것과 관련된 집중적인 작업이 실시되고 있는 중이다. 이것은 에너지 이용 및 전환의 효율성, 즉 에너지 경비에 대한 유용한 관련성과 관련이 있다. 이러한 관계는 예를 들어 1차 및 2차 에너지 이용과 관련된 것 뿐만 아니라 발전소에서의 전기적 전력의 발생과 같은 2차 에너지 발생과 관련이 있다. 예를 들면 통합 발전소 기술을 통한 전기 전력 발생의 효율성의 개선과 관련된 작업들이 지속적으로 진행 중이다. 따라서 예를 들면 전류의 발생에 있어서, 발전소와 결합하여 자열 석탄 가스화 기술이 다수의 응용에서 제안되었다. 기체의 가스화 생성물은 상기의 도움으로 및 상응하는 통합된 에너지커플링의 도움으로 가스 터빈에 사용할 수 있으므로 이러한 설비들의 효율성 정도를 개선시킬 수 있다. 이러한 타입의 방법들은 예를 들면 DE 3241169 C2, DE 694 04 187 T2, DE 3817690 A1 또는 DE 3617364 A1에 개시되어 있다. 또한 산업 공정들, 거주 건물들, 모터 차량들, 전기 기구 등의 특이적인 에너지 요구를 최적화시키기 위한 시도들이 지속적으로 이루어지고 있는 중이다.
추가의 연구 및 개발 프로젝트들의 목적은 소위 이산화탄소가 없는 발전소라고 하는 이산화탄소, 예를 들면 석탁-화력 발전소의 대규모 방출체를 설계하는 것이다. 여기서, 규정된 흡착 또는 흡수 매체를 사용하는 세정 시스템의 도움으로 연도 가스(flue gas)로부터 이산화탄소를 흡착 또는 흡수하는 방법들이 제안되었다. 이러한 방법들은 예를 들면 DE 697 26039, DE 695 03 036, DE 10 2005 050 385 A1, DE 699 31 418 T2, DE 694 32 376 T2, DE 694 28 057 T2 및 DE 603 10 594 T2에 기재되어 있다. 추가의 방법들은 예를 들어 DE 699 10 441에 기재되어 있는 막 기술의 도움으로 연도 가스로부터 이산화탄소를 농축하는 것을 제안한다. 다른 방법들로서 예를 들어 DE 199 40 371에서는 냉동에 의해 연도 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 것을 기재하고 있다. DE 698 15 762 T2에서는 추가의 방법으로서 수소의 도움으로 이산화탄소를 고체 탄소로 전환하는 것을 개시하고 있다.
연도 가스로부터의 이산화탄소의 농축, 또는 각각의 분리 방법에서는 대기로의 방출을 영구적으로 막기 위해서 이산화탄소의 적절한 보관이 요구된다. 이를 위해 심해로 이산화탄소를 제거하는 방법이 제안되었다. 이러한 방법들은 예를 들어 DE 691 04 274 T2 또는 DE 696 10 231 T2에 기재되어 있다. 추가의 접근법으로 액화 이산화탄소를 지표층에 보관하는 것이 있다. 이러한 방법은 예를 들어 EP 1 571 105 A2에 기재되어 있다. EP 0 963 780 A1에서 폐기가스로부터 CO2를 제거하는 추가의 방법을 제안하고 있으며, 상기 CO2는 미생물학적 전환에 의해 메탄으로 지하에서 전환되며, 그곳에 저장된다.
상술한 이산화탄소의 대규모 방출체(emitter) 이외에, 화석 에너지 담체를 연소하여 CO2를 방출하는 것 이외에 부수적인 생성물로서 CO2를 추가적으로 생성함으로써 연도 가스와 프로세스 가스의 형태로 다량의 CO2 로드를 방출하는 것으로서 매우 큰 에너지 요구를 갖는 공정들이 있다. CO2의 열 분리(thermal splitting-off)에 의해서 특히 카보네이트를 산화물로 전환시키는 소성 공정들이 있다. 여기서 화석 연료로 가열되는 소성로(calcination furnaces)가 주로 이용된다.
필요한 고온을 발생시키기 위해서, 소성로는 다양한 화석 에너지 담체, 예컨대 예를 들어 천연 가스, 가열 오일, 또는 더스트 형태의 탄소 담체(carbon carrier)의 도움으로 작동될 수 있는 버너 시스템일 수 있는 버너 구역(burner zones) 또는 버너 랜스(burner lances)를 갖는다. 대안적인 에너지 담체도 또한 몇몇 영역에 이용된다. 시멘트 산업에서의 예를 들면 2차 연료의 이용, 그리고 칼슘 산업에서의 예를 들면 동물성 지방의 이용이 최첨단을 구성한다.
예를 들면 소성로는 시멘트, 마그네시아(산화마그네슘)의 생산 및 생석회(quicklime)(산화칼슘)용으로 대규모로 이용된다. 몇몇 특이한 노 타입 외에도, 회전식 튜블라 킬른(rotary tubular kilns)이 시멘트 분야에서 주로 이용된다. 소성 샤프트 킬른 로(calcination shaft kiln furnaces)는 생석회 제조를 위해 보급되었으며, 이러한 노 타입은 특히 다른 노 타입, 예컨대 회전식 튜블라 킬른과 비교해서 한 덩어리의 생석회를 제조하기에 적당하며, 비에너지 요구가 낮고, 이로 인해서 CO2 방출이 낮은 이점이 있다.
전 세계적으로 산화칼슘은 가장 중요한 염기성 물질 중의 하나이며, 이의 연간 생산량은 대략 140 밀리언 톤으로 추정된다.
다양한 그레인 크기지만 덩어리 형태의 석회석(칼슘 카보네이트)은 커버를 경유하여 샤프트의 상단부에서 특이한 충전 시스템의 도움으로 소위 석회 샤프트 킬른에 원료로서 공급된다. 대부분의 경우에 소위 회전식 버켓 시스템이라고 하는 것을 상이한 그레인 크기로 인해 물질이 혼합되지 않는 것을 막기위해 이용한다.
다음에 석회석은 상부에서 하부로 킬른을 통과하고, 공정 중에 하부로부터 상부로 흐르는 가열 가스에 의해서 연속적으로 가열된다. 일반적으로 이러한 가열 가스는 하나 이상의 버너 구역에서 화석 연료의 도움으로 상기 킬른 내용물을 직접 연소함으로써 발생된다. 상기 버너 구역에서 또는 각각 버너 랜스들 부근에서 석회석은 대략 900 내지 1,200℃로 입자들의 코어까지 가열한다. 칼슘 카보네이트의 열 분리를 이러한 이유 때문에 실시시켜 다음에 이산화탄소가 가열 가스와 함께 분리되고, 상기 킬른 내용물을 통해 위쪽으로 흐른다. 상기를 열 탈산처리(thermal deacidification)라고 하며, 이로 인해서 고체 잔류물로서 생석회가 수득된다. 버너 구역을 통과한 후에 생석회는 킬른 하부로 계량되어 주입되는 연소 공기를 거꾸로 흐르게 함으로써 하부 킬른 영역에서 냉각되며, 상기 킬른으로부터 배출되고, 이후에 체질법(sieving)에 의해서 규정된 그레인 크기의 분획으로 전환된다.
생석회의 제조에 이용되는 연료는 매우 낮은 유황 함유량을 갖는 것만 허용되며, 그 이유는 연소 과정에서 생성되는 상기 이산화황은 킬른 내에서 벌크 칼슘 물질과 반응하며, 생석회 품질의 허용불가능한 손실을 유도하기 때문이다. 또한, 석회석 물질로의 혼합으로서 화석 연료의 연소는 생석회의 오염을 줄이기 위해서 가능한 순수하고 회분(ash)이 적은 연료로 가능하다.
보조-생성물(co-product)로서 형성되는 이산화탄소는 직접 연소로부터의 가열 가스와 혼합되며, 상부 킬른영역에서 1개 이상의 가스방출 개구부를 통해 킬른을 떠나고, 상기 상부 킬른 영역에서는 가스에 의해 함께 운반되는 더스트가 이후에 필터 장치의 도움으로 제거되고, 상기 가스는 연도 가스로서 통상적으로 대기 중으로 방출된다. 일반적으로 석회 킬른은 산화 가스로서 공기로 작동되며, 이산화탄소 함량을 연도 가스 중에 28 부피% 이하 함유한다. 일반적으로 상기 연도 가스는 세정되지 않으므로 무연탄의 경우에서와 같이 대부분이 휘발성 유기화합물을 함유하는 연료를 예를 들면 칼슘 킬른에서의 벌크 물질에 혼합하기 위해서 제한된 정도만 가능하며, 그 이유는 상기 화합물들은 버너 구역에서 배출되며, 연도 가스와 함께 방출되기 때문이다.
기재된 열적 방법은 에너지가 매우 많이 필요하며, 그 이유는 비-최적화 설비에서의 생석회 제조용으로 열 에너지가 최대 4.9 GJ 생성된 생석회 1 톤당 필요하기 때문이다. 상기는 매우 큰 특이적 양의 화석 연료가 칼슘 카보네이트의 열적 탈산처리에서 발생되는 CO2와 함께 다량의 CO2 방출을 유도하기 위해 소성로의 가열용으로 필요하다는 것을 의미한다(하기 표 1 참조).
화석 연료 필요한 화석 연료
[t/t CaO]		 화석 연소 및 열 탈산처리로부터의 총 CO2 방출량
[t/t CaO]
중난방유
무연탄
코크스
천연가스		 0.11
0.14
0.16
0.092		 1.13
1.21
1.21
1.01
소성 공정의 비에너지 소요량을 낮추고, 이에 의해 또한 CO2 방출량을 낮추기 위해서 과거에는 큰 노력들을 들였다. 비에너지 이용은 석회 킬른의 다양한 추가적인 기술적 발전으로 최적화될 수 있었다. 상기는 최적화 에너지 분배를 위한 특별한 샤프트 구조 또는 연소 공기의 최적의 절차의 도움에 의한 에너지 회수와 관련이 있다. 또한, 평행 샤프트 킬른의 신규 세대가 개발되었으며, 노 샤프트 중의 하나에서 연소 공정으로부터의 폐기 열을 제2 노 샤프트에서 석회석을 예열하기 위해 사용할 수 있으며, 상기 공정은 2개의 노 샤프트에서 교대로 실시된다.
비록 이러한 기술적 진전으로 최적의 노 기술을 통해 비에너지 사용을 크게 줄일 수 있지만, 상기 공정은 자연적으로 킬른 설비의 최적의 작동으로 제조된 생석회 1 톤 당 대략 3.5 GJ 범위에 있으며, 단지 무시해도 될 정도로 영향을 받을 수 있는 최소한의 에너지 요구량을 갖는다. 이 때문에 (무연탄의 예와 관련하여) 생성된 생석회 1 톤당 특이적 CO2 방출은 실제 및 기술적으로 실현 가능한 최소량에 도달한다.
EP 107131 B1은 탄소-열적 환원으로 생성물을 제조하고 탄소가 풍부한 물질을 가스화하기 위한 방법이 기재되어 있다. 이러한 생성물, 그리고 잔존하는 고체 잔류물은 킬른 하부에서 액체 용융상태로 제거된다. 에너지 밸런스는 상기에 의해서 부정적으로 영향을 받으며, 이는 예를 들면 칼슘 카바이드의 경우에 용융물이 2,000℃ 보다 더 뜨거울 수 있기 때문이다. 주로 상기 문헌은 합성 가스의 생성에 관한 것이다.
DE 103 48 116 A1에서는 순도가 높은 CO를 생성하기 위한 방법을 기재하고 있으며, 고체 물질 흐름은 가스화되는 그 자체의 유기 물질로 구성된다. 칼슘 부분은 상기의 특이한 방법에서는 바람직하지 않다는 것이 명쾌하게 나타나 있다.
USP 3,841,851 A에서는 무기 성분들 중 확실한 부분들과 탄소-함유 물질의 반응기 층에 있어서의 기계적 처리 단계를 갖는 반응기가 기재되어 있다. 상기는 반응기의 아랫면에서 용융되며, 액체 형태로 제거된다.
USP 6,527,980 B1에서는 독점적으로 가스성 개시 물질들을 이용하며, 임의의 고체를 가스화시키지 않는 촉매적 작동 반응기가 기재되어 있다.
USP 4,748,010 A에서는 석회석이 부분적으로 제1 단계에서 하소되며, 다음에 제2 단계에서 이용되는 2 단계 방법이 기재되어 있다. CO2 함유 폐기가스의 처리는 기재되어 있지 않다.
GB 1453787에서는 CO2의 도입으로 인한 탄소-함유 연소성 물질의 가스화가 개시되어 있다. 고체층으로서 가스화되지 않을 수 있는 벌크 물질의 이용은 기재되어 있지 않다. 상기 탄소-함유 물질들은 순환되며, 즉 단지 부분적으로 가스화된다.
따라서, 본 발명의 목적은 CO2 함유 폐기가스 재생을 간단하게 하고, 경제적으로 매력적인 방법으로 화석 연료를 크게 절약할 수 있는 유용한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면 상기 목적은 다단계 환원 공정에서의 CO2 함유 배기가스의 재처리 방법으로서, CO2 함유 폐기가스는 압력보상구역(pressure compensation zone)까지 복수의 스테이지(1,2,3,4)를 통과하여, 열분해성 유기 물질 및 가스화될 수 없는 벌크 물질의 고체물질 흐름속에서 이동되며, 상기 공정에서 CO2 함유 폐기가스는 열분해 가스로 전환되며, 고체물질 흐름의 흐름 방향으로 (a) 250 내지 700℃의 연소가스 발생 스테이지(1)에서 상기 유기 물질은 감압 조건하에서 열분해되어 코크스(coke) 및 잔류물의 생성과 함께, 단쇄 탄화수소, 수소 및 일산화탄소를 형성하는 단계; (b) 상기 코크스의 산화는 상승하는 온도의 중간 스테이지(2)에서 실시되며, 생성된 일산화탄소는 고체 물질 흐름 방향의 반대 방향인 연소가스 발생 스테이지(1)로의 방향으로 배출되는 단계; (c) 부도아르드 평형(Boudouard equilibrium)에 따라 압력 및 온도를 조정하면서, 800℃ 내지 1,600℃의 일산화탄소 발생 스테이지(3)에서 이산화탄소와 함께 나머지 코크스 잔류물이 일산화탄소로 전환되는 단계; (d) 벌크 물질의 조대 조각들 및 고체 잔류 물질은 100℃ 이하로 CO2 대향류에서의 냉각 스테이지(4)에서 냉각되고 배출되는 단계; 및 (e) 적어도 배출된 벌크 물질을 배출된 이후에 순환과정으로 되돌리는 단계가 실시되는 것을 특징으로 하는 방법으로 달성가능하다.
상기 방법에서 CO2 함유 폐기물은 거의 자열 공정에서 그 중에서도 열분해 가스로 열분해될 수 있는 유기 물질(organic mass)로 경제적인 환원에 의해 전환되며, 상기 열분해 가스는 다시 화학적 공정에 있어서의 개시 물질 또는 연소성 가스로서 이용가능할 수 있다. 가스화될 수 없는 벌크 물질은 여기서 순환된다. 상기는 유동층(movable bed)을 구성하며, 주로 공정과 관련되어 사용되는 물질에 있어서의 수송 수단으로서 사용되지만 그 자체로 가스화 반응에 참여하지는 않는다. 동시에 이것은 가스 대향류에 대해 가스 투과성을 보장한다.
예를 들면 가소성 물질들(plastic materials), 또는 바이오매스를 함유하며, 폐기물 또는 잔류 물질 반응으로부터 열분해성 유기 물질을 사용하는 과정에서 본 발명의 방법이 자열 방식에서 대규모로 실시될 수 있으며, 상기 열분해성 유기 물질은 거의 전부가 이산화탄소의 환원에 요구되는 에너지를 제공하는 것으로 알려졌다. 또한, 상기 방법으로 열분해 코크스 형태의 부분이 열분해성 유기 물질로부터 생성되며, 상기 열분해성 유기 물질은 전환을 위해 필요한 탄소를 부분적으로 이용한다. 또한, 상기 환원의 실시는 특히 불연성 벌크 물질로 구성되는 덩어리 반응층을 사용하면 특히 도움이 되며, 그 이유는 후자가 또한 가스의 대향류를 가능하게 하기 때문임이 알려져 있다. 벌크 물질은 바람직하게 염기성 소성물, 예컨대 산화칼슘으로 구성되며 상기의 경우에 다이옥신 및 푸란의 형성이 완전하게 예방되며, 위험한 물질, 예컨대 중금속 또는 할로겐의 분리가 특별히 간단한 방법으로 이들을 분말형 산화칼슘에 결합시켜 실시될 수 있다.
그러나, 원칙적으로 기타 벌크 물질들은 또한 유동층, 예컨대 금속 또는 세라믹 물질로서도 또한 이용될 수 있지만, 또한 염기성 소성물, 예컨대 석회석의 전구물질 단계로서 유동층으로 이용될 수 있다. 온도 조정의 기능으로서, 후자는 말하자면 불활성 상태로 실시될 수 있거나, 또는 일산화탄소 발생 스테이지에서 특이적 온도의 증가에 의해서 이의 표면상에서 연소될 수 있으며, 이는 CaO로 구성되는 반응성 표면이 상술한 같이 위험한 물질을 결합하는 데 있어서 유리하게 생성될 수 있기 때문이다.
또한, 발생되는 연소 가스에 대향류인 반응층을 사용함으로써 환원 공정내에서 거의 최적의 에너지 이용이 가능하게 된다는 것이 특별한 이점이다.
순환되는 덩어리 벌크 물질의 유용한 그레인 크기는 대략 0.5 내지 15 cm 규모이다.
바람직하게 600 내지 1,000℃ 온도를 중간 스테이지 C에서 설정하고, 압력을 감소시켜 상기 스테이지에서 유기 물질의 열분해 및 부도아르드 평형 반응을 저압 및 저온에서 나란히 진행한다. 상기 값에서 목적하는 반응 공정이 최적으로 실시되며, 감압의 지표는 주위 압력(ambient pressure)을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
냉각 스테이지는 본 발명의 방법의 특별한 에너지 효율성을 보장하며, 단지 고체 잔류물 및 큰 사이즈의 벌크 물질이 잔류하게 된다.
본 발명의 추가의 발전태양에서, 벌크 물질의 조대(coarse) 및 미세 입자들의 혼합물을 연소가스 발생 구역 B 상부의 압력평형구역 A에서 압력저장수단으로서 사용되는 규정된 압력을 설정하기 위해서 제공되었다.
개개의 공정 구역에서의 온도 및 압력 조절의 예는 고체 물질의 특이적 조성, 즉 그레인 크기의 분배 및 물질의 특이적 선택, 고체물질 흐름의 공급 속도의 선택 및/또는 CO2 에 대한 부가된 화학 분해성 물질 및 선택적 부가 산소-함유 가스의 비율 설정의 선택이 있다.
화학 분해성 유기 물질 및 석회의 조대 및 작은 조각들로 구성되는 고체물질 흐름이 특히 바람직하며, 예컨대 발생되는 열분해 가스의 특이적 특성들을 수득하기 위해서 탄소 담체가 추가적으로 혼합될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 추가의 발전태양은 상기에서 기재한 공정들을 소성 샤프트 킬른 노에서 실시하며, 상기 노에서 벌크 물질은 킬른 샤프트의 상부에서 하부로 유도되어 탄소-함유 성분들이 산소가 상당한 수준으로 배제된 상태에서 열분해되어 열분해 코크스 및 사슬 길이가 < C4인 단쇄 분자 함유 열분해 가스를 생성하고, 발생되는 가스는 소성 샤프트 킬른 노로부터 배출된다.
본 발명에 따른 방법과 관련된 소성 샤프트 킬른 노를 사용하면 하단부에서 연속적으로 배출되고 벌크 물질 흐름은 중력만에 의해 소성 샤프트 킬른 노를 통해 이동하는 반면에 소성 샤프트 킬른 노의 저부에 도입되는 CO2로 구성되며, 개개의 구역에서의 반응으로 발생되는 가스를 따르는 대향류가 용이하게 다공성 벌크 물질 흐름을 통해서 반대 방향으로 위쪽을 향해 이동할 수 있다.
우선 산소의 제외로 일산화탄소를 발생시키기 위한 목적하는 유리한 환원 조건이 제공되고, 또한 예를 들면 산소가 존재하면 열 분해성 물질에 선택적으로 존재하는 할로겐의 결과로서 생성될 수 있는 다이옥신 및 퓨란의 형성을 상쇄시킬 수 있다. 상기로 본 방법은 또한 일반적인 조건, 예컨대 PVC 또는 다른 가소성 폐기 물질들로 오염된 목재 폐기물, 역청, 오일 등으로 오염된 바닥재와 같은 폐기가 어려운 폐기물의 이용을 허용한다. 따라서, 상기 방법은 또한 차량 재활용 후에 남아있는 물질의 형태의 소위 가벼운 파쇄기 분획물이라고도 하는 이러한 물질의 제거 방법으로서 이용될 수 있다.
이러한 이유에 있어서, 벌크 물질로서 염기성 소성물의 이용은 그 중에서도 특히 유리하며, 생석회의 형태가 바람직하다. 다이옥시 및 푸란의 형성 예방은 벌크 물질로서 상기 물질을 사용하므로 이미 상기에서 해결되었다.
또한, 이미 언급한 것과 같이 분말형 산화칼슘에 결합시킴으로써 위험한 물질을 분리하는 것은 연소가스 발생 스테이지 D 및/또는 중간 스테이지 C에서 흐름 물질로부터 더스트-유사 또는 작은 입자들을 제거하여 실시될 수 있으며, 이러한 경우에 또한 미세한 입자 벌크 물질에 결합된 열분해 잔류물과 함께 운반된 미세 더스트를 세정하기 위해서 열분해 가스의 가스 여과를 상호 보완적으로 또는 대안적으로 실시할 수도 있다.
가스 생성물의 여과는 또한 예를 들면 연소 챔버에서의 연소 후에 열분해 가스의 열 이용을 실시한 후에 실시할 수도 있지만, 상기 위치에서의 여과는 상당한 양의 가스 때문에 일반적으로 매우 고가이다.
다수의 상이한 응용이 본 발명의 방법 과정에서 발생되는 열분해 가스에 있어서 존재한다. 예를 들면 열분해 가스는 열 이용 및/또는 화학적 공정에 있어서의 합성 가스로서 이용될 수 있거나, 또는 열분해 가스는 부분적 액화 및/또는 압력 변화 흡수의 도움으로 이들의 주요 가스 성분들 일산화탄소, 수소 및 탄화수소로 분리될 수 있다. 다음에, 분리된 일산화탄소는 예를 들면 화학 공정에서의 물질로서 이용하기 위한 합성 가스로서 이용될 수 있고, 분리된 수소는 직접 열적으로 사용될 수 있다. 예를 들어 발생되는 탄화수소는 열 및/또는 물질적으로, 및/또는 연료로서 이용될 수 있다.
직접적인 이용, 또는 이들의 가스 성분으로의 분리 대신에 열분해 가스는 수증기에 의한 500℃ 이하의 촉매 반응 및 수분 가스 이행 반응(water gas shift reaction)으로 수소와 이산화탄소로 실질적으로 직접 전환될 수 있으며, 상기 수소는 다시 열 및/또는 물질 이용을 위해 사용될 수 있으며, 상기 CO2는 부분적으로 반응 구역으로 대향류를 제공하기 위해 반환된다.
마지막으로 기재한 방법으로 대부분의 다양한 타입들, 예컨대 바이오매스, 가소성 물질 등의 탄소-함유 개시 물질로부터 순수한 수소를 생성할 수 있으며, CO2 방출은 발생되는 이산화탄소의 부분적 흐름의 반응 구역으로의 즉각적인 반환에 의해서 크게 감소될 수 있다.
재처리되는 CO2 폐기가스는 화석 연료를 사용하는 연소 공정에서 발생되고, 발생되는 열분해 가스가 다시 연소 공정에서 사용되는 것이 본 발명에 따른 방법의 실시예에 있어서 특히 바람직하다. 본 발명에 따른 방법의 이점인 대부분의 다양한 타입의 탄소-함유 물질을 이용하는 것이 CO2 재생의 체계내에서 가능하다는 것으로 이미 지적한 것과 관련하여 화석 연료의 이용을 크게 감소시키는 것이 가능하다.
본 발명의 보다 바람직한 실시양태는 소성 공정에서 발생되는 CO2 함유 폐기가스를 제공하며, 상기 소성 공정에서 카보네이트는 CO2의 분리에 의해서 산화물로 전환되고, 이들은 열분해 가스의 재생에서 소성 공정에 필요한 열 에너지의 일부를 제공한다. 특별한 장점으로서 기재할 수 있는 것으로서 CO2 재생에 이용되는 것이 바람직한 소성 샤프트 킬른 노는 종래의 소성 샤프트 킬른 노와 거의 근접하다는 것과 관련하여 생석회의 CO2-집중 생성 중에 CO2 방출을 크게 감소시킬 수 있는 방법이 가능하다.
상기에서 기재한 실시양태 중 하나의 방법을 수행하는 장치는 또한 본 출원의 목적이다. 상기 장치는 수직 킬른 노(10), 상기 수직 킬른 노(10)의 상단부에 물질 흐름을 위한 유입 샤프트, 및 상기 수직 킬른 노(10)의 하단부에 배치되어 고체 잔류 물질 및 회분(ash)을 처리하기 위한 배출 장치(removal arrangement)를 포함하고, 상기 유입 샤프트(32)는 수직 슈트로 구성되며, 상기 수직 슈트는 압력 보상 컨테이너로서 가스화가능한 벌크 물질 및 가스화가능한 활성 물질의 혼합물로 충진되며, 미세 입자들로 구성되는 가스용 흡입장치(20) 및 분리장치(22)가 수직 킬른 노(10)의 상부 섹션(1)에 배치되며, 중심 섹션(3)에서 오븐 온도를 제어하기 위한 연소가스 공급 라인들(34)이 샤프트(10)에서 종단되고, CO2 및 산소 함유 가스용 가스공급장치(12,13)는 킬른 노(10)의 하단부(14)에 제공되며, 여기서 킬른 노는 내부에서 부도아르드 평형을 설정하기 위해서 분량 조정기(quantity governor)를 구비하고, 그리고 배출부(14)의 하류의 나머지 고체 물질로부터 가스화되지 않은 벌크 물질을 분리하고 유입 샤프트로 되돌리는 장치(16)가 추가로 제공되는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는 이의 기술적 실시양태 및 이의 요구사항에서 종래의 소성 샤프트 킬른 노와 매우 근접하고, 그 결과 소성 산업의 화합물 제조에서 용이하게 구현될 수 있다.
이후에 첨부된 도면을 참조하여 좀더 상세하게 본 발명의 가능한 실시양태를 설명할 것이다.
오른편에서 도식 표현은 CO2 함유 폐기가스(12)의 재생 방법을 나타낸다. 상기 공정에서, 열분해될 수 있는 유기 물질은 산화칼슘의 조대 조각으로 구성되는 반응층에서 4개의 반응 스테이지(1,2,3,4)를 통해 이동된다. 요구에 따라서 또한 상기 반응층에 탄소 담체를 혼합할 수 있다. 연소가스 발생 스테이지(1)인 제1 스테이지에서 유기 물질은 감압 조건하에서 열분해되어 열분해 코크스 및 잔류물을 생성하면서 단쇄 탄화수소 및 수소를 형성한다. 제1 반응 스테이지에서의 온도는 250 내지 700℃이다. 중간 스테이지(2)인 제2 반응 스테이지에서, 나머지 열분해성 유기 물질은 상승하는 온도하에서 가스성 탄화수소 및 수소를 연속적으로 생성하고, 기존의 이산화탄소는 열분해 코크스 및 선택적으로 혼합된 탄소 담체와 직접 접촉반응하여 일산화탄소를 형성한다. 일산화탄소 발생 스테이지(3)인 제3 스테이지에서 선택적으로 혼합된 탄소 담체뿐만 아니라 열분해 코크스의 나머지는 800 내지 1,600℃에서의 열 에너지의 추가적 도입으로 이산화탄소를 일산화탄소로 완벽하게 전환시킨다. 냉각 스테이지(4)인 제4 스테이지에서 나머지 물질들과 결합되는 미세한 산화칼슘 더스트뿐만 아니라 조대 산화칼슘 조각들, 회분 함유 고체 잔류물, 염화칼슘, 수산화칼슘, 중금속 및 할라이드로 구성된 고체 반응물질은 100℃ 이하로 냉각되며, 계량 장치(14)를 경유하여 배출된다. 배출 이후에 산화칼슘의 조대 조각들은 도면부호 16에서 추가의 잔류물로부터 분리되며, 다시 산화칼슘 반응층을 형성하기 위해서 재순환된다. 조대 산화칼슘은 다시 도면부호 18에서 열분해성 유기 물질과 함께 혼합되며, 4개의 반응 스테이지들을 통해서 (필요하다면 새로운 산화칼슘을 보충하여) 이동된다.
이산화탄소(12)(가스혼합장치(13)에서 추가의 가스로 선택적으로 희석될 수 있음)는 냉각 스테이지(4)에 고체층 물질 흐름에 대향류로 도입되고, CO2와 함께 열분해 코크스를 (필요하다면 수분 첨가) 일산화탄소 및 선택적으로 수소로 전환시키면서 일산화탄소 발생 스테이지(3)를 통해 이동되며, 흡입장치(20)에 의해서 연소가스 발생 스테이지(1)의 도입부에 수소뿐만 아니라 형성된 탄화수소와 함께 흡입된다. 상기 과정에서, 대향류로 유도되는 가스 흐름은 완전하게 반응층을 관통하며, 버너에서의 스위칭에 의해서 필요하다면 일산화탄소 발생 스테이지(3)에서 CO2, 원한다면 추가의 산소 및/또는 추가의 가스, 예컨대 질소 또는 스팀의 가스 혼합물의 형태로 뜨거운 가스의 추가적 도입을 실시한다. 이러한 뜨거운 가스는 화석 연료로 베이스 로드 노(base load furnace)에 의해서 발생시킬 수 있으며, 여기서 고-유황 연료가 또한 사용될 수 있으며, 그 이유는 염소 및 중금속과 유사하게, 형성된 이산화황은 황화물의 형태로 산화칼슘 더스트에 결합되기 때문이다. 베이스 로드 노는 또한 열분해 가스를 이용하여 실시될 수 있다.
실질적으로 H2, CO, 탄화수소 및 선택적으로 추가의 가스를 포함하는 반응 스테이지(1)에서 흡입장치(20)를 경유하여 흡입되는 가스 혼합물은 필터 장치(22)에 의해서 다양한 분획물로 분리된다. 우선 하나는 미세-입자 산화칼슘에 결합된 열분해 잔류물을 함유하고, 가스 흐름을 따라 이동되는 미세한 더스트가 분리된다. 또한, 미세 더스트 분리 이후에 연소 가스(24)(combustion gas)는 단쇄(short chain) 탄화수소, 수소 및 일산화탄소의 형태로 분리된다.
연소 가스도 또한 공정에서 분리될 수 있어 일산화탄소가 수소와 탄화수소와는 별개로 선택적 합성 가스(26)로서 수득되며, 탄화수소는 선택적 가열/추진용 물질(28)로서 수득된다. 수소는 화학적 베이스 물질로서 수득 및 이용될 수 있다.
추가의 유리한 공정은 수증기와의 촉매 반응을 통해 수분 가스 이행 반응(30)으로 미세한 더스트를 분리한 후에 가스 혼합물을 실질적으로 수소와 이산화탄소로 전환시키는 것으로 구성된다.
대안적으로 가스 성분들의 각각의 전환 또는 분리 과정 없이 실시할 수도 있으며, 직접 및 열적으로 단쇄 탄화수소, 수소 및 일산화탄소 혼합물을 이용할 수도 있다.
이러한 경우에 열 이용에 있어서 CO2의 공급(feeding-in) 때문에 다량으로 생성되는 일산화탄소는 4개의 노 5 내지 8에서 실시되는 소성 공정과 같이, 도 1에서 나타내고 있는 평행의 산업적 제조 공정으로 공급된다. 폐기가스에서 또 다시 발생되는 이산화탄소는 완전하게 또는 부분적으로 연소 가스 발생에 재사용될 수 있다. 사용되는 모든 킬른(5,6,7,8)에서 열분해 가스/연소 가스의 이용이 나타나 있지만 단지 2개의 킬른 7 및 8로부터의 CO2 폐기가스만 재처리된다. 여기서 산화 가스로서 순수한 산소 또는 산소-풍부 공기 Z로 소성 공정을 작동시키는 것이 특히 유리하며, 그 이유는 이러한 경우에는 고농축 CO2 함유 폐기가스가 수득되기 때문이다. 상기는 연소 공기로 작동시키는 것과 대조적으로 유리하며, 그 이유는 연소 가스 발생으로 도입되는 불활성 가스(질소)가 없거나 거의 없기 때문이다. 불활성 가스의 높은 비율로 인해서 매우 높은 가스 충전(gas charge)이 유도되며, 이로 인해서 발생된 연소 가스의 칼로리 값뿐만 아니라 연소 가스 발생의 재사용 능력이 제한된다.
본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치(10)는 슈트(32)에 의해서 실시되는 열분해성 유기 물질을 함유하는 반응층의 목적으로 제공된다. 슈트는 상부가 개구되어 있으며, 반응층에서 열분해성 물질의 연속적인 저장이 가능하다. 반응의 안내는 흡입 가스 혼합물의 이산화탄소 함량에 따라 실시될 수 있으며, 이러한 방식으로 첫째로 계량장치(14)가 연속적으로 4개의 반응 스테이지를 통해 고체물질 흐름을 유도하는 속도, 및 추가로 버너 장치(34)에 의해서 반응 스테이지(3)로 도입되는 추가의 열 에너지 양을 결정한다.
이러한 제거 전에 선택적으로 함유된 중금속 잔류물은 고체물질 흐름의 배출부(flow-off) 측에 도입되는 이산화탄소 CO2에 의해서 직접 표면 냉각이 이루어진다.
열분해성 유기 물질에 함유될 수 있는 중금속뿐만 아니라 할로겐은 더스트 및 고체 잔류 물질 형태로 산화칼슘 입자에 결합하는 산화물, 또는 수산화물 또는 할라이드를 발생시킨다.
연소가스 발생 스테이지(1)는 필요하다면 미리 결정된 온도 프로파일이 새로운 열분해성 물질의 슬라이딩 다운 과정에서 후산화에 의해서 상기 반응 스테이지에 유지됨으로써 추가의 연료 가스 도입과 함께 제어된 산소 도입(36)을 갖는 것이 바람직하다.
상술한 방법과 관련하여 열분해성 유기 물질에서 최대 50%의 다양한 할로겐 함유물을 유해한 물질이 적은 생성물로 전환시킬 수 있으며, 그 이유는 산화칼슘 층과 직접 접촉하므로 할로겐은 고체 형태의 금속 할라이드 및 칼슘 할라이드로서 더스트 및 고체 잔류물 중에 발생되기 때문이다. 다이옥신 및 푸란의 방출에 대한 한계값이 확실하게 유지된다.
중금속은 또한 산화칼슘 및 수산화칼슘 입자에 산화물로서 결합하며, 고체 잔류물 물질 및 더스트로부터 고체 형태로 분리된다. 높은 중금속 함량의 열분해성 유기 물질들을 발생된 연소가스의 오염 없이 본 발명에서 사용할 수 있다.
공적에서 후속적으로 이산화탄소를 생성하고 열에너지를 방출하기 위해, 일산화탄소 형태의 에너지 회수로 인해서 가스 분배 네트워크를 경유하는 열 에너지를 갖는 산업적 공정의 공급이 가능하다.
대표적인 실시양태
하기의 대표적인 실시양태는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명은 이에 제한되지는 않는다.
실시예 1
장치(10)에 상응하는 파일럿 설비에서, 조대 조각의 생석회로 구성되는 반응층(18)을 물질 흐름 1,500 kg/h으로 사이클내에 연속적으로 도입하였다. 천연 가스와 산소에 의해서 일산화탄소 발생 스테이지(3)의 가열을 연소가스 발생 스테이지(1)에서 온도는 550 내지 600℃가 우세하게 하고, 일산화탄소 발생 스테이지(3)에서는 온도를 대략 1,100 내지 1,200℃로 하여 버너 시스템(34)에 의해서 설정하였다. (칼로리 값이 6.94 kW/kg이며, 염소 함량이 1.6 %인) 혼합 가소성 분획물 600 kg/h 및 (대략 73.5 %의 탄소 함량을 갖는 역청탄인) 무연탄 1,500 kg/h을 연속적으로 도면부호 18에서 반응층으로 혼합하였다. 동시에 물질 흐름이 2,000 kg/h인 이산화탄소는 냉각 스테이지(4)를 경유하여 도면부호 12에서 계량하여 주입하였다.
발생되는 연소 가스는 열저항성 가스 필터(22)와 다운스트림-연결 가스 냉각기를 통해서 가스 송풍기에 의해 연소가스 발생 스테이지(1)에서 배출된다.
연속 작동 중 안정한 작동 단계가 달성된 후에 작동 파라메터는 천연 가스 300 kg/h 공급량을 안정하게 유지시킨다. 파라메터는 하기 표 2에 나타냈다:
온도, 연소가스 발생 스테이지 1 580 내지 630 ℃
온도, 중간 스테이지 2 870 내지 910 ℃
온도, 일산화탄소 발생 스테이지 3 1100 내지 1200 ℃
온도, 냉각 스테이지 4 40 내지 70 ℃
온도, 도입, 가스 여과 430 내지 540 ℃
온도, 방출, 가스 냉각기 45 내지 50 ℃
연소가스 발생 스테이지의 압력 -50 내지 -30 mbar
일산화탄소 발생 스테이지의 압력 10 내지 25 mbar
반응기에서 전체 탄소 충전의 완전한 가스화를 달성하기 위해서, 물을 추가적으로 일산화탄소 발생 스테이지(3)에서 물질 흐름 1,750 kg/h로 계량하여 주입하였다.
가스 냉각기의 연소 가스 다운스트림의 물질 흐름을 연속적으로 측정하고, 조성물은 가스 분석으로 확인하였다. 하기 표 3은 확인된 평균 값을 나타낸다:
물질 흐름 연소 가스(가스 냉각기의 다운스트림) 8058 Nm3/h
칼로리 값(HU) 3.48 kW/Nm3
일산화탄소 함유량 49.0 부피%
수소 함유량 44.1 부피%
메탄 함유량 4.3 부피%
에탄 함유량 0.3 부피%
이산화탄소 1.2 부피%
작동을 가능하면 자열로서 달성하기 위해서 버너 시스템(34)에서의 천연 가스의 양을 탄소-산소 비율을 동등하게 하기 위해서 50 kg/h로 감소시키고, 무연탄(18)(hard coal)의 혼합물을 추가로 1,000 kg/h 내지 2,500 kg/h로 증가시키고, 일산화탄소 발생 단계에서 수분의 양을 1,000 kg/h로 감소시켰다.
안정한 작동 상태를 달성한 이후에 가스 및 가스 조성물의 변화된 양이 얻어졌다. 결과는 하기 표 4에 나타냈다.
물질 흐름, 연소 가스(가스 냉각기의 다운스트림) 7876 Nm3/h
칼로리 값(HU) 3.56 kW/Nm3
일산화탄소 함유량 62.8 부피%
수소 함유량 28.8 부피%
메탄 함유량 5.2 부피%
에탄 함유량 0.3 부피%
이산화탄소 1.5 부피%
표 4에서 나타내는 가스 분석 외에 이러한 시험 단계 과정에서 원료 가스의 부분적 흐름을 가스 필터 장치(22)의 업스트림에서 등속적으로 배출하고, 뜨거운 가스는 0 내지 5 ℃로 냉각된 더스트 침전기를 통과하도록 하였다. 다이옥신 및 푸란 분석은 상기 온도 조건하에서 거의 정량적으로 선택적으로 발생된 모든 다이옥신 및 푸란을 함유하는 침전 더스트 상에서 실시하였다. 결과는 하기 표 5에 나타냈다:
다이옥신/
푸란
(PCDF/
PCDD)
함유량
TEQ
(WHO) 제외
. BG [a]
[ng/kg]		 다이옥신/
푸란
(PCDF/
PCDD)
함유량
TEQ
(WHO) 포함
. BG [b]
[ng/kg]
< 10 < 10
할로겐-함유 가소성 분획물의 기타 열 이용 방법으로부터 상기 열분해 또는 연소 더스트 중의 다이옥신 및 푸란 함유량이 > 1,000 ng/kg TEQ인 것은 통상적인 함유량이라는 것이 알려져 있다.
하기 에너지 및 CO2 밸런스는 정상 작동(stationary operation)으로부터 수득된다:
하기를 시스템에 적용하였다:
천연 가스 50 kg/h (0.69 MW/h의 칼로리 값(HU)에 상응)
2,500 kg/h 무연탄 (19.9 MW/h의 칼로리 값(HU)에 상응)
1,000 kg/h 물
600 kg/h의 혼합 가소성 물질(재순환용으로 추가)
2,000 kg/h CO2
하기를 시스템으로부터 수득하였다:
28.04 MW/h의 연소 가스의 총 에너지 균등물에 상응하는 7876 Nm3/h 연소 가스 (3.56 KW/Nm3의 칼로리 값을 가짐)
연소 가스 중 CO2 잔류물 236 kg/h
결과:
실시예 1에서 본 발명의 방법과 관련하여 일부는 탄소 제공기로서 그리고 에너지 공급기로서 1.6 % 염소 및 6.94 kW/kg의 칼로리 값(HU)의 혼합 가소성 폐기 분획물 600 kg/h의 물질 흐름을 사용함으로써 신선한 연소 가스의 생성과 함께 1764 kg/h CO2의 물질 흐름으로 재형성이 이루어질 수 있었다. 탄소 밸런스는 물 1,000 kg/h 및 탄소 담체로서 무연탄 (역청탄) 2,500 kg/h의 추가 이용에 의해서 보상되었다. 원료 가스 더스트 중의 다이옥신과 푸란의 형성은 이루어지지 않았다.
실시예 2
장치(10)에 상응하는 파일럿 설비에서, 조대 조각의 생석회로 구성되는 반응층(18)을 물질 흐름 1,500 kg/h으로 사이클내에 연속적으로 도입하였다. 천연 가스와 산소에 의해서 일산화탄소 발생 스테이지(3)의 가열을 연소가스 발생 스테이지(1)에서 온도는 550 내지 600℃가 우세하게 하고, 일산화탄소 발생 스테이지(3)에서는 온도를 대략 1,100 내지 1,200℃로 하여 버너 시스템(34)에 의해서 조정하였다. (칼로리 값이 6.94 kW/kg이며, 염소 함량이 1.6 %인) 혼합 가소성 분획물 600 kg/h 및 (대략 39.9 %의 탄소 함량을 갖는 충전된 A4 목재) 스크랩 목재 2,000 kg/h을 도면부호 18에서 혼합하였다. 동시에 물질 흐름이 2,000 kg/h인 이산화탄소(12)는 냉각 스테이지(4)를 경유하여 계량하고 주입하였다.
발생되는 연소 가스는 열저항성 가스 필터(22)와 다운스트림-연결 가스 냉각기를 통해서 가스 송풍기에 의해서 연소가스 발생 스테이지(1)에서 배출된다.
연속 작동 중 안정한 작동 스테이지가 달성된 후에 작동 파라메터는 천연 가스 300 kg/h 공급량을 안정하게 유지시킨다. 파라메터는 하기 표 6에 나타냈다:
온도, 연소 가스 발생 스테이지 1 520 내지 590 ℃
온도, 중간 스테이지 2 780 내지 820 ℃
온도, 일산화탄소 발생 스테이지 3 1000 내지 1100 ℃
온도, 냉각 스테이지 4 30 내지 55 ℃
온도, 도입, 가스 여과 425 내지 470 ℃
온도, 방출, 가스 냉각기 20 내지 35 ℃
연소 가스 발생 단계의 압력 -50 내지 -30 mbar
일산화탄소 발생 단계의 압력 10 내지 25 mbar
반응기에서 전체 탄소 충전의 완전한 가스화를 획득하기 위해서, 물을 추가적으로 일산화탄소 발생 스테이지(3)에서 물질 흐름 1,000 kg/h로 계량하여 넣었다.
가스 냉각기의 연소 가스 다운스트림의 물질 흐름을 연속적으로 측정하고, 조성물은 가스 분석으로 확인하였다. 하기 표 7은 확인된 평균값을 나타낸다:
물질흐름 연소가스(가스 냉각기의 다운스트림) 7614 Nm3/h
칼로리 값(HU) 3.26 kW/Nm3
일산화탄소 함유량 48.0 부피%
수소 함유량 35.6 부피%
메탄 함유량 5.3 부피%
에탄 함유량 0.4 부피%
이산화탄소 2.3 부피%
작동을 가능하면 자열로서 달성하기 위해서 버너 시스템(34)에서의 천연 가스의 양을 탄소-산소 비율을 동등하게 하기 위해서 50 kg/h로 감소시키고, 스크랩 목재(18)의 혼합물을 추가로 2,000 kg/h 내지 4,000 kg/h로 증가시키고, 일산화탄소 발생 스테이지에서 수분의 양을 정지시켰다.
안정한 작동 상태를 달성한 이후에 가스 및 가스 조성물의 변화된 양이 얻어졌다. 결과는 하기 표 8에 나타냈다.
물질 흐름, 연소 가스(가스 냉각기의 다운스트림) 7384 Nm3/h
칼로리 값(HU) 3.21 kW/Nm3
일산화탄소 함유량 60.3 부피%
수소 함유량 16.3 부피%
메탄 함유량 6.7 부피%
에탄 함유량 0.4 부피%
이산화탄소 3.0 부피%
표 8에서 나타내는 가스 분석 외에 이러한 시험 단계 과정에서 원료 가스의 부분적 흐름은 가스 필터장치(22)의 업스트림에서 등속적으로 배출하고, 뜨거운 가스는 0 내지 5℃로 냉각하는 더스트 침전기를 통과하도록 하였다. 다이옥신 및 푸란 분석은 상기 온도 조건하에서 거의 정량적으로 선택적으로 발생된 모든 다이옥신 및 푸란을 함유하는 침전 더스트 상에서 실시하였다. 결과는 하기 표 9에 나타냈다:
다이옥신/
푸란
(PCDF/
PCDD)
함유량
TEQ
(WHO) 제외
. BG [a]
[ng/kg]		 다이옥신/
푸란
(PCDF/
PCDD)
함유량
TEQ
(WHO) 포함
. BG [b]
[ng/kg]
< 10 < 10
할로겐-함유 가소성 분획물의 기타 열 이용 방법으로부터 상기 열분해 또는 연소 더스트 중의 다이옥신 및 푸란 함유량이 > 1,000 ng/kg TEQ인 것은 통상적인 함유량이라는 것이 알려져 있다.
하기 에너지 및 CO2 밸런스는 정상 작동으로부터 수득된다:
하기를 시스템에 적용하였다:
천연 가스 50 kg/h (0.69 MW/h의 칼로리 값(HU)에 상응)
4,000 kg/h 스크랩 목재 (16.18 MW/h의 칼로리 값(HU)에 상응)
600 kg/h의 혼합 가소성 물질(재순환용으로 추가)
2,000 kg/h CO2
하기를 시스템으로부터 수득하였다:
23.70 MW/h의 연소 가스의 총 에너지 균등물에 상응하는 7384 Nm3/h 연소 가스 (3.21 KW/Nm3의 칼로리 값을 가짐)
연소 가스 중 CO2 잔류물 423 kg/h
결과:
실시예 2에서 본 발명의 방법과 관련하여 일부는 탄소 제공기로서 그리고 에너지 공급기로서 1.6 % 염소 및 6.94 kW/kg의 칼로리 값(HU)의 혼합 가소성 폐기 분획물 600 kg/h의 물질 흐름을 사용함으로써 신선한 연소 가스의 생성과 함께 1577 kg/h CO2의 물질 흐름으로 재형성이 이루어질 수 있었다. 탄소 밸런스는 탄소 담체로서 스트랩 목재 4,000 kg/h의 추가 이용에 의해서 보상되었다. 원료 가스 더스트 중의 다이옥신과 푸란의 형성은 이루어지지 않았다.

Claims (22)

  1. 다단계 환원 공정에서의 CO2 함유 배기가스의 재처리 방법으로서,
    CO2 함유 폐기가스는 압력보상구역까지 복수의 스테이지를 통과하여, 열분해성 유기 물질 및 가스화될 수 없는 벌크 물질의 고체물질 흐름속에서 이동되며, 상기 공정에서 CO2 함유 폐기가스는 열분해 가스로 전환되며,
    고체물질 흐름의 흐름 방향으로 하기 단계 (a), (b), (c), (d) 및 (e)가 실시되는 것을 특징으로 하는 방법:
    (a) 250 내지 700℃의 연소가스 발생 스테이지에서 상기 유기 물질은 감압 조건하에서 열분해되어 코크스 및 잔류물의 생성과 함께, 단쇄 탄화수소, 수소 및 일산화탄소를 형성하는 단계;
    (b) 상기 코크스의 산화는 상승하는 온도의 중간 스테이지에서 실시되며, 생성된 일산화탄소는 고체 물질 흐름 방향의 반대 방향인 연소가스 발생 스테이지로의 방향으로 배출되는 단계;
    (c) 부도아르드 평형에 따라 압력 및 온도를 조정하면서, 800℃ 내지 1,600℃의 일산화탄소 발생 스테이지에서 이산화탄소와 함께 나머지 코크스 잔류물이 일산화탄소로 전환되는 단계;
    (d) 벌크 물질의 조대 조각들 및 고체 잔류 물질은 100℃ 이하로 CO2 대향류에서의 냉각 스테이지에서 냉각되고 배출되는 단계; 및
    (e) 적어도 배출된 벌크 물질을 배출된 이후에 순환과정으로 되돌리는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    중간 스테이지에서 600℃ 내지 1,000℃ 온도를 설정하고 압력을 감소시켜, 상기 중간 스테이지에서 유기 물질의 열분해 및 부도아르드 평형 반응을 저압 및 저온에서 동시에 진행시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열분해 가스는 중간 스테이지에서 감압을 발생시키는 흡입장치에 의해 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    조대 및 미세 벌크 물질의 혼합물을 연소가스 발생 스테이지 상부의 압력보상구역에서 압력 저장소로서 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    온도 및 압력 제어가 고체 물질들의 조성 및 이들의 처리량 속도 중 하나 이상에 의해서 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    온도 및 압력 제어는 발생되는 CO2에 대한, 제공되는 열분해성 유기 물질 및 선택적으로 첨가된 산소 함유 가스의 비율에 의해서 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄소 담체가 추가적으로 고체물질 흐름에 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    물 또는 스팀이 냉각 스테이지, 중간 스테이지 또는 일산화탄소 발생 스테이지로 계량되어 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다단계 환원 공정은 소성 샤프트 킬른 노에서 실시되며, 벌크 물질이 상부에서 하부로 이동되고, 탄소 함유 성분들은 대량의 산소 배제하에서 열적으로 분리되어 사슬 길이가 C4 보다 짧은 단쇄 분자를 함유하는 열분해 가스를 생성하며, 발생된 열분해 가스는 소성 킬른 노로부터 배기되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    염기성 소성물들, 이들의 전구물질 스테이지 또는 불활성 벌크 물질은 벌크 물질로서 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    0.5 내지 15 cm 범위의 그레인 크기의 벌크 물질은 사이클로 되돌리기 위해서 냉각 스테이지로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    가스 여과에 의해, 열분해 가스는 미세 벌크 물질 입자에 결합된 열분해 잔류물을 함유하는, 함께 운반된 미세 더스트로부터 세정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열분해 가스는 화학 공정 및 열적 이용 중 하나 이상에 있어서 합성 가스로서 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열분해 가스는 부분적 액화 및 압력 변화 흡수 중 하나 이상에 의해서, 이들의 가스 성분들인 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 탄화수소로 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    일산화탄소는 화학 공정에서의 물질로서 이용하기 위한 합성 가스로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    분리된 수소는 열 및 물질 그 자체 목적 중 어느 하나 이상을 위한 물질로서 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    탄화수소는 열, 물질 그 자체 목적 및 연료 중 하나 이상의 용도로 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수증기를 갖는 500℃ 이하의 촉매 반응을 통한 수분 가스 이행 반응에 의해서, 열분해 가스는 수소와 이산화탄소로 전환되며, 이들은 물리적 분리 방법으로 분리되며, 수소는 열 및 물질 중 하나 이상을 위해 이용되며, 발생되는 CO2는 대향류를 구성하기 위해 부분적으로 되돌려지는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    재구성되는 CO2 폐기가스는 화석 연료의 사용에 의한 연소 공정에서 발생되며, 재구성 과정에서 생성되는 열분해 가스는 다시 연소 공정에 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    CO2 함유 폐기가스는 소성 공정에서 발생되며, 카보네이트는 재구성 중에 생성되는 열분해 가스가 소성 공정에 필요한 열 에너지 중 일부를 제공하기 위해서 이용되는 과정에서, CO2를 분리함으로써 산화물로 전환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 10 항에 있어서,
    염기성 소성물들, 이들의 전구물질 스테이지 또는 불활성 벌크 물질은 생석회 형태의 벌크 물질로서 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치로서,
    수직 킬른 노, 상기 수직 킬른 노의 상단부에 물질 흐름을 위한 유입 샤프트, 및 상기 수직 킬른 노의 하단부에 배치되어 고체 잔류 물질 및 회분을 처리하기 위한 배출 장치를 포함하고,
    상기 유입 샤프트는 수직 슈트로 구성되며, 상기 수직 슈트는 압력 보상 컨테이너로서 가스화가능한 벌크 물질 및 가스화가능한 활성 물질의 혼합물로 충진되며,
    미세 입자들로 구성되는 가스용 흡입장치 및 분리장치가 수직 킬른 노의 상부 섹션에 배치되며, 중심 섹션에서 오븐 온도를 제어하기 위한 연소가스 공급 라인들이 샤프트에서 종단되고,
    CO2 및 산소 함유 가스용 가스공급장치는 킬른 노의 하단부에 제공되며, 킬른 노는 내부에서 부도아르드 평형을 설정하기 위해서 분량 조정기를 구비하고, 그리고
    배출부의 하류의 나머지 고체 물질로부터 가스화되지 않은 벌크 물질을 분리하고 유입 샤프트로 되돌리는 장치가 추가로 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
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