고온 열플라즈마 공정을 이용한 폐기물 처리 8조 박 병 훈 조 현 진.

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1 고온 열플라즈마 공정을 이용한 폐기물 처리 8조 박 병 훈 조 현 진

2 목 차 PLASMA 1. 플라즈마기술의 도입 2. 플라즈마기술 3. 플라즈마 처리개념도 4. 플라즈마의 기술적 특징
목 차 PLASMA 1. 플라즈마기술의 도입 2. 플라즈마기술 3. 플라즈마 처리개념도 4. 플라즈마의 기술적 특징 5. 플라즈마와 소각과의 차이점 고온 열 플라즈마 1. 플라즈마란 2. 고온 플라즈마 형성기체 3. 고온 플라즈마 발생장치 4. 아크 플라즈마 방생장치 전기 아크 플라즈마 공저을 이용한 병원성 폐기물 처리 1. 병원성 폐기물 2. 실험 장치 및 실험 재료 3. 병원 폐기물 열적 처리 실험 4. 병원균의 파괴효율 5. 유해화학물질 파괴효율 6. 병원폐기물 처리시의 2차오염 평가

3 PLASMA

4 1. 고온 플라즈마 기술 도입 배경 특정산업폐기물의 환경오염이 사회적 문제로 대두 다이옥신 등 소각시 배가스에 의한
대기오염 문제 심각 폐기물처리 후 2차오염 심각

5 2. 고온 플라즈마 기술의 목적 특정 폐기물 처리에 대한 응용 및 활용 2차 환경오염 문제 해결
난분해성 유독성 화학 폐기물 열분해 → 에너지 및 자원화 가능 중금속 함유 폐기물 : 유가 금속으로 회수, 유리질 고용화 방사성 폐기물 유리질 고용화 처리 → 부피 및 무게 감소

6 3. 플라즈마 처리개념도 폐기물 → 반응기 (2000℃∼7000℃) → 배출가스처리 → 연료가스 → 냉각 → 유리고형화

7 4. 고온 플라즈마 기술적 특징 열분해 보통 2000℃∼7000℃(최대 20000℃)에서 완전분해 열원 : 아크플라즈마 반응
열원 : 아크플라즈마 반응 생성가스 : 연료 가스화 가스 발생량 ① 완전분해 ② 소각시보다 극히 소량, 유해성 또한 적다. (발생가스가 소량 → 처리시설의 규모, 유지비 절감) 매립지안정화 및 저준위 방사성 폐기물 처리

8 5. 플라즈마와 소각의 차이점 소각 플라즈마 기술적 ·유독물, 불연물등의 처리 한계 ·후속섬비 대형화 및 복잡 ·연소시간 느림
5. 플라즈마와 소각의 차이점 소각 플라즈마 기술적 ·유독물, 불연물등의 처리 한계 ·후속섬비 대형화 및 복잡 ·연소시간 느림 ·온도상승한계 ·지하건설 불가 ·요량증설 어려움 ·모든 페기물에 적용가능 ·후속설비 최소 ·순간적 열분해 ·초고온 도달 ·지하건설 가능 ·기존 매립장의 안정화에 적용 ·2000∼7000℃온도조절가능 ·지정, 방사성, 병원성 페기물 에도 적용가능 2차오염 ·다량의 배가스 ·다이옥신 등 유독성분 배 출위험 ·ASH에 중금속물질 함유 위험 ·소각시 악취누출 위험 ·배가스 발생 극소 ·악취누출 차단 ·완전열분해에 의한 무공해 ·SLAG형성 ·배기가스량 소각시의 5%이하 재활용 ·소각열에 의한 제한된 열 에너지 생산 ·ASH의 재활용 어려움 ·SLAG를 골재로 애용가능 ·발생전력 자체이용 및 판매 ·매립장안정화를 통해 연료가스 및 골재생산

9 고온 열 플라즈마

10 1. 플라즈마란.. 전기적으로 중성이나 양성과 음성으로 하전된 입자에 의해 전도도를 띈다.
전자장을 이용하여 플라즈마의 제어가 가능. 플라즈마의 생성 - ① 기체 ,고체(극도의 고온, 고압 하) 가능 ② 대상물질의 이온화 에너지보다 큰 에너지를 외부에서 흡수하게 될 때 ☞ 플라즈마는 다양한 에너지원으로 발생

11 2. 고온 열플라즈마 형성가스 플라즈마 발생장치의 전압-전류 특성에 커다란 영향을 미친다
플라즈마 가스의 열용량 및 열전도도가 플라즈마 공정 및 발생장치의 설계에서 더 중요한 인자이기도 하다. 처리대상물 혹은 처리목적에 따라 플라즈마 형성가스를 선택 ☞ 반응기내의 가스 분위기를 불활성, 산화성, 환원성 조절

12 - 분자상 기체에 비해 열용량은 낮으나 높은 온도의 플라즈마를 발생 분자상 기체
불활성기체 - 분자상 기체에 비해 열용량은 낮으나 높은 온도의 플라즈마를 발생 분자상 기체 높은 열용량으로 인해 플라즈마를 발생하기 위해 많은 에너지가 필요. 과열현상으로 인해 전극의 침식 촉진

13 3. 고온 열플라즈마 발생장치 처리대상물의 응용 및 환원 등에 사용할 수 있는 다량의 열에너지로 전환시키는 장치
가스 이온화를 위한 충분한 에너지가 공급 → 고온 열플라즈마 발생 (1) 아크(arc) 플라즈마 발생장치(직류 플라즈마) 두 개의 전극에서 발생하는 전기 아크로서 발생 가스를 고온의 아크 사이에 통과 → 가스의 플라즈마로서의 전이 가능. 고주파플라즈마 장치에 비해 큰 용량의 장치 제작 → 널리 이용

14 ⑵ 외부 용량 플라즈마 (capacitive plasma) 강한 전기장을 통해 플라즈마 생성 가능
방전관 외부에 설치된 환형전극을 이용 ⑶ 유도 플라즈마 (inductive plasma) 원주형태의 유도코일에 의해 유기되는 고주파 전자장을 이용

15 4. 아크 플라즈마 발생장치 ⑴ 아크 방전 두 개의 전극간에 교류(직류)를 통하게 하여 열음극에서 발생하는 열전자에 의해 일어남 전압-전류의 특성은 낮은 전압(>100V )그리고 높은 전류 (100∼1,000V)를 보인다.

16 ⑵ 비이송식 플라즈마 발생장치 양전극과 음전극이 토치 내에 설치되어 가스를 플라즈마화 반응은 전극 사이에 일어남. 액상의 화학 유기폐기물 분해. ⑶ 이송식 플라즈마 발생장치 전도성을 가진 처리대상물을 양전극으로 대치 별도의 양전극을 반응로 하부에 설치 열전달이 직접 처리대상물에 전달됨 → 효율이 높다 응용 및 정련공정 ☞ 토치의 특성에 따라 그 전압 - 전류 특성이 변함

17 전기아크 플라즈마 공정을 이용한 폐기물 처리

18 1. 병원성 폐기물 다양한 염소계 유기화합물 함유 → 인체 및 환경에 치명적 악영향 다이옥신/퓨란 류의 발암성 물질 :
도시폐기물보다 수십배 정도 많이 배출 ☞ 플라즈마 공정을 이용하여 유기물질의 생성 방지 유해중금속의 침출이 없는 유리 슬래그 생성

19 2. 실험 장치 및 실험 재료 플라즈마 발생장치 - 전기 에너지를 열에너지로 전환 토치 시스템 : 비이송식 방식 반응기
실험 재료 - 한 병원의 폐기물

20 3. 병원 폐기물 열적 처리 실험 병원 폐기물 - 수분 함량이 20%,
저위 발열량을 4972 kcal/kg으로 소각시 보조 연료 불필요 연소 온도 240 ℃에서 시작 → 400 ℃에서 종료

21 그림1.

22 4. 병원균의 파괴효율 실험 ① 지시 미생물의 포자 주입 ② 시간별로 배기 가스를 인산염 완츙액에 흡수
③ 완충액 적당량에 배양

23 그림 2.

24 미생물 투입후 5분간 미생물의 파괴 효율이 99.995% 였지만
7분정도가 되었을 때는 거의 100%의 파괴효율을 보임 ☞ 플라즈마 공정에서 체류시간 증가 가스의 분출에 의한 영향 최소화 (←초기의 파괴효율 감소 막기 위해)

25 5. 유해화학물질 파괴효율 실험 ① 플라즈마 반응기의 온도 1100℃ ② 10g의 클로로벤젠을 투입
③ 산소조건과 무산소 조건에서 실험

26 그림 3.

27 ① 무산소 조건 - 25분 후 클로로벤젠이 배출 파괴효율 99.59% ② 산소 조건 - 15분 후 클로로벤젠이 배출 파괴효율이 99.99% ☞ 플라즈마 처리 공정은 산소조건이어야 한다.

28 6. 병원폐기물 처리시의 2차오염 평가 실험 ① 반응기의 온도 1100℃ ② 5g의 폐기물 투입
6. 병원폐기물 처리시의 2차오염 평가 실험 ① 반응기의 온도 1100℃ ② 5g의 폐기물 투입 ③ 산소당량을 0.8, 1, 2로 해서 실험

29 그림 4 .CO

30 그림 5. NOX

31 그림 6. SO2

32 그림 7. HCl

33 플라즈마 시스템에서는 적절한 2차 연소실과 NOx 제어 설비, HCl 제어설비 등이 필요

34 결 론

35 1. 플라즈마의 경제적 효과 폐기물 톤당 약 160kg의 골재생산 보조 연료 불필요 배가스 소량 발생 : 시설비,유지비 절감
배가스 소량 발생 : 시설비,유지비 절감 톤당 건설비 약 8천 만원(발전시설 포함 자원 및 에너지 재활용 국토의 효율적 이용 폐기물 톤당 약 900kwh 전력 발생

36 2. 플라즈마의 환경적 효과 고온 열분해 : 유해가스 배출 방지 토양오염방지 기준 매입장 안정화 : 오염 방지

37 3. 활용,확대 방안 산업폐기물,유독물, 방사성 폐기물의 적정처리 고각재 및 분진 처리 고로 및 전기로의 부산물에서 자원회수
석탄에서 GAS 추출 페촉매로부터 자원 회수 모든 종류의 폐기물 적정처리