KR102668975B1 - 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 저준위 방사능 폐기물, 할로겐화 유기물 폐기물, 쓰레기 소각재 등을 발생량을 감소시키고 발생된 각 폐기물의 부피를 감소할 수 있는 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
Description
본 발명은 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 저준위 방사능 폐기물, 할로겐화 유기물 폐기물, 쓰레기 소각재 등을 발생량을 감소시키고 발생된 각 폐기물의 부피를 감소할 수 있는 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
일반적으로 원자력 발전소 운영시 발생되는 각종 잡고체 또는 폐 이온교환수지 등은 저장·보관하는데 용이하고 또한 수송 및 처분하는 기준에 적합한 고화체로 안정화시켜야 하는데, 이러한 방법으로 시멘트, 아스팔트, 플라스틱 및 파라핀 고화 등이 있으며 우리나라의 경우 시멘트 및 파라핀 고화가 적용되고 있다.
시멘트 고화의 경우 이온교환수지 등을 시멘트와 혼합하여 고형화하는 방법으로써, 제조는 용이하나 감용비가 1에 불과하고, 수분함유에 따른 장기간 드럼 저장시 부식문제가 있다.
한편, 파라핀 고화의 경우도 고화체 자체의 압축강도가 낮고 침출율이 상대적으로 높은 단점이 있다. 압축이 가능한 잡고체의 경우 약 10톤 압력의 압축기로 드럼 내에 압축저장하며, 이를 다시 2,000톤 압력의 초고압압축기로 드럼을 재압축하여 약 2.5정도의 감용비를 얻고 있다.
그러나 처분비용의 증가 추세와 방사성폐기물 처분장소의 선정 지연, 환경에 대한 관심 등으로 인해 폐기물의 안정화, 고화체 자체의 건전성 및 감용 측면을 고려한 기술들이 개발되어왔다. 소각기술의 경우, 중저준위 가연성폐기물을 대상으로 60년대부터 개발되어 왔으며 과잉공기형(excess air incinerator), 공기조절형(controlled air incinerator), 유동상형(fluidized bed incinerator) 등 여러 형태가 있다. 부피 감용비는 설비의 특성에 따라 다르나 대략 30이상이지만 부수적으로 발생되는 재(ash)의 처리 및 고온처리에 따른 방사성핵종의 휘발문제가 있다.
따라서 원전에서 발생하는 방사성폐기물은 1000 MWe 가압경수로(PWR) 원자력발전소 1개 호기에서 1년간 발생되고 있는 중ㆍ저준위 방사성폐기물 드럼 수는 평균 250∼500 드럼 정도이고 이중 비가연성 폐기물이 차지하는 비율이 약 40∼50% 정도이다. 이들 폐기물 드럼은 방사성폐기물 영구처분장 시설을 보유하고 있는 나라는 발전소에 잠시 보관했다가 처분장으로 옮겨 영구적으로 보관하고, 시설을 보유하고 있지 못한 나라는 처분장이 건설될 때까지 발전소의 임시 저장고에 보관하게 된다.
하지만, 전세계적으로 환경에 대한 관심이 고조되어 방사성폐기물 영구처분장을 신규 또는 추가로 건설하는 일은 매우 어려울 뿐만 아니라 처분장을 보유하고 있다 하더라도 폐기물을 처리하고 남은 고화체에 대해 처분 안전성을 평가하는 기준이 매우 엄격해질 전망이다.
그리고 유기질 폐기물, 쓰레기 소각재 등과 같이 발생되는 폐기물을 처리하기 위한 처분장이 신규 또는 추가로 필요한 현실이다.
그러나 환경문제 및 평가기준 등의 복합적인 요소에 의해 추가적인 처분장의 건설이 어려워짐에 따라 누적된 각 폐기물의 부피를 감소시켜, 기존 처분장에 더 많은 양의 폐기물을 보관할 수 있는 대안기술이 필요한 현실이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래기술로, "중ㆍ저준위 방사성폐기물 처리 시스템 및 방법"가 제시된 바 있다.
종래기술은 단일시스템을 이용하여 가연성 및 비가연성 폐기물을 드럼째 투입하여 처리할 수 있게 되어 처리 설비의 단순성, 운전의 용이성, 작업자의 방사선 노출 감소, 폐기물 발생량의 감소, 처분장의 수명연장 및 처리비용을 절감할 수 있다. 또한 원자력 발전소에서 발생되는 모든 폐기물 내에 포함되어 있는 방사성 핵종을 시멘트 고화체 보다 침출률이 1/100 ~ 1/10정도 작은 유리고화체에 가두어 둘 수 있어서 처분 안전성을 대폭 증가시킬 수 있다.
따라서 종래기술은 용융조에서 폐기물 및 유리를 형성하는데 필요한 물질, 암모니아를 투입하여 플라즈마토치를 통해 용융하고 용융조에서 용융된 상태로 유입된 용융유리를 숙성하는 숙성조를 통해 플라즈마 유리화를 통해 부피를 감소시킬 수 있도록 이루어진다.
그리고 용해로에서 발생된 배기체는 배기체 처리장치를 통해 불완전 연소물을 완전연소시켜 유해물질을 분해한다.
하지만, 종래기술은 플라즈마 토치만 이용하여 내부의 온도를 균일하게 유지하기 어려워 특정 위치의 폐기물에 고온 또는 저온으로 가열되어 균일한 용융이 어려운 문제가 있다.
또한, 배기체 처리장치를 통해 불완전 연소물을 연소하여 시키고 있으나, 플라즈마 토치를 통해 가열온도에 한계가 있어 불완전 연소물을 완전환원 할 수 없는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 환경오염 및 인체에 유해한 성분이 함유된 폐기물의 부피를 감소시켜 용이하게 장기간 보관할 수 있는 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 저준위 방사능 폐기물, PCB 폐기물, 유기질 폐기물, 쓰레기 소각재 등과 같이 환경 및 인체에 유해하거나 별도의 처리가 불가능하여 보관되는 다양한 종류의 폐기물에 따라 용이하게 용융시켜 부피를 감소시킬 수 있는 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 스팀 및 에어 방식의 플라즈마와 바닥면에서 히팅된 고온에 의해 내부온도 상승을 향상시켜 폐기물에 혼합된 중금속의 용융이 가능한 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 폐기물의 용융시 발생된 가스를 고온에서 환원시켜 효율적으로 다이옥신 등의 인체 및 환경에 유해한 성분을 제거할 수 있는 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 용융된 폐기물은 별도의 용기에 저장하여 효율적으로 냉각함에 따라 효율적으로 부피를 감소시키며, 유해물질이 외부로 노출되지 않도록 밀봉시켜 보관함에 따라 투입된 폐기물과 대비하여 약 10~20배의 부피를 효율적으로 감소시켜 신규 처리장의 건설 및 기존 처리장에 효율적으로 보관할 수 있는 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기를 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 드럼에 보관된 폐기물을 공급하는 공급수단; 상기 공급수단을 통해 공급된 폐기물을 히팅하여 슬러지상태로 용융시키는 제1반응부와, 상기 제1반응부에서 발생된 가스를 환원시키는 제2반응부로 이루어진 이중반응기; 상기 제1반응부에서 슬러지상태로 배출되는 폐기물을 용기에 저장 및 냉각하여 배출하는 배출수단; 상기 제2반응부에서 환원된 가스에 생성된 유해물질을 제거하는 집진수단;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 이중반응기는, 측면에서 폐기물이 상기 제1반응부로 유입되는 유입구와, 상기 제1반응부의 하단에는 슬러지화된 폐기물을 배출하는 배출구와, 상기 제1반응부와 상기 제2반응부의 상단부분을 상호 연결하여, 상기 제1반응부에서 발생된 가스를 상기 제2반응부로 공급하는 연결부와, 상기 제2반응부의 가스를 상기 집진수단으로 배출하는 배출관이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1반응부 및 상기 제2반응부 한쌍의 동일한 구성으로 이루어지되, 상기 제1반응부 및 상기 제2반응부에 설치되어 스팀 또는 에어 형태의 아크 플라즈마를 발생하는 플라즈마토치와, 상기 제1반응부 및 상기 제2반응부의 바닥에 배치된 가열판과, 상기 가열판의 내부에 형성되어 상기 가열판을 가열하여 고온을 발생시키는 히팅부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 이중반응기의 상부부분 외부에서 상기 제1반응부의 내부를 향해 형성되어 용융에 필요한 내측으로 관통 형성되어 용융에 필요한 재료를 공급하는 공급관이 더 포함되는 것이 바람직하다.
상기 배출수단은, 상기 이중반응기의 하단에 위치하며, 배출되는 슬러지화된 폐기물을 저장하는 다수개의 상기 용기를 순차적으로 운반하는 운반레일과, 상기 운반레일의 끝단에 위치하며, 상기 슬러지화된 폐기물이 저장된 용기가 유입되어 냉각하는 냉각챔버와, 상기 냉각챔버에서 냉각된 상기 용기를 배출하는 배출레일로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 집진수단은, 상기 제2반응부에서 환원된 가스가 유입되며, 유입된 가스에 수산화나트륨(NaOH)을 공급하여 유해물질을 분해하는 스크러버부와, 상기 스크러버부를 통과한 가스에 혼합된 잔류 유해물질을 제거하는 필터부와, 상기 필터부를 통과한 상기 가스를 가열하여 유해물질을 제거하는 연소수단과, 상기 연소수단을 통과한 가스를 배출하는 송풍팬으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기에 따르면, 환경오염 및 인체에 유해한 성분이 함유된 저준위 방사능 폐기물, PCB 폐기물, 유기질 폐기물, 쓰레기 소각재 등과 같은 폐기물의 부피를 감소시켜 처리장에 용이하게 장기간 보관할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 스팀 및 에어 방식의 플라즈마와 바닥면에서 히팅된 고온에 의해 내부온도 상승을 향상시켜 폐기물에 혼합된 중금속의 용융이능한 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 폐기물의 용융시 발생된 가스는 제2반응부를 통해 고온에서 환원시켜 효율적으로 다이옥신 등의 인체 및 환경에 유해한 성분을 제거할 수 있는 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 용융된 폐기물은 별도의 용기에 저장하여 효율적으로 냉각함에 따라 효율적으로 부피를 감소시키며, 유해물질이 외부로 노출되지 않도록 밀봉시켜 보관함에 따라 투입된 폐기물과 대비하여 약 10~20배의 부피를 효율적으로 감소시켜 신규 처리장의 건설 및 기존 처리장에 효율적으로 보관할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공정도를 도시한 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 이중반응기를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 가열판 및 히팅부를 도시한 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 폐기물의 처리상태를 도시한 개념도,
도 5는 본 발명에 따른 가스에 혼합된 염화수소의 분해를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이중반응기를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 가열판 및 히팅부를 도시한 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 폐기물의 처리상태를 도시한 개념도,
도 5는 본 발명에 따른 가스에 혼합된 염화수소의 분해를 도시한 개념도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기에 관하여 첨부된 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 공정도를 도시한 개념도이며, 도 2는 본 발명에 따른 이중반응기를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 가열판 및 히팅부를 도시한 개념도이며, 도 4는 본 발명에 따른 폐기물의 처리상태를 도시한 개념도이고, 도 5는 본 발명에 따른 가스에 혼합된 염화수소의 분해를 도시한 개념도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명은 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 저준위 방사능 폐기물, 할로겐화 유기물 폐기물, 쓰레기 소각재 등을 발생량을 감소시키고 발생된 각 폐기물의 부피를 감소할 수 있는 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 투입된 각종폐기물을 용융하려 슬러지화를 통해 부피를 감소시키며, 용융시 발생된 유해가스에 혼합된 유해성분을 분해 후 배출할 수 있도록 공급수단(10), 이중반응기(20), 배출수단(30) 및 집진수단(40)으로 구성된다.
상기 공급수단(10)은 드럼에 보관된 폐기물을 공급한다.
상기 이중반응기(20)는 상기 공급수단(10)을 통해 공급된 폐기물을 히팅하여 슬러지상태로 용융시키는 제1반응부(20a)와, 상기 제1반응부(20a)에서 발생된 가스를 환원시키는 제2반응부(20b)로 이루어진다.
상기 배출수단(30)은 상기 제1반응부(20a)에서 슬러지상태로 배출되는 폐기물을 용기에 저장 및 냉각하여 배출한다.
상기 집진수단(40)은 상기 제2반응부(20b)에서 환원된 가스에 생성된 유해물질을 제거한다.
따라서 상기 공급수단(10)을 통해 상기 이중반응기(20)의 상기 제1반응부(20a)로 유입된 폐기물은 고온의 환경에서 불필요한 성분을 가스로 배출하도록 용융하는 슬러지화를 통해 부피를 감소시키며, 이때 발생한 유해가스는 상기 제2반응부(20b)를 통해 환원한 후, 상기 집진수단(40)을 통해 유해성분을 분해하여 배출한다.
그리고 상기 제1반응부(20a)에서 슬러지화된 폐기물은 외부로 배출하며, 배출되는 폐기물은 상기 용기에 저장 후 냉각하여 폐기물의 부피를 축소할 수 있다.
여기서 폐기물은 원자력발전소의 환기계통에서 사용된 폐필터, 방사능에 오염된 물을 처리하는 과정에서 나온 이온교환수지, 작업자들이 사용한 작업복이나 장갑, 덧신, 가운, 걸레, 공구등에서 발생되는 저준위 방사능 폐기물과, 할로겐화 유기질 폐기물, 쓰레기 소각시 발생된 바닥재와 비산재로 이루어진 쓰레기 폐기물, pcb 폐기물 등과 같이 환경오염, 인체에 유해성분 포함된 물질 및 배출이 어려운 다양한 종류가 포함된다.
이때, 할로겐화 유기물 폐기물은, 불소, 염소, 브롬 및 요오드와 같이 주기율표 17족에 속하는 원소가 혼합된 폐기물로 이루어진다.
따라서 폐기물은 통상적인 배출이 불가능하며, 환경 및 인체에 유해한 성분이 포함되어 보관 및 매립이 필요한 다양한 종류의 폐기물이 포함된다.
이에 따른 각 구성에 대하여 설명하면 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 상기 공급수단(10)은 드럼에 보관된 폐기물을 공급한다.
이에 앞서, 폐기물은 저장 및 보관이 용이하며, 인체 및 환경에 유해한 물질이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 드럼 등과 같이 별도의 저장용기 등에 보관되어 밀봉된 상태를 유지한다.
따라서 상기 공급수단(10)은 폐기물이 밀폐된 드럼은 컨베이어벨트 등과 같은 운반할 수 있는 다양한 장치를 통해 순차적으로 운반하여 상기 이중반응기(20)에 공급한다.
또한, 상기 공급수단(10)은 폐기물이 밀봉된 드럼은 상기 이중반응기(20)를 통해 용융할 수 있는 수량, 무게 및 시간 등에 맞춰 일정하게 공급하여 원활한 이동이 가능하다.
다음으로 상기 이중반응기(20)는 상기 공급수단(10)을 통해 유입된 드럼 및 폐기물을 용융한다.
따라서 상기 이중반응기(20)는 금속재질의 하우징 내부에 내화벽돌을 설치하여 단열이 가능하며, 내부에는 제1반응부(20a)와 상기 제2반응부(20b)가 양측에 각각 구비된 이중구조로 이루어진다.
그리고 상기 이중반응기(20)의 외면에서 상기 제1반응부로 폐기물이 유입되는 유입되는 유입구(21)가 형성된다.
이러한 상기 유입구(21)는 드럼 등에 보관된 폐기물이 유입될 수 있는 직경을 가지되, 상기 제1반응부(20a)에서 발생된 고온 및 고열이 외부로 배출되는 것을 방지하기 위한 커버 등이 부가되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유입구(21)에 배치되어 상기 공급수단(10)을 통해 이동한 드럼을 밀어 상기 제1반응부(20a)의 내부로 투입할 수 있도록 실린더 등과 같은 투입장치가 부가되는 것이 바람직하다.
이때, 커버 및 투입장치는 상호 유기적인 작동을 통해 상기 제1반응부(20a)로 폐기물이 투입될 수 있도록 원활하게 이동 및 개폐 작동이 이루어지고 폐기물의 투입이 완료되면 내부에서 발생된 고온, 고열이 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있도록 이루어진다.
그리고 상기 제1반응부(20a)의 하단에는 슬러지화된 폐기물을 배출하는 배출구(22)가 형성된다.
따라서 상기 배출구(22)는 상기 제1반응부(20a)의 하단에서 상기 이중반응기(20)의 외부로 노출되도록 형성되어, 상기 제1반응부(20a)에서 슬러지 상태로 용융된 폐기물이 선택적으로 배출된다.
이러한 상기 배출구(22)는 슬러지화된 폐기물을 자연스럽게 유도하여 슬러지상태로 용융된 폐기물을 바로 배출하거나, 밸브 등의 개폐구조를 형성하여 완전 용융된 상태에서 일정량 선택적 배출할 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다.
이를 통해 상기 배출구(22)는 상기 배출수단(30)의 작동에 맞춰 슬러지화된 폐기물을 원활하게 배출할 수 있다.
그리고 상기 제1반응부(20a)와 상기 제2반응부(20b)의 상단부분을 상호 연결하여, 상기 제1반응부(20a)에서 발생된 가스를 상기 제2반응부(20b)로 공급하는 연결부(23)가 형성된다.
즉, 상기 연결부(23)는 상기 제1반응부(20a)에서 폐기물의 용융시 발생된 가스를 상기 제2반응부(20b)로 공급한다.
이를 통해 상기 제1반응부(20a)는 폐기물의 용융이 이루어지고, 상기 제2반응부(20b)는 상기 제1반응부(20a)에서 생성된 가스가 유입되며, 고온 및 고열에 의해 가스를 환원시킨다.
그리고 상기 제2반응부(20b)의 가스를 상기 집진수단(40)으로 배출하는 배출관(24)이 형성된다.
이러한 상기 배출관(24)은 상기 제2반응부(20b)에서 환원된 가스를 상기 집진수단(40)으로 유도할 수 있도록 형성되어, 환원된 가스를 상기 집진수단(40)에 공급한다.
그리고 상기 제1반응부(20a) 및 상기 제2반응부(20b)는 폐기물 및 가스를 용융 및 환원시킬 수 있도록 한쌍의 동일한 구성을 가지는 플라즈마토치(25), 가열판(26) 및 히팅부(27)로 이루어진다.
상기 플라즈마토치(25)는 상기 제1반응부(20a) 및 상기 제2반응부(20b)에 설치되어 스팀 또는 에어 형태의 아크 플라즈마를 발생한다.
따라서 상기 플라즈마토치(25)는 상기 제1반응부(20a)와 상기 제2반응부(20b)에 각각 배치되어 개별적인 제어 및 작동이 이루어진다.
그리고 상기 플라즈마토치(25)는 스팀 또는 에어 형태의 플라즈마를 발생시킨다.
상기 가열판(26)은 상기 제1반응부(20a)와 상기 제2반응부(20b)의 바닥에 배치된다.
이러한 상기 가열판(26)은 주석, 텅스턴 등의 재질로 이루어져, 발생된 고온 및 고열에 의한 열전달을 향상시키며, 상기 제1반응부(20a) 및 상기 제2반응부(20b)의 내부온도를 상승시킬 수 있다.
상기 히팅부(27)는 상기 가열판(26)의 내부에 형성되어 상기 가열판(26)을 가열하여 고온을 발생시킨다.
이러한 상기 히팅부(27)는 상기 가열판(26)의 내부에 일정한 패턴으로 배치되며, 외부에서 인가되는 열원, 전력 등에 의해 고온을 발생시켜 상기 가열판(26)으로 전달한다.
아울러 상기 히팅부(27)는 상기 가열판(26)의 내부에 지그재그 방식으로 배치되어 상기 가열판(26)의 전체면적에서 고르게 고온을 전달할 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 제1반응부(20a) 및 상기 제2반응부(20b)는 상기 플라즈마토치(25)에 의해 발생된 플라즈마 스팀 또는 플라즈마 가스와, 상기 히팅부(27)에 의해 가열된 가열판(26)을 통해 고온을 발생시켜 상기 제1반응부(20a) 및 상기 제2반응부(20b)의 내부온도를 상승시킨다.
그리고 상기 이중반응기(20)의 상부부분 외부에서 상기 제1반응부(20a)의 내부를 향해 형성되어 용융에 필요한 내측으로 관통 형성되어 용융에 필요한 재료를 공급하는 공급관(28)이 더 포함된다.
이러한 상기 공급관(28)의 끝단 또는 중간에는 밸브를 형성하여 외부에서 재료 공급시 개방되어 선택적으로 재료를 공급하고 내부의 고온이 외부로 배출되는 것을 방지한다.
따라서 상기 공급관(28)은 상기 이중반응기(20)의 외부에서 상기 제1반응부(20a)를 향해 형성되며, 다양한 종류가 혼합된 쓰레기 폐기물의 용융시 은, 금 및 백금 등의 노블메탈을 첨가한다.
다음으로 상기 배출수단(30)은 상기 제1반응부(20a)에서 슬러지화된 폐기물을 공급받아 상기 용기(34)에 저장 및 냉각하여 배출할 수 있도록 운반레일(31), 냉각챔버(32) 및 배출레일(33)로 구성된다.
상기 운반레일(31)은 상기 이중반응기(20)의 하단에 위치하며, 배출되는 슬러지화된 폐기물을 저장하는 다수개의 상기 용기(34)를 순차적으로 운반한다.
이러한 상기 운반레일(31)은 컨베이어벨트 등과 같이 길이방향을 따라 상기 용기를 운반할 수 있는 구성으로 이루어진다.
따라서 상기 용기(34)는 상기 운반레일(31)에 일정한 간격으로 안착되어 상기 운반레일(31)의 작동에 의해 일정한 경로를 따라 이동한다.
그리고 상기 운반레일(31)에 의해 이동하는 상기 용기(34)는 상기 이중반응기(20)의 하단으로 이동하여 상기 배출구(22)에서 배출되는 슬러지화된 상기 폐기물이 저장된다.
여기서 상기 용기(34)는 통상적으로 폐기물을 저장하며, 밀폐가 가능한 드럼통 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 냉각챔버(32)는 상기 운반레일(31)의 끝단에 위치하며, 상기 슬러지화된 폐기물이 저장된 상기 용기(34)가 유입되어 냉각한다.
따라서 상기 냉각챔버(32)는 저온환경에서 폐기물의 종류 및 슬러지화된 상태에 따라 내부온도를 조절하여 급속, 저속 냉각을 통해 슬러지화된 폐기물을 고체화 시킨다.
상기 배출레일(33)은 상기 냉각챔버(32)에서 냉각된 상기 용기(34)를 배출한다.
따라서 상기 배출레일(33)은 상기 운반레일(31)과 동일한 구성을 가지며, 개별 또는 연장되어 상기 냉각챔버(32)에서 냉각된 상기 용기(34)를 외부로 배출한다.
이렇게 배출된 상기 용기(34)는 별도의 뚜껑, 마감처리 등을 통해 밀봉하여 처리장 등에 장기간 보관 및 저장한다.
다음으로 상기 집진수단(40)은 상기 이중반응기(20)에서 용융 시 발생된 유해가스에 혼합된 유해성분을 제거할 수 있도록 스크러버부(41), 필터부(42), 연소수단(43) 및 송풍팬(44)으로 구성된다.
상기 스크러버부(41)는 상기 제2반응부(20b)에서 환원된 가스가 유입되며, 유입된 가스에 수산화나트륨(NaOH)을 공급하여 유해물질을 분해한다.
따라서 상기 제2반응부(20b)에서 고온에 의해 환원된 가스는 상기 배출관(24)을 통해 상기 스크러버부(41)로 유입된다.
따라서 상기 스크러버부(41)는 상기 배출관(24)에서 유입되는 가스에 수산화나트륨(NaOH)을 분사하여 가스내에 혼합된 다이옥신을 제거한다.
즉, 상기 스크러버부(41)는 촉매환원법(SCR, Selective Catalytic Reduction)을 통해 가스에 혼합된 다이옥신이 수산화나트륨(NaOH)과 화학적 방법을 통해 환원시킨다.
이를 통해 가스에 함류된 발암, 온난화를 촉진시키는 다이옥신류의 유해성분을 환원시킨다.
상기 필터부(42)는 상기 스크러버부(41)에서 환원된 가스가 통과하며, 가스에 잔류하는 악취, 유해성분 등을 제거한다.
따라서 상기 필터부(42)는 가스에 혼합된 유해성분 및 악취를 제거하기 위한 헤파필터, 탈취필터 등의 필요에 따라 선택하여 복수 또는 단일로 사용한다.
이를 통해 상기 스크러버부(41)에서 환원된 가스에 혼합된 유해성분 및 악취를 제거한다.
상기 연소수단(43)은 상기 필터부(42)를 통과한 가스를 가열하여 유해물질을 제거한다.
즉, 상기 연소수단(43)은 상기 필터부(42)를 통과한 가스에 잔류하는 가스에 화염을 분사하여 연소시킨다.
이를 통해 상기 연소수단(43)은 분사된 화염에 가스가 통과하면서 잔류하는 유해성분을 연소시킨다.
상기 송풍팬(44)은 상기 연소수단(43)을 통과한 가스를 배출한다.
따라서 상기 송풍팬(44)은 상기 제2반응부(20b)에서 발생된 가스가 상기 스크러버부(41), 상기 필터부(42) 및 상기 연소수단(43)을 이동하여 외부로 배출될 수 있도록 가스의 흐름을 유도한다.
이를 통해 상기 제2반응부(20b)에서 환원된 가스는 상기 집진수단(40)을 순차적으로 이동하여 유해가스 및 악취 등을 제거한 후 외부로 배출한다.
다음으로는 본 발명에 따른 사용상태에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 상기 이중반응기(20)의 측면에 폐기물이 저장된 드럼을 공급하는 상기 공급수단(10)을 배치하고, 하단에는 상기 배출수단(30)을 위치한다.
그리고 상기 이중반응기(20)의 상단 또는 측면에 가스가 배출되는 상기 집진수단(40)이 위치한다.
이와 같이 배치된 상태에서 폐기물이 밀봉된 드럼은 상기 공급수단(10)을 통해 상기 이중반응기(20)로 투입한다.
여기서 상기 이중반응기(20)는 드럼에 폐기물이 밀폐된 상태로 투입됨에 따라 상기 유입구(21)는 드럼이 유입될 수 있는 직경을 가진다.
또한, 상기 유입구(21)에는 상기 공급수단에서 이동한 드럼을 상기 제1반응부(20a)의 내부로 투입하기 위한 실린더 등의 투입장치와, 상기 제1반응부(20a)의 고온이 외부로 배출되는 것을 방지하기 위한 커버 등이 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 단순한 작동을 통해 상기 이중반응기(20)에 폐기물을 투입한다.
그리고 상기 이중반응기(20)에 투입된 폐기물은 상기 제1반응부(20a) 내에서 고온을 열기를 통해 용융한다.
따라서 상기 제1반응부(20a)는 상기 플라즈마토치(25)를 통해 스팀 또는 에어 형태의 플라즈마를 발생시키고, 상기 히팅부(27)를 통해 상기 가열판(26)을 가열하여 상기 제1반응부(20a)의 내부온도를 상승시킨다.
여기서 상기 제1반응부(20a)는 투입된 폐기물의 종류에 따라 내부온도를 조절하여 용융을 통해 연소시킨다.
따라서 저준위 방사능 폐기물, 유기질 폐기물, 쓰레기 소각재 및 pcb폐기물은 약 1600℃~1800℃ 내의 온도에서 용융이 이루어지며, 중금속 등의 물질이 혼합된 경우, 약 3000℃~5000℃ 내의 온도에서 용융이 이루어진다.
또한, 소각된 쓰레기 폐기물의 경우, 소각시 나노 구조를 갖는 합성제올라이트가 발생함에 따라 나노제올라이트가 함유된 상태로 공급이 이루어진다.
이때, 상기 공급관(28)을 통해 상기 제1반응부(20a)에 금, 은 및 백금 등의 노블메탈을 투입하여 원활하게 용융이 이루어진다.
여기서 폐기물의 20kg에 금, 은 및 백금이 단일 또는 혼합된 상태의 노블메탈 0.02%~0.2%가 혼합되는 것이 바람직하다.
이를 통해 드럼에 밀봉된 폐기물은 고온의 환경에서 용융되어 발생된 가스와 슬러지화된 폐기물이 발생된다.
여기서 슬러지화된 폐기물은 상기 배출구(22)를 통해 배출하며, 용융과정을 통해 투입된 폐기물 대비 약 10~20배로 부피를 축소된다.
이를 통해 상기 제1반응부(20a)로 투입된 폐기물은 고온의 환경에서 용융하여 부피를 감소시키며, 용융시 발생된 가스는 상기 제2반응부(20b)로 유입된다.
그리고 상기 제2반응부(20b)는 폐기물의 용융시 발생 가스를 환원시킨다.
따라서 상기 제2반응부(20b)는 상기 플라즈마토치(25)와 상기 히팅부(27) 및 상기 가열판(26)을 통해 상기 제1반응부(20a)와 동일한 구조를 통해 내부온도를 상승시킨다.
이때, 상기 제2반응부(20b)는 다양한 종류의 폐기물의 종류에 의해 발생되는 가스를 환원시킬 수 있도록 1600℃~10000℃ 이내의 온도를 조절하여 가스를 환원시킨다.
이렇게 환원된 가스는 상기 배출관(24)을 통해 상기 집진수단(40)으로 공급한다.
그리고 상기 제1반응부(20a)에서 배출된 슬러지화된 폐기물은 상기 배출수단(30)을 통해 별도의 용기에 저장 및 냉각하여 처리장에 보관이 가능하다.
이를 위해 상기 배출수단(30)은 슬러지화된 폐기물을 저장하는 상기 용기(34)가 상기 운반레일(31)에 일정한 간격으로 배치되며, 길이방향 이동을 통해 다수개의 용기는 상기 배출구(22)의 하부를 순차적으로 통과한다.
따라서 상기 운반레일(31)은 상기 용기를 순차적으로 운반하되, 상기 용기(34)는 상기 배출구(22)의 하부에 위치하여 상기 제1반응부(20a)에서 배출되는 슬러지화된 폐기물이 저장된다.
이와 같이 다수개의 상기 용기(34)를 순차적으로 이동함에 따라 상기 제1반응부(20a)에서 배출되는 슬러지화된 폐기물은 순차적으로 상기 용기(34)에 저장이 가능하다.
이때, 상기 배출구(22)는 별도의 개폐구조를 통해 배출되는 폐기물을 조절하여 상기 용기(34)에 용이하게 저장할 수 있다.
이렇게 상기 용기(34)에 폐기물이 저장되면, 상기 운반레일(31)을 따라 이동하여 상기 냉각챔버(32)로 투입된다.
그리고 상기 냉각챔버(32)는 저온에서 상기 용기(34)에 담겨진 폐기물을 고체화 시킨다.
이때 상기 냉각챔버(32)는 내부온도를 조절하여 폐기물의 종류 및 상태에 따라 급속냉각 또는 저속냉각을 통해 부피가 최소화 될 수 있도록 고체화가 이루어진다.
이렇게 상기 용기(34)에 담긴 폐기물이 고체화되면, 상기 배출레일(33)을 따라 외부로 상기 냉각챔버(32)의 외부로 이동되며, 이동된 상기 용기(34)는 밀봉처리한 후 별도의 처리장으로 운반하여 장기간 보관이 가능하다.
즉, 기존 저장된 저준위 방사능 폐기물, 유기질 폐기물, 쓰레기 소각재 및 pcb 폐기물 등을 용융과정을 통해 고온에서 용융하여 폐기물의 부피를 약 10~20배 축소가 이루어진다.
따라서 처리장에 저장된 폐기물은 재 용용하여 부피를 감소시킴에 따라 기존 처리장 면적에 효율적으로 대량의 폐기물을 장기간 보관할 수 있다.
이를 통해 기존 처리장에 저장용량에 맞춰 보관된 폐기물의 부피를 축소시킴에 따라 추가적인 처리장의 건설 없이 많은양의 폐기물을 장기간 보관할 수 있다.
그리고 상기 제2반응부(20b)에서 환원된 가스는 상기 집진수단(40)을 통해 유해성분을 제거한 후, 외부로 배출한다.
즉, 폐기물의 용융시 발생된 가스는 상기 제2반응부(20b)에서 환원되어 상기 집진수단(40)으로 공급되며, 상기 스크러버부(41)를 통해 가스에 함유된 다이옥신은 수산화나트륨(NaOH)을 분사하여 화학적 방법을 통해 분해한다.
그리고 상기 필터부(42) 및 상기 연소수단(43)을 통과하며, 가스에 잔류하는 유해성분 및 악취를 제거한다.
이때, 상기 송풍팬(44)에 의해 가스가 용이하게 이동하여 외부로 배출된다.
이에 따라 상기 집진수단(40)은 폐기물의 용융시 발생된 가스는 함류된 다이옥신과 같은 유해물질 및 악취를 제거함에 따라 환경오염 및 인체에 유해한 성분을 제거한 후 배출한다.
이에 따른 상기 집진수단(40)을 통해 PCB 폐기물의 용융시 발생된 가스의 화학적 처리 과정은 다음과 같이 이루어진다.
먼저, PCB는 통상적으로 탄소(C) 56%, 염소(CI) 41%, 수소(H) 3%로 구성된다.
따라서 PCB폐기물은 상기 이중반응기(20)의 상기 제1반응부(20a)에서 용융시 발생된 가스는 상기 제2반응부(20b)로 이동하여 화원되며, 환원에 의해 반응 생성된 가스는 수소(H2) 41%, 일산화탄소(CO) 41%, 염화수소(HCI) 10%가 발생하게 된다.
[반응식 1]
C12H7Cl3 + 12H2O→ 12CO + 3HCl + 14H2
이러한 반응 생성된 가스는 상기 스크러버부(41)를 통해 염화수소(HCI) 10%를 중화한다.
따라서 상기 스크러버부(41)는 연화수소(HCI)에 수산화나트륨(NaOH)을 혼합하여 중화가 이루어지며, 중화시 발생된 합성가스는 수소(H2) 54%와 일산화탄소(CO) 46%가 발생한다.
이를 통해 상기 스크러버부(41)에서 발생된 합성가스는 상기 필터부(42) 및 상기 연소수단(43)을 통과하여 외부로 배출함에 따라 유해성분을 제거하여 배출할 수 있다.
그리고 폐기물의 다이옥신 측정결과, 탄화수소 혼합물에서는 0,02ng/Nm3 측정되었으며, PCB 변압기 오일은 0,05ng/Nm3가 측정되었다.
이상에서와 같이 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 공급수단
20: 이중반응기 20a: 제1반응부 20b: 제2반응부
21: 유입구 22: 배출구
23: 연결부 24: 배출관
25: 플라즈마토치 26: 가열판
27: 히팅부 28: 공급관
30: 배출수단 31: 운반레일 32: 냉각챔버
33: 배출레일 34: 용기
40: 집진수단 41: 스크러버부 42: 필터부
43: 연소수단 44: 송풍팬
20: 이중반응기 20a: 제1반응부 20b: 제2반응부
21: 유입구 22: 배출구
23: 연결부 24: 배출관
25: 플라즈마토치 26: 가열판
27: 히팅부 28: 공급관
30: 배출수단 31: 운반레일 32: 냉각챔버
33: 배출레일 34: 용기
40: 집진수단 41: 스크러버부 42: 필터부
43: 연소수단 44: 송풍팬
Claims (6)
- 드럼에 보관된 폐기물을 공급하는 공급수단(10);
상기 공급수단(10)을 통해 공급된 폐기물을 히팅하여 슬러지상태로 용융시키는 제1반응부(20a)와, 상기 제1반응부(20a)에서 발생된 가스를 환원시키는 제2반응부(20b)로 이루어진 이중반응기(20);
상기 제1반응부(20a)에서 슬러지상태로 배출되는 폐기물을 용기에 저장 및 냉각하여 배출하는 배출수단(30);
상기 제2반응부(20b)에서 환원된 가스에 생성된 유해물질을 제거하는 집진수단(40);으로 이루어지되,
상기 이중반응기(20)는,
측면에서 폐기물이 상기 제1반응부(20a)로 유입되는 유입구(21)와,
상기 제1반응부(20a)의 하단에는 슬러지화된 폐기물을 배출하는 배출구(22)와,
상기 제1반응부(20a)와 상기 제2반응부(20b)의 상단부분을 상호 연결하여, 상기 제1반응부(20a)에서 발생된 가스를 상기 제2반응부(20b)로 공급하는 연결부(23)와,
상기 제2반응부(20b)의 가스를 상기 집진수단(40)으로 배출하는 배출관(24)이 형성되고,
상기 유입구(21)에는 상기 제1반응부(20a)의 고온이 외부로 배출되는 것을 방지하기 위한 커버가 형성되고,
상기 이중반응기(20)의 상부부분 외부에서 상기 제1반응부(20a)의 내부를 향해 내측으로 관통 형성되어 용융에 필요한 재료를 공급하는 공급관(28)이 더 포함되고,
상기 공급관(28)을 통해 상기 제1반응부(20a)에 금, 은 및 백금의 노블메탈을 투입하되, 폐기물 20kg에 금, 은 및 백금이 단일 또는 혼합된 상태의 노블메탈 0.02%~0.2%의 비율로 혼합 투입되어 폐기물의 용융이 원활하게 이루어지도록 하고,
상기 배출수단(30)은,
상기 이중반응기(20)의 하단에 위치하며, 배출되는 슬러지화된 폐기물을 저장하는 다수개의 상기 용기(34)를 순차적으로 운반하는 운반레일(31)과,
상기 운반레일(31)의 끝단에 위치하며, 상기 슬러지화된 폐기물이 저장된 용기가 유입되어 냉각하는 냉각챔버(32)와,
상기 냉각챔버(32)에서 냉각된 상기 용기(34)를 배출하는 배출레일(33)로 이루어지고,
상기 냉각챔버(32)는 내부온도를 조절하여 폐기물의 종류 및 상태에 따라 급속냉각 또는 저속냉각을 통해 부피가 최소화 될 수 있도록 고체화가 이루어지도록 구성되고,
상기 용기(34)에 담긴 폐기물이 고체화되면 상기 배출레일(33)을 따라 상기 냉각챔버(32)의 외부로 이동되며, 이동된 상기 용기(34)는 밀봉처리한 후 별도의 처리장으로 운반되도록 구성되고,
상기 제1반응부(20a) 및 상기 제2반응부(20b)에 한쌍의 동일한 구성으로 이루어지되,
상기 제1반응부(20a) 및 상기 제2반응부(20b)에 설치되어 스팀 또는 에어 형태의 아크 플라즈마를 발생하는 플라즈마토치(25)와,
상기 제1반응부(20a) 및 상기 제2반응부(20b)의 바닥에 배치된 가열판(26)과,
상기 가열판(26)의 내부에 지그재그 방식으로 형성되어 상기 가열판(26)을 가열하여 고온을 발생시키는 히팅부(27)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 집진수단(40)은,
상기 제2반응부(20b)에서 환원된 가스가 유입되며, 유입된 가스에 수산화나트륨(NaOH)을 공급하여 유해물질을 분해하는 스크러버부(41)와,
상기 스크러버부(41)를 통과한 가스에 혼합된 잔류 유해물질을 제거하는 필터부(42)와,
상기 필터부(42)를 통과한 상기 가스를 가열하여 유해물질을 제거하는 연소수단(43)과,
상기 연소수단(43)을 통과한 가스를 배출하는 송풍팬(44)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 이송식 아크 플라즈마 반응기.
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| KR20220154954A KR20220154954A (ko) | 2022-11-22 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR100369612B1 (ko) * | 1999-09-07 | 2003-01-29 | 한국수력원자력 주식회사 | 중ㆍ저준위 방사성폐기물 처리 시스템 및 방법 |
| KR100394120B1 (ko) * | 2000-03-27 | 2003-08-06 | 세안기술 주식회사 | 플라즈마 아크를 이용한 방사성 폐기물 유리화 시스템 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2889558B1 (ja) * | 1998-03-24 | 1999-05-10 | 日本碍子株式会社 | 焼却溶融方法および焼却溶融装置 |
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2021
- 2021-05-14 KR KR1020210062552A patent/KR102668975B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100369612B1 (ko) * | 1999-09-07 | 2003-01-29 | 한국수력원자력 주식회사 | 중ㆍ저준위 방사성폐기물 처리 시스템 및 방법 |
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