KR20230105078A - 폐기물 가스화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐기물 가스화 장치에 관한 것으로, 가스 및 산소의 불완전 연소구간을 형성하여 온도를 800℃의 고온으로 가열시킨 상태에서 폐기물을 연속적으로 이송시켜 가면서 가스화 할 수 있고, H2O를 고온의 스팀화 할 수 있는 열교환 구간이 많아지기 때문에 다량의 스팀을 주입하여 양질의 합성가스를 다량으로 생산할 수 있으며, 둘째로, 연속성(높은 처리량, 속도)이 가능하여 제품을 소형화 할 수 있으며, 투입 처리되는 폐기물의 종류와 특징에 상관 없이 처리가 가능하도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 폐기물 가스화 장치는, 폐기물을 이송시키기 위한 이송통로를 갖는 이송가이드; 상기 이송가이드의 이송통로에 투입된 폐기물을 이송시키는 이송부; 상기 이송가이드가 수용되며, 내부에 폐기물의 열분해를 위한 가스가 이동되는 부가 이송통로가 형성된 하우징; 및 상기 부가 이송통로에 가스 및 산소의 불완전 연소 영역을 형성하여 상기 부가 이송통로의 온도를 상승시켜 상기 폐기물을 고온으로 가스화 시킴과 아울러, 상기 가스 및 산소가 와류되면서 이송되도록 상기 이송가이드의 외주연을 따라 형성되는 스크류부;를 포함한다.

Description

폐기물 가스화 장치{APPARATUS FOR GASFICATION WASTE}
본 발명은 폐기물 가스화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐기물을 연속적으로 이송시켜 가면서 가스화 할 수 있고, H2O를 고온의 스팀화 할 수 있는 열교환 구간이 많아지기 때문에 다량의 스팀을 주입하여 양질의 합성가스를 다량으로 생산할 수 있으며, 둘째로, 연속성(높은 처리량, 속도)이 가능하여 제품을 소형화 할 수 있으며, 투입 처리되는 폐기물의 종류와 특징에 상관 없이 처리가 가능한 폐기물 가스화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라스틱은 가공성, 경량성, 강인성, 내부식성, 착생성 및 대량생산성 등으로 인해 현대에는 전기, 전자를 비롯한 기타 여러 분야에서 꼭 필요한 재료로서 다양하게 사용되고 있다. 플라스틱은 이러한 우수성으로 인하여 널리 사용되고 있으나, 산업이 발달하면서 생산능력 역시 기하급수적으로 증가하게 되었고 그와 비례하게 폐기물의 양 또한 기하급수적으로 증가하게 되었다. 이에 따라 플라스틱 폐기물이 다량 발생하여 폐 플라스틱의 처리문제가 사회적인 이슈가 되고 있다.
기존의 폐 플라스틱 처리 방식은 대부분 소각, 매립, 재활용에 의존하였다. 소각은 폐기물의 감량화와 폐열회수의 이중효과를 얻을 수 있는 일반적으로 가장 손쉬운 방법이긴 하지만 폐고무나 폐합성수지와 같은 고분자 폐기물을 직접 소각할 때 발생하는 오염물질로 인하여 문제점이 따른다. 특히 폐 플라스틱의 소각과정 중에 발생하는 2차 오염물질인 일산화탄소, 염화수소, 다이옥신과 중금속 노출의 문제점이 해결되어야 한다.
또한, 매립의 경우 분해가 어려워 토양오염은 물론 매립지의 안정화를 저해한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 폐기물을 에너지원으로 이용하려는 방안이 대두되었고 이에 대한 연구가 활발이 진행되고 있다.
폐기물을 처리하여 에너지원을 얻는 방법으로는 크게 열분해 방법과 가스화 반응으로 분류할 수 있다.
가스화 반응의 경우 가장 기본적으로 석탄을 원료 물질로 한 가스화 반응이 가장 활발하게 연구되고 있으며 외국의 경우 이미 상용화 단계에 이른 상태다.
그러나 이러한 석탄의 경우 매장량이 유한한 화석연료이므로 잠시나마 석유를 대체할 대안으로 떠오르기는 하나 완벽하게 대체할 수는 없다. 이 때문에 생산과정에서 필수로 생성되는 폐기물을 가스화의 원료로 사용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 폐기물의 종류로는 포도 껍질, 톱밥 등과 같은 다양한 종류의 바이오매스(biomass)들과 폐 플라스틱 등이 있으며 이들 중 폐 플라스틱을 원료물질로 이용한 가스화 반응에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
가스화 반응은 플라즈마와 같은 고온발생장치를 사용하여 2차오염물질을 억제하는 공정의 개발에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.
초고온의 플라즈마를 이용하여 일반 폐기물을 열분해하는 공정에서, 열원으로 사용되는 플라즈마는 기체, 액체, 고체 외에 특정 에너지에 의하여 전자가 여기되어 원자와 분리된 상태로 존재하는 상태로써 제 4의 물질이라 칭한다. 이러한 플라즈마 상태에 도달하면 매우 높은 에너지를 잠열로 보유하게 되지만 불안정한 상태에 놓이게 된다.
그러나 불안정한 상태를 유지시켜주는 계를 제거하거나 이 계에서 벗어날 경우는 국부적으로는 이온화되어 있어 전하를 띠지만 전체적으로는 전기적으로 중성상태에 놓이게 된다. 플라즈마의 온도는 불꽃의 내외부에서 크게 차이가 나지만 중심부의 온도는 1만에서 2만 °C 정도로 추정되며 외부의 온도는 3000 °C 내지 4000 °C정도로 추정된다.
이러한 플라즈마의 특성을 이용하여 반응로를 1200 °C 이상의 고온으로 유지시킴으로써 열분해를 일으켜, 이온도영역에서 일산화탄소와 수소로 이루어진 합성가스를 형성시킬 수 있다.
또한 고온에서 발생이 억제되거나 또는 분해되는 특성이 있는 다이옥신, 퓨란 등의 2차 오염물질의 배출을 극소화시켜 2차적 환경오염 요인을 제거할 수 있다.
따라서 플라즈마 공정은 빠른 열분해속도와 효율을 얻을 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라 소각후 잔류물은 유리화하여 안정하게 처리할 수 있고 재가 발생하지 않으며 소규모의 소각시설을 운영할수 있어 폐기물 처리 및 연료원 확보에 유리하다.
공개특허 제10-2008-0045574호는 플라즈마 열분해 공정기술을 이용하여 폐기물로부터 합성가스를 정제하는 공정 및 장치에 관한 것으로, 상기 발명에 따르면 각종 폐기물들을 열분해-용융시켜 용융되어 배출되는 슬래그를 유리화하여 재활용하고, 열분해된 가스는 개발/적용된 정제시설을 거쳐 정제된 합성가스를 생산하며, 정제된 합성가스는 개발된 자원화시설을 적용하여 고순도 수소, 일산화탄소, 메탄올 등의 연료가스를 생산, 가스터빈발전 및 가스엔진 발전을 통한 전기생산, 유가금속 회수, 석탄 가스화, 탄소 배출권 확보 등으로 응용분야를 확대할 수 있는 폐기물로부터의 합성가스 정제 공정 및 장치에 대하여 기재하고 있다.
공개특허 제10-2012-0033682호는 폐폴리머 절연물 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 발명에 따르면 폐폴리머 절연물의 열분해가 일어나는 장치; 열분해 장치와 연결되어 열분해 장치에서 생성된 열분해 가스에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 장치; 플라즈마 장치와 연결되어 열분해 가스의 가스화 반응이 일어나는 가스화 반응장치; 가스화 반응장치와 연결되어 가스화 반응으로 얻어진 가스를 냉각시키는 냉각장치; 냉각장치와 연결되어 냉각된 가스를 정제하는 세정장치; 및 세정장치와 연결되어 정제된 가스를 회수하는 가스회수장치를 포함하는 폐폴리머 절연물 처리장치에 대하여 기재하고 있다.
공개특허공보 제10-2008-0045574호 공개특허공보 제10-2012-0033682호
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 가스 및 산소의 불완전 연소구간을 형성하여 온도를 800℃의 고온으로 가열시킨 상태에서 폐기물을 연속적으로 이송시켜 가면서 가스화 할 수 있고, H2O를 고온의 스팀화 할 수 있는 열교환 구간이 많아지기 때문에 다량의 스팀을 주입하여 양질의 합성가스를 다량으로 생산할 수 있으며, 연속성(높은 처리량, 속도)이 가능하여 제품을 소형화 할 수 있으며, 투입 처리되는 폐기물의 종류와 특징에 상관 없이 처리가 가능한 폐기물 가스화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 폐기물 가스화 장치는, 폐기물을 이송시키기 위한 이송통로를 갖는 이송가이드; 상기 이송가이드의 이송통로에 투입된 폐기물을 이송시키는 이송부; 내부에 상기 이송가이드가 수용되며 폐기물의 열분해를 위해 점화되는 가스 및 산소가 이동되는 부가 이송통로가 형성된 하우징; 및 상기 부가 이송통로에 가스 및 산소의 불완전 연소 영역을 형성하여 상기 부가 이송통로의 온도를 상승시켜 상기 폐기물을 고온으로 가스화 시킴과 아울러, 상기 가스 및 산소가 와류되면서 이송되도록 상기 이송가이드의 외주연을 따라 형성되는 스크류부;를 포함한다.
그리고, 상기 이송부의 외주연을 따라서는 폐기물을 연속으로 이송시키기 위한 부가 스크류부가 형성된다.
또한, 상기 하우징의 부가 이동통로에 가스를 공급하는 가스공급부; 상기 하우징의 부가 이동통로에 산소를 공급하는 산소공급부; 및 상기 하우징의 부가 이송통로에 배치되며, 상기 가스와 산소를 점화시키는 점화플러그;를 더 포함한다.
그리고, 상기 이송부에 적어도 하나 이상으로 설치되고 상기 이송통로 내의 폐기물이 가열됨으로 인해 발생되는 가스를 부가 이송통로로 배출시키는 배출관; 및 상기 하우징의 부가 이동통로에서 폐기물에 의해 생성된 합성가스를 흡입 및 냉각한 후 저장하는 저장부;를 더 포함한다.
본 발명에 따른 폐기물 가스화 장치는, 가스 및 산소의 불완전 연소구간을 형성하여 온도를 800℃의 고온으로 가열시킨 상태에서 폐기물을 연속적으로 이송시켜 가면서 가스화 할 수 있고, H2O를 고온의 스팀화 할 수 있는 열교환 구간이 많아지기 때문에 다량의 스팀을 주입하여 양질의 합성가스를 다량으로 생산할 수 있으며, 둘째로, 연속성(높은 처리량, 속도)이 가능하여 제품을 소형화 할 수 있으며, 투입 처리되는 폐기물의 종류와 특징에 상관 없이 처리가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치에 적용된 이송가이드, 하우징, 스크류부 및 점화플러그를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치에 적용된 이송가이드, 이송부, 하우징, 스크류부 및 부가 스크류부를 도시한 도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치에 의해 생성된 가스의 처리 공정을 도시한 도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치를 통해 폐기물을 고온 열분해 하여 가스화 하는 방식과 일반적인 저온 열분해 방식의 차이점을 도시한 비교표.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치를 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치에 적용된 이송가이드, 하우징, 스크류부 및 점화플러그를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치에 적용된 이송가이드, 이송부, 하우징, 스크류부 및 부가 스크류부를 도시한 도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치에 의해 생성된 가스의 처리 공정을 도시한 도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치를 통해 폐기물을 고온 열분해 하여 가스화 하는 방식과 일반적인 저온 열분해 방식의 차이점을 도시한 비교표이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치(1)는, 이송가이드(10), 이송부(20), 하우징(30), 스크류부(40), 및 점화플러그(80) 및 저장부(70) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
이송가이드(10)는 대략 원형 단면 또는 다각형 단면 형상을 갖는 통 형상으로 형성될 수 있다.
도면에는 이송가이드(10)가 원통 형상으로 형성된 예를 도시하였다.
이송가이드(10)는 일측 상면에 폐기물이 투입되는 투입구(10a)가 형성된다.
이때, 폐기물은 플라스틱일 수 있으나, 본 발명에서 가스화 하고자 하는 폐기물의 종류는 플라스틱에 한정되지 않음을 밝힌다.
이송가이드(10)의 내부에는 폐기물을 이송시키기 위한 이송통로(10c)가 형성된다.
투입구(10a)의 상측에는 호퍼(H)가 배치된다. 즉, 호퍼(H)에 투입된 폐기물은 투입구(10a)를 통해 이송통로(10c)에 공급된다.
이때, 호퍼(H)에 투입되는 대상은 폐기물에 한정되지 않고, 고체, 액체, 기체 연료(Waste, Biomass, Coal(Char), Residual Oil) 등도 투입될 수 있다.
아울러, 호퍼(H)에는 폐기물을 투입할 때 이송통로(10c)에 외기가 유입되는 것을 방지하는 차단장치가 마련될 수 있다.
이때, 차단장치는 폐기물 가스화장치에서 상용화 된 기술이므로, 구체적인 설명은 생략한다.
이송가이드(10)의 끝부분에는 하우징(30)을 관통하여 외부로 돌출되는 배출구(10b)가 형성된다.
배출구(10b)는 하 방향으로 절곡되게 형성된다.
가스 발생을 마친 폐기물은 배출구(10b)를 통해 배출되어 수집통(90)에 수집된다.
이송가이드의 상면에는 후술되는 가스공급부(60)와 산소공급부(100)에 의해 이송통로(10c) 내의 폐기물이 가열될 때 발생되는 가스를 하우징(30)의 부가 이송통로(30c)로 배출시키는 배출관(11)이 관통설치된다.
배출관(11)은 폐기물에 의해 발생되는 가스의 배출효율을 높일 수 있도록 복수개로 적용되어 이송가이드(10)의 상면에 서로 이격되도록 설치될 수 있다.
이송부(20)는 이송가이드(10)의 이송통로(10c)에 투입된 폐기물을 배출구(10b) 방향으로 이송시키는 구성이다.
즉, 이송부(20)에 의해 가스 발생을 마친 폐기물이 배출구(10b)를 통해 배출된다.
이송부(20)는 일정한 길이 및 직경을 갖는 원형 샤프트 형상으로 형성될 수 있다.
이송부(20)는 모터(M)의 동력으로 제자리 회전된다.
모터(M)는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치(1)를 설치하기 위한 테이블(T)의 상면에 고정될 수 있다.
모터(M)는 이송부(20)의 외부에 위치되고 모터(M)의 축만 이송가이드(10)의 이송통로(10c)에서 이송부(20)의 일단에 결합된다.
따라서, 이송부(20)는 모터(M)의 축과 동일한 방향으로 제자리회전 될 수 있다.
이송부(20)는 폐기물을 연속으로 이송시키도록 부가 스크류부(50)를 더 포함한다.
부가 스크류부(50)는 이송부(20)의 외주연을 따라 형성된다.
따라서, 모터(M)를 작동시켜 이송부(20) 및 부가 스크류부(50)를 회전시킨 다음, 호퍼(H)에 폐기물을 투입하면, 부가 스크류부(50)가 폐기물을 배출구(10b) 방향으로 이송시키게 된다.
이때, 폐기물은 부가 이송통로(30a)를 산소와 가스로 가열하여 일정 온도 이상으로 가열한 다음 투입된다. 이에 대해서는 아래에서 자세히 설명하기로 한다.
부가 스크류부(50)는 폐기물을 연속으로 이송시켜, 투입구(10a)에 폐기물이 정체되는 현상이 발생되지 아니하도록 한다.
하우징(30)은 대략 원형 단면 형상을 갖는 통 형상으로 형성될 수 있다.
하우징(30)은 테이블(T)의 상면에 고정될 수 있다.
하우징(30)의 내부에는 부가 이송통로(30a)가 형성된다.
하우징(30)의 부가 이송통로(30a)에는 폐기물을 열분해 하기 위한 가스 및 산소가 공급된다.
가스는 가스공급부(60)에 의해 공급된다.
그리고, 산소는 산소공급부(100)에 의해 공급된다.
가스공급부(60)는 연결호스(61) 및 연결관(62)을 통해 하우징(30)과 연결되어 부가 이송통로(30a)에 가스를 공급한다.
산소공급부(100)는 연결호스(101) 및 연결관(62)을 통해 하우징(30)과 연결되어 부가 이송통로(30a)에 산소를 공급한다.
연결호스(61)는 가스공급부(60) 및 연결관(62)에 연결되고, 연결관(62)은 하우징(30)에 관통설치 된다.
연결호스(101)는 산소공급부(100) 및 연결관(62)에 연결되고, 연결관(62)은 하우징(30)에 관통설치 된다.
가스공급부(60)는 일정압력을 통해 가스를 배출하여 공급할 수 있는 공지의 제품이다.
산소공급부(100) 또한 일정압력을 통해 산소를 배출하여 공급할 수 있는 공지의 제품이다.
가스공급부(60)에서 배출되는 가스는 연결호스(61)와 연결관(62)을 순차적으로 통과하여 하우징(30)의 부가 이송통로(30a)에 공급된다.
산소공급부(100)에서 배출되는 산소는 연결호스(101)와 연결관(62)을 순차적으로 통과하여 하우징(30)의 부가 이송통로(30a)에 공급된다.
그리고, 가스 및 산소는 부가 이송통로(30a)에서 부동상태의 스크류부(40)를 따라 이동된다.
하우징(30)의 부가 이송통로(30a)에는 이송가이드(10)가 수평형태로 수용된다.
스크류부(40)는 이송가이드(10)의 외주연을 따라 형성된다.
스크류부(40)는 스크류 형태로 형성됨으로, 부가 이송통로(30a)는 스크류 형상을 이루게 된다.
따라서, 부가 이송통로(30a)에 주입된 가스 및 산소는 와류되면서 이송되며, 그 이송 과정에서 점화플러그(80)의 작동에 가스가 연소 및 점화된다.
스크류부(40)가 존재하지 않는 다면 부가 이송통로(30a)는 그 공간이 확보되지만, 스크류부(40)의 크기 만큼 부가 이송통로(30a)의 공간은 좁아진다.
즉, 가스를 완전연소 시키고자 할 경우 충분한 산소량과 공간이 확보되어야 하지만, 스크류부(40)가 부가 이송통로(30a)의 공간을 여러 구획으로 나누면서 좁아지게 하기 때문에 가스는 부가 이송통로(30a)에서 불완전연소를 이루게 된다. 완전연소가 발생되는 것보다 불완전연소가 발생될 때 고온을 발생시킨다. 따라서, 스크류부(40)를 통해 하우징(30) 및 부가 이송통로(30a)의 온도를 고온으로 만들어 줄 수 있어, 이송통로(10c)에 투입된 폐기물을 신속하고 효율적으로 가열하여 가스화할 수 있다.
부가적으로, 부가 이송통로(30a)는 촉매로 가득 채워질 수 있다.
촉매는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치를 제작시 부가 이송통로(30a)에 채워질 수 있다.
촉매는 고체 형태이며 구슬형상으로 형성될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치에서 촉매의 종류는 한정되지 않고, 가스화 장치에서 사용되는 다양한 촉매 중 어느 하나로 택일되어 적용될 수 있다.
촉매는 부가 이송통로(30a)의 공간을 더욱 축소시킨다.
촉매는 급격한 연소를 막기 위한 공간을 최소화 시킨다.
구체적으로, 촉매가 차지하는 비중으로 인해, 부가 이송통로(30a)에 가스와 산소가 존재함에도 불구하고 부가 이송통로(30a)의 공간이 좁아져 보다 완벽한 불완전 연소 구간이 형성되도록 할 수 있다.
부가 이송통로(30a)에서 고온의 촉매구간을 형성함으로 촉매층을 지날 때 폐기물에서 발생되는 가스를 1차 개질 한다.
즉, 불완전연소에 의해서 함께 고온화된 촉매가 폐기물에서 발생되는 가스를 개질하는 것이다.
아울러, 촉매는 투입구(10a)를 통해 역류되는 폐기물의 미세분진을 걸러주는 필터 역할도 수행한다.
촉매로서 기능이 가능한 물질의 조건은 약 600℃ ~ 1,500℃의 고온에서도 형상이나 형질의 변화가 없이 견딜 수 있어야 한다.
그리고, 촉매는 다공성으로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 크기나 모양은 무관하지만 일정한 것이 좋다.
부가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치는, 산화물공급부(미도시)를 포함할 수 있다.
산화물공급부는 하우징(30)에 관통설치되는 연결관(미도시)을 포함하여 부가 이송통로(30c)에 산화물을 공급한다.
이때, 산화물은 공기, 산소, 스팀 중 적어도 어느 하나 이상이 일 수 있다.
점화플러그(80)는 하우징(30)의 상면에 관통 설치된다.
부가 이송통로(30a)의 가스는 산소와 점화플러그(80)에서 발생되는 불꽃에 의해서 불완전 연소를 이루게 된다.
저장부(70)는 배출관(11)에 의해 부가 이송통로(30a)로 배출된 폐기물의 가스를 저장하는 구성이다.
이를 위해 저장부(70)는 흡기팬(71)과, 냉각팬(73) 및 저장부(74)를 포함할 수 있다.
흡기팬(71)은 하우징(30)에 관통설치되는 흡기관(72)을 포함한다.
흡기팬(71)이 작동하면 부가 이송통로(30a) 내의 가스가 흡기관(72)을 통해 흡기된다.
일 예로, 흡기관(72)의 일정영역은 냉각팬(73)에 접촉될 수 있다.
따라서, 가스는 흡기관(72)을 통해 흡기팬(71)으로 흡기되는 과정에서 냉각팬(73)에 의해 일정 온도로 냉각된다.
다른 일 예로, 흡기관(72)의 일정영역은 냉각팬(73)의 전방을 가로지르는 형태가 될 수 있다.
따라서, 가스는 흡기관(72) 중 냉각팬(73)을 가로지는 영역을 통과할 때 일정 온도로 냉각된다.
저장부(74)는 내부가 밀폐된 탱크구조로 이루어진다.
저장부(74)는 연결라인(741)을 통해 흡기팬(71)과 연결된다.
따라서, 흡기팬(71)에 의해 흡기된 가스는 저장부(74)에 저장된다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치(1)를 통해 폐기물을 가스화 하는 일 예에 대해 설명한다.
먼저, 가스공급부(60)와, 산소공급부(100), 및 산화물공급부를 작동시켜 부가 이송통로(30c)에 가스와 산소 및 산화물을 투입한다.
아울러, 점화플러그(80)를 작동시켜 부가 이송통로(30c)를 고온으로 만든다.
이때, 부가 이송통로(30a)는 스크류부(40) 및 촉매에 의해 불완전 연소 열분해 구간을 이루는 것으로, 가스공급부(60)를 통해 부가 이송통로(30a)에 공급된 가스는 고온 열분해 된 상태에서 스크류 형상을 이루는 부가 이송통로(30a)를 따라 마치 회오리를 일으키면서 이동하게 되며, 결국 부가 이송통로(30a) 전체가 균일한 온도로 고온 가열된다.
여기서, 부가 이송통로(30a)의 온도는 약 800℃의 고온으로 상승된다.
부가 이송통로(30a)를 고온으로 형성한 다음에는 외부 연료인 가스, 산화물의 공급을 차단하고, 모터(M)를 작동시켜 이송부(20)를 회전시킨 상태에서 호퍼(H)에 폐기물을 투입한다.
아울러, 흡기팬(71) 및 냉각팬(73)을 작동시켜 폐기물에서 발생된 가스를 냉각시키기 위한 준비를 한다.
부가 이송통로(30a)를 고온으로 형성한 다음에는 외부 연료인 가스, 산화물의 공급을 차단한다. 호퍼(H)에 투입된 폐기물은 낙하되어 투입구(10a)를 통해 이송통로(10c)에 투입된다.
이송통로(10c)에 폐기물을 투입하면, 폐기물이 이송통로(10c)에서 부가 이송통로(30a)의 고온으로 인해 고온열분해(Gas Fication)를 이루면서 스크류부(40)에 의해 이송되어 이송부(20)의 배출구(10b)를 통해 수집통(90)으로 배출된다.
이때, 폐기물을 열분해 되면 산소가 발생됨으로, 산소공급부(100)를 통한 산소 공급량을 약 1/10 내지 1/20 정도록 감소시킨다.
예를 들어 최초 부가 이송통로(30a)에 공급되는 산소의 양이 100이라고 가정한다면, 부가 이송통로(30a) 전체가 균일한 온도로 고온 가열되었을 때, 산소의 공급량을 약 10 내지 20 정도만 설정하면 된다.
이때, 부가 이송통로(30a)를 가열하기 위해서 가스(LPG, 메탄), 액체, 연료를 산화제(공기 또는 산소)와 함께 주입하여 촉매구간인 부가 이송통로(30a)를 고온으로 상승시킬 수 있다.
이송가이드(10)의 이송통로(10c)를 따라 이송하는 폐기물은 하우징(30)의 부가 이송통로(30a)에서 형성되는 불완전 연소열에 의해 열분해 되어 가스를 발생시키고, 폐기물의 가스는 배출관(11)을 통해 부가 이송통로(30a)로 배출된다.
배출된 폐기물의 가스는 산화물공급부에서 투입되는 산화물(공기, 산소, 스팀)과 점화플러그(80)에 의해서 불완전 연소를 이룬다.
즉, 부가 이송통로(30a)에서 형성되는 불완전 연소열에 의해서 이송통로(10c)를 따라 이송되는 폐기물은 자발적으로 연소반응이 진행되어, 폐기물의 일부는 가스로 변화된다.
부가 이송통로(30a)에 위치되는 부가 스크류부(50)에 의해 부가 이송통로(30a)가 스크류 형상을 이루는 바, 부가 이송통로(30a)에 가득 채워진 촉매층을 통과하는 가스가 이송가이드(10) 전체를 균일하게 고온으로 유지하고, 고온의 열을 즉각적으로 이용하여 폐기물을 가스화 할 수 있기 때문에, 이송가이드(10), 이송부(20) 및 하우징(30)의 길이를 길게 제작할 수 있다.
이와 같이, 이송가이드(10), 이송부(20) 및 하우징(30)의 길이를 길게 제작할 경우, 하기 위한 폐기물의 투입량 및 폐기물을 가스화 하기 위한 속도 및 시간을 높일 수 있다.
부가적으로, 이송통로(10c)는 폐기물 자체의 발열반응에 의해 온도가 유지될 수 있다. 다만, 발열반응을 더욱 효율적으로 수행하기 위해 이산화탄소보다 일산화탄소가 생성될 수 있도록 공기, 산소 또는 수증기의 양을 조절해 주는 것이 중요하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치(1)에 의해 생성된 합성가스(Syngas)(Co, H2, CH4, 등)은 2차로 촉매장치(미도시)를 거쳐 냉각과 분리정제 등 도 5와 같은 일반적인 공정 또는 과정을 거친다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치(1)는, 고온 열분해 방식으로 폐기물을 가스화 하는 것으로, 도 6에 본원발명의 고온 열분해 방식과 일반적인 저온 열분해 방식에 대한 차이점을 나타내었다.
도 6에 도시된 바와 같이, 고온 열분해를 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치(1)는 저온 열분해 방식에 비해 외부 열원 비용이 추가 되지 않고, 폐기물 처리량 및 가스화 속도와 매우 높은 것을 알 수 있다.
나아가, 여러 단계의 촉매, 필터 구간을 쉽게 장착 할 수 있음으로 타르, 중금속, 할로겐, 알카리화합물 등의 필터링 효과를 높일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기물 가스화 장치(1)를 통해 폐기물을 가스화 하게 되면 다음과 같은 효과를 발휘할 수 있다.
첫째로, H2O를 고온의 스팀화 할 수 있는 열교환 구간이 많아지기 때문에 다량의 스팀을 주입하여 양질의 합성가스를 다량으로 생산할 수 있다. 이때, 다량의 스팀을 산화제로 사용하게 되면 공기 사용시 발생하는 Nox을 발생량을 줄이고, 산소비용이 줄어들게 되는 장점이 있다.
둘째로, 연속성(높은 처리량, 속도)이 가능함으로 제품의 소형화가 쉽다.
셋째로, 투입 처리되는 폐기물의 종류와 특징에 상관 없이 처리가 가능하다.(전처리 무관(균질, 비균질).
넷째로, 극소량의 산화제(산소)가 요구되기 때문에 이산화탄소(CO2)의 배출이 극소량이다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 폐기물 가스화 장치 10 : 이송가이드
10a : 투입구 10b : 배출구
10c : 이송통로 11 : 배출관
20 : 이송부 30 : 하우징
30a : 부가 이송통로 40 : 스크류부
50 : 부가 스크류부 60 : 가스공급부
61, 101 : 연결호스 62 : 공급관
70 : 저장부 71 : 흡기팬
72 : 흡기관 73 : 냉각팬
74 : 저장부 741 : 연결라인
80 : 점화플러그 90 : 수집통
100 : 산소공급부

Claims (4)

  1. 폐기물을 이송시키기 위한 이송통로를 갖는 이송가이드;
    상기 이송가이드의 이송통로에 투입된 폐기물을 이송시키는 이송부;
    내부에 상기 이송가이드가 수용되며 폐기물의 열분해를 위해 점화되는 가스 및 산소가 이동되는 부가 이송통로가 형성된 하우징; 및
    상기 부가 이송통로에 가스 및 산소의 불완전 연소 영역을 형성하여 상기 부가 이송통로의 온도를 상승시켜 상기 폐기물을 고온으로 가스화 시킴과 아울러, 상기 가스 및 산소가 와류되면서 이송되도록 상기 이송가이드의 외주연을 따라 형성되는 스크류부;를 포함하는 폐기물 가스화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이송부의 외주연을 따라서는 폐기물을 연속으로 이송시키기 위한 부가 스크류부가 형성되는 폐기물 가스화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 부가 이동통로에 가스를 공급하는 가스공급부;
    상기 하우징의 부가 이동통로에 산소를 공급하는 산소공급부; 및
    상기 하우징의 부가 이송통로에 배치되며, 상기 가스와 산소를 점화시키는 점화플러그;를 더 포함하는 폐기물 가스화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이송부에 적어도 하나 이상으로 설치되고 상기 이송통로 내의 폐기물이 가열됨으로 인해 발생되는 가스를 부가 이송통로로 배출시키는 배출관; 및
    상기 하우징의 부가 이동통로에서 폐기물에 의해 생성된 합성가스를 흡입하여 냉각한 후 저장하는 저장부;를 더 포함하는 폐기물 가스화 장치.
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