KR102640215B1 - 폐 목화섬유를 이용한 고체연료의 제조방법 및 이에 따라 제조된 폐 목화섬유가 포함된 고체섬유 - Google Patents
폐 목화섬유를 이용한 고체연료의 제조방법 및 이에 따라 제조된 폐 목화섬유가 포함된 고체섬유 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 폐 목화섬유를 준비하는 목화섬유 준비 단계; 상기 폐 목화섬유를 건조한 뒤 분쇄하여 목화섬유 분말을 제조하는 분말 혼합물 제조 단계; 상기 목화섬유 분말과 폐유를 혼합하여 원료 슬러지를 제조하는 원료 슬러지 제조 단계; 상기 폐 목화섬유와 원료 슬러지를 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 원료 혼합물 제조 단계; 상기 원료 혼합물을 소정 형상으로 성형한 뒤 건조하여 고체연료를 제조하는 성형 단계;를 포함하는, 폐 목화섬유를 이용한 고체연료의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 폐 목화섬유가 포함된 고체연료에 관한 것으로, 방적 공정이나 목화솜을 사용하여 제품을 제조하는 공정에서 발생하는 폐 목화섬유를 재활용하여 연료화할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 폐 목화섬유를 이용한 고체연료의 제조방법 및 이에 따라 제조된 폐 목화섬유가 포함된 고체섬유에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 방적 공정이나 목화솜을 사용하여 제품을 제조하는 공정에서 발생하는 폐 목화섬유를 재활용하여 연료화할 수 있는 방법 및 이에 따라 제조된 고체연료에 관한 것이다.
면섬유는 천연 섬유의 일종으로, 목화에서 얻어낸 솜에서 추출되어 제조되며, 부드럽고 쾌적한 촉감을 갖고, 인체에 자극이 적으며, 흡습성이 우수하고, 강도가 뛰어나 사람의 옷, 속옷을 포함하여 거즈, 붕대, 침구 등 피부에 닿을 수 있는 다양한 제품군에 적용되는 섬유이다.
동서양을 막론하고 목화의 재배가 가능한 지역에서는 가장 보편적인 섬유로 이용되어 왔으며, 최근에는 합성섬유와 재생섬유의 발전으로 인해 비중이 다소 감소하였으나, 면섬유를 완전히 대체할 수 있는 섬유가 없기에 현재에도 널리 이용되고 있는 섬유이다.
이와 같은 면섬유는 목화 솜을 채취하여, 여기에 포함되어 있는 씨나 부스러기등의 잡물을 제거하고, 빗질(carding), 정섬(cleaning) 연신(drafting)등의 공정을 통해 추가적인 잡물을 제거하고 어느정도 일정한 굵기의 섬유를 제조한 뒤, 소정 길이, 굵기 및 강도를 갖도록 섬유에 적절한 꼬임을 가하여 얻어질 수 있다.
이러한 방적 공정을 거치는 동안 솜 찌꺼기, 단섬유, 씨, 기타 부스러기들이 포함된 폐 목화섬유가 다량 발생하게 되는데, 이렇게 발생된 폐 목화섬유는 재활용이 불가능하기 때문에 전량 소각되어 폐기되고 있다.
뿐만 아니라, 목화솜을 이용하여 면화 제품, 예를 들어 면 부직포, 면필터, 생리대, 침구나 옷감 충전재용 솜 등을 제조하는 공정에서 발생하는 솜 부산물의 경우에도 재활용이 불가능하여, 매년 대량의 폐 목화섬유가 소각 폐기되고 있기 때문에, 이를 재활용할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명에서는 기존의 방적 공정이나 면화 제품 제조 공정에서 발생하는 폐 목화섬유를 재활용하여 연료화할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 폐 목화섬유를 건조한 뒤 분쇄하여 목화섬유 분말을 제조하는 분말 혼합물 제조 단계; 상기 목화섬유 분말과 폐유를 혼합하여 원료 슬러지를 제조하는 원료 슬러지 제조 단계; 폐 목화섬유와 원료 슬러지를 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 원료 혼합물 제조 단계; 및 상기 원료 혼합물을 소정 형상으로 성형한 뒤 건조하여 고체연료를 제조하는 성형 단계;를 포함하는, 폐 목화섬유를 이용한 고체연료의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 원료 슬러지 제조 단계에서, 활성탄분 및 첨가제가 추가로 더 혼합될 수 있다.
상기 성형 단계 이후에, 고체연료 표면에 폐유를 분무한 뒤 건조하는 후가공 단계;가 수행될 수 있다.
상기 후가공 단계에서 고체연료 표면에 분무되는 폐유는 활성탄분을 더 포함할 수 있다.
상기 원료 혼합물 제조 단계는, 폐 목화섬유에 물을 분사하는 제1 단계; 제1 단계를 거친 폐 목화섬유와 원료 슬러지를 혼합하는 제2 단계; 및 제2 단계를 거친 혼합물을 소정 시간 숙성하는 제3 단계;를 포함할 수 있다.
상기 원료 혼합물은, 폐 목화섬유와 원료 슬러지가 1 : 3~8의 중량비로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 방법으로 제조된 폐 목화섬유가 포함된 고체연료.에 관한 것이다.
본 발명의 폐 목화섬유를 이용한 고체연료의 제조방법 및 이에 따라 제조된 폐 목화섬유가 포함된 고체섬유는 기존에 폐기되던 폐 목화섬유를 재활용하여 연료화할 수 있는 장점이 있다.
도 1 내지 도 3은 각각 폐 목화섬유의 일종인 파사, 낙물 및 풍면의 사진이다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 폐 목화섬유의 일종인 타공 셀비지의 사진이다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 폐 목화섬유의 일종인 타공 셀비지의 사진이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.
본 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.
본 명세서 전체에서, 특정 물질의 농도를 나타내기 위하여 사용되는 “%”는 별도의 언급이 없는 경우, 고체/고체는 (중량/중량)%, 고체/액체는 (중량/부피)%, 그리고 액체/액체는 (부피/부피)% 를 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.
본 발명은 방적 공정이나 면화 제품 제조 공정에서 발생하는 폐 목화섬유를 재활용하여, 가정용, 기업용, 공장용, 발전소용 등으로 사용될 수 있는 친환경적이고 경제적인 고체연료의 제조방법 및 이에 따라 제조된 고체연료에 관한 것이다.
상기 폐 목화섬유는 목화솜에서 실을 뽑아내는 공정인 방적 공정에서 발생하는 폐기물과 면화 제품을 제조하는 공정, 예를 들어 면 부직포, 면필터, 면생리대, 각종 충전재용 솜을 제조하는 공정에서 발생하는 목화솜 찌꺼기, 즉 솜 부산물 등 목화솜을 가공하여 제품을 제조하는 공정에서 발생하는 각종 부산물을 포함할 수 있다.
상기 폐 목화섬유는 솜 찌꺼기, 목화씨, 목화잎 부스러기 등을 포함하는 기타 부스러기와 단섬유 등을 포함할 수 있으며, 좀 더 구체적으로, 파사, 낙물, 풍면, 타공셀비지 등을 포함한다.
상기 파사는, 방적공장에서 실로 생산되었지만 양품이 아닌 버려지는 yarn waste를 말하고, 낙물은 방적공장에서 실로 생산되지 못하고 버려지는 면 원료 중 단섬유, Trash, dust, 면깍지 등이 포함된 Cotton waste를 의미한다.
또한, 풍면은 방적공장에서 실로 생산되지 못하고 버려지는 면 원료 중 단섬유, Trash, dust, 면깍지 등이 가장 많이 포함된 Cotton waste를 말하며, 타공셀비지는 면관련 부직포로 생산하는 제품 중 타공(Punching)후에 남는 셀비지(selvage)를 의미하며, 특별한 다른 용도가 없어 앞서 설명한 파사, 낙물 및 풍면 등과 마찬가지로 대부분 버려진다.
도 1 내지 도 3은 각각 파사, 낙물 및 풍면의 사진이며, 도 4의 (a) 내지 (c)에는 여러 종류의 타공 셀비지 사진들이 제시되어 있다.
이러한 폐 목화섬유는 재활용이 불가능하기 때문에 일반적으로 소각 등의 방법을 통해 전량 폐기되었으나, 본 발명에서는 이를 재활용하여 고체연료를 제조함으로써 폐기에 필요한 비용을 절감하고, 가정이나 다양한 산업군에서 사용할 수 있는 고체연료로 재활용하고자 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 목화섬유를 이용한 고체연료의 제조방법은, 폐 목화섬유를 건조한 뒤 분쇄하여 목화섬유 분말을 제조하는 분말 혼합물 제조 단계; 상기 목화섬유 분말과 폐유를 혼합하여 원료 슬러지를 제조하는 원료 슬러지 제조 단계; 폐 목화섬유와 원료 슬러지를 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 원료 혼합물 제조 단계; 및 상기 원료 혼합물을 소정 형상으로 성형한 뒤 건조하여 고체연료를 제조하는 성형 단계;를 포함한다.
상기 분말 혼합물 제조 단계는 폐 목화섬유를 건조한 뒤 분쇄하여 목화섬유 분말을 제조하는 단계이다.
이 단계에서는 폐 목화섬유의 일부를 건조한 뒤 분쇄하여 목화섬유를 분말 형태로 제조함으로써, 고체연료의 발열량을 높이고, 성형시 소정 형태를 유지할 수 있도록 분말 형태의 목화섬유를 제조하는 단계로, 이 단계는 폐 목화섬유 건조 단계 및 분쇄 단계의 두 단계로 나뉘어 수행될 수 있다.
건조 단계는 분쇄 단계에서 분쇄하기 용이하도록 수행되는 단계로, 폐 목화섬유의 함수율이 15 % 미만이 되도록 자연 건조, 열풍 건조, 냉풍 건조 등의 다양한 건조 방식을 이용하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는 폐 목화섬유의 손상이나 부패를 방지하고 빠른 건조를 위해 열풍 건조 방식이 이용될 수 있다.
분쇄 단계는 건조된 목화섬유를 분쇄하여 분말상으로 제조하는 단계로, 분쇄기를 이용하여 수행될 수 있으며, 평균 입자크기가 80~200㎛가 되도록 분쇄하는 것이 바람직하다. 특히 평균 입자크기가 80㎛ 미만인 경우에는 원료 슬러지와의 혼합성이 떨어져, 분말 입자들이 원료 슬러지 내에 균일하게 혼합되지 않고 서로 응집되는 문제가 발생하고, 평균 입자크기가 200㎛를 초과하는 경우에는 고체연료의 발열 특성을 저하시키는 문제가 있으므로, 상술한 범위 내의 평균 입자크기를 갖도록 분쇄하는 것이 바람직하다.
상기 원료 슬러지 제조 단계는, 목화섬유 분말과 폐유를 혼합하여 원료 슬러지를 제조하는 단계이다. 이와 같이 각 원료들이 혼합되어 슬러지 형태로 얻어지므로, 틀을 이용하여 성형하면 원하는 크기 및 형태의 고체연료를 제조할 수 있다.
이 단계에서 사용되는 목화섬유 분말은 앞서 제조된 목화섬유 분말일 수 있다.
상기 폐유는 가정이나 각종 산업군에서 발생되는 폐식용유로, 종래에는 폐식용유의 극히 소량만을 재활용하여 재활용비누를 제조하는 데 사용했을 뿐, 대부분의 폐식용유는 투기, 소각, 매립을 통해 처리하였으나, 본 발명에서는 이를 재활용하여 고체연료로 사용하고자 한다.
폐유는 고체연료의 발열량을 증가시키기 위해 첨가되며, 폐유가 첨가됨에 따라 본 단계에서 제조되는 혼합물이 슬러지의 형태를 나타내 성형성을 향상시키는 데에도 기여한다.
폐유는 목화섬유 분말 100 중량부에 대하여 40 중량부 이상 첨가될 때 성형성 확보 및 발열량 향상 효과가 극대화되며, 60 중량부를 초과하는 경우에는 슬러지의 흐름성이 과도하게 증가하여 소정 형태로 형성한 뒤 그 형태가 고정되지 않는 문제가 발생할 수 있어, 60 중량부 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.
이 단계에서 바람직하게는 결속제, 활성탄분 및 첨가제가 추가로 더 함께 혼합되어 원료 슬러지가 제조될 수 있다.
구체적으로, 목화섬유 분말 100 중량부에 대하여, 폐유 40~60 중량부, 결속제 5~15 중량부, 활성탄분 5~12 중량부 및 첨가제 3~8 중량부가 혼합될 수 있다.
결속제는 원료 슬러지 내에 포함되어 있는 미량의 수분을 흡수하여 실질적으로 발열량 향상에 영향을 주는 성분들의 발열 효율을 높이며, 수분을 흡수하면 점도가 향상되어 고체연료의 형태를 유지시키는 기능을 하는 것으로, 알긴산염, 구아검 등과 같은 다당류가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 알긴산염이 사용될 수 있고, 알긴산염으로는 알긴산나트륨, 알긴산칼륨 등이 사용될 수 있다.
이 단계에서 평균 입자크기 50~150㎛의 결속제 분말이 사용되는데, 이는 결속제가 원료 슬러지 내에 균일하게 분산되어 전체 영역에서 균일하게 수분을 흡수하고, 전체 영역에서 일정하게 점도가 향상되도록 하여, 고체연료의 형태를 보다 안정적으로 고정시키기 위함이다.
결속제는 목화섬유 분말 100 중량부에 대하여 5~15 중량부로 포함될 수 있으며, 5 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 충분한 점도 향상이 이루어지지 않아 고체연료의 형태 유지가 어려운 문제가 있고, 15 중량부를 초과하는 경우에는 점도의 과도한 증가로 인해 성형이 곤란하거나, 고체연료 개체들이 서로 달라붙어 취급이 곤란해지는 문제가 발생할 수 있다.
활성탄은 숯을 가스 또는 약품으로 활성화시킨 다공성 탄소로, 보다 상세하게는, 식물, 석탄, 석유 등의 탄소질을 원료로 하여 약 500~700 ℃의 온도로 탄화시키고, 약 900 ℃ 온도에서의 활성화 과정을 통해 분자 크기 정도의 미세세공(미세공, 중간세공, 대세공)을 발달시킨 재료로서 1 g당 1,000 m2 이상의 큰 내부 표면적을 갖는다.
활성탄을 제조하기 위해 사용되는 원료로는 야자각, 목재, 톱밥, 목탄 등의 식물, 유연탄, 무연탄, 갈탄, 이탄 등이 석탄, 석유잔사, 황산슬러지, 오일카본 등의 석유 등이 사용될 수 있고, 본 발명에 사용되는 활성탄의 원료는 특별히 제한되진 않으나 바람직하게는 식물성 원료일 수 있다.
활성탄은 표면적이 넓어 초기 순간 점화력을 향상시키는 기능을 하며, 본 발명에서는 이를 분쇄하여 얻어진 활성탄분을 사용하여 고체연료 전체 영역에서의 균일한 점화력을 확보할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 활성탄은 탄소질 원료를 탄화 및 활성화시켜 얻어진 신규 활성탄일 수 있고, 또는 수처리장이나 정수기, 공기정화기에 사용된 후 폐기처리되는 폐활성탄일수도 있으며, 이들 모두를 포함할수도 있다. 특히, 폐활성탄을 사용하는 경우에는 폐기처리에 사용되는 비용을 절약하는 동시에, 폐활성탄 표면에 흡착되어있는 유기물, 무기물에 의해 고체연료의 발열량이 향상되는 효과도 얻을 수 있다.
본 발명에서는 상술한 활성탄을 평균 입자크기 80~300㎛로 분쇄시킨 활성탄분을 사용한다.
활성탄분은 목화섬유 분말 100 중량부에 대하여 5~12 중량부로 포함될 수 있는데, 5 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 활성탄분에 의한 초기 점화력 향상 효과가 충분하지 않고, 12 중량부를 초과하는 경우에는 순간 점화력이 과도하게 높아, 연소기의 안정성 및 안전성을 확보하기 어려우므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 첨가제는 제조 과정에서 각 재료들의 혼합성을 향상시키거나, 고체연료의 물성을 향상시키기 위해 첨가되는 성분으로, 첨가제로 유화제나 접착강화제가 사용될 수 있다.
첨가제는 목화섬유 분말 100 중량부에 대하여 3~8 중량부로 포함될 수 있으며, 3 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 첨가제에 의한 작업성 및 물성 개선 효과가 미미하고, 8 중량부를 초과하는 경우에는 첨가제에 의해 작업성이 오히려 저하되거나, 발열량이나 물성이 불량해지는 등의 문제가 발생할 수 있으므로 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
첨가제로 포함되는 유화제는 유상 재료와 수상 재료를 균일하게 혼합하기 위해 첨가되는 성분으로, 특히 수분을 유상 재료 내에 균일하게 분산시켜 결속제가 전체 영역에서 균일한 점성을 발현하도록 돕는다. 이러한 유화제로 통상적으로 사용되는 다양한 종류의 계면활성제가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 레시틴이 사용될 수 있다. 레시틴은 자연에서 발견되는 천연 성분으로 인체에 무해하고, 접착강화제와 함께 사용될 경우, 고체연료에서 발생되는 미세분이 저감되고, 밀도가 더욱 향상되며 이에 따라 고체연료의 내구성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
첨가제로 포함되는 접착강화제는 유화제에 의해 원료 슬러지 내에 균일하게 분산되며, 수분을 강력하게 붙잡아두는 역할을 함으로써 결속제의 수화를 보다 효과적으로 이루어지게 한다. 접착강화제로는 트레할로스가 사용될 수 있으며, 접착강화제가 사용됨에 따라 결과적으로 고체연료 내부의 각 원료 성분들을 강력하고 안정적으로 결합시켜 고체연료의 밀도 향상, 내구성 향상, 미분 저감 등의 효과를 얻을 수 있다.
첨가제로 바람직하게는 유화제와 접착강화제가 1 : 1~3의 중량비로 함께 첨가되는 것이 바람직하며, 이러한 중량비를 만족할 때 고체연료의 물성이 현저히 향상되는 효과가 얻어질 수 있다.
상기 원료 혼합물 제조 단계는 폐 목화섬유와 원료 슬러지를 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 단계이다.
앞서 설명한 바와 같이 폐 목화섬유의 일부는 분말화되어 원료 슬러지 제조에 사용되고 나머지 일부는 본 단계인 원료 혼합물 제조에 사용된다. 본 단계에서 사용되는 목화섬유에는 섬유 형태가 유지된 솜이나 면실등이 포함되어 있는데, 이러한 섬유가 그물과 같이 기능하여 원료 혼합물을 고체연료 형태로 성형할 때 소정 형상으로 고정하여 형태를 유지하는 데 도움을 준다.
원료 혼합물 제조 단계는 세 개의 단계로 나뉘어서 수행된다. 구체적으로, 폐 목화섬유에 물을 분사하는 제1 단계; 제1 단계를 거친 폐 목화섬유와 원료 슬러지를 혼합하는 제2 단계; 및 제2 단계를 거친 혼합물을 소정 시간 숙성하는 제3 단계;를 포함한다.
먼저, 제1 단계는 폐 목화섬유에 물을 분사하는 단계로, 이 단계에서 폐 목화섬유에 분사된 물은 2 단계에서 혼합되는 원료 슬러지 내의 결속제에 흡수되어 결속제의 점도를 향상시킨다.
다음으로, 제2 단계는 제1 단계를 거친 폐 목화섬유와 원료 슬러지를 혼합하는 단계이다.
원료 슬러지 제조시 물을 혼합하여 미리 결속제를 수화시키면, 원료 슬러지 자체의 점도가 과도하게 증가하여 폐 목화섬유와의 혼합이 곤란하므로, 결속제의 점도 향상을 위한 수분은 폐 목화섬유와 원료 슬러지를 혼합하는 본 단계에서 공급되는 것이 바람직하다.
특히, 폐 목화섬유 표면에 수분층을 형성한 뒤 원료 슬러지와 혼합하면, 폐 목화섬유와 원료슬러지 경계에 위치한 결속제가 수화되며 빠르게 점도가 향상되므로, 폐 목화섬유와 원료슬러지 사이의 결합력을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이 단계에서 폐 목화섬유와 원료 슬러지는 1 : 3~8의 중량비로 혼합될 수 있는데, 원료 슬러지의 함량이 상기 중량 범위를 벗어나는 경우에는 폐 목화섬유로 인한 형태 고정력이 약하거나, 과도한 폐 목화섬유 함량으로 인한 발열 안정성 저하와 같은 문제가 발생할 수 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 혼합되는 것이 바람직하다.
제3 단계는 폐 목화섬유와 원료 슬러지의 혼합물을 소정 시간 숙성하는 단계로, 이 단계를 통해 결속제가 수분을 흡수하여 점성이 형성되며 원료 혼합물의 점도가 향상된다. 이 단계는 상온에서 수행될 수 있으며, 성형성 및 가공성을 확보하기 위한 적절한 점도를 형성하기 위해 10~30분 내로 수행되는 것이 바람직하다.
상기 성형 단계는 원료 혼합물을 소정 형상으로 성형한 뒤 건조하여 고체연료를 제조하는 단계이다.
이 단계에서 소정 형태로의 성형은 원료 혼합물을 성형기 프레스로 찍어내거나, 원료 혼합물을 틀에 넣는 뒤 건조하여 수행될 수 있다. 건조 방식은 자연 건조, 열풍 건조, 냉풍 건조 등 다양한 건조 방식이 적용될 수 있다.
한편, 상기 성형 단계 이후에, 고체연료 표면에 폐유를 분무한 뒤 건조하는 후가공 단계가 수행될 수 있다.
이 단계를 통해 고체연료 표면에 폐유층이 형성되어, 초기 발열량이 향상될 수 있다. 이 단계에서도 앞의 단계와 동일한 건조 방식이 적용될 수 있다.
이때, 바람직하게는 고체연료 표면에 분사되는 폐유에 활성탄분이 포함될 수 있다. 여기에 포함되는 활성탄분은 상술한 원료 슬러지 제조 단계에서 포함되는 활성탄분과 동일하며, 폐유 100 중량부에 대하여 활성탄분 5~15 중량부가 포함될 수 있다. 이와 같이 고체연료 표면에 분사되는 폐유에 활성탄분이 포함되는 경우에는, 폐유층에 활성탄분이 존재하여 고체연료의 초기 착화력이 향상될 수 있다.
본 발명은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 목화섬유를 이용한 고체연료의 제조 방법에 따라 얻어진 폐 목화섬유가 포함된 고체연료를 포함한다. 폐 목화섬유가 포함된 고체연료는 기존에 폐기되던 폐 목화섬유를 포함함으로써, 폐기처리되는 비용을 절감하고, 환경에 기여할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명의 구체적인 작용과 효과를 설명하고자 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로서 제시된 것으로, 실시예에 따라 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
[제조예]
실시예 1
먼저, 방적 공정에서 발생하는 목화 폐기물과 목화솜 제조 공장에서 발생하는 목화솜 폐기물을 수거하여 폐 목화섬유를 준비하였다.
준비된 폐 목화섬유의 일부는 함수율이 약 13%가 되도록 열풍 건조한 뒤, 분쇄기를 이용해 평균 입자크기가 약 130㎛가 되도록 분쇄하여 목화섬유 분말을 제조하였다.
앞서 제조한 목화섬유 분말 100 중량부, 폐식용유 45 중량부, 결속제인 알긴산염(평균 입자크기 100㎛) 11 중량부, 활성탄분(평균 입자크기 120㎛) 8 중량부 및 첨가제 6 중량부를 균일하게 혼합하여 원료 슬러지를 제조하였다. 첨가제로는 유화제인 레시틴 2 중량부와 접착강화제인 트레할로스가 4 중량부로 사용되었다.
다음으로, 상기 폐 목화섬유의 표면에 물을 분사하고, 표면에 수분층이 형성된 폐 목화섬유와 원료 슬러지를 1 : 5의 중량비로 혼합한 뒤, 상온(24℃)에서 20분 동안 숙성시키고, 성형 프레스를 이용하여 지름 5cm, 두께 2cm의 원통 형상으로 성형한 뒤 열풍건조하여 고체연료를 제조하였다.
이후, 상기 고체연료 표면에 폐식용유와 활성탄분이 100 : 7의 중량비로 혼합된 폐유 혼합물을 분사한 뒤 열풍건조하여 고체연료 표면에 폐유층을 형성시킴으로써 실시예 1의 고체연료를 제조하였다.
비교예 1
폐 목화섬유의 표면에 물을 분사하지 않고 원료 슬러지와 혼합하는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 1의 고체연료를 제조하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 2의 고체연료를 제조하되, 분쇄되지 않은 폐 목화섬유를 혼합하는 단계를 생략하고, 원료슬러지에 직접 물을 혼합하였다. 즉, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 원료슬러지에 소량의 물을 첨가하고 혼합한 뒤, 숙성시킨 조성물만으로 고체연료를 제조하였다.
[실험예 1]
제조예에서 제조된 실시예 1과 비교예 1 내지 비교예 3의 고체연료의 발열량, 겉보기 밀도 및 미세분 발생량에 근거한 내구성을 국립산림과학원에서 고시한 목재펠릿 품질규격 제 2009-2호의 시험방법에 따라 측정하고 그 결과를 표 1에 기재하였다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 발열량(kcal/kg) | 5,014 | 4,688 | 4,956 |
| 겉보기밀도(kg/m3) | 682 | 584 | 655 |
| 내구성(%) | 99.2 | 82.1 | 93.7 |
상기 표 1의 결과를 참조하면, 실시예 1의 경우 비교예들에 비해 발열량, 겉보기 밀도 및 내구성이 현저히 우수한 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 실험 결과로부터 폐 목화섬유와 폐유를 이용하여 고체연료를 제조할 때, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조하는 경우에 더욱 우수한 발열 성능 및 내구성을 확보할 수 있는 것을 알 수 있었다.
[실험예 2]
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 고체연료를 제조하되, 원료 슬러지 제조시 첨가되는 첨가제인 유화제와 접착강화제의 함량을 변화시켜 고체연료를 제조하고, 각 고체연료에 대하여 실험예 1과 동일한 실험을 수행한 뒤 그 결과를 표 2에 기재하였다. 표 2에서 유화제와 접착강화제는 목화섬유 분말 100 중량부에 대한 중량비를 의미한다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 3 | 비교예 4 | |
| 유화제(A) | 2 | 3 | 2 | 4 | 1 |
| 접착강화제(B) | 4 | 3 | 6 | 2 | 4 |
| A : B | 1 : 2 | 1 : 1 | 1 : 3 | 1 : 0.5 | 1 : 4 |
| 발열량(kcal/kg) | 5,014 | 4,960 | 5,002 | 4,783 | 4,328 |
| 겉보기밀도(kg/m3) | 682 | 674 | 685 | 613 | 630 |
| 내구성(%) | 99.2 | 98.6 | 99.0 | 88.3 | 85.2 |
상기 표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 3은 발열량, 겉보기밀도 및 내구성이 모두 높은 것으로 나타났으나, 비교예 3 및 비교예 4의 경우에는 실시예들에 비해 발열량이 낮을 뿐만 아니라 겉보기밀도와 내구성이 현저히 떨어지는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 첨가제로 포함되는 유화제와 접착강화제의 함량 비율 때문으로, 이들이 적절한 함량비로 포함될 때 고체연료의 물리적 특성이 확보되는 것으로 판단된다. 따라서, 본 실험 결과로부터 고체연료의 발열량을 높이면서 겉보기밀도와 내구성을 확보하기 위해 유화제와 접착강화제가 1 : 1~3의 중량비로 포함되는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
Claims (7)
- 폐 목화섬유를 건조한 뒤 분쇄하여 목화섬유 분말을 제조하는 분말 혼합물 제조 단계;
상기 목화섬유 분말 100중량부, 폐유 40~60중량부, 결속제 5~15중량부, 활성탄분 5~12중량부 및 첨가제 3~8중량부를 혼합하여 원료 슬러지를 제조하는 원료 슬러지 제조 단계;
폐 목화섬유와 원료 슬러지를 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 원료 혼합물 제조 단계;
상기 원료 혼합물을 소정 형상으로 성형한 뒤 건조하여 고체연료를 제조하는 성형 단계; 및
고체연료 표면에 폐유를 분무한 뒤 건조하는 후가공 단계;를 포함하고,
상기 원료 혼합물 제조 단계는, 폐 목화섬유에 물을 분사하는 제1 단계; 제1 단계를 거친 폐 목화섬유와 원료 슬러지를 혼합하는 제2 단계; 및 제2 단계를 거친 혼합물을 소정 시간 숙성하는 제3 단계;를 포함하며,
상기 첨가제는, 유화제인 레시틴과 접착강화제인 트레할로스가 1:1~3의 중량비로 혼합된 것인, 폐 목화섬유를 이용한 고체연료의 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 후가공 단계에서 고체연료 표면에 분무되는 폐유는 활성탄분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐 목화섬유를 이용한 고체연료의 제조 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 원료 혼합물은,
폐 목화섬유와 원료 슬러지가 1 : 3~8의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는, 폐 목화섬유를 이용한 고체연료의 제조 방법. - 제1항, 제4항 및 제6항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 폐 목화섬유가 포함된 고체연료.
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