KR20060008343A - Apparatus and method processing for high pressure and high temperature - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고압고온 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 상기 본 발명은 원료물질이 투입/배출되는 적어도 하나의 내부 내압용기를 설치하고, 상기 내부 내압용기의 전체 또는 일부를 감싸고 내부 내압용기를 내압가열하기 위한 외부 내압용기를 포함하는 반응용기; 상기 내부 내압용기로 원료물질을 투입할 수 있는 통로를 제공하며, 처리 중 상기 반응용기에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있고, 기밀성을 갖는 적어도 하나의 투입부; 상기 내부 내압용기로부터 처리된 물질을 배출할 수 있는 통로를 제공하며, 처리 중 상기 반응용기에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있고, 기밀성을 갖는 적어도 하나의 배출부; 상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 공급하여 가압가온하는 증기공급부; 상기 반응용기 내측에 양단이 회전가능하게 관통결합된 교반축과, 일단이 상기 교반축에 고정되어 상기 내부 내압용기 내로 투입된 원료물질을 교반하는 다수의 교반날개부를 포함하는 교반장치; 및 상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 배출하여 감압감온하는 증기배출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a high-pressure high-temperature processing apparatus and a method thereof, wherein the present invention is provided with at least one internal pressure vessel into which the raw material is introduced / discharged, and covers all or part of the internal pressure vessel and internal pressure vessel A reaction vessel including an external pressure vessel for heating; At least one input unit providing a passage through which raw materials can be introduced into the internal pressure vessel, and capable of withstanding high pressure and high temperature generated in the reaction vessel during processing, and having airtightness; At least one discharge unit providing a passage through which the treated material can be discharged from the internal pressure vessel, capable of withstanding high pressure and high temperature generated in the reaction vessel during processing, and having airtightness; A steam supply unit configured to pressurize and warm steam by supplying steam to the inner / external pressure vessels of the reaction vessel or simultaneously; A stirring device including a stirring shaft rotatably coupled to both ends of the reaction vessel in a rotatable manner, and a plurality of stirring wings having one end fixed to the stirring shaft to stir the raw material introduced into the internal pressure vessel; And a steam discharge part configured to discharge the steam to the inner / external pressure vessel of the reaction vessel, respectively or simultaneously, to reduce the pressure under reduced pressure.
가연성물질, 고압고온 처리장치, 반응용기, 교반장치, 증기, 장치비, 처리비 Combustible materials, high pressure and high temperature treatment equipment, reaction vessel, stirring device, steam, equipment cost, treatment cost
Description
도 1은 본 발명에 따른 고압고온 처리장치를 나타내는 개략도,1 is a schematic view showing a high pressure and high temperature treatment apparatus according to the present invention,
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 반응용기의 각각 다른 예를 나타내는 개략단면도,2 and 3 are schematic cross-sectional views showing different examples of the reaction vessel shown in FIG.
도 4는 도 1에 도시된 교반장치를 나타내는 일부 사시도,4 is a partial perspective view showing the stirring apparatus shown in FIG.
도 5는 도 4에 표시된 A방향에서 바라본 평면도,5 is a plan view seen from the direction A shown in FIG.
도 6은 본 발명에 따른 고압고온 처리장치를 통해 이루어지는 처리과정을 나타내는 흐름도,6 is a flow chart showing a processing performed through the high pressure and high temperature processing apparatus according to the present invention;
도 7은 도 6에 표시된 처리과정에서 반응용기의 내/외부 내압용기의 온도 및 압력 조건을 나타내는 개략도이다.Figure 7 is a schematic diagram showing the temperature and pressure conditions of the internal / external pressure vessel of the reaction vessel in the process shown in FIG.
*도면 내 주요부분에 대한 부호설명** Description of Signs for Main Parts in Drawings *
10: 반응용기 11: 내부 내압용기10: reaction vessel 11: internal pressure vessel
13: 외부 내압용기 20: 투입부13: External pressure vessel 20: Input part
30: 배출부 40: 증기공급부30: discharge part 40: steam supply part
50: 교반장치 60: 증기배출부50: stirring device 60: steam outlet
71,72: 안전장치 80: 보조투입부71, 72: Safety device 80: Auxiliary input
90: 증기이동장치90: steam transfer device
[특허 문헌 1] 일본특개 2004-321855호 공보(에코메트리얼)[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-321855 (Ecomaterial)
[특허 문헌 2] 일본특개평 10-147662호 공보[Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-147662
[특허 문헌 3] 일본특허 제 3440835호 공보[Patent Document 3] Japanese Patent No. 3440835
[특허 문헌 4] 일본특개 2004-290819호 공보[Patent Document 4] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-290819
[특허 문헌 5] 한국특허등록 10-0526327호(이이티씨)[Patent Document 5] Korean Patent Registration No. 10-0526327 (ITC)
[특허 문헌 6] 한국특허등록 10-0124971호(한국화학연구원-저온)[Patent Document 6] Korean Patent Registration No. 10-0124971
[특허 문헌 7] 한국특허등록 10-0136987호(한국화학연구원-촉매)[Patent Document 7] Korea Patent Registration No. 10-0136987 (Korea Research Institute of Chemicals)
본 발명은 가연성 물질(유기성폐기물, 생활쓰레기, 유기성슬러지, 하수슬러지, 축산분뇨, 음식물쓰레기, 감염성폐기물, 폐플라스틱, 폐가구, 액상유기성물질 및 폐수등)을 온도는 200도~275도, 압력은 16기압~59기압인 고온고압 상태에서 처리하는 가연성 물질의 고압고온 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것이다. The present invention is a combustible material (organic waste, household garbage, organic sludge, sewage sludge, livestock manure, food waste, infectious waste, waste plastics, waste furniture, liquid organic matter and waste water, etc.) temperature 200 ~ 275 degrees, pressure The present invention relates to a high pressure and high temperature treatment apparatus for a combustible material treated in a high temperature and high pressure state of 16 atm to 59 atm and a treatment method thereof.
일반적으로 가연성 물질 처리 시 적용하는 물리적/화학적 반응은 크게 분쇄, 산화, 환원 등을 이용하여 처리하는 것으로 처리장치로는 파쇄 및 분쇄장치, 소각장치, 탄화장치, 혐기성 소화장치, 호기성 퇴비화장치 등이 있다.In general, the physical and chemical reactions applied to the treatment of combustible materials are mainly processed using crushing, oxidizing, and reducing. The processing apparatus includes crushing and crushing, incineration, carbonization, anaerobic digestion, and aerobic composting. have.
그런데 석유 등의 외부 가열에너지를 이용한 소각 및 탄화기술은 처리기간이 1일 정도로 짧으나, 장치비와 처리비가 과다하게 필요로 하고 개보수 비용이 많이 들며 특히 소각의 경우 소각재나 다이옥신 등의 오염물질이 발생하고, 외부 가열에너지를 이용하지 않고 순수 미생물에 의해 처리하는 호기성 퇴비화기술의 경우 처리기간이 3주에서 6주 정도로 오래 걸리나 낮은 장치비와 처리비가 든다.Incineration and carbonization techniques using external heating energy such as petroleum are short, but the processing time is about 1 day, but the cost of equipment and treatment is excessive, and the cost of repair and repair is high.In case of incineration, pollutants such as incineration and dioxins are generated. In the case of aerobic composting technology, which is processed by pure microorganisms without using external heating energy, it takes about 3 to 6 weeks to process, but it has low equipment cost and processing cost.
그래서 현재 소각이나 탄화보다 낮은 장치비와 처리비가 들면서 호기성 퇴비화기술보다 처리기간이 짧은 기술의 필요성이 대두되는 상황이다.As a result, there is a need for a technology that has a shorter processing period than aerobic composting technology due to a lower equipment cost and processing cost than incineration or carbonization.
그리하여 특허 문헌 6과 특허 문헌 7과 같이 외부 가열에너지를 이용하여 반응용기 안의 온도와 압력을 200도~275도, 16기압~59기압 정도로 상승시켜(반응온도가 이 범위를 벗어나면 열분해에 의한 탈수반응이 일어나지 않거나 열분해에 의한 가스발생량의 증가와 수용성의 오일의 양이 증가하여 수질오염 및 대기오염의 2차 환경오염원인 물질의 발생량이 증가하는 문제가 대두된다.) 반응용기 안의 가연성 물질을 처리하는 기술이 연구실단계에서 점차 산업화단계로 진입하는 초기단계에 있다.Thus, as in Patent Literature 6 and Patent Literature 7, the temperature and pressure in the reaction vessel are raised to 200 to 275 degrees and 16 to 59 atm using external heating energy (dehydration by pyrolysis if the reaction temperature is outside this range). The problem is that the reaction does not occur or the amount of gas generated by pyrolysis and the amount of water-soluble oils increase, resulting in an increase in the generation of substances that are secondary environmental pollution sources of water pollution and air pollution.) Technology is at an early stage of gradually entering the industrialization stage from the laboratory stage.
즉, 타 처리공법과 비교시 장치의 수명과 안전성이 확보된 후 장치비와 처리비에서 경쟁력이 있어야만 고압고온 처리기술이라는 새로운 기술이 시장에서 인정을 받고 산업화로 실현되지만, 아직도 산업화에 성공하려면 많은 문제점을 가지고 있는 게 현실이다.In other words, the new technology of high pressure and high temperature treatment technology is recognized in the market and realized as industrialization only when it is competitive in equipment cost and processing cost after securing the life and safety of the device compared with other treatment methods. It's a reality.
특허 문헌 1에 나오는 시스템은 폐기물 그 외의 일반재료를 고온, 고압의 환경하에서 발열 성형체로서 재이용되도록 하기 위한 것으로, 반응용기 내부로만 고온고압의 수증기를 공급하는 것으로 되어있어 반응용기 내에 수증기의 결로현상이 생기고, 처리물질의 건조시 건조시간이 오래 걸리고, 스크류형 교반기로 인한 교반장치의 부하가 극심하다는 문제점이 있다.The system described in Patent Literature 1 is for recycling waste and other general materials as a exothermic molded body under high temperature and high pressure environment, and supplies water vapor at a high temperature and high pressure only to the inside of the reaction vessel. It takes a long time to dry the drying of the treatment material, there is a problem that the load of the stirring device due to the screw-type stirrer is extreme.
특허문헌 2에 나타내고 있는 분해처리 방법, 장치도 수열반응을 이용해서 임계압력 이하의 온도에서 난분해성 폐기물을 분해 처리하는 것이지만, 연속식이기 때문에 장치가 복잡하게 되어버리는 문제가 있다.The decomposition treatment method and the device described in Patent Literature 2 also use hydrothermal reaction to decompose the hardly decomposable waste at a temperature below the critical pressure. However, since it is continuous, there is a problem that the apparatus becomes complicated.
특히, 특허 문헌 3에 나타내고 있는 유기성 폐기물의 처리 방법은 물의 초임계 온도 이상에서 임계압력 미만으로 설정된 고온고압 수증기 중에서 산화처리하는 방법으로, 설정 온도가 500℃ 이상, 압력이 5Mpa~22Mpa 으로 높기 때문에 이것에 견디는 장치의 개발이 어렵고, 비용도 많이 드는 문제가 있다.In particular, the organic waste treatment method described in Patent Literature 3 is a method of oxidation treatment in high temperature and high pressure steam set below the critical pressure above the supercritical temperature of water, because the set temperature is 500 ° C or higher and the pressure is 5Mpa to 22Mpa. There is a problem that development of a device that withstands this is difficult and expensive.
다음으로, 특허 문헌 4에 나타내고 있는 고압고온 처리장치는 초임계수 또는 아임계수의 상태하에서 유기성 폐기물을 연속시에 산화 처리하는 것으로, 산화분해 반응에 좋은 아임계수의 처리 조건은 온도 250℃ 이상 처리압력 5~10Mpa로 있기 때문에 이 조건에서 연속식으로 산화처리 하기 위한 장치의 개발이 어렵고, 비용이 많이 드는 문제가 있다.Next, the high-pressure high-temperature treatment apparatus shown in Patent Document 4 oxidizes organic waste in a continuous state in the state of supercritical water or subcritical water at a time, and the treatment conditions of subcritical water suitable for oxidative decomposition reaction are treated at a temperature of 250 ° C. or higher. Since it is 5-10 Mpa, the development of the apparatus for continuous oxidation treatment in this condition is difficult and costly problem.
마지막으로 특허 문헌 5에 나타내고 있는 고온 고압 처리장치는 회분식으로 처리 조건은 온도가 300℃ 이하, 처리압력 1.4~5MPa로 되어 있어 본 출원 발명과 상당히 유사하나, 반응용기 내부로만 고온고압의 수증기를 공급하는 것으로 되어있어 반응용기 내에 수증기의 응축현상이 생기고, 처리물질의 건조시 건조시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다.Finally, the high temperature and high pressure treatment apparatus shown in Patent Document 5 is batchwise, and the processing conditions are 300 ° C. or lower and the processing pressure is 1.4 to 5 MPa, which is quite similar to the present invention, but supplies only the high temperature and high pressure steam to the reaction vessel. Due to the condensation of water vapor in the reaction vessel, there is a problem that the drying time takes a long time when the treatment material is dried.
이렇듯이 기존의 고온고압으로 처리하는 기술을 장치의 사용수명과 안전성을 확보하면서도 장치비와 처리비에서 타 처리기술과 비교시 경쟁력이 있기 위한 기준으로 보았을 때 다음과 같은 문제점이 있다고 하겠다.As described above, when the existing high temperature and high pressure treatment technology is used as a standard for securing the service life and safety of the device and competing with other treatment technologies in terms of device cost and treatment cost, the following problems are expected.
첫째, 증기의 응축현상으로 건조가 잘 되지 않고 건조시간이 오래 걸린다.First, due to the condensation of steam, it does not dry well and takes a long time to dry.
왜냐하면, 반응용기 내부의 온도가 200도가 넘는 다량의 증기로 채워지게 된다, 이때 반응용기의 외부를 단순히 보온재로 보온만 해서는 온도편차가 심하여 증기의 응축현상이 발생되고 이로 인해 원료물질에 수분이 공급되므로 건조시 증발시켜야 할 수분이 많아져 건조시간이 연장되거나 액상으로 처리할 경우 전체처리용량이 커지는 문제점이 있다.Because the temperature inside the reaction vessel is filled with a large amount of steam of more than 200 degrees, at this time, simply by keeping the outside of the reaction vessel with a thermal insulation material, the temperature deviation is severe and condensation of steam occurs, thereby supplying moisture to the raw material Therefore, there is a problem in that the amount of moisture to be evaporated during drying increases the drying time or increases the total treatment capacity when treated in a liquid phase.
둘째, 반응용기에 가온가압하는 시간이 길며, 처리단계 중 에너지 손실이 크다.Second, the time to warm up in the reaction vessel is long, and the energy loss during the treatment step is large.
왜냐하면, 반응용기 내에 원료물질을 투입완료한 후 목표한 온도와 압력으로 반응용기 내의 온도와 압력을 상승시킬 때 열 손실을 최소화하고 짧은 시간 내에 목표한 온도와 압력으로 만들어 주고 1~2시간 동안 유지해야 하나 단순히 보온재로 보온만 해서는 열손실이 커서 가온가압시키는 시간이 오래 걸린다. This is because when the raw material is added to the reaction vessel and the temperature and pressure in the reaction vessel are raised to the target temperature and pressure, the heat loss is minimized and the target temperature and pressure is made within a short time and maintained for 1 to 2 hours. It should be, but simply keeping warm with heat insulator takes a long time to heat up and pressurize because of large heat loss.
셋째, 반응용기의 제작 비용이 저렴하여 타 처리기술과의 비교시 경쟁력이 있으면서 동시에 안전성, 내구성, 내부식성, 내마모성이 있으려면 그에 적합한 재질의 금속을 반응용기의 재질로 사용하는 것이 중요한 요소이나 반응용기에 사용되는 금속의 재질이 이에 적합하지 않다. Third, in order to be competitive in comparison with other treatment technologies due to the low production cost of reaction vessel, and to have safety, durability, corrosion resistance, and abrasion resistance, it is important to use metal of appropriate material as the material of reaction vessel or reaction. The material of the metal used in the container is not suitable for this.
왜냐하면, 반응용기의 용량을 상업적으로 적용가능한 3㎥ 정도의 물질을 처리할 수 있는 용량으로 만들었을 때, 위 반응용기의 금속재질은 고온고압을 견딜 수 있는 금속의 두께와 재질이면서, 최소한 3년 이상의 사용수명을 보장할 수 있어야 하므로, 그러기 위해선 고온고압상태에서의 부식에 강하면서도 처리되는 물질의 교반시 발생하는 마모에 강해야 하나, 실제로 이러한 금속 재질이 있다고 하여도 압력에 견딜만한 두께로 생산되지 않거나 향후 생산된다 하여도 가격이 높아 장치의 실용화가 어려워진다는 문제점을 가지고 있다.Because, when the capacity of the reaction vessel is made to handle a commercially applicable material of about 3㎥, the metal material of the reaction vessel is the thickness and material of the metal that can withstand high temperature and high pressure, and at least 3 years It should be able to guarantee the service life of the above. Therefore, it must be resistant to corrosion at high temperature and high pressure and abrasion caused by the stirring of the processed material. Or even if it is produced in the future has a problem that it is difficult to commercialize the device because of the high price.
실 예로 부식에 강하고 내마모성이 우수한 금속재질로 스테인레스 스틸(이하 '스텐'이라 한다)이 시중에 널리 사용되고 있다. 특히 실험실에서 고압고온처리기술에 대한 실험을 할 땐 대부분 스텐을 사용한 소규모 반응용기로 실험하고 있다.For example, stainless steel (hereinafter, referred to as 'sten') is widely used in the market because it is a metal material that is resistant to corrosion and has excellent wear resistance. In particular, when experimenting with high pressure and high temperature treatment technology in the laboratory, most of them are experimenting with small-scale reaction vessels using stainless steel.
그러나, 스텐을 이용 고온고압에서 견디는 반응용기를 만들려면 그에 상응한, 거기에 안전율까지 고려한 두께가 있어야 하나, 불행히도 제철소(POSCO등)에서는 그러한 두께의 스텐을 생산을 하고 있지를 않아 제작이 불가능하다는 1차적인 장치 산업화의 어려움이 있고, 만일 필요한 두께를 갖는 스텐을 생산한다고 하여도 너무 고가여서 만든다고 하여도 너무 비싸 팔리지 않는다는 2차적인 장치의 산업화의 어려움이 있다. 그런데 더군다나 스텐의 특성상 열에 잘 늘어난다는 결정적인 구조적 문제점을 가지고 있어, 스텐에 비해 내부식성과 내마모성이 떨어지나 가격이 저렴하고, 구하기 쉬우며, 제작이 용이한 철판을 사용하여 제작하는 경우가 대부분이어서 부식과 마모에 약하여 긴 사용수명을 보장하기가 어렵다는 문제점이 있다.However, in order to make the reaction vessel to withstand the high temperature and high pressure using the stainless steel, there must be a corresponding thickness in consideration of the safety factor. There is a difficulty in the primary device industrialization, and there is a difficulty in the industrialization of the secondary device that even if the production of the stainless steel having the required thickness is too expensive even if it is made too expensive. However, due to the characteristics of the stent, it has a definite structural problem that it is easily stretched to heat. Therefore, the corrosion resistance and abrasion resistance are lower than those of the stent, but the price is cheap, easy to obtain, and easy to manufacture. There is a problem in that it is difficult to ensure long service life due to weak wear.
넷째, 잦은 정역회전으로 교반장치의 가동시 부하가 커서 고장이 나기 쉽고, 큰 동력이 필요하다.Fourth, due to frequent forward and reverse rotation, the load is large when the agitator is operated, so it is easy to break down, and large power is required.
왜냐하면, 기존의 기술들은 반응용기에 충진된 원료물질을 교반장치로 교반할 때 정역회전시 동일하게 교반과 이송이 이루어지므로 점성이 큰 물질일 경우 교반만 이루어질 경우보다 교반과 이송이 동시에 이루어질 때가 교반장치의 부하가 크고, 처리중 잦은 정역회전을 해야만 한다면 교반장치의 부하는 더욱 가중된다. Because the existing technologies are stirred and transported in the forward and reverse rotation when the raw material filled in the reaction vessel is stirred with the stirring device, the stirring and the transfer are performed at the same time when the material having a high viscosity is made than the stirring alone. If the load of the device is large and frequent forward and reverse rotations are required during processing, the load of the stirring device is further increased.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 장치의 사용수명과 안전성을 확보하면서도 장치비와 처리비에서 타 처리기술과 비교시 경쟁력이 있는 고압고온 처리장치 및 그 처리방법을 제공하는 데 있다.The present invention is to solve the above problems, the object of the present invention is to provide a high-pressure high-temperature processing apparatus and its processing method which is competitive in comparison with other processing techniques in the equipment cost and treatment cost while ensuring the service life and safety of the device. have.
본 발명의 다른 목적은, 반응용기 내에서 처리 완료된 폐기물을 찌꺼기가 남지 않도록 교반 및 배출할 수 있는 고온고압 처리장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a high temperature and high pressure treatment apparatus capable of stirring and discharging the treated waste in the reaction vessel so that no residue remains.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 가연성물질을 고압고온 하에서 일어나는 반응을 이용하여 처리하기 위한 고압고온 처리장치에 있어서, 상기 원료물질이 투입/배출되는 적어도 하나의 내부 내압용기를 설치하고, 상기 내부 내압용기의 전체 또는 일부를 감싸고 내부 내압용기를 내압가열하기 위한 외부 내압용기를 포함하는 반응용기; 상기 내부 내압용기로 원료물질을 투입할 수 있는 통로를 제공하며, 처리 중 상기 반응용기에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있고, 기밀성을 갖는 적어도 하나의 투입부; 상기 내부 내압용기로부터 처리된 물질을 배출할 수 있는 통로를 제공하며, 처리 중 상기 반응용기에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있고, 기밀성을 갖는 적어도 하나의 배출부; 상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각 각 또는 동시에 증기를 공급하여 가압가온하는 증기공급부; 상기 반응용기 내측에 양단이 회전가능하게 관통결합된 교반축과, 일단이 상기 교반축에 고정되어 상기 내부 내압용기 내로 투입된 원료물질을 교반하는 다수의 교반날개부를 포함하는 교반장치; 및, 상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 배출하여 감압감온하는 증기배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a high-pressure high-temperature processing apparatus for treating a combustible material using a reaction occurring under high pressure and high temperature, and installs at least one internal pressure vessel into which the raw material is added / discharged, A reaction vessel surrounding all or part of the internal pressure vessel and including an external pressure vessel for internal pressure heating of the internal pressure vessel; At least one input unit providing a passage through which raw materials can be introduced into the internal pressure vessel, and capable of withstanding high pressure and high temperature generated in the reaction vessel during processing, and having airtightness; At least one discharge unit providing a passage through which the treated material can be discharged from the internal pressure vessel, capable of withstanding high pressure and high temperature generated in the reaction vessel during processing, and having airtightness; A steam supply unit configured to pressurize and heat the steam to the internal / external internal pressure vessel of the reaction vessel, respectively or simultaneously; A stirring device including a stirring shaft rotatably coupled to both ends of the reaction vessel in a rotatable manner, and a plurality of stirring wings having one end fixed to the stirring shaft to stir the raw material introduced into the internal pressure vessel; It provides a high pressure and high temperature treatment apparatus comprising a; and the steam discharge portion for reducing the pressure to reduce the pressure by discharging the steam respectively or at the same time to the inner / outer pressure vessel of the reaction vessel.
이에 따라, 원료물질 처리 시 이중으로 된 반응용기로 인해 원료물질을 직접(내부 내압용기로의 증기공급), 간접(외부 내압용기로부터 내부 내압용기로 열전달)으로 복합가열을 할 수 있어, 반응용기내의 원료물질을 가온가압하는 시간을 단축시킬 수 있고, 간접가열이라는 극대화된 보온기능으로 처리과정중 원료물질의 열손실을 최소화시킬 수 있으면서, 동시에 증기공급시 발생되는 응축수를 감소시켜 원료물질의 함수율이 높아지는 것을 방지하여, 처리된 원료물질이 건조된 상태로 배출시키려 할 경우 원료물질을 투입에서 배출까지 연속적으로 건조를 할 수 있고, 처리된 원료물질이 액상상태로 배출시키려 할 경우 응축수로 인한 처리용량의 증가를 저감시킬 수 있는 등 전체적인 처리시간의 단축과 에너지 손실 저감 그리고 건조기능의 최대화가 이루어져 처리용량 증대와 경제적인 처리비라는 고압고온처리장치의 실용화에 있어 가장 중요한 요소를 가질 수 있다.Accordingly, due to the double reaction vessel in the processing of raw materials, the composite material can be heated directly (directly supply steam to the internal pressure vessel) and indirectly (heat transfer from the internal pressure vessel to the internal pressure vessel). It can shorten the time to warm up and pressurize the raw materials and minimize the heat loss of the raw materials during the process by maximizing warming function called indirect heating, and at the same time, reduce the condensate generated during steam supply to reduce the moisture content of the raw materials. To prevent this increase, the raw material can be dried continuously from the input to the discharge when the treated raw material is to be discharged in a dried state, and the treatment due to condensate when the treated raw material is to be discharged in the liquid state. Shorter overall processing time, reduced energy losses and maximum drying functions, including reduced capacity growth Made in the practical application of high-temperature high-pressure processing apparatus of the processing capacity increases and cost-effective processing costs can have a most important factor.
상기 교반날개는 원료물질의 성상에 따라 여러 가지 모양(예를 들면, 스크류식,리본식,로타리식)을 사용할 수 있지만, 고온고압에서 작동되어야 하는 특성상 교반날개는 상기 교반축 방향을 따라 일면이 평면으로 형성되고, 타면이 경사면으 로 구비하며, 상기 교반날개는 교반축의 회전방향이 교반날개의 평면 측으로 정회전하면 교반을 행하고, 교반날개의 경사면 측으로 역회전하면 교반 및 이송을 동시에 수행할 수 있다.The stirring blade may be used in various shapes (for example, screw type, ribbon type, rotary type) depending on the properties of the raw material, but the stirring blade has to be operated at a high temperature and high pressure, one side along the stirring shaft direction It is formed in a flat surface, the other surface is provided as an inclined surface, the stirring blade is stirred when the rotation direction of the stirring shaft is rotated forward to the plane side of the stirring blade, the stirring and transfer can be carried out simultaneously when the stirring blade is rotated to the inclined surface side of the stirring blade have.
이에 따라, 배출전에는 교반장치가 정회전하여 교반만 행하도록 하므로 잦은 정/역회전에서 오는 교반장치의 부하를 줄여 큰 동력이 필요하지 않게 되었으며, 배출시에는 교반장치가 역회전하여 교반은 물론 처리된 물질을 배출부로 원활하게 이송할 수 있어, 반응용기 내부에 처리된 물질의 찌꺼기 등이 잔존하는 것을 방지할 수 있다.Therefore, before discharging, the stirring device rotates forward to only perform stirring, thereby reducing the load of the stirring device coming from frequent forward / reverse rotations, thereby eliminating the need for great power. Material can be smoothly transferred to the discharge part, it is possible to prevent the residue of the processed material, etc. remaining in the reaction vessel.
상기 배출부는 상기 반응용기 저부의 일측, 양측 또는 중앙 중 어느 한 곳에 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. At least one outlet may be installed at any one of one side, both sides, or the center of the bottom of the reaction vessel.
상기 반응용기는 고압고온 하에서 견딜 수 있도록 서로 다른 2이상의 재질의 금속을 다층접합하여 이루어지는 것이 바람직하다.The reaction vessel is preferably made of a multi-layer junction of two or more different metals to withstand high pressure and high temperature.
이에 따라, 반응용기의 재질을 예를 들어 부식과 마모에 강하나 고가인 스텐재질의 금속과 열에 의한 변형이 적으면서 저가인 탄소강재질의 금속을 접합한 이종다층접합금속을 만들어 반응용기의 재질로 사용함으로써 고압고온 처리장치의 핵심인 반응용기에게 내압용기로서 갖추어야 할 안전성을 가져다주었고, 실용화에 중요한 기준인 3~5년 이상의 사용수명을 가질 수 있도록 고압고온 처리장치의 제작이 가능해졌다.Accordingly, the material of the reaction vessel is made of, for example, a heterogeneous multi-layered joining metal which is resistant to corrosion and abrasion, but which is made of expensive stainless steel and inexpensive carbon steel, but is used as the material of the reaction vessel. By bringing the safety of the reaction vessel, which is the core of the high pressure and high temperature treatment apparatus, to be provided as a pressure resistant vessel, it is possible to manufacture the high pressure and high temperature treatment apparatus to have a service life of 3 to 5 years, which is an important criterion for practical use.
상기 반응용기의 내부 내압용기 내의 압력을 대기압 이하로 감압하기 위한 적어도 하나의 감압부(예를 들면, 진공펌프, 브로워류, 송풍기류, 제트 인젝트등) 를 더 포함한다. At least one pressure reducing unit (for example, a vacuum pump, blowers, blowers, jet injector, etc.) for reducing the pressure in the internal pressure vessel of the reaction vessel below atmospheric pressure.
이에 따라, 내부 내압용기 내에 있는 원료물질의 끓는 온도를 낮출 수 있어 대기압에서 보다 더 적은 에너지 비용으로 더 짧은 시간에 건조할 수 있게 되었을 뿐만 아니라, 내부 내압용기 내에서 배출되는 증기의 온도를 낮출 수 있어, 고온상태로 배출된 증기로 인해 증기를 처리하기 위한 장치들 예를 들면, 필터, 제2압력조절밸브, 냉각장치, 열교환장치, 탈취, 살균, 정화장치 등에 영향을 미쳐 오작동과 고장을 유발하는 것을 미연에 방지하고 사용수명을 연장할 수 있도록 고압고온처리장치의 제작이 가능해졌다.As a result, it is possible to lower the boiling temperature of the raw materials in the internal pressure vessel, thereby enabling drying in a shorter time at a lower energy cost than at atmospheric pressure, as well as lowering the temperature of steam discharged from the internal pressure vessel. And, due to the steam discharged at a high temperature, it may affect devices for treating steam, for example, filters, second pressure control valves, cooling devices, heat exchangers, deodorization, sterilization, purification equipment, etc., causing malfunctions and failures. It is possible to manufacture a high pressure and high temperature treatment device to prevent the damage and extend the service life.
상기 증기공급부는 증기를 발생시키고 공급해주는 적어도 하나의 증기공급기; 상기 증기공급기에 연결되어 증기압력을 조절하는 적어도 하나의 제1 압력조절밸브; 및, 상기 공급된 포화상태(Saturate)의 증기를 건증기상태(Super Heated Critical)로 전환하는 적어도 하나의 건증기전환장치(가열장치, 기수분리장치, 가열 및 기수분리장치등)를 포함할 수 있다.The steam supply unit at least one steam supply for generating and supplying steam; At least one first pressure control valve connected to the steam supplier to regulate steam pressure; And at least one dry steam conversion device (heating device, water separation device, heating and water separation device, etc.) for converting the supplied saturated steam into a super heated critical state. have.
이에 따라 상기 건증기전환장치가 설치되면 건증기상태로 반응용기내로 공급되므로 포화증기상태로 공급할 때보다 응축수의 발생량이 적어져 건조시 건조시간을 단축시킬 수 있고, 액상처리시 처리용량이 커지는 것을 감소시킬 수 있도록 고압고온 처리장치의 제작이 가능해졌다.Accordingly, when the dry steam converting device is installed, the dry steam is supplied into the reaction vessel in the dry steam state, so that the amount of condensate generated is smaller than that in the saturated steam state, thereby shortening the drying time during drying, and increasing the processing capacity during the liquid treatment. It is possible to manufacture high pressure and high temperature processing apparatus to reduce the pressure.
상기 증기배출부는 상기 반응용기의 내/외부 내압용기로부터 배출 증기에 포함된 이물질을 걸러내는 적어도 하나의 필터; 상기 필터에 연결되어 상기 반응용기의 내/외부 내압용기의 압력을 조절하기 위한 적어도 하나의 제2 압력조절밸브; 및 , 상기 반응용기의 내/외부 내압용기 내 이상발생 시 증기를 배출하기 위한 적어도 하나의 안전장치(안전밸브나 반응용기에 반응용기의 폭발 및 파손압력보다 약하게 제작된 장치를 설치하여 압력이 지나치게 상승될 때 그 부위가 먼저 터져 반응용기를 폭발 및 파손으로부터 보호할 수 있는 장치 등으로 구성되며 이때 배출되는 증기를 별도로 포집해서 처리할 수 있게 하거나 증기배출부와 연결하여 안전하게 처리될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.)를 포함할 수 있다.The steam discharge unit comprises at least one filter for filtering foreign matter contained in the discharge steam from the internal / external pressure vessel of the reaction vessel; At least one second pressure regulating valve connected to the filter to adjust the pressure of the internal / external pressure vessel of the reaction vessel; And at least one safety device for discharging steam when an abnormality occurs in the internal / external pressure vessel of the reaction vessel (a safety valve or a reaction vessel is provided with a device that is weaker than the explosion and breakdown pressure of the reaction vessel. It is composed of a device that protects the reaction vessel from explosion and damage when it is lifted up first, and at this time, it is possible to collect and process the discharged steam separately or to be safely connected to the steam discharger. Preferred).
또한, 상기 증기배출부 후단에 일반적인 열교환장치 이외에 이송스크류, 저장호퍼, 증기공급부의 물탱크 등에 열을 전달시키는 열교환시스템을 적용한 장치들을 포함한, 살균장치, 백금촉매장치, 탈취장치, 정화장치, 살균/정화장치를 설치하여 배출되는 증기를 처리하여 배출시킬 수 있다.In addition, a sterilizer, a platinum catalyst, a deodorizer, a purifier, a sterilizer, including a device including a heat exchanger system for transferring heat to a transfer screw, a storage hopper, and a water tank of a steam supply unit, in addition to a general heat exchanger at the rear of the steam discharge unit. A purifier can be installed to process and discharge the steam emitted.
이에 따라 상기 필터가 설치되면 반응용기에서 배출되는 증기에 포함되어 있는 이물질을 걸러주게 되어 이로 인해 후단에 설치되는 제2 압력조절밸브와 설치할 수 있는 냉각장치, 열교환장치, 탈취/살균/정화장치 등에 영향을 미쳐 오작동과 고장을 유발하는 것을 미연에 방지하고 사용수명을 연장할 수 있도록 고압고온 처리장치의 제작이 가능해졌다.Accordingly, when the filter is installed, foreign substances contained in the steam discharged from the reaction vessel are filtered out, and thus, the second pressure control valve installed at the rear end and the cooling device, heat exchanger, deodorization / sterilization / purification device, etc. It is possible to manufacture high pressure and high temperature processing devices to prevent the malfunctions and malfunctions and extend the service life.
상기 내부 내압용기에서 교반되는 원료물질의 처리반응(산화, 환원, 열분해등)과 반응속도를 조절시키기 위한 보조첨가제(가열된 또는 가열되지 않은 공기, 산소, 이산화탄소, 질소, 산성백토, 백토, 몬모릴로나이트, 카오린, 벤토나이트등)를 투입하도록 상기 반응용기의 상하좌우 어디에나 설치할 수 있는 하나 이상의 보조투입부를 더 포함할 수 있다.Auxiliary additives for controlling the reaction reaction (oxidation, reduction, pyrolysis, etc.) and reaction rate of the raw material stirred in the internal pressure vessel (heated or unheated air, oxygen, carbon dioxide, nitrogen, acid clay, clay, montmorillonite , Kaolin, bentonite, etc.) may further include one or more auxiliary input units that can be installed anywhere in the top, bottom, left and right of the reaction vessel.
이에 따라 원료물질의 처리효율을 높일 수 있는 고압고온 처리장치의 제작이 가능해졌다.As a result, it is possible to manufacture a high pressure and high temperature treatment apparatus capable of increasing the processing efficiency of raw materials.
상기 반응용기의 내/외부 내압용기 사이에 증기를 이동하기 위해, 상기 반응용기에 설치된 증기이동장치를 더 포함할 수 있다.In order to move the steam between the inner / outer pressure vessel of the reaction vessel, it may further include a steam moving device installed in the reaction vessel.
이에 따라 감압감온시 내부 내압용기에서 배출되는 증기를 바로 증기배출부를 통해 배출하지 않고 외부 내압용기로 이동시켜 별도의 열에너지를 추가하지 않고도 내부 내압용기를 가열시킬 수 있게 하거나 내부 내압용기의 고압고온의 증기를 외부 내압용기에서 온도와 압력을 1차로 저감시킨 후 증기배출부를 통해 배출할 수 있게 하거나 외부 내압용기를 통해 내부 내압용기로 증기를 보낼 수 있도록 할 수 있도록 하는 고압고온 처리장치의 제작이 가능해졌다.Accordingly, the steam discharged from the internal pressure vessel at the time of pressure reduction is not directly discharged through the steam discharge section, but moved to the external pressure vessel so that the internal pressure vessel can be heated without the addition of additional thermal energy or the high pressure and high temperature of the internal pressure vessel. It is possible to manufacture a high-pressure high-temperature processing device that allows steam to be firstly reduced in temperature and pressure in an external pressure vessel and then discharged through a steam discharge section, or to send steam to an internal pressure vessel through an external pressure vessel. Done
또한, 본 발명의 다른 특징은, 원료물질이 투입/배출되는 내/외부 내압용기를 포함하는 반응용기와, 상기 내부 내압용기로 원료물질을 투입하기 위한 투입부와, 상기 내부 내압용기로부터 처리된 물질을 배출하기 위한 배출부와, 상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 공급하여 가압가온하는 증기공급부와, 상기 내부 내압용기 내로 투입된 원료물질을 교반하기 위한 교반장치와, 상기 반응용기의 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 배출하여 감압감온하는 증기배출부를 구비한 고압고온 장치를 통해 원료물질을 처리하기 위한 고압고온 처리방법에 있어서,상기 교반장치를 미가동 또는 가동하면서 상기 내부 내압용기로 원료물질의 투입 전 또는 투입 중에 상기 외부 내압용기에 증기를 공급하여 반응용기를 예열하기 위한 예열단계; 상기 원료물질의 투입완료 후, 교반장치를 가 동하면서 본 처리를 위해, 상기 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 공급하거나 상기 내부 내압용기에만 증기를 공급하여 상기 내부 내압용기 내의 압력과 온도를 상승시키는 가압가온단계; 상기 상승시킨 내부 내압용기 내의 압력과 온도를 0.5~2시간이내 동안 상기 내/외부 내압용기에 각각 또는 동시에 증기를 공급하거나 내부 내압용기에만 증기를 공급하는 온도압력 유지단계; 상기 온도압력 유지단계를 거쳐 처리된 물질을 배출하기 위해 내부 내압용기 내의 증기를 배출시키면서 내부 내압용기 내의 압력을 대기압수준으로 낮추는 감압감온단계; 및 상기 감압감온단계를 거친 후, 배출부에 의해 처리된 물질을 배출하는 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압고온 처리방법을 제공한다.In addition, another feature of the present invention, the reaction vessel including an internal / external pressure vessel into which the raw material is introduced / discharged, an input unit for inputting the raw material into the internal pressure vessel, and the internal pressure vessel A discharge unit for discharging the substance, a steam supply unit for supplying and heating steam by respectively or simultaneously supplying steam to the internal / external internal pressure vessel of the reaction vessel, a stirring device for stirring the raw material introduced into the internal pressure vessel, and In the high-pressure high-temperature treatment method for processing the raw material through a high-pressure high-temperature device having a steam discharge unit to discharge the steam to the internal / external pressure vessel of the reaction vessel, respectively, or at the same time to reduce the pressure reduction, the stirring device is not operated or operated While preheating or during the input of the raw material to the internal pressure vessel to supply the steam to the external pressure vessel to preheat the reaction vessel Pre-heating step of; After completion of the input of the raw material, the steam and pressure in the internal pressure vessel by supplying steam to the internal / external pressure vessel, respectively or at the same time or to the internal pressure vessel for this treatment while operating the stirring device. Pressurized heating step to raise; A temperature pressure maintaining step of supplying steam to the internal / external pressure vessels individually or simultaneously or supplying steam only to the internal pressure vessels for the pressure and temperature in the raised internal pressure vessel within 0.5 to 2 hours; A pressure reduction temperature reduction step of lowering the pressure in the internal pressure vessel to an atmospheric pressure level while discharging steam in the internal pressure vessel to discharge the treated material through the temperature pressure maintaining step; And a discharge step of discharging the material processed by the discharge unit after the decompression temperature reduction step.
상기 가압가온단계에서 상승시키는 압력은 16기압에서 59기압 이내이고, 온도는 200℃에서 275℃ 이내 까지만 상승시켜 처리하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 안전율을 고려하지 않고 반응온도를 300℃에 너무 가깝게 설정하였을 경우 순간적으로 반응온도가 300℃가 넘어서면서 2차 환경오염이 발생할 수 있기 때문이기도 하지만 기계적으로 300℃를 넘어서는 고압고온 처리장치를 제작하기가 어렵기 때문이다.The pressure to be raised in the pressurized heating step is within 59 atm at 16 atm, and the temperature is preferably raised by raising only within 200 to 275 ° C. This is because if the reaction temperature is set too close to 300 ℃ without considering the safety factor, secondary environmental pollution may occur as the reaction temperature is over 300 ℃. Because it is difficult to do.
또한, 상기 내부 내압용기 내로 보조첨가제를 투입하는 보조첨가제투입단계를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include an auxiliary additive input step of injecting the auxiliary additives into the internal pressure vessel.
상기 가압가온단계 이전이나 감압감온단계 이후에 내부 내압용기의 압력을 대기압이하로 낮추는 감압건조단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include a reduced pressure drying step of lowering the pressure of the internal pressure vessel below atmospheric pressure before the pressurized heating step or after the reduced pressure reduction step.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 고압고온 처리장치의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the high pressure and high temperature treatment apparatus according to the present invention with reference to the accompanying drawings in detail as follows.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 고압고온 처리장치를 나타낸다. 먼저, 도 1과 같이, 본 발명에 따른 처리장치는 가연성 물질(이하 '원료물질'이라 한다)을 투입하기 위한 적어도 하나의 내부 내압용기(11) 및 상기 내부 내압용기(11)의 전체를 감싸고 내부 내압용기(11)를 내압가열하기 위한 외부 내압용기(13)를 포함하는 반응용기(10)를 구비한다.1 shows a high pressure and high temperature treatment apparatus according to the present invention. First, as shown in Figure 1, the treatment apparatus according to the present invention wraps the whole of the at least one
이와 같이 반응용기(10)를 2중으로 형성하는 이유는 원료물질 처리 시 이중으로 된 반응용기로 인해 원료물질을 직접적으로는 내부 내압용기로의 증기공급을 할 수 있고, 간접적으로는 외부 내압용기로부터 내부 내압용기로 열전달을 할 수 있어, 결과적으로 내/외부 내압용기(11,13)에서의 복합가열이 가능하다.The reason for forming the
이에 따라 반응용기내의 원료물질을 가온가압하는 시간을 단축시킬 수 있고, 간접가열이라는 방식의 보온기능으로 처리과정중 원료물질의 열손실을 최소화시킬 수 있으면서, 동시에 증기공급시 발생되는 응축수를 감소시켜 원료물질의 함수율을 증가를 방지할 수 있다. 또한 원료물질을 건조하려 할 경우 원료물질을 투입에서 배출까지 연속적으로 건조를 할 수 있는 등 전체적인 처리시간의 단축과 에너지 손실 저감 그리고 건조기능의 최대화가 이루어져 처리용량 증대와 처리비 절감과 같이 고압고온 처리장치의 실용화에 있어 가장 중요한 요소를 갖는다.Accordingly, it is possible to shorten the time for heating and pressurizing the raw materials in the reaction vessel, and to minimize the heat loss of the raw materials during the treatment process by the heat-insulating function called indirect heating, while at the same time reducing the condensed water generated during steam supply. It is possible to prevent the increase in the moisture content of the raw material. In addition, in order to dry the raw materials, it is possible to continuously dry the raw materials from input to discharge, reducing the overall processing time, reducing energy loss, and maximizing the drying function, thereby increasing the processing capacity and reducing the processing cost. Has the most important factor in the practical use of the device.
이 경우, 상기 반응용기(10)는 도 2와 같이, 외부 내압용기(13a)가 내부 내압용기(11a)의 일측이 노출되도록 감싸는 것도 가능하다. 또한, 도 3과 같이, 외부 내압용기(13b)가 내부 내압용기(11b)의 양측이 노출되도록 감싸는 것도 물론 가능 하다. 이때, 외부로 노출되는 반응용기(10)의 외주에 반응용기(10)의 보온을 위해 반응용기(10)를 감싸는 별도의 보온수단(15a,15b)을 구비하는 것도 가능하다.In this case, as shown in FIG. 2, the
이와 같이, 외부 내압용기(13a,13b)가 내부 내압용기(11a,11b)의 적어도 일부를 노출시킴에 따라 제작 시 제작의 용이함을 제공할 수 있고, 제작기간을 단축하여 고압고온처리장치의 제작비를 낮출 수 있다.As such, the
또한, 도 1과 같이, 상기 내부 내압용기(11)의 상부에 연통결합된 투입부(20)는 원료물질을 투입할 수 있는 통로를 제공한다. 상기 투입부(20)는 원료물질 처리 중 상기 반응용기(10)에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있으며 기밀성을 갖도록 제작되는 것이 바람직하다.In addition, as shown in Figure 1, the
아울러, 상기 내부 내압용기(11) 저부에 연통결합된 배출부(30)는 처리가 완료된 물질을 배출할 수 있는 통로를 제공한다. 상기 배출부(30)는 투입부(20)와 마찬가지로 처리 중 상기 반응용기에서 발생하는 고압고온을 견딜 수 있고, 기밀성을 갖도록 제작되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 반응용기(10)는 강성을 향상시키기 위해 서로 다른 2 이상의 재질의 금속을 다층접합하여 이루어지는 것도 가능하다.In addition, the
상기 배출부(30)는 상기 내부 내압용기(11) 저부의 일측, 양측 또는 중앙 중 어느 한 곳에 위치 설정되는 것이 가능하며, 이와 같은 배출부(30)의 위치설정은 하기에 설명하는 교반날개부(53)의 설치방향과 밀접한 관계를 갖고 있으며, 이러한 관계는 교반장치(50)의 구성 설명 시 함께 설명한다.The
한편, 상기 반응용기(10) 일측에 연결되는 증기공급부(40)는, 상기 반응용기(10)의 내/외부 내압용기(11,13)에 각각 또는 동시에 증기를 공급하여 가압가온하 는 역할을 한다.Meanwhile, the
상기 증기공급부(40)는 증기를 발생시키는 증기공급기(41)와, 상기 증기공급기(41)에 연결되어 증기압력을 조절하는 적어도 하나의 제1 압력조절밸브(43)와, 상기 증기공급기(41)에 의해 발생된 포화상태(saturate)의 증기를 건증기상태(super heated critical)로 전환하는 건증기전환장치(45)를 포함할 수 있다. The
이와 같이, 상기 건증기전환장치(45)를 통해 내부 내압용기(11) 내로 건증기를 반응용기(10) 내로 공급함에 따라, 포화증기로 공급할 때보다 응축수의 발생량이 적어져 원료물질을 건조할 경우 건조시간을 단축시킬 수 있다.As such, as the dry steam is supplied into the
또한, 상기 반응용기(10)의 내측을 관통하도록 설치된 교반장치(50)는 내부 내압용기(11)에 투입된 원료물질을 반응시켜 처리하도록 원료물질을 교반하는 역할과 함께, 처리 완료된 물질을 배출부(30)로 이송하는 역할을 동시에 수행한다.In addition, the stirring
상기 교반장치(50)는 상기 반응용기(10)에 양단이 회전가능하게 관통하는 교반축(51)을 구비하며, 상기 교반축(51)은 동력원(미도시)을 통해 정/역회전 구동한다.The stirring
또한, 상기 교반장치(50)는 상기 교반축(51)에 고정되어 내부 내압용기 (11)내로 투입된 원료물질을 교반 또는 이송하는 다수의 교반날개부(53)를 포함한다. 상기 교반날개부(53)는 일단이 교반축(51)에 고정된 다수의 서포터(53a)와, 상기 다수의 서포터(53a)에 각각 결합된 핀(fin)(53b)을 포함한다.In addition, the stirring
도 4는 도 1에 도시된 교반장치를 나타내는 일부 사시도이고, 도 5는 도 4에 표시된 A방향에서 바라본 평면도이다.4 is a partial perspective view of the stirring apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 5 is a plan view viewed from the direction A shown in FIG. 4.
상기 교반날개부(53)의 핀(53a)은 도 4와 같이, 상기 교반축(51) 방향을 따라 일면이 평면(P)으로 형성되고, 타면이 경사면(S)으로 이루어진다. 이에 따라, 도 5와 같이, 상기 교반축(51)의 회전방향이 교반날개의 평면 측방향(B)으로 회전하면 평면(P)이 회전방향으로 원료물질을 밀면서 교반을 행하고, 상기 교반축(51)이 핀(53b)의 경사면(S) 측방향(C)으로 회전하면 원료물질은 교반과 동시에 경사면의 경사방향(D)으로 이송된다.As shown in FIG. 4, one side of the
이 때, 상기 처리 완료된 물질의 이송방향은 도 1과 같이 배출부(30)가 대략 중앙에 있을 경우, 다수의 핀(53b)은 경사면(S)이 배출부(30)를 중심으로 배출부(30)를 향해 상호 대향하는 방향으로 배치되며, 일측이나 양측에 배출부(30)가 있을 경우도 배출부 방향으로 교반날개의 경사면이 배출부를 향해 배치된다. 이에 따라 처리 완료된 물질을 배출부(30)를 향해 이송시키는 것이 가능하다.At this time, the transfer direction of the processed material is as shown in Figure 1 when the
한편, 상기 반응용기(10) 타측에 배치된 증기배출부(60)는 상기 반응용기(10)의 내/외부 내압용기(11,13)에 각각 또는 동시에 증기를 배출하여 감압감온하는 역할을 한다.On the other hand, the
상기 증기배출부(60)는 상기 반응용기의 내/외부 내압용기(11,13)로부터 배출 증기에 포함된 이물질을 걸러내는 적어도 하나의 필터(61)와, 상기 필터(61)에 연결되어 상기 반응용기의 내/외부 내압용기(11,13)의 압력을 조절하기 위한 적어도 하나의 제2 압력조절밸브(63)와, 상기 반응용기의 내부 내압용기(11) 내의 압력을 대기압 이하로 감압하기 위한 적어도 하나의 감압부(65)를 포함한다.The
또한, 상기 내/외부 내압용기(11,13)에 각각 설치된 안전장치(71,72)는 상기 반응용기의 내/외부 내압용기(11,13) 내의 이상발생 시 증기를 배출하여 고압으로 인해 내/외부 내압용기(11,13)가 폭발 및 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.In addition, the
아울러, 상기 반응용기(10)의 내부 내압용기(11) 상부에 연통 설치된 보조투입부(80)는 상기 내부 내압용기(11)에서 교반되는 원료물질의 반응속도를 향상시키기 위한 보조첨가제를 투입할 수 있는 통로를 하나이상 제공한다. 본 실시예에서는 상기 보조투입구(80)의 위치를 상부로 설정하여 설명하지만, 그 설정위치에 제한되지 않고, 하부, 측부 등 어디에나 설치가 가능하다.In addition, the
상기 보조첨가제로는 가열된 또는 가열되지 않은 공기, 산소, 질소, 이산화탄소, 산성백토, 백토, 몬모릴로나이트, 카오린, 벤토나이트가 있으며, 이들 보조첨가제 중 어느 하나 또는 2이상을 단독/배합하여 1회이상 사용하는 것도 가능하다.The co-additives include heated or unheated air, oxygen, nitrogen, carbon dioxide, acid clay, clay, montmorillonite, kaolin, bentonite, and any one or two or more of these co-additives are used one or more times. It is also possible.
상기 반응용기의 내/외부 내압용기(11,13) 간을 연결하는 증기이동장치(90)는 내/외부 내압용기(11,13)의 증기를 서로 이동하는데 사용되며, 예를 들면 밸브를 적용할 수 있다.The
이와 같이 증기이동장치(90)를 설치하는 이유는 감압감온시 내부 내압용기(11)에서 배출되는 증기를 바로 증기배출부(60)를 통해 배출하지 않고 외부 내압용기(13)로 이동시켜 별도의 열에너지를 추가하지 않고도 내부 내압용기(11)를 가열시킬 수 있게 하거나 내부 내압용기(11)의 고압고온의 증기를 외부 내압용기(13)에서 온도와 압력을 1차로 저감시킨 후 증기배출부(60)를 통해 배출할 수 있게 하거나 외부 내압용기(13)를 통해 내부 내압용기(11)로 증기를 보낼 수 있도록 하기 위 함이다.The reason for installing the
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 처리장치를 이용하여 원료물질을 처리하는 과정은 다음과 같다.The process of processing the raw material using the treatment apparatus according to the present invention configured as described above is as follows.
도 6은 본 발명에 따른 고압고온 처리장치를 통해 이루어지는 처리과정을 나타내는 흐름도이고, 도 7은 도 6에 표시된 처리과정에서 반응용기의 내/외부 내압용기의 온도 및 압력 조건을 나타내는 개략도이다.6 is a flowchart illustrating a process performed through the high pressure and high temperature processing apparatus according to the present invention, and FIG. 7 is a schematic view showing temperature and pressure conditions of the internal / external pressure vessel of the reaction vessel in the process shown in FIG. 6.
먼저, 도 6과 같이, 교반장치(50)를 미가동 또는 가동하면서 투입부(80)를 통해 반응용기(10)의 내부 내압용기(11)로 원료물질의 투입 전 또는 투입 중에 상기 외부 내압용기(13)에 증기를 공급하여 반응용기를 예열한다(S1).First, as shown in Figure 6, the external pressure vessel before or during the input of the raw material to the
상기 원료물질의 투입완료 후 투입부(80)를 폐쇄하고, 동력원(미도시)를 통해 교반장치(50)를 가동하면서 본 처리를 위해, 상기 내/외부 내압용기(11,13)에 각각 또는 동시에 증기를 공급하거나 상기 내부 내압용기에만 증기를 공급하여 내부 내압용기의 가압 및 가온시킨다(S2).After the completion of the input of the raw material closing the
바람직하게는, 상기 내부 내압용기(11) 내의 압력을 16기압에서 59기압 이내까지, 온도를 200℃에서 275℃ 이내까지 상승시키는 것이 안전을 고려했을 때 바람직하며, 그 이유는 압력이 90기압를 초과하고, 온도가 300℃를 초과할 경우, 가스발생등 2차 환경오염이 발생할 수 있기 때문이기도 하지만 기계적으로 300℃를 넘어서는 고압고온 처리장치를 제작하기가 어렵기 때문이다.Preferably, it is preferable to increase the pressure in the
이 경우, 상기 교반장치(50)는 일방향으로 회전하면서 다수의 교반날개부(53)에 의해 교반만 행한다.In this case, the stirring
이어서, 상기 상승시킨 내부 내압용기 내의 압력과 온도를 0.5~2시간이내 동안 상기 내/외부 내압용기(11,13)에 각각 또는 동시에 증기를 공급하거나 내부 내압용기(11)에만 증기를 공급하여 상기 압력과 온도를 유지하면서(S3), 원료물질을 반응 처리한다.Subsequently, the pressure and temperature in the elevated internal pressure vessel are respectively or simultaneously supplied to the internal /
상기 압력 및 온도 유지를 거쳐 처리 완료된 물질을 배출하기 위해 내부 내압용기(11) 내의 증기를 배출시키면서, 증기배출부(60)를 통해 내부 내압용기(11) 내의 압력을 대기압수준으로 낮추도록 감압 및 감온을 실시한다(S4).While maintaining the pressure and temperature to discharge the processed material to discharge the
그 후, 상기 교반장치(50)를 역회전하여 처리된 물질을 교반하면서 동시에 배출부(30)로 이송시켜 개방된 배출부(30)를 통해 내부 내압용기(11)의 외부로 배출한다(S5).Thereafter, the stirring
상기 가압 및 가온단계 이전 또는 감압 및 감온단계 이후 내부 내압용기(11)내의 압력을 대기압이하로 낮추고 외부 내압용기을 통해 열을 전달받아 감압건조를 하여 건조시간과 열에너지의 소모를 저감시키고 , 이를 통해 전체적인 처리시간을 단축시키는 것도 물론 가능하다.The pressure in the
상기 가압 및 가온단계 이후, 상기 내부 내압용기(11) 내로 보조투입부(80)를 통해 보조첨가제를 투입하여 반응을 촉진시키고, 이를 통해 전체적인 처리시간을 단축시키는 것도 물론 가능하다.After the pressurizing and warming step, the auxiliary additive is introduced into the
상기한 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the present invention has the following effects.
(1) 이중내압가열구조를 갖는 반응용기로 인해, 가연성물질(이하 원료물질) 처리 시 이중으로 된 반응용기로 인해 원료물질을 직접(내부 내압용기로의 증기공급), 간접(외부 내압용기로부터 내부 내압용기로 열전달)으로 복합가열을 할 수 있어, 반응용기내의 원료물질을 가온가압하는 시간을 단축시킬 수 있고, 간접가열이라는 극대화된 보온기능으로 처리과정중 원료물질의 열손실을 최소화시킬 수 있으면서, 동시에 증기공급시 발생되는 응축수를 감소시켜 원료물질의 함수율이 높아지는 것을 방지하여, 처리된 원료물질이 건조된 상태로 배출시키려 할 경우 원료물질을 투입에서 배출까지 연속적으로 건조를 할 수 있고, 처리된 원료물질이 액상상태로 배출시키려 할 경우 응축수로 인한 처리용량의 증가를 저감시킬 수 있는 등 전체적인 처리시간의 단축과 에너지 손실 저감 그리고 건조기능의 최대화가 이루어져 처리용량 증대와 경제적인 처리비라는 고압고온처리장치의 실용화에 있어 가장 중요한 요소를 가질 수 있다.(1) Due to the reaction vessel having a double pressure-resistant heating structure, the raw material can be directly (directly supplied to the internal pressure vessel) and indirectly Heat can be transferred to internal pressure vessel), which can shorten the time to warm up and pressurize the raw materials in the reaction vessel, and minimize heat loss of the raw materials during the process by maximizing warming function called indirect heating. At the same time, by reducing the condensate generated during the steam supply to prevent the water content of the raw material is increased, when the treated raw material is to be discharged in a dried state, the raw material can be continuously dried from input to discharge, If the processed raw materials are to be discharged in the liquid state, the overall processing time can be reduced, such as the reduction of the processing capacity due to the condensate. It is maximized and the speed-reducing energy loss and drying consists in the capacity increase and economic practical use of the high-pressure high-temperature treatment device processing costs that can have a most important factor.
(2) 처리-교반 및 배출-교반이송이 가능한 교반장치로 인해, 배출전에는 교반장치가 정회전하여 교반만 행하도록 하므로 잦은 정/역회전에서 오는 교반장치의 부하를 줄여 큰 동력이 필요하지 않게 되었으며, 배출시에는 교반장치가 역회전하여 교반은 물론 처리된 물질을 배출부로 원활하게 이송할 수 있어, 반응용기 내부에 처리된 물질의 찌꺼기 등이 잔존하는 것을 방지할 수 있다.(2) Due to the stirring device capable of treatment-stirring and discharging-stirring transfer, the stirring device rotates forward and forwards only before discharging, thereby reducing the load of the stirring device coming from frequent forward / reverse rotation, thereby eliminating the need for great power. When discharging, the stirring device reversely rotates to smoothly transfer the treated material to the discharge unit, thereby preventing the residue of the processed material from remaining in the reaction vessel.
(3) 이종다층접합금속재질을 갖는 반응용기로 인해, 반응용기의 재질을 예를 들어 부식과 마모에 강하나 고가인 스텐재질의 금속과 열에 의한 변형이 적으면서 저가인 탄소강재질의 금속을 접합한 이종다층접합금속을 만들어 반응용기의 재질로 사용함으로써 고압고온 처리장치의 핵심인 반응용기에게 내압용기로서 갖추어야 할 안전성을 가져다 주었고, 실용화에 중요한 기준인 3~5년이상의 사용수명을 가질 수 있도록 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다.(3) Due to the reaction vessel having a heterogeneous multi-layered metal material, the reaction vessel is made of, for example, a material which is resistant to corrosion and abrasion, but which is bonded to a low-cost carbon steel metal with little deformation due to expensive stainless steel and heat. By making a heterogeneous multi-layered metal and using it as a material for the reaction vessel, it brought safety to the reaction vessel, the core of the high-pressure high-temperature processing apparatus, as a pressure-resistant vessel, and has a high lifespan of 3 to 5 years, which is an important criterion for practical use. It is possible to manufacture high temperature processing apparatus.
(4) 증기배출부의 감압부로 인해, 내부 내압용기 내에 있는 가연성물질의 끓는 온도를 낮출 수 있어 대기압에서 보다 더 적은 에너지 비용으로 더 짧은 시간에 건조할 수 있게 되었을 뿐만 아니라, 내부 내압용기내에서 배출되는 증기의 온도를 낮출 수 있어, 고온상태로 배출된 증기로 인해 증기를 처리하기 위한 장치들 예를 들면, 필터, 제2압력조절밸브, 냉각장치, 열교환장치, 탈취/살균/정화장치 등에 영향을 미쳐 오작동과 고장을 유발하는 것을 미연에 방지하고 사용수명을 연장할 수 있는 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다.(4) Due to the reduced pressure of the steam discharge section, the boiling temperature of the combustible material in the internal pressure vessel can be lowered, allowing not only to dry in a shorter time at a lower energy cost than at atmospheric pressure, but also to discharge in the internal pressure vessel. It is possible to lower the temperature of the vapor, which affects devices for treating steam due to steam discharged at a high temperature, for example, filters, second pressure regulating valves, cooling devices, heat exchangers, deodorization / sterilization / purification devices, etc. It is possible to manufacture high pressure and high temperature treatment device that can prevent malfunction and failure in advance and extend the service life.
(5) 증기배출부의 건증기 전환장치로 인해, 건증기상태로 반응용기내로 공급되므로 포화증기상태로 공급할 때보다 응축수의 발생량이 적어져 건조시 건조시간을 단축시킬 수 있고, 액상처리시 처리용량이 커지는 것을 감소시킬 수 있도록 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다.(5) Due to the dry steam switching device of the steam discharge part, since it is supplied into the reaction vessel in the dry steam state, the amount of condensate generated is smaller than that in the saturated steam state, so that the drying time during drying can be shortened, and the processing capacity during the liquid treatment It is possible to fabricate a high pressure and high temperature treatment device to reduce this increase.
(6) 증기배출부의 필터로 인해, 반응용기에서 배출되는 증기에 포함되어 있는 이물질을 걸러주게 되어 이로 인해 후단에 설치되는 제2 압력조절밸브와 설치할 수 있는 냉각장치, 열교환장치, 탈취/살균/정화장치 등에 영향을 미쳐 오작동과 고장을 유발하는 것을 미연에 방지하고 사용수명을 연장할 수 있도록 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다.(6) Due to the filter of the steam discharge part, the foreign substances contained in the steam discharged from the reaction vessel are filtered out so that the second pressure regulating valve installed at the rear stage and the cooling device, heat exchanger, deodorization / sterilization / It is possible to manufacture high pressure and high temperature treatment device to prevent the malfunction and failure by affecting the purification device and to extend the service life.
(7) 보조첨가제 투입장치로 인해, 가연성물질의 처리효율을 높일 수 있는 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다.(7) Due to the auxiliary additive input device, it is possible to manufacture a high pressure and high temperature treatment device that can increase the treatment efficiency of combustible materials.
(8) 증기이동장치로 인해, 감압감온시 내부 내압용기에서 배출되는 증기를 바로 증기배출부를 통해 배출하지 않고 외부 내압용기로 이동시켜 별도의 열에너지를 추가하지 않고도 내부 내압용기를 가열시킬 수 있게 하거나 내부 내압용기의 고압고온의 증기를 외부 내압용기에서 온도와 압력을 1차로 저감시킨 후 증기배출부를 통해 배출할 수 있게 하거나 외부 내압용기를 통해 내부 내압용기로 증기를 보낼 수 있도록 할 수 있도록 하는 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다. (8) Due to the steam transfer device, the steam discharged from the internal pressure vessel at the time of pressure reduction and deceleration is not immediately discharged through the steam discharge unit, but moved to the external pressure vessel so that the internal pressure vessel can be heated without adding additional thermal energy. High pressure of the internal pressure vessel High pressure to enable high-temperature steam to be discharged through the steam discharge section after reducing the temperature and pressure in the external pressure vessel primarily, or to send steam to the internal pressure vessel through the external pressure vessel. It is possible to manufacture high temperature processing apparatus.
(9) 고압고온 처리방법중 예열단계를 포함하여, 가연성물질의 투입과 동시에 가열이 가능하여 처리시간을 단축시킬 수 있는 고압고온 처리장치의 제작이 가능하다.(9) Including the preheating step of the high pressure and high temperature treatment method, it is possible to manufacture a high pressure and high temperature treatment apparatus capable of heating at the same time as the input of the combustible material to shorten the processing time.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible by those who have the same.
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