KR101356910B1 - 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법 - Google Patents

유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101356910B1
KR101356910B1 KR1020120016183A KR20120016183A KR101356910B1 KR 101356910 B1 KR101356910 B1 KR 101356910B1 KR 1020120016183 A KR1020120016183 A KR 1020120016183A KR 20120016183 A KR20120016183 A KR 20120016183A KR 101356910 B1 KR101356910 B1 KR 101356910B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
synthesis
carbide
gasification reactor
waste
Prior art date
Application number
KR1020120016183A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130094920A (ko
Inventor
박희원
Original Assignee
박희원
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 박희원 filed Critical 박희원
Priority to KR1020120016183A priority Critical patent/KR101356910B1/ko
Publication of KR20130094920A publication Critical patent/KR20130094920A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101356910B1 publication Critical patent/KR101356910B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/06—Continuous processes
    • C10J3/16—Continuous processes simultaneously reacting oxygen and water with the carbonaceous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0946—Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/1269—Heating the gasifier by radiating device, e.g. radiant tubes
    • C10J2300/1276—Heating the gasifier by radiating device, e.g. radiant tubes by electricity, e.g. resistor heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/82—Recycling of waste of electrical or electronic equipment [WEEE]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

본 발명은 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폐 자동차로 부터 배출되는 폐 유기물을, 저온 열분해시 발생되는 복합가스와 탄화물에 수분과 유분을(18%미만) 함유하게 하여, 수분과 유분을 함유한 탄화물과 복합가스를, 합성가스화 반응로로 보내 이를 별도의 수증기 공급 장치 없이 합성가스로 환원시켜 연료로 사용하고, 열분해시 발생하는 2차폐기물인 탄화물도 가스화 함으로써. 2차폐기물과 공해물질을 획기적으로 줄이기 위한 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명인 저온열분해를 통한 합성가스 생성장치는, 자동차로부터 발생되는 폐 유기물(특히 폐타이어, ASR 등)을, 1차로 18%(중량기준)의 수분과 유분을 함유할 수 있도록 폐기물 성상에 따라 270℃~450℃에서 열분해시키는 저온 열분해로와; 상기 저온 열분해로에서 배출되는 탄화물을 저온(50℃미만)으로 냉각시키는 냉각로와; 상기 냉각로에서 배출되는 배출물을 금속과 비철, 탄화물로 분리하는 선별기와; 상기 선별기로부터 선별된 탄화물을 분말형태로 분쇄하는 분쇄기와; 상기 분쇄기로부터 분말형태의 탄화물을 공급받아 합성 가스화 반응로 상부로 공급하는 제 1차 진공펌프 및 상기 저온 열분해로부터 유입되는 복합가스를 합성 가스화 반응로의 하부로 유입시키는 제 2차 진공펌프와; 상기 제 1, 2차 진공펌프로부터 합성가스와 분말형태의 탄화물을 공급받는 합성가스 반응로와; 상기 합성 가스화 반응로의 배출구에서 배출되는 고온의 가스를 열교환 시키는 열교환기와; 상기 열교환기에 의하여 1차 냉각된 가스를 2차 냉각시키는 냉동기와; 상기 냉동기에 의하여 2차 냉각된 가스에 함유된 질산화물 및 황산화물을 제거하는 기수분리기와; 상기 기수분리기로부터 유입되는 가스를 저장하는 합성가스 저장탱크로 이루어지도록 한다.
한편, 폐 유기물을 분해시키는 저온 열 분해로가 장착되어 합성가스를 생성하는 방법은 폐 유기물의 형상에 따라 270℃~450℃ 범위에서 저온 열분해 방식으로 수분과 유분이 18%(중량기준) 함유된 탄화물과 복합가스를 생성하는 저온 열분해 단계와; 저온 열분해 단계에서 생성된 미세입자로 분해된 탄화물을 복합가스와 함께 2차 진공펌프(220)로 각각 이송시키는 이송단계와; 냉각로에서 배출되는 고형물을 금속과 탄화물로 분리하는 선별단계와; 분말형태의 탄화물을 합성 가스화 반응로의 상부로 공급하고, 2차 진공펌프에 의하여 유입되는 복합가스와 미세입자 탄화물을 합성 가스화 반응로의 하부로 공급하는 단계와; 반응효율을 높이기 위하여 합성 가스화 반응로의 상부에 투입된 분말형태의 탄화물의 반응시간을 연장시키는 환원반응 지연단계와; 합성 가스화 반응로의 하부를 1260~1300℃정도가 유지되도록 하면서 환원반응을 시키는 제 1차 환원반응 단계와; 1차 환원반응 된 탄화물을 1250℃의 합성 가스화 반응로의 상부로 통과시키는 제 2차 환원반응 단계와; 1200℃가 유지되는 합성 가스화 반응로 상부에 장착된 배출부 내부를 고온의 가스를 통과시키는 제 3차 환원 반응 단계로 이루어진다.
위와 같이 이루어지는 본 발명인 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법은, 종래 환원반응로와 산화반응로로 이원화된 종래 가스화(개질)장치에 비하여, 단일 환원 반응로로 이루어져 종래의 내화벽돌과 가스버너 방식에 비하여 내화튜브와 전기히터 방식을 채택하여 구성이 간단하고, 가스화 반응 온도의 균질화를 유지할 수 있으므로, 초기 제작비가 저렴할 뿐만 아니라 유지관리비를 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 합성 반응로의 내부에 별도의 하향경사각을 갖는 경사판을 다수개 장착함으로써, 탄화물의 반응시간을 길게 하여 합성가스 생산에 따른 환원효율을 극대화 할 수 있다.
그리고, 다중(1차 내지 3차)으로 이루어지는 환원방법으로 인하여, 종래의
산화반응인 연소 장치에 비하여, 환원반응 으로 개질의 효율을 높이며 합성가스의 생산량을 극대화하고 배출구로 배출되는 폐열을 이용한 에너지효율을 크게 향상 시킬 수 있는 이점도 예상 할 수 있다.
본 발명은 온도편차 방식(하부 : 1300℃, 상부 : 1250℃, 배출부 : 1200℃)으로 이루어지는 다단식 환원방식을 채택함으로써, 종래 개질방법에 비하여 개질효율을 높임과 아울러 에너지 사용량을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
이외에도 본 발명은 가열원으로 전기를 사용함으로써, 종래 버너를 이용하여 반응로 내부를 가열시키는 방식에 비하여, 장치의 수명이 길고 사용이 간편하여 유지관리비가 저렴할 뿐만 아니라, 안전하여 가동 중 안전사고를 획기적으로 줄일 수 있는 효과도 아울러 기대할 수 있다.

Description

유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법{Device and method for organic synthesis gas generating device of automotive waste}
본 발명은 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폐 자동차로 부터 배출되는 폐 유기물을, 저온 열분해시 발생되는 복합가스와 탄화물에 수분과 유분을(18%미만) 함유하게 하여, 수분과 유분을 함유한 탄화물과 복합가스를, 합성가스화 반응로로 보내 이를 별도의 수증기 공급 장치 없이 합성가스로 환원시켜 연료로 사용하고, 열분해시 발생하는 2차폐기물인 탄화물도 가스화 함으로써 2차폐기물과 공해물질을 획기적으로 줄이기 위한 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적인 합성가스 생성장치는 도 1a에 도시(등록 특허 제391121호)되어 있는 바와 같이, 개질기(10)에는 폐유와 같은 액상 폐기물을 개질기 내로 분사시키는 액상 폐기물 공급노즐(2)과, 석탄과 같은 고상 폐기물을 스크류 피더 등에 의해 개질기 내로 공급하는 고상 폐기물 공급 노즐(3)과, 공급되는 폐기물에 따라 적절한 위치에서 개질기 내로 증기를 분사시키는 증기 공급기(4)가 환원반응실의 측벽과 연결되어 있고, 개질기(10) 내로 공급되는 액상 폐기물을 가열하기 위한 액상 폐기물 가열기(5)는 액상 폐기물 공급 노즐(2)과 연결되어 있으며, 개질기 내로 물을 증기 상태로 공급하기 위한 물 가열기(6)는 증기 공급기(4)와 연결되어 있다.
또한, 개질기(10) 상단에는 개질기(10)로부터 생성 가스를 배출하는 출구(7)가 설치되고, 여기에서 배출되는 생성 가스를 재순환하여 개질기 내로 분사시키기 위한 합성가스 유입관(8), 그리고 합성가스 유입관(8)과 인접하여 위치하며 재순환된 생성가스와 반응시키기 위한 산소를 공급하는 산소 공급관(9)은 개질기(10) 하단의 산화반응실에 설치되어 있다.
그러나, 위와 같은 등록특허 제 391121호는 산화반응실과 환원반응실이 수직상 서로 관통하도록 형성되어 있으므로, 주입되는 가스(수소, 산소)중 산소가 산화반응실에서 전량 연소(소진)되지 못하고 환원반응실로 유입되어 산화되어, 인체와 고가의 장치에 유해한 산화물을 생성함으로써 장비의 부식과 산화물질이 발생되며, 그에 해당하는 만큼의 대기오염 발생의 증가와 함께, 합성가스의 효율이 저하되므로 연료화 가스(합성가스)생산량이 저하되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 재순환 생성된 합성가스의 일부를 가열원으로 사용하도록 되어 있으나, 합성가스의 발열량이 저위발열량이이서, 합성가스 자체만으로는 산화반응로의 고온(2000℃)을 유지할 수 없는 단점도 아울러 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1b에 개시(등록특허 제 10-637340호)되어 있는 바와 같이, 증기와 이산화탄소를 생성하는 산화반응실(11)과, 산화반응실(11)로부터 열량을 전달받아 적어도 1200℃를 넘는 온도를 유지하면서 고분자 유기물을 유입시켜 산화반응실(11)에서 유입된 수증기 및 이산화탄소와 환원 반응시킴으로써, 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스를 생성하는 환원반응실(12)과, 고분자 유기물을 환원반응실(12)로 투입하는 유기물 투입장치(13)와, 환원반응실(12)로부터 생성된 합성가스의 일부를 산화반응실(11)로 재순환시키는 합성가스 유입관(14)을 포함하여서 된 개질기(10')에 있어서, 환원반응실(12)의 하부 측벽에는 환원반응실(12)의 길이방향에 직각되는 방향으로 산화반응실(11)을 위치시키되, 산화반응실(11)의 후위에는 합성가스 유입관(14)의 유입측을 연결하고, 합성가스 유입관(14) 유입측 주위에는 산소주입관(15)을 연결하며, 산화반응실(11)의 중간부위에는 점화플러그(16)가 장착되고, 이때 상기 산화반응실(11)에는 합성가스버너가 구비되는 구성으로 이루어져있다.
그러나, 위와 같은 등록특허 제 10-637340호는 선행 특허인 등록특허 제 391121호가 산화반응실과 환원반응실이 수평, 수직상태로 개시되어 발생되는 문제점을 일부 완화시키는 효과는 있으나, 열 분해로의 온도를 600~1000℃로 하고, 환원반응로의 내부를 1200℃ 이상으로 유지 되도록 하기 위하여, 생성된 합성가스를 재사용 하여 온도를 유지하는 것으로 개시되어 있으나, 대부분의 합성가스는 발열량이 5000k/cal 이하 이므로, 이에 따른 다량의 저발열 합성가스와 고발열량의 가스를 혼합하여야 하는 문제점과 함께, 장치의 복잡화와 효율의 저하로 인하여 초기 설치비와 유지관리비가 상승하는 문제점을 가지고 있다.
이외에도 등록특허 제 10-637340호에 개시된 환원 반응로는 합성가스 버너 방식이어서, 일정한 환원반응로의 내부를 1200℃ 까지 상승시키는데 많은 시간과 연소에 따른 수소가스가 다량 소요될 뿐만 아니라, 가스버너방식으로는 환원반응실내를 일정한 온도로 장시간 유지하기가 어려운 문제점이 있다.
이외에도, 내부에 내화벽돌과 같은 내화물(단열재)을 내장하는 방식이어서 많은 설치면적이 소요됨과 동시에, 2000℃에 가까운 산화반응실의 고온유지로 인하여 장치의 수명이 단축되고, 긴급 정지시(냉각)에 많은 시간이 소요되며 이로 인한 화재 및 폭발의 위험요소를 가지고 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 구조가 간단하여 초기 제작비가 저렴할 뿐만 아니라, 자동차로부터 배출되는 폐 타이어, ASR(폐차의 파쇄시에 발생되는 폐 잔재물) 등의 유기물을 1차 저온 열분해를 통하여 무게와 부피가 감소되도록 한다.
또한 개질시 에너지의 효율을 높이기 위하여, 종래 환원 반응로와 산화 반응로로 이원화 되어 있는 장치를 합성 가스화 환원반응로 만으로 일원화하여, 합성가스의 발생량을 극대화함과 아울러, 초기 공사비와 유지관리비를 크게 절감시킴과 동시에, 폐 유기물의 소각 처리시에 발생되는 CO₂등의 대기오염물질을 최소화하는 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명인 저온열분해를 통한 합성가스 생성장치는, 자동차로부터 발생되는 폐 유기물(특히 폐타이어, ASR 등)을, 1차로 18%(중량기준)의 수분과 유분을 함유할 수 있도록 폐기물 성상에 따라 270℃~450℃에서 열분해 시키는 저온 열분해로와; 상기 저온 열분해로에서 배출되는 탄화물을 저온(50℃미만)으로 냉각시키는 냉각로와; 상기 냉각로에서 배출되는 배출물을 금속과 비철, 탄화물로 분리하는 선별기와; 상기 선별기로부터 선별된 탄화물을 분말형태로 분쇄하는 분쇄기와; 상기 분쇄기로부터 분말형태의 탄화물을 공급받아 합성 가스화 반응로 상부로 공급하는 제 1차 진공펌프 및 상기 저온 열분해로부터 유입되는 복합가스를 합성 가스화 반응로의 하부로 유입시키는 제 2차 진공펌프와; 상기 제 1, 2차 진공펌프로부터 합성가스와 분말형태의 탄화물을 공급받는 합성가스 반응로와; 상기 합성 가스화 반응로의 배출구에서 배출되는 고온의 가스를 열교환 시키는 열교환기와; 상기 열교환기에 의하여 1차 냉각된 가스를 2차 냉각시키는 냉동기와; 상기 냉동기에 의하여 2차 냉각된 가스에 함유된 질산화물 및 황산화물을 제거하는 기수분리기와; 상기 기수분리기로부터 유입되는 가스를 저장하는 합성가스 저장탱크로 이루어지도록 한다.
한편, 폐 유기물을 분해시키는 저온 열 분해로가 장착되어 합성가스를 생성하는 방법은 폐 유기물의 형상에 따라 270℃~450℃ 범위에서 저온 열분해 방식으로 수분과 유분이 18%(중량기준) 함유된 탄화물과 복합가스를 생성하는 저온 열분해 단계와; 저온 열분해 단계에서 생성된 미세입자로 분해된 탄화물을 복합가스와 함께 2차 진공펌프(220)로 각각 이송시키는 이송단계와; 냉각로에서 배출되는 고형물을 금속과 탄화물로 분리하는 선별단계와; 분리된 탄화물을 분쇄기로 이송 분쇄하는단계와; 분쇄된 분말형태의 탄화물을 합성 가스화 반응로의 상부로 공급하고, 2차 진공펌프에 의하여 유입되는 복합가스와 미세입자 탄화물을 합성 가스화 반응로의 하부로 공급하는 단계와; 반응효율을 높이기 위하여 합성 가스화 반응로의 상부에 투입된 분말형태의 탄화물의 반응시간을 연장시키는 환원반응 지연단계와; 합성 가스화 반응로의 하부를 1260~1300℃정도가 유지되도록 하면서 환원반응을 시키는 제 1차 환원반응 단계와; 1차 환원반응 된 탄화물을 1250℃의 합성 가스화 반응로의 상부로 통과시키는 제 2차 환원반응 단계와; 1200℃가 유지되는 합성 가스화 반응로 상부에 장착된 배출부 내부를 고온의 가스를 통과시키는 제 3차 환원 반응 단계로 이루어진다.
위와 같이 이루어지는 본 발명인 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법은, 종래 환원반응로와 산화반응로로 이원화된 종래 가스화(개질)장치에 비하여, 단일 환원 반응로로 이루어져 종래의 내화벽돌과 가스버너 방식에 비하여 내화튜브와 전기히터 방식을 채택하여 구성이 간단하고, 가스화 반응 온도의 균질화를 유지할 수 있으므로, 초기 제작비가 저렴할 뿐만 아니라 유지관리비를 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 합성 반응로의 내부에 별도의 하향경사각을 갖는 경사판을 다수개 장착함으로써, 탄화물의 반응시간을 길게 하여 합성가스 생산에 따른 환원효율을 극대화 할 수 있다.
그리고, 다중(1차 내지 3차)으로 이루어지는 환원방식의 채택으로 인하여, 종래의 산화반응인 연소 장치에 비하여, 개질효율이 상승함과 동시에 합성가스의 생산량이 극대화됨과 아울러, 배출구로 배출되는 폐열을 회수하여 에너지효율을 크게 향상 시킬 수 있는 이점도 예상 할 수 있다.
본 발명은 온도편차 방식(하부 : 1300℃, 상부 : 1250℃, 배출부 : 1200℃)으로 이루어지는 다단식 환원방식을 채택함으로써, 종래 개질방법에 비하여 개질효율을 높임과 동시에 에너지 사용량을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
이외에도 본 발명은 가열원으로 전기를 사용함으로써, 종래 버너를 이용하여 반응로 내부를 가열시키는 방식에 비하여, 장치의 수명이 길고 사용이 간편하여 유지관리비가 저렴할 뿐만 아니라, 안전하여 가동 중 안전사고를 획기적으로 줄일 수 있는 효과도 아울러 기대할 수 있다.
도 1a, b는 종래 고온 개질기의 개략적인 단면 계통도이고,
도 2는 본 발명인 합성가스 생성장치의 처리계통도이며,
도 3a는 본 발명의 합성 가스화 반응로에 대한 계략적인 단면도이고,
도 3b는 도 3a의 A-A' 단면도이며,
도 3c, d는 본 발명의 1, 2차 전기히터가 장착되는 평면도와 정면도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어 종래기술과 동일한 기술구성에 대하여는 동일한 명칭을 그대로 부여하여 설명한다.
본 발명은 도 2 내지 도 3d에 도시되어 있는 바와 같이, 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치에 있어서,
상기 합성가스 생성장치는, 자동차로부터 발생되는 폐 유기물(특히 폐타이어, ASR 등)을 1차로 18%(중량기준)의 수분과 유분을 함유할 수 있도록 270℃~450℃에서 열분해 시키는 저온 열분해로(200)와; 상기 저온 열분해로(200)에서 배출되는 탄화물을 저온(50℃미만)으로 냉각시키는 냉각로(300)와; 상기 냉각로(300)에서 배출되는 배출물을 금속과 유기성 탄화물로 분리하는 선별기(400)와; 상기 선별기(400)로부터 선별된 탄화물을 분말형태로 분쇄하는 분쇄기(500)와; 상기 분쇄기(500)로부터 분말형태의 탄화물을 공급받아 합성 가스화 반응로(100) 상부로 공급하는 제 1차 진공펌프(210) 및 상기 저온 열분해(200)로부터 유입되는 복합가스를 합성 가스화 반응로(100)의 하부로 유입시키는 제 2차 진공 펌프(220)와; 상기 제 1, 2 차 진공펌프(210, 220)로부터 합성가스와 분말형태의 탄화물을 공급받는 합성 가스화 반응로(100)와; 상기 합성 가스화 반응로(100)의 배출구 라인에서 고온가스를 열교환 시키는 열교환기(600)와; 상기 열교환기(600)에 의하여 1차 냉각된 가스를 2차 냉각시키는 냉동기(700)와; 상기 냉동기(700)에 의하여 2차 냉각된 가스에 함유된 질산화물 및 황산화물 등의 불순물을 제거하는 기수 분리기(800)와; 상기 기수 분리기(800)로부터 유입되는 가스를 저장하는 합성가스 저장탱크(900)로 이루어지도록 한다.
폐 유기물에 1차로 18%(중량기준)의 수분과 유분이 함유할 수 있도록 함으로써, 본 발명은 합성 가스화 반응로에 별도의 수증기를 공급하는 단계를 거치지 않아도 되는 장점이 있다.
이때, 열분해 효율을 높이기 위하여 상기 폐 유기물의 장변의 크기는 5㎝미만으로 하고, 상기 저온 열 분해로(200)의 내부 온도는 유기성 폐기물의 성상에 따라 270℃~450℃가 유지되도록 하는 한편, 에너지 절약을 위하여 상기 저온 열 분해로(200)의 내부 가열부에는 열매체유를 공급하는 열매체유 공급장치(202)를 두는 것이 바람직하다.
이때 초기 열분해 효율을 상승시키기 위하여 몰리브덴이 저장된 촉매 공급장치(301)를 가동하여 저온에서도 복합가스가 생성되도록 함과 동시에, 복합가스와 함께 발생되는 고형물(철심 및 탄화물)은 냉각로(300)를 통과 후, 마그네틱 분리기(401)가 장착되는 선별기(400)에서 탄화물과 금속으로 분리 되도록 한 다음, 탄화물은 분쇄기(500)를 통하여 분말형태로 분쇄한다.
또한, 상기 저온 열 분해로(200)에서 발생되는 복합(플루)가스는, 저온 열분해로(200)의 내부를 100Torr의 진공상태로 유지시키는 제 2차 진공펌프(220)를 통하여 합성 가스화 반응로(100)의 하단부로 공급되도록 하되, 상기 합성 가스화 반응로(100)의 하단부의 온도는 1260~1300℃ 정도가 되도록 하는 한편, 상기 분쇄기(500)에 의하여 분쇄되는 탄화물 입자의 크기는 100~300메쉬가 되도록 하는 것이 바람직하다.
이는, 분쇄되는 입자의 크기가 위 범위보다 작은 경우에는 장시간 분쇄에 따른 분쇄효율의 저하가 우려되고, 반대로 위 범위보다 클 경우에는 합성 가스화 반응로(100)에서의 반응시간이 연장되어 개질효율이 저하되는 문제점이 있다.
이때 100~300메쉬 크기로 분쇄된 분말형태의 상기 분쇄입자는, 합성 가스화 반응로(100)의 상부로 유입되도록 하여 중력으로 자연낙하 되도록 하고, 환원 반응효율을 높이기 위하여 상기 합성 가스 반응로의 내부에는, 경사각을 갖는 반월형상의 경사판(160)을 다수개 장착하여 입자의 처리(개질반응)시간이 길어지도록 한다.
가스화 효율을 상승시키기 위하여 상기 합성 가스화 반응로(100)는 도 3a에 도시되어 있는 바와 같이, 그 하부를 1차 가열시키는 1차 전기히터(110)와; 합성 가스화 반응로(100)의 중간부를 가열시키는 2차 전기 히터(120)와; 상기 합성 반응로(100)의 상부 연통 배출부(170)의 내측에 장착되는 3차 전기히터(121)와; 상기 1차 전기히터(120)와 내화 튜브 타입의 케이스(140) 사이에 형성되는 단열재(내화물 : 130)와; 합성 가스화 반응로(100) 상, 하부에 각각 설치되어 탄화물을 가스화 시키는 촉매기능과 스크린작용을 병행하는 텅스텐 그릴(150)과; 탄화물의 낙하속도를 지연시키는 다수개의 경사판(160)과; 고온의 가스를 열교환기(600)로 공급함과 동시에, 그 내부에는 3차 전기히터(121)가 내장되는 배출부(170)와; 상기 합성 가스와 반응로(100)의 하부에 장착되어 탄화물을 외부로 배출시키되, 배출시에는 장치(합성 가스화 반응로)내부로 산소 유입을 차단시키는 이중 개폐기(180)를 설치하여 합성 가스화 반응로(100)의 설치면적을 작게 함과 동시에, 상기 전기히터(110, 120, 121)들은 전기를 가열원으로 하여 장치를 소형화 및 온도의 균일화가 되도록 함으로써, 초기 제작비를 적게 하고 유지관리가 간편한 장치가 되도록 한다.
한편, 폐 유기물을 분해시키는 합성 가스화 반응로(100)와 저온 열 분해로(200)가 설치되어 합성가스를 생성하는 방법은,
폐 유기물의 형상에 따라 270℃~450℃ 범위에서 저온 열분해 방식으로 수분과 유분이 18%(중량기준) 함유된 탄화물과 복합가스를 생성하는 저온 열분해 단계와; 저온 열분해 단계에서 생성된 복합가스와 분말형태로 분쇄된 탄화물을 냉각로(300)와 제 2차 진공펌프(220)로 각각 이송시키는 이송단계와; 냉각로(300)에서 배출되는 고형물을 금속과 탄화물로 분리하는 선별단계와; 분말형태의 탄화물을 합성 가스화 반응로(100)의 상부로 공급하고 2차 진공펌프(220)에 의하여 유입되는 복합가스는 합성 가스화 반응로(100)의 하부로 공급하는 단계와; 반응효율을 높이기 위하여 합성 가스화 반응로(100)의 상부에 투입된 탄화물의 반응시간을 연장시키는 환원반응 지연단계와; 합성 가스화 반응로(100)의 하부를 1260~1300℃정도가 유지되도록 하면서 환원반응을 시키는 제 1차 환원반응 단계와; 제 1차 환원반응 된 탄화물을 1250℃의 합성 가스화 반응로(100)의 상부로 통과시키는 제 2차 환원반응 단계와; 1200℃가 유지되는 합성 가스화 반응로 배출부에 장착된 내부로 고온의 가스를 통과시키는 제 3차 환원 반응 단계로 이루어진다.
이하에서는 본 발명인 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 먼저 파쇄기(203)에 의하여 일정한 크기로 파쇄된 유기성 자동차 폐기물(주로 폐타이어, ASR 등)은, 버킷형 승강기(204)에 의하여 호퍼(205)로 공급된다.
호퍼(205)로 공급된 유기성 폐기물은, 스크류 타입의 이송기(206)에 의하여 저온 열분해로(200)의 내부로 이동되며, 이때 산소의 유입을 차단하기 위하여 2중 진공댐퍼(미도시)를 설치하는 것이 바람직하다.
저온 열분해로(200) 내부를 통과한 유기성 폐기물은, 냉각로(300)를 경유하면서 저온(50℃ 미만)상태로 마그네틱 분리기(401)와 폐기물을 이송하는 공급기(402) 및 컨베어 벨트(403)로 구성되는 선별기(400)로 보내진다.
상기 선별기(400)로 보내진 폐기물은 탄화물과 금속으로 분리되어 금속은 외부로 배출되고, 탄화물은 분쇄기(500)로 보내져 분말형태의 탄화물로 변환된다.
저온 열분해로(200)에서 공급되는 복합가스는 2차 진공펌프(220)에 의하여 합성 가스화 반응로(100)의 하부로 공급되며, 분쇄기(500)에서 분말형태로 분쇄된 유기성 탄화물은 1차 진공펌프(210)에 의하여 합성 가스화 반응로(100)의 상부로 보내진다.
합성 가스화 반응로(100)의 상부로 공급되는 유기성 탄화물은 중력에 의하여 하강하면서 하향경사를 갖는 반달형 경사판(160)과의 접촉으로 인하여, 낙하 시간이 지연되면서 환원(개질)효율이 상승하며, 합성 가스화 반응로(100)의 하부에 인입된 복합가스는 장치(합성 가스화 반응로)의 내부에서 상부로 상승하면서 환원반응을 하여 CO와 H2 가 주성분인 연료화 가능가스(합성가스)로 변환된다.
보다 환원효율을 높이기 위하여 유입되는 탄화물과 복합가스는, 장치의 내부와 배출부에 장착되는 제 1차 내지 2차 전기히터(110, 120)와 환원 촉매기능을 하는 텅스텐 그릴(150)과 각각 접촉된다.
그리고, 장치의 하부로 배출되는 불연분(재, 회분)은 배출시에도 장치내의 잔존 산소량이 3.5% 이하가 유지되도록 하기 위하여, 합성 가스화 반응로의 하부에 장착된 산소 차단용 이중 개폐기(180)의 중간부로 1차 이송시킨다.
외부로 배출되는 불연분이 개폐기의 중간부로 이송되면, 상부의 개폐기는 폐쇄하고 하부의 개폐기를 개방하여 장치에서 발생되는 불연분은 수거통(181)으로 보내져 불연재로 재활용된다.
한편, 장치의 배출구(170)를 통과한 고온의 합성가스(연료)는 열교환기(600)의 내부를 통과하면서, 냉수입구(602)로 유입되어 냉수출구(601)로 유입되는 냉수와 1차 열교환 되면서 고온의 가스 열을 회수한다.
열교환기(600)를 통과하여 1차 열교환된 가스는 냉동기(700)에 의하여 재차 냉각되며, 재냉각된 가스는 기수 분리기(800)로 이송되어 가스내부에 잔존하는 소량의 불순물인 산화물 등이 제거된다.
한편, 기수 분리기(800)를 통과한 가스는 합성가스 저장탱크(900)로 저장되어 발전기(901)를 구동시키는 연료로 사용된다.
위와 같이 이루어지는 본 발명인 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법은, 종래 환원반응로와 산화반응로로 이원화된 종래 가스화(개질)장치에 비하여, 단일 환원 반응로로 이루어져 종래의 내화벽돌과 가스버너 방식에 비하여 내화튜브와 전기히터 방식을 채택하여 구성이 간단하고, 가스화 반응 온도의 균질화를 유지할 수 있으므로, 초기 제작비가 저렴할 뿐만 아니라 유지관리비를 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 합성 반응로의 내부에 별도의 하향경사각을 갖는 경사판을 다수개 장착함으로써, 탄화물의 반응시간을 길게 하여 합성가스 생산에 따른 환원효율을 극대화 할 수 있다.
그리고, 다중(1차 내지 3차)으로 이루어지는 환원방식의 채택으로 인하여, 종래의 산화반응인 연소 장치에 비하여, 개질효율이 상승함과 동시에 합성가스의 생산량이 극대화됨과 아울러, 배출구로 배출되는 폐열을 회수하여 에너지효율을 크게 향상 시킬 수 있는 이점도 예상 할 수 있다.
본 발명은 온도편차 방식(하부 : 1300℃, 상부 : 1250℃, 배출부 : 1200℃)으로 이루어지는 다단식 환원방식을 채택함으로써, 종래 개질방법에 비하여 개질효율을 높임과 동시에 에너지 사용량을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
이외에도 본 발명은 가열원으로 전기를 사용함으로써, 종래 버너를 이용하여 반응로 내부를 가열시키는 방식에 비하여, 장치의 수명이 길고 사용이 간편하여 유지관리비가 저렴할 뿐만 아니라, 안전하여 가동 중 안전사고를 획기적으로 줄일 수 있는 효과도 아울러 기대할 수 있다.
이상에서 본 발명은 대표적인 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
예를 들면 본 발명은 자동차의 폐 타이어의 처리에만 적용되지 않고, 플라스틱 등 유기성 폐기물과 ASR등이 모두 해당됨을 물론이다.
100 : 합성 가스화 반응로 200 : 저온 열 분해로 300 : 냉각로
400 : 선별기 500 : 분쇄기 600 : 열교환기 700 : 냉동기
800 : 기수 분리기 900 : 합성가스 저장탱크

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 폐 유기물을 분해시키는 저온 열 분해로가 장착되는 합성가스 생성장치에 있어서, 상기 합성가스 생성장치는 자동차로부터 발생되는 폐 유기물을 1차로 18%(중량기준)미만의 수분과 유분을 함유할 수 있도록 270℃~450℃에서 열분해 시키는 저온 열분해로(200)와; 상기 저온 열분해로(200)에서 배출되는 탄화물을 저온(50℃미만)으로 냉각시키는 냉각로(300)와; 상기 냉각로(300)에서 배출되는 배출물을 금속과 유기성 탄화물로 분리하는 선별기(400)와; 상기 선별기(400)로부터 선별된 탄화물을 분말형태로 분쇄하는 분쇄기(500)와; 상기 분쇄기(500)로부터 분말형태의 탄화물을 공급받아 합성 가스화 반응로(100) 상부로 공급하는 제 1차 진공펌프(210) 및 상기 저온 열분해(200)로부터 유입되는 복합가스를 합성 가스화 반응로(100)의 하부로 유입시키는 제 2차 진공 펌프(220)와; 상기 제 1, 2차 진공펌프(210, 220)로부터 합성가스와 분말형태의 탄화물을 공급받는 합성 가스화 반응로(100)와; 상기 합성 가스화 반응로(100)의 배출구의 고온가스를 열교환 시키는 열교환기(600)와; 상기 열교환기(600)에 의하여 1차 냉각된 가스를 2차 냉각시키는 냉동기(700)와; 상기 냉동기(700)에 의하여 2차 냉각된 가스에 함유된 질산화물 및 황산화물 등의 불순물을 제거하는 기수 분리기(800)와; 상기 기수 분리기(800)로부터 유입되는 가스를 저장하는 합성가스 저장탱크(900)로 이루어지도록 하되, 상기 합성 가스화 반응로(100)는, 그 하부를 1차 가열시키는 1차 전기히터(110)와; 합성 가스화 반응로(100)의 중간부를 가열시키는 2차 전기 히터(120)와; 상기 합성 반응로(100)의 상부 연통 배출부(170)의 내측에 장착되는 3차 전기히터(121)와; 상기 1차 전기히터(120)와 내화 튜브 타입의 케이스(140) 사이에 형성되는 단열재(내화물 : 130)와; 장치(합성 가스화 반응로)의 상, 하부에 각각 설치되어 탄화물을 가스화 시키는 촉매기능과 스크린작용을 병행하는 텅스텐 그릴(150)과; 탄화물의 낙하속도를 지연시키는 다수개의 경사판(160)과; 고온의 가스를 열교환기(600)로 공급함과 동시에, 그 내부에 3차 전기히터(121)가 내장되는 배출부(170)와; 상기 합성 가스와 반응로(100)의 하부에 장착되어 탄화물을 외부로 배출시키되 배출시에는 장치 내부로 산소 유입을 차단시키는 이중 개폐기(180)를 두는 것을 특징으로 하는 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 1 내지 3차 전기히터(110, 120, 121)는, 전기를 가열원으로 하는 것을 특징으로 하는 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치.
  8. 합성 가스화 반응로(100)와 저온 열 분해로(200)가 설치되어 합성가스를 생성하는 방법은, 폐 유기물의 형상에 따라 270℃~450℃ 범위에서 저온 열분해 방식으로 수분과 유분이 18%(중량기준)미만 함유된 탄화물과 복합가스를 생성하는 저온 열분해 단계와; 저온 열분해 단계에서 생성된 복합가스와 분말형태로 분쇄된 탄화물을 냉각로(300)와 제 2차 진공펌프(220)로 각각 이송시키는 이송단계와; 냉각로(300)에서 배출되는 고형물을 금속과 탄화물로 분리하는 선별단계와; 분말형태의 탄화물을 합성 가스화 반응로(100)의 상부로 공급하고 2차 진공펌프(220)에 의하여 유입되는 복합가스는 합성 가스화 반응로(100)의 하부로 공급하는 단계와; 반응효율을 높이기 위하여 합성 가스화 반응로(100)의 상부에 투입된 탄화물의 반응시간을 연장시키는 환원반응 지연단계와; 합성 가스화 반응로(100)의 하부를 1260~1300℃정도가 유지되도록 하면서 환원반응을 시키는 제 1차 환원반응 단계와; 제 1차 환원반응 된 탄화물을 1250℃의 합성 가스화 반응로(100)의 상부로 통과시키는 제 2차 환원반응 단계와; 1200℃가 유지되는 합성 가스화 반응로 배출부에 장착된 내부로 고온의 가스를 통과시키는 제 3차 환원 반응 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기성 자동차 폐기물의 합성 가스 생성방법.


















KR1020120016183A 2012-02-17 2012-02-17 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법 KR101356910B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120016183A KR101356910B1 (ko) 2012-02-17 2012-02-17 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120016183A KR101356910B1 (ko) 2012-02-17 2012-02-17 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130094920A KR20130094920A (ko) 2013-08-27
KR101356910B1 true KR101356910B1 (ko) 2014-01-29

Family

ID=49218463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120016183A KR101356910B1 (ko) 2012-02-17 2012-02-17 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101356910B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107384480A (zh) * 2017-08-25 2017-11-24 太湖县光华铝业有限公司 废铝熔炼用水煤气发生炉燃煤处理装置
CN114917843A (zh) * 2022-06-08 2022-08-19 李艺 反应釜内壁设置多个能量球循环管连续热解装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR930006141A (ko) * 1991-09-13 1993-04-20 오정무 폐유를 열매로 하여 폐타이어로 부터 오일 회수를 위한 열분해공정
KR100887137B1 (ko) * 2008-06-12 2009-03-04 김현영 탄화물 열분해 개질 방법 및 그 장치
JP2009166040A (ja) * 2009-03-16 2009-07-30 Sanki Eng Co Ltd 縦形撹拌加熱反応装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR930006141A (ko) * 1991-09-13 1993-04-20 오정무 폐유를 열매로 하여 폐타이어로 부터 오일 회수를 위한 열분해공정
KR100887137B1 (ko) * 2008-06-12 2009-03-04 김현영 탄화물 열분해 개질 방법 및 그 장치
JP2009166040A (ja) * 2009-03-16 2009-07-30 Sanki Eng Co Ltd 縦形撹拌加熱反応装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130094920A (ko) 2013-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9873841B2 (en) Entrained-flow gasifier and gasification method using the same for synthesizing syngas from biomass fuel
CN1683477B (zh) 高温转化器
JP6234579B2 (ja) 複合式バイオマス加圧熱分解方法及びシステム
RU2711498C2 (ru) Система газификации
WO2008138118A1 (en) A system comprising the gasification of fossil fuels to process unconventional oil sources
TW201437357A (zh) 從諸如生質及廢渣等有機材料生產液態燃料之技術
MX2008011654A (es) Proceso de gasificacion de reduccion termica para generar hidrogeno y electricidad.
WO2012127085A1 (es) Procedimiento y aparato de termólisis de polímeros de desecho
CN104629806B (zh) 一种废轮胎整胎气化装置及方法
CN101978030A (zh) 气化设备的气化炉结构
JP5465826B2 (ja) バイオマスの高温還元熱化学分解装置
KR101356910B1 (ko) 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법
US20220081629A1 (en) Methods, processes and systems for the production of hydrogen from waste, biogenic waste and biomass
RU2631808C2 (ru) Способ газификации топливной биомассы и устройство для его осуществления
CN101712458A (zh) 利用垃圾高温裂解制氢的方法
RU2631811C2 (ru) Способ газификации топливной биомассы и устройство для его осуществления
JP2004204106A (ja) 有機物のガス化装置
CN106479534A (zh) 一种垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法和***
CN106010610A (zh) 一种低阶粉煤加氢加压快速低温干馏工艺及装置
KR20170038827A (ko) 폐타이어 또는 재생불가 타이어를 지속적으로 열처리하기 위한 장치
JP2005029728A (ja) ガス化装置
CN104704087A (zh) 用于生产一氧化碳的***和方法
US11142714B2 (en) Highly efficient and compact syngas generation system
CN206279137U (zh) 一种垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的***
RU136800U1 (ru) Газификатор твердого топлива

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee