KR101522304B1

KR101522304B1 - 노

Info

Publication number: KR101522304B1
Application number: KR1020097023402A
Authority: KR
Inventors: 판리 멩
Original assignee: 판리 멩
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2015-05-28
Also published as: EA016681B1; BRPI0809591A2; EP2147254A2; US20100224109A1; JP5330372B2; UA100239C2; KR20100016379A; CA2687250A1; EA200901390A1; CN101715532B; EP2147254B1; WO2008122896A3; CN101715532A; WO2008122896A2; CA2687250C; JP2010523934A; MX2009011014A; IN2009DN07231A; US8578869B2

Abstract

금속 파편에 있는 유기물을 탈-코팅 및/또는 특정 형태의 폐기물(바이오매스, 도시 고형 폐기물, 산업 폐기물, 및 슬러지 포함)로부터 유기물을 가스화하는 배치 처리 방법 및 장치. 장치는 알루미늄 업계에서 금속 파편을 녹이는데 사용되는 형태의 경사진 단일 입구 회전로를 처리 작업에 적합하다. 장치는 경사진 회전로에 있는 버너를 사용하지만 금속 파편을 녹일 필요는 없다. 경사진 회전로에서 유기물을 부분적으로 연소시키기 위해, 금속 파편의 녹는점보다 낮고(<1400°F) 화학량론 레벨보다 낮게(보다 상세하게, <12% 산소) 작동하는 것이 바람직하다. 가스화된 유기물은 그 어떤 공기도 송기관 가스에 부유되지 않는 완전히 폐쇄된 회로 상태로 노를 빠져나간다. 이러한 충전 가스(합성 가스)는 화학량론 버너가 합성 가스를 점화시키기 위해 천연가스 또는 액체 연료를 사용하는 분리된 열 산화기에서 완전히 소각된다. 시스템은 유기물이 완전히 가스화되고 금속 파편이 완전히 세정되는 때를 인식할 수 있다.

유기물, 금속 파편, 탈-코팅, 폐기물, 바이오매스, 슬러지, 처리, 노, 버너, 가스화

Description

노{Furnace}

본 발명은 유기적으로 코팅된 폐기물 및 바이오매스(biomass), 산업 폐기물, 도시 고형 폐기물 및 슬러지를 포함하는 유기물을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

단일-개방단 경사식 회전로(rotary furnace)는, 유기물을 포함하는 불순물을 함유하는 쓰레기로부터, 알루미늄과 같은 더러운 금속(예를 들어, 미국 특허 번호 제6,572,674호(Yerushalmi) 및 제6,676,888호(Mansell) 참조)을 녹이기 위해 금속 산업에 이용된다. 보다 상세하게, 이러한 노들은 알루미늄 드로스(dross) 처리를 위해 이용된다. 일반적으로 이러한 노들은 예를 들어, 1400°F 내지 2000°F의 범위의 고온에서 작동하고, 처리 후 금속 파편은 용해된 상태(유체 상태)이다. 이러한 노들은 금속 파편을 노 안에서 가열 및 용해시키기 위해 공기 연료 버너들 또는 산소-연료 버너들 중 어느 하나를 이용한다. 미국 특허 번호 제6,572,675호(Yerushalmi)에 개시된 바와 같이, 일반적으로 이러한 노들은 1.8 내지 1.21 범위의 산소-연료의 비율로 작동한다. 이러한 범위는 노의 내부 분위기에 주입되는 연료의 거의 완전한 산화를 보장한다. 이러한 높은 산소/연료 비율은 이러한 경사식 회전로에서 높은 연료 효율(용해된 알류미늄의 Lb당 사용된 연료의 BTU)을 보장한다.

또한, 미국 특허 번호 제6,572,675호(Yerushalmi) 및 제6,676,888호(Mansell)에 개시된 바와 같이, 이러한 형태의 모든 노들에서 배기 가스는 개방 후드 시스템에 수거된다. 개방 후드 시스템은 회전로에서 배출되는 배출 가스를 포집 및 수거하도록 설계된다. 개방 후드 시스템은 고온의 배기 가스와 함께 광범위한 불순물(비연소 유기물, 분진, 및 다른 불순물들)을 수거한다. 이러한 불순물들은 고온의 기체에 부유되어 그것과 함께 이동한다. 개방 후드 시스템은 또한 고온 배출 가스에 더하여, 상당한 양의 주변 공기를(노의 외부로부터) 후드 속으로 부유시켜서, 공기와 오염된 배기 가스가 완전히 혼합되게 한다.

미국 특허 출원 번호 제2005/0077658호(Zdolshek)는 부유된 공기와 함께 오염된 기체들을 수용하여, 분진들이 사이클론에 의해 대부분 제거되는 증기(fume) 처리 시스템을 통해 그것을 통과시키고, 탄화수소가 분리된 독립형 소각로에서 소각되는 개방 후드 시스템을 개시한다. 소각로를 나오는 기체들은 백하우스(baghouse)를 향해 배기된다. 이러한 장치는 그것을 배출하기 전에 기체들을 처리하기 위해 설계된다.

송기관(flue)으로부터 다소의 열을 재생하기 위해 배기 가스를 이용하는 예는 미국 특허 번호 제4,697,792호(Fink)에 개시되어 있다. 이 특허에서 고온의 기체들은 회복기(recuperator) 안으로 들어가고, 회복기는 이러한 기체들을 이용하여 연소 공기를 예열하는데 사용하고 예열된 연소 공기는 송풍기를 통해 버너로 송풍된다. 따라서, 배기 가스는 연소 공기를 예열하는데만 사용되는 개방 회로 시스템 이다.

일반적으로 이러한 노들에 있어서, 용해 사이클의 끝단에서, 노들은 전방으로 경사져서, 금속 스컬(skull) 용기 속으로 용해된 금속을 먼저 비운다. 그 후, 철 화합물일 수 있는 찌꺼기, 및 공정에서 사용되는 염(salt) 및 알루미늄 산화물을 포함하는 나머지 부유 불순물들은 돌출된 스키밍(skimming) 장치를 통해 노의 내부로부터 걷어내어 진다.

종래의 고정된 회전로(두 개의 대향된 작동 입구점)에 대한 미국 특허 번호 제4,697,792호(fink), 제6,572,675호(Yerushalmi) 및 제6,676,888호(Mansell)에 개시된 경사진 회전로(단일 작동 입구점 노)의 장점들은 다음과 같다.

- 용해된 금속의 신속한 주입(중력에 의해 제어).

- 용해된 금속 찌꺼기(염, 알루미늄 산화물 등)를 신속히 쏟아내서 금속 파편의 후 공정이 신속해 짐.

- 노의 내부 내열성 벽과 금속 파편 사이의 보다 높은 열전달을 허용하는 노 벽에 의한 보다 큰 열전달 면적, 그에 따른 연료 절감에 의한 용해 공정의 가속화.

- 보다 큰 기체 잔류 시간 : 회전로의 세로 경로를 따른 고온의 연소 가스의 두 개의 통로(path or flight)는 보다 높은 열전달을 보장함은 물론 보다 높은 용량을 제공함.

회전로에서 나오는 폐기물을 가스화시키기 위해 부-화학량론(sub-stoichiometric) 고온 가스를 이용하는 예는 미국 특허 번호 제5,553,554호(Urich)에 나타나 있으며, 폐기물을 가스화시키기 위해 두 개의 대향된 입구점들(단일의 입구점 경사진 회전로가 아님)을 가진 연속적으로 작동되는 노의 사용이 개시되어 있다. 전술한 특허에 있어서, 유기 폐기물은 회전로 속으로 연속적인 방식으로 공급하는 램(ram)을 가진 호퍼(hopper)를 통해 공급된다. 또한, 이 시스템에 있어서, 버너가 회전로에 설치되어 공기를 도입시킴으로써 노 속으로 직접적인 불꽃 가열을 제공한다. 시스템 공정 제어는 유기물이 완전히 가스화되는 시기를 예측하는 메커니즘을 가지지 않는다. 따라서, 시스템은 폐기물에 있는 유기물의 량과 무관하게, 폐기물을 위한 고정된 처리 시간 동안 작동한다. 이것은 본질적으로 폐기물을 과도하게 녹여서 에너지를 소비하거나 폐기물을 덜 녹여서 유기물이 완전히 연소되지 않고 폐기물이 재와 함께 노의 끝단을 덮게 됨으로써 환경 문제 또는 비연소된 탄화 수소 형태의 잠재적인 에너지 손실을 생성하는 문제를 야기한다.

본 발명은 유기물 및 유기 코팅된 금속을 처리하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

따라서, 본 발명은 유기적으로 코팅된 폐기물 및 바이오매스, 산업 폐기물, 도시 고형 폐기물 및 슬러지를 포함하는 유기물과 같은 물질을 처리하는 장치를 제공하며, 본체부, 단일의 물질 입구점, 및 상기 물질 입구점과 상기 본체부 사이의 테이퍼부를 가진 회전 가능하고 경사질 수 있는 노(furnace); 세로축에 대해 노를 회전시키는 수단; 노를 경사지게 하는 수단; 상기 물질을 처리함으로써 방출되는 기체에서 활성 유기 화합물을 적어도 부분적으로 산화시키는 수단; 및 상기 노로부터 상기 산화 수단까지 상기 기체를 안내하기 위한 운송 수단을 구비하고; 상기 운송 수단은 상기 노와 상기 버너에 밀봉됨으로써 외부 공기의 침임을 방지한다.

본 발명은 또한 유기적으로 코팅된 폐기물, 바이오매스, 산업 폐기물, 도시 고형 폐기물 및 슬러지를 포함하는 유기물과 같은 물질을 처리하는 방법을 제공하고, 본체부, 단일의 물질 입구점, 및 상기 물질 입구점과 상기 본체부 사이의 테이퍼부를 가진 회전 가능하고 경사질 수 있는 노(furnace)를 제공하는 단계; 세로축에 대해 노를 회전시키는 단계; 물질을 상기 노 속으로 도입시키는 단계; 상기 유기물이 활성 유기 화합물을 포함하는 기체를 생성하는 온도까지 물질을 가열하는 단계; 처리하는 동안 노 내부의 산소 레벨을 화학량론 등가 레벨 이하로 유지하는 단계; 상기 활성 유기 화합물을 소각하기 위해, 상기 노로부터 열 산화기까지 배기되는 상기 기체가 외부 공기로부터 배제시키도록 밀봉된 운송 수단을 통해 기체를 산화 수단까지 통과시키는 단계; 및 효율적인 동작을 위해 상기 노 및 상기 산화 수단 내부의 각각의 온도를 유지하는 단계를 포함한다.

유기물 또는 바이오매스, 도시 고형 폐기물, 슬러리 등과 같은 폐기물을 금속 파편 물질로부터 탈-코팅하는 방법은 가스화(gasification)로 일반적으로 알려진 공정을 이용한다.

바람직한 방법은 단일의 작동 입구 점을 가진 회전 경사로를 사용하고, 노는 병 모양을 가지고, 중하중과 고온에 견딜 수 있는 내열성 물질로 설비되어 있고 노는 중앙 세로축을 따라 회전될 수 있다. 노는 단일의 작동 입구를 가지고, 처리되는 물질을 가열하는 버너 및 배기 가스를 운송하기 위한 송기관이 마련된 기밀성 도어를 포함한다.

열 산화기(thermal oxidizer)는 순수 연료(천연 가스 또는 기름과 같은) 및/또는 VOC 가스들 모두를 사용할 수 있는 다중 연료 버너를 구비할 수 있다. 공조 시스템은 노 내부의 온도를 제어하기 위해 마련되고, 백하우스로 가는 온도를 제어하는 제2 공조 시스템 역시 제공된다. 공정 제어 시스템은 가스화 공정 동안 노 시스템의 연소 산소 레벨을 화학량론 이하(<2% 내지 12%)로 유지하기 위해 제공된다. 또한, 제어 시스템은 사이클 동안 시스템 압력을 일정하게 유지하는 것을 보장한다. 제어 시스템은 시스템 내부로부터 신호를 수신하기 위해 산소 및 일산화탄소의 화합물 센서들, 열 센서들, 가스 분석기들 및 압력 센서들을 이용한다.

회전로는 바람직하게 금속 파편의 녹는점보다 낮은 온도에서 작동하도록 설계된다. 노 가열은 버너 또는 소위 부-화학량론 연소(burn)에서 산소가 희박한 고온 기체를 분사하는 고속 란스(lance)를 통해 수행된다. 연소가 산소(화학량론적)를 고갈시키므로, 회전로의 분위기 내부에서는 파편 유기물의 부분적 산화만이 얻어진다. 이러한 부분적 산화는 또한 금속 파편으로부터 유기물을 가스화하기 위해 필요한 열의 부분을 제공한다. 배기 가스는 도관을 통해 회전로 분위기를 떠나고, 활성 유기 화합물(VOC)을 포함한다. 이러한 가스들은 그 후 대기로 배출되기 전에 소각되어 열 산화기 안에서 실질적으로 완전히 산화된다.

수직 열 산화기는 타르(tar)를 완전히 소각시켜, 회전로 내부의 금속 파편으로부터 자유로워지는 활성 유기 화합물의 완전한 산화를 위해 필요한 2초의 잔류 시간을 제공한다. 이를 달성하기 위해, 열 산화기는 산소 레벨이 2% 내지 12% 범위에서 그리고 활성 유기 화합물과 산소 사이의 혼합을 통해 고온(2400°F)으로 작동한다. 열 산화기는 열 산화기 분위기를 가열하기 위해 다중-연료 버너를 사용한다. 이러한 다중-연료 버너는 순수 연료(천연 가스, 디젤유) 및 회전로로부터 받게 되는 활성 유기 화합물 가스 모두를 연소시키도록 설계된다.

계속해서, 가스들은 분진 또는 유해 가스들을 제거하기 위해 하류(downstream) 처리 후 대기로 방출된다.

일 실시예에 있어서, 고온의 가스는 산화기로부터 공조 시스템을 통과하고, 거기서 기체 온도 및 산소 레벨 모두 가해진 파편(scrap) 형태, 및 회전로 동작에 요구되는 조건에 따라 조절된다. 일반적으로 탈-코팅 목적으로, 가스 온도는 물질 및 탈-코팅 단계에 따라 1000°F이하로 유지되고, 산소 레벨은 2% 내지 12% 범위로 유지된다. 폐기물(바이오매스, 도시 고형 폐기물, 산업 폐기물, 및 슬러지를 포함하는)의 가스화를 위하여, 가스 온도는 1380°F만큼 높을 수 있고, 산소 레벨은 4% 이하로 유지될 수 있다.

그 후, 이러한 가스들은 공조 온도를 이용하여 회전로에 복귀되고 산소 레벨(부-화학량론)은 고속 노즐을 통해 회전로 내부 분위기로 도입된다. 이러한 가스들은 회전로 내부를 고속으로 이동하여 금속 파편에 충돌한다. 노즐 또는 란스가 산화기로부터 부-화학량론 가스를 주입하는 동안 회전로 동작의 일부분은 연속적인 회전이다. 노의 회전은 파편의 혼합뿐만 아니라 충돌되는 가스의 고온 흐름에 금속 파편의 노출을 도와서 파편을 새롭게 한다. 노의 회전 속도 및 버너의 연소 정도 또는 란스의 가스 주입 속도는 처리될 물질에 따라 다르다. 이러한 인자들은 제어 시스템 논리에 의해 정의되고, 생산 필요 조건 및 처리될 물질의 형태에 의존한다. 금속 파편 탈-코팅 공정 동안 회전로 분위기는 지배적으로 다음 조건들(온도 < 1000°, 산소 레벨 < 2% 내지 12%)로 유지된다. 이러한 두 개의 조건들은 알루미늄 금속 파편이 산화되지 않는 것을 보장한다.

여러 가지의 센서들은 노가 작동하는 동안 데이터의 연속적인 흐름을 전송하기 위해 회전로 내부에 설치된다. 이러한 센서들은 대기 온도를 측정하는 열전쌍 뿐만 아니라 압력 센서, 산소 센서 및 CO 센서를 포함한다. 이러한 데이터는 연속적으로 입력되고 신호들은 공정 제어 시스템으로 전송된다. 공정 제어 시스템은 이러한 데이터를 사용하여 란스(복귀 가스) 온도, 산소 레벨, 란스 속도 및 회전로의 회전 속도를 포함하는 다양한 인자들을 조절한다. 탈-코팅 마무리 시간을 제어하기 위해, 회전로 속으로 들어가는 가스 및 회전로를 나오는 가스 모두는 정밀한 가스 분석기에 의해 폐쇄 회로에서 감시된다. 가스 분석기는 산소 레벨과 CO 레벨 모두를 기록한다.

탈-코팅 작업 동안, 회전로를 나오는 산소 레벨은 회전로 속으로 들어가는 레벨보다 더 낮고 CO 레벨과 정확히 반대된다. 탈-코팅 공정이 완료될 즈음에, 노 내부의 유기물은 지배적으로 가스화되고, CO 레벨과 산소 레벨 모두는 더 가깝게 움직여 최종적으로 동일하게 된다. 도관에서의 가스 분석기로부터의 두 개의 신호들의 이러한 평준화(leveling)는 가스에서 모든 유기물의 배출 및 탈-코팅/가스화 공정의 완료를 알리는 것이다.

산화기로부터 재순환하는 가스를 이용한 경사진, 회전 탈-코팅로의 사용은 매우 효과적인 열 전달 동작을 제공한다. 또한, 노 탈-코팅 동작을 위한 필요조건의 하나는 노를 빠져나가는 곳에서 산화기를 위한 기밀성 및 경사진 회전 탈-코팅로 속으로 부유되는 그 어떤 공기의 방지이다. 이러한 요구조건은 작업 동안 노의 다른 어떤 냉각도 발생되지 않도록 할 뿐만 아니라 회전로 내부 또는 노로부터 나오는 덕트에서 VOC 가스의 갑작스러운 급속 점화, 심지어 폭발의 가능성을 방지한다.

본 발명은 첨부된 도면을 예시적으로 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 바람직한 형태의 부분 절개 측면도로서, 경사 회전로, 열 산화기, 및 백하우스를 도시한다.

도 2a는 경사 회전로의 절개도로서, 노 내부를 도시한다.

도 2b는 도 2a의 노의 단면도이다.

도 3은 노의 도어의 전면도로서, 도어를 더 상세히 도시한다.

도 4는 송기관 덕트 및 란스 연결을 도시하는 노의 도어의 개략도이다.

도 5는 회전로를 위한 금속 파편 또는 폐기물 공급 메커니즘을 도시한다.

도 6은 회전로를 위한 금속 파편 배출 메커니즘을 도시한다.

도 7은 완전 동작 사이클 동안 송기관 출구 덕트에서 란스의 가스에 있는 산소 비율을 도시하는 그래프이다.

도 8은 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예를 도시하는 것으로서, 도 1의 그것과 유사한 도면이다.

도 9는 도 8의 실시예를 위한 도 4의 그것과 유사한 도면이다.

도 1 내지 도 6은 합성 가스(synthetic gas: syngas)를 생성하기 위해 금속 파편(metal scrap)에 있는 유기물을 탈코팅 및/또는 유기물을 가스화하기 위한 장치 100의 바람직한 형태를 도시한다. 장치는 단일의 입구 경사 회전로(single entry tilting rotary furnace) 1을 가지며, 배기 덕트(exhaust ducting) 2 형태의 운송 수단(passage means)를 통해 가스를 열 산화기(thermal oxidizer) 31 형태의 산화 수단으로 이어서 세퍼레이터 9, 팬 또는 송풍기(blower) 26 및 배기 수단(굴뚝) 10으로 공급한다.

세퍼레이터 9는 일반적으로 백하우스(baghouse)로 알려져 있고, 가스 흐름으로부터 먼지와 분진을 분리하는데 사용된다. 열 산화기 31로부터의 고온의 가스는 복귀 덕트(return ducting) 3 형태의 운송 수단에 의해 노의 드럼 또는 본체부 15로 다시 공급된다.

노는 내열성 설비가 된 드럼 15, 도어 11 및 그 세로축 104에 대해 노를 회전시키는데 사용되는 구동 메커니즘 25를 구비한다. 노의 드럼은 노 안의 금속 및/또는 유기물 파편 주위에서 보다 나은 가스 유동 순환 및 배출되는 동안 부하가 걸린 파편 14의 보나 나은 제어를 허용하기 위해 노의 도어 11 근처에 테이퍼부 13을 가진다.

노 1은 대체적으로 수평 회동축 102에 대해 전방 및 후방으로 경사지게 장착된다. 유압 시스템 32는 배출하는 동안 축 102에 대해 회전로 1을 전방으로, 투입 하는 동안 및 노의 동작 특성을 향상시키기 위해 (도 1에 도시된 바와 같이) 물질 14를 처리하는 동안 약간 후방으로 경사지게 하는데 사용된다.

노의 도어 11은 내열성으로 설비되고, 도어 11에 대한 노 드럼 15의 회전을 허용하고 빈틈없는 마감과 회전로 내부 분위기 16과 외부의 대기 30 사이에 완전한 분리를 보장하는 정교한 도어 밀봉 메커니즘 12가 설치된다. 노 도어 11은 두 개의 개구 또는 구멍 28,29를 가진다. 제1 개구 28은 배기 덕트 2에 밀봉되게 연결되고, 제2 개구 29는 복귀 덕트 3에 밀봉되게 연결된다. 이러한 개구들 모두는 작업 동안 외부 공기가 회전로 분위기 16 내부로 새어들어 오는 것을 방지하는 견고한 씨일(seal)을 유지하기 위해 설계된다.

작업 동안, 회전로 드럼 15는 도 1에 도시된 바와 같이 약간 후방으로 경사지고 노 도어 11은 단단하게 닫혀 진다. 노는 구동 메커니즘 25에 의해 회전된다. 고온의 부-화학량론(sub-stoichiometry) 가스는 개구 29를 통해 노 속으로 돌출하는 고속 노즐 18을 통해 도관 3으로부터 노 안으로 유입된다. 노즐은 개구 29에 밀봉된다. 유사하게, 배기 덕트 2는 삽입물 17에 의해 개구 28을 통해 노의 내부에 연결된다. 배기 및 복귀 덕트 2,3 모두는 덕트 2,3의 실링이 도어 11에 압력을 가하지 않고 도어 11가 열리는 것을 허용하는 각각의 회전하는 기밀 플랜지 22,23(도 4)을 가진다.

덕트 2는 노로부터의 배기 가스를 열 산화기 31로 연결하고, 그곳에서 그것은 연소된 가스들이 백하우스 9로 통과하기 전에 버너 6으로부터의 열 흐름에서 연소된다.

열 산화기 31은 스틸로 제조된 수직 실린더 모양이고, 일반적으로 2400°F 부근의 고온을 견딜 수 있는 내열성(refractory) 물질 5로 설비된다. 노 1에서 나오는 고온의 가스는 활성 유기 화합물들(VOCs)을 함유하고, 열 산화기 용량은 VOC-충진 가스들이 최소한 2초 잔류 시간 동안 산화기 안에서 유지되는 것을 보장하도록 설계된다. 열 산화기는 순수 연료(천연 가스 또는 디젤과 같은) 및 노 1로부터의 VOC 모두를 연소시킬 수 있는 다중-연료 버너 6에 의해 가열된다. VOC 가스를 위한 덕트 2는 버너 6에 직접적으로 연결되어 대안적 또는 부가적 연료로서 VOC를 버너에 직접적으로 공급한다.

열 산화기 31에 있는 가스는 두 개의 출구 경로를 가진다. 제1 경로는 회전로에 가열 또는 부가적인 가열을 제공하기 위해 복귀 덕트 3을 통한다. 제2 출구 경로는 백하우스 9를 향하는 출구 덕트 7 형태의 제2 운송 수단을 통한다.

가스-공조 유니트(gas-conditioning unit) 4는 복귀 덕트 3에 연결되어 그것이 노에 도달하기 전에 가스의 공조에 사용된다. 공조 유니트 4는 간접 냉각을 통해 가스 온도를 조절하고 가스로부터 나오는 분진 및 산(acids) 모두를 정화시킨다. 제2 가스-공조 유니트 8는 또한 출구 덕트 7에 제공되어 간접 냉각을 통해 가스 온도를 조절하고 가스의 제1 단계에 있는 가스로부터 나오는 분진 및 산 모두를 정화한다. 출구 가스는 제2 가스-공조 유니트 8로부터 백하우스 9를 통하고 그 후 덕트 7을 통해 가스의 이동을 돕는 ID 팬과 같은 송풍기 26을 통하고 백하우스 9를 통해 이동한다. 가스는 그 후 굴뚝과 같은 배기 수단 10을 통해 대기로 배기된다.

덕트 3을 따라 회전로 1 쪽으로 통과하는 복귀 가스는 회전로에 들어가기 전 에 샘플링 수단 20에 의해 샘플링 되는 반면 노로부터의 출구 가스는 출구 덕트 2에 있는 제2 샘플링 수단 21에 의해 샘플링 된다. 두 개의 샘플링 수단은 온도, 산소 함량 일산화 탄소 함량과 같은 가스의 다양한 인자들을 나타내는 신호들을 생성하는 시스템을 샘플링한다. 이러한 신호들은 가스 분석기 19에 인가된다. 가스 분석기 19는 신호들을 분석하여 그 결과를 공정 제어 시스템 106에 전송한다.

몇 개의 센서들 108은 회전로의 본체부 15 내부에 설치되어 노가 작동하는 동안 공정 제어 시스템 106으로 데이터의 연속적인 흐름을 전송한다. 이러한 센서들은 편리하게 대기 온도, 압력, 노 내부의 산소 함량 및 CO 함량과 같은 인자들을 측정하는 열전쌍이고, 인자들을 나타내는 신호들을 생성한다. 이러한 데이터는 연속적으로 입력되고 신호들은 노의 회전 속도와 노즐 18로부터 분사되는 가스의 속도를 나타내는 데이터를 역시 수신하는 공정 제어 시스템 106으로 전송된다. 공정 제어 시스템은 또한 처리될 물질의 형태로 프로그램되고, 프로그램된 값 및/또는 수신된 신호들과 독립된 복귀 가스, 산소 레벨, 복귀 가스 속도 및 회전로의 회전 속도를 포함하는 다양한 작동 인자들을 조절한다. 탈-코팅 마무리 시간을 제어하기 위해, 회전로 안으로 들어가는 복귀 가스 및 회전로를 나오는 가스 모두는 산소 레벨과 CO 레벨 모두를 기록하는 가스 분석기 19에 의해 폐쇄 회로에서 모니터 된다. 또한, 제어 시스템 106은 산화기 31 안의 온도를 제어하기 위해 버너 6을 역시 제어할 수있다.

공정 제어 시스템은 공정 사이클 및 수신된 신호들에 의거한 탈-코팅 사이클을 제어한다.

경사진 회전 탈-코팅로는 금속 파편 및/또는 유기물을 노 속으로 채우기 위해 표준 투입 머신 24를 사용한다. 이러한 동작 동안, 노 1의 회전은 중단되고, 도어 11은 개방되고, 파편이 로딩되어 노의 먼 끝단 쪽으로 그리고 노의 후방벽 27 쪽으로 밀쳐지도록 노 1은 후방으로 경사진다. 동일한 절차는 탈-코팅된 파편을 투입통(charging bin) 또는 분리 수거 시스템 속으로 비우기 위해 노가 전방으로 경사지는 것을 제외하고는 배출 동작 동안 실행된다.

도 1 내지 도 7의 장치의 변형을 도시하고, 유사한 구성요소들은 유사한 참조부호가 부여된 도 8 및 도 9를 참조한다.

도 8 및 도 9로부터 볼 수 있는 바와 같이, 본 실시예와 도 1 내지 도 7의 그것 사이의 주요한 차이점은 복귀 덕트 3이 생략된 것이다.

다른 모든 점에서, 도 8 및 도 9의 장치는 도 1 내지 도 7의 그것과 유사한 방식으로 작동한다.

전술한 장치는 경사진 회전로에서 버너를 사용하지 않고, 금속 파편을 용해하지 않고, 파편 금속의 용해 온도 이하(일반적으로 < 1400°F)에서만 작동한다. 도 1의 실시예는 경사진 회전로에 있는 유기물을 부분적으로 연소시키기 위해 화학량론 레벨 이하의 산소 함량(보다 상세하게, <12% 산소 중량)을 가진 재활용 가스를 사용한다. 가스화된 유기물은 송기관으로부터 노를 출발하여, 그 어떤 공기도 송기관 속으로 부유되지 않는 완전한 폐 회로 형태이다. 이러한 유기물 충전 가스(합성 가스)는 화학량론 버너가 합성 가스를 점화하기 위해 천연 가스 또는 액화 연료를 사용하는 분리된 열 산화기에서 완전히 소각되거나, 아니면 버너를 통해 부 분적으로 산화되고, 합성 가스의 다른 부분들은 다른 사용을 위해 수거되고 저장된다. 시스템은 유기물이 완전히 가스화되고, 금속 파편이 완전히 청결하게 되는 때를 인식한다.

그 어떤 실시예의 그 어떤 특징은 다른 실시예에 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims

유기적으로 코팅된 폐기물 및 바이오매스(biomass), 산업 폐기물, 도시 고형 폐기물 및 슬러지와 같은 유기물의 처리 장치에 있어서:

본체부(15), 물질을 위한 단일 입구점(11), 및 상기 입구점과 본체부 사이의 테이퍼부(13)를 가진 회전 가능하고 경사질 수 있는 노(1);

세로축에 대해 노(1)를 회전시키는 수단(25);

상기 노를 기울이는 수단(32,102);

상기 물질의 처리에 의해 방출되는 가스에 있는 활성 유기 화합물(VOC)을 적어도 부분적으로 산화시키는 산화 수단(6,31);

노(1)로부터의 가스를 산화 수단(6,31)으로 유도하기 위한 운송 수단(2);

노 안으로 들어가는 가스와 노 밖으로 나오는 가스의 산소 레벨과 일산화탄소의 레벨을 모니터링하여 각각의 레벨을 나타내는 신호를 제공하기 위한 가스 분석기 수단(19,21); 및

노(1)와 산화 수단(6,31)의 온도를 제어하고, 노 안으로 들어가고 노 밖으로 나오는 산소 레벨과 일산화탄소의 레벨을 나타내는 가스 분석기의 신호에 의해 제공되는 신호의 레벨들을 확인하여 물질의 처리 완료를 확인하여 공정 종료 시간을 제어하는 제어 수단(106)을 구비하고;

상기 운송 수단(2)은 노와 산화 수단에 각각 밀봉됨으로써 외부 공기의 침입을 방지하는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 산화 수단(6,31)은 복합 버너를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
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제1항에 있어서,

상기 노(1)는 노의 선택된 인자들을 모니터하고 그들을 나타내는 신호들을 생성하기 위한 복수의 센서들을 구비하고;

상기 제어 수단(106)은 서로 독립된 상기 노와 상기 산화 수단(6,31)의 적어도 어느 하나의 동작을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
제5항에 있어서,

상기 센서들은 열 센서들, 가스 분석기 센서들 및 압력 센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 수단은 폐기물 또는 금속 파편에 있는 유기물을 가스화하기 충분한 온도에서 금속 파편의 용융 온도보다 낮은 레벨로 상기 회전로의 온도를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
제7항에 있어서,

상기 제어 수단은 1400°F 보다 낮은 레벨로 상기 회전로의 온도를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 수단은 상기 노의 산소 레벨을 2%중량과 12%중량 사이에서 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 수단은 상기 산화 수단의 산소 레벨을 2%중량과 12%중량 사이에서 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 수단(106)은 상기 산화 수단의 온도를 2400°F 보다 낮은 레벨에서 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 산화 수단(6,31)으로부터의 가스를 가스로부터 나오는 분진을 분리하기 위한 세퍼레이터(9)로 전달하기 위한 운송 수단(7)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
제12항에 있어서,

상기 산화 수단(6,31)으로부터 상기 세퍼레이터(9)로 배출되는 가스의 온도를 제어하기 위한 공조 수단(8)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 산화 수단(6.13)으로부터 상기 노(1)까지 고온의 가스를 안내함으로써 상기 노에 있는 물질의 가열을 돕는 제2 운송 수단(3)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
제14항에 있어서,

상기 제2 운송 수단(3)에서 복귀 가스의 산소 레벨과 일산화탄소의 레벨을 모니터링 하여 각각의 레벨을 나타내는 신호를 제공하는 가스 분석기 수단(19,20)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
제14항 또는 제15항에 있어서,

상기 산화 수단(6,31)으로부터 상기 노(1)까지 배출되는 복귀 가스의 온도를 제어하는 제2 공조 수단(4)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유기물 처리 장치.
유기적으로 코팅된 폐기물 및 바이오매스, 산업 폐기물, 도시 고형 폐기물 및 슬러지를 포함하는 유기물과 같은 물질을 처리하는 방법에 있어서:

본체부(15), 물질을 위한 단일의 입구점(11), 및 상기 입구점과 상기 본체부 사이의 테이퍼부(13)를 가진 회전 가능하고 경사질 수 있는 노(furnace)(1), 가스 분석기, 및 공정 제어 시스템을 마련하는 단계;

세로축에 대해 상기 노(1)를 회전시키는 단계;

상기 물질을 상기 노에 도입시키는 단계;

상기 유기물이 연소되어 활성 유기 화합물(VOC)을 포함하는 기체를 생성하는 온도까지 상기 물질을 가열하는 단계;

공정 동안 상기 노 내부의 산소 레벨을 노의 유기물이 완전히 산화되지 않는 레벨로 유지하는 단계;

상기 활성 유기 화합물을 소각하기 위해, 상기 노로부터 열 산화기(thermal oxidizer)까지 배기되는 상기 기체로부터 외부 공기를 차단시키는 밀봉된 회로(circuit)로 되어 있는 운송 수단(2)을 통해, 상기 기체를 산화 수단(31)까지 통과시키는 단계;

효율적인 동작을 위해 상기 노와 상기 산화 수단(31) 내부의 각각의 온도를 유지하는 단계; 및

노로 들어가는 가스와 노로부터 나오는 가스의 산소와 일산화탄소의 레벨을 모니터하기 위한 가스 분석기를 사용하여, 노로 들어가고 노로부터 나오는 산소 레벨과 일산화탄소 레벨을 나타내는 가스 분석기에 의해 제공되는 신호의 레벨을 확인하여 물질의 처리의 완료를 확인하여 공정 종료 시간을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제17항에 있어서,

상기 산화 수단은 열 산화기인 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제18항에 있어서,

상기 열 산화기는 복합 버너를 구비하는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제17항에 있어서,

상기 운송 수단(2)에 있는 가스의 산소와 이산화탄소 레벨을 모니터링하여 노(1)의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제17항에 있어서,

상기 운송 수단(2)에 있는 가스의 산소와 이산화탄소 레벨을 모니터링하여 산화 수단(31)의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제17항에 있어서,

상기 노의 선택된 인자들을 모니터링하여 노(1)와 산화 수단(6,31)의 적어도 어느 하나의 작동을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제22항에 있어서,

상기 인자들은 온도, 가스의 산소 및 이산화탄소 함량 및 압력을 포함하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제17항에 있어서,

상기 회전로의 온도는, 폐기물 또는 금속 파편에 있는 유기물을 가스화하기에 충분한 온도에서, 금속 파편의 용해 온도 이하의 레벨로 제어되는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제17항에 있어서,

상기 회전로의 온도는 1400°F 이하의 레벨로 제어되는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제17항에 있어서,

상기 노의 산소 레벨은 2%중량과 12%중량 사이에서 제어되는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제17항에 있어서,

상기 산화 수단의 산소 레벨은 2%중량과 12%중량 사이에서 제어되는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제17항에 있어서,

상기 산화 수단의 온도는 2400°F 이하인 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제17항에 있어서,

상기 산화 수단(6,31)으로부터, 가스에서 발생되는 분진을 분리하기 위한 세퍼레이터(9)까지 가스를 안내하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제29항에 있어서,

상기 산화 수단(6,31)으로부터 상기 세퍼레이터(9)까지 배출되는 가스의 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제17항에 있어서,

상기 산화 수단(6,31)으로부터 상기 노(1)까지 고온의 가스를 안내함으로써 상기 노에 있는 물질의 가열을 돕는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제31항에 있어서,

상기 노(1)로 복귀되는 가스에 있는 산소와 이산화탄소 레벨을 모니터링하여 노와 산화 수단(6,31)의 적어도 어느 하나의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제31항에 있어서,

상기 산화 수단(6,31)으로부터 상기 노(1)까지 배출되는 복귀 가스의 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.
제17항에 있어서,

상기 노에서 생성된 가스는, 산화 수단 전의 흐름 속으로 그 어떤 산소도 부유되지 않도록 되어 있는 밀폐되고 폐쇄된 회로의 노로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 물질 처리 방법.