KR101787208B1 - 바이오매스 연료 - Google Patents

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Abstract

바이오매스 연료가 개시된다. 본 발명의 바이오매스 연료는 수분 함량이 15 내지 25%인 바이오매스 슬러지; 및 종이분말, 회분 또는 전분 등에서 선택되는 어느 하나 이상의 바인더;를 포함함으로써, 우수한 성형성 및 연소성 특성을 구현한다.

Description

바이오매스 연료{BIOMASS FUEL}
본 발명은 바이오매스 연료에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 특정 수분 함량을 지닌 바이오매스 슬러지 및, 종이분말, 전분 또는 회분 등 바인더를 포함함으로써 펠렛의 성형성과 연소성을 향상시킨 바이오매스 연료에 관한 것이다.
최근 제선조업은 에너지효율 극대화와 온실가스 저감이라는 환경적 접근이 다각적으로 시도되고 있다. 그러나, 제선조업은 다량의 부산물을 발생시키며, 이러한 부산물의 처리에 어려움이 있다. 따라서 전기로 공정 등에서 발생하는 함철부산물의 재활용, 즉 바이오매스 연료 등 개발이 활발히 진행되고 있다. 일반적으로, 함철부산물은 미분 형태로 그 크기가 작아 바인더를 첨가하여 펠렛으로 제조하거나, 미분의 함철부산물에 바인더를 첨가하여 브리켓으로 제조 후 사용한다. 이때, 바이오매스 연료 성형시 펠렛 등의 연소성과 성형성 조절이 중요하다. 관련 선행기술로 한국 등록특허 제1320083호(2013.10.18, 전기로 환원 슬래그를 이용한 함철브리켓 제조용 바인더 및 이의 제조방법) 등이 있다.
본 발명의 일측면에 의하면 특정 수분 함량을 지닌 바이오매스 슬러지와, 종이분말, 전분 또는 회분 등을 포함함으로써 펠렛의 우수한 성형성 및 연소성을 구현한 바이오매스 연료를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면에 의하면 발전소 및 코크스 오븐 등 제철소 열설비의 연소효율 및 공정수율을 더욱 향상시킨 바이오매스 연료의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면 종이분말 등 친환경 바이오매스 원료를 사용함으로써 VOCs나 다이옥신 등 환경오염 문제를 해소하는 바이오매스 연료에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 펠렛의 연소성 및 성형성이 우수하여 바이오매스 연료 활용시 이송과 사용의 용이성이 증대된 바이오매스 연료에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 펠렛 등의 발열량 불균일 문제를 해소하여 에너지 효율 증대 및 원가절감 등 비용감소 효과가 우수한 고효율 바이오매스 연료에 관한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 해결하고자 하는 과제들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 바이오매스 연료는 수분 함량이 15 내지 25%인 바이오매스 슬러지; 및 종이분말, 회분 또는 전분 등에서 선택되는 어느 하나 이상의 바인더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 종이분말은 150 내지 500 메쉬인 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 바이오매스 연료는, 상기 종이분말과 바이오매스 슬러지가 1 : 1.5 : 내지 1 : 2.5의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 바이오매스 연료는, 상기 전분과 바이오매스 슬러지가 하기 수식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다 :
[수식 1]
0 < A/B < 0.13
(상기 수식 1에서, A는 전분이고, B는 바이오매스 슬러지임).
구체예에서, 상기 바이오매스 연료는, 상기 종이분말, 회분 및 바이오매스 슬러지가 하기 수식 2를 만족하는 것을 특징으로 한다 :
[수식 2]
0.4 < C/(B+D) < 0.6
(상기 수식 1에서, B는 바이오매스 슬러지, C는 종이분말, D는 회분임).
구체예에서, 상기 바이오매스 연료는, 바이오매스 슬러지 55 내지 65중량%; 종이분말 25 내지 35중량%; 및 전분 1 내지 15중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 바이오매스 연료는, 바이오매스 슬러지 50 내지 60중량%; 종이분말 20 내지 30중량%; 및 회분 10 내지 20중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 바이오매스 연료는, 바이오매스 슬러지 45 내지 55중량%; 종이분말 20 내지 30중량%; 회분 10 내지 20중량% 및 전분 1 내지 15중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 바이오매스 연료는 특정 수분 함량을 지닌 바이오매스 슬러지와, 종이분말, 전분 또는 회분 등의 바인더를 포함함으로써 펠렛의 우수한 성형성 및 연소성을 구현하고, 발전소 및 코크스 오븐 등 제철소 열설비의 연소효율 및 공정수율을 더욱 향상시키고, 종이분말 등 친환경 바이오매스 원료를 사용함으로써 VOCs나 다이옥신 등 환경오염 문제를 해소하고, 펠렛의 연소성 및 성형성이 우수하여 바이오매스 연료 활용시 이송과 사용의 용이성이 증대되고, 펠렛 등의 발열량 불균일 문제를 해소하여 에너지 효율 증대 및 원가절감 등 비용감소 효과가 우수한 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체에에 의한 바이오매스 연료의 수분 함량에 따른 펠렛 특성을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 슬러지내 종이분말 투입량에 따른 펠렛 특성을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 회분 첨가율에 따른 펠렛 특성을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 슬러지와 회분 혼합물내 종이분말 투입량에 따른 펠렛 특성을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 슬러지내 전분 투입량에 따른 펠렛 특성을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 1에 의해 형성된 바이오매스 연료 펠렛의 외관을 나타낸 사진이다.
도 7은 도 2에 의해 형성된 바이오매스 연료 펠렛의 외관을 나타낸 사진이다.
도 8은 도 3에 의해 형성된 바이오매스 연료 펠렛의 외관을 나타낸 사진이다.
도 9는 도 4에 의해 형성된 바이오매스 연료 펠렛의 외관을 나타낸 사진이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 서술되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 방법 또는 제조방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
바이오매스 연료
본 발명의 하나의 관점은 바이오매스 연료에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 상기 바이오매스 연료는 수분 함량이 15 내지 25%인 바이오매스 슬러지; 및 종이분말, 회분 또는 전분 등에서 선택되는 어느 하나 이상의 바인더;를 포함한다.
이하, 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 각 성분에 대하여 상술한다.
바이오매스 슬러지
상기 바이오매스 슬러지는 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 구현에 있어서, 베이스 성분으로써 펠렛의 성형성 및 연소성 향상을 위한 목적에서 포함된다.
상기 바이오매스 슬러지는, 예를들어, 제철 공정에서 얻어지는 각종 철광석 원료; 부생석회, 규석, 사문암 및 석회석 원료; 및 미분 형태로 고로, 전로나 전기로의 원료로 직접 사용되는 무연탄, 코크스 등 함철부산물 원료 등을 포함할 수 있다.
또한, 다른 구현예에서, 상기 바이오매스 슬러지는, 다양한 형태의 원료를 포함할 수 있다. 예를들어, 상기 바이오매스 슬러지는 우분, 왕겨, 볏짚, 및 팜커널쉘(Palm Kernel Shell, PKS) 등을 포함할 수 있다. 또한, 예를들어, 상기 바이오매스 슬러지는, 리그노셀루로즈(ligno-cellulose) 및 자당(sucrose), 이당(maltose), 젖당(lactose), 탄수화물(starch)의 효소를 포함한 당류(saccharide), 글루코스(glucose)와 프룩토오스(fructose) 및 갈락토스(galactose)를 포한함 단당류(monosaccharide)와 글리세롤(glycerol), 글리세롤 잔여물(crude glycerol) 등을 포함할 수 있다. 또한, 예를들어, 상기 바이오매스 슬러지는 팜유, 유채유, 대두유, 자트로파유, 옥수수유, 코코넛유, 해바라기씨유, 카놀라유를 포함하는 식물성 오일 및 그 잔여물; 우지 및 어유 등 동물성 오일; 및 폐기름 등을 포함할 수 있다. 또한, 예를들어, 상기 바이오매스 슬러지는 유기성 하수슬러지, 유기성 폐수 슬러지, 무기성 하수슬러지, 무기성 폐수 슬러지 등을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 목적을 구현할 수 있는 것이라면 그 종류나 형태가 이에 제한되지 않는다.
상기 바이오매스 슬러지는 그 성분 원료가 고유의 수분 또는 화학적 결합에 의한 수분을 포함하고 있고, 이러한 수분의 함량이 바이오매스 연료의 성형성 및 연소성 등에 영향을 미치므로, 상기 바이오매스 슬러지는 넓은 공간에 엷게 펼쳐 자연 건조되거나 스팀을 사용한 로터리 드라이어 등 설비에 의해 적정 함수율을 가지도록 건조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체에에 의한 바이오매스 연료의 수분 함량에 따른 펠렛 특성을 개략적으로 나타낸 그래프이고, 도 6은 도 1에 의해 형성된 바이오매스 연료 펠렛의 외관을 나타낸 사진이다.
도 1 또는 도 6을 참조하면, 상기 본 발명의 바이오매스 연료는 수분 함량이 증가함에 따라 연소성이 감소함을 알 수 있다. 이는 수분 승온 및 증발에 필요한 열이 소모되어 열량을 내는 슬러지내 탄화수소의 연소에 필요한 열이 감소하기 때문이다. 이때, 상기 바이오매스 연료인 펠렛은 수분 함량이 15 내지 25%일 때 펠렛의 성형성이 최대로 확보되고 동시에 최적의 연소성을 구현함을 알 수 있다.
상기 바이오매스 슬러지는 수분 함량이 15 내지 25%, 예를들어, 17 내지 23%, 예를들어, 19 내지 21%일 수 있다. 상기 바이오매스 슬러지의 수분 함량이 15 중량% 미만일 경우, 운반 및 장입 등에서 날림으로 인해 환경적인면 뿐 아니라 작업자의 작업에도 어려움이 따르는 문제가 있고, 반면에, 상기 바이오매스 슬러지의 수분 함량이 25% 초과일 경우, 초기 과다 수분 증발을 위한 열원사용으로 인하여 로내 온도 상승이 늦어져서 휘발 성분의 제거 등 열분해 속도가 저하되어 일정 시간 내에 목표 품질의 바이오매스 연료를 얻을 수 없게되는 문제가 있다.
상기 바이오매스 슬러지는 평균입도가 0.0001mm 내지 1mm, 예를들어 0.005mm 내지 0.5mm, 예를들어 0.01mm 내지 0.05mm 일 수 있다. 상기 평균입도 범위에서 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료 펠렛 등 형성시, 성형이 용이하고 입자간 접착력을 강하게 유지시키며 교반이 최적 조건으로 이루어질 수 있는 장점이 있다.
상기 바이오매스 슬러지는 후술하는 종이 분말, 전분 또는 회분 등의 바인더와 함께 혼합 포함됨으로써 본 발명의 바이오매스 연료를 형성시 성형성 및 연소성 증대 등 고로조업 효율 상승 및 원가절감의 효과를 구현할 수 있다.
바인더
상기 바인더는 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 구현에 있어서, 입자간 접착력 증대를 통해 펠렛의 성형성 증대 및 바이오매스 연료내 연소율 향상 등을 충족시키기 위한 목적으로 포함될 수 있다.
상기 바인더는 본 발명의 목적 구현을 위하여, 전술한 바이오매스 슬러지에, 종이분말, 회분 또는 전분 등에서 어느 하나 이상을 더 포함하여 바이오매스 연료를 형성할 수 있다. 이하에서, 각 성분에 대하여 상술한다.
종이분말
상기 종이분말은 친환경 소재로 바이오매스 연료 대비 착화성이 좋아 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료 형성시 그 연소성을 개선하기 위한 목적에서 포함될 수 있다.
상기 종이분말은 150 내지 500 메쉬, 예를들어, 200 내지 450 메쉬, 예를들어, 250 내지 400 메쉬일 수 있다. 상기 종이분말이 100 메쉬 미만일 경우, 입자 크기가 너무 커서 펠렛 생산시 흐름성이 나빠 생산성이 떨어지고 표면이 거칠어져 최종 연료의 품질이 저감되는 문제가 있고, 반면에, 상기 종이분말이 500 메쉬 초과일 경우, 분쇄 공정시간이 장기화되어 전체 생산성 저하 및 원가상승에 따른 가격 경쟁력의 문제가 있다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 슬러지내 종이분말 투입량에 따른 펠렛 특성을 개략적으로 나타낸 그래프이고, 도 7은 도 2에 의해 형성된 바이오매스 연료 펠렛의 외관을 나타낸 사진이다.
도 2 또는 도 7을 참조하면, 상기 본 발명의 바이오매스 연료는 '슬러지내 종이 비율(종이/슬러지)' 이 0.4 내지 0.6일때, 우수한 연소성과 성형성을 고려한 최적의 종이 투입량이 결정됨을 알 수 있다.
상기 종이분말은, 본 발명의 바이오매스 연료 형성시 전술한 바이오매스 슬러지와 함께 포함될 수 있다. 이때, 상기 종이분말과 상기 바이오매스 슬러지는 1 : 1.5 : 내지 1 : 2.5, 예를들어, 1 : 1.7 내지 1 : 2.3, 예를들어, 1 : 1.9 내지 1 : 2.1 중량비로 포함될 수 있다. 상기 중량비가 1 : 1.5 미만일 경우, 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 형성이 어렵고, 반면에, 상기 중량비가 1 : 2.5 초과일 경우, 바이오매스 연료의 펠렛 형성시 연소성과 성형성을 동시에 최적 조건에서 구현하기 어려운 문제가 있다.
회분
상기 회분은 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 구현에 있어서, 바이오매스 연료의 펠렛 성형성 및 연소성 개선을 위한 목적에서 포함될 수 있다.
상기 회분은 바이오매스 연료에 있어서, 열설비의 부산물로 열량이 없어 연료로 사용하기에 적절하지 못한 물질이나, 열설비 내에서 대부분 건조되어서 수분 함량이 거의 없는 특징이 있다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 회분 첨가율에 따른 펠렛 특성을 개략적으로 나타낸 그래프이고, 도 8은 도 3에 의해 형성된 바이오매스 연료 펠렛의 외관을 나타낸 사진이다.
도 3 또는 도 8을 참조하면, 상기 회분은 수분이 거의 없는 바, 바이오매스 슬러지에 회분을 추가할 수 록 수분 함량이 감소하고 수분함량에 따라 펠렛 수율과 연소율이 결정됨을 알 수 있다. 즉, 바이오매스 연료 형성시 수분함량이 성형성과 연료성 측면에서 중요 인자임을 감안할때, 이러한 회분 함량의 조절을 통해 바이오매스 원료의 수분 함량을 조절하여 성형성과 연소성이 우수한 바이오매스 연료의 구현이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 슬러지와 회분 혼합물내 종이분말 투입량에 따른 펠렛 특성을 개략적으로 나타낸 그래프이고, 도 9는 도 4에 의해 형성된 바이오매스 연료 펠렛의 외관을 나타낸 사진이다.
도 4 또는 도 9를 참조하면, 상기 회분이 일정량 함유된 바이오매스 슬러지에 연소성이 우수한 종이분말을 투입하여 펠렛 형성시, 그 연소율 및 펠렛 수율은 '종이/(슬러지+회분)' 비율이 0.4 내지 0.6일때 최적의 성형성과 연소성을 구현함을 알 수 있다.
상기 종이 분말, 회분 및 바이오매스 슬러지가 하기 수식 2를 만족할 수 있다 :
[수식 2]
0.4 < C/(B+D) < 0.6
(상기 수식 1에서, B는 바이오매스 슬러지, C는 종이 분말, D는 회분임).
상기 회분은, 본 발명의 바이오매스 연료 형성시 전술한 바이오매스 슬러지 및 종이분말과 함께 혼합 포함될 수 있다. 이때, 상기 바이오매스 슬러지(B), 종이분말(C) 및 회분(D)은 '종이/(슬러지+회분)' 비율이 0.4 내지 0.6, 예를들어, 0.42 내지 0.58, 예를들어, 0.44 내지 0.56일 수 있다. 상기 '종이/(슬러지+회분)' 비율이 0.4 미만일 경우, 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료 형성시 펠렛 연소율이 저감되는 문제가 있고, 반면에, 상기 '종이/(슬러지+회분)' 비율이 0.6 초과일 경우, 펠렛 연소율은 증가하지만 펠렛 수율은 현저히 저감되어, 펠렛의 연소성과 성형성을 모두 증대시키고자 하는 본 발명의 목적 구현이 어려운 문제가 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 바이오매스 연료는, 바이오매스 슬러지 50 내지 60중량%; 종이분말 20 내지 30중량%; 및 회분 10 내지 20중량%를 포함할 수 있다. 상기 함량범위에서, 본 발명의 바이오매스 연료 형성시 펠렛 연소율과 수율이 동시에 증대되어 우수한 연소성 및 성형성 효과를 구현할 수 있다.
전분
상기 전분은 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 구현에 있어서, 바이오매스 연료의 펠렛 성형성 및 연소성 개선을 위한 목적에서 포함될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료의 슬러지내 전분 투입량에 따른 펠렛 특성을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 바이오매스 연료 형성에 있어서, 바이오매스 슬러지내에 전분 투입시 펠렛 연소율 변동은 미미하고 '(전분/슬러지)' 비율이 0.13 이하일 때 펠렛의 성형성이 향상됨을 알 수 있다.
상기 전분과 바이오매스 슬러지가 하기 수식 1을 만족할 수 있다 :
[수식 1]
0 < A/B < 0.13
(상기 수식 1에서, A는 전분이고, B는 바이오매스 슬러지임).
상기 전분은, 본 발명의 바이오매스 연료 형성시 전술한 바이오매스 슬러지와 함께 포함될 수 있다. 이때, 상기 바이오매스 슬러지(B) 및 전분(A)은 '(전분/슬러지)' 비율이 0 초과 0.13, 예를들어, 0 초과 0.12, 예를들어, 0 초과 0.11 일 수 있다. 상기 '(전분/슬러지)' 비율이 0 미만일 경우, 바이오매스 연료 형성이 어려운 문제가 있고, 반면에, 상기 '(전분/슬러지)' 비율이 0.13 초과일 경우, 펠렛 연소율 변동은 미비하나, 펠렛의 성형성은 현저히 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 바이오매스 연료 형성시 성형성 및 연소율의 동시 향상을 위해, 전술한 종이분말, 전분 및 회분 이외에, 그밖에 물유리 또는 당밀 등을 더 포함할 수도 있다.
상기 물유리는 규사와 소다회의 혼합물을 1,300~1,500에서 용융 후 고압 증기처리하여 수득할 수 있다. 상기 물유리는 공기속에서 이산화탄소를 흡수하여 겔 모양의 규산이 석출되어 강한 접착력을 보이는 특성이 있다. 본 발명의 일 구체예에서 200~300cp의 고점도를 지닌 상기 물유리를 바인더로 사용할 경우, 입자간의 결합력이 증가하고 수용액 형태의 물유리는 바이오매스 연료 입자 사이에 균일하게 분포될 수 있기 때문에 낙하강도의 급격한 증가를 유도할 수 있다.
상기 당밀(molasses)은 사탕수수로부터 설탕제조시 생기는 부산물이다. 상기 당밀은 통상적으로 수분 25%, 총 유기물 65%, 회분 10%, 나트륨 0.1%, 칼륨 3%, 칼슘 0.8%, 염소 1.5%, 인 0.1%, 황 0.5% 및 마그네슘 0.5%로 구성될 수 있다. 상기 본 발명의 일 구체예에서는 상기 200~300 cp의 고점도의 당밀(molasses)을 바인더로 사용할 수 있다. 이때, 입자간의 결합력이 증가하고 수용액 형태의 당밀(molasses)은 바이오매스 연료 입자 사이에 균일하게 분포될 수 있기 때문에 낙하강도의 급격한 증가를 유도할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 바이오매스 연료는, 바이오매스 슬러지, 종이분말 및 전분을 포함할 수 있다. 예를들어, 바이오매스 슬러지 55 내지 65중량%; 종이분말 25 내지 35중량%; 및 전분 1 내지 15중량%를 포함할 수 있다. 상기 함량범위에서, 본 발명의 바이오매스 연료 형성시 펠렛 연소율과 수율이 동시에 증대되어 우수한 연소성 및 성형성 효과를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 구현예에서, 상기 바이오매스 연료는, 종이분말, 회분 및 전분을 모두 포함할 수 있다. 예를들어, 바이오매스 슬러지 45 내지 55중량%; 종이분말 20 내지 30중량%; 회분 10 내지 20중량% 및 전분 1 내지 15중량%를 포함할 수 있다. 상기 함량범위에서 본 발명의 바이오매스 연료 형성시 펠렛 연소율과 수율이 동시에 증대되어 우수한 연소성 및 성형성 효과를 구현할 수 있다.
살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료는 특정 수분 함량을 지닌 바이오매스 슬러지와, 종이분말, 전분 또는 회분 등의 바인더를 포함함으로써 펠렛의 우수한 성형성 및 연소성을 구현하고, 발전소 및 코크스 오븐 등 제철소 열설비의 연소효율 및 공정수율을 더욱 향상시키고, 종이분말 등 친환경 바이오매스 원료를 사용함으로써 VOCs나 다이옥신 등 환경오염 문제를 해소하고, 펠렛의 연소성 및 성형성이 우수하여 바이오매스 연료 활용시 이송과 사용의 용이성이 증대되고, 펠렛 등의 발열량 불균일 문제를 해소하여 에너지 효율 증대 및 원가절감 등 비용감소 효과가 우수한 특징이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
실시예 1
수분 함량이 20%인 바이오매스 슬러지 55중량%, 종이분말 26%, 회분 13% 및 전분 6%를 혼합하여 바이오매스 연료용 펠렛을 제조하였고, 이를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 상기 펠렛을 이용하여 공정 효율성, 발열량 균일도, 펠렛 연소성 및 성형성 등 항목에 대하여 평가를 수행하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
실시예 2 내지 5
하기 표 1의 조건에서 바이오매스 연료용 펠렛을 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조 후 물성 등을 측정하였다. 이를 하기 표 1 및 3에 나타내었다.
비교예 1 내지 5
하기 표 2의 조건에서 바이오매스 연료용 펠렛을 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조 후 물성 등을 측정하였다. 이를 하기 표 2 및 3에 나타내었다.
　 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
바이오매스 슬러지 55 51 52 53 54
종이분말 26 27 26 28 27
회분 13 13.5 14 13.5 13
전분 6 8.5 8 5.5 6
(바이오매스 슬러지
수분함량 (%))		 20 20 20 20 20
합계
(중량%)		 100 100 100 100 100
　 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
바이오매스 슬러지 55 51 25 25 15
종이분말 26 27 53 43.5 27
회분 13 13.5 14 13.5 13
전분 6 8.5 8 18 45
(바이오매스 슬러지
수분함량 (%))		 10 40 20 20 20
합계
(중량%)		 100 100 100 100 100
　 공정 효율성
평가		 발열량 균일도
평가		 펠렛 연소성
평가		 펠렛 성형성
평가
실시예 1 ◎ ◎ ◎ ◎
실시예 2 ○ ◎ ◎ ◎
실시예 3 ◎ ◎ ◎ ◎
실시예 4 ◎ ○ ◎ ◎
실시예 5 ○ ◎ ◎ ◎
비교예 1 △ △ X X
비교예 2 X X X X
비교예 3 △ X △ X
비교예 4 X X X △
비교예 5 X △ X X
(◎ : 매우 우수, ○ : 우수, △ : 보통, X : 미달)
측정결과
본 발명의 일 구체예에 의한 실시예 및 비교예에 의해 바이오매스 연료용 펠렛을 제조하였고, 이를 이용하여 물성 등 측정하여 상기 표 3의 평가결과를 수득하였다. 이하에서 상술한다.
도 1 내지 9는 본 발명의 바이오매스 연료용 펠렛 제조시, 바이오매스 슬러지에 바인더인 종이분말, 회분 또는 전분을 특정 함량비로 투입시 펠렛의 연소율과 성형률의 변화를 알 수 있는 그래프 등이다.
다시 도 1 내지 9를 참조하면, 본 발명의 일 구체예에 의해 바이오매스 연료용 펠렛 제조시, 상기 펠렛은 수분 함량이 15 내지 25%일 때 펠렛의 성형성이 최대로 확보되고 동시에 최적의 연소성을 구현함을 알 수 있다 (도 1, 6 참조). 또한, 상기 펠렛은 '슬러지내 종이 비율(종이/슬러지)' 이 0.4 내지 0.6일때, 우수한 연소성과 성형성을 고려한 최적의 종이 투입량이 결정됨을 알 수 있다 (도 2, 5 참조). 또한, 상기 펠렛은 회분 함량의 조절을 통해 바이오매스 원료의 수분 함량을 조절하여 성형성과 연소성이 우수한 바이오매스 연료의 구현이 가능함을 알 수 있다 (도 3, 8 참조). 또한, 상기 펠렛은 상기 회분이 일정량 함유된 바이오매스 슬러지에 연소성이 우수한 종이분말을 투입하여 펠렛 형성시, 그 연소율 및 펠렛 수율은 '종이/(슬러지+회분)' 비율이 0.4 내지 0.6일때 최적의 성형성과 연소성을 구현함을 알 수 있다 (도 4, 9 참조). 또한, 상기 펠렛은 바이오매스 슬러지내에 전분 투입시 펠렛 연소율 변동은 미미하고 '(전분/슬러지)' 비율이 0.13 이하일 때 펠렛의 성형성이 향상됨을 알 수 있다 (도 5 참조).
즉, 실시예 1 내지 5와 같이, 본 발명의 일 구체예에 의해 특정 수분 함량을 지닌 바이오매스 슬러지에 바인더인 종이분말, 회분 또는 전분을 특정 함량비로 투입하여 바이오매스 연료용 펠렛을 제조할 경우, 공정 효율성, 발열량 균일도 및, 특히, 펠렛의 연소성과 성형성이 동시에 모두 우수한 결과가 수득됨을 알 수 있다.
반면에, 비교예 1 내지 5와 같이, 바이오매스 연료용 펠렛 형성시 본 발명의 일 구체예에 의하지 않을 경우, 즉, 바이오매스 슬러지의 수분 함량이 15% 미만으로 포함되거나(비교예 1), 또는 수분 함량이 25% 초과하여 포함되거나 (비교예 2), 또는 바이오매스 슬러지와 종이분말의 함량비가 달리 설정되거나 (비교예 3), 또는 바이오매스 슬러지, 종이분말 및 전분의 함량비가 달리 설정되거나 (비교예 4), 또는 바이오매스 슬러지 및 전분의 함량비가 달리 설정될 경우 (비교예 5), 바이오매스 연료용 펠렛 제조시 공정 효율성이 저하되고, 발열량 불균일하여 에너지 손실이 크고, 특히, 펠렛의 연소성과 성형성이 모두 열위하여 펠렛 이송과 사용시 편의성이 현저히 저감되는 등 많은 문제가 있음을 알 수 있다.
상기 결과를 통해, 본 발명의 일 구체예에 의한 바이오매스 연료는 특정 수분 함량을 지닌 바이오매스 슬러지와, 종이분말, 전분 또는 회분 등의 바인더를 포함함으로써 펠렛의 우수한 성형성 및 연소성을 구현하고, 발전소 및 코크스 오븐 등 제철소 열설비의 연소효율 및 공정수율을 더욱 향상시키고, 종이분말 등 친환경 바이오매스 원료를 사용함으로써 VOCs나 다이옥신 등 환경오염 문제를 해소하고, 펠렛의 연소성 및 성형성이 우수하여 바이오매스 연료 활용시 이송과 사용의 용이성이 증대되고, 펠렛 등의 발열량 불균일 문제를 해소하여 에너지 효율 증대 및 원가절감 등 비용감소 효과가 우수함을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 수분 함량이 15 내지 25%인 바이오매스 슬러지 45 내지 55 중량%;
    종이분말 20 내지 30 중량%;
    회분 10 내지 20 중량%; 및
    전분 1 내지 15 중량%;를 포함하며,
    상기 종이분말은 250 내지 450 메쉬인 것을 특징으로 하는, 바이오매스 연료.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바이오매스 연료는, 상기 종이분말과 바이오매스 슬러지가 1 : 1.5 : 내지 1 : 2.5의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 연료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바이오매스 연료는, 상기 전분과 바이오매스 슬러지가 하기 수식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 연료 :
    [수식 1]
    0 < A/B < 0.13
    (상기 수식 1에서, A는 전분이고, B는 바이오매스 슬러지임)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바이오매스 연료는, 상기 종이분말, 회분 및 바이오매스 슬러지가 하기 수식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 연료 :
    [수식 2]
    0.4 < C/(B+D) < 0.6
    (상기 수식 1에서, B는 바이오매스 슬러지, C는 종이분말, D는 회분임)
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2006078023A1 (ja) * 2005-01-24 2006-07-27 Osaka Industrial Promotion Organization バイオマス固形物及びその製造方法
KR101098785B1 (ko) * 2009-07-09 2011-12-26 손민일 고체연료의 제조방법

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