KR102571438B1

KR102571438B1 - 다양한 소스 산업 폐기물을 에너지로 전환시키기 위한 장치, 시스템, 및 방법

Info

Publication number: KR102571438B1
Application number: KR1020177007793A
Authority: KR
Inventors: 아미라일 쥐. 레흐맷
Original assignee: 심플 어프로치 시스템스 인코포레이티드
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2023-08-28
Also published as: CN107109260A; EP3183322A4; UA122211C2; US20170275542A1; CN107109260B; KR20170046158A; CA2959017C; WO2016029093A1; CA2959017A1; EP3183322A1

Abstract

탄화수소-함유 폐기물을 처리하기 위한 장치, 시스템, 및 방법이 기재되어 있다. 시스템 및 방법은 회전식 소성로 반응기 및 가스 분배기를 포함하는 가스화 장치의 사용을 포함한다. 회전식 소성로 반응기 및 가스 분배기는 가스화 장치 내에서 다수의 반응 환경을 생성하도록 구성된다. 반응 환경의 각각은 다양한-소스 탄화수소-함유 폐기물의 처리와 연관된 다양한 물리적 및 화학적 속성에 맞도록 고유한 온도 반응 조건을 가진다.

Description

다양한 소스 산업 폐기물을 에너지로 전환시키기 위한 장치, 시스템, 및 방법{APPARATUS, SYSTEM, AND METHOD FOR CONVERTING VARIED SOURCE INDUSTRY WASTE INTO ENERGY}

관련 출원 데이터에 대한 상호-참조

본 출원은 미국 가 특허 출원 일련 번호 제62/040,943호에 대한 우선권을 주장하며, 이 기초 출원은 그의 전문이 참고로 본 명세서에 편입된다.

본 출원은 일반적으로 폐기물 및 폐기물 스트림 처리에 관한 것이며, 보다 특히 다양한 소스 산업 폐기물을 에너지로 전환시키는 것에 관한 것이다.

현재, 제조 프로세스는 환경에 유해한 폐기물을 생성한다. 이들 폐기물은 지하수 자원을 오염시키기 위해 다수 회 땅 속 깊이 도달하는 고체, 액체, 및 가스의 형태로 나타난다. 폐기물은 또한 결국 강을 만나며 그에 의해 강을 오염시키는 물 줄기에 도달한다. 이들 폐기물이 쓰레기 매립지로 보내어진다면/보내어질 때, 그것들은 메탄과 같은 가장 강한 온실 가스로 해체되는 경향이 있다.

때때로 폐기물은 제조 프로세스에 의해 발생된 폐기물의 양을 감소시키려는 시도로 소각되어 왔다. 폐기물의 소각은 폐기물로부터 에너지를 회수하기 위해 사용되어 왔다. 그러나, 소각 프로세스는 다양한 결점을 가진다. 예를 들면, 이들 폐기물의 소각은 공기로의 다이옥신 및 퓨란과 같은 보다 유독성 가스의 방출을 야기한다. 더욱이, 소각은 소각 동안 폐기물의 탄화수소 중 어떤 것도 가연성 형태로 남아있지 않기 때문에 에너지 소스로서 폐기물로부터의 가스 연료의 생성을 완전히 배제한다.

가스화에 의한 에너지 회수가 또한 사용되어 왔다. 그러나, 산업 및 제조 가공처리는, 많은 것이 물리적 및 화학적 속성에 대해 유사하지 않은 다양한 소스로부터 폐기물을 발생시키기 때문에, 그것은 유동층 가스화, 이동층 가스화, 및 혼입층 가스화와 같은 가스화의 잘 수립된 방법에 상당한 도전을 제기하여 왔다. 효율적으로 작동하기 위해, 이들 방법의 각각은 처리되는 폐기물에 대한 물리적 및 화학적 속성에의 엄격한 준수를 요구한다. 이것은 산업 및 제조 프로세스가 종종 물리적 및 화학적 속성에 대하여 균일하지 않은 제조의 상이한 스테이지에서 폐기물을 생성하기 때문에 문제이다.

본 개시 내용은 일반적으로 탄화수소를 포함하는 다양한 소스 폐기물을 처리하기 위한 개선된 가스화 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 이것은 제조 프로세스의 다양한 스테이지로부터 생성된 탄화수소-함유 물질을 처리하기 위해 단일 장치, 시스템, 또는 방법을 야기하며, 그에 의해 환경 관리를 증가시킨다.

시스템 및 방법은 회전식 소성로 반응기(rotary kiln reactor) 및 가스 분배기를 포함하는 가스화 장치의 사용을 포함한다. 상기 회전식 소성로 반응기 및 가스 분배기는 가스화 장치 내에서 다수의 반응 환경을 생성하도록 구성된다. 반응 환경의 각각은 탄화수소-함유 폐기물의 다양한 구성요소를 처리하는 고유 온도 및 압력 조건을 가진다.

가스화는 탄화수소-함유 물질/폐기물이 일산화탄소, 수소, 메탄, 수증기, 및 이산화탄소를 포함하는 가스의 가연성 혼합물로 전환되는 프로세스이다. 가스의 이러한 가연성 혼합물은 에너지의 직접 소스를 산업에 및 제조 가공처리에 제공하는 가능성을 갖거나, 또는 그것은 제조 가공처리를 위한 증기 및 또는 전기를 발생시키기 위한 연료로서 사용될 수 있다. 본 개시 내용에 따르면, 에너지로의 가스의 가연성 혼합물의 전환은 여기에서 설명된 바와 같이, 개선된 가스화 방법을 사용하며, 이것은 제조 및 산업 프로세스에 의해 발생된 모든 탄화수소-함유 폐기물의 완전한 이용을 할 수 있다. 이것은 제조 산업에 대해 보다 적은 환경 오염 및 상당한 절감을 야기한다.

본 개시 내용의 부가적인 특징은 본 개시 내용을 실행하기 위한 최상의 모드를 예시한 다음의 상세한 설명의 고려 시 이 기술분야의 숙련자에게 분명해질 것이다.

디바이스, 시스템, 및 방법의 실시예는 대표적이며 제한적이지 않도록 의도되는 첨부한 도면의 모습에서 예시되며, 여기에서 유사한 참조 부호는 유사한 또는 대응하는 부분을 나타내도록 의도된다:
도 1은 본 개시 내용에 따른 탄화수소-함유 폐기물을 처리하기 위한 장치/가스화기(gasifier)의 측면 단면도;
도 2a는 본 개시 내용에 따른 장치/가스화기의 가스 분배기의 투시도;
도 2b는 본 개시 내용에 따른 장치/가스화기의 가스 분배기의 단면도;
도 3a 내지 도 3d는 본 개시 내용에 따른 장치/가스화기의 회전식 소성로 반응기의 변화하는 회전 속도의 결과를 묘사한 장치/가스화기의 단면도;
도 4는 본 개시 내용에 따른 탄화수소-함유 폐기물을 처리하기 위한 시스템 구성요소를 예시한 시스템 블록 흐름도;
도 5는 본 개시 내용에 따른 탄화수소-함유 폐기물을 처리하기 위한 방법을 예시한 프로세스 흐름도;
도 6은 산업 폐기물을 가스 연료로 전환시킬 때 본 개시 내용의 대표적인 사용을 예시한 시스템 블록 흐름도;
도 7은 또 다른 유형의 산업 폐기물을 가스 연료로 전환시킬 때 본 발명의 사용의 예시도; 및
도 8은 또 다른 유형의 산업 폐기물을 가스 연료로 전환시킬 때 본 발명의 예시도.

여기에 제시된 본 개시 내용의 양상의 상세한 설명은 첨부한 도면을 참조하며, 이것은 예시로서 다양한 실시예를 도시한다. 이들 다양한 실시예는 이 기술분야의 숙련자가 본 개시 내용을 실시할 수 있게 하기 위해 충분히 상세히 설명되지만, 다른 실시예가 실현될 수 있으며 논리적 및 기계적 변화가 본 개시 내용의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 여기에서의 상세한 설명은 제한이 아닌 단지 예시의 목적으로 제공된다. 예를 들면, 방법 또는 프로세스 설명 중 임의의 것에서 열거된 단계는 임의의 순서로 실행될 수 있으며 제공된 순서로 제한되지 않는다. 게다가, 단수형 실시예에 대한 참조는 복수형 실시예를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 구성요소에 대한 참조는 단수형 실시예를 포함할 수 있다.

본 개시 내용은 일반적으로 탄화수소-함유 폐기물을 처리하기 위한 개선된 가스화 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 시스템 및 방법은 회전식 소성로 반응기 및 가스 분배기를 포함하는 가스화 장치의 사용을 포함한다. 회전식 소성로 반응기 및 가스 분배기는 가스화 장치 내에서 다수의 반응 환경을 생성하도록 구성된다. 반응 환경의 각각은 탄화수소-함유 폐기물의 다양한 구성요소를 처리하는 고유 온도 및 압력 조건을 가진다. 이것은 그것이 광범위하게 변화하는 물리적 및 화학적 속성을 갖고 다양한-소스 탄화수소-함유 폐기물의 처리를 가능하게 하기 때문에 유리하다.

도 1을 참조하면, 물리적 및 화학적 가스-고체 반응을 수행하기 위한 장치(즉, 가스화기)(100)가 설명된다. 장치(100)는 장치(100)에서 가스-고체 반응의 제1 스테이지를 제공하는 회전식 소성로 반응기(102)를 포함한다. 회전식 소성로 반응기(102)는 가스와 탄화수소 및 비-탄화수소-함유 폐기물의 최적의 가스-고체 상호작용을 생성하도록 설계된다. 이와 같이, 회전식 소성로 반응기(102)는 회전식 소성로 반응기(102)로 탄화수소 고체 및 액체를 도입하기 위한 수단(104)(컨베이어 또는 스크루 공급기(screw feeder)와 같은), 가스 분배기(108)를 사용하여 회전식 소성로 반응기(102)로 가스를 도입하기 위한 가스 유입구(106), 회전식 소성로 반응기(102)로 물을 도입하기 위한 수단(110), 회전식 소성로 반응기(102)로부터 고체를 제거하기 위한 수단(112), 및 회전식 소성로 반응기(102)로부터 가스를 제거하기 위한 수단(114)을 포함할 수 있다. 고체/회분은 인입 폐기물에 존재하는 불연성 부분의 존재에 비례한 레이트로 장치(100)로부터 제거된다. 회전식 소성로 반응기(102)의 내부 표면은 회전식 소성로 반응기(102)가 약 2200℉까지의 온도에서 동작될 수 있도록 내화물(116)과 나란히 세워질 수 있다.

가스 분배기(108)(도 2a 및 도 2b에 제공되는 확대도)는 4개 이상의 구역으로 분할될 수 있고, 상기 가스 분배기(108)의 방사상 원주의 90도 내지 180도를 따라 천공될 수 있다. 가스 분배기(108)가 갖는 구역의 수는 장치(100) 및/또는 회전식 소성로 반응기(102)의 길이에 의존할 수 있다. 비-제한적인, 예시적 예에 따르면, 가스 분배기(108)는 2개 구역만큼 적으며 8개 구역만큼 많을 수 있다. 그러나, 이 기술분야의 숙련자는 본 개시 내용의 범위로부터 벗어나지 않고 다른 수의 구역을 가진 가스 분배기를 이해해야 한다. 예에서, 가스 분배기(108)의 각각의 개별 구역은 단일 가스 유입구(106)로부터 가스를 수신한다. 그러나, 이 기술분야의 숙련자는 각각의 구역이 하나 이상의 가스 유입구(106)로부터 가스를 수신할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 각각의 구역은 가스 분배기(108)의 다른 구역에 의해 수신된 가스 조성과 완전히 다른 하나 이상의 가스 유입구(106)로부터의 가스의 고유한 조성 및 양을 수신할 수 있다.

가스 분배기(108)는 원형 또는 거의 원형 단면을 가진 관형 구조일 수 있다(도 2b에 묘사된 바와 같이). 게다가, 가스 분배기(108)는 회전식 소성로 반응기(102)에 의해 그것의 단부(202)에서 또는 그것에 근접하여 지지된 정지 구조일 수 있다. 회전식 소성로 반응기(102)에 의한 지지는 정지 후드의 사용을 통해 발생할 수 있다. 가스 분배기(108)의 각각의 구역은 그것을 통해 가스 유입구(106)로부터의 가스가 장치(100)에 도입되는 가스 유출 포트(204)를 포함한다. 가스 분배기(108)의 각각의 구역은 동일한 수의 가스 포트를 포함할 수 있거나 또는 각각의 구역은 다른 구역의 것들과 상이한 고유한 수의 가스 포트를 포함할 수 있다. 각각의 구역이 갖는 가스 포트의 수는 상기 구역에 도입될 가스의 최대량 및 가스가 이용 가능한 압력에 의존할 수 있다. 가스 포트는 가스 분배기의 관형 부분(206)의 원주의 약 180도로 길게 위치된다.

이동 가능한 오버레이(movable overlay)(210)는 가스 분배기(108)의 관형 부분(206)에 맞춰진다. 예시된 바와 같이, 이동 가능한 오버레이(208)는 관형 부분(206)의 원주의 약 180도를 커버하는 반구형 구조이다. 이와 같이, 오버레이(208)는 단일 배향에 있는 동안 가스 유출 포트(204)의 모두 또는 대체로 모두를 커버하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 이 기술분야의 숙련자는 관형 부분(206)의 180도 이상 또는 미만, 가스 유출 포트(204)의 대체로 모두보다 적게 커버하며, 그것이 본 개시 내용의 범위로부터 벗어나지 않고 관형 부분(206)과 짝을 이루도록 허용하는 임의의 형태를 가진 오버레이(208)를 이해해야 한다. 이동 가능한 오버레이(208)는 원하는 범위 내에서 가스 유출 포트(204)를 통해 가스의 흐름을 향하게 하기 위해 관형 부분(206)에 대해 회전하도록 구성된다. 예를 들면, 이동 가능한 오버레이(208)는 보다 적은 압력이 요구될 때 보다 적은 가스 유출 포트(204)를 및 보다 많은 압력이 요구될 때 보다 많은 가스 유출 포트(204)를 커버하기 위해 이동될 수 있다. 가스 분배기(108) 및 오버레이 파이프(208)의 조성은 약 2200℉까지의 온도를 견디기 위해 선택될 수 있다.

탄화수소-함유 폐기물은 예를 들면, 스크루 공급기와 같은 고체 컨베이어(104)를 사용하여 회전식 소성로 반응기(102)로 운반될 수 있다. 스크루 공급기(104)는 탄화수소-함유 폐기물을 회전식 소성로 반응기(102)로 이동시키기 위해 회전하는 스크루 블레이드를 사용한다.

물은 물 유입구(110)를 통해 회전식 소성로 반응기(102)에 도입될 수 있다. 물은 건조 기준으로 다양한-소스 탄화수소-함유 폐기물의 것의 약 25중량% 내지 약 30중량%의 레이트에서 도입될 수 있다. 게다가, 탄화수소-함유 폐기물은 가스, 고체 및/또는 액체 상태에 있을 수 있다. 가스 분배기(108)에 도입된 가스는 산소를 보유할 수 있고/있거나 산소를 보유하지 않을 수 있다. 가스는 가스가 회전식 소성로 반응기(102)의 벽을 따라 탄화수소-함유 폐기물을 접촉하도록 허용하는 방식으로 회전식 소성로 반응기(102)의 길이를 따라 변화하는 양 및 조성에서 회전식 소성로 반응기(102)로 전달될 수 있다.

회전식 소성로 반응기(102)의 길이를 따르는 가스의 분배는 회전식 소성로 반응기(102) 내에서 가스 유입구(106)의 길이를 변경함으로써 달성될 수 있다. 예에서, 도 1에 묘사된 바와 같이, 각각의 가스 유입구(106)는 다른 가스 유입구(106)의 길이와 상이한 길이를 가질 수 있다. 그러나, 이 기술분야의 숙련자는 본 개시 내용의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 동일한 또는 대체로 동일한 길이를 가진 가스 유입구(106) 중 둘 이상을 이해해야 한다.

가스와의 고체 및 액체 탄화수소-함유 폐기물의 접촉은 상기 폐기물로부터 발생된 가스 연료의 화학적 조성을 재성형하는 물리적 상호작용 및 화학적 반응을 야기할 수 있다. 게다가, 가스와의 고체 및 액체 탄화수소-함유 폐기물의 접촉은 또한 고체를 가스 상태로 전환시키는 열화학 전환을 야기할 수 있다. 이들 상호작용 및 전환은 가스 연료를 생성한다. 본 개시 내용의 장치(100)는 상기 식별된 상호작용 및 전환을 수행하도록 구성되면서, 또한 탄화수소-함유 폐기물을 건조시키며 액화시키기 위해, 토양을 포함하는 무기 재료에서 유기 오염의 작용제를 제거하며 파괴하기 위해, 뿐만 아니라 장치(100)의 물리적 대안을 필요하게 만들지 않고 바이오매스로부터 바이오-숯을 생성하기 위해 구성될 수 있다. 장치(100)는 상기 식별된 동작의 일 부분만을 한 번에 수행하도록 구성될 수 있으며, 이 경우에 상이한 동작을 수행하기 위한 구성 사이에서의 스위칭은 자동적이며 즉각적일 수 있다.

장치(100)는 탄화수소-함유 폐기물의 유형과는 관계없이 동작하며, 그에 의해 변화하는 조성 및 물리적 속성을 가진 탄화수소-함유 폐기물이 임의의 구체적으로 장치(100)를 변경하도록 요구하지 않고 장치(100)에 의해 처리될 수 있게 한다. 장치(100)는 또한 그 안에 도입된 탄화수소-함유 폐기물의 크기에 관계없이 동작하며, 그에 의해 가변 크기의 탄화수소-함유 폐기물이 임의의 구체적으로 장치(100)를 변경하도록 요구하지 않고 장치(100)에 의해 처리되도록 허용한다. 예를 들면, 장치(100)는 범위가 약 0.1인치 내지 약 6인치, 및 바람직하게는 약 0.1인치 내지 약 2인치에 이르는 탄화수소-함유 폐기물을 처리할 수 있다. 예에서, 장치(100)는 회전식 소성로 반응기(102)로 도입되며 그것에 의해 처리되는 탄화수소-함유 폐기물의 것보다 중량에서 약 40배 더 큰 장치(100)를 통해 가스의 통과를 허용하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예에서, 장치(100)는 회전식 소성로 반응기(102)로 도입되며 그것에 의해 처리되는 탄화수소-함유 폐기물의 것보다 중량에서 약 20배 더 큰 장치(100)를 통해 가스의 통과를 허용하도록 구성될 수 있다. 장치(100)는 약 100℉ 내지 약 3000℉, 및 바람직하게는 약 100℉ 내지 약 2200℉를 포함하는 온도의 범위에서 처리 동작을 수행할 수 있다. 장치(100)는 또한 약 마이너스 1인치의 물 기둥 내지 약 100인치의 물 기둥인 장치(100) 내에서의 압력을 포함한, 압력의 범위에서 처리 동작을 수행할 수 있다.

도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 회전식 소성로 반응기(102) 내에서의 동작 조건이 설명된다. 회전식 소성로 반응기(102)는 시계 반대 방향으로 회전하는 것으로 대표적으로 예시되지만, 회전식 소성로 반응기(102)는 단지 시계 반대 방향 회전에 제한되지 않는다. 탄화수소-함유 폐기물(302)이 유입 수단(104)(예로서, 도 1을 참조하여 상기 설명된)을 통해 회전식 소성로 반응기(102)에 도입될 때, 회전식 소성로 반응기(102)의 회전에 의해 야기된 관성력은 탄화수소-함유 폐기물(302) 내에서의 고체가 회전식 소성로 반응기(102)의 외부 벽(304)으로 가게 한다. 회전식 소성로 반응기(102)는 탄화수소-함유 폐기물(302)의 도입 이전에 회전할 수 있거나 또는 탄화수소-함유 폐기물(302)이 그 안에 도입된 후까지 회전을 시작하지 않을 수 있다. 회전식 소성로 반응기(102)의 외부 벽(304)의 표면적을 따라 탄화수소-함유 폐기물(302)의 표면적 커버리지의 양은 회전식 소성로 반응기(102)의 회전의 속도에 의존한다. 정지 모드(도 3a에 예시된)에서, 탄화수소-함유 폐기물(302)의 고체는 회전식 소성로 반응기(102)의 최하부에 자리를 잡는다. 회전식 소성로 반응기(102)의 회전의 속도가 증가함에 따라(도 3b는 낮은 회전 속도를 예시하고, 도 3c는 중간 회전 속도를 예시하며, 도 3d는 빠른 회전 속도를 예시한다), 탄화수소-함유 폐기물(302)의 고체는 외부 벽(304)을 따라 더 분배되며, 그에 의해 외부 벽(304)의 보다 큰 표면적을 커버한다. 가스 분배기(108) 및 오버레이 파이프(208)의 상대적 위치는 회전식 소성로 반응기(102)의 내부에 대하여 가스 유출 포트(204)의 궤적을 조정하거나 또는 수정하기 위해 변경될 수 있다(예로서, 도 3, 도 4 내지 도 3d 내에서의 가스 분배기(108) 및 오버레이 파이프(208)의 비교에 의해, 입증됨). 가스 분배기(108) 및 오버레이 파이프(208)는 가스 유출 포트(204)로부터 분산된 가스 및 탄화수소-함유 폐기물(302) 사이에서 최대량의 접촉을 향하게 하도록 구성될 수 있다.

여기에서 언급된 바와 같이, 젖은 탄화수소-함유 폐기물은 장치(100) 내에서, 즉 회전식 소성로 반응기(102) 내에서 건조될 수 있다. 젖은 탄화수소-함유 폐기물이 회전식 소성로 반응기(102)에 있는 동안, 고온 가스는 가스 유입 포트(204)를 통해 회전식 소성로 반응기(102)로 들어간다. 고온 가스는 약 300℉ 내지 약 1000℉의 온도를 가질 수 있다. 회전식 소성로 반응기(102)로의 도입 이전에, 젖은 탄화수소-함유 폐기물은 실온에 있을 수 있다. 젖은 탄화수소-함유 폐기물의 바람직한 건조는 고온 가스가 가스 분배기(108)의 4개의 구역 내에서 균일하게 분배될 때 달성된다. 고온 가스와의 젖은 탄화수소-함유 폐기물 사이에서의 접촉 동안, 열은 가스에서 탄화수소-함유 폐기물(예로서, 고체)로 전달되어, 탄화수소-함유 폐기물이 약 150℉ 내지 약 250℉의 범위까지 가열되게 하며, 이때 탄화수소-함유 폐기물(예로서, 고체)에서의 수분은 증발하며 증기로 전환된다. 증기는 다른 고온 가스를 갖고 회전식 소성로 반응기(102)로부터 방출되며 사이클론(400)(이하에서 상세히 설명되는)으로 향해진다.

젖은 탄화수소-함유 폐기물의 건조 동안 수반된 일반적 반응 또는 개략적 반응은 다음과 같다:

탄화수소-함유 물질 + 물 + 고온 가스 → 탄화수소-함유 물질 + 증가 + 냉각 가스

건조된 탄화수소-함유 폐기물은 회전식 소성로 반응기(102)로부터 고체를 제거하기 위한 수단(112)을 통해 회분(ash)으로서 회전식 소성로 반응기(102)로부터 방출된다.

장치(100)는 탄화수소 고체를 약 800℉ 내지 약 1000℉의 범위에서의 온도로 가열함으로써 탄화수소-함유 폐기물의 열분해를 수행할 수 있으며, 이때 탄화수소-함유 폐기물에 존재하는 휘발성 물질(volatile matter)은 증발된다. 휘발성 물질은 주로 대분자 탄화수소, 소분자 탄화수소, 일산화탄소 및 수소를 포함하는 가연성 가스, 및 이산화탄소, 질소 및 물을 포함하는 불연성 가스를 포함한다. 탄화수소-함유 폐기물의 열분해를 위해 장치(100)를 이용할 때, 탄화수소-함유 폐기물은 그것들이 가스 분배기(108)를 통해 회전식 소성로 반응기(102)에 도입된 고온 가스와 접촉되는 회전식 소성로 반응기(102)로 도입된다.

탄화수소-함유 폐기물의 열분해 동안 수반된 일반적 반응 또는 개략적 반응은 다음과 같다:

탄화수소-함유 폐기물 + 고온 가스-- → 탄화수소 + CO + H2 + CO2 + H2O

탄화수소 → 액체 탄화수소 + 가스 탄화수소

탄화수소-함유 폐기물의 기화는 또한 다음의 방법론을 사용하여 발생할 수 있다. 탄화수소-함유 폐기물은 탄화수소-함유 폐기물의 온도를 약 800℉ 내지 약 1000℉까지 올리기 위해 적절한 열을 발생시키기 위해 부분적으로 연소된다. 탄화수소-함유 폐기물의 도입 이전에, 회전식 소성로 반응기(102)는 탄화수소-함유 폐기물의 점화 온도 이상의 온도로 가열된다. 탄화수소-함유 폐기물을 점화하기 위해 사용되는 산소-보유 가스는 가스 분배기(108)를 통해 회전식 소성로 반응기(102)에 도입된다. 실온 탄화수소-함유 폐기물은 예열된 회전식 소성로 반응기(102)에 도입된다. 회전식 소성로 반응기(102)로의 실온 탄화수소-함유 폐기물의 도입은 산소-보유 가스가 회전식 소성로 반응기(102)에 도입되기 전, 그동안, 또는 그 후 발생할 수 있다. 이러한 방법을 사용한 탄화수소-함유 폐기물의 열분해에 대한 유리한 결과는 산소-보유 가스가 가스 분배기(108)의 4개의 구역 전체에 걸쳐 균일하게 분배될 때 달성된다. 회전식 소성로 반응기(102)에서 산소-보유 가스와 고체 탄화수소-함유 폐기물의 접촉 동안, 탄화수소-함유 폐기물은 부분적으로 연소된다. 연소의 열은 탄화수소-함유 폐기물의 온도가 약 800℉ 내지 약 1000℉로 올라가게 하며, 이때 탄화수소-함유 폐기물에 포함된 휘발성 물질은 가스 상으로 증발한다. 이러한 열분해 방법론에 수반된 일반적 반응 또는 개략적 반응은 다음을 포함한다:

탄화수소-함유 폐기물 + 공기 → 탄화수소 + CO + H2 + CO2 + H2O + N2

탄화수소 → 액체 탄화수소 + 가스 탄화수소

앞서 언급한 방법에 따르면, 회전식 소성로 반응기(102)로부터 방출된 고체 잔사는 탄화수소-함유 폐기물에 존재하는 고정 탄소뿐만 아니라 탄화수소-함유 폐기물의 무기 성분을 포함한다. 이러한 고체 잔사는 청정 연소(clean burning) 속성을 가지며 그러므로 고급 고체 연료로 고려된다. 이러한 열분해 방법론 동안 이용된 탄화수소-함유 폐기물이 바이오매스일 때, 회전식 소성로 반응기(102)로부터 방출된 고체 잔사는 바이오-숯을 구성한다.

장치(100)의 의도된 사용이 유틸리티 사용을 위한 청정 가스 연료를 생성하기 위해 탄화수소-함유 폐기물의 가스화를 실행하는 것일 때, 탄화수소-함유 폐기물은 탄화수소-함유 물질을 연소성 및 불연성 가스의 혼합물로 전환시키기 위해 높은 온도에서 산소 보유 가스(즉, 공기) 및 물(즉, 수증기)과 반응한다. 연료 가스 혼합물은 일산화탄소, 수소, 메탄, 에탄, 이산화탄소, 수증기, 및 질소를 포함할 수 있다. 부가적으로, 연료 가스 혼합물은 처리된/가스화된 다양한-소스 탄화수소-함유 폐기물의 조성에 관계없이 입방 피트당 약 80 내지 약 320 BTU의 범위에서의 칼로리 값을 가질 수 있다. 이 인스턴스에서, 실온 탄화수소-함유 폐기물은 소성로 반응기(102)로 도입되며, 이것은 탄화수소-함유 폐기물의 점화 온도 이상의 온도로 예열된다. 산소-보유 가스는 탄화수소-함유 폐기물을 점화하기 위해 사용되며 가스 분배기(108)를 통해 회전식 소성로 반응기(102)에 도입된다. 유리하게 발생할 가스화에 대해, 탄화수소-함유 폐기물은 약 20% 내지 약 50% 수분 함량을 가질 수 있다. 탄화수소-함유 폐기물이 회전식 소성로 반응기(102)로의 도입 이전에 충분한 수분 함량을 포함하지 않는다면, 물이 회전식 소성로 반응기(102)에 있는 동안 탄화수소-함유 폐기물로 도입된다. 대안적으로, 물 대신에, 증기가 회전식 소성로 반응기(102)에 있는 동안 탄화수소-함유 폐기물로 도입될 수 있다.

예열된 회전식 소성로 반응기(102)에 들어갈 때, 탄화수소-함유 폐기물로부터의 작은 양의 휘발성 물질이 즉시 증발된다. 연소의 휘발성 물질의 인화점으로 예열되는 회전식 소성로 반응기(102) 때문에, 휘발성 물질은 공기 또는 몇몇 다른 산소-보유 가스와 접촉될 때 즉시 점화된다. 현재 가스화 방법론에 대해, 회전식 소성로 반응기(102)의 길이를 따라 도입된 산소-보유 가스의 양은 탄화수소-함유 폐기물의 완전 연소를 위해 요구된 것 훨씬 아래에 있다. 산소-보유 가스의 양은 탄화수소-함유 폐기물의 완전 연소를 위해 요구된 것의 약 30용적% 내지 약 70용적%의 범위에 있을 수 있다. 탄화수소-함유 폐기물의 화학적 조성, 그 안에 포함된 수분의 양, 및 가스화 반응의 의도된 온도는 산소 보유 가스의 양을 좌우한다.

가스화 동안, 가스-고체 반응의 4개의 별개의 구역은 회전식 소성로 반응기(102)의 길이를 따라 생성되며 구역의 각각에서의 대응하는 온도는 탄화수소-함유 폐기물의 기화된 휘발성 물질의 부분 연소 및 수증기 및 탄화수소-함유 폐기물 사이에서의 가스화 반응에 기인한다. 4개의 구역은 회전식 소성로 반응기(102)에 들어가도록 허용된 총 산소 보유 가스의 부분을 제어하는 것에 기인한다.

산업 및 제조 프로세스에 의해 발생된 폐기물은 그것들의 물리적 및 화학적 속성에 관하여 상당히 달라진다. 이들 폐기물의 각각을 개별적으로 또는 조합하여 처리할 수 있기 위해, 폐기물의 요건과 동조시키기 위해 회전식 소성로 반응기(102) 내에서의 적절한 반응 조건이 제공되어야 한다. 탄화수소-함유 폐기물의 물리적 속성은 일반적으로 크기, 밀도, 및 그것들의 수분 함량에 관한 것이다. 물리적 속성은 폐기물이, 폐기물이 회전식 소성로 반응기(102)의 한계 내에서 가스 반응물질과 완전히 반응하도록 회전식 소성로 반응기(102) 내에 특정한 체류 시간을 할당받도록 요구한다. 회전식 소성로 반응기(102)의 구역 내에서 국소화된 온도를 증가시키기 위한 본 개시 내용의 능력은 회전식 소성로 반응기(102) 내에서 반응의 속도를 높인다. 이러한 방식으로, 본 개시 내용의 장치(100)는 수신된 탄화수소-함유 폐기물의 물리적 속성에서의 변화를 수용할 수 있다.

반대로, 탄화수소-함유 폐기물의 화학적 속성은 폐기물 내에 포함된 휘발 탄소 함량 및 고정 탄소의 양에 의해 결정된 바와 같이 그것들의 기본 조성 및 그것들의 휘발성에 의해 특성화된다. 기본 조성은 폐기물을 완전히 가스화하기 위해 요구된 물의 양뿐만 아니라 산소-보유 가스의 양을 결정한다. 휘발성은 반응 가스가 폐기물의 효과적인 가스화를 위해 도입되는 경우에 영향을 준다. 예를 들면, 플라스틱 폐기물 및 목탄의 혼합물은 거의 50% 휘발 탄소 및 50% 고정 탄소를 포함하는 반면 직물 폐기물은 대부분 휘발 탄소를 포함한다. 플라스틱 및 목탄 혼합물의 가스화를 위해, 회전식 소성로 반응기(102)의 길이를 따라 산소-보유 가스의 점진적 도입이 가스화를 위한 유효 모드이다. 반응 가스의 점진적 도입을 위한 이유는 휘발 탄소가 반응 가스와 즉각적으로 반응하려는 경향을 갖는 반면 고정 탄소는 발생할 가스화 반응을 위해 반응 가스와 보다 긴 접촉 시간을 요구한다는 것이다. 본 개시 내용의 회전식 소성로 반응기(102)는 구역화된 가스 분배기(108)를 통해 회전식 소성로 반응기(102)의 길이를 따라 폐기물의 요구에 따라 반응 가스를 도입하기 위한 능력을 가진다. 직물 폐기물에 대해, 가스화를 위한 유효 모드는 폐기물이 회전식 소성로 반응기(102)로 도입되는 곳에 가까운 구역에서 필요한 산소 함유 가스 및 물의 대부분의 도입을 포함한다. 따라서, 이 경우에 모든 산소-보유 가스는 가스 분배기(108)의 제1 구역에 들어갈 수 있다.

다음의 단락은 휘발 탄소 및 고정 탄소의 거의 동일한 부분을 포함하는 탄화수소-함유 폐기물을 사용한 가스화를 위한 본 개시 내용의 대표적인 애플리케이션을 설명한다. 이하가 단지 대표적인 애플리케이션이므로, 그것은 제한적이도록 의도되지 않는다. 이 기술분야의 숙련자는 본 개시 내용이 다양한-소스 탄화수소-함유 폐기물의 효율적인 가스화를 위해 요구된 모든 유형의 가스/고체 반응을 수용하도록 회전식 소성로 반응기(102)의 한계 내에서 무한한 수의 반응 조건을 제공한다는 것을 이해해야 한다.

다음의 예에서, 휘발 탄소 및 고정 탄소의 대략 동일한 부분을 포함하는 폐기물은 회전식 소성로 반응기(102)로의 탄화수소-함유 물질의 입구에 가장 가까울 수 있는 제1 구역에서 처리되고, 온도는 휘발성 물질의 부분 증발에 앞서, 탄화수소-함유 물질에 포함된 수분이 먼저 진화되도록 약 800℉ 아래에서 유지된다. 제1 구역에서, 약 10% 내지 약 25%의 산소-보유 가스가 도입된다. 제1 구역에서, 다음의 반응은 가스(들) 및 고체 탄화수소-함유 폐기물 사이에서의 상호작용을 나타낸다:

탄화수소-함유 물질 + 고온 가스 → 휘발성 물질 + 증기

휘발성 물질 + 공기 → CO2 + CO + H2 + H2O + 탄화수소

제2 구역에서, 또 다른 약 10% 내지 약 25%의 산소-보유 가스가 휘발성 물질을 추가로 연소시키기 위해 도입되며, 이것은 계속해서 증발한다. 제2 구역에서, 온도는 약 1000℉ 내지 약 1200℉로 올라가도록 허용된다. 제2 구역 구성의 목적은 탄화수소-함유 물질로부터 휘발성 물질을 완전히 증발시키는 것이다.

제3 구역에서, 또 다른 약 25% 내지 약 40%의 산소-보유 가스가 도입되고 탄화수소-함유 물질로 지향되며, 이것은 이제 휘발성 물질이 없지만 탄화수소-함유 폐기물의 무기 성분 및 고정 탄소를 포함한다. 제3 구역의 구성은 고정 탄소의 완전 연소를 허용한다. 제3 구역에서, 온도는 고정 탄소의 연소를 가속화하기 위해 약 1800℉ 내지 약 2000℉의 범위로 올라가도록 허용된다. 제3 구역에서 회전식 소성로 반응기(102)의 내부에 존재하는 중 탄화수소 및 가연성 가스는 또한 산소-보유 가스를 갖고 부분적으로 연소된다. 제3 구역에서 회전식 소성로 반응기(102) 내부에서의 가스에 존재하는 수증기는 또한 기화된 휘발성 물질에 존재하는 중 탄화수소 분자와뿐만 아니라 고정 탄소와 반응하며, 그에 의해 이들 분자가 보다 작은 탄화수소 분자 및 주로 일산화탄소 및 수소를 포함하는 가연성 가스로 분해되게 한다. 제3 구역에서, 주 반응은 다음과 같다:

C + O2 → CO2

CO + H2 + O2 + 중 탄화수소 → CO2 + H2O + CH4 + C2H6 + CO + H2

제4 구역 및 그 다음 구역(만약에 있다면)에서, 제3 구역에서의 것들과 유사한 조건이 그 안에 도입된 산소-보유 가스의 온도 및 양에 대하여 유지된다.

예를 들면, 탄화수소-함유 폐기물이 거의 모든 휘발 탄소를 포함하는 폐기물로 대체된다면, 100%의 산소-보유 가스가 가스 분배기(108)의 제1 구역에 들어갈 것이며 가스화 반응의 모두는 제1 구역 내에서 발생할 것이다.

장치(100)의 모든 구성요소가 모든 처리 기능을 위해 필요한 것은 아니며 그러므로 단지 장치(100)의 관련 있는 구성요소만이 장치(100)에 의해 실행된 처리 기능에 의존하여 이용될 수 있다. 특정한 처리 기능 동안 이용되지 않는, 장치(100)의 유휴 상태의 구성요소는 간단히 바이패스될 수 있으며, 그에 의해 임의의 방식으로 특정 처리 기능의 효율에 영향을 주지 않는다.

도 4를 참조하면, 탄화수소-함유 폐기물을 처리하기 위한 시스템(400)이 설명된다. 탄화수소-함유 폐기물은 컨베이어 수단(예로서, 스크루 공급기)(404)을 사용하여 저장 장치(402)(예로서, 호퍼)로부터 가스화기(장치(100)와 같은)로 향해진다. 탄화수소-함유 폐기물은 여기에 설명된 기능을 사용하여 가스화기/장치(100)에 의해 처리될 수 있다.

가스화기/장치(100)로 도입된 가스, 탄화수소-함유 폐기물과 도입된 가스의 반응에 의해 발생된 가스, 및 그 밖에 가스화기/장치(100)에 의해 처리될 때 발생된 반응 회분은 사이클론(406)으로 지향되며, 상기 사이클론(406)은 비-탄소질 회분 물질(non-carbonaceous ash materials) 및 탄소질 물질(carbonaceous materials)로부터 탄소질 가스를 분리하도록 구성된다. 부가적으로, 고체/회분은 탄화수소-함유 폐기물에 존재하는 불연성 부분의 존재에 비례하는 레이트로 사이클론(406)에 들어간다. 이들 가스 및 회분은 약 1800℉의 온도를 가질 수 있다. 사이클론(406)에서, 입수된 회분의 적어도 일부분이 가스로부터 분리되며, 회분은 시스템으로부터 제거된다. 사이클론(406)에 남아있는 가스는 그것들이 에너지의 소스로서 이용되기 전에 두 개의 방법에 의해 냉각될 수 있다. 냉각의 하나의 방법은 퀀처(quencher)(408)에서 물과의 직접 접촉에 의해 발생한다. 가스를 냉각시키기 위한 대안적인 방법은 폐열 교환기(Waste Heat Exchanger; "WHE")(414)에서 물과 가스를 접촉시키는 간접 수단을 사용하는 것에 의한다.

퀀처(408)를 빠져나올 때 또는 WHE(414)를 빠져나올 때, 가스는 그것이, 예를 들면, 버너(412)에 의해 이용되기 전에 사이클론(410) 또는 필터(416)를 사용하여 부가적인 회분을 제거하기 위해 추가로 정제된다. 예로서, 서지 탱크(418)는 물리적 및 화학적 속성에 대한 그것의 가변성 때문에 탄화수소-함유 폐기물의 가스화로부터 연료 가스의 생성 시 서지를 완화시키기 위해 시스템(400)에 포함된다.

예를 들면, 가스는 퀀처(408)에 들어갈 때 약 1800℉의 온도 및 퀀처(408)를 빠져나올 때 약 350℉의 온도를 가질 수 있다. 가스는 퀀처(408) 및 버너(412) 사이, 및 WHE(414) 및 버너(412) 사이에서의 전달 동안 대체로 일정한 온도를 가질 수 있다. 예를 들면, 일정한 온도는 약 350℉일 수 있다.

가스는 WHE(414)에 들어가는 동안 약 1800℉일 수 있으며 WHE(414)를 떠날 때 약 350℉일 수 있다. 석회가 그 안에서 오염물을 제거하기 위해 필터(416)에 도입될 수 있다.

이제 본 개시 내용에 따른 탄화수소-함유 폐기물을 처리하기 위한 방법(500)을 예시하는 도 5를 유의해야 한다. 블록 502에서, 탄화수소-함유 폐기물은 적어도 3개의 상이한 반응 환경하에서 산소-보유 가스 및 물과 반응한다. 이것은 장치/가스화기(100)를 사용하여 수행될 수 있다. 탄화수소-함유 폐기물은 약 20% 내지 약 50% 수분 함량을 가질 수 있다. 산소-보유 가스는 이하에 설명되는 반응 환경의 모두 또는 거의 모두에서 사용된다. 전체 반응은 탄화수소-함유 폐기물을 가스화하는 것을 수반할 수 있다. 제1 반응 환경은 실온 탄화수소-함유 폐기물이 장치에 들어가는 것을 수반하며 이때 탄화수소-함유 폐기물의 휘발성 물질의 적어도 일 부분은 장치가 탄화수소-함유 폐기물의 연소의 점화 온도/인화점 이상의 온도로 예열되는 것으로 인해 즉시 증발된다. 제2 반응 환경에서, 장치의 온도는 약 800℉ 아래에서 유지되어, 탄화수소-함유 폐기물에 포함된 수분이, 휘발성 물질의 부분 증발에 앞서, 먼저 진화하게 한다. 제3 반응 환경에서, 장치의 온도는 약 1000℉ 내지 약 1200℉ 사이에서 유지되어, 탄화수소-함유 폐기물로부터 휘발성 물질의 완전한 기화를 야기한다. 이것은 탄화수소-함유 폐기물에 남아있는 고정 탄소 및 무기 성분을 야기한다. 제4 반응 환경에서, 장치는 약 1800℉ 내지 약 2000℉의 범위에서 유지되어, 탄화수소-함유 폐기물의 고정 탄소의 연소를 야기한다. 제4 반응 환경의 조건은 또한 중 탄화수소 가연성 가스가 부분적으로 연소되는 것, 뿐만 아니라 수증기가 보다 작은 탄화수소 분자 및 가연성 가스(예로서, 일산화탄소 및 수소)를 생성하기 위해 탄화수소와 반응하는 것을 야기한다. 제5 반응 환경 및 그 다음 반응 환경(만약에 있다면)은 제4 반응 환경에서의 것들과 유사한 조건을 가진다.

블록 504에서, 탄화수소-함유 폐기물의 가스화에 기인한 고체 잔사는 탄화수소-함유 폐기물의 가스화로부터 발생된 가스로부터 분리된다. 이것은 사이클론(406)을 사용하여 수행될 수 있다. 블록 506에서, 가스 탄화수소-함유 폐기물은 물과의 직접 접촉을 사용하여 퀀칭된다. 가스 탄화수소-함유 폐기물의 퀀칭은 퀀처(408)를 사용하여 수행될 수 있다. 블록 508에서, 부가적인 고체 잔사는 탄화수소-함유 폐기물의 가스화로부터 발생된 퀀칭 가스로부터 분리된다. 이것은 퀀처 사이클론(410)을 사용하여 수행될 수 있다. 블록 510에서, 분리된 가스는 연소된다. 상기 가스의 연소는 버너(412)를 사용하여 수행될 수 있다.

블록 512에서, 열 에너지는 탄화수소-함유 폐기물의 가스화로부터 발생된 고온 가스로부터 간접 수단에 의해 포획된다. 이것은 WHE(414)를 사용하여 수행될 수 있다. 블록 514에서, 부가적인 고체 회분은 탄화수소-함유 폐기물로부터 분리된다. 이것은 필터(416)를 사용하여 수행될 수 있다. 블록 516에서, 탄화수소-함유 폐기물의 가스화에 의해 발생된 가스는 탄화수소-함유 폐기물의 가스화에 의해 발생된 연료 가스의 하나의 유틸리티의 예시로서 연소된다. 이것은 버너(412)를 사용하여 수행될 수 있다. 가스의 이용을 위한 대안적인 옵션은 산업 및 제조 가공처리에서의 연료의 직접 대체, 증기를 발생시키기 위한 보일러에서 연료의 직접 대체, 및 전기를 발생시키기 위한 가스 엔진에서 연료의 직접 대체이다.

이제 도 6을 참조하면, 산업 폐기물을 가스 연료로 전환시키기 위한 대표적인 시스템(600)이 설명된다. 이용된 다양한-소스 산업 폐기물 소스는 통상적인 화학 처리 공장에 의해 발생된 다양한 폐기물의 조합일 수 있다. 시스템(600)에 의해 처리될 수 있는 다양한-산업 폐기물의 대표적인 구성요소는 표 1에 묘사된다. 시스템(600)은 본 개시 내용이 어떻게 증기의 형태로 및 사용 가능한 연료 가스의 형태로 15톤/일의 다양한-소스 폐기물을 사용하여 에너지를 회수하기 위해 이용될 수 있는지를 예시한다.

통상적인 화학 공장에 의해 발생된 폐기물의 잠재적 조성

도 7은 실제로 본 발명이 어떻게 증기의 형태로 및 사용 가능한 연료 가스의 형태로 일당 15톤의 또 다른 유형의 다양한 소스 폐기물을 사용하여 에너지를 회수하기 위해 이용될 것인지를 예시한다.

도 6, 도 7, 및 도 8에서의 폐기물 유형 사이에서의 구별 특성은 그것들을 그것들의 화학적 속성의 관점에서 상이하게 하는 그것들의 고유 칼로리 값이다. 가스는 예를 들면, 약 2,110 ㎏/h, 약 2,756 ㎏/h, 또는 약 3,212 ㎏/h의 레이트로 WHE(414)에 들어갈 수 있다. 가스는 예를 들면, 약 1,385 ㎏/h 또는 약 1,400 ㎏/h의 레이트로 퀀처(408)에 들어갈 수 있다. 가스는 예를 들면, 약 1,720 ㎏/h, 약 1,820 ㎏/h, 또는 약 1,920 ㎏/h의 레이트로 사이클론(410)에 들어갈 수 있다. 가스는 예를 들면 약 1,720 ㎏/h, 약 1,820 ㎏/h, 또는 약 1,920 ㎏/h의 레이트로 버너(412)에 들어갈 수 있다. 가스는 예를 들면, 약 2,100 ㎏/h, 약 2,756 ㎏/h, 또는 약 3,212 ㎏/h의 레이트로 사이클론(406)에 들어갈 수 있다. 회분은 예를 들면, 약 9.65 ㎏/h, 약 6.80 ㎏/h, 또는 약 3.88 ㎏/h의 레이트로 시스템으로부터 제거될 수 있다. 화학적 속성에서의 그것들의 차이에도 불구하고, 본 발명의 장치에 의한 열화학 전환의 결과로서 발생된 연료의 가열 값은 거의 동일한 채로 있다.

본 개시 내용의 상기 교시는 예시적이도록 의도된다. 그것들은 본 개시 내용의 원리 및 응용을 설명하기 위해 선택되었으며 철저하거나 또는 본 개시 내용을 제한하도록 의도되지 않는다. 개시된 실시예의 많은 수정 및 변화가 이 기술분야의 숙련자에게 명백할 수 있다. 게다가, 본 개시 내용은 여기에 개시된 특정 세부사항 및 단계의 일부 또는 모두 없이 실시될 수 있다는 것이 이 기술분야의 숙련자에게 명백해야 한다.

명세서 및 도면은 따라서 제한적인 의미보다는 예시적인 것으로 간주된다. 그러나, 다양한 수정 및 변화가 청구항에 제시된 바와 같이 본 개시 내용의 보다 넓은 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 그것에 대해 이루어질 수 있다는 것이 명백해야 한다.

Claims

다양한-소스 탄화수소-함유 폐기물의 가스화를 위한 장치로서,
다양한 물리적 및 화학적 속성을 갖는 상기 다양한-소스 탄화수소-함유 폐기물을 가연성 연료 가스로 열화학적으로 전환시키도록 구성된 회전식 소성로(rotary kiln)로서, 상기 회전식 소성로는 적어도 2개의 반응 구역을 구비하는, 상기 회전식 소성로;
상기 회전식 소성로와 연통하는 공급기;
상기 회전식 소성로 내에 실질적으로 포함된 가스 분배기로서, 상기 회전식 소성로의 길이를 따라 상기 회전식 소성로로 반응 가스를 도입하도록 구성된, 상기 가스 분배기;
상기 회전식 소성로와 연통하는 제1 사이클론으로서, 비-탄소질 회분 물질(non-carbonaceous ash materials) 및 탄소질 물질(carbonaceous materials)로부터 탄소질 가스를 분리하도록 구성된, 상기 제1 사이클론;
상기 제1 사이클론과 연통하는 퀀처(quencher) 또는 폐열 교환기;
상기 퀀처와 연통하는 제2 사이클론; 및
상기 퀀처와 연통하는 버너로서, 상기 비-탄소질 회분 물질을 연소시키도록 구성된, 상기 버너
를 포함하고,
상기 가스 분배기는 반응 구역들을 형성하기 위해 상기 회전식 소성로의 길이를 따라 상이한 양의 반응 가스를 도입하도록 구성되고, 상기 반응 구역들은 상기 폐기물의 화학적 속성에 따라 형성되고, 상기 가스 분배기는 2 내지 8개의 반응 구역들을 포함하며, 상기 가스 분배기는 상기 반응 가스를 동일한 또는 가변 양으로 상기 회전식 소성로에 도입하도록 구성되고, 상기 가스 분배기는 상기 가스 분배기의 방사상 원주의 90도 내지 180도를 따라 천공되고, 상기 퀀처가 상기 제2 사이클론 및 상기 버너와 연통하며, 상기 퀀처는 탄소질 물질을 물과 접촉시켜 상기 탄소질 물질의 온도를 350℉로 저감시키고,
적어도 2개의 반응 구역들은 동일한 길이를 갖고,
상기 폐열 교환기는 상기 제1 사이클론 및 상기 회전식 소성로와 연통하고, 상기 폐열 교환기는 350℉에서 탄소질 물질을 순환하는 액체와 간접적으로 접촉시켜서, 상기 탄소질 물질의 온도를 200℉로 강하시키는, 장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 회전식 소성로는 상기 회전식 소성로 내에서의 고체의 위치를 회전 속도에 의해 제어하도록 구성되는, 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 장치는 젖은 고체의 건조, 상기 다양한-소스 탄화수소-함유 폐기물의 열분해, 및 상기 다양한-소스 탄화수소-함유 폐기물의 연소 중 적어도 하나를 수행하기 위해 이용되는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 장치는 상기 폐기물을 일산화탄소, 수소, 메탄, 에탄, 이산화탄소, 수증기 및 질소를 포함하는 가연성 연료 가스 혼합물로 열화학적으로 전환하도록 구성되며, 상기 가연성 연료 가스 혼합물은 상기 다양한-소스 탄화수소-함유 폐기물의 조성에 관계없이 입방 피트당 80 내지 320 BTU의 범위의 칼로리 값을 갖는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 장치는 건조 기준으로 상기 다양한-소스 탄화수소-함유 폐기물의 양의 25중량% 내지 30중량%의 레벨로 물의 양을 도입하도록 구성되는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 폐열 교환기는 필터를 갖는, 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 회전식 소성로의 제1 반응 구역 내의 온도는 상기 탄화수소-함유 폐기물의 연소의 인화점 내지 800℉ 사이인, 장치.
제1항에 있어서,
상기 회전식 소성로의 제2 반응 구역은 800℉ 미만의 온도를 갖는, 장치.
제1항에 있어서,
제3 반응 구역 내의 온도는 1800℉ 내지 2000℉ 사이인, 장치.
제1항에 있어서,
상기 회전식 소성로는 상기 회전식 소성로를 떠나는 폐기물의 온도를 2000℉로 제공하도록 구성되는, 장치.
가연성 연료 가스를 생성하는 방법으로서,
다양한 물리적 및 화학적 속성을 갖는 다양한-소스 탄화수소-함유 폐기물을 제공하는 단계;
공급기를 이용해서 상기 폐기물을 가연성 연료 가스로 열화학적으로 전환시키도록 구성된 가스화기(gasifier)로 공급하는 단계;
1000℉ 내지 1200℉ 사이의 온도에서 상기 가스화기 내의 상기 폐기물을 연소시키는 단계;
비-탄소질 회분 물질 및 탄소질 물질로부터 탄소질 가스를 분리시키도록 구성된 사이클론을 이용해서 상기 가스화기를 떠나는 물질을 분리시키는 단계;
퀀처 또는 폐열 교환기를 이용해서 상기 사이클론으로부터 상기 가연성 연료 가스를 냉각시키는 단계;
상기 탄소질 물질을 냉각시키는 단계;
상기 비-탄소질 회분을 제거하는 단계; 및
상기 탄소질 물질을 연소시켜 더 많은 상기 가연성 연료 가스를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 가스화기는 적어도 4개의 반응 구역들을 구비하고, 상기 가스화기는 회전식 소성로를 포함하고,
적어도 2개의 반응 구역들은 동일한 길이를 갖고,
상기 폐열 교환기는 상기 사이클론 및 상기 회전식 소성로와 연통하고, 상기 폐열 교환기는 350℉에서 탄소질 물질을 순환하는 액체와 간접적으로 접촉시켜서, 상기 탄소질 물질의 온도를 200℉로 강하시키는, 방법.
삭제
제22항에 있어서,
상기 공급기는 스크루 공급기(screw feeder)인, 방법.
삭제
제22항에 있어서,
상기 가스화기는 상기 탄화수소-함유 폐기물의 연소의 인화점 내지 800℉ 사이의 온도에서 제1 반응 구역을 구비하는, 방법.
제26항에 있어서,
상기 가스화기는 800℉ 미만의 온도에서 제2 반응 구역을 구비하는, 방법.
제27항에 있어서,
상기 가스화기는 1000℉ 내지 1200℉ 사이의 온도에서 제3 반응 구역을 구비하는, 방법.
제28항에 있어서,
상기 가스화기는 1800℉ 내지 2000℉ 사이의 온도에서 제4 반응 구역을 구비하는, 방법.