KR101530552B1

KR101530552B1 - 왕겨분말과 제지슬러지를 혼합하여 제조된 고형연료

Info

Publication number: KR101530552B1
Application number: KR1020130149876A
Authority: KR
Inventors: 이광재; 김현욱
Original assignee: 주식회사 네스트케미칼
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2015-06-26
Anticipated expiration: 2033-12-04
Also published as: KR20150064935A

Abstract

본 발명은 왕겨분말 70~80 중량부와 제지슬러지 20~30 중량부를 배합하여 제조된 고형연료에 관한 것이다.

Description

왕겨분말과 제지슬러지를 혼합하여 제조된 고형연료{Refused Derived Fuel Produced by Mixing Chaff Powder and Paper Sludge}

본 발명은 왕겨분말과 제지슬러지를 혼합하여 제조된 고형연료에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 왕겨분말 70~80 중량부와 제지슬러지 20~30 중량부를 배합하여 제조된 왕겨분말과 제지슬러지를 혼합하여 제조된 고형연료에 관한 것이다.

왕겨는 벼를 도정하는 공정에서 대량으로 생성되는 부산물로서 연간 약 백만 톤(2011년 기준)이 발생하고 있으나 대부분이 퇴비로 이용되거나 축산용으로 사용되고 있고 극히 일부만이 그대로 또는 탄화 처리되어 연료로 활용되고 있는 실정이다. 이와 같이 왕겨가 연료로서의 이용률이 낮은 이유는 발화온도가 일반 고체연료보다 상대적으로 높아 불이 잘 붙지 않는 반면에 발열량은 이들에 비하여 떨어지기 때문이다. 따라서 왕겨를 주재료로 하되 다른 폐기물을 혼합하여 발열량을 높인 고형 연료를 개발하려는 시도가 계속되고 있다. 그 일예로 대한민국 특허출원 제1999-0000202호는 미세입자로 분쇄한 왕겨분말과 석분을 제거한 황토분말을 일정비율로 혼합하여 제조되는 왕겨탄 및 그 제조방법을 제시하고 있으나 이 발명은 주성분이 왕겨인 반면에 황토는 불에 타지 않으므로 바인더의 역할을 할 뿐 화력에 도움을 주지 못하므로 왕겨의 발열량이 낮은 문제점을 그대로 가지고 있다. 또 대한민국 특허출원 제2012-0041071호는 염색슬러지 30~70중량%와 왕겨 20~60중량% 및 타르 5~15중량%로 이루어져 펠렛 형태로 성형 건조된 것을 특징으로 하는 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료 및 그 제조방법을 제시하고 있다. 그러나 염색슬러지는 원래 열량이 낮고 따라서 왕겨를 혼합하여 낮은 열량을 보충하고자 하여도 왕겨 역시 전술한 바와 같이 연소온도가 높고 발열량이 낮으므로 열량은 별로 개선되지 않으며 또 제조공정이 복잡하고 많은 장비를 구비하여야 하므로 원가가 높아지는 문제가 있다.

농업 부산물로 매년 다량 발생하지만 제대로 활용되지 못하고 있는 왕겨를 주재료로 하여 고형 연료를 제조하되 왕겨의 낮은 열량을 보충하여 발열량이 높은 고형 연료를 제조할 필요가 있다. 나아가 고형 연료의 제조공정이 단순하고 고가의 장비가 필요 없으면서도 열량이 3,000Kcal/Kg이상인 고형 연료를 개발할 필요가 있다.

상기 과제는 10~100매시로 분쇄한 왕겨분말과 제지슬러지를 혼합하여 고형연료를 제조함으로써 해결할 수 있게 되었다.

상기 과제는 10~100매시로 분쇄한 왕겨분말과 제지슬러지 및 10~100매시로 분쇄한 숯 분말을 혼합하여 고형연료를 제조함으로써 해결할 수 있게 되었다.

상기 과제는 10~100매시로 분쇄한 왕겨분말과 제지슬러지 및 제1수화물 황산철 분말 또는 제1황산철 분말을 혼합하여 고형연료를 제조함으로써 해결할 수 있게 되었다.

상기 과제는 10~100매시로 분쇄한 왕겨분말과 제지슬러지 및 10~100매시로 분쇄한 폐타이어조각을 혼합하여 고형연료를 제조함으로써 해결할 수 있게 되었다.

상기 과제는 10~100매시로 분쇄한 왕겨분말과 제지슬러지, 10~100매시로 분쇄한 숯 분말 및 폐타이어조각을 혼합하여 고형연료를 제조함으로써 해결할 수 있게 되었다.

상기 과제는 10~100매시로 분쇄한 왕겨분말과 제1수화물 황산철 분말 또는 제1황산철 분말 및 폐타이어조각을 혼합하여 고형연료를 제조함으로써 해결할 수 있게 되었다.

매년 농업 부산물로서 다량 발생하는 왕겨와 제지를 생산할 때 대량으로 발생하고 버려지는 제지슬러지를 혼합하여 고형연료를 제조함으로써 폐기물을 재활용할 수 있음은 물론 사회문제로까지 대두된 쓰레기 문제를 해결할 수 있게 되었다.

본 발명은 왕겨 분말 70~80 중량부와 제지슬러지 20~30 중량부를 혼합하여 제조된 고형연료에 관한 것이다. 이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 주재료는 왕겨이다. 그러나 본 발명에서는 다른 고체연료보다 발화온도가 높아 불이 잘 붙지 않는 왕겨의 발화온도를 낮추기 위하여 왕겨를 수분함량이 5~10%가 되도록 건조시킨 후 상기 건조된 왕겨를 10~100메시로 분쇄하여 분말화한 후 고형 연료의 주원료로 사용하였다. 이와 같이 왕겨를 잘게 분쇄함으로써 발화온도를 대폭 낮출 수 있게 되었다. 본 발명에서 주재료로 사용되는 왕겨의 성상은 다음과 같다.

1. 물리적 성상

구분	공급	열량	물리적 조성
구분	톤/hr	Kcal/kg	수분	가연분	회분	소계
성분비	100%	3,800	8.00%	78.37%	13.63%	100.00%
실중량	300	3,800	8.00	78.37	13.63	100.00

2. 화학적 성상

구분	공급	열량	화학적 조성
구분	톤/hr	Kcal/kg	C	H	O	N	S	Cl	소계
성분비	100%	3,800	42.76%	5.17%	30.36%	0%	0.04%	0.04%	78.37%
실중량	300	3,800	42.76	5.17	30.36	0	0.04	0.04	78.37

본 발명에서는 수분함량이 5~10%가 되도록 건조시킨 후 10~100메시로 분쇄한 왕겨분말 70~80 중량부를 배합하였다.

제지슬러지는 제지의 최종과정에서 수분 70~80 중량％와 유기물 20~30 중량％가 혼합된 죽(粥)상태의 케이크 형태로 배출되어 폐수와 함께 배출되며 이와 같이 배출된 제지슬러지는 하수처리장에서 미생물에 의하여 분해되어 미세한 분말상으로 되지만 상술한바와 같이 수분 함량이 70~80％이므로 상기 분말은 뭉쳐져 죽과 같은 상태가 된다.

제지슬러지는 국내의 경우 연간 약 650만톤(2004년 기준)이 발생하고 있어 그 처리가 큰 문제로 부상되고 있다. 그간 제지슬러지는 소각, 매립 등으로 처리하여 왔지만 정부에서는 제지슬러지의 해양투기를 금지하고, 재활용 등을 통한 육상처리 원칙을 발표한 바 있어, 제지 슬러지에 대한 재활용 기술이 시도되고 있다.

제지 슬러지는 전술한 바와 같이 20~30 중량％의 유기물을 함유하고 있어 그 자체만으로 1,000kcal/kg이상의 열량을 가지고 있으므로 저급 탄소계 연료로 분류되고 있다. 따라서 왕겨 분말에 제지슬러지를 배합하여 고형 연료를 제조하면 제지슬러지를 버리지 않고 활용할 수 있음은 물론 고형연료의 발열량을 높일 수 있다. 제지슬러지의 성상은 다음과 같다.

1. 물리적 성상

구분	공급량	열량	물리적 조성
구분	톤/hr	Kcal/kg	수분	가연분	회분	소계
성분비	100%	1,200	70.00%	16.83%	13.17%	100.00%
실중량	100	1,200	70.00	16.83	13.17	100.00

2. 화학적 성상

구분	공급량	열량	화학적 조성
구분	톤/hr	Kcal/kg	C	H	O	N	S	Cl	소계
성분비	100%	1,200	8.91%	1.26%	5.64%	0.77%	0.17%	0.08%	16.83%
실중량	100	1,200	8.91	1.26	5.64	0.77	0.17	0.08	16.83

위 표에서 보는 바와 같이 제지슬러지는 수분 함량이 70~80％로 매우 높으므로 통상 업계에서 사용하는 탈수기를 이용하여 수분함량이 30~40％가 되도록 탈수한 후 왕겨분말과 혼합한다.

상기와 같이 제지슬러지를 탈수한 후 왕겨분말과 혼합하면 왕겨분말이 제지슬러지의 수분을 흡수함으로써 전체적인 수분함량이 낮아져 왕겨분말과 제지슬러지 혼합물의 수분함량은 20~25%가 된다.

한편, 제지슬러지는 열량 외에도 그 자체 바인더 성분을 가지고 있으므로 적당량의 수분이 있으면 잘 뭉쳐진다. 따라서 왕겨분말과 수분함량 30~40%의 제지슬러지를 혼합하여 성형하면 별도로 바인더를 첨가하지 않더라도 잘 뭉쳐지므로 수분 함량 20~25%의 고형연료를 제조할 수 있다. 고형연료의 부피는 특별한 제한이 없으며 예컨대 가로 및 세로가 40~70mm, 높이는 20~60mm이면 적당하다고 본다.

본 발명에서는 수분함량 30~40%의 제지슬러지 20~30 중량부를 배합하여 고형연료를 제조하였다.

상기와 제조된 고형연료의 성상은 아래와 같다.

1. 물리적 성상

구분	공급량	열량	물리적 조성
구분	톤/hr	Kcal/kg	수분	가연분	회분	소계
성분비	100%	3,150	23.50%	62.99%	13.52%	100.00%
실중량	400	3,150	94.00	251.94	54.06	400.00

2. 화학적 성상

구분	공급량	열량	화학적 성상
구분	톤/hr	Kcal/kg	C	H	O	N	S	Cl	소계
성분비	100%	3,150	34.30%	4.19%	24.18%	0.19%	0.07%	0.05%	62.99%
실중량	100	3,150	137.20	16.76	96.73	0.77	0.77	0.19	251.94

그러므로 본 발명은 수분함량이 5~10%가 되도록 건조시킨 후 10~100메시로 분쇄한 왕겨분말 70~80 중량부와 수분함량 30~40%의 제지슬러지 20~30 중량부를 배합하여 수분함량이 20~25%되도록 한 후 성형하여 제조된 것을 특징으로 하는 고형연료를 제공한다.

상기와 같이 제조된 고형연료도 충분히 연료로 사용할 수 있으나 제지슬러지는 전술한 바와 같이 폐수와 함께 배출되고 폐수처리장에서 회수하여 사용하므로 악취가 많이 나며, 왕겨분말과 혼합하여도 악취는 사라지지 않으므로 유통과정이나 연료로 사용 중에도 악취를 배출하게 된다. 그러므로 고형연료에서 악취를 제거하기 위하여 숯을 배합하였다.

숯은 탄소 85%, 수분 10%, 미네랄 3%(칼슘, 칼륨, 마그네슘, 철분 등)로 구성된 탄소 덩어리 물질이다. 숯은 산소를 차단시키면서 목재를 연소시킨 후 재나 흙을 덮어 꺼서 제조하는데 이때 연소되어 빠져나간 부분이 공간으로 남는다. 이와 같이 숯은 매우 많은 다공성을 가지고 있으며(그 결과 숯의 표면적 1g당 수백㎡의 표면적을 가짐) 숯의 이러한 내부공간에 냄새 유발물질이나 물속의 유기물질, 무기물질 등을 흡착하여 정화시킴으로써 악취를 제거시킨다.

또 숯은 고대로부터 음식의 조리 뿐만이 아니라 철광석으로부터 철을 분리할 때에도 연료로 사용하였을 정도로 화력이 강하다. 따라서 상기 고형연료에 숯을 분말화한 후 배합하면 악취를 제거할 수 있음은 물론 고형연료의 화력을 대폭 올릴 수 있다.

따라서 본 발명의 제2 실시예로서 수분함량이 5~10%가 되도록 건조시킨 후 10~100메시로 분쇄한 왕겨분말 70~80 중량부와 수분함량 30~40%의 제지슬러지 20~30 중량부를 배합하여 제조한 고형연료 100 중량부 대비 10~100메시로 분쇄한 숯 분말 10~20 중량부를 배합한 후 성형하여 제조된 것을 특징으로 하는 고형연료를 제공한다.

또 발명의 제3 실시예로서 상기 고형연료에 제지슬러지의 악취를 제거하기 위하여 숯 대신 값이 싼 제1수화물황산철(FeSO₄·HO) 분말 또는 제1황산철(FeSO₄) 분말을 배합하였다. 즉, 제1수화물황산철 분말과 제1황산철 분말은 악취를 흡착하여 냄새를 제거하는 능력이 뛰어나므로 수분함량이 5~10%가 되도록 건조시킨 후 10~100메시로 분쇄한 왕겨분말 70~80 중량부와 수분함량 30~40%의 제지슬러지 20~30 중량부를 배합하여 제조한 고형연료 100 중량부 대비 제1수화물황산철 분말 또는 제1황산철 분말 10~20 중량부를 배합하여 제조된 것을 특징으로 하는 고형연료를 제공한다.

또 발명의 제4 실시예로서 왕겨분말과 제지슬러지를 혼합하여 제조한 고형연료의 열량을 더 높이기 위한 방안의 하나로 왕겨분말과 제지슬러지의 혼합물에 폐타이어를 5~100 메시로 분쇄한 폐타이어 조각을 배합하였다.

우리나라는 자동차 대수의 급격한 증가에 수반하여 오래 전부터 폐타이어 처리가 사회문제로 대두되어 왔다. 그간 자동차 폐타이어는 증가되는 자동차 수의 4배 이상 증가되었으며, 이에 따라 폐타이어의 수 역시 크게 증가하였으나 이들 폐타이어 중 50~60% 정도만 재활용되고 나머지는 불법소각, 불법 매립 등의 방법으로 몰래 처리하여 환경오염의 원인이 되어 왔다. 그러나 타이어를 통째로 태우면 환경오염문제가 발생할 수 있지만 폐타이어를 10~100 메시로 분쇄하고 철심을 제거한 폐타이어 조각은 고형연료로 분류되는 신재생에너지원이다.

따라서 본 발명에서는 수분함량이 5~10%가 되도록 건조시킨 후 10~100메시로 분쇄한 왕겨분말 70~80 중량부와 수분함량 30~40%의 제지슬러지 20~30 중량부를 배합하여 제조한 고형연료 100 중량부 대비 10~100메시로 분쇄하고 철심을 제거한 폐타이어조각 10~20 중량부를 배합한 후 성형하여 제조된 것을 특징으로 하는 고형연료를 제공한다.

또 발명의 제5 실시예로서 숯 분말과 폐타이어 조각을 더 첨가하여 고형연료를 제조할 수 있다. 즉, 왕겨분말과 제지슬러지를 혼합하여 제조한 고형연료 100 중량부 대비 10~100메시로 분쇄한 숯 분말 5~20 중량부와 10~100메시로 분쇄하고 철심을 제거한 폐타이어 조각 5~20 중량부를 배합하여 고형연료를 제조하면 고형연료의 열량을 획기적으로 올릴 수 있음은 물론 제지슬러지의 악취를 제거할 수 있다.

따라서 본 발명은 수분함량이 5~10%가 되도록 건조시킨 후 10~100메시로 분쇄한 왕겨분말 70~80 중량부와 수분함량 30~40%의 제지슬러지 20~30 중량부를 배합하여 제조한 고형연료 100 중량부 대비 10~100메시로 분쇄한 숯 분말 5~20 중량부와 10~100메시로 분쇄하고 철심을 제거한 폐타이어조각 5~20 중량부를 배합한 후 펠렛화하여 제조된 것을 특징으로 하는 고형연료를 제공한다.

또 발명의 제6 실시예로서 제1수화물황산철 분말 또는 제1황산철 분말과 폐타이어 조각을 더 첨가하여 고형연료를 제조할 수 있다. 즉, 왕겨분말과 제지슬러지를 혼합하여 제조한 고형연료 100 중량부 대비 제1수화물황산철 분말 또는 제1황산철 분말 5~20 중량부와 10~100메시로 분쇄하고 철심을 제거한 폐타이어 조각 5~20 중량부를 배합하여 고형연료를 제조하면 고형연료의 열량을 획기적으로 올릴 수 있음은 물론 제지슬러지의 악취를 제거할 수 있다.

따라서 본 발명은 수분함량이 5~10%가 되도록 건조시킨 후 10~100메시로 분쇄한 왕겨분말 70~80 중량부와 수분함량 30~40%의 제지슬러지 20~30 중량부를 배합하여 제조한 고형연료 100 중량부 대비 제1수화물황산철 분말 또는 제1황산철 분말 5~20 중량부와 10~100메시로 분쇄하고 철심을 제거한 폐타이어조각 5~20 중량부를 배합한 후 펠렛화하여 제조된 것을 특징으로 하는 고형연료를 제공한다.

Claims

수분함량이 5~10%가 되도록 건조시킨 후 10~100메시로 분쇄한 왕겨분말 70~80 중량부;와 수분함량이 30~40%가 되도록 탈수시킨 제지슬러지 20~30 중량부; 를 배합하여 수분함량이 20~25%가 되도록 한 후 성형하여 제조된 것을 특징으로 하는 고형연료
제1항에 있어서,
10~100 메시로 분쇄한 숯 분말을 상기 고형연료 100 중량부 대비
10~20 중량부 첨가한 후 성형하여 제조된 것을 특징으로 하는 고형연료
제1항에 있어서,
제1수화물황산철 또는 제1황산철 분말을 상기 고형연료 100 중량부 대비 10~20 중량부 첨가한 후 성형하여 제조된 것을 특징으로 하는 고형연료
제1항에 있어서,
10~100 메시로 분쇄한 폐타이어조각을 상기 고형연료 100 중량부 대비 10~20 중량부 첨가한 후 성형하여 제조된 것을 특징으로 하는 고형연료
제1항에 있어서,
상기 고형연료 100 중량부 대비 10~100 메시로 분쇄한 숯 분말 5~20 중량부와 10~100 메시로 분쇄하고 철심을 제거한 폐타이어조각 5~20 중량부를 첨가한 후 성형하여 제조된 것을 특징으로 하는 고형연료
제1항에 있어서,
상기 고형연료 100 중량부 대비 제1수화물황산철 분말 또는 제1황산철 분말 5~20 중량부와 10~100 메시로 분쇄하고 철심을 제거한 폐타이어조각 5~20 중량부를 첨가한 후 성형하여 제조된 것을 특징으로 하는 고형연료