KR20130039356A - 미분연료 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미분쇄된 그린석탄 및 바이오매스를 포함함으로써, 연소 효율의 안정화와 연소 가스 배출 저감 효과를 얻을 수 있는 미분연료 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

미분연료 및 그 제조 방법{PULVERIZED FUEL AND METHOD FOR PRODUCTION OF THE SAME}
본 발명은 동일한 입도로 미분쇄된 그린석탄 및 바이오매스를 포함함으로써, 연소 효율의 안정화와 연소 가스 배출 저감 효과를 얻을 수 있는 미분연료 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
석탄은 최근까지 세계에서 소비되는 에너지원의 약 24% 이상을 차지하고 있었지만, 환경오염 유발 물질 배출로 친환경적이지 않다는 부정적인 시각으로 인해 선진 외국과는 달리 국내에서는 그 이용도가 갈수록 감소하고 있는 실정이었다.
하지만, 최근 원유값이 급상승하면서, 현재 기술로는 원유를 대체할 수 있는 태양에너지, 바이오 에너지 등과 같은 새로운 에너지원을 확보하기 어렵다는 한계에 도달함에 따라, 최근 석탄에 대한 활용도가 다시 확대되고 있는 추세이다.
석탄은 세계 각지에 널리 분포되어 있어 장기적으로 안정적인 공급을 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 현재의 수요 증가를 고려하더라도 자원량이 풍부하여 현재 확인된 매장량만으로도 석유보다 더욱 오랜 기간 (앞으로 약 300년) 사용 가능하다는 이점이 있다.
현재 석탄은 국내에서 생산되는 소량의 무연탄을 제외하고 산업에 이용되는 대부분의 유연탄을 수입에 의존하고 있다. 수입된 유연탄 등은 농가 등의 난방기에 사용할 때 초기점화에 별도의 열원을 필요로 하고, 화력조정이 쉽지 않으며, 온실온도에 따른 난방기의 변온운전이 쉽지 않다는 단점이 있다.
이에, 물류의 경제성과 수급 안정성의 관점에서 유연탄을 대신할 만한 새로운 석탄 원료의 개발이 시급하게 요구되고 있다.
한편, 최근 지구온난화와 화석자원의 고갈이 우려되는 가운데, 석탄과 기름 다음으로 풍부한 에너지원인 바이오매스가 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
바이오매스란 생물자원 (bio)의 양 (mass)을 말하는 개념으로, 에너지자원 및 원료로 이용할 수 있는 생물기원의 유기물을 의미한다. 바이오매스는 태양에너지를 이용하는 광합성에 의하여 무기물인 물과 이산화탄소로부터 생성되는 ‘재생가능’한 유기물 자원이다. 또한 바이오매스를 연소할 때 방출되는 이산화탄소는 생물의 성장과정에서 광합성에 의해 대기로 흡수되는 이산화탄소와 동일한 것이기 때문에 바이오매스는 라이프사이클 속에서 대기 중의 이산화탄소 농도를 증가시키지 않는‘탄소중립적 (carbon neutral)’ 특성을 갖는다.
따라서 화석자원 유래의 에너지나 제품을 바이오매스로 대체하여 사용하면, 지구온난화를 유발하는 온실가스 (이산화탄소) 배출량을 크게 감축할 수 있고, 또한 황 함량이 낮기 때문에 고유황 석탄과 혼소하는 경우 SO2 발생을 감소하는 효과를 얻을 수 있다. 바이오매스는 역청탄에 비해 경제적이며, 급격한 경제 발전에 의해 화석연료의 소비량과 함께 지속적으로 증가하는 추세이다.
바이오매스의 종류로는 나무 등에서 얻을 수 있는 목질계 바이오매스, 사탕수수, 과실 폐액 등으로부터 얻어지는 당질계 바이오매스, 고구마 등으로부터 얻어지는 전분질계 바이오매스, 광합성 세균의 바이오매스, 음식물 등과 같은 생활 폐기물로부터 얻어지는 바이오매스 등으로 분류될 수 있다. 이 가운데 목질계 바이오매스는 고체, 액체, 기체의 세 가지 형태로 제조하여 열, 전력 수송 연료 등의 용도로 활용할 수 있다. 상기 고체 목질계 바이오매스의 예로는 우드 칩, 우드 펠렛, 목질 브라켓, 목탄 등을 들 수 있고, 액체 목질계 바이오매스의 예로는 바이오 오일 또는 바이오 에탄올을 들 수 있으며, 기체 목질계 바이오매스의 예로는 합성 가스를 들 수 있다.
상기 목질계 바이오매스는 황 함량이 적기 때문에 SO2 발생을 저감할 수 있는 친환경적인 연료이다. 특히 고유황 석탄과 혼합 연소하는 경우 바이오매스에 함유되어 있는 알칼리 물질이 SO2를 제거하는 효과를 기대할 수 있으며, 바이오매스가 갖고 있는 질소성분은 연소 과정에서 NH 라디칼로 전이되기 때문에 NO를 환원시켜 제거하는데 사용되므로 NOx 제거 효과도 있는 것으로 보고되고 있다. 다만, 목질계 바이오매스는 일반적으로 발열량이 석탄의 6~7할 수준으로 적고, 미가공 바이오매스는 소재 내부의 공극률이 매우 높기 때문에 부피가 커져 수송효율이 석탄에 비해 크게 떨어지지는 단점이 있다.
이러한 단점을 개선하기 위한 방법으로 석탄과 목재 바이오매스를 혼합한 연료가 개발되었다. 예컨대, 특허문헌 1에는 발열을 위한 용도의 무연탄 45~80 중량%와 발열을 위한 용도의 제지공장에서 발생하는 산업폐기물인 제지용 슬러지 15~45 중량%와 살균 및 냄새제거제로 액상 형태의 굴 껍질 용액 3.0~7.0 중량%, 점결력을 향상하기 위한 점결재로 황토 2.0~3.0 중량%로 이루어진 제지용 슬러지를 이용한 구공탄이 개시되어 있고, 특허문헌 2에는 조성물 총중량을 기준으로 하여, 우드 펠릿 30~50 중량부와 무연탄 분말 70~50 중량부를 혼합하여 조성된 고체연료 조성물이 개시되어 있으며, 특허문헌 3에는 유연탄 45~99 중량%, 석유코크 0.1~25 중량%, 중유회 0.1~10 중량% 및 건조 슬러지, 톱밥 또는 이들의 혼합물 0.1~20 중량%를 함유하는 폐기물을 이용한 시멘트 클링커 제조용 연료 조성물이 개시되어 있다.
하지만, 지금까지 조사된 문헌에 의하면 대부분의 석탄/바이오매스의 혼합 연소 시에 바이오매스에 포함되어 있는 많은 휘발성분으로 인해 화염 불안정성이 일어날 수 있고, 회분의 낮은 융착 온도에 의해 슬래깅 (slagging), 파울링 (fouling) 현상이 일어나는 단점이 있어, 기존 발전소에서는 제한된 양만을 혼합하여 사용하고 있는 실정이다. 특히 목질계 바이오매스 중 하나인 우드 펠릿을 사용하는 보일러의 경우 사용 과정에 있어 연소효율이 크게 떨어지고, 또한 연료공급이 원활하지 않아 제대로 활용되지 못하고 사장되고 있다.
이에, 종래 석탄과 바이오매스를 혼합한 연료의 단점을 극복함과 동시에, 농가용 등 일반 보일러 연소장치에서도 사용할 수 있는 미분연료 개발에 대한 연구가 크게 대두되고 있다.
대한민국 공개특허 공보 제2006-26471호 대한민국 공개특허 공보 제2010-58741호 대한민국 공개특허 공보 제2010-130443호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 유연탄 연소시 다량 발생되는 유해가스 방출이 개선된 그린석탄과 발열량을 높인 바이오매스를 포함함으로써, 착화 속도 및 연소 효율의 안정화, 연소 가스 배출 물질 저감 효과 등을 얻을 수 있는 미분연료 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
미분연료
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는
수분 1 중량% 이하, 휘발분 3~20 중량%, 회분 15 중량% 이하, 고정 탄소 70~85 중량%, 유황분 0.5 중량% 이하의 그린석탄 80~90 중량%와,
반탄화된 바이오매스 10~20 중량%를 포함하는 미분연료를 제공한다.
이때, 본 발명의 명세서에 있어서, ‘이하’란 용어는 명세서에 한정된 상한값 이하인 경우에 바람직하고, 한정된 상한값에서만 본 발명의 기술적 의의가 있다는 의미로 기재된 것으로, 그 하한값은 0 초과 (즉, 미량이라도 반드시 포함된다)라는 의미를 포함한다.
본 발명의 미분연료에 있어서, 상기 반탄화된 바이오매스의 혼합 비율은 20 중량%를 초과하는 경우, 과잉의 휘발성분에 의해 석탄 보일러 내에서 연소 속도 및 연소 효율의 안정화, 연소 가스의 배출 물질 저감 효과 등을 만족하기 어렵다. 또한, 반탄화된 바이오매스의 혼합 비율이 10 중량% 미만이면 초기 착화속도가 저하되고, 함량이 미비하여 반성코크스나 무연탄 등 일반적인 석탄이 가진 문제를 해소하지 못한다는 단점이 있다.
상기 본 발명의 미분연료의 발열량은 7,000 Kcal/Kg, 바람직하게 7,200 Kcal/Kg 이상이다.
본 발명의 미분연료에 있어서, 상기 그린석탄은 원료탄으로 입고 수분 15 중량% 이하이고, 무수기준으로 6,000Kcal/kg 이상의 발열량을 가지며, 휘발분 35~40 중량%, 회분 10 중량% 이하, 유황분 0.5 중량% 이하인 유연탄을 이용하여 제조된다. 이때, 상기 유연탄은 점결탄 및 비점결탄에 특별한 제한은 없으나, 비점결탄인 경우 보다 바람직하다.
본 발명의 미분 연료에 있어서, 상기 바이오매스는 목질계 바이오매스나, 왕겨 또는 가연성 생활 폐기물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 이용할 수 있는데, 예를 들면 석탄 대비 휘발분 및 수분은 높고, 질소분, 회분 및 유황분이 적어 환경오염이 낮고, 또한 재 속에 K2O, CaO가 많으며, 연료비 (고정탄소/휘발분)가 석탄의 약 1/10 이하인 약 0.2로서, 가연분의 연소성이 석탄보다 양호한 목질계 바이오매스를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 목질계 바이오매스를 에너지 원료로 사용하기 위해서는 직접 연소하거나, 열화학적 변환 (고형 연료화, 액화, 가스화), 생물학적 변환 (바이오정제) 과정을 거쳐야 한다. 목재를 연료로 가공하는 방법 중 가장 단순한 방법은 목재 칩이나, 톱밥 등으로 분쇄하는 것이다. 다만, 연료용 칩 등은 가공이 단순한 반면에, 함수율이 높고 불균일하며 분량이 많은 단점을 지니고 있다. 따라서 본 발명에서는 미분연료에 사용되는 바이오매스의 후속 미분화를 위한 분쇄 공정 시에 목적 입도까지 분쇄하는 동안 생산 능력이 감소하는 단점을 개선하기 위하여, 분쇄되기 전에 건류 및 반탄화하는 공정을 추가로 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 공정 과정을 통해, 바이오매스 원료의 수분 및 고온 휘발함량이 감소하고, 비중이 높아져 후속 분쇄 공정을 용이하게 실시할 수 있다. 즉, 바이오매스 원료는 반탄화 전 원료의 공업분석에 따른 성분별 함량은 수분 8.62%, 휘발분 (L.O.I) 70.14%, 회분 0.95%, 고정탄소 20.18%이었으며, 화학성분 분석결과는 탄소 함량 50.87%, 수소 함량 5.87%, 산소 함량 40.48%, 질소 함량 0.28%, 황 함량 0.1%이었고, 발열량은 약 4,660 kcal (건조기준)였다. 하지만, 반탄화 이후 목질계 바이오매스의 성분별 함량은 수분 0.75%, 휘발분 (L.O.I) 63.38%, 회분 0.96%, 고정탄소 35.65%이었고, 화학성분 분석결과는 탄소 함량 83.25%, 수소 함량 1.02%, 질소 함량 0.1%, 황 함량 0.1%로 감소하였고, 발열량은 약 5,650 kcal (건조기준)로 증가되는 것을 알 수 있었다.
또한, 본 발명의 미분연료에 있어서, 상기 미분연료는 보일러 등에 적용 시에 연소효율을 극대화시키기 위하여 200 메쉬 (mesh) 이하의 입도를 갖는 미분, 예컨대 100 내지 200 메쉬의 입도를 갖는 미분 7~10 중량%와, 200 메쉬 이하의 입도를 갖는 미분 90~93 중량%로 이루어진 것이 바람직하다.
종래 바이오매스의 경우 미가공 상태에서는 소재 내부의 공극률이 매우 높기 때문에 부피가 커서 수송효율이 석탄에 비해 크게 떨어지는 등 취급에 어려움 많았다. 이에 반하여, 본 발명의 그린석탄과 반탄화된 바이오매스를 포함하는 미분연료는 200 메쉬 이하의 입도를 갖는 미분으로 이루어져 있기 때문에 수송 및 보관성을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명의 미분 연료는 표면적이 증가된 미분 성분이 일정 비율로 혼합 조성되어 있음으로 통기성이 증가되고 산소 공급이 원활하여 용이하게 혼소될 수 있다.
또한, 본 발명의 미분연료는 표면 코팅재로 표면 (코팅) 처리하여 산소와의 접촉을 차단시킴으로써 자연발화 현상을 방지할 수 있다.
상기 표면 (코팅) 처리 시 사용되는 표면 코팅재로는 저온에서 연소되고, 수분에 거의 반응하지 않으며, 저점성 및 높은 도포율 등을 가져 공기와 미분 연료의 접촉면을 차단할 수 있는 물질이라면 특별하게 제한하지 않으나, 구체적인 예로 고형 파라핀 또는 스테아린산을 들 수 있다. 일반적으로 파라핀은 반응성이 약하고 화학약품에 대하여 내성 (耐性)을 가진다. 파라핀은 무색 ·반투명한 고체로 고형(固形)파라핀 ·석랍 (石蠟)파라핀이라고 한다. 정제 (精製)의 정도 성분 등에 의하여 여러 가지 녹는점을 나타내는데, 47~65℃의 범위이다. 주성분은 곧은 사슬의 파라핀계 탄화수소 CH3(CH2)nCH3으로 이루어져 있고, 탄소 원자수가 16~40, 예컨대 20~30인 것이 바람직하다. 본 발명의 표면 코팅재는 미분연료 전체 중량에 대해 1~2 중량%를 적용하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 표면 코팅재를 2 중량% 적용하여도 1 중량%를 적용한 경우와 거의 동일한 효과가 얻어지므로, 미분연료 코팅에 적합한 고형파라핀의 함량은 원가 저감을 위해 최소한의 함량, 즉 적정 사용량이 1 중량%인 것이 바람직하다.
미분연료의 제조 방법
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는
채굴 입고된 원료탄을 건조하는 단계;
공기차단 밀폐조건하에서 상기 원료탄을 500~800℃에서 간접 가열 및 열분해 공정을 실시하여 그린석탄을 제조하는 단계;
바이오매스 원료를 밀폐된 고온 건조로 내부에 투입하고, 건류하여 반탄화된 바이오매스를 제조하는 단계;
상기 그린석탄 및 반탄화된 바이오매스를 혼합하는 단계; 및
상기 혼합된 그린석탄 및 반탄화된 바이오매스를 미분쇄하여 미분연료를 제조하는 단계를 포함하는 미분연료의 제조 방법을 제공한다 (도 1 참조).
이때, 상기 원료탄은 수분 15 중량% 이하로 무수기준 발열량 6000 Kcal 이상, 휘발분 35~40 중량%, 회분 10 중량% 이하, 유황분 0.5 중량% 이하인 유연탄 이 바람직하다. 이때, 상기 유연탄은 점결탄 및 비점결탄에 특별한 제한은 없으나, 비점결탄인 경우 보다 바람직하다.
먼저, 채굴 입고된 원료탄 중에는 부착 수분, 고유 수분 및 결합 수분이 포함되어 있으므로, 이를 건조시키는 공정을 실시해야 한다. 이때 부착 수분이란, 석탄에 기계적으로 부착되어 있는 것으로, 석탄을 실내에서 엷게 펴 놓고 상온에서 말리면 증발하여 없어지는 수분을 말한다. 고유 수분은 석탄의 콜로이드질의 흡습성에 기인한 것으로, 부착 수분을 제거한 후 105℃에서 건조하였을 때 없어지는 수분을 말한다. 결합 수분은 화학적으로 결합된 형태의 수분으로서, 105℃에서 증발되지 않고 석탄 건류 시 300~500℃ 정도에서 방출되는 수분을 말한다. 이러한 수분 중 석탄의 함수량은 부착 수분과 고유 수분의 합을 말한다. 석탄은 통상적으로 거래될 때 이송 중의 분진 날림 방지를 위해 일정량의 수분을 인위적으로 첨가하는데, 보통 석탄 전체 중량 중에 5~15%의 수분 함량을 가지도록 한다.
구체적으로, 본 발명에서는 상기와 같이 일정 수분을 함유하는 채굴 입고된 원료탄을 넓은 공간에 엷게 펼쳐 자연 건조하거나 스팀을 사용한 로터리 드라이어 등의 설비를 사용하여 적정 함수율, 즉 수분 5~15 중량% 이하, 바람직하게 5~7 중량%를 가지도록 건조한다.
이때, 상기 원료탄 건류 공정에서 수분 함량이 15 중량%를 초과하면 초기 과다 수분 증발을 위한 열원사용으로 인하여 로내 온도 상승이 늦어져서 휘발 성분의 제거 등 열분해 속도가 저하되어 일정 시간 내에 목표 품질의 그린석탄을 얻을 수 없게 된다. 또 수분 함량이 5 중량% 미만이면 운반 및 장입 등에서 미분 날림으로 인해 환경적인 면뿐 아니라 작업자의 작업에도 어려움이 따른다.
이어서, 공기차단 밀폐조건하에서 적정량의 수분 함량을 가진 원료탄을 밀폐구조 하의 간접가열방식의 다단식 에너지 절감형 로터리킬른 설비를 이용하여 500~800℃에서 가열하여 그린석탄을 제조한다. 이때, 상기 가열 온도가 500℃ 미만인 경우, 휘발물질이 제거되지 않고 다량 존재함으로써 연소시 가스 발생 저감 효과를 기대하기 어렵다. 또한 800℃를 초과하는 경우 과다한 양의 휘발물질이 제거됨에 따라 연소시 착화에 어려움이 있으며, 연료비 상승으로 경제적이지 못하다.
구체적으로, 적정량의 수분 함량을 가진 원료탄은 로터리킬른 입구 장입 호퍼로 장입되고, 장입된 건조 원료탄은 연속으로 스크류 피더를 통해 킬른 (연소실 내부의 로터리킬른 부분) 내부로 이송된다. 로터리킬른 외부에 철케이스와 내화물, 버너로 이루어진 연소실을 구성하여 간접 가열방식에 의해 원료탄의 열분해 과정이 진행된다. 로터리킬른 내부로 장입된 원료탄의 저온 건류 시 온도에 따른 열분해 과정은 다음과 같다.
(1) 25~100℃: 자연 건조 과정 중에 부착수분은 대부분 제거되고, 일부 남아 있는 부착수분과 고유수분이 증발한다. 수분은 60~80℃에서 가장 많이 분리되고, 80℃ 이상에서는 균일하게 조금씩 분리되며, 105℃에서는 분리가 거의 정지한다.
(2) 100~200℃: 고체 내부에 흡수되어 있는 흡장 가스 (탄화수소)의 분리가 일어난다.
(3) 200~300℃: 갈탄 등 석탄화가 덜 된 석탄의 분해가 시작된다. 분해되면 산소 화합물에서는 결합 수분, CO2 및 CO가, 유기 황화합물에서는 H2S가 분리된다.
(4) 300~400℃: 역청탄 및 무연탄 정도의 석탄 분해가 시작된다. 점결탄은 310~320℃에서 우선 용융하며 분해되고, 분해 후에 H2O, CO2, CO, H2S 등의 가스와 점도가 낮은 적색 타르 및 탄화수소가 분리되기 시작한다.
(5) 400~500℃: 질소산화물로부터 NH3가 분해되기 시작하며, 타르의 분리가 가장 왕성하게 일어난다. 광물질 또한 분해되기 시작하며, CaCO3로부터 CO2가 분리되기 시작한다.
(6) 500~600℃: H2O, Co 가스의 발생은 정지하고 CmHn, H2 및 CH4는 왕성하게 분리되며, 타르도 계속해서 다량 분리된다.
(7) 600~700℃: CmHn가 분해되어 CH4이 발생하고, 타르의 일부분은 분해되어 가스가 되고, 일부분은 방향족으로 변화된다.
(8) 700~800℃: CmHn 가스 및 타르의 열분해에 의해 H2와 CO 발생이 일어난다. 원료탄의 열분해 과정에서 발생되는 가스는 가스라인을 따라 다시 연소실 내부로 이송되어 석탄 열분해에 필요한 열원으로 이용되어 연료비 절감 효과가 있다. 로터리킬른이 회전함에 따라 로내 원료는 서서히 출구 방향으로 이동하고 입구에 설치된 것과 마찬가지로 스크류 피더를 통해 킬른 (연소실 내부의 로터리킬른 부분) 외부로 빠져나온다.
이때, 본 발명의 미분연료의 제조방법은 상기 그린석탄 제조 후 일정 시간 킬른 (연소실 내부의 로터리킬른 부분)에서 열처리된 탄은 외부로 배출되기 전 자연 발화 방지를 위해 일정 온도 이하로 냉각하는 단계를 더 필요로 한다. 연소실 외부의 로터리킬른 부분 (출구)에는 수냉자켓 등의 냉각설비가 둘러싸여 있고, 이를 통해 배출 탄의 온도를 50℃ 이하로 냉각한다. 이어서, 수냉자켓 등의 냉각설비에 의해 냉각된 그린석탄은 로터리킬른 출구 말단 하부에 구비된 로터리밸브를 통해 외부로 배출된다.
상기 일련의 공정 (건조, 열분해, 냉각)을 거친 원료탄은 발열량 7000kcal/kg 이상이고, 수분 1 중량% 이하, 휘발분 3~20 중량%, 회분 15 중량% 이하, 고정 탄소 70~85 중량%, 유황분 0.5 중량% 이하인 그린석탄으로 제조된다.
또한, 본 발명에서는 바이오매스 원료를 밀폐된 고온 건조로 내부에 투입하고, 300~350℃의 온도 조건하에서 열분해하여 건류 및 반탄화된 바이오매스를 제조한다.
이때, 바이오매스의 건류 및 탄화에 사용되는 주요설비는 고온의 건조로로써 일반적으로 외열식 건조로로 로터리킬른 타입이 주로 사용되고 내열식 건조로로 열풍로 타입이 사용된다. 본 발명에서는 외열식 타입의 수직로를 이용하여 반탄화공정을 실시한다.
구체적으로, 목질계 바이오매스 원료를 밀폐가 가능한 탄화실에 장입한 다음 밀폐하여 외부에서 열을 가하여 목적 온도까지 승온한다. 목질계 바이오매스는 고온의 건조로에서 300℃의 로 온도 조건에서 약 2시간 열분해 분위기의 공정과정을 거친다. 열분해 공정 중에 바이오매스에 함유된 건류가스가 휘발되고 잔재한 목질계 바이오매스는 반탄화된다. 발생하는 건류 가스는 가연성의 가스가 혼합되어 발생하므로 열원으로 재사용이 가능하다. 열분해공정 후 반탄화된 목질계 바이오매스의 무게는 수분과 휘발성분이 제거됨에 따라, 바이오매스 무계는 원료 무게의 40~45%로 감량된다.
이어서, 얻어진 그린석탄 및 반탄화된 바이오매스를 80~90 중량% : 10~20 중량%의 비율로 혼합한 후, 혼합된 그린석탄 및 반탄화된 바이오매스를 미분쇄한다.
상기 분쇄 공정을 위해 사용된 설비는 튜브밀 (볼밀)타입의 분쇄장치로서 원통형태의 분쇄 용기에 스틸 재질의 각기 다른 사이즈의 볼을 분쇄 원료와 함께 넣은 다음 원통의 수직 축을 중심으로 회전시켜 볼과 원료의 마찰작용에 의해 미분으로 분쇄하는 설비로서, 약 400kg/hr의 생산능력을 가지고 있다. 이러한 분쇄 공정에 의해 얻어진 최종 미분 연료는 표준체 200 메쉬 이하 (75㎛)의 입도로 90% 이상 구성되어야 하며, 구체적으로 100~200 메쉬 (150~75 ㎛)사이의 미분이 약 7~10%, 200 메쉬 (75㎛)이하의 미분이 약 90~93%로 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명의 미분 연료는 표면적이 증가된 미분 성분들이 일정 비율로 혼합 조성되어 통기성이 증가되고 산소 공급이 원활하여 보일러 내에서 용이하게 혼소될 수 있다.
한편, 일반적으로 석탄은 공기 중의 산소 및 석탄과 접촉하는 수분 (H2O) 중의 산소를 흡수하여 서서히 열이 발생하는 자연발화 현상이 나타난다. 또한 괴탄에 비해 분탄은 비표면적이 커서 산소와의 접촉 면적이 넓어져 자연발화 발생률이 높다 (산화속도 증가).
따라서 본 발명에서는 미분연료가 산소와 접촉하는 것을 차단하여 미분연료의 자연발화 현상을 방지할 수 있도록, 상기 그린석탄 및 반탄화된 바이오매스를 혼합할 때 고형의 표면 코팅재를 함께 혼입하고, 이후 그린석탄 및 반탄화된 바이오매스를 미분쇄할 때 표면 코팅재가 함께 미분쇄되면서 미분연료를 표면 (코팅) 처리할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이때, 표면 코팅재로는 저온에서 연소되고, 수분에 거의 반응하지 않으며, 저점성 및 높은 도포율 등을 가져 공기와 미분 연료의 접촉면을 차단할 수 있는 물질이라면 특별하게 제한하지 않으나, 예를 들면 고형 파라핀 또는 스테아린산을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 표면 코팅재는 미분연료 전체 중량에 대해 1~2 중량%를 적용하는 것이 바람직하며, 보다 정확하게는 적정 사용량이 1 중량%인 것이 바람직하다.
전술한 바와 같은, 본 발명의 미분원료의 제조 방법에 사용되는 목질계 바이오매스를 반탄화한 차 (char)는 400℃ 이하에서 연소반응이 시작되고, 그린석탄은 600℃ 이하에서 연소반응이 시작하므로 그린석탄의 연소 온도보다 약 200℃ 낮은 온도에서 연소 반응이 시작되는 것으로 미루어 목질계 바이오매스 차가 그린석탄에 비해 상대적으로 연소하기 좋은 연료임을 확인할 수 있었다. 따라서 그린석탄과 목질계 바이오매스 차를 일정 비율로 혼합한 미분연료를 활용할 경우, 2가지 연료의 혼소 특성에 의한 초기 연소 화력과 연소반응 속도를 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 미분연료는 보일러 연소장치에 적합한 발열량 (7000 kcal/kg 이상)을 가짐과 동시에, 연소로 내의 연소분위기를 향상시킬 수 있어 연소 속도 및 연소효율의 안정화를 가져올 수 있다.
또한, 본 발명의 미분연료는 고체 화석원료를 청정 원료화한 그린석탄과 반탄화된 바이오매스를 혼합하여 제조함으로써 2가지 연료의 혼소 특성에 의한 초기 연소 화력과 연소반응 속도를 높일 수 있고 지속적인 연소효율의 안정화를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 보일러 가동 시에 발열량에 비해 SOx 및 이산화탄소 배출량을 감소시켜 대기 환경오염 물질의 배출농도를 크게 저감할 수 있다. 따라서 미분연료의 개발 및 사용은 석탄의 활용범위를 확대시켜 친환경적이면서도 경제적인 연료로 발전시킴에 따라 국내에너지원의 40% 이상을 차지하는 석유의존도를 경감시켜 고유가 등 에너지 물가 상승 시에도 안정적으로 서민 연료를 공급할 수 있는 기반을 구축하였다.
본 발명에서는 그린석탄 및 반탄화된 바이오매스를 포함하는 미분쇄된 미분 연료를 제공함으로써 보일러 연소장치에서 적합한 발열량을 가짐과 동시에, 연소 속도 및 연소효율의 안정화, 연소가스 배출물질 저감 조건을 만족할 수 있었다. 따라서 석탄을 이용한 산업에 대한 안정적인 공급기반을 구축할 수 있고, 고유가 등 에너지 물가 상승 시에도 안정적으로 서민 연료를 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 미분연료의 제조 공정도.
도 2는 비교예 13으로부터 얻어진 0.5%의 고형 파라핀으로 코팅된 미분연료의 온도 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 실시예 17로부터 얻어진 1%의 고형 파라핀으로 코팅된 미분연료의 온도 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 실시예 18로부터 얻어진 2%의 고형 파라핀으로 코팅된 미분연료의 온도 변화를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 나타내지만, 본 발명에 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
I. 그린석탄의 제조
실시예 1~12 및 비교예 1~6
채굴 입고된 유연탄 (비점결탄)(수분 10%, 무수기준 <휘발분 35.40%, 회분 8.21%, 고정탄소 56.39%>, 황분 0.48%)을 넓게 펼쳐 놓고 24시간 이상 자연 건조시켜 수분 함량 5%로 제조하였다. 원료 장입에 앞서 로터리킬른을 소성 온도까지 5℃/분의 속도로 승온시켰다. 로터리킬른의 승온이 완료된 후 톤백 등에 담겨진 건조된 유연탄 (비점결탄)을 시간당 400kg씩 로터리킬른 입구 장입 호퍼로 장입하였다. 장입된 원료탄은 스크류 피더를 통해 킬른 내부로 이송되었다. 각각의 시험 소성 온도에서 로터리킬른의 회전수 조절을 통해 로내 유지 시간을 변경하면서 일정 시간 열분해시켰다. 열분해 완료 후, 로터리킬른 출구 외부에 구비된 수냉자켓에 의해 50℃이하로 냉각된 후 로터리밸브를 통해 얻어진 그린석탄을 외부로 배출하였다. 이때, 외부로 배출되는 그린석탄의 양은 시간당 240kg으로 조절하였다. 각 열분해 조건에서 얻어진 그린석탄의 품질을 하기 표 1 및 2에 나타내었다. 이때, 그린석탄의 수분, 휘발분, 회분, 고정탄소는 공업분석법으로 황은 C/S분석, 발열량은 공업분석 결과 값에 의한 계산식으로 산출하였다. 또한, 각 분석에 사용된 샘플 개수는 10EA로 하여 그 평균값을 나타내었다.
시험조건 그린석탄 품질
실시예 소성온도
(℃)
장입-
배출시간
(시간)
수분
(%)
무수기준
(%)
발열량
(kcal/kg)
휘발분
(%)
회분
(%)
고정탄소
(%)
1 500 1 0.99 19.78 10.20 70.02 0.47 7476
2 600 0.90 17.35 10.50 72.15 0.46 7436
3 700 0.84 14.99 10.80 74.21 0.43 7393
4 800 0.77 11.52 11.24 77.24 0.43 7326
5 500 2 0.87 17.12 10.53 72.35 0.44 7434
6 600 0.82 15.88 10.69 73.43 0.42 7413
7 700 0.73 13.56 10.99 75.45 0.42 7371
8 800 0.59 9.76 11.47 78.77 0.38 7297
9 500 3 0.75 16.37 10.63 73.00 0.46 7429
10 600 0.73 14.58 10.86 74.56 0.45 7393
11 700 0.64 11.01 11.31 77.68 0.41 7322
12 800 0.29 6.41 11.89 81.70 0.38 7229
시험조건 그린석탄 품질
비교예 소성온도
(℃)
장입-
배출시간
(시간)
수분
(%)
무수기준
(%)
발열량
(kcal/kg)
휘발분
(%)
회분
(%)
고정탄소
(%)
1 300 2 1.52 30.21 8.87 60.92 0.49 7553
2 400 1.11 26.70 9.32 63.98 0.48 7568
3 900 0.25 2.50 12.39 85.11 0.37 7136
4 300 3 1.50 26.88 9.29 63.83 0.48 7505
5 400 1.00 23.29 9.75 66.96 0.48 7523
6 900 0.22 1.86 12.47 85.67 0.36 7120
상기 표 1 및 2에 도시한 바와 같이, 원료탄 (유연탄)을 500℃ 이하에서 가열 및 열분해 공정을 실시하는 경우 휘발물질이 제거되지 않고 다량 존재하기 때문에 추후 연소시 발생가스 저감 효과를 기대하기 어려웠다. 또한, 원료탄 (유연탄)을 800℃ 이상에서 가열 및 열분해 공정을 실시하는 경우 휘발물질이 과량 제거됨으로써 추후 연소시 착화에 어려움이 발생할 수 있다.
II. 바이오매스의 제조
실시예 13~14 및 비교예 7~8
목질계 바이오매스 원료를 밀폐가 가능한 탄화실에 장입한 다음 밀폐하고, 하기 표 3의 온도 조건에서 약 2시간 열분해 분위기의 공정과정을 거쳐 반탄화된 바이오매스를 제조하였다 (하기 표 3 참조).
시험조건 바이오매스 품질
반탄화
온도
(℃)
수분
(%)
무수기준 탄소
(%)
수소
(%)

(%)
발열량
(kcal/kg)
휘발분
(%)
회분
(%)
고정탄소
(%)
바이오매스 원료 - 8.62 70.14 0.95 20.18 50.87 5.87 0.1 4,600
실시예 13 300 0.75 63.38 0.96 35.65 68.98 4.97 0.08 5,650
실시예 14 350 0.7 61.22 0.98 37.78 70.13 4.97 0.08 5,740
비교예 7 200 1.9 68.21 0.95 30.84 66.88 5.01 0.1 4,950
비교예 8 500 0.34 15.45 2.27 82.28 83.25 1.02 0.08 6,550
III. 미분연료의 제조
실시예 15~16 비교예 9~12
튜브밀 (볼밀)타입의 분쇄장치로서 원통형태의 분쇄 용기에 스틸 재질의 볼(직경 10~80 mm)과 함께 상기 실시예 6에서 얻어진 그린석탄 및 실시예 13에서 얻어진 바이오매스를 하기 표 4에 나타낸 혼합 비율로 혼입한 다음, 원통의 수직 축을 중심으로 회전시켜 볼과 원료들을 마찰작용에 의해 표준체 100~200 메쉬 입도의 미분원료가 10%, 200 메쉬 이하 (-75㎛) 입도의 미분 연료가 90%로 이루어진 미분연료를 제조하였다. 하기 표 4에 각 혼합 비율에 따른 미분연료의 품질을 나타내었다.
혼합 비율
(반탄화된
바이오매스 : 그린석탄) 
공업분석(%) 화학분석(%) 발열량
(kcal/kg)
수분 휘발분 회분 고정
탄소
탄소 수소 산소 질소
실시예 15 10 : 90 0.56 19.62 8.65 71.28 78.97 3.33 15.75 1.50 0.46 7252
실시예 16 20 : 80 0.57 24.24 7.80 67.56 77.99 3.51 16.74 1.34 0.42 7084
비교예 9 8 : 92 0.56 14.92 8.91 75.41 80.21 2.98 14.81 1.53 0.47 7350
비교예 10 30 : 70 0.59 28.87 6.94 63.83 7.00 3.70 17.74 1.19 0.38 6916
비교예 11 40 : 60 0.60 33.49 6.09 60.11 76.02 3.88 18.73 1.03 0.34 6748
비교예 12 50 : 50 0.62 38.11 5.24 56.39 75.04 4.06 19.73 0.88 0.30 6580
채굴된석탄 - 10 35.40 8.21 56.39 78.66 2.87 14.03 1.04 0.48 5800
반성코크스 - 2~4 6 6~8 80~85 84.84 3.10 15.27 1.10 0.35~0.46 7100
전술한 표 4를 살펴보면, 고체 화석원료를 청정원료화한 그린석탄과 반탄화된 바이오매스를 포함하는 미분연료의 경우, 채굴된 석탄에 비해 수분의 함량이 상대적으로 낮아 높은 발열량을 가지며, 반탄화된 바이오매스 함량 비율이 20 중량%를 초과하는 경우 반성코크스에 준하는 고 발열량의 미분연료 조건에 미흡하며, 연소 공정에 있어 상대적으로 비중이 가벼운 반탄화된 바이오매스가 비산됨에 따라 공정 손실(loss)로 작용하여 사용효율을 상대적으로 저하시키는 경향을 보인다. 하기 표 5에 혼합비율에 따른 연료 손실률을 측정한 값을 나타내었다. 이때, 연료손실률은 미분연료 중 고정탄소의 중량에 외기로 배출된 집진분 중의 고정탄소 중량을 나눈 값으로 예측하였다.
혼합 비율
(반탄화된 바이오매스 : 그린석탄 %)
연료 손실율(%)
실시예 15 10 : 90 2.4
실시예 16 20 : 80 2.8
비교예 10 30 : 70 3.3
비교예 11 40 : 60 4.0
비교예 12 50 : 50 5.2
실시예 17, 18 및 비교예 13
상기 실시예 15에서 그린 석탄 및 반탄화된 바이오매스 혼합 시에 표 6에 나타낸 함량비로 고형 파라핀을 함께 혼합하는 것을 제외하고는 상기 실시예 15의 방법과 동일한 방법으로 미분연료를 제조하였다. 이때, 고형 파라핀 함량은 미분연료 전체 100g 중에 함량 (%)을 의미한다.
미분연료 파라핀 함량
(%) 
최대 상승 온도
(℃)
자연발화
방지 여부
실시예 17 실시예 16 1 69
실시예 18 실시예 16 2 65
비교예 13 실시예 16 0.5 180 ×
미분연료의 코팅 정도에 따라 자연발화를 방지 효과를 측정하기 위하여, 상기 실시예 17, 18 및 비교예 13에서 얻어진 코팅된 미분원료를 약 300kg 중량으로 톤백에 보관하였으며 보관 형태는 대기 중 공기와의 반응 정도를 유추하기 위해 밀폐형, 일반 (밀폐형과 개방형의 중간 정도)형, 개방형으로 각각 보관하였다. 보관 시 온도변화 관찰을 위해 열전대 (고온온도 측정장치)를 설치하여 시간에 따른 온도 변화를 지속적으로 관찰하였다 (도 2~4 참조).
즉, 도 2는 비교예 13에서 얻어진 0.5% 파라핀으로 코팅된 미분원료의 보관시 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 2의 그래프에서 보면 분쇄 직후 톤백 보관 초기의 미분 연료 온도는 약 30~40℃의 온도를 보였으며, 지속적으로 온도 증가 현상을 보이며 3일 째에 가파른 온도 변화를 보였다 (100℃ 이상). 외관 상 온도 상승에 따른 변화는 나타나지 않았다. 약 4일 째 되는 날 약 160 ℃ 이상의 온도에서 보관 중인 톤백에서 연기가 나기 시작하며 톤백 내부에서 연기가 지속적으로 나는 국소부위에서 연소된 재가 육안으로 확인되었다. 따라서 비교예 13에서 얻어진 0.5%의 고형 파라핀으로 코팅된 미분연료의 자연발화 방지는 효과가 없는 것으로 확인되었다.
도 3은 실시예 17에서 얻어진 1% 파라핀으로 코팅된 미분연료의 보관시 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 이때, 분쇄, 코팅 보관 조건은 0.5%의 시험조건과 동일하게 진행하였다. 도 2와는 다르게 초기 보관온도가 상대적으로 높은 60℃ 정도를 보였다. 약 1일 정도 온도 상승 곡선을 보였으나 그 이후로는 온도가 하강하는 경향을 나타내었으며 보관중인 미분연료의 온도가 실온까지 떨어지는 경향을 보임으로써 자연발화 방지 효과가 유효한 것으로 나타났다. 최대 승온 온도는 약 70℃ 이하로 확인되었다.
도 4는 실시예 18에서 얻어진 2% 파라핀으로 코팅된 미분연료의 보관시 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 고형 파라핀 2%를 적용한 코팅 미분원료의 자연발화 온도변화는 1%를 혼입한 미분연료와 큰 차이를 보이지 않았으며, 최대 온도는 약 65℃로 확인되었다. 또한 24시간 이내에 온도 하강 곡선을 나타냄으로써 자연발화 방지효과가 나타나는 것으로 확인되었다.
도 2~4 에 나타낸 바와 같이, 휘발분이 20%인 그린석탄을 파라핀 1%로 코팅할 경우 최대 승온 온도는 약 69℃로 확인되었다. 파라핀 1%로 코팅할 경우 밀폐하거나 개폐하여 보관하는 형태에 상관없이 최대 승온 온도는 약 70℃ 이하로 유사하게 나타났다. 1% 파라핀 코팅 미분탄의 경우 약 70℃ 까지 온도 상승 반응은 나타났으나 발화 반응이 시작될 온도까지는 승온되지 않았으며, 코팅에 따른 자연발화 방지 효과가 나타났다. 하지만, 파라핀을 0.5% 코팅한 그린석탄 시험에서 최대 승온 온도는 약 180℃ (3.5일)까지 나타났으며 이 조건에서 일반적인 보관형태의 그린석탄에서 자연발화가 시작되었다. 0.5 % 파라핀 코팅 시험 결과 미분 코팅에 의한 자연 발화 억제 효과 나타나지 않았다. 이는 원료 보관 시 코팅이 되지 않은 국소 부위에서 지속적인 온도 상승 효과가 나타나 착화의 원인을 제공하는 것으로 판단할 수 있다.

Claims (16)

  1. 수분 1 중량% 이하, 휘발분 3~20 중량%, 회분 15 중량% 이하, 고정 탄소 70~85 중량%, 유황분 0.5 중량% 이하의 그린석탄 80~90 중량%와,
    반탄화된 바이오매스 (Biomass) 10~20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 미분연료.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 미분연료의 발열량은 7,000 Kcal/kg 이상인 것을 특징으로 하는 미분연료.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 그린석탄은 입고 수분이 15 중량% 이하이고,
    무수기준으로 6,000Kcal/kg 이상의 발열량을 가지며,
    휘발분 35~40 중량%, 회분 10 중량% 이하 및 유황분 0.5 중량% 이하를 포함하는 유연탄을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 미분연료.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이오매스는 목질계 바이오매스 또는 가연성 생활 폐기물인 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미분연료.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 미분연료는 100~200 메쉬의 입도를 갖는 미분 7~10 중량%와,
    200 메쉬 이하의 입도를 갖는 미분 90~93 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 미분연료.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 미분연료는 표면 코팅재를 이용하여 표면 처리된 것을 특징으로 하는 미분연료.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 표면 코팅재는 파라핀 또는 스테아린산인 것을 특징으로 하는 미분연료.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 표면 코팅재는 미분연료 전체 중량에 대해 1~2 중량%로 이용되는 것을 특징으로 하는 미분연료.
  9. 채굴 입고된 원료탄을 건조하는 단계;
    공기차단 밀폐조건하에서 상기 원료탄을 500~800℃에서 간접 가열, 열분해공정을 통하여 그린석탄을 제조하는 단계;
    바이오매스 원료를 밀폐된 고온 건조로 내부에 투입하고, 열분해하여 반탄화된 바이오매스를 제조하는 단계;
    상기 그린석탄 및 반탄화된 바이오매스를 혼합하는 단계; 및
    상기 혼합된 그린석탄 및 반탄화된 바이오매스를 미분쇄하여 청구항 1 기재의 미분연료를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미분연료의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 원료탄은 수분 15 중량% 이하로 무수기준 발열량 6000 Kcal 이상, 휘발분 35~40 중량%, 회분 10 중량% 이하, 유황분 0.5 중량% 이하의 유연탄인 것을 특징으로 하는 미분연료의 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 방법은 그린석탄 제조 단계 후, 외부로 배출되기 전에 그린석탄을 냉각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미분연료의 제조방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 그린석탄과 반탄화된 바이오매스의 혼합 비율은 80~90 중량% : 10~20 중량%인 것을 특징으로 하는 미분연료의 제조방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 미분연료는 100~200 메쉬의 입도를 갖는 미분 7~10 중량%와,
    200 메쉬 이하의 입도를 갖는 미분 90~93 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 미분연료의 제조방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 방법은 그린석탄 및 반탄화된 바이오매스 혼합 시에 표면 코팅재를 더 혼입하는 단계; 및
    그린석탄, 반탄화된 바이오매스 및 표면 코팅재를 함께 미분쇄하여 표면 코팅재에 의해 미분연료를 표면 코팅 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미분연료의 제조방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 표면 코팅재는 파라핀 또는 스테아린산인 것을 특징으로 하는 미분연료의 제조방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 표면 코팅재는 미분연료 전체 중량에 대해 1~2 중량%로 이용되는 것을 특징으로 하는 미분연료의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170021497A (ko) 2015-08-18 2017-02-28 (주)경동월드와이드 반탄화 바이오매스 고형 연료 및 그 제조방법

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