KR102608619B1 - 폐기물을 이용한 수소 생산 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐기물을 이용한 수소 생산 시스템 및 방법에 관한 것으로, 폐기물을 압축하여 강제 이송시키도록 설치된 폐기물 공급장치; 폐기물 공급장치로부터 공급된 압축 폐기물을 용융하여 슬래그와 합성가스를 생성하도록 설치된 가스화 용융로; 가스화 용융로에서 배출된 합성가스를 냉각시키도록 설치된 냉각장치; 냉각장치에서 배출된 냉각된 합성가스를 중화, 탈황 및 탈염하도록 설치된 중화 및 탈황 세정장치; 중화 및 탈황 세정장치에서 배출된 합성가스를 이산화탄소와 수소를 포함한 가스로 처리하도록 설치된 수성가스 전환장치;와 수성가스 전환장치에서 배출된 가스에서 수소를 추출하도록 설치된 수소 정제장치를 포함하여 이루어짐으로써, 폐기물이 압축되어 가스화 용융로에 공급되고, 이때 발생한 합성가스가 냉각 및 정화되는 일련의 공정이 연속으로 진행되도록 한 것이다.
Description
본 발명은 폐기물을 가스화시켜 수소를 생산하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기물을 압축하여 가스화 용융로에 공급하고, 이 가스화 용융로에서 생산된 합성 가스를 냉각하여 수성가스 전환장치와 수소 정제장치에 순차적으로 공급한 후 수소를 포집하도록 된 폐기물을 이용한 수소 생산 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 산업의 발달과 더불어 각종 산업현장에서는 다양한 종류의 폐기물이 발생하고 있다. 이러한 폐기물을 처리하기 위하여 일정 장소에 매립하는 경우 환경오염이 발생할 수 있다. 또한, 폐기물을 소각하는 경우 다이옥신의 배출과 중금속이 함유된 재의 발생 등으로 인해 2차 공해물질을 배출시킬 수 있다.
이외에 매립 또는 소각의 대안으로, 폐기물을 고온으로 가스화한 후, 정제하는 방식이 제시되었다. 좀 더 자세히 설명하자면, 폐기물의 가스화 방식은 폐기물을 가스화 용융로에 투입하여 고온으로 가열하고, 순산소와 반응을 시켜 발생한 합성 가스에서 일산화탄소(CO)와 수소(H2)를 분리하여 수집하고, 폐기물을 가열하고 남은 슬랙(slag)을 별도 배출하도록 구성될 수 있다.
하지만, 폐기물이 보다 효율적으로 압축 및 공급되고, 합성가스로부터 고순도의 유용성 가스를 수집하기 위한 진일보된 기술 개발이 요구되고 있다.
상기된 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 폐기물이 압축되면서 기밀이 유지된 상태로 가스화 용융로에 공급되어 합성가스가 생성되고, 합성가스가 고도로 정제되어 고순도의 유용성 가스가 수집되는 일련의 공정이 연속으로 진행되고, 각 공정에서의 효율이 향상되도록 폐기물을 이용한 수소 생산 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상술된 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 폐기물을 이용한 수소 생산 시스템은 폐기물을 압축하여 강제 이송시키도록 설치된 폐기물 공급장치; 폐기물 공급장치로부터 공급된 압축 폐기물을 용융하여 슬래그와 합성가스를 생성하도록 설치된 가스화 용융로; 가스화 용융로에서 배출된 합성가스를 냉각시키도록 설치된 냉각장치; 냉각장치에서 배출된 냉각된 합성가스를 중화, 탈황 및 탈염하도록 설치된 중화 및 탈황 세정장치; 중화 및 탈황 세정장치에서 배출된 합성가스를 이산화탄소와 수소를 포함한 가스로 처리하도록 설치된 수성가스 전환장치;와 수성가스 전환장치에서 배출된 가스에서 수소를 추출하도록 설치된 수소 정제장치를 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고 중화 및 탈황 세정장치에서 유입된 합성가스가 일시 저장되어 수성가스 전환장치로 배출되도록 설치된 버퍼탱크;와 수소 정제장치에서 배출된 수소를 압축하여 저장소로 보내도록 설치된 수소 압축기; 중 적어도 하나를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 폐기물 공급장치는 연속가열로와 파쇄 및 가압 스크류를 포함할 수 있다.
이때, 파쇄 및 가압 스크류는 폐기물이 유입되는 연속가열로의 입구 부위에 내장되고, 제자리 회전하면서 유입된 폐기물을 파쇄한 후 출구로 강제 이송시키도록 설치될 수 있다.
또, 연속가열로는 입구 부위에 폐기물이 유입되도록 설치된 호퍼와, 파쇄 및 가압 스크류에 의해 강제 이송되는 파쇄된 폐기물을 압축시키기 위해 중간 부위에 내향으로 경사진 경사 내면과, 경사 내면 부근에 공기 배출을 위해 설치된 배기구를 구비하고, 경사 내면을 포함한 일부 구간에 열을 가하여 유연해진 폐기물이 압축되는 동안 보유 중인 공기가 배기구를 통해 외부로 배출되도록 설치되어 이루어질 수 있다.
또한, 폐기물 공급장치는 경사 내면읊 포함한 일부 구간에 열을 가하도록 설치된 가열수단과, 원기둥으로 연속으로 강제 이송되는 암축 폐기물을 일정 간격으로 절단하도록 연속가열로에 설치된 절단수단 중 적어도 하나를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 폐기물을 이용한 수소 생산 방법은 폐기물을 압축하는 제10단계(S10); 압축된 폐기물을 용융 및 가스화하여 합성가스를 생성하는 제20단계(S20); 합성가스를 냉각시키는 제30단계(S30); 냉각된 합성가스를 중화, 탈황 및 탈염하는 제40단계(S40); 중화, 탈황 및 탈염된 합성가스에 스팀을 분사하면서 수성 가스전환 처리하는 제50단계(S50);와 수성 가스전환 처리된 가스에서 수소를 추출하는 제60단계(S60);를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 제50단계(S50)는 보일러에서 공급수를 가열하여 스팀을 합성가스에 분사하도록 이루어질 수 있다.
또한, 제60단계(S60)는 수소를 제외한 불순가스(off-gas)를 별도 포집하거나, 보일러에 연료로 공급하거나, 플레어 스택에서 연소 배출시키도록 이루어질 수 있다.
또한, 제10단계(S10)는 연속가열로에 투입된 폐기물이 파쇄 및 가압 스크류와 연속가열로의 내면에 끼여 이동되면서 파쇄되면 출구 쪽으로 강제 이송하고, 강제 이송되는 동안 연속가열로의 내향 경사진 경사 내면을 통과하면서 압축되도록 하며, 압축될 때 공기를 연속가열로의 외부로 배출하도록 이루어질 수 있다.
또한, 제10단계(S10)는 폐기물이 경사 내면부위에서 압축되는 동안 가열할 수 있고, 폐기물을 원기둥 형상으로 압축하여 가스화 용융로에 연속적으로 공급하거나 일정 간격으로 절단하여 공급하도록 이루어질 수 있다.
전술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 폐기물이 압축되어 가스화 용융로에 공급되고, 이때 발생한 합성가스가 냉각 및 정화되는 일련의 공정이 연속으로 진행될 수 있는 효과가 있다.
또한, 연속가열로에 투입된 폐기물이 제자리 회전하는 파쇄 및 가압 스크류에 의해 파쇄되어 출구로 가압되고, 원기둥 형상으로 압축된 폐기물이 가스화 용융로에 지속적 또는 일정 길이 절단되어 공급됨으로써, 종래의 블럭 단위의 폐기물이 하나씩 공급될 때 발생하는 순간적으로 내부 온도가 낮아지는 현상이 최소화되어 가스화 용융로 내부의 온도가 안정되게 유지될 수 있는 효과가 있다.
그리고 석회분말이 냉각장치에서 합성가스의 이산화탄소를 흡수한 후 회수 챔버로 회수되고, 합성가스의 고온에 의해 가열되어 이산화탄소가 분리되며, 분리된 이산화탄소가 별도 포집됨으로써, 포집된 이산화탄소를 활용할 수 있고, 냉각장치로 이동하는 합성가스의 온도가 1차 냉각되어 냉각장치의 냉각 부담이 줄어들 수 있으며, 수소 정제장치의 이산화탄소 회수 부담이 줄어들 수 있는 효고가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 폐기물을 이용한 수소 생산 시스템이 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시 예에 따라 이산화탄소 정제장치가 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 3은 도 1의 시스템을 이용한 수소 생산 방법이 개략적으로 도시된 순서도이다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 폐기물을 이용한 수소 생산 시스템이 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시 예에 따라 이산화탄소 정제장치가 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 3은 도 1의 시스템을 이용한 수소 생산 방법이 개략적으로 도시된 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 또한, 다양한 실시 예에서 언급된 구성들 중 각 실시 예에서 상호 유사한 구성 및 관련 구성은 대체 또는 교체되거나 추가될 수 있다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
<시스템>
본 발명의 제1실시 예에 따른 폐기물을 이용한 수소 생산 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 폐기물 공급장치(100), 가스화 용융로(200), 냉각장치(300), 중화 및 탈황 세정장치(500), 버퍼탱크(600), 수성가스 전환장치(700), 수소 정제장치(800)와 수소 압축기(900)를 포함하여 이루어질 수 있다.
먼저, 폐기물 공급장치(100)는 폐기물을 일정 크기로 파쇄 및 압축하여 가스화 용융로(200)에 공급하도록 제작될 수 있다. 이를 위해 폐기물 공급장치(100)는 연속가열로(110)와 파쇄 및 가압 스크류(120)를 포함할 수 있다.
연속가열로(110)는 일정 길이를 가지고, 입구부위에 설치된 호퍼(111)를 통해 폐기물이 유입된 다음, 반대쪽의 출구를 통해 가스화 용융로(200)로 공급되도록 제작될 수 있다. 이 연속가열로(110)는 중간부위에서 폐기물의 압축을 위한 내향으로 경사진 경사 내면(112)과, 이 경사 내면(112) 부근에 설치된 배기구(113)를 구비할 수 있다. 그리고 연속가열로(110)는 경사 내면(112)을 포함한 일부 구간에 열을 가하는 가열수단을 더 포함할 수 있다. 이 가열수단에 의해 폐기물이 가열되어 건조 및 열분해 됨과 더불어, 가열로 인해 유연성이 좋아져 경사 내면(112)에서 고도로 압축될 수 있으며, 이 압축과정에서 폐기물에 보유 중인 모든 공기가 배기구(113)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
파쇄 및 가압 스크류(120)는 연속가열로(110)의 호퍼(111) 부근에 배치되고, 지속적으로 제자리 회전하도록 설치될 수 있다. 이 파쇄 및 가압 스크류(120)는 호퍼(111)를 통해 유입된 폐기물을 파쇄하면서 연속가열로(110)의 출구로 밀어내도록 설치될 수 있다. 이때, 폐기물은 파쇄 및 가압 스크류(120)와 연속가열로(110)의 내면 사이에 끼여 이송되면서 파쇄될 수 있다. 이처럼 파쇄 및 가압 스크류(120)가 작동하는 동안 폐기물이 파쇄되어 강제 이송되면서 연속가열로(110)의 경사 내면(112)과의 연동으로 압축되고, 이때 폐기물이 압축되는 동안 발생한 공기가 배기구(113)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 연속가열로(110)에서 배출되는 폐기물은 원기둥 형상의 끊기지 않은 형태로 지속적으로 가스화 용융로(200)에 투입될 수 있다. 여기서, 원기둥 형상의 폐기물이 지속적으로 투입됨으로써, 블럭 단위의 폐기물 패키지가 가스화 용융로(200)에 하나씩 투입되었을 때, 가스화 용융로(200)의 내부 온도가 순간적으로 낮아지는 현상이 방지됨으로써, 가스화 용융로(200) 내부의 온도가 안정되게 유지될 수 있다. 그리고 연속하는 압축 폐기물을 일정 간격마다 절단하기 위한 절단수단이 더 구비될 수 있다.
다음, 가스화 용융로(200)는 폐기물 공급장치(100)로부터 공급된 폐기물이 고온의 내부에서 가스화되어 합성가스와 슬래그(slag)로 생성되도록 제작될 수 있다. 일례로, 산소와 버너에 의해 가열된 대략 1,600 ~ 2,000℃의 내부에 폐기물이 유입되고, 이 폐기물이 용융되면서 급속히 산화 반응 또는 가스화 반응을 진행하게 되어 슬래그와 합성가스가 생성되고, 슬래그를 외부로 배출하면서 합성가스를 냉각장치(300)로 배출하도록 제작될 수 있다.
다음, 냉각장치(300)는 가스화 용융로(200)에서 배출된 대략 1,200 ~ 1,500℃ 정도의 합성가스가 유입되면 대략 70℃ 이하로 냉각시키도록 제작될 수 있다. 이러한 냉각장치(300)는 사이클론 집진기의 구조를 적용하여 제작될 수 있다. 즉, 냉각장치(300)는 내부에서 합성가스가 회전하는 동안 세정수가 분사되도록 구성됨으로써, 합성가스가 회전하여 배출되는 동안 합성가스 내의 분진이 집진되어 제거될 수 있다.
다음, 중화 및 탈황 세정장치(500)는 합성가스에 포함된 가스들 중에서 주요 성분인 일산화탄소와 수소 이외에도 염화수소(HCl), 시안화수소(HCN), 암모니아(NH3), 황화수소(H2S), 메탄(CH4) 등을 포함한 다양한 불필요한 가스가 포함되어 있다. 이들 불필요한 가스를 중화시키고, 탈염과 탈황 작업을 위한 다양한 촉매제를 제공하도록 제작될 수 있다. 그리고 이 중화 및 탈황 세정장치(500)에서 배출된 공정수는 폐수처리장치(510)를 거쳐 정화된 공정수와 슬러지로 분리되어 배출되고, 슬러지는 수집되고, 정화된 공정수는 재차 투입되어 재활용될 수 있다.
다음, 버퍼탱크(600)는 중화 및 탈황 세정장치(500)를 통과한 합성가스가 진정되도록 일시 저장한 후, 수성가스 전환장치(700)로 공급하도록 제작될 수 있다.
다음, 수성가스 전환장치(700)는 버퍼탱크(600)에서 유입된 합성가스 내의 일산화탄소를 이산화탄소와 수소로 전환하도록 제작될 수 있다. 이 수성가스 전환장치(700)는 일례로 WGS일 수 있다. 그리고 수성가스 전환장치(700)는 보일러(710)에서 스팀을 공급받도록 설치될 수 있다.
다음, 수소 정제장치(800)는 수성가스 전환장치(700)에서 배출된 가스에서 수소를 추출하도록 제작될 수 있다. 이 수소 정제장치(800)는 수성가스 전환장치(700)에서 유입된 가스에서 대략 순도 99.99%의 고순도의 수소를 생산할 수 있다. 이러한 수소 정제장치(800)는 일례로 PSA 장치일 수 있다. 그리고 수소 정제장치(800)는 생산된 수소를 수소 압축기(900)로 이송하고, 이외의 이산화탄소 및 질소 등의 불순물(off-gas)은 별도의 탱크에 저장하거나, 보일러(710)의 연료로 공급하거나, 플레어 스택(810)에 이송시켜 연소 배출되도록 할 수 있다.
끝으로, 수소 압축기(900)는 수소 정제장치(800)에서 배출된 수소를 압축하여 저장탱크로 이송시키도록 제작될 수 있다.
<제2실시 예>
한편, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 폐기물을 이용한 수소 생산 시스템은 가스화 용융로(200)와 냉각장치(300) 사이에 설치된 이산화탄소 세정장치(400);를 더 포함할 수 있다.
여기서, 이산화탄소 세정장치(400)는 석회분말이 가스화 용융로(200)에서 배출된 고온의 합성가스의 고온에 의해 간접 가열되면서 이산화탄소가 분리되고, 냉각장치(300)에서 합성가스와 혼합되어 이산화탄소를 흡수하도록 제작될 수 있다. 좀 더 자세히 설명하자면, 이산화탄소 세정장치(400)는 가스화 용융로(200)에서 대략 1,000 ~ 1,200℃ 정도로 배출된 합성가스가 유동하는 합성가스라인(210)이 통과하도록 설치된 회수챔버(410), 석회분말 공급라인(420)과 석회분말 회수라인(430)을 포함할 수 있다. 석회분말에 대해서는 후술한다.
회수챔버(410)는 합성가스라인(210)이 통과하고, 석회분말이 수용되며, 석회분말에서 분리된 이산화탄소를 배출하는 배기라인(440) 설치되도록 제작될 수 있다. 따라서, 회수챔버(410)는 석회분말 회수라인(430)을 통해 석회분말이 유입되고, 대략 1,200℃ 정도의 합성가스가 유동하는 합성가스라인(210)에서 방출된 열에 의해 석회분말이 가열되며, 대략 750℃ 이상으로 가열되어 석회분말에서 이산화탄소가 분리되고, 분리된 이산화탄소가 배기라인(440)을 통해 배출되어 포집되도록 제작될 수 있다. 이때, 회수챔버(410)는 고온의 합성가스를 저온의 석회분말로 냉각시키는 효과를 제공할 수 있다. 그리고 합성가스라인(210)은 회수챔버(410) 내부에서 지그재그 형태로 배치되어 석회분말의 가열과 합성가스의 냉각 효과가 향상될 수 있다.
석회분말 공급라인(420)은 회수챔버(410)에서 이산화탄소가 분리된 석회분말을 냉각장치(300)로 이송하도록 설치될 수 있다. 그리고 냉각장치(300)에 투입된 석회분말은 냉각장치(300) 내부에서 사이클론 작용에 의해 혼합가스와 섞이면서 이산화탄소를 흡수하게 된다. 이후, 석회분말의 중량에 의해 하방 배출되고, 필터에 의해 분진과 분리되어 석회분말 회수라인(430)으로 유입될 수 있다.
석회분말 회수라인(430)은 냉각장치(300)에서 이산화탄소를 흡수한 석회분말을 회수하여 회수챔버(410)로 이송하도록 설치될 수 있다. 석회분말 공급라인(420)과 석회분말 회수라인(430)은 석회분말의 공급 및 회수를 위한 송풍기가 더 구비될 수 있다.
이처럼, 석회분말이 냉각장치(300)에서 합성가스의 이산화탄소를 흡수하고, 회수챔버(410)에서 합성가스의 고온에 의해 가열되어 이산화탄소가 분리되며, 분리된 이산화탄소가 별도 저장됨으로써, 1차로 이산화탄소를 별도 포집하여 재활용하고, 합성가스의 온도가 석회분말을 가열하면서 1차 냉각되어 냉각장치(300)의 냉각 부담이 줄어들 수 있다. 물론, 이산화탄소는 후술된 수소 정제장치(800)에서 고도로 정제되고, 이 수소 정제장치(800)의 이산화탄소 회수 부담이 줄어들 수 있다.
여기서 석회분말은 석회석을 합성가스에 포함된 분진보다 더 큰 입자로 파쇄하여 냉각장치의 필터에 의해 분리되도록 만들어질 수 있다. 그리고 석회석은 750℃ 이상의 고온으로 가열하면 이산화탄소가 대거 배출되는 성질이 있다. 이러한 석회석이 분말로 파쇄되고, 이 석회분말이 회수챔버(410)에서 대략 1,000 ~ 1,200℃ 정도의 합성가스가 유동하는 합성가스라인(210)과의 접촉으로 가열되어 이산화탄소가 분리되며, 분리된 이산화탄소를 포집할 수 있다. 더불어 합성가스를 냉각장치(300)에 투입되기 이전에 다소 온도를 낮출 수 있다.
그리고 이산화탄소 세정장치(400)가 설치된 경우, 냉각장치(300)는 후술된 이산화탄소 세정장치(400)의 석회석 분말과 분진을 크기로 구분하여 상호 별도 배출하기 위한 필터가 더 설치될 수 있다.
<방법>
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐기물을 이용한 수소 생산 방법에 대해 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 폐기물을 압축하여 가스화 용융로(200)에 공급한다(S10). 여기서, 연속가열로(110)의 호퍼(111)를 통해 폐기물이 투입되고, 연속가열로(110)의 내부에 설치된 파쇄 및 가압 스크류(120)에 의해 폐기물이 파쇄되고, 출구측으로 가압되어 강제 이송될 수 있다. 파쇄된 폐기물이 강제 이송되는 동안 연속가열로(110)의 내향 경사진 경사 내면(112)을 통과하는 동안 압축되고, 압축될 때 공기가 배기구(113)를 통해 외부로 배기될 수 있다. 이렇게 기밀이 유지된 상태에서 일례로 가래떡 나오듯이 기다란 원기둥 형상으로 압축 폐기물이 배출되면서 연속하여 가스화 용융로(200)에 투입될 수 있다. 물론, 필요한 경우 압축 폐기물을 일정 간격마다 절단될 수도 있다.
다음으로, 가스화 용융로(200)에서 압축 폐기물을 용융 및 가스화하여 합성가스를 생성한다(S20). 가스화 용융로(200) 내부에서 압축 폐기물이 용융되어 합성가스와 슬래그가 발생하게 되면, 슬래그는 별도 배출하여 수집하고, 합성가스는 정제를 위해 이송될 수 있다.
다음으로, 가스화 용융로(200)에서 이송된 합성가스를 냉각한다(S30). 가스화 용융로(200)에서 배출된 고온의 합성가스를 정제하기 위한 온도로 낮추기 위해 냉각장치(300)로 유입될 수 있다. 냉각장치(300)에서 사이클론 방식으로 합성가스가 유동하면서 온도가 낮아지고, 합성가스 내의 분진 및 먼지 등이 포집될 수 있다. 그리고 냉각장치에 투입된 석회분말은 합성가스와 혼합되어 이산화탄소를 흡수하면서 분진과 더불어 하부로 가라앉으면서 합성가스와 분리되고, 냉각장치(300)에 내장된 분리 필터에 의해 분진과 분리된 후, 석회분말 회수라인(430)을 통해 배출될 수 있다.
다음으로, 냉각된 합성가스를 중화 및 탈황한다(S40). 냉각장치(300)에서 배출된 냉각된 합성가스에 다양한 촉매제가 투입되고, 화학반응을 통해 중화되면서 탈황 및 탈염 처리될 수 있다. 이때 공급된 공정수는 폐수처리장치(510)로 배출 및 정화되어 정화된 공정수와 슬러지로 분리될 수 있다. 정화된 공정수는 재순환하여 재활될 수 있다. 그리고 페수처리장치(510)는 냉각장치(300)에서 분리된 분진이 유입되어 처리될 수 있다.
다음으로, 합성가스를 수성 가스전환 처리를 한다(S50). 중화 및 탈황, 탈염된 합성가스에 스팀 분사와 더불어 수성 가스전환 처리가 수행되고, 이로 인해 합성가스 내의 일산화탄소가 이산화탄소와 수소로 전환될 수 있다. 이때 스팀은 별도의 보일러(710)에서 만들어지고, 수성가스 전환장치(700)의 내부로 분사될 수 있다.
끝으로, 수성 가스전환 처리된 가스에서 수소를 추출한다(S60). 이때 수소는 대략 순도 99.99%의 고순도일 수 있다. 이 추출된 수소는 수소 압축기(900)에서 압축된 다음 저장될 수 있다. 그리고 수소 이외의 불순 가스(off-gas)는 별도의 탱크에 저장하거나, 보일러(710)의 연료로 공급하거나, 플레어 스택에 이송시켜 연소 배출될 수 있다.
한편, 가스화 용융로(200)에서 배출된 고온의 합성가스에 의해 석회분말이 간접 가열되면서 발생한 이산화탄소를 포집하는 공정을 더 포함한다(S21). 가스화 용융로(200)에서 배출된 합성가스를 냉각장치(300)로 안내하는 합성가스라인(210)에 회수챔버(410)가 설치되고, 이 회수챔버(410)에 수용된 석회분말이 합성가스라인(210)에서 방출된 열에 의해 가열되고, 이때 석회분말에서 발생한 이산화탄소가 배기라인(440)을 통해 배출되어 포집될 수 있다. 일례로, 대략 1,000 ~ 1,200℃의 합성가스가 유동하는 합성가스라인(210)에서의 방출열에 의해 석회분말이 750℃ 이상으로 가열되어 이산화탄소가 분리되고, 분리된 이산화탄소가 포집될 수 있다. 물론, 고온의 합성가스는 석회분말과의 열교환을 통해 다소 냉각될 수 있다.
여기서, 이산화탄소가 분리된 석회분말이 석회분말 공급라인(420)을 통해 냉각장치(300)로 공급되고, 냉각장치(300)에서 사이클론 운동에 의해 혼합된 합성가스로부터 이산화탄소가 흡수되면, 석회분말 회수라인(430)을 통해 회수챔버(410)로 유동하게 된다. 이렇게 석회분말은 회수챔버(410)에서 이산화탄소가 분리되고, 냉각장치(300)에서 이산화탄소를 흡수하는 공정이 반복 수행될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시 예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허등록청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허등록청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100:폐기물 공급장치
110:연속가열로 111:호퍼
112:경사 내면 120:파쇄 및 가압 스크류
200:가스화 용융로
210:합성가스라인
300:냉각장치
400:이산화탄소 세정장치
410:회수챔버 420:석회분말 공급라인
430:석회분말 회수라인 440:배기라인
500:중화 및 탈황 세정장치
510:폐수처리장치
600:버퍼탱크
700:수성가스 전환장치
710:보일러
800:수소 정제장치
810:플레어 스택
900:수소 압축기.
110:연속가열로 111:호퍼
112:경사 내면 120:파쇄 및 가압 스크류
200:가스화 용융로
210:합성가스라인
300:냉각장치
400:이산화탄소 세정장치
410:회수챔버 420:석회분말 공급라인
430:석회분말 회수라인 440:배기라인
500:중화 및 탈황 세정장치
510:폐수처리장치
600:버퍼탱크
700:수성가스 전환장치
710:보일러
800:수소 정제장치
810:플레어 스택
900:수소 압축기.
Claims (7)
- 폐기물을 압축하여 강제 이송시키도록 설치된 폐기물 공급장치(100);
상기 폐기물 공급장치(100)로부터 공급된 압축 폐기물을 용융하여 슬래그와 합성가스를 생성하도록 설치된 가스화 용융로(200);
상기 가스화 용융로(200)에서 배출된 합성가스를 냉각시키도록 설치된 냉각장치(300);
상기 가스화 용융로(200)에서 배출된 합성가스의 고온에 의해 석회분말이 가열되면서 이산화탄소가 분리되고, 석회분말이 상기 냉각장치(300)에서 합성가스와 혼합되어 이산화탄소를 흡수하도록 설치된 이산화탄소 세정장치(400);
상기 냉각장치(300)에서 배출된 냉각된 합성가스를 중화, 탈황 및 탈염하도록 설치된 중화 및 탈황 세정장치(500);
상기 중화 및 탈황 세정장치(500)에서 배출된 합성가스를 이산화탄소와 수소를 포함한 가스로 처리하도록 설치된 수성가스 전환장치(700);와
상기 수성가스 전환장치(700)에서 배출된 가스에서 수소를 추출하도록 설치된 수소 정제장치(800)를 포함하며,
상기 폐기물 공급장치(100)는 연속가열로(110)와 파쇄 및 가압 스크류(120) 를 포함하고,
상기 파쇄 및 가압 스크류(120)는 폐기물이 유입되는 연속가열로(110)의 입 구 부위에 내장되고, 제자리 회전하면서 유입된 폐기물을 파쇄한 후 출구로 강제 이송시키도록 설치되고,
상기 연속가열로(110)는 입구 부위에 폐기물이 유입되도록 설치된 호퍼(11 1)와, 파쇄 및 가압 스크류(120)에 의해 강제 이송되는 파쇄된 폐기물을 압축시키 기 위해 중간 부위에 내향으로 경사진 경사 내면(112)과, 경사 내면(112) 부근에 공기 배출을 위해 설치된 배기구(113)를 구비하고, 경사 내면(112)을 포함한 일부 구간에 열을 가하여 유연해진 폐기물이 압축되는 동안 보유 중인 공기가 배기구 (113)를 통해 외부로 배출되도록 설치되며,
상기 이산화탄소 세정장치(400)는 합성가스라인(210)이 통과하고, 석회분말이 수용되며, 합성가스라인(210)에서 방출된 열에 의해 석회분말이 가열되어 이산화탄소가 분리되고, 배기라인(440)을 통해 포집되어 고온의 합성가스를 저온의 석회분말로 냉각시키도록 설치된 회수챔버(410)와, 상기 회수챔버(410)에서 이산화탄소가 분리된 석회분말을 냉각장치(300)로 이송하도록 설치된 석회분말 공급라인(420)과, 냉각장치(300)에서 이산화탄소를 흡수한 석회분말을 회수하여 회수챔버(410)로 이송하도록 설치된 석회분말 회수라인(430)으로 구성되어, 합성가스의 온도가 석회분말을 가열하면서 냉각장치(300)의 냉각 부담을 줄여주며,
상기 합성가스라인(210)은 지그재그형태로 배치되어 석회분말의 가열과 합성가스의 냉각효과를 향상시키는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 수소생산 시스템.
- 청구항 1에서,
상기 중화 및 탈황 세정장치(500)에서 유입된 합성가스가 일시 저장되어 수성가스 전환장치(700)로 배출되도록 설치된 버퍼탱크(600);와
상기 수소 정제장치(800)에서 배출된 수소를 압축하여 저장소로 보내도록 설치된 수소 압축기(900); 중 적어도 하나를 더 포함하여 이루어진 폐기물을 이용한 수소 생산 시스템,
- 청구항 1에서,
상기 냉각장치(300)는 내부에서 합성가스가 회전하는 동안 세정수가 분사되도록 구성됨으로써, 합성가스가 회전하여 배출되는 동안 합성가스 내의 분진이 집진되어 제거되도록 사이클론 집진기 구조를 적용하여 제작되는 폐기물을 이용한 수소 생산 시스템.
- 청구항 1에서,
상기 폐기물 공급장치(100)는 경사 내면(112)을 포함한 일부 구간에 열을 가하도록 설치된 가열수단과, 원기둥으로 연속으로 강제 이송되는 암축 폐기물을 일정 간격으로 절단하도록 연속가열로(110)에 설치된 절단수단 중 적어도 하나를 더 포함하여 이루어진 폐기물을 이용한 수소 생산 시스템.
- 폐기물을 압축하는 제10단계(S10);
상기 압축된 폐기물을 용융 및 가스화하여 합성가스를 생성하는 제20단계(S20);
상기 합성가스를 냉각시키는 제30단계(S30);
상기 냉각된 합성가스를 중화, 탈황 및 탈염하는 제40단계(S40);
상기 중화, 탈황 및 탈염된 합성가스에 스팀을 분사하면서 수성 가스전환 처리하는 제50단계(S50);와
상기 수성 가스전환 처리된 가스에서 수소를 추출하는 제60단계(S60);를 포함하며,
상기 합성가스를 생성하는 제20단계 이후에, 고온의 상기 합성가스에 의해 석회분말이 간접 가열되면서 발생한 이산화탄소를 포집하는 제21단계를 더 포함하고,
상기 제10단계(S10)는 연속가열로(110)에 투입된 폐기물이 파쇄 및 가압 스크류(120)와 연속가열로(110)의 내면에 끼여 이동되면서 파쇄되어 출구 쪽으로 강 제 이송하고, 강제 이송되는 동안 연속가열로(110)의 내향 경사진 경사 내면(112) 을 통과되도록 하여 압축하며, 압축될 때 공기를 연속가열로(110)의 외부로 배출하 여 기밀이 유지되도록 하고,
상기 폐기물이 경사 내면(112) 부위에서 압축되는 동안 가열하고, 폐기물을 원기둥 형상으로 압축하여 연속적으로 배출하거나 일정 간격으로 절단하여 배출하 도록 이루어진 폐기물을 이용한 수소 생산 방법.
- 청구항 5에서,
상기 제50단계(S50)는 보일러(710)에서 공급수를 가열하여 스팀을 합성가스에 분사하고,
상기 제60단계(S60)는 수소를 제외한 불순가스(off-gas)를 별도 포집하거나, 보일러(710)에 연료로 공급하거나, 플레어 스택(810)에서 연소 배출시키도록 이루어진 폐기물을 이용한 수소 생산 방법.
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