KR20190022214A - 소각 비산재 또는 시멘트 공정 부산더스트 내 염화물 수득시스템 - Google Patents

소각 비산재 또는 시멘트 공정 부산더스트 내 염화물 수득시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소각 비산재 및 시멘트 공정 부산더스트의 염화물 수득시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 생활쓰레기 소각 시 발생되는 비산재 또는 시멘트 공정 부산더스트에 물을 혼합하여 잔류 슬러지와 1차 여과액으로 분리하고 1차 여과액은 중금속 제거 과정 및 증발/건조 과정을 통해 염화물을 수득하여 버려지는 지정 폐기물 내 유효 광물을 재활용 가능하도록 하는 소각 비산재 또는 시멘트 공정 부산더스트 내 염화물 수득시스템에 관한 것이다.

Description

소각 비산재 또는 시멘트 공정 부산더스트 내 염화물 수득시스템{Potassium Chloride Obtaining System of Cement Process Bypass Dust}
본 발명은 소각 비산재 또는 시멘트 공정 부산더스트 내 염화물 수득시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 생활쓰레기 소각 시 발생되는 비산재 또는 시멘트 공정 부산더스트에 물을 혼합하여 잔류 슬러지와 1차 여과액으로 분리하고 1차 여과액은 중금속 제거 과정 및 증발/건조 과정을 통해 염화물을 수득하여 버려지는 지정 폐기물 내 유효 광물을 재활용 가능하도록 하는 소각 비산재 또는 시멘트 공정 부산더스트 내 염화물 수득시스템에 관한 것이다.
각 지방 자치단체에서 발생되는 생활쓰레기 소각재의 경우 비산재와 바닥재로 구분되어지며, 현재 바닥재만 일부 재활용되는 수준이고 비산재는 전량 지정폐기물로 매립처리되고 있어, 처리비용 부담 및 매립지 포화로 재활용 방안이 시급한 실정이다. 이러한 비산재 내에 재활용이 가능한 염화물(염화나트륨 및 염화물)이 존재함에 따라 비산재를 물에 용해하여 수용성인 염화물을 분리 후 건조과정을 통해 수득할 수 있어 각 지자체에서 발생되는 많은 양의 폐기물 처리 비용 및 매립 용량을 절감할 수 있다.
시멘트 공정 부산 더스트의 경우 IMF 이후 국내 시멘트사들은 시멘트 제조비용 절감과 자원재활용 측면에서, 다양한 산업부산물/생활폐기물을 보조 원?연료 등으로 재활용하고 있다. 이들은 중금속과 염소 등을 함유하고 있으며, 특히 생활폐기물과 RDF (Refuse Derived Fuel)는 다량의 염소를 함유하고 있다.
국내 시멘트 공장에서의 폐기물 사용량은 최근 급격히 증가하고 있으며, 이에 따라 시멘트 공장에서의 바이패스 더스트(공정부산 더스트) 발생량도 증가하고 있다.
여기서 바이패스 더스트란 시멘트 킬른 예열부에 장착된 염소 바이패스 시스템을 통해서 배출되는 미분체로, 주요 성분은 알칼리와 염소 등으로 구성되어 있다.
국내 시멘트 제조공정 부산 더스트 발생량은 정확히 산출된 바 없으나, 내륙사 더스트 폐기량으로부터 총 40,000톤/년이 발생할 것으로 추정하고 있다. 더스트는 폐기물로 매립처리 (처리비용=200,000원～230,000원/톤)하거나, 공장 내에서 재활용하고 있다.
재활용 방법은 단순히 시멘트 분쇄기에 재투입하는 방법으로, 알칼리와 염소 성분이 제거되는 것은 아니다. 최근에는 중금속 제거 방안에도 많은 필요성과 관심이 집중되고 있는데, 일례로 더스트의 대표적 중금속인 Pb는 국내가 약 0.05～1.0% 수준이며, 일본은 최대 6% 전후로 매우 높은 수준으로 포함됨에 따라 제거하여야 할 필요성이 증대되었기 때문이다.
국내 더스트의 주요 성분은 CaO, K2O와 Cl- 등으로 구성되어 있으나, CaO 성분은 생석회 또는 석회석 결정으로, K2O와 Cl-은 염화물 결정으로 존재한다. 염화물은 물에 잘 용해되며, 용해 후 건조되면 염화물 결정을 재수득할 수 있어, 시멘트 제조공정 부산 더스트의 폐기량을 최소화할 수 있다.
특히 염화물의 경우 국내에서는 생산되지 않아 전량 수입에 의존하고 있는 실정으로 비료, 식품 첨가물, 기초 원료, 도로 제설제 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있는 염화물을 더스트에서 재수득할 수 있다면 더스트의 폐기량을 최소화시킴과 동시에 염화물의 수입 대체 효과까지 유도되어 그 파급효과는 매우 증대될 것이다.
따라서 이와 같은 시멘트 제조공정 상에 발생되는 부산 더스트에서 중금속이 포함되지 않는 염화물을 수득할 수 있는 공정시스템의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 소각 비산재와 부산더스트에 물을 혼합하여 잔류 슬러지와 1차 여과액으로 분리하고 1차 여과액은 중금속 제거 과정 및 증발장치를 통한 증발 과정을 통해 염화물을 수득함으로써 전량 폐기되는 소각 비산재와 부산더스트 내 유효 광물을 재활용하고 처리비용을 절감함과 동시에 매립지의 사용기한 연장이 가능하도록 하는 소각 비산재 또는 시멘트 공정 부산더스트 내 염화물 수득시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 쓰레기 소각 시 발생되는 소각 비산재 또는 시멘트 공정 상에 생성되는 부산더스트를 이송하는 이송장치와; 상기 이송장치를 통해 소각 비산재 또는 부산더스트가 저장되며 밸브수단에 의해 배출량이 제어되는 사일로와; 상기 사일로로부터 소각 비산재 또는 부산더스트를 공급받으며 물저장탱크로부터 물을 공급받아 소각 비산재 또는 부산더스트와 물이 혼합된 슬러지가 생성되는 슬레이커와; 상기 슬레이커로부터 슬러지를 전달받아 원심력을 이용하여 1차 여과액과 1차 잔류 슬러지로 분리시키는 제1원심분리기와; 상기 원심분리기로부터 1차 여과액을 공급받아 저장하며 중금속 제거를 위한 첨가제를 공급받아 저장된 1차 여과액과 혼합함에 따라 1차 여과액에 포함된 중금속이 첨가제와 반응하여 고형화가 이루어져 2차 여과액과 침전물이 생성되는 포스트탱크와; 상기 포스트탱크로부터 2차 여과액과 침전물을 공급받아 이들을 분리시키는 세라믹필터와; 상기 세라믹필터로부터 2차 여과액을 공급받아 열을 가함에 따라 여과액 내 수분이 60% 내지 80%로 증발되어 결정상태의 염화나트륨 또는 염화칼륨을 포함하는 염화물과 잔여액이 생성되는 증발장치와; 상기 증발장치로부터 결정상태의 염화물과 잔여액을 공급받아 결정상태의 염화물과 잔여액을 분리시키는 제2원심분리기와; 상기 제2원심분리기로부터 결정상태의 염화물을 공급받아 건조시킴에 따라 중금속이 제거된 염화물을 생성하여 염화물 제품 사일로로 공급하는 건조기;를 포함하여 이루어진다.
여기서 상기 증발장치는 2차 여과액이 유입되는 제1증발기와, 제1증발기로부터 1차 증발된 2차 여과액이 유입되는 제2증발기와, 외부로부터 스팀이 공급되어 스팀을 가열한 다음 제2증발기로 공급하는 제1열교환기와, 상기 제2증발기에서 증발된 기체를 유입받아 가열한 다음 제1증발기로 공급하는 제2열교환기 및 제1증발기에서 증발된 기체를 유입받아 냉각시키는 응축기로 이루어지며, 상기 제1증발기는 증발되지 않은 2차 여과액을 제2증발기로 이송하여 2차에 걸쳐 증발과정이 수행되도록 하며 제2증발기에서 증발되지 않은 결정상태의 염화물과 잔여액으로 이루어지는 2차 여과액은 제2원심분리기로 공급되도록 이루어진다.
또한 상기 제2원심분리기는 결정상태의 염화물과 잔여액을 분리한 다음 잔여액은 제1증발기 또는 포스트탱크로 이송되도록 함에 따라 잔여액 내에 잔존하는 염화물이 재수득되도록 구성된다.
본 발명에 따르면 기존에 폐기되던 소각 비산재와 시멘트 공정 부산더스트에서 재활용이 가능한 염화물을 재생산함에 따라 자원의 재활용 및 폐기물 매립에 따른 환경 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 증발장치를 제1증발기와 제2증발기로 구성하고 제2증발기에서 사용하는 열원을 제1증발기에서 재사용하도록 함에 따라 증발 회수는 증대시키고 이에 필요한 열원은 최소화시켜 생산성을 보다 향상시키는 효과가 있다.
아울러 제2원심분리기를 통해 생성되는 잔여액을 제1증발기 또는 포스트탱크로 재공급하여 잔여액 내에 잔존하는 염화칼륨의 수득율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 염화물 수득시스템의 개략적인 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 증발장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제2원심분리기의 프로세스 과정을 나타내는 개략적인 구성도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 염화물 수득시스템의 개략적인 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 증발장치의 개략적인 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제2원심분리기의 프로세스 과정을 나타내는 개략적인 구성도이다.
도면을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 염화물 수득시스템(100)은 쓰레기 소각 시 발생되는 소각 비산재 또는 시멘트 공정 상에 생성되는 부산더스트를 이송하는 이송장치(10)와, 상기 이송장치를 통해 소각 비산재 또는 부산더스트가 저장되며 밸브수단(21)에 의해 배출량이 제어되는 사일로(20)와, 상기 사일로(20)로부터 소각 비산재 또는 부산더스트를 공급받으며 물저장탱크(WT)로부터 물을 공급받아 소각 비산재 또는 부산더스트와 물이 혼합된 슬러지가 생성되는 슬레이커(30)와, 상기 슬레이커(30)로부터 슬러지를 전달받아 원심력을 이용하여 1차 여과액과 1차 잔류 슬러지로 분리시키는 제1원심분리기(40)와, 상기 원심분리기(40)로부터 1차 여과액을 공급받아 저장하며 중금속 제거를 위한 첨가제를 공급받아 저장된 1차 여과액과 혼합함에 따라 1차 여과액에 포함된 중금속이 첨가제와 반응하여 고형화가 이루어져 2차 여과액과 침전물이 생성되는 포스트탱크(50)와, 상기 포스트탱크(50)로부터 2차 여과액과 침전물을 공급받아 이들을 분리시키는 세라믹필터(60)와, 상기 세라믹필터(60)로부터 2차 여과액을 공급받아 열을 가함에 따라 여과액 내 수분이 60% 내지 80%로 증발되어 결정상태의 염화나트륨 또는 염화칼륨을 포함하는 염화물과 잔여액이 생성되는 증발장치(70)와, 상기 증발장치(70)로부터 결정상태의 염화물과 잔여액을 공급받아 결정상태의 염화물과 잔여액을 분리시키는 제2원심분리기(80)와, 상기 제2원심분리기(80)로부터 결정상태의 염화물을 공급받아 건조시킴에 따라 중금속이 제거된 염화물을 생성하여 염화물 제품 사일로(S)로 공급하는 건조기(90)로 이루어진다.
여기서 상기 이송장치(10)는 공정 환경에 따라 다양하게 구성될 수 있으며, 일예로 도 1에 도시된 바와 같이 톤백 등에 저장된 쓰레기 소각 시 발생되는 소각 비산재 또는 시멘트 공정상에 발생되는 부산더스트를 이송하는 호이스트(1)와, 상기 호이스트(1)를 통해 이송된 톤백 내 소각 비산재 또는 부산더스트를 일시 저장하는 호퍼(2)와, 상기 호퍼(2) 내 소각 비산재 또는 부산더스트를 상기 사일로(20)로 이송하기 전 덩어리 상태의 소각 비산재 또는 부산더스트를 분말 형태로 파쇄하는 크러셔(4)와, 상기 호퍼(2)에서 크러셔(4)로 소각 비산재 또는 부산더스트를 일정량 공급하도록 하는 피더(3) 및 상기 사일로(20)로 크러셔(4)를 통해 파쇄된 소각 비산재 또는 부산더스트를 상방 이송하는 버켓 엘리베이터(5) 등으로 구성된다.
또한 상기 사일로(20)는 전술한 이송장치(10)를 통해 소각 비산재 또는 부산더스트를 공급받아 저장하며 하부측에 밸브수단(21)이 형성되어 소각 비산재 또는 부산더스트의 배출 여부 및 배출량의 제어가 이루어지게 된다.
아울러 소각 비산재 또는 부산더스트의 사일로 이송과정에 발생되는 분진이나 미세먼지 등을 집진하기 위해 집진장치(22)가 사일로(20) 내측 또는 외측 일정지점에 설치될 수 있다.
한편 상기 슬레이커(30)는 사일로(20) 및 워터탱크(WT)로부터 각각 소각 비산재 또는 부산더스트 및 물을 공급받아 이들이 혼합된 슬러지를 생성하기 위해 구비되는데, 이러한 슬레이커(30)에서 물과 소각 비산재 또는 부산더스트를 혼합하는 이유는 본 발명에서 달성하고자 하는 소각 비산재 또는 부산더스트 내 염화물을 물로 수화시켜 추출할 수 있도록 하기 위함이다.
한편 상기 제1원심분리기(40)는 상기 슬레이커(30)로부터 슬러지를 전달받아 원심력을 이용하여 1차 여과액과 1차 잔류 슬러지로 분리시키도록 구비된다. 이러한 제1원심분리기(40)는 원심력을 이용하여 상대적으로 비중이 낮은 액체와 비중이 높은 슬러지를 분리시키는 것으로 비중이 낮은 액체인 1차 여과액은 후단의 포스트탱크(50)로 이송한다.
아울러 상기 1차 여과액이 분리된 슬러지는 별도의 배출경로를 거쳐 전량 폐기된다.
또한 상기 포스트탱크(50)는 제1원심분리기(40)로부터 1차 여과액을 전달받아 일시 저장하며 중금속 제거를 위한 제거 과정을 수행하는데, 이때 중금속 제거를 위해 첨가되는 첨가제는 K2CO3, NaHSO3 또는 Na2SO3 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 구성되는 것이 바람직하다.
첨가제의 첨가에 따라 CaCO3와 중금속이 침전되어 침전물이 생성되며, 이를 통해 생성되는 2차 여과액 및 침전물은 후단에 연결되는 세라믹필터(60)로 이송되어 2차 여과액과 침전물이 서로 분리되게 된다.
한편 상기 2차 여과액은 열을 가함에 따라 여과액 내 수분이 60% 내지 80%로 증발되어 결정상태의 염화물과 잔여액이 생성되도록 하는 증발장치(70)로 이송되는데, 이러한 상기 증발장치(70)는 2차 여과액이 유입되는 제1증발기(71)와, 제1증발기(71)로부터 1차 증발된 2차 여과액이 유입되는 제2증발기(72)와, 외부로부터 스팀이 공급되어 스팀을 가열한 다음 제2증발기(72)로 공급하는 제1열교환기(73)와, 상기 제2증발기(72)에서 증발된 기체를 유입받아 가열한 다음 제1증발기(71)로 공급하는 제2열교환기(74) 및 제1증발기(71)에서 증발된 기체를 유입받아 냉각시키는 응축기(75)로 이루어진다.
이때 상기 제1증발기(71)는 증발되지 않은 2차 여과액을 제2증발기(72)로 이송하여 2차에 걸쳐 증발과정이 수행되도록 하며 제2증발기(72)에서 증발되지 않은 결정상태의 염화물과 잔여액으로 이루어지는 2차 여과액은 펌프(P)에 의해 제2원심분리기(80)로 공급되도록 이루어진다.
이와 같이 상기 증발장치(70)를 제1증발기(71)와 제2증발기(72)로 구성하는 것은 제2증발기에서 사용하는 열원을 제1증발기에서 재사용하도록 함에 따라 증발 회수는 증대시키고 이에 필요한 열원은 최소화시켜 생산성을 보다 향상시키기 위함이다.
한편 상기 제2원심분리기(80)는 상기 증발장치(70)로부터 결정상태의 염화물과 잔여액을 공급받아 결정상태의 염화물과 잔여액을 분리시키도록 구성되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 제2증발기(72)로부터 결정상태의 염화물과 잔여액을 공급받아 원심력을 통해 이들을 분리시킨다.
이에 따라 결정상태의 염화물은 후술할 건조기(90)로 전달하여 재가열을 통해 완전한 염화물을 생성하도록 하며 잔여액은 여액 농축조(91)를 통해 일정시간 농축 후 제1증발기(71) 또는 포스트탱크(50)로 이송하여 잔여액 내에 잔존하는 염화물이 재수득되도록 구성된다.
도 3에서는 잔여액을 제1증발기(71)로 이송하여 염화물 재수득과정을 수행하도록 도시하고 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이 포스트탱크(50)로 이송하여 잔여액 내의 중금속을 재차 제거하도록 구성할 수도 있다.
이러한 잔여액의 염화물 수득과정 재투입으로 염화물 수득율을 극대화함은 물론 폐기물량의 감소를 통해 매립비용 감소와 환경 오염방지에 기여할 수 있다.
한편 상기 건조기(90)는 상기 제2원심분리기(80)로부터 결정상태의 염화물을 공급받아 건조시킴에 따라 중금속이 제거된 염화물을 생성하여 염화물 제품 사일로(S)로 공급하도록 구비된다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 이송장치 20 : 사일로
30 : 슬레이커 40 : 제1원심분리기
50 : 포스트탱크 60 : 세라믹필터
70 : 증발장치 80 : 제2원심분리기
90 : 건조기

Claims (3)

  1. 쓰레기 소각 시 발생되는 소각 비산재 또는 시멘트 공정 상에 생성되는 부산더스트를 이송하는 이송장치(10)와;
    상기 이송장치를 통해 소각 비산재 또는 부산더스트가 저장되며 밸브수단(21)에 의해 배출량이 제어되는 사일로(20)와;
    상기 사일로(20)로부터 소각 비산재 또는 부산더스트를 공급받으며 물저장탱크(WT)로부터 물을 공급받아 소각 비산재 또는 부산더스트와 물이 혼합된 슬러지가 생성되는 슬레이커(30)와;
    상기 슬레이커(30)로부터 슬러지를 전달받아 원심력을 이용하여 1차 여과액과 1차 잔류 슬러지로 분리시키는 제1원심분리기(40)와;
    상기 원심분리기(40)로부터 1차 여과액을 공급받아 저장하며 중금속 제거를 위한 첨가제를 공급받아 저장된 1차 여과액과 혼합함에 따라 1차 여과액에 포함된 중금속이 첨가제와 반응하여 고형화가 이루어져 2차 여과액과 침전물이 생성되는 포스트탱크(50)와;
    상기 포스트탱크(50)로부터 2차 여과액과 침전물을 공급받아 이들을 분리시키는 세라믹필터(60)와;
    상기 세라믹필터(60)로부터 2차 여과액을 공급받아 열을 가함에 따라 여과액 내 수분이 60% 내지 80%로 증발되어 결정상태의 염화나트륨 또는 염화칼륨을 포함하는 염화물과 잔여액이 생성되는 증발장치(70)와;
    상기 증발장치(70)로부터 결정상태의 염화물과 잔여액을 공급받아 결정상태의 염화물과 잔여액을 분리시키는 제2원심분리기(80)와;
    상기 제2원심분리기(80)로부터 결정상태의 염화물을 공급받아 건조시킴에 따라 중금속이 제거된 염화물을 생성하여 염화물 제품 사일로(S)로 공급하는 건조기(90);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소각 비산재 또는 시멘트 공정 부산더스트 내 염화물 수득시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증발장치(70)는
    2차 여과액이 유입되는 제1증발기(71)와, 제1증발기(71)로부터 1차 증발된 2차 여과액이 유입되는 제2증발기(72)와, 외부로부터 스팀이 공급되어 스팀을 가열한 다음 제2증발기(72)로 공급하는 제1열교환기(73)와, 상기 제2증발기(72)에서 증발된 기체를 유입받아 가열한 다음 제1증발기(71)로 공급하는 제2열교환기(74) 및 제1증발기(71)에서 증발된 기체를 유입받아 냉각시키는 응축기(75)로 이루어지며,
    상기 제1증발기(71)는 증발되지 않은 2차 여과액을 제2증발기(72)로 이송하여 2차에 걸쳐 증발과정이 수행되도록 하며 제2증발기(72)에서 증발되지 않은 결정상태의 염화물과 잔여액으로 이루어지는 2차 여과액은 제2원심분리기(80)로 공급되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 소각 비산재 또는 시멘트 공정 부산더스트 내 염화물 수득시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2원심분리기(80)는 결정상태의 염화물과 잔여액을 분리한 다음 잔여액은 제1증발기(71) 또는 포스트탱크(50)로 이송되도록 함에 따라 잔여액 내에 잔존하는 염화물이 재수득되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 소각 비산재 또는 시멘트 공정 부산더스트 내 염화물 수득시스템.
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