KR101457600B1 - 팜 쉘을 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소 및 목초액을 연속적으로 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팜유를 추출하는 공정에서 발생하는 부산물중 과일 씨앗의 껍질인 셀(Shell)을 원료로 하여 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소를 제조함과 동시에 탄화공정중 발생하는 연기를 응축시켜 연속적으로 목초액과 활성 탄소를 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

팜 쉘을 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소 및 목초액을 연속적으로 제조하는 방법{The manufacturing method of activated carbon and pyroligneous liquor by carbonizing a palm shell continuously}

본 발명은 팜유를 추출하는 공정에서 발생하는 부산물중 과일 씨앗의 껍질인 셀(Shell)을 원료로 하여 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소를 제조함과 동시에 탄화공정중 발생하는 연기를 응축시켜 연속적으로 목초액과 활성 탄소를 제조하는 팜 쉘을 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소 및 목초액을 제조하는 방법에 관한 것이다.

오일 팜은 인도네시아, 말레이시아, 태국, 나이지리아 등 열대 지역에서 재배되는 팜 나무 열매의 과육에 함유된 기름을 추출하여 팜 오일을 얻는다.

팜 나무 열매는 수백 개 이상이 번치(bunch) 줄기에 서로 뭉쳐 하나의 덩어리(bunch)를 형성하고 있는데 이 번치 하나의 무게가 보통 약 20kg 정도이다.

하나의 팜 열매마다 외부의 과육과 내부의 딱딱한 견과(nut)로 구성되어 있으며 이 너트는 딱딱한 껍질(Shell)과 내부의 씨앗(kernel)으로 구성되어 있다.

팜 열매의 과육과 씨앗에 오일이 풍부하게 함유되어 있으며 과육에서 추출하는 오일을 팜 오일 이라 하고 씨앗에서 추출하는 오일은 커널 오일이라 한다.

또한, 오일 팜은 동아시아, 중동 아시아 및 아프리카 대륙의 여러 지역들 도처에서 수확되는 생필품의 원료로 더욱 잘 알려져 있다.(오일팜 이라함은 그 식물을 지칭하며 팜 오일 은 그것으로 생산된 오일을 말함)

한편, 오일 팜에서 오일을 착유한 다음 부산물중 과일 씨앗의 껍질인 셀(Shell)이 발생을 하는데 이들은 대부분 만족스러운 방식으로 처리되지는 않았다.

가장 선호되는 폐기방법은 소각이었는데, 많은 공해를 발생시키는 문제가 있어 다른 방법으로는 오일 팜 쉘을 부패 또는 분해되는 농작물 주변 영역에 단순히 퇴적시키는 것이 있는데, 일반적으로, 이러한 접근 방법은 상기 오일 팜 쉘이 부패되는 속도보다 빠른 속도로 축적되는 경향이 있기 때문에 만족스럽지 못하였다.

또한, 오일 팜 쉘은 미생물에 의해 생분해되기 어렵고 시간도 많이 걸린다.

따라서 일부에서는 오일 팜 쉘을 재활용하기 위해서는 비료로 만드는 방법이 개발된 바 있으나 제조방법의 효율이 낮거나 제조된 결과물도 경제적으로 크게 유용하지 못하였다.

따라서 최근에는 음이온 방출 및 원적외선의 방출이 나무 숯보다 높게 방출되는 팜 숯 사용되고 있는 실정이다.

상기 팜숯은 "팜숯", "팜열탄" 또는 "바베큐숯"이라 불리는 것으로 팜 열매의 씨앗 중 껍질 부분인 쉘을 탄화시킨 것을 의미한다.

이러한 팜숯은 나무 숯에 비해 원료구입이 쉽고, 계속적 생산이 가능하므로 단가가 낮다는 장점이 있으며, 사람이 식용으로 사용하는 원료를 이용하므로 친환경적이라는 장점이 있다.

그러나 숯을 생산하는 방법은 종래의 숯 제조방법인 숯 가마는 연속생산이 아닌 단속(斷續)적으로 생산을 하기 때문에 매 생산시마다, 온도, 온도량, 수분량, 기후 등의 조건에 따라 품질을 균등하게 조절하는 것이 작업자의 숙련된 감각으로만 가능하여 품질 및 생산량을 균일하게 조정할 수 없는 문제점이 있다.

특허출원번호 제1999-3408호 "천연 야자 열매를 이용한 황토숯 및 그 제조방법"

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 팜유를 추출하는 공정에서 발생하는 부산물인 팜 쉘을 환경친화적으로 처리하기 위하여 활성 탄소를 제조하는 공정에서 기존의 숯가마를 사용하지않고 일련의 연속공정이 가능하도록 하여 대량생산되는 탄소의 품질을 균일하게 하고, 탄화공정에서 발생하는 연기를 응축시켜 연속적으로 목초액도 함께 생산할 수 있는 것을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결수단으로 본 발명은 탄화로 내부에 가득 채운 팜 쉘을 탄화하는 과정에서 발생하는 연기는 수냉식 응축기를 통해 목초액을 생산하게되고 생산후 배출되는 열기는 탄화로로 다시 재 공급하는 과정에서 목초액 생산시 부산물로 발생한 타르를 연소시켜 온도를 상승시킨 열기를 탄화로로 재 공급하여 탄화로 내부의 원료(Shell)의 탄화 효율을 올린다. 탄화로에서 탄화되어 탄화로 하부의 배출구로 배출된 탄소는 킬른으로 공급되며 이때 탄화로에서 배출된 탄소의 량 만큼의 원료(Shell)가 탄화로 상단의 투입구를 통해 공급되도록 하여 탄화로는 항상 원료가 채워져 있는 상태로 유지되도록 한다. 탄화로로부터 탄소가 킬른으로 공급되면 킬른내부는 고온을 유지하면서 내부에 산소를 차단한 상태에서 스팀을 분사한 후 활성화 과정을 거쳐 배출된 활성 탄소를 크기별로 선별과정을 거쳐 포장하여 완성한 것을 특징으로 하는 팜 쉘을 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소 및 목초액을 제조하는 방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 팜 쉘을 연속적으로 탄화시키면서 탄소 및 목초액을 연속적으로 생산하기 때문에 온도, 원료량, 수분량, 기후

등의 조건을 작업자의 숙련된 감각에 의존하지않고 연속적인 생산으로 균등하게 조절이 가능하여 품질 및 생산량을 일정하게 조정할 수 있어 대량생산에도 매우 유용한 효과를 갖는다.

따라서 팜 쉘을 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소 및 목초액을 제조공정에 의해 탄소(CARBON)는 부활공정을 거쳐 활성 탄소(ACTIVATED CARBON)가 되어 대기 및 수질정화의 기능뿐 아니라 제약 및 음료제조에서 여과공정에 매우 중요한 원료로 광범하게 사용되며, 탄화공정중 발생하는 연기를 응축시켜 만들어진 목초액은 토양의 유효 박테리아 증식 및 생리적으로 식물의 성장을 촉진시키고 뿌리를 튼튼하게 하며, 특유의 냄새로 파리나 모기 등 각종 해충을 퇴치하고, 목초액을 2차 정제하여 축산산업에도 광범하게 사용되는 높은 가치를 갖는 효과가 있다.

따라서 활성 탄소와 목초액은 화학적 방법이 아닌 유기농의 기초자재로 매우 유용하게 사용하는 환경친화적인 제품을 제공한다.

도 1은 본 발명 팜 쉘을 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소 및 목초액을 제조하는 방법을 도시해 보인 공정도.
도 2는 본 발명 본 발명 팜 쉘을 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소 및 목초액을 제조하는 방법을 도시해 보인 순서도.

상기와 같은 목적 및 효과를 달성하기 위하여 본 발명은 이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 팜 쉘을 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소 및 목초액을 제조하는 방법을 도시해 보인 공정도이고, 도 2는 본 발명 본 발명 팜 쉘을 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소 및 목초액을 제조하는 방법을 도시해 보인 순서도 이다.

본 발명은 탄화로(2)에 연속적으로 공급되는 팜 쉘을 탄화시켜 발생하는 연기를 목초액으로 생성시키고, 탄화된 탄소를 활성화시켜 활성 탄소를 연속적으로 생산할 수 있도록 한다.

먼저 활성 탄소를 연속적으로 생산하기 위해서는 팜유를 추출하는 공정에서 발생하는 부산물 중 과일 씨앗의 껍질인 팜 쉘(Plam shell)을 원료 탱크(1)로 공급한다.

원료 탱크(1) 내부에는 이송 스크루가 설치되어 탄화로(2) 하부에 설치된 컨베이어(3)와 연동하여 구동됨으로 인해 원료 탱크(1)에서 팜 쉘을 공급하도록 하며, 탄화가 되어 탄화로 하부로 밀려나와 낙하되는 탄소를 컨베이어(3)이 밀어낸 탄소량 만큼 로터리 킬른(9)으로 이동 공급함 과 동시에 원료탱크(1)의 스크루도 연동으로 구동하여 원료(Shell)를 탄화로에 공급한다.

따라서 원료 탱크(1)에 공급된 팜 쉘을 내화벽돌과 내화 시멘트로 이루어진 탄화로(2) 내부에 가득 차게 투입한 상태에서 버너에 의해 초기 점화를 한 후 탄화 과정을 진행한다.

상기 탄화 과정중 탄화된 탄소는 탄화로(2) 상부에 형성된 주입구를 통해 공급되는 팜 쉘 양만큼 탄화로(2) 내부 하단에 위치한 탄소부터 순서대로 탄화로(2) 하부에 형성된 토출구(13)를 통해 컨베이어(3)로 배출한다.

상기 탄화로(2)의 배출구(12)와 컨베이어(3)의 상면은 일정 간격을 유지한 채 컨베이어(3)가 간헐적 작동을 반복하여 배출된 탄소를 로터리 킬른(9)으로 공급할 때 탄화로(2)의 토출구(13)에 탄소가 쓸려서 주입구로 공급되는 팜 쉘 양만큼 로터리 킬른(9)으로 순차적으로 공급한다.

한편, 컨베이어(3)와 원료 탱크(1)의 이송 스크루는 연동하여 구동되며, 구동간격 및 구동시간은 조절이 가능하다.

또한, 탄화로(2)의 상부에는 팜 쉘을 탄화하는 과정에서 발생하는 연기를 연도에 의해 수냉식 응축기(5)로 공급한다.

상기 수냉식 응축기(5)는 물탱크와 워터 펌프로 구성되어 순환 공급되는 냉각수에 의해 내부로 연속 공급되는 연기를 냉각한 다음 수거통(7) 내부로 타르와 목초액을 배출하고, 상기 수거통(7) 내부에는 밀도 차이에 의해 하부에는 타르와 상부에는 목초액이 위치하도록 분리된다.

또한, 수냉식 응축기(5)에는 연기를 냉각한 후 배출되는 열기를 터보 팬(8)에 의해 일부는 탄화로(2)와 연결된 연도(4)를 통해 공급하여 탄화로(2)로 공급하고, 일부는 로터리 킬른(9)으로 공급하여 킬른 내부온도 유지에 사용한다.

상기 수냉식 응축기(5)의 수거통(7)으로 수거된 타르는 탄화로(2)와 터보 팬 사이에 연결된 연도에 일정량씩 주기적으로 타르를 공급하고, 공급된 타르는 발화되어 산소를 제거한 상태에서 탄화로(2)로 그열기를 공급함과 동시에 수거된 목초액은 침전지(6)로 공급하여 침전한다.

한편, 터보 팬(8)과 탄화로(2) 사이에 위치한 연도(4)는 내화 벽돌로 제작한 것으로 터보 팬(8)에 인접된 부분의 직경보다 탄화로(2)에 인접된 연도(4)의 직경은 터보팬(8)에서 연도(4)로 공기를 유입할때 터보팬(8)으로부터 배출되는 파이프 보다 두배 크기로 하여 개방한 상태로 하여 외부의 산소를 내포한 공기가 타르 발화지점에 공급될수 있도록 하고 타르를 태운후의 산소가 희박한 열기를 연도(4)를 통해 탄화로에 다시 공급함으로서 탄화과정중 팜 쉘이 발화되지않고 탄화되도록 한다.

또한, 상기 컨베이어(3)를 통해 탄소와 터보 팬(8)을 통해 열기를 로터리 킬른(9)의 입구를 거쳐 내부로 공급하고, 상기 입구로 통해 공급된 탄소에는 경유로 작동하는 스팀 보일러(11)에 의해 160 ～ 180℃ 온도의 스팀을 로터리 킬른(9) 입구 내부에 설치된 분사노즐에서 분사하여 로터리 킬른(9) 내부에서 활성화 과정중 탄소와 접촉면적을 확대하도록 하고, 분사노즐을 여러개 설치하여 분사 압력을 낮추어 스팀 토출압력 으로 인해 로터리 킬른 (9)내부에서 탄소가 유동하는 것을 방지한다.

또한, 로터리 킬른(9)은 구동 모터에 인버터를 사용하여 회전속도를 조정하며, 로터리 킬른(9)은 기울기를 2°정도 유지한 상태에서 1내지3rpm으로 회전한다.

즉, 로터리 킬른(9)은 입구보다 배출구(12)가 더 낮게 위치하도록 경사진 상태에서 회전을 하고, 배출구(12)는 로터리 킬른(9)의 회전방향과 반대로 파이프가 나선형을 감겨진 상태에서 산소 유입을 차단하면서 활성화된 활성 탄소가 순차적으로 배출구(12)를 통해 배출되도록 한다.

따라서 스팀이 분사된 탄소는 로터리 킬른(9)이 회전하는 동안 탄소의 열과 터보 팬(8)으로 공급된 열기에 의해 900℃ 온도에서 3시간 이상 체류하면서 활성화시켜 활성 탄소를 완성한다.

한편, 상기 나선형 배출구(12)는 나선형으로 이루어져 공기유입이 차단된 상태에서 활성 탄소가 완전 소화되어 냉각되는 과정을 거쳐 고온 상태의 활성 탄소를 배출한다.

따라서 활성 탄소는 로터리 킬른(9)의 회전방향과 반대로 감긴 나선형의 배출구(12)를 연속적으로 공급되는 활성탄소에 의해 순차적으로 밀려서 수냉식 스크류방식 냉각기(16)로 배출하고, 활성화 과정에서 발생하는 먼지 및 분진은 집진기(14)로 배출한다.

상기 로터리 킬른(9)에서 배출된 먼지 및 분진을 집진기(14)를 통해 집진하여 제거된 공기는 터보 팬(8)에 의해 흡입하여 굴뚝으로 배출한다.

또한, 로터리 킬른(9)의 배출구(12)를 통해 배출된 활성 탄소는 스크린 선별작업이 가능하도록 수냉식 스크류방식 냉각기(16)에서 40 ～ 70℃ 온도로 냉각 단계를 거친 후, 냉각된 활성 탄소는 선별기(17)로 공급하여 스크린 작업에 의해 크기별로 선별하여 분류하고, 크기가 큰 활성 탄소는 분쇄기(18)로 공급한다.

상기 분쇄기(18)로 공급된 활성 탄소는 분쇄과정을 거쳐 선별기(17)로 재공급하고 스크린 작업에 의해 크기가 분류된 활성 탄소를 포장하여 완성한다.

상기와 같이 활성 탄소를 크기별로 분리하는 이유는 소비자가 선호하는 메시(Mesh) 싸이즈로 제공하기 위함이다.

따라서 본 발명은 탄화로 내부에서 탄화되어 로터리 킬른 (9)으로 공급된만큼의 원료 쉘(Shell)이 탄화로(2)로 공급되며, 탄화된 탄소가 로터리 킬른(9)으로 공급된 탄소는 활성화과정을 거치면서 연속적으로 경사진 상태로 구동되는 로터리 킬른 (9) 내부에서 점차 구르고 흘러내리면서 공급되는 스팀에 의해 탄소에 더 많은 다공질을 만들어 연속적으로 활성 탄소를 제조하고, 팜 쉘을 탄화하는 과정에서 발생하는 연기도 연속적으로 수냉식 응축기(5)로 공급하여 목초액을 생산한다.

상기 활성 탄소는 대기 및 수질정화의 기능뿐 아니라 제약 및 음료제조중 여과공정에 매우 중요한 원료로 광범위하게 사용하고, 목초액은 비료와 살충제 용도로 사용함은 물론 목초액은 축산산업에도 광범하게 사용되는 높은 가치가 있다.

1: 원료 탱크 2: 탄화로
3: 컨베이어 4: 연도
5: 수냉식 응축기 6: 침전지
7: 수거통 8: 터보 팬
9: 로터리 킬른 10: 분사노즐
11: 스팀 보일러 12: 배출구
13: 토출구 14: 집진기
15: 굴뚝 16: 수냉식 스크류방식 냉각기
17: 선별기 18: 분쇄기

Claims (4)

1. 팜유를 추출하는 공정에서 발생하는 부산물 중 과일 씨앗의 껍질인 팜 쉘(Plam shell)을 원료 탱크로 공급하는 단계; 와
   상기 원료 탱크에서 팜 쉘을 탄화로 내부로 가득 차게 공급한 후 탄화시키는 탄화단계; 와
   상기 탄화과정을 거친 후 탄화로 상부에 형성된 주입구로 공급되는 팜 쉘 양만큼 하부에 형성된 토출구를 통해 탄화된 탄소를 컨베이어로 배출하는 배출단계; 와
   상기 탄화로의 배출구와 컨베이어의 상면은 일정한 간격을 유지한 채 일정간격으로 컨베이어가 작동을 하면 배출된 탄소를 로터리 킬른으로 공급할 때 탄화로 토출구에 탄소가 쓸려서 로터리 킬른 으로 공급되는 탄소 양만큼 원료탱크에서 탄화로에 공급하는 단계; 와
   상기 탄화로의 상부에는 팜 쉘을 탄화하는 과정에서 발생하는 연기를 연도와 연결되어 수냉식 응축기로 공급하는 단계; 와
   상기 수냉식 응축기는 내부로 연속 공급되는 연기를 냉각수로 냉각하여 수거통 내부로 타르와 목초액을 배출하고, 상기 수거통의 하부에는 타르와 상부에는 목초액이 위치하도록 분리하는 단계; 와
   상기 수냉식 응축기에는 연기를 냉각한 후 배출되는 열기를 터보 팬에 의해 일부는 탄화로와 연결된 연도를 통해 팜 쉘이 탄화과정에서 발화되지 않도록 하면서 고온을 유지하도록 탄화로로 공급하고, 일부는 로터리 킬른으로 공급하는 단계; 와
   상기 수냉식 응축기의 수거통으로 수거된 타르는 탄화로와 터보 팬 사이에 연결된 연도에 일정량씩 타르를 공급하고, 목초액을 침전지로 공급하여 침전하는 단계; 와
   상기 컨베이어를 통해 탄소와 터보 팬을 통해 열기를 킬른 내부로 공급하고 공급된 탄소에는 스팀을 분사하여 다공을 확보한 다음 구동모터에 의해 회전하는 동안 탄소의 열과 터보 팬에 의해 공급된 열기에 의해 900℃ 온도에서 3시간 이상 체류하면서 활성화시켜 활성 탄소를 완성하는 단계; 와
   상기 로터리 킬른은 입구보다 배출구가 더 낮게 위치하도록 경사진 상태에서 회전을 하면서 배출구는 로터리 킬른의 회전방향과 반대로 나선형을 감겨진 상태에서 산소 유입을 차단하면서 활성 탄소를 수냉식 스크류방식 냉각기로 배출하고, 먼지 및 분진은 집진기로 배출하는 단계; 와
   상기 로터리 킬른에서 배출된 먼지 및 분진을 집진기를 통해 집진하여 제거하는 단계; 와
   상기 로터리 킬른의 배출구를 통해 배출된 활성 탄소는 스크린 선별작업이 가능하도록 수냉식 스크류방식 냉각기에서 40 ～ 70℃온도로 냉각하는 단계; 와
   상기 수냉식 스크류방식 냉각기에 의해 냉각된 활성 탄소는 선별기로 공급하여 스크린작업에 의해 크기를 선별하여 분류하고, 크기가 큰 활성 탄소는 분쇄기로 공급하는 단계; 와
   상기 분쇄기로 공급된 활성 탄소는 분쇄과정을 거쳐 선별기로 재공급하고 스크린작업에 의해 크기가 분류된 활성 탄소를 포장하여 완성되는 것을 특징으로 하는 팜 쉘을 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소 및 목초액을 연속적으로 제조하는 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 터보 팬과 탄화로 사이에 위치하는 연도는 터보 팬에 인접된 부분의 직경보다 탄화로에 인접된 연도의 직경을 1/2 크기로 작게 형성하여 탄화로로 공급되는 압력을 높이고 타르에 의해 공급된 공기에 산소를 태워서 산소가 희박한 열기를 공급함으로 인해 탄화과정을 거치는 팜 쉘이 발화되지않도록 하는 것을 특징으로 하는 팜 쉘을 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소 및 목초액을 연속적으로 제조하는 방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 탄화로에는 팜 쉘을 가득 채운 다음 점화하여 가열할 때만 버너를 사용할 뿐 탄화과정에서 발생하는 열기를 탄화로 내부로 순환시켜 재공급하여 자체 열로 탄화시키는 것을 특징으로 하는 팜 쉘을 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소 및 목초액을 연속적으로 제조하는 방법.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 수냉식 응축기는 수거통으로 보내는 배출구의 파이프 형상이 "U"자 형상으로 구부러져 수냉식 응축기 내부로 공기가 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 팜 쉘을 연속적으로 탄화시켜 활성 탄소 및 목초액을 제조하는 방법.

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