KR101347930B1 - 돈분과 이탄을 주원료로 하는 고형연료 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 돈분에 화학 첨가제를 혼합하여 살균 탈취하여 돈분의 악취를 제거시킨 후 탈수공정과 이탄배합 공정을 순차적으로 이행하여 열량이 높은 고형연료를 생산할 수 있도록 하는 것이다.
즉 돈분 침전물에 초산과 차아염소산나트륨을 혼합하여 악취를 탈취하는 돈분 침전물 탈취공정(1)과, 상기 돈분 침전물 탈취공정이 이루어진 돈분 침전물을 탈수장치를 통해 탈수작업을 통해 45~50%의 수분을 유지하도록 하는 돈분 침전물 탈수공정(2)과, 상기 돈분 고형물 탈수공정을 마친 돈분 고형물 70~80중량%에 이탄 20~30중량%를 혼합하는 이탄 혼합공정(3)과, 상기 이탄 혼합공정에 의해 조성된 돈분 혼합물에 초산과 차아염소산나트륨을 혼합하여 악취를 탈취하는 돈분 혼합물 탈취공정(4)과, 상기 돈분 혼합물 탈취공정을 거친 돈분 혼합물을 탈수장치를 통해 탈수작업을 통해 20~25%의 수분을 유지하도록 하는 돈분 혼합물 탈수공정(5)과, 상기 돈분 혼합물 탈수공정을 거친 돈분 혼합물을 일정한 크기와 형상을 유지하는 펠릿으로 성형하는 혼합펠릿 성형공정(6)과, 상기 혼합펠릿 성형공정을 마친 혼합펠릿을 마이크로 웨이브건조기를 통해 6~8%의 수분을 함유하는 혼합펠릿 건조공정(7)을 각각 순차적으로 거쳐서 고효율의 고형연료를 생산하도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

돈분과 이탄을 주원료로 하는 고형연료 및 그 제조방법 {Manufacturing method of solid fuel using pig ordure and peat}

본 발명은 돈분과 이탄을 주원료로 하는 고형연료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 돈사에서 발생하는 돈분에 화학 첨가제를 혼합하여 살균 탈취하여 돈분의 악취를 제거시킨 후 탈수공정과 이탄배합 공정을 순차적으로 이행하여 열량이 높은 고형연료를 생산할 수 있도록 하는 돈분과 이탄을 주원료로 하는 고형연료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 가축농가에서 발생한 축분을 종래에는 매립이나 해양투기를 통해 최종처분하였으나 톱밥이나 왕겨, 볏짚 등의 혼합물과 배합하여 발효과정을 거쳐 퇴비화하거나, 미생물 발효를 통한 액비화하여 사용하기도 하였다.

하지만, 매립은 높은 COD(화학적 산소요구량)와 BOD(생물학적 산소요구량)에 의한 심한 악취로 인하여 수질오염의 주범이 되고 침출수로 인하여 주변 토양 및 하천을 오염시키게 되므로 일찍부터 허용되지 않고 있으며, 발효에 의한 액비화 및 퇴비화는 토양의 산성화를 유발하고 공정이 번거롭고 건조 비용이 많이 소요됨은 물론 비료로서의 적합성 및 수요처인 경종농가에서 악취발생으로 살포를 기피하는 등의 실정으로 많은 문제점이 있어 대부분 경제적 부담이 적은 해양투기를 통해 처리를 하였으나 이마저도 해양 투기를 금지하는 런던협약 및 96 개정 의정서에 의하여 2012년부터 해양투기가 금지되기 때문에 다른 방식의 처리기술과 국가적 정책이 필요한 시점에서 축산분뇨를 100% 육상처리를 목표로 2012년부터 퇴비 및 액비를 만들기 위한 축산분뇨 공동 자원화시설에 중점을 두고 추진하고 있으나 지금까지는 많은 문제점을 내포하고 있어서 별다른 해결책을 모색하지 못하고 있는 실정임을 알 수 있다.

뿐만 아니라 세계적으로 기후온난화와 고유가시대에 접어들면서 탄소배출량 감소와 대체에너지에 대한 요구가 절실히 요구되고 있으며 이에 따라 각국들에 있어서 새로운 탄소감축기술의 개발 및 탄소배출권 확보 방안, 신 재생에너지 개발, 에너지 효율성 제고 등의 방법이 이슈화되고 있으며, 특히 지구온난화를 막기 위해 2005년 발효된 교토의정서로 인하여 지구 온난화와 환경오염을 예방하기 위한 청정 대체 에너지의 개발은 필연적으로 해결되어야하는 당면과제이다.

이중 돈분은 유기질 폐기물로써 수분을 제거한 후 고형물로 가공하여 건조하면 다른 첨가물 없이도 고형연료로 이용이 가능하며, 여기에 열량 증가를 위해 톱밥이나 왕겨 또는 폐타이어와 사북탄광의 저품질 분탄 등 다양한 첨가물을 적정비율로 첨가하여 고열량의 에너지로 전환하기 위해 다양한 연구를 하고 있을 뿐만 아니라 최근에는 바이오가스 생산을 위한 재료로 이용하거나 다양한 처분방법을 모색하고 있지만 이 또한 생산설비비 및 생산에너지 저효율과 잔여침전물 처리과정에서 발생하는 악취 때문에 사용처인 경종농가의 기피현상으로 인해 이러한 적용 양은 아직 미미한 실정이 있다.

또한, 탄소를 주성분으로 하여 매장된 석탄과 석유와 같이 그 매장량이 한정되어 언젠가는 고갈되는 자원과는 달리 현재 대한민국에서 발생하는 하루 57,000여 톤의 돈분은 자원의 고갈문제가 없는 바이오메스(Bio-mass)로 활용에 따라 무궁무진하게 사용할 수 있는 에너지임을 알 수 있다.

즉 바이오메스(Bio-mass)는 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생산된 식물체, 균체와 이를 먹고살아 가는 동물체를 포함하는 생물유기체를 통칭하는 말로서 바이오메스(Bio-mass)자원은 임목과 볏 집, 왕겨와 같은 농수산물을 포함하는 셀룰로오스계의 자원과 사탕수수, 사탕무와 같은 당질 계의 자원 등 다양한 성상이 있으며, 바이오에너지(Bio Energy)는 햇빛을 이용하여 광합성 되는 유기물(주로 식물체) 및 동유기물을 소비하여 생성되는 모든 생물유기체 즉, 바이오메스(Bio-mass)의 에너지를 말하며, 계속 자라거나 생성되므로 석유나 석탄과 같이 한번 사용하면 없어지는 화석에너지와는 달리 재생성을 가져 자원의 고갈문제가 없는 바이오메스(Bio-mass) 중에서도 임업 부산물인 톱밥이나 농업 부산물인 볏 집, 왕겨 등 식물계 바이오 메스는 그 중요한 유기물질의 구조 성분이 대부분 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌으로 구성되어 있는데 이들 복합 분자는 연료 및 에너지의 생산을 위한 화석 탄소 소재를 궁극적으로 대체할 수 있는 재생 가능한 에너지와 탄소성 물질이 풍부한 자원이기는 하나 분해가 어려운 성분으로서 흡착 특성이 좋지않아 종래처럼 땔감으로만 사용하지 않고 고형연료의 원료로서 효율적으로 이용하기 위해서는 섬유질을 급속하게 분해하여야 하는 문제점이 있어서 연료로서 사용하기 위한 다양한 시도에도 널리 사용되지 못하고 있는 실정에 있다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 제반 문제점들을 일소하기 위하여 창안한 것으로서, 돈사에서 발생하는 돈분에 화학 첨가제를 혼합하여 살균 탈취하여 돈분의 악취를 제거시킨 후 이탄을 첨가하여 배합하는 이탄배합공정을 마친 후 별도의 탈수공정 및 건조공정을 순차적으로 이행하여 열량이 높은 고형연료를 저비용으로 생산함으로써, 양돈농가에서 양돈과정에서 발생하는 불필요한 부산물인 돈분의 처리비용을 절감함과 동시에 돈사의 수질과 대기오염에 따른 돈사 환경을 신속하게 개선함은 물론 무궁무진한 재생성을 유지하는 돈분을 높은 발열량을 가지는 새로운 에너지원으로 생산하여 농가의 새로운 수익원을 창출할 수 있도록 돈분과 이탄을 주원료로 하는 고효율의 고형연료를 생산하는 제조방법을 제공하기 위하여 위 과제를 해결하고자 하는 것이다.

이하 본 발명을 첨부된 도면과 함께 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

통상적으로 고액분리기를 통해 65%~75%의 수분을 유지시킨 돈분 침전물을 저장조에 투입한 상태에서 초산과 차아염소산나트륨을 혼합하되 돈분 침전물 98~99중량%에 초산 0.25~0.5중량%과 차아염소산나트륨 0.75~1.5중량%의 비율로 혼합하여 돈분 침전물을 살균함과 동시에 돈분 침전물에서 발생하는 악취를 탈취하는 돈분 침전물 탈취공정(1)과;

상기 돈분 침전물 탈취공정이 이루어진 돈분 침전물을 벨트프레스장치 등과 같은 탈수장치를 통해 탈수작업을 통해 45~50%의 수분을 유지하는 돈분 고형물이 되도록 하는 돈분 침전물 탈수공정(2)과;

상기 돈분 고형물 탈수공정을 마친 45~50%의 수분을 유지하는 돈분 고형물 70~80중량%에 15~20%의 수분을 유지하는 이탄 20~30중량%를 혼합하여 돈분 혼합물을 조성하는 이탄 혼합공정(3)과;

상기 이탄 혼합공정에 의해 조성된 돈분 혼합물 99~99.5중량%에 초산 0.15~0.25중량%과 차아염소산나트륨 0.35~0.75중량%의 비율로 혼합하여 돈분 혼합물을 살균함과 동시에 돈분 혼합물에서 발생하는 악취를 탈취하는 돈분 혼합물 탈취공정(4)과;

상기 돈분 혼합물 탈취공정을 거쳐 살균 탈취된 돈분 혼합물을 벨트프레스장치 등과 같은 탈수장치를 통해 탈수작업을 통해 20~25%의 수분을 유지하는 돈분 혼합물이 되도록 하는 돈분 혼합물 탈수공정(5)과;

상기 돈분 혼합물 탈수공정을 거친 돈분 혼합물을 일정한 크기와 형상을 유지하는 펠릿으로 성형하는 혼합펠릿 성형공정(6)과;

혼합펠릿 성형공정에 의해 일정한 형상을 유지하는 혼합펠릿을 마이크로 웨이브건 조기를 통해 6~8%의 수분을 함유하도록 건조하는 혼합펠릿 건조공정(7)을 각각 순차적으로 거쳐서 6,500㎉/㎏ 이상의 발열량을 가지는 고효율의 고형연료를 생산하도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

돈사에서 발생하는 돈분을 화학 첨가제로 살균 및 탈취하여 돈분의 악취를 제거시킨 후 천연 재료인 이탄을 첨가하여 다시 살균과 탈취는 물론 탈수 및 건조 공정을 순차적으로 이행하여 저비용으로 열량이 높은 고형연료를 저비용으로 생산함으로써, 무궁무진한 재생성을 유지하는 돈분을 고효율의 고형연료로 변환하여 새로운 에너지원을 생산함에 따라 양돈농가뿐만 아니라 축산농가 및 하우스 농가의 난방연료로 사용하도록 하여, 최근 열병합 발전소의 신 재생에너지 의무할당제(RPS) 시행확대로 폐기물 재생원료 확보 요구증대에 따른 축분을 새로운 에너지로 사용할 수 있도록 연료화함에 따라 현재 축분 공공자원화 시설의 퇴비나 액비 생산과 수요문제를 말끔히 해소할 수 있도록 하는 발명인 것이다.

뿐만 아니라 양돈농가에서 가장 난해한 문제점인 돈분에 의해 발생하는 돈사의 수질과 대기오염에 따른 문제점을 개선함과 동시에 양돈농가의 새로운 주 수익원을 창출하도록 하여 양돈농가의 경쟁력을 강화하는 등 다양한 이점을 창출하는 그 기대되는 바가 매우 많고 큰 발명이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 공정도를 순차적으로 도시한 공정 블록도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 돈분 혼합물 탈수 공정을 마친 상태에서 실험을 통해 돈분 혼합물의 고위발열량을 나타낸 시험결과물.

양돈 농가에서 발생하는 돈분을 통상의 고액분리기를 통해 65%~75%의 수분이 유지되는 통상의 돈분 침전물을 살균, 탈취, 혼합, 건조, 성형 작업이 각각 필요에 따라 단수 또는 복수로 순차적으로 이루어지도록 한 후 고형연료를 일정한 모양과 크기로 생산하는 돈분을 주원료로 하는 고형연료 및 그 제조방법에 있어서;

65%~75%의 수분을 유지시킨 돈분 침전물을 저장조에 투입한 상태에서 초산과 차아염소산나트륨을 혼합하되 돈분 침전물 98~99중량%에 초산 0.25~0.5중량%과 차아염소산나트륨 0.75~1.5중량%의 비율로 혼합하여 돈분 침전물을 살균함과 동시에 돈분 침전물에서 발생하는 악취를 탈취하는 돈분 침전물 탈취공정(1)과;

상기 돈분 침전물 탈취공정이 이루어진 돈분 침전물을 벨트프레스장치 등과 같은 탈수장치를 통해 탈수작업을 통해 45~50%의 수분을 유지하는 돈분 고형물이 되도록 하는 돈분 침전물 탈수공정(2)과;

상기 돈분 고형물 탈수공정을 마친 45~50%의 수분을 유지하는 돈분 고형물 70~80중량%에 15~20%의 수분을 유지하는 이탄 20~30중량%를 혼합하여 돈분 혼합물을 조성하는 이탄 혼합공정(3)과;

상기 이탄 혼합공정에 의해 조성된 돈분 혼합물 99~99.5중량%에 초산 0.15~0.25중량%과 차아염소산나트륨 0.35~0.75중량%의 비율로 혼합하여 돈분 혼합물을 살균함과 동시에 돈분 혼합물에서 발생하는 악취를 탈취하는 돈분 혼합물 탈취공정(4)과;

상기 돈분 혼합물 탈취공정을 거쳐 살균 탈취된 돈분 혼합물을 벨트프레스장치 등과 같은 탈수장치를 통해 탈수작업을 통해 20~25%의 수분을 유지하는 돈분 혼합물이 되도록 하는 돈분 혼합물 탈수공정(5)과;

상기 돈분 혼합물 탈수공정을 거친 돈분 혼합물을 일정한 크기와 형상을 유지하는 펠릿으로 성형하는 혼합펠릿 성형공정(6)과;

혼합펠릿 성형공정에 의해 일정한 형상을 유지하는 혼합펠릿을 마이크로 웨이브건조기를 통해 6~8%의 수분을 함유하도록 건조하는 혼합펠릿 건조공정(7)을 각각 순차적으로 거쳐서 6,500㎉/㎏ 이상의 발열량을 가지는 고효율의 고형연료를 생산하여 포장공정을 거쳐서 반출하여서 난방연료로 사용하도록 하는 것이다.

우선적으로 양돈 농가에서 발생하는 돈분은 돼지의 분뇨로써, 구체적으로 돈분 침전물과 뇨가 주성분이 이루어지며, 통상적으로 고액분리기를 통해 돈분 침전물을 추출하고 남은 돈뇨와 돈분 액을 축산폐수 처리용 정화조를 거쳐 통상적인 수처리 작업을 통해 일부를 농토에 액비로 사용하거나 하천 등지에 배출하며, 고액분리기를 통해 추출하는 돈분 침전물은 일반적으로 65~75%의 수분을 유지하는 매우 무른 상태의 돈분 침전물이므로 이를 별도의 저장조에 투입하여 퇴비화 작업 및 후처리를 하는 것이 보편적이다.

이때, 돈분 침전물에서 발생하는 악취의 대표적 주성분을 구분하면 염기성 성분의 암모니아(NH3)와 트라이메이틸아민((CH3)3N), 산성 성분의 황화수소(H2S)와 메틸메캅탄(CH3SH), 중성 성분의 황화메틸((CH3)2S)와 아세트알데하이드(CH3CHO)로 각각 나타나며, 상기의 각 성분으로부터 발생하는 악취로 인해 돈분 침전물의 활용이 어려울 뿐만 아니라 다른 재료와의 혼합에 있어서도 악취가 제거되지 않는 근본적인 어려움이 있어 돈분 침전물을 이용한 고형연료의 생산과 활용에 어려움이 있어 왔다.

하여 본 발명에서는 초산(醋酸)(아세트산-CH3COOH)과 차아염소산나트륨(NaOCI)을 돈분 침전물에 살포하여 돈분 침전물에서 발생하는 다양한 악취의 주성분들을 화학적으로 분해하여 악취를 제거할 뿐만 아니라 살균효능까지 극대화할 수 있도록 하기의 일 실시 예를 통해 진행하고 있다.

(일실시 예)

1) 돈분 침전물 탈취공정;

70%의 수분을 함유한 돈분 침전물 3000g에 초산 15g과 차아염소산나트륨 45g을 각각 혼합하여 40~50℃의 온도를 유지한 상태에서 30분 동안 교반하여 돈분 침전물을 살균함과 동시에 돈분 침전물에서 발생하는 악취를 탈취하는 돈분 침전물 탈취공정을 진행하면 하기 표 1에 나타나는 바와 같이 돈분 침전물 자체에서 발생하는 악취를 발산하는 악취물질이 초산이나 차아염소산나트륨과 화학적 결합에 의한 반응을 통해 악취소멸은 물론 살균 작용이 동시에 이루어짐을 알 수 있는 것이다.

구분	악취 물질	혼합 물질	화학 반응식	결과
염기성 물질	NH3 (암모니아)	CH3COOH(초산) NaOCI (차아염소산나트륨)	NH3+CH3COOH=>NH4+CH3COO 2NH3+3NaOCI=>N2+3NaCI+3HO	초산과 차아염소산나트륨의 살균/탈취력으로 암모니아와 트라이메틸아민 냄새가 제거됨
	(CH3)3N (트라이메틸아민)	NaOCI (차아염소산나트륨)	(CH3)3N+NaOCI=> (CH3)3NO+NaCI
산성 물질	H2S (황화수소)	CH3COOH(초산) NaOCI (차아염소산나트륨)	H2S+NaOH =>Na2S+H2O H2S+Na2S => 2NaSH H2S+ => Na2S+2H2O Na2S+4NaOCL=>Na2SO4+4NaCL Na2S+NaOCL+H2O=> S+NaCL+2NaOH	초산과 차아염소산나트륨의 살균/탈취력으로 황화수소와 메틸매캅탄 냄새가 제거됨
	CH3SH (메틸메캅탄)	NaOCI (차아염소산나트륨)	2CH3SH+6NaOCI => (CH3)2SO3+3NaCI
중성 물질	(CH3)2S (황화메탈)	NaOCI (차아염소산나트륨)	(CH3)2S+NaOCI => (CH3)2SO3+3NaCL	초산과 차아염소산나트륨의 살균/탈취력으로 황화메탈과 아세트알데하이드 냄새가 제거됨
	CH3CHO (아세트알데하이드)	NaOCI (차아염소산나트륨)	CH3CHO+NaOCL+NaOH => CH3COONa+NaCL+H2O

상기 (표 1)에서 나타난 바와 같이 돈분 침전물에서 발생하는 각종 악취물질인 암모니아를 비롯한 드라이메틸아민, 황화수소, 메틸메캅탄, 황화메탈, 아세트알데하이드 등이 초산과 차아염소산나트륨과 각각 화학 반응하여 최종적으로 악취가 없는 무취 물질이나 미세악취가 나는 물질로 변환함에 따라 돈분 침전물로 인한 악취를 대부분 제거하도록 함과 동시에 살균작용을 통해 돈분 침전물 내부에 유지하는 각종 유해균을 제거함으로써, 돈분 침전물의 악취를 제거하고 더 이상의 부패와 위험요소를 일시에 제거함에 따라 다른 물질과 혼합하는 등의 사용용도를 비롯한 사용처와 사용방법들을 더욱 다양하고 광범위하게 적용할 수 있게 됨을 알 수 있다.

2) 돈분 침전물 탈수공정;

상기와 같이 일차살균탈취공정을 통해 악취가 대부분 제거된 3000g의 돈분 침전물을 통상의 벨트프레스장치와 같은 탈수장치에서 80~90℃의 온도를 유지한 상태에서 30분 시간 동안의 돈분 침전물 내부의 수분을 제거하는 탈수작업을 통해 70%의 수분을 함유하는 돈분 침전물이 45%의 수분을 함유하는 돈분 고형물이 되도록 하는 돈분 침전물 탈수공정이 이루어지도록 하는 것이다.

이는 상기 돈분 침전물 탈취공정을 통해 돈분 침전물의 악취가 대부분 제거하고 살균처리 함으로써, 통상의 벨트프레스장치와 같은 탈수장치에서 탈수되는 돈분 침전물에서 악취가 발생하지 않아 작업장의 대기오염 발생을 방지하도록 하여 부담없이 돈분 침전물 탈수공정이 통상의 탈수장치에서도 용이하게 이루어짐은 물론 탈수과정에서 발생하는 액체는 통상의 폐수처리장치로 보내 부담없이 정수처리하도록 하고, 증발된 수증기와 기체는 탈취/배기 탑과 같은 통상의 여과장치를 통해 대기중으로 용이하게 배출할 수 있도록 하여 별도의 특수 장비 없이도 악취를 제거할 수 있게 되는 것이다.

3) 이탄 혼합공정;

상기와 같은 돈분 고형물 탈수공정을 마친 수분 45~50%의 수분을 유지하는 돈분 고형물 2100g에 15~20%의 수분을 유지하는 이탄 900g을 혼합 교반하여 돈분 혼합물을 조성하는 이탄 혼합공정을 통해 돈분 고형물과 이탄을 혼합하여 새로운 혼합 고형물을 생성하는 것이다.

이때, 돈분 고형물과 혼합하는 이탄(泥炭)은 땅속에 매몰된 기간이 오래되지 않아 탄화 작용이 제대로 이루어지지 않은 석탄, 이끼나 볏과의 식물이 습한 땅에 쌓여 분해되고 변질한 것으로, 주로 온난 다습한 환경의 배수(排水)가 불량한 조건하에서 식물 유해의 축적 및 부분 분해에 의해 형성되는 가볍고 푸석푸석한 물질로 구성된 비료나 연탄의 원료로 쓰이는 유기(有機) 연료로 통상적으로 러시아 등지에서 적은 비용으로 수입하여 사용하고 있으며, 본 발명에서는 공지된 물질인 이탄에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되어 더 이상 상세한 설명을 생략하기로 한다.

4) 돈분 혼합물 탈취공정;

상기와 같이 돈분 고형물에 이탄을 7:3의 비율로 혼합시킨 이탄 혼합공정을 통해 혼합된 3000g의 혼합 공형물에 10g의 초산과 30gdml 아염소산나트륨을 각각 혼합하여 40~50℃의 온도를 유지한 상태에서 60분 동안 교반하여 돈분 혼합물을 살균함과 동시에 돈분 혼합물에서 발생하는 악취를 탈취하는 돈분 침전물 일차 살균탈취공정을 진행하면 상기에 기술된 (표 1)에 나타나는 바와 같이 돈분 혼합물 자체에서 발생하는 악취를 발산하는 악취물질이 초산이나 차아염소산나트륨과 화학적 결합에 의한 반응을 통해 악취소멸은 물론 살균 작용이 동시에 이루어짐을 알 수 있는 것이다.

5) 돈분 혼합물 탈수공정;

상기와 같이 돈분 혼합물 탈취공정을 통해 대부분 악취가 제거된 3000g의 돈분 혼합물을 통상의 벨트프레스장치와 같은 탈수장치에서 80~90℃의 온도를 유지한 상태에서 30분 시간 동안의 돈분 혼합물 내부의 수분을 제거하는 탈수작업을 통해 45%의 수분을 함유하는 돈분 혼합물이 22.8%의 수분을 함유하는 혼합 고형물이 되도록 하는 돈분 혼합물 탈수공정이 이루어지도록 하는 것으로 이 또한, 상기 돈분 혼합물 탈취공정을 통해 돈분 침전물의 악취가 대부분 제거하고 살균처리 함으로써, 통상의 벨트프레스장치와 같은 탈수장치에서 탈수되는 돈분 침전물에서 악취가 발생하지 않아 작업장의 대기오염 발생을 방지하도록 하여 부담없이 돈분 침전물 탈수공정이 통상의 탈수장치에서도 용이하게 이루어짐은 물론 탈수과정에서 발생하는 수증기와 기체를 탈취/배기 탑과 같은 통상의 여과장치를 통해 대기중으로 용이하게 배출할 수 있도록 하여 별도의 특수 장비 없이도 악취를 제거할 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기와 같이 단계적으로 각각의 공정을 거쳐서 형성된 22.8%의 수분을 함유하는 혼합 고형물을 고체연료로 하여 발열량을 측정한 결과(2012년 7월 18일자 한국화학융합시험연구소에서 실시한 시험-도면 2 참조)에서와 같이 고위발열량이 21560 j/g으로 이를 cal/g로 환산하면 약 5153 cal/g가 되는 것으로 이를 국제기준 환산표가 되는 Kcal/Kg으로 환산하면 5153Kcal/Kg이 되는 것이다.

이는 환경부에서 기준으로 삼고 있는 고형연료 등급기준

1등급: 6500 Kcal/kg 이상,

2등급: 5500 ~ 6500 Kcal/kg 미만,

3등급: 4500 ~ 5500 Kcal/kg 미만,

4등급: 3500 ~ 5500 Kcal/kg 미만으로 본 발명에서 지금까지의 공정으로만 조성한 돈분과 이탄을 주원료로 하는 고형연료만으로도, 고형연료제품 고위발열량이 킬로그램(kg)당 3500킬로 칼로리(Kcal) 이상일 것에 부합하는 조성물임을 알 수 있는 것이다.

6) 혼합펠릿 성형공정;

상기 돈분 혼합물 탈수공정을 통해 형성된 혼합 고형물을 일정한 크기와 형상을 유지하는 펠릿(pellet) 형태로 성형하는 혼합펠릿 성형공정을 통해 형상과 크기를 결정하는 것으로 그 모양과 크기는 통상의 고형연료를 생산하는 과정에서 이루어지는 형상과 모양이므로 이 또한 더 이상의 설명을 생략하기로 한다.

7) 혼합펠릿 건조공정;

상기의 혼합펠릿 성형공정에 의해 일정한 형상과 크기로 이루어지는 혼합펠릿을 통상의 마이크로 웨이브건조기 등과 같은 건조장치에 주입하여 수분함수량을 6~8% 를 유지하도록 건조하는 건조공정을 통해 본 발명에서 이루고자 하는 돈분과 이탄을 주원료로 하는 고형연료를 생산하게 되는 것이다.

상기에 기술한 (일실시 예)에서와 같이 각각의 공정이 순차적으로 이루어진 돈분과 이탄을 주원료로 하여 형상화한 고형연료는 수분함수량에 따라 고위발열량이 달라지는 조성물로써 함수율이 증가할수록 발열량이 감소하게 되므로 인위적인 건조공정을 거쳐서 함수율을 최소화하고자 하는 것이다.

- <참고 문헌> 강원대학교 바이오시스템 공학 이귀현 박사가 저술한 우분 성형 고형연료의 열 및 물리학적 특성에 나타나는 바와 같이 성형우분의 함수율별 발열량 분석결과 함수율이 0%일 때 약 14,906 kj/kg, 함수율이 16%일 때 약 13,405 kj/kg, 함수율이 19%일 때 약 13,132 kj/kg, 함수율이 32%일 때 약 11,797 kj/kg, 함수율이 35%일 때 약 10,918 kj/kg으로 함수율이 증가할수록 발열량은 감소함을 알 수 있다.

이를 토대로 함수율에 따른 성형우분의 발열량 값은 결정계수가 0.98로 선형적으로 잘 표현됨을 알 수 있으며, 따라서 본 연구결과에서 얻어진 형식은 수분함수량이 알려지면 우분의 발열량을 예측하는데 유용하게 이용될 수 있을 것으로 사료된다.

이상 상기 참고문헌을 토대로 고형연료의 수분함수량에 따른 발열량의 관계를 유추하여 수분 1% 감소시 발열량이 0.02% 증가 됨에 따라 본원 발명에서와 같이 함수율이 6~8%를 유지하는 돈분과 이탄을 주원료로 하는 고형연료는 상기 돈분 혼합물 탈수공정에서 조성한 혼합 고형물이 22.8%의 수분을 함유한 상태에서 얻어낸 발열량이 약 5153 kcal/kg(21560 j/g)이므로 여기에 수분함수량에 따라 발열량이 달라지므로;

수분율을 8%로 건조하게 되면 "( 5153 + (5153 X (22.8-10) X 0.02)) = 6678"가 되므로 수분율이 8%인 본원의 고형연료는 6678 kcal/kg의 발열량을 얻을 수 있으며,

수분율 6%로 건조하게 되면 "( 5153 + (5153 X (22.8-6) X 0.02)) = 6884"가 되므로 수분율이 6%인 본원의 고형연료는 6884 kcal/kg의 발열량을 얻을 수 있게 됩니다.

이와 같이 6~8%의 수분함수량을 유지하는 본원 발명의 돈분과 이탄을 주원료로 하는 고형연료는 6678~6884 kcal/kg의 발열량을 얻을 수 있어서 환경부에서 기준으로 삼고 있는 고형연료 등급기준 1등급(6500 Kcal/kg 이상)을 유지하게 되는 고도화된 발명인 것이다.

이상 상기와 같이 구분하여 순차적으로 적용시킨 각각의 공정으로 인해 조성되는 본원 발명의 고형연료는 악취 없는 1등급 고형연료를 조성하여 무궁무진한 재생성을 유지하는 돈분을 고효율의 고형연료로 변환하여 새로운 에너지원을 생산하여 농가의 난방연료로 사용하도록 함에 따라 현재 축분 공공자원화 시설의 퇴비나 액비 생산과 수요문제를 말끔히 해소하여 환경문제와 에너지문제를 한꺼번에 해결하는 국가적인 차원에서도 반드시 적용하여 하는 다양한 이점이 있는 발명임을 알 수 있다.

1: 돈분 침전물 탈취공정 2: 돈분 침전물 탈수공정
3: 이탄 혼합공정 4: 돈분 혼합물 탈취공정
5: 돈분 혼합물 탈수공정 6: 혼합펠릿 성형공정
7: 혼합펠릿 건조공정

Claims (2)

1. 양돈 농가에서 발생하는 돈분을 통상의 고액분리기를 통해 65%~75%의 수분이 유지되는 통상의 돈분 침전물을 살균, 탈취, 혼합, 건조, 성형 작업이 각각 필요에 따라 단수 또는 복수로 순차적으로 이루어지도록 한 후 고형연료를 일정한 모양과 크기로 생산하는 돈분을 주원료로 하는 고형연료의 제조방법에 있어서;
   
   65%~75%의 수분을 유지시킨 돈분 침전물을 저장조에 투입한 상태에서 초산과 차아염소산나트륨을 혼합하되 돈분 침전물 98~99중량%에 초산 0.25~0.5중량%과 차아염소산나트륨 0.75~1.5중량%의 비율로 혼합하여 돈분 침전물을 살균함과 동시에 돈분 침전물에서 발생하는 악취를 탈취하는 돈분 침전물 탈취공정(1)과;
   상기 돈분 침전물 탈취공정이 이루어진 돈분 침전물을 벨트프레스장치 등과 같은 탈수장치를 통해 탈수작업을 통해 45~50%의 수분을 유지하는 돈분 고형물이 되도록 하는 돈분 침전물 탈수공정(2)과;
   상기 돈분 고형물 탈수공정을 마친 45~50%의 수분을 유지하는 돈분 고형물 70~80중량%에 15~20%의 수분을 유지하는 이탄 20~30중량%를 혼합하여 돈분 혼합물을 조성하는 이탄 혼합공정(3)과;
   상기 이탄 혼합공정에 의해 조성된 돈분 혼합물 99~99.5중량%에 초산 0.15~0.25중량%과 차아염소산나트륨 0.35~0.75중량%의 비율로 혼합하여 돈분 혼합물을 살균함과 동시에 돈분 혼합물에서 발생하는 악취를 탈취하는 돈분 혼합물 탈취공정(4)과;
   상기 돈분 혼합물 탈취공정을 거쳐 살균 탈취된 돈분 혼합물을 벨트프레스장치 등과 같은 탈수장치를 통해 탈수작업을 통해 20~25%의 수분을 유지하는 돈분 혼합물이 되도록 하는 돈분 혼합물 탈수공정(5)과;
   상기 돈분 혼합물 탈수공정을 거친 돈분 혼합물을 일정한 크기와 형상을 유지하는 펠릿으로 성형하는 혼합펠릿 성형공정(6)과;
   혼합펠릿 성형공정에 의해 일정한 형상을 유지하는 혼합펠릿을 마이크로 웨이브건조기를 통해 6~8%의 수분을 함유하도록 건조하는 혼합펠릿 건조공정(7)을 각각 순차적으로 거쳐서 고효율의 고형연료를 생산하도록 하는 것을 특징으로 하는 돈분과 이탄을 주원료로 하는 고형연료의 제조방법.
   
2. 양돈 농가에서 발생하는 돈분을 통상의 고액분리기를 통해 65%~75%의 수분이 유지되는 통상의 돈분 침전물을 살균, 탈취, 혼합, 건조, 성형 작업이 각각 필요에 따라 단수 또는 복수로 순차적으로 이루어지도록 한 후 고형연료를 일정한 모양과 크기로 생산하는 돈분을 주원료로 하는 고형연료에 있어서;
   
   65%~75%의 수분을 유지시킨 돈분 침전물을 저장조에 투입한 상태에서 초산과 차아염소산나트륨을 혼합하되 돈분 침전물 98~99중량%에 초산 0.25~0.5중량%과 차아염소산나트륨 0.75~1.5중량%의 비율로 혼합하여 돈분 침전물을 살균함과 동시에 돈분 침전물에서 발생하는 악취를 탈취하는 돈분 침전물 탈취공정(1)과;
   상기 돈분 침전물 탈취공정이 이루어진 돈분 침전물을 벨트프레스장치 등과 같은 탈수장치를 통해 탈수작업을 통해 45~50%의 수분을 유지하는 돈분 고형물이 되도록 하는 돈분 침전물 탈수공정(2)과;
   상기 돈분 고형물 탈수공정을 마친 45~50%의 수분을 유지하는 돈분 고형물 70~80중량%에 15~20%의 수분을 유지하는 이탄 20~30중량%를 혼합하여 돈분 혼합물을 조성하는 이탄 혼합공정(3)과;
   상기 이탄 혼합공정에 의해 조성된 돈분 혼합물 99~99.5중량%에 초산 0.15~0.25중량%과 차아염소산나트륨 0.35~0.75중량%의 비율로 혼합하여 돈분 혼합물을 살균함과 동시에 돈분 혼합물에서 발생하는 악취를 탈취하는 돈분 혼합물 탈취공정(4)과;
   상기 돈분 혼합물 탈취공정을 거쳐 살균 탈취된 돈분 혼합물을 벨트프레스장치 등과 같은 탈수장치를 통해 탈수작업을 통해 20~25%의 수분을 유지하는 돈분 혼합물이 되도록 하는 돈분 혼합물 탈수공정(5)과;
   상기 돈분 혼합물 탈수공정을 거친 돈분 혼합물을 일정한 크기와 형상을 유지하는 펠릿으로 성형하는 혼합펠릿 성형공정(6)과;
   혼합펠릿 성형공정에 의해 일정한 형상을 유지하는 혼합펠릿을 마이크로 웨이브건조기를 통해 6~8%의 수분을 함유하도록 건조하는 혼합펠릿 건조공정(7)을 각각 순차적으로 거쳐서 고효율의 고형연료를 생산하도록 하는 것을 특징으로 하는 돈분과 이탄을 주원료로 하는 고형연료.

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