KR20220119620A - 열분해 장치 및 열분해 방법 - Google Patents
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Abstract
열분해 장치는, 유동상로(1)와, 유동상로(1)의 내부를 열분해실(4)과 연소실(5)로 칸막이하는 제1 칸막이벽(11)과, 연소실(5)을 주 연소실(6)과 침강 연소실(7)로 칸막이하는 제2 칸막이벽(12)과, 열분해실(4), 주 연소실(6) 및 침강 연소실(7)에, 제1 유동화 가스, 제2 유동화 가스 및 제3 유동화 가스를 각각 공급하는 제1 산기 장치(15), 제2 산기 장치(25) 및 제3 산기 장치(35)와, 제1 원료를 열분해실(4)에 제1 공급량으로 공급하는 제1 원료 공급 장치(71)와, 제2 원료를 열분해실(4)에 제2 공급량으로 공급하는 제2 원료 공급 장치(72)와, 제1 원료 공급 장치(71)와 제2 원료 공급 장치(72)의 동작을 독립적으로 제어하는 동작 제어부(200)를 구비하고 있다.
Description
본 발명은 원료를 유동상로 내에서 열분해하는 열분해 장치 및 열분해 방법에 관한 것이며, 특히 내부 순환 유동상 가스화 기술을 이용하여 원료를 열분해하여, 열분해 생성물을 얻는 열분해 장치 및 열분해 방법에 관한 것이다.
도시 쓰레기, 산업 폐기물 등의 원료를 열분해 후, 가스화하여 연소하는 처리 시스템으로서 유동상로가 있다. 특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 유동상로는, 노의 내부가 칸막이벽으로 가스화실과 연소실로 나누어진 구조를 갖고 있다. 유동 매체는 가스화실과 연소실 사이를 순환하면서, 원료는 가스화실에 투입된다. 원료는 가스화실 내에서 유동 매체에 의해 가열되어, 열분해된 후, 가스화된다. 원료의 잔사는, 유동 매체에 의해 연소실로 운반된다. 원료의 잔사는 연료실 내에서 연소되어, 유동 매체를 가열한다. 가열된 유동 매체는, 가스화실 내로 이동하여, 가스화실 내에서 열원으로서 기능한다. 이와 같이 유동 매체가 노 내에서 순환하는 유동상로는, 내부 순환 유동상 가스화 시스템으로서 알려져 있다.
폐플라스틱은, 통상 소각로에서 소각 처리되고 있다. 최근에는, 이산화탄소의 배출을 억제하는 관점에서, 폐플라스틱을 열분해하여 오일을 회수하는 요청이 높아지고 있다(특허문헌 3, 4). 그러나, 오일을 높은 수율로 회수하기는 어려우며, 상업적으로 성공한 예는 거의 없는 것이 실정이다. 상술한 내부 순환 유동상 가스화 시스템은, 폐플라스틱을 가스화실 내에서 가열하여 열분해하고, 상온ㆍ상압에서 액체인 유기 화합물, 즉 오일을 열분해 생성물로서 회수할 수 있는 기술로서 기대되고 있다.
그러나, 폐플라스틱은 탄소의 함유율이 높아, 열분해 후에 탄화물(차(char))이 많이 생성된다. 이 미연소 탄소는 오일로서 회수할 수 없어, 연소실 내에서 연소하지 않을 수 없다. 결과적으로, 이산화탄소의 배출량이 증가하고, 한편으로 열분해 생성물의 수율이 저하되어 버린다.
내부 순환 유동상 가스화 시스템은, 오일을 포함하는 여러 가지의 물질을 회수하는 기술로서도 주목받고 있다. 원료를 가스화실 내에서 열분해하여, 목적의 물질을 열분해 생성물로서 회수하기 위해서는, 원료를 가스화실 내에서 적절한 온도로 가열할 필요가 있다. 그러나, 연소실로부터 이동한 고온의 유동 매체는, 국소적인 고온 영역을 가스화실 내에 형성한다. 이 때문에, 원료의 일부는 고온의 유동 매체에 의해 과도하게 가열되어, 의도하지 않은 물질이 생성되는 경우가 있다. 예를 들어, 폐플라스틱의 열분해는, 고온이 될수록 촉진되어, 상온에서 기체인 가스가 되기 때문에, 상온에서 액체인 오일의 수율이 저하된다. 또한, 고온이 될수록 탄화물(차)로의 이행률이 상승하여, 열분해 생성물의 수율이 저하된다.
상술한 내부 순환 유동상 가스화 시스템은, 바이오매스, 도시 쓰레기, 유기성 페기물 등의 가연성 재료를 열분해하여, 유용한 물질을 열분해 생성물로서 회수하는 용도로도 사용할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 바이오매스나 도시 쓰레기는, 산소(O) 및 수소(H)에 비하여 탄소(C)의 함유율이 상대적으로 낮아, 이들 가연성 재료를 연소실 내에서 연소시키기 위해 많은 열량을 필요로 한다. 따라서, 가연성 재료에 포함되는 탄소의 대부분은 연소실로 보내져, 연소실 내에서 연소에 소비된다. 결과적으로, 가스화실 내에서는 탄소의 수율이 저하된다.
그래서, 본 발명은 의도한 열분해 생성물의 수율을 올릴 수 있는 열분해 장치 및 열분해 방법을 제공한다.
일 양태에서는, 유동하는 유동 매체를 포함하는 유동상 내에서 원료를 열분해하기 위한 열분해 장치로서, 유동상로와, 상기 유동상로의 내부를 열분해실과 연소실로 칸막이하는 제1 칸막이벽과, 상기 연소실을 주 연소실과 침강 연소실로 칸막이하는 제2 칸막이벽과, 상기 열분해실, 상기 주 연소실 및 상기 침강 연소실에, 제1 유동화 가스, 제2 유동화 가스 및 제3 유동화 가스를 각각 공급하는 제1 산기 장치, 제2 산기 장치 및 제3 산기 장치와, 제1 원료를 상기 열분해실에 제1 공급량으로 공급하는 제1 원료 공급 장치와, 상기 제1 원료보다, 수소에 대한 탄소의 비율, 및 산소에 대한 탄소의 비율이 낮은 제2 원료를 상기 열분해실에 제2 공급량으로 공급하는 제2 원료 공급 장치와, 상기 제1 원료 공급 장치와 상기 제2 원료 공급 장치의 동작을 독립적으로 제어하는 동작 제어부를 구비하고 있는, 열분해 장치가 제공된다.
일 양태에서는, 상기 동작 제어부는, 상기 주 연소실 내의 온도 또는 상기 침강 연소실 내의 온도에 기초하여, 상기 제1 공급량과 상기 제2 공급량의 비율을 조절하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 열분해 장치는, 상기 제1 원료를 상기 주 연소실에 공급하는 제3 원료 공급 장치와, 상기 제2 원료를 상기 주 연소실에 공급하는 제4 원료 공급 장치를 더 구비하고 있다.
일 양태에서는, 상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도가 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 제3 산기 장치의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 제3 산기 장치는, 상기 침강 연소실 밑에 배치된 바람 상자와, 상기 바람 상자에 연결된 유동화 가스 공급 라인과, 상기 유동화 가스 공급 라인에 설치된 온도 조절기와, 상기 유동화 가스 공급 라인에 설치된 가스 유량 조절 밸브를 구비하고 있고, 상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도가 상기 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 온도 조절기 및 상기 가스 유량 조절 밸브 중 적어도 한쪽의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 열분해 장치는, 상기 침강 연소실 내의 유동 매체로부터 열을 회수하는 열회수기를 더 구비하고, 상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도가 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 열회수기의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 열회수기는, 상기 침강 연소실 내에 배치된 전열관과, 상기 전열관 내를 흐르는 냉각 매체의 유량을 조절하는 냉매 유량 조절 밸브를 구비하고 있고, 상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도가 상기 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 냉매 유량 조절 밸브의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 제3 산기 장치는, 상기 침강 연소실 밑에 배치된 복수의 바람 상자와, 상기 복수의 바람 상자에 각각 연결된 복수의 유동화 가스 공급 라인과, 상기 복수의 유동화 가스 공급 라인에 각각 설치된 복수의 가스 유량 조절 밸브를 구비하고 있고, 상기 동작 제어부는, 상기 복수의 가스 유량 조절 밸브의 개방도가 서로 다르도록, 상기 복수의 가스 유량 조절 밸브의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 제1 산기 장치는, 상기 제1 유동화 가스를 상기 열분해실에 공급하는 적어도 1개의 제1 유동화 가스 공급원을 구비하고 있고, 상기 제1 유동화 가스 공급원은 일산화탄소 가스, 이산화탄소 가스, 수소 가스, 탄화수소 가스, 증기, 질소 가스 중 적어도 1개를 공급하기 위한, 적어도 1개의 공급원을 포함한다.
일 양태에서는, 유동하는 유동 매체를 포함하는 유동상 내에서 원료를 열분해하기 위한 열분해 장치로서, 유동상로와, 상기 유동상로의 내부를 열분해실과 연소실로 칸막이하는 제1 칸막이벽과, 상기 연소실을 주 연소실과 침강 연소실로 칸막이하는 제2 칸막이벽과, 상기 열분해실, 상기 주 연소실 및 상기 침강 연소실에, 제1 유동화 가스, 제2 유동화 가스 및 제3 유동화 가스를 각각 공급하는 제1 산기 장치, 제2 산기 장치 및 제3 산기 장치와, 원료를 상기 열분해실에 공급하는 원료 공급 장치와, 상기 침강 연소실 내의 온도를 측정하는 침강 연소실 온도계와, 상기 침강 연소실 내의 온도를 제어하는 동작 제어부를 구비하고 있는, 열분해 장치가 제공된다.
일 양태에서는, 상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도의 측정값이 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 제3 산기 장치의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 제3 산기 장치는, 상기 침강 연소실 밑에 배치된 바람 상자와, 상기 바람 상자에 연결된 유동화 가스 공급 라인과, 상기 유동화 가스 공급 라인에 설치된 온도 조절기와, 상기 유동화 가스 공급 라인에 설치된 가스 유량 조절 밸브를 구비하고 있고, 상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도의 측정값이 상기 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 온도 조절기 및 상기 가스 유량 조절 밸브 중 적어도 한쪽의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 열분해 장치는, 상기 침강 연소실 내의 유동 매체로부터 열을 회수하는 열회수기를 더 구비하고, 상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도의 측정값이 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 열회수기의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 열회수기는, 상기 침강 연소실 내에 배치된 전열관과, 상기 전열관 내를 흐르는 냉각 매체의 유량을 조절하는 냉매 유량 조절 밸브를 구비하고 있고, 상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도의 측정값이 상기 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 냉매 유량 조절 밸브의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 제3 산기 장치는, 상기 침강 연소실 밑에 배치된 복수의 바람 상자와, 상기 복수의 바람 상자에 각각 연결된 복수의 유동화 가스 공급 라인과, 상기 복수의 유동화 가스 공급 라인에 각각 설치된 복수의 가스 유량 조절 밸브를 구비하고 있고, 상기 동작 제어부는, 상기 복수의 가스 유량 조절 밸브의 개방도가 서로 다르도록, 상기 복수의 가스 유량 조절 밸브의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 상기 제3 산기 장치는, 상기 제3 유동화 가스를 상기 침강 연소실에 공급하는 유동화 가스 공급원을 구비하고 있고, 상기 유동화 가스 공급원은 일산화탄소 가스, 이산화탄소 가스, 수소 가스, 탄화수소 가스, 증기, 질소 가스 중 적어도 1개를 공급하기 위한, 적어도 1개의 공급원을 포함한다.
일 양태에서는, 유동 매체가 수용된 유동상로의 내부가 열분해실, 주 연소실 및 침강 연소실로 칸막이된 열분해 장치를 사용하여 원료를 열분해하기 위한 열분해 방법으로서, 상기 열분해실에 제1 유동화 가스를 공급하여, 제1 유동상을 상기 열분해실 내에 형성하고, 제1 원료를 상기 열분해실에 제1 공급량으로 공급하면서, 상기 제1 원료보다, 수소에 대한 탄소의 비율, 및 산소에 대한 탄소의 비율이 낮은 제2 원료를 상기 열분해실에 제2 공급량으로 공급하고, 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료를 상기 열분해실 내에서 열분해하고, 상기 주 연소실에 제2 유동화 가스를 공급하여 제2 유동상을 상기 주 연소실 내에 형성하면서, 상기 제1 원료의 잔사 및 상기 제2 원료의 잔사를 상기 주 연소실 내에서 연소하고, 상기 침강 연소실에 제3 유동화 가스를 공급하여 제3 유동상을 상기 침강 연소실 내에 형성하면서, 유동 매체를 상기 주 연소실로부터 상기 침강 연소실을 통하여 상기 열분해실로 이동시키는, 열분해 방법이 제공된다.
일 양태에서는, 상기 주 연소실 내의 온도 또는 상기 침강 연소실 내의 온도에 기초하여, 상기 제1 공급량과 상기 제2 공급량의 비율을 제어한다.
일 양태에서는, 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료를 상기 열분해실에 공급하면서, 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료 중 적어도 한쪽을 상기 주 연소실에 공급한다.
일 양태에서는, 상기 침강 연소실 내의 온도가 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 제3 유동화 가스의 온도 또는 유량을 조절한다.
일 양태에서는, 상기 침강 연소실 내에는, 냉각 매체가 흐르는 전열관이 배치되어 있고, 상기 침강 연소실 내의 온도가 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 냉각 매체의 유량을 조절한다.
일 양태에서는, 상기 침강 연소실 밑에 배치된 복수의 바람 상자로부터, 다른 유량으로 상기 제3 유동화 가스를 상기 침강 연소실 내에 공급함으로써, 상기 제3 유동상을 형성하는 유동 매체를 선회시킨다.
일 양태에서는, 상기 제1 유동화 가스는 일산화탄소 가스, 이산화탄소 가스, 수소 가스, 탄화수소 가스, 증기, 질소 가스 중 적어도 1개를 포함한다.
일 양태에서는, 유동 매체가 수용된 유동상로의 내부가 열분해실, 주 연소실 및 침강 연소실로 칸막이된 열분해 장치를 사용하여 원료를 열분해하기 위한 열분해 방법으로서, 상기 열분해실에 제1 유동화 가스를 공급하여, 제1 유동상을 상기 열분해실 내에 형성하고, 원료를 상기 열분해실에 공급하고, 상기 원료를 상기 열분해실 내에서 열분해하고, 상기 주 연소실에 제2 유동화 가스를 공급하여 제2 유동상을 상기 주 연소실 내에 형성하면서, 상기 원료의 잔사를 상기 주 연소실 내에서 연소하고, 상기 침강 연소실에 제3 유동화 가스를 공급하여 제3 유동상을 상기 침강 연소실 내에 형성하면서, 유동 매체를 상기 주 연소실로부터 상기 침강 연소실을 통하여 상기 열분해실로 이동시키고, 상기 침강 연소실 내의 온도를 소정의 온도 범위 내로 제어하는, 열분해 방법이 제공된다.
일 양태에서는, 상기 침강 연소실 내의 온도가 상기 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 제3 유동화 가스의 온도 또는 유량을 조절한다.
일 양태에서는, 상기 침강 연소실 내에는, 냉각 매체가 흐르는 전열관이 배치되어 있고, 상기 침강 연소실 내의 온도가 상기 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 냉각 매체의 유량을 조절한다.
일 양태에서는, 상기 침강 연소실 밑에 배치된 복수의 바람 상자로부터, 다른 유량으로 상기 제3 유동화 가스를 상기 침강 연소실 내에 공급함으로써, 상기 제3 유동상을 형성하는 유동 매체를 선회시킨다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 수소에 대한 탄소의 비율(탄소/수소비), 및 산소에 대한 탄소의 비율(탄소/산소비)이 높은 제1 원료와, 제1 원료에 비하여 이들의 비율이 낮은 제2 원료가 동시에 열분해실 내에 공급된다. 제1 원료의 잔사로부터 발생하는 열에너지는, 주 연소실 내의 유동 매체를 충분히 가열할 수 있다. 따라서, 주 연소실 내에 있어서 제2 원료의 잔사가 보유해야 할 열량은 낮아도 된다. 결과적으로, 제2 원료로부터의 열분해 생성물의 수율이 향상된다. 가열된 유동 매체는, 주 연소실로부터 침강 연소실을 통하여 열분해실로 이동하여, 제1 원료 및 제2 원료를 열분해한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 유동 매체의 온도가 미리 조절된 후에, 유동 매체가 열분해실로 이동하므로, 국소적인 고온 영역이 열분해실 내에 형성되지 않는다. 따라서, 원료는 열분해실 내에서 적정한 온도 범위 내에서 가열되어, 결과적으로, 원하는 열분해 생성물(예를 들어 오일)의 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 열분해 장치의 일 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 2는 열분해 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 3은 열분해 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 4는 열분해 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 5는 열분해 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 6은 열분해 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 7은 열분해 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 2는 열분해 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 3은 열분해 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 4는 열분해 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 5는 열분해 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 6은 열분해 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
도 7은 열분해 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 열분해 장치의 일 실시 형태를 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시하는 열분해 장치는, 원료를 열분해하여, 열분해 생성물을 생성하는 열분해실(4)과, 열분해된 원료의 잔사를 연소하는 연소실(5)을 구비하고 있다. 열분해실(4) 및 연소실(5)은, 1개의 유동상로(1) 내에 형성되어 있다. 즉, 유동상로(1)의 내부는, 제1 칸막이벽(11)에 의해 열분해실(4)과 연소실(5)로 칸막이되어 있고, 또한 연소실(5)은 제2 칸막이벽(12)에 의해 주 연소실(6)과 침강 연소실(7)로 칸막이되어 있다. 유동상로(1)의 전체의 형상은 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 원통형 또는 직사각형을 갖고 있다.
열분해실(4), 주 연소실(6), 침강 연소실(7) 내에는, 유동 매체(예를 들어 규사)가 수용되어 있다. 유동 매체를 유동시키기 위해, 열분해실(4), 주 연소실(6) 및 침강 연소실(7)은, 제1 산기 장치(15), 제2 산기 장치(25) 및 제3 산기 장치(35)에 각각 접속되어 있다. 제1 산기 장치(15), 제2 산기 장치(25) 및 제3 산기 장치(35)는, 제1 유동화 가스, 제2 유동화 가스 및 제3 유동화 가스를 열분해실(4), 주 연소실(6) 및 침강 연소실(7)에 각각 독립적으로 취입하고, 각 실(4, 5, 7) 내의 유동 매체를 유동시킨다. 유동하는 유동 매체는, 제1 유동상(51), 제2 유동상(52) 및 제3 유동상(53)을 열분해실(4), 주 연소실(6) 및 침강 연소실(7) 내에 형성한다. 제1 유동상(51), 제2 유동상(52) 및 제3 유동상(53)의 상방에는, 유동 매체가 거의 존재하지 않는 프리보드부(55), 프리보드부(56) 및 프리보드부(57)가 있다.
제1 산기 장치(15)는, 열분해실(4) 밑에 있는 복수(도 1에서는 2개)의 제1 바람 상자(16)와, 이들 제1 바람 상자(16)에 연결된 제1 유동화 가스 공급 라인(17)과, 제1 유동화 가스 공급 라인(17)에 접속된 제1 유동화 가스 공급원(18)과, 제1 유동화 가스 공급 라인(17)에 설치된 복수(도 1에서는 2개)의 제1 가스 유량 조절 밸브(또는 제1 가스 유량 조절 댐퍼)(19)를 구비하고 있다. 제1 유동화 가스 공급 라인(17)은 복수의 제1 분기 라인(17a)을 갖고 있고, 제1 가스 유량 조절 밸브(19)는 이들 제1 분기 라인(17a)에 각각 설치되어 있다. 제1 바람 상자(16)의 상벽은 다공판(16a)으로 구성되어 있다. 다공판(16a)은 열분해실(4)의 노상을 구성한다.
본 실시 형태에서는, 제1 유동화 가스로서 수증기가 사용되고 있다. 제1 유동화 가스 공급원(18)에는, 수증기를 발생시키는 보일러가 사용되고 있다. 일 실시 형태에서는, 제1 유동화 가스로서 공기를 사용해도 된다. 이 경우에는, 제1 산기 장치(15)는, 제1 유동화 가스 공급원(18)으로서 송풍기를 구비해도 된다. 또한, 제1 산기 장치(15)는, 제1 유동화 가스를 가열하기 위한 온도 조절기를 구비해도 된다. 온도 조절기는, 제1 유동화 가스 공급 라인(17)에 설치된다.
제2 산기 장치(25)는, 복수(도 1에서는 3개)의 제2 바람 상자(26)와, 이들 제2 바람 상자(26)에 연결된 제2 유동화 가스 공급 라인(27)과, 제2 유동화 가스 공급 라인(27)에 접속된 제2 유동화 가스 공급원(28)과, 제2 유동화 가스 공급 라인(27)에 설치된 복수(도 1에서는 3개)의 제2 가스 유량 조절 밸브(또는 제2 가스 유량 조절 댐퍼)(29)와, 제2 유동화 가스 공급 라인(27)에 설치된 제2 온도 조절기(30)를 구비하고 있다. 제2 유동화 가스 공급 라인(27)은 복수의 제2 분기 라인(27a)을 갖고 있고, 제2 가스 유량 조절 밸브(29)는 이들 제2 분기 라인(27a)에 각각 설치되어 있다. 제2 바람 상자(26)의 상벽은 다공판(26a)으로 구성되어 있다. 다공판(26a)은, 주 연소실(6)의 노상을 구성한다.
제3 산기 장치(35)는, 적어도 1개의 제3 바람 상자(36)와, 제3 바람 상자(36)에 연결된 적어도 1개의 제3 유동화 가스 공급 라인(37)과, 제3 유동화 가스 공급 라인(37)에 접속된 제3 유동화 가스 공급원(38)과, 제3 유동화 가스 공급 라인(37)에 설치된 적어도 1개의 제3 가스 유량 조절 밸브(또는 제3 가스 유량 조절 댐퍼)(39)와, 제3 유동화 가스 공급 라인(37)에 설치된 제3 온도 조절기(40)를 구비하고 있다. 제3 바람 상자(36)의 상벽은 다공판(36a)으로 구성되어 있다. 다공판(36a)은, 침강 연소실(7)의 노상을 구성한다.
바람 상자(16, 26, 36) 내에 나타내는 백색 바탕 화살표의 크기는, 분출되는 유동화 가스의 유속을 나타내고 있다. 유동화 가스의 유속의 차이에 의해, 열분해실(4) 내에는 유동 매체의 선회류가 형성되고, 주 연소실(6) 내에도 유동 매체의 선회류가 형성된다. 제1 유동상(51)은 선회하는 유동 매체로 형성되고, 제2 유동상(52)도 선회하는 유동 매체로 형성된다. 한편, 침강 연소실(7) 내의 제3 유동상(53)은 유동 매체의 하강류로 형성되어 있다. 일 실시 형태에서는, 제3 유동상(53)도 선회하는 유동 매체로 형성되어도 된다.
본 실시 형태에서는 주 연소실(6) 및 침강 연소실(7)에 공급되는 제2 유동화 가스 및 제3 유동화 가스에는, 공기가 사용되고 있고, 제2 유동화 가스 공급원(28) 및 제3 유동화 가스 공급원(38)은, 송풍기로 구성되어 있다. 단, 본 발명은 본 실시 형태에 한정되지는 않으며, 제2 유동화 가스 및 제3 유동화 가스로서, 다른 타입의 가스를 사용해도 된다. 예를 들어, 제2 유동화 가스 공급원(28)은 이산화탄소 가스, 증기, 질소 가스, 산소 중 적어도 1개를 공급하기 위한 적어도 1개의 공급원을 포함해도 된다. 또한, 제3 유동화 가스 공급원(38)은 일산화탄소 가스, 이산화탄소 가스, 수소 가스, 탄화수소 가스, 증기, 질소 가스 중 적어도 1개를 공급하기 위한 적어도 1개의 공급원을 포함해도 된다.
도 1에 도시하는 실시 형태에서는, 제2 유동화 가스 공급원(28) 및 제3 유동화 가스 공급원(38)은, 제2 유동화 가스 공급 라인(27) 및 제3 유동화 가스 공급 라인(37)에 각각 연결되어 있지만, 일 실시 형태에서는, 공통의 유동화 가스 공급원이 제2 유동화 가스 공급 라인(27) 및 제3 유동화 가스 공급 라인(37)에 연결되어도 된다. 이 경우에는, 제2 온도 조절기(30) 및 제3 온도 조절기(40) 대신에, 공통의 온도 조절기가 제2 유동화 가스 공급 라인(27) 및 제3 유동화 가스 공급 라인(37)에 설치되어도 된다.
열분해실(4), 주 연소실(6), 침강 연소실(7)은, 전체로서 1개의 유동상로(1)를 구성한다. 제1 칸막이벽(11)은, 유동상로(1)의 상벽(1a)으로부터 하방으로 연장되어 있다. 제1 칸막이벽(11)의 하단은 노상에 접해 있지 않고, 제1 칸막이벽(11)의 밑에 제1 개구부(61)가 있다. 이 제1 개구부(61)는, 열분해실(4) 및 침강 연소실(7)의 저부에 위치하고 있고, 열분해실(4)과 침강 연소실(7)은 제1 개구부(61)를 통하여 서로 연통되어 있다. 따라서, 제1 개구부(61)는, 주 연소실(6) 내에서 가열된 유동 매체가 침강 연소실(7)을 통하여 열분해실(4) 내로 이동하는 것을 허용한다. 제1 개구부(61)는, 열분해실(4) 및 침강 연소실(7) 내의 제1 유동상(51) 및 제3 유동상(53)의 계면(상면)보다 하방에 위치하고 있다.
제2 칸막이벽(12)은, 연소실(5)(주 연소실(6) 및 침강 연소실(7))의 노상으로부터 상방으로 연장되어 있다. 제2 칸막이벽(12)의 상단은, 유동상로(1)의 상벽(1a)에 접속되어 있지 않고, 제2 칸막이벽(12) 상에 제2 개구부(62)가 있다. 이 제2 개구부(62)는, 주 연소실(6)의 프리보드부(56)와, 침강 연소실(7)의 프리보드부(57)에 위치하고 있고, 주 연소실(6)과 침강 연소실(7)은 제2 개구부(62)를 통하여 서로 연통되어 있다. 보다 구체적으로는, 주 연소실(6)의 프리보드부(56)와, 침강 연소실(7)의 프리보드부(57)는, 제2 개구부(62)를 통하여 서로 연통되어 있다.
주 연소실(6) 내에는, 유동 매체의 유속이 다른 2개의 영역, 즉 약유동화 영역과 강유동화 영역이 형성되어 있다. 약유동화 영역은, 주 연소실(6)의 중앙에 형성되고, 강유동화 영역은, 약유동화 영역의 외측에 형성되어 있다. 따라서, 주 연소실(6)의 중앙 영역에서는 유동 매체의 하강류가 형성되고, 주 연소실(6)의 외측 영역에서는 유동 매체의 상승류가 형성되어 있다. 이들 유동 매체의 상승류 및 하강류는, 주 연소실(6) 내에서 유동 매체의 선회류를 형성한다. 제2 유동상(52)은, 이러한 유동 매체의 선회류로 형성된다.
주 연소실(6) 내에서 선회류를 형성하는 유동 매체의 일부는, 제2 칸막이벽(12)의 상단을 넘쳐흘러, 제2 개구부(62)를 통하여 침강 연소실(7) 내에 유입된다. 유동 매체는, 침강 연소실(7) 내에서 하강하면서, 제3 유동상(53)을 형성한다. 또한, 유동 매체는, 침강 연소실(7)로부터 제1 개구부(61)를 통하여 열분해실(4)에 유입되고, 제1 유동상(51)을 형성하는 유동 매체에 혼합된다. 열분해실(4) 내에서는, 유동 매체는 선회류를 형성하고 있다. 이 선회류를 형성하는 유동 매체는, 제1 칸막이벽(11)을 따라 상승하고, 이 상승류는 침강 연소실(7) 내의 유동 매체를 열분해실(4) 내로 유인한다.
열분해실(4)과 주 연소실(6)은 연통로(70)를 통하여 서로 연통되어 있다. 도 1에서는 연통로(70)를 나타내는 화살표는 유동상로(1) 밖에 그려져 있지만, 연통로(70)도 유동상로(1) 내에 위치하고 있다. 더불어, 도 1에서는 열분해실(4), 주 연소실(6) 및 침강 연소실(7)은 평면적으로 그려져 있지만, 실제로는 이들 실(4, 6, 7)은 입체적인 형상이며, 열분해실(4)은 주 연소실(6) 및 침강 연소실(7)의 양쪽 옆에 배치하는 것도 가능하다. 따라서, 연통로(70)는 단순한 개구부로 구성되어 있는 경우도 있다.
열분해 장치는, 제1 원료와 제2 원료를 열분해실(4) 내에 공급하는 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)를 구비하고 있다. 제1 원료 공급 장치(71)의 원료 출구는, 열분해실(4)에 연결되고, 제1 원료 공급 장치(71)의 원료 입구는, 제1 원료를 반송하는 반송 장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 동일하게, 제2 원료 공급 장치(72)의 원료 출구는, 열분해실(4)에 연결되고, 제2 원료 공급 장치(72)의 원료 입구는, 제2 원료를 반송하는 반송 장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)의 구체예로서는, 원료를 정량적으로 열분해실(4) 내에 보낼 수 있는 스크루 피더를 들 수 있다.
도 1에 도시하는 실시 형태에서는, 제1 원료 및 제2 원료는, 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)로부터, 열분해실(4)의 프리보드부(55)에 마련된 2개의 공급구(74, 75)를 통하여 열분해실(4) 내에 공급된다. 도 1에서는, 이들 2개의 공급구(74, 75)는 모식적으로 그려져 있다. 일 실시 형태에서는, 제1 원료 및 제2 원료는, 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)로부터 송출된 후에 혼합되며, 제1 원료와 제2 원료의 혼합물이 1개의 공급구로부터 열분해실(4) 내에 공급되어도 된다.
열분해실(4) 내에 투입된 제1 원료 및 제2 원료는, 제1 유동상(51)을 형성하는 유동 매체의 선회류에 의해 교반되면서, 유동 매체로부터 열을 받아 열분해된다. 열분해된 결과, 제1 원료 및 제2 원료에 포함되는 성분의 일부는, 열분해 생성물을 형성한다. 열분해 생성물은, 열분해실(4)을 구성하는 유동상로(1)의 상벽(1a)에 마련된 생성물 출구(78)를 통하여 열분해실(4)로부터 배출된다. 생성물 출구(78)는 열분해실(4)에 연통되어 있다. 제1 원료의 잔사 및 제2 원료의 잔사는, 유동 매체와 함께, 연통로(70)를 통하여 주 연소실(6)로 이동한다. 잔사는, 제2 유동상(52)을 형성하는 유동 매체와 함께 선회하면서 연소된다. 잔사는 연소와 함께 열에너지를 방출하고, 연소 배기 가스를 발생시키면서, 제2 유동상(52)을 형성하는 유동 매체를 가열한다. 연소 배기 가스는, 주 연소실(6)을 구성하는 유동상로(1)의 상벽(1a)에 마련된 배기 가스 출구(79)를 통하여 연소실로부터 배출된다. 배기 가스 출구(79)는 주 연소실(6)에 연통되어 있다.
가열된 유동 매체의 일부는, 제2 칸막이벽(12)의 상단을 넘쳐흘러, 제2 개구부(62)를 통하여 침강 연소실(7)로 이동하고, 침강 연소실(7) 내에서 하강하면서 제3 유동상(53)을 형성한다. 또한, 가열된 유동 매체는 제1 개구부(61)를 통하여 열분해실(4) 내에 유입된다. 가열된 유동 매체는, 열분해에 필요한 열량을 제공하고, 이에 의해 제1 원료 및 제2 원료의 열분해가 열분해실(4) 내에서 진행된다. 침강 연소실(7)로부터 이동한 유동 매체는 고온이지만, 열분해실(4) 내의 제1 유동상(51)에 혼합됨에 따라, 유동 매체의 온도는 저하된다. 이와 같이, 주 연소실(6)로부터 침강 연소실(7)을 경유하여 열분해실(4)로 이동한 유동 매체는, 제1 원료 및 제2 원료의 열분해의 열원으로서 기능한다.
본 실시 형태에 있어서의 제1 원료는, 석유로 제조된 플라스틱의 폐재(이하, 폐플라스틱이라고 함)로 대표되는, 탄소의 함유율이 높은 재료이다. 제2 원료는, 제1 원료보다 탄소의 함유율이 낮은 가연성 재료이며, 예를 들어 바이오매스, 도시 쓰레기, 오니, 유기성 페기물 등을 들 수 있다. 제1 원료는 제2 원료보다 탄소의 함유량이 높고, 또한 칼로리도 높다. 따라서, 제1 원료는 제2 원료에 비하여 연소되기 쉽고, 연소되었을 때 높은 열에너지를 발생시킨다. 한편, 제2 원료는 제1 원료에 비하여 탄소의 함유율이 낮고, 또한 통상 수분을 비교적 많이 포함하고 있기 때문에, 제1 원료보다 연소되기 어렵다. 일 실시 형태에서는, 제1 원료는 수소에 대한 탄소의 비율 및 산소에 대한 탄소의 비율이, 제2 원료의 그것들보다 높은 재료(예를 들어, 도시 쓰레기, 산업 폐기물 등)여도 된다.
제1 원료는 적어도 폐플라스틱을 포함한다. 제1 원료의 열분해에 의해 생성된 열분해 생성물은, 폐플라스틱으로부터 얻어진 오일(주로 탄소(C) 및 수소(H)를 많이 포함하는, 상온 상압에서 액체인 탄화수소 화합물 등)을 포함한다. 제2 원료는 바이오매스 등의 유기 재료이며, 제2 원료에 포함되는 탄소(C), 산소(O), 수소(H)의 비율, 구체적으로는 수소에 대한 탄소의 비율(탄소/수소비), 및 산소에 대한 탄소의 비율(탄소/산소비)은, 폐플라스틱에 있어서의 그것들의 비율보다 낮은 경우가 있다. 따라서, 제2 원료의 열분해에 의해 생성된 열분해 생성물은, 탄소(C)에 추가하여, 산소(O) 및 수소(H)를 포함하기 때문에, 제1 원료의 열분해에 의해 생성된 열분해 생성물에 비하여, 탄소(C)의 함유 비율이 낮다.
제1 원료 및 제2 원료는, 열분해실(4) 내에서는 연소되지 않고, 열분해된다. 제1 원료는, 탄소를 많이 포함하기 때문에, 열분해실(4) 내에서 탄화물(차)이 생성되기 쉽다. 탄화물(차)은, 열분해 생성물로서 열분해실(4)로부터 빼낼 수 없는 반면, 높은 열량을 보유하고 있다. 제1 원료의 일부는, 열분해 생성물로서 열분해실(4)로부터 배출되고, 제1 원료의 잔사는 탄화물(차)로서 주 연소실(6) 내로 보내진다. 이 탄화물(차)은 높은 열량을 갖고 있다. 따라서, 탄화물(차)은 주 연소실(6) 내에서 연소되었을 때 높은 열에너지를 발생시켜, 유동 매체를 고온으로 가열할 수 있다.
한편, 제2 원료는, 탄소의 함유율이 제1 원료에 비하여 낮다. 이 때문에, 제2 원료의 열분해에 필요한 열량을 제2 원료만으로 확보하려고 하면, 제2 원료에 포함되는 탄소 중 대부분을 주 연소실(6) 내에서 소비할 필요가 있다. 결과적으로, 제2 원료로부터 생성되는 열분해 생성물의 수율이 저하된다. 이러한 점에서, 본 실시 형태에 따르면, 탄소를 많이 포함하는 제1 원료와, 더 적은 양의 탄소를 포함하는 제2 원료가, 동시에 열분해실(4) 내에 공급된다. 제1 원료의 잔사가 주 연소실(6) 내에서 연소됨으로써 발생하는 열에너지는, 주 연소실(6) 내의 유동 매체를 충분히 가열할 수 있다. 따라서, 주 연소실(6) 내에 있어서 제2 원료의 잔사가 보유해야 할 열량은 낮아도 된다. 결과적으로, 제2 원료로부터의 열분해 생성물의 수율이 향상된다. 가열된 유동 매체는, 주 연소실(6)로부터 침강 연소실(7)을 통하여 열분해실(4)로 이동하여, 제1 원료 및 제2 원료를 열분해한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 제1 산기 장치(15)의 제1 바람 상자(16)와, 제3 산기 장치(35)의 제3 바람 상자(36) 사이에는, 불연물 배출구(82)가 마련되어 있다. 제1 원료 및/또는 제2 원료 중에 포함되는 비교적 큰 불연물은 불연물 배출구(82)로부터 배출된다.
다음으로, 열분해실(4) 내에 공급되는 제1 원료와 제2 원료의 비율에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 제1 원료의 잔사는, 연소 시에 제2 원료의 잔사보다 높은 열에너지를 발생시킨다. 따라서, 열분해실(4)로의 제1 원료의 공급량과 제2 원료의 공급량의 비율은, 주 연소실(6) 및 침강 연소실(7) 내의 온도에 영향을 미친다. 본 실시 형태의 열분해 장치는, 주 연소실(6) 내의 온도에 기초하여, 열분해실(4) 내에 공급해야 할 제1 원료의 공급량과 제2 원료의 공급량의 비율을 제어한다. 보다 구체적으로는, 열분해 장치는, 주 연소실(6) 내의 온도가 소정의 목표 범위 내에 수렴되도록, 열분해실(4)로의 제1 원료의 공급량과 제2 원료의 공급량의 비율을 조절하도록 구성된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 열분해 장치는, 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)의 동작을 독립적으로 제어하는 동작 제어부(200)를 구비하고 있다. 동작 제어부(200)는, 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)에 접속되어 있다. 동작 제어부(200)는, 제1 원료 공급 장치(71)가 제1 원료를 열분해실(4)에 공급하는 양을 제어하고, 또한 제1 원료 공급 장치(71)가 제2 원료를 열분해실(4)에 공급하는 양을 제어하도록 구성되어 있다. 동작 제어부(200)는, 열분해실(4)로의 제1 원료의 공급량 및 제2 원료의 공급량을 독립적으로 제어하는 것이 가능하다. 따라서, 동작 제어부(200)는, 열분해실(4)로의 제1 원료의 공급량과 제2 원료의 공급량의 비율을 제어할 수 있다. 제1 원료의 공급량과 제2 원료의 공급량의 비율의 예에는, 제1 원료의 공급량이 0인 경우, 및 제2 원료의 공급량이 0인 경우도 포함한다.
동작 제어부(200)는, 프로그램이 저장된 기억 장치(200a)와, 프로그램에 포함되는 명령에 따라 연산을 실행하는 연산 장치(200b)를 구비하고 있다. 기억 장치(200a)는, RAM 등의 주기억 장치와, 하드 디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 등의 보조 기억 장치를 구비하고 있다. 연산 장치(200b)의 예로서는, CPU(중앙 처리 장치), GPU(그래픽 프로세싱 유닛)를 들 수 있다. 단, 동작 제어부(200)의 구체적 구성은 본 실시 형태에 한정되지는 않는다.
동작 제어부(200)는, 적어도 1대의 컴퓨터로 구성된다. 예를 들어, 동작 제어부(200)는, 유동상로(1)의 근처에 배치된 에지 서버여도 되고, 인터넷이나 로컬 에어리어 네트워크 등의 통신 네트워크에 접속된 클라우드 서버여도 된다. 동작 제어부(200)는, 복수의 서버의 조합이어도 된다. 예를 들어, 동작 제어부(200)는, 인터넷 또는 로컬 에어리어 네트워크 등의 통신 네트워크에 의해 서로 접속된 에지 서버와 클라우드 서버의 조합이어도 된다.
열분해 장치는, 열분해실(4) 내에 배치된 열분해실 온도계(85)와, 주 연소실(6) 내에 배치된 주 연소실 온도계(86)와, 침강 연소실(7) 내에 배치된 침강 연소실 온도계(87)를 더 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 복수의(도 1에서는 3개의) 열분해실 온도계(85)가 열분해실(4) 내에서 종방향을 따라 배열되어 있다. 복수의 열분해실 온도계(85) 중 1개는, 열분해실(4) 내의 프리보드부(55)에 배치되어 있고, 다른 열분해실 온도계(85)는 제1 유동상(51) 내에 배치되어 있다. 마찬가지로, 복수의(도 1에서는 3개의) 주 연소실 온도계(86)가 주 연소실(6) 내에서 종방향을 따라 배열되고, 복수의(도 1에서는 3개의) 침강 연소실 온도계(87)가 침강 연소실(7) 내에서 종방향을 따라 배열되어 있다. 복수의 주 연소실 온도계(86) 중 1개는, 주 연소실(6) 내의 프리보드부(56)에 배치되어 있고, 다른 주 연소실 온도계(86)는 제2 유동상(52) 내에 배치되어 있다. 복수의 침강 연소실 온도계(87) 중 1개는, 침강 연소실(7) 내의 프리보드부(57)에 배치되어 있고, 다른 침강 연소실 온도계(87)는 제3 유동상(53) 내에 배치되어 있다.
열분해실 온도계(85), 주 연소실 온도계(86) 및 침강 연소실 온도계(87)의 수 및 배치는, 도 1에 도시하는 실시 형태에 한정되지는 않는다. 일 실시 형태에서는, 단일의 열분해실 온도계(85), 단일의 주 연소실 온도계(86), 및 단일의 침강 연소실 온도계(87)가 배치되어도 된다. 다른 실시 형태에서는, 4개 이상의 열분해실 온도계(85), 4개 이상의 주 연소실 온도계(86), 및 4개 이상의 침강 연소실 온도계(87)가 열분해실(4), 주 연소실(6) 및 침강 연소실(7) 내에 각각 배치되어도 된다.
열분해실 온도계(85), 주 연소실 온도계(86) 및 침강 연소실 온도계(87)는, 열분해실(4) 내의 온도, 주 연소실(6) 내의 온도 및 침강 연소실(7) 내의 온도를 각각 측정한다. 열분해실 온도계(85), 주 연소실 온도계(86) 및 침강 연소실 온도계(87)는, 동작 제어부(200)에 접속되어 있다. 열분해실(4) 내의 온도의 측정값은 열분해실 온도계(85)로부터 동작 제어부(200)로 보내지고, 주 연소실(6) 내의 온도의 측정값은 주 연소실 온도계(86)로부터 동작 제어부(200)로 보내지고, 침강 연소실(7) 내의 온도의 측정값은 침강 연소실 온도계(87)로부터 동작 제어부(200)로 보내지도록 되어 있다.
동작 제어부(200)는, 주 연소실(6) 내의 온도에 기초하여, 열분해실(4)로의 제1 원료의 공급량 및 제2 원료의 공급량의 비율을 조절하도록 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 동작 제어부(200)는, 주 연소실 온도계(86)로부터 보내져 오는 주 연소실(6) 내의 온도의 측정값이 소정의 목표 범위 내에 수렴되도록, 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72) 중 적어도 한쪽에 명령을 발하여, 열분해실(4)로의 제1 원료의 공급량 및 제2 원료의 공급량의 비율을 조절한다.
예를 들어, 주 연소실(6) 내의 온도의 측정값이 상기 목표 범위를 하회하였을 때, 동작 제어부(200)는 제1 원료 공급 장치(71)에 명령을 발하여 제1 원료의 열분해실(4)로의 공급량을 증가시킨다. 동시에, 동작 제어부(200)는 제2 원료 공급 장치(72)에 명령을 발하여 제2 원료의 열분해실(4)로의 공급량을 감소시켜도 된다. 다른 예에서는, 주 연소실(6) 내의 온도의 측정값이 상기 목표 범위를 상회하였을 때, 동작 제어부(200)는 제2 원료 공급 장치(72)에 명령을 발하여 제2 원료의 열분해실(4)로의 공급량을 증가시킨다. 동시에, 동작 제어부(200)는 제1 원료 공급 장치(71)에 명령을 발하여 제1 원료의 열분해실(4)로의 공급량을 감소시켜도 된다. 제1 원료의 공급량 또는 제2 원료의 공급량은 0이어도 된다.
본 실시 형태에 따르면, 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)는, 탄소의 함유율이 높은 제1 원료와, 탄소의 함유율이 낮은 제2 원료를 적절한 비로 열분해실(4)에 투입할 수 있다. 열분해실(4) 내에서의 열분해와 주 연소실(6) 내에서의 연소는 최적화되어, 결과로서 열분해실(4)에서의 열분해 생성물의 수율이 향상된다.
열분해실(4)과 주 연소실(6) 사이의 유동 매체의 순환 유량이 일정한 조건 하에서는, 열분해실(4)의 온도는, 주 연소실(6)로부터 침강 연소실(7)을 경유하여 보내지는 유동 매체의 온도에 의존한다. 구체적으로는, 주 연소실(6) 내의 온도가 높으면, 열분해실(4) 내의 온도도 올라간다. 열분해실(4)에서 생성되는 열분해 생성물의 종류는, 열분해실(4) 내의 온도에 의존한다. 예를 들어, 오일의 회수에 적합한 열분해실(4) 내의 온도는 200℃ 이상이고, 바람직하게는 250℃ 이상이고, 더욱 바람직하게는 300℃ 이상이며, 또한 600℃ 이하이고, 바람직하게는 500℃ 이하이고, 더욱 바람직하게는 400℃ 이하이다. 탄화수소 가스 등의 고칼로리의 연료 가스의 회수에 적합한 열분해실(4) 내의 온도는, 600℃ 내지 900℃의 범위 내에서 보다 온도가 낮은 편이 바람직하다. 수소와 일산화탄소의 합성 가스의 회수에 적합한 열분해실(4) 내의 온도는, 900℃ 내지 1300℃의 범위 내에서 보다 온도가 높은 편이 바람직하다. 또한, 열분해실(4)의 온도는, 열분해실(4)의 프리보드부(55)에 산화제를 공급함으로써 확보해도 된다. 산화제로서는 공기, 산소, 산소와 증기의 조합이 사용된다.
도 1에 도시하는 실시 형태의 열분해 장치는, 오일, 연료 가스 또는 합성 가스를 선택적으로 회수하는 것이 가능하다. 예를 들어, 오일의 수율을 올리는 경우에는, 제2 원료의 공급량에 대한 제1 원료의 공급량의 비율이 낮은 상태에서, 제1 원료 및 제2 원료를 열분해실(4) 내에 공급한다. 제1 원료는 고칼로리재인 폐플라스틱을 포함하는 것에 비해, 제2 원료는 바이오매스, 도시 쓰레기 등의 비교적 칼로리가 낮은 재료이다.
제1 원료는, 우선, 열분해실(4) 내에서 열분해되고, 그 후 제1 원료의 잔사(탄화물인 차)는 주 연소실(6)로 보내진다. 제1 원료의 잔사는, 탄화물을 많이 포함하는 고칼로리 재료이지만, 주 연소실(6)로의 제1 원료의 잔사의 공급량은 비교적 적기 때문에, 주 연소실(6) 내의 온도는 그다지 올라가지 않는다. 결과적으로, 열분해실(4) 내의 온도는, 폐플라스틱으로부터의 오일의 회수에 적합한 온도 범위 600℃ 이하가 된다.
탄화수소 가스 등의 연료 가스의 수율을 올리는 경우에는, 제2 원료의 공급량에 대한 제1 원료의 공급량의 비율을 높인 상태에서, 제1 원료 및 제2 원료를 열분해실(4) 내에 공급한다. 제1 원료는, 열분해실(4) 내에서 열분해되고, 그 후 제1 원료의 잔사(탄화물인 차)는 주 연소실(6)로 보내진다. 주 연소실(6)로의 제1 원료의 잔사의 공급량은 비교적 많기 때문에, 주 연소실(6) 내의 온도가 올라간다. 결과적으로, 열분해실(4) 내의 온도는, 탄화수소 가스의 생성에 적합한 온도 범위 600℃ 내지 900℃가 된다.
수소와 일산화탄소의 합성 가스의 수율을 올리는 경우에는, 제2 원료의 공급량에 대한 제1 원료의 공급량의 비율을 더 높인 상태에서, 제1 원료 및 제2 원료를 열분해실(4) 내에 공급한다. 제1 원료는 열분해실(4) 내에서 열분해되고, 그 후 제1 원료의 잔사(탄화물인 차)는 주 연소실(6)로 보내진다. 주 연소실(6)로의 제1 원료의 잔사의 공급량은 상당히 많기 때문에, 주 연소실(6) 내의 온도가 올라간다. 결과적으로, 열분해실(4) 내의 온도는, 탄화수소 가스의 생성에 적합한 온도 범위 900℃ 내지 1300℃가 된다.
이와 같이, 동작 제어부(200)는, 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)의 동작을 제어(즉, 열분해실(4)로의 제1 원료의 공급량과 제2 원료의 공급량의 비율을 조절)함으로써, 열분해실(4) 내의 온도를 조절하여, 의도한 열분해 생성물의 수율을 올릴 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 동작 제어부(200)는, 주 연소실(6) 내의 온도(즉 주 연소실 온도계(86)로부터 보내진 온도의 측정값)에 기초하여 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)의 동작을 제어하지만, 일 실시 형태에서는, 동작 제어부(200)는, 침강 연소실(7) 내의 온도(즉 침강 연소실 온도계(87)로부터 보내진 온도의 측정값)에 기초하여 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)의 동작을 제어해도 된다.
일 실시 형태에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 열분해 장치는, 제1 원료와 제2 원료를 주 연소실(6) 내에 공급하는 제3 원료 공급 장치(91) 및 제4 원료 공급 장치(92)를 더 구비해도 된다. 제3 원료 공급 장치(91)의 원료 출구는, 주 연소실(6)에 연결되고, 제3 원료 공급 장치(91)의 원료 입구는, 제1 원료를 반송하는 반송 장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 동일하게, 제4 원료 공급 장치(92)의 원료 출구는, 주 연소실(6)에 연결되고, 제4 원료 공급 장치(92)의 원료 입구는, 제2 원료를 반송하는 반송 장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 제3 원료 공급 장치(91) 및 제4 원료 공급 장치(92)의 구체예로서는, 원료를 정량적으로 주 연소실(6) 내에 보낼 수 있는 스크루 피더를 들 수 있다.
도 2에 도시하는 실시 형태에서는, 제1 원료 및 제2 원료는, 제3 원료 공급 장치(91) 및 제4 원료 공급 장치(92)로부터, 주 연소실(6)의 프리보드부(56)에 마련된 2개의 공급구(94, 95)를 통하여 주 연소실(6) 내에 공급된다. 도 2에서는, 공급구(94, 95)는 모식적으로 그려져 있다. 일 실시 형태에서는, 제1 원료 및 제2 원료는, 제3 원료 공급 장치(91) 및 제4 원료 공급 장치(92)로부터 송출된 후에 혼합되며, 제1 원료와 제2 원료의 혼합물이 1개의 공급구로부터 주 연소실(6) 내에 공급되어도 된다.
동작 제어부(200)는, 제3 원료 공급 장치(91) 및 제4 원료 공급 장치(92)에 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 동작 제어부(200)는, 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)의 동작에 추가하여, 제3 원료 공급 장치(91) 및 제4 원료 공급 장치(92)의 동작을 제어하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 동작 제어부(200)는, 제3 원료 공급 장치(91)가 제1 원료를 주 연소실(6)에 공급하는 양을 제어하고, 또한 제4 원료 공급 장치(92)가 제2 원료를 주 연소실(6)에 공급하는 양을 제어하도록 구성되어 있다. 동작 제어부(200)는, 주 연소실(6)로의 제1 원료의 공급량 및 제2 원료의 공급량을 독립적으로 제어하는 것이 가능하다. 따라서, 동작 제어부(200)는, 주 연소실(6)로의 제1 원료의 공급량과 제2 원료의 공급량의 비율을 제어할 수 있다.
열분해 장치의 운전 중, 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)는, 제1 원료 및 제2 원료를 열분해실(4) 내에 계속해서 공급하는 것에 비해, 제3 원료 공급 장치(91) 및 제4 원료 공급 장치(92)는 필요할 때 제1 원료 및 제2 원료 중 적어도 한쪽을 주 연소실(6) 내에 공급한다. 예를 들어, 주 연소실(6) 내의 온도의 측정값이, 상기 목표 범위보다 낮은 소정의 하한값을 하회하였을 때, 동작 제어부(200)는 제3 원료 공급 장치(91)에 명령을 발하여 제1 원료를 주 연소실(6) 내에 공급시킨다. 이때, 동작 제어부(200)는 제4 원료 공급 장치(92)에도 명령을 발하여 제2 원료를 주 연소실(6) 내에 공급시켜도 된다. 다른 예에서는, 주 연소실(6) 내의 온도의 측정값이, 상기 하한값을 하회하였을 때, 동작 제어부(200)는 제4 원료 공급 장치(92)에 명령을 발하여 제2 원료를 주 연소실(6) 내에 공급시킨다. 이때, 동작 제어부(200)는 제3 원료 공급 장치(91)에도 명령을 발하여 제1 원료를 주 연소실(6) 내에 공급시켜도 된다.
본 실시 형태에서는, 제1 원료 및 제2 원료 중 적어도 한쪽은, 주 연소실(6) 내에 직접 공급되어, 즉시 연소된다. 따라서, 주 연소실(6) 내의 온도는 상승하고, 상기 목표 범위 내에 빠르게 도달할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 동작 제어부(200)는, 침강 연소실(7) 내의 온도(즉 침강 연소실 온도계(87)로부터 보내진 온도의 측정값)에 기초하여 제3 원료 공급 장치(91) 및 제4 원료 공급 장치(92)의 동작을 제어해도 된다.
또한, 일 실시 형태에서는, 동작 제어부(200)는, 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)의 동작을 제어하는 대신에, 제3 원료 공급 장치(91) 및 제4 원료 공급 장치(92) 중 적어도 한쪽의 동작을 제어하여, 주 연소실(6) 또는 침강 연소실(7) 내의 온도의 측정값을 상기 목표 범위 내로 유지해도 된다. 구체적으로는, 제1 원료 공급 장치(71) 및 제2 원료 공급 장치(72)는, 제1 원료 및 제2 원료를 고정된 공급량으로 열분해실(4) 내에 공급하면서, 동작 제어부(200)는, 주 연소실(6) 또는 침강 연소실(7) 내의 온도의 측정값이 상기 목표 범위 내에 수렴되도록, 제3 원료 공급 장치(91) 및 제4 원료 공급 장치(92) 중 적어도 한쪽의 동작을 제어하여, 제1 원료 및 제2 원료 중 적어도 한쪽을 주 연소실(6)에 공급해도 된다. 이러한 동작에 따르면, 열분해 장치는, 열분해실(4) 내에서의 제1 원료와 제2 원료의 비율과는 독립적으로, 주 연소실(6) 내의 온도를 제어할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 열분해 장치는, 휘발성 기피 물질을 포함하는 유해 재료를 주 연소실(6)에 공급하는 유해 재료 공급 장치(100)를 더 구비해도 된다. 유해 재료 공급 장치(100)의 재료 출구는, 주 연소실(6)에 연결되고, 유해 재료 공급 장치(100)의 재료 입구는, 유해 재료를 반송하는 반송 장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 유해 재료는, 주 연소실(6)의 프리보드부(56)에 마련된 공급구(101)로부터 주 연소실(6) 내에 공급된다. 유해 재료 공급 장치(100)의 구체예로서는, 유해 재료를 정량적으로 주 연소실(6) 내에 보낼 수 있는 스크루 피더를 들 수 있다.
휘발성 기피 물질은, 주 연소실(6) 내에서 연소하여, 연소 배기 가스를 생성한다. 연소 배기 가스는, 배기 가스 출구(79)를 통하여 주 연소실(6)로부터 배출된다. 휘발성 기피 물질은, 열분해실(4) 내로 이동하지 않으므로, 휘발성 기피 물질은, 열분해실(4) 내에서 생성된 열분해 생성물에 혼입되는 일이 없다.
도 1 내지 도 3에 도시하는 실시 형태의 열분해 장치는, 제1 원료 및 제2 원료 유래의 다양한 열분해 생성물(오일, 탄화수소 등)을 열분해실(4)로부터 배출할 수 있다. 이들 열분해 생성물은, 석유 제품이나 연료 등의 제품에 이용할 수 있다. 최근에는, 보다 다종다양의 화학 물질을 배출할 수 있는 처리 시스템으로의 요청이 높아지고 있다.
그래서, 다음에 제1 원료 및 제2 원료 유래의 물질에 추가하여, 다른 화학 물질을 열분해 생성물로서 배출할 수 있는 열분해 장치의 일 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 제1 산기 장치(15)는, 제1 유동화 가스 공급 라인(17)에 접속된 복수의(도 4의 예에서는 2개의) 제1 유동화 가스 공급원(18A, 18B)과, 이들 복수의 제1 유동화 가스 공급원(18A, 18B)의 하류에 각각 배치된 복수의(도 4의 예에서는 2개의) 개폐 밸브(111, 112)를 구비하고 있다.
복수의 제1 유동화 가스 공급원(18A, 18B) 중 1개는, 수증기 또는 공기를 공급하기 위한 주 공급원(18A)이고, 다른 1개는 첨가 가스를 공급하기 위한 첨가 가스 공급원(18B)이다. 본 실시 형태에서는, 주 공급원(18A)은 수증기를 발생시키는 보일러로 구성되어 있다. 일 실시 형태에서는, 주 공급원(18A)은 공기를 보내는 송풍기로 구성되어도 된다. 또한, 일 실시 형태에서는, 주 공급원(18A)이 마련되지 않는 경우도 있다. 첨가 가스는 일산화탄소 가스, 이산화탄소 가스, 수소 가스, 탄화수소 가스, 질소 가스 중 어느 하나이다. 상기 복수의 제1 유동화 가스 공급원(18A, 18B)은 일산화탄소 가스, 이산화탄소 가스, 수소 가스, 탄화수소 가스, 질소 가스로부터 선택된 복수의 종류의 첨가 가스를 공급하기 위한 복수의 첨가 가스 공급원을 포함해도 된다. 첨가 가스는 열분해 생성물로부터 얻어도 된다.
개폐 밸브(111, 112)는, 주 공급원(18A) 및 첨가 가스 공급원(18B)의 하류에 각각 배치되어 있다. 이들 개폐 밸브(111, 112)는 동작 제어부(200)에 접속되어 있고, 개폐 밸브(111, 112)의 개폐 동작은 동작 제어부(200)에 의해 제어된다. 동작 제어부(200)가 모든 개폐 밸브(111, 112)를 개방하면, 수증기 및 첨가 가스의 혼합체는, 제1 유동화 가스로서 제1 유동화 가스 공급 라인(17)을 통하여 열분해실(4)에 공급된다. 동작 제어부(200)가 개폐 밸브(111)를 개방하고, 한편으로 개폐 밸브(112)를 폐쇄하면, 수증기만이 제1 유동화 가스로서 제1 유동화 가스 공급 라인(17)을 통하여 열분해실(4)에 공급된다. 동작 제어부(200)가 개폐 밸브(111)를 폐쇄하고, 한편으로 개폐 밸브(112)를 개방하면, 첨가 가스만이 제1 유동화 가스로서 제1 유동화 가스 공급 라인(17)을 통하여 열분해실(4)에 공급된다. 제1 유동화 가스의 예로서는 수증기와 수소 가스의 혼합체, 수소 가스만 등을 들 수 있다. 복수의 첨가 가스 공급원(18B)을 마련한 경우에는, 제1 유동화 가스는, 수증기와 수소 가스와 일산화탄소의 혼합체, 수소 가스와 일산화탄소의 혼합체 등을 들 수 있다. 주 공급원(18A)이 송풍기인 경우에는, 수증기 대신에 공기가 제1 유동화 가스의 적어도 일부를 구성한다.
상술한 제1 원료와 제2 원료의 조합을 열분해실(4) 내에 공급하면, 열분해 생성물에 포함되는 탄소의 비율은 비교적 크다. 이러한 경우, 일례에서는, 열분해 생성물 내의 탄소와 수소의 함유량의 밸런스를 맞추기 위해, 제1 유동화 가스로서, 수소 가스만, 혹은 수증기와 수소 가스의 조합이 사용된다. 수소의 적어도 일부는, 열분해실(4) 내에서 원료의 열분해에 제공되며, 열분해 생성물로서 열분해실(4)로부터 배출된다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 필요한 화학 물질을 포함하는 제1 유동화 가스가 사용된다. 결과적으로, 열분해 생성물은, 원하는 화학 물질을 함유할 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시하는 실시 형태는, 적절하게 조합할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시하는 실시 형태는, 도 2에 도시하는 실시 형태와 조합해도 된다. 도 4에 도시하는 실시 형태는, 도 2 및 도 3에 도시하는 실시 형태와 조합해도 된다.
다음으로, 오일을 원료로부터 회수하는 데 적합한 열분해 장치의 일 실시 형태에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 도 1을 참조하여 설명한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 도 5에 도시하는 실시 형태에서는, 제1 원료를 열분해실(4) 내에 공급하기 위한 원료 공급 장치(71)를 구비하고 있다. 이 원료 공급 장치(71)는 도 1에 도시하는 제1 원료 공급 장치(71)에 상당한다. 이하의 설명에서는, 제1 원료를, 간단히 원료라고 칭한다. 이 원료는, 상술한 제1 원료와 동일한 타입이며, 탄소의 함유율이 높은 폐플라스틱을 적어도 포함한다. 본 실시 형태에서는 도 1의 제2 원료 공급 장치(72)에 상당하는 구성 요소는 마련되어 있지 않지만, 제2 원료를 열분해실(4) 내에 공급하기 위한 도 1에 도시하는 제2 원료 공급 장치(72)가 마련되어도 된다.
원료는 열분해실(4) 내에서는 연소되지 않고, 원료의 잔사(예를 들어 차)는 주 연소실(6) 및 침강 연소실(7) 내에서 연소된다. 주 연소실(6) 및 침강 연소실(7) 내의 유동 매체는, 원료의 잔사의 연소에 의해 가열되어, 제1 개구부(61)를 통하여 열분해실(4) 내에 유입된다. 가열된 유동 매체는, 열분해실(4) 내에서 제1 유동상(51)과 혼합되는 동안에 제열되며, 제1 유동상(51)은 일정 온도로 안정된다. 오일을 폐플라스틱으로부터 회수하는 데 적합한 열분해실(4) 내의 온도는 600℃ 이하이다. 따라서, 열분해실(4) 내의 온도는 600℃ 이하로 유지된다.
그러나, 침강 연소실(7)로부터 열분해실(4)로 막 이동한 유동 매체는 고온이며, 열분해실(4)의 내부에는 고온 영역이 국소적으로 존재한다. 예를 들어, 열분해실(4) 내의 전체의 온도는, 600℃ 이하로 유지되어 있음에도 불구하고, 제1 개구부(61)의 부근의 온도는 800℃를 초과하는 경우가 있다. 이와 같이 고온 영역이 국소적으로 존재하면, 고온 영역에 있는 폐플라스틱은 과도하게 분해가 진행되어, 탄화물(차)과 경질 가스로 되어, 결과로서 오일의 수율이 저하되어 버린다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 침강 연소실(7) 내의 유동 매체의 온도를, 열분해실(4) 내에서 오일을 원료로부터 얻는 데 적합한 온도로 조절한다. 동작 제어부(200)는, 침강 연소실(7) 내의 온도에 기초하여, 침강 연소실(7) 내에 공급되는 제3 유동화 가스의 온도 및 유량 중 적어도 한쪽을 제어하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 동작 제어부(200)는, 제3 산기 장치(35)의 제3 온도 조절기(40) 및 제3 가스 유량 조절 밸브(39) 중 적어도 한쪽을 조작하여, 침강 연소실(7) 내의 온도의 측정값이 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록, 침강 연소실(7) 내에 공급되는 제3 유동화 가스의 온도 및 유량 중 적어도 한쪽을 제어한다. 침강 연소실(7) 내의 온도의 측정값은, 침강 연소실 온도계(87)로부터 동작 제어부(200)로 보내진다.
제3 유동화 가스 자체의 온도는, 침강 연소실(7) 내의 유동 매체의 온도보다 낮다. 따라서, 동작 제어부(200)가 제3 온도 조절기(40)를 조작하여 제3 유동화 가스의 온도를 더 내리면, 침강 연소실(7) 내의 유동 매체의 온도는 저하된다. 동일하게, 동작 제어부(200)가 제3 가스 유량 조절 밸브(39)를 조작하여 제3 유동화 가스의 유량을 올리면, 침강 연소실(7) 내의 유동 매체의 온도는 저하된다. 동작 제어부(200)는, 제3 온도 조절기(40) 및 제3 가스 유량 조절 밸브(39)의 양쪽을 조작하여, 제3 유동화 가스의 온도를 더 내리면서, 제3 유동화 가스의 유량을 올려도 된다.
이러한 유동 매체의 온도의 최적화 후, 유동 매체는 제1 개구부(61)를 통하여 열분해실(4) 내에 유입된다. 유동 매체는 열분해실(4) 내에서 선회하여, 제1 유동상(51)을 형성하면서, 열분해실(4) 내의 온도를 오일 성분의 수율이 높아지는 온도 영역으로 유지한다. 폐플라스틱을 포함하는 원료는, 유동 매체의 선회류에 의해 교반되면서 가열되어, 기화된 오일을 발생시킨다. 기화된 오일은, 열분해 생성물로서 생성물 출구(78)를 통하여 열분해실(4)로부터 배출된다.
본 실시 형태에 따르면, 유동 매체의 온도가 미리 조절된 후에, 유동 매체가 열분해실(4)로 이동하므로, 국소적인 고온 영역이 열분해실(4) 내에 형성되지 않는다. 결과적으로, 균일한 열분해 반응 온도 영역이 형성되어, 의도하는 열분해 생성물의 수율을 향상시킬 수 있다.
도 6은, 의도하는 열분해 생성물을 원료로부터 얻는 데 적합한 열분해 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 도 5에 도시하는 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 열분해 장치는, 침강 연소실(7) 내의 유동 매체로부터 열을 회수하는 열회수기(120)를 구비하고 있다. 이 열회수기(120)는, 물 등의 냉각 매체가 내부를 흐르는 전열관(121)과, 전열관(121)에 설치된 냉매 유량 조절 밸브(124)를 갖고 있다. 전열관(121)은 침강 연소실(7) 내에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 침강 연소실(7) 내에 돌출되어 있다. 열회수기(120)는, 침강 연소실(7) 내의 유동 매체로부터 열을 회수하여, 유동 매체의 온도를 저하시킬 수 있다. 즉, 침강 연소실(7) 내의 유동 매체의 열은, 전열관(121) 내를 흐르는 냉각 매체에 전달되어, 결과로서 유동 매체의 온도가 저하된다.
냉매 유량 조절 밸브(124)는, 동작 제어부(200)에 접속되어 있고, 냉매 유량 조절 밸브(124)의 동작은 동작 제어부(200)에 의해 제어된다. 동작 제어부(200)는, 침강 연소실 온도계(87)로부터 보내지는 온도의 측정값(즉, 침강 연소실(7) 내의 온도)이 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록, 냉매 유량 조절 밸브(124)를 조작하여, 전열관(121)을 흐르는 냉각 매체의 유량을 제어한다.
침강 연소실(7) 내의 유동 매체가 전열관(121)에 접촉하는 것을 확실하게 하기 위해, 제3 산기 장치(35)는, 복수의 제3 바람 상자(36)와, 이들 제3 바람 상자(36)에 각각 연결된 복수의 제3 유동화 가스 공급 라인(37)과, 이들 제3 유동화 가스 공급 라인(37)에 각각 설치된 복수의 제3 가스 유량 조절 밸브(또는 복수의 제3 가스 유량 조절 댐퍼)(39)를 구비하고 있다. 동작 제어부(200)는, 복수의 제3 가스 유량 조절 밸브(39)의 개방도가 서로 다르도록, 복수의 제3 가스 유량 조절 밸브(39)의 동작을 제어하도록 구성되어 있다. 제3 가스 유량 조절 밸브(39)의 개방도가 다르므로, 복수의 제3 바람 상자(36)로부터 분출되는 제3 유동화 가스의 유량도 서로 다르다. 이러한 유량이 다른 제3 유동화 가스가 침강 연소실(7) 내에 공급되며, 제3 유동상(53)을 형성하는 유동 매체는 선회한다.
유동 매체의 선회류의 일부는, 열회수기(120)의 전열관(121)에 접촉하여, 유동 매체의 온도 저하가 달성된다. 또한, 유동 매체의 선회류는, 침강 연소실(7) 내에서의 유동 매체의 온도를 균일하게 하므로, 고온의 유동 매체가 열분해실(4)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 유동 매체의 선회류의 강도나 방향에 따라, 침강 연소실(7)로부터 열분해실(4)로의 유동 매체의 유량을 제어할 수 있다. 또한, 복수의 제3 바람 상자(36)로부터 분출되는 제3 유동화 가스의 유량을 조절함으로써, 유동 매체의 선회류의 강약을 조절함으로써, 유동 매체와 전열관(121) 사이의 열전달 계수를 변화시킴으로써, 전열관(121)을 통한 흡열량을 변화시키고, 이로써 침강 연소실(7)로부터 열분해실(4)로 흐르는 유동 매체의 온도를 조절할 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 실시 형태는 적절하게 조합할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시하는 실시 형태는, 도 1 내지 도 4에 도시하는 실시 형태의 어느 것에도 적용할 수 있다. 또한, 도 6에 도시하는 열회수기(120) 및 제3 산기 장치(35)는, 도 1 내지 도 4에 도시하는 실시 형태 중 어느 것에도 조합하는 것이 가능하다. 나아가, 도 7에 도시하는 바와 같이, 도 1 내지 도 6에 도시하는 실시 형태를 전부 조합해도 된다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 실시 형태를 적절하게 조합함으로써, 의도한 열분해 생성물의 수율을 올리면서, 연소 효율이 좋은 운전을 달성할 수 있다. 나아가, 다종다양의 화학 물질을 높은 수율로 회수할 수 있다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기재된 실시 형태에 한정되지는 않고, 특허청구의 범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
본 발명은 원료를 유동상로 내에서 열분해하는 열분해 장치 및 열분해 방법에 이용 가능하며, 특히 내부 순환 유동상 가스화 기술을 이용하여 원료를 열분해하여, 열분해 생성물을 얻는 열분해 장치 및 열분해 방법에 이용 가능하다.
1: 유동상로
4: 열분해실
5: 연소실
6: 주 연소실
7: 침강 연소실
11: 제1 칸막이벽
12: 제2 칸막이벽
15: 제1 산기 장치
16: 제1 바람 상자
17: 제1 유동화 가스 공급 라인
18, 18A, 18B: 제1 유동화 가스 공급원
19: 제1 가스 유량 조절 밸브
25: 제2 산기 장치
26: 제2 바람 상자
27: 제2 유동화 가스 공급 라인
28: 제2 유동화 가스 공급원
29: 제2 가스 유량 조절 밸브
30: 제2 온도 조절기
35: 제3 산기 장치
36: 제3 바람 상자
37: 제3 유동화 가스 공급 라인
38: 제3 유동화 가스 공급원
39: 제3 가스 유량 조절 밸브
40: 제3 온도 조절기
51: 제1 유동상
52: 제2 유동상
53: 제3 유동상
55, 56, 57: 프리보드부
61: 제1 개구부
62: 제2 개구부
70: 연통로
71: 제1 원료 공급 장치
72: 제2 원료 공급 장치
74, 75: 공급구
78: 생성물 출구
79: 배기 가스 출구
82: 불연물 배출구
85: 열분해실 온도계
86: 주 연소실 온도계
87: 침강 연소실 온도계
91: 제3 원료 공급 장치
92: 제4 원료 공급 장치
94, 95: 공급구
100: 유해 재료 공급 장치
101: 공급구
111, 112: 개폐 밸브
120: 열회수기
121: 전열관
124: 냉매 유량 조절 밸브
200: 동작 제어부
4: 열분해실
5: 연소실
6: 주 연소실
7: 침강 연소실
11: 제1 칸막이벽
12: 제2 칸막이벽
15: 제1 산기 장치
16: 제1 바람 상자
17: 제1 유동화 가스 공급 라인
18, 18A, 18B: 제1 유동화 가스 공급원
19: 제1 가스 유량 조절 밸브
25: 제2 산기 장치
26: 제2 바람 상자
27: 제2 유동화 가스 공급 라인
28: 제2 유동화 가스 공급원
29: 제2 가스 유량 조절 밸브
30: 제2 온도 조절기
35: 제3 산기 장치
36: 제3 바람 상자
37: 제3 유동화 가스 공급 라인
38: 제3 유동화 가스 공급원
39: 제3 가스 유량 조절 밸브
40: 제3 온도 조절기
51: 제1 유동상
52: 제2 유동상
53: 제3 유동상
55, 56, 57: 프리보드부
61: 제1 개구부
62: 제2 개구부
70: 연통로
71: 제1 원료 공급 장치
72: 제2 원료 공급 장치
74, 75: 공급구
78: 생성물 출구
79: 배기 가스 출구
82: 불연물 배출구
85: 열분해실 온도계
86: 주 연소실 온도계
87: 침강 연소실 온도계
91: 제3 원료 공급 장치
92: 제4 원료 공급 장치
94, 95: 공급구
100: 유해 재료 공급 장치
101: 공급구
111, 112: 개폐 밸브
120: 열회수기
121: 전열관
124: 냉매 유량 조절 밸브
200: 동작 제어부
Claims (27)
- 유동하는 유동 매체를 포함하는 유동상 내에서 원료를 열분해하기 위한 열분해 장치로서,
유동상로와,
상기 유동상로의 내부를 열분해실과 연소실로 칸막이하는 제1 칸막이벽과,
상기 연소실을 주 연소실과 침강 연소실로 칸막이하는 제2 칸막이벽과,
상기 열분해실, 상기 주 연소실 및 상기 침강 연소실에, 제1 유동화 가스, 제2 유동화 가스 및 제3 유동화 가스를 각각 공급하는 제1 산기 장치, 제2 산기 장치 및 제3 산기 장치와,
제1 원료를 상기 열분해실에 제1 공급량으로 공급하는 제1 원료 공급 장치와,
상기 제1 원료보다, 수소에 대한 탄소의 비율, 및 산소에 대한 탄소의 비율이 낮은 제2 원료를 상기 열분해실에 제2 공급량으로 공급하는 제2 원료 공급 장치와,
상기 제1 원료 공급 장치와 상기 제2 원료 공급 장치의 동작을 독립적으로 제어하는 동작 제어부를 구비하고 있는, 열분해 장치. - 제1항에 있어서, 상기 동작 제어부는, 상기 주 연소실 내의 온도 또는 상기 침강 연소실 내의 온도에 기초하여, 상기 제1 공급량과 상기 제2 공급량의 비율을 조절하도록 구성되어 있는, 열분해 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 원료를 상기 주 연소실에 공급하는 제3 원료 공급 장치와,
상기 제2 원료를 상기 주 연소실에 공급하는 제4 원료 공급 장치를 더 구비하고 있는, 열분해 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도가 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 제3 산기 장치의 동작을 제어하도록 구성되어 있는, 열분해 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제3 산기 장치는, 상기 침강 연소실 밑에 배치된 바람 상자와, 상기 바람 상자에 연결된 유동화 가스 공급 라인과, 상기 유동화 가스 공급 라인에 설치된 온도 조절기와, 상기 유동화 가스 공급 라인에 설치된 가스 유량 조절 밸브를 구비하고 있고,
상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도가 상기 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 온도 조절기 및 상기 가스 유량 조절 밸브 중 적어도 한쪽의 동작을 제어하도록 구성되어 있는, 열분해 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 침강 연소실 내의 유동 매체로부터 열을 회수하는 열회수기를 더 구비하고,
상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도가 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 열회수기의 동작을 제어하도록 구성되어 있는, 열분해 장치. - 제6항에 있어서, 상기 열회수기는, 상기 침강 연소실 내에 배치된 전열관과, 상기 전열관 내를 흐르는 냉각 매체의 유량을 조절하는 냉매 유량 조절 밸브를 구비하고 있고,
상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도가 상기 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 냉매 유량 조절 밸브의 동작을 제어하도록 구성되어 있는, 열분해 장치. - 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제3 산기 장치는, 상기 침강 연소실 밑에 배치된 복수의 바람 상자와, 상기 복수의 바람 상자에 각각 연결된 복수의 유동화 가스 공급 라인과, 상기 복수의 유동화 가스 공급 라인에 각각 설치된 복수의 가스 유량 조절 밸브를 구비하고 있고,
상기 동작 제어부는, 상기 복수의 가스 유량 조절 밸브의 개방도가 서로 다르도록, 상기 복수의 가스 유량 조절 밸브의 동작을 제어하도록 구성되어 있는, 열분해 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 산기 장치는, 상기 제1 유동화 가스를 상기 열분해실에 공급하는 적어도 1개의 제1 유동화 가스 공급원을 구비하고 있고,
상기 제1 유동화 가스 공급원은 일산화탄소 가스, 이산화탄소 가스, 수소 가스, 탄화수소 가스, 증기, 질소 가스 중 적어도 1개를 공급하기 위한, 적어도 1개의 공급원을 포함하는, 열분해 장치. - 유동하는 유동 매체를 포함하는 유동상 내에서 원료를 열분해하기 위한 열분해 장치로서,
유동상로와,
상기 유동상로의 내부를 열분해실과 연소실로 칸막이하는 제1 칸막이벽과,
상기 연소실을 주 연소실과 침강 연소실로 칸막이하는 제2 칸막이벽과,
상기 열분해실, 상기 주 연소실 및 상기 침강 연소실에, 제1 유동화 가스, 제2 유동화 가스 및 제3 유동화 가스를 각각 공급하는 제1 산기 장치, 제2 산기 장치 및 제3 산기 장치와,
원료를 상기 열분해실에 공급하는 원료 공급 장치와,
상기 침강 연소실 내의 온도를 측정하는 침강 연소실 온도계와,
상기 침강 연소실 내의 온도를 제어하는 동작 제어부를 구비하고 있는, 열분해 장치. - 제10항에 있어서, 상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도의 측정값이 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 제3 산기 장치의 동작을 제어하도록 구성되어 있는, 열분해 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 제3 산기 장치는, 상기 침강 연소실 밑에 배치된 바람 상자와, 상기 바람 상자에 연결된 유동화 가스 공급 라인과, 상기 유동화 가스 공급 라인에 설치된 온도 조절기와, 상기 유동화 가스 공급 라인에 설치된 가스 유량 조절 밸브를 구비하고 있고,
상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도의 측정값이 상기 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 온도 조절기 및 상기 가스 유량 조절 밸브 중 적어도 한쪽의 동작을 제어하도록 구성되어 있는, 열분해 장치. - 제10항에 있어서, 상기 침강 연소실 내의 유동 매체로부터 열을 회수하는 열회수기를 더 구비하고,
상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도의 측정값이 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 열회수기의 동작을 제어하도록 구성되어 있는, 열분해 장치. - 제13항에 있어서, 상기 열회수기는, 상기 침강 연소실 내에 배치된 전열관과, 상기 전열관 내를 흐르는 냉각 매체의 유량을 조절하는 냉매 유량 조절 밸브를 구비하고 있고,
상기 동작 제어부는, 상기 침강 연소실 내의 온도의 측정값이 상기 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 냉매 유량 조절 밸브의 동작을 제어하도록 구성되어 있는, 열분해 장치. - 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 제3 산기 장치는, 상기 침강 연소실 밑에 배치된 복수의 바람 상자와, 상기 복수의 바람 상자에 각각 연결된 복수의 유동화 가스 공급 라인과, 상기 복수의 유동화 가스 공급 라인에 각각 설치된 복수의 가스 유량 조절 밸브를 구비하고 있고,
상기 동작 제어부는, 상기 복수의 가스 유량 조절 밸브의 개방도가 서로 다르도록, 상기 복수의 가스 유량 조절 밸브의 동작을 제어하도록 구성되어 있는, 열분해 장치. - 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 산기 장치는, 상기 제3 유동화 가스를 상기 침강 연소실에 공급하는 유동화 가스 공급원을 구비하고 있고,
상기 유동화 가스 공급원은 일산화탄소 가스, 이산화탄소 가스, 수소 가스, 탄화수소 가스, 증기, 질소 가스 중 적어도 1개를 공급하기 위한, 적어도 1개의 공급원을 포함하는, 열분해 장치. - 유동 매체가 수용된 유동상로의 내부가 열분해실, 주 연소실 및 침강 연소실로 칸막이된 열분해 장치를 사용하여 원료를 열분해하기 위한 열분해 방법으로서,
상기 열분해실에 제1 유동화 가스를 공급하여, 제1 유동상을 상기 열분해실 내에 형성하고,
제1 원료를 상기 열분해실에 제1 공급량으로 공급하면서, 상기 제1 원료보다 수소에 대한 탄소의 비율, 및 산소에 대한 탄소의 비율이 낮은 제2 원료를 상기 열분해실에 제2 공급량으로 공급하고,
상기 제1 원료 및 상기 제2 원료를 상기 열분해실 내에서 열분해하고,
상기 주 연소실에 제2 유동화 가스를 공급하여 제2 유동상을 상기 주 연소실 내에 형성하면서, 상기 제1 원료의 잔사 및 상기 제2 원료의 잔사를 상기 주 연소실 내에서 연소하고,
상기 침강 연소실에 제3 유동화 가스를 공급하여 제3 유동상을 상기 침강 연소실 내에 형성하면서, 유동 매체를 상기 주 연소실로부터 상기 침강 연소실을 통하여 상기 열분해실로 이동시키는, 열분해 방법. - 제17항에 있어서, 상기 주 연소실 내의 온도 또는 상기 침강 연소실 내의 온도에 기초하여, 상기 제1 공급량과 상기 제2 공급량의 비율을 제어하는, 열분해 방법.
- 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료를 상기 열분해실에 공급하면서, 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료 중 적어도 한쪽을 상기 주 연소실에 공급하는, 열분해 방법.
- 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 침강 연소실 내의 온도가 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 제3 유동화 가스의 온도 또는 유량을 조절하는, 열분해 방법.
- 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 침강 연소실 내에는, 냉각 매체가 흐르는 전열관이 배치되어 있고,
상기 침강 연소실 내의 온도가 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 냉각 매체의 유량을 조절하는, 열분해 방법. - 제21항에 있어서, 상기 침강 연소실 밑에 배치된 복수의 바람 상자로부터, 다른 유량으로 상기 제3 유동화 가스를 상기 침강 연소실 내에 공급함으로써, 상기 제3 유동상을 형성하는 유동 매체를 선회시키는, 열분해 방법.
- 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유동화 가스는 일산화탄소 가스, 이산화탄소 가스, 수소 가스, 탄화수소 가스, 증기, 질소 가스 중 적어도 1개를 포함하는, 열분해 방법.
- 유동 매체가 수용된 유동상로의 내부가 열분해실, 주 연소실 및 침강 연소실로 칸막이된 열분해 장치를 사용하여 원료를 열분해하기 위한 열분해 방법으로서,
상기 열분해실에 제1 유동화 가스를 공급하여, 제1 유동상을 상기 열분해실 내에 형성하고,
원료를 상기 열분해실에 공급하고,
상기 원료를 상기 열분해실 내에서 열분해하고,
상기 주 연소실에 제2 유동화 가스를 공급하여 제2 유동상을 상기 주 연소실 내에 형성하면서, 상기 원료의 잔사를 상기 주 연소실 내에서 연소하고,
상기 침강 연소실에 제3 유동화 가스를 공급하여 제3 유동상을 상기 침강 연소실 내에 형성하면서, 유동 매체를 상기 주 연소실로부터 상기 침강 연소실을 통하여 상기 열분해실로 이동시키고,
상기 침강 연소실 내의 온도를 소정의 온도 범위 내로 제어하는, 열분해 방법. - 제24항에 있어서, 상기 침강 연소실 내의 온도가 상기 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 제3 유동화 가스의 온도 또는 유량을 조절하는, 열분해 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 침강 연소실 내에는 냉각 매체가 흐르는 전열관이 배치되어 있고,
상기 침강 연소실 내의 온도가 상기 소정의 온도 범위 내에 수렴되도록 상기 냉각 매체의 유량을 조절하는, 열분해 방법. - 제26항에 있어서, 상기 침강 연소실 밑에 배치된 복수의 바람 상자로부터, 다른 유량으로 상기 제3 유동화 가스를 상기 침강 연소실 내에 공급함으로써, 상기 제3 유동상을 형성하는 유동 매체를 선회시키는, 열분해 방법.
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