KR800001384B1 - 펠렛화된 폐기물 원료를 사용하여서 고체폐기물을 연료 기체로 전환시키는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

펠렛화된 폐기물 원료를 사용하여서 고체폐기물을 연료 기체로 전환시키는 방법

제1a 및 1b도는 본 발명의 폐물 처분 및 자원 회수 공정을 나타내는 개념적인 유통도이다.

본 발명은 일반적으로 고체 폐물 처리 및 유용한 연료나 화학적인 합성 기체를 생성하는 자원 회수하는 방법에 관한 것이며, 특히 이후로 앤더슨(Anderson) 방법으로 언급되는, 미국특허 제3,729,298호의 방법을 개량한 것으로 이하 설명하는 바와 같다.

고체 폐물을 처리하기 위한 가장 값싼 방법은 노천에 쏟아버리는 것이었다. 그러나 쓰레기 무더기는, 침출(浸出)을 통한 지하수 오염, 지가(地價)의 손실, 화재위험 등과 같은 심각한 문제들을 야기시킨다. 이보다 더욱 좋은 방법인, 위생적으로 흙으로 매몰시키는 방법은, 폐물을 흙과 혼합하여 沂으로 덮음으로써 이들 문제점들을 감소시켰다. 그러나, 대도시 지역에서는, 처리부지가 점점 없어져 가기 때문에 이러한 방법도 이용치 못하게 되었다. 상기한 두가지 방법들 모두는 흙으로 매몰시키기 전에 폐물을 소각시킴으로써 그 방법이 보완되었다. 종래의 소각처리는 쓰레기의 체적을 크게 감소시켰고 침출에 의해서 야기되는 오염을 어느정도 완화시킨 반면, 이는 대기오염과 같은 새로운 환경문제를 유발시키며, 비록 80-90%의 체적감소가 가능하지만, 잔류물이나 재는 생물학적으로 활성이 있으므로 흙으로 매몰시키는 과정은 여전히 필요하다. 더욱이, 종래의 소각처리에 의하면 자원회수는 최소화 되기 쉽다.

이와 같은 문제를 해결하기 위한 한가지 해결책이 미국특허 제3,729,298호에 설명되어 있다. 이에 대한 설명을 본 명세서상에 참고로 언급하면, 요약적으로, 앤더슨 공정은 폐물을 상부로 공급하고, 산소를 수직축의 노(爐)밑바닥으로 공급하는 공정으로 구성되어 있다. 노(또는 전환로)는 3개의 기능적인 영역을 가지고 있으며, 즉 상부의 건조영역, 중간의 열 분해 영역, 기저부의 연소 및 용융영역(또는 노바닥)으로 되어 있다. 이들 영역들은 명확하게 구별되지 않으며, 즉 이들 영역을 분리시키는 뚜렷한 경계가 없다. 폐물이 노안에서 아래로 내려감에 따라, 이는 우선 노를 통해서 올라오는 뜨거운 기체에 의해서 건조되고, 그 다음 열 분해된다. 열 분해는 폐물내에 있는 유기물질이 분해되어, CO, H₂및 탄화물(炭化物)이 발생됨과 아울러 산소가 부족한 대기내에서 열적으로 분해되는 과정이다. 폐물이 열분해 영역을 통해서 내려옴에 따라, 휘발성 물질들로 전환되어 폐물은 탄화물이 되며 이는 연소영역으로 내려간다. 여기서 탄화물은 산소로 연소되고, 유리나 금속과 같은, 폐물내의 무기 고체들을 용융시키는데 요구되는 열을 생성하는 일산화탄소 및 이산화탄소를 발생시킨다. 용융슬랙은 연속적으로 전환로로부터 유출되며, 물 배드내에서 급냉된다. 최소한 50%(고체기준)의 CO, H₂의 혼합물을 함유하는 기체는 노의 상부로부터 배출된다. 이러한 기체를 정화시키면, 중간등급의 연료기체로서 사용하거나 또는 화학합성을 위해서 쉽사리 사용될 수 있다.

천연자원이 점차로 결핍되어 감에 따라, 폐물로부터 이들 자원들을 회수하려는 요구가 점증되고 있다. 만약 철이나 주석, 알루미늄 또는 유리와 같은 여타 물질이 어떠한 실제적이고 경제적인 기술에 의해서 폐물로부터 회수할려면, 폐물을 더욱 처리하기 전에 이를 분쇄하는 것이 필요하다. 이와 같은 회수공정은 분쇄된 폐물의 여러 가지 성분들을 분리하기 위해서 자기장, 전기장 또는 공기의 분급방법을 사용한다. 분쇄 정도는 사용되는 분리방법과, 아울러 폐물로부터 회수되는 자원의 성질에 따라서 상당히 변화한다. 비록 철금속은 자기 분리에 의해서 분쇄된 폐물로부터 회수되기에 가장 용이한 것중의 하나이지만, 이는 앤더슨 방법에 의해서 생성된 슬랙-금속 잔사물로부터 쉽게 또는 경제적으로 추출 및 정제될 수 없다.

분쇄된 폐물이 샤프트 로에 공급되는 앤더슨 방법에 따라 처리될 때, 이는 공정의 적절한 작동에 대해서 요구되는 샤프트를 통한 기체의 흐름을 억제할 만큼 견고하게 밀집되어 있기 쉬움이 발견되었다. 이와 같은 문제점은 만약 노가 장시간 가동되면 특히 곤란하게 된다. 분쇄된 폐물의 밀집으로 인하여 야기되는 문제점들중의 하나는, 노바닥으로부터 올라오는 기체가 폐물 베드의 전체 단면적을 통해서 균일하게 흐르지 않으며, 흐름이 제지되는 대신에 약간의 통로로만 흐르게 된다는 것이다. 이들 통로들은 폐물의 열분해 및 이로 인해 생성된 탄화물의 산화가 발생함에 따라서 확대되며, 결국은 대부분의 기체가 통과하여 흐를 수 있는 하나의 큰 통로가 형성된다. 이와 같은 채널링은 공정의 효율을 상당히 감소시키며, 이는 통로를 통해서 노 바닥으로부터 상승화는 뜨거운 기체들은 기체화, 열 분해 및 건조 공정이 발생하는데 필요한 열을 전달하기에는 불충분한 시간과 표면 접촉면적을 가지고 있기 때문이다. 결과적으로, 기체들은 고온에서 노의 상부로부터 배출되며, 이는 낮은 열효율, 산소소비의 증가 그리고 생성기체의 BTU값의 감소를 초래하게 된다.

본 발명의 목적은 첫째로, 미국특허 제3,729,289호에 설명된 방법을 채택함으로써 원료 물질로써 분쇄된 폐물을 사용할 때 이의 효율적인 가동을 가능하게 하는 것이며, 둘째로 분쇄된 폐물을 처분하는 방법을 제공하여 이로부터 철 금속이 분리되고, 이와 동시에 유용한 연료 또는 합성기체가 생성되고, 셋째로 산소-열 분해 공정에 의해서 고체 폐물을 처분하고 천연자원을 회수하는 공정을 제공하며, 여기서 철금속은 분쇄된 폐물로부터 회수되고 폐물은 후에 유용한 기체와 불활성 고체 잔사물로 전환된다.

본 발명은 다음과 같은 공정으로 구성되어 있다 :

폐물을 처분하고 이와 동시에 유용한 기체 생성물과 불활성 고체 잔사물을 생성하는 공정에 있어서, 이러한 공정은 (a) 페물을 사직 샤프트 노의 상부에 공급하고, (b) 산소 함유기체를 노의 기저부로 공급하며, (c) 폐물의 유기물을 열 분해하고, (d) 폐물의 무기부분을 유동화시키며, (e) 기체 생성물을 노의 상부로부터 배출시키고, (f) 유동화 처리된 무기물질을 노의 기저부로부터 유출시키는 단계들로 구성되어 있으며 : 이러한 공정의 개선점은 폐물을 치밀한 펠렛 형태로 하여 노에 공급하는 것으로서, 이러한 펠렛의 특징은, (1) 식

로 주어진 것보다 더 큰 밀도를 가지며(여기서 D=펠렛의 밀도(kgs/㎥), A=폐물 펠렛에 있어서의 무기물 %), (2) 식 R=8.7(G/H) 0.625로 주어진 것보다 더 큰 표면적 대 체적의 비를 가진다는 것이다(여기서 R=펠렛의 표면적대 체적의 비(㎡/㎥), H=노에 있어서의 폐물 배드의 높이(m), G=폐물 공급속도(노 단면적 1㎡당 하루의 용적톤수).

좋기로는, 산소 함유 공급기체로서 최소한 40부피%의 산소를 함유하는 기체를 사용함으로써 공정이 수행된다. 또한 산소대 폐물 원료의 무게비는 0.15 : 1에서 0.28 : 1의 범위에서 유지되는 것이 좋다.

본 명세서에서 사용되는 “폐물”이란 용어는 어떠한 고체 폐기물도 포함되며, 즉 여하한 형태의 도시, 산업, 상업 또는 농업 폐기 물질도 포함된다. 이와 같은 물질은 보통 종이, 플라스틱, 고무, 목재, 유리, 식품폐기물, 나뭇잎, 물, 주석 깡통 및 기타 폐기금속 생성물들과 같은, 여러 가지 양의 유기 및 무기 물질들로 구성되어 있다. 또한 폐수 슬러지를 폐물과 혼합함으로써 이러한 물질을 처리하는 것도 가능하다.

본 명세서에서 사용되는, 폐물에 적용되는 것과 같은 “세단(細斷))된”이라는 용어는, 여하한 형태의 크기 축소 기술과 아울러 광범위한 입자크기를 포함하며, 이들 두 인자들은 일차적으로 열 분해에 앞서 폐물이 자원회수 목적으로 선처리되는 공정특성에 달려 있다. 그러므로 세단 공정은 매우 미세한 입자크기로 만들기 위한 여러개의 분쇄단계로 구성될 수 있으며, 또한 이러한 세단 공정은 구조물들의 최소한의 분쇄 또는 도리깨형 분쇄기와 같은 것으로 플라스틱 백들을 부수어 이들의 내용물들을 개방시키는 분쇄공정을 포함할 수 있다. 원료 교체 폐기물이 원래 충분히 작은 크기로 되어 있어서 직접적으로 펠렛으로 만들 수 있는 경우에는, 단지 크기가 큰 물체들을 분리시키는 것으로도 충분하며 ; 주요한 기준은 폐물이 튼튼한 펠렛으로 치밀하게 조정되는 능력이다.

본 발명의 폐물 폐기 및 자원회수 공정은 도면을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있다. 폐물은 보통 이를 피트(2)내로 쏟아버리는 폐물수집 또는 이동 트럭(1)으로 이동된다. 크레인(3)은 물질을 비교적 균일하게 공급하기 위하여 피트내에서 폐물을 혼합한다. 이와 같은 피트는 비교적 균일한 물질공급을 제공함과 아울러 도시 폐기물들이 정상적으로 수집되지 않을 때 수주동안 가동을 중지해야 하는 것을 방지하기 위해서 수일간의 연속조업에 상당하는 용량을 가져야 한다. 크레인(3)은 폐물을 컨베이어(4)상에 실어주며, 컨베이어는 폐물을 받은 상태로 이를 분쇄기(5)로 공급하고, 분쇄기에서 폐물은 그 크기가 분쇄기(5)로부터 방출되는 입자의 가장 큰 크기가 대략 4-6인치가 될 정도로 작아진다. 그 다음 분쇄된 폐물은 컨베이어(6)에 의해서 종래의 자기밸트 분리기로 이송되며, 여기서 약 95%의 철이 폐물로부터 제거된다. 철은 컨베이어(8)상에 떨어지며 컨베이어 금속회수 공장으로 운반하기 위한 이동 트레일러(도면에 나타내지 않음)로 철을 이동시킨다. 실질적으로 자성을 가진 금속이 없는 분쇄된 폐물의 잔류물은 컨베이어(9)상에 떨어지며 이는 폐물 R을 호퍼(10)으로 이동시키고 호퍼는 폐물을 노(12)상부 근처에 위치한 고압조립(造粒)기(11)로 공급한다. 조립기(11)은 폐물을 전부 원하는 크기 및 밀도로 만든다.

조립기(11)은 또한 분쇄된 폐물 펠렛들을 샤프트노(12)의 탑정부내로 직접 공급한다. 치밀하게 조성된 폐물 펠렛들은 기체들이 폐물공급구를 통하여, 노 외부로 유출되는 것을 방지하는 시일(seal)을 제공한다. 생성기체 G는 방출관(13)을 통해서 노(12)의 탑정부로부터 배출된다. 최소한 50부피%의 CO 및 H2(건조상태기준)를 함유하는 이들 기체들은 연료기체 또는 예를 들어서 암모니아로 전환되는 화학공정을 위한 합성기체로서 사용될 수 있다. 노(12)의 기저부에는 화상(火床) 부분을 가지고 있으며, 이는 하나 이상의 송풍구(14)를 통해서 산소를 주입시키는 장치와 유동화 처리된 금속 및 슬랙을 방출하기 위한 슬랙 탭을 포함하고 있고, 이러한 금속 및 슬랙은 슬랙관(15)를 통해서 물에 채워진 급냉 탱크(16)로 흐른다. 슬랙을 고체화시키고 미세하게 분화된 불활성 고체 무기 잔류물로 분쇄시키는, 급냉 탱크내의 물은 또한, 기체들이 미소한 압력하에서 가동되는 노(12)로부터 누출되는 것을 방지하는 물시일을 제공한다. 드래그 컨베이어(17)은, 고체화된 잔류물 S를 급냉탱크(16)으로부터 제거시키고 이를 덤프 트럭(18)과 같은 수집용기내로 떨어뜨리기 위해서 사용될 수 있다.

펠렛의 강도는 그 밀도와 펠렛의 표면적 대.체적의 비에 의해서 가장 잘 정의되는 것으로서, 노의 정상가동에 결정적으로 중요하다. 펠렛들은 이들이 건조 및 열 분해 영역을 통해서 아래로 이동할 때 노 내부에서 손상되지 않은 상태로 남아있을 만큼 충분히 강해야 한다. 이러한 사항은 열 전달에 필요한 우수한 기체-고체 접촉면적을 제공하기 위한 것과 같은 방법으로 베드의 전체 단면적을 통해서 기체가 상승하게 하는 노내부의 다공성 구조를 제공하기 위해서 필요하다. 건조시킴은 펠렛의 강도를 증가시킴이 발견되었다. 그래서, 펠렛들은 샤프트노를 따라 아래로 내려올수록 그 강도가 증가된다. 베드가 기체 불침투성 고체물질로 되는 것을 방지하고, 한편 동시에 폐물이 노 내부에서 발생하는 열 분해 및 연소 공정에 의해서 소모될 때 펠렛들이 서로에 대해서 상대적으로 이동하는 것이 방지되는 것은 베드의 전장에 걸친 그와 같은 응집된 펠렛들의 존재 때문이다. 서로에 대해서 상대적인 펠렛들의 운동에 의해서, 펠렛들이 채널 내부로 떨어질 때 큰 채널들은 막히게 되는 경향이 있다. 더욱이, 베드는 폐물이 소모될 때 자체적으로 연속적으로 재 배열될 것이며, 이로써 베드의 붕괴를 초래하는 급작스런 큰 불안정성이 방지된다.

너무 낮은 밀도를 가진 폐물 펠렛은 충분한 구조적 강도가 결여되어 있을 것이며 노 내부로 공급될 때 분쇄되는 경향을 나타낼 것이다. 이러한 사실은 펠렛화되지 않은 세단된 폐물이 노 내부로 공급될 때 발생하는 것과 동일한 형태의 현상이 발생함을 초래한다.

상기한 공정에 있어서 응축된 상태로 존재하는 충분한 구조적 강도를 가진 폐물 펠렛을 제공하기 위해서는, 이러한 펠렛은 다음의 식에 의해서 주어진 밀도보다 더 큰 밀도를 가져야 한다.

여기서 :

폐물 펠렛들이 필요한 구조적인 강도를 가질만큼 밀도가 높을 때, 건조 및 열분해 반응은 펠렛내에서의 열 전달율 및 확산에 의해서 제한을 받는다.

최적의 성능에 대해서는, 펠렛의 표면적대 체적의 비는 다음식에 의해서 주어진 수치보다 더 커야한다.

여기서 :

R=펠렛의 표면적대 체적의 비(㎡/㎥)

H=느 내에서의 폐물 베드의 높이(m)

G=폐물 공급속도(노 단면적 1㎡당 하루의 용적톤수)

만약 펠렛이 윗식에서 계산된 수치보다 더 낮은 표면적대 체적의 비를 가진다면, 샤프트노에서 상승하는 기체의 에너지는 불충분하게 사용될 것이며, 이는 생성기체의 온도가 상승함을 초래하고 이와같은 배출기체의 높은 온도는 고도의 산소 소비 및 낮은 발열량을 가진 기체의 생성에 의해서 비효율적인 가동을 야기시킨다.

본 발명에 있어서 요구되는 고밀도 펠렛들은 보통의 가정용 또는 산업용 폐물 콤팩터에 의해서 만들어진 밀집된 폐물과 구별되어야 한다. 이들 콤팩터들은 통상 약 2.1kg/㎠의 램(ram)압력을 사용하여서 물질을 그것의 본래 체적의 약 1/3로 밀집시킨다. 이와같은 밀집화는 본 발명에서 요구되는 크기 및 밀도의 펠렛을 제공하는데는 전적으로 부적합하다. 본 발명에서 요구되는 형태의 펠렛들을 생성하기에 적합한 장치는 1976년 4월 12일에 파일된 미국특허출원 제675,934호에 설명되어 있다.

폐물이 지정된 밀도 및 표면적대 체적의 비율로 펠렛화될 수 있는 한, 본 발명은 여하한 형태의 폐물로부터 만들어진 펠렛으로도 만족스럽게 수행될 것이며, 펠렛들은 분쇄된 폐물로부터 만들어지는 것이 좋다. 또한 대부분의 철금속이 펠렛으로 밀집화되기 전에 분쇄된 폐물로부터 분리되는 것이 좋다. 펠렛밀도의 좋은 범위는 400-800kg/㎥이다.

다음의 실시예는 본 발명의 방법을 예시하기 위한 것이다.

[실시예 1]

480-640kg/㎥의 밀도와, 33cm의 직경, 그리고 13-20cm의 길이를 가지고, 28-70kg/㎠의 밀집 압력으로 생성된, 도시 폐기물의 실린더형 펠렛들은 하루에 약 90용적톤의 평균속도로, 3m의 내부직경과 약 6m의 전체 베드 높이를 가진 수직이고 내화벽으로 내장된 금속 샤프트 노 내부에 공급되었다. 펠렛의 표면적 대 체적의 비는 2.2-2.8㎡/㎥이었다. 밀집화 압력과 펠렛의 길이는 폐물내의 습기와 양과 폐물조성에 따라서 변화된다. 노가 약 24시간 동안 운전된 후에 정상 상태가 도달되었다. 노의 운전은 정상상태의 생성기체속도, 베드에 걸친 정상상태의 압력강하, 그리고 노에서 유출되는 배출기체의 낮은온도(150-315℃)에 의해서 나타난 바와같이 평탄하고 효율적이었다. 운전도중의 산소공급은 폐물 1용적톤당 0.17-0.22용적톤의 산소 범위내에서 유지되었다.

Claims (1)

1. 본문에 상술한 바와같이, 폐물을

   

   보다 더 큰 밀도와

   

   보다 더 큰 표면적대 체적의 비를 가진 펠렛의 형태로 수직 샤프트 노의 탑정부내로 공급하고, 산소 함유 기체를 노의 기저부내로 공급하며, 폐물의 유기성분을 열 분해시키고, 폐물의 무기 성분은 유동화시키며, 기체생성물은 노의 탐정부로부터 배출시키고, 유동화된 무기물은 노의 기저부로부터 유출시키는 단계로 구성된, 유용한 기체 생성물과 불활성 고체 잔류물을 생성하는 동시에 폐물을 처리하는 방법.

   윗식에서, D는 펠렛의 밀도(kg/㎥)이고, A는 폐물 펠렛에 있어서의 무기물 퍼센트이며, R은 펠렛의 표면적대 체적의 비(㎡/㎥)이고, H는 노에 있어서의 폐물 베드의 높이(m)이며, G는 폐물 공급속도(노의 단면적당 하루의 용적톤수)임.

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