KR0153205B1 - 고체연료의 조성물 및 고체연료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구항에 기재된 발명이 속하는 기술분야

육류 등의 구이용으로 사용되는 고체연료의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적과제

농산물 및 임산물의 가공시에 부산되어 공해의 요인이 되는 목분등의 연료화와 육류등의 열처리 가공시 독특한 미감을 가지는 고체연료를 제조하는데 본 발명의 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 상기의 기술적과제를 해결하기 위하여 고체연료의 조성을 연소재로서 27내지 32%(w/w)의 목분과, 38내지 43%(w/w)의 활성탄을 사용하고 8내지 12%(w/w)의 셀룰로스와, 12내지 15%(w/w)의 미분당과, 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 크실렌등의 유기용매의 단독 또는 혼합물 3내지 5%(w/w)의 탄소수 1내지 4의 단독 또는 혼합알콜 6내지 8%(w/w)로 하고 이와같이 조성된 원재료를 혼련기에서 충분히 혼련시킨후 몰드에 넣고 350내지 400Kg/cm²의 압력으로 가압성형하거나 또는 압출성형기에의한 압출 및 절단하여 고체연료를 제조함으로서 훈제효과를 같는 고체연료를 제조할 수 있다.

4. 발명의 중요한 용도

요식업계에서 사용되는 바베큐용 숯의 대용품등으로서의 용도를 갖는다.

Description

[발명의 명칭]

고체연료의 조성물 및 고체연료의 제조방법

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 육류 등의 구이용으로 사용되는 고체연료의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 좀더 상세하게는 건조시킨 야자박, 톱밥 등의 농, 임산 가공 폐기물을 주원료로서 사용하고 연소시에 유독가스 및 연기가 방출되지 않는 고체연료를 제조하는 방법에 관한 것이다.

농산물 및 임산물을 가공처리 하는 과정에서 그 잔유물로 남게되는 폐기물은 근래에 들어 산업폐기물로서 그 처리에 있어 국가적으로 심각한 상태에 이르고 있으며, 이러한 폐기물을 연료화 하여 이를 난방 및 조리용 연료로서 사용할 수 있게 하여 폐자원의 활용도를 높이는 방법에 대한 연구가 최근에 들어 크게 각광받고 있는 추세이다.

이와 관련하여 종래에는 상기한 산업폐기물중 광, 임산가공업의 대표적인 폐기물로서, 구공탄등을 성형하는 도중, 또는 성형후 이송하는 도중에 성형체간의 마찰이나 파괴로 얻어지는 탄분말을 주원료로 하여 높은 연소성을 가지며 우수한 열원으로서 사용될 수 있는 고체연료를 제조하는 방법이나 목가공 폐기물로서의 톱밥을 압착처리한 후 탄화시켜 고체연료를 제조하는 방법이 일반적으로 이용 되었으나, 이는 톱밥의 경우에 압착에 필요한 압력이 1마력이상의 고압이 필요하고, 석탄분말의 경우에는 압착후의 점착력 부족으로 인하여 일정크기로 압축성형하였을 경우에도 표면강도가 매우 약한 상태이므로 운송이나 보관시 표면마모로 인해 원형이 쉽게 파괴되거나 분진이 발생하는 문제점이 있었다.

이와같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 특허공고번호 제 90-3790에 의한 기술로서, 카르복시메틸셀룰로스의 나트륨염과 호화전분으로 조성된 조연성 점착제를 사용함을 특징으로, 이를 갈탄미분, 폐피혁, 저질탄등의 연료분과 혼합하여 고점질의 고체연료를 제조하는 방법이 공지되어 있다.

그러나, 상기한 기술은 종래의 갈탄등과 같은 저질탄 분말로 된 연료의 점착력을 향상시킬 수 있고, 또한 점착제의 일 조성성분으로서 첨가되는 카르복시메틸셀룰로스나트륨의 분자내에 포함되어 있는 산소원자에 의해 연소중에 발생기 산소를 배출함으로서 연료의 연소를 일부 촉진할 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 상기한 갈탄등과 같은 저질탄의 연료재는 청화 후 발화가 시작될 때까지의 시간이 많이 소요되며, 발화가 시작된 후에는 연소초기에 산화발열반응에 필요한 충분한 크기의 활성화열에너지가 짧은 시간내에 연료 전체에 공급되지 않을 경우의 불완전연소특성으로 인하여, 연소초기에 일산화탄소, 유황산화물, 질소산화물등의 기체가 발생하게 되며 이러한 유독가스의 발생 자체를 억제하는 데에는 한계가 있어, 이렇게 제조된 석탄계연료재 고체연료는 요식업소등에서 숯불구이용으로 이용할 경우 외부에서 발화시켜 일정한 정도까지 착화시킨 후 실내에서 사용하여야 하기 때문에 외부공간에 별도로 화로등과 같은 착화시설을 마련하여야 하는 번거로움이 있을 뿐 아니라, 이때 발생하게 되는 유독가스로 인하여 사용자의 인체에도 심각한 피해를 주게 되는 문제점이 있었다.

또한 상기한 점착제의 또다른 조성요소로서 첨가되는 호화전분은, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 황화칼륨시아네이트, 요오드칼륨, 질산암모니아, 질산은, 고농도 염화물 또는 이들의 혼합물을 전분과 함께 일정비율 혼합하여 전분의 미세한 세포구조를 파괴시켜 점결성을 부여한 것이어서 연소시 불연소분의 기체화를 줄일 수 있다는 장점이 있으나 연료제조의 전체공정에 있어서 호화전분의 제조에 필요한 공정이 별도로 추가되어야 하고, 또 연소도중 질소산화물, 유황산화물 등의 유독성 가스가 발생 될 수 있으며 더우기 제조시 첨가되는 화학약품들이 대체로 고가이기 때문에 생산원가의 상승요인으로 작용하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해소하고, 산업폐기물을 연료재의 주원료로서 사용하여, 점화시간이 매우 짧고 발화시 질소산화물 또는 유황산화물등의 유독가스의 발생이 없으며 레저용이나 요식업소등에서의 조리용 연료로 사용하고자 할 때 별도의 시설에서 일정시간 착화시키는 과정이 없이 화덕내에서 직접 점화 및 착화하여 사용 할 수 있고, 제조시 연료재의 점착을 위해 첨가되는 점결제의 제조를 위한 별도의 제조공정이 필요하지 않을 뿐만 아니라 그 조성성분 중의 일부로서 산업폐기물을 이용하여 생산원가를 크게 절감할 수 있는 고체연료를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에서는 불연소특성에 의한 유독가스의 발생이 거의 없는 건조된 목분을 사용하고, 연소 초기에 발생되는 CO등의 유독가스를 흡착, 제거하는 작용을 활성탄을 첨가하며, 설탕의 제조과정 중 잔류폐기되는 미분당을 셀룰로스와 함께 아세톤등의 유기용매에 용해시켜 상기한 연료재의 점착을 위한 점결제로 사용하고, 여기에 알콜을 첨가하여 고체연료를 제조함으로서 상기한 목적을 달성 할 수 있다.

본 발명에 의한 고체연료는 연소재로서 27내지 32%(w/w)의 목분과, 38내지 43%(w/w)의 활성탄을 사용하고 8내지 12%(w/w)의 셀룰로스와, 12내지 15%(w/w )의 미분당과, 3내지 5%(w/w)의 단독 또는 혼합된 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 크실렌등의 유기용매 및 탄소수 1내지 4의 단독 또는 혼합알콜 6내지 8%(w/w)의 조성으로서 이루어 진다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 고체연료의 조성성분 중에서 연소재로서 사용되는 목분은 원목재의 종류에 무관하나 폐자원의 재활용성을 고려할 때 야자박, 톱밥등의 산업폐기물을 이용함이 바람직하며, 또한 연소할 때 지속적으로 향내를 발산시킴으로서 숯불대용의 육류 조리용 연료로서 사용할 경우 향기가 육질에 스며들어 음식물의 독특한 미감을 발현 시킬 수 있으며 사용자로 하여금 향기에 의한 정신감응효과, 즉 아로마텔레파시(AromaTelepathy)와 같은 독특한 효과를 나타낼 수 있는 향나무를 조성요소로서 첨가하는 것이 좋다.

본 발명에 의한 고체연료를 제조하기 위하여, 우선 약 70내지 100매쉬정도의 입도로 분쇄된 야자박, 향나무등의 목분, 제재과정에서 부산되는 톱밥등의 목분 27내지 32%(w/w)와 활성탄 38내지 43%(w/w)를 혼합하여 연소재로 구성하는 이유는 목분은 식물성의 셀룰로우스를 주성분으로 하고 있어 연소후 약간의 회분만을 남기고 거의 산화되는 특성을 이용하기 위한 것이고, 활성탄의 경우에 있어서는 연소재로서의 기능을 가질 뿐만아니라 초기연소시 발생될 수 있는 유독성 가스의 흡착을 하여 유독가스의 발생을 방지하기 위한 것으로 목분의 량은 선택되는 활성탄의 량에 따라 가변될 수 있는 것이나 착화하기 위한 초기의 열에너지를 얻기 위하여는 상기의 비율로 하는 것이 가장 적합하며, 또 활성탄은 유, 무기 화합물질에 대해 강한 흡착성을 지니고 있어 연료의 초기발화시나 연료가 연소되는 동안 발생하는 일산화탄소 및 질소산화물등의 유독가스를 지속적으로 흡착, 여과시키는 역할을 할 뿐만 아니라 연소가 용이하여 연소중 고열량을 나타내므로 연료재로서도 적합한 특성을 가지고 있는 것으로 그 함유비가 38%이하일 경우에는 초기점화시 유독가스에 대한 충분한 흡착능력을 갖지 못하며 43%이상일 경우에는 연료전체의 연소속도를 증가시켜 조리등의 용도로서 필요이상의 열량을 나타내는 문제가 있다.

본 발명에서 사용하는 목분은 어떠한 목분이라도 상관은 없으나, 앞에서 설명한 바와 같이 폐기물의 활용, 연소특성, 아로마텔레파시 효과등을 고려할 때 일반톱밥에 야자박 및 향나무의 분말을 사용하는 것이 더욱 바람직하고, 향나무등은 그 생산량이 작을 뿐만 아니라 그 가격이 높은 것이므로 상기의 특성을 발휘할 수 있는 적정량을 첨가하여 사용하여야 하며, 또 향나무 목분이 과다하게 첨가될 경우에는 연소시의 향내가 자극적으로 느껴져 오히려 사용자에게 불쾌감을 줄 수 있으므로 목분의 제조에 첨가되는 야자박, 톱밥, 향나무의 조성비는 2:1:1 내지 2.5:1:1로 하는 것이 가장 바람직하다.

이렇게 제조한 야자박, 톱밥 및 향나무의 목분과 활성탄으로 조성되어 있는 연료분에 연료의 조제로서 사용되고 또 제조시 점결성을 부여하기 위하여, 셀룰로스 8내지 12%(w/w)와 미분당 12내지 15%(w/w)를 혼합하고, 이들을 교질화 시켜주기 위한 유기용매로서 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 크실렌등을 단독 또는 혼합한유기용매 3내지 5%(w/w)를 첨가한 후 용해시켜 만든 점결제용액을 연료분과 함께 섞어 연료분혼합물을 제조한다.

상기한 점결제용액의 제조에 셀룰로스와 함께 첨가되는 미분당은 설탕을 제조한 후에 잔유되는 유기 폐기물이며, 하기한 구조식을 갖는 글루코스(Glucose), 즉 모노사카라이드(Monosaccharide)의 단일체 혹은 중합체의 형태로 표시될 수 있다.

상기 구조식에서 알 수 있는 바와 같이 미분당은 분자내에 산소원자가 포함되어 있어 연소중에 발생기 산소를 다량 배출할 수 있으므로 점결제로서만이 아니라 셀룰로스와 마찬가지로 연료재의 완전연소를 촉진 하는 역할하게 되나, 그 함유비율이 15%이상일 경우에는 용매에 용해되지 않은 과포화 상태로 잔류하게 되어 고체연료로서의 성형 후 성형체의 강도에 영향을 미쳐 쉽게 부스러지게 되고 12%이하일 경우에는 연료분들에 대한 점결력이 저하되는 문제점이 있다.

이렇게 제조된 연료분혼합물에 메탄올, 에탄올, 프로판올(이소프로판올), 부탄올등 탄소의 1내지 4가의 알콜을 6내지 8%(w/w)를 첨가하여 약 1분간 교반한 후 몰드에 넣고 350내지 400Kg/cm2 의 압력으로 가압성형하거나 또는 압출성형기에의한 압출 및 절단에 의하여 고체연료를 제조할 수 있다.

상기의 유기용매는 휘발성이 매우강하여 최종적으로 연료가 제조된 후에 잔유하는 비율이 크지 않아 연료의 완전연소에 큰 도움을 주지 못하기 때문에, 인화온도가 낮으면서도 상기한 유기용매들에 비하여 휘발성이 매우 작기 때문에 최종적으로 연료내에 잔유할 수 있는 메탄올, 에탄올, 프로판올(이소프로판올), 부탄올등의 탄소수 1내지 4가의 알콜을 첨가하여 점화시 즉시 발화할 수 있도록 함으로서 짧은 시간애에 연료재 전체에 산화발열반응에 필요한 충분한 크기의 활성화에너지를 공급할 수 있도록 하여 상기한 연료재의 발화 초기의 불연소특성에 의한 유독가스의 발생을 더욱 감소시키는 역할을 하게 된다.

이때 첨가되는 알콜의 함유비가 6%이하일 경우에는 제조된 연료가 점화후 즉시착화 되지 않으며 8%이상일 경우에는 연료의 농도가 묽어져 성형사출한 고체연료의 원형이 쉽게 붕괴되는 문제가 있으므로 6%내지 8%(w/w)의 함유비가 가장 적당하다.

본 발명을 하기한 실시예에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

[제조실시예 1 내지 6]

하기의 표1과 같은 조성으로 셀룰로스, 미분당, 아세톤, 야자박, 톱밥, 향나무, 활성탄, 메탄올 및 이소프로필알콜을 혼련기에 넣고 분당 30회의 속도로 10분간 교반한 후, 원통형의 몰드에 충진하고 360Kg/cm²의 압력으로 가압 성형하여 고체연료를 제조한 후, 점화성, 착화성, 견고성 및 훈제효과를 측정하고 그 결과를 하기의 표2에 나타내었다.

[점화성시험]

상기의 실시예별로 제조된 고체연료 5개씩을 하부에 통기공이 형성된 용기에 각각 넣고 상부에서 불꽃이 있는 점화구(라이터)를 이용하여 그 점화여부를 살펴보았다.

[착화성시험]

상기의 점화성 시험에 의하여 점화된 고체연료를 담은 용기를 화덕내에 넣고 점화후 목분등의 연소재에 착화되어 연소되는 상태를 살펴보았다.

[견고성시험]

상기의 실시예에서 제조된 고체연료를 각각 5개씩 채취하여 엄지손가락과 검지손가락의 사이에 넣고 손가락의 힘만으로 눌러서 그 변형정도를 살펴보았다.

[훈제효과시험]

상기의 실시예에서 제조된 고체연료를 각각 5개씩 채취하여 화덕내에 넣고 점화시킨후 그 위에 석쇠를 설치하고 석쇠위에 두께 1cm 가량의 고기를 얹어 구운후 고기로 부터의 훈제향을 맛으로 느껴보았다.

상기의 표2로부터 알 수 있는 바와같이 아세톤이 과량 투입된 경우에는 점화시 약간의 폭발적 점화가 있었으며, 알코올의 함량이 과량인 경우에는 고체연료의 견고성이 약하여 운반도중 변형을 가져올 수 있는 소지가 있고, 향나무의 함량을 적게 투입하는 경우에는 육류로부터 훈제의 향은 느낄 수 있었으나, 그 향이 매우 약해지는 것을 알 수 있었다.

또, 제조된 고체연료를 숯불구이용 연료로서 이용하기 위하여 화덕에 넣어 밀폐된 실내에서 라이터불로 점화시킨 결과 청화즉시 고체연료 외부전면에 불꽃이 발생 하였으며, 점화시에 연기가 전혀 발생하지 않았고 유황기체 및 질소산화물등에 의한 자극적인 냄새가 맡을 수 없었을 뿐 아니라 1시간의 식사시간 동안 지속적으로 은은한 향나무의 연소향을 맡을 수 있었으며 식사를 마친 뒤 식사에 참여한 모든 사람들에게 일산화 탄소에 의한 두통등의 증상이 전혀 나타나지 않았다.

본 발명은 점화시 즉시 발화가 가능하며 연소중 유독가스가 외부로발산 되지 않는 고체연료를 제공함으로서, 일반 사용자나 요식업등에서 조리용 연료로서 사용하고자 할 경우 외부에서 1차로 착화시킨 후 사용하여야하는 번거로움을 제거 하였으며, 또한 제조에 사용되는 연료분의 교질화를 위한 점결제의 원료로서 산업폐기물인 미분당을 직접 사용할 수 있음으로서 제조공정을 단순화 하여 생산원가를 낮춤과 동시에 폐자원의 활용성을 높일 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims (5)

1. 연소재로서 27내지 32%(w/w)의 목분과, 38내지 43%(w/w)의 활성탄을 사용하고 8내지 12%(w/w)의 셀룰로스와, 12내지 15%(w/w)의 미분당과, 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 크실렌등의 유기용매의 단독 또는 혼합물 3내지 5%(w/w) 및 탄소수 1내지 4의 단독 또는 혼합알콜 6내지 8%(w/w)로 구성됨을 특징으로 하는 고체연료 조성물.
2. 제1항에 있어서, 목분이 야자박, 톱밥, 향나무로 구성됨을 특징으로 하는 고체연료 조성물.
3. 제2항에 있어서, 야자박, 톱밥, 향나무의 비율이 2: 1: 1: 내지 2.5: 1: 1인 것을 특징으로 하는 고체연료 조성물.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 활성탄이 입상활성탄인 것을 특징으로 하는 고체연료 조성물.
5. 연소재로서 27내지 32%(w/w)의 목분과, 38내지 43%(w/w)의 활성탄을 사용하고 8내지 12%(w/w)의 셀룰로스와, 12내지 15%(w/w)의 미분당과, 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 크실렌등의 유기용매의 단독 또는 혼합물 3내지 5%(w/w) 및 탄소수 1내지 4의 단독 또는 혼합알콜 6내지 8%(w/w)을 혼련기에서 충분히 혼련시킨후 몰드에 넣고 350내지 400Kg/cm²의 압력으로 가압성형하거나 또는 압출성형기에의한 압출 및 절단함을 특징으로 하는 고체연료의 제조방법.