KR20200055380A - Method of Manufacturing Solid Fuel using Food Waste - Google Patents

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KR20200055380A KR1020180138985A KR20180138985A KR20200055380A KR 20200055380 A KR20200055380 A KR 20200055380A KR 1020180138985 A KR1020180138985 A KR 1020180138985A KR 20180138985 A KR20180138985 A KR 20180138985A KR 20200055380 A KR20200055380 A KR 20200055380A
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Abstract

One embodiment of the present invention relates to a method for manufacturing solid fuel using food waste. To this end, the food waste undergoes a hydrothermal carbonization process under conditions involving a temperature of 180-230°C and 10-40 bar and a reaction time of 1-6 hours with sulfuric acid added in an amount of 0.5-5 wt%, thereby enabling the production of solid fuel with a low content of chlorine (Cl^-) while a lower heating value is high. The solid fuel thus produced can be useful as a fuel for a thermal power plant or the like.

Description

음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법{Method of Manufacturing Solid Fuel using Food Waste}Method of manufacturing solid fuel using food waste

본 발명은 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 음식물 쓰레기를 수열탄화 하여 고형연료를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing solid fuel using food waste, and more particularly, to a method for producing solid fuel by hydrothermal carbonization of food waste.

국민소득 증강에 의한 식생활이 향상된 결과 우리의 식탁이 풍성해져 이전과 같이 음식을 제대로 먹지 못하는 현상이 없어졌지만 풍성해진 식탁에서 불필요하게 남겨져서 쓰레기로 배출되는 음식물쓰레기의 양이 점차 늘어나고 있음은 이미 주지된 사실이다. 2016년 우리나라 음식물폐기물의 발생량은 15,680톤/일 이었다. 이는 전체 폐기물 발생량의 약 29% 에 해당하는 양으로(4인 가족이 1년간 버리는 음식물쓰레기 기준 718kWh 에너지 소요, 연간 가정소비 전력량 20% 차지) 8천억원 이상의 처리비용이 소요되며 매년 증가하는 추세를 보인다. As a result of the improved dietary habits by increasing national income, our table has become richer and the phenomenon of not being able to eat properly has disappeared, but it has already been noted that the amount of food waste that is discharged as garbage is left unnecessarily on the enriched table. It is true. In 2016, the amount of food waste in Korea was 15,680 tons / day. This is equivalent to about 29% of the total amount of waste generated (4 households consume 718 kWh of energy based on food waste that is thrown out for one year, accounting for 20% of annual household power consumption). .

음식물 쓰레기는 통상적으로 그 종류가 다양하고 이물질이 혼입되는 경우가 많아 재활용이 어려우므로 매립처리 되고 있었으나, 폐기물 관리법 시행 규칙 개정으로 인해 매립이 금지되고, 근래에는 이를 자원화하기 위한 방안으로 사료화와 퇴비화 방법을 주로 사용하고 있다. 사료화의 경우 습식법과 건식법으로 나눌 수 있는데 건식법은 건조시 소요되는 연료비등 운전비용이 대단히 높아 경제성이 떨어지며, 습식법의 경우 염분문제, 유통과정에서 변질될 우려, 처리과정에서 악취문제 및 탈리액 처리 등 문제점이 많아 소규모처리장에 한정적으로 운전되고 있는 실정이다. 아울러, 건조 사료의 경우 건조에 소요되는 과도한 에너지 비용 때문에 경제성이 대단히 낮으며, 두 방법 모두 이물질혼입, 염분문제 및 가축질병감염 문제들 때문에 세계적으로 사료화는 금지되거나 기피되고 있다. 퇴비화하는 경우에도 퇴비의 염분함유량 문제, 협잡물 문제 때문에 보급에 어려움이 있으며, 전처리 선별공정을 거치지만, 비닐 및 협잡물 등이 포함되어 퇴비화에 어려움을 주고 있다.Food waste is usually disposed of because it is difficult to recycle because it is difficult to recycle due to the variety of types and foreign matter.However, landfilling is prohibited due to the revision of the Waste Management Law Enforcement Rules, and in recent years, as a way to turn it into a resource, feed and composting methods Is mainly used. In the case of fodderization, it can be divided into a wet method and a dry method. The dry method has a very low operating cost such as fuel cost during drying, and thus economical efficiency is low. Due to the large number, it is currently being operated in a small-scale treatment plant. In addition, in the case of dry feed, the economic efficiency is very low due to excessive energy cost for drying, and both methods are prohibited or avoided in the world due to foreign matter mixing, salt problems, and livestock disease infection problems. Even in the case of composting, it is difficult to supply due to the problem of salt content and contaminants in compost, and it undergoes a pre-treatment screening process, but it contains vinyl and contaminants, which makes it difficult to compost.

한편, 상기와 같은 문제들로 인하여 음식물 쓰레기를 활용하여 대체에너지 보급 차원에서 고형화 하여 연료로 사용하는 기술이 개발되고 있다. 그러나, 음식물 쓰레기를 고형연료로 제조하기 위한 음식물쓰레기의 건조과정에서 음식물쓰레기가 골고루 건조되지 못하여 만들어진 고체연료의 소각 시 악취가 발생할 뿐 아니라, 발열량이 낮은 문제점이 있었다. 특히, 상기 고형연료를 화력발전소 연료로 사용하는 경우, 고형연료에 포함되는 염분(Cl-)이 발전소 보일러 재료의 부식을 유발할 수 있어, 화력발전소 등의 연료로는 사용할 수 없었다.On the other hand, due to the above-mentioned problems, a technology for solidifying in terms of supplying alternative energy by utilizing food waste has been developed. However, in the process of drying the food waste to produce food waste as solid fuel, the food waste was not evenly dried, and when incinerating the solid fuel produced, there was a problem that the calorific value was low. Particularly, when the solid fuel is used as a fuel for a thermal power plant, salt (Cl ) contained in the solid fuel may cause corrosion of a boiler material in a power plant, and thus cannot be used as a fuel for a thermal power plant.

따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 음식물 쓰레기를 이용한 고체연료를 제조할 수 있는 방법 등이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is a need for a method for manufacturing a solid fuel using food waste that can solve these problems.

대한민국 등록특허 제10-1664119호Republic of Korea Registered Patent No. 10-1664119

본 발명의 목적은 발열량이 높고, 염소의 함량이 적은 고형연료를 제조할 수 있는 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for producing solid fuel using food waste that can produce solid fuel with high calorific value and low chlorine content.

상기한 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,

본 발명은 일실시예에서, The present invention in one embodiment,

음식물 쓰레기를 수열탄화하여 탄화슬러리를 제조하는 단계;Hydrocarbonization of food waste to produce carbonized slurry;

제조된 탄화슬러리로부터 고체 생성물과 액체 탈리액을 분리하는 단계; 및Separating the solid product and the liquid desorption solution from the prepared carbonized slurry; And

고체 생성물을 성형하여 고형연료를 생성하는 단계; 를 포함하며,Forming a solid product to produce a solid fuel; It includes,

상기 탄화슬러리를 제조하는 단계는, 온도 180 내지 230 ℃ 및 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건에서 수행하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법을 제공한다.The step of manufacturing the carbonized slurry provides a method for producing solid fuel using food waste, characterized in that it is performed at a temperature of 180 to 230 ° C. and a pressure of 10 to 40 bar and a reaction time of 1 to 6 hours.

본 발명의 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법에 따르면, 음식물 쓰레기가 온도 180 내지 230 ℃ 및 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건에서 수열탄화 공정을 거쳐, 저위 발열량이 높고, 염소의 함량이 적은 고형연료를 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 고형연료는 화력발전소 등의 연료로 유용하게 사용될 수 있다.According to the method for producing solid fuel using food waste of the present invention, food waste is subjected to a hydrothermal carbonization process at a temperature of 180 to 230 ° C. and 10 to 40 bar and a reaction time of 1 to 6 hours, and the low calorific value is high. Solid fuels with low content can be produced. The solid fuel manufactured in this way can be usefully used as a fuel such as a thermal power plant.

도 1은 본 발명의 일실시에에 따른 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법의 순서도를 나타낸 도면이다.
도 2는 수열탄화 반응기의 배출 시스템에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고형연료의 연속식 제조장치에 대한 전체 개념도이다.
도 4는 원료성상에 따른 타르(Tar)의 발생량을 나타내는 사진이다((a) 쌀류 90 %, (b) 채소류 90 %)
도 5는 실시예 6과 비교예 2에서 제조한 고형연료의 입자 표면을 전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다((a) 220 ℃, (b) 250 ℃).
도 6 (a), (b)는 각각 온도에 따른 리그닌 감소과 타르의 생성량을 나타낸 그래프이다
도 7(a) 는 아세톤 여과전 건조 탄화물, (b) 는 아세톤 여과 후 건조 탄화물, (c) 아세톤 여과 전 핸드프레스의 여지, (d) 아세톤 여과 후 핸드프레스의 여지를 보여주는 사진이다.
1 is a flowchart showing a method of manufacturing a solid fuel using food waste according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of the discharge system of the hydrothermal hydrocarbon reactor.
3 is an overall conceptual diagram of a continuous production apparatus for solid fuel according to the present invention.
Figure 4 is a photograph showing the amount of generation of tar (Tar) according to the material properties ((a) 90% rice, (b) 90% vegetables)
5 is a photograph of the particle surface of the solid fuel prepared in Example 6 and Comparative Example 2 with an electron microscope (SEM) ((a) 220 ℃, (b) 250 ℃).
6 (a) and (b) are graphs showing the reduction of lignin and the amount of tar, respectively, depending on the temperature.
7 (a) is a photograph showing dry carbide before acetone filtration, (b) dry carbide after acetone filtration, (c) room for hand press before acetone filtration, and (d) room for hand press after acetone filtration.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범우에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것을 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood that all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention are included.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, terms such as "comprises" or "have" are intended to indicate that there are features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, and one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

본 발명에서, "수열탄화(HTC, hydrothermal carbonization)" 란, 저함수율을 갖는 재료와 물을 혼합한 재료 또는 고함수율을 갖는 재료를 폐쇄형 반응기에 넣어 가온시키고, 이러한 가온에 의해 물이 포화되어 수증기압이 발생되면서 수분 증발 없이 탄화 반응이 진행되는 공정을 의미한다. 특히, 이러한 수열탄화는 고함수 유기성폐기물 처리에 용이한 기술로, 증발잠열 없이, 반응 후 기계적 탈수만으로 수분을 제거할 수 있어, 건조에 비해 에너지가 적게 소비되는 이점이 있다.In the present invention, the term "hydrothermal carbonization (HTC)" means that a material having a low water content and a material having a high water content or a material having a high water content is heated in a closed reactor and water is saturated by this heating. Refers to a process in which the carbonization reaction proceeds without evaporation of moisture as water vapor pressure is generated. In particular, such hydrothermal carbonization is an easy technique for treating high-functional organic wastes, and it is possible to remove moisture by mechanical dehydration after reaction without latent heat of evaporation, and thus has less energy consumption compared to drying.

한편, 음식물 쓰레기는 고함수율을 가지므로, 별도의 물을 공급하지 않아도, 수열탄화 반응기에서 탄화 반응이 일어날 수 있다. 구체적으로, 수열탄화 반응기에 열이 가해질수록, 수열탄화 반응기에 공급된 음식물 쓰레기의 수분 함량이 감소되면서 상대적으로 탄소가 고정될 수 있다. 다시 말해, 음식물 쓰레기(또는 음식물 슬러지)의 수분 함량의 감소에 의해 음식물 쓰레기의 산소 함량 및 수소 함량이 감소되고, 이에 따라 음식물 쓰레기의 탄소 함량은 상대적으로 증가하는 것이다.On the other hand, since food waste has a high water content, a carbonization reaction may occur in a hydrothermal carbonization reactor without supplying additional water. Specifically, as heat is applied to the hydrothermal carbonization reactor, carbon can be relatively fixed while the moisture content of food waste supplied to the hydrothermal carbonization reactor is reduced. In other words, the oxygen content and the hydrogen content of the food waste are reduced by reducing the water content of the food waste (or food sludge), and thus the carbon content of the food waste is relatively increased.

본 발명에서, "저위 발열량(low calorific power)" 은 연료 중에 포함되어 있는 수증기의 열량을 고려하지 않은 열량으로, 실제 보일러에서 이용할 수 있는 열량을 의미한다. 즉, 저위 발열량은 총 발열량에서 수증기 잠열을 뺀 값을 의미할 수 있다.In the present invention, "low calorific power" means the amount of heat that does not take into account the amount of water vapor contained in the fuel, and means the amount of heat that can be used in an actual boiler. That is, the low calorific value may mean a value obtained by subtracting the latent heat of water vapor from the total calorific value.

본 발명은 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing solid fuel using food waste.

종래, 음식물 쓰레기를 이용하여 제조되는 고형연료는, 음식물쓰레기의 건조과정에서 음식물쓰레기가 골고루 건조되지 못하여 고형연료의 소각 시 악취가 발생할 뿐 아니라, 발열량이 낮은 문제점이 있었다. 아울러, 상기 고형연료를 화력발전소 연료로 사용하는 경우, 고형연료에 포함되는 염분(예를 들어, Cl-)이 발전소 보일러 재료의 부식을 유발할 수 있어, 화력발전소 등의 연료로는 사용할 수 없었다.Conventionally, solid fuels manufactured using food wastes have a problem in that the food wastes are not evenly dried during the drying process of the food wastes, resulting in a bad smell when incineration of the solid fuels and a low calorific value. In addition, when the solid fuel is used as a fuel for a thermal power plant, salt (for example, Cl ) contained in the solid fuel may cause corrosion of a boiler material in a power plant, and thus cannot be used as a fuel for a thermal power plant.

이러한 문제점들을 극복하기 위하여, 본 발명은 음식물 쓰레기를 수열탄화 하여 고형연료를 제조하는 방법을 제공한다.To overcome these problems, the present invention provides a method for producing solid fuel by hydrothermal carbonization of food waste.

본 발명의 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법에 따르면, 음식물 쓰레기가 온도 180 내지 230 ℃ 및 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건에서 수열탄화 공정을 거쳐, 저위 발열량이 높고, 염소의 함량이 적은 고형연료를 제조할 수 있다.According to the method for producing solid fuel using food waste of the present invention, food waste is subjected to a hydrothermal carbonization process at a temperature of 180 to 230 ° C. and 10 to 40 bar and a reaction time of 1 to 6 hours, and the low calorific value is high. Solid fuels with low content can be produced.

이렇게 제조된 고형연료는 화력발전소 등의 연료로 유용하게 사용될 수 있다.The solid fuel manufactured in this way can be usefully used as a fuel such as a thermal power plant.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은, The present invention,

음식물 쓰레기를 수열탄화하여 탄화슬러리를 제조하는 단계;Hydrocarbonization of food waste to produce carbonized slurry;

제조된 탄화슬러리로부터 고체 생성물과 액체 탈리액을 분리하는 단계; 및Separating the solid product and the liquid desorption solution from the prepared carbonized slurry; And

고체 생성물을 성형하여 고형연료를 생성하는 단계; 를 포함하며,Forming a solid product to produce a solid fuel; It includes,

상기 탄화슬러리를 제조하는 단계는, 온도 180 내지 230 ℃ 및 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건에서 수행한다. The step of preparing the carbonized slurry is performed under conditions of a temperature of 180 to 230 ° C and a pressure of 10 to 40 bar and a reaction time of 1 to 6 hours.

보다 구체적으로는, 본 발명에 따른 고형연료 제조방법은, 음식물 쓰레기를 수열탄화 반응기 내에서 수열탄화하여 탄화슬러리를 제조하는 단계; 탄화슬러리를 반응기로부터 저장조로 유체 이동하고, 탄화슬러리로부터 고체 생성물과 액체 탈리액을 분리하는 단계; 및 고체 생성물을 성형하여 고형연료를 생성하는 단계; 를 포함한다.More specifically, the method for manufacturing a solid fuel according to the present invention comprises the steps of: preparing food waste by hydrothermal carbonization of food waste in a hydrothermal carbonization reactor; Fluidly transferring the carbonized slurry from the reactor to the storage tank, and separating the solid product and the liquid lysate from the carbonized slurry; And forming a solid product to form a solid fuel; It includes.

일실시예에서, 본 발명은,In one embodiment, the present invention,

음식물 쓰레기를 수열탄화 반응기 내에서 수열탄화하여 탄화슬러리를 제조하는 단계(S100);Preparing food waste by hydrothermal carbonization of food waste in a hydrothermal carbonization reactor (S100);

탄화슬러리를 반응기로부터 저장조로 유체 이동하고, 탄화슬러리로부터 고체 생성물과 액체 탈리액을 분리하는 단계(S200); 및A step of fluidly transferring the carbonized slurry from the reactor to the storage tank, and separating the solid product and the liquid lysate from the carbonized slurry (S200); And

고체 생성물을 성형하여 고형연료를 생성하는 단계(S300); 를 포함하며,Forming a solid product to produce solid fuel (S300); It includes,

상기 탄화슬러리를 제조하는 단계는 온도 180 내지 230 ℃ 및 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건의 수열탄화 반응기에서 가열 및 가압하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법을 제공한다(도 1 참조).The step of manufacturing the carbonized slurry is a method of producing solid fuel using food waste, characterized in that heating and pressurization in a hydrothermal hydrocarbon reactor at a temperature of 180 to 230 ° C. and a pressure of 10 to 40 bar and a reaction time of 1 to 6 hours. Provided (see FIG. 1).

수열탄화 반응기에 공급되는 음식물 쓰레기는 소비되고 남은 음식을 의미할 수 있으며, 곡류 및/또는 채소류 등을 포함하는 음식물 쓰레기일 수 있다. 특히, 상기 수열탄화 반응기에 공급되는 음식물 쓰레기는 고함수율을 갖는 음식물 쓰레기일 수 있으며, 구체적으로, 음식물 쓰레기의 함수율은 70 내지 90 %, 72 내지 88 %, 73 내지 86 % 또는 71 내지 84 % 일 수 있다.The food waste supplied to the hydrothermal carbonization reactor may mean consumed and leftover food, and may be food waste including grains and / or vegetables. In particular, the food waste supplied to the hydrothermal hydrocarbon reactor may be food waste having a high water content, specifically, the water content of the food waste is 70 to 90%, 72 to 88%, 73 to 86%, or 71 to 84% days Can be.

예를 들면, 음식물 쓰레기는 상술한 범위의 함수율을 가지므로, 별도의 물을 공급하지 않아도, 수열탄화 반응기에서 탄화 반응이 일어날 수 있다. 구체적으로, 수열탄화 반응기에 열이 가해질수록, 수열탄화 반응기에 공급된 음식물 쓰레기의 수분 함량이 감소되면서 상대적으로 탄소가 고정될 수 있다. 한편, 음식물 쓰레기의 함수율이 상기 범위 미만인 경우, 원료 자체에 수분이 부족하여, 탄화 반응이 일어날 수 없다. 아울러, 상기 범위를 초과하는 경우, 탄화슬러리를 제조하기 위한 공정시간 또는 온도가 증가되어, 많은 에너지를 소비하게 되는 문제가 발생할 수 있다. For example, since food waste has a water content in the above-described range, a carbonization reaction may occur in a hydrothermal carbonization reactor without supplying additional water. Specifically, as heat is applied to the hydrothermal carbonization reactor, carbon can be relatively fixed while the moisture content of food waste supplied to the hydrothermal carbonization reactor is reduced. On the other hand, when the water content of the food waste is less than the above range, the raw material itself lacks moisture, so that a carbonization reaction cannot occur. In addition, when it exceeds the above range, the process time or temperature for manufacturing the carbide slurry is increased, which may cause a problem of consuming a lot of energy.

상기 고형연료 제조방법에서, 음식물 쓰레기를 수열탄화 반응기 내에서 수열탄화하여 탄화슬러리를 제조하는 단계는, 온도 180 내지 230 ℃ 및 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건, 또는 온도 190 내지 220 ℃ 및 압력 15 내지 35 bar 및 반응시간 2 내지 5 시간 조건일 수 있으며, 바람직하게는 190 내지 210 ℃ 및 압력 15 내지 30 bar 및 반응시간 2 내지 4 시간 조건일 수 있으며, 보다 바람직하게는 190 내지 200 ℃ 및 압력 15 내지 20 bar 및 반응시간 3 내지 4 시간 조건 또는 190 ℃ 및 압력 16 내지 19 bar 및 반응시간 4 시간 조건의 수열탄화 반응기에서 수행될 수 있다.In the method of manufacturing the solid fuel, the step of preparing hydrocarbon slurry by hydrothermal carbonization of food waste in a hydrothermal carbonization reactor includes a temperature of 180 to 230 ° C and a pressure of 10 to 40 bar and a reaction time of 1 to 6 hours, or a temperature of 190 to 220 ℃ and pressure 15 to 35 bar and reaction time may be 2 to 5 hours condition, preferably 190 to 210 ℃ and pressure 15 to 30 bar and reaction time may be 2 to 4 hours condition, more preferably 190 It can be carried out in a hydrothermal carbonization reactor of 200 to 200 ℃ and pressure of 15 to 20 bar and reaction time of 3 to 4 hours or 190 ℃ and pressure of 16 to 19 bar and reaction of 4 hours.

상기 온도 범위 및 압력에서, 반응물(음식물 쓰레기)의 함수율을 효과적으로 저하시킴과 동시에 우수한 발열량을 나타내는 고형연료를 제조할 수 있다. 예를 들면, 반응온도가 160 ℃ 및 반응시간 2 시간 미만인 경우, 반응물에 공급되는 열과 압력이 너무 낮아 탄화가 온전하게 이루어지지 않으며 탈수성이 떨어져 반응물의 수분 함량을 용이하게 감소시킬 수 없다. 반응온도 220 ℃, 압력 35 bar 및 반응시간 6 시간을 초과하는 경우, 반응에 필요한 에너지가 너무 높아 경제성이 떨어지며, 반응물(음식물 쓰레기)의 표면에 타르(Tar)가 생성될 수 있다. 타르의 발생은 반응물의 탈수성을 저하시킬 뿐만 아니라 탄화물의 연소효율을 저하시켜 고형연료로서 품질가치가 떨어지고, 작물의 생육을 저해하는 요소로 작용하여 토양개질제로 적용이 불가하다. In the temperature range and pressure, it is possible to manufacture a solid fuel that effectively lowers the water content of the reactants (food waste) and exhibits excellent calorific value. For example, if the reaction temperature is less than 160 ° C and the reaction time is less than 2 hours, the heat and pressure supplied to the reactants are too low to achieve complete carbonization, and the water content of the reactants cannot be easily reduced due to dehydration. When the reaction temperature exceeds 220 ° C., the pressure 35 bar, and the reaction time 6 hours, the energy required for the reaction is too high, resulting in poor economic efficiency, and tar may be generated on the surface of the reactant (food waste). The generation of tar not only decreases the dehydration property of the reactants, but also lowers the combustion efficiency of carbides, deteriorates the quality value as a solid fuel, and acts as a factor that inhibits the growth of crops, so it cannot be applied as a soil modifier.

예를 들면, 타르는 유기물의 열분해에 의해서 생기는 흑색 또는 갈색의 점조성 기름상 역청 물질의 총칭으로, 유기성 물질로 이루어진 음식물 쓰레기를 고온 압착하면, 열화학적 반응을 통해 음식물류 폐기물 내 벤조피렌이 다환방향족탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon, PHA) 로 전환될 수 있으며, 그 비율에 따라 점조성의 역청질에 의한 입자가 결합현상을 발생시켜, 플랜트 설비수식 및 필터프레스를 이용한 슬러지 고액 분리시 어려움을 초래할 수 있다. 한편, 음식물 쓰레기에 함유된 원료 중 쌀류를 많이 포함하고 있을 때 보다 채소류를 더 많이 포함하고 있을 때, 타르의 발생량은 증가할 수 있다. 예를 들면, 상기 채소류는 리그닌의 함량이 높아 타르의 생성량이 더 많을 수 있다.For example, tar is a general term for black or brown viscous oily bitumen produced by thermal decomposition of organic substances. When food wastes made of organic substances are compressed at high temperature, benzopyrene in food wastes is polycyclic aromatic hydrocarbon through thermochemical reaction. It can be converted into (polycyclic aromatic hydrocarbon, PHA), and depending on the ratio, particles due to viscous bituminous particles may generate binding phenomena, which can cause difficulties in separating sludge solids using plant equipment formula and filter press. On the other hand, when the raw material contained in the food waste contains a lot of vegetables rather than a lot of rice, the amount of tar may increase. For example, the vegetables may have a higher lignin content, so that the amount of tar generated may be higher.

상기 탄화슬러리를 제조하는 단계는 상기 온도 및 압력 범위에서, 2 내지 5 시간, 2 내지 4 시간 또는 4 시간 동안 수행할 수 있다. 이는 상술한 바와 마찬가지로, 반응 온도가 2시간 미만인 경우, 반응물의 수분 함량을 용이하게 감소시키기 어려울 수 있으며, 반응 온도가 5 시간을 초과하는 경우, 너무 많은 에너지가 소비되는 문제가 발생할 수 있다.The step of preparing the carbonized slurry may be performed in the temperature and pressure range for 2 to 5 hours, 2 to 4 hours, or 4 hours. This, as described above, when the reaction temperature is less than 2 hours, it may be difficult to easily reduce the moisture content of the reactant, and when the reaction temperature exceeds 5 hours, a problem that too much energy is consumed may occur.

한편, 상기 반응 조건에서 탄화슬러리를 제조할 때, 고형연료 내의 염분의 함량을 줄일 수 있음을 확인하였다. 예를 들어, 상기 염분의 함량은 염소 이온(Cl-)의 함량을 통해 산출 가능하다. On the other hand, it was confirmed that when preparing the carbonized slurry under the above reaction conditions, the content of salt in the solid fuel can be reduced. For example, the amount of the salt is a chloride ion (Cl -) can be calculated through the quantity of.

음식물 쓰레기를 온도 180 내지 230℃ 및 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건의 반응기 내에서 수열탄화하여 탄화 슬러리를 제조하는 단계에서, 음식물 쓰레기는 50~150℃ 온도로 예열된 상태로 반응기로 유입될 수 있다. 구체적으로는, 상기 음식물 쓰레기는 50 내지 110℃ 범위로 예열된 상태로 유입되며, 이는 반응기 내부의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있다. 또는, 상기 음식물 쓰레기는 120 내지 150℃ 범위로 예열된 상태로 유입되며, 이 경우에는 상기 음식물 쓰레기가 예비 혹은 부분 탄화된다. 이를 통해 음식물 쓰레기의 탄화 효율을 높이는 효과가 있다.In the step of preparing a hydrocarbon slurry by hydrothermal carbonization of food waste in a reactor at a temperature of 180 to 230 ° C and a pressure of 10 to 40 bar and a reaction time of 1 to 6 hours, the food waste is preheated to a temperature of 50 to 150 ° C. It can be introduced into the reactor. Specifically, the food waste is introduced in a preheated state in the range of 50 to 110 ° C, which can prevent a rapid temperature change inside the reactor. Alternatively, the food waste is introduced in a preheated state in the range of 120 to 150 ° C, in which case the food waste is preliminarily or partially carbonized. This has the effect of increasing the carbonization efficiency of food waste.

상기 탄화 슬러리를 제조하는 단계에서, 필요에 따라 수열탄화 반응기에는 황산을 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 탄화 슬러리를 제조하는 단계에서, 음식물 쓰레기 100 중량%에 대하여 황산 0.5 내지 5 중량%를 투입하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 탄화 슬러리를 제조하는 단계에서 황산은 촉매로서 작용하여, 반응시간을 단축시킬 수 있으며, 에너지 밀도 등을 증가시킬 수 있다. 또는, 제조되는 고형연료의 염소의 함량을 효과적으로 줄이며, 후단 고액분리 공정 시 탈수력을 향상시킬 수 있다. In the step of preparing the carbonized slurry, if necessary, the hydrothermal carbonization reactor may further include introducing sulfuric acid. More specifically, in the step of preparing the carbonized slurry, it may include a process of adding 0.5 to 5% by weight of sulfuric acid with respect to 100% by weight of food waste. In the step of preparing the carbonized slurry, sulfuric acid acts as a catalyst, thereby reducing the reaction time and increasing energy density. Alternatively, the content of chlorine in the solid fuel to be produced can be effectively reduced, and the dehydration power can be improved during the subsequent solid-liquid separation process.

이러한 경우, 상기 황산은, 음식물 쓰레기 전체 중량에 대하여, 0.5 내지 5 중량%, 1 내지 4 중량%, 1.5 내지 3 중량% 또는 2 중량% 수준으로 첨가될 수 있다. 황산 함량이 0.5 중량% 미만인 경우 염소 저감 효과가 미미하고, 5 중량%를 초과하는 경우, 고형연료 내 잔존하는 황의 함량이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.In this case, the sulfuric acid may be added at a level of 0.5 to 5% by weight, 1 to 4% by weight, 1.5 to 3% by weight, or 2% by weight relative to the total weight of food waste. When the sulfuric acid content is less than 0.5% by weight, the effect of reducing chlorine is insignificant, and when it exceeds 5% by weight, a problem that the content of sulfur remaining in the solid fuel increases may occur.

하나의 예에서, 상기 탄화 슬러리를 수열탄화 반응기로부터 저장조로 유체 이동하고, 상기 탄화 슬러리로부터 고체 생성물과 액상 탈리액을 분리하는 단계는, 액체 및 고체 성분으로부터 기체 성분을 분리하는 기체 분리 과정, 및 고체 생성물과 액상 탈리액을 분리하는 고액 분리 과정을 거쳐 수행 가능하다.In one example, the step of fluidly transferring the carbonized slurry from the hydrothermal carbonization reactor to a storage tank and separating the solid product and the liquid lysate from the carbonized slurry includes: a gas separation process for separating gas components from liquid and solid components, and solids It can be performed through a solid-liquid separation process for separating the product and the liquid desorption liquid.

고액 분리 과정을 수행한 고체 생성물은 건조하여 고형연료를 제조할 수 있으며, 또는 이를 성형하는 단계를 거칠 수 있다. 예를 들면, 고형연료를 성형하는 단계에서는 펠릿 등으로 성형할 수 있으며, 직경 50 mm 및 길이 100 mm 이하의 크기로 성형할 수 있다.The solid product that has undergone the solid-liquid separation process may be dried to produce solid fuel, or may be subjected to a step of molding it. For example, in the step of forming the solid fuel, it may be molded into pellets or the like, and may be molded to a size of 50 mm in diameter and 100 mm in length or less.

아울러, 제조되는 고형연료는 수열탄화 직후의 탄화슬러리에 타르가 생성될 수 있다. 생성된 타르는 수열탄화 반응 직후 아세톤 세척을 통해 상기 타르 성분을 제거할 수 있다. 예를 들면, 탄화슬러리를 여과지에 놓고, 아세톤을 중력여과 방식으로 떨어뜨려 세척할 수 있다.In addition, tar may be produced in the solidified fuel that is produced immediately after hydrothermal carbonization. The resulting tar can be removed through acetone washing immediately after the hydrothermal carbonization reaction. For example, the carbonized slurry can be placed on a filter paper and acetone can be washed by dropping it by gravity filtration.

즉, 수열탄화 반응 직후의 탄화슬러리는 아세톤 세척을 통해 탄화물의 점성을 제거할 수 있으며, 점성질의 주원인인 슬러리 내에 타르성분을 제거할 수 있다. 다만, 아세톤은 폭발문제로 인한 현장적용의 어려움이 있어, 에탄올 계열 또는 식물성 유기용제로 대체할 수 있다.That is, the hydrocarbon slurry immediately after the hydrothermal carbonization reaction can remove the viscosity of the carbide through acetone washing, and remove the tar component in the slurry, which is the main cause of the viscosity. However, acetone is difficult to apply in the field due to the explosion problem, and can be replaced with ethanol-based or vegetable organic solvents.

본 발명에 따라 제조되는 고형연료는 저위 발열량이 7,000 kcal/kg 이상이며, 함수율이 10 wt% 이하이고, 염소(Cl-) 함량이 0.5 wt% 이하일 수 있다.The solid fuel made in accordance with the present invention is the lower heating value is 7,000 kcal / kg or more, a water content of 10 wt% or less, chlorine (Cl -) is the content be not more than 0.5 wt%.

구체적으로, 본 발명에 따라 제조되는 고형연료는 저위 발열량이 7,000 kcal/kg 이상, 7,000 내지 10,000 kcal/kg 범위, 7,000 내지 9,000 kcal/kg 범위, 7,100 내지 8,000 kcal/kg 범위, 7,150 내지 7,600 kcal/kg 범위, 7,200 내지 7,550 kcal/kg 범위일 수 있다. 하나의 예로서, 상기 고형연료의 발열량은 Cl 칼로리미터 (Cl Calorimeter, IKA사) 를 사용하여 측정할 수 있다 Specifically, the solid fuel manufactured according to the present invention has a low calorific value of 7,000 kcal / kg or more, 7,000 to 10,000 kcal / kg range, 7,000 to 9,000 kcal / kg range, 7,100 to 8,000 kcal / kg range, 7,150 to 7,600 kcal / kg range, may range from 7,200 to 7,550 kcal / kg. As an example, the calorific value of the solid fuel can be measured using a Cl Calorimeter (ICA).

본 발명에 따라 제조되는 고형연료는 7,000 kcal/kg 이상의 저위 발열량 만족함으로써, Bio-SRF 기준(3,000 kcal/kg 이상)과 발전소 혼소 기준(3,000 kacl/kg 이상) 기준을 모두 만족시킬 수 있다. 참고로, Bio-SRF(Biomass-Solid Refuse Fuel) 는 바이오매스를 포함한 가연성 고형 폐기물을 이용하여 생산된 고형연료를 지칭한다(자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률 시행규칙 별표 7, 환경부령 제745호).The solid fuel manufactured according to the present invention can satisfy both the Bio-SRF standard (3,000 kcal / kg or more) and the power plant mixing standard (3,000 kacl / kg or more) by satisfying the low calorific value of 7,000 kcal / kg or more. For reference, Bio-SRF (Biomass-Solid Refuse Fuel) refers to solid fuel produced using combustible solid waste including biomass (Enforcement Regulations on the Conservation and Recycling of Resources, Annex 7, Enforcement Decree No. 745 number).

뿐만 아니라, 이와 같이 저함수율을 갖는 고형연료는 수열탄화 및 고액 분리가 선행된 고체생성물로부터 수득되므로, 우수한 발열량 및 우수한 에너지 밀도를 가질 수 있다. 이는, 음식물 쓰레기가 수열탄화되는 과정에서 산소를 제외한 요소(탄소)의 함량이 증가하였가 때문이다. In addition, since the solid fuel having a low water content is obtained from a solid product preceded by hydrothermal carbonization and solid-liquid separation, it can have excellent calorific value and excellent energy density. This is because the content of urea (carbon) excluding oxygen increased during the hydrothermal carbonization of food waste.

아울러, 상기 제조되는 고형연료는 PXRF(Potable X-Ray Fluorescence) 으로 검출하였을 때, 염소(Cl-) 0.5 중량 % 미만일 수 있다. 구체적으로, 염소는 함량이 0.5 중량 % 미만일 수 있으며, 0.0001 내지 0.5 중량 % 범위, 0.001 내지 0.5 중량 % 범위, 0.01 내지 0.3 중량 % 범위, 0.1 내지 0.2 중량 % 범위일 수 있다. 이에 따라, 염소(Cl-) 의 함량이 적은 고형연료를 제조할 수 있으며, 결론적으로, 상기 고형연료를 화력발전소 등의 연료로 사용할 때, 부식유발 등의 문제를 해결할 수 있다.In addition, the solid fuel is produced, the chlorine (Cl -) upon detecting a PXRF (Potable X-Ray Fluorescence) may be less than 0.5% by weight. Specifically, chlorine may have a content of less than 0.5% by weight, 0.0001 to 0.5% by weight, 0.001 to 0.5% by weight, 0.01 to 0.3% by weight, and 0.1 to 0.2% by weight. Thus, the chlorine (Cl -) can be prepared a smaller amount of solid fuel, As a result, when using the solid fuel to the fuel, such as thermal power plants, it is possible to solve problems such as corrosion caused.

본 발명에 따라 제조되는 고형연료는 중금속(염소, 수은, 카드뮴, 납, 비소, 크롬, 황) 이 불검출되거나, 매우 적은 적은 범위로 포함될 수 있다. 실질적으로 대부분의 중금속이 검출되지 않으며, 이에 따라 고형연료의 연소시 유해물질 및 환경오염 물질의 발생이 현저히 저하되는 효과를 나타낼 수 있다.The solid fuel produced according to the present invention may contain heavy metals (chlorine, mercury, cadmium, lead, arsenic, chromium, sulfur) undetected or in a very small range. In practice, most heavy metals are not detected, and accordingly, when the solid fuel is burned, harmful substances and environmental pollutants are significantly reduced.

본 발명에 따라 제조되는 고형연료는 화력발전소 등의 연료로 유용하게 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 염소(Cl-) 의 함량이 낮아 토양개질제 등으로도 사용될 수 있다. 예를 들면, 고형연료는 유기물의 질소함량이 3.54 % 로 가축분뇨의 약 2 % 평균함량보다 높아 토양개질제로 적합할 수 있다.The solid fuel manufactured according to the present invention can be usefully used as a fuel such as a thermal power plant. In addition, since the content of chlorine (Cl-) is low, it can also be used as a soil modifier. For example, the solid fuel may be suitable as a soil modifier because the nitrogen content of organic matter is 3.54%, which is higher than the average content of about 2% of livestock manure.

이하, 본 발명에 따른 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조시 제조장치 및 공정에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a manufacturing apparatus and a process for manufacturing solid fuel using food waste according to the present invention will be described in detail.

탄화슬러리를 제조하는 단계는 유입 라인 및 유출라인이 형성된 밀폐형 구조의 수열탄화 반응기에서 이뤄질 수 있다. 도 2는 수열탄화 반응기의 배출 시스템에 대한 모식도이다.The step of manufacturing the carbonized slurry may be performed in a hydrothermal hydrocarbon reactor having a closed structure having an inflow line and an outflow line. 2 is a schematic view of the discharge system of the hydrothermal hydrocarbon reactor.

도 2를 참조하면, 수열탄화 반응기(107)는 유입 라인을 통해 반응 원료가 유입되고, 유출 라인을 통해 반응이 완료된 반응물이 유출된다. 수열탄화 반응기(107) 유출 라인을 통해 유출된 반응물은 배출 부재(112)를 경유하여, 저장조(113a)로 이동된다. 상기 저장조(113a)는 내부에 교반수단이 구비된 구조일 수 있다. 저장조(113a)는 반응물로부터 기체 성분을 분리하는 기체 분리기(113a)이고, 후단에 고체 성분과 액체 성분을 분리하는 고액 분리기(115)가 순차 연결된다. 기체 분리기(113a)에서 분리된 기체 성분은 배기체 정화기(114)를 거쳐 배출된다. 고액 분리기(115)에서는 고체 성분과 액체 성분을 분리하여 배출한다. 여기서, 반응 원료는 음식물 쓰레기를 의미하며, 반응이 완료된 반응물은 탄화슬러리를 의미할 수 있다.Referring to Figure 2, the hydrothermal carbonization reactor 107, the reaction raw material is introduced through the inlet line, the reaction is completed through the outlet line is reacted. The reactant that has flowed out through the hydrothermal carbonization reactor 107 outlet line is transferred to the reservoir 113a via the discharge member 112. The storage tank 113a may have a structure in which a stirring means is provided. The storage tank 113a is a gas separator 113a for separating gas components from reactants, and a solid-liquid separator 115 for separating solid and liquid components is sequentially connected to the rear end. The gas component separated from the gas separator 113a is discharged through the exhaust gas purifier 114. The solid-liquid separator 115 separates and discharges the solid component and the liquid component. Here, the reaction raw material refers to food waste, and the reactant after the reaction is completed may mean carbonization slurry.

한편, 배출 부재(112)는 수열탄화 반응기(107)에서 반응이 완료된 반응물을 연속적으로 유출시키는 역할을 수행한다. 상기 배출 부재(112)는 부재 내부의 유체 흐름 방향을 따라 순차 혹은 연속적으로 압력이 감압되는 구간을 포함하 는 감압 수단이다. 상기 배출 부재(112)는 스크류가 회전하는 방향을 따라 반응물이 유출되는 구조일 수 있다. 또한, 상기 배출 부재(112)는, 예를 들어, 유체 흐름을 따라 내경이 순차 혹은 연속적으로 증가하는 구조이거나 유체 흐름을 따라 순차 또는 연속적으로 압력이 감소하는 구조로 설계된다.On the other hand, the discharge member 112 serves to continuously flow out the reaction is complete reaction in the hydrothermal carbonization reactor 107. The discharge member 112 is a decompression means including a section in which pressure is sequentially or continuously depressurized along a fluid flow direction inside the member. The discharge member 112 may be a structure in which reactants flow out along a direction in which the screw rotates. In addition, the discharge member 112 is designed, for example, to have a structure in which the inner diameter increases sequentially or continuously along the fluid flow, or a structure in which the pressure decreases sequentially or continuously along the fluid flow.

도 3은 본 발명에 따른 고형연료의 연속식 제조장치에 대한 전체 개념도이다. 도 3을 참조하면, 반응 원료인 음식물 쓰레기가 저장조(101)에 유입되고, 저장조(101)에 수용된 음식물 쓰레기는 공급 부재(102)를 거쳐 수열탄화 반응기(107)로 유입된다. 상기 공급 부재(102)는 반응기 수위가 일정 수준 이상인 경우, 공급 부재의 작동을 멈추거나 공급 부재의 공급 유량을 저감한다. 이때, 상기 수열탄화 반응기(107)에는 내부의 수위를 측정하는 수위 센서가 형성된다.3 is an overall conceptual diagram of a continuous production apparatus for solid fuel according to the present invention. Referring to FIG. 3, food waste, which is a reaction raw material, flows into the storage tank 101, and food waste accommodated in the storage tank 101 flows into the hydrothermal carbonization reactor 107 through the supply member 102. When the reactor water level is above a certain level, the supply member 102 stops the operation of the supply member or reduces the supply flow rate of the supply member. At this time, the hydrothermal carbonization reactor 107 is formed with a water level sensor for measuring the water level inside.

상기 공급 부재(102)와 반응기(107)의 유체 흐름 상에는 보조 반응기(103a, 103b)가 위치한다. 필요에 따라서는, 상기 보조 반응기(103a, 103b)는 2개의 반응기가 병렬된 위치로 형성된 구조이다. 상기 보조 반응기(103a, 103b)에서는 음식물 쓰레기를 70 내지 80℃ 범위로 예열하거나 100 내지 110℃ 범위로 가열하여 예비 탄화를 수행한다.Secondary reactors 103a and 103b are positioned on the fluid flows of the supply member 102 and the reactor 107. If necessary, the auxiliary reactors 103a and 103b have a structure in which two reactors are formed in parallel positions . In the auxiliary reactors 103a and 103b, preliminary carbonization is performed by preheating food waste in the range of 70 to 80 ° C or heating it in the range of 100 to 110 ° C.

보조 반응기(103a, 103b)를 거친 음식물 쓰레기는 10 내지 40 bar 범위의 압력으로 가압된 상태로 수열탄화 반응기(107)로 유입 된다. 또한, 약품 저장조(105)에 저장된 촉매가 약품 펌프(106)를 경유하여 수열탄화 반응기(107) 내로 첨가된다. 상기 촉매로는 황산을 사용한다. 필요에 따라서는, 수열탄화 반응기(107)의 일측에는 별도의 열매유 히터(108)가 구비된다. 상기 열매유 히터(108)를 통해, 수열탄화 반응기(107)를 가열하거나 온도를 유지한다. 상기 반응기(107) 내부는 180 내지 230 ℃ 및 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 범위로 가열 및 가압된다. 상기 가열 및 가압 조건에서, 반응기(107) 내부의 음식물 쓰레기는 탄화과정을 거쳐 고체 생성물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리로 전환된다.Food waste that has passed through the auxiliary reactors 103a and 103b flows into the hydrothermal carbonization reactor 107 under pressure at a pressure in the range of 10 to 40 bar. In addition, the catalyst stored in the chemical storage tank 105 is added into the hydrothermal carbonization reactor 107 via the chemical pump 106. Sulfuric acid is used as the catalyst. If necessary, a separate heating oil heater 108 is provided on one side of the hydrothermal carbonization reactor 107. Through the heating oil heater 108, the hydrothermal carbonization reactor 107 is heated or the temperature is maintained. The inside of the reactor 107 is heated and pressurized in a range of 180 to 230 ° C. and 10 to 40 bar and reaction time 1 to 6 hours. Under the heating and pressurizing conditions, the food waste inside the reactor 107 is converted to a solid-liquid slurry containing a solid product and a liquid desorption liquid through a carbonization process.

수열탄화 반응기(107)의 유출 라인을 통해 반응물이 유출된다. 유출된 반응물은 제1 열교환기(109) 및 제2열교환기(110)를 거쳐 배출 부재(112)로 유입된다. 상기 제1 열교환기(109)는 반응기(107)에서 유출된 고온의 반응물에서 발생되는 열을 보조 반응기(103a, 103b)에 공급하게 된다. 필요에 따라서는 상기 제1 열교환기(109)는 열매유를 통해 보조 반응기(103a, 103b)에 열을 공급한다. 이 경우 제1 열교환기(109)와 보조 반응기(103a, 103b) 사이에는 열매유 펌프(104)가 위치한다. 또한, 상기 제2 열교환기(110)의 일측에는 별도의 냉각기(111)가 형성된 구조이다. 상기 제2 열교환기(110)를 통해, 배출 부재(112)로 유입되는 반응물의 온도를 60 내지 70℃ 범위로 냉각 한다.The reactant flows out through the outlet line of the hydrothermal hydrocarbon reactor 107. The reactant that flows out flows into the discharge member 112 through the first heat exchanger 109 and the second heat exchanger 110. The first heat exchanger 109 supplies the heat generated from the high temperature reactant discharged from the reactor 107 to the auxiliary reactors 103a and 103b. If necessary, the first heat exchanger 109 supplies heat to the auxiliary reactors 103a and 103b through the heating oil. In this case, the heat exchanger pump 104 is positioned between the first heat exchanger 109 and the auxiliary reactors 103a and 103b. In addition, a separate cooler 111 is formed on one side of the second heat exchanger 110. Through the second heat exchanger 110, the temperature of the reactants flowing into the discharge member 112 is cooled to 60 to 70 ° C.

배출 부재(112)로 유입된 반응물은, 배출 부재(112)를 통과하는 동안 감압되는 과정을 거치게 된다. 상기 배출 부재(112)를 통과하는 동안, 반응물의 압력은 20 내지 23 bar에서 대기압(약 1 bar) 수준으로 감압된다. 상기 배출 부재(112)는 반응물을 연속적으로 유출하며, 동시에 부재 내부의 유체 흐름 방향을 따라 반응물의 압력을 순차 적으로 또는 연속적으로 낮추게 된다. 상기 배출 부재(112)는 기체 분리기(113b)의 수위가 일정 수준 이상인 경우, 배출 부재의 작동을 멈추거나 배출 부재의 유출 유량을 저감한다. 이때, 상기 기체 분리기(113b)에는 내부의 수위를 측정하는 수위 센서가 형성된다.The reactants introduced into the discharge member 112 undergo a process of being depressurized while passing through the discharge member 112. While passing through the discharge member 112, the pressure of the reactants is reduced from 20 to 23 bar to atmospheric pressure (about 1 bar). The discharge member 112 continuously discharges the reactant, and at the same time, the pressure of the reactant is sequentially or continuously lowered along the fluid flow direction inside the member. When the water level of the gas separator 113b is higher than a certain level, the discharge member 112 stops the operation of the discharge member or reduces the flow rate of the discharge member. At this time, the gas separator 113b is formed with a water level sensor for measuring the water level inside.

배출 부재(112)를 경유한 반응물은, 반응물 내의 기체 성분을 분리하는 기체 분리기(113b)에 유입된다. 상기 기체 분리기(113b)를 거치면서 기체 성분이 분리된 반응물은, 다시 고액 분리기(115)로 유입된다. 상기 고체 분리기(115)에서 반응물은 고체 생성물과 액상 탈리액으로 분리된다. 상기 고체 생성물은 고체 연료 성형기에 도입되며 성형 과정을 거치게 되고, 상기 액상 탈리액은 배출 또는 재이용된다.The reactant passed through the discharge member 112 flows into the gas separator 113b that separates gas components in the reactant. The reactant having the gas component separated while passing through the gas separator 113b is introduced into the solid-liquid separator 115 again. In the solid separator 115, the reactants are separated into a solid product and a liquid stripping liquid. The solid product is introduced into a solid fuel molding machine and subjected to a molding process, and the liquid desorption liquid is discharged or reused.

이로써, 건조 장치로부터 고형연료가 수득될 수 있다. 이때, 고형연료는 약 10 % 이하의 함수율을 가질 수 있으며, 가열 장치, 발전소, 고형연료 수요처 등에 공급될 수 있다.Thereby, solid fuel can be obtained from the drying apparatus. At this time, the solid fuel may have a water content of about 10% or less, and may be supplied to a heating device, a power plant, and a demand for solid fuel.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as limited by these examples.

<실시예><Example>

실시예 1. Example 1.

고형연료 제조장치를 이용하여 음식물 쓰레기를 고형연료로 제조하였다. 구체적으로, 함수율이 75.6% 인 음식물 쓰레기 2kg 를 온도 220 ℃ 및 압력 30 bar 전후 조건의 반응기 내에서 4 시간 동안 가열 및 가압하여 수열탄화 하였다. 그리고, 이를 저장조로 유체이동시켜 고체 생성물과 액상 탈리액을 분리하여 고형연료를 제조하였다.Food waste was produced as solid fuel using a solid fuel manufacturing apparatus. Specifically, 2 kg of food waste having a water content of 75.6% was heated and pressed for 4 hours in a reactor at a temperature of 220 ° C. and a pressure of 30 bar before and after hydrothermal carbonization. Then, the solid product and the liquid desorption liquid were separated by fluid transfer to a storage tank to prepare a solid fuel.

실시예 2.Example 2.

음식물 쓰레기에 황산을 첨가한 것을 제외하곤, 실시예 1과 동일한 방법으로 고형연료를 제조하였다. 이때, 황산은 음식물 쓰레기 전체 중량에 대하여 2 중량 % 를 첨가하였다.Solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1, except that sulfuric acid was added to the food waste. At this time, sulfuric acid was added 2% by weight relative to the total weight of food waste.

실시예 3.Example 3.

함수율이 77.4% 인 음식물 쓰레기 2kg 를 온도 190 ℃ 및 압력 18 bar 전후 조건의 반응기 내에서 4 시간 동안 수열탄화 하였다. 그리고, 이를 저장조로 유체이동시켜 고체 생성물과 액상 탈리액을 분리하였다.2 kg of food waste having a water content of 77.4% was hydrothermal carbonized for 4 hours in a reactor at a temperature of 190 ° C and a pressure of about 18 bar. Then, the fluid was moved to a storage tank to separate the solid product and the liquid desorption liquid.

실시예 4.Example 4.

음식물 쓰레기에 황산을 첨가한 것을 제외하곤, 실시예 1과 동일한 방법으로 고형연료를 제조하였다. 이때, 황산은 음식물 쓰레기 전체 중량에 대하여 2 중량 % 를 첨가하였다.Solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1, except that sulfuric acid was added to the food waste. At this time, sulfuric acid was added 2% by weight relative to the total weight of food waste.

실시예 5.Example 5.

반응 온도를 220 ℃ 로 설정한 것을 제외하곤, 실시예 3과 동일한 방법으로 고형연료를 제조하였다.Solid fuel was prepared in the same manner as in Example 3, except that the reaction temperature was set to 220 ° C.

실시예 6. Example 6.

음식물 쓰레기에 황산을 첨가한 것을 제외하곤, 실시예 5와 동일한 방법으로 고형연료를 제조하였다. 이때, 황산은 음식물 쓰레기 전체 중량에 대하여 2 중량 % 를 첨가하였다.Solid fuel was prepared in the same manner as in Example 5, except that sulfuric acid was added to the food waste. At this time, sulfuric acid was added 2% by weight relative to the total weight of food waste.

실시예 7.Example 7.

함수율이 76.5 % 인 음식물 쓰레기를 시료로 사용하고, 열처리 온도를 190 ℃ 설정한 것을 제외하곤, 실시예 1과 동일한 방법으로 고형연료를 제조하였다.A solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1, except that food waste having a water content of 76.5% was used as a sample and the heat treatment temperature was set at 190 ° C.

실시예 8. Example 8.

함수율이 74.8 % 인 음식물 쓰레기를 시료로 사용하고, 열처리 온도를 190 ℃ 설정한 것을 제외하곤, 실시예 1과 동일한 방법으로 고형연료를 제조하였다.A solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1, except that food waste having a water content of 74.8% was used as a sample and the heat treatment temperature was set at 190 ° C.

비교예 1.Comparative Example 1.

반응 온도를 160 ℃ 로 설정한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일한 방법으로 고형연료를 제조하였다.Solid fuel was prepared in the same manner as in Example 3, except that the reaction temperature was set to 160 ° C.

비교예 2.Comparative Example 2.

함수율이 78.1 % 인 음식물 쓰레기를 시료로 사용하고, 열처리 온도를 250 ℃ 설정한 것을 제외하곤, 실시예 1과 동일한 방법으로 고형연료를 제조하였다.A solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1, except that food waste having a water content of 78.1% was used as a sample, and a heat treatment temperature was set at 250 ° C.

<실험예><Experimental Example>

실험예 1. 고형연료의 성분 분석과 저위발열량 측정Experimental Example 1. Component analysis of solid fuel and measurement of low heat generation

실시예 1, 2에서 제조한 고형연료의 성분 분석과 저위 발열량을 측정하였다. Component analysis of the solid fuels prepared in Examples 1 and 2 and low calorific value were measured.

발열량 또한 기기를 이용한 분석이 일반적으로 사용되고 있으며, 봄베에 넣은 시료가 연소할 때 기기내 물에 열을 전달하고 이 물의 온도를 측정해서 발열량을 계산하는 원리이다. 기기 분석값은 건조고위발열량, 수증기 잠열을 고려하여 계산한 값을 습기준 고위발열량(총 발열량, Hh)이라 하며, 수증기의 잠열을 제외한 발열량을 습기준 저위발열량(참 발열량, Hl)이라 칭한다. As for the calorific value, analysis using a device is generally used, and when a sample in a cylinder is burned, it transfers heat to the water in the device and measures the temperature of the water to calculate the calorific value. Instrumental analysis values are as dry senior heating value, water vapor latent s a value calculated using the reference high-ranking heat value (total calorific power, H h), and, as the reference lower heating value moist heat generation other than the latent heat of water vapor (see heating value, H l) It is called.

저위발열량은 원소분석기(Elemental Analyzer, Thermo Fisher Scientific사)를 사용하여 유기물 시료를 약 1000 ℃ 에서 촉매를 이용하여, 각각 CO2, H2O. NO2, SO2로 산화시키고, 그 발생가스를 GC컬럼을 이용하여 분리하여, TCD(Thermal conductive detector)를 이용하여 검출하는 원리로서 표준물질을 이용하여, 각 C, H, N, S의 검량곡선을 그리고, GC 크로마토그램으로부터 각 원소의 함량을 % 정량화하여 Dulong 공식을 이용하여 산출하였다.The low heat generation amount is oxidized to CO 2 , H 2 O. NO 2 , and SO 2 by using an elemental analyzer (Elemental Analyzer, Thermo Fisher Scientific) using a catalyst at a temperature of about 1000 ° C., respectively. Separation using GC column and using standard conductive detector (TCD) to detect calibration curves for each C, H, N, S using standard materials, and the content of each element from GC chromatogram % Was quantified and calculated using the Dulong formula.

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Figure pat00001
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Figure pat00001

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Figure pat00002
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Figure pat00002

여기에서, C : 탄소 (%), H : 수소 (%), O : 산소 (%), S : 황 (%), W : 수분 (%) 나타낸다.Here, C: carbon (%), H: hydrogen (%), O: oxygen (%), S: sulfur (%), W: moisture (%).

항목Item 단위unit Bio-SRF
기준
Bio-SRF
standard
발전소
혼소 기준
power plant
Mixed standards
실시예 1Example 1 실시예 2Example 2
온도 조건Temperature condition -- -- -- 220 ℃(황산 X)220 ℃ (sulfuric acid X) 220 ℃
(황산 O)
220 ℃
(O sulfuric acid)
사이즈size 직경diameter mmmm 5050 -- 100%100% 100%100% 길이Length mmmm 100100 4040 수분moisture 중량 %weight % 1010 1010 22 1.81.8 저위발열량Low heat generation kcal/kgkcal / kg 3,000이상More than 3,000 3,000이상More than 3,000 7,2007,200 7,5407,540 회분Ash wt %wt% 1515 3535 3.33.3 8.28.2 염소Goat wt %wt% 0.50.5 0.50.5 0.460.46 0.280.28 황분Yellow powder wt %wt% 0.60.6 22 0.30.3 1.041.04 금속
성분
metal
ingredient
수은Mercury mg/kgmg / kg 0.60.6 1.21.2 불검출Non-detection 불검출Non-detection
카드뮴cadmium mg/kgmg / kg 55 99 0.150.15 불검출Non-detection lead mg/kgmg / kg 100100 200200 불검출Non-detection 불검출Non-detection 비소arsenic mg/kgmg / kg 55 1313 2.782.78 1.651.65 크롬chrome mg/kgmg / kg 7070 -- 4.64.6 5.35.3

표 1을 참조하면, 실시예 1, 2는 Bio-SRF 기준 및 발전소 혼소 기준으로 의 저위발열량이 약 2배 정도 증가하였다.Referring to Table 1, Examples 1 and 2 increased the low heat generation by the Bio-SRF standard and the power plant mixing standard by about 2 times.

아울러, 황산을 첨가하지 않은 실시예 1은 Bio-SRF 및 발전소 혼소 기준의 염소기준에 부합하였고, 황산을 첨가한 실시예 2는 Bio-SRF 기준으로 황산함량이 약 173 % 초과하였으나,"폐기물관리법 시행규칙(별표 5의 3, R-9-5)" 발전소 혼소 기준에는 부합하였다. 또한 황산 첨가에 의해서 탄화물의 염소함량을 약 39 % 감소시킬 수 있었다.In addition, Example 1 without the addition of sulfuric acid met the chlorine standards of Bio-SRF and power plant mixing standards, and Example 2 with the addition of sulfuric acid had a sulfuric acid content exceeding about 173% based on Bio-SRF, "the waste management method Enforcement Rules (Annex 5, 3, R-9-5) "meets the criteria for mixing plants. In addition, the addition of sulfuric acid could reduce the chlorine content of carbides by about 39%.

참고로, Bio-SRF(Biomass-Solid Refuse Fuel) 는 바이오매스를 포함한 가연성 고형 폐기물을 이용하여 생산된 고형연료를 지칭한다(자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률 시행규칙 별표 7, 환경부령 제745호). 특히, Bio-SRF 기준을 만족시켜야 Bio-SRF 로 인정한다.For reference, Bio-SRF (Biomass-Solid Refuse Fuel) refers to solid fuel produced using combustible solid waste including biomass (Enforcement Regulations on the Conservation and Recycling of Resources, Annex 7, Enforcement Decree No. 745 number). In particular, it is recognized as Bio-SRF only when the Bio-SRF standard is satisfied.

실험예 2. 처리 온도에 따른 고형연료의 성분 분석과 저위발열량 측정Experimental Example 2. Analysis of component of solid fuel and measurement of low heat generation according to treatment temperature

실시예 3 내지 6, 비교예 1에서 제조한 고형연료의 성분 분석과 저위발열량을 측정하였다. 그리고, 고형연료 내 중금속 및 오염물질을 분석하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.Component analysis and low heat generation of the solid fuels prepared in Examples 3 to 6 and Comparative Example 1 were measured. Then, heavy metals and pollutants in solid fuels were analyzed, and the results are shown in Table 2.

항목Item 단위unit 발전소
혼소 기준
power plant
Mixed standards
비교예 1Comparative Example 1 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6
온도 조건Temperature condition -- -- 160 ℃(황산 X)160 ℃ (sulfuric acid X) 190 ℃
(황산 X)
190 ℃
(Sulfuric acid X)
190 ℃
(황산 O)
190 ℃
(O sulfuric acid)
220 ℃
(황산 X)
220 ℃
(Sulfuric acid X)
220 ℃
(황산 O)
220 ℃
(O sulfuric acid)
사이즈size 직경diameter mmmm -- 100%100% 100%100% 100%100% 100%100% 100%100% 길이Length mmmm 4040 수분moisture %% 1010 1.21.2 2.52.5 2.52.5 22 1.81.8 저위발열량Low heat generation kcal/kgkcal / kg 3,000이상More than 3,000 5,6095,609 7,3147,314 7,3147,314 7,2007,200 7,5407,540 회분Ash wt %wt% 3535 6.56.5 6.26.2 6.26.2 3.33.3 8.28.2 염소Goat wt %wt% 0.50.5 2.042.04 0.480.48 0.310.31 0.460.46 0.280.28 황분Yellow powder wt %wt% 22 0.450.45 0.320.32 0.320.32 0.30.3 1.041.04 금속
성분
metal
ingredient
수은Mercury mg/kgmg / kg 1.21.2 불검출Non-detection 불검출Non-detection 불검출Non-detection 불검출Non-detection 불검출Non-detection
카드뮴cadmium mg/kgmg / kg 99 0.310.31 불검출Non-detection 불검출Non-detection 0.150.15 불검출Non-detection lead mg/kgmg / kg 200200 불검출Non-detection 불검출Non-detection 불검출Non-detection 불검출Non-detection 불검출Non-detection 비소arsenic mg/kgmg / kg 1313 2.552.55 1.211.21 0.980.98 2.782.78 1.651.65 크롬chrome mg/kgmg / kg -- 3.123.12 1.731.73 2.892.89 4.64.6 5.35.3 원소
분석
element
analysis
CC %% -- 56.156.1 67.067.0 68.368.3 68.868.8 69.869.8
HH %% -- 7.17.1 8.88.8 8.68.6 8.48.4 8.18.1 NN %% -- 5.15.1 3.73.7 3.23.2 3.53.5 2.32.3 OO %% -- 22.522.5 13.513.5 12.412.4 1515 10.210.2 (고체)수득률(Solid) Yield %% -- 71.3771.37 62.762.7 54.754.7 5151 4444

표 2를 참조하면, 온도가 증가함에 따라 탈수성이 증가되어 고체 수득률은 감소한 것을 확인할 수 있었다. 또한 동일 온도에서는 황산 주입에 따라 탈수성이 증가하였다. Referring to Table 2, it was confirmed that as the temperature increased, dehydration increased and the solid yield decreased. In addition, at the same temperature, dehydration increased with sulfuric acid injection.

비교예 1 은 열처리 온도가 160 ℃ 조건에서 탄화반응이 완전하게 이뤄지지 않아서 탄소(C) 함량이 낮았으며, 산소(O) 함량이 높아 저위 발열량 값이 상대적으로 낮았다. 반면, 열처리 온도가 190 ℃와 220 ℃ 조건에서는 대부분의 값이 유사했으며, 에너지 소비 및 타르발생 정도를 고려하였을 때 낮은 온도인 190 ℃ 가 적합할 것으로 판단하였다.Comparative Example 1 had a low carbon (C) content because the carbonization reaction was not completely performed at a heat treatment temperature of 160 ° C., and the low calorific value was relatively low due to high oxygen (O) content. On the other hand, most of the values were similar under the conditions of the heat treatment temperature of 190 ° C and 220 ° C, and considering energy consumption and tar generation, the low temperature of 190 ° C was determined to be suitable.

실시예 3 내지 6은 모두 촉매여부와 관계없이 "폐기물관리법 시행규칙(별표 5의 3, R-9-5)" 발전소 혼소 기준에 부합하였으나 황산의 첨가 유무를 비교하였을 때, 실시예 3 및 실시예 5의 염소의 함량이 각각 0.48 및 0.46% 였으나, 황산을 첨가한 실시예 4 및 실시예 6의 염소의 함량은 각각 0.31 및 0.28 wt% 로서 염소의 함량을 황산 첨가에 의해 더욱 낮출 수가 있어서 발전소 혼소기준의 고형연료 품질 가치를 증대시킬 수 있었다.All of Examples 3 to 6 met the mixing standards of the "Waste Management Act Enforcement Rules (3, R-9-5 in Appendix 5)" regardless of whether or not catalysts were used, but when comparing the presence or absence of sulfuric acid, Example 3 and implementation The chlorine content of Example 5 was 0.48 and 0.46%, respectively, but the chlorine content of Examples 4 and 6 in which sulfuric acid was added was 0.31 and 0.28 wt%, respectively. It was possible to increase the value of solid fuel quality on a mixed basis.

실험예 3. 원료성상에 따른 타르(Tar) 발생량 비교Experimental Example 3. Comparison of the amount of tar generated according to the properties of raw materials

쌀류가 90 % 함유된 음식물 쓰레기와 채소류가 90 % 함유된 음식물 쓰레기를 수열탄화 시키고(220 ℃, 4hr) 수열탄화 반응 직후 탄화슬러리를 5~7 ㎛ 여과지를 통해 고액분리 하였다.The food waste containing 90% of rice and the food waste containing 90% of vegetables were subjected to hydrothermal carbonization (220 ° C., 4 hr), and immediately after the hydrothermal carbonization reaction, the carbonized slurry was subjected to solid-liquid separation through a 5-7 μm filter paper.

그리고, 타르의 발생량을 비교하기 위하여, 도 4에 나타내었다((a) 쌀류 90 %, 채소류 90 %). 그 결과, 쌀류가 대부분인 경우, 탄화물 색상이 갈색 빛으로 타르생성이 전혀 없었으나, 김치 및 채소류(B)가 대부분인 경우, 리그닌의 함량이 높아 동일조건보다 타르생성이 훨씬 많았다.And, in order to compare the generation amount of tar, shown in Figure 4 ((a) 90% rice, 90% vegetables). As a result, in the case of most of the rice, the color of the carbide was brown with no tar formation, but in the case of most of the kimchi and vegetables (B), the content of lignin was high and the tar generation was much higher than the same condition.

실험예 4. 처리 온도에 따른 고형연료의 타르(Tar) 생성 평가Experimental Example 4. Evaluation of tar generation of solid fuel according to treatment temperature

실시예 6과 비교예 2에서 제조한 고형연료의 타르생성 평가를 하기 위하여 고형연료의 입자 표면을 전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 로 1,000 배 확대하여 관찰하였다.In order to evaluate the tar generation of the solid fuel prepared in Example 6 and Comparative Example 2, the particle surface of the solid fuel was observed by magnifying it 1,000 times with a scanning electron microscope (SEM).

도 5는 실시예 6과 비교예 2에서 제조한 고형연료의 입자 표면을 전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다((a) 220 ℃, (b) 250 ℃).5 is a photograph of the particle surface of the solid fuel prepared in Example 6 and Comparative Example 2 with an electron microscope (SEM) ((a) 220 ℃, (b) 250 ℃).

도 5를 참조하면, 열처리 온도가 250 ℃ 는 220 ℃ 와 비교하여 점성도가 매우 높았으며, 개별입자 전체가 기름류의 고형질(타르)로 덮혀 있어서 표면을 관찰하는 것이 불가능하였다. Referring to FIG. 5, the heat treatment temperature was 250 ° C. and the viscosity was very high compared to 220 ° C. It was impossible to observe the surface of the individual particles because the entire particles were covered with solid oil (tar).

한편, 타르는 유기물의 열분해에 의해서 생기는 흑색 또는 갈색의 점조성 기름상 역청 물질의 총칭으로, 유기성 물질로서 이루어진 음식물 폐기물을 고온·압착하면, 열화학적 반응을 통해 음식물류 폐기물 내 벤조피렌이 다환방향족탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon, PHA) 로 전환되며, 그 비율에 따라 점조성의 역청질에 의한 입자간 결합현상을 발생시켜, 플랜트 설비수식 및 필터프레스를 이용한 슬러지 고액 분리시 어려움을 초래할 수 있다.On the other hand, tar is a black or brown viscous oily bitumen material generated by thermal decomposition of organic substances.When food wastes made of organic substances are compressed at high temperature and high temperature, benzopyrene in food wastes is polycyclic aromatic hydrocarbon ( It is converted to polycyclic aromatic hydrocarbon (PHA), and depending on the ratio, it can cause the bonding phenomenon between particles due to viscous bitumen, which can cause difficulties when separating sludge solids using plant equipment formula and filter press.

도 6(a), (b)는 각각 온도에 따른 리그닌 감소과 타르의 생성량을 나타낸 그래프이다Figure 6 (a), (b) is a graph showing the amount of lignin reduction and tar production with temperature, respectively

도 6을 참조하면, 유기물의 수열탄화반응은 바이오매스 내 리그닌(Lignin) 성분의 분해온도 도달에 따라 일정량의 타르생성이 필연적으로 수반되며, 온도가 증가함에 따라 타르 전화량이 증가하는 것을 알 수 있다. 벤조피렌의 녹는점은 179 ℃ 로, 온도가 높을수록 액화형태로 전환되는 타르 생성량은 증가하였다.Referring to Figure 6, the hydrothermal carbonization reaction of the organic material is inevitably accompanied by a certain amount of tar generation upon reaching the decomposition temperature of the lignin component in the biomass, and it can be seen that the tar conversion amount increases as the temperature increases. . The melting point of benzopyrene is 179 ℃, and the higher the temperature, the higher the amount of tar converted to liquefied form increases.

탄화물 내 과량의 타르성분은 작물생육을 방해하는 저해 물질로 알려졌지만, 리그닌의 일정량 분해는 탄소함량 및 열량을 높이면서 "바이오차 가치" 와 부합하는 것으로서, 타르생성 기작을 고려하여 190 ℃ 전후가 수열탄화를 통한 음식물류 폐기물 처리의 최적온도로 판단하였다.Excess tar component in carbide is known as an inhibitor that interferes with crop growth, but decomposition of a certain amount of lignin is consistent with the "bio difference value" while increasing carbon content and heat, and around 190 ℃ considering the mechanism of tar production It was judged as the optimal temperature for food waste disposal through hydrothermal carbonization.

실험예 5. 고형연료의 타르(Tar) 처리 평가Experimental Example 5. Tar treatment evaluation of solid fuel

실시예 7의 수열탄화 반응 직후 탄화슬러리를 5~7 ㎛ 여과지를 통해 고액분리 하였다. 이때, 슬러리 전체 중량 대비 40~60 중량 % 로 95 % 아세톤을 이용하여 타르성분을 처리하였다. 구체적으로, 약 120 g 의 슬러리를 5~7 ㎛ 여과지에 놓고, 순도 95 % 이상의 아세톤 약 50 ㎖ 를 떨어뜨려 중력여과 방식으로 세척하였다.Immediately after the hydrothermal carbonization reaction of Example 7, the carbonized slurry was subjected to solid-liquid separation through a 5-7 μm filter paper. At this time, the tar component was treated using 95% acetone at 40 to 60% by weight based on the total weight of the slurry. Specifically, about 120 g of slurry was placed on a 5-7 μm filter paper, and about 50 ml of acetone having a purity of 95% or more was dropped and washed by gravity filtration.

수열탄화 반응 직후의 탄화슬러리와 세척과정을 거친 아세톤 슬러리를 핸드프레스(1 kgf, 2 min) 를 이용하여 고형물 탈리 정도를 비교하였다. 이를 도 7에 나타내었다. The degree of desorption of solids was compared using a hand press (1 kgf, 2 min) of the carbonized slurry immediately after the hydrothermal reaction and the acetone slurry after washing. This is shown in FIG. 7.

도 7을 참조하면, 슬러리 내에 타르성분을 제거하여 건조 탄화물의 색상이 흑색에서 진갈색으로 변화한 것을 확인할 수 있었으며, 아세톤의 여과 후 슬러리가 여지상에 흔적으로 남기지 않고 깨끗하게 분리된 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 7, it was confirmed that the color of dry carbide was changed from black to dark brown by removing the tar component in the slurry, and it was confirmed that the slurry was cleanly separated without leaving traces on the filter paper after filtration of acetone.

즉, 수열탄화 반응 직후의 탄화슬러리는 아세톤 세척을 통해 탄화물의 점성을 제거할 수 있으며, 점성질의 주원인인 슬러리 내에 타르성분을 제거할 수 있다. That is, the hydrocarbon slurry immediately after the hydrothermal carbonization reaction can remove the viscosity of the carbide through acetone washing, and remove the tar component in the slurry, which is the main cause of the viscosity.

필터프레스 공정시, 탄화물 분리의 어려움을 방지하기 위하여 아세톤을 이용하여 타르성분을 처리할 수 있을 것으로 판단된다. 다만, 아세톤은 폭발문제로 인한 현장적용의 어려움이 있어, 에탄올 계열 또는 식물성 유기용제로 대체 가능할 것으로 판단된다.In the filter press process, it is determined that the tar component can be processed using acetone to prevent difficulty in separating carbides. However, acetone is difficult to apply in the field due to the explosion problem, so it can be replaced with ethanol-based or vegetable organic solvents.

실험예 6. 음식물류 폐기물의 수열탄화 후 비료적용 평가Experimental Example 6. Evaluation of fertilizer application after hydrothermal carbonization of food waste

실시예 8의 수열탄화 반응 직후 탄화슬러리의 성분을 분석하였다. 그리고, 이를 하기 표 3에 나타내었으며, 비료적용 평가를 하였다.The components of the carbonized slurry were analyzed immediately after the hydrothermal carbonization reaction of Example 8. And, it is shown in Table 3 below, was evaluated for fertilizer application.

번호number 항목Item 단위unit 비료공정
규격
Fertilizer process
standard
분석값Analysis value 비고Remark
1One 비소arsenic mg/kgmg / kg 4545 2.782.78 적합fitness 22 카드뮴cadmium mg/kgmg / kg 55 0.150.15 적합fitness 33 수은Mercury mg/kgmg / kg 22 불검출Non-detection 적합fitness 44 lead mg/kgmg / kg 130130 불검출Non-detection 적합fitness 55 크롬chrome mg/kgmg / kg 200200 4.64.6 적합fitness 66 구리Copper mg/kgmg / kg 360360 3.13.1 적합fitness 77 니켈nickel mg/kgmg / kg 4545 1.21.2 적합fitness 88 아연zinc mg/kgmg / kg 900900 불검출Non-detection 적합fitness 99 유기물Organic matter 중량 %weight % 30이상30 or more 95.595.5 적합fitness 1010 염분salt 중량 %weight % 22 1.651.65 적합fitness 1111 수분moisture 중량 %weight % 5555 22 적합fitness 1212 염산불용해물Hydrochloric acid insoluble matter 중량 %weight % 2525 0.20.2 적합fitness 1313 부숙도Maturity -- 콤백Comeback 적합fitness 적합fitness 종자발아Seed germination 1414 유기물Organic matter %% 5050 26.63
(유기물: 94.28, 질소: 3.54)
26.63
(Organic: 94.28, Nitrogen: 3.54)
적합fitness
* 비료기준 “비료 공정규격설정 및 지정, 농촌진흥청 고시 제2017-18호”* Fertilizer standard "Fair fertilizer process standard setting and designation, Rural Development Administration Notification No. 2017-18"

그 결과, 유기물의 질소함량이 3.54 % 로 가축분뇨의 약 2 % 평균함량보다 높아 토양개질제로서 우수한 것으로 판단된다.As a result, the nitrogen content of organic matter is 3.54%, which is higher than the average content of about 2% of livestock manure.

실시예 8의 수열탄화 반응 직후 탄화슬러리는 "비료 공정규격설정 및 지정별표 3"의 유기질 비료 조건에 부합하는 것으로 판단된다.Immediately after the hydrothermal carbonization reaction of Example 8, the carbonization slurry is judged to meet the conditions of the organic fertilizer in " Set fertilizer process standard and designation Schedule 3 ".

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been focused on the preferred embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will appreciate that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in terms of explanation, not limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range should be interpreted as being included in the present invention.

10: 모터 11: 구동축
12: 배출 부재 내 유로 20: 배출 부재 유입구
30: 배출 부재 유출구
101: 슬러지 저장조 102: 공급 부재
103a, 103b: 보조 반응기 104: 열매유 펌프
105: 약품저장조 106: 약품 펌프
107: 반응기 108: 열매유 히터
109: 제1 열교환기 110: 제2 열교환기
111: 냉각기 112: 배출 부재
113a: 저장조 또는 기체 분리기 113b: 기체 분리기
114: 배기체 정화기 115: 고/액 분리기
10: motor 11: drive shaft
12: flow path in the discharge member 20: discharge member inlet
30: outlet of outlet member
101: sludge storage tank 102: no supply
103a, 103b: auxiliary reactor 104: heating oil pump
105: chemical storage tank 106: chemical pump
107: reactor 108: heating oil heater
109: first heat exchanger 110: second heat exchanger
111: cooler 112: exhaust member
113a: reservoir or gas separator 113b: gas separator
114: exhaust purifier 115: solid / liquid separator

Claims (8)

음식물 쓰레기를 수열탄화하여 탄화슬러리를 제조하는 단계;
제조된 탄화슬러리로부터 고체 생성물과 액체 탈리액을 분리하는 단계; 및
고체 생성물을 성형하여 고형연료를 생성하는 단계; 를 포함하며,
상기 탄화슬러리를 제조하는 단계는, 온도 180 내지 230 ℃ 및 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건에서 수행하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법.
Hydrocarbonization of food waste to produce carbonized slurry;
Separating the solid product and the liquid desorption solution from the prepared carbonized slurry; And
Forming a solid product to produce a solid fuel; It includes,
The step of manufacturing the carbonized slurry is a method of manufacturing solid fuel using food waste, characterized in that it is performed under conditions of a temperature of 180 to 230 ° C and a pressure of 10 to 40 bar and a reaction time of 1 to 6 hours.
제1항에 있어서,
수열탄화에 공급되는 음식물 쓰레기의 함수율은, 70 내지 90 % 인 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing solid fuel using food waste, characterized in that the water content of food waste supplied to hydrothermal carbonization is 70 to 90%.
제1항에 있어서,
탄화슬러리를 제조하는 단계는, 2 내지 5 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법.
According to claim 1,
The step of manufacturing the carbonized slurry is a solid fuel production method using food waste, characterized in that made for 2 to 5 hours.
제1항에 있어서,
음식물 쓰레기를 수열탄화하여 탄화슬러리를 제조하는 단계에서,
음식물 쓰레기는 50 내지 150℃ 온도로 예열된 상태로 수열탄화 반응기에 공급되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법.
According to claim 1,
In the step of producing hydrocarbon slurry by hydrothermal carbonization of food waste,
A method of manufacturing solid fuel using food waste, characterized in that the food waste is supplied to a hydrothermal carbonization reactor in a state preheated to a temperature of 50 to 150 ° C.
제1항에 있어서,
탄화슬러리를 제조하는 단계에서,
음식물 쓰레기 전체 중량에 대해, 황산 0.5 내지 5 중량%를 투입하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법.
According to claim 1,
In the step of manufacturing the carbide slurry,
Method for producing solid fuel using food waste, characterized in that it comprises a process of adding 0.5 to 5% by weight of sulfuric acid relative to the total weight of food waste.
제1항에 있어서,
탄화슬러리를 제조하는 단계는, 수열탄화 반응기에서 수행되며,
제조된 탄화슬러리는, 상기 반응기로부터 유체 흐름 방향을 따라 순차적으로 또는 연속적으로 감압되는 구간을 경유하여 감압된 상태로 배출되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법.
According to claim 1,
The step of manufacturing the carbonized slurry is performed in a hydrothermal carbonization reactor,
The method for producing solid fuel using food waste is characterized in that the produced carbonized slurry is discharged from the reactor in a depressurized state via a section that is sequentially or continuously decompressed along the flow direction of the fluid.
제1항에 있어서,
제조된 고형연료는
저위 발열량이 7,000 kcal/kg 이상인 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법.
According to claim 1,
The manufactured solid fuel
Method for producing solid fuel using food waste, characterized in that the low calorific value is 7,000 kcal / kg or more.
제1항에 있어서,
제조된 고형연료는,
함수율이 10 % 이하이고,
염소(Cl-) 함량이 0.5 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법.
According to claim 1,
The manufactured solid fuel,
The water content is 10% or less,
Chlorine (Cl -) content of the method for producing a solid fuel using a food waste, characterized in that not more than 0.5% by weight.
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