KR102315534B1 - 고체 연료 조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체 연료 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 제1 측면에 따른 고체 연료 조성물은, 하수 슬러지; 목재 폐기물; 및 무연탄;을 포함할 수 있다.

Description

고체 연료 조성물 및 그의 제조방법{SOLID FUEL COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 고체 연료 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 난로나 보일러 등의 연료로서 무연탄, 코크스 분말 등이 단독으로 사용되어 왔으나, 이들 연료는 열효율은 비교적 높으나 착화온도가 높아 점화속도가 느리다는 단점이 있음은 물론 연소회가 다량 남게 되어 환경오염을 일으키게 된다는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 가스, 기름 등이 난로나 보일러 등의 연소기구에 사용되고 있지만, 가스, 기름 등은 열효율이 높고 착화온도는 낮으나 가격이 높다는 단점이 있다. 또한, 오늘날 유가가 치솟으면서 난로 또는 보일러에 기름 대신 나무를 사용하는 등 "석유 대체제"를 연구하여 왔으며, 최근 지구 온난화에 따른 기후변화 문제가 인류의 생존에 심각한 위협으로 대두되면서 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고, 기존 화석연료를 대체하기 위한 투자가 급격하게 증가하고 있다.

한편, 국내에서 발생되는 하수 슬러지는 2008년 기준으로 일일 약 35,000톤에 해당하는 막대한 양이 발생하지만 이에 대한 처리방법은 주로 해양투기, 매립, 소각에 의존하고 있고 극히 작은 일부분을 재활용하고 있는 실정이다. 하수 처리 과정에서 하수관 등에 쌓이는 침전물을 하수 슬러지라고 한다. 서울시에서 하루에 약 1,800여 톤의 하수 슬러지가 발생하고, 이를 처리하는 방법은 국내의 경우, 매립 30%, 해양 투기 45%, 소각 20%, 재활용 5%로 매립과 해양 투기가 대부분을 차지하고 있다. 해양 투기의 경우 2012년부터는 런던 협약에 의해 전면 금지하도록 되어 있고, 최근 원유의 가격 상승으로 이를 대체할 수 있는 대체 연료의 개발이 시급하다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 하수 슬러지, 목재 폐기물을 재활용함으로써 제조비용이 저렴하고, 사용 및 사용 후 처리가 용이하고, 친환경적인 고체 연료 조성물 및 그의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1 측면에 따른 고체 연료 조성물은 하수 슬러지; 목재 폐기물; 및 무연탄;을 포함한다.

상기 하수 슬러지는, 전체 고체 연료 조성물 중 10 내지 40 중량%인 것일 수 있다.

상기 목재 폐기물은, 우드 펠릿, 우드파우더, 톱밥 및 왕겨로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.

상기 목재 폐기물은, 전체 고체 연료 조성물 중 10 내지 60 중량%인 것일 수 있다.

상기 무연탄은, 전체 고체 연료 조성물 중 30 내지 60 중량%인 것일 수 있다.

상기 무연탄은, 점결제를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 고체 연료 조성물의 열량은 3,500 내지 4,500 kcal/kg인 것일 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 따른 고체 연료 조성물의 제조방법은, 하수 슬러지를 수거하는 단계; 목재 폐기물을 분쇄하는 단계; 상기 수거된 하수 슬러지, 상기 분쇄된 목재 폐기물 및 무연탄을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 건조하는 단계; 및 상기 건조된 혼합물을 펠릿 또는 연탄 성형기에 투입하여 펠릿 형태의 고체 연료로 제조하는 단계;를 포함한다.

상기 목재 폐기물을 분쇄하는 단계는, 상기 목재 폐기물을 100 ㎛ 내지 1 mm의 크기로 분쇄하는 것일 수 있다.

상기 혼합물을 건조하는 단계는, 함수율이 5 내지 10%로 조절되는 것일 수 있다.

상기 혼합물을 건조하는 단계는, 킬른 건조기에서 수행하는 것일 수 있다.

상기 하수 슬러지는, 전체 고체 연료 조성물 중 10 내지 40 중량%인 것일 수 있다.

상기 목재 폐기물은, 우드 펠릿, 우드파우더, 톱밥 및 왕겨로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.

상기 목재 폐기물은, 전체 고체 연료 조성물 중 10 내지 60 중량%인 것일 수 있다.

상기 무연탄은, 전체 고체 연료 조성물 중 30 내지 60 중량%인 것일 수 있다.

본 발명의 고체 연료 조성물 및 그의 제조방법에 의하여, 생활하수에서 발생하는 하수 슬러지, 목재 폐기물을 연료로 재활용함으로써 폐기물 처리하기 위한 비용을 줄일 수 있고, 처리에 따른 환경파괴를 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 다양한 형태의 고체 연료로 제조할 수 있어 사용 및 사용 후 처리도 용이하고, 화력발전, 산업용 난로, 농작물 난로, 가정용 난로 등의 대체연료로 사용하므로 대체연료로 사용할 수 있어 경제적 부담이 줄어드는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 연료 조성물의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 5에 따라 제조된 연탄 형상의 고체 연료의 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 5에 따라 제조된 고체 연료를 연소 시키는 과정의 사진이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 고체 연료 조성물 및 그의 제조방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 제1 측면에 따른 고체 연료 조성물은, 하수 슬러지; 목재 폐기물; 및 무연탄;을 포함한다.

본 발명의 고체 연료 조성물은 하수 슬러지 매립량을 줄여 해양오염과 악취를 줄일 수 있어 친환경적이다. 또한, 폐기되는 하수 슬러지, 목재 폐기물을 연료로서 재활용함으로써 제조비용이 저렴하고, 화력발전, 산업용 난로, 농작물 난로, 가정용 난로 등의 대체연료로 사용함으로써 경제적 부담이 줄어드는 효과가 있다.

하수 슬러지는 개인주택, 숙박업소, 사무실, 관공서, 대형빌딩, 학교, 휴게소, 콘도미니엄, 대중목욕탕, 교도소, 구치소, 여관 등의 주방, 욕실, 세탁실에서 발생되는 생활하수를 생활하수라인으로부터 하수 처리 과정에서 하수관 등에 쌓이는 침전물로서, 하수 슬러지에는 오니를 제거하기 위한 절차를 거치지 않은 상태에서 유기질의 하수 오니를 포함한 상태에서 혼합하여 사용할 수도 있다.

상기 하수 슬러지는, 전체 고체 연료 조성물 중 10 내지 40 중량%인 것일 수 있다. 상기 하수 슬러지가 전체 고체 연료 조성물 중 10 중량% 미만인 경우 하수 슬러지의 폐기물 처리에 대한 경비 감소를 하지 못하게 되는 문제점이 있고, 상기 하수 슬러지가 40 중량% 초과인 경우 고체 연료의 열량이 낮아지게 되어 대체 연료로 사용 가능한 열량을 확보하지 못하는 문제점이 있다.

상기 목재 폐기물은, 가공 산업에서 버려지는 목재를 분쇄하여 압축 성형한 우드 펠릿, 우드파우더, 톱밥 및 왕겨로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.

상기 목재 폐기물은, 전체 고체 연료 조성물 중 10 내지 60 중량%인 것일 수 있다. 상기 목재 폐기물이 전체 고체 연료 조성물 중 10 중량% 미만인 경우 하수 슬러지에 함유된 수분을 충분히 흡수하지 못하여 고체 연료 조성물 전체의 수분을 낮추지 못하고 착화 온도가 높아져 연소 개시가 어렵고, 대체 연료로 사용 가능한 고체 연료의 열량을 확보하지 못하는 문제점이 있고, 상기 목재 폐기물이 60 중량% 초과인 경우 연소 후에 고형 분이 적어 형상을 유지하지 못하므로 사용 후 처리에 불리한 문제점이 있다.

상기 목재 폐기물을 100 ㎛ 내지 1 mm의 크기로 분쇄하는 것으로서, 상기 목재 폐기물이 지나치게 큰 경우 고체 연료 조성물의 나머지 성분인 하수 슬러지와 무연탄과의 혼합이 잘 되지 않는 어려움이 있다.

상기 무연탄은, 전체 고체 연료 조성물 중 30 내지 60 중량%인 것일 수 있다. 상기 무연탄이 전체 고체 연료 조성물 중 30 중량% 미만인 경우 하수 슬러지와 목재 폐기물의 사용만으로 대체 연료로 활용할 시에 열량이 제대로 나오지 않는 단점을 보완하지 못하는 문제점이 있고, 상기 무연탄이 60 중량% 초과인 경우 고체 연료 제조 비용이 높아지는 문제점이 있다.

상기 무연탄은, 상기 무연탄의 점결성을 향상시킬 수 있는 점결제를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 고체 연료 조성물의 열량은 3,500 내지 4,500 kcal/kg인 것일 수 있다.

본 발명의 제1 측면에 따른 고체 연료 조성물에 의하여 하수 슬러지 매립량을 줄여 해양오염과 악취를 줄일 수 있고, 하수 슬러지 처리 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 다양한 형태의 고체 연료로 제조할 수 있어 사용 및 사용 후 처리도 용이하고, 화력발전, 산업용 난로, 농작물 난로, 가정용 난로 등의 대체연료로 사용함으로써 경제적 부담이 줄어드는 효과가 있다.

본 발명의 제2 측면에 따른 고체 연료 조성물의 제조방법은, 하수 슬러지를 수거하는 단계; 목재 폐기물을 분쇄하는 단계; 상기 수거된 하수 슬러지, 상기 분쇄된 목재 폐기물 및 무연탄을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 건조하는 단계; 및 상기 건조된 혼합물을 펠릿 또는 연탄 성형기에 투입하여 펠릿 또는 연탄 형태의 고체 연료로 제조하는 단계;를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 연료 조성물의 제조방법을 나타내는 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 연료 조성물의 제조방법은, 하수 슬러지 수거 단계 (S110), 목재 폐기물 분쇄 단계 (S120), 하수 슬러지, 목재 폐기물 및 무연탄을 혼합하여 혼합물 제조 단계 (S130), 혼합물 건조 단계 (S140) 및 펠릿 형태의 고체 연료 제조 단계 (S150)를 포함한다.

하수 슬러지 수거 단계 (S110)는, 생활하수를 생활하수라인으로부터 하수 처리 과정에서 하수관 등에 쌓이는 하수 슬러지를 수거한다.

목재 폐기물 분쇄 단계 (S120)는, 상기 목재 폐기물을 100 ㎛ 내지 1 mm의 크기로 분쇄하는 것으로서, 상기 목재 폐기물이 지나치게 큰 경우 고체 연료 조성물의 나머지 성분인 하수 슬러지와 무연탄과의 혼합이 잘 되지 않는 어려움이 있으므로 상기 범위를 벗어나지 않도록 분쇄한다.

하수 슬러지, 목재 폐기물 및 무연탄을 혼합하여 혼합물 제조 단계 (S130)는 상기 수거된 하수 슬러지, 상기 분쇄된 목재 폐기물 및 무연탄을 혼합하는 것이다. 상기 하수 슬러지는, 전체 고체 연료 조성물 중 10 내지 40 중량%이고, 상기 목재 폐기물은, 전체 고체 연료 조성물 중 10 내지 60 중량%인 것일 수 있고, 상기 무연탄은, 전체 고체 연료 조성물 중 30 내지 60 중량%인 것일 수 있다.

상기 목재 폐기물은, 우드 펠릿, 우드파우더, 톱밥 및 왕겨로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.

상기 무연탄은, 상기 무연탄의 점결성을 향상시킬 수 있는 점결제를 더 포함하는 것일 수 있다.

혼합물 건조 단계 (S140)는, 상기 혼합물을 건조시킴과 동시에 하수 슬러지로부터 발생되는 악취를 제거할 수 있다. 함수율이 5 내지 10%로 조절되는 것일 수 있다. 상기 혼합물의 함수율이 10%를 초과하는 경우 고체 연료에 착화가 잘 되지 않는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 혼합물을 건조하는 단계는, 일반적인 건조 장치에서 수행할 수 있으며, 킬른 건조기에서 수행하는 것일 수 있다.

펠릿 또는 연탄 형태의 고체 연료 제조 단계 (S150)는, 상기와 같이 소정 비율로 분쇄, 혼합, 건조를 통해 생산되는 고체 연료 조성물을 펠릿 또는 연탄 성형기에 투입하여 성형과정에 의해 연탄, 조개탄, 오공탄, 숯과 같은 형태 등으로 형성하여 사용자가 편리하게 사용할 수 있도록 형성할 수 있다. 펠릿 또는 연탄 성형기를 통해 형성된 연료는 화력발전, 산업용 난로, 농작물 난로, 가정용 난로 등의 연료로 사용할 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 따른 고체 연료 조성물의 제조방법에 의하여, 환경 피해를 주는 하수 슬러지와 목재 폐기물을 재활용함으로써 친환경적이고, 폐기물 처리하기 위한 비용을 줄일 수 있고, 처리에 따른 환경파괴를 방지할 수 있다.

[실시예]

	무연탄 (중량%)	우드 펠릿 (중량%)	하수 슬러지 (중량%)	건조 전 중량 (kg)	건조 후 중량 (kg)
실시예 1	50	40	10	3	2.87
실시예 2		30	20	3	2.5
실시예 3		20	30	3	2.645
실시예 4		10	40	3	2.58
실시예 5	60	30	10	3	2.4

상기 표 1에 기재된 함량에 따라서 하수 슬러지, 우드 펠릿 및 무연탄을 혼합장치에서 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 혼합물을 건조 장치에서 건조한 후, 연탄 성형기를 통하여 연탄 형상의 고체 연료를 제조하였다. 도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 5에 따라 제조된 연탄 형상의 고체 연료의 사진이고, 도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 5에 따라 제조된 고체 연료를 연소 시키는 과정의 사진이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 5에 따라 제조된 고체 연료는 연료 연소가 원활할 뿐만 아니라, 연소 후에도 연료의 잔유물이 연탄재와 같이 원래의 형상를 유지하여 손쉽게 처리가 용이한 것을 확인하였다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (15)

1. 하수 슬러지;
   목재 폐기물; 및
   무연탄;
   을 포함하는 고체 연료 조성물로서,
   상기 하수 슬러지는, 전체 고체 연료 조성물 중 10 내지 30 중량%이고,
   상기 무연탄은, 전체 고체 연료 조성물 중 50 내지 60 중량%이고,
   상기 목재 폐기물은 100 ㎛ 내지 1 mm의 크기로 분쇄된 것이고,
   상기 고체 연료 조성물의 열량은 3,500 내지 4,500 kcal/kg이고,
   함수율이 5% 이상 10% 미만이고,
   상기 목재 폐기물은 우드 펠릿이고,
   상기 우드 펠릿은, 전체 고체 연료 조성물 중 30 내지 40 중량%인 것인,
   고체 연료 조성물.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 무연탄은, 점결제를 더 포함하는 것인, 고체 연료 조성물.
   
7. 삭제
8. 하수 슬러지를 수거하는 단계;
   목재 폐기물을 분쇄하는 단계;
   상기 수거된 하수 슬러지, 상기 분쇄된 목재 폐기물 및 무연탄을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
   상기 혼합물을 건조하는 단계; 및
   상기 건조된 혼합물을 펠릿 또는 연탄 성형기에 투입하여 펠릿 형태의 고체 연료로 제조하는 단계;
   를 포함하는,
   제1항의 고체 연료 조성물의 제조방법.
   
9. 삭제
10. 삭제
11. 제8항에 있어서,
    상기 혼합물을 건조하는 단계는,
    킬른 건조기에서 수행하는 것인, 고체 연료 조성물의 제조방법.
    
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

Images