KR101594838B1

KR101594838B1 - Ｅｆｂ 바이오 탄화 펠릿 제조방법

Info

Publication number: KR101594838B1
Application number: KR1020140156086A
Authority: KR
Inventors: 백남헌; 채재우; 남상익; 최지호; 박길주; 김윤명; 구재회; 박영수; 김광호
Original assignee: (주)씨이에스
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2016-02-18

Abstract

본 발명은 EFB(Empty Fruit Bunch) 바이오 탄화 펠릿 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원료 전처리 및 운전조건 조절 등 성형조건을 EFB 탄화물의 성형에 적합하도록 최적화하여 고품질의 탄화 펠릿(성형탄)을 효과적으로 제조할 수 있는 반탄화 EFB를 이용한 바이오 탄화 펠릿의 제조방법에 관한 것이다.

Description

ＥＦＢ 바이오 탄화 펠릿 제조방법{PREPARATION METHOD OF EMPTY FRUIT BUNCH BIO―COAL PELLET}

팜은 코코넛 팜, 팬 팜, 오일 팜 등이 있고, 특히 오일 팜, 대추야자 및 코코넛 팜은 동남아시아, 중동, 아프리카, 중남미에서 다량으로 자생하거나 재배되는 팜으로 알려져 있다.

상기와 같은 팜은 그 열매로부터 팜 오일 등을 생산하고 나면 찌꺼기 부분이 남게 되는데, 이러한 팜 폐기물(또는 Empty Fruit Bunch; EFB)은 소각하여 폐기하거나 가축의 사료 또는 퇴비로 사용할 수 있다.

그러나, 팜의 생산이 많은 특히 많은 동남아에서는 팜 폐기물을 소각할 수 없도록 법제화하고 있기 때문에 가축의 사료 또는 퇴비 등으로의 사용만으로는 팜 폐기물을 처리하는데 한계가 있다. 또한 팜 폐기물은 대부분 섬유질로 구성되어 있기 때문에 퇴비화되는데 많은 시간이 소요되고, 팜 폐기물이 생분해 또는 부패되는 속도가 팜 폐기물이 발생하는 속도보다 느리기 때문에 팜 폐기물이 원형대로 단순히 퇴적되게 되며, 그 결과 식재되는 식물의 뿌리가 팜 폐기물의 퇴적층에 위치하게 되면 식물이 고사하는 문제점이 있다.

한편, 최근 바이오매스를 이용한 탄화 펠릿에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 팜은 열대 환경에서 생육하는바 생산이 빠르고, 그 폐기물인 EFB는 섬유질로 구성되어 있기 때문에 이를 탄화했을 때 재로 변하는 것보다 순수한 탄화물을 더 많이 얻을 수 있는 특성이 있다.

아울러, EFB 바이오 탄화 펠릿은 탄화시 발생하는 가연성 탄화 부생가스를 환류하여 건조 열원의 에너지(연료)로 재활용할 수 있는바, 건조시 외부 열원을 사용하는 목재 펠릿 대비 생산비가 약 25%나 절감(2009년, Georgia 대학 평가)되는 장점이 있다.

그러나, 팜 오일 제조 후 발생하는 EFB 자체는 폐기물로서 국내 수입이 불가능하다. 다만 EFB의 반탄화 가공물은 수입이 허용되고 있다.

반탄화(Torrefaction)는 EFB와 같은 바이오매스를 대기압, 산소가 없는 200 ∼ 300℃의 낮은 온도조건에서 열적으로 전환시키는 전처리 공정으로서, 이를 통해 바이오매스의 물리적, 화학적 특성이 변화된다. 구체적으로 반탄화의 열적 처리에 의해 바이오매스는 강도가 감소하고 섬유 구조가 파괴되며 열량이 증가된다. 바이오매스는 반탄화 후에 소수성이 증가되므로, 반탄화되지 않은 바이오매스 대비 저장 및 보관이 용이해지는 장점이 있다. 또한 반탄화 공정이 진행되는 동안 부분적으로 탈휘발화가 일어나므로 원래 바이오매스보다 질량은 감소되지만, 반탄화 후 생성된 고형 물질에 바이오매스가 가지고 있던 초기 에너지량이 대부분 보존되므로 원래 바이오매스보다 에너지 밀도가 상승하게 된다.

그러나, 반탄화 EFB는 점성 물질인 리그닌을 함유하고 있어 견고한 펠릿 제조가 가능한 목재 펠릿의 경우와 달리, 성형이 매우 어렵다는 단점을 지닌다. 구체적으로 반탄화 EFB는 수분 함량을 15 중량%로 맞추어 주더라도 사출 후에 잠시 형태를 갖추었다가 부서져 버려는 현상이 발생한다.

이에, 반탄화 EFB와 같은 바이오매스의 성형성을 개선하여 고품질의 바이오 탄화 펠릿을 효율적으로 제조할 수 있는 새로운 방법에 대한 개발이 요구되고 있다.

한국공개특허 제10-2005-0083878호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, EFB (반)탄화물의 성형조건을 최적화하여 고품질의 EFB 바이오 탄화 펠릿을 효율적, 경제적으로 성형, 생산할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은 (a) 원료로서 반탄화 EFB(Empty Fruit Bunch)를 구비하는 단계; (b) 반탄화 EFB(Empty Fruit Bunch)에, 바인더로서 폐팜유 및 EFB(Empty Fruit Bunch)가 6.5:3.5 ~ 7.5:2.5의 중량비로 혼합된 혼합물을 투입하여, 탄화물의 함수율을 15 ~ 17 중량%로 조절하는 단계; 및 (c) 바인더가 혼합된 탄화물을 평판다이, 가압로울러 및 배출구를 포함하는 성형장치를 이용하여 2.0 ~ 2.5m/s의 저속 운전을 통해 펠릿으로 성형하는 단계;를 포함하는 EFB(Empty Fruit Bunch) 바이오 탄화 펠릿 제조방법을 제공한다.

본 발명의 바이오 탄화 펠릿 제조방법은 팜 오일 공장 부산물인 EFB를 이용한 것으로서 EFB 탄화물 성형을 위한 최적의 전처리조건 및 성형조건 확립을 통해 고품질의 EFB 탄화 펠릿(성형탄)을 효율적, 경제적으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 팜 폐기물인 EFB를 원재료로 사용하는바, 생산지에서 팜 폐기에 소요되는 비용을 절감할 수 있고 친환경적이면서도 높은 열량을 지닌 청정 재생에너지원을 제공할 수 있다.

아울러, 본 발명은 EFB 탄화시 발생하는 가연성 탄화 부생가스를 환류하여 건조 열원의 연료로 재활용할 수 있는바, 건조시 외부 열원을 사용하는 목재 펠릿 대비 생산비가 크게 절감된다.

나아가, 본 발명은 종래 대비 새로운 구조의 EFB용 펠릿 성형장치(예컨대, 가압부 분리형 로울러)를 사용하는바, 장치의 활용성, 작업의 편리성 및 생산성을 극대화할 수 있고 장치의 교체 및 유지보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

이를 통해, 본 발명의 바이오 탄화 펠릿 제조방법은 연속식(예컨대, 200kg/hr급) EFB 바이오 탄화 고형연료 시스템의 운전에 매우 유용하게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EFB 바이오 탄화 펠릿 제조방법을 나타낸 공정 블록도이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 펠릿 성형기의 3D 입체도면이다.
도 3은 본 발명에 사용되는 원재료의 저항력과 다이 구조의 상관관계를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명에 사용되는 평판다이의 상면 구조를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 EFB(Empty Fruit Bunch) 바이오 탄화 펠릿 제조방법은,

(a) 원료로서 반탄화 EFB(Empty Fruit Bunch)를 구비하는 단계;

(b) 반탄화 EFB(Empty Fruit Bunch)에, 바인더로서 폐팜유 및 EFB(Empty Fruit Bunch)가 6.5:3.5 ~ 7.5:2.5의 중량비로 혼합된 혼합물을 투입하여, 탄화물의 함수율을 15 ~ 17 중량%로 조절하는 단계; 및

(c) 바인더가 혼합된 탄화물을 평판다이, 가압로울러 및 배출구를 포함하는 성형장치를 이용하여 2.0 ~ 2.5m/s의 저속 운전을 통해 펠릿으로 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다(도 1 참조).

상기 (a) 단계는 성형탄의 원료로서 반탄화(Torrefaction) 가공된 EFB(Empty Fruit Bunch)를 구비하는 단계이다.

EFB를 반탄화하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당분야의 통상적인 절차 및 방법을 통해 수행할 수 있다. 일 구체예로, 본 발명에 사용되는 상기 반탄화 EFB는, (s1) EFB를 파쇄, 분쇄 및 건조시키는 단계; (s2) 건조된 EFB를 200∼300℃의 온도로 반탄화(Torrefaction)시키는 단계; 및 (s3) 반탄화된 EFB를 냉각 및 분쇄하는 단계;를 통해 구비될 수 있다.

상기 (s1) 단계는 EFB를 반탄화하기 위한 전처리로서 원료를 적절한 수준으로 파쇄, 분쇄 및 건조하는 단계로서, 상기 EFB로는 팜 열매 부산물, 팜 잎, 팜 줄기 등 통상의 팜 폐기물 원료를 사용할 수 있다. 상기 파쇄는 EFB를 소입자로 분쇄하기 위한 전 단계로서, EFB를 80 ~ 120mm 정도(예컨대, 100mm 정도)의 길이로 압축, 절단하는 과정이다. 상기 분쇄는 파쇄된 EFB를 30 ~ 50mm 정도(예컨대, 50mm 정도)의 소입자로 분쇄하는 것으로서, 이를 통해 이후의 과정인 건조 및 (반)탄화 과정이 용이하게 진행될 수 있다. 여기서, EFB를 너무 작은 크기로 분쇄할 경우 (반)탄화시 탄화물보다 재가 더 많아질 수 있기 때문에 주의를 요한다. 상기 건조는 분쇄된 EFB를 정량으로 공급받아 EFB를 약 150 ~ 350℃의 온도에서 적절한 수준(예컨대, 건조율 20% 이내)까지 건조시키는 과정으로서, 이를 통해 EFB의 (반)탄화 비율을 더욱 높일 수 있다.

상기 (s2) 단계는 건조된 EFB를 대기압 및 산소가 배제된 조건에서 200 ∼ 300℃의 온도로 반탄화(Torrefaction)시켜, 열적 처리를 통해 EFB의 물리적, 화학적 특성을 전환시키는 단계이다. 바람직한 일 실시예에서, 상기 반탄화는 간접으로 연소열을 가하여 수행될 수 있는바, 이를 통해 열이 탄화물에 직접 접촉하지 않도록 함으로써 탄화물을 훼손하지 않고 원형으로 반탄화되도록 할 수 있다. 또한 본 단계에서는 (반)탄화시 발생하는 가연성 탄화 부생가스를 환류하여 전술한 건조과정의 열원 에너지(연료)로 재활용할 수 있다.

상기 (s3) 단계는 반탄화된 EFB를 냉각 및 분쇄하여 이후 바인더와의 혼합을 용이하게 하는 단계이다. 상기 냉각은 반탄화 EFB를 100℃ 이하(더욱 상세하게는, 80℃ 이하)로 점진적으로 냉각시키는 과정으로서, 이때 고열의 반탄화물이 이송과정에서 산화하여 재가 되는 것을 방지하기 위해 불활성 가스인 질소가스를 주입하는 것이 바람직하다. 또한 상기 냉각은 냉각수 및 냉각기의 이중 구조를 통한 간접 냉각방식으로 수행하는 것이 바람직한바, 이를 통해 급속 냉각에 따른 탄화물의 원형 훼손을 방지할 수 있다. 상기 분쇄는 냉각된 반탄화물을 100 ~ 150메시 정도의 크기로 분말화하여 바인더와의 혼합을 용이하게 하는 과정이다.

한편, 본 발명에 사용되는 성형원료는 원활한 펠릿화를 위해 다음과 같은 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

1) 원료의 형태: 가루 입자

2) 거칠기(입도): 40메시 이상, 거친 톱밥 수준

3) 함수율: 15 ~ 17 중량%

4) 원료 성분: 점성(결착력)이 있는 원료

5) 열 분해성: 100℃ 이하에서 용해되지 않을 것, 50℃ 이상에서 굳지 않을 것

상기 (b) 단계는 준비된 반탄화 EFB에 소정 배합의 바인더를 첨가해 탄화물을 견고히 결합시킴과 더불어, 바인더와 혼합되는 탄화물의 함수율을 증가, 조절하는 전처리 단계이다.

구체적으로, 본 발명에서는 바인더로서, 폐팜유 및 EFB(Empty Fruit Bunch)가 6.5:3.5 ~ 7.5:2.5(바람직하게는, 7:3)의 중량비로 혼합된 혼합물을 사용하며, 이의 첨가를 통해 탄화물의 함수율을 15 ~ 17 중량%(바람직하게는, 15 중량%)로 조절하도록 한다. 목재 펠릿은 자체에 리그닌을 함유하고 있어 견고한 펠릿 제조가 가능하나, 본 발명에서 사용하는 반탄화 EFB는 설사 물 등의 첨가를 통해 수분 함량을 15 중량%로 맞추어 주더라도 사출 후에 잠시 형태를 갖추었다가 부서지고 만다. 이에, 본 발명에서는 특정 성분 및 배합의 바인더를 EFB 원료에 첨가함으로써, 이러한 문제를 해결하였다.

탄화 펠릿 성형은 다이 구멍에 높은 압력으로 원재료들을 밀어 넣어서 펠릿을 생산하는 방식으로 이루어지는데, 목재 펠릿의 경우 높은 압력과 마찰력이 나무의 온도를 상승시켜 섬유질에 존재하는 리그닌을 부드럽게 하는바 펠릿의 형태를 유지시켜 주게 된다. 그러나 EFB 탄화물의 함수율은 기본적으로 0 중량%이고, 수집, 운반과정에서 수분을 일부 흡수하여 평균 5 중량%대의 함수율을 지니게 된다. 그 후 본 발명자는 물을 이용하여 함수율을 15 중량%로 맞춘 후 시험을 하였는바, 잠시 형태를 갖추었다가 부스러지는 현상이 발생하였다. 즉 EFB가 탄화공정을 거치면서 (수율에 따라 다르지만) 리그닌 성분이 분해 내지 증발되어 별도의 바인더 없이는 펠릿화가 안 되는 것으로 확인되었다.

상기 바인더의 첨가 비율은 구체적인 EFB 원료의 상태에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 반탄화 EFB 대비 3 ~ 5 중량%의 양을 첨가하여 바인더 혼합 탄화물을 구성할 수 있다.

또한, 상기 바인더 첨가를 통해 형성된 탄화물의 함수율은 15 ~ 17 중량%(바람직하게는, 15 중량%)가 적절하다. 함수율이 15 중량% 미만이면 펠릿으로의 성형이 어려워질 수 있으며, 17 중량%를 초과하여 너무 높으면 생산된 펠릿이 수직방향으로 트는 현상이 발생할 수 있다.

본원에서, 상기 바인더에 포함되는 폐팜유는 수분 등을 함유한 팜 폐기물로서, 또 다른 바인더 성분인 EFB와 함유성분들의 함량이 상이한 것을 의미한다. 또한 상기 바인더에 포함되는 EFB(Empty Fruit Bunch)는 반탄화 내지 탄화되지 않은 EFB 자체를 의미하며, 예를 들어 분쇄된 형태의 생 EFB를 사용할 수 있다. 상기 폐팜유 및 EFB는 말레이시아 등 동남아 현지 팜 공장에서 쉽게 구할 수 있는 폐팜유 및 EFB를 사용할 수 있다.

바람직한 일 구체예에서, 상기 바인더에 포함되는 폐팜유는 수분 55.8 중량%, 휘발분 33.9 중량%, 회분 1.8 중량% 및 고정탄소 8.5 중량%로 구성된 것이고, 상기 바인더에 포함되는 EFB(Empty Fruit Bunch)는 수분 52.9 중량%, 휘발분 33.9 중량%, 회분 4.6 중량% 및 고정탄소 8.6 중량%로 구성된 것일 수 있다. 이들의 상세한 구성 성분 및 함량을 하기 표 1에 나타내었다.

폐팜유 및 EFB의 구성 성분 및 함량

구분		폐팜유	EFB
공업분석 [wt%]	수분	55.8	52.9
	휘발분	33.9	33.9
	회분	1.8	4.6
	고정탄소	8.5	8.6
	Sum	100.0	100.0
원소분석 [wt%, dry basis]	C	50.6	50.8
	H	6.9	6.6
	N	1.2	1.7
	S	-	-
	Cl	0.3	0.2
	O	37.0	31.0
	회분	4.0	9.7
	Sum	100.0	100.0
발열량 [kcal/kg]	HHV	5,128	4,869
발열량 [kcal/kg]	LHV	2,267	2,291

다른 구체예에서, 상기 (b) 단계의 바인더는 타르를 추가로 포함하는 것으로서, 폐팜유, EFB(Empty Fruit Bunch) 및 타르가 7:2:1의 중량비로 혼합된 것일 수 있다. 이를 통해, 원활한 성형에 요구되는 결합력을 탄화물에 부여하고 그 함수율을 15 중량% 정도로 조절할 수 있다. 사용가능한 타르의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 타르 성분으로 목초액을 사용할 수 있다.

상기 (c) 단계는 바인더 첨가를 통해 성형에 적합하도록 전처리 된 혼합원료를 소정의 성형장치(도 2 참조)를 통해 펠릿화하는 단계이다. 이러한 펠릿화 성형을 거치면 성형되지 않은 원료 대비 더욱 높은 열량의 연료를 제조할 수 있다.

상기 성형장치는 성형다이, 로울러 및 배출구 등을 부품으로 포함하는 EFB 탄화 펠릿용 성형기로서, 본 발명에서는 평판다이 및 가압부 분리형 로울러를 사용한다.

로울러는 일반 로울러의 경우 회전압축시 원자재가 로울러와 성형다이 사이로 투입되지 않고 외부로 밀리게 되어 올바른 펠릿 성형이 이루어지지 않는다. 이에, 본 발명에서는 일정 부분마다 홈을 주어 톱니바퀴처럼 원자재가 성형다이에 잘 맞물릴 수 있도록 설계된 가압로울러를 사용한다. 다만 탄화물의 특성상 너무 많은 홈을 형성하면 안 되며, <평면3-홈1>의 크기 비율로 제작을 하는 것이 바람직하다.

또한, 성형다이 하부에는 절단기가 로울러 속도에 맞게 회전하면서 배출되는 펠릿을 일정 크기로 절단하도록 설계된다. 아울러 하부조정자를 두어 펠릿 성형기가 지면에 고정되도록 하여 성형과정에서 발생하는 소음 및 진동을 최소화하도록 설계하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 성형다이로서 원형다이가 아닌 평판다이를 사용한다. 평판다이 방식은 수평으로 설치된 다이 구멍을 통해 원재료들을 위에서 로울러를 이용해 아래로 눌러 구멍 아래로 성형하는 방식으로서, 소형 및 고품질의 탄화 펠릿 제조에 적합하다. 평판다이와 원형다이의 장단점을 하기 표 2에 비교하여 나타내었다.

평판다이 방식과 원형다이 방식 비교

항목	평판다이 방식	원형다이 방식
주요 유명 제조사	KHAL	Salmatec, Andritz, CPM
로울러 구동속도	저속	고속
생산되는 펠릿 강도	높음	낮음
부스러기 발생	적음	높음
제품 크기	크다	작다
펠릿 생산량	작다	크다
펠릿 품질	좋다	나쁘다
탄화 펠릿 성형기 방식 선정	적합	부적합
탄화 펠릿 성형기 방식 선정	탄화 펠릿의 요구조건인 고열량, 고품질을 고려할 때 생산량보다는 제품의 품질이 중요

한편, 탄화물의 펠릿화를 위해서는 조금 더 정교한 균형있는 운전조건을 필요로 한다. 가장 기본적이고 중요한 조절방법은 다이(구멍을 가진 금속판)를 교체하는 방법으로 다이에 있는 구멍을 원재료가 통과할 때 적당한 정도의 저항이 걸리도록 설계하는 것이다. 적당한 다이 저항력은 원재료에 열을 가해 부드럽게 만들어 주는바, 원하는 형태로 성형되게 하고 내구성을 높여준다. 다만 다이 저항력이 너무 높은 경우 펠릿화과정에서 원재료가 타는 현상이 발생할 수 있으며, 다이 저항력이 너무 낮은 경우 원재료가 성형되지 않고 그대로 구멍을 통과하는 현상이 발생할 수 있다. 다이 저항력은 구멍의 크기나 구멍의 개수로 조절할 수 있으며, 일반적으로 구멍이 클수록, 구멍 개수가 많을수록 다이 저항력은 떨어진다(도 3 참조).

일 구체예에서, 상기 (c) 단계의 평판다이의 다이 구멍 상부는 구멍 외주부로부터 내측으로 깊이 2mm, 폭 1mm의 하향 경사부가 형성된 것일 수 있다(도 4 참조). 또한 다이 구멍의 길이(상기 경사부를 제외한 원통형 공간의 길이)가 너무 짧으면 펠릿의 강도가 저하되며, 너무 길면 생산성이 저하되는 적절한 길이로 다이 구멍을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 성형장치의 가압로울러가 2.0 ~ 2.5m/s(바람직하게는, 2.0m/s)의 저속으로 구동되도록 회전수를 조절한 저속 운전을 통해 펠릿을 생산하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 제조되는 펠릿의 강도 등 펠릿 품질을 보다 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 생산속도가 빠를수록 제조된 펠릿의 강도는 낮아지며, 생산속도가 느릴수록 제조된 펠릿의 강도는 높아진다. 또한 저속 생산방식의 경우 생산속도는 다소 느리지만 펠릿의 절단면이 직각에 가까워져 펠릿 운반시 부스러기가 덜 발생하는 반면, 2.5m/s가 넘는 고속 생산방식의 경우 펠릿 절단면이 삐쭉빼쭉하여 운반시 부스러기 발생률이 높아지게 된다. 이러한 펠릿의 부스러기 발생률은 펠릿보일러 이송시스템 등에 문제를 일으킬 수 있다.

아울러, 본 발명에서는 상기 가압로울러로서 필요에 따라 가압부가 분리가능하도록 형성된 가압부 분리형 로울러를 사용한다. 즉 본 발명자는 펠릿 성형용 원재료 및 성상 변화에 따른 다양한 용도의 펠릿 성형시, 가압로울러의 용이한 교체로 다양한 펠릿 성형이 가능하도록 하여 펠릿 성형장치의 활용성을 극대화할 수 있도록 하는 펠릿 성형장치용 가압로울러를 개발하였다.

구체적으로, 상기 (c) 단계의 가압로울러는 로울러축에 고정되는 고정부; 및 상기 고정부(예컨대, 고정부의 외주면)에 형성된 결합부에 탈부착하게 체결되어 그 외주면이 상기 평판다이의 상면과 접촉함으로써 성형재료를 다이 구멍을 통해 압출시키는 가압부;로 분리구성되어 이루어진 것이다.

예를 들어, 본 발명에 사용되는 펠릿 성형장치는 구동모터에 의해 동력을 전달받아 회전하는 메인샤프트, 직각방향으로 설치되어 상기 메인샤프트의 회전력으로 회전되는 로울러축, 다수의 성형압출공이 형성되어 로울러축의 하단에 설치되는 성형다이, 및 외주면이 상기 성형다이 상면과 접촉되어 회전되도록 로울러축의 양단에 각각 설치되는 상기 가압부 분리형 가압로울러를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 가압부 분리형 로울러를 적용하면 로울러축을 분리할 필요 없이 펠릿 성형시 실제 마모가 이루어지는 가압로울러의 가압부만을 분리하여 새로운 로울러로 교체하면 되는바, 사용의 편리성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 교체 및 유지보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있다. 또한 펠릿 성형용 원재료의 물성이 변경되어 다른 타입으로 가압로울러를 변경해야 하는 경우에도 가압로울러의 외주연에 해당되는 가압부만 분리하거나 다수개 분할구성된 각각의 가압부를 분리하여 해당 가압부만을 교체하면 되는바, 가압부의 간단한 교체를 통해 작업성 및 생산성을 더욱 향상시킴은 물론 펠릿 성형장치의 활용성을 극대화시킬 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에 사용가능한 펠릿 성형장치의 일 구체예를 하기 표 3에 나타내었다.

평판다이 방식의 탄화 펠릿 성형기 상세 스펙

로울러 속도	2.0m/s
다이스 구멍의 길이	35mm
다이스 구멍에서의 각도	깊이(길이) 2mm, 폭(사라) 1mm = 2:1
가공 후 처리	다이스:SKD61, 진공열처리(경도:HRC50~55), 연마가공 로울러:S45C, 고주파 열처리(경도:HRC45~48)
커터 칼날 거리	30~50mm

* 함수율: 15 중량%, 펠릿 크기: 직경 6mm, 길이 50 ~ 80mm 기준

한편, 본 발명에서는 상기 (c) 단계 이후에, 성형탄을 분리 및 저장하는 단계가 추가적으로 수행될 수 있다.

성형탄을 분리하는 단계는 성형된 성형탄과 성형되지 못한 혼합 탄화물을 분리하여 성형되지 못한 혼합 탄화물을 다시 혼합과정으로 회수되도록 하는 단계이다. 또한 성형탄을 저장하는 단계에서는 성형탄의 훼손을 방지하고 저장되는 성형탄이 발화되지 않도록 불활성 가스인 질소를 주입하여 저장하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 상기한 바와 같은 방법을 통해 EFB 탄화 펠릿이 3.5 정도의 압축비를 갖도록 성형하는 것이 바람직하다.

참숯, 챠콜(야자), 탄화물 등 숯이나 카본 원료의 경우 3.5 정도의 압축비를 갖는 것이 가장 바람직하다. 다양한 원료에 따른 적정 압축비(압축강도)를 하기 표 4에 나타내었다.

각종 원료별 펠릿 압축강도

순번	원료	압축비	비고
1	200메시 이상 고운가류(곡물류), 쌀겨(미강), 대두박	8~14	사료, 해산어사료
2	우드(톱밥)	4.5~5.5	-하드(활엽수:동남아) -소프트(침엽수:러시아,캐나다)
3	축분비료	5.5~7	우분, 계분, 돈분
4	광물질	3.8	석회, 제오라이트, 기타
5	펄프	2.5	종이, 제지슬러지, 부직포
6	숯, 카본	3.5	참숯, 챠콜(야자), 탄화물
7	마늘피, 껍질류	5.5
8	건초, 잔디, 갈대	4.5
9	코코피트, 팜, EFB	5
10	옥수수대, 왕겨, 버섯배지	5.5
11	발효사료	8.5
12	화학물질, 발포제, 플라스틱	4	필름분쇄물, 수지분쇄물, 비닐

* 압축비 = 펠릿길이 / 펠릿직경

또한, 본 발명에 따라 제조된 EFB 탄화 펠릿의 물성을 하기 표 5에 나타내었다.

제조된 EFB 탄화 펠릿 물성

평가항목 (주요성능 Spec.)	단위	결과치	시료 수	평가방법
압축비		3.5	10
겉보기 밀도	kg/cm³	700	10		목재펠릿 품질 규격(국립산림과학원 고시 제2009-2호) 시험방법
내구성	%	98	10	텀블링 시험
함수율	중량%	7.95~10	10	함수율 측정

* 바인더 = 폐팜유:EFB:타르 = 7:2:1 기준

나아가, 본 발명에 따라 제조된 EFB 탄화 펠릿은 5,500kcal/kg 이상의 높은 발열량을 지님을 실험을 통해 확인하였다.

Claims

(a) 원료로서 반탄화 EFB(Empty Fruit Bunch)를 구비하는 단계;
(b) 반탄화 EFB(Empty Fruit Bunch)에, 바인더로서 폐팜유 및 EFB(Empty Fruit Bunch)가 6.5:3.5 ~ 7.5:2.5의 중량비로 혼합된 혼합물을 투입하여, 탄화물의 함수율을 15 ~ 17 중량%로 조절하는 단계; 및
(c) 바인더가 혼합된 탄화물을 평판다이, 가압로울러 및 배출구를 포함하는 성형장치를 이용하여 2.0 ~ 2.5m/s의 저속 운전을 통해 펠릿으로 성형하는 단계;를 포함하는 EFB(Empty Fruit Bunch) 바이오 탄화 펠릿 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계의 폐팜유는 수분 55.8 중량%, 휘발분 33.9 중량%, 회분 1.8 중량% 및 고정탄소 8.5 중량%로 구성된 것이고,
상기 (b) 단계의 EFB(Empty Fruit Bunch)는 수분 52.9 중량%, 휘발분 33.9 중량%, 회분 4.6 중량% 및 고정탄소 8.6 중량%로 구성된 것임을 특징으로 하는 EFB(Empty Fruit Bunch) 바이오 탄화 펠릿 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
반탄화 EFB(Empty Fruit Bunch)에, 바인더로서 폐팜유 및 EFB(Empty Fruit Bunch)가 7:3의 중량비로 혼합된 혼합물을 투입하여, 탄화물의 함수율을 15 중량%로 조절하는 것임을 특징으로 하는 EFB(Empty Fruit Bunch) 바이오 탄화 펠릿 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계의 평판다이의 다이 구멍 상부는 구멍 외주부로부터 내측으로 깊이 2mm, 폭 1mm의 하향 경사부가 형성된 것임을 특징으로 하는 EFB(Empty Fruit Bunch) 바이오 탄화 펠릿 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는 가압로울러를 2.0m/s의 속도로 구동하여 수행되는 것을 특징으로 하는 EFB(Empty Fruit Bunch) 바이오 탄화 펠릿 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는 압축비가 3.5인 펠릿으로 성형하는 것임을 특징으로 하는 EFB(Empty Fruit Bunch) 바이오 탄화 펠릿 제조방법.