KR20090036262A - 발효왕겨를 이용한 고체연료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕겨의 조직을 연화시킨 후 이를 이용하여 고체연료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 즉 왕겨의 공극이 커서 탄화로의 용적이 커야하고 탄화시간이 길어지는 단점을 보완하기 위해 왕겨를 발효시켜 용적중을 최대화 함 으로서 고체연료 제조효율을 극대화할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

왕겨, 발효, 수분, 온도, 용적중, 탄화, 마쇄

Description

발효왕겨를 이용한 고체연료의 제조방법 {The producing method of solid fuels for fermentation rice hulls}

본 발명은 발효시킨 왕겨를 이용하여 고체연료를 제조하는 방법에 관한 것으로 탄화설비를 최소화하고 탄화시간을 절감하여 고체연료의 제조효율을 극대화할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

왕겨는 수분, 조지방, Cellulose, Lignin, Pectin등의 섬유소 그리고 회분으로 이루어진 물질이다. 이러한 왕겨는 축산농가, 과수농가 등에서 깔짚 혹은 퇴비 등으로 이용되어 왔으나 분해 또는 부패속도가 늦어 효능가치가 미미한 상태이다. 이에 따라 오래전부터 왕겨를 이용한 연료개발에 관한 방법이 많이 보고되고 있는 실정이다.

일반적으로 숯으로 이용되는 고체연료의 경우 열량을 비교하여 참나무 숯이 가장 효율적이라 알려져 있으나 가격이 비싸다는 단점이 있다.

따라서 톱밥, 왕겨, 제지슬러지, 폐농산물 등을 건조, 탄화, 분쇄하여 연료를 제조하거나, 여기에 목탄분, 갈탄분등을 혼합하여 열량을 높이는 방법이 제시되었고, 화학성분인 질산바륨, 질산소다, 초산바륨, 염소산칼륨, 과산화칼슘, 과망간 산칼륨, 리그닌설폰산염 등을 비롯해 가성소다, 소석회, 전분, 당밀, 물엿, 글리세린, 글리세린 등 여러 가지 점화제, 점결제, 응결제, 방향제등을 첨가하는 방법들이 보고되었다.

그러나 이러한 여러 가지 화공약품 및 첨가제로 처리하여 제조한 연료의 효능과 연료를 연소시켰을 발생되는 가스의 유해검증이 미미한 실정이다.

또한 왕겨를 팽화처리, 산성처리, 알칼리처리 하여 이 원료를 이용하여 사료, 연료, 플라스틱제품 등에 이용되고 있다고 보고되어 있으나 이러한 원료를 생산할 때 반드시 필요한 설비가 건조설비, 마쇄설비, 가압설비, 탄화설비 등이 필수적인데 왕겨의 부피가 크기 때문에 대단위의 설비가 필요하다는 단점이 있다.

본 발명은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 왕겨를 발효시켜 왕겨의 고유성분인 여러 가지 고분자물질을 가수분해 및 연화시켜 입자간의 공극을 최소화 하여 고체연료를 제조할 때 소요되는 설비비용을 절감시켜 왕겨탄의 제조비용을 최소화하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 왕겨의 발효과정, 건조 및 탄화과정, 성형과정으로 나누어 실시하는 방법을 제공한다.

본 발명을 구체적으로 설명한다.

먼저 왕겨의 발효과정이다.

일반적인 왕겨의 수분함유량은 14％-15％이고 유기물이 25％이상이지만 C/N 율이 50이하라서 미생물이 성장할 수 있는 조건에 미달되어있다. 따라서 최적의 발효습도인 60％-70％를 맞추어야 하는데 온도에 따라 수분흡수시간이 달라진다. 즉 고온에서는 빨라지고 저온에서는 늦어진다.

최적의 수분함량이 되면 영양공급원인 쌀겨, 당밀, 옥수수가루, 사료 등을 5％-10％중량으로 첨가, 혼합하여 발효실이나 발효탱크로 이송하여 25℃이상의 온도를 유지하여 준다. 발효에 관여하는 균은 사상균이나 방선균 등으로 호기성균이다. 따라서 처음 일주일동안 25℃를 유지하면 왕겨내부의 온도가 30℃이상으로 올라가기 시작하는데 이때부터 3일 간격으로 골고루 혼합하여 왕겨의 균질화와 산소공급을 원활하게 해주어야 한다. 이때 관여하는 균주는 방선균이지만 왕겨의 온도가 50℃이상으로 상승하게 되면 celluse 분해균인 호열성 사상균이 만연하여 고분자의 분해활성이 왕성해져 왕겨간의 공극이 급격히 줄어들어 밀도가 높아지게 된다.

이렇게 발효된 왕겨를 탄화탱크로 이송하고 10시간가량 탄화시키고 이를 180mesh 이상으로 마쇄시킨다. 이렇게 처리한 분말에 점결제를 1％-10％ 혼합하여 180℃성형온도의 성형틀에서 고체연료를 제조하는 방법이다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 1 ] 야외에서의 왕겨발효

낮 기온이 27℃이고, 밤 기온이 21℃인 야외바닥에 비닐을 펴고 300kg의 왕겨를 쌓아놓고 3시간 간격으로 10분간 관수하여 2일 후에 65％의 수분을 맞춘 후 30kg의 미강을 골고루 혼합하였다. 보습 및 보온을 위하여 왕겨더미 위에 비닐을 덮고 다시 보온덮게를 덮었다.

무처리 상태에서 용적중이 104kg/ton인 건조왕겨의 용적중을 150kg/ton으로 늘리기 위해 처음에는 10일, 그 후에는 3일 간격으로 혼합하여 자연발효를 유도하였다. 그 결과 35일 후에 원하는 용적중의 결과를 얻을 수 있었다.

이렇게 발효된 왕겨를 탄화로 탱크로 이송하여 160℃에서 12시간 건조한 후 800℃에서 10시간 탄화시키고 이를 100mesh크기로 마쇄시켰다. 이렇게 처리한 분말에 리그닌설폰산염1％를 혼합하여 성형틀에서 고체연료를 제조하였다.

[ 실시예 2 ] 실내에서의 왕겨발효

실내온도와 바닥온도가 30℃로 조절된 발효실에 비닐을 펴고 65％의 수분을 맞춘 왕겨300kg에 30kg의 당밀을 골고루 혼합하여 쌓아놓고 비닐을 덮었다.

무처리 상태에서 용적중이 104kg/ton인 건조왕겨의 용적중을 150kg/ton으로 늘리기 위해 처음에는 7일, 그 후에는 3일 간격으로 뒤집기를 실시하여 자연발효를 유도하였다. 그 결과 24일 후에 원하는 용적중의 결과를 얻을 수 있었다.

이렇게 발효된 왕겨를 탄화로 탱크로 이송하여 170℃에서 1시간 건조한 후 800℃에서 10시간가량 탄화시키고 이를 150mesh크기로 마쇄시킨 다음 황토10％를 혼합하여 180℃성형온도의 성형틀에서 고체연료를 제조하였다.

[ 실시예 3 ] 온도조절이 가능한 탄화로 에서의 왕겨발효

온도조절이 자유로운 탄화로에 100kg의 왕겨를 넣고 65％의 수분함량이 되게 수돗물50L를 붓고 온도를 50℃로 조절하고 탱크를 회전시키며 12시간 후에 모두 흡수시켰다. 옥수수전분 20kg을 골고루 혼합한 후에 초기온도를 40℃로 조절하여 발 효를 시도하였다.

무처리 상태에서 용적중이 104kg/ton인 건조왕겨의 용적중을 150kg/ton으로 늘리기 위해 2일 간격으로 탱크를 회전, 혼합하여 왕겨의 균질화 및 산소공급을 실시하였다. 그 결과 13일 후에 원하는 용적중의 결과를 얻을 수 있었다.

이렇게 발효된 왕겨를 탄화로 탱크로 이송하여 180℃에서 1시간 건조한 후 800℃에서 10시간 탄화시키고 이를 200mesh크기ㄹ로 마쇄하였다. 이렇게 처리한 분말에 소석회3％를 혼합하여 400kg/㎠의 압력이 가해지는 성형틀에서 고체연료를 제조하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 왕겨를 이용해 친환경적인 고체연료를 제조함으로서 제조비용을 극소화 하여 고효율로 왕겨연료를 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1)왕겨의 수분을 60％-70％로 조절하고 여기에 미강, 당밀, 옥수수분 중 1가지 이상의 성분을 5％-30％(w/w)첨가하여 25℃-65℃에서 발효시키는 단계:

2)발효시킨 왕겨를 건조하고 700℃-900℃에서 탄화시키는 단계:

3)탄화시킨 왕겨를 100mesh이상으로 마쇄하는 단계:

4)마쇄한 분말에 점화제, 점결제, 응결제, 방향제중 한 종류를 혼합하여 연료를 성형하는 단계:

를 포함하는 고체연료의 제조방법.