KR20090001120A - 친환경 연료 조성물 및 이를 이용한 연탄의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 연료 조성물 및 이를 이용한 연탄의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 옥수수대, 볏짚, 톱밥 및 왕겨로 이루어진 군에서 선택된 농림 부산물의 탄화분 50∼90 중량부, 점토 또는 물유리 10∼80 중량부, 과망간산칼륨 0.05∼0.1 중량부, 탄산칼슘 0.05∼10 중량부 및 수산화나트륨 3∼10 중량부를 포함하여 이루어지는 친환경 연료 조성물 및 상기 연료 조성물을 이용하여 친환경 연탄 및 이의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 연료 조성물은 위생적이며 무독무해하고 화력은 강한 친환경적인 고체 연료를 공급할 수 있게 한 것이다.

농림 부산물, 탄화분, 점토 또는 물유리, 과망간산칼륨, 탄산칼슘, 수산화나트륨

Description

친환경 연료 조성물 및 이를 이용한 연탄의 제조방법{Fuel composition for natural environment and method for preparing briquette thereof}

본 발명은 친환경 연료 조성물 및 이를 이용한 연탄의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 농림 부산물의 탄화분에 점토 또는 물유리, 과망간산칼륨, 탄산칼슘 및 수산화나트륨을 혼합한 연료 조성물을 이용하여 종래 석탄으로 제조한 연탄과 비교하여 열량에 큰 차이가 없으면서도 무독무해하고, 불이 잘 붙으면서 연소 후에는 찌꺼기가 적은 친환경 연탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.

현재 사용하고 있는 연탄은 석탄으로 만들어서, 연소시 이산화탄소, 이산화황, 일산화탄소 등의 유해 가스로 인하여 환경오염뿐만 아니라 인체에 유해한 영향을 끼치고 있다.

또한, 연탄의 소비가 증가할수록 석탄자원도 많이 소모됨으로써, 추가적인 탄광 개발이나 기존의 탄광의 지속적인 채굴로 환경 문제를 야기할 수 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 최근에는 석탄에 왕겨, 톱밥 등을 혼합하여 고체 연료를 제조함으로써, 석탄의 사용량을 줄일 수 있었으나 연소시 발열량이 떨어지고 석탄의 문제점을 여전히 내포하고 있다.

또한, 석탄에 왕겨나 톱밥 등을 혼합한 연료의 발열량 문제를 해결하기 위하여, 폐플라스틱과 같은 폐기물을 석탄과 혼합하여 사용하는 경우, 발열량이 높아지는 반면 폐플라스틱에 포함된 첨가제에 의해 연소 시 발암물질인 다이옥신이 발생하여 인체에 매우 유해한 것으로 알려져 있다.

이에, 본 발명자는 석탄의 에너지 소모 절감, 친환경, 가격절감, 무독성 등을 달성할 수 있는 새로운 연료 에너지 생산품을 개발하고자하였으며, 옥수수대, 볏짚, 톱밥 및 왕겨로 이루어진 군에서 선택된 농림 부산물의 탄화분에 점토 또는 물유리과 과망간산칼륨, 탄산칼슘 및 수산화나트륨을 혼합한 연료 조성물가 상술한 목적에 부합되는 것을 입증함으로써, 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 농림 부산물의 탄화분에 점토 또는 물유리과 과망간산칼륨, 탄산칼슘 및 수산화나트륨을 특정 배합 비율로 혼합한 연료 조성물을 제공하는 것이다.

또한, 상기 연료 조성물을 이용하여 친환경 연탄 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

현재 시장에 아직 농림폐기물로 생산한 연탄은 아직 알려진 바가 없다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 옥수수대, 볏짚, 톱밥 및 왕겨로 이루어진 군에서 선택된 농림 부산물의 탄화분 50∼90 중량부, 점토 또는 물유리 10∼80 중량부, 과망간산칼륨 0.05∼0.1 중량부, 탄산칼슘 0.05∼10 중량부 및 수산화나트륨 3∼10 중량부를 포함하여 이루어지는 친환경 연료 조성물을 제공한다.

또한, 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 상기 연료 조성물에 물을 첨가하고 균일하게 혼합하는 단계; 및 (b) 상기 혼합물을 연탄의 형태로 성형하고 건조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 친환경 연탄의 제조방법을 제공한다.

또한, 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 친환경 연탄을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.

또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에서 조성물에서 사용하고 있는 중량부 단위는 원래 구성성분 중 한 성분이 가지고 있는 질량과 무게의 수치를 100으로 하고, 이를 기준으로 다른 구성 성분의 질량과 무게의 수치를 결정해서 나타내는 것인데, 환산의 편리성을 위하여 본 발명에서는 구성성분의 모든 물질이 가지고 있는 질량과 무게의 수치를 동일한 단위 하에서 표시하여 나타낸다. 예를 들어 A 물질 50 중량부와 B 물질 20 중량부는 일례로 A 물질 50g과 B 물질 20g을 혼합한 것을 표시한 것이다. 이와 같은 편리성은 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 자명한 사항이라 할 수 있다.

본 발명은 농업 또는 임업 부산물인 옥수수대, 볏짚, 톱밥 및 왕겨의 탄화분을 이용하여 친환경적이고 위생적이며 무독무해하고 화력은 강한 친환경적인 연료를 공급하게 한 것이다.

본 발명에서 연탄(briquette)은 고체 연료 성분을 일정 모양으로 성형하고 공기 구멍을 뚫어 놓은 고체 연료를 말하는데, 구공탄 또는 구멍탄이라고도 한다.

본 발명에서 탄화분(炭化粉)은 농업 또는 임업 부산물인 옥수수대, 볏짚, 톱밥 또는 왕겨를 자연 연소식 탄화로에 넣고 탄화시키고 분쇄하여 제조한 분말을 말한다. 본 발명에 따른 탄화분에는 연소 시 인체에 유해한 가스를 발생하지 않는다.

본 발명에서 탄화분은 지속적으로 연소되면서 열량을 내는 주성분의 역할을 한다. 이때, 본 발명에서는 탄화분을 50∼90 중량부 사용하여, 상기 사용량에 따라 일정 시간 동안 지속적으로 연소되도록 한다.

본 발명에서 점토 또는 물유리는 탄화분을 비롯한 다른 필수 구성 성분을 균일하게 결합하면서 성형성을 부여하는 접착제의 역할을 한다. 이때, 점토 또는 물유리는 탄화분 사용량 기준으로 10 중량부 미만을 사용하면 탄화분을 비롯하여 다른 필수 성분들을 균일하게 혼합하여 결합할 수 없고 80 중량부를 초과하여 사용하면 초과 사용량만큼 효과가 미미하기 때문에, 상술한 사용 범위 내에서 사용한다.

본 발명에서 과망간산칼륨은 연료 연소 시 산소를 발생시키면서 연소를 활성시키고 화력을 증가시키는 역학을 한다. 이때, 과망간산칼륨은 탄화분 사용량 기준으로 0.05 중량부 미만을 사용하면 상술한 효과가 미미하고, 0.1 중량부를 초과하 여 사용하면 오히려 원하는 연소시간이 줄어들 수 있기 때문에, 상술한 사용 범위 내에서 사용한다.

그리고, 탄산칼슘은 연료가 연소가 일정 시간 동안 유지되도록 연소 지연제및 주위 수분과 결합하여 연료 조성물 혼합 시 결합력을 증대시키고 연료의 방수제 역할을 한다. 이때, 탄산칼슘은 탄화분 사용량 기준으로 0.05 중량부 미만을 사용하면 상술한 효과가 미미하고 10 중량부를 초과하여 사용하면 연소 시간이 증가되어 열량이나 화력이 저감될 수 있기 때문에, 상술한 사용 범위 내에서 사용한다.

또한, 수산화나트륨은 연료가 연소한 후에 재(災)를 잘 뭉치게 하는 탄재 응고제 역할을 해서, 재처리를 용이하게 한다. 이때, 수산화나트륨은 탄화분 사용량 기준으로 3 중량부 미만을 사용하면 상술한 효과가 미미하고 10 중량부를 초과하여 사용하면 초과 사용량만큼 효과가 미미하기 때문에, 상술한 사용 범위 내에서 사용한다.

한편, 본 발명에서는 본 발명의 연료가 완전연소가 되도록 연소시 고온 및 강한 산화성을 갖는 질산 칼륨은 더 포함하여 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 본 발명에서는 열량이나 화력을 고려하여 상술한 연료 조성물 기준으로 0.05∼100 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 0.05 중량부 미만을 사용하면 상술한 효과가 미미하고 100 중량부를 초과하여 사용하면 원하는 연소 시간을 유지할 수 없기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 친환경 연탄의 제조방법에서는 상술한 구성 성분으로 이루어지는 친환경 연료 조성물을 균일하게 혼합하고, 일정한 형상으로 성형할 수 있는 성형성을 부여하기 위해 일정량의 물을 사용하는데, 구체적으로 과망간산칼륨, 탄산칼슘, 점토 또는 물유리, 수산화나트륨은 탄화분이 성형성을 가질 수 있을 정도의 물 사용량에 균일하게 용해시킨 다음, 탄화분과 혼합하는 것이 바람직하다.

구체적으로 연료 조성물의 혼합 단계는 다음과 같다.

(a) 점토 또는 물유리가 진한 액상이 되게 물을 첨가하고, 상기 액상에 농림 부산물의 탄화분을 넣고 균일하게 혼합한다.

(b) 상기 (a)의 혼합물에 과망간산칼륨, 탄산칼슘 및 수산화나타륨을 물에 넣고 용해시킨 다음, 상기 (a)의 혼합물과 혼합한다.

(c) 상기 (b)의 혼합물을우롤러로 부수거나 주물러서 성형성을 갖는 페이스트로 만든 다음, 압착하여 일정한 형상으로 성형시킨다.

(d) 상기 (c)의 성형물(연탄)을 그늘진 곳 혹은 물에 말린다.

이때, 상기 혼합 단계에서 물의 사용량은 본 발명의 연료 조성물과 혼합하여 연탄 형상으로 조형할 수 있는 점도로 유지될 수 있을 정도만 사용한다. 이는 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 자명한 사항으로 구체적인 사용량은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명에서 질산칼륨을 연소돕는 부형물질로 사용할 경우 상기 (a) 단계의 탄화분과 함께 점토 또는 물유리에 혼합한다.

하지만, 본 발명이 상술한 혼합 방법으로 국한되는 것은 아니며, 본 발명에 부합되는 것이라면 상술한 혼합 방법 이외에 물을 이용하여 다양한 방법을 사용해도 무방하다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 의해 보다 더 상세히 설명하고자 한다. 하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 여러 가지 변형 또는 수정할 수 있음은 이 분야에서 당업자에게 명백한 것이다.

[실시예]

1. 옥수수대

옥수수대를 자연 연소식 탄화로에 넣고 탄화시킨 다음, 분쇄하여 탄화분을 제조하였다.

옥수수대 탄화분 50kg과 질산칼륨 10kg을 혼합하고, 이를 물 5L와 점토 10kg를 혼합한 점토액에 첨가하여 균일하게 혼합한 다음, 상기 혼합물을 물 2L에 과망간산칼륨 0.05 kg, 탄산칼슘 1kg 및 수산화나트륨 3kg을 용해시킨 용액에 넣고 균일하게 혼합하고, 끈적끈적할 때까지 주무른 다음, 22개의 구멍탄기로 압착하여 일반적인 연탄의 크기인 직경 약 150mm과 세로 약 142mm로 성형하였다.

성형된 연탄을 그늘진 곳에서 부서지지 않을 정도로 일정한 경도가 있을 때까지 건조하여, 본 발명의 친환경 연탄을 제조하였다. 이때, 제조된 연탄은 개당 약 2.8kg이었다.

2. 볏짚

볏짚을 자연 연소식 탄화로에 넣고 탄화시킨 다음, 분쇄하여 탄화분을 제조하였다.

볏짚 탄화분 90kg을 물 3L와 물유리 40kg을 혼합한 물유리액에 첨가하여 균 일하게 혼합한 다음, 상기 혼합물을 물 2L에 과망간산칼륨 0.05 kg, 탄산칼슘 0.5kg 및 수산화나트륨 5kg을 용해시킨 용액에 넣고 균일하게 혼합하고, 끈적끈적할 때까지 주무른 다음, 22개의 구멍탄기로 압착하여 일반적인 연탄의 크기인 직경 약 50mm과 세로 약 142mm로 성형하였다.

성형된 연탄을 그늘진 곳에서 부서지지 않을 정도로 일정한 경도가 있을 때까지 건조하여, 본 발명의 친환경 연탄을 제조하였다. 이때, 제조된 연탄은 개당 약 2.8kg이었다.

3. 왕겨 및 등겨

왕겨와 등겨는 1:1로 혼합한 농업 부산물을 자연 연소식 탄화로에 넣고 탄화시킨 다음, 분쇄하여 탄화분을 제조하였다.

왕겨 및 등겨 탄화분 80kg과 질산칼륨 80kg을 혼합하고, 이를 물 10L와 점토 50kg를 혼합한 점토액에 첨가하여 균일하게 혼합한 다음, 상기 혼합물을 물 2L에 과망간산칼륨 0.1kg, 탄산칼슘 5kg 및 수산화나트륨 2kg을 용해시킨 용액에 넣고 균일하게 혼합하고, 끈적끈적할 때까지 주무른 다음, 22개의 구멍탄기로 압착하여 일반적인 연탄의 크기인 직경 약 150mm과 세로 약 142mm로 성형하였다.

성형된 연탄을 그늘진 곳에서 부서지지 않을 정도로 일정한 경도가 있을 때까지 건조하여, 본 발명의 친환경 연탄을 제조하였다. 이때, 제조된 연탄은 개당 약 2.8kg이었다.

[실험예]

상기 실시예에서 제조한 본 발명의 친환경 연탄에 대한 물리적인 특징을 확인하고자, 한국공업규격에 따른 발열량(KSE3707)과 전락강도(轉落强度) 등을 측정하였다.

이의 결과, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 연탄 모두 4,000∼5,000㎉/㎏로 측정되었고, 질산칼륨을 첨가하여 제조한 연탄이 더 높은 열량을 내는 것으로 나타났다. 이로 보아 본 발명에 따른 친환경 연탄은 종래 석탄으로 제조된 연탄(약 4,600 ㎉/㎏ 이상)과 비교하여 큰 차이가 없음을 확인할 수 있었다. 특히, 본 발명에 따른 친환경 연탄은 종래 연탄과는 달리 비교적 불이 잘 붙는 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명에 따른 친환경 연탄은 연소 후 종래 연탄재와 비교한 결과, 잘 부셔지면서 재가 많이 남지 않고, 남은 재는 잘 뭉쳐져서 재(災) 처리가 매우 편리함을 입증하였다.

그리고, 300mm 높이에서 떨어졌을 경우에도 모두 파괴되지 않아, 전락강도 또한 일반 연탄과 큰 차이를 보이지 않았다.

이외에, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 연탄 모두 연소 시 종래 석탄으로 제조된 연탄과 비교하여 유독한 냄새가 거의 없었다.

또한, 본 발명에 따른 친환경 연탄은 종래 연탄과 비교하여 크기와 열량에는 큰 차이가 없는 반면, 중량은 가벼워서 투여 조성물 대비 산량(産量)도 많아 생산 효율이 높을 것으로 판단된다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 친환경 연탄은 다음과 같은 장점을 갖는다.

첫째, 본 발명에 따른 친환경 연료 조성물과 연탄은 석탄이 아닌 청정 연료를 사용함으로, 유독하거나 유해한 물질이 연소 시 배출되지 않아 친환경적이고 종래 연탄과 비교하여 불붙이기가 쉽고 빨리 붙는다.

둘째, 본 발명에 따른 친환경 연료 조성물과 연탄은 농림 부산물을 원료로 사용함으로써, 원가가 저렴하고 화력이 종래 연탄과 비교하여 큰 차이가 없어서 가격 대비 에너지 효율이 높다.

셋째, 본 발명에 따른 친환경 연료 조성물과 연탄은 연소 후 찌꺼기가 적다.

넷째, 본 발명에 따른 친환경 연료 조성물과 연탄은 종래 연탄과 비교하여 크기와 열량에는 큰 차이가 없는 반면, 중량은 가벼워서 투여 조성물 대비 산량(産量)도 많아 생산 효율이 높다.

Claims (4)

1. 옥수수대, 볏짚, 톱밥 및 왕겨로 이루어진 군에서 선택된 농림 부산물의 탄화분 50∼90 중량부, 점토 또는 물유리 10∼80 중량부, 과망간산칼륨 0.05∼0.1 중량부, 탄산칼슘 0.05∼10 중량부 및 수산화나트륨 3∼10 중량부를 포함하여 이루어지는 친환경 연료 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   질산칼륨 0.05∼100 중량부가 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 연료 조성물.
3. (a) 제 1 항 또는 제 2 항 기재의 조성물에 물을 첨가하고 균일하게 혼합하는 단계; 및

   (b) 상기 혼합물을 연탄의 형태로 성형하고 건조하는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 친환경 연탄의 제조방법.
4. 제 3 항의 방법으로 제조된 친환경 연탄.