KR101117765B1 - 낙엽을 이용한 고체연료 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 낙엽을 이용한 고체연료 제조방법을 제공한다.

이는 특히, 계절의 변화에 따라 낙하하는 낙엽과 고추대, 톱밥, 옥수수대중에서 선택되는 어느 하나를 혼합한 후 2~10mm의 크기로 파쇄한 후 이를 9~12중량%의 수분이 함유되도록 건조하고, 가압하여 펠릿 형태로 제조하도록 하는 것이다.

에이 따라서, 자연에서 존재하는 낙엽을 주원료로 하여 장작이나 연탄을 대용할 수 있는 고체연료를 대량으로 생산할 수 있도록 하는 것이다.

펠릿, 낙엽, 가압, 고체연료

Description

낙엽을 이용한 고체연료 제조방법{A manufacturing method for solid fuel using the leaves}

본 발명은 우리 주변에서 쉽게 구할 수 있는 낙엽과 고추대, 톱밥, 옥수수대등을 사용하여 펠릿형상의 고체연료로 제조하여 장작이나 연탄을 대용할 수 있는 고체연료를 대량으로 생산할 수 있도록 하는 낙엽을 이용한 고체연료 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 바이오매스(biomass)는 식물이나 미생물과 같이 에너지원으로 이용되는 생물체로서 환경친화적인 대체에너지원으로써의 중요성이 강조되고 있고 이를 열분해 또는 발효시켜 메탄, 에탄올, 수소와 같은 연료를 채취하는 방법이 연구되고 있다.

이를 구체적으로 설명하면, 현재까지의 바이오매스 에너지의 이용 및 활용은 목질류 톱밥, 우드칩, 펠렛 등을 직접 연소하여 열과 전력을 발생하거나, 열화학적 변환으로 가스화/액화하거나, 생물학적 변환으로 비료나 액체연료를 생성하거나, 에스테르화를 통하여 바이오디젤 연료를 제조하는 정도가 통상적으로 알려져 있다.

특히 산림 바이오매스 중에서 무한하게 생성되고 에너지 함유량이 높아 선호 되는 것은 나무이다.

이를 위해 나무를 베어낸 것은 물론 지스러기 또는 그와 비슷한 형태로 나무를 활용하기 위하여 소위 펠렛(pellet) 형태로 만들어서 에너지를 생산하는 것이 알려져 있다.

상기 나무 펠렛은 석탄이나 목탄과 비교하여 손색이 없을 정도로 운반, 저장 및 연소 시의 처리가 용이하다.

또한, 바이오매스의 여러 가지 종류와 대체 에너지 함유체에 대한 수요의 증가를 고려할 때 나무 이외의 다른 바이오매스로부터 운반, 저장 및 연소 처리가 용이하면서 열량이 높은 연료를 제공하는 것이 부단히 요구되고 있다.

다만 나무를 제외한 여타의 식물체의 경우 단위 중량 또는 용적당 발열량이 낮아 동일량의 연료를 얻기 위한 원료의 중량과 용적이 증가하므로 이송과 보관에 따른 비용 부담이 발생하며, 양질의 원료확보가 곤란하여 대량의 에너지 생산에 부적합한 단점이 있다.

이와같은 문제점을 개선하기 위하여 공개특허공보 제2007-35013호에 나무 재료를 이용한 고체연료의 제조방법이 개시되어 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 휘발분을 포함하고 있는 열매 껍질 25 내지 35wt％와, 폐나무 65 내지 75wt％를 배합하는 재료 배합 공정(S1); 상기 배합물의 각 입자가 5 내지 10㎜의 크기를 가지도록 파쇄하는 파쇄 공정(S2); 상기 파쇄물이 30％ 내외의 함수율을 가지도록 예열하는 예열 공정(S3); 상기 예열된 파쇄물을 카보나이징 시스템을 통과시켜, 함수율 4％ 내외, 고정탄소 80％ 이상을 가지도록 탄화하는 탄화 공정(S4); 상기 탄화물을 급속 냉각하는 냉각 공정(S5); 상기 냉각된 탄화물을 150 내지 200 메시로 분쇄하는 분쇄 공정(S6); 상기 분쇄된 탄화물을 포장하는 포장 공장(S7)으로, 고체 연료를 제조하는 공정으로 이루어 진다.

그러나, 상기와 같은 고체연료 제조방법은, 파쇄물을 직접 연료로 사용하지 않고 탄소를 생성하는 카보나이징 공정을 수행하도록 하여 공정이 복잡하게 되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 운반ㆍ저장ㆍ연소 처리가 편리할 뿐 아니라 연소에 따른 열량을 높일 수 있어 에너지원으로서의 경제성도 구비하도록 하고, 자연에서 존재하는 낙엽을 주원료로 하여 장작이나 연탄을 대용할 수 있는 고체연료를 대량으로 생산할 수 있도록 하고, 폐기되는 자원을 연료원으로 사용할 수 있도록 하며, 별도의 화학적 혼합물 없이 자연에 존재하는 낙엽등을 연료원으로 사용하여 연소시 발생하는 오염물질의 발생을 최소화 하도록 하고, 펠릿형상으로 제조하여 사용 및 운반이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 낙엽을 이용한 고체연료 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 계절의 변화에 따라 낙하하는 낙엽과 고추대, 톱밥, 옥수수대중에서 선택되는 어느 하나를 혼합한 후 2~10mm의 크기로 파쇄한 후 이를 9~12중량%의 수분이 함유되도록 건조하고, 가압하여 펠릿 형태로 제조하는 낙엽을 이용한 고체연료 제조방법을 제공한다.

더하여, 본 발명의 건조하는 단계는 150 내지 200℃의 온도로 가지는 열풍을 사용하는 구성으로 이루어 진 낙엽을 이용한 고체연료 제조방법을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 운반ㆍ저장ㆍ연소 처리가 편리할 뿐 아니라 연소에 따른 열량을 높일 수 있어 에너지원으로서의 경제성도 구비하고, 자연에서 존재하는 낙엽을 주원료로 하여 장작이나 연탄을 대용할 수 있는 고체연료를 대량으로 생산하고, 폐기되는 자원을 연료원으로 사용하며, 별도의 화학적 혼합물 없이 자연에 존재하는 낙엽등을 연료원으로 사용하여 연소시 발생하는 오염물질의 발생을 최소화 하고, 펠릿형상으로 제조하여 사용 및 운반이 용이하게 이루어지는 효과가 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 고체연료를 도시한 요부 단면도이고, 도2는 본 발명에 따른 고체연료의 제조방법을 도시한 순서도이다.

본 발명은 도1 및 도2에서와 같이, 계절의 변화에 따라 낙하하는 낙엽과 추수후 폐기되는 고추대, 옥수수대, 목공소등에서 발생되는 톱밥을 원료원으로 사용한다.

그리고, 상기 펠릿 상태의 고체연료(100)는, 낙엽(130)과 섬유질재(110)가 상호 적층되는 상태로 가압되어 면상인 낙엽 사이에 섬유질재가 개재되어 공간을 형성함으로써 연소가 용이하게 되고, 낙엽 사이에 구비되는 섬유질재가 보강재의 역활을 수행하여 펠릿이 일정한 강도와 형상을 유지토록 한다.

이때, 상기 옥수수대, 고추대, 낙엽은 2~10mm의 크기로 파쇄된다.

더욱 상세히는, 낙엽(130)은 2~3mm, 옥수수대, 고추대 등의 섬유질재(110)는, 4~10mm가 적당하다.

그리고, 상기 옥수수대, 고추대, 낙엽을 9~12중량%의 수분이 함유되도록 건조한다.

또한, 상기 건조는, 일반적인 노상의 건조도 가능하나 신속한 건조를 위하여 히터에 의한 150 내지 200℃정도의 열풍을 사용하는 것이 바라직하다.

계속하여, 상기와 같이 9~12중량%의 수분이 함유되는 옥수수대, 고추대, 낙엽, 톱밥을 가압하여 펠릿형상으로 제조한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도1및 도2에서와 같이, 본 발명의 원료로는 우리 주변에서 쉽게 구할수 있으면서 계절의 변화에 따라 낙하하는 낙엽과 추수후 폐기되는 고추대, 옥수수대, 목공소등에서 발생되는 톱밥을 원료원으로 사용한다.

이때, 상기 옥수수대, 고추대, 낙엽은 2~10mm의 크기로 파쇄된다.

상기 원료의 입자가 2mm이하이면 펠릿상으로 가압할 때 오히려 원료 사이의 결합력이 감소되어 펠릿의 형성이 힘들게 되고, 상기 원료입자가 10mm 이상이면 원료사이의 결합력은 증가하나 균일한 입자의 배열이 힘들에 이 역시 펠릿의 형성이 힘들게 된다.

그리고, 상기와 같이 원료원으로 사용되는 옥수수대, 고추대, 낙엽, 톱밥의 혼합물 전체 중량에 대하여 9~12중량%의 수분이 함유되도록 건조한다.

또한, 상기 건조는, 일반적인 노상의 건조도 가능하나 신속한 건조를 위하여 히터에 의한 150 내지 200℃정도의 열풍을 사용하는 것이 바람직하고, 동결 건조의 방법을 사용하여도 된다.

이때, 상기 원료의 수분함량은 아래의 표1에서와 같이 9~12중량% 정도가 적 당하다.

즉, 상기 수분함량이 원료의 중량대비 9중량% 이하이면 분말의 형성이 힘들게 되어 이를 통한 펠릿의 제조가 힘들게 된다.

또한, 상기 수분함량이 원료의 중량대비 12중량% 이상이면 수분이 과다하여 형태를 이룰수 없어 재차 가열 및 건조를 필요로 한다.

표 1

	낙엽	낙엽+톱밥 (7:3)	낙엽+톱밥 (6:4)	낙엽+톱밥 (5:5)	고추대	옥수수대	톱밥
수분(중량%)	9.5~ 10.3	9.5~ 10.3	9.5~ 10.3	9.5~ 10.3	9.5~ 10.3	9.5~ 10.3	9.5~ 10.3
발열온도(℃)	440~ 450	441~ 448	418~ 440	410~ 417	423~ 442	408~ 423	375~ 382

그리고, 상기 고체연료의 원료는 표2에서와 같이 기본원료를 낙엽으로 하여 이에 옥수수대, 고추대, 톱밥중에서 선택되는 어느 하나를 낙엽의 전체 중량대비 30~50중량%를 투입토록 한다.

즉, 본원발명은 우리 주변에서 손쉽게 수거할 수 있는 낙엽을 주원료로 하여 이에 옥수수대, 고추대, 톱밥등을 혼합하는 것으로서 낙엽이나, 고추대, 옥수수대등을 단독으로 사용할 때 보다 상승되는 발열량을 구현토록 하는 것이다.

또한, 자연에서 쉽게 구할수 있는 원료에 어떠한 인위적인 조작없이 천연원료만을 가압하여 고체연료를 생산할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같은 원료는 아래의 표2와 같은 배합비율로 배합하면 하나만을 사용한 고체연료보다 상승되는 발열량을 갖도록 된다.

표 2

	낙엽	낙엽+톱밥 (7:3)	낙엽+톱밥 (6:4)	낙엽+톱밥 (5:5)	고추대	옥수수대	톱밥
저휘발열량 (J/g)	15400	17000	17400	17600	15900	14500	17100

계속하여, 상기와 같이 10.1~10.3중량%의 수분이 함유되는 옥수수대, 고추대, 낙엽, 톱밥을 가압하여 펠릿형상으로 제조함으로써 보관이 용이하게 되고, 사용시 적당량을 사용함으로써 열량조절이 용이하게 되는 것이다.

그리고, 상기 낙엽과 톱밥, 고추대, 옥수수대등의 섬유질재의 혼합비율은, 상기 섬유질재가 50중량% 이상이나 30중량% 이하 투입되면 발열량이 연저히 감소되는 문제점이 있어 상기 섬유질재는 낙엽의 전체 중량에 대하여 40~50중량%가 투입되는 것이 바람직하다.

도1은 본 발명에 따른 고체연료를 도시한 요부 단면도이다.

도2는 본 발명에 따른 고체연료의 제조방법을 도시한 순서도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100...고체연료 110...낙엽

130...섬유질재

Claims (3)

1. 고추대와 옥수수대 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어지면서 4~10mm로 크기로 파쇄되는 섬유질재를 2~3mm의 크기로 파쇄되는 낙엽의 전체중량에 대하여 40~50중량% 투입하고,

   상기 낙엽과 섬유질재의 혼합물은 11~12중량%의 수분을 갖도록 150~200℃의 열풍을 사용하여 건조하며,

   상기 낙엽과 섬유질재의 혼합물을 가압하여 펠릿으로 제조하는 구성으로 이루어진 낙엽을 이용한 고체연료 제조방법
2. 삭제
3. 삭제

Images