KR20230049799A - 열분해가스 개질시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는, 폐기물을 열분해하는 열분해부와, 상기 열분해부의 배출물에서 오일과 가스를 분리하는 오일-가스 분리부와, 상기 오일-가스 분리부에서 분리된 열분해가스를 정제하는 열분해가스 정제부와, 상기 열분해가스 정제부에서 정제된 열분해가스를 개질하여 합성가스를 생성하는 열분해가스 개질부와, 상기 열분해가스 개질부에서 생성된 합성가스에서 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환하는 수성가스 전환반응부 및 상기 수성가스 전환반응부에서 배출되는 합성가스에서 수소를 분리하는 수소 분리부를 포함하며, 상기 열분해가스 개질부의 버너에서 생성되어 상기 열분해가스 개질부에 열을 공급한 뒤 배출되는 연소가스를 이용하여 상기 열분해부에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는, 열분해가스 개질시스템을 제공한다.

Description

열분해가스 개질시스템{REFORMING SYSTEM OF PYROLYSIS-GAS}
본 발명은 열분해가스 개질시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐열을 이용하여 폐기물을 열분해하는 열분해부에 열을 공급함에 따라 열분해가스의 개질을 통한 수소 생산량을 최대화할 수 있는 열분해가스 개질시스템에 관한 것이다.
산업의 발달에 따라 플라스틱이나 합성고무를 원료로 하는 상품의 생산량은 급증하고 있지만, 경제적인 부담과 품질 저하 등의 이유로 폐플라스틱이나 폐고무 등의 폐기물에 대한 재활용률은 총 생산량에 비하여 미미한 수준에 불과한 실정이다.
이에 따라, 폐기물을 에너지화하는 방식이 이루어지고 있으며, 폐기물 에너지화 방식으로서 소각의 경우에는 대기오염의 문제가 발생하기 때문에 열분해방식이 주목받고 있다.
종래에는 주로 폐기물에 고열을 가하여 폐기물을 용융 및 분해하고, 분해물로부터 얻을 수 있는 다양한 유분을 정제하여 오일을 얻는 방법이 개발되어 왔다. 하지만, 최근에는 수소에너지가 미래 에너지원으로서 각광받고 있으므로, 폐기물의 열분해가스를 개질하여 수소를 생산하는 방법에 대한 개발이 필요한 실정이다.
이에 따라, 종래 폐기물의 열분해로 오일을 얻기 위한 저온열분해(약 450℃)와는 달리, 폐기물의 열분해로 탄소수가 낮은 저탄화수소를 다량 포함하는 열분해가스를 얻기 위해서는 고온열분해(약 750℃)가 필요하며, 이 경우 에너지 사용량 증가로 인해 효율이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2011-0026933호(2011.03.16.공개) 대한민국 공개특허공보 제2011-0127915호(2011.11.28.공개)
본 발명은 폐열을 이용하여 폐기물을 열분해하는 열분해부에 열을 공급함에 따라 열분해가스의 개질을 통한 수소 생산량을 최대화할 수 있는 열분해가스 개질시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 폐기물을 열분해하는 열분해부;와, 상기 열분해부의 배출물에서 오일과 가스를 분리하는 오일-가스 분리부;와, 상기 오일-가스 분리부에서 분리된 열분해가스를 정제하는 열분해가스 정제부;와, 상기 열분해가스 정제부에서 정제된 열분해가스를 개질하여 합성가스를 생성하는 열분해가스 개질부;와, 상기 열분해가스 개질부에서 생성된 합성가스에서 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환하는 수성가스 전환반응부; 및 상기 수성가스 전환반응부에서 배출되는 합성가스에서 수소를 분리하는 수소 분리부;를 포함하며, 상기 열분해가스 개질부의 버너에서 생성되어 상기 열분해가스 개질부에 열을 공급한 뒤 배출되는 연소가스를 이용하여 상기 열분해부에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는, 열분해가스 개질시스템을 제공한다.
실시 예에 따라, 스팀을 생산하여 상기 열분해가스 개질부로 공급하는 스팀 생산부;를 더 포함하며, 상기 열분해가스 개질부에서 배출되는 연소가스는 상기 스팀 생산부에 열을 공급한 후 상기 열분해부에 열을 공급할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 수소 분리부에서 배출되는 배출가스를 이용하여 상기 열분해부에 열을 공급할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 오일-가스 분리부에서 분리된 오일을 가열하는 오일 가열부;를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 오일 가열부에서 생성된 휘발분 가스는 분리되어 상기 열분해가스와 함께 상기 열분해가스 정제부로 공급될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 오일 가열부에서 상기 휘발분 가스가 분리된 오일은 상기 오일-가스 분리부로 분사되어 타르를 제거할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 오일 가열부에서 상기 휘발분 가스가 분리된 오일은 상기 열분해부의 버너 또는 상기 열분해가스 개질부의 버너로 공급되어 연소될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 오일 가열부에서 오일은 상기 열분해가스 개질부에서 배출되는 연소가스, 상기 수소 분리부에서 배출되는 배출가스 및 상기 열분해부의 버너에서 생성되어 상기 열분해부에 열을 공급한 뒤 배출되는 연소가스 중 적어도 하나를 이용하여 가열될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 수소 분리부에서 분리된 수소를 공급받아 구동되는 수소터빈;을 더 포함하며, 상기 수소터빈에서 배출되는 배출가스를 이용하여 상기 열분해가스 개질부에 열을 공급할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 열분해가스는 상기 열분해부의 버너 또는 상기 열분해가스 개질부의 버너로 공급되어 연소될 수 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시 예는, 폐기물을 열분해하는 열분해부;와, 상기 열분해부의 배출물에서 오일과 가스를 분리하는 오일-가스 분리부;와, 상기 오일-가스 분리부에서 분리된 열분해가스를 정제하는 열분해가스 정제부;와, 상기 열분해가스 정제부에서 정제된 열분해가스를 개질하여 합성가스를 생성하는 열분해가스 개질부;와, 상기 열분해가스 개질부에서 생성된 합성가스에서 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환하는 수성가스 전환반응부; 및 상기 수성가스 전환반응부에서 배출되는 합성가스에서 수소를 분리하는 수소 분리부;를 포함하며, 상기 수소 분리부에서 배출되는 배출가스를 이용하여 상기 열분해부에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는, 열분해가스 개질시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 열분해가스 개질부에서 배출되는 연소가스의 폐열 및/또는 수소 분리부에서 배출되는 배출가스의 폐열을 이용하여 폐기물을 열분해하는 열분해부에 열을 공급함으로써, 열분해가스 생산량을 증가시키고, 버너에서 연소되는 열분해가스의 사용량을 감소시킬 수 있다.
또한, 폐열을 이용하여 오일-가스 분리부에서 분리된 오일을 재가열함으로써 열분해가스 생산량을 최대화할 수 있다.
또한, 오일을 열분해부의 버너 및/또는 열분해가스 개질부의 버너로 공급하여 연소함에 따라 버너에서 연소되는 열분해가스의 사용량을 최소화할 수 있다.
궁극적으로, 열분해가스의 개질을 통한 수소 생산량을 최대화할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열분해가스 개질시스템을 도시한 개략도,
도 2는 도 1의 열분해가스 개질부를 도시한 단면도,
도 3은 도 2의 A-A' 단면도,
도 4는 도 2의 B-B' 단면도,
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 열분해가스 개질시스템을 도시한 개략도이다.
이하, 본 발명의 열분해가스 개질시스템에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1을 참고하여, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열분해가스 개질시스템에 관하여 설명하도록 한다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 열분해가스 개질시스템은 크게, 열분해부(100), 오일-가스 분리부(200), 열분해가스 정제부(300), 열분해가스 개질부(1000), 수성가스 전환반응부(400), 수소 분리부(500), 오일 가열부(600), 스팀 생산부(700), 수소터빈(800) 및 수소연료전지(900)를 포함한다.
열분해부(100)는 폐기물을 열분해하기 위한 곳으로, 폐기물 파쇄기(50)로부터 유입된 파쇄된 폐기물을 무산소 또는 저산소 분위기 하에서 고온으로 가열하여 열분해한다. 폐기물의 열분해로 탄소수가 낮은 저탄화수소를 다량 포함하는 열분해가스를 얻기 위해서는 고온열분해가 필요하며, 약 750℃ 이상인 것이 바람직하다.
열분해부(100)의 버너(120)는 원료를 연소하여 폐기물의 열분해를 위한 열을 공급한다. 버너(120)의 원료로서 열분해가스 정제부(300)로부터 열분해가스가 공급될 수 있으며, 이로 인해 버너(120)에서는 열분해가스가 연소되어 연소가스가 생성된다.
폐기물의 열분해로 인해 생성된 고체(carbon ash)는 별도로 배출되고, 오일과 가스는 오일-가스 분리부(200)로 공급되어 분리된다. 오일-가스 분리부(200)에서 분리된 오일은 오일 가열부(600)로 공급되어 재가열되고, 분리된 가스는 열분해가스로서 열분해가스 정제부(300)로 공급되어 정제된다.
오일 가열부(600)는 오일-가스 분리부(200)에서 분리된 오일을 가열함으로써 휘발분 가스를 생성하고, 휘발분 가스를 분리하여 열분해가스와 함께 열분해가스 정제부(300)로 함께 공급함으로써 열분해가스 생성량을 증대시킬 수 있다.
또한, 가열 후 휘발분 가스가 분리된 나머지 오일은 다시 오일-가스 분리부(200)로 분사됨으로써 타르(tar)를 제거할 수 있다. 즉, 타르는 분사된 오일에 씻겨 오일과 함께 배출된다. 이로 인해 열분해가스 정제부(300)로 공급되는 열분해가스에 포함되는 타르가 최소화될 수 있다.
열분해가스 정제부(300)는 열분해가스가 열분해가스 개질부(1000)로 들어가기 전 개질부의 촉매에 안좋은 영향을 미칠 수 있는 물질들을 열분해가스로부터 제거하는 역할을 한다. 예를 들어, 열분해가스 정제부(300)는 염화수소(HCl), 황화수소(H2S) 등을 제거하기 위한 습식 스크러버(wet scrubber) 장치, 또는 미세 타르제거장치 등일 수 있다.
열분해가스 개질부(1000)는 열분해가스 정제부(300)에서 정제된 열분해가스를 개질하여 합성가스를 생성한다. 이하, 도 2 내지 4를 참고하여 열분해가스 개질부(1000)에 관하여 구체적으로 살펴보도록 한다.
열분해가스 개질부(1000)는 크게, 본체(1100), 제1 촉매 튜브(1200), 연결 튜브(1300), 제2 촉매 튜브(1400), 버너(1500), 연소가스 배출부(1600) 및 합성가스 배출부(1700)를 포함한다.
본체(1100)는 개질부의 외형을 형성하는 것으로 내부공간을 갖는 원통형으로 형성되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본체(1100)의 내부에는 서로 다른 온도에서 반응하는 2개 이상의 촉매 튜브가 구비된다. 구체적으로, 탄소수가 2 이상인 탄화수소(CxHy)를 메탄(CH4)으로 개질하기 위한 제1 촉매 튜브(1200)와, 메탄(CH4)을 수소(H2)와 일산화탄소(CO)를 포함하는 합성가스로 개질하기 위한 제2 촉매 튜브(1400)가 구비된다. 제1 촉매 튜브(1200)는 제1 온도(T1)에서 반응하고, 제2 촉매 튜브(1400)는 제1 온도(T1)보다 높은 제2 온도(T2)에서 반응한다.
제1 촉매 튜브(1200)의 반응온도인 제1 온도(T1)는 약 350℃ 내지 550℃일 수 있으며, 탄소수가 2 이상인 탄화수소를 개질하는 촉매가 적용된다. 예를 들어, 제1 촉매 튜브(1200)에는 지지체로서 MgO 또는 Al2O3 또는 이들의 조합을 사용하는 니켈계 촉매가 적용될 수 있다. 이로 인해, 제1 촉매 튜브(1200)에서는 반응식 (1) 및 (2)를 통해 에탄, 프로판, 부탄 등 탄소수가 2 이상인 고급 탄화수소들이 메탄, 일산화탄소, 수소로 전환될 수 있다.
반응식 (1) ------- CnHm + nH2O → nCO + (n+m/2)H2
반응식 (2) ------- CO + 3H2 → CH4 + H2O
제2 촉매 튜브(1400)의 반응온도인 제2 온도(T2)는 약 700℃ 내지 900℃일 수 있으며, 메탄을 개질하는 촉매가 적용된다. 예를 들어, 제2 촉매 튜브(1400)에도 니켈계 촉매가 적용될 수 있다. 이로 인해, 제2 촉매 튜브(1400)에서는 반응식 (3)을 통해 메탄이 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스(syngas)로 전환될 수 있다.
반응식 (3) ------- CH4 + H2O → CO + 3H2
제1 촉매 튜브(1200)와 제2 촉매 튜브(1400)는 연결 튜브(1300)를 통해 연결되어, 제1 촉매 튜브(1200)로 공급되는 열분해가스와 스팀이 제1 촉매 튜브(1200)로부터 연결 튜브(1300)를 통해 제2 촉매 튜브(1400)로 차례로 유동될 수 있다. 이에 따라, 제1 촉매 튜브(1200)에 공급되는 열분해가스에 탄소수가 2 이상인 탄화수소가 다량 포함되어있다 하더라도, 제1 촉매 튜브(1200)와 제2 촉매 튜브(1400)를 차례로 유동하며 수증기 개질반응을 통해 합성가스로 개질될 수 있다. 즉, 제1 촉매 튜브(1200)에서 탄소수가 2 이상인 고급 탄화수소들이 메탄으로 전환될 수 있으며, 제1 촉매 튜브(1200)에서 전환된 메탄이 제2 촉매 튜브(1400)로 유입되어 합성가스로 전환될 수 있다. 따라서, 예비 개질기를 별도로 설치하지 않아도 되므로 구조 및 공정이 간소화될 수 있다.
본체(1100)의 상측 중심에는 제1 촉매 튜브(1200)와 제2 촉매 튜브(1400)에 열을 공급하기 위한 버너(1500)가 설치되고 있다. 버너(1500)의 원료로서 열분해가스 정제부(300)로부터 열분해가스가 공급될 수 있으며, 이로 인해 버너(1500)에서는 열분해가스가 연소되어 연소가스가 생성된다. 생성된 연소가스는 본체(1100)의 중심부로 배출되고 있다.
제2 촉매 튜브(1400)는 제1 촉매 튜브(1200)보다 높은 온도에서 반응하므로, 버너(1500)에서 배출되는 연소가스는 제2 촉매 튜브(1400)에 열을 공급한 후 제1 촉매 튜브(1200)에 열을 공급한다. 이를 위해, 제2 촉매 튜브(1400)는 제1 촉매 튜브(1200)보다 본체(1100)의 반경방향 내측에 위치한다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서 제1 촉매 튜브(1200)와 제2 촉매 튜브(1400)는 복수 개로 이루어지며, 복수의 제2 촉매 튜브(1400)는 본체(1100)의 원주방향을 따라 이격되어 배치된다. 본 실시 예에서는 8개의 제2 촉매 튜브(1400)가 본체(1100)의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 이격되어 배치되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 제1 촉매 튜브(1200) 또한 마찬가지로 본체(1100)의 원주방향을 따라 이격되어 배치되되, 복수의 제2 촉매 튜브(1400)를 둘러싸도록 배치된다. 복수의 제1 촉매 튜브(1200)와 복수의 제2 촉매 튜브(1400)는 각각 본체(1100)의 길이방향을 따라 수직으로 연장된다.
이때, 복수의 제1 촉매 튜브(1200)와 복수의 제2 촉매 튜브(1400)는 동일한 개수로 이루어지며, 1개의 제1 촉매 튜브(1200)와 1개의 제2 촉매 튜브(1400)끼리 연결될 수 있다. 연결 튜브(1300) 또한 복수의 제1 촉매 튜브(1200) 및 복수의 제2 촉매 튜브(1400)와 동일한 개수로 이루어진다. 즉, 본 실시 예에서는 8개의 제1 촉매 튜브(1200)가 8개의 제2 촉매 튜브(1400)를 둘러싸도록 배치되어, 각각의 제1 촉매 튜브(1200)와 제2 촉매 튜브(1400)끼리 연결 튜브(1300)를 통해 연결되고 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 촉매 튜브(1400)의 개수가 제1 촉매 튜브(1200)의 개수보다 많게 형성되어, 하나의 제1 촉매 튜브(1200)마다 복수의 제2 촉매 튜브(1400)가 연결될 수도 있음은 물론이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서 제1 촉매 튜브(1200)는 유턴구간(1220)을 가진다. 구체적으로, 복수의 제1 촉매 튜브(1200) 각각은 본체(1100)의 상측에서 아래를 향해 수직으로 연장된 후 유턴구간(1220)을 거쳐 다시 위를 향해 수직으로 연장된다. 유턴구간(1220)의 개수는 촉매의 반응 필요 시간에 따라 조절될 수 있으며, 촉매의 반응 필요 시간이 길어질수록 유턴구간(1220)의 개수가 증가할 수 있다.
이때, 유턴구간(1220)은 본체(1100)의 원주방향을 따라 연장되는 것이 바람직하다. 즉, 복수의 제1 촉매 튜브(1200) 각각에서 수직으로 연장되는 부분은 본체(1100)의 중심으로부터 반경방향 상 같은 거리에 위치하게 된다. 이로 인해, 촉매의 반응 필요 시간에 따라 제1 촉매 튜브(1200)의 길이를 조절할 수 있음과 동시에 복합 개질기를 컴팩트하게 유지할 수 있다. 복수의 제2 촉매 튜브(1400) 또한 유턴 구간을 가질 수 있음은 물론이다.
본체(1100)의 내부에는 버너(1500)에서 배출되는 연소가스의 유동을 가이드하여 제1 촉매 튜브(1200) 및 제2 촉매 튜브(1400)에 효과적으로 열을 공급하기 위한 제1 벽(1120) 및 제2 벽(1140)이 구비된다. 제1 벽(1120)은 제1 촉매 튜브(1200)와 제2 촉매 튜브(1400) 사이에 구비되며, 본체(1100)의 하측으로부터 위를 향해 수직으로 연장된다. 또한, 제2 벽(1140)은 제2 촉매 튜브(1400)의 반경방향 내측에 구비되어 본체(1100)의 상측으로부터 아래를 향해 수직으로 연장된다. 이에 따라, 버너(1500)에서 배출되는 연소가스가 제1 촉매 튜브(1200) 및 제2 촉매 튜브(1400)의 길이방향을 따라 지그재그로 유동하면서 충분히 열을 공급할 수 있으며, 반응 온도에 따른 온도 구배를 적용할 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 버너(1500)에서 배출된 연소가스는 아래로 유동되고, 제2 벽(1140) 아래의 공간을 통해 제2 촉매 튜브(1400) 측으로 넘어간 후 위로 유동되면서 제2 촉매 튜브(1400)에 열을 공급한다. 이후, 온도가 일부 낮아진 연소가스는 제1 벽(1120) 위의 공간을 통해 제1 촉매 튜브(1200) 측으로 넘어간 후 다시 아래로 유동되면서 제1 촉매 튜브(1200)에 열을 공급한다. 제1 촉매 튜브(1200) 및 제2 촉매 튜브(1400)에 열을 공급한 후 연소가스는 본체(1100)에 구비되는 연소가스 배출부(1600)를 통해 외부로 배출된다.
상기에서 살펴본 바와 같이 열분해가스는 제1 촉매 튜브(1200)와 제2 촉매 튜브(1400)를 차례로 유동하며 수증기 개질반응을 통해 합성가스로 개질될 수 있다. 이때, 제2 촉매 튜브(1400)에는 합성가스가 배출되기 위한 합성가스 배출부(1700)가 연결된다. 합성가스 배출부(1700)는 복수의 제2 촉매 튜브(1400)에서 생성된 합성가스를 모아 외부로 배출할 수 있다.
합성가스 배출부(1700)를 통해 외부로 배출된 합성가스는 수성가스 전환반응부(400)로 공급된다. 수성가스 전환반응부(400)는 아래의 반응식 (4)에 의해 열분해가스 개질부(1000)에서 생성된 합성가스에서 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환한다. 이로 인해 수소 수율을 높일 수 있다.
반응식 (4) ------- CO + H2O → CO2 + H2
수소 분리부(500)는 수성가스 전환반응부(400)에서 배출되는 합성가스에서 수소를 분리한다. 예를 들어, 수소 분리부(500)는 흡착법, 막분리법, 그리고 심냉법 등을 이용할 수 있다. 그 중 압력변동흡착법(PSA; pressure swing adsorption)은 흡착제에서 기체의 흡착량 차이를 이용하여 분리하는 공정이며, 흡착제를 사용하여 수소 이외의 불순한 가스를 흡착 제거함으로써 수소를 분리한다. 압력이 높은 상태에서는 불순물의 흡착에 의한 제거가 이루어지며, 압력이 낮아지면 흡착된 물질이 탈착되어 재생된다.
수소 분리부(500)에서 분리된 수소는 다양하게 활용 가능하다. 본 실시 예에서는 분리된 수소가 수소터빈(800)과 수소연료전지(900)에 공급되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
열분해부(100)의 온도를 고온으로 유지하기 위해, 열분해가스 개질부(1000)의 버너(1500)에서 생성되어 열분해가스 개질부(1000)에 열을 공급한 뒤 배출되는 연소가스를 이용하여 열분해부(100)에 열을 공급할 수 있다. 구체적으로, 제1 촉매 튜브(1200) 및 제2 촉매 튜브(1400)에 열을 공급한 후 본체(1100)에 구비되는 연소가스 배출부(1600)를 통해 외부로 배출된 연소가스는 열분해부(100)로 공급되어 열분해부(100)를 간접 가열할 수 있다. 예를 들어, 연소가스는 열분해부(100)의 내부에 구비된 파이프를 통과하면서 열분해부(100)를 간접 가열할 수 있다. 연소가스는 열분해부(100)를 간접 가열한 뒤 배출된다.
이때, 스팀을 생산하여 열분해가스 개질부(1000)로 공급하는 스팀 생산부(700)를 더 포함하며, 열분해가스 개질부(1000)에서 배출되는 연소가스는 스팀 생산부(700)에 열을 공급한 후 열분해부(100)에 열을 공급할 수 있다. 스팀 생산부(700)에서 물은 열분해가스 개질부(1000)에서 배출된 연소가스의 폐열에 의해 가열되어 스팀으로 변화하며, 스팀은 열분해가스 개질부(1000)에 수증기 개질반응을 위해 공급된다. 이 밖에, 스팀은 수성가스 전환반응부(400)에 공급될 수도 있다.
더욱이, 수소 분리부(500)에서 수소가 분리된 후 배출되는 배출가스를 이용하여 열분해부(100)에 열을 공급할 수 있다. 마찬가지로, 배출가스는 열분해부(100)의 내부에 구비된 파이프를 통과하면서 열분해부(100)를 간접 가열할 수 있다. 배출가스는 열분해부(100)를 간접 가열한 뒤 배출된다.
열분해가스 개질부(1000)에서 배출되는 연소가스 및 수소 분리부(500)에서 배출되는 배출가스는 오일 가열부(600)에도 열을 공급할 수 있다. 이에 따라, 오일을 가열하기 위한 별도의 열원이 필요하지 않으며, 연소가스 및 배출가스의 폐열을 이용하여 오일이 간접 가열될 수 있다. 이 밖에, 열분해부(100)의 버너(120)에서 생성되어 열분해부(100)에 열을 공급한 뒤 배출되는 연소가스를 이용하여 오일 가열부(600)에 열을 공급할 수도 있다. 오일 가열부(600)는 열분해가스 개질부(1000)에서 배출되는 연소가스, 수소 분리부(500)에서 배출되는 배출가스 및 열분해부(100)에서 배출되는 연소가스 중 어느 하나에 의해서만 간접 가열될 수도 있음은 물론이다.
이와 같이, 열분해부(100)에는 버너(120)에서 생성되는 연소가스에 의해 열이 공급될 뿐만 아니라, 열분해가스 개질부(1000)에서 배출되는 연소가스 및 수소 분리부(500)에서 배출되는 배출가스의 폐열도 공급됨으로써, 온도가 높게 유지되어 고온열분해가 이루어질 수 있으며 열분해가스 생산량이 증가될 수 있다. 또한, 열분해부(100)의 버너(120)에서 연소되는 열분해가스의 사용량이 감소될 수 있으며, 궁극적으로 열분해가스의 개질을 통한 수소 생산량이 증가될 수 있다.
또한, 열분해가스 개질부(1000)의 효율을 높이기 위해 수소 분리부(500)에서 분리된 수소를 공급받아 구동되는 수소터빈(800)에서 배출되는 배출가스를 이용하여 열분해가스 개질부(1000)에 열을 공급할 수 있다. 배출가스는 열분해가스 개질부(1000)를 간접 가열한 뒤 배출된다.
다음으로, 도 5를 참고하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 열분해가스 개질시스템에 관하여 살펴보도록 한다.
제2 실시 예에 따른 열분해가스 개질시스템은 제1 실시 예에 따른 열분해가스 개질시스템과 열분해부(100)의 버너(120)에 공급되는 원료를 제외하고 동일하게 형성되므로, 상이한 부분을 중점으로 설명하도록 한다.
열분해부(100)의 버너(120)는 원료를 연소하여 폐기물의 열분해를 위한 열을 공급한다. 버너(120)의 원료로서 열분해가스가 공급되는 제1 실시 예와는 달리, 제2 실시 예에서는 버너(120)의 원료로서 오일 가열부(600)에서 휘발분 가스가 분리된 오일이 공급된다. 이로 인해, 버너(120)에서는 오일이 연소되어 연소가스가 생성된다. 본 실시 예에서는 오일이 열분해부(100)의 버너(120)에만 공급되는 것으로 도시하였으나, 열분해가스 개질부(1000)의 버너(1500)에도 공급될 수 있음은 물론이다.
이에 따라, 버너에서 열분해가스를 원료로 사용하지 않음으로써 내부 열분해가스 사용량을 최소화할 수 있으며, 궁극적으로 열분해가스의 개질을 통한 수소 생산량을 최대화할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
50: 폐기물 파쇄기 100: 열분해부
120: 버너 200: 오일-가스 분리부
300: 열분해가스 정제부 400: 수성가스 전환반응부
500: 수소 분리부 600: 오일 가열부
700: 스팀 생산부 800: 수소터빈
900: 수소연료전지 1000: 열분해가스 개질부
1100: 본체 1120: 제1 벽
1140: 제2 벽 1200: 제1 촉매 튜브
1220: 유턴구간 1300: 연결튜브
1400: 제2 촉매 튜브 1500: 버너
1600: 연소가스 배출부 1700: 합성가스 배출부

Claims (11)

  1. 폐기물을 열분해하는 열분해부;
    상기 열분해부의 배출물에서 오일과 가스를 분리하는 오일-가스 분리부;
    상기 오일-가스 분리부에서 분리된 열분해가스를 정제하는 열분해가스 정제부;
    상기 열분해가스 정제부에서 정제된 열분해가스를 개질하여 합성가스를 생성하는 열분해가스 개질부;
    상기 열분해가스 개질부에서 생성된 합성가스에서 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환하는 수성가스 전환반응부; 및
    상기 수성가스 전환반응부에서 배출되는 합성가스에서 수소를 분리하는 수소 분리부;를 포함하며,
    상기 열분해가스 개질부의 버너에서 생성되어 상기 열분해가스 개질부에 열을 공급한 뒤 배출되는 연소가스를 이용하여 상기 열분해부에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는, 열분해가스 개질시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    스팀을 생산하여 상기 열분해가스 개질부로 공급하는 스팀 생산부;를 더 포함하며,
    상기 열분해가스 개질부에서 배출되는 연소가스는 상기 스팀 생산부에 열을 공급한 후 상기 열분해부에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는, 열분해가스 개질시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소 분리부에서 배출되는 배출가스를 이용하여 상기 열분해부에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는, 열분해가스 개질시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오일-가스 분리부에서 분리된 오일을 가열하는 오일 가열부;더 포함하는, 열분해가스 개질시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오일 가열부에서 생성된 휘발분 가스는 분리되어 상기 열분해가스와 함께 상기 열분해가스 정제부로 공급되는 것을 특징으로 하는, 열분해가스 개질시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 오일 가열부에서 상기 휘발분 가스가 분리된 오일은 상기 오일-가스 분리부로 분사되어 타르를 제거하는 것을 특징으로 하는, 열분해가스 개질시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 오일 가열부에서 상기 휘발분 가스가 분리된 오일은 상기 열분해부의 버너 또는 상기 열분해가스 개질부의 버너로 공급되어 연소되는 것을 특징으로 하는, 열분해가스 개질시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 오일 가열부에서 오일은 상기 열분해가스 개질부에서 배출되는 연소가스, 상기 수소 분리부에서 배출되는 배출가스 및 상기 열분해부의 버너에서 생성되어 상기 열분해부에 열을 공급한 뒤 배출되는 연소가스 중 적어도 하나를 이용하여 가열되는 것을 특징으로 하는, 열분해가스 개질시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수소 분리부에서 분리된 수소를 공급받아 구동되는 수소터빈;을 더 포함하며,
    상기 수소터빈에서 배출되는 배출가스를 이용하여 상기 열분해가스 개질부에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는, 열분해가스 개질시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열분해가스는 상기 열분해부의 버너 또는 상기 열분해가스 개질부의 버너로 공급되어 연소되는 것을 특징으로 하는, 열분해가스 개질시스템.
  11. 폐기물을 열분해하는 열분해부;
    상기 열분해부의 배출물에서 오일과 가스를 분리하는 오일-가스 분리부;
    상기 오일-가스 분리부에서 분리된 열분해가스를 정제하는 열분해가스 정제부;
    상기 열분해가스 정제부에서 정제된 열분해가스를 개질하여 합성가스를 생성하는 열분해가스 개질부;
    상기 열분해가스 개질부에서 생성된 합성가스에서 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환하는 수성가스 전환반응부; 및
    상기 수성가스 전환반응부에서 배출되는 합성가스에서 수소를 분리하는 수소 분리부;를 포함하며,
    상기 수소 분리부에서 배출되는 배출가스를 이용하여 상기 열분해부에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는, 열분해가스 개질시스템.
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