KR102172022B1 - 친환경 고형 연료 및 친환경 고형 연료 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

친환경 고형 연료는, 고형 연료용 첨가제와 고형 폐기물 연료를 혼합 성형한 친환경 고형 연료로서, 고형 연료용 첨가제는, 천연 파우더와 탈수케익 처리된 유기성 폐기물을 혼합 교반하여 형성하고, 천연 파우더는, 피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트를 포함하는 것이다.

Description

친환경 고형 연료 및 친환경 고형 연료 제조 방법 {ECO-FRIENDLY SOLID FUEL AND METHOD OF MANUFACTURING ECO-FRIENDLY SOLID FUEL}
본 발명은 친환경 고형 연료 및 친환경 고형 연료 제조 방법으로서, 보다 구체적으로는 매연 및 냄새가 거의 발생하지 않며 높은 발열량을 보이는 친환경 고형 연료 및 친환경 고형 연료 제조 방법에 관한 것이다.
고형 폐기물 연료(SRF; solid refuse fuel)는 쓰레기 중 탈 수 있는 것들을 선별 및 가공하여 석탄을 대체할 수 있는 연료를 말한다. 이러한 고형 폐기물 연로로는 폐플라스틱 및 폐비닐이 있다.
또한, 고형연료제품 확대(SRF제도) 시행 이후에 장판이나 플라스틱 수도관과 같은 PVC소재가 많이 포함된 건설폐기물이 비성형 SRF의 원료로 유입됨으로서 다이옥신 등의 환경오염이 크게 우려되고 있으며, 또한 이물질 및 회분 등이 과다하게 포함되어 있음에 따라서 발열량이 저하되는 등 연료로서의 가치도 감소하고 있다(한국등록특허 제10-1101185 참조).
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 고형 연료가 친환경적이며 충분한 발열량을 갖도록 하는 친환경 고형 연료 및 친환경 고형 연료 제조 방법의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 매연 및 냄새가 거의 발생하지 않며 높은 발열량을 보이는 친환경 고형 연료 및 친환경 고형 연료 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료는, 고형 연료용 첨가제와 고형 폐기물 연료를 혼합 성형한 친환경 고형 연료로서, 고형 연료용 첨가제는, 천연 파우더와 탈수케익 처리된 유기성 폐기물을 혼합 교반하여 형성하고, 천연 파우더는, 피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트를 포함하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료 제조 방법은, 피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트를 포함하는 원료를 혼합하여 천연 파우더를 제조하는 단계, 유기성 폐기물을 탈수케익 처리하는 단계, 천연 파우더와 탈수케익 처리된 유기성 폐기물을 혼합 교반하여 고형 연료용 첨가제를 제조하는 단계, 고형 폐기물 연료를 선별 및 분쇄하는 단계 및 고형 연료용 첨가제와 분쇄된 고형 폐기물 연료를 혼합 성형하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 매연 및 냄새가 거의 발생하지 않며 높은 발열량을 보이는 친환경 고형 연료 및 친환경 고형 연료 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료를 구성하는 성분을 나타낸 도면이다.
도 2 는 친환경 고형 연료 및 기존의 고형 폐기물 연료를 나타낸 사진이다.
도 3 은 친환경 고형 연료의 연소 시에 발생하는 흰연기와 기존의 고형 폐기물 연료의 연소 시에 발생하는 검은 연기를 비교한 사진이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료의 시험성적서이다.
도 5 는 도 4 의 시험성적서 도출에 사용된 고형 연료용 첨가제의 각 성분비가 표시된 시험성적서이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료 제조 방법의 흐름도이다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1 내지 5 를 참조하여, 도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료를 구성하는 성분을 나타낸 도면이다. 도 2 는 친환경 고형 연료 및 기존의 고형 폐기물 연료를 나타낸 사진이다. 도 3 은 친환경 고형 연료의 연소 시에 발생하는 흰연기와 기존의 고형 폐기물 연료의 연소 시에 발생하는 검은 연기를 비교한 사진이다. 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료의 시험성적서이다. 도 5 는 도 4 의 시험성적서 도출에 사용된 고형 연료용 첨가제의 각 성분비가 표시된 시험성적서이다.
도 1 내지 5 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료(10)는, 고형 연료용 첨가제와 고형 폐기물 연료(20)를 혼합 성형한 고형 연료이다.
우선, 고형 연료용 첨가제는 천연 파우더와 탈수케익(dewatered cake) 처리된 유기성 폐기물을 혼합 교반하여 형성할 수 있다.
천연 파우더는 피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트를 포함할 수 있다.
피트모스(peatmoss)는 수생 식물이나 습지 식물의 잔재가 연못 등에 퇴적되어 나온 흑갈색의 단립성 토양으로서, 통기성이 우수하며 수분 흡수율이 뛰어나고, 경우에 따라서는 겨울철 난방연료로도 쓰일 수 있다.
따라서, 피트모스는 유기성 폐기물에 포함된 수분을 흡수하여 유기성 폐기물의 함수율을 낮출 수 있다.
천연 파우더를 구성하는 피트모스의 성분비는 55 내지 75 중량%가 바람직하다. 피트모스의 성분비가 55% 미만일 경우, 피트모스 사용량 부족으로 후술하는 유기성 폐기물에 충분한 통기성을 부여할 수 없어 불완전 연소의 우려가 있고, 유기성 폐기물의 수분 건조가 충분히 이루어지지 않을 수 있다.
또한, 피트모스의 성분비가 75% 초과일 경우, 타 원료 사용량에 비해 피트모스 사용량이 상대적으로 증가하여 탈취 효과, 냄새 제거 효과 및 화학가스를 포함하는 유해물질 제거 효과가 떨어질 수 있다.
황토분말은 미생물 증식에 효과가 있으며, 또한 냄새제거 기능을 수행하며, 원적외선이 발생된다.
황토분말의 입자크기는 200 메쉬(mesh)의 분체를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
천연 파우더를 구성하는 황토분말의 성분비는 3 내지 21 중량%가 바람직하다. 황토분말의 성분비가 3% 미만일 경우, 혐기화 방지 및 항균/탈취 효과가 떨어질 수 있다.
또한, 황토분말의 성분비가 21% 초과일 경우, 피트모스의 사용량이 줄어 수분 제거 효과가 떨어지며, 타 원료 사용량에 비해 황토분말 사용량이 상대적으로 증가하여 화학가스를 포함하는 유해물질 제거 효과가 떨어질 수 있다.
활성탄은 공기를 정화를 시키며, 다이옥신과 같은 각종 화학가스 흡착(또는 제거)에 탁월하다.
활성탄의 입자크기는 200 메쉬의 분체를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
천연 파우더를 구성하는 활성탄의 성분비는 5 내지 25 중량%가 바람직하다. 활성탄의 성분비가 5% 미만일 경우, 화학가스 및 수분 제거 효과가 떨어질 수 있다.
또한, 활성탄의 성분비가 25% 초과일 경우, 피트모스의 사용량이 줄어 수분 제거 효과가 떨어지며, 타 원료 사용량에 비해 활성탄 사용량이 상대적으로 증가하여 탈취 효과 및 냄새 제거 효과가 떨어질 수 있다.
제올라이트는 탈취효과가 뛰어나며, 각종 유해물질의 냄새제거 및 흡착율이 뛰어나다. 또한, 제올라이트는 수분과 접촉시 점토성이 뛰어나다.
제올라이트의 입자크기는 200 메쉬의 분체를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
천연 파우더를 구성하는 제올라이트의 성분비는 4 내지 28 중량%가 바람직하다. 제올라이트의 사용량이 4% 미만일 경우, 탈취 효가가 줄어들며, 혼합 시에 원료들의 점성능력이 떨어지고, 추후 고형 연료의 연소 시에 연기 발생이 심해질 수 있다.
또한, 제올라이트의 성분비가 28% 초과일 경우, 피트모스의 사용량이 줄어 수분 제거 효과가 떨어지며, 타 원료 사용량에 비해 제올라이트 사용량이 상대적으로 증가하여 화학가스 제거 효과가 떨어질 수 있다.
이러한 피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트를 정해진 비율에 따라 혼합하여 천연 파우더를 제조하게 되며, 혼합 시에 혼합기를 이용하거나 별도의 중장비를 이용할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 천연 파우더를 구성하는 피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트 간의 바람직한 성분비는, 피트모스는 55 내지 75 중량%, 황토분말은 3 내지 21 중량%, 활성탄은 5 내지 25 중량% 및 제올라이트는 4 내지 28 중량%일 수 있다.
다음으로, 유기성 폐기물은 전술한 천연 파우더와 혼합되어 고형 연료용 첨가제를 만드는 원료이다.
이러한 유기성 폐기물은 음식물 쓰레기, 오니 및 축산분료일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 고형 연료용 첨가제를 제조할 때는 이들 유기성 폐기물을 탈수케익(dewatered cake) 처리할 수 있다.
유기성 폐기물은 추후 친환경 고형 연료(10)의 제조 시에 친환경 고형 연료(10)의 발열량을 높일 수 있다.
한편, 탈수케익 처리 과정에서 유기성 폐기물의 혐기화 진행 상태 및 함수율에 따라, 피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트의 혼합 비율이 결정될 수 있다.
예를 들어, 탈수케익 처리된 음식물 쓰레기의 혐기화가 심할 때는 피트모스 및 제올라이트의 함량을 높일 수 있고, 함수율이 높을 시에는 전체 천연 파우더의 양을 높일 수 있다.
또한, 피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트 간의 성분비는 유기성 폐기물의 종류 및 상태에 따라 정해질 수 있다.
이상 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료의 구성 성분을 살펴보았다. 이하 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료 제조 방법을 살펴본다. 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료 제조 방법의 흐름도이다.
도 6 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고형 연료용 첨가제 제조 방법은, 피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트를 포함하는 원료를 혼합하여 천연 파우더를 제조하는 단계(S40), 유기성 폐기물을 탈수케익 처리하는 단계(S50), 천연 파우더와 탈수케익 처리된 상기 유기성 폐기물을 혼합 교반하여 고형 연료용 첨가제를 제조하는 단계(S60), 고형 폐기물 연료를 선별 및 분쇄하는 단계(S70) 및 고형 연료용 첨가제와 분쇄된 고형 폐기물 연료를 혼합 성형하는 단계(S80)를 포함한다.
피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트를 포함하는 원료를 혼합하여 천연 파우더를 제조하는 단계(S40)에서, 천연 원료인 피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트를 준비하며 혼합기를 통해 이들을 혼합할 수 있다.
이 때, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트의 입자크기는 200 메쉬의 분체를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 이들 간의 성분비로서, 피트모스는 55 내지 75 중량%, 황토분말은 3 내지 21 중량%, 활성탄은 5 내지 25 중량% 및 제올라이트는 4 내지 28 중량%일 수 있다.
유기성 폐기물을 탈수케익 처리하는 단계(S50)에서, 천연 파우더와 혼합할 유기성 폐기물을 준비하고, 준비된 유기성 폐기물을 탈수케익 처리하여 유기성 폐기물의 함수율을 40~50%로 낮출 수 있다.
천연 파우더와 탈수케익 처리된 상기 유기성 폐기물을 혼합 교반하여 고형 연료용 첨가제를 제조하는 단계(S60)에서, 천연 파우더와 탈수케익 처리된 유기성 폐기물을 혼합 교반한 후에 자연 건조시킬 수 있다. 이때, 교반을 많이 할수록 숙성이 잘되며 혐기화가 되지 않을 수 있다.
이러한 교반 작업으로 냄새가 제거되고 수분이 증발하며, 수분 증발로 72시간 내에 함수율이 20~30%로 바뀌게 될 수 있고, 고형 연료용 첨가제가 생성될 수 있다.
또한, 시간이 지남에 따라 고형 연료용 첨가제는 함수율이 10% 미만인 양질의 첨가제가 될 수 있다.
한편, 천연 파우더와 탈수케익 처리된 유기성 폐기물의 혼합비(중량비)는 2 : 1 일 수 있다. 이럴 경우, 사용된 유기성 폐기물의 양으로 인해 친환경 고형 연료(10)의 생산량을 충분히 확보하면서도, 사용된 유기성 폐기물을 고형 연료용 첨가제로 변환시키는 데 필요한 천연 파우더의 양을 확보할 수 있다.
즉, 위 중량비는 유기성 폐기물의 양과 천연 파우더의 양 간에 조화를 이룰 수 있다.
고형 폐기물 연료를 선별 및 분쇄하는 단계(S70)에서, 폐비닐 및 폐플라스틱과 같은 고형 폐기물 연료(20)를 선별한 후 분쇄할 수 있다.
고형 연료용 첨가제와 분쇄된 고형 폐기물 연료를 혼합 성형하는 단계(S80)에서, 고형 연료룡 첨가제와 고형 폐기물 연료(20)를 혼합한 후 압축 성형기로 성형하여 친환경 고형 연료(10)를 제조할 수 있다.
이 때, 제조된 친환경 고형 연료(10)는 직경 50mm, 길이 100mm일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 고형 폐기물 연료(20)와 고형 연료용 첨가제의 중량비는 8 : 2 또는 7 : 3 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료(10)의 우수성을 살펴본다.
전술한 고형 연료용 첨가제와 고형 폐기물 연료(20)(SRF; solid refuse fuel)를 혼합 및 압축성형하여 친환경 고형 연료(10)를 제조할 수 있다. 이때, 고형 폐기물 연료(20)로는 폐비닐 및 폐플라스틱이 있을 수 있다.
이렇게 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료(10)는 다음과 같은 특징이 있다.
우선, 도 2 및 3 에서 알 수 있듯이, 기존의 고형 폐기물 연료(20)는 연소 시에 검은 연기가 나며 인체에 해로운 물질이 발생하며, 냄새가 심한 반면에(도 3(b) 참조), 친환경 고형 연료(10)는 매연 및 연기가 거의 발생하지 않고 발생하더라도 흰연기가 발생하며, 냄새가 거의 나지 않는다(도 3(a) 참조).
다음으로, 도 4 의 시험성적서에 대한 이해를 돕기 위해, 시험성적서를 아래의 표로 정리하면 다음과 같다.
한편, 도 5 에 표시된 바와 같이, 이 시험성적서는 피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트의 성분비가 각각 63%, 9.4%, 9%, 18.6%인 본 발명에 따른 고형 연료용 첨가제와, 고형 폐기물 연료(20)인 폐비닐로 제조된 친환경 고형 연료(10)를 사용한 실험치이다.
이 때, 고형 폐기물 연료(20)인 폐비닐과 고형 연료용 첨가제의 비율은 7 : 3 이다.
친환경 고형 연료(10)의 연소 시험결과
시험결과
시험항목 단위 결과치
저위발열량 kcal/kg 5,580
수분 % 3.6
회분 % 18.2
염소 % 0.51
황분 % 0.09
수은 mg/kg 0.09
카드뮴 mg/kg 0.35
납 mg/kg 30.4
비소 mg/kg 0.88
또한, 환경부는 2020년 5월 27일부터 고형연료제품 품질등급제를 도입 및 시행하고 있으며, 아래는 고형연료제품 품질기준항목별 평가점수 및 고형연료제품 품질등급 구분기준을 나타낸다(폐자원에너지 종합정보관리시스템 (www.srf-info.or.kr) 참조).
일반 고형연료제품 품질기준항목별 평가점수
품질기준항목 단위 평가점수
3점 2점 1점
(저위)발열량 kcal/kg ≥6,000
(≥6,150)		 ≥5,000
(≥5,150)		 ≥3,500
(≥3,650)
수은 함유량 mg/kg ≤0.2 ≤0.5 ≤1
염소 함유량 wt.% ≤0.5 ≤1 ≤2
황분 함유량 wt.% ≤0.2
(≤1.6)		 ≤0.4
(≤1.8)		 ≤0.6
(≤2.0)
고형연료제품 품질등급 구분기준
품질등급 구분기준
최우수 4개 품질기준항목의 평가점수의 합계가 10점 이상
우수 4개 품질기준항목의 평가점수의 합계가 8점 이상 10점 미만
양호 4개 품질기준항목의 평가점수의 합계가 4점 이상 8점 미만
[표 1]의 친환경 고형 연료(10)의 결과치를 [표 2]에 적용하면, 저위 발열량이 5,580 kcal/kg이므로 2점이며, 수은 함유량이 0.09 mg/kg이므로 3점이고, 염소 함유량이 0.51 wt.%이므로 2점이며, 황분 함유량이 0.09 wt.%이므로 3점이다.
따라서, 친환경 고형 연료(10)의 총 합계는 10점이 되며, 이 점수를 [표 3]에 적용하면 친환경 고형 연료(10)는 최우수 고형 연료임을 알 수 있다.
위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료(10)는, 매연 및 연기가 거의 발생하지 않고, 냄새도 거의 나지 않으며, 또한 환경부가 인정하는 최우수 고형 연료임을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고형 연료(10)는, 친환경적이면서도, 종래의 고형 폐기물 연료(20) 및 석탄, 무연탄 등의 화석 연료를 대체할 연료로 충분한 성능을 지니고 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 친환경 고형 연료 20: 고형 폐기물 연료

Claims (6)

  1. 고형 연료용 첨가제와 고형 폐기물 연료를 혼합 성형한 친환경 고형 연료로서,
    상기 고형 연료용 첨가제는,
    천연 파우더와 탈수케익(dewatered cake) 처리된 유기성 폐기물을 혼합 교반하여 형성하고,
    상기 천연 파우더는,
    피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트를 포함하는 것이고,
    상기 피트모스는 63 내지 75 중량%, 상기 황토분말은 9.4 내지 21 중량%, 상기 활성탄은 5 내지 9 중량% 및 상기 제올라이트는 4 내지 18.6 중량%인 것인 친환경 고형 연료.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고형 폐기물 연료는 폐비닐인 것인 친환경 고형 연료.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고형 폐기물 연료는 폐플라스틱인 것인 친환경 고형 연료.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기성 폐기물은 음식물 쓰레기인 것인 친환경 고형 연료.
  6. 피트모스, 황토분말, 활성탄 및 제올라이트를 포함하는 원료를 혼합하여 천연 파우더를 제조하는 단계;
    유기성 폐기물을 탈수케익 처리하는 단계;
    상기 천연 파우더와 탈수케익 처리된 상기 유기성 폐기물을 혼합 교반하여 고형 연료용 첨가제를 제조하는 단계;
    고형 폐기물 연료를 선별 및 분쇄하는 단계; 및
    상기 고형 연료용 첨가제와 분쇄된 상기 고형 폐기물 연료를 혼합 성형하는 단계를 포함하고,
    상기 피트모스는 63 내지 75 중량%, 상기 황토분말은 9.4 내지 21 중량%, 상기 활성탄은 5 내지 9 중량% 및 상기 제올라이트는 4 내지 18.6 중량%인 것인 친환경 고형 연료 제조 방법.
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