KR102175676B1

KR102175676B1 - 유동상 열분해장치 및 이를 이용한 유기성 물질의 열분해 방법

Info

Publication number: KR102175676B1
Application number: KR1020190020087A
Authority: KR
Inventors: 윤학상; 오창호; 박종욱
Original assignee: 주식회사 대경에스코
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-11-06
Also published as: JP2020132861A; JP6738977B1; KR20200101781A

Abstract

본 발명은 유동상 열분해장치에 관한 것으로, 원료공급설비, 유동화 챔버, 유동가스공급설비, 촤 배출장치가 일괄 밀폐되도록 구성되며, 폐목재 등과 같은 유기성 물질을 연속적으로 열분해 시켜 열분해가스 또는 열분해 오일과 같은 고부가의 연료 물질을 회수할 수 있도록 한 것으로, 상기 유기성 물질은 유동화 챔버 내의 유동 매체 내부로 투입되도록 구성된 유동상 열분해장치 및 이를 이용한 유동성 물질의 열분해 방법에 관한 것이다.

Description

유동상 열분해장치 및 이를 이용한 유기성 물질의 열분해 방법{FLUIDIZED BED PYROLYSIS APPARATUS AND A PYLOYSIS METHOD OF ORGANIC MATERIAL USING THE SAME}

본 발명은 유동상 열분해장치에 관한 것으로, 원료공급설비, 유동화 챔버, 유동가스공급설비, 촤 배출장치가 일괄 밀폐되어 구성되며, 폐목재 등과 같은 유기성 물질을 연속적으로 열분해 시켜 열분해가스, 열분해오일과 같은 고부가의 연료 물질을 회수할 수 있고 연속가동에 따른 운전 효율을 높일 수 있는 유동상 열분해장치 및 이를 이용한 유기성 물질의 열분해 방법에 관한 것이다.

최근 에너지를 회수하는 기술이 발달되면서 톱밥이나 비닐 등과 같은 가연성 물질 또는 가연성 폐기물을 연소시켜 발생되는 열에너지를 이용하여 스팀을 생산하거나 생산된 스팀으로 전기를 생산하는 방식보다, 가연성 물질을 고온 혹은 중온으로 열분해 시켜 생성된 열분해 가스 혹은 열분해 오일을 이용하여 전기를 생산하거나 직접 연료유로 사용하는 등의 열분해 방식의 에너지 회수 기술이 많이 개시되고 있다.

이와 같이 가연성물질에서 에너지를 회수하는 방법은 소각과 열분해하는 방법으로 구분되는데 근본적인 차이점은 소각방법은 가연성물질을 태워서 열에너지를 얻는 것으로 산소를 공급하여야 하는 것이며 열분해방법은 산소를 공급하지 않고 열만 공급하는 것으로 열분해시 가연성 물질에 함유된 탄소를 산화시키지 않고 가연성가스, 오일, 탄화물(숯 등)로 회수하는 것으로 열분해 방법이 소각방법보다 에너지 회수효율이 높은 것으로 알려져 있다.

한편 열분해 온도도 열분해 하려는 물질에 따라 달라질 수가 있는데 플라스틱, 비닐 등의 고분자 물질은 300℃ 내지 350℃이며 목재 등의 셀룰로오스 물질은 500℃ 내지 550℃에서 열분해가 잘 일어난다.

또한 열분해 방식으로는 연속열분해방식과 배치식 열분해방식이 있는데 연속열분해방식은 원료물질을 계속적으로 열 분해로에 투입하면서 열분해 시 생성되는 열분해물질을 연속적으로 회수하면서 운영하는 방식이고, 배치식 열분해방식은 열 분해로에 원료물질을 일괄 장입한 후 열분해로 외부에 열을 가하여 장시간 열분해하면서 열분해 시 생성되는 열분해물질을 회수하다가 열분해가 완료되면 다시 연료물질을 장입 후 열분해를 재 운전하는 것으로, 원료 투입 시 가열된 열 분해로를 냉각하여야 하며, 열분해 시 열분해가 되지못한 원료물질 일부가 녹아서 크링커가 형성되는 등 운전이 비효율적이며, 분해로의 가열과 냉각이 반복되게 되므로 연속열분해 방식에 비하여 에너지 손실이 큰 단점이 있다.

연속식 열분해방식으로는 회전원통형(Rotary Kiln) 열분해방식과 유동상 열분해 방식이 있는데 회전원통형 방식은 원료물질을 회전 원통로에 연속적으로 공급하면서 회전 원통로 외부에 고온의 연소공기를 공급하여 가열하거나, 또는 전기히터로 열을 가하여 회전 원통로 내부의 온도를 올려서 원료물질을 열분해 시키는 것이고, 유동상 열분해 방식은 유동상 열분해로 중간 단에 유동판을 두고 유동판 상부에 모래를 충진 시킨 후 유동판 하부에서 고온, 고압의 불활성 유동 가스를 주입시키면 고온이 된 모래가 유동하게 되는데 이때 원료가 열분해로에 투입되면 고온의 유동모래가 원료물질과 혼합되면서 고온의 열이 원료물질에 전이되어 빠르게 열분해가 일어나는 방식이다.

상기 연속식 열분해방식은 열분해로 내부로 대기 중의 공기가 유입되면 폭발하거나 원료물질이 산화되면서 소각현상이 발생되므로, 원료가 연속적으로 투입되면서도 열분해로가 외부와 밀폐되어야 하는데, 회전 원통로는 열분해로가 스스로 회전하므로 회전 원통로와 고정지지대 사이를 밀폐하는 것이 기술적으로 어렵고 운전 중에 가끔씩 밀폐부분이 파손되어 화재나 폭발이 일어나는 문제점이 있어 유동상 열분해로를 이용하는 것이 바람직하다.

유동상 열분해 기술에 대한 종래의 선행기술로 한국등록특허 제10-0659497호(2006.12.20.)는 농임산폐기물의 유동층 열분해 및 가스화 장치와 그 방법에 관한 것으로, 기존의 탄화공정이 가지고 있는 문제를 해결하고 성능을 증가시킨 유동층 열분해 및 가스화 반응 장치와 그 이용방법을 제공한다. 그러나 상기의 선행기술은 반응기를 이루는 희박상영역부에 농임산폐기물이 투입되는 것으로, 미세하게 분쇄된 톱밥 등의 원료물질이 유동가스에 의하여 열분해되지 않고 그대로 유동 열분해로 바깥으로 배출되어 열분해 효율이 떨어뜨리고, 열분해오일을 회수하는 열분해 물질 회수장치의 고장발생의 주요원인이 되는 문제점이 있다.

또한, 한국등록특허 제10-1524456호(2015.06.01.)는 바이오매스 급속 열분해를 위한 이중관형 유동층 반응기에 관한 것으로, 원료 투입부와 급속 열분해 반응기 내관과 운반가스 챔버, 분산판, 운반가스 유입부와 반응기 외관, 고상 생성물 수집부와 프리보드 및 생성물 배출부를 포함한다. 상기 선행기술은 반응기가 이중 구조의 관으로 구성되어 바이오 매스의 열분해시 발생하는 고상 및 증기상 생성물의 분리를 용이하게 할 수 있고, 바이오매스의 열분해 과정에서 열손실을 최소화할 수 있는 효과가 있으나, 원료 투입부가 유동층 반응기 상부에 위치하여 원료가 투입되면 유동매체 상부에 투입되어져서 원료중위 일부가 열분해되기 전에 유동 가스에 의해 유동층 반응기 외부로 날려가거나, 원료와 함께 투입된 산소에 의하여 빠르게 산화되어 열분해 효율이 저하되는 문제점이 발생된다.

한국등록특허 제10-0659497호(2006.12.20.) 한국등록특허 제10-1524456호(2015.06.01.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원료가 열분해 챔버내의 유동매체 내부로 직접 투입됨에 따라, 열분해 되지 않는 원료가 유동화 챔버 외부로 직접 배출되지 않는 유동상 열분해장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 열 효율이 우수하여 고발열량의 가스나 유분을 얻을 수 있으며, 유기 물질의 대량 처리도 가능한 유동상 열분해장치 및 이를 이용한 유기성 물질의 열분해 방법을 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 유기성 물질을 열분해하는 유동상 열분해 장치(100)에 있어서, 상기 유동상 열분해 장치(100)는 유기성 물질을 유동화 챔버(500) 내로 공급하는 원료공급설비(200); 상기 원료공급설비(200)로부터 유기성 물질을 공급받아 열분해를 수행하는 챔버로서 내부에 유동매체층(300)을 포함하고 있는 유동화 챔버(500); 상기 유동화 챔버(500)로 공급되어 유동화 챔버(500)내의 유동매체층(300)을 유동화 시키고 유기성 물질의 열분해를 위한 열을 공급하는 유동가스공급설비(400); 유기성 물질이 열 분해되어 형성된 촤를 유동화 챔버(500) 외부로 배출하기 위한 촤 배출장치(600);를 포함하되, 상기 유기성 물질은 유동매체층(300) 내부로 공급되는 것을 특징으로 하는 유동상 열분해장치(100)를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원료공급설비(200)는 유기성 물질을 저장하고 이를 원료공급슈트(202)로 공급하는 원료공급호퍼(201); 상기 원료공급호퍼(201)의 하단부와 연결되고 원료투입컨베이어(203)의 내부와 연결된 원료공급슈트(202); 상기 원료공급슈트(202)를 통해 이송받은 유기성 원료 물질을 유동화 챔버(500)로 이송하는 원료투입 컨베이어(203)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원료공급슈트(202)는 원료차단밸브(205)가 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유동화 챔버(500) 내부의 유동매체층(300) 상부 표면 위의 공간과 원료투입컨베이어(203) 내부공간을 연결하는 압력조절관(700)이 더 포함될 수 있으며, 상기 압력조절관(700)에는 압력조절밸브(701)가 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유동화 챔버(500)의 내부 하부에는, 상부표면에 하나 이상의 유동가스 분사공(308)을 가진 하나 이상의 유동노즐(303)이 설치된 유동판(302)이 설치되고; 상기 유동판(302)의 상부에는 유동매체층(300)이 위치하며, 유동가스분사공(308)은 유동판(302) 하부 방향으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유동화 챔버(500)에는 적어도 하나 이상의 벤츄리부(501)가 설치된 것을 특징으로 하는 유동상 열분해장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 촤 배출장치(600)는 유동매체의 상부 표면보다 더 높은 위치에 설치된 촤 흡입구(601); 상기 촤 흡입구(601)와 촤 박스(603)를 연결하는 관인 촤 배출슈트(602); 상기 촤 배출슈트(602)에 설치된 촤 배출밸브(604)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 본 발명의 유동상 열분해 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 유기성 물질의 열분해 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 열분해 방법에서 열분해 온도는 300 ~ 700℃ 범위인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 분쇄된 원료가 유동매체 내부로 직접적으로 투입됨에 따라서, 미분해 원료 누출을 방지하는 효과가 있으며, 원료공급설비에서 원료 배출부가 유동매체에 직접적으로 연계됨에 따라서, 밀폐된 유동상 열분해장치를 제공함과 더불어 연속운전이 가능하며, 이에 따라 설치비용 및 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 유동상 열분해장치는 유동가스의 누출을 억제시킴으로서 열분해 능력을 향상시키고 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유동상 열분해장치를 설명하기 위한 정면도이다.
도 2는 유동화 챔버 중 유동층을 더욱 상세히 나타낸 확대도이다.
도 3는 유동판에 유동노즐의 배치를 나타낸 유동판의 평면도이다.
도 4은 상기 유동판에 설치된 유동노즐을 확대 표시한 정면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 따른 유동상 열분해장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 유동상 열분해장치(100)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 원료공급설비(200), 유동매체층(300), 유동가스공급설비(400) 및 유동화챔버(500), 촤 배출장치(600)를 포함하는 유동상 열분해장치(100)에 관한 것이다. 상기 유동상 열분해장치는 압력조절관(700)을 더 포함할 수 있다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 유동상 열분해장치의 원료공급설비(200)는 원료공급호퍼(201), 원료공급슈트(202), 원료투입컨베이어(203), 원료차단밸브(205), 및 원료배출부(206)를 포함한다.

상기 원료공급호퍼(201)는 유동화챔버(500) 내에서 열분해 되는 유기성 물질 원료를 저장하는 곳이다. 상기 원료는 유기성 물질로서 초본계 및/또는 목본계 바이오매스 뿐 아니라 폐플라스틱 등의 열분해에 의하여 바이오디젤 등의 연료를 생산할 수 있는 모든 유기성 물질을 의미한다. 상기 원료공급호퍼(201)에는 미리 상기 유기성 물질 등을 절단하여 적절한 크기로 분쇄된 상태의 유기성 물질을 공급하여 적재할 수 있다. 상기 원료공급호퍼(201)의 상부에는 상기 호퍼의 내부와 외부를 차단하기 위하여 호퍼뚜껑(204)이 포함될 수 있다.

상기 원료공급슈트(202)는 원료공급호퍼(201)로부터 공급된 원료를 원료투입 컨베이어(203)로 이동시키는 역할을 하는 것으로, 상기 원료공급슈트(202)에는 원료차단밸브(205)를 포함할 수 있으며, 상기 원료차단밸브(205)는 원료공급호퍼(201)와 원료공급슈트(202) 사이 및 원료공급슈트(202)와 원료투입 컨베이어(203) 사이를 차단할 수 있다.

상기 원료투입 컨베이어(203)는 상기 원료공급슈트(202)로부터 이송된 원료를 유동화챔버(500)로 이동시키는 역할을 하는 것으로, 상기 원료투입 컨베이어(203)는 스크류 컨베이어인 것이 바람직하다. 상기 스크류 컨베이어는 스크류의 회전속도를 조절하여 유동화 챔버(500)로의 원료투입량을 용이하게 조절할 수 있도록 속도조절장치(미도시)를 부착하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 원료공급설비(200)의 원료공급호퍼(201)와 원료공급슈트(202), 원료투입 컨베이어(203)는 순차적으로 연결된 밀폐형 구조를 이루도록 됨으로써, 원료공급설비(200)에서부터 산소가 포함된 외부공기가 유동화챔버(500)로 유입되지 않도록 구성된다. 즉, 원료를 투입을 하기 위하여 원료공급호퍼(201)의 상부에 설치된 호퍼뚜껑(204)을 개방할 때는 원료차단밸브(205)가 잠기고 호퍼뚜껑(204)이 닫히면 원료차단밸브(205)가 열리도록 운전하는 것이 바람직하다. 또한, 원료를 투입하고 난 뒤 다시 호퍼뚜껑(204)을 닫아 원료공급호퍼(201)를 외부와 차단한 뒤에 상기 원료차단밸브(205)를 개방하기 전에 원료공급호퍼(201) 내부로 비활성 가스 등을 흘려주어 유입된 산소를 제거할 수도 있다.

상기 원료투입 컨베이어(203)를 통해 원료는 원료 배출부(206)를 통하여 유동화챔버(500)로 이동된다. 이 과정에서 원료는 상기 원료투입 컨베이어(203)의 스크류 회전속도를 조정하여 원료 투입량을 조절할 수 있다.

상기 유동화챔버(500)는 유기성 물질의 열분해가 발생하는 하나의 디바이스로서 그 형태가 제한되지는 않으나 원통 실린더 형태가 바람직하다.

본 발명의 특징적인 부분에 있어서, 상기 원료배출부(206)는 유동매체층(300)의 상부 표면 아래에 위치하도록 하여, 원료 투입 컨베이어(203)에서 유통화 챔버로 투입되는 원료가 유동매체층(300)의 내로 투입될 수 있도록 한다.

종래에는 유동화 챔버(500)로 원료가 투입될 때, 원료투입 컨베이어(203)의 원료배출부(206)는 유동매체층(300)의 상부 표면 위로 투입되도록 구성됨으로써, 투입된 원료 중 일부 미립자 들은 직접적으로 유동매체층(300)과 혼합되어 열분해되지 않고 유동매체층(300) 하부에서 공급되는 유동가스에 의하여 그대로 유동화챔버(500) 외부로 배출될 수 있으며, 이로 인하여 전체 열분해 효율의 저하는 물론 배출된 미립자 들이 열분해 물질 회수장치의 작동 불량을 일으키는 원인이 되기도 하였다.

그러나 본 발명에서는 원료배출부(206)가 유동매체층(300) 내부에 위치함에 따라, 상기 종래의 열분해장치에서의 문제점을 해소할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 유동상 열분해장치는 상기 원료투입 컨베이어(203)와 유동화챔버(500) 사이에 압력조절관(700)을 더 포함할 수 있으며, 상기 압력조절관(700)에는 압력조절밸브(701)가 추가적으로 설치될 수 있다.

상기 압력조절관(700)은 유동화챔버(500) 내부공간 중 유동매체층(300)의 상부표면 위의 공간과 원료투입 컨베이어(203) 내부공간을 서로 연결한 관으로서, 원료투입 컨베이어(203)내부의 압력을 조절하는 역할을 한다.

상기 유동가스가 유동매체층(300)을 통과하면서 유동매체층(300)을 이루는 유동매체(304)를 유동시키는데 유동가스가 가지고 있는 분출 압력은 유동매체층(300)의 가장 아랫부분에서 높고, 윗부분으로 갈수록 압력이 낮아지는 형태가 되는데, 본 발명에 있어서 원료투입 컨베이어(203)의 원료배출부(206)는 유동매체층(300)의 내부에 위치하고 있으므로, 상기 원료배출부(206) 출구에서 원료가 스크류의 회전 전단력으로 유동매체층(300) 내부로 배출되지만, 원료배출부(206)의 원료 물질 공극사이로 강한 유동가스의 압력이 작용하여 유동가스 및 자체 발생된 열분해가스가 혼합된 유동가스가 원료 컨베이어(203) 내부를 이동하여 역으로 원료 공급호퍼(201)까지 이동하여 종국적으로는 외부로 유출될 수 있다. 이러한 형태로 유동가스가 진행되면 열분해 효율의 감소 및 열분해생성물의 회수가 어려워진다.

따라서 이러한 유동 가스의 누출을 막기 위하여 원료투입 컨베이어(203)의 내부공간과 유동화챔버(500)의 상부공간, 즉, 유동매체층(300)의 상부표면 위의 공간을 연결한 압력조절관(700)을 설치하면 유동가스가 원료투입 컨베이어(203) 내부로 이동하더라도 상기 압력조절관(700)을 타고 유동화챔버(500)의 상부공간으로 진행하므로 상기 유동가스가 원료공급설비(200)를 통하여 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

상기 압력조절관(700)에는 압력조절밸브(701)을 더 설치할 수 있다. 상기 압력조절밸브(701)를 조절하여 압력조절관(700)을 통하여 원료투입 컨베이어(203) 내부에서 유동화챔버(500)의 상부 공간으로 이동하는 유체의 흐름량을 조절할 수 있다. 만약 상기 압력조절밸브(701)가 없다면 대부분의 유동가스가 원료배출부(206)를 통하여 원료컨베이어(203) 내부를 거쳐 압력조절관(700)을 통하여 유동화챔버(500)의 상부 공간으로 이동할 수도 있기 때문에 압력조절관(700)에는 압력조절밸브(701)를 설치하는 것이 바람직하다.

도 2는 유동화챔버(500) 중에서 유동매체층(300)의 부분을 보다 상세히 나타낸 확대도이다. 도 2에 따르면, 상기 유동판(302)은 유동화챔버(500) 내에 위치하는 것으로, 상기 유동판(302)의 상부에는 유동매체층(300)이 일정 두께로 존재하며, 상기 유동판(302)의 상부 표면에는 유동노즐(303)이 1개 이상 장착되어 있다.

도 3을 참고하면 상기 유동판(302)에는 1개 이상의 유동가스홀(301)이 뚫려 있으며, 상기 구멍에 유동노즐(303)이 각각 대응되게 형성된다.

상기 유동판(302)의 상부에 위치하는 유동매체(304)로는 모래가 사용될 수 있으나, 투입되는 원료의 종류에 따라 유동 매체는 선택적으로 사용될 수 있으며 모래로 한정되지는 않는다.

유동가스는 상기 유동판(302)의 하면에 뚫린 유동가스홀(301)을 통하여 유동노즐(303)로 이동한다. 도 4에 도시된 바와 같이 유동노즐(303)은 원뿔 형태로 제작되어질 수 있으며, 유동노즐(303) 내부는 원형홀(306)이 있고 원형홀(306)과 연결되어 유동노즐벽면(307)으로 1개 이상의 유동가스 분사공(308)이 뚫려 있다. 상기 유동가스 분사공(308)은 하 방향을 향하도록 구성되어 있어 유동매체가 상기 유동가스 분사공(308)을 통하여 유동판(302) 아래로 이동하는 것을 방지할 수 있다.

유동판(302) 하부에서 공급되는 고압의 유동 가스는 유동노즐(303) 내부의 원형홀(306)을 통해 유동가스 분사공(308)에서 유통판(302)을 향해 분사되면서 유동판(302) 위에 살포된 유동모래를 하부에서 상부로 강하게 밀어 올려 적정높이의 유동모래층(304)을 형성시켜 준다. 이때 유동가스 분사공(308)을 통해 분사되는 유동가스는 방사상형태를 가지는 것이 바람직하므로, 유동노즐(303)의 유동가스분사공(303)에서 분사되는 유동가스가 방사상 형태를 이룰 수 있도록 구성할 수 있다.

상기 유동판(302)에서의 유동노즐(303)의 배치는 유동가스를 균등하게 배분할 수 있는 상태이면 제한되지 않는다. 일 실시예로, 상기 유동화 챔버(500)의 횡단면이 원형인 경우에는 원형의 중점을 중심으로 균일하게 배치될 수 있으며 또는 격자형으로 균일하게 배치될 수 있다.

상기 유동노즐(303)에 설치된 적어도 1개 이상의 유동가스 분사공(308)의 방향은 유동판(302)의 하부 방향으로 기울어져 있으면 제한되지 않으나 하부방향으로 0 이상 90도 미만의 각도를 가지는 것이 바람직하다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 유동화 챔버(500)는 적어도 1개 이상의 벤츄리부(501)를 포함할 수 있다.

도 1의 유동상 열분해장치(100)는 벤츄리부(501)를 포함하고 있는 유동상 챔버(500)를 도시한 것으로, 유동매체(304)에 의해 열분해되어 생성된 열분해 유체는 배출부로 이동된다. 이때, 이론에 의해 제한되는 것은 아니나, 유동화챔버(500)에 벤츄리부(501)를 포함함에 따라, 유동화챔버(500)의 단면에 변화가 발생하며, 이러한 변화로 인하여 유동가스의 흐름 방향으로 수축과 팽창이 일어나면서 열분해 산물을 포함하는 유동 가스의 혼합이 증대되어 목적하는 열분해 산물의 생성이 증대된다.

본 발명에 따른 유동상 열분해장치는 유동가스공급설비(400)를 포함하고 있으며, 상기 유동가스공급설비(400)는 유동가스통(401) 및 송풍기(402)를 포함할 수 있다.

상기 유동 가스통(401)은 유동가스만이 존재하는 공간으로 송풍기(402)에 의해 이송된 유동가스가 유동가스통(401)을 거쳐 상기 유동판(302) 하부의 유동가스홀(301)을 통하여 유동노즐(303)로 이송된다.

상기 유동가스는 열분해에 필요한 열을 포함할 수 있으며, 상기 유동가스로로 인해 열분해 운전 시 유동화 챔버 내의 온도는 원료에 따라 달라질 수 있으나 300 ~ 700℃를 유지한다.

상기의 송풍기(402)는 일반적으로 약 2,000 mmAq 이상의 고압 유동가스를 주입해야하며, 이에 따라 송풍기(402)는 링 블로워 또는 터보 블로워 등과 같은 고압 송풍기를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 유동상 열분해장치는 촤(char) 배출장치(600)를 포함한다. 상기 촤 배출장치(600)는 유동매체층(300)의 상부표면보다 더 높은 위치에 설치된 촤 흡입구(601); 상기 촤 흡입구(601)와 촤 박스(603)를 연결하는 관인 촤 배출슈트(602); 상기 촤 배출슈트(602)에 설치된 촤 배출밸브(604)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 촤는 유동화챔버(500) 내에서 열분해 후의 원료물질에 포함된 불연물질 또는 일부 고정탄소가 탄화되어 생성되는 물질로, 촤는 유동매체(304)로 사용되는 물질 보다 비중이 가벼워서 촤는 부상하여 유동매체(304) 상부에 위치한 촤 흡입구(601)를 통하여 촤 배출슈트(602)로 이동된다. 상기 촤 흡입구(601)는 유동매체층(300) 상부 표면보다 약간 높게 설치하는 것이 바람직하다.

상기 촤 배출슈트(602)는 촤 흡입구(601)와 촤 박스(603) 사이에 위치한 것으로 생성된 촤를 촤 박스(603)로 이동시켜 주는 역할을 한다.

상기 촤 배출슈트(602)에는 배출밸브(604)를 포함할 수 있으며, 상기의 배출밸브(604)는 유동화 챔버(500) 내에서 열분해 반응을 진행할 경우에는 배출밸브(604)는 잠긴 상태를 유지하여 유동상 열분해장치를 밀폐상태로 유지할 수 있다.

또한, 상기 배출밸브(604)는 촤 배출슈트(602)에 위치함에 따라 추후 촤 박스(603)를 교체할 경우에 배출밸브(604) 닫아서 유동화 챔버(500) 내의 유동가스가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있으며, 외부로부터 유동화 챔버(500) 내로의 공기유입을 막을 수 있다.

이상으로 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100: 유동상 열분해장치
200: 원료공급설비
201: 원료공급호퍼 202: 원료공급슈트
203: 원료투입 컨베이어 204: 호퍼뚜껑
205: 원료차단밸브 206: 원료배출부
300: 유동매체층
301: 유동가스홀 302: 유동판
303: 유동노즐 304: 유동매체
305: 배기구 306: 원형홀
307: 유동노즐벽면 308: 유동가스 분사공
400: 유동가스공급설비
401: 유동가스통 402: 송풍기
500: 유동화 챔버
501: 벤츄리부
600: 촤 배출장치
601: 촤 흡입구 602: 촤 배출슈트
603: 촤 박스 604: 촤 배출밸브
700: 압력조절관
701: 압력조절밸브

Claims

유기성 물질을 열분해하는 유동상 열분해 장치에 있어서,
상기 유동상 열분해 장치는 유기성 물질을 유동화 챔버 내로 공급하는 원료공급설비;
상기 원료공급 설비로부터 유기성 물질을 공급받아 열분해를 수행하는 챔버로서 내부에 유동 매체층을 포함하고 있는 유동화 챔버;
상기 유동화 챔버로 공급되어 유동화 챔버 내의 유동 매체 층을 유동화시키고 유기성 물질의 열분해를 위한 열을 공급하는 유동가스 공급 설비; 및
유기성 물질이 열 분해되어 형성된 촤를 유동화 챔버 외부로 배출하기 위한 배출장치;를 포함하되,
상기 유기성 물질은 유동매체 층 내부로 공급되며,
상기 원료공급설비는 유기성 물질을 저장하고 이를 원료공급슈트로 공급하는 원료공급호퍼; 상기 원료공급호퍼의 하단부와 연결되고 이송 컨베이어의 내부와 연결된 원료 슈트; 및 상기 원료슈트를 통해 이송 받은 유기성 원료 물질을 유동화 챔버로 이송하는 원료투입 컨베이어;를 포함하며, 상기 원료투입 컨베이어의 원료 토출 측 단부인 원료 배출부는 유동매체 층 내부에 위치하며,
상기 유동화 챔버 내부의 유동매체층 상부표면 위의 공간과 원료투입 컨베이어 내부공간을 연결하는 압력조절관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동상 열분해장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 원료공급슈트는 원료차단밸브가 포함된 것을 특징으로 하는 유동상 열분해장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 압력조절관에는 압력조절밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 유동상 열분해장치.
제1항에 있어서,
상기 유동화챔버의 내부 하부에는, 상부표면에 하나 이상의 유동가스 분사공을 가진 하나 이상의 유동노즐이 설치된 유동판이 설치되고; 상기 유동판의 상부에는 유동매체층이 위치하며, 유동가스분사공은 유동판 하부방향으로 형성된 것임을 특징으로 하는 유동상 열분해장치.
제1항에 있어서,
상기 유동화챔버에는 적어도 하나 이상의 벤츄리부가 설치된 것을 특징으로 하는 유동상 열분해장치.
제1항에 있어서,
상기 촤 배출장치는 유동매체의 상부표면보다 더 높은 위치에 설치된 촤 흡입구; 상기 촤 흡입구와 촤 박스를 연결하는 관인 촤 배출슈트; 상기 촤 배출 슈트에 설치된 촤 배출 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동상 열분해장치.
제1항, 제3항, 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 유동상 열분해장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 유기성 물질의 열분해 방법.
제 9항에 있어서,
상기 열분해 온도는 300 ~ 700 ℃ 범위인 것을 특징으로 하는 유기성 물질의 열분해 방법.