KR20060060793A - 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 협잡물이 다량 포함된 음식물 쓰레기를 급속 열분해하는 장치와 방법에 의하여 깨끗한 양질의 촤(char)를 회수하고 가스 및 오일 성분은 처리 장치의 가열용으로 사용하므로써 음식물 쓰레기를 소멸 감량화하고 25% 수준의 촤를 이용하여 성형연료탄으로 이용하는 장치 및 방법이 제시되는 것이며, 이러한 급속 가열을 수행하는 장치 및 방법을 위해 유동층 장치를 사용하고 온도 제어 및 체류시간의 조절에 의해 생성물의 분포 및 품질의 제어가 가능하여 최적화를 통해 양질의 성형탄을 제조할 수 있는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 불순물을 분리 제거하는 공정을 통하여 촤를 생산함으로써 4000Kcal/kg의 열량을 지닌 양질의 연료탄 제조가 가능해지는 효과가 있으며, 제조된 촤는 분말활성탄으로도 이용이 가능하여 음식물 쓰레기를 건조후 열화학적처리 공정을 거치면 음식물 쓰레기의 감량화 및 재활용이 가능해지는 효과가 있다.
음식물 쓰레기, 급속 열분해, 연료탄
Description
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 급속 열분해 장치를 나타내기 위한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 음식물 쓰레기의 급속 열분해 방법을 나타내기 위한 순서도.
도 3은 본 발명에 따라 촤로부터 성형된 연료탄을 나타내기 위한 예시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 호퍼 2: 스크류 피더
3: 반응기 4: 분배기
5: 분배기 박스 6: 촤 배출장치
7: 예열기 8: 체크 밸브
9: 플로우 미터 10: 운반가스 탱크
11: 싸이클론 12: 응축기
13: 기액 분리장치 14: 흡습기
15: 가스 채취기 16: 가스 플로우 미터
17: 바이오 오일 수집장치 100: 급속 열분해 장치
본 발명은 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 협잡물이 다량 포함된 음식물 쓰레기를 급속 열분해하는 장치와 방법에 의하여 깨끗한 양질의 촤(char)를 회수하고 가스 및 오일 성분은 처리 장치의 가열용으로 사용하므로써 음식물 쓰레기를 소멸 감량화하고 25% 수준의 촤를 이용하여 성형연료탄으로 이용하는 장치 및 방법이 제시되는 것이며, 이러한 급속 가열을 수행하는 장치 및 방법을 위해 유동층 장치를 사용하고 온도 제어 및 체류시간의 조절에 의해 생성물의 분포 및 품질의 제어가 가능하여 최적화를 통해 양질의 성형탄을 제조할 수 있는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 음식물 쓰레기는 1998년 기준 1일 11,800톤으로 가정에서 발생되는 쓰레기의 26.5%로 높은 비중을 차지하고 있으며, 이러한 음식물 쓰레기는 물기가 많아서 땅에 매립할 경우 다량의 침출수가 발생하여 흙을 오염시키고, 음식물 쓰레기를 연소, 소각 처리할 경우에도 낮은 발열량으로 인한 불완전 연소로 대기오염물질이나 환경호로몬 배출량이 다른 바이오 폐기물에 비하여 높으므로 대기오염의 위험을 유발시키는 경우가 많다.
특히 다른 나라에 비해 맵고 짠 국내의 음식문화 특성은 음식물 쓰레기에 함유된 염분 농도가 매우 높아서 음식물 쓰레기로부터 만든 퇴비나 사료가 농작물과 가축 심지어는 인체에 심각한 피해를 준다는 지적이 제기되고 있다.
그리고, 염분이 포함된 퇴비의 경우 농작물의 수확량이 감소되는 문제가 있으며, 수거과정에서 부패되거나 비닐, 플라스틱, 담배꽁초, 중금속 등 인체에 해로운 물질을 분리배출하지 못하여 가축과 인체에 직접적인 피해를 줄 수 있는 문제가 있었으며, 음식물 쓰레기를 연소, 소각하는 경우에는 대기오염물질이나 환경 호르몬 배출량이 다른 바이오 폐기물에 비하여 높다.
이러한 열처리에 의한 폐기물 재활용 기술로는 가열속도가 느린 탄화법이 대표적으로 숯 제조법에 이용되었고, 음식물 쓰레기의 처리공정에서도 탄화법에 제안된 바 있었으나 탄화 공정에 의해서는 고체성분에 포함된 유기산 등의 냄새유발 성분 등을 효과적으로 제거할 수 없다는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 열화학적 음식물 쓰레기 처리 공정에서 가열 속도를 빠르게 유지하여 불순물을 급격하게 분리 및 확산을 유도하여 촤의 내부에 불순물이 잔류하지 않도록 하여 양질의 촤(char)를 제조함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 빠른 반응시간 내에 효과적으로 감량화하는 것으로 탄화방법보다 효율적인 열전달 및 물질전달이 가능하도록 하여, 장치에 투입되는 음식물 쓰레기의 입도가 작고 반응온도가 500℃ 이상에서 수초 이내에 체류하는 방식으로 쓰레기 내부까지 빠른 열전달이 가능하여 액화 및 가스화 반응이 용이하도록 하는 장치와 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 급속 열분해에 의한 열화학적 처리를 통하여 건조된 음식물 쓰레기에 포함된 황, 질소, 염소 등을 가스나 액상으로 제거하고 청정 연료탄을 생산하는 데 있다.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은,
음식물 쓰레기를 투입시키기 위한 호퍼(1)와 상기 호퍼를 통해 투입된 음식물 쓰레기를 유입시키기 위한 스크류 피더(2)로 구성된 음식물 쓰레기 유입장치:와, 고압질소를 저장하는 저장 장치(10) 및 저장된 고압 질소를 제어하는 제어 장치(9),(10)와 상기 고압가스를 소정 온도로 예열하는 예열기(7)로 구성된 운반가스 유입장치:로 이루어진 공급장치;
상기 스크류 피더(2)로부터 음식물 쓰레기를 유입받고, 상기 예열된 운반가스를 높은 압력으로 제공하는 분배기(4)로부터 예열된 고압가스를 유입받아 음식물 쓰레기와 촤(char)가 유동화되도록 하여 바이오 매스를 생성시켜 급속 열분해 시키는 상하 2단형 반응기로서, 상기 생성된 바이오 매스를 고온, 고압에서 급속 열분해시켜 바이오 매스중에서 고형 거대분자가 외부열에 의해 다량체의 증기(vapour)로 전환되도록 1차 반응을 유발시키며, 2차 반응을 통해 가스나 촤(char)로 최종 전환시키는 반응기(3):와, 상기 예열된 운반가스가 균일한 흐름을 갖고 상기 분배기에 도달하도록 하는 분배박스(4):로 구성된 열분해 반응장치; 및
상기 반응기의 2차 반응을 통해 생성된 가스나 촤(char)를 분리시키기 위한 사이클론(11):과, 사이클론(11)을 통과한 가스는 응축기(12)를 통과하면서 상온으 로 냉각시키고 액상의 생성물은 하부로 회수시키는 기액 분리장치(13):와, 상기 기액 분리 장치에서 분리된 가스를 정제하는 가스 정제 장치(14):와, 정재된 가스를 채취하기 위한 가스 채취 장치(15):와, 생성된 가스의 생성량을 측정하기 위한 생성량 측정장치(16):와, 액상 생성물을 저장하기 위한 액상 생성물 저장 탱크(17): 및 생성된 촤(char)를 배출하기 위한 촤(char) 배출장치(6)로 구성된 생성물 후처리 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 싸이클론의 외벽에는 생성된 열분해 가스의 냉각에 의한 타르 생성을 방지하기 위한 세라믹 히터가 설치되며, 상기 반응기의 최고 온도와 압력은 각각 800℃, 3 바(bar)이며, 상단 반응기의 하부에는 음식물 쓰레기 시료의 유입부가 있으며, 하단 반응기에는 생성된 촤의 배출구가 설치되어 있다.
그리고, 본 발명에서는 바람직하게 음식물 쓰레기에 포함된 불순물인 황, 질소 화합물들이 열분해에 의하여 생성된 촤에 물리적 흡착 또는 이차반응을 통하여 포함되는 것을 방지하여 가능한 적게 포함되도록 하기 위하여 생성된 불순물과 촤의 접촉 시간을 최소화할 필요가 있으며, 이에 따라 하단 반응기 체류시간을 공탑속도 기준으로 1초 내외, 상단 반응기에서의 체류시간을 6초 정도가 되도록 설정할 수 있다.
또한, 반응후에 생성된 촤를 재활용하기 위하여 유동화 매질로서 모래를 사용하지 않고 운반기체만을 사용하며, 반응기에서 생성된 오일 및 가스는 유동층 장치의 가열원으로 다시 사용할 수 있다.
그리고, 본 발명에 의해 생성된 촤를 이용하여 연료탄을 제조할 수 있는 바, 이러한 연료탄 제조 공정은 투입, 저장, 배합, 증기혼합, 성형, 건조, 제품화 과정으로 이루어지며, 점결제를 사용하여 성형하고, 증기혼합후에 압축 성형한 다음 열풍 건조하는 방법으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 음식물 쓰레기를 급속 열분해시켜 가스를 분리하고 연료탄을 제조하는 방법은, 음식물 쓰레기 시료에 고온, 고압의 운반가스를 유입시켜 음식물 쓰레기와 촤가 유동화되도록 하여 바이오 매스를 형성시키는 제 1 단계;
상기 유동화된 바이오 매스에 급속하게 열을 인가하여 1차 열분해 반응을 유발시켜 고형 거대분자가 외부 열에 의하여 다량의 증기로 전환되는 제 2 단계;
상기 전환된 다량의 증기를 운반가스와 더불어 반응기의 상단으로 이동시켜 2차 열분해 반응을 유발시킴으로써 가스는 가스화 반응을 진행시키고 증기들은 분자량 제어반응을 진행시켜 분리시키는 제 3 단계;
상기 제 2 단계에서 잔류하는 고형분을 중력에 의하여 반응기 하단으로 낙하시켜 운반가스에 의해 유동화된 후 탄화과정을 통해 촤로 전환되는 제 4 단계;
상기 제 3단계에서 생성되는 가스를 상기 반응기의 가열에 재활용하는 제 5 단계; 및
상기 제 4 단계에서 생성된 촤를 투입, 저장, 배합, 증기혼합, 압축성형, 건조하는 과정을 통해 연료탄을 제조하는 제 6 단계로 이루어진다.
바람직하게 급속 열분해 반응은 500℃이상의 반응기에서 반응기 상단에서 체류시간 1초, 반응기 하단에서 체류시간 6초로 처리되도록 하여 상기 음식물 쓰레기에 포함된 불순물인 황, 질소, 염소원소 화합물들이 열분해에 의하여 생성된 촤에 물리적 흡착 또는 이차반응을 통하여 포함되는 것이 방지되도록 처리된다.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 급속 열분해 장치를 나타내기 위한 예시도로서, 도 1에 따르면 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치(100)는 크게 공급장치와, 열분해 반응장치, 및 생성물 후처리 장치로 이루어진다.
공급장치에는 음식물 쓰레기 유입장치와 운반가스 유입장치로 이루어지며, 음식물 쓰레기 유입장치는 음식물 쓰레기를 투입시키기 위한 호퍼(1)와, 호퍼(1)를 통해 투입된 음식물 쓰레기를 유입시키기 위한 스크류 피더(2)로 구성되며, 운반가스 유입장치는 고압질소를 저장하는 저장 장치(10) 및 저장된 고압 질소를 제어하는 제어 장치(9),(10)와 고압가스를 소정 온도로 예열하는 예열기(7)로 구성된다.
여기서 음식물 쓰레기와 촤가 유동화되도록 하기 위한 촉매로서 운반 가스를 사용하고 있는데, 이는 유동화 매질로 모래를 사용하는 경우에 음식물 쓰레기와 격렬한 유동화를 통하여 반응물질로의 열 및 물질전달을 원활하게 진행할 수 있으나, 반응종료후 생성된 촤로부터 모래를 분리하는 과정을 요하지 않도록 하기 위하여 운반가스로만 촤의 유동화를 진행시키는 것이다.
열분해 반응장치는 상하 2단으로 형성된 반응기(3)와, 반응기(3)에 고압질소인 운반가스를 높은 압력으로 유입시켜 음식물 쓰레기와 촤(char)가 유동화되도록 하는 분배기(distributor)(4)와, 예열된 운반가스를 균일한 흐름으로 분배기(4)에 도달하도록 하는 분배기 박스(5)로 구성된다.
반응기(3)에서의 최고 온도와 압력은 각각 800℃, 3바(bar)이며, 상단 반응기의 하부에는 음식물 쓰레기 시료의 유입부가 있어 스크류 피더(2)로부터 음식물 쓰레기를 유입받도록 구성되며, 하단 반응기에는 추후에 생성될 촤의 배출구가 설치되는데, 상단 반응기와 하단 반응기를 서로 다른 크기의 2단형 반응기로 제작한 이유는 바이오매스의 열분해 특성에 의한 것으로서, 즉, 바이오매스가 열분해되는 반응기구를 보면 일차적으로 고형 거대분자가 외부열에 의하여 다량체의 증기(vapour)로 전환되고, 이차 반응을 통하여 가스나 촤(char)로 최종 전환되는데, 이때 일차반응은 매우 빠르게 진행되며 반응온도가 낮으면 쉽게 촤로 전환되기 때문이다.
즉, 본원발명에서 수행한 핵심 기술중 하나는 음식물 쓰레기에 포함된 불순물인 황, 질소 화합물 들이 열분해에 의하여 생성된 촤에 가능한 적게 포함되도록 하는 기술이므로, 음식물 쓰레기의 일차 열분해 반응에 의하여 생성된 불순물들이 물리적 흡착 또는 이차반응을 통하여 촤에 포함되는 것을 방지하기 위해서는 생성된 불순물과 촤의 접촉시간을 최소화하기 위한 구성이며, 장치에 투입되는 음식물 쓰레기의 입도가 작고 반응온도가 500℃이상에서 수초 이내에 체류하는 방식으로 쓰레기 내부까지 빠른 열전달이 가능하여 액화 및 가스화 반응이 용이하고 체류시간이 짧으므로 생산된 가스나 액상 속의 불순물이 촤에 다시 흡착되거나 결합될 가능성이 적다.
이와 같은 반응기에 투입된 음식물 쓰레기 시료는 곧바로 일차 열분해 반응이 진행되어 휘발 성분들이 고형분으로부터 이탈하여 운반가스와 더불어 반응기 상단으로 신속히 이동하면서 이차 열분해 과정을 겪게 되며, 고형분은 중력에 의하여 반응기 하단으로 낙하되면서 운반 가스에 의하여 유동화되고 탄화과정을 통하여 촤로 전환되게 된다.
반응기(3)에서 생성되는 촤는 하단 반응기에 연결된 배출구를 통하여 외부로 배출되게 구성되고, 가벼운 증기(vapour)와 가스는 운반가스에 의하여 상단 반응기로 이동하게 구성되며, 이러한 구성에 의하여 추가적인 가스화 반응이나 증기(vapour) 들의 분자량 제어 반응이 진행되는 구성으로서 이를 위하여 하단 반응기에서의 체류시간은 공탑속도 기준으로 1초 내외, 상단 반응기에서의 체류시간은 6초 정도가 되도록 하였다.
즉, 반응기(3)에서는 음식물 쓰레기 시료가 위에서 설명한 바와 같이 1차 반응과 2차 반응에 따른 급속 열분해에 의하여 가스와 같은 기체는 상단 반응기로 올라간 후에 가스로 수거가 되어 본 발명에 따른 급속 열분해 장치(100) 가열용으로 재생되게 되며, 생성된 촤는 일정 시간 간격으로 촤 배출구를 통하여 배출되어 수거된 후에 연료탄으로 제조되게 된다.
수거된 촤로부터 연료탄을 제조하는 방법으로는 투입, 저장, 배합, 증기혼 합, 성형, 건조, 제품화 과정으로 이루어지며, 점결제를 사용하여 성형하고, 증기혼합후에 압축 성형한 다음 열풍 건조하는 방법으로 도 3과 같은 일공탄을 제조할 수 있다.
이와 같이 반응기(3)에서 생성되는 가스 및 촤를 재활용할 수 있도록 분리하는 것이 생성물 후처리 장치이며, 생성물 후처리 장치는 도 1에 나타나듯이 싸이클론(11), 응축기(12), 기액분리장치(13), 가스정제장치(14), 가스채취장치(15), 생성량 측정장치(16), 액상 생성물 저장탱크 및 촤 배출장치(6)로 구성되어 있다.
싸이클론(11)은 반응기의 2차 반응을 통해 생성된 가스나 촤(char)를 분리시키기 위하여 유체의 선회류(旋回流)에 의해서 생기는 원심력을 이용하는 것이며, 싸이클론(11)을 통과한 가스는 응축기(12)를 통과하면서 상온으로 냉각되어 기액 분리장치(13)로 인가되도록 구성된다.
기액 분리장치(13)에서는 응축기(12)를 통과한 증기를 가스와 액상 생성물로 분리하여 가스는 가스 정제장치(14)로 액상 생성물은 액상 생성물 저장탱크(17)로 인가하여 저장시키도록 구성된다.
다음은 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 도표와 함께 나타낸 것이다.
먼저, 음식물 쓰레기 시료의 탄소원소함량은 약 45wt%이었고 질소, 황원소함량이 각각 3.92wt%, 0.14wt%이며, 수분함량은 약 2wt%이고, 총휘발성고형분항량은 81wt%, 회분 12wt%, 고정탄소5 wt%로 각각 나타났으며 발열량은 4,570 Kcal/kg정도였다.
유동층 반응기를 이용한 음식물 쓰레기 시료의 열분해 실험은 400~600℃온도 범위에서 수행하였으며, 싸이클론 온도는 300~330℃, 냉각장치 상부 온도는 200℃, 하부온도는 30℃이하로 시스템을 조절하였으며, 아래의 표 1은 급속가열에 의한 수율변화, 표 2는 급속가열에 의한 촤의 성분변화, 표 3은 반응온도에 따른 생성가스의 조성을 나타낸 것이다.
| 온도(℃) | 가스수율(g/g) | 액체수율(g/g) | Char수율(g/g) |
| 500, 50℃/min | 0.239 | 0.412 | 0.340 |
| 500℃, 급속 | 0.253 | 0.471 | 0.276 |
| 탄소 | 수소 | 질소 | 유황분 | 발열량(Kcal/kg) | |
| R-1 | 45.0 | 6.16 | 4.45 | 0.12 | 4,570 |
| 500,10℃/min | 46.30 | 2.91 | 4.55 | 0.06 | 3,940 |
| 500, 100℃/s | 46.35 | 1.96 | 4.45 | 0.02 | 4,090 |
| 가스조성 (vol.%) | 온도(℃) | ||||
| 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | |
| H2 | 15.72 | 23.95 | 29.38 | 30.45 | 30.55 |
| CO | 11.52 | 13.71 | 15.25 | 18.70 | 19.48 |
| C02 | 60.36 | 48.68 | 42.31 | 37.58 | 37.74 |
| CH4 | 6.77 | 8.07 | 7.87 | 8.63 | 7.87 |
| C2H4 | 0.89 | 0.86 | 0.81 | 0.75 | 0.67 |
| C2H6 | 2.60 | 2.60 | 2.43 | 2.16 | 2.02 |
| C3H6 | 1.11 | 1.12 | 1.02 | 0.90 | 0.90 |
| C3H8 | 1.04 | 1.01 | 0.94 | 0.82 | 0.76 |
위의 표 1에서 알 수 있듯이 500℃에서 급속으로 열분해를 수행한 결과 가스수율과 액체수율이 각각 0.014g/g과 0.059g/g만큼 증가하는 것을 알 수 있다.
그리고, 표 2의 촤의 성분변화표에서도 알 수 있듯이 급속 열분해를 수행할 때 촤의 성분은 탄소의 성분이 증가하고, 수소의 성분은 감소되며, 특히 급속 열분 해의 실험결과 저속 가열의 탄화보다 동일한 온도에서 액체성분의 오일이 증가하고, 질소 및 유황성분의 함량이 감소하는 것을 알 수 있다.
이는 열분해에 의하여 음식물 쓰레기 시료에 있던 유기황이 고형물로부터 빠르게 증기(vapour)상으로 전이되는 것을 의미하며, 우동층 열분해에 의하여 음식물 쓰레기의 총 휘발성 고형붐 함량은 절반 이상 감소하였고, 고정 탄소와 회분◎량은 크게 증가하였으며 촤(char)의 발열량은 4,090 Kcal/kg이었다.
본 결과로부터 급속 열분해에 의해서 촤(char)중에 오염물질 함량을 감소시킬 수 있음을 알 수 있었고, 본 과정을 통해 생성된 촤를 이용하여 연료탄을 제조하는 것이다.
연료탄의 제조공정은 도 2에서와 같이 투입(단계 S1), 저장(단계 S2), 배합(단계 S3), 증기혼합(단계 S4), 성형(단계 S5), 건조(단계 S6), 제품화 과정으로 구성되며, 점결제를 사용하여 성형하였고 증기혼합후 압축성형한 다음 열풍 건조하였다.
성형된 연료탄은 견고하여 쉽게 부서지지 않았으며 연소후에도 그 형상이 유지되고 도 3의 일공탄의 경우 연소지속시간은 20분간 진행되었다.
상술한 바와 같이 본 발명의 분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 얼마든지 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 잘 알것이며, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청 구범위에 의하여 판단되어져야 할 것이다.
본 발명에 의하면 불순물을 분리 제거하는 공정을 통하여 촤를 생산함으로써 4000Kcal/kg의 열량을 지닌 양질의 연료탄 제조가 가능해지는 효과가 있으며, 제조된 촤는 분말활성탄으로도 이용이 가능하여 음식물 쓰레기를 건조후 열화학적처리 공정을 거치면 음식물 쓰레기의 감량화 및 재활용이 가능해지는 효과가 있다.
Claims (6)
- 음식물 쓰레기를 투입시키기 위한 호퍼(1)와 상기 호퍼를 통해 투입된 음식물 쓰레기를 유입시키기 위한 스크류 피더(2)로 구성된 음식물 쓰레기 유입장치:와, 고압질소를 저장하는 저장 장치(10) 및 저장된 고압 질소를 제어하는 제어 장치(9),(10)와 상기 고압가스를 소정 온도로 예열하는 예열기(7)로 구성된 운반가스 유입장치:로 이루어진 공급장치;상기 스크류 피더(2)로부터 음식물 쓰레기를 유입받고, 상기 예열된 운반가스를 높은 압력으로 제공하는 분배기(4)로부터 예열된 고압가스를 유입받아 음식물 쓰레기와 촤(char)가 유동화되도록 하여 바이오 매스를 생성시켜 급속 열분해 시키는 상하 2단형 반응기로서, 상기 생성된 바이오 매스를 고온, 고압에서 급속 열분해시켜 바이오 매스중에서 고형 거대분자가 외부열에 의해 다량체의 증기(vapour)로 전환되도록 1차 반응을 유발시키며, 2차 반응을 통해 가스나 촤(char)로 최종 전환시키는 반응기(3):와, 상기 예열된 운반가스가 균일한 흐름을 갖고 상기 분배기에 도달하도록 하는 분배박스(4):로 구성된 열분해 반응장치; 및상기 반응기의 2차 반응을 통해 생성된 가스나 촤(char)를 분리시키기 위한 사이클론(11):과, 사이클론(11)을 통과한 가스는 응축기(12)를 통과하면서 상온으로 냉각시키고 액상의 생성물은 하부로 회수시키는 기액 분리장치(13):와, 상기 기액 분리 장치에서 분리된 가스를 정제하는 가스 정제 장치(14):와, 정재된 가스를 채취하기 위한 가스 채취 장치(15):와, 생성된 가스의 생성량을 측정하기 위한 생 성량 측정장치(16):와, 액상 생성물을 저장하기 위한 액상 생성물 저장 탱크(17): 및 생성된 촤(char)를 배출하기 위한 촤(char) 배출장치(6)로 구성된 생성물 후처리 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 반응기의 상단이 하단보다 크게 형성하여 투입된 음식물 쓰레기 시료가 곧바로 일차 열분해 반응이 진행되어 휘발성분들이 고형분으로부터 이탈하여 운반가스와 더불어 반응기 상단으로 신속히 이동되어 이차 열분해 과정을 겪게 되고, 고형분은 중력에 의해 반응기 하단으로 유동화 및 낙하되면서 탄화될 수 있도록 서로 다른 크기의 2단형 반응기로 형성되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 싸이클론의 외벽에는 생성된 열분해 가스의 냉각에 의한 타르 생성을 방지하기 위한 세라믹 히터가 설치되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 반응기에 투입된 음식물 쓰레기 시료의 체류시간을 하단 반응기에서는 1초, 상단 반응기에서는 6초로 설정하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치.
- 음식물 쓰레기 시료에 고온,고압의 운반가스를 유입시켜 음식물 쓰레기와 촤가 유동화되도록 하여 바이오 매스를 형성시키는 제 1 단계;상기 유동화된 바이오 매스에 급속하게 열을 인가하여 1차 열분해 반응을 유발시켜 고형 거대분자가 외부 열에 의하여 다량의 증기로 전환되는 제 2 단계;상기 전환된 다량의 증기를 운반가스와 더불어 반응기의 상단으로 이동시켜 2차 열분해 반응을 유발시킴으로써 가스는 가스화 반응을 진행시키고 증기들은 분자량 제어반응을 진행시켜 분리시키는 제 3 단계;상기 제 2 단계에서 잔류하는 고형분을 중력에 의하여 반응기 하단으로 낙하시켜 운반가스에 의해 유동화된 후 탄화과정을 통해 촤로 전환되는 제 4 단계;상기 제 3단계에서 생성되는 가스를 상기 반응기의 가열에 재활용하는 제 5 단계; 및상기 제 4 단계에서 생성된 촤를 투입, 저장, 배합, 증기혼합, 압축성형, 건조하는 과정을 통해 연료탄을 제조하는 제 6 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 방법.
- 제 5항에 있어서,급속 열분해 반응은 500℃이상의 반응기에서 반응기 상단에서 체류시간 1초, 반응기 하단에서 체류시간 6초로 처리되도록 하여 상기 음식물 쓰레기에 포함된 불 순물인 황, 질소, 염소원소 화합물들이 열분해에 의하여 생성된 촤에 물리적 흡착 또는 이차반응을 통하여 포함되는 것이 방지되도록 하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 방법.
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