KR102180577B1 - 반탄화 목분을 이용한 성형 연탄 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반탄화 목분을 함유하여 발열량이 상대적으로 높아지도록 하면서 무게가 상대적으로 가벼워지도록 하고 저품질의 무연탄을 원활히 활용할 수 있도록 하며 착화가 비교적 빠르게 이루어지도록 하는 반탄화 목분을 이용한 성형 연탄의 제조 방법에 관한 것으로, 본 제조 방법은 목재를 칩 형태로 분쇄하여 우드칩을 제조하는 우드칩 제조 단계와; 상기 우드칩을 반탄화 설비에 넣고, 섭씨 250도 내지 400도의 과열증기로 가열하여 반탄화시켜 반탄화 칩을 생성시키는 과열증기 반탄화 단계와; 상기 반탄화 칩을 분말로 분쇄하여 반탄화 목분을 생성시키는 반탄화목분 생성 단계와; 상기 반탄화 목분에 천연 점결제를 넣고 교반하여 균질하게 혼합하여 혼합물을 생성시키는 천연 점결제 혼합 단계와; 상기 천연 점결제가 혼합된 상기 혼합물을 성형틀에 넣고 고온 상태로 가압하여 연탄을 제조하는 연탄 제조 단계를; 포함한다.

Description

반탄화 목분을 이용한 성형 연탄 및 이의 제조 방법{FORMED COAL BRIQUETTE USING SEMI-CARBONIZED WOOD POWDER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 연탄 및 연탄 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반탄화 목분을 함유하여 발열량이 상대적으로 높아지도록 하면서 무게가 상대적으로 가벼워지도록 하고 저품질의 무연탄을 원활히 활용할 수 있도록 하며 착화가 비교적 빠르게 이루어지도록 하는 반탄화 목분을 이용한 성형 연탄 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 연탄은 무연탄을 주원료로 하여 코크스, 목탄가루 등의 다른 탄화물을 분쇄 및 배합하거나 점결제를 혼합해서 성형 및 건조시킨 원통형 고체연료로서, 공기구멍이 뚫려 있기 때문에 구공탄 또는 구멍탄이라고도 한다.

생활수준의 향상과 도시가스의 보급으로 연탄소비량은 1986년 이후로 꾸준히 감소했으나 유가상승으로 인해 2000년대 들어 다시 증가하고 있다.

그런데, 국내 무연탄의 경우, 자원 고갈로 원료 채탄이 어렵고, 현재 장성과 화순, 도계 광업소에서 생산 중에 있으나 점차 품질이 저하되고 있는 실정이다. 수입 무연탄의 경우, 기름 성분이 많아 국내 석탄과의 배합과정에서 일정 비율이상 섞을 수가 없고, 중국에서 수입되던 북한산 무연탄의 경우, 고품질임에도 수입이 제한되고 있는 실정으로 석탄 공사에서는 해외로 무연탄 탐사를 수시로 보내고 있지만 현실적인 대안 제시는 못하고 있는 실정이다.

특히 석탄은 향후 50년 이내에 고갈될 위기에 처했고, 이를 대체할 연료 개발이 시급하다.

한국산업규격(KS E 3731 구멍탄, KS E 3732 구멍탄 시험방법, KS E 3707 석탄류의 발열량 측정방법)에 따르면, 연탄의 발열량은 4,600 kcal 이상이어야 하며, 일반 가정에서 난방용으로 주로 사용하는 2호 연탄의 규격은 건조 무게가 4.1kg 이상이 되도록 성형해야 한다.

채굴 가능한 저품질의 무연탄으로 제조된 연탄은 발열향이 기준 이하이고 무게가 무거워 시판이 어려운 실정이다.

이러한 연탄은 무겁기 때문에 노동력과 운반비가 많이 소요되고, 골목길 등 차량 진입이 힘든 곳에서 사람이 직접 옮기는 경우에는 차량 운반의 두 배 이상의 노동 강도가 요구되며, 연탄 운반 중 무거워서 놓치는 경우도 허다하다.

아울러, 연탄은 그 착화 시간이 약 30분 정도가 소요되어 착화가 쉽지 않고 장시간이 소요되어 사용상의 불편함이 상존하는 문제점이 있었다.

등록특허 제1524410호 "청결 연탄 및 청결 연탄 제조 방법"(2015.05.22.)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 반탄화 목분을 함유하여 발열량이 상대적으로 높아지도록 하면서 무게가 상대적으로 가벼워지도록 하고 저품질의 무연탄을 원활히 활용할 수 있도록 하며 착화가 비교적 빠르게 이루어지도록 하는 반탄화 목분을 이용한 성형 연탄 및 이의 제조 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "반탄화 목분을 이용한 성형 연탄"은, 무연탄 분말과, 반탄화 목분과, 천연 점결제를, 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "반탄화 목분을 이용한 성형 연탄"의 상기 천연 점결제는, 전분, 젤라틴, 아교, 한천, 코코피트 중의 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "반탄화 목분을 이용한 성형 연탄의 제조 방법"은, 목재를 칩 형태로 분쇄하여 우드칩을 제조하는 우드칩 제조 단계와; 상기 우드칩을 반탄화 설비에 넣고, 섭씨 250도 내지 400도의 과열증기로 가열하여 반탄화시켜 반탄화 칩을 생성시키는 과열증기 반탄화 단계와; 상기 반탄화 칩을 분말로 분쇄하여 반탄화 목분을 생성시키는 반탄화목분 생성 단계와; 상기 반탄화 목분에 천연 점결제를 넣고 교반하여 균질하게 혼합하여 혼합물을 생성시키는 천연 점결제 혼합 단계와; 상기 천연 점결제가 혼합된 상기 혼합물을 성형틀에 넣고 고온 상태로 가압하여 연탄을 제조하는 연탄 제조 단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "반탄화 목분을 이용한 성형 연탄의 제조 방법"의 상기 천연 점결제는, 전분, 젤라틴, 아교, 한천, 코코피트 중의 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물이고, 상기 과열증기 반탄화 단계에서, 반탄화 공정 중에 상기 우드칩의 연소가 방지되도록 상기 반탄화 설비의 내부에 무산소 분위기를 형성하는 무산소 분위기 형성 과정과, 상기 반탄화 칩의 생성이 완료되면 상기 반탄화 칩과 과열증기를 분리시키는 과열증기 분리 과정과, 상기 분리된 과열증기를 상기 반탄화 설비로 재순환시켜 열원으로 사용하는 과열증기 재순환 과정과, 상기 과열증기의 재순환 중에 상기 과열증기에 포함된 타르와 수액을 제거하는 불순물 제거 과정을, 더 포함하며, 상기 반탄화 설비는, 연소가스가 통과하는 중공의 연소부와, 상기 연소부의 외주면에 형성되어 과열증기가 발생되는 과열증기 생성부와, 우드칩을 하부로 낙하시키는 중에 상기 과열증기 생성부로부터 공급받은 과열증기를 상기 우드칩에 분사하여 상기 우드칩을 연속적으로 가열 반탄화시켜 반탄화 칩을 제조하는 반탄화부와, 상기 반탄화부를 통해 제조된 반탄화 칩을 과열증기로부터 분리하여 배출시키는 분리배출부를, 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "반탄화 목분을 이용한 성형 연탄의 제조 방법"의 상기 과열증기 반탄화 단계에서, 상기 과열증기 분리 과정의 다음으로, 상기 과열증기가 분리된 상기 반탄화 칩을 무산소 분위기의 챔버에 넣고 상기 챔버에 상온의 질소가스를 주입하여 연소가 차단되는 상태로 상기 반탄화 칩을 냉각시키는 반탄화칩 냉각 과정을, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 반탄화 목분을 함유하여 발열량이 상대적으로 높아져 산업규격에 부합되면서 난방용으로 적합하고, 무게가 상대적으로 가벼워져 취급 관리가 용이하며, 저품질의 무연탄을 원활히 활용할 수 있어 자원 활용성이 현저히 증대되고, 착화가 비교적 빠르게 이루어져 사용상의 편의성이 현저히 향상되는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 성형 연탄을 보인 사진 이미지,
도 2는 본 발명에 따른 성형 연탄 제조 방법을 보인 단계도,
도 3은 본 발명의 제조 방법에 사용되는 반탄화 설비의 개략적인 구성도,
도 4는 도 3에 따른 반탄화 설비의 요부 확대 종단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 성형 연탄을 보인 사진 이미지이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반탄화 목분을 이용한 성형 연탄은 무연탄 분말과, 반탄화 목분과, 천연 점결제를 포함한다.

상기 무연탄은 탄화가 잘 되어 연기를 내지 않고 연소하는 석탄으로 휘발분이 3∼7%로 적고 고정탄소의 함량이 85~95%로 높은 것이다.

상기 반탄화 목분은 목재를 절반 내외로 탄화시킨 후에 분말화한 것으로, 무연탄보다 열량이 높고 무게가 가벼워 저품질의 무연탄과 혼합되어도 고품질의 연탄이 제조될 수 있도록 하는 것이다.

아울러, 상기 반탄화 목분은 거의 완전 연소되기 때문에 연소 후에 남는 재가 매우 적어 부산 폐기물이 상대적으로 적은 장점도 있다.

상기 천연 점결제는 천연 소재의 점결제로 무연탄 분말과 반탄화 목분의 혼합물을 고형화시킬 수 있도록 하는 것이다.

이와 같은 상기 천연 점결제는 전분, 젤라틴, 아교, 한천, 코코피트 중의 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물이다. 상기 전분, 젤라틴, 아교 및 한천은 액상이나 젤 상태의 물질이고, 상기 코코피트는 분말 상태의 물질이다. 특히, 상기 코코피트는 분말로 혼합되어 고온 상태에서 가압되면서 상기 반탄화 목분을 덩어리 형태로 고형화하는 유용한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 성형 연탄 제조 방법을 보인 단계도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반탄화 목분을 이용한 성형 연탄 제조 방법은 목재를 분쇄하여 우드칩을 제조하는 우드칩 제조 단계(S10)와, 상기 우드칩을 과열증기로 반탄화시켜 반탄화 칩을 생성시키는 과열증기 반탄화 단계(S20)와, 상기 반탄화 칩을 분쇄하여 반탄화 목분을 생성시키는 반탄화목분 생성 단계(S30)와, 상기 반탄화 목분에 천연 점결제를 혼합하는 천연 점결제 혼합 단계(S40)와, 상기 천연 점결제가 혼합된 혼합물을 고온 상태로 가압하여 연탄을 제조하는 연탄 제조 단계(S50)를 포함한다.

상기 우드칩 제조 단계(S10)는 목재, 특히 생목을 칩 형태로 분쇄하여 우드칩을 제조하는 단계를 말한다. 이 단계는 반탄화시킬 목재를 1cm 내외의 칩으로 분쇄하여 목재의 건조 및 반탄화가 원활하면서 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

여기서, 상기 목재는 일반 목재, 국산 간벌목, 국산 소경목, 병충해 피해목, 일반 폐목재, 건축 폐목재, 산업 폐목재 등 다양한 목재를 이용할 수 있고, 특히 간벌목이나 피해목 또는 폐목재를 재활용하는 것이 가장 바람직하다.

상기 과열증기 반탄화 단계(S20)는 상기 우드칩을 반탄화 설비에 넣고 섭씨 250도 내지 400도의 과열증기로 가열하여 반탄화시켜 반탄화 칩을 생성시키는 단계를 말한다. 이 단계는 우드칩을 고온의 과열증기로 가열하여 완전히 탄화되지 않은 상태로 즉 절반 내외로 탄화시킴으로써, 목재의 착화와 연소가 잘 이루어지면서 탄화되지 않은 목재 부분을 함유하여 연소 시간이 길어지도록 하는 것이다.

상기 반탄화 설비는 도 3과 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이 연소가스가 통과하는 중공의 연소부(1)와, 상기 연소부(1)의 외주면에 형성되어 과열증기가 발생되는 과열증기 생성부(2)와, 우드칩을 하부로 낙하시키는 중에 상기 과열증기 생성부(2)로부터 공급받은 과열증기를 상기 우드칩에 분사하여 상기 우드칩을 연속적으로 가열 반탄화시켜 반탄화 칩을 제조하는 반탄화부(3)와, 상기 반탄화부(3)를 통해 제조된 반탄화 칩을 과열증기로부터 분리하여 배출시키는 분리배출부(5)를 포함한다.

상기 분리배출부(5)에서 분리되어 배출된 과열증기는 불순물제거부(6)를 통해 타르와 수액이 제거된 후에 상기 과열증기 생성부(2)로 재순환되어 공급된다.

상기 반탄화부(3)는 도 4에 도시된 바와 같이 중공 몸체(31)의 내부를 따라 과열증기가 수평으로 분사되는 상태에서 상기 중공 몸체(31)가 회전되면서 상기 중공 몸체(31)의 내부면에 부착된 날개(32)에 의해 상기 중공 몸체(31)의 내부에 있는 우드칩(101)이 상부로 밀려 올라가다가 정상에서 낙하되고, 이렇게 상기 우드칩(101)이 낙하되는 상태에서 수평으로 분사되는 과열증기에 의해 가열되어 반탄화가 이루어진다.

본 제조 방법은 상기 과열증기 반탄화 단계(S20)에서 반탄화 공정 중에 상기 우드칩의 연소가 방지되도록 상기 반탄화 설비의 내부에 무산소 분위기를 형성하는 무산소 분위기 형성 과정과, 상기 반탄화 칩의 생성이 완료되면 상기 반탄화 칩과 과열증기를 분리시키는 과열증기 분리 과정과, 상기 분리된 과열증기를 상기 반탄화 설비로 재순환시켜 열원으로 사용하는 과열증기 재순환 과정과, 상기 과열증기의 재순환 중에 상기 과열증기에 포함된 타르와 수액을 제거하는 불순물 제거 과정을 더 포함한다.

상기 무산소 분위기 형성 과정은 우드칩의 반탄화가 이루어지는 중공 몸체(31)의 내부의 공기를 외부로 배출시킨 후에 밀폐시켜 상기 중공 몸체의 내부에 무산소 분위기를 형성하여 우드칩의 반탄화 중에 고온의 과열증기에 의한 우드칩의 연소를 미연에 방지시키거나 차단시키는 역할을 한다.

상기 과열증기 분리 과정과 과열증기 재순환 과정 및 불순물 제거 과정은 상기 분리배출부(5)와 불순물제거부(6)에 의해 이루어지는 것으로, 분리된 과열증기에서 불순물을 제거한 후에 상기 과열증기 생성부(2)로 재순환시켜 가열원으로 재사용함으로써 에너지의 절감이 이루어지도록 하는 것이다.

본 제조 방법은 상기 과열증기 반탄화 단계(S20)에서 상기 과열증기 분리 과정의 다음으로 상기 과열증기가 분리된 상기 반탄화 칩을 무산소 분위기의 챔버에 넣고 상기 챔버에 상온의 질소가스를 주입하여 연소가 차단되는 상태로 상기 반탄화 칩을 냉각시키는 반탄화칩 냉각 과정을 더 포함한다.

상기 반탄화칩 냉각 과정은 산소가 함유된 외부의 공기 대신에 챔버의 내부로 질소가스를 연속하여 주입하여 무산소 분위기에서 고온의 상기 반탄화 칩이 발화나 연소가 되지 않은 상태로 신속하게 상온 상태로 냉각시킬 수 있도록 하는 것이다.

상기 반탄화목분 생성 단계(S30)는 상기 반탄화 칩을 분말로 분쇄하여 반탄화 목분을 생성시키는 단계를 말한다. 이 단계는 반탄화 칩을 분말화하여 천연 접착제와 손쉽고 균질하게 혼합될 수 있도록 하면서 연탄으로 제품 성형이 원활히 이루어지도록 하기 위한 것이다.

상기 천연 점결제 혼합 단계(S40)는 상기 반탄화 목분에 천연 점결제를 넣고 교반하여 균질하게 혼합하여 혼합물을 생성시키는 단계를 말한다. 이 단계는 반탄화 분말을 천연 점결제로 고형화하여 연탄 제품으로 성형할 수 있도록 하는 것이다.

여기서, 상기 천연 점결제는 전분, 젤라틴, 아교, 한천, 코코피트 중의 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 상기 전분, 젤라틴, 아교 및 한천은 액상이나 젤 상태의 물질이고, 상기 코코피트는 분말 상태의 물질이다. 특히, 상기 코코피트는 분말로 혼합되어 고온 상태에서 가압되면서 상기 반탄화 목분을 덩어리 형태로 고형화하는 유용한 것이다.

상기 연탄 제조 단계(S50)는 상기 천연 점결제가 혼합된 상기 혼합물을 성형틀에 넣고 고온 상태에서 가압하여 연탄을 제조하는 단계를 말한다. 이 단계는 고온의 성형틀에 상기 혼합물을 넣고 연탄을 제조하는 공지의 성형 공정이고, 동시에 상기 천연 점결제에 함유된 수분을 제거하는 공정이다.

이와 같이 본 제조 방법에 의해 제조된 연탄은 천연 소재의 반탄화 분말과 천연 소재의 천연 점결제로 제조됨으로써, 상대적으로 열량이 높고 무게가 가벼우며 저품질의 무연탄을 사용할 수 있고 인공 합성물질이 첨가되지 않아 연소시 유해가스의 발생이 최소화된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.

Claims (5)

1. 무연탄 분말과,
   반탄화 목분과,
   천연 점결제를, 포함하고,
   상기 천연 점결제는,
   젤라틴, 아교, 한천, 코코피트가 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 반탄화 목분을 이용한 성형 연탄.
   
2. 삭제
3. 목재를 칩 형태로 분쇄하여 우드칩을 제조하는 우드칩 제조 단계와;
   상기 우드칩을 반탄화 설비에 넣고, 섭씨 250도 내지 400도의 과열증기로 가열하여 반탄화시켜 반탄화 칩을 생성시키는 과열증기 반탄화 단계와;
   상기 반탄화 칩을 분말로 분쇄하여 반탄화 목분을 생성시키는 반탄화목분 생성 단계와;
   상기 반탄화 목분에 천연 점결제를 넣고 교반하여 균질하게 혼합하여 혼합물을 생성시키는 천연 점결제 혼합 단계와;
   상기 천연 점결제가 혼합된 상기 혼합물을 성형틀에 넣고 고온 상태로 가압하여 연탄을 제조하는 연탄 제조 단계를; 포함하고,
   상기 천연 점결제는,
   젤라틴, 아교, 한천, 코코피트가 혼합된 혼합물이고,
   상기 과열증기 반탄화 단계에서,
   반탄화 공정 중에 상기 우드칩의 연소가 방지되도록 상기 반탄화 설비의 내부에 무산소 분위기를 형성하는 무산소 분위기 형성 과정과,
   상기 반탄화 칩의 생성이 완료되면 상기 반탄화 칩과 과열증기를 분리시키는 과열증기 분리 과정과,
   상기 분리된 과열증기를 상기 반탄화 설비로 재순환시켜 열원으로 사용하는 과열증기 재순환 과정과,
   상기 과열증기의 재순환 중에 상기 과열증기에 포함된 타르와 수액을 제거하는 불순물 제거 과정을, 더 포함하며,
   상기 반탄화 설비는,
   연소가스가 통과하는 중공의 연소부와,
   상기 연소부의 외주면에 형성되어 과열증기가 발생되는 과열증기 생성부와,
   우드칩을 하부로 낙하시키는 중에 상기 과열증기 생성부로부터 공급받은 과열증기를 상기 우드칩에 분사하여 상기 우드칩을 연속적으로 가열 반탄화시켜 반탄화 칩을 제조하는 반탄화부와,
   상기 반탄화부를 통해 제조된 반탄화 칩을 과열증기로부터 분리하여 배출시키는 분리배출부를, 포함하는 것을 특징으로 하는 반탄화 목분을 이용한 성형 연탄의 제조 방법.
   
4. 삭제
5. 제3항에 있어서,
   상기 과열증기 반탄화 단계에서,
   상기 과열증기 분리 과정의 다음으로, 상기 과열증기가 분리된 상기 반탄화 칩을 무산소 분위기의 챔버에 넣고 상기 챔버에 상온의 질소가스를 주입하여 연소가 차단되는 상태로 상기 반탄화 칩을 냉각시키는 반탄화칩 냉각 과정을,
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 반탄화 목분을 이용한 성형 연탄의 제조 방법.

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