KR20100098771A - 농작 폐기물을 고체 연료로 생성하는 방법과 이로 제작된 고체 연료 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 농작 폐기물을 고체 연료로 생성하는 방법과 이로 제작된 고체 연료에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 왕겨, 볏짚, 건초 혹은 기타 식물의 뿌리, 줄기, 잎 등의 농작 폐기물의 수분 함량을 조절하여 온도 및 압력을 가해 고체 연료로 생성하는 방법에 관한 것이며, 그 방법은 상기 왕겨, 볏짚, 건초 혹은 기타 식물의 뿌리, 줄기, 잎 등의 농작 폐기물의 수분 함량을 18%에서 30%정도로 건조시킨 후, 다시 이를 분쇄하고 골고루 섞어 점토 성분의 참가제를 첨가해 수분 함량을 조절하면서 온도 150℃~210℃ 하에서 300 Psi/ 
~600Psi/
의 압력을 가해 덩어리 형태의 고체 연료를 생산하는 것을 특징으로 한다.
건조처리, 분쇄, 첨가제, 압력 성형, 탄화처리
Description
본 발명은 농작 폐기물을 고체 연료로 생성하는 방법과 이로 제작된 고체 연료에 관한 것으로서, 특히 왕겨, 볏짚, 건초 혹은 기타 식물의 뿌리, 줄기, 잎 등의 농작 폐기물을 건조시켜 분쇄하고 골고루 섞은 후, 첨가제를 첨가하여 압력을 가해 덩어리 형태의 고체 연료를 생성하는 방법에 관한 것이다.
행정원 농업위원회에 따르면, 현재 타이완 지역의 매년 농작 폐기물은 약 600 만여 톤에 달하는 것으로 집계되었으며, 예전에는 이러한 농작 폐기물은 주로 농민들이 직접 농지에서 태워 땅에 묻는 방식으로 처리되었다. 하지만 에너지 자원이 날로 부족해지는 현대에 이르러, 많은 연구가가 이러한 방대한 양의 농작 폐기물들을 퇴비로 사용하거나 혹은 직접 태워 땅에 묻어 버리는 방식 외에 더욱 가치있는 태양 에너지 특성을 가진 에너지원으로 활용할 방법을 연구 개발하게 되었다.
중화민국 핵 에너지 연구소에서 2005년에 개발하기 시작한 본토 자생 식물을 이용한 섬유 원료를 예로 들어보면, 우선 볏짚, 사탕수수 찌꺼기, 갈대 등과 같은 농작 폐기물들을 이용해 연료로 사용할 수 있는 알코올을 생산하게 되었고, 이렇게 생산된 알코올을 자동차 기름에 첨가하여 대체 연료로 사용할 수 있도록 하는 것이 주요 내용이었다. 하지만 이 기술은 공정이 매우 복잡할 뿐만 아니라, 전기, 가스, 물 및 증기 등과 같은 많은 에너지원을 필요로 하기 때문에 가격 측면에서 경쟁력을 갖추지 못하고 있다. 그러므로 이 연구에 관한 문서의 내용을 살펴보면, 고체 폐기물 파생 연료의 제작 방법은 원생질체 혹은 폐기물에 대해 열처리 전환 작업을 하기에 앞서, 우선 분쇄, 분류, 건조, 첨가제 혼합 및 성형 과정을 거쳐야 한다고 언급되어 있다. 이때 상기 원생질체란 농작 폐기물인 왕겨, 사탕수수 찌꺼기, 콩 껍질 혹은 옥수수 대궁 등을 사용할 수 있지만, 이러한 농작 폐기물들은 그 수분 함량이 지나치게 높아 곰팡이가 피기 쉽고 보관 또한 쉽지 않다. 또한 지나친 수분 함량으로 인해 쉽게 연소하지 않기 때문에 수분 증발을 위해 소모되는 에너지원이 필요하고, 가마나 솥 등과 같은 곳에 해당 고체 연료를 사용했을 때 대량의 수증기가 발생하여 녹이 슬거나 부식되기 쉽고, 또한 대량의 수증기가 발생할 때 자칫 이를 유독성 가스나 오염 물질로 오해하기 쉽게 된다. 이와 반대로 고체 연료의 수분 함량이 지나치게 낮을 경우, 성형 공정이 쉽지 않고 또한 완성된 고체 연료를 운반 시 흔들림으로 인해 부서지기가 쉽다. 또한 우수한 접착 효과를 내기 위해 일반적으로 화학 유기 고분자 중합체(예를 들면 파라핀이나 폴리에틸렌 등과 같은 성분)를 사용하는데, 이러한 화각 유기 고분자 중합체는 연소 시 유독성 기체를 발생시켜 환경 오염 및 생태계 파괴 등과 같은 문제점을 갖는다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명인은 다년간의 연구 개발을 통해 상 기 농작 폐기물의 가장 우수한 수분 함량과 성형 온도 및 성형 압력을 제공하고, 또한 천연 첨가제를 제공하는 방식을 제공하였다.
본 발명은 상술한 기존의 농작 폐기물 처리상의 결점을 해결하기 위해 농작 폐기물을 고체 연료로 생성하는 방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 목적은 고밀도 및 고열량의 특성을 가진 고체 연료를 제작하고, 또한 연료의 재료 및 첨가제 성분을 모두 천연 유기물로 사용하여 연소 후에도 어떠한 유독 물질도 배출되지 않고, 또한 화학 유기물질의 악취도 나지 않는 고체 연료 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 계절에 따라 각기 다른 농작 폐기물을 이용하기 때문에 고체 연료의 보존과 운송상의 편리함을 고려하여, 순서 A에서 그 평균 수분 함량을 조절할 수 있고, 순서D에서도 각기 다른 성형 온도 및 성형 압력을 사용하여 덩어리 형태의 고체 연료(수분 함량이 높을 경우, 그 성형 온도 및 성형 압력을 조금 높게 사용)를 제작하여, 수분 함량이 지나치게 높아 쉽게 곰팡이가 피어 보관상에 어려움이 발생하거나 혹은 수분 함량이 너무 낮아 성형 작업이 어렵고 운송 시 흔들림에 의해 쉽게 깨지는 등의 단점을 개선할 수 있는 고체 연료를 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르는 농작 폐기물을 이용한 고체 연료는, 농작 폐기물을 평균 수분 함량 18%에서 30%까지 건조하는 건조 처리 단계; 건조된 농작 폐기물을 분쇄하고 골고루 섞어 작은 과립 형태의 가루로 만드는 분쇄 및 섞기 단계; 분쇄 및 섞 기 과정이 끝난 농작 폐기물 상에 점토 성분의 첨가제를 넣는 첨가제 첨가 단계; 압력 성형 방식을 이용해 점토 성분의 첨가제가 첨가된 농작 폐기물을 덩어리 형태의 성형하는 압력 성형 단계에 의해 제조된다.
바람직하게는 성형 온도는 150℃~210℃ 이며, 성형 압력은 300 Psi/ 
~600Psi/
이다.
바람직하게는 상기 건조된 농작 폐기물의 평균 수분 함량은 25%이다.
또한 상기 압력 성형은 몰드를 이용하여 진행할 수 있고, 성형 처리 과정이 끝난 후, 열풍건조 및 급속냉각 처리를 더 진행할 수도 있다.
또한, 압력 성형된 고체 연료에 탄화 처리를 더 진행할 수도 있다.
본 발명에 따르는 농작 폐기물을 고체 연료로 생성하는 방법은 농작 폐기물을 고열량의 고체 연료로 성형 제작하여 환경 보호와 자원 재활용의 효과를 얻을 수 있고, 또한 농민들의 과외 수익을 증가시켜 농촌의 경제에도 도움을 줄 수 있다.
본 발명에 따르는 농작 폐기물로 제작된 고체 연료는 그 단위 체적 당 열량이 높아 충분한 연소 온도를 얻을 수 있고, 연소 시 연기가 적게 발생시켜 가마나 솥에도 사용이 적합하기 때문에 기존의 중유를 대체할 수 있고, 유황 함유량이 기존의 중유보다 낮아 연소 후 비교적 적은 량의 이산화탄소를 배출시키고, 공기 중의 수분과 결합하여 생성되는 물질인 아황산 혹은 유황산의 농도를 감소시키고, 또 한 산성비 효과를 감소시켜 환경 오염의 피해를 최소한으로 줄일 수 있다.
본 발명에 따르는 농작 폐기물로 제작된 고체 연료는 압력 성형 방식을 사용해 제작되어, 그 밀도가 매우 크고, 단위 면적당 열량이 높으며, 탄화 처리 과정을 통해 전통의 숯을 대신할 수 있으며, 유황 함유량이 비교적 적어 상술한 내용과 마찬가지로 환경 오염의 피해를 최소한으로 줄일 수 있다. 또한 단위 질량 체적이 비교적 작아 휴대가 간편하고 숯에 비해 점화가 상당히 잘되기 때문에 안정성이 비교적 높다.
본 발명에 따르는 농작 폐기물로 사용된 고체연료 제조시 사용된 첨가제는 천연 점토 성분이며, 상기 점토 성분은 주로 그 입자가 매우 작은(2μm) 가소성 규산염이며, 상기 가소성 규산염은 그 입자가 매우 미세하기 때문에 상대표면적이 크고 강력한 모세 흡인력을 갖추고 있다. 이러한 첨가제를 분쇄 처리된 농작 폐기물 내에 혼합하여 매우 우수한 결합성을 갖춘 덩어리 형태의 고체 연료를 성형 제작하여 열풍건조를 시키면 상기 덩어리 형태의 고체 연료를 더욱 세밀화시킬 수 있다. 또한 상기 규산염은 비교적 안정적인 화합물이기 때문에 연소 후에도 유독화학 물질을 생성하지 않게 된다.
도1과 도2를 참조하면서 본 발명은 농작 폐기물을 고체 연료로 생성하는 방법과 이로 제작된 고체 연료에 관해 자세히 설명한다.
농작 폐기물을 사용하여 고체 연료를 생성하는 방법은 다음과 같은 순서를 포함한다.
A. 건조처리: 농작 폐기물 (1) 을 평균 수분 함량 18%에서 30%정도까지 건조한다.
그 중 상기 농작 폐기물(1)은 왕겨, 볏짚, 건초 혹은 기타 식물의 뿌리, 줄기, 잎 등을 사용할 수 있고, 건조 방법은 태양 건조 방법과 기계 건조 방법을 선택할 수 있고, 이때 수분 함량이 높아 쉽게 연소 되지 않거나 혹은 연소 중 수증기가 과도하게 발생하여 가마나 솥이 쉽게 녹슬고 부식되는 것을 방지할 수 있으며 또한 수증기로 인해 발생하는 흰 연기를 사용자가 자칫 오염된 기체로 오해할 수 있는 것을 방지할 수 있다. 그렇지만 이와 반대로 수분 함량이 지나치게 낮아 건조 처리 과정 후 진행되는 성형 처리 과정에서 쉽게 성형 작업을 진행할 수 없거나 혹은 성형 후 쉽게 부서지는 것을 방지하기 위해, 상기 농작 폐기물(1)인 왕겨, 볏짚, 건초 혹은 기타 식물의 뿌리, 줄기, 잎 등의 평균 수분 함량을18%에서 30%정도로 유지한다. 하지만 이러한 수분 함량은 계절에 따라 다르게 생산되는 농작 폐기물(1)들의 특성 따라 조절이 가능하며, 가장 이상적인 평균 수분 함량은 25%이다.
B. 분쇄 및 섞기: 건조된 농작 폐기물 (1) 을 분쇄하고 골고루 섞어 작은 과립 형태의 가루(2)로 만든 후, 바로 이어지는 첨가제 첨가 작업 및 압력 성형 작업을 더욱 편리하게 하기 위해 골고루 섞는 섞기 작업을 진행한다.
C. 첨가제 첨가: 분쇄 및 섞기 과정이 끝난 농작 폐기물(1) 상에 점토 성분(3)의 첨가제를 넣는다. 이때 상기 점토 성분(3)은 천연 물질을 사용하며, 상기 점토 성분은 주로 그 입자가 매우 미세하기 때문에 상대표면적이 크고 강력한 모세 흡인력을 갖추고 있다. 이러한 첨가제를 분쇄 처리된 농작 폐기물(1) 내에 혼합하여 매우 우수한 결합성을 갖춘 덩어리 형태의 고체 연료를 성형 제작하여 열풍건조를 시키면 상기 덩어리 형태의 고체 연료(5)를 더욱 더 세밀화 시킬 수 있다. 또한 상기 규산염은 비교적 안정적인 화합물이기 때문에 연소 후에도 유독화학 물질을 생성하지 않게 된다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로 기존에 사용하던 화학 유기 고분자 중합체를 대신할 수 있고, 또한 상기 점토 성분(3)으로 사용할 수 있는 규산염은 비교적 안정적인 화합물이기 때문에 연소 후에도 유독화학 물질을 생성하지 않아 환경 오염을 방지할 수 있다.
D. 압력 성형: 압력 성형 방식을 이용해 점토 성분(3)의 첨가제가 첨가된 농작 폐기물(1)을 덩어리 형태의 성형해 낸다. 이때 성형 온도는 150℃~210℃ 이며, 성형 압력은 300 Psi/ ~600Psi/
이다. 또한 성형 온도와 성형 압력은 계절에 따라 다르게 생산되는 농작 폐기물(1)들의 특성 따라 조절이 가능하며, 즉 순서 A에서 그 평균 수분 함량은 18%에서 30% 정도지만 수분 함량이 높아지면 성형 온도 및 성형 압력 역시 비교적 높게 조절해야 한다. 또한 순서C 상의 점토성분(3)이 비교적 강력한 결합력을 갖기 때문에 고압 성형 효과를 더욱 높게 해줄 수 있다. 또한 상기 압력 성형은 몰드(4)를 이용하여 진행할 수 있고, 성형 처리 과정이 끝난 후, 열풍건조 및 급속냉각 처리를 더 진행할 수 있다. 이때 열풍건조 작업은 여분의 물기를 증발시켜 성형 작업을 더욱 유리하게 해주며, 급속냉각 작업은 열에 의한 팽창과 수축 작용 원리를 이용하여 상기 고체 연료(5)를 더욱 견고하게 고밀 도로 만들어 주어 단위 면적 열수치를 더욱 상승시키는 효과를 얻을 수 있게 된다.
상기 고체 연료(5)는 상술한 농작 폐기물을 고체 연료로 생성하는 방법을 통해 제작 완성된다. 이러한 방법으로 제작된 고체 연료(5)를 사용 시, 상기 덩어리 형태의 고체 연료(5)는 충분한 연소 온도를 갖추고 있을 뿐만 아니라 연소 시 발생하는 연기가 적어 가마나 솥에도 사용이 적합하기 때문에 기존의 중유를 대체할 수 있고, 유황 함유량이 기존의 중유보다 낮아 연소 후 비교적 적은 량의 이산화탄소를 배출시키고, 공기 중의 수분과 결합하여 생성되는 물질인 아황산 혹은 유황산의 농도를 감소시키고, 또한 산성비 효과를 감소시켜 환경 오염의 피해를 최소한으로 줄일 수 있다. 또한 농작 폐기물(1)을 재활용하여 제작되어 환경 보호 및 자원 재활용의 특성을 갖추고 있으며 농민들의 과외 소득을 증가시켜 농촌의 경제에도 도움을 줄 수 있다.
상기 덩어리 형태의 고체 연료(5)에 다시 탄화 처리 과정을 진행할 수 있으며, 이러한 탄화 처리 과정을 통해 얻어진 것으로 전통의 숯을 대신할 수 있으며, 유황 함유량이 비교적 적어 상술한 내용과 마찬가지로 환경 오염의 피해를 최소한으로 줄일 수 있다. 또한 단위 질량 체적이 비교적 작아 휴대가 간편하고 숯에 비해 점화가 상당히 잘되기 때문에 안정성이 비교적 높다. 또한 연소 후 남은 재를 다시 퇴비로 사용하거나 혹은 비료로 재활용할 수 있다는 장점도 있다.
도1은 본 발명에 관한 처리 과정을 나타낸 흐름도이다.
도2는 본 발명의 흐름을 간단한 그림으로 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 농작 폐기물 2 분쇄된 가루
3 점토성분 4 몰드
5 덩어리 형태의 고체 연료
Claims (5)
- A) 농작 폐기물을 평균 수분 함량18%에서 30%정도까지 건조하는 건조처리 단계;B) 건조된 농작 폐기물을 분쇄하고 골고루 섞어 작은 과립 형태의 가루로 만드는 분쇄 및 섞기 단계;C) 분쇄 및 섞기 과정이 끝난 농작 폐기물 상에 점토 성분의 첨가제를 넣는 첨가제 첨가 단계;D) 압력 성형 방식을 이용해 점토 성분의 첨가제가 첨가된 농작 폐기물을 덩어리 형태의 성형하는 압력 성형 단계를 포함하고, 이때 성형 온도는 150℃~210℃ 이며, 성형 압력은 300 Psi/~600Psi/
인 것을 특징으로 하는
농작 폐기물을 이용한 고체 연료 생성 방법. - 제1항에 있어서,상기 건조된 농작 폐기물의 평균 수분 함량은 25%인 것을 특징으로 하는농작 폐기물을 이용한 고체 연료 생성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 압력 성형 방식은 몰드를 이용하여 진행할 수 있고, 성형 처리 과정이 끝난 후, 열풍건조 및 급속냉각 처리를 더 진행할 수도 있는 것을 특징으로 하는농작 폐기물을 이용한 고체 연료 생성 방법.
- 제1항에 있어서,상기 압력 성형 단계에 의해 성형된 고체 연료에 탄화 처리를 더 진행할 수도 있는 것을 특징으로 하는농작 폐기물을 이용한 고체 연료 생성 방법.
- 제1항 내지 제4항의 농작 폐기물을 이용한 고체 연료 생성 방법에 의해 제조되는 고체 연료.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090017422A KR20100098771A (ko) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | 농작 폐기물을 고체 연료로 생성하는 방법과 이로 제작된 고체 연료 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020090017422A KR20100098771A (ko) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | 농작 폐기물을 고체 연료로 생성하는 방법과 이로 제작된 고체 연료 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100098771A true KR20100098771A (ko) | 2010-09-10 |
Family
ID=43005402
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| KR1020090017422A KR20100098771A (ko) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | 농작 폐기물을 고체 연료로 생성하는 방법과 이로 제작된 고체 연료 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR20100098771A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220169761A (ko) | 2021-06-21 | 2022-12-28 | 변재석 | 참나무톱밥과 볏짚을 이용한 고체 연료 |
| KR20240000548U (ko) | 2022-09-20 | 2024-03-27 | 변재석 | 볏짚을 이용한 고체연료 |
-
2009
- 2009-03-02 KR KR1020090017422A patent/KR20100098771A/ko not_active Application Discontinuation
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