KR101699057B1 - 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템 - Google Patents
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Abstract
폐자원의 일부를 산소로 연소시켜 발생된 연소열로 인한 고온기류와 폐자원을 향류로 직접 접촉시켜 폐자원을 저온 열분해 시킴으로써 폐자원 전량을 생활에 필요한 에너지로 전환시킬 수 있는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템이 개시된다. 상기 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템은 전처리 장치에 의해 절단 및 파/분쇄된 후 소정 크기로 조립되어 저장된 폐자원을 투입하여 투입된 폐자원의 일부를 연소시킴과 동시에 상기 폐자원의 일부가 연소됨에 따라 발생되는 연소열에 의해 나머지 폐자원을 저온 열 분해시켜 중질과 경질의 혼합가스인 열분해 가스를 생산하는 열분해로와, 상기 열분해로에 의해 생산된 열분해 가스를 공급받아 수직형 충진탑에서 냉각된 중질유와 상기 열분해 가스를 접촉시킴으로써 열분해 가스를 냉각시켜 중질 가스를 중질유로 응축시킴과 동시에 중질 가스에 포함된 매연 또한 중질유에 흡수시키고 경질 가스는 중질 가스와 분리하여 배출시키는 냉각 흡수탑 및, 상기 냉각 흡수탑으로부터 분리되어 배출되는 경질 가스를 중화 세정시키면서 순환수를 여과하여 잔류 매연을 포집하며, 중화 세정된 경질 가스는 경질 가스 저장조로 배출시키는 중화 세정기를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기물이나 폐바이오매스 등과 같은 각종 폐자원을 500℃ 전후의 저온에서 산소에 의한 부분 연소시킨 연소열로 열분해에 필요한 열량을 공급하는 방식으로 폐자원을 저온 열분해를 시킴으로써 폐자원을 전력, 연료, 온수 등과 같은 생활에 필요한 에너지로 전환시킬 수 있는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템에 관한 것이다.
일반적으로 다량의 석유류와 같은 자원을 활용하고 난 후에는 폐기물과 폐바이오매스 등과 같은 대량의 각종 폐기물이 발생되며, 이러한 대량의 폐기물이 누적되면 다양한 사회적 문제가 야기됨은 물론, 자원고갈, 환경악화, 기후이변, 지구위기로 이어지는 범세계적인 문제가 발생된다.
그러나, 종래에는 이러한 폐기물, 즉 폐자원을 재생 자원화시키는 개념 보다는 공해성 저감화 처리 개념으로써 토양에 매립하거나 소각처리를 하는 기술이 주류를 이루고 있으나, 이 경우에는 일시적 공해성 저감화 효과는 있으나 자원고갈의 문제는 원천적으로 해결할 수 없을 뿐만 아니라, 토양오염이나 수질오염 등과 같은 환경악화나 기후 이변 등의 2차, 3차 공해를 발생시킴으로써 다양한 사회적 문제와 환경악화를 악순환시키는 결과를 초래하고 있는 실정이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 폐자원의 일부를 산소로 연소시켜 발생된 연소열로 인한 고온기류와 폐자원을 향류로 직접 접촉시켜 폐자원을 저온 열분해 시킴으로써 폐자원 전량을 생활에 필요한 에너지로 전환시킬 수 있는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템을 제공하는 것이다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전처리 장치에 의해 절단 및 파/분쇄된 후 소정 크기로 조립되어 저장된 폐자원을 투입하여 투입된 폐자원의 일부를 연소시킴과 동시에 상기 폐자원의 일부가 연소됨에 따라 발생되는 연소열에 의해 나머지 폐자원을 저온 열 분해시켜 중질과 경질의 혼합가스인 열분해 가스를 생산하는 열분해로와, 상기 열분해로에 의해 생산된 열분해 가스를 공급받아 수직형 충진탑에서 냉각된 중질유와 상기 열분해 가스를 접촉시킴으로써 열분해 가스를 냉각시켜 중질 가스를 중질유로 응축시킴과 동시에 중질 가스에 포함된 매연 또한 중질유에 흡수시키고 경질 가스는 중질 가스와 분리하여 배출시키는 냉각 흡수탑 및, 상기 냉각 흡수탑으로부터 분리되어 배출되는 경질 가스를 중화 세정시키면서 순환수를 여과하여 잔류 매연을 포집하며, 중화 세정된 경질 가스는 경질 가스 저장조로 배출시키는 중화 세정기를 포함하는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템을 제시한다.
또한, 본 발명은 상기 열분해로로부터 배출되는 비 가연성 회분을 용융 수쇄하여 유리질화한 무공해성 골재로 자원화시킬 수 있는 회분 용융로를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 경질 가스 저장조로부터 가스를 공급받아 전력을 생산할 수 있는 가스엔진을 더 포함할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명은 상기 냉각 흡수탑으로부터 중유를 공급받아 전력을 생산할 수 있는 중유엔진을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 가스 엔진과 중유엔진으로부터 배출되는 배기가스가 보유하고 있는 현열을 이용하여 온수를 생산하여 온수 수요처로 공급하는 온수 공급장치를 더 포함할 수 있다.
일예를 들면, 상기 온수 공급장치는 상기 가스 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 촉매정화 및 중화처리시킴과 동시에 배기가스가 보유하고 있는 현열과 냉수를 열 교환시켜 온수를 생산하는 제1 배기가스 처리장치와, 상기 중유 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 촉매정화 및 중화처리시킴과 동시에 배기가스가 보유하고 있는 현열과 냉수를 열교환시켜 온수를 생산하는 제2 배기가스 처리장치와, 상기 제1, 2 배기가스 처리장치로부터 배출되는 배기가스를 대기로 방출시키는 연돌 및, 상기 제1, 2 배기가스 처리장치로부터 생산된 온수를 공급받아 냉수와 섞어 온수 수요처에 공급할 수 있는 축열조를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 축열조는 상기 제1, 2 배기가스 처리장치로부터 생산된 온수가 일측으로 유입되고, 냉수는 타측으로 유입되어 온수와 냉수가 섞일 수 있다.
한편, 상기 축열조는 내부면 일측에는 복수개의 제1 격벽부가 일정간격으로 설치되며, 내부면 타측에는 상기 제1 격벽부와 교번되도록 제2 격벽부가 일정간격으로 설치될 수 있다.
일예를 들면, 상기 열분해로는 상기 전처리 장치로부터 투입되는 폐자원을 회전시켜 골고루 섞일 수 있도록 가스 배출구가 마련된 제1 고정체와 회분 배출구가 마련된 제2 고정체에 회전 가능하게 설치되며 내주면에는 내부에 투입된 폐자원을 퍼 올려 더욱 골고루 섞일 수 있도록 복수개의 리프터가 설치되는 회전체와, 상기 회전체 내부로 투입된 폐자원의 일부를 부분 연소시켜 폐자원의 일부를 부분 연소시킨 연소열로 열분해 흡열반응에 필요한 열량을 공급해 줄 수 있도록 하는 산소버너와, 상기 가스 배출구 하단에 마련되는 비산물 침강조 및, 상기 회분 배출구 하단에 마련되어 회분 배출구를 통해 배출되는 비 가연성 회분을 침강시킨 후 회분 용융로로 공급할 수 있도록 하는 수밀조를 포함할 수 있다.
일예를 들면, 상기 냉각 흡수탑은 상기 열분해로로부터 배출되는 열분해 가스가 유입되는 열분해 가스 유입관이 마련되며 내부에 수직 주름판 충진물과 래싱 링 충진물이 하단부에서 상단부 방향으로 순차적으로 충진되는 수직형 충진탑과, 상기 수직형 충진탑과 연통되도록 상기 수직형 충진탑 하부에 마련되는 응축 중유 수조와, 상기 응축 중유 수조에 충진된 응축 중유를 순환시키는 중유 순환 펌프와, 상기 중유 순환 펌프에 의해 공급되는 응축 중유로부터 매연을 분리시켜 매연 이송기를 통해 열처리 장치로 공급하는 매연 원심 분리기와, 상기 매연 원심 분리기로부터 분리된 중유가 저장되는 여과 중유 수조와, 상기 여과 증류 수조에 충진된 여과 중유를 이송시키는 여과 중유 이송펌프와, 상기 여과 중유 이송펌프에 의해 공급되는 여과 중유를 냉각시켜 상기 수직형 충진탑의 래싱 링 충진물 상단부로 공급하는 냉각기와, 상기 냉각기를 통해 공급되는 여과 중유를 래싱 링 충진물 방향으로 스프레이 분사시켜 상기 수직형 충진탑에 공급된 열분해 가스와 접촉시킴으로써 열분해 가스를 냉각시켜 중질 가스를 중유로 응축시킴과 동시에 중질 가스에 포함된 매연 또한 중유에 흡수시키고 경질 가스는 중질 가스와 분리시키는 스프레이 노즐 및, 상기 중질 가스와 분리된 경질 가스로부터 수분을 제거시킨 후 중화 세정기로 경질 가스를 배출할 수 있도록 상기 스프레이 노즐 상부에 위치하도록 상기 수직형 충진탑에 마련되는 데미스터를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 냉각 흡수탑의 매연 원심 분리기에 의해 중유로부터 분리된 매연으로부터 다이옥신류를 분해시켜 중화시키고, 중금속은 기화시킨 후 냉각 응축 침전시켜 중금속으로 회수하고, 잔류하는 매연은 활성탄으로 자원화시킬 수 있는 열처리 장치를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템은 폐자원의 일부를 산소에 의해 부분 연소시켜 그 연소열을 이용하여 나머지 폐자원을 열 분해시키는 매우 간단한 방법으로 열분해 가스를 생산하고, 중질유를 이용하여 열분해 가스를 냉각시켜 중질 가스를 중질유로 응축시킴과 동시에 중질 가스에 포함된 매연 또한 중질유에 흡수시키고 경질 가스는 중질 가스와 분리 배출하여 도시가스 대용으로 사용할 수 있도록 함으로써 폐자원을 전량 생활에 유용한 에너지로 전환시킬 수 있다.
따라서, 석유류 등과 같은 부존자원의 절감으로 인한 사회적 비용을 해소하여 경제성을 대폭 향상시킬 수 있음은 물론, 폐자원으로 인한 공해나 토양 오염, 수질 오염 등이 발생되지 않아 환경을 보호할 수 있는 효과가 있다.
이에 더하여, 부생하는 비 가연성 회분과 매연까지도 골재와 활성탄으로 자원화시 킬 수 있을 뿐만 아니라 가스 엔진과 중유 엔진에서 발생되는 배기가스까지도 온수를 생산하는데 사용할 수 있으므로 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 열분해로의 경우 폐자원의 일부만을 연소한 연소열로 열분해 흡열반응에 필요한 열량을 공급하여 나머지 폐자원과 직접 접촉되도록 하는 매우 단순한 방법으로 폐자원을 저온 열 분해시킬 수 있도록 함으로써 저온 열분해로의 구조를 매우 단순화시킬 수 있어 시설비용의 절감은 물론 운전비용까지도 격감시킬 수 있으므로 경제성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉각 흡수탑의 경우 같은 오일류인 중질유를 사용하여 중질 가스를 냉각시킴으로써 중질 가스의 응축시간이 단축되고, 중질 가스가 중질유로 흡수가 잘됨으로써 오일 회수율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 탄소계열의 끈적끈적한 타르나 왁스 등과 같은 물질이 기자재 표면에 붙어 배관 등이 막히는 운전 장애 현상을 최소화함으로써 매연 제거 시설비의 절감으로 경제성을 한층 더 높일 수 있는 효과가 있다.
이와 같은 본 발명의 일실시예에 의한 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템은 각 지역에서 발생되는 폐자원을 이용하여 저렴한 비용으로 생활에 필요한 전기, 가스, 온수 등을 병산하여 각 지역에 염가로 공급할 수 있으므로 궁극적으로 지역주민의 생계비를 절감할 수 있고, 고용 및 소득 증대와 같은 경제 활성화 효과와 더불어 환경보전 효과까지도 달성할 수 있으므로 매우 유용한 발명인 것이다.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템을 설명하기 위한 블록도
도 2는 열분해로를 설명하기 위한 도면
도 3은 냉각 흡수탑을 설명하기 위한 도면
도 4는 축열조를 설명하기 위한 도면
도 2는 열분해로를 설명하기 위한 도면
도 3은 냉각 흡수탑을 설명하기 위한 도면
도 4는 축열조를 설명하기 위한 도면
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템을 설명하기 위한 블록도이며, 도 2는 열분해로를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 냉각 흡수탑을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 축열조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템(100)은 전처리 장치(110), 열분해로(120), 냉각 흡수탑(130) 및, 중화 세정기(140)를 포함할 수 있다.
상기 전처리 장치(110)는 폐자원을 절단 및 파/분쇄시킨 후 이를 소정 크기로 조립하여 열분해로(120)로 공급할 수 있도록 한다.
예를 들면, 상기 전처리 장치(110)는 상기 열분해로(120)로 폐자원을 연속적으로 공급하기 용이하도록 상기 폐자원을 절단 및 파/분쇄시켜 이를 소정 크기로 조립시킬 수 있다.
상기 열분해로(120)는 상기 전처리 장치(110)에 의해 절단 및 파/분쇄된 후 소정 크기로 조립되어 저장된 폐자원을 투입하여 투입된 폐자원의 일부를 연소시킴과 동시에 상기 폐자원의 일부가 연소됨에 따라 발생되는 연소열에 의해 나머지 폐자원을 저온 열 분해시켜 중질 가스와 경질 가스의 혼합가스인 열분해 가스를 생산할 수 있다.
예를 들면, 상기 열분해로(120)는 제1, 2 고정체(121)(122), 회전체(123), 산소버너(124), 비산물 침강조(125) 및, 수밀조(126)를 포함할 수 있다.
상기 제1, 2 고정체(121)(122)는 소정간격 이격되어 설치될 수 있다. 한편, 상기 제1 고정체(121)의 하단부에는 가스 배출구(127)가 마련될 수 있다. 또한, 상기 제2 고정체(122)의 하단부에는 회분 배출구(128)가 마련될 수 있다.
상기 회전체(123)는 원통 형태로 형성되어 전처리 장치(110)로부터 투입되는 폐자원을 회전시켜 골고루 섞일 수 있도록 상기 제1, 2 고정체(121)(122)에 양측 끝단이 회전 가능하게 설치될 수 있다.
여기서, 상기 회전체(123)와 상기 제1, 2 고정체(121)(122) 사이의 틈새를 통해 상기 회전체(123) 외부로 열분해 가스가 빠져나가는 것을 방지하기 위해 상기 회전체(123)와 상기 제1, 2 고정체(121)(122) 사이에는 밀봉장치(123a)가 설치될 수 있다.
한편, 상기 회전체(123)의 내주면에는 상기 회전체(123) 내부에 투입된 폐자원을 퍼 올려 상기 폐자원이 더욱 골고루 섞일 수 있도록 복수개의 리프터(129)가 설치될 수 있다.
상기 산소버너(124)는 상기 회전체(123) 내부로 투입된 폐자원의 일부를 부분 연소시켜 폐자원의 일부를 부분 연소시킨 연소열로 열분해 흡열반응에 필요한 열량을 공급해 줄 수 있도록 한다.
예를 들면, 상기 산소버너(124)는 회전체(123) 일측에 설치되어 상압 하에 93%의 산소로 폐자원의 일부를 부분 연소한 연소열로 열분해 흡열반응에 필요한 열량을 공급해주고, 열분해 가스의 배출 온도가 500℃ 전후가 되도록 산소 공급량을 제어할 수 있다.
여기서, 상기 산소버너(124)는 상기 폐자원의 9% 내지 10%만을 연소한 연소열로 열분해 흡열반응에 필요한 열량을 공급하여 나머지 폐자원과 직접 접촉되도록 하는 매우 단순한 방법으로 폐자원을 저온 열 분해시킬 수 있도록 함으로써 저온 열분해로(120)의 구조를 매우 단순화시킬 수 있어 시설비용의 절감은 물론 운전비용까지도 격감시킬 수 있으므로 경제성을 극대화시킬 수 있다.
상기 비산물 침강조(125)는 상기 가스 배출구(127) 하단에 마련되어 열분해 가스가 가스 배출구(127)를 통해 배출될 시 발생되는 비산물이 침강될 수 있도록 한다.
상기 수밀조는(126) 상기 회분 배출구(128) 하단에 마련되어 회분 배출구(128)를 통해 배출되는 비 가연성 회분을 침강시킨 후 후술되는 회분 용융로(150)로 공급할 수 있도록 한다.
상기 냉각 흡수탑(130)은 상기 열분해로(120)에 의해 생산된 열분해 가스를 공급받아 수직형 충진탑(131)에서 냉각된 중질유와 상기 열분해 가스를 접촉시킴으로써 열분해 가스를 냉각시켜 중질 가스를 중질유로 응축시킴과 동시에 중질 가스에 포함된 매연 또한 중질유에 흡수시키고 경질 가스는 중질 가스와 분리하여 배출시킬 수 있도록 한다.
여기서, 상기 냉각 흡수탑(130)은 500℃ 전후의 온도로 유입되는 열분해 가스를 공급받아 수직형 충진탑(131)에서 40℃로 냉각한 중질유와 접촉시킴으로써 열분해 가스를 냉각시켜 중질 가스를 중질유로 응축시킴과 동시에 중질 가스에 포함된 매연 또한 중질유에 흡수시키고 경질 가스는 중질 가스와 분리하여 배출시킬 수 있도록 한다.
예를 들면, 상기 냉각 흡수탑(130)은 수직형 충진탑(131), 응축 중유 수조(132), 중유 순환 펌프(133), 매연 원심 분리기(134), 여과 중유 수조(135), 여과 중유 이송펌프(139), 냉각기(136), 스프레이 노즐(137) 및, 데미스터(Demister : 138)를 포함할 수 있다.
상기 수직형 충진탑(131)은 상기 열분해로(120)로부터 배출되는 열분해 가스가 유입되는 열분해 가스 유입관(131a)이 마련되며, 상기 수직형 충진탑(131)의 내부에는 수직 주름판 충진물(131b)과 래싱 링 충진물(Rashing Ring : 131c)이 하단부에서 상단부 방향으로 순차적으로 충진될 수 있다.
여기서, 상기 수직 주름판 충진물(131b)과 래싱 링 충진물(131c)은 상기 열분해 가스 유입관(131a)을 통해 수직형 충진탑(131) 내부로 유입되어 상기 수직형 충진탑(131) 상부로 이동되는 열분해 가스 중 중질 가스에 포함된 불순물을 제거하는 기능을 하게 된다.
상기 응축 중유 수조(132)는 상기 수직형 충진탑(131)과 연통되도록 상기 수직형 충진탑(131) 하부에 마련될 수 있다.
상기 중유 순환 펌프(133)는 상기 응축 중유 수조(132)에 충진된 응축 중유를 순환시킬 수 있다.
상기 매연 원심 분리기(134)는 상기 중유 순환 펌프(133)에 의해 공급되는 응축 중유로부터 매연을 분리시켜 매연 이송기(134a)를 통해 열처리 장치(160)로 상기 매연을 공급할 수 있도록 한다.
상기 여과 중유 수조(135)는 상기 매연 원심 분리기(134)에 의해 매연이 분리된 중유가 저장될 수 있다.
상기 여과 중유 이송펌프(139)는 상기 여과 중유 수조(135)에 충진된 여과 중유를 냉각기(136) 측으로 공급시킬 수 있도록 한다.
상기 냉각기(136)는 상기 여과 중유 이송펌프(139)에 의해 공급되는 여과 중유를 냉각수와 열교환시켜 40℃ 정도로 냉각시킨 후 상기 수직형 충진탑(131)의 래싱 링 충진물(131c) 상단부로 공급할 수 있도록 한다.
상기 냉각기(136)를 통해 공급되는 여과 중유는 스프레이 노즐(137)에 의해 래싱 링 충진물(131c) 방향으로 스프레이 분사되어 상기 수직형 충진탑(131)에 공급된 열분해 가스와 접촉된다. 따라서 상기 수직형 충진탑(131)에 공급된 열분해 가스는 상기 스프레이 노즐(137)에 의해 분사되는 여과 중유에 의해 냉각되며, 상기 열분해 가스 중 중질 가스는 중질유로 응축되어 상기 여과 중유와 함께 응축 중유 수조(132)로 모아진다. 또한 상기 중질 가스에 포함된 매연은 상기 중유에 흡수되며, 상기 열분해 가스 중 경질 가스는 중질 가스와 분리되어 수직형 충진탑(131) 상부로 상승된다.
상기 데미스터(138)는 상기 스프레이 노즐(137) 상부에 위치하도록 상기 수직형 충진탑(131) 내부에 배치되어 상기 중질 가스와 분리되어 상승되는 경질 가스로부터 수분을 제거시킨 후 중화 세정기(140)로 경질 가스를 배출할 수 있도록 한다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템의 냉각 흡수탑(130)은 같은 오일류인 중질유를 사용하여 중질 가스를 냉각시킴으로써 중질 가스의 응축시간이 단축되고, 중질 가스가 중질유로 흡수가 잘됨으로써 오일 회수율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 탄소계열의 끈적끈적한 타르나 왁스 등과 같은 물질이 기자재 표면에 붙어 배관 등이 막히는 운전 장애 현상을 최소화함으로써 매연 제거 시설비의 절감으로 경제성을 한층 더 높일 수 있다.
상기 중화 세정기(140)는 상기 냉각 흡수탑(130)으로부터 분리되어 배출되는 경질 가스를 중화 세정시키면서 순환수를 여과하여 잔류 매연을 포집하며, 중화 세정된 경질 가스는 경질 가스 저장조(170)로 배출시킨다.
예를 들면, 상기 중화 세정기(140)는 상기 냉각 흡수탑(131)으로부터 분리된 경질 가스에 함유될 수 있는 산성 가스를 중화시키고 상기 경질 가스와 동반할 수 있는 잔류 매연을 포집하기 위해 상기 경질 가스를 순환수인 10%의 가성소다 수용액으로 pH 8.5 전후로 중화 세정한다. 한편, 상기 순환수는 여과기(141)를 통과하게 됨으로써 상기 여과기(141)에 의해 잔류 매연을 포집하게 된다.
한편, 상기 중화 세정기(140)를 통해 중화 세정된 경질 가스의 경우 CO2 가스를 CO2 PSA로 분리 제거하게 되면 현행 도시가스와 유사한 저우위 발열량 전후의 도시가스와, 98%의 CO2 가스를 생산할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 의한 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템(100)은 회분 용융로(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 회분 용융로(150)는 상기 열분해로(120)로부터 배출되는 비 가연성 회분을 용융 수쇄하여 유리질화한 무공해성 골재로 자원화시킬 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템(100)은 상기 경질 가스 저장조(170)로부터 가스를 공급받아 전력을 생산할 수 있는 가스 엔진(180)을 더 포함할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일실시예에 의한 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템(100)은 상기 냉각 흡수탑(130), 즉 응축 증유 수조(132)로부터 중유를 공급받아 전력을 생산할 수 있는 중유 엔진(190)을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 의한 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템(100)은 상기 가스 엔진(180)과 중유 엔진(190)으로부터 배출되는 배기가스가 보유하고 있는 현열을 이용하여 온수를 생산하여 온수 수요처로 공급할 수 있는 온수 공급장치(200)를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 온수 공급장치(200)는 제1 배기가스 처리장치(210), 제2 배기가스 처리장치(220), 연돌(230) 및, 축열조(240)를 포함할 수 있다.
상기 제1 배기가스 처리장치(210)는 상기 가스 엔진(180)으로부터 배출되는 배기가스를 촉매정화 및 중화처리시킴과 동시에 배기가스가 보유하고 있는 현열과 온수 수요처(250)로부터 공급되는 냉수를 열 교환시켜 온수를 생산할 수 있도록 한다.
예를 들면, 상기 제1 배기가스 처리장치(210)는 상기 가스 엔진(180)으로부터 배출되는 500℃ 전후의 배기가스에 포함될 수 있는 공해성 가스를 촉매정화 및 중화 처리하고, 상기 배기가스가 보유하고 있는 현열을 회수하여 온수 수요처(250)로부터 공급되는 냉수와 열 교환시킴으로써 50℃ 이상의 온수를 생산할 수 있도록 한다.
상기 제2 배기가스 처리장치(220)는 상기 중유 엔진(190)으로부터 배출되는 배기가스를 촉매정화 및 중화처리시킴과 동시에 배기가스가 보유하고 있는 현열과 냉수를 열 교환시켜 온수를 생산할 수 있도록 한다.
예를 들면, 상기 제2 배기가스 처리장치(220)는 상기 중유 엔진(190)으로부터 배출되는 500℃ 전후의 배기가스에 포함될 수 있는 공해성 가스를 촉매정화 및 중화처리하고, 상기 배기가스가 보유하고 있는 현열을 회수하여 50℃ 이상의 온수를 생산할 수 있도록 한다.
상기 연돌(230)은 상기 제1, 2 배기가스 처리장치(210)(220)로부터 배출되는 배기가스를 대기로 방출시킬 수 있도록 한다.
상기 축열조(240)는 상기 제1, 2 배기가스 처리장치(210)(220)로부터 생산된 온수를 공급받아 상기 온수 수요처(250)로부터 공급되는 냉수와 섞여 온수 수요처에 공급할 수 있도록 한다.
여기서, 상기 축열조(240)는 상기 제1, 2 배기가스 처리장치(210)(220)로부터 생산된 온수가 일측으로 유입되고, 상기 온수 수요처(250)로부터 공급되는 냉수는 상기 축열조(240)의 타측으로 유입될 수 있도록 제작될 수 있으므로, 냉수와 온수가 섞이지 않도록 하여 냉수조와 온수조를 별도로 구비할 필요 없이 하나의 축열조(240)로 냉수조와 온수조 모두 구비할 수 있도록 함으로써 설비비용을 줄여 경제성을 높일 수 있도록 한다.
예를 들면, 상기 축열조(240)는 내부면 상단에는 복수개의 제1 격벽부(241)가 일정간격으로 설치되며, 내부면 하단에는 상기 제1 격벽부(241)와 교번되도록 제2 격벽부(242)가 일정간격으로 설치될 수 있다.
상기 축열조(240) 내부에 서로 교번되도록 설치된 상기 제1, 2 격벽부(241)(242)는 제1, 2 배기가스 처리장치(210)(220)로부터 공급되는 온수와 상기 온수 수요처로부터 공급되는 냉수를 하나의 축열조(240) 내부에서 서로 섞이지 않고 격리시킬 수 있도록 함으로써 온수조와 냉수조를 별도로 설치할 필요 없이 하나의 축열조(240)로 냉수조와 온수조 모두 구비할 수 있도록 함으로써 설비비용을 줄여 경제성을 높일 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템(100)은 열처리 장치(160)를 더 포함할 수 있다.
상기 열처리 장치(160)는 상기 냉각 흡수탑(130)의 매연 원심 분리기(134)에 의해 중유로부터 분리된 매연으로부터 다이옥신류를 분해시켜 중화시키고, 중금속은 기화시킨 후 냉각 응축 침전시켜 중금속으로 회수하며, 잔류하는 매연은 활성탄으로 자원화시 킬 수 있도록 한다.
예를 들면, 상기 열처리 장치는 매연 원심 분리기(134)로부터 포집되어 공급되는 매연에 미량의 산소화 수증기를 주입하여 900℃ 내지 1000℃로 가열하여 다이옥신류를 흡착한 후 분해시켜 중화시키고, 중금속은 기화시킨 후 냉각 응축 침전시켜 중금속으로 회수하며, 잔류하는 매연은 활성탄으로 자원화시 킬 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템(100)은 폐자원의 일부를 산소에 의해 부분 연소시켜 그 연소열을 이용하여 나머지 폐자원을 열 분해시키는 매우 간단한 방법으로 열분해 가스를 생산하고, 중질유를 이용하여 열분해 가스를 냉각시켜 중질 가스를 중질유로 응축시킴과 동시에 중질 가스에 포함된 매연 또한 중질유에 흡수시키고 경질 가스는 중질 가스와 분리 배출하여 도시가스 대용으로 사용할 수 있도록 함으로써 폐자원을 전량 생활에 유용한 에너지로 전환시킬 수 있다.
따라서, 부존자원의 절감으로 인한 사회적 비용을 해소하여 경제성을 대폭 향상시킬 수 있음은 물론, 폐자원으로 인한 토양이나 수질 오염 등이 발생되지 않아 환경을 보호할 수 있는 효과가 있다.
이에 더하여, 부생하는 비 가연성 회분과 매연까지도 골재와 활성탄으로 자원화시 킬 수 있을 뿐만 아니라 가스 엔진과 중유 엔진에서 발생되는 배기가스까지도 온수를 생산하는데 사용할 수 있으므로 경제성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 열분해로(120)의 경우 폐자원의 일부만을 연소한 연소열로 열분해 흡열반응에 필요한 열량을 공급하여 나머지 폐자원과 직접 접촉되도록 하는 매우 단순한 방법으로 폐자원을 저온 열 분해시킬 수 있도록 함으로써 저온 열분해로(120)의 구조를 매우 단순화시킬 수 있어 시설비용의 절감은 물론 운전비용까지도 격감시킬 수 있으므로 경제성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 냉각 흡수탑(130)의 경우 같은 오일류인 중질유를 사용하여 중질 가스를 냉각시킴으로써 중질 가스의 응축시간이 단축되고, 중질 가스가 중질유로 흡수가 잘됨으로써 오일 회수율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 탄소계열의 끈적끈적한 타르나 왁스 등과 같은 물질이 기자재 표면에 붙어 배관 등이 막히는 운전 장애 현상을 최소화함으로써 매연 제거 시설비의 절감으로 경제성을 한층 더 높일 수 있는 장점이 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템(100)은 각 지역에서 발생되는 폐자원을 이용하여 저렴한 비용으로 생활에 필요한 전기, 가스, 온수 등을 병산하여 각 지역에 염가로 공급할 수 있으므로 궁극적으로 지역주민의 생계비를 절감할 수 있고, 고용 및 소득 증대와 같은 경제 활성화 효과와 더불어 환경보전 효과까지도 달성할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
(110) : 전처리 장치 (120) : 열분해로
(130) : 냉각 흡수탑 (140) : 중화 세정기
(150) : 회분 용융로 (160) : 열처리 장치
(170) : 경질 가스 저장조 (180) : 가스 엔진
(190) : 중유 엔진 (200) : 온수 공급장치
(130) : 냉각 흡수탑 (140) : 중화 세정기
(150) : 회분 용융로 (160) : 열처리 장치
(170) : 경질 가스 저장조 (180) : 가스 엔진
(190) : 중유 엔진 (200) : 온수 공급장치
Claims (11)
- 전처리 장치에 의해 절단 및 파/분쇄된 후 소정 크기로 조립되어 저장된 폐자원을 투입하여 투입된 폐자원의 일부를 연소시킴과 동시에 상기 폐자원의 일부가 연소됨에 따라 발생되는 연소열에 의해 나머지 폐자원을 저온 열 분해시켜 중질과 경질의 혼합가스인 열분해 가스를 생산하는 열분해로;
상기 열분해로에 의해 생산된 열분해 가스를 공급받아 수직형 충진탑에서 냉각된 중질유와 상기 열분해 가스를 접촉시킴으로써 열분해 가스를 냉각시켜 중질 가스를 중질유로 응축시킴과 동시에 중질 가스에 포함된 매연 또한 중질유에 흡수시키고 경질 가스는 중질 가스와 분리하여 배출시키는 냉각 흡수탑; 및
상기 냉각 흡수탑으로부터 분리되어 배출되는 경질 가스를 중화 세정시키면서 순환수를 여과하여 잔류 매연을 포집하며, 중화 세정된 경질 가스는 경질 가스 저장조로 배출시키는 중화 세정기를 포함하며,
상기 열분해로는,
상기 전처리 장치로부터 투입되는 폐자원을 회전시켜 골고루 섞일 수 있도록 가스 배출구가 마련된 제1 고정체와 회분 배출구가 마련된 제2 고정체에 회전 가능하게 설치되며 내주면에는 내부에 투입된 폐자원을 퍼 올려 더욱 골고루 섞일 수 있도록 복수개의 리프터가 설치되는 회전체;
상기 회전체 내부로 투입된 폐자원의 일부를 부분 연소시켜 폐자원의 일부를 부분 연소시킨 연소열로 열분해 흡열반응에 필요한 열량을 공급해 줄 수 있도록 하는 산소버너;
상기 가스 배출구 하단에 마련되는 비산물 침강조; 및
상기 회분 배출구 하단에 마련되어 회분 배출구를 통해 배출되는 비 가연성 회분을 침강시킨 후 회분 용융로로 공급할 수 있도록 하는 수밀조를 포함하는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 열분해로로부터 배출되는 비 가연성 회분을 용융 수쇄하여 유리질화한 무공해성 골재로 자원화시킬 수 있는 회분 용융로를 더 포함하는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 경질 가스 저장조로부터 가스를 공급받아 전력을 생산할 수 있는 가스엔진을 더 포함하는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 냉각 흡수탑으로부터 중유를 공급받아 전력을 생산할 수 있는 중유엔진을 더 포함하는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템. - 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
상기 가스 엔진과 중유엔진으로부터 배출되는 배기가스가 보유하고 있는 현열을 이용하여 온수를 생산하여 온수 수요처로 공급하는 온수 공급장치를 더 포함하는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템. - 제5 항에 있어서,
상기 온수 공급장치는,
상기 가스 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 촉매정화 및 중화처리시킴과 동시에 배기가스가 보유하고 있는 현열과 냉수를 열 교환시켜 온수를 생산하는 제1 배기가스 처리장치;
상기 중유 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 촉매정화 및 중화처리시킴과 동시에 배기가스가 보유하고 있는 현열과 냉수를 열교환시켜 온수를 생산하는 제2 배기가스 처리장치;
상기 제1, 2 배기가스 처리장치로부터 배출되는 배기가스를 대기로 방출시키는 연돌; 및
상기 제1, 2 배기가스 처리장치로부터 생산된 온수를 공급받아 냉수와 섞어 온수 수요처에 공급할 수 있는 축열조를 포함하는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템. - 제6 항에 있어서,
상기 축열조는,
상기 제1, 2 배기가스 처리장치로부터 생산된 온수가 일측으로 유입되고, 냉수는 타측으로 유입되어 온수와 냉수가 섞이는 것을 특징으로 하는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템. - 제7 항에 있어서,
상기 축열조는,
내부면 일측에는 복수개의 제1 격벽부가 일정간격으로 설치되며, 내부면 타측에는 상기 제1 격벽부와 교번되도록 제2 격벽부가 일정간격으로 설치되는 것을 특징으로 하는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 냉각 흡수탑은,
상기 열분해로로부터 배출되는 열분해 가스가 유입되는 열분해 가스 유입관이 마련되며 내부에 수직 주름판 충진물과 래싱 링 충진물이 하단부에서 상단부 방향으로 순차적으로 충진되는 수직형 충진탑;
상기 수직형 충진탑과 연통되도록 상기 수직형 충진탑 하부에 마련되는 응축 중유 수조;
상기 응축 중유 수조에 충진된 응축 중유를 순환시키는 중유 순환 펌프;
상기 중유 순환 펌프에 의해 공급되는 응축 중유로부터 매연을 분리시켜 매연 이송기를 통해 열처리 장치로 공급하는 매연 원심 분리기;
상기 매연 원심 분리기로부터 분리된 중유가 저장되는 여과 중유 수조;
상기 여과 증류 수조에 충진된 여과 중유를 이송시키는 여과 중유 이송펌프;
상기 여과 중유 이송펌프에 의해 공급되는 여과 중유를 냉각시켜 상기 수직형 충진탑의 래싱 링 충진물 상단부로 공급하는 냉각기;
상기 냉각기를 통해 공급되는 여과 중유를 래싱 링 충진물 방향으로 스프레이 분사시켜 상기 수직형 충진탑에 공급된 열분해 가스와 접촉시킴으로써 열분해 가스를 냉각시켜 중질 가스를 중유로 응축시킴과 동시에 중질 가스에 포함된 매연 또한 중유에 흡수시키고 경질 가스는 중질 가스와 분리시키는 스프레이 노즐; 및
상기 중질 가스와 분리된 경질 가스로부터 수분을 제거시킨 후 중화 세정기로 경질 가스를 배출할 수 있도록 상기 스프레이 노즐 상부에 위치하도록 상기 수직형 충진탑에 마련되는 데미스터를 포함하는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 냉각 흡수탑의 매연 원심 분리기에 의해 중유로부터 분리된 매연으로부터 다이옥신류를 분해시켜 중화시키고, 중금속은 기화시킨 후 냉각 응축 침전시켜 중금속으로 회수하고, 잔류하는 매연은 활성탄으로 자원화시킬 수 있는 열처리 장치를 더 포함하는 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템.
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| KR1020160054481A KR101699057B1 (ko) | 2016-05-03 | 2016-05-03 | 폐자원 전량 유용 에너지 전환시스템 |
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| KR20200024445A (ko) | 2018-08-28 | 2020-03-09 | 주식회사 지에스그린테크 | 열분해 가스 재생자원을 위한 고효율 스크러버 |
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