KR100843165B1 - 가연 유기성 폐기부산물을 이용한 탄화숯의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가연 유기성 폐기부산물을 이용한 탄화숯의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 가연 유기성 폐기부산물에 수피를 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합물을 밀폐 터널식 연동 진공전기로에 투입하여 탄화분을 제조하는 단계; (c) 상기 탄화분에 질소 가스를 투입하여 완전 소화시킨 다음, 탄소분을 생성시키는 단계; (d) 상기 탄소분에 코코넛 탄화분 및 점결조연제를 혼합하고, 사출 및 압출 성형하는 단계; 및 (e) 상기 성형된 탄화숯을 건조 처리하는 단계를 포함하는 가연 유기성 폐기부산물을 이용한 탄화숯의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 탄화숯은 가연 유기성 폐기부산물을 재활용할 수 있어 친환경적이고, 종래 숯에 비해 열량, 연소시간 및 열강도가 향상되며, 기공이 있어 완전 연소가 가능한 효과가 있다. 또한, 본 발명의 제조방법에 따른 밀폐 터널식 연동 진공전기로에서 가연 유기성 폐기부산물과 수피를 탄화하고, 질소 가스를 투입하여 완전 연소시켜 발화가 되지 않아 ash로 인한 손실율이 감소되고, 회수율이 향상되는 효과가 있다.

가연 유기성 폐기부산물, 탄화숯

Description

가연 유기성 폐기부산물을 이용한 탄화숯의 제조방법 {Method for Preparing a Charcoal Using Combustible Organic Waste Matters}

도 1은 본 발명에 따른 가연 유기성 폐기부산물을 이용한 탄화숯의 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에서 사용되는 밀폐 터널식 연동 진공전기로의 개략도를 도시한 것이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 탄화숯의 사진을 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 밀폐 터널식 연동 진공전기로 20: 이송 콘베이어

발명의 분야

본 발명은 가연 유기성 폐기부산물을 이용한 탄화숯의 제조방법에 관한 것으 로, 보다 상세하게는 (a) 가연 유기성 폐기부산물에 수피를 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합물을 밀폐 터널식 연동 진공전기로에 투입하여 탄화분을 제조하는 단계; (c) 상기 탄화분에 질소 가스를 투입하여 완전 소화시킨 다음, 탄소분을 생성시키는 단계; (d) 상기 탄소분에 코코넛 탄화분 및 점결조연제를 혼합하고, 사출 및 압출 성형하는 단계; 및 (e) 상기 성형된 탄화숯을 건조 처리하는 단계를 포함하는 가연 유기성 폐기부산물을 이용한 탄화숯의 제조방법에 관한 것이다.

발명의 배경

우리나라의 연간 쓰레기 발생량은 약 2천만 톤에 이르며, 한해 동안 발생하는 음식물쓰레기의 양은 약 600만 톤 이상 배출되고 있으며, 하루 평균 배출량은 20여 톤으로 전체 쓰레기 발생량의 3분의 1에 해당하는 엄청난 양을 차지하고 있다. 음식물쓰레기 처리 방법에는 소각처리하는 방법, 매립하는 방법 및 사료 또는 퇴비로 재활용하는 방법 등이 사용되고 있다. 그러나, 상기 음식물쓰레기 소각처리방법은 가연성 쓰레기 소각장 및 대형 소각장의 건설기간이 많이 소요되고, 소각으로 인한 다이옥신 등 유해물질의 발생 및 악취발생으로 주민 피해가 발생되는 문제점이 있어, 우리나라의 경우 음식물쓰레기의 95%를 매립하고 있다. 그러나 상기 음식물쓰레기를 매립하는 방법도 음식물쓰레기로부터 침출수가 발생하여 토양이 오염되고, 지반이 침하하는 문제점이 발생하고 있다.

또한, 해외로부터 원목 수입이 금지되고, 용도별로 수입되고 있는 현실에서 국내 산림 녹화 및 자연보호로 벌목이 금지되어 톱밥원료가 전무하여, 국내에서 일 부 제조되는 참숯 및 잡목 숯을 제외하고는 100%수입에 의존하고 있어 외화가 낭비되는 문제점이 있다. 지금까지 종래기술은 톱밥이나 폐목자재 칩 등을 수거 집하하여 로터리킬른식에서 함수율 5~7% 정도로 건조시킨 다음, 압출 성형하여 고형 장작을 만들고, 토굴 숯가마에서 보통 15~17일 정도 탄화시키고, 7일 정도 불을 끄고 가마를 식혀 소화시키거나, 철가마에서 3~4일 정도 탄화하여 1~2일간 식혀 소화시킨다. 상기 토굴 숯가마 또는 철가마의 문을 열면, 이미 지나치게 탄화되어 재로된 부분과 산소가 새로 투입되어 작은 불씨로 화재가 발생하거나, 급냉으로 인한 균열 및 파손이 발생하여 손실이 많아져 숯 제품의 회수율이 60~80% 정도 미만인 비효율적인 생산을 하였다. 특히 고기숯불구이용으로 주로 참숯을 최고로 손꼽고 있지만 90%이상 중국에서 수입되고 있는 현실이나, 현지 벌목금지 및 국내 생산업체 원자재(참나무) 공급 한계로 참숯은 값이 비싸 경제성이 없는 실정이다. 이제 주로, 동남아시아에서 톱밥으로 성형한 열탄을 수입하여 전국 일반 음식점 등에서 70% 사용되고 있는 실정이며, 해외에서 선적 수입하여 통관절차까지 보통 18~20일 이상 소요되고, 저질의 숯탄도 공급받아야 하는 등의 수요와 공급이 원활하지 못하므로, 외화 낭비로 인한 국가적 손실이 증대되는 문제점이 있다.

우리나라에서 발생되는 음식물 쓰레기를 고체연료로 재활용하는 방안으로는 '음식물 쓰레기를 이용한 숯 제조방법 및 장치'(한국특허 등록번호 10-0557471, 2006.02.24) 및 '하수/폐수 슬러지 및 가연성 폐기물과 음식물쓰레기건조물을 이용한 고체연료 제조방법'(한국특허 출원번호 10-2000-0048850, 2000.08.23) 등이 있다. 그러나 상기 특허들은 건조장치의 기술 미비로 진공상태가 유지되지 않고, 질 소 가스의 유입이 불가능하여 개폐시 산소가 유입되어, 발화가 일어나 숯의 손실율이 높으며, 종래 방법에 따른 숯은 제조성분이 상이하여 발열량, 열강도 등이 낮아 저품질의 숯을 제공하는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 종래기술의 단점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 가연 유기성 폐기부산물을 재활용하고, 밀폐 터널식 연동 진공전기로에 상기 가연 유기성 폐기부산물, 수피 및 코코넛 탄화분을 함유하고, 상기 밀폐 터널식 연동 진공전기로에서 탄화하고, 질소 가스를 투입하여 완전 소화시켜 발화가 일어나지 않아 재(ash)발생 및 파손으로 인한 손실율이 감소되는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.

결국, 본 발명의 주된 목적은 회수율이 향상된 가연 유기성 폐기부산물을 이용한 탄화숯의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 가연 유기성 폐기부산물에 수피를 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합물을 밀폐 터널식 연동 진공전기로에 투입하여 탄화분을 제조하는 단계; (c) 상기 탄화분에 질소 가스를 투입하여 완전 소화시킨 다음, 탄소분을 생성시키는 단계; (d) 상기 탄소분에 코코넛 탄화분 및 점결조연제를 혼합하고, 사출 및 압출 성형하는 단계; 및 (e) 상기 성형된 탄화숯을 건조 처리하는 단계를 포함하는 가연 유기성 폐기부산물을 이용한 탄화숯의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 가연 유기성 폐기부산물 60 ~ 80 중량부 및 상기 수피는 10 ~ 15중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하고, 상기 코코넛 탄화분은 상기 탄소분 100중량부에 대하여 15 ~ 25중량부를 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계는 500 ~ 800℃에서 1 ~ 3시간 동안 연속 탄화하는 것을 특징으로 하고, 상기 점결조연제는 식물성 전분인 것을 특징으로 할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 탄화숯을 제조하기 위하여, 우선 가연 유기성 폐기부산물에 수피를 혼합한다. 본 발명에서 사용되는 가연 유기성 폐기부산물은 음식물쓰레기를 밀폐 순환, 고속건조, 탈수, 세척, 파쇄, 선별 및 건조하는 전처리 과정을 통해 제조된다. 상기 제조된 가연 유기성 폐기부산물의 탄화분말의 발열량은 약 5,800kcal/kg이며, 상기 가연 유기성 폐기부산물 60 ~ 80 중량부 및 상기 수피 10 ~ 15중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 제조된 탄화물을 밀폐 터널식 연동 진공전기로에 투입하고, 전기열원 및 탄화시 발생되는 산성, 중성, 염기성의 건조가스를 이용하여 500 ~ 800℃에서 1 ~ 3시간 동안 연속 탄화하여 탄화분을 제조한다. 상기 밀폐 터널식 연 동 진공전기로에서 탄화함으로써 제조된 탄화분은 멸균 및 소멸처리되고, 악취가 제거된다. 상기 탄화분에 질소 가스를 투입하여 영하 183℃이하로 냉각시켜 완전 소화한 다음, 탄소분을 생성한다. 본 발명에서 이용되는 밀폐 터널식 연동 진공전기로는 투입구, 배출구 및 자동 이송 콘베이어를 구비하고 있으며, 상기 밀폐 터널식 연동 진공전기로 내는 진공상태를 유지하며, 배출 전 질소가스를 투입하여 상기 탄화분을 완전 소화시켜 탄소분을 생성한다. 이에 숯의 손실율이 감소되며, 제품으로의 회수율은 증가된다. 또한, 상기 탄소분에 코코넛 탄화분 및 점결조연제를 혼합하여 숯의 응결을 향상시킨 다음 사출 및 압출 성형하고, 상기 성형된 탄화숯을 건조 처리한다. 상기 건조처리시 40℃에서 건조 처리하여 열강도가 향상된다. 상기 코코넛 탄화분은 상기 탄소분 100중량부에 대하여 15 ~ 25중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 코코넛 탄화분 외에 톱밥, 수피, 왕겨의 식물성 소재도 이용가능하고, 상기 점결조연제는 식물성 전분인 것을 특징으로 하며, 상기 식물성 전분은 감자, 옥수수 등을 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 탄화숯은 음식업소 및 야외용 등에 고기숯불구이용, 훈제용으로 이용하거나, 토양개량제, 경량벽돌, 판넬 등의 건축자재, 토양복토제로 재활용이 가능하다. 본 발명에 따른 탄화숯은 가연 유기성 폐기부산물, 코코넛 탄화분, 톱밥, 수피, 왕겨 및 점결조연제를 포함하는 원료에 대하여 90 ~ 95%이상 제품으로 회수가 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1: 가연 유기성 폐기부산물의 성분 분석

본 실시예에서 탄화숯은 가연 유기성 폐기부산물, 코코넛 탄화분, 톱밥, 수피,및 점결조연제를 사용하였으며, 본 실시예에서는 음식물쓰레기 처리 시설로부터 1차 가공되어 배출된 음식부산물의 성분을 분석하여 유기연소제로의 사용이 적합한지를 비료품질검사법에 의해 검사하였다 (표 1). 상기 가연 유기성 폐기부산물 탄화숯 제조에 사용한 음식부산물의 성분은 하기 표 1에 도시한 바와 같으며, 본 실시예에서 사용한 음식물 부산물은 유기물이 약 80% 함유되어 있어 유기 연소제로 적합하다는 것을 확인할 수 있었다.

가연 유기성 폐기부산물 탄화숯 제조에 사용한 음식부산물의 성분

분석항목	분석결과
유기물	79.64%
유기물 대질소비	20.42%
질소	3.92
카드뮴	0.13mg/kg
구리	1.40mg/kg
크롬	3.09mg/kg
비소	0.33mg/kg
수은	불검출
아연	6.00mg/kg
니켈	1.01mg/kg
염분	2.78mg/kg
수분	6.23mg/kg

실시예 2: 가연 유기성 폐기부산물 을 이용한 탄화숯 의 제조

실시예 1에서 유기연소제로 적합하다는 것이 확인된 음식부산물, 코코넛 탄화분, 톱밥, 수피, 및 점결조연제를 사용하여 탄화숯을 제조하였다.

가연 유기성 폐기부산물 70중량부 및 수피 13중량부를 혼합하고, 탄화시켜 탄화물을 제조하고, 상기 제조된 탄화물을 밀폐 터널식 연동 진공전기로에 투입하고, 500 ~ 800℃에서 2시간 30분 동안 연속 탄화시킨 다음, 질소 가스를 투입하여 영하 183℃ 이하로 냉각시키고, 완전 소화시켜 탄소분을 생성하였다. 상기 생성된 탄소분에 코코넛 탄화분을 12중량부 혼합하고, 옥수수, 감자 전분으로 구성된 식물성 점결조연제를 5중량부를 투입한 다음, 사출 및 압출 성형하여 탄화숯을 제조하였다.

상기 가연 유기성 폐기부산물을 주원료로 탄화시켜 탄화분말상태와 점결조연제를 혼합하여 사출성형시의 발열량을 비교 분석한 결과를 하기 표 2에 도시하였다.

가연 유기성 폐기부산물을 주원료로 탄화시켜 탄화분말상태와 점결조연제를 혼합하여 사출성형시의 발열량 비교

구분	가연 유기성 폐기부산물탄화분말	혼합 사출성형고열탄
발열량(kcal/kg)	5,800	7,500

상기 방법으로 제조된 탄화숯을 시험한 결과, 약 7,500kcal/kg의 높은 발열량을 가지는 것으로 나타났다.

비교예 : 종래 방법에 따른 숯 제조

함수율이 5 ~ 7%인 건조톱밥을 원료로 하여 생산된 성형 장작을 토굴 가마에 적재한 다음, 밀폐한 가마에서 15 ~ 17일 동안 탄화시키고, 6 ~ 7일 동안 완전 소화하여 숯을 제조하였다.

종래 방법과 본 발명에 의해 제조된 제품 성능 대비

구분	종래 방법	본 발명
열량	7,000kcal/kg	7,500kcal/kg
연소시간	2시간	2시간 40분
열강도	불규칙하고, 보통임	일정하고, 좋음
표면상태	균열이 많고, 거침	매끄럽고, 고름
기공	미세 구멍이 많음	큰 구멍이 많음
재	24%	15%
생산지	해외	국내

상기 종래 톱밥을 이용하여 제조된 숯은 균열이 발생하고, 지나치게 연소되어 재(ash) 상태 또는 파손된 상태로 제품의 회수율이 감소하였다. 또한, 밀폐된 가마의 개문시 산소의 갑작스런 투입으로 발화되어 화재 발생이 빈번하여 손실율이 매우 컸다.

본 발명에 따라 제조된 탄화숯은 종래 숯에 비해 발열량이 높고, 연소시간이 길고, 열강도도 일정하게 나타났다. 또한, 기공이 많아 완전 연소가 가능하며, 종래 숯에 비해 재(ash)의 생산도 15%로 감소하여 제품의 손실율이 감소되었으며, 본 발명에 따른 공정을 이용하여 100% 국내 생산이 가능하다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 회수율이 향상된 가연 유기성 폐기부산물을 이용한 탄화숯의 제조방법을 제공하는 효과가 있다. 본 발명에 따른 탄화숯은 음식물 쓰레기를 전처리하여 수득한 가연 유기성 폐기부산물을 재활용할 수 있어 친환경적이며, 상기 가연 유기성 폐기부산물을 밀폐 터널식 연동 진공전기로에서 탄화함으로써 멸균 및 소멸처리되고, 악취 또한 제거되는 효과가 있다. 종래 숯에 비해 열량, 연소시간 및 열강도가 향상되며, 기공이 있어 완전 연소가 가능한 효과가 있다. 또한, 밀폐 터널식 연동 진공전기로에 가연 유기성 폐기부산물과 수피를 탄화하고, 질소 가스를 투입하여 완전 소화시킴으로써, 발화가 되지 않아 재(ash)발생 및 파손으로 인한 손실율이 감소되고, 회수율이 향상되는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 종래 숯은 해외로부터 수입하였는데, 본 발명에 따른 제조성분을 통해 100% 수입 의존의 원자재를 대체가능하고, 본 공정을 통하여 국내에서 생 산이 가능하여 공급이 안정적이고, 외화 낭비를 줄일 수 있으며, 생산된 제품의 질이 향상되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 다음의 단계를 포함하는 가연 유기성 음식 부산물을 이용한 탄화숯의 제조방법:

   (a) 가연 유기성 음식 부산물 60~80 중량부에 수피 10~15 중량부를 혼합하는 단계;

   (b) 상기 혼합물을 밀폐 터널식 연동 진공전기로에 투입하여 500 ~ 800℃에서 1 ~ 3시간 동안 연속 탄화하여 탄화분을 제조하는 단계;

   (c) 상기 탄화분에 질소 가스를 투입하여 완전 소화시킨 다음, 탄소분을 생성시키는 단계;

   (d) 상기 탄소분에 코코넛 탄화분 및 식물성 전분을 혼합하되, 상기 탄소분 100 중량부에 대하여 상기 코코넛 탄화분 15~25 중량부를 혼합하고, 사출 및 압출 성형하는 단계; 및

   (e) 상기 성형된 탄화숯을 건조 처리하는 단계.
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