KR102188473B1

KR102188473B1 - 탄화로

Info

Publication number: KR102188473B1
Application number: KR1020190029738A
Authority: KR
Inventors: 쿠니오 마츠오; 마사시 가토; 마코토 기타바야시
Original assignee: 다이도 토쿠슈코 카부시키가이샤
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2020-12-09
Also published as: JP2019157076A; PH12019000128A1; JP7091740B2; KR20190109296A; TWI740118B; TW201940678A; CN110272750A

Abstract

본 발명은, 노 본체와, 제1 온도 제어 영역과 제2 온도 제어 영역을 포함하는 영역들로 구획된 상기 노 본체의 내부에 제1 레토르트와 제2 레토르트를 포함하고, 상기 제1 레토르트는 상기 제1 온도 제어 영역 내에 설치되고, 상기 제2 레토르트는 상기 제2 온도 제어 영역 내에 설치되고, 상기 제2 레토르트는 세라믹 재료를 포함하고, 상기 제2 온도 제어 영역은 상기 제1 온도 제어 영역의 온도보다 높은 온도를 갖는 것으로 제어되도록 구성되고, 상기 탄화로는, 상기 피처리물이 상기 제1 온도 제어 영역 내에서 소정의 온도로 가열된 다음, 상기 피처리물이 상기 제2 레토르트의 내부로 공급되도록 구성된 탄화로에 관한 것이다.

Description

탄화로{CARBONIZING FURNACE}

본 발명은, 로터리 드럼(rotary drum)으로 구성된 건류 용기(dry distillation vessel)로서 레토르트(retort)를 갖고, 레토르트의 내부로 공급된 피(被)처리물을 건류 처리에 의해 탄화하는 탄화로에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 고온에서 탄화 처리를 적합하게 실시할 수 있는 탄화로에 관한 것이다.

가정 등에서 배출된 유기 물질 포함 폐수는, 일반적으로 하수 처리 시설에서 폐수 처리를 거치며, 폐수 처리 중 유기 물질을 포함하는 하수 슬러지(sewage sludge)가 생성된다. 하수 슬러지를 처분할 때, 하수 슬러지는 다량의 수분을 포함하고 있기 때문에 이를 그대로 처분할 수는 없다. 따라서, 양을 줄이기 위해, 응축 및 탈수 처리, 나아가 소각 및 용융과 같은 다양한 처리가 현재 실시되고 있다.

그러나, 하수 슬러지를 소각하는 경우, 독성을 없애고 부피를 줄일 수는 있으나, 슬러지에 포함되어 있는 에너지 및 유효한 성분을 이용하여 재활용하기는 어렵다. 따라서, 하수 슬러지를 처리하기 위한 다른 방법으로서, 그 제품의 다양하고 효과적인 사용이 예상되는 탄화 처리가 실시되고 있다.

하수 슬러지는 기질(substrate) 중 질량으로 약 45%의 탄소 함유량을 포함한다. 소각 및 용융과 달리, 탄화 처리는 슬러지에 있는 탄소 함유량을 완전히 소비하는 것이 아니라, 무산소 또는 저산소 상태에서 슬러지를 열분해(pyrolyzing)(탄화)함으로써 탄소 함유량을 남겨, 새로운 성분을 갖는 탄화물(탄화 생성물)을 생성한다.

구체적으로, 예를 들어, 아래의 특허문헌 1에 나타낸 바와 같은 탄화 처리 설비를 이용하여, 상기 탄화물이 대략 수 mm 크기의 입상(granulated) 탄화물로 제조된다. 이에 따라 얻어진 탄화 생성물은 물리적으로 목탄과 비슷한 특성을 가지며, 현재, 연료, 비료(토양 개량제(soil conditioner)), 및 시멘트 골재(aggregate of cement) 등의 용도에 사용되고 있다.

특허문헌 1: 일본공개특허공보 2008-238129

탄화물을 토양 개량제로서의 용도에 사용하는 경우, 탄화물에 포함된 염화물이 문제를 일으킬 수 있다. 염분을 포함하는 슬러지로부터, 줄어든 염화물을 포함하는 탄화물을 제조하기 위해, 탄화 처리 동안 온도를 약 1,000℃ 내지 1,200℃로 높일 필요가 있다. 그러나, 종래 탄화로의 건류 용기로서 사용된 원통형 로터리 드럼(레토르트)에 사용된 내열강은, 사용 가능한 온도의 상한이 약 900℃이고, 염화물을 제거할 수 있는 온도까지 온도를 높이기 어렵다.

약 1,000℃ 내지 1,200℃의 고온에서의 처리를 가능하게 하기 위해, 내열강 대신 세라믹을 이용하는 레토르트를 사용할 필요가 있다. 그러나, 세라믹제 파이프 부재는 그 크기를 증가시켜 제조하기가 어렵고, 종래의 레토르트와 동일 또는 그보다 큰 크기(예를 들어, 직경 1m 및 길이 10m)를 갖는 세라믹제 레토르트를 제조하기 어렵다. 더욱이, 세라믹제 레토르트는 금속제 레토르트보다 인성이 열악하고, 열충격 특성이 열등하다. 따라서, 저온 슬러지가 공급되는 경우, 레토르트가 온도차를 견디지 못하고 부서지는 문제가 있다.

상기한 상황을 고려하여, 본 발명의 목적은, 건류 용기로서의 레토르트에 세라믹 재료를 사용하는 경우에 발생할 수 있는 생산성 및 열충격 특성의 문제를 회피하면서, 1,000℃보다 높은 온도에서 탄화 처리를 할 수 있는 탄화로를 제공하는 것이다.

본 발명의 탄화로는, 노 본체와, 상기 노 본체의 내부를 통과하는 로터리 드럼을 갖는 레토르트를 포함하는 탄화로로서, 상기 탄화로는, 상기 피처리물이 상기 레토르트의 축 방향으로 일단측의 입구로부터 상기 레토르트의 내부로 공급되고, 상기 피처리물이 상기 레토르트를 회전하면서 상기 축 방향으로 이동되고, 상기 피처리물이 이동하는 공정 중에 건류 처리에 의해 탄화되고, 그에 따른 탄화물이 상기 레토르트의 출구로부터 배출되도록 구성되고,

상기 레토르트는 제1 레토르트와 제2 레토르트를 포함하고,

상기 노 본체의 내부는 제1 온도 제어 영역과 제2 온도 제어 영역을 포함하는 영역들로 구획되고,

상기 제1 레토르트는 상기 제1 온도 제어 영역 내에 설치되고,

상기 제2 레토르트는 상기 제2 온도 제어 영역 내에 설치되고,

상기 제2 레토르트는 세라믹 재료를 포함하고,

상기 제2 온도 제어 영역은 상기 제1 온도 제어 영역의 온도보다 높은 온도를 갖는 것으로 제어되도록 구성되고,

상기 탄화로는, 상기 피처리물이 상기 제1 온도 제어 영역 내에서 소정의 온도로 가열된 다음, 가열된 상기 피처리물이 상기 제2 레토르트의 내부로 공급되도록 구성된다.

본 발명의 탄화로는 제1 온도 제어 영역 내에 제1 레토르트를, 그리고 제2 온도 제어 영역 내에 제2 레토르트를 포함하고, 제2 온도 제어 영역의 온도는 제1 온도 제어 영역의 온도보다 높도록 제어된다. 각각의 레토르트는 각각의 처리 온도에 대응할 수 있는 재료로 이루어질 수 있다.

상기 제2 레토르트는 상기 제2 온도 제어 영역 내에만 배치되는 크기를 가질 수 있으며, 이에 따라, 탄화 처리가 하나의 레토르트 내에서만 완료되는 경우에 비해, 상기 제2 레토르트의 소형화를 달성할 수 있다. 따라서, 세라믹 재료를 포함하는 상기 제2 레토르트의 생산성을 향상시키는 것이 가능하다. 여기서, 사용 가능한 세라믹 재료의 예로서, 알루미늄 산화물, 실리콘 탄화물, 실리콘 질화물 등을 포함한다.

또한, 본 발명의 상기 탄화로에서, 상기 피처리물은 소정의 온도로 미리 가열된 다음, 상기 제2 레토르트로 공급된다. 따라서, 고온의 상기 제2 레토르트와, 상기 제2 레토르트의 내부로 공급된 상기 피처리물 간의 온도차가 작아질 수 있고, 이에 따라, 상기 온도차에 의한 열충격이 완화될 수 있다. 따라서, 세라믹 재료를 포함하는 상기 제2 레토르트가 열충격에 의해 파괴되는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 탄화로에서, 처리 온도는 슬러지에 포함된 염화물이 제거될 수 있는 온도까지 올라갈 수 있다. 따라서, 예를 들어, 다량의 염화물을 포함하는 슬러지의 경우에도, 탄화 처리가 적절하게 실시될 수 있다. 다량의 염화물을 포함하는 슬러지는, 예를 들어, 고형분 중 염소 비율이 약 0.5 내지 3%인 슬러지이다. 본 발명의 탄화로에 의해 제조된 탄화 생성물은, 예를 들어, 약 0.05 질량% 이하의 최종 염소 농도를 갖는다.

또한, 본 발명에서, 상기 제2 레토르트는 상기 제1 레토르트의 아래에 배치될 수 있고, 상기 탄화로는, 상기 피처리물이, 상기 제1 레토르트의 내부의 상기 피처리물의 이동 방향과는 반대 방향으로 상기 제2 레토르트의 내부를 이동하도록 구성될 수 있다. 2개의 레토르트가 상하로 배치되고, 상기 피처리물의 이동 경로가 거의 U자 형상으로 설정된 경우, 상기 탄화로의 길이가 짧아질 수 있다. 또한, 상기 탄화로의 설치 공간이 줄어들 수 있다.

본 발명에서, 상기 탄화로는, 상기 제1 레토르트의 일단부를 둘러싸고 그 내부에 상기 제1 레토르트의 출구를 수용하는 연결 용기를 더 포함할 수 있고,

상기 연결 용기는, 하단에 형성되어 상기 제2 레토르트의 입구측의 개구를 연결하도록 구성된 하향 개구를 가진다.

이러한 연결 용기는, 상기 제1 레토르트로부터 배출된 상기 피처리물이 외기와의 접촉에 의해 냉각되는 것을 방지하면서, 상기 제2 레토르트의 입구측의 개구로 상기 피처리물을 가이드할 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 제1 온도 제어 영역은, 상기 피처리물로부터 생성된 가연성 가스의 흐름 방향의 상류측에 배치될 수 있고, 상기 제2 온도 제어 영역은 상기 흐름 방향의 하류측에 배치될 수 있다. 이러한 구성은, 상기 제1 온도 제어 영역에서 소정의 온도로 가열된 고온 가연성 가스를 상기 제2 온도 제어 영역으로 도입할 수 있게 하여, 상기 제2 온도 제어 영역 내의 분위기(atmosphere)의 온도가 쉽게 올라가도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 레토르트는, 상기 제2 온도 제어 영역 내에 서로 평행하게 배치된 복수의 제2 레토르트를 포함할 수 있고, 상기 탄화로는, 상기 제1 레토르트로부터 배출된 상기 피처리물이, 상기 복수의 제2 레토르트의 각각으로 분배 및 공급되도록 구성된 분배 수단을 더 포함할 수 있다. 이러한 구성은, 상기 전체 탄화로의 처리 용량을 유지하면서, 고온의 처리에 사용되는 상기 제2 레토르트의 소형화를 한층 더 달성할 수 있다. 또한, 세라믹 재료를 포함하는 상기 제2 레토르트의 생산성이 더욱 만족될 수 있다.

전술한 본 발명은, 건류 용기로서의 레토르트에 세라믹 재료를 사용하는 경우에 발생할 수 있는 생산성 및 열충격 특성의 문제를 회피하면서, 1,000℃보다 높은 온도에서 탄화 처리를 할 수 있는 탄화로를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 탄화로를 포함하는 탄화 처리 설비의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 건조기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1의 탄화로의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3의 탄화로의 제1 온도 제어 영역을 포함하는 상반부를 도시하는 도면이다.
도 5는 도 3의 탄화로의 제2 온도 제어 영역을 포함하는 하반부를 도시하는도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태의 주요부를 도시하는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 탄화로를 포함하는 탄화 처리 설비(1)의 전체 구성을 도시한다. 상기 도면에서, 도면 부호 10으로 표시된 부재는 투입 호퍼(receiving hopper)(탈수된 슬러지용 저장 탱크)이다. 유기 물질을 포함하는 하수 슬러지는 약 70 내지 85%의 수분 함유량(보통 약 80%)을 갖도록 탈수되고, 그에 따라 탈수된 슬러지는 먼저 투입 호퍼(10)로 투입된다.

투입 호퍼(10)로 투입된 탈수된 슬러지는, 중간 저장 탱크(12)를 통해 정량 공급 피더(constant feeder; 14) 및 컨베이어(15)에 의해 건조기(16)로 이송되고, 약 35 내지 45%(보통 약 40%)의 수분 함유량을 갖도록 건조기(16)에서 건조 처리된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 건조기(16)는 로터리 드럼(18) 내부에 교반 축(20)을 갖는다. 여기서, 교반 축(20)은 로터리 드럼(18)의 중심으로부터 벗어난 위치에 설치되고, 복수의 교반 블레이드(22)는 교반 축(20)으로부터 반경 방향으로 연장된다.

플레이트 형상의 복수의 리프터(lifter; 24)는, 로터리 드럼(18)과 일체로 회전하는 상태로 원주 방향으로 소정의 간격을 두고 로터리 드럼(18)의 내주에 설치되어 있다. 결과적으로, 로터리 드럼(18)의 내부에 공급된 슬러지(탈수된 슬러지)는, 로터리 드럼(18)의 회전에 따라 리프터(24)에 의해 바닥으로부터 윗쪽으로 올려지고, 그 자중에 의해 로터리 드럼(18)의 천정부의 근처 위치에서 떨어진다. 떨어진 슬러지는, 떨어지는 위치의 아래에 위치한 교반 블레이드(22)의 고속 회전에 의해 미세하게 분쇄되어, 로터리 드럼(18)의 바닥측으로 다시 떨어진다.

로터리 드럼(18) 내부의 슬러지는 내부로 도입된 뜨거운 공기에 노출되어 교반 작용을 받으면서 건조되므로, 슬러지의 수분 함유량은 점차 줄어든다.

건조기(16)에서, 로터리 드럼(18)의 경사 구배에 의해, 또한 교반 블레이드(22)에 의한 분쇄 및 그때의 분산 작용(scattering action)에 의해, 슬러지는 로터리 드럼(18)의 내부에서 축 방향으로 점차 이송된다.

건조기(16)에서의 건조 처리 후, 건조 슬러지(dried sludge)는 컨베이어(26)에 의해 탄화로(28)로 이송되고, 건류 처리에 의해 탄화로(28) 내에서 슬러지의 탄화가 실시된다.

탄화로(28)는 무산소 또는 저산소 분위기(예를 들어, 10% 이하의 산소 농도) 하에서 건조 슬러지를 탈수하고 열분해하는 노이다. 상세히 후술하는 바와 같이, 건류 용기로서의 원통형 레토르트(32, 34)는 노 본체(30) 내부에 설치되어 있다. 제1 레토르트(32)의 내부로 충전된 슬러지는 제1 레토르트(32)의 내부와, 이어서 제2 레토르트(34)의 내부로 점차 이동하고, 최종적으로 건류 잔여물(탄화 생성물)이 제2 레토르트(34)의 배출 포트(36)로부터, 즉, 탄화로(28)로부터 배출된다. 이러한 탄화 공정은, 건조 슬러지를, 미세한 공극(pore)과, 약 30 내지 50%의 탄소 함유량을 포함하고 잔부가 무기 물질인 조성을 갖는 탄화 생성물로 변환할 수 있다.

도 1에서, 도면 부호 40으로 표시된 부재는 열풍 생성로(hot-air-generating furnace)이고, 열풍 생성로(40)에서 생성된 열풍은 건조기(16)로 공급된다.

건조기(16)로 공급된 열풍은 건조기(16)를 지나 집진기(42)를 통과하고, 이어서 열풍은 순환 팬(44)에 의해, 탄화로-배기 가스-열교환기(46) 및 열풍로-배기 가스-열교환기(47)를 통해 열풍 생성로(40)로 순환된다.

이러한 순환 시스템에서, 열풍 생성로(40)에서 생성된 열풍의 일부는 열풍 생성로(40)로부터 연장된 분기로(branch path; 48)를 통해 추출된다. 추출된 열풍은 열풍로-배기 가스-팬(49)에 의해, 열풍로-배기 가스-열교환기(47)를 통해 연통(chimney; 50)으로부터 외부로 방출된다.

한편, 배기 가스-처리 챔버(31)는 탄화로(28)의 노 본체(30)의 일측상에 설치되어 있다. 탄화로(28)로부터의 배기 가스는 배기 가스-처리 챔버(31)로 도입되고, 배기 가스 내의 미연소 가스가 그 내부에서 2차 연소했다. 배기 가스로(exhaust gas path; 52)는 배기 가스-처리 챔버(31)로부터 연장된다. 배기 가스-처리 챔버(31)로부터의 배기 가스는 탄화로-배기 가스-팬(54)에 의해, 탄화로-배기 가스-열교환기(46) 및 배기 가스로(52)를 통해 연통(50)으로부터 외부로 방출된다.

이하, 본 발명의 실시 형태의 탄화로(28)를 상세히 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 탄화로(28)는 외부 가열 로터리 킬른(external-heating rotary kiln)인 노이고, 건류 용기로서 제1 레토르트(32) 및 제2 레토르트(34)를 포함한다. 노 본체(3) 내부에, 제1 온도 제어 영역(56)과 제2 온도 제어 영역(57)이 구획되어 있고, 제2 온도 제어 영역(57)의 온도는 제1 온도 제어 영역(56)의 온도보다 높도록 제어된다. 이들 온도 제어 영역(56, 57)은 연통 포트(communication port; 58)를 경유하여 연통하도록 구성된다.

제1 온도 제어 영역(56)은 건조 슬러지가 약 700℃ 내지 900℃의 온도로 가열되는 영역이다. 제1 온도 제어 영역(56)을 관통하여 설치된 제1 레토르트(32)는 내열강으로 구성된다.

제1 레토르트(32)로 사용 가능한 내열강의 예로서, 오스테나이트 스테인리스강, 합금강 등을 포함한다.

제1 레토르트(32)는, 제1 레토르트(32)의 일단부 및 타단부 각각의 외주상에 링 본체(60, 61)가 설치되어 있고, 제1 레토르트(32)의 일단부의 외주상에 스프로켓(sprocket; 63)이 설치되어 있다. 제1 레토르트(32)는, 링 본체(60, 61)가 도면에 도시하지 않은 롤러에 의해 지지되고 구동 체인이 스프로켓(63)에 걸리면서 회전하도록 구성된다.

제1 레토르트(32)의 일단측(도면의 좌측)에, 스크류 컨베이어(64a) 및 호퍼(64b)를 구비한 공급 장치(64)가 부착되어 있다. 호퍼(64b)로 충전된 건조 슬러지는 스크류 컨베이어(64a)에 의해 제1 레토르트(32)의 내부로 충전된다.

제1 레토르트(32)는 도면에서 우측을 향해 다소 아래로 경사져있다. 따라서, 건조기(16)측으로부터 이송된 건조 슬러지는 제1 레토르트(32)의 회전에 따라 도면에서 우측으로 이송되고, 제1 레토르트(32)의 도면에서 우측단부에 형성된 출구(66)를 통해 연결 용기(80)로 배출된다.

도 4는 탄화로(28)의 제1 온도 제어 영역(56)을 포함하는 상반부를 도시하는 도면이다. 도면 부호 68로 표시된 부재는 제1 온도 제어 영역(56) 내에 설치된 추가 착화 버너(supplementary-firing burner)이다. 연료는 연소 공기와 함께 추가 착화 버너(68)로 공급되어 연소된다. 제1 온도 제어 영역(56)의 분위기는 추가 착화 버너(68)의 열에 의해 가열된다. 제1 온도 제어 영역(56)의 분위기가 가열되면, 건조 슬러지에 포함된 가연성 가스가 외부 가열 챔버, 구체적으로, 제1 레토르트(32)상에 설치된 분출관(ejection pipe; 33)을 통해 제1 온도 제어 영역(56)으로 벗어나고, 가연성 가스가 점화된다. 이후, 제1 레토르트(32) 내부의 슬러지는 가연성 가스의 연소에 의해 가열된다.

또한, 제1 온도 제어 영역(56)을 둘러싸는 노 본체(30)상에, 연소 공기를 외부 가열 챔버, 즉, 노 본체(30) 내부 및 제1 레토르트(32) 외부의 제1 온도 제어 영역(56)으로 도입하기 위한 공기 도입 포트(70)가 형성되어 있다. 공기 도입 포트(70)를 통해 도입되는 공기의 양과 추가 착화 버너(68)의 연소는, 제1 온도 제어 영역(56)의 온도가 소정의 목표 온도와 일치하도록 적절하게 제어된다. 도 4에서, 도면 부호 76으로 표시된 부재는 열전대이고, 도면 부호 75로 표시된 부재는 제어부이고, 도면 부호 77로 표시된 부재는 공기 공급로(72)상에 설치된 조절 밸브이고, 도면 부호 74로 표시된 부재는 공기 공급 팬이다.

결과적으로, 제1 레토르트(32)의 내부로 공급된 슬러지에 있어서, 그 안의 수분은 제1 레토르트(32)의 상류측에서 효율적으로 증발되고, 슬러지가 제1 레토르트의 하류측으로 이동된 다음, 슬러지는 제1 온도 제어 영역(56)의 분위기의 온도 근처의 온도로 유지되며 건류 처리를 거친다.

도 3에 도시한 바와 같이, 연결 용기(80)는 제1 레토르트(32)의 단부를 둘러싸도록 제1 레토르트(32)의 도면에서 우측에 설치된다. 연결 용기(80)는 원주벽(circumferential wall; 80a)을 갖는 원통형 수직 용기이다. 그 출구(66)를 포함하여 도면에서 우측의 제1 레토르트(32)의 단부는 원주벽(80a)의 상부에 형성된 수평 개구(81)를 통해 연결 용기(80)의 내부에 수용된다. 한편, 연결 용기(80)의 하단에는 하향 개구(82)가 형성되어 있다. 제1 레토르트(32)의 출구(66)에서 연결 용기(80)의 내부로 배출된 슬러지는, 원주벽(80a)의 내면에 의해 가이드되면서 그 자중에 의해 떨어지고, 하단에 형성된 하향 개구(82)로부터 아래를 향해 배출된다.

연결 용기(80)는, 제1 레토르트(32)의 회전을 방해하지 않도록, 개구(81)의 모서리부가 내열 실링포(heat-resistant sealing cloth)를 통해 제1 레토르트(32)의 외면과 접촉하여 슬라이딩하도록 구성되어 있다. 또한, 하향 개구(82)는, 제2 레토르트(34)측에 설치된 상향 개구(88c)와 로터리 밸브(83)를 통해 연결되어 있다. 따라서, 이와 같이 구성된 연결 용기(80)는, 외기가 내부로 도입되는 것을 억제할 수 있어, 외기와의 접촉에 의해 연결 용기(80) 내의 슬러지의 온도가 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

제2 온도 제어 영역(57)은 건조 슬러지가 약 1,000℃ 내지 1,200℃의 온도로 가열되는 영역이고, 제1 온도 제어 영역(56)의 아래에 설치되어 있다. 제2 온도 제어 영역(57)을 관통하여 설치된 제2 레토르트(34)는 세라믹 재료(본 실시 형태에서는 실리콘 탄화물)로 구성되어 있다.

제2 레토르트(34)는 제2 레토르트(34)의 일단부 및 타단부 각각의 외주상에 링 본체(85, 86)가 설치되어 있고, 제2 레토르트(34)의 타단부(도면의 좌측)의 외주상에 스프로켓(87)이 설치되어 있다. 제2 레토르트(34)는, 도면에 도시하지 않은 롤러에 의해 링 본체(85, 86)가 지지되고 구동 체인이 스프로켓(87)에 걸리면서 회전하도록 구성된다.

제2 레토르트(34)의 일단측(도면에서 우측)에, 제1 레토르트(32)를 통과하여 소정의 온도로 가열된 슬러지를 제2 레토르트(34)에 공급하기 위한 공급 장치(88)가 있다.

공급 장치(88)는 스크류 컨베이어(88a)와 호퍼(88b)를 구비한다. 전술한 바와 같이, 호퍼(88b)의 상향 개구(88c)는 로터리 밸브(83)를 통해 연결 용기(80)의 하향 개구(82)와 연결된다. 스크류 컨베이어(88a)의 배출측 단부는 제2 레토르트(34)의 내부로 삽입된다. 호퍼(88b)에 일단 수용된 슬러지는 스크류 컨베이어(88a)에 의해 제2 레토르트(34)의 내부로 충전된다.

제2 레토르트(34)는 도면에서 왼쪽을 향해 약간 아래로 경사져있다. 공급 장치(88)측으로부터 이송된 건조 슬러지는 제2 레토르트(34)의 회전에 따라 도면에서 왼쪽으로 이송되어, 제2 레토르트(34)의 도면에서 좌측단부에 형성된 배출 포트(36)로부터 외부로 배출된다.

도 5는 탄화로(28)의 제2 온도 제어 영역(57)을 포함하는 하반부를 도시하는 도면이다. 제1 온도 제어 영역(56)의 경우와 마찬가지로, 추가 착화 버너(90)가 설치되고, 연료는 연소 공기와 함께 추가 착화 버너(90)로 공급되어 연소된다.

제2 온도 제어 영역(57)을 둘러싸는 노 본체(30)상에, 연소 공기를 외부 가열 챔버, 즉, 노 본체(30)의 내부 및 제2 레토르트(34)의 외부의 제2 온도 제어 영역(57)으로 도입하기 위한 공기 도입 포트(92)가 형성되어 있다. 공기 도입 포트(92)를 통해 도입되는 공기의 양과 추가 착화 버너(90)의 연소는, 제2 온도 제어 영역(57)의 온도가 소정의 목표 온도와 일치하도록 적절하게 제어된다. 도 5에서, 도면 부호 96으로 표시된 부재는 열전대이고, 도면 번호 95로 표시된 부재는 제어부이고, 도면 번호 97로 표시된 부재는 공기 공급로(93)상에 설치된 조절 밸브이다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 레토르트(34)의 출구측 근처 위치의 제2 온도 제어 영역(57)을 둘러싸는 노 본체(30)상에, 연소된 가연성 가스를 배기 가스-처리 챔버(31)로 배출하기 위한 가스 배출 포트(99)가 설치되어 있다. 가스 배출 포트(99)는, 노 본체(30) 내부의 연소된 가연성 가스가, 탄화로-배기 가스-팬(54)의 흡입 작용에 의해 배기 가스-처리 챔버(31)로 연속적으로 이송되도록 구성된다(도 1 참조).

따라서, 본 실시 형태에서, 제1 온도 제어 영역(56)은 가연성 가스의 흐름 방향의 상류측이 되고, 제2 온도 제어 영역(57)은 가연성 가스의 흐름 방향의 하류측이 된다. 제1 온도 제어 영역(56)에서 연소된 고온 가스는 연통 포트(58)를 통해 제2 온도 제어 영역(57)으로 도입된다. 제2 온도 제어 영역(57)에서, 제1 온도 제어 영역(56)으로부터 들어오는 고온 가스(미연소 가스 성분을 포함)를 연소시키고, 분출관(35)을 통해 제2 온도 제어 영역(57)으로 벗어나는 가연성 가스를 연소시킴으로써, 제2 온도 제어 영역(57)의 온도는 더 올라간다.

결과적으로, 제2 레토르트(34)의 내부로 공급된 슬러지는 제2 온도 제어 영역(57) 분위기의 온도 근처의 온도, 즉, 약 1,000℃ 내지 1,200℃로 유지되고, 슬러지에 포함된 염화물 및 중금속이 열분해되어 건류 가스로서 배기 가스 시스템으로 이송된다. 이와 같이 형성된 탄화물로부터 염화물 및 중금속이 충분히 제거된다. 또한, 1,000℃를 초과하는 고온에서의 이러한 처리는, 탄화물의 공극 영역을 확대하기 위한 탄화물의 활성화 처리에 충분히 적용될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 실시 형태의 탄화로(28)는 제1 온도 제어 영역(56) 내에 설치된 제1 레토르트(32)와, 제2 온도 제어 영역(57) 내에 설치된 제2 레토르트(34)를 포함하고, 제2 온도 제어 영역(57)의 온도는 제1 온도 제어 영역(56)의 온도보다 높도록 제어된다. 그리고 각각의 레토르트는 각각의 처리 온도에 대응할 수 있는 재료로 이루어질 수 있다.

제2 레토르트(34)는 제2 온도 제어 영역(57) 내에만 배치될 수 있는 크기를 가질 수 있으며, 이에 따라, 탄화 처리가 하나의 레토르트 내에서만 완료되는 경우에 비해, 제2 레토르트(34)의 소형화를 달성할 수 있다. 따라서, 세라믹 재료로 구성된 제2 레토르트(34)의 생산성이 향상될 수 있다.

또한, 탄화로(28)에 있어서, 제2 레토르트(34)에 공급된 슬러지는 약 700℃ 내지 900℃로 미리 가열된다. 따라서, 약 1,000℃ 내지 1,200℃로 가열된 제2 레토르트(34)와 슬러지 사이의 온도차가 작아질 수 있어, 온도차로부터 기인한 열충격이 완화될 수 있다. 따라서, 세라믹 재료로 구성된 제2 레토르트(34)가 열충격에 의해 파괴되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 탄화로(28)는, 제2 레토르트(34)가 제1 레토르트(32)의 아래에 배치되고, 제2 레토르트(34) 내부로 공급된 슬러지가 제1 레토르트(32) 내에서의 이동 방향과 반대 방향으로 이동하도록 구성된다. 두 레토르트(32, 34)가 상하로 배치되고 슬러지의 이동 경로가 거의 U자 형상인 경우, 탄화로(28)의 길이가 짧아질 수 있다. 또한, 탄화로(28)의 설치 공간이 줄어들 수 있다.

또한, 탄화로(28)는, 제1 레토르트(32)의 일단부를 둘러싸고 그 내부에 제1 레토르트(32)의 출구(66)를 수용하는 연결 용기(80)를 포함한다. 연결 용기(80)는, 하단에 형성되어 제2 레토르트(34)의 입구측의 공급 장치(88)의 상향 개구(88c)에 연결된다. 따라서, 제1 레토르트(32)로부터 배출된 슬러지가 외기와의 접촉에 의해 냉각되는 것을 방지하면서, 제2 레토르트(34)의 입구측의 공급 장치(88)의 상향 개구(88c)로 슬러지가 가이드될 수 있다.

또한, 탄화로(28)에서, 제1 온도 제어 영역(56)은 슬러지로부터 생성된 가연성 가스의 흐름 방향의 상류측에 배치되고, 제2 온도 제어 영역(57)은 가연성 가스의 흐름 방향의 하류측에 배치된다. 따라서, 제1 온도 제어 영역(56) 내에서 약 700℃ 내지 900℃로 가열된 고온 가연성 가스가 제2 온도 제어 영역(57)으로 도입된다. 따라서, 제2 온도 제어 영역(57)의 온도가 쉽게 올라갈 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 형태의 주요부를 도시하는 도면이다.

도 6의 탄화로(28B)에서는, 2개의 제2 레토르트(34A, 34B)가, 제2 온도 제어 영역(57) 내에서 평행하게 배치되어 있다. 이들 2개의 제2 레토르트(34A, 34B)는, 그 위에 위치한 제1 레토르트(32)의 수직 방향으로 연장되는 중심선에 대해 대칭인 위치에 배치된다. 입구측의 상향 개구(100A, 100B)는 각각의 레토르트상에서 윗쪽을 향해 형성된다.

이들 상향 개구(100A, 100B)에 대응하여, 제1 레토르트(32)의 출구(66)를 내부에 수용하는 연결 용기(80B)의 하단에 2개의 하향 개구(82A, 82B)가 형성된다. 하향 개구(82A, 82B)는 상향 개구(100A, 100B)와 각각 연결되고, 로터리 밸브(83)를 통해 제2 레토르트(34A, 34B)에 설치된다.

또한, 연결 용기(80B)의 내부에는 지지점(102) 주위를 요동 가능하게 구성된 가이드 플레이트(104)가 설치되어 있다. 가이드 플레이트(104)는 도면에서 도시하지 않은 구동 모터의 구동력에 기해, 도 6에서 실선으로 도시한 제1 상태와, 2점 쇄선으로 도시한 제2 상태 사이를 변환하도록 구성되어 있다. 본 실시 형태의 이러한 구성은, 제1 레토르트(32)로부터 배출된 슬러지가 각각의 제2 레토르트(34A, 34B)로 공급되도록 분배할 수 있다. 즉, 가이드 플레이트(104)는 본 발명의 분배 수단을 구성한다.

이렇게 구성된 탄화로(28B)는, 전체 탄화로의 처리 용량을 유지하면서, 고온 처리에 사용되는 제2 레토르트(34A, 34B)의 소형화를 달성할 수 있다. 또한, 세라믹 재료로 구성된 제2 레토르트(34A, 34B)의 생산성이 보다 만족스러워질 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는 피처리물로서 하수 슬러지가 사용되나, 탄소, 바이오매스 등을 포함하는 다른 폐기물도 피처리물로서 사용될 수 있다. 또한, 세라믹 재료를 포함하는 제2 레토르트에 있어서, 그 전체가 일체로 성형된 것뿐만 아니라 미리 성형된 복수의 분할체를 조합하여 만든 것도 사용될 수 있다. 또한, 제2 레토르트의 일부는 내열 합금 등으로 구성될 수도 있다. 이와 같이, 본 발명은 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

본 출원은 2018년 3월 16일자로 출원된 일본특허출원 제2018-049795호를 기초로 하며, 그 내용은 본 명세서에에 참고로 인용된다.

28, 28B: 탄화로
30: 노 본체
32: 제1 레토르트
34, 34A, 34B: 제2 레토르트
56: 제1 온도 제어 영역
57: 제2 온도 제어 영역
66: 출구
80, 80B: 연결 용기
104: 가이드 플레이트(분배 수단)

Claims

노 본체와, 상기 노 본체의 내부를 통과하는 로터리 드럼을 갖는 레토르트를 포함하는 탄화로로서, 상기 탄화로는, 피(被)처리물이 상기 레토르트의 축 방향으로 일단측의 입구로부터 상기 레토르트의 내부로 공급되고, 상기 피처리물이 상기 레토르트를 회전하면서 상기 축 방향으로 이동되고, 상기 피처리물이 이동하는 공정 중에 건류 처리(dry distillation treatment)에 의해 탄화되고, 그에 따른 탄화물이 상기 레토르트의 출구로부터 배출되도록 구성되고,
상기 레토르트는 제1 레토르트와 제2 레토르트를 포함하고,
상기 제1 레토르트 및 상기 제2 레토르트의 양쪽에 있어서 상기 건류 처리가 행해지고,
상기 노 본체의 내부는 제1 온도 제어 영역과 제2 온도 제어 영역을 포함하는 영역들로 구획되고,
상기 제1 레토르트는 상기 제1 온도 제어 영역 내에 설치되고,
상기 제2 레토르트는 상기 제2 온도 제어 영역 내에 설치되고,
상기 제2 레토르트는 세라믹 재료를 포함하고,
상기 제2 온도 제어 영역은 상기 제1 온도 제어 영역의 온도보다 높은 온도를 갖는 것으로 제어되도록 구성되고,
상기 탄화로는, 상기 피처리물이 상기 제1 온도 제어 영역 내에서 소정의 온도로 가열된 다음, 가열된 상기 피처리물이 상기 제2 레토르트의 내부로 공급되도록 구성된 탄화로.
제1항에 있어서,
상기 제2 레토르트는 상기 제1 레토르트의 아래에 배치되고,
상기 탄화로는, 상기 제2 레토르트의 내부에서 상기 피처리물이, 상기 제1 레토르트의 내부의 상기 피처리물의 이동 방향과 반대 방향으로 이동하도록 구성된 탄화로.
제2항에 있어서,
상기 제1 레토르트의 일단부를 둘러싸고 그 내부에 상기 제1 레토르트의 출구를 수용하는 연결 용기를 더 포함하고,
상기 연결 용기는, 하단에 형성되어 상기 제2 레토르트의 입구측의 개구와 연결되도록 구성된 하향 개구를 갖는 탄화로.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 온도 제어 영역은, 상기 피처리물로부터 생성된 가연성 가스의 흐름 방향의 상류측에 배치되고,
상기 제2 온도 제어 영역은 상기 흐름 방향의 하류측에 배치되는 탄화로.
노 본체와, 상기 노 본체의 내부를 통과하는 로터리 드럼을 갖는 레토르트를 포함하는 탄화로로서, 상기 탄화로는, 피(被)처리물이 상기 레토르트의 축 방향으로 일단측의 입구로부터 상기 레토르트의 내부로 공급되고, 상기 피처리물이 상기 레토르트를 회전하면서 상기 축 방향으로 이동되고, 상기 피처리물이 이동하는 공정 중에 건류 처리에 의해 탄화되고, 그에 따른 탄화물이 상기 레토르트의 출구로부터 배출되도록 구성되고,
상기 레토르트는 제1 레토르트와 제2 레토르트를 포함하고,
상기 노 본체의 내부는 제1 온도 제어 영역과 제2 온도 제어 영역을 포함하는 영역들로 구획되고,
상기 제1 레토르트는 상기 제1 온도 제어 영역 내에 설치되고,
상기 제2 레토르트는 상기 제2 온도 제어 영역 내에 설치되고,
상기 제2 레토르트는 세라믹 재료를 포함하고,
상기 제2 온도 제어 영역은 상기 제1 온도 제어 영역의 온도보다 높은 온도를 갖는 것으로 제어되도록 구성되고,
상기 탄화로는, 상기 피처리물이 상기 제1 온도 제어 영역 내에서 소정의 온도로 가열된 다음, 가열된 상기 피처리물이 상기 제2 레토르트의 내부로 공급되도록 구성되고,
상기 레토르트는, 상기 제2 온도 제어 영역 내에 서로 평행하게 배치된 복수의 제2 레토르트를 포함하고,
상기 탄화로는, 상기 제1 레토르트로부터 배출된 상기 피처리물이, 상기 복수의 제2 레토르트의 각각으로 분배 및 공급되도록 구성된 분배 수단을 더 포함하는 탄화로.
제5항에 있어서,
상기 제2 레토르트는 상기 제1 레토르트의 아래에 배치되고,
상기 탄화로는, 상기 제2 레토르트의 내부에서 상기 피처리물이, 상기 제1 레토르트의 내부의 상기 피처리물의 이동 방향과 반대 방향으로 이동하도록 구성된 탄화로.
제6항에 있어서,
상기 제1 레토르트의 일단부를 둘러싸고 그 내부에 상기 제1 레토르트의 출구를 수용하는 연결 용기를 더 포함하고,
상기 연결 용기는, 하단에 형성되어 상기 제2 레토르트의 입구측의 개구와 연결되도록 구성된 하향 개구를 갖는 탄화로.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 온도 제어 영역은, 상기 피처리물로부터 생성된 가연성 가스의 흐름 방향의 상류측에 배치되고,
상기 제2 온도 제어 영역은 상기 흐름 방향의 하류측에 배치되는 탄화로.