KR101421636B1 - 탄화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피처리물 투입구 및 피처리물 배출구를 구비하는 원통상의 본체, 본체에 투입된 피처리물을 가열하기 위한 가열 수단, 본체의 내주면을 따라 나선 형상으로 구비되며, 회전 기구에 의해 회전하여 본체 내부에 투입된 피처리물을 피처리물 투입구 측에서 피처리물 배출구 측으로 반송하는 반송판, 및 본체 내부에 길이방향으로 이격 구비되어 사이에 공극을 형성하는 다수의 금속봉, 및 금속봉을 지지하는 지지부재를 포함하는 교반판을 포함하며, 교반판은 공극 보다 큰 피처리물을 피처리물 투입구 측으로 되돌리며, 반송판의 나선 사이의 피치와 나선의 너비는 피처리물 투입구 측에서 피처리물 배출구 측으로 갈수록 작아지는 탄화 장치에 관한 것이다.

Description

탄화 장치{CARBONIZATION APPARATUS}
본 발명은 탄화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 왕겨, 야채 찌꺼기, 가축의 배설물 및 슬러지 등의 유기물을 비산화성 분위기에서 가열하여 탄화시키는 탄화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 활성탄과 같은 탄소질 재료는 원료가 되는 목질 재료에 타르의 생성을 억제하기 위한 약품을 침투시켜 비산화성의 분위기에서 가열함으로써 제조되고 있다. 이 제조에 사용되는 장치로서는 유동층로 등이 사용되고 있다.
한편, 왕겨, 야채 찌꺼기, 가축의 배설물 및 슬러지와 같은 유기물을 다량으로 함유하는 폐기물을 원재료로 함으로써 저렴한 탄소질 재료가 수득되고, 환경 오염에 대한 염려 감소에도 기여할 수 있는 것을 기대할 수 있지만, 이러한 기술이 실용화된 예는 그리 알려져 있지 않다. 그 요인의 하나로서 상기의 유동층로를 사용한 활성탄의 제조 공정과 같이 안정된 품질의 제품을 수득할 수 있는 공정이 확립되어 있지 않기 때문으로 생각된다.
특허문헌 1(일본공개특허공보 특개2010-126611호)에는 상기의 과제에 대처하는 기술로서, 원통상의 노(爐) 본체의 일단에 공급 피더와 착화 버너가 구비되고, 타단에는 왕겨의 연소 가스의 배기부가 구비되며, 왕겨가 공기의 선회류로 나선상으로 이동하면서 연소되어 탄화하도록 구성한 왕겨 탄화 장치가 개시되어 있다. 그러나 여기에 개시되어 있는 탄화 장치는 대상이 왕겨로 한정되어 있기 때문에 범용성이 결여되는 문제가 있다.
또한, 일반적으로는 재료의 건조나 소성과 같은 열처리에는 로터리 퀼른이 사용되고 있다. 이 장치는 처리를 대량으로 연속적으로 실시하는데 적합하다. 이것을 응용한 탄화 장치로서 특허문헌 2(일본공개특허공보 특개2009-132559호)에는 셀룰로스 아실레이트를 원재료로 하여 활성탄을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 여기에 개시되어 있는 기술도 대상이 되는 물질이 한정되어 상기의 폐기물을 원재료로서 사용하기에는 개선의 여지가 있다.
일본공개특허공보 특개2010-126611호 일본공개특허공보 특개2009-132559호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 왕겨, 야채 찌꺼기, 가축의 배설물 및 슬러지 등의 유기물을 다량으로 함유하는 폐기물을 원재료로 사용하는 탄화 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기의 해결하고자 하는 과제를 감안하여 대량의 원재료를 연속적으로 열처리 가능한 로터리 퀼른을 사용하고, 열처리의 대상이 되는 원재료의 범용성을 높이기 위해서 로터리 퀼른의 구조를 재검토한 결과 이루어진 것이다.
즉, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탄화 장치는 피처리물 투입구 및 피처리물 배출구를 구비하는 원통상의 본체; 상기 본체에 투입된 피처리물을 가열하기 위한 가열 수단; 상기 본체의 내주면을 따라 나선 형상으로 구비되며, 회전 기구에 의해 회전하여 상기 본체 내부에 투입된 피처리물을 상기 피처리물 투입구 측에서 상기 피처리물 배출구 측으로 반송하는 반송판; 및 상기 본체 내부에 길이방향으로 이격 구비되어 사이에 공극을 형성하는 다수의 금속봉, 및 상기 금속봉을 지지하는 지지부재를 포함하는 교반판을 포함하며, 상기 교반판은 상기 공극 보다 큰 피처리물을 상기 피처리물 투입구 측으로 되돌리며, 상기 반송판의 나선 사이의 피치와 나선의 너비는 상기 피처리물 투입구 측에서 상기 피처리물 배출구 측으로 갈수록 작아질 수 있다.
한편, 상기 가열 수단의 열원으로서 과열 수증기를 사용하는 것을 특징으로 하는 한다.
상기 탄화 장치는, 상기 피처리물의 가열에 의해 발생하는 가스를 연소하는 탈취로; 를 더 포함하고, 상기 가스의 연소에 의해 발생하는 열을 상기 가열 수단에 사용하는 동시에 열매(熱媒)를 유통시킴으로써 열교환이 가능한 재킷이 상기 탈취로 주위에 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 탄화 장치는, 상기 피처리물의 가열에 의해 발생하는 가스를 냉각시켜 건류액을 수득하는 장치; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 탄화 장치에 의해 제조되는 탄화 재료는 비표면적이 300㎡/g 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 탄화 장치에 따르면, 일정 크기 이하의 피처리물이 통과하는 공극이 형성되는 교반판을 구비함으로써, 상기 공극을 통과하지 않은 피처리물은 상기 교반판의 회전에 따라 상기 교반판 위에 올려진 채로 상승하여 피처리물 배출구 측으로 이동하지 못하고 제자리에서 낙하하게 된다. 따라서, 공극을 통과한 작은 피처리물이 우선적으로 탄화 장치 본체 내의 배출구 측으로 반송되며 상기 공극을 통과하지 않은 피처리물은 본체 내부에 머물면서 여러 차례 상기 교반판으로 낙하함에 따라 그 낙하로 인한 충격으로 분쇄되어 서서히 교반판의 공극을 통과하게 되어 상기 배출구 측으로 이송된다.
일반적으로 물체의 비표면적(比表面積)은 입자 직경의 감소에 따라서 커지지만, 본 발명에 있어서의 탄화 처리의 대상이 되는 재료는 비표면적, 즉 전열(傳熱) 면적이 커지면 전달되는 열량이 많아져 건조나 탄화 반응의 속도가 커지기 때문에, 입자 직경이 작을수록 탄화 장치 본체 내의 체류 시간이 적은 쪽이 품질의 균일화를 위해 바람직하다. 따라서, 본 발명의 탄화 장치는 상기한 바와 같이 입자 직경이 작은 피처리물이 우선적으로 반송되도록 하므로 품질의 균일성을 확보할 수 있다.
피처리물이 왕겨와 같이 작고, 입자 직경이 비교적 일정한 것인 경우에는 교반판의 기능이 품질의 균일화에 기여하는 경우는 그다지 많지 않지만, 가축의 배설물이나 야채 찌꺼기와 같이 크기나 형태가 일정하지 않은 피처리물의 경우에는 이 기능은 필수적이다. 더욱이, 교반판의 공극은 체와 같은 기능을 발현하게 되어 탄화 재료의 입자 직경의 균일성이 향상되어 제품으로서 포장하는 경우 등의 편리성이 증가한다.
또한, 피처리물의 가열에 의해 발생하는 열분해 가스는 탈취로에서 연소되거나 냉각 액화되기 때문에, 악취가 외부로 누설되는 경우가 없다. 게다가, 연소열을 탄화 장치에 공급함으로써 에너지 절약에 기여함과 동시에, 탈취로 주위에 재킷을 설치함으로써 온수를 얻을 수 있다. 또한, 열분해 가스의 냉각 액화 기능에 의해 목초액(木酢液)을 수득할 수 있는 경우도 있다.
또한, 피처리물에 포함되는 수분은 가열에 의해 수증기가 되는데, 이를 적절히 배출하는 것도 가능하지만, 과열 수증기로서 피처리물의 가열에 이용함과 아울러 탄화 장치 본체 내부의 환경을 비산화성으로 하는 것에도 기여한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화 장치를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화 장치의 반송판 및 교반판을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화 장치의 교반판의 기능을 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화 장치의 반송판의 높이와 피치의 구성을 나타낸 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. 그리고 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위내에서 다른 실시예를 용이하게 실시할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화 장치를 개략적으로 나타낸 측단면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 탄화 장치는 피처리물 투입구(1), 연료 탱크(2), 제1버너(3), 가열실(4), 본체(5), 회전 기구(5a), 반송판(6), 3차 연소실(7), 탈취로(8), 제2버너(9), 배기실(10) 및 피처리물 배출구(11)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 본체(5)는 직경이 약 500mm, 전장이 약 6000mm인 원통으로서, 후술할 교반판(12)의 공극은 피처리물의 크기가 대략 10mm 이하가 될 때까지 상기 본체(5)의 내부에 체류하도록 설정되어 있다. 피처리물은 제1 버너(3)의 열로 400 내지 900℃로 가열하여 열분해를 실시하고, 피처리물 배출구(11)에는 냉수에 의한 냉각 장치(미도시)를 설치하여 피처리물을 외부 온도와 같은 수준으로 되게 한다.
상기 회전 기구(5a)는 도 1에 도시된 바와 같이 반송판(6)과 연결되며, 상기 반송판(6)을 회전시키는 역할을 한다. 이때, 본체(5)는 회전하지 않음에 주의해야 한다. 다만, 일례로서 회전 기구(5a)가 본체(5)와 연결되고 상기 본체(5)에 반송판(6)이 고정 구비되어 상기 회전 기구(5a)가 본체(5)를 회전시킴에 따라 반송판(6)도 함께 회전할 수 있다.
상기 탈취로(8)의 내부에는 피처리물에서 나오는 열분해 가스를 적절히 도입하여 상기 제2버너(9)에 의해 악취 성분을 연소시킨다. 연소에 의해 발생한 열을 상기 본체(5)의 내부에 공급하여 열원으로 할 수 있는 것 이외에, 상기 배기실(10)을 탈취로(8) 주위를 덮는 구조로 하여 상기 배기실(10)의 공간에 통수 파이프 또는 재킷(미도시)을 설치하여 열교환기로 작동되게 함으로써 온수를 얻을 수 있다. 또한, 상기 본체(5)나 상기 가열실(4)의 주위는 내화 벽돌이나 내화 모르타르로 피복하여 단열성을 확보하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화 장치의 반송판 및 교반판을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 반송판(6)과 상기 교반판(12)은 각각 내열성을 갖는 금속으로 구성되고, 상기 반송판(6)은 금속판이 나선 형상으로 성형된 것이다. 상기 교반판(12)은, 도 2에 도시된 바와 같이 금속봉(12a)과 지지부재(12b)를 포함할 수 있다. 금속봉(12a)은, 본체(5) 내부에 길이방향(원통형 본체(5)의 높이방향)으로 다수가 상호 이격 구비되어 사이에 공극을 형성한다. 상기 공극은 피처리물에 대해 체와 같은 역할을 하게 된다. 지지부재(12b)는, 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 금속봉(12a)과 연결되어 상기 다수의 금속봉(12a)을 지지하는 역할을 한다. 다수의 금속봉(12a) 중 일부는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 교반판(12)에 삽입될 수 있으며 이와 같은 구조를 통해 상기 교반판(12)이 회전하는 경우 함께 회전할 수 있다. 또한, 다수의 금속봉(12a)은 지지부재(12b)에 의해 상호간 연결되어 있으므로 다수의 금속봉(12a) 중 일부의 금속봉(12a)이 회전하는 경우 다수의 금속봉(12a) 모두가 회전할 수 있다.
일례로서, 상기 금속봉(12a)의 직경은 30mm와 10mm의 2종류가 있고, 상기 본체(5)의 내주면에 가장 가깝게 배치되는 금속봉(12a)은 직경이 30mm이며 다른 금속봉(12a)은 직경이 10mm이다. 그리고 각각의 금속봉(12a) 사이의 간격은, 일례로서 상기 본체(5)의 중심에서부터 순차적으로 5mm, 10mm, 15mm이며, 상기 본체(5)의 내주면에 가장 가깝게 배치되는 금속봉(12a)과 상기 본체(5)의 내주면 사이의 간격은 20mm으로 설정된다. 다만, 이것 이외의 구조로 하는 것이 가능한 것은 논할 필요도 없다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화 장치의 교반판의 기능을 나타낸 측면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 상기 교반판(12)의 공극보다 큰 피처리물은 상기 교반판(12)의 회전에 따라 상기 교반판(12) 위에 올려진 채로 상승하여 피처리물 배출구(11) 측으로 이동하지 못하고 제자리에서 낙하하게 된다. 따라서, 공극을 통과한 작은 피처리물이 우선적으로 탄화 장치 본체 내의 배출구(11) 측으로 반송되며 상기 공극을 통과하지 못한 피처리물은 본체(5) 내부에 머물면서 여러 차례 상기 교반판(12)으로 낙하함에 따라 그 낙하로 인한 충격으로 분쇄되어 서서히 교반판(12)의 공극을 통과하게 되어 상기 배출구(11) 측으로 이송된다. 즉, 상기 교반판(12)이 구비하는 피처리물의 되돌림 처리 기능은 피처리물의 입자 직경이나 탄화의 정도를 균일하게 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화 장치의 반송판의 너비와 피치의 구성을 나타낸 측단면도이다. 본 발명의 탄화 장치에 있어서 상기 반송판(6)은, 나선 사이의 피치와 나선의 너비가 상이한 복수의 영역으로 구분되며, 나선 사이의 피치와 나선의 너비(H1, H2, H3)는 상기 본체(5)의 피처리물 투입구(1) 측에서 피처리물 배출구(11) 측으로 갈수로 작아지는 것(H1 > H2 > H3)을 특징으로 하며, 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 복수의 영역의 수는 세 개로 구성되어 있다. 즉, L1의 영역은 건조 영역, L2의 영역은 열분해 영역, L3의 영역은 마무리 영역이 된다.
이와 같이 각 영역의 구성을 구분함으로써 피처리물의 건조나 탄화의 정도에 따라 피처리물의 이동 속도 등이 조정되는 것이 가능해지고, 고품질의 탄화 재료를 얻을 수 있다.
하기 <표 1>에는 다양한 피처리물을 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화 장치로 처리한 결과의 예를 기재된다. 즉, 표 1에 기재된 바와 같이 본 발명의 탄화 장치는 다양한 분야의 폐기물에 적용하는 것이 가능하여 유용한 탄화 재료를 만들 수 있다. 또한, 본 발명의 탄화 재료에 관해서 별도로 비표면적을 측정한 결과에 의하면 대략 300㎡/g 이상이었다.
소재명 탄화온도 함수율 탄명 용도
농
림
계		 왕겨 ４００℃ １５～２０％ 왕겨 숯 토양계량재
왕겨 ４５０℃ 해설재
왕겨 ５００℃ 가축비료
왕겨 ５００℃ 기름흡착재
왕겨 ６００℃ 탈취재
왕겨 ６５０℃ ７９％ 왕겨 숯 리회수재
톱밥 ４００℃ ３０～６０％ 나무탄 바닥조습재료
대나무 ５００℃ ３０～６０％ 대나무탄 탈취재
식
품
계		 커피가루 ５００℃ ５０～８０％ 구이숯 탈취제균
우매보시 ６００℃ ４０～６０％ 매화탄 탈취제균
우매보시 ５００℃ ４０～６０％ 매화탄 비료
야채쓰레기 ２５０℃ ８０％ 이상 건조비료 군상，사료
축
산
계		 채란계분퇴비 ５００℃ ４０～６０％ 닭비료 비료
숯입력순환계분 ５００℃ ３０～５０％ 닭비료 비료
생채란계분 ５００℃ ８０% 이상 닭비료 비료
돈분퇴비 ５００℃ ５０～６０％ 돼지비료 비료
숯입력순환계분 ５００℃ ４０～５０％ 돼지비료 비료
우분 퇴비 ５００℃ ４０～６０％ 소비료 비료
숯입력순환계분 ５００℃ ３０～５０％ 소비료 비료
또한, 하기 <표 2>는 본 발명의 일실시예에 따른 탄화 장치로 처리한 계분(鷄糞)의 성분을 분석한 결과이다. <표 2>의 결과에 의하면 인, 칼륨 등의 비료로서 유효한 성분이 퇴비의 일반적인 수치보다도 많이 함유되는 것을 알 수 있다.
분석시험항목 결과
조회분 ７８．９％
나트륨 ７９４ｍｇ／１００ｇ
칼슘 １７．５％
칼륨 ６．７５％
마그네슘 １．６１％
유황 ０．９２％
수분 ２．５％
ｐＨ １０．８
질소전량 ０．６７％
인산전량 １０．５％
유카리전량 ８．５９％
석회전량 ２４．２％
쿠드전량 ２．９０％
염소 １．０７％
수은전량 검출량 없음
동 전량 １１７ｍｇ／ｋｇ
납전량 １．７ｐｐｍ
비소전량 １．２ｐｐｍ
유기원소분석 탄소 １６．４％
수소 ０．８％
질소 검출량 없음
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 다양한 유기질 재료, 특히 농업계의 폐기물로부터 유용한 탄화 재료를 효율적으로 얻을 수 있어 환경에 대한 부하 저감 등 여러 가지 분야에 기여하는 점은 매우 크다고 할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 피처리물 투입구 2: 연료 탱크
3: 제1버너 4: 가열실
5: 본체 6: 반송판
7: 3차 연소실 8: 탈취로
9: 제2버너 10: 배기실
11: 피처리물 배출구 12: 교반판

Claims (5)

  1. 피처리물 투입구 및 피처리물 배출구를 구비하는 원통상의 본체;
    상기 본체에 투입된 피처리물을 가열하기 위한 가열 수단;
    상기 본체의 내주면을 따라 나선 형상으로 구비되며, 회전 기구에 의해 회전하여 상기 본체 내부에 투입된 피처리물을 상기 피처리물 투입구 측에서 상기 피처리물 배출구 측으로 반송하는 반송판; 및
    상기 본체 내부에 길이방향으로 이격 구비되어 사이에 공극을 형성하는 다수의 금속봉, 및 상기 금속봉을 지지하는 지지부재를 포함하는 교반판을 포함하며,
    상기 교반판은 상기 공극 보다 큰 피처리물을 상기 피처리물 투입구 측으로 되돌리며,
    상기 반송판의 나선 사이의 피치와 나선의 너비는 상기 피처리물 투입구 측에서 상기 피처리물 배출구 측으로 갈수록 작아지는 탄화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열 수단의 열원으로서 과열 수증기를 사용하는 것을 특징으로 하는 탄화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피처리물의 가열에 의해 발생하는 가스를 연소하는 탈취로; 를 더 포함하고,
    상기 가스의 연소에 의해 발생하는 열을 상기 가열 수단에 사용하는 동시에 열매(熱媒)를 유통시킴으로써 열교환이 가능한 재킷이 상기 탈취로 주위에 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피처리물의 가열에 의해 발생하는 가스를 냉각시켜 건류액을 수득하는 장치; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화 장치.
  5. 삭제
KR1020120018608A 2011-07-01 2012-02-23 탄화 장치 KR101421636B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20110065631 2011-07-01
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