KR102214998B1 - 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법 - Google Patents

폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법에 관한 것으로서, 폐플라스틱과 하수슬러지를 연료탄으로 재생하되, 유해물질을 최소화시킬 수 있고, 연소 시 높은 발열량을 얻도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법에 있어서, a) 폐합성수지를 열분해 처리하여 오일로 재생하는 단계와; b) 하수슬러지를 건조시켜 건조슬러지로 만들거나, 하수슬러지를 탄화시켜 탄화슬러지로 만드는 하수슬러지 건조 또는 탄화단계와; c) 폐합성수지에서 재생된 재생오일과, 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 미리 설정된 비율로 혼합하는 단계와; d) 혼합된 재생오일과 건조슬러지, 또는 재생오일과 탄화슬러지를 연료탄으로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법{FUEL MANUFACTURING METHOD USING RECYCLED OIL OF WASTE PLASTIC AND SEWAGE SLUDGE}
본 발명은 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 폐플라스틱을 열분해시켜 제조한 재생오일과 하수슬러지 처리시설에서 발생하는 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 혼합하여 연료탄을 제조함으로써, 유해물질을 최소화시킬 수 있고, 연소 시에 타 연료탄보다 높은 발열량을 얻을 수 있도록 한 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법에 관한 것이다.
환경오염을 유발하는 대표적인 유해물질로서, 폐합성수지와 하수슬러지가 있다.
폐합성수지와 하수슬러지는, 많은 유해물질들을 포함하고 있으므로, 처리되지 않은 상태로 자연계에 배출되면 심각한 환경오염을 일으킨다. 따라서, 적절한 처리과정을 통해 그 부피와 유해성분을 줄여주는 것이 중요하다.
폐합성수지와 하수슬러지의 처리방법으로서, 폐합성수지 하수슬러지를 재생 및 재활용하는 기술이 제안되고 있다.
그 일례로서, 특허출원 2004-38382호의 “하수슬러지와 폐플라스틱을 혼합한 고형화 연료의 제조방법”이 있다.
이 기술은, 폐플라스틱을 파쇄 및 분쇄하고, 슬러지를 건조시킨 다음, 분쇄된 폐플라스틱과 건조된 슬러지를 일정비율로 믹싱하여 일정크기의 연료펠릿으로 압출한다.
다른 예로서, 특허출원 2010-48606호의 “폐플라스틱과 슬러지를 합성한 고형연료 제조장치”가 있다.
이 기술은, 상기한 기술과 마찬가지로, 폐플라스틱을 잘게 분쇄하고, 슬러지를 건조시킨 다음, 분쇄된 폐플라스틱과 건조된 슬러지를 일정비율로 혼합한 후, 펠릿형태의 고형연료로 제조한다.
상기한 기술들은, 폐플라스틱과 하수슬러지를 적절한 처리과정을 통해 연료화하는 구조이므로, 그 부피와 유해성분을 줄이면서 에너지로 재활용할 수 있다. 따라서, 환경오염의 방지와 에너지 재생의 효과를 도모할 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 기술은, 폐플라스틱의 경우, 별도의 유해성분 제거 과정이 없이 그대로 잘게 분쇄한 다음 펠릿 상태로 연료화하는 구조이므로, 연료 펠릿속에 플라스틱 성분이 여전히 남게 된다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에, 연료 펠릿을 연소시킬 경우, 유해물질, 예를 들면, 각종 환경호르몬과 황산화물(SOx)이 연소되면서 대기중으로 배출되어 대기오염을 일으킨다는 문제점이 있다.
또한 종래의 하수슬러지 연료탄 기술은, 연소 시에 충분한 수준의 발열량을 얻을 수 없다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에, 에너지 효율이 낮아 연료탄으로서의 효과가 상대적으로 떨어진다는 문제점이 있다.
특히, 유연탄, 우드 펠릿 등과 같은 기존의 연료탄에 비해 비용대비 발열효과가 현저하게 떨어진다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 주연료로 사용하기에 부족하다는 결점이 지적되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 폐플라스틱을 재생한 오일과 하수슬러지를 혼합하여 연료로 재생하되, 유독성 유해물질을 최소화시켜 연료탄으로 재생할 수 있는 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 폐플라스틱과 하수슬러지의 유해물질을 최소화시켜 연료로 재생함으로써, 연소 시에 발생되는 유해가스를 최소화하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 국내에서 처리하기 어려운 폐플라스틱과 하수슬러지를 동시에 처리하여, 환경오염 방지와 에너지 재활용이라는 두 가지 효과를 동시에 얻을 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 폐플라스틱과 하수슬러지를 연료로 재생하되, 연료탄의 연소 시에, 높은 수준의 발열량을 얻을 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 연료탄의 연소 시에 높은 수준의 발열량을 얻을 수 있도록 함으로써, 유연탄과 우드 펠릿의 대체품으로 사용할 수 있고, 이를 통해 비용을 절감하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 유연탄과 우드 펠릿의 사용으로 인한 대기오염과 산림파괴의 문제를 해결하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 재활용하는 연료탄 제조방법에 있어서, a) 폐합성수지를 열분해 처리하여 오일로 재생하는 단계와; b) 하수슬러지를 건조시켜 건조슬러지로 만들거나, 하수슬러지를 탄화시켜 탄화슬러지로 만드는 하수슬러지 건조 또는 탄화단계와; c) 폐합성수지에서 재생된 재생오일과, 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 미리 설정된 비율로 혼합하는 단계와; d) 혼합된 재생오일과 건조슬러지, 또는 재생오일과 탄화슬러지를 연료탄으로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 a) 단계에서 재생되는 생산되는 재생오일 중, 그 일부분을 상기 a) 단계의 폐합성수지 열분해 처리공정의 연료로 재사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 b) 단계에서, 상기 하수슬러지를 분말의 형태로 건조시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 a) 단계의 폐합성수지 열분해 과정에서 발생되는 폐열로, 상기 b) 단계의 하수슬러지를 건조시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 c) 단계는, 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 1차로 혼합하는 1차 혼합단계와; 1차로 혼합된 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 2차로 혼합하는 2차 혼합단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 1차 혼합단계는, 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 30~90 rpm의 저속 조건에서 혼합하고, 상기 2차 혼합단계는, 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 120~300rpm의 고속 조건에서 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 1차 혼합 단계에서, 액상의 재생오일과 분말 형태의 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 일정 압력으로 분사하면서 상호 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 1차 혼합 단계에서, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물의 총중량비를 기준으로, 재생오일이 50∼70중량%, 건조슬러지 또는 탄화슬러지가 30∼50중량%의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
또한 1차 및 2차 혼합 단계에서, 진공 조건 하에서 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 1차 및 2차 혼합 단계에서, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합물에 일정한 온도의 열을 가하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 a) 단계의 폐합성수지 열분해 과정에서 발생되는 폐열로, 상기 1차 및 2차 혼합 단계의 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합물에 열을 가하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 d) 단계에서, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합물을 고압으로 압출한 후, 일정한 크기로 절단하여 펠릿 형태의 연료탄으로 제조하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 d) 단계 전에, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합물에 고형화제를 첨가하여, 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물의 압출 성형 시에, 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물의 고형화율을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 폐합성수지를 저온으로 열분해 처리하여 오일로 재생한 후, 이를 이용하여 연료탄으로 제조하므로, 폐합성수지 그대로를 연료탄 제조에 사용하는 종래의 기술과는 달리, 폐합성수지의 유해성분을 줄인 후, 이를 연료탄으로 재활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 폐합성수지의 유해성분을 줄인 후, 이를 연료탄으로 재활용하는 방식이므로, 연료탄의 연소 시에 발생되는 유해가스를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이에 따라 환경오염도 방지하고 에너지로도 사용할 수 있는 이중의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 폐합성수지의 열분해 처리로 얻은 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 혼합하여 연료탄을 제조하므로, 연소 시에 타 연료탄보다 높은 발열량을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 연료탄의 연소 시에, 높은 수준의 발열량을 얻을 수 있으므로, 유연탄과 우드 펠릿의 대체품으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한 유연탄과 우드 펠릿의 사용으로 인한 대기오염과 산림파괴의 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 폐합성수지의 열분해로 얻은 재생오일을 폐합성수지의 열분해 공정 에너지로 다시 재사용하는 구조이므로, 별도의 에너지 소비 없이도 폐합성수지로부터 재생오일을 추출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 폐합성수지의 열분해 과정에서 얻은 폐열을 연료탄의 제조공정에 재사용하는 구조이므로, 많은 에너지 소비 없이도 연료탄의 제조가 가능하고, 연료탄 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법의 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄을 제조하기 위한 장치를 나타내는 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 명세서에서 “건조슬러지”는 하수슬러지를 건조시설에서 건조시킨 슬러지를 의미하고, “탄화슬러지”는 하수슬러지를 탄화시설에서 탄화시킨 슬러지를 의미한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 폐합성수지를 재생한 오일(이하 간단히 '재생오일'이라 한다)과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법은, 폐합성수지, 예를 들면, 폐폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폐폴리프로필렌(PP), 폐폴리에틸렌(PE), 폐폴리스티렌(PS), 폐비닐, 영농 폐비닐 등을 오일(Oil)로 재생하는 단계(S101)를 포함한다.
상기 폐합성수지의 오일 재생단계(S101)는, 저온 열분해 공정(S101-1)을 이용하는 것으로, 폐합성수지를 열분해로 챔버에 넣고, 상기 열분해로를 특정 온도로, 예를 들면, 400℃ 온도로 저온 가열하여 폐합성수지를 기화시킨 다음, 기화된 폐합성수지 가스를 열교환기로 응축시켜 오일을 추출한다.
이러한 열분해 공정(S101-1)을 통한 폐합성수지의 오일 재생방법은, 한국 등록특허 제10-2012813호에 개시되어 있다.
상기 폐합성수지의 오일 재생단계(S101)에서, 상기 열분해 공정(S101-1)을 통해 생산되는 재생오일 중 그 일부분은, 열분해 공정(S101-1)의 연료로 다시 재사용한다.
폐합성수지를 열분해하는 열분해 공정(S101-1)은, 많은 양의 연료를 필요로 하는데, 본 발명은 이러한 연료를 외부에서 공급받지 않고, 자체적으로 재생한 오일을 연료로 재사용한다.
이렇게 자체 재생한 오일로 열분해 공정(S101-1)을 수행하고, 이러한 과정을 통해 폐합성수지에서 오일을 재생하므로, 별도의 에너지 소비 없이도 오일을 재생할 수 있고, 그 결과 연료탄 제조비용을 대폭적으로 줄일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 연료탄 제조방법은, 하수슬러지를 건조 또는 탄화처리하는 단계(S103)를 더 포함한다.
상기 하수슬러지의 건조 또는 탄화단계(S103)는, 건조시설에서 하수슬러지를 건조시켜 건조슬러지로 만들거나, 탄화시설에서 하수슬러지를 탄화시켜 탄화슬러지로 만든다.
여기서 하수슬러지의 건조 시에, 상기 하수슬러지를 함수율 10% 이하의 입상 및 분말의 형태로 건조시킨다.
그리고 하수슬러지의 건조 시, 열풍건조 또는 스팀건조에 의한 방법으로 건조시키며, 이때의 건조 열원은, 상기 오일 재생단계(S101)의 열분해 공정(S101-1)에서 발생되는 폐열을 사용한다,
이렇게 오일 재생단계(S101)의 열분해 공정(S101-1)에서 발생되는 폐열을 이용함으로써, 별도의 에너지 소비 없이도 하수슬러지의 건조가 가능하고, 이로써, 연료탄 제조비용을 대폭적으로 줄일 수 있다.
또한, 하수슬러지의 탄화 시에는, 하수슬러지를 400∼600℃ 범위의 온도로 가열하여, 함수율이 2∼3% 범위의 탄화슬러지로 만든다.
다시 도 1을 참조하면, 폐합성수지에서 오일의 재생이 완료되면, 상기 재생오일을 건조시설에서 발생되는 건조슬러지 또는 탄화시설에서 발생하는 탄화슬러지와 미리 설정된 비율로 혼합한다(S105).
재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합단계(S105)는, 1차 혼합 단계(S105-1)와 2차 혼합 단계(S105-2)로 구성된다.
상기 1차 혼합 단계(S105-1)는, 회전식 저속혼합기를 사용하며, 미리 설정된 회전속도 이하 범위의 저속 조건, 예를 들면, 30∼90 RPM 범위의 저속 조건에서 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 1차로 혼합한다.
이때, 1차 혼합 단계(S105-1)에서, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 일정압력으로 분사하면서 상호 혼합한다.
이때 액상의 재생오일과 분말 형태의 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 분사량을 조절하면서 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 1차 혼합 단계(S105-1)에서는, 진공 조건 하에서 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 혼합한다. 이로써 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합과정에서 공기와 수분의 혼입을 방지할 수 있다.
상기 2차 혼합 단계(S105-2)는, 회전식 고속혼합기를 사용하며, 미리 설정된 회전속도 이상 범위의 고속 조건, 예를 들면, 120∼300 RPM 범위의 고속 조건에서 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 2차로 혼합한다.
또한 상기 2차 혼합 단계(S105-2)에서는, 진공 조건 하에서 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 혼합한다.
그리고 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합 단계(S105)에서, 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합비는, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물의 총중량비를 기준으로 재생오일이 50∼70중량%, 건조슬러지 또는 하수슬러지가 30∼50중량%인 것이 바람직하다.
또한 재생오일과 건조슬러지와 탄화슬러지를 혼합할 수도 있는데, 이 경우에는 재생오일이 55∼65중량%, 건조슬러지가 5∼15중량%, 탄화슬러지가 25∼35중량%의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
이는 상기 범위일 경우 발열량이 가장 높은 것으로 나타났기 때문이다.
또한, 상기 1, 2차 혼합 단계(S105-1, S105-2)에서, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 1, 2차 혼합할 시에, 일정한 온도의 열을 가하여 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합율을 향상시킨다.
이때의 열원은, 상기 오일 재생단계(S101)의 열분해 공정(S101-1)에서 발생되는 폐열을 사용하는 것이 바람직하다.
이렇게 오일 재생단계(S101)의 열분해 공정(S101-1)에서 발생되는 폐열을 이용함으로써, 별도의 에너지 소비 없이도 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합율을 높일 수 있고, 이를 통해, 에너지 절감의 효과를 얻을 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합이 완료되면, 혼합된 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 펠릿 형태의 연료탄으로 제조한다(S107).
상기 연료탄 제조단계(S107)는, 펠릿성형기를 사용하며, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물을 고압으로 압출한 후, 일정한 크기로 절단하여 펠릿 형태의 연료탄으로 제조한다.
이렇게 제조된 펠릿 형태의 연료탄은, 폐합성수지에서 추출된 재생오일과 하수슬러지를 함유하고 있으며, 재생오일과 하수슬러지를 함유한 연료탄은 발화가 우수하고, 연소시 높은 발열량을 갖는다.
특히, 재생오일은 발화점이 낮으므로 연료탄의 발화성을 높일 수 있고, 하수슬러지는 높은 밀도를 가지므로 연료탄의 발화지속성을 높일 수 있다.
한편, 연료탄 제조단계(S107)에서, 필요에 따라 파라핀을 첨가할 수도 있다(S107-1).
상기 파라핀은, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물의 압출 성형 시에, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물의 고형화율을 조절하기 위한 것으로, 그 첨가량을 가변 조절하여 연료탄의 고형화 정도를 조절한다.
다음으로, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조장치의 일례를 설명한다.
본 발명에 따른 연료탄 제조장치는, 폐합성수지 오일재생부(10)를 포함한다.
상기 폐합성수지 오일재생부(10)는, 폐합성수지를 저온으로 열분해하여 오일로 재생하기 위한 것으로, 열분해로(12)와 열교환기(14)를 포함한다.
상기 열분해로(12)는, 내부 챔버(도시하지 않음)를 갖추고 있고, 챔버에 투입된 폐합성수지를 저온 가열하여, 예를 들면, 400℃ 온도로 저온 가열하여 폐합성수지를 기화시키는 역할을 한다.
상기 열교환기(14)는, 수냉식 또는 공랭식으로 구성되며, 열분해로(12)에서 기화된 폐합성수지 가스를 응축시켜 오일을 추출하는 역할을 한다.
그리고 폐합성수지의 열분해 과정에서 생산되는 재생오일 중 그 일부분은 열분해로(12)의 연료로 재사용된다.
이에 따라, 자체적인 연료 공급이 가능하고, 그 결과 별도의 에너지 소비 없이도 오일을 재생할 수 있다.
그리고 본 발명의 연료탄 제조장치는, 하수슬러지 건조 및 탄화부(20)를 포함한다.
상기 하수슬러지 건조 및 탄화부(20)는, 하수슬러지를 건조시켜 건조슬러지로 만드는 건조시설(22)과, 하수슬러지를 탄화시켜 탄화슬러지로 만드는 탄화시설(24)을 구비한다.
상기 건조시설(22)은, 하수슬러지를 투입할 수 있는 건조로(도시 생략)를 갖추고 있으며, 상기 건조로 내부로 투입된 하수슬러지를 저온 가열하여 건조슬러지로 만든다.
이러한 건조시설(22)은, 하수슬러지를 함수율 10%이하의 입상 및 분말의 형태로 건조시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 건조시설(22)은, 하수슬러지의 건조 시에, 열풍건조 또는 스팀건조에 의한 방법으로 건조시킨다.
이때의 건조 열원은, 상기 폐합성수지 오일재생부(10)의 열교환기(14)에서 발생되는 폐열을 사용한다.
상기 탄화시설(24)는, 하수슬러지를 투입할 수 있는 탄화로를 갖추고 있고, 상기 탄화로 내부로 투입된 하수슬러지를 고온 가열하여 탄화시키는 역할을 한다.
이러한 탄화시설(24)은, 하수슬러지를 400∼600℃ 범위로 고온 가열하여, 함수율이 2∼3% 범위의 탄화물로 만든다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 연료탄 제조장치는, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합부(30)(이하 간단히 '혼합부'라 한다)를 포함한다.
상기 혼합부(30)는, 상기 폐합성수지 오일재생부(10)에서 생산된 재생오일과 건조슬러지를 혼합하거나, 상기 재생오일과 탄화슬러지를 혼합하는 것으로, 1차 혼합부(32)와 2차 혼합부(34)를 구비한다.
상기 1차 혼합부(32)는, 교반기 및 내부회전체를 구비하여, 혼합챔버(도시하지 않음)로 투입되는 특정비율의 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 1차로 혼합한다.
또한 상기 1차 혼합부(32)는 복수의 장치를 배치 타입(Batch type)으로 설치하는 것이 바람직하다.
이에 따라 상기 1차 혼합부(32)의 교차운용 방식에 의해 혼합성을 향상시킬 수 있고, 연료탄의 제조효율을 높일 수가 있다.
상기 1차 혼합부(32)는, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 저속으로 혼합한다. 예를 들면, 30∼90 RPM 범위의 저속으로 혼합하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 1차 혼합부(32)는 진공식 혼합 구조인 것이 바람직하다.
이는 진공 조건 하에서 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 혼합하기 위함이며, 이로써 혼합과정에서 공기와 수분의 혼입을 방지할 수 있다.
또한, 상기 1차 혼합부(32)는, 액상의 재생오일과 분말의 건조슬러지 또는 탄화슬러지 각각을 분사에 의한 방법으로 내부의 혼합챔버에 투입한다.
이렇게 분사에 의한 방법으로 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 각각을 혼합기의 혼합챔버에 투입함으로써, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합비율을 보다 손쉽게 조절할 수 있고, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합성을 높일 수 있다.
여기서, 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합비는, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물의 총중량비를 기준으로, 재생오일이 50∼70중량%, 건조슬러지 또는 탄화슬러지가 30∼50중량%인 것이 바람직하다.
실험결과에 의하면, 재생오일과 건조슬러지를 혼합할 경우, 재생오일이 60중량%, 건조슬러지가 40%일 경우 발열량이 가장 높게 나타났다.
또한 재생오일과 탄화슬러지를 혼합할 경우에도, 재생오일이 60중량%, 탄화슬러지가 40%일 경우 발열량이 가장 높게 나타났다.
또한 상기 재생오일과 건조슬러지와 탄화슬러지를 모두 혼합할 수도 있는데, 이 경우에는 재생오일이 55∼65중량%, 건조슬러지가 5∼15중량%, 탄화슬러지가 25∼35중량%의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
즉 탄화슬러지를 건조슬러지보다 약간 더 공급하는 것이 바람직한데, 이는 건조슬러지 자체의 발열량보다 탄화슬러지 자체의 발열량이 높다는 점을 고려한 것이다.
실험결과에 의하면, 재생오일이 60중량%, 건조슬러지가 10중량%, 탄화슬러지가 30중량% 일 경우가 발열량이 가장 높은 것으로 나타났다.
상기 2차 혼합부(34)는, 내부의 혼합챔버(도시하지 않음)로 투입된 특정비율의 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 2차로 혼합하는 역할을 한다.
이때, 상기 2차 혼합부(34)는, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 고속으로 혼합한다. 예를 들면, 120∼300 RPM 범위의 고속으로 혼합하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 2차 혼합부(34) 역시 진공식 혼합 구조인 것이 바람직하다.
그리소 상기 1차 및 2차 혼합부(32, 34)는, 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 1, 2차 혼합하는 과정에서 일정한 온도의 열을 가하는데, 이때의 열원은, 상기 폐합성수지 오일재생부(10)의 열교환기(14)에서 발생되는 폐열을 사용한다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 연료탄 제조장치는, 연료탄 제조부(40)를 포함한다.
상기 연료탄 제조부(40)는, 펠릿성형기(42)로 구성되며, 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합부(30)에서 1차와 2차에 걸쳐 혼합된 혼합물을 연료탄으로 제조한다.
특히, 상기 혼합부(30)에서 혼합된 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물을 도입하고, 도입된 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물을 고압으로 압출시키며, 압출되는 압출물을 일정한 크기로 절단하여 펠릿 형태의 연료탄으로 제조한다.
이렇게 연료탄 제조부(40)에 의해 제조된 연료탄 펠릿은, 폐합성수지에서 추출된 재생오일과 하수슬러지를 함유하고 있다.
특히, 재생오일이 연료탄 펠릿의 총중량비를 기준으로 50∼70중량%, 건조슬러지 또는 탄화슬러지가 30∼50중량% 함유되며, 이렇게 함유된 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지는 연료탄의 발화성과 발화지속성 및 발열량을 높인다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 연료탄 제조장치는, 고형화제 공급부(50)를 더 포함한다.
상기 고형화제 공급부(50)는, 상기 연료탄 제조부(40)로 도입되는 재생오일 과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물에 고형화제, 예를 들면, 파라핀을 필요에 따라 공급한다.
이러한 고형화제 공급부(50)는, 상기 연료탄 제조부(40)에서 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물을 압축 성형할 시에, 그 고형화율을 조절할 수 있게 한다.
따라서, 펠릿 형태로 최종 제조되는 연료탄의 고형화 정도를 조절할 수 있다.
본 발명자는, 상기한 구성을 갖는 본 발명의 연료탄 제조방법에 의해 제조된 연료탄의 성능을 알아보기 위해, 본 발명의 연료탄 제조방법에 의해 제조된 연료탄과, 종래의 연료탄들을 몇 가지 항목으로 비교 시험해 보았다.
아래의 [표 1]은, 본 발명의 연료탄 제조방법에 의해 제조된 연료탄과, 종래 연료탄의 발열량을 비교 테스트한 결과이다.
종래의 연료탄과 본 발명의 연료탄의 발열량 비교

구 분		 비교예1
(하수슬러지
+ 톱밥)		 비교예2
(건조슬러지
+탄화톱밥)		 비교예3
(우드펠릿)		 실시예1
(재생오일+
건조슬러지)		 실시예2
(재생오일+
탄화슬러지)		 실시예3
(재생오일+
건조슬러지+
탄화슬러지)
저위발열량
(kcal/kg)		 3,500 4,000 4,500 6,683 7,157 7,038
효율(%) 52 60 67 100 107 105
위 [표 1]의 시험결과에 의하면, 비교예 1(하수슬러지 60% + 톱밥 40%)의 저위발열량은 3,500kcal/kg, 비교예 2(건조슬러지 60% + 탄화톱밥 40%)의 저위발열량은 4,000kcal/kg, 비교예 3(우드펠릿 100%)의 저위발열량은 4,500kcal/kg인 것으로 나타났다.
이에 비하여 본 발명의 실시예 1(재생오일 60% + 건조슬러지 40%)의 저위발열량은 6,683kcal/kg, 실시예 2(재생오일 60% + 탄화슬러지 40%)의 저위발열량은 7,157kcal/kg, 실시예 3(재생오일 60% + 건조슬러지 10% + 탄화슬러지 30%)의 저위발열량은 7,038kcal/kg로, 종래에 비해 발열량이 현저하게 증가되었다.
결국, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 재생오일 연료탄은, 연소 시에 높은 발열량을 갖는 것을 알 수 있으며, 그 결과, 종래의 연료탄들에 비해 연료로서의 효율이 매우 우수함을 알 수 있다.
아래의 [표 2]는, 본 발명에 따른 재생오일 연료탄과 종래의 우드펠릿 및 유연탄의 발열효율을 비교한 것이다.
종래의 우드펠릿 및 유연탄과 본 발명 연료탄의 발열효율 비교

구 분		 비교예3
(우드펠릿)		 비교예4
(유연탄)		 실시예1
(재생오일+
건조슬러지)		 실시예2
(재생오일+
탄화슬러지)		 실시예3
(재생오일+
건조슬러지+
탄화슬러지)
저위발열량
(kcal/kg)		 4,500 5,950 6,683 7,157 7,038
유연탄 대비 효율(%) 76 100 112 120 118
우드펠릿 대비 효율(%) 100 132 149 159 156
위 [표 2]의 시험결과에 의하면, 본 발명에 따른 연료탄의 실시예 1은, 비교예 3의 우드펠릿의 저위발열량 대비 효율이 149%, 실시예 2는 159%, 실시예 3은 156%인 것으로 나타났다.
또한 본 발명에 따른 연료탄의 실시예 1은, 비교예 4의 유연탄의 저위발열량 대비 효율이 112%, 실시예 2는 120%, 실시예 3은 118%인 것으로 나타났다.
즉 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 재생오일 연료탄은, 비교예 1(하수슬러지+톱밥), 비교예2(건조슬러지+탄화톱밥), 비교예 3(우드펠릿) 및 비교예 4(유연탄)에 비해 발열효율이 크게 증가하는 것으로 나타났다.
이로써 본 발명은 우드펠릿이나 유연탄의 대체품으로 사용할 수 있고, 그 결과, 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 우드펠릿이나 유연탄의 사용으로 인한 대기오염과 산림파괴의 문제를 해결할 수가 있다.
또한 아래의 [표 3]은 연료탄의 연소시 재 발생량을 나타낸 것이다.
연료탄 연소시의 재 발생량 비교
구분 회분량 1kg 연소시(g) 재 발생량 감소량
비교예1
(하수슬러지+톱밥)		 35% 0.350
49%
실시예1
(재생오일+건조슬러지)		 17% 0.170
위 [표 3]의 시험결과에 의하면, 종래의 연료탄(비교예 1)을 1kg 연소시킬 경우, 회분량이 연소전의 질량 대비 35% 발생되는 것으로 나타났다.
이에 비해 본 발명에 따른 연료탄을 1kg 연소시킬 경우에는, 회분량이 연소전의 질량 대비 17% 발생되는 것으로 나타났다.
즉 본 발명에 따른 재생오일 연료탄이, 종래의 연료탄(비교예 1) 대비 회분량을 49% 감소시키는 것으로 나타났다.
이로써, 본 발명의 재생오일 연료탄은, 종래의 연료탄보다 연소효율이 높고, 적은 회분량을 발생시키므로 후처리도 용이해진다. 특히 적은 회분량을 발생시키므로, 환경오염 측면에서도 매우 유리하다.
종합적으로 살펴보면, 폐합성수지 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 혼합하여 제조한 본 발명의 연료탄은, 발열량과 재 발생량에서도 종래의 연료탄들에 비해 월등히 우수함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 재생오일 연료탄은, 환경오염을 방지하면서 고효율의 에너지원으로 재활용할 수 있는 효과를 동시에 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
10: 폐합성수지 오일재생부 12: 열분해로
14: 열교환기 20: 하수슬러지 건조 및 탄화부
22: 건조시설 24: 탄화시설
30: 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합부
32: 1차 혼합부 34: 2차 혼합부
40: 연료탄 제조부 42: 펠릿(Pellet)성형기
50: 고형화제 공급부

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 재활용하여 연료탄으로 재생하는 연료탄 제조방법에 있어서,
    a) 폐합성수지를 열분해 처리하여 오일로 재생하는 단계와;
    b) 하수슬러지를 건조시켜 건조슬러지로 만들거나, 하수슬러지를 탄화시켜 탄화슬러지로 만드는 하수슬러지 건조 또는 탄화단계와;
    c) 폐합성수지에서 재생된 재생오일과, 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 미리 설정된 비율로 혼합하는 단계와;
    d) 혼합된 재생오일과 건조슬러지, 또는 재생오일과 탄화슬러지를 연료탄으로 제조하는 단계를 포함하고,
    상기 a) 단계에서 재생되는 생산되는 재생오일 중, 그 일부분을 상기 a) 단계의 폐합성수지 열분해 처리공정의 연료로 재사용하며,
    상기 b) 단계에서,
    상기 하수슬러지를 분말의 형태로 건조시키고,
    상기 a) 단계의 폐합성수지 열분해 과정에서 발생되는 폐열로, 상기 b) 단계의 하수슬러지를 건조시키는 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 1차로 혼합하는 1차 혼합단계와;
    1차로 혼합된 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 2차로 혼합하는 2차 혼합단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 1차 혼합단계는, 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 30~90 rpm의 저속 조건에서 혼합하고,
    상기 2차 혼합단계는, 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 120~300 rpm의 고속 조건에서 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 1차 혼합 단계에서,
    액상의 재생오일과 분말 형태의 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 일정 압력으로 분사하면서 상호 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 1차 혼합 단계에서,
    재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물의 총중량비를 기준으로, 재생오일이 50∼70중량%, 건조슬러지 또는 탄화슬러지가 30∼50중량%의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    1차 및 2차 혼합 단계에서,
    진공 조건 하에서 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지를 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 1차 및 2차 혼합 단계에서,
    재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합물에 일정한 온도의 열을 가하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 a) 단계의 폐합성수지 열분해 과정에서 발생되는 폐열로, 상기 1차 및 2차 혼합 단계의 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합물에 열을 가하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 d) 단계에서,
    재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합물을 고압으로 압출한 후, 일정한 크기로 절단하여 펠릿 형태의 연료탄으로 제조하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 d) 단계 전에,
    재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지의 혼합물에 고형화제를 첨가하여, 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물의 압출 성형 시에, 상기 재생오일과 건조슬러지 또는 탄화슬러지 혼합물의 고형화율을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 재생한 오일과 하수슬러지를 이용한 연료탄 제조방법.
  14. 삭제
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