KR101355529B1 - 폐기물 처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

폐기물을 처리하기 위한 방법이: (ⅰ)(a) 상기 폐기물을 산소 및 스팀의 존재하의 가스화 유닛 내에서 처리하여 오프가스 및 차르를 생성시키는 단계를 포함하는 가스화 단계, 또는 (b) 상기 폐기물을 열분해 유닛 내에서 처리하여 오프가스 및 차르를 생성시키는 열분해 단계; 및 (ⅱ) 상기 오프가스 및 상기 차르를 산소 및, 선택적으로 스팀의 존재하의 플라즈마 처리 유닛 내에서 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 단계를 포함한다.

Description

폐기물 처리 방법 및 장치 {WASTE TREATMENT PROCESS AND APPARATUS}

본 발명은 폐기물, 특히 도시 폐기물을 처리하기 위한 공정에 관한 것이다.

도시 폐기물은 통상적으로 매립지 내에서 처분되어 왔다. 그러나, 이러한 처리의 환경적 위험이 주요 관심사가 되고 있으며, 따라서 최근에, 폐기물 재료의 부피 및 처리된 재료 내에서의 환경적으로 위험할 수 있는 성분의 양을 감소시키기는 폐기물-처리 공정을 개발해 오고 있다.

폐기물을 처리하기 위해 개발되어진 공정은 연소 시스템을 포함하며, 상기 연소 시스템 내에서 폐기물은 화학량적 또는 과도한 양의 산소를 이용하여 열처리 된다. 공정은 보통 공기 내에서 실행된다. 연소 시스템의 예는: 매스-발화(mass-fired) 연소 시스템, 폐기물 가공 연료(refuse derived fuel; RDF) 연소 시스템을 포함하며, 상기 폐기물 가공 연료 시스템 내에서 RDF는 통상적으로 이동상 화격자(traveling grate stoker)상에서 연소되며, 유동층 연소 (fluidised bed combustion)된다.

폐기물을 처리하는 다른 방법은 열분해를 이용하는 단계, 즉 열분해 유닛 내에서 폐기물을 열분해하는 단계를 수반한다. 폐기물 처리 분야에서의, 열분해라는 용어는 산소의 부재하에 폐기물의 열 처리를 의미한다. 일반적으로 열분해 공정은 흡열성이며, 열분해를 위한 열 에너지의 투입이 계속되는 것을 필요로 한다.

이는 발열성 공정인 연소와 대조를 이루며, 그러한 발열성 공정에서는 연소가 시작되면 열의 부가적인 투입이 요구되지 않는다. 열분해 공정은 폐기물 내에서 발견된 다수의 유기 성분을 열 분해 및 축합 반응의 조합을 이용하여, 기체, 액체 및 고체 부분으로 변환시킨다. 열분해는 일반적으로, 세 개의 생성물; 주로 수소, 메탄, 탄소, 일산화물, 이산화 탄소 및 다른 가스를 포함하는 가스 스트림; 타르 함유 액체 부분 또는 아세트산, 아세톤, 메탄올을 포함하는 액체, 및 착물의 산소처리된 탄화수소; 대부분 순수한 탄소로 이루어진 차르(char)와 고형 폐기물 내 처음에 존재하는 임의의 원래 불활성 재료를 초래한다. 열분해는 목재로부터의 차르코울(charcoal), 석탄으로부터의 코크스(coke) 및 코크스 가스, 및 석유 유분(petroleum fraction)으로부터의 연료 가스 및 피치(pitch)의 산업 제조에 이용되는 공정이다. 그러나, 고체 폐기물의 처리에서 이러한 이용은 성공적이지 않으며, 그 이유 중 하나는 일관된 공급원료(feedstock)를 필요로 하기 때문이며 이는 도시 폐기물로부터 달성되기 어렵다.

폐기물을 처리하기 위한 제 3 방법은 폐기물의 가스화를 수반한다. 가스화는 재료의 부분 연소이며, 여기서 가스화 유닛 내의 산소가 폐기물 재료에 대해 근사-화학량적 양(sub-stoichiometric amount)으로 존재하도록 제어된다. 탄소질의 성분을 포함하는 폐기물의 가스화는 일산화 탄소, 수소 및 일부 포화된 탄화수소, 주로 메탄이 풍부한 가연성 연료 가스를 야기한다. 가스화 장치(gasifier)의 5 개의 기본 형태: 수직 고정 층 가스화 장치, 수평 고정 층 가스화 장치, 유동 층 가스화 장치, 다중 노 가스화 장치 및 회전식 화로(kiln) 가스화 장치가 있다. 처음 세 개가 가장 일반적으로 이용된다.

가스화는 절반 이상(majority)의 폐기물을 연소시키는데 다소 성공적이면서, 비연소되는 입자, 저 휘발성 타르 종 및 부유 화합물(airborne compounds)을 포함하는 가스를 생성시키지 않는다. 부가적으로, 다량의 폐기물이 가스 또는 부유 입자로 연소되지만, 가스화 공정은 '차르' 즉, 가스화의 작업 조건 하에서 쉽게 연소되거나 증발되지 않을 성분을 포함하는 고형 재료를 야기한다. 차르는 일반적으로, 주위 깊게 처리되어야만 하는 위험한 중금속 및 독성 유기 종을 포함하여, 전반적인 폐기물 처리 공정의 비용이 추가된다. 폐기물 처리 공정으로부터 야기된 고형 폐기물의 양을 감소시키는 것이 바람직하며, 처리된 폐기물 내의 위험한 재료의 양 또한 감소시키는 것이 바람직한 것으로 여겨질 것이다.

폐기물의 가스화("오프가스"; offgas 라는 용어)로부터 야기되는 가스가 가스 엔진 또는 가스 터빈 내에 이용된다면, 부유 입자 및 타르 탄화수소 분자는 가스 터빈 또는 엔진을 막히게 하는 경향이 있다. 따라서, 가스는 충분히 '세정'된 것으로 여겨지지 않으며, 가스화에 의해 생성된 오프가스가 이용된다면, 터빈은 빈번한 세정 및 보수관리 및/또는 타르 생성물을 제거하기 위해서 부가적으로 값비싼 세정 단계의 도입을 필요로 할 것이다.

그 결과, 바람직한 공정이 있으며, 이는 종래 기술의 방법과 관련된 일부 또는 모든 문제점을 극복하거나, 적어도 완화시킬 것이다.

제 1 양상에서, 본 발명은 폐기물 처리를 위한 공정을 제공하고 있으며, 상기 공정은 가스화 유닛 내의 폐기물을 처리하여 오프가스 및 차르를 생성시키는 단계를 포함하는 가스화 단계, 및

플라즈마 처리 유닛 내에서 플라즈마 처리를 위해 오프가스 및 차르 생성물을 플라즈마 처리 유닛 내에서 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 단계를 포함한다. 오프가스는 통상적으로 비연소되는 고체 입자 및 타르 종을 포함할 것이다.

제 1 양상은 폐기물의 처리를 위한 공정을 제공할 수 있으며, 상기 공정은,

(ⅰ) (a) 산소 및 스팀의 존재하에서 가스화 유닛 내의 폐기물을 처리하여 오프가스 및 차르를 생성시키는 단계를 포함하는 가스화 단계, 또는

(b) 열분해 유닛 내의 폐기물을 처리하여 오프가스 및 차르를 생성시키는 단계를 포함하는 열분해 단계 중 하나의 단계와

(ⅱ) 오프가스 및 차르를 산소 및, 선택적으로 스팀의 존재하에 플라즈마 처리 유닛 내에서 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 단계를 포함한다.

제 1 양상은 폐기물 처리를 위한 공정을 제공할 수 있으며, 상기 공정은,

(ⅰ) 폐기물을 미생물 소화(microbial digestion)로 처리하는 단계,

(ⅱ) (a) 가스화 유닛 내의 미생물 처리된 폐기물을 처리하여 오프가스 및 차르를 생성시키는 단계를 포함하는 가스화 단계, 또는

(b) 열분해 유닛 내의 미생물 처리된 폐기물을 처리하여 오프가스 및 차르를 생성시키는 단계를 포함하는 열분해 단계 중 하나의 단계와

(ⅲ) 오프가스 및 차르 플라즈마 처리 유닛 내에서 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 단계를 포함한다.

산소 및 스팀의 존재는, 산소 가스 및 스팀 모두가 가스화 유닛 및/또는 플라즈마 처리 유닛 내에 존재함을 나타내는 것이다. 다른 가스가 존재할 수도 있다. 산소는 가스의 혼합물(예를 들어, 공기), 및/또는 산소 함유 화합물 내에 산소 가스로서 제공될 수 있다.

"스팀"은 가스 형태의 물, 액적으로서 가스 내에 부유하고 있는 물 및 증기를 포함한다. 바람직하게, 스팀은 온도가 100℃ 또는 그 보다 높은 물이다. 스팀으로 변환될 수 있는 물은 가스화 유닛 및/또는 플라즈마 처리 유닛 내측으로, 온도가 100℃ 또는 그 미만일 수 있 액상 물, 물 스프레이의 형태 또는, 온도가 100℃ 또는 그보다 높은 증기로서 도입될 수 있으며; 사용 중에, 가스화 유닛 및/또는 플라즈마 처리 유닛의 내부의 열은 부유 액적의 형태일 수 있는 임의의 액상 물이 스팀으로 증발되게 한다.

제 2 양상은 본 발명의 공정을 실행하기 위한 장치를 제공할 수 있으며, 상기 장치는:

(ⅰ) 가스화 유닛 또는 열분해 유닛 및

(ⅱ) 플라즈마 처리 유닛을 포함하며,

상기 가스화 유닛은 산소 및 스팀을 위한 유입구를 가지며, 플라즈마 처리 유닛은 산소를 위한 유입구 및 선택적으로 스팀을 위한 유입구를 가진다.

제 2 양상은 본 발명의 공정을 실행하기 위한 장치를 제공할 수 있다. 상기 장치는:

(ⅰ) 미생물 소화 유닛

(ⅱ) 가스화 또는 열분해 유닛, 및

(ⅲ) 플라즈마 처리 유닛을 포함한다.

본 발명의 바람직한 특징이 하기의 상세한 설명 및 청구범위의 독립항에 기재되어 있다.

본 발명은 하기에 더 기재될 것이다. 하기에 본 발명의 여러 양상이 더 상세히 정의된다. 이렇게 정의된 각각의 양상은 임의의 다른 양상 또는 양상들과 조합될 수 있으며, 이는 명백히 반대로 기재되지 않은 경우에 그러하다. 특히, 바람직하거나 유리하게 기재된 임의의 특징이 바람직하거나 유리하게 기재된 다른 특징 또는 특징들과 조합될 수 있다.

아래 도면은 예로서 제공되며, 본 발명의 비-제한 실시예를 도시하고 있다.

도 1(a) 내지 도 1(c)는 세 개의 가능한 구성에 두 개의 전극을 가지는 플라즈마 노의 개략적인 도면이며,
도 2는 본 발명의 공정의 바람직한 실시예를 도시하는 도면이며,
도 3은 유동층 가스화 장치(1) 및 플라즈마 노(4)를 포함하는, 본 발명의 장치의 실시예를 도시하는 도면이며,
도 4는 도 3의 플라즈마 노를 상세하게 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명의 공정의 추가의 바람직한 실시예를 도시하는 도면이다.

가스화 공정과 관련된 문제점에 관해서, 본 발명자들에 의해 고려되는 제안된 해결책은 가스화 처리 대신에 플라즈마 처리를 이용하는 것이었다. 그러나, 본 발명자들은 플라즈마 유닛 내의 폐기물 재료의 유기물 부분을 가스화하는데 필요한 에너지의 양이 매우 높으며 해당 기간에 상대적으로 작은 부피의 고형 폐기물이 처리될 수도 있다는 것을 발견하였다. 그리하여, 플라즈마를 이용하여 비처리된 폐기물의 처리가 경제적으로 실행가능할 수 없다는 것을 발견하였다. 그러나, 본 발명자들은 플라즈마 유닛 내의 처리에 의해 수반되는, 가스화 유닛 내의 폐기물을 우선 처리함으로써, 종래의 공정을 넘어서는 다수의 이점이 달성될 수 있다는 것을 발견하였다. 특히, 이러한 조합으로 대단히 효율적인 에너지를 확인하였다. 가스화 처리 및 플라즈마 처리의 조합이 (매우 저 농도의 부유 입자를 포함하는)상대적으로 깨끗한 합성가스, 매우 적은 양의 위험한 타르와 중금속 종 및 보다 적은 양의 고형 재료를 세정된 가스 제품 내에 야기할 수 있다는 점도 발견되었다.

플라즈마 유닛 내의 오프가스의 처리가 터빈 내에 이용될 경우에 부착물 문제를 생성시키는 경향이 있는 부유 입자 및 타르 탄화수소 화합물의 수를 상당히 감소시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 플라즈마 유닛 내의 차르의 처리가 터빈을 막히게 할 수 있는 다량의 타르 재료를 가스, 특히 상대적으로 저 함량의 부유 입자 및 타르 가스 탄화 수소를 가지는 가스로 변환시킬 수 있음을 발견하였다. 플라즈마는 여러 환경적으로 유해한 부유 입자 및 가스를 플라즈마 공정 중에 덜 유해한 종으로 저하시키는 이점도 가진다.

바람직하게, 공정은 폐기물 재료, 즉, 폐기물 공급원료(feedstock)를 도입시키는 단계를 포함하며, 이는 가스화 유닛과 실질적으로 균질적이다. 이는 처리 공정의 효율성을 전체적으로 개선하는 것으로 발견되었다. 폐기물 공급원료는 가스화 유닛 도입 이전에 균질성을 증가시키기 위해서 예비 처리될 수 있다. "균질"이라는 용어는 폐기물이 배치 투 배치(batch to batch) 또는 다량의 폐기물을 통해 광범위하게 변하지 않는 하나 이상의 특징이 있어야만 하는 것을 나타내는 것이며 이는, 폐기물 공급원료가 배치 내에서 가스화 장치로 공급되는 경우에 그러하며; 따라서, 해당 특성의 가치는 폐기물이 가스화 유닛에 공급되기 때문에 광범위하게 변하지 않게 된다.

바람직하게, 광범위하게 변하지 않는 이러한 특성은 발열량(calorific value), 성분의 크기, 수분 함량, 재(ash) 함량, 및 폐기물 재료의 밀도를 포함한다. 바람직하게, 이러한 특성들 중 하나 이상은 20% 또는 그 미만, 바람직하게는 15% 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 10% 또는 그 미만으로 변한다. 바람직하게, 가스화 장치에 공급되는 폐기물의 발열량 및 수분 함량은 공정 중에 상대적으로 일관성 있다.

중요한 특성/특성들의 일관성은 (ⅰ) (공급원료가 가스화 장치에 회분식(batch-wise) 공급된다면) 가스화 장치에 공급된 공급원료의 소정의 수의 배치 또는 (ⅱ) 공급원료가 가스화 장치에 실질적으로 연속 공급된다면 소정의 간격의 시간으로 동일한 중량의 샘플을 이용하여 측정될 수 있다. 당업자에게 공지된 샘플링 방법이 폐기물 공급원료의 일관성을 측정하는데 이용될 수 있다.

예를 들어, 공정이 진행되는 1시간의 주기를 넘어, 정규의 (예를 들어, 5 내지 10분 또는 3 내지 4 시간) 간격을 이용한 (동일한 중량, 예를 들어, 1kg 또는 10kg의) 폐기물 샘플의 발열량이 바람직하게 20% 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 15% 또는 그 미만, 가장 바람직하게는 10% 또는 그 미만만큼 변한다. 절대적 규모의, 폐기물 공급원료는 통상적으로 약 15 MJ/kg의 평균 발열량을 가지며, 바람직하게는 3 MJ/kg 미만, 바람직하게는 1.5 MJ/kg 미만의 평균 발열량으로부터 (+/-) 편차를 가진다. 폐기물 공급 원료의 수분 함량은 하기의 상세한 설명에 기재된 바와 같이, 가능한 낮은 것이 바람직하다. (전술된 바와 같이, 정규 간격으로 취해진 다양한 샘플로부터 계산될 수 있는)폐기물 공급원료 발열량의 평균(mean)은 바람직하게는 11 MJ/kg 또는 그보다 높은, 보다 바람직하게는 13 MJ/kg 또는 그보다 높은, 보다 더 바람직하게는 15 내지 17 MJ/kg이다.

폐기물 공급원료, 즉, (폐기물 가공 연료(refuse derived fuel)를 포함할 수 있는) 가스화 장치에 공급된 폐기물은 바람직하게는 30 중량% 또는 그 미만의 수분 함량을, 바람직하게는 20 중량% 또는 그 미만의 수분 함량을, 보다 바람직하게는 15 중량% 또는 그 미만의 수분 함량을 가진다. 폐기물 공급원료의 수분 함량은 바람직하게는 10 중량% 또는 그 미만 만큼, 보다 바람직하게는 5 중량% 또는 그 미만 만큼 변한다. 본 명세서에 기재된 미생물 소화 공정을 이용하는 것에 의해서 또는 건조와 같은, 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 공정을 이용하여 폐기물 공급원료의 수분 함량이 제어될 수 있다. 폐기물 가공 연료의 통상적인 수분 함량은 20 내지 40 중량%의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 폐기물 가공 연료의 수분 함량이 전술된 폐기물 공급원료에 대하여 바람직한 양으로 감소한다.

공정은 가스화 또는 열분해 단계에서의 처리 전에 폐기물을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 폐기물은 열분해, 가스화 및/또는 플라즈마 처리 단계로부터의 열과 같은, 공정의 임의의 다른 단계에서 생성되는 열을 이용함으로써 건조될 수 있다. 열은 차례로 임의의 다른 단계에서 생성되는 열로부터 가열될 수 있는 가열된 공기 또는 스팀과 접촉함으로써 건조 목적을 위해서 폐기물에 전달될 수 있다. 폐기물은 폐기물 위에서 또는 폐기물을 통해 가열된 공기 또는 스팀을 불어넣음으로써 건조될 수 있다.

폐기물 공급원료는 바람직하게, 입자 크기가 50 mm 또는 그 미만인 입자의 높은 비율(바람직하게 85% 또는 그보다 많은 입자 수, 보다 바람직하게는 95% 또는 그보다 많은 입자 수)을 포함한다. 입자의 크기는 가장 큰 치수의 입자에 걸쳐서 측정된다. 바람직하게, 공급원료는 입자의 크기가 30 mm 또는 그 미만인 입자를 50% 또는 그 보다 많이(개수로) 포함한다.

폐기물 공급원료 함량의 통상적인 분석은:

총 발열량(Gross calorific value): 13.2 MJ/Kg

수분: 25%

재: 13.05%

고정 탄소(fixed carbon): 12.17%

휘발성 물질: 49.78%

입자 크기: 85% < 50 mm일 것이다.

다양한 공정이 균질의 다양한 특성의 폐기물 재료에 이용될 수 있으며, 예를 들어: 미생물 소화, 피킹(picking), 세단(shredding), 건조, 체질(screening), 혼합 및 융합이 있다. 이들 중 미생물 소화가 바람직하며, 이러한 공정은 아래에서 더 상세하게 설명된다.

가스화 단계에 이용하기 위한 적합한 폐기물 재료가 두 개의 형태로 분석되며, 각각의 형태는 다른 수분 함량을 가지지만 동일한 특성의 동일한 성분을 가진다. 폐기물 재료는 하기의 표 1에 도시된 성분을 포함한다. 네 번째 열에는 수분이 없이 각각의 샘플에 대한 성분의 중량%가 표시되어 있다. 가스화 유닛은 바람직하게는 하기의 테이블에 표시된 바와 같은 함량을 가지는 폐기물을 가스화할 수 있다. 폐기물의 원소의 분석(최종 분석)이 하기의 표 2에 표시되어 있다.

열적으로 건조된 폐기물 재료가 약 12% 또는 그 미만으로 이루어진 10 내지 16 중량%의 범위의 수분 함량을 가질 수 있으며: 따라서, 폐기물의 전술된 형태 Ⅰ는 열적으로 건조된 폐기물의 전형이다. 소위 'MBT'(회전 호기성 소화와 같은, 기계식 생물학적 처리)에 의해 건조되는 폐기물 재료는 약 25% 또는 그 미만의 수분 함량을 가질 수 있으며: 따라서, 전술된 형태 Ⅱ는 MBT 처리되는 폐기물의 전형이다.

표 2에서의 H 및 O의 원소 량은 이론상 건조 성분으로부터 제조된다.

본 발명에 따른 공정은 가스화 단계를 포함한다. 가스화 단계는 예를 들어, 수직 고정 층(샤프트) 가스화 장치, 수평 고정 층 가스화 장치, 유동층 가스화 장치, 다중 노 가스화 장치 또는 회전 화로(kiln) 가스화 장치로 실행될 수 있다.

수평 고정 층 가스화 장치는 저산소 공기 연소기(소각로), 제어형 공기 연소기, 열분해 연소기, 또는 모듈러 연소 유닛(MCU)로서 종래 기술에서 언급될 수 있음을 주목해야 한다.

수평 고정 층 가스화 장치는 일반적으로 두 개의 섹션: 제 1 연소 챔버 및 제 2 연소 챔버를 포함한다. 제 1 연소 챔버에서, 폐기물은 근사 화학량적 상태하에서 부분 연소에 의해 가스화되며, 저 열량 발생 가스를 생성시키며, 상기 가스는 제 2 연소 챔버 내측으로 유동하여 과잉 공기로 연소된다. 제 2 연소 챔버는 선택적으로 부착된 폐기물 보일러 내에 스팀 또는 온수를 생성시키는데 이용될 수 있는, 완전한 연소의 고온(650℃ 내지 870℃) 가스를 생성시킨다. 제 1 연소 챔버 내의 보다 낮은 속도 및 교류가 가스 스트림 내에서의 입자의 비말 동반(entrainment)을 최소화하여 통상적인 과잉-공기 연소기 보다 낮은 입자 방출을 야기한다.

바람직하게, 가스화 단계는 유동 층 가스화 유닛 내에서 실행된다. 유동 층 가스화는 이용가능한 다른 가스화 공정 보다 효율적인 폐기물 공급원료를 처리하는 것으로 알려져 있다. 유동 층 기술은 신속한 가스화 비율 및 유닛 내의 정밀한(close) 온도 제어를 야기하는 폐기물 공급 스트림과 산화제의 매우 효율적인 접촉을 허용한다.

통상적인 유동 층 가스화 유닛은 송풍구로서 알려진 공기 주입 노즐 및 지지 그리드 플레이트, 모래 층을 이용하여, 일반적으로 내화성 정렬된 수직의 강 실린더를 포함할 수 있다. 공기가 송풍구를 통해 상승될 때, 층이 유동하고 팽창이 나머지 부피의 최대 두 배까지 형성된다. 석탄 또는 폐기물 가공 연료와 같은 고체 연료, 또는 본 발명의 경우에, 폐기물 공급연로는 어떻게든 주입에 의해서 유동 층의 레벨 이하 또는 이상으로 반응로 내측으로 도입될 수 있다. 유동 층의 "비등" 작용은 폐기물 공급원료에 열을 전달하고 교류를 촉진시킨다. 작동 중에, 보조 연료(천연 가스 또는 연료 오일)는 층을 작동 온도 550℃ 내지 950℃, 바람직하게는 650℃ 내지 850℃ 까지 초래하는데 이용된다. 개시 후에, 보조 연료는 일반적으로 필요 없다.

바람직하게, 가스화 유닛, 가장 바람직하게, 유동 층 가스화 유닛은 적합한 내화 재료로 바람직하게 정렬되며, 바람직하게, 알루미나 실리케이트를 포함하는 수직의 원통형 용기일 것이다.

유동 층 가스화 유닛 내에서, 액체(즉, 가스가 아래로부터 입자를 통해 공급되는 경우에) 유동 층의 입자에 의해 형성되는 효과적인 표면과 유닛의 최상부 사이의 간격은 "여유고(free board height)"로 지칭된다. 본 발명에서, 사용되는 여유고는 바람직하게는 유닛의 내경의 2.5 내지 5.0배(보다 바람직하게는, 3.5 내지 5.0 배)일 것이다. 용기의 이러한 기하학적 구조는 유동 층 내의 폐기물의 적합한 체류 시간을 허용하여 가스화 반응을 완성시키며, 플라즈마 유닛 내측으로의 입자의 초과 이동을 또한 방지한다. 가스화 유닛은 부유(유동) 세라믹 입자의 가열 층을 사용하는 것이 바람직할 것이다. 입자는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.

바람직하게, 폐기물은 제어된 비율로 가스화 유닛에 연속적으로 공급될 것이다. 가스화 유닛이 유동층 가스화 유닛인 경우에, 폐기물은 바람직하게는 층 내측 또는 층 위로 직접 공급된다.

바람직하게, 폐기물 공급재료(feed)가 폐기물을 계속 추가할 수 있는, 나사 컨베이어 시스템을 이용하는 가스화 장치 유닛에 전달될 것이다. 폐기물 공급 시스템은 에어록 장치(air lock device)를 도입시켜, 폐기물이 에어록 장치를 통해 가스화 유닛 내측으로 공급될 수 있어서 가스화 장치 유닛의 내부에/내부로부터 공기의 유입 또는 가스의 배출을 방지한다. 폐기물은 바람직하게는 추가의 불활성 가스 퍼치 처리로 에어록 장치를 통해 공급된다. 에어록 장치는 당업자에게 공지되어 있다.

가스화 공정 중에, 가스화 유닛은 가스화 유닛에서/유닛으로부터 가스의 유입 또는 배출을 방지하기 위해서 주변 환경으로부터 밀봉되어야 하며, 상당량의 산소 및/또는 스팀이 제어되는 방식으로 필요한 만큼 가스화 유닛에 도입된다.

가스화 유닛이 유동 층 가스화 유닛인 경우에, 바람직하게, 산소 및 스팀을 포함하는 산화제가 상기 층 아래에 공급되며, 상기 층은 일련의 상향 분배 노즐을 관통할 수 있다.

바람직하게, 가스화는 스팀 및 산소의 존재하에서 실행된다. 전술된 바와 같이, 스팀으로 변환될 수 있는 물은 100℃ 또는 그 미만의 온도일 수 있는, 액상 물, 물 스프레이의 형태, 또는 100℃ 또는 그보다 높은 온도를 갖는 증기로서 가스화 유닛 내측으로 도입될 수 있다. 사용 중에, 가스화 유닛의 내부의 열은 부유 액적의 형태일 수 있는 임의의 액상 물이 스팀으로 증발되게 한다. 바람직하게, 스팀 및 산소는 유닛에서 정밀하게 측정될 것이며, 폐기물 공급의 비율은 가스화 장치가 수용가능한 방식 내에서 작동할 수 있도록 조절된다. 폐기물의 양에 비해서 가스화 유닛에 도입되는 산소 및 스팀의 양은 폐기물 공급재료(feed)의 조성, 폐기물 공급재료의 함량 및 발열량을 포함하는 인자의 수에 따라서 달라질 것이다. 바람직하게, 가스화 단계 중에 가스화 유닛에 도입되는 산소의 양은 가스화 유닛에 공급되는 폐기물 1000 kg 당 300 내지 350 kg이다. 바람직하게, 가스화 유닛에 도입되는 스팀의 양은 가스화 유닛에 도입되는 폐기물 1000kg 당 0 내지 350 kg, 선택적으로, 폐기물 1000kg 당 90 내지 300 kg 또는 폐기물 1000kg 당 120 내지 300 kg, 가장 바람직하게는, 300 내지 350 kg이며, 이는 폐기물이 20중량% 미만(선택적으로 18% 미만)의 수분을 포함하는 경우에 그러하다. 폐기물이 20 중량% 또는 그 보다 높은(선택적으로 18% 초과) 수분을 포함한다면, 바람직하게, 가스화 유닛에 도입되는 스팀의 양은 폐기물 1000 kg당 0 내지 150 kg이다. 표 1에 주어진 폐기물에 대한 산소 및 스팀 산화제의 통상적인 추가 양이 아래 표 2에 표시되어 있다.

가스화 유닛은 바람직하게 화석 연료 언더베드(fossil fuelled underbed) 예열 시스템을 포함할 것이며, 이는 유닛으로의 공급 개시 전에 층의 온도를 상승시키는데 이용될 것이다.

바람직하게, 가스화 유닛은 가스화 작동을 정밀하게 측정하기 위해서 다중 압력 및 온도 센서를 포함할 것이다.

(12% 또는 25% 물을 포함하는) 표 1에 주어진 조성물을 가지는 폐기물 재료에 있어서, 산소 대 스팀의 첨가 비율은 아래 표 2에 기재된 바와 같은 범위가 바람직할 것이다.

표 2: 산소 및 스팀의 통상적인 추가량

바람직하게, 폐기물은 650℃ 보다 높은 온도, 보다 바람직하게는 650℃ 보다 높으며 최대 1000℃ 까지의 온도, 보다 더 바람직하게는 800℃ 내지 950℃의 온도로 가스화 유닛 내에서 가스화될 것이다. 유동 층 가스화 장치가 본 발명에 사용된다면, 바람직하게 층 온도는 650℃ 내지 900℃의 범위로 유지되며, 보다 바람직하게는 750℃ 내지 950℃의 범위, 보다 더 바람직하게는 800 내지 850℃의 범위로 유지되며; 이는 일반적으로 고칼륨 함량을 가지지 않는 모든 폐기물에 적합하며, 유동층 입자의 어떠한 응집(소결)도 관찰되지 않는다.

유동 가스화 유닛의 유동 층 내에 사용될 수 있는 최대 온도는 처리되는 연료의 재 함량의 조성에 따라서 변한다. 특히, 일부 바이오매스(biomass) 재료는 낮은 공융점을 형성하는 칼륨, 소다 및 다른 종에서 높다. 하나 이상의 이러한 재료를 포함하는 폐기물에 대해서, 유동층 입자의 응고를 방지하기 위해서 층의 온도를 (일정한 경우에 650℃이하(~650℃) 만큼 낮을 수 있는) 폐기물 내의 재의 소결 온도 이하로 유지시키는 것이 특히 중요하다. 유동 층의 온도는 고형 연료의 양에 비해 가스화 장치에 공급되는 산화제의 양을 제어함으로써 유지될 수 있다.

유동층 가스화 장치에서, 바람직하게, 유동 층 위의 영역(종종 여유고(freeboard)로 지칭됨)이 유동층보다 높은 온도일 수 있다. 유동 층 위의 영역의 온도는 바람직하게 800 내지 1000℃의 범위이다.

유동층 가스화 시스템은 꽤 다용도로 쓰이며, 도시 폐기물, 슬러지(sludge), 바이오매스 재료, 석탄 및 다수의 화학 폐기물을 포함하는 광범위한 연료로 작동될 수 있다. 본 발명의 공정의 가스화 단계는 석회암(CaCO₃), 또는, 바람직하게, 모래와 같은 적합한 층 매체를 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 작동 중에, 초기 층 재료가 소비될 수 있으며, 가스화 단계로부터 재생 등급 재(차르)에 의해 대체될 수 있다.

바람직하게, 가스화 유닛 및 플라즈마 처리 유닛은 통합되어, 통상적으로 유체 연통될 것이다. '유체 연통'은 도관이 가스화 유닛의 생성물을 플라즈마 처리 유닛에 수송하기 위해 제공됨을 나타낸다. 바람직하게, 전체 공정은 모든 단계가 하나의 사이트에서 실행되며, 각각의 단계에서 다음으로 생성물을 수송하기 위한 수단이 제공된다는 점에서 통합 공정이다. 각각의 단계는 바람직하게, 별도의 유닛에서 실행된다. 특히, 가스화 및 플라즈마 처리는 바람직하게 별도의 유닛에서 실행되어 각각의 유닛 내의 상태가 독립적으로 변하게 한다. 바람직하게, 가스화 단계의 생성물을 가스화 유닛에서 플라즈마 처리 유닛으로 수송하기 위한 수단이 제공된다.

공정과 같은 열분해, 및 열분해 유닛은 통상적이며, 당업자들에게 알려져 있으며 시판되고 있다.

대안적인 실시예에서, 플라즈마 처리는 두 개의 유닛으로 구성될 수 있어서 고형 차르 및 가스화 오프가스 스트림을 별도로 처리한다.

본 발명에 따른 공정은 플라즈마 처리 단계를 포함한다. 바람직하게, 플라즈마 처리는 산화제의 존재하에서 실행된다. 바람직하게, 산화제의 양이 제어된다. 보다 바람직하게, 산화제의 양이 제어되어 (저 휘발성, 타르 생성물을 포함하는) 가스 탄화수소, 부유 탄소 입자, 차르 내에 포함된 탄소 및 일산화 탄소의 일부가 일산화 탄소 및 이산화 탄소로 변환되도록 제어되며, 바람직하게는 플라즈마 처리 단계 후에 CO/CO₂의 비율이 가스화 유닛에 존재하는 가스와 동일하거나 보다 크도록 제어된다. 바람직하게, 플라즈마 처리는 실질적으로, 차르 내의 모든 탄소 함량이 가스 또는 부유 종으로 변환될 때까지 실행된다.

바람직하게, 산화제는 산소 또는 산소와 스팀이다. 바람직하게, 플라즈마 처리는 산소 및 스팀의 존재 하에서 실행된다. 전술된 바와 같이, 스팀으로 변환될 수 있는 물은 온도가 100 ℃ 또는 그 미만일 수 있는 액상 물, 물 스프레이 형태, 또는 온도가 100℃ 또는 그 보다 높을 수 있는 증기로서 플라즈마 처리 유닛 내측으로 도입될 수 있다. 사용 중에, 가스화 유닛 및/또는 플라즈마 처리 유닛 내부의 열은 부유 액적의 형태일 수 있는 임의의 액상 물이 스팀으로 증발될 수 있게 한다.

바람직하게, 산소 대 스팀의 중량 비율이 10:1 내지 2:5이다. 바람직하게, 폐기물의 플라즈마 처리는 1100 내지 1700℃의 온도, 바람직하게는 1100 내지 1600℃, 보다 바람직하게는 1200 내지 1500℃의 온도에서 실행된다.

작동 중 플라즈마 유닛은 일반적으로 용융상(melt phase)을 포함할 것이다. 플라즈마 유닛 내의 용융상의 온도는 1150℃ 또는 그 보다 높은, 바람직하게는 1150℃ 내지 1600℃일 것이다.

바람직하게, 가스화 유닛 내측으로 초기에 도입되는 폐기물 1000kg 마다 플라즈마 유닛에 도입되는 산소의 양은 15 내지 100 kg, 바람직하게는 25 내지 80 kg이다. 바람직하게, 가스화 장치 내측으로 초기에 도입되는 폐기물 1000kg 마다 플라즈마 유닛에 도입되는 스팀이 양은 0 내지 50 kg, 바람직하게는 0 내지 30 kg이다.

(12% 또는 25% 물을 포함하는) 표 1에 주어진 조성물을 가지는 폐기물 재료에 있어서, 플라즈마 변환기로의 산소 대 스팀의 첨가 비율은 아래의 표 3에 표시된 바와 같은 범위가 바람직할 것이다.

바람직하게, 폐기물의 플라즈마 처리가 플라즈마 안정 가스의 존재하에서 실행된다. 플라즈마 안정 가스는 질소, 아르곤, 수소, 일산화 탄소, 이산화 탄소 및 스팀 중 하나 이상으로부터 선택된다.

바람직하게, 스팀으로 변환될 수 있는 물은 온도가 100℃ 미만인 물 스프레이 형태로 플라즈마 처리 유닛 내측으로 도입된다. 두 개의 주요 이점은 다음과 같다. 첫 째, 스프레이 상태의 물은 (수소 및 일산화 탄소를 생성시키기 위해서) 탄소를 이용하는 물의 흡열 반응 촉진으로 인해 플라즈마 유닛 내에 생성된 합성가스를 냉각시키는 효과를 가진다. 두 번째, 생성된 합성가스의 총 화학 엔탈피가 증가하여, 가스가 전기를 발생시키는데 이용되는 경우에 전력의 보다 큰 방출(export)을 허용한다 (즉, 전반적인 순 전기적 변환 효율(overall net electrical conversion efficiency)에서의 개선을 제공한다).

플라즈마 처리 단계는 공정에 의해 생성되는 잔여물, 예를 들어 연료 가스 세정 잔여물을 위한 고정 처리 루트를 제공할 것이다.

폐기물은 환경적으로 해로운 중금속과 같은 위험한 화합물 및 원소를 함유하는 성분을 포함할 수 있다. 이들은 APC(공기 오염 제어) 잔여물로 지칭될 수 있으며, 처리될 폐기물 내에 0.2중량% 이할 존재할 수 있다. 이러한 잔여물은 납, 아연 및 카드뮴과 같은 중금속으로 오염될 수 있기 때문에, 이들은 위험한 잔여물로 분류될 것이다. 바람직하게, 본 발명의 공정은 중금속 및 중금속을 포함하는 화합물과 같은 위험한 무기 재료의 함유물을 플라즈마의 슬래그 상에 더 포함한다. 이는 불활성 폐기물로서 불활성 비-용출성 슬래그 내에 위험한 재료를 포착하여, 이러한 재료에 있어서 처리 문제를 위한 장기간 해결책을 제공할 것이다.

공정은 오프가스 및 차르의 플라즈마 처리 전이나 처리 중에 플라즈마 유닛에 석회, 알루미나 또는 규사와 같은 하나 이상의 유동제의 첨가를 더 포함할 수 있다. 유동제 첨가의 이점은 특정 상황에서, 낮은 융점, 낮은 점착성 슬래그가 무기, 비-연소성 재료로부터 생성될 수 있게 한다. 규사, 알루미나 또는 석회와 같은 유동제는 고정 중금속 종으로 이용될 수도 있다. 이러한 유동제는 바람직하게, 플라즈마 유닛으로의 차르의 도입 이전에 차르에 첨가되며, 공정이 연속 공정인 경우에, 첨가물은 차르 스트림으로 형성될 수 있다.

플라즈마 유닛으로 도입되는 가스 및 차르 반응물의 수율 및 화학 작용이 바람직하게 정상 상태 조건하에서 유지된다. 이는 주요 플라즈마 유닛의 상류 부분의 가스화 장치 및 공급 준비 시스템의 정밀 제어(close control)에 의해 달성될 수 있다.

산화제 대 플라즈마 유닛의 형태, 비율 및 총 첨가 비율이 정밀하게 제어될 것이며, 하기의 요인:

차르 및 가스 반응물 모두의 수율 및 화학 작용;

산화제로서 스팀의 첨가가 가스 상에서 열분해된 고형 차르 및 매연(soot) 생성물로 신속한 반응율을 보장하는데 효율적인 점으로서, 플라즈마 유닛의 열 안정성을 제어할 수 있어서 열 "폭주(runaway)"의 가능성을 방지하는 점;

발생하는 발열(부분적) 연소 반응의 결과로서 산소 발생 열의 추가;

스팀이 경제적, 차르의 가스화 효능, 유기물의 파괴 효율, 가스 생성물의 품질과 발열량 및 공정의 총 제어가능성의 이유로 인해서 산소 또는 산소 부화 공기와 조합하여 이용될 수 있는 점;

공기가 산소 대체로서 또는 조합하여 이용될 수 있는 점으로서, 공기가 사용하기에 비싸지 않지만, 산소보다 열적으로 덜 효율적이어서 (질소의 희석 효과로 인하여) 보다 낮은 발열 가스 생성물을 생성시키며, 부산물로서 NOx를 발생시키는 점; 및

(국부적 요인에 영향을 받을) 전반적인 공정의 경제적 측면을 고려할 것이다.

반응물의 화학 조성 및 질량 수율이 일반적으로 일정하다면, 산화제 대 (폐기물을 포함하는) 반응물 스트림의 비율은 바람직하게는 일정한 값으로 유지될 수도 있다. 반응물의 공급율의 증가는 바람직하게는, 자동 산화제 첨가 수단에 의해 제어될 수 있는 산화제 첨가 비율에서의 균형잡힌 증가를 초래할 것이다. 플라즈마에 공급되는 전력은 바람직하게는, 플라즈마 유닛에서의 폐기물의 공급율 변화를 조화시키도록 조절될 수도 있으며, 유닛으로부터 열 손실 및 시스템의 열화학을 고려할 것이다.

플라즈마 유닛에서 배출되는 가스는 온도가 1000℃ 보다 높은 온도도, 바람직하게는 1000℃ 내지 1500℃, 가장 바람직하게는 1000℃ 내지 1300℃로 유지될 수 있다. 과도한 오프 온도(즉 >1300℃)는 플라즈마 전력 가열 요건을 증가시켜 설비로부터 전기의 순 방출을 감소시키기 때문에 바람직하지 않다.

바람직하게, 가스 플라즈마 처리로부터 생성되는 가스는 전기를 발생시키기 위해서 가스 엔진 또는 터빈 내에 이용된다. 터빈은 통상적인 보일러 스팀 터빈 또는 가스 터빈일 수 있다. 플라즈마 처리 공정으로부터 야기되는 합성가스는 바람직하게는, 냉각되거나 터빈 내에 사용하기 전에 온도를 200℃ 미만으로 냉각되게 한다. 이는 가스, 예를 들어 일산화 탄소의 부분적으로 연소되는 성분이 완전하고 효율적으로 연소되게 한다. 부가적으로, 플라즈마 처리로부터의 합성가스가 열을 다른 (열 전달) 가스로 전달하는 열 교환 시스템을 이용하여 냉각된다면, 바람직하게, 열 전달 가스는 부가적인 전력 발생을 위한 스팀 터빈을 가열하는데 이용된다.

플라즈마 유닛은 바람직하게, 고 등급 내화성 정렬식 벽돌(high grade refractory lined bricks)로 정렬된 스테인레스 또는 탄소 강 용접 외피(shell)를 포함한다.

바람직하게, 플라즈마 유닛은 용해된 무기질 상(들)을 효과적으로 포함하도록 사용되는 것이 바람직한, 원격 수 냉식 구리 원소를 포함한다. 이러한 원소는 바람직하게, 양호한 내화 성능을 촉진시키기 위해서 핫 페이스(hot face) 내화제 상에 보호 동결된 용융 층을 형성하는데 작용한다.

바람직하게, 가스화 장치는 플라즈마 유닛과 유체 연통되는 배기 가스 포트를 포함한다. 바람직하게, 가스화 장치 내의 배기 가스 포트는 두 개의 유닛을 연결하는 채널 내의 휘발성 염 또는 타르의 응축을 방지하기 위해서 플라즈마 유닛에 밀접하게 연결될 것이다.

바람직하게, 플라즈마 유닛은 단일 또는 이중 흑연 전극 시스템을 포함하며 플라즈마 아크를 발생시킨다. 이들이 플라즈마 전력 공급원에 서로 연결되는 세 개의 가능한 구성 및 방법이 도 1에 도시되어 있다. 각각의 도면(a) 내지 (c)는 두 개의 전극을 가지는 노의 개략적인 도면을 도시하고 있다. "용융 배치(molten batch)"은 노의 바닥에 존재하는 용융 슬래그를 언급하는 것이다.

도면 (a)에서, 전극은 노의 루프(roof) 내에 존재하며, 다른 전극은 노의 베이스(base)에 존재한다. 두 개의 전극은 전력 공급원에 연결되어 노 내에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

도면 (b)에서, 도면 (a)와 동일한 구성이 도시되어 있으며, (노의 왼쪽에 도시된) 부가적인 개시 전극은 플라즈마 발생 시스템의 개시를 용이하게 할 수 있으며, 이는 당업자에 의해 명백해질 것이다.

도면 (c)에서, 두 개의 연결되는 전극은 플라즈마 유닛의 루프에 위치한다.

바람직하게, 하나 이상의 전극(들)은 플라즈마 유닛의 루프 내에 위치할 것이다. 플라즈마 유닛은 바람직하게는 수냉 전극 밀봉부를 유닛의 유입구 및 배출구에 포함할 수 있다.

바람직하게, 흑연 전극(들)은 천공될 것이며, 플라즈마 안정 가스(예를 들어, 질소 또는 아르곤)이 전극(들)의 중심 아래에 주입될 것이다.

선택적으로, 전극은 전극의 마모를 감소시키기 위해서 내화 재료(예를 들어, 알루미늄 코팅)로 코팅된다.

선택적으로, 하나 이상의 수 냉 플라즈마 토치(torches)가 플라즈마를 발생시키기 위해서 이용될 수 있다.

플라즈마 유닛은 가스화 공정으로부터 차르 잔여물의 도입을 위한 하나 이상의 공급 포트를 포함할 수 있다. 바람직하게, 차르 잔여물은 유닛의 루프 내의 하나 이상의 공급 포트를 통해서 플라즈마 유닛 내측으로 도입된다. 공급 포트가 슬래그 제거 스파우트(spout)로부터 멀리 위치되는 것이 바람직할 것이다.

플라즈마 유닛은 플라즈마 유닛 내측으로의 오프가스의 도입을 위한 하나 이상의 가스 입구 공급 포트를 포함할 수 있으며; 공급 포트는 플라즈마 유닛의 루프 또는 측면 내에 위치될 수 있다. 가스화 장치로부터 타르를 지닌 가스(오프가스)는 측벽 또는 루프 내의 포트를 통해 플라즈마 유닛으로 유입될 것이다. 바람직하게, 플라즈마 유닛은 오염된 가스(dirty gas)의 짧은 순회를 방지하거나 최소화시키도록 디자인될 것이며, 예를 들어:

바람직하게, 개량 가스(합성가스)를 위한 출구 지점은 전연 반대일 것이며, 가스의 입구 지점과 실질적으로 가능한 멀고 그리고/또는

오프가스가 바람직하게는 플라즈마 유닛 내에서 하향(예를 들어, 유동 지향 장치 그렇지 않으면, 가스 입구 지점보다 낮은 레벨에서 배출 포트를 위치시킴으로써) 유도되도록 디자인될 것이다.

플라즈마 유닛은 발생할 차르 및 가스 개선을 위해 적합한 체류 시간을 보장하도록 디자인될 것이다.

산화제는 플라즈마 유닛 내측으로 주입되어 가스화 장치 유닛으로부터 오염된, 타르를 지닌 가스 스트림(오프 가스)의 개선 및 차르의 탄소 성분을 가스화시킬 수 있도록 플라즈마 유닛 내측으로 주입될 수 있다.

산화제 주입 지점은 바람직하게는 높은 흑연 마모율을 방지하기 위해서 전극으로부터 멀어질 것이다.

플라즈마 유닛은 산화제를 위한 별도의 그리고 다중 주입 지점, 이론적으로, 오프가스를 위한 하나 이상의 주입 지점 및 차르 잔여물을 위한 하나 이상의 주입 지점을 포함할 수 있다. 이와 달리, 차르 및 오프가스는 단일 주입 지점을 통해 도입될 수 있다.

주입 수단은 산화제의 주입을 위해 플라즈마 유닛 내에 제공될 수 있으며, 주입 수단은 주입되는 방사상 유동의 산화제가 초래될 때 바람직하다. 이는 산화제와 반응 "연료" 상(즉, 오프가스 및 차르) 사이의 접촉을 개선할 것이다.

차르는 무기질 부분(inorganic fraction), 즉, 탄소 이외에 다른 원소를 포함하는 고형 성분을 포함할 수 있다. 차르의 무기질 부분은 용해된 착물의 산화물 "슬래그" 상을 형성할 것이며, 이는 바람직하게, 플라즈마 유닛으로부터 연속적으로 제거될 것이다. 따라서, 유닛은 (유닛의 외측을 향해) 상향으로 각이 형성된 슬래그 과잉 스파우트(slag overflow spout angled upward)의 형태일 수 있는, 슬래그 상을 제거하기 위한 수단을 포함하여, 플라즈마 유닛에 존재하는 용융 슬래그는 유닛으로부터 공기 진입 또는 가스 배출을 방지하기 위해서 에어록을 생성시킬 것이다.

이용 중에, 플라즈마 유닛은 바람직하게 단단히 밀봉될 것이다. 유닛은 바람직하게, 양압하에서 유지될 것이다.

바람직하게, 가스 밀봉, 볼트로 죄여진 플랜지는 주요 노 바디 섹션에서 루프를 밀봉시키는데 이용될 것이다. 바람직하게, 플랜지형 볼트는 스프링 로딩 될 것이며 플라즈마 유닛 내의 높은 과도 압력의 경우에 (예를 들어, 급속 연소(explosion)의 결과로서) 루프는 압력의 신속한 분산을 허용한다. 누출 가스(escaping gases)는 퓨지티브 방출 처리 시스템(fugitive emission handling system)을 통해 안전하게 처리될 것이다.

유닛 내의 탄소 매연 또는 다른 전도성 증착물의 존재는 전극(들)으로부터 발산하며 루프에 전달되거나 융융물이 아닌 다소 유닛의 측벽에 전달되는 사이드-아크(side-arcs)(기생 아크(parasitic arcs)로도 언급됨)의 발생을 촉진시킬 것이다. 사이드-아크는 파괴적인 경향이 있어서, 반응로 외피의 이른 고장을 야기한다. 다수의 측정이 사이드-아크 전개의 발생을 방치하기 위해서 적합하게 구성될 것이다.

바람직하게, 플라즈마 유닛의 루프가 서로 전기적으로 분리될 섹션 내에서 구성될 것이다.

루프의 전기적 트랙킹(tracking) 가능성을 방지하기 위해서 전극 밀봉부의 디자인에 세심한 주의가 필요할 것이다. 밀봉부를 고정하는 모든 홀딩 볼트(holding bolts)는 바람직하게, 전기적으로 분리될 것이며, 바람직하게, 전기적 전도성 표면 상에 먼지의 축적을 방지하도록 먼지로부터 보호될 것이다.

가스 퍼지처리는 전극에 아주 근접한 표면 상에 증착물의 축적을 방지하기 위해서 전극(들)의 외측 둘레에 바람직하게 사용될 것이다.

유닛은 바람직하게, 매연 또는 타르 생성물의 제조를 최소화하는 방식으로 개조된다.

모든 밀봉부는 필요한 경우에 세정 및/또는 대체하기 용이하도록 디자인될 것이다.

오프가스 조성물은 바람직하게 연속 측정될 것이며, 피드백 제어 루프는 플라즈마 유닛에서 전력 및 산화제 공급율을 조절하는데 이용될 수 있다.

플라즈마 처리로부터 야기되는 개질 가스(합성 가스)는 바람직하게, 전기 및 스팀 증가(steam raising)를 위한 열 발생에 이용될 수 있는 연료를 생성하기 위해서 가스 스트림으로부터 산성 가스, 미립자 및 중금속을 제거하기 위해서 더 세정될 것이다.

선택적으로, 장치는 열분해 유닛을 더 포함할 수 있다.

공정은 플라즈마 처리 유닛 내에서 생성되는 가스(일반적으로 합성 가스로 지칭됨)를 수집하는 단계를 더 포함할 수 있다.

통상적으로, 플라즈마 처리 유닛은 당업자에게 공지되는 바와 같이 고형 및/또는 용융 재료를 발생시킬 것이다. 공정은 플라즈마 처리 유닛 내에서 생성되는 고형 및/또는 용융 재료를 수집하는 단계를 더 포함할 수 있다.

장치는 전술된 바와 같은 폐기물의 호기성 미생물 소화를 위한 유닛을 더 포함할 수 있다.

전술된 바와 같이, 공정은 바람직하게, 가스화 단계 전에, 폐기물을 미생물 소화, 보다 바람직하게는 호기성 미생물 소화 처리하는 단계를 더 포함한다. 이는 보다 비처리된 폐기물보다 적은 수분 함량 및 보다 높은 발열량을 갖는 보다 균질의 공급원료를 생성시키는 추가의 이점을 가지며, 이는 보다 효율적인 조합의 가스화 및 플라즈마 공정을 허용한다. 가스화 공정은 상대적으로 일정한 발열량의 공급원료를 이용하여 보다 더 효율적이다. 마찬가지로, 효율적인 플라즈마 처리는 이론상 상대적으로 균질의 공급 오프가스를 가져야 함을 발견하였다. 폐기물을 초기에 미생물 처리함으로써 가스화 장치에 도입되는 폐기물을 균질화하며, 가스화 장치로부터의 최종 오프가스는 발열량에서 보다 더 일정하며 따라서 전제척으로 공정이 보다 효율적이다.

바람직하게 호기성 미생물 소화는 회전식 호기성 소화 유닛에서 실행된다.

바람작하게, 폐기물은 회적식 소화 유닛에서 매분 1회전에서 매 10분 1 회전의 속도로 회전된다.

호기성 소화이전에 폐기물의 수분 함량은 20 내지 75 중량%, 바람직하게 25 내지 50 중량%일 수 있다.

바람직하게, 폐기물은 호기성 소화 처리 후에, 45 중량% 또는 그 미만, 바람직하게, 30 중량% 또는 그 미만의 평균 수분 레벨을 가진다.

미생물 소화 단계는 바람직하게:

처리 전에 제 1 평균 수분 레벨을 가지는 폐기물의 (우선) 공급과 처리 전에 보다 낮은 평균 수분 레벨을 가지는 다른 폐기물의 공급을 혼합하는 단계로서, 상대적인 양의 중량으로 제 1의 폐기물 및 다른 폐기물이 제어되는 혼합 단계, 처리 중에 조절되는 혼합된 폐기물을 미생물 처리 용기 내측으로 공급하는 단계를 포함하며, 상기 혼합된 폐기물과 접촉하는 가스 내의 산소 함량은 처리 공정 중에 제어되어 5 부피% 미만으로 감소하지 않으며, 처리 후에 평균 수분 레벨을 갖는 상기 혼합된 폐기물은 45 중량%, 보다 바람직하게는 35 중량%, 가장 바람직하게는 25 중량%를 초과하지 않는다.

20 중량% 미만의 평균 수분 함량으로의 생성물의 후속적인 건조 단계가 상대적으로 용이하게 실행될 수 있다. 바람직하게, 폐기물의 제 1 공급은 유기 폐기물, 바람직하게, 고형 유기 폐기물을 포함한다. 다른 폐기물은 고형 폐기물을 포함할 수 있다.

미생물 소화를 실행하기 위한 본 발명의 장치의 일부분은 바람직하게:

처리 전에 제 1 평균 수분 레벨을 가지는 제 1 폐기물을 위한 공급원 및 처리 전에 보다 낮은 수분 레벨을 가지는 다른 폐기물을 위한 공급원,

제 1 폐기물과 다른 폐기물을 혼합하기 위한 수단,

상대적인 양의 중량으로 제 1 폐기물과 다른 폐기물이 서로 혼합되는 것을 제어하기 위한 제어 수단,

제 1 폐기물과 다른 폐기물을 처리 용기에 공급하기 위한 수단,

고형 유기 폐기물을 처리 용기 내에서 교반시키기 위한 수단,

처리 용기 다음의 건조 수단 및 처리 용기를 통한 공기 유동을 제어하기 위한 수단 및/또는 제 1 폐기물과 다른 고형 폐기물의 처리 용기로의 투입하기 위한 수단을 포함하며, 처리 후 폐기물의 평균 수분 레벨은 45 중량%, 보다 바람직하게는 35 중량%, 가장 바람직하게는 35 중량%를 초과하지 않으며, 용기 내의 혼합된 폐기물과 접촉하는 가스의 산소 함량은 5 부피% 미만으로 감소하지 않는다.

물리적 조성(예를 들어, 발열량)에서의 편차 및 제 1 폐기물(통상적으로, 가정 폐기물, 그러나 농업 폐기물일 가능성도 있음)의 수분 레벨이 "평탄(smooth out)"하게 되어, 다른 영역 또는 다른 시간 주기로 처리된 폐기물로 형성된 생성물이 상대적으로 균질일 수 있다.

폐기물, 미생물 단계를 이용하여 처리되는 제 1 폐기물 및/또는 다른 폐기물은 바람직하게, "유기 폐기물", 바람직하게, 고형 유기 폐기물, 예를 들어, 가정 폐기물, 산업 폐기물 또는 농업 폐기물이다. "유기 폐기물"은 적어도, 미생물 처리될 수 있는 유기 재료 비율을 가지는 폐기물이다. 제 1 폐기물과 혼합되는 다른 폐기물은 바람직하게는 유기 재료도 포함한다.

"혼합"함으로써의 의미는 두 개 이상의 별도의 폐기물 소오스가 상대적 양의 중량으로 미생물 처리 용기 내측에 수집되고 공급되는 것이다. 두 개의 서로 다른 소오스로부터의 폐기물이 혼합 장치 또는 분쇄기(shredder) 내에서 혼합될 수 있으며, 또는 이들은 처리 용기 내에서의 교반 중에 혼합될 수 있다.

미생물 소화 단계는 바람직하게, 열을 생성시킬 것이다. 폐기물의 물리적 특성에서의 변화에 의해서 분해(breakdown)가 가속화된다. 통상적으로, 미생물 활동은 박테리아 활동이다. 바람직하게, 미생물 활동은 호기성(aerobic)이다.

미생물 소화 공정은 바람직하게는 호열성(thermophilic) 상에서 박테리아를 이용하여 실행되며, 상기 박테리아는 일반적으로 60℃ 내지 75℃, 가장 바람직하게는, 63℃ 내지 70℃에서 발생한다. 이러한 호열성 상에서, 열의 생성과 함께 급속한 소화가 발생한다. 호열성 상에서의 반응은 30℃ 내지 38℃ 범위에서 발생하는 일반적으로 이용되는 중온성(mesophilic) 상에서보다 빠르다.

따라서, 폐기물의 가속된 분해가 일어난다. 그러나, 온도가 75℃ 보다 높게 상승한다면, 박테리아가 파괴될 위험도 있다.

호열성 상에서의 미생물 반응은 열의 자연 발생을 야기하며, 상기 열은 연료 또는 혼합물(compost)을 제공하기 위해서 처리를 위해 적합한 재료를 생성시키는 재료를 분해시킨다. 미생물 반응은 보충 열의 제공 없이 자체적으로 유지하기 위해서 충분한 열을 항상 제공할 것이다.

그러나, 실제로, 폐기물의 화학적 혼합은 미생물 활동의 개시에 도움을 주는 온도의 증가를 야기할 수 있다.

다른 재료가 pH를 제어하기 위해서 미생물 처리 용기, 예를 들어, 생석회(quicklime)에 첨가될 수 있다.

바람직하게, 미생물 소화 단계에서 처리되는 폐기물과 접촉하는 가스 내의 산소 레벨은 5 부피% 미만으로 감소하지 않는다.

미생물 소화를 실행하기 위한 처리 용기는 일반적으로 완전히 충진되지 않으며, 여기에는 폐기물이 처리되기 위한 가스 공간이 위에 있다. 이러한 가스 공간에서의 산소 함량은 적합하게 측정되어 바람직하게 제어된다. 당업자는 산소 함량을 측정하여 제어하기 위한 적합한 기술을 알고 있을 것이다. 하기에 기재된 바와 같이, 수분 레벨도 측정될 수 있다.

바람직하게, 처리 용기로부터 제거되는 가스의 산소 함량(그리고, 선택적으로 수분 레벨)이 측정된다(하기에 더 기재될 것이다). 이는 특히 편리한 장치(arrangement)이다.

미생물 처리 용기 내의 가스는 통상적으로, 대기 중 질소, 산소, 이산화 탄소 및 수증기를 포함할 것이다. 이러한 가스는 어떠한 메탄, 암모니아 또는 수소 황화물을 포함할 수 없으며, 이는 미생물 활동이 호열성 상에서 실행되기 때문이다.

5 부피% 보다 높은 산소 레벨을 유지하기 위해서, 공기 또는 산소가 처리 용기에 공급될 수 있다. 공기 또는 산소가 공기/산소의 개별 유입 또는 공정의 일부분 이상을 통해 연속으로 공급될 수 있다.

호기성 소화를 촉진시키는 산소를 대체하고 출구 가스(미생물 처리 용기에 존재하는 가스) 내의 수분 레벨을 제어하기 위해서, 상대적으로 높은 기류 비율이 요구된다.

공기는 일부 강제 통풍식에 의해 공급될 수 있다. 팬이 미생물 처리 용기 내측으로 공기를 불어넣을 수 있다. 그러나, 미생물 처리 용기로부터 가스를 끌어당기는 팬이 있는 것이 바람직하다. 미생물 처리 용기로부터 가스를 회수시키기 위해 추출 수단이 제공되는 경우에, 하나 이상의 덕트를 통해 공급되는 공기에 의해 대체될 수 있다. 공기가 미생물 처리 용기에 간헐적으로 공급될 수 있지만, 실질적으로 연속 공급되는 것이 바람직하다. 미생물 처리 용기는 실질적으로 밀봉될 수 없어서 가스가 제거되는 동안만큼은 제거되는 가스를 대체하기 위해서 개구를 통해 공기가 자연히 유동될 것이다.

공기가 미생물 처리 용기에 공급되면서 가스는 상기 용기로부터 제거되며, 수증기가 폐기물로부터 제거될 것이다. 이는 건조 효과를 제어하는데 기여하여 원하는 범위 내에서 평균 수분 레벨을 가지는 제품을 야기한다.

미생물 처리 용기에 공급되는 공기는 건조 효과를 최대화하기 위해서, 임의의 적합한 장치에 의해서 앞서 건조될 수 있다.

본 발명의 바람직한 양상에 따라서, 미생물 처리 용기 내의 폐기물과 접촉하는 가스 내의 수분 레벨은 이슬점(dew point) 미만의 레벨로 유지된다. 이는 증발에 의해 가스 공간 내측으로 처리되는 폐기물로부터 물이 실질적으로 연속 제거되는 것을 보장한다.

가스 공간 내의 수분 레벨을 모니터링하기 위해서 미생물 처리 용기 내에 수단이 제공될 수 있다. 임의의 적합한 수단이 수분 레벨을 측정하기 위해 사용될 수 있다.

미생물 처리 용기 내의 수분 레벨은 처리 온도에서 처리되는 폐기물의 이슬점 미만의 수분 레벨을 가지는 공기를 공급함으로써 이슬점 미만으로 유지될 수 있다. 미생물 소화의 온도가 통상적으로 대기 온도보다 높을 때, 표준의 맑은 공기가 이용될 수 있다. 선택적으로, 대기의 수분 레벨 아래의 수분 레벨을 가지는 건조 공기가 이용될 수 있다. 요구되는 범위 내에 산소 레벨을 유지하는 주요 공정 특징은 또한 요구되는 범위 내로 수분 레벨을 유지하도록 이용될 수도 있다.

미생물 처리 용기를 통한 공기 및 가스의 유동은 장치의 일부분으로부터 열을 제거하기도 한다. 적합한 열 균형이 달성될 수 있음을 알 수 있다. 즉, 폐기물의 집중 질량(concentrated mass) 내의 미생물 활동에 의한 열 발생이 용기를 통한 가스 유동에 의해 열 제거와 균형을 맞출 수 있어서 온도가 원하는 레벨로 유지된다.

바람직하게, 폐기물은 미생물 소화 중에 교반될 수 있어야 한다. 이는 미생물이 재료 전반에 걸쳐서 확산되는 것을 보장하기 위해서 혼합 및 폐기물의 추가의 분해를 제공한다. 폐기물에 산소의 접근을 보장하기 위해서 폐기물의 다른 부분을 가스에 노출시키기도 한다. 교반은 임의의 적합한 수단에 의해서 일어날 수 있지만, 특히, 소화가 회전식 호기성 소화 유닛, 즉 회전하는 호기성 드럼(drum)을 포함하는 유닛 내에서 일어나는 것이 바람직하다.

드럼은 임의의 적합한 비율로 회전할 수 있으며, 1분 내지 10분, 바람직하게는 2 내지 5분, 가장 바람직하게는 약 3분의 시간 범위에서 1회전을 완성시킨다. 그러나, 보다 높은 비율의 회전은 이러한 작동을 보강하기 위해서, 미생물 소화 유닛 내측/외측으로 폐기물의 로딩 및 언로딩(unloading) 중에 이용될 수 있다. 통상적으로, 로딩 및 언로딩 중에 분당 1회전으로 증가할 수 있다.

하기에 기재되는 바와 같이, 드럼은 한 단부에서 폐기물로 적합하게 동시에 로딩되며, 다른 단부에서 미생물 처리되는 폐기물로 언로딩된다. 로딩 및 언로딩은 통상적으로 4 시간 간격으로 일어나면 30분이 걸린다.

드럼은 바람직하게, 실질적으로 평행한 측면을 가진 원형 섹션 실린더를 포함한다. 실린더의 축선은 수평, 예를 들어, 3°내지 10°, 가장 바람직하게는 5°내지 8°의 각도로 경사지며 드럼을 통해 중력 유동을 제공한다.

드럼의 적합한 크기는 폐기물의 소비율에 따라서 달라질 수 있다. 하루에 약 250 내지 500 톤의 처리 비율에 대해서, 직경이 3.5 내지 6m, 바람직하게는 4 내지 6 m, 가장 바람직하게는 5.5m인 드럼이 이용되어야만 하는 것을 알 수 있다. 길이는 직경의 6 내지 10 배, 가장 바람직하게는 직경의 약 8배, 적합하게는 최대 40m까지의 범위여야 한다.

드럼은 임의의 적합한 재료, 예를 들어, 연강(mild steel)으로 이용될 수 있다.

회전식 드럼은 기계적으로 단순한 이점을 가진다. 여기에는 분해 위험을 감소시키는, 상대적으로 몇몇의 블로킹(blocking) 문제점 및 거의 없는 이동 부분이 있다.

회전에 의해 야기되는 교반은 폐기물의 마찰(attrition)을 야기하여, 폐기물의 분해에 더 기여한다. 바람직하게, 드럼은 폐기물을 이용하여 높은 레벨로 충진되며, 바람직하게 초기에는 75 내지 90 부피%가 채워진다. 이는 증가되는 마찰, 신속한 열 발생을 야기하여 미생물 처리 용기의 효율적인 이용을 또한 야기한다.

미생물 처리 용기 내의 폐기물의 평균 체류 시간은 적합하게는 18 내지 60 시간, 보다 바람직하게는 24 내지 48 시간, 가장 바람직하게는 약 36 시간이다.

미생물 처리 용기는 바람직하게, 폐기물이 처리 중에 이동되는 용기, 예를 들어, 전술된 바와 같은 드럼을 포함한다. 폐기물은 적합하게 드럼 내의 로딩 지점에서 언로딩 지점으로 이동한다. 전술된 바와 같이, 로딩 및 언로딩은 적합하게, 실질적으로 동시에 발생하며, 새로운(미생물 처리되지 않음) 폐기물은 로딩 단부에 로딩되며, 혼합된 고체 처리된 폐기물은 언로딩 단부로 이동된다. 로딩 및/또는 언로딩 작동이 10 내지 40분, 바람직하게는 약 30분 동안 진행될 수 있다.

하나의 언로딩 작동 또는 로딩 작동이 2 내지 8 시간, 바람직하게는 3 내지 5 시간, 가장 바람직하게는 약 4시간 주기로 각각 다음 언로딩 또는 로딩 작동으로부터 일정 간격을 두는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 "세미 배치(semi batch)" 공정이 실행될 수 있다.

처리 중에, 재료 부피가 25% 만큼 감소할 수 있다. 따라서, 재료 위 가스 공간이 증가할 것이다.

폐기물 재료는 처리되는 폐기물 재료가 충분히 소화되고 충분히 건조되는 단계에서 처리 용기로부터 방출되어야 한다. 이는 통상적으로, 약 48 시간 후에 발생한다. 48 시간 또는 그 미만으로 체류 시간을 제한함으로써, 탄소의 부가적인 손실이 감소될 수 있다.

미생물 처리가 폐기물의 일부 구성성분의 크기를 감소시키는데 효과적임이 발견되었다. 그럼에도 불구하고, 폐기물 구성성분의 크기-감소를 돕기 위한 다른 공정이 이용될 수 있다. 예를 들어, 미생물 활동을 촉진시키기 위해서, 소화 단계에 공급된 폐기물의 일부 매개변수가 바람직하게 제어된다.

예를 들어, 폐기물은 100 mm, 바람직하게는 60 mm, 보다 바람직하게는 50 mm를 초과하는 크기의 입자를 제거하기 위해서, 소화 단계( 또는 가스화 단계) 전에 제 1 공정으로 처리되는 것이 바람직하다(상기 공정이 미생물 처리 단계를 포함하진 않는 경우에 그러하다). 제 1 공정은 제 1 단계 및 제 2 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제 1 단계에서는 매우 큰 대상물이 예를 들어, 손 또는 체질에 의해 제거되며, 상기 제 2 단계에서는 잔여 재료가 예를 들어, 세단에 의해 입자크기를 감소시키도록 처리된다. 당업자들은 적합한 세단 장치를 달성할 수 있다. 세단은 하나의 고정 회전자 또는 두 개의 역 회전(counter-rotating) 회전자를 가질 수 있다.

이와 달리, (미생물 또는 가스화 단계 전에), 폐기물이 입자 크기를 감소시키는 작동, 예를 들어, 초기에 과도한 크기의 입자 제거 없이 세단에 의해 처리될 수 있다. 세단 작동은 특히, 미생물 처리 공정에 있어서 유리하며, 이는 재료를 완전히 혼합하며, 재료 전체에 걸쳐서 미생물 배양균(microbial culture)을 분포시키며 호열성 반응을 매우 신속하게 일으킨다. 세단은 미생물 반응을 촉진시키기 위해서 입자들 사이의 공간을 감소시키는데 이용될 수 있다.

제어될 수 있는 제 2 매개변수는 미생물 처리 단계에서 처리되는 일부분 이상의 폐기물의 평균 수분 함량이다. 이러한 일부분의 폐기물의 평균 수분 레벨은 20 내지 75%, 보다 바람직하게는 30 내지 60%, 가장 바람직하게는 30 내지 50%의 범위가 적합하다.

본 발명에 인용된 모든 수분 레벨은 중량% 이다. 이들은 평균값이며, 100 kg 이상의 폐기물의 양에 있어서 평균에 달한다.

폐기물의 수분 레벨은 고정 온도 및 고정 온도와의 평형 상태에서 폐기물 위의 가스 또는 공기의 수분 레벨을 측정함으로써 측정될 수 있다.

혼합 후에 폐기물에서 유기물 함량 또는 수분 레벨이 낮은 경우에, 공정 수는 제어된 양으로 바람직하게 첨가될 수 있다. 이러한 공정 수는 물 처리로부터의 폐수, 가장 바람직하게는 탈수된 하수 침전물이다. 이러한 재료는 높은 질소 함량을 가지며 미생물 반응에 있어서 촉매제 역할을 한다.

전술된 바와 같이, 미생물 처리 단계에서 처리되는 폐기물의 바람직한 수분 레벨은 제 1 폐기물과 보다 낮은 평균 수분 레벨의 다른 폐기물을 혼합함으로써 달성될 수 있다. 혼합된 가정 폐기물은 통상적으로 30 중량%를 초과하는 수분 레벨을 가진다. 사무실 및 공장으로부터의 상업상 폐기물이 통상적으로 보다 건조하며, 10 내지 30 중량% 범위의 수분 레벨을 가진다.

소화조(digester)에 공급되는 폐기물의 수분 레벨이 여러 형태의 폐기물의 혼합율을 변경시킴으로써 조정될 수 있다. 미생물 소화조에 공급되는 일부분 이상의 폐기물은 20 내지 75 중량%, 바람직하게는 25 내지 65 중량% 범위 내의 수분 레벨을 가지며 이는 보다 신속한 호열성 반응을 촉진시킨다. 그러나, 소화조에 공급되는 폐기물의 일부분은 상대적으로 건조한 상업상 폐기물을 포함할 수 있다. 습한 폐기물의 소화조에 의해 발생되는 열이 처리 용기에 공급되는 전체 폐기물을 처리하기에 충분하다. 그러나, 교반 공정 중에, 상업상 폐기물 및 가정 폐기물은 서로 천천히 혼합되어 혼합물의 전체 수분 함량을 감소시켜서, 처리의 말미에, 수분 레벨은 45 중량%를 초과하지 않으며, 바람직하게는 25 중량%를 초과하지 않는다.

보다 높은 수분 레벨을 갖는 제 1 폐기물이 제어되는 방식으로 혼합 장치 내에서 보다 낮은 수분 레벨을 갖는 다른 폐기물과 혼합될 수 있다. 다른 형태의 폐기물의 상대적인 양이 제어되어 혼합된 폐기물의 결합된 질량에 걸쳐서 바람직한 평균 수분 레벨이 전술된 바와 같이 달성된다.

혼합 단계는 종이 및 (특히 상업상 폐기물에서 흔한) 종이 재료와 같은 흡수성 재료가 (가정 폐기물과 같은) 습한 폐기물과 직접적으로 혼합 되게도 한다. 흡수성 재료는 박테리아 내 풍부한 액체를 흡수하며, 박테리아를 위한 기질을 제공하여 성장하게 하며, 박테리아가 처리되는 폐기물 전체에 걸쳐서 분포되게 한다. 이는 반응 및 혼합을 촉진하여 개선된 소화를 야기한다. 또한, 종이의 습윤은 종이를 분해하는데 기여한다.

미생물 처리 단계의 폐기물 처리에서, 구성요소가 상대적으로 작은 크기 분포를 가지며 가장 큰 치수가 50 mm 또는 그 미만이 되도록, 실질적으로 균질의 생성물을 생성시키는 것이 바람직하다.

혼합 단계는 생성물의 균질성을 개선하는데 기여한다.

그러나, 혼합이 발생하여도 수분 레벨이 폐기물의 국부적인 영역에서 집중되어 유지되며, 이는 상기 국부적인 영역에서 호열성 반응이 시작하여 매우 신속하게 진행시키는데 있어서 충분히 높다.

다른 형태의 폐기물 공급의 상대적인 양이 자동 계량 공급기(automatic weigh feeers)를 이용하여 제어될 수 있다.

예로서, 미생물 처리 중에 폐기물의 수분 레벨은 다음과 같을 수 있다.

높은 유기물 함량 및 50% 보다 높은 수분 레벨을 갖는 가정 폐기물은 45 내지 55 중량%의 평균 수분 레벨을 가지는 혼합물(blend)을 제공하기 위해서 20% 또는 그 미만의 수분 레벨을 가지는 상업상 폐기물과 적합한 비율로 혼합될 수 있다.

미생물 소화 중에, 일부분의 수분이 처리되는 재료 위에 유동되는 공기 및 가스에 의해서 흡수된다. 평균 수분 레벨은 약 30 내지 40 중량%, 바람직하게, 25 내지 30 중량%로 떨어질 수 있다.

미생물 처리 용기의 배출(emptying) 중에, 여전히 높은 잔여 열 레벨을 가지는 폐기물은 전술된 바와 같이 강제 통풍에 의해 건조될 수 있어서, 수분 레벨은 30 내지 40 중량%, 바람직하게 25 내지 30 중량%의 범위로 떨어진다.

미생물 소화 단계에서 처리되는 폐기물은 전술된 바와 같이 건조 플로어(drying floor) 상에서 더 건조될 수 있어서, 수분 레벨은 25 중량% 또는 그 미만으로 떨어진다.

조정될 수 있는 다른 매개변수가 미생물 처리 공정 내 폐기물의 pH이다. 미생물 처리 공정 내 폐기물의 pH는 바람직하게 6.0 내지 8.5, 바람직하게는 6.3 내지 7.3, 가장 바람직하게는 약 6.8이다.

질소 레벨은 미생물 활동에 영향을 줘서, pH 및 질소 함량의 조절이 유리할 수 있다.

미생물 처리 용기에 공급되는 폐기물의 밀도가 너무 낮지 않은 것이 적합하다고 알고 있다. 바람직하게, 밀도는 리터당 450g 이상이며, 바람직하게는 리터랑 750g 이상이다. 게다가, 혼합 단계는 특히 여기서 유용하다. 가정 폐기물은 상대적으로 높은 밀도를 가질 수 있다. 평균 밀도는 비교적 저 밀도를 가지는, 적합한 양의 상업상 폐기물을 혼합함으로써 제어될 수 있다.

사전 처리

전술된 바와 같이, 폐기물은 가스화 또는 미생물 소화 단계('사전 단계') 전에 다양한 형태의 처리에 영향을 받을 수 있다. 바람직하게, 사전 단계는 하기의 모든 단계 또는 임의의 단계를 포함한다.

1. 피킹(picking)

돌, 콘크리트, 금속, 오래된 타이어와 같이 쉽게 연소되지 않는 대상물을 제거하기 위한 초기 처리이다. 100 mm 또는 그 보다 큰 크기를 초과하는 크기를 가지는 대상물이 제거될 수 있다. 공정은 피킹 플로어(picking floor)와 같은, 고정 표면상에서 실행될 수 있다. 이와 달리 또는 부가적으로, 폐기물은 컨베이어와 같은 이동 표면상에서 로딩될 수 있으며, 재료의 기계식 또는 수동식 피킹이 발생하는 피킹 스테이션을 통해 통과한다.

2. 세단

세단은 매우 바람직한 단계이다. 이는 평균 입자 크기를 감소시키도록 실행된다. 여러 소오스로부터 폐기물의 혼합을 증가시키는데 이용될 수도 있다. 이는 처리 공정을 보다 효과적이게도 한다. 세단 공정 중에, 미생물 활동은 시작될 수 있으며, 중온성 상에서 호열성 상으로 매우 신속하게 통과하여 온도를 신속히 상승시킨다.

3. 체질

폐기물은 소정의 범위의 크기를 갖는 입자를 선택하도록 기계식으로 체질될 수 있다. 소정의 범위는 10mm 내지 50mm일 수 있다. 10mm 미만의 크기를 갖는 재료는 먼지, 오물 및 돌을 포함하며, 이는 허용되지 않는다. 폐기물은 연속으로 두 개 이상의 체질 공정으로 처리될 수 있으며, 각각 점진적으로 보다 작은 부분의 입자를 제거한다. 너무 커서 체질 공정에서 제거된 재료는 입자의 평균 크기를 감소시키기 위해서 세단될 수 있다. 수용가능한 크기로 체(screen)에 의해 분류된 재료 및, 수용가능한 경우에, 세단된 재료가 처리 용기에 공급될 수 있다.

후속 처리

폐기물은 미생물 소화 처리 단계 후 그리고 가스화 단계 전 다수의 단계로 처리될 수 있다. 이러한 단계는 임의의 하기의 단계를 포함할 수 있다.

1. 그레이딩(Grading)

재료는 소정의 크기를 초과하는 입자를 제거하기 위해서 체질될 수 있다. 예를 들어, 50 mm를 초과하는 입자는 허용되지 않을 수 있다. 호기성 소화조로 회수되거나 단순히 허용되지 않는 입자의 크기를 감소시키기 위해서 후속적으로 세단될 수 있다.

2. 금속 분류

철 또는 알루미늄과 같은 상대적으로 작은 금속 입자는 시스템을 통해 통과될 수 있다. 이들은 예를 들어, 후속적 단계에서 전자석 또는 자석에 의해 제거될 수 있다. 시스템으로부터 제거된 금속 입자는 적합한 순환 공정으로 통과할 수 있다.

3. 건조

적합하게, 미생물 처리 용기 내의 처리 후, 폐기물은 부가적인 건조 단계에 영향을 받는다. 수분 레벨이 45 중량%를 초과하지 않고, 보다 바람직하게는 35 중량%를 초과하지 않고, 가장 바람직하게는 25 중량%를 초과하지 않는 경우에, 미생물 처리 후, 후속적인 건조가 상대적으로 단순히 실행될 수 있다. 예를 들면 제 1 건조 단계에서, 공기의 강제 흡인을 처리 용기로부터 언로딩 상태 동안 또는 언로딩 상태 후 제공될 수 있다. 이러한 단계 중에, 미생물 소화 단계에 의해 처리되는 폐기물은 여전히 높은 온도(예를 들어, 50 내지 60℃ 범위)일 것이며, 폐기물 위에 공기를 강제통풍시킴으로써 추가의 수분이 제거될 수 있다. 다른 건조 단계는 건조 플로어상에 재료를 배치하는 단계를 포함한다. 이러한 단계에서, 폐기물은 수분 레벨이 떨어지는 중에 적합한 시간 동안 상대적으로 큰 영역 위에 20 cm 이하의 두께로 배치된다. 폐기물은 예를 들어, 기계식 장치 또는 파워 셔블(power shovel)과 같은 수동 장치를 이용하여 회전시킴으로써 교반될 수 있다. 폐기물은 예를 들어, 2 내지 4 시간, 바람직하게는 약 3 시간 간격으로 회전될 수 있다. 바람직하게, 이러한 단계 중에, 수분 레벨은 25 중량% 미만으로 떨어지며, 이후에 어떠한 추가의 생물학적 분해도 발생하지 않는다. 적합하게, 폐기물은 18 내지 48 시간, 바람직하게 24 내지 36 시간, 보다 바람직하게 약 24 시간의 범위의 주기 동안 건조 플로어 상에 놓인다. 에너지의 기계식 유입으로 인해 후속적인 처리 중에 추가의 건조가 발생할 수 있음을 알 수도 있다. 다른 공정 장치로부터의 폐열(waste heat), 예를 들어, 가스화 및/또는 플라즈마 처리 단계로부터의 폐열은 재료를 건조시키는데 이용될 수 있다. 가스화 및/또는 플라즈마 처리 단계에서 발생된 열에 의해 데워진 공기는 미생물 폐기물 처리 용기 내측으로 불어넣을 수 있으며, 이러한 공정의 건조율을 증가시키기 위해서 폐기물 위로 또는 폐기물을 통해 불어넣어 질 수 있다.

이와 달리, 건조 장치는 회전 플래시 건조기(rotary flash drier) 또는 다른 건조 장치를 포함할 수 있다.

4. 펠릿화(pelletising)

처리된 폐기물을 연료로 변환하기 위해서, 폐기물은 크기에 따라서 분류될 수 있으며, 후속적으로 가스화 단계에 이용하기에 적합한 크기의 펠릿을 제공하기 위해서 고밀도화된다. 이러한 펠릿화 단계 중에, 마찰에 의해 야기된 열 및 공기에 대한 추가의 노출로 인해서 폐기물의 추가의 건조가 발생할 수 있다. 바람직하게, 펠릿화를 잘 착수하기 위한, 처리된 재료의 수분 레벨은 10 내지 25 중량% 이다.

미생물 처리 단계가 산업 석탄의 약 절반인 약 14.5 MJ/kg의 발열량을 가지는, 그린 석탄(Green Coal)으로 언급된, 가스화 단계에 이용하기 위한 연료를 제공할 수 있음을 발견하였다.

여러 소오스의 폐기물 재료를 혼합함으로써, 다른 시간에서 미생물 처리 단계에 의해 생성된 연료 또는 여러 위치로부터의 폐기물이:

1. 발열량 - 적합하게 13 내지 16.5 MJ/kg, 바람직하게 12 내지 15 MJ/kg.

2. 밀도 - 적합하게 270 내지 350 kg/㎥, 보다 바람직하게 300 kg/㎥.

3. 수분 레벨 - 30 중량% 미만, 바람직하게 약 20 중량%로 상대적으로 균질일 수 있으며, 상기 발열량은 높을 수 있으며, 해당 내용물이 상당히 많이 건조되는 경우에 그러하다.

본 발명의 공정은 가스화 단계 이전에 그리고 미생물 소화 단계가 이용되는 경우에는 상기 미생물 소화 단계 이후에 열분해 단계를 포함할 수 있다. 미생물 소화 단계로부터 야기된 폐기물은 하기에 기재되는 바와 같이, 열분해 공정에 공급재료(feed)를 공급하는 데에 이용될 수 있다.

본 발명의 장치는 미생물 처리된 폐기물을 처리 용기로부터 열분해 하기 위한 수단(즉, 열분해 유닛)에 공급하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

공정이 가스화 단계 이전에 열분해 단계를 포함하는 경우에, 바람직하게는 열분해된 폐기물은 가스화가 발생되는 가스화 유닛 내에 공급된다. 이는 일반적으로, 열분해된 재료가 고온이 되는 것을 요구할 것이며, 가스화 공정은 바람직하게는 열분해 공정 직후 발생한다.

장치는 가스화 유닛과 유체 연통된 미생물 소화 유닛을 포함할 수 있으며 상기 가스화 유닛은 플라즈마 처리 유닛과 유체 연통될 수 있어서, 미생물 처리로부터 처리된 폐기물이 가스화 유닛으로 전달될 수 있으며 가스화 단계로부터 야기된 오프가스 및 차르가 플라즈마 처리 유닛으로 전달될 수 있다.

장치는 연속 공정으로 폐기물을 처리하게 할 수 있다. 미생물 소화 단계는 통상적으로, 세미 배치 - 정통 방식(wise fashion)으로 실행될 수 있지만, 열분해 및 가스화 공정은 통상적으로, 재료의 연속 공급을 필요로 하며, 예를 들어, 공급 호퍼의 형태로 중간 저장 수단(interim storage means)이 제공될 수 있다. 미생물 처리 공정으로부터 처리된 폐기물을 수용하고 중간 저장 수단에 상기 처리된 폐기물을 공급하기 위한 제 1 전달 수단, 및 열분해 장치 또는 가스화 장치에 중간 저장 수단으로부터 저장 처리된 폐기물을 공급하기 위한 제 2 공급 장치가 있는 것이 바람직하다. 제 2 공급 수단은 실질적으로 연속적으로 작동되는 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 공급 장치는 임의의 적합한 수단, 예를 들어, 컨베이어 벨트 또는 나사 공급기를 포함할 수 있다.

본 발명의 공정의 바람직한 실시예가 도 2에 도시되어 있으며, 도 2는:

원재료가 회전식 호기성 소화 유닛(RAD) 내에서 호기성 미생물 소화에 처리되는 제 1 단계,

오프가스 및 차르를 생성시키는, 가스화 유닛(가스화 장치) 내에서 회전 소화 단계의 생성물을 가스화하는 단계를 포함하는 제 2 단계,

플라즈마 유닛(플라즈마 노) 내에서 플라즈마 처리 공정으로 차르 및 오프가스를 처리하며, (폐기되는) 유리화된 고형 슬래그 및 합성 가스를 생성시키는 단계를 포함하는 제 3 단계,

합성 가스를 세정하는 단계를 포함하는 제 4 단계,

합성 가스를 배출시키거나 가스 엔진 또는 가스 터빈(도면에서 '파워 아일랜드(power island)'로 지칭됨) 내의 합성가스를 배출시켜 전기 에너지를 생성시키고 연소된 합성가스를 배출하는 단계를 포함하는 제 5 단계를 나타내고 있다. 합성가스를 연소하거나 플라즈마 단계에서 생성된 열은 폐기물 재료를 건조하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 공정의 다른 바람직한 실시예는 도 5에 도시되어 있으며, 도 5는:

원 폐기물(raw waste)이 회전식 호기성 소화 유닛(RAD) 내에서 호기성 미생물 소화 처리되는 단계 A,

단계 A로부터 야기된 폐기물 공급원료가 가스화 장치 내에서 처리되어 1500℃로 플라즈마 유닛 내에서 처리되는, 오프가스 및 차르를 생성시키는 단계 B,

단계 B 및 단계 I에서 생성되는 고온 가스가 가스 냉각 시스템에서 냉각되는 단계 C,

가스를 세정 단계에서 선택적으로 처리하는 단계를 포함하는 단계 D,

가스를 선택적으로 압축하고 저장하는 단계를 포함하는 단계 E,

단계 E로부터의 가스가 전기를 발생시키도록 발생기(EG2-도시되지 않음)에 직접 연결되는 가스 터빈을 통해서 통과하는 단계 F,

가스가 열 회수 증기 발생기를 통해 통과하는 단계 G,

가스를 스택(stack)에서 배출시키고 연료 가스를 모니터링하는 단계를 포함하는 단계 H,

단계 C 및/또는 단계 G로부터 고압 증기가 증기 터빈을 통과하여 전기 발생기 1(EG1)를 이용하여 전기를 발생시키는 단계 I를 나타내고 있다. 터빈으로부터의 저 압력 스팀은 단계 J에서의 별도의 냉각 타워 및 단계 K에서의 공급수 시스템에 근접 연결식 응축기(close-coupled condenser)를 통해 통과한다. 단계 I 및/또는 F에서 발생되는 전기는 단계 L로 분포될 수 있으며, 이는(단계 M에 의해 대표되는) 장치의 임의의 일부분 또는 외측으로 전달(단계 N)될 수 있다.

전술된 바와 같이, 산소 및/또는 스팀이 가스화 유닛 또는 열분해 유닛 및/또는 플라즈마 처리 유닛에 도입될 수 있다.

본 발명은 하기의 비 제한 예로 더 예시될 것이다.

예

가스화 장치 구성(set-up) 및 작동(도 3 참조)

FBG(유동 층 가스화 장치)는 복합 내화 라이닝(composite refractory lining)과 정렬된 수직, 원형의 연강 용기를 포함한다. 가스화 장치 외피(shell)의 외부 치수는 1.83 m의 직경 × 5.18 m의 높이를 가지며, 내경은 0.254m이며, 확대된 층의 높이는 약 1.0m이다.

FBG 층 매체로서 알루미나 실리케이트 세라믹 입자의 가열된 층을 이용한다. RDF(폐기물 가공 연료) 공급원료가 제어된 비율로, 고형 연료 공급장치 시스템을 통해 FBG(1)에 연속으로 공급된다. 수용된 상태(as-received)의 공급원료가 벨트 컨베이어(2)에 의해 서지 호퍼(surge hopper; 3)에 전달되며, 여기서 가변성 속도 나사 컨베이어는 고형 연료 공급장치 시스템의 부피 공급율을 제어한다. 이는 에어어록(airlock)으로 배출된다. 일정 속도 나사 컨베이어가 에어록으로부터 층의 상부면 위에 장입되는 유동층(1)으로 공급재료를 전달하도록 이용된다. 부가적인 불활성 가스 퍼지처리가 호퍼 및 에어록으로 이용되어 공급재료 스트림으로의 공기 유입 또는 가스 배출을 방지한다.

프로판 연료형 하부 층 예열 시스템(propan fuelled under-bed preheating system)이 이용되어 층의 온도를 420℃로 상승시킨다. 이때, 목재 펠릿(wood-pellets)은 별도의 공급기를 통해 에어록으로 공급되어 층의 온도를 600℃로 상승시키며, 이는 제 2의 프로판 공급원이 중단되는 경우에 그러하며, 700℃에서, 제 1 프로판 공급원이 중지된다. 목재 펠릿 공급재료가 RDF에 의해 대체될 때, 800 내지 850℃의 작동 온도를 달성하도록 계속 공급된다.

산소는 10 내지 11 개의 실린더 멀티-팩 '타이탄(Titan)'으로부터 공급된다. 유동률이 최대 500 Nlpm까지 정해진 질량 유동 제어기(MFC)를 통해 제어된다.

산소: 산소 및 스팀은 층 아래 위치된 상향 노즐을 통한 주입 전에 혼합된다. 개별적인 스팀 및 산소 공급율은 면밀히 측정되어 RDF의 공급율과 조화시켜 가스화 장치가 설계 작동 범위 내에서 작동하게 한다.

복합 압력 및 온도 센서가 FBG 작동을 정밀하게 측정하고 제어하는데 이용된다. 안전한 인터록(interlock)이 형성되어 유닛이 특정 작동 한계 밖의 상태가 되는 경우에 시스템의 폐쇄 및 경보(alarming)를 보장한다.

FBG가 존재하는 오프가스가 내화성 정렬식 강 덕트(5) 내의 플라즈마 변환기 유닛(4)에 전달된다.

플라즈마 변환기 설치

플라즈마 변환기(전극 및 매니퓰레이터 장치(manipulator arrangement))가 도 4에 개략적으로 도시되어 있으며 하기의 섹션:

ⅰ) 상부 외피 섹션 내에 부가적인 이중 스킨형 수 냉 자켓(double skinned water cooling jacket) 및 일년의 수 냉각된 구리 핑거부(water cooled copper fingers; 7)를 가지며, 슬래그 라인에 내화성을 위해서 부가적인 보호를 제공하는 내화성 정렬식 연강 외피(6). 내화물질이 1800℃의 최대 사용 한계 상태에서 91%의 Al₂O₃, 7%의 MgO 및 2%의 CaO를 포함하는 캐스트 알루미나 스피넬(cast alumina spinel)이다. 변환기의 베이스 내의 150 mm 직경을 갖는 원통형 스틸 바가 단일 전극 작동을 위한 회귀(음극) 전극을 제공한다. 노(furnace hearth) 내의 탭홀(taphole; 8)이 용융 슬래그의 간헐적인 제거를 허용하며, 변환기가 압력 측정 및 카메라 관찰(camera viewing)을 위해 상부 외피 영역 내에 개구를 가진다. 내화재료 온도가 B-형 열전대(최대 1800℃)를 이용하여 8 개의 위치에서 측정되며, K-형 열전대(최대 1300℃)를 이용하여 2 개의 위치에서 회귀 전극내에서 측정된다.

ⅱ) 5 개의 큰 개구, 즉: 단일 전극 공작물(work)(10)용 중앙 포트, FBG 공급부(11)로부터 가스 공급을 위한 측면 포트인, 오프가스 포트(12) 및 특대 층 재료의 고형 공급을 위한 포트(도시되지 않음) 및 여분의 일반적 액세스 포트(access port; 13)를 가지는 원뿔형 연강의, 내화성 정렬식, 수 자켓형 루프(9). 보호 케이스 내에 플라즈마 변환기 내부 관찰을 허용하는 작은 원격 비디오 카메라를 수용하는 보다 작은 카메라 포트도 있다. 전술된 바와 같이 내화 온도 측정을 위한 두 개의 열전대 홀이 있다. 루프가 전극 매니퓰레이터 및 오프가스 도관재료(ducting)를 위한 위치 지점을 제공한다.

ⅲ) 중하중용 휠(heavy-duty wheels)상에 장착되는 강 지지부 스탠드(14) 및 플라즈마 변환기의 용이한 제거 및 설치를 위한 궤도 트랙(railway tracks).

ⅳ) 전극(15) 및 매니퓰레이터 시스템(16)을 포함한다. 전극(15) 및 매니퓰레이터 시스템에서 음극 모션(cathode electrode motion)이 (수직의) 중앙, 단일 축 매니퓰레이터에 의해 제어되며, 이는 서보 모터(servo-motor) 및 기어박스(gearbox)를 통해 가동되는 중하중용 선형 활주면(linear slideway)으로 구성되어 있다. 전극 클램핑 장치(17)가 수송 플레이트(carriage plate)에 고정되며, 전체 조립체가 전기적 절연 세라믹 및 유리섬유 링(fibreglass ring) 상에 장착되며, 스페이서는 플라즈마 장치의 측면 아크(side arcing)를 방지한다. 매니퓰레이터의 베이스는 플라즈마 변환기를 통해 통과하는 전극 또는 회중전등(torch)을 위한 수 냉 패킹 글랜드형 밀봉부(water cooled packing gland type seal)를 포함하는 밀봉 조립체에 놓인다. 최대 100mm 까지의 전극 직경이 이러한 중앙 포트를 통해 수용될 수 있으며, 최대 스트로크(stroke)가 1000 mm이다. 흑연 전극은 중앙에 천공처리되며, 불활성 플라즈마 가스가 이러한 도관을 통해 주입된다.

단일 매니퓰레이터의 이용은 단일 전극(음극) 작동 모드를 허용하며, 전류를 위한 회귀 통로(return path)는 변환기의 베이스 내의 강 회귀 전극(양극)을 통한다.

작동중에, 가스화 장치로부터의 오염된 오프가스(dirty offgas)가 내화성 정렬식 덕트를 통해 플라즈마 변환기로 유동한다. 부가적인 산소 및 스팀은 입구 지점에서 가스 스트림으로 변환기 내측으로 축선방향 주입된다.

변환기 스테이지에서 산화제의 추가 및 고온은 유기 종의 열분해 및 개질(reforming)을 촉진시키며, 그을음(sooty) 및 차르 생성물의 가스화를 촉진시킨다. 플라즈마 아크에서 전력이 제어되어 유닛에 존재하는 가스의 온도를 1000℃ 이하에서 1300℃(~1000℃ - 1300℃) 까지 유지시킨다. 가스화 장치로부터 운반되는 재 입자는 없어질 것이며, 용융물로 흡수될 것이다. 변환기 유닛 내에서의 처리 후에, 합성 가스는 유닛의 베이스 내의 제 2 가스 포트를 통해 배출된다.

예 1 : 바이오매스 목재 펠릿의 처리

목재 펠릿을 처리하기 위한 일반적인 방법론이 하기에 기재되어 있다. 가스화 장치로의 목재 펠릿의 공급율은 평균 42 kg/h이다. 개략적인 FBG 내에 사용된 작동 상태는 층 온도를 약 800℃로 유지시키며, 플라즈마 변환기에서, 1250℃의 소정의 (평가된) 배기가스 온도가 표 4에 표시되어 있다. 이러한 도면은 이론적으로 작동 요건에 밀접한 상호관련성이 있다.

예 2: RDF 재료의 처리

RDF 재료의 처리를 위한 방법론이 하기에 기재되어 있다. RDF는 상업용 열 처리 설비로부터 달성된다. 상기 재료의 일반적 조성은 표 1에 표시되어 있다. 재료는 40.5 kg/h의 평균 비율로 공급된다. 개략적인 FBG에 사용되는 작동 상태는 층 온도를 약 800℃로 유지시키며, 1250℃의 소정의 (평가된) 배기가스 온도가 표 5에 표시되어 있다. 이론적인 면과 실험적으로 유도된 값 사이에는 양호한 상호관련성이 있다.

Claims (19)

1. 폐기물 처리 방법으로서,
   (ⅰ) 폐기물을 열분해 유닛 내에서 처리하여 오프가스 및 비-부유, 고형 차르 재료를 생성하는 것을 포함하는 열분해 단계; 그리고
   (ⅱ) 상기 오프가스 및 상기 비-부유, 고형 차르 재료를 산소의 존재하의 또는 산소 및 스팀의 존재하의 플라즈마 처리 유닛 내에서 플라즈마 처리하는 것을 포함하는 플라즈마 처리 단계;를 포함하며,
   상기 플라즈마 처리 유닛이 열분해 유닛으로부터 분리된
   폐기물 처리 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 폐기물 처리 방법은 상기 열분해 단계에 앞서서, 상기 폐기물을 미생물 소화로 처리하는 단계를 더 포함하는
   폐기물 처리 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 열분해 단계는 400℃ 또는 그보다 높은 온도에서 실행되는
   폐기물 처리 방법.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 플라즈마 처리 단계에서의 산소 대 스팀의 중량 비율이 10:1 내지 2:5인
   폐기물 처리 방법.
   
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 열분해 단계에서의 폐기물 처리 전에, 상기 폐기물을 건조하는 단계를 더 포함하는
   폐기물 처리 방법.
   
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 폐기물이 피킹(picking), 세단(shredding), 건조, 스크리닝(screening), 혼합(mixing) 및 융합(blending)으로부터 선택된 하나 이상의 전-처리를 거치는
   폐기물 처리 방법.
   
7. 제 2 항에 있어서,
   호기성 미생물 소화가 호기성 미생물 소화 유닛 내에서 실행되며,
   상기 호기성 미생물 소화 유닛 내의 가스의 산소 함량이 5 부피% 이상인
   폐기물 처리 방법.
   
8. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 미생물 소화 이전에 상기 폐기물의 수분 함량이 20 내지 75 중량%인 것 및
   상기 미생물 소화로 처리한 후에 상기 폐기물의 수분 함량이 30 중량% 또는 그 미만인 것 중 하나 이상의 특징을 가지는
   폐기물 처리 방법.
   
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 열분해 단계에서의 폐기물 처리 직전에 상기 폐기물의 수분 함량이 20 중량% 또는 그 미만인
   폐기물 처리 방법.
   
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 폐기물의 플라즈마 처리가 1100 내지 1600℃의 온도에서 실행되는
    폐기물 처리 방법.
    
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 폐기물의 플라즈마 처리가
    질소, 아르곤, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 스팀 중 하나 또는 그 이상으로부터 선택되는 플라즈마 안정 가스의 존재하에서 실행되는
    폐기물 처리 방법.
    
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    (i) 상기 플라즈마 처리 유닛 내에 생성되는 가스 그리고
    (ii) 상기 플라즈마 처리 유닛 내에 생성되는 고형 재료, 용융 재료 또는 고형 및 용융 재료
    중 하나 이상을 수집하는 단계를 더 포함하는
    폐기물 처리 방법.
    
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    가스 플라즈마 처리로부터 생성되는 가스를 가스 엔진 또는 가스 터빈에 이용하여 전기를 발생시키는
    폐기물 처리 방법.
    
14. 제 1 항에 따른 폐기물 처리 방법을 실행하기 위한 장치로서,
    (ⅰ) 열분해 유닛, 및 (ⅱ) 플라즈마 처리 유닛을 포함하거나
    (ⅰ) 열분해 유닛, (ⅱ) 플라즈마 처리 유닛 및 (iii) 폐기물을 미생물 소화로 처리하기 위한 유닛을 포함하며,
    상기 플라즈마 처리 유닛은 산소용 유입구를 포함하거나 산소용 유입구 및 스팀용 유입구를 포함하며, 상기 오프가스 및 상기 비-부유, 고형 차르 재료를 상기 열분해 유닛으로부터 상기 플라즈마 처리 유닛으로 전달하기 위한 수단이 제공되며,
    상기 플라즈마 처리 유닛은 상기 열분해 유닛으로부터 분리된
    폐기물 처리 장치.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 폐기물 처리 장치는 전기를 발생시키기 위한 가스 터빈 또는 가스 엔진을 더 포함하며,
    상기 가스 터빈은 상기 플라즈마 처리 유닛과 유체 연통되어 상기 플라즈마 처리 유닛으로부터의 플라즈마 처리된 가스가 상기 가스 터빈에 공급될 수 있는
    폐기물 처리 장치.
16. 제 2 항에 있어서,
    상기 폐기물을 미생물 소화로 처리하는 단계는 호기성 미생물 소화 단계인
    폐기물 처리 방법.
    
17. 제 5 항에 있어서,
    상기 폐기물을 건조하는 단계는, 상기 폐기물 위로 또는 폐기물을 통해 가열된 공기 또는 스팀을 불어넣음으로써 수행되는,
    폐기물 처리 방법.
    
18. 제 5 항에 있어서,
    상기 폐기물 처리 방법 중의 임의의 다른 단계에서 생성된 열을 이용함으로써 상기 폐기물이 건조되는
    폐기물 처리 방법.
    
19. 제 7 항에 있어서,
    상기 호기성 미생물 소화 유닛이 매분 1회전 내지 매 10 분 1 회전의 속도로 회전되는 회전식 유닛인
    폐기물 처리 방법.

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