KR19980073418A - Indirect heated fluidized bed apparatus with interpolated heating tubes for oil contaminated soil restoration - Google Patents

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Abstract

유류 오염 토양 복원용 가열식 장치에 있어서, (1) 유류 오염 토양의 유류를 탈착시키기 위한 유동상 열탈착 시스템, (2) 상기 유동상 열탈착 시스템에서 탈착된 유류분을 연소시키기 위한 산화 촉매가 장착된 저온 열파괴 시스템, (3) 상기 유동상 열탈착 시스템과 상기 저온 열파괴 시스템 사이에 위치하여 이들 시스템 (1, 2)와 함께 다단식 구조를 형성하며, 상기 열파괴 시스템내에서 발생된 상기 탈착된 유류분의 연소열을 상기 유동상 열탈착 시스템의 열원으로 제공하기 위한 가열관 시스템, 및 (4) 상기 시스템들 (1, 2, 3) 내외의 기체들이 서로 유기적으로 순환되도록 하기 위한 순환 시스템으로 이루어지는, 유류 오염 토양 복원을 위한 가열관이 내삽된 간접 가열식 유동상 장치 및 이 장치를 사용하여 유류로 오염된 토양을 복원하는 방법이 개시되어 있다.A heated apparatus for restoring oil contaminated soil, comprising: (1) a fluidized bed thermal desorption system for desorbing oil in an oil contaminated soil, and (2) a low temperature heat equipped with an oxidation catalyst for combusting the oil desorbed in the fluidized bed thermal desorption system. Fracture system, (3) located between the fluidized bed thermal desorption system and the low temperature thermal destruction system to form a multi-stage structure with these systems (1, 2), and the heat of combustion of the desorbed oil content generated in the thermal destruction system Oil contaminated soil recovery consisting of a heating tube system for providing a heat source of the fluidized bed thermal desorption system, and (4) a circulation system for allowing gases in and out of the systems (1, 2, 3) to circulate organically with one another. An indirect heated fluidized bed apparatus with interpolated heating tubes for a method and a method for recovering soil contaminated with oil using the apparatus are disclosed. have.

본 발명에 따른 간접 가열식 유동상 장치를 사용함으로써 에너지 이용을 극대화시켜 유류로 오염된 토양을 고효율로 복원시킬 수 있다.By using an indirect heated fluidized bed apparatus according to the present invention, it is possible to maximize the use of energy to restore oil contaminated soil with high efficiency.

Description

유류 오염 토양 복원을 위한 가열관이 내삽된 간접 가열식 유동상 장치Indirect heated fluidized bed apparatus with interpolated heating tubes for oil contaminated soil restoration

본 발명은 유류 (油類)로 오염된 토양을 복원하는데 사용될 수 있는 가열관 (heat pipe)이 내삽된 간접 가열식 유동상 장치에 관한 것이다.The present invention is directed to an indirect heated fluidized bed apparatus in which a heat pipe is interpolated that can be used to recover soil contaminated with oil.

최근, 주유소 주변의 토양은 석유류 또는 화학물질 제품에 의해 심각하게 훼손되고 있으며, 이와 같은 석유류 또는 화학물질 제품에 의한 토양의 오염 실태는 지난 1996년 8월 8일자 조선일보의 환경 심층 취재에도 나타나있는 바와 같이 국내 175군데 주유소 529개 지하 저장 탱크 중 약 36.1%의 탱크에서 유류가 누출되고 있으며, 특히 매설 후 10 내지 40년이 경과된 주유소 탱크 6군데 중 5군데의 주변 토양의 시료에서 토양이 경유와 중유 성분으로 오염되어 있는 것으로 보도되고 있어 그 심각성을 단적으로 보여준다. 더구나 이러한 오염 토양의 기름들에는 벤젠, 톨루엔 등의 발암 물질을 포함한 150가지 이상의 유독 물질이 포함되어 있어 이들로 오염된 지하수로 인해 백혈병 및 각종 질환이 유발되므로 주민들의 건강이 치명적으로 위협받는 결과를 초래하게 된다.Recently, the soil around gas stations has been severely damaged by petroleum or chemical products, and the contamination of soil by petroleum or chemical products has been shown in the deep environmental report of the Chosun Ilbo dated August 8, 1996. As shown, oil leaks from about 36.1% of the 529 underground storage tanks in 175 gas stations in Korea, and in particular, 5 samples of the soil around 5 out of 6 gas tanks 10 to 40 years after they are buried. It is reported to be contaminated with oil and heavy oil components, showing its seriousness. Moreover, the oils in these contaminated soils contain more than 150 toxic substances, including carcinogens such as benzene and toluene, which cause leukemia and various diseases caused by contaminated groundwater. Will result.

이들 석유류 제품에 의해 오염된 토양에 대한 복원 기술 (Remediation)은 관리 처리 체제를 통하여 오염된 토양 및 지하수를 자연 상태로 환원시키는 기술로서 미국을 위시한 선진 각국에서 그 연구 및 현장 적용을 통한 처리가 활발하게 진행 중에 있다. 오염 토양 복원 기술은 i) 인-시츄 (in-situ) 시스템과 ii) 엑스-시츄 (ex-situ) 시스템으로 분류되어진다. 인-시츄 복원 시스템은 오염된 토양을 굴착 이동시키지 않고 원 위치에서 오염 물질을 제거 및 분해시키는 기술이다. 이 기술은 유해한 휘발성 오염 물질을 제거시키는데 효과적인 증기 추출 (vapor extraction) 복원 기술과 함께 원 위치에서 생물학적 복원을 행하기 위해 연구와 적용이 활발하게 진행되고 있다. 엑스-시츄 시스템은 오염된 토양을 굴착하여 오염 토양 처리 시설 및 외부와의 차단 시설이 설치된 새로운 장소로 옮겨 처리한 후 복원된 토양을 원래의 굴착지로 환원시키는 시스템이다. 이 기술에는 물리, 화학 및 생물학적 방법들이 모두 사용가능하다.Remediation of soils contaminated by these petroleum products is a technology to reduce the contaminated soil and groundwater to the natural state through the management treatment system, and active treatment through research and field application in advanced countries including the United States. Is in progress. Contaminated soil remediation techniques are classified into i) in-situ systems and ii) ex-situ systems. In-situ restoration systems are technologies that remove and disintegrate contaminants in situ without digging and moving contaminated soil. This technology is being actively researched and applied to perform biological recovery in situ, along with vapor extraction restoration techniques that are effective in removing harmful volatile contaminants. Ex-situ system is a system that excavates contaminated soil, transfers it to a new place where contaminated soil treatment facilities and external blocking facilities are installed, and then restores the restored soil to the original excavation site. Physical, chemical and biological methods can all be used in this technique.

한편, 현재 문제가 되고 있는 주유소의 유류 저장소 주변의 입지 환경을 고려하고 선진국 등지에서 개발되고 있는 오염 토양 복원에 적용할 수 있는 주요한 기술들을 비교해 보면 어떠한 기술이 적합할 지는 어느 정도 추론이 가능하다. 먼저 국내 주유소 주변의 입지 환경을 살펴보면,On the other hand, considering the location environment around the oil reservoir at the gas station, which is currently a problem, and comparing the main technologies applicable to the contaminated soil restoration developed in developed countries, etc., it is possible to deduce to what extent it is suitable. First, take a look at the location environment around domestic gas stations.

첫째, 복원 대상이 되는 노후한 주유소 대부분이 도심 또는 교통량이 많은 장소에 집중되어 있으며, 따라서 토양 복원을 위한 시설물과 같은 작업 환경은 주변 주민들에게나 이 곳을 통행하는 차량 흐름에 방해가 되어 새로운 민원을 유발시킬 가능성이 크고,First, most of the old gas stations that are to be restored are concentrated in urban areas or in places with heavy traffic, so working environments such as facilities for soil restoration can interfere with the flow of vehicles to and from nearby residents. Is likely to trigger,

둘째, 도심 주변의 주유소 일대는 대부분 토지 가격이 비싸서 토지 소유주 입장에서 볼 때 토양 복원을 위해 토지를 장기간 동안 유휴지로 방치할 수 없으며,Secondly, most gas stations around the city center are expensive, and from the land owner's point of view, land cannot be left idle for long periods to restore soil.

셋째, 석유류 제품에 오염된 토양은 오염원의 종류가 다양하여 어느 한가지 기술만을 사용해서는 오염 토양의 처리가 곤란하다.Third, soils contaminated with petroleum products have various types of pollutants, so it is difficult to treat contaminated soils using only one technique.

상술한 바와 같은 이유로 인해, 인-시츄 시스템의 토양 복원 방식들은 본래 가지고 있는 여러 가지 장점에도 불구하고 국내 지하 저장 탱크 주변의 오염된 토양 현장에 적용하기에는 많은 한계점을 가지고 있다. 따라서, 광범위하고도 다양한 오염원에 오염된 토양을 단기간에 그리고 완전히 처리할 수 있는 효과를 가지는 열처리법은 특히, 생물학적 처리나 다른 물리/화학적 처리들과 비교해도 현재까지 오염 토양을 복원시키기 위해 개발된 방법들 중에서 그 효과가 가장 잘 입증된 기술이라고 사료된다.For the reasons described above, the soil restoration methods of the in-situ system have many limitations for application to contaminated soil sites around domestic underground storage tanks despite the many advantages they have inherent. Therefore, heat treatment, which has the effect of treating the soil contaminated with a wide variety of contaminants in a short time and completely, has been developed to restore contaminated soil to date, especially when compared with biological treatment or other physical / chemical treatments. Among the methods, the effect is considered to be the most proven technique.

이러한 열처리법 중에서 대표적인 방법인 소각은 독성 제거와 부피 감량이 함께 가능하지만 설치비가 비쌀 뿐만 아니라 고형 잔류물 처리 및 발생되는 배기 가스 처리에도 유의해야 한다. 즉, 이와 같은 소각에는 오염 토양의 온도를 오염 물질이 연소되는 점까지 올릴 때 발생되는 연소 가스의 양을 조절하는 것이 불가능할 뿐만 아니라 고온에서의 운전에 따른 황 산화물 및 질소 산화물의 발생은 물론 토양에 함유된 중금속까지도 토양에서 대기로 옮아가는 결과가 초래되는 등의 문제점들이 있다.Incineration, which is a representative method among these heat treatment methods, can be combined with toxic removal and volume reduction, but it is expensive to install, and attention should be paid to solid residue treatment and exhaust gas treatment. That is, incineration is not only possible to control the amount of combustion gas generated when raising the temperature of the contaminated soil to the point where the pollutant is burned, but also generates sulfur oxides and nitrogen oxides at high temperatures, Even the heavy metals contained there are problems such as the result of moving from the soil to the atmosphere.

이와 같은 열처리법의 문제점을 해결하기 위한 방식으로서 개발된 열탈착법은 오염된 토양에 열에너지를 가하여 토양 세공 속이나 토양 입자들 사이에 존재하는 오염 물질을 액상 또는 고상으로부터 기상으로 탈착시키는 방법이다. 열탈착법은 열 공급 방식에 따라 직접 가열 방식과 간접 가열 방식으로 나뉘어지며, 직접 가열 방식은 열탈착기 내부에 제한된 양의 산소를 공급하여 불완전 연소열을 이용하는 방식이고 간접 가열 방식은 연소 반응을 배제시킴으로써 열탈착기에 내삽된 가열체의 열원만을 이용하는 방식이다. 이와 같은 간접 가열식 열탈착 시스템은 발생되는 폐가스의 양을 현저하게 감소시켜 처리 가스의 처리 규모를 작게할 수 있는 효과를 가져올 수 있다. 그러나, 현재까지 개발된 기술로는 내부에서 뜨거운 기름이 순환되는 고온 스크류우를 열탈착기에 내삽하는 방법 (LT3Technology, P.T. Kostecki and E.J. Calabrese, Petroleum Contaminated Soils : Remediation Techniques Environmental Fate Risk Assessment, Vol. 1, pp 201 ∼ 209, Lewis Publisherss, Inc., Chelsea, Michigan, 1989; EPA Report, Low Temperature Thermal Treatment (LT3) Technologyy, EPA/540/AR-92/019, Dec. 1992 참조)이 사용되고 있으나 이러한 방법은 사용되는 장치가 복잡하고 열전달 효율의 한계로 인해 처리 규모가 제한되는 문제점이 있다.The thermal desorption method developed as a method for solving the problems of the heat treatment method is a method of desorbing contaminants present in soil pores or between soil particles by applying thermal energy to contaminated soil from the liquid phase or solid phase to the gas phase. The thermal desorption method is divided into direct heating method and indirect heating method according to the heat supply method. The direct heating method uses incomplete combustion heat by supplying a limited amount of oxygen inside the thermal desorber, and the indirect heating method is thermal desorption by excluding combustion reaction. It is a method using only the heat source of the heating body interpolated in the machine. Such an indirect heating thermal desorption system can significantly reduce the amount of waste gas generated to bring about the effect of reducing the processing scale of the processing gas. However, the technologies developed so far include a method of interpolating a high temperature screw thread in which hot oil circulates inside the thermal desorber (LT 3 Technology, PT Kostecki and EJ Calabrese, Petroleum Contaminated Soils: Remediation Techniques Environmental Fate Risk Assessment, Vol. 1) , pp 201-209, Lewis Publisherss, Inc., Chelsea, Michigan, 1989; see EPA Report, Low Temperature Thermal Treatment (LT 3 ) Technologyy, EPA / 540 / AR-92 / 019, Dec. 1992). The method is problematic in that the apparatus used is complex and the processing scale is limited due to limitations in heat transfer efficiency.

따라서, 본 발명자들은 이와 같은 종래의 방법들의 한계를 극복하기 위해 예의 연구한 결과 본 발명에 이르렀다.Accordingly, the present inventors have made a thorough study to overcome the limitations of such conventional methods.

본 발명의 목적은 유류 오염 토양 복원용 가열식 장치에 있어서, (1) 유동상 열탈착 시스템, (2) 산화 촉매가 장착된 저온 열파괴 시스템, (3) 상기 유동상 열탈착 시스템과 상기 저온 열파괴 시스템 사이에 위치하여 다단식 구조를 형성하는 가열관 시스템, 및 (4) 상기 시스템들 (1, 2, 3) 내외의 기체들이 서로 유기적으로 순환되도록 하기 위한 순환 시스템으로 이루어지는, 유류 오염 토양 복원을 위한 가열관이 내삽된 간접 가열식 유동상 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is a heated device for restoring oil contaminated soil, comprising: (1) a fluidized bed thermal desorption system, (2) a low temperature thermal destruction system equipped with an oxidation catalyst, (3) the fluidized bed thermal desorption system and the low temperature thermal destruction system A heating tube system disposed between and forming a multi-stage structure, and (4) a heating system for recovering oil-contaminated soils, comprising a circulation system for allowing gases in and out of the systems (1, 2, 3) to circulate organically with each other. It is to provide an indirect heated fluidized bed device in which a tube is interpolated.

본 발명의 다른 목적은 유류 오염 토양 복원을 위한 가열 방법에 있어서, (1) 유동상 열탈착 시스템내에서 유류에 오염된 토양을 연속적으로 탈착시키는 단계, (2) 탈착된 유류분을 열파괴 시스템내에서 분해 및 제거하는 단계, (3) 상기 탈착된 유류분의 연소열을 상기 가열관 시스템에 의해 상기 유동상 열탈착 시스템의 열원으로 제공하는 단계, 및 (4) 상기 시스템들 (1, 2, 3) 내외의 기체들이 서로 유기적으로 순환되도록 하는 단계를 포함하는, 유류 오염 토양 복원 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a heating method for restoring an oil contaminated soil, comprising: (1) continuously desorbing oil-contaminated soil in a fluidized bed heat desorption system, and (2) removing the desorbed oil content in a heat destruction system. Decomposing and removing, (3) providing combustion heat of the desorbed oil content to the heat source of the fluidized bed desorption system by the heating tube system, and (4) in and out of the systems (1, 2, 3) It is to provide an oil-contaminated soil restoration method comprising the step of allowing the gases to circulate organically with each other.

본 발명의 또다른 목적은 유류로 오염된 토양을 복원시킬 때 발생되는 폐가스를 최소화시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for minimizing the waste gas generated when restoring soil contaminated with oil.

본 발명의 또다른 목적은 유류로 오염된 토양을 복원시키는데 있어서 에너지 이용률을 향상시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method which can improve the energy utilization in restoring soil contaminated with oil.

도 1은 본 발명에 따른 유류 오염 토양 복원을 위한 가열관이 내삽된 간접 가열식 유동상 장치의 개략도.1 is a schematic diagram of an indirect heated fluidized bed apparatus with interposed heating tubes for oil contaminated soil restoration according to the present invention;

도 2는 본 발명의 유동상 열탈착 시스템에서 10% 디젤유로 오염된 토양을 정화할 때 시간 경과에 따른 열탈착 시스템내 오염 토양의 유류분 변화를 나타낸 그래프도.Figure 2 is a graph showing the oil content of the contaminated soil in the thermal desorption system over time when purifying the soil contaminated with 10% diesel oil in the fluidized bed thermal desorption system of the present invention.

도면의주요부분에대한부호의설명Explanation of symbols on the main parts of the drawing

1 : 오염 토양 공급관1: contaminated soil supply pipe

2 : 정화된 토양 배출관2: Purified soil discharge pipe

3 : 사이클론3: cyclone

4 : 탈착 가스 배출관4: desorption gas discharge pipe

5 : 유동화 가스 공급관5: fluidized gas supply pipe

6 : 폐가스 배출관6: waste gas discharge pipe

7 : 산소 보충 공급관7: oxygen supplement supply pipe

8 : 탈착 가스 공급관8: desorption gas supply pipe

본 발명의 유류 오염 토양 복원용 장치는 오염된 유류가 연소되지 않고 단지 탈착 과정만이 진행되는 500 ℃ 이하에서 열탈착 시스템을 운전하고 탈착된 유류분은 산화 촉매를 사용하여 저온에서 연소시키며, 이 때 발생되는 열에너지의 대부분을 다시 가열관에 의해 열탈착 시스템으로 전달시키는 고효율 장치로서, 열탈착 시스템에는 유동층을 이용하여 시스템간의 열전달 효율 및 고상으로부터 기상으로의 물질 전달도 극대화될 수 있도록 하였다.The apparatus for restoring the oil-contaminated soil of the present invention operates the thermal desorption system at a temperature below 500 ° C. in which the contaminated oil is not burned and only the desorption process proceeds, and the desorbed oil is burned at a low temperature using an oxidation catalyst. As a high-efficiency device that transfers most of the thermal energy back to the thermal desorption system by a heating tube, the thermal desorption system uses a fluidized bed to maximize the heat transfer efficiency between the systems and mass transfer from the solid phase to the gas phase.

본 발명의 시스템은 높은 에너지 효율을 달성하기 위해서 유동상 열탈착 시스템과 벌집형 산화 촉매로 이루어진 열파괴 시스템이 가열관에 의해 연결되어 있는 다단식 오염 토양 열처리용 시스템이다. 이 시스템에서 오염 토양에 존재하는 유류의 탈착에 필요한 탈착 에너지는 탈착된 유류분이 열파괴 시스템에서 연소되면서 발생되는 연소열을 특별한 열 운송 기구 없이 가열관에 의해 고효율로 열탈착 시스템에 간접 전달되는 방식으로 구성되어 있으며, 열파괴 시스템을 유류의 연소 온도 보다 훨씬 낮은 온도 (300 ℃ 전후)에서 운전함으로써 고온 운전시 발생되는 황 산화물 및 질소 산화물 (NOx)의 발생을 원천적으로 억제시키는 특징을 가지고 있다.The system of the present invention is a multistage contaminated soil heat treatment system in which a heat destruction system consisting of a fluidized bed heat desorption system and a honeycomb oxidation catalyst is connected by a heating tube in order to achieve high energy efficiency. In this system, the desorption energy required for desorption of oil present in contaminated soil is constructed in such a way that the heat of combustion generated by the desorbed oil content is burned in the heat destruction system is indirectly transferred to the heat desorption system with high efficiency by a heating tube without special heat transport mechanism. In addition, the thermal destruction system is operated at a temperature much lower than the combustion temperature of oil (about 300 ° C.), and has a characteristic of fundamentally suppressing the generation of sulfur oxides and nitrogen oxides (NOx) generated during high temperature operation.

본 발명의 시스템은 다음과 같은 구성요소, 즉 (1) 유동상 열탈착 시스템, (2) 저온 열파괴 시스템, (3) 가열관 시스템, 및 (4) 기체 순환 시스템으로 이루어져 있다.The system of the present invention consists of the following components: (1) fluidized bed thermal desorption system, (2) low temperature thermal destruction system, (3) heating tube system, and (4) gas circulation system.

유동상 열탈착 시스템에 이용되는 유동상이란 고체 입자가 액체 또는 기체에 의해 부유되어 있는 상태를 말하며, 이 상태에서는 고상과 액상 또는 기상간의 물질 전달 및 열 전달의 막저항이 매우 작아서 외부 시스템으로부터 유동층내로의 열전달 및 고상으로부터 액상 또는 기상으로의 물질 전달을 고정상 보다 10배 이상 높이는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 이와 같은 장점을 가지고 있는 유동상을 이용하여 오염 물질을 유동상내에서 열탈착시킴으로써, 열탈착에 필요한 유동층내로의 열전달 및 오염 토양으로부터 기상으로의 물질 전달이 고효율로 가능하도록 한다.The fluidized bed used in the fluidized bed thermal desorption system refers to a state in which solid particles are suspended by a liquid or a gas. In this state, the film resistance of mass transfer and heat transfer between a solid phase and a liquid phase or a gaseous phase is so small that from the external system into the fluidized bed. It is possible to increase heat transfer and mass transfer from the solid phase to the liquid or gas phase more than 10 times than the stationary phase. Accordingly, in the present invention, by using the fluidized bed having such an advantage, by thermal desorption of contaminants in the fluidized bed, heat transfer into the fluidized bed required for thermal desorption and mass transfer from the contaminated soil to the gas phase are made possible.

열파괴 시스템에서는, 유동층내에서 탈착된 유류의 휘발성 유기 화합물 (VOC: Volatile Organic Compounds)을 산화 촉매를 사용하여 저온에서 연소시키는 것이 가능하다. 본 발명에서는 백금계 벌집형 촉매를 사용하였다.In thermal destruction systems, it is possible to combust oil volatile organic compounds (VOCs) desorbed in a fluidized bed at low temperatures using an oxidation catalyst. In the present invention, a platinum-based honeycomb catalyst was used.

본 발명의 가열관 시스템은 간접 가열 방식을 이용한 것으로서, 가열관은 대량의 열 수송 능력, 온도 분포의 균일성, 가볍고 간단한 구조 및 빠른 응답성 뿐만 아니라 불응축 가스를 혼입시킴으로써 열 운송량과 시스템의 온도를 제어할 수 있는 점 등의 많은 장점을 가지고 있다. 가열관의 작동 원리는 지극히 단순하다. 즉, 진공으로 밀폐된 용기내에 적당량의 작동 유체를 주입하여 한쪽에서 고온의 열매체로 가열하면 작동 유체가 증발하여 다른쪽으로 압력차에 의해 이동하게 되며, 이 때 증발된 증기를 외부에서 저온의 매체로 응축시켜 작동 유체가 증발한 증발부로 순환시킴으로써 증발 잠열을 매개 수단으로 하여 고온의 열매체가 가지고 있는 열을 저온의 매체로 전달하는 방식으로, 외부의 열 운송 기구가 필요없는 장치이다. 본 발명에서는 이러한 가열관을 사용함으로써 열파괴 시스템의 열에너지를 유동상 열탈착 시스템내로 원활하게 전달하여 간접 가열할 수 있다.The heating tube system of the present invention uses an indirect heating method, the heating tube has a large amount of heat transport capacity, uniformity of temperature distribution, light and simple structure and fast response, as well as the heat transfer amount and system temperature by incorporating non-condensable gas It has many advantages, such as being able to control it. The principle of operation of the heating tube is extremely simple. In other words, when a suitable amount of working fluid is injected into a vacuum-sealed container and heated with a high temperature heating medium on one side, the working fluid evaporates and is moved by a pressure difference to the other side. By condensing and circulating to the evaporation unit where the working fluid has evaporated, it is a device that does not require an external heat transport mechanism by transferring heat of a high temperature heat medium to a low temperature medium through latent heat of evaporation as a medium. In the present invention, by using such a heating tube, it is possible to smoothly transfer the thermal energy of the thermal destruction system into the fluidized bed thermal desorption system to indirectly heat it.

본 발명의 장치에서는 본 장치를 구성하는 각 시스템 내외의 기체들이 서로 유기적으로 순환되며 이는 다음의 물질 및 에너지 순환에 대한 설명에도 잘 나타나있다.In the apparatus of the present invention, the gases in and out of each system constituting the apparatus are circulated organically with each other, which is well illustrated in the following description of the material and energy circulation.

도 1은 본 발명에 따른 유류 오염 토양 복원을 위한 가열관이 내삽된 간접 가열식 유동상 장치의 개략도이며 물질 순환은 다음과 같다. 유류에 오염된 토양은 오염 토양 공급관 (1)을 통해 유동층내로 공급되고 정화된 토양은 정화된 토양 배출관 (2)를 통해 배출된다. 공정 중 비산되는 미세 토양은 사이클론 (3)을 통해 다시 오염 토양 공급관 (1)로 재공급되거나 정화된 토양 배출관 (2)에서 배출되는 토양과 합해져서 배출된다. 또한, 유동층내의 탈착된 유류 (탄화수소)는 탈착 가스 배출관 (4)를 통해 배출되어 순환 펌프에 의해 탈착 가스 공급관 (8)을 통해 열파괴 시스템으로 공급되고, 산화 촉매층에서 산화되어 이산화탄소 및 물로 전환되어 이산화탄소와 응축수 그리고 토양 중에 포함된 수증기는 폐가스 배출관 (6)으로 배출되며, 산화 반응에 의해 유류분을 연소시키는데 소모되는 양 만큼의 산소가 산소 또는 공기로서 산소 보충 공급관 (7)을 통해 열파괴 시스템내로 공급된다.1 is a schematic diagram of an indirect heated fluidized bed device with a heating tube interpolated for oil contaminated soil restoration according to the present invention, and the material circulation is as follows. The soil contaminated with oil is fed into the fluidized bed through the contaminated soil supply pipe (1) and the purified soil is discharged through the purified soil discharge pipe (2). The fine soil scattered during the process is discharged through the cyclone (3) in combination with the soil discharged back to the contaminated soil supply pipe (1) or from the purified soil discharge pipe (2). In addition, the desorbed oil (hydrocarbon) in the fluidized bed is discharged through the desorption gas discharge pipe (4) and supplied to the thermal destruction system through the desorption gas supply pipe (8) by a circulation pump, oxidized in the oxidation catalyst bed and converted into carbon dioxide and water, Carbon dioxide, condensate and water vapor contained in the soil are discharged to the waste gas discharge pipe (6), and the amount of oxygen consumed to burn the oil content by the oxidation reaction is introduced into the thermal destruction system through the oxygen supplement supply pipe (7) as oxygen or air. Supplied.

한편, 에너지 순환은 다음과 같다. 상온의 오염된 토양은 오염 토양 공급관 (1)을 통해 유동층내로 공급되어 200 내지 300 ℃ 범위내의 온도로 승온되면서 유류가 탈착되며 정화된 토양은 정화된 토양 배출관 (2)를 통해 배출된다. 또한, 유동층내의 가열된 기체는 유류분을 함유하며 탈착 가스 배출관 (4)를 통해 배출되어, 산화 반응에 의해 유류분을 연소시키는데 필요한 양 만큼의 산소 및 연소 반응 중 생성되는 수분을 제거하기 위해 순환시키는 기체 (주로 H2O, CO2및 O2를 함유)와 합쳐져서 순환 펌프에 의해 탈착 가스 공급관 (8)을 통해 열파괴 시스템으로 공급된다. 이 시스템내에서 발생된 연소열은 가열관에 의해 유동화 가스 공급관 (5)를 통해 유동층내로 전달된다. 연소된 기체는 대부분 그대로 유동층으로 공급되어 오염 토양을 가열시키는 열원으로서 작용하지만 연소된 기체량의 10% 정도는 폐가스 배출관 (6)을 통해 배출되어 공정 중에 발생되는 수분이나 오염 토양에서 탈착되는 수분이 공정으로부터 제거된다.Meanwhile, the energy cycle is as follows. The contaminated soil at room temperature is supplied into the fluidized bed through the contaminated soil supply pipe (1) and the oil is desorbed while being heated to a temperature in the range of 200 to 300 ℃, and the purified soil is discharged through the purified soil discharge pipe (2). In addition, the heated gas in the fluidized bed contains an oil content and is discharged through the desorption gas discharge pipe 4 to circulate to remove as much oxygen as necessary to burn the oil content by the oxidation reaction and moisture generated during the combustion reaction. (Mainly containing H 2 O, CO 2 and O 2 ) and supplied to the thermal destruction system through the desorption gas supply pipe 8 by a circulation pump. The heat of combustion generated in this system is transferred by the heating tube through the fluidizing gas supply pipe 5 into the fluidized bed. Most of the combusted gas is supplied as it is to the fluidized bed and serves as a heat source for heating the contaminated soil, but about 10% of the amount of combusted gas is discharged through the waste gas discharge pipe (6) to remove moisture generated during the process or desorbed from the contaminated soil. Removed from the process.

이하, 본 발명을 대표적인 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명의 실시양태를 예시하기 위한 것이며 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to representative examples, but these examples are only intended to illustrate embodiments of the present invention and do not limit the scope of the present invention.

실시예 1Example 1

작동 유체로서 나프탈렌을 사용한 나프탈렌 가열관의 가열부 온도를 200 ℃, 300 ℃ 및 450 ℃로 변화시키면서 유동층내에서 10% 디젤유로 오염된 토양의 시간에 따른 온도 변화를 측정하고, 또한 시료를 10분 단위로 샘플링하여 열중량 분석법에 의해 시료의 무게 감량을 조사하여 열처리에 따른 무게 감량을 기준으로 계산한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 탈착률은 오염된 토양의 원래 무게에 대한 유동상 열탈착 시스템에서 샘플링한 시료의 단위 시간당의 무게 변화율로서 정의하였다.Measure the temperature change over time of soil contaminated with 10% diesel oil in the fluidized bed while changing the heating part temperature of the naphthalene heating tube using naphthalene as the working fluid to 200 ° C, 300 ° C and 450 ° C The weight loss of the sample was investigated by thermogravimetric analysis by sampling in units, and the results calculated based on the weight loss due to heat treatment are shown in Table 1 below. Desorption rate was defined as the rate of change in weight per unit of time sampled in a fluidized bed thermal desorption system to the original weight of the contaminated soil.

[표 1]TABLE 1

가열부의 온도를 변화시키면서 측정한 10% 디젤유로 오염된 토양의 시간 경과에 따른 유동상 열탈착 시스템내의 온도 변화 및 탈착률.Temperature change and desorption rate in a fluidized bed thermal desorption system over time of soil contaminated with 10% diesel oil measured by varying the temperature of the heating section.

표 1에 나타나있는 바와 같이 가열관의 온도가 증가함에 따라 탈착률은 증가하며 300 ℃의 유동상 온도에서 오염 물질이 약 95% 탈착되었다.As shown in Table 1, as the temperature of the heating tube was increased, the desorption rate increased and about 95% of the contaminants were desorbed at the fluidized bed temperature of 300 ° C.

또한, 실제 디젤유 성분의 잔류량을 용매 추출법에 의해 측정하였다. 샘플링한 시료 2 g에 염화메틸렌 2 cc를 섞어 초음파 처리기로 약 2시간 추출한 후 여과하여 2 μl를 GC-FID (모델명: HP 6890, 휴렛 펙커드사 (Hewlett Packard)사 제)를 사용하여 성분 분석하였다. 도 2는 300 ℃의 유동상 열탈착 시스템에서 10% 디젤유로 오염된 토양을 정화할 때 시간 경과에 따른 열탈착 시스템내 오염 토양의 유류분 변화를 나타낸 그래프도이다.In addition, the residual amount of the actual diesel oil component was measured by the solvent extraction method. 2 g of the sample was mixed with 2 cc of methylene chloride, extracted for about 2 hours by an ultrasonic wave, and filtered. 2 μl was analyzed using GC-FID (Model: HP 6890, manufactured by Hewlett Packard). It was. Figure 2 is a graph showing the oil content of the contaminated soil in the thermal desorption system over time when purifying the soil contaminated with 10% diesel oil in the fluidized bed thermal desorption system of 300 ℃.

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 제거되지 않고 잔류하는 디젤유 성분은 열처리 시간이 경과함에 따라 급격히 감소되는 것으로 나타났으며 무게 감량 기준으로 계산한 수치 보다 훨씬 높은 약 99%의 디젤유 성분이 제거되었음을 확인하였다. 또한, C10-C15성분은 열처리 시간이 경과함에 따라 급격히 제거되기 시작하여 30분 경과 후에는 완전히 제거되나 비교적 분자량이 큰 C21이상의 탄화수소는 제거 속도가 상대적으로 늦어 열처리 시간 30분 후 잔존 성분의 대부분을 구성한다는 것을 알 수 있었다.As can be seen from FIG. 2, the diesel oil component that is not removed remains rapidly reduced as the heat treatment time elapses, and about 99% of the diesel oil component, which is much higher than the value calculated on the basis of weight loss, is removed. It was confirmed. In addition, the C 10 -C 15 component begins to be rapidly removed as the heat treatment time elapses, and is completely removed after 30 minutes. However, C 21 or more hydrocarbons having a relatively high molecular weight have a relatively low removal rate and thus remain after 30 minutes of heat treatment time. It can be seen that it constitutes most of the.

이러한 결과로부터, 가열관을 내삽한 유동상 열탈착 시스템은 별도의 열 운송 기구가 없이도 열탈착 시스템내로 열을 효과적으로 전달시킬 수 있을 뿐만 아니라 촉매 산화 연소시 발생되는 열에너지도 이용할 수 있어 에너지 이용을 극대화시킬 수 있는 경제적인 고효율 시스템이라는 것이 입증되었다.From these results, the fluidized bed thermal desorption system in which the heating tube is inserted can effectively transfer heat into the thermal desorption system without a separate heat transport mechanism, and can also utilize heat energy generated during catalytic oxidative combustion to maximize energy utilization. Has proven to be an economical, high-efficiency system.

실시예 2Example 2

백금계 벌집형 산화 촉매를 사용하여 탈착된 유기 화합물들의 열파괴 효율을 측정하였다. 반응 조건은 공간 속도를 12,000 시간-1으로 하고, 산소 농도가 약 27%인 부화 공기를 사용하였다. BTX의 3종류 유기 화합물 및 디젤유의 공급 농도는 각각 벤젠의 경우 0.0032-0.0035 g/cc, 톨루엔의 경우 0.0025-0.0028 g/cc, 메타-크실렌의 경우 0.0022-0.0024 g/cc, 디젤유의 경우 0.000794 g/cc로 하여 파괴 실험을 수행하였으며 표 2에 나타낸 바와 같이 약 90% 이상이 제거된 것을 알 수 있었다.Thermal destruction efficiency of desorbed organic compounds was measured using a platinum-based honeycomb oxidation catalyst. Reaction conditions used the space velocity to 12,000 hours -1 , and the enriched air whose oxygen concentration is about 27%. The feed concentrations of the three organic compounds of BTX and diesel oil are 0.0032-0.0035 g / cc for benzene, 0.0025-0.0028 g / cc for toluene, 0.0022-0.0024 g / cc for meta-xylene and 0.000794 g for diesel oil, respectively. Fracture experiment was performed with / cc, and as shown in Table 2, it was found that about 90% or more was removed.

[표 2]TABLE 2

각종 석유류 제품의 백금계 벌집형 산화 촉매상에서의 제거 효율Removal Efficiency on Platinum Honeycomb Oxidation Catalysts for Various Petroleum Products

유류 오염 토양 복원을 위해 본 발명에 따른 간접 가열식 유동상 장치를 사용함으로써 유동상 열탈착 시스템에 의해 오염 토양을 탈착시킬 수 있고 탈착된 유류를 열파괴 시스템에서 산화 촉매를 이용하여 분해 및 제거시킬 수 있으며 가열관 시스템을 사용하여 간접 가열시킬 수 있으므로, 별도의 열 운송 기구가 없이도 열탈착 시스템내로 열을 효과적으로 전달시킬 수 있을 뿐만 아니라 촉매 산화 연소시 발생되는 열에너지도 이용할 수 있어 에너지 이용을 극대화시켜 오염 토양을 고효율로 복원시킬 수 있다.By using the indirect heated fluidized bed apparatus according to the present invention for oil contaminated soil recovery, the contaminated soil can be desorbed by the fluidized bed thermal desorption system, and the desorbed oil can be decomposed and removed by the oxidation catalyst in the thermal destruction system. Indirect heating using a heating tube system enables efficient transfer of heat into the thermal desorption system without the need for a separate heat transport mechanism, as well as the use of thermal energy generated during catalytic oxidative combustion, maximizing energy use to remove contaminated soil. Can be restored to high efficiency.

Claims (4)

유류 오염 토양 복원용 가열식 장치에 있어서,In the heated device for restoring oil contaminated soil, (1) 유류 오염 토양의 유류를 탈착시키기 위한 유동상 열탈착 시스템,(1) fluidized bed thermal desorption systems for desorption of oil in oil-contaminated soils, (2) 상기 유동상 열탈착 시스템에서 탈착된 유류분을 연소시키기 위한 산화 촉매가 장착된 저온 열파괴 시스템,(2) a low temperature thermal destruction system equipped with an oxidation catalyst for burning oil desorbed in the fluidized bed thermal desorption system, (3) 상기 유동상 열탈착 시스템과 상기 저온 열파괴 시스템 사이에 위치하여 이들 시스템 (1, 2)과 함께 다단식 구조를 형성하며, 상기 열파괴 시스템내에서 발생된 상기 탈착된 유류분의 연소열을 상기 유동상 열탈착 시스템의 열원으로 제공하기 위한 가열관 시스템, 및(3) located between the fluidized bed thermal desorption system and the low temperature thermal destruction system to form a multi-stage structure with these systems (1, 2), the heat of combustion of the desorbed oil content generated in the thermal destruction system; A heating tube system for providing a heat source of the phase thermal desorption system, and (4) 상기 시스템들 (1, 2, 3) 내외의 기체들이 서로 유기적으로 순환되도록 하기 위한 순환 시스템을 포함하는,(4) a circulation system for causing gases in and out of the systems (1, 2, 3) to circulate organically with each other, 유류 오염 토양 복원을 위한 가열관이 내삽된 간접 가열식 유동상 장치.Indirect heated fluidized bed apparatus with interpolated heating tubes for oil contaminated soil recovery. 유류 오염 토양 복원을 위한 가열 방법에 있어서,In the heating method for restoring oil contaminated soil, (1) 유동상 열탈착 시스템내에서 가열관 시스템에 의한 간접 가열을 통해 유류에 오염된 토양을 연속적으로 탈착시키는 단계,(1) continuously desorbing soil contaminated with oil through indirect heating by a heating tube system in a fluidized bed heat desorption system, (2) 상기 유동상 열탈착 시스템에서 탈착된 유류분을 산화 촉매를 사용하는 열파괴 시스템내에서 분해 및 제거하는 단계,(2) decomposing and removing the oil content desorbed in the fluidized bed heat desorption system in a heat destruction system using an oxidation catalyst, (3) 상기 열파괴 시스템내에서 발생된 상기 탈착된 유류분의 연소열을 상기 가열관 시스템에 의해 상기 유동상 열탈착 시스템의 열원으로 제공하는 단계, 및(3) providing combustion heat of the desorbed oil content generated in the thermal destruction system to the heat source of the fluidized bed thermal desorption system by the heating tube system, and (4) 상기 시스템들 (1, 2, 3) 내외의 기체들이 서로 유기적으로 순환되도록 하는 단계를 포함하는,(4) allowing gases in and out of the systems (1, 2, 3) to circulate organically with each other, 유류 오염 토양 복원 방법.How to restore oil contaminated soil. 제2항에 있어서, 상기 유동상 열탈착 시스템내에서 탈착되는 유류분을 순환 펌프에 의해 상기 열파괴 시스템으로 공급하고 이 열파괴 시스템내의 산화 촉매층에서 산화시켜 이산화탄소 및 물로 전환시키며, 생성된 이산화탄소와 응축수 그리고 토양 중에 포함된 수증기를 배출시키고, 상기 열파괴 시스템에서 산화 반응에 의해 소모되는 양 만큼의 산소를 외부에서 공급하는 방법.The method of claim 2, wherein the oil content desorbed in the fluidized bed heat desorption system is supplied to the heat destruction system by a circulation pump and oxidized in the oxidation catalyst layer in the heat destruction system to convert to carbon dioxide and water, the produced carbon dioxide and condensate and Exhausting water vapor contained in the soil and supplying externally as much oxygen as is consumed by the oxidation reaction in the thermal destruction system. 제2항에 있어서, 상기 유동상 열탈착 시스템내에서 탈착되는 유류분을 상기 열파괴 시스템내의 산화 촉매층에서 연소시킬 때 발생되는 연소열을 상기 가열관 시스템에 의해 상기 유동상 열탈착 시스템으로 전달하는 방법.3. The method of claim 2, wherein the heat of combustion generated when the oil content desorbed in the fluidized bed thermal desorption system is combusted in an oxidation catalyst layer in the thermal destruction system is transferred to the fluidized bed thermal desorption system by the heating tube system.
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