KR20060002764A - 유해 폐기물 처리 시스템의 다수의 플라즈마 발생기 - Google Patents

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Abstract

폐기물 처리 시스템은 제 1 처리를 위한 적어도 하나의 고정된 위치의 플라즈마 아크 발생기(36)와 제 2 처리 도움 및/또는 반응기 용기로부터 배출하기 전에 슬래그의 최종 상태를 위한 적어도 하나의 가동 플라즈마 아크 발생기(38)와 의 사용을 필요로 하여 여기에 제공된다. 이러한 최적의 처리 환경은 반응기 용기 구성의 제어와 최적의 처리 효율을 확보하기 위해 처리 특성의 실제 시간 제어에 의해 제공된다.
Figure 112005044497928-PCT00002
불투명도 센서, 반응기 용기, 유해 폐기물, 폐기물 처리 시스템, 플라즈마 발생기.

Description

유해 폐기물 처리 시스템의 다수의 플라즈마 발생기{MULTIPLE PLASMA GENERATOR HAZARDOUS WASTE PROCESSING SYSTEM}
본 발명은 유독 폐기물 및/또는 유해 물질의 폐기물을 폐기하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
현대 사회가 직면하고 있는 주요 문제는 주위환경에 위험한 영향을 최소화하는 방식으로 유독성 폐기물 및/또는 유해 물질의 폐기하는 것이다. 이러한 폐기 시스템은 그러한 유독 및/또는 유해 폐기물을 환경친화적 폐기에 적당한 화합물로 감소시킬 수 있는 것이다. 물론, 그러한 적당함은 허용가능한 오염 수위에 의해서 정의되는 것으로, 조절장치의 다양한 작용에 의해 판정된다.
전통적으로, 유해 폐기물 폐기는 쓰레기매립지에서 직접 매립하는 형태를 취했거나, 폐기물의 간단한 열처리가 고체의 잔류물 매립 때문에 실시되고, 그리고 휘발성 잔류물의 공기로 방출된다. 상기 재료가 주위환경에 방출되어 허용가능하지 않은 오염원으로 남아 있기 때문에, 상기와 같은 접근법은 적합하지 않다고 판명되었다.
폐기물 및/또는 유해 폐기물의 폐기를 위한 시스템에 대한 또 다른 통상적인 접근법은 처리중인 시스템의 반응기 용기 내의 온도가 일정하다고 가정할 때 장치 에 단일의 열원을 제한된 공간에 적용하는 것이다. 이러한 가정은 처리중인 시스템의 반응기 용기 내에서 전개될 수 있는 잠재적인 콜드 스폿의 인식을 갖지 않은 것이다. 이러한 시스템은 통상적으로 모든 인풋 폐기물 구성물을 가스화한다; 그러나, 시스템은 보다 유해한 폐기물 및/또는 유해 물질의 모든 그리고 효과적인 파괴를 보장할 필요가 있는 전체 온도의 환경에 모든 그러한 가스의 요소가 영향을 받기 쉽다는 것을 보장하지 않는다. 반응기 용기 처리 시스템의 중심에 제공된 단일의 열원은 처리 시스템의 반응기 용기의 내화재의 벽에 근접한 경로를 생성하여 가스상의 요소가 완전 분해를 유해 필요한 온도/잔류물 시간 조합에 영향을 받지 않으면서 횡단할 수 있다. 또한, 가스발생 처리로부터 반응기 용기내의 가스상의 요소의 생성은 반응기 용기내의 가스 유동 패턴을 매우 효과적으로 변경시킬 수 있다. 이것은 가스상의 유해 조성물이 반응기 용기로부터 배출되고 및/또는 완전히 처리되지 못한 폐기물 구성요소가 슬래그로 변화되는 것을 초래할 수 있다. 아래쪽 스트림 연소는 임의의 처리 시스템, 즉, 플라즈마 처리 시스템의 완전 온도 능력을 달성하지 못한다. 따라서, 유해 가스상의 조성물은 가스 조정을 통하여 비정상적인 복잡합을 초래하는 처리 시스템의 반응기 용기로부터 배출되고 잠재적으로 과도한 오염물은 대기로 배출된다. 슬래그에서 완전하게 처리된 폐기물은 슬래그가 반응기 용기로부터 추출된 이후에 슬래그에 남아있는 약간 또는 모든 유해 물질을 초래할 수 있다. 이것은 슬래그가 여과된 독성 한계를 초과하여, 특정 폐기나 저장 요구를 계속해 요구하는 유해 폐기물로서 남아있는 것을 의미한다.
폐기될 폐기물 및/또는 유해 물질용 다른 처리 시스템은 플라즈마 아크 발생 기를 사용하여 총 반응기 용기를 매우 효과적으로 증가시킴으로써 이러한 단점을 극복하려 시도하여, 반응기 용기 처리 챔버를 통하여 마주친 최소 온도가 모든 폐기물 최소 온도의 적당한 열적 분해에 충분하다는 것을 보장한다. 이러한 접근법은 양호한 열 분해를 달성하는데 필요한 고온으로 약간의 폐기물 조성물이 불충분하게 노출되는 문제를 해결한다. 그러나, 이와 같이 하면, 다른 문제점을 또한 유발하는데, 그 문제점은 플라즈마 발생기 전극 부식이 증가하고, 반응기 용기 내화재의 수명이 감소하고, 열손실이 증가하고, 전기 소모가 증가하고, 가스 조정 시스템을 위한 냉각 하중이 증가하고, 그리고 오염물 요소, 특히 중금속의 휘발성이 증가이다. 출구에서의 결과적인 보다 고온의 생성 가스는 증가된 유해 오염재에 매우 도움이 될 뿐만 아니라 플라즈마 아크 발생기 동력을 낭비한다. 이러한 문제점은 전체 시스템 처리 효율과 비용 효율을 매우 효과적으로 감소시키도록 종합된다.
따라서 많은 접근법이 산업 폐기물 생성의 폐기에 개발되었다. 특허 문헌은 상기와 같은 해결책을 포함하고 있다.
Krum에게 1973년 10월 23일 허여된 미국특허 제3,766,866호는 열분해 및 연소를 위해 제 1 및 제 2 챔버를 구비한 열 폐기물 변환기를 개시하고 있다. 따라서, 폐기물 물질의 리사이클링을 위해 기기를 구비한 상기 특허는 폐기물 물질의 가스발생 때문에 열분해 챔버를 구비하며 상기 챔버는 여기서 생성된 가스용 출구와 폐기물용 입구를 포함한다. 독립적인 제 2 챔버는 열분해 챔버로부터의 가스용 입구와 연소 가스용 출구를 구비하고 있다. 열분해 챔버의 출구를 제 2 챔버의 입구에 연결되는 수단이 있다. 열분해 챔버로부터 제 2 챔버로의 고체 잔유물을 향 하게 하는 수단이 있다. 제 2 챔버의 버너는 제 2 챔버의 고체 잔유물을 용융된 상태로 감소시키기 위하여 열분해 챔버에서 생성된 가연성 가스를 연소시킨다.
Boday에게 1984년 3월 27일 허여된 미국특허 제4,438,706호는 직류(DC) 아크 방전식 플라즈마 토치를 사용한 폐기물 물질을 파괴하려는 시도가 개시되었다. 상기 특허는 임의의 타입의 폐기물 물질의 열화학 분해를 위한 산화제와 결합되는 DC 아크 방전 플라즈마 토치의 사용을 개시하고 있다. 토치 가스는 공기이고, 증기 형태로 폐기물 물질은 플라즈마 아크 발생기의 산소 하부 스트립을 따라서 유도되며, 여기서 그것은 토치 가스로 가열된다. 상기 방법은 플라즈마를 플라즈마 반응기의 한 단부에서 플라즈마 토치로 옮기는 단계를 포함한다. 상기 방법은 유기 폐기물 증기와 예열된 산소를 플라즈마와 상호작용하기 위해 토오치로 유입시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 최종적으로 토오치의 위치에 대향한 플라즈마 반응기의 상기 단부로부터 가스 세척 장비로 상호작용부의 단부 생성부를 방출시키는 단계를 포함한다.
Faldt등에 1984년 10월 30일 허여된 미국특허 제4,479,443호는 폐기물 물질을 열적으로 분해하기 위하여 아크 방전 플라즈마 토오치의 사용을 개시하고 있다. 고체 미립자 형태의 폐기물 물질은 미립자의 접착의 결과 토오치의 막힘을 피하기 위하여 하부 스트림의 아크로 유도된다. 산화제, 예를 들면 산소와 공기는 폐기물이 토오치로 가열되기 전에, 가열되는 동안에, 또는 가열된 이후 중 어느 한 경우에 폐기물과 혼합된다. 충분한 산화제는 폐기물 물질의 완전한 산화를 위해 필요하다. 고온의 플라즈마를 생성하기 위해 상기 기기에는 플라즈마 발생기가 포함되 며 여기서 상기 플라즈마의 모든 분자는 적어도 소정의 최소 온도에 도달한다. 상기 기기는 유해 폐기물을 플라즈마 발생기로 그리고 플라즈마 발생기를 통해 공급하기 위한 수단을 포함한다. 상기 기기는 유해 폐기물의 완전한 분해물을 안정한 생성물로 허용하기 위하여 충분한 산화제를 유해 폐기물로 이송하기 위한 장치를 포함한다. 상기 기기는 유해 폐기물이 안정한 최종 생성물을 완전하게 열적으로 분해하기 위하여 충분한 시간 동안에 충분히 고온에 도달할 수 있게 하기 위하여 플라즈마의 온도와 플라즈마 발생기를 통과한 유해 폐기물의 유동을 제어하기 위한 장치를 포함한다.
Barton등에 1984년 10월 30일 허여된 미국특허 제6,644,877호는 폐기물의 열분해의 분해과정 동안 DC 아크 플라즈마 버너의 사용을 개시하고 있다. 플라즈마 아크의 형성 또는 발생을 방지하기 위하여 아크 전극의 폐기물 물질의 하부 스트림 이송을 만들게 된다. 버너 다음의 반응 챔버는 가스와 개개 미립자의 물질을 연소하는데 사용되고, 이것은 알카라인 스프레이로 냉각(quench)되고 중화된다. 기계의 스크러버(scrubber)는 배기 팬을 사용하여 빼내지는 가스를 분리하도록 사용된다. 상기 기기는 5,000의 과도한 온도의 플라즈마 버너를 포함한다. 상기 기기는 플라즈마 버너에 연결되고 플라즈마 아크를 수용하기 위해 내화재가 라이닝 처리된 반응 챔버를 갖춘 반응 용기를 포함한다. 상기 기기는 실질적으로 열분해 상태하에서 아토마이즈화(atomize)되고 이온화되어 반응 챔버에서 재결합된 생성물로 재결합되는 코라이너(co-linear) 전극 공간에 있는 플라즈마 아크로 직접적으로 폐기물 물질을 삽입하기 위한 수단을 포함한다. 상기 기기는 상기 기기로부터 재결합 된 생성물을 제거하기 위한 출구를 포함한다.
Chang에게 1989년 12월 12일 허여된 미국특허 제4,886,001호는 열분해로 폐기물 물질을 분해하기 위한 기기를 구비하고 있다. 상기 기기는 가스와 고체 미립자의 혼합물을 형성하기 유해 폐기물 물질의 용해상태를 소멸하기 위하여 적어도 5000의 작동 온도를 갖는 플라즈마를 생성하도록 플라즈마 토오치를 포함한다. 상기 토오치는 아토마이즈된 상태에서 폐기물 물질을 안내하기 위한 수단과 결합된다. 상기 기기는 가스와 고체 미립자의 혼합물을 수용하고 분리하기 위하여 재결합 챔버를 포함한다. 상기 기기는 고체 미립자로부터 임의의 계속 남아있는 가스를 제거하기 위하여 부분적으로 진공을 제공하기 위한 고체 분리기를 포함한다.
Bromberg등에게 1994년 2월 22일 허여된 미국특허 제5,256,854호는 독성 재료의 소멸을 위하여 고에너지 전자 복사 및 rf 유도장으로 독성 가스에 충격을 동시에 주기 위한 방법과 기기를 개시하고 있다. 따라서, 이들 특허는 독성의 폐기물을 가열시키고 기화시키기 위한 제 1 챔버와 제 1 챔버로부터 가스를 수용하기 위한 제 2 챔버를 포함하여 독성 폐기물을 소멸시키기 위한 2개의 챔버 시스템을 포함한다. 상기 제 2 챔버는 유도열 하나만으로 독성의 폐기물을 소멸하는데 필요한 온도보다 더 낮은 온도에서 그리고 대기압 만큼의 압력에서 동시의 그리고 연속의 유도열과 전자 빔 복사의 조정가능한 결합을 통해 가스의 독성 분자를 없애는데 사용된다.
Wong등에게 1994년 2월 22일 허여된 미국특허 제5,288,969호는 유해 폐기물의 위치변경을 위해 대기압을 작동시키는 유도 커플된 rf 플라즈마 토오치 기술을 개시하고 있다. 따라서, 이 특허는 처리될 폐기물 물질원을 포함한 기기를 구비한다. 상기 기기는 고온으로 고에너지 준위로 될 때(excited) 플라즈마에서의 자유 전자를 형성하기 쉬운 가스원을 포함한다. 상기 기기는 폐기물 물질과 가스를 혼합하기 위해 혼합 수단을 포함한다. 상기 기기는 반응기 챔버를 포함한다. 상기 기기는 반응기 챔버를 통과하는 폐기물 물질과 가스의 혼합물을 이송시키기 위한 수단을 포함한다. 상기 기기는 자유 전자를 포함하는 플라즈마를 형성하기 위해 전자기 에너지로써 반응기 챔버에 있는 가스를 고에너지 준위로 만들기 위한 고에너지 준위 수단을 포함하는데, 여기서 상기 고에너지 준위 수단은 RF 플라즈마 토오치를 포함한다. 상기 기기는 폐기물 물질을 분리하기 위하여 충분한 시간 동안에 반응기 챔버에 있는 상승된 온도 레벨에서 자유 전자를 유지시키기 위한 타이밍 수단을 포함한다.
Mui등에게 1996년 7월 30일 허여된 미국특허 제5.541.386호는 물, 휘발성 구성요소, 및 자기화 구성요소를 포함하는 폐기물 물질을 폐기하기 위한 시스템과 방법을 포함한다. 상기 폐기물 물질은 물을 제거하도록 탈수기에서 가열되고, 탄화수소 액체를 기화시키기 위해 고온의 건조기에서 가열되고, 그리고 플라즈마 아크 제트가 자기화 구성요소의 풀의 표면에 초점이 맞춰지는 제 1 플라즈마 반응기의 초좀으로 이송된다. 상기 초점에서, 자기화 구성요소가 용해되고, 그리고 휘발성 구성요소가 기화된다. 상기 용융된 구성요소는 냉각 챔버에 수용되고, 여기서 상기 구성요소는 냉각 롤러에서 응고되고 칩으로 쪼개져 수용 영역으로 이송된다. 냉각 챔버로부터의 열은 탈수기 및 고온의 건조기로 전달된다. 탄화수소 액체 및 휘발성 구성요소는 제 2 플라즈마 반응기로 이송되고 여기서 상기 구성요소는 그들이 기본적인 구성요소와 분리된다. 제 2 플라즈마 반응기로부터의 유출물은 황화 수소와 할로겐족 원소를 제거하도록 정화되고, 그리고 과도한 수증기와 함께 잔류 구성요소는 흡수기에서 추출되고 제 2 플라즈마 반응기에서 더욱 처리하기 위해 피드백된다.
Jenkins에게 1998년 7월 14일 허여된 미국특허 제5,779,991호는 원통형 미로 통로를 사용하는 가스 스트림에서 유해 구성요소를 소멸시키기 위한 기기를 개시하는데, 여기서 복수의 전기장은 가스 미로내의 상이한 구역을 통하여 플라즈마나 또는 코로나의 방출을 생성하고 유지하기 위하는데 사용된다. 따라서, 상기 특허는 별도의 제 1 및 제 2 구역을 포함한 가동 폐기물 소각로를 포함하는데, 상기 제 1 구역은 제 1 라이브(live) 전극과 그라운드(ground) 전극을 구비하고, 상기 전극은 제 1 격실과 제 2 격실을 포함한다. 가동 폐기물 소각로는 폐기물 가스가 제 1 가스 통로를 통하여 유동할 때 폐기물 가스의 플라즈마를 생성시키기 위하여 그리고 제 1 전기장을 생성시키기 위하여 제 1 격실과 같이 제 1 전기 에너지 레벨에서 제 1 라이브 전극을 고에너지 준위로 하기 위한 수단을 포함한다. 가동 폐기물 소각로는 제 2 격실과 이격되고 그 내측에 장착된 제 2 라이브 전극을 구비하는, 그리고 제 1 가스 통로의 하부 스트림 단부와 연통하는 제 2 가스 통로를 상기 제 2 격실과 형성하는, 제 2 구역을 포함한다. 가동 폐기물 소각로는 폐기물 가스가 상기 제 2 가스 통로를 통하여 유동할 때 폐기물 가스의 플라즈마를 유지하기 쉬운 제 2 전기장을 생성시키기 위하여 제 2 격실과 제 2 전기 에너지 레벨에서 제 2 라이브 전극을 고에너지 준위로 하기 위한 수단을 포함한다. 가동 폐기물 소각로는 제 1 및 제 2 구역 사이의 플라즈마를 유지시키기 위해 제 1 및 제 2 전기장 사이에서 상보적인 전기에너지원을 제공하기 위해 제 2 라이브 전극과 제 1 라이브 전극 사이의 제 3 전기장을 생성시키기 위한 수단을 포함한다.
Eckhoff등에게 2003년 4월 22일 허여된 미국특허 제5,798,496호는 산업 폐기물의 처리를 위해 아크 토치 플라즈마 기술을 사용한 가동 플라즈마 기본의 폐기물 처리 시스템을 개시하고 있다. 이동가능한 반응기는 폐기물 물질의 유입을 위한 상단부와 하단부를 포함하는 회전가능한 노를 포함하며, 상기 회전가능한 노는 가동중의 차량에 장착된다. 노의 하단부에 인접하여 배치된 적어도 하나의 브리치(breech)를 포함하며, 상기 단부는 열분해 처리된 폐기물 물질의 배출 통로를 형성한다. 상기 브리치에 부착되고 아크를 노로 향하게 하기 위해 배치된 적어도 2개의 플라즈마 건을 포함한다. 플라즈마 건과 이격된 그리고 노에서 적어도 하나의 브리치에 부착된 적어도 2개의 목표 전극을 포함한다. 적어도 하나의 플라즈마 건과 적어도 하나의 목표 전극은 가동가능하다.
Markunas등에게 2003년 4월 22일 허여된 미국특허 제6,552,295호는 유해 폐기물 물질의 플라즈마 폐기물 처리를 위한 방법과 기기를 개시하는데, 여기서 유해 물질은 플라즈마 봉쇄 챔버 내측의 진공상태에서 증발되어 플라즈마 형성 자기장이 생성된 플라즈마 형성 구역을 포함하는 플라즈마 노로 예비 처리된 가스가 인풋으로서 생성된다. 예비 처리된 가스는 플라즈마 형성 구역을 통하여 우회하지 않고 저압으로 통과되고 그리고 예비처리된 가스에 포함된 유해 폐기물 반응물이 플라즈 마 형성 구역을 통하여 수송 중 완전하게 분리하기 위해 유도 연결된 플라즈마 상태로 직접 에너자이저된다. 바람직하게, 플라즈마 형성 구역은 진공 환형으로 형성되고 치수가 부여되어 예비 처리된 가스의 유해 폐기물 반응물이 플라즈마 형성 구역을 우회함으로써 바이패스가 없게 된다. 플라즈마 노는 기본 주파수에서 동력을 아웃풋하는 고 주파수 동력 공급부에 의해 동력이 공급된다. 상기 동력 공급부는 기본적이 아닌 와류(parasitic)의 주파수가 기본적인 주파수 아웃풋 동력을 불안정하게 하지 않도록 와류 동력 분산 메카니즘을 포함한다.
상술한 종래의 플라즈마 폐기물 분해 시스템은 여러 가지 단점을 갖고 있다. 한가지 단점은, 아크 전극의 오염을 야기하고 그 후에 아크의 이상 작동을 야기하기 때문에 일반적으로 폐기물을 플라즈마 아크에 직접 도입할 수 없다는 사실로부터 유래된다. 그러므로, 폐기물은 아크의 아래쪽에 도입되고 토치 가스에 의해 간접적으로 가열되었다. 이러한 기술은 폐기물의 고온 체류 시간을 단축시켜 불완전한 분해를 나타낸다.
게다가, 플라즈마 아크의 성능은 폐기물과 캐리어 가스의 유동 속도에 매우 민감하다. 그러므로, 유동 속도는 좁은 한계 범위 내에 제한되어야 하며 시스템 성능을 유지하고 제어하기 어렵다. 사용에 따른 아크 전극 침식은 시스템의 유지관리, 작동, 안정성 및 안전을 더욱 악화시킨다. 또한 DC 아크 플라즈마의 소규모 작동은 아크를 일으키고 유지하는데 필요한 전력 필요량과 최소의 가스 유동 속도로 인해 매우 비효율적이다. 종래의 시스템을 다양한 폐기물에 대해 상이한 폐기물 처리량 수준에서 작동하게 하는 것은 어렵다고 입증되었으며, 비용이 많이 드는 주요 시스템 구성의 변경을 요구한다.
추가적으로, 종래의 시스템에서 폐기물과 함께 한정될 유기물, 산화제 및/또는 환원제에 대한 요구는 종종 폐기물의 잔류물에 매우 바람직하지 않은 화합물을 만들었다.
정리하면, 어떠한 종래의 시스템도 모든 종류와 형태의 유해 폐기물을 환경 처리에 적합한 화합물로 환원하는 방법을 제공하지 못하였다.
따라서 본 발명의 목적은 이러한 단점을 해결하고 낮은 투입 전력 수준과 긴 내화물 수명을 유지하는 한편 모든 유해 성분의 완전한 파괴를 보장하는 유해 폐기물 처리 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 실시예는 폐기물 및/또는 유해 물질의 처리를 위한 장치를 제공한다. 이 장치는 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기를 포함하고 있다. 이 장치는 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기의 전체 둘레에 걸쳐 실질적으로 균일한 고온의 고온 플라즈마 처리 구역을 생성하기 위해서 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기내에 플라즈마 발생 수단을 포함하고 있다. 플라즈마 발생 수단은 적어도 하나의 고정 위치 플라즈마 아크 발생기와 적어도 하나의 이동가능한 플라즈마 아크 발생기를 포함한다. 이 장치는 폐기물 및/또는 유해 물질을 고온 플라즈마 처리 구역에 공급하기 위한 제 1 공급 수단을 포함한다. 이 장치는 폐기물 및/또는 유해 물질을 완전히 분해하여 안정한 무해 물질을 형성하도록 충분한 처리 첨가제를 고온 플라즈마 처리 구역에 공급하기 위한 제 2 공급 수단을 포함한다. 모든 폐기물 및/또는 유해 물질이 충분히 고온에 도달하고 충분한 기간 동안 폐기물 및/또는 유해 물질을 매우 작은 이온으로 열적으로 완전히 분해하는 것을 보장하기 위하여 이 장치는 고온 플라즈마 처리 구역을 통하여 폐기물 및/또는 유해 물질의 유동 및 플라즈마 아크 발생 수단을 제어하기 위한 제어 수단을 포함한다. 분해 생성물을 안정되고 무해한 최종 생성물로 변환하는 최적의 화학 평형을 확립하기 위하여 적합한 처리 첨가제가 이용될 수 있다. 이 장치는 반응기 용기로부터 생성 가스를 제거하기 위한 가스 제거 수단을 포함한다. 이 장치는 생성 가스 스트림에 특정 물질의 량을 측정하기 위하여 가스 스트림을 모니터링하는 모니터링 수단을 포함한다. 이 장치는 용암과 같은 상태인 고체(solid)의 안정하고 무해한 최종 생성물을 장치로부터 제거하기 위한 고체 제거 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 폐기물 및/또는 유해 물질의 처리를 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기내의 플라즈마 발생 수단과 함께 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기를 제공하는 단계, 적어도 하나의 고정 위치 플라즈마 아크 발생기와 적어도 하나의 이동가능한 플라즈마 아크 발생기를 포함하는 플라즈마 발생 수단에 의해 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기의 전체 둘레에 걸쳐 실질적으로 균일한 고온을 갖는 고온 플라즈마 처리 구역을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 바람직하게 연속적으로 고체 및/또는 액체 폐기물, 및/또는 유해 물질을 고온 플라즈마 처리 구역에 공급하는 단계를 포함한다. 이 방법은 바람직하게 연속적으로 폐기물 및/또는 유해 물질을 완전히 분해하고 안정한 무해 물질을 형성하기 위하여 고온 플라즈마 처리 구역에 충분한 처리 첨가제를 선택적으로 공급하는 단계를 포함한다. 이 방법은 바람직하게 연속적으로 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기로부터 가스 생성물을 제거하는 단계를 포함한다. 이 방법은 바람직하게 연속적으로 가스 생성물에서 특정 물질의 량을 측정하기 위하여 가스 생성물을 모니터링 하는 단계를 포함한다. 이 방법은 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기로부터 고체의 안정하고 무해한 최종적인 생성물을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 장치 실시예의 제 1 특징에 의하면, 적어도 하나의 고정 위치 플라즈마 아크 발생기는 장치내로 투입된 폐기물 및/또는 유해 물질의 중심에 가까운 초점에서 플라즈마 기둥이 교차하도록 서로에 대하여 각도 변위하고, 대향하는 측면의 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기내에 배치되어 있는 복수의, 예를 들면 2개의 고정 위치 플라즈마 아크 발생기이다.
본 발명의 장치 실시예의 제 2 특징에 의하면, 적어도 하나의 이동가능한 플라즈마 아크 발생기는 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기의 최상부에 장착되고, 고정 위치 플라즈마 아크 발생기로부터의 플라즈마 아크 기둥의 초점을 향하도록 또는 용융 슬래그 풀을 향하도록 허용하는 3 자유도를 갖는 단일의 이동가능한 플라즈마 아크 발생기이다.
본 발명의 장치 실시예의 제 3 특징에 의하면, 제 1 공급 수단은 각각 고정 위치 플라즈마 아크 발생기로부터의 플라즈마 아크 기둥의 초점을 향하여 직접 공급하도록 구성되어 있는 복수의 폐기물 및/또는 유해 물질 공급 포트를 포함한다.
본 발명의 장치 실시예의 제 4 특징에 의하면, 가스 제거 수단과 고체 제거 수단은 제 1 공급 수단과 직경 방향으로 마주하는 포트이다.
본 발명의 장치 실시예의 제 5 특징에 의하면, 이 장치는 공급 입구로부터 반대쪽에 고정 위치 플라즈마 아크 발생기로부터 플라즈마 아크 기둥의 교차 초점을 바로 지난 지점을 향하여 스트림을 분사하기 위한 적어도 하나의 포트를 포함한다. 이 장치는 또한 가스 출구 영역을 커버하는 스트림 분사 포트를 포함한다.
본 발명의 장치 실시예의 제 6 특징에 의하면, 공급 수단은 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기 주위에 이격되어 배치된 복수의 공기 입구 포트를 포함한다.
본 발명의 장치 실시예의 제 7 특징에 의하면, 가스 제거 수단은 공기에 의해 운반되는 고체가 출구 가스 스트림에 의해 반응기 용기의 밖으로 운반되기 보다는 오히려 반응기 용기내로 다시 위치되도록 유도하는 가스의 출구 속도를 만들도록 구성되어 있는 가스 출구 도관을 포함한다.
본 발명의 장치 실시예의 제 8 특징에 의하면, 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기의 하부 섹션은 개방을 용이하게 하기 위하여 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기의 잔여부에 제거가능한 바닥 요소를 연결할 수 있도록 플랜지가 형성되어 있다.
본 발명의 장치 실시예의 제 9 특징에 의하면, 내화 라이닝은 A.P. Green G26LI, G23LI, G20LI, Insulblok 19 와 유사한 물질을 포함하고 있다.
본 발명의 장치 실시예의 제 10 특징에 의하면, 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기의 하부 섹션은 고온의 외장 내화물로 구성되고, 이 고온의 외장 내화물은 RADEX COMPAC-FLO V253 또는 DIDIER RK30 과 같은 물질을 포함하고 있다.
본 발명의 장치 실시예의 제 11 특징에 의하면, 이 장치는 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기의 하부 섹션을 위한 선택적인 수냉 수단을 포함한다.
본 발명의 장치 실시예의 제 12 특징에 의하면, 모니터링 수단은 출구 가스 스트림의 불투명도를 측정하도록 구성되어 있는 센서를 포함한다.
본 발명의 장치 실시예의 제 13 특징에 의하면, 센서는 센서의 면을 가로질러 질소의 유동을 제공하도록 구성되어 있는 질소 퍼지 요소에 의해 본질적으로 침전물이 없는 상태로 유지된다.
본 발명의 장치 실시예의 제 14 특징에 의하면, 센서는 센서의 영역에 음압을 유지하도록 구성되어 있는 요소에 의해 본질적으로 침전물이 없는 상태로 유지된다.
본 발명의 장치 실시예의 제 15 특징에 의하면, 이 장치는 또한 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기내에 제거가능한 예열 버너를 포함한다.
본 발명의 장치 실시예의 제 16 특징에 의하면, 내화재 라이닝 처리한 반응기 용기는 원통형이다.
본 발명의 방법 실시예의 제 1 특징에 의하면, 이 방법은 폐기물 및/또는 유해 물질을 고온 플라즈마 처리 구역에 공급하는 포트에 근접한 곳에 적어도 하나의 이동가능한 플라즈마 아크 발생기를 배치하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법 실시예의 제 2 특징에 의하면, 이 방법은 고온 플라즈마 구역 및 가스 출구 영역을 향하여 스트림을 분사하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 방법 실시예의 제 3 특징에 의하면, 이 방법은 내화재 라이닝 처리한 원통형 용기의 주위에 이격되어 공기 입구 포트를 배치하고 상기 입구 포트를 통하여 고온 플라즈마 처리 구역내로 처리 첨가제를 선택적으로 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법 실시예의 제 4 특징에 의하면, 이 방법은 공기에 의해 운반되는 고체가 출구 가스 스트림에 의해 반응기 용기의 밖으로 운반되는 것에 반대로 반응기 용기 내에 다시 떨어지도록 전도되는 가스 생성물의 출구 속도를 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 방법 실시예의 제 5 특징에 의하면, 이 방법은 내화재 라이닝 처리한 원통형 용기의 하부 섹션을 선택적으로 냉각하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법 실시예의 제 6 특징에 의하면, 이 방법은 불투명도 센서에 의해 가스 생성물의 불투명도를 측정함으로써 가스 생성물을 모니터링하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법 실시예의 제 7 특징에 의하면, 이 방법은 센서 요소의 면을 가로질러 질소의 스트림을 유동시킴으로써 본질적으로 침전물이 없는 상태로 불투명도 센서 요소를 유지하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 방법 실시예의 제 8 특징에 의하면, 이 방법은 센서의 영역에 음압을 유지함으로써 본질적으로 침전물이 없는 상태로 불투명도 센서를 유지하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 방법 실시예의 제 9 특징에 의하면, 이 방법은 제거가능한 버너 시스템에 의해 내화재 라이닝 처리한 원통형 용기를 예열하는 단계의 제 1 단계를 더 포함한다.
바람직하게 본 발명은 1차 처리를 위해 복수의 예를 들면 두개의 고정 위치 플라즈마 아크 발생기 그리고 2차 또는 처리 보조, 및/또는 장치로부터 즉 반응기 용기로부터 빠져나가기 전에 슬래그의 최종적인 조절을 위해 단일의 이동가능한 플라즈마 아크 발생기를 사용한다. 이후 설명되는 바와 같이, 본 발명은 최대 처리 효율을 보장하기 위하여 반응기 용기 기하학적 구조의 제어를 제공한다. 플라즈마 아크 발생기의 작동 및 위치결정은 최적으로 요구되는 고온 처리 구역을 제공할 뿐만 아니라 슬래그를 용융하기 위해 적합한 가열 집중을 제공하고 슬래그를 유동시키며, 추가적으로 생성물 가스 출구 포트에서 가능한 가장 낮은 생성물 가스 온도를 달성한다.
만약 투입 폐기물 및/또는 유해 물질이 고온 처리 구역을 통하여 지나가도록 보장하기 위하여 반응기 용기의 전체 둘레에 걸쳐 고체 벽으로 고온 처리 구역이 유지되면 폐기물 및/또는 유해 물질의 가장 완전한 파괴가 달성된다. 본 발명의 관점에서, 1차 처리를 위한 고정 위치 플라즈마 아크 발생기는 서로에 대하여 각도 변위하고 초점에서 교차하도록 플라즈마 기둥을 향하며 반응기 용기내로 개방되는 유해 폐기물 공급장치의 최상의 온도 적용 범위를 제공하도록 반응기 용기의 마주하는 측면에서 반응기 용기에 구비된다. 이 플라즈마 아크 발생기로부터의 플라즈마 아크 기둥의 초점은 바람직하게 투입 폐기물의 중심 부근에 고정된다. 또한 플라즈마 아크 발생기는 전체 반응기 용기 둘레에 유리한 가스 유동 패턴을 유도할 뿐만 아니라 최적의 고온 처리 구역의 유지를 보장하기 위하여 조정될 수 있다. 바람직하게 이동가능한 플라즈마 아크 발생기는 반응기 용기의 최상부에 장착되고 필요할 때 2차 또는 보조 처리를 제공하기 위하여 고정 위치 플라즈마 아크 발생기로부터의 플라즈마 아크 기둥의 교차 위치에 또는 주위에 이동가능한 플라즈마 아크 발생기의 플라즈마 아크 기둥을 향하도록 허용하는 3 자유도를 갖고 있다. 이것은 또한 플라즈마 아크 기둥이 슬래그 조절을 위하여 슬래그 출구 포트에 또는 주위에서 슬래그를 향하도록 허용한다. 이동가능한 플라즈마 아크 발생기로부터의 2차 보조 처리는 투입 폐기물 및/또는 유해 물질의 화학적인 성분 특성의 예기치 못한 변화로 인해 처리 온도가 낮아지는 시기에 유리하다. 슬래그 출구 포트가 슬래그 추출 기간의 완료시까지 개방 상태를 유지하도록 보장하고, 불완전 처리된 물질이 슬래그 추출 동안에 의도하지 않은 채 반응기 용기의 밖으로 나가는 가능성을 방지하도록 슬래그를 가능한 균일하게 유지하기 위한 슬래그 조절은 필수적이다. 모든 플라즈마 아크 발생기는 오퍼레이터의 판단에 기초하여 연속적으로 작동될 수 있다.
반응기 용기의 물리적인 설계 특성은 몇몇 인자에 의해 결정된다.
첫째, 처리할 폐기물 및/또는 유해 물질 스트림의 화학적인 성분. 반응기 용기의 크기와 내부 구조는 처리할 투입 폐기물 스트림의 분석을 통한 작동 특성에 의해 정해진다.
둘째, 플라즈마 아크 발생기. 고온 처리 구역을 가장 효율적인 곳에 집중하는 동시에 플라즈마 아크 발생기 열 손실을 최소화하기 위하여 플라즈마 아크 발생기는 반응기 용기 내의 바람직한 깊이에 위치되어야 한다.
셋째, 플라즈마 아크 발생기의 위치 및 방위. 생산된 모든 가스 분자를 위해 적합한 이동 경로를 보장하는 방식으로 플라즈마 아크 발생기가 위치되고 플라즈마 아크 발생기의 플라즈마 열이 유도되어야 한다. 이것은 완전 분해 및 가장 작고 오염되지 않은 분자로의 변환을 보장하기 위하여 고온 처리 구역에서의 충분한 체류 시간을 유지하는 것이다.
넷째, 처리 첨가제 분사 포트의 위치, 방위 및 수. 처리 첨가제는 원하는 변환 결과를 달성하기 위한 가장 효율적인 반응을 보장하는 곳에 분사되어야 한다.
폐기물 공급 위치, 플라즈마 아크 발생기 삽입 깊이, 위치 및 방위 그리고 처리 첨가제 포트의 위치, 방위 및 수는 온도 프로파일에 대한 최선의 가능한 절충 즉, 매우 높은 고온 처리 구역, 고온 슬래그 용융/태핑 구역 및 중간 온도 가스 출구의 절충으로 내화물 침식을 최소화하기 위해 중요한 온도 분포 특성 및 바람직한 유동을 설정하는데 모두 중요하다. 본 발명의 개괄적인 내용은 이하의 포괄적인 목적에 대한 특성을 포함하는 실시예에 의해 설명될 수 있다.
1. 오염 물질의 최소화를 달성하기 위하여 폐기물의 완전 분해,
2. 슬래그의 완전 용융 및 균질화, 및
3. 배출 열 손실의 최소화.
실시예는 중심선 각도 변위되고 마주하는 쪽에 장착된 두개의 플라즈마 아크 발생기와 투입 폐기물 및/또는 유해 물질 스트림의 중심에 가까운 초점에 고정된 조합 플라즈마 아크 기둥을 포함한다. 각도 변위는 투입 폐기물내에 교란을 제공하며 발생된 생성 가스는 실질적으로 처리 효율에 도움이 된다. 고정 초점은 투입 폐기물의 모든 요소가 강제로 통과되는 고온 처리 구역의 전체적인 벽을 생성한다.
실시예는 발생기로부터의 플라즈마 아크 기둥을 지지하여 측면에 장착된 처리 플라즈마 아크 발생기에 플라즈마 열을 공급하거나 또는 슬래그 출구 포트 및 그 주위의 슬래그 풀에 집중되도록 3 자유도를 갖는 최상부에 장착된 플라즈마 아크 발생기를 포함한다. 이 플라즈마 아크 발생기는 생성물 처리를 위해 필요한 완전 처리 온도의 유지를 보장하기 위하여 생성물 출구 포트에 인접하여 그리고 들어오는 폐기물 전방에 대해서 직경 방향으로 마주하는 반응기 용기의 후방에 장착된다.
실시예는 각각 투입 폐기물 및/또는 유해 폐기 물질을 공급하며 측면에 장착된 플라즈마 아크 발생기로부터의 플라즈마 아크 기둥에 의해 생성된 고온 처리 구역 초점 영역내로 직접 공급하는 복수의 투입 폐기물 공급 포트를 포함한다.
실시예는 유해 성분을 파괴하는 최대 처리 효율을 위하여 고체 및 가스 처리 생성물을 위한 가능한 최대 경로를 보장하기 위하여 공급 포트와 직경 방향으로 마주하는 슬래그 출구 포트 및 생성 가스 출구 도관을 포함한다. 이 가스 출구 도관은 공기에 의해 운반되는 고체가 배출 가스와 함께 반응기 용기의 밖으로 운반되는 것과 반대로 반응기 용기내에 다시 떨어지도록 가스 출구 속도를 전도하기 위해 수직으로 위치되어 구성된다.
실시예는 스트림 분사를 위한 복수의 예를 들면 최대 3개의 처리 첨가제 투입 포트를 포함하며, 이 포트는 스트림을 고온 처리 구역내로 그리고 반응기 용기로부터 배출되기 직전에 생성 가스 내로 인도하도록 배치된다.
실시예는 공기 분사를 위한 복수의 예를 들면 최대 5개의 처리 첨가제 투입 포트를 포함하며, 이 포트는 처리 구역에서 처리 첨가제의 완전한 적용 범위를 보장하기 위하여 반응기 용기의 안과 그 둘레에 배치된다.
실시예는 필요할 때 내화물을 검사하고 수리하기 위해 반응기 용기의 개방을 용이하게 하도록 반응기 용기의 플랜지가 형성된 메인 섹션에 연결되어 있는 반응기 용기의 플랜지가 형성된 하부 섹션을 포함한다.
실시예는 투입 폐기물 스트림으로부터의 화학적인 반응에 영향을 받지 않고 중간에 일어나는 화학적인 성분을 처리하는 동안에 처리 열을 최대한 유지하는 것을 보장하기 위하여 전체 반응기 용기에 특별히 선택된 내화재 라이닝의 층을 17 인치까지 또는 그 이상 포함한다.
실시예는 모든 처리과정을 오퍼레이터가 완전히 볼 수 있도록 복수의 예를 들면 4개의 CCTV 포트를 포함한다.
처리 첨가제의 종류와 양은 배출 규제 한계를 유지하고 작동 비용을 최소화 하는 한편 투입 폐기물 유해 성분 파괴를 최적화하기 위하여 매우 세심하게 선택된다. 스트림 투입은 투입 폐기물의 분해된 원소를 연료 가스 및/또는 무해 화합물로 변환하는 것을 최대화하기에 충분한 자유 산소와 수소를 보장한다. 공기 투입은 상대적으로 고비용의 플라즈마 아크 투입 열을 최소화하는 한편 탄소를 연로 가스로 변환(자유 탄소를 최소화)하는 것을 최대화하고 최적의 처리 온도를 유지하는 처리 화학 균형에 조력한다. 첨가제의 양은 처리되는 폐기물 스트림에 대한 생성물에 의해서 확인되므로 매우 엄격하게 설정되어 관리된다. 공기 분사량은 배출 기준을 충족시키고 전체 처리과정이 소각과 관련한 바람직하지 않은 처리 특성에 접근하지 않도록 보장하는 한편 상대적으로 고비용의 플라즈마 아크 투입 열에 대한 최대 조건을 보장하기 위하여 매우 세심하게 설정된다.
플라즈마 가스 발생 처리에 대해서는 오랫동안 생성 가스 스트림에서의 특별한 물질의 양이 오염 원소의 배출량과 직접적인 관계를 갖는 것으로 밝혀졌다. 오염 물질은 특별한 물질에 부착되는 경향이 있는데, 이것은 반응기 용기로부터 배출 파이프를 통하여 오염 물질의 배출을 촉진한다. 또한 가스 스트림에서 특별한 물질의 량을 최소화하는 것이 대부분의 오염 물질에 대한 배출율을 최소화하는 것으로 밝혀졌다. 가스 스트림에서 특별한 물질의 량의 변화를 측정하는 한가지 방법은 가스 스트림 불투명도를 모니터링하고 처리 장소에서의 규제 제한 규정에 따라 허용 농도에 대한 기준을 설정하는 것이다. 그 후에, 최대 허용 농도 이하로 특별한 물질의 수준을 유지하기 위하여 생성 가스 파이프에서의 불투명도에 대한 실시간 피드백은 주로 스트림에 처리 첨가제 투입율의 자동화를 위한 기법을 제공한다.
불투명도 모니터링의 작동을 최적화하기 위하여, 측정의 정확성을 보장하도록 침점물이 없는 상태로 센서 요소를 유지하는 것이 바람직하다. 센서 요소에 대한 침전 방지는 두 가지 방법에 의해 달성된다. 첫째, 공기에 의해 운반되는 입자가 부착되는 것을 방지하기 위하여 각각의 센서 요소의 면을 가로질러 소량의 질소를 제공한다. 둘째, 공기에 의해 운반되는 입자가 센서 요소에 모이지 않도록 가스 처리 시스템의 이 부분에 약간의 음압 상태를 유지한다. 일반적으로, 처리되는 폐기물 스트림에 따른 가스 스트림의 화학적인 구조와 배출시 가스로 만들어질 잠재적인 용도에 불리하지 않다면 질소가 사용된다.
반응로의 플랜지가 형성된 메인 상부 섹션에 연결되는 플랜지가 형성된 하부 섹션은 필요할 때 내화 라이닝의 검사 및 수리의 편리함을 제공한다. 반응기 용기의 바닥 섹션에서의 내화 라이닝은 작동하는 플라즈마 아크 발생기로부터의 보다 높은 온도를 견디어야 하며 계속해서 고온의 용융 슬래그와 접촉하기 때문에 훨씬 더 쉽게 마모되어 저하되는 경향이 있다. 그러므로 하부 섹션의 내화물은 반응기 용기 벽과 최상부보다 내구성이 있는 고온의 외장 내화물로 구성하도록 설계된다. 예를 들면, 벽과 최상부의 내화물은 DIDIER RK30 벽돌로 만들어질 수 있으며, 하부 섹션을 위한 고온의 외장 내화물은 RADEX COMPAC-FLO V253로 만들어질 수 있다.
다른 실시예에서, 하부 섹션은 또한 내화 라이닝의 비정상적인 저하를 방지하기 위하여 바람직하게 외부 셸을 통하여 수냉될 수 있다. 또한, 하부 섹션은 내화물 수리 기간 동안에 처리 설비를 작동 상태로 보다 신속하게 복귀시킬 수 있도록 또는 부식성의 투입 폐기물 스트림 및/또는 추가적인 요구에 대한 처리를 수용하기 위한 교체 구조를 제공하도록 이중으로 구성될 수 있다.
처리 제어는 세가지 작동 특성 즉, 최적이 아닌 공급 속도, 투입 폐기물 스트림의 화학적인 특성 변화 또는 고체 침전물의 형성에 기인한 생성 가스 처리 시스템에서의 제한에 기인한 반응기 용기 압력 변화; 최적이 아닌 공급 속도 또는 투입 폐기물 스트림의 화학적인 특성 변화에 기인한 반응기 용기 및 생성 가스 온도 변화; 최적이 아닌 처리 및/또는 투입 폐기물 스트림의 화학적인 특성 변화에 기인한 생성 가스 불투명도 측정 증가를 통하여 자동화될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 고려 중인 폐기물 스트림 및 원하는 작동 특성에 의존하여 다양한 수의 플라즈마 아크 발생기, 스트림 분사 포트, 공기 분사 포트 및 CCTV 포트를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 측면에 따라 내화재가 라이닝 처리된 반응기의 길이방향 단면도;
도 2는 입구 포트와 출구 포트를 특히 도시하고 있는, 도 1의 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기의 후방측 사시도;
도 3은 도 1의 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기의 평면도;
도 4는 본 발명의 일 실시예의 측면에 따라 내화재가 라이닝 처리된 용기의 한 부분을 형성하는 불투명 모니터의 일 실시예의 개략 측단면도;
도 5는 본 발명에 따른 화학 처리 시뮬레이션의 종합적인 구조도를 도시하는 블럭 다이어그램;
도 6은 도 5보다 상세하게 화학 처리 시뮬레이터 블럭을 도시하는 고레벨의 플로우차트;
도 7은 본 발명에 따른 온도의 종합적인 구조도와 다이내믹 모델 시뮬레이션을 도시하는 블럭 플로우 다이어그램; 그리고
도 8은 도 7보다 상세하게 다이내믹 모델 시뮬레이터 블럭을 도시하는 고레벨의 플로우차트.
본 발명의 일 실시예에 따른 한 측면은 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상부가 경사져 있는 원통형의 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기에 장착된 3개의 플라즈마 아크 발생기를 포함하는데, 이후 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다. 상기 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 원통형 용기(10)는 2개의 섹션, 즉 상부 섹션(16)과 하부 섹션(18)에 있는 셸(12)을 포함하며, 이들 각각의 섹션은 상부 섹션(16)에서는 내화재(14U)로 하부 섹션(18)에서는 내화재(14L)로 라이닝 처리된다. 내화재의 적합한 실시예는 가능한 한 보다 소량의 산화 크롬, 산화 지르코늄 또는 산화 마그네슘을 갖춘 세라믹 블랭킷, 단열 내화벽돌, 및 고순도의 알루미늄 고온 외장벽돌을 포함한다.
상기 언급된 바와 같이, 용기(10)의 하부 섹션(18)은 주위환경을 보다 쉽게 오염시켜서 내화재(14L)는 보다 강건한 내화재이어야 한다. 이러한 보다 강건한 내화재의 실시예는 DIDIER DIDOFLO 89CR 및 RADEX COMPAC-FLO V253을 포함한다.
용기(10)에 고체 폐기물 및/또는 유해 물질 입구 이송 포트(20)가 제공되며, 2개의 이격된 액체 폐기물 및/또는 유해 물질 이송 입구 포트(22)도 제공된다. 또한 용기(10)에 내화재가 라이닝 처리된 가스 출구 도관(24)이 제공된다. 더욱이, 용기(10)에는 슬래그 풀 수집 구역(26)과 거기서부터 안내되는 슬래그 배출 포트(28)가 제공된다.
입구 포트는 본 실시예에서는 복수의, 즉 5개의 이격된 공기 입구 포트(30)를 더 포함한다. 이들 공기 입구 포트(30)는 공기 처리 첨가제가 최대 효율을 위하여 전체 처리 구역에 적용되는 것을 보장하도록 위치되는게 중요하다. 또한, 복수의, 본 실시예에 있어서는 3개의 스팀 분사 포트(32)가 제공된다. 입구 스팀 처 리 첨가제가 최대 처리 효율을 위하여 처리 구역을 블랭킷하고, 흡열 반응이 반응기 용기로부터 생성 가스의 배출 바로 직전에 소정의 레벨로 냉각시키는 특별한 결과에 의해 임의로 남아있는 반응된 탄소의 총 변환을 이루기 위하여 반응기 용기로부터의 생성 가스 출구에서 생성 가스를 블랭킷하는 것을 보장하도록 이들 스팀 분사 포트(32)가 중요하게 위치된다. 부가적으로, 복수의, 본 실시예에서는 4개의 CCTV 검사 포트(34)가 제공된다. 이들 CCTV 검사 포트(34)는 오퍼레이터가 모든 처리 광경을 시각적으로 계속하여 완전하게 볼 수 있게 위치되는게 중요하다.
2세트의 플라즈마 아크 발생기가 제공된다. 첫번째 세트는 플라즈마 아크 발생기의 플라즈마 아크 플룸(plume)이 초점을 지적하기 위하여 중심선이 각도져 위치되는 고정된 세트의, 본 실시예에서는 2개의 직경방향으로 대향된 측에 장착된, 고정된 플라즈마 아크 발생기(36)이다. 두번째 세트는 화살표로 도시된 바와 같이 3 자유도의 이동을 갖는 최상부에 장착된 단일의 플라즈마 아크 발생기(38)이다.
원통형 용기(10)는 경사진 상부(40)를 구비한다. 이러한 경사진 상부(40)는 최상부에 장착된 플라즈마 아크 발생기(38)가 반응기 용기 내의 플라즈마 아크 발생기에 의하여 필요한 구역에 열을 완전하게 그리고 효율 좋게 전달할 수 있도록 제공된다. 도시된 바와 같이, 구역(42)은 초고온 처리 구역을 포함한다.
반응기 용기(10)의 2개의 다른 바람직한 특징은 반응기 용기의 하부 부분(18)이 반응기 용기(10)의 리마인더로부터 분리될 수 있다는 사실을 포함한다. 예열된 버너 포트(46)는 반응기 용기의 내측 구역(42)이 적당한 초기 작동 온도로 예 열되도록 제공된다.
반응기 용기(10)는 레일(48)상에 지지된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가스 출구 도관(24)에서 나오는 출구 가스는 불투명 모니터(52)를 장착하는 생성 가스 파이프(50)를 통과한다. 불투명 모니터(52)는 전송기(54)와 수신기(56)를 포함한다. 불투명 모니터(52)를 수용하는 파이프 부분은 58에서 수냉식이다. 불투명 모니터(52)의 말단부에서는 공기로 운반되는 입자가 불투명 모니터 센서 요소(54, 56)에 놓여지는 것을 방지하도록 질소 퍼지 구성요소(60)가 질소 유동을 향하게 한다.
부가적으로, 또는 이와 관련하여, 공기로 운반되는 입자가 불투명도 센서 요소(54, 56)의 내측면에 놓여지는 것을 방지하도록 약간의 음압의 구역(64)이 파이프(50)에 설정된다.
바람직한 실시예의 작용
플라즈마 가스발생 반응기(10)의 작동은 반응기 용기(10)에 있는 예열된 버너 포트(46)내로 삽입되는 화석 연료 버너로 개시된다. 최대 온도(예를 들면, 900℃)가 용기(10)에서 상기 버너로 도달된 이후에, 상기 버너는 빼내지고, 예열 버너의 진입을 허용하는 포트(46)는 시일되며 플라즈마 아크 발생기(36, 38)가 삽입되고 총 반응기 용기 온도가 소정의 작동 온도(예를 들면, 처리되는 폐기물 스트림에 따라 1100℃ 또는 1200℃)에 이르도록 작동 된다. 이때, 소정의 유동의 처리 첨가제 스팀이 스팀 포트(32)를 통하여 만들어지고 소정의 유동의 첨가제 공기가 공기 포트(30)를 통하여 만들어진다. 소정의 위치의 스팀 포트(32)와 공기 포트(30)가 온도 및 유동 다이내믹 모델(이후 설명됨)에 의하여 결정된다. 이후, 소정의 유동의 스팀 및 공기 처리 첨가제 양자는 처리된 폐기물 및/또는 유해 물질의 타입에 대한 화학 시뮬레이터(이후 설명됨)에 의하여 결정된다. 용기(10)로의 물 및/또는 유해 물질의 이송은 처리될 물 및/또는 유해 물질의 타입에 따라서 고체 폐기물 포트(20) 및/또는 액체 폐기물 포트(22)를 통하여 시작된다. 폐기물 및/또는 유해 물질의 인풋은 용융된 고체 생성물과 생성 가스를 형성하도록 초고온 처리 구역(42)내에서 분해된다. 슬래그와 같은 용융된 고체 생성물은 슬래그 배출 포트(28)를 통하여 용기(10)로부터 배출될 때까지 슬래그가 있는 슬래그 풀 수집 구역(26)으로 유동한다. 인풋 폐기물 및/또는 유해 물질이 구성요소를 만드는 적당량의 슬래그를 포함할 때 슬래그 배출 포트(28)를 통과한 슬래그 배출은 연속적이거나 또는 중단될 수 있다. 내화재가 라이닝 처리된 가스발생 반응기 용기(10)의 바람직한 실시예는 3개 정도의 스팀 처리 첨가제 분사 포트(32), 5개 정도의 공기 처리 첨가제 분사 포트(30), 및 4개 정도의 CCTV 검사 포트(34)를 포함한다. 다른 실시예는 시각 작동 특성을 유지시키기 위하여 온도 및 유동 다이내믹 모델 시뮬레이터(이후 설명됨)에 의해 상이한 개수의 처리 첨가제 인풋 포트가 지시된 상기 포트들을 포함한다.
고정된 플라즈마 아크 발생기(36)는 인풋 폐기물 포트(20, 22) 사이의 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기(10)의 전체 둘레를 가로지르는 초고온의 처리 구역(42)의 통합의 전방부, 그리고 생성 가스용 부차적인 생성물 처리 출구 도관(24)과 용융 슬래그용 슬래그 추출 포트(28)를 제공한다. 고정된 플라즈마 아크 발생 기(36)는 결합된 플라즈마 아크 플룸 초점을 가져 고온의 처리 구역(42)의 지오미터리가 완전하고 최상으로 유지하는 것을 보장한다. 플라즈마 아크 발생기(38)는 3 자유도를 갖고 있고 이것은 용기(10)내 필요한 임의의 곳에 고온의 처리 도움을 부가하게 하며, 플라즈마 아크 발생기(36)에 의해 생성된 처리 구역 프로파일(42)로 열 도움을 변동시키고, 슬래그 풀 퇴적 구역(26)은 완전히 처리되고 슬래그 출구 포트(28)는 모든 슬래그가 추출되는 동안에 개방되어 있게 된다.
출구 도관(24)을 통하여 반응기 용기(10)로부터 빠져나오는 생성 가스는 생성 가스 파이프(50)를 통하여 나아가고 시각 모니터(52)를 통과한다. 불투명 모니터(52)는 불투명 모니터 전송기(54)와 불투명 모니터 수신기(56) 사이의 통신에 의하여 생성 가스에서 공기로 운반되는 입자량 측정 장치를 제공한다. 고온의 생성 가스 파이프(50)와 접촉하는 불투명 모니터(52)를 수용하는 파이프의 섹션(58)은 예를 들면, 불투명 모니터 전송기(54)와 불투명 모니터 수신기(56)가 과열되지 않게 수냉시키는 것과 같이 냉각된다. 질소 퍼지 구성요소(60)는 임의의 공기로 운반되는 입자의 퇴적물이 불투명 모니터 전송기 센서(54) 또는 불투명 수신기 센서(56)에 얹져지는 것을 방지하고, 이것은 불투명 모니터 민감도와 이에 따른 정확도를 방재한다. 선택적으로, 질소 퍼지 구성요소(60) 대신에, 약간의 음압 구역(64)이 유지되어 공기로 운반되는 입자가 불투명 모니터 전송기 센서(52)나 불투명 모니터 수신기 센서(56)중 하나에 퇴적되는 것을 방지한다. 제어 콘솔을 통한 불투명 모니터(52)로부터의 판독은 처리 제어 목적을 위함이다. 처리 제어는 스팀 처리 첨가제 분사 포트(32)를 통한 스팀 유량의 조정을 통하여 영향을 받게 되어, 이 결과 공기 처리 첨가제 분사 포트(30)를 통한 공기 입력에 영향을 동시에 미친다. 스팀이나 처리기로의 공기 처리 첨가제 분사의 임의의 변화는 만들어진 생성 가스 유량에 영향을 미친다.
시스템 오퍼레이터가 CCTV 검사 포트(34)를 통하여 용기(10)내의 모든 처리 상황을 계속하여 완전하게 볼 수 있다.
필요한 반응기 용기의 라이닝 처리된 내화재(14U, 14L)의 검사 및 수리는 플랜지(44)로써 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기(10)의 하부 섹션(18)을 제거함으로써 용이하게 된다.
최적의 반응기 용기 지오미터리를 보장하기 위하여 최종 설계시 더욱 효과적으로 조력하기 위하여, 인풋 폐기물의 물리적인 특성 및 화학적 조성 그리고 시스템에 필요한 처리량이 고려된다.
따라서, 본 발명의 또 다른 측면에 따라, 처리 제어가 반응기 용기 압력과 온도를 계속 모니터하고 이와 함께 생성 가스 유량 및 불투명도를 계속 모니터하여 실시된다.
처리될 폐기물 및/또는 유해 물질 스트림의 최적의 파괴를 위해 필요한 처리 특성의 상세한 평가는 다음과 같은 것을 포함하는데, 상세한 평가는 소유 화학 시뮬레이터에 의해 다음과 같은 것이 제공된다:
필요한 처리 온도를 포함한 최적의 작동 특성;
생성 가스로부터 복구가능한 에너지량을 포함한 생성 가스 량과 질의 특성;
생성 가스로 만들어진 구성요소의 화학 조성물;
예를 들면 스팀과 같은 일산화탄소 연료 가스로 탄소의 가장 완전한 변환을 위해 필요한 처리 첨가제의 양;
생성 가스의 수분량;
고려중인 특정 폐기물 스트림으로 달성가능한 처리량;
최저의 비용을 위하여 최적의 설계를 포함한 전체 시스템 설계 특성; 그리고
복구가능한 부차적인 생성물.
도 5는 화학 처리 시뮬레이터의 예시적인 플로우 다이어그램으로서, 가변 폐기물 특성 인풋, 최적화를 위한 오퍼레이터 상호관련 인풋, 및 시스템 아웃풋 특성을 갖고서 상기 시뮬레이터의 작동을 도시하고 있다. 인풋 및/또는 처리 특성은 특정 폐기물 스트림을 위해 최고의 효율 및 효과적인 폐기 처리를 달성하기 위하여 임팩트 처리를 시각화하여 화학 처리 시뮬레이터내에서 자유롭게 가변될 수 있다. 화학 처리 시뮬레이터는 또한 연속의 모니터링 툴로서 사용되어 인풋 폐기물 및/또는 유해 물질의 흐름의 화학 조성의 변화에 의해 요구되는 작동 특성의 변화를 판정한다.
도 6은 화학 처리 시뮬레이터의 계산 측면을 도시하는 도 5의 화학 처리 시뮬레이터의 고레벨의 플로우 차트이다. 일반적으로, 상기 시뮬레이터는 3개의 메인 계산 블럭으로 이루어진다:
(i) 이상적인 반응기 모델은 단열의, 등압 평형의 생성물 화학 종류의 깁스 자유 에너지를 최소화함으로써 생성 가스의 이상적인, 안정 상태를 계산한다.
깁스 자유 에너지를 최소화함으로써 심플한 화학 시스템을 위한 평형 반응 생성물을 얻는 원리는 잘 알려졌고 산업 화학 과정에서 종종 배울 수 있다. 1960년대 후반에, 일반적인 깁스 최소화를 개발한 NASA의 연구자들은 Gordon, S.와 B.J. McBride의 공개물, NASA Reference Publication 1311(1994)의 I. Analysis.; Computer Program for the Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions of Complex Chemical Equilibrium Compositions with Applications에 설명된 평형 반응을 나타낼 필요없이 임의의 대형 시스템의 평형 조성을 발견하는데 접근하였다. 상기 공개물은 여기서 참조하여 구체화되었다. 이상적인 반응 모델은 상기 접근법을 사용하여 작동하며, 솔루션 매트릭스는 현재 반응 온도에서 각각의 생성물의 깁스 자유 에너지와 함께, 고려중인 각각의 반응 생성물의 단일의 조성물로써 나타난다. 상기 매트릭스는 이때 가우스 소거법에 의해 최소 총 깁스 자유 에너지가 해결된다(단일의 인풋과 아웃풋을 밸런스 맞춤으로써 질량 보존 법칙에 동시에 만족함).
(ii) 탄소 퇴적 모델(Carbon Deposition Model)은, 인풋 조성물 대 평형 곡선을 비교함으로써 검댕 형성을 제거할 필요가 있는 스팀량, 또는 형성된 검댕량(고체 탄소(C))을 산출한다.
실행된 바와 같이, 이상적인 반응 모델은 가스상 이쿼리브라아에(equilibriae)만을 해결할 수 있다. 결국, 고체 탄소가 플라즈마 가스발생 처리동안에 형성되도록 관찰되고, 별도의 모델이 C 형성율을 계산하도록 개발된다. 3상 가스상의 시스템으로부터 승화한 C 량을 예측하는 곡선은 여기서 참조되고 구체화 된 Kyle, B.G.의 Chemical and Process Thermodynamics, 2nd ed, Prentice Hall, New Jersey, 1992의 저술에서 얻어진다. 이들 곡선은 시스템에 있어서 주어진 온도, 수소의 몰 %, 산소의 몰 %에서 형성되는 고체 탄소량을 예측하는 수치 함수로 변환된다. 이러한 함수를 사용하여, 소프트웨어는 형성된 C의 양을 계산하는데, 상기 양은 코드의 재조합 섹션으로 직접 보내지고, 그리고 반응물의 단일 조성물로부터 빼내진다. 이 변경된 단일 조성물은 실제로 이상적이지 못한 반응 모델에서 사용된다.
사용자가 선택가능한 옵션으로서, 이 모델은 또한 고체 탄소의 형성을 제거하기 위하여 시스템에 반드시 첨가되야 하는 물의 양에 대하여 귀납적으로 해결되도록 사용된다. 물은 수소와 산소 양자를 포함하는 경우에 사용된다. 시스템의 탄소량에 비례하여 증가시키는 것은 C의 형성을 감소시키게 된다. 결국, 수분은 산소와 수소 양자에 비례하여 시스템의 탄소량을 감소시키기 때문에 형성된 C의 량을 제한하는데 매우 효과적이다.
이러한 옵션이 선택될 때, 형성된 C의 량은 항상 제로이고, 그래서 뒤이은 단일 조성물에 영향을 끼치지 않는다. 그러나, 추가 물이 반응에 첨가되기 때문에, 수소와 산소는 이러한 단계에서 계산된 물량에 따라 순 단일의 조성물에 첨가된다. 이렇게 계산된 물의 량은 메모리에 간직되어, 일단 계산이 완료되면 결과치의 나머지로 아웃풋될 수 있다.
(Ⅲ) 비이상적인 반응 모델은 경험적으로 유도된 비율에 의하여 시스템의 탄소량을 증대시킴으로써 계산되는 바와 같이 아이디얼(ideal)의 과도하게 형성되는 메탄, 아세틸렌 및 에틸렌의 양을 결정한다. 이것은 긴사슬 탄화수소나 폴리머의 비토탈(non-total) 분해의 결과치에 근접시킨다. 실제로, 이러한 미립자는 다른 화학 종류와 순차로 반응하기 전에 작은 탄화수소(전형적으로 1 또는 2 탄소 탄화수소)로 분해된다. 플라즈마 가스발생 반응기내에서 가스 환경의 높은 터뷰런트 성질 때문에, 이들 탄화수소의 미량이 소모되기 전에 주요 반응 구역에서 실행된다. 특정 비율이 물질의 직접 물리적인 연소에 따라 변화한다.
비이상적인 반응 생성물은 이상적인 생성물에 사용가능한 기본적인 화합물로부터 추출된다. 이러한 생성물은 소프트웨어의 재조합 단계를 통과하지만, 기본적인 화합물의 밸런스는 이상적인 반응 모델로 통과된다. 따라서, 소프트웨어는 기본적인 베이시스의 총 인풋을 계산하고; 3개의 계산 모델 사이의 인풋을 분리하고; 3개의 계산 모델로부터의 결과치를 결합하고; 상기 결과치를 표로 만들고; 그리고 데이터베이스에 결과치를 저장한다.
도 6의 각각의 블럭을 참조하면:
인풋 파라미터(101)는: 폐기물 화합물(기본적인 몰 농도(%), 수분 함유량 및 가열치)과 유량을 포함하고, 처리 온도 및 첨가제는 여러 방법으로부터의 공기, 산소, 물, 스팀 및 임의의 처리 인풋의 반복 범위를 특정화하는 가능성을 포함하고;
분해 구성물(102): 플라즈마 가스발생 반응기로 인풋되는 상기 구성물 각각은 기본적인 몰 유동으로 변환된다. 각각의 요소의 총 몰 유동은 상기 설명된 3개의 본래 계산 루틴에 대해 제 1 가변요소로 사용되고;
C-퇴적물 모델(103): 이상적인 반응 모델은 가스-상 반응만을 해결할 수 있다. 각각의 계산 블럭은 이에 따라 고체 탄소(C)의 형성율을 판정하도록 실행된다(상기 설명한 바와 같이). 상기 계산을 실행하도록 설계된 수학 함수는 고체 탄소의 형성을 방지하는데 필요한 물의 양을 판정하도록 반복 루프에서 선택적으로 사용되고;
비이상적인 반응 모델(104):은 불완전한 반응에 의해 형성된 화합물을 계산한다. 심플한 탄화수소는 사용자가 정의한 비율로써 탠덤하게 시스템에서 탄소의 량에 비례하여 형성된다. 이러한 비는 꽤 정확한 물의 화합물과 현재의 작동 조건에 근거하여 선택된다. 통상적인 카이네틱 모델은 최소의 폐기물 스트림이 사용하는데 거의 충분하지 않다고 분석되기 때문에 이 경우에서는 불충분하다. 결론적으로, 유사재로써 실험적으로 얻어진 값이 이 모델에서 사용된다. 이들 반응에 사용된 요소는 이상적인 반응 단계에 사용가능한 기본적인 화합물로부터 제거된다. 이러한 단계에서 형성된 화합물은 재조합 단계, 즉 결과치의 나머지와 덩어리가 되는 단계로 통과되고;
이상적인 반응 모델(105):은 이상적인 정상 상태의 조건하에서 형성된 화합물을 계산하고;
결과치 컴바이너 (106):는 C-퇴적물 모델(103), 비이상적인 반응 모델(104) 및 이상적인 반응 모델(105)로부터의 결과치를 합하고; 그리고
도표작성장치 및 포맷기 (107):는 거의 다른 소프트웨어를 익스포트하는데 편리한 편리한 포맷으로 모든 계산된 데이터를 도표작성한다. 실제로, 데이터는 마 이크로소프트사의 엑셀 워크시트로 익스포트되는데, 여기서 각각의 생성량, 체적(%), 현열, 가스 가열값, 전기열 인풋 요구, 및 특정 에너지와 환경 고려에 기초한 플라즈마 가스발생 처리 최선의 작용점의 선택이 판정된다. 상기 최선의 작용점은 환경 방출 요건을 충족하는데 요구되는 최소의 처리 에너지이다.
화학 처리 시뮬레이터의 개발을 통하여, 제 1 단계는 인풋 파라미터의 특정 온도와 특정 설정에서 생성 가스 구성요소를 예측을 허용하도록 깁스의 자유 에너지를 최소화하는 법칙을 사용하여 소프트웨어와 열화학 데이터베이스의 실행과 함께 처리 모델을 개발하였다. C-H-O 시스템은 탄소 퇴적물 구역을 판정하는데 실행된다. 에너지 밸런스를 위한 계산 방법은 지방 자치체의 고체 폐기물의 가스발생 때문에 플라즈마 아크 발생기의 동력 필요성을 판정하기 위하여 플라즈마 가스발생 처리를 개발되었다. 이때 다른 탄소질의 재료를 포함하도록 추정된다.
순수 물질을 위하여, 기본적인 화합물과 서모다이내믹 특성이 쉽게 사용가능하다. 그러나, 대부분의 폐기물 물질은 비균질하고, 구성이 복잡하고 종종 알려지지 않은 화학식을 갖고 있다. 이러한 경우에 있어서 폐기물의 몰 조성은 실험 분석에 의해 쉽게 얻어진 질량 조성으로부터 판정된다. 유사하게, 폐기물 물질의 형성물의 표준 열이 또한 알려졌다. 전형적으로, 비록 보다 균일한 재료에 대하여 문헌으로부터 이들 값을 찾을 수 있을지라도, 이것은 폭탄 열량 측정법으로 판정된다.
플라즈마 아크 발생기 동력이 플라즈마 반응기 용기 인풋과 아웃풋, 그리고 플라즈마 가스발생 상태에 따라 계산되어 요구된다. 플라즈마 반응기 용기로의 에 너지는 플라즈마 아크 발생기에 의해 공급된 에너지와 플라즈마 반응기 용기로의 인풋 폐기물의 총 엔탈피의 합계이다. 플라즈마 반응기 용기 밖으로의 에너지는 플라즈마 반응기 용기로부터의 아웃풋 요소의 총 엔탈피와 플라즈마 반응기 용기 벽을 통한 열손실의 합계이다. 플라즈마 아크 발생기로부터 요구되는 총 동력은 플라즈마 아크 발생기 자체의 효율을 나타내는 상기 2개의 차이만큼이다.
화학 처리 시뮬레이터는 현재의 상세한 실제 데이터베이스 결과치를 통합한 상기 시뮬레이터의 개발 때문에 폐기물의 플라즈마 가스발생에 따른 성능 데이터를 제공한다. 완전한 시뮬레이터는 2개의 별개의 모듈이며, 시스템의 질량/요소의 밸런스는 상기 설명된 소프트웨어를 사용하여 얻어지는 반면, 결과치가 표로 만들어지고, 시스템의 에너지 밸런스가 엑셀(™) 워크시트를 사용하여 얻어진다.
결과치 워크시트는 3개의 메인 이유에 대한 별개의 모듈로서 유지된다:
(a) 전개 시간의 감소를 용이하게 함;
(b) 소프트웨어의 실질적인 변경의 필요성이 없는 서모다이내믹 모델로 신속하게 변경하는 능력을 용이하게 함; 그리고
(c) 시뮬레이터 자체로 이들 능력을 코드화할 필요성을 없앤, 엑셀에 의해 지원된 바와 같이 문서/스프레드시트/프리젠테이션으로의 데이터 이동성을 용이하게 한다.
이러한 엑셀 워크시트는 쇼메이트 방정식(Shomate equation)을 사용하여 상당 화합물의 서모다이내믹 특성을 계산한다. 이들 방정식에 대한 상수는 상기 설명된 이상적인 반응 방법과 관련된 NASA 서모다이내믹 데이터베이스로부터 얻어지 는데, 상기 데이터베이스는 여기서 참조하여 구체화된, Bonnie J. McBride와 Sanford Gordon에 의한 Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and Applications과 Ⅱ. Users Manual and Program Description, NASA Reference Publication 1311(1996년 6월)의 공개물에 제공되어 있다. 이들 서모다이내믹 특성은 가스발생 반응의 총 에너지 밸런스를 판정하기 위한 표준 서모다이내믹 계산과 추론에 의한, 처리 구동에 필요한 순 추가 열이 함께 사용된다.
반응기 용기가 일정한 온도에 있지 않고, 시뮬레이터가 가스 화합물과 수개의 상이한 온도 범위를 교차하는 유량을 계산하는 것을 알 수 있다. 가스 화합물은 평균 반응기 용기 온도와 동일한 평균치로써 포아송 확률(Poisson probability)에 따른 무게를 각각 상이하게 시뮬레이트된 온도 시나리오에 부여함으로써 소정의 용기 온도에 대한 스프레드시트에 보간법으로 사용된다. 무게감소된 시나리오 전부는 "평균" 결과치를 제공하여 정상화된다. 이러한 "평균" 결과치는 이 결과 시스템의 에너지 밸런스를 계산하는데 사용된다.
또 다른 고안은 CHO 경계 시스템이 현재 시뮬레이터내에서 수학적으로 모델화된다는 것이다. 따라서, 상기 시뮬레이터는 현재 주어진 시나리오에 생성된 탄소(C)량을 자동 계산할 수 있다. C 형성물이 생성 가스의 청결에 해롭기 때문에, 한 루틴이 이러한 탄소 형성물을 완전하게 제거하도록 요구된 최소 레벨로 스팀 분사율을 자동 조정하도록 개발되었다. 이러한 접근법은 정확한 하나의 온도 모델보다는 실험 데이터에 근접한 가스 화합물을 제공한다는 것을 알 수 있다. 다음 표 는 지방 자치체의 고체 폐기물에 대한 결과치의 비교를 나타낸다:
MSW 에 대해 시뮬레이트된 실험 결과치의 비교
Figure 112005044497928-PCT00001
보다 신뢰할 수 있고 상세한 작동 비용의 감소를 개발하기 위하여, 화학 처리 시뮬레이터는 또한 스팀 터빈, 결합된 사이클 가스 터빈 그리고 가스 엔진 설비에 의해 생성된 전기 동력 뿐만 아니라 플라즈마 가스발생 시스템과 관련된 패러서틱 로드(parasitic load)에 대한 동력 소비를 계산한다. 개별 설비에 대한 성능 데이터는 디폴트로써 베이스라인 설비 설계로부터 스케일된다. 그러나, 스프레드시트상에서 계산이 실행되기 때문에, 상이한 구성을 반영하여 설비 성능이 신속하 게 조정될 수 있다.
인풋 조건과 유동 범위에 대한 데이터를 만들기 위해서 화학 처리 시뮬레이터의 강화된 능력의 결과, 사용자가 선택한 범위에 걸쳐서 스팀 & 공기 유동을 변경시킴으로써 최선의 시나리오, 이때 보다 나은 가스 화합물과 동력 특성을 가진 시나리오를 선택하여 신속하게 만들 수 있다. 이러한 코드는 생각에 따라 다양하게 설계된다. 그것은 RCL 설계자에 의해 필요한 것이 무엇인지 정확하게 주어진다(그리고 단지 그러한 속도가 위험하지 않다는 것을 정확하게 주어진다). PLUS는 "최선의" 작동점의 RCL의 명확한 선택을 위하여 매우 신속하게 반복된다. 우리의 코드와 ASPEN과 HYSYS처럼 만들어진 플랫폼이 상이하다.
전기 발생과 사용과 관련된 효율 때문에, 가연성 쓰레기에 대한 반응기 용기로 허용된 공기량을 증가시키기 위하여 보다 고에너지 효율이 불가피하다. 충분한 공기량의 첨가는 정상 상태에서의 반응이 제로나 그 이하로 유지시키는데 필요한 추가의 플라즈마 열을 통상적으로 감소시킨다. 제로 이하의 플라즈마 열의 감소(이것은 상기 목적을 위하여 반응기 온도가 증가되는 것을 의미함)는 연소를 위하여 화학량론의 비율에 근사한 공기 유동을 증가시킴으로써 통상적으로 달성된다. 열분해/가스발생 반응과 관련된 고유의 청결도와 강화된 처리 제어는 과잉의 공기와 같은 것은 허용되지 않으나, 첨가제 추가 열은 필요한 작동 파라미터의 선택을 대체하여 나타난다.
따라서, 주어진 폐기물에 대한 베이스라인 가스발생 시스템을 설계할 목적으로, 한 방법론이 주어진 폐기물 인풋에 대해 최소의 동력 필요를 선택하기 위해 개 발되었다. 최선의 처리가 공기 방출, 에너지 효율, 자본 소비와 작동 비용과 관련하여 실행된다. 자본 소비상 최대 변수가 플라즈마 토치와 전력 공급의 사이즈이기 때문에, 그리고 작동 비용이 또한 토치 전력과 직접적으로 연결되기 때문에, 에너지 효율과 공기 방출은 메인 최적의 척도가 된다. 오염물질의 형성은 작동 온도와 인풋 화합물에 의해 영향을 받는다. 폐기물 흐름이 가변적이지 않기 때문에, 인풋 화합물은 공기와 스팀 인풋에 의해서만 변경된다. 동력 소비는 이들 파라미터에 의해서 유사하게 영향을 받는다.
결론적으로, 시나리오를 최적화하기 위하여, 작동 온도는 오염 물질의 최소화와 관련해 선택되고, 공기와 스팀 유동은 최소 동력 시나리오로 작동 동력을 감소시키도록 가변 된다. 알 수 있다. 추가 스팀이 작동 동력을 감소시키는 동안에, 그 영향은 상당 공기량인 부가물만큼 중요하지 않다. 그러나, 스팀 부가물은 향상된 생성 가스 가열 값을 초래한다.
화학 처리 시뮬레이터는 불완전한 반응과 반응 카이네틱 때문에 이상적이지 못한 반응의 영향의 모형을 만든다. 이들은 실험 생성 가스 화학성질에서의 관찰된 편차를 설명한다. 디옥신 형성물 선구물체인 검댕(카본 블랙)의 형성에 대한 모델을 포함한다. 디옥신 형성물을 최소화 이외에, 탄소 형성 상황이 피해지면 타르의 형성과 다른 다환방향족 탄화수소의 형성을 상당히 감소되고, 이것은 전형적인 가스발생 처리의 통상적인 중요한 문제이다.
화학 처리 시뮬레이터는 상이한 작동 시나리오의 신속한 생성과 조사를 허용한다. 결론적으로, 직면하는 기술적 장애가 없는 가장 경제적인 작동 시나리오가 신속하게 결정될 수 있다. 화학 처리 시뮬레이터는 또한 매우 비균질의 폐기물(예를 들면, 많은 쓰레기 흐름)에 처리 제어 로직의 개발에 사용된다. 많은 "왓 이프(what if)" 시나리오는 처리 시뮬레이션을 사용한 시간보다 앞서서 개발되었기 때문에, 제어 시스템은 찌꺼기(tail) 가스 화합물로부터 현재의 폐기물 화합물을 추정할 수 있고, 처리 화학 작용을 "아이디얼(ideal)" 작동점으로 조정할 수 있다. 다시, RCL 코드의 다양성과 상대적인 쉬움과 데이터의 획득 및 조작 속도는 이러한 가능성을 만든다.
온도 및 유동 다이내믹 모델 시뮬레이터는 반응기 용기의 임의의 단면을 통한 온도 분포 및 가스 유동 특성의 아이소메트릭 프린트아우트를 제공한다. 이러한 특징은 반응기 용기 설계의 최적화를 위한 필수적인 툴을 제공하여, 가스의 구성요소가 내화재 부식, 핫 스팟 및 콜드 스팟이 피해지는 것을 뒷받침해 줄 뿐만 아니라 총 필요한 처리 온도와 잔류 시간에 좌우되지 않으면서 용기를 빠져나오게 하는 반응기 용기내의 가스 경로가 없다는 것을 보장한다. 상기 시뮬레이터로부터의 프린트아웃트는 인풋 첨가제 포트의 최선의 물리적인 위치결정을 나타내고 화학 시뮬레이터에 의해 지정된 바와 같이 인풋 처리 첨가제 유동의 총 임팩트를 모니터한다. 처리 첨가제 유량과 연결된 이들 포트의 물리적인 위치 변경 영향은 매우 빠르게 판단되고 최선의 위치가 결정된다.
도 7은 가변 폐기물 특성 인풋, 최적화를 위한 오퍼레이터 상호작용 인풋, 그리고 시스템 아웃풋 설계 특성으로써 온도 및 유동 다이내믹 모델 시뮬레이터의 작동을 예시적으로 도시하는 플로우 다이어그램이다.
도 8은 온도 및 유동 다이내믹 모델 시뮬레이터의 계산 측면을 도시하는 고 레벨의 플로우차트이다. 도 8을 참조하면, 상기 플로우차트의 각각의 블럭의 함수는 다음과 같다:
용기 지오미터리(111): 수학 모델의 수치 결과치가 계산된 계산 범위를 만들기 위하여 플라즈마 가스발생 반응기 용기의 지오미터리에, 해결 범위를 설정하기 위하여 그리고 계산 메쉬를 생성하기 위하여 감빗을 실행시킬 필요가 있다. 메쉬는 반응기 용기의 주위를 통해 임의의 평면에서 시각적으로 선택될 수 있고 메쉬의 정밀함은 치수와 결과치 프린트아웃트의 작동 필요에 따라 선택될 수 있다.
초기 조건(113): 추정되는 초기 조건은 계산될 속도, 온도 등과 같은 모든 특성을 포함한다. 이들 특성의 초기치는 표준 처리를 개시하기 위하여 요구된다.
경계 조건(114): 유량, 플라즈마 아크 발생기로부터의 화합물과 온도, 에어 제트, 스팀 제트를 포함하는, 작동 조건을 형성하는 인풋 데이터는 가능한 한 폐쇄할 수 있게 플라즈마 가스발생 반응기 용기의 작동 조건을 시뮬레이트하는 적당한 경계 조건을 형성하기 위하여 CFD(Computational Fluid Dynamic) 코드(플루언트)에 의해 요구된다.
인풋(115)(시뮬레이션에 포함된 많은 종류와 반응): 이것은 화학 반응을 모델화하기 위하여 정교함의 레벨을 제어하는 것이다. 주요 종류의 함유물은 온도와 밀도 수정에 중요하다.
중요치 않은 종류의 함유물은 오염 물질의 방출을 필수적으로 예보한다;
모델 선택(116)(난류와 난류 연소를 시뮬레이트하기 위해 모델을 사용자가 선택): 플루언트는 난류와 난류 연소를 시뮬레이트 하기 위해 다양한 수학적 모델을 제공하고;
플루언트 코드 실행(117): 일단 계산 메쉬가 생성되고 경계 및 초기 조건이 정의되면, 플루언트 코드는 사전정의된 집중 표준이 만족될 때까지 실행된다. 이 코드는 질량, 운동량, 에너지 및 종류의 집중을 기재하는 방정식의 시스템의 비선형 용해기가 필수적이고; 그리고
결과치 다음처리(118): 분석과 시각화를 위한 수치 결과치를 디스플레이하기 위해 그래픽 플롯을 생성시킨다. 생성된 데이터는 통상적인 데이터 파일로서 저장된다.
플루언트의 기본인 계산 유체 다이내믹(CFD) 접근법은 새로운 플라즈마 가스발생 반응기 용기 설계의 향상과 방정식에서 매우 유용한 툴이다. CFD는 유동 면적, 열전달, 그리고 연소 유동에 있어서 혁신적인 컴퓨터 모델링 및 수치 분식 기술을 허용한다. 이들 기술은 여러 개개의 시스템의 설계와 작동을 향상시키기 위한 강력한 툴이다. 플라즈마 가스발생 반응기 용기에서의 난류 혼합 및 열 전달은 반응기 용기의 작동 성능을 평가하기 위하여 수치로 시뮬레이트된다. 플라즈마 아크 발생기, 공기 및 스팀 제트의 속도와 엔탈피를 포함하는 입구 조건은 인풋으로 특정된다. 단열의 열 전달 조건은 반응기 용기 벽부에서 추정된다. 고체 폐기물의 연속 이동은 반응기 용기로 유동하는 저온 및 저속의 가스 흐름에 의해 시뮬레이트된다. 고체 폐기물 제거 구역은 소정의 레벨에서 고정된 온도 구역과 시뮬레이트된다. 제로 그라디언트는 반응기 용기 출구에서 모든 변수에 대해 추정된다.
에너지 보존 방정식은 운동량과 난류 방정식으로써 동시에 해결된다. 모든 노력은 가능한 한 현실에 근접하여 속도와 온도 프로파일 양자를 시뮬레이트하도록 만들어진다. 얻어진 결과치는 반응기 용기에서의 유동 및 온도 영역 양자에서 절반 분량에 질적인 정보를 제공한다. 이들 속도 및 온도 분포는 플라즈마 가스발생 반응기의 설계와 작동을 향상시키기 위한 방향을 제공한다.
반응기 용기의 유동 모델링은 처리 인풋의 적합한 혼합을 보장하기 위해, 그리고 카이네틱 효과가 중요하지 않다는 것을 보장하기 위해 실행된다. 통상적인 설계 처리에 있어서, 유동 모델링으로부터의 결과치는 시뮬레이터내의 반응 온도 프로파일을 조정하기 위하여 뿐만 아니라 화학 시뮬레이션에서의 카이네틱 효과를 미세 튜닝하기 위하여 반복적으로 사용된다. 유동 모델링 결과치는 또한 내화재의 표면에서의 모든 작동 특성이 동일하기 때문에 내화재 설계를 조력하는데 사용된다.
속도 및 온도 메쉬 프로파일 프린트아우트는 특정 폐기물 흐름을 위해 작동 가능성을 정밀하게 조사한다. 임의의 보다 적은 최선의 측면이 아래와 같은 많은 작동 및/또는 치수 설계 변화를 통하여 어드레스된다:
(a) 반응기 용기의 물리적인 형상 및/또는 사이즈;
(b) 플라즈마 아크 발생기의 물리적인 위치, 방향 및/또는 동력 레벨;
(c) 다양한 처리 첨가제 포트의 물리적인 위치 및/또는 방향;
(d) 처리 첨가제 입구 속도에서의 변경에 영향을 미치기 위한 처리 첨가제 포트의 치수; 또는
(e) 여러 처리 첨가제 작용물의 인풋 레벨.
시뮬레이터는 재작동되고 새로운 결과치가 작동 향상을 위해 결정된다. 이러한 반복은 최적의 작동 시나리오가 고려될 폐기물 흐름에 대해 만들어질 때까지 임의의 많은 횟수로 반복될 수 있다. 최적의 작동 시나리오가 매우 신속하게 확인되고 이때 상기 작동 시스템은 최대의 성공 가능성으로 개시되기 때문에 이러한 절차의 장점 그 자체는 명백하다.
인풋 및/또는 처리 특성은 고려 중의 최고의 효율 및 효과적인 폐기 처리를 이루기 위하여 임팩트 처리를 시각화하도록 화학 시뮬레이터내에서 자유롭게 가변될 수 있다. 화학 시뮬레이터는 또한 인풋 폐기물 및/또는 유해 물질의 흐름의 화학 화합물의 변화에 의해 요구되는 작동 특성 변경을 결정하도록 연속적인 모니터링 툴로서 사용된다.
온도 및 유동 다이내믹 모델 시뮬레이터는 반응기 용기의 임의의 단면을 통한 온도 분포의 아이소메트릭 프린트아우트 및 가스 유동 특성을 제공한다. 이러한 특징은 반응기 용기의 설계용 최적의 필수 툴을 제공하여, 기체상의 요소가 내화재의 부식을 확인될 뿐만 아니라 총 필요한 처리 온도와 잔류 시간에 상관없이 용기를 빠져나가는 반응기 용기내의 가스 경로가 없게 함을 보장하고, 핫 스폿과 콜드 스폿이 피해진다. 이 시뮬레이터로부터의 프린트아우트는 인풋 첨가제 포트의 최적의 물질적인 위치결정을 지시하고 화학 시뮬레이터에 의해 지정된 바와 같이 인풋 처리 첨가제 유동의 총 임팩트를 모니터한다. 처리 첨가제 유량과 연결된 이들 포트의 물리적 위치 변경의 영향은 매우 쉽게 평가될 수 있고 최적의 위치가 결정될 수 있다.
본 발명이 상기와 같이 개시되었을지라도, 당업자라면 본 발명의 설명과 형태에 대한 변경은 본 발명의 범주내에서 이루어졌음을 알 수 있을 것이다. 형태상 변경은 제조를 용이하게 하는 것이고, 설명된 원통형 반응기 용기는 낮은 프로파일의 면들 갖는 많은 면을 갖고 있고 플라즈마 아크 생성기를 구비한 그리고 가스 출구 포트에 집중하는 대응하는 많은 경사부를 갖고 있다. 많은 면을 갖는 반응기 용기의 또 다른 실시예에 있어서, 대응하는 많은 경사부 상부 섹션은 반응기 용기의 중앙 프로파일에 있는 가스 출구에 집중된다.
상기 설명으로부터, 당업자는 본 발명의 중요한 특징을 쉽게 파악할 수 있고, 본 발명의 사상 및 범주내에서 여러 변경 및 수정을 할 수 있을 것이다. 결국, 이러한 변경 및 수정은 하기에 기재된 청구범위의 범주내에서 이루어진 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (29)

  1. 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기;
    상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기의 전체 둘레를 가로지르는 실질적으로 일정한 고온인 고온 플라즈마 처리 구역을 생성하기 위하여 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기내에 있는, 그리고 적어도 하나의 고정된 위치의 플라즈마 아크 발생기와 적어도 하나의 가동 플라즈마 아크 발생기를 포함하는 플라즈마 생성 수단;
    상기 고온의 플라즈마 처리 구역으로 그리고 상기 구역을 통하여 폐기물 및/또는 유해 물질을 이송시키기 위한 제 1 이송 수단;
    상기 폐기물 및/또는 유해 물질의 실질적으로 완전한 분해와 안정한 비유해 물질로 변환하도록 상기 고온의 플라즈마 처리 구역으로 충분한 처리 첨가제 작용물을 이송시키기 위한 제 2 이송 수단;
    상기 폐기물 및/또는 유해 물질을 열적으로 분해하고 상기 안정한 비유해 최종 생성물로 그들을 변환시키기 위한 충분한 시간의 기간 동안에, 모든 상기 폐기물 및/또는 유해 물질이 충분한 고온에 도달하는 것을 보장하도록 상기 고온의 플라즈마 처리 구역을 통하여 상기 폐기물 및/또는 유해 물질의 유동과 상기 플라즈마 생성 수단을 제어하기 위한 제어 수단;
    배출 가스로써 반응기 용기에 실행하는 것과는 반대로, 가스 출구 속도를 반응기 용기 내에서 줄어들도록 가스로 운반되는 고체에 유도함으로써 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기로부터의 생성 가스를 제거하기 위한 가스 제거 수단;
    상기 생성 가스의 특정 물질의 양을 결정하기 위하여 그리고 상기 가스 출구 속도를 조정하기 위하여 상기 생성 가스를 모니터링 하기 위한 모니터링 수단; 그리고
    상기 기기로부터 안정한 비유해 슬래그를 제거하기 위한 슬래그 제거 수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고정된 위치 플라즈마 아크 발생기는 상기 폐기물 및/또는 유해 물질 인풋의 중심 근처인 초점에서 상기 플라즈마 아크 발생기의 플라즈마 아크 플룸이 교차하게 하기 위하여 서로에 대해 각도져 교차하고 그 대향측으로부터 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기내에 배치된 한쌍의 고정된 위치 플라즈마 아크 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가동 플라즈마 아크 발생기는 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기의 최상부에 장착되고, 그리고 상기 고정된 위치 플라즈마 아크 발생기로부터의 플라즈마 아크 플룸의 교차에 의해 생성된 상기 초점쪽으로 그리고 슬래그 출구 포트 근처의 또는 출구 포트에서의 슬래그 풀쪽으로 향해지게 하는 3 자유도를 갖는, 단일 가동 플라즈마 아크 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고정된 위치 플라즈마 아크 발생기는 상기 폐기물 및/또는 유해 물질 인풋의 중심 근처인 초점에서 상기 플라즈마 아크 발생기의 플라즈마 아크 플룸이 교차하게 하기 위하여 서로에 대해 각도져 교차하고 그 대향측으로부터 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기내에 배치된 한쌍의 고정된 위치 플라즈마 아크 발생기를 포함하고 있고, 그리고
    상기 적어도 하나의 가동 플라즈마 아크 발생기는 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기의 최상부에 장착되고, 그리고 상기 고정된 위치 플라즈마 아크 발생기로부터의 플라즈마 아크 플룸의 교차에 의해 생성된 상기 초점쪽으로 그리고 슬래그 출구 포트 근처의 또는 출구 포트에서의 슬래그 풀쪽으로 향해지게 하는 3 자유도를 갖는, 단일 가동 플라즈마 아크 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 이송 수단은 복수의 폐기물 및/또는 유해 물질 이송 포트를 포함하며, 이들 각각은 상기 초점쪽으로 직접 이송되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 제거 수단과 상기 고체 제거 수단은 상기 제 1 이송 수단에 직경방향으로 대향된 출구 포트인 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가동 플라즈마 아크 발생기는 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기의 최상부에 장착된 단일의 가동 플라즈마 아크 발생기를 포함하고 상기 초점쪽으로 그리고 슬래그 풀쪽으로 향하게 하는 3 자유도를 갖고 있고,
    상기 가스 제거 수단 및 상기 고체 제거 수단은 상기 제 1 이송 수단과 직경방향으로 대향한 출구 포트이고, 그리고
    상기 가동 플라즈마 아크 발생기는 상기 포트의 바로 가까이에 배치되는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 초점쪽으로 스팀의 분사를 위해 적어도 하나의 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 이송 수단은 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기 주위에서 이격된 관계로 배치된 복수의 공기 처리 첨가제 입구 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 제거 수단은 출구 가스 스트림으로써 반응기 용기로부터 운반되기보다는 용기 내로 다시 위치하도록 가스로 운반되는 고체에 유 도되는 상기 가스의 출구 속도를 위해 형성된 가스 출구 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기의 하부 섹션은 상기 하부 섹션의 제거를 용이하도록 플랜지되어 있는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 내화재의 라이닝은 세라믹 블랭킷과 유사한 재료, 단열 내화 벽돌, 그리고 고순도 알루미늄의 고온 외장 벽돌을 포함하며, 부가적으로 소량의 산화크롬, 산화지르코늄 또는 산화마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기의 하부 섹션은 고온의 내화면으로 이루어져 있고, 상기 고온의 내화재는 DIDIER DIDOFLO 89CR(™) 및 RADEX COMPACFLO V253(™)와 유사한 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기의 하부 섹션에 수냉 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 모니터링 수단은 상기 배출 가스 스트림의 불투명도를 결정하기 위해 형성된 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 질소 유동을 상기 센서 면을 교차하도록 형성된 질소 퍼지 구성요소에 의해 필수적으로 침전물 없이 유지되는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 상기 센서의 구역에서 음압을 유지시키기 위하여 구성요소에 의해 필수적으로 침전물이 없게 유지되는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기내에 제거가능한 예열 버너를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기는 원통형인 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질을 처리하기 위한 기기.
  20. 적어도 하나의 고정된 위치 플라즈마 아크 발생기와 적어도 하나의 가동 플라즈마 아크 발생기를 포함하는 플라즈마 생성 수단을 사용함으로써, 내화재가 라이닝 처리된 원통형 반응기 용기를 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기내의 플라즈마 생성 수단에 제공하는 단계 그리고 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기의 전체 둘레를 가로지르는 실질적으로 일정한 고온의 처리 구역을 갖는 고온의 플라즈마 처리 구역을 상기 용기에서 생성하는 단계;
    고체 및/또는 액체의 상기 폐기물 및/또는 유해 물질을 상기 고온의 플라즈마 처리 구역을 통하여 그리고 상기 구역으로 이송시키는 단계;
    상기 폐기물 및/또는 유해 물질을 완전하게 분해하기 위하여 그리고 이들을 안정한 비유해 가스 및 슬래그 물질로 변환시키기 위하여, 충분한 처리 첨가제 작용물을 상기 고온의 플라즈마 처리 구역으로 선택적으로 이송시키는 단계;
    가스상의 생성물을 상기 고온의 플라즈마 구역으로부터 제거하는 단계;
    미립자 물질량을 상기 가스상의 생성물에서 판정하기 위하여 상기 가스상의 생성물을 모니터하는 단계;
    비유해 최종 슬래그 생성물을 상기 내화재가 라이닝 처리된 반응기 용기로부터 제거하는 단계; 그리고
    스트림을 생성 가스 출구에서 처리 첨가제 작용물로서 분사하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질의 처리 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 고온의 플라즈마 처리 구역을 통하여 그리고 쪽으 로 상기 폐기물 및/또는 유해 물질을 연속으로 이송시키기 위해 포트 바로 가까이에 상기 가동 플라즈마 아크 발생기를 배치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질의 처리 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 고온의 플라즈마 처리 구역쪽으로 스팀 처리 첨가제를 분사시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질의 처리 방법.
  23. 제 20 항에 있어서, 상기 내화재가 라이닝 처리된 원통형 반응기 용기 주위에서 이격된 관계로 처리 첨가제 포트를 배치시키는 단계와 상기 처리 첨가제 포트를 통하여 상기 고온의 플라즈마 처리 구역으로 상기 처리 첨가 작용물을 선택적으로 이송시키기는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질의 처리 방법.
  24. 제 20 항에 있어서, 배출 가스로써 반응기 용기에서 실행되는 것과는 반대로 반응기 용기내로 줄어들도록 공기로 운반되는 고체에 유도된 가스 출구 속도를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질의 처리 방법.
  25. 제 20 항에 있어서, 상기 내화재가 라이닝 처리된 원통형 반응기 용기의 하 부 섹션을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질의 처리 방법.
  26. 제 20 항에 있어서, 상기 모니터링 단계는 불투명도 센서에 의해 상기 가스상의 생성물의 불투명도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질의 처리 방법.
  27. 제 20 항에 있어서, 질소 스트림을 상기 센서의 면을 교차하여 유동시킴으로써 필수적으로 침전물 없이 상기 불투명도 센서를 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질의 처리 방법.
  28. 제 20 항에 있어서, 상기 센서영역에서 음압을 유지시킴으로써 필수적으로 침전물 없이 상기 불투명도 센서를 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질의 처리 방법.
  29. 제 20 항에 있어서, 제거가능한 버너에 의해 내화재가 라이닝 처리된 원통형 반응기 용기를 예열하는 제 1 단계를 포함하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 유해 물질의 처리 방법.
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