KR20130082131A - 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법 - Google Patents
2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130082131A KR20130082131A KR1020130074931A KR20130074931A KR20130082131A KR 20130082131 A KR20130082131 A KR 20130082131A KR 1020130074931 A KR1020130074931 A KR 1020130074931A KR 20130074931 A KR20130074931 A KR 20130074931A KR 20130082131 A KR20130082131 A KR 20130082131A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- reaction
- pyrolysis
- reaction part
- unit
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 title claims abstract description 242
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 447
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 117
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims abstract description 104
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 89
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 49
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims description 59
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 52
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 43
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 37
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 31
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 19
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 17
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 14
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 11
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims description 5
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 5
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 45
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 37
- 230000008569 process Effects 0.000 description 25
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 22
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 13
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010920 waste tyre Substances 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 6
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011364 vaporized material Substances 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000001480 isothermal pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 2
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical group Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000002144 chemical decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010849 combustible waste Substances 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000006298 dechlorination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000010793 electronic waste Substances 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010169 landfilling Methods 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003027 oil sand Substances 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 239000010893 paper waste Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013502 plastic waste Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
- F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
본 발명은 가연성 물질을 2단계, 예를 들면, 1) 열분해 및 부분산화/연소 공정, 2) 저온열분해 및 부분산화/연소 공정, 3) 저온열분해 및 고온열분해 공정 중 어느 하나의 공정을 통하여 열분해 또는 부분산화/연소시킴으로써 단계별로 공정 제어를 할 수 있고, 각 단계에서 연속적으로 물질들이 이송됨으로써 연속 생산 공정을 구현할 수 있으며, 그리고 2차 단계에서 발생하는 에너지를 1차 열분해 단계에 이용함으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가연성 물질을 2단계로 열분해 또는 부분산화/연소시킴으로써 단계별로 공정 제어를 할 수 있고, 각 단계에서 연속적으로 물질들이 이송됨으로써 연속 생산 공정을 구현할 수 있으며, 그리고 2차 단계에서 발생하는 에너지를 1차 열분해 단계에 이용함으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법에 관한 것이다.
폐기물, 저급연료, 또는 유무기 혼합물 등을 열분해하여 탄화물, 액상 및 기상 물질로 변환시키는 기존의 공정은 단위 반응기를 통해 열분해 또는 가스화를 구현하고 있다. 이러한 기존 공정은 각 폐기물, 저급연료, 또는 유무기 혼합물 등이 갖는 다양한 열분해 및 가스화 특성을 고려하지 못하고 단위 반응기에서 열분해 가스화되므로 전환 효율이 낮고 생산성이 떨어진다는 문제점이 있다.
가연성 물질을 처리하기에 앞서 유용한 에너지원을 추출하는 것이 필요하다. 이를 위해 전세계적으로 폐자원을 에너지원으로 이용하는 기술의 개발이 널리 확산되고 있다. 이를 위하여, 폐자원을 열분해 또는 가스화하여 액상 연료 또는 기상 연료인 합성가스를 생산하는 기술이 속속 개발되고 있는 중이다.
폐기물 열분해 용융 가스화로부터 합성가스를 생산하는 기술이 1994년 스위스 써모셀렉트(Themoselect)에서 개발된 바 있고, 일본의 가와자기 제철 등에서는 상용화에 성공하였다. 국내에서도 대우건설 및 고등기술원에서 상용화를 시도하고 있다. 그러나, 상술한 기술은 폐기물을 가스화 용융 기술에 적용하고 있어 에너지 효율이 낮다. 특히, 써모셀렉트(Themoselect)는 폐기물의 대부분을 산소의 연소로 가스화하기 때문에 생성되는 합성가스의 열량이 낮아 보조연료 없이 가스 엔진의 원활한 구동이 어렵다. 또한, 일본의 도시바(Toshiba)사는 로타리 킬른을 이용하여 ASR을 열분해 가스화하는 공정을 개발하였다. 간접가열을 통해 550℃ 정도로 열분해 하여 기상 유분을 생산하고 1100℃ 고온 개질을 하여 엔진의 연료로 활용하는 공정이다. 이 공정은 열분해 잔유물로 고상(char)을 배출하므로 추가적인 감량화 및 고상(char) 처리 및 연소 작업을 필요로 한다.
또한 폐자원 중 플라스틱류 또는 폐타이어와 같이 발열량이 높은 물질, 저급연료, 나무, 폐종이 등으로부터 기상 연료를 제조하는 공정은 열분해 가스화 공정을 기반으로 하며 합성가스를 생산한다. 이러한 합성가스 생산은 액상 연료를 생산하는 것보다 처리 및 보관하기가 어렵고 부가가치가 낮다. 또한 대부분 열분해 가스화 기술은 배치(Batch)식으로 운전하고 있어 생산성이 낮고 효율이 낮다는 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해 본 발명자들은, 1) 공급된 가연성 물질을 열분해하여 기상 연료를 생산하고 열분해 잔유물을 부분산화/연소하여 고온의 기상 성분을 생성하고 생성된 부분산화/연소 기상 성분을 활용하여 열분해에 필요한 에너지로 공급하거나, 또는 2) 공급된 가연성 물질을 저온열분해하여 액상 연료를 생성하고 열분해 잔유물을 부분산화/연소하여 고온의 기상 성분을 생성하고 생성된 부분산화/연소 기상 성분을 활용하여 저온열분해에 필요한 에너지를 공급하거나, 또는 3) 가연성 물질을 저온열분해하여 액상 연료를 생성하고 열분해 잔유물을 고온열분해하여 기상 성분을 생성하고 열분해 잔유물을 고상(char)으로 회수함으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 공정을 발명하기에 이르렀다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 폐기물, 저급 연료, 유무기 혼합물 등과 같은 가연성 물질을 2단계로 열분해 가스화하여 각 단계별로 최적의 공정 제어를 수행할 수 있는 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 각각의 가연성 물질에 적합하고 원하는 최종 물질을 생산할 수 있는 경제적이고 에너지 효율이 높은 단계별 생산 공정을 구현할 수 있는 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 각 단계에서 발생하는 물질들이 연속적으로 이송됨으로써 연속 생산 공정을 구현할 수 있는 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 2차 단계(열분해 공정 또는 부분산화/연소 공정)에서 발생하는 에너지를 1차 열분해 단계에 이용함으로써 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있는 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 2단계 열분해 가스화 장치는 가연성 물질을 공급하는
공급부
; 상기
공급부로부터
이송되는 상기 가연성 물질을 건조, 예열 또는
열분해하여
제 1 기상 성분 및 열분해 잔류물을 생성하기 위하여 800℃ 미만의 저온상태를 유지하는 제 1
반응부
; 및 상기 제 1
반응부로부터
이송되는 상기 열분해잔류물을 산화반응 또는 고온 환원반응하여 제 2 기상 성분 및 제 2 열분해 잔류물을 생성하기 위하여 800℃ 이상의 고온상태를 유지하는 제 2
반응부
; 상기 제 1
반응부
및 상기 제 2
반응부에서
생성되는 물질들의 이동 수단은 로터리
킬른식
, 스크류식 및
스토커식
중 어느 하나 이상으로 이루어지며, 상기 제 1 반응부 및 상기 제 2
반응부의
출구 및 입구 중 어느 하나 이상, 또는 상부 및 하부 중 어느 하나 이상에는 복수의 직접가열장치가 제공되고, 상기 제 1
반응부
및 상기 제 2
반응부의
출구단에는
산화제 공급장치가 제공되어 공기, 산소 및 스팀 중 어느 하나 이상을 공급하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2
반응부는
상기 제 1
반응부에서
배출되는 고상(
char
)을 공급받아 공급되는 산화제에 의해 상기 산화반응을 하여 모든 고상(
char
)이
부분산화
또는 완전
연소되고
, 상기 제 2
반응부에서
배출되는 재(
ash
)에는 탄소 함량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2
반응부는
상기 제 1
반응부에서
배출되는 고상(
Char
)을 공급받아 외부에서 공급되는 열에 의해 상기 환원반응을 하고, 그에 따라 고상(
Char
)에 포함된 산화물의 일부가 환원이 되어 금속으로 전환되어 상기 금속 중 기화 온도가 낮은 금속이 상기 제 2 반응기 외부로 배출됨으로써 상기 고상(
char
)에 남아있는 불순물이 줄어들어 고상(
char
)의 순도가 높아지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2
반응부에서
생성되는 제 2 기상 성분이 상기 제 2 반응부의 출구 및 입구 중 어느 하나 이상, 또는 상부 및 하부 중 어느 하나 이상에서 배출되어 상기 제 1
반응부에서
배출되는 제 1 기상 성분을 가열
개질하여
합성 가스로
전환시키는
것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 2단 열분해 가스화 장치는 제 1
반응부를
간접 가열하는 간접가열부를 더 포함하고, 그리고 상기 제 2
반응부에서
생성되는 제 2 기상 성분이 상기
간접가열부로
공급되어 상기 제 1
반응부를
간접 가열하거나 또는 상기 간
접가열부를
가열하는 복수의 직접가열장치를 이용하여 상기
간접가열부를
추가로 가열하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 2단 열분해 가스화 장치는, 상기 제 1
반응부로부터
상기 제 2
반응부로
이송되는 상기 열분해 잔류물 중 기체 성분의 이동을 방지할 수 있도록 상기 제 1
반응부와
상기 제 2
반응부
사이에 배치되는 차폐 장치를 더 포함하고, 상기 제 2
반응부에서
생성되는 제 2 기상 성분이 상기 제 1
반응부의
하단부측으로 공급됨과 동시에 상기 제 1
반응부로부터
상기 제 2
반응부로의
상기 제 2 기상 성분의 유동을 방지함에 따라 완전연소를 지원하는 상기
차폐장치에 의
해 상기 제 1
반응부를
추가적으로
가열함으로써 열분해에 필요한 에너지를 공급하게 되어 전체 에너지 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 직접가열장치는 공기, 산소, 스팀, 및 가스 연료를 이용하는 버너 또는
플라즈마
발생장치인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1
반응부는
300℃ 내지 800℃의 온도에서 상기 가연성 물질을
열분해하며
, 상기 제 2
반응부는
700℃ 이상의 온도에서 상기 열분해 잔류물을
부분산화
및 연소시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1
반응부는
300℃ 내지 600℃의 온도에서 상기 가연성 물질을 저온
열분해하며
, 상기 제 2
반응부는
600℃ 이상의 온도에서 상기
열분
해 잔류물을
부분산화
및 연소시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1
반응부는
300℃ 내지 600℃의 온도에서 상기 가연성 물질을 저온
열분해하며
, 상기 제 2
반응부는
600℃ 이상의 온도에서 상기
열분
해 잔류물을 고온
열분해하는
것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 산화제 공급장치는 외부에서 상기 제 1
반응부
또는 상기 제 2
반응부
내부로 삽입되는
렌스(lance)로
이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1
반응부
또는 상기 제 2
반응부에는
그 내벽의 둘레에 복수의 홀이 형성되고, 그리고 상기 산화제 공급장치는 상기 홀을 통해 상기 제 1
반응부
또는 상기 제 2
반응부
내부에 산화제를 공급하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1
반응부
또는 상기 제 2
반응부에는
그 내벽의 둘레에 복수의 홀이 형성되고, 상기 복수의 홀이 형성된 상기 제 1
반응부
또는 상기 제 2
반응부의
외벽을 둘러싸도록 제공되는 원통형의 부재를 포함하고, 그리고 상기 산화제 공급장치는 상기 홀을 통해 상기 제 1
반응부
또는 상기 제 2
반응부
내부에 산화제를 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 2단계 열분해 가스화 방법은 (a) 가연성 물질을 공급하는 단계; (b)
공급부로부터
이송되는 상기 가연성 물질을 건조, 예열 또는
열분해하여
제 1 기상 성분 및 열분해 잔류물이 800℃ 미만의 저온상태를 유지하는 제 1
반응부에
의해 생성되는 단계; 및 (c) 상기 제 1
반응부로부터
이송되는 상기 열분해잔류물을 산화반응 또는 고온 환원반응하여 제 2 기상 성분 및 제 2 열분해 잔류물이 800℃ 이상의 고온상태를 유지하는 제 2
반응부에
의해 생성되는 단계;를 포함하고, 상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계에서 생성되는 물질들의 이동 수단은 로터리
킬른식
및
스토커식
중 어느 하나 이상으로 이루어지고, 상기 제 2
반응부의
출구단에는 산화제 공급장치가 제공되어 공기, 산소 및 스팀 중 어느 하나 이상을 공급하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2 기상 성분이 상기 제 2
반응부의
입구 또는 출구에서 배출되어 상기 제 1
반응부에
공급되면서 상기 제 1 기상 성분을 가열
개질하여
합성 가스로
전환시키는
것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1
반응부에는
상기 제 1
반응부를
간접 가열하는
간접가열부가
제공되며, 그리고 상기 제 2 기상 성분이 상기
간접가열부로
공급되어 상기 제 1
반응부를
간접 가열하거나 또는 상기
간접가열부를
가열하는 복수의 직접가열장치를 이용하여 상기
간접가열부를
추가로 가열하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계 중 어느 하나 이상에 스팀, 산소, 공기 중 어느 하나 이상을 공급하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계에서, 상기 제 1
반응부는
300℃ 내지 800℃의 온도에서 상기 가연성 물질을
열분해하며
, 그리고 상기 (c) 단계에서, 상기 제 2
반응부는
700℃ 이상의 온도에서 상기 열분해 잔류물을
부분산화
및 연소시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계에서, 상기 제 1
반응부는
300℃ 내지 600℃의 온도에서 상기 가연성 물질을 저온
열분해하며
, 그리고 상기 (c) 단계에서, 상기 제 2
반응부는
600℃ 이상의 온도에서 상기 열분해 잔류물을
부분산화
및
연소시키
는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계에서, 상기 제 1
반응부는
300℃ 내지 600℃의 온도에서 상기 가연성 물질을 저온
열분해하며
, 그리고 상기 (c) 단계에서, 상기 제 2
반응부는
600℃ 이상의 온도에서 상기 열분해 잔류물을 고온
열분해하는
것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 의한 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법은 폐기물, 저급 연료, 유무기 혼합물 등과 같은 가연성 물질을 2단계로 열분해 가스화하여 각 단계별로 최적 공정을 제공하므로써, 가연성 물질에 적합하고 원하는 기상, 액상, 고상의 최종 물질을 생산할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 2단계 열분해 가스화 장치 및 다단계 열분해 가스화 방법은 각 단계에서 물질들이 다수의 계단의 평행 이동에 의해 운반되거나, 킬른의 회전 운동에 의해 운반되거나, 또는 이들의 조합에 의해 운반됨으로써 단계별 연속 생산 공정을 구현할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법은 2차 단계(열분해 공정 또는 부분산화/연소 공정)에서 발생하는 에너지를 1차 열분해 단계에 이용함으로써, 전체 에너지 효율을 높일 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법은 폐자원에서부터 열분해 가스화를 통해 액상 및 기상의 연료를 동시에 생산하거나, 액상 또는 기상의 연료를 효율적으로 생산하고, 최종적으로 배출하는 잔유물에는 매립을 위한 고상(char) 함유 최소 조건(매립을 위한 최소 기준 5% 미만)을 만족할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(100)의 제1 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(100)의 제2 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(100)의 제3 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(100)의 제4 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 5은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(200)의 제1 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(200)의 제2 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(300)의 제1 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(300)의 제2 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(300)의 제3 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(400)의 제1 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 11 내지 도 16은 각각 PVC, PP, RPF, RDF, 폐타이어(waste tire)및 나무의 열중량 분석(Thermogravimetric Analysis) 결과를 나타낸 그래프이고,
도 17은 PE와 PVC의 혼합물을 350℃와 400℃에서 각각 열분해한 경우 시간에 따른 염소의 제거율을 나타낸 그래프이며,
도 18은 PVC를 350℃에서 열분해한 경우 PVC의 크기에 따른 질량 감소를 나타낸 그래프이며,
도 19는 RPF를 400℃, 600℃, 800℃로 등온 열분해 할 경우에 생성되는 기상, 액상, 고상 잔유물의 무게를 나타낸 그래프이며,
도 20은 일부분 산소를 공급할 때 RPF의 열분해에 의해 생성되는 기상, 액상, 고상 물질의 수율을 나타낸 그래프이며,
도 21은 스팀을 공급할 때 RPF의 열분해에 의해 생성되는 기상, 액상, 고상 물질의 수율을 나타낸 그래프이며,
도 22는 2단 열분해 가스화 장치에서 제 1 기상 성분 및 제 2 기상 성분이 제 1 반응부 상부에서 배출되어 개질부에서 고온 개질된 합성가스의 성분(수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소, 메탄) 및 합성가스의 고위발열량을 나타낸 그래프이며,
도 23은 2단계 열분해 가스화 장치의 제 1 반응부로 투입하는 시간에 따른 폐기물 투입량(Waste Input), 제 2 반응부에서 배출되는 부분산화 및 연소 잔유물 중 카본 성분(Ignition Loss) 및 제 1 기상 성분 및 제 2 기상 성분을 고온에서 개질한 합성가스의 고위발열량(Syngas HHV)을 나타낸 그래프이며,
도 24는 2단계 열분해 가스화 장치의 제 1 반응부로 투입하는 시간에 따른 폐기물 투입량, 제 2 반응부에서 배출되는 부분산화 및 연소 잔유물 중 카본 성분, 제 1 반응부 및 제 2 반응부를 가열하기 위해 버너에 공급한 가스 연료 대비 초과 산소비를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(100)의 제2 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(100)의 제3 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(100)의 제4 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 5은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(200)의 제1 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(200)의 제2 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(300)의 제1 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(300)의 제2 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(300)의 제3 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(400)의 제1 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 11 내지 도 16은 각각 PVC, PP, RPF, RDF, 폐타이어(waste tire)및 나무의 열중량 분석(Thermogravimetric Analysis) 결과를 나타낸 그래프이고,
도 17은 PE와 PVC의 혼합물을 350℃와 400℃에서 각각 열분해한 경우 시간에 따른 염소의 제거율을 나타낸 그래프이며,
도 18은 PVC를 350℃에서 열분해한 경우 PVC의 크기에 따른 질량 감소를 나타낸 그래프이며,
도 19는 RPF를 400℃, 600℃, 800℃로 등온 열분해 할 경우에 생성되는 기상, 액상, 고상 잔유물의 무게를 나타낸 그래프이며,
도 20은 일부분 산소를 공급할 때 RPF의 열분해에 의해 생성되는 기상, 액상, 고상 물질의 수율을 나타낸 그래프이며,
도 21은 스팀을 공급할 때 RPF의 열분해에 의해 생성되는 기상, 액상, 고상 물질의 수율을 나타낸 그래프이며,
도 22는 2단 열분해 가스화 장치에서 제 1 기상 성분 및 제 2 기상 성분이 제 1 반응부 상부에서 배출되어 개질부에서 고온 개질된 합성가스의 성분(수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소, 메탄) 및 합성가스의 고위발열량을 나타낸 그래프이며,
도 23은 2단계 열분해 가스화 장치의 제 1 반응부로 투입하는 시간에 따른 폐기물 투입량(Waste Input), 제 2 반응부에서 배출되는 부분산화 및 연소 잔유물 중 카본 성분(Ignition Loss) 및 제 1 기상 성분 및 제 2 기상 성분을 고온에서 개질한 합성가스의 고위발열량(Syngas HHV)을 나타낸 그래프이며,
도 24는 2단계 열분해 가스화 장치의 제 1 반응부로 투입하는 시간에 따른 폐기물 투입량, 제 2 반응부에서 배출되는 부분산화 및 연소 잔유물 중 카본 성분, 제 1 반응부 및 제 2 반응부를 가열하기 위해 버너에 공급한 가스 연료 대비 초과 산소비를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(100)에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(100)의 제 1 실시예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(100)의 제 2 구현 예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(100)의 제 3 구현 예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(100)의 제 4 구현 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(100)는 폐기물을 완전연소시키기 위한 것으로서, 가연성 물질을 공급하는 공급부(110), 공급부(110)로부터 이송되는 가연성 물질을 건조, 예열 또는 열분해하여 제 1 기상 성분 및 열분해 잔류물을 생성하는 제 1 반응부(120) 및 제 1 반응부(120)로부터 이송되는 열분해 잔류물을 부분산화 및 연소시켜 제 2 기상 성분 및 부분산화 및 연소 잔류물을 생성하는 제 2 반응부(130)를 포함한다.
여기서, 제 1 반응부(120)와 제 2 반응부(130)에서 생성되는 물질들의 이동 수단은 로터리 킬른식, 스크류식 및 스토커식 중 어느 하나 이상으로 이루어지게 된다.
공급부(110)는 생활폐기물, 산업폐기물, 농촌 온실 플라스틱 폐기물, 폐플라스틱. 폐타이어, 전자제품 폐기물 등의 가연성 폐기물, 또는 갈탄, 무연탄, PC(Pet coke), 오일 샌드(oil sand) 등과 같은 저급연료 또는 나무, 바이오메스, 하수 슬러지, 유기성 폐기물 등과 같은 유무기 혼합물을 호퍼(hopper)와 같은 장치를 통하여 제 1 반응부(120)로 이송한다. 이때, 공급되는 가연성 물질들은 열분해의 효율을 높이기 위하여 약 1~10cm의 크기를 갖는 분쇄물 형태로 제공되는 것이 바람직하나, 더 큰 크기로 공급할 수 있으며 이는 각 단계에서의 체류시간에 따라 조정이 가능하다.
제 1 반응부(120)는 가연성 물질의 열분해뿐만 아니라 가연성 물질 내부에 염소, 황 및 브롬과 같은 유해 성분이 함유되어 있을 경우 이를 실질적으로 저감시켜, 염소 및 브롬과 같은 할로겐 성분이 바람직하게는 약 90% 이상, 보다 바람직하게는 약 95% 이상 제거될 수 있는 조건 하에서 건조, 예열 또는 열분해하는 역할을 한다.
이때, '열분해'란 가연성 물질을 산소와의 접촉을 제한하는 상태에서 가열하여 가연성 물질의 화학적 분해를 유도하는 반응을 의미하며, '건조' 및 '예열'은 일반적으로 사용되는 의미로서 그 설명은 생략하기로 한다. 즉, 제 1 반응부(120)는 가연성 물질에 대하여 건조, 예열 또는 열분해 중 어느 하나의 반응 또는 이의 조합으로 이루어지는 반응들을 수행할 수 있다.
한편, 도 11 내지 도 19를 통하여 제 1 반응부(120)의 적절한 온도 조건을 설명하기로 한다.
도 11 내지 도 16은 각각 PVC, PP, RPF, RDF, 폐타이어(waste tire) 및 나무의 열중량 분석(Thermogravimetric Analysis) 결과를 나타낸 그래프이고, 도 17은 PE와 PVC의 혼합물을 350℃와 400℃에서 각각 열분해한 경우 시간에 따른 염소의 제거율을 나타낸 그래프이며, 도 18은 PVC를 350℃에서 열분해한 경우 PVC의 크기에 따른 질량 감소를 나타낸 그래프이며, 도 19는 RPF를 400℃, 600℃, 800℃로 등온 열분해 할 경우에 생성되는 기상, 액상, 고상 잔유물의 무게를 나타낸 그래프이다.
PVC는 50% 이상의 염소(Cl2)를 함유하고 있으며 도 11을 참조하면, PVC는 열분해를 통해 약 400℃ 부근에서 대부분의 염소가 배출되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 12 내지 도 16을 참조하면, PP, RPF, RDF, 폐타이어 및 나무의 경우에도 PVC와 마찬가지로 약 400℃ 이상에서 열분해 할 경우 약 90% 이상의 염소가 배출됨을 알 수 있다.
도 17을 참조하면, PE와 PVC의 혼합물을 350℃에서 열분해 진행하는 경우 약 10분 경과시 85%가 제거되고, 20분 경과시 90%가 제거된다. 또한, PE와 PVC의 혼합물을 400℃에서 열분해 진행하는 경우 약 10분 경과시 91.5%가 제거되고, 20분 경과시 90%가 제거된다. 그러나 배출되는 염소는 주위에 수분을 만나 HCl 형태로 배출될 수 있으나, 그러나 대부분은 폐기물에 존재하는 Pb, Ca, K, Na 물질과 같은 염화물이 되는 것을 알 수 있다.
도 18을 참조하면, PVC를 350℃에서 열분해한 경우 PVC의 크기가 큰 경우에 비해 PVC의 크기가 작은 경우 질량 감소에 필요한 시간이 점점 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 즉, PVC의 크기에 따라 열분해 진행 시간을 적절하게 조절할 수 있음을 알 수 있다.
한편 PP는 PE와 유사하지만 PVC와는 다르게 400℃ 내지 500℃ 사이에서 거의 모두 열분해 된다. RPF 및 RDF의 열분해 특성도 서로 비슷하며 400℃ 부근에서 PVC 함유량에 따라 탈염소에 의한 중량 감소가 보여지며, 500℃까지 가열되는 동안 열분해 가스화되어 70% 이상 무게가 감소되는 것을 알 수 있다.
또한 다른 가연성 물질 특히 폐타이어, 나무 등과 같은 물질도 400℃ 내지 500℃ 부근까지 저온 열분해하면서 급격히 감량화 되는 것을 알 수 있다. 그 이상은 온도가 올라갈수록 감량화율이 급격하게 줄어든다.
이렇게 저온에서 열분해 되는 성분을 냉각하면 대부분 액체형태로 변환될 수 있다. 그러나 열분해 온도를 더 이상 올리게 되면 액상 성분은 줄어들고 그만큼 기상성분이 증가하는 것을 알 수 있다. 도 19를 참조하면, 열분해 온도를 600℃ 이상 올리게 되면 액상 성분은 줄어들고 그만큼 기상 성분이 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 제 1 반응부(120)는 가연성 물질을 300℃ 내지 800℃의 온도에서 약 10분 이상 열분해를 진행함이 바람직하다.
이때, 제 1 반응부(120)에서는 고체연료를 건조, 예열, 및 열분해하여 기상과 고상(char)으로 분리하는 공정이 일어나고, 여기서의 기상성분은 냉각(응축)할 경우 기상(CxHx 성분 중 상온에서 기체로 되는 성분) 성분과 액상(CxHx 중 상온에서 응축되는 성분)성분으로 분리된다.
제 2 반응부(130)는 제 1 반응부(120)로부터 이송되는 열분해 잔류물을 도입하여 공기 또는 산소와 같은 산화제를 공급하여 약 700℃ 이상의 온도에서 부분 산화 및 연소 반응을 유도하여 열분해 잔류물에 포함된 대부분의 고상(char)을 산화시켜 CO 또는 CO2를 발생시키고 ash(재) 성분만 남게 한다.
또한, 고상(Char)에 포함된 산화물의 일부가 환원이 되어 금속으로 전환되어 금속 중 기화 온도가 낮은 금속이 제 2 반응부(130) 외부로 배출됨으로써 고상(char)에 남아있는 불순물이 줄어들어 고상(char)의 순도가 높아지게 된다.
제 2 반응부(130)는 열분해 잔류물을 그 목적에 따라, 탄화물 형태로 배출하거나, 일부는 부분 산화시키고 일부는 탄화물로 배출하거나, 대부분을 완전 연소시키고 재로만 배출할 수 있다.
보다 상세하게, 본 발명에서의 제 2 반응부(130)는 크게 산화반응이 일어나거나 환원반응이 일어나게 된다.
우선, 산화반응이 일어나는 경우의 제 2 반응부(130)는 제 1 반응부(120)에서 배출되는 고상(char)을 공급받아 공급되는 산화제에 의해 산화반응을 하여 모든 고상(char)이 부분산화 또는 완전 연소된다.
또한, 제 2 반응부(130)에서 배출되는 재(ash)에는 탄소 함량을 감소시키게 되며, 여기서의 배출되는 가스가 제 1 반응부(120)를 통과할 경우 제 1 반응부(120)에 필요한 에너지를 공급한다.
한편, 환원반응이 일어나는 경우의 제 2 반응부(130)는 제 1 반응부(120)에서 배출되는 고상(Char)을 공급받아 외부에서 공급되는 열에 의해 환원반응을 하고, 그에 따라 고상(Char)에 포함된 산화물의 일부가 환원이 되어 금속으로 전환되어 상기 금속 중 기화 온도가 낮은 금속이 제 2 반응부(130) 외부로 배출됨으로써 고상(char)에 남아있는 불순물이 줄어들어 고상(char)의 순도가 높아지게 된다.
이때, 고상(Char)에 존재하는 산화물의 종류로는 SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, ZnO, K2O, P2O5, TiO2, MgO, Na2O 등이 있으며, 1000℃ 전후에 금속으로 환원이 되는 산화물(환원되어 금속으로 전환되기 시작하는 온도)은 ZnO(950℃), K2O(850℃), P2O5(1100℃), Li2O(1700℃) 등으로서 반응기의 온도가 1000℃ 부근에서 금속 Zn, K, P, Na, Li로 환원된다.
또한, 환원된 금속 중 증기로 배출되는 온도는 Zn(907℃), K(759℃), Li(1342℃), Na(883℃), P(280℃)이며, 상기한 조건 하에서 고상(char)에 남아있는 불순물이 줄어들어 고상(Char)의 순도가 높아진다.
전술한 바는 아래의 [표 1]에 기재된 2단계 열분해 가스화 장치의 제 2 반응부 내부의 고상(char)에 존재하는 산화물의 종류, 1000℃ 전후에 금속으로 환원이 되는 산화물, 환원된 금속 중 증기로 배출되는 온도를 정리한 데이터를 통하여 확인할 수 있다.
더불어, 환원된 금속이 제 1, 2 반응부(120, 130) 외부로 잘 배출되기 위해서는 배출되는 통로의 온도가 각 금속의 기화온도(Boiling Temp.) 보다 높아야 하며, 이를 위해 여기에서 배출되는 가스는 외부로 바로 배출될 수도 있다.
즉, 제 1 반응부(120)에서 배출되는 고상(Char)을 공급받아 외부에서 공급되는 열에 의해 환원반응을 하고, 제 2 반응부(130)에서 생성되는 제 2 기상 성분이 제 2 반응부(130)의 출구 및 입구 중 어느 하나 이상, 또는 상부 및 하부 중 어느 하나 이상에서 배출되어 제 1 반응부(120)에서 배출되는 제 1 기상 성분을 가열 개질하여 합성 가스로 전환시키게 된다.
이때, 제 1 반응부(120) 및 제 2 반응부(130)는 모두 로터리킬른으로 이루어져 서로 연결되어 있으며, 킬른은 입구과 출구 사이에 일정 각도의 경사를 가지고 있어서, 킬른의 회전 운동에 의해 내부의 생성 물질이 이동하게 된다.
또한, 본 발명의 2단계 열분해 가스화 장치(100)는 제 2 반응부(130)로부터 이송되는 부분산화 및 연소 잔류물을 배출하는 배출부(140)를 더 포함할 수 있다. 이때 배출부(140)에는 재(ash)로 이루어진 부분산화 및 연소 잔류물이 배출되게 된다.
한편, 제 1 반응부(120) 및 제 2 반응부(130)의 출구 또는 입구에는 복수의 직접가열장치가 제공되어 제 1 반응부(120) 및 제 2 반응부(130)를 기설정된 온도로 가열할 수 있으며, 제 1 반응부(120) 및 제 2 반응부(130) 중 어느 하나 이상에는 산화제 공급장치가 제공되어 공기, 부분적인 산소 및 스팀 중 어느 하나 이상을 공급할 수 있다. 도 20 및 도 21을 참조하여 도 19과 비교하면, RPF의 열분해시, 저온 열분해보다는 고온 열분해가 기상의 수율이 높아지고 산소 및 스팀을 공급하면 기상의 수율이 보다 더 높아지는 것을 알 수 있다.
이러한 산화제 공급장치는 1) 로터리 킬른 내부 하단부에 파이프를 설치함으로써 공기, 산소 및 스팀 중 어느 하나 이상을 공급하도록 구성될 수 있다. 또는, 2) 로터리 킬른 벽면을 따라 산화제가 유입될 수 있는 관을 설치하여 고정단 측면에서 산화제를 공급하여 로터리 킬른의 내부까지 산화제가 도달할 수 있도록 구성될 수 있다. 또는 3) 로터리 킬른에 수직이 되는 내부로 관통되는 관을 설치하여 외부에서 산화제를 공급하여 로터리 킬른 내부 중앙까지 산화제가 도달할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 제 2 가열장치(132) 및 산화제 공급 장치(180)가 제 2 반응부(130)의 출구에 제공된 상태를 도시한다. 제 2 가열장치(132)는 공기, 산소, 스팀, 및 가스 연료를 이용하는 버너 또는 플라즈마 발생장치 등을 이용할 수 있으며, 제 2 반응부(130)를 기설정된 온도에 따라 가열하는 역할을 한다. 산화제 공급 장치(180)는 제 2 반응부(130)에 공기, 산소 및 스팀 중 어느 하나 이상을 공급하며 제 2 반응부(130)의 입구 및 출구 중 어느 하나 이상에 배치될 수 있다. 한편, 이러한 스팀, 산소 및 공기의 공급량은 그 내부에 있는 물질의 성상에 따라 조절이 가능하다. 물론, 도시되어 있지는 않지만 제 1 가열장치 및 산화제 공급장치가 제 1 반응부에도 설치될 수 있음을 유의한다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 반응부(120)에서 생성된 열분해 잔류물은 제 2 반응부(130)로 이송되고, 제 2 반응부(130)에서 생성되는 제 2 기상 성분은 제 2 반응부(130)의 입구측에서 배출되어 제 1 반응부(120)의 출구를 통해 내부로 공급되어 제 1 반응부(120)를 추가적으로 가열하게 되고 열분해에 필요한 에너지를 공급하게 되므로 전체 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.
도 2를 참조하면, 제 2 가열장치(132) 및 산화제 공급 장치(180)가 제 2 반응부(130)의 출구에 제공되며, 제 1 가열장치(122)가 제 1 반응부(120)의 출구에 제공된 상태를 도시한다. 제 1 가열장치(122), 제 2 가열장치(132) 및 산화제 공급 장치(180)의 역할은 상술된 내용과 동일하다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 반응부(120)에서 생성된 열분해 잔류물은 제 2 반응부(130)로 이송되고, 제 2 반응부(130)에서 생성되는 제 2 기상 성분은 제 2 반응부(130)의 입구측에서 외부로 배출되어 제 1 반응부(120)의 입구측으로 공급되면서 제 1 반응부(120)에서 배출되는 제 1 기상 성분을 가열 개질하여 합성 가스로 전환시키게 되며, 그로 인해 에너지 효율을 높일 수 있게 된다. 이때, 제 2 기상 성분의 일부 또는 전부가 외부로 배출될 수 있으며, 배출된 제 2 기상 성분의 일부 또는 전부가 제 1 반응부(120)로 유입될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제 2 가열장치(132)가 제 2 반응부(130)의 입구에 제공되고 산화제 공급 장치(180)가 제 2 반응부(130)의 출구에 제공되며, 제 1 가열장치(122)가 제 1 반응부(120)의 출구에 제공된 상태를 도시한다. 제 1 가열장치(122), 제 2 가열장치(132) 및 산화제 공급 장치(180)의 역할은 상술된 내용과 동일하다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 반응부(120)에서 생성된 열분해 잔류물은 제 2 반응부(130)로 이송되고, 제 2 반응부(130)에서 생성되는 제 2 기상 성분은 제 2 반응부(130)의 출구 상부측에서 외부로 배출되어 제 1 반응부(120)의 입구측으로 공급되면서 제 1 반응부(120)에서 배출되는 제 1 기상 성분을 가열 개질하여 합성 가스로 전환시키게 되며, 그로 인해 에너지 효율을 높일 수 있게 된다. 이때, 제 2 기상 성분의 일부 또는 전부가 외부로 배출될 수 있으며, 배출된 제 2 기상 성분의 일부 또는 전부가 제 1 반응부(120)로 유입될 수 있다.
도 2와 도 3의 차이는 제 2 가열장치(132)의 위치에 따라 제 2 기상 성분의 배출되는 위치가 다른 것이나, 그 활용 공정은 동일함을 유의한다. 제 1 기상 성분 및 제 2 기상 성분의 유량의 제어는 외부의 유인 송풍기(도시 안됨)을 통하여 가능하다. 이때 필요에 의하여, 제 1 반응부(120)로부터 배출되어 제 2 반응부(130)로 이송되는 열분해 잔류물 중 고상 성분만 통과되고 기상 성분은 통과되지 못하도록 그 이동을 분리하는 차폐 장치(도시 안됨)를 더 형성할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 제 1 반응부(120)를 간접가열하는 간접가열부(170)가 제 1 반응부(120) 외부를 감싸는 형태로 설치되어 있다. 제 2 가열장치(132) 및 산화제 공급 장치(180)가 제 2 반응부(130)의 출구에 제공되며, 제 1 가열장치가(122)가 간접가열부(170)에 제공되며 간접가열부(170)를 가열한다. 제 2 가열장치(132) 및 산화제 공급 장치(180)의 역할은 상술된 내용과 동일하다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 반응부(120)에서 생성된 열분해 잔류물은 제 2 반응부(130)로 이송되고, 제 2 반응부(130)에서 생성되는 제 2 기상 성분은 제 2 반응부(130)의 입구측에서 외부로 배출되어 간접가열부(170)로 이송되면서 제 1 반응부(120)를 간접 가열하게 된다. 이때, 간접가열부(170)는 제 1 가열장치(122)와 같은 별도의 직접가열장치를 이용하여 간접가열부(170)를 추가적으로 가열하거나, 또는 유입되는 제 2 기상 성분이 공기 또는 산소와 혼합되어 완전 연소됨으로써 제 1 반응부(120)를 간접 가열할 수 있다. 이때, 간접가열에 사용된 배가스는 외부의 유인 송풍기(표시 안됨)에 유인되어 외부로 배출되게 된다. 제 1 기상 성분 및 제 2 기상 성분의 유량의 제어는 외부의 유인 송풍기(도시 안됨)을 통하여 가능하다. 이때, 제 2 기상 성분의 일부 또는 전부가 외부로 배출될 수 있으며, 배출된 제 2 기상 성분의 일부 또는 전부가 간접가열부(170)로 유입될 수 있다.
또한 필요에 의하여, 제 1 반응부(120)로부터 배출되어 제 2 반응부(130)로 이송되는 열분해 잔류물 중 고상 성분만 통과되고 기상 성분은 통과되지 못하도록 그 이동을 분리하는 차폐 장치(190)를 더 형성할 수도 있다. 한편, 도 2, 도 3에서도 도시되지는 않았지만 필요에 의해 차폐 장치(190)가 제공되어 상술된 기능을 수행할 수 있음을 유의한다.
이러한 상술된 구성들에 의한 작용을 간단히 요약하면 다음과 같다. 공급부(110)를 통하여 가연성 물질이 열분해부인 제 1 반응부(120)에 투입되고, 제 1 반응부(120)에서 가연성 물질은 가열장치로 가열되어, 제 1 반응부(120)에서 300℃ ~ 800℃로 가열하면서 수분 제거, 예열, 저온열분해, 또는 고온열분해로 가스화하여 합성가스(CO, H2, CH4 등)를 생산하고, 열분해 잔유물은 고상(char) 형태로 다음 단계인 부분산화/연소부인 제 2 반응부(130)로 이송된다. 제 2 반응부(130)에서는 가열장치로 가열되고 동시에 산화제를 공급하여 열분해 잔유물을 부분산화/연소하면서 반응온도를 700℃ 이상 고온을 유지하면서 합성가스(CO, H2, CH4 등) 및 부분산화 및 연소 잔유물을 생산하게 된다. 이때 열분해 잔유물에 함유된 고상(char)를 산화하여 최종적으로 배출되는 부분산화 및 연소 잔유물의 탄소함량을 10% 미만으로 유지하는 동시에 제 2 반응부(130)에서 생성되는 고온의 합성가스는 제 1 반응부(120)를 통과하면서 열분해에 필요한 에너지를 공급하여 총 소요에너지를 절감해 준다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(200)의 제 1 실시예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(200)의 제 2 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(200)는 가연성 물질을 공급하는 공급부(210), 공급부(210)로부터 이송되는 가연성 물질을 건조, 예열 또는 열분해하여 제 1 기상 성분 및 열분해 잔류물을 생성하는 제 1 반응부(220); 및 제 1 반응부(220)로부터 이송되는 열분해 잔류물을 부분산화 및 연소시켜 제 2 기상 성분 및 부분산화 및 연소 잔류물을 생성하는 제 2 반응부(230);를 포함한다.
공급부(210)는 제 1 실시예의 공급부(110)와 동일한 기능을 수행함으로 그 설명은 생략하기로 한다.
제 1 반응부(220)는 가연성 물질의 열분해뿐만 아니라, 가연성 물질 내부에 염소, 황 및 브롬과 같은 유해 성분이 함유되어 있을 경우 이를 실질적으로 저감시켜, 염소 및 브롬과 같은 할로겐 성분이 바람직하게는 약 90% 이상, 보다 바람직하게는 약 95% 이상 제거될 수 있는 조건 하에서 건조, 예열 또는 열분해하는 역할을 한다. 다만, 제 1 반응부(220)는 제 1 실시예의 제 1 반응부(120)와는 달리 가연성 물질을 300℃ 내지 600℃의 온도에서 약 10분 이상 저온열분해를 진행하여 기화되는 물질을 선택적으로 분리하여 기상 성분을 생성하고, 열분해 잔류물을 제 2 반응부(230)로 이송한다.
제 2 반응부(230)는 제 1 반응부(220)로부터 이송되는 열분해 잔류물을 도입하여 공기 또는 산소와 같은 산화제를 공급하여 약 600℃ 이상의 온도에서 부분 산화 및 연소 반응을 유도하여 열분해 잔류물에 포함된 대부분의 고상(Char)을 산화시켜 CO 또는 CO2를 발생시키고 ash(재) 성분만 남게 한다. 제 2 반응부(230)는 열분해 잔류물을 그 목적에 따라, 탄화물 형태로 배출하거나, 일부는 부분 산화시키고 일부는 탄화물로 배출하거나, 대부분을 완전 연소시키고 재로만 배출할 수 있다.
이때, 제 1 반응부(220) 및 제 2 반응부(230)는 평행 이동 가능한 다수의 계단으로 형성되어 내부에서 생성된 물질이 스토커(Stoker)식으로 이동하게 된다. 제 1 반응부(220)로 도입되는 가연성 물질이 첫번째 계단에 놓이게 되고 열분해 과정을 거치면서, 첫번째 계단에 있던 물질을 두번째 계단으로 밀어내고, 같은 방식으로 순차적으로 다수의 계단을 거친 후에 남은 물질을 제 2 반응부(230)로 밀어낸다. 이어, 제 2 반응부(230)로 도입되는 열분해 잔류물이 그 내부의 다수의 계단을 순차적으로 거치면서 부분산화 및 연소가 이루어지고, 남은 물질을 배출부(240)로 밀어낸다. 이와 같이, 제 1 반응부(220) 및 제 2 반응부(230)를 통해 열분해 또는 부분산화 및 연소가 이루어지는 과정이 다수의 계단의 평행 이동에 의해 순차적이고, 연속적으로 이루어질 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 2단계 열분해 가스화 장치(200)는 제 2 반응부(230)로부터 이송되는 부분산화 및 연소 잔류물을 배출하는 배출부(240)를 더 포함할 수 있다. 이때 배출부(240)에는 재(ash)로 이루어진 부분산화 및 연소 잔류물이 배출되게 된다.
한편, 제 1 반응부(220) 및 제 2 반응부(230)의 상부 및 하부에는 복수의 가열장치가 제공되어 제 1 반응부(220) 및 제 2 반응부(230)를 가열할 수 있으며, 제 1 반응부(220) 및 제 2 반응부(230) 중 어느 하나 이상에는 산화제 공급장치가 제공되어 공기, 산소 및 스팀 중 어느 하나 이상을 공급할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제 1 반응부(220)의 하부에 제 1 가열장치(222) 및 제 1 반응부(220)의 상부에 제3 가열장치(224)가 제공되고, 제 2 반응부(230)의 하부에 제 2 가열장치(232) 및 제 2 반응부(230)의 상부에 제4 가열장치(234)가 제공된 상태를 도시한다.
상기 가열장치들은 공기, 산소, 스팀, 및 가스 연료를 이용하는 버너 또는 플라즈마 발생장치 등을 이용할 수 있으며, 제 1 반응부(220) 및 제 2 반응부(230)를 기설정된 온도에 따라 가열하는 역할을 한다. 산화제 공급 장치(도시 안됨)는 제 2 반응부(230)에 공기, 산소 및 스팀 중 어느 하나 이상을 공급하며 제 2 반응부(230)에 위치에 제약 없이 배치될 수 있다. 한편, 이러한 스팀, 산소 및 공기의 공급량은 그 내부에 있는 물질의 성상에 따라 조절이 가능하다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 반응부(220)에서 생성된 열분해 잔류물은 제 2 반응부(230)로 이송되고, 제 2 반응부(230)에서 생성되는 제 2 기상 성분은 제 1 반응부(220) 내부로 공급되어 제 1 반응부(220)를 추가적으로 가열하게 되고 열분해에 필요한 에너지를 공급하게 되므로 전체 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.
도 6을 참조하면, 제 1 반응부(220)의 하부에 제 1 가열장치(222) 및 제 1 반응부(220)의 상부에 제3 가열장치(224)가 제공되고, 제 2 반응부(230)의 하부에 제 2 가열장치(232) 및 제 2 반응부(230)의 상부에 제4 가열장치(234)가 제공된 상태를 도시한다. 제 1 가열장치(222), 제 2 가열장치(232), 제3 가열장치(224), 제4 가열장치(234) 및 산화제 공급 장치의 역할은 상술된 내용과 동일하다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 반응부(220)에서 생성된 열분해 잔류물은 제 2 반응부(230)로 이송되고, 제 2 반응부(230)에서 생성되는 제 2 기상 성분은 제 2 반응부(230)의 상부측에서 외부로 배출되어 제 1 반응부(220)의 하부를 간접 가열하고 제 1 반응부(220)의 열분해에 필요한 열량을 공급하게 되며, 제 1 반응부(220)로 투입될 수 있게 된다.
이때 필요에 의하여, 제 1 반응부(220)로부터 배출되어 제 2 반응부(230)로 이송되는 열분해 잔류물 중 고상 성분만 통과되고 기상 성분은 통과되지 못하도록 그 이동을 분리하는 차폐 장치(290)를 더 형성할 수도 있다.
이러한 상술된 구성들에 의한 작용을 간단히 요약하면 다음과 같다. 공급부(210)를 통하여 가연성 물질이 저온열분해부인 제 1 반응부(220)에 투입된다. 제 1 반응부(220)에서 가연성 물질은 300℃ 내지 600℃까지 가열되면서 수분 제거, 예열, 저온열분해하여 기화되는 물질을 선택적으로 분리하여 기상 성분을 생성하고, 열분해 잔유물은 다음 단계인 부분산화/연소부인 제 2 반응부(230)로 이송된다. 제 2 반응부(230)에서는 가열장치로 가열되고 동시에 산화제를 공급하여 열분해 잔유물을 부분산화/연소하면서 반응온도를 600℃ 이상 고온을 유지하면서 합성가스(CO, H2, CH4 등) 및 부분산화 및 연소 잔유물을 생산하게 된다. 이때 열분해 잔유물에 함유된 고상(char)을 산화하여 최종적으로 배출되는 부분산화 및 연소 잔유물의 탄소함량을 10% 미만으로 유지하게 된다.
이때 제 2 반응부(230)에서 생성되는 고온의 합성가스는 제 1 반응부(220)를 통과하면서 열분해에 필요한 에너지를 공급하여 총 소요에너지를 절감해 준다.
또는 제 1 반응부(220)에 간접가열부(예를 들면, 스토커 아래 공간이 간접 가열부가 될 수 있음)가 제공될 경우, 제 2 반응부(230)에서 생성되는 고온의 합성가스가 제 1 반응부(220)의 간접가열부에 투입되어 간접가열하거나 또는 직접가열장치를 사용하여 완전연소/부분산화하면서 제 1 반응부(220)의 열분해에 필요한 에너지를 공급하여 총 소요에너지를 절감해 준다. 이때 발생되는 배가스의 일부는 스토커 사이를 통과하여 제 1 반응부 내부로 이동하여 가연성 물질을 가열하고 열분해 가스와 같이 배출되기도 하며, 일부는 외부로 배출되기도 한다. 외부로 배출되는 경우 유인 송풍기(도시 안됨)에 의해 유량의 제어가 수행된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(300)의 제 1 실시예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(300)의 제 2 실시예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(300)의 제 3 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(300)는 가연성 물질을 공급하는 공급부(310), 공급부(310)로부터 이송되는 가연성 물질을 건조, 예열 또는 열분해하여 제 1 기상 성분 및 제 1 열분해 잔류물을 생성하는 제 1 반응부(320); 및 제 1 반응부(220)로부터 이송되는 제 1 열분해 잔류물을 건조, 예열 또는 열분해하여 제 2 기상 성분 및 제 2 열분해 잔류물을 생성하는 제 2 반응부(330);를 포함한다.
공급부(310)는 제 1 실시예의 공급부(110)와 동일한 기능을 수행함으로 그 설명은 생략하기로 한다. 제 1 반응부(320)는 제 2 실시예의 제 1 반응부(220)와 동일한 기능을 수행함으로 그 설명은 생략하기로 한다.
제 2 반응부(330)는 제 1 반응부(320)로부터 이송되는 제 1 열분해 잔류물을 도입하여 제 1 열분해 잔류물을 600℃ 이상의 온도에서 약 10분 이상 고온 열분해를 진행하여 제 2 기상 성분 및 제 2 열분해 잔류물을 생성하는 역할을 한다.
이때, 제 1 반응부(320)는 평행 이동 가능한 다수의 계단으로 형성되어 내부에서 생성된 물질이 스토커식으로 이동하게 된다. 한편, 제 2 반응부(330)는 로터리킬른으로 이루어져 있으며, 킬른의 회전 운동에 의해 내부의 생성 물질이 이동하게 된다. 그 결과 제 2 열분해 잔류물은 배출부(340)로 통하여 외부로 배출되게 된다. 이와 같이, 제 1 반응부(320) 및 제 2 반응부(330)를 통해 수행되는 저온열분해 및 고온열분해가 이루어지는 과정이 다수의 계단의 평행 이동 및 킬른의 회전운동에 의해 순차적이고, 연속적으로 이루어질 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 2단계 열분해 가스화 장치(300)는 제 2 반응부(330)로부터 이송되는 제 2 열분해 잔류물을 배출하는 배출부(340)를 더 포함할 수 있다. 이때 배출부(340)에는 재(ash)로 이루어진 제 2 열분해 잔류물이 배출되게 된다.
한편, 제 1 반응부(320)의 상부 및 하부에는 복수의 가열장치가 제공되어 제 1 반응부(320)를 가열할 수 있으며, 제 2 반응부(330)의 입구 및 출구 중 어느 하나 이상에는 복수의 가열장치가 제공되어 제 2 반응부(330)를 가열할 수 있으며, 제 1 반응부(320) 및 제 2 반응부(330) 중 어느 하나 이상에는 산화제 공급장치가 제공되어 공기, 산소 및 스팀 중 어느 하나 이상을 공급할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제 1 반응부(320)의 하부에 제 1 가열장치(322) 및 제 1 반응부(320)의 상부에 제3 가열장치(324)가 제공되고, 제 2 반응부(330)의 출구측에 제 2 가열장치(332) 및 산화제공급장치(380)가 제공된 상태를 도시한다.
상기 가열장치들은 공기, 산소, 스팀, 및 가스 연료를 이용하는 버너 또는 플라즈마 발생장치 등을 이용할 수 있으며, 제 1 반응부(320) 및 제 2 반응부(330)를 기설정된 온도에 따라 가열하는 역할을 한다. 산화제공급장치(380)는 제 2 반응부(330)에 공기, 산소 및 스팀 중 어느 하나 이상을 공급하며 제 2 반응부(330)의 입구 및 출구 중 어느 하나 이상에 배치될 수 있다. 한편, 이러한 스팀, 산소 및 공기의 공급량은 그 내부에 있는 물질의 성상에 따라 조절이 가능하다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 반응부(320)에서 생성된 제 1 열분해 잔류물은 제 2 반응부(330)로 이송되고, 제 2 반응부(330)에서 생성되는 제 2 기상 성분은 제 1 반응부(320) 내부로 공급되어 제 1 반응부(320)를 추가적으로 가열하게 되고 열분해에 필요한 에너지를 공급하게 되므로 전체 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.
도 8을 참조하면, 제 1 반응부(320)의 하부에 제 1 가열장치(322) 및 제 1 반응부(320)의 상부에 제3 가열장치(324)가 제공되고, 제 2 반응부(330)의 출구측에 제 2 가열장치(332) 및 산화제공급장치(380)가 제공된 상태를 도시한다. 또한, 제 1 반응부(320)로부터 배출되어 제 2 반응부(330)로 이송되는 열분해 잔류물 중 고상 성분만 통과되고 기상 성분은 통과되지 못하도록 그 이동을 분리하는 차폐 장치(390)가 더 설치되어 있다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 반응부(320)에서 생성된 제 1 열분해 잔류물은 제 2 반응부(330)로 이송되고, 제 2 반응부(330)에서 생성되는 제 2 기상 성분은 제 2 반응부(330)의 입구측에서 외부로 배출되어 제 1 반응부(320)의 하부로 유입되어 제 1 반응부(220)의 열분해에 필요한 열량을 공급하게 되며, 또는 제 1 반응부(320)로 투입될 수 있게 된다. 이때, 제 2 기상 성분의 일부 또는 전부가 외부로 배출될 수 있으며, 배출된 제 2 기상 성분의 일부 또는 전부가 제 1 반응부(320)의 하부로 유입될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제 1 반응부(320)의 하부에 제 1 가열장치(322) 및 제 1 반응부(320)의 상부에 제3 가열장치(324)가 제공되고, 제 2 반응부(330)의 입구측에 제 2 가열장치(332)가 제공되고, 제 2 반응부(330)의 출구측에 산화제공급장치(380)가 제공된 상태를 도시한다. 또한, 제 1 반응부(320)로부터 배출되어 제 2 반응부(330)로 이송되는 열분해 잔류물 중 고상 성분만 통과되고 기상 성분은 통과되지 못하도록 그 이동을 분리하는 차폐 장치(390)가 더 설치되어 있다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 반응부(320)에서 생성된 제 1 열분해 잔류물은 제 2 반응부(330)로 이송되고, 제 2 반응부(330)에서 생성되는 제 2 기상 성분은 제 2 반응부(330)의 출구 상부측에서 외부로 배출되어 제 1 반응부(320)의 하부로 유입되어 제 1 반응부(220)의 열분해에 필요한 열량을 공급하게 되며, 또는 제 1 반응부(320)로 투입될 수 있게 된다. 이때, 제 2 기상 성분의 일부 또는 전부가 외부로 배출될 수 있으며, 배출된 제 2 기상 성분의 일부 또는 전부가 제 1 반응부(320)의 하부로 유입될 수 있다.
도 8과 도 9의 차이는 제 2 가열장치(332)의 위치에 따라 제 2 기상 성분의 배출되는 위치가 다른 것이나, 그 활용 공정은 동일함을 유의한다. 제 1 기상 성분 및 제 2 기상 성분의 유량의 제어는 외부의 유인 송풍기(도시 안됨)을 통하여 가능하다.
이러한 상술된 구성들에 의한 작용을 간단히 요약하면 다음과 같다. 공급부(310)를 통하여 가연성 물질이 저온열분해부인 제 1 반응부(320)에 투입된다. 제 1 반응부(320)에서 가연성 물질은 300℃ 내지 600℃까지 가열되면서 수분 제거, 예열, 저온열분해하여 기화되는 물질을 선택적으로 분리하여 기상 성분을 생성하고, 제1 열분해 잔유물은 다음 단계인 고온열분해부인 제 2 반응부(330)로 이송된다. 제 2 반응부(330)에서는 열분해 잔유물을 600℃ 이상의 온도에서 가열하면서 열분해하여 합성가스(CO, H2, CH4 등) 및 제2 열분해 잔유물을 생산하게 된다. 이때 제 2 반응부(330)에서 배출하는 열분해 잔류물은 탄화물 형태로 배출된다.
이때 제 2 반응부(330)에서 생성되는 고온의 합성가스는 제 1 반응부(320)를 통과하면서 열분해에 필요한 에너지를 공급하여 총 소요에너지를 절감해 준다.
또는 제 1 반응부(320)에 간접가열부(예를 들면, 스토커 아래 공간이 간접 가열부일 수 있음)가 제공될 경우, 제 2 반응부(330)에서 생성되는 고온의 합성가스가 제 1 반응부(320)의 간접가열부에 투입되어 간접가열하거나 또는 직접가열장치를 사용하여 완전연소/부분산화하면서 제 1 반응부(320)의 열분해에 필요한 에너지를 공급하여 총 소요에너지를 절감해 줄 수 있음을 물론이다. 이때 발생되는 배가스의 일부는 스토커 사이를 통과하여 제 1 반응부 내부로 이동하여 가연성 물질을 가열하고 열분해 가스와 같이 배출되기도 하며, 일부는 외부로 배출되기도 한다. 외부로 배출되는 경우 유인 송풍기(도시 안됨)에 의해 유량의 제어가 수행된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 4 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(400)의 제 1 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(400)는 가연성 물질을 공급하는 공급부(410), 공급부(410)로부터 이송되는 가연성 물질을 건조, 예열 또는 열분해하여 제 1 기상 성분 및 제 1 열분해 잔류물을 생성하는 제 1 반응부(420); 및 제1반응부(420)로부터 이송되는 제 1 열분해 잔류물을 i)부분산화 및 연소시켜 제 2 기상 성분 및 부분산화 및 연소 잔류물을 생성하거나, ii) 건조, 예열 또는 열분해하여 제2기상 성분 및 제 2 열분해 잔류물을 생성할 수 있는 제 2 반응부(430);를 포함한다. 또한 제 2 반응부(430)로부터 이송되는 잔류물을 배출할 수 있는 배출부(440)를 더 포함할 수 있다.
공급부(410)는, 제 1 반응부(420), 제 2 반응부(430) 및 배출부(440)는 상술된 제 1 실시예, 제 2 실시예 및 제 3 실시예의 공급부, 제 1 반응부, 제 2 반응부 및 배출부와 동일한 기능을 수행함으로 그 설명은 생략하기로 한다.
다만, 도 10에 있어서, 제 3 실시예와 상이한 점은, 제 1 반응부(420)는 로터리킬른으로 이루어져 있으며, 킬른은 입구과 출구 사이에 일정 각도의 경사를 가지고 있어서, 킬른의 회전 운동에 의해 내부의 생성 물질이 이동하게 되며, 제 2 반응부(430)는 평행 이동 가능한 다수의 계단으로 형성되어 내부에서 생성된 물질이 스토커(Stoker)식으로 이동하게 되어 제 2 열분해 잔류물은 배출부(440)로 통하여 외부로 배출되게 된다는 점이다. 한편, 각 열분해 가스화 과정은 킬른의 회전 운동 및 다수의 계단의 평행 이동에 의해 순차적이고, 연속적으로 이루어진다.
이때, 제 1 반응부(320) 및 제 2 반응부(330)를 통해 수행되는 열분해 가스화 방식은 제 1 실시예와 같이 "열분해+부분산화/연소" 공정이 수행될 수 있으며, 제 2 실시예와 같이 "저온열분해+부분산화/연소"공정이 수행될 수 있으며, 제 3 실시예와 같이 "저온열분해+부분산화/연소" 공정이 수행될 수도 있음을 유의한다. 또한 상술된 제 1 실시예, 제 2 실시예, 제 3 실시예에서 언급된 모든 구성 요소들이 추가적으로 더 포함되어 제2, 제3, 제 4 실시예를 실현할 수 있음은 물론이다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예, 제 2 실시예, 제 3 실시예에 따르면 가연성물질의 종류에 따라 또한 원하는 생성 물질의 종류에 따라 적용 공정을 다양하게 설정할 수 있다. 예를 들면 건설폐기물, 생활폐기물, 등과 같이 저온열분해를 통한 액상 연료 생산이 가능한 물질의 함유량이 낮은 경우에는 저온열분해가 필요하지 않을 수 도 있다. 생활계 폐기물과 같이 저온열분해 성분이 부족하나 발열량은 높아 합성가스 생산이 가능할 경우에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 "열분해+부분산화/연소" 공정의 적용이 가능하다. 또한, 플라스틱류, 폐타이어, 고무류, 등 같은 경우 저온열분해를 통해 액상연료를 생산하고 배출되는 잔유물에 포함된 카본 함유량을 줄이기 위해서는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 "저온열분해+부분산화/연소" 공정을 적용할 수 있다. 또한, 폐타이어 같은 가연성 물질의 경우 저온열분해를 통해 액상 연료를 생산하고 저온열분해 잔유물은 고온열분해를 통해 기상 연료를 생산하고 배출되는 고상(char)을 다른 산업용으로 활용하기 위해서는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 "저온열분해+고온열분해" 공정을 적용할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 2단계 열분해 가스화 장치를 사용하여 열분해 가스화를 실험한 결과에 대하여 살펴보기로 한다. 도 22 내지 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 장치(200)를 사용한 열분해 가스화 실험 결과이다.
*도 22는 2단 열분해 가스화 장치(도 5 참조)에서 제 1 기상 성분 및 제 2 기상 성분이 제 1 반응부 상부에서 배출되어 개질부에서 고온 개질된 합성가스의 성분(수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소, 메탄) 및 합성가스의 고위발열량을 나타낸 그래프이다.
도 23은 제 1 반응부로 투입하는 시간에 따른 폐기물 투입량(Waste Input), 제 2 반응부에서 배출되는 부분산화 및 연소 잔유물 중 카본 성분(Ignition Loss), 제 1 기상 성분 및 제 2 기상 성분을 고온에서 개질한 합성가스의 고위발열량(Syngas HHV)을 나타낸 그래프이다.
도 24는 제 1 반응부로 투입하는 시간에 따른 폐기물 투입량, 제 2 반응부에서 배출되는 부분산화 및 연소 잔유물 중 카본 성분, 제 1 반응부 및 제 2 반응부를 가열하기 위해 버너에 공급한 가스 연료 대비 초과 산소비를 나타낸 그래프이다. 여기서 초과 산소비란 버너에 공급한 산소량을 버너에 공급한 가스연료를 완전 연소시키기에 필요한 산소량으로 나눈 값이다. 이 값이 2 라는 의미는 완전연소를 위해 필요한 산소량의 2배의 산소를 공급하였다는 의미이다.
실험 조건을 살펴보면, 가연성 물질은 RPF를 사용하였고, 열분해부인 제 1 반응부(220)의 온도는 400℃ 내지 600℃로 유지하였고, 부분산화/연소부인 제 2 반응부(230)의 온도는 800℃ 이상을 유지하였다. 이러한 온도를 유지하기 위해 가열장치를 제 1 반응부(220)의 상부 및 하부, 제 2 반응부(230)의 상부 및 하부에 각각 설치하였다. 또한, 산화제 공급 장치를 설치하여 제 2 반응부(230)에 추가적인 산소를 공급하여 제 2 반응부(230)의 반응조건을 부분산화 또는 완전연소 조건으로 운전하였다.
도 21 내지 도 24를 참조하면, RPF가 제 1 반응부(220)를 통과하면서 열분해 기상 성분은 개질부로 배출되고 감량화된 고상성분 잔유물은 제 2 반응부(230)로 이송되면서 제 2 반응부(230) 하부에 설치된 가열장치로부터 보조연료는 최소한으로 하고 부분산화/연소에 필요한 유량만큼의 산소를 공급하므로, 같은 냉가스 효율에서 보다 적은 열량으로 고발열량의 합성가스를 생산하는 열분해 가스화가 가능하였음을 알 수 있다.
이하, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 방법에 대하여 설명하면 아래와 같다. 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 방법은 (a) 가연성 물질을 공급하는 단계; (b) 상기 가연성 물질을 제 1 반응부로 도입하고 건조, 예열 또는 열분해하여 제 1 기상 성분 및 열분해 잔류물을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 열분해 잔류물을 제 2 반응부로 도입하고 부분산화 및 연소시켜 제 2 기상 성분 및 부분산화 및 연소 잔류물을 생성하는 단계;를 포함하고, 상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계에서 생성되는 물질들의 이동 수단은 로터리 킬른식, 스크류식 및 스토커식 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 그리고 제 1 반응부 및 제 2 반응부 중 어느 하나 이상에는 버너 또는 플라즈마 발생장치 등의 복수의 가열장치를 제공되어 각 단계에서 기 설정된 온도에 따라 제 1 반응부 및 제 2 반응부를 가열할 수 있으며, 제 1 반응부 및 제 2 반응부 중 어느 하나 이상에는 산화제 공급장치가 제공되어 공기, 산소 및 스팀 중 어느 하나 이상을 공급할 수 있다. 이때, 산화제 공급량은 그 내부에 있는 물질의 성상에 따라 조절이 가능하다.
(a) 단계에서는 다양한 종류의 폐기물을 호퍼(hopper)와 같은 장치를 통하여 제 1 반응부로 공급한다. 이때, 공급되는 폐기물들은 열분해의 효율을 높이기 위하여 약 1~10 cm의 크기를 갖는 분쇄물 형태로 제공하는 것이 바람직하나, 더 큰 크기로 공급할 수 있으며 이는 각 단계에서의 체류시간에 따라 조정이 가능하다.
(b) 단계에서는 가연성 물질을 열분해할 수 있는 조건으로 운전하고 동시에 가연성 물질에 염소, 황 및 브롬과 같은 유해 성분이 함유되어 있을 경우 이를 실질적으로 저감시켜, 염소 및 브롬과 같은 할로겐 성분이 바람직하게는 약 90% 이상, 보다 바람직하게는 약 95% 이상 제거될 수 있는 조건 하에서 가연성 물질을 가열하여 건조, 예열, 또는 열분해한다.
(c) 단계에서는 제 1 반응부로부터 이송되는 열분해 잔류물을을 도입하여 약 600℃ 이상의 온도에서 부분산화 및 연소시켜 제 2 기상 성분 및 부분산화 및 연소 잔류물을 생성하게 된다. 이때 부분산화 및 연소 잔류물은 주로 재(ash)로 이루어지게 되며, 배출부를 통하여 외부로 배출되게 된다.
이때, 제 1 실시예의 경우에는, 제 1 반응부 및 제 2 반응부가 모두 로터리킬른으로 이루어져 서로 연결되어 있으며, 킬른은 입구과 출구 사이에 일정 각도의 경사를 가지고 있어서, 킬른의 회전 운동에 의해 내부의 생성 물질이 이동하게 된다.
그리고 (b) 단계에서, 상기 제 1 반응부는 300℃ 내지 800℃의 온도에서 상기 가연성 물질을 열분해하게 되며, (c) 단계에서, 상기 제 2 반응부는 700℃ 이상의 온도에서 상기 열분해 잔류물을 부분산화 및 연소시키게 된다.
이때, 제 2 실시예의 경우에는, 제 1 반응부 및 제 2 반응부는 평행 이동 가능한 다수의 계단으로 형성되어 내부에서 생성된 물질이 스토커(Stoker)식으로 이동하게 된다.
그리고, (b) 단계에서, 상기 제 1 반응부는 300℃ 내지 600℃의 온도에서 상기 가연성 물질을 저온 열분해하며, (c) 단계에서, 상기 제 2 반응부는 600℃ 이상의 온도에서 상기 열분해 잔류물을 부분산화 및 연소시키게 된다.
바람직하게는, 제 2 기상 성분이 제 1 반응부 내부로 공급되어 상기 제 1 반응부를 추가적으로 가열할 수 있다. 즉, 제 1 반응부에서 생성된 열분해 잔류물은 제 2 반응부로 이송되고, 제 2 반응부에서 생성되는 제 2 기상 성분은 제 2 반응부의 입구측(이동 수단이 스토커식인 경우에는 상부측)에서 배출되어 제 1 반응부의 출구(이동 수단이 스토커식인 경우에는 하부측)를 통해 제 1 반응부 내부로 공급되어 제 1 반응부를 추가적으로 가열하게 되고, 그로 인해 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.
바람직하게는, 제 2 기상 성분이 제 2 반응부의 입구 또는 출구(이동 수단이 스토커식인 경우에는 상부 또는 하부)에서 외부로 배출되어 제 1 반응부 하부의 간접가열부에 공급되면서 상기 제 1 기상 성분을 가열 개질하여 합성 가스로 전환시킬 수 있다. 즉, 제 2 반응부에서 생성되는 제 2 기상 성분은 제 2 반응부의 입구측 또는 출구측에서 외부로 배출되어 제 1 반응부 하부의 간접가열부로 공급되면서 제 1 반응부에서 배출되는 제 1 기상 성분을 가열 개질하여 합성 가스로 전환시키게 되며, 그로 인해 에너지 효율을 높일 수 있게 된다. 이때, 제 2 기상 성분의 일부 또는 전부가 외부로 배출될 수 있으며, 배출된 제 2 기상 성분의 일부 또는 전부가 제 1 반응부 하부로 유입될 수 있다.
한편, 제 1 기상 성분 및 제 2 기상 성분의 유량의 제어는 외부의 유인 송풍기(도시 안됨)을 통하여 가능하다. 이때 필요에 의하여, 제 1 반응부로부터 배출되어 제 2 반응부로 이송되는 열분해 잔류물 중 고상 성분만 통과되고 기상 성분은 통과되지 못하도록 그 이동을 분리하는 차폐 장치를 더 형성할 수 있음을 물론이다.
바람직하게는, 제 1 반응부 하부에는 상기 제 1 반응부를 간접 가열하는 간접가열부가 제공되며, 그리고 상기 제 2 기상 성분이 상기 간접가열부로 공급되어 상기 제 1 반응부를 간접 가열할 수 있다. 제 2 반응부에서 생성되는 제 2 기상 성분은 제 2 반응부의 입구측(이동 수단이 스토커식인 경우에는 상부측)에서 외부로 배출되어 간접가열부로 이송되면서 제 1 반응부를 간접 가열하게 된다. 이때, 간접가열부는 별도의 직접가열장치를 이용하여 간접가열부를 추가로 가열하거나, 또는 유입되는 제 2 기상 성분이 공기 또는 산소와 혼합되어 완전 연소됨으로써 제 1 반응부를 간접 가열할 수 있다. 이때, 제 2 기상 성분의 일부 또는 전부가 외부로 배출될 수 있다. 제 1 기상 성분 및 제 2 기상 성분의 유량의 제어는 외부의 유인 송풍기(도시 안됨)을 통하여 가능하다.
또한 필요에 의하여, 제 1 반응부로부터 배출되어 제 2 반응부로 이송되는 열분해 잔류물 중 고상 성분만 통과되고 기상 성분은 통과되지 못하도록 그 이동을 분리하는 차폐 장치를 더 형성할 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 방법에 대하여 설명하면 아래와 같다. 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 방법은 (a) 가연성 물질을 공급하는 단계; (b) 상기 가연성 물질을 제 1 반응부로 도입하고 건조, 예열 또는 열분해하여 제 1 기상 성분 및 제 1 열분해 잔류물을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 열분해 잔류물을 제 2 반응부로 도입하고 건조, 예열 또는 열분해하여 제 2 기상 성분 및 제 2 열분해 잔류물을 생성하는 단계;를 포함하며, 이때 (b) 단계에서 생성되는 물질들의 이동 수단은 스토커식으로 이루어지고 (c) 단계에서 생성되는 물질들의 이동 수단을 로터리 킬른식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 그리고 제 1 반응부 및 제 2 반응부에는 버너 또는 플라즈마 발생장치 등의 복수의 가열장치를 제공되어 각 단계에서 기설정된 온도에 따라 제 1 반응부 및 제 2 반응부를 가열할 수 있으며, 제 1 반응부 및 제 2 반응부 중 어느 하나 이상에는 산화제 공급장치가 제공되어 공기, 산소 및 스팀 중 어느 하나 이상을 공급할 수 있다. 이때, 공급량은 그 내부에 있는 물질의 성상에 따라 조절이 가능하다.
제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 방법은 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 방법과 비교했을 때, 1) 제 1 반응부에서 저온열분해가 수행되고 제 2 반응부에서 고온열분해가 수행된다는 점, 2) 제 1 반응부에서 생성되는 물질들의 이동 수단이 스토커식이고 제 2 반응부에서 생성되는 물질들의 이동 수단이 로터리 킬른식이라는 점을 제외하고는 모두 동일하므로 동일한 단계에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 방법은 (b) 단계에서, 제 1 반응부는 300℃ 내지 600℃의 온도에서 상기 가연성 물질을 저온 열분해하며, 그리고 (c) 단계에서, 제 2 반응부는 600℃ 이상의 온도에서 상기 열분해 잔류물을 고온 열분해하는 것을 특징으로 한다.
이러한 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 방법은, 폐타이어 같은 가연성 물질의 경우 저온열분해를 통해 액상 연료를 생산하고, 저온 열분해 잔유물은 고온열분해를 통해 기상 연료를 생산하고, 배출되는 고상(char)을 다른 산업용으로 활용하기 위해서 적합한 방법이다. 또한, 제 1 반응부에서 생성되는 물질들의 이동 수단이 스토커식이고 제 2 반응부에서 생성되는 물질들의 이동 수단이 로터리 킬른식이다.
제 1 실시예에 따른 단계 열분해 가스화 방법은 제 1 반응부 및 제 2 반응부가 모두 로터리 킬른식이고, 제 2 실시예에 따른 단계 열분해 가스화 방법은 제 1 반응부 및 제 2 반응부가 모두 스토커식이지만, 제 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 방법은 저온열분해 및 고온열분해를 수행하기 위해 스토커식 및 로터리 킬른식을 사용할 수 있다.
이상과 같이 제 1, 2, 3 실시예의 2단계 열분해 가스화를 수행하기 위해 제 1 및 제 2 반응부의 물질 이동 수단으로 각각 로터리킬른+로터리킬른, 스토커+스토커, 스토커+로터리킬른 방식을 적용하였다.
그러나 이러한 제 1, 2, 3 실시예에 따른 2단계 열분해 가스화 방법을 위한 물질 이동 수단(즉 반응부 형태)은 열분해 가스화 방식과 독립적으로 선정될 수 있다. 즉, 2단 열분해 가스화 방법 "열분해+부분산화/연소" "저온열분해+부분산화/연소" "저온열분해+고온열분해" 과는 독립적으로 제 1, 2, 3 실시예를 위한 물질 이동 수단은 로터리킬른+로터리킬른, 스토커+스토커, 스토커+로터리킬른, 로터리킬른+스토커의 4가지 중에서 선정 적용할 수 있으며, 이러한 2단계 열분해 가스화 방법에 따른 각 반응부에서의 열분해 및 가스화 조건은 제 1 반응부 및 제 2 반응부의 운전 조건을 적절하게 조절하므로 적용 가능함을 유의한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
Claims (20)
- 가연성 물질을 공급하는 공급부;
상기 공급부로부터 이송되는 상기 가연성 물질을 건조, 예열 또는 열분해하여 제 1 기상 성분 및 열분해 잔류물을 생성하기 위하여 800℃ 미만의 저온상태를 유지하는 제 1 반응부; 및
상기 제 1 반응부로부터 이송되는 상기 열분해잔류물을 산화반응 또는 고온 환원반응하여 제 2 기상 성분 및 제 2 열분해 잔류물을 생성하기 위하여 800℃ 이상의 고온상태를 유지하는 제 2 반응부;
상기 제 1 반응부 및 상기 제 2 반응부에서 생성되는 물질들의 이동 수단은 로터리 킬른식, 스크류식 및 스토커식 중 어느 하나 이상으로 이루어지며,
상기 제 1 반응부 및 상기 제 2 반응부의 출구 및 입구 중 어느 하나 이상, 또는 상부 및 하부 중 어느 하나 이상에는 복수의 직접가열장치가 제공되고, 상기 제 1 반응부 및 상기 제 2 반응부의 출구단에는 산화제 공급장치가 제공되어 공기, 산소 및 스팀 중 어느 하나 이상을 공급하는 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제 2 반응부는 상기 제 1 반응부에서 배출되는 고상(char)을 공급받아 공급되는 산화제에 의해 상기 산화반응을 하여 모든 고상(char)이 부분산화 또는 완전 연소되고,
상기 제 2 반응부에서 배출되는 재(ash)에는 탄소 함량을 감소시키는 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제 2 반응부는 상기 제 1 반응부에서 배출되는 고상(Char)을 공급받아 외부에서 공급되는 열에 의해 상기 환원반응을 하고,
그에 따라 고상(Char)에 포함된 산화물의 일부가 환원이 되어 금속으로 전환되어 상기 금속 중 기화 온도가 낮은 금속이 상기 제 2 반응기 외부로 배출됨으로써 상기 고상(char)에 남아있는 불순물이 줄어들어 고상(char)의 순도가 높아지는 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제 2 반응부에서 생성되는 제 2 기상 성분이 상기 제 2 반응부의 출구 및 입구 중 어느 하나 이상, 또는 상부 및 하부 중 어느 하나 이상에서 배출되어 상기 제 1 반응부에서 배출되는 제 1 기상 성분을 가열 개질하여 합성 가스로 전환시키는 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 2단 열분해 가스화 장치는 제 1 반응부를 간접 가열하는 간접가열부를 더 포함하고, 그리고
상기 제 2 반응부에서 생성되는 제 2 기상 성분이 상기 간접가열부로 공급되어 상기 제 1 반응부를 간접 가열하거나 또는 상기 간접가열부를 가열하는 복수의 직접가열장치를 이용하여 상기 간접가열부를 추가로 가열하는 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 2단 열분해 가스화 장치는, 상기 제 1 반응부로부터 상기 제 2 반응부로 이송되는 상기 열분해 잔류물 중 기체 성분의 이동을 방지할 수 있도록 상기 제 1 반응부와 상기 제 2 반응부 사이에 배치되는 차폐 장치를 더 포함하고,
상기 제 2 반응부에서 생성되는 제 2 기상 성분이 상기 제 1 반응부의 하단부측으로 공급됨과 동시에 상기 제 1 반응부로부터 상기 제 2 반응부로의 상기 제 2 기상 성분의 유동을 방지함에 따라 완전연소를 지원하는 상기 차폐장치에 의해 상기 제 1 반응부를 추가적으로 가열함으로써 열분해에 필요한 에너지를 공급하게 되어 전체 에너지 효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 직접가열장치는 공기, 산소, 스팀, 및 가스 연료를 이용하는 버너 또는 플라즈마 발생장치인 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 반응부는 300℃ 내지 800℃의 온도에서 상기 가연성 물질을 열분해하며, 상기 제 2 반응부는 700℃ 이상의 온도에서 상기 열분해 잔류물을 부분산화 및 연소시키는 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 반응부는 300℃ 내지 600℃의 온도에서 상기 가연성 물질을 저온 열분해하며, 상기 제 2 반응부는 600℃ 이상의 온도에서 상기 열분해 잔류물을 부분산화 및 연소시키는 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 반응부는 300℃ 내지 600℃의 온도에서 상기 가연성 물질을 저온 열분해하며, 상기 제 2 반응부는 600℃ 이상의 온도에서 상기 열분해 잔류물을 고온 열분해하는 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화제 공급장치는 외부에서 상기 제 1 반응부 또는 상기 제 2 반응부 내부로 삽입되는 렌스(lance)로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 반응부 또는 상기 제 2 반응부에는 그 내벽의 둘레에 복수의 홀이 형성되고, 그리고
상기 산화제 공급장치는 상기 홀을 통해 상기 제 1 반응부 또는 상기 제 2 반응부 내부에 산화제를 공급하는 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 반응부 또는 상기 제 2 반응부에는 그 내벽의 둘레에 복수의 홀이 형성되고, 상기 복수의 홀이 형성된 상기 제 1 반응부 또는 상기 제 2 반응부의 외벽을 둘러싸도록 제공되는 원통형의 부재를 포함하고, 그리고
상기 산화제 공급장치는 상기 홀을 통해 상기 제 1 반응부 또는 상기 제 2 반응부 내부에 산화제를 공급하는 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 장치.
- (a) 가연성 물질을 공급하는 단계;
(b) 공급부로부터 이송되는 상기 가연성 물질을 건조, 예열 또는 열분해하여 제 1 기상 성분 및 열분해 잔류물이 800℃ 미만의 저온상태를 유지하는 제 1 반응부에 의해 생성되는 단계; 및
(c) 상기 제 1 반응부로부터 이송되는 상기 열분해잔류물을 산화반응 또는 고온 환원반응하여 제 2 기상 성분 및 제 2 열분해 잔류물이 800℃ 이상의 고온상태를 유지하는 제 2 반응부에 의해 생성되는 단계;를 포함하고,
상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계에서 생성되는 물질들의 이동 수단은 로터리 킬른식 및 스토커식 중 어느 하나 이상으로 이루어지고,
상기 제 2 반응부의 출구단에는 산화제 공급장치가 제공되어 공기, 산소 및 스팀 중 어느 하나 이상을 공급하는 것을 특징으로 하는,
2단 열분해 가스화 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 제 2 기상 성분이 상기 제 2 반응부의 입구 또는 출구에서 배출되어 상기 제 1 반응부에 공급되면서 상기 제 1 기상 성분을 가열 개질하여 합성 가스로 전환시키는 것을 특징으로 하는,
2단계 열분해 가스화 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 제 1 반응부에는 상기 제 1 반응부를 간접 가열하는 간접가열부가 제공되며, 그리고 상기 제 2 기상 성분이 상기 간접가열부로 공급되어 상기 제 1 반응부를 간접 가열하거나 또는 상기 간접가열부를 가열하는 복수의 직접가열장치를 이용하여 상기 간접가열부를 추가로 가열하는 것을 특징으로 하는,
2단계 열분해 가스화 방법.
- 제14항, 제16항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계 중 어느 하나 이상에 스팀, 산소, 공기 중 어느 하나 이상을 공급하는 것을 특징으로 하는,
2단계 열분해 가스화 방법.
- 제14항, 제16항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 제 1 반응부는 300℃ 내지 800℃의 온도에서 상기 가연성 물질을 열분해하며, 그리고
상기 (c) 단계에서, 상기 제 2 반응부는 700℃ 이상의 온도에서 상기 열분해 잔류물을 부분산화 및 연소시키는 것을 특징으로 하는,
2단계 열분해 가스화 방법.
- 제14항, 제16항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 제 1 반응부는 300℃ 내지 600℃의 온도에서 상기 가연성 물질을 저온 열분해하며, 그리고
상기 (c) 단계에서, 상기 제 2 반응부는 600℃ 이상의 온도에서 상기 열분해 잔류물을 부분산화 및 연소시키는 것을 특징으로 하는,
2단계 열분해 가스화 방법.
- 제14항, 제16항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 제 1 반응부는 300℃ 내지 600℃의 온도에서 상기 가연성 물질을 저온 열분해하며, 그리고
상기 (c) 단계에서, 상기 제 2 반응부는 600℃ 이상의 온도에서 상기 열분해 잔류물을 고온 열분해하는 것을 특징으로 하는,
2단계 열분해 가스화 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130074931A KR101397378B1 (ko) | 2013-06-27 | 2013-06-27 | 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130074931A KR101397378B1 (ko) | 2013-06-27 | 2013-06-27 | 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100086093A Division KR20120022480A (ko) | 2010-09-02 | 2010-09-02 | 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130082131A true KR20130082131A (ko) | 2013-07-18 |
| KR101397378B1 KR101397378B1 (ko) | 2014-05-19 |
Family
ID=48993545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130074931A KR101397378B1 (ko) | 2013-06-27 | 2013-06-27 | 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101397378B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101471070B1 (ko) * | 2013-09-16 | 2014-12-09 | 한국기계연구원 | 플라즈마 반응을 이용한 순환형 가스연료 개질기 |
| KR20160077345A (ko) * | 2014-12-22 | 2016-07-04 | 주식회사 포스코 | 배소 장치 및 염화철 배소 방법 |
| WO2023075432A1 (en) * | 2021-10-27 | 2023-05-04 | Sk Innovation Co., Ltd. | Pyrolysis method of waste plastics using batch reactor |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018084330A1 (ko) * | 2016-11-01 | 2018-05-11 | 주식회사 이엠이노베이션 | 연속식 열분해 장치 및 열분해 방법 |
| KR102177810B1 (ko) | 2018-11-26 | 2020-11-12 | 한국생산기술연구원 | 열매체 및 가스 순환형 열분해 시스템 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0533916A (ja) * | 1991-07-29 | 1993-02-09 | Nippon Steel Corp | ロータリキルンによる廃棄物処理方法および廃棄物処理用ロータリキルン |
| SG68092A1 (en) * | 1998-02-20 | 1999-10-19 | Meidensha Electric Mfg Co Ltd | Process and system for treating material containing noxious components |
| JP2001129511A (ja) | 1999-11-05 | 2001-05-15 | Katsuyuki Ogawa | 焼却灰の処理装置 |
| JP4267801B2 (ja) | 2000-06-06 | 2009-05-27 | 三井造船株式会社 | 廃棄物の破砕供給システム |
-
2013
- 2013-06-27 KR KR1020130074931A patent/KR101397378B1/ko active IP Right Grant
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101471070B1 (ko) * | 2013-09-16 | 2014-12-09 | 한국기계연구원 | 플라즈마 반응을 이용한 순환형 가스연료 개질기 |
| KR20160077345A (ko) * | 2014-12-22 | 2016-07-04 | 주식회사 포스코 | 배소 장치 및 염화철 배소 방법 |
| WO2023075432A1 (en) * | 2021-10-27 | 2023-05-04 | Sk Innovation Co., Ltd. | Pyrolysis method of waste plastics using batch reactor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101397378B1 (ko) | 2014-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Agon et al. | Plasma gasification of refuse derived fuel in a single-stage system using different gasifying agents | |
| JP6088502B2 (ja) | 水素及び炭素含有生成物を並列的に製造方法 | |
| US11248184B2 (en) | Gasification system | |
| JP5521187B2 (ja) | 廃棄物をガス化する可燃ガス生成装置および可燃ガス製造方法 | |
| US20090293360A1 (en) | High temperature reformer | |
| KR101397378B1 (ko) | 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법 | |
| JP2003504454A5 (ko) | ||
| WO2007081296A1 (en) | Downdraft/updraft gasifier for syngas production from solid waste | |
| EP2001979A1 (en) | Thermal reduction gasification process for generating hydrogen and electricity | |
| KR20120022480A (ko) | 2단계 열분해 가스화 장치 및 2단계 열분해 가스화 방법 | |
| WO2013183003A1 (en) | Plant and method of pyrolysis of organic material | |
| KR101131170B1 (ko) | 다단계 열분해 장치 및 다단계 열분해 방법 | |
| JP2003336079A (ja) | 熱分解ガスの改質方法 | |
| JP5860469B2 (ja) | 間接的加熱ガス化中にコークスを生産する方法および設備 | |
| KR102571438B1 (ko) | 다양한 소스 산업 폐기물을 에너지로 전환시키기 위한 장치, 시스템, 및 방법 | |
| JP2004204106A (ja) | 有機物のガス化装置 | |
| KR101293272B1 (ko) | 연속식 열분해 유화 장치 및 그 방법 | |
| KR101032178B1 (ko) | 탄소질 공급원료를 합성가스로 개질하는 가스화 시스템 및 이를 이용한 가스화 방법 | |
| Sergeev et al. | Gasification and plasma gasification as type of the thermal waste utilization | |
| US20190276746A1 (en) | Plasma arc carbonizer | |
| KR101617392B1 (ko) | 산업용 고온 개질기 및 개질 방법 | |
| JP3850431B2 (ja) | 熱分解ガス化方法および熱分解ガス化装置 | |
| JP2008018371A (ja) | 有機性廃棄物の利用方法 | |
| RU2680135C1 (ru) | Устройство и способ плазменной газификации углеродсодержащего материала и установка для генерирования тепловой/электрической энергии, в которой используется указанное устройство | |
| JP2006335937A (ja) | 有機化合物の加熱装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170327 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180406 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190402 Year of fee payment: 6 |