KR101954372B1 - 유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조방법. - Google Patents

유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조방법에 관한 것으로서, 유기성 폐기물 100 중량부에 대하여, 중성 발열체 15 내지 50 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합 단계, 상기 혼합 단계를 거친 혼합물을 뒤집는 1차 뒤집기 단계, 상기 1차 뒤집기 단계를 거친 혼합물을 양생한 후 뒤집는 2차 뒤집기 단계, 상기 2차 뒤집기 단계를 거친 혼합물을 양생한 후 뒤집는 3차 뒤집기 단계, 상기 3차 뒤집기 단계를 거친 혼합물을 양생하는 안정화 단계를 포함하며, 상기 중성 발열체는 알루미늄 드로스(aluminum dross), 산성 물질 및 염기성 물질을 혼합하여 반응시켜 반응물을 제조하는 단계, 상기 반응물을 건조하여 분말화하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

Description

유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조방법.{Manufacturing Method of Fuel Solid Comprising Organic Waste}
본 발명은 유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 축산분뇨, 유기성 슬러지 또는 폐수 슬러지 등의 유기성 폐기물을 함유하며 유기성 폐기물의 악취 제거 및 높은 발열량을 나타내어 발전용으로 사용할 수 있는 연료탄의 제조방법에 관한 것이다.
축산분뇨, 하수 및 정수 슬러지와 같은 유기성 폐기물은 다량의 수분이 함유되어 매립처리에 문제가 있으며, 재활용에도 한계가 있어 이를 활용하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. 이러한 유기성 폐기물에 함유된 유기물은 적절하게 활용하면 에너지 자원으로 활용할 수 있지만, 폐기할 경우 악취 발생 등의 2차 오염의 원인이 되기도 하고 유효자원의 낭비라는 측면에서 가능한 범위에서 자원으로 재활용되는 것이 바람직하다.
유기성 폐기물은 대부분 함수율과 유기물 함량이 높으므로, 특히 하절기에 급속한 부패 및 악취를 발생하며, 이에 따라, 퇴비화, 사료화, 소각화, 탄화, 고형화 와 일부 무기산(폐산)을 이용한 처리방법 및 하수합병 처리 등이 연구되고 있다. 그러나 메탄가스 발생에 의한 에너지화, 소각처리, 하수합병처리, 고화처리 등은 시간적, 경제적, 장소적, 처리량적 등의 문제가 발생하여 일부 처리가 지연되고 있는 실정이고, 특히 에너지 가격의 폭등으로 인해서 일부처리 방식은 운영상의 문제로 인해서 설비가동이 어려운 실정이다.
상기 유기성 폐기물의 재활용을 위해서는 함수율을 감소시키면서 이를 고형화하는 과정을 거칠 필요가 있다. 이를 위하여 종래에는 탈수 전 약품처리를 하고 있으나, 약품에 의한 2차적 환경오염문제가 발생될 수 있어 탈수 전 물리적 처리방법에 대한 연구가 요구되어 왔다.
고함수율의 유기성 슬러지를 처리하는 물리적 처리방법으로서 초음파 처리법, 고형화 처리법 등이 이용되고 있다.
상기 초음파 처리법은 유기성 슬러지의 탈수성을 극대화시키는 방법으로서, 이는 슬러지에 초음파를 가하여 초음파 에너지에 의해 슬러지 내에 제거가 힘든 내부 및 결합수의 결합을 파괴 및 분리하는 원리를 이용한 것이다.
또한, 고형화 처리방법은 높은 함수비를 가지고 있는 탈수 슬러지에 고화제를 첨가하여 슬러지의 물리적 성상, 화학적 성상을 개선해 작업능률의 촉진, 중금속류 등 유해물질의 무해화, 안정화를 도모하면서 동시에 강도 등의 토질역학적 특성을 개선하는 방법이다. 이때, 상기 고화제로서 알칼리 계열의 고화제를 사용하는데, 슬러지 내부의 질소 성분을 자극해 대량의 암모니아 기체의 발생을 유도하여 과잉의 탈취설비가 필요하고 환경적으로 안정적이지 못한 상황이 표출될 수 있다.
따라서, 상기 고화제로서는 보통 포틀랜드시멘트, 조강시멘트, 고화시멘트 등 각종 시멘트, 알루미늄계 특수시멘트, 아스팔트, 플라스틱, 생석회 등이 사용되고 있다. 이 중, 하수슬러지 케이크를 고화 처리하는 방법에서는 고화제로서 특수시멘트를 사용하는데, 이러한 방법은 고화의 효과는 우수하나 대부분이 고가의 알루미나계 시멘트이기 때문에 비경제적이다. 무기성 슬러지 역시 고함수율로 인해서 보관과 처리에 상당한 문제가 발생되므로 2차적인 재활용을 고려한다면 우선적 수분절감 처리는 필수적이다.
이러한 유기성 슬러지를 고화처리하는 기술로는 대한민국 등록특허공보 10-1534830호에서 알루미늄계 부산물을 이용하여 제조한 슬러지의 산성 악취원 제거용 흡착제가 개시되어 있고, 대한민국 등록특허공보 10-0948658호에서는 하수슬러지 소각회를 재활용한 하수 슬러지 고화제가 개시되어 있다.
현재는 하수슬러지를 이용 유기성열량보조제를 혼합한 슬러지를 대량의 건조장치 혹은 복잡한 공정과 설비를 거친후 성형제품을 생산 후 재건조 작업을 실행하는 상황이 전개되고 있다 또한 설비의 복잡성과 마모로 인해 수선유지비 및 생산코스트가 상당히 높아지고 있는 실정이다.
또한, 대한민국 공개특허공보 10-2014-0113717호에는 탈수슬러지를 재탈수 실행하고 제품생산 후 건조과정을 별도로 추진하고 연소효율을 높이기 위해 연소촉진제를 첨가하는 방법이 개시되어 있으며, 대한민국 공개특허공보 10-2009-0069393호에는 유기성 폐기물을 활용한 고형 바이오탄으로서 200-400℃에서 무산소 열분해 제조하는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 10-2011-0034073호에는 하수 슬러지를 건조 후 탄화과정을 거치고 탄화물에 무연탄, 목탄을 혼합 후 성형하는 성형탄을 제조하는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 10-2016-0042143호에는 공기를 투입시키고 미생물을 접종시켜서 발효과정을 거친 시료를 이용 성형 후 건조과정을 거치는 연료탄의 제조방법이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 10-2013-0130154호에는 2차례의 하수 슬러지 건조 및 탄소촉진제 투입과 성형 후 제품 건조하는 과정을 거치는 연료탄의 제조방법이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 10-2010-0081900호에는 하수 슬러지를 상온건조 수분 60%로 조정하고 분쇄왕겨 및 탄소분 첨가하고 성형, 건조작업 추진하는 연료탄 생산하는 방법이 개시되어 있다.
이러한 선행기술들에서는 80% 이상의 고함수율의 슬러지의 수분을 줄이기 위해서 상당한 양의 열량 보조제를 석거나 아니면 슬러지를 재탈수, 다단계 건조, 발효, 부숙 등을 통해 초기 수분을 제거하고 있다. 또한, 가장 보편적인 방법으로는 별도의 에너지원을 이용하여 슬러지를 건조시키고 건조슬러지를 성형 후 재건조하는 방식이 적용되고 있다. 이러한 제조방법을 연료탄을 제조하기 위해 다시 과량의 에너지가 투입되어야 하기 때문에 매우 비효율적이고 경제성이 낮은 문제점이 있다.
한편, 출원인은 대한민국 등록특허공보 10-1781377호를 통하여, 알루미늄 드로스와 산성계열의 물질과 알칼리계열의 물질을 혼합, 반응, 건조 과정을 거친 중성발열체를 개발한 바 있으며, 상기 중성 발열체를 이용해 흡열발열 반응에 의한 발열반응 및 미생물 사멸을 유도하고 반응과정에서 발생하는 악취 발생을 탄산화반응 이용하여 pH 변화를 유도함으로써 악취발생을 줄이고 대상 고함수율의 유기성 슬러지의 함수율을 낮추고 개질화를 할 수 있는 기술을 개발한 바 있다.
따라서 이러한 중성 발열체를 이용한다면, 연료탄의 제조방법을 고효율화하며, 에너지 투입량을 줄이면서도 함수율 및 악취 저감을 통해 발전용 연료탄을 제조할 수 있을 것으로 기대된다.
대한민국 공개특허공보 10-2014-0113717호 대한민국 공개특허공보 10-2009-0069393호 대한민국 공개특허공보 10-2011-0034073호 대한민국 공개특허공보 10-2016-0042143호 대한민국 공개특허공보 10-2013-0130154호 대한민국 공개특허공보 10-2010-0081900호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조 시 중성 발열체를 투입함으로써 함수율을 낮추기 위한 외부 에너지의 부가 없이 발전용 연료탄을 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 중성 발열체를 투입한 공정을 통해 연료탄으로 사용하기에 적합하도록 유기성 폐기물의 악취를 저감시킬 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조방법은 유기성 폐기물 100 중량부에 대하여, 중성 발열체 15 내지 50 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합 단계, 상기 혼합 단계를 거친 혼합물을 뒤집는 1차 뒤집기 단계, 상기 1차 뒤집기 단계를 거친 혼합물을 양생한 후 뒤집는 2차 뒤집기 단계, 상기 2차 뒤집기 단계를 거친 혼합물을 양생한 후 뒤집는 3차 뒤집기 단계, 상기 3차 뒤집기 단계를 거친 혼합물을 양생하는 안정화 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 중성 발열체는 알루미늄 드로스(aluminum dross), 산성 물질 및 염기성 물질을 혼합하여 반응시켜 반응물을 제조하는 단계, 상기 반응물을 건조하여 분말화하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 산성 물질은 농황산, 희황산 또는 폐황산 중에서 선택되는 황산 계열의 물질 5 내지 12 중량부, 정인산 또는 폐인산 중에서 선택되는 인산 계열 물질 6 내지 12 중량부 및 황산제일철 일수염 또는 황산제일철 칠수염 중에서 선택되는 철염 계열의 물질 20 내지 45 중량부로 이루어진 혼합물일 수 있다.
또한, 상기 염기성 물질은 산화칼슘, 슬래그 분말, 수산화칼슘, 시멘트, 탈황석고, 플라이애쉬, 경소돌로마이트 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
또한, 상기 알루미늄 드로스는 상기 중성 발열체 100 중량%에 대하여 7 내지 13 중량%의 범위로 함유될 수 있다.
또한, 상기 유기성 폐기물은 축산 분뇨, 축산 폐수, 유기성 슬러지, 또는 폐수 슬러지, 정수 오니, 폐수 오니, 폐석분, 폐석회, 폐석고, 음식물 슬러지, 준설토, 염색 슬러지, 도축 슬러지 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조방법은 유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조 시 중성 발열체를 투입함으로써 함수율을 낮추기 위한 외부 에너지의 부가 없이 발전용 연료탄을 제조할 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 중성 발열체를 투입한 공정을 통해 연료탄으로 사용하기에 적합하도록 유기성 폐기물의 악취를 저감시킬 수 있는 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조방법에 의해 제조된 발전용 연료탄의 사진이다.
도 3은 1급 퇴비를 함유하는 연료탄(a) 및 하수 슬러지를 함유하는 연료탄(b)의 사진이다.
도 4는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 연료탄의 저위 발열량 및 함수율을 측정한 결과이다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 함수율이 70 내지 85%인 유기성 폐기물과 중성 발열체를 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합 단계, 상기 혼합 단계를 거친 혼합물을 뒤집는 1차 뒤집기 단계, 상기 1차 뒤집기 단계를 거친 혼합물을 양생한 후 뒤집는 2차 뒤집기 단계, 상기 2차 뒤집기 단계를 거친 혼합물을 양생한 후 뒤집는 3차 뒤집기 단계, 상기 3차 뒤집기 단계를 거친 혼합물을 양생하는 안정화 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 안정화 단계를 거친 혼합물과 열량 보조제인 목질계원료(톱밥, 수피 등)과 유기계부산물(왕겨, 볏집, 콩껍질, 농작물 수획 후 껍질 및 관련부산물 등)을 혼합 후 펠릿을 성형하면 발전용 연료탄을 제조할 수 있게 된다. 또한 슬러지의 수분절감 시간을 줄이기 위해서 상기 중성 발열체를 슬러지와 열량보조제를 선믹싱 후 통기성 확보 및 전체수분율 다운 후 혼합하는 방법도 가능하다
상기 유기성 폐기물과 중성 발열체를 혼합하면 2시간 정도 경과한 후 발열 반응에 의해 80℃ 이상, 더욱 상세하게는 80 내지 110℃의 열을 발생하게 되는데, 이로 인하여 상기 유기성 폐기물에 함유된 수분이 증발되면서 수증기가 발생하게 된다. 이러한 과정은 유기성 폐기물과 중성 발열체가 혼합되는 과정에서 일어나는 반응에 의한 것으로서, 흡수 발열 반응, 탄산화 반응, 산화 반응, 고화 반응 등의 다양한 반응의 발생에 의해 다량의 수분이 증발되기 때문에 별도의 외부 에너지 부가 없이도 함수율을 저감시키는 시간을 단축시킬 수 있게 된다.
상기 유기성 폐기물은 함수율이 70 내지 85%로 대단히 높은 함수율을 가진 것으로서, 축산 분뇨, 축산 폐수, 유기성 슬러지, 또는 폐수 슬러지, 정수 오니, 폐수 오니, 폐석분, 폐석회, 폐석고, 음식물 슬러지, 준설토, 염색 슬러지, 도축 슬러지 중 어느 하나를 들 수 있으며, 상기 유기성 폐기물이 1종 이상 혼합된 혼합물일 수도 있으므로, 유기물과 무기물이 혼합된 폐기물일 수도 있다.
또한, 상기 중성 발열체는 알루미늄 드로스, 산성 물질 및 염기성 물질을 함유하는 것으로서 상기 알루미늄 드로스, 산성 물질 및 염기성 물질을 혼합하여 반응시키는 단계, 상기 반응물을 건조하여 분말화하는 단계를 거쳐 제조되게 된다.
즉, 본 발명은 당사의 선행특허인 대한민국 등록특허공보 10-1781377호를 통하여, 알루미늄 드로스와 산성계열의 물질과 알칼리계열의 물질을 혼합, 반응, 건조 과정을 거친 중성발열체를 개발특허의 개량 확장 특허이다.
상기 중성 발열체가 발열하는 원리는 각각의 중성 발열체를 구성하는 성분들과 물의 반응에 의해 발생하게 된다.
알루미늄 드로스는 알루미늄 제조 공정에서 발생하는 부산물로서 알루미늄 지금(地金)이나 알루미늄 스크랩 등을 용해시키면 용탕이 형성되는데 상기 용탕의 상부면에서 산화 화합물이 생성되고 그 후 공기와 반응하여 질소 화합물이 생성되고, 이것이 부산물로서 발생하게 되는 것으로서, 알루미늄의 함량이 10 내지 30 중량%를 포함하는 것이며, 아래 반응식 1과 같이 알루미늄이나 질화알루미늄과 물이 반응하면서 수소 가스와 암모니아를 발생시켜기 때문에 악취와 기체를 발생시키며 반응은 발열 반응으로 진행된다.(알루미늄 드로스 1㎏에서 얻을 수 있는 열량은 1,664 kcal이다.) 이러한 발열 반응에 의해 유기성 폐기물 내에 함유된 수분이 증발되며 냄새를 유발하는 성분이나 미생물도 제거하게 된다.
상기 알루미늄 드로스는 상기 중성 발열체 100 중량%에 대하여 7 내지 13 중량%의 범위로 함유되는데, 알루미늄 드로스의 함량이 너무 적으면 악취 제거의 효과가 저감되며, 너무 많으면 산성과 염기성의 적정 비율을 넘어서면서 중성 발열체의 함수율 저감 효과가 감소되는 것으로 나타났다.
[반응식 1]
Al + 3H2O → Al(OH)2 + 3/2H2
AlN + 3H2O → Al(OH)3 + NH3
또한, 산화칼슘의 경우, 하기 반응식 2와 같이 물과 반응하면 탄산화 반응을 통해 발열반응을 일으키면서 물을 증발시키게 된다.
[반응식 2]
CaO +H2O → Ca(OH)2
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O↑
또한, 산성물질인 황산과 염기성물질인 산화칼슘을 반응시키면 반응식 3과 같이 황산칼슘이 생성되는데 이를 무기성 물질이 함유된 슬러지와 혼합하거나 산화칼슘을 혼합하면 반응식 4에서와 같이 다량의 물이 생성되며 증발하게 된다.
[반응식 3]
Ca2+ + SO4 2- → CaSO4·2H2O
[반응식 4]
2FeSO4·7H2O + 2CaO → Fe2O3 + 2CaSO4·2H2O + 5H2O↑ + O2↑
4CaO·Al2O3·Fe2O3 + CaSO4·2H2O + Ca(OH)2 → 3(CaO·Al2O3·Fe2O3) + 3CaSO4 + 3CaSO4 + 32H2O↑
상기 유기성 폐기물과 상기 중성 발열체를 혼합함에 있어서, 상기 유기성 폐기물 100 중량부에 대하여, 상기 중성 발열체 15 내지 50 중량부를 혼합하는 것이 바람직한데, 상기 중성 발열체의 함량이 지나치게 적으면 발열량이 충분하지 않아 함수율이 높은 유기성 폐기물의 경우 충분한 수분 제거가 이루어지지 않으며, 중성 발열체의 함량이 너무 많으면 유기성 폐기물의 함량이 상대적으로 줄어들기 때문에 제조된 발열탄의 단위 중량 당 저위 발열량이 불충분한 문제점이 있다. 따라서 다양한 공정 조건에 대한 검토를 거친 결과 상기 범위에서 혼합할 때 최적의 효율적인 공정이 가능한 것을 확인하였다.
상기 유기성 폐기물과 상기 중성 발열체의 혼합은 통상적으로 사용되는 믹서를 사용하여 수행할 수 있는데, 수증기가 발생하기 때문에 밀폐된 믹서가 아닌 개방된 형태의 믹서나 수증기를 제거할 수 있는 배출구 및 펌프가 장착된 믹서를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 유기성 폐기물과 상기 중성 발열체를 혼합하는 공정은 혼합 단계를 통해 수행하게 되는데, 이때 슬러지와 열량 보조제(목질계 혹은 유기계 열량보조제를 먼저 혼합 후 중성발열체를 혼합)하는 과정을 거칠 수 있다. 상기 열량 보조제를 첨가하는 경우 50 중량부 이하의 양을 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 열량 보조제의 함량이 너무 많은 경우 유기성 물질의 함량이 상대적으로 낮아져 열량이 오히려 감소하는 것으로 나타났다.
상기 혼합 발열 단계는 6 내지 8 시간 동안 수행하게 된다. 이 과정에서 발열 현상이 발생하며 수분이 증발되는데, 발열 현상으로 온도가 충분히 상승하는데 최소 2시간 이상이 소요되며, 혼합 시간이 6시간 이하로 너무 짧으면 함수율 저감이 불충분하여 혼합물 내부의 수분 저감에 대한 불균형이 심하며 너무 길면 공정 시간의 증가로 공정 효율이 감소되므로 상기 시간 동안 혼합을 수행하는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 혼합 단계를 거친 혼합물을 뒤집는 1차 뒤집기 단계를 거치는데, 이는 뒤집기를 통해 쌓여 있는 혼합물의 하부에 있는 수증기를 배출시키기 위하여 수행되는 공정이다. 상기 1차 뒤집기 단계를 거친 혼합물은 믹서에서 꺼내어 양생 용기로 이송시킨 후 양생시키게 되는데 12 내지 20시간 동안 양생하는 것이 바람직하다. 양생을 통해 미반응 중성 발열체의 반응이 완결되도록 함으로써 최종적으로 제조되는 연료탄의 발열량을 증가시킬 수 있다.
양생을 거친 후 뒤집기를 하는 또 다른 이유는 너무 빨리 혼합물을 뒤집을 경우 내부 잠열이 최대로 상승하지 못하여 수분 감소의 효율이 떨어지는 것으로 나타났고, 양생 시간을 너무 길게 하여 뒤집으면 내부 잠열의 방출이 부분적으로 이루어져 수분 감소가 부분적으로 발생하여 편차가 커지는 것으로 나타났다. 따라서 상기와 같은 혼합 및 뒤집기 조건을 통해 내부 수분의 분포를 일정하게 유지시키면서 내부 잠열을 유지하여 수분 증발을 유도할 수 있는 것으로 나타났다.
상기 양생을 마친 혼합물을 다시 뒤집는 2차 뒤집기 단계를 거친 후 다시 양생 용기로 이송시켜 양생시키게 되는데, 이때 다시 24시간 내지 30시간 동안 양생한다.
상기 양생을 마친 혼합물은 마지막으로 뒤집는 3차 뒤집기 단계를 거친 후 저장 용기로 이송하여 저장하면서 안정화 단계를 거치게 된다. 이 과정에서 유기성 폐기물의 함수율은 10 내지 18%로 감소되게 된다. 마지막 뒤집기는 24시간 이상 양생 후 실행하는데, 이는 실험적으로 내부 수분 분포와 내부 잠열 유지를 위한 최적의 조건인 것으로 확인되었기 때문이다.
상기 뒤집기 단계는 모두 믹서를 사용하여 혼합하는 공정과 동일한 공정으로 수행할 수 있으며, 다만 혼합물의 상부와 하부가 완전히 바뀔 수 있을 정도로 혼합물 전체를 크게 뒤집어 주도록 혼합할 수 있다면 어떠한 형태의 믹서를 사용해도 된다.
상기 저장된 혼합물을 가압 성형하여 펠릿으로 제조하면 도 2에서와 같은 연료탄을 제조할 수 있는데, 최종적으로 제조된 연료탄은 함수율이 8 내지 15%이며, pH는 8.0으로 중성에 가까운 상태가 된다.
본 발명에 따른 연료탄 제조방법의 효과를 확인하기 위하여 예산 산단에서 발생하는 폐수 슬러지(함수율 88.3%) 100 중량부 및 중성 발열체 40 중량부를 6시간 동안 혼합하고 숙성하면서 시간에 따른 변화를 측정하였으며 그 결과는 표 1과 같다. 중성 발열체는 농황산 10 중량부, 정인산 10 중량부, 황산제일철 일수염 30 중량부로 이루어진 산성 물질과 산화칼슘을 1:1의 중량비로 혼합한 혼합물 90 중량% 및 알루미늄 드로스 10 중량%를 혼합하여 반응시킨 후 이를 건조하여 제조하였다.
혼합공정후 16시간후 3일후 4일후
발열온도(℃) 68
혼합함수율(%) 55.3 42.5 24.7 15.4
이론함수율(%) 63.98 63.98 63.98 63.98
이론수분/혼합수분 -8.68 -21.48 -39.28 -48.58
고형분(중량%) 44.7 57.5 75.3 84.6
표 1의 결과를 살펴보면, 양생 시간에 따라 함수율이 점차 감소하는 것으로 나타나 중성 발열체의 혼합에 따른 발열 효과에 의해 유기성 폐기물의 수분 함량이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.
다음으로 표 1과 같은 조건에서 1차 뒤집기 공정 시 톱밥 16.2 중량부를 열량 보조제로 추가하여 시간에 따른 변화를 측정하였다. 그 결과는 표 2와 같다.
1차 뒤집기 16시간후 3일후 4일후
발열온도(℃) 97
혼합함수율(%) 20.42 15.5 14.4 13.7
이론함수율(%) 31.45 31.45 31.45 31.45
이론수분/혼합수분 -11.03 -15.95 -17.05 -17.75
고형분(중량%) 79.58 84.5 85.6 86.3
표 2의 결과를 살펴보면, 톱밥을 열량 보조제로 추가할 경우 함수율 저감 속도를 더욱 항상시킬 수 있는 것으로 나타났다.
다음으로 표 3과 같은 조건으로 유기성 폐기물(1급 퇴비, 하수 슬러지) 100 중량부, 중성 발열체 40 중량부, 열량 보조제로 톱밥 16 중량부를 혼합하여 연료탄을 제조하였으며 각 공정에 따른 변화는 표 3과 같다.
혼합공정 1차 뒤집기 2차 뒤집기 3차 뒤집기
발열온도(℃) 110 70
혼합함수율(%) 25.0 22.9 19.3 16.3
이론함수율(%) 30.51 30.51 30.51 30.51
이론수분/혼합수분 -5.51 -7.61 -11.21 -14.21
고형분(중량%) 75.0 77.1 80.7 83.7
표 3에 따라 제조된 혼합물을 펠릿 성형하여 도 3에서와 같은 발전용 연료탄을 제조하였다. 1급 퇴비를 원료로 한 연료탄은 도 3(a)와 같으며, 하수 슬러지를 원료로 한 연료탄은 도 3(b)와 같다.
상기 연료탄에 대한 특성을 평가한 결과는 표 4와 같다.
1급 퇴비 연료탄 하수 슬러지 연료탄
길이(㎜) 3.8 9.0
함수율(%) 17.2 10.9
강도 양호 양호
저위발열량(kcal) 2730 3280
표 4의 결과를 살펴보면, 1급 퇴비나 하수 슬러지를 함유하는 연료탄에서 모두 저위 발열량이 3,280kcal로 나타나 발전용으로 사용되는 연료탄에서 요구되는 저위 발열량인 2,500 내지 4,000kcal의 발열량을 충족시키는 것으로 파악되었다. 또한, 함수율이 낮고 원료인 퇴비나 하수 슬러지의 악취가 전혀 감지되지 않아 연료탄으로서의 품질이 우수한 것으로 파악되었다. 또한, 성형된 펠릿의 모서리가 부숴지거나 분진이 발생하지 않는 것으로부터 연료탄으로 사용하기에 충분한 강도를 나타내는 것으로 확인되었다.
또한, 축산 분뇨를 원료로 하여 제조한 연료탄의 경우 도 4에서와 같이 저위 발열량이 3,340kcal로 나타나 특히 높은 발열량을 나타내는 것으로 확인되었다. 따라서 본 발명의 제조방법에 따라 다양한 유기성 폐기물을 원료로 하여 충분한 발열량을 나타내는 연료탄을 제조할 수 있는 것으로 확인되었다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (5)

  1. 유기성 폐기물 100 중량부에 대하여, 중성 발열체 15 내지 50 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합 단계;
    상기 혼합 단계를 거친 혼합물을 뒤집는 1차 뒤집기 단계;
    상기 1차 뒤집기 단계를 거친 혼합물을 양생한 후 뒤집는 2차 뒤집기 단계;
    상기 2차 뒤집기 단계를 거친 혼합물을 양생한 후 뒤집는 3차 뒤집기 단계;
    상기 3차 뒤집기 단계를 거친 혼합물을 양생하는 안정화 단계;
    를 포함하며,
    상기 중성 발열체는,
    알루미늄 드로스(aluminum dross), 산성 물질 및 염기성 물질을 혼합하여 반응시켜 반응물을 제조하는 단계;
    상기 반응물을 건조하여 분말화하는 단계;
    를 포함하여 제조되며,
    상기 알루미늄 드로스는 상기 중성 발열체 100 중량%에 대하여 7 내지 13 중량%의 범위로 함유되며,
    상기 산성 물질은 농황산 10 중량부, 정인산 10 중량부 및 황산제일철 일수염 30 중량부로 이루어진 혼합물이며, 상기 염기성 물질은 산화칼슘이며, 상기 산성 물질과 염기성 물질은 1:1의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기성 폐기물은 축산 분뇨, 축산 폐수, 유기성 슬러지, 또는 폐수 슬러지, 정수 오니, 폐수 오니, 폐석분, 폐석회, 폐석고, 음식물 슬러지, 준설토, 염색 슬러지, 도축 슬러지 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 함유하는 연료탄의 제조방법.
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