KR102254729B1 - Hydrogen and carbon dioxide manufacturing method using combustible waste - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste and the objective of the present invention is to prevent nitrogen from entering a reactor to fundamentally prevent formation of nitrogen oxides, and to produce high-quality hydrogen and carbon dioxide from the combustible waste. To this end, a method for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste gasifies the combustible waste by a redox reaction. The method comprises the following steps: (a) performing a redox reaction of combustible waste in a reactor (S10); (b) generating electricity from high-temperature gas that has passed through the step (S10) by an organic Rankine Cycle (ORC) generator (S20); (c) preparing Brown gas by a water decomposition method to supply the same to the reactor (S30); (d) purifying the gas that has passed through an evaporator of the ORC generator by a gas purifier (S40); (e) filtering the gas purified in the step (S40) by a bag filter (S50); and (f) purifying hydrogen from the gas filtered in the step S50 (S60).

Description

가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법{HYDROGEN AND CARBON DIOXIDE MANUFACTURING METHOD USING COMBUSTIBLE WASTE}Hydrogen and carbon dioxide manufacturing method using combustible waste {HYDROGEN AND CARBON DIOXIDE MANUFACTURING METHOD USING COMBUSTIBLE WASTE}

본 발명은 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 브라운가스 발생모듈에 의해 제조된 브라운가스 또는 산소를 반응로에 공급하고, 반응로의 하부를 완전 밀폐형으로 구성함으로써, 질소의 유입에 의한 질소산화물의 생성을 방지할 수 있고, ORC 발전장치에 의해 스팀을 생산하여 반응로에 공급함으로써 수소 발생량을 크게 증대시킬 수 있으며, ORC 발전장치에 의해 생산된 전기를 브라운가스 발생모듈의 구동원으로 사용할 수 있도록 한 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste, and more particularly, by supplying brown gas or oxygen produced by a brown gas generation module to a reaction furnace, and configuring the lower part of the reaction furnace in a completely sealed type. , It is possible to prevent the generation of nitrogen oxides due to the inflow of nitrogen, and by producing steam by the ORC power generation device and supplying it to the reaction furnace, the amount of hydrogen generation can be greatly increased, and the electricity produced by the ORC power generation device can be converted to brown gas. It relates to a method for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste that can be used as a driving source of a generation module.

최근 환경오염 및 자원고갈의 문제가 심각해짐에 따라 각종 폐기물을 처리하기 위한 다양한 방안들이 강구되고 있다.In recent years, as the problems of environmental pollution and resource depletion become serious, various measures to treat various wastes are being devised.

일반적으로 폐기물은, 가연성 폐기물과 유기성 폐기물로 구분할 수 있다.In general, waste can be divided into combustible waste and organic waste.

상기 가연성 폐기물은, 가정에서 발생되는 생활 폐기물, 공장에서 발생되는 산업 폐기물, 건설 폐기물 등 다양한 종류가 있고, 유기성 폐기물로는 음식물 폐기물, 하폐수 슬러지, 축산 분뇨 등이 있다.The combustible waste includes various types of household wastes, industrial wastes generated in factories, and construction wastes, and organic wastes include food waste, sewage sludge, livestock manure, and the like.

상기 가연성 폐기물을 소각로에서 소각하는 방식은, 연소과정에서 많은 환경오염 물질이 발생하게 된다. In the method of incineration of the combustible waste in an incinerator, many environmental pollutants are generated during the combustion process.

이에 따라 가연성 폐기물을 소각하는 대신 이를 가스화하여 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 가스화 방식에 의하면, 폐기물을 효과적으로 처리할 수 있는 동시에 기체상의 연료를 얻을 수가 있다.Accordingly, research is being actively conducted to gasify and use combustible waste instead of incineration. According to such a gasification method, waste can be effectively treated and gaseous fuel can be obtained.

일반적으로 고체상 연료물질은 탄화수소계 물질들로 이루어져 있는데, 무산소나 저산소 상태에서 가열하면 휘발분이 분리되어 탄소성분이 주가 되는 챠(Char)가 유리된다. 이를 통상 '열분해'라고 한다. In general, solid fuel materials are composed of hydrocarbon-based materials. When heated in an oxygen-free or low-oxygen state, volatiles are separated, thereby releasing char, which is mainly a carbon component. This is commonly referred to as'pyrolysis'.

또한 적절한 온도 환경에서 상기 챠에 이산화탄소나 수증기를 공급하면, 반응이 일어나 CO, H2, CH4 등의 기체로 전환되는데, 이를 '가스화'라고 한다. In addition, when carbon dioxide or water vapor is supplied to the car in an appropriate temperature environment, a reaction occurs and is converted into gases such as CO, H 2 , and CH 4, which is called'gasification'.

이러한 과정을 통칭하여 열분해 가스화라고 하며, 상기 열분해 가스화 과정에서는 물질간 반응의 대부분이 흡열반응이어서 가스화 장치에 반응열을 공급해 주어야 한다.This process is collectively referred to as pyrolysis gasification, and in the pyrolysis gasification process, most of the reactions between substances are endothermic reactions, and thus reaction heat must be supplied to the gasifier.

상기한 가스화 방식은, 크게 나누어 고정층 방식, 유동층 방식, 분류층 방식으로 분류할 수 있다.The gasification method described above can be broadly classified into a fixed bed method, a fluidized bed method, and a split bed method.

먼저 고정층 방식은, 폐기물이 반응로의 상측에서 투입되고, 산화제는 이와 대향되는 방향으로 공급되는 상향식 가스화 방식, 폐기물의 투입 방향과 공기의 투입 방향이 평행을 이루며 타르 함량이 비교적 적은 합성가스를 생성할 수 있는 하향식 가스화 방식, 및 산화제의 투입이 측면에서 이루어지는 향류식 가스화 방식 등이 있다. First, in the fixed-bed method, a bottom-up gasification method in which waste is introduced from the upper side of the reactor and the oxidizing agent is supplied in the opposite direction, and the input direction of the waste and the direction of air are parallel to produce synthetic gas with relatively low tar content. There are a top-down gasification method that can be performed, and a countercurrent gasification method in which an oxidizing agent is introduced from the side.

상기 상향식 가스화 방식은, 폐기물을 반응로의 상부에서 투입하고 공기를 하부에서 공급하는 방식으로서, 하부에 연소층을 만들고 그 열을 상부에 전달하여 상부층의 유기물을 건조 열분해한다.In the bottom-up gasification method, waste is introduced from the upper part of the reactor and air is supplied from the lower part, and a combustion layer is formed in the lower part and the heat is transferred to the upper part to dry and pyrolyze the organic matter in the upper layer.

이에 따라, 유리된 챠(Char)와 연소가스 중의 H2O, CO2가 반응하여 CO, H2, CH4가 주성분인 가연성 가스를 생산한다. Accordingly, the liberated Char and H 2 O and CO 2 in the combustion gas are It reacts to produce a combustible gas whose main components are CO, H 2 , and CH 4.

상향식 가스화 방식은, 가스화 반응 후 잔존하는 챠가 최하층의 연소층에서 연소되므로 재(Ash) 중의 잔류 탄소량이 적다는 장점이 있으나, 가스화층에서 생성된 가스가 상부의 건조, 열분해층을 지나므로 온도가 낮아지고, 열분해 과정에서 생성된 타르(Tar)를 다량 함유하게 된다는 단점이 있다. The bottom-up gasification method has the advantage that the amount of residual carbon in the ash (Ash) is small because the char remaining after the gasification reaction is burned in the combustion layer of the lowermost layer. There is a disadvantage that is lowered and contains a large amount of tar generated in the pyrolysis process.

하향식 가스화 방식은, 폐기물을 반응로의 상부에서 투입하고 공기도 상부에서 공급하는 방식으로서, 투입된 유기물의 상부에 연소층을 형성하고, 그 열이 하부에 전달되어 유기물질이 열분해되도록 함으로써 챠를 유리시킨다.The top-down gasification method is a method in which waste is injected from the upper part of the reactor and air is also supplied from the upper part.The combustion layer is formed on the upper part of the injected organic material, and the heat is transferred to the lower part to thermally decompose organic substances, thereby liberating tea. Let it.

상기 하향식 가스화 방식은, 챠(Char)가 가스화 반응에 의해서만 소모되므로 최종 배출되는 재(Ash) 중에 탄소가 많이 잔류한다는 단점이 있는 반면, 가스화층이 고온이며, 가연성 가스가 상부의 폐기물층이나 열분해층을 지나지 않고 하방으로 유동하므로 가연성 가스 중에 타르가 많이 함유되지 않는다는 장점이 있다.The top-down gasification method has a disadvantage that a lot of carbon remains in the final discharged ash since Char is consumed only by the gasification reaction, whereas the gasification layer is high temperature, and the combustible gas is used in the upper waste layer or pyrolysis. Since it flows downward without passing through the layer, there is an advantage in that a lot of tar is not contained in the combustible gas.

한편 상기한 상향식 및 하향식 가스화 방식은, 공기를 폐기물 내부 깊숙히 침투시키기가 어려워 균일할 연소층을 형성하기가 곤란하다는 단점이 있다.On the other hand, the above-described bottom-up and top-down gasification method has a disadvantage in that it is difficult to form a uniform combustion layer because it is difficult for air to penetrate deeply into the waste.

특히 상온의 공기를 사용할 경우에는, 연소 반응성의 저하로 인해 연소층 유지가 어렵게 된다는 단점이 있다.In particular, in the case of using air at room temperature, there is a disadvantage in that it is difficult to maintain the combustion layer due to a decrease in combustion reactivity.

다음으로 유동층 방식은, 다양한 성상을 가지는 폐기물 또는 미분연료로 사용이 불가능한 저급석탄의 가스화에 활용될 수 있다는 장점이 있으나, 반응기 내에서 반응을 유도 또는 촉진하는 열매체 및 유동화 물질로 모래 등을 첨가하므로, 발열량이 낮고 변동이 심하다는 단점이 있다.Next, the fluidized bed method has the advantage that it can be used for gasification of wastes having various properties or low-grade coal that cannot be used as pulverized fuel, but since sand is added as a heat medium and fluidizing material that induces or accelerates the reaction in the reactor. , It has the disadvantage of low calorific value and severe fluctuation.

또한 유동층 가스화 장치의 운전을 위해서는, 유동화를 위해 일정 압력, 일정 유량, 일정 온도 이상의 기체가 요구되고, 이에 따라 반응로의 설계가 매우 복잡해 진다는 단점이 있다.In addition, for the operation of the fluidized bed gasification device, a certain pressure, a certain flow rate, and a gas having a certain temperature or higher are required for fluidization, and accordingly, the design of the reactor is very complicated.

마지막으로 분류층 방식은, 1600℃ 이상의 고온 연소영역에 산화제와 함께 과량의 미분연료를 투입하여 가스화를 수행하는 방식으로, 일반적으로 미분화가 쉬운 석탄의 가스화에 주로 활용되고 있다.Finally, the split-layer method is a method of performing gasification by introducing an excessive amount of pulverized fuel together with an oxidizing agent in a high-temperature combustion region of 1600°C or higher, and is generally used for gasification of coal that is easily pulverized.

상기 분류층 방식은, 수십에서 수백 마이크론 단위의 미분연료로 만들기 어려운 폐기물에는 적용되기 어렵다는 단점이 있다.The fractionation layer method has a disadvantage in that it is difficult to apply to wastes that are difficult to make into finely divided fuels in the order of tens to hundreds of microns.

한편, 폐기물의 가스화 장치로는 다양한 구조가 제안된 바 있는데, 도 1은 종래의 가스화 장치의 일례를 나타낸 것이다. Meanwhile, various structures have been proposed as a waste gasification device, and FIG. 1 shows an example of a conventional gasification device.

도 1에 도시된 종래의 가스화 방식은, 폐기물로부터 합성가스를 생성하기 위한 가스화 장치(100)로서, 폐기물 공급부(120)와, 열분해 가스화기(110)와, 분쇄기(130)와, 분류층 가스화기(140)와, 냉각부(150)와, 가스엔진(160)을 포함하여 구성된다. The conventional gasification method shown in FIG. 1 is a gasification device 100 for generating syngas from waste, and includes a waste supply unit 120, a pyrolysis gasifier 110, a pulverizer 130, and a fractionation bed gas. It comprises a firearm 140, a cooling unit 150, and a gas engine 160.

상기 열분해 가스화기(110)는, 폐기물 공급부(120)에서 공급되는 폐기물(W)을 열분해 가스화하여 챠(Char)를 생성하고, 이 챠를 분쇄기(130)로 분쇄하거나, 또는 용이하게 분쇄되는 상태에서 분류층 가스화기(140)에 공급한다.The pyrolysis gasifier 110 generates Char by pyrolysis gasification of the waste W supplied from the waste supply unit 120, and the char is pulverized with a crusher 130, or is easily pulverized. It is supplied to the fractionation bed gasifier 140 at.

이로써 폐기물을 별도로 분쇄하지 않고서도 분류층 가스화기(140)를 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 생산할 수 있고, 분류층 가스화기(140)에서 다이옥신 및 타르가 분해됨으로써 환경유해물질의 배출을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.Thereby, synthesis gas can be produced from waste using the fractionation bed gasifier 140 without separately pulverizing the waste, and the emission of environmentally harmful substances can be minimized by decomposing dioxin and tar in the fractionation bed gasifier 140. There is an advantage that there is.

그리고 산화제 공급 라인(114)은, 공기나 산소 등의 산화제를 열분해 가스화기(110)에 공급한다. In addition, the oxidizing agent supply line 114 supplies an oxidizing agent such as air or oxygen to the pyrolysis gasifier 110.

그리고 반응기(115) 내에 공급된 폐기물(W)은, 하측에 설치되어 있는 그레이트(Grate)(116)에 의해 그 반응영역이 유지된다.In addition, the waste W supplied into the reactor 115 is maintained in the reaction zone by the grate 116 installed at the lower side.

상기 반응기(115) 내에서 폐기물(W)로부터 생성되는 챠는, 그레이트(116)를 통과하여 그레이트(116)의 하측에 배치되는 배출부(117)로 이동된다.The char generated from the waste W in the reactor 115 passes through the grates 116 and moves to the discharge unit 117 disposed under the grates 116.

분쇄기(130)는, 열분해 가스화기(110)의 배출부(117)의 하측에 배치되어, 열분해 가스화기(10)로부터 공급되는 챠를 분쇄한다. The pulverizer 130 is disposed below the discharge portion 117 of the pyrolysis gasifier 110 and pulverizes the cha supplied from the pyrolysis gasifier 10.

상기 분쇄기(130)에 의해 분쇄된 챠는, 공급 라인(131)을 통해서 분류층 가스화기(140)에 공급된다.The tea pulverized by the pulverizer 130 is supplied to the fractionation bed gasifier 140 through a supply line 131.

상기한 구조의 가스화 장치에 의하면, 폐기물(W)을 분쇄가 용이한 챠로 변환시키고, 이를 분쇄하여 미분 상태 또는 용이하게 분쇄되는 상태의 챠로 분류층 가스화기(140)에 공급할 수 있다.According to the gasifier having the above structure, the waste W can be converted into a cha that is easily pulverized and pulverized to be supplied to the fractionation layer gasifier 140 in a pulverized or easily pulverized state.

이로써 분류층 가스화기(140)에 의한 폐기물의 가스화가 가능하고, 전처리 단계에서 폐기물을 분쇄하기 위해 사용되는 에너지를 절약할 수 있다는 장점이 있다.Thereby, there is an advantage in that it is possible to gasify waste by the fractionation bed gasifier 140 and to save energy used to pulverize the waste in the pretreatment step.

또한 합성가스의 일부는, 리턴 라인(112)을 통해서 다시 반응기(115) 내로 공급된다.In addition, some of the syngas is supplied back into the reactor 115 through the return line 112.

상기한 합성가스의 반응기(115)로의 재공급에 의해서, 반응기(115) 내 폐기물(W)의 유동을 계속적으로 변하게 함으로써, 폐기물(W)의 열분해 속도 또는 효율을 높일 수가 있다. By continuously changing the flow of the waste W in the reactor 115 by resupplying the synthesis gas to the reactor 115, it is possible to increase the pyrolysis rate or efficiency of the waste W.

그런데 도 1에 도시된 종래의 가스화 방식은, 열분해 가스화기(110)에 공기 투입시 산소와 함께 다량의 질소도 같이 공급된다.However, in the conventional gasification method shown in FIG. 1, when air is introduced into the pyrolysis gasifier 110, a large amount of nitrogen is also supplied together with oxygen.

이에 따라, 대기오염물질의 주범인 질소산화물(NOx)을 다량으로 발생시키게 된다는 문제점이 있다.Accordingly, there is a problem in that a large amount of nitrogen oxides (NO x ), which is the main culprit of air pollutants, is generated.

한편 상기 열분해 가스화기(110)에 산소만을 공급하는 경우에는, 비용이 많이 발생하게 된다는 단점이 있다.On the other hand, when only oxygen is supplied to the pyrolysis gasifier 110, there is a disadvantage in that the cost is high.

또한 종래의 가스화 장치는, 열분해 가스화기의 하부가 완전한 밀폐구조가 아니기 때문에 공기가 유입될 우려가 있고, 이에 따라 공기중의 75%를 차지하는 질소의 유입에 의해 다량의 질소산화물이 생성될 수 있다는 문제점이 있다.In addition, in the conventional gasifier, since the lower part of the pyrolysis gasifier is not a completely sealed structure, there is a risk of air inflow, and accordingly, a large amount of nitrogen oxides can be generated by the introduction of nitrogen, which accounts for 75% of the air. There is a problem.

또한 종래의 가스화 장치는, 반응기를 거친 약 1,000℃에 달하는 고온의 가스를 냉각시키는 과정에서 가스의 열원을 활용하지 않고 그대로 대기중으로 방출시키고 있다.In addition, the conventional gasification device does not utilize the heat source of the gas in the process of cooling the high-temperature gas reaching about 1,000°C through the reactor, but discharges it into the atmosphere as it is.

이에 따라 냉각기의 설비비가 많이 소요되고, 대기 온도를 상승시킨다는 문제점이 있다.Accordingly, there is a problem in that the equipment cost of the cooler is large and the air temperature is increased.

또한 종래의 가스화 장치는, 폐기물의 성상이나 조성물에 의해 가스의 품질이 결정되므로, 고품질의 가스를 생산하기가 어렵다는 문제가 있다.In addition, the conventional gasification apparatus has a problem that it is difficult to produce a high-quality gas because the quality of the gas is determined by the properties or composition of the waste.

한국 등록특허 제10-1669004호(2016. 10. 25. 공고)Korean Patent Registration No. 10-1669004 (announced on October 25, 2016) 한국 등록특허 제10-0969654호(2010. 07. 14. 공고)Korean Patent Registration No. 10-0969654 (announced on July 14, 2010) 한국 공개특허 제10-2010-0048452호(2010. 05. 11. 공개)Korean Patent Application Publication No. 10-2010-0048452 (published on May 11, 2010)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반응로에 질소가 유입되는 것을 방지하여 질소산화물을 생성을 원천적으로 방지할 수 있고, 가연성 폐기물로부터 고품질의 수소와 이산화탄소를 제조할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-described problems of the prior art, so that nitrogen is prevented from flowing into the reactor, thereby preventing the generation of nitrogen oxides, and producing high-quality hydrogen and carbon dioxide from combustible waste. It has its purpose to do.

본 발명의 다른 목적은, 브라운가스 발생모듈에 의해 저렴한 비용으로 산소를 반응로에 공급할 수 있도록 하는 데 있다.Another object of the present invention is to be able to supply oxygen to the reactor at low cost by the brown gas generation module.

본 발명의 또 다른 목적은, 반응로의 하부를 완전 밀폐형 구조로 형성함으로써 반응로에 질소가 유입되는 것을 원천적으로 방지하는 데 있다.Another object of the present invention is to fundamentally prevent the introduction of nitrogen into the reactor by forming the lower part of the reactor in a completely enclosed structure.

본 발명의 또 다른 목적은, 투입되는 폐기물의 성상이나 조성물에 관계없이 고품질의 수소와 이산화탄소 가스를 생산할 수 있도록 하는 데 있다.Another object of the present invention is to make it possible to produce high quality hydrogen and carbon dioxide gas regardless of the properties or composition of the waste to be introduced.

본 발명의 또 다른 목적은, 반응로의 하부에서 상부 용융물과 잔여물을 쉽게 구분하여 처리할 수 있도록 하는 데 있다.Another object of the present invention is to make it possible to easily separate and treat the upper melt and the residue in the lower part of the reaction furnace.

본 발명의 또 다른 목적은, ORC 발전장치에 의해 스팀을 생산하여 이를 반응로에 공급함으로써, 반응로에서 다량의 수소가스가 생성되도록 하는 데 있다.Another object of the present invention is to generate a large amount of hydrogen gas in the reactor by producing steam by the ORC power generator and supplying it to the reactor.

본 발명의 또 다른 목적은, ORC 발전장치에서 생산되는 전기로 브라운가스 발생모듈을 구동시킴으로써 에너지 사용량을 절감하는 데 있다.Another object of the present invention is to reduce energy consumption by driving the brown gas generation module with electricity produced by the ORC power generation device.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법은, (a) 가연성 폐기물을 반응로에서 산화환원 반응시키는 단계(S10), (b) 상기 S10 단계를 통과한 고온의 가스를 유기 랭킨 사이클(ORC: Organic Rankine Cycle) 발전장치에 의해 전기를 생산하는 단계(S20), (c) 수분해 방식에 의해 브라운가스(Brown Gas)를 제조하여 반응로에 공급하는 단계(S30), (d) 유기 랭킨 사이클 발전장치의 증발기를 통과한 가스를 가스정제기에 의해 정제하는 단계(S40), (e) 상기 S40 단계에서 정제된 가스를 백 필터(Bag Filter)에 의해 필터링하는 단계(S50), (f) 상기 S50 단계에서 필터링된 가스에서 수소를 정제하는 단계(S60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the method for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste according to the present invention includes the steps of (a) redox reaction of combustible waste in a reactor (S10), (b) high temperature passing through step S10. The step of producing electricity by an organic rankine cycle (ORC) power generator (S20), (c) producing brown gas by hydrolysis and supplying it to the reaction furnace ( S30), (d) purifying the gas that has passed through the evaporator of the organic Rankine cycle generator by a gas purifier (S40), (e) filtering the gas purified in the step S40 by a bag filter. It characterized in that it comprises a step (S50), (f) purifying hydrogen from the gas filtered in the step S50 (S60).

또한 상기 S10 단계에서, 반응로의 하부를 완전 밀폐형으로 구성하여 질소의 유입을 차단하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the step S10, it is characterized in that the inflow of nitrogen is blocked by configuring the lower part of the reaction furnace in a completely enclosed type.

또한 상기 S10 단계에서, 반응로의 하부에 분리탱크를 구비하여 용융물과 잔여물을 분리하여 수거하는 것을 특징으로 한다.In addition, in step S10, a separation tank is provided in the lower part of the reaction furnace to separate and collect the melt and the residue.

또한 상기 S10 단계에서, 반응로 내부의 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소의 농도를 각각 측정하여, 반응로에 투입되는 산소, 수소 및 스팀의 양을 조절하는 것을 특징으로 한다.In addition, in step S10, the concentrations of hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide in the reactor are measured, respectively, and the amounts of oxygen, hydrogen, and steam introduced into the reactor are adjusted.

또한 상기 S20 단계에서, 유기 랭킨 사이클 발전장치에 물을 공급하여 스팀을 발생시킨 후, 이를 반응로에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the step S20, after supplying water to the organic Rankine cycle power generator to generate steam, it is characterized in that it further comprises the step of supplying the same to the reaction furnace.

또한 상기 S20 단계에서, 유기 랭킨 사이클 발전장치에서 생산된 전기를 브라운가스 발생모듈에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the step S20, it characterized in that it further comprises the step of supplying the electricity produced by the organic Rankine cycle power generation device to the brown gas generation module.

또한 상기 S20 단계에서, 유기 랭킨 사이클 발전장치에서 생산된 스팀을 지역난방에 이용하는 것을 특징으로 한다.In addition, in step S20, it is characterized in that the steam produced by the organic Rankine cycle generator is used for district heating.

또한 상기 S30 단계에서 제조된 브라운가스를 반응로에 공급하여 열원으로 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the brown gas prepared in step S30 is supplied to the reaction furnace to be used as a heat source.

또한 상기 S30 단계에서, 산소와 수소를 분리하여, 산소는 반응로에 공급하여 열원으로 사용하고, 수소는 수소 압축탱크로 공급하여 압축하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the step S30, oxygen and hydrogen are separated, oxygen is supplied to the reaction furnace to be used as a heat source, and hydrogen is supplied to a hydrogen compression tank for compression.

또한 상기 S60 단계 이후, 분리된 수소를 수소 압축탱크로 공급하여 압축하는 단계(S64)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, after the step S60, it is characterized in that it further comprises a step (S64) of compressing by supplying the separated hydrogen to the hydrogen compression tank.

또한 상기 S60 단계 이후, 수소 이외의 가스에서 특정 가스를 선택적으로 제거하는 단계(S61)와, CO2를 포집하는 단계(S62)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, after the step S60, a step of selectively removing a specific gas from a gas other than hydrogen (S61), and a step of collecting CO 2 (S62) is characterized in that it further comprises.

또한 상기 S62 단계 이후, 포집된 CO2를 CO2 압축탱크로 공급하여 압축하고(S63), 나머지 가스는 가스정제기로 리턴시키는 것을 특징으로 한다.In addition, after the step S62, the collected CO 2 is supplied to the CO 2 compression tank for compression (S63), and the remaining gas is returned to the gas purifier.

또한 상기 S64 단계에서 압축된 수소를 연료전지 발전 또는 내연/외연기관 발전에 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the hydrogen compressed in step S64 is used for fuel cell power generation or internal combustion/external combustion engine power generation.

본 발명에 의하면, 가연성 폐기물의 가스화 시스템에 브라운가스 발생모듈을 구비함으로써, 저렴한 비용으로 산소를 제조하여 반응로에 공급할 수 있고, 질소산화물의 생성을 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by providing a brown gas generation module in the gasification system for combustible waste, oxygen can be produced at low cost and supplied to the reaction furnace, and there is an effect of preventing the generation of nitrogen oxides.

또한 반응로의 하부를 완전 밀폐형 구조로 형성함으로써, 질소의 유입을 차단하여 질소산화물의 발생을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, by forming the lower part of the reactor in a completely enclosed structure, there is an effect of preventing the generation of nitrogen oxides by blocking the inflow of nitrogen.

또한 반응로 내부의 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소의 농도를 측정하여, 반응로에 공급되는 산소, 수소 및 스팀의 양을 조절함으로써, 고품질의 수소와 이산화탄소를 생산할 수 있는 효과가 있다.In addition, by measuring the concentrations of hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide inside the reactor and controlling the amount of oxygen, hydrogen and steam supplied to the reactor, there is an effect of producing high-quality hydrogen and carbon dioxide.

또한 반응로의 하부에 분리탱크를 구비함으로써, 상부 용융물과 잔여물을 쉽게 구분하여 처리할 수 있는 효과가 있다.In addition, by providing a separation tank at the bottom of the reactor, there is an effect that the upper melt and the residue can be easily separated and treated.

또한 반응로의 발열원으로서 경유나 LPG 대신 브라운가스를 사용함과 아울러 산소도 병합 투입함으로써, 발열 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by using brown gas instead of light oil or LPG as a heating source of the reaction furnace and also adding oxygen, there is an effect that the heating efficiency can be greatly improved.

또한 반응로의 후방에 ORC 발전장치를 구비함으로써, 산화환원 반응시 생성되는 고온의 가스를 자원화하여 전기에너지로 사용할 수 있는 효과가 있다.In addition, by providing an ORC generator at the rear of the reactor, there is an effect that the high-temperature gas generated during the redox reaction can be converted into a resource and used as electric energy.

또한 ORC 발전장치에서 생산된 전기를 브라운가스 발생모듈의 구동원으로 사용함으로써, 별도의 에너지를 공급하지 않아도 되는 효과가 있다.In addition, by using the electricity produced by the ORC generator as a driving source of the brown gas generation module, there is an effect that no separate energy supply is required.

또한 반응로에 ORC 발전장치에서 제조되는 스팀을 투입함으로써, 수소가스의 생산량을 크게 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by introducing the steam produced by the ORC power generator into the reactor, there is an effect that can greatly increase the production amount of hydrogen gas.

또한 ORC 발전장치에서 제조되는 스팀을 지역난방에 활용할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that the steam produced by the ORC power plant can be used for district heating.

또한 수소정제기를 통과한 수소를 압축하여, 수소 연료전지 발전, 수소 내연/외연기관 발전에 이용하거나, 수소가스를 별도로 판매할 수 있는 효과가 있다.In addition, by compressing the hydrogen passed through the hydrogen purifier, there is an effect that it can be used for hydrogen fuel cell power generation, hydrogen internal combustion/external combustion engine power generation, or hydrogen gas can be sold separately.

또한 수소정제기에서 수소와 기타 가스를 분리하고, CO2 가스를 포집하여 압축한 후 CO2 가스를 별도로 판매할 수 있는 효과가 있다.Additionally, after separation of hydrogen and other gases in the hydrogen purifier, and collected by compressing the CO 2 gas it is effective to sell the CO 2 gas separately.

도 1은, 종래기술에 따른 가연성 폐기물의 가스화 장치의 구성을 나타낸 도면.
도 2는, 본 발명에 따른 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법을 나타낸 도면.
도 3은, 본 발명에 따른 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조장치의 전체 구성을 나타낸 도면.
도 4는, 본 발명에 따른 산화환원 반응로를 간략히 나타낸 단면도.1 is a view showing the configuration of a gasification apparatus for combustible waste according to the prior art.
2 is a view showing a method for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste according to the present invention.
3 is a view showing the overall configuration of an apparatus for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste according to the present invention.
4 is a cross-sectional view schematically showing a redox reactor according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 도 2 내지 4를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4 with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, (a) 가연성 폐기물을 반응로에서 산화환원 반응시키는 단계(S10), (b) 상기 S10 단계를 통과한 고온의 가스를 유기 랭킨 사이클(ORC: Organic Rankine Cycle) 발전장치에 의해 전기를 생산하는 단계(S20), (c) 수분해 방식에 의해 브라운가스(Brown Gas)를 제조하여 반응로에 공급하는 단계(S30), (d) 유기 랭킨 사이클 발전장치의 증발기를 통과한 가스를 가스정제기에 의해 정제하는 단계(S40), (e) 상기 S40 단계에서 정제된 가스를 백 필터(Bag Filter)에 의해 필터링하는 단계(S50), (f) 상기 S50 단계에서 필터링된 가스에서 수소를 정제하는 단계(S60)를 포함하여 이루어진다.The method for producing hydrogen and carbon dioxide using a combustible waste according to the present invention, as shown in FIG. 2, (a) a step of redox reaction of the combustible waste in a reactor (S10), (b) passing through the step S10. The step of producing electricity by using an organic rankine cycle (ORC) power generator (S20), (c) producing brown gas by hydrolysis and supplying it to the reaction furnace. (S30), (d) purifying the gas that has passed through the evaporator of the organic Rankine cycle generator by a gas purifier (S40), (e) filtering the gas purified in the step S40 by a bag filter Step (S50), (f) comprises a step (S60) of purifying hydrogen from the gas filtered in the step S50.

상기 S10 단계는, 폐기물 저장부(10)로부터 가연성 폐기물을 공급받아 산화환원 반응로(20)에 의해 가스를 발생시키는 단계이다. The step S10 is a step of receiving combustible waste from the waste storage unit 10 and generating gas by the redox reactor 20.

상기 산화환원 반응로(20)(이하 간단히 '반응로'라 한다)에 투입되는 가연성 폐기물로는, 플라스틱 계열의 고분자 화합물, 원유 부산물, 폐유, 의료용 폐기물, 천연고무, 광물 계열의 고분자 화합물, 목질계 폐기물 등이 사용될 수 있다. Combustible wastes that are put into the redox reactor 20 (hereinafter simply referred to as'reaction furnace') include plastic-based polymer compounds, crude oil by-products, waste oil, medical waste, natural rubber, mineral-based polymer compounds, and wood. System waste, etc. can be used.

또한 상기 가연성 폐기물에 포함된 수분 및 무기물은 일정량 이하로 제거한 후 반응로(20)에 투입하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable to remove moisture and inorganic substances contained in the combustible waste to a certain amount or less and then put them into the reactor 20.

그리고 가연성 폐기물은, 반응로(20)의 상부, 중간부, 하부 어느 위치에서나 투입할 수 있다.In addition, the combustible waste may be introduced at any position in the upper part, the middle part, and the lower part of the reactor 20.

또한 상기 반응로(20) 내부의 온도는 1,200℃ 이하로 유지시키는 것이 바람직한데, 상기 반응로(20)의 온도 유지 방식으로는, 촉매제 투입방식, 가스를 투입하고 산소농도를 조절하는 방식, 반응로의 하단에 히터, 보일러, 버너 등을 설치하여 가열하는 방식이 사용될 수 있다.In addition, it is preferable to keep the temperature inside the reactor 20 below 1,200°C. As a method of maintaining the temperature of the reactor 20, a catalyst input method, a gas input method and a method of controlling the oxygen concentration, reaction A method of heating by installing a heater, a boiler, or a burner at the bottom of the furnace may be used.

또한 상기 반응로(20)는 상중하 3단 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the reactor 20 has a three-stage structure.

상기한 구조의 반응로(20)의 내부에서는, 산소와 수소의 반응열, 추가 투입산소와 고분자 화합의 반응열 등에 의해, 고상의 물질이 분리되고 반응열로 인해 기화 용융이 진행된다.In the interior of the reactor 20 having the above structure, the solid material is separated by the reaction heat of oxygen and hydrogen, the reaction heat of the additional oxygen and polymer compound, and the like, and vaporization and melting proceeds due to the reaction heat.

그리고 반응로(20)의 중앙부에서는 기상의 물질이 혼합되고, 상부에서는 고온의 가스로 물분해가 촉진되면서 일산화탄소가 제거된다. In addition, gaseous substances are mixed in the central portion of the reactor 20, and carbon monoxide is removed while water decomposition is promoted with a high-temperature gas in the upper portion.

또한 반응로(20)에 ORC 발전장치(30)에서 생산된 스팀을 공급하게 되면, 산소가 일산화탄소와 결합되면서 다량의 수소가 발생하게 된다.In addition, when the steam produced by the ORC generator 30 is supplied to the reactor 20, a large amount of hydrogen is generated as oxygen is combined with carbon monoxide.

예컨대 반응로(20)에 투입된 폐기물 부피의 2~3배의 스팀을 공급하게 되면, 물분자가 깨져 산소가 반응로 내부의 일산화탄소와 결합하면서 다량의 수소가 발생하게 된다. For example, when steam is supplied 2 to 3 times the volume of the waste injected into the reactor 20, water molecules are broken, and oxygen is combined with carbon monoxide inside the reactor to generate a large amount of hydrogen.

이로써 본 발명은 반응로(20)가 수소 생산설비의 역할도 겸하게 된다. Accordingly, in the present invention, the reactor 20 also serves as a hydrogen production facility.

또한 본 발명은, 반응로(20)의 상부, 중부 및 하부에 온도센서 및 압력센서(도시 생략)가 더 구비되어 반응로(20) 내부의 온도 및 압력을 일정범위로 유지시킨다. In addition, in the present invention, a temperature sensor and a pressure sensor (not shown) are further provided in the upper, middle, and lower portions of the reactor 20 to maintain the temperature and pressure inside the reactor 20 within a certain range.

또한 본 발명은, 반응로(20)의 상부 또는 ORC 발전장치(30)의 전방에, 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소 측정기(도시 생략)가 구비된다.In addition, in the present invention, a hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide meter (not shown) is provided above the reactor 20 or in front of the ORC power generation device 30.

상기한 구조에 의해, 반응로(20)의 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소의 농도를 실시간으로 측정하여, 이를 기준치와 비교한 후 부족한 가스를 자동으로 공급하도록 제어할 수 있다. According to the above structure, concentrations of hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide in the reactor 20 are measured in real time, compared with a reference value, and then the insufficient gas can be automatically supplied.

예컨대, 수소의 양이 기준치보다 높을 경우에는, 산소와 수소의 투입량을 감소시키고 스팀의 투입량을 증가시킨다.For example, when the amount of hydrogen is higher than the reference value, the amount of oxygen and hydrogen is reduced and the amount of steam is increased.

그리고 수소의 양이 기준치보다 낮을 경우에는, 산소와 수소의 투입량을 증가시키고 스팀의 투입량을 감소시킨다.And when the amount of hydrogen is lower than the reference value, the amount of oxygen and hydrogen is increased and the amount of steam is decreased.

또한 일산화탄소의 양이 기준치보다 높을 경우에는, 산소와 수소의 투입량을 감소시키고 스팀의 투입량을 증가시킨다. In addition, when the amount of carbon monoxide is higher than the reference value, the amount of oxygen and hydrogen is reduced and the amount of steam is increased.

또한 이산화탄소의 양이 기준치보다 낮을 경우에는, 산소와 수소의 투입량을 증가시키고 스팀의 투입량을 감소시킨다.In addition, when the amount of carbon dioxide is lower than the reference value, the amount of oxygen and hydrogen is increased and the amount of steam is decreased.

상기한 가스의 제어방식에 의해, 반응로 상부의 온도를 1,000~1,200℃로 일정하게 유지할 수 있고, 반응효율을 향상시켜 고농도, 고품질의 가스를 얻을 수가 있다. By the above-described gas control method, the temperature at the top of the reactor can be kept constant at 1,000 to 1,200°C, and the reaction efficiency can be improved to obtain a high-concentration, high-quality gas.

또한 본 발명은, 도 4에 도시된 바와 같이, 반응로(20)의 하부가 밀폐부(21)에 의해 완전 밀폐형으로 구성된다.In addition, in the present invention, as shown in FIG. 4, the lower portion of the reactor 20 is configured in a completely sealed type by the sealing portion 21.

이로써 질소의 유입을 원천적으로 차단하여 연소시 질소산화물의 생성을 방지할 수가 있다.Accordingly, it is possible to prevent the generation of nitrogen oxides during combustion by fundamentally blocking the inflow of nitrogen.

또한 반응로의 하부에는 분리탱크(22)가 구비되고, 상기 분리탱크(22)의 상부에는 용융물 배출구(22a)가 구비되고, 하부에는 잔여물 배출구(22b)가 구비된다.In addition, a separation tank 22 is provided in the lower part of the reactor, a melt discharge port 22a is provided in the upper part of the separation tank 22, and a residue discharge port 22b is provided in the lower part.

상기한 구조에 의해, 용융물과 잔여물을 간편하게 분리하여 수거할 수 있다. With the structure described above, the melt and the residue can be easily separated and collected.

상기 S20 단계는, 유기 랭킨 사이클 발전장치(30)에 의해 전력을 생산하는 단계이다.The step S20 is a step of generating electric power by the organic Rankine cycle power generation device 30.

상기 유기 랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle, 이하 간단히 'ORC'라 한다)은, 발전 시스템에서 폐열을 재활용하기 위해 랭킨 사이클을 응용한 사이클이다.The Organic Rankine Cycle (hereinafter simply referred to as'ORC') is a cycle in which the Rankine cycle is applied to recycle waste heat in a power generation system.

랭킨 사이클(Rankine Cycle)은, 물을 사용하여 전력을 생산하는 사이클로서, 화력발전, 태양열 발전, 원자력 발전 등에 적용되고 있다. The Rankine Cycle is a cycle for generating electric power using water, and is applied to thermal power generation, solar power generation, nuclear power generation, and the like.

본 발명의 ORC 발전장치(30)는, 통상의 증발기(31), 터빈(32), 발전기(33), 콘덴서(34), 쿨링타워(35), 펌프(37) 등을 구비한다.The ORC power generation apparatus 30 of the present invention includes an ordinary evaporator 31, a turbine 32, a generator 33, a condenser 34, a cooling tower 35, a pump 37, and the like.

상기한 구성으로 이루어진 ORC 발전방식은 공지의 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The ORC power generation method composed of the above-described configuration is a known technology, and a detailed description thereof will be omitted.

여기서 본 발명의 ORC 발전장치는, 통상의 구성부품 외에 물을 공급하기 위한 펌프(38)와 스팀을 생산하기 위한 스팀 발생기(36)를 더 구비한다.Here, the ORC generator of the present invention further includes a pump 38 for supplying water and a steam generator 36 for producing steam in addition to the usual components.

상기 스팀 발생기(36)는 반응로(20)에서 생성된 고온의 가스와의 열교환에 의해 스팀을 발생시키고, 이렇게 발생된 스팀은 브라운가스 발생모듈(40)에서 제조된 산소와 함께 반응로(20)에 공급된다.The steam generator 36 generates steam by heat exchange with the high-temperature gas generated in the reaction furnace 20, and the steam generated in this way together with the oxygen produced in the brown gas generating module 40, the reaction furnace 20 ).

그러면 반응로(20) 내부에서 물분자가 깨져 산소가 일산화탄소와 결합하면서 수소가스가 발생하게 되는데. 이때 다량의 스팀을 공급함으로써 수소가스의 발생량을 크게 증대시킬 수가 있다.Then, water molecules are broken inside the reactor 20, and oxygen is combined with carbon monoxide to generate hydrogen gas. At this time, by supplying a large amount of steam, the amount of hydrogen gas generated can be greatly increased.

또한 상기 ORC 발전장치(30)에서 생산되는 스팀을 지역난방에 사용할 수도 있다.In addition, the steam produced by the ORC generator 30 may be used for district heating.

또한 ORC 발전장치(30)에서 생산된 전기는, 브라운가스 발생모듈(40)로 공급되어 이를 구동시킨다. 이로써 브라운가스 발생모듈(40)을 구동시키기 위한 별도의 에너지원을 구비하지 않아도 된다.In addition, electricity produced by the ORC power generation device 30 is supplied to the brown gas generation module 40 to drive it. Accordingly, there is no need to provide a separate energy source for driving the brown gas generation module 40.

상기 S30 단계는, 브라운가스 발생모듈(40)에서 수전해 방식에 의해 물을 전기분해하여 수소와 산소를 기체화하는 단계이다.The step S30 is a step of gasifying hydrogen and oxygen by electrolyzing water by a water electrolysis method in the brown gas generating module 40.

전기분해(Electrolysis)는, 수용액 상태에서 자연적으로 음이온과 양이온으로 분리되지 않는 물질을 전기적인 힘을 이용하여 강제적으로 음이온과 양이온으로 분리시키는 과정을 의미한다. Electrolysis refers to the process of forcibly separating a material that is not naturally separated into anions and cations in an aqueous solution state into anions and cations using an electrical force.

물을 전기분해하면 음극에서는 수소가 얻어지고, 양극에서는 산소가 얻어지는데, 이들 가스를 분리 채집하지 않고 한꺼번에 포집한 것이 브라운가스(Brown's Gas)이다. When water is electrolyzed, hydrogen is obtained from the cathode and oxygen is obtained from the anode. Brown's Gas is collected without separating these gases.

상기 브라운가스는 산소와 수소가 1:2 비율로 혼합된 가스로서, 무공해 에너지원 또는 연료로 사용할 수 있다.The brown gas is a gas in which oxygen and hydrogen are mixed in a ratio of 1:2, and can be used as a non-polluting energy source or fuel.

상기 브라운 가스는 연소시 폭발현상을 나타내지 않으며 브라운 가스를 연소시키면 텅스텐도 승화시킬 수 있을 정도의 초고온을 얻을 수 있다.The brown gas does not exhibit an explosion phenomenon during combustion, and when the brown gas is burned, an ultra-high temperature capable of sublimating tungsten can be obtained.

또한 브라운가스는 그 자체에 산소를 포함하고 있으므로 연소시 별도의 산소공급이 불필요하고, 연소생성물로서 물만을 생성하므로 공해 오염 문제가 없다는 장점이 있다.In addition, since the brown gas itself contains oxygen, it is not necessary to supply additional oxygen during combustion, and since it generates only water as a combustion product, there is an advantage in that there is no pollution pollution problem.

본 발명에서는 고효율의 브라운가스 발생모듈을 구비하여 이를 반응로의 주열원으로 사용한다.In the present invention, a high-efficiency brown gas generation module is provided and it is used as the main heat source of the reactor.

또한 본 발명은, 산소와 수소가 혼합된 브라운가스를 반응로(20)의 하부에 공급할 수도 있고, 산소와 수소를 분리한 다음, 산소는 반응로(20) 공급하고, 수소는 수소 압축탱크(80)로 바로 공급할 수도 있다.In addition, in the present invention, brown gas in which oxygen and hydrogen are mixed may be supplied to the lower part of the reaction furnace 20, and oxygen and hydrogen are separated, and then oxygen is supplied to the reaction furnace 20, and hydrogen is supplied to the hydrogen compression tank ( 80) can also be supplied directly.

상기 수소 압축탱크(80)에 의해 압축된 수소는, 연료전지 발전 또는 내연/외연기관 발전에 사용할 수 있고, 수소가스를 별도로 판매할 수도 있다.Hydrogen compressed by the hydrogen compression tank 80 may be used for fuel cell power generation or internal combustion/external combustion engine power generation, and hydrogen gas may be sold separately.

S40 단계는, ORC 발전장치(30)에서 열교환을 마친 연소가스에 요소나 알칼리 촉매액을 투입하여 황, 염소 성분 등을 제거하는 단계이다. Step S40 is a step of removing sulfur, chlorine components, etc. by introducing urea or an alkali catalyst solution into the combustion gas that has been heat-exchanged in the ORC power generation device 30.

상기 S40 단계를 거친 가스는, S50 단계에서 백 필터(Bag Filter)에서 분진이 걸러지게 되는데, 이때 가스에 잔존하는 황 성분도 필터링된다.The gas that has passed through the step S40 is filtered by a bag filter in step S50, and at this time, the sulfur component remaining in the gas is also filtered.

상기 백 필터는, 배기가스 청정용 등에 사용되는 집진기의 일종으로, 원통상의 노포를 사용하여 고체입자를 분리 포집하는 필터이다.The bag filter is a type of dust collector used for cleaning exhaust gas and the like, and is a filter that separates and collects solid particles using a cylindrical long cloth.

S60 단계는, 수소와 그 이외의 가스를 분리하여 수소를 정제하는 단계이다. Step S60 is a step of purifying hydrogen by separating hydrogen and other gases.

이렇게 분리된 수소는 수소 압축탱크(80)로 보내져 압축된 후, 연료전지 발전 또는 내연/외연기관 발전에 사용할 수 있고, 수소가스를 별도로 판매할 수도 있다. After the separated hydrogen is sent to the hydrogen compression tank 80 and compressed, it can be used for fuel cell power generation or internal combustion/external combustion engine power generation, and hydrogen gas can be sold separately.

S61 단계는, 수소 이외의 가스에서 수분, 질소, 염화수소 등의 특정가스를 제거하여 대기오염을 방지하는 단계이다.Step S61 is a step of preventing air pollution by removing specific gases such as moisture, nitrogen, and hydrogen chloride from gases other than hydrogen.

S62 단계는, S61 단계에서 특정 가스를 제거한 후 CO2를 포집하는 단계이다. 이렇게 포집된 CO2는 CO2 압축탱크(70)에서 압축된다(S63)Step S62 is a step of collecting CO 2 after removing a specific gas in step S61. The CO 2 collected in this way is compressed in the CO 2 compression tank 70 (S63)

또한 상기 S62 단계에서 CO2 를 포집하고 남은 가스는, 다시 가스 정제기(50)로 리턴된다. In addition, the gas remaining after collecting CO 2 in step S62 is returned to the gas purifier 50 again.

본 발명에 의하면, 가연성 폐기물의 가스화 시스템에 브라운가스 발생모듈(40)을 구비하여, 이에 의해 제조된 브라운가스 또는 산소를 반응로(20)에 공급한다.According to the present invention, the brown gas generation module 40 is provided in the gasification system for combustible waste, and the brown gas or oxygen produced thereby is supplied to the reactor 20.

또한 반응로(20)의 하부를 완전 밀폐형으로 구성하여, 공기 중의 질소가 반응로에 유입되는 것을 원천적으로 차단한다.In addition, by configuring the lower part of the reactor 20 in a completely sealed type, nitrogen in the air is fundamentally blocked from entering the reactor.

이로써 공기중의 질소가 반응로 내에 유입되어 연소시 질소산화물이 생성되는 것을 방지할 수가 있다.As a result, nitrogen in the air can be prevented from being introduced into the reaction furnace to generate nitrogen oxides during combustion.

또한 가스화 시스템에 ORC 발전장치(30)를 구비하여, 이에 의해 생산된 전기를 브라운가스 발생모듈(40)의 에너지원으로 사용한다. 이로써 브라운가스 발생모듈(40)을 구동하기 위한 별도의 전원을 공급하지 않아도 된다.In addition, the gasification system is provided with an ORC power generation device 30, and the electricity produced thereby is used as an energy source of the brown gas generation module 40. Accordingly, it is not necessary to supply a separate power for driving the brown gas generation module 40.

또한 ORC 발전장치(30)에 스팀 발생기(36)를 구비하여, 스팀을 반응로(20)에 다량으로 공급함으로써 반응로(20) 내부에서 수소가스의 발생량을 크게 증대시킬 수가 있다.In addition, by providing the steam generator 36 in the ORC power generation device 30, the amount of hydrogen gas generated in the reactor 20 can be greatly increased by supplying a large amount of steam to the reactor 20.

또한 ORC 발생장치(30)에서 발생된 스팀을 지역난방에 사용할 수도 있다.In addition, the steam generated by the ORC generator 30 may be used for district heating.

또한 브라운가스 발생모듈(40)에서 산소와 수소를 분리하여, 산소는 반응로(20)의 열원으로 사용하고, 수소는 수소 압축탱크(80)에서 압축하여 수소 연료전지 발전, 내연/외연기관 발전에 사용하거나, 수소가스를 별도로 판매할 수도 있다.In addition, by separating oxygen and hydrogen in the brown gas generation module 40, oxygen is used as a heat source of the reaction furnace 20, and hydrogen is compressed in a hydrogen compression tank 80 to generate hydrogen fuel cell power generation, internal combustion/external combustion engine power generation. It can be used for or sold separately for hydrogen gas.

또한 가스 중에서 CO2만을 포집한 후, 이를 CO2 압축탱크(70)에서 압축하여 별도로 판매할 수도 있다. In addition, after collecting only CO 2 from the gas , it may be compressed in the CO 2 compression tank 70 and sold separately.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. In the above, preferred embodiments of the present invention have been exemplarily described, and the scope of the present invention is not limited to the specific embodiments described above. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will appreciate that various modifications and changes can be made without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

10: 폐기물 저장부 20: 산화환원 반응로
21: 밀폐부 22: 분리탱크
22a: 용융물 배출구 22b: 잔여물 배출구
30: ORC(Organic Rankine Cycle) 발전장치
31: 증발기 32: 터빈(Turbine)
33: 발전기 34: 콘덴서(Condensor)
35: 쿨링 타워(Cooling Tower) 36: 스팀(Steam) 발생기
37: 펌프(Pump) 38: 물공급 펌프
40: 브라운가스(Brown's Gas) 발생모듈 50: 가스 정제기
60: 백 필터(Bag Filter) 61: 수소 정제기
70: CO2 압축탱크 80: 수소 압축탱크 10: waste storage unit 20: redox reactor
21: sealing portion 22: separation tank
22a: melt outlet 22b: residue outlet
30: ORC (Organic Rankine Cycle) power plant
31: evaporator 32: turbine
33: generator 34: condensor
35: cooling tower 36: steam generator
37: pump 38: water supply pump
40: Brown's Gas generation module 50: Gas purifier
60: bag filter 61: hydrogen purifier
70: CO 2 compression tank 80: hydrogen compression tank

Claims (17)

가연성 폐기물을 이용하여 수소와 이산화탄소를 제조하는 방법에 있어서,
(a) 가연성 폐기물을 반응로에서 산화환원 반응시키는 단계(S10),
(b) 상기 S10 단계를 통과한 고온의 가스를 유기 랭킨 사이클(ORC: Organic Rankine Cycle) 발전장치에 의해 전기를 생산하는 단계(S20),
(c) 수분해 방식에 의해 브라운가스(Brown Gas)를 제조하여 반응로에 공급하는 단계(S30),
(d) 유기 랭킨 사이클 발전장치의 증발기를 통과한 가스를 가스정제기에 의해 정제하는 단계(S40),
(e) 상기 S40 단계에서 정제된 가스를 백 필터(Bag Filter)에 의해 필터링하는 단계(S50),
(f) 상기 S50 단계에서 필터링된 가스에서 수소를 정제하는 단계(S60)를 포함하고,
상기 S60 단계 이후, 수소와 그 이외의 가스를 분리하는 단계를 더 포함하며,
상기 S60 단계 이후, 수소 이외의 가스에서 특정 가스를 선택적으로 제거하는 단계(S61)와, CO2를 포집하는 단계(S62)를 더 포함하고,
상기 S62 단계 이후, 포집된 CO2를 CO2 압축탱크로 공급하여 압축하고(S63), 나머지 가스는 가스정제기로 리턴시키는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법.In the method of producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste,
(a) redox reaction of combustible waste in a reactor (S10),
(b) generating electricity from the high-temperature gas passing through the step S10 by an organic rankine cycle (ORC) power generation device (S20),
(c) manufacturing brown gas by a hydrolysis method and supplying it to the reaction furnace (S30),
(d) purifying the gas that has passed through the evaporator of the organic Rankine cycle power generator by a gas purifier (S40),
(e) filtering the gas purified in step S40 by a bag filter (S50),
(f) purifying hydrogen from the gas filtered in step S50 (S60),
After the step S60, further comprising the step of separating hydrogen and other gases,
After the step S60, further comprising a step of selectively removing a specific gas from a gas other than hydrogen (S61), and a step of collecting CO 2 (S62),
After the step S62, the collected CO 2 is supplied to a CO 2 compression tank and compressed (S63), and the remaining gas is returned to a gas purifier. 제 1 항에 있어서,
상기 S10 단계에서, 반응로의 하부를 밀폐형으로 구성하여 질소의 유입을 차단하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법.The method of claim 1,
In the step S10, a method for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste, characterized in that the lower part of the reaction furnace is configured in a closed type to block the introduction of nitrogen. 제 1 항에 있어서,
상기 S10 단계에서, 반응로의 하부에 분리탱크를 구비하여 용융물과 잔여물을 분리하여 수거하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법.The method of claim 1,
In the step S10, a method for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste, characterized in that a separation tank is provided in the lower part of the reaction furnace to separate and collect the melt and the residue. 제 1 항에 있어서,
상기 S10 단계에서, 반응로 내부의 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소의 농도를 각각 측정하여, 반응로에 투입되는 산소, 수소 및 스팀을 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법.The method of claim 1,
In the step S10, the hydrogen and carbon dioxide production method using combustible waste, characterized in that by measuring the concentrations of hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide in the reactor, respectively, and adjusting the amount of oxygen, hydrogen and steam introduced into the reactor. 제 4 항에 있어서,
반응로 내부의 수소의 양이 기준치보다 높을 경우에는, 산소와 수소의 투입량을 감소시키고 스팀의 투입량을 증가시키며,
반응로 내부의 수소의 양이 기준치보다 낮을 경우에는, 산소와 수소의 투입량을 증가시키고 스팀의 투입량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법.The method of claim 4,
When the amount of hydrogen inside the reactor is higher than the standard value, the amount of oxygen and hydrogen is reduced and the amount of steam is increased,
A method for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste, characterized in that when the amount of hydrogen in the reactor is lower than the reference value, the amount of oxygen and hydrogen is increased and the amount of steam is decreased. 제 4 항에 있어서,
반응로 내부의 일산화탄소의 양이 기준치보다 높을 경우에는, 산소와 수소의 투입량을 감소시키고 스팀의 투입량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법. The method of claim 4,
A method for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste, characterized in that when the amount of carbon monoxide in the reactor is higher than the reference value, the amount of oxygen and hydrogen is reduced and the amount of steam is increased. 제 4 항에 있어서,
반응로 내부의 이산화탄소의 양이 기준치보다 낮을 경우에는, 산소와 수소의 투입량을 증가시키고 스팀의 투입량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법. The method of claim 4,
A method of producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste, characterized in that when the amount of carbon dioxide in the reactor is lower than the reference value, the amount of oxygen and hydrogen is increased and the amount of steam is decreased. 제 1 항에 있어서,
상기 S20 단계에서, 유기 랭킨 사이클 발전장치에 물을 공급하여 스팀을 발생시킨 후, 이를 반응로에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법.The method of claim 1,
In the step S20, after supplying water to the organic Rankine cycle power generator to generate steam, the method for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste, further comprising the step of supplying the same to the reaction furnace. 제 1 항에 있어서,
상기 S20 단계에서, 유기 랭킨 사이클 발전장치에서 생산된 전기를 브라운가스 발생모듈에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법.The method of claim 1,
In the step S20, the method of producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste, further comprising the step of supplying electricity produced by the organic Rankine cycle power generation device to the brown gas generation module. 제 1 항에 있어서,
상기 S20 단계에서, 유기 랭킨 사이클 발전장치에서 생산된 스팀을 지역난방에 이용하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법. The method of claim 1,
In the step S20, the method for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste, characterized in that the steam produced by the organic Rankine cycle power generator is used for district heating. 제 1 항에 있어서,
상기 S30 단계에서 제조된 브라운가스를 반응로에 공급하여 열원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법.The method of claim 1,
A method for producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste, characterized in that the brown gas prepared in step S30 is supplied to the reaction furnace and used as a heat source. 제 11 항에 있어서,
상기 S30 단계에서, 산소와 수소를 분리하여, 산소는 반응로에 공급하여 열원으로 사용하고, 수소는 수소 압축탱크로 공급하여 압축하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법.The method of claim 11,
In the step S30, oxygen and hydrogen are separated, oxygen is supplied to a reaction furnace to be used as a heat source, and hydrogen is supplied to a hydrogen compression tank for compression. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 S60 단계 이후, 분리된 수소를 수소 압축탱크로 공급하여 압축하는 단계(S64)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법.The method of claim 1,
After the step S60, the method of producing hydrogen and carbon dioxide using combustible waste, further comprising the step of supplying and compressing the separated hydrogen to a hydrogen compression tank (S64). 삭제delete 삭제delete 제 14 항에 있어서,
상기 S64 단계에서 압축된 수소를 연료전지 발전 또는 내연/외연기관 발전에 사용하는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법.The method of claim 14,
Hydrogen and carbon dioxide production method using combustible waste, characterized in that the hydrogen compressed in step S64 is used for fuel cell power generation or internal combustion/external combustion engine power generation.
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