WO2022225091A1 - 유기성 또는 무기성 폐기물의 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고형연료 - Google Patents

유기성 또는 무기성 폐기물의 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고형연료 Download PDF

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Definitions

  • organic or inorganic waste is put into a hydrothermal carbonization tank, which is a pressure vessel, and carbonized using hydrothermal carbonization reaction, which is a wet carbonization reaction.
  • hydrothermal carbonization reaction which is a wet carbonization reaction.
  • the steam inside the hydrothermal carbonization tank is supplied to another hydrothermal carbonization tank where the hydrothermal carbonization process begins, thereby reducing the energy used in the hydrothermal carbonization process.
  • the residual steam remaining in the hydrothermal carbonization tank completed hydrothermal carbonization is supplied to the raw material supply tank, and the thermal energy contained in the carbide stored in the carbide storage tank after hydrothermal carbonization is completed is used as a raw material using a heat exchanger and heat exchange water circulation system. It relates to a method and apparatus for reducing energy used in a hydrothermal carbonization process by supplying it to a supply tank.
  • Solid fuel production technologies that produce solid fuels using organic or inorganic wastes include drying, carbonization, torrefaction and hydrothermal carbonization.
  • hydrothermal carbonization technology compared to drying, carbonization and torrefaction technology, it has many advantages such as energy saving, reduction of odor of produced solid fuel, reduction of air pollutants generated in the process of solid fuel production, and production of solid fuel with high calorific value.
  • energy saving compared to drying, carbonization and torrefaction technology
  • reduction of odor of produced solid fuel reduction of air pollutants generated in the process of solid fuel production
  • production of solid fuel with high calorific value Alternatively, it is expected that the application range will increase as a solid fuel technology for inorganic waste.
  • hydrothermal carbonization technology which has many of these advantages, still requires a large amount of energy.
  • the present invention is to improve a process for producing a solid fuel using organic or inorganic waste, and has the following problems to be solved.
  • the present invention solves the problems of the drying process in which a large amount of energy is consumed and an odor is generated in the produced solid fuel by adopting a hydrothermal carbonization process to produce solid fuel using organic or inorganic waste. It has an object to provide a hydrothermal carbonization method and apparatus solved.
  • the present invention adopts a hydrothermal carbonization process to produce solid fuel using organic or inorganic waste, so that a large amount of energy is consumed and a large amount of air pollutants are generated in the process of carbonization and
  • An object of the present invention is to provide a hydrothermal carbonization method and apparatus that solves the problems of the torrefaction process.
  • An object of the present invention is to provide a hydrothermal carbonization method and apparatus in which 65 to 75% is reduced.
  • the present invention solves the above object of the present invention, that is, the problem of the drying process in which a large amount of energy is consumed and an odor is generated from the produced solid fuel, and a large amount of energy is consumed and a large amount of energy is consumed in the solid fuel production process. It solves the problems of carbonization and torrefaction processes that generate air pollutants, and the existing hydrothermal carbonization process still requires a large amount of energy. It is intended to provide a method for producing a solid fuel with reduced odor by using an advanced energy-saving hydrothermal carbonization reaction and a solid fuel produced by the method, and the solutions are as follows.
  • the present invention comprises the steps of pulverizing organic or inorganic waste to a size of 0.1 to 1 mm; mixing the pulverized organic or inorganic waste with water to prepare a mixed material and storing it in a raw material supply tank; Supplying the mixed material stored in the raw material supply tank to a first hydrothermal carbonization tank equipped with a stirrer, blocking oxygen in the first hydrothermal carbonization tank, maintaining a temperature of 180 to 230° C.
  • the mixed material stored in the raw material supply tank is supplied to a second hydrothermal carbonization tank equipped with a stirrer, oxygen is blocked in the second hydrothermal carbonization tank, temperature 180 to 230 ° C, pressure 10 maintaining the to 27 bar to react for 1 to 2 hours; transferring the hydrothermal carbonized carbide to a carbide storage tank; and forming and drying; to a method for producing a solid fuel having a reduced odor by using an energy-saving hydrothermal carbonization reaction, and a solid fuel manufactured by the method.
  • the mixed material stored in the raw material supply tank is supplied to the first hydrothermal carbonization tank equipped with a stirrer, and oxygen is cut off in the first hydrothermal carbonization tank, and the temperature is 180 to 230 ° C., and the pressure is 10 to 27 bar. 1 to 2 hours.
  • the 'reacting step is characterized in that the reaction is performed by high-temperature steam having a temperature of 200 to 230 °C and a pressure of 15 to 27 bar supplied from the steam boiler.
  • the mixed material stored in the raw material supply tank is supplied to a second hydrothermal carbonization tank equipped with a stirrer, and oxygen is blocked in the second hydrothermal carbonization tank and the temperature is 180 to 230 ° C.
  • maintaining a pressure of 10 to 27 bar and reacting for 1 to 2 hours' is the 'supplying the mixed material stored in the raw material supply tank to the first hydrothermal carbonization tank equipped with a stirrer, blocking oxygen in the first hydrothermal carbonization tank and temperature It is characterized in that the reaction is carried out by the high-temperature steam supplied from the first hydrothermal carbonization tank after the 'step of reacting for 1 to 2 hours by maintaining 180 to 230 °C and pressure of 10 to 27 bar.
  • the mixed material stored in the raw material supply tank is supplied to the first hydrothermal carbonization tank equipped with a stirrer, and oxygen is cut off in the first hydrothermal carbonization tank, and the temperature is 180 to 230 °C, and the pressure is 10 to 27 bar to be maintained for 1 to 2 hours.
  • the 'transferring the hydrothermal carbonized carbide to the carbide storage tank' is completed and the heat energy of the carbide in the carbide storage tank at a temperature of 85 to 95 ° C at which the hydrothermal carbonized carbide is stored is supplied as a raw material using a heat exchanger and a heat exchange water circulation pipe It is characterized in that it further comprises the step of increasing the internal temperature of the raw material supply tank by supplying the tank.
  • the internal temperature of the raw material supply tank is increased to 20 to 50 °C by the step of raising the internal temperature of the raw material supply tank.
  • the 'step of preparing a feedstock by mixing the pulverized organic or inorganic waste with water' is characterized in that the step of preparing a feedstock by further mixing a catalyst.
  • the catalyst is characterized in that it is selected from the group consisting of an acid-based acid catalyst, a chlorinated acid catalyst, or a mixture thereof, wherein the acid-based acid catalyst is sulfuric acid (H 2 SO 4 ).
  • the series acid catalyst is hydrochloric acid (HCl), ferrous chloride (FeCl 3 ), or a method for producing a solid fuel with reduced odor by using an energy-saving hydrothermal carbonization reaction, characterized in that it is a mixture thereof.
  • the 'step of preparing a mixed material by mixing the pulverized organic or inorganic waste with water' is to further mix the catalyst and preferably further mix the pulverized additive to a size of 0.1 to 1 mm to prepare a mixed material It is characterized in that the step, at this time, more preferably to mix the additive by pulverizing 0.5 to 1mm.
  • the raw material of the organic waste, alcohol residue, okara, soybean, red bean, sweet potato, potato such as various food processing waste; agricultural waste such as mushroom medium, vegetables and fruits; Livestock waste such as cow manure, pig manure, chicken manure, and animal carcasses; aquatic waste such as fish, oysters, seaweed, seaweed; household waste such as sewage sludge, food waste, coffee grounds, and garden waste; It is a method for producing a solid fuel in which odor is reduced by using an energy-saving hydrothermal carbonization reaction, characterized in that it is
  • the raw material of the inorganic waste is dyed wastewater sludge, leather wastewater sludge, leather wastewater sludge, papermaking wastewater sludge, mine wastewater sludge, plating wastewater sludge, etc.
  • an energy-saving hydrothermal carbonization reaction characterized in that the odor is reduced It is a method of manufacturing solid fuel.
  • the additive is preferably selected from biomass-based such as sawdust, and the ratio of the pulverized organic waste or inorganic waste to the pulverized biomass-based additive is 19:1 to 4:1 (that is, organic or After mixing the inorganic waste and the pulverized biomass-based additive in an amount of 5 to 20% by weight) of the total amount of the biomass-based additive, water and an acid-based or chlorinated acid catalyst are mixed to increase the moisture content in the total mixed material It is preferred that the mixed material be 80 to 90% by weight and the catalyst content is 0.08 to 3.6% by weight.
  • the present invention is a solid fuel manufactured by a method for producing a solid fuel in which odor is reduced by using the energy-saving hydrothermal carbonization reaction composed of the above process.
  • the present invention has the effect of providing an improved method for producing a solid fuel with reduced odor by using a hydrothermal carbonization reaction using organic or inorganic waste, and a solid fuel produced by the method for producing the same.
  • the effect is as follows.
  • the present invention adopts an improved hydrothermal carbonization process to produce solid fuel using organic or inorganic waste, so that a large amount of energy is consumed and odor is generated from the produced solid fuel. It shows the effect of providing a novel hydrothermal carbonization method that solves the problems and a solid fuel manufactured by the method.
  • the present invention adopts an improved hydrothermal carbonization process to produce solid fuel using organic or inorganic waste, so that a large amount of energy is consumed and a large amount of air pollutants are generated in the solid fuel production process. It shows the effect of providing a novel hydrothermal carbonization method that solves the problems of carbonization and torrefaction processes and a solid fuel manufactured by the method.
  • the energy is 65 It is to show the effect of providing a very efficient and novel hydrothermal carbonization method and a solid fuel produced by the method, which can be reduced by 75%.
  • FIG 1 Energy-saving hydrothermal carbonization process diagram of organic or inorganic waste
  • the present invention solves the problems of the drying process in which a large amount of energy is consumed and a bad odor is generated in the produced solid fuel, and carbonization and anti-oxidation in which a large amount of energy is consumed and a large amount of air pollutants are generated in the solid fuel production process.
  • a new and advanced energy-saving hydrothermal carbonization reaction that solves the problems of the carbonization process and reduces energy by 65 to 75% compared to the existing hydrothermal carbonization process by solving the problem that the existing hydrothermal carbonization process still requires a large amount of energy
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a solid fuel having a reduced odor using
  • an embodiment according to a method for manufacturing a solid fuel having a reduced odor by using an energy-saving hydrothermal carbonization reaction is as follows.
  • the mixed material stored in the raw material supply tank is supplied to the first hydrothermal carbonization tank equipped with a stirrer, and oxygen is cut off in the first hydrothermal carbonization tank, and the temperature is maintained at 180 to 230 ° C. and pressure of 10 to 27 bar to react for 1 to 2 hours. making;
  • the mixed material stored in the raw material supply tank is supplied to a second hydrothermal carbonization tank equipped with a stirrer, and oxygen is blocked in the second hydrothermal carbonization tank and the temperature is 180 to 230 °C, maintaining a pressure of 10 to 27 bar and reacting for 1 to 2 hours;
  • '3 supplying the mixed material stored in the raw material supply tank to the first hydrothermal carbonization tank equipped with a stirrer, blocking oxygen in the first hydrothermal carbonization tank, temperature 180 to 230 ° C, pressure 10 to
  • the step of reacting by maintaining 27 bar for 1 to 2 hours is that the mixed material (supply raw material) supplied to the first hydrothermal carbonization tank is hydrothermal carbonized by high-temperature steam, and the temperature supplied from the steam boiler is 200 to 230 ° C. and the pressure It may be a manufacturing method characterized in that the reaction by the high-temperature steam of 15 to 27bar.
  • the mixed material stored in the raw material supply tank is supplied to a second hydrothermal carbonization tank equipped with a stirrer, and oxygen in the second hydrothermal carbonization tank
  • the 'step of reacting for 1 to 2 hours by blocking the temperature and maintaining the temperature of 180 to 230 °C and the pressure of 10 to 27 bar' is to supply the mixed material stored in the raw material supply tank to the first hydrothermal carbonization tank equipped with a stirrer, and to perform the first hydrothermal Production characterized in that the reaction is carried out by the high-temperature steam supplied from the first hydrothermal carbonization tank after the step of blocking oxygen in the carbonization tank and maintaining the temperature of 180 to 230 ° C., and the pressure of 10 to 27 bar for 1 to 2 hours it could be a way
  • the mixed material stored in the raw material supply tank is supplied to the first hydrothermal carbonization tank equipped with a stirrer, and oxygen is blocked in the first hydrothermal carbonization tank and a temperature of 180 to 230 ° C., Maintaining a pressure of 10 to 27 bar and reacting for 1 to 2 hours' and 'While the reaction is in progress in the first hydrothermal carbonization tank, the mixed material stored in the raw material supply tank is supplied to a second hydrothermal carbonization tank equipped with a stirrer, 2 Supplying high-temperature steam from the first hydrothermal carbonization tank and the second hydrothermal carbonization tank to the completion of the step of blocking oxygen in the hydrothermal carbonization tank, maintaining the temperature of 180 to 230 ° C, and maintaining the pressure of 10 to 27 bar for 1 to 2 hours
  • It may be a manufacturing method characterized in that it further comprises the step of increasing the internal temperature of the raw material supply tank by supplying the tank.
  • the '5) step of transferring the hydrothermal carbonized carbide to the carbide storage tank' is completed and the heat energy of the carbide storage tank at a temperature of 85 to 95 ° C at which the hydrothermal carbonized carbide is stored is transferred to a heat exchanger and It may be a manufacturing method characterized in that it further comprises the step of increasing the internal temperature of the raw material supply tank by supplying it to the raw material supply tank using a heat exchange water circulation pipe.
  • it may be a manufacturing method, characterized in that the internal temperature of the raw material supply tank is raised to 20 to 50 °C by the step of raising the internal temperature of the raw material supply tank.
  • preparing a mixed material by mixing the pulverized organic or inorganic waste with water' is a step of preparing a mixed material by further mixing a catalyst. It may be a manufacturing method.
  • the catalyst is characterized in that it is selected from the group consisting of an acid-based acid catalyst, a chlorinated acid catalyst, or a mixture thereof, wherein the acid-based acid catalyst is sulfuric acid (H 2 SO 4 )
  • the chlorinated acid catalyst is hydrochloric acid (HCl), ferrous chloride (FeCl 3 ) or a mixture thereof.
  • the catalyst in '2) preparing a mixed material by mixing the pulverized organic or inorganic waste with water', the catalyst is further mixed and preferably pulverized to a size of 0.1 to 1 mm. It is characterized in that it is a step of preparing a mixed material by further mixing the added additive, and more preferably, it may be a manufacturing method in which the additive is pulverized to 0.5 to 1 mm and mixed.
  • the raw material of the organic waste is, various food processing wastes such as liquor residues, okara, soybeans, red beans, sweet potatoes, potatoes; agricultural waste such as mushroom medium, vegetables and fruits; Livestock waste such as cow manure, pig manure, chicken manure, and animal carcasses; aquatic waste such as fish, oysters, seaweed, seaweed; household waste such as sewage sludge, food waste, coffee grounds, and garden waste; and the like.
  • various food processing wastes such as liquor residues, okara, soybeans, red beans, sweet potatoes, potatoes; agricultural waste such as mushroom medium, vegetables and fruits; Livestock waste such as cow manure, pig manure, chicken manure, and animal carcasses; aquatic waste such as fish, oysters, seaweed, seaweed; household waste such as sewage sludge, food waste, coffee grounds, and garden waste; and the like.
  • the raw material of the inorganic waste is a hydrothermal carbonization reaction, characterized in that dyeing wastewater sludge, leather wastewater sludge, leather wastewater sludge, papermaking wastewater sludge, mine wastewater sludge, plating wastewater sludge, etc. It may be a manufacturing method in which odor is reduced by using.
  • the additive is preferably selected from biomass-based materials such as sawdust, and the ratio of the pulverized organic waste or inorganic waste to the pulverized biomass-based additive is 19:1 After mixing up to 4:1 (that is, 5 to 20% by weight of the biomass-based additive in the total amount of the organic or inorganic waste and the pulverized biomass-based additive), water and an acid-based or chlorinated acid catalyst It is preferable that the mixed material be mixed with a moisture content of 80 to 90% by weight and a catalyst content of 0.08 to 3.6% by weight in the total mixed material by mixing.
  • it may relate to a solid fuel manufactured by a method for manufacturing a solid fuel having a reduced odor by using the energy-saving hydrothermal carbonization reaction configured as described above.
  • the present invention efficiently recovers the thermal energy required in the hydrothermal carbonization process of waste after the hydrothermal carbonization reaction is completed and the high-temperature steam remaining inside the hydrothermal carbonization tank and the thermal energy of the carbide discharged from the hydrothermal carbonization tank, It relates to a method for manufacturing an innovative energy-saving solid fuel capable of reducing 65 to 75% or more of the required energy required in the hydrothermal carbonization process.
  • energy recovery for energy saving is performed in three steps.
  • the first step by supplying high-temperature steam of about 200 to 250 °C inside the first hydrothermal carbonization tank in which the hydrothermal carbonization reaction is completed to the second hydrothermal carbonization reaction in which the hydrothermal carbonization reaction begins, about 25 to 35% of the required energy It is a heat energy recovery process of high-temperature steam inside the first hydrothermal carbonization tank that can be reduced.
  • the residual vapor of about 140 to 150 ° C. It is a heat energy recovery process of the residual steam in the first and second hydrothermal carbonization tanks, which can reduce about 20 to 30% of the required energy by supplying it to the raw material supply tank.
  • step 3 the heat energy of the carbide storage tank in which the carbides at 85 to 95° C. discharged from the first hydrothermal carbonization tank and the second hydrothermal carbonization tank are stored after the hydrothermal carbonization reaction is completed using a heat exchanger and heat exchange water circulation pipe.
  • This is a heat energy recovery process of carbides in a carbide storage tank that can reduce about 10 to 20% of the required energy by supplying it to the raw material supply tank and increasing the internal temperature of the raw material supply tank.
  • the waste for hydrothermal carbonization is supplied to the raw material supply tank 73 after the temperature is raised in the sealed feedstock heat exchanger 80, and the temperature of the mixed material supplied to the feedstock heat exchanger 80 varies depending on the season. Although there is a difference, the average is about 20 to 30 °C, and the heat exchange water of about 70 to 85 °C absorbing heat energy from the carbide at 85 to 95 °C of the carbide storage tank 73 is a feedstock through the heat exchange water circulation pipe 81 It is supplied to the heat exchanger (80).
  • the mixed material at 20 to 30° C. is supplied to the raw material supply tank 60 in an elevated state of about 40 to 60° C.
  • the heat exchange water after heat exchange with the mixed material is completed is transferred to the carbide storage tank 73 after the temperature is lowered to about 40 to 55° C., and then is repeatedly supplied to the feedstock heat exchanger 80 .
  • the mixed material whose temperature has risen in the feedstock heat exchanger 80 is supplied to the raw material supply tank 60, and the mixed material in the raw material supply tank 60 is supplied from the first hydrothermal carbonization tank 10 in which the hydrothermal carbonization reaction is completed. It is supplied to the second hydrothermal carbonization tank 20 after the temperature is raised to about 80 to 92 °C by the high-temperature steam of about 140 to 150 °C. Relatively high-temperature residual steam of about 140 to 150° C.
  • the raw material supply tank 60 Since it is in direct contact with the mixed material of (60), it is possible to increase the temperature of the mixed material within a short time.
  • a residence time of the residual steam of about 5 to 20 minutes is provided. Residual steam of the first hydrothermal carbonization tank 10 at a relatively high temperature provides thermal energy to the mixed material of the raw material supply tank 60 to increase the temperature of the mixed material, and then rapidly decreases the temperature in the raw material supply tank reaction steam It is transferred to the deodorization facility through the discharge pipe (61).
  • the mixed material whose temperature is raised to about 80 to 92 ° C in the heat exchanger 80 and the raw material supply tank 60 is a second hydrothermal carbonization tank 20
  • 200 to 250 ° C. of high-temperature steam is supplied from the first hydrothermal carbonization tank, and the temperature is raised to about 140 to 150 ° C.
  • 200 to 250 ° C. high-temperature steam is supplied from the steam boiler 50, After the temperature of the mixed material (feed material) is raised to about 230°C, it is converted into a solid fuel with a high calorific value through a hydrothermal carbonization reaction for 1 to 2 hours.
  • the high-temperature steam of about 200 to 230° C. of the first hydrothermal carbonization tank 10 is discharged through the first hydrothermal carbonization tank steam discharge valve 31 and the exhaust pipe, and then the hydrothermal carbonization tank steam and boiler steam It is supplied to the second hydrothermal carbonization tank 20 through the second hydrothermal carbonization tank supply valve 34 and the supply pipe. After 10 to 20 minutes have elapsed after high-temperature steam of about 200 to 230° C.
  • the first hydrothermal carbonization tank 10 is supplied to the second hydrothermal carbonization tank 20, the first hydrothermal carbonization tank 10 and the second hydrothermal carbonization tank 10
  • the vapor pressure and temperature of the tank 20 reach an equilibrium state, and the internal temperature of both hydrothermal carbonization tanks at this time is about 140 to 150° C., and the energy recovery rate in this process is about 25 to 35% of the total energy required. .
  • the second hydrothermal carbonization tank steam and boiler steam through the second hydrothermal carbonization tank supply valve 34 and the hydrothermal carbonization tank steam supply main valve.
  • High-temperature steam of about 200 to 250° C. is supplied to 20, and the hydrothermal carbonization reaction proceeds for about 1 to 2 hours immediately after the internal temperature of the second hydrothermal carbonization tank 20 reaches about 200 to 230° C.
  • the cross-reaction of the first hydrothermal carbonization tank 10 and the second hydrothermal carbonization tank 20 proceeds repeatedly, and the mixed material (supply material) supplied to the hydrothermal carbonization tank through this cross-reaction is efficiently high-calorie carbide. converted to solid fuel.
  • the temperature of the carbide is about 100 to 105° C. (71) and discharged to the carbide storage tank (73) through the discharge pipe.
  • the temperature of the carbide discharged to the carbide storage tank 73 is maintained at about 85 to 95° C. while being stored in the carbide storage tank 73 due to a slight temperature drop in the discharge process.
  • the thermal energy of the carbide storage tank 73 is recovered by the heat exchange water supplied through the heat exchanger 80 and the heat exchange water circulation pipe 81, thereby contributing to an increase in the temperature of the supplied mixed material.

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Abstract

본원 발명은, 기존의 수열탄화 공정의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유기성 또는 무기성 폐기물을 분쇄하는 단계; 물을 혼합하여 혼합재료를 제조하여 원료공급조에 저장하는 단계; 혼합재료를 제1 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar로 반응시키는 단계; 제1 수열탄화조에서 반응이 진행되는 동안 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제2 수열탄화조에 공급하고, 제2 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar로 반응시키는 단계; 탄화물을 탄화물저장조로 이송시키는 단계; 및 성형 및 건조 단계;를 포함하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법과 그 방법으로 제조된 고형연료에 관한 것이다.

Description

유기성 또는 무기성 폐기물의 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고형연료
본원 발명은, 유기성 또는 무기성 폐기물을 압력용기인 수열탄화조에 투입시켜 습식탄화반응인 수열탄화반응(Hydrothermal Carbonization Reaction)을 이용하여 탄화시키며, 탄화물은 고액분리, 건조 및 성형과정을 거처 고열량의 친환경 고형연료를 생산하는 기술로서, 하나의 수열탄화조에서 수열탄화 공정이 완료된 후에 수열탄화조 내부의 증기를 수열탄화 공정이 시작되는 다른 수열탄화조에 공급함으로써 수열탄화 공정에서 사용되는 에너지를 절감시킬 뿐 아니라, 수열탄화가 완료된 수열탄화조에 잔류되어 있는 잔류증기를 원료공급조에 공급하고, 수열탄화가 완료된 후 탄화물저장조에 저장되어 있는 탄화물에 포함되어 있는 열에너지를 열교환기 및 열교환수 순환시스템을 이용하여 원료공급조에 공급함으로써 수열탄화 공정에서 사용되는 에너지를 절감시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
유기성 또는 무기성 폐기물을 이용하여 고형연료를 생산하는 고형연료 생산기술에는 건조, 탄화, 반탄화 및 수열탄화 기술이 있다.
현재 고형연료 생산에 가장 많이 이용되고 있는 기술은 건조기술로서 일반적으로 유기성 또는 무기성 폐기물의 건조 시에는 증기가 주로 사용되고 있으나 건조과정에서 1톤의 수분을 증발시키는데 800,000 내지 900,000kcal 정도의 에너지가 필요하여 경제적인 처리가 어려우며, 연료로 사용되는 건조고형물의 경우 악취문제로 인하여 사용량이 점차 감소되고 있는 실정이다.
이러한 문제로 인하여 탄화 및 반탄화 기술 개발이 진행되어, 일부 시설에 적용되고 있으나 탄화 및 반탄화의 경우 건조기술에 비해 70 내지 80%의 에너지가 사용 되는 장점이 있지만, 탄화 및 반탄화 과정에서 대기오염물질이 다량 발생하는 문제점이 있으므로 유기성 또는 무기성 폐기물의 고형연료 생산기술로서의 적용에 한계가 있는 기술로 알려져 있다.
최근 이러한 문제점을 해결하기 위하여 수열탄화 공정을 이용한 고형연료 생산 기술의 개발이 활발히 진행되고 있다. 탄화 및 반탄화 기술의 경우 함수율이 70 내지 80% 정도의 유기성 또는 무기성 폐기물을 20 내지 30% 정도로 건조해야만 탄화 및 반탄화가 가능하여 에너지 사용량이 많으나 수열탄화의 경우 건조과정 없이 70 내지 85% 정도의 유기성 또는 무기성 폐기물을 200 내지 230℃ 정도로 가열하여 1 내지 3시간 정도 반응시키면 수열탄화 과정이 성공적으로 진행된다. 건조의 경우에는 액체의 수분이 기체상태로 증발되어야 하므로 수분 1톤을 증발시키는데 560,000kcal의 증발잠열을 포함하여 총 800,000 내지 900,000kcal의 에너지가 소요되나 수열탄화 공정에서는 액체상태의 수분을 기체로의 변환 없이 200 내지 230℃ 정도로 온도를 상승시키면 되므로 증발잠열이 필요 없어 건조공정에 비해 40 내지 50%의 에너지가 소요되며, 탄화 및 반탄화 공정에 비해서는 60 내지 70%의 에너지가 소요된다.
수열탄화 기술의 경우 건조 및 탄화, 반탄화 기술에 비해 에너지 절감, 생산된 고형연료의 악취 저감, 고형연료 생산과정에서 발생되는 대기오염물질 저감, 고열량의 고형연료 생산 등 많은 장점을 가지고 있어 향후 유기성 또는 무기성 폐기물의 고형연료 기술로서 적용범위가 커질 것으로 기대하고 있다. 그러나 이러한 많은 장점을 가지고 있는 수열탄화기술 또한 여전히 다량의 에너지가 소요되는 문제점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허 문헌)
1. 대한민국 특허공보 10-1,773,151(2017. 08. 24.)
본원 발명은, 유기성 또는 무기성 폐기물을 이용하여 고형연료를 생산하기 위한 공정을 개선하기 위한 것으로서, 다음과 같은 해결하고자 하는 과제를 구비한 것이다.
즉, 첫째, 본원 발명은, 유기성 또는 무기성 폐기물을 이용하여 고형연료를 생산하기 위하여 수열탄화 공정을 채택함으로써, 다량의 에너지가 소요되고 생산된 고형연료에서의 악취가 발생하는 건조공정의 문제점을 해결한 수열탄화 방법 및 장치를 제공하기 위한 목적을 갖는 것이다.
그리고 둘째, 본원 발명은, 유기성 또는 무기성 폐기물을 이용하여 고형연료를 생산하기 위하여 수열탄화 공정을 채택함으로써, 다량의 에너지가 소요되고, 고형연료 생산과정에서 다량의 대기오염물질이 발생되는 탄화 및 반탄화 공정의 문제점을 해결한 수열탄화 방법 및 장치를 제공하기 위한 목적을 갖는 것이다.
그리고, 셋째, 위 건조 공정과 탄화 및 반탄화 공정의 문제점을 해결하기 위하여 채택된 기존의 수열탄화 공정 또한 여전히 다량의 에너지가 소요되는 문제점을 갖는 것이므로, 본원 발명은 기존의 수열탄화 공정에 비하여 에너지가 65 내지 75% 절감되는 수열탄화 방법 및 장치를 제공하기 위한 목적을 갖는 것이다.
본원 발명은, 위와 같은 본원 발명의 목적, 즉, 다량의 에너지가 소요되고 생산된 고형연료에서의 악취가 발생하는 건조공정의 문제점을 해결하고, 다량의 에너지가 소요되고 고형연료 생산과정에서 다량의 대기오염물질이 발생되는 탄화 및 반탄화 공정의 문제점을 해결하며, 기존의 수열탄화 공정 또한 여전히 다량의 에너지가 소요되는 문제점을 해결함으로써 기존의 수열탄화 공정에 비하여 에너지가 65 내지 75% 절감되는 신규하면서도 진보된 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고형연료를 제공하기 위한 것으로서, 그 해결 수단은 다음과 같다.
즉, 본원 발명은, 유기성 또는 무기성 폐기물을 0.1 내지 1mm의 크기로 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 유기성 또는 무기성 폐기물에 물을 혼합하여 혼합재료를 제조하여 원료공급조에 저장하는 단계; 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제1 수열탄화조에 공급하고, 제1 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계; 상기 제1 수열탄화조에서 반응이 진행되는 동안 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제2 수열탄화조에 공급하고, 제2 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계; 수열탄화된 탄화물을 탄화물저장조로 이송시키는 단계; 및 성형 및 건조하는 단계;를 포함하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법과 그 방법으로 제조된 고형연료에 관한 것이다.
여기서, ‘상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제1 수열탄화조에 공급하고, 제1 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’는 증기보일러로부터 공급되는 온도가 200 내지 230℃이고 압력이 15 내지 27bar인 고온의 증기에 의하여 반응되는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, ‘상기 제1 수열탄화조에서 반응이 진행되는 동안 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제2 수열탄화조에 공급하고, 제2 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’는 상기 ‘상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제1 수열탄화조에 공급하고, 제1 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’가 완료된 제1 수열탄화조로부터 공급된 고온의 증기에 의하여 반응되는 것을 특징으로 하는 것이다.
그리고, ‘상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제1 수열탄화조에 공급하고, 제1 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’및 ‘상기 제1 수열탄화조에서 반응이 진행되는 동안 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제2 수열탄화조에 공급하고, 제2 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’가 완료된 제1 수열탄화조 및 제2 수열탄화조로부터 고온의 증기를 원료공급조로 공급하여 원료공급조의 내부온도를 상승시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, ‘수열탄화된 탄화물을 탄화물저장조로 이송시키는 단계’가 완료되어 수열탄화된 탄화물이 저장되는 온도 85 내지 95℃인 탄화물저장조의 탄화물의 열에너지를 열교환기 및 열교환수 순환배관을 이용하여 원료공급조로 공급하여 원료공급조의 내부온도를 상승시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이때, 상기 원료공급조의 내부온도를 상승시키는 단계에 의하여 원료공급조의 내부온도가 20 내지 50℃로 상승되는 것을 특징으로 하는 것이다.
그리고, ‘상기 분쇄된 유기성 또는 무기성 폐기물에 물을 혼합하여 공급원료를 제조하는 단계’는 촉매를 더욱 혼합하여 공급원료를 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 것이다.
여기서, 상기 촉매는 산계열 산촉매, 염화계열 산촉매 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 것인바, 상기 산계열 산촉매는 황산(H 2SO 4)인 것을 특징으로 하는 것이고, 상기 염화계열 산촉매는 염산(HCl), 염화제1철(FeCl 3) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법인 것이다.
그리고, ‘상기 분쇄된 유기성 또는 무기성 폐기물에 물을 혼합하여 혼합재료를 제조하는 단계’는 촉매를 더욱 혼합하고 바람직하기는 0.1 내지 1mm의 크기로 분쇄된 첨가물을 더욱 혼합하여 혼합재료를 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 것이고, 이때 더욱 바람직하기는 첨가물을 0.5 내지 1mm로 분쇄하여 혼합하는 것이다.
또한, 유기성 폐기물의 원료는, 술찌꺼기, 비지, 콩, 팥, 고구마, 감자 등 각종 식품가공 폐기물; 버섯배지, 채소, 과일 등 농업 폐기물; 우분, 돈분, 계분, 동물사체 등 축산 폐기물; 어류, 굴, 해초, 미역 등 수산 폐기물; 하폐수슬러지, 음식물쓰레기, 커피찌꺼기, 정원 폐기물 등 생활 폐기물; 등인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법인 것이다.
그리고, 무기성 폐기물의 원료는, 염색 폐수슬러지, 가죽 폐수슬러지, 피혁 폐수슬러지, 제지 폐수슬러지, 광산 폐수슬러지, 도금 폐수슬러지 등인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법인 것이다.
또한, 첨가물은 톱밥 등 바이오매스 계열인 것에서 선택되는 것이 바람직하고, 분쇄된 상기 유기성 폐기물 또는 무기성 폐기물과 분쇄된 상기 바이오매스 계열의 첨가물의 비율을 19:1 내지 4:1(즉, 유기성 또는 무기성 폐기물과 분쇄된 상기 바이오매스 계열의 첨가물 총량 중 바이오매스 계열의 첨가물이 5 내지 20중량%)까지로 혼합한 후에, 물과 산계열 혹은 염화계열 산촉매를 혼합하여 전체 혼합 재료 중에서 수분 함량이 80 내지 90중량%이고, 촉매 함량은 0.08 내지 3.6중량%인 혼합재료인 것이 바람직한 것이다.
한편, 본원 발명은, 위와 같은 공정으로 구성된 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법에 의하여 제조된 고형연료인 것이다.
본원 발명은, 유기성 또는 무기성 폐기물을 이용하여 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 개선된 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 고형연료를 제공하는 효과를 갖는 것으로서, 본원 발명의 구체적인 효과는 아래와 같다.
즉, 첫째, 본원 발명은, 유기성 또는 무기성 폐기물을 이용하여 고형연료를 생산하기 위하여 개량된 수열탄화 공정을 채택함으로써, 다량의 에너지가 소요되고 생산된 고형연료에서의 악취가 발생하는 건조공정의 문제점을 해결한 신규한 수열탄화 방법 및 그 방법으로 제조된 고형연료를 제공하는 효과를 나타내는 것이다.
그리고 둘째, 본원 발명은, 유기성 또는 무기성 폐기물을 이용하여 고형연료를 생산하기 위하여 개량된 수열탄화 공정을 채택함으로써, 다량의 에너지가 소요되고, 고형연료 생산과정에서 다량의 대기오염물질이 발생되는 탄화 및 반탄화 공정의 문제점을 해결한 신규한 수열탄화 방법 및 그 방법으로 제조된 고형연료를 제공하는 효과를 나타내는 것이다.
그리고, 셋째, 위 건조 공정과 탄화 및 반탄화 공정의 문제점을 해결하기 위하여 채택된 기존의 수열탄화 공정에 따른 다량의 에너지가 소요되는 문제점을 해결한 것으로서, 기존의 수열탄화 공정에 비하여 에너지가 65 내지 75% 절감되는 매우 효율적이고 신규한 수열탄화 방법 및 그 방법으로 제조된 고형연료를 제공하는 효과를 나타내는 것이다.
도 1 : 유기성 또는 무기성 폐기물의 에너지 절감형 수열탄화 공정도
도 2 : 고열량 고형연료 사진
(도면 부호의 설명)
10: 제1수열탄화조
20: 제2수열탄화조
31: 제1수열탄화조 증기배출밸브
32: 제2수열탄화조 증기배출밸브
33: 수열탄화조 배출증기 및 보일러 증기 제1수열탄화조 증기공급밸브
34: 수열탄화조 배출증기 및 보일러 증기 제2수열탄화조 증기공급밸브
41: 제1수열탄화조 잔류증기 배출밸브
42: 제2수열탄화조 잔류증기 배출밸브
50: 증기보일러
51: 수열탄화조 증기공급 메인밸브
60: 원료공급조
61: 원료공급조 반응증기 배출배관
71: 제1수열탄화조 탄화물 배출밸브
72: 제2수열탄화조 탄화물 배출밸브
73: 탄화물저장조
80: 공급원료 열교환기
81: 열교환수 순환배관
본원 발명은, 다량의 에너지가 소요되고 생산된 고형연료에서의 악취가 발생하는 건조공정의 문제점을 해결하고, 다량의 에너지가 소요되고 고형연료 생산과정에서 다량의 대기오염물질이 발생되는 탄화 및 반탄화 공정의 문제점을 해결하며, 기존의 수열탄화 공정 또한 여전히 다량의 에너지가 소요되는 문제점을 해결함으로써 기존의 수열탄화 공정에 비하여 에너지가 65 내지 75% 절감되는 신규하면서도 진보된 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고형연료를 제공하기 위한 것이다.
먼저, 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법에 따른 일 실시예는 다음과 같다.
즉, 본원 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은,
1) 유기성 또는 무기성 폐기물을 0.1 내지 1mm의 크기로 분쇄하는 단계;
2) 상기 분쇄된 유기성 또는 무기성 폐기물에 물을 혼합하여 혼합재료를 제조하여 원료공급조에 저장하는 단계;
3) 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제1 수열탄화조에 공급하고, 제1 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계;
4) 상기 제1 수열탄화조에서 반응이 진행되는 동안 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제2 수열탄화조에 공급하고, 제2 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계;
5) 수열탄화된 탄화물을 탄화물저장조로 이송시키는 단계; 및
6) 성형 및 건조하는 단계;를 포함하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법일 수 있다.
여기서, 일 실시예에 따르면, ‘3) 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제1 수열탄화조에 공급하고, 제1 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’는 고온의 증기에 의하여 제1 수열탄화조에 공급된 혼합재료(공급원료)가 수열탄화되는 것인데, 증기보일러로부터 공급되는 온도가 200 내지 230℃이고 압력이 15 내지 27bar인 고온의 증기에 의하여 반응되는 것을 특징으로 하는 제조방법일 수 있다.
그리고, 일 실시예에 따르면, ‘4) 상기 제1 수열탄화조에서 반응이 진행되는 동안 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제2 수열탄화조에 공급하고, 제2 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’는 상기 ‘상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제1 수열탄화조에 공급하고, 제1 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’가 완료된 제1 수열탄화조로부터 공급된 고온의 증기에 의하여 반응되는 것을 특징으로 하는 제조방법일 수 있다.
또한, 본원 발명의 일 실시예에 따르면, ‘3) 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제1 수열탄화조에 공급하고, 제1 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’및 ‘상기 제1 수열탄화조에서 반응이 진행되는 동안 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제2 수열탄화조에 공급하고, 제2 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’가 완료된 제1 수열탄화조 및 제2 수열탄화조로부터 고온의 증기를 원료공급조로 공급하여 원료공급조의 내부온도를 상승시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법일 수 있다.
그리고, 본원 발명의 일 실시예에 따르면, '5) 수열탄화된 탄화물을 탄화물저장조로 이송시키는 단계’가 완료되어 수열탄화된 탄화물이 저장되는 온도 85 내지 95℃인 탄화물저장조의 열에너지를 열교환기 및 열교환수 순환배관을 이용하여 원료공급조로 공급하여 원료공급조의 내부온도를 상승시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법일 수 있다.
여기서, 본원 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 원료공급조의 내부온도를 상승시키는 단계에 의하여 원료공급조의 내부온도가 20 내지 50℃로 상승되는 것을 특징으로 하는 제조방법일 수 있다.
또한, 본원 발명의 일 실시예에 따르면, '2) 상기 분쇄된 유기성 또는 무기성 폐기물에 물을 혼합하여 혼합재료를 제조하는 단계’는 촉매를 더욱 혼합하여 혼합재료를 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 제조방법일 수 있다.
그리고, 본원 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 촉매는 산계열 산촉매, 염화계열 산촉매 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 것인데, 상기 산계열 산촉매는 황산(H 2SO 4)인 것을 특징으로 하는 것이고, 상기 염화계열 산촉매는 염산(HCl), 염화제1철(FeCl 3) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법일 수 있다.
또한, 본원 발명의 일 실시예에 따르면, '2) 상기 분쇄된 유기성 또는 무기성 폐기물에 물을 혼합하여 혼합재료를 제조하는 단계’는 촉매를 더욱 혼합하고 바람직하기는 0.1 내지 1mm의 크기로 분쇄된 첨가물을 더욱 혼합하여 혼합재료를 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 것이고, 이때 더욱 바람직하기는 첨가물을 0.5 내지 1mm로 분쇄하여 혼합하는 제조방법일 수 있다.
그리고, 본원 발명의 일 실시예에 따르면, 유기성 폐기물의 원료는, 술찌꺼기, 비지, 콩, 팥, 고구마, 감자 등 각종 식품가공 폐기물; 버섯배지, 채소, 과일 등 농업 폐기물; 우분, 돈분, 계분, 동물사체 등 축산 폐기물; 어류, 굴, 해초, 미역 등 수산 폐기물; 하폐수슬러지, 음식물쓰레기, 커피찌꺼기, 정원 폐기물 등 생활 폐기물; 등인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법일 수 있다.
그리고, 본원 발명의 일 실시예에 따르면, 무기성 폐기물의 원료는, 염색 폐수슬러지, 가죽 폐수슬러지, 피혁 폐수슬러지, 제지 폐수슬러지, 광산 폐수슬러지, 도금 폐수슬러지 등인 것을 특징으로 하는 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 제조방법일 수 있다.
또한, 본원 발명의 일 실시예에 따르면, 첨가물은 톱밥 등 바이오매스 계열인 것에서 선택되는 것이 바람직하고, 분쇄된 상기 유기성 폐기물 또는 무기성 폐기물과 분쇄된 상기 바이오매스 계열의 첨가물의 비율을 19:1 내지 4:1(즉, 유기성 또는 무기성 폐기물과 분쇄된 상기 바이오매스 계열의 첨가물 총량 중 바이오매스 계열의 첨가물이 5 내지 20중량%)까지로 혼합한 후에, 물과 산계열 혹은 염화계열 산촉매를 혼합하여 전체 혼합 재료 중에서 수분 함량이 80 내지 90중량%이고, 촉매 함량은 0.08 내지 3.6중량%인 혼합재료인 것이 바람직한 것이다.
한편, 본원 발명의 일 실시예에 따르면, 위와 같은 공정으로 구성된 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법에 의하여 제조된 고형연료에 관한 것일 수 있다.
아래에서는, 도 1, 2를 통해 본원 발명의 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법에 따른 구체적인 공정을 에너지 절감이라는 측면에서 설명하기로 한다.
본원 발명은, 폐기물의 수열탄화 과정에서 필요로 하는 열에너지를 수열탄화 반응이 완료된 후 수열탄화조 내부의 잔류하는 고온의 증기 및 수열탄화조로부터 배출된 탄화물의 열에너지를 효율적으로 회수하여 다시 공급함으로써, 수열탄화 공정에서의 요구되는 필요 에너지의 65 내지 75% 이상을 절감할 수 있는 획기적인 에너지 절감형 고형연료의 제조방법에 관한 것이다.
본원 발명의 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법에서 에너지 절감을 위한 에너지 회수는 3단계로 진행되는 것이다.
즉, 첫째, 1단계는 수열탄화 반응이 완료된 제1 수열탄화조 내부의 200 내지 250℃ 정도의 고온 증기를 수열탄화 반응이 시작되는 제2 수열탄화조에 공급함으로써 필요 에너지의 25 내지 35% 정도를 절감할 수 있는 제1 수열탄화조 내부의 고온 증기의 열에너지 회수공정이다.
그리고 둘째, 2단계는 제2 수열탄화조에서 수열탄화 반응이 완료된 시점에서, 수열탄화 반응이 완료된 제1 수열탄화조 내부 및 제2 수열탄화조 내부의 비교적 고온인 140 내지 150℃ 정도의 잔류 증기를 원료공급조에 공급함으로써 필요 에너지의 20 내지 30% 정도를 절감할 수 있는 제1 및 제2 수열탄화조 잔류 증기의 열에너지 회수공정이다.
그리고 셋째, 3단계는 수열탄화 반응이 완료되어 제1 수열탄화조 및 제2 수열탄화조로부터 배출된 85 내지 95℃인 탄화물이 저장되어 있는 탄화물저장조의 열에너지를 열교환기 및 열교환수 순환배관을 이용하여 원료공급조로 공급하여 원료공급조의 내부 온도를 상승시킴으로써 필요 에너지의 10 내지 20% 정도를 절감할 수 있는 탄화물저장조의 탄화물의 열에너지 회수공정이다.
본원 발명의 일 실시예에 따른 더욱 구체적인 공정을 도 1을 참조하여 아래에서 설명하기로 한다.
수열탄화를 위한 폐기물은 밀폐형인 공급원료 열교환기(80)에서 온도가 상승된 후 원료공급조(73)에 공급되는 것으로서, 공급원료 열교환기(80)에 공급되는 혼합재료의 온도는 계절에 따라 차이가 있지만 평균적으로 20 내지 30℃ 정도가 되며, 탄화물저장조(73)의 85 내지 95℃의 탄화물에서 열에너지를 흡수한 70 내지 85℃ 정도의 열교환수는 열교환수 순환배관(81)을 통하여 공급원료 열교환기(80)에 공급된다.
20 내지 30℃의 혼합재료는 공급원료 열교환기(80)에서 열교환이 완료된 후에는 40 내지 60℃ 정도로 상승된 상태로 원료공급조(60)에 공급된다. 혼합재료와의 열교환이 완료된 열교환수는 40 내지 55℃ 정도로 온도가 하락한 후 탄화물저장조(73)로 이송된 후 다시 반복해서 공급원료 열교환기(80)로 공급된다.
공급원료 열교환기(80)에서 온도가 상승한 혼합재료는 원료공급조(60)에 공급되며, 원료공급조(60)에서 혼합재료는 수열탄화 반응이 완료된 제1 수열탄화조(10)로부터 공급되는 140 내지 150℃ 정도의 고온 증기에 의해 80 내지 92℃ 정도로 온도가 상승된 후 제2 수열탄화조(20)로 공급된다. 제1 수열탄화조로(10)부터 제1 수열탄화조 잔류증기 배출밸브(41) 및 배출배관을 통하여 원료공급조(60)에 공급되는 140 내지 150℃ 정도의 비교적 고온인 잔류증기가 원료공급조(60)의 혼합재료와 직접 접촉하게 되므로 빠른 시간 내에 혼합재료의 온도를 상승시킬 수 있다. 원료공급조(60)에서의 혼합재료와 비교적 고온의 잔류증기와의 열교환율을 최대화시키기 위하여 5 내지 20분 정도의 잔류증기 체류 시간을 제공한다. 비교적 고온의 제1 수열탄화조(10)의 잔류증기는 원료공급조(60)의 혼합재료에 열에너지를 제공하여 혼합재료의 온도를 상승시킨 후, 급격히 온도가 하강한 상태로 원료공급조 반응증기 배출배관(61)을 통하여 탈취설비로 이송된다.
제1 수열탄화조(10)에서의 수열탄화 반응이 진행되는 동안 열교환기(80) 및 원료공급조(60)에서 80 내지 92℃ 정도로 온도가 상승된 혼합재료는 제2 수열탄화조(20)로 공급된 후, 제1 수열탄화조로부터 200 내지 250℃ 정도의 고온 증기를 공급받아 140 내지 150℃ 정도로 온도가 상승된 후 증기보일러(50)로부터 200 내지 250℃ 정도의 고온 증기를 공급받아 200 내지 230℃ 정도로 혼합재료(공급원료)의 온도가 상승된 다음 1 내지 2시간 정도의 수열탄화 반응을 거쳐 고열량의 고형연료로 전환 된다.
수열탄화 반응이 끝난 제1 수열탄화조(10)의 200 내지 230℃ 정도의 고온 증기는 제1 수열탄화조 증기배출밸브(31) 및 배출배관을 통하여 배출된 후, 수열탄화조 증기 및 보일러 증기 제2 수열탄화조 공급밸브(34) 및 공급배관을 통하여 제2 수열탄화조(20)에 공급된다. 제2 수열탄화조(20)에 제1 수열탄화조(10)의 200 내지 230℃ 정도의 고온의 증기가 공급된 후 10 내지 20분이 경과하면 제1 수열탄화조(10) 및 제2 수열탄화조(20)의 증기압 및 온도는 평형상태에 이르게 되며, 이때의 양 수열탄화조의 내부 온도는 140 내지 150℃ 정도가 되며, 이 과정에서의 에너지 회수율은 전체 필요 에너지의 25 내지 35% 정도가 된다.
제2 수열탄화조(20) 내부의 온도가 145℃ 정도가 된 직후 수열탄화조 증기 및 보일러 증기 제2 수열탄화조 공급밸브(34) 및 수열탄화조 증기공급 메인 밸브를 통하여 제2 수열탄화조(20)에 200 내지 250℃ 정도의 고온증기가 공급되며, 제2 수열탄화조(20)의 내부온도가 200 내지 230℃ 정도가 된 직후 1 내지 2시간 정도 수열탄화 반응이 진행 된다. 이러한 제1 수열탄화조(10) 및 제2 수열탄화조(20)의 교차 반응은 반복적으로 진행되며, 이러한 교차반응을 통하여 수열탄화조에 공급된 혼합재료(공급원료)는 효율적으로 고열량의 탄화물인 고형연료로 전환 된다.
제1 수열탄화조(10)에서 수열탄화 반응이 완료되어 내부의 고온, 고압의 증기가 완전히 배출된 후의 탄화물의 온도는 100 내지 105℃ 정도가 되며, 이러한 탄화물은 제1 수열탄화조 탄화물 배출밸브(71) 및 배출배관을 통하여 탄화물저장조(73)로 배출된다. 탄화물저장조(73)로 배출된 탄화물의 온도는 배출과정에서 약간의 온도 하락이 있어 탄화물저장조(73)에 저장되는 동안 85 내지 95℃ 정도를 유지하게 된다. 탄화물저장조(73)의 열에너지는 열교환기(80) 및 열교환수 순환배관(81)을 통하여 공급되는 열교환수에 의해 열에너지가 회수되어 공급되는 혼합재료의 온도상승에 기여하게 된다.

Claims (15)

1) 유기성 또는 무기성 폐기물을 0.1 내지 1mm의 크기로 분쇄하는 단계;
2) 상기 분쇄된 유기성 또는 무기성 폐기물에 물을 혼합하여 혼합재료를 제조하여 원료공급조에 저장하는 단계;
3) 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제1 수열탄화조에 공급하고, 제1 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계;
4) 상기 제1 수열탄화조에서 반응이 진행되는 동안 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제2 수열탄화조에 공급하고, 제2 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계;
5) 수열탄화된 탄화물을 탄화물저장조로 이송시키는 단계; 및
6) 성형 및 건조하는 단계;를 포함하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제1항에 있어서,
'3) 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제1 수열탄화조에 공급하고, 제1 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’는 증기보일러로부터 공급되는 온도 200 내지 230℃, 압력 15 내지 27bar의 고온의 증기에 의하여 반응되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제2항에 있어서,
‘4) 상기 제1 수열탄화조에서 반응이 진행되는 동안 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제2 수열탄화조에 공급하고, 제2 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’는 상기 '3) 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제1 수열탄화조에 공급하고, 제1 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’가 완료된 제1 수열탄화조로부터 공급된 고온의 증기에 의하여 반응되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제3항에 있어서,
'3) 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제1 수열탄화조에 공급하고, 제1 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’및 '4) 상기 제1 수열탄화조에서 반응이 진행되는 동안 상기 원료공급조에 저장된 혼합재료를 교반기가 갖추어진 제2 수열탄화조에 공급하고, 제2 수열탄화조 안에서 산소를 차단하고 온도 180 내지 230℃, 압력 10 내지 27bar를 유지하여 1 내지 2시간 반응시키는 단계’가 완료된 제1 수열탄화조 및 제2 수열탄화조로부터 고온의 증기를 원료공급조로 공급하여 원료공급조의 내부온도를 상승시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제4항에 있어서,
'5) 수열탄화된 탄화물을 탄화물저장조로 이송시키는 단계’가 완료되어 수열탄화된 탄화물이 저장되는 온도 85 내지 95℃인 탄화물저장조의 열에너지를 열교환기 및 열교환수 순환배관을 이용하여 원료공급조로 공급하여 원료공급조의 내부온도를 상승시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 원료공급조의 내부온도를 상승시키는 단계에 의하여 원료공급조의 내부온도가 20 내지 50℃로 상승되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제6항에 있어서,
'2) 상기 분쇄된 유기성 또는 무기성 폐기물에 물을 혼합하여 혼합재료를 제조하는 단계’는 촉매를 더욱 혼합하여 혼합재료를 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 촉매는 산계열 산촉매, 염화계열 산촉매 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 산계열 산촉매는 황산(H 2SO 4)인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제8항에 있어서,
염화계열 산촉매는 염산(HCl), 염화제1철(FeCl 3) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제10항에 있어서,
'2) 상기 분쇄된 유기성 또는 무기성 폐기물에 물을 혼합하여 혼합재료를 제조하는 단계’는 촉매를 더욱 혼합하고 0.1 내지 1mm의 크기로 분쇄된 첨가물을 더욱 혼합하여 혼합재료를 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제11항에 있어서,
유기성 폐기물의 원료는,
술찌꺼기, 비지, 콩, 팥, 고구마, 감자 등 각종 식품가공 폐기물; 버섯배지, 채소, 과일 등 농업 폐기물; 우분, 돈분, 계분, 동물사체 등 축산 폐기물; 어류, 굴, 해초, 미역 등 수산 폐기물; 하폐수슬러지, 음식물쓰레기, 커피찌꺼기, 정원 폐기물 등 생활 폐기물; 등인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제11항에 있어서,
무기성 폐기물의 원료는, 염색 폐수슬러지, 가죽 폐수슬러지, 피혁 폐수슬러지, 제지 폐수슬러지, 광산 폐수슬러지, 도금 폐수슬러지 등인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제13항에 있어서,
유기성 또는 무기성 폐기물을 0.5 내지 1mm의 크기로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 수열탄화 반응을 이용하여 악취가 저감되는 고형연료의 제조방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조되는 고형연료.
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