KR20230076145A - 폐마스크 가스화 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 폐마스크를 이용하여 합성가스를 생성하는 합성가스 생성장치와, 상기 합성가스 생성장치에서 생성된 합성가스에 섞여 있는 중금속, 타르 및 분진을 제거한 합성가스를 열원으로 재활용하여 전기를 생산하는 재활용장치를 포함하되, 상기 합성가스 생성장치는, 상기 폐마스크가 투입되면 연료로서 사용하기 위해 절단 및 그라인딩하는 것을 특징으로 하는 폐마스크 가스화 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 폐마스크 가스화 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐마스크를 절단 및 그라인딩하여 폐마스크 연료로 생산 후, 폐마스크 연료를 가스화하는 폐마스크 가스화 시스템에 관한 것이다.
인류가 열에너지와 운동에너지를 얻는 가장 주요한 방식은 연료와 산소의 연소를 통하여 방출하는 대량의 에너지이다. 그러나, 자원이 부족한 오늘날 에너지 문제는 이미 세계 각국의 가장 중요한 전략적 문제로 대두되었다. 에너지의 연료 형식으로는 기체연료, 액체연료와 고체연료 세가지 형식, 그와 상응해 얻는 화석에너지는 천연가스, 석유와 석탄이다. 우리가 주지하는 바와 같이, 화석에너지에는 석탄이 들어가며, 석유, 천연가스는 재생이 불가능한 에너지이다.
그러나 바이오매스 에너지는 고정된 지구상의 태양에너지의 식물 광합작용으로 전형적인 일종의 재생이 가능한 에너지이다.
한편으로 고형폐기물 또한 인류가 생산과 생활 활동 중에서 버려지는 고체와 오니 상태의 물질을 고형폐기물이라고 약칭하는데, 흔히 보이는 가연성 고형폐기물로는 도시생활쓰레기, 폐플라스틱, 농림 바이오매스 폐기물, 의료폐기물 등과 같은 각종 가연성 고형폐기물이다.
이러한 폐기물을 이용해 석탄, 석유와 천연가스 등을 대체하여 광물에너지의 의존도를 감소시킬 수 있으며, 나라의 에너지 자원을 보호하고, 에너지소비로 인한 환경오염을 감소시킬 수 있다. 그러므로 국제적으로도 적극적으로 신재생 에너지 개발에 박차를 가하고 있다. 그 중 폐플라스틱 및 유기물 생활쓰레기 가스화는 현재 세계 각국 에너지 연구의 중요한 방향이나, 국내, 외적으로 가스화 기술의 생산 원가와 생산된 가스 품질 등 측면의 문제를 아직 완벽히 해결하지 못한 실정이며 그로 인하여 폐플라스틱 및 유기물 등 생활쓰레기 가스화 공급은 아직 보편화 되지 못하고 있는 실정이다.
이에 따라 폐플라스틱을 에너지원으로 사용하여 전기 또는 스팀을 생산하고, 생산된 전기로 설비를 동작시켜 에너지 의존도를 낮추고 스팀을 생산하여 자체적으로 활용하거나 주변업체에 공급하여 에너지효율을 향상시키기 위한 시스템이 필요하다.
한편, 최근 코로나 바이러스(COVID-19)로 인해 마스크 사용량이 증가함에 따라 사용 후 버려지는 폐마스크의 발생량도 증가하고 있다. 이에 따라, 폐마스크를 재활용하기 위한 처리도 시급한 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사용 후 버려지는 폐마스크를 재활용하기 위한 폐마스크 가스화 시스템을 제공하는 것이다.
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.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 폐마스크를 이용하여 합성가스를 생성하는 합성가스 생성장치와, 상기 합성가스 생성장치에서 생성된 합성가스에 섞여 있는 중금속, 타르 및 분진을 제거한 합성가스를 열원으로 재활용하여 전기를 생산하는 재활용장치를 포함하되, 상기 합성가스 생성장치는, 상기 폐마스크가 투입되면 연료로서 사용하기 위해 절단 및 그라인딩하는 것을 특징으로 하는 폐마스크 가스화 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 합성가스 생성장치는, 상기 폐마스크를 절단 및 그라인딩하여 상기 폐마스크를 펠렛화함에 따라 폐마스크 연료를 생산하는 폐마스크 연료 생산장치와, 상기 폐마스크 연료 생산장치와 연통하며, 상기 폐마스크 연료 및 유동사가 유입되는 가스화로 및 상기 가스화로의 하부에 형성되는 제1 이송부재를 포함하는 가스화기와, 상기 가스화기와 연통하여 투입되는 유동사를 상기 가스화기로 공급하는 유동사 투입장치와, 상기 가스화기의 일측 및 타측과 연통하는 사이클론을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 폐마스크 연료 생산장치는, 상기 폐마스크가 투입되는 폐마스크 투입로와, 기 정해진 제1 크기 이하로 상기 투입된 폐마스크를 절단하는 절단 커터와, 절단된 폐마스크를 스크류(screw) 회전을 이용하여 용융시키는 사출 성형기와, 상기 사출 성형기에 의해 용융된 폐마스크를 기 정해진 제2 크기 이하로 그라인딩하여 상기 폐마스크 연료를 생산하는 그라인더와, 상기 폐마스크 투입로의 하부에 형성되어, 상기 가스화로와 연통하는 제3 이송부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스화기는, 상기 제1 이송부재의 하단에 설치되며, 상기 가스화로 내부의 온도가 임계 온도를 초과하는 경우, 개방하여 고착물을 배출시키는 고착물 배출 밸브를 포함하되, 상기 가스화기는 상기 폐마스크 연료와 상기 유동사를 가열하여 상기 합성가스를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유동사 투입장치는, 상기 유동사를 수용하는 내부공간이 형성되는 유동사 투입챔버와, 상기 유동사 투입챔버의 하부에 형성되어 상기 가스화로와 연통하는 제2 이송부재와, 상기 제2 이송부재 상에 설치되며, 상기 가스화기 내부의 압력이 기준압력보다 낮으면, 상기 유동사가 상기 가스화로로 투입되도록 개방하는 유동사 공급 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 사이클론은, 상기 가스화기의 일측으로부터 공급되는 상기 합성가스에 섞여 있는 분진을 제거하여 외부로 배출하고, 상기 가스화기로부터 공급되는 상기 유동사를 상기 가스화기의 타측으로 공급하여 재사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 재활용장치는, 상기 사이클론으로부터 공급되는 분진을 제거한 합성가스에 섞여 있는 중금속 및 타르를 제거하는 활성탄 반응기와, 상기 활성탄 반응기로부터 공급되는 상기 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 열교환시키는 열교환기와, 상기 열교환기로부터 공급되는 상기 열교환된 합성가스에 일부 미전환된 타르를 제거하는 오일 스크러버와, 상기 오일 스크러버로부터 공급되는 상기 타르가 제거된 합성가스에 섞여 있는 불순물을 집진하고 상기 타르를 제거하며 수분을 제거하는 집진 및 수분 제거 설비를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열교환기는, 상기 활성탄 반응기의 후단에 연결되어, 상기 활성탄 반응기로부터 상기 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 공급받는 제1 열교환기와, 상기 제1 열교환기와 상기 오일 스크러버 사이에 배치되어, 상기 제1 열교환기로부터 열교환된 합성 가스를 2차로 열교환하여 상기 오일 스크러버로 공급하는 제2 열교환기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 재활용장치는, 상기 활성탄 반응기의 후단과 외부의 플레어 스택(flare stack) 사이를 연결하는 배관으로서, 상기 활성탄 반응기로부터 배출되는 합성가스를 상기 플레어 스택으로 이송시키는 벤트 라인과, 상기 활성탄 반응기 후단과 상기 벤트 라인 사이에 형성되는 제1 벤트 밸브를 더 포함하되, 상기 제1 열교환기 전단의 압력과 상기 열교환기 후단의 압력의 차이에 따른 차압이 제1 임계 차압을 초과하는 경우, 상기 제1 벤트 밸브가 동작하여, 상기 활성탄 반응기로부터 공급되는 합성 가스를 상기 벤트 라인을 통해 상기 제1 열교환기가 아닌 상기 플레어 스택으로 이송시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 재활용장치는, 상기 제1 열교환기와 상기 오일 스크러버 사이를 연결하는 바이패스 라인과, 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이를 연결하는 열교환기 라인 상에 형성되어, 상기 제1 열교환기로부터 공급되는 열교환된 합성가스를 상기 오일 스크러버로 바로 이송시키기 위하여 상기 열교환기 라인과 상기 바이패스 라인 사이에 형성되는 제2 벤트 밸브를 더 포함하되, 상기 제1 열교환기의 후단의 압력과 상기 제2 열교환기의 후단의 압력 차이에 따른 차압이 제2 임계 차압을 초과하는 경우, 상기 제2 벤트 밸브가 동작하여 상기 제1 열교환기에 의해 열교환된 합성가스를 상기 바이패스 라인을 통해 상기 오일 스크러버로 바로 이송시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 재활용장치는, 불순물이 집진되고 수분이 제거된 합성가스를 이용하여 전기 및 스팀 중 적어도 하나를 생성하는 합성가스 재활용부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 폐마스크를 연료로 생산하여 폐마스크 연료를 가스화함에 따라 대량의 폐마스크를 재활용할 수 있으므로, 경제적이고 친환경적인 폐마스크 처리 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐마스크 가스화 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따라 폐마스크 연료를 생산하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스화기의 구성을 상세히 나타낸 확대도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동사 투입장치의 구성을 상세히 나타낸 확대도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따라 폐마스크 연료를 생산하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스화기의 구성을 상세히 나타낸 확대도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동사 투입장치의 구성을 상세히 나타낸 확대도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하, 도1을 참조하여 본 발명의 폐마스크 가스화 시스템을 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐마스크 가스화 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐마스크 가스화 시스템(300)은 합성가스 생성장치(100) 및 재활용장치(200)를 포함한다.
합성가스 생성장치(100)는 폐마스크 연료를 이용하여 합성가스를 생성하며, 이를 위한 합성가스 생성장치(100)는 가스화기(110), 유동사 투입장치(120), 폐마스크 연료 생산장치(130), 사이클론(140) 및 승온 버너(150)를 포함한다.
여기서, 폐마스크 연료는 분리 및 수거된 폐마스크를 성형기로 성형하여 보풀 형상 또는 펠렛 형상으로 구현된 연료일 수 있다.
가스화기(110)는 폐마스크 연료 생산장치(130)와 연통하여, 폐마스크 연료 생산장치(130)로부터 생산된 폐마스크 연료 및 유동사가 유입되는 가스화로(111)와, 가스화로(111)의 하부에 형성되는 제1 이송부재 (112)를 포함한다. 가스화기(110)는 폐마스크 연료와 유동사를 가열하여 합성가스를 생성할 수 있다.
가스화로(111)는 폐마스크 연료와 유동사를 수용하기 위한 내부공간이 형성되어 폐마스크 연료 및 유동사가 유입된다. 또한, 가스화로(111)는 가열로 인한 고온 및 고압에 견딜 수 있도록 일정 수준 이상의 강성을 가진 소재로 이루어질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 가스화로(111)는 상하방향으로 기립되어 위치할 수 있다.
가스화로(111)의 상부 및 측면 하부는 사이클론(140)과 연통하고, 가스화로(111)의 측부는 유동사 투입장치(120) 및 폐마스크 연료 생산장치(130)와 연통한다.
상기한 구조에 따른 가스화로(111)는 유동사 투입장치(120)로부터 공급되는 유동사가 유입되고, 폐마스크 연료 생산장치(130)로부터 공급되는 폐마스크 연료가 유입된다.
이에 따른 가스화로(111)는 유동사와 폐마스크 연료를 가열하여 합성가스를 생성한 후 가스화로(111)의 상부를 통하여 유동사와 합성가스를 사이클론(140)으로 공급한다.
또한, 가스화로(111)의 측면 하부로는 사이클론(140)에서 있던 유동사가 유입된다.
제1 이송부재(112)는 가스화로(111)의 하부에 형성되어 가스화로(111)에서 사용하지 않는 물질들을 외부로 배출시킨다.
유동사 투입장치(120)는 가스화기(110)와 연통하여 투입되는 유동사를 가스화기(110)로 공급하며, 이를 위한 유동사 투입장치(120)는 유동사 투입챔버(121) 및 제2 이송부재(122)를 포함한다.
유동사 투입챔버(121)는 유동사를 수용하는 내부공간이 형성되는 챔버로서, 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가질 수 있으며, 유동사 투입챔버(121)의 하부에는 제2 이송부재(122)가 형성된다.
제2 이송부재(122)는 유동사 투입챔버(121)의 하부에 형성되어 가스화로(111)의 측부와 연통한다. 이러한 제2 이송부재(122)는 유동사 투입챔버(121)에 있던 유동사를 가스화로(111)로 이송시키는 역할을 수행한다.
폐마스크 연료 생산장치(130)는 폐마스크를 절단 및 그라인딩하여, 폐마스크를 펠렛화(pelletizing)함에 따라 가스화기(110)로 공급할 폐마스크 연료를 생산한다. 즉, 폐마스크 연료 생산장치(130)는 가스화기(110)와 연통하여 투입되는 폐마스크 연료를 가스화기(110)로 공급하며, 이를 위한 폐마스크 연료 생산장치(130)는 도1에 도시된 바와 같은 폐마스크 투입로(131) 및 제3 이송부재(132)와, 절단 커터(미도시), 사출 성형기(미도시), 그리고 그라인더(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
통상 폐마스크의 성분은 폴리프로필렌(PP)으로 구성되어 있으나, 필터로 제작됨에 따라 밀도가 매우 낮은 편이다. 이로 인해 폐마스크를 연료로 가스화하기 위해서는 폐마스크를 잘게 부숴 펠렛화하여야 한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따라 폐마스크 연료를 생산하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도2를 참조하면, 도2의 (a)는 폐마스크 투입로(131)로 투입된 폐마스크를 도시한 도면이다. 절단 커터(미도시)는 도2의 (a)에 도시된 바와 같이 폐마스크 투입로(131)로 투입된 폐마스크를 기 정해진 제1 크기 이하의 크기로 절단하여, 도2의 (b)에 도시된 바와 같은 모습으로 절단한다. 여기서, 제1 크기는 가로 및 세로의 크기가 1 cm x 1 cm 일 수 있다.
사출 성형기(미도시)는 스크류(screw)를 이용하여 폐마스크 원료를 가열 용융하는 구성으로서, 스크류 회전을 함에 따라 절단된 폐마스크를 도2의 (c)에 도시된 바와 같은 모습으로 용융시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 성형기는 스크류 회전 속도를 15 내지 20 rpm으로 하고, 용융하기 위한 온도를 240 내지 260 ℃ 로 하여 절단된 폐마스크를 용융할 수 있다. 사출 성형기의 용융 온도로는 250 ℃가 가장 바람직하다.
그라인더(미도시)는 사출 성형기(미도시)에 의해 용융된 폐마스크를 기 정해진 제2 크기 이하로 그라인딩하여, 도2의 (d)에 도시된 바와 같은 모습의 펠렛화된 폐마스크 연료로 만들 수 있다. 여기서, 제2 크기는 가로 및 세로의 크기가 4 mm x 4 mm 일 수 있다.
다시 도1을 참조하면, 폐마스크 투입로(131)는 폐마스크 연료를 수용할 수 있도록 내부공간이 형성되고, 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가질 수 있다.
또한, 폐마스크 투입로(131)의 하부에는 제3 이송부재(132)가 형성된다.
제3 이송부재(132)는 폐마스크 투입로(131)의 하부에 형성되어 가스화로(111)의 측면 하부와 연통한다. 이러한 제3 이송부재(132)는 폐마스크 투입로(131)에 있던 폐마스크 연료를 가스화로(111)로 이송시키는 역할을 수행한다.
사이클론(140)은 가스화기(110)의 일측 및 타측과 연통한다. 보다 상세하게 사이클론(140)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 가스화로(111)의 상부 및 측면 하부와 연통한다.
구체적으로 사이클론(140)은 가스화기(110)의 일측으로부터 공급되는 합성가스에 섞여 있는 분진을 제거하여 외부로 배출한다. 또한, 사이클론(140)은 가스화기(110)로부터 공급되는 상기 유동사를 가스화기의 타측인 측면 하부로 공급함에 따라 유동사가 재사용될 수 있도록 한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스화기의 구성을 상세히 나타낸 확대도이다.
도3을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스화기(110)는 폐마스크 연료와 유동사를 가열하여 합성가스를 생성하며, 이를 위한 가스화기(110)는 가스화로(111), 제1 이송부재(112), 고착물 배출 밸브(113), 그리고 냉각부(114)를 포함하여 구성될 수 있다.
고착물 배출 밸브(113)는 제1 이송부재(112)의 하단에 설치되어, 온도 센서(미도시)에 의해 측정된 가스화로(111) 내부의 온도가 미리 정해진 임계 온도를 초과하는 경우, 개방하여 고착물을 외부로 배출시키도록 할 수 있다.
고착물은 가스화로(111)에 투입된 유동사와 회재가 혼합된 혼합물이 가스화로(111) 내부의 온도가 상승함에 따라 뭉치면서 생성되는 것으로, 이러한 고착물이 가스화로(111)에 눌어붙게 되는 현상을 예방하기 위해서 제1 이송부재(112)의 하부에 위치하는 고착물 배출 밸브(113)는 가스화로(111)의 내부 온도가 임계 온도를 넘어가면, 밸브를 개방함으로써 고착물이 가스화로(111) 하부에 눌어붙기 전에 외부로 배출시킬 수 있도록 한다.
냉각부(114)는 냉각수를 이용하여, 연료(폐마스크) 및 유동사, 또는 고착물을 배출하는 제1 이송부재(112)의 표면을 냉각시킬 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 가스화기(110)는 압력 센서(미도시)에 의해 측정된 가스화기(110) 내부의 압력을 고려하여, 상기 가스화기(110) 내부의 압력이 외부의 압력보다 높은 경우, 고착물 배출 밸브(113)가 개방되었을 때 가스화기(110)의 하부에서 상부 방향으로 질소 퍼지(purge)를 수행할 수 있다. 일 예로, 본 발명의 가스화기(110)는 상기와 같은 경우에 제1 이송부재(112)의 하부에서 가스화로(111)의 상부 방향으로 질소 퍼지할 수 있다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동사 투입장치의 구성을 상세히 나타낸 확대도이다.
본 발명의 유동사 투입장치(120)는 가스화기(110)의 고착물 배출 밸브(113)가 개방되어, 고착물이 외부로 배출됨에 다라 발생되는 가스화기(110) 내부의 압력 손실을 보상하기 위해, 가스화기의 상부에 위치하여 가스화로(111)의 상부로 유동사를 투입할 수 있다.
도5를 참조하면, 유동사 투입장치(120)는 가스화기(110)와 연통하여 투입되는 가스화로(111)의 상부로 유동사를 공급하며, 이를 위한 유동사 투입장치(120)는 유동사 투입챔버(121), 제2 이송부재(122), 그리고 유동사 공급 밸브(123)를 포함하여 구성될 수 있다.
유동사 공급 밸브(123)는 제2 이송부재(122) 상에 형성되어, 가스화기(110) 내부의 압력이 기 정해진 기준 압력보다 낮으면, 유동사가 가스화로(111)의 내부로 공급되도록 개방할 수 있다. 여기서, 상기 가스화기 내부의 압력은 가스화기(110)의 압력 센서(미도시)로부터 측정되는 것일 수 있고, 상기 기준 압력은 외부 압력이 아닌 별도로 기 설정된 기준 압력 값일 수 있다.
승온 버너(150)는 외부로부터 열교환기로 공급되는 압축공기를 가열하여 온도를 상승시킨 후 가스화기(110)로 공급한다. 이를 위한 승온 버너(150)로는 LNG가스 및 공기가 유입될 수 있으며, 가열된 LPG가스는 외부로 배출될 수 있다.
상기한 승온 버너(150)는 상압챔버부(270)로부터 공급되는 타르를 함유한 오일을 재사용하여 압축공기를 가열함에 따라 에너지효율을 향상시키는 효과가 있다.
다시 도1을 참조하면, 재활용장치(200)는 합성가스 생성장치(100)에서 생성된 합성가스에 섞여 있는 중금속, 타르 및 분진을 제거한 합성가스를 열원으로 재활용하여 전기 및 스팀 중 적어도 어느 하나를 생산하며, 이를 위한 재활용장치(200)는 활성탄 반응기(210), 열교환기(220), 오일 스크러버(230), 집진 및 수분 제거 설비(240), 합성가스 재활용부(250), 그리고 제어부(미도시)를 포함한다.
특히, 본 발명의 재활용장치(200)는 합성가스 생성장치(100)에서 생성된 합성가스를 열교환함에 따라 임계 차압을 초과하는 경우, 우회 배관을 이용하여 합성가스의 이동 경로를 우회시킬 수 있다.
여기서, 중금속(=수은(Hg), 카드뮴(Cd), 납(Pb), 비소(As) 등)은 일반적으로 고형연료제품의 품질기준(제20조의 2 관련)에 맞추어 관리되므로 상기한 기준치를 넘어서는 폐마스크 연료는 반입될 확률이 거의 없다.
상기한 고형연료제품의 품질기준에 따르면, 수은은 1.0 mg/kg 이하, 카드뮴은 5.0 mg/kg 이하, 납은 150 mg/kg 아하, 비소는 13.0 mg/kg 이하이다.
그러나, 만약 상기한 중금속이 일부 포함되어 있더라도 본 발명에서 는 활성탄 반응기(210) 내에서 흡착 과정을 통해 중금속의 제거가 가능하다.
활성탄 반응기(210)는 사이클론(140)으로부터 공급되는 분진을 제거한 합성가스에 섞여 있는 중금속 및 타르를 제거한다.
이를 위한 활성탄 반응기(210)의 상부는 사이클론(140)과 연통하고 활성탄 반응기(210)의 하부는 열교환기(220)와 연통한다.
또한, 활성탄 반응기(210)는 가스화 과정에서 가장 많이 생성되는 타르(C6 이상의 벤젠, 톨루엔, 나프탈렌 성분 등)를 흡착 및 분해하고 추가적으로 타르가 오일 스크러버(230)에서 용해되어 제거된다.
상기한 활성탄 반응기(210)는 중금속 및 타르를 제거한 합성가스를 열교환기(220)로 공급한다.
열교환기(220)는 활성탄 반응기(210)로부터 공급되는 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 열교환시킨다. 이때, 열교환기(220)는 외부로부터 압축공기가 유입될 수 있으며, 유입된 압축공기는 열교환하는데 사용된 후 승온 버너 (150)를 거쳐 가스화기(110)로 유입된다.
이때, 승온 버너(150)는 초기 유동사의 온도를 높일 때만 사용되므로 실제로 압축공기는 승온 버너(150)로 유입되나, 승온 버너(150)를 거쳐 가스화기(110)로 유입된다.
본 발명의 열교환기(220)는 도1에 도시된 바와 같이, 제1 열교환기(221), 벤트 라인(222), 제1 벤트 밸브(223), 제2 열교환기(224), 바이패스 라인(225), 그리고 제2 벤트 밸브(226)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 열교환기(221)는 활성탄 반응기(210)의 후단에 연결되어, 활성탄 반응기(210)로부터 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 공급받는다.
그리고, 벤트 라인(vent line)(222)은 활성탄 반응기(210)의 후단과 플레어 스택(flare stack)(280) 사이를 연결하는 배관으로서, 활성탄 반응기(210)로부터 배출되는 합성가스를 플레어 스택(280)으로 이송시킬 수 있다.
제1 벤트 밸브(223)는 도1에 도시된 바와 같이, 활성탄 반응기(210)의 후단과 벤트 라인(222) 사이에 형성된다.
본 발명의 재활용장치(200)는 제1 열교환기(221)의 전단의 압력과 후단의 압력, 그리고 제2 열교환기(224)의 후단의 압력을 측정하는 압력계들(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(미도시)는 제1 열교환기(221)의 전단의 압력과 제1 열교환기(221)의 후단의 압력 차이에 따른 차압이 미리 설정된 제1 임계 차압을 초과하는 경우, 제1 벤트 밸브(223)를 제어하여, 활성탄 반응기(210)로부터 공급되는 합성 가스를 제1 열교환기(221)로 보내지 않고, 벤트 라인(222)을 통해 플레어 스택(280)으로 이송시킬 수 있다.
제2 열교환기(224)는 제1 열교환기(221)와 오일 스크러버(230) 사이에 배치되어, 제1 열교환기(221)로부터 1차로 열교환된 합성가스를 2차로 열교환하여, 2차 열교환된 합성가스를 오일 스크러버(230)로 공급하는 장치이다.
바이패스 라인(225)은 제2 열교환기(224)를 거치지 않고, 제1 열교환기(221)와 오일 스크러버(230) 사이를 바로 연결하는 배관이다.
제2 벤트 밸브(226)는 제1 열교환기(221)와 제2 열교환기(224) 사이를 연결하는 열교환기 라인 상에 형성되되, 제1 열교환기(221) 후단의 라인에서 제2 열교환기(224) 방향으로 가는 라인과, 오일 스크러버(230) 방향으로 가는 바이패스 라인으로 분기되는 분기 지점에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 제어부(미도시)는 압력계들(미도시)에 의해 측정된 제1 열교환기(221)의 후단의 압력과 제2 열교환기(224)의 후단의 압력 차에 따른 차압이 제2 임계 차압을 초과하는 경우, 제2 벤트 밸브(226)를 동작시켜, 제1 열교환기(221)로부터 1차로 열교환된 합성가스를 바이패스 라인(225)으로 이송시켜, 바로 오일 스크러버(230)로 투입되도록 하고, 반대로 제1 열교환기(221)의 후단의 압력과 제2 열교환기(224)의 후단의 압력 차에 따른 차압이 제2 임계 차압 이하이면, 상기 1차로 열교환된 합성가스가 제2 열교환기(224)로 이송되도록 할 수 있다.
오일 스크러버(230)는 열교환기(220)로부터 공급되는 열교환된 합성 가스에 일부 미전환된 타르를 제거하며, 이를 위한 오일 스크러버(230)는 오일 챔버(231) 및 오일분사부재(232)를 포함한다.
오일 챔버(231)는 오일을 수용하고 열교환기(220)와 연통하는 챔버로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 기립되어 설치될 수 있다. 이에 따라 오일 챔버(231)는 열교환기(220)로부터 공급되는 열교환된 합성가스에 일부 미전환된 타르를 제거한다.
구체적으로 오일 챔버(231) 내부에 있는 오일은 합성가스에 일부 미전환된 타르를 흡수하고, 타르를 함유한 오일은 오일 챔버(231)의 하부로 배출된다.
오일 챔버(231)의 상부는 집진 및 수분 제거 설비(240)와 연통한다.
또한, 오일 챔버(231)의 내부 상부에는 오일분사부재(232)의 적어도 일부가 위치하여 오일을 하부로 분사한다.
오일분사부재(232)는 적어도 일부가 오일 챔버(231)의 내부에 위치하여 오일을 분사한다.
집진 및 수분 제거 설비(240)는 오일 스크러버(230)로부터 공급되는 타르가 제거된 합성가스에 섞여 있는 불순물을 집진하고 분진 및 수분을 제거한다.
상기한 집진 및 수분 제거 설비(240)에서는 본 발명에서 원하는 합성가스가 최종적으로 제조되는 곳이다. 이에 따라 집진 및 수분 제거 설비(240)는 완성된 합성가스를 합성가스 재활용부(250)로 공급한다.
합성가스 재활용부(250)는 불순물이 집진되고 수분이 제거된 합성가스를 이용하여 전기 및 스팀 중 적어도 어느 하나를 생성할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 합성가스 생성장치
110: 가스화기
120: 유동사 투입장치
130: 폐마스크 연료 생산장치
140: 사이클론
150: 승온 버너
200: 재활용장치
210: 활성탄 반응기
220: 열교환기
110: 가스화기
120: 유동사 투입장치
130: 폐마스크 연료 생산장치
140: 사이클론
150: 승온 버너
200: 재활용장치
210: 활성탄 반응기
220: 열교환기
Claims (11)
- 폐마스크를 이용하여 합성가스를 생성하는 합성가스 생성장치와,
상기 합성가스 생성장치에서 생성된 합성가스에 섞여 있는 중금속, 타르 및 분진을 제거한 합성가스를 열원으로 재활용하여 전기를 생산하는 재활용장치를 포함하되,
상기 합성가스 생성장치는, 상기 폐마스크가 투입되면 연료로서 사용하기 위해 절단 및 그라인딩하는 것을 특징으로 하는 폐마스크 가스화 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 합성가스 생성장치는,
상기 폐마스크를 절단 및 그라인딩하여 상기 폐마스크를 펠렛화함에 따라 폐마스크 연료를 생산하는 폐마스크 연료 생산장치와,
상기 폐마스크 연료 생산장치와 연통하며, 상기 폐마스크 연료 및 유동사가 유입되는 가스화로 및 상기 가스화로의 하부에 형성되는 제1 이송부재를 포함하는 가스화기와,
상기 가스화기와 연통하여 투입되는 유동사를 상기 가스화기로 공급하는 유동사 투입장치와,
상기 가스화기의 일측 및 타측과 연통하는 사이클론을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐마스크 가스화 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 폐마스크 연료 생산장치는,
상기 폐마스크가 투입되는 폐마스크 투입로와,
기 정해진 제1 크기 이하로 상기 투입된 폐마스크를 절단하는 절단 커터와,
절단된 폐마스크를 스크류(screw) 회전을 이용하여 용융시키는 사출 성형기와,
상기 사출 성형기에 의해 용융된 폐마스크를 기 정해진 제2 크기 이하로 그라인딩하여 상기 폐마스크 연료를 생산하는 그라인더와,
상기 폐마스크 투입로의 하부에 형성되어, 상기 가스화로와 연통하는 제3 이송부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐마스크 가스화 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 가스화기는,
상기 제1 이송부재의 하단에 설치되며, 상기 가스화로 내부의 온도가 임계 온도를 초과하는 경우, 개방하여 고착물을 배출시키는 고착물 배출 밸브를 포함하되,
상기 가스화기는 상기 폐마스크 연료와 상기 유동사를 가열하여 상기 합성가스를 생성하는 것을 특징으로 하는 폐마스크 가스화 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 유동사 투입장치는,
상기 유동사를 수용하는 내부공간이 형성되는 유동사 투입챔버와,
상기 유동사 투입챔버의 하부에 형성되어 상기 가스화로와 연통하는 제2 이송부재와,
상기 제2 이송부재 상에 설치되며, 상기 가스화기 내부의 압력이 기준압력보다 낮으면, 상기 유동사가 상기 가스화로로 투입되도록 개방하는 유동사 공급 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐마스크 가스화 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 사이클론은,
상기 가스화기의 일측으로부터 공급되는 상기 합성가스에 섞여 있는 분진을 제거하여 외부로 배출하고, 상기 가스화기로부터 공급되는 상기 유동사를 상기 가스화기의 타측으로 공급하여 재사용하는 것을 특징으로 하는 폐마스크 가스화 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 재활용장치는,
상기 사이클론으로부터 공급되는 분진을 제거한 합성가스에 섞여 있는 중금속 및 타르를 제거하는 활성탄 반응기와,
상기 활성탄 반응기로부터 공급되는 상기 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 열교환시키는 열교환기와,
상기 열교환기로부터 공급되는 상기 열교환된 합성가스에 일부 미전환된 타르를 제거하는 오일 스크러버와,
상기 오일 스크러버로부터 공급되는 상기 타르가 제거된 합성가스에 섞여 있는 불순물을 집진하고 상기 타르를 제거하며 수분을 제거하는 집진 및 수분 제거 설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐마스크 가스화 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 열교환기는,
상기 활성탄 반응기의 후단에 연결되어, 상기 활성탄 반응기로부터 상기 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 공급받는 제1 열교환기와,
상기 제1 열교환기와 상기 오일 스크러버 사이에 배치되어, 상기 제1 열교환기로부터 열교환된 합성 가스를 2차로 열교환하여 상기 오일 스크러버로 공급하는 제2 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐마스크 가스화 시스템.
- 제8항에 있어서,
상기 재활용장치는,
상기 활성탄 반응기의 후단과 외부의 플레어 스택(flare stack) 사이를 연결하는 배관으로서, 상기 활성탄 반응기로부터 배출되는 합성가스를 상기 플레어 스택으로 이송시키는 벤트 라인과,
상기 활성탄 반응기 후단과 상기 벤트 라인 사이에 형성되는 제1 벤트 밸브를 더 포함하되,
상기 제1 열교환기 전단의 압력과 상기 열교환기 후단의 압력의 차이에 따른 차압이 제1 임계 차압을 초과하는 경우, 상기 제1 벤트 밸브가 동작하여, 상기 활성탄 반응기로부터 공급되는 합성 가스를 상기 벤트 라인을 통해 상기 제1 열교환기가 아닌 상기 플레어 스택으로 이송시키는 것을 특징으로 하는 폐마스크 가스화 시스템.
- 제8항에 있어서,
상기 재활용장치는,
상기 제1 열교환기와 상기 오일 스크러버 사이를 연결하는 바이패스 라인과,
상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이를 연결하는 열교환기 라인 상에 형성되어, 상기 제1 열교환기로부터 공급되는 열교환된 합성가스를 상기 오일 스크러버로 바로 이송시키기 위하여 상기 열교환기 라인과 상기 바이패스 라인 사이에 형성되는 제2 벤트 밸브를 더 포함하되,
상기 제1 열교환기의 후단의 압력과 상기 제2 열교환기의 후단의 압력 차이에 따른 차압이 제2 임계 차압을 초과하는 경우, 상기 제2 벤트 밸브가 동작하여 상기 제1 열교환기에 의해 열교환된 합성가스를 상기 바이패스 라인을 통해 상기 오일 스크러버로 바로 이송시키는 것을 특징으로 하는 폐마스크 가스화 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 재활용장치는,
불순물이 집진되고 수분이 제거된 합성가스를 이용하여 전기 및 스팀 중 적어도 하나를 생성하는 합성가스 재활용부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐마스크 가스화 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020210160973A KR102564465B1 (ko) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 폐마스크 가스화 시스템 |
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| KR1020210160973A KR102564465B1 (ko) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 폐마스크 가스화 시스템 |
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|---|---|
| KR20230076145A true KR20230076145A (ko) | 2023-05-31 |
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| 저널, 넘쳐나는 폐마스크,"에너지로 재활용" 목소리 커져, 주간동아, pp.1-3 (2020.10.21) 1부.* * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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