WO2017196033A1 - 농업폐기물을 이용한 친환경 고체연료, 이의 제조방법 및 제조시스템 - Google Patents

농업폐기물을 이용한 친환경 고체연료, 이의 제조방법 및 제조시스템 Download PDF

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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to an environmentally friendly solid fuel, a method for manufacturing the same, and a manufacturing system thereof, and more particularly, manufactured using discarded agricultural wastes such as rice hulls, peanut shells or cotton bags (cotton trees discarded after harvesting).
  • the present invention relates to an environment-friendly solid fuel, a method for manufacturing the same, and a manufacturing system, which can utilize ash which is not produced and remains as a fertilizer or compost.
  • Briquettes are solid fuels that have long been used as heating fuels. Recently, due to the increase in the price of oil, some restaurants are increasing the demand for baked goods.
  • Briquettes are manufactured using coal, which is a fossil fuel. Therefore, when briquettes are burned, lead, cadmium, copper, chromium, arsenic, mercury, carbon monoxide, and carbon dioxide are generated in large quantities, polluting the air, and generating carcinogens such as cadmium and arsenic. It is harmful to human body.
  • a method of manufacturing briquettes is disclosed in Korean Patent Publication No. 1984-0003280.
  • Korean Patent No. 1440758 discloses a method for producing an environmentally friendly solid fuel using waste food materials such as rice hull and oak sawdust.
  • the solid fuel is not sufficiently solidified because the sodium chloride is used as an additive, and the remaining ash of the solid fuel cannot be used as a compost or fertilizer.
  • the conventional environmentally friendly solid fuel because it is compressed by air pressure has a weak compressive strength, there is a problem of environmental pollution due to the scattering of the ash remaining, the drying time using the natural drying method at least 12 hours There was a problem in that the productivity is reduced, the calories were not enough as 4,800kcal or less.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, by using agricultural waste such as chaff, peanut shells, cotton rods, etc., which are not fossil fuels, are harmless to humans and nature, have high heat of combustion, fertilizer and It is to provide eco-friendly solid fuel using agricultural waste that can be used as compost.
  • Another object of the present invention is to provide an environment-friendly solid fuel production method and production system using agricultural waste, by using an indirect carbonization method, and drying by using hydraulic compression and heat of carbonization, which greatly improves the productivity of solid fuels. will be.
  • the object of the present invention can be achieved by environmentally friendly solid fuel.
  • Eco-friendly solid fuel of the present invention charcoal made by indirect carbonization of a material consisting of any one or two or more of chaff, peanut shells, cotton pad, and as an additive added to the charcoal, water, starch, silica and soda is added
  • the additive is, on the basis of the charcoal 1300g, the moisture is 300-500g, starch is 40-50g, silica is characterized in that 100-300g, soda is added 5-30g.
  • a method for preparing affinity solid fuel of the present invention comprises the steps of: a) injecting a material consisting of any one or two or more combinations of chaff, peanut shells, and cotton bags into a cyclone hopper; b) indirectly carbonizing the material using an indirect carbonization method; c) a smoke combustion step of transferring the smoke generated during the indirect carbonization through a pipe and then burning it; d) drying the material using the heat burned in step c); e) a mixing step of adding water to the material indirectly carbonized in step b) to add 300-500 g, starch 40-50 g, silica 100-300 g, and soda 5-30 g to form a mixture; f) producing a solid fuel by applying a pressure of 10 to 25 tons to the mixture passed through the mixing step of step e).
  • an indirect carbonization apparatus for indirectly carbonizing the material consisting of any one or two or more of the chaff, peanut shell, cotton band; A combustion device combusting the smoke generated when the material is carbonized in the indirect carbonization device; A drying device for drying the material with hot air exiting the combustion device; And a hydraulic apparatus for producing solid fuel by pressurizing the material carbonized by the indirect carbonization apparatus, wherein the indirect carbonization apparatus includes a cylindrical drum, rotating means for rotating the cylindrical drum, and heat on an outer surface of the drum.
  • Combustion apparatus is applied to the combustion apparatus, the smoke combustion apparatus is included in the smoke to burn the smoke to burn the suspended matter and smog and purify the smoke, the drying device, the material is repeatedly raised and lowered by hot air It is also achieved by an environmentally friendly solid fuel production system, characterized in that it comprises a plurality of cylindrical vertical piping to be dried.
  • Eco-friendly solid fuel of the present invention has the advantage of reducing the amount of carbon dioxide which is the main culprit of warming during combustion, reducing the scattering dust and fine dust due to the remaining ashes burned, and recycling the burned ashes as fertilizer or compost As a result, there is no reprocessing cost of reprocessing the waste ash.
  • the amount of heat generated is superior to the conventional solid fuel, there is an advantage in the convenience of transport and use.
  • the solid fuel production method and production system of the present invention by carbonizing agricultural waste by indirect carbonization method, drying using carbonization heat, pressurizing by hydraulic method to produce a large amount of solid fuel in a short time Since it can produce the productivity is improved, there is an advantage that can produce a high-calorie solid fuel.
  • FIG. 2 is an installation diagram showing a specific manufacturing system.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating the manufacturing process step by step for explaining the solid fuel production method of the present invention.
  • 4 and 5 are side and plan views of a hydraulic apparatus for hydraulically pressurizing the solid fuel to finally produce the solid fuel.
  • Figure 6 is a diagram showing the results of the analysis of harmful components generated during the combustion of environmentally friendly solid fuel of the present invention.
  • the material dried by the step a) is moved to the cyclone hopper side, the transferred material is supplied to an indirect carbonization apparatus to indirect carbonization using an indirect carbonization method;
  • step b) a mixing step of making a mixture by adding 300-500 g of water, 40-50 g of starch, 100-300 g of silica, and 5-30 g of soda, based on 1,300 g of the material indirectly carbonized in step b);
  • step d) pressurizing the mixture, which has undergone the mixing of step c), in a hydraulic manner to produce solid fuel
  • Step b) the smoke generated during the indirect carbonization is transferred to a combustion apparatus through a pipe, and then burns it to burn the suspended solids and smog contained in the smoke to purify the smoke; Performed,
  • Step a) is characterized in that the manufacturing method and apparatus for producing a solid fuel produced by drying the material introduced into the drying apparatus using the smoke purified through the smoke combustion step.
  • Raw materials include charcoal, peanut shell or cotton stand separately or in combination of two or more carbonized indirect carbonization method, the amount of water, starch, silica, and soda added as additives based on 1,300g Is proved through experiments.
  • Silica (Sio2: Silicon) is an additive to prevent dust, and the amount of calories is lowered when too much is administered. Silica has a melting point of more than 1,700 °C and a boiling point of 2,230 °C.
  • the experimental results may be more than 5,000kcal of heat, but when the amount of silica is 50g, the caloric value is high as 6,000kcal, but the amount of silica is small during combustion and after combustion. It was confirmed that it is not suitable because there is a lot of scattering dust which is generated from the remaining ashes. If the amount of silica is 300 g or more, the calorie content falls below 5,000 kcal and is not suitable.
  • Starch plays a role of uniting with water. Too much can cause mold in the product, so an appropriate amount should be added.
  • the input amount of starch is most suitable between 40 g and 50 g.
  • the compressive strength of the solid fuel be 200 kgf to 300 kgf. Below that, dust is scattered, polluting the air and not good for human bronchus.
  • the compressive strength falls below 200kgf, and when the amount of the starch is 50g or more, the compressive strength is not good as 300kgf or more, and mold was generated due to many starches. If the compressive strength is more than 300kgf, the strength is too high to reduce the amount of heat generated during combustion.
  • Soda (Na2Co3) is a high melting point and high melting point of silica melting at low temperatures. Soda melts silica at low temperatures of 1,200 ° C during combustion of solid fuels, thus suppressing dust scattering. However, there is a problem that a lot of carbon dioxide is generated when excessive use of soda.
  • the strength of the ash remaining on which ash scattering is suppressed is from 25kgf to 60kgf.
  • the amount of soda is less than 5g, the strength is weak and scattering dust is generated.
  • the amount of soda is more than 30g, the strength is satisfactory, but it is confirmed that it is not suitable for the generation of carbon dioxide.
  • the x-axis is the amount of soda and the y-axis is the strength of the ash remaining.
  • the moisture it was confirmed that it is most suitable to add 300-500 g.
  • hydraulic pressure (10 ⁇ 25ton) to manufacture solid fuel, less water is administered, so no additional drying facility or energy is required, and it is also confirmed that combustion can be used immediately after production.
  • the solid fuel production system 10 according to an embodiment of the present invention, agricultural waste, for example, made of any one or two or more of the chaff, peanut shell, cotton pad
  • An indirect carbonization device 12 for indirectly carbonizing the material a combustion device 26 for burning the smoke generated when the material is carbonized in the indirect carbonization device 12, and the combustion device 26
  • a drying device 30 for drying the material through heat
  • a hydraulic device 50. FIGS. 4 and 5 for pressurizing the material carbonized by the indirect carbonization device 12 to produce solid fuel. It is characterized by.
  • the indirect carbonization apparatus 12 includes a cylindrical drum 14 which receives dried agricultural waste through a screw conveyor 38, a rotating means 16 and a drum 14 for rotating the drum 14 at a constant speed. And a combustion device 18 that heats the outer surface of the furnace.
  • the drum 14 has a high side to which agricultural waste is input at an inclination of about 3 degrees, and the opposite side is installed to a low side. As the drum 14 is rotated, agricultural waste therein is carbonized and gradually moved toward the discharge hopper 43 at the side injected due to the inclined angle, and then discharged to the discharge port 36. While the carbonization process in the indirect carbonization apparatus 12, high-temperature smoke is generated, the smoke is moved to the smoke combustion device 26 through the pipe by the second air blower (34) (S3).
  • Smoke burning device 26 is included in the smoke while burning the smoke to burn the float and smog and purify the smoke.
  • the purified smoke from which the suspended matter and smog are removed is moved to the drying apparatus 30 through the pipe 24 with only the heat of high temperature (S4).
  • the pipe is provided with an inlet 28 for injecting agricultural waste raw material, and the raw material is injected therein (S1).
  • the injected agricultural waste raw material is dried by hot air while repeating the rising and falling in the drying apparatus 30 (S2).
  • the drying apparatus 30 has a configuration in which a plurality of cylindrical vertical pipes 31 are continuously arranged.
  • the first air blower 32 moves the injected agricultural waste raw material to the cyclone hopper 20, and the agricultural waste raw material dropped from the cyclone hopper 20 is moved to the drum 14 by the screw conveyor 38.
  • stirrer is a known technique in a shape in which a stirring screw is installed in a tank similarly to a general stirrer, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the raw material mixed with the additive is pressurized by the hydraulic apparatus 50 shown in FIGS. 4 and 5 to produce solid fuel (S6).
  • Figure 6 is a view showing the side of the hydraulic device 50
  • Figure 5 is a plan view showing the upper press unit so as to determine the number of solid fuel. It is a device that produces several solid fuels at the same time by applying a pressure of 10 -25 ton, which is characterized by applying a higher pressure by using a hydraulic pressure. Is omitted.
  • Scattering dust from the ashes remaining is suppressed. Reduction of ash is suppressed that the ash is not scattered between 25kgf ⁇ 60kgf compressive strength, but when the compressive strength is less than 25kgf the remaining ash is scattered and fine dust is blown.
  • Drum used in the manufacturing system 10 of the present invention is a rotary kiln, can produce more than 3 to 5 tons of charcoal per hour.
  • carbonization occurs at least between 180 ° C and 250 ° C, and the yield may vary depending on the high temperature and rotation speed inside the drum.
  • the direct carbonization method of the prior art takes a long time for carbonization, a problem of low yield, and a problem of lower calorie value than indirect carbonization (4,800 Kcal or less), and the present invention solves the problems of the prior art.
  • Figure 6 is a diagram showing the results of the analysis of harmful components generated during the combustion of the eco-friendly solid fuel of the present invention, after burning the eco-friendly solid fuel of the present invention
  • Figure 7 can be used as compost, fertilizer, etc. It is the ingredient list which displays the components remaining in the ash after burning the eco-friendly solid fuel of the invention.
  • the eco-friendly solid fuel of the present invention does not generate harmful components, and it is possible to use it as compost because the content of phosphoric acid, potassium, calcium, magnesium and nitrogen is high even in the ash remaining on the burned ash. In particular, it can be confirmed that the amount of potassium is large.

Abstract

본 발명의 친환경 고체연료는, 왕겨, 땅콩껍질, 목화대 중에서 어느 하나 또는 둘 이상의 결합으로 이루어진 재료를 연소시켜 만든 숯과, 상기 숯에 첨가되는 첨가재로서, 수분, 전분, 실리카 및 소다를 첨가하여 제조되며, 상기 첨가제는, 상기 숯 1,300g 기준으로, 상기 수분은 300 -500g, 전분은 40 - 50g, 실리카는 100-300g, 소다는 5-30g이 첨가되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 연소 시에 온난화의 주범인 이산화탄소가 발생양이 적고, 타고 남은 재로 인한 비산먼지 및 미세먼지를 줄여주고, 타고 남은 재를 비료 또는 퇴비로 재활용할 수 있는 장점이 있으며, 이로 인해 폐기물인 재를 재처리하는 재처리비용이 없다.

Description

농업폐기물을 이용한 친환경 고체연료, 이의 제조방법 및 제조시스템
본 발명은 친환경 고체연료, 이의 제조방법 및 제조시스템에 관한 것으로서, 보다 자세히는 왕겨, 땅콩껍질 또는 목화대(목화수확 후 버려지는 목화나무) 등의 버려지는 농업폐기물을 이용해 제조되어, 유해물질이 생성되지 않고 타고 남은 재를 비료나 퇴비 등으로 활용할 수 있는 친환경 고체연료, 이의 제조방법 및 제조 시스템에 관한 발명이다.
연탄은 난방연료로 오랫동안 사용되어 오고 있는 고체연료이다. 최근에 기름값의 상승으로 인해 일부 음식점들에서도 연탄에 구운 음식의 수요가 증가하고 있는 실정이다.
연탄은 화석연료인 석탄을 이용해 제조되므로, 연탄을 연소할 경우 납, 카드뮴, 구리, 크롬, 비소, 수은, 일산화탄소와 이산화탄소가 대량으로 발생되어 대기를 오염시키고, 카드뮴과 비소와 같은 발암물질을 발생시켜 인체에 유해하다. 연탄의 제조방법은 공개특허 제1984-0003280호에 개시되어 있다.
또한, 연탄의 연소후 잔류하는 연탄재가 공기 중으로 비산하며 토양오염을 비롯한 자연을 훼손하게 된다. 이에 연탄재를 별도로 처리하기 위한 처리비용도 별도로 발생되는 문제가 있다.
이를 개선하기 위해, 유해성분이 발생되지 않는 고체연료에 대한 개발이 요구되고 있으며, 한국 특허 제1440758호에서는 왕겨, 참나무톱밥 등 폐식자재를 이용한 친환경 고체연료의 제조방법이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 친환경 고체연료는, 직접탄화방식을 이용하여 숯을 제조하므로, 숯을 제조하는데 20시간 이상 장시간의 시간이 소요되어 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 첨가재를 염화나트륨을 사용하기 때문에 고체연료가 충분히 고형화가 안되며, 고체연료의 타고 남은 재를 퇴비나 비료로 활용할 수가 없는 단점이 있다.
또한, 종래의 친환경 고체연료는, 공기압으로 압축하기 때문에 압축강도가 약해, 타고 남은 재의 비산으로 인한 환경오염의 문제가 있었고, 제조과정에서 자연건조방식을 이용하여 건조시간이 최소한 12시간 이상의 시간이 소요되어 생산성이 떨어지는 문제점이 있었고, 열량의 경우도 4,800kcal 이하로서 충분하지 못한 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 화석연료가 아닌 왕겨, 땅콩껍질, 목화대 등의 농업폐기물을 이용하여 인체와 자연에 무해하고, 연소 열량이 높으며, 타고 남은 재를 비료나 퇴비로 사용 가능한 농업폐기물을 이용한 친환경 고체연료를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 간접탄화방식을 이용하고, 유압방식의 압축 및 탄화열을 이용하여 건조시킴으로써, 고체연료의 생산성이 대폭 향상된 농업폐기물을 이용한 친환경적인 고체연료 제조방법 및 제조 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 목적은 친환경 고체연료에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 친환경 고체연료는, 왕겨, 땅콩껍질, 목화대 중에서 어느 하나 또는 둘 이상의 결합으로 이루어진 재료를 간접 탄화시켜 만든 숯과, 상기 숯에 첨가되는 첨가재로서, 수분, 전분, 실리카 및 소다를 첨가하여 제조되며, 상기 첨가제는, 상기 숯 1,300g 기준으로, 상기 수분은 300 -500g, 전분은 40 - 50g, 실리카는 100-300g, 소다는 5-30g이 첨가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 친화경 고체연료 제조방법은, a)왕겨, 땅콩껍질, 목화대 중에서 어느 하나 또는 둘 이상의 결합으로 이루어진 재료를 사이클론 호퍼에 투입하는 단계; b)간접탄화방식을 이용하여 상기 재료를 간접탄화시키는 단계; c)상기 간접탄화 시에 발생되는 연기를 배관을 통해 이송시킨 후 이를 연소시키는 연기연소단계; d)상기 c)단계에서 연소된 열기를 이용하여 상기 재료를 건조시키는 단계; e) 상기 b)단계에서 간접탄화된 상기 재료에 수분은 300 -500g, 전분 40 - 50g, 실리카 100-300g, 소다 5-30g를 첨가하여 혼합물을 만드는 혼합단계; f) 상기 e)단계의 혼합단계를 거친 상기 혼합물에 10톤 내지 25톤의 압력을 가해 고체연료를 생산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 목적은, 왕겨, 땅콩껍질, 목화대 중에서 어느 하나 또는 둘 이상의 결합으로 이루어진 재료를 간접탄화시키는 간접탄화장치; 상기 간접탄화장치에서 상기 재료가 탄화 시에 발생되는 연기를 연소시키는 연소장치; 상기 연소장치를 통해서 나오는 열기로 상기 재료를 건조시키는 건조장치; 상기 간접탄화장치에서 탄화된 상기 재료를 가압하여 고체연료를 생산하는 유압장치;를 포함하며, 상기 간접탄화장치는, 원통형 드럼과, 상기 원통형 드럼을 회전시키는 회전수단, 상기 드럼의 외부 표면에 열을 가하는 연소장치로 구성되고, 상기 연기연소장치는 연기를 태우면서 연기에 포함되어 부유물 및 스모그를 태우고 연기를 정화키며, 상기 건조장치는, 상기 재료가 상승 및 하강을 반복하면서 고온의 공기에 의해 건조되도록 복수 개의 원통형 수직 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 고체연료 제조시스템에 의해서도 달성된다.
본 발명의 친환경 고체연료는, 연소 시에 온난화의 주범인 이산화탄소가 발생하는 양이 적고, 타고 남은 재로 인한 비산먼지 및 미세먼지를 줄여주고, 타고 남은 재를 비료 또는 퇴비로 재활용할 수 있는 장점이 있으며, 이로 인해 폐기물인 재를 재처리하는 재처리비용이 없다.
또한, 발생되는 열량이 기존의 고체연료 보다 월등하고, 운반과 사용상 편리성이 좋은 장점이 있다.
또한, 본 발명의 고체연료 제조방법 및 제조 시스템은, 간접탄화방식으로 농업폐기물을 탄화시키고, 탄화열을 이용하여 건조하고, 유압방식으로 가압하여 고체연료를 제조함으로써, 단시간에 많은 양의 고체연료를 생산할 수 있어 생산성이 향상되고, 높은 열량의 고체연료를 생산할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 전체적인 공정을 쉽게 알 수 있도록 한 공정도이고,
도 2는 구체적인 제조시스템을 알 수 있는 설치 도면이다.
도 3은, 본 발명의 고체연료 제조방법을 설명하기 위한, 제조공정을 단계별로 도식화한 블록도이다.
도 4 및 도 5는, 고체연료에 유압식으로 가압하여 고체연료를 최종 생산하는 유압장치의 측면 및 평면도면이다.
도 6은, 본 발명의 친환경 고체연료의 연소시 발생되는 유해성분 분석결과를 도시한 도표이다.
도 7은 본 발명의 친환경 고체연료를 연소한 후 재에 남아있는 성분을 표시한 성분표이다.
a) 왕겨, 땅콩껍질, 목화대 중에서 어느 하나 또는 둘 이상의 결합으로 이루어진 재료를 건조장치에 투입하여 건조시키는 단계;
b) 상기 a) 단계에 의해 건조된 상기 재료가 사이클론 호퍼측으로 이동되며, 이동된 상기 재료가 간접탄화장치로 공급되어 간접탄화방식을 이용하여 간접탄화시키는 단계;
c) 상기 b)단계에서 간접탄화된 상기 재료 1,300g 기준으로, 수분은 300 -500g, 전분 40 - 50g, 실리카 100-300g, 소다 5-30g를 첨가하여 혼합물을 만드는 혼합단계;
d) 상기 c)단계의 혼합단계를 거친 상기 혼합물을 유압방식으로 가압하여 고체연료를 생산하는 단계;를 포함하고,
상기 b) 단계는, 상기 간접탄화 시에 발생되는 연기를 배관을 통해 연소장치로 이송시킨 후, 이를 연소시켜 상기 연기에 포함되어 있는 부유물 및 스모그를 태워 상기 연기를 정화시키는 연기연소단계;가 더 수행되고,
상기 a) 단계는, 상기 연기연소단계를 통해 정화된 상기 연기를 이용하여 상기 건조장치에 투입되는 상기 재료를 건조시켜 제조되는 고체 연료의 제조방법 및 제조장치를 특징으로 한다.
원재료는 왕겨, 땅콩껍질 또는 목화대를 별도로 또는 둘 이상을 결합하여 간접탄화 방식으로 탄화시킨 후 나온 숯이 1,300g을 기준으로 첨가재인 수분, 전분, 실리카, 소다의 양은 아래의 범위가 가장 적합하다는 것이 실험을 통해 증명된다.
[규칙 제91조에 의한 정정 13.07.2017]　
Figure WO-DOC-TABLE-1
실리카(Sio2:규소)는, 먼지를 방지하기 위한 첨가제이며 너무 많은 양을 투여 하게되면 열량이 저하 된다. 실리카는 녹는점이 1,700℃ 이상이고 끓은점이 2,230℃이다.
<실험1-실리카>
아래 표와 같이, 숯 1,300g을 기준으로, 수분은 400g, 전분은 45g, 소다는 20g을 첨가하고, 실리카의 양을 50g 부터 400g까지 변화를 주면서 고체연료의 열량을 측정해 본 결과는 아래와 같다.
아래 실험 결과로 부터 도출된 표2 및 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실험결과 열량이 5,000kcal 이상이면 좋으나, 실리카가 50g일때는 열량은 6,000kcal로 높으나, 실리카의 양이 적어서 연소 시 및 연소 후 타고 남은 재에서 발생되는 비산먼지가 많아 적합하지 않는 것으로 확인되었다. 실리카의 양이 300g 이상에서는 열량이 5,000kcal 이하로 떨어져서 적합하지 않다.
[규칙 제91조에 의한 정정 13.07.2017]　
Figure WO-DOC-TABLE-2
전분은, 수분과 함께 뭉쳐지는 역할을 한다. 너무 많은 양을 사용하면 제품에 곰팡이가 생기므로 적절한 양이 투입되어야 한다.
< 실험2-전분>
숯 1,300g을 기준으로, 실리카는 200g, 수분은 400g, 소다는 20g을 첨가하고, 전분의 양을 30g 부터 60g까지 변화를 주면서 고체연료의 강도를 측정해 본 결과는 아래 표3 및 그래프와 같이 도출되었다.
즉, 숯 1,300g 기준으로, 전분의 투입량이 40g 내지 50g 사이가 가장 적합한 것을 실험을 통해 알 수 있다. 연소 시 또는 타고 남은 재로부터 먼지 비산이 이루어지지 않을 려면 고체연료의 압축강도는 200kgf 내지 300kgf 인것이 좋다. 그 이하일 경우에는 먼지가 비산되어 공기를 오염시키고 사람의 기관지에도 좋지 않다. 전분의 양이 40g 이하일 경우에는 압축강도가 200kgf 이하로 떨어지고, 50g 이상일 경우에는 압축강도가 300kgf 이상으로 좋지 않을 뿐 아니라 많은 전분으로 인해 곰팡이가 발생하는 것을 알 수 있었다. 압축강도가 300kgf 이상일 경우 너무 강도가 높아 연소 시 발열량이 감소된다.
[규칙 제91조에 의한 정정 13.07.2017]　
Figure WO-DOC-TABLE-3
소다(Na2Co3)는, 녹는점과 끊는점이 높은 실리카를 낮은 온도에서도 녹여주는 역할이다. 소다는 고체연료의 연소 시에 실리카가 온도 1,200℃의 낮은 온도에도 녹아 먼지의 비산을 억제해 주는 작용을 할 수 있도록 한다. 다만 소다의 과다 사용시 많은 이산화탄소가 발생하는 문제가 있다.
<실험3-소다>
숯 1,300g을 기준으로, 실리카는 200g, 수분은 400g, 전분은 45g을 첨가하고, 소다의 양을 0g 부터 45g까지 변화를 주면서 고체연료를 연소 시킨 후 타고 남은 재의 강도를 측정해 본 결과는 아래 표4 및 그래프와 같이 도출되었다.
재의 비산이 억제되는 타고 남은 재의 강도는 25kgf부터 60kgf까지가 가장 바람직하다. 소다의 양이 5g 미만이면 강도가 약해 비산먼지가 발생되고, 30g 이상이되면 강도는 만족하나 이산화탄소의 발생으로 적합하지 않은 것으로 확인되었다. 아래 그래프에서 x축은 소다의 양이고, y 축은 타고 남은 재의 강도를 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 13.07.2017]　
Figure WO-DOC-TABLE-4
수분은, 300~500g이 투입되는 것이 가장 적합한 것으로 실험결과 확인되었다. 고체연료를 제조하기 위해 유압(10~25ton)을 사용시 수분이 적게 투여 되므로 별도의 건조시설이나 에너지가 불필요 하며, 생산 즉시 연소 사용이 가능하다는 것도 확인되었다.
<실험 4-수분>
숯 1,300g을 기준으로, 실리카는 200g, 전분은 45g, 소다 20g을 첨가하고, 수분의 양을 200g 부터 600g까지 변화를 주면서 고체연료의 강도를 측정한 결과, 아래 표5 및 그래프와 같이 도출되었다.
아래 표5 및 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 적정 강도인 200kgf 내지 300kgf 사이는 수분 300g 내지 500g 사이인 것으로 확인되었다. 수분의 양이 600g일 경우 강도가 떨어지고, 150g 일경우에도 강도가 낮아 비산먼지가 다소 많이 발생되어 좋지 않다.
[규칙 제91조에 의한 정정 13.07.2017]　
Figure WO-DOC-TABLE-5
이하에서는, 도 1내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 고체연료 제조시스템 및 제조방법을 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체연료 제조시스템(10)은, 농업폐기물 즉, 예를 들어, 왕겨, 땅콩껍질, 목화대 중에서 어느 하나 또는 둘 이상의 결합으로 이루어진 재료를 간접탄화시키는 간접탄화장치(12)와, 상기 간접탄화장치(12)에서 상기 재료가 탄화 시에 발생되는 연기를 연소시키는 연소장치(26)와, 상기 연소장치(26)를 통해서 연소된 열을 통해서 상기 재료를 건조시키는 건조장치(30)와, 상기 간접탄화장치(12)에서 탄화된 상기 재료를 가압하여 고체연료를 생산하는 유압장치(50. 도 4 및 도 5 참조)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
간접탄화장치(12)는, 건조된 농업폐기물을 스크류컨베이어(38)를 통해서 투입받는 원통형 드럼(14)과, 그 드럼(14)을 일정 속도로 회전시키는 회전수단(16), 드럼(14)의 외부 표면에 열을 가하는 연소장치(18)로 구성된다.
드럼(14)은 약 3도의 기울기로 농업폐기물이 투입되는 쪽이 높고, 반대쪽이 낮게 설치된다. 드럼(14)이 회전되면서 그 내부에 있는 농업폐기물이 탄화되고 기울어진 각도로 인해서 투입되는 쪽에서 배출호퍼(43) 방향으로 서서히 이동된 후 배출구(36)로 배출된다. 간접탄화장치(12)에서 탄화과정을 거치면서, 고열의 연기가 발생되고, 그 연기는 제 2 에어블로어(34)에 의해서 배관을 통해 연기연소장치(26)로 이동된다(S3).
연기연소장치(26)는 연기를 태우면서 연기에 포함되어 부유물 및 스모그를 태우고 연기를 정화시킨다. 부유물 및 스모그가 제거된 정화된 연기에는 고온의 열량만 지닌채 배관(24)을 통해서 건조장치(30)로 이동된다(S4). 배관에는 농업폐기물 원료를 투입하는 투입구(28)가 마련되어 있고, 여기에 원료를 투입한다(S1).
투입된 농업폐기물 원료는 건조장치(30)에서 상승 및 하강을 반복하면서 고온의 공기에 의해 건조된다(S2). 도면에 도시된 바와 같이 건조장치(30)는, 복수 개의 원통형 수직 배관(31)이 연속적으로 배치되는 구성을 갖는다. 제 1 에어블로어(32)는 투입된 농업폐기물 원료를 사이클론 호퍼(20)로 이동시키고, 사이클론 호퍼(20)에서 낙하된 농업폐기물 원료는 스크류 컨베이어(38)에 의해 드럼(14)으로 이동된다.
도면에 도시되지는 않았으나, 교반기에서 간접탄화장치(12)에서 배출된 숯 원료에 수분, 실리카, 소다, 전분의 첨가제를 첨가하고 믹싱한다(S5). 교반기는 일반적인 교반기와 마찬가지로 탱크에 교반 스크류가 설치된 형상으로 공지된 기술이므로 자세한 설명을 생략한다.
첨가제가 혼합된 원료를 도 4 및 도 5에 도시된 유압장치(50)로 가압하여 고체연료를 생산한다(S6). 도 6은 유압장치(50의 측면을 도시한 도면이고, 도 5는 고체연료의 갯수를 확인할 수 있도록 상부 프레스 유닛을 제외하고 도시한 평면도면이다. 유압장치(50)는 첨가제가 혼합된 숯에 10 -25톤의 압력을 가하여 동시에 여러장의 고체연료를 생산하는 장비로서 유압을 이용하여 보다 높은 압력을 가하는 것이 특징이다. 본 발명은 유압장치의 구조를 청구하는 것이 아니므로 유압장치에 대한 자세한 설명은 생략한다.
타고 남은 재의 비산먼지 억제된다. 재의 비산이 억제되는 것은 압축강도가 25kgf ~ 60kgf 사이에서는 재의 비산이 안되나, 압축 강도가 25kgf 이하일 때 타고 남은 재가 비산되어 미세먼지가 날리는 현상이 발생한다.
본 발명의 제조시스템(10)에서 사용되는 드럼은 회전식 가마이며, 시간당 3~5ton 이상 숯을 생산할 수 있다. 간접 가열 방식으로 내부 온도가 최소 180℃~250℃ 사이에서 탄화가 이루어지며, 드럼 내부의 높은 온도와 회전속도에 따라 생산량에 차이가 날 수 있다.
참고적으로 종래기술의 직접 탄화방식은 탄화에 장 시간이 소요되고, 적은 생산량이 문제이며, 열량이 간접탄화보다 낮은 문제점이 있는데(4,800Kcal 이하), 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하였다.
도 6은, 본 발명의 친환경 고체연료의 연소시 발생되는 유해성분 분석결과를 도시한 도표이고, 도 7운 본 발명의 친환경 고체연료를 연소한 후 재를 퇴비, 비료 등으로 활용할 수 있으며, 본 발명의 친환경 고체연료를 연소한 후 재에 남아있는 성분을 표시한 성분표이다.
본 발명의 친환경 고체연료는 도 6 및 도 7을 참조하면, 유해성분이 발생되지 않고, 타고 남은 재에서도 인산, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 및 질소의 함량이 많아 퇴비로 활용이 가능하다. 특히 칼륨의 양이 많은 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 친환경 고체연료, 제조방법 및 시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
연소 시에 온난화의 주범인 이산화탄소가 발생하는 양이 적고, 타고 남은 재로 인한 비산먼지 및 미세먼지를 줄여주고, 타고 남은 재를 비료 또는 퇴비로 재활용할 수 있는 장점이 있으며, 이로 인해 폐기물인 재를 재처리하는 재처리비용이 없는 고체연료를 제조할 수 있는 것이다.
10: 고체연료 제조시스템
12: 간접탄화장치
14: 드럼
20: 사이클론 호퍼
26: 연기 연소장치
30: 건조장치
43: 배출호퍼
50: 유압장치

Claims (2)

  1. a) 왕겨, 땅콩껍질, 목화대 중에서 어느 하나 또는 둘 이상의 결합으로 이루어진 재료를 건조장치에 투입하여 건조시키는 단계;
    b) 상기 a) 단계에 의해 건조된 상기 재료가 사이클론 호퍼측으로 이동되며, 이동된 상기 재료가 간접탄화장치로 공급되어 간접탄화방식을 이용하여 간접탄화시키는 단계;
    c) 상기 b)단계에서 간접탄화된 상기 재료 1,300g 기준으로, 수분은 300 -500g, 전분 40 - 50g, 실리카 100-300g, 소다 5-30g를 첨가하여 혼합물을 만드는 혼합단계;
    d) 상기 c)단계의 혼합단계를 거친 상기 혼합물을 유압방식으로 가압하여 고체연료를 생산하는 단계;를 포함하고,
    상기 b) 단계는, 상기 간접탄화 시에 발생되는 연기를 배관을 통해 연소장치로 이송시킨 후, 이를 연소시켜 상기 연기에 포함되어 있는 부유물 및 스모그를 태워 상기 연기를 정화시키는 연기연소단계;가 더 수행되고,
    상기 a) 단계는, 상기 연기연소단계를 통해 정화된 상기 연기를 이용하여 상기 건조장치에 투입되는 상기 재료를 건조시키는 것을 특징으로 하는 친환경 고체연료 제조방법.
  2. 왕겨, 땅콩껍질, 목화대 중에서 어느 하나 또는 둘 이상의 결합으로 이루어진 재료가 투입되는 투입구가 마련되고, 상기 투입구를 통해 투입된 상기 재료를 건조시키는 건조장치;
    정각도로 기울어지게 형성되며, 상기 건조장치로부터 이동된 상기 재료가 투입되는 원통형 드럼과, 상기 원통형 드럼을 회전시키는 회전수단 및 상기 드럼의 외부 표면에 열을 가하는 연소장치로 구성되어 상기 드럼에 투입된 상기 재료를 간접탄화시키는 간접탄화장치;
    상기 간접탄화장치에서 탄화된 상기 재료를 가압하여 고체연료를 생산하는 유압장치;를 포함하며,
    상기 간접탄화장치에서 상기 드럼에 투입된 상기 재료의 탄화 시에 발생되는 연기가 이동되며, 상기 연기를 태우면서 상기 연기에 포함되어 있는 부유물 및 스모그를 태우고 상기 연기를 정화시키는 연기연소장치;를 더 포함하고,
    상기 건조장치는 상기 투입구를 통해 투입된 상기 재료가 상승 및 하강을 반복하면서 상기 연기연소장치를 통해서 연소된 상기 연기의 열에 의해 건조되도록 복수 개의 원통형 수직 배관을 더 구성하는 것을 특징으로 하는 친환경 고체연료 제조시스템.
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