KR20100122103A - 폐기 물질을 연료 및 기타 유용한 제품으로 변환하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
폐기물 및 그 외 유기 공급원료를 지속 가능한 에너지, 공급물, 비료 및 그 외 신뢰할 수 있는 순도의 유용한 제품으로 전환하는 것이 물, 열 및 압력을 사용하여 달성된다. 보다 상세하게는, 본 발명은 다양한 공급 원료, 예를 들어 농업 폐기물, 생물학적 폐기물, 도시 고체 폐기물, 도시 하수 슬러시, 및 세단기 잔류물의 혼합 스트림을 처리하여, 그대로 사용될 수 있거나 혹은 추가로 가공되는 가스, 오일, 특수 화학약품 및 탄소 고체를 생산하는 방법 및 장치를 제공한다. 유용한 제품은 공정의 다양한 시점에서 전용되거나 시스템의 효율을 향상시키기 위해 내재화될 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2008년 2월 26일에 출원한 미국 특허출원 일련번호 제12/037,914호(발명의 명칭: 폐기 물질을 연료 및 그외 유용한 생성물로 전환시키기 위한 방법 및 장치), 및 2008년 6월 17일에 출원한 미국 특허출원 일련번호 제12/140,899호(발명의 명칭: 폐기 물질을 연료 및 그외 유용한 생성물로 전환시키기 위한 방법 및 장치)에 대한 우선권을 주장하며, 이들 특허 문헌은 그 전체로서 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
기술 분야
본 발명은 지속가능한 폐기물 관리를 위한 방법 및 장치와, 폐기물로부터 연료 및 그외 유용한 물질을 제조하는 것에 관한 것이다.
계속되고 있는 화석 연료의 고갈, 대두되고 있는 이산화탄소 방출의 효과 및 높아지고 있는 에너지에 대한 수요로 인해, 전통적인 화석 연료에 대한 대체물질에 대한 필요성이 그 어느 때 보다도 높다고 할 것이다. 폐기물 생성이 비교적 고율이라고 하는 점은 전 세계가 극복해야 할 또 다른 문제이다. 기술의 발전과 재활용 프로그램이 증가되는 폐기물 생성, 기존의 폐기물 관리 시설의 노쇠화와 새로운 설비의 건설을 위한 공간의 부족에 대처하기에는 충분하지 못하기 때문에 폐기물 관리가 점점 더 복잡한 문제가 되고 있다.
오늘날 생산되고 있는 폐기물의 유형으로는, 농업 폐기물, 생물학적 폐기물, 도시 하수 슬러지(municipal sewage sludge: MSS), 도시 고체 폐기물(MSW) 및 세단기 잔류물(shredder residue)이 있다. 식품 가공 산업 및 농업 분야로부터의 폐기물을 포함하는 농업 폐기물은 전형적으로 다량의 물을 함유하며, 부패하기 쉬워서, 공정에서 악취를 만들어낸다. 이러한 유형의 폐기물이 통상적으로 처리되는 경우, 매립 쓰레기로서의 이러한 물질의 침적물이 부식되면서 다량의 질산염/아질산염 및 메탄 가스를 방출하는데, 이들은 지하수를 오염시킬 수 있다. 대안적으로는, 이러한 물질은 때로 동물 사료에 포함되어 잠재적으로 병원균을 옮기고 그 외 바람직하지 않은 성질이 먹이 사슬에 유지되게 된다.
생물학적 폐기물의 적절한 관리, 취급 및 처분은 또한 증가되는 인구 밀도에 직면했을 때 중요한 점이다. 국가적으로 병원들은 의료 폐기물의 주요 생산자들인데 미국에서 매년 500,000 톤 이상의 폐기물이 생산되고 있다. 높아지고 있는 AIDS(Acquired Immune Deficiency Syndrome)의 위협을 염려하고 있는 많은 주들이 점점 더 많은 물건과 물질들을 의료 폐기물로서 분류하고 있으며, 이는 생산되고 있는 의료 페기물의 양의 2배 이상인 것으로 예상된다. 생물학적 폐기물에 의해 대두되는 건강 및 환경상의 위험성들로 인해 특수한 수거, 이송 및 처분 기술의 개발이 필요하게 되었다.
도시 하수 슬러지(MSS)는 원천적으로 높은 비율의 인간 생활 폐기물, 즉 고농도의 포스페이트 및 질산염을 함유하는데, 이들은 비료의 바람직한 성분이기도 하다. 그러나, 하수에 존재하는 산업 폐기물은 공업적인 용매, 중금속과 같은 맹독성 물질을 슬러지에 잔류시킨다. 현장에 적용되었을 경우, 슬러지는 영양분과 고농도의 독성 화학물질을 환경으로 방출한다. 살아있는 병원체도 또한 슬러지에 잔류하여, 증식되면 토양을 오염시키고 지하수에 스며들게 된다. 슬러지의 처리는 비용이 높아서, 보통 연간 총 폐수 처리 비용의 50%까지 차지한다. 현재 이용되는 주된 슬러지 처리 방법은 농업적 활용, 매립 및 소각이다.
현재 폐수 처리 공장들은 슬러지 생산을 최소화하도록 설계되고 있으며, 폐기 또는 활용에 앞서 그 부피를 안정화시키고 감소시키기 위해 모든 노력이 경주되고 있다. 또한, 증가하는 슬러지 처리 비용과 감소하는 매립지 용량은 슬러지 건조에 지속적인 관심을 쏠리게 하고 있다. 건조에 의해 슬러지의 부피와 무게를 줄임으로써 이송 및 처리 비용을 줄이기는 하지만, 이는 매우 에너지 집약적이고 고비용 공정이다. 수많은 슬러지 처리 방법이 제안되고 유기물질의 일부를 유용한 에너지로 전환시킬 수 있는 가능성을 가지고 있지만, 그러한 방법들 중 아주 일부만이 풀 스케일에서 순에너지생산(net energy yield)을 보이는 것으로 나타났다.
일반적으로, 도시 고체 폐기 물질은 매립 및/또는 소각된다. 매립 및/또는 소각에 대한 환경적인 규제로 인해 대안적인 고체 폐기물 처리 방법이 필요하다. 소각에 의해 야기되는 오염에 대한 대중들의 격렬한 항의 또한 많은 새로운 소각 프로젝트의 진행을 저지시켜왔다.
산업 폐기물, 즉 세단기 잔류물(shredder residue)의 처리도 마찬가지로 또 하나의 과제를 대두시킨다. 세단기 잔류물은 일반적으로 자동차의 비금속성 물질 및 그외 다른 물질 (및 그 구성분)로서, 예를 들어 에어컨, 냉장고, 건조기 및 식기 세척기로 구성되는데, 후자는 통상적으로 백색 제품으로서 알려져 있다. 세단기 산업은 약 1000만톤-1200만톤/1년의 고철을 재생하며, 이들 대부분은 파쇄 처리된 자동차로부터 유래된 것이다. 그러나, 재생되는 스틸 1톤에 대해 약 500 파운드의 세단기 잔류물이 생산된다. 수명이 다한 자동차, 가전제품 및 상업적 전기기구의 많은 부품들이 재생되거나, 재사용 또는 회수될 수 있지만, 상당한 부분이 파쇄 공정으로부터 잔존하게 되어 매립 처리된다. 세단기 잔류물의 폐기는 그 내부에서 발견되는 독성 물질, 예컨대 카드뮴, 납, 수은, 및 기타 중금속으로 인해 더욱 어려워진다. 매립용으로 이용 가능한 공간이 제한되어 있고 유해성 폐기물 처분의 비용이 증가됨에 따라, 대안적 해법이 요구된다. 자동차 및 재활용 산업은 현재 세단기 잔류물을 비용 효과적이며 에너지 효율적인 방식으로 이용하는 방법을 강구해야 하는 압력을 받고 있다.
현재 수많은 폐기물 관리 방법이 이용되고는 있지만 이 방법들은 비실용적이어서 또 다른 오염을 발생시키거나 또는 에너지 및 경제적인 면에서 비용이 너무 높다. 이러한 방법들 중 일부는 퇴비화, 소각, 매립으로서 처분, 농업적 활용 및 바다에 투기하는 방법 등이다. 아래 표 1에 나타나 있는 바와 같이 각각의 방법은 여러 가지 단점에 시달리고 있다.
| 종래 기술의 단점 | ||||
| 퇴비화 | 창고 관리 | 매립 처분 | 농업적 활용 | 바다에 투기하기 |
| 병원균 오염 | 이용 가능한 공간의 한정 | 이용 가능한 공간의 한정 | 중금속 축적 | 해양 생물의 중독 |
| 화물수송/ 이송 비용 | 지하수로의 용탈(leaching) | 질병 전파 | ||
| 온실가스 방출 | 화물수송/이송 비용 | |||
| 화물수송/이송 비용 | ||||
소각, 생물학적 처리, 열분해 및 가스화 등의 폐기물 관리를 위한 또 다른 재활용 방법도 각각 자체적인 문제를 안고 있다. 적절한 사례로서, 호기성 및 혐기성 분해 형태의 생물학적 처리는 오랜 유지 시간, 선택된 미생물에 대한 산화, pH, 온도 등과 같은 작동 조건의 엄격한 모니터링 및 제어, 특수 장비를 필요로 하며 일반적으로 비균일 처리와 병원체로 채워진 최종 생성물을 초래한다. 또한, 특정 화합물을 소비하도록 개발된 것일 수 있는 박테리아가 폐기물 기질에 노출되면 대체 효소를 활성화시켜 보다 용이하게 처리되는 화합물을 소비하게 된다.
소각/연소는 강화된 배기 규제에 부합되는 장비 및 부품의 사용을 필요로 한다. 대량의 가스가 생산되고 이는 대규모의 특수 장비를 이용하여 처분되어야 한다. 대부분의 종래 시스템은 고체 폐기물 또는 수분 함량이 높은 공급원료과 같은 다양한 폐기물 기질을 처리할 수 없는데, 고체 폐기물은 로에서 지나치게 산화되며, 수분 함량이 높은 공급원료의 경우에는 수분을 제거하기 위해서는 엄청난 양의 에너지가 소비되어야 한다. 따라서, 이 시스템은 열/에너지 손실이 크다.
열분해기(pyrolyzer)는 유기 물질을 분해하여 가스, 오일과 타르, 그리고 탄소질 물질로 만드는 데 사용되어 왔다. 열분해기는 일반적으로 약 400∼500℃의 고온에서 유기 물질을 가열할 수 있지만, 에너지 효율이 불량하고, 생성물의 조성은 거의 제어하지 못한다. 대부분의 폐기 물질 - 특히 농업 폐기물은 수분 함량이 높다. 소각의 경우와 같이, 열분해도 매우 에너지 집약적인 공정을 이용하여 물을 증발시키는 것을 목적으로 한다. 열분해에 사용되는 일반적으로 대형의 용기는 커다란 내부 온도 구배와 불균일한 폐기물 처리를 초래하고 또한 오염된 최종 생성물을 만들어낸다.
가스화는 폐기 물질의 부분 연소를 달성하지만, 열분해와 마찬가지로 공급원료로부터 수분을 제거하기 위해서는 에너지가 소비되기 때문에 젖은 폐기물에 대해서는 효율적으로 작동하지 못한다. 공급 물질의 불균일한 처리로 인해 생성물의 조성이나 종류에 대해서는 거의 제어할 수 없고, 주된 사용 가능한 에너지-함유 생성물은 다른 생성물처럼 유용하지는 않은 가스이다. 또한, 전통적인 열 산화 처리는 유독가스와 다이옥신을 생산한다.
열분해와 가스화 방법의 생성물은 각각 타르, 아스팔트 등과 같은 불순물을 허용될 수 없는 수준으로 함유하고 열량이 낮다. 예를 들어, 황 및 염소 함유 폐기물은 최종 생성물에 머캅탄과 같은 황-함유 화합물 및 유기 염소화물을 생성한다. 일반적으로 1-2 ppm 수준의 염소화 탄화수소는 탄화수소에서 허용될 수 있지만, 가스화 방법과 열분해 방법 모두 이와 같이 낮은 수준을 어느 정도의 신뢰성으로 달성할 수 없다. 불량한 열 전달, 불균일한 처리 및 에너지 집약적인 물 제거 공정이 일반적으로 열분해 방법과 가스화 방법의 에너지 효율을 단지 약 30%로 제한한다.
최근, 고품질의 보다 유용한 오일을 생산하기 위해 미국 특허 제5,269,947호, 제5,360,553호 및 제5,543,061호에 기재된 방법들이 개발되었다. 그러나, 이들 방법들은 단점을 가지고 있을 수 있다. 예를 들어, 이들 문헌에 개시된 방법들은 황 및 염소 함유 화합물을 적절하게 취급할 수 없거나 또는 현저한 에너지 요건으로 인해 젖은 폐기물 기재를 효율적으로 처리하지 못하며, 따라서 광범위하게 상업화되지 못하였다. 전술한 바와 같이, 기술적, 경제적 및 환경적인 관점에서 적절한 지속가능한 재활용 방법에 대한 필요성이 존재한다.
가치가 낮은 또는 폐기물의 공급물 스트림으로부터 지속 가능한 에너지, 연료, 공급물, 비료, 특수 화학약품 및 기타 유용한 생성물을 제조하는 방법 및 장치가 본 발명에 의해 제공된다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 공급원료로부터 슬러리를 제조하고, 제1 압력하에서 상기 슬러리를 적어도 제1 온도로 가열하여 무기 물질, 액체 유기 물질 및 물을 포함하는 조성물을 형성하고; 상기 무기 물질, 액체 유기 물질 및 물을 분리하고; 상기 액체 유기 물질을 상기 제1 압력보다 높은 제2 압력하에서 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하여 연료, 공급물, 비료 또는 특수 화학약품으로부터 선택되는 하나 이상의 생성물을 생산하는 것을 포함한다.
추가의 구현예에서, 본 발명의 방법은 슬러리를 해중합하고 이어서 해중합의 특정 생성물을 가수분해 하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 의해 폐기 물질의 처리를 위한 방법 및 장치가 제공된다. 일부 구현예에서, 공급 원료는 농업 폐기물을 포함한다. 다른 구현예에서, 공급 원료는 도시 고체 폐기물을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 공급 원료는 도시 하수 슬러지를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 공급 원료는 세단기 잔류물을 포함한다.
본 발명에 대한 예시적인 목적으로 도면은 본 발명의 하나 이상의 구현예에 따른 측면을 나타낸다. 그러나, 본 발명이 도면에 도시된 것과 정확하게 동일한 구조 및 장비로 제한되는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 공정의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 방법을 수행하는 데 사용되는 예시적인 장치들을 묘사한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 구현예의 제2 단계를 통한 공급물 준비 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 구현예의 분리 단계를 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 구현예의 오일 피니싱 단계를 도시한 흐름도이다.
도 6은 동물성 농업 폐기물의 풀 스케일(full scale) 처리에 적합한 본 발명의 예시적인 공정의 블록도이다.
도 6a는 해중합 반응기의 예시적인 대체 공정 및 배열을 나타내는 블록도이다.
도 7은 예시적인 해중합 반응기의 개략도이다.
도 8은 SR 및 MSW 공급원료의 파일럿 스케일(pilot scale) 처리에 적합한 본 발명의 또 다른 예시적인 공정의 블록도이다.
도 9는 예시적인 파일럿 플랜트 반응기 및 분리 유닛의 구현예를 나타낸다.
도 10은 본 발명에 유용한 예시적인 벤치-스케일 시험 장치를 나타낸다.
도 11은 예시적인 세단기 잔류물 샘플을 나타낸다.
도 12는 다양한 크기의 예시적인 세단기 잔류물 분획을 나타낸다.
도 13은 세단기 잔류물에 적용되는 본 발명의 구현예에 따른 방법의 예시적인 해중합 생성물을 나타낸다.
도 14는 농업 (동물성) 폐기물에 적용되는 본 발명의 구현예에 따른 방법의 예시적인 중간 생성물을 나타낸다.
도 15는 미처리 공급원료로서 세단기 잔류물을 사용하여 생성된 예시적인, 가수분해된 중간 오일을 나타낸다.
도 16은 본 발명의 구현예에 따른 출발 물질(칠면조 오팔(offal)), 중간물 및 최종 생성물을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 구현예를 사용하여 제조된, 예시적인 증류 크래킹된 오일 생성물을 나타낸다.
도 18은 세단기 잔류물에 적용된 본 발명의 구현예로부터 연료 가스의 크래킹시 확인되는 다양한 화학물질의 예시적인 분해를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 추가적인 구현예에 따른 대체 반응기의 개략도이다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 공정의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 방법을 수행하는 데 사용되는 예시적인 장치들을 묘사한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 구현예의 제2 단계를 통한 공급물 준비 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 구현예의 분리 단계를 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 구현예의 오일 피니싱 단계를 도시한 흐름도이다.
도 6은 동물성 농업 폐기물의 풀 스케일(full scale) 처리에 적합한 본 발명의 예시적인 공정의 블록도이다.
도 6a는 해중합 반응기의 예시적인 대체 공정 및 배열을 나타내는 블록도이다.
도 7은 예시적인 해중합 반응기의 개략도이다.
도 8은 SR 및 MSW 공급원료의 파일럿 스케일(pilot scale) 처리에 적합한 본 발명의 또 다른 예시적인 공정의 블록도이다.
도 9는 예시적인 파일럿 플랜트 반응기 및 분리 유닛의 구현예를 나타낸다.
도 10은 본 발명에 유용한 예시적인 벤치-스케일 시험 장치를 나타낸다.
도 11은 예시적인 세단기 잔류물 샘플을 나타낸다.
도 12는 다양한 크기의 예시적인 세단기 잔류물 분획을 나타낸다.
도 13은 세단기 잔류물에 적용되는 본 발명의 구현예에 따른 방법의 예시적인 해중합 생성물을 나타낸다.
도 14는 농업 (동물성) 폐기물에 적용되는 본 발명의 구현예에 따른 방법의 예시적인 중간 생성물을 나타낸다.
도 15는 미처리 공급원료로서 세단기 잔류물을 사용하여 생성된 예시적인, 가수분해된 중간 오일을 나타낸다.
도 16은 본 발명의 구현예에 따른 출발 물질(칠면조 오팔(offal)), 중간물 및 최종 생성물을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 구현예를 사용하여 제조된, 예시적인 증류 크래킹된 오일 생성물을 나타낸다.
도 18은 세단기 잔류물에 적용된 본 발명의 구현예로부터 연료 가스의 크래킹시 확인되는 다양한 화학물질의 예시적인 분해를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 추가적인 구현예에 따른 대체 반응기의 개략도이다.
본 발명의 구현예는 환경적으로 그리고 경제적으로 지속 가능한 새로운 에너지 해결책을 제공한다. 여기에 기술된 공정은, 전통적인 소각/연소, 열분해, 가스화와 같은 종래의 방법에 비해 월등한 순 에너지 값(net energy value: NEV)을 가진 생성물의 집합을 제공하고, 폐기물 관리 해법을 제공한다. 본 발명의 구현예는 처리에 높은 비용이 소요되고 에너지 집약적일 수 있는 농업 폐기물, MSS, MSW 및 세단기 잔류물과 같은 더럽고 오염된 물질을 처리하여, 이들 물질을 유용한 생성물로 전환시킬 수 있다. 본 발명의 방법으로부터의 예시적인 생성물은 연료로서 적절한 탄화수소 액체, 탄소 고체, 연료 오일, 연료 가스, 농축물 및, 다양한 단계에서 선택적으로 제거되고 직접 사용되거나 혹은 유용한 에너지 형태로, 즉, 공급물로서 혹은 연료로서, 그리고 다양한 특수 화학약품으로 더 가공될 수 있는 기타 유용한 중간물질을 포함한다.
본 발명의 또 다른 잠재적 이점은, 이질적 크기의 유기 물질 또는 탄소 함유 물질의 광범위한, 혼합 및/또는 미분류 스트림을 효과적으로 처리하고 이들을 유용한 생성물로 전환할 수 있는 능력이다. 본 명세서에 기술된 방법은 다양한 식품 가공 및 농업 잔류물, 심지어 임업 잔류물(forest residue) 뿐만 아니라 에탄올 공정으로부터의 증류자 그레인(distiller's grain)과 같은 생물학적 전환 공정 스트림도 처리할 수 있다. 이러한 공급 원료는 이들의 취급 특성, 전환에 대한 저항성 및 에너지 함량 등, 생물 정제(biorefinery)의 맥락에서 조정되어야 할 모든 요인들에서 현저한 차이를 보인다. 이러한 어려움의 관점에서 본 발명은 그 넓은 응용 범위로 인해 종래 기술에 비해 더욱 훌륭하고 우월하다.
종래 기술과는 달리, 본 발명의 구현예는 황 및 할로겐 함유 폐기물 기재를 취급하면서 여전히 매우 낮은 수준의 불순물을 가지는 생성물을 제공할 수 있어서, 추가의 처리 공정 없이 이들 생성물의 직접 사용을 가능케 한다. 공정의 환경적 혜택의 평가는 공급물의 종류 뿐만 아니라, 생성물의 NEV를 나타내는 공정의 에너지 효율에도 의존한다. 이와 관련하여, 본 명세서에 기재된 방법과 장치가 월등한 효율로 습식 공급원료를 취급하고, 공정을 운전하기 위해 수분 함량을 이용하며, 공급원료를 효율적으로 살균한다는 사실에 주목해야 한다.
정의
여기서 사용된 "지속 가능한 에너지"는 널리 화석 연료 이외의 에너지를 나타내는 것이다. 지속 가능한 에너지의 예시적 공급원은 태양 에너지, 수력, 풍력, 지열 에너지, 파동 에너지 및, 폐기물과 대체 에너지 공급원(renewables)과 같은 그 외 공급원으로부터 생산된 에너지를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서 사용된 "생물질(biomass)"이라는 용어는 식물 및 동물로부터 유도된 유기 물질을 나타내는 것이다.
"리그노 셀룰로오스"는 리그닌과 셀룰로오스를 모두 포함한 조성물을 나타낸다. 리그노 셀룰루오스계 물질은 헤미 셀룰로오스도 포함할 수 있다.
"셀룰로오스"라는 용어는 셀룰로오스를 포함한 조성물을 나타낸다.
여기서 사용된 바의, "유기 공급 원료"라는 용어는 널리 탄소 화합물 및, 탄소 화합물이 발견되는 임의의 공급물을 나타낸다.
여기서 사용된 바의, "농업 폐기물"은 농업 관련 산업 및 식품 가공 산업으로부터의 폐기물을 포함한다. 농업 관련 산업으로부터의 폐기물에서 발견될 수 있는 항목의 예는, 남은 수확물(leftover crops), 수확 잔류물, 버려진 곡식, 잡초, 살충제, 제초제, 동물 비료, 동물 사체, 축유(animal milk), 동물 세정물, 농장 스크레이핑(farmyard scraping), 베딩재(bedding material), 혼합 목초(mixed grass), 스위치그래스(switchgrass), 인디안그래스(indiangrass), 빅 블루스템(big bluestem), 리틀 블루스템(little bluestem), 캐나다 야생호밀(canada wildrye), 버지니아 야생호밀(virginia wildrye), 및 메역취 야생화(goldenrod wildflowers), 증류자 그레인, 볏짚(rice straws), 퇴비(manure), 및 동물 사료를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 식품 가공 산업으로부터의 폐기물에서 발견될 수 있는 항목의 예는, 육류 가공으로부터, 예를 들어 가금류, 생선, 소, 돼지, 양 등으로부터의 폐기물, 예를 들어, 지방, 뼈, 깃털, DAF 그리스(DAF greases) 등, 증류용 폐수(distillatory effluents) 및 해산물 가공으로부터의 폐기물, 특히, 생선으로부터 분리 및 제거되고 전통적으로는 가공된 해산물 제조 공정 동안 버려지는, 가공 해산물 가공으로부터의 생선죽(fish broth) 및 생선 내장을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 폐기물은 종종 전체 동물 또는 이들의 큰 부분을 포함한다.
여기서 사용된 바의, "생물학적 폐기물"은, 널리 의료 폐기물 및 감염성 폐기물 뿐만 아니라, 질병을 전파시킬 수 있다고 인식되거나, 혹은 인간 또는 선택된 생물에 대하여 생물학적 위해를 가하는 모든 쓰레기, 폐기물 등을 포함한다. 생물학적 폐기물은 여기서 정의된 다른 타입의 폐기물 내에 포함될 수 있다.
여기서 사용된 바의 "도시 하수 슬러지(MSS)"는 사람 및 산업적 화학 폐기물의 부하가 생물학적으로 처리되고 폐수가 방출된 후에 하수 처리 공장에 남게 되는 슬러리를 지칭한다. 하수 슬러지는 종종 조 단백질, 지질 및 탄수화물로 이루어진 유기물질 및, 현저한 양의 유사(silt), 그리트(grit), 클레이(clay) 및 낮은 수준의 중금속을 포함하는 무기물을 포함한다.
여기서 사용된 바의, "도시 고체 폐기물(MSW)"은 일반적으로 도시 쓰레기 수거 시스템의 일부로 수거되는 고체 폐기물을 나타내며, 전형적으로는, 생활 쓰레기, 음식물 쓰레기, 잔디 쓰레기(lawn waste), 사무실 발생 쓰레기를 조합으로 포함하고, 추가로 소정량의 산업 발생 폐기물 및 폐품 재료를 더 포함할 수 있다. 도시 고체 폐기물이라는 용어는 또한, 혼합된 쓰레기, 예를 들어, 전형적인 미분리 생활 쓰레기 및 공급원 분리된 폐기물, 예를 들어 하수 처리 공장에서 발생한 유기물 및 식당과 식품 가공 시설에 의해 발생된 음식물 쓰레기를 포함한다. 따라서, 공급원에 따라 MSW는 농업 폐기물에 유사한 성분을 가질 수 있다. 전형적으로 쓰레기 수거 공정에서 수용되는 보다 가치가 높은 재료, 예를 들어 금속은 제거된다.
"SR"로 축약되는 세단기 잔류물(Shredder Residue)은, 세단기 보풀(shredder fluff)로도 알려져 있으며, 파쇄 또는 해체된 차량, 백색 제품, 소비재 등으로부터 금속 및 유리가 회수된 후 남아있는 물질이다. 본 발명의 혜택 없이, 이러한 물질들은 전형적으로는 매립지로 간다. 백색 제품의 예는, 세탁기, 건조기, 냉장고, 식기 세척기, 난로, 에어컨, 온수기를 포함한다. 여기서 사용된 바의 용어는 또한, 금속 성분을 위해 회수될 수 있는 임의의 가정용 기기를 포함한다. 다른 타입의 폐기물과 마찬가지로, 세단기 잔류물은 상대적으로 이질적인 물질일 수 있으며, 그의 조성은 샘플에 따라 변화한다. 세단기 잔류물은 예를 들어, 플라스틱 (열경화성 물질, 열가소성 물질 및 폴리우레탄 폼(PUF)) 조각, 고무, 나무, 종이, 엘라스토머, 패브릭류, 유리, 미립자(fines), 잔류 철 및 비철 조각, 페인트, 상이한 크기의 타르를 포함할 수 있다. 도 13 및 14는 SR 시료의 사진이다. 낡은 텔레비전 세트와 냉장고의 SR은 예를 들어, 중금속 또는, 폴리염화 비페닐(PCB), 염소화된 화합물의 위험한 혼합물을 포함할 가능성이 높다. SR에서 발견될 가능성이 있는 다른 독성 성분은, 난연제로서 통상 사용되고 화학적으로는 PCB 및, 자동차 제조에서의 중요한 성분인 폴리비닐클로라이드(PVC)에서 발견되는 프탈레이트에 유사한 폴리브롬화 디페닐 에테르(PBDE)이다.
본 발명의 구현예와 관련하여 사용되는 경우, '반응하다' 및 '반응'이라는 용어는, 다수의 상이한 타입의 화학적 또는 물리학적 변화를 포함할 수 있다. 특히, 반응이라는 용어는, 하나 이상의 생성물이 생기도록 하는 2개 이상의 화학종(species)의 조합 또는 결합으로부터 발생하는 화학적 변화를 포함할 수 있으며, 온도, 압력 또는 자기장 조사의 영향에 의해 유도되는 바의, 단일 화학종의 분해 또는 변형을 수반하는 분해 또는 전환의 다른 타입을 포함할 수 있으며, 나아가 용매를 수반하는 변형을 포함할 수 있다.
공정의 개괄
본 발명의 구현예는, 다양한 단계들에서 물, 열 및 압력을 사용하여 유기 폐기물을 연료, 공급물, 비료, 및 그 외 가치 있는 생성물로 전환한다. 일반적으로 유기 공급 원료를 슬러리로 제조하고, 이어서 펌핑시키고 가압하에 가열하여 슬러리 내에 함유된 유기물질과 무기 물질을 분리한다. 추가로, 유기 액체 물질과 고체 입자를 보다 높은 온도 및 압력 하에 투입하여, 크고 복잡한 유기 분자를 보다 작고 간단한 분자로 쪼개고 가수 분해하여 연료, 생성된 물 및 보다 작은 무기 입자를 생산할 수 있다. 탄화수소 액체, 생성된 물 및 무기 입자의 혼합물은 공급원료 및 응용 특성 고려에 기초하여 분리하고, 선택에 따라 추가의 공정으로 유도한다. 도 1에 본 발명의 예시적 구현예의 하이 레벨 블록 다이어그램을 제공하고, 방법 및 장치의 예시적 구현예의 더 상세한 해설은 후속 도면에 제공하며, 이하 상세히 기술한다.
공급물
준비
본 발명의 구현예는 폐기 물질의 혼합 스트림을 예비 분류에 대한 필요 없이 순수한 스트림으로 취급 및 처리할 수 있다. 도면에 도시되어 있는, 본 발명의 일부 구현예에서, 공급원료라는 용어와 동의어로 사용되는, 미처리 공급물(100)은 제1 단계(120)에 들어가기 전에 공급물 준비 단계(110)에 투입된다. 특히, 도 1 및 도 3 참조. 공급물 준비 단계의 목적은 후속하는 공정 단계들에서 향상된 취급성, 열 전달 및 혼합 등을 위해 공급 원료의 유동성을 증가시키는 것이다. 일부 공급 원료에 있어, 이는 공급 원료 내의 반-고체(semi-solid)를 제1 단계(120)로 일관되게 펌핑(또는 측정)할 수 있는 크기로 감소시킴에 의해 달성될 수 있다. 다른 공급 원료는 이미 적절한 크기로 되어 단지 적절한 액상 제제의 부가만을 필요로 할 수 있다.
공급물 준비는 펄프화, 슬러리화, 혼합 및 기타 그라인딩(grinding) 기구를 통해, 단독으로 혹은 예열과 조합하여 달성될 수 있다. 슬러리화 장치의 특정예는 펄프화기(pulper), 인-라인 그라인더 및 메저레이터(maserator)를 포함한다. 스팀과 가스의 혼합물(121)이 공정 파라미터에 따라 공급물 준비 단계(110)로부터 제공될 수 있다. 공급물 준비는, 유입되는 폐기물 기재의 수분 함량 또는 다른 화학적 특질에 따라, 미처리 공급물(100)에 물 또는 다른 유체 및/또는 용매를 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 공급물 준비는 일반적으로 주위 압력 및 주위 온도에서 수행될 수 있다. 그러나, 일부 대안적 구현예에서는, 약간 올라간 압력 또는 온도가 바람직할 수 있다. 예를 들어, 준비된 공급물을, 대략 120℉는 초과하지만 너무 이르게 반응을 개시하지 않도록 높지 않은 온도의 저장 탱크(holding tank)에서 축적할 수 있다. 올라간 온도 및 압력은 이 단계에서 원치 않는 생물활성 및 오염물의 도입을 제한하는 것을 도울 수 있다.
공급물 준비 단계(110)에서 혼합 또는 슬러리화는 특정 그라인딩 또는 공급 속도에 제한되지 않으며, 시스템은 공급 원료의 양과 초기 생성물 크기에서의 변화로부터 기인한 동요를 최소화하기 위해 완충 저장소를 사용할 수 있다. 슬러리는 이후 처리를 위해 온-사이트(on site) 저장 탱크로 파이프 시스템을 통해 이전시키거나 혹은 곧바로 공정에 투입할 수 있다. 공정 전에 유입 폐기물을 준비하고 저장하는 이러한 능력은 폐기물의 운반 시간과 조성에 있어 고도의 가변성을 적응시키는 유연성을 제공한다.
하기 개시로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 구현예는 습식 그라인딩을 이용하여, 파이프, 탱크 및 본 발명의 다양한 장치를 통해 물질을 이동시킬 수 있다. 보다 큰 입자는 상기 언급된 바의 공정에 의해 이송된다. 슬러리화 또는 습식 그라인딩은, 공급물 준비 단계(110)에서처럼, 마찰 및 에너지 소비를 감소시킨다. 일반적으로, 약 40%의 최소 슬러리 수분 함량은 여기서 기재된 구현예에서 최적의 처리를 위해 유용할 수 있다. 통상의 기술자는, 대안적인 펌핑 또는 수송 기술의 사용으로, 그리고 특정 공급원료 파라미터에 따라, 이러한 최소 수분 함량의 문턱값이 더 낮은 쪽으로 이동할 수 있음을 인식할 것이다. 시스템으로 들어가는 물의 대부분이 증기 또는 기체로서이기 보다는 액체로서 떠나기 때문에 여기서 기재된 공정의 에너지 효율은 상당히 높다. 공급 원료 및 공정 파라미터에 따라 이 단계에서 용매의 추가가 요구되거나 요구되지 않을 수 있다.
본 발명의 구현예에 따라, 이들 유입 스트림은 그대로 처리될 수 있는 반면, 습윤 공급원료와는 불량하게 작용하는 종래의 방법은 전형적으로 물 뿐만 아니라 다른 오염물을 먼저 제거하는 것을 목표로 한다. 그러나, 본 발명의 구현예는 공급 원료 내에 이미 존재하는 물을 사용하여 추가로 효율을 강화하고 유기 스트림으로부터 오염물과 독성 화학약품을 제거하는 것을 돕는다.
장치
공급 원료 준비 및 슬러리화는 도 2에 도해한 바와 같이 공급 원료 준비 장치(210)에서 수행될 수 있다. 미분쇄의 필요 없이 제1단계 반응기로 보다 큰 입자를 공급하기 위해 스크류 컨베이어와 협력하는 기밀 장치(airlock device)와 같은 장치를 사용할 수 있다. 초기 원료 물질의 취급은 주위 조건하에 라이브 버텀 빈(live bottom bins), 전통적인 오거드 컨베이어(augured conveyer) 및/또는 버켓 엘리베이터를 사용하여 수행할 수 있다. 바람직한 경우, 미립자 스칼핑(scalping)이 느슨한 먼지 및 파편을 제거하도록 진동 스크린을 사용할 수 있다. 공급 원료 내의 물질이 감소되어야 하는 크기는 공급원료의 조성에 따라 변할 것이다. 예를 들어, 농업 폐기물의 경우, 바람직한 입자 크기는 약 1/4 인치 내지 약 1인치의 범위이다. 다른 예에서, 혼합 플라스틱 및 고무를 주로 포함하는 공급 원료의 경우, 입자 크기는 계약한 세단기 회사의 크기 감소 능력에 따를 수 있다. 다른 예에서, 여기서 제공된 장치의 구현예는 전체 타이어와 같이 보다 큰 크기의 입자를 취급할 수 있다. 그러나, 실용적인 고려를 하면, 약 1/4인치 내지 약 6인치의 물질 크기가 전형적이다. 일반적으로, 초기 물질 크기는 장치의 용량과 능력에 주로 의존한다. 공급 원료 준비 단계를 떠날 때, 입자 크기는 후속 처리가 여기서 설명되는 바와 같이 최적화되도록 하는 것이어야 한다. 본 발명의 다른 구현예에서, 공급물 준비 단계는 미처리 공급물에 물질을 추가하거나 혹은 그로부터 물질을 몰아 내는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 목적과 이점으로부터 이탈하지 않고, 통상의 기술자는 특정 타입의 더 많은 유체 공급 원료를 제1 단계 분해(120a)에 직접 공급할 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.
제1단계: 유기 및 무기 폐기물의 분리: 분해
도 1을 참조하면, 공급물 준비 단계(110)으로부터의 슬러리(112)는 제1 단계(120), 더 특정하게는 제1 분해 단계(120a)로 배달되어 가열 및 가압된다. 온도, 압력 및 시간의 조합된 효과로 인해 공급 원료의 분자성 분해가 유발된다. 따라서, 제1 단계 분해(120a)는 유기 물질을 더 간단한 화합물로 와해시키고 슬러리 내에 함유된 유기 및 무기 물질의 벌크를 분리함에 의해 공급 원료를 효과적으로 해중합한다. 그러므로, 분해(120a)는 해중합 단계로도 특징지울 수 있다. 수소가 풍부하지 않은 슬러리 내에서 예를 들어 중회 고체(heavy-ash solid), 미네랄 (예를 들어, 칼슘, 포스페이트), 고정 탄소 및 다른 탄소질 물질을 포함한 다양한 고체(116)가 본 단계에서 제거되고 선택적으로 이하 기재되는 바와 같이 처리 생성물 분리 단계(130)로 도입될 수 있다. 이 단계에서 고체(116)의 제거는 후속하는 가수분해 반응(120b)에서 유기물과 물의 보다 향상된 접촉을 가능케 한다. 이 시점에서 액체 혼합물(118)에 남아있는 유기물의 예는 지방, 단백질, 섬유 및 다양한 기타 탄화수소를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 통상의 기술자는 사용된 공급 원료의 본성에 따라, 무기물과 유기물의 조성이 배치 마다 상이하다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 일부 구현예에서, 벌크/미네랄 분리는 본 공정에서 이 시점에서 하이드로사이클로닉 분리 및 중력 디캔팅(gravity decanting)의 조합을 통해 달성된다. 따라서 선택에 따라 분리된 무기물질 또는 다른 고체는 저장될 수 있다. 일반적으로, 제1 단계 분해(120)는 공급 원료에 따라 약 125℃(~260℉) 내지 약 400℃(~750℉)의 범위의 온도에서 일어날 수 있다. 그러나, 바람직하게는 가능한한 탄화물, 회분의 형성 또는 원치 않는 반응을 최소화하거나 적어도 실질적으로 제거하도록 특정 공급원료 조성물에 대해 온도를 조절한다. 바람직하게는, 탄화물 또는 회분이 형성되지 않는다. 바람직한 구현예에서, 다시 공급 원료에 따라, 압력 범위는 약 20 psig 내지 약 800 psig의 범위이다. 본 단계에서 운전 시간은 전형적으로 약 15분 내지 약 180분의 범위이다. 특정 구현예에서, 이 단계의 물질의 평균 pH는 약 6.5이다. 평균적으로, 본 발명의 예시적 구현예에서, 온도, 압력 및 시간은 각각 약 150℃(~300℉), 100 psig 및 30분이거나 이보다 크다. 통상의 기술자는, 운전 시간은 사용된 조건에 의존함을 이해하며, 보다 높은 온도에서는 적게는 15분, 그리고 이 범위에서 더 낮은 온도에서는 1시간 이상이다.
이러한 온도로 가열하는 것은 슬러리의 전체 점도를 감소시키고 추가의 처리를 위해 다양한 성분을 분해한다. 예를 들어, 단백질은 그들의 보다 짧은 사슬의 아미노산 서열 또는 단일 아미노산으로 분해된다. SR 타입의 공급 원료에서, 플라스틱 및 고무 화합물은 용융되고, 장쇄 분자는 절단되고 고정 탄소 및 금속과 같은 고체는 방출된다. 점도의 이러한 감소는 또한 골재료(bone material), 실리카 등을 포함하는 미네랄과 같은 부착된 불용성 고체(116)의 분리를 허용하고, 이로써 액체 혼합물(118)을 생산하며, 이는 후속적으로 제1 가수분해 단계(120b)에 투입된다. 예시적 구현예에서, 대부분이 아니라 해도 보다 큰 부분의 고체 물질은 이 단계에서 제거될 수 있다. 제1 단계 분해(120a)는 또한 필수적으로, 헤미 셀룰로오스가 당으로 가수분해하는, 섬유를 위한 전처리 단계의 역할을 하며, 할로겐은 수상에서 가용화되고 미네랄은 잠재적으로 제거된다. 셀룰로오스 및 리그닌 (다른 섬유 성분)은 제1 단계의 해중합 반응에서 전환되지 않는 것으로 추정된다.
장치
도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 단계 분해의 예시적인 실행에서, 슬러리(112)는 열교환기(212)를 통과하여, 분해/해중합 반응기로서 역할을 할 수 있는, 반응기 및/또는 분리기 용기(216)로 간다. 대안적으로, 분해 또는 해중합은 주로 열교환기(212) 내에서 그리고 바로 후에 일어나며, 용기(216)는 주로 단지 분리기로서 역할을 한다. 공급물은 용기(216)에서 혹은 그에 도달하기 전 가열되어 가열된 슬러리를 생산하며 이는 가압된다. 이러한 가열과 가압은 슬러리를 보유하는 용기, 슬러리의 압력을 증가시키기 위한 펌프 및 슬러리를 가열하기 위한 열교환기를 사용하여 이루어질 수 있다. 대안으로써, 별개의 성분을 사용하기 보다는, 가열, 가압, 반응 및 분리를 단일 용기 내에서 수행할 수 있다.
상대적으로 낮은 압력이 현재 공정에서 사용되므로, 분해 반응기의 디자인은 예를 들어, 배치 또는 피복된 반응기(jacketed reactor)를 통한 흐름과 같은 단순한 기존 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 진동 스크린, 단일 및 이중 스크류 프레스 및 기성품의 원심 분리기와 같이 쉽게 접근 가능한 장치가 벌크/미네랄의 분리의 실시를 위해 사용될 수 있다. 통상의 기술자는 이러한 분리가 중력 분리에 의해 달성될 수 있거나, 혹은 현재 알려져 있거나 당해 기술 분야에서 공지되지 않은 다른 분리 장치, 예를 들어 액체/고체 원심 분리, 스크린 또는 필터로 달성될 수 있음을 이해할 것이다. 분해 반응기(1014A)의 한 예를 도 7과 관련하여 이하 기술하며; 다른 대안은 도 19와 관련하여 이하 기술한다.
농업 폐기물 공급 원료에 적용되는 본 발명의 추가의 대안적 구현예가 도 3에 도시되어 있다. 그러나, 이러한 장치는 여기서 기술되는 바의 공정 파라미터에 대한 적절한 조정과 함께 다른 공급 원료에도 이용될 수 있다. 제1 단계 분해 동안 슬러리(112)는, 공급 원료가 동물성 부산물인 경우 뼈에 붙어 있는 물질 및 혼합물 내에 다른 단단한 몸체 부분을 포함하는 단백질성 물질을 분해하도록 가열되는 열교환기(114)를 경유하여 공급물 저장 탱크("FST" 또는 균질화기)내의 공급물 저장소(320)로 이전될 수 있다. 분리기(310)는 미네랄 및 골재료를 포함하는 고체(116)를 액체 혼합물(118)로부터 분리한다. 물과 수불용성 유기 성분 및 일부 미량 미네랄을 포함하는 액체 혼합물은 냉각되어 공급물 저장 탱크(320) ("FST" 또는 균질화기)로 향한다. 내용물은 약 275-280℉(~135℃-140℃)로 가열되고, 약 50 PSI의 압력 하에 놓여, 가수분해 반응기를 통과하기에 적합한 비교적 균질의 공급물인 조정된(conditioned) 공급물(322)을 생산한다. 스팀과 가스 불순물(338)은 배출될 수 있다 (336).
본 구현예의 장점은 전반적 공정에서 조기에 원치 않는 가스 불순물을 제거하도록 가스 제거(degassing)가 FST(320)에서 일어날 수 있는 것이다. 슬러리(112)는, 본 발명의 방법에 의해 추가로 처리될 때 까지 임의의 편한 시간 동안 공급물 저장소(320)내에 남아 있을 수 있다. 바람직하게는 FST(320)는 공급물을 가압하고 이를 가수분해 단계 반응기(330)로 이송하는 고압 슬러리 펌프로 일정한 공급물 스트림을 공급한다.
열교환기(114)에서 스팀과 가스 또한 분리될 수 있다. 스팀은 응축되어 응축물(151)과 혼합될 수 있다. (도 1 및 도 4) 바람직하게는, 이러한 응축물은, 이하 기술하는, 본 발명의 공정의 후반 단계로부터 온 "생성된 물"과 합쳐지도록 재유도된다. 잔류하는 비응축성 배출 기체는, 본 발명의 공정의 후반 단계에서 생산되는 다른 기체와 합쳐져서 연료 가스를 제공할 수 있다.
제1 단계: 오일로의 전환: 가수 분해
도 1에 도시한 바와 같이, 여전히 잠재적으로 일부의 작은 미네랄 또는 다른 비말 동반된 고체 입자를 포함하는 유기 액체 혼합물(118)은 제1 단계 가수분해(120b)로 운반되고, 보다 긴 사슬의 분자를 보다 짧은 사슬로 분해하도록 다시 높은 온도 및 압력에 투입된다. 그 결과가 반응된 공급물(122), 즉, 재생 가능한 연료/오일, 생성된 물 및 미세한 비말 동반된 고체의 혼합물로서, 그 조성은 제2 또는 분리 단계와 관련하여 이하 상세히 기술된다. 일반적으로 제1 단계 가수분해(120b)는 다수의 변형 또는 반응 중 적어도 하나가 일어날 수 있도록 200℃ (~392℉) 내지 약 350℃ (~660℃)의 범위의 온도에서 수행된다. 예를 들어, 공급 원료 조성에 따라서, 이러한 변형은 개개의 아미노산 잔기를 생산하기 위한 단백질 내의 펩티트 연결 절단(약 150~220℃에서), 트리글리세리드, 지방산 및 글리세롤로의 지방 분해(약 200~290℃에서), 아미노산의 탈아미노화 및 탈카르복시화, 할로겐과 금속염 결합의 절단, 황 결합의 절단을 포함할 수 있다. 통상의 기술자는 무기 함량이 거의 없거나 전혀 없는 특정한 균질의 공급 원료, 예를 들어 액체 미처리 공급물, 피 등은 해중합을 필요로 하지 않으며, 본 발명의 목적 및 이점을 이탈하지 않고 제1 단계 가수분해(120b)로 바로 공급될 수 있음을 이해할 것이다.
카르복시산기는, 추가의 처리 단계로 진행할 수 있다면, 개개의 아미노산 잔기에 여전히 부착되어 비교적 온화한 작업 조건에서 탄화수소로 전환된다. 전형적으로 아미노산 탈아미노화는 약 210 내지 320℃ (~410 내지 610℉)의 범위에서 일어난다. 따라서, 슬러리 내 존재하는 실질적으로 모든 단백질이 가수분해 작업 온도에서 아미노산으로 전환된다. 리그닌의 부분 분해는 상기 제공된 범위 내에서 심지어 보다 낮은 온도, 예를 들어 약 250℃(~480℉)에서 일어난다. 셀룰로오스는 전형적으로 약 275℃ (~530℉)에서 분해하며, 헤미 셀룰로오스는 약 150℃(~300℉)에서 분해하기 시작한다. 통상의 기술자에게 이해되는 바와 같이, 아미노산 탈아미노화 정도는 작업 온도의 신중한 선택에 의해 조절될 수 있다. 제1 단계 가수분해 반응기가 운전되는 실제 조건은 사용된 공급 원료에 따라 변화할 수 있다. 이러한 단계의 운전 시간은 사용된 조건에 따라 대략 30분 내지 약 60분 사이에서 취한다.
제1 단계 가수분해에서의 압력은 바람직하게는 당해 작업 온도에서 액체 혼합물 내의 비말 동반된 물의 포화압력에 가깝도록 선택된다. 포화 압력은 주어진 온도에서 물이 비등하지 않게 유지하기 위해 적용되어야 하는 압력이며, 정화된 공급물 슬러리 내의 다른 기체의 존재와 양에도 의존한다. 반응기 내의 총 압력은 슬러리 혼합물 내의 물의 증기압보다 커서 물은 비등 제거되지 않는다. 전형적으로 압력은 포화 위의 약 0 내지 100psi 까지 및 그 범위내에서 조정되어 원치 않는 기체가 배출된다. 일반적으로 압력은 약 75psig 내지 약 800psig의 범위일 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 스팀과 가스 생성물의 혼합물(126)은 또한 전형적으로 제1 단계 가수분해(120b)에서 슬러리로부터 해방된다. 본 단계로부터 유래한 반응된 공급물(122)은 전형적으로 반응된 고체 생성물의 혼합물과 반응된 액체 생성물의 혼합물로 이루어진다. 이러한 다양한 생성물은 오일상, 수상, 및 습윤 고체 미네랄상으로서 특징지울 수 있다. 수상 및 오일상은 전형적으로 다양한 용존 유기 물질을 포함한다. 본 발명의 일부 구현예에 있어, 제1단계(120)에서 생성된 스팀과 가스의 혼합물(126)은 응축기에 의해 분리되고, 스팀은 예열 유입 슬러리로 보내어져 시스템의 에너지 효율을 강화한다.
앞서 언급한 바와 같이, 복잡한 유기 분자는 제1 단계 가수분해 반응 동안 보다 작은 간단한 분자로 분해되고 가수분해된다. 이 단계에서, 지방은 완전히 혹은 부분적으로 지방산과 글리세롤기로 쪼개어지고, 아미노산의 일부는 탈카르복시화 및 탈아미노화하며, 리그닌은 부분적으로 또는 전체적으로 분해된다. 탄수화물은 대부분 보다 간단하고 수용성인 당으로 분해된다. 제1 단계 분해로부터 온전한 단백질은 일반적으로 구성 폴리펩티드, 펩티드, 및 아미노산 부단위로 분해된다. 금속, 금속염 및 할로겐 이온 또한 이들 조건 하에 해방되고 물과 반응하여 이들의 제거가 촉진된다.
제1 단계 가수분해(120b) 동안, 일부의 탈가스화가 발생하며, 이 때, 특히 질소 및 황 화합물의 부분적 제거가 일어난다. 또한, 탈아미노화 및 탈카르복시화 반응이 일어날 수 있으며, 이 때 상당량의 단백질이 암모니아 및 이산화탄소와 같은 생성물로 해리한다. 일부 환경에서는 탈카르복시화 반응이 불리하게 되어 생성된 아민이 수용성 및 휘발성이 되는 경향이 있다. 이처럼, 탈아미노화 반응은 적절한 조건 하에 탈카르복시화 반응보다 선호될 수 있으며, 공급 원료가 단백질과 지방을 포함하는 경우 제1 단계(120) 끝으로부터 얻어진 반응된 액체 생성물은 전형적으로 카르복시산을 포함한다. 따라서, 탈카르복시화 반응은 전형적으로 탈아미노화 반응 보다 높은 온도에서 일어나기 때문에, 제1 단계 가수분해(120b)는 지방 분자가 쪼개질 수 있는 가장 낮은 온도에서 운전될 수 있다. 일반적으로 가수분해는 약 4 내지 약 8의 pH 범위에서 일어날 수 있다. 대안적으로, 가수분해 반응의 pH는 탈카르복시화 반응을 억제하도록 조절될 수 있다.
제1 단계 가수분해(120b)는 암모니아, 이산화탄소 및 황 함유 기체와 같은 가스 불순물의 제거 및 공급 원료 내의 황 함유 잔기의 분해로부터 온 황 함유 가스의 배출을 위한 환경을 제공한다. 황의 공급원은 다양한 고무 및 (시스테인 및 메티오닌 잔기를 포함하는) 단백질 분자를 포함할 수 있다. 또한 본 단계에서 사용된 열, 압력과 시간의 조합적 효과는 폐기물 내에 함유된 임의의 병원체가 파괴되도록 보장한다. 이로써 본 발명의 구현예는 생물학적 폐기물의 살균 및 처리에 응용될 수 있다.
본 단계 및, 공급물 준비에서의 선택적 예열 단계에서 할로겐, 금속염, 질소 및 황 화합물의 제거는, 여기서 기술된 시스템을 따라 추가로 처리되도록 허용된 경우, 최종 탄화수소의 원치 않는 성분이 될 수 있는 유기 질소 화합물, 암모니아 및 다양한 황 화합물의 현저한 형성을 방지한다.
장치
본 발명의 예시적 구현예에서, 제1 단계 가수분해(120b)는, 도 2에 나타낸 가수 분해 반응기(230) 내에서 수행될 수 있는 바, 상기 반응기는 슬러리의 구성 물질의 체류 시간이 좁은 분포를 가지도록 다중 체임버 용기를 포함할 수 있다. 대안적 구현예에서, 가수분해 반응기는 또한 오거드 반응기(augured reactor)일 수 있다. 일부 구현예에서, 슬러리의 가열 및/또는 가압은 반응기 용기 전에, 예를 들어, 별개의 저장조, 가압 및 가열 유닛(220)에서, 복수개의 단계로 수행될 수 있다. 반응기 용기에는, 배플 및 개개의 체임버 내에서 슬러리를 동시에 교반할 수 있는 다중 블레이드 구동 교반기가 장착될 수 있다. 한 예시적 구현예에서, 용기는 4개의 체임버를 구비한다. 용기는 공급 스트림이 작업 조건하에 투입되었을 때 기체상에 의해 발생되는 압력을 견딜 수 있도록 충분한 강도를 가져야 한다.
제2 단계: 분리
도 1을 참조하면, 하나 이상의 반응된 액체 생성물 및 하나 이상의 반응된 고체 생성물 및 물을 전형적으로 포함하는 반응된 공급물(122)이 제2 분리 단계(130)로 공급되어 구성분을 스팀 및 가스(132), 생성된 물(138), 탄화수소 액체 또는 가공되지 않은 오일(500) 및 고체/미네랄(134)로 분리한다. 반응된 공급물(122)의 다양한 성분은 예를 들어 여기에 기재된 기술에 의해 분리될 수 있다. 스팀 및 가스(132)는 배출되어 유입 슬러리의 예열을 위해 재유도될 수 있다.
분리 단계(130)는 연속적으로 또는 동시에 수행되는 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 예시적 구현예에서, 반응된 공급물은 우선 고체/액체 분리를 거치고 나서 액체/액체 분리를 거친다. 고체/액체 분리 및 액체/액체 분리의 순서는 재배열될 수 있으나 당업자에게 인식되는 바와 같이 분리 공정의 전체 효율이 영향을 받을 수 있다. 제1 단계(120) 동안 제거되지 않은 미네랄 및 다른 고체 입자는 디캔팅에 의해 액체로부터 분리될 수 있으며, 재생 가능한 오일과 생성된 물은 원심 분리를 사용하여 또는 중력 분리에 의해 분리될 수 있다. 일단 실질적으로 단리된 후, 탄화수소 액체 또는 미가공 오일은 저장 탱크로 파이프 이송되어 저장되거나 혹은 보다 높은 가치의 제품으로 정제 또는 가공된다.
분리 단계(130)의 일부 구현예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 반응된 공급물(122)은 더 낮은 압력(340)으로 플래시(flashing)되고 더 이른 가열 단계로 과량의 열을 방출하도록 허용된다. 전형적으로, 플래시는, 다단계, 예를 들어 2 내지 3단계의 압력 감소를 통해 달성된다. 플래시의 효과는 반응된 공급물과 관련된 잔류 스팀 및 가스(132)를 배출 제거하는 것이다. 열을 사용하지 않고 물이 빠져 나가기 때문에 감압을 경유한 탈수는 효과적이다. 과량의 열의 효율적 사용은 열 회수로 알려져 있으며, 본 발명의 공정의 추가의 발전을 나타낸다.
반응된 생성물이 플래시되고(340), 열이 회수된 후, 중간 공급물(400)은 여전히 전형적으로 하나 이상의 반응된 액체 생성물, 하나 이상의 반응된 고체 생성물 및 물을 포함한다. 상기 하나 이상의 반응된 액체 생성물은 전형적으로 탄화수소 액체의 구성분이고; 상기 하나 이상의 반응된 고체 생성물은 전형적으로 미네랄을 포함한다. 중간 공급물은 바람직하게는 기체상 생성물을 실질적으로 포함하지 않는다.
도 4는 중간 공급물에 적용될 수 있는 분리의 순서를 나타낸다. 본 발명의 추가의 이점은 제1 단계(120)으로부터 유래한 중간 공급물이, 제3 단계 또는 오일 피니싱 단계(140)에서의 공정 전에 미네랄과 물을 제거하는 하나 이상의 분리 단계에 투입될 수 있다는 것이다.
전형적으로 탄화수소 액체, 물 및 일부 미네랄 또는 기타 오염된 고체를 포함하는 중간 공급물(400)은 바람직하게는 대부분의 미네랄을 제거하는 제1 분리(410)에 투입되어 탄화수소 액체와 물의 혼합물(414)을 제공한다. 이러한 분리는, 고체/액체 분리로 특징지을 수 있고, 제1 원심 분리로 혹은 다른 공지된 고체/액체 분리 장치를 통해 달성될 수 있다. 분리되어 나오는 미네랄과 다른 고체(412)는 전형적으로 습윤 상태이며, 따라서 건조 미네랄 저장소(430)을 지나기 전에 건조 단계(420)에 투입될 수 있다. 건조는 전형적으로 통상의 주위 조건 하에 일어난다. 최종 건조 미네랄은 토양 개질제 또는 다른 산업용 전구체로서 상당한 상업적 응용을 찾을 수 있다.
탄화수소 액체/물 혼합물(414)은 제2 분리(440)에 투입되어 물을 빼돌리고 탄화수소 액체(500)를 남긴다. 이러한 제2 분리는 제2 액체/액체 원심 분리, 중력 분리 컬럼 또는 다른 분리 장치를 사용하여 달성될 수 있다. 비중에서의 차이로 생성된 물과 탄화수소의 원심 분리가 가능하다. 빠져 나온 생성된 물(138)은 전형적으로 상당한 양의, 글리세롤과, 단백질의 분해로부터 유도된 일부 수용성 아미노산과 같은, 용존된 작은 유기 분자를 포함한다. 생성된 물은 또한 전형적으로 회분, 염화물 및 그 외 불순물을 포함한다. 이하 기술되는 바와 같이 열-화학 플랫폼이 사용된 경우 이러한 불순물을 오일 피니싱 반응 전에 분리해 내는 단계는 본 발명의 추가적 이점을 제공하는 바, 이는 후속 생성물이 오염되지 않아 생산된 연료의 연소성을 강화하기 때문이다.
생성된 물(138)은, 예를 들어 증발에 의해 농축(139)되어 본 발명의 공정 내에서 순환될 수 있는 물 응축물(151) 및 농축물 저장소(460)로 보내어지는 농축물(153)을 생성한다. 증발은 전형적으로 약한 진공의 적용에 의해 달성된다. 주로 아미노산, 글리세롤 및, 잠재적으로는 암모늄 설페이트 혹은 포스페이트와 같은 암모늄염의 슬러리를 포함하는 농축물(153)을 생산하는 공급물을 가지고, 생성된 물은 전형적으로, 예를 들어 가정용 화훼원에서 판매되는 "어즙(fish solubles)"으로 공지된 비료로서의, 상업적 가치를 가진다.
본 발명은 2단계를 포함하는 분리 단계에 한정되지 아니함을 이해해야 한다. 또한 본 발명은 임의의 분리 단계가 수행되는 순서에 의해서도 한정되지 아니한다. 따라서, 중간 공급물(400)을 탄화수소 액체, 미네랄, 및 물과 같은 생성물로 분리하는 것이 단일 단계로 혹은 2개를 넘는 단계로 수행되는 것도 본 발명과 일치한다.
장치
도 2의 예시적 장치를 참조하면, 반응된 공급물 제2 단계의 플래시는 배출구를 가진 하나 이상의 플래시 용기(240)에서 수행될 수 있다. 바람직하게는 플래시 용기(240) 내의 압력은 가수분해 반응기(230)에서 보다 상당히 낮다. 한 구현예에서, 플래시 용기 내의 압력은 약 300 psig이고, 가수분해 반응기에서의 압력은 약 600 psig이다.
제1 가수분해 반응기(230)으로부터 나오는 물질의 분리를 달성하기 위해 다양한 장치가 사용될 수 있다. 이러한 분리는 스팀과 가스의 혼합물(132), 탄화수소 액체(500), 미네랄(134) 및, 가용물을 포함한 생성된 물(138)을 제공한다. 스팀과 가스(132)는 바람직하게는 공급물의 가열을 보조하도록 예열 단계로 다시 우회시킨다.
탄화수소 액체 및 물로부터 고체 또는 입자물을 분리하는 것은 원심 분리, 하이드로사이클론으로, 혹은 정지 탱크(static tank)로 달성될 수 있다. 미네랄(134)의 건조는 예를 들어, 건조 가마 또는 "링" 건조기와 같은 다른 미네랄 건조기로 수행될 수 있다. 대안적 구현예에서, 분리는 에멀젼 혹은 다른 원치 않는 혼합을 파괴하기 위한 제제를 투입함에 의해 촉진될 수 있다.
물로부터의 탄화수소 액체 분리로부터 유래된 가용물을 가진 생성된 물(138)은 기존의 증발기(250)에서 농축될 수 있다. 미네랄 및 물로부터 분리된 탄화수소 액체(500)는, 선택적인 제3 단계 혹은 오일 피니싱 반응기(260)로 이송되기 전에 탄화수소 액체 저장 용기(252)에 수용될 수 있다. 이러한 저장 용기는 당해 산업에서 전형적으로 사용되는 바의 통상의 저장 용기일 수 있다.
여기에 포함된 개시 내용에 기초하여, 통상의 기술자는 선택에 따라 제2 단계 분리 원심 분리, 하이드로사이클론, 증류 컬럼, 여과 장치 및 스크린을 포함시킬 수 있다. 또한, 중간 공급물(400)로부터 미세 탄소 고체를 제거하기 위해 증류를 사용할 수 있음을 이해할 것이다. 일반적으로, 추가의 압력 감소는, 더 많은 스팀을 회수하며, 미네랄 및 그 외 고체를 회수하기 위한 고체/액체 분리를 촉진한다.
유용한 생성물 및 제3 단계: 오일 처리
전술한 본 발명의 생성물 및 중간물은 선택에 따라 그대로 사용되거나 혹은 본 개시 내용을 읽은 통상의 기술자에게 의해 인식될 수 있는 추가의 처리에 투입될 수 있다. 예를 들어, #4 디젤 오일에 유사한 지지층(constituency)을 가지는 탄화수소 오일은, 탄화수소 액체(500)로부터 오일 및 잔류수 및 입자성 분획을 추가로 분리하기 위한 온-사이트(on-site) 공정으로 필연적으로 이루어진 최소 오일 피니싱(140)으로 생산될 수 있다. 이러한 최소 공정은 오일 폴리싱(oil polishing)으로 특징지을 수 있으며, 중력 디캔팅 및/또는 최소 수분 함량을 달성하기 위해 열을 사용한 탈수를 포함할 수 있다. 필요한 경우 추가의 입자 제거를 달성하기 위해 추가의 미세 여과, 예를 들어 백 필터(bag filter)가 사용될 수 있다.
도 1에 지시한 일부 구현예에서는, 탄화수소 액체(500)의 일부 또는 전부가 선택에 따라 하나 이상의 특수 화학약품을 제공하도록 오일 피니싱 단계(140) 앞의 공정을 위해 유도된다. 예를 들어, 지방산 또는 아미노산과 같은 특수 유기 화학 약품(143)을 예를 들어 분별 증류를 통해 형성할 수 있도록 탄화수소 액체(500)의 일부를 선택적인 분리 단계(137)로 우회시킬 수 있다. 분별 증류로 투입되는 탄화수소 액체는 전형적으로 증류 컬럼(254) (도 2) 내에서 증류된다. 탄화수소 액체는 산 세정에 투입되어 증류 컬럼을 통과하기 전 미량의 아미노산을 분리해낼 수 있다. 탄화수소 액체로부터의 보다 휘발성 물질, 예를 들어 지방산은 증류 제거되어 수집된다. 일부 구현예에서, 종종 "무거운 증류물"로 불리우며, 특수 화학약품만큼은 유용하지 않은 분획을 포함하는 임의의 잔류 분획, 분획화된 리커(liquor: 145)는제3 단계(140)로 재유도될 수 있다. 이러한 잔류 분획은 증류 컬럼의 저부에서 발견되는 비-휘발성 지방 및 지방 유도체를 포함할 수 있으며 오일 피니싱 단계 반응기(260) 상으로 통과될 수 있다.
선택에 따라, 분리(130)으로부터 단리된 고체/미네랄 (134)은 하소로(calciner)로 유도되어 임의의 잔류 유기물을 태워 버리고 하소된다. 여기 기술된 공정의 다양한 시점에서 발생된 다른 물질, 예를 들어, 농축된 비응축성 가스, 고체 무기물(116) 및 수성 농축 연료는 마찬가지로 추가 공정을 위해 하소로로 우회될 수 있다. 일부 구현예에서, 하소로는 하소된 고체를 생산하고, 다양한 응용 분야에서의 사용을 위한 핫 오일 및/또는 스팀을 생산하는 2가지의 역할을 한다. 예를 들어, 핫 스팀은 전력 발전소 또는 다른 산업 및 제조 관점에서 스팀 터빈을 구동하기 위해 사용될 수 있다.
분리 단계(130)로부터 생성된 물(138)은 그대로 사용될 수 있는 한편, 응축물(151)과 농축물(153)을 생성하기 위해 농축부(139)로 우회할 수 있다. 사용된 공급 원료, 예를 들어, PVC, 스위치그래스, 단백질의 조성에 따라, 생성된 물(138)은 황- 및/또는 염소 함유 물질을 포함할 수 있다. 응축물(151)은 전형적으로 도시-강도 폐수보다 높은 순도를 가진다. 예를 들어, 질소계 폐기물이 공급원료로서 공정에 수용된 경우, 농축물(153)의 조성은, 어즙에 유사한 화학적 지지층을 가지는 유기 연료 또는 액상 비료로 사용될 수 있다. 대안으로서, 생성된 물(138)은 처분 방식을 선택하기 전에 특성화를 위해 저장 탱크로 직접 파이프를 통해 이동될 수 있다.
대안으로서, 일부 구현예에서, 제3 단계(140)가 열-화학 플랫폼에서 추가로 관련될 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 액체(500)는 연료 가스(146), 탄소 고체(142) 및 피니싱된 오일(144)을 생산하기 위해 온-사이트로 혹은 당해 기술분야에 공지된 방법에 따라 정제소에서 코크(coke)될 수 있다. 다른 열-화학 처리는 비스 브레이킹(vis breaking), 수소처리, 가스화 및 열분해(pyrolyzing)을 포함한다. 원료 폐기물 스트림의 가스화 및 열분해와 같은 기술은 성공적이지 못한 것으로 증명되어 왔지만, 본 발명의 구현예에서는 제2 단계 분리(130)로부터의 생성물의 균질성 때문에 이러한 처리도 보다 더 성공적으로 채용될 수 있다.
열 화학 플랫폼을 포함하는 오일 피니싱(140)의 예에서, 탄화수소 액체(500)는 지방산을 위한 증류, 열 크래킹(thermal cracking), 촉매 분해 등과 같은 하나 이상의 공지된 공정을 수반할 수 있는 반응을 거치는 조건하에 투입된다. 또한, 탄화수소 액체가, 오일 피니싱(140)으로 통과할 소정량의 반응된 고체 생성물을 포함하는 것도 가능하다. 함께, 탄화수소 액체 및 반응된 고체 생성물은 고체 매트릭스로 지칭될 수 있다. 이 경우, 탄화수소 액체는 탄소 고체(142), 및 전형적으로 탄화수소 증기와 가스(148)로 방출되는 탄화수소의 혼합물을 통상 포함하는 유용한 물질의 혼합물로 전환된다. 이러한 전환은 탄화 수소 액체 내에서 하나 이상의 물질의 분해를 수반할 수 있다. 오일 피니싱(140)에서의 적절한 조건은 전형적으로 제 1단계에 대하여 승온된 온도와 제1 단계 가수분해(120b)에 대하여 감소된 압력을 사용하는 것이다. 오일 피니싱은 전형적으로는 첨가된 물의 사용을 포함하지 않는다. 다수개의 상이한 장치가 제3 단계(140)에서 오일 피니싱을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
제3 단계(140)의 예시적 구현예에서, 탄화수소 액체(500)의 수분 함량은 거의 0이어서, 제3단계의 조건은 남아있는 유기 분자가 과량 또는 첨가된 물 또는 스팀에 의한 가수분해 보다는 주로 고온의 적용에 의해 분해되도록 한다. 이러한 제3 단계의 수행을 위한 온도 조건은 대략 400 내지 600℃(~750 내지 1110℉)일 수 있다. 이러한 제3 단계 반응은 전형적으로 약 5분 내지 약 120분이 소요된다. 실제로, 다양한 상의 리커(liquor)가 제3 단계 반응기에서 변화하는 양의 시간을 소비한다. 예를 들어, 증기는 상대적으로 빠르게 통과하나, 액체는 더 오래 걸린다. 제3 단계로부터의 생산물은, 각각, 탄화수소 증기 및 이산화탄소, CO와 같은 가스의 혼합물(148), 및 질소와 황 함유 화합물, 및 탄소 고체(142)를 포함한다. 탄소 고체(142)는 바람직하게는 고품질의 코크와 유사하다. 탄화수소 증기와 가스의 혼합물(148)은 전형적으로 오일 증기를 포함한다. 3단계의 조건은 바람직하게는 탄소 고체(142) 및 탄화수소 증기와 가스 혼합물(148)의 순도를 최적화하도록 선택된다. 탄화수소 증기와 가스(148)의 혼합물과 같은 뜨거운 증기의 급속한 퀀칭(quenching)은 제3 단계 후 반응을 중지시키고 탄소 탄화물의 형성을 최소화한다. 예시적 구현예에서 증기의 급속한 퀀칭은 물이 가득찬 드럼으로 증기를 유도하거나 혹은 열 유체와 냉매를 사용하는 다중 퀀칭 단계에 의해 달성될 수 있다. 이러한 다중 퀀칭 단계가 사용된 경우, 유리하게는 복수개의 부분(multiple cuts) (디젤, 가솔린 등)을 오일로부터 취하여 다양한 분획이 별개의 상업적 용도로 전환될 수 있도록 한다. 대안으로서, 다른 구현예에서는, 오일 증기가 유입 탄화수소 액체의 존재 하에 퀀칭되어 에너지 회수를 촉진하도록 할 수 있다.
열 화학 플랫폼이 제3 단계에서 사용된 경우, 하기 2개의 변형중 적어도 하나가 일어날 수 있도록 전형적으로는 약 400℃ (~750℉) 내지 약 600℃(~1110℉)의 범위의 온도에서 수행될 것이다. 우선, 카르복시산을 탄화수소로 분해한다. 이는 대략 315 내지 400℃(~600 내지 750℉) 범위의 온도에서 각각의 지방산 분자로부터 카르복시기를 제거함에 의해 달성될 수 있다. 둘째는, 저분자량의 분자 분포를 형성하도록 탄화수소 분자 그 자체가 "크래킹(cracking)"되는 것으로, 대략 450 내지 510℃(~840 내지 950℉)에서 일어날 수 있다. 전형적으로는, 그러나, 탄화수소 크래킹은 480℃(~895℉) 이상의 온도에서 일어난다. 제3 단계는 제1 단계를 위한 것보다 높은 온도에서 수행될 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 제3 단계 반응기는 약 15psig 내지 약 70psig의 압력으로 가압된다. 일부 구현예에서, 제3 단계의 압력은 제1 단계 보다 낮을 수 있다.
제3 단계의 예를 도 5에 도시하였다. 상기 기술된 바와 같이 제3 단계 반응기로부터 생성된 탄소 고체(142)는 전형적으로 우선 탄소 고체 냉각기(630)를 통과하며, 여기서 탄소는 그의 잔류 열을 잃게 된다. 냉각 후, 탄소 고체(142)는 탄소 저장소(540) 및 후속하는 용도로 이동한다. 제3 단계 반응기에 의해 생산된 탄화수소 증기 및 가스의 혼합물(148)은 냉각기/응축기(850)로 유도되고 여기서 혼합물은 연료 가스(146)와 탄화수소 오일(144)로 분리된다.
다른 선택적 제3 단계 및 오일 피니싱 장치와 방법은, 함께 출원 중인 미국 특허출원 제11/529,825호 (2006년 9월 29일 출원, 현재 미국 출원 공보 제20070098625호)에 상세히 기술되어 있으며, 이는 전체로서 모든 목적을 위해 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
공급 원료의 타입
본 발명의 공정은 위에서 기술한 바의 파라미터 범위 전체에서 수행될 수 있는 한편, 이하 선택된 타입의 공급원료에 대하여 예시된 바와 같이, 온도 및 압력과 같은 작업 조건의 특정한 개선을 통해 공정의 수율과 효율이 강화될 수 있다. 본 발명에서 작업 파라미터는, 본 발명으로부터 이탈하지 않고, 상이한 타입의 미처리 공급물 물질 또는 다른 공정 고려 사항을 적응시키기 위해 하나 이상의 경우에 조정될 수 있다. 예를 들어, 칠면조 오팔 또는 그 외 동물 제품과 같은 미처리 공급물의 경우, 주 성분은 지방, 단백질, 탄수화물 및 미네랄이다. 따라서, 주요 성분의 균형은 본 발명의 작업 조건의 일부 측면을 결정할 수 있다. 나아가, 제1 단계 및 추가의 공정 단계의 온도 범위는 다른 경로에 비해 특정 제품의 생산에 유리하도록 조절되어 그로부터 수득 가능한 제품의 경제적 가치를 최대화할 수 있다. 표 2는 4개의 주요 카테고리의 공급 원료에 대하여 대략 실험적으로 측정된 공정 파라미터를 기술하고 있다.
본 발명의 구현예는 많은 타입의 폐기물을 가지고 시험되었고, 상이한 폐기물 스트림에 대하여 미리 각각의 조성과 분해 산물을 결정하기 위해 대표적인 데이터를 수집하여 도 3에 나타내었다.
동물 오팔, 폐기물, 사체 등과 같이 상당량의 암모니아를 가진 공급 원료의 경우, 유리 암모니아를 공급물 준비(110) 동안 (이 경우, 이는 스팀과 가스(121)의 한 성분임) 또는 하방류 저장(FST) (320) 동안 (이 경우, 이는 스팀과 가스상 불순물(338)과 함께 배출됨) 제거하는 것이 유리할 수 있다. 도 3 참조. 암모니아 공급원 중 하나는 동물 신체 일부의 응집물에 종종 존재하는 잔류량의 소변에서 발견되는 요산의 분해이다. 암모니아의 제거 방법은 당업자에게 공지되어 있으며, 슬러리화 전 소변 성분의 분리, 효소 분해의 사용 및 열의 적용 등을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 추가로 암모니아는 산성화에 의해 암모늄 설페이트 혹은 암모늄 포스페이트와 같은 염으로 전환될 수 있다. FST(320)는 상이한 조건에서 유지되는 2개의 용기를 포함할 수 있다. 이러한 제1 용기는 저장소의 역할을 수행하고; 제2 용기는 암모니아를 방출하는 공정인 단백질 분해를 다룬다.
세단기
잔류물,
MSW
및 타이어/혼합 플라스틱
세단기 잔류물은 전형적으로 약 50%의 연소성 물질과 50%의 불연소성 (불활성) 물질을 포함한다. 세단기 잔류물은 또한 브래이크액, 가솔린, 엔진 오일, 앞 유리(windshield) 세정액, 부동액(에틸렌 글리콜), FREONTM 냉매, 및 어떤 경우에 폴리염화비페닐(PCB)를 포함할 수 있다. PCB 오염은 손상되지 않은 축전기를 가질 수 있는 낡은 백색 제품으로부터도 유래할 수 있다. 나아가, 세단기 잔류물은 납, 수은 및 카드뮴과 같은 중금속을 포함할 수 있다. 또, 세단기 잔류물은 세단 작업의 타입 (즉, 습식 또는 건식)에 따라서, 그리고 재고 상태에 있을 때 비에 노출되었는지의 여부에 따라서 변화하는 양의 수분을 포함할 수 있다. SR잔류물은, 일반적으로 "건조 상태"로 생각되지만, 여전히 중량으로 15% 이상의 수분 함량을 가질 수 있다. 2가지의 예시적 SR 샘플의 성분과 원소 조성을 샘플 분석에 의해 측정하여 하기에 나타내었다.
상기 데이터는 주어진 SR 샘플에서 발견될 수 있는 물질의 타입을 도시하기 위해서만 제공된 것으로 본 발명의 응용을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 그 근원에 따라서, 세단기 잔류물 재료의 조성은 샘플에 따라 변할 수 있다. 또한, MSW, 타이어, 및 혼합 플라스틱은 공급 원료로서 많은 특징을 SR과 공유하고 있다. 그러나, MSW는 특정 배치의 특정 함량에 따라 추가의 고려 사항을 제공할 수 있는데, 이는 MSW가 동물성 부산물과 같은 폐기물을 포함하여, 만일 수분함량이 충분히 높은 경우 온도가 이들 물질에 대한 분해 온도 한계를 초과하지 않도록 세밀하게 조절되지 않는다면, 예를 들어 지방과 단백질의 가수분해와 같은 분해 반응 동안 특정 반응이 너무 이른 시점에 발생할 수 있기 때문이다. 이러한 화합물의 조기 가수분해는, 예를 들어, 후속 공정 단계에서 파괴하기 어려울 수 있는 안정한 에멀젼의 형성을 가져올 수 있다. 이러한 점에서, 어떤 경우, 2단계 분해 반응은 특정 공급 원료 내용물을 다루기 위해 사용될 수 있다.
세단기 잔류물, 도시 고체 폐기물(MSW) 및 타이어/혼합 플라스틱은 평균적으로 하기 전환 패턴을 따르도록 벤치-규모 및 파일럿 규모 수준으로 실시되었다.
스위치그래스
및 혼합 목초 공급 원료
일부 구현예에서, 스위치 그래스 및/또는 혼합 목초를 여기 기재된 공정에서의 공급 원료로 사용하는 것은 연소성 가스 및 탄소 고체를 발생시킬 수 있다. 스위치 그래스는 약 64%의 셀룰로오스, 약 24%의 리그닌, 약 8%의 회분 및 약 4%의 단백질의 평균 건조 중량 조성을 가진다. 회분의 주요 성분은 나트륨, 칼륨 및 염화물을 포함한다. 조성은 배치에 따라 변하지만, 스위치그래스의 셀룰로오스성 성분은 일부 배치에서 약 54%의 셀룰로오스 및 46%의 헤미셀룰로오스를 포함할 수 있다. 혼합 목초 공급 원료는 C4 또는 C3 목초, 예를 들어 당해 기술 분야에 공지된 다른 종들 중에서 스위치그래스, 인디안그래스, 빅 블루스템, 리틀 블루스템, 캐나다 야생 호밀, 버지니아 야생 호밀 및 매취역 야생화 등을 포함할 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 공정에 투입되었을 때, 셀룰로오스는 약 275℃에서, 헤미셀룰로오스는 약 150℃에서, 리그닌은 약 250℃에서 분해하기 시작한다. 혼합 목초가 비교적 저가이고 경작하기 쉽지만 이들을 바이오 연료 생산을 위해 이용하기 위한 노력은 이들의 높은 회분, 실리카 및 염화물 함량에 의해 방해받아 왔으며, 이들은 열분해 조건에서 휘발하지 않기 때문에 연소에 현저한 문제점을 제공한다. 염화물과 결합될 충분한 칼륨 또는 그 외 알칼 리가 충분하다면, 염화물은 오일 또는 가스와 함께 가지 않는다.
C3 목초는, 일반적으로 C4 목초보다 높은 수준의 실리카를 가져서 이러한 점에 특별한 도전을 제공한다. 높은 회분 함량을 낮추기 위한 종래의 방법은, 예를 들어 월동(overwintering), 특수화된 시비 및/또는 사질토에 재배하기 등을 통해 목초를 제어하에 경작하는 것으로, 이는 재생 가능한 에너지 생산을 위해 우수한 후보가 되게 하였던, 이러한 공급 원료의 수득에서의 용이함을 악화시킨다.
종래 방법과 달리, 본 발명은 가연성 가스 및 탄소 고체를 생산할 수 있도록 혼합 목초 공급 원료의 높은 회분 함량 문제를 해결할 수 있다. 제1 단계 분해에서, 염소는 수상(water phase)에 가용화되고 미네랄의 일부는 떨어져 나온다. 혼합 목초 공급 원료의 셀룰로오스 성분, 리그닌 및 단백질 성분은 제1 단계 가수분해 조건 하에 부분적으로 혹은 완전히 분해된다. 상당량의 회분 성분, 예를 들어 실리카, 칼륨, 및 염화물은 결국 탄소 고체에 존재할 수 있으며 전술한 개시 내용에 따라 일부는 생성된 물로 들어간다. 당업자에게 이해되는 바와 같이, 탄소 고체의 미네랄 성분으로 인해 탄소 고체는 다른 응용 분야 중에서 비료로서의 용도를 위해 가치가 있게 된다.
용매 및 개질
미처리 공급물 조성에 기초하여, 공정 촉진을 위해 공급 원료의 특정 개질이 바람직할 수 있다. 공급 원료의 특정 개질의 예는 탄화수소가 많은 공급원료, 예를 들어 플라스틱, 고무, 타이어, 발포체 등에 유기 용매를 부가하여 공급 원료의 유기 분획을 최대화함으로써 이용 가능한 액체 혼합물의 수율을 높이는 것을 포함한다. 다른 예는, 예를 들어 pH를 제어하기 위해, 산을 부가하는 것을 포함한다.
처리 전의 공급원료가 타이어 및/또는 혼합 플라스틱을 단독으로 혹은 SR이나 MSW에 함유된 채로 포함하는 경우, 본 발명의 방법 자체에 의해 생산된 탄화수소 오일은 당해 기술 분야에 현재 공지된 다른 용매와 비교하여 월등한 용매임을 확인하였다. 따라서, 본 공정에 의해 생산된 탄화수소의 적어도 일부를 유입되는 미처리 공급물에 혹은 초기 단계 반응으로 재유도할 수 있다. 예시적 실시예에서, 생성된 탄화수소는 대략 100 내지 350℃ (~212 내지 660℉)의 비등 범위를 가지는 것을 특징으로 한다. 탄화수소 용매는 타이어 공급 원료에 적용하기 전에 가열될 수 있다. 다른 구현예에서, 탄화수소 용매는 공급 원료에 적용되고 혼합물이 약 200 내지 350℃ (390 내지 660℉) 사이의 온도까지 가열된다. 최종 단계 오일 생성물의 사용은 다른 용매의 되풀이하여 발생되는 비용과 그의 보충양(make-up quantities)을 제거한다.
본 발명의 일부 구현예에서, 오일의 구성성분의 전체 스펙트럼 혹은 이들 구성분의 단지 일부만이 타이어 및/또는 혼합 플라스틱을 용해시키기 위해 사용된다. 예를 들어, 제1 배치에서 생산된 모든 오일(144)은 유입 타이어 공급 원료로 재유도될 수 있다. 다른 구현예에서, 단지 최종 단계의 무거운 오일 생성물이 이러한 방식으로 재유도된다. 일부의 구성 물질이 사용된 경우, 용매를 부분적으로 분리하는 것은 오일 피니싱(140) 또는 제1 단계(120) 동안 이루어질 수 있다. 용매로서 생성된 오일의 사용으로 인해 본 발명의 공정은 다른 전통적인 접근 방식보다 경제적일 수 있다. 이러한 오일은 처리될 타이어 제1 배치에 대해서는 통상 이용 가능하지 않기 때문에, 타이어의 초기 분해를 보조하기 위해 다른 용매가 추가로 사용될 수 있다. 이러한 목적으로 유용한 용매의 예는 톨루엔을 포함하며; 다른 적절한 용매는 당업자에게 친숙할 것이다.
또한, 타이어 및/또는 혼합 플라스틱 처리를 위한 제1 단계 가수분해는 염소 또는 다른 할로겐 함유 물질의 제거를 촉진하기 위해 물의 추가적 부가를 수반할 수 있다. 해중합으로부터의 유기 액체 물질과 미네랄 소립자, 용매 및 물이 가수분해를 위해 함께 혼합되거나, 혹은 공급물이 용매 및 물과 순차적으로 접촉할 수 있다.
미처리 공급물이 도시 하수 슬러지를 포함한 경우, 실용적인 관점에서, 무기 물질로부터 유기물을 분리하는 것이 바람직하다. MSS 내의 부유 물질은 박테리아로부터의 세포물질 및 세포 파편으로 구성될 수 있다. MSS 내의 부유 고체는 전형적으로 작고, 변형 가능하며 부유 수 매질의 10% 내의 유효 밀도를 가진다. 따라서, 한 구현예에서, 생성된 오일의 일부는 물질의 부유를 보조하기 위해 미처리 공급물 혹은 후속 반응기로 재유도된다. 다른 구현예에서, 예를 들어 패스트 푸드 아웃렛으로부터 얻어지는 트랩 그리스(trap grease)와 같은 물질이 사용될 수 있다. 물질을 부유시키는 배경의 원리는 물 보다 가벼운 물질이 미처리 공급물 또는 그의 하방 스트림으로 도입되어 물보다 무거운 유기 물질의 부유를 보조하고, 이로써 무기 물질로부터 유기물의 분리를 촉진시키는 것이다. 그 결과 슬러지가 그렇지 않은 경우에 비해 더 쉽게 분리될 수 있다.
본 발명의
중간물과
생성물의 예
본 발명의 디자인은 분자 밀도에 기초하여 화합물을 이들의 상이한 구성 물질로 분리할 수 있도록 한다. 예를 들어, 제1 단계 분해(120a)의 결과, 다수의 분리가 발생하여, 물 보다 높은 비중을 가지는 화합물 또는 원소를 효과적으로 제거한다. 분해 또는 해중합 동안 형성되는 저분자량의 가스는 공기 및 이산화탄소와 같은 보다 무거운 기체와 분자량 차이에 의해 분리된다. 본 발명의 예시적 구현예에서, 고체, 회분 및/또는, 오일이나 물보다 높은 비중을 가진 금속/미네랄의 조합은 중력에 의해 분리되어 폐기물 처분을 위한 저장소로, 혹은 토양 개질제 (비료)로서 제품 제조를 위해 건조기로 유도된다.
대안적 구현예에서, 제1 단계 분해로부터의 플래시된 액체 (지방유 및 물)는 석유 산업에서 사용되는 것과 유사한 액체 분리기 내에서 밀도에 의해 분리될 수 있다. 액체 분리기는 지질-가용성 아미노산과 함께, 폐기물 공급 원료 내에서 이미 원래 존재하는 물/수분으로부터 지방산 오일을 세그멘트화하는 데에 효과적이다. 남아있는 수용성 아미노산은 질소 비료로서 사용될 수 있는 수성 용액을 형성한다.
도 1을 참조하면, 미처리 공급물(100)로서 MSW 또는 농업 폐기물을 포함하는 공정에서 제1 단계 분해(120a)로부터 분리되어 나온 고체(116)로서 포함된 미네랄은, 분말상 및 입자상 골분 뿐만 아니라 모래, 토양 혹은 공급 원료에 들어가 있는 기타 오염물로부터의 소정량의 미네랄을 포함할 수 있다. 남아있는 물질로부터의 미네랄 물질의 분리는 중력 분리에 의해 달성될 수 있거나, 혹은 액체/고체 원심분리, 스크린 또는 필터 등, 당업자에게 익숙한 다른 분리 장치를 이용할 수 있다. 이렇게 분리된 미네랄 물질은 미네랄 비료로서 사용될 수 있다. 실제로 미량이 발견될 수도 있지만, 분리된 미네랄 물질은 전형적으로 유기 물질이 없다.
제1 단계 분해로부터 유래한 액체 혼합물(118)은 전형적으로 지방과 탄수화물을 가지는 오일상 및 용존 아미노산과 짧은 아미노산 배열을 가지는 수성상을 포함한다. 액체 혼합물은 추가적으로 분해되지 않은 미네랄과 펩티드를 포함하는 일부 불용물을 포함할 수 있다.
본 발명에 의해 생산된 특수 화학약품 (143)은 지방산, 지방산 에스테르, 지방산 아미드 또는 다양한 아미노산과 같은 유기 화합물을 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 특수 화학약품(143)은 지방산이다. 전형적으로, 특수 화학약품(143)은 C12 내지 20의 범위의 지방산을 포함한다. 보다 종종, 특수 화학약품(143)은 C16 내지 20 범위의 지방산을 포함한다. 특수 화학약품(143)이 지방산 아미드 및 지방산 에스테르인 경우, 이들은 전형적으로 지방산과의 반응에 의해 형성된다. 예를 들어 칠면조 오팔과 같은 공급 원료로부터 유래한 특수 화학약품(143)은 윤활제 및 코팅 및 페인트에서 응용 분야를 찾을 수 있다.
일부 구현예에서, 탄화수소 액체(500)의 전부는 카르복시 오일을 제공하도록 공정으로부터 전용될 수 있다. 카르복시 오일은 적응 가능한 연료 공급원으로서, 즉 보일러, 히터 또는 엔진에서 직접 사용될 수 있다. 대안으로서, 카르복시 오일은 예를 들어 석유 정제소에서와 같이 추가의 처리에 투입된다. 추가의 대안으로서, 카르복시 오일은 사용 전에 여과 및/또는 원심 분리를 통해 더 가공 또는 정제될 수 있다. 예를 들어, 질소와 황의 존재는 연소 동안 NOx 및 SOx 형성을 유도할 수 있기 때문에 보다 깨끗하게 연소하는 연료를 생산하기 위해, 카르복시 오일은 원유로부터 질소 및 황을 제거하도록 석유 정제소에서 통상 사용되는 공정인 수소처리를 거칠 수 있다. 이하 실시예에서 설명하는 바와 같이, 본 발명에 의해 제공된 카르복시 오일은 황 함량이, 전형적으로는 < 0.2%로 낮으며, 따라서 수소 처리 목적으로 비교적 적은 양의 수소를 필요로 한다. 카르복시 오일의 고급화의 용이성은, 질소의 대부분은 이종 고리보다는 아민 형태로 존재하는, 낮은 질소 함량에 기인할 수 있다.
공정 중 탄화수소 액체(500)의 시점에서 유용한 카르복시 오일을 생성하기 위해 다양한 공급 원료가 사용될 수 있다. 지방/그리스, 예를 들어 동물 지방, 종유콩(oil seed soybean), 카놀라, 트랩 그리스 및 단백질을 포함하는 공급 원료가 사용 가능한 카르복시 오일의 수율을 최대화하기 위해 바람직하다. 이러한 목적에 적절한 물질은, 비 배타적으로는, 동물성 폐기물, 공장 폐기물, 폐기물 및 에탄올 제조 설비로부터의 저가 스트림(DDG)를 포함한다.
일부 구현예에서, 제3 단계 오일 피니싱 (140)으로부터 수득한 탄소 고체(142)는 코크, 즉 연료로서의 용도에 적절한 고열량의 통상 경질인 탄소질 물질에 유사할 수 있다. 탄소 고체(142)는 전형적으로는, 산소-부족 분위기에서의 탄소 함유 물질의 소각으로부터 유래하는 불연성 미네랄을 거의 함유하지 않는다. 탄소 고체(142)가 미네랄을 포함하는 경우, 이들은 또한 탄소-미네랄 매트릭스로서 기재될 수 있다. 본 발명에 의해 생산된 탄소 고체(142)는 광범위한 응용 분야를 가진다. 이들은 가정용 원예에 사용을 위한 토양 개질제로서 판매될 수 있다. 특히, 생산된 탄소는 많은 형태의 활성탄과 유사한 품질을 가지며, 필터류, 예를 들어 자동차에서 증기 배출을 흡수하는 재료에서, 혹은 가정용 수 여과기에서의 용도로 사용될 수 있다. 추가로, 탄소는 그의 순도 때문에, 전형적으로 석탄 제품에서 발견되는 오염물의 연소로부터 발생하는 유독성 배출을 생산하는 불리함 없이 석탄과 같은 고체 연료로서 응용 분야를 찾을 수 있다. 본 발명의 공정으로부터 유래한 탄소 고체와 같은 탄소 첨가제의 사용에 의해 많은 환경적 유독물질이 토양 매트릭스 내에서 중화될 수 있다.
일부 구현예에서, 제3 단계(140)로부터 생산된 탄화수소 증기와 가스(148)는, 미량의 비탄화수소 가스 불순물을 가질 수 있는 탄화수소 가스를 포함한다. 탄화수소 가스는 연료 가스(146)와 같은 가스를 포함하고; 탄화수소 증기는 액체 또는 오일(144)로 쉽게 응축될 수 있다. 연료 가스(146)는 발열량을 가지며, 다양한 단계에서의 가열을 위해 에너지를 제공할 목적으로 본 발명의 공정 내에서 그 자체로 내부적으로 재분배될 수 있거나 혹은 외부 또는 내부 용도를 위해 전기에너지 혹은 다른 형태의 에너지를 생산하기 위해 사용될 수 있다. 오일(144)은 전형적으로 탄소 사슬이 20 개 이하의 탄소 원자를 가지는 탄화수소를 포함한다. 이러한 점에서, 혼합물은 #2 등급 디젤 오일과 같은 연료 오일의 보다 가벼운 성분에 유사하다. 이러한 생성물은 또한 상업적으로 판매 가능하다. 그러나, 오일(144)의 정확한 조성은 공급 원료에 그리고 오일 피니싱 단계에서 사용된 반응 조건에 의존함은 이해되어야 한다. 따라서, 오일은 파라핀, 알파-올레핀 및 방향족류 뿐만 아니라 포화 지방족 탄화수소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공급원료가 타이어로 이루어진 경우 수득되는 오일의 조성은, 공급원료가 칠면조 오팔일 때에 수득되는 조성과 상이하다. 높은 지방 함량을 가지는 공급 원료로부터 유래된 오일은 올레핀 및 디-올레핀이 풍부한 것으로 확인되었다. 원치 않는 경우, 이러한 올레핀은 재포화(resaturation) 혹은 당업자에게 친숙한 다양한 분리 방법에 의해 오일로부터 제거될 수 있다.
장치
본 발명의 구현예에 따를 방법을 실시하기 위한 다양한 장치를 여기에 기재한다. 여기 기재된 개시 내용에 기초하여, 기재된 장치를 위한 다양한 구성 부품의 조립은 공정 공학 또는 화학 공학 기술 분야의 통상의 기술자의 능력 내에 있다. 따라서, 당업자에게 친숙한 바의 이러한 기술적 상세 내용은 본 명세서 기재로부터 생략된다. 일반적으로 적절한 장치는 당해 기술분야에 공지된 임의의 내열성 및 내수성 재료를 사용하여 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 본 발명의 장치는 낮은 pH 환경을 위해 316L 스테인리스강의 최소 사용과 함께, 주로 탄소강으로 구성된다. 보다 신형 금속(exotic metal)이 사용될 수 있으나, 이들은 본 발명의 목적과 이점을 달성하기에 절대적으로 필요한 것은 아니다. 사용될 수 있는 신형 금속의 예는 산성 서비스(acid service)를 위해, 제어 밸브 트림(trim)을 위해 그리고 그라인딩 장치를 위해, 하스텔로이(Hastelloy), 탄툴럼(tantulum), 및 다양한 경화강을 포함한다.
도 7 및 19에 나타낸 반응기와 같은 특수화된 장치 또는, 원용에 의해 전체로서 본 명세서에 통합되는 미국 특허 제 7,179,379호 (2007년 2월 20일 특허)에 상세하게 기재된 분리 장치가 본 발명의 구현예에서 사용될 수 있다. 그러나 당업자는 많은 다른 형태의 반응기, 탱크, 분리기, 컨베이어 등이 본 발명의 목적을 위해 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 분리기와 관련하여, 부유된 고체 입자보다 작은 구멍을 가진 많은 상이한 배열의 필터가 긴장 하에 현저하게 변형하지 않는 고체 물질을 위해 사용될 수 있다. 고체 입자와 유체 사이에 현저한 밀도 차이가 있는 경우 정화기, 침강 체임버 및 단순 사이클론이 효과적으로 사용될 수 있다. 크기 또는 밀도 차가 작아질수록, 원심력을 사용하는 능동 장치가 효과적이다.
도 19에 나타낸 바와 같이, 반응기 장치(3000)는 본 발명에 따른 분해 반응기의 한 구현예이다. 반응기 장치(3000)는 SR 및 유사한 공급원료에 대한 사용을 위해 적합하며, 때때로 이하 실시예 2에서 기술하는 도 8의 참조 번호에 대하여도 참조가 이루어진다.
도 19에 나타낸 바와 같이, 반응기 장치 (3000)는 혼합 및 이송 수단(3001)을 포함하여, 미처리 공급물을 수용하고 이를 적절하게 액체 유입물(2003) (도 8)과 함께 혼합할 수 있다. 혼합 및 이송 수단(3001)으로부터, 공급 원료는 기밀 체임버(airlock chamber: 3002)로 이송된다. 체임버(3002) 전과 후의 기밀 밸브(3003)는 물질의 출입을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 기밀 체임버(3002)는 반응기(3006) 내의 상승된 압력과 온도로 인해 제어된 압력 조건 하에 반응기(3006)로 도입을 위해 공급 원료를 축적하기 위해 사용된다. 또한, 퍼징 시스템(purge system: 3004)은 체임버가 반응기(3006)의 고온 환경으로 개방되기 전에 질소 또는 다른 불활성 가스를 사용하여 기밀 체임버 (3002)로부터 산소를 퍼징하기 위해 사용된다.
대안적으로는, 공급 원료를 축적하기 위해 호퍼(도시하지 않음)가 혼합 및 이송 수단(3001)과 기밀 체임버(3002)로의 주입구 사이에 배치되어, 기밀 체임버가 반응기 (3006)로 순환하는 동안 혼합 및 이송 수단을 계속 운전할 수 있다. 체임버(3002)의 충진 시간은 전체 시스템의 크기에 의존한다. 체임버(3002)를 위한 충진 시간은 약 15 내지 60분의 범위일 수 있다.
반응기(3006)는 다수개의 상이한 섹션을 포함한다. 수용 섹션(3008)은 필연적으로 개방 저부형(open-bottomed) 체임버로서 형성되어 기밀 체임버(3002)로부터 물질을 수용한다. 혼합 또는 교반 요소(3009)는 수용 체임버(3008)의 저부에서 교반을 제공하여 고체와 액체의 균일한 접촉을 보장하는 것을 돕는다. 도면에 나타내지는 않았으나, 혼합 또는 교반 요소(3009)를 지지하는 적절한 구조가 당업자에 의해 고안될 수 있다.
컨베이어 섹션(3010)은 수용 섹션(3008)의 저부에 형성된다. 도시되어 있는 예시적 구현예에서 컨베이어 섹션(3010)은 가열된 스크류(3011)와 피복형 하우징(jacketed housing)을 가진 스크류 컨베이어이다. 다른 적절한 컨베이어도 사용될 수 있다. 스크린 섹션(3012)은 수용 섹션(3008)을 마주보고 컨베이어 섹션의 단부의 적어도 일부에 배치된다. 스크린 섹션(3012)은 (스크린(2012)에 유사하게) 입자상 물질로부터 액체를 분리하는 것을 허용하고; 입자상 물질은 바이어스된 (닫힌) 문(3013)을 통해 컨베이어 섹션(3010)의 원위 말단으로 이송되어 나간다. 스크류 (3011)은 문(3013)에 못미쳐 3011E에서 끝나서 스크린 섹션(3012)내에 압출류(plug flow) 영역을 제공한다.
예시적 구현예에서, 컨베이어 섹션(3010)은 세단기 잔류물 공급 원료에 대하여 약 30분 내지 1시간의 체류 시간을 제공하도록 치수화되고 이러한 속도로 운전된다. 세단기 잔류물을 위해 사용되는 경우 반응기 (3006) 내의 조건은 실시예 2에서 제1 단계 분해와 관련하여 아래에 실질적으로 기술한다.
당업자는, 도 8에 도시한 바에 유사한 배열을 제공하도록 2개의 반응기(3006)가 연속하여 사용될 수 있거나 혹은 여기서 기술하는 조건에서 단일 반응기가 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 수용 체임버(3008) 내의 점선(S)은 정상 상태 운전에서 대략적인 고체 수준을 나타낸다. 선(L)은 정상 상태 운전 동안 대략적인 액체 수준을 나타낸다. 액체 성분은 일반적으로 액체 유입부(2003), 용매 및 공급원료로부터의 용융된 물질로 이루어져 있다.
공급 원료는 컨베이어 섹션(3010)을 통해 이송되고, 용매/스팀 세정(3036)에 투입된다. 스크린 (3012)에 도달하면, 액체 분획은 스크린을 통해 분리되어 용기(3016)에 수용된다. 고체 물질은 컨베이어 섹션(3010)을 따라, 문(3013)을 통과하고 고체 보유 탱크(3018)에 퇴적된다. 용기(3018)는 그 출구부에 기밀부(3020)를 구비한다. 그러나, 수송 수단, 예를 들어 스크류(3011)는 컨베이어 하우징의 단부 전에 3011E에서 종결되기 때문에, 물질의 플러그(plug)가 바이어스된 닫힌 문(3013)으로 인해 형성된다. 수송 수단이 뒤에서 밀어 문(3013)에 대해 힘을 가하는 플러그 형성은 고체 물질로부터 스크린 섹션(3012)를 통해 액체를 추가로 가압한다. 용기(3018)에 수용된 고체는 다른 생성된 고체에 대하여 여기서 기술된 바와 같이 취급될 수 있다.
용기(3016) 내에 수용된 액체의 본성은 공급 원료 구성, 공정 파라미터 및 소망하는 출력물과 같은 다수의 요인에 의존한다. 전형적으로, 용기(3016)로부터의 액체는 출구부(3016b)에서 탱크(3028)로 향할 수 있으며, 여기서 반응기(3006)의 오수조(sump: 3006b)로부터 회수된 액체와 합쳐진다. 탱크(3028)로부터 액체 생성물은 펌프(3030)에 의해 가압되고 열교환기(3034) 및 재순환 루프(recycle loop)를 통해 노즐(3036)로 향하거나 혹은 밸브(3032)를 경유해 출구(3038)로 향한다. 반응기(3006) 내에 노즐(3036)을 구비한 재순환 루프는 용매 및 열 전달 매질로서의 역할을 하도록 액체 생성물을 반응기로 다시 제공한다. 과량의 액체는 출구(3038)에서 제거될 수 있으며 이하 기술하는 바와 같이(도 8) 가수분해 반응기(2018)와 같은 추가의 공정을 위해 유도된다.
다른 구현예와 유사하게, 배출구(3006a), (3016a) 및 (3018a)는 각각 용기(3006) (3016)(3018)로부터 증기의 제거를 허용한다. 배출구(3002a)는 기밀 체임버(3002)로부터 증기의 제거를 허용한다. 기밀 체임버(3002)내의 압력은 다른 용기로부터 현저하게 변화하기 때문에, 제어 벨브(3022) 및 (3024)가 배출구(3026)로 향하기 전 압력을 동등하게 하기 위해 사용될 수 있다. 출구(3026)로부터의 증기는 응축기(2028)과 같은 응축기 및 여기에 기재된 바의 다른 공정으로 향할 수 있다.
도 19에 도시한 바와 같이, 컨베이어 섹션(3010)은 입구로부터 출구까지 상방의 각도로 기울어져 있다. 이러한 각도는 반응기 장치의 올바른 기능을 위해 요구되는 것은 아니지만 관련 설비의 주어진 높이와 크기를 최적화하는 설치 및 공간의 측면에서 실용적으로 바람직할 수 있다. 또한, 각도는 반응기 내의 액체 수준에도 영향을 주며 이러한 이유도 고려되어야 한다. 따라서, 컨베이어 섹션(3010)은, 물질을 자유롭게 수송하고, 적절한 액체 수준, 가열, 세정 및 체류 시간과, 기재된 바와 같은 스크린 분리를 제공하기만 한다면, 일반적으로 수용 체임버(3008)에 대하여 임의의 배향으로 배열될 수 있다. 다른 대안이 운반 수단으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 이동 벨트 컨베이어 또는 슬렛 섹션(slatted section)이 있는 체인 컨베이어가 적절할 수 있다. 스크류 타입 컨베이어 내에서 다른 변형, 예를 들어 스크린 섹션 내에서 고체 물질에 대한 가압 작용을 증가시키기 위해 테이퍼링 하우징 (tapering housing) 또는 다양한 피치(varied pitch)도 사용될 수 있다.
전술한 반응기 장치와 함께, 비록 기밀 체임버(3002)는 배치 방식으로 작동할 수 있으나, 본 발명의 방법은 효율적으로 연속적 방식으로 운전될 수 있음이 이해될 것이다. 즉, 일단 충분한 양의 공급 원료가 수용 섹션(3008)에 수용되면, 기밀부(3003)를 통해 반응 기밀 체임버(3002)로부터 주기적으로 공급되면서 컨베이어(3010) 및 공정의 나머지는 연속적으로 운전될 수 있다.
또한, 본 발명의 방법 및 장치는 자동화될 수 있다. 사용을 위해 적절한 시스템의 예는 지멘스(siemens)에 의해 제조된 DSC 시스템 (모델 SIMATIC S7 417H)를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 구현예에서, 가변 주파수 드라이브(VFD)는 PLC 라인업의 일부로 포함된다. 방법을 위해 적절한 VFD의 예는 Allen-Bradley VFD에 제조된다 (PowerFlex models 40, 100, 및 400).
문제있는
폐기물의 취급
또한, 본 발명의 방법은 문제가 있는 폐기물을 효율적으로 취급할 수 있다. 본 발명의 이점 중 하나는 공급물 준비(110), 하방 스트림 공급물 저장 및 가수분해 (예를 들어, 도 3의 320 및 330) 동안의 배출이 암모니아, 이산화탄소 및 황 함유 가스와 같은 가스 불순물의 제거를 허용하는 것이다. 사용된 공급 원료의 조성에 따라 가수분해는 공급 원료내의 황 함유 잔기의 분해로부터 황 함유 가스를 발생시킬 수 있다. 황의 주요 공급원은 단백질 분자로서, 이들 중 다수는 시스테인 잔기 사이에 황-가교를 가진다. 황 함유 가스는 전형적으로 황화수소(H2S) 및 메틸 머캡탄과 같은 머캡탄류(알킬-황 화합물)이다. 추가로, 칼슘 설파이드(CaS)와 같은 염이 생산될 수 있으며 이들은 통상 후속 단계에서 분리된다.
혼합물 내의 염소화 및/또는 브롬화 유기물의 가수분해는 탄소-할라이드 및/또는 산소-할라이드 결합을 절단하며, 금속과 할라이드를 수상으로 이송한다. 따라서, 본 발명은 PVC 재활용의 작업과 PCB 및 PBDE 함유 폐기물의 처리에 적합하다. 폐기물 관리에 친숙한 자들에게 이해되는 바와 같이, PVC는 55중량%의 염소를 함유하며 따라서 소각 및 다른 종래 기술을 통해 분해되는 경우 독성 물질 예를 들어 다이옥신을 발생시키는 성향을 가졌다. 본 발명의 방법에서 물을 사용하는 혜택 중 하나는 물 속의 수소 이온이 PVC로부터의 클로라이드 및 할로겐 이온과 결합하여 염산과 같은 가용화된 생성물을 생산하는 바, 이는 비교적 유순하고 산업적으로 가치있는 화학약품으로, 크리너, 용매에 유용하며 오염물 또는 기타 잔해물이 실질적으로 없는 것이다.
본 발명의 또 다른 혜택은 공급 원료가 공정 내에서 효과적으로 멸균되어, 병원균이 필수적으로 없는, 다시 말해 박테리아, 바이러스 또는 프라이온 등이 없는 생성물을 제공한다는 것이다. 이는, 상기 분자들이 먹이 사슬 내로 다시 들어갈 수 있는 위험이 있는 농업적 응용분야에서 본 발명의 생성물의 사용을 가능케 하는 것으로 중요한 결과물이다.
효율
본 발명의 구현예에서는, 역류 열교환, 그라인딩을 촉진하고 시스템 전체를 따라 물질을 이송하기 위한 공급 원료 내의 수분 사용을 통해 고에너지 효율을 달성할 수 있다. 본 발명의 시스템 내에서 사용된 에너지의 대부분이 공급 원료 내의 액체수의 가열에 사용된다. 가수분해 후의 플래시는 스팀을 생성하고, 이는 분리되어 나와 유입 공급물을 예열하도록 전용됨으로써 시스템 에너지의 효율적인 재순환을 제공한다.
사용될 수 있는 미처리 공급물의 변화하는 조성 하에, 에너지 효율은 운전 시마다 변할 것이다. 그러나, 다수회의 운전과 함께 수행된 시험을 사용하여, 본 방법의 에너지 효율은 하기 표 7에 상술한 바와 같이 약 91%로 측정되었다. 예를 들어, 약 483℃(~900℉)의 온도가 이들 운전에 대하여 선택되었는 바, 이는 대부분의 공급 원료 타입의 취급에 대하여 보다 적절하고 심지어 혼합물이 이러한 온도까지 가열된 경우에도 고 에너지 효율이 달성될 수 있기 때문이다.
가수분해는 다른 기체와 함께 스팀으로서 배출될 수 있는 물을 사용하므로 그 자체에 효율적인 에너지 회수를 제공한다. 물과 스팀은 열교환에서 효율적이며, 하나 이상의 응축기를 사용하여 가수분해 전에 가열 단계로 재유도될 수 있다. 컨덴서는 상당히 조밀(compact)하여 효율을 촉진한다. 따라서, 반응된 공급물로부터 배출된 스팀과 가스는 바람직하게는 유입 공급물의 가열 및 가수분해 반응기의 온도 유지에 도움을 주기 위해 사용됨으로써, 본 발명의 방법의 에너지 손실을 감소시킨다. 스팀과 가스는 또한, 공급물 저장조의 전 또는 후에 위치한 하나 이상의 열 교환기를 지날 수 있다. 스팀은 또한 어떤 경우에 유입 공급물 내로 다시 직접 주입될 수 있다.
실시예
하기 실시예는 본 발명의 실시에 대한 가능한 최대의 개시와 기술을 당업자에게 제공하도록 주어진 것이지, 발명자가 그 발명으로서 생각하는 범위를 제한하기 위한 것은 아니며, 또한 하기 실험이 수행된 실험의 전부라는 것을 나타내기 위한 것도 아니다. 사용된 수치 (예를 들어, 양, 온도 등)에 대하여 정확성을 보장하기 위한 노력이 이루어졌으나, 일부 실험적 오류 및 편차는 고려되어야 한다.
실시예
1: 공장의 가동 - 농업 폐기물
칠면조 오팔 및 기타 동물성 농업 폐기물의 처리를 위해 도 6 및 도 7에 도시한 바의 시스템으로, 본격적이고 상업적 규모의 설비를 구성하였다. 최고 용량에서, 공장은 250톤의 평균 미처리 공급물 유입에 기초하여 1일 당 500 배럴 이상을 생산하도록 고안된다. 대략 1일 당 40 내지 50 배럴의 오일이 시스템에 동력 공급을 위한 열을 발생시키도록 시스템으로 회송되었다. 생산된 오일은 #2 난방용 오일과 환경적으로 유사한 등급의 고품질 오일이다. 공장은 공급 원료 자체로부터 약 28,000 갤런의 물을 생산한다. 공장은 또한 냉각탑 블로우 다운(blowdown), 보일러 블로우 다운, 생활 폐수, 스크러버 블로우다운 및, 그 외 도시 하수 시스템으로 배출될 만큼 깨끗하고 병리학적 매개체가 없는 비-저촉 냉각수를 배출한다. 공장은 또한 1일 당 약 20톤의 미네랄과 약 30톤의 농축물을 생산한다.
도 6은 농업 폐기물 및, 특히 동물성 농업 폐기물 공급 원료를 처리하기 위한 공정으로서 사용될 수 있는, 전술한 본 발명의 상업적 규모의 구현예를 도시한 것이다. 고체 미처리 공급물은 수용되고 적절한 경우 일시적으로 저장될 수 있다. 우선, 공급물 준비 단계(110)에서 고체 미처리 공급물은, 하방 스트림 처리 장치에 좋지 않은 영향을 줄 수 있는 금속 입자를 찾아내고 제거하도록 금속 탐지기 또는 일련의 금속 탐지기(1002)를 통해 유도될 수 있다. 이어서, 고체 미처리 공급물은 이어서 원료 물질 그라인더(1004)로 유도된다. 예시적 구현예에서, 원료 물질 그라인더(1004)는 입자를 대략 3/4 인치 최대 크기로 만드는 이중 반전(counter-rotating) 드럼 분쇄기일 수 있다. 동물성 농업 폐기물은 일반적으로 수분 함량이 높기 때문에, 전형적으로 크기화(sizing) 공정에 물을 부가할 필요가 없다. 그러나, 하방 스트림 공정으로부터 준비된 슬러리의 일부는 그라인더를 통한 유동성을 향상시키고 필요한 경우 후속하는 단위 공정을 촉진하기 위해 미처리 물질 그라인더(1004)로 재순환될 수 있다.
초기 입자 크기화 후, 공급원료는 펌핑을 위해 충분한 유동성을 가지며; 그 시점 전에는 이송을 위해 컨베이어 벨트를 채용하는 것이 필요할 수 있다. 공정 전반에 걸쳐 앞서 기재한 바의 공정 파라미터에 따라 공급 원료를 이송 및 가압하기 위해 다양한 펌프가 사용된다. 일반적으로 적절한 펌프는 본 명세서의 개시 내용에 기초하여 당업자가 이용 가능한 처리 장치를 선택할 수 있다.
초기 입자 크기화 후, 공급 원료는 미세 그라인더(1008)로 운반된다. 미세 그라인더에서, 입자 크기는 평균 대략 1/4인치까지 감소하며 실질적으로 균질의 공급물 슬러리가 생성된다. 이러한 슬러리의 예는 도 14의 좌측에 나타내었다. 미세 그라인딩에 사용하기에 적절한 장치는 상업적으로 이용 가능한 식품 가공 그라인더를 포함한다. 미세 그라인더(1008)로부터 공급물 슬러리는 혼합 저장 탱크(1010)로 운반된다. 혼합 저장 탱크는 믹서에 의해 서서히 순환되어 균질성을 유지하고 고밀도 미립자의 침강을 방지한다. 혼합 저장 탱크(1010) 내의 온도는 원치 않는 생물 활성 또는 상분리를 방지하기 위해 약 140℉ 내지 160℉ (~60℃ 내지 70℃)로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 온도는 탱크(1010)의 내용물의 일부를 유틸리티 스팀(utility steam)이 제공된 열 교환기(1012)를 통해서 혹은 대안적으로는 탱크 그 자체의 범위 내에 위치한 침지 히터에 의해 순환시킴으로써 유지될 수 있다.
혼합 저장 탱크(1010)로부터, 공급물 슬러리는 제1 단계(120) 반응에 투입되고, 여기서 해중합, 분리 및 가수분해 단계가 수행된다. 슬러리는 우선 분해 반응기(1014)로 유도된다. 분해 반응기(1014) 내의 조건은 일반적으로 약 125℃ (~260℉) 내지 약 190℃ (~375℉), 더 상세하게는 약 140℃ (~285℉) 내지 약 165℃ (~325℉) 및 가장 전형적으로는 약 300℉(~150℃)이다. 압력은 약 20 내지 약 180psig, 가장 전형적으로는 약 55psig 내지 약 75psig의 범위일 수 있다. 그러나, 적절한 반응기를 가지고 구조 압력은 높게는 약 600psig가 될 수 있지만, 가장 통상적으로는 약 300 psig를 넘지 않는다.
온도를 유지하기 위해, 전형적으로는 이 후의 고압 플래시(1036)로부터 취해질 수 있는 폐기물 스팀이 분해 반응기(1014)로 직접 운반될 수 있거나 혹은 외부 열 교환기를 경유하여 간접적으로 교환될 수 있다. 분해 반응기는 회전 쟁기와 같은 저속 교반 혼합 장치를 포함할 수 있다. 분해 반응기의 낮은 교반과 형태는 물질의 상이한 타입과 밀도에 따라 체류시간이 변할 수 있도록 한다. 동물성 농업 폐기물로부터의 고체와 액체는 적절한 분해 또는 해중합 반응을 위해 보다 길거나 보다 짧은 시간을 필요로 한다. 예를 들어, 골재료와 같은 고체는 탱크 저부로부터 상이한 속도에서 전형적으로는 반응기를 통해 흐르는 지방 또는 프로테네이셔스(protenatious) 슬러리 보다는 더 서서히, 취해질 수 있다. 또 다른 예로서, 해중합에 더 많은 시간을 필요로 하는 깃털과 같은 물질은 탱크의 액체 분획에서 부유할 수 있고 적절한 스크리닝 또는 배플에 의해 보다 더 긴 체류시간 동안 반응기 내에 머무를 수 있다. 적절한 분해의 예시적 구현예를 도 7에 나타내고, 이하 보다 상세히 기술한다. 이산화탄소와 같은 비응축성 가스를 포함하는 증기, 일부의 수증기 및 다른 기체는 반응기의 최상부로부터 배기되어 응축될 수 있다. 이어서, 응축된 액체 및 비응축성 가스는 더 가공되거나 버려질 수 있다.
분해 반응기(1014)로부터의 주된 액체 공급물 스트림은 가수분해 준비 탱크(1016)로 유도된다. 가수분해 준비 탱크(1016)는 균질성을 보장하기 위해 바람직하게는 비교적 고속의 교반 믹서를 포함한다. 가수분해 준비 탱크(1016) 내의 온도 및 압력은 일반적으로 약 240℉(~115℃) 내지 약 360℉(~180℃) 및 약 15 psig 내지 약 175 psig의 범위에서, 가장 전형적으로는 275℉(~135℃) 및 35 psig 내지 50psig에서 유지된다. 이산화탄소와 같은 비응축성 가스를 포함하는 증기, 일부의 수증기 및 다른 기체는 탱크(1016)의 최상부로부터 배기되어 응축기로 유도될 수 있다. 응축된 액체 및 비응축성 가스는 후속하여 가공되거나 버려진다. 또한, 이들 증기는 분해 반응기로부터의 유사한 증기와 혼합될 수 있다.
가수분해 준비 탱크의 역할은 적절한 하방 스트림 흐름을 유지하기 위한 물질의 축적 및 적절한 제제의 첨가에 의해 공급 원료의 특정 파라미터를 감시하고 변화시키기 위한 체크 포인트를 포함한다. 한 예시적 구현예에서, 가수분해 반응에서의 pH는 준비 탱크(1016)에 황산(H2SO4)과 같은 적절한 제제를 첨가함에 의해 약 4.0 내지 약 5.0의 범위로, 보다 특정하게는 약 4.2 내지 약 4.3으로 유지된다. 산 계량 펌프가 이러한 목적으로 사용될 수 있다.
가수분해 준비 탱크(1016)로부터, 액체 혼합물은 고압 펌프(1006)에 의해 약 800 psig 내지 약 1000psig 범위로 가압된다. 고압 펌프의 유량계 하방 스트림이 하방 스트림 공정 유속을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 대안으로서, 이송식 펌프 속도(positive displacement pump speed)가 하방 흐름 제어의 유일한 방법으로 사용될 수 있다. 고압 펌프로부터 액체 혼합물은 열교환기(1013)으로 유도되어 온도를 약 220℃(~430℉) 이상, 전형적으로는 약 250℃(~480℉) 이상의 온도까지 승온시킨다. 온도는 예를 들어 350℃로 보다 높아질 수 있으나, 원치 않는 반응 또는 후속 반응에서 파괴가 어려울 수 있는 에멀젼이나 스케일링(scaling)의 형성을 막기 위해 조절되어야 한다. 이는 또한 pH와 같이 온도 이외의 다른 요인에 의해서도 영향을 받을 수 있는데, 이는 보다 높은 작업 온도를 허용할 수 있다.
고온 열 유체, 고압 스트림 또는 폐수 스트림과 이전의 열 공급원의 조합이 공급물 가열을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 한 예시적 구현예에서, 3개의 역류, 쉘형 또는 튜브형, 핫-오일 열교환기가 연속하여 사용된다. 추가로, 열교환기는 가스 포켓(gas poket)을 제거하기 위해 중력에 저항하여 일정한 상방 흐름을 제공하도록 배열될 수 있다.
열교환기(1030)로부터, 액체 혼합물은, 반응기 내의 소망하는 작동 온도에 따라, 전형적으로 약 700 psig 내지 약 750 psig에서 운전되는 가수분해 반응기(1032)로 유도된다. 가수분해 반응기(1032) 내의 온도는 전술한 바의 열 교환기로부터 유지된다. 이는 약 240℃(~460℉) 내지 약 260℃(~500℉)일 수 있으나, 전형적으로는 적어도 약 250℃(~480℉)이다. 가수분해 반응기는 유압 스테이지 또는 배플을 구비하거나 구비하지 않은 교반형 탱크 반응기일 수 있다. 이산화탄소와 같은 비응축성 가스, 일부의 수증기 및 기타 가스를 포함하는 증기가 가수분해 반응기의 최상부로부터 배기되고 부분적으로 응축될 수 있으며, 후속적으로 응축된 액체 및 비응축성 가스는 처리 또는 폐기될 수 있다. 이들 증기는 또한 전술한 바의 유사한 증기와 합쳐질 수 있다.
반응된 공급물 스트림은 전형적으로 가수분해 반응기의 최상부로부터 저부로 압출류 방식으로 흐른다. 가수분해 반응기는 가수분해 온도를 유지하기 위해 고압 스팀, 고온 열 유체 또는 다른 단말 유입물로 피복될 수 있다. 이러한 반응된 공급물의 예는 도 14의 우측에 도시하였다.
가수분해 반응기로부터의 반응된 공급물은 제2 단계 분리(130)로 유도된다. 고압 플래시 용기(1036)는 가수분해 용기(1032)로부터 상업적으로 이용 가능한 제어 벨브를 경유하여 반응된 공급물을 수용한다. 사용가능한 폐기물 스팀은 전형적으로, 분해 반응기(1014) 내에서의 사용을 위해 혹은 공장 전체를 통해 에너지 회수 목적으로 전술한 바와 같이 고압 플래시 탱크로부터 회수된다. 한 구현예에서, 고압 플래시 탱크 내의 압력은 앞서 언급한 제어 밸브를 통해 가수분해 반응 내에 대략 750 psig 로부터 약 125 내지 150psig로 플래시 다운된다. 고압 플래시 탱크에서 혼합이 사용될 수 있으나 반드시 요구되는 것은 아니다. 폐기물열이 공장 내의 다른 곳에서 사용되고자 하는 경우, 소망하는 압력과 온도의 열에너지를 생성하도록 다른 압력 설정점이 고압 플래시 용기 내에서 선택될 수 있다. 하나 이상의 압력과 온도에서 폐기물 스팀을 생산하기 위해 추가의 플래시 용기(예를 들어, 중간압 플래시 용기)가 압력 감소 트레인(pressure reduction train)에 부가될 수 있다.
고압 플래시 탱크(1036)로부터, 반응한 공급물 스트림은 저압 플래시 탱크 (1038)로 (혹은, 대안으로서 중간압 플래시 탱크로 향한 후에 다시 저압 플래시 탱크로 연속하여) 유도된다. 압력은 0 psig 내지 약 5psig로 더 감소된다. 다시, 폐기물 스팀과 비응축성 가스가 용기의 최상부로부터 제거되어 응축되고 적절하게 처리된다. 저압 플래시 용기(1038)로부터, 반응된 공급 스트림은 디캔팅 및 탈수 장치(1040)로 유도된다. 이 단계에서, 고체 입자는 원심분리형 디캔터, 원심분리형 바스켓 원심분리기, 하이드로사이클론, 침강 탱크 등과 같은 상업적 표준 장비를 사용하여 제거된다. 단계 (1040)으로부터의 고체는 분해 반응기(1014)로부터의 고체와 합쳐질 수 있다.
분해 반응기(1014)로부터의 고체는 전형적으로 제거되고 탈수된다. 이는 예를 들어, 계측된 부피의 고체를 제거하고 탈압(decompression)하기 위해 순환 방식으로 작동하는 자동화된 제어 밸브(1022)에 연결되어 있는 반응기 용기의 저부 내 배출구로 달성될 수 있다. 다수개의 탈압 장치가 단계별로 뽑아낸 고체 및 액체의 압력을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 일단 고체 및 액체가 주위 압력으로 탈압되면, 이들은 탈수 스크류 컨베이어(1024)와 같은 액체/고체 분리 장치로 공급된다. 대안적으로, 이러한 장치는 탈수 장치(1040)에 유사할 수 있다. 추가의 대안에서, 고체는, 탈수 장치 자체 내에서 분리되도록 직접 저압 플래시 용기로 감압될 수 있다. 탈수(1024) 및 (1040)로부터의 고체는 합쳐져서 건조기(1026)를 통하도록 유도되거나 혹은 소망하는 최종 생성물 품질을 제공하도록 추가의 처리 장치로 유도된다. 이로부터, 이들은 적절한 용도, 처분 또는 저장(1028)으로 전환될 수 있다.
디캔팅 및 탈수(1040)로부터의 액체상은 필요한 경우 교반 또는 혼합 저장 탱크(1042)에서 유지될 수 있다. 이로부터, 액체상은 분리 단계(1044)에 투입되어, 가벼운 상(오일)이 무거운 상(물)으로부터 분리된다. 예를 들어, 디스크-스택 타입 분리기가 분리기(1044)로 사용될 수 있다. 분리기(1044)로부터의 물은 수처리 및 농축 단계(139)로 유도되고, 여기서 충분히 처리되어 유출수가 도시 하수 시스템 혹은 적절한 현지 처리 시설로 유도될 수 있다. 대안적으로, 폐수는 농작물을 경작하기 위한 토지응용을 위해 이상적일 수 있다. 농축물은 질소가 풍부한 비료와 같은 추가의 유용한 제품으로서 혹은 대안으로 중간 BTU 연료로서 이용될 수 있다. 예시적인 농도와 처리공정이 이하에서 더 상세히 기술된다.
분리기(1044)로부터의 오일은 추가의 처리 또는 오일 피니싱(140)을 위해 저장 탱크(1046)에서 적절히 저장될 수 있다. 예를 들어, 저장소(1046)로부터의 오일 산출물은 중력 탈수 장치(1048)에서 더 탈수될 수 있다. 처리된 오일(1050)은 이 시점에서 직접 이용되거나 전술한 바와 같이 추가의 오일 피니싱 단계로 투입된다. 단계(1048)에서 오일로부터 제거된 물은 (1042)에서 저장소로 반송되거나 단계(1044)에서 반복된 분리에 투입된다.
전술한 바와 같이, 분리기(1044)로부터의 폐수는 처리 및 농축(139)으로 유도된다. 여기서, 후속하는 처리에서의 적절한 흐름 조건을 유지하도록 균등화 탱크(1052)에 수용될 수 있다. 균등화 탱크(1052)는 당업자에게 이해되는 바와 같이, 재순환 회로 또는 그와 관련된 혼합을 가질 수 있다. 폐수는 이어서 수개의 상이한 상업적으로 이용 가능한 증발 기술에 기초할 수 있는 농축기 시스템으로 운반된다. 한 구현예에서, 증기 재압축 유닛이 사용되며, 폐수는, 재순환 펌프(1064), 열교환기(1060) 및 이탈 용기(1054)로 구성된 제1 재순환 루프로 운반된다. 용기(1054)에서, 폐수는 충분히 승온되어 비등하고 증기를 방출하며, 이는 용기의 최상부로부터 취해져 부식성 스크러버(caustic scrubber:1056)로 향한다. 스크러빙된 증기 스트림은 고압축 블로어(high compression blower:1058)내에서 가압되고 열교환기(1060)에서 응축되어 적절하게 깨끗한 유출 스트림(151)을 생산한다. 용기(1054)로부터 증기화되지 않은 액체는 펌프(1064)에 의해 열교환기(1060)을 통해 순환하여 용기로 돌아온다. 이러한 공정은 적절한 농축물(153)이 형성될 때까지 계속된다.
예시적 분해 반응기(1014A)를 도 7에 나타내었다. 이는 동물성 농업 폐기물에 사용하기 위해 적절하지만, 당업자는 본 명세서의 개시 내용에 기초하여 특정 공급원료에의 사용을 위해 다수개의 특수 반응기 디자인이 가능하다는 것을 이해할 것이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 슬러리화된 공급물은 유입구(1070)에서 공급물 준비 및 저장 단계로부터 유도된다. 충분한 체류 시간의 보장을 돕기 위해, 슬러리화 공급물 유입구(1070)에 대하여 공급 스트림이 하방으로 향하고, 출구로의 즉시 이동을 방지하기 위해 배플(1072)이 위치한다. 반응기의 저부에서, 저속 교반 쟁기(plow) (1074)가 회전하여 과도한 교반 없이 균일한 혼합을 보장한다. 해중합 반응에서 분리되어 나온 고체는 반응기의 저부에서 플랜지(flange:1076)를 통해 제거된다. 플랜지(1076)는 예를 들어 전술한 바와 같이 밸브(1022)와 짝을 이룰 수 있다.
보다 가벼운 고체가 기존의 액체 혼합물에 비말동반 되는 것을 방지하기 위해, 스크린(1076)이 상부로부터 반응기의 저부를 분리하며, 이로부터 배출구(1078)가 기존의 반응된 액체 혼합물을 취한다. 당업자에게 이해되는 바와 같이, 스크린(1076)은 그 크기가 하방 처리를 위해 너무 크거나 혹은 불충분한 해중합이 있어났음을 지시하는 입자를 골라내도록 하는 치수를 가진다. 공급원료가 칠면조 오팔인 예시적 구현예에서, 1/16 인치의 스크린 크기가 유효한 것으로 확인되었다. 본 예시적 실시예에서, 비말 동반된 고체는 비교적 가볍고, 완전한 해중합에 연장된 시간을 필요로 하는 깃털을 주로 포함한다. 따라서, 디자인은 3개의 다른 액체/고체 체류 시간을 참작한다: 수력학적 체류시간, 고밀도 고체 체류시간(고체 플럭스) 및 저밀도 입자 체류시간. 반응된 액체 혼합물은 하방 처리를 위해 배출구(1078)를 통해 해중합 반응기(1014A)를 나온다. 해중합 반응 동안 생성된 증기는 탱크 상부(1080)에서 제거된다.
공급 원료의 예시적 성분이 전술한 방법에 의해 어떻게 변형되는지를 추가로 설명하기 위해 방법 전체를 통해 성분을 추적하도록 수율 평가 연구를 수행하였다. 예를 들어, 이러한 연구에서, 미처리 공급물 내의 지방은 오일 생성물 내에서 주로 C16 내지 C18 탄소가 되는 것으로 확인되었다. 대략 89%의 지방이, 선택에 따라 추가의 처리를 위해 보내어질 수 있는, 탄화수소 액체로 전환되었다. 이는 회수될 물로 이전되는 약 6%의 지방과, 미네랄로 이전되는 약 5%를 남긴다. 또한 저장된 공급물 내의 단백질은 주로 생성된 물에 존재하게 된다. 대략 50%의 아미노산이 물 스트림으로 직접 이전되어, 농축 아미노산 가용물로서 회수되는 한편, 약 8%의 단백질 잔류물은 아미노산의 탈카르복시화 또는 탈아미노화로부터 각각 이산화탄소 또는 암모니아로서 소실된다. 보다 물-집중성(water intensive) 환경에서, AA는 탈카르복시화하는 경향이 있고, 보다 건조한 환경에서는 AA는 탈아미노화하는 경향이 있다. 궁극적으로, 이는 제3단계로 보내어질 수 있는 탄화수소 액체로 이전되는 약 35%의 AA와, 미네랄에 나머지 7%의 AA를 남긴다. 저장된 공급물 내의 섬유/탄수화물은 생성된 물과 미네랄에 동등하게 존재한다. 약 50%의 탄수화물이 물 스트림으로 직접 이전되는 반면, 50%의 탄수화물은 미네랄에 남는다.
실시예
1A - 공장 공정
변형예의
운전
특별한 효과 또는 결과를 달성하기 위해 실시예 1에 기재된 방법과 함께 다양한 대안이 채용되었다. 예를 들어, 에너지 수율과 효율을 증가시키기 위해, 저압 플래시(1038)로부터 회수된 스팀과 열이 추가의 열 입력을 위한 처리 스트림으로 다시 유도될 수 있다. 한 실시예에서, 이렇게 회수된 열과 스팀은 혼합 저장탱크(1010)의 상방류로 열교환기(1009)로 향한다. 회수된 열과 스팀이 슬러리화된 처리 스트림을 소망하는 온도로 올리기에 충분한 열의 유입을 제공하지 않는 경우, 별도의 열 유입을 가진 제2 열교환기가 부가될 수 있다.
또 다른 대안에서, 예를 들어 프라이온을 포함하는 병원체의 파괴가 중요한 경우, 해중합 반응은 연속 조작을 허용하면서, 체류 시간 및/또는 온도를 완벽한 파괴를 위해 필요한 것으로 생각되는 최소 수준으로 유지할 수 있도록 개질될 수 있다. 이러한 예시적 구현예가 도 6a에 도시되어 있는데, 여기서 분해 반응기(1014)는 병렬로 작동하는 3개의 동일한 분해 반응기에 의해 교체된다. 개개의 반응기 용기는 도 7에 나타내고 위에서 기술한 바와 같은 형상을 가진다.
예를 들어, 병원체의 파괴를 위한 최소 반응 조건은 약 180℃의 최소 온도 및 약 12 bar (약 174 psig)의 최소 압력에서 약 30 내지 90 분 동안으로 정해질 수 있으며, 이 때 약 40분이 전형적인 설정 시간이다. 연속 조건 하에 이러한 조건을 달성하기 위해서, 본 발명의 방법은 (도 6을 참조하여) 하기와 같이 제어될 수 있다:
슬러리화 처리 스트림은 반응기 용기(1)로 약 45분에 걸쳐 펌핑되어, 이를 상기 45분의 충진 시간 동안 약 20 부피% 수준으로부터 약 75 부피% 수준까지 채운다. 슬러리가 반응기로 펌핑됨과 동시에 반응 용기(1)에 열이 가해진다. 열은 직접 스팀 산포(sparge) 및/또는 피복화 열의 형태로 적용되어 내용물이 1시간의 기간의 끝에 (모든 공급 원료가 용기로 이전된 후 약 15분 이내에) 설정점(즉, 180℃)이 되도록 한다.
두 번째 시간의 운전 중 최초 45분 동안, 슬러리는 반응기 용기(2)로 유도된다. 반응기 용기(2)가 반응 용기(1)와 같은 방법으로 충진되고 가열된다. 또한, 두 번째 시간의 운전 동안, 반응 용기(1)은 공정 온도 및 압력 설정점에서 유지되어 설정 반응 시간을 제공한다.
이어서, 세 번째 시간의 운전 동안 동일한 방식으로 반응 용기(3)를 채우고 가열한다. 또한, 세 번째 시간의 운전 동안 반응기 용기(2)는 공정 온도 및 압력 설정점으로, 다시 설정 반응 시간 동안 유지된다. 마지막으로, 반응기 용기(1) 내의 액체는 세 번째 시간의 운전 동안 제어된 유속에서 배출되고 가수분해 준비 탱크(1016)로 유도된다. 또한, 고체/무기물이 제거되고 전술한 바와 같이 탈수로 유도되어 반응 용기 (1)에서의 수준이 용량의 약 75%로부터 20%로 낮아진다.
네 번째 운전동안 반응 용기(1)은 전술한 바와 같이 다시 재충진되고, 반응 용기(2)는 배출되며 반응 용기(3)는 공정 온도 및 압력 설정 점에서 필요한 최소 시간 동안 유지된다. 해중합 공정은 연속적으로 이러한 순서를 따른다.
실시예
2 - 파일럿 플랜트 -
세단기
잔류물 처리
본 발명의 장치와 방법을 사용하여 파일럿 플랜트가 세워졌다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 미처리 공급물 (전형적으로, SR이지만, 도시된 공정은 또한 일반적으로 조성면에서 유사할 수 있는 MSW 및 그 외 혼합 플라스틱/고무 공급물에도 적용됨)을 재활용업자와 같은 공급원으로부터 처리를 위해 적절한 입자 크기(일반적으로 약 1/2" 내지 약 6")로 분쇄된 상태로 수용된다. 따라서, 공급 원료의 준비는 일반적으로 거의 요구되지 않는다. 미처리 공급물을 액체 유입물(2003)과 혼합하여 미처리 공급물의 유동성을 향상시키고 후속 처리 동안 반응과 열 전달을 보조하는 것이 바람직할 수 있다. 당업자는 미처리 공급물의 특정조성에 기초하여 적절한 액체 유입물(2003)을 선택할 수 있다. 예를 들어, 여기서 기재된 바의 SR의 경우, 적절한 액체 유입물은 사용 후 자동차 유체와 같은 고분자량 폐기물 또는 처녀액(virgin liquid), 원유, 벙커 연료를 포함하며, 이들은 모두 후속하는 반응 조건 하에 공급 원료를 따라 쉽게 분해되어 반응의 에너지 요건을 불필요하게 연장하거나 증가시키지 않도록 한다. 다른 선택적 처리는 특정 공급 원료 배치의 특정 조성을 다루기 위해 특정 용매 또는 촉매를 포함할 수 있다.
선택적 처리를 가진 원료 공급물은 제1 분해 반응기(2002)로 운반된다. 제1 분해 반응기 내의 조건은 일반적으로 약 250℃ (~480℉) 내지 약 400℃ (~750℉), 더 상세하게는 약 260℃ (~500℉) 내지 약 350℃ (~660℉) 및 가장 전형적으로는 315℃ 내지 345℃(~600℉ 내지 650℉)이다. 파일럿 플랜트에서 사용된 장비의 경우, 압력은 약 55 내지 약 150 psig, 더 특정하게는 약 100psig 내지 약 120psig의 범위였다. 선택에 따라, 적절한 압력 용기의 경우, 압력은 약 200 내지 220 psig의 범위까지 증가할 수 있다. 제1 분해 반응의 중간 생성물은 상부(2002a)에서 제거되는 스팀과 가벼운 탄화수소 증기, 2002b에서 제거되는 혼합된 무거운 탄화수소 오일과 중간의 탄화수소 오일 및 겔 유사 형태의 미세한 미립자, 및 2002c에서 제거되는 탄소 고체와 완전히 해중합하지 않은 고무 및 단단한 플라스틱과 같은 보다 견고한 고체이다. 분해 동안의 조건은 적어도 실질적으로 회분 또는 탄화물의 형성을 억제하도록 조절되어야 한다.
2002c에서 제거된 탄소 고체는 제2 분해 반응기(2006)로 유도된다. 한 예시적 구현예에서, 제1 반응기(2002)는 제2 반응기(2006) 위에 수직으로 배치되어 고체 물질은 제1 반응기로부터 제2 반응기로 주로 중력을 통해 이송될 수 있다. 이러한 구현예에서, 이송을 위한 게이팅(gating) 효과를 제공하도록 탈압 밸브(2004)가 2개의 반응기 사이에 위치할 수 있다. 도 8에 나타낸 공정은 연속적으로 혹은 배치 형태로 운전될 수 있다. 공정 모드에 따라서, 반응기(2002) 및 (2006)를 적절한 크기로 하고 제어한다. 예를 들어, 배치 처리 모드에서는, 제1 반응기로부터 제2 반응기로 이송된 물질의 부피 감소가 대략 4 대 1로서, 만일 동일한 크기의 반응기가 사용된 경우, 제1 반응기(2002)의 4회 사이클이 제2 반응기(2006)의 각 사이클 동안 운전될 수 있다.
제2 반응기(2006)에서, 제1 분해/해중합 반응으로부터의 고체는 적절한 용매와 혼합되어 추가의 반응에 투입된다. 한 구현예에서, 사용된 용매는 2006c에 도입된 가벼운 탄화수소 오일이며, 이는 이하 상세히 기술하는 바와 같이 해중합 공정으로부터의 액체 및 증기 분획으로부터 유래한 것이다. 제2 반응기(2006) 내의 조건은 일반적으로 약 250℉(~120℃) 내지 약 450℉(~235℃), 보다 특정하게는 약 300-350℉(~145℃-180℃)이고, 압력은 약 100-150 psig 의 범위이다. 다시, 적절한 압력 용기의 경우, 반응 온도는 580-720℉(~300℃-380℃), 더 특정하게는 약 650℉로 증가할 수 있고, 부수적으로 압력은 약 200-250 psig로 증가할 수 있다. 반응기(2006)으로부터의 증기상은 상부 배출구(2006a)에서 제거되어 제1 반응기의 2002a로부터의 증기상과 혼합된다. 고체 및 임의의 잔류하는 무거운 액체는 2006b에서 용매/스팀 세정부(2008)로 배출된다. 다시, 한 예시적 구현예에서, 세정부(2008)는 반응기(2006) 아래에 수직으로 배치되고 게이팅 밸브(2004)가 물질의 이동을 조절하기 위해 사용된다.
추가의 대안적 구현예에서, 제1 및 제2 반응기는, 용기가 공급원료를 약 330-360℃ (~625-675℉) 범위의 온도에 약1.5-2.5 시간 동안 투입할 수 있고, 또 이들 온도에서, 일반적으로 약 80 내지 120psig의 압력을 견딜 수 있다면, 단일 용기로 혼합될 수 있다. 예시적 구현예에서, 대략적인 온도, 압력 및 시간은 각각 약 345℃ (~650℉), 100 psig 및 2 시간이다.
용매/스팀 세정부(2008)는 분해 후 남아있는 고체 생성물로부터 오염물과 탄화수소 오일을 제거하기 위해 사용된다. 용매/스팀 세정부(2008)에서, 적절한 용매는 내부적으로 생산될 수 있거나 (예를 들어, 스트림(2030c)) 혹은 외부로부터 공급될 수 있으며, 먼저 해중합된 고체를 세정하기 위해 사용되고, 이어서 스팀 세정한다. 당업자에게 이해되는 바와 같이 트리클(trickle) 필터 및/또는 스크린 컨베이어가 사용될 수 있다. 세정 후, 탄소 및 그 외 잔류하는 고체는 축적 및 판매를 위해 고체 저장소(2010)로 유도되고, 적절한 경우 추가의 처리를 거친다. 이러한 고체의 예를 도 13의 좌측에 나타내었다. 세정단계로부터의 모든 중간 또는 무거운 탄화수소 오일 및 가능하게는 비말 동반된 물은, 이하 상세히 기술하는 바와 같이 2008a에서 스크리닝과 가수분해로 유도된다. 세정 단계(2008)로부터의 스팀은 2008b에서 배기되고 가수분해 반응기(2018)로의 운반을 위해 컨덴서(2009)로 유도되는 바, 역시 이하에서 논의한다.
비말 동반된 미세한 미립자 물질을 가진 중간 탄화수소 오일과 무거운 탄화수소 오일은 전술한 바와 같이 제1 반응기(2002)로부터 배출구(2002b)에서 제거되고, 스크리닝 공정(2012)로 유도된다. 벤치 최상부 운전으로부터 취해지는 2002b에서의 산출물의 예를 도 15에 나타내었다. 당업자는 본 단계에서 상업적 스크린과 입자 분리기의 임의의 조합이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 한 구현예에서, 스크리닝(2012)은 순차적으로 1/16인치 스크린과, 이어서 280㎛ 스크린을 가진 제1 바스켓 원심분리기와, 이어서 25㎛ 스크린을 가진 제2 바스켓 원심분리기를 포함한다. 스크리닝(2012)에서 제거된 입자상 미립자는 2012b에서 고체 저장소(2010)로 다시 향한다. 2012a에서의 스크리닝의 결과물은 입자상이 없는 매질과 겔 유사 상태의 무거운 탄화수소 오일이다. 한 예가 도 13의 우측에 나타나 있다. 이러한 혼합 매질과 무거운 탄화수소 오일은 거친 증류 또는 분리를 위해 증류 컬럼(2014)으로 유도된다. 공급물 스트림(2012a)에 남아있는 가벼운 탄화수소는 2014a에서 분리되어 제2 반응기(2006)를 위해 재순환 루프(2006c)로 유도된다. 중간 분자량의 탄화수소 오일은 2014b에서 뽑아내어져 대안적으로는 후속 용도 또는 가공을 위해 저장되거나, 혹은 해중합 반응이 완료된 후 후속반응에서의 스크리닝 및 가소화(plasticizing)를 촉진하도록 고체의 유동성을 증가시키기 위해 제1 반응기(2002)로 다시 유도된다. 이러한 중간 탄화수소 오일은 특성 상 디젤 연료와 유사할 수 있다. 무거운 탄화수소 오일은 2014c에서 제거되어 가수분해 반응기(2018)로 향한다.
선택에 따라, 무거운 탄화수소 오일은 가수분해 반응기(2018)로 들어가는 온도와 물의 함량을 높이기 위해 2016에서 스팀과 예비 혼합될 수 있다. 가수분해 반응기(2018)의 조건은 390℉ (~200℃) 내지 약 575℉ (~300℃)의 온도 범위 및, 약 600 psig 내지 약 800 psig의 압력범위이다. 한 예시적 구현예에서, 온도는 대략 250 내지 270℃(~480℉-520℉) 이고 압력은 약 650 psig이다.
가수분해 반응기(2018)의 생성물은 플래시(2020)로 향한다. 이는 고압 및 저압 플래시 용기를 포함할 수 있으며 전술한 바와 같이 열 및 증기 회수를 포함한다. 전형적인 플래시 단계는 약 300 내지 375 psig 까지의 고압 플래시 다운과 약 50 내지 120 psig까지의 저압 플래시 다운일 수 있다. 플래시(2020)로부터, 반응된 공급물은 디캔팅 및 탈수(2022)로 유도된다. 디캔팅 및 탈수(2022)는 전술한 바와 같이 복수개의 단계 및 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 오저(auger) 디캔터 및 원심 분리가 사용될 수 있다. 디캔팅 및 탈수(2022)로부터의 결과물은, 저장, 사용 또는 후속하는 오일 피니싱 단계를 위해 오일 저장소(2026)로 향하게 되는, 2022a에서의 탄화수소 오일, 고체 저장소(2010)로 향하게 되는 2022b에서의 고체 및 수정화(water cleanup: 2024)으로 향하게 되는 2022c에서의 물을 포함한다. 특히, 수정화(2024)에서는 염소가 제거되고 물은 가수분해 반응기(2018)로 다시 재순환된다. 대안으로, 충분히 정화된 과량의 물은 예를 들어 도시 하수 처리 시스템(2024a)으로 배출될 수 있다. 종래 기술의 수정화 기술이 일반적으로 수정화(2024)에서 사용될 수 있다. 전형적으로 공급 원료의 조성에 의존하는 특정한 생산 오일 조성에 기초한, 이러한 후속 오일 피니싱 단계는, 가수분해에 사용된 물과 오일 사이에 형성될 수 있는 에멀젼을 파괴하기 위한 양이온성 또는 음이온성 폴리머의 사용과 함께 추가의 원심 분리, 침강 탱크, 및/또는 (당업자에게 이해되는 바와 같이 오일 정제 탈염에서 사용되는) 전기 집진(electrostatic precipitation)을 포함할 수 있다.
제1 반응기(2002)로 돌아와서, 전술한 바와 같이, 제거된 증기는 탱크 상부(2002a)를 통해 제거되고 제2 반응기의 탱크 상부(2006a)로부터 제거된 유사한 증기와 합쳐진다. 이렇게 합쳐진 가벼운 탄화수소 함유 증기는 컨덴서(2028)에서 응축되어 비말 동반된 비응축성 가스를 가진 액체 오일 혼합물을 제공한다. 이들 혼합물은 분리기(2030)로 유도된다. 분리기(2030)는 중력 또는 원심 분리기일 수 있다. 예를 들어 메탄 또는 프로판 등의 비응축성 가스는 2030a에서 제거되어 처분, 저장 또는 후속 사용으로 유도된다. 수상(water phase)은 2030b에서 제거되어 가수분해 반응기(2018) 내에서의 재순환을 위해 수정화(2024)로 유도된다. 가벼운 탄화수소 오일 상은 2030a에서 제거되어 2014a에서 증류로부터의 유사한 가벼운 탄화수소 오일과 합쳐져, 전술한 바와 같이 2006a에서 제2 반응기로 다시 유도된다. 공정 그 자체로부터 유래된 가벼운 탄화수소 오일의 사용은 분해 또는 해중합을 촉진시키는 데에 사용하기 위한 우수한 용매 특성을 제공하고; 특히 2개의 별도의 반응기가 사용되는 구현예의 경우 제2 분해 반응에서 우수한 용매특성을 제공하는 것으로 확인되었다.
가벼운 및/또는 중간 탄화수소 오일의 오염 성분의 함량에 따라, 전술한 바와 같이 오염물 제거를 위해 가수분해로 유도할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 나타낸 시스템에서는 만일 가벼운 탄화수소 오일의 오염물 수준이 소정의 문턱값을 초과하는 경우 밸브(2031)을 경유해 가수분해 반응기 (2018)로 우회할 수 있도록 고안되어 있다. 도면에 나타내지는 않았으나, 배출구(2014b)로부터의 중간 탄화수소 오일의 유사한 방향 전환이 당업자에 의해 제공될 수 있다. 이러한 오염물 문턱값의 비제한적인 예는 5ppm을 초과하는 염화물 함량이다. 특정한 문턱값은 정부의 규제 및 고객 사양서와 같은 요인에 의존하며, 본 방법은 이에 따라 조정될 수 있다. 여기서 사용된 바의 무거운, 중간의, 그리고 가벼운 탄화수소는 당해 기술분야에서 이들 용어들이 이해되는 바와 같이 높은 분자량, 중간 분자량 및 낮은 분자량의 탄화수소를 각각 지칭한다.
예시적인 방법의 운전에서, 수용된 3000lbs의 SR 물질 중에서, 1072lbs의 먼지/미립자가 1/16" 진동 스크린으로 제거되었고 열수로 세정되었으며, 미립자가 없는 SR 715.5lbs가 분해/해중합 단위를 통해 처리되었고, 1212.5lbs의 미립자가 없는 SR을 미래의 시험을 위해 유지되었다. 미립자가 없는 SR은 79.5lbs의 세단된 타이어 및 약 1741 lbs의 사용된 자동차 오일과 함께 분해/해중합으로 처리되었다.
다양한 제품의 샘플을 분석을 위해 보내어, 중금속과, PCB 및 염소와 같은 오염원의 운명을 확인하였다. 비교 샘플 분석으로부터 얻어진 결과에 기초하면, PCB는 자릿수로 35 내지 65 ppm 으로부터 2ppm 미만까지 감소된 것으로 확인되었다.
전술한 공급 원료는, 340℃(~650℉)까지의 온도 및 100 psig까지의 압력에서의 운전이 가능한 75 갤런의 용기로 이루어진 분해/해중합 단위를 사용하여, 겔 및 무거운 오일/고체 매트릭스로 처리되었다. 본 장치는 도 9의 우측 사진에 도시되었다. 파일럿 시험에서 사용된 특정 장치 형상과 핫 오일 시스템 작동 온도로부터 300℃ (~570℉)까지의 최대 작동 온도에 대한 제한을 상쇄하기 위해, 운전의 체류 시간을 8 시간 일 내로 맞추도록 증가시켰다. 보다 높은 온도에서, 해중합 공정은 1 시간 미만이 소요될 수 있다.
무거운 오일/고체 매트릭스는 양용매(convenient solvent)로서 디젤 연료를 사용하여 세정되어, 추출성 겔 대 미전환 고체 물질을 55:45 비율로 생산하였다. 이러한 추출성 겔은 해중합 유닛으로부터 쉽게 제거된 겔과 혼합되어 가수분해 단계를 위해 공급 원료로서 사용된다. 해중합 유닛 내에서 처리된 2536 lbs의 SR-타이어-오일 공급 원료 중에서, 1925lbs가 낮은 회분 겔로 전환되었다. 당업자는, 기술된 공정으로부터 생성된 겔의 양은 예를 들어 실험 시간 및 미처리 공급물 내의 무기물의 양 등의 다수의 요인에 따라 변할 것임을 이해할 것이다. 대략 113lbs의 상층(overhead) 증기 및 약 343lbs의 불환성(unconvertible) 고체가 있었다.
해중합 공정의 끝에서, 유닛으로부터의 물과 가스는 대기압으로 플래시되었다. 상기 유닛은 해중합된 SR을 저장탱크로 이전하기 전에 195℉ (90℃)까지 냉각되었다. 분해/해중합 유닛 내에 보유된 고체 금속 및 무기물은 액체가 배출된 후 제거되었다.
가수분해 운전은 해중합 생성물의 일부를 처리한다. 냉각 해중합 생성물에 유동성을 부가하기 위해 사용 후 자동차 오일 800lbs와 함께 약 800lbs의 해중합된 SR/타이어/오일 및 900lbs의 물이 3lbs/분의 속도로 가수분해 단계를 통해 처리되었다. 혼합물은 약 440℉ (225℃)로부터 500℉ (260℃)까지의 범위를 가진 온도에 투입되었다. 가수분해 후, 세단기 잔류물로부터의 반응된 공급물은 플래시되어 플래시 탱크 내에 저장된다. 가수분해 후의 처리 공정은 나무조각과 같은 잔류 고체 물체를 제거하기 위한 고체/액체 분리 및 물로부터 오일을 제거하기 위한 액체/액체 분리를 포함한다. 원심 분리가 이러한 분리를 위해 사용되었다.
가수분해된 탄화수소 액체의 화학적 및 물리적 특성은 하기 표 8에 나열하였다:
가수분해에서 SR/타이어 공급원료로부터의 중금속, 염화물, 브롬 및 PCB의 거의 완벽한 제거가 하기 표에 나타나있다. 이는 생산된 오일, 및 이로부터의 모든 정제된 생성물이 바람직하지 않은 PCB, 염화물 또는 그 외 할라이드가 실질적으로 없음을 나타내는 것이다.
실시예
2A:
SR
가수분해 오일의 열 분해 및 증류
SR 실시예로부터 대략 10 리터의 탄화수소 액체가 벤치 규모의 반응기 내에서 거의 500℃(930℉)의 온도로 6회 운전으로 열분해 되어 정제된 탄화수소 오일, 연료 가스, 및 고체 탄소 생성물을 생성하였다. 벤치 규모의 열 크래킹 유닛을 도 10에 나타내었다. 가스와 오일 증기는 목표 압력을 유지하기 위해 반응 동안 배출되었다. 상기 운전은 종료되었을 때, 일정한 가스 압력에 의해 지시되는 바와 같이 가스 발생이 중지되었다. 열 크래킹으로부터의 오일/가스/탄소 분획의 분포는 약 84%, 10% 및 6%였다.
크래킹된 오일 생성물 중 하나는 기존의 디젤 연료와 유사한 재생 가능한 디젤이다. 이처럼 크래킹된 오일은 다양한 용도로, 예를 들어 디젤 연료를 위한 직접 대체물로서 혹은 디젤 연료에 대한 블렌딩 성분으로서 사용될 수 있다. 크래킹된 오일의 화학적 및 물리적 특성을 표 11에 나타내었다.
크래킹된 오일은 가솔린 및 다른 분획으로 더 정제될 수 있다. 종래 수단에 의해 분해된 오일의 증류는 12%의 가벼운 증류물 연료, 38%의 중간 증류물, 32%의 디젤 및 15%의 중질유 오일을 비응축성 가스로서 3%의 공급물과 함께 생산하였다.
이들 4가지 분획을 도 17에 나타내었다.
실시예
3: 파일럿 플랜트 - 칠면조 가공
본 발명의 장치 및 방법을 사용하여 시험 공장이 세워졌다. 시험 공장은 1일당 대략 7톤의 폐기물을 취급하였다. 본 실시예의 파일럿 플랜트는 도 3 내지 5와 관련하여 기술된 공정과 유사하게 운전되었다.
파일럿 플랜트의 한 실시예에 따르면, 실험용 공급 원료는 깃털, 뼈, 피부, 피, 지방, 내장 등 칠면조 가공 공장의 폐기물을 포함한 농업 폐기물이었다. 이러한 물질 10,044 파운드가 350 마력 그라인더를 포함하는 준비 단계로 유도되어, 상기 물질을 회갈색 슬러리로 전환하였다. 그로부터, 상기 물질은 일련의 탱크와 파이프로 흘러들어가 혼합물을 가열하고 재형성하였다.
2시간 후, 따끈한 화인 오일(fine oil)의 옅은 갈색의 스트림이 생성되었다. 이 공정에 의해 생성된 오일은 매우 가볍다. 가장 긴 탄소 사슬이 C20이다. 생산된 오일은 반 연료 오일, 반 가솔린의 혼합물에 유사하다. 공급 원료 (원료 생성물)의 예 및 본 방법에 의한 다양한 생성물을 도 16에 나타내었다.
이러한 예시적 구현예의 공정은 약 85%의 에너지 효율로 확인되었다. 이는 공장으로 들어오는 공급 원료 내의 모든 100 B.t.u. (영국 열 단위)에 대하여, 단지 15 B.t.u.가 본 방법을 운전하기 위해 사용되었음을 의미한다. 이러한 효율은 다른 실시예에서 기재된 혼합 플라스틱과 같은, 탄소가 많거나 수분이 적은 원료 물질 등 비교적 건조된 물질에 대하여는 더 우수하다.
이러한 시험은 농업 공급 원료 고체 성분(지방, 단백질, 회분, 탄수화물) 각각의 전환이 평균적으로 상응하는 패턴을 따른다는 것을 보여주었다:
또 다른 예로서, 하기는 미처리 공급물(100)이 칠면조 오팔인 가공으로부터의 각각의 중간물의 조성이다:
가수분해 단계 반응기는 대략 20 피트 높이, 3 피트 너비의 탱크로 이루어져 있으며, 고도로 절연되어 있고 전기 가열 코일이 감싸고 있다. 가수분해 단계 반응기 내에서, 공급 원료는 열과 압력에 의해 가수분해된다. 물이 공급 원료 안으로의 열의 전도를 보조하기 때문에 온도 및 압력은 생산하기에 매우 극단적이거나 에너지 집약적이지 않다. 본 방법이 이러한 파일럿 플랜트 구현예에서 실시되는 데에 통상 단지 15분이 걸린다.
유기 물질이 가열되고, 반응 용기 내에서 부분적으로 해중합한 후, 제2 단계가 시작된다. 이 단계에서, 슬러리가 보다 낮은 압력으로 떨어진다. 급속한 감압은 즉각적으로 슬러리의 유리수의 약 절반을 방출한다. 특히 열이 낭비되지 않기 때문에 감압을 통한 탈수는 물을 가열하고 비등 제거하는 것보다 훨씬 더 효율적이다. "플래시 제거"되는 물은 공정의 시작으로 되돌아가는 파이프로 보내져 유입 공정 스트림을 가열한다.
이러한 제2 단계에서, 미네랄이 침전되어 나오고 저장 탱크로 이동된다. 칠면조 폐기물에서, 이러한 미네랄은 대부분 뼈로부터 온 것이다. 미네랄은 칼슘 및 인이 풍부한 건조된 갈색 파우더로서 나온다. 이는 미량 영양소가 잘 균형잡혀 있기 때문에 비료로서 사용될 수 있다. 특히, 유용한 범위의 미량 영양소 및 주요 영양소를 가진다. 미네랄은 건강한 식물 성장 및 발전을 위해 요구되는 칼슘 및 인과 같은 원소의 정확한 양을 포함한다.
파일럿 플랜트에서, 남아있는 농축 유기 물질은 오일 피니싱 단계 반응기로 흐르고, 전술한 바와 같이 오일 피니싱 단계 처리에 투입된다. 상기 처리로부터 수득한 가스는 공장 내에 현장에서 본 발명의 공정을 가열하기 위해 사용되었다. 오일과 탄소는 유용한 고부가 상품으로서 저장조로 흐른다.
공급 원료 및 가공 시간에 따라, 본 발명의 방법은 공정의 여러 가지 섹션에서 추출되는 다른 특수 화학약품을 제조할 수 있다. 칠면조 오팔은, 예를 들어, 비누, 타이어, 페인트 및 윤활제에서의 사용을 위한 지방산을 제조할 수 있다.
실시예
4: 폐기 물질의 예시적 전환
표 15는, 하기 공급 원료 각각 100lbs에 대하여, 본 발명의 방법을 사용하여 유용한 물질로 전환되었을 때 최종 제품 및 이들의 비율을 나타낸다: 도시 하수 폐기물 (약 75% 하수 슬러지 및 약 25%의 그리스 트랩 폐기물 포함); 타이어; 가금류 가공 폐기물 (장기, 뼈, 피, 깃털 및 지방을 포함); 혼합 플라스틱 (소다 병을 제조하기 위해 사용된 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 및 우유병을 만들기 위해 사용된 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE)의 혼합물 포함); 종이; 의료 폐기물 (주로 병원으로부터 유래되고 플라스틱 주사기, 수혈 주머니, 거즈, 종이 포장지 및 젖은 폐기물을 포함); 및 중질유 (정제 공장 진공 잔류물 및 타르 모래). 표 16의 산출물 양은 파운드이다.
실시예
5: 가수 분해된 오일
본 발명의 방법을 사용하여 광범위한 유기 물질로부터 상이한 조성의 오일을생산할 수 있다. 연료의 예는 공급 원료로서 동물 내장을 사용하여 생산되었고 물의 제거를 수반한 오일 피니싱 및 분리 후에 공정으로부터 전환되었다. 이러한 연료의 사용에 기인한 입자성 배기물은 사실상 무시해도 좋을 수준이다. 이러한 연료는 정제 공장 또는 블랜더(blender)에게 대체 연료로서 혹은 가연성 연료를 위한 블랜딩 성분으로서 사용될 수 있는 지속 가능한 연료를 제공한다. 이러한 연료의 핵심적인 특징을 하기 표 17에 나타내었다. 본 표에서 특정된 시험 방법은 ASTM (American Society for Testing Material) 코드에 의해 지정된 것이다.
실시예
6-
세단기
잔류물(
SR
)의
벤치탑
(
benchtop
) 전환율
도 10에 도시한 바와 같은 벤치탑 장치를 사용하여, 대략 2리터 반응기 체임버로, 여기 기재된 바의 본 발명에 따라 SR을 가공하여 하기 특성을 가지는 크래킹된 오일을 수득하였다:
| 60℉에서의 API | 40.7 |
| 증류 (℉) | |
| IBP | 119 |
| 10% | 234 |
| 50% | 451 |
| 90% | 652 |
| FBP | 691 |
| 황 wt% | 0.124 |
| 회분 wt% | 0.003 |
| 질소 % | <0.1 |
| BTU/lb | 18,622 |
| BTU/Gal | 127,409 |
실시예
7 - 혼합 목초 공급 원료의
벤치탑
전환율
파일럿 운전에서, 본 발명의 방법을 실행하기 위해 기계적 교반자가 장착된 Parr 반응기로의 유입을 위해 약 225g의 혼합 목초 공급 원료를 1" 단편으로 크기를 감소시켰다. 혼합 목초 공급원료의 성분은 스위치그래스, 인디안그래스, 빅 블루스템, 리틀 블루스템, 캐나다 야생호밀, 버지니아 야생호밀, 및 메취역 야생화를 포함한다. 혼합 목초는 그대로 가공되나, 수분함량은 유리 액체 및 회수 가능한 고체를 생성시키기에 최상인 조건을 제공하도록 최적화되었다. 미처리 공급물은 우선 0.5 시간동안 150℃ (~300℉) 및 29 psig에서 제1 단계 분해를 거쳤고, 250℃ (~480℉), 609 psig에서 0.5 시간동안 제1단계 가수분해가 이어졌다. 이러한 운전은 182.1 g의 제1 단계 고체, 5.3 g 의 플래시된 물, 및 37.6 g의 가스 (by diff.)를 생산하였다. Parr 반응기 잔류물, 예를 들어, 생성된 물, 유기 액체 및 미네랄 매트릭스는 다른 기술들 중 고온 원심분리, 세정 및 체질(seiving), 스크류 건조, 디캔팅 및 벨트 프레싱으로부터 선택된 분리 기술을 사용하여 분리되었다.
생성물은 사진을 찍고, 생성물 질감, 냄새, 색, 점도 및 견고성도(friability)와 같은 물리적 특성을 기록하였다. 생성된 물과 유기 액체 투명도 차이, 승온 상태 점도, 상 분리 차이, 미반응 공급물질 및 습윤 미네랄의 물리적 구조도 액체상의 pH와 함께 보고되었다. 조성물 분석을 위해 샘플을 취하여 저장하였다.
실시예
8 - 스위치
그래스
복합체의
벤치탑
전환
파일럿 운전에 있어, 본 발명의 방법을 실행하기 위해 기계적 교반자가 장착된 Parr 반응기로의 유입을 위해 약 250g의 스위치 그래스를 1" 단편으로 크기 감소시켰다. 미처리 공급물은 우선 2시간 동안 150℃ (~300℉) 및 56 psig에서 제1 단계 분해를 거치고, 260℃ (~500℉), 701 psig에서 0.5 시간동안 제1단계 가수분해가 이어졌다. 이러한 운전은 195.2 g의 생성된 물, 774.4 g의 제1 단계 고체, 및 31.6 g의 가스 (by diff.)를 생산하였다. Parr 반응기 잔류물, 예를 들어, 생성된 물, 유기 액체 및 미네랄 매트릭스는 다른 기술들 중 고온 원심분리, 세정 및 체질, 스크류 건조, 디캔팅 및 벨트 프레싱으로부터 선택된 분리 기술을 사용하여 분리되었다.
생성물은 사진을 찍고, 생성물 질감, 냄새, 색, 점도 및 견고성도와 같은 물리적 특성을 기록하였다. 생성된 물과 유기 액체 투명도 차이, 승온 상태 점도, 상 분리 차이, 미반응 공급물질 및 습윤 미네랄의 물리적 구조도 액체상의 pH와 함께 보고되었다. 조성물 분석을 위해 샘플을 취하여 저장하였다.
당업자는 본 발명이 여기 명시적으로 기재된 것 이외의 근원의 공급 원료, 다시 말해 다른 폐기물 스트림을 취급하기 위해 잘 적응할 것임을 이해할 것이다. 본 발명이 특정 구현예를 참조하여 기술되었으나, 당업자는 본 발명의 진정한 사상과 범위를 이탈하지 않고 다양한 변화가 이루어질 수 있으며 균등물이 대체될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 또한, 본 발명의 목적, 사상 및 범위에 대하여 특정한 상황, 물질, 물질의 조성, 공정, 공정 단계 또는 단계들을 적응시키기 위해 많은 개질이 이루어질 수 있다. 이러한 모든 개질은 첨부된 청구항의 범위 내로 의도된다.
Claims (59)
- 하기 단계를 포함하는, 유기 폐기 물질로부터 액체 탄화수소 연료를 생산하기 위한 방법:
공정 스트림을 형성하기 위해 폐기 물질로부터 슬러리를 준비하는 단계;
상기 준비 단계 후에 약 60 내지 70℃의 온도에서 교반형 용기 내에 상기 공정 스트림의 부피를 축적하는 단계;
상기 공정 스트림을 약 20 내지 600 psig의 압력에서 125 내지 200℃의 온도까지 가열하여 고체 유기 물질을 분해하고, 무기 물질로부터 유기물을 분리하는 단계;
상기 분해로부터 얻어진 고체를 상기 공정 스트림으로부터 분리하는 단계;
상기 분리 후 약 115 내지 180℃의 온도 및 약 15 내지 175psig의 압력에서 교반 용기 내에 상기 공정 스트림의 부피를 축적하는 단계;
상기 공정 스트림의 하나 이상의 파라미터를 감시하는 단계;
210 내지 800psig의 압력에서 200 내지 270℃의 온도로 상기 공정 스트림을 가열하여 상기 공정 스트림을 가수분해하는 단계;
상기 가수분해 후 상기 공정 스트림을 더 낮은 압력으로 플래시(flashing)하여 스팀 및 비응축성 가스를 제거하는 단계;
플래시 후 상기 공정 스트림으로부터 비말 동반된 고체를 제거하는 단계; 및
상기 공정 스트림으로부터 물을 분리하여 액체 탄화수소 연료를 생산하는 단계. - 제1항에 있어서,
상기 물을 분리하는 단계는 2개 이상의 상이한 물 분리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 교반 용기 후 및 가수분해 전에 하기 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
상기 공정 스트림을 약 800 내지 1000 psig의 압력으로 가압하는 단계;
상기 공정 스트림의 온도를 상기 가압 후 열교환기에서 약 220℃ 보다 높은 온도로 올리는 단계. - 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플래시는 상기 공정 스트림 압력을 약 150psig 이하까지 감소시키는 제1 고압 플래시 및 상기 공정 스트림 압력을 약 5 psig 이하까지 감소시키는 제2 저압 플래시를 포함하고;
상기 플래시로부터 회수된 스팀은 상기 분해 단계에서 또는 상기 분해 단계 전에 상기 공정 스트림으로 향하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 스트림으로부터 제거된 고체는, 하기를 포함하는 추가의 공정을 거치는 것을 특징으로 하는 방법:
상기 고체 상의 압력을 실질적으로 주위 압력으로 감소시키는 단계;
상기 고체를 탈수하고, 제거된 물을 상기 교반 용기로 반송하는 단계; 및
상기 탈수된 고체를 건조하는 단계. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 스트림으로부터 제거된 물은 하기를 포함하는 추가의 공정을 거치는 것을 특징으로 하는 방법:
상기 물의 일부를 비등시켜 증기를 생산하는 단계;
상기 증기를 스크러빙(scrubbing)하는 단계;
상기 스크러빙된 증기를 응축하여 처리된 유출액을 생산하는 단계; 및
미비등수(unboiled water)를 상기 비등 단계로 재순환시키는 단계. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분해 가열 단계는 최소 약 180℃의 상기 공정 스트림의 온도 및 최소 약 174psig의 압력을 적어도 약 40분의 최소 시간 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폐기 물질은 동물 가공 부산물을 포함하고;
상기 분해 단계에서의 조건은 약 125 내지 190℃의 온도 및 적용된 온도에서의 상기 공정 스트림의 포화압 이상의 압력이고;
상기 가수분해 단계에서의 조건은 약 200 내지 260℃ 사이의 온도 및 적용된 온도에서의 상기 공정 스트림의 포화압 이상의 압력인 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폐기 물질은 도시 하수 슬러지(MSS)이고;
상기 분해 단계에서의 조건은 약 170 내지 200℃의 온도 및 적용된 온도에서의 상기 공정 스트림의 포화압 이상의 압력이고;
상기 가수분해 단계에서의 조건은 약 200 내지 270℃ 사이의 온도 및 적용된 온도에서의 상기 공정 스트림의 포화압 이상의 압력인 것을 특징으로 하는 방법. - 하기를 포함하는, 농업 폐기물을 액체 탄화수소 연료 및 미네랄로 전환시키기 위한 시스템:
미처리 폐기물 공급원료를 수용하고 상기 공급 원료로부터 금속을 제거하도록 구성된 금속 탐지기;
상기 공급 원료의 입자 크기를 감소시키고 이로부터 슬러리를 형성하기 위한 그라인더(grinder);
상기 그라인더로부터 상기 슬러리를 수용하도록 구성되고 순환 수단 및 가열 수단을 포함하는 제1 저장 탱크;
상기 저장 탱크로부터 상기 슬러리를 수용하고, 고체 배출구, 액체 배출구 및 증기 배출구를 한정하며, 교반수단과 가열 수단을 구비한 제1 반응기 용기;
상기 제1 반응기 용기의 상기 액체 배출구와 교통하며, 액체 배출구와 증기 배출구를 한정하는 제2 저장 탱크;
상기 제2 저장 탱크 액체 배출구로부터 액체를 수용하는 고압 펌프;
상기 펌프로부터 가압 액체를 수용하고 상기 액체를 가열하도록 구성된 열 교환기;
상기 열 교환기로부터 상기 가열되고 가압된 액체를 수용하도록 구성되고, 증기 배출구 및 액체 배출구를 한정하며 교반 수단을 포함하는 제2 반응기 용기;
상기 제2 반응기 용기로부터 높은 압력에서 액체를 수용하고 상기 압력을 더 낮은 압력으로 감소시키도록 구성된 고압 플래시 용기;
상기 고압 플래시 용기와 상기 제1 반응기 용기 사이를 교통하며, 상기 제1 반응기 용기 가열 수단의 적어도 일부를 형성하는 스팀 회수 라인;
상기 고압 플래시 용기로부터 낮은 압력의 액체를 수용하고, 상기 압력을 대략 주위 압력까지 더 감소시키도록 구성된 저압 플래시 용기;
상기 저압 플래시 용기와 교통하는 입자상 물질 제거 장치;
상기 입자상 물질 제거 장치로부터 액체를 수용하는 제1 수분리기(water separator);
상기 제1 수분리기로부터 액체를 수용하는 제2 수분리기. - 제10항에 있어서,
상기 제1 저장 탱크 가열 수단은, 상기 그라인더로부터 슬러리를 수용하고 가열된 슬러리를 상기 제1 저장 탱크로 운반하도록 배치된 하나 이상의 열교환기를 포함하고, 상기 하나 이상의 열교환기는 상기 저압 플래시 용기와 교통하여 상기 용기로부터 회수된 열을 수용하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 제1 반응기 용기로부터 고체를 수용하도록 구성되고, 상기 고체로부터 제거된 액체를 이송하기 위해 상기 제2 저장탱크와 교통하는 유체 라인을 구비한 탈수 오저(dewatering auger); 및
상기 오저로부터 탈수된 고체 및 상기 입자상 물질 제거 장치로부터의 입자상 물질을 수용하도록 구성된 건조기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고압 펌프는 약 800 psig를 초과하는 압력을 제공하도록 구성되고, 상기 고압 플래시 용기는 약 125 내지 150 psig까지 압력을 감소시키도록 구성되며 상기 저압 플래시 용기에 의해 제공된 상기 대략 주위 압력은 약 0 내지 5 psig 사이인 것을 특징으로 하는 시스템. - 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 수분리기로부터 제거된 물은 수처리 시스템으로 유도되고 상기 제2 수분리기로부터 제거된 물은 상기 제1 수분리기 이전의 시스템으로 다시 유도되는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 반응기 용기는, 상기 제1 및 제2 저장 탱크 사이에 평행하게 교통하는 3개 이상의 별개의 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 반응기 용기는,
측면, 최상부 및 저부를 형성하는 용기벽을 가진 용기;
슬러리화된 물질을 위해 상기 용기벽에 배치된 유입구;
상기 저부에 위치한 고체 배출구;
상기 최상부에 인접하여 배치된 증기 배출구;
상기 용기의 내용물을 위한 가열 수단;
상기 용기 내부를 가로질러 배치된 스크린 부재;
상기 스크린 부재 위에 상기 용기벽 내에 배치된 반응된 액체 배출구;
상기 스크린 부재로부터 아래쪽 방향으로 연장되고 상기 용기의 중심과 상기 유입구 사이에 배치되며, 상기 저부 위에서 종결되는, 편심(off center) 배플; 및
상기 저부 둘레로 회전 가능한 혼합 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 측면, 최상부 및 저부를 형성하는 용기벽을 가진 용기;
슬러리화된 물질을 위해 상기 용기에 배치된 유입구;
상기 저부에 위치한 고체 배출구;
상기 최상부에 인접하여 배치된 증기 배출구;
상기 용기의 내용물을 위한 가열 수단;
상기 용기 내부를 가로질러 배치된 스크린 부재;
상기 스크린 부재 위에 상기 용기 내에 배치된 반응된 액체 배출구;
상기 스크린 부재로부터 아래쪽 방향으로 연장되고, 상기 용기 중심과 상기 유입구 사이에 배치되며, 상기 저부 위에서 종결되는 편심 배플; 및
상기 저부 둘레로 회전 가능한 회전 요소를 포함하는 반응기 장치. - 제17항에 있어서,
상기 스크린 부재는 경사지게 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 반응기 장치. - 제18항에 있어서,
상기 용기는 액체 수준을 한정하고 상기 기울어진 스크린 부재는 상기 반응된 액체 배출구에 인접한 상기 액체 수준 아래로부터 상기 반응된 액체 배출구에 대향하는 액체 수준의 위까지 연장되는 것을 특징으로 하는 반응기 장치. - 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 배출구는 상기 용기의 저부 내에 중앙에 배치되고 기밀 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 장치. - 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 수단은 상기 용기벽에 배치된 스팀 유입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 장치. - 플라스틱, 고무, 나무, 종이 및 패브릭 중 하나 이상을 포함하는 불균질의 유기 폐기 물질로부터 연료로서의 사용을 위해 적절한 탄화수소 액체를 생산하기 위한 방법으로서, 하기 단계를 포함하는 방법:
상기 폐기 물질을 액체 유입물과 혼합하여 공정 스트림을 형성하는 단계;
상기 공정 스트림을 열 및 압력의 적용에 의해 분해하는 단계;
분해 후 상기 공정 스트림으로부터 고체를 분리하여 실질적으로 액체인 공정 스트림을 형성하는 단계;
상기 실질적으로 액체인 공정 스트림을 분별 증류하여 적어도 고분자량 분획과 저분자량 분획을 생산하는 단계;
상기 공정 스트림 중 적어도 상기 고분자량 분획을 열과 압력의 적용에 의해 가수분해하여 탄화수소 액체 및 물을 함유하는 가수분해된 공정 스트림을 생산하는 단계; 및
상기 가수분해된 공정 스트림으로부터 비말 동반된 입자와 물을 분리하여 연료로서의 사용을 위해 적절한 탄화수소 액체를 생산하는 단계. - 제22항에 있어서,
상기 저분자량 분획의 적어도 일부를 용매로서 상기 분해 단계로 유도하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제22항 또는 제23항에 있어서,
상기 비말 동반된 입자를 분리하는 단계는 제1의, 더 큰 입자의 분리 및 이어지는 탈염(desalting)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분해 단계에서 생산된 증기를 수집하는 단계;
상기 증기를 응축하는 단계;
상기 응축된 증기로부터 비응축성 가스와 물을 분리하여 저분자량 탄화수소 액체를 생산하는 단계; 및
상기 저분자량 탄화수소 액체의 적어도 일부를 상기 저분자량 분획과 합치는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분별 증류 단계는, 제3의, 중간 분자량 분획을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 방법은 하기의 추가 단계 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
상기 중간 분자량 분획을 상기 가수분해로 유도하는 단계;
상기 혼합된 저분자량 분획을 상기 가수분해로 유도하는 단계;
분해 후 상기 공정 스트림으로 상기 중간 분자량 분획을 유도하는 단계; 및
상기 중간 분자량 분획을 연료 저장소로 유도하는 단계. - 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
더 가벼운 분획에 대하여 오염물 함량을 측정하는 단계; 및
상기 오염물 함량이 소정의 문턱값을 초과하는 경우 상기 더 가벼운 분획을 상기 가수분해 단계로 유도하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제27항에 있어서,
상기 오염물은 염소인 것을 특징으로 하는 방법. - 제22항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분해 단계는 분해된 액체 분획과 분해된 고체 분획을 생산하고 분해 후 상기 분리 단계는 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
상기 분해된 액체 분획으로부터 비말 동반된 입자를 분리하여 상기 실질적으로 액체인 공정 스트림을 제공하는 단계; 및
상기 분해된 고체 분획을 용매와 스팀으로 세정하는 단계. - 제29항에 있어서,
상기 세정 단계는 액체 유출물을 생산하고, 상기 방법은 비말동반된 입자를 분리하기 위해 상기 액체 유출물을 상기 분해된 액체와 혼합하여 상기 실질적으로 액체인 공정 스트림을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제30항에 있어서,
상기 세정 단계는 배기 스팀을 더 생산하고, 상기 방법은 상기 배기 스팀을 응축하는 단계 및 상기 응축된 배기 스팀을 상기 가수분해 단계로 유도하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제22항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가수분해 단계 후에 상기 공정 스트림을 더 낮은 압력으로 플래시하는 단계 및 회수된 열을 상기 분해 단계로 유도하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제22항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 탄화물(char)의 형성을 실질적으로 피하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제22항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 불균질 폐기 물질은 세단기 잔류물(SR)을 포함하고;
상기 분해 단계는 상기 공정 스트림을 55 내지 250 psig의 압력에서 약 250 내지 400℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하고;
상기 가수분해 단계는 상기 공정 스트림을 210 내지 800 psig의 압력에서 약 200 내지 350℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제22항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 불균질 폐기 물질은 도시 고체 폐기물(MSW)을 포함하고;
상기 분해 단계는 상기 공정 스트림을 55 내지 250 psig의 압력에서 약 150 내지 400℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하되, 상기 공정 스트림 내의 지방과 단백질의 가수분해를 방지하도록 제어되고;
상기 가수분해 단계는 상기 공정 스트림을 210 내지 800 psig의 압력에서 약 200 내지 350℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제35항에 있어서,
상기 분해 단계는 2개 이상의 별개의 분해 단계를 포함하고, 첫 번째 상기 분해 단계는 약 190℃를 넘지 않는 온도에서 제어되는 것을 특징으로 하는 방법. - 하기를 포함하는, 폐기물의 연료로의 전환 시스템:
폐기 물질을 수용하도록 구성되고, 증기 배출구, 액체 배출구 및 고체 배출구를 구비한, 제1 가열 압력 용기;
상기 액체 배출구와 교통하는 제1 입자상 물질 분리기;
상기 제1 가열 압력 용기로부터 고체를 수용하도록 상기 고체 배출구와 교통하는 고체 세정 장치로서, 상기 입자상 분리기와 교통하는 액체 배출구 및 세정된 고체 배출구를 구비한 고체 세정 장치;
상기 입자상 물질 분리기로부터 액체를 수용하도록 구성되고, 적어도 중분획(heavy fraction)과 경분획(light fraction)을 위한 배출구를 구비한 증류 컬럼;
상기 경분획 배출구 및 상기 제1 가열 압력 용기 사이를 교통하는 용매 공급 라인;
상기 증류 컬럼 중분획 배출구으로부터 상기 중분획을 수용하도록 구성되고 액체 배출구를 구비한 제2 가열 압력 용기; 및
상기 제2 가열 압력 용기 액체 배출구로부터 순차적으로 액체를 수용하도록 구성되고 액체 연료용 배출구를 가지는, 제2 입자상 물질 분리기 및 액체-액체 분리기. - 제37항에 있어서,
상기 폐기물은 적어도 하나의 세단기 잔류물(SR) 또는 도시 고체 폐기물(MSW)을 포함하고, 상기 폐기물은 약 1/2 내지 약 6인치 범위의 입자크기를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제37항 또는 제38항에 있어서,
상기 증류 컬럼은 적어도 중분획, 중간 분획 및 경분획을 위한 배출구를 가지도록 구성되고, 상기 중간 분획 배출구는 상기 제2 가열 압력 용기와 밸브를 통해 교통하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제37항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 가열 압력 용기 액체 배출구로부터 액체를 수용하고 상기 제2 입자상 물질 분리기 및 액체-액체 분리기에 더 낮은 압력의 액체를 공급하도록 배치된 하나 이상의 플래시 용기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제37항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 가열 압력 용기 증기 배출구와 교통하여 그로부터 증기를 수용하는 컨덴서; 및
상기 컨덴서와 교통하여 그로부터 응축된 증기를 수용하는 액체-수 분리기(liquid-water separator)를 더 포함하고, 상기 분리기는 비응축성 가스, 물 및 분리된 액체를 위한 배출구를 가지고, 상기 분리된 액체 배출구는 상기 용매 공급 라인과 교통하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제41항에 있어서,
상기 액체-수 분리기로부터 분리된 액체를 상기 제2 반응기로 도입하기 위해 상기 분리된 액체 배출구와 상기 제2 가열 압력 용기 사이를 교통하는 유체 라인를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제37항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 세정 장치는 용매 세정과 스팀 세정을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제43항에 있어서,
상기 용매 공급 라인은 상기 고체 세정 장치와 교통하여 상기 용매 세정을 제공하고;
상기 세정 장치는 응축기와 교통하는 스팀 배기를 포함하고;
상기 응축기는 응축된 스팀 배기를 제2 가열 압력 용기로 운반하는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제37항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 가열 압력 용기는 탈압 밸브를 통해 교통하는 복수개의 용기를 포함하고, 상기 액체 배출구는 상기 복수개의 용기 중 첫 번째에 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템. - 제37항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 가열 압력 용기, 제1 입자상 물질 분리기 및 고체 세정 장치는 하기를 포함하는 분해 반응기 시스템 내에 조합되는 것을 특징으로 하는 시스템:
개방 저부를 가진 반응 체임버;
적어도 부분적으로 상기 체임버의 아래에 배치되고 상기 체임버의 개방 저부와 교통하는 개구부를 한정하며, 상기 개구부와 대향하는 출구 및 길이를 가진 컨베이어 하우징;
상기 컨베이어 하우징 출구 위의 바이어스된(biased) 닫힌 커버;
상기 개구부와 출구 사이에 배치되고, 적어도 실질적으로 모든 고체의 통과를 막으면서 액체의 통과는 허용하도록 구성되고 치수화된, 상기 컨베이어 하우징 내의 스크린 섹션;
상기 컨베이어 하우징 내에 배치되고, 상기 체임버 개방 저부로부터 상기 하우징 출구로부터 이격된 상기 하우징 내의 종점까지 연장되는 컨베이어;
상기 컨베이어 하우징 내에, 상기 개구부와 스크린 섹션 사이에 배치된 하나 이상의 세정 노즐;
상기 컨베이어 하우징 스크린 섹션과 교통하는 액체를 수용하도록 구성된 제1 용기; 및
상기 컨베이어로부터 상기 스크린 섹션으로 운반된 고체를 수용하도록 구성된, 상기 컨베이어 하우징 출구와 교통하는 제2 용기. - 하기를 포함하는 분해 반응기 시스템:
개방 저부를 가진 반응 체임버;
적어도 부분적으로 상기 체임버의 아래에 배치되고 상기 체임버의 개방 저부와 교통하는 개구부를 한정하며, 상기 개구부와 대향하는 출구 및 길이를 가진 컨베이어 하우징;
상기 컨베이어 하우징 출구 위의 바이어스된 닫힌 커버;
상기 개구부와 출구 사이에 배치되고, 적어도 실질적으로 모든 고체의 통과를 막으면서 액체의 통과는 허용하도록 구성되고 치수화된, 상기 컨베이어 하우징 내의 스크린 섹션;
상기 컨베이어 하우징 내에 배치되고, 상기 체임버 개방 저부로부터 상기 하우징 출구로부터 이격된 상기 하우징 내의 종점까지 연장되는 컨베이어;
상기 컨베이어 하우징 내에, 상기 개구부와 스크린 섹션 사이에 배치된 하나 이상의 세정 노즐;
상기 컨베이어 하우징 스크린 섹션과 교통하는 액체를 수용하도록 구성된 제1 용기; 및
상기 컨베이어로부터 상기 스크린 섹션으로 운반된 고체를 수용하도록 구성된, 상기 컨베이어 하우징 출구와 교통하는 제2 용기 - 제47항에 있어서,
상기 제1 용기 내에 배치된 액체 배출구;
상기 액체 배출구와 교통하는 탱크;
상기 컨베이어 하우징에 의해 한정되고 상기 탱크와 교통하는 오수조(sump);
상기 탱크 및 상기 하나 이상의 세정 노즐 사이에서 교통하는 액체 공급 라인;
상기 액체 공급 라인 내에 배치된 펌프; 및
상기 액체 공급 라인 내에 배치된 열 교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템. - 제48항에 있어서,
상기 컨베이어 하우징은, 수용 섹션으로부터 상기 제1 용기까지 상방으로 경사지게 연장되어 상기 체임버 개방 저부와 상기 스크린 섹션 사이에서 액체 수준을 한정하는 기다란 구조물이고, 상기 액체 수준은 반응 체임버 내로 연장되고;
상기 최저점은 상기 오수조를 한정하는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템. - 제47항에 있어서,
상기 컨베이어 하우징의 길이는 컨베이어를 통해 이동하는 고체를 위해 약 30분 이상의 체류시간을 제공하기에 충분한 것을 특징으로 하는 반응기 시스템. - 제47항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응기 체임버와 컨베이어 하우징은 상기 개방 저부 둘레에서 함께 밀봉되고;
상기 제1 용기는 상기 컨베이어 하우징의 스크린 섹션과 밀봉 교통(sealed communication)하며;
상기 제2 용기는 상기 컨베이어 출구 둘레에서 밀봉되는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템. - 제51항에 있어서,
상기 바이어스된 닫힌 커버는 제2 용기 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템. - 제47항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스크린 섹션은 상기 제1 용기를 가로질러 연장되고;
상기 컨베이어 종점은 상기 제1 용기 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템. - 제47항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,
압출류 영역이 상기 컨베이어 종점과 상기 바이어스된 닫힌 출구 문 사이에 상기 스크린 섹션 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템. - 제47항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 체임버 내로의 물질의 도입을 제어하기 위해 상기 반응 체임버 위에 배치된 기밀실 체임버(air lock chamber); 및 제2 용기로부터 물질의 탈출을 제어하는 기밀실을 더 포함하고,
상기 기밀실 체임버는 상기 반응 체임버로 주입구와 밀봉 교통하는 출구를 가진 것을 특징으로 하는 반응기 시스템. - 제55항에 있어서,
상기 반응 체임버로 개구부 전에 연소성 가스를 제거하는 상기 기밀실 체임버와 교통하는 불활성 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템. - 제47항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 체임버 내에 배치된 혼합 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템. - 제47항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨베이어는 스크류 컨베이어인 것을 특징으로 하는 반응기 시스템. - 제58항에 있어서,
상기 스크류 컨베이어는 피복 하우징을 가진 가열된 스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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