KR20090045574A - 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터합성가스의 정제 공정 및 장치 - Google Patents

플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터합성가스의 정제 공정 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 토치(Torch) 및 용융로로 각종 폐기물들을 열분해-용융시켜 용융되어 배출되는 슬래그를 유리화하여 재활용하고, 열분해된 가스는 개발/적용된 정제시설을 거쳐 정제된 합성가스를 생산하며, 정제된 합성가스는 개발된 자원화 시설을 적용하여 고순도 수소(H2), 일산화탄소(CO), 메탄올(CH3OH) 등의 연료가스 생산, 가스터빈발전 및 가스엔진발전을 통한 전기생산, 유가금속 회수, 석탄 가스화, 탄소 배출권 확보 등으로 응용분야를 확대할 수 있는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스의 정제 공정 및 장치에 관한 것이다.
플라즈마, 열분해, 폐기물, 재생에너지, 합성가스

Description

플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스의 정제 공정 및 장치{Process and apparatus for refining synthetic gas from waste using plasma pyrolysis}
본 발명은 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스의 정제 공정 및 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 플라즈마 토치(Torch) 및 용융로로 각종 폐기물들을 열분해-용융시켜 용융되어 배출되는 슬래그를 유리화하여 재활용하고, 열분해된 가스는 개발/적용된 정제시설을 거쳐 정제된 합성가스를 생산하며, 정제된 합성가스는 개발된 자원화 시설을 적용하여 고순도 수소(H2), 일산화탄소(CO), 메탄올(CH3OH) 등의 연료가스 생산, 가스터빈발전 및 가스엔진발전을 통한 전기생산, 유가금속 회수, 석탄 가스화, 탄소 배출권 확보 등으로 응용분야를 확대할 수 있는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스의 정제 공정 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 폐기물은 가정, 사무소, 사업장 등에서 매일 발생되며, 종래에는 이러한 폐기물을 도시근교의 쓰레기 매립지나 환경에 손상을 주지 않도록 해양 등 에 매립하였다. 그러나 폐기물의 매립처리는 지속적으로 확보하여야 하며, 매립 후 침출수 및 가스 등의 발생으로 환경이 심각하게 오염될 뿐만 아니라 매립지 등을 확보하고 매립시설을 확충하는데 많은 비용이 소요된다.
상기와 같은 종래의 폐기물 매립처리에 따른 문제점을 해결하기 위한 대안으로 폐기물의 소각처리기술(스토커, 유동상 소각로 등)이 개발되었다. 폐기물 소각처리기술에 의하면 폐기물을 소각로 내에 공급하여 완전 연소시키고 폐기물의 소각에 의해 발생되는 고온의 열은 소각시설 주위의 주택 또는 시설물의 난방, 온수공급 등에 이용하게 된다. 그러나 이러한 소각 시스템에는 다이옥신, 퓨란 및 휘발성 유기화합물(VOCs)을 규제치 이하로 낮추기 위한 대기 오염 조절 시스템 소각로가 필요하고, 중금속이 포함된 유해한 재를 처리하는 것이 문제가 된다.
이러한 소각상의 문제점을 해결하기 위한 방법으로서 플라즈마 열분해 공정기술이 개발되었는데, 상기 기술은 "플라즈마 가스화" 또는 "플라즈마 유리화"라고도 칭해진다. 이와 관련된 기술로는 특허문헌 1 내지 5 등이 있다.
한편, 특허문헌 1, 특허문헌 2 및 특허문헌 3에 따르면, 플라즈마 열분해 공정은 폐기물의 열분해와 유리화에 적합한 플라즈마 가열의 현저한 장점으로 인하여 연료 연소에 비해 유용한 폐기물 처리 장치로 상당한 주목을 받고 있다. 플라즈마 토치는 이온화된 플라즈마 가스에 고압의 아크를 가함으로써 극히 고온의 불꽃을 생성한다. 이에 의하면 플라즈마 토치, 즉, 플라즈마 발생기에 의해 발생되는 초고온 플라즈마를 이용하여 통상 4,000℃ 내지 7,000℃ 범위의 고온 환경을 만들 수 있는데, 이러한 고온 환경에서는 알려진 모든 물질이 용융되고 산업적 이익이 있는 대부분 공정의 반응이 촉진될 뿐 아니라, 재래식 방법에 의한 저온의 연소 화염 또는 옥시아세틸렌 화염에서는 불가능한 반응도 가능해지게 된다.
그러나, 특허문헌 1은 상용 시스템으로 적용되기에는 다음과 같은 몇 가지 문제점이 있다. 첫째, 폐기물이 용융슬래그 위로 투입되며, 플라즈마 토치의 불꽃이 환경에 따라 폐기물에 직접 또는 간접적으로 가열하게 되는데, 이렇게 되면 열분해 속도의 제어가 지극히 어렵게 된다. 둘째, 한 개의 용융로에서 용융과 열분해가 동시에 이루어지며 열분해 가스는 세정 후 바로 배출되는데, 이런 경우 열분해가스의 온도가 다이옥신 저감을 위해 바람직한 온도인 1,200∼1,300℃에 미치기 어렵고, 온도 제어도 쉽지가 않다. 셋째, 용융 슬래그의 배출이 주기적으로 이루어지는데 이는 연속운전을 전제로 하는 대형 시스템에는 적용하기 어렵다.
또한, 특허문헌 2 및 특허문헌 3에 따른 시스템은 폐기물의 단순소각 및 환경 오염물질 배출 저감에 대한 관점에서 시스템을 구축하였기 때문에, 연소 후 생성된 고온의 열을 회수하여 활용하는 기술만을 적용하고 있다. 따라서, 폐기물의 단순처리 관점에서 에너지 회수시설로 개념이 바뀔 필요가 있다.
이에 특허문헌 4에서는 플라즈마 용융로에서 배출되는 열분해 가스를 재연소시켜 열(에너지)을 회수하는 개념의 기술이 개시되었지만, 열분해 가스를 합성가스로 전환시켜 이를 회수하는 기술은 아니다. 또한, 특허문헌 5도 열분해 가스의 폐열을 이용하는 보일러와 스크러버를 통과한 정제 가스를 이용한 보일러를 개시하고 있지만, 합성가스 자체를 생성하거나 이를 수집하는 개념은 전혀 개시되어 있지 않다.
특허문헌 1: 미국등록특허 제5,280,757호
특허문헌 2: 한국등록특허 제529826호
특허문헌 3: 한국등록특허 제582753호
특허문헌 4: 일본공개특허 제2003-336818호
특허문헌 5: 미국공개특허 제2006/0114305호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 플라즈마 토치 및 용융로를 이용하여 각종 폐기물의 열분해-용융을 극대화시키고, 다년간의 운전으로 습득한 정유/석유화학 공정기술을 정제공정과 자원화 공정에 적용하여 열분해 가스에서 발생되는 유해물질 발생을 억제하며, 정제된 합성가스를 이용하여 발생된 고 순도 수소 정제, 발전을 통한 전기 생산 등의 폐기물 자원화 기술을 함으로써, 친환경적이고 안정적인 에너지자원화 기술을 개발하여 상용화할 수 있는 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 공정을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명을 다른 목적은 상기 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스의 정제 공정을 최적으로 적용할 수 있는 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스(이하 "열분해가스"라고도 함)를 정제하는 공정은 플라즈마 용융로 내에 공급된 폐기물을 아크 플라즈마로 열분해시켜 슬래그 및 열분해가스를 방출시키는 단계; 상기 열분해가스를 복사 타입의 제1 챔버와 대류 타입의 제2 챔버가 일체로 형성된 폐열 보일러를 통과시켜 비산재 및 폐열을 회수하는 단계; 상기 폐열 보일러로부터 방출되는 열분해가스에 포함된 비산재를 여과집진기에서 여과시키는 단계; 상기 여과된 열분해가스에 포함되어 있는 염산(HCl)을 제거하고 소정의 온도로 냉각시키는 단계 및 상기 냉각 단계로부터 방출되는 열분해가스에 포함된 황화수소(H2S)을 포함하는 유해물질을 제거하는 단계; 및 상기 유해물질이 제거된 가스를 수집하는 단계 또는 연소시키는 단계;를 포함한다.
상기 공정에 있어서, 상기 여과 단계는 2개의 여과집진기를 오프-라인 타입 방식으로 상기 여과필터에 흡착된 비산재를 제거시키는 것을 특징으로 한다.
상기 공정에 있어서, 상기 황화수소는 재생 가능한 설프리(SulFree) 촉매를 이용하여 제거되는 것을 특징으로 한다.
상기 공정은 상기 연소된 고온의 연소가스로 상기 플라즈마 용융로에 주입되는 공기를 예열시키는 단계; 상기 예열 단계를 거친 상기 연소가스의 열을 폐열 보일러를 이용하여 회수하는 단계; 및 상기 폐열 보일러를 통과한 연소가스를 대기로 방출시키는 단계를 더욱 포함한다.
상기 공정은 상기 연소된 고온의 연소가스로 상기 플라즈마 용융로에 주입되는 공기를 예열시킨 다음, 대기로 방출시키는 단계를 더욱 포함한다.
상기 공정에 있어서, 상기 폐열 회수단계 및 여과단계에서 포집된 비산재는 연소가스를 이용하여 비산재 저장조로 이송시켜 용융로에 재투입시키는 것을 특징으로 한다.
상기 공정은 상기 폐열 보일러와 여과집진기 사이에 설치된 비상 개폐구의 개방시 후단의 공정에 존재하는 열분해 가스를 제거하기 위해 상기 여과집진기에 질소(N2)를 주입하여 열분해 가스를 강제로 대기로 방출시키는 단계를 더욱 포함한다.
상기 공정은 플라즈마 용융로 내의 압력 측정치에 따라 유인송풍기의 속도조절에 의해 상기 용융로 내의 압력을 음압으로 유지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 상기 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스의 정제 장치는 로 본체내에 폐기물을 공급하는 폐기물 공급부, 아크 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 토치, 및 폐기물을 열분해-용융시키는 용융로, 및 상기 폐기물을 용융화시켜 생성되는 슬래그를 배출하는 슬래그 배출구를 구비한 슬래그 포집장치; 복사 타입의 제1 챔버와 대류 타입의 제2 챔버가 일체로 형성되며, 상기 용융로로부터 방출되는 고온의 열분해가스를 상기 제1 챔버를 거쳐 제2 챔버를 통과시켜 열을 회수하는 폐열 보일러; 상기 폐열 보일러로부터 방출되는 열분해가스에 포함된 비산재를 여과하는 여과필터가 내장된 여과집진기; 상기 여과집진기로부터 방출되는 열분해가스에 포함되어 있는 염산(HCl)을 제거하고 소정의 온도로 낮추는 감온탑 및 상기 감온탑으로부터 방출되는 열분해가스에 포함된 황화수소(H2S)을 포함하는 유해물질을 제거하는 습식 세정탑; 및 상기 습식 세정탑으로부터 정제된 합성가스를 수집하는 장치 또는 연소하는 후연소로;를 포함한다.
상기 장치에 있어서, 상기 슬래그 배출구의 말단부는 수조의 수면 아래에 위치하는 딥튜브(Deep Tube) 형식인 것을 특징으로 한다.
상기 장치에 있어서, 상기 폐열 보일러는 상기 용융로의 상부와 연결부를 통하여 연결되고 내부 공간을 갖는 복사 타입의 제1 챔버, 상기 제1 챔버의 상부 일측과 연결되고 내부 공간을 갖는 대류 타입의 제2 챔버, 외부로부터 유입되어 상기 제1 챔버의 내벽을 따라 상기 제1 챔버의 내부에 형성된 제1 수관, 및 외부로부터 유입되어 상기 제2 챔버의 내부 공간에 지그재그로 형성된 제2 수관을 구비하고, 상기 제1 챔버의 말단부는 하부로 갈수록 단면적이 좁아지는 사면으로 형성되며, 상기 제1 챔버(41)의 내부 공간은 공급되는 열분해가스의 온도를 약 850℃ 이하로 낮추기에 충분한 크기를 갖는 특징으로 한다.
상기 장치에 있어서, 상기 여과필터는 소석회로 코팅된 것을 특징으로 한다.
상기 장치에 있어서, 상기 여과집진기는 2개의 여과집진기를 오프-라인 타입 방식으로 설치한 것을 특징으로 한다.
상기 장치에 있어서, 상기 습식 세정탑은 설프리(SulFree) 촉매를 이용하여 황화수소를 제거하며, 상기 습식 세정탑의 일 측에 설치되어 서로 소통하며 상기 촉매를 재생하는 촉매 재생탑을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는 상기 후연소로에서 연소된 고온의 연소가스를 대기로 배출할 수 있도록 온도를 낮추고, 상기 플라즈마 용융로에 주입되는 공기를 예열시키는 공기예열기; 상기 공기 예열기를 통과한 연소가스를 이용하는 폐열 보일러; 및 상기 폐열 보일러를 통과한 연소가스를 대기로 방출하는 연돌을 더욱 포함한다.
상기 장치는 상기 후연소로에서 연소된 고온의 연소가스를 대기로 배출할 수 있도록 온도를 낮추고, 상기 플라즈마 용융로에 주입되는 공기를 예열시키는 공기 예열기; 및 상기 공기 예열기를 통과한 연소가스를 대기로 방출하는 연돌을 더욱 포함한다.
상기 장치에 있어서, 상기 폐열 보일러 및 상기 여과집진기는 공기 유입을 방지하기 위해 그 하단에 2단으로 설치된 실링 타입의 로타리 밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는 상기 폐열 보일러 및 상기 여과집진기에서 포집되는 비산재를 비산재 저장조로 이송시키는 비산재 이송장치를 더욱 포함한다.
상기 장치에 있어서, 상기 공기예열기는 후연소로로부터 유입되는 고온의 연소가스를 이용하여 외부 공기를 가열하여 플라즈마 용융로에 연소용 공기로 공급 또는 연돌을 통하여 배출시키는 제 1단, 및 상기 공기예열기의 제1 단을 통과한 연소가스를 250∼350℃까지 냉각시켜 연돌을 통하여 대기로 방출시키는 제 2단으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 장치는 상기 폐열 보일러와 여과집진기 사이에 비상 개폐구를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는 상기 후연소로와 습식세정탑 사이에 불꽃 역화를 방지할 수 있는 역화방지 장치를 더욱 포함한다.
상기 장치에 있어서, 상기 습식 세정탑으로부터 정제된 합성가스를 이용하는 장치는 고순도 수소 정제장치 또는 가스엔진발전기인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 정유/석유화학 공정기술을 적용한 플라즈마 열분해 공정 시스템을 이용하여 각종 폐기물을 플라즈마 토치 및 용융로에서 고온(1,400∼1500℃)으로 열분해-용융하여 비산재 생성을 극소화하고 환경유해물질인 다이옥신, NOx, SOx 등의 생성을 억제하여 정제 시설의 간소화 및 설비비용을 절감할 수 있으며, 플라스마 용융로로부터 생성된 열분해가스를 여과집진기, 감온탑, 습식세정탑 등의 개량된 정제 공정에서 안정적으로 정제하여 설비의 수명의 연장 및 시스템의 신뢰성를 확보할 수 있다. 또한 보일러, 여과집진기에서 포집되는 비산재를 플라즈마 용융로에 재투입하여 매립으로 발생하는 2차 환경오염을 원천적으로 차단하여 친환경 기술을 실현할 수 있다. 정제된 합성가스를 이용하여 고 순도 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄올 등의 연료가스 생산, 가스터빈발전 및 가스엔진발전을 통한 전기생산, 유가금속 회수, 석탄 가스화, 탄소 배출권 확보 등의 신·재생에너지를 생산할 수 있는 응용기술로도 적용할 수도 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 열분해 공정 시스템의 개괄적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 열분해 공정 시스템은 도시 폐기물을 투입하는 폐기물 투입시설(10), 상기 폐기물을 아크 플라즈마에 의해 열분해-용융시키는 플라즈마 용융로(20), 상기 용융로(20)로부터 배출되는 열분해가스에 포함된 비산재 및 유해물질을 제거하는 합성가스 정제 장치(40, 50, 및 60) 및 공정, 정제된 합성가스로부터 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄올 등의 연료 생 산, 스팀 생산, 가스엔진발전 및 스팀 터빈 발전을 이용한 전기생산 등을 할 수 있는 자원화 장치(110 및 120) 및 공정으로 구분할 수 있다.
도 2는 본 발명에 사용된 플라즈마 용융로를 나타낸 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 용융로(20)에서는 폐기물 투입구(27)로부터 유입된 도시 폐기물을 플라즈마 토치(22)를 이용하여 열분해-용융시킨다. 상기 플라즈마 용융로(20)의 운전원리는 초기 운전시 600℃까지 파일롯(Pilot) 버너(21)로 가열하고, 이후에는 플라즈마 토치(22)를 이용하여 로 내부의 온도를 1,400∼1,500℃까지 올려서 도시 폐기물을 열분해-용융시킨다. 이렇게 용융된 폐기물(무기물)은 용탕(25)으로부터 슬래그 배출구(28)로 배출된다. 한편, 상기 용융로(20)의 외부는 물순환 자겟(26)을 감싸아져 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 상기 플라즈마 용융로(20)의 특징은 도시 폐기물의 열분해-용융시, 플라즈마 용융로내의 산소결핍으로 인한 환원성 분위기가 조성되어 다이옥신, SOx 및/또는 NOx 등의 유해물질이 극소량으로 발생하고, 플라즈마 토치(22)의 인입 각도를 조절하여 플라즈마 아크(Arc)의 토출 압력으로 열분해-용융시 발생되는 비산재(24)를 화살표 방향에 따라 경사벽(23)에 선회시키면서 플라즈마 용융로벽에서 용융되어 용탕(25)으로 떨어지게 하여 열분해가스(29) 내에 포함된 비산재의 양을 극소화시킨다.
상기 용융로(20)는 특허문헌 1(발명의 명칭: 플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 장치 및 방법)에 개시된 용융로 또는 특허문헌 2(발명의 명칭: 선회식 플라즈마 열분해/용융로)에 개시된 용융로일 수 있으며, 상기 발명들의 내용은 본 발명에 참조 문헌으로서 포함된다.
도 3은 플라즈마 용융로로부터 폐기물의 용융에 의해 발생되는 슬래그를 포집하는 슬래그 포집 장치이다. 상기 용융로(20)에서 슬래그 배출구(28)를 통하여 배출되는 고온(1,500℃)의 슬래그는 슬래그 포집 수조의 냉각수(31)에 의해 급냉되어 유리화(vitrification)되며, 유리화된 슬래그는 무해 물질로 구성되어 슬래그 이송장치로 수거되어 건축자재(보도블럭)의 재료로 재활용된다.
본 발명에 따른 슬래그 포집 장치(30)의 특징은 플라즈마 용융로(20) 내의 운전조건에 의한 수소와 일산화탄소가 포함된 열분해가스의 누출을 방지하기 위해 슬래그 배출구(28)의 말단부가 수조의 수면(32) 아래에 위치하는 딥튜브(Deep Tube) 형식으로 구성되어 있으며, 오버플로우 시스템(Over Flow System)을 적용하여 슬래그 수조의 액위를 일정하게 유지하고 슬래그 축적으로 인한 넘치는 냉각수를 보충해줌으로써, 용융로 내부 압력을 유지시켜 열분해가스가 외부로 유출되는 것을 방지한다. 한편, 고온의 슬래그 배출시, 냉각수의 온도상승을 방지하기 위해 냉각시스템(33)을 이용하여 냉각수를 냉각시켜 일정한 온도(40∼50℃)로 유지시킨다.
도 4는 플라즈마 용융로로부터 폐기물의 용융에 의해 발생되는 열분해 가스의 열을 회수하여 냉각시키면서 에너지를 회수하는 폐열 보일러를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 폐열 보일러(40)는 상기 용융로(20)의 상부와 연결부를 통하여 연결되고 내부 공간을 갖는 복사 타입의 제1 챔버(41), 상기 제1 챔 버(41)의 상부 일측과 연결되고 내부 공간을 갖는 대류 타입의 제2 챔버(42), 외부로부터 유입되어 상기 제1 챔버의 내벽을 따라 상기 제1 챔버의 내부에 형성된 제1 수관(43), 및 외부로부터 유입되어 상기 제2 챔버의 내부 공간에 지그재그로 형성된 제2 수관(44)을 포함하고, 상기 제1 챔버(41)의 말단부는 하부로 갈수록 단면적이 좁아지는 사면으로 형성되며, 상기 제1 챔버(41)의 내부 공간은 공급되는 열분해가스의 온도를 약 850℃ 이하로 낮추기에 충분한 크기를 갖는 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 용융로(20) 상단에 냉각 설비없이 소정의 온도 이하로 열회수가 가능한 보일러를 설치하여 상기 용융로(20)에서 방출되는 고온(1,400℃)의 열분해가스를 폐열 보일러(40)를 통과시켜 스팀을 생산하여 지역난방에 공급하거나 스팀 터빈 발전으로 전기를 생산한다. 종래의 폐열 보일러 타입으로 적용할 경우, 고온의 열분해가스에 함유된 비산재가 보일러 수관 외벽에 흡착되어 보일러 수명을 단축시킨다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 제1 챔버(41)의 내벽에 수관(43)을 수직방향으로 설치하고 냉각수(보일러수)를 흐르게 하여 제1 챔버(41)에서 합성가스의 열을 회수하면서 열에 의한 손상을 최소화하고, 수관 외벽에 비산재의 흡착을 최소화하는 복사 및 대류(Radiation & Convection) 타입을 적용하였다.
본 발명의 복사 및 대류 타입의 폐열 보일러는 종래의 폐열 보일러와는 달리 제1 챔버에서 합성가스의 온도를 낮추고 비산제의 비말동반 현상을 없애 줌으로서 감온탑을 설치할 필요가 없다. 따라서, 열분해가스의 온도를 낮추지 않고, 용융로(20) 후단에 상기 보일러(40)를 바로 연결하여 고온의 열분해가스로 고온의 스팀 을 생산할 수 있으며, 상기 용융로(20)에서 유입되는 비산재의 양을 최소화하여 보일러의 수명을 연장할 수 있다.
부연하면, 플라즈마 용융로(20)로부터 유입되는 용융이 되지 않은 고온(1,400℃)의 열분해가스에 포함된 비산재는 복사 타입의 제1 챔버(41)의 내부 공간을 따라 상부로 이동함에 따라 온도 저하 및 속도 감소로 인하여 서로 결합(무게 증가)하여 플라즈마 용융로(20)에 다시 투입되며, 비산재가 상기 제1 챔버의 내벽 가장자리에 설치된 수관의 외벽(43)에 흡착되어도 상기 수관이 제1 챔버의 내벽에 위치하고 수직방향으로 설치되어 있기 때문에 열분해가스의 흐름에 지장을 최소화시킨다. 복사 타입의 제1 챔버(41)를 통과한 소량의 비산재를 포함하는 열분해가스는 약 850℃ 이하로 대류 타입의 제2 챔버(42)로 유입된다. 이와 같이, 상기 제1 챔버(41)는 열분해가스의 공급량 및 속도에 따라 상기 제1 챔버(41)를 통과시 약 850℃ 이하의 온도가 저하되도록 충분한 크기로 자유롭게 설계될 수 있다.
한편, 상기 제1 챔버(41)를 통과한 열분해가스는 소량의 비산재 만을 포함하고, 온도가 850℃ 이하이기 때문에 제2 수관(44)에 비산재의 흡착 및 스케일 발생을 최소화할 수 있다. 그 다음, 상기 제2 챔버에서 제거된 비산재는 비산재 저장소로 이송된다.
도 5는 상기 폐열 보일러로부터 방출된 열분해 가스에 포함된 소량의 비산재를 제거하는 여과집진기의 개략도이다. 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 폐열 보일러(40)로부터 유입되는 열분해가스는 소량의 비산재을 포함하며, 상기 비산재에는 입자가 미세한 카본블랙(Carbon-Balck)이 다량으로 포함되어 있다. 상기 카 본블랙이 제1 및 제2 여과집진기(51 및 52)의 내부에 설치된 제1 및 제2 여과 필터(53 및 54)에 흡착되면 눈 막힘 현상이 발생하여 잘 떨어지지 않는 단점이 있다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 소석회로 상기 여과 필터(53 및 54)를 시운전시 소석회로 코팅하여 눈 막힘 현상을 방지함으로써, 상기 여과필터(53 및 54)에 흡착된 카본블랙을 잘 떨어지게 한다.
본 발명에 따르면, 상기 여과 필터(53 및 54)에 흡착된 비산재를 털어낼 때 일정한 압력을 가하여 불어내는 방식을 택하고 있는데, 펄싱 타입(Pulsing Type)으로 압력을 가할 경우, 플라즈마 열분해 공정 시스템의 전체 압력이 흔들리게 되어 공정 불안정 요인으로 작용한다. 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 오프-라인 타입(Off-Line Type)의 방식으로 제1 및 제2 여과집진기(51 및 52)에 적용하였다. 오프-라인 타입이란 바이 패스(by-pass) 형태로 설치된 2개의 여과집진기(51 및 52) 중 제1 여과집진기(51)를 통과한 열분해가스의 일부를 압축기 또는 송풍기로 유입하여 압력을 상승시켜 제2 여과집진기(52) 내의 여과필터(54)에 흡착된 비산재를 털어내는 방식이다. 본 발명에서는 압축기 또는 송풍기를 사용하지 않고 여과필터에 진동장치를 설치하여 비산재를 털어 낼 수도 있다.
즉, 2개의 여과집진기(51 및 52)를 설치하여 제1 여과집진기(51)가 정상운전을 수행하면 제2 여과집진기(52)는 감온탑으로 유입되는 열분해가스의 일부(약 10%)를 가져와 여과필터(54)에 흡착된 비산재를 털어낸다. 정상 운전중인 제1 여과집진기(51)에 비산재의 다량 흡착으로 인하여 압력이 상승하면 정상 운전중인 제1 여과집진기(51)로 유입되는 열분해가스를 차단하고 제2 여과집진기(52)로 유입시 켜 제2 여과집진기(52)가 비산재의 여과작업을 수행하게 된다. 이 경우에 있어서, 상기 제1 여과집진기(51)는 제2 여과집진기(52)와 마찬가지로 감온탑으로 유입되는 정제된 열분해가스의 일부(약 10%)를 가져와 상기 여과필터(53)에 흡착된 비산재를 털어내는 작업을 수행한다.
도 6은 본 발명에 따른 여과집진기로부터 방출되는 열분해가스에 포함되어 있는 유해 물질중 염산(HCl)을 제거하고, 열분해가스의 온도를 낮추는 감온탑과 황화수소(H2S)를 제거하는 습식세정탑을 포함하는 유해물질 제거장치의 개략도이다.
일반적으로, 플라즈마 열분해 공정 시스템은 종래 소각기술 및 열분해-용융기술과는 달리, 유해물질인 다이옥신, NOx, SOx가 생성이 안 되는 대신, 황화수소와 염산이 열분해가스에 소량으로 함유되어 있다. 종래의 습식 세정탑으로 유해물질인 염산을 제거할 경우, 고온(180℃)과 염산으로 인하여 습식 세정탑의 부식이 발생할 수 있다. 상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 습식 세정탑(62) 전단에 감온탑(61)을 적용하여 습식 세정탑(62)에서 운전할 수 있는 온도(50∼60℃)로 낮추고, 염산을 제거하기 위해 수산화나트륨(NaOH)을 감온탑(61)에 주입하여 하기 반응식 1과 같이 열분해가스에 함유된 염산을 제거한다. 감온탑(61)에서 나온 폐수는 폐수처리장치(미도시)를 이용하여 처리하도록 한다.
NaOH + HCl → NaCl + H2O
도 6에 도시한 바와 같이, 습식 세정탑(62)은 상기 감온탑(61)으로부터 방출 되는 열분해가스에 포함되어 있는 황화수소(H2S)를 황하수소 제거촉매를 이용하여 제거한다. 플라즈마 열분해 공정은 열분해가스에 이산화탄소가 약 20% 정도 함유되어 있어, 종래의 수산화나트륨으로 황화수소를 제거하기는 어렵다. 황화수소를 수산화나트륨으로 제거시, pH 11.5에서부터 제거가 되는데 pH 11부터는 이산화탄소가 수산화나트륨과 결합하여 Na2CO3 및/또는 NaHCO3로 먼저 전환되기 때문에 수산화나트륨이 다량으로 소모된다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 습식 세정탑(62)에 황화수소 제거촉매를 주입하여 하기 반응식 2와 같이 황화수소를 제거하는 방법을 적용하였다. 본 발명에서는 기존에 알려진 모든 황화수소 제거촉매를 이용할 수 있지만, 한국 등록특허 제347845호에 개시된 Fe/MgO계의 고상 촉매가 매우 바람직하다. 이하 본 명세서에서는 상기 Fe/MgO계의 고상 촉매를 "설프리(Sulfree) 촉매"라고도 한다.
상기 설프리 촉매는 수산화나트륨을 이용하여 황화수소를 제거하는 통상의 기술보다 촉매 양을 현저하게 줄일 수 있으며, 촉매재생탑(63)을 통하여 설프리 촉매를 재활용할 수 있어서 기술적 측면과 경제적 측면에서 통상의 기술보다 우위를 확보할 수 있는 친환경적이고 획기적인 기술이다.
2H2S + O2(촉매: Fe/MgO) → 2H2O + 2S
도 7은 폐열 보일러와 여과집진기에서 포집된 비산재를 플라즈마 용융로로 이송하는 비산재 이송 장치의 개략도이다. 본 발명의 플라즈마 열분해 공정 시스템은 가스의 누출을 방지하기 위해서 유인송풍기에 의해 음압으로 운전되고 열분해가스 중 수소와 일산화탄소가 함유되어 있기 때문에 폐열 보일러(-30㎜Aq)(20)와 여과집진기(-150㎜Aq)(50)에서 비산재를 포집시, 통상적인 대기 방출형으로 포집을 하면 공기가 유입되어 수소 폭발 범위를 만족하여 폭발할 가능성이 높다.
이에, 도 7을 참조하면, 본 발명에서는 첫째, 폐열 보일러(20)와 여과집진기(50)에 로타리 밸브(71)를 2단의 실링 타입(Sealing Type)으로 설치하여 공기 유입을 방지하고, 둘째, 작업자의 실수에 의한 폭발 가능성을 원천적으로 방지하기 위해 공압계통(Pneumatic System)을 개량한 흡입식 비산재 이송장치를 적용하였다. 흡입식 비산재 이송장치란, 비산재 저장조(70) 앞에 유인송풍기(72)를 설치하여 보일러(20)와 여과집진기(50)에서 포집되는 비산재를 비산재 저장조(70)로 이송하는 장치로, 비산재 이송매체는 연돌(100)에서 대기로 방출되는 연소(연도)가스를 사용하며, 비산재를 비산재 저장조에 이송한 연소(연도)가스는 다시 대기로 방출한다.
도 8은 후연소로로부터 유입된 고온(900∼950℃)의 연소가스를 이용하여 외부 공기를 약 600℃까지 데워 플라즈마 용융로에 연소용 공기를 주입하는 역할을 하는 공기예열기의 개략도이다.
일반적으로, 폐열회수가 필요없는 지역에 플라즈마 열분해 공정 시스템을 건설할 경우, 대기 방출 허용기준 온도(350℃ 이하)를 충족시키기 위해 공기예열기 후단에 폐열 보일러 대신 감온탑을 설치하여 냉각시키고 연돌을 통하여 대기로 방출할 수 있다. 그러나 감온탑에서 냉각(250℃)된 연소가스를 연돌을 통하여 대기 로 방출할 경우 백연이 발생한다.
본 발명에서는 이를 해결하기 위해 백연 발생의 원인인 감온탑을 설치하지 않고, 개량된 공기예열기를 개발 및 적용하였다. 상기 공기예열기(80)는 후연소로(65)로부터 유입되는 고온의 연소가스를 이용하여 외부 공기를 가열하여 플라즈마 용융로(20)에 연소용 공기로 공급 또는 연돌을 통하여 배출시키는 제 1단, 및 상기 공기예열기(80)의 제1 단(81)을 통과한 연소가스를 250∼350℃까지 냉각시켜 연돌(100)을 통하여 대기로 방출시키는 제2 단(84)으로 구성된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 공기예열기(80)는 2단 구조로서, 후연소로(65)로부터 유입되는 고온(900∼950℃)의 연소가스를 공기예열기의 1단(81)을 통과시켜 관을 통해 유입되는 외부 공기를 약 600℃까지 데워주는 역할하게 되며, 데워진 예열공기는 플라즈마 용융로(20)에 연소용 공기로 주입되며, 불안정한 요인으로 인하여 공정의 가동을 중단시킬 경우, 플라즈마 용융로(20)로 연결된 밸브(87)를 닫고, 밸브(88)은 열여 데워진 외부 공기를 연돌(100)을 통하여 배출시킨다.
한편, 상기 공기예열기의 제1 단(81)을 통과한 약 700℃의 연소 가스는 대기 방출 허용기준 온도(350℃ 이하)를 만족하기 위해, 상기 공기예열기(80)의 제2 단(84) 내부에 다시 2개의 열교환기(86)를 설치하고, 2개의 열교환기 내에 설치된 관을 통해 유입된 외부 공기를 이용하여 상기 공기예열기(80)의 제1 단(81)을 통과한 연소가스를 250∼350℃까지 냉각시켜 연돌(100)을 통하여 대기로 방출한다. 본 발명에 따르면, 상기 공기예열기(80) 적용시 백연 발생을 방지할 수 있으며, 공기예열기 후단의 감온탑을 삭제하여 설비비를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 상기 장치는 상기 후연소로(65)에서 연소된 고온의 연소가스를 대기로 배출할 수 있도록 온도를 낮추고, 상기 플라즈마 용융로(20)에 주입되는 공기를 예열시키는 공기예열기(80)의 후단에 상기 공기 예열기(80)를 통과한 연소가스를 이용하는 폐열 보일러(90)와 상기 폐열 보일러(90)를 통과한 연소가스(또는 연도가스)를 대기로 방출하는 연돌(100)을 더욱 포함하거나, 아니면 상기 폐열 보일러(90)를 설치하지 않고, 상기 공기 예열기(80)를 통과한 연도가스를 직접 연돌(100)을 통하여 대기로 방출할 수 있다. 상기 연도가스는 연소가스에서 환경규제치 이하로 불순물을 제거하고 온도를 낮춘 가스를 의미한다.
도 9는 폐열 보일러와 여과집진기 사이에 설치된 비상 개폐구의 개략도이다. 도 9를 참조하면, 설비 및 공정사고 발생시, 플라즈마 열분해 공정 시스템의 안전성을 확보하기 위해서 안전하게 공정을 정지할 수 있도록 폐열 보일러(40)와 여과집진기(50) 사이의 구간에 비상 개폐구(Emergency Damper, 91)를 설치하여 열분해 가스를 대기로 방출시킬 수 있다. 예를 들어, 시스템 압력이 30㎜Aq 이상으로 5초 동안 유지시, 용융로에 투입되는 폐기물으로 주입이 중단되고, 플라즈마 토치의 전원공급이 중단되며, 여과집진기(50) 방향으로 향하는 열분해가스의 흐름을 상기 비상 개폐구(91)를 개방하여 열분해가스를 방출할 수 있다. 이 경우, 여과집진기(50) 후단에 설치된 설비(감온탑, 습식 세정탑 등등)에 잔류하고 있는 열분해가스는 제1 또는 제2 여과집진기(51 또는 52)에 질소(N2)(92)를 강제로 주입하여 상기 설비에 존재하는 열분해 가스를 대기로 방출시킴으로써, 공정의 안정성을 확보할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 6을 참조하면, 유인송풍기(66)를 습식 세정탑(62) 후단에 설치하여 필요에 따라 정제된 열분해가스를 후연소로(65)로 이송하여 연소, 또는 가스터빈 발전기 또는 수소정제장치로 이송하여 신·재생에너지를 생산할 수 있도록 적용할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 후연소로(65)에서 열분해가스 연소시 불꽃 역화로 인하여 습식 세정탑(62) 후단은 폭발범위를 만족하여 폭발할 가능성이 높다. 상기 문제점을 해결하기 위해, 습식 세정탑 (62)후단에 불꽃 역화 방지 장치(Flame Arrestor, 64)를 설치하여 불꽃 역화를 차단하는 기술을 개발 및 적용하여 안정적인 운전을 가능하게 하였다. 또한, 본 발명에 따르면, 폐열 보일러(40) 및 습식 세정탑(62) 후단에 산소 분석기(미도시)를 설치하여 열분해가스 중 산소가 5% 이상이면 전체적인 시스템을 중지할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 습식 세정탑(62)에서 정제된 합성가스는 용도에 따라 첫째, 후연소로(65)를 추가하여 연소시 발생하는 열을 회수하여 스팀 생산하거나 스팀터빈 발전기를 추가하여 전기 생산을 하거나, 둘째, 스팀터빈 발전기보다 효율이 높은 가스터빈 발전기(110)를 추가하여 전기 생산을 하거나, 셋째, 수소정제장치(Hydrogen Refining/Generation System, 120)를 추가하여 고순도(9.9999%)의 수소 및 이산화탄소를 정제하여 외부 수요처에 판매할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 시스템은 발생되는 비산재를 매립하는 종래 소각 기술과 달리, 플라즈마 용융로에서 폐기물을 열분해-용융시, 플라즈마 용융로내의 산소(O2)결핍으로 다이옥신, SOx, NOx 등의 유해물질의 발생을 억제시키고, 비산재를 플라즈마 용융로에 재투입하여 처리함으로써, 비산재 매립시 발생하는 2차 환경오염을 원천적으로 차단하는 친환경적 기술이다. 또한, 종래의 소각기술, 일반 열분해-용융 기술 등에서 구현하지 못하는 고 순도의 연료가스를 정제하고, 스팀터빈발전 및 가스엔진발전을 이용하여 전기를 생산하며, 석탄가스화, 유가금속 회수, 탄소 배출권 확보 등의 신·재생에너지를 생산할 수 있어 다양한 응용분야로 기술을 확대할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 열분해 공정 시스템의 개괄적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 사용된 플라즈마 용융로를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따라 플라즈마 용융로로부터 폐기물의 용융에 의해 발생되는 슬래그를 포집하는 슬래그 포집 장치(Slag Pool)이다.
도 4는 본 발명에 따라 플라즈마 용융로로부터 폐기물의 용융에 의해 발생되는 열분해 가스의 열을 회수하여 냉각시키면서 에너지를 회수하는 폐열 보일러(Boiler)의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따라 폐열 보일러로부터 방출된 열분해 가스에 포함된 소량의 비산재를 제거하는 여과집진기(Bag Filter)의 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따라 여과집진기로부터 방출되는 열분해가스에 포함되어 있는 유해 물질중 염산(HCl)을 제거하고, 열분해가스의 온도를 낮추는 감온탑(Quencher) 및 습식세정탑(Scrubber)의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따라 폐열보일러와 여과집진기에서 포집된 비산재를 플라즈마 용융로로 이송하는 비산재 이송 장치의 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따라 후연소로로부터 유입된 고온(900∼950℃)의 연소가스를 이용하여 외부 공기를 약 600℃까지 가열하여 플라즈마 용융로에 연소용 공기를 주입하는 역할을 하는 공기예열기(Air Pre-Heater)의 개략도이다.
도 9는 본 발명에 따라 폐열 보일러와 여과집진기 사이에 설치된 비상 개폐 구(Emergency Damper)의 개략도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
10: 폐기물 투입시설 20: 플라즈마 용융로
21: 버너 22: 플라즈마 토치
23: 경사벽 24: 비산재
25: 용탕 26: 물순환 자켓
27: 폐기물 투입구 28: 슬래그 배출구
29: 열분해가스 30: 슬래그 포집 장치
32: 수면 33: 냉각시스템
40: 폐열 보일러 41: 복사 타입의 제1 챔버
42: 대류 타입의 제2 챔버 43: 제1 수관
44: 제2 수관 50: 여과집진기
51: 제1 여과집진기 52: 제2 여과집진기
53: 제1 여과필터 54: 제2 여과필터
60: 유해물질 제거장치 61: 감온탑
62: 습식 세정탑 63: 촉매 재생탑
64: 불꽃 역화 방지 장치 65: 후연소로
66 및 72: 유인송풍기 70: 비산재 저장소
71: 로타리 밸브 80: 공기예열기
81: 공기예열기 제1 단 84: 공기예열기 제2 단
86: 열교환기 87 및 88: 밸브
90: 폐열 보일러 91: 비상 개폐구
92: 질소 100: 연돌
110: 가스터빈 발전기 120: 수소정제장치

Claims (22)

  1. 플라즈마 용융로 내에 공급된 폐기물을 아크 플라즈마로 열분해시켜 슬래그 및 열분해가스를 방출시키는 단계;
    상기 열분해가스를 복사 타입의 제1 챔버와 대류 타입의 제2 챔버가 일체로 형성된 폐열 보일러를 통과시켜 비산재 및 폐열을 회수하는 단계;
    상기 폐열 보일러로부터 방출되는 열분해가스에 포함된 비산재를 여과집진기에서 여과시키는 단계;
    상기 여과된 열분해가스에 포함되어 있는 염산(HCl)을 제거하고 소정의 온도로 냉각시키는 단계 및 상기 냉각 단계로부터 방출되는 열분해가스에 포함된 황화수소(H2S)을 포함하는 유해물질을 제거하는 단계; 및
    상기 유해물질이 제거된 가스를 수집하는 단계 또는 연소시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 공정.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 여과 단계는 2개의 여과집진기를 바이 패스 형태로 설치하여 오프-라인 타입 방식으로 상기 여과필터에 흡착된 비산재를 제거시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 공정.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 황화수소는 재생 가능한 설프리 촉매를 이용하여 제거되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 공정.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 공정은
    상기 연소된 고온의 연소가스로 상기 플라즈마 용융로에 주입되는 공기를 예열시키는 단계;
    상기 예열 단계를 거친 상기 연소가스의 열을 폐열 보일러를 이용하여 회수하는 단계; 및
    상기 폐열 보일러를 통과한 연소가스를 대기로 방출시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 공정.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 공정은
    상기 연소된 고온의 연소가스로 상기 플라즈마 용융로에 주입되는 공기를 예열시킨 다음, 대기로 방출시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈 마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 공정.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 폐열 회수단계 및 여과단계에서 포집된 비산재는 연소가스를 이용하여 비산재 저장조로 이송시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 공정.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 공정은
    상기 폐열 보일러와 여과집진기 사이에 설치된 비상 개폐구의 개방시 후단의 공정에 존재하는 열분해 가스를 제거하기 위해 상기 여과집진기에 질소(N2)를 주입하여 열분해 가스를 강제로 대기로 방출시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 공정.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 공정은 플라즈마 용융로 내의 압력 측정치에 따라 유인송풍기의 속도에 의해 상기 용융로 내의 압력을 음압으로 유지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 공정.
  9. 로 본체내에 폐기물을 공급하는 폐기물 공급부, 아크 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 토치, 상기 폐기물을 열분해-용융시키는 용융로, 및 상기 폐기물을 용융화시켜 생성되는 슬래그를 배출하는 슬래그 배출구를 구비한 슬래그 포집장치;
    복사 타입의 제1 챔버와 대류 타입의 제2 챔버가 일체로 형성되며, 상기 용융로로부터 방출되는 고온의 열분해가스를 상기 제1 챔버를 거쳐 제2 챔버를 통과시켜 열을 회수하는 폐열 보일러;
    상기 폐열 보일러로부터 방출되는 열분해가스에 포함된 비산재를 여과하는 여과필터가 내장된 여과집진기;
    상기 여과집진기로부터 방출되는 열분해가스에 포함되어 있는 염산(HCl)을 제거하고 소정의 온도로 낮추는 감온탑 및 상기 감온탑으로부터 방출되는 열분해가스에 포함된 황화수소(H2S)을 포함하는 유해물질을 제거하는 습식 세정탑; 및
    상기 습식 세정탑으로부터 정제된 합성가스를 수집하는 장치 또는 연소하는 후연소로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 슬래그 배출구의 말단부는 수조의 수면 아래에 위치하는 딥튜브(Deep Tube) 형식인 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로 부터 합성가스를 정제하는 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 폐열 보일러는 상기 용융로의 상부와 연결부를 통하여 연결되고 내부 공간을 갖는 복사 타입의 제1 챔버, 상기 제1 챔버의 상부 일측과 연결되고 내부 공간을 갖는 대류 타입의 제2 챔버, 외부로부터 유입되어 상기 제1 챔버의 내벽을 따라 상기 제1 챔버의 내부에 형성된 제1 수관, 및 외부로부터 유입되어 상기 제2 챔버의 내부 공간에 지그재그로 형성된 제2 수관을 구비하고, 상기 제1 챔버의 말단부는 하부로 갈수록 단면적이 좁아지는 사면으로 형성되며, 상기 제1 챔버의 내부 공간은 공급되는 열분해가스의 온도를 약 850℃ 이하로 낮추기에 충분한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 여과필터는 소석회로 코팅된 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 장치.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 여과집진기는 2개의 여과집진기를 바이 패스 형태로 설치한 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하 는 장치.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 습식 세정탑은 설프리 촉매를 이용하여 황화수소를 제거하며, 상기 습식 세정탑의 일 측에 설치되어 서로 소통하며 상기 촉매를 재생하는 촉매 재생탑 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 장치.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 장치는
    상기 후연소로에서 연소된 고온의 연소가스를 대기로 배출할 수 있도록 온도를 낮추고, 상기 플라즈마 용융로에 주입되는 공기를 예열시키는 공기예열기;
    상기 공기 예열기를 통과한 연소가스를 이용하는 폐열 보일러; 및
    상기 폐열 보일러를 통과한 연소가스를 대기로 방출하는 연돌을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 장치.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 장치는
    상기 후연소로에서 연소된 고온의 연소가스를 대기로 배출할 수 있도록 온도 를 낮추고, 상기 플라즈마 용융로에 주입되는 공기를 예열시키는 공기예열기; 및
    상기 공기 예열기를 통과한 연소가스를 대기로 방출하는 연돌을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 장치.
  17. 청구항 9에 있어서,
    상기 폐열 보일러 및 상기 여과집진기는 공기 유입을 방지하기 위해 그 하단에 2단으로 설치된 실링 타입의 로타리 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 장치.
  18. 청구항 9 또는 17에 있어서,
    상기 장치는
    상기 폐열 보일러 및 상기 여과집진기에서 포집되는 비산재를 비산재 저장조로 이송시키는 비산재 이송장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 장치.
  19. 청구항 15 또는 16에 있어서,
    상기 공기예열기는 후연소로로부터 유입되는 고온의 연소가스를 이용하여 외부 공기를 가열하여 플라즈마 용융로에 연소용 공기로 공급 또는 연돌을 통하여 배출시키는 제 1단, 및 상기 공기예열기의 제1 단을 통과한 연소가스를 250∼350℃까 지 냉각시켜 연돌을 통하여 대기로 방출시키는 제 2단으로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 장치.
  20. 청구항 9에 있어서,
    상기 장치는
    상기 폐열 보일러와 여과집진기 사이에 비상 개폐구를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 장치.
  21. 청구항 9에 있어서,
    상기 장치는
    상기 후연소로와 습식세정탑 사이에 불꽃 역화를 방지할 수 있는 역화방지 장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 장치.
  22. 청구항 9에 있어서,
    상기 습식 세정탑으로부터 정제된 합성가스를 이용하는 장치는 고순도 수소 및 이산화탄소 정제장치, 또는 가스엔진 발전기인 것을 특징으로 하는 플라즈마 열분해 공정 기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 장치.
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