KR101585499B1 - 폐기물을 재활용한 고형연료 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종의 폐기물을 재활용한 고형연료를 제조하는 방법에 있어서: (a) 하수처리 종말장의 유기성 오니, 고형의 폐기물, 농축수산물 하수처리 슬러지 등의 폐기물 중에서 선택되는 원료부재의 함수율을 조절하는 단계; (b) 상기 원료부재에 폐페인트, 석유화학공정의 폐올리고머류, 카본질 미분 중에서 선택되는 혼화재를 부가하여 혼합물을 생성하되, 원료부재 및 혼화재의 혼합물 함수율을 60~85%로 유지한 상태에서 중량비 50:50의 비율로 혼합하고, 혼화재인 카본질 미분은 제철소 등지의 폐코크스 미분, 페인트 사업장의 미분, 일반 집진기의 선별된 미분 및 이와 유사한 물성의 미분을 사용하며, 혼화재 중에서 석유화학공정의 슬러지에 대한 코팅제로서, 알긴산나트륨 CMC(carboxymethyl cellulose) 식물성 및 동물성 접착제 중에서 선택하여 혼합하는 단계; 및 (c) 상기 혼합물을 스크류 압출기 상으로 이송하면서 펠렛 형태 또는 건식증기방법으로 수분을 없앴을 때의 고형화 형태 그대로 생성하는 단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 카본질 미분은 원료부재 중에서 하수처리 종말장의 오니 및 고형의 폐기물보다 농축수산물의 하수처리 슬러지에 대하여 상대적으로 투입량을 증대하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 각종 가연성 폐기물을 혼합하는 과정에서 연료 펠렛화(pellet化) 또는 건식증기방법으로 수분을 없앴을 때의 고형화 형태 그대로의 생성을 위한 공정조건을 가변적으로 조절하여 다량의 폐기물을 신속하게 자원화 함에 의하여 실질적으로 환경정화 뿐만 아니라 경제성마저 크게 높이는 효과가 있다.

Description

폐기물을 재활용한 고형연료 제조방법{Method for manufacturing solid fuel for waste recycle}

본 발명은 고형연료 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 매립이나 소각 처리하는 각종 가연성 폐기물을 조건에 맞게 혼합하여 자원화하는 폐기물을 재활용한 고형연료 제조방법에 관한 것이다.

통상 생활환경 및 산업현장에서 발생하는 가연성 폐기물은 매립, 소각 등의 방식으로 처리된다. 그러나 점차로 매립 부지를 확보하기 곤란해지는 현실성에 더하여 환경문제에 의한 국토관리의 효율성과 자원순환의 필요성 등에 대한 관심이 고조되면서 다양한 방식으로 연구와 개발이 추진되고 있다.

이와 관련되는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2013-0040450호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1319283호(선행문헌 2) 등을 참조할 수 있다.

선행문헌 1은 슬러지, 분탄, 폐MDF 분말, 폐타이어 분말, 폐유 슬러지, 액상 강화제, 수산화마그네슘을 일시에 교반하여 혼합물을 생산하되, 상기의 혼합물에 대한 함수율이 15~25%가 되게 하는 믹싱공정과; 상기 혼합물을 가압하여 일정한 모양을 갖도록 성형물을 찍어내는 생산 공정과; 상기의 성형물을 건조시켜 함수율이 10% 이내가 되도록 하는 건조 공정;을 순차적으로 수행한다.

선행문헌 2는 고체 또는 슬러지 상태의 산업 폐기물로서 유기물 함량이 상기 폐기물의 전체 중량 대비 30% 이상이고, 상기 폐기물의 발열량이 1,000kcal/kg인 산업 폐기물에 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 전체 중량 대비 2 내지 99중량%로 혼합하여 폐기물의 함수율을 1 내지 60중량%로 조절하고 혼합물의 전체 열량을 1,000kcal/kg으로 조절한다.

상기한 선행문헌에 의하면, 자원의 재생산과 환경오염 방지를 도모하면서 단순한 설비 및 공정에 의한 경제성을 기대하고 있다. 하지만 이와 같은 방식에 의하면 함수율 조건에 크게 영향을 받기 때문에 다양한 종류의 폐기물을 다량으로 신속하게 처리하기에는 큰 한계성을 보인다.

1. 한국 공개특허공보 제2013-0040450호 “슬러지와 가연성 폐기물을 이용한 고형연료의 제조방법” (공개일자 : 2013. 4. 24.) 2. 한국 등록특허공보 제1319283호 “폐기물을 이용한 고형연료 및 그 제조 방법” (공개일자 : 2012. 9. 26.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 매립이나 소각 처리하는 각종 가연성 폐기물을 처리하는 과정에서 연료 펠렛화(pellet化) 내지 건식증기방법으로 수분을 없앤 고형화 형태로 조성하기 위한 공정 조건을 가변적으로 조절하기 용이토록 한 폐기물을 재활용 형태로 재처리한 고형연료 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 각종의 폐기물을 재활용한 고형연료를 제조하는 방법에 있어서: (a) 하수처리 종말장의 유기성 오니, 고형의 폐기물, 농축수산물 하수처리 슬러지 등의 폐기물 중에서 선택되는 원료부재의 함수율을 조절하는 단계; (b) 상기 원료부재에 폐페인트, 석유화학공정의 폐올리고머류, 카본질 미분 중에서 선택되는 혼화재를 부가하여 혼합물을 생성하되, 원료부재 및 혼화재의 혼합물 함수율을 60~85%로 유지한 상태에서 중량비 50:50의 비율로 혼합하고, 혼화재인 카본질 미분은 제철소 등지의 폐코크스 미분, 페인트 사업장의 미분, 일반 집진기의 선별된 미분 및 이와 유사한 물성의 미분을 사용하며, 혼화재 중에서 석유화학공정의 슬러지에 대한 코팅제로서, 알긴산나트륨 CMC(carboxymethyl cellulose) 식물성 및 동물성 접착제 중에서 선택하여 혼합하는 단계; 및 (c) 상기 혼합물을 스크류 압출기 상으로 이송하면서 펠렛 형태 또는 건식증기방법으로 수분을 없앴을 때의 고형화 형태 그대로 생성하는 단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 카본질 미분은 원료부재 중에서 하수처리 종말장의 오니 및 고형의 폐기물보다 농축수산물의 하수처리 슬러지에 대하여 상대적으로 투입량을 증대하는 것을 특징으로 한다.

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한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 각종 가연성 폐기물을 혼합하는 과정에서 연료 펠렛화(pellet化)를 위한 공정 조건을 가변적으로 조절하여 다량의 폐기물을 신속하게 자원화 함에 의하여 실질적으로 환경정화 뿐만 아니라 경제성 또한 크게 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고형연료의 제조방법을 나타내는 개념도.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 각종의 폐기물을 재활용한 고형연료를 제조하는 방법에 관하여 제안한다. 폐기물은 여러 기준(법령 등)에 따라서 다양하게 분류되지만 일반폐기물과 산업폐기물로 대별할 수 있다. 일반폐기물은 사람의 일상생활에 수반하여 발생하는 쓰레기나 분뇨 등을 포함한다. 산업폐기물은 사업 활동에 수반하여 발생하는 오니 잔재물 폐유 폐산 폐알칼리 폐고무 폐합성수지 등을 포함한다. 폐기물 고형연료의 제조는 친환경성을 기반으로 양산성과 경제성을 확보해야 한다.

본 발명의 단계 (a)는 하수처리 종말장의 유기성 오니, 고형의 폐기물, 농축수산물 하수처리 슬러지 등의 폐기물 중에서 선택되는 원료부재의 함수율을 조절하는 과정으로 진행된다. 하수처리 종말장의 유기성 오니는 전국의 하수처리 시설에서 수거되며, 유기물 성분이 설정치 이하인 것은 배제한다. 고형의 폐기물은 폐고무, 폐합성수지, 목재 등을 포함하는 것으로서 처리가 용이한 크기로 파쇄하여 사용한다. 농축수산물의 하수처리 슬러지는 도축장, 식품가공업체, 중대형 유통업체 등지에서 발생하는 것으로서 처리가 용이한 크기로 파쇄하여 사용한다. 원료부재를 혼재 상태로 투입하는 과정에서 별 달리 함량비를 조절할 필요는 없으나 양산성을 고려하여 부분적 탈수에 의한 함수율 조절은 필요할 수도 있다. 다만, 탈수 공정이 길어지면 양산공정의 생산성을 낮추므로 현장의 표준을 정하여 조절한다.

본 발명의 단계 (b)는 상기 원료부재에 폐페인트(廢paint), 석유화학공정의 폐올리고머류(廢oligomer類), 카본질 미분 중에서 선택되는 혼화재를 부가하여 혼합물을 생성하는 과정으로 진행된다. 혼화재는 전술한 원료부재와 마찬가지로 폐기물을 활용하는 것이지만, 접착성 침투성 증점성 건조성이 높은 코팅재 역할을 한다. 폐페인트는 페인트 공장 대리점 대형 시설물의 창고 등지에서 수거하여 사용한다. 석유화학공정의 폐올리고머류(廢oligomer類)는 대단지 석유화학공장에서 PP PE PET 등을 합성하는 과정에서 중합되지 않고 방출되는 슬러지 성분을 사용한다. 카본질 미분은 제철소 등지에서 주로 발생되어 집진기에 포집되는 것을 수거하여 사용한다. 코크스 분진은 환경오염의 주된 요인 중의 하나로서 코크스 분진의 폐기 처리에 엄청난 비용이 소요되고 있는데, 본 발명에서는 코크스 분진을 주요 원재료의 하나로서 사용되고 있다.

이때, 본 발명의 단계 (a) 및 (b)는 반드시 순차적으로 진행되지 않고 독립적으로 진행된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (b)는 원료부재 및 혼화재의 혼합물 함수율을 60~85%로 유지한 상태에서 중량비 50:50의 대략적인 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다. 원료부재는 혼화재에 비하여 상대적으로 수분의 함량이 높다. 예컨대 원료부재인 유기성 오니를 포함하는 하수슬러지는 다량의 수분을 포함하지만, 통상 45% 내외의 수분율로 낮추어 매립하거나 10-15%% 이하의 수분율로 상품화하기도 한다. 본 발명은 원료부재와 혼화재를 혼합한 혼합물의 함수율을 60~85%로 유지하는 것이 좋다. 함수율이 적정치를 초과하면 고형연료 펠렛(pellet) 또는 건식증기방법으로 수분을 없앴을 때의 고형화 생성 그대로의 성형이 곤란한 반면, 함수율이 적정치 이하로 낮아지면 펠렛(pellet) 또는 고형화 형태의 점결력이 미흡하여 강도가 저하된다. 원료부재 및 혼화재는 최종품인 고형연료의 물성에 따라 다르지만, 유사한 함량으로 혼합한다. 다만, 고형연료의 특정 물성을 변동하기 위해 4:6 내지 6:4 범위 내에서 조절할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (b)에서 혼화재인 카본질 미분은 제철소 등지의 폐코크스 미분, 페인트 사업장의 미분, 일반 집진기의 선별된 미분 및 이와 유사한 물성의 미분을 사용하는 것을 특징으로 한다. 제철소의 폐코크스는 300메쉬(mesh) 이상의 것을 사용하되, 바람직하게는 500~900메쉬의 미세한 분말을 사용한다. 페인트 사업장의 미분은 제조공장은 물론, 페인트를 사용하는 제반 사업장의 집진기 등에서 수거할 수 있다. 그 외의 일반적인 집진기에서 수거되는 미분의 경우, 상대적으로 물성 면에서 열세이므로 선별 과정을 거치거나 제한적으로 투입한다. 어느 경우에나 카본질 미분은 비가연성 물질을 배제하고, 높은 가연성을 기반으로 하여 열량을 높이는 동시에 함수율을 적절히 낮추어 점결력을 높인다.

이때, 상기 카본질 미분은 원료부재 중에서 하수처리 종말장의 오니 및 고형의 폐기물보다 농축수산물의 하수처리 슬러지에 대하여 상대적으로 투입량을 증대하는 것을 특징으로 한다. 농축수산물의 하수처리 슬러지는 여타의 원료부재에 비하여 수분 함량이 높으므로 카본질 미분의 역할이 중요시 된다. 이는 폐기물을 처리하여 고형연료를 제조하는 자동화 시스템에서 카본질 미분의 투입량을 조절하는 알고리즘으로 보다 유용하게 활용될 수 있다.

한편, 원료부재와 혼화재를 믹싱(mixing)하는 시간은 약 3~20분, 바람직하게는 5~7분이 적절한 것으로 사료된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (b)는 혼화재 중에서 석유화학공정의 슬러지에 대한 코팅제로서, 알긴산나트륨 CMC(carboxymethyl cellulose) 식물성 및 동물성 접착제 중에서 선택하여 더 혼합하는 것을 특징으로 한다. 알긴산나트륨(알긴산소다)은 천연 해조류를 원료로 하여 무공해성을 지닌 수 처리제로 활용도가 증대되고 있다. 이는 분말에 대한 접착력을 높이는 동시에 함수성이 우수하므로 낮은 함수율로 인해 물성이 저하되는 것을 차단하는 역할을 한다. CMC(carboxymethyl cellulose)는 알칼리에 용해된 셀룰로오스에 모노클로르 아세트산 나트륨을 반응시켜 생성되며, 냉수에도 잘 용해되면서 점도가 높은 안정적인 콜로이드 상태를 유지시킨다. 다만 CMC 중에서 유해성을 지닌 페놀수지계는 배제한다. 식물성/동물성 접착제는 유기성으로서 단독적으로 투입하기보다는 알긴산나트륨 또는 CMC와 함께 투입하는 것이 좋다.

본 발명의 단계 (c)는 상기 혼합물을 스크류 압출기 상으로 이송하면서 펠렛 형태로 생성하는 과정으로 진행되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 함량비와 함수율 등의 공정조건으로 이송되는 혼합물은 스크류 압출기를 거치면서 고형화되며, 대략 3~5㎜의 직경과 3~5㎝의 크기로 절단되어 펠렛(pellet) 형태 로 생성되거나 건식증기방법으로 수분을 없앴을 때의 고형화 형태 그대로 생성된다. 스크류 압출기는 하류로 갈수록 유로가 좁아지는 구조와 더불어 외부에서 별도의 이송력을 부가할 수도 있다.

이러한 본 발명에 의하면, 각종 가연성 폐기물을 혼합하는 과정에서 연료 펠렛화(pellet化) 형태 또는 건식증기방법으로 수분을 없앴을 때의 고형화 형태 그대로의 생성을 위한 공정조건을 가변적으로 조절하여 다량의 폐기물을 신속하게 자원화 함에 의하여 실질적으로 환경정화 뿐만 아니라 경제성 또한 크게 높이는 효과가 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (5)

1. 각종의 폐기물을 재활용한 고형연료를 제조하는 방법에 있어서:
   (a) 하수처리 종말장의 유기성 오니, 고형의 폐기물, 농축수산물 하수처리 슬러지 등의 폐기물 중에서 선택되는 원료부재의 함수율을 조절하는 단계;
   (b) 상기 원료부재에 폐페인트, 석유화학공정의 폐올리고머류, 카본질 미분 중에서 선택되는 혼화재를 부가하여 혼합물을 생성하되, 원료부재 및 혼화재의 혼합물 함수율을 60~85%로 유지한 상태에서 중량비 50:50의 비율로 혼합하고, 혼화재인 카본질 미분은 제철소 등지의 폐코크스 미분, 페인트 사업장의 미분, 일반 집진기의 선별된 미분 및 이와 유사한 물성의 미분을 사용하며, 혼화재 중에서 석유화학공정의 슬러지에 대한 코팅제로서, 알긴산나트륨 CMC(carboxymethyl cellulose) 식물성 및 동물성 접착제 중에서 선택하여 혼합하는 단계; 및
   (c) 상기 혼합물을 스크류 압출기 상으로 이송하면서 펠렛 형태 또는 건식증기방법으로 수분을 없앴을 때의 고형화 형태 그대로 생성하는 단계;를 포함하여 이루어지되,
   상기 카본질 미분은 원료부재 중에서 하수처리 종말장의 오니 및 고형의 폐기물보다 농축수산물의 하수처리 슬러지에 대하여 상대적으로 투입량을 증대하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 재활용한 고형연료 제조방법.
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