KR102205450B1 - 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템 및 그 방법 - Google Patents

축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템 및 그 방법에 관한 것으로 가축분뇨를 대상으로 정부의 관련 법률에서 제시하는 고체연료 규격과 기준에 적합한 고체연료를 제조/가공하기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 축분 혼합물을 수거하여 축분의 양과 함수율을 계근하는 이송 계근부, 이송 계근부에서 공급되는 축분 혼합물을 1차 파쇄하고 팽화제를 투입하여 성분 함량비가 전체적으로 균일해지도록 혼합 설비로 혼합하는 1차 파쇄 및 혼합부, 1차 파쇄 및 혼합부에서 공급되는 축분 혼합물을 함수율을 낮추기 위해 압착 탈수하는 압착 탈수부, 압착 탈수부에서 공급되는 압착 탈수된 케익상태의 축분 혼합물을 파쇄시켜 축분 혼합물 가루를 형성하는 2차 파쇄부, 2차 파쇄부에서 공급되는 2차 파쇄된 축분 혼합물 가루를 건조 및 반탄화시키는 건조 및 반탄화부, 및 건조 및 반탄화부에서 건조 및 반탄화된 반탄화물을 가공 및 성형하여 고체연료 또는 구공탄 가공을 위한 부형제를 제조하는 성형부를 포함하여, 2차 환경오염이 없는 친환경 대체 에너지원으로 사용할 수 있게 하고 축분 수요를 확대시켜 축산농가의 경쟁력을 향상시킬 수 있게 한다.

Description

축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템 및 그 방법{Solid fuelization system and method using excrement of livestock as the main row material}
본 발명은　축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사육장의 바닥에 깔짚 대용으로 흡수성이 우수하고 다공성이 풍부한 피트모스(peatmoss)를 사용하여 수거한 우분 또는 돈분 등의 축분을 고압 압착설비에　의해 상당량의 수분을 배수 및 탈수시키고 이것을 반탄화 설비에서　스팀열 또는 열풍에　의해 건조 및 탄화시켜 펠릿형, 번개탄형,　갈탄형, 구공탄형　등의 고체연료를 제조할 수 있는 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 지구 온난화와 화석연료 고갈 등이 이슈화되면서 전세계적으로 신재생에너지에 대한 관심이 증가되고 있으며, 특히 바이오 에너지　분야는 매우 중요한 위치를 차지하고　있다. 우리나라의 경우 이러한 바이오 에너지 잠재량은 년간 총 14.1천만 Gcal이며, 이 중에서　가축분뇨는　년간 1.6천만 Gcal로 약 11.4%를 차지하고　있다.
현재 우리나라 농가에서 사육되고 있는 가축 수 및 그에 따른 축분 발생량은 2020년 1월 기준 젖소 포함 한육우의 경우 3,571,185두, 우분 발생량은 하루 55,633톤이고, 돼지의 경우 2019년 4월 기준 11,208,399두, 돈분 발생량은 하루 57,163톤에 달하고 있으며, 이 중에서 전체 축분 발생량 대비 80%는 퇴비화, 10.2%는 액비화, 8.7%는 정화처리, 1.1%는 기타로서 처리/처분되고 있다.
2020년　8월 현재 현행법상에서　가축분뇨 처리방법은　① 정화처리법　② 퇴비/액비화 ③ 바이오 가스화　④ 고체 연료화　등으로만 처리토록　허가되어　있으며, 특히,　지난 2015년 환경부에서는　가축분뇨　고체연료 시설의 설치 등에 관한　고시(환경부 고시　제2015-110호<참고>)를　제정(2015.7.17)함으로써　가축분뇨　고체연료의 제도적 기반을 마련하였고,　『가축분뇨의 관리 및 이용에　관한 법률』도　개정 공포(환경부 법률 제14476호, 2017.3.28　시행)하여 가축분뇨　처리방법에　가축분뇨의　고체연료화가 추가되었다.
<참고> 고체연료의 기준(법 제 13조의 2,환경부령고시제5호)
Figure 112020134552084-pat00001
*검사방법: 연료가 된 상태에서　검사 진행(자원절약과　재활용 촉진에　관한 법률. 시행규칙 제20조의　5. 제3항)*회분, 황분, 금속 성분은　건조상태 기준(단,　화력발전 시설에서 사용되는 회분은　30%　초과 가능)
*성형제품은　펠릿 형태만 인정
*저위발열량은 다른 물질과 혼합되지 않는 상태를　기준으로 함.
축분 대상 고체연료화에 관련되는 현행법을 나열하면 다음과 같으며, 관련 법에서 제시하는 내용이 충족되도록 제조/가공 되어야만 현장성과 실용화 측면에서 상업화가 가능해진다.
① 폐기물 관리법 ; 환경부
② 자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률 ; 환경부
③ 신에너지 및 재생 에너지 개발이용 보급 촉진법 ; 산업통상자원부
④ 자원순환기본법 ; 환경부
⑤ 축산법 ; 농림축산식품부
⑥ 에너지법 ; 산업통상자원부 등
상기 <참고>에　의하면　가축분뇨의　발열량은　모든 규제치　이하에서 수분함량　20% 이하에서　저위발열량 기준 3,000 kcal/kg 이상이어야 인정받을 수 있다.　이것은 연료 제조/가공시　발열량을 인위적으로　높이기 위해　다른 물질과　혼합되지 않는 상태를 기준으로 가공되어야 한다는 의미로 해석된다.
또한 축분은 고농도의 유기물 함량과 수분함량이 매우 높아 부패되어 있어 심한 악취를　띠는 것이　특징으로서, 법에서 정해진 가축 분뇨 처리/처분 방법 중 고체연료화 방법은 한 종류의 기술만으로 해결하기 매우 어렵다. 특히, 연료화 기술은 기계적인 공학기술을 바탕으로 화학공학, 환경공학 등의 이론과 지식이 접목되는 종합기술이다. 따라서 가축분뇨를　대상으로 고체연료를 만들기 위해서는 경제성과　환경성을　담보로 함수율은 20% 이하로　감소시킬 수 있는 탈수 및　건조기술을 필요로 하며, 그 다음은　만들어진 고체연료를　실용화하는 단계　즉,　연소 시　냄새 및 악취가 발생되지 않아야 한다.
이러한 가축분뇨 대상의 고체연료화 기술은 최근 다양하게 개발되고 있으며, 그 중에서도 특히 본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 등록특허 제10-1744524호(2017.06.01.등록, 명칭 : 탄화방법, 이하, '특허문헌1'이라 약칭함), 대한민국 등록특허 제10-1746803호(2017.06.07.등록, 명칭 : 일체형 바이오매스 반탄화 장치, 이하, '특허문헌2'라 약칭함), 대한민국 등록특허 제10-0948784호(2010.03.15.등록, 명칭 : 슬러지 건조와 탄화장치, 이하, '특허문헌3'이라 약칭함), 대한민국 등록특허 제10-1479906호(2014.12.30.등록, 명칭 : 바이오매스를 이용한 반탄화 연료생산장치 및 이를 이용하여 반탄화 연료를 생산하는 방법, 이하, '특허문헌4'라 약칭함), 대한민국 등록특허 제10-1395604호(2014.05.09.등록, 명칭 : 회전식 건조장치, 이하, '특허문헌5'라 약칭함) 및 대한민국 등록특허 제10-1395605호(2014.05.09.등록, 명칭 : 열풍을 이용하는 회전식 건조장치, 이하, '특허문헌6'이라 약칭함)가 공지되어 있다.
특허문헌1에 의하면, 함수율이 높은 바이오매스를 건조/탄화시키기 위해 필요한 열에너지(연료의미)를 초기에는 함수율이 매우 적은 바이오매스를 열분해시켜 얻는다. 이때 얻은 건류가스를 연소시켜 이 열을 이용하여 고수분의 바이오매스를 탄화로로 공급시켜 함수율 낮추면서 탄화시킨다. 여기서 발생되는 탄화물을 열분해시키므로 연료에 필요한 건류 가스를 또 한차례 발생시키는 에너지 자립형 건조 탄화 기술이 개시되어 있다.
특허문헌2에 의하면, 긴 원통형의 채임버(건조 탄화로) 입구에서 커피 부산물 등의 바이오매스가 유입되면 내부에 장착되어 있는 스크루 방식의 이동 수단에 의해 원료가 채임버 후반부로 이송된다. 이때 체임버 입구 쪽에는 저 온열이 공급되어 바이오매스 자체가 갖고 있는 수분은 제거되며 체임버 후반부 쪽으로 갈수록 건조 열은 높아져 건조된 원료는 탄화 과정에 의해 탄화된다. 탄화물 후반부에서 배출되는 일부의 건조 탄화물은 입구 쪽으로 이송되어 새로운 원료와 섞여 재투입하여 건조 탄화 비용을 절감시킬 수 있는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌3에 의하면, 기계적으로 만들어진 건조시설에서 탈수된 원료가 투입되면 건조시설 하부의 회전 칼날의 작동으로 원료가 분쇄되면서 칼날의 회전에 의해 분쇄물이 부상되면서 공급된 열풍에 의해 건조가 진행된다. 건조로 후단에 설치된 유입 송풍기에 의해 2차 건조로 내부로 유입하게 되면 고온 열풍에 의해 잔류 수분을 제거시키는 건조 기술이다. 여기서 건조된 미립 건조물은 무산소상태를 유지하는 간접 가열식 열매체 관 내부로 경유할 때 열에 의해 유기물이 완전히 분해되어 탄화물(숯)이 생성되는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌4에 의하면, 습윤상태 즉, 함수율이 높은 원료 대상이 아닌 비교적 수분이 적거나 없는 목질계 바이오매스를 대상으로 한 반 탄화 연료 생산기술이 개시되어 있다.
특허문헌5 및 특허문헌6에 의하면, 원통형의 2중구조 재킷 건조로 벽면에서 350~450℃ 열풍 또는 스팀에 의해 가열되고 피검 물은 로 내부의 고속 회전축에 부착된 다수의 터빈 핀에 의해 피건조물을 가열 면으로 얇은 막상으로 접촉시켜 급속으로 건조하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 기술의 일부를 본 발명의 시스템 중 일부 구성요소로 도입하게 된다.
한편, 축산농가에서는 비교적 구입이 용이하고 저렴한 톱밥, 왕겨, 또는 파쇄된 볏짚 등의 깔짚을 축사 바닥에 일정량 깔아줌으로써 사육환경을 개선하여 가축의 사육 과정에서 발생되는 분뇨로 인한 각종 질병을 예방하고 있다. 그러나 이것들을 축사에 한번 넣어주면 그 교체 시기가 약 2~3개월 정도로서, 그 동안 수분을 흡수하여 발효가 일어나게 되므로 심한 악취가 발생되어 민원의 대상이 되고 있다.
따라서 최근에는 악취 저감 등을 위해 피트모스(peatmoss)를 깔짚 대용으로 사용하는 축산농가가 증가하는 추세에 있다. 이러한 피트모스는 수만 년 전 늪지대의 이끼 등의 식물체가 땅속 깊이 퇴적되어 생화학적 분해로 인해 변질된 천연 유기체광물로서, 자체 함수율 45~50%, pH 3.5~5.5의 약산성에 다공성이 커서 톱밥이나 왕겨 대비 악취 흡착율 1~1.5%로 분뇨 자체의 냄새와 부패시의 악취를 흡착하는 성질이 있고, 당질비 15~25% 가량 높으며, 공극율이 80~90%로 흡습성은 총 중량의 약 10배이므로 깔짚으로 사용할 경우 교체 주기가 톱밥, 왕겨 대비 1.5배 정도로 길고, 무균·무취·무독성인 장점이 있어 국내에서는 오래전부터 인삼밭, 블루베리 농장, 원예 등에서 토양 개량제 및 작물 영양제 등으로 사용되어 오고 있다.
KR 10-1744524 B1 2017.06.01. 등록 KR 10-1746803 B1 2017.06.07. 등록 KR 10-0948784 B1 2010.03.15. 등록 KR 10-1479906 B1 2014.12.30. 등록 KR 10-1395604 B1 2014.05.09. 등록 KR 10-1395605 B1 2014.05.09. 등록
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 도출한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 사육장의 바닥에 깔짚 대용으로 흡수성이 우수하고 다공성이 풍부한 피트모스(peatmoss)를 사용하여 수거한 가축분뇨를 대상으로 정부의 관련 법률에서 제시하는 고체연료 규격과 기준에 적합한 고체연료를 제조/가공할 수 있도록 함으로써 2차 환경오염이 없는 친환경 대체 에너지원으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 축분을 효율적으로 처리할 수 있고 축분 수요를 더욱 확대시켜 축산농가의 경쟁력을 향상시킬 수 있는 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템 및 그 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 축사에서 발생된 축분 혼합물을 수거하여 축분의 양과 함수율을 계근하는 이송 계근부, 이송 계근부의 후단부에 연설되어 이송 계근부에서 자동 또는 수동으로 공급되는 이송 및 계근된 축분 혼합물을 파쇄하고 성분 함량비가 전체적으로 균일해지도록 혼합 설비로 혼합하는 1차 파쇄 및 혼합부, 1차 파쇄 및 혼합부의 후단부에 연설되어 1차 파쇄 및 혼합부에서 자동 또는 수동으로 공급되는 파쇄 및 혼합된 축분 혼합물을 함수율을 낮추기 위해 압착 탈수하는 압착 탈수부, 압착 탈수부의 후단부에 연설되어 압착 탈수부에서 자동 또는 수동으로 공급되는 압착 탈수된 케익상태의 축분 혼합물을 스크류식 또는 함마-밀식의 파쇄설비로 파쇄시켜 축분 혼합물 가루를 형성하는 2차 파쇄부, 2차 파쇄부의 후단부에 연설되어 2차 파쇄부에서 자동 또는 수동으로 공급되는 파쇄된 축분 혼합물 가루를 건조 및 반탄화시키는 건조 및 반탄화부, 및 건조 및 반탄화부의 후단부에 연설되어 건조 및 반탄화부에서 자동 또는 수동으로 공급되는 건조 및 반탄화된 축분 혼합물 가루를 펠릿형, 번개탄형 또는 착화탄형,　갈탄형, 구공탄형　중에서 선택되는 어느 하나의 형태로 가공 및 성형하여 고체연료 또는 구공탄 가공을 위한 부형제를 제조하는 성형부를 포함하는, 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 형태는, 깔짚 대용으로 사용된 이물질과 축분이 혼합된 축분 혼합물을 수집 및 이송하여 계근하는 이송 및 계근단계, 이송 계근된 축분 혼합물을 파쇄하고 전체적인 함량 균등화를 위해 1차 혼합하는 1차 파쇄 및 혼합단계, 1차 파쇄 및 혼합된 축분 혼합물을 압착 탈수하여 함수율이 저감된 케익 상태의 축분 혼합물을 제조하는 압착 탈수단계, 케익 상태의 축분 혼합물을 파쇄하여 축분 혼합물 가루를 제조하는 2차 파쇄단계, 축분 혼합물 가루를 건조 및 반탄화시켜 반탄화물을 생성하는 건조 및 반탄화단계, 반탄화물을 상온으로 냉각하는 냉각단계, 냉각된 반탄화물에 결합제를 첨가하고 전체적인 함량 균등화를 위해 혼합하는 2차 혼합단계, 및 결합제가 첨가된 반탄화물을 용도별 연료 형태에 따라 성형 또는 가공하여 고체연료 또는 구공탄 가공을 위한 부형제를 제조하는 성형단계를 포함하는, 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법이다.
본 발명에 따르면, 함수율이 매우 높은　가축분뇨를　고압 압착설비에　의해 상당량의 수분을 배수 및 탈수시키고 이것을 반탄화 설비에서　스팀열 또는 열풍에　의해 건조 및 탄화시켜 펠릿형, 번개탄형,　갈탄형, 구공탄형　등의 고체연료를 제조할 수 있도록 함으로써 가축분뇨를 대상으로 정부의 관련 법률에서 제시하는 고체연료 규격과 기준에 적합하게 고체연료를 제조/가공함으로써 2차 환경오염이 없는 친환경 대체 에너지원으로 사용될 수 있고, 따라서 현재보다 수요를 더욱 확대시켜 축산농가의 경쟁력을 향상시킬 수 있게 하는 이점을 제공한다.
도 1은 축사 바닥에 깔짚 대용으로 사용된 피트모스를 예시한 참고사진이다.
도 2는 본 발명에 의한 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템을 개략적으로 예시한 블록도이다.
도 3은 축분 내의 유기입자와 수분(물)과 결합상태를 예시한 참고도이다.
도 4의 (a)와 (b)는 일반 슬러지 상태의 축분과 피트모스 혼합 축분이 각각 고압 압착 탈수설비에 의해 탈수되는 동작을 비교 설명하기 위하여 예시한 참고도이다.
도 5는 본 발명의 고체연료화 시스템에 적용된 건조 및 반탄화부의 전체적인 구성을 예시한 개략도이다.
도 6은 도 5의 건조 및 반탄화부에서 원통 입형로를 발췌하여 예시한 상세도와 일부분 확대도이다.
도 7은 도 5의 건조 및 반탄화부에서 원통 입형로 및 그 주변 설비를 발췌하여 예시한 상세도이다.
도 8은 도 5의 건조 및 반탄화부에서 배출되는 반탄화물을 예시한 참고사진이다.
도 9의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 성형부에서 제조 가능한 고체연료의 각 형태를 예시한 참고사진이다.
도 10은 본 발명에 의한 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법을 도식화한 공정 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템 및 그 방법의 구성과 동작 및 그에 의한 작용 효과를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 의한 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템을 개략적으로 예시한 블록도이고, 도 3은 축분 내의 유기입자와 수분(물)과 결합상태를 예시한 참고도이며, 도 4의 (a)와 (b)는 일반 슬러지 상태의 축분과 피트모스 혼합 축분이 각각 고압 압착 탈수설비에 의해 탈수되는 동작을 비교 설명하기 위하여 예시한 참고도로서, 도 2에 예시된 바와 같이 본 발명의 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템은, 이송 계근부(10), 1차 파쇄 및 혼합부(20), 압착 탈수부(30), 2차 파쇄부(40), 건조 및 반탄화부(50), 1차 냉각부(60), 2차 혼합부(70) 및 성형부(80)를 포함하여 구성될 수 있으며, 2차 냉각부(90) 및 포장부(100)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이송 계근부(10)는 축사에서 발생된 축분 혼합물을 수거하여 축분의 양(㎥, 톤)과 함수율(%)을 계근하는 설비로 구성될 수 있다. 이때 이송 계근부(10)에서 수거되는 축분 혼합물은 축사의 사육환경 개선을 위한 목적으로　피트모스(토탄)를 바닥 깔짚 대용으로　사용하여 수득한 우분 혼합물 또는 돈분 혼합물 중의 어느 하나로서, 우모 또는 돈모 등을 포함한 이물질이 포함된 것일 수 있다. 이러한 피트모스(peatmoss)는 톱밥이나 왕겨 등의 깔짚 대용으로 사전에 계량하여 우사 또는 돈사 등의 축사 바닥에 깔아주는 것이며, 농축산식품부에서 권장하는 깔짚의 두께는 한우 사육장의 경우 50cm, 젖소 사육장의 경우 10cm로 깔도록 권장하고, 발효 돈사일 경우는 60cm 이내의 두께를 권장하고 있다. 예를 들면 피트모스를 깔짚 대용으로 투입했을 때 한우, 젖소, 육우사육장에서 배출되는 분뇨 자체의 함수율은 70~75% 정도이며, 돈사에서 배출되는 경우는 80~85%의 함수율을 갖는다.
또한 이러한 이송 계근부(10)는 우분 혼합물일 경우 축분의 함수율 상한치가 76~80% 범위 내의 것으로, 돈분 혼합물일 경우 축분의 함수율 상한치가 80~85% 범위 내의 것으로 제한하여 이송 및 계근하도록 구성되는 것이 바람직하다.
1차 파쇄 및 혼합부(20)는 이송 계근부(10)의 후단부에 연설되며 이송 계근부(10)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 이송 및 계근된 축분 혼합물을 1차 파쇄하고 후 공정의 용이한 기계적 탈수를 위해서 톱밥, 피트모스, 코코피트 등의 팽화제를 투입하여 성분 함량비가 전체적으로 균일해지도록 혼합한다. 축사에서 수거된 우분 혼합물 또는 돈분 혼합물에는 상당량의 우모 또는 돈모가 깔짚 대용으로 사용된 피트모스와 서로 엉켜 굳어있을 수 있기 때문에 후속 공정의 효율을 높이기 위해 이러한 1차 파쇄 및 혼합부(20)는 파쇄와 혼합이 동시에 일어나는 파쇄/혼합설비로 구성하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 1차 파쇄 및 혼합부(20)는 중력 또는 무중력 상태의 2축으로 구성되는 파쇄/혼합설비로서, 축분 혼합물의 함수율이 80% 초과일 경우(돈분일 경우) 150 rpm 이상의 회전속도에서 축분 혼합물을 파쇄 및 혼합하여 성분 함량비가 전체적으로 균일해지도록 혼합하고, 축분 혼합물의 함수율이 80% 이하일 경우(우분일 경우) 40~60 rpm 범위의 회전속도에서 파쇄 및 혼합하여 성분 함량비가 전체적으로 균일해지도록 혼합할 수 있다. 또한 더욱 효과적인 파쇄와 혼합을 위해서 rpm 250의 무중력 혼합설비를 채용하는 것도 바람직하다.
여기서 특히 함수율이 80% 이상인 돈분일 경우는 후 공정인 압착 탈수부(30)에서의 기계적 탈수가 어렵기 때문에, 용이한 기계적 탈수를 위해서 톱밥, 피트모스, 코코피트 등의 팽화제를 투입하여 점성질과 유동성을 저하시키는 동시 공극율을 높혀 고압으로 압착하므로서 탈수가 용이해지도록 할 수 있으나, 팽화제의 첨가로 인해 추가비용이 발생하게 되므로 되도록 팽화제를 적게 사용하면서 기계적인 탈수가 원만하게 시작되는 초기함수율 조정은 필수적이며 경험적으로 볼 때 78% 정도이다. 예를 들면 함수율이 85%인 돈분뇨 1000kg을 압착/탈수시킬 때 탈수 전 함수율을 78%로 낮추기 위해 자체 함수율이 25%인 팽화제(톱밥) 첨가량(kg)은 약 132kg으로 산출된다.
여기서 팽화제(톱밥) 첨가량(kg) 산출식은 다음의 수학식 1과 같다.
Cx=(Ca x Cw1)+(Cb x Cw2)/(Ca+Cb) (수학식 1)
Cx : 경험적으로 설정한 함수율(%), 여기서는 78%가 됨.
Ca : 탈수를 위한 돈분뇨의 중량(kg,ton).
Cw1 : 탈수 전의 돈분뇨 자체의 함수율(%).
Cb : 첨가시킬 수분조정용 팽화제의 중량(kg,ton).
Cw2 : 첨가시킬 수분조정용 팽화제 자체의 함수율(%).
압착 탈수부(30)는 1차 파쇄 및 혼합부(20)의 후단부에 연설되며 1차 파쇄 및 혼합부(20)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 1차 파쇄 및 혼합된 축분 혼합물을 함수율을 낮추기 위해 압착 탈수한다. 이러한 압착 탈수부(30)에서는 축분 혼합물을 상부와 하부에서 각각 가로/세로 일정 규모의 상판과 하판으로 가압하는 고압 압착 탈수설비로 구성하되 2,000톤 이상의 유,공압으로 가압하여 75~85% 범위의 함수율을 가진 축분을 탈수 시간 30±5분의 탈수과정을 통해 함수율 50±5% 수준을 가진 축분 혼합물 케익을 생성하도록 구성되는 것이 바람직하며, 시간당 처리량은 1회 작동시 3~5톤(조정이 가능 함)처리 가능하도록 구성될 수 있다. 여기서 우분 또는 돈분 내의 유기 입자들은 도 3에 예시된 바와 같이 수분(물)과 다양한 결합으로 점성과 유동성이 매우 큰 슬러지 상태로 존재하며, 이런 상태에서 피트모스를 깔짚 대용으로 사용한 경우 우분 또는 돈분 내의 많은 수분은 피트모스로 이동 흡수되므로 점성이 적어지면서 유동성도 감소하게 된다. 따라서 유기 입자 간 공극율이 증대되어 강력한 압착만으로도 유기 입자에 결합되어 있던 물이 쉽게 분리 이탈될 수 있게 된다. 따라서 점성질에 의한 슬러지 상태의 축분을 고압 압착설비로 압착하는 경우 도 4의 (a)에 예시된 바와 같이 삐짐현상 발생되며 물과 입자가 함께 이동되므로 탈수속도가 느리게 되며, 반면에 피트모스 혼합 축분을 고압 압착설비로 압착하는 경우 도 4의 (b)에 예시된 바와 같이 삐짐 현상없이 탈수율이 좋고 탈수속도 또한 매우 빠르게 된다. 여기서 고압 압착 탈수설비에서의 탈수액은 저장조로 이동시켜 액비로 가공해서 재활용하도록 구성될 수 있다.
2차 파쇄부(40)는 압착 탈수부(30)의 후단부에 연설되며 압착 탈수부(30)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 압착 탈수된 케익상태의 축분 혼합물을 스크류식 또는 함마-밀식의 파쇄설비로 파쇄시켜 축분 혼합물 가루를 형성하고 저장한다. 이러한 2차 파쇄부는 후공정인 건조 및 반탄화부(50)로 축분 혼합물 가루를 일정하고 균일하게 유입시키기 위한 임시 저장조로 사용될 수 있다.
건조 및 반탄화부(50)는 2차 파쇄부(40)의 후단부에 연설되며 2차 파쇄부(40)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 2차 파쇄된 축분 혼합물 가루를 건조 및 반탄화시킨다. 이러한 건조 및 반탄화부(50)는 공기와의 접촉을 차단하기 위해 밀폐된 구조로서 건조 및 반탄화가 단일 공정으로 동시에 이루어질 수 있는 설비로 구성되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 고체연료화 시스템에 적용된 건조 및 반탄화부의 전체적인 구성을 예시한 개략도이고, 도 6은 도 5의 건조 및 반탄화부에서 원통 입형로를 발췌하여 예시한 상세도와 일부분 확대도이며, 도 7은 도 5의 건조 및 반탄화부에서 원통 입형로 및 그 주변 설비를 발췌하여 예시한 상세도이고, 도 8은 도 5의 건조 및 반탄화부에서 배출되는 반탄화물을 예시한 참고사진으로서, 건조 및 반탄화부(50)는 피산화물 공급호퍼(52)로부터 스크류(52a)를 통해 정량적으로 균일하게 축분 혼합물 가루가 유입되고 이중 자켓(51a)으로 이루어진 반응조로서의 원통 입형로(51)를 갖고, 원통 입형로(51)의 내부 중심부에 모터(53)의 회전에 의해 고속으로 회전하는 회전핀(54)을 설치하여 회전핀(54)의 고속 회전에 의한 원심력으로 축분 혼합물 가루를 비산 또는 바운드시켜 원통 입형로(51) 내벽면의 가열판(55)에 반복적으로 접촉되게 하며, 스팀 또는 열풍 공급부(56)를 통해 원통 입형로(51) 내벽면의 가열판(55)을 스팀 또는 열풍으로 350~450˚C로 가열하여 내벽면의 가열판(55)과 반복 접촉되는 순간에 축분 혼합물 가루를 급속 가열 및 증발시켜, 축분 혼합물 가루를 건조 및 반탄화시키도록 구성된다.
또한 이러한 건조 및 반탄화부(50)는 축분 혼합물 가루에 존재하는 냄새원인물질과 쉽게 분해되는 유기물분자들을 수분과 가스로 전환하여 폐증기 배출관(57)을 통해 반응조 밖으로 배출하고, 함수율 10% 이하로 고정된 반탄화물을 탄화물 배출구(58)를 통해 최종 잔유물로서 배출하도록 구성된다. 여기서 반탄화물은 도 8에 예시된 바와 같이 외형상 무취의 탄소질 물질(char)로서 숯과 동일한 색상을 지니며 2~3mm의 입자 크기를 갖는 것일 수 있다.
또한 이러한 건조 및 반탄화부(50)는 폐증기 배출관(57)을 통해 연결되는 간접 콘덴서(571), 간접 콘덴서(571) 하부에 설치되어 응축수 등을 폐수 처리장 등으로 배출하는 응축수 배출 드레인(572)과 블로워(573), 간접 콘덴서(571)와 냉각루프를 형성하는 냉각수 펌프(574) 및 냉각탑(575) 등을 일측에 더 구비하여 구성될 수 있다. 여기서 응축수의 일부는 보일러로 유입되어 재활용될 수 있다.
1차 냉각부(60)는 건조 및 반탄화부(50)의 후단부에 연설되며 건조 및 반탄화부(50)에서 자동 배출되는 반탄화물을 냉각시키는 단계로서, 건조 및 반탄화부(50)에서 배출되는 반탄화물은 300~400 ℃의 고온을 지니고 있어 자체적으로 발화될 염려가 있다. 따라서 배출되는 즉시 1차 냉각부(60)로 자동 이송시켜 상온으로 식힌 후에 반탄화물 저장조에 임시 저장한다.
2차 혼합부(70)는 1차 냉각부(60)의 후단부에 연설되며 1차 냉각부(60)에서 상온으로 냉각된 반탄화물에 결합제를 첨가하고 전체적인 함량 균등화를 위해 2차 혼합하는 단계로서, 건조 및 반탄화부(50)에서 생성된 반탄화물은 소수성으로서 어떤 형태로도 성형이 되지 않는다. 따라서 성형 또는 가공을 위해서는 밀가루 용액, 전분 용액 또는 당밀 등을 결합제로서 첨가하여 수분함량을 18~20%로 조정하여 성형부(80)에 주입한다.
성형부(80)는 2차 혼합부(70)의 탄화물 배출구(58)에 연설되며 2차 혼합부(70)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 반탄화물을 도 9의 (a) 내지 (d)에 예시된 바와 같은 펠릿형, 번개탄형 또는 착화탄형,　갈탄형, 구공탄형　중에서 선택되는 어느 하나의 형태로 가공 및 성형하여 고체연료 또는 구공탄 가공을 위한 부형제를 제조한다.
2차 냉각부(90)는 성형부(80)의 후단부에 연설되며 성형부(80)에서 자동 배출되는 가공물 또는 성형물 또는 부형제를 냉각시키는 단계로서, 성형부(80)에서 배출되는 성형물은 50~60 ℃의 열을 함유하고 있으므로 발화 방지를 위해 배출되는 즉시 2차 냉각부(90)로 자동 이송시켜 상온으로 식힌 후에 포장부로 이송한다.
포장부(100)는 2차 냉각부(90)에 연설되며 통상의 포장설비로 구성될 수 있으며, 2차 냉각부(90)에서 상온으로 냉각된 가공물 또는 성형물 또는 부형제를 통상의 포장설비를 통해 제품을 생산하도록 구성될 수 있다.
도 10은 본 발명에 의한 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법을 도식화한 공정 흐름도로서, 도 10에 예시된 바와 같이 본 발명의 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법은, 이송 및 계근단계(a), 1차 파쇄 및 혼합단계(b), 압착 탈수단계(c), 2차 파쇄단계(d), 건조 및 반탄화단계(e), 1차 냉각단계(f), 2차 혼합단계(g) 및 성형단계(h)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 이러한 본 발명은 2차 냉각단계(i), 및 포장단계(j)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
이송 및 계근단계(a)는 깔짚 대용으로 사용된 이물질과 축분이 혼합된 축분 혼합물을 수집 및 이송하여 계근하는 단계로서, 이러한 이송 계근단계(a)에서는 먼저 톱밥이나 왕겨 등의 깔짚 대용으로서 피트모스(peatmoss)를 사전에 계량하여 우사 또는 돈사 등의 축사 바닥에 깔아주고, 교체시기가 경과된 후 우분 혼합물 또는 돈분 혼합물 중의 어느 하나를 수득하여 이송 및 계근한다. 이러한 우분 혼합물 또는 돈분 혼합물은 우모 또는 돈모 등의 이물질이 포함된 것일 수 있다. 또한 이러한 이송 계근단계(a)에서는 수득한 축분 혼합물이 우분 혼합물일 경우 함수율 상한치를 76~80% 범위 내의 것으로 제한하고, 돈분 혼합물일 경우 함수율 상한치를 80~85% 범위 내의 것으로 제한하여 수득하고 이송 및 계근한다.
1차 파쇄 및 혼합단계(b)는 이송 계근단계(a)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 이송 및 계근된 축분 혼합물을 1차 파쇄하고 동시에 후 공정의 용이한 기계적 탈수를 위해서 상기 수학식 1에 따라 산출되는 톱밥, 피트모스, 코코피트 등의 팽화제를 투입하여 성분 함량비가 전체적으로 균일해지도록 혼합하는 단계로서, 축사에서 수거된 우분 혼합물 또는 돈분 혼합물에는 상당량의 우모 또는 돈모가 깔짚 대용으로 사용된 피트모스와 서로 엉켜 굳어있을 수 있기 때문에, 이러한 1차 파쇄 및 혼합단계(b)에서는 후속 공정의 효율을 높이기 위해 팽화제를 투입하고 중력 또는 무중력 상태의 2축으로 구성된 파쇄/혼합설비를 사용하여, 축분 혼합물의 함수율이 80% 초과일 경우 150 rpm 이상의 회전속도에서 축분 혼합물을 파쇄 및 혼합하여 함량을 균질화하고, 축분 혼합물의 함수율이 80% 이하일 경우 40~60 rpm 범위의 회전속도에서 파쇄 및 혼합하여 함량을 균질화한다. 또한 더욱 효과적인 파쇄와 혼합을 위해서는 회전속도 rpm 250의 무중력 혼합설비를 이용하여 파쇄 및 혼합한다.
압착 탈수단계(c)는 1차 파쇄 및 혼합단계(b)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 축분 혼합물을 압착 탈수하여 함수율이 저감된 케익 상태의 축분 혼합물을 제조하는 단계로서, 이러한 압착 탈수단계(c)에서는 1차 파쇄 및 혼합된 축분 혼합물을 상부와 하부에서 각각 가로/세로 일정 규모의 상판과 하판으로 가압하여 압착 탈수하되 2,000톤 이상의 유공압으로 가압하여 75~85% 범위의 함수율을 가진 축분을 탈수 후 함수율 50±5% 수준을 가진 축분 혼합물 케익을 생성한다.
2차 파쇄단계(d)는 압착 탈수단계(c)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 케익 상태의 축분 혼합물을 2차 파쇄하여 축분 혼합물 가루를 제조하는 단계로서, 이러한 2차 파쇄단계(d)에서는 무중력 상태의 급속교반(회전)을 일으키는 2축 구성의 파쇄설비로 축분 혼합물 케익을 파쇄시켜 표면적이 증가된 축분 혼합물 가루를 형성하고, 건조 및 반탄화단계(e)로 호퍼를 통해 공급되기 이전까지 축분 혼합물 가루를 임시 저장한다.
건조 및 반탄화단계(e)는 2차 파쇄단계(d)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 축분 혼합물 가루를 건조 및 반탄화시키는 단계로서, 이러한 건조 및 반탄화단계(e)에서는 공기와의 접촉을 완전히 차단하기 위해 밀폐된 구조를 갖는 원통 입형로의 반응조를 통해 이루어지되 건조 및 반탄화가 단일 공정으로 이루어진다. 즉 이러한 건조 및 반탄화단계(e)에서는 원통 입형로의 내부 중심부에서 고속 회전하는 회전핀에 의한 원심력으로 축분 혼합물 가루를 비산 또는 바운드시켜 원통 입형로)의 내벽면에 반복적으로 접촉되게 하고, 원통 입형로의 내벽면을 스팀 또는 열풍으로 350~450˚C로 가열하여 내벽면과 반복 접촉되는 순간에 축분 혼합물 가루를 급속 가열 및 증발시켜, 축분 혼합물 가루를 건조 및 반탄화시킨다. 또한 이러한 건조 및　반탄화단계(e)에서는 축분 혼합물 가루에 존재하는 냄새원인물질과 쉽게 분해되는 유기물분자들을 수분과 가스로 전환하여 폐증기 배출관을 통해 배출하고, 함수율 10% 이하로 고정된 반탄화물을 탄화물 배출구를 통해 최종 잔유물로서 배출한다. 여기서 반탄화물은 도 8에 예시된 바와 같이 외형상 무취의 탄소질 물질(char)로서 숯과 동일한 색상을 지니며 2~3mm의 입자 크기를 갖는다.
1차 냉각단계(f)는 건조 및 반탄화단계(e)에서 자동 배출되는 반탄화물을 냉각시키는 단계로서, 건조 및 반탄화단계(e)에서 배출되는 반탄화물은 입자 또는 분말상태로서 300~400 C의 고온을 지니고 있어 자체적으로 발화될 염려가 있다. 따라서 이러한 1차 냉각단계(f)에서는 건조 및 반탄화단계(e)에서 배출되는 즉시 탄화물은 냉각기로 이송시켜 상온으로 식힌 후에 반탄화 저장조에 임시 저장한다.
2차 혼합단계(g)는 1차 냉각단계(f)에서 상온으로 냉각된 반탄화물에 결합제를 첨가하고 전체적인 함량 균등화를 위해 2차 혼합하는 단계로서, 건조 및 반탄화단계(e)에서 배출되는 반탄화물은 소수성으로서 어떤 형태로도 성형이 되지 않게 되므로 이러한 2차 혼합단계(g)에서는 용이한 가공 또는 성형을 위해서 밀가루 용액, 전분 용액 또는 당밀 등을 결합제로서 첨가해서 수분 함량을 18~20%로 균일하게 조정하여 성형단계로 공급한다.
이러한 2차 혼합단계(g)에서 첨가되는 결합제는 후 공정인 성형 공정에서 반탄화물을 용도별 연료 형태에 따라 성형 또는 가공시 결합력을 증대시킬 수 있게 하며, 이러한 결합제는 환경친화적인 밀가루 또는 알파전분, 당밀 용액 중에서 선택되는 재료 중의 어느 하나일 수 있다. 또한 이러한 2차 혼합단계(g)에서는 축분 혼합물이 돈분이 포함된 축분 혼합물일 경우, 피트모스 또는 이와 대응하는 물질을 극소량 첨가하는 단계(g1)를 더 포함하여 돈분의 특성인 점성과 유동성의 감소 및 유기 입자 간 공극률 확보 및 증대시킬 수 있게 한다.
성형단계(h)에서는 2차 혼합단계(g)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 결합제가 첨가된 반탄화물을 용도별 연료 형태에 따라 성형 또는 가공하여 도 9의 (a) 내지 (d)에 예시된 바와 같은 펠릿형, 번개탄형 또는 착화탄형,　갈탄형, 구공탄형 등의 고체연료 또는 구공탄 가공을 위한 부형제를 제조한다.
2차 냉각단계(i)는 성형단계(h)에서 자동 배출되는 가공물 또는 성형물 또는 부형제를 냉각시키는 단계로서, 성형단계(i)에서 배출되는 성형물은 50~60 ℃의 열을 함유하고 있으므로 발화 방지를 위해 배출되는 즉시 2차 냉각단계에서 상온으로 식힌 후에 포장단계로 이송한다.
포장단계(j)에서는 2차 냉각단계(i)에서 상온으로 냉각된 가공물 또는 성형물 또는 부형제를 통상의 포장설비를 통해 제품을 생산한다.
이상의 본 발명에 의하면, 함수율이 매우 높은　우분 또는 돈분 등의 가축분뇨를　고압 압착설비에　의해 상당량의 수분을 배수 및 탈수시키고 이것을 반탄화 설비에서　스팀열 또는 열풍에　의해 건조 및 탄화시켜 펠릿형, 번개탄형,　갈탄형, 구공탄형　등의 고체연료 또는 구공탄 등의 가공을 위한 부형제를 제조할 수 있게 되므로 가축분뇨를 대상으로 정부의 관련 법률에서 제시하는 고체연료의 규격과 기준에 적합한 고체연료 또는 부형제의 제공을 통해 2차 환경오염이 없는 친환경 대체 에너지원으로 사용될 수 있게 하며, 따라서 축분의 수요를 현재보다 더욱 확대시켜 축산농가의 경쟁력을 향상시킬 수 있게 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허 청구 범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 이송 계근부 20 : 1차 파쇄 및 혼합부
30 : 압착 탈수부 40 : 2차 파쇄부
50 : 건조 및 반탄화부 51 : 원통 입형로
51a : 이중 자켓 52 : 피산화물 공급호퍼
52a : 스크류 53 : 모터
54 : 회전핀 55 : 가열판
56 : 스팀 또는 열풍 공급부 57 : 폐증기 배출관
571 : 간접 콘덴서 572 : 응축수 배출 드레인
573 : 블로워 574 : 냉각수 펌프
575 : 냉각탑 58 : 탄화물 배출구
60 : 1차 냉각부 70 : 2차 혼합부
80 : 성형부 90 : 2차 냉각부
100 : 포장부

Claims (26)

  1. 축사에서 발생된 축분 혼합물을 수거하여 축분의 양(㎥, 톤)과 함수율(%)을 계근하는 이송 계근부(10);
    상기 이송 계근부(10)의 후단부에 연설되어 이송 계근부(10)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 상기 이송 및 계근된 축분 혼합물을 파쇄하고 용이한 기계적 탈수를 위해서 팽화제를 투입하여 성분 함량비가 전체적으로 균일해지도록 혼합 설비로 혼합하는 1차 파쇄 및 혼합부(20):
    상기 1차 파쇄 및 혼합부(20)의 후단부에 연설되어 1차 파쇄 및 혼합부(20)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 상기 1차 파쇄 및 혼합된 축분 혼합물을 함수율을 낮추기 위해 압착 탈수하는 압착 탈수부(30);
    상기 압착 탈수부(30)의 후단부에 연설되어 압착 탈수부(30)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 상기 압착 탈수된 케익상태의 축분 혼합물을 스크류식 또는 함마-밀식의 파쇄설비로 파쇄시켜 축분 혼합물 가루를 형성하는 2차 파쇄부(40);
    상기 2차 파쇄부(40)의 후단부에 연설되어 2차 파쇄부(40)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 상기 2차 파쇄된 축분 혼합물 가루를 건조 및 반탄화시키는 건조 및 반탄화부(50);
    상기 건조 및 반탄화부(50)의 후단부에 연설되어 건조 및 반탄화부(50)에서 배출되는 반탄화물을 상온으로 냉각하는 1차 냉각부(60);
    상기 1차 냉각부(60)의 후단부에 연설되어 1차 냉각부(60)에서 냉각된 반탄화물에 결합제를 첨가하고 전체적인 함량 균등화를 위해 혼합하는 2차 혼합부(70); 및
    상기 2차 혼합부(70)의 후단부에 연설되어 2차 혼합부(70)에서 자동 또는 수동으로 공급되는 반탄화물을 펠릿형, 번개탄형 또는 착화탄형,　갈탄형, 구공탄형　중에서 선택되는 어느 하나의 형태로 가공 및 성형하여 고체연료 또는 구공탄 가공을 위한 부형제를 제조하는 성형부(80);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성형부(80)의 후단부에 연설되어 성형부(80)에서 자동 배출되는 가공물 또는 성형물 또는 부형제를 상온으로 냉각하는 2차 냉각부(90); 및
    상기 2차 냉각부(90)에 연설되어 2차 냉각부(90)에서 상온으로 냉각된 가공물 또는 성형물 또는 부형제를 제품으로 포장하는 포장부(100);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이송 계근부(10)에서 수거되는 축분 혼합물은,
    축사의 사육환경 개선을 위한 목적으로　피트모스(토탄)를 바닥 깔짚 대용으로　사용하여 수득한 우분 또는 돈분 혼합물인 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이송 계근부(10)는,
    우분일 경우 축분의 함수율 상한치가 76~80% 범위 내의 것으로, 돈분일 경우 축분의 함수율 상한치가 80~85% 범위 내의 것으로 제한하여 이송 및 계근하는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 1차 파쇄 및 혼합부(20)는,
    축분 혼합물이 돈분 혼합물일 경우 용이한 기계적 탈수를 위해서 팽화제로서 톱밥, 피트모스, 코코피트 중에서 선택되는 어느 하나의 재료를 첨가하며,
    압착 탈수시 요구되는 축분 혼합물의 함수율(Cx), 탈수를 위한 돈분 혼합물의 중량(Ca), 및 탈수 전 돈분 혼합물의 함수율(Cw1)에 따라 첨가시킬 팽화제의 중량(Cb) 및 함수율(Cw2)은,
    Cx=(Ca x Cw1)+(Cb x Cw2)/(Ca+Cb)로 정의되는 연산식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 것을 특징을 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 1차 파쇄 및 혼합부(20)는,
    축분 혼합물의 함수율이 80% 초과할 경우 중력 또는 무중력 상태의 2축으로 구성된 파쇄/혼합설비로 150 rpm 이상의 회전속도에서 파쇄 및 혼합하여 축분 혼합물의 함량을 균질화시키는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 1차 파쇄 및 혼합부(20)는,
    축분 혼합물의 함수율이 80% 이하일 경우 중력 또는 무중력 상태의 2축으로 구성된 파쇄/혼합설비로 40~60 rpm 범위의 회전속도에서 파쇄 및 혼합하여 축분 혼합물의 함량을 균질화시키는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 압착 탈수부(30)는,
    축분 혼합물을 상부와 하부에서 각각 가로/세로 일정 규모의 상판과 하판으로 가압하여 압착 탈수하되 2,000톤 이상의 유,공압으로 가압하여 75~85% 범위의 함수율을 가진 축분을 탈수 후 함수율 50±5% 수준을 가진 축분 혼합물 케익을 생성하는 것을 특징으로 하는 축분을 주 원료로 한 고체연료화 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 건조 및 반탄화부(50)는,
    피산화물 공급호퍼(52)로붙 스크류(52a)를 통해 정량적으로 균일하게 축분 혼합물 가루가 유입되고 이중 자켓(51a)으로 이루어진 반응조로서의 원통 입형로(51)를 갖고, 원통 입형로(51)의 내부 중심부에 모터(53)의 회전에 의해 고속으로 회전하는 회전핀(54)을 설치하여 회전핀(54)의 고속 회전에 의한 원심력으로 축분 혼합물 가루를 비산 또는 바운드시켜 원통 입형로(51) 내벽면의 가열판(55)에 반복적으로 접촉되게 하며, 스팀 또는 열풍 공급부(56)를 통해 원통 입형로(51) 내벽면의 가열판(55)을 스팀 또는 열풍으로 350~450˚C로 가열하여 내벽면의 가열판(55)과 반복 접촉되는 순간에 축분 혼합물 가루를 급속 가열 및 증발시켜, 축분 혼합물 가루를 건조 및 반탄화시키도록 구성되는 것을 특징으로 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 건조 및 반탄화부(50)는,
    축분 혼합물 가루에 존재하는 냄새원인물질과 쉽게 분해되는 유기물분자들을 수분과 가스로 전환하여 폐증기 배출관(57)을 통해 원통 입형로(51) 밖으로 배출하고, 함수율 10% 이하로 고정된 반탄화물을 탄화물 배출구(58)를 통해 최종 잔유물로서 배출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 반탄화물은,
    외형상 무취의 탄소질 물질(char)로서 숯과 동일한 색상을 지니며 2~3mm의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 축분을 주 원료로 한 고체연료화 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 2차 혼합부(70)는,
    환경친화적인 밀가루 또는 알파 전분, 당밀 용액 중에서 선택되는 어느 하나의 재료를 결합제로서 첨가하여 수분함량을 18~20%로 조정하는 것을 특징으로 하는 축분을 주 원료로 한 고체연료화 시스템.
  13. (a) 깔짚 대용으로 사용된 이물질과 축분이 혼합된 축분 혼합물을 수집 및 이송하여 계근하는 이송 및 계근단계;
    (b) 상기 축분 혼합물을 파쇄하고 후 공정의 용이한 기계적 탈수를 위해서 팽화제를 투입하여 전체적인 함량 균등화를 위해 혼합하는 1차 파쇄 및 혼합단계;
    (c) 상기 축분 혼합물을 압착 탈수하여 함수율이 저감된 축분 혼합물 케익을 생성하는 압착 탈수단계;
    (d) 상기 축분 혼합물 케익을 파쇄하여 입자화시키는 2차 파쇄단계;
    (e) 상기 입자화된 축분 혼합물을 건조 및 반탄화시켜 반탄화물을 생성하는 건조 및 반탄화단계;
    (f) 상기 반탄화물을 상온으로 냉각하는 1차 냉각단계;
    (g) 상기 1차 냉각된 반탄화물에 결합제를 첨가하고 전체적인 함량 균등화를 위해 혼합하는 2차 혼합단계; 및
    (h) 상기 결합제가 첨가된 반탄화물을 용도별 연료 형태에 따라 성형 또는 가공하여 고체연료 또는 구공탄 가공을 위한 부형제를 제조하는 성형단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    (i) 상기 가공 또는 성형된 가공물 또는 성형물 또는 부형제를 상온으로 냉각시키는 2차 냉각단계; 및
    (j) 상기 2차 냉각된 가공물 또는 성형물 또는 부형제를 제품으로 포장하는 포장단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 축분 혼합물은,
    우사 또는 돈사의 사육환경 개선을 위한 목적으로　피트모스(토탄)를 바닥 깔짚 대용으로　사용하여 수득한 우분 또는 돈분 혼합물인 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 1차 파쇄 및 혼합단계(b)는,
    축분 혼합물이 돈분 혼합물일 경우 용이한 기계적 탈수를 위해서 팽화제로서 톱밥, 피트모스, 코코피트 중에서 선택되는 어느 하나의 재료를 첨가하며,
    압착 탈수시 요구되는 축분 혼합물의 함수율(Cx), 탈수를 위한 돈분 혼합물의 중량(Ca), 및 탈수 전 돈분 혼합물의 함수율(Cw1)에 따라 첨가시킬 팽화제의 중량(Cb) 및 함수율(Cw2)은,
    Cx=(Ca x Cw1)+(Cb x Cw2)/(Ca+Cb)로 정의되는 연산식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 것을 특징을 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 1차 파쇄 및 혼합단계(b)는,
    축분 혼합물의 함수율이 80% 초과일 경우 중력 또는 무중력 상태의 2축으로 구성된 파쇄/혼합설비로 150 rpm 이상의 회전속도에서 파쇄 및 혼합하여 축분 혼합물의 함량을 균질화시키는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 1차 파쇄 및 혼합단계(b)는,
    축분 혼합물의 함수율이 80% 이하일 경우 중력 또는 무중력 상태의 2축으로 구성된 파쇄/혼합설비로 40~60 rpm 범위의 회전속도에서 파쇄 및 혼합하여 축분 혼합물의 함량을 균질화시키는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 압착 탈수단계(c)는,
    1차 파쇄 및 혼합된 축분 혼합물을 상부와 하부에서 각각 가로/세로 일정 규모의 상판과 하판으로 가압하여 압착 탈수하되 2,000톤 이상의 유공압으로 가압하여 75~85% 범위의 함수율을 가진 축분을 탈수 후 함수율 50±5% 수준을 가진 축분 혼합물 케익을 생성하는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 2차 파쇄단계(d)는,
    무중력 상태의 급속교반(회전)을 일으키는 2축 구성의 파쇄설비로 축분 혼합물 케익을 파쇄시켜 표면적이 증가된 축분 혼합물 가루를 형성하는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법.
  21. 제13항에 있어서, 상기 건조 및　반탄화단계(e)는,
    공기와의 접촉을 완전히 차단하기 위해 밀폐된 구조를 갖는 원통 입형로의 반응조를 통해 이루어지며, 건조 및 반탄화가 단일 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 건조 및　반탄화단계(e)는,
    원통 입형로의 내부 중심부에서 고속 회전하는 회전핀에 의한 원심력으로 축분 혼합물 가루를 비산 또는 바운드시켜 원통 입형로의 내벽면에 반복적으로 접촉되게 하며,
    원통 입형로의 내벽면을 스팀 또는 열풍으로 350~450˚C로 가열하여 내벽면과 반복 접촉되는 순간에 축분 혼합물 가루를 급속 가열 및 증발시켜, 축분 혼합물 가루를 건조 및 반탄화시키는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 건조 및　반탄화단계(e)는,
    축분 혼합물 가루에 존재하는 냄새원인물질과 쉽게 분해되는 유기물분자들을 수분과 가스로 전환하여 폐증기 배출관을 통해 배출하고, 함수율 10% 이하로 고정된 반탄화물을 탄화물 배출구를 통해 최종 잔유물로서 배출하는 것을 특징으로 하는 축분을 주 원료로 한 고체연료화 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 반탄화물은,
    외형상 무취의 탄소질 물질(char)로서 숯과 동일한 색상을 지니며 2~3mm의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 축분을 주 원료로 한 고체연료화 방법.
  25. 제13항에 있어서, 상기 2차 혼합단계(g)는,
    환경친화적인 밀가루 또는 알파 전분, 당밀 용액 중에서 선택되는 어느 하나의 재료를 결합제로서 첨가하여 수분함량을 18~20%로 조정하는 것을 특징으로 하는 축분을 주 원료로 한 고체연료화 방법.
  26. 제13항에 있어서, 상기 2차 혼합단계(g)는,
    상기 축분 혼합물이 돈분이 포함된 축분 혼합물일 경우, 돈분의 특성인 점성과 유동성의 감소 및 유기 입자 간 공극률 확보 및 증대를 위해 피트모스 또는 이와 대응하는 물질을 극소량 첨가하는 단계(g1);를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 축분을 주원료로 한 고체연료화 방법.
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