KR20040031917A - 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리공정 및 그 장치 - Google Patents
각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리공정 및 그 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 성상과 물성이 다양한 각종 폐기물을 고농도 산소에 의한 연소열로 부분연소-열분해하되, 이때 불완전 열분해가스는 개질로에서 개질반응을 촉진시켜 완전 열분해시키며, 급냉 및 중화공정을 거쳐 인체에 해로운 다이옥신과 같은 성분의 재생성을 억제하고, 정제처리과정을 거쳐 연료가스로 재자원화하고, 비가연성 무기물은 1500℃이상의 고온에서 용융 유리질화하여 무공해의 골재로 회수할 수 있는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리공정 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 전처리된 각종 폐기물을 투입하기 위한 호퍼가 구비된 폐기물 투입수단; 상기 호퍼에 연결된 폐기물 투입구가 상부에 형성되며, 고농도 산소에 의한 연소 열원과 보조열원을 각각 제공하여 상기 고농도산소에 의한 유기물의 열분해와, 무기물의 용융에 의한 무공해 골재를 생산하는 용융-열분해 처리수단; 상기 용융-열분해 처리수단으로부터 유출된 열분해가스를 개질반응시켜 완전 열분해시키는 열분해가스 개질수단; 상기 열분해가스 개질수단으로부터 유출된 완전 열분해 가스에 포함된 유해성물질인 다이옥신의 재생성을 방지하기 위한 급냉-중화 처리수단; 및 상기 급냉-중화처리수단을 거쳐 배출되는 연료가스로부터 각종 유해물질을 회수 및 제거, 제습, 탈취과정을 거쳐 청정 연료가스로 정제하는 연료가스 정제처리수단; 처리과정에서 생성한 폐수에서 중금속을 회수하고 정제-재생하여 공업용수를 생산하는 수단; 및 청정연료가스로부터 산소부화가스에 의해 수증기 및 전력을 생산하는 연료가스 활용수단을 포함하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 전(前)처리공정에서 폐기물을 적정크기로의 파쇄 및 혼합하고, 적정량을 저장하며, 처리과정에서 발생하는 악취를 제거하여 폐기물 주입장치의 호퍼에 투입하는 제1 단계; 상기 호퍼를 통해 열분해로에 투입되는 폐기물을 1500℃이상 온도의 연소열로 상승하는 열기류에 직접 접촉시키면서, 건조, 증발, 열분해, 완전연소 과정을 수행하여 열분해가스는 개질로로, 비가연성 무기물은 용융로로 유출시키는 제2 단계; 상기 제2 단계 수행 후, 비가연성 무기물을 용융로 내부의 도가니로의 하부에서 특수 보조열원으로 보충 가열하여 용융물이 응고하지 않고, 비중차이에 의해 경질 용융물층과 중질 용융물층이 각각 분리되어 자동적으로 배출되어 수쇄조에서 급냉-파쇄되어 무공해의 골재를 생산하는 제3 단계; 상기 제2 단계에서 개질로에 유입된 열분해가스중 미 분해된 가스를 완전히 열분해시키는 제4 단계; 상기 개질로에서 완전 열분해된 가스를 세정액으로 급냉시켜 다이옥신의 재생성을 방지하고, 산성가스는 중화처리하는 제5 단계; 및 상기 제5 단계 수행후 중화 처리된 연료가스에 함유되어 있는 유화수소(H2S)를 제거하여 유황으로 회수하는 탈황공정과, 습기를 제거하는 제습공정 및 잔류할 수 있는 극 미량의 기타 불순물을 제거하는 흡착공정을 수행하여 청정연료가스를 생산하는 제6 단계; 상기 제5 단계에서 생성되는 폐수에서 중금속과 복염을 회수하고, 공업용수를 생산하는 제7 단계; 및 상기 제6 단계에서 생산되는 청정연료가스로부터 수증기 및 전력을 생산하는 제8 단계를 포함하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리공정을 제공한다.
Description
본 발명은 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리공정 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 각종 폐기물을 원료로 하되, 상기 폐기물중에 함유되어 있는 가연성 유기물은 석유자원에서 생산하는 것과 동일한 연료가스로 재자원화하고, 비가연성 무기물은 1500℃이상의 고온에서 용융 유리질화하여 무공해의 골재로 재자원화할 수 있는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리공정 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 폐기물의 처리분야에서, 종래 기술의 주류는 대부분이 공기로 소각하되, 생성되는 소각 열량을 가급적 회수하고, 연소가스에 함유되어 있는 유해물을 법적 규제치 이하로 제거한 다음, 대량의 연소가스를 대기로 방출함과 동시에, 이때 생성되는 연소잔재 및 비회(飛灰)를 고형화시켜 매립하는 일련의 처리과정을 수행하고 있다. 그러나, 상기 폐기물 처리과정에서 대기로 방출하는 연소가스에 잔류하는 유해물과 고형화하여 매립한 잔류 유해물의 누적으로 인한 2차 공해가 심각한 환경파괴의 요인으로 부각되면서, 새로운 폐기물의 처리기술 개발이 요구되고 있다.
이러한 요구에 부합하고자, 본원출원인은 폐기물을 자원화시키기 위한 일환으로써, 특허등록 제0256401호의 수소-산소 플라즈마 토치를 이용한 폐기물의 자원화공정 및 그 장치와, 특허출원 제98-32409호의 산소부화 폐기물 소각장치 및 소각방법, 특허등록 제0303254호의 산소와 순환탄산가스에 의한 산소부화 연소-열분해 방법, 특허출원 제99-34877호의 산소부화가스를 이용한 폐기물의 굴뚝없는 완전 자원화 처리공정등 다수 제안하여 폐기물을 재생 자원화하는데 일조하고 있다.
또한, 종래에는 폐기물을 처리하기 위한 다수의 특허들도 제안되어 있다. 그 중에서 일본국 특허 평9-42627호의 폐기물의 소각처리장치 및 방법은 폐기물을 소각 처리실에서 배출된 연소가스의 일부를 재순환하는 기술이다. 이 밖에 연소장치에 관련된 특허로서 국내특허 제96-702764호에서는 연소과정에서 발생된 이산화탄소를 재순환하여 배기가스중의 질소 산화물을 완전히 제거하는 기술이다.
이와 같이 최근에는, 환경오염을 최대한 경감시키면서 자원화할 수 있는 폐기물의 처리기술의 개발이 활발히 진행되고는 있으나, 용융로에서 용융물의 안정적인 형성과 유지가 어려울 뿐만 아니라, 용융물이 응고하는 경우, 그 응고된 용융물의 처리가 어려운 문제점이 있다. 또한, 고온 용융층에 적용되는 자재의 수명이 짧아지고, 운전기술이 까다로워 운전의 안정을 유지하기 어려운 문제들이 상존하고 있는 상태이다.
대표적인 예로, 용융층에서 고온을 유지하기 위하여, 폐기물에 코크스를 첨가하는 용융로를 적용하는 폐기물의 처리 공정은, 신일본 제철에서 1970년대 후반에 개발하여, 현재도 수 개소의 대형 공장이 가동되고는 있으나, 위에서 열거한 문제점과, 산화제로는 소량의 산소에 대량의 공기를 혼용하고 있어, 폐기물 중 유기물의 자원화가 전혀 이루어지지 않는 문제점이 있어 그 보급의 확대가 미미한 실정이다.
또 다른 예로서, 유럽에서 1990년대 초반부터 개발하여, 현재 수개 대형공장이 가동되고 있는 써머셀렉트 프로세스(Thermoselect Process)도 마찬가지로 용융로에서 역시 상술한 문제점을 안고 있어, 이를 해결하기 위해 용융로 중심부의 온도를 2000℃정도의 초고온을 적용하고 있으나, 이로 인한 로재의 수명 단축, 운전 기술의 어려움으로 안정성을 유지하기가 어렵고, 특히 소용량 처리의 경우 적용하기 어려운 문제점을 안고 있다.
이 밖에도, 전력에 의한 프라즈마(Plasma)를 이용하는 용융-처리공정, 브라운가스(수소와 산소의 혼합가스)에 의한 용융-처리공정, 전력에 의한 저항가열방식을 적용하는 용융-처리공정 등이 제안되어 여러 업체에서 시도하고 있으나, 대부분이 중도 실패로 중단되어 있는 것으로 알려져 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 성상과 물성이 다양한 각종 폐기물을 고농도 산소에 의한 부분연소열로 열분해하되, 이때 불완전 열분해된 가스는 개질로에서 개질반응을 촉진시켜 완전 열분해시키며, 급냉 및 중화공정을 거쳐 인체에 해로운 다이옥신과 같은 성분의 재생성을 억제하고, 정제처리과정을 거쳐 연료가스로 재자원화하고, 비가연성 무기물은 1500℃이상의 고온에서 용융 유리질화하여 무공해의 골재로 회수할 수 있는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리공정 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도1은 본 발명에 의한 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리공정의 구성을 나타낸 개략도.
도2는 본 발명의 요부인 용융로장치의 구성을 나타낸 단면도.
도3은 본 발명의 요부인 개질로에서의 정압-안전장치의 구성을 나타낸 개략도.
도4는 본 발명의 요부인 급냉-중화장치의 구성을 나타낸 개략도.
도5는 본 발명의 연료가스 정제 처리공정에서 얻어진 연료가스를 활용하기 위하여, 산소부화가스로 연소시키기 위한 연료가스 연소장치의 구성을 나타낸 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 용융-열분해 처리장치 2: 열분해가스의 개질장치
3: 급냉-중화 처리장치 4: 연료가스 정제 처리장치
5: 폐수 재생 처리장치 6: 연료가스 활용장치
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전처리된 각종 폐기물을 투입하기 위한 호퍼가 구비된 폐기물 투입수단; 상기 호퍼에 연결된 폐기물 투입구가 상부에 형성되며, 고농도 산소에 의한 연소 열원과 보조열원을 각각 제공하여 상기 고농도산소에 의한 유기물의 열분해와, 무기물의 용융에 의한 무공해 골재를 생산하는 용융-열분해 처리수단; 상기 용융-열분해 처리수단으로부터 유출된 열분해가스를 개질반응시켜 완전 열분해시키는 열분해가스 개질수단; 상기 열분해가스 개질수단으로부터 유출된 완전 열분해 가스에 포함된 유해성물질인 다이옥신의 재생성을 방지하기 위한 급냉-중화 처리수단; 및 상기 급냉-중화처리수단을 거쳐 배출되는 연료가스로부터 각종 유해물질을 회수 및 제거, 제습, 탈취과정을 거쳐 청정 연료가스로 정제하는 연료가스 정제처리수단; 처리과정에서 생성한 폐수에서 중금속을 회수하고 정제-재생하여 공업용수를 생산하는 수단; 및 청정연료가스로부터 산소부화가스에 의해 수증기 및 전력을 생산하는 연료가스 활용수단을 포함하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 전(前)처리공정에서 폐기물을 적정크기로의 파쇄 및 혼합하고, 적정량을 저장하며, 처리과정에서 발생하는 악취를 제거하여 폐기물 주입장치의 호퍼에 투입하는 제1 단계; 상기 호퍼를 통해 열분해로에 투입되는 폐기물을 1500℃이상 온도의 연소열로 상승하는 열기류에 직접 접촉시키면서, 건조, 증발, 열분해, 완전연소 과정을 수행하여 열분해가스는 개질로로, 비가연성 무기물은 용융로로 유출시키는 제2 단계; 상기 제2 단계 수행 후, 비가연성 무기물을 용융로내부의 도가니로의 하부에서 특수보조열원으로 보충, 가열하여 용융물이 응고하지 않고 비중차이에 의해 경질 용융물층과 중질 용융물층이 각각 분리되어 자동적으로 배출되어 수쇄조에서 급냉-파쇄되어 무공해의 골재를 생산하는 제3 단계; 상기 제2 단계에서 개질로에 유입된 열분해가스중 미 분해된 가스를 완전히 열분해시키는 제4 단계; 상기 개질로에서 완전 열분해된 가스를 세정액으로 급냉시켜 다이옥신의 재생성을 방지하고, 산성가스는 중화처리하는 제5 단계; 및 상기 제5 단계 수행 후, 중화 처리된 연료가스에 함유되어 있는 유화수소(H2S)를 제거하여 유황으로 회수하는 탈황공정과, 습기를 제거하는 제습공정 및 잔류할 수 있는 극 미량의 기타 불순물을 제거하는 흡착공정을 수행하여 청정연료가스를 생산하는 제6 단계; 상기 제5 단계에서 생성되는 폐수에서 중금속과 복염을 회수하고, 공업용수를 생산하는 제7 단계; 및 상기 제6 단계에서 생산되는 청정연료가스로부터 수증기 및 전력을 생산하는 제8 단계를 포함하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리공정을 제공한다.
이하, 첨부된 도1 내지 도5를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 폐기물의 전량 자원화 처리공정 및 그 장치는 폐기물을 고농도 산소에 의해 부분연소- 열분해, 중화 및 정제처리공정을 거쳐 연료가스로 자원화하며, 용융물을 재생골재로 회수하여 환경오염을 방지하고, 폐기물의 처리효율을 향상시킬수 있도록 구현한 것으로, 본 발명의 실시예에서는 도1에 도시된 바와 같이 산소에 의한 유기물의 열분해와, 무기물의 용융에 의한 무공해 골재를 생산하는 용융-열분해 처리장치(1), 열분해가스의 개질장치(2), 급냉-중화 처리장치(3)로 크게 구성된다.
또한, 본 발명에서는, 상기 처리과정에서 생성된 원료 연료가스의 탈황공정, 제습공정 및 흡착공정을 거쳐 청정연료가스로 고도 정제하는 연료가스 정제 처리장치(4)와; 급냉-중화처리시 생성되는 폐수에서 중금속과 각종 염류(鹽類)를 분리 회수하여 공정용 용수를 생산하는 폐수 재생 처리장치(5)와; 생산한 연료가스를 자체 공정에 필요한 수증기와 동력원으로 이용하고, 잉여량은 외부로 송출하는 연료가스 활용장치(6)가 부가된다.
먼저, 상기 용융-열분해 처리공정을 수행하는 용융-열분해 처리장치(1)는 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 먼저, 전(前)처리공정을 통하여 적정 크기로 파쇄된 각종 생활 및 산업폐기물을 투입하기 위한 호퍼(11)가 구비된 폐기물 주입장치(10)와; 상기 호퍼(11)를 통해 폐기물을 투입하기 위한 투입구가 상부에 형성되며, 고농도의 산소를 주입하여 폐기물중에 함유되어 있는 모든 가연성유기물을 부분연소시켜 열분해하고, 비가연성 무기물을 용융시키는 열분해로(12)와; 상기 열분해로(12)의 하부에 설치된 용융로(21)와; 상기 용융로(21)의 하부에 설치되어 그의 최하부에 용융되어 있는 용융물이 응고되지 않도록 가열하는 보열로(13); 및 내부에 물이 채워져 있으며, 상기 용융로(21)로부터 배출된 용융물을 급냉 파쇄시켜 유리질화된 무공해 골재를 생산하는 수쇄조(14)로 구성된다.
도2에 도시된 바와 같이, 상기 용융로(21)는 투입구를 통하여 투입된 폐기물의 연소시 발생하는 연소가스가 상승되는 상부연소층(21a)과, 비중의 크기에 따라 토사류의 경질 용융물층(21b), 금속류의 중질용융물층(21c)으로 분류되는 공간을 제공하며, 일측부에 경질 용융물과 중질 용융물을 배출하기 위한 출탕 배출구(21d)가 구비된다. 또한, 상기 용융로(21)는 그의 상부 연소층(21a)에 연결되며, 고농도의 산소를 주입하되, 고농도 산소에 의한 연료가스의 연소열로 1500℃이상으로 가열하여, 이미 상당히 고온으로 가열된 상태로 상부연소층(21a)으로부터 유입되는 미연소 잔류물을 완전 연소시키며, 비가연성 무기물을 용융시킬 수 있도록 하는 산소버너(22)와; 상기 용융로(21)의 연소층(21a)과 경질용융물층(21b)을 포함하는 외주면에 구비된 내화재(23)와; 상기 내화재(23)의 하부에 설치되어 용융로(21)의 경질 용융물층(21b)과 중질 용융물층(21c)을 수용하는 도가니로(24)와; 상기 용융로(21)의 경질 용융물층(21b)과 중질 용융물층(21c)의 소정위치에서 도가니로(24)를 관통하여 출탕배출구(21d)에 이르도록 설치되어 상기 경질 용융물과 중질 용융물이 생성되는대로 자중에 의해 넘쳐 흘러 배출되도록 하는 익류관(25)으로 구성된다.
상기 보열로(13)는 도가니로(24)의 저부에 설치되어 그를 가열해 주는 발열체(31)와; 저주파 교류전류에 의해 발열체(31)의 발열을 유도해 주는 유도코일(32)과; 상기 유도코일(32)에 전원을 제공하고 제어하는 전원제어장치(33)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 보열로(13)는 용융물의 응고 방지와 설정한 온도를 일정하게 제어해줄 수 있는 전력만으로 보열시켜 줄 수 있는 구조로 되어 있다.
따라서, 상기 도가니로(24)의 저부에 고인 용융물과 익류관(25)을 통해 배출되는 용융물이 응고되지 않도록 보열로(13)에서 보조열원을 가해줌으로써 종래의 용융로가 가지고 있던 용융로 저부에서 용융물이 응고되는 문제점 즉, 용융층 상부의 산소버너(22)에서 가해지는 연소열의 대부분이 상부로 확산되어 전열되고 용융로 하부로의 전열은 대단히 적고 느리며, 고온으로 인한 외부로의 방열량이 많아 항상 용융로 저부에 고여 응고되는 것을 방지한 것이다.
본 실시예에서의 도가니로(24)와 발열체(31)는 가혹한 고온의 운전조건과, 용융물과의 화학적 작용에 견딜 수 있으며, 전기전도성과 열의 전도성이 탁월하며, 융점이 대단히 높고, 용융물과의 침식반응이 없는 흑연계열(Graphite)이나 이와 유사한 물리화학적 물성을 지닌 금속계열, 예를 들어 텅스텐, 몰리브덴으로 이루어져 있다.
또한, 본 실시예에서는 용융물의 융점을 항상 적정온도 범위에 들게 하여, 그 유동성을 좋게 하는 물리적 물성과, 용융물의 내화재에 대한 침식을 억제하는 화학적 물성을 제어하기 위하여 첨가제를 적절히 공급해 준다
여기에 사용하는 첨가제로는 폐기물의 일종인 폐유리이며, 그 첨가량은 폐기물중에 함유되어있는 무기물 량의 50% 전후를 원칙으로 하되, 유출되는 용융물의 유동성을 체크하여 가감하며, 그 화학적 작용은 폐기물중에 함유되어 있는 사질(모래; 주로 SiO2)의 융점을 저하시켜 주고, 주변 내화재와의 화학적 침식작용이 적은 특성이 있다.
다음은 열분해가스의 개질공정(2)을 수행하기 위한 장치에 대하여 설명한다.
도1에 도시된 바와 같이, 상기 열분해로(12)의 상부에는 수평방향으로 위치되며, 일측에 외부로부터 고농도의 산소를 소량 주입받기 위한 산소주입구가 형성된 개질로(41)와; 상기 개질로(41)의 일측 상부에 설치되어 조업(운전)압력을 안정적으로 유지해주고, 과압을 방지하기 위한 정압-안전장치(42)와; 상기 개질로(41)의 내부 중간부에 설치되어 연소가스의 열분해를 촉진시켜 주기 위한 촉매층(43)으로 구성된다.
본 실시예에서의 상기 개질로(41)는 열분해로(12)에서 유입되는 미분해 카본(매연)과 중질탄화수소(메탄, 에탄 등) 및 분해되지 않은 다이옥신등과 같은 미완성 열분해가스를 완전히 열분해 시켜주는 역할을 하는, 즉 열분해가스의 품질을 개선해 주는 기능을 수행하는 개질(改質) 장치이다. 상기 개질로(41)의 산소주입구에는 별도의 산소버너가 구비될 수 있으며, 주입되는 산소에 의해 가스 중에 함유되어 있는 일부 수소 및 일산화탄소를 연소시키고, 이 연소열로 가스의 온도를 최고 1200℃ 까지 상승시켜 미 분해 가스를 완전히 열분해시키는 것이다.
또한, 상기 촉매층(43)은 내열, 내피독성(촉매층을 통과하는 가스중에, 촉매의 기능을 상실토록 하는 독성물질이 있어도 촉매의 기능을 잘 유지해주는 저항력이 강한 것을 의미함)을 가진 철-니켈 계열의 촉매물질을 다공성 내화물 표면에 피복시킨 것으로써, 저온에서 신속히 개질반응을 촉진시켜 주는 역할을 한다.
상기 정압-안전장치(42)는 종래의 부상형 가스홀더(Floating Type Gas Holder)의 원리를 응용하여 열분해로와 개질로 내부에서의 압력을 안정적으로 자동 유지해주는 정압장치(45)와; 비정상적인 과압(폐기물에 이상 물질이 혼입되어 발생하는 급격한 압력 상승 현상), 예를들어 가스통과 같은 위험 폐기물의 유입으로 인한 압력의 급상승에 대비하는 수밀형 안전 보호장치(Water-Seal Type Safety Protection Device)(46)로 구성된다.
상기 정압장치(45)와, 수밀형 안전보호장치(46)에 대한 구성을 도3을 참조하여 상세히 설명한다.
상기 정압장치(45)는 개질로(41)의 최상부에 "T"형관(41a)을 매개로 연결된 제1 연결관(52)과; 상기 연결관(52)에 연결되어 상하로 움직일 수 있는 부상형 덮개(Floating Cover)(53)와; 상기 부상형 덮개(53)를 내장하되, 그에 의해 갇혀져 있는 기체가 누출되지 않도록 하고, 외부 기체의 유출입이 완전히 차단되도록, 내부에 부동액이 채워져 있는 기밀장치(54)와; 상기 부상형 덮개(53)의 상단부에 연결되며, 운전압력 설정추(55), 연결끈(56), 도르레(57)로 이루어진 운전압력 설정장치와; 상기 덮개(53)의 상단면에 구비되어, 상기 부상형 덮개(53) 내부에 항상 안전한 질소가스가 채워지도록 하면서 개질로(41) 내부의 열기류가 유입되지 않도록 소량의 질소가스를 지속적으로 주입하기 위한 질소주입관(58); 및 상기 연결관(52)과 부상형 덮개(53)의 하부 사이에 연결되어 생성될 수 있는 응축수의 배출을 위한 배수관(59)으로 구성된다.
상기와 같이 구성된 정압장치(45)의 동작상태를 살펴보면, 먼저 부상형 덮개(53)는 그의 무게(중량)와 개질로(41) 내부 압력에 의해 밀어 올리려는 힘이 균형을 이루는 위치에 떠 있게 된다. 다시 말하면, 개질로(41) 내부 압력이 증가하려고 하면, 부상형 덮개(53)는 위로 상승하고, 압력이 감소하려고 하면, 아래로 하강하면서, 항상 내부 압력을 일정하게 유지해 주는 것이다. 이때, 상기 개질로(41) 내부의 압력은 부상형 덮개(53)의 하강하려는 총 중량을 덮개의 단면적으로 나눈 단위 면적당 힘과 같게 된다. 따라서, 부상형 덮개(53)의 아래로 내려가려는 총 중량이 정해지면, 개질로(41) 내부 압력이 정해진다. 그리고, 부상형 덮개(53)의 아래로 내려가려는 총 중량은, 운전압력 설정장치의 도르레(57)로 설정추(55)의 무게를 조절해 줌으로써 조절되며, 결과적으로는 개질로(41) 내부 압력을 원하는 압력에 설정할 수가 있게 되는 것이다.
본 실시예에서의 기밀장치(54)내에 주입되는 부동액은 비점과 비중이 높고, 주변 자재 및 가스와의 화학적 반응성이 없는 화학적으로 안전한 특수 부동액(不凍液) 예를들어 자동차에 사용되는 부동액 또는 적정농도의 글리세린 수용액으로 이루어질 수 있으며, 상기 부동액은 항상 안전한 일정 액위를 유지하도록 되어 있다.
상기 안전장치(46)는 상기 개질로(41)의 상부에 구비된 "T"형관(41a)의 타단부에 장착되어 상기 개질로(41) 내부에 걸리는 과압 가스를 배출하는 과압가스 유입관(61)과; 상기 과압가스 유입관(61)의 일부가 소정깊이로 삽입되며, 내부에 물이 내재되어 있는 수밀조(62)와; 상기 과압가스 유도관(61)에 연결되어 미량의 질소가스를 제공하는 질소가스 유입관(63)과; 상기 수밀조(62)의 일측에 설치되어 보충수를 주입하기 위한 보충수 주입관(64)과; 상기 수밀조(62)의 상부에 설치되어 정상압력 이상으로 압력이 상승할 경우, 물기둥을 뚫고 상승하는 과압가스를 대기로 방출하기 위한 과압가스 배출관(65)과; 상기 수밀조(62)의 타측에 설치되어 잉여수를 배출하기 위한 잉여수 배출관(66)과; 수밀조내의 수밀액을 배출하기 위한배출관(67)으로 구성된다. 따라서, 상기한 바와 같이 구성된 정압-안전장치는 계전장치가 아니고, 단순 물리적 구조로 구성되어 있기 때문에 과압에 의한 기기장치의 손상을 신뢰성이 보장되는 방법으로 방지할 수 있는 것이다.
상기 급냉-중화 처리공정을 수행하기 위한 급냉-중화처리장치(3)는 도4에 도시된 바와 같이, 상기 개질로(41)의 배출구로부터 1200℃ 고온 열분해 가스가 유입되도록 상부 일측에 유입구(71b)가 형성되고, 상기 유입구의 하부에 세정액, 즉 알카리성 수용액(1.0% ∼ 1.5% 전후의 가성소다 수용액)을 고속으로 분사하여 고온의 열분해가스를 흡인-냉각하기 위한 제1 세정액 분사노즐(72)과; 흡인가스를 유도 배출하기 위한, 고온 내식 특수자재로 제작된 벤츄리 튜브(Ventury Tube)(73)와 그 유도관(74)과 ; 그 하단 동체(75)내 상부에 설치된, 세정액을 100미크론 정도의 미립으로 분무하여, 그 순간 증발잠열로 고온가스를 급속-냉각하기 위한 제2 분무노즐관(78)과; 상기 동체(75) 안에서 100-150℃로 급속 냉각된 가스를, 다시 상온까지 냉각하면서, 동시에 가스에 함유하는 산성가스의 중화, 과포화 수증기의 응축, 중금속 증기의 응축, 미세 먼지의 흡수 등의 기능을 이루기 위하여, 동체(71)의 내부 외곽에 설치된 충진물층(71a)과 ; 상기 충진물층(71a)을 거처 상승하는 기체를 세정액으로 세정하기 위한 세정액 분사관(77)과 ; 동체(75) 하부에 모인 세정액을 세정액 분사관(77)으로 순환시키기 위한 순환펌프(80)와 ; 순환하는 세정액에 함유하는 고형 미립자(먼지)를 분리-제거하기 위한 여과기(81)와; 순환하는 세정액을 냉각하기 위한 냉각기(85)와; 냉각기(85)에서 흡수한 열량을 대기로 방열하기 위한 냉각탑(84)과; 냉각된 세정액을 충진물층(71a)으로 보내는 배관에서, 그 일부를 분기하여, 보다 고압으로 승압시키기 위한 승압펌프(83)와; 승압한 세정액을 제1분사노즐 및 제2 분무노즐로 보내기 위한 배관(76)과 ; 세정액의 PH를 항상 9-10정도의 약 알카리성으로 유지해 주기위한 알카리수 조제조(82) 와; 상기 처리과정에서 생성되는 잉여 세정수(고온 가스에 함유하는 수증기가 응축하여 생성되는 폐수)를 폐수재생처리공정(5)으로 보내기 위한 배관(79) 등으로 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 냉각-중화장치는 개질로(41)에서 배출되는 1200℃의 고온 열분해 가스를 0.5초 이내에 100 ∼ 150℃까지 급속 냉각하여 인체에 유해한 다이옥신(Dioxin)의 재생성을 방지하고, 이어서 40℃까지 상온으로 다시 냉각시키면서, 잔류 산성가스를 중화하고, 과포화 수증기와, 극 미량의 중금속류 증기를 응축시키고, 기타 미연의 매연과 먼지(회분) 등을 기체로부터 액체로 흡수, 분리될 수 있도록 한 것이다.
상기와 같이 구성된 용융-열분해장치, 열분해가스 개질장치, 급냉-중화장치에 의해 폐기물로부터 연료가스 원료를 생성하게 되며, 상기 연료가스 정제 생산처리장치(4)을 통해 탈황, 제습, 흡착공정을 수행하여 청정 연료가스를 생산하게 된다. 또한, 상기 연료가스 정제 처리장치(4)를 통해 생산된 청정연료가스는 본 발명의 자체 공정에 필요한 유틸리티(연료, 전력, 수증기)를 공급하기 위한 에너지원으로 활용하되, 전력을 생산할 경우에는 가스엔진과 발전기를 설치하여 얻을 수 있으며, 수증기를 생산할 경우에는 보일러를 설치하여 얻는다.
특히, 연료가스 활용장치(6)에서 자체공정에 필요한 유틸리티를 본 발명에 의해 얻어진 청정 연료가스로 생산하고자 하는 경우, 산소 연소공정을 적용하는 것을 특징으로 한다. 이에 대한 구성을 도5를 참조하여 설명한다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 정제된 청전연료가스를 주입하기 위한 주입구와, 산소를 주입하기 위해 일측에 산소 이젝터(92)가 설치된 연소실(91)과; 상기 연소실(91)에서 연소후 배출되는 탄산가스의 일부를 산소의 농도를 제어하기 위한 불활성가스로 이용하기 위하여 상기 연소실(91)과 산소이젝터(92)를 연결하는 순환라인(93); 및 상기 순환라인(93)상에 설치된 송풍기(94)와; 상기 연소실(91)의 최종 배출라인상에 설치되어 잔류 일산화탄소(CO) 가스를 탄산가스(CO2)로 변환시켜 주기 위한 산화촉매층(95)으로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 폐기물 전량 자원화 처리공정을 상세히 설명한다.
먼저, 전(前)처리공정에서 폐기물을 적정크기로의 파쇄 및 혼합하고, 적정량을 저장하며, 처리과정에서 발생하는 악취를 제거하여 폐기물 주입장치(10)의 호퍼(11)에 투입하게 된다. 이때, 상기 폐기물은 폐기물 주입장치(10)에 의해, 외기와 차단된 상태로 다소 가압되어 단주기적으로 열분해로(12)로 투입되어 용융-열분해 처리 공정을 거치게 된다.
상기 투입된 폐기물은 산소버너(22)에서 용융로(21) 상부로 주입되는 고농도 산소에 의한 연소로 생성되는 1500 ∼ 1600℃ 정도의 고온의 열기류에 직접 접촉하면서, 건조 - 증발, 열분해, 완전연소 과정을 차례로 거치게 된다. 이 부분연소- 열분해과정에서, 비가연성 무기물만이 용융로(21)의 최하부에 이르게 되며, 상기용융로(21)에서 용융된 용융물은 비중차이에 의해 하부의 금속류의 중질용융물층(21c)과. 상부의 유리나 토사류등의 경질 용융물층(21b)으로 분류되고, 열분해로(12)에서 부분연소 및 열분해를 거친 가스는 개질로(41)로 유입된다.
상기 중질 용융물층(21c)과 경질 용융물층(21b)의 무기물은, 상부에서 산소버너에 의해 생성되는 고온의 열원과, 저주파 교류전류에 의한 유도 발열을 응용한 보열로(13)에서 발생되는 고온의 보조 열량에 의해, 모두 용융되어 사이펀의 원리에 의해 익류관(25)을 거쳐 용융로(21)의 출탕 배출구(21d)를 통해 물이 내재된 수쇄조(14)로 자동 유출된다. 이때, 상기 용융물은 수쇄조(14)에 낙하하는 즉시, 급냉 파쇄 되어 유리질화 된 무공해의 골재를 생산하게 된다.
즉, 비가연성 무기물과 약간의 미 연소 잔류물은, 용융로(21) 상층에서 상당한 고온으로 가열된 상태로 용융로 상부 연소층(21a)으로부터 유입되며, 같은 연소층에 설치한 산소버너(22)에서 공급되는 고농도 산소에 의한 연료가스의 연소열로 1500℃이상의 고온으로 가열되어, 미 연소 잔류물의 완전연소와 무기물의 용융이 동시에 이루어지면서 연소가스는 상층으로 올라가며, 용융물은 하부 도가니로(24)에 고이게 된다. 이때, 상기 용융로(21)의 상부에서 발생한 고온의 열기류는 상승하면서 하강하는 폐기물과 향류(向流)로 접촉하면서 600∼800℃로 냉각되어 열분해가스와 함께 상부에 직결된 개질로(41)로 유출된다.
또한, 상기 도가니로(24) 저부에 고인 용융물과 익류관(25)을 거치는 용융물은 보열로(13)에서 제공되는 저주파 교류전류에 의해 발열되는 유도코일(32)에 의해 상기 도가니로(24)가 가열되면서 응고되지 않고 액상으로 유지된다.
이때, 상기 보열로(13)는 도가니로(24)나 용융로(21)에서 만큼 공급열량이 많은 것이 아니고, 고온, 소량의 열량을 도가니로(24)의 하부로부터 공급하여, 용융물의 응고 방지와 설정한 온도를 일정하게 제어 유지해 주는 역할만을 자동으로 수행하는 것으로 그 전력 소비량은 폐기물 1톤당 300kw 미만이다.
상기 열분해로(12)에서 유출된 열분해가스는 개질로(41)에 유입되는데, 상기 개질로(41)에서는 열분해로(12)에서 유입된 미분해 카본(매연)과 중질탄화수소(메탄 에탄 등) 및 분해되지 못한 다이옥신 등, 미완성 열분해가스를 완전히 열분해시켜 열분해 가스의 품질을 개선해 준다. 즉, 소량의 산소를 개질로 내부로 주입해 줌으로써, 가스 중에 함유되어 있는 일부 수소 및 일산화탄소를 연소시켜, 그 연소열로 가스의 온도를 최고 1200℃ 까지 상승시켜 완전히 열분해시켜 주며, 상기 개질로(41) 중간부에 위치된 촉매층(43)에 의해 1200℃보다 낮은 저온에서 개질반응을 촉진시켜 준다.
상기 개질로 상부에 설치한 정압-안전장치(42)는 폐기물의 연소-열분해속도 변화에서 발생되는 압력변동을 흡수하여, 항상 일정한 압력을 자동으로 유지해 주고, 만일의 경우 산소에 의한 내부 폭발현상 또는 열분해로에 투입되는 폐기물중의 비정상적인 위험물질, 예를들어 폭발성물질이나 연소성이 강한 물질이 혼입되어 압력이 급상승시, 수밀조(62)의 물기둥을 뚫고 배출관(65)을 거쳐 대기로 방출됨으로써, 과압에 의한 기기의 손상을 방지해 주게 된다.
상기 개질로(41)에서 배출되는 최고 1200℃의 고온의 열분해가스는, 그 주성분이 수소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 및 수증기(H2O)이며, 이 밖에 미량의 질소가스(N2)와, 유해가스인 염산가스(HCl), 황화수소(H2S), 이산화황(SO2), 암모니아가스(NH3)등이 함유되어 있고, 극 미량의 비회(飛灰), 매연(媒煙), 증발한 중금속류등도 동반한다. 그러나, 독극물인 다이옥신(Dioxin)류와 중질탄화수소류는 고온의 개질로에서 모두 완전히 분해되어 거의 검출되지 않는다. 즉, 개질로(41)에서 배출되는 가스는 완전히 열분해되었으나, 다이옥신을 제외한 각종 미량의 유해 불순물이 함유되어 있으며, 이러한 유해 불순물은 개질로에 연결된 급냉-중화공정을 통해 우선 산성가스를 중화시키고, 연료가스 정제 처리공정을 거쳐 일종의 유용한 청정 연료가스인 동시에 각종 석유화학제품을 생산할 수 있는 합성가스로 제품화할 수 있는 것이다.
상기 급냉-중화처리공정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 연료가스의 첫 단계 처리 공정으로서, 약 알카리성 수용액의 분무 세정에 의한 급속 냉각과, 산성가스의 중화처리를 수행한다. 여기서, 급속 냉각시키는 중요한 이유는 독극물인 다이옥신의 재생성 반응을 최대한 방지하기 위한 것으로, 본 공정에서는 0.5초 이내에 100℃ ∼ 150℃로 냉각되도록 설계하고 있다. 잘 알려진 연구보고에 의하면, 보통 0.7초 이내에 300℃이하로 급냉하면 다이옥신의 재생성은 무시된다고 한다.
연료가스중 중화대상이 되는 산성가스는 거의 대부분이 염산가스(HCl)이며, 이를 약 알카리성 세정액(가성소다 수용액)으로 세정하면, 염산가스는염화나트륨(NaCl)이 되어 수용액 중에 용해하게 된다.
이 밖에, 세정과정에서, 미량의 암모니아가스, 매연, 비회, 중금속의 증기 등이 용해, 흡수, 응축되어, 연료가스로부터 수용액으로 이전되어 제거되고, 냉각과 함께 냉각온도에 상응하는 상당량의 수증기가 응축되며, 과량의 수용액은 연속적으로 배출시켜, 폐수정제 처리공정에서, 중금속과 복합염을 분리 회수하고, 공업용수를 생산하게 된다.
좀더 상세히 설명하면, 상기 개질로(41)로부터 배출되는 1200℃의 고온 열분해 가스는, 세정탑 동체(71)의 유입구(71b)를 통해 유입되며, 벤츄리 튜브(Ventury Tube)(73)에 의해 빠른 속도로 흡인되면서, 급속 냉각 동체(75)로 유입된다.
이 과정에서, 고온의 가스는 제1 세정액 분사관(72)의 분사구에서 분사하는 다량의 세정액 즉, 알카리성 수용액(1.0% 전후의 가성소다 수용액)과 접촉하여 1차적인 냉각과 산성가스의 중화가 이루어지고, 이어서 제2 세정액 분사노즐(78)을 통해 급속냉각동체(75)로 분무되는 미립 액적(液滴);mist)의 순간증발에 의한 급속-흡열등의 복합효과로, 0.5초 이내에 100 ∼ 150℃로의 급속냉각되어 다이옥신의 재생성을 억제한다.
또한, 상기 급냉 - 중화과정에서 100 ∼ 150℃로 냉각된 가스는, 급속 냉각 동체(75)로부터, 벤츄리 튜브관(74) 외곽에 있는 세정탑 동체(71)의 충진물층(71a)을 상승하면서, 세정탑 동체(71) 상부에서 분사되는 상온(40℃ 이하)의 세정수와 접촉하여 상온(40℃ 이하)으로 냉각됨과 동시에, 잔류 산성가스의 중화, 과포화 수증기의 응축, 극미량의 중금속류 증기의 응축, 기타 미연소 상태의 매연, 먼지(회분) 등을 기체로부터 액체로 흡수 및 분리하는 과정을 거쳐 외부로 배출된다.
상기 과정에서 세정액(알카리성 수용액)이 흡열한 열량은, 냉각 순환펌프(80)와 냉각 열교환기(83)에 의해 연속적으로 제거되며, 잉여 수용액은 자동으로 익류(Over Flow)시켜 폐수 정제처리장치로 보내어진다. 또한, 수용액이 흡수한 미세 고형입자는 여과기(81)에서 연속적으로 분리 회수되고, 세정 수용액의 PH는 알카리수 공급조(82)로부터의 공급량에 의해 9 ∼ 10정도의 약 알카리성으로 제어된다.
상기 급속-냉각 과정에서 배출되는 폐수는 폐수 정제-재생 처리공정에서, 함유되어 있는 중금속은 침전제를 사용하여 중금속의 수산화물등으로 침전시켜 회수하고, 중화반응으로 생성된 염류는 박막, 증발-농축 등의 방법으로 분리 회수한 다음, 공업용 용수로 재활용한다.
다음에 연료가스 정제 처리공정에 대해 설명한다.
상기 연료가스 정제 생산 처리공정은, 상술한 전 단계의 처리 후, 원료연료가스를 청정 연료가스로 고도 정제하는 공정으로서, 대체로 잔류 유해물 중 가장 많은 유화수소(H2S)를 제거하여 유황으로 회수하는 탈황공정과, 습기를 제거하는 제습공정 및 잔류할 수 있는 극 미량의 기타 불순물을 제거하는 흡착공정등으로 구성되어 있다.
이상의 처리과정을 거처 정제된 청정 연료가스는, 그 조성이 수소, 일산화탄소 및 탄산가스로 구성되어 있으며, 각 성분별 함유율은 원료 폐기물의 조성에 따라 차이가 있으나, 그 보유 연소열량은 대체로 1500∼2000 kcal/Nm3범위에 있으며, 그 생산량은 폐기물 1톤당 대략 1600 Nm3전후가 된다.
또한, 상기 연료가스 정제과정에서 정제된 청정 연료가스는 자체 공정에 필요한 연료로 그대로 사용하고, 보일러에 의한 수증기 생산이나, 가스엔진에 의한 전력을 생산하고자 할 경우, 종래의 공기연소방법에 의해 생산할 수도 있으나, 본 발명에서는 산소가스에 의한 연소방법을 적용하는 것을 특징으로 하고 있다.
이때, 상기 연소실(91)로 주입하는 산소를 그대로 주입하게 되면, 초고온에 의한 연소실(91)의 과열로 인한 손상이 불가피하기 때문에, 반드시 산소의 농도를 적정 불활성가스와 혼합-희석시켜 주입해야 한다.
본 발명에서는 산소의 농도를 제어하는 불활성 가스로, 연소실에서 연소 후 배출하는 연소가스 중, 그 일부를 순환가스 송풍기(94) 또는 이젝터(92)에 의해 순환시켜 산소와 적정 농도로 혼합하여 사용하고 있다. 이 경우에 있어서, 연소후 배출가스는 탄산가스와 수증기 및 미량의 잔류 산소뿐으로, 필요하면 이를 냉각하여 수분을 응축 제거하고 90%이상의 고농도 탄산가스를 재활용할 수 있다.
한편, 고농도 탄산가스 분위기 하에서는 연소후 잔류하는 일산화탄소(CO) 가스의 농도가 종래의 연소 방법에서보다 많을 수 있기 때문에, 연소가스는 최종 단계에서 산화촉매(95)층을 거쳐 잔류 CO가스를 모두 CO2가스로 전환시켜 준다.
본 발명에 의한 폐기물의 전량 자원화 공정에서 생산되는 청정 연료가스는, 모두 외부에 유가품으로 판매하고, 자체 공정에서 필요한 유틸리티(전력, 수증기및 용수)는, 다시 외부에서 매입 사용하는 방법으로 전체공정을 구성할 수도 있으나, 여건에 따라서는, 자체공정에 필요한 유틸리티를 자체 생산되는 청정 연료가스로 생산하고, 잉여 청정 연료가스만을 외부로 판매하는 방법으로 전체공정을 구성할 수도 있다. 전자의 방법은 초기투자비가 적은 대신, 유틸리티 비용이 증가하고, 후자는 그 반대이기 때문에, 주어진 여건과 경제성을 검토하여, 양자 중 최적의 것을 선택 적용한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 폐기물의 부분연소-열분해 용융이 가능한 열분해로, 용융로 및 보열로를 구비함으로써 용융된 무기물을 응고되지 않은 상태에서 배출하여 무공해 골재자원을 얻을 수 있고, 또 개질로내에서의 개질반응으로 완전 열분해 연소가스를 얻되, 급속냉각 및 중화과정을 통해 다이옥신등의 유해독극물의 재생성을 방지하고, 중금속류는 침전시켜 회수할 수 있으며, 연료가스 정제공정을 거쳐 청정 연료를 생산함으로써, 폐기물의 전량을 자원화할 수 있는 효과를 가진다.
따라서, 환경으로 버려지는 폐기 방출물이 없기 때문에, 폐기물로 인한 환경손상이나 파괴 문제를 원천적으로 해소할 수 있으며, 폐기물을 재생 자원화 함으로써, 부존자원의 소비를 절감할 수 있다.
본 발명의 처리과정에서 특히, 용융- 열분해에 의한 처리과정을 수행함으로써 얻어지는 효과는 다음과 같다.
첫째, 산소를 사용하고 있으므로, 고온을 용이하게 얻을 수 있고, 연소-열분해 성능이 탁월하며, 생성 가스량이 종래의 공기를 사용하는 소각로에 대비하여, 1/6 이하로 격감되며, 질소 산화물의 생성원이 원천 해소되므로 건설비와 운전비 및 설치면적을 대폭 감소시킬 수 있다. 특히, 산소로 완전연소가 아닌, 부분연소-열분해에 의해 유용한 제품인 연료가스를 생산할 수 있다.
둘째, 용융로 및 도가니로, 보열로의 내부에는 기계적인 구동장치가 없으므로 기계적인 고장으로 인한 운전 장애가 거의 없다.
셋째, 투입한 폐기물과 고온의 열기류가 향류(向流)와 직접 접촉하여 열교환 하는 단순 원통형 구조로 되어 있어, 단위 체적당 처리 능력이 탁월하다.
넷째, 용융로의 최하부는 보열로(3)의 유도코일에 흐르는 유도전류에 의한 특수 고온 발열체를 적용하여 최소의 전력으로 가장 안정적이며 안전하게 고온의 용융상태를 유지할 수 있다.
또한, 상기한 연료가스로 수증기, 전력등의 유틸리티를 생산함에 있어, 그 산화제로 종래방법인 공기대신 산소를 사용함으로써 얻어지는 효과는 다음과 같다.
첫째, 종래 기술에서, 연소 후 배출가스에 함유하는 유해가스인 질소산화물(NOx)로 인한 문제를 원천적으로 해소할 수 있다.
둘째, 배기가스는 보통 90% 이상의 고농도 탄산가스임으로, 액체탄산, 고체탄산(Dry Ice), 각종 탄산염(소다회 등), 요소비료 등 제조용 원료로 재활용할 수 있다.
셋째, 탄산가스에 의한 지구온난화 억제기술에 활용 가능하다. 예를 들면, 고화된 드라이 아이스(Dry Ice)를 심해에 침강시켜 서서히 탄산염의 상태로 전환시켜 해저에 고정시키는 것이다.
Claims (10)
- 전처리된 각종 폐기물을 투입하기 위한 호퍼가 구비된 폐기물 투입수단;상기 호퍼에 연결된 폐기물 투입구가 상부에 형성되며, 고농도 산소에 의한 연소열원과 보조열원을 각각 제공하여 상기 고농도산소에 의한 유기물의 열분해와, 무기물의 용융에 의한 무공해 골재를 생산하는 용융-열분해 처리수단;상기 용융-열분해 처리수단으로부터 유출된 열분해가스를 개질반응시켜 완전 열분해시키는 열분해가스 개질수단;상기 열분해가스 개질수단으로부터 유출된 완전 열분해 가스에 포함된 유해성 물질인 다이옥신의 재생성을 방지하고, 산성가스를 중화시키기 위한 급냉-중화 처리수단;상기 급냉-중화처리수단을 거쳐 배출되는 연료가스로부터 각종 유해물질을 회수 및 제거, 제습, 탈취과정을 거쳐 청정 연료가스로 정제하는 연료가스 정제처리수단;처리과정에서 생성한 폐수에서 중금속을 회수하고 정제-재생하여 공업용수를 생산하는 수단; 및청정연료가스로부터 산소부화가스에 의해 수증기 및 전력을 생산하는 연료가스 활용수단을 포함하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 용융-열분해 처리수단은폐기물 투입구가 상부에 형성되며, 폐기물중에 함유되어 있는 모든 가연성 유기물을 부분연소 열분해하고, 모든 비가연성 무기물을 용융시키는 용융-열분해로;상기 열분해로의 하부에 설치되며, 폐기물의 연소시 발생하는 연소가스가 상승되는 상부연소층과, 비중차이에 의해 토사류의 경질 용융물층, 금속류의 중질용융물층으로 분류되는 공간을 제공하며, 일측부에 경질 용융물과 중질 용융물을 배출하기 위한 출탕 배출구가 형성된 용융로;상기 용융로의 상부 연소층에 연결되며, 그의 내부온도가 1500℃이상이 되도록 고농도의 산소를 주입하되, 고농도 산소에 의한 연료가스의 연소열로 미연소 잔류물을 완전 연소시키고, 비가연성 무기물을 용융시키기 위한 산소버너;상기 용융로의 연소층과 경질용융물층을 포함하는 외주면에 구비된 내화재;흑연, 텅스텐, 몰리브덴중 어느 하나의 재질로 이루어지며, 상기 용융로의 경질 용융물층과 중질 용융물층을 감싸도록 구비된 도가니로;상기 용융로의 경질 용융물층과 중질 용융물층의 소정위치에서 도가니로를 관통하여 출탕배출구에 이르도록 설치되어 상기 경질 용융물과 중질 용융물이 생성되는대로 사이펀의 원리에 의해 넘쳐 흘러 수쇄조로 배출되도록 하는 익류관;상기 용융로의 하부에 설치되어 그의 최하부에 용융되어 축적되어 있는 용융물이 응고되지 않도록 소정온도의 보조열원을 제공하는 보열로; 및내부에 물이 채워져 있으며, 상기 열분해로로부터 배출된 용융물을 급냉 파쇄시켜 유리질화된 무공해 골재를 생산하는 수쇄조를 포함하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 보열로는흑연, 텅스텐, 몰리브덴중 어느 하나의 재질로 이루어지며, 상기 도가니로의 저부에 설치되어 열원을 제공하는 발열체;저주파 교류전류에 의해 발열체의 발열을 유도해 주는 유도코일;상기 유도코일에 전원을 공급하고, 제어하는 전원부를 포함하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 연소가스 개질수단은상기 용융-열분해 처리수단의 상부에 수평방향으로 위치되며, 일측에 외부로부터 고농도의 산소를 소량 주입 받기 위한 산소주입구가 형성되어, 주입되는 산소에 의해 가스 중에 함유되어 있는 일부 수소 및 일산화탄소를 연소시키고, 이 연소열로 미분해 가스를 열분해시키는 개질로;상기 개질로의 상부에 설치되어 폐기물의 연소-열분해 속도 변화에서 발생하는 압력변동을 흡수하여 내부의 압력을 일정하게 유지시키고, 압력의 급상승을 방지하기 위한 정압-안전장치; 및내열, 내피독성을 갖는 철-니켈 계열의 촉매물질을 다공성 내화물 표면에 피복시켜 형성되며, 상기 개질로의 내부 소정부에 설치되어 연소가스의 열분해를 촉진시켜 주기 위한 촉매층을 포함하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 정압-안정장치는개질로의 압력배출관에 연결된 제1 연결관과, 상기 제1 연결관에 연결되어 상하로 움직일 수 있는 부상형 덮개와, 상기 부상형 덮개를 내장하되 그에 의해 갇혀져 있는 기체가 누출되지 않도록 하고 외부 기체의 유출입이 완전히 차단되도록 내부에 부동액이 채워져 있는 기밀수단과, 상기 부상형 덮개의 상단부에 연결된 도르레장치를 거처 원하는 압력을 설정하는 압력 설정추 및 상기 부상형 덮개의 상단면에 구비되어 상기 기밀수단 내부에 항상 안전한 질소가스가 채워지도록 하면서 개질로 내부의 열기류가 유입되지 않도록 소량의 질소가스를 지속적으로 주입하기 위한 질소주입관으로 구성되며, 상기 개질로의 최상부에 구비된 압력배출관의 일단부에 설치되어 압력변동에 따라 상승 및 하강하여 압력을 흡수하는 부상형 가스홀더; 및상기 개질로의 압력배출관 타단부에 장착되어 상기 개질로 내부에 걸리는 과압 가스를 배출하는 과압가스 유입관과, 상기 과압가스 유입관의 일부가 소정깊이로 삽입되며 내부에 물이 내재되어 있는 수밀조와, 상기 과압가스 유입관에 연결되어 미량의 질소가스를 제공하는 질소가스 유입관과, 상기 수밀조의 일측에 설치되어 보충수를 주입하기 위한 보충수 주입관 및 상기 수밀조의 상부에 설치되어 정상압력 이상으로 압력이 상승할 경우 물기둥을 뚫고 상승하는 과압가스를 대기로 방출하기 위한 과압가스 배출관으로 구성되며, 상기 개질로의 압력배출관의 타단부에 설치되어 개질로 내부의 압력 급상승시 과압을 대기로 방출하는 수밀형 안전보호수단을 포함하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 급냉-중화처리수단은상기 개질로의 배출구로부터 1200℃ 고온 열분해 가스가 유입되도록 상부 일측에 유입구가 형성되고, 상기 유입구의 하부 소정위치에 냉각된 열분해가스를 배출하는 배출구가 형성되며, 내부에 충진물층이 형성되어 있는 세정탑 동체;상기 세정탑 동체 내부에 설치되어 유입되는 고온 열분해 가스를 고속으로흡인하며, 흑연계열의 재질로 이루어진 벤츄리 튜브;상기 세정탑 동체의 상단측에서 내부측으로 장착되어 공정수에 수산화 나트륨이 1.0% ∼ 1.5%가 혼합된 알카리성 수용액인 세정액을 분사하여 고온의 열분해가스를 냉각하는 제1 세정액 분무노즐;상기 세정탑 동체의 하단부에 설치되며, 급속 냉각과 1차적인 산성가스의 중화반응이 이루어지도록 하기 위한 급속 냉각동체;상기 제1 세정액 분사관에 세정액을 공급하는 메인 순환관;일단은 상기 메인 순환관에서 분기되며, 타단은 상기 세정탑 동체의 충진물층 상부에 위치되어 충진물층을 타고 상승하는 열기류 가스가 상온으로 냉각될 수 있도록 세정액을 분사하는 분사구;일단은 상기 메인 순환관에서 분기되며, 타단은 상기 급속 냉각동체 내측으로 위치되어 고온 가스의 순간 증발을 유도하기 위해 미립액적 상태의 세정액을 분무하는 제2 세정액 분무노즐;상기 급속냉각 동체의 저부에 연결되며, 세정수를 순환시키고, 잉여 세정수는 폐수재생처리장치로 송출하는 세정수 순환수단;상기 메인 순환관의 소정 위치에 설치되며, 급냉과정에서 흡열한 열량을 냉각시켜주는 열교환기와, 냉각탑 및 냉각수 순환펌프를 구비한 냉각수단;상기 메인 순환관상의 소정위치에 설치되어 수용액을 고속분사하는데 필요한 압력으로 승압시키기 위한 승압펌프;상기 순환펌프를 통해 토출된 처리수에 함유된 미세 고형입자를 분리 회수하는 여과기;상기 세정수 재순환수단에 연결되어 세정된 수용액의 PH를 9 ∼ 10정도의 약 알칼리성으로 제어하는 알칼리수 조제조; 및상기 여과기를 통해 여과된 처리수의 흡열 열량을 제거하기 위한 열교환기;를 포함하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리장치.
- 전(前)처리공정에서 폐기물을 적정크기로의 파쇄 및 혼합하고, 적정량을 저장하며, 처리과정에서 발생하는 악취를 제거하여 폐기물 주입장치의 호퍼에 투입하는 제1 단계;상기 호퍼를 통해 열분해로에 투입되는 폐기물을 1500℃이상 온도의 연소열로 상승하는 열기류에 직접 접촉시키면서, 건조, 증발, 열분해, 완전연소 과정을 수행하여 열분해가스는 개질로로, 비가연성 무기물은 용융로로 유출시키는 제2 단계;상기 제2 단계 수행 후, 비가연성 무기물을 용융로 내부의 도가니로의 하부에서 특수보조열원으로 보충, 가열하여 용융물이 응고하지 않고 비중차이에 의해 경질 용융물층과 중질 용융물층이 각각 분리되어 자동적으로 배출되어 수쇄조에서 급냉-파쇄되어 무공해의 골재를 생산하는 제3 단계;상기 제2 단계에서 개질로에 유입된 열분해가스중 미 분해된 가스를 완전히 열분해시키는 제4 단계;상기 개질로에서 완전 열분해된 가스를 세정액으로 급냉시켜 다이옥신의 재생성을 방지하고, 산성가스는 중화처리하는 제5 단계;상기 제5 단계 수행후 중화 처리된 연료가스에 함유되어 있는 유화수소(H2S)를 제거하여 유황으로 회수하는 탈황공정과, 습기를 제거하는 제습공정 및 잔류할 수 있는 극 미량의 기타 불순물을 제거하는 흡착공정을 수행하여 청정연료가스를 생산하는 제6 단계;상기 제5 단계에서 생성되는 폐수에서 중금속과 복염을 회수하고, 공업용수를 생산하는 제7 단계; 및상기 제6 단계에서 생산되는 청정연료가스로부터 수증기 및 전력을 생산하는 제8 단계를 포함하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리공정.
- 제 7 항에 있어서,상기 제3 단계에서, 용융로내의 용융물의 물리-화학적 물성을 제어해 주기 위하여, 폐유리를 주성분으로 하는 첨가제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리공정.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 제5 단계는 개질로 내부로 산소가스를 주입하되, 산소에 의한 연소열로 가스의 온도를 1200℃까지 상승시켜 미 분해 연소가스를 완전 열분해시키는 제9 단계; 및상기 개질로내에 설치된 촉매층을 매개로 저온에서 개질반응을 촉진시켜 주는 제10 단계를 포함하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리공정.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 제8 단계는청정연료가스를 연소실에 주입함과 동시에 이젝터를 사용하여 산소를 주입하는 제11 단계;상기 연소실에서 연소 후 배출하는 연소가스중, 그 일부를 순환가스 송풍기에 의해 이젝터내로 순환시켜 주입되는 산소와 적정 농도로 혼합하는 제12 단계; 및연소실에서 연소된 후 잔류하는 일산화탄소에 산화촉매를 접촉시켜 이산화탄소로 전환시켜 배출하는 제13 단계를 포함하는 각종 폐기물의 전량 무공해 자원화 처리공정.
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