KR102753111B1 - 열분해유 가스화 시스템 - Google Patents

열분해유 가스화 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102753111B1
KR102753111B1 KR1020210127107A KR20210127107A KR102753111B1 KR 102753111 B1 KR102753111 B1 KR 102753111B1 KR 1020210127107 A KR1020210127107 A KR 1020210127107A KR 20210127107 A KR20210127107 A KR 20210127107A KR 102753111 B1 KR102753111 B1 KR 102753111B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pyrolysis
gasification
waste
facility
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020210127107A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230045664A (ko
Inventor
정헌
이호태
라호원
서명원
윤성민
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020210127107A priority Critical patent/KR102753111B1/ko
Publication of KR20230045664A publication Critical patent/KR20230045664A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102753111B1 publication Critical patent/KR102753111B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air
    • C01B3/34Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air
    • C01B3/34Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/36Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen; using mixtures containing oxygen as gasifying agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/10Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal from rubber or rubber waste
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G3/00Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
    • C10G3/40Thermal non-catalytic treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0211Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step
    • C01B2203/0216Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step containing a non-catalytic steam reforming step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465Composition of the impurity
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06Integration with other chemical processes
    • C01B2203/062Hydrocarbon production, e.g. Fischer-Tropsch process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205Composition of the feed
    • C01B2203/1211Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235Hydrocarbons
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/84Energy production
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10Feedstock materials
    • C10G2300/1003Waste materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10Feedstock materials
    • C10G2300/1011Biomass
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

본 발명은 열분해유 가스화 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 열분해 설비에서 폐플라스틱 내지 바이오매스 등의 폐기물 열분해 처리시 발생하는 열분해유를 수집하고 이를 가스화 설비를 통해 가스화하여 고부가가치 물질로 전환하는 친환경적이고 경제적인 에너지 시스템에 관한 것이다.

Description

열분해유 가스화 시스템{Pyrolysis oil gasification system}
본 발명은 열분해유 가스화 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 열분해 설비에서 폐플라스틱 내지 바이오매스 등의 폐기물 열분해 처리시 발생하는 열분해유를 수집하고 이를 가스화 설비를 통해 가스화하여 고부가가치 물질로 전환하는 친환경적이고 경제적인 에너지 시스템에 관한 것이다.
최근 들어 사회가 급격한 산업화와 도시화 양상을 보임에 따라 폐기물, 특히 폐플라스틱 폐기물의 발생량이 크게 늘어 폐플라스틱 처리 대란이 발생하고 있다. 이에 따라 폐기물 처리시 발생하는 각종 오염물질로 인한 대기, 수질, 토양 등의 환경오염에 많은 우려를 나타내고 있는데, 특히 폐기물의 소각 시 발생하는 대기오염 공해배출가스 예컨대, 다이옥신 등을 억제하기 위한 많은 노력이 뒤따르고 있다.
하나의 대안으로서, 폐플라스틱 폐기물을 열분해하여 에너지를 재생산하는 기술이 사용되고 있으며, 이를 위해 국내외 폐기물 열분해 설비가 널리 설치되고 있다. 폐플라스틱을 포함하는 폐기물을 열분해하거나 열분해 가스화를 하게 되면 비점이 높은 열분해유와, 저분자의 탄화수소, 수소, 및 일산화탄소가 배출되며, 이와 함께 이산화탄소, 수분, H2S, HCl 등의 오염물질이 발생한다.
이 중 열분해유는 열분해 설비를 이용하여 얻은 기름으로서 열분해하는 원료에 따라 그 성분이 일정치 않고 냄새가 심하여 일반 연료로 사용하기에는 어려움이 있다. 그에 따라 일부 목욕탕이나 대형 세탁공장 등의 보일러 연료로 사용되기도 하는데, 열분해시 황(sulphur), 염소(chrolide) 등의 대기 오염을 유발하는 물질이 섞여 있어 대도시에서는 사용을 금지하는 등 그 사용에 제약이 있다.
국내에 폐플라스틱 열분해 업체는 여럿이 있으나 대부분 영세하고 소규모로 가동되고 있으며, 폐비닐만 처리하는 일부 업체를 제외하고는 열분해 설비 대부분이 회분식으로 가동되고 있다. 또한, 일부의 열분해 업체는 열분해유에서 납사(naphtha)를 분리하여 회수하려 시도하고 있으나 회수율이 일정치 않으며, 납사의 품질도 균일하지 않아 이 또한 해결해야 할 많은 문제가 있어 열분해유의 처리가 곤란한 실정이다.
한국 공개특허공보 제2019-0086063호(2019.07.22.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 보다 구체적으로 열분해 설비에서 폐플라스틱 내지 바이오매스 등의 폐기물 열분해 처리시 발생하는 열분해유를 수집하고 이를 가스화 설비를 통해 가스화하여 고부가가치 물질로 전환함으로써, 친환경적이고 경제적인 에너지 시스템을 제공하기 위한 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 예에 따른 열분해유 가스화 시스템은, 폐기물을 열분해하는 열분해 설비; 및 상기 열분해 설비에서 생산되는 열분해유를 수집하고, 상기 열분해유를 포함하는 액체 탄화수소 폐기물을 가스화하는 가스화 설비;를 포함하고, 상기 가스화 설비는, 상기 열분해 설비로부터 수집된 상기 열분해유를 이용하여 상기 액체 탄화수소 폐기물을 생성하는 연료 생성부와, 상기 연료 생성부로부터 상기 액체 탄화수소 폐기물을 전달받아 가스화하는 가스화부를 포함하며, 상기 가스화부는 챔버 내에 상기 액체 탄화수소 폐기물과 산소를 공급하여, 상기 액체 탄화수소 폐기물을 산소를 이용해 가스화하여 합성가스를 생성하는 열분해유 가스화 시스템에 있어서, 상기 가스화 설비는, 폐기물을 열분해 처리할 시 생성되는 열분해유를 상기 가스화부의 열분해 연료로 적용하기 위해 상기 열분해 설비로부터 고형 잔재물(char)을 더 획득하고, 상기 연료 생성부는, 상기 고형 잔재물을 상기 열분해유와 혼합하여 상기 액체 탄화수소 폐기물을 생성하며, 상기 고형 잔재물을 미분쇄하고, 이를 상기 열분해유에 혼합하여 액체 탄화수소 슬러리를 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 열분해유는 폐플라스틱 열분해유, 바이오매스 열분해유, 및 폐유 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 가스화 설비는 상기 액체 탄화 수소 슬러리를 가스화할 수 있다.
상기 산소는 농축산소이고, 상기 농축산소의 산소 농도는 50% 이상일 수 있다.
상기 가스화부는 상기 챔버 내에 스팀을 더 공급할 수 있다.
상기 가스화 설비는 상기 가스화부에서 생성된 상기 합성가스를 정제하는 정제부와, 상기 정제부에서 정제된 합성가스를 이용하여 기름, 수소, 및 전기 중 어느 하나 이상을 생산하는 에너지 생산부를 더 포함할 수 있다.
상기 가스화 설비는 연속식일 수 있다.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
본 발명에 의하면, 열분해 설비에서 폐플라스틱 내지 바이오매스 등의 폐기물 열분해 처리시 발생하는 열분해유를 수집하고 이를 가스화 설비를 통해 가스화하여 고부가가치 물질로 전환함으로써, 친환경적이고 경제적인 에너지 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 종래 개별적으로 설치된 설비들을 활용하여 본 시스템을 구축할 수 있다는 점에서 유리하며, 폐기물 열분해시 발생하는 고형 잔재물까지의 처리도 가능하여 최종 잔류물을 최소화하고 안정화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 가스화 설비를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 가스화부를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4, 5는 본 발명의 일 예에 따른 시스템의 운전 개요를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열분해유의 비점분포와 탄소수 분포를 분석한 결과 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 예에 따른 열분해유 가스화 시스템의 제어 인터페이스를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 일 예에 따른 열분해유 가스화 시스템은, 폐기물을 열분해하는 열분해 설비; 및 상기 열분해 설비에서 생산되는 열분해유를 수집하고, 상기 열분해유를 포함하는 액체 탄화수소 폐기물을 가스화하는 가스화 설비;를 포함하고, 상기 가스화 설비는, 상기 열분해 설비로부터 수집된 상기 열분해유를 이용하여 상기 액체 탄화수소 폐기물을 생성하는 연료 생성부와, 상기 연료 생성부로부터 상기 액체 탄화수소 폐기물을 전달받아 가스화하는 가스화부를 포함하며, 상기 가스화부는 챔버 내에 상기 액체 탄화수소 폐기물과 산소를 공급하여, 상기 액체 탄화수소 폐기물을 산소를 이용해 가스화하여 합성가스를 생성하는 열분해유 가스화 시스템에 있어서, 상기 가스화 설비는, 폐기물을 열분해 처리할 시 생성되는 열분해유를 상기 가스화부의 열분해 연료로 적용하기 위해 상기 열분해 설비로부터 고형 잔재물(char)을 더 획득하고, 상기 연료 생성부는, 상기 고형 잔재물을 상기 열분해유와 혼합하여 상기 액체 탄화수소 폐기물을 생성하며, 상기 고형 잔재물을 미분쇄하고, 이를 상기 열분해유에 혼합하여 액체 탄화수소 슬러리를 제조하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 시스템을 개략적으로 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 본 발명인 열분해유 가스화 시스템(1)은 크게 열분해 설비(100)와 가스화 설비(200)를 포함할 수 있다.
열분해 설비(100)는 폐기물을 열분해하는 설비로서, 폐기물을 열분해하여 열분해유(P)를 생성할 수 있다. 열분해 설비(100)는 가스화 설비(200)와 공간적으로 분리될 수 있으며, 하나의 가스화(200) 설비 대비 다수의 열분해 설비(100, A~F)가 구비될 수 있다.
열분해 설비(100)는 폐플라스틱, 폐비닐, 폐유, 폐 고무, 폐 섬유, 또는 바이오매스 등의 폐기물을 챔버(미도시) 내에 투입하고 외부공기를 차단한 상태에서 고온으로 폐기물을 열분해하며, 그 과정에서 열분해유가 발생할 수 있다.
가스화 설비(200)는 이와 같이 열분해 설비(100)에서 발생한 열분해유를 수집하고, 열분해유를 포함하는 액체 탄화수소 폐기물을 가스화하는 설비로서, 일반적으로 가스화기 내지 가스화장치로 불리기도 한다. 가스화 설비(200)는 열분해유를 포함하는 액체 탄화수소 폐기물(또는 후술하는 바와 같이 열분해유와 고형 잔재물(char)의 혼합 슬러리)을 가스화하여 고부가가치 물질인 기름, 수소, 전기 등을 생산할 수 있다. 기름은 예를 들어 케미컬, 나프타, 휘발유, 경유, 항공유, 선박유, 윤활유 등에 해당할 수 있다.
즉, 본 시스템(1)은 가스화기의 열분해 연료로서 열분해유를 적용하고 있는 것으로, 열분해유는 상술한 열분해 설비의 폐기물인 폐플라스틱, 바이오매스를 열분해하여 생산되는 폐플라스틱 열분해유, 바이오매스 열분해유일 수 있으며, 나아가 폐윤활유 등의 폐유를 더 포함할 수 있다. 그리고, 열분해하고 잔류하는 고형 잔재물(숯, 회분 등)을 분쇄하여 액체 탄화수소 폐기물에 혼합하여 제조되는 슬러리를 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 시스템은 종래 폐플라스틱이나 바이오매스 등의 폐기물을 열분해 처리할 시 생성되는 열분해유를 가스화기에 적용하여 고부가가치의 물질로 전환하는 것으로, 종래 처리가 곤란한 열분해유를 이용한다는 점에서 경제적이고 친환경적이며, 나아가 종래 개별적으로 설치된 설비들을 활용하여 본 시스템을 구축할 수 있다는 점에서 매우 유리한 이점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 가스화 설비를 개략적으로 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 가스화 설비(200)는 크게 연료 생성부(210), 가스화부(220), 정제부(230), 및 에너지 생산부(240)를 포함할 수 있다.
연료 생성부(210)는 열분해 설비(100)로부터 수집된 열분해유를 이용하여 가스화 연료가 되는 액체 탄화수소 폐기물을 생성하는 것으로, 연료의 생성, 보관 및 저장 기능을 수행할 수 있으며, 이를 위해 저장조(미도시) 등을 포함할 수 있다.
가스화부(220)는 연료 생성부(210)로부터 액체 탄화수소 폐기물을 전달받아 이를 가스화하여 합성가스를 생성하는 것으로, 가스화를 위해 용융로에 해당하는 챔버(20)를 포함할 수 있다. 챔버(20)는 내부에 액체 탄화수소 폐기물을 수용하고, 산소와 열을 공급받아, 내부의 액체 탄화수소 폐기물을 가스화시키는 공간을 제공할 수 있다.
정제부(230)는 가스화부(220)에서 생성된 합성가스를 정제하는 것으로, 타르와 분진 제거를 위한 사이클론(Cyclone), 스크러버(Venturi Scrubber)와, 염소를 제거하기 위한 중화 세정탑과, 황을 제거하기 위한 철 킬레이트 세정탑 또는 산화철 충진탑과, 수분을 제거하기 위한 활성탄 및 실리카겔 중친탑과, 전기집진장치 등이 포함될 수 있으며, 이들의 순서는 현장의 상황에 따라 적절히 변경될 수 있다. 나아가 위의 구성들을 거쳐 정제된 가스를 압축하기 위한 압축기(compressor)와, 압축된 가스를 보관하기 위한 버퍼 탱크(buffer tank) 등을 더 포함할 수 있다.
에너지 생산부(240)는 정제부(230)에서 정제된 합성가스를 이용하여 기름, 수소, 및 전기 중 어느 하나 이상을 생산하는 것으로, 보다 구체적으로 합성가스를 탈황시킨 후 액화하여 합성 나프타를 생성하여 기름을 생성하거나 엔진발전을 통해 전기를 생성할 수 있고, 또는 H2 PSA 공법을 이용하여 수소를 생성하거나 엔진발전을 통해 전기를 생성할 수 있다. 이를 위해 에너지 생산부는 FT 반응기, 가스엔진, 가스 엔진발전기, Reformer 또는 WSG 반응기, 연료전지 등을 포함할 수 있다. 한편, 정제부와 에너지 생산부의 상술한 구체적인 구성요소들을 따로 도시하지는 않는다.
이때, 가스화 설비(200), 보다 구체적으로 연료 생성부(210)는 열분해 설비(100)로부터 열분해유 이외에 고형 잔재물을 더 획득할 수 있으며, 고형 잔재물을 미분쇄하고, 이를 열분해유에 혼합하여 슬러리 상태로 만들 수 있다. 즉, 본 시스템(1)은 열분해 설비(100)에서 폐플라스틱 내지 바이오매스 등의 열분해시 발생되는 고형 잔재물(α)을 열분해유와 함께 중앙의 가스화 설비(200)에서 수집하고, 이를 열분해유와 믹싱하여 연료 슬러리를 제조한뒤, 연료 슬러리를 가스화하여 기름 등을 생성할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 의하면 열분해 설비에서 폐기물 열분해시 발생하는 고형 잔재물까지도 가스화를 통해 고부가가치 물질로 전환하게 됨으로써, 더욱 경제적이고 친환경적일 뿐만 아니라, 잔류물을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 가스화부를 개략적으로 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 가스화부(210)는 버너(10)와 챔버(20)를 포함할 수 있으며, 버너(10)는 연료 공급부(11), 산소 공급부(12), 그리고 스팀 공급부(13)를 포함할 수 있다.
가스화부(210)는 챔버(20) 내에 연료 공급부(11)를 통해 액체 탄화수소 폐기물을 공급하고, 산소 공급부(12)를 통해 산소를 공급할 수 있으며, 외부 공기를 차단한 이후 열을 가하여 챔버(20) 내의 액체 탄화수소 폐기물을 가스화시킬 수 있다.
이때 산소는 농축산소이고, 농축산소의 산소 농도는 50% 이상일 수 있다. 일반 공기의 경우, 연료를 가스화시킬시 생산되는 가스의 50% 이상이 질소 또는 이산화탄소로 이루어지게 되어 발열량이 상대적으로 낮으며, 이에 따라 고부가가치의 기름, 전기, 수소 등을 생산하는데 적합하지 않다. 이를 해결하기 위해, 본 발명은 산소 공급부(12)를 통해 챔버 내에 농축산소를 공급할 수 있으며, 농축산소는 PSA법을 통해 생성되어 산소 공급부(12)에 제공될 수 있다. PSA 법은 공기중에서 질소를 선택적으로 흡착하는 흡착제가 충전돼 있는 흡착탑에 공기를 통과시킴으로써 질소는 흡착되고 산소는 농축되어 추출되는 원리로 다단계의 과정을 거치는 방법을 의미한다. 이와 같이 생성되어 챔버에 공급되는 농축산소는 공기 중 산소의 농도가 50% 이상이거나, 바람직하게는 70% 이상이거나, 더 바람직하게는 90% 이상일 수 있다.
나아가, 가스화부(220)는 챔버(20) 내에 스팀 공급부(13)를 통해 스팀(수증기)을 더 공급할 수 있다. 본 발명의 연료인 액체 탄화수소 폐기물은 오일에 해당하므로 발열량이 높아 가스화 과정에서 온도 조절이 어렵고, 미연소 탄소의 발생이 높아지는 문제가 있다. 본 발명은 가스화부(220)에서 챔버(20) 내에 연료와 스팀을 각각 분사시킴으로써 해당 문제를 해결할 수 있다. 이와 달리, 연료 자체, 즉 액체 탄화수소 폐기물에 물을 혼합하고 계면활성제 등을 이용하여 둘을 혼합하여 제조한 연료를 가스화할 수도 있다. 그러나 혼합물의 장기관 보관시 둘이 층분리되는 등의 곤란점이 있으므로, 본 발명과 같이 챔버 내에 산소와 함께 스팀을 분사하는 것이 가스화 반응기의 온도를 제어하고 미연소 탄소분의 발생을 줄일 수 있어 보다 바람직할 수 있다.
한편, 본 시스템(1)은 상술한 바와 같이, 열분해 설비(100)로부터 열분해유를 획득하고, 열분해유를 포함하는 액체 탄화수소 폐기물을 열분해 연료로 제조 및 보관이 가능하며, 이와 같이 제조 및 보관된 연료를 가스화 설비(200)의 가스화기(즉, 가스화부(220))에 지속적으로 제공할 수 있다. 이에 따라, 본 시스템의 가스화 설비는 연속식으로 가동될 수 있으며, 그로 인해 합성가스의 획득량과 품질 등을 일정 수준 이상으로 유지확보할 수 있다.
도 4, 5는 본 발명의 일 예에 따른 시스템의 운전 개요를 나타낸 것으로, 열분해유 가스화 시스템(1)의 운전 개요는 다음과 같다.
1) 열분해설비 ⇒ 가스화부 ⇒ 정제부(Cyclone, Scrubber, 산성가스 중화세정탑, 탈황 세정탑 등) ⇒ 가스냉각 세정탑 ⇒ 고정층 흡수탑 ⇒ 에너지 생산부(FT 반응기) ⇒ "기름" 생산
2) 열분해설비 ⇒ 가스화부 ⇒ 정제부(Cyclone, Scrubber, 산성가스 중화세정탑, 탈황 세정탑 등) ⇒ 가스냉각 세정탑 ⇒ 고정층 흡수탑 ⇒ 에너지 생산부(가스엔진) ⇒ "전기" 생산
3) 열분해설비 ⇒ 가스화부 ⇒ 정제부(Cyclone, Scrubber, 산성가스 중화세정탑, 탈황 세정탑 등) ⇒ 가스냉각 세정탑 ⇒ 고정층 흡수탑 ⇒ 에너지 생산부(FT 반응기 ⇒ 가스 엔진발전기) ⇒ "전기 및 기름" 생산
4) 열분해설비 ⇒ 가스화부 ⇒ 정제부(Cyclone, Scrubber, 산성가스 중화세정탑, 탈황 세정탑 등) ⇒ 가스냉각 세정탑 ⇒ 고정층 흡수탑 ⇒ 에너지 생산부(WSG 반응기) ⇒ 수소 PSA ⇒ "수소" 생산
5) 열분해설비 ⇒ 가스화부 ⇒ 정제부(Cyclone, Scrubber, 산성가스 중화세정탑, 탈황 세정탑 등) ⇒ 가스냉각 세정탑 ⇒ 고정층 흡수탑 ⇒ 에너지 생산부(WSG 반응기 ⇒ 수소 PSA ⇒ 가스 엔진발전기) ⇒ "수소 및 전기" 생산
여기서, 위의 1)과 같이, 에너지 생산부(240)는 FT 반응기를 포함할 수 있고, 정제부(230)를 통해 정제된 합성가스를 이용하여 FT 반응기를 통해 기름을 생산할 수 있다. FT(Fischer-Tropsch) 반응기를 통해 유효 합성가스를 철 또는 코발트 촉매에 반응시켜 액체 탄화수소를 만들 수 있고, 이를 통해 기름을 생산할 수 있다.
또한, 위의 2), 3)과 같이, 에너지 생산부(240)는 엔진발전기를 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 가스 엔진을 통해 생성된 유효 합성가스를 이용하여 전기를 생산할 수 있으며, 중간에 FT 반응기를 거쳐 FT 반응기를 통해 기름을 생산하고, 미 반응 가스들을 이용하여 전기를 생산할 수 있다.
또한, 위의 4)와 같이, 에너지 생산부(240)는 WGS 반응기를 포함할 수 있고, 생성된 합성가스 중 CO를 수소로 전환하는 수성가스 반응공정(WGS, Water Gas Shift Reaction)과 수소 PSA를 통해 수소를 생산할 수 있다.
또한, 위의 5)와 같이, 에너지 생산부(240)는 가스 엔진발전기를 더 포함할 수 있고, 수소를 제조하고 버려지는 off-gas와 가스 엔진발전기를 이용하여 전기를 생산할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대해 살펴보기로 한다.
<실시예>
아래의 표 1은 열분해 설비인 A사에서 획득한 열분해유의 분석 결과 표로서, 표에 도시된 바와 같이 회분과 황성분은 거의 없고, 염소 성분이 0.02% 포함되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 저위발열량은 10,150 kcal/kg으로 연료유의 발열량과 비슷한 수준임을 확인할 수 있다.
[표 1] A사 열분해유 분석 결과 표
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열분해유의 비점분포와 탄소수 분포를 분석한 결과 그래프로서, 도 6의 (a), (b)는 각각 A사의 열분해유의 비점분포와 탄소수 분포를 나타낸다. 도 6의 그래프에 나타난 바와 같이 열분해유의 60% 가량이 200℃ 이하의 비점을 갖고 있으며, 대부분의 오일이 탄소수 30 이하의 분자로 구성되어 있음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 예에 따른 열분해유 가스화 시스템의 제어 인터페이스를 나타낸 도면이다.
실시예로서, 본 시스템을 통해 상기 A사의 열분해유를 이용하여 가스화를 하면, 35~45%의 수소, 40~50%의 일산화 탄소, 1~5%의 메탄, 그리고 3~7%의 이산화 탄소가 포함된 합성가스를 생산할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
1: 열분해유 가스화 시스템
100: 열분해 설비
200: 가스화 설비
210: 연료 생성부
220: 가스화부
10: 버너
11: 연료 공급부
12: 산소 공급부
13: 스팀 공급부
20: 챔버
230: 정제부
240: 에너지 생성부

Claims (12)

  1. 폐기물을 열분해하는 열분해 설비; 및
    상기 열분해 설비에서 생산되는 열분해유를 수집하고, 상기 열분해유를 포함하는 액체 탄화수소 폐기물을 가스화하는 가스화 설비;를 포함하고,
    상기 가스화 설비는, 상기 열분해 설비로부터 수집된 상기 열분해유를 이용하여 상기 액체 탄화수소 폐기물을 생성하는 연료 생성부와, 상기 연료 생성부로부터 상기 액체 탄화수소 폐기물을 전달받아 가스화하는 가스화부를 포함하며,
    상기 가스화부는 챔버 내에 상기 액체 탄화수소 폐기물과 산소를 공급하여, 상기 액체 탄화수소 폐기물을 산소를 이용해 가스화하여 합성가스를 생성하는 열분해유 가스화 시스템에 있어서,
    상기 가스화 설비는, 폐기물을 열분해 처리할 시 생성되는 열분해유를 상기 가스화부의 열분해 연료로 적용하기 위해 상기 열분해 설비로부터 고형 잔재물(char)을 더 획득하고,
    상기 연료 생성부는, 상기 고형 잔재물을 상기 열분해유와 혼합하여 상기 액체 탄화수소 폐기물을 생성하며,
    상기 고형 잔재물을 미분쇄하고, 이를 상기 열분해유에 혼합하여 액체 탄화 수소 슬러리를 제조하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열분해유는 폐플라스틱 열분해유, 바이오매스 열분해유, 및 폐유 중 어느 하나를 포함하는, 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스화 설비는 상기 액체 탄화 수소 슬러리를 가스화하는, 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 산소는 농축산소이고, 상기 농축산소의 산소 농도는 50% 이상인, 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가스화부는
    상기 챔버 내에 스팀을 더 공급하는, 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가스화 설비는
    상기 가스화부에서 생성된 상기 합성가스를 정제하는 정제부와,
    상기 정제부에서 정제된 합성가스를 이용하여 기름, 수소, 및 전기 중 어느 하나 이상을 생산하는 에너지 생산부를 더 포함하는, 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가스화 설비는 연속식인, 시스템.
KR1020210127107A 2021-09-27 2021-09-27 열분해유 가스화 시스템 Active KR102753111B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210127107A KR102753111B1 (ko) 2021-09-27 2021-09-27 열분해유 가스화 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210127107A KR102753111B1 (ko) 2021-09-27 2021-09-27 열분해유 가스화 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230045664A KR20230045664A (ko) 2023-04-05
KR102753111B1 true KR102753111B1 (ko) 2025-01-15

Family

ID=85884330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210127107A Active KR102753111B1 (ko) 2021-09-27 2021-09-27 열분해유 가스화 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102753111B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200204708Y1 (ko) * 2000-06-13 2000-12-01 김현영 산업 폐기물 재활용 장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5930701A (ja) * 1982-08-13 1984-02-18 Res Assoc Residual Oil Process<Rarop> 重質油熱分解の方法
JP3415748B2 (ja) * 1996-07-15 2003-06-09 株式会社荏原製作所 有機性廃棄物の二段ガス化方法及び装置
MX2015003337A (es) * 2012-09-18 2015-08-12 Proton Power Inc Procesamiento de compuestos de carbono-oxigeno-hidrogeno (c-o-h) para la produccion de combustible liquido o hidrogeno.
SE542564C2 (en) * 2017-10-13 2020-06-09 Cortus Ab Process and apparatus for hydrotreatment of pyrolysis oil
KR20190086063A (ko) 2018-01-11 2019-07-22 한라정공 주식회사 폐플라스틱 열분해장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200204708Y1 (ko) * 2000-06-13 2000-12-01 김현영 산업 폐기물 재활용 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230045664A (ko) 2023-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lin et al. Gasification of real MSW-derived hydrochar under various atmosphere and temperature
Hu et al. Hydrogen-rich gas production by the gasification of wet MSW (municipal solid waste) coupled with carbon dioxide capture
Oboirien et al. A review of waste tyre gasification
Seo et al. Gasification of municipal solid waste
Wang et al. Co-gasification characteristics of waste tire and pine bark mixtures in CO2 atmosphere
Demirbaş Yields of hydrogen-rich gaseous products via pyrolysis from selected biomass samples
Niu et al. Oxygen gasification of municipal solid waste in a fixed-bed gasifier
Saghir et al. Recent trends in gasification based waste-to-energy
KR102256515B1 (ko) 타르 저감용 개질기를 포함하는 바이오원유의 가스화 장치
Pradana et al. Bio-syngas derived from Indonesian oil palm empty fruit bunch (EFB) using middle-scale gasification
US20080103220A1 (en) Synthetic fuel production using coal and nuclear energy
Jenkins Thermal gasification of biomass—a primer
Hossain et al. Hydrogen production by gasification of biomass and opportunity fuels
Tian et al. Experimental study on steam co-gasification of biomass/municipal solid waste (MSW) for H2-rich gas production
Pérez et al. Syngas production by gasification processes
Wang et al. Experimental study on air/steam gasification of leather scraps using U-type catalytic gasification for producing hydrogen-enriched syngas
KR102254729B1 (ko) 가연성 폐기물을 이용한 수소와 이산화탄소 제조방법
KR102753111B1 (ko) 열분해유 가스화 시스템
Mezaal et al. Low-Carbon Hydrogen Production Technologies: a Review of Steam Methane Reforming and Methane Pyrolysis.
Su et al. Application of modified olivine to a two-stage gasification process to evaluate the effects on hydrogen generation and retention of heavy metals
Yii et al. The effect of operating temperature and equivalence ratio in an entrained flow gasification of EFB
Baranowski et al. Effect of gasifying agents and calcium oxide on gasification of low-rank coal and wastes
Kříž et al. Co-pyrolysis of coal/waste polymers mixtures
Lu et al. Thermo-chemical hydrogen production technology from biomass
Janajreh et al. Alternative treatment of petroleum waste via thermochemical conversion

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20210927

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20230327

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20230920

Patent event code: PE09021S01D

E90F Notification of reason for final refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Final Notice of Reason for Refusal

Patent event date: 20240621

Patent event code: PE09021S02D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20241219

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20250107

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20250108

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration