KR20090055102A - 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법 - Google Patents

폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20090055102A
KR20090055102A KR1020070121847A KR20070121847A KR20090055102A KR 20090055102 A KR20090055102 A KR 20090055102A KR 1020070121847 A KR1020070121847 A KR 1020070121847A KR 20070121847 A KR20070121847 A KR 20070121847A KR 20090055102 A KR20090055102 A KR 20090055102A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sludge
liquid fuel
waste
drying
waste plastic
Prior art date
Application number
KR1020070121847A
Other languages
English (en)
Inventor
고용수
김철희
이경훈
김경민
배진우
성낙창
정병길
Original Assignee
부영중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부영중공업 주식회사 filed Critical 부영중공업 주식회사
Priority to KR1020070121847A priority Critical patent/KR20090055102A/ko
Publication of KR20090055102A publication Critical patent/KR20090055102A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/10—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal from rubber or rubber waste
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903—Feed preparation
    • C10J2300/0906—Physical processes, e.g. shredding, comminuting, chopping, sorting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903—Feed preparation
    • C10J2300/0909—Drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0946—Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

본 발명은 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 분쇄기 및 자력선별, 필요에 따라 풍력선별기를 사용하여 금속류 등의 이물질을 제거하는 폐플라스틱 전처리 공정과; 분쇄된 폐플라스틱을 액화장치에 투입하여 300~500℃에서 반응시켜 발생된 가스를 응축장치를 통과하여 액체연료를 생산하는 액화공정과; 슬러지 건조장치에서 상기 액체연료와 슬러지를 반응시켜 상기 슬러지에 함유된 수분이 증발하여 감소되고 상기 액체연료가 슬러지 내에 함침된 건조슬러지를 제조하는 슬러지 건조공정; 및 상기 슬러지 건조공정에서 건조된 슬러지를 열분해하여 용융슬래그와 수소와 일산화탄소가 주성분인 합성가스를 제조하는 합성가스 제조공정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것으로서, 슬러지의 건조와 동시에 연료로 활용이 가능한 건조슬러지의 생산이 가능하고 생산된 건조슬러지는 2차 대기오염 문제를 줄이고 중금속이 함유된 슬러지를 연료로 활용 가능하도록 가스화 장치를 이용하여 청정에너지를 생산할 수 있으며, 가스화 후 발생되는 잔재물은 인공경량골재로 활용이 가능한 효과가 있다.
폐플라스틱, 폐비닐, 액체, 건조슬러지, 합성가스, 인공경량골재

Description

폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법{Organic Sludge Drying into the Liquid Fuel from waste Prastic and Syn-Gas Producing Method using Gasification with Dried Sludge}
본 발명은 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하수슬러지, 음식물 슬러지, 축산분뇨 슬러지의 유기성슬러지를 비롯하여 폐플라스틱 및 폐비닐의 액체연료를 이용하여 친환경적인 청정에너지를 회수할 수 있는 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법에 관한 것이다.
우리나라는 미국, 일본, 독일에 이어 세계 제4위의 플라스틱 생산국으로서 전세계 플라스틱 생산량의 6% 정도인 약 1,000만톤/년 정도를 생산하고 있으며, 2004년도를 기준으로 국내 가연성 폐기물의 발생총량인 2,900만톤/년의 14%에 해당하는 연간 약 400만톤 정도의 폐플라스틱이 발생되고 있다.
국내의 폐플라스틱 발생량은 매년 평균적으로 6.5%의 비율로 증가하여 2010 년에는 약 570만톤의 폐플라스틱이 발생될 것으로 전망되는 추세이며, 발생원별로는 사업장에서 폐기물로 배출되는 폐플라스틱의 발생 증가율이 8.1%로 가장 높게 나타났다.
또한, 농촌에서는 원예작물 재배용으로 사용되는 폐비닐이 매년 10만톤 정도 발생하고 있고 처리되지 못한 폐비닐의 적체량이 100만톤 이상 되는 것으로 알려져 있다. 또한 연근해에 투기되는 PE, PP, EPS, 합성섬유 등의 폐어구류가 매년 4만톤 정도이고, 이미 투기된 합성수지계의 폐어구류는 약 200만톤에 이르는 것으로 알려졌다.
국내의 폐플라스틱 처리현황을 살펴보면 2004년도를 기준으로 폐플라스틱 발생량인 393만톤 중에서 121만톤이 재활용되어 재활용율이 30.9%로 집계되었으며, 이 수치는 OECD 국가에 비하여 상대적으로 낮은 수준이다.
현재까지 개발된 폐플라스틱의 재활용 기술은 크게 재생 원료화(Material recycle), 소각하여 폐플라스틱이 가지고 있는 열에너지를 회수하는 열적 재활용(Thermal Recycle or Energy Recycle), 화학적 처리를 통하여 원료물질이나 액체 및 고체연료로 전환시키는 화학적 재활용(Chemical Recycle)의 3가지로 분류할 수 있다. 폐플라스틱이나 폐비닐은 성형연료(RPF) 및 유화 등의 방법으로 에너지로 재활용되고 있으나 성형연료로 사용할 경우 2차 대기오염이 심각하고 유화의 경우 경제성의 문제가 있다.
한편, 국내 하수슬러지의 발생량은 2005년말 기준으로 2,557,374톤/년으로 국내 하수슬러지의 발생량 및 처리 실태는 아래 표 1과 같다.
년 도 해양 배출 육상 매립 소 각 재활용 계
2005 199(78.0%) 4(1.7%) 29(11.2%) 12(4.8) 256(만톤/년
2005년 말 기준에 의하면 연간 256만톤의 하수슬러지가 발생되었으며, 이중 78% 정도가 해양배출, 1.7%정도가 육상매립되었다. 그러나 2010년부터 해양배출이 금지됨으로써 소각보다도 환경친화적인 대안이 필요한 실정이다.
현재 하수슬러지의 처리방법으로는 크게 4가지로 나뉘며, 이때 지불되는 처리비용은 아래 표 2와 같다.
[하수슬러지 처리비용 단가]
해양배출 매립 소각 재활용(시멘트)
26,000원/톤 27,000(원/톤) 55,000(원/톤) 48,000(원/톤)
표 2와 같이 연간 하수슬러지의 처리비용이 막대하게 소요되고 있음을 알 수 있다.
기존의 슬러지 건조는 열풍을 이용하여 건조하는 방식이 주를 이루고 있으며 건조에 소요되는 에너지 비용으로 인해 현장적용이 어려운 실정이다. 또한 건조 후 발생하는 슬러지는 함수율이 20~40% 근방으로 매립 또는 재활용 등의 2차적인 처리가 행해져야 한다.
현재 슬러지를 에너지로 생산할 수 있는 기술개발이 이루어지고 있으나, 슬러지를 연료로 활용하기 위해서는 일차적으로 슬러지를 건조한 후 발열량이 높은 플라스틱(폐비닐)과 혼합하고 성형기를 이용하여 성형하는 공정을 거쳐야 한다. 성형공정을 거친 슬러지는 펠렛 타입의 고체 연료로 직접 소각방식을 이용하여 에너지로 활용된다. 직접 소각방식의 경우 불완전 연소로 인한 매연이나 고온 연소시 대량의 thermal-NOx가 발생되며, 염소성분 등으로 인한 다이옥신 발생을 유발하여 2차 대기오염을 제어하기 위한 방지시설이 필요한 문제점이 있다. 또한 중금속이 함유된 슬러지의 경우 에너지로의 활용 자체가 어려운 실정이다.
따라서, 현재 폐플라스틱과 폐비닐 및 현재 매립, 해양배출되고 있는 생활, 산업, 축산 잉여 부산물인 슬러지의 대체 에너지화를 위한 기술개발이 시급한 현실이다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 현재 매립, 소각, 해양배출되고 있는 폐플라스틱과 폐비닐 및 유기성 슬러지의 재활용율을 높일 수 있는 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 슬러지 건조에 소요되는 에너지 비용을 최소화하기 위해 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용하여 슬러지를 건조함과 동시에 청정에너지를 생산할 수 있는 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 유화기술 중 경제성이 있는 단계에서 액체연료를 생산하고 이 액체연료를 슬러지 건조용으로 활용함으로써 경제적이고 친환경적인 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법은, 분쇄기 및 자력선별, 필요에 따라 풍력선별기를 사용하여 폐플라스틱이나 폐비닐에 포함된 금속류 등의 이물질을 제거하는 전처리 공정(S100)과; 분쇄된 폐플라스틱이나 폐비닐을 액화장치에 투입하여 300~500℃에서 반응시켜 발생된 가스를 응축장치를 통과하여 액체연료를 생산하는 액화공정(S200)과; 슬러지 건조장치에서 상기 액체연료와 슬러지를 반응시켜 상기 슬러지에 함유된 수분이 증발하여 감소되고 상기 액체연료가 슬러지 내에 함침된 건조슬러지를 제조하는 슬러지 건조공정(S300); 및 상기 슬러지 건조공정에서 건조된 슬러지를 열분해하여 용융슬래그와 수소와 일산화탄소가 주성분인 합성가스를 제조하는 합성가스 제조공정(S400);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 또한, 상기 폐플라스틱 전처리 공정(S100)은, 분쇄되는 폐플라스틱이나 폐비닐의 입경이 20~50mm인 것이 바람직하다.
그리고 또한, 상기 액화공정(S200)은, 생산된 액체연료는 액체연료 저장장치에 저장되고 정량공급장치를 통해 슬러지 건조장치로 이송되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 액화공정(S200)은, 액체연료 저장장치를 50~80℃의 온도로 유지하여 액체연료의 굳음 현상을 방지하는 것이 더욱 바람직하다.
그리고 또한, 상기 슬러지 건조공정(S300)은, 슬러지의 함수율은 40~80중량%, 액체연료와 슬러지의 반응시간은 10~20분, 슬러지 건조장치는 120~200℃로 가열하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 슬러지 건조공정(S300)은, 슬러지 처리량 기준 소모되는 액체연료의 양은 슬러지 투입량 기준으로 30~50중량%이며, 소요되는 액체연료는 액체연료 저장장치에서 정량 공급되는 것이 더욱 바람직하며, 상기 슬러지 건조공정(S300)에 의해 건조된 건조 슬러지는 25중량%이하의 수분을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
그리고 또한, 상기 합성가스 제조공정(S400)의 가스화는, 600~1,300℃의 온 도에서 가스화하는 것이 바람직하다.
그리고 또한, 상기 합성가스 제조공정(S400)에서 생산된 합성가스는 액화장치 및 액체연료 저장장치에 필요한 열원, 슬러지 건조에 필요한 열원, 합성가스 제조에 필요한 열원으로 이용되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 슬러지의 건조와 동시에 연료로 활용이 가능한 건조슬러지의 생산이 가능하고, 생산된 건조슬러지는 2차 대기오염 문제를 줄이고, 중금속이 함유된 슬러지를 연료로 활용 가능하도록 가스화 장치를 이용하여 청정에너지를 생산할 수 있으며, 가스화 후 발생되는 잔재물은 인공경량골재로 활용이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 열화학적 폐기물 처리 및 에너지 회수 이용 측면에서의 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 현재 매립, 해양배출되고 있는 생활, 산업 잉여 부산물의 에너지화를 위한 기술을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 육상매립 및 해양배출되는 하수슬러지의 유중건조 후 열분해 가스화를 통해 에너지화하여 에너지 대체 및 슬러지 처리비용 절감이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 미반응 물질의 개질기술 개발을 통한 전환율, 효율 향상 및 고효율의 청정 폐기물 처리기술을 확보할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상 세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법의 공정도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법은 크게 폐플라스틱이나 폐비닐의 전처리 공정(S100)과, 액화공정(S200)과, 슬러지 건조공정(S300) 및 건조된 슬러지의 합성가스 제조공정(S400)으로 이루어진다.
이하에서는, 각 공정별 특징을 살펴보기로 한다.
먼저, 전처리 공정(S100)은 폐플라스틱이나 폐비닐에 함유된 금속류 등을 제거하는 공정으로서, 여기서 사용되는 폐플라스틱은 플라스틱의 종류를 세분하면 약 100여 가지에 이르지만 일상생활에서 쉽게 접할 수 있고, 공업적으로 대량 이용되는 플라스틱은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리스타이렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC) 및 에이비에스(ABS) 수지 등의 6대 범용수지로서 국내에서 소비되는 모든 플라스틱을 사용할 수 있으며, 또한 최근에 음료 용기 등으로 많이 사용되는 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET)도 사용이 가능하다. 이러한 폐플라스틱이나 폐비닐을 분쇄기 및 자력선별, 필요에 따라 풍력선별기와 같은 전처리장치(10)를 사용하여 금속류 등의 이물질을 제거한다. 금속류 등의 이물질이 혼합되지 않은 폐플라스틱이나 폐비닐의 경우 전처리 공정(S100)이 필요하지 않으나 액화공정(S200)에서의 효율을 높이기 위한 입도 제어용 분쇄 공정이 필요하며, 분쇄되는 폐플라스틱이나 폐비닐의 입경은 약 20~50mm 정도가 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 액화공정(S200)을 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이 국내 소비량의 대부분을 차지하는 6대 범용수지는 모두 열가소성 수지이며, 이들은 100~200℃ 정도로 열을 가하면 용융되고, 350~400℃ 이상으로 열을 가하면 고분자의 사슬이 끊어져 저분자 물질로 변화되는 특성을 지니고 있다. 따라서, 액화공정(S200)에서는 상기 전처리공정(S100)에 의해 잘게 분쇄된 폐플라스틱이나 폐비닐을 액화장치(20)에 공급한다. 공급 장치로 주로 이용되는 장치는 스크류 컨베이어(Screw conveyor) 또는 로터리 밸브(Rotary Valve)를 사용하거나 이들을 조합하여 사용할 수 있다. 이 외에도 피스톤(Piston) 방식의 투입장치가 사용될 수 있으나 이는 공지기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
액화장치(20)에 폐플라스틱이나 폐비닐을 투입하여 고체인 폐플라스틱(폐비닐)을 액체 상태로 바뀐다. 액화장치(20)는 교반형 탱크가 사용되고 공급되는 폐플라스틱(폐비닐)이 체류시간 동안에 액화되어 충분한 유동성을 갖도록 한다. 플라스틱은 종류에 따라 분해온도 및 분해속도가 다르므로 다양한 종류의 플라스틱이 혼합된 원료를 열분해할 경우 시간에 따라 액체연료의 조성에 변화가 생기고, 이는 후단의 슬러지 건조공정(S300)이나 합성가스 제조공정(S400)에 영향을 주어 균일한 품질의 건조 슬러지를 회수하는데 어려움을 줄 수 있다. 따라서, 액화장치(20)의 온도는 플랜트 운전에서 매우 중요하게 고려되어야 할 사항으로 반응시간 및 가열온도 등에 상당한 영향을 미친다. 본 발명에 따른 반응시간은 3~4시간, 가열온도는 약 300~500℃ 범위가 바람직하다. 온도가 너무 높으면 체류시간이 짧아지지만 가스 상의 생성물이 많이 발생되고, 액화장치(20) 내부 벽면에 코크가 침착되어 열전달 효율을 떨어뜨리고 심하게 발생되면 액화장치(20)의 운전이 불가능해지는 문제가 발생하므로 상기의 범위 내에서 반응시간 및 최적 온도를 유지하는 것이 필수적이다. 이러한 액화장치(20)의 가열방법으로는 전기 히터에 의한 가열, 열매체유에 의한 가열, 직화나 열풍에 의한 가열, 반응기로부터 순환되는 고온의 액체에 의한 가열 등의 다양한 방법이 사용될 수 있다.
액화장치(20)에서 발생된 가스는 응축장치(30)를 통과시켜 액체연료로 생산된다. 이때, 남은 폐플라스틱(폐비닐)의 잔류물은 외부로 배출된다. 한편, 폐플라스틱 중에 PVC가 함유된 경우에는 열분해 과정에서 염화수소가스(HCl)가 발생되고, 제품 중에 잔류하는 염소 성분도 후단 공정에서 장치 부식, 제품의 품질 저하 등의 문제가 되므로 원료 중의 PVC 함량을 제한하거나 별도의 염소처리 설비를 구비하는 것이 바람직하다.
응축장치(30)를 거쳐 생산된 액체연료는 액체연료 저장장치(40)에 저장되고, 정량공급장치(50)를 통해 슬러지 건조장치(60)로 이송된다. 이때, 액체연료 저장장치(40) 및 정량공급장치(50)는 약 50~80℃의 온도로 가열하여 액체연료의 굳음 현상을 방지하여야 한다. 폐플라스틱이나 폐비닐의 액화공정(S200)의 전반에 필요한 액화장치(20), 응축장치(30), 액체연료 저장장치(40) 및 정량공급장치(50)에 필요한 열원은 후술되는 합성가스 제조공정(S400)에서 생산되는 합성가스를 이용할 수 있다. 이와 같이 생산된 액체연료의 발열량은 약 9.000~11,000kcal/kg이며. 폐플라스틱 1톤당 약 700~850kg의 액체연료가 생산된다.
다음으로, 본 발명에 따른 슬러지 건조공정(S300)을 설명하기로 한다.
상기 슬러지 건조공정(S300)은 상기 액화공정(S200)에서 생산된 액체연료를 이용하여 슬러지를 건조하는 공정으로, 본 발명에 사용되는 슬러지는 유기성 슬러지가 사용가능하며 하수종말처리장, 산업폐수처리장, 축산 분뇨 등에서 발생된 폐 슬러지가 사용될 수 있으나 이들 종류가 특별히 제한되지는 않는다. 이때 투입되는 슬러지의 함수율은 통상 약 40~80중량%의 수분을 포함한다.
우선, 슬러지 건조장치(60)에 상기 액화공정(S200)에서 생산된 액체연료를 채운 후 슬러지를 통과시켜 상기 슬러지에 함유된 수분이 감소되고 상기 액체연료가 슬러지 내로 함침되어 건조 슬러지를 생성하게 된다.
즉, 슬러지 건조공정(S300)에서 액체연료 속에서 슬러지가 소정시간 동안 담구어져, 즉 함침되기 때문에 슬러지 내의 수분이 효율적으로 증발되게 되어 슬러지가 건조되며, 슬러지의 수분이 존재하던 자리에는 액체연료가 치환되어 슬러지와 액체연료가 충분히 혼합된 상태가 된다. 특히 슬러지의 내부는 수분이 수증기로 빠져나가면서 슬러지 내의 공극을 충분히 벌려놓기 때문에 충분한 양의 액체연료가 슬러지에 함침된다. 이때 액체연료와 슬러지의 반응시간은 약 10~20분 정도이며, 슬러지 건조장치(60)는 약 120~200℃로 가열한다.
이러한 슬러지 건조공정(S300)을 거친 슬러지는 함수율 25중량%이하가 되며, 슬러지의 함수율이 높을수록 에너지 부하가 증가하고 수분의 급격한 기화로 인해 안정운전을 저해할 수 있으므로 보통 함수율을 25중량%이하로 제한하는 것이 바람직하다. 슬러지 건조에 필요한 열원은 후술되는 합성가스 제조공정(S400)에서 생산 되는 합성가스를 이용할 수 있다.
이와 같이 슬러지 건조공정(S300)에 의하여 슬러지 1000kg을 건조할 경우 슬러지 건조장치(60)를 통해 발생되는 건조슬러지양은 약 260~300kg이다. 슬러지 건조공정(S300)에서 소요되는 액체연료의 양은 슬러지의 종류에 따라 달라질 수 있으나 슬러지 투입량 기준으로 액체연료는 약 30~50중량%가 되도록 조절하는 것이 바람직하며, 소요되는 액체연료는 액체연료 저장장치(40)에서 정량 공급된다.
이러한 슬러지 건조공정(S300)을 거친 슬러지는 발열량 약 5,000kcal/kg이상으로 연료로 활용이 가능하게 된다.
마지막으로, 본 발명에 따른 합성가스 제조공정(S400)을 설명하기로 한다.
상기 합성가스 제조공정(S400)은 상기 슬러지 건조공정(S300)에서 배출되는 건조슬러지를 600~1,300℃에서 가스화하고, 잔재물은 하부로 배출된다. 건조슬러지에 포함된 탄화수소는 가스화 과정에서 수소와 일산화탄소가 주성분이 양질의 합성가스가 생성된다. 건조 슬러지 가스화장치(70)의 에너지 회수율은 60%이상으로 발열량이 1,000~1,300kcal/N㎥인 합성가스를 제조하여 가스연소장치(80) 등에 공급하여 사용할 수 있다. 또한, 배출되는 잔재물은 미세골재로 생산되어 환경적으로 안정한 친환경적 재활용 자재를 제조할 수 있다.
기타 공정으로는 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 슬러지 건조 및 건조 슬러지를 이용한 합성가스 제조공정(S400)에 소요되는 에너지 역시 합성가스 제조공정(S400)에서 생산된 합성가스를 이용할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하 는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
본 발명에 따르면, 하수슬러지 가스화 플랜트 운영기술 개발과 전처리 및 개질 시스템 설계기술 개발과 관련하여 본 발명의 기술을 확보하는 과정에서 개발된 장치 또는 공정 등을 활용할 수 있으며, 2010년 해양배출 규제안의 발효시 환경친화적인 대체 에너지화 기술로서 대안 제시가 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면 각 시도별, 지역별로 분포하는 하수처리장에서의 청정 합성가스를 이용한 분산형 발전시스템 구축에 활용할 수 있으며, 플랜트 설계 및 개발 분야에서 하수슬러지 전처리, 공급 시스템 및 개질기 설계기술 개발에 활용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 현재 처리가 곤란한 폐플라스틱이나 폐비닐 및 유기성 슬러지 등의 유해 폐기물을 친환경적인 건조기술을 적용하여 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조장치에서 소비하는 에너지를 충당하고도 약 40% 정도의 청정연료 및 고부가 미세골재 생산이 가능하므로 국내에서만 연간 530억원 이상의 경제적인 이익과 세계 환경시장에 수출이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법의 공정도.
*도면이 주요부분에 관한 부호의 설명*
10. 전처리장치 20. 액화장치
30. 응축장치 40. 액체연료 저장장치
50. 정량공급장치 60. 슬러지 건조장치
70. 건조 슬러지 가스화 장치 80. 가스연소장치

Claims (9)

  1. 분쇄기 및 자력선별, 필요에 따라 풍력선별기를 사용하여 폐플라스틱이나 폐비닐에 포함된 금속류 등의 이물질을 제거하고 분쇄하는 전처리 공정(S100)과;
    폐플라스틱이나 폐비닐을 액화장치에 투입하여 300~500℃에서 반응시켜 발생된 가스를 응축장치를 통과하여 액체연료를 생산하는 액화공정(S200)과;
    슬러지 건조장치에서 상기 액체연료와 슬러지를 반응시켜 상기 슬러지에 함유된 수분이 증발하여 감소되고 상기 액체연료가 슬러지 내에 함침된 건조슬러지를 제조하는 슬러지 건조공정(S300); 및
    상기 슬러지 건조공정에서 건조된 슬러지를 열분해하여 용융슬래그와 수소와 일산화탄소가 주성분인 합성가스를 제조하는 합성가스 제조공정(S400);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전처리 공정(S100)은,
    분쇄된 폐플라스틱이나 폐비닐의 입경은 20~50mm인 것을 특징으로 하는 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 액화공정(S200)은,
    생산된 액체연료는 액체연료 저장장치에 저장되고 정량공급장치를 통해 슬러지 건조장치로 이송되는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 액화공정(S200)은,
    액체연료 저장장치를 50~80℃의 온도로 유지하여 액체연료의 굳음현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 슬러지 건조공정(S300)은,
    슬러지의 함수율은 40~80%, 액체연료와 슬러지의 반응시간은 10~20분, 슬러지 건조장치는 120~200℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 슬러지 건조공정(S300)은,
    슬러지 처리량 기준 소모되는 액체연료의 양은 슬러지 투입량 기준으로 30~50중량%이며, 소요되는 액체연료는 액체연료 저장장치에서 정량 공급되는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 슬러지 건조공정(S300)에 의해 건조된 건조 슬러지는 25중량%이하의 수분을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 합성가스 제조공정(S400)의 가스화는,
    600~1,300℃의 온도에서 가스화하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 합성가스 제조공정(S400)에서 생산된 합성가스는 액화장치 및 액체연료 저장장치에 필요한 열원, 슬러지 건조에 필요한 열원, 합성가스 제조에 필요한 열원으로 이용되는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지 건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법.
KR1020070121847A 2007-11-28 2007-11-28 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법 KR20090055102A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070121847A KR20090055102A (ko) 2007-11-28 2007-11-28 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070121847A KR20090055102A (ko) 2007-11-28 2007-11-28 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090055102A true KR20090055102A (ko) 2009-06-02

Family

ID=40986820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070121847A KR20090055102A (ko) 2007-11-28 2007-11-28 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20090055102A (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101041055B1 (ko) * 2009-03-09 2011-06-13 태화환경주식회사 열가소성 고분자 화합물의 용융 부산물을 이용한 슬러지 연료화 방법
KR101041592B1 (ko) * 2009-06-24 2011-06-15 고등기술연구원연구조합 복합 폐기물의 가스화 장치 및 방법
CN110451767A (zh) * 2019-08-23 2019-11-15 安阳艾尔旺新能源环境有限公司 污泥干化系统
KR102628903B1 (ko) * 2022-12-07 2024-01-25 한성만 폐수지 유화장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101041055B1 (ko) * 2009-03-09 2011-06-13 태화환경주식회사 열가소성 고분자 화합물의 용융 부산물을 이용한 슬러지 연료화 방법
KR101041592B1 (ko) * 2009-06-24 2011-06-15 고등기술연구원연구조합 복합 폐기물의 가스화 장치 및 방법
CN110451767A (zh) * 2019-08-23 2019-11-15 安阳艾尔旺新能源环境有限公司 污泥干化系统
KR102628903B1 (ko) * 2022-12-07 2024-01-25 한성만 폐수지 유화장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Al-Salem et al. Recycling and recovery routes of plastic solid waste (PSW): A review
AU2005304556B2 (en) Slurry dewatering and conversion of biosolids to a renewable fuel
US9796587B2 (en) System and method for producing a consistent quality syngas from diverse waste materials with heat recovery based power generation, and renewable hydrogen co-production
Zhang et al. A hybrid biological and thermal waste-to-energy system with heat energy recovery and utilization for solid organic waste treatment
Maisarah et al. Review on the suitability of waste for appropriate waste-to-energy technology
WO2010119973A1 (ja) 炭化水素オイル製造システム及び炭化水素オイルの製造方法
CA2748985A1 (en) Method for processing organic waste and a device for carrying out said method
KR20200055380A (ko) 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법
US20240101907A1 (en) Process for a plastic product conversion
KR20090055102A (ko) 폐플라스틱이나 폐비닐의 액체연료를 이용한 유기성 슬러지건조 및 건조된 슬러지를 이용한 합성가스 제조방법
KR101507956B1 (ko) 유기성 폐기물을 이용한 열병합 발전 통합 에너지화 시스템 및 방법
US5498827A (en) Hydrothermal treatment and partial oxidation of plastic materials
EP2161321A2 (en) Method for treating plastics, in particular waste plastics, and use of hydrocarbons coming from the catalytic pyrolysis of said waste plastics
Mallick et al. Experimental investigation of acrylonitrile butadiene styrene plastics plasma gasification
KR101616417B1 (ko) 하이브리드형 하수슬러지 처리 시스템
KR100998800B1 (ko) 열량측정을 통한 생활폐기물 및 매립폐기물의 혼합 고형연료 제조방법
Wróblewska-Krepsztul et al. Pyrolysis and incineration in polymer waste management system
KR100581136B1 (ko) 음식물쓰레기의 탄화 처리방법
Bień et al. Sludge thermal utilization, and the circular economy
KR101041055B1 (ko) 열가소성 고분자 화합물의 용융 부산물을 이용한 슬러지 연료화 방법
Gong et al. Catalytic gasification of textile wastewater treatment sludge for hydrogen production in supercritical water with K2CO3/H2O2: Reaction variables, mechanism and kinetics
Ponsa et al. Recovering energy from sludge
JP2006255595A (ja) 塗料廃棄物のリサイクル方法
JP2019094487A (ja) 廃プラスチックと有機系廃棄物の混合熱分解改質固形燃料の製造方法
KR102659443B1 (ko) 리그노셀룰로오스 바이오매스의 자원순환을 위한 수열탄화 기반 통합 플랜트

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
NORF Unpaid initial registration fee