KR100406188B1 - 갈탄을 주성분으로 하는 고체연료 조성물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 갈탄을 주성분으로 하는 고체연료 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 특히 연소시 연기 및 냄새를 대폭으로 감소시키는 것이 가능한 갈탄을 주성분으로 하는 고체연료 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 고체연료의 제조에 있어서, 저품위 갈탄분 100중량부에 대해 분쇄된 톱밥과 밀짚분 10 내지 12.5중량부, 황토분 10 내지 12.5중량부를 첨가혼합하여 연료성분 혼합분을 형성하는 단계, 물 100중량부에 대해 밀가루 20 내지 25중량부, 가성소다 0.15 ~ 0.25중량부, 설탕 0.25 ~ 0.35중량부를 첨가혼합하여 응고결합을 위한 현탁물를 형성하는 단계, 이어서, 상기 연료성분 혼합물 85 내지 88중량%와 상기 응고결합 현탁액 12중량% 내지 15중량%를 교반혼합하여 슬러리를 형성하는 단계, 상기 단계에서 형성된 슬러리를 압축성형, 절단, 건조하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 갈탄을 주성분으로 하는 고체연료 조성물의 제조방법이다.

본 발명에 의해 제조된 고체연료는 저품위의 갈탄등의 연기 및 냄새등을 제거하여 환경오염을 방지하는 효과를 나타낸다.

Description

갈탄을 주성분으로 하는 고체연료 조성물의 제조방법{A PROCESS FOR PREPARING COMPOSITION OF SOLID FUEL}

본 발명은 갈탄을 주성분으로 하는 고체연료 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 특히 연소시 연기 및 냄새를 대폭으로 감소시키는 것이 가능한 갈탄을 주성분으로 하는 고체연료 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 석탄은 지질시대의 육생식물이나 수생식물이 수중에 퇴적하여 매몰된 후 가열과 가압작용을 받아 변질하여 생성된 흑갈색의 가연성 암석을 말한다. 석탄은 조성, 탄화도 및 품위에 있어서는 석탄에 따라서 각기 특성을 갖는것으로 분류하며, 탄화도에 따라 탄소분이 60%이하인 이탄(泥炭), 70%인 아탄(亞炭) 및 갈탄, 80~90%인 역청탄, 95%인 무연탄으로 분류한다. 이들을 2가지로 분류하면 무연탄(anthracite)과 유연탄(soft coal)으로 분류된다.

무연탄은 탄화가 잘되어 연기를 내지 않고 연소하는 석탄이다. 이에 반해 유연탄은 다량의 휘발분을 함유하고 있기 때문에 연소될 때 화염과 연기를 발생시키며, 이탄(peat), 아탄(lignite) 및 갈탄(brown coal), 역청탄(bituminous coal)등이 이에 속한다.

이들 유연탄중 이탄(peat)은 토탄(turf)이라고도 하며, 넓은 뜻으로는 석탄의 한 종류에 포함되지만 일반적으로 석탄과는 구별된다. 이탄은 석탄처럼 지하에 매몰된 수목질이 오랜 세월동안에 지압(地壓)과 석탄화작용(石炭化作用)을 받아 생성된 것과는 달리 , 식물질의 주성분인 리그닌(lignin), 셀룰로오스(cellulose) 등이 주로 지표에서 분해작용(泥炭化作用)을 받은 것이다

또한, 아탄(lignite)은 탄화도(炭化度)가 낮은 저품위 갈탄(brown coal)의 일종으로 목질 조직이 어느 정도 보존되어 있어서 나뭇결이 눈에 보이는 목질 아탄과 수지립(樹脂粒), 각피(角皮), 화분포자류(花粉胞子類), 그밖에 미세한 석탄질과 광물질로 된 치밀한 탄질아탄의 두종류가 있다. 다량의 수분이 건조할 때에 수축하여 목질아탄은 널판지 모양으로 벗겨지고, 탄질아탄은 불규칙한 균열이 생겨서 급속히 분화(粉化)한다. 발열량이 낮아 일부 지방에서 연료로 사용한다.

또한, 갈탄(brown coal)은 탄화도가 낮은 석탄의 일종으로 흑갈색을 나타내며, 발열량 4,000~ 6,000kcal/kg, 휘발성분 40%정도이며, 탄소성분이 70%정도로 낮기 때문에 원목의 형상, 나이테, 줄기등의 조직이 육안으로 보이는 경우가 있으며, 다른 석탄에 비교하여 수분, 휘발분이 많고, 고정탄소(석탄중 수분, 휘발분 및 회분을 제외한 나머지)의 함량이 적고, 물기에 젖기 쉽고, 건조하면 가루가 되기쉽다. 특징으로는 공극(空隙)이 맣고, 여러종류의 기체를 흡착하는 성질이 강하다. 비점결성이므로 지역적으로 가정용이나 기타 연료로 사용된다. 전체 매장량중 45% 정도가 갈탄이며 아직까지 대부분이 채굴되지 않고 남아있다.

또한, 역청탄(bituminous)은 흑색 또는 암흑색으로 유리광택 또는 수지(樹脂)광택이 있는 석탄으로 보통 흑탄(黑炭)이라고도 한다. 연소시에는 긴 불꽃을 내며 특유한 악취가 나는 매연을 탠다. 탄화도는 갈탄보다 높고 무연탄보다 낮다. 탄소함유량은 80 ~ 90%이며, 발열량이 매우높아 제철용 코크스, 도시가스로 이용되어 매우 중요한 자원이다.

그러나 이들 유연탄중 이탄, 아탄 및 갈탄등은 열량이 적고, 연기가 발생하여 그 사용용도가 매우 적다.

그러나, 이러한 이탄, 아탄, 갈탄등도 최근 자원의 고갈로 인하여 동유럽이나 러시아를 포함하는 유라시아(Eurasia) 지역에서는 가정연료나 일반연료로 사용되고 있다.

그러나 이들 저품위 갈탄등은 탄소함량이 적어 연소시에 불완전 연소로 인하여 연기와 냄새등이 다량으로 발생하여 환경오염의 원인이 되는 문제점이 있다.

또한, 이들 저품위 갈탄등은 연료로 사용하고 남은 연소후 탄화물 즉, 연탄재가 불완전 연소로 인하여 사용후 부산물을 처리하는데 어려움을 격고 있다.

또한, 이들 저품위 갈탄등은 그 제품자체가 건조하면 가루가 되기 쉽기 때문에 사용하기 위해 운반하거나 저장 및 적치(積置)시에도 분진에 의해 주위환경을 오염시켜 그 사용자체를 꺼려하고 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하는 것으로 저품위의 갈탄등의 연기 및 냄새등을 제거하는 갈탄을 주원료로 하는 고체연료 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 기술적인 과제로 한다.

또한, 본 발명에서는 완전연소가 가능하여 연소후 2차오염물이 발생하지 않는 갈탄을 주원료로 하는 고체연료 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 기술적인 과제로 한다.

또한, 본 발명에서는 분진이 발생되지 않고, 운반이나 저장이 용이하도록 하는 것이 가능한 갈탄을 주원료로 하는 고체연료 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 기술적인 과제로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1로 얻어진 고체연료 제품의 사진을 나타냈다.

도 2는 본 발명의 실시예 1로 얻어진 고체연료 제품을 연소한후 얻어진 회분의 사진을 나타냈다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 고체연료의 제조에 있어서, 저품위 갈탄분 100중량부에 대해 분쇄된 톱밥과 밀짚분 10 내지 12.5중량부, 황토분 10 내지 12.5중량부를 첨가혼합하여 연료성분 혼합분을 형성하는 단계,

물 100중량부에 대해 밀가루 20 내지 25중량부, 가성소다 0.15 ~ 0.25중량부, 설탕 0.25 ~ 0.35중량부를 첨가혼합하여 응고결합을 위한 현탁물를 형성하는 단계,

이어서, 상기 연료성분 혼합물 85 내지 88중량%와 상기 응고결합 현탁액 12중량% 내지 15중량%를 교반혼합하여 슬러리를 형성하는 단계,

상기 단계에서 형성된 슬러리를 압축성형, 절단, 건조하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 갈탄을 주성분으로 하는 고체연료 조성물의 제조방법이다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1단계

본 발명의 제 1단계는 고체연료의 제조에 있어서, 저품위 갈탄분 100중량부에 대해 분쇄된 톱밥과 밀짚분 10 내지 12.5중량부, 황토분 10 내지 12.5중량부를 첨가혼합하여 연료성분 혼합분을 형성하는 단계이다.

상기에서 저품위 갈탄은 이탄, 아탄 및 갈탄등을 포함하는 것으로, 갈색갈탄등을 포함한다.

이탄(泥炭, peat)은 수목질의 유체가 분지에 두껍게 퇴적하여 물의 존재하에서 균류등의 생물화학적인 변화를 받아 분해·변질 된 것으로, 토탄(土炭)이라고도 하며 이탄은 지하에 매몰된 수목질이 오랜 세월동안 지열과 지압을 받아 생성된 것과는 달리 식물질의 주성분인 리그닌, 셀룰로오스등이 지표에서 분해작용을 받은 것이다.

아탄(亞炭, lignite)은 유연탄의 일종으로 탄화도가 낮은 저품위 갈탄의 일종으로 학술적으로는 갈색갈탄이라고 한다. 발열량은 3000~4000Kcal/kg으로 낮은 비점결 탄으로 일부 지방에서는 연료로 사용된다. 다량의 수분이 건조할 때에 수축하여 목질아탄(목질조직 이 어느정도 보존되어 있어 나뭇결이 눈에 보임)은 널빤지 모양으로 벗겨지고 탄질아탄(미세한 석탄질과 광물질로 된 치밀함을 갖고 있음)은 불규칙한 균열이 생겨서 급속히 분화(粉化)한다.

갈탄(褐炭, brown coal)은 유연탄(有煙炭)의 일종으로 석탄중에서 가장 탄화도가 낮은 석탄, 흑갈색을 띠며 발열량이 4,000~6,000Kcal/kg, 휘발성분이 40%정도이다. 갈탄은 탄소성분이 70%로 낮기 때문에 원목의 형상, 나이테, 줄기 등의 조직이 보이는 경우가 많다. 다른 탄에 비하여 고정탄소(수분, 휘발분 및 회분을 뺀 나머지) 함량이 적고 물기에 젖기 쉽고, 건조하면 가루가 되기 쉽다. 코크스 제조용으로 사용하기는 어렵고 대부분 가정연료나 기타 연료로 사용된다.

본 발명의 제 1단계에서는 톱밥과 밀짚을 분쇄하여 상기 갈탄분 100중량부에 대해 10 내지 12.5중량부첨가한다. 상기에서 갈탄은 저품위 갈탄으로 그 성분중 쉽게 연소되지 않는 불순물들이 함유되기 때문에 그냥 연소시킬시에는 불완전연소가 일어나게 되어 이들 성분을 추가적으로 연소시키게 하기 위하여 톱밥과 밀짚의 분쇄물을 첨가하여 혼합하게 된다. 상기에서 톱밥과 밀짚의 혼합비는 부피비로 1:1정도가 바람직하다. 상기에서 밀짚은 밀농사하여 탈곡후 남은 부산물인 밀짚대로 쉽게 썩거나 퇴비화 하는 것이 어려워 소각하여 버리고 있으나 이역시 노동력과 밀짚만을 연소하는 경우 연기가 발생하여 환경을 오염시킬 염려가 있다.

상기에서 톱밥과 밀짚분의 첨가량이 10중량부 이하인 경우는 갈탄의 연소상승효과에 도움을 주지못하며, 12,5중량부 이상인경우 최종생산되는 고체연료의 발열량이 낮아져 바람직하지 못하다.

또한, 제 1단계에서의 황토분은 충진제로 사용되며 연료의 발열량을 조절하며 체거름하여 얻어진 황토분을 10 내지 12.5중량부를 첨가혼합한다. 상기에서 황토분이 상기 10중량부 이하이면 충진효과가 미비하며, 12.5중량부 이상이면 고체연료의 발열량이 떨어져 바람직하지 못하다.

제 2단계

본 발명의 제 2단계는 물 100중량부에 대해 연료성분 혼합물에 밀가루 20 내지 25중량부, 가성소다 0.15 ~ 0.25중량부, 설탕 0.25 ~ 0.35중량부를 첨가혼합하여 응고결합을 위한 현탁물를 형성하는 단계이다.

상기에서 밀가루는 저품위 갈탄 분말을 응고 결합시키는 역할을 하며 상기 밀가루의 양이 20중량부 이하이면, 그 응집력이 떨어져 바람직하지 못하며, 25중량부 이상이면 첨가되는 밀가루양에 비해 응집력이 증가되지 않아 바람직하지 못하다. 또한 가성소다(NaOH, sodium hydroxide)는 밀가루의 응집력을 높여주는 보조제 역활을 하며 상기 가성소다의 첨가량이 0.15중량부 이하이면 응집 보조효과가 떨어져 바람직하지 못하며, 가성소다의 첨가량이 0.25중량부 이상이면 첨가에 따른 응집효과가 증가되지 않아 바람지하지 못하다.

또한, 설탕은 결합력을 높여주고 최종얻어지게 되는 고체연료의 인장강도를 높여주는 역할을 하여 고체연료가 깨어지거나 파쇄되는 것을 방지하는 효과를 갖데 한다. 설탕의 첨가량이 0.25중량부 이하이면 인장강도를 높여주는 효과가 미비하여 바람지하지 못하며, 첨가량이 0.35중량부 이상인 경우 첨가되는 설탕의 양에 비해 인장강도가 증가되지 않아 바람직하지 못하다.

제 3단계

본 발명의 제 3단계는 상기 제 1단계에서 얻어진 연료성분 혼합물 85 내지 88중량%와 상기 제 2단계에서 얻어진 응고결합 현탁액 12중량% 내지 15중량%를 교반혼합하여 슬러리를 형성하는 단계이다.

상기에서 제 1단계에서 얻어진 연료성분 혼합물의 혼합량이 85중량% 미만이면 발열량이 낮아져 바람직하지 못하며, 상기 혼합량이 88중량%이상이면 얻어지는 고체연료의 결합력이 낮아져 바람직하지 못하다.

또한, 상기 제 2단계에서 얻어진 응고결합 현탁액의 혼합량이 12중량% 미만이면 그 결합력이 낮아 바람직하지 못하며, 상기 혼합량이 15중량% 이상이면 첨가되는 응고결합 현탁액의 양에 비해 결합력 증가되지 않아 바람직하지 못하다.

본 발명의 제 3단계에서는 상기의 각각의 혼합물을 분당 40 내지 60회전 회전 교반하면서 혼합하여 슬러리를 형성한다.

제 4단계

본 발명의 제 4단계는 상기 단계에서 형성된 슬러리를 압축성형, 절단, 건조하는 단계이다. 이때 압축성형하는 과정은 압출기에 상기의 슬러리를 공급하고 원하는 형상의 성형틀에 밀어내어 일정한 모양의 단면을 가진 연속체로 변환하여 제조한다. 이렇게 제조된 고체연료는 건조하여 최종 제품으로 얻어진다.

상기 단계에서 압축강도는 약 3000 내지 4000kg/㎠가 바람직하다. 상기 압축강도 이하이면 성형된 고체연료가 운반이나 이송중에 파손되기 쉬워 바람직하지 못하며, 상기 범위 이상이면 과도하에 압축되어 입자간의 공극이 적어 연소가 잘 일어나지 않게 되는 단점이 있어서 바람직하지 못하다.

상기에서 건조는 80℃온도에서 약 2 내지 3시간동안 열풍건조한다

상기에서 얻어지는 고체연료의 형태는 예를들면, 원통형, 정육면체형, 벽돌형 또는 조개탄형등 연소시키기에 적당한 모양과 크기이면 가능하다.

실시예 1

저품위 갈탄분 100kg, 분쇄된 톱밥과 밀짚분 10kg, 황토분 10kg을 첨가혼합하여 연료성분 혼합분을 제조하였다. 이와 동시에 물 100kg에 밀가루 20kg, 가성소다 0.15kg, 설탕 0.25kg를 첨가혼합하여 응고결합을 위한 현탁물을 제조하였다. 이어서, 상기 제조된 연료성분 혼합물 85kg와 상기 응고결합 현탁액 12kg을 분당 50회전 교반혼합하여 슬러리를 형성하고, 슬러리를 압출기를 이용하여 압축성형, 절단, 80℃온도에서 2시간동안 열풍건조하여 원통형(직경 8cm X 높이 9cm) 고체연료를 제조하였다. 이렇게 본 발명의 실시예 1로 제조된 고체연료 제품의 사진을 도 1에 나타냈다.

상기 본 발명에 의한 실시예 1로 제조된 고체연료의 발열량을 시험한 결과 20353 KJ/Kg(4857.6kcal/kg)으로 나타났다. 또한, 본 발명의 실시예로 제조된 고체연료는 일반적인 갈탄만을 사용한 연료에 비해 연소시 발생하는 연기 및 냄새를 95%이상 제거하여 거의 연기가 나지 않는 연소효과를 나타냈다.

상기 실시예 1로 제조된 고체연료를 연소시킨후 남은 회분(灰分)의 사진을 도 2에 나타냈다. 도 2의 사진에 나타난 바와 같이 완전연소되어 불연소된 검은흔적은 전혀 없고 완전연소된 회분의 고유 색을 잘 나타내고 있었다.

본 발명에 의해 제조된 고체연료는 저품위의 갈탄등의 연기 및 냄새등을 제거하여 환경오염을 방지하는 효과를 나타낸다.

또한, 본 발명에 의해 제조된 고체연료는 완전연소가 가능하여 연소후 얻어지는 부산물이 2차오염 걱정이 없는 완전한 재로 얻어지게 된다.

또한, 본 발명에의해 제조된 고체연료는 분진이 발생되지 않고, 운반이나 저장시 깨지거나 먼지를 일으키지 않아서 취급이 편리하게 되는 효과를 갖는다.

Claims (1)

1. 고체연료의 제조에 있어서, 저품위 갈탄분 100중량부에 대해 분쇄된 톱밥과 밀짚분 10 내지 12.5중량부, 황토분 10 내지 12.5중량부를 첨가혼합하여 연료성분 혼합분을 형성하는 단계,

   물 100중량부에 대해 밀가루 20 내지 25중량부, 가성소다 0.15 ~ 0.25중량부, 설탕 0.25 ~ 0.35중량부를 첨가혼합하여 응고결합을 위한 현탁물를 형성하는 단계,

   이어서, 상기 연료성분 혼합물 85 내지 88중량%와 상기 응고결합 현탁액 12중량% 내지 15중량%를 교반혼합하여 슬러리를 형성하는 단계,

   상기 단계에서 형성된 슬러리를 압축성형, 절단, 건조하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 갈탄을 주성분으로 하는 고체연료 조성물의 제조방법.