폐기물 전환 반응기: 열분해, 가스화 및 수열 경로

폐기물 변환 반응기: 열분해, 가스화 및 열수 경로

폐기물 변환 반응기란 무엇입니까?폐기물 변환 반응기는 저부가가치 또는 유해 폐기물, 바이오매스, 플라스틱 또는 슬러지를 에너지 또는 화학 물질로 변환하는 용기이며, 열분해, 산소가 없는 상태에서 400~700°C에서 가열하여 열분해 오일, 가스 및 숯을 생성하는 것, 700~1200°C에서 가스화하여 일반 입방미터당 10~30MJ의 합성가스를 생성합니다. 180~250°C 및 20~40bar에서 열수 탄화하여 습식 바이오매스로부터 하이드로차르를 생산합니다. 또는 바이오가스를 만들기 위해 35~38°C에서 혐기성 소화를 합니다. 지배적인 엔지니어링 과제는 공급물 이질성입니다. 도시 고형 폐기물, 바이오매스 및 슬러지는 수분, 발열량 및 오염 물질이 배치마다 다르기 때문에 반응기는 고정 공급물이 아닌 도착하는 것을 견뎌야 합니다. 재료와 내부는 핵심 화학보다는 마모성, 타르, 재 및 부식을 고려하여 선택됩니다.

1. 전환 경로와 그 반응기

각 경로는 서로 다른 폐기물에 적합하고 서로 다른 제품을 생성합니다.

• 고형 폐기물의 열분해 및 가스화:열분해는 선별된 폐기물이나 플라스틱을 산소가 없는 상태에서 400~700°C로 가열하여 이를 가연성 가스인 열분해 오일과 숯으로 분해하며, 오일 생산량은 원료에 따라 30~60중량%입니다. 가스화는 더 나아가 700~1200°C에서 공급물을 부분적으로 연소하거나 화학적으로 변환할 수 있는 표준 입방미터당 10~30MJ의 일산화탄소와 수소의 합성가스로 산화시킵니다. 반응기는 일반적으로 회전식 가마, 유동층 또는 간접적으로 가열되는 스크류이며, 주요 문제는 다운스트림 장비를 오염시키고 비활성화시키는 타르 형성과 내부를 마모시키는 재 및 탄화 마모입니다. 약 30~40% 이상의 수분과 불활성 물질이 공정의 에너지 균형을 파괴하기 때문에 사료 준비, 건조 및 분류도 반응기만큼 중요합니다.
• 습식 바이오매스의 열수 변환:하수 슬러지, 음식물 쓰레기 및 거름과 같은 습식 사료의 경우 건조는 비용이 많이 드는 단계이므로 열수 경로는 자연 수분 상태에서 재료를 처리합니다. 열수 탄화는 180~250°C, 20~40bar에서 5~30분 동안 실행되어 유기 부분을 핸들링 및 에너지 밀도가 향상된 석탄과 같은 고체인 하이드로차로 변환합니다. 반응기는 부식성, 고온 수성상 및 공급물의 모래와 섬유에 저항하는 교반형 또는 플러그 흐름 압력 용기입니다. 이 경로는 열분해로 인한 건조 패널티를 피하고 고가의 액체 제품보다는 부피 감소, 안정화 및 에너지 회수가 목표인 슬러지 및 농업 잔류물에 매우 적합합니다. 압력 경계와 부식 방지 습식 경로가 핵심 설계 항목입니다.
• 에너지 및 안정화를 위한 혐기성 소화:고농도 유기 폐기물의 경우, 35~38°C의 밀봉된 반응기에서 혐기성 소화를 통해 유기물은 15~30일 동안 COD당 0.3~0.6m3의 약 60% 메탄인 바이오가스로 전환됩니다. 원자로는 일반적으로 수천~30,000m3의 유리 용융 강철 또는 콘크리트 탱크로, 10~40W/m3로 혼합되며 폭발성 대기가 제어되는 상부 공간을 갖습니다. 이는 열적으로 가장 완만한 전환 경로이지만, 생물학적 과정이 느리고 부피가 체류 시간에 따라 설정되기 때문에 부피로는 가장 큽니다. 원자로는 가라앉고 마모되는 모래, 다양한 공급 강도, 탈수해야 하는 소화물을 처리해야 하며, 부식은 생물학이 혼란스러울 경우 미량 황화물과 산성 단계에 의해 발생합니다. 이는 도시 및 농업 폐기물을 전환하는 일꾼입니다.

2. 이종 연마 피드 엔지니어링

폐기물 전환은 원자로가 적대적이고 가변적인 공급물에 어떻게 대처하느냐에 따라 죽거나 죽습니다.

• 재료 및 내부 마모 관리:모든 폐기물 변환 반응기는 마모와 부식을 동시에 방지합니다. 열분해 및 가스화 반응로는 가마 또는 유동층 내부를 침식하는 뜨거운 숯과 재를 볼 수 있으므로 내화 라이닝, 경화 플라이트 바 및 교체 가능한 마모 플레이트가 표준이며 유동층의 층 재료는 반응성과 내마모성을 모두 고려하여 선택됩니다. 열수 및 혐기성 반응기는 수상, 미량 황화물 및 염화물로 인한 부식을 방지하므로 화학적으로 허용되는 경우 316L, 이중 또는 유리 융합 강철 라이너가 사용됩니다. 디자인 철학은 합금에 관계없이 일정에 따라 무언가가 교체되기 때문에 가마 노즈, 베드, 하단 밸브 등 마모 지점을 저렴하고 접근 가능하게 만드는 것입니다. 평균 피드에 대해 지정하면 의무가 과소평가됩니다. 디자인은 거칠고, 짜고, 젖은 상태에서도 살아남아야 합니다.
• 사료 처리, 혼합 및 처리량:순수한 시약을 공급하는 화학 반응기와 달리 폐기물 반응기는 하루에 50~1000톤의 예측할 수 없는 공급물을 받기 때문에 공급물 준비, 분류, 파쇄, 건조 및 계량 작업이 공장을 지배합니다. 반응기 자체에는 과도한 마모 없이 고체 이동을 유지하는 견고한 혼합, 고체용 나사 또는 회전 메커니즘, 슬러리용 드래프트 튜브 또는 저전단 임펠러, 헝겊, 돌 또는 녹지 않은 플라스틱에 막히지 않는 배출이 필요합니다. 처리량은 평균이 아닌 최악의 공급일과 열 균형에 따라 설정됩니다. 왜냐하면 높은 수분과 불활성 물질이 공정에서 생성되는 에너지를 소비하기 때문입니다. 안정적으로 공급하고 비울 수 없는 변환 반응기는 화학적 성질이 아무리 훌륭하더라도 문제가 됩니다.
• 제품 청소, 안전 및 배출:원자로 제품이 최종 판매 가능한 품목인 경우는 거의 없습니다. 정리가 필요합니다. 열분해 오일은 산성이고 불안정하며 물기가 많으므로 업그레이드해야 합니다. 합성가스는 엔진을 오염시키고 제거해야 하는 타르, 미립자 및 산성 가스를 운반합니다. 바이오가스는 발전기를 손상시키는 황화수소와 실록산을 운반합니다. 따라서 반응기는 가스 또는 액체 정화, 가연성 제품에 대한 안전 시스템, 소화조 상부 공간의 폭발성 대기 제어 및 모든 배출가스에 대한 완화 기능과 함께 지정됩니다. 배출 허용은 연소 시 NOx 및 다이옥신 제어부터 소화 시 악취 및 침출수 관리에 이르기까지 설계의 대부분을 결정합니다. 원자로는 폐기물 변환 공장의 핵심이지만 수용 여부는 주변의 정화 및 배출 제어에 따라 달라집니다.

폐기물 전환 경로 비교 매트릭스

자주 묻는 질문(FAQ)

Q: 폐기물 변환에서 열분해와 가스화의 차이점은 무엇입니까?

A: 둘 다 완전 연소 없이 폐기물을 열분해하지만 그 정도와 제품은 다릅니다. 열분해는 산소가 없는 상태에서 400~700°C에서 공급물을 가열하여 이를 가연성 가스인 열분해 오일과 숯으로 분해하며 오일 생산량은 30~60중량%입니다. 가스화는 제한된 양의 산소 또는 증기를 허용하고 반응을 700~1200°C로 유도하여 공급물을 주로 연소하거나 화학적으로 업그레이드할 수 있는 일반 입방미터당 10~30MJ의 합성가스, 일산화탄소 및 수소로 전환합니다. 열분해는 플라스틱 및 바이오매스의 액체 회수에 더 좋습니다. 가스화는 깨끗한 가스 연료와 쉽게 가스화되는 공급물에 더 좋습니다. 둘 다 타르와 재로 인해 어려움을 겪고 있으며 둘 다 사료 건조 및 분류가 필요합니다. 수분과 불활성 물질이 에너지 균형을 파괴하기 때문입니다.

Q: 폐기물 전환 반응기에서 사료 이질성이 가장 큰 문제인 이유는 무엇입니까?

A: 도시 고형 폐기물, 바이오매스 및 슬러지는 수분, 발열량, 입자 크기 및 오염 물질이 배치마다 다르기 때문에 반응기는 공급 가정을 중심으로 설계됩니다. 30-40% 이상의 높은 수분과 불활성 물질은 공정에서 생성되는 바로 그 에너지를 소비하고, 염소와 금속은 부식되고 오염되며, 돌이나 녹지 않은 플라스틱 블록이 배출됩니다. 고정된 속도로 순수 시약을 공급하는 화학 반응기와는 달리, 폐기물 반응기는 도착하는 것을 견뎌야 하므로 공급물 준비, 분류, 파쇄, 건조 및 계량, 마모되거나 막히지 않는 견고한 혼합, 평균보다는 모래가 많고 짠맛이 있고 습한 최악의 경우에 대해 선택한 재료에 따라 수용 여부가 달라집니다. 반응기 화학은 종종 쉬운 부분입니다. 피드에서 살아남는 것은 어려운 부분입니다.

Q: 폐기물 전환 반응기에는 어떤 재료가 사용되나요?

A: 경로와 신뢰할 수 있는 최악의 피드에 따라 다릅니다. 열분해 및 가스화 원자로는 뜨거운 숯과 재 마모가 발생하므로 내마모성을 위해 선택된 유동층 재료와 함께 내화 라이닝, 경화 플라이트 바 및 교체 가능한 마모 플레이트를 사용합니다. 열수 및 혐기성 반응기는 수상, 미량 황화물 및 염화물로 인한 부식을 방지하므로 화학적으로 허용되는 경우 316L, 이중 또는 유리 융합 강철 라이너가 사용되며 혐기성 소화조는 일반적으로 대형 유리 융합 강철 탱크입니다. 일정에 따라 교체가 예상되므로 가마 노즈, 베드, 하단 밸브 등 마모 지점을 저렴하고 접근 가능하게 만드는 디자인입니다. 합금은 폐기물 구성이 변동하기 때문에 평균이 아닌 스파이크를 위해 선택됩니다.

Q: 폐기물 변환 반응로는 순환 경제 목표를 어떻게 지원합니까?

A: 자재를 폐기에서 자원으로 가치 사슬 위로 이동함으로써 가능합니다. 폐기물, 바이오매스 또는 슬러지를 매립하거나 소각하는 대신 원자로는 에너지를 합성가스, 바이오가스 또는 열분해 오일로 회수하고 연료 또는 토양 개량제로 사용할 수 있는 숯 또는 수력탄으로 물질을 회수하며 매립해야 하는 잔류물의 양과 위험을 줄입니다. 열수 탄화 및 혐기성 소화는 습한 유기 폐기물을 추가로 안정화하고 운송 및 악취 부담을 줄입니다. 반응기는 폐기물 에너지 또는 폐기물 화학 플랜트의 기술적 중추이며 경제적, 환경적 측면은 다양한 공급물을 일관되고 판매 가능한 출력으로 안정적으로 변환하는 데 달려 있습니다. 이것이 바로 공급물 처리 및 제품 청소가 동일한 시스템의 일부로 엔지니어링되는 이유입니다.