KR20220047780A - 폐기물의 처리를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20220047780A
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파워하우스 에너지 그룹 피엘씨
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Abstract

분쇄된 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 장치로서, 상기 방법이
a) 하나 이상의 가열 수단(40a-f)을 사용하여 가열 챔버(28) 내의 분쇄된 폐기물을 가열하여 가연성 가스를 생성함;
b) 가열 챔버 내의 온도를 측정 또는 결정함;
c) 가열 챔버(28) 내의 측정 또는 결정된 온도를 사전결정된 온도 범위와 비교함; 및
d) 가열 챔버 내의 온도를 사전결정된 온도 범위 내에서 유지하기 위해 하나 이상의 가열 수단(40a-f)에 의해 가열 챔버(28)에 가해지는 열의 양을 조정함
을 포함하는, 방법 및 장치.

Description

폐기물의 처리를 위한 방법 및 장치
본 발명은 일반적으로 폐기물(waste material)을 처리하는 방법 및 폐기물의 처리를 위한 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 배타적이지 않지만, 본 발명은 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법 및 분쇄된 폐기물을 처리하기 위한 장치에 관한 것이다.
바이오매스 물질을 가열하여 합성 가스(synthesis gas)를 생성시키는 것이 공지되어 있다. 합성 가스는, 여러 물질 중, 수소, 일산화탄소 및 메탄을 포함하는 가스 혼합물이다. 처리 공정은 보통 과립화되거나 다른 방식으로 분쇄된 바이오매스 폐기물을 킬른(kiln) 내에서 가열함을 수반한다. 킬른은 일반적으로 가열 시스템에 의해 가열된다. 예를 들어 합성 가스가 보다 쉽게 생성될 수 있고 및/또는 합성 가스 구성성분의 비율이 제어될 수 있는 환원성 대기를 제공하기 위해, 킬른의 내용물에 증기를 추가함이 또한 공지되어 있다. 증기는 보통, 킬른에 증기를 도입하기 전에, 추가 가열 시스템을 사용해 물을 가열함으로써 사전 생성된다. 생성된 합성 가스는 이후 추가 처리를 위해 보내질 수 있다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 합성 가스를 생성하기 위한 (및 그의 추가 프로세싱(processing)을 위한) 장치는 비교적 복잡하다. 또한, 처리 공정은 보통 연속적으로, 예를 들어 하루 24시간, 운행된다. 따라서, 가열 시스템, 압축 시스템 등은 비교적 많은 양의 에너지를 필요로 한다. 이러한 상대적으로 높은 에너지 요구량은 이러한 장치를 위해 상대적으로 높은 작동 비용을 초래할 수 있다. 그러나 (예를 들어) 바이오매스 폐기물로부터 생성된 수소가 다른 공급원으로부터 생성된 수소와 경제적으로 경쟁력을 갖기 위해서는 처리 방법이 반드시 가능한 한 저렴해야 한다. 따라서, 이러한 폐기물 처리 장치의 운행 비용을 최소화하는 것이 유리할 것이다.
또한, 예를 들어 종래 기술 방법에 비해, 방법의 효율성을 증가시키는 것이 이로울 것이다. 킬른 가열 방법의, 증기 생산 방법의, 가스화 공정의, 및/또는 생성된 가스의 구성성분(예컨대, 수소) 생산의 효율성의 상대적 증가를 제공하는 것이 유리할 것이다.
최근 몇 년 동안 플라스틱 물품과 포장(packaging)의 급증은 많은 양의 폐기물을 발생시켰다(그리고 계속 발생시키고 있다). 플라스틱 폐기물은 전통적으로, 자연 분해를 위해, 매립지로 보내지고 있다. 그러나, 이러한 플라스틱 폐기물은 자연 분해되는 데 오랜 시간, 예를 들어 수백 년 정도가 걸릴 수 있다. 따라서, 폐플라스틱 물질을 매립지로 보내는 대신 그것을 처리하여, 처리된 폐기물의 부산물을 사용하는 것이 제안되고 있다. 유용한 물품을 생산하기 위해 플라스틱 재료가 재가공될 수 있도록 그들을 분리하여 재활용하는 것이 편리할 것이다.
불행히도, 재활용과 재활용 기술은 플라스틱 폐기물에 관해 보편적이지 않다. 또한, 오염된 폐플라스틱 물질 또는 혼합 플라스틱 폐기물 스트림을 프로세싱하는 것은 상대적으로 비용이 많이 들고 까다롭다. 실제로, 현재 재활용이 불가능한 (또는 지나치게 비용이 많이 드는) 일부 플라스틱 물질이 있다. 불행히도, 폐기물 스트림이 오염된 경우 재활용 불가한 것으로부터 재활용 가능한 플라스틱 물질을 분리하는 데 비용이 너무 많이 드는 것으로 판명되는 경향이 있어서 전체 폐기물 스트림이 프로세싱되지 않을 수 있다.
플라스틱 포장은, 보통 그 플라스틱의 기능적 특성으로 인해, 재활용이 어려운 플라스틱 물질의 주요 공급원인데, 예컨대 식품 포장에 사용되는 플라스틱 배리어 필름이다. 타이어는 또 다른 가공이 어려운 폐기물이다.
폐기물 스트림이 재활용될 수 없는 상황에서, 폐기물 스트림은 보통 매립지로 향하게 된다.
본 발명의 목적은 플라스틱 폐기물 예를 들어 혼합된 및/또는 오염된 폐플라스틱 물질과 차량 타이어로부터 유용 일(useful work)이 추출될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 제1 측면은 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법으로서,
a) 하나 이상의 가열 수단 또는 히터(예컨대 히터 또는 히터들)을 사용하여 가열 챔버 내의 분쇄된 폐기물을 가열하여 가연성 가스를 생성함;
b) 가열 챔버 내의 온도를 측정 또는 결정함;
c) 가열 챔버 내의 측정 또는 결정된 온도를 사전결정된 온도 범위와 비교함; 및
d) 가열 챔버 내의 온도를 사전결정된 온도 범위 내에서 유지하기 위해 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 가열 챔버에 가해지는 열의 양을 조정함
을 포함하는 방법을 제공한다.
유리하게는, 본 발명은 종래 기술의 방법에 의해 제공되는 것보다 분쇄된 폐기물의 비교적 더 효율적인 처리를 제공한다. 가열 챔버 내의 온도를 사전결정된 온도 범위 내에서 유지하기 위해 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 가열 챔버에 가해지는 열의 양을 조정함으로써 폐기물 처리가 원하는 온도에서 수행된다. 따라서, 처리 프로세스 및 가연성 가스로의 전환을 더 쉽고 정확하게 제어할 수 있다. 따라서 더 적은 에너지가 필요할 수 있고, 이는 에너지 및 그에 따른 비용 절감으로 이어진다. 추가적으로, 상대적으로 더 많은 양의 가연성 가스 및/또는 가연성 가스의 원하는 구성성분, 예를 들어 상대적으로 더 많은 양의 메탄 및/또는 수소가 생성될 수 있다.
분쇄된 폐기물은 폐플라스틱 물질, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌 등을 포함할 수 있다. 분쇄된 폐기물은 고무, 바이오매스, 타이어 부스러기 등을 포함할 수 있다. 분쇄된 폐기물은 플라스틱 물질 및/또는 다른 물질의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다.
본원에서 사용된 '분쇄된(comminuted)'이라는 용어는 작은 입자(particles) 또는 단편 (fragments)으로 축소된 물질을 의미함으로 간주되어야 한다.
가연성 가스는 가연성 탄화수소, 예를 들어 메탄 또는 다른 적절한 알칸을 포함할 수 있다. 가연성 가스는 가스 혼합물, 예컨대 생성된 가스 혼합물의 구성성분을 형성할 수 있다. 가스 혼합물은 합성 가스를 포함할 수 있다. 합성 가스는 수소, 메탄, 일산화탄소를 포함할 수 있다. 합성 가스는 하나 이상의 추가의 물질을 포함할 수 있다. 실시양태들에서, 합성 가스는 주로 수소(예컨대, 다른 물질 또는 구성성분보다 상대적으로 더 많은 백분율 또는 양의 수소)를 포함할 수 있다. 실시양태들에서, 방법은 예컨대 생성된 가연성 가스의 다른 물질 또는 구성성분보다 많은 상대적으로 더 많은 백분율 또는 양의 수소를 생성함을 포함할 수 있다. 실시양태들에서, 방법은 생성된 가연성 가스를, 예를 들어 일단 가열 챔버를 떠난 후 추가로 프로세싱함을 포함할 수 있다. 추가 프로세싱은 생성된 가연성 가스의 하나 이상의 구성성분을 분리함, 예를 들어 수소를 분리함을 포함할 수 있다.
실시양태들에서, 사전결정된 온도 범위 내에서 가열 챔버 내의 온도를 유지하기 위해 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 가열 챔버에 가해지는 열의 양을 조정함은 가열 챔버에서 측정 또는 결정된 온도가 사전결정된 온도 범위 밖이면 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 가열 챔버에 가해지는 열의 양을 조정함을 포함할 수 있다. 실시양태들에서, 가열 챔버 내의 온도를 사전결정된 온도 범위 내에서 유지하기 위해 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 가열 챔버에 가해지는 열의 양을 조정함은 가열 챔버에서 측정 또는 결정된 온도의 변화율이 설정 값보다 크면 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 가열 챔버에 가해지는 열의 양을 조정함을 포함할 수 있다. 실시양태들에서, 가열 챔버 내의 온도를 사전결정된 온도 범위 내에서 유지하기 위해 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 가열 챔버에 가해지는 열의 양을 조정함은 가열 챔버에서 측정 또는 결정된 온도가 사전결정된 온도 범위의 하나의 한계의 역치(threshold) 양 내에 있으면 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 가열 챔버에 가해지는 열의 양을 조정함을 포함할 수 있다. 조정은 예를 들어 PID 제어하에서 자동(automatic)일 수 있다. 실시양태들에서, 조정은 적어도 부분적으로 수동(manual)일 수 있다.
실시양태들에서, 하나 이상의 가열 수단 또는 히터는 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터를 포함할 수 있다.
실시양태들에서, 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 의해 가해지는 열의 양을 조정함은 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급되는 공기의 질량 유량(mass flow rate)을 감소 또는 증가시킴을 포함할 수 있다.
실시양태들에서, 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 의해 가해지는 열의 양을 조정함은 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급되는 연료의 질량 유량을 감소 또는 증가시킴을 포함할 수 있다.
실시양태들에서, 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 의해 가해지는 열의 양을 조정함은 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급되는 연료 혼합물의 2개 이상의 구성성분의 비율을 변경함을 포함할 수 있다. 연료 혼합물의 2개 이상의 구성성분은 2개 이상의 연료 공급부로부터 공급될 수 있다. 연료 혼합물의 2개 이상의 구성성분은 2개 이상의 구성성분의 비율을 제어하기 위해 개별적으로 계량될 수 있다.
연료 혼합물의 제1 구성성분은 제1 도관(conduit)에 의해 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급될 수 있다. 연료 혼합물의 제2 구성성분은 제2 도관에 의해 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급될 수 있다. 제1 및 제2 도관은 매니폴드(manifold) 또는 다른 혼합 수단 또는 믹서에서 합류할 수 있다. 제1 도관은 제1 밸브 수단 또는 제1 밸브를 포함할 수 있다. 제2 도관은 제2 밸브 수단 또는 제2 밸브를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 밸브 수단 또는 밸브는 매니폴드에 공급되는 제1 구성성분 및 제2 구성성분의 비율을 제어하도록 개별적으로 제어되거나 제어가능할 수 있다. 매니폴드는 매니폴드 밸브 수단 또는 매니폴드 밸브를 포함할 수 있다. 매니폴드는 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 근접(proximate)하거나 인접(adjacent)할 수 있다. 매니폴드 밸브 수단 또는 매니폴드 밸브는 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 근접하거나 인접할 수 있다.
공기는 공기 공급 도관에 의해 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급될 수 있다. 공기는 공기 공급 도관에 의해 매니폴드에 공급될 수 있다. 공기 공급 도관은 공기 공급 밸브 수단 또는 공기 공급 밸브를 가질 수 있다. 공기는 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 근접하거나 인접한 매니폴드에 공급될 수 있다. 공기는 매니폴드 밸브 수단 또는 매니폴드 밸브와 연소 가열 수단 또는 연소 히터 사이의 매니폴드에 공급될 수 있다. 매니폴드 밸브 수단 또는 매니폴드 밸브가 공기 공급 도관과 연소 가열 수단 또는 연소 히터 사이에 있도록 공기가 매니폴드에 공급될 수 있다.
실시양태들에서, 단계 c)는 예컨대 가열 챔버의 내부 또는 외부에 위치한 하나 이상의 온도 센서를 사용하여 가열 챔버 내의 온도를 측정 또는 결정함을 포함할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 하나 이상의 온도 센서 중 하나 이상은 가열 챔버 내부에 위치할 수 있고 온도 센서 중 하나 이상은 가열 챔버 외부에 위치할 수 있다.
제1 및 제2 구역은 가열 챔버에서 한정될 수 있다. 실시양태들에서, 제3 구역이 가열 챔버에서 한정될 수 있다. 방법은 가열 챔버의 제1 구역의 온도를 (예컨대 독립적으로) 측정 또는 결정함을 포함할 수 있다. 방법은 가열 챔버의 제2 구역의 온도를 (예컨대 독립적으로) 측정 또는 결정함을 포함할 수 있다. 방법은 가열 챔버의 제3 구역의 온도를 (예를 들어, 독립적으로) 측정 또는 결정함을 포함할 수 있다.
일부 실시양태들에서, 방법은 분쇄된 폐기물을 예를 들어 가열 챔버의 입구를 통해 가열 챔버로 피딩함을 포함할 수 있다.
실시양태들에서, 방법은 예를 들어 가열 챔버의 입구를 통해 가열 챔버에 증기를 도입함을 포함할 수 있다. 증기는 약 400과 800℃ 사이, 예를 들어 약 500과 700℃ 사이, 예를 들어 약 550과 650℃ 사이, 예컨대 대략 600℃의 온도에서 도입될 수 있다.
사전결정된 온도 범위는 설정 온도(T) ± 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25 또는 30%의 설정 온도(T)일 수 있다. 대안적으로, 사전결정된 온도 범위는 설정 온도(T) ± 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 25 또는 30℃일 수 있다.
실시양태들에서, 단계 a)는 예를 들어 분쇄된 폐기물을 가스화하기 위해 가열 챔버의 제1 구역에서 분쇄된 폐기물을 제1 온도(T1)으로 가열함을 포함할 수 있다. 제1 온도(T1)는 제1 설정 온도(T1)를 포함할 수 있다.
실시양태들에서, 단계 a)는 예를 들어 가연성 가스를 생성하기 위해 가열 챔버의 제2 구역에서 가스화된 물질을 제2 온도(T2)로 가열함을 포함할 수 있다. 제2 온도(T2)는 제2 설정 온도(T2)를 포함할 수 있다. 제2 온도(T2)는 제1 온도(T1)보다 높을 수 있다.
실시양태들에서, 단계 a)는 가열 챔버의 제3 구역내의 가연성 가스를 예컨대 제3 온도(T3)로 가열함을 포함할 수 있다. 제3 온도(T3)는 제3 설정 온도(T3)를 포함할 수 있다. 제3 온도(T3)는 제1 온도(T1)보다 높을 수 있다. 제3 온도(T3)는 제2 온도(T2)보다 낮을 수 있다. 제3 온도(T3)는 제2 온도(T2)보다 높을 수 있다. 제3 온도(T3)는 제2 온도(T2)와 (예컨대 실질적으로) 동일할 수 있다.
설정 온도는 예를 들어 가열 챔버에 대한 평균(average) 온도(예컨대 평균값(mean) 온도)를 포함할 수 있다. 제1 설정 온도는 예를 들어 가열 챔버의 제1 구역에 대한 평균 온도(예컨대 평균값 온도)를 포함할 수 있다. 제2 설정 온도는 예를 들어 가열 챔버의 제2 구역에 대한 평균 온도(예를 들어, 평균값 온도)를 포함할 수 있다. 제2 설정 온도는 예를 들어 가열 챔버의 제2 구역에 대한 평균 온도(예를 들어, 평균값 온도)를 포함할 수 있다.
가열 챔버의 제1 구역(제공되는 경우)에 대해 제1 사전결정된 온도 범위가 있을 수 있다. 가열 챔버의 제2 구역(제공되는 경우)에 대한 제2 사전결정된 온도 범위가 있을 수 있다. 가열 챔버의 제3 구역(제공되는 경우)에 대한 제3 사전결정된 온도 범위가 있을 수 있다. 제1 구역의 제1 사전결정된 온도 범위는 650과 750℃ 사이, 예를 들어 660, 670, 680 또는 690과 710, 720, 730 또는 740℃ 사이일 수 있다. 제2 구역의 제2 사전결정된 온도 범위는 850과 950℃ 사이, 예를 들어 860, 870, 880 또는 890과 910, 920, 930 또는 940℃ 사이일 수 있다. 제3 구역의 제3 사전결정된 온도 범위는 약 1050 내지 1150℃ 사이, 예를 들어 약 1060, 1070, 1080 또는 1090과 1110, 1120, 1130 또는 1140℃ 사이일 수 있다.
제1 구역(제공되는 경우)에 대한 제1 사전결정된 온도 범위는 제1 설정 온도(T1) ± 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25 또는 30%의 제1 설정 온도(T1)일 수 있다. 대안적으로, 제1 구역에 대한 제1 사전결정된 온도 범위는 제1 설정 온도(T1) ± 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 25 또는 30℃일 수 있다. 제1 설정 온도(T1)는 약 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740 또는 750℃일 수 있다.
제2 구역(제공되는 경우)에 대한 제2 사전결정된 온도 범위는 제2 설정 온도(T2) ± 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25 또는 30%의 제2 설정 온도(T2)일 수 있다. 대안적으로, 제2 구역에 대한 제2 사전결정된 온도 범위는 제2 설정 온도(T2) ± 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 25 또는 30℃일 수 있다. 제2 설정 온도(T2)는 약 850, 860, 870, 880, 890, 900, 910, 920, 930, 940 또는 950℃일 수 있다.
제3 구역(제공되는 경우)에 대한 제3 사전결정된 온도 범위는 제3 설정 온도(T3) ± 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25 또는 30%의 제3 설정 온도(T3)일 수 있다. 대안적으로, 제3 구역에 대한 제3 사전결정된 온도 범위는 제3 설정 온도(T3) ± 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 25 또는 30℃일 수 있다. 제3 설정 온도(T3)는 약 850, 860, 870, 880, 900, 910, 920, 930, 940, 950, 960, 970, 980, 990, 1000, 1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060, 1070, 1080, 1090 또는 1100℃일 수 있다.
실시양태들에서, 가열 챔버의 제1 구역에서 측정 또는 결정된 온도가 제1 사전결정된 온도 범위 밖이면(예컨대 더 낮거나 더 높으면) 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 제1 영역에 가해지는 열의 양이 조정될 수 있다. 가열 챔버의 제2 구역에서 측정 또는 결정된 온도가 제2 사전결정된 온도 범위 밖이면(예컨대 더 낮거나 더 높으면), 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 제2 구역에 가해지는 열의 양이 조정될 수 있다. 가열 챔버의 제3 구역에서 측정 또는 결정된 온도가 제3 사전결정된 온도 범위 밖이면(예컨대 더 낮거나 더 높으면), 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 제3 구역에 가해지는 열의 양이 조정될 수 있다.
가해지는 열의 양을 조정함은 가해지는 열의 양을 증가 또는 감소시킴을 포함할 수 있다.
측정 또는 결정된 온도는 예를 들어 가열 챔버 또는 가열 챔버의 제1, 제2 또는 제3 구역 (제공되는 경우)에서 평균 온도(예컨대 평균값 온도)를 포함할 수 있다.
실시양태들에서, 방법은 생성된 가연성 가스의 적어도 일부를 예를 들어 가열 챔버를 가열하기 위한 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급하는 단계 e)를 포함할 수 있다.
일부 실시양태들에서, 가열 챔버는 사용 시 회전가능할 수 있다. 방법은 가열 챔버를 회전시키는 단계 f)를 포함할 수 있다.
방법은 연속적인 방법이거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법은 분쇄된 폐기물을 연속적으로 처리하는 방법일 수 있다.
실시양태들에서, 생성된 가연성 가스의 적어도 일부는 가스 그리드(gas grid)로 보내지거나 공급될 수 있다. 실시양태들에서, 생성된 가연성 가스의 적어도 일부는 하나 이상의 추가의 화학물질로서 프로세싱될 수 있다.
본 발명의 추가의 측면은 분쇄된 폐기물을 처리하기 위한 장치로서, 분쇄된 폐기물로부터 가연성 가스를 생성하기 위한 가열 챔버로서, 분쇄된 폐기물을 가열 챔버로 도입하기 위한 입구와, 생성된 가연성 가스를 가열 챔버로부터 배출하기 위한 출구를 포함하는 가열 챔버; 사용 시 가열 챔버의 내용물을 가열하도록 구성되거나 구성가능한 하나 이상의 가열 수단 또는 히터(예컨대 히터 또는 히터들); 가열 챔버 내의 온도를 측정 또는 결정하도록 배치되거나 배치가능한 온도 감지 수단 또는 온도 센서(예컨대 온도 센서 또는 센서들); 및 가열 챔버의 측정된 온도를 사전결정된 온도 범위와 비교하고 그리고 가열 챔버 내의 온도를 사전결정된 온도 범위 내에서 유지하기 위해 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 가해지는 열의 양을 조정하도록 구성되거나 구성가능한 제어기(예컨대 제어 시스템)를 포함하는 장치를 제공한다.
실시양태들에서, 제어기는 가열 챔버에서 측정 또는 결정된 온도가 사전결정된 온도 범위 밖인 경우 가열 챔버 내의 온도를 사전결정된 온도 범위 내에서 유지하기 위해 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 가해지는 열의 양을 조정하도록 구성되거나 구성가능할 수 있다. 실시양태들에서, 제어기는 가열 챔버에서 측정 또는 결정된 온도의 변화율이 설정 값보다 크면 가열 챔버 내의 온도를 사전결정된 온도 범위 내에서 유지하기 위해 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 가해지는 열의 양을 조정하도록 구성되거나 구성가능할 수 있다. 실시양태들에서, 가열 챔버에서 측정 또는 결정된 온도가 사전결정된 온도 범위의 하나의 한계의 역치 양 내에 있는 경우 가열 챔버 내의 온도를 사전결정된 온도 범위 내에서 유지하기 위해 제어기는 하나 이상의 가열 수단 또는 히터에 의해 가열 챔버에 가해지는 열의 양을 조정하도록 구성되거나 구성가능할 수 있다.
실시양태들에서, 하나 이상의 가열 수단 또는 히터는 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터(예컨대 연소 히터 또는 히터들)를 포함할 수 있다.
실시양태들에서, 장치는 예를 들어 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공기를 공급하도록 배치되거나 배치가능할 수 있는 공기 공급부를 포함할 수 있다.
실시양태들에서, 제어기는 공기 공급부로부터 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터로 공급되는 공기의 질량 유량을 감소 또는 증가시키도록 구성되거나 구성가능할 수 있다.
일부 실시양태들에서, 장치는 예를 들어 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 연료를 공급하도록 배치되거나 배치가능할 수 있는 연료 공급부를 포함할 수 있다.
실시양태들에서, 제어기는 (예컨대 연료 공급부로부터) 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급되는 연료의 질량 유량을 감소 또는 증가시키도록 구성되거나 구성가능할 수 있다.
일부 실시양태들에서, 연료 공급부는 제1 연료의 제1 공급부, 예컨대 및 제2 연료의 제2 공급부를 포함할 수 있다.
실시양태들에서, 제어기는 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급되는 제1 및 제2 연료의 비율을 변경하도록 구성될 수 있다. 제1 연료는 천연 가스이거나 이를 포함할 수 있다. 제2 연료는 가열 챔버에서 생성된 가연성 가스이거나 이를 포함할 수 있다.
제1 연료는 제1 도관에 의해 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 히터에 공급될 수 있다. 제2 연료는 제2 도관에 의해 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 히터에 공급될 수 있다. 제1 및 제2 도관은 매니폴드 또는 다른 혼합 수단 또는 믹서에서 합류할 수 있다. 제1 도관은 제1 밸브 수단 또는 제1 밸브를 포함할 수 있다. 제2 도관은 제2 밸브 수단 또는 제2 밸브를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 밸브 수단 또는 밸브는 매니폴드에 공급되는 제1 연료 및 제2 연료의 비율을 제어하도록 개별적으로 제어되거나 제어가능할 수 있다. 매니폴드는 매니폴드 밸브 수단 또는 매니폴드 밸브를 포함할 수 있다. 매니폴드는 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 근접(proximate)하거나 인접(adjacent)할 수 있다. 매니폴드 밸브 수단 또는 매니폴드 밸브는 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 근접하거나 인접할 수 있다.
공기는 공기 공급 도관에 의해 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급될 수 있다. 공기는 공기 공급 도관에 의해 매니폴드에 공급될 수 있다. 공기 공급 도관은 공기 공급 밸브 수단 또는 공기 공급 밸브를 가질 수 있다. 공기는 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 근접하거나 인접한 매니폴드에 공급될 수 있다. 공기는 매니폴드 밸브 수단 또는 매니폴드 밸브와 연소 가열 수단 또는 연소 히터 사이의 매니폴드에 공급될 수 있다. 매니폴드 밸브 수단 또는 매니폴드 밸브가 공기 공급 도관과 연소 가열 수단 또는 연소 히터 사이에 있도록 공기가 매니폴드에 공급될 수 있다.
일부 실시양태들에서, 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터는 가열 챔버에서의 제1 구역을 제1 온도(T1)로 가열하도록 구성되거나 구성가능할 수 있다. 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터는 가열 챔버 내의 제2 구역을 제2 온도(T2)로 가열하도록 구성되거나 구성가능할 수 있다. 제2 온도(T2)는 제1 온도(T1)보다 높을 수 있다.
실시양태들에서, 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터는 가열 챔버의 제3 구역을 제3 온도(T3)로 가열하도록 구성되거나 구성가능할 수 있다. 제3 온도(T3)는 제1 온도(T1)보다 높을 수 있다.
하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터는 하나 이상의 연소 히터, 예를 들어 가스와 같은 연료 공급원을 사용하는 하나 이상의 히터를 포함할 수 있다. 하나 이상의 히터로의 연료의 공급은 각 구역에서 온도를 제어하기 위해(예컨대 미세 제어 또는 미세 조정하기 위해) 하나 이상의 히터에 근접하거나 인접하거나 비교적 가까이에서 제어되거나 제어가능할 수 있다. 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터는 하나 이상의 가스 히터, 예컨대 하나 이상의 가스 버너를 포함할 수 있다. 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급되는 연료는 연료 혼합물의 제1 구성성분 및 연료 혼합물의 제2 구성성분을 포함할 수 있다. 연료 혼합물의 제1 구성성분과 제2 구성성분의 비율은 각 구역에서의 온도를 제어하도록 제어되거나 제어가능할 수 있다. 공기는 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급될 수 있다. 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급되는 공기는 각 구역에서의 온도를 제어하기 위해(예컨대 미세 제어 또는 미세 조정하기 위해) 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 근접하거나 인접하거나 비교적 가까이에서 제어되거나 제어가능할 수 있다. 실시양태들에서, 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터는 사용 시 가열 챔버 외부에 위치될 수 있다. 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터는 가열 챔버를 가열하도록 배치될 수 있다.
실시양태들에서, 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터는 복수의 연소 가열 수단 또는 연소 히터를 포함한다. 제1 연소 가열 수단 또는 연소 히터는 가열 챔버의 제1 구역에서 분쇄된 폐기물을 예컨대 제1 온도(T1)(여기서 복수의 구역은 가열 챔버내에 한정됨)으로 가열하도록 구성되거나 구성가능할 수 있다. 제2 연소 가열 수단 또는 연소 히터는 가열 챔버의 제2 구역에서 가스화된 물질을 예컨대 제2 온도(T2)로 가열하도록 구성되거나 구성가능할 수 있다. 제3 연소 가열 수단 또는 연소 히터는 가열 챔버의 제3 구역을 예컨대 제3 온도(T3)로 가열하도록 구성되거나 구성가능할 수 있다. 실시양태들에서, 제1 구역은 가열 챔버의 입구에 또는 이에 인접하여 있을 수 있다. 제3 구역은 가열 챔버의 출구에 또는 이에 인접하여 있을 수 있다. 제2 구역은 제1 구역과 제3 구역 사이에 있을 수 있다. 하나 이상의 구역의 온도는 각각의 연소 가열 수단 또는 연소 히터로의 연료 공급을 제어함으로써 제어되거나 제어가능할 수 있다. 하나 이상의 구역의 온도는 각각의 연소 가열 수단 또는 연소 히터로의 연료 공급 및 공기 공급, 및 이들의 비율을 제어함으로써 제어되거나 제어가능할 수 있다.
실시양태들에서, 온도 감지 수단 또는 온도 센서는 하나 이상의 온도 센서를 포함할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서 중 하나 이상은 가열 챔버의 외부에 위치할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서 중 하나 이상은 가열 챔버의 내부에 위치할 수 있다. 상기 하나 이상의 온도 센서는 (복수의 구역이 그 내부에 한정되는 경우) 가열 챔버의 구역 중 하나, 일부 또는 각각의 온도를 측정 또는 결정하도록 배치되거나 구성될 수 있다. 실시양태들에서, 하나 이상의 온도 센서가 제1 구역의 온도를 측정 또는 결정하도록 배치될 수 있다. 하나 이상의 온도 센서가 제2 구역의 온도를 측정 또는 결정하도록 배열될 수 있다. 하나 이상의 온도 센서가 제3 구역의 온도를 측정 또는 결정하도록 배열될 수 있다. 복수의 온도 센서가 제공되는 경우 그들은 어레이(예컨대 복수의 어레이)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서(또는 온도 센서의 어레이)는 가열 챔버 내부에 위치할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서(또는 온도 센서의 어레이)는 가열 챔버 외부에 위치할 수 있다.
실시양태들에서, 제어기는 예를 들어 가열 챔버 내의 온도가 사전결정된 역치를 초과하는 경우(예컨대 사전결정된 역치 온도보다 높거나 낮은 경우) 장치를 셧다운(shut down)하도록 구성되거나 구성가능할 수 있다. 실시양태들에서, 제어기는 예를 들어 가열 챔버 내의 온도가 사전결정된 역치를 초과하면 오퍼레이터(operator)에 경고하도록 구성되거나 구성가능할 수 있다. 경보는 시각적 및/또는 청각적일 수 있는 알람(alarm)을 포함할 수 있다.
일부 실시양태들에서, 장치는 예를 들어 가열 챔버에서 사용 시 생성된 가연성 가스의 적어도 일부를 하나 이상의 연소 가열 수단 또는 연소 히터에 공급하도록 구성되거나 구성 가능한, 공급 시스템을 포함할 수 있다.
일부 실시양태들에서, 장치는 킬른(kiln), 예를 들어 로터리 킬른(rotary kiln)을 포함할 수 있다. 로터리 킬른은 직접식 또는 간접식 유형일 수 있다. 가열 챔버는 킬른 내에 제공되거나 한정될 수 있다. 가열 챔버 또는 킬른 또는 그 일부분은 사용 시 회전가능하도록 배치되거나 구성될 수 있다. 가열 챔버는 열 변환 챔버(thermal conversion chamber)를 포함할 수 있다.
일부 실시양태들에서, 장치는, 예를 들어 증기를 가열 챔버에 도입하도록 구성되거나 구성가능한, 증기 전달 수단 또는 증기 전달 시스템을 포함할 수 있다. 증기 전달 수단 또는 증기 전달 시스템은 물 공급원을 포함할 수 있다. 증기 전달 수단 또는 증기 전달 시스템은, 예를 들어 (예컨대 물 공급원으로부터의) 물을 끓이도록 배치되거나 배치될 수 있는 보일러를 포함할 수 있다.
의심의 여지를 피하기 위해, 여기에 기술된 임의의 특징은 본 발명의 임의의 측면에 동일하게 적용된다. 예를 들어, 장치는 장치와 관련된 방법의 임의의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있고/있거나 방법은 장치의 하나 이상의 특징과 관련된 임의의 하나 이상의 특징 또는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 추가의 측면은 프로세서로 하여금 전술한 방법의 하나 이상의 단계를 이행하는 절차를 실행하게 하기 위한 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단(computer readable program code means) 또는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 시스템을 포함하는 컴퓨터 프로그램 요소(computer program element)를 제공한다.
본 발명의 다른 추가의 측면은 컴퓨터 판독가능 매체 상에 구현된 컴퓨터 프로그램 요소를 제공한다.
본 발명의 다른 추가의 측면은 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체를 제공하며, 여기서 프로그램은 컴퓨터가 전술한 방법의 하나 이상의 단계를 구현하기 위한 절차를 실행하도록 배치된다.
본 발명의 다른 추가의 측면은 전술한 컴퓨터 프로그램 요소 또는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 제어 수단 또는 제어 시스템 또는 제어기를 제공한다.
본 출원의 범위 내에서, 선행 단락, 청구범위 및/또는 하기 기술 및 도면에 제시된 다양한 측면들, 실시양태들, 실시예들 및 대안들, 특히 이들의 개별 특징이 독립적으로 또는 임의의 조합으로 채택될 수 있음이 명시적으로 의도된다. 즉, 모든 실시양태들 및/또는 임의의 실시양태의 특징들은, 그러한 특징들이 양립불가능하지 않는 한, 임의의 방식 및/또는 조합으로 조합될 수 있다. 의심의 여지를 피하기 위해, 용어 "~할 수 있다", "및/또는", " 예컨대", "예를 들어" 및 본원에서 사용된 유사한 용어는 그렇게 기술된 임의의 특징이 존재할 필요가 없도록 비제한적인 것으로 해석되어야 한다. 실제로, 선택적 특징들의 임의의 조합은 이들이 명시적으로 청구되는지 여부에 관계없이, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 명시적으로 고려된다.
본 발명의 실시양태들은 첨부 도면을 참조하면서 단지 예시로서만 기술될 것이다:
도 1은 본 발명의 실시양태에 따른 분쇄된 폐기물을 처리하기 위한 장치의 일반화된 개략도를 도시한다;
도 2는 도 1에 도시된 간접식 로터리 킬른, 가열 시스템 및 증기 시스템의 상세한 개략도를 도시한다;
도 3은 도 2에 도시된 간접식 로터리 킬른의 확대도를 도시한다;
도 4는 도 2에 도시된 가열 시스템의 확대도를 도시한다;
도 5는 도 2에 도시된 증기 시스템의 확대도를 도시한다;
도 6은 도 2에 도시된 합성 가스 제거 및 압력 완화 시스템을 도시한다;
도 7은 본 발명의 실시양태에 따른 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법의 흐름도를 도시한다;
도 8은 본 발명의 추가 실시양태에 따른 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법의 흐름도를 도시한다;
도 9는 본 발명의 추가 실시양태에 따른 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법의 흐름도를 도시한다; 그리고
도 10은 본 발명의 추가 실시양태에 따른 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 분쇄된 폐기물을 처리하기 위한 장치(1)의 개략도가 도시되어 있다. 사용 시 장치(1)는 폐기물 공급원료(feedstock), 예를 들어 과립화된 플라스틱을 합성 가스로 전환시킨다(이하 더 상세히 기술됨).
도 3에 도시된 바와 같이, 장치(1)는 이 실시양태에서 간접식 로터리 킬른(2)에 제공되는 가열 챔버(28)를 포함한다. 장치(1)는 폐기물 피드 시스템(waste feed system, 3), 가열 시스템(4), 증기 시스템(5), 세정 시스템(6), 저장 시스템(7) 및 추가 프로세싱 시스템(8)을 추가로 포함한다. 가열 시스템(4)은 복수의 연소 히터(40)를 포함한다. 복수의 연소 히터(40)는 사용 시 간접식 로터리 킬른(2)의 내용물을 가열하도록 배치된다. 폐기물 피드 시스템(3)은 사용 시 분쇄된 폐기물을 간접식 로터리 킬른(2)에 도입하도록 배치된다. 증기 시스템(5)은 사용 시 증기를 간접식 로터리 킬른(2)에 도입하도록 배치된다. 간접식 로터리 킬른(2)은 공급 시스템(S)에 의해 가열 시스템(4)에 유동적으로 연결된다. 공급 시스템(S)은 이 실시양태에서 세정 시스템(6) 및 저장 시스템(7)을 포함한다. 그러나 실시양태들에서, 공급 시스템(S)은 세정 시스템(6) 및 저장 시스템(7) 중 하나 또는 각각이 부재할 수 있다.
세정 시스템(6)은 사용 시 간접식 로터리 킬른(2)으로부터 생성된 합성 가스를 수용하도록 배치된다. 저장 시스템(7)은 사용 시 세정 시스템(6)으로부터 세정된 합성 가스를 수용하도록 배치된다. 저장 시스템(7)은 세정된 합성 가스의 적어도 일부를 추가 프로세싱 시스템(8)으로 보내도록 배치된다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 도 1에 도시된 분쇄된 폐기물을 처리하기 위한 장치의 부분에 대한 상세한 개략도가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 간접식 로터리 킬른(2)은 입구(21)와 출구(22)를 포함한다. 입구(21)와 출구(22)는 이 실시양태에서 간접식 로터리 킬른(2)의 대향하는 단부에 구비된다. 간접식 로터리 킬른(2)은 드럼(23)을 포함한다. 드럼(23)은 외부 쉘(23a)을 포함한다. 외부 쉘(23a)은 단열 내화 벽돌(insulating refractory bricks, 23b)의 층을 둘러싼다. 단열 내화 벽돌(23b)은 회전가능한 튜브(23c)를 둘러싼다. 회전가능한 튜브(23c)는 각 단부에서 외부 쉘(23a)의 단부를 넘어서 연장된다. 가열 공간(23d)은 단열 내화 벽돌(23b)과 회전가능한 튜브(23c) 사이에 한정된다. 사용 시 외부 쉘(23a) 및 단열 내화 벽돌(23b)은 정지되어 있는 반면 회전가능한 튜브(23c)는 회전된다. 회전가능한 튜브(23c)는 약 1.5m의 직경을 가질 수 있다. 회전가능한 튜브(23c)는 약 10m의 가열 길이를 가질 수 있다.
사용을 위해, 간접식 로터리 킬른(2)은 수평에 대해 약 1.5°의 각도로, 설치된다. 간접식 로터리 킬른(2)은 입구(21)가 출구(22)보다 상대적으로 높도록 배치된다. 가변 속도 구동 모터(variable speed drive motor, 26a)가 제공되며, 이는 이 실시양태에서 간접식 로터리 킬른(2)의 입구(21)에 인접하여 위치된다. 기계적 구동 체인(26b) 또한 제공된다. 기계적 구동 체인(26b)은 가변 속도 구동 모터(26a)를 회전가능한 튜브(23c)에 연결한다. 사용 시 가변 속도 구동 모터(26a)의 활성화는 기계적 구동 체인(26b)을 움직이게 하고, 따라서 회전가능한 튜브(23c)를 회전하게 한다. 로터리 킬른(2)은 수냉식 베어링(미도시)상에 지지된다. 회전가능한 튜브(23c)는 질소 퍼지 스프링 씰(nitrogen purge sprung seals, 미도시)을 사용하여 밀봉된다.
배출 후드(discharge hood, 22a)는 간접식 회전가능한 킬른(2)의 출구(22)에 인접하게 제공된다. 배출 후드(22a)는 출구(22)와 유체 연통한다. 검사 해치(inspection hatch, 22b)는 배출 후드(22a)상에 제공된다.
가열 챔버(28)는 회전가능한 튜브(23c) 내에 한정된다. 가열 챔버(28)는 제1 구역(28a), 제2 구역(28b) 및 제3 구역(28c)으로 분할된다. 제1 구역(28a)은 입구(21)에 인접한다. 제3 구역(28c)은 출구(22)에 인접한다. 제2 구역(28b)은 제1 및 제2 구역(28a, 28c) 사이에 제공된다. 이 실시양태에서, 구역(28a, 28b, 28c) 각각은 대략적으로 동일한 길이 및/또는 체적을 갖는다. 그러나, 실시양태들에서, 이는 필히 그러할 필요는 없으며, 구역(28a, 28b, 28c) 중 하나 이상이 상이한 길이 및/또는 체적을 가질 수 있다.
이 실시양태에서, 장치(1)는 온도 센서의 어레이(array, 29)를 포함한다. 이 실시양태에서, 어레이(29)는 회전가능한 튜브(23c)의 내부에 위치된 온도 센서(29a, 29b, 29c, 29d, 29e, 29f)를 포함한다. 이 실시양태에서, 회전가능한 튜브(23c) 내부에 위치된 온도 센서(29a, 29b, 29c, 29d, 29e, 29f) 중 2개는 구역(28a, 28b, 28c) 각각의 내부에 위치된다. 어레이(29)는 또한 가열 공간(23d)에 위치된 온도 센서(29g, 29h, 29i, 29j, 29k, 29l)를 포함한다.
장치는 압력 센서(29m)를 포함한다. 압력 센서(29m)는 가열 공간(23d)의 압력을 모니터링하도록 구성되거나 배치된다.
가열 공간(23d)은 외부 쉘(23a)을 통해 제공되는 3개의 배기 벤트(exhaust vents, 25a, 25b, 25c)를 포함한다. 배기 벤트(25a, 25b, 25c)는 가열 공간(23d)과 유체 연통한다. 배기 벤트(25a, 25b, 25c) 중 하나는 각각 가열 챔버(28)의 구역(28a, 28b, 28c)의 각각에 인접하게 위치된다.
장치(1)는 제1 질소 공급부(nitrogen supply, 21a)를 추가로 포함한다. 제1 질소 공급부(21a)은 간접식 로터리 킬른(2)의 입구(21)와 유체 연통한다. 장치(1)는 제2 질소 공급부(22c)를 추가로 포함한다. 제2 질소 공급부(22c)는 배출 후드(22a)와 유체 연통한다. 체크 밸브(21b)가 제1 질소 공급부(21a)와 회전가능한 튜브(23c) 사이에 제공된다. 체크 밸브(22d)가 제2 질소 공급부(22c)와 배출 후드(22a) 사이에 제공된다.
피드 시스템(3)은 이 실시양태에서 피드 스크류(미도시)를 포함한다. 그러나, 실시양태들에서 피드 시스템(3)은, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 폐기물을 간접식 로터리 킬른(2)으로 피딩하기 위한 임의의 적절한 수단을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바 같이, 유량 센서(30)는 가열 챔버(28) 내로의 분쇄된 폐기물의 양(예컨대, 질량 유량)을 모니터링하도록 배치된다.
도 4를 참조하면, 이 실시양태에서, 가열 시스템(4)은 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)인 복수의 연소 히터(40)를 포함한다. 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)는 사용 시 가열 공간(23d)을 가열하도록 배치된다. 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)는 린 번 고효율(lean burn high efficiency) 가스 버너이다. 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)는 개별적으로 제어가능하도록 구성된다(이후에 더 상세히 기술됨). 이 실시양태에서, 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) 중 2개는 구역(28a, 28b, 28c)의 각각에 인접하게 위치된다. 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)는 간접식 로터리 킬른(2)의 길이를 따라 균등하게 이격된다. 각 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)에 각각의 모니터링 장치(40g, 40h, 40i, 40j, 40k, 40l)가 제공된다. 이 실시양태에서, 모니터링 장치(40g, 40h, 40i, 40j, 40k, 40l)는 화염 검출기(flame detector)이다.
가열 시스템(4)은 천연 가스 공급부(41)를 포함한다. 천연 가스 공급부(41)는 천연 가스 파이프라인(41a)을 통해 가스 제어 밸브(44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f)와 유체 연통한다. 천연 가스 파이프라인(41a)은 병렬 브랜치(41b, 41c, 41d, 41e, 41f, 41g)를 갖는다. 각 브랜치(41b, 41c, 41d, 41e, 41f, 41g)에는 가스 제어 밸브(44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f)가 각각 위치한다. 유량 센서(41h) 또한 제공된다. 유량 센서(41h)는 천연 가스 파이프라인(41a)을 통한 흐름, 예컨대 천연 가스 공급부(41)와 제1 브랜치(41b) 사이의 흐름을 모니터링하도록 배치된다.
가열 시스템(4)은 또한 생성된 합성 가스의 저장소(42)와 유체 연통하는 합성 가스 공급 파이프라인(42a)을 포함한다(이후에 더 상세히 기술됨). 합성 가스 공급 파이프라인(42a)은 가스 제어 밸브(44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f)와 유체 연통한다. 합성 가스 파이프라인(42a)은 병렬 브랜치(42b, 42c, 42d, 42e, 42f, 42g)를 갖는다. 압력 센서(42h) 또한 제공된다. 압력 센서(42h)는 합성 가스 파이프라인(42a)에서, 예컨대 원위 브랜치(42g)와 합성 가스 저장소(42) 사이에서 가스 압력을 측정하거나 결정하도록 구성된다.
천연 가스 파이프라인(41a)은 가스 파이프(45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f)에 의해 각 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)에 각각 유동적으로 연결된다. 합성 가스 공급 파이프라인(42a)은 가스 파이프(45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f)에 의해 각 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)에 각각 유동적으로 연결된다. 각 가스 파이프(45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f)는 가스 제어 밸브(44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f)를 포함한다. 각 가스 파이프(45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f)는 온도 제어 밸브(42aa, 42bb, 42cc, 42dd, 42ee, 42ff)를 포함한다.
각 가스 제어 밸브(44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f)는 천연 가스 파이프라인(41a)의 각각의 브랜치(41b, 41c, 41d, 41e, 41f, 41g)와 각각의 가스 파이프(45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f) 사이에 위치된다. 각 가스 제어 밸브(44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f)는 합성 가스 파이프라인(42a)의 각각의 브랜치(42b, 42c, 42d, 42e, 42f, 42g)와 각각의 가스 파이프(45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f) 사이에 위치된다.
가열 시스템(4)은 연소 공기 공급부(43)를 추가로 포함한다. 연소 공기 공급부(43)는 연소 공기 파이프라인(43a)을 통해 연소 공기 팬(46)과 유체 연통한다. 연소 공기 팬(46)은 전기 구동 모터(46a)를 포함한다. 연소 공기 파이프라인(43)은 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) 각각에, 예컨대 브랜치(43b, 43c, 43d, 43e, 43f, 43g)를 통해, 각각 유동적으로 연결된다. 공기 제어 밸브(43h, 43i, 43j, 43k, 43l, 43m)는 각 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)와 각 개별 브랜치(43b, 43c, 43d, 43e, 43f, 43g) 사이의 라인에 제공된다. 연소 공기 파이프라인(43)의 각 브랜치(43b, 43c, 43d, 43e, 43f, 43g)는 온도 제어 밸브(42aa, 42bb, 42cc, 42dd, 42ee, 42ff)와 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) 사이에서 각각의 가스 파이프(45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f)에 연결된다.
도 5를 참조하면, 증기 시스템(5)에는 물 공급원(51)이 제공된다. 물 공급원(51)은 증기 파이프라인(51a)을 통해 증기 과열기(steam superheater, 52)와 유체 연통한다. 유량 센서(51b)는 물 공급원(51)으로부터 증기 과열기(52)로의 물의 흐름을 측정하도록 배치된다. 유량 제어 밸브(51c)는 증기 파이프라인(51a)에 위치된다. 증기 과열기(52)는 증기 파이프라인(51a)을 통해 회전가능한 튜브(23c)의 입구(21)와 유체 연통한다.
증기 과열기(52)는 가열 공간(23d)으로부터의 잉여 열에 의해 가열된다. 배기 벤트(25a, 25b, 25c)는 과열기(52)와 유체 연통되어 이에 잉여 열을 제공한다. 잉여 열은 물을 가열하여 회전가능한 튜브(23c)의 입구(21)에 과열된 증기를 제공한다.
도 6를 참조하면, 배출 후드(22a)는 예컨대 출구 파이프(outlet pipe, 61)를 통해, 합성 가스 팬(60)과 유체 연통한다. 배출 후드(22a)는, 예컨대 출구 파이프(51)를 통해, 압력 제어 밸브(62)와 유체 연통한다. 압력 제어 밸브(62)는 압력 완화 시스템(미도시)과 유체 연통한다. 합성 가스 팬(60)은 세정 시스템(6)과 유체 연통한다. 합성 가스 팬(60)은 가변 속도 전기 구동 모터(60a)를 포함한다. 압력 센서(63)는 출구(22)에서의 및/또는 그에 인접한 회전가능한 튜브(23c) 내부의 압력을 모니터링하도록 배치된다. 압력 센서(64)는 배출 후드(22a) 내부의 압력을 모니터링하도록 배치된다. 온도 센서(65)는 사용 시 배출 후드(22a)로부터 합성 가스 팬(60)으로의 가스 유동의 온도를 모니터링하도록 배치된다. 압력 센서(66)는 사용 시 합성 가스 팬(60)으로부터 세정 시스템(6)으로의 가스 유동의 압력을 모니터링하도록 배치된다.
다시 도 2를 참조하면, 장치는 배출 후드(22a)로부터 잔류물을 수용하도록 배치된 잔류물 제거 시스템(9)을 포함한다. 이러한 잔류물은 잔류물 프로세싱 시스템(미도시)에서 추가 프로세싱을 위해 보내질 수 있다.
장치(1)는 제어 시스템(미도시)을 추가로 포함한다. 모니터링 장치(40g, 40h, 40i, 40j, 40k, 40l)는 제어 시스템에 유선 연결된다. 체크 밸브(21b, 22d)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 압력 트랜스미터(29m)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 온도 트랜스미터(29a, 29b, 29c, 29d, 29e, 29f, 29g, 29h, 29i, 29j, 29k, 29l)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 가변 속도 구동 모터(26a)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 가스 제어 밸브(44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 유량 센서(41h)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 압력 센서(42h)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 온도 제어 밸브(42aa, 42bb, 42cc, 42dd, 42ee, 42ff)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 전기 구동 모터(46a)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 공기 제어 밸브(43h, 43i, 43j, 43k, 43l, 43m)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 유량 센서(51b) 및 유량 제어 밸브(51c)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 가변 속도 전기 구동 모터(60a)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 압력 제어 밸브(62)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 압력 센서(64)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 압력 센서(63)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 온도 센서(65)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 압력 센서(66)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 유량 센서(30)는 제어 시스템과 유선 통신한다. 실시양태들에서, 전술한 구성요소 중 하나, 일부 또는 각각은 추가적으로 또는 대안적으로 제어 시스템과 무선 통신할 수 있다.
도 7을 참조하면, 도 1 내지 도 6에 도시된 장치를 사용하여, 본 발명의 일 실시양태에 따른 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법이 도시되어 있다.
제1 단계(S1)에서, 가열 챔버(28) 및 복수의 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)를 포함하는 장치(1)가 제공된다. 회전가능한 튜브(23c)가 회전하게 된다.
제2 단계(S2)에서, 분쇄된 폐기물은 피드 시스템(3)에 의해 입구(21)를 통해 회전가능한 튜브(23c)로, 따라서 가열 챔버(28)로 피딩된다. 어떤 이론에 구속되기를 바라지 않으며, 간접식 로터리 킬른(2)의 경사 각도는 피딩되는 물질이 회전가능한 튜브(23c)를 따라서 예컨대 중력 피드(gravity feed)에 의해 출구(22)를 향해 이동하도록 조장하는 것으로 여겨진다.
제3 단계(S3)에서, 증기는 증기 시스템(5)에 의해 가열 챔버(28)에 주입된다. 증기는 증기 파이프라인(51a)에 의해 입구(21)를 통해 회전 튜브(23c) 내로 도입된다. 증기는 600℃ 부근에서 회전 튜브(23c) 내로 도입된다.
열수는 열수 공급원(51)으로부터 증기 과열기(52)로 제공된다. 증기 과열기(52)로의 열수의 유량은 유량 센서(51b)에 의해 모니터링되고 측정값은 제어 시스템으로 보내진다. 유량 제어 밸브(51c)를 조정함으로써, 제어 시스템은 증기 과열기(52)로의 열수의 유량을 조정할 수 있다. 열수는 회전가능한 튜브(23c)로의 도입을 위해 증기 과열기(52)에서 증기로 가열된다.
유리하게는, 증기는 합성 가스의 생성을 위한 환원성 대기를 제공한다. 따라서, 어떤 특정 이론에 구속되기를 바라지 않으며, 가열 챔버(28) 내의 폐기물은 증기의 존재 하에 합성 가스로 보다 쉽고 효율적으로 가스화되는 것으로 여겨진다. 또한, 증기는 가열 챔버(28) 내부의 폐기물로 직접 열을 전달하도록 작용한다. 이롭게는, 구역(28a, 28b, 28c)에서 요구되는 온도에 도달하기 위해 가스 버너로부터 요구되는 열이 상대적으로 감소될 수 있다.
제4 단계(S4)에서는 가열 챔버(28) 내의 분쇄된 폐기물은 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)를 사용하여 가열된다.
폐기물이 회전가능한 튜브(23c)를 따라 이동할 때 폐기물은 3개의 구역(28a, 28b, 28c)을 통과한다. 일 실시양태에서, 제1 구역(28a)에서의 제1 온도(T1)는 약 700℃이고; 제2 구역(28b)에서의 제2 온도(T2)는 약 900℃이고; 제3 구역(28c)에서의 제3 온도(T3)는 약 1100℃이다. 가열 공간(23d)의 출구(22)에 인접한 온도는 약 1200℃일 수 있다. 그러나 실시양태들에서, 제1, 제2 및/또는 제3 온도(T1, T2, T3)는 상이할 수 있다.
제5 단계(S5)에서, 합성 가스는 가열 챔버(28)에서 생성된다. 실시양태들에서, 합성 가스는 수소, 메탄 및 일산화탄소의 혼합물을 포함한다. 사용된 분쇄된 폐기물에 따라, 예를 들어 이산화탄소 및 산소와 같은, 추가의 가스 물질이 또한 존재할 수 있다. 생성된 합성 가스에서 수소와 메탄의 비율은 장치(1)의 다양한 작동 요인을 조정하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 메탄에 대한 수소의 상대적으로 더 큰 비율은 제2 및/또는 제3 구역(28b, 28c)에서 상대적으로 더 높은 온도로 가열함에 의해 생성될 수 있다. 그러한 상대적으로 더 높은 온도는 예를 들어 1000 내지 1200℃의 범위일 수 있다. 이러한 방식으로 최대 수소 생산을 달성할 수 있다. 역으로, 제2 및/또는 제3 구역(28b, 28c)의 상대적으로 더 낮은 온도는 생성된 합성 가스에서 수소에 대한 메탄의 상대적으로 더 높은 비율을 초래할 수 있다. 그러한 상대적으로 더 낮은 온도는 예를 들어 850 내지 950℃의 범위일 수 있다. 이러한 상대적으로 더 낮은 온도에서 상대적으로 더 많은 메탄이 회전가능한 튜브(23c)로부터 제거되는 합성 가스에 존재할 수 있다. 이는 가열 챔버(28)를 가열하기 위해 생성된 합성 가스의 적어도 일부를 가스 버너로 보내는 데 유리할 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 생성된 합성 가스의 적어도 일부는 전기 에너지를 생성하기 위한 발전기(generator)로 보내질 수 있다. 이러한 전기 에너지는 장치의 적어도 일부에 전력공급하는 데 사용될 수 있고/있거나, 전기 그리드로 보내질 수 있고/있거나, 다른 기계에 전력공급하도록 보내질 수 있다.
가열 챔버(28)에서 폐기물의 가열은 가열 챔버(28)에서 (가연성 가스를 포함하는) 합성 가스의 생성, 예컨대 제5 단계(S5)로 이어진다.
생성된 합성 가스는 약 10초의 킬른(2) 내 체류 시간을 가질 수 있다. 생성된 합성 가스의 체류 시간은 합성 가스 팬(60)에 의해 생성된 흡인(draw)을 증가 또는 감소시킴으로써 변경될 수 있다. 합성 가스 팬(60)으로의 전력 증가는 회전가능한 튜브(23c)로부터 합성 가스의 흐름을 상대적으로 증가시키도록 작용할 수 있다.
제6 단계(S6)에서, 생성된 합성 가스의 적어도 일부는 가열 챔버(28)로부터 복수의 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)로 공급된다. 일부 실시양태들에서, 복수의 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)에 의해 사용되는 연료는 생성된 합성 가스에 의해 대부분 또는 전부 제공될 수 있다. 실시양태들에서, 생성된 합성 가스 (또는 이의 적어도 일부)는 복수의 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)에 공급되기 전에 처리될 수 있다. 예를 들어, 생성된 합성 가스의 하나 이상의 구성성분(예를 들어 수소)은 복수의 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)에 공급하기 전에 제거될 수 있다.
회전가능한 튜브(23c)로의 분쇄된 폐기물의 진입과 잔류물 제거 시스템(9)에 의한 관련 잔류물의 제거 사이의 시간은 10 내지 20분의 범위이다.
생성된 합성 가스는 출구(22)를 통해 회전가능한 튜브(23c)를 빠져나간다. 합성 가스는 합성 가스 팬(60)의 작용에 의해 회전가능한 튜브(23c)로부터 흡인된다. 이어서 합성 가스는 배출 후드(22a)로 진입한다. 합성 가스는 이어서 배출 후드(22a)로부터 세정 시스템(6)으로 흡인된다. 추가적으로, 내부 분배기(도시되지 않음)는 가열 구역(28)을 통해 배출 후드(22a)로 고체 잔류물을 수송하는 것을 돕는다. 이러한 고체 잔류물은 이후 잔류물 제거 시스템(9)에서 제거되고 프로세싱된다. 또한, 유리하게는 내부 분배기는 또한 가열 구역(28) 내의 가스 및 증기에 난류(turbulence)를 도입한다. 어떤 이론에 구속되기를 바라지 않으며, 이러한 난류는 예를 들어 가스화된 폐기물과 증기의 향상된 혼합을 통해 합성 가스 생성의 효율성을 향상시킨다고 여겨진다. 생성된 합성 가스는 세정 시스템(6)에서 세정된다. 세정된 합성 가스는 저장 시스템(7)으로 보내진다. 합성 가스의 적어도 일부는 저장 시스템(7)에서 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)로 보내진다.
유리하게는, 전술한 방법 및 장치(1)는 종래 기술의 시스템보다 상대적으로 더 효율적인 시스템을 제공한다. 예를 들어, 장치(1)에 의해 생성된 합성 가스를 복수의 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)를 위한 연료 공급원으로 사용함으로써 외부 연료의 양이 상대적으로 감소된다. 따라서, 가열 챔버(28)를 가열하는 비용은 종래 기술의 장치 및 방법에 비해 상대적으로 감소될 수 있다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 위에서 기술된 다양한 단계는 동시에 일어날 수 있다. 예를 들어, 이전에 피딩된 폐기물이 가스 버너에 의해 가열됨과 동시에 폐기물은 간접식 킬른(2) 내로 피딩될 수 있다.
회전가능한 튜브(23c)내의 압력은 압력 센서(63)에 의해 모니터링된다. 출구 파이프(51)에서의 온도는 온도 센서(65)에 의해 모니터링된다. 제어 시스템은 모니터링된 압력 및 온도를 수신한다. 모니터링된 압력이 사전정의된 역치(threshold)보다 크면 제어 시스템은 압력 제어 밸브(62)를 작동시켜 합성 가스가 회전가능한 튜브(23c)로부터 빠져나갈 수 있도록 구성된다. 압력 상승은, 예를 들어, 회전가능한 튜브(23c)에서의 막힘(blockage)과 같은 사고에 의해 야기될 수 있다. 모니터링된 압력이 사전정의된 역치 미만이면 제어 시스템은 팬(60)의 흡인을 증가시킨다. 회전가능한 튜브(23c)의 압력은 약 1 bar, 예컨대 대기압으로 설정될 수 있다.
잔류물 제거 시스템(9)은 배출 후드(22a)로부터 고체 잔류물을 제거하여 적절하게 프로세싱되게 한다.
제어 시스템은, 체크 밸브(21b)를 개방함으로써, 제1 질소 공급부(21a)로부터 회전가능한 튜브(23c)의 입구로 질소 퍼지를 주기적으로 제공할 수 있다. 제어 시스템은 또한 체크 밸브(22d)를 개방함으로써 제2 질소 공급부(22c)로부터 배출 후드(22a)로 질소 퍼지를 제공할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 추가 실시양태에 따른 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법이 도시되어 있다.
제1 단계(S11)에서는 가열 챔버(28) 내의 분쇄된 폐기물이 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)를 사용하여 가열된다.
제2 단계(S12)에서, 가열 챔버(28)에서의 온도는 온도 센서(29a, 29b, 29c, 29d, 29e, 29f, 29g, 29h, 29i, 29j, 29k, 29l)에 의해 측정된다. 측정된 온도는 제어 시스템으로 전송된다. 가열 공간(23d)의 내부 온도는 온도 센서(29g, 29h, 29i, 29j, 29k, 29l)에 의해 측정된다. 측정된 온도는 제어 시스템으로 전송된다. 이해되듯이, 가열 챔버(28)의 구역(28a, 28b, 28c) 각각의 온도는 개별적으로 측정 또는 결정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 구역(28a, 28b, 28c) 각각에 인접한 가열 공간의 온도는 또한 개별적으로 측정 또는 결정될 수 있다.
추가적으로, 모니터링 장치(40g, 40h, 40i, 40j, 40k, 40l)는 각 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)에서 화염의 유무를 각각 기록한다. 압력 센서(42h)는 공급 파이프라인(42a)에서 합성 가스의 압력을 측정한다. 유량 센서(41h)는 천연 가스 파이프라인(41)을 통한 천연 가스의 유량을 측정한다.
제3 단계(S13)에서, 제어 시스템은 가열 챔버(28)에서 모니터링 또는 결정된 온도를 사전결정된 온도 범위와 비교한다. 특히, 가열 챔버(28)의 제1 구역(28a)에서 모니터링 또는 결정된 온도는 제1 구역(28a)에 대한 사전결정된 온도 범위와 비교된다. 가열 챔버(28)의 제2 구역(28b)에서 모니터링 또는 결정된 온도는 제2 구역(28b)에 대한 사전결정된 온도 범위와 비교된다. 가열 챔버(28)의 제3 구역(28c)에서 모니터링 또는 결정된 온도는 제3 구역(28c)에 대한 사전결정된 온도 범위와 비교된다.
추가적으로, 제어 시스템은 가열 시스템(4)의 작동을 모니터링하기 위하여 모니터링 장치(40g, 40h, 40i, 40j, 40k, 40l), 압력 센서(42h) 및 유량 센서(42h)로부터 수신된 데이터를 사용한다.
제4 단계(S14)에서, 가열 챔버에서 측정 또는 결정된 온도가 사전결정된 온도 범위 밖이면, 제어 시스템은 하나 이상의 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)에 의해 가열 챔버(28)에 가해지는 열의 양을 조정한다. 예를 들어, 가열 챔버(28)의 제1 구역(28a)에서 측정 또는 결정된 온도가 사전결정된 온도 범위보다 낮은 경우, 제어 시스템은 가스 버너(40a 및 40b) 중 하나 또는 각각을 조정하여 제1 구역(28a)으로 가해지는 열의 양을 증가시킨다.
제1 구역(28a) 내의 사전결정된 온도 범위는 650와 750℃ 사이, 예를 들어 660, 670, 680 또는 690과 710, 720, 730 또는 740℃ 사이일 수 있다. 제2 구역(28b) 내의 사전결정된 온도 범위는 850와 950℃ 사이, 예를 들어 860, 870, 880 또는 890과 910, 920, 930 또는 940℃ 사이일 수 있다. 제3 구역(28c) 내의 사전결정된 온도 범위는 약 1050와 1150℃ 사이, 예를 들어 약 1060, 1070, 1080 또는 1090과 1110, 1120, 1130 또는 1140℃ 사이일 수 있다. 사전결정된 온도 범위는 폐기물(예컨대, 가열 챔버(28)에 피딩되는 폐기물)의 조성에 따라 변경되거나 설정될 수 있다.
가열 챔버(28)의 구역(28a, 28b, 28c) 각각의 온도는 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) 각각에 의해 가해지는 열을 제어함으로써 제어된다. 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) 각각에 의해 가해지는 열은 제어 시스템에 의해 독립적으로 제어된다. 예를 들어, 제어 시스템은 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) 중 하나, 일부 또는 각각에 공급되는 공기의 질량 유량을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 제어 시스템은 또한 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) 중 하나, 일부 또는 각각에 대한 연료의 질량 유량을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 연료는 천연 가스와 합성 가스의 혼합물을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어 시스템은 연료에서 합성 가스에 대한 천연 가스의 혼합물의 비율을 변경할 수 있다. 각 가스 제어 밸브(44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f)는 각각의 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)에 공급되는 천연 가스의 양을 변경하거나, 천연 가스가 각각의 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)에 공급되는 것을 방지할 수 있다. 각 가스 제어 밸브(44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f)는 각각의 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)에 공급되는 합성 가스의 양을 변경하거나, 합성 가스가 각각의 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)에 공급되는 것을 방지할 수 있다. 실시양태들에서, 합성 가스만이 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) 중 하나, 일부 또는 각각에 공급될 수 있다. 실시양태들에서, 천연 가스만이 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) 중 하나, 일부 또는 각각에 공급될 수 있다. 예를 들어, 사용가능한 합성 가스가 충분하지 않을 때 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)에 천연 가스만 공급될 수 있다. 이러한 상황은 장치(1)의 초기 시작(start-up) 및 운행 중에 발생할 수 있다.
3개의 온도 구역(28a-c)에서의 온도는 회전가능한 튜브(23c)의 회전 속도를 변경하는 제어 시스템에 의해 추가로 제어될 수 있다. 제어 시스템은 원하는 회전 속도로 회전 튜브(23c)를 회전시키도록 가변 속도 구동 모터(26)를 제어하도록 구성된다.
연소 공기 팬(46)은 일정한 속도 또는 가변 속도로 (예컨대, 제어 시스템에 의해) 작동가능하다. 전기 구동 모터(46a)는 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다. 가스 버너(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)로의 연소 공기의 유량이 연소 공기 제어 밸브(43h, 43i, 43j, 43k, 43l, 43m)에 의해 결정되기 때문에, 연소 공기 팬(46)에서의 전기 구동 모터(46a)의 가변 제어는 가열 시스템(4)의 작동 효율을 향상시키기 위해서만 제공된다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 추가 실시양태에 따른 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법이 도시되어 있다.
제1의 선택적 단계(S21)에서, 분쇄된 폐기물의 질량 유량에 대한 증기의 질량 유량의 비율이 계산된다. 실시양태들에서, 이는 제어 시스템에 의해 또는 제어 시스템을 사용하여 계산될 수 있다. 비율은 가열 챔버(28)에서 생성된 합성 가스의 구성성분의 목표량을 제공하도록 계산된다. 실시양태들에서, 비율은 메탄 또는 수소의 목표량을 제공하도록 계산된다. 비율은 과거 작동 데이터를 기반으로 계산될 수 있다. 비율은 이론적 분석을 기반으로 하고, 독점적인 공정 시뮬레이션 소프트웨어(process simulation software)에 의해 모델링(modelling)될 수 있다. 비율은 과거 독점 데이터와 이론적 분석의 조합에 기반하여 계산할 수 있다. 비율은 간접식 로터리 킬른(2)의 특정 형상 및 작동 조건과 분쇄된 폐기물의 유형 및 입도를 기반으로 계산된다.
제2 단계(S22)에서, 분쇄된 폐기물은 도 7과 관련하여 기술된 방법의 단계(S2)와 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 가열 챔버(28)에 피딩된다. 제3 단계(S23)에서, 증기가 가열 챔버(28)에 도입된다.
제2 단계(S24)에서, 증기는 분쇄된 폐기물과 접촉되는데, 이 실시양태에서 이는 혼합을 포함한다. 분쇄된 폐기물은 도 7과 관련하여 기술된 방법의 단계(S2)와 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 가열 챔버(28)에 피딩된다. 증기는 가열 챔버(28)에 도입된다. 이 실시양태에서, 증기와 분쇄된 폐기물의 혼합은 가열 챔버(28) 내부에서 일어난다. 그러나, 실시양태들에서, 혼합(및, 실제로 접촉)은 적어도 부분적으로 가열 챔버(28) 외부에서 일어날 수 있다.
제3 단계(S25)에서, 증기와 분쇄된 폐기물은 가열 챔버(28) 내부에서 가열되어 합성 가스를 생성한다. 생성된 합성 가스는 상기한 바와 같이 이후 가열 챔버(28)를 빠져나가 추가 프로세싱을 위해 세정 시스템(6)으로 진입한다.
제4 단계(S26)에서, 분쇄된 폐기물의 질량 유량에 대한 증기의 질량 유량의 비율은 생성된 합성 가스가 주어진 온도 또는 가열 챔버(28)의 구역(28a, 28b, 28c)에서의 온도에서 그의 구성성분(예컨대, 메탄 또는 수소)의 목표량을 포함하도록 조정된다.
가열 챔버(28)에 피딩된 분쇄된 폐기물의 질량 유량이 측정 또는 결정된다. 실시양태들에서, 이는 피드 스크류에 의해 가열 챔버(28)에 피딩되는 분쇄된 폐기물의 질량을 모니터함으로써 성취된다. 이는 피드 스크류의 각속도를 측정하거나 결정함으로써 성취될 수 있다. 실시양태들에서, 피드 스크류의 각속도는 (예를 들어 피드 스크류 회전을 구동하는 모터의 각속도의 측정 또는 지식을 통해) 직접적으로 측정될 수 있고/있거나, (예를 들어 인코더를 사용하여) 간접적으로 측정될 수 있다.
가열 챔버(28)로의 증기의 질량 유량은 이 실시양태에서 유량 센서(51b)를 통한 물의 흐름을 모니터링함으로써 측정 또는 결정된다. 그러나, 실시양태들에서, 가열 챔버(28)로의 증기의 질량 유량을 모니터링하기 위한 임의의 적절한 수단이 사용될 수 있다.
가열 챔버(28)로의 분쇄된 폐기물의 피딩 속도(feed rate)는 피드 스크류의 각속도를 조정함으로써 제어될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 가열 챔버(28)로의 증기의 질량 유량은 유량 제어 밸브(51c)를 (예컨대, 자동으로 또는 수동으로) 조정함으로써 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 가열 챔버(28)로의 분쇄된 폐기물의 질량 유량은 분쇄된 폐기물의 질량 유량에 대한 증기의 질량 유량의 계산된 비율에 도달하도록 조정될 수 있다. 이러한 방식으로, 생성된 합성 가스의 구성성분(예컨대, 수소 또는 메탄)의 목표량이 달성된다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 제1의 선택적 단계(S21)는 (예컨대, 적어도 부분적으로) 방법의 다른 단계 중 임의의 것의 이전 또는 그와 동시에 임의의 시간에 수행될 수 있다. 실시양태들에서, 단계(S22, S23, S24 및 S25)는 분쇄된 폐기물의 처리 동안 연속적 (또는 실질적으로 연속적)일 수 있다. 제1의 선택적 단계(S21)는 분쇄된 폐기물의 처리 동안 1회 또는 수회 수행될 수 있다. 예를 들어, 생성된 합성 가스의 구성성분의 상이한 목표량이 설정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 생성된 합성 가스의 상이한 구성성분이 설정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 가열 챔버의 하나 이상의 작동 특성(예컨대, 그 내부의 하나 이상의 온도 및/또는 그의 회전 속도)이 변경될 수 있고/있거나, 분쇄된 폐기물의 조성 및/또는 유형(예컨대 상이한 플라스틱 물질 또는 플라스틱 물질의 혼합물 및/또는 폐기물의 분쇄된 입자의 상이한 크기 또는 크기 범위)이 사용될 수 있다. 수행되는 경우, 새로운 계산은 위에서 확인된 특성 및/또는 목표 구성성분의 양 중 임의의 하나 이상을 기반으로 할 수 있다. 실시양태들에서, 선택적인 단계(S21)는 다른 단계 중 하나 이상이 이미 시작되고 나서 수행될 수 있다. 실시양태들에서, 제6 단계(S26)는 선택적 단계(S21)에 후속하여 수행될 수 있고, 예를 들어 선택적 단계(S21)로부터의 결과를 기반으로 할 수 있다.
실시예
생성된 합성 가스의 구성성분의 목표량을 제공하는 데 필요한 분쇄된 폐기물의 질량 유량에 대한 증기의 질량 유량의 비율의 계산을 제공하기 위해 독점적인 공정 모델링 소프트웨어를 사용한 이론적 분석이 수행되었다(예컨대, 선택적 제1 단계 S21).
일 실시예에서, 분쇄된 폐기물은 폴리프로필렌이었고, 가열 챔버(28) 내의 작동 온도는 1150℃로 설정되었다. 목표 구성성분은 메탄으로 설정하고 그 목표량은 생성된 합성 가스의 35% v/v로 설정되었다.
이론적 분석을 사용하여 분쇄된 폐기물의 질량 유량에 대한 증기의 질량 유량의 비가 0.6인 것으로 결정되었다.
분쇄된 폐기물에 대한 증기의 비율을 0과 0.6의 비율 사이에서 증가시킴으로써 생성된 수소의 양(생성된 합성 가스의 v/v 백분율 기준)의 감소를 초래한다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 그러나 분쇄된 폐기물에 대한 증기의 비율을 0.6과 1의 비율 사이에서 증가시키면 생성된 수소의 양(생성된 합성 가스의 v/v 백분율 기준)의 증가를 초래한다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 추가 실시양태에 따른 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법이 도시되어 있다.
도 10에 도시된 방법의 처음 세 단계(S31, S32, S33)는 각기 도 9에 도시된 방법의 처음 세 단계(S21, S22, S23)와 유사하다.
도 10에 도시된 방법은 생성된 합성 가스에 함유된 구성성분의 양을 제어하기 위한 피드백 루프(예컨대, 폐쇄 루프)를 포함하는 제4 단계(S34)를 포함한다.
제4 단계(S34)는 생성된 합성 가스 내의 구성성분의 양을 측정하는 제1 단계(S35)를 포함한다. 이러한 측정은 킬른(2) 외부 또는 내부에서 일어날 수 있고/있거나 가스 분석 수단 또는 시스템(도시되지 않음)을 사용하여 달성될 수 있다. 가스 분석 수단 또는 시스템은 가스 크로마토그래피를 포함할 수 있고/있거나, 가스 크로마토그래피 및/또는 당업자에게 공지된 임의의 다른 적절한 기법을 사용할 수 있다. 실시양태들에서, 생성된 합성 가스의 하나 이상의 다른 구성성분이 (예컨대, 추가적으로) 측정될 수 있다.
제2 단계(S36)에서 제어기는 생성된 합성 가스의 구성성분의 목표량과 구성성분의 측정된 양 사이의 차이를 결정하거나 계산한다. 차이가 있는 경우 제어기는 구성성분의 목표량을 생산하기 위해, 분쇄된 폐기물의 피딩 속도와 가열 챔버(28)로의 증기의 질량 유량을 각각 조정하도록 피드 스크류의 각속도의 변경 및/또는 유량 제어 밸브(51c)의 변경을 계산한다. 이러한 계산은 적어도 부분적으로 자동화될 수 있거나 오퍼레이터에 의해 수행될 수 있다.
제3 단계(S37a, S37b)에서는 가열 챔버에 진입하는 증기의 질량 유량을 증가 또는 감소시키기 위해 유량 제어 밸브(51c)에 조정이 이루어지고/이루어지거나, 가열 챔버로의 분쇄된 폐기물의 피딩 속도를 증가 또는 감소하기 위해 피드 스크류의 각속도에 조정이 이루어진다. 조정(들)은 제2 단계(S36)에서 수행된 계산에 응답하여 이루어진다. 일 실시양태에서, 증기의 질량 유량만이 조정된다. 다른 실시양태에서, 분쇄된 폐기물의 피딩 속도만이 조정된다.
상기 제4 단계(S34)의 피드백 루프는 구성성분의 목표량이 생성되도록 생성된 합성 가스의 모니터링 및 제어를 제공한다. 유리하게는, 이는 작동 동안 생성된 합성 가스의 구성성분의 목표량을 유지하는 것을 허용한다. 더 유리하게는, 이는 목표량 및/또는 구성성분이 방법의 작동 동안 변경되도록 한다. 이러한 방식으로 최종 사용 요건으로의 변경이 보다 빠르고 쉽게 충족될 수 있다.
전술한 실시양태들에 대한 여러 변형이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 구상된다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 실시양태들에서, 예를 들어 한 방법의 하나 이상의 단계 또는 스테이지(stages)가 추가로 또는 대안적으로 임의의 다른 방법에서 사용될 수 있다. 또한, 제어 시스템은 (예컨대 적어도 부분적으로) 자동화되거나 (예컨대 적어도 부분적으로) 수동으로 모니터링 및/또는 제어될 수 있다. 제어 시스템은 원격으로 또는 장치(1)에 또는 그에 인접하여 위치할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 천연 가스 공급원(41)이 기술되지만, 이는 대신 오일 또는 석탄 등과 같은 다른 가연성 연료일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 6개의 가스 버너가 도시되어 있지만, 대신에 임의의 적절한 수 예를 들어 6개보다 많거나 적을 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 단일의 간접식 로터리 킬른이 도시되어 있지만 대신에 복수의 간접식 로터리 킬른일 수 있다. 하나보다 많은 간접식 로터리 킬른이 제공되는 경우 각 간접식 로터리 킬른에 가열 시스템, 증기 시스템, 공급 시스템 등이 있을 수 있다. 대안적으로, 하나보다 많은 간접식 로터리 킬른이 제공되는 경우 가열 시스템, 증기 시스템, 공급 시스템 등은 둘 이상의 간접식 로터리 킬른 사이에서 공유될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 전술한 방법 중 임의의 것은 생성된 합성 가스 및/또는 이의 임의의 구성성분을 세정하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전술한 방법 중 임의의 것은 생성된 (및/또는 세정된) 합성 가스 및/또는 이의 임의의 구성성분을 가스 그리드로 전달하거나 또는 가스 그리드를 위해 준비하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전술한 방법 중 임의의 것은 생성된 합성 가스 및/또는 이의 임의의 성분을 추가로 프로세싱하여, 예를 들어 특정 구성성분 또는 화합물(예컨대, 메탄올 또는 일산화탄소 등)을 생산하는 단계를 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 장치(1)가 간접식 회전가능한 킬른(2)를 포함하는 것으로 기술되지만, 이는 필히 그러할 필요는 없으며, 대신에 킬른은 직접식 킬른 예컨대 직접식 회전가능한 킬른일 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 분쇄된 폐기물과 증기가 혼합되는 것으로 기술되지만, 상기 혼합은 단지 분쇄된 폐기물을 증기와 접촉하도록 도입함으로 인한 것일 수 있다. 대안적으로, 혼합은 분쇄된 폐기물과 증기의 혼합을 돕거나 향상시키도록 구성된 혼합 수단 또는 믹서의 사용을 포함할 수 있다. 제공되는 경우, 혼합 수단 또는 믹서는 킬른(2) 내부, 예를 들어 가열 챔버(28) 내부에 제공될 수 있다. 대안적으로, 혼합 수단 또는 믹서는 적어도 부분적으로 킬른(2)의 외부에 (예컨대, 적어도 부분적으로 가열 챔버(28) 외부에) 제공될 수 있다.
또한, 전술한 특징 및/또는 첨부 도면에 도시된 특징의 임의의 수의 조합이 종래 기술에 비해 명백한 이점을 제공하고 따라서 본원에 기술된 본 발명의 범위 내에 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

Claims (25)

  1. a) 하나 이상의 가열 수단을 사용하여 가열 챔버 내의 분쇄된 폐기물을 가열하여 가연성 가스를 생성함;
    b) 가열 챔버 내의 온도를 측정 또는 결정함;
    c) 가열 챔버 내의 측정 또는 결정된 온도를 사전결정된 온도 범위와 비교함; 및
    d) 가열 챔버 내의 온도를 사전결정된 온도 범위 내에서 유지하기 위해 하나 이상의 가열 수단에 의해 가열 챔버에 가해지는 열의 양을 조정함
    을 포함하는, 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 가열 수단은 하나 이상의 연소 가열 수단을 포함하는, 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    하나 이상의 연소 가열 수단에 의해 가해지는 열의 양을 조정함은 하나 이상의 연소 가열 수단에 공급되는 공기의 질량 유량을 감소 또는 증가시킴을 포함하는, 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    하나 이상의 연소 가열 수단에 의해 가해지는 열의 양을 조정함은 하나 이상의 연소 가열 수단에 공급되는 연료의 질량 유량을 감소 또는 증가시킴을 포함하는, 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법.
  5. 제2항, 제3항, 또는 제4항에 있어서,
    하나 이상의 연소 가열 수단에 의해 가해지는 열의 양을 조정함은 하나 이상의 연소 가열 수단에 공급되는 연료 혼합물의 2개 이상의 구성성분의 비율을 변경함을 포함하는, 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 c)는 가열 챔버 외부에 위치한 하나 이상의 온도 센서를 사용하여 가열 챔버 내의 온도를 측정 또는 결정함을 포함하는, 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 c)는 가열 챔버 내부에 위치한 하나 이상의 온도 센서를 사용하여 가열 챔버 내의 온도를 측정 또는 결정함을 포함하는, 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    분쇄된 폐기물을 가열 챔버로 피딩함을 포함하는, 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    증기를 가열 챔버로 도입함을 포함하는, 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법.
  10. 제2항 내지 5항 또는 제2항을 인용하는 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    생성된 가연성 가스의 적어도 일부를 가열 챔버를 가열하기 위한 하나 이상의 연소 가열 수단에 공급하는 단계 e)를 포함하는, 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열 챔버는 사용 시 회전가능하며, 그리고 방법은 가열 챔버를 회전시키는 단계 f)를 포함하는, 분쇄된 폐기물을 처리하는 방법.
  12. 분쇄된 폐기물로부터 가연성 가스를 생성하기 위한 가열 챔버로서, 분쇄된 폐기물을 가열 챔버로 도입하기 위한 입구와, 생성된 가연성 가스를 가열 챔버로부터 배출하기 위한 출구를 포함하는 가열 챔버;
    사용 시 가열 챔버의 내용물을 가열하도록 구성되거나 구성가능한 하나 이상의 가열 수단;
    가열 챔버 내의 온도를 측정 또는 결정하도록 배치되거나 배치가능한 온도 감지 수단; 및
    가열 챔버의 측정된 온도를 사전결정된 온도 범위와 비교하고 그리고 가열 챔버 내의 온도를 사전결정된 온도 범위 내에서 유지하기 위해 하나 이상의 가열 수단에 의해 가해지는 열의 양을 조정하도록 구성되거나 구성가능한 제어기
    를 포함하는 분쇄된 폐기물을 처리하기 위한 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    하나 이상의 가열 수단은 하나 이상의 연소 가열 수단을 포함하는, 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    하나 이상의 연소 가열 수단에 공기를 공급하도록 배치되거나 배치가능한 공기 공급부를 포함하는, 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    제어기는 하나 이상의 연소 가열 수단에 공급되는 공기의 질량 유량을 감소 또는 증가시키도록 구성되는, 장치.
  16. 제13항, 제14항, 또는 제15항에 있어서,
    하나 이상의 연소 가열 수단에 연료를 공급하도록 배치되거나 배치가능한 연료 공급부를 포함하는, 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    제어기는 하나 이상의 연소 가열 수단에 공급되는 연료의 질량 유량을 감소 또는 증가시키도록 구성되는, 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    연료 공급부는 제1 연료의 제1 공급부와 제2 연료의 제2 공급부를 포함하는, 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    제어기는 하나 이상의 연소 가열 수단에 공급되는 제1 및 제2 연료의 비율을 변경하도록 구성되는, 장치.
  20. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    온도 감지 수단은 하나 이상의 온도 센서를 포함하는, 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    하나 이상의 온도 센서의 하나 이상은 가열 챔버의 외부에 위치하는, 장치.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    하나 이상의 온도 센서의 하나 이상은 가열 챔버의 내부에 위치하는, 장치.
  23. 제13항 내지 제19항 또는 제13항을 인용하는 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용 시 가열 챔버내의 생성된 가연성 가스의 적어도 일부를 하나 이상의 연소 가열 수단에 공급하도록 구성되거나 구성가능한 공급 시스템을 포함하는, 장치.
  24. 제11항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열 챔버는 사용 시 회전가능하도록 배치되거나 구성되는, 장치.
  25. 제11항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열 챔버에 증기를 도입하도록 구성되거나 구성가능한 증기 전달 수단을 포함하는, 장치.
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