KR20030077037A - 내부에서 혼합된 금속, 금속 산화물 또는 금속 수산화물로이루어지는 입자를 포함하는 슬러지의 처리 방법 및 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지 처리 방법을 개시하며, 이 슬러지는 액체 성분과, 이 액체 성분에 혼합된 금속 함유 입자를 포함한다. 상기 금속 함유 입자는 금속, 금속 산화물 또는 금속 수산화물로 이루어진다. 상기 슬러지 처리 방법은, 상기 슬러지를 분무하는 단계와, 상기 분무된 슬러지를 노에 마련된 버너의 화염으로 공급하는 단계와, 별도의 연료 공급부에 의해 상기 화염을 유지하면서 상기 화염에 의해 상기 슬러지의 액체 성분을 기화시키는 단계와, 상기 금속 함유 입자의 일부 또는 전부를 상기 화염에 의해 용융시키는 단계를 포함한다. 본 발명은 철강 산업 또는 석유 화학 산업 등의 플랜트로부터 발생되는 폐기물을 취급하는 효율적인 방법을 제공한다.

Description

내부에서 혼합된 금속, 금속 산화물 또는 금속 수산화물로 이루어지는 입자를 포함하는 슬러지의 처리 방법 및 처리 장치{METHOD AND TREATMENT OF SLUDGE HAVING PARTICLES COMPRISING METAL, METAL OXIDE OR METAL HYDROXIDE INTERMIXED THEREIN}

내부에서 혼합된 폐기 물질을 포함하는 슬러지 또는 슬러리는 현대의 산업에서 문제를 야기하고 있다. 야금 산업에서는, 코크스 플랜트, 용광로, 컨버터 및 압연 밀로부터의 슬러지, 예컨대 산세척(pickling)으로부터의 오일 오염된 박편(scales) 및 수산화물을 처리하는 적절한 방법이 없다. 대부분의 경우에, 이들 물질은 일부 중간 보관소에 축적되거나 매립지로 운반된다. 물질 재생의 문제가 존재하는 다른 분야로는 석유 화학 산업이 있는데, 여기서는 슬러지 형태의 폐기물이 생성된다.

새로운 해결책을 찾을 것을 요구하는 공공 기관과 소비자의 압력이 계속 증가하고 있다. 초기의 해결책인 매립식 처리(land-filling)는 더 이상 적합한 해결책이 아니며, 많은 국가에서 법적으로 허용되지 않고 있다. 전환 및 재생을 위한 현재의 기술에는 많은 비용이 소요된다.

경제적 관점 및 환경적 관점에서, 폐기물의 취급과 관련한 전술한 문제에 대한 바람직한 해결책은 대개 재생(recovery)하는 것이다. 그러나, 재생은 대개 어떤 유형의 외부 처리를 의도하며, 그 결과 공정의 정규 체인을 벗어나 있는 플랜트 및 공정으로의 운반 공정을 수반한다.

이들 문제에 대한 공지의 해결책은 노(爐)로의 후속 이송을 위하여 폐기물을 펠릿화하거나 단광(團鑛)으로 되게 하는 것이다. 그러나, 이 해결책에는 페기물의 건조 및 후속 펠릿화를 위한 별도의 플랜트에 대한 추가 비용의 문제가 수반된다.

특허 문서 DE 24 60 799호는 금속 입자를 함유하는 오일을 연소하는 방법을 개시하고 있다. 이 특허에 개시된 방법의 목적은 원치 않는 배출 입자를 회피하면서 오일을 파괴하는 것이다. 연소(burning)는 전적으로 오일 자체에 의해 공급되는 에너지에 의존한다.

특허 문서 DE 42 41 283호는 입자를 재생시키는 가스화 공정을 개시하고 있다. 별도의 연료 공급부는 마련되어 있지 않다.

본 발명은 슬러지를 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면 내부에서 혼합된 금속, 금속 산화물 또는 금속 수산화물로 이루어지는 입자를 포함하는 슬러지를 처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 슬러지 및 기타 습윤 폐기물을 처리하기 위한 본 발명에 따른 플랜트의 개략적인 다이어그램이고,

도 2는 본 발명에 따른 방법에 사용되는 버너의 단면도이고,

도 3은 도 2에 도시된 버너의 개략적인 정면도이다.

본 발명의 목적은 슬러지를 처리하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 보다 구체적으로 말하면 내부에서 혼합된 금속, 금속 산화물 또는 금속 수산화물로 이루어지는 입자를 포함하는 슬러지를 처리하는 처리 방법 및 장치를 제공하여, 공지의 기술에서의 전술한 결점을 회피하거나 적어도 저감하는 것이다.

본 발명은 습윤 재료가 버너의 화염으로 직접 이송될 수 있다는 인식을 기초로 하며, 이 경우에 기화가 실행되고 금속 함유 입자가 용융된다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 청구항 1에 한정된 바와 같은 슬러지 처리 방법이 제공된다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 청구항 8에 한정된 바와 같은 슬러지 처리 장치가 제공된다.

본 발명에 따른 방법 및 장치에 있어서는, 종래 기술의 문제를 극복하거나 적어도 저감한다. 별도의 건조 공정을 필요로 하지 않고, 습윤 재료는 노에서 직접 처리되며, 그 결과 추가의 설비에 대한 비용이 절감되고, 처리 시간이 보다 짧아지게 된다.

이제 본 발명을 첨부 도면을 참고로 하여 예시적으로 설명한다.

이하에서는 본 발명에 따른 방법 및 장치를 상세하게 설명하기로 한다. 이하의 설명에서는, 장치에 공급되는 물질을 슬러지(sludge)라는 용어로 사용하고 있다. 그러나, 슬러지라는 용어는 슬러리, 슬라임(slime), 또는 코크스, 목탄 등을포함한 탄소 함유 입자를 갖는 머드(mud), 원유 생산, 정제 및 석유 화학 산업에서의 오일 잔류물 및 하수 슬러지 등의 기타 물질도 포함하는 것을 이해해야 한다. 또한, 바람직한 실시예에서, 슬러지의 금속 함유량은 5% 이상이고, 바람직하게는 20% 이상이고, 가장 바람직하게는 50% 이상이다.

먼저 도 1을 참고하면, 슬러지 및 기타 습윤 폐기물을 처리하기 위한 플랜트(10)의 전체 다이어그램이 도시되어 있다. 플랜트는 노(30)의 측벽에 설치된 버너(20)의 둘레에 마련되어 있다. 버너는 소위 산소 연료 버너이고, 따라서 제1 공급 라인(21)을 통하여 연료가 공급되고, 제2 공급 라인(22)을 통하여 산소가 공급된다. 본 명세서에서, 산소는 O₂함유량이 21%를 초과하는 가스, 바람직하게는 O₂함유량이 대략 90~100%인 소위 공업용 산소를 의미하는 것이다.

슬러지는 제3 공급 라인(23)을 통하여 버너에 공급된다. 제3 공급 라인(23)은 피더(40)에 연결되어 있다. 피더(40)는 용기(42)를 포함하고, 이 용기 내로 슬러지 형태의 습윤 출발 물질이 공급된다. 슬러지는 용기(42)로부터 모터(46)에 의해 구동되는 이송 펌프(45)를 포함하는 기구로 안내된다. 이송 펌프(45)에 의하여, 슬러지는 이송 펌프의 속도에 의해 정해지는 비율로 버너(20)로 이동된다.

버너(20)에는 슬러지를 분무하기 위하여 산소 또는 다른 가스 등과 같은 적합한 매체가 또한 공급된다. 이 분무 매체는 공급원(도시 생략)으로부터 투입부(25)를 통하여 버너에 공급된다.

도 1에 도시된 예시적인 플랜트에서, 노(30)는 슬러지의 처리에 의해 재생되는 입자를 함유하는 용융 금속을 산출하도록 그 하부 근처에 출구(32)가 있는 별도의 유닛이다. 노는 연소 중에 슬러지의 기화 및 연소로부터 생성되는 배출물을 배출하도록 그 상부에 배출구(34)를 또한 구비한다. 노의 바닥에는, 버너를 통하여 노(30)에 공급되는 재료로부터 발생되는 충전물(36; charge)이 모인다.

도 2 및 도 3을 참고로 버너(20)의 제1 실시예를 이하에서 보다 상세하게 설명하며, 여기서 도 2는 버너의 전방 부분의 단면도이고, 도 3은 정면도이다. 이 버너는 프로판, 천연 가스 또는 부탄과 같은 가스 형태의 연료 또는 오일 연료와 함께 사용되도록 되어 있다.

버너(20)는 도 1에 도시된 공급 라인(21~23, 25)이 연결되는 메인 부분(24)을 구비한다. 메인 부분(24)은 본질적으로 원형 단면(도 3 참조)을 가지며, 이 도 3에는 공급 라인(21~23)의 구성이 보다 상세하게 도시되어 있다. 연료는 메인 부분(24)의 중앙 축선으로부터 일정한 거리를 두고 위치된 6개의 등거리 파이프(21a~21f) 형태의 제1 공급 라인(21)을 통하여 공급된다. 산소는 환형의 외측 부분(22)을 통하여 공급되어, 파이프(21a~21f)를 통하여 공급된 연료를 에워싼다. 마지막으로, 슬러지가 파이프(23)를 통하여 공급되고, 이 파이프는 버너에 동축으로 위치되어 있다.

슬러지용의 파이프(23)에는 분무 기구(26)가 마련되어 있다. 이 기구는 이하의 방식으로 기능한다. 산소와 같은 분무 매체가 복수의 파이프를 통하여 25에서 버너에 투입된다. 이들 파이프는 슬러지용 중앙 파이프(23)에서 종결되고 그 파이프에 소정의 각도로 연결되며, 이로써 파이프(23)를 나오는 슬러지를 분무하거나 분해한다.

이미 설명한 바와 같이, 버너(20)는 노(30)의 측벽에 장착되어 있다. 바람직한 실시예에서, 버너는 경사질 수 있는데, 즉 수평 방향 및 수직 방향에 대해 상이한 각도로 배치될 수 있다. 연소 공정을 위한 원하는 특징을 얻기 위하여 상이한 방위를 사용할 수 있다.

이하에서, 슬러지를 처리하는 방법에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 슬러지가 피더(40)의 용기(42)로 공급된다. 슬러지는 전술한 특징을 갖는데, 즉 슬러지는 액체 성분과, 이 액체 성분에 혼합된 금속 함유 입자를 포함한다. 금속 함유 입자는 금속, 금속 산화물 또는 금속 수산화물을 포함한다.

슬러지가 용기로부터 이송 펌프(45)로 운반되며, 이 슬러지는 펌프(45)에 의해 버너(20)로 운반된다. 슬러지가 버너로 이송되는 비율은 이송 펌프(45)의 속도에 의해 결정된다.

산소 연료 버너(20)의 작동은 제1 공급 라인(21) 및 제2 공급 라인(22)을 통해 각각 공급되는 연료와 산소의 양에 의해 제어된다. 공급 라인은 연료 및 산소의 공급원(도시 생략)에 연결되는데, 이는 통상적인 것이다. 분무 매체의 공급원은 투입부(25)를 통해 버너에 또한 연결되어 있다.

이제 가스 또는 오일 버너를 보여주는 도 2 및 도 3을 참고로 하여 버너(20)의 작동을 상세하게 설명한다. 슬러지는 이송 펌프에 의해 제어되는 비율로 중앙의 이송 파이프(23)를 통해 공급된다. 슬러지에 함유된 산소 연료 혼합물 및 가능하게는 연료로부터 발생되는 화염(27)에 도달하기 전에, 슬러지는 분무기(26)에 의해 분무된다. 경우에 따라서는, 슬러지에 함유된 에너지에 의해 연소가 유지될 수 있으며, 이들 경우에는 공급 라인(21)을 통해 공급된 연료가 연소 개시를 위해 주로 사용된다. 따라서, 버너의 전방 부분을 나가는 슬러지는 작은 부분(fraction)으로 분해되어, 효율적인 가열이 가능하게 된다.

연료는 이송 파이프(21a~21f)에서 공급되며(도 3 참조), 산소의 엔벨로프(envelope)는 환형 이송 영역(22)을 통해 공급된다. 산소-연료 혼합물은 연료 및 산소의 공급률에 의해 제어되는 길이, 온도 등과 같은 특성을 갖는 화염(27)을 발생시킨다. 산소 함유량이 높을수록, 온도가 높아져서, 대략 1500℃ 또는 그 이상의 이론적 화염 온도가 발생된다. 따라서, 슬러지는 화염의 중앙 부분으로 분사된다.

도 2로부터 알 수 있듯이, 화염 내로 분사된 슬러지의 금속 함유 입자는 응집되고, 그에 따라 슬러지에서 발견되는 입자보다 큰 사이즈의 응집체가 생성된다. 응집 공정은 여러 파라미터에 의해 제어되는데, 이들 파라미터로는 화염(27)의 온도 및 속도, 분사된 슬러지의 에너지 함유량 또는 밀도, 화학량론, 즉 추가의 연료에 대한 산화 가스의 비율, 산화 가스의 산소 함유량, 산소와 추가 연료의 공급 비율, 슬러지의 분사율과 그것의 특징, 화염에서의 슬러지의 이동 시간, 및 틸팅(tilting)과 같은 버너의 특징 및 구조가 포함될 수 있다.

슬러지의 습윤 부분은 화염의 고온에 의해 기화되어, 노(30)를 통하여 상승되는 배출물이 되고, 후속하여 그 후 배출구(34)를 통하여 나간다. 생성된 응집체 및 액적은 노(30)의 바닥으로 떨어지고, 이들은 충전물(36)에 더해진다. 후속하여, 충전물은 그 자체로 액상 또는 고상으로 사용된다. 대안으로서, 충전물은 공정으로 복귀된다.

본 발명에 따른 방법 및 장치의 바람직한 실시예를 설명하였다. 당업자는 전술한 실시예가 첨부된 청구범위의 사상 내에서 변경될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 산소 연료 버너(20)가 도시되어 있지만, 플라즈마 버너와 같은 기타 종래의 버너를 사용할 수도 있고, 경우에 따라서는 열효율이 높은 공기-연료 버너를 사용할 수도 있다.

또한, 별도의 노 유닛(30)을 도시하였다. 본 발명에 따른 방법은 전기 아크로, 유도로, 반사로, 전기 가열로, 용광로, 용선로 및 컨버터 등과 같은 기타 다른 유형의 노에도 동일하게 적용될 수 있다.

또한, 전술한 실시예에서는 버너가 노의 측벽에 배치되어 있지만, 노의 상측 부분과 같이 다른 적절한 위치에 배치될 수도 있다는 것을 알 것이다. 또한, 하나 이상의 버너를 구비하는 구조도 가능하다. 따라서, 분무된 슬러지를 예컨대 3개의 버너 화염 사이에서 분사하는 것이 가능하다.

전술한 실시예에서는 슬러지가 이송 펌프에 의해 노로 이송되지만, 노에 공급되는 슬러지는 자유 유동 등으로 흐를 수 있다.

특정의 버너 구조를 설명하였다. 상이한 수의 파이프 등을 구비하는 임의의 적합한 버너 구조를 사용할 수 있다는 것을 또한 이해할 것이다.

분무 매체를 위한 별도의 투입부를 설명하였다. 분무 매체 및 버너 원료용으로 동일한 산소 공급원을 사용할 수도 있다.

Claims (8)

1. 액체 성분과, 이 액체 성분에 혼합된 금속 함유 입자를 포함하는 슬러지를 처리하는 처리 방법으로서, 상기 금속 함유 입자는 금속, 금속 산화물 또는 금속 수산화물로 이루어지며, 이 처리 방법은

   (a) 상기 슬러지를 분무하는 단계와,

   (b) 상기 분무된 슬러지를 노에 마련된 버너의 화염으로 공급하는 단계와,

   (c) 별도의 연료 공급부에 의해 상기 화염을 유지하면서 상기 화염에 의해 상기 슬러지의 액체 성분을 기화시키는 단계와,

   (d) 상기 금속 함유 입자의 일부 또는 전부를 상기 화염에 의해 용융시키는 단계

   를 포함하는 것인 슬러지 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, (e) 상기 금속 함유 입자를 액상 또는 고상으로 재생시키는 단계를 더 포함하는 것인 슬러지 처리 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 버너는 산소 연료 버너인 것인 슬러지 처리 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 버너는 플라즈마 버너인 것인 슬러지 처리방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러지의 금속 함유량은 5% 이상, 보다 바람직하게는 20% 이상, 가장 바람직하게는 50% 이상인 것인 슬러지 처리 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러지는 소정 공정으로부터의 폐기물인 것인 슬러지 처리 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화염은 주로 상기 슬러지에 함유된 에너지에 의해 유지되는 것인 슬러지 처리 방법.
8. - 액체 성분과, 이 액체 성분에 혼합된 금속 함유 입자를 포함하는 슬러지용 용기로서, 상기 금속 함유 입자는 금속, 금속 산화물 또는 금속 수산화물을 포함하는 것인 용기(42)와,

   - 작업 중에 화염(27)을 제공하는 버너(20)로서, 상기 화염을 유지하기 위한 연료 공급 라인(21)과, 상기 슬러지를 화염으로 공급하기 위한 공급 파이프(23)와, 상기 슬러지를 분무하기 위한 분무기(25, 26)를 구비하는 것인 버너와,

   - 상기 용기로부터 상기 버너로 슬러지를 공급하도록 상기 용기와 상기 버너 사이에서 연결된 피더(45, 46)

   를 포함하는 것인 슬러지 처리 장치.