KR101761684B1

KR101761684B1 - 오일성분을 분리하고 폐기되는 캐슈넛껍질 폐기물을 주재료로 이용한 친환경 연료조성물 및 연료펠릿

Info

Publication number: KR101761684B1
Application number: KR1020160117721A
Authority: KR
Inventors: 박정수; 허문수; 유영헌
Original assignee: (주)메가바이오테크
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2017-07-26

Abstract

본 발명은 캐슈넛껍질 폐기물을 이용한 친환경 연료펠릿에 관한 것이며, 캐슈넛 껍질 폐기물에 톨오일로진(tall oil rosin)과 금속산화물 또는 수산화물을 배합하여 제조된 연료펠릿은 강도가 높아 저장안정성이 향상되고, 발열량이 높은 효과를 지니고 있다.
또한 본 발명의 연료펠릿은 석탄 등 타의 연료와 혼합하여 사용하는 경우에도 연소효율이 높아 아황산가스(SOx) 및 일산화탄소 등의 배출이 저감시키는 특징이 있다.

Description

오일성분을 분리하고 폐기되는 캐슈넛껍질 폐기물을 주재료로 이용한 친환경 연료조성물 및 연료펠릿 {of environmentally friendly Fuel Composion using the cashew nut shell cake and Fuel pellets }

본 발명은 캐슈넛 껍질을 이용한 연료 조성물 및 연료펠릿에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 캐슈넛 껍질로부터 오일성분을 추출하고 폐기되는 캐슈넛 껍질 폐기물(cashew nut shell cake)을 이용한 친환경 연료조성물 및 이를 이용하여 제조한 연료 펠릿에 관한 것이다.

현재 세계는 지구 환경문제와 화석연료의 고갈 등으로 인하여 대체에너지와 청정에너지 등 신재생에너지 개발을 위하여 노력하고 있으며, 또한 신재생에너지 의무보급제도(RPS제도; Renewable Portfolio Standard)의 시행으로 화석연료를 사용하는 발전소에서는 바이오매스 연료의 수요가 급증하고 있다.

상기 바이오매스 연료로는 목재 또는 목재 부산물을 주재료로 하는 목재펠릿(우드 펠릿)이 대부분 차지하고 있으나, 목재펠릿(우드 펠릿)은 목재자원의 부족으로 산지에 따라 원료수급이 원활하지 못하고 또 목재원료에 따라 발열량이 낮고 품질의 편차가 크며, 특히 펠릿의 경도가 낮아 미분 및 분진이 발생되는 등 여러 가지 문제점이 나타나고 있다.

또 바이오매스 연료로 캐슈넛 껍질을 원료로 하는 기술이 알려져 있으며, 예로 들면, 국내 등록특허공보 등록번호 10-1263143호에 캐슈넛 쉘(cashew nut shell)을 4,500kcal/kg이상으로 건조하는 단계와, 상기 건조된 캐슈넛 쉘을 일정 크기로 입도 조절하는 단계와, 상기 입도 조절된 캐슈넛 쉘을 석탄과 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 연료 화합물의 제조방법을 개시하고 있으나, 상기 선행기술은 캐슈넛 껍질이 전체 연료성분에 0.01 ~ 50중량%로 배합되는 연료로써 캐슈넛 껍질은 보충적 연료인 것에 불과하고 석탄의 연소에 의해 아황산가스등의 유해가스가 배출되는 문제점이 있다.

그리고 국내 공개특허공보 공개번호 10-2010-0138286호에 캐쉬넛 껍질을 포함하는 원재료(목분을 첨가한 캐슈넛 껍질)를 파쇄 또는 분쇄하여 크기를 조절하는 단계; 상기 원재료를 건조하는 단계; 상기 건조된 원재료를 가온 및 가압하여 펠릿을 형성하는 단계; 및 상기 펠릿을 냉각하는 단계를 포함하는 연료용 펠릿의 제조방법을 개시하고 있고, 국내 등록특허공보 등록번호 10-1343470호에는 건조시킨 캐슈넛 껍질 분쇄물에 왕겨가루 또는 톱밥가루를 비산시키면서 균일하게 혼합하고 성형한 캐슈넛 껍질 성분 함유 펠릿의 제조방법을 개시하고 있다.

상기 선행기술들은 다같이 캐슈넛 껍질 및 목질(왕겨, 목분 등)등 바이오 매스를 원료로 사용하고 있지만, 캐슈넛 껍질에는 오일성분이 많이 함유되어 있어 오일성분의 윤활작용이 캐슈넛 껍질과 목분의 응집력을 저해하여 펠릿으로 성형하는데 어려움이 있고 또 성형된 펠릿이 쉽게 부서지는 현상이 발생하여 연료의 손실 내지 저장 안정성에 문제가 있다.

본 발명은 상기한 선행기술들의 문제점을 해결하여 캐슈넛 껍질을 주원료로 한 연료조성물을 이용하여 제조된 연료펠릿은 펠릿의 강도가 높고, 연소성도 우수한 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 캐슈넛 껍질을 주재로 하여 친환경 연료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이며, 보다 상세하게는 캐슈넛 껍질(cashew nut shell)에서 오일성분(cashew nut shell liquid)을 추출하고 폐기되는 캐슈넛 껍질 폐기물(cashew nut shell cake)을 이용한 친환경 연료조성물 및 이를 이용하여 제조한 연료펠릿을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 해결수단으로서, 캐슈넛 껍질 폐기물을 주재료로 이용한 친환경 연료조성물은 오일성분을 분리하고 폐기되는 캐슈넛 껍질 폐기물 100중량부에 대하여 톨오일로진(tall oil rosin) 1 ~ 10중량부, 2 내지 4가 금속의 산화물 또는 수산화물 0.01 ~ 0.5중량부로 조성되는 것으로 이루어진다.

그리고 본 발명의 또 다른 목적인 연료펠릿은 오일성분을 분리하고 폐기되는 캐슈넛 껍질 폐기물 100중량부에 대하여 톨오일로진(tall oil rosin) 1 ~ 10중량부, 2 내지 4가 금속의 산화물 또는 수산화물 0.01 ~ 0.5중량부로 조성되는 연료조성물을 펠릿으로 성형한 다음 건조하는 것으로 이루어진다.

상기 본 발명에 따른 캐슈넛 껍질 폐기물은 캐슈나무 열매의 씨앗으로부터 캐슈넛을 분리할 때 발생하는 껍질(캐슈넛껍질)로부터 오일성분을 분리하고 폐기되는 폐기물로 이루어진다.

캐슈넛(cashew nut)은 옻나무과(Anacardiaceae)에 속하는 캐슈나무(Anacardium occidentale) 열매의 씨앗으로부터 껍질을 제거하여 얻어지며, 캐슈넛을 분리할 때 발생하는 캐슈넛 껍질에는 오일성분이 30 ~ 35% 정도로 함유되어 있어 용제추출 내지 가열압착 등의 방법으로 오일성분을 분리한 다음 껍질은 폐기하고 있다.

상기, 캐슈넛 껍질로부터 분리한 오일성분은 캐슈넛껍질액(CNSL; cashew nut shell liquid)으로 잘 알려져 있으며, 공업적으로 여러 용도로 이용되고 있고, 바이오 연료로도 이용되고 있다.

그리고 상기 캐슈넛 껍질은 용제추출에 의해 캐슈넛껍질액(CNSL)을 30%이상 분리할 수 있으나, 압착 등의 기계적 수단에 의해 캐슈넛껍질액(CNSL)을 분리하고 폐기하는 캐슈넛 껍질 폐기물에는 캐슈넛껍질액(CNSL)이 15 ~ 18%정도 잔류하고 있다.

본 발명의 친환경 연료조성물 및 펠릿의 주재료는 캐슈넛 껍질로부터 용제추출에 의해 캐슈넛껍질액(CNSL)을 분리하고 폐기되는 캐슈넛껍질 폐기물을 선택할 수 있으나, 캐슈넛껍질로부터 압착 등의 기계적 수단에 의해 캐슈넛껍질액(CNSL)을 분리한 캐슈넛껍질 폐기물(cashew nut shell cake)을 주재로 하는 것이 바람직하다.

상기 캐슈넛껍질로부터 압착 등의 기계적 수단에 의해 캐슈넛껍질액(CNSL)을 분리한 캐슈넛껍질 폐기물은 캐슈넛껍질액(CNSL)이 15 ~ 18%정도 잔류하고 있기 때문에 통상적인 우드펠릿의 원료인 목질계 보다 연소 시에 발열량이 높고 아황산가스(SOx)의 배출이 없으므로 바이오메스 연료로 매우 유리하다.

그러나 상기한 캐슈넛껍질로부터 압착 등의 기계적 수단에 의해 캐슈넛껍질액(CNSL)을 분리한 캐슈넛껍질 폐기물에는 15 ~ 18%정도 잔류하고 있는 캐슈넛껍질액(CNSL)인 오일성분의 윤활작용으로 주재료인 캐슈넛껍질 페기물이 응집이 되지 않는 결점이 있을 뿐 아니라, 타의 보조제와도 응집이 잘 되지 않는 결점이 있다.

본 발명에서는 상기 캐슈넛 껍질 폐기물(cashew nut shell cake)의 적합한 점결제 및 조연제로 톨오일로진(tall oil rosin) 및 2 ~ 4가 금속의 산화물 또는 수산화물을 조합하는 것으로 이루어지며, 캐슈넛껍질 폐기물 100중량부에 대하여 톨오일로진(tall oil rosin) 1 ~ 10중량부, 2 ~ 4가 금속의 산화물 또는 수산화물 0.01 ~ 0.5중량부를 배합하는 것으로 이루어진다.

상기 톨오일로진(tall oil rosin)은 황산염법에 의해 펄프화하는 과정에서 얻어지는 톨오일(tall oil)을 진공증류에 의해 분리한 수지산으로 아비에트산(abietic acid)을 주성분으로 함유하고 있는 식물성 천연수지로써 비누, 도료, 합성수지첨가제 등의 여러 용도로 사용되고 있다.

본 발명에서 점결제 및 조연제로 선택된 톨오일로진(tall oil rosin)은 그 자체의 점결 및 고결작용에 의해 캐슈넛 껍질 폐기물을 응집시켜 펠릿으로 성형하는데 매우 유리하며, 식물성 천연수지이기 때문에 본 발명에 따른 케슈넛 껍질 폐기물과 함께 연료펠릿으로 조합되어 연소할 때 발열량을 향상시킨다.

또 톨오일로진(tall oil rosin)은 점결 및 고결작용과 함께 본 발명에서 조합되는 상기 금속산화물 또는 금속수산화물과의 반응에 의해 아비에트산 금속염 등의 금속비누가 생성되어 비누의 유화작용으로 캐슈넛껍질 페기물 내에 함유된 오일성분과의 친화성을 향상시켜 응집이 양호하게 이루어지는 특징이 있으며, 성형된 펠릿의 강도가 높아 저장안정성이 향상되어 연료의 손실을 방지하는 효과도 함께 나타낸다.

그리고 본 발명에 따른 상기 2 ~ 4가 금속의 산화물 또는 수산화물은 톨오일로진(tall oil rosin)과 반응하여 금속비누를 생성하는 작용과 함께 연소할 때 아래 [반응식 1]에 나타낸 바와 같이 황산화물(SOx)과 반응하여 금속염을 생성하면서 연소촉진 내지 발열량을 향상시키며, 생성된 금속염(황산염)은 집진기에서 제거되므로 아황산가스(SOx)의 배출이 저감되는 특징이 있다.

[반응식1]

상기 [반응식 1]에서 M은 2 ~ 4가의 Ca, Al, Cu, Zn, Fe, Ti, Mo, Co 또는 Mg을 나타내며, 본 발명에서는 상기 금속의 산화물 또는 수산화물 중에서 1이상의 성분이 선택된다.

본 발명에 따른 캐슈넛 껍질 폐기물을 이용한 친환경 연료펠릿은 천연 식물성 연료의 사용으로 친환경적이며, 톨오일로진(tall oil rosin)과 금속산화물 또는 금속수산화물의 작용으로 연료펠릿의 강도가 높아 저장안정성이 향상되는 것과 함께 연소효율이 향상되어 발열량이 높은 효과를 지니고 있다.

또한 본 발명의 연료펠릿은 석탄 등 타의 연료와 혼합하여 사용하는 경우에도 연소효율이 높고, 아황산가스(SOx) 등의 배출을 저감시키는 특징이 있다.

이하에서는 실시예 및 시험예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하기로 하겠으나, 본 발명은 하기에서 설명하는 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

<실시예>

캐슈넛을 분리한 캐슈넛껍질을 압착 등의 기계적 수단에 의해 캐슈넛껍질액(CNSL)을 분리하고 폐기하는 캐슈넛껍질 폐기물(cashew nut shell cake)을 정선하여 준비한다.

상기 준비된 캐슈넛껍질 폐기물 100중량부에 대하여 톨오일로진(tall oil rosin) 10중량부, 산화칼슘(CaO) 0.03중량부, 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) 0.05중량부, 수산화철(Fe₂(OH)₃) 0.01중량부, 수산화알루미늄(Al₂(OH)₃) 0.01중량부를 분쇄 혼합기에 투입하고 분쇄하면서 균일하게 혼합한 다음 성형기에 의해 펠릿으로 성형하고 건조하여 연료펠릿을 제조하였다.

<시험예1>

상기 <실시예>에서 제조한 연료펠릿과 일반적으로 사용되고 있는 우드펠릿의 강도 및 연소시 발열량에 대하여 시험하고 그 결과를 아래 [표 1]에 나타내었다.

구분	강도(N/㎟)	발열량(kcal/kg)
실시예	215	4350
우드펠릿	163	3680

위 [표 1]에 나타낸 바와같이 본 발명에 따른 톨오일로진 및 금속수산화물 및 금속산화물이 조합된 <실시예> 의 펠릿이 일반적으로 사용되고 있는 우드펠릿에 비하여 강도 및 발열량이 향상되는 것을 알 수 있으므로 본 발명의 캐슈넛껍질 폐기물을 주재료로 이용한 연료조성물 및 연료펠릿이 보다 친환경적이면서 개선된 연료로 제공될 수 있는 것을 확인할 수 있다.

Claims

캐슈넛껍질 폐기물 100중량부에 대하여 톨오일로진(tall oil rosin) 1 ~ 10중량부, 2 ~ 4가 금속의 산화물 또는 수산화물 0.1 ~ 0.5중량부로 조성되는 것을 특징으로 하는 캐슈넛껍질 폐기물을 주재료로 이용한 친환경 연료 조성물.
청구항1에 있어서, 캐슈넛껍질 폐기물은 캐슈넛껍질로부터 기계적 수단에 의해 캐슈넛껍질액(CNSL)을 분리한 캐슈넛껍질 폐기물인 것을 특징으로 하는 캐슈넛껍질 폐기물을 주재료로 이용한 친환경 연료 조성물.
청구항1 또는 청구항2에 있어서, 캐슈넛껍질 폐기물은 캐슈넛껍질액(CNSL)이 15 ~ 18%정도 잔류하고 있는 캐슈넛껍질 폐기물인 것을 특징으로 하는 캐슈넛껍질 폐기물을 주재료로 이용한 친환경 연료 조성물.
청구항 3에 있어서 2 ~ 4가 금속의 산화물 또는 수산화물은 Ca, Al, Cu, Zn, Fe, Ti, Mo, Co 또는 Mg의 산화물 또는 수산화물 중에서 선택된 1 ~ 3성분인 것을 특징으로 하는 캐슈넛껍질 폐기물을 주재료로 이용한 친환경 연료 조성물.
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 연료조성물을 펠릿으로 성형한 다음 건조하는 것을 특징으로 하는 캐슈넛껍질 폐기물을 주재료로 이용한 친환경 연료펠릿.