KR102521114B1 - A method for manufacturing eco-friendly bio-solid fuel using livestock manure - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축산분뇨를 이용한 바이오 고형연료의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 원료를 반응조에 공급하는 단계; 물과 촉매를 상기 반응조에 공급하여 상기 원료와 혼합교반하는 단계; 기 원료의 탄화수소를 탄화물로 바꿔주는 수열탄화 공정을 진행하는 단계; 상기 수열탄화 공정으로 생성된 바이오 고형분말을 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 성형 공정을 진행하는 단계; 상기 펠렛 형태의 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조 공정을 진행하는 단계를 포함하며, 상기 촉매는 과산화수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨를 이용한 바이오 고형연료의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 기존의 수열탄화 공정으로 바이오 고형연료 기준치에 적합한 고형연료 생산이 불가능하였던 가축분뇨를 기준치에 적합하며 고품질 고형연료(발열량 증진 및 유해물질 저감)로 생산이 가능하다.
The present invention relates to a method for producing bio-solid fuel using livestock manure, particularly supplying a raw material to a reactor; supplying water and a catalyst to the reactor to mix and stir the raw materials; Performing a hydrothermal carbonization process for converting hydrocarbons of the raw material into carbides; Performing a molding process to make the bio solid powder produced by the hydrothermal carbonization process into a solid fuel in the form of a pellet; A drying process for removing moisture remaining on the surface of the solid fuel in the form of pellets is performed, wherein the catalyst contains hydrogen peroxide.
According to the present invention, it is possible to produce livestock manure, which was impossible to produce solid fuel suitable for bio-solid fuel standards by the existing hydrothermal carbonization process, into high-quality solid fuel (increased calorific value and reduced harmful substances).

Description

축산분뇨를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법 {A method for manufacturing eco-friendly bio-solid fuel using livestock manure}Method for manufacturing eco-friendly bio-solid fuel using livestock manure {A method for manufacturing eco-friendly bio-solid fuel using livestock manure}

본 발명은 축산분뇨를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 축산폐기물(가축분뇨)을 수열탄화(Hydrothermal carbonization)반응을 통해 바이오 고형연료를 제조시에, 촉매를 첨가하여 고형연료의 발열량을 증진시키고 유해성분을 저감시킬 수 있는, 축산분뇨의 수열탄화반응 및 촉매기술을 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing eco-friendly biosolid fuel using livestock manure, and in particular, when producing biosolid fuel through hydrothermal carbonization of livestock waste (livestock manure), a catalyst is added to produce solid fuel. It relates to a method for producing eco-friendly bio solid fuel using hydrothermal carbonization of livestock manure and catalyst technology, which can increase calorific value and reduce harmful components.

이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.The information described below merely provides background information related to the present invention and does not constitute prior art.

일반적으로 가축분뇨를 에너지화하는 주된 방법은 고형연료로 제조하는 방법이 있다. In general, the main method of converting livestock manure into energy is to manufacture it as a solid fuel.

고형연료를 제조하는 방법에는 탄화(Torrefection), 반탄화 공정, 건조 공정, 수열탄화 공정 등이 있다. Methods for producing solid fuel include a carbonization (torrefection), a torrefaction process, a drying process, a hydrothermal carbonization process, and the like.

탄화(Torrefection), 반탄화 공정은 반응물의 수분을 제거해야하고, 반응로에 불활성 기체(아르곤, 질소, 헬륨 등)를 주입하여 산소가 차단된 분위기를 조성해야하는 단점이 있다. Torrefection and torrefaction processes have disadvantages in that moisture of the reactants must be removed and an oxygen-free atmosphere must be created by injecting an inert gas (argon, nitrogen, helium, etc.) into the reactor.

또한, 건조 공정은 열원만 있으면 수행할 수 있는 가장 간단한 방법으로 고형연료를 제조하기 위해 수행되고 있는 가장 일반적인 방법이다. In addition, the drying process is the simplest method that can be performed with only a heat source and is the most common method for producing solid fuel.

가축분뇨는 평균적으로 함수율이 약 60~80중량%이기 때문에 축산분뇨를 건조하는 과정은 투입되는 열에너지를 고려하면 경제성이 크지 않다. Since livestock manure has an average moisture content of about 60 to 80% by weight, the process of drying livestock manure is not economical considering the input heat energy.

또한 건조 시 발생되는 유해가스는 환경오염을 야기할 수 있다. In addition, harmful gases generated during drying may cause environmental pollution.

하지만, 수열탄화과정은 건조가 필요 없는 습식공정이기 때문에 1차 건조과정이 불필요하며 기존 건조공정으로부터 생산된 고형연료보다 높은 발열량을 나타내면서 유해성분을 저감할 수 있는 기술이다.However, since the hydrothermal carbonization process is a wet process that does not require drying, a primary drying process is unnecessary, and it is a technology capable of reducing harmful components while showing a higher calorific value than solid fuel produced from an existing drying process.

일반적으로 건조된 우분과 돈분의 고위발열량은 3,500~4,500 kcal/kg으로 환경부가 정한 바이오 고형연료의 발열량 기준(저위발열량 3,000 kcal/kg)에 적합하지만 건조된 계분의 고위발열량은 2,000~2,500 kcal/kg으로 그 기준에 미치지 못한다. Generally, the high calorific value of dried cattle and pig manure is 3,500~4,500 kcal/kg, which is suitable for the calorific value standard of bio solid fuel (low calorific value 3,000 kcal/kg) set by the Ministry of Environment, but the high calorific value of dried chicken manure is 2,000~2,500 kcal/kg kg does not meet the standard.

따라서, 계분으로부터 바이오 고형연료를 제조할 경우 발열량이 높은 다른 원료를 혼합해야 하는 번거로움이 있다.Therefore, when producing bio-solid fuel from chicken manure, there is a hassle of mixing other raw materials with high calorific value.

대한민국공개특허공보 10-2012-0131601호Korean Patent Publication No. 10-2012-0131601 대한민국공개특허공보 10-2013-0124429호Korean Patent Publication No. 10-2013-0124429

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가축분뇨로 고형연료를 제조하는 기존의 건조공정에서 투입되는 에너지를 절약하면서도 높은 발열량과 유해물질 저감에 기여할 수 있는 수열탄화공정 및 촉매기술을 통해 바이오 고형연료를 생산하는, 축산분뇨의 수열탄화반응 및 촉매기술을 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to produce bio solid fuel through a hydrothermal carbonization process and catalyst technology that can contribute to reducing high calorific value and harmful substances while saving energy input in the existing drying process of manufacturing solid fuel from livestock manure. To provide a method and apparatus for producing eco-friendly bio-solid fuel using hydrothermal carbonization of livestock manure and catalyst technology.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명을 통해 달성한 바이오 고형연료 제조 방법은,In order to achieve the above object, the biosolid fuel production method achieved through the present invention is,

원료(가축분뇨)를 반응조에 공급하는 단계;supplying a raw material (livestock manure) to a reactor;

물과 촉매를 상기 반응조에 공급하여 상기 원료와 혼합교반하는 단계;supplying water and a catalyst to the reactor to mix and stir the raw materials;

상기 원료의 탄화수소를 탄화물로 바꿔주는 수열탄화 공정을 진행하는 단계;Conducting a hydrothermal carbonization process for converting hydrocarbons of the raw material into carbides;

상기 수열탄화 공정으로 생성된 바이오 고형분말을 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 성형 공정을 진행하는 단계;Performing a molding process to make the bio solid powder produced by the hydrothermal carbonization process into a solid fuel in the form of a pellet;

상기 펠렛 형태의 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조 공정을 진행하는 단계를 포함하며, A step of performing a drying process to remove moisture remaining on the surface of the solid fuel in the form of pellets,

상기 촉매는 과산화수소를 포함하는 것을 특징으로 한다.The catalyst is characterized in that it contains hydrogen peroxide.

수열탄화 과정에 공급되는 촉매로는 균일계 및 불균일계 촉매를 포함하며 액상 촉매로써 과산화수소(H2O2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Catalysts supplied to the hydrothermal carbonization process include homogeneous and heterogeneous catalysts, and include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) as a liquid catalyst.

상기 촉매는 아세트산(CH3COOH)을 더욱 포함할 수 있다.The catalyst may further include acetic acid (CH 3 COOH).

수열탄화 과정에 공급되는 촉매로는 균일계 및 불균일계 촉매를 포함하며 염화제일철(FeCl2), 염화제이철(FeCl3), 인산철(FePO4) 및 제이산화철(Fe2O3)로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 철(Ion) 기반 고체 촉매가 하나 이상이 공급되는 것을 특징으로 한다.Catalysts supplied to the hydrothermal carbonization process include homogeneous and heterogeneous catalysts, and include a group consisting of ferrous chloride (FeCl 2 ), ferric chloride (FeCl 3 ), iron phosphate (FePO 4 ) and ferric oxide (Fe 2 O 3 ). It is characterized in that one or more iron (Ion)-based solid catalysts selected from one or more are supplied.

수열탄화 과정에 공급되는 촉매로는 균일계 및 불균일계 촉매를 포함하며 염화알루미늄(AlCl3), 염화아연(ZnCl2)과 같은 염소(Chloride) 기반 고체 촉매가 하나 이상이 공급되는 것을 특징으로 한다.Catalysts supplied to the hydrothermal carbonization process include homogeneous and heterogeneous catalysts, and one or more chlorine-based solid catalysts such as aluminum chloride (AlCl 3 ) and zinc chloride (ZnCl 2 ) are supplied. .

수열탄화 과정에 공급되는 촉매로는 균일계 및 불균일계 촉매를 포함하며 산화알루미늄(Al2O3), 산화아연(ZnO2)과 같은 산화물(Oxide) 기반 고체 촉매가 하나 이상이 공급되는 것을 특징으로 한다.Catalysts supplied to the hydrothermal carbonization process include homogeneous and heterogeneous catalysts, and one or more oxide-based solid catalysts such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zinc oxide (ZnO 2 ) are supplied. to be

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명을 통해 달성한 바이오 고형연료 제조 장치는,Bio solid fuel production device achieved through the present invention in order to achieve the above object,

원료(가축분뇨)를 공급하기 위한 원료 공급기;A raw material feeder for supplying raw materials (livestock manure);

물과 촉매를 공급하기 위한 급수탱크;A water supply tank for supplying water and catalyst;

상기 원료와 상기 물과 촉매를 혼합교반하면서, 상기 원료의 탄화수소를 탄화물로 바꿔주는 수열탄화 공정을 진행하는 반응조;A reaction tank for performing a hydrothermal carbonization process of converting hydrocarbons of the raw material into carbides while mixing and stirring the raw material, the water, and the catalyst;

상기 반응조의 수열탄화 공정으로 생성된 바이오 고형분말을 탈수하면서 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 성형 공정을 진행하는 성형 탈수기;A molding dehydrator for dehydrating the bio-solid powder produced by the hydrothermal carbonization process of the reactor and performing a molding process to make solid fuel in the form of pellets;

상기 펠렛 형태의 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조기를 포함한다.and a dryer for removing moisture remaining on the surface of the solid fuel in the form of pellets.

상기 성형 탈수기에서 출력되는 물을 정수처리하여 상기 급수탱크로 피드백하는 정수처리장치를 더 포함한다.It further includes a water treatment device for treating the water output from the molding dehydrator and feeding it back to the water supply tank.

상기 촉매는 과산화수소(H2O2)을 포함하는 것을 특징으로 한다.The catalyst is characterized in that it includes hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).

또한 본 발명은 상기 축산분뇨를 이용한 바이오 고형연료의 제조 방법에 의하여 제조된 바이오 고형연료를 제공한다.In addition, the present invention provides a bio-solid fuel produced by the method for producing a bio-solid fuel using the livestock manure.

본 발명의 실시예에서 바이오 고형연료는 바이오매스와 석탄의 혼소 시 나타나는 연소 성상의 분리 문제를 해결하여 연소의 안정성을 이루었다.In an embodiment of the present invention, the bio-solid fuel achieved stability of combustion by solving the problem of separation of combustion characteristics occurring during co-firing of biomass and coal.

또한, 본 발명의 실시예에서는 수열탄화공정과 촉매기술을 적용할 경우, 계분만으로도 3,600 kcal/kg의 고위발열량을 갖는 바이오 고형연료를 제조할 수 있다. In addition, in the embodiment of the present invention, when the hydrothermal carbonization process and catalyst technology are applied, biosolid fuel having a high calorific value of 3,600 kcal/kg can be produced with only chicken manure.

또한 실시예에서는 수열탄화공정의 장점(열이 많이 들어가는 건조 과정이 필요 없음)과 촉매기술의 장점(고형연료 품질 증가, 유해성분 저감)으로부터 높은 효율을 가지면서 친환경적으로 가축분뇨를 이용하여 바이오 고형연료를 제조할 수 있다. In addition, in the embodiment, biosolids are obtained by using livestock manure in an eco-friendly way with high efficiency from the advantages of the hydrothermal carbonization process (no need for a drying process that requires a lot of heat) and the advantages of catalyst technology (increase in solid fuel quality, reduction of harmful components). fuel can be produced.

동시에 화석연료 규제를 위해 적용중인 신재생에너지의무할당규정(Renewable Portfolio Standard)에 적합한 근본적인 해결 방안을 제시할 수 있다.At the same time, it is possible to present a fundamental solution suitable for the Renewable Portfolio Standard, which is being applied for the regulation of fossil fuels.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 축산분뇨의 수열탄화반응 및 촉매기술을 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 축산분뇨의 수열탄화반응 및 촉매기술을 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 가축분뇨 별 발열량 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축산분뇨의 수열탄화반응 및 촉매기술을 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법에 따라 공정 별로 생산된 바이오 고형연료의 발열량 및 수율 그래프이다.
1 is a block diagram of an apparatus for manufacturing eco-friendly bio solid fuel using hydrothermal carbonization of livestock manure and catalyst technology according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a method for producing eco-friendly bio solid fuel using hydrothermal carbonization of livestock manure and catalyst technology according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph of calorific value for each livestock manure.
Figure 4 is a graph of calorific value and yield of bio-solid fuel produced by process according to the method for producing eco-friendly bio-solid fuel using hydrothermal carbonization of livestock manure and catalyst technology according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 축산분뇨의 수열탄화반응 및 촉매기술을 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of an apparatus for manufacturing eco-friendly bio solid fuel using hydrothermal carbonization of livestock manure and catalyst technology according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 축산분뇨의 수열탄화반응 및 촉매기술을 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a method for producing eco-friendly bio solid fuel using hydrothermal carbonization of livestock manure and catalyst technology according to an embodiment of the present invention.

도 3은 가축분뇨 별 발열량 그래프이다.3 is a graph of calorific value for each livestock manure.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축산분뇨의 수열탄화반응 및 촉매기술을 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법에 따라 공정 별로 생산된 바이오 고형연료의 발열량 및 수율 그래프이다.Figure 4 is a graph of calorific value and yield of bio-solid fuel produced by process according to the method for producing eco-friendly bio-solid fuel using hydrothermal carbonization of livestock manure and catalyst technology according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 가축분뇨라 함은 돈분, 우분(한우, 젖소), 가금류분(닭, 오리 등 기타 가금류) 외에도 말, 양, 사슴, 개 등의 분뇨를 포함한다.In the present invention, livestock manure includes manure of horses, sheep, deer, dogs, etc. in addition to pig manure, cow manure (Korean beef, cow), poultry meal (chicken, duck, and other poultry).

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 축산분뇨의 수열탄화반응 및 촉매기술을 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치는,Referring to FIG. 1, an apparatus for producing eco-friendly bio solid fuel using hydrothermal carbonization of livestock manure and catalyst technology according to an embodiment of the present invention,

원료(가축분뇨)를 공급하기 위한 원료 공급기(15);A raw material feeder 15 for supplying raw materials (livestock manure);

물과 촉매를 공급하기 위한 급수탱크(30);A water supply tank 30 for supplying water and catalyst;

상기 원료와 상기 물과 촉매를 혼합교반하면서, 상기 원료의 탄화수소를 탄화물로 바꿔주는 수열탄화 공정을 진행하는 반응조(45);A reaction tank 45 for performing a hydrothermal carbonization process of converting the hydrocarbon of the raw material into carbide while mixing and stirring the raw material, the water, and the catalyst;

상기 반응조(45)의 수열탄화 공정으로 생성된 바이오 고형분말을 탈수하면서 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 성형 공정을 진행하는 성형 탈수기(60);A molding dehydrator 60 for dehydrating the bio-solid powder produced by the hydrothermal carbonization process of the reaction tank 45 and performing a molding process to make solid fuel in the form of pellets;

상기 펠렛 형태의 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조기(90)를 포함한다.and a dryer 90 for removing moisture remaining on the surface of the solid fuel in the form of pellets.

상기 성형 탈수기(60)에서 출력되는 물을 정수처리하여 상기 급수탱크(30)로 피드백하는 정수처리장치(75)를 더 포함한다.It further includes a water treatment device 75 that treats the water output from the molding dehydrator 60 and feeds back to the water supply tank 30.

반응조(45) 안에는 혼합이 잘되도록 교반기가 구비되어 있으며 반응조(45)는 최대 30bar, 240℃를 견딜 수 있는 압력용기로 만들어지고, 상부와 하부에는 개폐할 수 있는 게이트를 설치하여 상부로 공급되는 원료의 주입이 가능하도록 한다. An agitator is provided in the reaction tank 45 to ensure good mixing, and the reaction tank 45 is made of a pressure vessel that can withstand a maximum of 30 bar and 240 ° C. Allows the injection of raw materials.

또한 생산량을 증진을 목적으로 두 개 이상의 반응조(45)를 배치하여 운전할 수 있으며 수열탄화 과정이 종료된 후 아직 남아 있는 폐열을 다른 반응조(45)에서 활용할 수 있는 방식으로 연결을 한다. In addition, two or more reaction tanks 45 can be arranged and operated for the purpose of increasing production, and the waste heat still remaining after the hydrothermal carbonization process is completed is connected in such a way that other reaction tanks 45 can utilize it.

반응조(45) 하부는 반응물이 성형탈수기(60)로 갈 수 있도록 하며 수열반응의 핵심이 될 반응조(45)에는 급수 탱크(30)를 연결하여 필요한 물을 고형원료에 비해 무게기준으로 2~3배 정도 공급한다. The lower part of the reaction tank 45 allows the reactants to go to the molding dehydrator 60, and the water supply tank 30 is connected to the reaction tank 45, which will be the core of the hydrothermal reaction, so that the required water is 2 to 3 based on weight compared to the solid raw material. supply twice as much.

성형탈수기(60)는 필터 프레스 방식을 사용하고 폐수 처리는 활성슬러지법이나 역삼투압법에 의해 정수과정(75)을 통해 정수 후 급수 탱크(30)로 보내져서 재활용한다. The plastic dehydrator 60 uses a filter press method, and the wastewater treatment is purified through the purification process 75 by the activated sludge method or the reverse osmosis method, and then sent to the water supply tank 30 for recycling.

성형탈수기(60)와 정수기는 필요에 따라 다른 방식으로 구현할 수 있다. 성형탈수기(60)를 통해 성형이 된 반응물은 건조기(90)에서 저온 건조를 통해 건조한 후 최종 바이오 고형연료(100)로 생산이 되면 저장조로 옮겨지게 된다. The molding dehydrator 60 and the water purifier can be implemented in different ways as needed. The reactants molded through the molding dehydrator 60 are dried through low-temperature drying in the dryer 90 and then transferred to the storage tank when produced as the final bio-solid fuel 100.

이 모든 과정은 배치 생산방식을 기본으로 하는 구상이지만 공급되는 연료가 정형화되고 게이트의 개폐 등 공정을 자동화하여 연속운전 방식으로 구성할 수 있다.All of these processes are based on the batch production method, but the fuel supplied is standardized and processes such as gate opening and closing can be automated to configure a continuous operation method.

촉매는 균일계(Homogeneous) 및 불균일계(Heterogeneous) 촉매를 모두 일컫는다.The catalyst refers to both homogeneous and heterogeneous catalysts.

원료는 수급 효율성을 위해 한 종류의 가축분뇨를 수열탄화 반응조(45)에 공급한다. As a raw material, one kind of livestock manure is supplied to the hydrothermal carbonization reactor 45 for supply and demand efficiency.

물은 수열탄화 반응조(45)의 용량과 총 함수율을 고려하여 공급하며 아임계수 조건에서 이온성이 최대가 되게 한다. Water is supplied in consideration of the capacity and total moisture content of the hydrothermal carbonization reactor 45, and ionicity is maximized under subcritical water conditions.

촉매 첨가량은 건조한 가축분뇨의 무게를 고려하여 첨가한다. The amount of catalyst added is added considering the weight of dry livestock manure.

공정 중에 반응물들(가축분뇨, 물, 촉매)이 잘 혼합되도록 교반을 해준다. During the process, stirring is performed so that the reactants (livestock manure, water, catalyst) are well mixed.

수열탄화 공정의 온도와 압력은 200~250℃, 20-30bar의 조건이며 이상의 압력을 견딜 수 있는 용기 안에서 1~2시간 정도 공정시간을 두어 습식탄화시키는 것을 특징으로 한다. The temperature and pressure of the hydrothermal carbonization process are conditions of 200 ~ 250 ℃, 20-30 bar, and it is characterized by wet carbonization with a process time of about 1 to 2 hours in a container that can withstand the pressure above.

가축분뇨의 수열탄화 공정을 통해 생산된 고형연료는 환경부의 Bio-SRF 품질기준 즉, 저위발열량 3,000kcal/kg 이상의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.The solid fuel produced through the hydrothermal carbonization process of livestock manure is characterized in that it satisfies the Bio-SRF quality standard of the Ministry of Environment, that is, the condition of a low calorific value of 3,000 kcal/kg or more.

성형 제조된 바이오 고형연료는 필요에 따라 자연건조 또는 열풍건조를 할 수 있다. 분자구조 내의 수분은 제거가 된 상태이기 때문에 100℃ 이하의 저온 건조로 짧은 시간 안에 충분히 건조 시킬 수 있다.The molded biosolid fuel may be naturally dried or hot air dried as needed. Since the moisture in the molecular structure has been removed, it can be sufficiently dried in a short time by drying at a low temperature of 100℃ or less.

석탄화도는 원소분석에 의해 얻어진 연료의 수소 대 탄소 원자수의 비 혹은 산소 대 탄소 원자수의 비로 나타낸다. The degree of coalification is expressed as the ratio of the number of hydrogen to carbon atoms or the ratio of the number of oxygen to carbon atoms in the fuel obtained by elemental analysis.

수소 대 탄소 원자비에 의한 석탄화도의 경우 단순 건조된 가축분뇨는 0.2~0.8이지만 촉매를 첨가한 수열탄화 과정을 통해 생성된 바이오 고형연료는 최대 2배 이상 석탄화가 진행된다. In the case of coalization by hydrogen-to-carbon atomic ratio, simple dried livestock manure is 0.2 to 0.8, but biosolid fuel produced through hydrothermal carbonization with a catalyst is up to twice as much coalization.

가축분뇨, 물(증류수 혹은 순수) 그리고 촉매를 혼합하여 교반기가 갖춰진 밀폐 압력 용기 안에 원료를 공급하고 온도범위 200~250℃, 압력범위 20~30bar, 반응시간 1~2시간의 습식 조건에서 수열탄화 과정 후 성형 및 건조 공정을 거친다.Livestock manure, water (distilled water or pure water), and catalyst are mixed, and raw materials are supplied in a sealed pressure vessel equipped with an agitator, and hydrothermal carbonization is performed under wet conditions with a temperature range of 200 to 250°C, a pressure range of 20 to 30 bar, and a reaction time of 1 to 2 hours. After the process, it undergoes molding and drying processes.

가축분뇨와 물은 공급 무게비를 기준으로 3:1 내지 2:1이며, 촉매는 공급되는 물의 무게비를 기준(물:촉매)으로 10:0.2 내지 10:0.4의 비율로 혼합한다.Livestock manure and water are mixed at a weight ratio of 3:1 to 2:1 based on the weight ratio supplied, and the catalyst is mixed at a ratio of 10:0.2 to 10:0.4 based on the weight ratio of water supplied (water: catalyst).

필요에 따라 가축분뇨 간의 비율을 바꿀 수 있고 기타 원료 간(물, 촉매)의 비율도 바꿀 수 있다.The ratio between livestock manure and other raw materials (water, catalyst) can be changed as needed.

가축분뇨는 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.Livestock manure may be used alone or in combination of two or more.

수열탄화 과정에 공급되는 촉매로는 균일계 및 불균일계 촉매를 포함하며, 액상 촉매로써 과산화수소(H2O2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Catalysts supplied to the hydrothermal carbonization process include homogeneous and heterogeneous catalysts, and include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) as a liquid catalyst.

상기 촉매는 아세트산(CH3COOH)을 더욱 포함할 수 있다. 이 경우 상기 아세트산(CH3COOH)은 상기 과산화수소(H2O2) 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부의 양으로 혼합할 수 있다.The catalyst may further include acetic acid (CH 3 COOH). In this case, the acetic acid (CH 3 COOH) may be mixed in an amount of 1 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).

또한 상기 촉매는 균일계 및 불균일계 촉매를 포함하며 염화제일철(FeCl2), 염화제이철(FeCl3), 인산철(FePO4) 및 제이산화철(Fe2O3)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 철(Ion) 기반 고체 촉매가 하나 이상이 더욱 공급되는 것을 특징으로 한다. 이 경우 상기 철 기반 고체 촉매는 상기 과산화수소(H2O2) 100 중량부에 대하여 1 내지 50 중량부의 양으로 혼합할 수 있다.In addition, the catalyst includes homogeneous and heterogeneous catalysts and is selected from the group consisting of ferrous chloride (FeCl 2 ), ferric chloride (FeCl 3 ), iron phosphate (FePO 4 ) and ferric oxide (Fe 2 O 3 ). It is characterized in that one or more iron (Ion)-based solid catalysts are further supplied. In this case, the iron-based solid catalyst may be mixed in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).

또한 상기 촉매로는 균일계 및 불균일계 촉매를 포함하며 염화알루미늄(AlCl3), 염화아연(ZnCl2)과 같은 염소(Chloride) 기반 고체 촉매가 하나 이상이 더욱 공급되는 것을 특징으로 한다. 이 경우 상기 염소 기반 고체 촉매는 상기 과산화수소(H2O2) 100 중량부에 대하여 1 내지 50 중량부의 양으로 혼합할 수 있다.In addition, the catalyst includes homogeneous and heterogeneous catalysts, and one or more chlorine-based solid catalysts such as aluminum chloride (AlCl 3 ) and zinc chloride (ZnCl 2 ) are further supplied. In this case, the chlorine-based solid catalyst may be mixed in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).

또한 상기 수열탄화 과정에 공급되는 촉매로는 균일계 및 불균일계 촉매를 포함하며 산화알루미늄(Al2O3), 산화아연(ZnO2)과 같은 산화물(Oxide) 기반 고체 촉매가 하나 이상이 더욱 공급되는 것을 특징으로 한다. 이 경우 상기 산화물 기반 고체 촉매는 상기 과산화수소(H2O2) 100 중량부에 대하여 1 내지 50 중량부의 양으로 혼합할 수 있다.In addition, the catalyst supplied to the hydrothermal carbonization process includes homogeneous and heterogeneous catalysts, and one or more oxide-based solid catalysts such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zinc oxide (ZnO 2 ) are further supplied. characterized by being In this case, the oxide-based solid catalyst may be mixed in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).

본 발명은 가축분뇨의 수열탄화공정 및 촉매기술 적용을 통해 고품질 친환경 바이오 고형연료를 제조하려는 목적을 가지고 기존 건조공정으로부터 생산이 불가능한 계분을 이용하면서도 에너지화(친환경 바이오 고형연료 생산) 할 수 있다.The present invention has the purpose of manufacturing high-quality eco-friendly bio-solid fuel through the application of hydrothermal carbonization process and catalyst technology of livestock manure, and can energize (produce eco-friendly bio-solid fuel) while using chicken manure that cannot be produced from existing drying processes.

수열탄화 공정이라 함은 물의 초임계 조건(374℃, 221.1bar) 이하의 압력과 온도에서 증기(고온중압) 혹은 물(중온고압)의 형태일 때 이온성이 최대가 되고 유전율이 감소하는 성질을 이용하여 수열을 가하여 유기물을 가수분해 및 탈카르복실화 반응을 일으켜 수소와 산소의 양을 줄여주고 탄소의 양을 늘려줘서, 결국, 휘발성 물질의 양은 낮춰주고 고정탄소의 양은 높여, 최종적으로 생성 연료의 열량을 높여줄 수 있는 반응이다. 이때, 반응을 위한 중요 조건은 온도와 압력 그리고 반응시간인데 촉매를 사용할 경우, 온도와 압력 그리고 반응시간을 줄여 줄 수 있다.The hydrothermal carbonization process refers to the property of maximizing ionicity and decreasing dielectric constant when in the form of steam (high temperature and medium pressure) or water (medium temperature and high pressure) at a pressure and temperature below the supercritical condition of water (374 ℃, 221.1 bar). hydrolysis and decarboxylation of organic matter by applying hydrolysis, reducing the amount of hydrogen and oxygen and increasing the amount of carbon, eventually lowering the amount of volatile substances and increasing the amount of fixed carbon, finally producing fuel It is a reaction that can increase the calorific value. At this time, important conditions for the reaction are temperature, pressure and reaction time, but when a catalyst is used, the temperature, pressure and reaction time can be reduced.

기존의 수열탄화 촉매는 강산계 촉매를 사용하는데 비해, 본 발명에서 적용된 촉매기술은 생성물의 pH가 중성 범위(7.0~8.0)로 조절 가능하여 폐수처리를 최소화하고 유해물질이 저감되는 효과가 있음을 확인하였다. Compared to conventional hydrothermal carbonization catalysts that use strong acid catalysts, the catalyst technology applied in the present invention has the effect of minimizing wastewater treatment and reducing harmful substances by adjusting the pH of the product to a neutral range (7.0 to 8.0). Confirmed.

전체 생성과정의 안정화를 위해서 촉매 없이 온도와 압력 그리고 반응시간을 최적화하는 친환경 생산과정을 통해 독특한 신·재생에너지 고형연료를 생산하는 방법을 채택하였다.In order to stabilize the entire production process, a unique new and renewable energy solid fuel production method was adopted through an eco-friendly production process that optimizes temperature, pressure, and reaction time without a catalyst.

이러한 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 축산분뇨의 수열탄화반응 및 촉매기술을 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법은 다음과 같다.A method for producing eco-friendly bio solid fuel using hydrothermal carbonization of livestock manure and catalyst technology according to an embodiment of the present invention having such a configuration is as follows.

도 2를 참조하면, 축산분뇨의 수열탄화반응 및 촉매기술을 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법은,Referring to FIG. 2, the method for producing eco-friendly biosolid fuel using hydrothermal carbonization of livestock manure and catalyst technology,

원료(가축분뇨)를 반응조(45)에 공급하는 단계(S210);supplying a raw material (livestock manure) to the reaction tank 45 (S210);

물과 촉매를 상기 반응조(45)에 공급하여 상기 원료와 혼합교반하는 단계(S220);supplying water and a catalyst to the reactor 45 to mix and stir the raw materials (S220);

상기 원료의 탄화수소를 탄화물로 바꿔주는 수열탄화 공정을 진행하는 단계(S230);Performing a hydrothermal carbonization process for converting hydrocarbons of the raw material into carbides (S230);

상기 수열탄화 공정으로 생성된 바이오 고형분말을 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 성형 공정을 진행하는 단계(S240);Performing a molding process to make the bio solid powder produced by the hydrothermal carbonization process into a solid fuel in the form of pellets (S240);

상기 펠렛 형태의 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조 공정을 진행하는 단계(S250)를 포함한다.and performing a drying process for removing moisture remaining on the surface of the solid fuel in the form of pellets (S250).

먼저, 원료(가축분뇨)를 반응조(45)에 공급하고, 물과 촉매를 상기 반응조(45)에 공급하여 상기 원료와 혼합교반한다.First, a raw material (livestock manure) is supplied to the reaction tank 45, and water and a catalyst are supplied to the reaction tank 45 to mix and stir with the raw material.

이때, 반응조(45) 안에는 혼합이 잘되도록 교반기가 구비되어 있으며 반응조(45)는 최대 30bar, 240℃를 견딜 수 있는 압력용기로 만들어지고 상부와 하부에는 개폐할 수 있는 게이트를 설치하여 상부로 공급되는 원료의 주입이 가능하도록 한다. At this time, an agitator is provided in the reaction tank 45 to ensure good mixing, and the reaction tank 45 is made of a pressure vessel capable of withstanding a maximum of 30 bar and 240 ° C, and a gate that can be opened and closed is installed at the top and bottom to supply to the top. It is possible to inject raw materials to be used.

상기 촉매는 액상 촉매로써 과산화수소(H2O2) 및 아세트산(CH3COOH), 고체 촉매로써 염화제일철(FeCl2), 염화제이철(FeCl3), 인산철(FePO4), 제이산화철(Fe2O3)과 같은 철(Ion) 기반 고체 촉매, 염화알루미늄(AlCl3), 염화아연(ZnCl2)과 같은 염소(Chloride) 기반 촉매, 산화알루미늄(Al2O3), 산화아연(ZnO2)과 같은 산화물(Oxide) 기반 촉매가 사용되는 것이 바람직하다. The catalyst is hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and acetic acid (CH 3 COOH) as a liquid catalyst, ferrous chloride (FeCl 2 ), ferric chloride (FeCl 3 ), iron phosphate (FePO 4 ), and ferric oxide (Fe 2 Ion-based solid catalysts such as O 3 ), chloride-based catalysts such as aluminum chloride (AlCl 3 ) and zinc chloride (ZnCl 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and zinc oxide (ZnO 2 ) An oxide-based catalyst such as is preferably used.

그러면, 상기 원료에 포함된 탄화수소를 탄화물로 바꿔주는 수열탄화 공정이 진행된다.Then, a hydrothermal carbonization process of converting hydrocarbons included in the raw material into carbides is performed.

그리고 나서, 성형탈수기(60)는 필터 프레스 방식으로 상기 수열탄화 공정으로 생성된 바이오 고형분말을 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 성형 공정을 진행한다. 이때, 폐수 처리는 활성슬러지법이나 역삼투압법에 의해 정수과정(75)을 통해 정수 후 급수 탱크(30)로 보내져서 재활용한다. Then, the molding dehydrator 60 performs a molding process in which the bio-solid powder produced by the hydrothermal carbonization process is made into a solid fuel in the form of pellets in a filter press method. At this time, the wastewater treatment is purified through the purification process 75 by the activated sludge method or the reverse osmosis method, and then sent to the water supply tank 30 to be recycled.

성형탈수기(60)를 통해 성형이 된 반응물은 건조기(90)에서 저온 건조를 통해 건조한 후 최종 바이오 고형연료로 생산이 되면 저장조(100)로 옮겨지게 된다. The reactant molded through the molding dehydrator 60 is dried through low-temperature drying in the dryer 90 and then transferred to the storage tank 100 when produced as a final bio-solid fuel.

이 모든 과정은 배치 생산방식을 기본으로 하는 구상이지만 공급되는 연료가 정형화되고 게이트의 개폐 등 공정을 자동화하여 연속운전 방식으로 구성할 수 있다.All of these processes are based on the batch production method, but the fuel supplied is standardized and processes such as gate opening and closing can be automated to configure a continuous operation method.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described through examples. However, the following examples are for explaining the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

[참고예 1] [Reference Example 1]

채취한 가축분뇨(돈분, 우분, 계분)을 건조 공정으로부터 바이오 고형연료를 제조하는 실험을 아래와 같은 방법으로 수행하였다.Experiments for producing bio-solid fuel from the drying process of collected livestock manure (pig manure, cow manure, chicken manure) were performed in the following manner.

도 3을 참조하면, 채취한 각각의 가축분뇨를 강제 순환 건조기(90)에서 90℃, 24시간 조건으로 건조하여 고형연료를 생산하였으며 Bomb Calorimeter(Parr 6200 Isoperibol Oxygen Bomb Calorimeter)를 통해 고위발열량을 측정하고 원소분석기(Elementar Analysensysteme GmbH), ICP-OES(Agilent Technologies 700 ICP-OES), Ion Chromatograph(Metrohm MIC-7 Advanced/Metrohm ICFLEX 930) 등의 장비를 사용하여 연료 특성을 분석하였다. Referring to FIG. 3, each collected livestock manure was dried in a forced circulation dryer (90) at 90 ° C for 24 hours to produce solid fuel, and the high calorific value was measured using a Bomb Calorimeter (Parr 6200 Isoperibol Oxygen Bomb Calorimeter). and fuel characteristics were analyzed using equipment such as an elemental analyzer (Elementar Analysensysteme GmbH), ICP-OES (Agilent Technologies 700 ICP-OES), and an ion chromatograph (Metrohm MIC-7 Advanced/Metrohm ICFLEX 930).

아래의 표 1은 가축분뇨에 따른 고위발열량과 원소분석 및 유해성분 분석 결과를 나타낸 표이며, 고위발열량은 돈분(4,193 kcal/kg)>우분(3,458 kcal/kg)>계분(2,038 kcal/kg) 순서였고 돈분과 우분은 건조 공정으로부터 바이오 고형연료를 제조하였을 때, 발열량 기준(저위발열량 3,000 kcal/kg)을 만족하지만 계분의 경우는 건조 공정을 거치더라도 기준에 못 미친다는 것을 알 수 있다.Table 1 below shows the results of high calorific value, elemental analysis, and harmful component analysis according to livestock manure. It can be seen that pig manure and cow manure meet the calorific value standard (low calorific value 3,000 kcal/kg) when biosolid fuel is produced from the drying process, but in the case of chicken manure, even after going through the drying process, it does not meet the standard.

우분Woobun 돈분money powder 계분chicken manure 고위발열량 (kcal/kg)High calorific value (kcal/kg) 3,4583,458 4,1934,193 2,0382,038

[비교예 1][Comparative Example 1]

채취한 계분과 물을 본 발명의 바이오 고형연료 제조장치를 이용하여 고형연료를 제조하였다. 촉매는 사용하지 않았다.Solid fuel was produced from the collected chicken manure and water using the bio-solid fuel manufacturing apparatus of the present invention. No catalyst was used.

[실시예 1][Example 1]

채취한 계분과 물 및 촉매를 본 발명의 바이오 고형연료 제조장치를 이용하여 고형연료를 제조하였다. 촉매로 과산화수소를 사용하였다.Solid fuel was prepared using the collected chicken manure, water, and catalyst using the bio-solid fuel manufacturing apparatus of the present invention. Hydrogen peroxide was used as a catalyst.

도 4를 참조하면, 비교예 1의 경우 채취한 계분과 물을 중량기준으로 3:1 비율로 혼합하고, 실시예 1의 경우, 계분:물:촉매의 공급 비율은 중량기준으로 3:1:0.04로 혼합하여 공급하여 1L 반응조(45)에 공급하고 220℃까지 승온하여 1.5시간 동안 수열탄화 과정을 수행하였다.Referring to FIG. 4, in the case of Comparative Example 1, the collected chicken manure and water were mixed in a ratio of 3:1 by weight, and in the case of Example 1, the supply ratio of chicken manure:water:catalyst was 3:1:1 by weight. The mixture was mixed at 0.04 and supplied to a 1L reaction tank 45, and the temperature was raised to 220° C. to perform a hydrothermal carbonization process for 1.5 hours.

반응 후, 생성물의 고액분리는 Watman#1 여과지로 진공 분리하였고 고형물은 90℃에서 12시간 동안 강제 순환 건조기(90)에 건조한 후 참고예 1과 같은 방법으로 고형연료의 특성을 분석하였다. After the reaction, the solid-liquid separation of the product was vacuum-separated with a Whatman #1 filter paper, and the solids were dried in a forced circulation dryer 90 at 90 ° C. for 12 hours, and then the characteristics of the solid fuel were analyzed in the same manner as in Reference Example 1.

아래의 표 2는 고형연료화 및 촉매기술 적용에 따른 연료 특성을 비교한 표이다. Table 2 below is a comparison table of fuel characteristics according to the application of solid fuel conversion and catalyst technology.

위의 발명의 효과에서 언급한 바와 같이, 가축분뇨 중 가장 낮은 발열량을 가지며 기존의 건조 공정으로부터 생산이 불가능한 계분에 수열탄화 및 촉매 기술을 적용함으로써 바이오 고형연료 기준에 적합한(발열량 증진, 유해성분 저감) 친환경 바이오 고형연료를 생산하였다.As mentioned in the effect of the above invention, by applying hydrothermal carbonization and catalyst technology to chicken manure, which has the lowest calorific value among livestock manure and cannot be produced from the existing drying process, it is suitable for bio-solid fuel standards (calorific value enhancement, harmful component reduction ) produced eco-friendly bio solid fuel.

고형연료화 기술 구분Classification of solid fuel technology 건조dry 비교예 1Comparative Example 1 실시예 1Example 1 고위발열량 (kcal/kg)High calorific value (kcal/kg) 2,0382,038 2,6132,613 3,6433,643

[실시예 2][Example 2]

상기 실시예 1에 촉매로서 아세트산을 사용된 과산화수소의 10 중량부가 되도록 더욱 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 대등한 방법으로 친환경 바이오 고형연료를 생산하였다.Eco-friendly biosolid fuel was produced in the same manner as in Example 1, except that 10 parts by weight of hydrogen peroxide was used as a catalyst in Example 1.

[실시예 3][Example 3]

상기 실시예 2에 촉매로서 철기반 고체촉매를 사용된 과산화수소의 10 중량부가 되도록 더욱 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 대등한 방법으로 친환경 바이오 고형연료를 생산하였다.Eco-friendly bio-solid fuel was produced in the same manner as in Example 2, except that an iron-based solid catalyst was further used as a catalyst in Example 2 so that 10 parts by weight of hydrogen peroxide was used.

[실시예 4][Example 4]

상기 실시예 2에 촉매로서 염소 기반 고체촉매를 사용된 과산화수소의 10 중량부가 되도록 더욱 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 대등한 방법으로 친환경 바이오 고형연료를 생산하였다.Eco-friendly biosolid fuel was produced in the same manner as in Example 2, except that a chlorine-based solid catalyst was further used as a catalyst in Example 2 so that 10 parts by weight of hydrogen peroxide was used.

[실시예 5][Example 5]

상기 실시예 2에 촉매로서 산화물 기반 고체촉매를 사용된 과산화수소의 10 중량부가 되도록 더욱 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 대등한 방법으로 친환경 바이오 고형연료를 생산하였다.Eco-friendly bio-solid fuel was produced in the same manner as in Example 2, except that an oxide-based solid catalyst was further used as a catalyst in Example 2 so that 10 parts by weight of hydrogen peroxide was used.

반응 후, 생성물의 고액분리는 Watman#1 여과지로 진공 분리하였고 고형물은 90℃에서 12시간 동안 강제 순환 건조기(90)에 건조한 후 참고예 1과 같은 방법으로 고형연료의 특성을 분석하였다. After the reaction, the solid-liquid separation of the product was vacuum-separated with a Whatman #1 filter paper, and the solids were dried in a forced circulation dryer 90 at 90 ° C. for 12 hours, and then the characteristics of the solid fuel were analyzed in the same manner as in Reference Example 1.

아래의 표 2는 고형연료화 및 촉매기술 적용에 따른 연료 특성을 비교한 표이다. Table 2 below is a comparison table of fuel characteristics according to the application of solid fuel conversion and catalyst technology.

위의 발명의 효과에서 언급한 바와 같이, 가축분뇨 중 가장 낮은 발열량을 가지며 기존의 건조 공정으로부터 생산이 불가능한 계분에 수열탄화 및 촉매 기술을 적용함으로써 바이오 고형연료 기준에 적합한(발열량 증진, 유해성분 저감) 친환경 바이오 고형연료를 생산하였다.As mentioned in the effect of the above invention, by applying hydrothermal carbonization and catalyst technology to chicken manure, which has the lowest calorific value among livestock manure and cannot be produced from the existing drying process, it is suitable for bio-solid fuel standards (calorific value enhancement, harmful component reduction ) produced eco-friendly bio solid fuel.

고형연료화 기술 구분Classification of solid fuel technology 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 고위발열량 (kcal/kg)High calorific value (kcal/kg) 3,6723,672 3,6953,695 3,6873,687 3,6913,691

상기 표 3에 나타나는 바와 같이 실시예 2 내지 5의 경우도 계분에 수열탄화 및 촉매 기술을 적용함으로써 바이오 고형연료 기준에 적합한(발열량 증진, 유해성분 저감) 친환경 바이오 고형연료를 생산하는 것이 가능하며, 과산화수소만을 사용하는 것보다 다른 촉매를 혼합하여 사용하는 것이 효과가 더욱 우수함을 확인할 수 있다.As shown in Table 3, in the case of Examples 2 to 5, by applying hydrothermal carbonization and catalyst technology to chicken manure, it is possible to produce eco-friendly bio solid fuel that meets the bio solid fuel standards (calorific value enhancement, harmful component reduction), It can be seen that the effect of using a mixture of other catalysts is more excellent than using only hydrogen peroxide.

Claims (8)

원료를 반응조에 공급하는 단계;
물과 촉매를 상기 반응조에 공급하여 상기 원료와 혼합교반하는 단계;
상기 원료의 탄화수소를 탄화물로 바꿔주는 수열탄화 공정을 진행하는 단계;
상기 수열탄화 공정으로 생성된 바이오 고형분말을 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 성형 공정을 진행하는 단계;
상기 펠렛 형태의 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조 공정을 진행하는 단계를 포함하며,
상기 촉매는 과산화수소를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 촉매는 아세트산(CH3COOH)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 촉매는 균일계 및 불균일계 촉매를 포함하며, 염화제일철(FeCl2), 염화제이철(FeCl3), 인산철(FePO4) 및 제이산화철(Fe2O3)로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 철(Ion) 기반 고체 촉매가 하나 이상이 더욱 공급되는 것을 특징으로 하고,

상기 반응조 안에는 혼합이 잘되도록 교반기가 구비되어 있으며, 상기 반응조는 최대 30bar, 240℃를 견딜 수 있는 압력용기로 만들어지고, 상부와 하부에는 개폐할 수 있는 게이트를 설치하여 상부로 공급되는 원료의 주입이 가능하도록 하고,
수열탄화 과정이 종료된 후 아직 남아 있는 폐열을 다른 반응조에서 활용할 수 있는 방식으로 연결을 하고,
상기 반응조 하부는 반응물이 성형탈수기로 갈 수 있도록 하며 수열반응의 핵심이 될 상기 반응조에는 급수 탱크를 연결하여 필요한 물을 고형원료에 비해 무게기준으로 2~3배 정도 공급하고,
상기 성형탈수기는 필터 프레스 방식을 사용하고 폐수 처리는 활성슬러지법이나 역삼투압법에 의해 정수과정을 통해 정수 후 상기 급수 탱크로 보내져서 재활용되고,
수열탄화 공정의 온도와 압력은 200~250℃, 20-30bar의 조건이며, 상기 압력을 견딜 수 있는 용기 안에서 1~2시간 정도 공정시간을 두어 습식탄화시키는 것을 특징으로 하고,
상기 수열탄화 공정을 통해 생산된 고형연료는 환경부의 Bio-SRF 품질기준인 저위발열량 3,000kcal/kg 이상의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하고,
가축분뇨와 물은 공급 무게비를 기준으로 3:1 내지 2:1이며, 촉매는 공급되는 물의 무게비를 기준(물:촉매)으로 10:0.2 내지 10:0.4의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는
축산분뇨를 이용한 바이오 고형연료의 제조 방법.
supplying raw materials to a reactor;
supplying water and a catalyst to the reactor to mix and stir the raw materials;
Conducting a hydrothermal carbonization process for converting hydrocarbons of the raw material into carbides ;
Performing a molding process to make the bio solid powder produced by the hydrothermal carbonization process into a solid fuel in the form of a pellet;
A step of performing a drying process to remove moisture remaining on the surface of the solid fuel in the form of pellets,
The catalyst is characterized in that it contains hydrogen peroxide,
The catalyst is characterized in that it further comprises acetic acid (CH 3 COOH),
The catalyst includes homogeneous and heterogeneous catalysts, and at least one selected from the group consisting of ferrous chloride (FeCl 2 ), ferric chloride (FeCl 3 ), iron phosphate (FePO 4 ) and ferric oxide (Fe 2 O 3 ). Characterized in that one or more iron-based solid catalysts are further supplied,

An agitator is provided in the reaction tank to ensure good mixing, and the reaction tank is made of a pressure vessel capable of withstanding a maximum of 30 bar and 240° C., and a gate that can be opened and closed is installed at the top and bottom to inject the raw material supplied to the top. make this possible,
After the hydrothermal carbonization process is completed, the remaining waste heat is connected in such a way that it can be used in other reactors,
The lower part of the reaction tank allows the reactants to go to the dehydrator, and a water supply tank is connected to the reaction tank, which will be the core of the hydrothermal reaction, to supply 2 to 3 times as much water by weight as solid raw materials,
The plastic dehydrator uses a filter press method, and wastewater treatment is purified through a water purification process by an activated sludge method or a reverse osmosis method, and then sent to the water supply tank and recycled,
The temperature and pressure of the hydrothermal carbonization process are conditions of 200 ~ 250 ℃, 20-30 bar, characterized in that wet carbonization is performed with a process time of about 1 to 2 hours in a container that can withstand the pressure,
The solid fuel produced through the hydrothermal carbonization process is characterized in that it satisfies the condition of a low calorific value of 3,000 kcal / kg or more, which is the Bio-SRF quality standard of the Ministry of Environment,
Livestock manure and water are 3: 1 to 2: 1 based on the weight ratio of supply, and the catalyst is mixed in a ratio of 10: 0.2 to 10: 0.4 based on the weight ratio of supplied water (water: catalyst)
Manufacturing method of bio solid fuel using livestock manure.
삭제delete 삭제delete 원료를 반응조에 공급하는 단계;
물과 촉매를 상기 반응조에 공급하여 상기 원료와 혼합교반하는 단계;
상기 원료의 탄화수소를 탄화물로 바꿔주는 수열탄화 공정을 진행하는 단계;
상기 수열탄화 공정으로 생성된 바이오 고형분말을 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 성형 공정을 진행하는 단계;
상기 펠렛 형태의 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조 공정을 진행하는 단계를 포함하며,
상기 촉매는 과산화수소를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 촉매는 아세트산(CH3COOH)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 촉매는 균일계 및 불균일계 촉매를 포함하며, 염화알루미늄(AlCl3) 또는 염화아연(ZnCl2)의 염소(Chloride) 기반 고체 촉매가 하나 이상 더욱 공급되는 것을 특징으로 하고,

상기 반응조 안에는 혼합이 잘되도록 교반기가 구비되어 있으며, 상기 반응조는 최대 30bar, 240℃를 견딜 수 있는 압력용기로 만들어지고, 상부와 하부에는 개폐할 수 있는 게이트를 설치하여 상부로 공급되는 원료의 주입이 가능하도록 하고,
수열탄화 과정이 종료된 후 아직 남아 있는 폐열을 다른 반응조에서 활용할 수 있는 방식으로 연결을 하고,
상기 반응조 하부는 반응물이 성형탈수기로 갈 수 있도록 하며 수열반응의 핵심이 될 상기 반응조에는 급수 탱크를 연결하여 필요한 물을 고형원료에 비해 무게기준으로 2~3배 정도 공급하고,
상기 성형탈수기는 필터 프레스 방식을 사용하고 폐수 처리는 활성슬러지법이나 역삼투압법에 의해 정수과정을 통해 정수 후 상기 급수 탱크로 보내져서 재활용되고,
수열탄화 공정의 온도와 압력은 200~250℃, 20-30bar의 조건이며, 상기 압력을 견딜 수 있는 용기 안에서 1~2시간 정도 공정시간을 두어 습식탄화시키는 것을 특징으로 하고,
상기 수열탄화 공정을 통해 생산된 고형연료는 환경부의 Bio-SRF 품질기준인 저위발열량 3,000kcal/kg 이상의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하고,
가축분뇨와 물은 공급 무게비를 기준으로 3:1 내지 2:1이며, 촉매는 공급되는 물의 무게비를 기준(물:촉매)으로 10:0.2 내지 10:0.4의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는
축산분뇨를 이용한 바이오 고형연료의 제조 방법.
supplying raw materials to a reactor;
supplying water and a catalyst to the reactor to mix and stir the raw materials;
Conducting a hydrothermal carbonization process for converting hydrocarbons of the raw material into carbides;
Performing a molding process to make the bio solid powder produced by the hydrothermal carbonization process into a solid fuel in the form of a pellet;
A step of performing a drying process to remove moisture remaining on the surface of the solid fuel in the form of pellets,
The catalyst is characterized in that it contains hydrogen peroxide,
The catalyst is characterized in that it further comprises acetic acid (CH 3 COOH),
The catalyst includes homogeneous and heterogeneous catalysts, characterized in that at least one chloride-based solid catalyst of aluminum chloride (AlCl 3 ) or zinc chloride (ZnCl 2 ) is further supplied,

An agitator is provided in the reaction tank to ensure good mixing, and the reaction tank is made of a pressure vessel capable of withstanding a maximum of 30 bar and 240° C., and a gate that can be opened and closed is installed at the top and bottom to inject the raw material supplied to the top. make this possible,
After the hydrothermal carbonization process is completed, the remaining waste heat is connected in such a way that it can be used in other reactors,
The lower part of the reaction tank allows the reactants to go to the dehydrator, and a water supply tank is connected to the reaction tank, which will be the core of the hydrothermal reaction, to supply 2 to 3 times as much water by weight as solid raw materials,
The plastic dehydrator uses a filter press method, and wastewater treatment is purified through a water purification process by an activated sludge method or a reverse osmosis method, and then sent to the water supply tank and recycled,
The temperature and pressure of the hydrothermal carbonization process are conditions of 200 ~ 250 ℃, 20-30 bar, characterized in that wet carbonization is performed with a process time of about 1 to 2 hours in a container that can withstand the pressure,
The solid fuel produced through the hydrothermal carbonization process is characterized in that it satisfies the condition of a low calorific value of 3,000 kcal / kg or more, which is the Bio-SRF quality standard of the Ministry of Environment,
Livestock manure and water are 3: 1 to 2: 1 based on the weight ratio of supply, and the catalyst is mixed in a ratio of 10: 0.2 to 10: 0.4 based on the weight ratio of supplied water (water: catalyst)
Manufacturing method of bio solid fuel using livestock manure.
원료를 반응조에 공급하는 단계;
물과 촉매를 상기 반응조에 공급하여 상기 원료와 혼합교반하는 단계;
상기 원료의 탄화수소를 탄화물로 바꿔주는 수열탄화 공정을 진행하는 단계;
상기 수열탄화 공정으로 생성된 바이오 고형분말을 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 성형 공정을 진행하는 단계;
상기 펠렛 형태의 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조 공정을 진행하는 단계를 포함하며,
상기 촉매는 과산화수소를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 촉매는 균일계 및 불균일계 촉매를 포함하며, 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화아연(ZnO2)의 산화물(Oxide) 기반 고체 촉매가 하나 이상 공급되는 것을 특징으로 하고,

상기 반응조 안에는 혼합이 잘되도록 교반기가 구비되어 있으며, 상기 반응조는 최대 30bar, 240℃를 견딜 수 있는 압력용기로 만들어지고, 상부와 하부에는 개폐할 수 있는 게이트를 설치하여 상부로 공급되는 원료의 주입이 가능하도록 하고,
수열탄화 과정이 종료된 후 아직 남아 있는 폐열을 다른 반응조에서 활용할 수 있는 방식으로 연결을 하고,
상기 반응조 하부는 반응물이 성형탈수기로 갈 수 있도록 하며 수열반응의 핵심이 될 상기 반응조에는 급수 탱크를 연결하여 필요한 물을 고형원료에 비해 무게기준으로 2~3배 정도 공급하고,
상기 성형탈수기는 필터 프레스 방식을 사용하고 폐수 처리는 활성슬러지법이나 역삼투압법에 의해 정수과정을 통해 정수 후 상기 급수 탱크로 보내져서 재활용되고,
수열탄화 공정의 온도와 압력은 200~250℃, 20-30bar의 조건이며, 상기 압력을 견딜 수 있는 용기 안에서 1~2시간 정도 공정시간을 두어 습식탄화시키는 것을 특징으로 하고,
상기 수열탄화 공정을 통해 생산된 고형연료는 환경부의 Bio-SRF 품질기준인 저위발열량 3,000kcal/kg 이상의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하고,
가축분뇨와 물은 공급 무게비를 기준으로 3:1 내지 2:1이며, 촉매는 공급되는 물의 무게비를 기준(물:촉매)으로 10:0.2 내지 10:0.4의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는
축산분뇨를 이용한 바이오 고형연료의 제조 방법.
supplying raw materials to a reactor;
supplying water and a catalyst to the reactor to mix and stir the raw materials;
Conducting a hydrothermal carbonization process for converting hydrocarbons of the raw material into carbides;
Performing a molding process to make the bio solid powder produced by the hydrothermal carbonization process into a solid fuel in the form of a pellet;
A step of performing a drying process to remove moisture remaining on the surface of the solid fuel in the form of pellets,
The catalyst is characterized in that it contains hydrogen peroxide,
The catalyst includes homogeneous and heterogeneous catalysts, characterized in that at least one oxide-based solid catalyst of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or zinc oxide (ZnO 2 ) is supplied,

An agitator is provided in the reaction tank to ensure good mixing, and the reaction tank is made of a pressure vessel capable of withstanding a maximum of 30 bar and 240° C., and a gate that can be opened and closed is installed at the top and bottom to inject the raw material supplied to the top. make this possible,
After the hydrothermal carbonization process is completed, the remaining waste heat is connected in such a way that it can be used in other reactors,
The lower part of the reaction tank allows the reactants to go to the dehydrator, and a water supply tank is connected to the reaction tank, which will be the core of the hydrothermal reaction, to supply 2 to 3 times as much water by weight as solid raw materials,
The plastic dehydrator uses a filter press method, and wastewater treatment is purified through a water purification process by an activated sludge method or a reverse osmosis method, and then sent to the water supply tank and recycled,
The temperature and pressure of the hydrothermal carbonization process are conditions of 200 ~ 250 ℃, 20-30 bar, characterized in that wet carbonization is performed with a process time of about 1 to 2 hours in a container that can withstand the pressure,
The solid fuel produced through the hydrothermal carbonization process is characterized in that it satisfies the condition of a low calorific value of 3,000 kcal / kg or more, which is the Bio-SRF quality standard of the Ministry of Environment,
Livestock manure and water are 3: 1 to 2: 1 based on the weight ratio of supply, and the catalyst is mixed in a ratio of 10: 0.2 to 10: 0.4 based on the weight ratio of supplied water (water: catalyst)
Manufacturing method of bio solid fuel using livestock manure.
원료를 공급하기 위한 원료 공급기;
물과 촉매를 공급하기 위한 급수탱크;
상기 원료와 상기 물과 촉매를 혼합교반하면서, 상기 원료의 탄화수소를 탄화물로 바꿔주는 수열탄화 공정을 진행하는 반응조;
상기 반응조의 수열탄화 공정으로 생성된 바이오 고형분말을 탈수하면서 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 성형 공정을 진행하는 성형 탈수기;
상기 펠렛 형태의 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조기를 포함하고,
상기 성형 탈수기에서 출력되는 물을 정수처리하여 상기 급수탱크로 피드백하는 정수처리장치를 더 포함하고

상기 반응조 안에는 혼합이 잘되도록 교반기가 구비되어 있으며, 상기 반응조는 최대 30bar, 240℃를 견딜 수 있는 압력용기로 만들어지고, 상부와 하부에는 개폐할 수 있는 게이트를 설치하여 상부로 공급되는 원료의 주입이 가능하도록 하고,
수열탄화 과정이 종료된 후 아직 남아 있는 폐열을 다른 반응조에서 활용할 수 있는 방식으로 연결을 하고,
상기 반응조 하부는 반응물이 상기 성형탈수기로 갈 수 있도록 하며 수열반응의 핵심이 될 상기 반응조에는 급수 탱크를 연결하여 필요한 물을 고형원료에 비해 무게기준으로 2~3배 정도 공급하고,
상기 성형탈수기는 필터 프레스 방식을 사용하고 폐수 처리는 활성슬러지법이나 역삼투압법에 의해 정수과정을 통해 정수 후 상기 급수 탱크로 보내져서 재활용되고,
수열탄화 공정의 온도와 압력은 200~250℃, 20-30bar의 조건이며, 상기 압력을 견딜 수 있는 용기 안에서 1~2시간 정도 공정시간을 두어 습식탄화시키는 것을 특징으로 하고,
상기 수열탄화 공정을 통해 생산된 고형연료는 환경부의 Bio-SRF 품질기준인 저위발열량 3,000kcal/kg 이상의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하고,
가축분뇨와 물은 공급 무게비를 기준으로 3:1 내지 2:1이며, 촉매는 공급되는 물의 무게비를 기준(물:촉매)으로 10:0.2 내지 10:0.4의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는
축산분뇨를 이용한 바이오 고형연료의 제조 장치.
a raw material feeder for supplying raw materials;
A water supply tank for supplying water and catalyst;
A reaction tank for performing a hydrothermal carbonization process of converting hydrocarbons of the raw material into carbides while mixing and stirring the raw material, the water, and the catalyst;
A molding dehydrator for dehydrating the bio-solid powder produced by the hydrothermal carbonization process of the reactor and performing a molding process to make solid fuel in the form of pellets;
A dryer for removing moisture remaining on the surface of the solid fuel in the form of pellets,
Further comprising a water treatment device that treats the water output from the molding dehydrator and feeds back to the water supply tank

An agitator is provided in the reaction tank to ensure good mixing, and the reaction tank is made of a pressure vessel capable of withstanding a maximum of 30 bar and 240° C., and a gate that can be opened and closed is installed at the top and bottom to inject the raw material supplied to the top. make this possible,
After the hydrothermal carbonization process is completed, the remaining waste heat is connected in such a way that it can be used in other reactors,
The lower part of the reaction tank allows the reactants to go to the dehydrator, and a water supply tank is connected to the reaction tank, which will be the core of the hydrothermal reaction, to supply 2 to 3 times as much water by weight as solid raw materials,
The plastic dehydrator uses a filter press method, and wastewater treatment is purified through a water purification process by an activated sludge method or a reverse osmosis method, and then sent to the water supply tank and recycled,
The temperature and pressure of the hydrothermal carbonization process are conditions of 200 ~ 250 ℃, 20-30 bar, characterized in that wet carbonization is performed with a process time of about 1 to 2 hours in a container that can withstand the pressure,
The solid fuel produced through the hydrothermal carbonization process is characterized in that it satisfies the condition of a low calorific value of 3,000 kcal / kg or more, which is the Bio-SRF quality standard of the Ministry of Environment,
Livestock manure and water are 3: 1 to 2: 1 based on the weight ratio of supply, and the catalyst is mixed in a ratio of 10: 0.2 to 10: 0.4 based on the weight ratio of supplied water (water: catalyst)
Bio solid fuel manufacturing device using livestock manure.
삭제delete 제1항 기재의 축산분뇨를 이용한 바이오 고형연료의 제조 방법에 의하여 제조된 바이오 고형연료.
A bio-solid fuel produced by the method of manufacturing bio-solid fuel using livestock manure according to claim 1.
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