WO2011081251A1 - 고함수 유기성 폐자원 건조장치 및 방법 - Google Patents

고함수 유기성 폐자원 건조장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2011081251A1
WO2011081251A1 PCT/KR2010/001273 KR2010001273W WO2011081251A1 WO 2011081251 A1 WO2011081251 A1 WO 2011081251A1 KR 2010001273 W KR2010001273 W KR 2010001273W WO 2011081251 A1 WO2011081251 A1 WO 2011081251A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
oil
organic waste
drying
heat
gas
Prior art date
Application number
PCT/KR2010/001273
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
엄태인
Original Assignee
한밭대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한밭대학교 산학협력단 filed Critical 한밭대학교 산학협력단
Publication of WO2011081251A1 publication Critical patent/WO2011081251A1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/04—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment drying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/02—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/44—Details; Accessories
    • F23G5/46—Recuperation of heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2201/00—Pretreatment
    • F23G2201/10—Drying by heat
    • F23G2201/101—Drying by heat using indirect heat transfer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2206/00—Waste heat recuperation
    • F23G2206/20—Waste heat recuperation using the heat in association with another installation

Definitions

  • the present invention relates to a high-functional organic waste resources drying apparatus and method, specifically, it is possible to dry high-functional organic waste or coal in a short time and to minimize the energy used during drying, preventing environmental pollution and effective resource recovery
  • the present invention relates to an economical and practical high-function organic waste resource drying apparatus and method.
  • organic waste refers to wastes containing high amounts of carbohydrates and vegetable fiber, and wastes such as food waste, sewage and wastewater sludge, and river dredged soils, which are emitted a lot in our daily lives. It can be called representative. These organic wastes generate about 7 million tons per year, 70% of which are disposed of by dumping at sea, and the recycling rate is very low at around 10%.
  • sludge in organic wastes is also called sludge due to the sedimentation of suspended solids in the water. It mainly occurs in sewage or various industrial wastewater, and is classified as organic waste because it contains many organic substances that can be decomposed by microorganisms.
  • Organic sludge containing such sludge is complicated by its physical and chemical additives such as polymer coagulants for advanced treatment, and its composition is complex and contains a large amount of water (70-85% W.B.). Therefore, it is difficult to handle, and it is impossible to remove moisture only by physical dehydration such as compression filtration, centrifugal dehydration and vacuum filtration.
  • organic waste is currently dried in contact with hot air in fluidized or stationary devices, or dried using solar or air in a wide open stationary bed.
  • the former method consumes a lot of energy used for waste drying and heating of the heat medium used for waste drying, and as the surface of the waste mass is first dried during the drying process, a dense film is formed, which slows down the internal drying. .
  • the latter method is difficult to apply to the waste treatment that occurs continuously because of the slow processing speed and the space for collecting a large amount of waste.
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, it is possible to dry high-functional organic waste or coal in a short time and to minimize the energy used during drying, it is economical for preventing environmental pollution and effective resource recovery
  • the purpose is to provide a practical high-function organic waste resources drying apparatus and method.
  • the high-functional organic waste resources drying apparatus for achieving the above object is an evaporation dryer for drying the high-functional organic waste in direct contact with the heat medium oil, and adiabatic compression of the evaporated gas generated during drying of the high-functional organic waste.
  • a heat exchanger connected to the compressor through the evaporator dryer and the heat medium oil circulation pipe and heating the heat medium oil discharged from the evaporator using the evaporation gas adiabaticly compressed in the compressor and then resupplying the heat medium oil to the evaporator
  • a condenser for condensing the boil-off gas heated by the heat medium oil in the air, an oil / water separator for separating the boil-off gas condensed in the condenser into water and oil, and storing the oil separated from the oil-water separator and supplying the stored oil to a heat exchanger.
  • Oil storage tanks are included.
  • the method for drying high-functional organic waste resources comprises the steps of adding a high-functional organic waste, drying the direct contact with the thermal oil to the high-functional organic waste, and drying the high-functional organic waste.
  • Adiabatic compression of the boil-off gas heating the thermal oil used for the drying of the high-function organic waste using the adiabatic compressed boil-off gas, and condensing the cooled boil-off gas used for the heating of the thermal oil And separating the oil and the water generated during the condensation of the boil-off gas.
  • the high function organic waste resource drying apparatus and method according to the present invention configured as described above can shorten the drying time by directly contacting the high temperature organic waste or coal with high temperature heat medium oil, and when drying the high function organic waste.
  • the final dry organic waste (heating amount 2,000 ⁇ 5,000kcal / kg) be used as its own fuel, but also when mixed with solid fuel such as coal, it does not affect the combustion characteristics and the generation of air pollutants. Can be used.
  • the high-functional organic waste is dried in a heat medium oil, a glue zone does not occur in the drying process, and the moisture evaporation efficiency of the high-functional organic waste by heat transfer of the heat medium oil is excellent. Do.
  • FIG. 1 is a block diagram of a high functional organic waste resources drying apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flow chart of a high-function organic waste resources drying method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a high-functional organic waste resources drying apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the high-function organic waste resource drying apparatus includes an evaporator dryer 110 for drying the high-function organic waste, a compressor 120 for compressing the evaporation gas generated when the high-function organic waste is dried, and evaporated using the compressed evaporation gas.
  • Heat exchanger 130 for heating the oil used as a heat medium of the dryer (hereinafter referred to as a heat medium oil), a condenser 140 for condensing the evaporated gas generated by heating the heat medium oil, separating the condensed evaporated gas into water and oil
  • the oil and water separator 150, a deoiler 180 for separating oil from dried organic waste, and a boiler 190 for producing water vapor and supplying it to the compressor 120 is configured.
  • the evaporator dryer 110 directly contacts the heat medium oil to the high-function organic waste, and in this process, evaporates (in-oil evaporates) water through boiling heat transfer by heat energy of the heat medium oil, thereby rapidly drying the high-function organic waste.
  • the heat medium oil may be an oil-based oil or a vegetable or animal fat, and the temperature thereof is preferably 120 to 170 ° C.
  • the compressor 120 collects the evaporated gas (waste gas including water vapor, oil vapor, and volatile organic compounds) generated during drying of the high-function organic waste and compresses the insulation.
  • the adiabatic compressed boil-off gas is supplied to the heat exchanger 130 to exchange heat with the heat medium oil, and the temperature of the adiabatic compressed boil-off gas so as to heat the heat medium oil to the above-mentioned temperature is preferably 112 to 180 ° C., or more. .
  • the internal pressure of the compressor 120 for adiabatic compression is preferably 1.5 to 10 atm (absolute pressure).
  • the compressor 120 adiabaticly compresses the steam produced using the condensed water generated during the heat exchange in the heat exchanger 130 in addition to the above-mentioned evaporated gas, that is, the evaporated gas generated during drying of the high-function organic waste.
  • the reason why the steam 120 is additionally supplied to the compressor 120 in addition to the boil-off gas is that part of the boil-off gas is condensed and discharged to the outside when the heat medium oil is heated in the heat exchanger 130.
  • the amount of additionally supplied water vapor is preferably 20 to 40% of the boil-off gas flowing into the compressor (120).
  • the compressor 120 may be a reciprocating or centrifugal multistage compressor (for example, a three-stage compressor) that compresses in multiple stages according to the pressure of the boil-off gas, and more specifically, a screw type, wing type oil-free type, swinging It may be an oil-free type.
  • a compressor in the form of a turbine may be used for large-capacity compression.
  • the heat exchanger 130 is a component in which heat exchange is performed between the heat medium oil discharged from the evaporator dryer 110 and the boil-off gas compressed by the adiabatic compressor from the compressor 120 as described above.
  • the heat exchanger 130 is connected to the evaporator dryer 110 through the heat medium oil circulation pipe 210 to allow the heat medium oil to circulate the evaporator dryer 110 and the heat exchanger 130. That is, the heat medium oil indirectly heated in the heat exchanger 130 is supplied to the evaporator dryer 110 to dry the high functional organic waste, and the used heat medium oil is introduced into the heat exchanger 130 and reheated.
  • Condenser 140 condenses the boil-off gas used to heat the heat medium oil. At this time, the water vapor and oil vapor is liquefied and supplied to the oil and water separator 150, the waste gas containing volatile organic compounds (VOCs) is sent to the boiler 190 by the blower 142. At this time, the pressurized waste gas is used as a part of fuel for operating the boiler 190.
  • VOCs volatile organic compounds
  • the oil / water separator 150 separates the water vapor and the oil vapor liquefied in the condenser 140 into water and oil, respectively.
  • the oil is stored in the oil storage tank 160, and when the heat medium oil is insufficient, it is supplied to the heat exchanger 130 and used as the heat medium oil, and the water is stored in the waste water storage tank 170 and discharged through the post-treatment process.
  • the deoiler 180 is a means for separating oil from dried organic waste. That is, since the organic waste dried in the evaporator 110 contains a large amount of oil by contact with the heat medium oil, it is necessarily discharged after the oil is removed through the deoiler 180. At this time, the removed oil is stored in the oil storage tank 160 and is supplied to the heat exchanger 130 when the heat medium oil is insufficient and used as the heat medium oil.
  • the boiler 190 is a means for producing steam using the condensed water generated during the heat exchange in the heat exchanger 130 and supplying the produced steam to the compressor 120.
  • the boil-off gas supplied to the heat exchanger 130 is partially condensed in the heat exchange process and discharged to the outside.
  • a part of the boil-off gas may be supplied to the boiler 190 and heated to be supplied to the compressor 120 to compensate for the shortage of the boil-off gas.
  • the amount of water vapor added through the boiler 190 is preferably 20 to 40% of the boil-off gas flowing into the compressor 120.
  • waste gas containing volatile organic compounds (VOCs) generated in the condenser 140 may be used as part of the operating fuel of the boiler 190.
  • FIG. 2 is a flow chart of a high-function organic waste resources drying method according to this embodiment.
  • the boil-off gas (waste gas containing water vapor, oil vapor and volatile organic compounds) generated in the process of drying the high functional organic waste is adiabatic compressed at a pressure of 1.5 to 10 atm (absolute pressure) in the compressor 120 (S30). ).
  • the compressed boil-off gas is supplied to the heat exchanger 130 in a state in which the temperature thereof is increased to 112 to 180 ° C., and heats the heat medium oil by indirect heat exchange with the heat medium oil in the heat exchanger 130 (S40). And the indirectly heated heating medium oil is supplied to the evaporator dryer 110 through the heating medium oil circulation pipe 210, and used to dry the high-function organic waste and then flows back into the heat exchanger (130).
  • the boil-off gas used to heat the heat medium oil in the heat exchanger 130 is supplied to the condenser 140 to condense (S50). At this time, the water vapor and the oil vapor generated during the condensation of the evaporated gas is liquefied and supplied to the oil and water separator 150, and the waste gas containing volatile organic compounds (VOCs) is pumped to the boiler 190 by the blower 142.
  • VOCs volatile organic compounds
  • Water vapor and oil vapor liquefied in the condenser 140 is separated into water and oil in the oil and water separator (150) (S60), the oil is stored in the oil storage tank 160 after the heat medium oil is insufficient heat exchanger (130) ) Is supplied as a heat medium oil, and the water is stored in the wastewater storage tank 170 and discharged through a post-treatment process.
  • the organic waste dried in the evaporator dryer 110 is discharged after the oil is removed through the deoiler 180, the removed oil is stored in the oil storage tank 160 after the heat medium is insufficient heat exchanger ( 130) and is used as heat medium oil.
  • the amount of water vapor added through the boiler 190 is preferably 20 to 40% of the boil-off gas flowing into the compressor 120.
  • the waste gas containing volatile organic compounds (VOCs) that are pumped by the blower 142 to the boiler 190 is used as an auxiliary fuel for operating the boiler 190. That is, when the heat medium oil heated in the heat exchanger 130 does not rise to a predetermined temperature (112 to 180 ° C.), the boiler 190 is operated to further heat the heat medium oil.
  • VOCs volatile organic compounds
  • organic waste having a water content of 40 to 90% that is, sewage sludge, wastewater sludge, food waste, livestock manure, river dredged soil or low-grade coal, etc. 100% was added and deposited for 10-20 minutes.
  • Table 1 shows the saturated solution temperature according to the water pressure. As shown in Table 1, it can be seen that when the pressure of the evaporated water vapor is increased, the temperature of the evaporated water vapor increases in proportion to a nearly straight line up to about 7 atm (absolute pressure).
  • Table 2 shows the water content and energy consumption rate (when the water content is 80% sewage sludge) when only the evaporative steam compressor is used. As shown in Table 2, the higher the pressure of the evaporated water vapor, the higher the power consumption of the compressor. However, the temperature of the evaporated water vapor also increases, so that the temperature of the heat medium oil can be increased, shortening the drying time of the sludge and drying the sludge. It can be seen that the moisture content of can be lowered.
  • Table 3 shows the energy consumption rate (when the water content is 80% sewage sludge) compared to the existing drying technology. As shown in Table 3, compared with the existing sewage sludge drying technology, it can be seen that the drying time of the sludge can be shortened, and the energy consumption rate can be significantly reduced.

Abstract

본 발명은 고함수 유기성 폐기물 또는 석탄을 단시간에 건조할 수 있고 건조시 사용되는 에너지를 최소화할 수 있어, 환경오염방지와 유효자원회수를 위해 경제적이고 실용적인 고함수 유기성 폐자원 건조장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고함수 유기성 폐자원 건조장치는, 고함수 유기성 폐기물을 열매체 오일과 직접 접촉시켜 건조하는 증발건조기와, 고함수 유기성 폐기물 건조시 발생한 증발가스를 단열압축하는 압축기와, 상기 증발건조기와 열매체 오일 순환배관을 통해 연결되고 상기 압축기에서 단열압축된 증발가스를 이용하여 상기 증발건조기에서 배출된 열매체 오일을 가열한 후 상기 증발건조기로 재공급하는 열교환기와, 상기 열교환기에서 열매체 오일을 가열한 증발가스를 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 증발가스를 수분과 오일로 분리하는 유수분리기와, 상기 유수분리기에서 분리된 오일을 저장하고 저장된 오일을 열교환기로 공급하는 오일저장탱크를 포함한다. 또한, 본 발명에 의한 고함수 유기성 폐자원 건조방법은, 고함수 유기성 폐기물을 투입하는 단계와, 투입된 고함수 유기성 폐기물에 열매체 오일을 직접 접촉시켜 건조하는 단계와, 고함수 유기성 폐기물의 건조시 발생한 증발가스를 단열압축하는 단계와, 단열압축된 압축된 증발가스를 이용하여 고함수 유기성 폐기물의 건조에 사용되는 열매체 오일을 가열하는 단계와, 열매체 오일의 가열에 사용되어 냉각된 증발가스를 응축하는 단계와, 증발가스 응축시 발생한 수분과 오일로 분리하는 단계를 포함한다.

Description

고함수 유기성 폐자원 건조장치 및 방법
본 발명은 고함수 유기성 폐자원 건조장치 및 방법에 관한 것이며, 구체적으로는 고함수 유기성 폐기물 또는 석탄을 단시간에 건조할 수 있고 건조시 사용되는 에너지를 최소화할 수 있어, 환경오염방지와 유효자원회수를 위해 경제적이고 실용적인 고함수 유기성 폐자원 건조장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유기성 폐기물이라 함은 탄수화물과 소채류의 섬유질이 많이 함유된 상태의 폐기물을 말하는 것으로서, 우리 일상생활에서 하루에도 많은 양이 배출되는 음식물쓰레기나 하수 및 폐수슬러지와 하천 준설토양 등과 같은 폐기물이 대표적이라 할 수 있다. 이러한 유기성 폐기물은 연간 700만 톤 정도 발생하는데, 이 중 70% 가량이 해양투기로 처리되며, 재활용되는 비율은 10% 내외로 매우 낮다.
폐기물 해양투기를 전면 규제하는 해양오염방지조약인 런던협약에 따라 우리나라도 2012년부터는 폐기물의 해양투기가 전면 금지된다. 따라서 지금까지 해양투기로 처리하던 폐기물을 육상으로 전환해야 하는데, 이를 위해 10% 내외인 유기성 슬러지 재활용 비율을 2011년까지 70% 정도로 높이려는 정책이 시도되고 있다.
한편, 유기성 폐기물 중 슬러지(sludge)는 수중의 부유물이 침전된 것으로서 오니라고도 한다. 이는 하수 또는 각종 산업폐수 등에서 주로 발생하며, 대부분 미생물에 의해 분해 가능한 유기물질을 많이 포함하고 있어 유기성 폐기물로 분류된다.
이러한 슬러지를 포함하는 유기성 폐기물은 고도처리를 위한 고분자 응집제 등의 물리, 화학적 첨가제에 의해 결합되어 있기 때문에 그 성상이 복잡하고 다량의 수분(70~85%W.B.)을 함유하고 있다. 따라서 취급이 어렵고, 압착여과, 원심탈수, 진공여과 등의 물리적인 탈수만으로는 수분 제거가 불가능하다.
이러한 이유로, 현재 유기성 폐기물은 유동상 또는 고정상의 장치 내에서 열풍과 접촉시켜 건조하거나, 넓고 개방된 고정상에서 태양열 또는 대기를 이용하여 건조한다.
이중에서, 전자의 방법은 폐기물 건조와 폐기물 건조에 사용되는 열매체의 가열에 사용되는 많은 에너지가 소모되고, 건조과정에서 폐기물 덩어리 표면이 먼저 건조됨에 따라 치밀한 피막이 생겨 내부의 건조를 더디게 하는 문제점이 있다. 또한, 후자의 방식은 처리속도가 느리고, 다량의 폐기물을 수집할 수 있는 공간이 필요하므로, 연속적으로 발생하는 폐기물 처리에 적용하기 어렵다.
상술한 방식 이외에, 폐기물에 전자파를 조사하여 수분을 증발시키는 방식이 있는데, 이 경우도 폐기물이 갖는 전자파에 대한 낮은 투과성 때문에 넓은 조사면적이 요구되어, 장치의 부피가 커지는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고함수 유기성 폐기물 또는 석탄을 단시간에 건조할 수 있고 건조시 사용되는 에너지를 최소화할 수 있어, 환경오염방지와 유효자원회수를 위해 경제적이고 실용적인 고함수 유기성 폐자원 건조장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고함수 유기성 폐자원 건조장치는, 고함수 유기성 폐기물을 열매체 오일과 직접 접촉시켜 건조하는 증발건조기와, 고함수 유기성 폐기물 건조시 발생한 증발가스를 단열압축하는 압축기와, 상기 증발건조기와 열매체 오일 순환배관을 통해 연결되고 상기 압축기에서 단열압축된 증발가스를 이용하여 상기 증발건조기에서 배출된 열매체 오일을 가열한 후 상기 증발건조기로 재공급하는 열교환기와, 상기 열교환기에서 열매체 오일을 가열한 증발가스를 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 증발가스를 수분과 오일로 분리하는 유수분리기와, 상기 유수분리기에서 분리된 오일을 저장하고 저장된 오일을 열교환기로 공급하는 오일저장탱크를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 고함수 유기성 폐자원 건조방법은, 고함수 유기성 폐기물을 투입하는 단계와, 투입된 고함수 유기성 폐기물에 열매체 오일을 직접 접촉시켜 건조하는 단계와, 고함수 유기성 폐기물의 건조시 발생한 증발가스를 단열압축하는 단계와, 단열압축된 압축된 증발가스를 이용하여 고함수 유기성 폐기물의 건조에 사용되는 열매체 오일을 가열하는 단계와, 열매체 오일의 가열에 사용되어 냉각된 증발가스를 응축하는 단계와, 증발가스 응축시 발생한 수분과 오일로 분리하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 고함수 유기성 폐자원 건조장치 및 방법은, 고함수 유기성 폐기물 또는 석탄에 고온의 열매체 오일을 직접 접촉시켜 건조시간을 단축할 수 있고, 고함수 유기성 폐기물의 건조시 발생하는 증발가스를 이용하여 열매체 오일을 고온으로 가열함으로써 건조시 사용되는 에너지를 최소화할 수 있다.
또한, 최종 건조 유기성 폐기물(발열량 2,000~5,000kcal/kg)을 자체 연료로 활용할 수 있을 뿐만 아니라 석탄 등의 고체연료와 혼합 연소할 경우 연소특성과 대기오염물질 발생에도 큰 영향을 미치지 않으므로 재생연료로 사용할 수 있다.
또한, 고함수 유기성 폐기물이 열매체 오일에 잠김 상태로 건조되므로 건조과정에서 점도가 증가하는 글루존(glue zone)이 발생하지 않으며, 열매체 오일의 열전달에 의한 고함수 유기성 폐기물의 수분 증발 효율이 매우 우수하다.
게다가, 열매체 오일로 경유, 중유, 재생연료유를 비롯하여 바이오디젤 부산물인 저급 글리세롤 또는 에탄올 생산 부산물, 동식물성 지방을 이용할 수 있으므로, 저급 글리세롤 및 동식물성 지방의 재활용을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고함수 유기성 폐자원 건조장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고함수 유기성 폐자원 건조방법의 순서도.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 고함수 유기성 폐자원 건조장치의 구성도이다.
도 1에서 고함수 유기성 폐자원 건조장치은, 고함수 유기성 폐기물을 건조시키는 증발건조기(110), 고함수 유기성 폐기물 건조시 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기(120), 압축된 증발가스를 이용하여 증발건조기의 열매체로 사용되는 오일(이하 열매체 오일이라 함)을 가열하는 열교환기(130), 열매체 오일을 가열하여 발생된 증발가스를 응축하는 응축기(140), 응축된 증발가스를 수분과 오일로 분리하는 유수분리기(150), 건조된 유기성 폐기물에서 오일을 분리하는 탈유기(180) 및 수증기를 생산하여 압축기(120)로 공급하는 보일러(190)를 포함하여 구성된다.
상술한 본 실시예에 따른 고함수 유기성 폐자원 건조장치의 각 구성요소에 대해 좀 더 상세히 살펴보도록 한다.
증발건조기(110)는 고함수 유기성 폐기물에 열매체 오일을 직접 접촉시키고, 이 과정에서 열매체 오일의 열에너지에 의한 비등열전달을 통해 수분을 증발(유중증발)시켜, 고함수 유기성 폐기물을 급속 건조한다.
이를 위해 증발건조기(110) 내부에는 열매체 오일이 일정량 충전된다. 이 열매체 오일은 유계 오일 또는 동식물성 지방일 수 있으며, 그 온도는 120~170℃인 것이 바람직하다.
압축기(120)는 고함수 유기성 폐기물 건조시 발생한 증발가스(수증기, 오일증기 및 휘발성유기화합물을 포함하는 폐가스)를 포집하여 단열압축한다. 단열압축된 증발가스는 열교환기(130)로 공급되어 열매체 오일과 열교환하는데, 열매체 오일을 상술한 온도까지 가열할 수 있도록 단열압축된 증발가스의 온도는 112~180℃, 또는 그 이상인 것이 바람직하다. 또한, 단열압축을 위한 압축기(120)의 내부 압력은 1.5~10기압(절대압력)인 것이 바람직하다.
압축기(120)는 상술한 증발가스, 즉 고함수 유기성 폐기물 건조시 발생한 증발가스 외에 열교환기(130)에서 열교환시 생성된 응축수를 이용하여 생산된 수증기를 단열압축한다.
이와 같이, 압축기(120)에 증발가스 외에 수증기를 추가로 공급하는 이유는, 열교환기(130)에서 열매체 오일을 가열할 때 증발가스의 일부가 응축되어 외부로 배출되기 때문이며, 배출된 응축 증발가스를 보충하기 위함이다. 이때, 추가로 공급되는 수증기의 양은 압축기(120)로 유입되는 증발가스의 20~40%인 것이 바람직하다.
이러한 압축기(120)는 증발가스의 압력에 따라 다단으로 압축하는 왕복식 또는 원심식 다단 압축기(일례로 3단 압축기)일 수 있으며, 보다 구체적으로, 스크루(screw) 타입, 윙형 오일프리 타입, 요동식 오일프리 타입일 수 있다. 또한, 대용량 압축시에는 터빈 형태의 압축기가 사용될 수도 있다.
열교환기(130)는 상술한 바와 같이 증발건조기(110)에서 배출된 열매체 오일과 압축기(120)에서 단열압축된 증발가스 사이의 열교환이 이루어지는 구성요소다. 열교환기(130)는 열매체 오일 순환배관(210)을 통해 증발건조기(110)와 연결되어, 열매체 오일이 증발건조기(110)와 열교환기(130)를 순환하도록 한다. 즉, 열교환기(130)에서 간접 가열된 열매체 오일은 증발건조기(110)로 공급되어 고함수 유기성 폐기물을 건조시키고, 사용된 열매체 오일은 다시 열교환기(130)로 유입되어 재가열된다.
응축기(140)는 열매체 오일을 가열하는데 사용된 증발가스를 응축한다. 이때, 수증기 및 오일증기는 액화되어 유수분리기(150)로 공급되고, 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)을 포함하는 폐가스는 송풍기(142)에 의해 보일러(190)로 압송된다. 이때, 압송된 폐가스는 보일러(190)를 작동시키는 연료의 일부로 사용된다.
유수분리기(150)는 응축기(140)에서 액화된 수증기 및 오일증기를 물과 오일로 각각 분리시킨다. 이 중 오일은 오일저장탱크(160)에 저장된 후 열매체 오일이 부족할 경우 열교환기(130)로 공급되어 열매체 오일로 사용되고, 물은 폐수저장탱크(170)에 저장되어 후처리 과정을 거쳐 배출된다.
탈유기(180)는 건조된 유기성 폐기물에서 오일을 분리하는 수단이다. 즉, 증발건조기(110)에서 건조된 유기성 폐기물은 열매체 오일과 접촉에 의해 다량의 오일을 함유하므로, 반드시 탈유기(180)를 거쳐 오일이 제거된 후 배출된다. 이때, 제거된 오일은 오일저장탱크(160)에 저장된 후 열매체 오일이 부족할 경우 열교환기(130)로 공급되어 열매체 오일로 사용된다.
보일러(190)는 상술한 바와 같이 열교환기(130)에서 열교환시 생성된 응축수를 이용하여 수증기를 생산하고, 생산된 수증기를 압축기(120)로 공급하기 위한 수단이다. 열교환기(130)로 공급된 증발가스는 열교환과정에서 그 일부가 응축되어 외부로 배출된다. 이와 같이 증발가스의 일부가 응축되어 배출되면 열매체 오일을 적정 온도로 가열하기 다소 부족한 상황이 발생할 수 있다. 이러한 경우 열교환기(130)에서 열교환시 생성된 응축수의 일부를 보일러(190)로 공급하여 가열하여 압축기(120)로 공급함으로써 증발가스의 부족분을 보충할 수 있다.
이때, 보일러(190)를 통해 추가되는 수증기의 양은 압축기(120)로 유입되는 증발가스의 20~40%인 것이 바람직하다. 또한, 응축기(140)에서 생성된 휘발성유기화합물(VOCs)을 포함하는 폐가스를 보일러(190)의 작동연료의 일부로 사용할 수 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 고함수 유기성 폐자원 건조방법의 순서도이다.
도 1과 도 2를 참조하여 고함수 유기성 폐자원 건조장치을 이용한 건조방법에 대해 살펴보도록 한다.
우선, 고온(112~180℃)의 열매체 오일이 충전된 증발건조기(110)에 고함수 유기성 폐기물을 투입하면(S10), 고함수 유기성 폐기물에 열매체 오일이 접촉하고, 이 열매체 오일의 열에너지에 의한 비등열전달을 통해 수분을 증발시켜, 고함수 유기성 폐기물을 급속 건조한다(S20).
이때, 고함수 유기성 폐기물을 건조하는 과정에서 발생한 증발가스(수증기, 오일증기 및 휘발성유기화합물을 포함하는 폐가스)는 압축기(120)에서 1.5~10기압(절대압력)의 압력으로 단열압축된다(S30).
이렇게 압축된 증발가스는 그 온도가 112~180℃까지 상승한 상태로 열교환기(130)에 공급되며, 열교환기(130)에서 열매체 오일과 간접적으로 열교환하여 열매체 오일을 가열한다(S40). 그리고 간접 가열된 열매체 오일은 열매체 오일 순환배관(210)을 통해 증발건조기(110)로 공급되어, 고함수 유기성 폐기물을 건조시키는데 사용된 후 다시 열교환기(130)로 유입된다.
열교환기(130)에서 열매체 오일을 가열하는데 사용된 증발가스는 응축기(140)로 공급되어 응축된다(S50). 이때, 증발가스 응축시 발생한 수증기 및 오일증기는 액화되어 유수분리기(150)로 공급되고, 휘발성유기화합물(VOCs)을 포함하는 폐가스는 송풍기(142)에 의해 보일러(190)로 압송된다.
응축기(140)에서 액화된 수증기 및 오일증기는 유수분리기(150)에서 물과 오일로 각각 분리된 후(S60), 오일은 오일저장탱크(160)에 저장된 후 열매체 오일이 부족할 경우 열교환기(130)로 공급되어 열매체 오일로 사용되고, 물은 폐수저장탱크(170)에 저장되어 후처리 과정을 거쳐 배출된다.
한편, 증발건조기(110)에서 건조된 유기성 폐기물은 탈유기(180)를 거쳐 오일이 제거된 후 배출되는데, 이때 제거된 오일은 오일저장탱크(160)에 저장된 후 열매체 오일이 부족할 경우 열교환기(130)로 공급되어 열매체 오일로 사용된다.
다른 한편, 열교환기(130)로 공급된 증발가스 중 일부가 열교환과정에서 응축되어 외부로 배출될 경우 열교환기(130)에서 열교환시 생성된 응축수의 일부를 보일러(190)로 공급하여 가열하여 압축기(120)로 공급함으로써 증발가스의 부족분을 보충할 수 있다. 이때, 보일러(190)를 통해 추가되는 수증기의 양은 압축기(120)로 유입되는 증발가스의 20~40%인 것이 바람직하다.
또 다른 한편, 송풍기(142)에 의해 보일러(190)로 압송된 휘발성유기화합물(VOCs)을 포함하는 폐가스는 보일러(190)를 작동시키는 보조 연료로 사용된다. 즉 열교환기(130)에서 가열된 열매체 오일이 일정 온도(112~180℃)까지 상승하지 못할 경우 보일러(190)를 작동시켜 열매체 오일을 추가 가열한다.
상술한 바와 같은 장치 및 방법을 통한 고함수 유기성 폐기물 건조실험 결과를 살펴보면 다음과 같다.
고함수 유기성 폐기물 건조실험의 열매체 오일로 비중이 1.0이하인 경유, 중유, 재생연료유를 비롯하여 바이오디젤 부산물인 저급 글리세롤 또는 에탄올 생산 부산물, 동식물성 지방을 이용하였다.
이러한 열매체 오일을 120~160℃로 가열한 상태에서 함수율이 40~90%인 유기성 폐기물, 즉 하수슬러지, 폐수슬러지, 음식폐기물, 축산분뇨, 하천 준설토양 도는 저급 석탄 등을 열매체 오일 중량대비 20~100% 투입하고, 10~20분 동안 침적시켰다.
그 결과, 유기성 폐기물 중 수분이 열매체 오일에 의한 열전달계수가 500~2500W/m2℃인 비등열전달과 강력한 난류물질전달에 의해 급속히 증발, 배출되어 함수율이 1~15%가 되었다. 또한, 건조 후 탈유기에서 분리하여 최종 건조된 유기성 폐기물을 참조하면, 상술한 과정에서 열매체 오일이 폐기물 내부에 치환되는 양은 최종 건조된 유기성 폐기물의 1~20%이고, 최종 건조 유기성 폐기물의 발열량은 2,000~5,000kcal/kg임을 알 수 있었다.
[표 1]
Figure PCTKR2010001273-appb-I000001
표 1은 물의 압력에 따른 포화액 온도를 나타낸다. 표 1에 기재된 바와 같이, 증발수증기의 압력을 증가시킬 경우 증발수증기의 온도가 약 7기압(절대압력)까지 거의 직선으로 비례 증가함을 알 수 있다.
[표 2]
Figure PCTKR2010001273-appb-I000002
표 2는 증발수증기 압축기만을 사용한 경우 함수율과 에너지 소비율(함수율 80% 하수슬러지인 경우)을 나타낸다. 표 2에 기재된 바와 같이, 증발수증기의 압력이 높을수록 압축기의 동력소비가 증가하지만, 증발수증기의 온도 또한 상승하므로 열매체 오일의 온도를 상승시킬 수 있어, 슬러지의 건조시간을 단축시키고, 건조된 슬러지의 함수율을 낮출 수 있음을 알 수 있다.
[표 3]
Figure PCTKR2010001273-appb-I000003
표 3은 기존 건조기술 대비 에너지 소비율(함수율이 80% 하수슬러지인 경우)을 나타낸다. 표 3에 기재된 바와 같이, 기존 하수 슬러지 건조기술과 대비하면 슬러지의 건조시간을 단축할 수 있으며, 에너지 소비율 또한 현저히 저감할 수 있음을 알 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 고함수 유기성 폐기물을 열매체 오일과 직접 접촉시켜 건조하는 증발건조기;
    고함수 유기성 폐기물 건조시 발생한 증발가스를 단열압축하는 압축기;
    상기 증발건조기와 열매체 오일 순환배관을 통해 연결되고, 상기 압축기에서 단열압축된 증발가스를 이용하여 상기 증발건조기에서 배출된 열매체 오일을 가열한 후 상기 증발건조기로 재공급하는 열교환기;
    상기 열교환기에서 열매체 오일을 가열한 증발가스를 응축하는 응축기;
    상기 응축기에서 응축된 증발가스를 수분과 오일로 분리하는 유수분리기; 및
    상기 유수분리기에서 분리된 오일을 저장하고, 저장된 오일을 열교환기로 공급하는 오일저장탱크를 포함하는 고함수 유기성 폐자원 건조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 증발건조기에서 건조된 유기성 폐기물에서 오일을 분리하고, 분리된 오일을 상기 오일저장탱크로 공급하는 탈유기를 더 포함하는 고함수 유기성 폐자원 건조장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기에서 열교환시 생성된 응축수를 이용하여 수증기를 생산하고, 생산된 수증기를 압축기로 공급하는 보일러를 더 포함하는 고함수 유기성 폐자원 건조장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 응축기에서 응축된 증발가스 중 휘발성유기화합물(VOCs)을 포함하는 폐가스가 상기 보일러의 보조 연료로 사용되는 것을 특징으로 하는 고함수 유기성 폐자원 건조장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 휘발성유기화합물(VOCs)을 포함하는 폐가스를 상기 보일러로 압송하는 유인송풍기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고함수 유기성 폐자원 건조장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축기는 증발가스의 압력에 따라 다단으로 압축하는 다단 압축기인 것을 특징으로 하는 고함수 유기성 폐자원 건조장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 압축기는 왕복식 또는 원심식 다단 압축기인 것을 특징으로 하는 고함수 유기성 폐자원 건조장치.
  8. 고함수 유기성 폐기물을 투입하는 단계;
    투입된 고함수 유기성 폐기물에 열매체 오일을 직접 접촉시켜 건조하는 단계;
    고함수 유기성 폐기물의 건조시 발생한 증발가스를 단열압축하는 단계;
    단열압축된 압축된 증발가스를 이용하여 고함수 유기성 폐기물의 건조에 사용되는 열매체 오일을 가열하는 단계;
    열매체 오일의 가열에 사용되어 냉각된 증발가스를 응축하는 단계; 및
    증발가스 응축시 발생한 수분과 오일로 분리하는 단계를 포함하고, 증발가스에서 분리된 수분은 외부로 배출되며, 오일은 일시 저장된 후 열매체 오일 보충시 사용되는 것을 특징으로 하는 고함수 유기성 폐자원 건조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    건조된 유기성 폐기물에서 오일을 분리하고, 분리된 오일은 일시 저장된 후 열매체 오일 보충시 사용되는 것을 특징으로 하는 고함수 유기성 폐자원 건조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    열매체 오일의 가열시 사용된 증발가스 중 응축된 응축수를 이용하여 수증기를 생산하고, 생산된 수증기를 고함수 유기성 폐기물의 건조시 발생한 증발가스와 함께 단열압축하는 것을 특징으로 하는 고함수 유기성 폐자원 건조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    증발가스 응축시 발생된 휘발성유기화합물(VOCs)을 포함하는 폐가스를 연료로 하여 응축수를 가열하는 것을 특징으로 하는 고함수 유기성 폐자원 건조방법.
PCT/KR2010/001273 2009-12-30 2010-03-02 고함수 유기성 폐자원 건조장치 및 방법 WO2011081251A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090134094A KR101096077B1 (ko) 2009-12-30 2009-12-30 고함수 유기성 폐기물 건조 시스템 및 방법
KR10-2009-0134094 2009-12-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011081251A1 true WO2011081251A1 (ko) 2011-07-07

Family

ID=44226647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2010/001273 WO2011081251A1 (ko) 2009-12-30 2010-03-02 고함수 유기성 폐자원 건조장치 및 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101096077B1 (ko)
WO (1) WO2011081251A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021098894A1 (de) * 2019-11-20 2021-05-27 Vettertec Gmbh Vorrichtung zum trocknen feuchter, rieselfähiger produkte

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101252289B1 (ko) * 2011-12-29 2013-04-05 한국에너지기술연구원 가축 폐수 고형물 처리장치
KR101446705B1 (ko) * 2014-01-10 2014-10-06 에코플랜트 주식회사 폐원료를 이용한 재생오일 생산장치
KR101685306B1 (ko) 2015-10-20 2016-12-09 황보기만 음식물 슬러지의 건조장치
KR102210153B1 (ko) * 2018-11-16 2021-02-01 한국산업기술시험원 이중 열 교환기 및 이를 이용한 하수 슬러지 건조기
KR102257422B1 (ko) 2019-04-18 2021-05-31 한국에너지기술연구원 물질 상변환 회수장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990083928A (ko) * 1999-09-01 1999-12-06 박영재 역 다중 효용관을 이용한 건조증발장치와 오일을 이용한가스 정제 장치 등을 조합한 고수분 폐기물 및 연료의종합적 처리 시스템
JP2000512376A (ja) * 1997-05-22 2000-09-19 シレン ジアン ゴミを分類焼化して資源を回収する方法とその設備
JP2002226626A (ja) * 2000-11-30 2002-08-14 Research Institute Of Innovative Technology For The Earth プラスチックの処理方法および処理設備
KR20090117377A (ko) * 2008-05-09 2009-11-12 구재완 가연성 폐기물의 열분해시스템 및 열분해방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11158476A (ja) 1997-11-28 1999-06-15 Nkk Corp 廃棄物からの燃料製造方法
JP2004361013A (ja) 2003-06-05 2004-12-24 Taiheiyo Cement Corp 水分を含む廃棄物の乾燥方法および乾燥システム
KR100838589B1 (ko) 2007-11-13 2008-06-20 (주)이앤페트로테크놀러지 음식물 쓰레기를 이용한 바이오 에너지 제조장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000512376A (ja) * 1997-05-22 2000-09-19 シレン ジアン ゴミを分類焼化して資源を回収する方法とその設備
KR19990083928A (ko) * 1999-09-01 1999-12-06 박영재 역 다중 효용관을 이용한 건조증발장치와 오일을 이용한가스 정제 장치 등을 조합한 고수분 폐기물 및 연료의종합적 처리 시스템
JP2002226626A (ja) * 2000-11-30 2002-08-14 Research Institute Of Innovative Technology For The Earth プラスチックの処理方法および処理設備
KR20090117377A (ko) * 2008-05-09 2009-11-12 구재완 가연성 폐기물의 열분해시스템 및 열분해방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021098894A1 (de) * 2019-11-20 2021-05-27 Vettertec Gmbh Vorrichtung zum trocknen feuchter, rieselfähiger produkte

Also Published As

Publication number Publication date
KR101096077B1 (ko) 2011-12-19
KR20110077495A (ko) 2011-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011081251A1 (ko) 고함수 유기성 폐자원 건조장치 및 방법
CN102992575B (zh) 蒸汽热循环污泥干化的方法及系统
CN105154114B (zh) 利用中药材及中药生产过程废弃物制取生物炭的装置及其方法
CN105036507B (zh) 一种热解油气水同步冷凝与油水分离回收系统及方法
CN103449701A (zh) 一种炼油厂污泥炭化处理及炭回收的方法及装置
CN105645714A (zh) 利用热电厂蒸汽的污泥干、炭化相结合的处理装置及方法
CN104876416A (zh) 一种污泥干燥处理的系统及方法
CN104438297B (zh) 一种处理有机垃圾的方法和装置
CN107098417A (zh) 一种炼油厂含油污水的处理装置和工艺
CN104788003A (zh) 一种含油污泥真空干燥方法
CN203048755U (zh) 蒸汽热循环污泥干化系统
CN102701564A (zh) 污泥干燥方法
CN103359906B (zh) 利用地沟油进行污泥干化及焚烧方法
KR100904064B1 (ko) 연료화 및 슬러지 처리를 위한 유기성슬러지 탈유방법
KR101051093B1 (ko) 상압에서 유중증발기술을 이용한 고함수 유기성 슬러지 건조장치
CN102161561A (zh) 城市污泥过热蒸汽高效无污染联合干燥装置
CN205443023U (zh) 利用热电厂蒸汽的污泥干、炭化相结合的处理装置
CN204803204U (zh) 一种污泥干燥处理的系统
CN216347662U (zh) 一种循环热效率高的物料干化装置
CN203187509U (zh) 一种污泥干燥装置
CN102021061A (zh) 有机污泥制备燃料的方法
CN212299031U (zh) 油泥的余压余热回用设施
CN209940806U (zh) 一种带有余热回收的污泥热处理设备
CN105567309A (zh) 废矿物油循环闪蒸催化裂解回收设备
CN214881070U (zh) 一种固体废物的无害化处理成套设备

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10841085

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10841085

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1