폐기물 열분해 시설
- 감축기술 개요
- 열분해기술은 가연성 폐기물을 처리하여 오염물질 발생을 최소화시키면서 에너지를 회수하는 기술의 하나로서 열분해방법이 개발되고 있음. 열분해는 폐기물을 무산소 또는 저산소 분위기하에서 고온(500∼1000℃)으로 가열하는 조작이며, 연소는 발열반응에 의하여 이루어지나 열분해는 흡열반응에 의하여 진행됨. 열분해는 탄소쇄가 긴 고분자화합물을 산소가 없는 상태에서 환원 분해시켜, 각종 유기화합물을 저분자화 한다. 저분자 생성물은 탄소쇄의 길이 화합물의 형태에 따라 가스로 되기도 하고, 액체로 되며, 이러한 물질은 석유계화합물과 거의 같은 성상을 유지하여 연소에 필요한 연료로서 재사용이 가능함.
- 감축기술 특징
- 폐기물 열분해시설 원리
1) 분해 프로세스
▶ 폐기물을 무산소상태에서 열을 가하면, 환원성분위기에서 분해되어 기체, 액체로 분해되어 증발하고, 분해되지 않는 물질은 고체로 남게됨.
▶ 이들 생성물의 수율은 원료의 화학구조 형상 열분해온도와 속도에 의존함. 열분해 생성물은 산소를 공급하여 연소하면, 물과 이산화탄소 및 열로 되어, 재연소에 의하여 에너지를 회수할 수 있음.
2) 열분해 기본공정
▶ 소각장치와 처리공정이 비슷하나, 열분해공정은 전처리가 좀더 세심하게 되어야 하며, 발생된 기름 및 가스의 정제설비가 필요하게 됨. 전처리 과정에서 폐기물을 분쇄 분별 탈수 건조하는 설비가 되어 있어야 하며, 발생하는 유용가스와 기름을 분리 정제하는 프로세스가 설치되어야 함. 이와 함께 2차 오염을 방지하기 위하여 폐가스 폐수 잔사를 처리하기 위한 프로세스가 또한 구성됨.
- 인버터 제어형 공기압축기의 원리
■ 인버터 제어형 공기압축기는 공기압축기, 공기압축기로부터의 압축공기를 저장하는 리시버 탱크, 리시버 탱크 내의 압력을 검출하는 압력 센서 및 인버터 패키지를 포함함. 인버터 패키지는 목표압력 및 공기 압축기의 모터 최고속도를 설정하고, 압력이 기 설정된 목표압력을 추종하도록 최고속도 이내에서 모터 회전속도를 제어하되, 목표압력이 조정되는 경우 그 조정 정도에 기반하여 모터 최고속도를 가변함. 인버터 패키지의 운전 모드로는 기동모드, 부하 지연모드, 부하운전 가속모드, 부하운전 가감속 제어모드, 부하운전 감속모드 및 무부하운전 저속모드가 포함될 수 있음.
■ 이에 따라, 공기 압축기의 모터를 가변속 제어하여 동력효율을 높일 수 있고, 공기 압축기를 안정적으로 운용하며 정압 제어의 속응성을 향상시킬 수 있음. 또한, 실제적인 압력변화에 기반한 세분화된 운전모드를 통해 보다 체계적이고 효과적인 운용을 구현할 수 있음.
- 폐기물 열분해시설 종류
- 열분해장치의 내부구조는 소각로와 형식이 동일하며, 단지 산소의 공급유무와 기밀성 유지 여부에만 차이가 있음. 그 형식을 고정상 (Fixed) 유동상 (Fluidized Bed) 부유상태 (Suspension) 등의 장치로 나누어짐. 고정상 열분해 장치는 상부로부터 분쇄되었거나 또는 파쇄되지 않는 폐기물이 주입되어 건조된 후 열분해되어 slug나 재가 하부로 배출됨.
- 가스의 상승속도는 0.2~0.6 m/hr로 체류기간이 비교적 길며 유동상 열분해 장치는 고정상과 부유상태의 열분해 장치의 중간단계로 반응속도가 빠르기 때문에 폐기물의 수분함량의 변화에도 큰 문제없이 운전되는 장점을 가져왔으나 열손실이 크며 운전이 까다로운 것이 결점으로 알려지고 있음. 부유 상태의 열분해 장치는 가장 최근에 개발된 것으로 어떠한 종류의 폐기물도 열분해시키는 장점을 가지고 있으나, 투입되는 폐기물의 크기가 작아야 하며 또한 유입량이 크지 못한 단점을 가지고 있음.
1) 이동층식 열분해 방식
▶ 용광로와 같은 Shaft Kiln을 이용한 열분해 장치로서 분해열의 공급 방식에 따라 내열식과 외열식으로 분류함.
a) 고온 용융방식
- 쓰레기 중의 유기물을 고온으로 열분해 가스화를 하는 동시에 무기물을 안정한 용융 슬러그로 고형화함.
b) 외열식 이동층 방식
- 분해로 외벽을 생성가스로 가열하는 방식, 쓰레기가 투입되어 벽면의 젖은 열에 의하여 건류되어 열분해와 연소가 동시에 일어남. 여기에서 저산소 분위기를 유지하므로 연소에 의하여 열이 공급되고, 발생된 열에 의하여 열분해가 촉진됨.
2) 다단식 방식
▶ 탑형의 연소로를 단을 두어, 상부의 단을 건조단으로 하고 하부의 단을 열분해로 사용하여 폐기물을 분해하는 장치.
3) 로타리킬린 방식
▶ 원통형의 회전로를 설치하여 로의 회전과 함께 폐기물을 이송시키면서, 무산소 상태하에 열분해되는 장치
4) 유동층식 방식
a) 단탑형
- 열분해에 필요한 에너지를 공급하기 위해 부분연소와 열분해를 동시에 병용하는 방식으로서 기름화를 목적으로 하는 경우에는 온도가 500℃로 낮고, NOx 발생이 거의 없고, 로의 손상을 끼치지 않음.
b) 2탑형
- 열분해탑과 연소탑을 별개로 설치하여 이들과의 사이에 모래를 순환시켜 연소탑에서의 재의 연소와 열분해를 분리한 것이며, 가스화를 위한 열분해온도로서는 700 ∼ 800℃로서 가스를 회수함.
5) 프래시서스팬션 방식 (Oxidental process, Garret process)
▶ 열분해 유화를 목적으로 한 프로세스로서 열분해 반응용기로 스텐레스 수직관을 이용하여 이것에 미분쇄한 유기물 원료와 열분해 생성물인 회분을 함께 반응조에 통과시킨다. 관로를 통과하는 동안 열분해 회분은 사이클론으로 분리, 가스는 80℃로 급냉되어 액상의 유분(5800 kcal)으로 분리함
6) 액체연료화 열분해 기술
▶ 폐유와 폐용제 다음으로 액체연료화에 적합한 폐기물은 폐플라스틱이며 특히 산업계 폐플라스틱은 오염이 적고, 일부 폐플라스틱은 비교적 쉽게 액화할 수 있음. 플라스틱의 액화는 일반적으로 열분해를 하는데 플라스틱에 따라서는 열분해에 의한 액화보다도 가스화가 진행됨. 이 때문에 수율을 고려한 대상폐기물의 선정이 필요함. 또한 일반적으로 염화비닐과 같이 염소화합물이 포함되어 있으면, 액화설비를 부식시킬 뿐아니라 그 연료를 사용하는 연소설비도 부식시키므로 좋지 않음. 재생한 연료는 촉매를 사용하면, 시판 정유나 경유에 가까운 연료로 정제할 수 있음. 한편 타이어나 고무조각도 열분해로 액화할 수 있으며 플라스틱과 비교하면 재생연료의 품질이 중유에 가깝고, 카본플라스틱이 많아 수율이 낮음.
▶ 폐플라스틱의 연료유화에 대한 적응범위는 액화가능에서 기술적으로 문제가 없는 종류라는 것임. 보통, 문제가 있는 플라스틱에는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 염화비닐수지(PVC) 및 충진물이 많은 것을 들 수 있음. 기타 질소함유플라스틱도 문제가 되는데, 실제 회수물의 혼입율이 적은 경우는 기술적으로 대처되고 있음.
▶ 열분해유화를 목적으로 폐플라스틱을 회수할 경우, 그 품질상태는 배출원이나 회수방법에 따라 다양하다. 그러나 경제적 합리성을 추구하면, 처리물의 품질에 대응하여 가장 낮은 처리비용의 설비가 되도록 하는 기술도 다양화함.
7) 기체연료화 열분해 기술
▶ 폐기물의 가스연료화에는 메탄발효와 열분해가 있으며 메탄발효는 미생물의 작용으로 유기물을 분해하여 메탄가스를 회수하는 방법으로 옛부터 알려져 있어 소규모로 운영하고 있는 사례가 많음. 가스연료화의 또 한가지 방법은 건류열분해임. 유기물을 다량 함유하는 폐기물을 건류하면, 목재의 건류와 마찬가지로 메탄등의 저분자 가연성가스를 다량 발생함. 그러나 폐기물 종류에 따라서는 건류후 잔사에 유기물이 잔류하는 것과 발생가스에 암모니아나 수분을 함유할 수 있으므로 연료가스로서는 좋지 않은 경우도 있음. 물론 암모니아나 수분을 분리하는 것은 가능하지만, 그 때문에 설비비가 적지 않으므로 경제성을 저해함. 설비로서는 열분해가스화를 위한 가열분해, 냉각, 정제라는 몇몇 단위조작공정을 조합시킬 필요가 있음. 때문에 설비비가 높아지므로 이 설비비에 알맞은 가능한 상당히 큰 처리규모가 필요함. 이상과 같은 특성을 생각하면, 열분해가스에 적합한 폐기물은 열량이 많고, 수분이 적으며, 처리량이 많은 폐기물이 됨. 구체적으로는 폐플라스틱, 고무조각, 섬유조각, 목재조작 등이 있음.
- 도입효과
- 에너지 절감으로 비용 감소
- CO2 배출 저감.
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