KR102636642B1 - 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 제조 장치 및 이를 사용한 시멘트 생산 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 폐플라스틱 원료가 저장되는 원료 탱크; 원료투입부를 통해 상기 원료 탱크로부터 원료를 공급받고, 하부에서 스팀이 유입되어 내부에서 유동매체가 유동됨으로써 기포유동층이 형성되며, 상기 원료가 가스화되어 내부에서 생성가스가 만들어지는 기포유동층 가스화로; 상기 기포유동층 가스화로로부터 상기 유동매체와 상기 생성가스에 포함된 차르(char)를 이송받고, 추가로 공기를 공급받아, 상기 차르(char)를 연소시킴으로써 유동매체를 가열하고, 가열된 유동매체를 상기 기포유동층 가스화로로 이송하는 고속유동층 연소로; 상기 기포유동층 가스화로와 연통되고, 기포유동층 가스화로에서 배출되는 생성가스 중 미세입자를 분리하여 미세입자는 상기 기포유동층 가스화로로 다시 유입시키고, 나머지를 배출시키는 생성가스 사이클론; 상기 고속유동층 연소로의 상부와 기포유동층 가스화로의 상부 사이에 연결되어, 상기 유동매체를 배기가스와 분리시킨 후, 배기가스는 배출하고 유동매체를 기포유동층 가스화로와 원료투입부로 분리 공급하는 배기가스 사이클론; 및 상기 생성가스와 배기가스를 이용하여, 패각을 가열함으로써 시멘트를 생성하는 패각 처리부;를 포함하는, 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 제조 장치 및 이를 이용한 시멘트 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 제조 장치 및 이를 사용한 시멘트 생산 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 패각을 열처리하여 시멘트를 제조하는 시멘트 제조 장치의 열원으로 폐플라스틱을 열처리하여 발생되는 가스를 사용하는 시멘트 제조 장치 및 이를 사용한 시멘트 생산 방법에 관한 것이다.
산업화 이후 전 세계적으로 생활의 질이 향상됨에 따라 발생하는 폐기물의 양이 증가하고 있다. 종래에는 이러한 폐기물을 소각하거나 매립하는 방식으로 처리하였으나, 소각시 발생하는 유해 성분에 의한 대기 오염이 심각하고, 매립을 통한 토양과 지하수의 오염이 증가하고 있으며, 최근에는 매립지 부족으로 인해 폐기물을 친환경적이고 안전한 방법으로 처리하기 위한 기술 개발이 필요하다.
패각은 전복류, 조개류, 굴류, 산호류, 홍합류, 고둥류 등 민물과 해양에 존재하는 각류의 껍데기를 호칭하는 것으로, 주 성분은 탄산칼슘(CaCO3)이다. 이러한 패각은 현행 제도와 비용상의 문제로 인하여 현재는 사업장 쓰레기로 분류되어 폐기처리되고 있으며, 특히 굴 패각의 경우에는 연간 약 18만톤이 발생하고 있어 이를 자원화하기 위한 시도가 다양하게 이루어져왔다.
예를 들어, 굴 패각을 분쇄하여 비료나 사료, 화장품의 원료로 사용되고 있으나, 이렇게 재활용되는 굴 패각의 양은 극미량으로, 패각이 유발하는 환경문제나 재활용 현실을 고려해볼 때, 해양 수산 폐기물인 패각의 현실적이고 새로운 처리 방안 및 재활용 자원으로 활용하기 위한 연구가 요구되고 있다.
한편, 플라스틱은 가볍고 단단하며, 다양한 형태로 제조하기 용이하므로 오늘날 다양한 산업군에서 널리 이용되고 있는 소재이다. 그러나, 플라스틱 제품의 사용량이 늘어남에 따라 플라스틱 폐기물의 발생량은 해마다 급증하고 있으며, 최근에는 국내에서만 1,000만 톤 이상이 발생하고 있어, 플라스틱 폐기물의 처리 방법에 대한 연구가 다각도로 이루어지고 있다.
플라스틱 폐기물은 매립이나 소각, 재활용 등의 방법을 통해 처리될 수 있는데, 플라스틱 폐기물을 소각처리하는 경우에는 소각에 의해 발생된 열에너지를 재활용할 수 있다는 장점이 있지만, 인체 및 환경에 치명적인 유독 가스를 배출하고, 비경제적인 문제가 있다.
본 발명에서는 폐플라스틱을 열처리하여 발생되는 가스를 열원으로 이용하여 패각을 열처리함으로써 시멘트를 제조하는 시멘트 제조 장치 및 이를 사용한 시멘트 생산 방법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태에 따른 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 제조 장치는, 폐플라스틱 원료가 저장되는 원료 탱크; 원료투입부를 통해 상기 원료 탱크로부터 원료를 공급받고, 하부에서 스팀이 유입되어 내부에서 유동매체가 유동됨으로써 기포유동층이 형성되며, 상기 원료가 가스화되어 내부에서 생성가스가 만들어지는 기포유동층 가스화로; 상기 기포유동층 가스화로로부터 상기 유동매체와 상기 생성가스에 포함된 차르(char)를 이송받고, 추가로 공기를 공급받아, 상기 차르(char)를 연소시킴으로써 유동매체를 가열하고, 가열된 유동매체를 상기 기포유동층 가스화로로 이송하는 고속유동층 연소로; 상기 기포유동층 가스화로와 연통되고, 기포유동층 가스화로에서 배출되는 생성가스 중 미세입자를 분리하여 미세입자는 상기 기포유동층 가스화로로 다시 유입시키고, 나머지를 배출시키는 생성가스 사이클론; 상기 고속유동층 연소로의 상부와 기포유동층 가스화로의 상부 사이에 연결되어, 상기 유동매체를 배기가스와 분리시킨 후, 배기가스는 배출하고 유동매체를 기포유동층 가스화로와 원료투입부로 분리 공급하는 배기가스 사이클론; 및 상기 생성가스와 배기가스를 이용하여, 패각을 가열함으로써 시멘트를 생성하는 패각 처리부;를 포함한다.
상기 기포유동층 가스화로의 내부에는 기포유동층 가스화로 중심부를 따라 수직 방향으로 위치하는 중심로드; 및 상기 중심로드를 따라 생성가스 및 스팀을 선회류로 이동시키는 나선형 날개;가 설치될 수 있다.
상기 패각 처리부는, 패각을 예열하는 패각 예열부(510); 상기 패각 예열부(510)에서 공급된 패각을 가열하여 부분적으로 하소하는 예비 분해로(520); 상기 예비 분해로(520)에서 공급된 혼합물을 가열하여 시멘트를 제조하는 메인 분해로(530); 및 상기 메인 분해로(530)에서 공급된 시멘트를 냉각하는 냉각부(540);를 포함할 수 있다.
상기 예비 분해로(520)의 열원으로 상기 배기가스 사이클론에서 배출되는 배기가스가 사용될 수 있으며, 상기 메인 분해로(530)의 열원으로 상기 생성가스 사이클론에서 배출되는 생성가스가 사용될 수 있다.
상기 원료투입부는, 원료탱크로부터 기포유동층 가스화로로 원료가 투입되는 원료투입관; 상기 원료투입관 내부에서 회전하며 원료를 이송시키는 이송 스크류; 및 상기 원료투입관 내부에서 발생되는 염소 화합물 포함하는 기체를 배출시키기 위한 배출관;을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 형태로 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 제조 방법을 들 수 있으며, 기포유동층 가스화로 및 고속유동층 연소로를 포함하는 이중 유동층 반응기로 폐플라스틱 원료를 공급하여 연소시킴으로써 기포유동층 가스화로에서 생성가스를 생성하고, 고속유동층 연소로에서 배기가스를 생성하는 폐플라스틱 연소 단계; 및 원료인 패각을 가열하는 예열 단계, 예비 분해 단계 및 메인 분해 단계와, 냉각된 피가열물을 냉각하는 냉각 단계를 통해 시멘트를 제조하는 시멘트 제조 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 예비 분해 단계의 열원으로 배기가스가 사용되고, 메인 분해 단계의 열원으로 생성가스가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 폐플라스틱 연소 단계는, 기포유동층 가스화로로 폐플라스틱 원료, 스팀 및 가열된 유동매체를 공급하여 폐플라스틱 원료를 분해하는 단계; 고속유동층 연소로로 기포유동층 가스화로에서 배출되는 유동매체와 폐플라스틱 원료가 분해되어 생성된 차르(char)를 공급하고 연소시켜 유동매체를 재가열하는 단계; 생성가스 사이클론을 통해 기포유동층 가스화로에서 생성된 생성가스에 포함된 미세입자를 여과하여 기체성분을 배출시키는 단계; 및 배기가스 사이클론을 통해 고속유동층 연소로에서 배출되는 성분을 분리하여, 유동매체는 기포유동층 가스화로로 이송시키고, 나머지 배기가스를 배출시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 시멘트 제조 단계는, 상하로 배치된 복수개의 사이클론을 포함하는 패각 예열부에 원료인 패각을 공급하고 예열하는 단계; 예비 분해로로 예열된 패각과 배기가스를 공급하여 예열된 패각을 1차 가열하는 단계; 메인 분해로로 1차 가열된 패각과 생성가스를 공급하고, 생성가스를 연소하여 1차 가열된 패각을 2차 가열하여 시멘트를 생성하는 단계; 및 상기 시멘트를 냉각하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 시멘트 제조 장치는 패각으로부터 시멘트를 제조하고, 열원으로 폐플라스틱을 가스화하는 과정에서 발생되는 가스를 사용하므로, 폐기물로 분류되는 패각과 폐플라스틱을 재활용할 수 있어 폐기물 처리에 발생하는 비용을 절감하고, 환경 오염을 방지할 수 있다.
또한, 패각을 열처리하는데 사용되는 열원으로 폐플라스틱을 가스화하여 재활용하여 발생되는 가스를 사용하므로 천연가스나 석유, 석탄과 같은 일반적인 연료 사용에 따른 비용을 절감할 수 있다.
뿐만 아니라, PVC를 포함하는 폐플라스틱을 가스화할 때 발생하는 HCl을 효과적으로 저감시킬 수 있으며, 폐플라스틱 원료의 상(phase)에 관계 없이 폐플라스틱 원료를 반응기로 보다 효과적으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 제조 장치를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 기포유동층 가스화로의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 기포유동층 가스화로의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 따른 나선형 날개를 구성하는 단위날개의 단면 형태의 변형예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 4의 a방향에서 바라본 도면이다.
도 7은 도 4의 나선형 날개를 구성하는 단위날개의 단면이 유사 사다리꼴 형태를 갖는 일 예를 도시한 도면이다.
도 8은 도 4의 나선형 날개를 구성하는 단위날개의 단면 형태의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9는 도 4의 기포유동층 가스화로 내부에서의 유체 흐름을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 4의 나선형 날개를 구성하는 단위날개의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 유동층 반응기를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중 유동층 반응기를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 나선형 날개가 다공판 형상으로 형성되는 경우, 다공판 구멍의 형상을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 기포유동층 가스화로의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 기포유동층 가스화로의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 따른 나선형 날개를 구성하는 단위날개의 단면 형태의 변형예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 4의 a방향에서 바라본 도면이다.
도 7은 도 4의 나선형 날개를 구성하는 단위날개의 단면이 유사 사다리꼴 형태를 갖는 일 예를 도시한 도면이다.
도 8은 도 4의 나선형 날개를 구성하는 단위날개의 단면 형태의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9는 도 4의 기포유동층 가스화로 내부에서의 유체 흐름을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 4의 나선형 날개를 구성하는 단위날개의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 유동층 반응기를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중 유동층 반응기를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 나선형 날개가 다공판 형상으로 형성되는 경우, 다공판 구멍의 형상을 도식적으로 나타낸 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.
본 발명은 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 제조 장치 및 이를 사용한 시멘트 생산 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 제조 장치(이하, '시멘트 제조 장치'라 함)에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 제조 장치는 패각을 원료로 공급받아, 이를 열처리하여 시멘트를 제조하는 패각 처리부(500)와 패각 처리부(500)에 열을 공급하는 이중 유동층 반응기를 포함한다. 상기 패각 처리부(500)의 원료는 패각이고, 이중 유동층 반응기의 원료는 폐플라스틱이다.
먼저, 상기 이중 유동층 반응기는, 기포유동층 가스화로(100), 고속유동층 연소로(200) 및 원료탱크(300)를 포함하여, 원료탱크(300)에서 원료가 기포유동층 가스화로(100)로 이송되면, 기포유동층 가스화로(100)에서 원료가 열분해되어 생성가스(10)가 생성되고, 고속유동층 연소로(200)는 기포유동층 가스화로(100)로부터 유동매체와 생성가스(10)에 포함된 차르(char)를 공급받아 차르를 연소시킴으로써 유동매체를 가열한 뒤 기포유동층 가스화로(100)로 다시 이송시켜 기포유동층 가스화로(100)에 열을 전달한다.
상기 원료탱크(300)는 원료인 PVC를 포함하는 폐플라스틱이 저장되는 유닛으로, 원료탱크(300)에 저장된 원료는 원료투입부(160)를 통해 기포유동층 가스화로(100)로 공급될 수 있다.
상기 원료투입부(160)는 원료탱크(300)로부터 기포유동층 가스화로(100)로 원료가 투입되는 원료투입관(161), 상기 원료투입관(161) 내부에서 회전하며 원료를 이송시키는 이송 스크류(162) 및 상기 원료투입관(161) 내부에서 발생되는 HCl과 같은 염소 화합물을 배출시키기 위한 배출관(163)을 포함한다.
상기 기포유동층 가스화로(100)는 원료탱크(300)에서 원료를 공급받아 열분해시킴으로써 생성가스(10)를 생성하는 유닛으로, 여기에서 H2, CO, CH4와 같은 유용한 물질뿐만 아니라 타르(tar) 및 차르(char)가 함께 생성된다. 여기서 생성된 타르(tar)는 기포유동층 가스화로(100) 내부에서 열분해를 통해 제거되며, 차르(char)는 고속유동층 연소로(200)로 이송되어 유동매체를 가열하기 위한 연소 연료로 사용된다.
기포유동층 가스화로(100)에서 배출되는 생성가스(10)에는 H2, CO, CH4 같은 유용 가스 성분이 포함되어 있을 뿐만 아니라, 타르(tar) 및 유동매체 분쇄입자와 같은 미세입자가 포함되어 있는데, 이들 미세입자는 기포유동층 가스화로(100)와 연통되어 있는 생성가스 사이클론(140)을 통해 분리되어 다시 기포유동층 가스화로(100)로 유입되며, 미세입자가 제거된 나머지 생성가스(10)는 패각 처리부(500)의 메인 분해로(530)로 공급될 수 있다.
생성가스 사이클론(140)에서 배출되는 생성가스(10)는 유동매체의 종류에 따라 달라질 수 있는데, 수소가 40~70 vol% 정도 함유되어 있어서 수소원료로 이용될 수 있으며, 유동매체로는 올리바인이나 산화칼슘(CaO) 등이 사용될 수 있다.
상기 고속유동층 연소로(200)는 기포유동층 가스화로(100)로부터 유동매체와 차르(char)를 공급받아 차르를 연소시킴으로써 유동매체를 가열하는 유닛이다. 고속유동층 연소로(200)에서 가열된 유동매체와 연소 과정에서 생성된 배기가스(20)는 배기가스 사이클론(210)을 통해 분리된다.
고속유동층 연소로(200)에서 가열된 유동매체는 배기가스 사이클론(210)을 통해 분리되고, 배기가스 사이클론(210)에서 분리된 유동매체는 배기가스 사이클론 연결관(220)을 통해 배출된다.
상기 배기가스 사이클론 연결관(220)은 제1 유동매체 공급관(230) 및 제2 유동매체 공급관(240)에 연결된다.
상기 배기가스 사이클론 연결관(220)에는 밸브(221)가 구비될 수 있으며, 상기 밸브(221)에 의해 제1 유동매체 공급관(230) 및 제2 유동매체 공급관(240)으로 분리 공급되는 가열 유동매체의 양이 조절될 수 있다.
상기 제1 유동매체 공급관(230)은 가열된 유동매체를 다시 기포 유동층 가스화로(100)로 공급하기 위해 구비되며, 이와 같이 기포 유동층 가스화로(100)로 공급된 유동매체는 기포 유동층 가스화로(100)의 열원으로 기능할 수 있다.
상기 제2 유동매체 공급관(240)은 원료투입관(161)과 연결되어, 가열된 유동매체를 원료투입관(161)으로 공급할 수 있다. 이렇게 원료투입관(161)으로 공급된 가열된 유동매체는, 원료탱크(300)로부터 공급되는 원료를 가열하고, 가열되어 액상화된 원료와 혼합되어 슬러지와 유사한 혼합물이 형성되므로, 원료의 이송을 원활하게 할 수 있다.
구체적으로, 상기 원료투입부(160)의 전단은 원료탱크(300)와 연결되어 있고, 후단은 약 450℃ 이상의 온도로 유지되는 기포유동층 가스화로(100)와 연결되어 있어, 원료탱크(300)를 통해 공급된 PVC를 포함하는 고상의 폐플라스틱 원료는 원료투입부(160)의 전단에서는 고체 형태를 유지하다가 원료투입부(160)의 후단에서는 기포유동층 가스화로(100)의 영향으로 인해 액상화되므로 이송 스크류(162)를 통한 공급이 원활하지 못하거나 곤란한 문제가 발생한다.
뿐만 아니라 이때 HCl과 같은 염소 화합물이 발생되어 장치 내 부품의 부식을 초래하거나 작업장의 안전 문제를 야기할 수 있다.
이에, 본 발명에서는 고속유동층 연소로(200)에서 가열된 유동매체의 일부를 원료투입관(161)으로 공급하여, 고상의 폐플라스틱 원료를 유동매체와 혼합하여 액상화시키고, 유동매체와 원료를 함께 이송시킴으로써, 유동매체가 액상화된 원료를 이동시키는 캐리어 기능을 수행하도록 하여, 액상화된 원료의 이송 불량 문제를 해소할 수 있다.
이때, 유동매체는 원료탱크(300)로부터 공급되는 원료 부피 유량의 약 5~10배의 범위로 공급될 수 있다. 유동매체의 부피 유량이 원료 부피 유량의 5배 미만인 경우에는 액상화된 원료가 원활하게 이송되지 않는 문제가 있고, 10배를 초과하는 경우에는 원료투입부(160)의 온도가 불필요하게 증가되는 동시에 기포유동층 가스화로(100)의 열원으로 재공급되는 유동매체의 함량이 과도하게 적어져 유동매체를 통한 열공급 효율이 현저히 저하되므로, 원료투입관(161)으로 가열된 유동매체를 상술한 부피비로 공급하는 것이 바람직하다.
또한, 이와 같이 고속유동층 연소로(200)에서 가열된 유동매체의 일부를 원료투입관(161)으로 공급함으로써 원료투입관(161)의 온도가 전단에서 후단까지 약 300℃ 이상으로 유지되므로, 여기서 원료가 액상화되며 HCl과 같은 기체상의 염소 화합물이 발생된다. 여기서 발생된 염소 화합물은 배출관(163)을 통해 배출되므로, 염소 화합물에 의한 반응기의 부식 문제, 작업장 안전성 저하 문제를 방지할 수 있다.
이와 같이 원료투입부(160)를 통해 공급된 원료는 기포유동층 가스화로(100), 고속유동층 연소로(200)로 이루어지는 일련의 순차적인 장치로 이루어지는 가스화 시스템에 의하여 가스화된다.
기포유동층 가스화로(100)는 원료를 열분해, 가스화하는 부분으로서, 기포유동층 가스화로(100) 하부에는 산화제인 스팀(30)이 분사됨으로써 기포유동층(120)이 형성되며, 원료가 열분해 및 가스화되어 생성가스(10)로 변하게 된다.
기포유동층 가스화로(100) 내부 중 기포유동층(120)의 위쪽에는 기포유동층 가스화로(100)의 중심부를 따라 수직 방향으로 길게 중심로드(130)가 고정 설치되고 중심로드(130)의 둘레에는 스크류 날개 형태의 나선형 날개(110)가 결합되어, 기포유동층 가스화로(100) 내부에서 유체가 선회류로 이동하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 바람직하게는 상기 나선형 날개(110)는 다수의 구멍이 형성된 다공판 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 나선형 날개(110)에 형성된 구멍의 하부로 유동매체가 낙하하고, 나선형 날개(110)를 따라 선회류로 상승하는 스팀 및 생성가스와 접촉할 수 있다. 따라서, 유동매체와 스팀 및 생성가스의 접촉 효율이 극대화되므로, 타르의 리포밍 효율이 현저히 향상될 수 있다.
이와 같이 나선형 날개(110)가 다공판 형상으로 형성되는 경우, 구멍의 형상은 원형, 타원형, 다각형과 같은 도형 또는 문자, 문양, 패턴 등의 형태를 가질 수 있으며, 구멍의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다(도 13 참조).
이러한 구멍의 최대 직경 혹은 최대 변의 길이는 5~20mm일 수 있다.
일 측면에서 관찰했을 때 상기 나선형 날개(110)는 2~6줄이 되도록 형성될 수 있으며, 줄 수가 한 줄 이하인 경우에는 상부에서 하부로 이동하는 원료 및 유동매체와 같은 반응물과 하부에서 상부로 이동하는 가스의 접촉 빈도 및 반응 효율이 적어져 생성가스(10)의 생성 효율 및 타르의 제거 효율이 저하되고, 6줄을 초과하는 경우에는 각 줄 사이의 공간이 좁아져 나선형 날개(110)를 따라 선회하며 상승하는 가스의 압력 손실이 상승하므로, 가스의 흐름이 원활하지 않은 문제가 발생할 수 있다.
한편, 상기 기포유동층 가스화로(100)의 하부로부터 차르(char) 및 유동매체가 고속유동층 연소로(200)로 이송된다. 고속유동층 연소로(200) 하부로부터 차르를 연소시키기 위하여 공기가 유입되며, 고속유동층 연소로(200)는 속도가 아주 빠른 고속유동층(fast bed)으로 운전된다. 고속유동층 연소로(200)로 이송된 유동매체는 기포유동층 가스화로(100)의 하부에서 450~780℃였던 것이 고속유동층 연소로(200)를 거치면서 920~950℃로승온되어 고온의 열원으로서 기포유동층 가스화로(100)로 재투입된다.
이때, 필요에 따라 고속유동층 연소로(200)에 외부 연료가 추가로 더 공급될 수 있으며, 외부 연료로 생성가스 사이클론(140)을 통해 배출되는 생성가스(10)가 사용될 수 있다.
고속유동층 연소로(200)를 지난 가스는 고속유동층 연소로(200) 상부에 연결된 배기가스 사이클론(210)에 의해 유동매체 및 재가 분리되며, 연소 과정에 의해 생성된 배기가스(20)는 배기가스 사이클론(210)을 통해 배출된다.
배기가스(20)의 온도는 920~950℃로, 후술될 배기가스 공급라인(521)을 통해 예비 분해로(520)로 공급되어, 예비 분해로(520)의 열원으로 사용될 수 있다.
동시에, 고속유동층 연소로(200)에서 고온으로 변한 유동매체는 배기가스 사이클론(210)을 지나서, 일부는 기포유동층 가스화로(100) 상부로 이송되어 기포유동층 가스화로(100)의 가스화 반응을 위한 열원으로 사용되며, 나머지 일부는 원료투입관(161)으로 공급되어 원료투입관(161)에서 원료의 이송을 원활하게 하는 캐리어로써 기능한다.
앞서 설명한 바와 같이 패각 처리부(500)는 열원으로 이중 유동층 반응기에서 발생한 가스, 즉, 생성가스(10)와 배기가스(20)를 사용하여 원료인 패각을 열처리함으로써 시멘트를 생성하는 장치이다.
원료로 사용되는 패각은 전복류, 조개류, 굴류, 산호류, 홍합류, 고둥류 등 민물과 해양에 존재하는 각류의 껍데기가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 굴 패각이 사용될 수 있다.
상기 패각 처리부(500)는 원료인 패각을 예열하는 패각 예열부(510); 상기 패각 예열부(510)에서 공급된 패각을 1차로 가열하여 부분적으로 하소하는 예비 분해로(520); 예비 분해로(520)에서 공급된 혼합물을 가열하여 시멘트를 제조하는 메인 분해로(530); 및 메인 분해로(530)에서 공급된 시멘트를 냉각하는 냉각부(540)를 포함한다.
상기 패각 예열부(510)는 상하로 배열된 복수개의 사이클론(511)을 포함하며, 도면에서는 예시적으로 5개의 사이클론(511a, 511b, 511c, 511d, 511e)을 포함하는 것으로 도시하였다.
원료인 패각은 최상부에 배치된 사이클론(511a)으로 투입되어, 상부에 배치된 사이클론(511)에서 하부에 배치된 사이클론(511)으로 이동한다. 이때 패각은 세척을 거쳐 이물질이 제거된 후 사이클론(511)으로 투입되는 것이 바람직하다.
각 사이클론(511)의 상부로 투입된 원료는 사이클론(511) 내부에서 회전하며 하단으로 이동하여 다음 사이클론(511)으로 유입되고, 사이클론(511)의 하부에서는 예비 분해로(520)에서 배출되는 고온의 가스가 각 사이클론(511)의 하부에서 상부로 이동하며 하단으로 이동하는 원료와 혼합되어 원료를 예열한다.
이때, 각 사이클론(511) 내부에서 원료는 회전하며 사이클론(511)의 하부 토출라인(513)를 통해 다음 사이클론(511)으로 이동한다. 동시에, 각 사이클론(511) 내부에 존재하는 가열된 가스는 사이클론(511)의 상부의 연통구(514)를 통해 다음 사이클론(511)으로 이동하는데, 이때 연통구(514)를 통해 상부에 배치된 사이클론(511)의 원료 일부가 이동할 수도 있다.
또한, 도면에서 가열된 가스가 각 사이클론(511)을 이동하는 연통구(514)는 각 사이클론(511)을 순차적으로 연결하고, 원료가 이동하는 토출라인(513)은 상기 연통구(514)와 연결되도록 도시하였는데, 이는 예시적인 것으로, 연통구(514)와 토출라인(513)의 배치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 토출라인(513)도 연통구(514)와 마찬가지로 각 사이클론(511)을 순차적으로 연결하도록 배치될 수도 있다.
최상부에 배치된 사이클론(511a)에는 원료를 예열하여 온도가 낮아진 가스가 배출되기 위한 배기 수단(512)이 구비될 수 있다.
상기 예비 분해로(520)는 최하부에 배치된 사이클론(511e)으로부터 공급되는 예열된 원료를 공급받아 1차로 가열하여 부분적으로 하소시킨다. 예비 분해로(520)에서는 패각에 포함되어 있는 탄산칼슘(CaCO3)의 일부가 이산화탄소(CO2)와 산화칼슘(CaO)으로 분해되고, 이산화탄소는 예비 분해로(520)에서 패각 예열부(510)를 통과하여 배출되며, 산화칼슘과 분해되지 않은 탄산칼슘을 포함하는 혼합물은 메인 분해로(530)로 이동한다.
이때 예비 분해로(520)로 이중 유동층 반응기의 배기가스 사이클론(210)을 통해 분리 배출되는 배기가스(20)가 공급되는데, 이때 배기가스(20)의 온도는 920~950℃의 범위로, 배기가스(20)에 의해 예비 분해로(520)의 내부가 가열되어, 탄산칼슘을 예열 및 분해할 수 있다.
뿐만 아니라, 배기가스(20)에는 마모된 유동물질, 폐플라스틱 원료에 포함되어 있던 무기물인 Ca, Si, Fe, Mg 등이 포함되어 있어, 시멘트의 원료로 사용될 수 있다.
상기 메인 분해로(530)는 예비 분해로(520)에서 공급된 탄산칼슘과 산화칼슘이 포함된 혼합물을 가열한다. 이에 따라 탄산칼슘의 대부분 혹은 메인 분해로(530)로 공급된 탄산칼슘이 완전히 하소되어 산화칼슘이 포함된 혼합물, 즉 시멘트를 생성할 수 있다.
메인 분해로(530)는 가로로 배치된 원통형 몸체를 가지며, 메인 분해로(530)의 입구가 출구보다 높게 배치되고, 중심축에 대하여 회전하며 메인 분해로(530)의 입구로 공급된 혼합물을 출구 방향으로 이동시킨다.
이때, 메인 분해로(530)의 출구쪽에는 메인 분해로(530)로 이중 유동층 반응기의 생성가스 사이클론(140)에서 배출되는 생성가스(10)가 생성가스 공급라인(531)을 통해 공급 및 연소되어, 약 1300~1600℃ 온도 범위를 갖는 고온의 가스를 메인 분해로(530) 내부로 공급한다.
메인 분해로(530)의 출구 방향에서 공급되는 고온의 가스는 메인 분해로(530)의 입구 방향으로 이동하며, 메인 분해로(530) 내부의 혼합물, 특히 탄산칼슘을 하소시킨다. 이때, 고온의 가스로 인해 혼합물의 일부가 용융될 수 있다. 메인 분해로(530)의 입구 방향으로 이동한 고온의 가스는 예비 분해로(520)로 이동하여, 예비 분해로(520) 내부의 기체 성분들과 혼합되어 패각 처리부(500)로 이동하며 원료를 하소하고 예열할 수 있다.
한편, 메인 분해로(530)에서 배출된 시멘트는 냉각부(540)를 통해 냉각되어 분말이나 과립 형태의 고체상으로 얻어질 수 있다. 냉각부(540)에서는 물, 공기 등 다양한 열전달 매체를 이용하여 시멘트를 냉각시킬 수 있으나, 바람직하게는 냉풍을 이용한 공랭 방식의 냉각 방식이 적용될 수 있다.
도 2 및 도 3은 상기 기포유동층 가스화로(100)의 일 실시예를 도시한 도면으로, 기포유동층 가스화로(100)의 일부를 생략하고 도시하였다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 기포유동층 가스화로(100)의 내부에는 기포유동층 가스화로(100)의 중심부를 따라 수직 방향으로 길게 중심로드(130)가 고정 설치되고, 중심로드(130)의 둘레에는 스크류 날개 형태의 나선형 날개(110)가 결합된다.
상기 나선형 날개(110)에 의해 생성가스(10)와 유동매체의 접촉빈도가 증가될 수 있으며, 생성가스(10)에 포함된 타르(tar)와 유동매체 간 접촉 반응이 증가하게 된다.
상기 나선형 날개(110)에는 다수개의 개구(115)가 형성될 수 있다. 상기 개구(115)는 상하 방향으로 간격을 두고 다수 개 형성되며, 개구(115)를 통해 연료 및 유동매체의 일부 또는 전부가 나선형 날개(110) 밑으로 떨어지므로, 위로 상승하는 스팀 및 생성가스와의 효율적인 접촉이 쉽게 이루어진다.
이와 같이 상부에서 하부로 이동하는 연료 및 유동매체와 하부에서 상부로 이동하는 스팀 및 생성가스 사이의 접촉을 극대화하기 위하여, 한쪽 끝단이 나선형 날개(110) 중 개구(115)의 하단과 접하는 부분과 결합하고 나선형 날개(110)의 하향 경사지는 방향의 반대쪽으로 하향 경사지게 뻗은 경사면을 포함하는 안내판(116)이 더 구비되어, 개구(115)를 통해 빠져 내려온 유동매체가 안내판(116)을 타고 경사지게 내려가도록 구성된다.
이와 같이 구성됨으로써 유동매체가 지나치게 빨리 개구(115)를 통해 빠져나가지 못하게 되는 한편 생성가스 및 스팀이 안내판(116)을 빙 둘러서 올라가게 되므로 그만큼 접촉시간이 길어지게 된다.
상기 안내판(116)은 나선형 날개(110) 중 개구(115)의 하단과 접하는 부분으로부터 상방으로 올라가다가 꺾여서 하방으로 내려가도록 구성되는데, 이러한 구성은 나선형 날개(110)를 타고 내려오는 유동매체가 더 많이 개구(115)를 통해 빠져나와 안내판(116)을 타고 내려가게 하기 위한 것이다.
도 4는 상기 기포유동층 가스화로(100)의 다른 실시예를 도시한 도면으로, 기포유동층 가스화로(100)의 일부를 생략하고 도시하였다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 기포유동층 가스화로(100)의 내부에는 기포유동층 가스화로의 내부에는 기포유동층 가스화로(100)의 중심부를 따라 수직 방향으로 길게 중심로드(130)가 고정 설치되고, 중심로드(130)의 둘레에는 스크류 날개 형태의 나선형 날개(110)가 결합된다.
이때, 상기 스크류 날개 형태의 나선형 날개(110)는 복수개의 단위날개(111)가 중심로드(130)에 방사상으로 결합되되, 서로 이격 형성되고 계단식으로 배치되어, 나선 형태로 형성될 수 있다.
따라서, 거시적으로는 스크류 형태의 나선형 날개(110)에 의해 유동매체가 나선형 날개(110)를 따라 선회하며 내려오고, 생성가스(10)와 스팀(30)을 포함하는 기체 성분은 나선형 날개(110)를 따라 선회하며 상부로 이동한다. 동시에, 미시적으로는 상기 반응물이 불연속적으로 배치된 각 단위날개(111) 사이의 빈 공간인 이격 영역으로 떨어지므로 선회하며 상부로 이동하는 상기 기체 성분과 더욱 빈번하게 효과적으로 접촉하여 생성가스(10)의 생성 효율 및 타르의 제거 효율이 현저히 향상된다.
즉, 이러한 나선 형태의 계단식 배치는, 유동매체가 합성가스와 접촉하는 빈도를 증가시켜서, 합성가스에 포함된 타르가 분해 및 리포밍되어 합성가스중 타르 농도를 현저하게 감소시킬 수 있으며, 합성가스가 유동매체와 접촉하지 않고 빠져나가는 단회로 현상이 방지되어, 합성가스 중 타르 제거 효율을 증가시킬 수 있다.
이때, 중심로드(130)의 중심축과 단위날개(111)의 길이방향 축에 의해 형성되는 면과 수직인 상기 단위날개(111)의 단면은 다각형으로, 도 4에 도시된 바와 같이 직사각형의 형태를 가질 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 사다리꼴(도 5(a)), 삼각형(도 5(b)), 오각형(도 5(c)) 등과 같은 형태를 가질 수도 있으며, 도면에 제시된 형태 외의 다른 다각형으로 형성되는 것도 가능하다.
도 6은 상기 도 4의 a방향에서 관측한 기포유동층 가스화로(100)의 탑뷰(top-view) 도면으로, 나선형 날개(110)의 인접한 두 단위날개(111)는 일부 영역이 겹쳐져 상부에서 바라봤을 때에는 마치 단위날개(111) 사이의 빈 공간이 존재하지 않는 것처럼 관측되나, 실제로는 단위날개(111)가 불연속적으로 위치하므로 각 단위날개(111) 사이에는 빈 공간인 이격 영역이 존재한다.
도 7은 단위날개(111)의 단면이 사다리꼴인 일 예에 따른 나선형 날개(110)를 도시한 것이다.
단위날개(111)의 단면은 앞서 설명한 바와 같이 다각형으로 형성되며, 바람직하게는 각 단위날개(111) 사이의 빈 공간인 이격 영역이 상부에서 하부로 갈수록 좁아지는 형상으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
도 7의 확대도를 참조하면, 이격 영역에서 인접하는 각 단위날개(111a, 111b)의 최상단 사이의 거리(d1)는 최하단 사이의 거리(d2)보다 크게 형성되는 경우, 기체 성분이 이격 영역을 통해 상승하는 역류 현상이 방지되므로, d1은 d2보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
특히, d1은 d2의 2~7배의 값을 갖도록 형성될 수 있으며, d1과 d2의 거리 비율이 이 범위를 벗어나는 경우에는 이격 영역을 통과해서 낙하하는 유동매체의 낙하 지연에 의한 반응 효율 향상 효과가 미미하므로, d1과 d2는 상술한 비율을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 이격 영역으로 낙하하는 유동매체의 직경이 약 04~0.8mm이므로, 유동매체에 의한 파울링(fouling) 현상을 방지하기 위해 인접한 두 단위날개(111a, 111b) 사이의 이격 영역의 최소 폭은 5~25mm의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
특히, 이격 영역의 폭은 각 단위날개(111a, 111b)의 최상단 사이에서 최하단 사이로 테이퍼지게 형성되는 것이 바람직하며, 이와 같은 경우에는 이격 영역을 통해 낙하하는 유동매체의 유체 흐름이 원활해지고, 기체 성분이 이격 영역을 통해 상승하는 역류 현상 및 이에 따른 파울링 현상이 방지될 수 있다.
도 8은 도 4의 나선형 날개(110)를 구성하는 단위날개(111)의 단면 형태의 일 예를 도시한 도면으로, 단위날개(111)는 단위날개(111)의 길이방향 축에 대하여 소정 각도(θ) 회전된 상태로 배치되어, 바닥면에 대하여 기울어진 형태를 갖도록 배치될 수 있으며, 상기 소정 각도(θ)는 40~80도일 수 있다.
단위날개(111)가 이와 같이 배치됨에 따라 단위날개(111)의 최상부에 위치한 일 모서리에서 연장되는 두 면이 서로 다른 방향으로 하향 경사지도록 형성되고, 이에 따라 나선형 날개(110)를 따라 선회하며 내려오는 유동매체가 하향 경사진 두 면을 따라 이동하므로, 상기 반응물이 이격 영역을 통해 지나치게 빨리 떨어지는 것이 방지되어 반응물과 생성가스(10) 및 스팀(30)의 접촉시간이 연장되므로 반응 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 9는 단위날개(111)가 유사 사다리꼴 형태의 단면을 갖는 경우에, 유동매체와 생성가스(10), 스팀(30) 등을 포함하는 기체 성분의 유체 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이 일부 유동매체는 각 단위날개(111) 사이의 이격 영역에 체류하며 상부 영역에서 기체 성분과 접촉하여 반응하고, 일부 반응물은 이격 영역을 통과하여 낙하하며 기체 성분과 접촉하여 반응한다. 이와 같이 유동매체와 기체 성분의 접촉 빈도가 현저히 증가함에 따라 생성가스(10) 생성 효율 및 타르(tar) 제거 효율이 현저히 향상될 수 있다.
도 10은 본 발명의 나선형 날개(110)를 구성하는 단위날개(111)의 일 실시예를 도시한 도면으로, 상기 단위날개(111)에는 단위날개(111)의 하부 모서리 중 적어도 어느 하나 이상에서 하향 경사지는 연장부(113)가 형성될 수 있다.
이와 같이 연장부(113)가 형성되는 경우, 연장부(113)를 따라 유동매체가 이동하므로, 표면장력에 의해 반응물이 이격 영역의 하부로 떨어지지 못하여 이격 영역이 폐쇄되는 파울링 현상이 방지될 수 있을 뿐만 아니라 유동매체의 낙하 시간을 지연시켜 유동매체와 스팀(30) 및 생성가스(10)의 접촉 시간을 늘림으로써 반응 효율을 향상시킬 수 있다.
일 예로, 상기 연장부(113)는 각 단위날개(111)에 모두 설치될 수 있고, 혹은 일부 단위날개(111)에만 설치될 수도 있으며, 하나의 단위날개(111)에 복수개로 설치될 수도 있다. 연장부(113)는 규칙적인 패턴을 갖도록 설치되는 것이 바람직한데, 불규칙적으로 설치되는 것도 가능하며, 유동매체를 하부로 낙하시키면서 이격 영역을 폐쇄하지 않는 형태라면 그 형태나 개수는 특별히 제한되지 않고 형성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 유동층 반응기를 도식적으로 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 이중 유동층 반응기는, 도 1을 참조하여 설명한 이중 유동층 반응기의 원료투입부(160)의 원료투입관(161)과 소정 간격 이격되어, 원료투입관(161)을 감싸도록 형성된 외부관(164)을 포함한다. 즉, 원료투입관(161)과 외부관(164)은, 외부관(164)의 내부에 원료투입관(161)이 배치되는 이중관 형태를 갖는다.
이때, 상기 원료투입관(161)의 외주연과 외부관(164)의 내주연 사이에 형성되는 공간(S)에는 열전달매체(50)가 흐르며 원료투입관(161)을 추가적으로 가열시킨다. 따라서, 원료투입관(161)을 따라 공급되는 원료의 액상화 및 염소 화합물 생성을 가속화시킬 수 있으며, 이에 따라 더욱 효율적으로 염소 화합물을 제거할 수 있다.
상기 열전달매체(50)는 공간(S)과 열교환기(400)를 순환 이동하며, 열교환기(400)를 통해 가열된 열전달매체(50)는 공간(S)으로 유입되어 원료투입관(161)을 가열시키고 상대적으로 저온인 상태로 공간(S)에서 배출되어 다시 열교환기(400)로 공급된다.
상기 열전달매체(50)는 물 또는 열전달유일 수 있으며, 열전달유로는 미네랄오일, 글리콜 수용액, 파라핀, 디아릴알칸, 폴리페닐 유도체, 아릴에테르, 디메틸실록산 폴리머 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 열교환기(400)에서 열전달매체(50)를 가열시키기 위한 열원으로 바람직하게는 배기가스 사이클론(210)을 통해 배출된 배기가스(20)가 사용될 수 있다. 이때, 배기가스(20) 전량이 열교환기(400)로 투입되는 경우, 열교환기(400)에서 배출된 배기가스(20)는 그대로 예비 분해로(520)로 투입되거나, 백필터(410)를 거쳐 먼지나 유해가스 등이 제거된 후 예비 분해로(520)로 투입될 수 있다.
또는, 배기가스 사이클론(210)을 통해 배출된 배기가스(20)의 일부는 바로 예비 분해로(520)로 공급되고, 나머지 일부가 열교환기(400)로 투입될 수 있으며, 이 경우, 열교환기(400)로 투입된 배기가스(20)는 예비 분해로(520)로 직접 혹은 백필터(410)를 거친 뒤 공급될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중 유동층 반응기를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예는, 기포유동층 가스화로(100)와 고속유동층 연소로(200)가 서로 떨어져 있도록 구성된 것이나, 도 12에 나타낸 본 발명의 또 다른 실시예는 기포유동층 가스화로(100)가 고속유동층 연소로(200)를 감싸는 형태로 구성된 것이다.
도 12에 제시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중 유동층 반응기의 경우에는 기포유동층 가스화로(100) 내부에 설치된 나선형 날개(110)의 중심로드(130) 내부의 공간에 고속유동층 연소로(200)가 위치하며, 고온의 고속유동층 연소로(200) 벽면을 통해 기포유동층 가스화로(100)로 열이 전달됨으로써 열전달을 최대화하고 열손실을 최소화하여 가스화 장치의 운전비를 절감할 수 있다.
도 12에 제시된 본 발명의 또 다른 실시예의 이중 유동층 반응기의 원료투입부(160)는 도 11을 참조하여 설명한 것과 같이 원료투입관(161)과 소정 간격 이격되어, 원료투입관(161)을 감싸도록 형성된 외부관(164)을 포함할 수 있으며, 상기 원료투입관(161)과 외부관(164) 사이의 공간(S)에는 열전달매체(50)가 흐르도록 형성될 수 있다..
상기 열전달매체(50)는 열교환기(400)를 거쳐 다시 가열된 후 공간(S)으로 공급될 수 있으며, 이때 열교환기(400)에서 열전달매체(50)를 가열하기 위한 열원으로 외부 열원이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 고속유동층 연소로(200)에서 배출된 배기가스(20)가 사용될 수 있다.
이와 관련한 구체적인 기술적 내용은 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한 것과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
한편, 본 발명은 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 생산 방법(이하, '시멘트 생산 방법'이라 함)을 포함한다.
본 실시예에 따른 시멘트 생산 방법은, 앞서 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한 시멘트 생산 장치를 사용하여 시멘트를 생산하는 방법으로, 폐플라스틱을 가열하여 발생된 열을 이용하여 패각을 하소시킴으로써 시멘트를 생산하는 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 실시예에 따른 시멘트 생산 방법에서는 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한 시멘트 생산 장치와 관련된 중복된 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 시멘트 생산 방법은, 기포유동층 가스화로(100) 및 고속유동층 연소로(200)를 포함하는 이중 유동층 반응기로 폐플라스틱 원료를 공급하여 연소시킴으로써 기포유동층 가스화로(100)에서 생성가스(10)를 생성하고, 고속유동층 연소로(200)에서 배기가스(20)를 생성하는 폐플라스틱 연소 단계; 및 원료인 패각을 가열하는 예열 단계, 예비 분해 단계 및 메인 분해 단계와, 냉각된 피가열물을 냉각하는 냉각 단계를 통해 시멘트를 제조하는 시멘트 제조 단계;를 포함한다.
이때, 상기 예비 분해 단계의 열원으로 배기가스(20)가 사용되고, 메인 분해 단계의 열원으로 생성가스(10)가 사용된다.
먼저, 상기 폐플라스틱 연소 단계는, 기포유동층 가스화로(100)로 폐플라스틱 원료, 스팀 및 가열된 유동매체를 공급하여 폐플라스틱 원료를 분해하는 단계; 고속유동층 연소로(200)로 기포유동층 가스화로(100)에서 배출되는 유동매체와 폐플라스틱 원료가 분해되어 생성된 차르(char)를 공급하고 연소시켜 유동매체를 재가열하는 단계; 생성가스 사이클론(140)을 통해 기포유동층 가스화로(100)에서 생성된 생성가스(10)에 포함된 미세입자를 여과하여 기체성분을 배출시키는 단계; 및 배기가스 사이클론(210)을 통해 고속유동층 연소로(200)에서 배출되는 성분을 분리하여, 유동매체는 기포유동층 가스화로(100)로 이송시키고, 나머지 배기가스(20)를 배출시키는 단계;를 포함한다.
상기 기포유동층 가스화로(100)로 폐플라스틱 원료, 스팀 및 가열된 유동매체를 공급하여 폐플라스틱 원료를 분해하는 단계는, 기포유동층 가스화로(100)로 공급된 폐플라스틱 원료를 분해하여 생성가스(10)를 생성하는 단계이다.
폐플라스틱 원료는 기포유동층 가스화로(100) 전단에 구비된 원료투입부(160)를 통해 기포유동층 가스화로(100)로 공급될 수 있으며, 원료투입부(160)의 원료투입관(161)에서 폐플라스틱 원료가 이송스크류(162)를 통해 유동매체와 혼합 및 이송되어, 폐플라스틱 원료가 고상일 때와 액상일 때 모두 원활하게 기포유동층 가스화로(100)로 공급될 수 있다.
기포유동층 가스화로(100)에서는 원료투입관(161)을 통해 폐플라스틱 원료와 유동매체를 공급받고, 추가로 스팀 및 가열된 유동매체를 공급받아 기포유동층을 형성하며, 폐플라스틱 원료를 가열하여 분해시킨다. 여기서 생성된 생성가스(10)는 상부로 배출되고, 차르와 유동매체의 일부는 고속유동층 연소로(200)로 이동한다.
상기 고속유동층 연소로(200)로 기포유동층 가스화로(100)에서 배출되는 유동매체와 폐플라스틱 원료가 분해되어 생성된 차르(char)를 공급하고 연소시켜 유동매체를 재가열하는 단계는, 기포유동층 가스화로(100)의 열원으로 재사용될 수 있도록 유동매체를 재가열하는 단계이다.
이때, 고속유동층 연소로(200)를 가열하기 위한 열원으로 차르가 사용될 수 있으며, 차르는 고속유동층 연소로(200)로 공급된 공기와 반응하여 연소됨으로써 열을 발생시키고, 이는 유동매체를 가열하기위한 열원으로 사용된다.
이렇게 가열된 유동매체와 차르가 연소되어 생성된 생성물은 배기가스 사이클론(210)을 통해 배기가스(20)와 가열된 유동매체로 분리되며, 가열된 유동매체는 다시 기포유동층 가스화로(100)로 공급되어 열원으로써 기능하고, 고온의 배기가스(20)는 외부로 배출되어 후술될 예비 분해로(520)로 공급되어 열을 공급할 수 있다.
상기 생성가스 사이클론(140)을 통해 기포유동층 가스화로(100)에서 생성된 생성가스(10)에 포함된 미세입자를 여과하여 기체성분을 배출시키는 단계는 기포유동층 가스화로(100)에서 폐플라스틱 원료가 분해되어 생성된 성분 중 수소, 일산화탄소, 메탄과 같은 유용한 가스 성분만을 분리하여 배출시키는 단계로, 생성가스 사이클론(140)에서 이러한 과정이 수행될 수 있다.
이때, 여기서 배출되지 못한 미세 입자는 다시 기포유동층 가스화로(100)로 공급되고, 생성가스(10)는 후술될 메인 분해로(530)로 공급 및 연소되어 열원으로써 기능한다.
한편, 상기 시멘트 제조 단계는, 상하로 배치된 복수개의 사이클론(511)을 포함하는 패각 예열부에 원료인 패각을 공급하고 예열하는 단계; 예비 분해로(520)로 예열된 패각과 배기가스(20)를 공급하여 예열된 패각을 1차 가열하는 단계; 메인 분해로(530)로 1차 가열된 패각과 생성가스(10)를 공급하고, 생성가스(10)를 연소하여 1차 가열된 패각을 2차 가열하여 시멘트를 생성하는 단계; 및 상기 시멘트를 냉각하는 단계;를 포함한다.
먼저, 시멘트 제조 원료로 사용되는 패각은 상하로 배치된 복수개의 사이클론(511)을 포함하는 패각 예열부(510)로 공급되어 예열된다.
구체적으로, 제일 최상부에 위치한 사이클론(511a)의 상부에 패각이 공급되면, 사이클론(511)을 통해 회전하며 패각이 하부로 이동하여, 패각 예열부(510)의 최하단에 위치한 사이클론(511e)과 연통된 예비 분해로(520)로 투입된다.
동시에, 예비 분해로(520)에서 배출되는 고온의 가스가 최하단에 위치한 사이클론(511e)에서 최상단에 위치한 사이클론(511a)까지 상부로 이동하며, 하단으로 이동하는 원료와 혼합되어 원료를 예열한다. 이후, 최상단에 위치한 사이클론(511a)의 상부로 가스 성분이 배출될 수 있다.
다음으로, 예비 분해로(520)로 예열된 패각과 배기가스(20)를 공급하여 예열된 패각을 1차 가열하는 단계는 예비 분해로(520)에서 예열된 패각을 하소하여 일부 탄산칼슘을 산화칼슘으로 제조하는 단계이다.
이때, 하소를 위한 열원으로 앞서 배기가스 사이클론(210)에서 공급된 고온의 배기가스(20)를 사용할 수 있다.
다음으로, 메인 분해로(530)로 1차 가열된 패각과 생성가스(10)를 공급하고, 생성가스(10)를 연소하여 1차 가열된 패각을 2차 가열하여 시멘트를 생성하는 단계는, 예비 분해로(520)에서 하소되지 못하고 남은 탄산칼슘을 마저 하소하여 산화칼슘, 즉 시멘트를 제조하는 단계이다.
이때 하소를 위한 열원으로 앞서 생성가스 사이클론(140)으로부터 공급되는 생성가스(10)가 사용될 수 있고, 생성가스(10)는 메인 분해로(530)의 후단에서 공급 및 연소되어 열분해 효율을 향상시킬 수 있다.
메인 분해로(530)에서 발생되는 고온의 가스는 내부의 탄산칼슘을 가열하는데 사용되고, 이후 메인 분해로(530)의 전단을 통해 예비 분해로(520)로 공급될 수 있다.
마지막으로, 메인 분해로(530)에서 생성된 시멘트를 냉각하는 냉각 단계가 수행된다. 이 단계는 수냉식, 공랭식 등 다양한 방식으로 수행될 수 있으나, 바람직하게는 공랭식으로 수행될 수 있다.
한편, 상기 원료투입부(160)의 원료투입관(161)의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 단계가 추가로 더 수행될 수 있다. 이 경우, 원료투입관(161)의 외부를 감싸도록 형성된 외부관(164)에 열교환기(400)를 통해 가열된 열전달매체(50)가 흐르고, 열전달매체(50)를 가열하기 위해 열교환기(400)로 배기가스 사이클론(210)으로부터 배출된 배기가스(20)의 적어도 일부가 사용될 수 있다. 이렇게 열교환기(400)에 사용된 배기가스(20)는 예비 분해로(520)로 다시 공급될 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
10: 생성가스 20: 배기가스
21: 배기가스라인 30: 스팀
40: 공기 50: 열전달매체
100: 기포유동층 가스화로 110: 나선형 날개
111: 단위날개 113: 연장부
120: 기포 유동층 130: 중심로드
140: 생성가스 사이클론 150: 생성가스 사이클론 연결관
160: 원료투입부 161: 원료투입관
162: 이송스크류 163: 배출관
164: 외부관 170: 가스화로 연결관
200: 고속유동층 연소로 210: 배기가스 사이클론
220: 배기가스 사이클론 연결관 221: 밸브
230: 제1 유동매체 공급관 240: 제2 유동매체 공급관
300: 원료 탱크 400: 열교환기
500: 패각 처리부 510: 패각 예열부
520: 예비 분해로 521: 배기가스 공급라인
530: 메인 분해로 531: 생성가스 공급라인
540: 냉각부
21: 배기가스라인 30: 스팀
40: 공기 50: 열전달매체
100: 기포유동층 가스화로 110: 나선형 날개
111: 단위날개 113: 연장부
120: 기포 유동층 130: 중심로드
140: 생성가스 사이클론 150: 생성가스 사이클론 연결관
160: 원료투입부 161: 원료투입관
162: 이송스크류 163: 배출관
164: 외부관 170: 가스화로 연결관
200: 고속유동층 연소로 210: 배기가스 사이클론
220: 배기가스 사이클론 연결관 221: 밸브
230: 제1 유동매체 공급관 240: 제2 유동매체 공급관
300: 원료 탱크 400: 열교환기
500: 패각 처리부 510: 패각 예열부
520: 예비 분해로 521: 배기가스 공급라인
530: 메인 분해로 531: 생성가스 공급라인
540: 냉각부
Claims (8)
- 폐플라스틱 원료가 저장되는 원료 탱크;
원료투입부를 통해 상기 원료 탱크로부터 원료를 공급받고, 하부에서 스팀이 유입되어 내부에서 유동매체가 유동됨으로써 기포유동층이 형성되며, 상기 원료가 가스화되어 내부에서 생성가스가 만들어지는 기포유동층 가스화로;
상기 기포유동층 가스화로로부터 상기 유동매체와 상기 생성가스에 포함된 차르(char)를 이송받고, 추가로 공기를 공급받아, 상기 차르(char)를 연소시킴으로써 유동매체를 가열하고, 가열된 유동매체를 상기 기포유동층 가스화로로 이송하는 고속유동층 연소로;
상기 기포유동층 가스화로와 연통되고, 기포유동층 가스화로에서 배출되는 생성가스 중 미세입자를 분리하여 미세입자는 상기 기포유동층 가스화로로 다시 유입시키고, 나머지를 배출시키는 생성가스 사이클론;
상기 고속유동층 연소로의 상부와 기포유동층 가스화로의 상부 사이에 연결되어, 상기 유동매체를 배기가스와 분리시킨 후, 배기가스는 배출하고 유동매체를 기포유동층 가스화로와 원료투입부로 분리 공급하는 배기가스 사이클론; 및
상기 생성가스와 배기가스를 이용하여, 패각을 가열함으로써 시멘트를 생성하는 패각 처리부;를 포함하며,
상기 생성가스는 수소를 40~70 vol% 포함하고,
상기 패각 처리부는, 패각을 예열하는 패각 예열부(510); 상기 패각 예열부(510)에서 공급된 패각을 가열하여 부분적으로 하소하는 예비 분해로(520); 상기 예비 분해로(520)에서 공급된 혼합물을 가열하여 시멘트를 제조하는 메인 분해로(530); 및 상기 메인 분해로(530)에서 공급된 시멘트를 냉각하는 냉각부(540);를 포함하되,
상기 예비 분해로(520)의 열원으로 상기 배기가스 사이클론에서 배출되는 배기가스가 사용되고, 상기 메인 분해로(530)의 열원으로 상기 생성가스 사이클론에서 배출되는 생성가스가 사용되며,
상기 고온유동층 연소로(200)에서 가열된 유동매체의 일부가 원료투입관(161)으로 공급되어 원료와 혼합되되, 유동매체와 원료의 부피유량의 비는 5~10인 것을 특징으로 하는, 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 기포유동층 가스화로의 내부에는 기포유동층 가스화로 중심부를 따라 수직 방향으로 위치하는 중심로드; 및 상기 중심로드를 따라 생성가스 및 스팀을 선회류로 이동시키는 나선형 날개;가 설치되는 것을 특징으로 하는, 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 제조 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 기포유동층 가스화로 및 고속유동층 연소로를 포함하는 이중 유동층 반응기로 폐플라스틱 원료를 공급하여 연소시킴으로써 기포유동층 가스화로에서 생성가스를 생성하고, 고속유동층 연소로에서 배기가스를 생성하는 폐플라스틱 연소 단계; 및
원료인 패각을 가열하는 예열 단계, 예비 분해 단계 및 메인 분해 단계와, 냉각된 피가열물을 냉각하는 냉각 단계를 통해 시멘트를 제조하는 시멘트 제조 단계;를 포함하고,
상기 예비 분해 단계의 열원으로 배기가스가 사용되고, 메인 분해 단계의 열원으로 생성가스가 사용되되, 상기 생성가스는, 수소를 40~70 vol% 포함하고,
상기 시멘트 제조 단계는, 상하로 배치된 복수개의 사이클론을 포함하는 패각 예열부에 원료인 패각을 공급하고 예열하는 단계; 예비 분해로로 예열된 패각과 배기가스를 공급하여 예열된 패각을 1차 가열하는 단계; 메인 분해로로 1차 가열된 패각과 생성가스를 공급하고, 생성가스를 연소하여 1차 가열된 패각을 2차 가열하여 시멘트를 생성하는 단계; 및 상기 시멘트를 냉각하는 단계;를 포함하며,
상기 예비 분해로(520)의 열원으로 상기 배기가스 사이클론에서 배출되는 배기가스가 사용되고, 상기 메인 분해로(530)의 열원으로 상기 생성가스 사이클론에서 배출되는 생성가스가 사용되며,
상기 고온유동층 연소로(200)에서 가열된 유동매체의 일부가 원료투입관(161)으로 공급되어 원료와 혼합되되, 유동매체와 원료의 부피유량의 비는 5~10인 것을 특징으로 하는, 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 제조 방법. - 제6항에 있어서, 상기 폐플라스틱 연소 단계는,
기포유동층 가스화로로 폐플라스틱 원료, 스팀 및 가열된 유동매체를 공급하여 폐플라스틱 원료를 분해하는 단계;
고속유동층 연소로로 기포유동층 가스화로에서 배출되는 유동매체와 폐플라스틱 원료가 분해되어 생성된 차르(char)를 공급하고 연소시켜 유동매체를 재가열하는 단계;
생성가스 사이클론을 통해 기포유동층 가스화로에서 생성된 생성가스에 포함된 미세입자를 여과하여 기체성분을 배출시키는 단계; 및
배기가스 사이클론을 통해 고속유동층 연소로에서 배출되는 성분을 분리하여, 유동매체는 기포유동층 가스화로로 이송시키고, 나머지 배기가스를 배출시키는 단계;를 포함하는, 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 제조 방법.
- 삭제
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| KR1020210104327A KR102636642B1 (ko) | 2021-08-09 | 2021-08-09 | 패각과 폐플라스틱을 사용한 시멘트 제조 장치 및 이를 사용한 시멘트 생산 방법 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016069196A (ja) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 太平洋セメント株式会社 | セメントクリンカー、その製造方法、及び、固化材 |
| JP2018127371A (ja) * | 2017-02-07 | 2018-08-16 | 株式会社Ihi | セメント製造システム |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100599377B1 (ko) * | 2004-04-13 | 2006-07-12 | 한국에너지기술연구원 | Ｐｖｃ가 혼합된 고분자 폐기물로부터 염소분 제거를 위한간접 가열식 탈염시스템 |
| KR101993734B1 (ko) | 2017-09-26 | 2019-06-28 | 경국현 | 나선형 가스화로를 포함한 이중 유동층 반응기 |
| KR102323362B1 (ko) * | 2020-01-28 | 2021-11-09 | 경국현 | 계단형 나선 날개를 포함하는 이중 유동층 반응기 시스템 |
-
2021
- 2021-08-09 KR KR1020210104327A patent/KR102636642B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016069196A (ja) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 太平洋セメント株式会社 | セメントクリンカー、その製造方法、及び、固化材 |
| JP2018127371A (ja) * | 2017-02-07 | 2018-08-16 | 株式会社Ihi | セメント製造システム |
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