KR100679781B1 - 폐기물 처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 예컨대, 산업 폐기물과, 고체 형태 및/또는 액체 형태의 임의의 유해 물질을 포함하는 모든 종류의 폐기물을 처리 및 이용하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 일정한 체적 유량 및 일정한 수소 함량을 가지는 합성 가스의 스트림의 생산에 관한 것이다. 제어 시스템은 이제, 제어 시스템과 산소 랜스(104) 사이에 배치된 제어 신호 라인에 의해, 가스 랜스를 통해 벌크(20) 위 가스 상태로의 산소 공급을 변경한다. 산소의 공급을 증가시킴으로써, H₂의 연소가 증가되고 이에 따라 합성 가스 내에 수소 함량이 감소한다. 산소 랜스(104)를 통해 산소 공급을 감소시킴으로써, 가스 상태에서의 연소가 감소하여 합성 가스 내의 수소 함량이 증가한다. 합성 가스의 체적 유량이 충분하지 않다면, 벌크(20) 또는 가스 상태로의, 예컨대, 천연 가스 또는 합성 가스 자체와 같은 연소가능한 가스의 공급은 증가 또는 감소할 수 있다. 따라서, 반응기내 탄화수소 함량은 변경되며, 결과적으로 전체 합성 가스 체적 유량이 영향을 받는다.

Description

폐기물 처리 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR DISPOSING OF WASTE PRODUCTS}

본 발명은 산업 폐기물과, 고체 형태 및/또는 액체 형태의 임의의 유해 물질을 포함하는 비선별, 비처리된 산업, 가정 및 특수 폐기물은 청구범위 제 1 항 또는 청구범위 제 14항의 각각의 전제부에 따라 상이한 온도로 처리되는, 모든 종류의 폐기물을 처리 및 이용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

폐기물을 처리하는 공지된 방법은 환경 파괴의 실질적인 요인인 증가하는 쓰레기 문제를 해결하는 데 있어 만족스러운 해결 방안을 제시하지 못하였다. 자동차 및 가정 용구와 같이, 복합 재료로 형성된 산업 쓰레기와, 오일, 배터리, 래커(lacquers), 페인트, 유독성 폐수, 의약품 및 병원 폐기물은 법에 의해 엄격하게 규정된 특수한 처리 기준으로 처리된다.

한편, 가정 폐기물은, 실질적으로 모든 종류의 특수 폐기물 분획물과 유기 성분을 포함하며 환경 상의 영향과 관련하여 이러한 처리에 관해 등급이 없는 비조절성 이질적 혼합물이다.

폐기물을 처리하고, 재생하는 방법 중 하나는 쓰레기를 소각하는 것이다. 공지된 쓰레기 소각 플랜트에 있어서, 처리 재료는 약 1000℃ 이하의 광범위한 온도 영역을 통과한다. 이러한 온도에서, 무기물 및 금속은 용융되지 않아, 후속하는 가스 생성 단계를 방해하지 않을 것이다. 잔류하는 고형 재료의 고유 에너지는 이용되지 않거나 이용이 불만족스럽다.

고온에서의 쓰레기의 짧은 체류 시간과, 압축(compact)되지 않고, 연소된 폐기물에 다량의 질소 연소 공기를 부가함으로써 초래되는 높은 먼지 발생율은 유해한 염소화된 탄화수소의 형성을 조장한다. 따라서, 쓰레기 소각으로 인한 폐기물 가스를 차후 고온에서 연소 처리하도록 이동시켜야만 했다. 이러한 플랜트에 많은 투자를 정당화하기 위해서, 고 비율의 먼지를 갖는 연마성 및 부식성의 고온 폐기물 가스가 열교환기를 통과하여야 한다. 열교환기에서 비교적 오래 잔류하는 동안, 내포된 먼지와 결합하는 염소화된 탄화수소가 다시 형성되고, 결국에는 가동 중지와 기능 손상을 발생시키며, 매우 독성인 물질로서 제거되어야 한다. 이에 따른 손상과 상기 물질의 제거 비용은 추정할 수 없을 정도로 막대하다.

종래의 반응기에서의 열분해 방법은 쓰레기 소각에서의 온도 스펙트럼과 유사한 광범위한 온도 스펙트럼을 가진다. 가스화 영역은 고온이다. 고온 가스의 형성은 아직 열분해되지 않은, 제거되어야 하는 폐기물을 예열시키는데 이용되고, 이와 같이 하므로써 냉각되고, 새로운 염소화된 탄화수소의 형성과 관련한 온도 범위를 통과하므로, 위험하다. 생태학적으로 무해한 방법으로 이용될 수 있는 순수한 가스를 발생시키기 위해, 열분해 가스는 정제되기 전에 대개 분해장치(cracker)를 통과한다.

상기 기술된 소각 방법 및 열분해 방법은 공통적으로 소각 또는 열분해 동안 기화되는 유체 또는 고체 물질이 연소 가스 또는 열분해 가스와 혼합되어, 이들이 모든 유해한 물질을 파괴하는 데 필요한 반응기내 온도 및 체류 시간에 이르기 전에 배출되어 버린다는 단점을 가진다. 기화된 물은 수증기를 형성하는 데 이용할 수 없었다. 따라서, 대체로, 쓰레기 소각 플랜트에는 연소 챔버가, 그리고 열분해 플랜트에는 분해 장치 단계가 부가된다.

EP 91 11 8158.4에는 상술한 단점을 피하는 폐기물 처리 및 이용 방법이 공지되어 있다. 여기에서, 폐기물은 단계적인 온도 처리와, 열 분리 또는 물질 전환 처리되고, 발생하는 고체 잔류물은 고온 용융물로 전환된다.

이러한 목적을 위해, 제거되어야 하는 폐기물은, 압축된 패키지를 형성하고, 배치식(batches)으로 압축되어, 압력 인가 및 반응 용기의 벽과 접촉하는 포지티브-결합(positive-fit) 및 강제-결합(force-fit)이 유지되고 유기 성분이 탈기되는 저온 상태로부터 탈기된 폐기물이 가스 투과성 벌크(bulk)를 형성하고 합성 가스가 조절식 산소 첨가를 통해 발생되는 고온 영역으로, 점진적으로 온도가 증가하는 열 처리 단계를 통과한다. 이후, 이러한 합성 가스는 고온 영역 밖으로 유도되어 추가로 사용될 수 있다.

상기 방법의 단점은 합성 가스의 이용가능성이 연대에 따라 변경되는 조성에 의해 제한된다는 것이다. 따라서, 예컨대, 수소 발생기에서, 생성된 수소의 완전 소각은 공급된 연소 가스의 수소 함량이 작은 범위 내로 일정한 경우에만 달성된다. 그렇지 않은 경우에, 수소 모터가 예컨대 노킹(knocking)하는 경향이 있다. 또한, 생성된 합성 가스의 체적 유량은 쓰레기 조성에 따라 이러한 공지된 방법에서 변동하며, 따라서 소각 공정의 관리를 변경해야 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 방법으로부터 진보되며, 얻어진 합성 가스가 이용함에 있어 경제적이고 장애가 없도록 상기 방법을 개선한 것이다. 이러한 목적은 산업 폐기물 뿐만 아니라 고체 형태, 액체 형태, 또는 고체 및 액체 형태의 온갖 종류의 유해 물질을 포함하는 비선별 및 비처리된 산업 폐기물, 가정용 폐기물 및 특수 폐기물 중 하나 이상에 단계적으로 온도를 가하여, 열적 분리 또는 열적 물질 전환을 일으켜, 이에 따른 고체 잔류물을 고온 용융물로 전환시키는, 온갖 종류의 폐기물을 처리 및 활용하는 방법으로서, 제거되어야 하는 폐기물이 압축된 패키지로 배치식으로 압축되고 온도가 증가되는 방향으로 열처리 단계들을 통과하며, 열처리 단계들은 반응 용기의 벽과의 포지티브-결합(positive-fit) 및 형상-결합(form-fit) 접촉 상태가 유지되고 가압 상태가 유지되는 하나 이상의 저온 단계 및, 제거되어야 하는 폐기물이 가스-투과성 벌크를 형성하여 합성 가스가 생성되는 하나 이상의 고온 단계를 포함하며, 생성된 합성 가스는 고온 영역으로부터 유도 배출되는 방법에 있어서, 유도된 합성 가스내의 수소 농도가 일정한 값으로 조절되고 유도된 합성 가스의 체적 유량이 처리 폐기물의 처리량 1Mg에 대해 1000 내지 1600 Nm³ 로 조절되는 조건으로, 유도된 합성 가스의 수소 농도, 유도된 합성 가스의 체적 유량 또는 이둘 모두가 조절됨을 특징으로 하는 방법; 및 온갖 종류의 폐기물을 준비하여 이송하고 후처리하는 장치로서, 산소가 배제된 하나 이상의 저온 단계와 1000℃ 초과의 온도에서 산소가 공급되는 하나 이상의 고온 단계를 포함하는 다수의 열 처리 단계를 구비하고, 고온 단계에서 생성된 합성 가스 혼합물용 배출구를 구비하며, 처리 단계들의 모든 반응 챔버들은 잇따라 단단히 상호 연결되며, 산소 공급 장치 및 연료 공급 장치들이 고온 단계에 구비되는 장치에 있어서, 합성 가스 혼합물의 수소 함량, 체적 유량 또는 이둘 모두를 측정하기 위한 센서가 배치되며, 이러한 센서가 합성 가스 혼합물용 배출구에 공급되는 연료, 산소 또는 이둘 모두의 양을 제어하는 장치에 연결됨을 특징으로 하는 장치에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 장치의 유리한 특징은 하기를 포함한다:
본원 발명에 따른 장치는, 고온 단계의 가스 배출 측이 합성 가스 혼합물의 고온 유동부 내로 냉각수를 분사하는 장치를 구비한 가스-급냉 시스템에 연결됨을 특징으로 한다.
본원 발명에 따른 장치는, 합성 가스 혼합물용 배출구가 조절가능한 스로틀 밸브와 같은 스로틀 장치를 구비함을 특징으로 한다.
본원 발명에 따른 장치는, 합성 가스 혼합물용 배출구 전방 또는 후방에 가스 정제 장치가 위치함을 특징으로 한다.
본원 발명에 따른 장치는, 합성 가스 혼합물용 배출구 후방에 가스 모터/발전기 조합, 가스 터빈, 증기 발생기를 포함하는 가스를 이용하는 장치가 배치됨을 특징으로 한다.
본원 발명에 따른 장치는, 저온 단계용 반응 챔버가 사각 단면의 노(爐)이며, 노가 수평 배치되고 외부에서 가열되며, 노의 높이 대 노의 폭의 비가 2 초과이며, 노의 길이(L_노)는 L_노 ≥15 √F_노 (여기에서, F_노는 노의 단면적임)의 관계가 성립됨을 특징으로 한다.
본원 발명에 따른 장치는, 고온 단계용 반응 챔버가 수직 샤프트 노로서 구성되며, 수직 샤프트 노의 기부(base) 상에 저온 단계용 반응 챔버가 잇따라 연결됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방법은 그 방법 및 장치에 대한 설명이 본건에 완전히 포함되는 EP 91 11 81158.4에 개시된 방법에 연속한다. 상술한 EP에 개시된 방법 및 장치는 유도된 합성 가스 내 수소의 농도 및/또는 유도된 합성 가스의 체적 유량이 검출되고, 제어되는 본 발명에 따라 발전되었다. 이러한 방식으로, 이러한 쓰레기 재활용 방법으로부터 얻어진 합성 가스의 이용은 화학 산업 분야 또는 각각의 열 이용 분야에서 다양한 응용이 가능한다. 따라서, 이러한 합성 가스는 아무런 문제없이 수소 엔진에 이용될 수 있다.

물 함량은 예컨대, 체적 유량 자체에 반비례하는 체적 유량 동안의 압력 손실을 측정함으로써 측정될 수 있다. 수소 함량이 너무 높으면, 산소 랜스(oxygen lances)를 통해 벌크 위 가스 상태의 고온 영역으로 산소가 방출되며, 이로써 추가의 수소 연소가 발생하고, 합성 가스내 수소 함량이 낮아진다. 또한, 연소가능 가스의 부가를 통해 역조절도 가능함은 물론이다. 쓰레기의 조성에 따라, 그리고 이에 따라 각각의 소각에 따른 체적 유량도 예컨대, 고온 영역으로 도입되는 천연 가스 또는 합성 가스와 같은 상이한 양의 연료에 의해 조절될 수 있다. 이러한 합성 가스는 본원에서 본 발명의 방법 자체로 발생된 합성 가스일 수 있다. 이와 함께, 공지된 열 선택 방법(thermoselect method)의 개발을 통해, 예컨대 가스 엔진 또는 연료 셀에 재료 및 에너지로서 사용하기 위한 수소 함량의 이용가능성이 발생한다.

후자의 적용을 위해, 수소의 농도가 1Mg 폐기물 처리량에 대해 이상적으로 약 35 체적%으로, 체적 유량이 약 1000 내지 1600 Nm³으로 조절된다.

이상적으로, 합성 가스의 정제 후 유도된 합성 가스의 수소 함량, 및/또는 체적 유량은 급냉 후에만 결정되는 데, 이는 합성 가스의 냉각 단계 동안에 새로운 유해 물질의 형성을 방지한다. 이러한 방법에 의해, 외부로 방출되는 유도된 합성 가스의 수소의 실제 함량, 및/또는 체적 유량이 조절된다.

이러한 급속한 가스 냉각(급냉(quench))은 유리하게는 예컨대, 온도-안정화 물순환 시스템에서 유도된 합성 가스 스트림(stream) 내로의 냉각수의 분무를 통해 발생하며, 이러한 수단에 의해, 합성 가스는 급냉되고, 추가로 먼지 입자가 합성 가스 혼합물로부터 제거된다.

합성 가스 혼합물의 체적 유량은, 추가 사용을 위한 합성 가스 혼합물용 배출구에 예컨대 제어가능한 스로틀 밸브와 같은 스로틀 장치가 배치되어 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 여러 실시예가 하기에 기술된다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 순서를 개략적인 블록도로 도시한 것이다.

도 2는 구체예의 특징적인 방법 매개변수를 나타낸다.

도 3은 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 장치의 개략적인 단면도이다.

도 1에는 기호화된 단계 1) 내지 단계 8)이 도시된다. 폐기물은 예비 처리 없이, 즉 선별 및 분쇄되지 않고 단계 1)로 공급되어 압축된다. 이러한 압축의 결과는 본원에서 가압면이 수직 및 수평 양 방향인 경우에, 상당히 개선된다. 단계 2)가 실행되는 스토킹 채널(stoking channel)의 공급 구멍이 고도로 압축된 폐기물 플러그(plug)에 의해 기밀 밀봉되므로, 높은 압축이 필요하다.

이러한 상당히 압축된 폐기물은 600℃ 이하, 바람직하게는 100℃ 내지 600℃의 온도에서 산소 배제 하에 단계 2)의 채널을 통과한다. 폐기물의 유기 성분이 탈기된다. 가스는 노(furnace)에 위치한 폐기물을 통해 단계 3)의 방향으로 흐른다. 이들 가스가 흐름에 따라, 노 벽과 폐기물이 강한 가압 접촉을 하므로써 양호한 열 전달에 기여한다. 상당히 압축된 폐기물의 일정한 하향 밀림의 결과, 이러한 압력 접촉이 노의 전체 길이와 채널의 전체 표면에 걸쳐서 유지되어, 폐기물이 스토킹 채널을 통과한 후, 유기 물질의 탈기가 거의 종결된다.

탄화 가스(carbonization gases), 폐기물의 고유 습도로 인한 줄기(stem)와 같은 수증기, 금속, 무기물, 탈기된 유기물의 탄소가 함께 단계 3)에 제공되어, 먼저 탄소가 산소와 함께 연소된다. 벌크 내의 탄소 성분이 계량된 산소의 첨가에 의해 기화되어 이산화탄소 및 일산화탄소를 형성하며, 이산화탄소가 석탄 벌크를 통과함에 따라 일산화탄소로 환원되고, 수소 및 일산화탄소가 탄소 및 상당히 가열된 수증기로부터 생성된다. 여기에서 2000℃ 이하의 온도 상승이 금속 및 무기물 성분을 용융시켜서 단계 6)에서 용융 배출될 수 있다.

이와 병행하여, 1200℃ 초과의 온도에서, 성장하는 탄소 베드(bed)의 고온 영역 상에서, 탄화 가스의 유기 화합물이 분해된다. 이러한 온도에서 C, CO₂, CO 및 H₂O의 각각의 반응 평형의 결과, 합성 가스는 실질적으로 CO, H₂ 및 CO₂로 이루어져 형성되며, 이들은 방법 단계 4)에서 100℃ 미만의 온도로 급속 냉각된다. 급속 냉각은 새로운 유해 유기 물질의 형성을 방지하여, 단계 5)에서 제공되는 가스 세척(gas washing)을 보다 용이하게 한다. 이로부터, 매우 순수한 합성 가스는 어떠한 응용 분야에서도 이용가능하다.

상기 매우 순수한 합성 가스는 상기와 같이 공지된 방법에서 폐기물의 조성및 양에 따른 체적 유량과 변경되는 수소 농도를 가진다. 따라서, 가스 세척(5)을 한 후, 정제된 합성 가스의 체적 유량 및 수소 함량이 결정되며, 이들 값이 제어 시스템(9)에 제공된다. 이러한 제어 시스템은 상술한 바와 같이, 이전에 탈기된 폐기물이 O₂의 첨가를 통해 2000℃ 이하의 온도에서 기화되는 단계 3)으로의 산소 공급 및 연료 공급을 제어한다. 연료의 도입 또는 산소의 공급의 이러한 변경을 통해, 발생하는 합성 가스의 체적 유량 및 수소 함량 모두가 영향받을 수 있다. 따라서, 이러한 조절을 통해, 제어된 일정한 체적 유량과 제어된 일정한 수소 함량을 가지는 합성 가스 흐름이 가스 세척(5) 이후에 가스 회수에 이용될 수 있다.

단계 6)에서 용융 배출된 금속 및 무기 물질은 단계 7)에서 1400℃ 초과에서 산소 첨가에 의해 후처리된다. 이러한 과정에서, 함께 운반된 탄소 잔류물이 제거되어 무기화가 종결된다. 예컨대 수조(water bath) 내으로의 고형물 방출이 단계 8)에서의 처리 과정을 종결시킨다. 수조 내로의 고형물 방출 후에 얻어진 과립에는 금속 및 합금 엘레먼트 이외에도 완전히 무기화된 비금속이 존재한다. 철합금은 자기적으로 침전될 수 있다. 여과되지 않도록 무기화된 비금속은 여러 방법으로 예컨대, 팽창된 과립 형태로 또는 - 락 울(rock wool)로 가공된 - 절연 재료로서 또는 직접적으로 도로 건설 및 콘크리조 제조시의 충전재용 과립으로 재사용된다.

도 2는 본 발명의 방법을 실행하기 위한 장치를 매우 개략적으로 도시한다. 실시예를 통해 본 방법의 유리한 실시의 대표적인 공정 데이터가 개별 영역에 배치된다. 탈기화는 온도 T, 압력 및 폐기물 조성의 함수이다.

조성 및 체적 유량은 존재하는 탄소, 수소 및 수증기에 의존한다. 이용가능한 탄소(가스 상태로의 연료 공급) 및 산소(산소 랜스를 통해 가스 상태로의 산소 공급)의 양이 제어됨에 따라, 공지된 방법에서 비교적 고품질을 가지는 합성 가스의 조성이 추가로 최적화되며, 이에 따라 예컨대, 가스 엔진의 전기 에너지로의 전환에, 또는 화학 처리에 사용되는 데 이상적으로 적합하다.

도 3에서, 압축 프레스(1)는 폐기물 프레스(scrab press)에 구조적으로 대응하며, 예컨대 차량의 스크래핑(scrapping)에 이용되는 것과 같이 그 자체로 공지되어 있다. 피벗가능한 프레싱 플레이트(pressing plate)(2)는 혼합 폐기물에 의해 프레스(1)의 로딩을 가능하는 데, 이는 도면에서 수직(파단선)으로 도시된다. 프레싱 면(3)은 좌측 위치에 위치하여, 프레스의 충전 챔버를 완전히 개방시킨다. 도시된 수평 위치로 프레싱 플레이트(2)를 회전시킴으로써, 폐기물이 먼저 수직 방향으로 압축된다. 이후, 프레싱 면(3)이 실선으로 표시된 위치로 수평 이동하여, 폐기물 패키지를 수평 방향으로 압축한다. 이러한 목적을 위해 필요한 저항력(counter-forces)은 화살표 방향으로 안쪽 및 바깥쪽으로 이동될 수 있는 카운터-플레이트(9)에 의해 흡수된다. 압축 과정이 완료된 후, 카운터-플레이트(9)가 외측으로 이동하고 폐기물의 압축된 플러그가 프레싱 면(3)의 보조로 밀리게 되어, 노(9)의 비가열 영역(5)으로 우측을 향해 더 이동하고, 이에 따라 전체 함량이 상응하게 추가로 운반되고, 다시 압축되어 채널 벽 또는 노 벽과 가압 접촉 상태로 유지된다. 이후, 프레싱 면(3)은 좌측단 위치로 후퇴하고, 카운터-플레이트(9)는 내측으로 이동하고, 프레싱 플레이트(2)는 파단선으로 표시된 수직 위치로 역회전한다. 압축 프레스(1)는 다시 충전될 준비가 된다. 폐기물의 압축이 너무 커서, 비가열된 영역(5)으로 밀리는 폐기물 플러그가 기밀화된다. 노는 연소 및/또는 폐기물 가스에 의해 가열되어, 화살표 방향으로 가열 재킷(8)을 통해 흐른다.

압축된 폐기물이 노 채널(6)을 통해 밀려짐에 따라, 탈기된 영역(7)은 사각형 단면적의 측면/높이 비가 2 초과로 연결된 커다란 표면에 의해 유리하게 되는, 노(6)의 중심면을 향해 도시된 방식으로 팽창한다. 고온 반응기(10)로의 입구에는, 압력을 통해 밀리게 되므로써 탄소, 무기물 및 금속의 압축된 혼합물이 존재한다. 이러한 혼합물은 고온 반응기로의 유입 개구 영역에서 상당히 큰 복사열에 노출된다. 이와 관련한 훈소 산물(smouldering product) 중의 잔류 가스의 급격한 팽창은 이러한 산물을 조각으로 분해시킨다. 따라서, 얻어진 고체 조각은 고온 반응기에서 가스 투과성 베드(20)를 형성하고, 탄소 베드에서 훈소 산물은 산소 랜스(12)의 보조에 의해 소각되어, 처음에 CO₂ 또는 각각의 CO를 형성한다. 베드(20) 위 반응기(10)를 통해 난류 유동하는 탄화 가스는 크래킹(tracking)에 의해 완전히 무독화된다. 폐기물에서 유도된 C, CO₂, CO 및 수증기 간에, 온도-의존성 반응 평형 상태가 합성 가스의 형성 동안 설정된다. 온도 상승은 도 2에 상응한다. 합성 가스는 100℃ 미만으로 물 주입에 의해 컨테이너(14)에서 급격히 냉각된다. 가스내 함께 운반된 성분(용융 상태의 무기물 및/또는 금속)은 냉각수에서 침전되고, 수증기는 응축되므로써, 가스 체적이 감소하어, 이것이 공지된 그 자체의 장치에서급냉을 이행할 수 있는 가스 정제를 보다 용이하게 한다. 정제된 후, 합성 가스 흐름의 급냉에 사용된 물은 정제 후 냉각을 위해 다시 이용될 수 있다.

수소 함량 및 체적 유량은, 유도된 합성 가스 흐름 내에 배치되며 라인(102)을 통해 제어 장치(101)에 신호를 송신하는 센서(100)에 의해 조절된다. 이러한 신호는 냉각되고, 정제되고, 유도된 합성 가스 흐름의 현재 체적 유량 및 현재 수소 함량 모두를 포함한다. 제어 시스템은 제어 시스템(101)과 산소 랜스(104) 사이에 배치된 제어 신호 라인(103)에 의해, 산소 랜스(104)를 통한 벌크(20) 상의 가스 상태로의 산소 공급을 변경한다. 산소의 공급을 증가시킴으로써, H₂의 연소가 증가되고 이에 따라 합성 가스 내에 수소 함량이 감소한다. 이에 따라 유도된 합성 가스내의 수소 농도에 따라 산소가 공급될 수 있다. 산소 랜스(104)를 통해 산소 공급을 감소시킴으로써, 가스 상태에서의 연소가 감소하여 합성 가스 내의 수소 함량이 증가한다. 합성 가스의 체적 유량이 충분하지 않을 경우, 벌크(20) 또는 가스 상태로의, 예컨대, 천연 가스 또는 합성 가스 자체와 같은 연소가능한 가스의 공급이 증가되거나 감소될 수 있다. 따라서, 반응기내 탄화수소 함량은 변경되며, 결과적으로 전체 합성 가스 체적 유량이 영향을 받는다.

베드(20)의 2000℃ 초과로 가열된 중심 영역에서, 훈소 산물의 무기물 및 금속 성분이 용융된다. 밀도를 변화시킴으로써, 이들은 서로 적층되고, 분리(de-mix)된다. 예컨대, 크롬, 니켈 및 구리와 같은 전형적인 철 합금 엘레먼트는 폐기물의 철과 처리가능한 합금을 형성하고, 다른 금속 화합물 또는 알루미늄을 산화시키고 산화물로서 무기 용융물을 안정화시킨다.

용융물은 후처리 반응기(16) 안으로 바로 유입되며, 여기서, 가능하게는 미도시된 가스버너에 의해 지지되는 O₂ 랜스(13)의 보조에 의해 도입된 산소 분위기 하에, 용융물이 1400℃ 초과의 온도에 노출된다. 함께 운반된 탄소 입자가 산화되고, 용융물이 균질화되어 그 점도가 감소한다.

통상의 방출물이 수조(17)로 방출되는 동안, 무기 물질 및 철 용융물이 별개의 과립을 형성하고, 이후에 자기적으로 선별될 수 있다.

도 3에서는, 후처리 반응기(16)의 위치가 편의상 90°로 오프셋되어 도시된 것이다. 이러한 반응기(16)는 고온 반응기(10)의 저부와 함께 구성 유닛을 형성하며, 이는 플랜지 연결부(10')가 탈착된 후에 구조적 유닛이 유지 보수 및 수리의 목적을 위해 장치의 라인에서 옆으로 이동될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 실질적으로 정렬되어 배치된 장치의 라인은 상당한 길이로 연장된다. 온도 변화는 - 무엇보다도 열적 평형 상태로 열을 받게 되거나, 열적 평형 상태에서 열이 식게 되는 경우 - 상당한 열 팽창을 야기시킨다. 이는 고온 반응기(10)의 고정 배열에서, 가이드 레일(미도시됨)에서 가동되는, 종축 이동을 가능하게 할 뿐만 아니라 측면 힘을 흡수할 수도 있는 롤러에 의해 연관된 압축 프레스(1) 및 노(6)에 대해 허용된다. 고온 반응기로부터 나오는 배관(예컨대 도면부호 15)에서, 팽창 조인트(11)는 팽창을 보충한다.

Claims (23)

1. 산업 폐기물 뿐만 아니라 고체 형태, 액체 형태 또는 고체 및 액체 형태의 온갖 종류의 유해 물질을 포함하는 비선별 및 비처리된 산업 폐기물, 가정용 폐기물 및 특수 폐기물 중 하나 이상에 단계적으로 온도를 가하여, 열적 분리 또는 열적 물질 전환을 일으켜, 이에 따른 고체 잔류물을 고온 용융물로 전환시키는, 온갖 종류의 폐기물을 처리 및 활용하는 방법으로서, 제거되어야 하는 폐기물이 압축된 패키지로 배치식으로 압축되고 온도가 증가되는 방향으로 열처리 단계들을 통과하며, 열처리 단계들은 반응 용기의 벽과의 포지티브-결합(positive-fit) 및 형상-결합(form-fit) 접촉 상태가 유지되고 가압 상태가 유지되는 하나 이상의 저온 단계 및, 제거되어야 하는 폐기물이 가스-투과성 벌크를 형성하여 합성 가스가 생성되는 하나 이상의 고온 단계를 포함하며, 생성된 합성 가스는 고온 영역으로부터 유도 배출되는 방법에 있어서,

   유도된 합성 가스내의 수소 농도가 일정한 값으로 조절되고 유도된 합성 가스의 체적 유량이 처리 폐기물의 처리량 1Mg에 대해 1000 내지 1600 Nm³ 로 조절되는 조건으로, 유도된 합성 가스의 수소 농도, 유도된 합성 가스의 체적 유량 또는 이둘 모두가 조절됨을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   유도된 합성 가스내 수소 농도가 35 체적 % 로 조절됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   고온 단계에 유도된 합성 가스내의 수소 농도에 따라 추가로 산소가 도입됨을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   고온 단계에 산소 랜스에 의해 산소가 추가로 도입됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

   산소가 펄스 방식으로 도입됨을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   고온 단계에 체적 유량에 따라 연료가 추가로 도입됨을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1항에 있어서,

   적어도 저온 단계가 산소가 배제되고, 반응 용기의 벽과 포지티브-결합 및 강제-결합(force-fit) 접촉되고 가압이 유지된 상태에서 통과됨을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   저온 단계가 100 ℃ 내지 600 ℃의 온도 범위에서 통과됨을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1항에 있어서,

   고온 단계가 산소가 추가된 상태로 통과됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1항에 있어서,

    벌크 내의 탄소 성분이 계량된 산소의 첨가에 의해 기화되어 이산화탄소 및 일산화탄소를 형성하며, 이산화탄소가 석탄 벌크를 통과함에 따라 일산화탄소로 환원되고, 수소 및 일산화탄소가 탄소 및 상당히 가열된 수증기로부터 생성됨을 특징으로 하는 방법.
11. 제 1항에 있어서,

    고온 단계가 1000℃ 초과의 온도에서 통과됨을 특징으로 하는 방법.
12. 제 1항에 있어서,

    유도된 합성 가스에, 고온 반응기로부터 배출된 직후, 온도가 100℃ 미만으로 냉각되고 공정 내의 먼지가 없어질 때까지 물을 급격히 가함을 특징으로 하는 방법.
13. 제 1항에 있어서,

    유도된 합성 가스의 수소 농도, 체적 유량 또는 이둘 모두가 급냉각 후에 측정되며, 유도된 합성 가스의 수소 농도, 체적 유량 또는 이둘 모두가 이에 상응하게 조절됨을 특징으로 하는 방법.
14. 온갖 종류의 폐기물을 준비하여 이송하고 후처리하는 장치로서, 산소가 배제된 하나 이상의 저온 단계와 1000℃ 초과의 온도에서 산소가 공급되는 하나 이상의 고온 단계를 포함하는 다수의 열 처리 단계를 구비하고, 고온 단계에서 생성된 합성 가스 혼합물용 배출구를 구비하며, 처리 단계들의 모든 반응 챔버들은 잇따라 단단히 상호 연결되며, 산소 공급 장치 및 연료 공급 장치들이 고온 단계에 구비되는 장치에 있어서,

    합성 가스 혼합물의 수소 함량, 체적 유량 또는 이둘 모두를 측정하기 위한 센서가 배치되며, 이러한 센서가 합성 가스 혼합물용 배출구에 공급되는 연료, 산소 또는 이둘 모두의 양을 제어하는 장치에 연결됨을 특징으로 하는 장치.
15. 제 14항에 있어서,

    고온 단계의 가스 배출 측이 합성 가스 혼합물의 고온 유동부 내로 냉각수를 분사하는 장치를 구비한 가스-급냉 시스템에 연결됨을 특징으로 하는 장치.
16. 제 14항에 있어서,

    합성 가스 혼합물용 배출구가 조절가능한 스로틀 밸브와 같은 스로틀 장치를 구비함을 특징으로 하는 장치.
17. 제 14항에 있어서,

    합성 가스 혼합물용 배출구 전방 또는 후방에 가스 정제 장치가 위치함을 특징으로 하는 장치.
18. 제 14항에 있어서,

    합성 가스 혼합물용 배출구 후방에 가스 모터/발전기 조합, 가스 터빈, 증기 발생기를 포함하는 가스를 이용하는 장치가 배치됨을 특징으로 하는 장치.
19. 제 14항에 있어서,

    저온 단계용 반응 챔버가 사각 단면의 노(爐)이며, 노가 수평 배치되고 외부에서 가열되며, 노의 높이 대 노의 폭의 비가 2 초과이며, 노의 길이(L_노)는 L_노 ≥15 √F_노 (여기에서, F_노는 노의 단면적임)의 관계가 성립됨을 특징으로 하는 장치.
20. 제 14항에 있어서,

    고온 단계용 반응 챔버가 수직 샤프트 노로서 구성되며, 수직 샤프트 노의 기부(base) 상에 저온 단계용 반응 챔버가 잇따라 연결됨을 특징으로 하는 장치.
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