KR102422280B1 - 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템 및 회수방법 - Google Patents

수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템 및 회수방법 Download PDF

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Abstract

수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템 및 회수방법이 소개된다.
이 중에서 에너지 회수시스템은 유기성폐기물이 저장 가능하고 회수열을 이용하여 유기성폐기물을 기 설정된 예열 온도로 예열하는 저장조와, 저장조에서 예열된 유기성폐기물을 공급받아 기 설정된 수열반응온도로 가열하여 수열탄화 반응물을 생성하는 수열탄화 반응기와, 수열탄화 반응기로부터 공급받은 수열탄화 반응물로부터 열을 회수하는 수열탄화 열회수조와, 수열탄화 열회수조에서 공급받은 수열탄화 반응물 내 질소를 탈기하는 질소회수 반응기를 포함하고, 수열탄화 열회수조는 수열탄화 반응물로부터 회수된 일부 열을 회수열로서 저장조에 제공하고, 수열탄화 열회수조로부터 회수된 일부 열을 질소회수를 위한 반응열로서 질소회수 반응기에 제공할 수 있다.

Description

수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템 및 회수방법{SYSTEM FOR RECOVERING DOUBLE HEAT EXCHANGING ENERGY OF HYDROTHERMAL CARBONIZATION AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 수열탄화공정에 있어서 소비한 에너지를 공정내에서 회수하여 경제성을 향상시키는 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템 및 회수방법에 관한 것이다.
유기성폐기물의 감량화 및 자원화(에너지화)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이는 유기성폐기물의 특성상 높은 함수율(약 80%)로 수분을 제거하는데 매우 많은 에너지가 소비되기 때문에 연료화를 하더라도 잉여에너지가 마이너스가 된다.
이러면 문제로 인하여 수열탄화 공정에 대한 감량화 및 에너지화의 연구 및 비중이 높아지고 있다. 유기성폐기물(하수슬러지, 가축분뇨, 음식물류폐기물 등)은 보통 함수율 약 80%의 고함수류 배출이 되어지고 있으며, 배출되는 유기성폐기물의 초기점도는 약 200,000 ~300,000 cP로 매우 높은 고점도 물질이다. 또한, 유기성폐기물의 열전도도는 20℃기준에서 약 0.053 W/m℃로 물(0.585 W/m℃)의 약 1/10 수준이다.
이와 같은 유기성폐기물의 특성으로 인해 수열탄화 최적 반응온도(200℃)로 승온 시 승온 시간이 매우 길어지는 문제와, 초기 고점도로 인한 높은 교반기 부하(용량 과잉설계) 등이 야기되고 있다.
특히, 수열탄화 반응종료 후 높은 온도의 수열탄화 반응물의 열교환 에너지를 활용할 공정이 없으면, 수열탄화 반응 후 반응물의 냉각에 소요되는 공정수 또는 냉각에 소모되는 에너지가 추가되어야 하므로, 투입에너지의 냉각에 추가되는 에너지를 소비하여야 한다는 문제가 있다.
등록특허공보 10-1496177(2015. 2. 17 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제공된 것으로서, 통합공정내에서 최대한의 에너지를 회수할 수 있도록 공정을 구성하여 유기성폐기물의 에너지화에 있어 기계적 안정적인 운전과 경제적인 처리가 가능하도록 있는 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템 및 회수방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 유기성폐기물의 점도부하를 회수에너지만으로 감소를 시킴으로써 시간당처리량 향상 및 에너지 절감 목표를 한 번에 구현할 수 있는 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템 및 회수방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 유기성폐기물이 저장 가능하고, 회수열을 이용하여 상기 유기성폐기물을 기 설정된 예열 온도로 예열하는 저장조; 상기 저장조에서 예열된 상기 유기성폐기물을 공급받아 기 설정된 수열반응온도로 가열하여 수열탄화 반응물을 생성하는 수열탄화 반응기; 상기 수열탄화 반응기로부터 공급받은 상기 수열탄화 반응물로부터 열을 회수하는 수열탄화 열회수조; 상기 수열탄화 열회수조에서 공급받은 상기 수열탄화 반응물 내 질소를 탈기하는 질소회수 반응기를 포함하고, 상기 수열탄화 열회수조는 상기 수열탄화 반응물로부터 회수된 일부 열을 상기 회수열로서 상기 저장조에 제공하고, 상기 수열탄화 열회수조로부터 회수된 일부 열을 질소회수를 위한 반응열로서 상기 질소회수 반응기에 제공하는 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템이 제공될 수 있다.
이때, 본 발명은 상기 수열탄화 반응기에서 발생된 스팀을 상기 회수열로 하여 상기 저장조에 제공하기 위해, 상기 수열탄화 반응기와 상기 저장조 사이에 연결되는 수열탄화 열교환배관을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 수열탄화 반응물에서 발생된 스팀을 상기 저장조에 제공하기 위해, 상기 수열탄화 열회수조와 상기 저장조 사이에 연결되는 열회수조 열교환배관을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 매체를 통해 상기 수열탄화 열회수조와 열교환이 이루어지는 열회수조 열교환자켓; 매체를 통해 상기 질소회수 반응기와 열교환이 이루어지도록 상기 질소회수 반응기에 설치되는 질소회수 열교환기; 상기 열회수조 열교환자켓 및 상기 질소회수 열교환기 사이에 연결되는 질소회수 열교환배관; 및 상기 열회수조 열교환자켓 및 상기 질소회수 열교환기 사이에서 상기 매체를 순환시키기 위한 매체펌프를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 스팀이 배출되는 상기 수열탄화 반응기의 수열탄화 스팀배출구에 설치되는 수열탄화 밸브; 상기 수열탄화 반응기의 온도를 감지하기 위한 수열탄화 온도센서; 상기 저장조의 온도를 감지하기 위한 저장조 온도센서; 및 상기 기 설정된 수열반응온도로 가열되도록 상기 수열탄화 반응기의 작동을 제어하고, 상기 저장조의 온도가 상기 기 설정된 예열 온도로 유지되도록 상기 수열탄화 밸브의 개폐를 조절하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 스팀이 배출되는 상기 수열탄화 열회수조의 열회수조 스팀배출구에 설치되는 열회수조 밸브; 및 상기 수열탄화 열회수조의 온도를 감지하기 위한 열회수조 온도센서를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 저장조의 온도가 상기 기 설정된 예열 온도로 유지되도록 상기 열회수조 밸브의 개폐를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 질소회수 반응기의 온도를 감지하기 위한 질소회수 온도센서를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 질소회수 반응기의 온도가 기 설정된 탈기 온도로 유지되도록 상기 매체펌프의 작동을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상술한 에너지 회수시스템을 이용하여 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수방법에 있어서, 회수열을 이용하여 기 설정된 예열 온도로 저장조를 예열하는 단계; 상기 저장조에서 예열된 유기성폐기물을 수열탄화 반응기에서 기 설정된 수열반응온도로 가열하여 수열탄화 반응물을 생성하는 단계; 상기 수열탄화 반응기로부터 공급받은 수열탄화 반응물을 수열탄화 열회수조에서 열을 회수하는 단계; 상기 수열탄화 열회수조에서 공급받은 상기 수열탄화 반응물 내 질소를 질소회수 반응기에서 탈기하는 단계를 포함하고, 상기 수열탄화 열회수조에서 열을 회수하는 단계는, 상기 수열탄화 반응물로부터 회수된 일부 열을 상기 회수열로서 상기 저장조에 제공하고, 상기 수열탄화 열회수조로부터 회수된 일부 열을 질소회수를 위한 반응열로서 상기 질소회수 반응기에 제공하는 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예는 수열탄화 공정의 폐열을 활용함으로써, 공정에 투입되는 소비에너지를 약 40%이상 절약할 수 있고, 유기성폐기물이 가지고 있는 초기 고점도 영역의 물리적 성질을 첫 공정인 저장조에서부터 저점도로 낮추어 이송펌프 및 교반기 등 부하를 줄여 전력비 사양 및 용량을 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 직접 자체열회수 예열시스템 이후의 잔여폐열(110℃ 수열탄화 반응물)은 간접 열교환으로 수열탄화 통합공정에서 수열탄화 반응물의 질소부하를 낮추기 위한 암모니아탈기 설비에 활용하여 수열탄화 공정에 투입된 소비에너지의 약 70%를 회수할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 에너지 효율 향상뿐만 아니라, 저장조에서의 슬러지 예열을 통해 원료의 열전도도를 상향시킬 수 있고, 점도를 하향시킬 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 통합공정내에서 최대한의 에너지를 회수할수 있도록 공정을 구성함으로써, 유기성폐기물의 에너지화에 있어 기계적 안정적인 운전과 경제적인 처리가 가능하도록 할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 유기성폐기물의 점도부하를 회수에너지만으로 감소를 시킴으로써, 시간당처리량 향상 및 에너지 절감을 구현할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템의 수열탄화 열회수조와 저장조 및 수열탄화 반응기 간의 연결 관계를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템의 수열탄화 열회수조와 질소회수 반응기 간의 연결 관계를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템의 제어 관계를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명에서, 수열탄화 반응온도에 따른 점도와 열전도도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수방법을 도시한 블록도이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템 및 회수방법의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템의 수열탄화 열회수조와 저장조 및 수열탄화 반응기 간의 연결 관계를 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템의 수열탄화 열회수조와 질소회수 반응기 간의 연결 관계를 도시한 구성도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회수시스템(10)은, 유기성폐기물(하수슬러지, 음식물류폐기물, 가축분뇨 등)의 수열탄화 반응의 공정구축에 있어서, 수열탄화 반응 이후 고온고압의 스팀 및 열수 에너지를 구축된 공정 내에서 효율적으로 활용될 수 있다.
이러한 에너지 회수시스템(10)은 저장조(100), 수열탄화 반응기(200), 수열탄화 열회수조(300) 및 질소회수 반응기(400)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 저장조(100)는 수열탄화 공정에서 열회수의 효율을 높이고 여러 기능을 동시에 제공할 수 있는 다기능 저장조(100)일 수 있다. 예컨대, 저장조(100)는 유기성폐기물의 저장기능을 가질 수 있다. 저장조(100)의 하부에는 모노펌프가 일체형으로 장착되어, 폐기물 저장 및 정량투입 기능을 제공할 수 있다. 저장조(100)에서는 열회수(응축) 및 악취포집 기능이 동시에 이루어질 수 있다.
또한, 저장조(100)는 고온고압의 수열탄화 반응에 있어서 압력 및 온도를 해지하는 과정에서 하부에 설치된 스팀노즐에 연계되어 유기성폐기물 층으로 압력을 배출하여 응축과 해압의 버퍼탱크로 활용될 수 있다. 또한, 수열탄화 열회수조(300)의 스팀이 수열탄화 열회수조(300)에서 저장조(100)로 150℃→110℃(6bar→0.5bar)조건으로 직접 공급될 때, 저장조(100)는 슬러지층에서 응축되어 열전달을 이루게 됨으로써, 저장된 유기성폐기물의 온도를 기 설정된 예열 온도(일 예로, 약 80℃)까지 예열할 수 있다. 이를 통해, 저장조(100)에서는 70,000kcal/톤에 해당되는 에너지가 회수될 수 있다.
저장조(100)는 제1 배관(501)을 통해 수열탄화 반응기(200)와 연결될 수 있다. 저장조(100)에서 예열된 유기성폐기물은 제1 배관(501)을 통해 수열탄화 반응기(200)에 공급될 수 있다.
수열탄화 반응기(200)는 저장조(100)에 의해 예열된 유기성폐기물을 제1 배관(501)을 통해 저장조(100)로부터 공급받을 수 있다. 이 수열탄화 반응기(200)는 유기성폐기물을 기 설정된 수열반응온도(일 예로, 190℃)로 승온하여 수열탄화(HTC: HydroThermal Carbonization)함으로써, 수열탄화 반응물을 생성시킬 수 있다. 여기서, 수열탄화란 저함수율을 갖는 재료와 물을 혼합한 재료 또는 고함수율을 갖는 재료를 폐쇄형 반응기에 넣어 가온시키고, 이러한 가온에 의해 물이 포화되어 수증기압이 발생되면서 수분 증발 없이 탄화 반응이 진행되는 것을 의미한다.
본 실시예에서는, 수열탄화 반응기(200)가 유기성폐기물을 닫힘계에서 190℃로 승온시키는 경우에 대하여 설명하였지만, 이에 한정되지는 아니하며, 수열탄화 반응기(200)는 유기성폐기물의 수열탄화가 가능한 다양한 범위의 수열반응온도(예를 들면, 150℃ ∼ 250℃ 범위)로 승온될 수 있을 것이다.
수열탄화 반응기(200)에서 190℃까지 승온되어 수열탄화 반응의 종료 이후에는, 후속공정 운전을 위해 수열탄화 반응기(200)에서는 압력의 해지가 이루어질 수 있다. 일 예로, 수열탄화 반응기(200)에서는 20bar에서 9bar로 압력의 해지가 발생될 수 있다. 또한, 수열탄화 반응기(200)에서 일부의 잉여 스팀은 저장조(100)로 배출될 수 있다. 이때, 수열탄화 반응기(200)의 온도는 190℃에서 180℃로 조절될 수 있다. 수열탄화 반응기(200)는 수열탄화 열교환배관(510)을 통해 저장조(100)에 잉여 스팀을 제공할 수 있다.
수열탄화 열회수조(300)는 수열탄화 반응기(200)로부터 수열탄화 반응물을 공급받을 수 있다. 수열탄화 열회수조(300)는 수열탄화 반응물로부터 회수된 일부 열을 회수열로서 저장조(100)에 제공할 수 있다. 또한, 수열탄화 열회수조(300)로부터 회수된 일부 열을 질소회수를 위한 반응열로서 질소회수 반응기(400)에 제공할 수 있다.
수열탄화 열회수조(300)는 제2 배관(502)을 통해 수열탄화 열회수조(300)와 연결될 수 있다. 수열탄화 열회수조(300)의 수열탄화 반응물은 제2 배관(502)을 통해 수열탄화 열회수조(300)에 공급될 수 있다.
수열탄화 열회수조(300)는 수열탄화 반응기(200)로부터 공급받은 수열탄화 반응물로부터 열을 회수할 수 있다. 수열탄화 반응물로부터 회수된 열은, 저장조(100)의 회수열로 사용될 수 있다. 이를 위해, 수열탄화 열회수조(300)와 저장조(100) 사이에는 열회수조 열교환배관(520)이 연결될 수 있다. 열회수조 열교환배관(520)은 수열탄화 반응물에서 발생된 스팀을 저장조(100)에 제공할 수 있다. 이때, 수열탄화 열회수조(300)의 온도는 150℃에서 110℃로 조절될 수 있고, 수열탄화 열회수조(300)의 압력은 6ar에서 0.5bar로 조절될 수 있다.
또한, 수열탄화 반응물로부터 회수된 열은, 질소회수를 위한 반응열로서 질소회수 반응기(400)에 제공할 수 있다. 이를 위해, 수열탄화 열회수조(300)에는 매체(일 예로, 물)가 순환되는 열회수조 열교환자켓(610)이 구비될 수 있다. 이 열회수조 열교환자켓(610)은 질소회수 열교환배관(630)을 통해 질소회수 반응기(400)의 질소회수 열교환기(620)와 연결될 수 있다. 그리고 질소회수 열교환배관(630)에는 매체의 순환을 위한 매체펌프(640)가 구비될 수 있다.
이에 따라, 열회수조 열교환자켓(610) 내 매체는 수열탄화 열회수조(300)와 열교환을 통해 가열된 후, 매체펌프(640)의 펌핑 압력에 의해 질소회수 열교환배관(630)을 통해 질소회수 반응기(400)의 질소회수 열교환기(620)로 이동될 수 있고, 질소회수 열교환기(620) 내 매체는 열교환을 통해 질소회수 반응기(400) 내 수열탄화 반응물 내 질소를 탈기시킬 수 있다.
수열탄화 열회수조(300)는 제3 배관(503)을 통해 수열탄화 반응기(200)와 연결될 수 있다. 수열탄화 열회수조(300)의 수열탄화 반응물은 제3 배관(503)을 통해 질소회수 반응기(400)에 공급될 수 있다.
질소회수 반응기(400)는 수열탄화 열회수조(300)로부터 수열탄화 반응물을 공급받아, 수열탄화 반응물 내 질소를 탈기(deaeration)할 수 있다. 질소회수 반응기(400)는 매체를 통해 수열탄화 열회수조(300)와 간접 열교환이 되어, 질소회수 반응기(400)의 온도는 70℃로 유지될 수 있다. 이를 통해, 질소회수 반응기(400)에서는 40,000kcal/톤에 해당되는 에너지가 회수될 수 있다.
질소회수 반응기(400)는 수열탄화 반응물을 탈기하는 통상의 질소회수 반응기(400)와 대응되는 장치이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 질소회수 반응기(400)에는 수열탄화 열회수조(300)와의 열교환을 위한 질소회수 열교환기(620)가 마련될 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템의 제어 관계를 도시한 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 열탄화 반응온도에 따른 점도와 열전도도의 변화를 살펴보면, 초기에 높은 점도에서 유기성폐기물의 온도가 80℃ 정도로 예열되었을 경우, 점도(cP)가 1/4 정도로 낮아지게 되고, 열전도도 역시 초기대비 약 3배이상 증가하게 되어 폐기물의 이송/교반 등에 활용되는 구동장치의 사양 및 용량을 기존대비 현저하게 줄일 수 있다.
특히, 수열탄화 반응기(200)의 고가부품인 자력교반기(MAGNEDRIVE)의 용량(토크)을 약 4배정도 감축시킬 수 있으므로, 반응기 제작 비용을 25% 절감시킬 수 있다. 또한, 열전도도 향상에 따른 승온속도 확보로 시간당 처리량 향상 및 안정적인 공정운전이 가능해진다.
도 5는 본 발명에서, 수열탄화 반응온도에 따른 점도와 열전도도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 회수시스템(10)은, 저장조(100), 수열탄화 반응기(200), 수열탄화 열회수조(300), 질소회수 반응기(400), 수열탄화 밸브(710), 열회수조 밸브(720), 수열탄화 온도센서(810), 저장조 온도센서(820), 열회수조 온도센서(830), 질소회수 온도센서(840) 및 컨트롤러(900)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 일 실시예들과 비교하였을 때, 수열탄화 밸브(710), 열회수조 밸브(720), 수열탄화 온도센서(810), 저장조 온도센서(820), 열회수조 온도센서(830), 질소회수 온도센서(840) 및 컨트롤러(900)를 더 포함한다는 점에서 차이가 있는바, 이러한 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예들을 원용한다.
수열탄화 밸브(710)는 수열탄화 반응기(200)의 수열탄화 스팀배출구에 설치될 수 있다. 수열탄화 밸브(710)는 수열탄화 스팀배출구를 선택적으로 개폐함으로써, 수열탄화 열교환배관(510)을 통해 배출되는 스팀의 배출량을 조절할 수 있다. 수열탄화 밸브(710)의 작동은 컨트롤러(900)의 제어에 의해 조절될 수 있다.
열회수조 밸브(720)는 수열탄화 열회수조(300)의 열회수조 스팀배출구에 설치될 수 있다. 열회수조 밸브(720)는 열회수조 스팀배출구를 선택적으로 개폐함으로써, 열회수조 열교환배관(520)을 통해 배출되는 스팀의 배출량을 조절할 수 있다. 열회수조 밸브(720)의 작동은 컨트롤러(900)의 제어에 의해 조절될 수 있다.
수열탄화 온도센서(810)는 수열탄화 반응기(200)의 온도를 측정하도록 수열탄화 반응기(200)에 설치될 수 있다. 수열탄화 온도센서(810)를 통해 측정된 수열탄화 반응기(200)의 온도에 대한 정보는, 컨트롤러(900)에 인가될 수 있다.
저장조 온도센서(820)는 저장조(100)의 온도를 측정하도록 저장조(100)에 설치될 수 있다. 저장조 온도센서(820)를 통해 측정된 저장조(100)의 온도에 대한 정보는, 컨트롤러(900)에 인가될 수 있다.
열회수조 온도센서(830)는 수열탄화 열회수조(300)의 온도를 측정하도록 수열탄화 열회수조(300)에 설치될 수 있다. 열회수조 온도센서(830)를 통해 측정된 수열탄화 열회수조(300)의 온도에 대한 정보는, 컨트롤러(900)에 인가될 수 있다.
질소회수 온도센서(840)는 질소회수 반응기(400)의 온도를 측정하도록 질소회수 반응기(400)에 설치될 수 있다. 질소회수 온도센서(840)를 통해 측정된 질소회수 반응기(400)의 온도에 대한 정보는, 컨트롤러(900)에 인가될 수 있다.
컨트롤러(900)는 기 설정된 수열반응온도로 가열되도록 수열탄화 반응기(200)의 작동을 제어할 수 있다. 이때, 컨트롤러(900)는 저장조(100)의 온도가 기 설정된 예열 온도로 유지되도록 수열탄화 밸브(710)의 개폐를 조절할 수 있다. 또한, 컨트롤러(900)는 저장조(100)의 온도가 기 설정된 예열 온도로 유지되도록 열회수조 밸브(720)의 개폐를 조절할 수 있다.
일 예로, 기 설정된 예열 온도가 80℃인 경우, 컨트롤러(900)는 저장조(100)의 온도가 80℃에 도달되기까지 수열탄화 밸브(710) 및 열회수조 밸브(720)를 개방함으로써, 수열탄화 반응기(200) 및 수열탄화 열회수조(300)의 스팀이 저장조(100)로 공급되도록 할 수 있다.
또한, 컨트롤러(900)는 질소회수 반응기(400) 및 매체펌프(640)의 작동을 제어할 수 있다. 특히, 컨트롤러(900)는 질소회수 반응기(400)의 온도가 기 설정된 탈기 온도로 유지되도록 매체펌프(640)의 작동을 제어할 수 있다.
이에 따라, 기 설정된 탈기 온도가 70℃인 경우, 컨트롤러(900)는 질소회수 반응기(400)의 온도가 70℃을 유지하도록 매체펌프(640)를 작동시킴으로써, 매체를 수열탄화 열회수조(300)의 열회수조 열교환자켓(610)과 질소회수 반응기(400)의 질소회수 열교환기(620) 사이에서 순환시킬 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수방법을 도시한 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상술한 에너지 회수시스템을 이용한 에너지 회수방법(20)은, 저장조를 예열하는 단계(S100), 수열탄화 반응물을 생성하는 단계(S200), 수열탄화 열회수조에서 열을 회수하는 단계(S300) 및 질소회수 반응기에서 탈기하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
상기 저장조를 예열하는 단계(S100)에서는, 저장조 내 유기성폐기물이 회수열에 의해 기 설정된 예열 온도로 예열될 수 있다. 저장조에 대한 예열은 후술하는 수열탄화 반응물의 회수열이 이용될 수 있다.
상기 수열탄화 반응물을 생성하는 단계(S200)에서는, 저장조로부터 공급받은 유기성폐기물이 기 설정된 수열반응온도로 가열되어 수열탄화 반응물이 생성될 수 있다.
유기성폐기물이 수열탄화 반응기에 투입되어, 190℃까지 승온하게 되면, 반응종료 후 후속공정 운전을 위해 가해진 압력 및 온도를 해지하여야 하는데, 저장조로 압력이 해지되면, 일부의 잉여 스팀도 저장조로 배출되며, 저장조에서는 열회수(응축) 및 악취포집 기능을 동시에 이루어질 수 있다.
상기 수열탄화 열회수조에서 열을 회수하는 단계(S300)에서는, 수열탄화 반응기로부터 공급받은 수열탄화 반응물로부터 열이 회수될 수 있다. 이때, 수열탄화 반응물로부터 회수된 일부 열은 회수열로서 저장조에 제공될 수 있다. 또한, 수열탄화 열회수조로부터 회수된 일부 열은 질소회수를 위한 반응열로서 질소회수 반응기에 제공될 수 있다.
일 예로, 수열탄화 반응물이 수열탄화 열회수조로 이송되면, 수열탄화 열회수조에서 스팀형태로 저장조에 제공될 수 있는데, 이때, 수열탄화 열회수조는 150℃→110℃(6bar→0.5bar)로 조절된다. 그리고 수열탄화 열회수조에 잔류하는 110℃의 반응열은, 수열탄화 열회수조의 열회수조 열교환자켓과 질소회수 반응기의 질소회수 열교환기를 통해, 간접적으로 열교환이 이루어지면서, 수열탄화 열회수조의 온도는 110℃→70℃까지 조절된다.
상기 질소회수 반응기에서 탈기하는 단계(S400)에서는, 수열탄화 열회수조에서 공급받은 회수열을 이용하여 수열탄화 반응물 내 질소가 탈기될 수 있다.
상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10 :에너지 회수시스템
100 :저장조
200 :수열탄화 반응기
300 :수열탄화 열회수조
400 :질소회수 반응기
510 :수열탄화 열교환배관 520 :열회수조 열교환배관
610 :열회수조 열교환자켓 620 :질소회수 열교환기
630 :질소회수 열교환배관 640 :매체펌프
710 :수열탄화 밸브 720 :열회수조 밸브
810 :수열탄화 온도센서 820 :저장조 온도센서
830 :열회수조 온도센서 840 :질소회수 온도센서
900 :컨트롤러
20 :에너지 회수방법

Claims (8)

  1. 유기성폐기물이 저장 가능하고, 회수열을 이용하여 상기 유기성폐기물을 기 설정된 예열 온도로 예열하는 저장조;
    상기 저장조에서 예열된 상기 유기성폐기물을 공급받아 기 설정된 수열반응온도로 가열하여 수열탄화 반응물을 생성하는 수열탄화 반응기;
    상기 수열탄화 반응기로부터 공급받은 상기 수열탄화 반응물로부터 열을 회수하는 수열탄화 열회수조;
    상기 수열탄화 열회수조에서 공급받은 상기 수열탄화 반응물 내 질소를 탈기하는 질소회수 반응기;
    상기 수열탄화 반응기에서 발생된 스팀을 상기 회수열로 하여 상기 저장조에 제공하기 위해, 상기 수열탄화 반응기와 상기 저장조 사이에 연결되는 수열탄화 열교환배관;
    상기 수열탄화 반응물에서 발생된 스팀을 상기 저장조에 제공하기 위해, 상기 수열탄화 열회수조와 상기 저장조 사이에 연결되는 열회수조 열교환배관;
    매체를 통해 상기 수열탄화 열회수조와 열교환이 이루어지는 열회수조 열교환자켓;
    매체를 통해 상기 질소회수 반응기와 열교환이 이루어지도록 상기 질소회수 반응기에 설치되는 질소회수 열교환기;
    상기 열회수조 열교환자켓 및 상기 질소회수 열교환기 사이에 연결되는 질소회수 열교환배관; 및
    상기 열회수조 열교환자켓 및 상기 질소회수 열교환기 사이에서 상기 매체를 순환시키기 위한 매체펌프를 포함하고,
    상기 수열탄화 열회수조는
    상기 수열탄화 반응물로부터 회수된 일부 열을 상기 회수열로서 상기 저장조에 제공하고, 상기 수열탄화 열회수조로부터 회수된 일부 열을 질소회수를 위한 반응열로서 상기 질소회수 반응기에 제공하는,
    수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    스팀이 배출되는 상기 수열탄화 반응기의 수열탄화 스팀배출구에 설치되는 수열탄화 밸브;
    상기 수열탄화 반응기의 온도를 감지하기 위한 수열탄화 온도센서;
    상기 저장조의 온도를 감지하기 위한 저장조 온도센서; 및
    상기 기 설정된 수열반응온도로 가열되도록 상기 수열탄화 반응기의 작동을 제어하고, 상기 저장조의 온도가 상기 기 설정된 예열 온도로 유지되도록 상기 수열탄화 밸브의 개폐를 조절하는 컨트롤러를 더 포함하는,
    수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    스팀이 배출되는 상기 수열탄화 열회수조의 열회수조 스팀배출구에 설치되는 열회수조 밸브; 및
    상기 수열탄화 열회수조의 온도를 감지하기 위한 열회수조 온도센서를 포함하고,
    상기 컨트롤러는
    상기 저장조의 온도가 상기 기 설정된 예열 온도로 유지되도록 상기 열회수조 밸브의 개폐를 조절하는
    수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 질소회수 반응기의 온도를 감지하기 위한 질소회수 온도센서를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는
    상기 질소회수 반응기의 온도가 기 설정된 탈기 온도로 유지되도록 상기 매체펌프의 작동을 제어하는,
    수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템.
  8. 제 1 항에 따른 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수시스템을 이용하여 수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수방법에 있어서,
    회수열을 이용하여 기 설정된 예열 온도로 저장조를 예열하는 단계;
    상기 저장조에서 예열된 유기성폐기물을 수열탄화 반응기에서 기 설정된 수열반응온도로 가열하여 수열탄화 반응물을 생성하는 단계;
    상기 수열탄화 반응기로부터 공급받은 수열탄화 반응물을 수열탄화 열회수조에서 열을 회수하는 단계;
    상기 수열탄화 열회수조에서 공급받은 상기 수열탄화 반응물 내 질소를 질소회수 반응기에서 탈기하는 단계를 포함하고,
    상기 수열탄화 열회수조에서 열을 회수하는 단계는,
    상기 수열탄화 반응물로부터 회수된 일부 열을 상기 회수열로서 상기 저장조에 제공하고, 상기 수열탄화 열회수조로부터 회수된 일부 열을 질소회수를 위한 반응열로서 상기 질소회수 반응기에 제공하는,
    수열탄화공정의 직간접 이중열교환 에너지 회수방법.
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