KR102510534B1

KR102510534B1 - 해양 폐기물 처리 선박

Info

Publication number: KR102510534B1
Application number: KR1020210033754A
Authority: KR
Inventors: 경국현; 최동미
Original assignee: 경국현; 최동미
Priority date: 2021-03-16
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2023-03-17
Also published as: WO2022196953A1; KR20220129699A

Abstract

본 발명은, 해양 폐기물 처리 장치가 구비된 선박에 있어서, 상기 해양 폐기물 처리 장치는, 상기 선박으로 해양 폐기물을 수거하는 수거 유닛; 상기 수거 유닛에 의해 수거된 해양 폐기물을 파쇄, 세척 및 건조하는 전처리 유닛; 상기 전처리 유닛을 통해 전처리된 해양 폐기물을 가스화하는 가스화 유닛; 상기 가스화 유닛을 통해 얻어진 생성가스를 이용하여 전기를 생산하는 발전 유닛; 및 상기 가스화 유닛을 통해 생성된 배기가스의 열을 이용하여 열매체를 가열시키는 열교환기;를 포함하여, 해상에 존재하는 해양 폐기물을 선박에서 자체적으로 수거 및 처리가 가능하므로, 환경 문제를 해결할 수 있고, 동시에 해양 폐기물 처리를 통해 전기를 생산함으로써 자원을 재활용 할 수 있다.

Description

해양 폐기물 처리 선박{Ship for treatment of ocean waste}

본 발명은 해양 폐기물 처리 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박에 해양 폐기물을 수거 및 처리할 수 있는 시스템이 구비되어, 환경 문제를 해결할 수 있고, 해양 폐기물 처리를 통해 전기를 생산함으로써 자원을 재활용 할 수 있는 해양 폐기물 처리 선박에 관한 것이다.

지구 표면의 약 70%를 차지하는 바다는 온갖 생물의 보고이자 광물자원의 공급처이기도 한다. 그러나, 산업발전과 더불어 자주 발생하고 있는 유류오염사고, 화학·방사성 물질의 방류 등이 해양생태계에 악영향을 미치고 있으며, 여기에 더해 최근에는 육상에서 흘러 들어온 플라스틱 폐기물, 플라스틱으로 제조된 어망, 어구 등에 의한 해양 생태계 오염이 새로운 환경문제로 대두되고 있는 실정이다.

특히, 플라스틱 제품들은 자연에서 분해되기 어렵고, 소각할 경우 다이옥신 등 인체에 매우 유해한 물질들이 발생할 수 있으므로 사용 후 처리에 특별한 주의가 필요한다. 최근, 플라스틱 제품의 사용량이 늘어남에 따라 플라스틱 폐기물의 발생량 및 바다로의 유입량은 해마다 급증하고 있어 해양 오염의 주요 원인으로 손꼽히고 있다.

폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS) 등의 성분으로 이루어진 플라스틱, 폐비닐, 부표, 어구, 폐어망의 폐타이어 등을 포함한 해양 쓰레기가 바다에 버려지거나 유실될 경우 장시간 해상을 표류하면서 해양 생물에 많은 피해를 주며, 해변으로 흘러나와서 해안 환경 파괴 및 해안 경관을 해친다. 또한, 이들 해양 쓰레기 중에는 어망이나 어구 등과 해저에 침적된 쓰레기는 해양생물의 서식지와 어촌의 어장을 훼손시킴으로써 해양 생태계를 파괴하는 주요 원인이 되고 있다.

상기와 같은 플라스틱 등 해양 쓰레기에 의한 해양환경 오염 문제가 심각한 수준에 이르자, 미국, 일본, 유럽 등은 자국 해안 및 연근해 수역에 분포하는 플라스틱의 밀도 및 피해 상태를 조사하고 있으며, 각국 환경단체는 해상 및 해저 쓰레기 수거에 많은 노력을 기울이고 있다.

한편, 우리나라에서도 해양 쓰레기 정화사업의 일환으로 해양 쓰레기 수거사업, 어망 인양사업, 어장의 정화를 위한 해양 쓰레기의 수거 처리 사업에 많은 예산을 투입하고 있으나, 이에 대한 효과는 아직 미미한 실정이다.

이러한 해양 쓰레기에 대한 종래의 수거 처리는 해양 쓰레기를 수집하여 운반하고, 육상의 저장시설로 저장한 후 최종적인 선별 과정을 거쳐 처리가 이루어 지기 때문에 수거 처리 과정에서 2차, 3차적인 환경문제가 발생되고 있다.

그러나 기존의 해양 쓰레기 처리 방식은 단순 수거하여 육상으로 운송하는 수준의 것으로, 육상으로 운송된 쓰레기가 해안에 적재되어 또 다른 환경오염의 원인을 제공하고 있으며, 이를 소각처리하는 경우 앞서 언급한 다이옥신 발생 등의 추가적인 환경오염이 발생할 우려가 있다.

이에 따라, 해양 쓰레기를 친환경적으로 처리할 수 있는 새로운 기술에 대한 개발이 요구되고 있다.

등록특허 제10-2169578호(2020.10.19 등록)

선박에 해양 폐기물을 수거 및 처리할 수 있는 시스템이 구비되어, 환경 문제를 해결할 수 있고, 해양 폐기물 처리를 통해 전기를 생산함으로써 자원을 재활용 할 수 있는 해양 폐기물 처리 선박을 제공하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 해양 폐기물 처리 장치가 구비된 선박에 관한 것으로, 상기 해양 폐기물 처리 장치는, 상기 선박으로 해양 폐기물을 수거하는 수거 유닛; 상기 수거 유닛에 의해 수거된 해양 폐기물을 파쇄, 세척 및 건조하는 전처리 유닛; 및 상기 전처리 유닛을 통해 전처리된 해양 폐기물을 가스화하는 가스화 유닛;을 포함한다.

상기 해양 폐기물 처리 장치는, 상기 가스화 유닛을 통해 얻어진 생성가스를 이용하여 전기를 생산하는 발전 유닛;과 상기 가스화 유닛을 통해 생성된 배기가스의 열을 이용하여 열매체를 가열시키는 열교환기;를 더 포함할 수 있다.

상기 전처리 유닛은, 해양 폐기물을 파쇄하는 파쇄 장치; 파쇄된 해양 폐기물 내 금속 물질을 제거하기 위한 자력 선별 장치; 상기 자력 선별 장치를 통해 선별된 해양 폐기물을 세척하는 세척 장치; 및 세척된 해양 폐기물을 건조하는 건조 장치;를 포함할 수 있다.

상기 해양 폐기물 처리 장치는, 상기 열교환기에서 가열된 열매체를 이용하여 피처리수를 가열시키고, 발생된 증기를 냉각하여 담수를 제조하는 담수화 장치를 포함할 수 있으며, 상기 세척 장치의 세척수로 상기 담수화 장치를 통해 얻어진 담수가 사용될 수 있다.

상기 건조 장치의 열원으로 열교환기에서 가열된 열매체가 사용될 수 있다.

상기 발전 유닛은, 생성가스를 정제하는 가스 정제기; 정제된 생성가스를 이용하여 전기를 생산하는 가스 엔진; 및 상기 가스 엔진을 통해 생성된 전기를 저장하는 에너지 저장 장치;를 포함할 수 있다.

상기 해양 폐기물 처리 장치는, 상기 열교환기에서 배출되는 배기가스를 정화하여 배출시키기 위한 위한 백필터를 포함할 수 있고, 상기 백필터를 통해 분리된 재를 고형화 처리할 수 있다.

상기 가스화 유닛은, 원료 투입부를 통해 원료 탱크로부터 원료를 공급받고, 하부에서 스팀이 유입되어 내부에서 유동매체가 유동됨으로써 기포유동층이 형성되며, 상기 원료가 가스화되어 내부에서 생성가스가 만들어지는 기포유동층 가스화로; 상기 기포유동층 가스화로로부터 상기 유동매체와 상기 생성가스에 포함된 차르(char)를 이송받고, 추가로 공기를 공급받아, 상기 차르(char)를 연소시킴으로써 유동매체를 가열하고, 가열된 유동매체를 상기 기포유동층 가스화로로 이송하는 고속유동층 연소로; 상기 기포유동층 가스화로와 연통되고, 기포유동층 가스화로에서 배출되는 생성가스 중 미세입자를 분리하여 미세입자는 상기 기포유동층 가스화로로 다시 유입시키고, 나머지를 배출시키는 생성가스 싸이클론; 및 상기 고속유동층 연소로의 상부와 기포유동층 가스화로의 상부 사이에 연결되어, 상기 유동매체를 배기가스와 분리시킨 후, 배기가스는 열교환기로 공급하고 유동매체를 기포유동층 가스화로와 원료 투입부로 분리 공급하는 배기가스 싸이클론;을 포함할 수 있다.

상기 기포유동층 가스화로의 내부에는 기포유동층 가스화로 중심부를 따라 수직 방향으로 위치하는 중심로드; 및 상기 중심로드를 따라 생성가스 및 스팀을 선회류로 이동시키는 나선형 날개;가 설치될 수 있다.

상기 원료 투입부는, 원료탱크로부터 기포유동층 가스화로로 원료가 투입되는 원료투입관; 상기 원료투입관 내부에서 회전하며 원료를 이송시키는 이송 스크류; 및 상기 원료투입관 내부에서 발생되는 염소 화합물 포함하는 기체를 배출시키기 위한 배출관;을 포함할 수 있다.

상기 원료 투입부는 상기 원료투입관을 감싸도록 원료투입관과 소정 간격 이격되어 형성되는 외부관을 포함할 수 있다. 이때, 상기 원료투입관과 외부관 사이의 공간으로 열전달매체가 공급되어 원료투입관에 열을 전달한 뒤 배출될 수 있다.

이때, 상기 열전달매체는 상기 열교환기를 통해 가열된 열매체일 수 있다.

본 발명의 해양 폐기물 처리 선박에는 해양 폐기물을 수거 및 처리할 수 있는 시스템이 구비되어, 환경 문제를 해결할 수 있고, 해양 폐기물 처리를 통해 전기를 생산함으로써 자원을 재활용 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 폐기물 처리 장치가 구비된 선박의 해양 폐기물 처리 장치 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 가스화 유닛의 일 실시예를 간략히 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 상기 기포유동층 가스화로의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 기포유동층 가스화로의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 따른 나선형 날개를 구성하는 단위날개의 단면 형태의 변형예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 5의 a방향에서 관측한 탑뷰(top-view) 도면이다.
도 8은 도 5의 나선형 날개를 구성하는 단위날개의 단면이 유사 사다리꼴 형태를 갖는 일 예를 도시한 도면이다.
도 9는 도 5의 나선형 날개를 구성하는 단위날개의 단면 형태의 일 예를 도시한 도면이다.
도 10은 도 5의 기포유동층 가스화로 내부에서의 유체 흐름을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 5의 본 발명의 나선형 날개를 구성하는 단위날개의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 가스화 유닛의 다른 실시예를 간략히 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 가스화 유닛의 또 다른 실시예를 간략히 도시한 도면이다.
도 14는 나선형 날개가 다공판 형상으로 형성되는 경우, 다공판 구멍의 형상을 도식적으로 나타낸 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.

도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서에서 '및/또는'이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는/결합되는'이란 표현은 다른 구 성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.

본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는'으로 언급된 구성요소, 단계 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및 동작의 존재 또는 추가를 의미한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예를 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.

본 발명은 해양 폐기물 처리 장치가 구비된 선박에 관한 것으로, 해상 이동이 가능한 선박에 자체적으로 해양 폐기물을 수거 및 처리할 수 있는 해양 폐기물 처리 장치가 구비되어, 해양 폐기물로 인한 환경 문제를 해결할 수 있다. 동시에, 해양 폐기물 처리를 통해 전기를 생산함으로써 자원을 재활용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 폐기물 처리 장치가 구비된 선박의 해양 폐기물 처리 장치 구성을 나타낸 블록도이다.

상기 상기 해양 폐기물 처리 장치는, 상기 선박으로 해양 폐기물을 수거하는 수거 유닛(10); 상기 수거 유닛(10)에 의해 수거된 해양 폐기물을 파쇄, 세척 및 건조하는 전처리 유닛(20); 상기 전처리 유닛(20)을 통해 전처리된 해양 폐기물을 가스화하는 가스화 유닛(30); 상기 가스화 유닛(30)을 통해 얻어진 생성가스를 이용하여 전기를 생산하는 발전 유닛(40); 및 상기 가스화 유닛(30)을 통해 생성된 배기가스의 열을 이용하여 열매체를 가열시키는 열교환기(50);를 포함한다.

상기 수거 유닛(10)은 해양에 부유하거나 침적된 해양 폐기물을 수거하여 선상 혹은 선체 내로 수거하는 장치이다.

수가 유닛(10)은 해양 폐기물을 건져 올릴 수 있는 클램프 장치나 수거용 컨테이너를 해양으로 뻗을 수 있는 크레인, 선체 근방에 부유하는 해양 폐기물을 선체 내로 수거하는 흡입기, 일부가 수중에 침지되도록 비스듬히 설치되어 부유하는 해양 폐기물을 선체 내로 이동시키는 수거 컨베이어 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 전처리 유닛(20)은 수거 유닛(10)에 의해 수거된 해양 폐기물을 파쇄, 세척 및 건조하는 장치이다. 전처리 유닛(20)은 해양 폐기물은 가스화 유닛(30)의 원료로 사용될 수 있도록 처리할 수 있다.

상기 전처리 유닛(20)은, 해양 폐기물을 파쇄하는 파쇄 장치(21); 파쇄된 해양 폐기물 내 금속 물질을 제거하기 위한 자력 선별 장치(22); 상기 자력 선별 장치(22)를 통해 선별된 해양 폐기물을 세척하는 세척 장치(23); 및 세척된 해양 폐기물을 건조하는 건조 장치(24);를 포함한다.

상기 파쇄 장치(21)는 수거 유닛(10)에 의해 수거된 해양 폐기물을 소정 크기로 절단하는 장치로, 어망이나 어구 등 길고 탄성 있는 재질을 절단하여 서로 엉켜있는 해양 폐기물을 분리시키고, 해양 폐기물의 크기를 일정 크기 이하로 절단함으로써 이후 단계에서의 취급성을 향상시킬 수 있다.

이러한 파쇄 장치(21)로 예를 들어, 회전축을 따라 나선형의 날부가 구비된 절단기가 두 개로 구비되고, 각 절단기는 서로를 향항 방향으로 회전하도록 배치되며, 각 절단기의 회전 속도가 서로 다른 2구 비동기식 양방향 커팅 장치가 사용될 수 있다.

상기 자력 선별 장치(22)는 파쇄된 해양 폐기물 내의 금속 물질을 제거하기 위해 구비된다. 금속 물질이 제거된 해양 폐기물은 플라스틱을 주 성분으로 하여 이후 가스화 유닛(30)의 원료로 사용되고, 자력 선별 장치(22)를 통해 분리된 금속 물질은 별도로 저장될 수 있다.

이러한 자력 선별 장치(22)로, 예를 들어, 제1 가이드롤 및 N극과 S극이 번갈아가며 배치되는 제2 가이드롤로 구성된 한 쌍의 가이드롤; 상기 가이드롤에 걸쳐져 파쇄된 해양 폐기물을 이송하는 컨베이어 벨트; 및 제2 가이드롤 하부에 배치되는 비자착물 분리벽;을 포함하는 통상의 컨베이어식 자력 선별 장치가 사용될 수 있다.

이 경우, 파쇄된 해양 폐기물은 컨베이어 벨트 상에서 이송되다가 컨베이어 벨트 아래로 낙하하게 되는데, 제2 가이드롤이 자성을 띄므로 파쇄된 해양 폐기물이 제2 가이드롤 주변에서 이송되는 경우에는 자성을 띄는 금속 폐기물은 컨베이어 벨트상에 부착되어 비자성인 플라스틱 폐기물보다 더 늦게 낙하하게 된다. 이때, 비자착물 분리벽에 의해 비자성인 플라스틱 폐기물과 금속 폐기물이 서로 분리되어 낙하 및 수집되므로 파쇄된 해양 폐기물로부터 금속 물질을 분리할 수 있다.

상기 세척 장치(23)는 자력 선별 장치(22)를 통해 금속 물질이 분리된 비자성의 선별된 해양 폐기물을 세척하는 장치이다.

선별된 해양 폐기물에 함유된 염분은 본 발명의 해양 폐기물 처리 장치를 구성하는 각 유닛을 부식시키거나 염소 가스나 HCl 가스와 같은 가스를 발생시키는 문제가 있으므로, 세척 장치(23)를 통해 선별된 해양 폐기물에 함유된 염분을 제거한다.

이러한 세척 장치(23)는 세척수인 담수를 이용하여 선별된 해양 폐기물을 세척하는 장치로, 이때 세척 장치(23)에 사용되는 세척수로 후술될 담수화 장치(25)를 통해 얻어진 담수가 사용될 수 있다.

세척 장치(23)로 예를 들어, 내부에 세척 스크류와 고압 세척수 분사 노즐이 구비된 세척 장치(23)가 사용될 수 있으며, 세척 스크류에 의해 해양 폐기물이 타격되며 이송되고, 고압 세척수가 분사되어 세척 능률이 향상될 수 있다. 세척 장치(23) 후단에는 세척된 해양 폐기물을 이송하기 위한 컨베이어 장치가 구비될 수 있으며, 컨베이어 장치를 통해 이송된 해양 폐기물은 회전식 탈수 장치를 통해 1차적으로 탈수된 후 후술될 건조 장치(24)로 이송될 수 있다.

이때 세척 장치(23) 내부의 세척수와 탈수 장치를 통해 수거된 세척수는 후술될 담수화 장치(25)를 거쳐 다시 담수화된 후 세척수로써 세척 장치(23)로 공급된다.

상기 담수화 장치(25)는 세척 장치(23)로 담수인 세척수를 공급하기 위한 장치로, 피처리수를 담수화하여 세척수로써 세척 장치(23)로 공급한다. 이때 피처리수로써 해수와 세척 장치(23)에서 배출되는 염분이 포함된 세척수가 사용될 수 있다.

상기 담수화 장치(25)는 피처리수를 가열하여 발생된 증기를 냉각하여 담수를 제조하는 증발식 담수화 장치일 수 있다. 이러한 증발식 담수화 장치로 다단증발법(Multi stage flash, MSF)을 이용한 장치나 다중효용증발법(Multi effect distillation, MED)을 이용한 장치가 사용될 수 있다. 이때 피처리수를 가열하기 위한 열원으로 열교환기(50)에서 가열된 열매체가 사용될 수 있다.

더욱 바람직하게는, 다단증발기나 다중효용증발기와 같은 증발식 담수화 장치의 전단이나 후단에 역삼투 장치가 구비된 하이브리드 담수화 장치가 사용될 수 있다.

상기 건조 장치(24)는 세척 장치(23)를 통해 염분이 제거된 세척된 해양 폐기물을 건조시키는 장치로, 건조 장치(24)로 하우징 내부에 교반기 및 열풍 공급 노즐이 구비된 열풍 건조 장치가 사용될 수 있다.

이때 열풍 공급 노즐로 열풍을 공급하기 위한 열원으로 열교환기(50)에서 가열된 열매체가 사용될 수 있다.

건조 장치(24)를 통해 전처리 과정이 완료된 전처리된 해양 폐기물은 이후 가스화 유닛(30)의 원료로 사용된다. 건조 장치(24)로부터 배출되는 전처리된 해양 폐기물은 즉시 가스화 유닛(30)으로 공급될 수 있고, 또는 보관함에 별도로 보관되었다가 필요시 가스화 유닛(30)으로 공급되어 원료로 사용될 수 있다.

상기 가스화 유닛(30)은 전처리 유닛(20)을 통해 전처리된 해양 폐기물을 원료로 하여 원료를 가스화하는 장치로, 기포유동층 가스화로(100), 고속유동층 연소로(200) 및 원료탱크(300)를 포함한다.

상기 원료탱크(300)는 전처리 유닛(20)을 통해 전처리된 해양 폐기물이 저장되는 장치이다.

상기 기포유동층 가스화로(100)는 원료탱크(300)로부터 원료를 공급받고, 가열된 유동매체의 열을 이용하여 원료를 열분해하여 H₂와 같이 유용한 생성가스를 생성하는 유닛이다. 여기서 생성된 생성가스는 후술된 발전 유닛(40)으로 공급되어 전기를 생산할 수 있다.

상기 고속유동층 연소로(200)는 기포유동층 가스화로(100)로부터 유동매체와 차르(char)를 공급받아 차르를 연소시킴으로써 유동매체를 가열한 뒤 유동매체를 다시 기포유동층 가스화로(100)로 공급하는 장치이며, 차르의 연소에 따라 발생된 배기가스는 열교환기(50)로 공급되어 열전달매체를 가열시키는 열원으로 사용된다.

상기 발전 유닛(40)은 상기 가스화 유닛(30)을 통해 얻어진 생성가스를 이용하여 전기를 생산하는 장치이다.

상기 발전 유닛(40)은 생성가스를 정제하는 가스 정제기(41); 정제된 생성가스를 이용하여 전기를 생산하는 가스 엔진(42); 상기 가스 엔진(42)을 통해 생성된 전기를 저장하는 에너지 저장 장치(43);를 포함한다.

상기 가스 정제기(41)는 생성가스에 포함되어 있는 황 화합물이나 질소 화합물, 먼지 등의 불순물을 제거하여 정제된 생성 가스를 생산하는 장치로, 가스 정제기(41)에는 황 화합물이나 질소 화합물을 포집하기 위한 포집기, 먼지 제거를 위한 더스트 필터나 집진기 등이 구비될 수 있다.

상기 가스 엔진(42)은 가스 정제기(41)를 통해 정제된 생성가스를 공기와 연소시켜 발생되는 운동력을 이용하여 전기를 생산하는 설비로, 통상적인 가스 엔진이 사용될 수 있다.

가스 엔진(42)에서 생성된 전기는 본 발명의 해양 폐기물 처리 장치나 선박을 구동하기 위해 사용될 수 있으며, 사용되고 남은 전기는 에너지 저장 장치(43)에 저장될 수 있다. 또는, 가스 엔진(42)에서 생성된 전기를 에너지 저장 장치(43)에 저장한 뒤 에너지 저장 장치(43)에 저장된 전기를 본 발명의 해양 폐기물 처리 장치나 선박을 구동하기 위해 사용할 수도 있다.

상기 열교환기(50)는 가스화 유닛(30)을 통해 생성된 배기가스의 열을 이용하여 열매체를 가열시키는 장치이다.

상기 열교환기(50)는 배기가스가 흐르는 배기가스 라인과 열매체가 흐르는 열매체 라인을 포함하며, 열교환기(50)내에서 배기가스 라인과 열매체 라인 사이의 열전달이 이루어질 수 있다.

구체적으로, 가스화 유닛(30)을 통해 생성된 상대적으로 고온인 배기가스가 배기가스 라인을 통해 열교환기(50)로 공급되고, 열매체 라인을 통해 상대적으로 저온인 열매체가 열교환기(50)로 공급되어 둘 사이의 열교환이 이루어짐으로써 열교환기(50)로부터 상대적으로 저온인 배기가스와 상대적으로 고온인 열매체가 각각의 라인으로 배출된다. 여기서 '상대적'이라는 용어는 가스화 유닛(30)을 통과하기 전과 후를 비교하였을 때 상대적이라는 의미로 사용된다.

열교환기(50)에서 배출된 상대적으로 고온인 열매체는 전처리 유닛(20)의 담수화 장치(25)와 건조 장치(24)로 각각 공급되어 피처리수를 담수화하고, 세척된 해양 폐기물을 건조시키기 위한 열원으로 사용된다. 또한, 후술될 가스화 유닛(30)의 원료투입관(161)을 추가로 가열시키기 위한 열전달매체로 사용될 수도 있다.

이렇게 담수화 장치(25), 건조 장치(24) 및 가스화 유닛(30)에 열을 전달하기 위해 각각의 장치로 공급된 열매체는, 각 장치에 열을 전달한 뒤 다시 열교환기(50)로 회수되어 순환된다.

한편, 열교환기(50)에서 배출된 상대적으로 저온인 배기가스는 백필터(60)를 통과하며 배기가스에 포함되어 있는 입자 성분이 여과되고, 기체 성분만이 외부로 배출된다.

백필터(60)에서 여과된 입자 성분인 재는 고형화 처리되어 보관 혹은 배출될 수 있다. 고형화 처리는 재와 경화성 물질을 혼합하여 양생시킴으로써 이루어질 수 있으며, 이러한 경화성 물질로 예를 들어 시멘트가 사용될 수 있다.

상술한 바와 같은 프로세스를 통해 해양 폐기물을 처리함으로써 전기를 생산하고, 환경에 무해한 기체로 배출되며 재와 같은 성분은 고형화되어 배출됨으로써 환경친화적인 방식으로 해양 폐기물을 제거할 수 있다.

또한, 선박이나 해양 폐기물 처리 장치를 구동하기 위해 사용되는 전원으로 해양 폐기물 처리를 통해 생성되는 전기가 사용되고, 해양 폐기물 처리 장치의 수원으로는 해수가, 열원으로는 해양 폐기물 처리 장치 자체에서 발생되는 열이 사용될 수 있어 효율적이고 친환경적인 장점이 있다.

뿐만 아니라 선박 형태로 구현되어 해상 이동이 가능하므로, 태평양에 플라스틱 쓰레기들이 모여서 형성된 플라스틱 섬과 같은 거대 쓰레기 지대의 플라스틱 쓰레기를 효과적으로 제거할 수 있다.

도 2는 본 발명의 가스화 유닛(30)의 일 실시예를 간략히 도시한 도면이다.

상기 가스화 유닛(30)은 전처리 유닛(20)을 통해 전처리된 해양 폐기물을 원료로 하여 원료를 가스화하는 장치로, 상기 가스화 유닛(30)은 기포유동층 가스화로(100), 고속유동층 연소로(200) 및 원료탱크(300)를 포함한다.

상기 원료탱크(300)에서 원료가 기포유동층 가스화로(100)로 이송되면, 기포유동층 가스화로(100)에서 유동매체에서 공급된 열로 인해 원료가 열분해되어 생성가스가 생성되고, 고속유동층 연소로(200)는 기포유동층 가스화로(100)로부터 유동매체와 생성가스에 포함된 차르(char)를 공급받아 차르를 연소시킴으로써 유동매체를 가열한 뒤 기포유동층 가스화로(100)로 다시 이송시켜 기포유동층 가스화로(100)에 열을 전달한다.

상기 원료탱크(300)는 원료인 전처리된 해양 폐기물을 포함하는 폐플라스틱이 저장되는 유닛으로, 원료탱크(300)에 저장된 원료는 원료투입부(160)를 통해 기포유동층 가스화로(100)로 공급될 수 있다.

상기 원료투입부(160)는 원료탱크(300)로부터 기포유동층 가스화로(100)로 원료가 투입되는 원료투입관(161)과 상기 원료투입관(161) 내부에서 회전하며 원료를 이송시키는 이송 스크류(162)를 포함하며, 원료투입관(161) 내부에서 원료에 포함된 PVC가 가열되어 발생되는 HCl과 같은 염소 화합물을 배출시키기 위한 배출관(163)을 포함한다.

상기 기포유동층 가스화로(100)는 원료탱크(300)에서 원료를 공급받아 열분해시킴으로써 생성가스를 생성하는 유닛으로, 여기에서 H₂, CO, CH₄와 같은 유용한 물질뿐만 아니라 타르(tar) 및 차르(char)가 함께 생성된다. 여기서 생성된 타르(tar)는 기포유동층 가스화로(100) 내부에서 열분해를 통해 제거되며, 차르(char)는 고속유동층 연소로(200)로 이송되어 유동매체를 가열하기 위한 연소 연료로 사용된다.

기포유동층 가스화로(100)에서 배출되는 생성가스에는 H₂, CO, CH₄와 같은 유용 가스 성분이 포함되어 있을 뿐만 아니라, 타르(tar) 및 유동매체 분쇄입자와 같은 미세입자가 포함되어 있는데, 이들 미세입자는 기포유동층 가스화로(100)와 연통되어 있는 생성가스 싸이클론(140)을 통해 분리되어 다시 기포유동층 가스화로(100)로 유입되며, 미세입자가 제거된 나머지 생성가스는 후처리 장치 등으로 배출된다.

생성가스 싸이클론(140)에서 배출되는 생성가스는 유동매체의 종류에 따라 달라질 수 있는데, 수소가 40~70% 정도 함유되어 있어서 수소원료로 이용될 수 있으며, 유동매체로는 올리바인이나 산화칼슘(CaO) 등이 사용될 수 있다.

상기 고속유동층 연소로(200)는 기포유동층 가스화로(100)로부터 유동매체와 차르(char)를 공급받아 차르를 연소시킴으로써 유동매체를 가열하는 유닛이다. 고속유동층 연소로(200)에서 가열된 유동매체와 연소 과정에서 생성된 배기가스는 배기가스 싸이클론(210)을 통해 분리되어 열교환기(50)로 공급된다.

고속유동층 연소로(200)에서 가열된 유동매체는 배기가스 싸이클론(210)을 통해 분리되고, 배기가스 싸이클론(210)에서 분리된 유동매체는 배기가스 싸이클론 연결관(220)을 통해 배출된다.

상기 배기가스 싸이클론 연결관(220)은 제1 유동매체 공급관(230) 및 제2 유동매체 공급관(240)에 연결된다.

상기 배기가스 싸이클론 연결관(220)에는 밸브(221)가 구비될 수 있으며, 상기 밸브(221)에 의해 제1 유동매체 공급관(230) 및 제2 유동매체 공급관(240)으로 분리 공급되는 가열 유동매체의 양이 조절될 수 있다.

상기 제1 유동매체 공급관(230)은 가열된 유동매체를 다시 기포 유동층 가스화로(100)로 공급하기 위해 구비되며, 이와 같이 기포 유동층 가스화로(100)로 공급된 유동매체는 기포 유동층 가스화로(100)의 열원으로 기능할 수 있다.

상기 제2 유동매체 공급관(240)은 원료투입관(161)과 연결되어, 가열된 유동매체를 원료투입관(161)으로 공급할 수 있다. 이렇게 원료투입관(161)으로 공급된 가열된 유동매체는, 원료탱크(300)로부터 공급되는 원료를 가열하고, 가열되어 액상화된 원료와 혼합되어 슬러지와 유사한 혼합물이 형성되므로, 원료의 이송을 원활하게 할 수 있다.

구체적으로, 상기 원료투입부(160)의 전단은 원료탱크(300)와 연결되어 있고, 후단은 약 450℃ 이상의 온도로 유지되는 기포유동층 가스화로(100)와 연결되어 있어, 원료탱크(300)를 통해 공급된 PVC를 포함하는 고상의 폐플라스틱 원료는 원료투입부(160)의 전단에서는 고체 형태를 유지하다가 원료투입부(160)의 후단에서는 기포유동층 가스화로(100)의 영향으로 인해 액상화되므로 이송 스크류(162)를 통한 공급이 원활하지 못하거나 곤란한 문제가 발생한다.

뿐만 아니라 이때 HCl과 같은 염소 화합물이 발생되어 장치 내 부품의 부식을 초래하거나 작업장의 안전 문제를 야기할 수 있다.

이에, 본 발명에서는 고속유동층 연소로(200)에서 가열된 유동매체의 일부를 원료투입관(161)으로 공급하여, 고상의 폐플라스틱 원료를 유동매체와 혼합하여 액상화시키고, 유동매체와 원료를 함께 이송시킴으로써, 유동매체가 액상화된 원료를 이동시키는 캐리어 기능을 수행하도록 하여, 액상화된 원료의 이송 불량 문제를 해소할 수 있다.

이때, 유동매체는 원료탱크(300)로부터 공급되는 원료 부피 유량의 약 5~10배의 범위로 공급될 수 있다. 유동매체의 부피 유량이 원료 부피 유량의 5배 미만인 경우에는 액상화된 원료가 원활하게 이송되지 않는 문제가 있고, 10배를 초과하는 경우에는 원료투입부(160)의 온도가 불필요하게 증가되는 동시에 기포유동층 가스화로(100)의 열원으로 재공급되는 유동매체의 함량이 과도하게 적어져 유동매체를 통한 열공급 효율이 현저히 저하되므로, 원료투입관(161)으로 가열된 유동매체를 상술한 부피비로 공급하는 것이 바람직하다.

또한, 이와 같이 고속유동층 연소로(200)에서 가열된 유동매체의 일부를 원료투입관(161)으로 공급함으로써 원료투입관(161)의 온도가 전단에서 후단까지 300℃ 이상으로 유지되므로, 여기서 원료가 액상화되며 HCl과 같은 기체상의 염소 화합물이 발생된다. 여기서 발생된 염소 화합물은 배출관(163)을 통해 배출되므로, 염소 화합물에 의한 반응기의 부식 문제, 작업장 안전성 저하 문제를 방지할 수 있다.

이와 같이 원료투입부(160)를 통해 공급된 원료는 기포유동층 가스화로(100), 고속유동층 연소로(200)로 이루어지는 일련의 순차적인 장치로 이루어지는 가스화 시스템에 의하여 가스화된다.

기포유동층 가스화로(100)는 원료를 열분해, 가스화하는 부분으로서, 기포유동층 가스화로(100) 하부에는 산화제인 스팀이 분사됨으로써 기포유동층(120)이 형성되며, 원료가 열분해 및 가스화되어 생성가스로 변하게 된다.

기포유동층 가스화로(100) 내부 중 기포유동층(120)의 위쪽에는 기포유동층 가스화로(100)의 중심부를 따라 수직 방향으로 길게 중심로드(130)가 고정 설치되고 중심로드(130)의 둘레에는 스크류 날개 형태의 나선형 날개(110)가 결합되어, 기포유동층 가스화로(100) 내부에서 유체가 선회류로 이동하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 바람직하게는 상기 나선형 날개(110)는 다수의 구멍이 형성된 다공판 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 나선형 날개(110)에 형성된 구멍의 하부로 유동매체가 낙하하고, 나선형 날개(110)를 따라 선회류로 상승하는 스팀 및 생성가스와 접촉할 수 있다. 따라서, 유동매체와 스팀 및 생성가스의 접촉 효율이 극대화되므로, 타르의 리포밍 효율이 현저히 향상될 수 있다.

이와 같이 나선형 날개(110)가 다공판 형상으로 형성되는 경우, 구멍의 형상은 원형, 타원형, 다각형과 같은 도형 또는 문자, 문양, 패턴 등의 형태를 가질 수 있으며, 구멍의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다(도 14 참조).

이러한 구멍의 최대 직경 혹은 최대 변의 길이는 5~20mm일 수 있다.

일 측면에서 관찰했을 때 상기 나선형 날개(110)는 2~6줄이 되도록 형성될 수 있으며, 줄 수가 한 줄 이하인 경우에는 상부에서 하부로 이동하는 원료 및 유동매체와 같은 반응물과 하부에서 상부로 이동하는 가스의 접촉 빈도 및 반응 효율이 적어져 생성가스의 생성 효율 및 타르의 제거 효율이 저하되고, 6줄을 초과하는 경우에는 각 줄 사이의 공간이 좁아져 나선형 날개(110)를 따라 선회하며 상승하는 가스의 압력 손실이 상승하므로, 가스의 흐름이 원활하지 않은 문제가 발생할 수 있다.

한편, 상기 기포유동층 가스화로(100)의 하부로부터 차르(char) 및 유동매체가 고속유동층 연소로(200)로 이송된다. 고속유동층 연소로(200) 하부로부터 차르를 연소시키기 위하여 공기가 유입되며, 고속유동층 연소로(200)는 속도가 아주 빠른 고속유동층(fast bed)으로 운전된다. 고속유동층 연소로(200)로 이송된 유동매체는 기포유동층 가스화로(100)의 하부에서 820~850℃였던 것이 고속유동층 연소로(200)를 거치면서 920~950℃로 승온되어 고온의 열원으로서 기포유동층 가스화로(100)로 재투입된다.

이때, 필요에 따라 고속유동층 연소로(200)에 외부 연료가 추가로 더 공급될 수 있으며, 외부 연료로 생성가스 사이클론(140)을 통해 배출되는 생성가스가 사용될 수 있다.

고속유동층 연소로(200)를 지난 가스는 고속유동층 연소로(200) 상부에 연결된 배기가스 싸이클론(210)에 의해 유동매체 및 재가 분리되며, 연소 과정에 의해 생성된 배기가스는 배기가스 싸이클론(210)을 통해 외부로 배출된다.

동시에, 고속유동층 연소로(200)에서 고온으로 변한 유동매체는 배기가스 싸이클론(210)을 지나서, 일부는 기포유동층 가스화로(100) 상부로 이송되어 기포유동층 가스화로(100)의 가스화 반응을 위한 열원으로 사용되며, 나머지 일부는 원료투입관(161)으로 공급되어 원료투입관(161)에서 원료의 이송을 원활하게 하는 캐리어로써 기능한다.

도 3 및 도 4는 상기 기포유동층 가스화로(100)의 일 실시예를 도시한 도면으로, 도 3 및 도 4에서는 기포유동층 가스화로(100)의 일부를 생략하고 도시하였다.

앞서 설명한 바와 같이 상기 기포유동층 가스화로(100)의 내부에는 기포유동층 가스화로(100)의 중심부를 따라 수직 방향으로 길게 중심로드(130)가 고정 설치되고, 중심로드(130)의 둘레에는 스크류 날개 형태의 나선형 날개(110)가 결합된다.

상기 나선형 날개(110)에 의해 생성가스와 유동매체의 접촉빈도가 증가될 수 있으며, 생성가스에 포함된 타르(tar)와 유동매체 간 접촉 반응이 증가하게 된다.

상기 나선형 날개(110)에는 다수개의 개구(115)가 형성될 수 있다. 상기 개구(115)는 상하 방향으로 간격을 두고 다수 개 형성되며, 개구(115)를 통해 연료 및 유동매체의 일부 또는 전부가 나선형 날개(110) 밑으로 떨어지므로, 위로 상승하는 스팀 및 생성가스와의 효율적인 접촉이 쉽게 이루어진다.

이와 같이 상부에서 하부로 이동하는 연료 및 유동매체와 하부에서 상부로 이동하는 스팀 및 생성가스 사이의 접촉을 극대화하기 위하여, 한쪽 끝단이 나선형 날개(110) 중 개구(115)의 하단과 접하는 부분과 결합하고 나선형 날개(110)의 하향 경사지는 방향의 반대쪽으로 하향 경사지게 뻗은 경사면을 포함하는 안내판(116)이 더 구비되어, 개구(115)를 통해 빠져 내려온 유동매체가 안내판(116)을 타고 경사지게 내려가도록 구성된다.

이와 같이 구성됨으로써 유동매체가 지나치게 빨리 개구(115)를 통해 빠져나가지 못하게 되는 한편 생성가스 및 스팀이 안내판(116)을 빙 둘러서 올라가게 되므로 그만큼 접촉시간이 길어지게 된다.

상기 안내판(116)은 나선형 날개(110) 중 개구(115)의 하단과 접하는 부분으로부터 상방으로 올라가다가 꺾여서 하방으로 내려가도록 구성되는데, 이러한 구성은 나선형 날개(110)를 타고 내려오는 유동매체가 더 많이 개구(115)를 통해 빠져나와 안내판(116)을 타고 내려가게 하기 위한 것이다.

도 5는 상기 기포유동층 가스화로(100)의 다른 실시예를 도시한 도면으로, 기포유동층 가스화로(100)의 일부를 생략하고 도시하였다.

앞서 설명한 바와 같이 상기 기포유동층 가스화로(100)의 내부에는 기포유동층 가스화로의 내부에는 기포유동층 가스화로(100)의 중심부를 따라 수직 방향으로 길게 중심로드(130)가 고정 설치되고, 중심로드(130)의 둘레에는 스크류 날개 형태의 나선형 날개(110)가 결합된다.

이때, 상기 스크류 날개 형태의 나선형 날개(110)는 복수개의 단위날개(111)가 중심로드(130)에 방사상으로 결합되되, 서로 이격 형성되고 계단식으로 배치되어, 나선 형태로 형성될 수 있다.

따라서, 거시적으로는 스크류 형태의 나선형 날개(110)에 의해 유동매체가 나선형 날개(110)를 따라 선회하며 내려오고, 생성가스와 스팀을 포함하는 기체 성분은 나선형 날개(110)를 따라 선회하며 상부로 이동한다. 동시에, 미시적으로는 상기 반응물이 불연속적으로 배치된 각 단위날개(111) 사이의 빈 공간인 이격 영역으로 떨어지므로 선회하며 상부로 이동하는 상기 기체 성분과 더욱 빈번하게 효과적으로 접촉하여 생성가스의 생성 효율 및 타르의 제거 효율이 현저히 향상된다.

이때, 중심로드(130)의 중심축과 단위날개(111)의 길이방향 축에 의해 형성되는 면과 수직인 상기 단위날개(111)의 단면은 다각형으로, 도 5에 도시된 바와 같이 직사각형의 형태를 가질 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 사다리꼴(도 6(a)), 삼각형(도 6(b)), 오각형(도 6(c)) 등과 같은 형태를 가질 수도 있으며, 도면에 제시된 형태 외의 다른 다각형으로 형성되는 것도 가능하다.

도 7은 상기 도 5의 a방향에서 관측한 기포유동층 가스화로(100)의 탑뷰(top-view) 도면으로, 나선형 날개(110)의 인접한 두 단위날개(111)는 일부 영역이 겹쳐져 상부에서 바라봤을 때에는 마치 단위날개(111) 사이의 빈 공간이 존재하지 않는 것처럼 관측되나, 실제로는 단위날개(111)가 불연속적으로 위치하므로 각 단위날개(111) 사이에는 빈 공간인 이격 영역이 존재한다.

도 8은 단위날개(111)의 단면이 사다리꼴인 일 예에 따른 나선형 날개(110)를 도시한 것이다.

단위날개(111)의 단면은 앞서 설명한 바와 같이 다각형으로 형성되며, 바람직하게는 각 단위날개(111) 사이의 빈 공간인 이격 영역이 상부에서 하부로 갈수록 좁아지는 형상으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

도 8의 확대도를 참조하면, 이격 영역에서 인접하는 각 단위날개(111a, 111b)의 최상단 사이의 거리(d1)는 최하단 사이의 거리(d2)보다 크게 형성되는 경우, 기체 성분이 이격 영역을 통해 상승하는 역류 현상이 방지되므로, d1은 d2보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

특히, d1은 d2의 2~7배의 값을 갖도록 형성될 수 있으며, d1과 d2의 거리 비율이 이 범위를 벗어나는 경우에는 이격 영역을 통과해서 낙하하는 유동매체의 낙하 지연에 의한 반응 효율 향상 효과가 미미하므로, d1과 d2는 상술한 비율을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 이격 영역으로 낙하하는 유동매체의 직경이 약 04~0.8mm이므로, 유동매체에 의한 파울링(fouling) 현상을 방지하기 위해 인접한 두 단위날개(111a, 111b) 사이의 이격 영역의 최소 폭은 5~25mm의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.

특히, 이격 영역의 폭은 각 단위날개(111a, 111b)의 최상단 사이에서 최하단 사이로 테이퍼지게 형성되는 것이 바람직하며, 이와 같은 경우에는 이격 영역을 통해 낙하하는 유동매체의 유체 흐름이 원활해지고, 기체 성분이 이격 영역을 통해 상승하는 역류 현상 및 이에 따른 파울링 현상이 방지될 수 있다.

도 9는 도 5의 나선형 날개(110)를 구성하는 단위날개(111)의 단면 형태의 일 예를 도시한 도면으로, 단위날개(111)는 단위날개(111)의 길이방향 축에 대하여 소정 각도(θ) 회전된 상태로 배치되어, 바닥면에 대하여 기울어진 형태를 갖도록 배치될 수 있으며, 상기 소정 각도(θ)는 40~80도일 수 있다.

단위날개(111)가 이와 같이 배치됨에 따라 단위날개(111)의 최상부에 위치한 일 모서리에서 연장되는 두 면이 서로 다른 방향으로 하향 경사지도록 형성되고, 이에 따라 나선형 날개(110)를 따라 선회하며 내려오는 유동매체가 하향 경사진 두 면을 따라 이동하므로, 상기 반응물이 이격 영역을 통해 지나치게 빨리 떨어지는 것이 방지되어 반응물과 생성가스 및 스팀의 접촉시간이 연장되므로 반응 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도 10은 단위날개(111)가 유사 사다리꼴 형태의 단면을 갖는 경우에, 유동매체와 생성가스, 스팀 등을 포함하는 기체 성분의 유체 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이 일부 유동매체는 각 단위날개(111) 사이의 이격 영역에 체류하며 상부 영역에서 기체 성분과 접촉하여 반응하고, 일부 반응물은 이격 영역을 통과하여 낙하하며 기체 성분과 접촉하여 반응한다. 이와 같이 유동매체와 기체 성분의 접촉 빈도가 현저히 증가함에 따라 생성가스 생성 효율 및 타르(tar) 제거 효율이 현저히 향상될 수 있다.

도 11은 본 발명의 나선형 날개(110)를 구성하는 단위날개(111)의 일 실시예를 도시한 도면으로, 상기 단위날개(111)에는 단위날개(111)의 하부 모서리 중 적어도 어느 하나 이상에서 하향 경사지는 연장부(113)가 형성될 수 있다.

이와 같이 연장부(113)가 형성되는 경우, 연장부(113)를 따라 유동매체가 이동하므로, 표면장력에 의해 반응물이 이격 영역의 하부로 떨어지지 못하여 이격 영역이 폐쇄되는 파울링 현상이 방지될 수 있을 뿐만 아니라 유동매체의 낙하 시간을 지연시켜 유동매체와 스팀 및 생성가스의 접촉 시간을 늘림으로써 반응 효율을 향상시킬 수 있다.

일 예로, 상기 연장부(113)는 각 단위날개(111)에 모두 설치될 수 있고, 혹은 일부 단위날개(111)에만 설치될 수도 있으며, 하나의 단위날개(111)에 복수개로 설치될 수도 있다. 연장부(113)는 규칙적인 패턴을 갖도록 설치되는 것이 바람직한데, 불규칙적으로 설치되는 것도 가능하며, 유동매체를 하부로 낙하시키면서 이격 영역을 폐쇄하지 않는 형태라면 그 형태나 개수는 특별히 제한되지 않고 형성될 수 있다.

도 12는 본 발명의 가스화 유닛(30)의 다른 실시예를 간략히 도시한 도면이다.

본 실시예에 따른 가스화 유닛(30)은 도 2를 참조하여 설명한 가스화 유닛(30)의 원료투입부(160)의 원료투입관(161)과 소정 간격 이격되어, 원료투입관(161)을 감싸도록 형성된 외부관(164)을 포함한다. 즉, 원료투입관(161)과 외부관(164)은, 외부관(164)의 내부에 원료투입관(161)이 배치되는 이중관 형태를 갖는다.

이때, 상기 원료투입관(161)의 외주연과 외부관(164)의 내주연 사이에 형성되는 공간(S)에는 열전달매체가 흐르며 원료투입관(161)을 추가적으로 가열시킨다. 따라서, 원료투입관(161)을 따라 공급되는 원료의 액상화 및 염소 화합물 생성을 가속화시킬 수 있으며, 이에 따라 더욱 효율적으로 염소 화합물을 제거할 수 있다.

상기 열전달매체(50)는 공간(S)과 열교환기(50)를 순환 이동하며, 열교환기(50)를 통해 가열된 열전달매체는 공간(S)으로 유입되어 원료투입관(161)을 가열시키고 상대적으로 저온인 상태로 공간(S)에서 배출되어 다시 열교환기(50)로 공급된다.

상기 열교환기(50)의 열원으로는 후술될 바와 같이 배기가스 싸이클론(210)을 통해 배출된 배기가스가 사용될 수 있다.

도 13은 본 발명의 가스화 유닛(30)의 또 다른 실시예를 간략히 도시한 도면이다.

도 2에 나타낸 가스화 유닛(30) 일 실시예는, 기포유동층 가스화로(100)와 고속유동층 연소로(200)가 서로 떨어져 있도록 구성된 것이나, 도 13에 나타낸 본 발명의 또 다른 실시예는 기포유동층 가스화로(100)가 고속유동층 연소로(200)를 감싸는 형태로 구성된 것이다.

도 13에 제시된 본 발명의 가스화 유닛(30)의 또 다른 실시예의 경우에는 기포유동층 가스화로(100) 내부에 설치된 나선형 날개(110)의 중심로드(130) 내부의 공간에 고속유동층 연소로(200)가 위치하며, 고온의 고속유동층 연소로(200) 벽면을 통해 기포유동층 가스화로(100)로 열이 전달됨으로써 열전달을 최대화하고 열손실을 최소화하여 가스화 장치의 운전비를 절감할 수 있다.

도 13에 제시된 본 발명의 또 다른 실시예의 가스화 유닛(30)의 원료투입부(160)는 도 12를 참조하여 설명한 것과 같이 원료투입관(161)과 소정 간격 이격되어, 원료투입관(161)을 감싸도록 형성된 외부관(164)을 포함할 수 있으며, 상기 원료투입관(161)과 외부관(164) 사이의 공간(S)에는 열전달매체가 흐르도록 형성될 수 있다.

상기 열전달매체는 물 또는 열전달유일 수 있으며, 열전달유로는 미네랄오일, 글리콜 수용액, 파라핀, 디아릴알칸, 폴리페닐 유도체, 아릴에테르, 디메틸실록산 폴리머 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 열전달매체는 열교환기(50)를 거쳐 다시 가열된 후 공간(S)으로 공급될 수 있으며, 이때 열교환기(50)에서 열전달매체를 가열하기 위한 열원으로 외부 열원이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 고속유동층 연소로(200)에서 배출된 배기가스가 사용될 수 있다.

이와 관련한 구체적인 기술적 내용은 도 2 내지 도 12를 참조하여 설명한 것과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

10: 수거 유닛 20: 전처리 유닛
21: 파쇄 장치 22: 자력 선별 장치
23: 세척 장치 24: 건조 장치
25: 담수화 장치 30: 가스화 유닛
40: 발전 유닛 41: 가스 정제기
42: 가스 엔진 43: 에너지 저장 장치
50: 열교환기 60: 백필터
100: 기포유동층 가스화로 110: 나선형 날개
111: 단위날개 113: 연장부
120: 기포 유동층 130: 중심로드
140: 생성가스 사이클론 150: 생성가스 사이클론 연결관
160: 원료 투입부 161: 원료투입관
162: 이송스크류 163: 배출관
164: 외부관 170: 가스화로 연결관
200: 고속유동층 연소로 210: 배기가스 사이클론
220: 배기가스 사이클론 연결관 221: 밸브
230: 제1 유동매체 공급관 240: 제2 유동매체 공급관
300: 원료 탱크

Claims

해양 폐기물 처리 장치가 구비된 선박에 있어서,
상기 해양 폐기물 처리 장치는,
상기 선박으로 해양 폐기물을 수거하는 수거 유닛;
상기 수거 유닛에 의해 수거된 해양 폐기물을 파쇄, 세척 및 건조하는 전처리 유닛;
상기 전처리 유닛을 통해 전처리된 해양 폐기물을 가스화할 수 있도록, 원료 투입부를 통해 원료 탱크로부터 원료를 공급받는. 기포유동층 가스화로 및 고속유동층 연소로를 포함하는 가스화 유닛;
상기 가스화 유닛을 통해 얻어진 생성가스를 이용하여 전기를 생산하는 발전 유닛; 및
상기 가스화 유닛을 통해 생성된 배기가스의 열을 이용하여 열매체를 가열시키는 열교환기;를 더 포함하고,
상기 원료 투입부는,
원료탱크로부터 기포유동층 가스화로로 원료가 투입되는 원료투입관;
상기 원료투입관 내부에서 회전하며 원료를 이송시키는 이송 스크류;
상기 원료투입관 내부에서 발생되는 염소 화합물 포함하는 기체를 배출시키기 위한 배출관; 및
상기 원료투입관을 감싸도록 원료투입관과 소정 간격 이격되어 형성되는 외부관;을 포함하며,
상기 원료투입관과 외부관 사이의 공간으로 열전달매체가 공급되어 원료투입관에 열을 전달한 뒤 배출되며, 상기 열전달매체는 상기 열교환기를 통해 가열된 열매체인 것을 특징으로 하는, 해양 폐기물 처리 선박.
삭제
제1항에 있어서, 상기 전처리 유닛은,
해양 폐기물을 파쇄하는 파쇄 장치;
파쇄된 해양 폐기물 내 금속 물질을 제거하기 위한 자력 선별 장치;
상기 자력 선별 장치를 통해 선별된 해양 폐기물을 세척하는 세척 장치; 및
세척된 해양 폐기물을 건조하는 건조 장치;를 포함하는, 해양 폐기물 처리 선박.
제3항에 있어서, 상기 해양 폐기물 처리 장치는,
상기 열교환기에서 가열된 열매체를 이용하여 피처리수를 가열시키고, 발생된 증기를 냉각하여 담수를 제조하는 담수화 장치를 포함하고,
상기 세척 장치의 세척수로 상기 담수화 장치를 통해 얻어진 담수가 사용되며,
상기 건조 장치의 열원으로 열교환기에서 가열된 열매체가 사용되는 것을 특징으로 하는, 해양 폐기물 처리 선박.
제1항에 있어서, 상기 발전 유닛은,
생성가스를 정제하는 가스 정제기;
정제된 생성가스를 이용하여 전기를 생산하는 가스 엔진; 및
상기 가스 엔진을 통해 생성된 전기를 저장하는 에너지 저장 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 해양 폐기물 처리 선박.
제1항에 있어서, 상기 해양 폐기물 처리 장치는,
상기 열교환기에서 배출되는 배기가스를 정화하여 배출시키기 위한 위한 백필터를 포함하고,
상기 백필터를 통해 분리된 재를 고형화 처리하는 것을 특징으로 하는, 해양 폐기물 처리 선박.
제1항에 있어서, 상기 가스화 유닛은,
원료 투입부를 통해 원료 탱크로부터 원료를 공급받고, 하부에서 스팀이 유입되어 내부에서 유동매체가 유동됨으로써 기포유동층이 형성되며, 상기 원료가 가스화되어 내부에서 생성가스가 만들어지는 기포유동층 가스화로;
상기 기포유동층 가스화로로부터 상기 유동매체와 상기 생성가스에 포함된 차르(char)를 이송받고, 추가로 공기를 공급받아, 상기 차르(char)를 연소시킴으로써 유동매체를 가열하고, 가열된 유동매체를 상기 기포유동층 가스화로로 이송하는 고속유동층 연소로;
상기 기포유동층 가스화로와 연통되고, 기포유동층 가스화로에서 배출되는 생성가스 중 미세입자를 분리하여 미세입자는 상기 기포유동층 가스화로로 다시 유입시키고, 나머지를 배출시키는 생성가스 싸이클론; 및
상기 고속유동층 연소로의 상부와 기포유동층 가스화로의 상부 사이에 연결되어, 상기 유동매체를 배기가스와 분리시킨 후, 배기가스는 열교환기로 공급하고 유동매체를 기포유동층 가스화로와 원료 투입부로 분리 공급하는 배기가스 싸이클론;을 포함하며,
상기 기포유동층 가스화로의 내부에는 기포유동층 가스화로 중심부를 따라 수직 방향으로 위치하는 중심로드; 및 상기 중심로드를 따라 생성가스 및 스팀을 선회류로 이동시키는 나선형 날개;가 설치되는 것을 특징으로 하는, 이중 유동층 반응기를 포함하는, 해양 폐기물 처리 선박.
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