KR101554127B1 - 하수슬러지와 바이오디젤부산물을 이용한 고형연료 및 그 제조방법 - Google Patents

하수슬러지와 바이오디젤부산물을 이용한 고형연료 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이오디젤의 제조시 발생되는 부산물을 사용하기 때문에, 자원재활용성이 우수하고 코스트도 저렴하며 발열량도 높은 새로운 구성의 고형연료 및 그 제조방법에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 건조된 하수슬러지와, 크루드 글리세린의 정제과정에서 발생되는 글리세린 피치와 폐활성탄을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지와 바이오디젤부산물을 이용한 고형연료 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

하수슬러지와 바이오디젤부산물을 이용한 고형연료 및 그 제조방법{Solid fuels made sewage sludge and from biodiesel byproduct, and making method of the same that}
본 발명은 하수슬러지와 바이오디젤부산물을 이용한 고형연료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환경친화적이면서 자원재활용성이 우수한 새로운 구성의 하수슬러지 및 바이오디젤 부산물을 이용한 고형연료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
화석연료의 고갈과 청정에너지에 대한 요구로 인해 바이오디젤이나 바이오에탄올 등과 같은 대체연료의 개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 그 사용량도 증가되고 있다.
바이오디젤은 식물성 유지나 동물성 지방의 주성분인 트리글리세라이드를 메틸알코올과 반응시켜 메틸에스테르 형태로 전환시킨 것으로서, 이러한 바이오디젤의 제조과정에서 바이오디젤 생산량의 10~15% 정도에 해당되는 다량의 미정제 글리세린 즉, 크루드 글리세린(crude glycerin)이 부산물로 발생된다.
이러한 바이오디젤 제조과정에서 발생되는 크루드 글리세린을 정제하여 화장품, 페인트 등의 원료로 재사용한다. 그런데 크루드 글리세린의 정제과정은 상당히 복잡한 과정으로 이루어지며, 이러한 크루드 글리세린의 정제과정에서 상당량의 부산물이 발생된다.
한편, 하수처리량은 해마다 증가하고 있으며, 따라서 하수처리시에 발생되는 슬러지의 양도 해마다 증가하고 있다. 따라서 하수슬러지의 친환경적이면서도 경제적인 처리방법이 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-0930050호(2009. 11. 27.)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 하수슬러지와 바이오디젤의 부산물, 특히, 크루드 글리세린의 정제시 발생되는 부산물을 원료로 하기 때문에, 환경친화적이면서 자원재활용성이 우수한 새로운 구성의 하수슬러지 및 바이오디젤 부산물을 이용한 고형연료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 건조된 하수슬러지와, 크루드 글리세린의 정제과정에서 발생되는 글리세린 피치와 폐활성탄을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지와 바이오디젤부산물을 이용한 고형연료가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 하수슬러지를 건조시켜서 하수슬러지의 함수율을 감소시키는 과정; 상기 건조된 하수슬러지에 크루드 글리세린을 정제하는 과정에서 발생되는 글리세린 피치와 폐활성탄을 혼합하여 원료혼합물을 제조하는 과정; 상기 원료혼합물을 건조시키는 과정; 및 건조된 원료혼합물을 분쇄하는 과정;을 포함하여 이루어지며, 상기 하수슬러지의 함수율을 감소시키는 과정에서는 바이오디젤의 부산물인 크루드 글리세린을 정제하는 과정에서 발생되는 폐알콜의 연소열을 이용하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지와 바이오디젤부산물을 이용한 고형연료의 제조방법이 제공된다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 하수슬러지와 크루드 글리세린의 정제시 발생되는 글리세린 피치와 폐활성탄을 이용하여 제조된 것으로서, 자원재활용성이 우수하고 환경친화적이다.
특히, 크루드 글리세린의 정제시에 발생되는 폐알콜을 이용하여 하수슬러지를 건조시키기 때문에, 제조시 에너지소비를 줄일 수 있고, 따라서 코스트가 저하된다.
이러한 본 발명에 의해 제조되는 고형원료는 폐기물관리법 시행규칙에서 규정하고 있는 2000kcal/kg 이상의 발열량을 가지므로 화력발전소에서 석탄연료와 함께 사용이 가능하다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
본 발명은 다음과 같은 방법으로 제조된다.
1) 하수슬러지를 건조시킨다.
본 과정은 바이오디젤의 부산물인 크루드 글리세린(crude glycerin)을 정제하는 과정에서 발생되는 폐알콜을 연료로 사용하여 이루어진다.
일반적으로 크루드 글리세린을 정제하는 과정에서는 수분함량이 상당히 높아서 알콜함량이 50% 이하인 폐알콜이 발생되는데, 이러한 폐알콜은 고 순도로 정제하는 비용이 높기 때문에 대부분 폐기처분하고 있다. 본 발명에서는 이러한 폐알콜을 연소시키는 연소열을 이용하여 하수슬러지를 건조시킨다.
하수슬러지는 일반적으로 80% 정도가 수분인데, 본 과정에서는 폐알콜의 연소열을 이용하여 하수슬러지를 건조시킨다. 하수슬러지의 함수율이 낮을수록 발열량이 높은 연료가 제조되나, 실질적으로 하수슬러지를 완전히 건조시키기 곤란하므로, 하수슬러지의 함수율이 20% 이하가 되도록 한다.
2) 건조처리된 하수슬러지의 단위 중량당 발열량을 측정한다.
후술하는 바와 같이, 제조되는 고형연료의 발열량을 조절하기 위해, 건조처리된 하수슬러지의 단위 중량당 열량을 측정한다.
3) 크루드 글리세린 정제과정에서 발생되는 부산물을 수거하여 준비한다.
크루드 글리세린을 정제하는 과정은 일반적으로 전술한 바와 같이, 크루드 글리세린에 함유된 유분과 폐알콜을 분리한 후, 농축, 증류 등의 다단의 공정으로 처리한 다음, 최종적으로 활성탄을 이용하여 글리세린을 탈색하는 과정을 통해 이루어진다.
크루드 글리세린에서 유분을 분리하는 과정 및 증류과정 등에서 글리세린 피치가 발생된다. 그리고 글리세린을 탈색시키는 과정에서 사용된 활성탄에는 글리세린과 착색물질 등이 흡착되어 폐기물이 발생된다.
본 과정에서는 이와 같이 크루드 글리세린의 정제과정에서 발생되는 글리세린 피치와 폐활성탄을 수거하고, 글리세린 피치와 폐활성탄의 단위 중량당 열량을 측정한다.
4) 준비된 원료를 혼합한다.
건조처리된 하수슬러지, 글리세린 피치 및 폐 활성탄을 혼합하여 원료혼합물을 만든다.
글리세린 피치에는 유분과 미 분리된 글리세린이 함유되기 때문에, 연소시 높은 발열량을 가지는 우수한 에너지원이다. 그리고 폐활성탄도 활성탄 자체가 높은 발열량을 가질 뿐만 아니라, 활성탄에 흡착된 글리세린 등에 의해 발열량이 증가되므로 우수한 에너지원이다.
본 발명에 의해 최종적으로 생산되는 연료가 소요하는 수준의 발열량을 가지도록 각 원료들의 혼합량을 조절하여 혼합한다. 각 원료들의 혼합비율이 특별히 제한되는 것이 아니므로 각 원료의 수급된 양에 따라 혼합비율을 적절히 조절한다. 바람직하게는 연료가 4,000kcal/kg 이상의 발열량을 가지도록 원료들의 혼합비율을 조절한다.
5) 원료혼합물을 건조시킨다.
상기 과정에서 제조된 원료혼합물을 건조시킨다. 이 과정도 전술한 바와 같이, 폐알콜를 연소시키는 연소열을 이용하여 이루어진다. 본 과정은 원료혼합물의 함수율을 낮춰서 제조되는 연료의 발열량을 높이기 위한 것이다.
6) 건조처리된 원료혼합물을 분쇄한다.
건조처리된 원료혼합물을 10mm이하의 크기를 갖도록 분쇄한다. 본 발명에 의한 연료는 제조과정에서 건조과정을 거치기는 하나, 실질적으로 연료를 완전히 건조시키는 것이 곤란하기 때문에 제조되는 연료는 어느 정도의 수분을 함유하고 있다.
이와 같이 제조되는 연료가 어느 정도의 수분을 함유하고 있어서, 수분이 연소에 저해요인으로 작용한다. 따라서 본 발명은 연료를 연소시킬 때, 연료와 화염의 접촉면적을 최대화하여 상기와 같은 저해요인을 극복하여 높은 연소율을 가지도록 하기 위해 연료를 분말상으로 제조한다.
실시예 1
준비된 하수슬러지를 폐알콜의 연소열을 이용하여 건조시키고, 하수슬러지의 단위 중량당 발열량을 측정하였다. 그리고 준비된 글리세린 피치와 폐활성탄의 단위 중량당 발열량을 측정하였다. 측정된 결과는 표 1과 같다.


구분
하수슬러지

글리세린 피치

폐활성탄

함수율 20%
함수율 10%

발열량(kcal/kg)
3,056
3,690
4,786
4,525
준비된 원료를 배합비율을 달리하여 혼합하고, 건조시킨 후 다음, 분쇄하여 4종의 분말상의 고형연료를 제조하였다. 제조된 연료의 발열량은 테스트한 결과 표 2와 같다.




항목
혼합비율

하수슬러지

글리세린 피치

폐활성탄
발열량
(kcal/kg)

함수율 20%
함수울 10%

1
5
-
3
2
4,171

2
-
5
3
2
4,322

3
4
-
3
3
4,237

4
-
4
3
3
4,520
폐기물관리법 시행규칙에 따르면, 공공하수처리시설에서 발생하는 하수슬러지 중에서 발열량이 에너지회수 기준에 적합하고 환경성에 문제가 없으며, 발열량이 2000kcal/kg 이상인 경우에는 화력발전소에서 석탄연료와 혼합하여 원료로 사용할 수 있도록 허가하고 있다.
표 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 연료는 발열량이 2000kcal/kg 을 상당히 초과하기 때문에, 화력발전소용 연료로 사용이 가능하다.

Claims (2)

  1. 하수슬러지를 건조시켜서 하수슬러지의 함수율을 감소시키는 과정;
    상기 건조된 하수슬러지에 크루드 글리세린을 정제하는 과정에서 발생되는 글리세린 피치와 폐활성탄을 혼합하여 원료혼합물을 제조하는 과정;
    상기 원료혼합물을 건조시키는 과정; 및
    건조된 원료혼합물을 분쇄하는 과정;을 포함하여 이루어지며,
    상기 하수슬러지의 함수율을 감소시키는 과정에서는 바이오디젤의 부산물인 크루드 글리세린을 정제하는 과정에서 발생되는 폐알콜의 연소열을 이용하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지와 바이오디젤부산물을 이용한 고형연료의 제조방법.
  2. 삭제
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CN107500290A (zh) * 2017-10-16 2017-12-22 安徽工业大学 一种木薯酒精污泥的资源化处理方法

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