KR20160060116A - 소각 공정으로부터의 폐기물 기체 스트림의 오존 첨가에 의한 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 폐기물의 소각에 의해 생성되는 연소 기체로부터 오염물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 공기가 연료와 함께 소각 장치에 주입되고, 이는 산소 공급물에 의해 보충된다. 생성된 연소 폐기물 기체 스트림은 오염물, 예컨대 질소 산화물을 함유하며, 급냉되고, 이어서 반응 대역으로 공급되어, 사전 결정된 기간 동안 오존과 접촉할 것이다. 이렇게 처리된 연소 폐기물 기체 스트림은 세정기에 공급될 수 있으며, 여기서 오존과 오염물의 반응에 의해 형성된 반응 생성물이 제거된다.
Description
본 발명은, 폐기물의 소각 및 상기 소각으로부터 유래된 오염물, 예컨대 질소 산화물, 황 산화물, 미립자, 산 가스, 중금속 및 유기 독소의 제거에 관한 것이다.
본 발명은 유리하게, 연소에 사용되는 공기를 소각 공정 중의 산소 기체로 강화하는 것과, 상기 연소 폐기물 기체 스트림에서 발견되는 오염물을 산화시키는데 오존을 사용하는 것을 조합한다.
관련 출원의 상호 참조
본원은, 2013년 9월 25일에 출원된 미국 특허 가출원 제 61/882,280 호를 우선권으로 주장한다.
산소 강화(enrichment)는 폐기물의 열분해뿐만 아니라 처리량 증가도 개선할 수 있다. 그러나, 산소 강화는 연소 공정에서 질소 산화물 형성을 증가시키는 것으로 널리 공지되어 있다. 환경적 허가(Environmental permit)는 일반적으로, 소각 설비가 더 많은 배기가스를 제공하는 경우 소각 설비의 처리량 증가를 제한한다. 소각 배기가스를 처리하기 위해 대기 오염 방지(APC) 시스템에 오존을 주입하는 것은 다른 오염물과 함께 질소 산화물을 효과적으로 제거할 수 있다. 오존을 사용하는 질소 산화물 산화의 화학은 다수의 특허, 예컨대 미국 특허 제 5,206,002 호; 제 5,985,223 호; 제 6,162,409 호; 제 6,649,132 호; 및 제 7,303,735 호에 기술되어 있다.
폐기물을 처리하는 대안적 방법이 엄두도 못낼만큼 고가이거나 더이상 허용가능하지 않은 경우, 화학적 폐기물 및 유해 폐기물의 소각에 대한 관심이 증가하고 있다. 국제 조약 및 미국 환경 규제는 제한된 대안(예컨대, 폐기물의 투기 또는 대기로의 배출 이전의 비효과적인 처리)을 갖고 있다. 최대 생산에 도달하고자 하는 공정 산업은 흔히, 자본 면에서 비교적 낮은 한계 투자를 사용하여 생산 및 수익을 최대화하기 위한 최적화 및 강화(intensification) 활동을 수행한다.
이러한 활동은 흔히, 이미 설치된 소각 시스템이 처리할 수 있는 능력을 넘어설 수 있는 생성 폐기물의 양을 증가시킬 것이다. 새로운 소각 시스템은 고가일 수 있으며, 일반적으로 더 엄격한 환경 정밀 조사를 유발할 것이다. 그럼에도 불구하고, 소각 장치 및 오염물(특히, 기체 스트림 중의 질소 산화물) 제어에 대한 필요성은 항상 과제가 되고 있다.
소각에서 질소 산화물 배출의 최신식 제어는 일반적으로 연소 변형에 의해 달성된다. 전형적으로, 저 질소 산화물 연소기(burner) 및 연소 단계화(staging)의 2가지 기술이 사용된다. 저 질소 산화물 연소기는 화염 온도를 낮추어, 더 적은 질소 산화물을 형성한다. 연소 단계화에서는, 제 1 단계에서, 초기 연소를 존재하는 제한된 공기 하에 수행하여, 연료-풍부 환경을 형성한다. 이는, 제 1 연소 대역의 바로 하류에 환원 대역이 형성되는 것을 보장하며, 여기서는 연소 생성물 중에 존재하는 높은 수준의 일산화탄소에 의해 질소 산화물이 환원된다. 상기 공정의 제 2 단계에서는, 제 2 공기가 도입되어, 보충 연료의 첨가 또는 무첨가 하에 일산화탄소를 비롯한 연소 생성물을 산화를 완료한다. 암모니아가 주입되어, NCR(선택적 비촉매 환원) 방법에 의해 질소 산화물을 낮출 수 있다. 연소 공정을 위한 질소 산화물을 제어하는 더 고급 방법은 SCR(선택적 촉매 환원)이다. 이는, 친환경 성능(sustainable performance)을 제공하는데 필요한 고가의 자본 비용 및 에너지 집약적 구성을 비롯한 다양한 이유로 인해, 소각 배기가스를 처리하는 바람직한 방법이 아니다.
유리 및 금속 로에서 연소 공정을 개선하기 위해 산소 기체로 공기를 강화하는 작업은 널리 공지되어 있다. 소각에서 산소 강화를 사용하는 것은 매우 비통상적이다. 산소 강화는 폐기물의 열 분해뿐만 아니라 처리량 증가도 개선할 수 있다. 그러나, 산소 강화는 연소 공정에서 질소 산화물 형성을 증가시키는 것으로 널리 공지되어 있다. 환경적 허가는 일반적으로, 소각 설비가 더 많은 배기가스를 제공하는 경우 소각 설비의 처리량 증가를 제한한다. 소각기에 장착된 대기 오염 방지 시스템은 성능을 희생하지 않고 더 높은 부하량의 다른 대기 오염물, 예를 들면 황 산화물, 미립자, 산 가스, 예컨대 HCl, HF, Cl2, 중금속 및 유기 독소, 예컨대 다이옥신, 퓨란 및 PCB를 처리할 수 있지만, 질소 산화물 제어는 어려운 채로 남아 있다.
소각 공정은 공중 위생 및 환경에 관한 관심으로 인해 증가된 정밀 조사 하에 있으며, 처리량이 증가되는 경우 대기로의 배출 이전에 우수한 연도 가스 정화를 필요로 한다.
본 발명은, 산소 강화를 오염물의 오존-기반 제어와 조합한다. 이러한 공정은, 오염물의 대기로의 배출을 낮추면서도, 소각 유닛으로부터 배출되는 폐기물 기체 스트림의 더 높은 처리량을 가능하게 할 것이다. 산소 요건은 산소 강화에 필요한 작은 증분이며, 오존 생성기를 공급하는 것과 동일한 산소 공급 시스템으로부터 전달될 수 있다. 동일한 장치 내에서 처리량을 증가시킴으로써, 심지어 질소 산화물 제어의 추가적인 비용을 사용하더라도, 처리되는 폐기물의 단위 비용이 낮아질 수 있다.
산소 강화 및 오존-기반 질소 산화물 제거는, 최소한의 자본 투자에서 소각 공정의 병목현상을 제거하는 능력을 제거하고, 생산 활동에 대한 최소한의 중간을 사용하고, 가공 장치에서의 최소한의 변화를 포함하고, 처리해야 할 폐기물의 단위 비용을 감소시키면서, 강력하고 탁월한 질소 산화물 제거를 제공한다.
본 발명의 제 1 실시양태에서, 하기 단계를 포함하는, 소각 장치에서 배출된 기체 스트림으로부터 오염물을 제거하는 방법이 개시된다:
(a) 폐기물, 연료 및 급기(air supply)를 소각 장치 내의 연소 챔버에 공급하는 단계;
(b) 상기 폐기물, 연료 및 급기의 혼합물에 산소를 공급하는 단계;
(c) 상기 혼합물을 연소시켜, 오염물을 함유하는 연소 폐기물 기체 스트림을 형성하는 단계;
(d) 상기 연소 폐기물 기체 스트림을 급냉 유닛에 공급하여, 연소 폐기물 기체 스트림의 온도를 감소시키는 단계;
(e) 상기 연소 폐기물 기체 스트림을 반응 대역에 공급하는 단계;
(f) 오존을 상기 반응 대역에 공급하여, 상기 오존 및 상기 연소 폐기물 기체 스트림이 사전결정된 기간 동안 접촉되도록 하는 단계; 및
(g) 상기 연소 폐기물 기체 스트림을 세정기(scrubber)에 공급하여, 상기 오염물을 제거하는 단계.
본 발명의 또다른 실시양태에서, 하기 단계를 포함하는, 소각 장치에서 배출된 기체 스트림으로부터 오염물을 제거하는 방법이 개시된다:
(a) 폐기물을 소각 장치 내의 연소 챔버에 공급하는 단계;
(b) 연소를 지원하기 위해 공기를 상기 소각 장치에 주입하는 단계;
(c) 산소 기체를 상기 소각 장치에 공급하는 단계;
(d) 상기 폐기물을 소각하여, 오염물을 함유하는 연소 폐기물 기체 스트림을 형성하는 단계;
(e) 상기 연소 폐기물 기체 스트림을 급냉 유닛에 공급하여, 상기 연소 폐기물 기체 스트림의 온도를 감소시키는 단계;
(f) 상기 연소 폐기물 기체 스트림을 반응 대역에 공급하는 단계;
(g) 오존을 상기 반응 대역에 공급하여, 상기 오존 및 상기 연소 폐기물 기체 스트림이 사전결정된 기간 동안 접촉되도록 하는 단계; 및
(h) 상기 연소 폐기물 기체 스트림을 세정기에 공급하여, 오염물을 제거하는 단계.
상기 제 1 실시양태에 대한 본 발명의 대안적 실시양태에서, 상기 단계 (f) 및 (g)는 역으로 수행될 수 있으며, 상기 연소 폐기물 기체 스트림은 반응 대역에서 오존과 접촉하기 이전에 세정된다. 이어서, 결과적인 연소 폐기물 기체 스트림은 정전 집진기 및 백 하우스로 이루어진 군으로부터 선택되는 장치로 공급된다. 대안적 실시양태에서, 상기 단계 (g) 및 (h)가 역으로 수행되며, 상기 연소 폐기물 기체 스트림이 상기 반응 대역에서 오존과 접촉하기 이전에 세정될 것이다.
소각되는 폐기물은 전형적으로 산업 폐기물, 화학적 폐기물 및 유해 폐기물이다.
소각에 사용되는 연료는 전형적으로 석탄 또는 석유이다.
상기 오염물은 주로 질소 산화물이지만, 또한 황 산화물, 수은 및 산 가스를 포함할 수 있다.
상기 질소 산화물은 열, 프롬프트(prompt) 및 연료 유형 질소 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
소각 유닛으로 공급되는 산소는 전형적으로 순수한 산소이다. 산소는 소각 유닛에서 연소를 유지하는데 필요한 화학량론보다 과량의 양으로 공급될 것이다.
상기 폐기물이 연소되면, 오염물을 함유하는 연소 폐기물 기체 스트림이 소각 유닛을 떠나, 임의적으로 먼저 폐열 보일러로 공급될 수 있다.
생성되는 산소의 일부는 오존 생성 유닛에 공급되어, 오존과 산소의 혼합물을 생성한다. 오존은, 반응 대역에서 오염물(특히, 질소 산화물)과 접촉하는 경우, 질소 산화물의 더 고차의 산화물을 형성할 것이다.
상기 연소 폐기물 기체 스트림에 첨가되는 오존의 양은, 상기 연소 폐기물 기체 스트림 중에 존재하는 질소 산화물 및 오존의 양을 측정함으로써 제어된다.
소각 유닛에 공급되는 산소는, 연소될 연료 및 폐기물과 함께 첨가되는 공기 내로 주입됨으로써 공급될 수 있다. 다르게는, 산소는 주입에 의해 소각 유닛에 직접 공급될 수 있다.
압력 변동 흡착(PSA) 시스템을 사용하여, 오존 생성 유닛으로부터 배출되는 산소 및 오존 스트림 혼합물로부터 오존을 분리할 수 있다. 분리된 오존은, 소각 유닛으로부터의 폐기물 스트림 중에 존재하는 질소 산화물을 산화시키기 위한 반응 대역 지점에 공급될 수 있다. 합쳐진 스트림으로부터 분리된 산소는 소각 유닛에서의 산소 강화를 위해 다시 소각 유닛으로 재순환될 수 있다.
도 1은, 폐기물 소각 시스템에서 질소 산화물 제거 시스템의 개략도이다.
도 2는, 연소 이후 2개의 대역을 갖는 소각로를 갖는 폐기물 소각 시스템에서 질소 산화물 제거 시스템의 개략도이다.
도 3은, 소각로에서 배출되는 기체 스트림의 질소 산화물 농도 대 산소 강화의 양을 도시하는 그래프이다.
도 2는, 연소 이후 2개의 대역을 갖는 소각로를 갖는 폐기물 소각 시스템에서 질소 산화물 제거 시스템의 개략도이다.
도 3은, 소각로에서 배출되는 기체 스트림의 질소 산화물 농도 대 산소 강화의 양을 도시하는 그래프이다.
도 1은, 질소 산화물 제어를 사용하는 소각 시스템의 개략도이다. 오염물을 함유하는 폐기물은 연료 및 공기와 함께, 소각로 내의 연소기로의 라인 7 및 9를 통해 각각 소각로(C)의 연소 대역에 공급된다. 1차 공기(9)는 라인 3을 통해 산소 공급원(A)으로부터의 산소로 강화되고, 소각로(C)에 공급되며, 여기서 연소를 개선할 것이다. 강화된 공기 중에 함유된 산소는, 폐기물 중의 연료 및 가연성 물질을 완전히 연소하는데 필요한 화학량론보다 과량으로 유지된다.
연소 동안 형성된 질소 산화물은 열, 프롬프트 및 연료 질소 산화물이다. 열 질소 산화물은, 연소 공기 중에 발견되는 이원자 질소의 고열 산화를 통해 형성된 질소 산화물이다. 프롬프트 질소 산화물은, 대기 질소와 라디칼(예컨대, 연료로부터 유도된 C, CH, 및 CH2 단편)의 반응에 기인한 질소 산화물의 공급원이며, 이는 열 또는 연료 공정으로는 설명될 수 없다. 연료 질소 산화물은, 연소 동안 연료에 포함된 질소(fuel bound nitrogen)에서 질소 산화물로 전환되는 것에 의해 질소-함유 연료(예컨대, 특정 석탄 및 석유)로부터 생성된 질소 산화물의 주된 공급원이다.
연소 동안, 연료에 포함된 질소는 자유 라디칼로서 배출되며, 궁극적으로 자유 질소 또는 NO를 형성한다. 폐기물 스트림 중의 질소-함유(nitrogenous) 화합물은 또한 연소 동안 추가적인 질소 산화물을 형성한다. 폐기물의 목적하는 열 분해를 위해, 연소 생성물-함유 기체 스트림은 소각로(C) 내에서 사전결정된 기간 동안 필요한 온도로 유지된다. 소각로(C)에서 폐기물 처리량을 증가시키기 위해서는, 기체의 총 부피를 설계 유동 이내로 유지하면서, 라인 9의 1차 공기의 일부를 라인 3으로부터의 산소로 대체한다. 산소 강화는 흔히 화염 온도를 증가시킬 것이다. 산소 강화로 인한 더 높은 화염 온도는 폐기물 분해 효율은 개선하지만, 열 질소 산화물 형성을 증가시킬 것이다. 산소의 연소 강화 공급(A)으로부터의 산소의 슬립 스트림(2)은 오존 생성기(B)로 우회하고, 여기서 산소가 산소 중의 10 중량% 이하의 오존으로 전환된다. 오존 생성기는 전형적으로 오존 형성을 위한 코로나 방전 장치일 것이다.
소각로(C)에서 배출된 연소 생성물-함유 연소 폐기물 기체 스트림은 열 회수를 위해 임의적으로 라인 10을 통해 폐열 보일러(D)에 공급되고, 이어서 라인 11을 통해 급냉 유닛(E)에 공급되며, 여기서 수용액으로 급냉될 것이다. 이러한 냉각 및 급냉은 추가의 오염물(예컨대, PCB, 다이옥신 및 퓨란)의 형성을 최소화하기 위해 수행된다.
질소 산화물 제거와 폐기물 소각을 통합하기 위한 2가지 옵션이 존재한다. 옵션 1에서는, 오존이 라인 5를 통해 건식 또는 습식 세정기(F)의 상류의 급냉된 기체 스트림(12)에 주입된다. 오존과 혼합되고 적절한 체류 시간을 유지하면, 반응 대역에서 질소 산화물이 더 고차의 산화물, 바람직하게는 5가 형태인 N2O5로 산화된다. 질소 산화물의 5가 형태는 수용액에 상당히 가용성이다. 급냉된 스트림은 수증기로 포화되고, 산화된 질소 산화물은 안정한 산소산(예컨대, 질산)으로 전환될 것이며, 이는 한꺼번에 물과 혼합되어, 습식 세정 작업(F) 중에 포획될 것이다. 질산 및 산화된 질소 산화물은 또한 매우 반응성이며, 건식 세정기에 통상적으로 사용되는 흡착제에 의해 거의 전부 보유된다.
옵션 2에서는, 질소 산화물이 습식 또는 건식 세정기(F)의 하류에서 산화된다. 오존 생성기(B)에서 생성된 오존은 라인 4를 통해 습식 또는 건식 세정기(F)와 습식 정전 집진기 또는 백 하우스(G) 사이의 반응 대역(13)에 공급된다. 이러한 옵션은, 건식 또는 습식 세정기(F)에서의 다른 오염물의 제거와 질소 산화물 제거를 차별화한다. 산화된 세정기 성분들은 습식 세정기(F)의 하류의 습식 정전 집진기(G) 내에 또는 백 하우스(G)(예시의 목적으로, 이는 다르게는, 습식 또는 건식 세정기(F)의 하류에 위치함) 내에 포획된다. 이렇게 처리되어 오염물이 없는 연소 폐기물 기체 스트림은 라인 14를 통해 대기로 배출된다.
산소 공급(A)으로부터 유동하는 산소 스트림의 양은 전형적으로, 강화에 사용되는 산소 양의 1/4 내지 1/50 범위이다. 오존은 약 25℉(-4℃) 내지 325℉(163℃) 온도의 기체 스트림 내로 혼합된다. 오존은 오존 생성기(B)에서 산소 대비 10 중량% 이하의 오존 양으로 생성된다. 전형적으로, 질소 산화물에 대한 오존의 몰 비는 질소 산화물 제거의 경우 0.5 내지 1.5로 유지된다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시양태를 도시한다. 성분과 마찬가지로, 라인 및 유닛 작업은 도 1에 제시된 것과 동일한 숫자 및 문자 지정으로 제시된다. 소각로 유닛(C)은 연소 이후 2개의 대역, 즉 환원 대역(C1) 및 산화 대역(C2)을 가진다. 강화된 공기에 함유된 산소는 기체 스트림 중의 연료 및 가연성 물질을 연소하는데 필요한 화학량론 근처로 유지된다. 연소 동안 과량의 산소를 유지하지 않음으로써, 상당량의 일산화탄소가 연소 생성물 스트림 중에 형성될 것이다. 형성된 질소 산화물은 열, 프롬프트 및 연료 질소 산화물이다. 폐기물 스트림 중의 질소-함유 화합물은 또한 연소 동안 추가의 질소 산화물을 형성한다. 산소 강화로 인해, 열 질소 산화물의 양은 급격히 증가한다.
연소의 하류이지만 여전히 소각로 유닛(C) 이내인 기체는 사전결정된 시간 동안 환원 대역(C1)에 보유된다. 과량의 산소의 부족으로 인해, 연소 생성물 중에 존재하는 고농도 일산화탄소는 상당량의 질소 산화물을 질소로 환원시킨다. 환원 대역(C1)에 이어 산화 대역(C2)이 존재하며, 여기서는 임의적으로 산소 공급원(A)으로부터의 산소(3)로 강화될 수 있는 보충적 또는 2차 공기가 보충 연료의 존재 또는 부재 하에 혼합된다. 과량의 산소는 일산화탄소에서 이산화탄소로의 빠른 전환을 가능하게 한다. 저 질소 산화물 연소기 및 연소 단계화는 질소 산화물 형성을 낮추며, 이는 다시 심지어 더 적은 오존 투여량을 필요로 할 것이다. 이로써, 형성된 질소 산화물의 일부가 소각로 유닛(C) 자체 내에서 환원되어, 도 1에 도시된 바와 같은 하류 장치에서 질소 산화물 제거를 위한 오존 요건을 경감시킬 것이다.
소각로에서 배출되는, 연소 생성물 및 오염물을 함유하는 연소 폐기물 기체 스트림은, 열 회수를 위해 라인 10을 통해 임의적 폐열 보일러(D)로 보내지고, 이어서 라인 11을 통해 급냉 유닛(E)에 공급된 후, 수용액으로 급냉된다. 대기 독소 또는 오염물, 예컨대 PCB, 다이옥신 및 퓨란의 형성을 최소화하기 위해, 이러한 냉각 및 급냉은 상당히 신속히 수행될 것이다.
질소 산화물을 처리하고 이의 제거를 소각로 유닛(C)에 통합시키기 위해 이용가능한 2가지 옵션이 존재한다. 첫번째 옵션인 옵션 1은, 오존 생성기로부터의 오존을 반응 대역(12) 내의 건식 또는 습식 세정기(F)의 상류에 주입하여, 급냉 유닛(E)으로부터 공급되는 급냉된 기체 스트림과 오존이 완전히 혼합되도록 하는 것이다. 급냉된 연소 폐기물 기체 스트림 중에 존재하는 질소 산화물은 오존에 의해 더 고차의 질소 산화물, 바람직하게는 5가 형태(N2O5)로 산화될 것이다. 작업자는, 반응이 일어나기에 충분한 시간을 허용하기 위해, 예를 들어 반응 대역(12)에서의 체류 시간을 제어할 수 있다. 질소 산화물의 5가 형태는 물에 매우 가용성이다. 급냉된 연소 폐기물 기체 스트림은 수증기로 포화되고, 산화된 질소 산화물을 안정한 산소산(예컨대, 질산)으로 전환시킬 것이며, 이는 한꺼번에 물과 혼합되어, 습식 세정 작업에서 포획된다. 질산 밀 산화된 질소 산화물은 또한 매우 반응성이며, 건조 세정 작업에서 통상적으로 사용되는 흡착제에 의해 보유될 수 있다.
두번째 옵션인 옵션 2에서는, 급냉된 기체 스트림이 건식 또는 습식 세정기(F)에 공급되며, 여기서는 질소 산화물이 제거되기 전에, 급냉된 기체 스트림 중에 존재하는 다른 오염물이 제거된다. 건식 또는 습식 세정기에서 배출된 기체 스트림은 오염물(예컨대, 미립자, 황 산화물, 수은)이 없지 않으며, 다른 오염물은, 습식 정전 집진기 또는 다르게는 백하우스(G) 이전에 위치하는 반응 대역(13)에 공급될 것이다. 오존 생성기로부터의 오존이 상기 반응 대역에 공급될 것이며, 여기서 건식 또는 습식 세정기(F)로부터의 기체 스트림과 접촉하고, 오존이 질소 산화물을 상기 기체 스트림 중에 존재할 수 있는 더 고차의 질소 산화물 및 질산으로 산화시키기에 충분한 시간 동안 보유될 것이다. 더 고차의 질소 산화물 및 질산을 함유하는 기체 스트림은 습식 정전 집진기 또는 다르게는 백 하우스(G)에 공급될 것이다. 습식 정전 집진기(ESP 또는 WESP)(G)는 임의의 미립자 및 기타 오염물(예컨대, 상기 기체 스트림 중에 존재하는 더 고차의 질소 산화물 및 질산)을 제거할 것이다. 백하우스(G)는 또한 이러한 오염물을 제거할 것이다. 이렇게 처리되어 오염물이 없는 연소 폐기물 기체 스트림은 라인 14를 통해 대기로 배출된다.
산소 공급 유닛(A)으로부터 유동하는 산소 스트림(3)의 양은 전형적으로 강화에 사용되는 산소의 양의 1/4 내지 1/50 범위이다. 오존은 약 25℉(-4℃) 내지 325℉(163℃) 온도의 기체 스트림 내로 혼합된다. 오존은 오존 생성기(B) 내에서 산소 대비 10 중량% 이하의 오존 양으로 생성된다. 전형적으로, 질소 산화물에 대한 오존의 몰 비는 질소 산화물 제거의 경우 0.5 내지 1.5로 유지된다.
특정 경우, 소각로 유닛(C)으로 공급되는 폐기물은 더 높은 함수량 및 더 적은 가연성 물질 함량을 가질 것이다. 이러한 환경은 처리량을 실질적으로 감소시킬 것이며, 그 이유는, 필요한 연료의 증가로 인해, 처리될 수 있는 액체 폐기물의 용량 또는 부피가 감소될 것이기 때문이다. 오존-기반 질소 산화물 제거와 통합된 산소 강화는, 소각로를 떠나는 기체 스트림 중에 존재하는 오염물의 문제를 해결하면서 정상적인 처리량을 제공하도록 조작될 것이다.
도 3은, 소각로를 떠나는 기체 스트림의 질소 산화물 농도 증가 대 소각로에 공급되는 공급물 기체의 산소 강화 양을 도시한 그래프이다.
본 발명이 이의 특정 실시양태에 대해 기술되었지만, 본 발명의 수많은 다른 형태 및 변형이 당업자에게 자명할 것임이 명백하다. 본 발명의 첨부된 특허청구범위는 일반적으로, 본 발명의 진의 및 범주 이내인 이러한 모든 자명한 형태 및 변형을 포괄하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (24)
- 소각 장치에서 배출된 기체 스트림으로부터 오염물을 제거하는 방법으로서,
(a) 폐기물, 연료 및 급기(air supply)를 소각 장치 내의 연소 챔버에 공급하는 단계;
(b) 상기 폐기물, 연료 및 급기의 혼합물에 산소를 공급하는 단계;
(c) 상기 혼합물을 연소시켜, 오염물을 함유하는 연소 폐기물 기체 스트림을 형성하는 단계;
(d) 상기 연소 폐기물 기체 스트림을 급냉 유닛에 공급하여, 연소 폐기물 기체 스트림의 온도를 감소시키는 단계;
(e) 상기 연소 폐기물 기체 스트림을 반응 대역에 공급하는 단계;
(f) 오존을 상기 반응 대역에 공급하여, 상기 오존 및 상기 연소 폐기물 기체 스트림이 사전결정된 기간 동안 접촉되도록 하는 단계; 및
(g) 상기 연소 폐기물 기체 스트림을 세정기(scrubber)에 공급하여, 상기 오염물을 제거하는 단계
를 포함하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 단계 (f) 및 (g)를 역으로 수행하며, 상기 연소 폐기물 기체 스트림을 정전 집진기(electrostatic precipitator) 및 백 하우스(bag house)로 이루어진 군으로부터 선택되는 장치에 공급하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 폐기물이 화학적 폐기물 및 유해 폐기물의 군으로부터 선택되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 연료가, 석탄 및 석유로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 오염물이 질소 산화물인, 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 질소 산화물이, 열(thermal), 프롬프트(prompt) 및 연료 유형으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 산소가 연소를 위한 화학량론보다 과량의 양으로 상기 혼합물에 공급되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 연소 폐기물 기체 스트림을 폐열 보일러에 공급하는 단계를 추가로 포함하는 제거 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 산소의 일부를 오존 생성기에 공급하여 오존을 생성하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 오존이 질소 산화물과 반응하여 더 고차의 산화물을 형성하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 연소 폐기물 기체 스트림에 첨가되는 오존의 양이, 상기 연소 폐기물 기체 스트림 중에 존재하는 질소 산화물 및 오존의 양을 측정함으로써 제어되는, 방법. - 소각 장치에서 배출된 기체 스트림으로부터 오염물을 제거하는 방법으로서,
(a) 폐기물을 소각 장치 내의 연소 챔버에 공급하는 단계;
(b) 연소를 지원하기 위해 공기를 상기 소각 장치에 주입하는 단계;
(c) 산소 기체를 상기 소각 장치에 공급하는 단계;
(d) 상기 폐기물을 소각하여, 오염물을 함유하는 연소 폐기물 기체 스트림을 형성하는 단계;
(e) 상기 연소 폐기물 기체 스트림을 급냉 유닛에 공급하여, 상기 연소 폐기물 기체 스트림의 온도를 감소시키는 단계;
(f) 상기 연소 폐기물 기체 스트림을 반응 대역에 공급하는 단계;
(g) 오존을 상기 반응 대역에 공급하여, 상기 오존 및 상기 연소 폐기물 기체 스트림이 사전결정된 기간 동안 접촉되도록 하는 단계; 및
(h) 상기 연소 폐기물 기체 스트림을 세정기에 공급하여, 오염물을 제거하는 단계
를 포함하는 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 산소를 상기 공기 내로 주입함으로써 상기 소각 장치에 공급하는, 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 산소를 소각 유닛에 주입함으로써 상기 소각 장치에 공급하는, 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 단계 (f) 및 (g)를 역으로 수행하며, 상기 연소 폐기물 기체 스트림을, 정전 집진기 및 백 하우스로 이루어진 군으로부터 선택되는 장치에 공급하는, 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 폐기물이 화학적 폐기물 및 유해 폐기물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 연료가, 석탄 및 석유로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 오염물이 질소 산화물인, 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 질소 산화물이 열, 프롬프트 및 연료 유형으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 산소가 연소를 위한 화학량론보다 과량의 양으로 상기 혼합물에 공급되는, 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 연소 폐기물 기체 스트림을 폐열 보일러에 공급하는 단계를 추가로 포함하는 제거 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 산소의 일부가 오존 생성기에 공급되어 오존을 생성하는, 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 오존이 질소 산화물과 반응하여 더 고차의 산화물을 형성하는, 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 연소 폐기물 기체 스트림에 첨가되는 오존의 양이, 상기 연소 폐기물 기체 스트림 중에 존재하는 질소 산화물 및 오존의 양을 측정함으로써 제어되는, 방법.
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