KR20230038751A - 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리를 위한 공정 및 처리 설비 - Google Patents

바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리를 위한 공정 및 처리 설비 Download PDF

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KR20230038751A
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안드레아스 해클
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넥스트 제너레이션 엘리먼츠 게엠베하
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Abstract

본 발명은 바이오매스(5)의 수분 함량이 건조 장치(4)에서 감소되고, 건조 과정에서 암모니아(NH3)도 바이오매스로부터 방출되는 바이오매스(5)의 물리적 및 열화학적 처리 방법에 관한 것이다. 건조된 바이오매스(5)는 열분해 반응기(2)에서 열분해되고, 열분해 가스는 연소 장치(3)로 전달되고, 연소 장치에서 연소되어 연도 가스를 형성하거나 또는 연소 설비 유닛(17)에서 연소되어, 연도 가스를 형성하며, 두 경우 모두 연도 가스는 혼합 장치(9)로 공급된다. 산소(O2)가 혼합 장치(9)의 연도 가스에 계량되어 건조 가스로서 건조 장치(4)에 직접 공급된다. 건조 가스가 건조 장치(4)를 통과하면서 건조 가스에 포함된 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)이 암모니아(NH3)와 화학적으로 반응하여 아황산암모늄((NH4)2SO3) 및/또는 황산암모늄((NH4)2SO4)을 형성한다. 본 발명은 또한 바이오매스(5)의 물리적 및 열화학적 처리를 위한 처리 설비(1)에도 관한 것이다.

Description

바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리를 위한 공정 및 처리 설비
본 발명은 바이오매스, 특히 하수 처리장, 바이오가스 공장, 도축장, 농업 및 임업 작업장, 축산, 식품 산업, 제지 산업 및 화학 산업에서 나오는 슬러지와 같은 유기 폐기물의 물리적 및 열화학적 처리를 위한 복합 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리가 수행될 수 있는 처리 설비에 관한 것이다.
DE 10 2008 028 241 A1은 바이오매스를 열화학적으로 연료 가스로 변환시키는 장치를 기술하고 있다. 이 장치는 스네일 반응기(snail reactor)와 추가의 반응기로 구성된다. 스네일 반응기에서, 바이오매스는 공기를 배제한 상태에서 건조되고 열 분해되며, 생성된 열분해 코크스, 열분해 가스 및 증기는 모두 함께 열분해 코크스 층의 형성으로 채워진 추가 반응기로 함께 공급된다. 추가의 반응기에서, 가스화제, 특히 공기의 아화학양론적 첨가에 의해 부분 산화가 일어난다. 이와 관련하여, 장쇄 타르 분자 중 적어도 일부가 분해된다. 잔류물은 배출 장치에 의해 추가 반응기의 바닥에서 제거된다. 반응기 벽의 영역에서 가스화제를 위한 입구 개구부 및/또는 연료 가스를 위한 출구 개구부의 막힘을 방지하기 위해, 적어도 부분적으로 중력 방향으로 연장되는 다수의 내부 공간 확장부가 제공된다. 생성된 연료 가스는 자체 배출구를 통해 가스 필터와 가스 냉각기로 공급된다. 가스 냉각기의 배출구에서 흘러나오는 정화된 연료 가스는 예를 들어 가스 엔진에 공급된다. 가스 엔진에서 생산된 전기 에너지는 공급 망에 공급될 수 있으며, 생성된 열은 앞서 언급한 스크루 반응기를 가열하는 데에 사용될 수 있다.
DE 10 2010 049 339 A1은 스핀-파 건조기에서 제품을 건조하기 위한 장치 및 방법을 설명한다. 건조 대상 재료는 차례로 배열된 세그먼트로 건조기를 통과하는 방향으로 차례로 운반되고, 모바일 분리 벽에 의해 세분된다. 공급된 건조 공기는 분리 벽 영역에 제공된 연결 구멍을 통해 건조실을 통해 흐르거나, 각 세그먼트에 공급되어 다시 배출될 수 있다. 외부 연소실에서 나온 연도 가스가 건조에 직접 사용될 수도 있다. 이것은 기존의 오일 버너 또는 가스 버너일 수 있다. 그러나 DE 203 21 670 U1에 기술된 바와 같이, 펠릿용 바이오매스 버너가 사용될 수도 있다.
본 발명의 목적은 첨가제를 사용하지 않고 문제가 되는 물질을 감소하거나 회피하고, 처리 설비 전체의 작동에서 더 큰 에너지 효율을 가질 수 있는, 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리를 위한 방법 및 처리 설비를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구범위에 따른 처리 방법 및 처리 설비에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 방법은 바이오매스, 특히 하수 처리장, 도살장, 농장, 축산업, 식품 산업, 제지 산업에서 나오는 슬러지와 같은 유기 폐기물의 물리적 및 열화학적 처리 방법을 제공한다. 이 방법을 수행하기 위해, 다음 단계들이 수행된다.
- 처리 대상 바이오매스를 제공하는 단계,
- 건조 장치를 제공하는 단계,
- 적어도 하나의 열분해 반응기를 제공하는 단계,
- 적어도 하나의 연소 장치를 제공하는 단계,
- 적어도 하나의 혼합 장치를 제공하는 단계,
- 제공된 처리 대상 바이오매스를 건조 장치로 공급하는 단계로, 건조 과정에서 바이오매스에 함유된 수분이 감소되고, 암모니아(NH3)는 바이오매스로부터 방출되는, 제공된 처리 대상 바이오매스를 건조 장치로 공급하는 단계,
- 건조 장치로부터 처리 대상 바이오매스를 배출하는 단계,
- 처리 대상 바이오매스를 열분해 반응기에 공급하는 단계,
- 열분해 반응기에서 바이오매스를 열분해하고, 열분해 과정에서 바이오매스를 열분해 코크스와 열분해 가스로 열분해하는 단계,
- 열분해 반응기로부터 열분해 코크스와 열분해 가스를 배출하는 단계,
- 열분해 반응기에서 배출된 열분해 가스를 연소 장치에 공급하고, 열분해 가스를 연소시켜 연도 가스를 형성하는 단계,
- 연소 장치로부터 연도 가스를 배출하고, 연도 가스를 혼합 장치로 공급하는 단계,
- 혼합 장치에서 연도 가스에 산소(O2) 및/또는 적어도 산소(O2)-함유 가스를 첨가하고, 특히 각각이 기체상 집합체 상태에 있는 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)을 함유하는 건조 가스를 형성하는 단계,
- 혼합 장치로부터 건조 가스를 배출하여 건조 장치로 공급하는 단계,
- 건조 장치를 통해 건조 가스를 안내하는 단계로, 특히 건조 가스에 포함된 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)이 암모니아(NH3)와 화학적으로 반응하여 아황산암모늄((NH4)2SO3) 및/또는 황산암모늄((NH4)2SO4)을 형성하는, 건조 장치를 통해 건조 가스를 안내하는 단계.
여기에서 선택된 방법 단계들의 장점은, 연소 장치에서 배출되는 연도 가스가 산소 또는 산소-함유 가스의 특정 부피 비율을 계량한 후 소위 건조 가스로 건조 장치에 직접 공급된다는 것이다. 따라서 황산화물 또는 산화물(들)을 포함하는 연도 가스가 함유하는 열에너지가 건조 장치에서 사용된다. 이렇게 하면 건조 공정 중에 생성되거나 방출되는 암모니아를 결합하기 위해 건조 장치에 하나 이상의 별도의 첨가제를 추가하지 않아도 되므로 건조기 배기가스 또는 건조기 배기 공기가 주위 환경으로 배출되기 전에 별도로 처리되거나 여과될 필요가 없게 된다. 또한, 이에 따라, 블록-형 발전소 또는 기타 연소 설비와 같은 건조 가스 공급을 위한 추가 설비 컴포넌트가 연속 작동에 필요하지 않은, 일관성 있고 콤팩트한 처리 설비가 생성된다. 공정 단계는 상기 주어진 순서대로 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 혼합 장치의 건조 가스가 하한이 100℃, 특히 300℃이고 상한이 700℃, 특히 500℃인 온도 범위의 온도 값이 되는 접근방안이 유리하다. 이것은 적절한 건조 공정을 수행할 수 있도록 건조 장치에서 사용하는 데 필요한 대부분 더 차가운 주변 공기를 계량하여 연도 가스를 해당 온도 값 또는 온도 값 범위로 가져올 가능성을 만든다.
추가의 유리한 접근방안은, 산소(O2) 및/또는 산소(O2)-함유 가스를 부가함으로써, 혼합 장치 내의 건조 가스의 산소 함량이 하한은 6 부피%, 특히 15 부피%이고 상한은 20 부피%, 특히 17 부피%의 산소 함유량으로 만드는 것을 특징으로 한다. 혼합 장치에서 방출되는 건조 가스의 산소 함량을 결정, 특히 감소시킴으로써, 건조 장치에서 화재 및/또는 폭발의 위험을 방지할 수 있는 건조 분위기를 얻을 수 있다. 건조 과정에서 무엇보다도 건조 온도가 상당히 높기 때문에 분진 폭발을 일으킬 수 있는 분진 입자가 형성된다. 이는 건조 온도가 중요한 수준이기 때문에 법적 요구 사항을 충족할 수 있음을 의미한다.
또한 혼합 장치에 블록-형 화력 발전소에서 발생하는 또 다른 연도 가스가 공급되는 방법의 변형이 유리하다. 하나의 가능한 조합에서, 건조 장치에서 바이오매스를 건조시키기 위해 훨씬 더 많은 양의 건조 가스가 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 후속적으로 열분해 반응기에서 보다 신속한 처리를 수행할 수 있도록 바이오매스의 더 좋거나 더 높은 건조 정도가 달성될 수 있다. 이러한 방식으로, 훨씬 더 우수한 에너지 효율성을 달성할 수 있다.
또한, 온도 범위가 하한이 100℃, 특히 200℃이고 상한이 500℃, 특히 300℃인 추가의 연도 가스가 혼합 장치에 공급되는 접근방안이 유리하다. 이러한 방식으로, 적어도 열분해 가스의 연소로부터 유래하는, 연소 장치로부터 공급되는 연도 가스와 결합하여, 건조 가스의 미리 결정된 온도 수준이 더 쉽게 달성될 수 있다.
또 다른 유리한 접근방안은 연소 장치에서 배출되는 연도 가스의 일부는 혼합 장치로 공급되기 전에 분기되며, 이 일부 양의 연도 가스는 열교환기를 통과하여, 연도 가스 온도가 감소되며, 후속하여 분기된 연도 가스는 연소를 위해 연소 장치로 공급되는 것을 특징으로 한다. 따라서 어느 정도 양의 열에너지를 추가 가열 공정에 사용할 수 있다. 또한 연소 장치 및 연소 공정으로의 리턴 라인에 의해 추가 열에너지가 생성될 수 있다.
주위 공기가 산소(O2)-함유 가스로 열교환기를 통과하고, 통과한 연도 가스에 의해 온도가 상승하며, 주위 공기는 이후 혼합 장치로 공급되어 연도 가스로 계량되는 것을 특징으로 하는 방법의 변형이 또한 유리하다. 이러한 방식으로 분기된 연도 가스에 포함된 열에너지가, 혼합 장치로 공급되는 주변 공기를 조절하기 위해 전달될 수 있다. 또한, 다시 공급된 연도 가스로 인한 온도 감소에 의해 연소 장치의 연소실에서 온도 제어가 달성될 수도 있다.
또 다른 접근방안은, 열분해 반응기로부터 배출된 열분해 코크스는 제공된 코크스 처리 장치에 공급되고, 코크스 처리 장치에서 고체, 특히 자유-유동 잔류물 및 코크스 배기가스로 추가로 분해되는 것을 특징으로 한다. 따라서 열분해 반응기에서 이미 처리된 바이오매스의 추가적인 추가 처리가 수행될 수 있다. 이를 통해 2-단계 과정에서 더욱 집중적이고 포괄적인 처리가 가능하다. 선택된 바이오매스, 특히 유기 폐기물에 따라, 그 안에 함유된 유용한 물질, 특히 인 또는 인 화합물, 인산염, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등의 회수가 훨씬 더 잘 이루어질 수 있다.
잔류물은, 코크스 배기가스와 공간적으로 분리되어 코크스 처리 장치로부터 배출되는 것을 특징으로 한다. 따라서 연소 장치에서 사용될 수 있는 추가 가스가 에너지 효율을 더욱 증가시키기 위해 제공될 수 있다.
추가의 유리한 접근방안은, 코크스 처리 장치로부터 배출되는 코크스 배기가스는 연소 장치로 공급되고, 코크스 배기가스는 연소 장치에서 연소되어 연도 가스를 형성하여 연소 장치로부터 배출되는 것을 특징으로 한다.　 따라서 훨씬 더 높은 열에너지가 연소 장치에 제공될 수 있다.
열분해 가스와 코크스 배기가스를 서로 별도로 연소 장치에 공급하는 방법의 변형이 또한 유리하다. 열분해 가스와 코크스 배기가스가 연소 장치로 별도로 공급되기 때문에, 훨씬 더 완전하고 더 나은 연소가 달성될 수 있으며, 그 결과 열 추출도 그에 따라 증가될 수 있다.
또 다른 접근방안은, 열분해 가스와 코크스 배기가스가 연소 장치에 함께 공급되는 경우를 특징으로 한다. 따라서 두 가스가 연소 장치에 공급되기 전에도 일정한 혼합이 이루어질 수 있다.
추가의 유리한 접근방안은, 건조 장치에서 형성된 아황산암모늄((NH4)2SO3) 및/또는 황산암모늄((NH4)2SO4)이 건조된 바이오매스와 함께 열분해 반응기로 공급되거나 공급될 것임을 특징으로 한다. 따라서 후속 공동 처리 프로세스는 열분해 반응기에서 수행될 수 있다.
본 발명의 목적, 즉 첨가제를 사용하지 않고 문제 물질의 감소 또는 회피를 가능하게 하고, 전체 처리 설비의 작동에서 더 큰 에너지 효율을 가능하게 하면서 바이오매스에 대한 물리적 및 열화학적 처리 공정을 제공하는 것은, 이와 관련하여 설명된 방법 단계들에 따른 추가 방법에 의해 필요한 경우 개별적으로 그리고 별개로 달성된다.
처리 설비에서 바이오매스 특히 유기 폐기물의 물리적 및 열화학적 처리를 위한 추가의 방법이 제공된다. 유기 폐기물은 바람직하게는 하수 처리장, 도살장, 농장, 축산업, 식품 산업, 제지 산업에서 나오는 다양한 슬러지이다. 이 방법을 수행하기 위해, 다음 단계들이 실시된다.
- 처리 대상 바이오매스를 제공하는 단계,
- 건조 장치를 제공하는 단계,
- 적어도 하나의 연소 반응기를 구비하는 연소 설비 유닛을 제공하는 단계,
- 적어도 하나의 혼합 장치를 제공하는 단계,
- 제공된 처리 대상 바이오매스를 건조 장치로 공급하는 단계로, 건조 과정에서 바이오매스에 함유된 수분이 감소되고, 바이오매스로부터 암모니아(NH3)가 방출되는, 제공된 처리 대상 바이오매스를 건조 장치로 공급하는 단계,
- 건조 장치로부터 처리 대상 바이오매스를 배출하는 단계,
- 처리 대상 바이오매스를 적어도 하나의 연소 반응기에 공급하는 단계,
- 적어도 하나의 연소 반응기에서 바이오매스를 연소시키고, 연소 과정에서 바이오매스를 연소 생성물과 연도 가스로 산화적으로 변환시키는 단계,
- 적어도 하나의 연소 반응기로부터 연소 생성물과 연도 가스를 배출하는 단계,
- 연도 가스를 혼합 장치로 공급하는 단계,
- 혼합 장치에서 연도 가스에 산소(O2) 및/또는 적어도 산소(O2)-함유 가스를 첨가하고, 특히 각각이 기체상 집합체 상태에 있는 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)을 함유하는 건조 가스를 형성하는 단계,
- 혼합 장치로부터 건조 가스를 배출하여 건조 장치로 공급하는 단계,
- 건조 장치를 통해 건조 가스를 안내하는 단계로, 특히 건조 가스에 포함된 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)이 암모니아(NH3)와 화학적으로 반응하여 아황산암모늄((NH4)2SO3) 및/또는 황산암모늄((NH4)2SO4)을 형성하는, 건조 장치를 통해 건조 가스를 안내하는 단계.
여기에서 선택된 방법 단계의 장점은 연소 설비 유닛에서 형성되고 연소 설비 유닛에서 배출된 연도 가스가 특정 부피 분율의 산소 또는 산소-함유 가스가 부가되자마자 소위 건조 가스로 건조 장치에 공급된다는 것이다. 이에 따라, 황산화물 또는 산화물(들)을 포함하는 배기가스 내에 함유된 열에너지가 건조 장치에서 사용된다. 이는 또한 건조 공정 중에 생성되거나 방출되는 암모니아를 결합하기 위해 건조 장치에 적어도 하나의 첨가제를 추가하지 않으므로 건조기 배기가스 또는 건조기의 배기 공기가 환경으로 배출되기 전에 별도로 처리하거나 여과할 필요가 없게 된다. 또한, 바람직하게는 블록-형 화력 발전소 또는 기타 연소 시스템과 같이 건조 가스를 제공하기 위한 추가 시스템 구성 요소가 연속 작동에 절대적으로 필요하지 않은 일관성 있고 콤팩트한 처리 시스템이 생성된다. 공정 단계는 바람직하게는 상기 주어진 순서대로 수행된다.
또한, 연소 설비 유닛이 복수의 연소 반응기로 형성되고, 연소 동안 이들에서 형성된 연도 가스가 혼합 장치에 공급되는 절차가 유리하다. 이러한 방식으로, 건조 장치의 하류에서 충분히 큰 질량 또는 양을 연소시킬 수 있도록 질량 처리량이 전반적으로 증가할 수 있다. 이러한 방식으로, 건조 장치에서 더 낮은 정도의 건조가 충분할 수 있다.
추가의 유리한 절차는 혼합 장치 내의 건조 기체가 하한이 100℃, 특히 300℃이고 상한이 700℃, 특히 500℃인 온도 값 범위로부터 유래하는 온도 값이 된다는 것을 특징으로 한다. 이것은 적절한 건조 공정을 수행할 수 있도록 건조 장치에서 사용하는 데 필요한 대부분 더 차가운 주변 공기를 계량하여 연도 가스를 해당 온도 값 또는 온도 값 범위로 가져올 가능성을 만든다.
본 방법의 변형은 또한 산소(O2) 및/또는 산소(O2)-함유 가스를 첨가함으로써, 혼합 장치 내의 건조 가스가 하한이 6 부피%, 특히 15 부피%이고 상한이 20 부피%, 특히 17 부피%인 값 범위의 산소 함유량으로 되게 하는 것이 유리하다. 혼합 장치에서 방출되는 건조 가스의 산소 함량을 결정, 특히 감소시킴으로써 건조 장치에서 화재 및/또는 폭발의 위험을 방지할 수 있는 건조 분위기를 얻을 수 있다. 건조 과정에서 분진 입자가 형성되는데, 이는 건조 온도가 상당히 높기 때문에 분진 폭발을 일으킬 수 있다. 이는 건조 온도가 중요한 수준이기 때문에 법적 요구 사항을 충족할 수 있음을 의미한다.
또 다른 절차는 연소 설비 유닛에서 배출되는 연도 가스의 일부는 혼합 장치로 공급되기 전에 분기되며, 이 일부 양의 연도 가스는 열교환기를 통과하여, 연도 가스 온도가 감소되며, 후속하여 분기된 연도 가스는 연소를 위해 연소 설비 유닛으로 공급되는 것을 특징으로 한다. 따라서 특정 양의 열에너지를 추가 가열 공정에 사용할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 연소 반응기와 연소 프로세스가 있는 연소 서리 유닛으로의 복귀 라인을 통해 추가 열에너지를 생성할 수 있다.
또한, 주위 공기가 산소(O2)-함유 가스로 열교환기를 통과하고, 통과한 연도 가스에 의해 온도가 상승하며, 주위 공기는 이후 혼합 장치로 공급되어 연도 가스로 계량되는 접근방안이 유리하다. 이러한 방식으로 분기된 연도 가스에 포함된 열에너지는 혼합 장치로 공급되는 주변 공기를 조절하기 위해 전달될 수 있다. 또한, 연소 설비 유닛의 연소실(들)의 온도 제어는 다시 공급된 연도 가스로 인한 온도 감소에 의해 달성될 수도 있다.
마지막으로, 또 다른 유리한 절차는 건조 장치에서 형성된 황산암모늄((NH4)2SO3) 및/또는 황산암모늄((NH4)2SO4)이 건조된 바이오매스와 함께 연소 설비로 공급되거나 공급될 것이라는 점을 특징으로 한다. 따라서 후속되는 공통 처리 공정은 연소 설비 유닛에서 수행될 수 있다.
본 발명의 목적, 즉 첨가제를 사용하지 않고 문제 물질의 감소 또는 회피를 가능하게 하고, 전체 처리 설비의 작동에서 더 큰 에너지 효율을 가능하게 하면서 바이오매스에 대한 물리적 및 열화학적 처리 공정을 제공하는 것은, 이와 관련하여 설명된 방법 단계들에 따른 추가 방법에 의해 필요한 경우 개별적으로 그리고 별개로 달성된다.
연소 설비 유닛에서 바이오매스의 처리 공정 및 그 연소를 수행하기 위한 처리 설비가 구성된다. 본 처리 설비는,
- 건조 장치로, 상기 건조 장치는 바이오매스에 함유된 수분을 감소시키도록 구성되고, 추가로 이 건조 장치에서 건조 공정 동안에 바이오매스로부터 암모니아(NH3)가 방출될 수 있는, 건조 장치,
- 적어도 하나의 연소 반응기를 갖는 연소 설비 유닛으로, 상기 적어도 하나의 연소 반응기는 공급된 바이오매스를 연소시키도록 구성되며, 이 과정에서 바이오매스를 연소 생성물 및 연도 가스로 산화적으로 변환시키는, 연소 설비 유닛,
- 적어도 하나의 혼합 장치로, 상기 혼합 장치는 연소 설비 유닛으로부터 혼합 장치에 공급되는 연도 가스에 산소(O2) 및/또는 적어도 하나의 산소(O2)-함유 가스를 첨가하여 건조 가스를 형성하도록 구성되고, 혼합 장치에 의해 형성된 건조 가스는 특히 각각이 기체상 집합체 상태에 있는 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)을 함유하는, 적어도 하나의 혼합 장치,
- 건조 가스 공급 라인으로, 건조 가스 공급 라인에 의해 적어도 하나의 혼합 장치가 건조 장치와 라인 연결되고, 혼합 장치에서 형성된 건조 가스를 건조 장치에 공급하도록 구성되는, 건조 가스 공급 라인을 포함한다.
이러한 방식으로 달성되는 이점은 연소 설비 유닛에서 형성되고 연소 설비 유닛에서 배출된 연도 가스가, 어느 정도 양의 산소 또는 산소-함유 가스가 부가된 바로 직후에 소위 건조 가스로 건조 장치에 직접 공급될 수 있다는 것이다. 따라서, 황산화물 또는 산화물(들)을 포함하는 배기가스에 함유된 열에너지가 건조 장치에서 사용된다. 이는 또한 건조 공정 중에 생성되거나 방출되는 암모니아를 결합하기 위해 건조 장치에 적어도 하나의 첨가제를 추가하지 않으므로 건조기 배기가스 또는 건조기의 배기 공기가 환경으로 배출되기 전에 별도로 처리하거나 여과할 필요가 없게 된다. 또한, 바람직하게는 블록-형 화력 발전소 또는 기타 연소 시스템과 같이 건조 가스를 제공하기 위한 추가 시스템 구성 요소가 연속 작동에 절대적으로 필요하지 않은 일관성 있고 콤팩트한 처리 시스템이 생성된다.
또한, 연소 설비 유닛이 복수의 연소 반응기를 포함하고, 각각의 연소 반응기가 혼합 장치와 라인 연결되는 경우 유리할 수 있다. 복수의 연소 반응기의 사용을 통해 더 많은 양의 바이오매스를 공급하고 처리할 수 있다.
또 다른 실시형태는, 적어도 하나의 연소 반응기는 로터리 킬른, 유동층 로, 분진 연소 또는 사이클로이드 연소를 수행하기 위한 로, 또는 계단식 킬른과 같이 화격자 연소로의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다. 이러한 방식으로 다양한 바이오매스를 연소시킬 수 있으며, 처리 설비를 각 요구 사항에 맞게 조정할 수 있다.
다른 가능한 실시형태는 블록-형 화력 발전소를 추가로 포함하고, 블록-형 화력 발전소에서 발생하는 추가 연도 가스가 공급 라인을 통해 혼합 장치에 공급될 수 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 방식으로, 필요한 경우 혼합 장치에 추가 연도 가스를 제공한 다음 혼합 건조 가스로서 건조 장치에 공급할 수 있는 가능성이 생성될 수 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위해 아래 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
도면들은 매우 단순하게 도시되었다.
도 1은 적시된 설비 구성요소를 갖는 처리 설비의 제1 설치 모델이다.
도 2는 적시된 설비 구성요소를 갖는 철리 설비의 제2의 가능한 설치 모델이다.
먼저, 설명된 다양한 실시형태에서, 동일한 파트에 대해서는 동일한 참조번호 또는 동일한 구성요소의 명칭을 부여하며, 명세서 전반에 걸쳐 포함된 개시 내용이 동일한 참조번호 및/또는 동일한 구성요소의 명칭을 갖는 동일한 파트에 유사하게 적용되는 것이 가능함을 유의해야 한다. 발명의 설명에서 선택한 상부(top), 하부(bottom), 측면(side) 등의 위치 정보는 직접 설명하고 묘사된 도면과 관련이 있으며, 이러한 위치 정보는 위치가 변경될 경우 새로운 위치로 옮겨져야 한다.
"특히"라는 용어는 이하에서 그것이 대상 또는 방법 단계의 가능한 보다 구체적인 설계 또는 보다 상세한 사양일 수 있음을 의미하는 것으로 이해되지만, 반드시 동일한 것의 필수적이고 바람직한 실시형태를 나타낼 필요는 없다.
본 명세서에서 사용된 용어 "포함하는", "구비하다", "갖는", "포함하다", "구비하는", "함유하는" 및 이들의 임의의 변형은 비-배타적인 포함인 것으로 의도된다.
"필요에 따라, 선택적으로(optional)"라는 용어도 사용된다. 이는, 이 공정 단계가 우선적으로 사용 가능하지만, 사용 조건에 따라 반드시 수행해야 하는 것이 아님을 의미한다.
두 개의 도 1 및 2 각각에 설치 모델이 도시되어 있다. 여기서, 처리 대상 바이오매스를 건조하는 데에 사용되는 연도 가스는 각 경우에서 서로 다른 설비 구성요소에 의해 형성될 수 있다. 다만 유일한 차이점은 연도 가스가 형성되는 설비 구성요소에 있다. 이어서, 연도 가스로부터 건조 가스가 형성된다. 각각의 가능한 설비 구성요소 및 프로세스 단계를 아래에서 자세히 설명한다.
각각의 경우에서, 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리를 위한 복합 공정이 제공된다. 열화학적 처리(thermochemical treatment)라는 용어는 직접 및 간접 공정을 모두 의미하는 것으로 이해된다. 직접 공정에서는 바이오매스를 연소시키는 반면 간접 공정에서는 바이오매스의 열분해 또는 가스화를 수행한다.
처음에는 연료 산소(공기) 혼합물에서 사용된 산소와 연소 공기의 비, 그리고 람다 값과 관련하여 가능한 처리 공정 간의 차이점을 간략하게 설명한다. 람다 값은 이론적으로 완전한 연소 과정을 위한 화학양론적으로 이상적인 비율에 대해 상대적인 연료에 대한 산소(공기)의 질량 비율을 나타내는 연소 이론의 무차원 숫자이다. 이 주요 수치로부터, 연소 과정, 온도, 오염 물질의 형성 및 효율성 수준에 대한 결론을 도출할 수 있다.
열분해(pyrolysis)는 일반적으로 산소 함량이 0%이고 이에 따라서 람다 값이 0(λ=0=)인 상태에서 수행된다. 그러나 어떤 경우에는 열분해 중에 매우 작은 비율의 산소가 존재할 수도 있다.
가스화(gasification)는 열분해와 연소 사이의 중간 지점이다. 가스화는 일반적으로 람다 값이 0보다 크고 1보다 작은(0<λ<1) 합성 가연성 가스가 형성되는, 아화학양론적 열화학적 산화 반응을 특징으로 한다.
연소할 물질에 따라, 연소에는 람다 값이 1 이상이거나 1보다 큰(λ≥1) 높은 함량의 산소가 필요하다. 그러나 일반적으로 또는 바람직하게는 유기 물질의 산화성 변환에 필요하거나 요구되는 것보다 더 많은 산소(O2)가 연소 중에 공급 또는 제공된다.
도 1은 처리 대상 바이오매스(5)를 위한 적어도 하나의 열분해 반응기(2), 적어도 하나의 연소 장치(3) 및 적어도 하나의 건조 장치(4)를 포함하는 처리 설비(1)의 설치 모델을, 단순화되고 고도로 양식화된 형태로 도시한다.
일반적으로, 처리 설비(1)는 열화학적 처리 조업 또는 열화학적 처리 공정으로 바이오매스(5)를 처리하기 위한 것이다. 바이오매스(5)의 처리는 복합 공정, 즉 물리적 처리 및 열화학적 처리에 의해 실시된다. 여기서 소위 바이오매스(5)는 특히 유기 폐기물로 이해된다. 유기 폐기물에는 하수 처리장, 도축장, 농업 작업, 축산업, 식품 산업, 제지 산업 및 화학 산업에서 나오는 슬러지 또는 슬러지 유사 물질이 포함된다. 예를 들어 하수 슬러지, 도축장 폐기물, 가축분, 배설물 등이 될 수 있다. 바이오매스(biomass)(5)라는 용어는 유기 화합물이 복잡하거나 덜 복잡한 형태로 포함되거나 발견되는 모든 덩어리(masses)를 의미하거나 암시한다. 바이오매스(5)의 처리를 수행할 수 있으려면, 예를 들어 슬러지가 열적으로 변환 가능한 유기 화합물을 포함해야 한다.
본 발명의 가능한 측면은 바이오매스(5)의 경제적 처리 및 바이오매스(5)에 함유된 적어도 하나의 유용한 물질의 회수에 있을 수 있다. 유용한 물질은 예를 들어 인(P) 또는 P2O5 같은 인 화합물, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등일 수 있다. 본 발명의 또 다른 가능한 측면은 문제가 되는 물질의 감소 또는 회피 그리고 전체적인 처리 설비(1)의 에너지 효율일 수 있다.
바이오매스(5)의 유형 및 구성물에 따라, 그것은 지금까지 다양한 방식으로 폐기되거나 추가 처리되어 왔다. 첫 번째 가능성은 폐기물 소각장, 시멘트 공장 또는 이와 유사한 플랜트에서 소각에 의한 열 이용이다. 또 다른 가능성은 특히 하수 슬러지의 경우 밭에 농업적으로 살포하는 것이다. 그러나 이 경우에, 하수 슬러지에 포함된 모든 오염물질과 미세플라스틱 등이 밭에 분산되어 지하수에도 유입된다. 마지막으로 퇴비화 또는 부식토화가 일어날 수도 있다.
그러나 바이오매스(5)의 적어도 일부, 특히 처리될 바이오매스(5)의 전체 양은, 건조 장치(4)로 공급되고, 이어서 열분해 반응기(2)로 공급되기 전에 수분 값이 바이오매스(5)의 총 질량을 기준으로 하한이 70 중량%, 특히 80 중량%이고 상한이 95 중량%, 특히 90 중량%의 범위 수준으로 되도록, 탈수 장치(6)에서 탈수될 수 있다.
이 탈수 단계와 상관없이 또는 이 탈수 단계에 추가하여, 처리될 바이오매스(5)의 적어도 일부, 특히 처리될 바이오매스(5)의 전체 양이, 열분해 반응기(2)에 공급되기 전에 수분 값이 하한이 3 중량%, 특히 5 중량%이고 상한이 20 중량%, 특히 10 중량%인 수분 값 범위가 되도록, 건조 장치(4)에서 건조된다. 그러나, 처리될 바이오매스(5)의 전량이 사전 건조되는 것이 바람직하다. 탈수 장치(6)와 건조 장치(4)가 모두 제공되면, 이들이 함께 건조 시스템을 형성할 수 있다.
처리될 바이오매스(5)는 바람직하게는 전술한 바와 같이 수분이 감소된 상태 및/또는 전술한 수분 감소 없이 열분해 반응기(2)에 공급된다. 이와 관련하여, 열분해 반응기(2)에 공급되는 바이오매스(5)의 질량 흐름을 결정하고, 필요하다면 이를 제어 장치(7)에 보관 또는 저장하는 것도 가능하다.
제어 장치(7)는 바이오매스 전달로부터 전체 처리 공정의 종료까지 바이오매스 처리의 전체 과정을 모니터링하고, 미리 결정된 공정 단계에 따라 모든 설비 파트 또는 설비 구성요소를 제어하는역할을 한다. 제어 장치(7)와 설비 파트 또는 설비 구성요소 사이의 각각의 통신 연결은 점선으로 표시된다. 바이오매스(5)는 바람직하게는 기밀 방식으로 수직 로터리 수문 장치와 같은 수문 시스템(8)에 의해 열분해 반응기(2)로 공급될 수 있다.
사전 건조된 바이오매스(5)가 열분해 반응기(2)에 공급되면, 열분해 반응기 내에서 바이오매스(5)의 열화학적 변환 또는 처리가 발생하며, 이는 열분해 공정으로 지칭될 수 있다. 여기서, 바이오매스(5)의 다양한 성분을 구비하는 열분해 코크스 및 열분해 가스로의 열분해가 발생한다. 열분해 코크스는 주로 탄산화물이라고도 하는 고체 부분이다.
열분해 반응기(2)는 예를 들어 스크루 반응기로서 설계될 수 있으며, 여기서 바이오매스(5)의 열분해는 400℃, 특히 450℃ 내지 600℃, 특히 550℃의 온도 범위에서 일어난다. 이 공정은 체류 시간이 20~30분 사이로, 산소-감소 조건에서 발생한다. 5% 미만의 낮은 산소 농도가 열분해 반응기(2)에 존재할 수 있다.
생성된 열분해 가스는 통상적으로 먼지-유사 성분이 있을 수 있는 오일/가스 혼합물이다. 바이오매스(5)가 열분해 반응기(2)에서 처리된 후, 생성된 열분해 코크스와 열분해 가스는 바람직하게는 본 예시적인 실시형태에 도시된 바와 같이 서로 공간적으로 분리되어 열분해 반응기(2)로부터 방출되거나 배출된다. 열분해 반응기(2)로부터의 공통 배출 및 이후 또는 후속 분리가 또한 발생할 수 있다.
열분해 반응기(2)에서 바이오매스(5)로부터 생성된 열분해 가스는 이어서 열분해 가스가 연소되어 연소 장치(3)에서 연도 가스를 형성하는 연소 장치(3)로 공급된다. 이 공정에서 생성되거나 형성된 연도 가스는 연소 장치(3)로부터 배출되어, 하류에 위치하거나 배치된 별도의 혼합 장치(9)로 공급된다. 연소 생성물 "연도 가스"는 일반적으로 여전히 산소(O2)의 잔류 비율을 가지며, 이에 따라 연도 가스 내 산소 함량은 최대 약 5 부피%가 될 수 있다.
혼합 장치(9)는 특히 연소 장치(3)에서 발생하는 연도 가스에 추가하여 주변 공기 및/또는 산소(O2)와 같은 적어도 하나의 산소-함유 가스가 혼합되거나 계량되는 혼합 챔버를 포함할 수 있다. 적어도 열분해 가스가 연소 장치(3)에 의해 연소되면, 열에너지가 생성된다. 연소 장치(3)로부터 배출되는 연도 가스의 온도는 일반적으로 하한이 800℃, 특히 850℃이고 상한이 1,200℃ 특히 1,000℃인 온도 값 범위인 매우 높은 온도 값을 갖는다.
계량 장치, 밸브 등은 명확성을 위해 표시되지 않았다. 또한 혼합 장치(9)에서 또는 혼합 장치(9) 내부에서 제어 및/또는 모니터링을 위해 다양한 매개변수를 결정하기 위한 별도의 측정 장치가 제공될 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 혼합 장치(9)에 공급되는 모든 가스의 온도는 개별적으로 측정될 수 있다. 또한 개별적으로 결정될 수 있는 다른 매개변수는 예를 들어 산소 함량 및 아래에 설명된 가스의 비율 또는 함량이다. 측정 장치는 궁극적으로 제어 장치(7)와 통신한다. 단순화를 위해, 혼합 장치(9)와 제어 장치(7) 사이의 연결 라인 하나만이 도시되어 있다.
한편으로는 주위 공기 및/또는 산소가 혼합 장치(9)에서 연도 가스에 추가되고, 다른 한편으로는 적어도 하나의 산소-함유 가스에 의해 온도가 감소되고 냉각된다. 혼합 장치(9)에서 나온 가스 혼합물은 바람직하게는 추가 여과 공정 없이 건조 장치(4)에 직접 공급되므로, 이 가스 혼합물은 처리 설비(1)에 존재하는 가스를 쉽게 구별할 수 있도록 소위 건조 가스라고 한다.
혼합 장치(9)로부터 배출되는 건조 가스는 하한이 100℃, 특히 300℃이고 상한이 700℃, 특히 500℃인 온도 값 범위에서 유래하는 온도 값을 가져야 한다.
또한, 혼합 장치(9)로부터 배출되는 건조 가스는 하한이 6 부피%, 특히 15 부피%이고 상한이 20 부피%, 특히 17 부피%인 산소 함량 값 범위에서 유래하는 산소 함량을 가져야 한다. 산소 함량은 특히 바람직하게는 17 부피% 이하이어야 한다.
혼합 장치(9)로부터 배출된 건조 가스는 특히 가스 이산화황(SO2)을 포함한다. 이산화황은 점막을 자극하는 무색의 독성 가스로 자극적인 냄새와 신맛이 난다. 또한, 건조 가스는 삼산화황(SO3)을 포함할 수 있으며, 이는 위에서 언급한 고온에서 응집된 가스 상태를 갖는다.
가능한 공정 단계로 열분해 코크스의 추가 및 선택적으로 가능한 처리가 아래에 설명되어 있으며, 이는 수행될 수 있지만 반드시 수행되거나 수행될 필요는 없다.
열분해 반응기(2)에서 바이오매스(5)로부터 형성된 열분해 코크스는 이제 원칙적으로 추가적인 추가 처리 단계를 수행하기 위해 코크스 처리 장치(10)로 더 운반될 수 있다. 이것은 직접적으로 수행될 수 있다. 그러나, 열분해 반응기(2)로부터 배출된 열분해 코크스가 코크스 처리 장치(10)에 공급되기 전에 중간 용기(11)로 이송되어 일시적으로 거기에 저장될 수 있다. 중간 용기(11)로부터의 제거 또는 중간 용기(11)로부터 코크스 처리 장치(10)로 열분해 코크스를 운반하는 단계는 예를 들어 스크루 컨베이어 및 스크루 컨베이어의 하류에 배치된 셀 휠 락(cell wheel lock)에 의해 수행될 수 있다.
이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)은 열분해 가스 및/또는 코크스 처리 장치(10)로부터 배출된 코크스 배기가스 및/또는 또한 연도 가스에 이미 함유될 수 있음에 유의해야 한다. 코크스 처리 장치(10)에서 생성되는 코크스 배기가스는 가스화 가스(gasifier gas)라고도 할 수 있다.
열분해 코크스를 형성하기 위해 열분해 반응기(2)에서 이전 처리 단계에서 처리된 바이오매스(5)가 코크스 처리 장치(10)에 있는 경우, 열분해 코크스는 가능한 후속 처리 단계에서 추가로 열처리된다. 이것은 일어날 수 있고, 또 다른 추가 처리를 나타낸다. 이 경우, 열분해 코크스는 주로 고체 잔류 생성물, 특히 자유 유동 잔류 생성물과 코크스 배기가스로 분해된다. 코크스 처리 장치(10)에서의 이러한 추가적인 열처리에서, 가스화 및/또는 연소가 일어날 수 있다. 코크스 처리 장치(10)는 또한 가스화 및/또는 연소를 가능하게 하거나 허용하는 소위 산화성 코크스 처리기로 지칭될 수 있다. 대부분 고체 잔류 생성물은 회수될 수 있는 재활용 가능한 유용한 물질이 하나 이상 포함되어 있다. 코크스 처리 장치(10)로부터 잔류 생성물은 코크스 배기가스와 공간적으로 분리되어 배출되며, 잔류 생성물은 상세하게 묘사되지 않은 용기에 수집할 수 있다. 코크스 배기가스는 특별하게 코크스 처리 장치(10)로부터 배출될 수 있다.
열분해 코크스는 하한이 400℃, 특히 500℃이고 상한이 1000℃, 특히 900℃인 온도 값 범위로부터 유래하는 온도 값으로 코크스 처리 장치(10)에서 가스화될 수 있다.
코크스 처리 장치(10)로부터 배출된 코크스 배기가스는 또한 연소 장치(3)로 공급될 수 있고, 코크스 배기가스는 또한 연도 가스를 형성하기 위해 연소 장치(3)에서 연소된다. 생성되거나 형성된 연도 가스는 또한 연소 장치(3)로부터 배출된다. 두 가스, 즉 열분해 가스와 코크스 배기가스가 연소 장치(3)에 공급되면, 이들은 서로 공간적으로 분리되어 연소 장치(3)에 공급되어 연소될 수 있다. 그러나 이에 관계없이 두 가스는 점선으로 표시된 화살표로 표시된 것처럼 연소 장치(3)에 함께 공급될 수도 있다. 두 가스가 연소 장치(3)에서 연소되면, 전술한 연도 가스도 이들 두 가스로부터 형성되고, 특히 가스 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)을 함유한다.
바이오매스(5), 특히 전술한 슬러지를 건조시키기 위해 다양하게 구성된 건조 장치(4)가 사용될 수 있다. 예를 들어, DE 10 2010 049 339 A1에 기재된 바와 같이 사용될 수 있다. 본 처리 설비(1)에서, 이 목적을 위해 사용되는 건조 가스는 연소 장치(3)에서 연도 가스를 형성하기 위해 연소되는 열분해 가스로부터 직접 형성되며, 필요한 경우, 코크스 배기가스로부터 형성되고, 통상적으로 전술한 소정의 양의 산소가 혼합 장치(9)에서 연도 가스 내로 계량되어, 건조 가스를 형성한다.
건조 장치(4)에서 유기 폐기물로부터 형성된 바이오매스(5)가 건조되는 중에 가스 암모니아(NH3)가 형성되거나 방출된다. 이 온도에서 암모니아는 눈물을 유발하고 질식시키는 강한 자극성 냄새가 나는 무색의 수용성 독성 가스이다.
본 발명에 따른 공정 단계에서, 가스 이산화황(SO2)이 함유된 건조 가스 및 암모니아(NH3)의 사용은 적어도 이들 두 가스의 화학 반응을 초래한다. 이 화학 반응 동안 암모니아(NH3)와 이산화황(SO2)으로부터 고체 결정질 물질, 즉 아황산암모늄((NH4)2SO3)이 형성된다. 건조 가스에는 삼산화황(SO3)도 존재할 수 있다.
암모니아(NH3)와 함께 존재하는 반응 가스에 따라, 아황산암모늄((NH4)2SO3) 및/또는 황산암모늄((NH4)2SO4)이 형성될 수 있다. 이는 건조 장치(4)에 공급되는 건조 가스의 온도에 따라 달라진다. 건조 장치(4)에서 생성된 아황산암모늄((NH4)2SO3) 및/또는 황산암모늄((NH4)2SO4)은 건조된 바이오매스(5)와 함께 열분해 반응기(2)에 공급된 후 열분해된다.
건조 장치(4)로부터 배출되거나 방출된 가스는 드라이어 배기가스 또는 드라이어 배기 공기로 지칭된다. 위에서 설명한 암모니아(NH3)의 결합 및 변환으로 인해 드라이어 배기가스 또는 드라이어 배기 공기의 조건부 화학적 및/또는 물리적 세정만 수행되거나 필요하다. 드라이어 배기가스 또는 드라이어 배기 공기가 환경으로 배출되기 전에, 바람직하게는 필터 장치(13)(단순화된 형태로 도시됨)를 통과한다. 따라서 열분해 반응기(2) 내로 공급되기 전에 필터 세척 중에 건조된 바이오매스(5)에 추가될 수 있는 먼지 입자가 여과될 수 있다.
블록-형 화력 발전소(BTTP)(12)에서 발생하는 또 다른 연도 가스가 혼합 장치(9)는 또한 공급될 수 있다. 혼합 장치(9)에 공급되는 연도 가스의 온도 감소를 달성하기 위해, 하한이 100℃, 특히 200℃이고, 그의 상한은 500℃, 특히 300℃인 온도 값 범위에서 발생하는 온도 값을 갖는 추가 연도 가스가 혼합 장치(9)에 공급되어야 한다.
에너지 효율을 증가시키기 위해, 연도 가스가 혼합 장치(9)로 공급되기 전에 연소 장치(3)로부터 배출된 연도 가스의 일부 양이 연소 가스로부터 분기될 수 있다. 분기된 부분은 재순환 가스로 지칭될 수 있고, 열 소산 또는 열 감소를 위해 열 교환기(14)를 통과한다. 재순환 가스의 연도 가스 온도는 이러한 방식으로 감소된다. 분기된 연도 가스는 연소를 위해 연소 장치(3)에 공급된다. 연소 장치(3)로의 공급은 열분해 가스 및/또는 코크스 배기가스와 함께 발생할 수 있거나, 도시된 바와 같이 별도의 공급이 제공될 수 있다. 또한, 산소, 특히 산소를 함유한 주변 공기가 열분해 가스 및/또는 코크스 배기가스 및 가능하게는 반환된 연도 가스의 연소를 위해 연소 장치(3)에 공급되는 것으로 또한 도시되어 있다. 개별 공급 라인이 전술한 각각의 가스에 대해 제공되는 것이 바람직하다. 공급된 주변 공기는 또한 연소 공기로 지칭될 수 있으며, 이는 적시된 운반 장치(15)에 의해 연소 장치(3)에 공급될 수 있다.
예를 들어 공급 가스로서 주위 공기가 산소(O2)-함유 가스로 선택되는 경우, 이 주위 공기는 열교환기(14)를 통과한 후 혼합 장치(9)에 공급될 수 있으며, 그 온도는 연소 가스의 부분 양에 의해 상승될 수 있다. 계절에 따라, 주위 공기는 온도가 상승하는 국소적인 주위 온도를 가질 수 있다. 계량 가스를 형성하는 주변 공기가 흐르거나 통과한 후, 주위 공기는 혼합 장치(9)로 공급되고 혼합 장치(9)에 위치한 연도 가스에 계량 및 혼합된다. 동일한 참조 번호가 제공된 별도의 컨베이어 장치(15)가 표시된 바와 같이 여기에 제공될 수도 있다. 그러나, 적절하게 설계된 라인 연결부 및 밸브 배열을 갖는 열교환기(14) 및 연소 장치(3) 모두에 주위 공기를 운반하기 위해 단지 하나의 운반 장치(15)를 사용하는 것도 가능할 것이다.
바이오매스(5)의 처리 공정 초기에, 먼저 바이오매스는 건조 장치(4)에서 사전 결정된 수분 함량으로 건조되어야 하며, 따라서 수분, 특히 물이 제거되어야 한다. 이 시점에서 열분해 반응기(2)가 아직 작동하지 않기 때문에, 건조 가스 대신에 천연 가스, 바이오 가스, 액체 가스, 연료 오일 등과 같은 다른 연료로부터 형성된 연도 가스 및/또는 내연 기관 또는 대체 연소 시스템으로부터의 배기가스와 같은 고온의 연도 가스가 형성되어, 혼합 장치(9)로 공급된다. 여기서 건조 가스는 건조 장치(4)에서 바이오매스(5)를 건조하기 위해 제공된다. 내연 기관들은 예를 들어 가스 터빈 및/또는 가스 엔진일 수 있다. 대체 연소는 예를 들어 바이오매스 보일러 등에 의해 형성될 수 있다. 건조된 바이오매스(5)가 열분해 반응기(2)로 공급될 수 있고 이것이 가동되고 열분해 가스가 연소 장치(3)로 공급되는 즉시, 건조 장치(4)로의 초기 공급이 중단될 수 있다.
전술한 처리 설비(1)를 사용하여, 제공된 바이오매스(5)를 열화학적 처리할 수 있다. 최소한 다음 절차 단계를 수행해야 한다.
- 처리 대상 바이오매스(5)를 제공하는 단계,
- 건조 장치(4)를 제공하는 단계,
- 적어도 하나의 열분해 반응기(2)를 제공하는 단계,
- 적어도 하나의 연소 장치(3)를 제공하는 단계,
- 적어도 하나의 혼합 장치(9)를 제공하는 단계,
- 제공된 처리 대상 바이오매스(5)를 건조 장치(4)로 공급하는 단계로, 건조 과정에서 바이오매스(5)에 함유된 수분이 감소되고, 암모니아(NH3)는 바이오매스(5)로부터 방출되는, 제공된 처리 대상 바이오매스(5)를 건조 장치(4)로 공급하는 단계,
- 건조 장치(4)로부터 처리 대상 바이오매스(5)를 배출하는 단계,
- 처리 대상 바이오매스(5)를 열분해 반응기(2)에 공급하는 단계,
- 열분해 반응기(2)에서 바이오매스(5)를 열분해하고, 열분해 과정에서 바이오매스(5)를 열분해 코크스와 열분해 가스로 열분해하는 단계,
- 열분해 반응기(2)로부터 열분해 코크스와 열분해 가스를 배출하는 단계,
- 열분해 반응기(2)에서 배출된 열분해 가스를 연소 장치(3)에 공급하고, 열분해 가스를 연소시켜 연도 가스를 형성하는 단계,
- 연소 장치(3)로부터 연도 가스를 배출하고, 연도 가스를 혼합 장치(9)로 공급하는 단계,
- 혼합 장치(9)에서 연도 가스에 산소(O2) 및/또는 적어도 산소(O2)-함유 가스를 첨가하고, 특히 각각이 기체상 집합체 상태에 있는 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)을 함유하는 건조 가스를 형성하는 단계,
- 혼합 장치(9)로부터 건조 가스를 배출하여 건조 장치(4)로 공급하는 단계,
- 건조 장치(4)를 통해 건조 가스를 안내하는 단계로, 특히 건조 가스에 포함된 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)이 암모니아(NH3)와 화학적으로 반응하여 아황산암모늄((NH4)2SO3) 및/또는 황산암모늄((NH4)2SO4)을 형성하는, 건조 장치(4)를 통해 건조 가스를 안내하는 단계.
도 2는 바이오매스(5), 특히 하수 처리 설비, 도축장, 농장, 축산, 식품 산업, 제지 산업에서 나오는 슬러지와 같은 유기 폐기물의 물리적 및 열화학적 처리를 위해 설계되거나 제공되는 처리 시스템(1)의 상정가능한 독립적인 실시형태의 또 다른 가능한 설치 모델을 도시한다. 이러한 이유로, 이전의 도 1에서와 같이 동일한 파트에 대해서는 동일한 참조 번호 또는 구성요소 명칭이 사용된다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 앞선 도 1의 상세한 설명을 참조한다.
상술한 처리 설비(1)와 대조적으로, 바이오매스(5)는 의도적으로 산소가 존재하는 상태에서 연소되고, 이 과정에서 연도 가스가 이미 제공되거나 얻어진다. 연도 가스는 필요에 따라 혼합 장치(9)가 개재된 바이오매스(5)의 건조 공정을 위해 건조 장치(4)에 우선적으로 그리고 이어서 공급된다.
처리 설비(1)는 바람직하게는 처리될 바이오매스(5)를 수용하기 위한 저장소, 선택적으로 탈수 장치(6) 및 건조 장치(4)를 포함한다.
건조 장치(4) 뒤에 별도의 운반 장치(16)가 선택적으로 제공될 수 있지만, 반드시 필요한 것은 아니다. 이에 의해 사전 건조된 또는 건조된 바이오매스(5)가 적어도 하나의 제1 연소 반응기(18)를 포함하는 하류 연소 설비 유닛(17)으로 운반될 수 있다.
처리될 바이오매스(5)의 질량 또는 양에 따라, 연소 설비 유닛(17)은 또한 몇 개의 연소 반응기를 포함할 수 있으며, 명확성을 위해 단지 하나의 추가 또는 제2 연소 반응기(19)가 도시되어 있다. 제1 연소 반응기(18)는 예를 들어 로터리 킬른에 의해 형성될 수 있다. 제2 연소 반응기(19)는 예를 들어 계단식 킬른 등의 화격자 가열로로 구성될 수 있다.
그러나, 연소 설비 유닛(17)이 복수의 연소 반응기(18, 19)를 포함하는 경우, 서로 동일한 방식으로 설계되거나 동일한 작동 원리에 기초한 연소 반응기(18 또는 19)를 사용하는 것도 가능할 것이다.
또한, 연소 반응기(18, 19) 중 적어도 하나 또는 모든 연소 반응기(18, 19)는 유동층 연소에 기초하여 작동되는 유동층 노에 의해 형성될 수도 있다. 그러나 연소 반응기(18, 19) 중 적어도 하나는 분진 연소 또는 사이클로이드 연소를 수행하도록 설계될 수도 있다.
위에서 언급한 연소 시스템은 현재 가장 일반적으로 사용되는 로 유형을 나타내며, 이를 통해 로터리 킬른 연소, 화격자 연소, 유동층 연소 또는 분진 연소 또는 사이클로이드 연소가 수행될 수 있다. 필요한 경우, 다양한 로 유형의 조합 또는 다중 배열을 제공할 수 있다. 따라서, 수행될 처리를 고려하여, 처리될 상이한 바이오매스(5)가 처리될 수 있다.
연소 반응기(18, 19) 또는 연소 반응기들(18, 19)에서, 처리될 바이오매스(5)는 산소(O2) 및/또는 적어도 하나의 산소(O2)-함유 가스가 공급되는 상태에서 연소되며, 이 연소 공정은 또한 산화 공정이라고 할 수 있다. 이것은 또한 바이오매스(5)의 물리적 및 열화학적 처리이지만, 연소 과정에 의한다.
열분해 반응기(2)에 의해 이전에 도 1에 도시되고 기술된 열분해 프로세스에서, 바이오매스(5)의 열분해 코크스 및 열분해 가스로의 아화학양론적 열화학적 변환 또는 처리가 일어난다.
여기에 제공된 바이오매스(5)의 연소 과정으로 인해, 바이오매스는 산화 공정에서 산소(O2)와 산화하여 연소 생성물 및 연도 가스로 전환된다. 예를 들어 연소 생성물은 재 및/또는 여전히 수분을 함유하고 있는 생성물일 수 있다. 연소 생성물은 연소 반응기(18, 19)로부터 배출되고, 연도 가스는 각 경우에서 총체적으로 배출된다. 연도 가스는 각각의 경우에서 별도의 라인으로 표시된 바와 같이 바람직하게는 연소 생성물과 별도로 그리고 독립적으로 배출될 수 있다.
연도 가스 또는 연도 가스들은 연소 장치(3)로부터 배출된 연도 가스에 대해 위에서 이미 설명한 바와 같이 라인에 의해 혼합 장치(9)에 공급된다.
혼합 장치(9)에서, 한편으로는 주위 공기 및/또는 산소는 연소 설비 유닛(17)으로부터 공급되는 연도 가스에 계량 추가되고, 다른 한편으로 온도는 산소를 함유하는 적어도 하나의 가스에 의해 감소되어 냉각된다. 혼합 장치(9)에서 나온 가스 혼합물은 바람직하게는 추가 여과 공정 없이 건조 장치(4)에 직접 공급되므로 처리 시스템에 존재하는 가스를 쉽게 구별할 수 있도록 소위 건조 가스라고 한다. 이를 위해 더 이상 상세하게 지정되지 않은 건조 가스 공급 라인이 제공될 수 있다.
혼합 장치(9)로부터 배출되는 건조 가스는 하한이 100℃, 특히 300℃이고 상한이 700℃, 특히 500℃인 온도 값 범위에서 유래하는 온도 값을 가져야 한다.
또한, 혼합 장치(9)로부터 배출되는 건조 가스는 하한이 6 부피%, 특히 15 부피%이고 상한이 20 부피%, 특히 17 부피%인 산소 함량 값 범위에서 유래하는 산소 함량을 가져야 한다. 산소 함량은 특히 바람직하게는 17 부피% 이하이어야 한다.
혼합 장치(9)로부터 배출된 건조 가스는 특히 가스 이산화황(SO2)을 포함한다. 이산화황은 점막을 자극하는 무색의 독성 가스로 자극적인 냄새와 신맛이 난다. 건조 가스는 삼산화황(SO3)을 포함할 수 있으며, 이는 위에서 언급한 고온에서 응집 가스 상태를 갖는다.
에너지 효율을 증가시키기 위해, 연도 가스가 혼합 장치(9)로 공급되기 전에 연소 설비 유닛(17)으로부터 배출되는 연도 가스의 일부 양이 연도 가스로부터 분기된다. 분기된 부분 양은 재순환 가스로 지칭될 수 있고, 열 소실 또는 열 감소를 위해 열교환기(14)를 통과한다. 재순환 가스의 연도 가스 온도는 이러한 방식으로 감소된다. 분기된 연도 가스는 이어서 추가 연소를 위해 연소 설비 유닛(17), 특히 연소 반응기(18, 19) 중 적어도 하나에 차례로 공급된다.
또한 산소 특히 산소를 함유하는 주위 공기가 연소 설비 유닛(17), 특히 연소 반응기(18, 19) 중 적어도 하나에 바로 공급되거나 및/또는 재순환 연도 가스의 후-연소를 위해 재순환 가스와 혼합될 수 있음이 도시되어 있다. 온도를 증가시킬 수 있도록, 산소(O2) 및/또는 적어도 산소(O2)를 함유하는 가스를 추가 열 교환기(자세히 도시되지 않음)를 통과시키는 것도 가능할 것이다.
전술한 각각의 가스에 대해 개별 공급 라인 제공되는 것도 바람직하다. 공급된 주변 공기는 연소 설비 유닛(17), 특히 연소 반응기(18, 19) 중 적어도 하나에 적어도 하나의 표시된 운반 장치(15)에 의해 공급될 수 있는 연소 공기라고도 할 수 있다. 여기에서는 연소 반응기(18, 19) 각각에 별도의 컨베이어 장치(15)가 제공된다.
예를 들어 공급 가스로서 주위 공기가 산소(O2)-함유 가스로 선택되는 경우, 이 주위 공기는 열교환기(14)를 통과한 후 혼합 장치(9)에 공급될 수 있으며, 그 온도는 연소 가스의 부분 양에 의해 상승될 수 있다. 계절에 따라, 주위 공기는 온도가 상승하는 국소적인 주위 온도를 가질 수 있다. 계량 가스를 형성하는 주변 공기가 흐르거나 통과한 후, 주위 공기는 혼합 장치(9)로 공급되고 혼합 장치(9)에 위치한 연도 가스에 계량 및 혼합된다. 동일한 참조 번호가 제공된 별도의 컨베이어 장치(15)가 표시된 바와 같이 여기에 제공될 수도 있다. 그러나, 적절하게 배치된 라인 연결부 및 단 하나의 운반 장치(15)를 갖는 밸브 장치로 열교환기(14) 및 연소 설비 유닛(3) 모두에 주위 공기를 운반하는 것도 가능할 것이다.
블록-형 화력 발전소(BTTP)(12)에서 발생하는 또 다른 연도 가스가 혼합 장치(9)에 공급되는 것도 가능하다. 마찬가지로 전체 처리 설비(1) 및 그 설비 구성요소를 갖는 공정 순서를 제어 또는 조절하기 위해 제어 장치(7)가 제공될 수 있다.
제공된 바이오매스(5)는 도 2에 기술된 처리 설비(1)에 의해 처리될 수 있고, 무엇보다도 기술된 연소 공정을 거친다. 최소한 다음 절차 단계를 수행해야 한다.
- 처리 대상 바이오매스(5)를 제공하는 단계,
- 건조 장치(4)를 제공하는 단계,
- 적어도 하나의 연소 반응기(18, 19)를 구비하는 연소 설비 유닛(17)을 제공하는 단계,
- 적어도 하나의 혼합 장치(9)를 제공하는 단계,
- 제공된 처리 대상 바이오매스(5)를 건조 장치(4)로 공급하는 단계로, 건조 과정에서 바이오매스(5)에 함유된 수분이 감소되고, 바이오매스(5)로부터 암모니아(NH3)가 방출되는, 제공된 처리 대상 바이오매스(5)를 건조 장치(4)로 공급하는 단계,
- 건조 장치(4)로부터 처리 대상 바이오매스(5)를 배출하는 단계,
- 처리 대상 바이오매스(5)를 적어도 하나의 연소 반응기(18, 19)에 공급하는 단계,
- 적어도 하나의 연소 반응기(18, 19)에서 바이오매스(5)를 연소시키고, 연소 과정에서 바이오매스(5)를 연소 생성물과 연도 가스로 산화적으로 변환시키는 단계,
- 적어도 하나의 연소 반응기(18, 19)로부터 연소 생성물과 연도 가스를 배출하는 단계,
- 연도 가스를 혼합 장치(9)로 공급하는 단계,
- 혼합 장치(9)에서 연도 가스에 산소(O2) 및/또는 적어도 산소(O2)-함유 가스를 첨가하고, 특히 각각이 기체상 집합체 상태에 있는 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)을 함유하는 건조 가스를 형성하는 단계,
- 혼합 장치(9)로부터 건조 가스를 배출하여 건조 장치(4)로 공급하는 단계,
- 건조 장치(4)를 통해 건조 가스를 안내하는 단계로, 특히 건조 가스에 포함된 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)이 암모니아(NH3)와 화학적으로 반응하여 아황산암모늄((NH4)2SO3) 및/또는 황산암모늄((NH4)2SO4)을 형성하는, 건조 장치(4)를 통해 건조 가스를 안내하는 단계.
이 처리 설비(1)에서, 바이오매스(5)는 공급되고 건조 장치(4)에서 건조되며, 그 후 건조된 바이오매스(5)는 추가로 운반되어 연소 반응기(18, 19) 중 적어도 하나로 공급된다. 연소 설비 유닛(17)에서 수행되는 연소 공정으로 인해, 바이오매스(5)가 연소 생성물과 연도 가스로의 산화 및 그에 따른 산화 전환이 일어난다. 연소 공정이 1보다 큰 람다 값(λ>1)으로 수행되는 경우, 이 공정에서 형성되거나 생성되는 연도 가스에도 일정 비율의 산소(O2)가 포함된다.
대조적으로, 도 1에 따른 처리 시스템(1)에서, 건조 공정 후에 재료는 열분해 반응기(2)로 공급되고, 열분해 반응기에서 열처리가 일어난다. 분해 생성물 중 하나는 열분해 가스이고, 이는 연소 장치(3)로 공급되고 코크스 배기가스와 함께 내부에서 연소되어 연도 가스를 형성한다.
도 1에 따른 공정 순서에 따라 또는 도 2에 따른 공정 순서에 따라 형성된 연도 가스는 이후에 혼합 장치(9)로 공급된다. 추가 방법 단계는 각각의 경우에서 동일한 방식으로 수행되고, 혼합 장치(9)에서 형성된 건조 가스는 건조 장치(4)에 공급된다.
위에서 설명한 두 공정 순서는 처리 대상 바이오매스(5)로부터 연도 가스를 형성하기 위한 설비 구성요소의 선택에서만 다르다.
그러나, 처리 설비(1)가 바이오매스(5)의 열화학적 변환 및/또는 처리를 위해 전술한 설비 구성요소의 조합을 포함하는 것이 또한 제공될 수 있다. 따라서, 한편으로는 열분해 반응기(2), 선택적으로 코크스 처리 장치(10) 및 연소 장치(3) 그리고 다른 한편으로는 적어도 하나의 연소 반응기(18, 19)를 포함하는 연소 설비 유닛(17)이 서로 병렬로 사용될 수 있다. 두 설비 구성요소에서, 무엇보다도 연도 가스를 형성하기 위해 바이오매스(5)가 사용되며, 연도 가스는 이후에 혼합 장치(9)로 공급된다. 이는 서로 다른 열화학적 처리 공정을 필요에 따라 서로 결합할 수 있음을 의미한다.
이러한 화학 반응 또는 이러한 화학 반응들을 통해, 암모니아(NH3)가 건조 가스에 포함된 황산화물에 따라 고체, 대부분 자유 유동 응집 상태로 전환된다. 그렇지 않으면 다른 가능한 첨가제를 추가해야만 달성할 수 있다.
마지막으로 개별 방법 단계와 그 시간 순서가 반드시 나열된 순서대로 일어날 필요는 없고, 다른 순서도 가능하다는 점도 언급해야 한다.
예시적인 실시형태는 가능한 변형을 보여주며, 이 시점에서 본 발명은 구체적으로 예시된 동일한 변형에 제한되지 않고 개별 변형의 다양한 조합이 서로 가능하고 이러한 가능성이 있음을 주목해야 한다. 변형은 이 기술 분야에서 일하는 전문가의 기술에서 본 발명을 통한 기술적 조치에 대한 교시를 기반으로 한다.
보호 범위는 특허청구범위에 의해 결정된다. 그러나 특허청구범위를 해석하기 위해, 설명과 도면이 근거되어야 한다. 도시되고 설명된 상이한 예시적인 실시형태로부터의 개별적인 특징 또는 특징의 조합은 독립적인 발명 솔루션을 나타낼 수 있다. 독립적인 발명 솔루션의 기초가 되는 대상은 발명의 설명으로부터 파악될 수 있다.
본 명세서에서 값의 범위에 관한 모든 표시는 무작위 및 모든 부분 범위를 포함하도록 이해되어야 한다. 예를 들어, 1 내지 10으로 표시한 것은, 하한값 1과 상한값 10에 기초하는 모든 부분 범위를 포함하도록 이해되어야 한다. 즉 하한이 1 이상이고, 상한이 10 이하인 즉 1 내지 1.7, 또는 3.2 내지 8.1 또는 5.5 내지 10을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
마지막으로, 형태의 문제로서, 구조의 이해를 용이하게 하기 위해, 요소들은 부분적으로 축척에 맞춰 표시되지 않았고 및/또는 크기가 확대 및/또는 축소되었다는 점에 유의해야 한다.
1 처리 설비(treatment facility)
2 열분해 반응기(pyrolysis reactor)
3 연소 장치(combustion device)
4 건조 장치(drying device)
5 바이오매스(biomass)
6 탈수 장치(dewatering device)
7 제어 장치(control device)
8 수문 시스템(sluice system)
9 혼합 장치(mixing device)
10 코크스 처리 장치(coke treatment device)
11 중간 용기(intermediate container)
12 블록-형 화력 발전소(block-type thermal power station)
13 필터 장치(filter device)
14 열교환기(heat exchanger)
15 운송 장치(conveying device)
16 운송 장치(conveying device)
17 연소 설비 유닛(combustion facility unit)
18 제1 연소 반응기(first combustion reactor)
19 제2 연소 반응기(second combustion reactor)

Claims (24)

  1. 바이오매스(5), 특히 하수 처리장, 도살장, 농장, 축산업, 식품 산업, 제지 산업에서 나오는 슬러지와 같은 유기 폐기물의 물리적 및 열화학적 처리 방법으로, 처리 설비(1)에서 다음 단계들이 수행되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
    - 처리 대상 바이오매스(5)를 제공하는 단계,
    - 건조 장치(4)를 제공하는 단계,
    - 적어도 하나의 열분해 반응기(2)를 제공하는 단계,
    - 적어도 하나의 연소 장치(3)를 제공하는 단계,
    - 적어도 하나의 혼합 장치(9)를 제공하는 단계,
    - 제공된 처리 대상 바이오매스(5)를 건조 장치(4)로 공급하는 단계로, 건조 과정에서 바이오매스(5)에 함유된 수분이 감소되고, 암모니아(NH3)는 바이오매스(5)로부터 방출되는, 제공된 처리 대상 바이오매스(5)를 건조 장치(4)로 공급하는 단계,
    - 건조 장치(4)로부터 처리 대상 바이오매스(5)를 배출하는 단계,
    - 처리 대상 바이오매스(5)를 열분해 반응기(2)에 공급하는 단계,
    - 열분해 반응기(2)에서 바이오매스(5)를 열분해하고, 열분해 과정에서 바이오매스(5)를 열분해 코크스와 열분해 가스로 열분해하는 단계,
    - 열분해 반응기(2)로부터 열분해 코크스와 열분해 가스를 배출하는 단계,
    - 열분해 반응기(2)에서 배출된 열분해 가스를 연소 장치(3)에 공급하고, 열분해 가스를 연소시켜 연도 가스를 형성하는 단계,
    - 연소 장치(3)로부터 연도 가스를 배출하고, 연도 가스를 혼합 장치(9)로 공급하는 단계,
    - 혼합 장치(9)에서 연도 가스에 산소(O2) 및/또는 적어도 산소(O2)-함유 가스를 첨가하고, 특히 각각이 기체상 집합체 상태에 있는 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)을 함유하는 건조 가스를 형성하는 단계,
    - 혼합 장치(9)로부터 건조 가스를 배출하여 건조 장치(4)로 공급하는 단계,
    - 건조 장치(4)를 통해 건조 가스를 안내하는 단계로, 특히 건조 가스에 포함된 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)이 암모니아(NH3)와 화학적으로 반응하여 아황산암모늄((NH4)2SO3) 및/또는 황산암모늄((NH4)2SO4)을 형성하는, 건조 장치(4)를 통해 건조 가스를 안내하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 혼합 장치(9)에서 건조 가스의 온도가 하한이 100℃, 특히 300℃이고 상한이 700℃, 특히 500℃ 범위의 온도 값으로 되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산소(O2) 및/또는 적어도 산소(O2)-함유 가스를 첨가함으로써, 혼합 장치(9)의 건조 가스의 산소 함량이 하한이 6 부피%, 특히 15 부피%이고 상한은 20 부피%, 특히 17 부피% 범위의 함량 값으로 되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 블록-형 화력 발전소(12)에서 유래하는 추가의 연도 가스가 혼합 장치(9)로 공급되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서, 추가의 연도 가스는 하한이 100℃, 특히 200℃이고 상한이 500℃, 특히 300℃인 온도 값 범위에 있는 온도 값으로 혼합 장치(9)에 공급되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  6. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 연소 장치(3)에서 배출되는 연도 가스의 일부는 혼합 장치(9)로 공급되기 전에 분기되며, 이 일부 양의 연도 가스는 열교환기(14)를 통과하여, 연도 가스 온도가 감소되며, 후속하여 분기된 연도 가스는 연소를 위해 연소 장치(3)로 공급되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서, 주위 공기가 산소(O2)-함유 가스로 열교환기(14)를 통과하고, 통과한 연도 가스에 의해 온도가 상승하며, 주위 공기는 이후 혼합 장치(9)로 공급되어 연도 가스로 계량되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  8. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 열분해 반응기(2)로부터 배출된 열분해 코크스는 제공된 코크스 처리 장치(10)에 공급되고, 코크스 처리 장치(10)에서 고체, 특히 자유-유동 잔류물 및 코크스 배기가스로 추가로 분해되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 잔류물은, 코크스 배기가스와 공간적으로 분리되어 코크스 처리 장치(10)로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 코크스 처리 장치(10)로부터 배출되는 코크스 배기가스는 연소 장치(3)로 공급되고, 코크스 배기가스는 연소 장치(3)에서 연소되어 연도 가스를 형성하여 연소 장치(3)로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 열분해 가스 및 코크스 배기가 서로 별도로 연소 장치(3)로 공급되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 열분해 가스 및 코크스 배기가 함께 연소 장치(3)로 공급되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  13. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 건조 장치(4)에서 형성된 아황산암모늄((NH4)2SO3) 및/또는 황산암모늄((NH4)2SO4)이 건조된 바이오매스(5)와 함께 열분해 반응기(2)로 공급되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  14. 바이오매스(5), 특히 하수 처리장, 도살장, 농장, 축산업, 식품 산업, 제지 산업에서 나오는 슬러지와 같은 유기 폐기물의 물리적 및 열화학적 처리 방법으로, 처리 설비(1)에서 다음 단계들이 수행되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
    - 처리 대상 바이오매스(5)를 제공하는 단계,
    - 건조 장치(4)를 제공하는 단계,
    - 적어도 하나의 연소 반응기(18, 19)를 구비하는 연소 설비 유닛(17)을 제공하는 단계,
    - 적어도 하나의 혼합 장치(9)를 제공하는 단계,
    - 제공된 처리 대상 바이오매스(5)를 건조 장치(4)로 공급하는 단계로, 건조 과정에서 바이오매스(5)에 함유된 수분이 감소되고, 바이오매스(5)로부터 암모니아(NH3)가 방출되는, 제공된 처리 대상 바이오매스(5)를 건조 장치(4)로 공급하는 단계,
    - 건조 장치(4)로부터 처리 대상 바이오매스(5)를 배출하는 단계,
    - 처리 대상 바이오매스(5)를 적어도 하나의 연소 반응기(18, 19)에 공급하는 단계,
    - 적어도 하나의 연소 반응기(18, 19)에서 바이오매스(5)를 연소시키고, 연소 과정에서 바이오매스(5)를 연소 생성물과 연도 가스로 산화적으로 변환시키는 단계,
    - 적어도 하나의 연소 반응기(18, 19)로부터 연소 생성물과 연도 가스를 배출하는 단계,
    - 연도 가스를 혼합 장치(9)로 공급하는 단계,
    - 혼합 장치(9)에서 연도 가스에 산소(O2) 및/또는 적어도 산소(O2)-함유 가스를 첨가하고, 특히 각각이 기체상 집합체 상태에 있는 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)을 함유하는 건조 가스를 형성하는 단계,
    - 혼합 장치(9)로부터 건조 가스를 배출하여 건조 장치(4)로 공급하는 단계,
    - 건조 장치(4)를 통해 건조 가스를 안내하는 단계로, 특히 건조 가스에 포함된 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)이 암모니아(NH3)와 화학적으로 반응하여 아황산암모늄((NH4)2SO3) 및/또는 황산암모늄((NH4)2SO4)을 형성하는, 건조 장치(4)를 통해 건조 가스를 안내하는 단계.
  15. 제14항에 있어서, 연소 설비 유닛(17)은 다수의 연소 반응기(18, 19)로 형성되고, 각각의 경우에서 이들 반응기에서 연소 과정에서 형성된 연도 가스가 혼합 장치(9)로 공급되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 혼합 장치(9)에서 건조 가스의 온도가 하한이 100℃, 특히 300℃이고 상한이 700℃, 특히 500℃ 범위의 온도 값으로 되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 산소(O2) 및/또는 적어도 산소(O2)-함유 가스를 첨가함으로써, 혼합 장치(9)의 건조 가스의 산소 함량이 하한이 6 부피%, 특히 15 부피%이고 상한은 20 부피%, 특히 17 부피% 범위의 함량 값으로 되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 설비 유닛(17)에서 배출되는 연도 가스의 일부는 혼합 장치(9)로 공급되기 전에 분기되며, 이 일부 양의 연도 가스는 열교환기(14)를 통과하여, 연도 가스 온도가 감소되며, 후속하여 분기된 연도 가스는 연소를 위해 연소 설비 유닛(17)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서, 주위 공기가 산소(O2)-함유 가스로 열교환기(14)를 통과하고, 통과한 연도 가스에 의해 온도가 상승하며, 주위 공기는 이후 혼합 장치(9)로 공급되어 연도 가스로 계량되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 건조 장치(4)에서 형성된 아황산암모늄((NH4)2SO3) 및/또는 황산암모늄((NH4)2SO4)이 건조된 바이오매스(5)와 함께 연소 설비 유닛(17)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 방법.
  21. 바이오매스(5), 특히 하수 처리장, 도살장, 농장, 축산업, 식품 산업, 제지 산업에서 나오는 슬러지와 같은 유기 폐기물의 물리적 및 열화학적 처리를 위한, 특히 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 처리 설비(1)로, 상기 처리 설비(1)는,
    - 건조 장치(4)로, 상기 건조 장치(4)는 바이오매스(5)에 함유된 수분을 감소시키도록 구성되고, 추가로 이 건조 장치(4)에서 건조 공정 동안에 바이오매스(5)로부터 암모니아(NH3)가 방출될 수 있는, 건조 장치(4),
    - 적어도 하나의 연소 반응기(18, 19)를 갖는 연소 설비 유닛(17)으로, 상기 적어도 하나의 연소 반응기(18, 19)는 공급된 바이오매스(5)를 연소시키도록 구성되며, 이 과정에서 바이오매스(5)를 연소 생성물 및 연도 가스로 산화적으로 변환시키는, 연소 설비 유닛(17),
    - 적어도 하나의 혼합 장치(9)로, 상기 혼합 장치(9)는 연소 설비 유닛(17)으로부터 혼합 장치(9)에 공급되는 연도 가스에 산소(O2) 및/또는 적어도 하나의 산소(O2)-함유 가스를 첨가하여 건조 가스를 형성하도록 구성되고, 혼합 장치(9)에 의해 형성된 건조 가스는 특히 각각이 기체상 집합체 상태에 있는 이산화황(SO2) 및/또는 삼산화황(SO3)을 함유하는, 적어도 하나의 혼합 장치(9),
    - 건조 가스 공급 라인으로, 건조 가스 공급 라인에 의해 적어도 하나의 혼합 장치(9)가 건조 장치(4)와 라인 연결되고, 혼합 장치(9)에서 형성된 건조 가스를 건조 장치(4)에 공급하도록 구성되는, 건조 가스 공급 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 설비.
  22. 제21항에 있어서, 연소 설비 유닛(17)은 다수의 연소 반응기(18, 19)를 포함하고, 연소 반응기(18, 19)들 중 각각의 반응기는 혼합 장치(9)와 라인 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 설비.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 적어도 하나의 연소 반응기(18, 19)는 로터리 킬른, 유동층 로, 분진 연소 또는 사이클로이드 연소를 수행하기 위한 로, 또는 계단식 킬른과 같이 화격자 연소로의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 설비.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 블록-형 화력 발전소(12)를 추가로 포함하고, 블록-형 화력 발전소(12)에서 발생하는 추가 연도 가스가 공급 라인을 통해 혼합 장치(9)에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 물리적 및 열화학적 처리 설비.
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