KR20190127891A - 폐기물 처리 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물 처리를 위한 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 폐기물 유입구(2), 합성가스 배출구(6) 및 재 배출구(ash outlet)(8)를 구비하는 메인 리셉터클(1)을 가지는 적어도 하나의 가스화기를 포함한다. 상기 리셉터클 내부에는 상기 폐기물 유입구(2)를 향하는 적어도 하나의 경사 섹션(7)을 갖고, 폐기물의 통과를 방지하는 감소 목부(reduction neck)(17)를 생성하는 베이스(14)를 갖는 바디(4); 그리고 상기 바디(4)와 접하는 분할 파티션(9a) 또는 상기 바디(4) 내부의 배기 튜브(9a)가 있고, 이에 따라 적어도 상기 경사 섹션(7)이 위치한 구역을 포함하는 폐기물 구역(15)이 생성되고, 상기 폐기물의 산화 동안 생성된 합성가스가 통과하는 폐기물이 없는 구역(16)은 상기 합성가스 배출구(6)를 향하도록 지시된다.

Description

폐기물 처리를 위한 시스템

본 발명은 폐기물 처리 유닛(waste treatment unit) 기술 분야에 속하며, 보다 구체적으로는 가스화기를 포함하는 유닛 기술 분야에 속한다.

가스화(Gasification)는 가연성 가스의 혼합물이 유기 물질로부터 얻어지는 열화학적 공정이다. 상기 가연성 가스의 혼합물은 주로 CO, CO₂, H₂, CH₄, C₂H₄ 및 C₂H₆와 같은 일부 중질 탄화수소, 및 물을 포함한다. 또한, 숯, 재 및 아스팔트와 같은 일부 오염물질이 가스화 중에 생성된다.

예를 들어, 펌프 변형을 포함하는 유동층 가스화기(fluidised bed gasifier)와 같은 다양한 유형의 가스화기가 종래 기술에 알려져 있다. 이러한 유형의 가스화기는 높은 수준의 재와 가연성 물질의 끌림(drag)과 함께 불순물이 섞인 가스를 생성한다. 따라서, 이러한 가스화기는 재순환(층(bed, 베드)을 제거하기 위해 매우 뜨거운 가스를 재순환시킴) 하에 작업하거나 또는 합성가스 흐름(syngas current)에 질소를 첨가하는 매우 뜨거운 공기를 공급하는 것을 필요로 한다. 합성가스 흐름으로의 질소 첨가는, 상기 기체가 불활성이고 가스화기에서 발생하는 후속 공정에서 에너지를 소비하기 때문에, 주요한 기술적 문제를 제기한다.

또한, 회전식 열분해기(rotary pyrolyser)는 이들의 회전 시일(rotary seal) 및 팽창 시스템이 화재 위험으로 인해 과압을 허용하지 않기 때문에 저기압 하에서 작동을 필요로 하며, 종래 기술에 알려져 있다. 이는 높은 수준의 재와 가연성 물질의 끌림을 야기하며, 이러한 열분해기는 또한 이들의 큰 부피로 인해 공정을 열적으로 조절하는 데 어려움이 있다.

더욱이, 소규모 가스화기에서도 층상 중독 문제(bed poisoning drawbacks), 재 에멀전(ash emulsion)에 의한 층 손실 및 층을 교반하는데 있어 어려움이 있는 유동층 가스화기가 본 기술 분야에 알려져 있다.

다른 대안적인 해결책은 과도한 소비량(consumption)을 가지며 합성가스 흐름으로 N₂를 첨가하는 플라즈마 열분해기(plasma pyrolyser)이다. 이들은 매우 짧은 기간에 대체품의 교체로 유지 보수를 필요로 하고, 지나치게 높은 비용이 든다. 이러한 유형의 열분해기는 일반적으로 경제적 비용과 다소 관련이 없고 폐기물 회수가 불가능한 경우에 유해 폐기물을 파괴하기 위해 사용된다. 이들은 매우 높은 온도에서 작동하고, 그 과정은 에너지 비용이 높고, 이는 비효율적이며, 가스의 품질은, 작동 온도에서 NO₂의 형성으로 이어질 수 있는 질소의 존재에 의해서도 또한 영향을 받는다.

본 발명의 폐기물 처리 유닛은 이의 가스화를 통한 습윤상 폐기물 회수로 하여금 합성가스를 얻을 수 있게 한다.

설명되는 유닛에 유입될 수 있는 폐기물은, 예를 들어서, 잔류 플라스틱, 바이오매스, 사용된 미네랄 오일, 셀룰로오스와 혼합된 플라스틱(제지 산업 폐기물), 직물과 혼합된 플라스틱 및 사용된 타이어를 포함한다. 또한, 그 조성이 본질적으로 50%의 플라스틱 및 종이를 포함하는 고형 도시 폐기물 부산물(가연성 물질 및 회수된 고형 폐기물로부터 유래된 가연성 물질)의 처리에 특히 편리하다.

본 발명의 핵심 요인은 습윤상에서 폐기물의 처리를 가능하게 한다는 것이다. 전술한 바와 같이, 종래 기술의 처리 유닛은 열 전달을 보장하기 위해 폐기물이 건조상에 있을 것을 요구한다.

본 발명의 유닛은 습윤상에서 45%까지의 폐기물의 처리를 가능하게 하여 수소가스화(hydrogasification)를 달성할 수 있게 한다(수증기는 산화제임). 이는 종래 기술의 가스화기의 적절한 기능에 필수적인 중간 폐기물 건조 단계를 수행하지 않아도 된다. 이러한 건조 단계는, 가스화기의 온도를, 상이한 반응에서 변화를 일으키지 않으면서 가스화에 필요한 온도로 증가시키기 위해 종래 기술에서 필수적이다.

본 발명에서, 상기 유닛은 적어도 하나의 가스화기를 포함하며, 그 내부는 상기 유닛의 작동 동안 500°보다 낮은 온도에 있다(종래 기술의 가스화기에서는 약 700°의 작업 온도인 것에 반하여). 이것은 또한, 상기 온도가 낮아졌기 때문에 도달 및 유지가 용이하다는 추가적인 이점을 나타낸다. 이는 또한 아스팔트의 응축(condensation) 위험을 감소시킨다.

가스화기는 메인 리셉터클의 상부 섹션에 배치된 폐기물 유입구, 합성가스 배출구 및 재떨이 배출구를 구비하는 메인 리셉터클을 포함한다. 상기 리셉터클의 내부는 폐기물의 산화 동안 생성된 합성가스가 상기 폐기물을 통과하지 않고 배출구를 향하도록 강제함으로써 가능한 재의 끌림을 방지하도록 구성된다.

이를 위해, 하우징의 내부에는, 가스화기 내에 유입된 폐기물이 축적되는 적어도 하나의 경사 섹션(inclined section)을 가지는 바디가 있고, 제1 구현예에서는 상기 바디와 접하는 리셉터클의 내부에 격벽(dividing wall)을 포함하고, 제2 구현예에서는 상기 바디의 내부에 배출 튜브(evacuation tube)를 포함한다. 이러한 요소들은 폐기물 축적 구역(적어도, 상기 경사 바디 섹션에 대응)과 생성된 합성가스가 배출구를 향해 흘러 통과하는 폐기물이 없는 구역을 분리한다.

물질의 흐름은 중력의 도움으로 아래쪽 방향으로 순환한다. 상기 바디의 경사 섹션의 슬립각(slip angle)은 공정을 완료하는데 필요한 체류 시간 및 물질의 유형에 의해 정의된다. 생성된 합성가스는 합성가스 배출구를 향하여 폐기물이 없는 구역을 통해 순환한다. 상기 배출구는 바람직하게는 상기 리셉터클의 상부 섹션에 위치되며 이를 통해 가스가 상기 폐기물이 없는 구역을 통해 위쪽 방향으로 순환한다. 제1 구현예에서, 상기 합성가스는 격벽에 의해 강제되는 상기 폐기물이 없는 구역을 통해 위쪽 방향으로 순환한다. 제2 구현예에서, 상기 합성가스는 폐기물이 없는, 상기 배출 튜브를 통해 위쪽 방향으로 순환한다.

제1 구현예에서, 상기 가스화기가 격벽을 포함하는 경우, 합성가스 배출구는 리셉터클의 하부 섹션(lower section)에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 합성가스는 아래로부터 추출되고 따라서 폐기물의 순환과 동일한 방향을 따르기 때문에, 상기 가스화기는 병류(co-current)로 작동한다.

제2 구현예에서, 상기 가스화기가 배출 튜브를 포함하는 경우, 상기 바디는 상기 가스화기 내에 유입된 폐기물이 축적되는 경사벽을 가지는 동심 원뿔형이 바람직하다. 회전 바디(revolution body)는 베이스를 더 포함하고, 상기 베이스 주위에서 상기 리셉터클 벽에 대한 좁아짐이 생긴다. 상기 배출 튜브는 상기 합성가스 배출구에 대응하는 제1 말단 및 상기 바디의 베이스에 대응하는 제2 말단을 포함한다. 상기 배출 튜브는 생성된 합성가스가 폐기물과 접하지 않고 상기 바디의 내부를 통해 상기 바디의 베이스로부터 상기 합성가스 배출구로 통과하도록 상기 회전 바디를 관통한다(폐기물이 없는 구역).

전술한 바와 같이, 처리될 폐기물의 물질의 흐름은 합성가스를 생성하는 상기 폐기물의 산화 반응과 동일하게 아래쪽 방향으로 순환하며, 이는 폐기물이 없는 상기 리셉터클의 하부 구역을 향해 이동한다. 이 반응에서 생성된 열은 상기 리셉터클의 내부에서 온도를 증가시키고 아래쪽으로의 열 전달을 생성할 수 있게 한다(생성된 합성가스의 이동 방향).

제2 구현예에서, 생성된 합성가스는 상기 합성가스 배출구를 향하여 원뿔형의 내부에서 배출 튜브를 통해 순환한다. 상기 배출구는 상기 리셉터클의 상부 섹션에 위치하고, 이로 인해 가스가 상기 회전 바디를 통하여, 위쪽 방향으로 순환한다. 이는 생성된 합성가스가 상기 회전 바디의 내부에 배치된 배출 튜브를 통해 상기 리셉터클의 내부에서 상승하여 폐기물이 위치한 상기 리셉터클의 내부로 열 에너지를 전달하기 때문에 효율적인 열 전달을 가능하게 한다. 또한, 상기 합성가스 생성 반응은 리셉터클의 내부에서, 상기 회전 바디의 외부에서, 아래쪽 방향으로 발생하고, 상기 가스화기의 하부 부분에서 폐기물이 없는 구역을 향하여 아래쪽 방향으로 흐른다.

폐기물에 존재하는 수증기는 본 발명에서 산화제로서 사용된다. 이 경우, 산화제로서 공기의 사용은 배제되어 왔는데, 이는 공기의 O₂ 함량이, N₂가 78%인 것과 비교하여, 20%이기 때문에 N₂의 유입을 암시하고, 이는 불활성 기체이기 때문에 가스화 중에 발생하는 반응에 개입하지 않기 때문이다. 본 발명에서, N₂의 출현은 이들이 제거되어야 하기 때문에 추가적인 에너지 비용을 암시하거나, 또는 그렇지 않으면 압축에 의한 합성가스 처리의 상이한 단계에서 에너지 비용을 암시할 것이다. 추가적으로, 합성가스 개질 단계 동안 NO_x-유형 화합물이 생성될 수 있고, 이는 추가 처리 비용을 통해 해결해야 할 환경 문제를 암시할 수 있다.

그러나, 흡열 반응(endothermal reaction)을 통해 가스화기의 내부에서 수증기가 생성된다. 이는 유닛의 최종 자체 열 균형(self-thermal balance)에 기여하고, CO와 수소의 조합과 가능한 한 유사한 최종 생성물을 얻는 것으로 구성된, 가스화기에서 달성하고자 의도된 방향으로 돕는다. 따라서, 폐기물의 수증기는 C 및 메테인(CH₄)과 반응하도록 강요받고 이로써 가스화 생성물로서 CO 및 H₂를 얻게 되는데, 이는 피셔 트로프슈(Fischer Tropsch) 방법을 이용한 합성 연료 및 에터를 생성하기 위한 화학적 기초이다(메테인의 것보다 긴 사슬을 가지는 탄화수소의 생성을 보장하기 위한, 고정 또는 유동층 반응기에서 촉매의 존재시 합성 가스(CO 및 H₂)의 변형을 위한 화학적 과정).

가스화기에서 얻어진 합성가스는 합성 연료 및 연료 첨가제로서, 에너지를 생성하기 위해, 액체 및 특수 용매(technical solvent)를 생성하기 위해, 그리고 열 에너지를 생성하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 가스화기의 중요한 이점 중 하나는, 휘발 물질을 잡아끄는 것을 방지하기 위해 중력에 의해 작동한다는 것이다. 또한, 본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 가스화기는 온도를 정확하게 제어하고 고르게(unify) 하기 위해 하우징의 내부 및 외부에 가열 수단을 포함한다.

수득된 합성가스는 끌림(drag)이 없다(전술한 바와 같이, 상기 가스화기는 중력에 의해 작동하고 합성가스가 이의 배출 방향에서 폐기물을 통과하지 않기 때문). 추가적으로, 습윤상의 폐기물의 사용을 가능하게 하기 때문에, 수득된 합성가스는 높은 CO 및 H₂ 함량을 갖는다.

예시적인 구현예에서, 상기 가스화 유닛은 개질기(reformer)를 추가적으로 포함한다. 상기 개질기는 상기 가스화기의 합성가스 배출구에 연결된다.

바람직하게는, 상기 개질기는 그 내부에서 플라즈마를 발생시키고 그 내부를 통과하는 합성가스를 이온화하여 상기 가스화 유닛의 배출구에서 보다 순수한 합성가스를 얻고, 상기 가스화에서 생성된 가장 무거운 탄화수소를, 주로 CO 및 H₂와 같이, 보다 간단한 화합물 또는 성분으로 전환시키기 위한 수단을 포함한다.

본 발명은 상이한 폐기물 형태에 적용이 가능하다. 각각의 폐기물 조성은 이상적인 안식/슬립 각을 가지기 때문에, 이를 위하여 각 종류의 폐기물의 형태는 사전에 특징지어져야 한다. 이러한 데이터에 따라서, 상기 가스화기는 순환을 방해하는 돔을 형성하지 않으면서 중력으로 인해 폐기물이 흐를 수 있도록 설계된다.

가스화기가 배출 튜브를 포함하고, 바디가 동심 원뿔형인 실시예에서, 상기 가스화기는 두 개의 폐기물 유입구를 포함할 수 있다. 이것은 가스화기의 용량(capacity)을 최대화시킬 수 있고, 리셉터클이 큰 부피를 가질 때 특히 유용하다. 한편, 리셉터클 내부의 전체 부피는 유입구로부터 가장 먼 구역에서 사용되지 않는 공간이 폐기물로 채워지지 않도록 잘 제어될 수 있다. 즉, 리셉터클의 내부에서 폐기물의 균일한 분포가 달성된다.

한편, 여러 개의 폐기물 유입구를 가지는 것은 지속적인 방식으로 리셉터클의 내부를 충전하는 것을 가능하게 한다. 리셉터클의 내부를 채우는 것을 지속하기 위하여 폐기물이 리셉터클의 내부에 가라앉는 것을 기다릴 필요 없이, 대체 폐기물 유입구로부터 그렇게 되도록 충전을 제어할 수 있다.

이는 또한, 상기 가스화기가 폐기물 처리 설비에 설치될 때, 상기 가스화기의 유입구에 연결되는 공급 유닛이 더 작아지는 것을 허용한다. 여러 개가 있기 때문에, 각각의 가스화기에 그렇게 큰 부피의 폐기물을 가질 필요가 없다.

상기 가스화기는, 내부 또는 외부에 있을 수 있고 리셉터클의 내부로 유입되는 폐기물의 가스화가 이뤄지도록 상기 리셉터클의 내부에서 온도를 상승시키고자 의도된 가열 수단을 추가로 포함한다.

상기 폐기물 처리 유닛의 가스화기는 회전 바디 및 리셉터클에서 응력 구역(stress zone)을 발생시키지 않으면서 열 작동 범위에서 점진적인 상승이 용이하도록 구성된다. 이는 보다 제한된 온도 범위 제어를 가지는 종래 기술의 다른 폐기물 처리 유닛에 대해서 가스화기의 다양성(versatility)을 증가시킬 수 있게 한다.

마찬가지로, 상기 가스화기 및 그 내부에 배치된 회전 바디의 기하학적 구조는 처리될 폐기물에 대해 보다 균일한 열 분포를 허용하는 온도에서의 조절을 달성할 수 있게 한다. 이는 상기 유닛의 에너지 효율을 향상시키는 데 기여한다. 이와 같이, 에너지 소비에서 감소가 달성되고, 이에 의해 공정이 저렴해진다.

제2 구현예는, 상기 가스화기의 제1 구현예와 비교하여, 상기 리셉터클의 내부에서 데드존(dead zone)을 제거할 수 있게 한다. 구체적으로, 상기 제1 구현예에서, 데드존은 상기 가스화기 리셉터클의 내부에서 격벽의 후방 부분에서 생성될 수 있다. 상기 데드존은 언급한 특허에서 합성가스가 상기 리셉터클의 외부를 향하여 통과하는 구역과 일치하여, 마이너한 에너지 비효율성을 발생시킨다. 그 이유는 생성된 상기 데드존이 특정 가스화 공정과 관련하여 유닛의 작업 용량을 감소시켜 상기 유닛의 능력을 약화시키기 때문이다.

상기 제1 구현예와 비교하여 상기 제2 구현예의 다른 이점은, 이것이 가스화 공정의 계측 및 제어 시스템의 설치를 용이하게 한다는 것이다. 추가적으로, 폐기물로 덮이지 않은 리셉터클의 내부 구역에서 열 변화로 인하여 이들의 신호에 발생할 수 있는 간섭을 피할 수 있다. 이는 또한, 상기 계측을 제어하기 위한 데이터 수집을 단순화하고, 이로 인해 공정 자체가 기능성을 얻는다.

마찬가지로, 상기 제2 구현예에서 상기 가스화기의 구성 요소는 그 구성이 기계적 성형(mechanical forming)에 잘 적응하기 때문에 제조하기가 더 쉽고(상기 회전 바디는, 이의 종축(longitudinal axis)에 대하여 대칭이기 때문에, 수동으로 할 필요 없이 임의의 일반적인 공작 기계로 형성될 수 있음), 설치하기 쉽다. 또한, 가열 시스템이 상기 회전 바디의 내부에 배치될 때, 이들은 상기 제1 구현예보다 설계 및 제조가 더 쉽다.

상기 가스화기의 작업 용량 비율, 온도를 적절하게 조절할 수 있는 가능성, 및 이중 또는 다중 공급의 가능성은 공정 체류 시간의 관리에서 리웨이(leeway)를 개선할 수 있게 한다. 따라서, 상기 가스화기는 일단 폐기물 처리 시설에 설치되면 폐기물 처리 프로세스의 연속성을 향상시킬 수 있고, 이로써 종래의 기술 분야에서 알려진 다른 유닛을 사용하여 수행되는 가스화와 관련하여 가스화 중에 얻어지는 합성가스의 질을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실현 가능한 예시적인 구현예에 따라, 본 발명의 설명을 보완하고, 본 발명의 특성을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 돕기 위한 목적에서, 상기 설명은 본 발명의 필수적인 부분을 구성하는 도면의 집합을 동반하며, 이는 예시적이고 비제한적인 방식으로 다음을 나타낸다:
도 1은 가스화기의 두 가지의 구현예가 관찰될 수 있는 도면을 도시하며, 이 중 하나는 격벽을 포함하고, 다른 하나는 배출 튜브를 포함한다.
도 2a는 격벽을 포함하는 구현예의 가스화기의 단면도를 도시한다.
도 2b는 배출 튜브를 포함하는 구현예의 가스화기의 단면도를 도시한다.
도 3a는 그 내부에 폐기물이 있고, 폐기물이 없는 구역이 관찰될 수 있는 도 2a의 가스화기의 상부 단면도를 도시한다.
도 3b는 그 내부에 폐기물이 있고, 폐기물이 없는 구역이 관찰될 수 있는 도 2b의 가스화기의 상부 단면도를 도시한다.
도 4는 격벽을 포함하고, 바디가 동심 원뿔형(concentric cone) 구성을 가지는 구현예의 가스화기의 단면도를 도시한다.
도 5는 격벽이 관찰될 수 있는 도 4의 구현예의 가스화기의 다른 단면도를 도시한다.
도 6은 배출 튜브를 포함하고, 바디가 동심 원뿔형 구성을 가지는 구현예의 가스화기의 단면도를 도시한다.
도 7은 도 5의 구현예의 가스화기의 다른 단면도를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 가스화기가 배출 튜브 및 두 개의 폐기물 유입구를 포함하는 예시적인 구현예의 입면 단면도(cross-sectional elevation view) 및 상부 단면도를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 가스화기가 격벽을 포함하는 구현예 및 가스화기가 배출 튜브를 포함하는 구현예에서 가스화기와 개질기를 가지는 가스화 유닛의 개략도를 도시한다.

이하에서는 도 1 내지 도 9의 도움으로 본 발명의 예시적인 구현예를 설명한다.

제안된 가스화 유닛은 메인 리셉터클의 상부 섹션에 배치된 폐기물 유입구(2), 합성가스 배출구(6) 및 재떨이 배출구(8)를 구비하는 메인 리셉터클(1)을 가지는 적어도 하나의 가스화기를 포함하는 유형의 것이다. 고형 폐기물 생성물은 상기 재떨이 배출구(8)에 의해 수집된다. 도 1에서, 본 발명의 가스화기의 가능한 2 가지의 구현예가 관찰될 수 있다.

폐기물은 상응하는 폐기물 유입구(2)를 통해 가스화기 내에 유입되고, 상기 리셉터클(1)의 내부에서 가열되어 결과적으로 합성가스 및 재를 발생시키는 해당 화학 반응을 촉발시킨다. 본 발명의 중요한 이점은 생성된 합성가스가 상기 리셉터클(1)의 내부를 통해 상기 합성가스 배출구(6)를 향해 순환함에 따라 폐기물을 투과하지 않도록 상기 가스화기가 구성된다는 것이다.

상기 기술적 효과를 달성하기 위해, 상기 가스화기는 상기 리셉터클(1)의 내부에, 적어도 하나의 경사 섹션(7)을 가지는 바디(4)를 포함한다. 상기 바디(4)와 경사 섹션(7) 둘 모두는 도 1에서 명확하게 볼 수 있다. 이들은 또한 상기 가스화기의 가능한 2 가지의 실시예가 보다 크게 상세히 관찰될 수 있는 도 2a 및 도 2b에서도 명확하게 볼 수 있다.

상기 바디(4)는 적어도 하나의 경사 섹션(7)이 상기 폐기물 유입구(2)에 대향하여 배치되도록 위치된다. 이는 폐기물이 유입될 때 상기 폐기물 유입구(2)에 대향하여 배치된 상기 바디(4)의 상기 경사 섹션(7)에 상기 폐기물이 떨어지게 한다.

도 2a에 도시된 제1 구현예에서, 상기 바디(4)는 편심 원뿔형(eccentric cone) 형상의 바디가 바람직하고, 도 2b에 도시된 제2 구현예에서는, 동심 원뿔형(concentric cone) 형상의 바디가 바람직하다. 두 경우 모두에서, 상기 바디(4)는 폐기물의 통과를 방지하는 상기 리셉터클(1)의 벽과 베이스(14) 사이에 공핍 샤프트(depletion shaft)(17)를 생성하도록 배치되는 상기 베이스(14)를 포함한다. 이는 상기 리셉터클(1)의 내부에서 원하는 구역 내 폐기물의 축적에 기여한다. 상기 공핍 샤프트(17)부터 상기 재떨이 배출구(8)까지의 자유 공간은 상기 리셉터클(1)의 내부에서 폐기물의 산화 동안 발생된 재의 통과를 위하여 의도된 것이다.

상기 가스화기의 중요한 기술적 특징은, 상기 리셉터클(1)의 내부에, 합성가스를 오염시킬 수 있는 폐기물과 부산물이 없는 구역을 통해 상기 합성가스가 흘러나가게 하는 것을 보장하는 요소를 포함한다는 것이다. 제1 구현예에서, 상기 요소는, 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 바디(4)와 접하는 격벽(9a)이다. 이 경우, 폐기물 유입구(2)부터 상기 가스화기의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 격벽(9)은 바람직하게는 상기 폐기물 유입구(2)에 대향하여 배치된다. 제2 구현예에서, 폐기물로부터 자유로운 합성가스(waste-free syngas)의 유출을 보장하는 요소는 배출 튜브(9b)이고, 이는 상기 가스화기의 합성가스 배출구(6)와 대응되게 배치된 제1 말단과 상기 회전 바디(4)의 베이스(14)와 대응되게 배치된 제2 말단을 포함한다.

상기 격벽(9a) 및 배출 튜브(9b)의 중요한 이점은, 합성가스가 통과하여 상기 리셉터클(1)의 밖으로 흘러나가는 폐기물이 없는 구역(waste-free zone)(16)으로부터, 적어도 상기 바디(4)의 경사 섹션(7)이 위치된 구역 및 폐기물 유입구를 통해 들어오는 폐기물이 축적되는 구역을 둘러싸는, 상기 리셉터클(1) 내 폐기물 구역(15)을 이들이 분리한다는 것이다. 이러한 폐기물 구역(15)들 및 폐기물이 없는 구역(16)들은 도 3a 및 도 3b에서 명확하게 관찰된다.

바람직하게는, (도 2a, 3a, 4 및 5에 도시된) 제1 구현예에서, 격벽(9a)의 길이는 처리될 폐기물의 상기 바디(4)의 경사 섹션(7)에 대한 안식각에 기초하여 선택된다. 도 2a에서, 폐기물이 상기 공핍 샤프트(17)에 어떻게 보유되는지 또한 관찰될 수 있다.

마찬가지로, 상기 격벽(9a)은 폐기물의 산화 동안 생성된 합성가스가 상기 합성가스 배출구(6)를 향하여 통과하여 흐르는 폐기물이 없는 구역(16)을 생성한다. 상기 폐기물이 없는 구역(16)은 도 2b에서 관찰할 수 있다. 합성가스가 상기 폐기물이 없는 구역(16)을 통해 이동하도록 만들기 위해 충전(filling)에 의한 밀봉이 보장되어야 한다.

바람직하게는, 도면에 도시된 바와 같이, 제1 구현예에서, 그리고 보다 구체적으로, 상기 바디(4)가 편심 원뿔형 형상의 바디인 경우, 상기 폐기물 구역(15)은 상기 바디(4)의 직선 부분의 일부와 전체 경사 섹션(7)을 둘러싼다.

도 4 및 도 5는 상기 제1 구현예의 가스화기의 섹션을 보여준다. 도 4는 상기 유입구(2)에 대향하여 배치된 상기 바디(4)의 경사 섹션(7)의 상세도를 보여준다. 이 경우, 상기 바디(4)는 편심 원뿔형이기 때문에, 하나의 경사 섹션(7)만 있다. 도 5는 상기 격벽(9a)이 명확하게 관찰될 수 있는 다른 단면도를 보여준다.

(도 2b, 3b, 6 및 7에 도시된) 제2 구현예에서, 상기 회전 바디(4)는 바람직하게는 동심 원뿔형이기 때문에, 공정의 기하학적 구조(process geometry)가 증가하고, 즉, 상기 경사면(7)과 접하는 상기 회전 바디(4)의 주위의 상기 폐기물 축적 구역(15)이 상기 제1 구현예에 비해 증가한다. 마찬가지로, 상기 배출 튜브(9b)는 상기 회전 바디(4)의 내부에 배치되기 때문에, 상기 리셉터클(1)의 내부에서 추가적인 공간을 차지하지 않는다. 상기 배출 튜브(9b)의 길이와 상기 폐기물 구역(15)의 증가는, 처리될 폐기물의 상기 바디(4)의 경사 섹션(7)에 대한 안식각에 기초하여 바람직하게 결정된다.

상기 배출 튜브(9b)의 내부는 상기 제2 구현예에서 상기 폐기물이 없는 구역(16)이다. 이러한 제2 구현예에서, 상기 배출 튜브(9b)를 통한 합성가스의 통과 동안, 에너지 교환은 상기 리셉터클의 내부에서 폐기물과 함께 일어난다(이는 상기 회전 바디와 접해있기 때문).

도 6 및 도 7은 상기 제2 구현예의 가스화기의 단면도를 보여준다. 도 6은 상기 폐기물 유입구(2)에 대향하여 배치된 상기 바디(4)의 경사 섹션(7) 중 하나를 보여준다. 동일한 구현예의 다른 단면도를 나타내는 도 7은, 상기 바디(4)의 베이스(14)를 상기 합성가스 배출구(6)와 연결하는, 상기 바디(4)의 내부의 배출 튜브(9b)를 보여준다.

도 8a 및 도 8b는 배출 튜브(9b)를 가지는 가스화기(제2 구현예)가 두 개의 폐기물 유입구(2)를 포함하는 예를 보여준다. 도 8a에서 관찰할 수 있는 바와 같이, 바람직하게는 상기 유입구(2)들은 상기 리셉터클(1)의 상부 부분에 배치되고, 서로 반대 위치에 배치된다. 이는 폐기물 처리 유닛의 가스화기의 용량을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 이 구현예는, 상기 바디(4)가 동심 원뿔형이기 때문에, 폐기물이 상이한 위치로부터 유입될지라도, 상기 리셉터클(1)의 내부에서 폐기물의 적절한 분포를 보장하는 다양한 경사 섹션(7)을 포함하기 때문에 가능하다. 도 8b는 두 개의 폐기물 유입구(2)가 있을 수 있는 경우에서도, 어떻게 상기 배출 튜브(9b)가 폐기물이 없는 구역(16)으로 유지되는지 보여준다.

추가적으로, 상기 리셉터클(1)에서 폐기물의 산화 반응을 수행하기 위하여, 상기 가스화기는 상기 리셉터클(1)의 내부를 가열하도록 구성된 가열 수단을 더 포함한다.

도 9a 및 도 9b는 개질기(reformer)(18)를 추가로 포함하는 폐기물 처리 유닛을 보여준다. 상기 개질기(18)는 바람직하게는 상기 가스화기의 상기 합성가스 배출구(6)에 연결된다. 상기 유닛은 상기 제1 구현예에 따른 가스화기(도 9a) 및 상기 제2 구현예에 따른 가스화기(도 9b)로 표현되었다. 관찰할 수 있는 바와 같이, 상기 가스화기가 한 유형 또는 다른 유형의 것이라는 것은 상기 유닛의 다른 구성 요소들의 작동/분배(distribution)에 지장을 주지 않는다.

이 경우, 상기 가스화기에 연결된 폐기물 공급기(20)가 있는 설비가 관찰될 수 있다. 상기 가스화기의 하우징(1)의 내부는 바디(4), 격벽(9) 및 축적된 폐기물을 나타내는 선으로 표시되어 있다. 상기 리셉터클(1)의 내부를 통해 상기 합성가스 배출구(6)로 향하는 합성가스가 따르는 경로는, 제공된 설명의 이해를 용이하게 하기 위하여 개략적으로 표현되었다. 상기 폐기물 처리 유닛이 배치된 설비의 재떨이(19)와 재떨이 배출구(8)의 연결 또한 도시되어 있다.

이러한 예에서 상기 폐기물 처리 유닛은 개질기(18)를 추가로 포함하기 때문에, 합성가스가 상기 가스화기에서부터 상기 개질기(18)까지의 경로를 어떻게 따르는지 관찰할 수 있으며, 여기서 상기 가스화기의 합성가스 배출구(6)에서 얻어질 수 있는 것보다 더 순수한 합성가스 배출구(21)를 얻기 위해 필요한 개질 반응이 이루어진다. 상기 개질기(18)는 또한 도 5에서 관찰할 수 있는 바와 같이, 상기 설비의 재떨이(19)에 연결되는 재떨이 배출구(8)를 갖는다.

상기 가열 수단은 상기 리셉터클(1)의 주위에 배치되거나, 상기 하우징(1)의 내부에 배치되거나 또는 이 둘의 조합으로 배치된다. 도 1은, 상기 가열 수단이 상기 바디(4)의 내부에 배치된 내부 가열 수단(5) 및 상기 하우징(1)의 주위에 배치된 외부 가열 수단(3)인 구현예를 보여준다.

외부 가열 수단(3)이 있는 가능한 구현예에서, 상기 외부 가열 수단(3)은 상기 폐기물 유입구(2)에서부터 폐기물 공핍 샤프트(17)까지 연장된다. 이는 폐기물이 위치한 하우징(1)의 섹션만 가열하는 것을 가능하게 한다.

다른 예시적인 구현예에서, 상기 외부 가열 수단(3)은 또한, 필요한 경우, 탄소질 폐기물의 고갈 및 궁극적인 재의 하소(scorification)를 보장하기 위하여 상기 재떨이 배출구(8)를 따라 연장된다.

상기 외부 가열 수단(3)은, 바람직하게는, 상기 하우징(1) 벽에 작용하는 유도 코일(induction coil)이 수용되는 슬리브를 포함한다. 상기 내부 가열 수단(5)는, 바람직하게는, 상기 바디(4)의 내부에 수용되는 유도 코일을 포함하여, 이들이 이의 벽에 작용하여 상기 하우징(1)의 내부로 열을 전달하도록 한다. 이는 상기 하우징(1)의 내부의 임의의 지점에서 적절한 온도가 유지되는 것을 보장하기 때문에 가열 수단의 바람직한 조합이다.

다양성을 제공하는 상기 가스화기의 기술적 특성 중 하나는, 이들이 상이한 가열 수단을 포함할 수 있다는 것이다. 바람직한 예시적인 구현예에서, 상기 가열 수단은 유도 코일인데, 이는 이들이 즉각적인 시동을 가능하게 하기 때문이다. 다른 예시적인 구현예에서, 예를 들면, 전기 저항기 또는 연소 가스 유동이 사용될 수 있다.

상기 유닛은 가열 수단의 원하는 구역의 온도를 제어함으로써 간단히 조절되는 자체 조절 계층화 체제(self-regulated stratification regime) 하에서 작동될 수 있다.

상기 가스화기는, 예를 들어 도 1에서 관찰할 수 있는 바와 같이, 폐기물이 불충분한 양의 습도를 갖는 경우를 위한 적어도 하나의 증기 주입 입구(10), 상기 하우징(1)에 촉매가 유입되어야만 하는 궁극적인 경우를 위한 고체 투입 입구(11), 비상 산화제 유입구(12) 및 비활성 및 비상 트리핑 유닛(13)을 추가로 포함할 수 있다. 마찬가지로, 상기 가스화기는 상기 하우징(1) 내 압력 및 온도를 제어하기 위한 대응되는 연결부를 포함한다.

본 발명의 가스화기의 수정가능한 파라미터 중 일부는 하우징(1)의 높이, 바디(4)의 직경, 폐기물 공핍 샤프트(17) 및 경사 섹션(7)의 경사각이다. 이러한 파라미터를 수정하여 상기 폐기물 처리 유닛이 적용되게 할 수 있다.

Claims (13)

1. 메인 리셉터클의 상부 섹션에 배치된 폐기물 유입구(2), 합성가스(syngas) 배출구(6) 및 재떨이 배출구(8)를 구비하는 메인 리셉터클(1)을 가지는 적어도 하나의 가스화기(gasifier)를 포함하는 폐기물 처리 유닛(waste treatment unit)으로서, 상기 가스화기는:
   - 상기 리셉터클(1)의 내부에 배치된 적어도 하나의 경사 섹션(7)을 가지고, 상기 폐기물 유입구(2)에 대향하여 배치되는 상기 경사 섹션(7)을 가지며, 폐기물의 통과를 방지하는 상기 리셉터클(1)의 벽과 베이스(14) 사이에 공핍 샤프트(depletion shaft)(17)를 생성하도록 배치된 상기 베이스(14)를 가지는 바디(4); 및 상기 폐기물 유입구를 통해 들어간 상기 폐기물이 축적되고 상기 바디(4)의 상기 경사 섹션(7)이 위치하는 구역을 최소한 둘러싸는, 상기 리셉터클(1) 내 폐기물 구역(15), 및 상기 폐기물의 산화 동안 생성된 합성가스가 상기 합성가스 배출구(6)를 향하여 흐르며 통과하는 폐기물이 없는 구역(16)을 생성하도록, 상기 리셉터클(1)의 내부에 배치되고 상기 바디(4)와 접하도록 배치된 격벽(dividing wall)(9a), 또는 상기 합성가스 배출구(6)에 대응하는 제1 말단 및 회전 바디(4)의 상기 베이스(14)에 대응하여 배치된 제2 말단을 적어도 포함하는 상기 바디(4)의 내부에 배치된 배출 튜브(9b)를 포함하고, 그리고
   - 상기 리셉터클(1)의 내부를 가열하도록 구성된 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리 유닛.
2. 제1항에 있어서,
   배출 튜브(9b)를 포함하는 경우, 상기 바디(4)는 동심 원뿔형(concentric cone) 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리 유닛.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가열 수단은 상기 리셉터클(1)의 주위에 배치되거나, 상기 하우징(1)의 내부에 배치되거나 또는 둘의 조합으로 배치되는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리 유닛.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가열 수단은 상기 바디(4)의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리 유닛.
5. 제4항에 있어서,
   배출 튜브(9b)를 포함하는 경우, 상기 가열 수단은 상기 배출 튜브(9b)의 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리 유닛.
6. 제1항에 있어서,
   상기 가열 수단은 유도 코일(induction coil)인 것을 특징으로 하는 폐기물 처리 유닛.
7. 제1항에 있어서,
   상기 가열 수단은 상기 하우징(1)의 주위에 배치되는 유도 코일을 가지는 슬리브를 포함하는 외부 가열 수단(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리 유닛.
8. 제7항에 있어서,
   상기 외부 가열 수단(3)은 상기 폐기물 유입구(2)로부터 상기 폐기물 공핍 샤프트(depletion shaft)(17)로 연장되는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리 유닛.
9. 제7항에 있어서,
   상기 외부 가열 수단(3)은 상기 폐기물 유입구(2)로부터 상기 재떨이 배출구(8)로 연장되는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리 유닛.
10. 제1항에 있어서,
    상기 리셉터클(1)은 원통형인 것을 특징으로 하는 폐기물 처리 유닛.
11. 제1항에 있어서,
    격벽(9a)을 포함하는 경우, 상기 바디(4)는 편심 원뿔형(eccentric cone)인 것을 특징으로 하는 폐기물 처리 유닛.
12. 제1항에 있어서,
    상기 합성가스 배출구(6)는 상기 하우징(1)의 상부 섹션에 배치되는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리 유닛.
13. 제1항에 있어서,
    배출 튜브(9b)를 포함하는 경우, 상기 하우징(1)의 상부 섹션에서 서로 정반대로(즉, 직경방향으로, diametrically) 대향하여 배치되는 두 개의 폐기물 유입구(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 처리 유닛.
    

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