KR20020093806A - 재료의 기화 및/또는 용융을 위한 반응기 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공급 재료의 기화 및/또는 용융을 위한 반응기에 관한 것으로서,상기 반응기는 공급 재료를 투입하기 위한 송출 섹션(1); 횡단면을 확대부를 형성하면서 선행 섹션(1, 5)에 이어지는 열분해 섹션(8); 대략 상기 횡단면 확대부 평면에서 열분해 섹션(8)내로 통하고, 고온 가스를 원추형 더미(9)에 공급하기 위한 가스 공급 수단(10); 열분해 섹션(8)에 이어지는 용융 및 과열 섹션(14); 에너지가 풍부한 매체를 용융 및 과열 섹션(14)내로 주입하기 위한 상부 주입 수단(15); 초과량 가스를 추출하기 위한 가스 추출 수단(21)을 포함하는 환원 섹션(20); 금속 용융물 및 슬래그 용융물의 수집 및 배출을 위해, 상기 환원 섹션(20) 하부에 배치된 노상(25); 용융물의 직접 상부 및 가스 추출 수단(21)의 하부에 에너지가 풍부한 매체를 공급하기 위한 하부 주입 수단(26)을 포함한다. 본 발명은 또한 공급 재료의 기화 및/또는 용융 방법에 관한 것이다.

Description

재료의 기화 및/또는 용융을 위한 반응기 및 방법{Reactor and method for gasifying and/or melting materials}
오래 전 부터 여러 가지 쓰레기 및 그밖의 재료를 열에 의해 처리하기 위한 방법이 연구되었다. 특히 유해 물질에 의한 환경 공해를 줄이고 공급 재료의 처리 비용 및 공정 중에 발생하는 가스를 줄이기 위해, 연소 방법과 더불어 여러 가지 기화 방법이 공지되어 있다. 그러나, 공지된 방법은 복잡하고 제어하기 어려운 기술이며, 그에 관련된, 처리될 재료 또는 쓰레기의 높은 처리 비용을 필요로 한다.
독일 특허 제 43 17 145 C1호에는 탈기의 원리를 기초로 하는, 상이하게 조성된 쓰레기 재료의 처리 방법이 공지되어 있다. 상기 방법에 따르면, 생성된 분진 함유 가스가 순환 가스로서 완전히 배출된 다음, 용융 및 과열 구역에서 산소와 함께 연소되어야 한다. 그러나, 상기 순환 가스 가이드, 및 순환 가스 추출구와용융 및 과열 구역 사이에서 초과량 가스의 추출은 시험에서 나타나는 바와 같이, 단지 적은 유해 물질을 가진 초과량 가스를 얻으려는 목적을 충족시키지 못한다. 상기 간행물에 제시된 순환 가스 용선로(cupola)가 상기 방법의 수행을 위해 사용되면, 초과량 가스 중의 유해 물질이 많아서, 상기 초과량 가스를 세척하기 위해 필요한 비용이 쓰레기 재료의 경제적인 처리가 더 이상 불가능할 정도로 커진다.
독일 특허 제 196 40 497호에는 코크스 가열되는 순환 가스 용선로가 쓰레기 재료의 재활용을 위해 사용되는 것이 공지되어 있다. 상기 순환 가스 용선로는 장입 호퍼 하부에 부가의 가스 배출구가 배치되는 것을 특징으로 한다. 상기 지점에서 배출된 열분해 가스는 순환 가스 가이드를 통해 퍼니스 하부 섹션에 다시 공급되어 거기서 가스의 연소를 일으킨다. 초과량 가스의 배출 구역이 고온 구역 상부에 배치되기 때문에, 초과량 가스 뿐만 아니라 다량의 열분해 가스가 추출됨으로써, 가스 혼합물 중에 제거하기 어려운 탄화수소가 함유된다. 따라서, 후속 처리 비용이 극도로 많고 환경 오염이 증가된다.
독일 특허 제 198 16 864호에는 초과량 가스 추출부가 용융 및 과열 구역 하부에 배치된, 코크스 가열되는 순환 가스 용선로가 공지되어 있다. 추출된 가스가 과열 구역을 통해 흐를 때 환원되기 때문에 초과량 가스의 질이 향상될 수 있기는 하지만, 과열 구역에 대한 공간적 근접은 매우 뜨거운 초과량 가스를 야기하고, 이것은 후속해서 비용을 들여 냉각되어야 한다. 또한, 선택된 배치에 의해 후속 접속된 가스 통로의 부품에서 슬래그 및 분진의 소결이 나타날 수 있다는 문제가 있다. 다른 한편으로는 가스 추출부 하부의 노상(hearth) 영역에서의 온도가 거기에있는 금속 용융물 및 슬래그 용융물이 여러 가지 조건하에서 액상으로 유지되기에 충분할 정도로 높지 않다. 이로 인해, 필요한 배출이 방해받거나 또는 완전히 불가능하게 된다.
전술한 선행 기술에 공지된 방법은 형성된 가스의 분류에 대한 순환 가스 가이드 원리를 기초로 한다. 가스가 퍼니스의 상부 영역에서 추출되고 하부 영역에 다시 공급된다. 당업자는 지금까지는 이러한 가스 가이드가 역류 원리를 이용한 기둥형 재료 더미의 가열을 위해 필요하다는 것을 전제로 했다. 그러나, 순환 가스 원리는 하기의 단점을 수반한다: 샤프트 퍼니스에서 상승하는 가스가 기둥형 재료 더미에서 냉각되므로, 가스 추출 영역, 순환 가스 관 및 순환 가스의 재공급을 위해 필요한 가스 제트 압축기에서 열분해 생성물의 응결 현상이 나타나고, 그 결과 순환 가스로의 기능이 장애를 일으킨다. 선행 기술에 따른 순환 가스 추출에서는 필연적으로 분진 및 작은 쓰레기 입자가 추출되며, 이것들은 응결된 열분해 생성물과 함께 전체 순환 가스 가이드의 내부에 분리하기 어려운 침작물을 야기한다. 또한, 기둥형 더미는 상승하는 순환 가스에 의해 비교적 서서히 가열되므로, 특히 플라스틱 성분이 많은 쓰레기의 기화시에 쓰레기가 샤프트의 벽에 접착된다. 상기 접착은 결국 퍼니스의 완전한 막힘을 야기할 수 있다.
본 발명은 재료의 기화 및/또는 용용을 위한 반응기 및 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 임의의 쓰레기, 예컨대 주로 유기 성분을 가진 쓰레기 및 특수 쓰레기의 재료적 및/또는 에너지적 재활용에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반응기 및 방법은 임의의 조성을 가진 공급 재료의 기화 및 용융에 또는 유기 재료의 사용에 의한 에너지 회수에 적합하다.
도 1은 본 발명에 따른 반응기의 측면도이다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 단점을 갖지 않는, 공급 재료의 기화 및 용융을 위한 개선된 반응기 및 방법을 제공하는 것이다. 특별한 목적은 간단하고, 저렴하며, 환경 공해가 적은, 쓰레기의 재료적 및/또는 에너지적 재활용이 가능하게하는 것이다. 특히, 순환 가스 가이드에 수반되는 작동 불확실성이 가급적 피해짐으로써, 반응기의 작동 안전성이 향상되어야 한다. 본 발명의 또 다른 목적은 추출될 초과량 가스 중의 유해 물질이 현저히 감소됨으로써, 후속하는 가스 세척 비용이 최소화될 수 있게 하는 것이다.
상기 목적 및 부가의 목적은 청구항 1에 제시된 반응기에 의해 달성된다. 본 발명에 따라 선행 기술에서 오랫동안 추구해온 순환 가스 방법이 사용되지 않고, 그 대신 반응기로서 병류 원리에 따라 작동하는 샤프트 퍼니스가 사용된다. 종래의 순환 가스 가이드의 완전한 생략에 의해 그것과 관련된 문제점, 즉 열분해 생성물의 응결 및 바람직하지 않은 침착물 생성이 완전히 피해진다. 또한, 반응기 상부에서 이미 기둥형 더미의 급격한 가열로 인해 공급 재료의 부분적 응괴가 일어나므로, 반응기 내벽에 대한 접착이 최대한 배제된다. 산소 또는 연소 가스(가스 혼합물)의 2중 주입은 한편으로는 열분해 가스의 연소를 가능하게 하고, 다른 한편으로는 반응기 하부 섹션에서 충분히 높은 온도의 유지를 가능하게 하므로, 거기에 모인 용융물이 액상으로 유지된다. 2개의 주입 수단 사이에 환원 섹션이 형성되며, 모든 가스가 추출 전에 상기 환원 섹션을 통해 흘러야 하므로, 환원 섹션에서 가스가 최대로 환원된다.
특히, 쓰레기의 기화에 적합한 실시예에서, 송출 섹션 다음에 예비 템퍼링 섹션이 이어진다. 상기 예비 템퍼링 섹션에서 쓰레기가 예컨대 100℃ 정도의 온도로 예비 건조된다. 변형된 실시예에서는 상기 섹션에서 경우에 따라 전체 공정에 유용하다면 공급 재료의 냉각이 이루어질 수 있다.
반응기의 한 바람직한 실시예에서, 송출 섹션 및 예비 템퍼링 섹션의 전체 길이가 송출 섹션의 직경 보다 수배 더 크다. 이러한 디자인에 의해, 기둥형 더미가 송출 섹션 및 예비 템퍼링 섹션에서, 너무 많은 양의 주변 공기가 반응기 내로 흡입되는 것을 막는 상부로 폐쇄된 스토퍼로서 작용한다.
변형 실시예에서, 반응기의 상단부가 록, 이중 플랩 시스템 또는 유사한 장치에 의해 폐쇄될 수 있다. 따라서, 주변 공기의 유입 및 재료 더미로부터 가스의 배출이 보다 양호하게 방지된다.
바람직하게는 반응기가 실질적으로 원통형으로 형성되고 가스 공급 챔버 및 가스 추출 챔버가 링형으로 형성됨으로써, 가스 공급 및 가스 추출이 기둥형 더미 전체 둘레에서 이루어진다. 이 실시예는 주로 유기 재료의 재활용에 특히 적합하다. 예컨대 다른 공급 재료에 바람직한 다른 실시예는 비-원통형 형상을 가지며, 달리 배치되고 형성된 가스 추출 및 공급 수단을 갖는다.
반응기의 열분해 섹션이 2중 벽으로 형성되고 벽 공동부에 열전달 매체가 안내되는 것이 특히 바람직하다. 한편으로는 이것에 의해 벽이 냉각될 수 있으므로, 재료 부하가 감소되고, 다른 한편으로는 사용된 재료 및 그것으로부터 주어지는 기둥형 더미의 열 필요에 따라 부가의 열이 공급되거나 또는 이것으로부터 열이 방출될 수 있다.
본 발명의 상기 목적은 청구항 12에 제시된, 특히 쓰레기 및 그밖의 공급 재료의 재료적 및/또는 에너지적 재활용에 적합한 공급 재료의 기화 및/또는 용융 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 방법에서는 공급 재료의 예비 건조가 급격한 가열이 이루어지는 평면의 상부에 있는 기둥형 더미를 약 100℃로 가열함으로써 이루어진다. 이 경우, 공급 재료의 수분이 증발되므로, 공급 재료의 소정 자동 하강 운동이 개선된다. 변형 방법에서는 공급 재료의 예비 건조 또는 공급 재료의 냉각이 이루어지지 않는다. 후자는 고온 출발 재료에서 송출 섹션의 벽에 대한 접착을 피하기 위해 바람직할 수 있다.
초과량 가스를 추출하기 위한 저압이 조절될 수 있으면 특히 바람직하다. 상기 추출은 한편으로는 가스가 반응기로부터 상부로 빠져나가지 않고 다른 한편으로는 최소량의 부가 주변 공기만이 기둥형 더미를 통해 흡입되도록 이루어져야 한다. 반응기 내의 바람직하지 않은 공기량의 최소화는 초과량 가스 중의 산화 질소의 양을 줄이고 전체 가스량을 적게 유지함으로써, 후속 설비를 간단하게 형성하기 위한 것이다.
또 다른 장점, 세부 사항 및 개선은 첨부한 도면을 참고로 하는 하기의 본 발명의 바람직한 실시예 설명에 제시된다.
이하, 도 1을 참고로 반응기의 바람직한 실시예를 설명한다. 반응기의 세분 사항 설명과 관련해서, 상기 반응기에 공급 재료로서 유기 성분을 가진 쓰레기의 처리시에 이루어지는 단계가 제시된다. 그러나, 청구항에 나타나는 바와 같이, 본발명에 따른 방법의 실시가 설명된 반응기에 국한되지 않으며, 경우에 따라 변형된 장치의 사용에 의해서도 이루어질 수 있다. 다른 공급 재료의 사용시, 반응기 및/또는 방법의 변형예가 바람직할 수 있다(가스 공급 및 배출의 유연한 배치 및 기술적 구현, 반응기 외부면의 가열 또는 냉각 등). 예컨대 비-유기 공급 재료의 기화/용융 시에 높은 에너지 값을 가진 재료(예컨대, 유기 쓰레기, 오래된 목재 등)의 첨가에 의해, 일반적으로 여러 가지 재료가 조합될 수 있다.
도면에 도시된 반응기는 그 상단부에 적어도 하나의 송출구(2)를 가진 송출 섹션(1)을 갖는다. 상기 송출구(2)를 통해 재료적으로 및/또는 에너지적으로 재활용되는 재료가 공급된다. 바람직하게는 상기 공급 재료에는 유기 성분이 많으므로, 반응기 및 상기 방법이 특히 통상의 가정용 쓰레기 및 가정용 쓰레기와 유사한 공업 쓰레기의 처리에 적합하다. 특정 공급 재료 조성에서, 가연 성분이 연소 및 기화 공정을 수행하기에 충분할 정도로 많지 않으면, 공급 재료에 가연 첨가제 또는 에너지 캐리어가 첨가된다. 이 경우, 종래의 방식대로 일정량의 코크그를 첨가하거나 또는 목재의 첨가에 의해 총 연소값을 높일 수 있다. 경우에 따라 예컨대 설정되는 pH값을 조정하기 위한 다른 첨가제가 첨가될 수도 있다. 그러나, 상기와 같은 조치는 당업자에게 공지되어 있으므로, 여기서는 상세히 설명되지 않는다.
적합한 이송 장치(3)에 의해 공급 재료 및 경우에 따라 첨가제가 송출구(2)를 통해 반응기 내로 투입된다. 따라서, 기둥형 더미(4)가 형성된다. 도시되지 않은 충전 레벨 측정 장치에 의해 기둥형 더미(4)의 높이가 모니터링된다. 상기 높이는 최소 레벨과 최대 레벨 사이로 유지되어야 한다. 최소 레벨은 기둥형더미(4)가 반응기의 상부 섹션에서, 많은 양의 주변 공기가 반응기 안으로 침투하는 것을 막는 차단층으로 작용하도록 선택된다.
송출 섹션(1) 하부에는 예비 템퍼링 섹션(5)이 이어진다. 상기 예비 템퍼링 섹션(5)은 도시된 실시예에서 공급 재료의 예비 건조를 위해 사용된다. 송출 섹션 및 예비 템퍼링 섹션은 바람직하게는 원통형으로 또는 하부로 약간 증가하는 횡단면을 가진 원추형으로 형성된다. 예비 템퍼링 단계(5)는 2중 벽을 가지므로, 벽 공동부(6)가 형성되고, 상기 벽 공동부(6)에는 열전달 매체가 안내된다. 열전달 매체에 의해, 2중 벽으로 설계된 예비 템퍼링 섹션(5)의 영역에서 기둥형 더미에 열이 공급되므로, 공급 재료가 예열되거나 또는 예비 건조된다. 경우에 따라 벽 공동부는 생략될 수 있고 열 공급은 예컨대 반응기의 뜨거운 구역으로부터 직접 열 전도에 의해 이루어질 수 있다. 열 공급은 벽에 대한 특정 공급 재료 성분의 접착이 가급적 배제되도록 설계된다. 또한, 예비 건조에 의해 수분이 제거됨으로써, 수분이 후속 기화 공정에 부가의 부하를 주지 않을 수 있다. 예비 템퍼링 섹션(5)에서 기둥형 더미(4)는 약 100℃로 템퍼링될 수 있다.
공급 재료의 조성으로 인해 예비 건조가 필요 없거나, 또는 특별한 경우 예비 템퍼링 섹션이 공급 재료의 냉각을 위해 사용되면, 예비 템퍼링 섹션이 경우에 따라 완전히 생략될 수 있다.
예비 템퍼링 섹션(5)의 하부에는 열분해 섹션(8)이 이어진다. 예비 템퍼링 섹션(또는 예비 템퍼링 섹션이 생략되는 경우 송출 섹션)과 열분해 섹션 사이의 전이부에서 급격한 횡단면 확대가 나타난다. 바람직하게는 상기 전이 영역에서 샤프트의 자유 횡단면이 적어도 2배정도 확대되므로, 한편으로는 공급 재료의 하강 속도가 감소되고, 다른 한편으로는 원추형 더미(9)가 형성된다. 상기 원추형 더미(9)는 중앙에서 예비 건조 섹션 내의 기둥형 더미(4)로부터 공급된다. 에지 영역에서 원추형 더미가 평평해지므로, 거기에 자유 공간이 생긴다. 열분해 섹션(8)의 상기 상부 에지 영역에는 도시된 실시예에서 링형 가스 공급 챔버(10)로 형성된 가스 공급 수단(10)이 배치된다. 상기 가스 공급 챔버(10)는 대략 횡단면 확대부의 평면에서 열분해 섹션(8)내로 개방된다. 가스 공급 챔버(10)의 과제는 뜨거운 가스를 원추형 더미(9)에 공급하는 것이다. 가스 공급 수단은 노즐, 벽 개구 또는 뜨거운 가스를 원추형 더미에 공급할 수 있는 다른 장치로도 형성될 수 있다. 이것을 위해 도시된 실시예에서 적어도 하나의 버너(12)를 구비한 적어도 하나의 연소실(11)이 가스 공급 챔버(10)내로 통한다. 버너(12)는 필요한 뜨거운 가스를 생성하고, 상기 가스는 바람직하게는 접선으로 연소실 및 가스 공급 챔버를 통해 원추형 더미로 안내된다. 변형 실시예에서, 원추형 더미의 가급적 균일한 가열을 위해 바람직하다면 다수의 연소실 또는 다수의 버너가 사용될 수 있다.
버너(12)에서의 연소는 바람직하게는 산소 부족 상태로 이루어지므로, 거의 화학량론적 연소에 의해 약 1000℃의 온도를 가진 불활성 연소 가스가 제공된다. 적어도 초기 작동 동안 버너는 반응기로부터 직접 얻어지지 않은 외부의 연료를 필요로 한다. 예컨대, 천연 가스, 오일, 선행 기화 공정에 의해 발생되어 중간 저장된 초과량 가스, 가스 혼합물, 유체-가스 혼합물, 분진-가스 혼합물 또는 에너지적 관점에서 적합한 다른 매체가 사용된다. 반응기가 이하에 설명되는 작동 상태를취하면, 버너(12)도 경우에 따라 미리 세척된 초과량 가스로 작동될 수 있다. 적합한 제어시 이산화탄소와 수증기로 이루어지는 연소 가스의 공급에 의해, 원추형 더미 영역에 있는 공급 재료가 급격히 가열된다. 800℃ 내지 1000℃의 온도로 재료의 매우 신속한 가열은 상기 재료의 매우 신속한 건조를 야기하므로, 벽에 대한 접착이 방지된다. 오히려, 적어도 부분적으로 공급 재료의 응괴가 일어난다. 또한, 반응기의 상부 섹션에서 이미 열분해 생성물이 배출된다. 공급된 가스가 불활성이기 때문에, 상기 열분해 생성물은 공기가 원추형 더미의 상부에 쌓인 기둥형 더미(4)를 통해 흡입될 수 있거나 또는 공급 재료에 의해 함께 안내될 정도로 적은 양만이 연소에 공급된다. 공급 재료의 신속하고 강력한 가열에 의해, 미세한 분진 및 작은 입자가 신속히 기화되거나 연소되므로, 분진 처리시 선행기술에서 생긴 문제점들이 나타나지 않는다. 오히려, 공급 재료에 특정한 관계로 분진 및 미세 성분이 의도한 대로 첨가될 수 있다.
공급 재료가 열분해 섹션(8)에서 하부로 더욱 내려가며, 열전달에 의해서도 가열되는, 중앙으로 공급되는 재료에서도 열분해가 속행된다. 열분해 섹션의 벽은 바람직하게는 열 절연되거나 및/또는 2중 벽으로 형성되므로, 경우에 따라 형성된 벽 공동부에 열전달 매체가 안내될 수 있다. 열 절연 또는 열전달 매체에 의한 부가의 열공급은 공급 재료가 열분해 섹션(8)의 하부 영역에서 바람직하게는 500℃를 초과하는 온도를 갖도록 설계된다. 상기 장소에서 요구되는 온도는 공급 재료에 따라 의도적으로 조절될 수 있다.
열분해 섹션(8) 하부에는 용융 및 과열 섹션(14)이 이어진다. 상기 섹션은횡단면 축소부를 가지며, 상기 횡단면 축소부로 인해 공급 재료의 하강 속도가 변한다. 주로 유기 쓰레기의 처리 경우, 적어도 10% 정도 횡단면 축소가 이루어지며, 이러한 횡단면 축소는 예컨대 상응하는 샤프트 부분을 수평선에 대해 약 60°의 각으로 원추형으로 연결함으로써 형성된다. 또한, 용융 및 과열 섹션(14)에는 상부 주입 수단(15)이 배치된다. 상기 주입 수단(15)은 도시된 실시예에서 둘레에 분포된 다수의 산소 랜스(16)로 형성된다. 산소 랜스(16)를 과열로부터 보호하기 위해, 상기 랜스는 예컨대 수냉된다. 다른 실시예에서는 노즐, 버너 등이 상부 주입 수단으로 사용되고, 용융 및 과열 섹션 내의 온도를 소정 값으로 세팅할 목적으로 상기 주입 수단을 통해 여러 가지 연소 가스 또는 가스 조성물이 제어되어 공급될 수 있다. 이것을 위해 산소의 공급이 충분치 않으면(예컨대 단시간에 상기 위치에 충분히 높은 에너지 값을 가진 공급 재료가 제공되지 않으면), 외부의 연소 가스 또는 반응기로부터 얻어진 초과량 가스가 주입 수단을 통해 공급될 수 있다. 특별한 실시예에서는, 상부 주입 수단(15)에 의해 횡단면 축소부 평면 바로 아래에 산소가 의도한 바대로 소정 양으로 첨가된다. 이로 인해, 용융 및 과열 섹션(14)의 영역에 고온 구역(17)이 형성된다. 상기 구역에는 각각의 공급 재료에 따라 1500℃ 내지 2000℃의 온도가 주어진다.
가스 공급 챔버(10)를 통해 공급된 (불활성) 연소 가스 및 열분해 섹션(8)에 형성된 열분해 가스는 상기 고온 구역(17)을 통해 흡입된다. 상기 고온 구역에 산소 공급은 산소 부족 상태로 연소가 이루어지도록 제어되며, 상기 연소는 부가의 온도 상승 및 공급 재료의 잔류물의 코크스화를 일으킨다. 고온 구역(17)내의 온도는 슬래그 형성 광물 성분 및 금속 성분이 상기 구역에서 용융되도록 세팅된다. 공급 재료에 포함된 일정량의 유해 성분(예컨대 중금속)은 상기 용융 동안 용해된다. 금속 용융물 및 슬래그 용융물은 하부로 방울 방울 떨어진다. 가급적 거의 코크스화된 잔류물도 계속 하강한다.
용융 및 과열 섹션(14)의 하부에는 환원 섹션(20)이 형성된다. 상기 환원 섹션에서 코크스화된 잔류물은 충분한 체류 시간을 가지고 계속 하강한다. 환원 섹션(20)은 가스 추출 챔버(21)를 포함한다. 상기 가스 추출 챔버(21)를 통해 초과량 가스가 추출된다. 따라서, 추출된 모든 가스는 고온 구역 및 이것 하부에 코크스화된 잔류물로 형성된 환원 구역(22)을 통해 흘러야 한다. 환원 구역(22)에서 가스는 거기에 있는 탄소에 의해 환원된다. 특히, 이산화탄소가 일산화탄소로 변환된다. 특히, 재료 더미에 포함된 탄소가 제공되므로 더욱 기화된다. 환원 구역(22)의 통과시, 가스가 냉각되므로, 상기 가스는 기술적으로 제어 가능한 온도, 바람직하게는 약 800°내지 1000°의 온도로 추출될 수 있다. 추출된 초과량 가스는 후속하는(도시되지 않은) 냉각 및/또는 세척 단계 및 적합한 이송장치(압축기 또는 팬)에 공급된다. 주로 유기 성분을 가진 쓰레기의 기화시, 예컨대 약 80% 내지 90%의 초과량 가스가 연소 가스로서 재료적 및/또는 에너지적 재활용을 위해 제공된다. 약 10% 내지 20%의 분류가 고유 가스로서 상기 버너(12) 및/또는 주입 수단에 공급된다. 상기 분류를 위한 냉각/세척은 최소로 제한될 수 있다. 가스 추출 챔버(21)는 바람직하게는(반드시 필수적인 것인 아님) 링형으로 형성되고, 접속된 이송 장치는 가스 추출을 위해 사용된다.
가스 추출 챔버(21)의 하부에는 내화 피복된 노상(hearth)(25)가 이어진다. 노상(25)에는 금속 용융물 및 슬래그 용융물이 모인다. 상기 용융물이 액상으로 유지되기 위해, 용융물의 바로 상부에 그리고 가스 추출 챔버(21)의 하부에 하부 주입 수단(26)이 제공된다. 상기 하부 주입 수단(26)은 도시된 실시예에서 다수의 산소 랜스(16)(경우에 따라 수냉식)를 포함한다. 하부 주입 수단은 선택적으로 형성될 수 있고, 위에서 상부 주입 수단(15)에 대해 설명된 것과 같이 작동될 수 있다. 적합한 양의 산소, 가스, 연소 가스 등의 주입을 통해, 용융물에 대한 온도, 즉 용융물을 액상으로 유지하고 적합하게 모인 후에 반응기로부터 배출구(27)를 통해 배출될 수 있을 정도로 충분히 높은 온도가 세팅된다. 예컨대 약 1500℃의 온도가 적합하다. 공급된 산소/연소 가스의 총량을 연소실(11), 상부 주입 수단(15) 및 하부 주입 수단(26)으로 분할하는 것은 사용된 공급 재료에 따라 그리고 나머지 파라미터에 따라, 공급 재료를 최대한 재활용하고 잔류물 중의 유해물질의 양을 최소화할 목적으로, 최적화된다.
당업자가 알 수 있는 바와 같이 예컨대 비용 절감을 위해, 산소 대신에 산소-공기 혼합물 또는 산소-연소 가스-혼합물이 공급될 수 있다. 또한, 제시된 온도 값이 처리될 재료 및 소정 프로세스 속도에 따라 조정될 수 있다. 공급 재료도 경우에 따라 반응기에 투입되기 전에 기계적으로 분쇄됨으로써, 막힘이 방지될 수 있다. 공급 재료 및 소정 최종 생성물에 따라, 열량의 안정화를 위한, 초과량 가스의 수율을 높이기 위한 그리고 슬래그 형성, 염기도 및 슬래그 흐름을 개선시키기 위한 첨가물이 사용될 수 있다.
반응기에 액체가 공급되어야 하면, 액체가 바람직하게는 액체 주입구(30)를 통해 공급될 수 있다. 상기 액체 주입구(30)는 가스 공급 챔버(10)로 뻗거나 또는 다른 가스 공급 수단과 조합될 수 있다. 액체 주입구(30)를 통해 물, 수증기 또는 처리할 다른 액체가 투입될 수 있다. 이 경우, 소정 처리과 더불어, 불활성 연소 가스, 열분해 공정 및/또는 조성물의 온도 조절 그리고 초과량 가스의 온도 조절도 가능하다.
또한, 경우에 따라 처리될 분진이 분진 공급구(31)를 통해 공정 내로 투입될 수 있다. 분진 공급구(31)는 바람직하게는 송출 섹션(1) 및 예비 템퍼링 섹션(5)의 중앙으로 뻗어 원추형 더미(9)의 근처에 이르는 도우징 관이다. 따라서, 분진은 공급 재료의 급격한 가열 지점 근처로 바로 이송되므로, 도우징 관으로부터 배출시 즉시 높은 온도에 노출되어 연소 또는 기화된다. 즉, 폭연 등이 나타나지 않는다.
전술한 실시예는 유기 성분을 가진 쓰레기의 처리(기화 및 용융)에 특히 적합하지만, 다른 공급 재료의 사용시 반응기의 변형이 필요하거나 바람직할 수 있다는 것은 당업자에게는 자명한 것이다. 일반적으로 많은 양의 금속을 가진 특수 쓰레기 또는 공급 재료도 처리될 수 있고, 이 경우 부분적으로 기화 원리가 그리고 부분적으로 용융 원리가 바람직하다. 여러 가지 공급 재료가 조합될 수도 있다. 예컨대, 비유기 공급 재료의 용융을 위해, 높은 에너지 값을 가진 공급 재료(예컨대, 유기 쓰레기, 오래된 목재)를 의도한 바 대로 첨가하는 것이 가능하다.
특수한 사용 분야에서는 본 발명에 따른 반응기 및 본 발명에 따른 방법의 또다른 변형 및 개선이 가능하다.

Claims (21)

  1. 공급 재료의 기화 및/또는 용융을 위한 반응기에 있어서,
    - 공급 재료를 상부로부터 반응기 내로 투입하기 위한 송출구(2)를 가진 송출 섹션(1);
    - 횡단면을 확대부를 형성하면서 선행 섹션(1, 5) 하부로 이어짐으로써, 거기에 공급 재료의 원추형 더미가 형성되는 열분해 섹션(8);
    - 대략 상기 횡단면 확대부 평면에서 열분해 섹션(8)내로 통하고, 고온 가스를 원추형 더미(9)에 공급하기 위한 가스 공급 수단(10);
    - 횡단면 축소부를 형성하면서 열분해 섹션(8) 하부에 이어지는 용융 및 과열 섹션(14);
    - 상기 횡단면 축소부의 평면 바로 아래에 에너지가 풍부한 매체를 용융 및 과열 섹션(14)내로 주입하기 위한 상부 주입 수단(15);
    - 상기 용융 및 과열 섹션(14) 하부에 이어지며, 초과량 가스를 추출하기 위한 가스 추출 수단(21)을 포함하는 환원 섹션(20);
    - 금속 용융물 및 슬래그 용융물의 수집 및 배출을 위해, 상기 환원 섹션(20) 하부에 배출구(27)를 가진 노상(25);
    - 용융물의 응고를 방지하기 위해, 용융물의 직접 상부 및 가스 추출수단(21)의 하부에 에너지가 풍부한 매체를 공급하기 위한 하부 주입 수단(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 송출 섹션(1)과 열분해 섹션(8) 사이에 예비 템퍼링 단계(5)가 배치되는 것을 특징으로 하는 반응기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 예비 템퍼링 단계(5)가 적어도 부분적으로 벽 공동부(6)를 형성하기 위해 2중 벽으로 형성되고, 벽 공동부(6)에 열전달 매체가 안내되는 것을 특징으로 하는 반응기.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급 수단이 가스 공급 챔버(10)로 형성되고, 상기 챔버 내로 적어도 하나의 연소실(11)이 통하며, 상기 연소실(11)에는 적어도 하나의 버너(12)가 장착되고, 상기 버너는 연소실 및 가스 공급 챔버를 통해 약 1000℃의 고온 가스를 원추형 더미(9)에 제공하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  5. 제 1항 내지 제 4항에 있어서,
    상기 송출 섹션(1), 경우에 따라 예비 템퍼링 섹션(5), 열분해 섹션(8) 및 환원 섹션(20)은 원통형으로 또는 하부로 원추형으로 약간 확대되게 형성되고, 송출 섹션(1)과 예비 템퍼링 섹션(15)의 전체 길이가 상단부에서 송출 섹션의 직경 의 적어도 3배의 크기이고, 열분해 섹션(8)의 횡단면은 예비 템퍼링 섹션의 하단부에서의 횡단면의 적어도 2배의 크기인 것을 특징으로 하는 반응기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 가스 공급 수단(10) 및 가스 추출 수단(21)이 반응기의 둘레에 링형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반응기.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열분해 섹션(8)이 부가의 벽 공동부를 형성하기 위해 2중 벽으로 형성되고, 상기 부가의 벽 공동부에 열전달 매체가 안내되는 것을 특징으로 하는 반응기.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 및/또는 하부 주입 수단(15, 26)은 반응기의 둘레에 링형으로 배치된 다수의 산소 랜스(16) 또는 노즐을 포함하고, 상기 랜스 또는 노즐을 통해 산소 또는 연소 가스 혼합물이 공급되는 것을 특징으로 하는 반응기.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급 수단(10)이 액체 주입부(30)에 연결되며, 상기 액체 주입부(30)를 통해 액체 또는 증기상 물질이 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 반응기.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    분진 공급구(31)가 제공되며, 상기 분진 공급구(31)를 통해 분진이 예비 템퍼링 섹션(5)과 열분해 섹션(8) 사이의 횡단면 확대부의 평면 내로 직접 공급되는 것을 특징으로 하는 반응기.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송출 섹션(1)이 상부로 기밀방식으로 폐쇄되며, 재료 공급은 록 장치를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 반응기.
  12. 공급 재료의 기화 및/또는 용융을 위한 방법에 있어서,
    - 샤프트형 반응기 내에서 주변으로부터 실질적으로 차폐된 기둥형 더미(4)의 형성 단계;
    - 공급 재료 내에서 열분해가 일어나게 하기 위해, 상부 영역에 고온 가스의 공급에 의해 기둥형 더미(4)의 급격한 가열 단계;
    - 에너지가 풍부한 매체 공급에 의해 1000℃이상의 온도를 가진, 낮게 놓인고온 구역(17)의 형성 단계;
    - 고온 구역(17)에서 열분해 생성물의 연소, 경우에 따라 포함된 금속 성분 및 광물 성분의 용융 및 공급 재료의 잔류물의 코크스화 단계;
    - 기둥형 더미(4), 고온 구역(17) 및 낮게 놓인 환원 구역(22)을 통해 하부로 모든 가스의 추출 단계;
    - 상기 환원 구역(22)의 영역에서 반응기로부터 환원된 초과량 가스의 배출 단계;
    - 반응기의 하부 섹션에 경우에 따라 존재하는 금속 용융물 및/또는 슬래그 용융물의 수집 단계;
    - 수집된 용융물을 액상으로 유지하기 위해 상기 용융물 바로 상부에 에너지가 풍부한 매체를 유입하는 단계;
    - 필요한 경우 용융물의 배출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    에너지가 풍부한 매체로서 산소, 연소 가스, 추출된 초과량 가스의 성분, 액체 연료 또는 분진형 연료가 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
    - 기둥형 더미가 항상 최소값과 최대값 사이의 높이를 갖도록 반응기의 충전 레벨을 모니터링하는 단계;
    - 급격한 가열 점 이상의 기둥형 더미가 비교적 조밀하게 채워진 공급 재료에 의해 주변으로부터 차폐되도록, 최소값을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    약 100℃로 급격한 가열점 이상으로 기둥형 더미를 가열함으로써 공급 재료를 예비 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 12항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    반응기로부터 상부로 가스가 거의 새어나오지 않고 단지 최소량의 부가 주변 공기만이 상부로부터 기둥형 더비를 통해 흡입되도록 하기 위해, 가스를 추출하기 위한 저압의 조절 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 12항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 방법의 시작 단계에서 외부 연료의 연소에 의해 기둥형 더미를 급격히 가열하기 위해 고온 가스를 발생시키는 단계;
    - 반응기로부터 배출되는 적어도 부분적으로 세척되고 환원된 초과량 가스를 경우에 따라 외부 연료와 함께 연소함으로써 기둥형 더미를 급격히 가열시키기 위해 고온 가스를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 연소가 산소 부족 상태로 이루어짐으로써, 불활성 가스가 발생되고, 상기 불활성 가스는 이산화탄소 및 수증기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 12항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출된 초과량 가스가 냉각 및/또는 세척을 위해 후속 가스 설비에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 12항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    재활용될 분진이 기둥형 더미의 급격한 가열 지점 바로 근처에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 12항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 반응기가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
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