KR20210093881A - 탄소함유물질을 처리하는 방법 및 장치 - Google Patents

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존 데이비드 윈터
제임스 맥팔레인
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시타 홀딩스 피티와이 엘티디
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Abstract

본 발명은 탄소함유물질 처리하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 반응기에 탄소함유물질을 전달하는 단계; 상기 반응기에 촉매를 전달하는 단계; 상기 탄소함유물질을 베이스 화합물로 분해하기 위해 상기 반응기 내에서 상대적으로 낮은 온도에서 상기 탄소함유물질을 처리하는 단계를 포함한다.

Description

탄소함유물질을 처리하는 방법 및 장치
본 발명은 일반적으로 탄소함유물질, 특히 할라이드 성분(halide elements)을 함유하는 물질을 처리하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 인시츄(in-situ) 또는 별도의 단계에서 촉매 부분 산화에 의한 저온 열분해(pyrolitic) 반응을 포함하는, 반응기 및 관련 시스템에서 탄소함유물질을 처리하는 방법, 및 상기 방법의 생성물의 적어도 일부분을 회수하는 방법에 관한 것이다.
열분해(pyrolysis) 반응기는 산소 또는 임의의 할로겐이 없는 승온(elevated temperatures)에서 유기물질의 열화학적 분해를 제공한다. 열분해는 화학적 조성물 및 물리적 상(phase)의 동시 변화를 수반하며 비가역적이다. 반응기 설계(design)는 열-화학적 전환을 위한 에너지를 제공하기 위해 직접적인(direct) 열전달, 간접적인(indirect) 열전달의 두 가지 메인 모드를 사용하거나 또는 둘의 조합(combination of both)을 사용할 수 있다. 간접 가열(indirect heating)은 이러한 유형의 장치의 규모 확장(scale-up)을 제한하는 요소인 금속 열전달 표면에 의존하고, 그 결과, 합리적인 플랜트(plant) 처리량(through-put)을 달성하기 위해 다수의 유닛(units)이 병렬로 작동하여야 한다. 이는 높은 자본 비용, 높은 유지 비용, 높은 운영 비용, 및 낮은 열 효율을 야기한다. 이러한 유형의 장비의 예로는 로터리 킬른(rotary kilns), 드럼 킬른(drum kilns), 레토르트 (retorts(고정층(fixed bed)), 오거(auger), 및 융삭(ablative) 및 진공 반응기가 있다. 일부 새로운 간접 가열 방법은 전기적(복사 및/또는 전도), 플라즈마, 마이크로파, 및 태양 에너지를 포함한다. 이들 방법은 일반적으로 저렴한 전기 및 비활성 캐리어 가스를 필요로 한다. 또한, 이들 복잡한 가열 방법은 운영 및 자본 비용이 높다.
직접적인 열전달은 고온의 소모된 연소 가스의 스트림(stream) 또는 비활성 가스(보통 합성가스)의 재순환(recirculation)을 사용하여 달성될 수 있다. 고온의 소모된 연소 가스를 사용하면 상기 합성가스가 이산화탄소 및 질소로 상당히 희석되어, 일단 냉각되면 자체 연소를 위한 충분한 연료 가치(fuel value)를 갖지 못하므로 용도가 제한적인 매우 낮은 열량의 합성가스가 된다. 합성가스의 재순환을 사용하는 것은 상기 여분의 재순환 가스 볼륨을 처리하기 위해 훨씬 더 큰 오프가스(off-gas) 정화 시스템이 요구되고 또한 상기 가스가 재압축되어야 하는 단점이 있다. 또한, 상기 열분해 오프가스(원료 합성가스)는 타르와 오일을 응축하고 제거하기 위해 습식 스크럽(냉각)되어야 한다. 따라서, 재활용된 가스는 매 사이클마다 약 80℃ 내지 800℃로 재압축 및 재가열되어야 하므로, 낮은 열효율과 높은 운영 비용을 야기한다. 또한, 재순환 합성가스는 간접 열 교환기를 사용하여 재가열되어야 하므로 높은 자본 비용을 야기한다. 열분해 반응기를 통한 높은 가스 플로우(high gas flow)는 바이오 숯(biochar)의 수율을 감소시킨다. 이 기법의 예로는 고정층 레토르트(fixed bed retorts), 다단로(multi-hearth furnaces), 유동층(fluid beds), 및 분류층 반응기(entrained flow reactors)가 있다.
상기 배경기술에 대한 상기 언급은 해당 기술이 당업자의 통상의 일반 지식의 일부분을 형성하는 것을 인정하는 것으로 간주되지 않는다. 상기 언급은 또한 본 명세서에 개시된 바와 같이 액추에이터(actuators), 액추에이터의 제조 방법 및 그 구성요소에 대한 적용을 제한하려는 의도가 아니다.
본 발명은 일반적으로 오염 유기 물질, PFAS, 및 기타 할라이드 성분을 함유하는 폐기물을 포함하는 탄소함유물질의 처리에 관한 것이다. 또한 개시된 방법은 다른 탄소함유물질에도 적용할 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
일부 실시형태에서, 상기 방법은 유기 물질 피트스톡(feedstock)을 베이스 성분(base components)으로 분해하기 위해 열분해를 사용하여 유기 물질을 처리하는데 활용된다. 일부 실시형태에서, 상기 방법은 탄소와 같은 유기 물질의 저비용 열 처리로, 상기 생성물의 일부 또는 상기 처리의 출력물의 회수를 포함한다. 상기 방법은 PFAS, PVC, 갈탄(lignite), 동물 배설물(animal waste), 우드칩(woodchip), 짚(straw), 바이오솔리드(biosolids)와 같은 다양한 유기 조성물을 처리하는데 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 방법은 (PFAS, 바이오솔리드, PVC와 같은) 폐기물/오염물질의 처리, 열 회수, 에너지 회수, 청정 합성가스 회수, 바이오 숯 회수, 물 회수, 수소 회수, 및 토양 회수로 이어진다.
그러나, 상기 방법은 이들 용도 또는 출력에 제한되지 않는 것으로 이해된다. 상기 방법은 피드스톡의 가변성을 처리하고 광범위한 조건에 걸쳐 운용될 수 있다.
제1 특징에 따르면, 탄소함유물질을 처리하는 방법이 개시되고, 상기 방법은 탄소함유물질을 반응기로 전달하는 단계; 상기 반응기에 촉매를 전달하는 단계; 상기 탄소함유물질 내의 유기화합물을 방출 및 분해하기 위해 상기 반응기 내에서 상대적으로 낮은 온도에서 상기 탄소함유물질을 처리하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 상기 방법은 촉매를 핫샌드(hot sand)의 형태로 전달하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에서, 샌드는 성긴(loose) 또는 미세(fine) 입상물(granular substance)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 상기 핫샌드 또는 촉매는 상기 반응기의 길이를 따라 다수의 이격된 지점에 전달된다. 일부 실시형태에서, 상기 핫샌드 또는 촉매는 상기 피드스톡과 기계적 방식으로 혼합된다.
일부 실시형태에서, 상기 촉매는 산화철 기반 촉매를 포함한다. 일부 실시형태에서, 상기 촉매는 일메나이트(ilmenite)를 포함한다. 상기 방법은, 안전한 폐기를 허용하는 보다 안정한 화합물을 형성할 목적으로 할라이드 성분을 포획하도록 맞춤화된 열전달 매체 촉매와 함께 인시츄(in-situ)에서, 흡수제의 사용을 포함할 수 있다. 이러한 흡수제의 예로는 매우 안정한 고체 염화 칼슘을 형성하기 위해 염소 기체 존재 하에 반응하는 산화 칼슘이다.
일부 실시형태에서, 상기 방법은 출력 물질로부터 상기 촉매의 적어도 일부를 회수하는 단계 및 상기 방법에서 재사용을 위해 상기 촉매를 재생산하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 상기 반응기 프로세스는 출력물질을 산출한다. 일부 실시형태에서 상기 출력물은 바이오 숯을 포함하며, 일부 실시형태에서 바이오 숯은 상기 출력물질로부터 분리될 수 있다.
일부 실시형태에서, 상기 방법은 상기 촉매의 일부 또는 전부 및 상기 탄소 또는 연료의 일부 또는 전부를 반응 챔버(chamber)로 복귀(restore)시키도록 준비된다.
일부 실시형태에서, 상기 방법은 합성가스를 제2 반응기로 전달하는 단계 포함한다. 제2 반응 단계는 임의의 방출된 가스상 유기 화합물의 추가 분해를 보장하기 위해 제공되며, 이로써 제1 단계로부터의 오프가스가 새로운 재생 촉매와 접촉된다. 청정 비오염(non-contaminated) 합성가스 스트림을 형성하기 위해 이들 성분의 최소 구성 화합물로의 부분 산화-때로는 가스화(gasification)라고 함-가 제1 단계 열분해보다 높은 온도에서 발생한다.
일부 실시형태에서, 단일 유동층을 이용하는 병렬 공정에서 탄소함유물질의 다수의 스트림을 처리하는 방법이 개시된다.
앞서 설명된 방법 및 장치의 범위 내에 속할 수 있는 임의의 기타 실시형태에도 불구하고, 특정 실시예는 본 명세서에서 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시의 방법으로 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 처리 시스템의 등척 정면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 상기 실시예의 등척 배면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 피더 어셈블리(feeder assembly)의 등척도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 연소기 라이저 어셈블리(combustor riser assembly)의 등척도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 분배기(distributor)의 등척 정면도를 도시한다.
도 6은 도 5의 상기 분배기의 등척 배면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 엘리베이터 어셈블리(elevator assembly)의 등척도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예의 유동층 어셈블리(fluid bed assembly)의 등척도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예의 가스화 반응기(gasification reactor) 의 등척도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예의 반응기 어셈블리(reactor assembly)의 등척도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예의 분리기 어셈블리(separator assembly)를 도시한다.
도 12는 본 발명의 추가 실시예의 어셈블리의 측면도를 도시한다.
도 13은 도 12의 장치(apparatus)의 평면도를 도시한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예의 장치의 측면도를 도시한다.
도 15는 도 14의 장치의 정면도를 도시한다.
도 16은 도 14의 장치의 측면도를 도시한다.
도 17은 본 발명의 일 실시형태의 반응기(reactor)의 실시예의 등척도를 도시한다.
도 18은 도 17의 반응기의 평면도를 도시한다.
도 19는 도 17의 반응기의 측면도를 도시한다.
도 20은 본 발명의 일 실시예의 방법의 간단한 플로우 차트(flow chart)를 도시한다.
도 21은 본 발명의 제2 실시예의 방법의 플로우 차트를 도시한다.
도 22는 본 발명의 방법의 일 실시예의 블록 플로우 다이어그램(block flow diagram)을 도시한다.
도 23은 본 발명의 일 실시예의 샌드 분배 시스템(sand distribution system) 및 반응기(reactor)의 블록도(block diagram)를 도시한다.
도 24는 본 발명의 일 실시예의 가스화 시스템(gasification system)의 블록도를 도시한다.
도 25는 가열을 위한 유동층 조합(combination of fluid beds)의 블록도이다.
도 26은 본 발명 방법의 추가 실시예의 블록 플로우 다이어그램이다.
도 27은 본 발명 방법의 추가 실시예의 블록 플로우 다이어그램이다.
도 28은 본 발명 방법의 추가 실시예의 블록 플로우 다이어그램이다.
제1 특징에 따르면, 본 발명은 탄소함유물질을 처리하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 탄소함유물질을 반응기로 전달하는 단계; 상기 반응기에 촉매를 전달하는 단계; 상기 탄소함유물질을 베이스 화합물(base compounds)로 분해하기 위해 상기 반응기 내에서 상대적으로 낮은 온도에서 상기 탄소함유물질을 처리하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 상기 방법은 고온의 고형물(hot solids)를 사용하는 직접적인 열전달을 기반으로 한다. 일부 실시형태에서, 자유 유동성 샌드(free flowing sand)와 같은 물질은 별도로 가열된 다음 열분해 반응기에서 바이오매스 또는 피드스톡과 함께 혼합된다. 이러한 방법은 합성가스를 질소 또는 이산화탄소로 희석하지 않고 열원에서 간접적으로(그러나 상기 바이오매스에는 직접적으로) 열을 공급하는 이점을 가질 수 있다.
일부 실시형태에서, 상기 방법은 상기 출력 물질로부터 상기 촉매의 적어도 일부를 회수하는 단계 및 상기 방법에서 상기 촉매를 재사용하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 실시형태에서, 상기 출력 물질은 바이오 숯을 포함한다.
일부 실시형태에서, 상기 촉매는 산화철 기반 촉매를 포함한다. 일부 실시형태에서, 상기 촉매는 일메나이트(ilmenite)를 포함한다.
일부 실시형태에서, 상기 촉매 또는 열전달 매체는 반응 성분 또는 흡수제를 함유할 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 흡수제는 산화 칼슘을 포함한다.
일부 실시형태에서, 상기 탄소함유물질은 per 및 poly-플루오로알킬(per and poly-fluoroalkyl) 화합물을 포함한다. 일부 실시형태에서 상기 탄소함유물질은 할라이드(halide) 또는 할로겐화 화합물로 오염된 유기 물질을 포함한다.
일부 실시형태에서, 상기 방법은 상기 반응기 프로세스의 상기 출력 물질로부터 합성가스를 회수하는 단계를 추가로 포함한다.
또한, 탄소함유물질을 처리하는 방법이 개시되어 있고, 상기 방법은 철계 촉매(iron based catalyst)로 환원 환경 내의 저온 반응기에서 탄소함유물질을 처리하는 단계를 포함한다.
또한, 탄소함유물질을 처리하는 장치가 개시되어 있고, 상기 장치는 탄소함유물질을 처리하는 반응기 용기; 상기 반응기 용기로부터 바이오 숯 및 촉매를 함유하는 출력 물질을 이동시키기 위한, 상기 반응기 용기로부터의 배출구; 상기 바이오 숯 및 상기 촉매의 적어도 일부를 분리하기 위한 분리 용기; 바이오 숯을 바이오 숯 컨테이너로 전달하기 위한 적어도 하나의 배출구; 상기 촉매의 적어도 일부 및 임의의 대체 물질을 연소기에 전달하기 위한 적어도 하나의 배출구; 상기 촉매의 적어도 일부 및 임의의 대체 물질을 수용하기 위한 유동층; 상기 촉매의 적어도 일부를 상기 반응기에 전달하기 위한 복귀부(return)를 포함한다.
상기 탄소함유물질은, 예를 들어, GAC와 같은 오염된 유기물질 또는 바이오매스(biomass), 유기 폐기물(organic wastes), 폐수 처리로 인한 바이오 솔리드(bio-solids), 도축장 또는 기타 유기물 사업체의 폐기물 스트림(waste streams), 오염된 토양 및 화석 연료 폐기물(contaminated soils and fossil fuels waste)과 같은 기타 폐기 유기 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 상기 오염물질은 PFAS이다.
일부 실시형태에서, 상기 방법은 핫샌드로 또한 가열되는 별도의 용기에서 열분해로부터 발생하는 오일 및 타르의 제2 가스화를 허용한다. 이는 처리할 폐스팀(waste steams) 또는 그로 인한 "나쁜(bad)" 악취가 없다는 이점을 가질 수 있다.
열전달은 자유-유동성 고체 물질, 즉, 950℃ 또는 유사한 온도의 유동층과 약 500℃의 출구 온도에서 작동하는 상기 열분해 유닛 사이에서 재순환되는 샌드와 같은 물질을 사용하여 달성된다. 사용될 수 있는 상기 열전달 매체의 예로는 일메나이트가 있다.
이러한 열전달 방법을 사용하면 대기 질소로 희석되지 않기 때문에 고열량 합성가스가 동시 생성되도록 허용한다. 열분해로 인한 상기 원료 합성가스는 임의의 잔류 타르 및 오일을 분해(가스화)하거나 또는 제1 단계로부터 방출된 임의의 할라이드 유기 화합물을 추가로 분해하기 위해 더 많은 핫샌드를 사용하여 별도의 용기에서 "과열(super-heated)"되며, 따라서 처분하거나 처리할 어떠한 일반적인 타르, 오일 또는 유해한 폐기물이 없이 청정 합성가스가 생성된다. 이것은 또한 일반적인 플랜트 악취와 비산 배출(fugitive emissions)을 줄인다. 상기 합성가스의 약 30%는 가열 또는 발전에 사용할 수 있는 초과분으로 상기 유동층을 가열하는데 사용된다.
상기 유동층의 폐열(waste heat)은 상기 유입되는 바이오매스 피트스톡을 건조하는데 사용되어 높은 전체 열 효율을 달성한다. 최종 오프가스는 입자상 물질 및 수용성 성분을 제거하기 위해 습식 스크럽된다.
상기 반응기는 숯, 합성가스 및 오염물의 제거의 개선된 수율을 위한 최대 온도 제어를 제공하는 제어된 느린 자가 열분해(autogenous pyrolysis)를 제공하는 이점을 가질 수 있는 반응기 내로 핫샌드를 주입하는 다수의 지점을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 핫샌드를 반응기 내의 일련의 이격된 투입구로 전달하는 핫샌드 분배 어셈블리가 사용된다. 상기 핫샌드 분배 어셈블리는 단일 핫샌드 투입구 및 복수의 배출구를 포함할 수 있으며, 복수의 배출구는 라이저 챔버(riser chamber) 내의 밀도를 감소시키고 상기 핫샌드를 상기 복수의 배출구 내로 이동시키기 위해 충분한 유동 공기의 추가를 통해 제어될 수 있다.
상기 반응기는, 일부 실시형태에서, 추가 생성물 스트림을 제공하기 위해 촉매 샌드 물질 또는 광물(minerals)의 열 처리를 사용할 수 있다.
일부 실시형태에서, 상기 반응기는 양호한 혼합, 균일한 온도, 양호한 체류 시간 제어를 달성하고 막힘(blockages)을 방지하기 위해 기계적 방식으로 교반된다. 상기 합성가스의 일부를 재활용하는 부분 유동화는 상기 반응기를 통한 온도 제어 및 물질 이동을 돕고 또한 최종 바이오 숯 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 방법은 상기 열분해 반응기의 규모 확장이 열전달 영역이 아닌 기계적 설계에 의해서만 제한된다는 이점을 가질 수 있다.
상기 소모된 샌드의 재활용은 상기 샌드를 냉각시킬 필요없이 특수한 엘리베이터 또는 공압식 이송을 사용하여 달성될 수 있다.
상기 샌드의 재가열로 인한 폐에너지(waste energy)는, 일부 실시형태에서, 유입되는 바이오매스 피드를 건조시키는데 사용될 수 있으며, 이는 열 효율을 최대화하고 상기 합성가스의 품질을 향상시킨다.
이러한 기법의 장점은 다음을 포함할 수 있다.
- 모든 폐열이 상기 피드 바이오매스의 예비건조(pre-drying) 및/또는 연소 공기의 예열(pre-heating)에 사용됨에 따른 높은 에너지 효율.
- 유리한 반응기 조건(느린 열분해)으로 인한 바이오 숯의 높은 수율.
- (다른 적용을 위한 판매를 허용하는) 상기 바이오 숯 특성의 제어.
- 일부 오일 및 타르는 이러한 오일 및 타르를 더 많은 합성가스로 전환하기 위해 별도의 가스화 반응기에서 또한 핫샌드를 사용하여 처리되는 원료 합성가스에 존재하므로, 처리할 부산물 및 악취가 없음.
- 열분해 가스는 임의의 비활성 가스 또는 연소 생성물에 의해 희석되지 않음.
- 고온 또는 저온 지점 없이 공정 조건, 온도, 체류시간의 양호한 정상상태(steady state) 제어에 따른, 보다 일관된 생성물 품질.
- 가스 플로우를 막는(plugging) 위험 또는 막힘(blockage)의 위험 없이 광범위한 피드스톡 유형 및 크기를 처리할 수 있다는 점.
- 용이한 시작 및 정지(플랜트가 갑자기 중지될 필요가 있는 경우, 즉 배관 내의 오일 및 타르 응축이 발생한 경우 결과에 영향이 없음).
- 장비 유지가 간단/용이함.
- 열분해를 돕고 배출량을 줄이기 위해 촉매 물질을 사용할 수 있음.
- 상기 생성물 바이오 숯의 일부가 (활성탄과 같이) 합성가스 정화를 위해 사용될 수 있고, 처리를 위해 상기 시스템으로 복귀될 수 있음.
- 안전한 운영, 낮은 비산 배출.
- 일부 실시형태에서, 상기 시스템은 반응기 내에서 1/5 또는 심지어 1/10의 길이를 사용하는 이점을 가질 수 있음.
- 상기 시스템에 질소가 추가되지 않으므로 상기 합성가스 출력물은 청정하고 질소가 없을 수 있음.
이제 도면을 참조하면, 도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예의 반응기 어셈블리를 도시한다.
어셈블리(1) 내에서 전달 슈트(11) 및 스크류 피더(12)를 포함하는 물질 피더(10)는 어셈블리(1) 내에서 처리를 위해 바이오매스 또는 다른 물질을 전달한다. 상기 스크류 피더(12)는 제1 열분해 반응기(14) 내로 연장되고 반응기로부터 합성가스의 역류를 제한하기 위해 가스 시일(gas seal)을 제공한다. 상기 반응기는 길이방향으로 연장된다. 물질은 제1 반응기(14) 내에서 처리되고, 처리된 물질은 제1 열분해 반응기(14)에서 분리기(15)로 이동된다.
소모된 샌드 및 바이오 숯은 분리기(15)에 의해 분리되고 소모된 샌드는 엘리베이터(16)를 통해 연소기 라이저(17) 및 유동층(19)으로 이동한다. 유동층(19)에서 나온 오프가스는 사이클론(22)으로 전달된다. 제1 반응기(14)에서 상기 합성가스는 합성가스 사이클론(21)을 통해 제2 가스화 반응기(20)로 이동된다.
제1 및 제2 반응기(14 및 20) 양자는 샌드 분배 시스템(23)으로부터 일메나이트 또는 대체 미세 핫샌드(alternative fine hot sand)의 형태로 공급받는다.
이제 도 3을 참조하면, 상기 물질 피더(10)는 상기 물질을 수용하도록 위치된 전달 슈트(11) 및 스크류 피드(12)를 포함한다. 상기 전달 슈트(11)는 슬라이딩 덮개(sliding lid)을 사용하거나 또는 임의의 다른 방식으로 닫힐 수 있다.
상기 스크류 피드(12)는 위쪽으로 연장되는 경사진 튜브를 포함한다. 도시된 실시형태에서, 상기 스크류 피드(12)는 수평에 대해 약 10도 내지 45도 사이의 각도를 이룬다. 이는 바이오매스의 역연소(reverse combustion)를 회피하는 이점을 가질 수 있다. 체인 구동(chain drive) 또는 기타 시스템은 상기 스크류 피드 내에 위치한 회전하는 트윈 스크류(13)에 모터를 연결한다. 상기 회전 스크류(13)는 바이오매스를 상기 반응기에 전달하기 위해 제어된 속도로 회전한다. 일부 실시형태에서, 상기 반응기에 평균 출구 온도를 제공하기 위해 상기 속도는 수동으로 제어될 수 있다. 상기 스크류 피드의 상단은 원료 합성가스의 역류를 제한하기 위한 플러그 형성을 허용하는 스크류 형상을 더 이상 포함하지 않는다. 바이오매스는 상기 스크류 피드(12)로부터 제1 반응기(14)로 공급된다. 일부 실시형태에서, 보충(make-up) 방식의 유동층 높이(level)에 기초하여 요구되는 바에 따라 물질 피더(10)에 콜드샌드(cold sand) 또는 일메나이트(ilmenite) 또한 추가된다.
도 4를 참조하면, 도시된 실시 형태에서의 상기 연소기 라이저는 일반적으로 원통형 직립 연소 용기(25) 및 복수의 배출구(26)를 포함한다. 상기 유동층(19)으로부터의 폐열은 열 또는 대체재를 제공하기 위해 복귀 샌드를 예열하거나 또는 연료의 인시츄(in-situ) 연소에 사용될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 샌드 분배 시스템(23)은 비기계식 밸브에 의해 제어되는 단일 투입구 및 복수의 배출구(27)를 포함한다. 대안적인 실시예에서, 대규모 기계식 밸브가 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 핫샌드의 전달은 상기 반응기의 주어진 구역에서 열에 응답하여 수동으로 제어된다. 대안적인 실시예에서, 이는 자동화될 수 있다. 상기 배출구로 이동하는 샌드의 제어는 상기 샌드를 주어진 배출구로 이동시키는 상기 분배기 어셈블리의 주어진 영역으로 전달되는 유동화된 공기의 양에 의해 작동된다. 상기 핫샌드는 필요에 따라 상기 분배 시스템(23)으로부터 상기 제1 반응기(14), 상기 제2 반응기(20), 및 연소기 라이저로 분배된다(기동(start-up)시에만). 상기 배출구는 상기 투입구를 수동으로 제어하여 제어될 수 있거나, 또는 상기 배출구는 상기 투입구의 제어를 통해 자동화될 수 있다.
도 7을 참조하면, 엘리베이터(16)는 산화 및 환원 시스템 사이에 가스 잠금 장치(gas lock)가 있는 엘리베이터를 포함한다. 상기 유동층 용기는 도 8에 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 제2 반응기는 핫샌드가 유입되는 합성가스와 혼합될 수 있는 용기(30)를 포함한다. 도시된 실시형태에서, 이중의 각이 진 튜브(dual angled tube)(31)는 소정의 각도에서 만난다. 추가적인 v 형 펀넬 용기(funnel vessel)(32)는 혼합을 허용한다. 핫샌드 및 합성가스는 상기 반응기 내에서 혼합되고, 반응기 내부는 합성가스로부터의 잔류 오일 및 타르를 가스화하기에 충분히 뜨겁다. 이는 상기 시스템의 막힘(clogging)을 줄이는 이점이 있다. 대안적인 실시예에서, 일련의 라이저 및 사이클론이 사용될 수 있다. 상기 의도는 상기 합성가스가 막힘을 유발할 수 있는 영역을 통과하지 않게 하기 위함이다. 합성가스는 출구에서 850℃ 이상으로 가열되어야 한다.
도 10을 참조하면, 제1 반응기는 상기 피더로부터의 물질이 상기 반응기로 공급되는 투입구 단부(51)로부터 연장되는 길쭉한 용기(50)를 포함한다. 상기 용기(50)는, 도시된 실시형태에서, 상기 핫샌드 분배 시스템으로부터 핫샌드의 진입(ingress)을 허용하는 복수의 진입구(53)를 지나 연장된다. 이는 상기 반응기를 반응 구역들(reaction zones)로 나눈다. 상기 반응 용기(50) 내에 위치한 이중 샤프트 패들 휠 오거(double shaft paddle wheel auger)는 상기 피더로부터 공급된 상기 바이오매스를 핫샌드와 혼합하기 위해 회전한다.
일부 실시형태에서, 온도의 지속적인 측정은 핫샌드 및 바이오매스의 투입이 제어되도록 허용한다. 일부 실시형태에서, 상기 반응기의 배출구 단부에서 패들의 형상 또는 회전 속도를 변경함으로써 체류시간이 허용된다. 그 후, 상기 반응기로부터의 물질은 상기 분리기로 이동된다. 일부 실시형태에서, 상기 반응 스테이지들은 개별적인 혼합기들이고 소모된 샌드의 독립적인 분리를 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 분리기는 하나 이상의 가변적인 유형의 스크린 또는 개구(apertures)를 포함하는 분리 용기(58)를 포함할 수 있다. 자기적 분리(magnetic separation) 및 물리적 분리(physical separation)가 사용될 수 있다.
또한, 도 12 내지 도 16에서는, 탄소함유물질을 처리하는 장치의 추가 실시예가 개시되어 있다. 상기 장치(200)는 탄소함유물질을 반응기(202) 내로 진입시키기 위한 인피드(201)를 포함한다. 상기 반응기는 열분해 반응기일 수 있다. 상기 반응기(202)로부터의 생성물은 물질이 분리되는 상기 분리기(203)로 이동된다. 이 시점에서 보충(make-up) 일메나이트가 추가될 수 있다. 그 후, 일메나이트와 같은 촉매는 상기 연소기 라이저(204) 내로 들어가는데, 여기서 촉매는 유동층(205)으로 상승되고, 회수되어 반응기 내에서 추가 반응을 촉진시키기 위해 상기 반응기로 복귀될 수 있다. 바이오 숯은 바이오 숯통(biochar bin)(206) 내로 분리된다. 상기 연소기 라이저(204)는 원통형 연소 용기(208), 및 상기 유동층(205)과 연결된 사이클론(210)으로 이어지는 상방향으로 연장되는 파이프(209)를 포함한다. 상기 분리 공정은 합성가스를 상기 반응기(202)에서 타르 분쇄기 및 후속 수냉(water quench)/스크러버(scrubber)로 제거하는 단계를 포함한다. 초과 합성가스는 스택(209)을 통해 연소된다.
도 17 내지 도 19로 옮겨가면, 복수의 혼합 구역(mixing zones)을 포함하는 반응 용기가 개시되어 있다. 상기 혼합 구역은 고온의 고형물 진입 지점을 통해 위치 및 설정된다. 상기 구역은 온도 제어를 제공한다. 상기 반응 용기는 유동화를 개선하기 위해 쟁기부(ploughs)를 추가로 포함한다. 상기 반응기(202)는 인피드(284)에서 오거(285)를 통해 방출구(286)로 연장된다. 상기 인피드는 물질을 상기 반응기 본체(270)로 보내기 위한 진입 도관(entry conduit)(288) 및 오거(285)를 포함한다. 상기 반응기 본체(270)는 유동을 보조하거나 지연시키기 위해 각이 질 수 있는 패들(paddles)을 구비한 트윈 샤프트(274)의 도시된 실시형태로 구성된 기계적 방식으로 보조되는 유동층/혼합기(273)를 포함한다.
일단 물질이 상기 인피드(284)를 통해 진입하면, 원료 합성가스는 합성가스 방출구(285)에서 배기될 수 있다. 핫샌드 또는 대체 물질은 복수의 고온의 고형물 진입 지점(277)에서 주입된다. 이는 상기 반응기(202) 내에 구역들을 생성한다.
이제 도 20으로 옮겨가면, 본 발명의 일 시시예의 간단한 플로우 차트가 도시되어 있다. 탄소함유물질(302)을 처리하는 도시된 방법(301)은 상기 탄소함유물질(302)를 반응기(303)로 전달하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 연료(306), 공기(307), 및 촉매(308)를 반응기에 도입하는 것을 추가로 포함한다. 상기 연료는 임의의 상업적으로 입수가능한 청정 연소 가스상 또는 액체 탄화수소 연료 또는 바이오매스, 석탄 또는 숯과 같은 고체 연료로 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 연료는 합성가스일 수 있다. 상기 촉매는, 예를 들어, 일메나이트와 같은 산화철 촉매의 형태일 수 있다. 상기 연료(306), 공기(307), 및 촉매(308)는 상기 반응기(303)로의 출구를 포함하는 유동층(311)으로 전달될 수 있다. 연소 오프가스(309)는 상기 유동층으로부터 제거된다. 상기 유기 물질(302) 및 고온의 촉매(308)는 상기 반응기(303)에서 만난다.
상기 반응기(303)는, 일부 실시형태에서, 가열된 고체 매체와 접촉함으로써 상기 유기 물질을 부분적으로 연소시키는 역할을 하는 열분해 반응기를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 가열된 고체 매체는 일메나이트를 포함한다. 일부 실시형태에서, 상기 반응기는 상기 유기 물질이 여러 단계의 가열을 거치도록 구성될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 상기 가열 단계들은 500℃ 내지 900℃의 상대적으로 낮은 온도에서 유지된다.
상기 반응기의 생성물은 상기 반응기로부터 분리 챔버(310)로 전달되고, 분리 챔버(310)에서 청정 물질(312) 및 회수 가능한 물질이 서로 분리된다. 상기 회수된 물질이 상기 반응기(303)로 전달될 수 있는 상기 유동층(311)으로 상기 회수된 물질이 전달되는 동안, 상기 청정 물질(312)은 출구를 통해 들어간다. 일부 실시형태에서, 상기 회수된 물질은 소모된 촉매 및 연료의 적어도 일부를 포함한다. 일부 실시형태에서, 상기 분리기는 스크리닝(screening)을 포함한다. 상기 소모된 촉매의 일부는 촉매 단일성을 유지하기 위해 거부될 수 있다.
물질은 추가로 상기 반응기 및 상기 유동층 모두에서 적어도 하나의 스크러버로 들어간다. 도시된 실시형태에서, 상기 가스상 물질은 제2 가스화가 발생하는 건식 스크러버(314)를 통해 습식 스크러버(315) 상으로 들어간다. 예를 들어, CaCO3와 같은 중화제(317)는 습식 스크러버(315)에 첨가될 수 있다. 청정-오프가스(318) 및 침전된 고형물(319)은 상기 습식 스크러버로부터 제거된다.
상기 방법은 오염된 유기 물질, 특히 오염된 할라이드를 상대적으로 낮은 온도에서 처리하는 이점이 있으므로 종래 기술 시스템보다 더 낮은 에너지 투입이 요구된다. 반응 온도를 약 900℃ 이하로 유지함으로써 상기 온도는 1100℃ 보다 높은 온도를 필요로 하는 다른 시스템에 비해 온도가 상대적으로 낮게 유지된다. 또한, 상기 방법은 열전달 및 촉매를 제공하는 매체로 일메나이트를 사용한다. 탄소를 회수하는 동안 그리고 일부 실시형태에서는 탄소를 재활성화하는 동안, 상기 방법은, 일부 실시형태에서, 약 500℃에서의 방출 및 약 1000℃에서 휘발된 오염물질의 제거를 허용할 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 시스템은 상기 촉매의 적어도 일부를 재사용하기 위해 상기 촉매의 회수를 허용할 수 있다.
이제 도 21로 ?グ丙「?, 탄소함유물질의 상기 처리를 위한 방법의 제2 실시예가 개시되어 있다. 상기 방법은 탄소함유물질(321)을 건조기(323)를 통해 반응기(322)로 전달하는 단계를 포함한다. 상기 건조기는, 일부 실시형태에서, 오프가스 사이클론(325)을 포함하는 표준 처리 장비를 사용할 수 있다.
상기 반응기(322) 내에서, 상기 물질은 300℃ 보다 높은 온도에서 반탄화(torrefaction) 및 최종적으로 500℃ 보다 높은 온도에서 열분해를 개시하기 위해 200℃ 보다 높은 온도에서 가열된다. 일부 실시형태에서, 상기 반응기의 온도는 800℃ 내지 900℃ 미만으로 유지된다.
상기 방법은 합성가스의 형태일 수 있는 연료, 및 일메나이트와 같은 산화철 촉매의 형태일 수 있는 촉매를 유동층(327), 제1 스크러버(328), 라이저(330), 및 라이저 사이클론(331), 유동층 오프가스 사이클론(332), 및 합성가스 사이클론(333)을 포함하는 복수의 사이클론에 의해 상기 반응기(322)로 전달하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 반응기(322) 내에서 처리된 후, 물질은 분리 챔버(334)로 전달된다. 상기 분리 챔버는, 일부 실시형태에서, 회전 스크린 또는 대체 분리기를 포함할 수 있다. 상기 분리 챔버로부터의 물질은 혐기성 쿨러로 전달되고, 물질은 바이오 숯(336), 일부 로스트된(roasted) 광물 촉매(337), 및 냉각수(338)를 포함한다. 광물/열전달 매체 또는 촉매와 같은 물질은 라이저(340)을 통해 라이터 사이클론(331) 및 상기 유동층(327)으로 이동된다.
도 22를 참조하면, 탄소함유물질을 처리하는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 바이오매스(401)를 트윈 스크류 피더를 포함하는 피더(402) 내로 공급하는 단계 및 상기 바이오매스를 제1 반응기(403)로 전달하는 단계를 포함한다. 도시된 실시형태에서의 상기 제1 반응기는 용기 내에 이중 샤프트 패들 휠을 포함한다. 상기 반응기는 상기 바이오매스의 열을 160℃에서 300℃를 거쳐 500℃까지 증가시킬 수 있다.
핫샌드 또는 일메나이트는 핫샌드 분배 어셈블리(404)로부터 상기 반응기(403)로 전달된다. 상기 핫샌드는 상기 반응기를 서로 다른 온도를 갖는 구역으로 효과적으로 분할하는 복수의 투입구에 전달된다. 상기 더블 샤프트 패들 휠은 상기 바이오매스를 상기 샌드와 혼합한다. 정기적인 온도 측정은 상기 핫샌드 분배 어셈블리로부터의 샌드의 제어된 전달을 허용한다.
일부 실시형태에서, 상기 핫샌드는 일메나이트와 같은 촉매 또는 대체 철 기반 촉매이다.
원료 합성가스는 상기 제1 반응기에서 방출되고 합성가스 가스화를 위해 제2 반응기(410)로 전달된다. 이는 오프가스를 계속 가열하여, 타르와 오일에 의한 응결 및 막힘을 감소시키기 위해 상기 타르와 오일을 더 작은 분자량 구성요소로 분해한다. 청정 합성가스는 압축기로 방출되고 연료로 연소, 방출 또는 재사용될 수 있다.
상기 플랜트의 핵심 목표는 상기 합성가스 조성을 결정하는 것일 수 있다.
상기 처리된 바이오매스는, 상기 바이오 숯 생성물 및 로스트된 샌드를 상기 유동으로부터 분리하기 위해 복수의 스크린을 포함할 수 있는, 분리기로 전달된다. 질소는 또한 상기 분리기로부터 제거될 수 있다. 물질은 계속해서 상기 분리기에서 올즈 엘리베이터(olds elevator)(406)로 전달된 후 연소기 라이저(407) 내로 전달된다. 상기 연소기 라이저는, 도시된 실시형태에서, 온도를 750℃까지 증가시킨다. 공기는 리프트 속도(lift rate)를 제어하기 위해 주입된다.
상기 물질은 900℃ 보다 높은 온도일 수 있는 유동층(411)으로 이동된다. 추가 처리를 위해 복수의 사이클론이 물질로부터 상기 오프가스를 분리하도록 사용된다.
도 23을 참조하면, 제1 반응기(403) 내에서의 열분해의 보다 상세한 내용이 도시되어 있다. 바이오매스 피드(403)는 제1 반응기(403)로 전달된다. 제1 반응 용기(420) 내에는 상기 반응기 내에서 상기 바이오 매스와 핫샌드 촉매를 혼합하는 더블 샤프트 패들 휠(421)이 있다. 상기 핫샌드 촉매는 상기 반응기 내에서의 온도 측정에 응답하여 수동 또는 자동으로 작동되는 복수의 비기계식 밸브를 포함하는 핫샌드 분배 시스템(404)으로부터 전달된다.
상기 핫샌드 촉매는 일련의 튜브(423)를 통해 상기 분배기 어셈블리(404)로부터 상기 반응기(403)의 다양한 구역으로 전달된다. 상기 반응기는 다수의 구역으로 성글게 분할된다. 도시된 실시형태에서, 상기 구역은 가열 구역, 반탄화 구역, 열분해 구역, 및 자가 구역(autogenous zone)을 포함한다. 이들은 핫샌드의 투입구에 의해 정의된다. 상기 구역들의 온도는 상기 다중-용기 핫샌드 분배 시스템(403)으로부터 추가 핫샌드가 필요할 경우를 나타낸다. 상기 핫샌드 분배 시스템은, 일부 실시형태에서, 단일 투입구(425) 및 다수의 배출구를 갖는다. 도시된 실시형태에서, 상기 다수의 배출구는 7개의 배출구를 포함한다. 4개의 배출구는 핫샌드를 상기 제1 열분해 반응기(403)으로 전달하는 반면, 나머지 3개의 배출구(426)는 핫샌드를 처리 시스템의 나머지 부분의 상기 제2 열분해 반응기 및 상기 유동층으로 전달한다.
상기 제1 반응기로부터의 물질은 상기 분리기(405)로 전달되고 상기 반응기로 복귀되어, 바이오 숯 또는 소모된 샌드로 방출되도록 분리된다.
도 24를 참조하면, 상기 제2 반응기 및 합성가스의 가스화의 보다 상세한 내용이 도시되어 있다. 상기 제1 반응기로부터의 원료 합성가스(501)는 제2 반응기(502)로 전달된다. 도시된 실시형태의 제2 반응기는 소정의 각도로 만나는 이중의 각이 진 튜브의 형상을 갖는다. 핫샌드 및 합성가스는 상기 반응기 내에서 혼합되며 상기 반응기 내부는 상기 합성가스로부터 잔류 오일 및 타르를 가스화하기에 충분히 뜨겁다. 이는 상기 시스템의 막힘을 줄이는 이점이 있다. 핫샌드 유동의 방향의 변경을 허용하기 위해 전환 밸브(diverter valve)(505)가 상기 반응기의 이중 튜브의 만남 지점에 포함된다. 상기 물질은 펀넬 용기(506) 및 합성가스 사이클론(507) 내로 들어간다.
도 25는 샌드를 가열하기 위한 유동층 조합의 블록도를 도시한다. 상기 유동층은 제1 유동층(515) 및 제2 유동층(516)을 포함한다. 상기 핫샌드 분배기 어셈블리로부터의 핫샌드는 제1 유동층(515)으로 전달된다. 유동성 공기, 고체, 및 연료가 첨가되고 상기 유동층은 약 750℃까지 가열된다. 물질은 상기 제2 유동층으로 흐르고 연소 공기, 유동화 공기, 및 연료가 첨가된다. 상기 온도는 약 950℃까지 증가한다. 연소 오프가스가 배출되는 동안 핫샌드는 전달 튜브(517)를 통해 상기 분배 시스템으로 전달된다.
예시
표 1은 바이오 숯에 대한 백분율 수율과 함께 반응에 대한 예시적인 피드스톡 및 온도를 보여준다.
피드스톡 소스/크기 온도(°C) (숯에 대한) 고형물 수율
(건조 피드 기준*) 질량%
우드칩
(Woodchip)		 유칼립투스 나무 /
침습성 네이티브 스크럽(Invasive Native Scrub(INS))

-25mm 입자		 450
500
700
800		 25.3
21.4
13.3
12.9
짚(Straw) 오튼 건초(Oaten hay), 왕겨(chaff) 400 19.9
갈탄 석탄
(Lignite coal)



치킨 비료
(톱밥 및 흙 포함)
 호주, 빅토리아 모웰
(Morwell, Vic, Aust.)
-12mm 입자


헌터 밸리
(Hunter valley)
'입수한 대로' - 20mm		 700




500		 53.2




69.2
뼛조각
(Bone chip)		 도살장
'입수한 대로' - 20mm		 500 33.9
위(Paunch)(부분적으로 퇴비화됨)
 도살장
'입수한 대로'		 450 46.3
바이오솔리드(필터 케이크) 폐수 처리로부터, 헌터 밸리 지역 450 49.5
예시2
체류시간이 15분이고 작동 압력이 대기압인 추가 테스트 작업이 완료되었다.
일부 실시형태에서, 상기 체류시간은 최대 1시간이다. 일부 실시형태에서, 상기 열분해의 온도는 약 600℃ 내지 약 900℃사이이다. 일부 실시형태에서, (제1 또는 건식 스크러버에서) 최종 분해 단계는 약 750℃내지 1000℃사이에서 작동할 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 최종 분해 단계의 온도는 약 800℃이다.
표 2에서 나타난 바와 같이, 고체의 PFAS 처리의 결과는 낮은 작동 온도에서 상기 PFAS 화합물의 제거가 확인된다.
EP231P: PFAS 합계 　 　 　'as received' GAC 　850℃ 　950℃
PFAS 합계 mg/kg 0.0002 0.804 <0.0002 <0.0002
PFHxS 및 PFOS 합계 355-46-4/1763-23-1 mg/kg 0.0002 0.699 <0.0002 <0.0002
PFAS 합계 (WA DER 리스트) mg/kg 0.0002 0.756 <0.0002 <0.0002
표 3은 상기 오프가스 스크러버로부터의 물 샘플을 보여준다.
EP231P: PFAS 합계 　 　 　개시850℃
작동		 최종850℃
작동　		 　개시950℃
작동		 최종950℃ 작동
PFAS 합계
Figure pct00001
μg/L		 0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
PFHxS 및 PFOS 합계 355-46-4/1763-23-1
Figure pct00002
μg/L		 0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
PFAS 합계 (WA DER 리스트)
Figure pct00003
μg/L		 0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
이러한 결과는 상기 PFAS 화합물이 예상했던 것보다 훨씬 낮은 온도에서 열적으로 탈휘발화되고, 오염물질 부분만 완전히 열분해(thermal destruction)되었음을 나타낸다.
도 26은 탄소함유물질의 하나의 이상의 유형 또는 스트림을 병렬로 처리하는 방법의 추가 실시예의 플로우 차트를 도시한다. 상기 시스템은 두 개의 분리된 피더와 두 개의 분리된 반응기를 허용하지만, 각 반응기 시스템에 대해 취해질 수 있는 핫샌드의 단일 공급원을 포함한다. 도시된 프로세스(601)에서, 탄소함유물질(604) 형태의 오염물질의 제1 스트림이 제1 반응기(605)로 전달된다. 제1 반응기(605)로부터의 처리된 물질은 제1 반응기(605)에서 2개의 채널로 외부로 흐른다. 첫 번째는 제1 스크린(606)에서 스크리닝되고 처리된 물질(608)로 출력된다. 제1 스크린(606)에서 스크리닝되는 동안, 상기 제1 스크린(606)에 의해 방해받는 물질은 추가 처리를 위해 공통 유동층(613)으로 전달된다.
제2 물질 흐름은 제2 반응기(611)로 전달되고, 반응이 이루어진 후 스크러버(612)로 전달된다. CaCO3 형태의 추가 물질(613)은 상기 스크러버(612)로 전달된다. 612의 상기 출력물은 배출 지점(614)에서 청정 오프가스로 배출된다.
바이오매스(615) 형태의 제2 물질 스트림은 제3 반응기(617)로 전달된다. 제3 반응기(617)로부터, 물질은 제4 반응기(619) 또는 제2 스크린(622)으로 전달된다. 상기 반응기 출력물은 제2 스크린(622)에서 스크리닝되고 처리된 물질(608)로 출력된다. 제2 스크린(622)에서 스크리닝되는 동안, 제2 스크린(622)에 의해 방해받는 물질은 바이오 숯 연료로서 상기 공통 유동층(613)으로 전달된다.
제4 반응기(619)로 전달된 출력물은 제2 스크러버(620)를 통해 처리되고 청정 합성가스 연료로서 상기 공통 유동층으로 복귀한다.
상기 공통 유동층은 소모된 연소 오프가스(625)를 출력하고 핫샌드가 상기 4개의 반응기로 흐르도록 허용한다.
상기 스크린들은 자기 분리기(magnetic separators), 물리적 스크린(physical screens) 또는 임의의 다른 스크린 시스템의 형태일 수 있다.
상기 시스템의 기술적 장점은 오염물질 처리 및 바이오매스 처리 양자를 위한 공통 유동층을 제공한다는 것이다. 바이오매스는 연료용 합성가스로 전환되고 또한 필요에 따라 크기가 조정되는, 연료 또는 토양 첨가제 또는 탄소 격리용 바이오 숯으로 전환된다. 서로 다른 피드스톡으로부터의 가스 스트림은 혼합되지 않아 청정 합성가스를 전달하도록 허용할 수 있다.
상기 시스템의 추가 실시예는 도 27에 도시되어 있다. 바이오 숯(701)과 같은 피드 물질은 혼합 및 피드 시스템(702)으로 전달되어 제1 반응기(703) 내로 전달된다. 상기 제1 반응기는 핫촉매샌드와 같은 고온의 매체와의 혼합을 통해 500 내지 700℃에서 열분해로 상기 물질을 처리한다. 상기 반응기는 또한 상기 물질이 이동하는 4개의 구역 또는 스테이지를 포함한다. 상기 고온의 매체는 전달 시스템을 통해 유동층(705)으로부터 상기 반응기(703)로 전달된다.
상기 반응기(703)로부터의 처리된 물질은 하나 이상의 스크린을 포함하는 분리기(707)로 이동된다. 복귀 매체가 예열기/라이저(708)를 통해 상기 유동층(705)으로 복귀되는 동안 바이오 숯 생성물이 방출된다.
상기 방법의 추가 실시예가 도 28에 도시되어 있다. 상기 실시예에서 오염된 토양(901) 또는 GAC는 500 내지 700℃에서 PFAS의 열 탈착을 위해 피드 시스템(902)을 통해 제1 반응기로 전달된다. 열 교환기(903) 및 혐기성 쿨러(904)가 열을 교환하기 위해 사용된다.
소모된 샌드 및 청정 토양은 스크린 및 자기 분리를 통해 상기 분리기(907)에 의해 분리되고 소모된 샌드는 연소기 라이저(908)를 통해 유동층(909)으로 이동한다. 생성물 오프가스가 유동층(909)에서 사이클론(22)까지 통과하는 동안 청정 토양(910)이 방출된다. 상기 제1 반응기(902) 및 상기 유동층(909)로부터의 합성가스는 900 내지 1100에서 PFAS의 열분해(thermal destruction)를 위해 제2 반응기(911)로 이동된다. 합성가스 사이클론(913)은 제2 반응기(911)에서의 추가 반응을 위해 합성가스를 분리하거나, 또는 청정 오프가스 및 소모된 GAC가 방출되는 습식 ??치(914), 습식 스크러버(915), 및 건식 스크러버(916)로 처리된 합성가스를 이동시킨다.
도시되지 않은 일부 실시형태에서 대규모(full scale) 상업용 플랜트는 배출 토양의 냉각으로 인한 피드 예열 및 폐열 건조를 포함한다. 상기 처리된 토양은 약 80℃에서 자기 분리용으로 유리하다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 상기 방법, 및 장치의 상기 기술 사상 및 범위를 벗어남이 없이 많은 다른 수정이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다.
문맥이 표현언어 또는 필요한 암시로 인해 다르게 요구하는 경우를 제외하고는 다음의 청구범위 및 앞선 설명에서, 단어 "포함하다(comprise)", 또는 "포함하다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"과 같은 변형은 본 명세서에 개시된 상기 방법 및 장치의 다양한 실시예에서 포괄적인 의미로, 즉 상기 언급된 특징의 존재를 특정하기 위해 사용되지만, 추가적인 특징의 존재 또는 추가를 배제하는 것은 아니다.

Claims (18)

  1. 탄소함유물질을 처리하는 방법에 있어서,
    반응기에 탄소함유물질을 전달하는 단계;
    상기 반응기에 촉매를 전달하는 단계;
    상기 탄소함유물질을 베이스 화합물(base compounds)로 분해하기 위해 상기 반응기 내에서 상대적으로 낮은 온도에서 상기 탄소함유물질을 처리하는 단계
    를 포함하는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 물질로부터 상기 촉매의 적어도 일부를 회수하고 재사용을 위해 상기 촉매를 재생하는 단계를 추가로 포함하는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 촉매는 산화철 기반 촉매를 포함하는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 촉매는 일메나이트(ilmenite)를 포함하는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매를 핫샌드(hot sand) 형태 또는 샌드(sand) 형태의 다른 고체 매체로 전달하는 단계를 포함하는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 촉매는 상기 반응기의 길이를 따라 복수의 투입구를 통해 전달되는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 촉매 및 상기 탄소함유물질들은 반응기에서 기계적 방식으로 혼합되는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소함유물질은 오염물질로 per 및 poly-플루오로알킬(per and poly-fluoroalkyl) 화합물을 포함하는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소함유물질은 오염 유기물질을 포함하는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기 처리의 상기 출력 물질로부터 합성가스를 회수하는 단계를 추가로 포함하는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 물질로부터 바이오 숯을 분리하는 단계를 추가로 포함하는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기로부터 제2 반응기로 합성가스 출력물을 전달하는 단계를 추가로 포함하는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 반응기는 핫샌드 형태의 촉매를 함유하는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  14. 할라이드 성분을 함유하는 탄소함유물질을 처리하는 방법에 있어서,
    반응기에 할라이드 성분을 함유하는 탄소함유물질을 전달하는 단계;
    상기 반응기에 촉매를 전달하는 단계;
    상기 탄소함유물질을 부분적으로 분해하여 완전히 휘발시키고, 상기 할라이드 성분을 방출하고 포획하기 위해 상기 반응기 내에서 상대적으로 낮은 온도에서 상기 탄소함유물질을 처리하는 단계를 포함하는 할라이드 성분을 포함하는 탄소함유물질을 처리하는 방법.
  15. 탄소함유물질을 처리하는 장치에 있어서,
    탄소함유물질을 처리하는 반응기 용기(reacor vessel);
    상기 반응기 용기로부터 출력물질-여기서 상기 출력물질은 바이오 숯 및 촉매를 함유함-을 이동 이동시키기 위한 상기 반응기 용기로부터의 배출구(egress);
    상기 바이오 숯 및 상기 촉매의 적어도 일부를 분리하기 위한 분리 용기(separation vessel);
    바이오 숯을 바이오 숯 컨테이너로 전달하기 위한 적어도 하나의 배출구;
    상기 촉매의 적어도 일부 및 임의의 대체 물질을 예열기(pre-heater)로 전달하기 위한 적어도 하나의 배출구;
    상기 촉매의 적어도 일부 및 임의의 대체 물질을 수용하는 유동층(fluid bed);
    상기 촉매의 적어도 일부를 상기 반응기에 전달하기 위한 복귀부(return)를 포함하는 탄소함유물질을 처리하는 장치.
  16. 2 이상의 유형의 탄소함유물질을 처리하는 시스템에 있어서,
    제1 반응기 및 하나 이상의 분리기를 포함하는 제1 반응 어셈블리(a first reactor assembly);
    하나 이상의 반응기 및 하나 이상의 분리기를 포함하는 제2 반응 어셈블리(a second reactor assembly);
    유동층(fluid bed);
    을 포함하고,
    상기 시스템은 탄소함유물질의 한가지 유형이 적어도 상기 제1 반응 어셈블리를 포함하는 제1 처리 스트림(a first processing stream)을 통해 처리되는 반면, 탄소함유물질의 제2 유형이 적어도 상기 제2 반응 어셈블리를 포함하는 제2 처리 스트림(a second processing stream)을 통해 처리되도록 구성되고, 상기 유동층은 상기 제1 처리 스트림 및 상기 제2 처리 스트림 양자에서 사용되는
    2 이상의 유형의 탄소함유물질을 처리하는 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    오염물질이 상기 제1 스트림을 통해 처리되는 2 이상의 유형의 탄소함유물질을 처리하는 시스템.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    바이오매스가 상기 제2 스트림을 통해 처리되는 2 이상의 유형의 탄소함유물질을 처리하는 시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220103394A (ko) * 2021-01-15 2022-07-22 황현아 복합열원을 이용한 폐기물 탄화장치

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11434160B1 (en) 2020-09-01 2022-09-06 Wm Intellectual Property Holdings, L.L.C. System and method for processing of sewage sludge using pyrolysis to eliminate PFAS and other undesirable materials
US20240059860A1 (en) * 2021-01-04 2024-02-22 Chz Technologies, Llc Methods and systems for destruction of synthetic per- and polyfluoro compounds
KR102588115B1 (ko) * 2022-08-30 2023-10-13 주식회사 케이아그로 발전소 폐열을 이용한 탄소중립형 가축분뇨 바이오차 제조 시스템
US20240091832A1 (en) * 2022-09-16 2024-03-21 Carba Inc. Reactor and process for removal of carbon dioxide

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3079051B2 (ja) * 1995-11-28 2000-08-21 株式会社荏原製作所 廃棄物のガス化処理方法
CN101525118B (zh) * 2008-03-07 2010-12-22 周开根 垃圾、生物质原料生产合成气的气化工艺
CN201713489U (zh) * 2010-06-07 2011-01-19 华南再生资源（中山）有限公司 将城市污泥转换成气、液、固态燃料的全封闭式设备系统
CN104797689A (zh) * 2012-07-16 2015-07-22 Res美国有限责任公司 合成气发生技术与经由催化气体转化的费托生产的整合
EP2895576B1 (en) * 2012-09-14 2016-08-17 Outotec (Finland) Oy Method and apparatus for recycling plastic wastes
AU2014223308A1 (en) * 2013-03-01 2015-10-29 John David Winter Method and apparatus for processing carbonaceous material
CN103756696B (zh) * 2014-01-24 2015-04-29 东南大学 双流化床可燃固体废弃物热解油气联产装置及方法
CN104804478B (zh) * 2015-03-26 2017-11-14 青岛凯鲁苹能源科技有限公司 一种煤焦油化学链热解制备炭黑的方法
US10995288B2 (en) * 2015-09-09 2021-05-04 Sundrop Ip Holdings, Llc Integrated process plant having a biomass reforming reactor using a fluidized bed
CN107216233B (zh) * 2017-06-16 2020-09-22 山东东岳化工有限公司 一种三氟甲烷资源化利用方法
CN107384484A (zh) * 2017-09-12 2017-11-24 合肥德博生物能源科技有限公司 一种垃圾气化耦合燃煤电站发电装置及发电工艺

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220103394A (ko) * 2021-01-15 2022-07-22 황현아 복합열원을 이용한 폐기물 탄화장치

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