WO2022019464A1 - 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 및 그 생산 장치 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to the conversion of combustible waste into solid fuel and energy, and in particular, by using separately discharged petrochemical wastes such as waste plastics, waste vinyls, waste rubber, and waste fibers to produce powdered renewable fuel with high calorific value, Unlike the production of Solid Refuse Fuel (SRF) pellets, it does not go through processes such as sorting, crushing, washing, drying, and molding, thereby simplifying the production process and reducing the cost of renewable energy production. It relates to a powdered renewable fuel and a production device using the same.
  • SRF Solid Refuse Fuel
  • RDF Refuse Derived Fuel
  • RPF Refuse Plastic & Paper Fuel
  • WCF Wood Chip Fuel
  • TDF ire Derived Fuel
  • each power generation company in Korea is not properly fulfilling its obligations for the mandatory supply of new and renewable energy (hereinafter referred to as the 'RPS system').
  • the mandatory quantity of the RPS system must be filled with new and renewable energy power generation projects or the mandatory quantity of the RPS system must be replaced with renewable energy fuels instead of coal.
  • Due to Korea's cramped land and environmental degradation it is not easy to meet the RPS system obligation with solar and wind power generation. is not a business.
  • plastics, vinyls, and styrofoam have different ingredients and are used as various packaging papers or containers, so they are difficult to recycle without sorting and washing because they contain food residues or various contaminants such as various contents residues. Therefore, it is difficult to mass-produce waste and renewable energy, and there is a problem that business feasibility is low compared to the investment cost.
  • the object of the present invention is not only petrochemical waste as well as various combustible wastes among domestic industrial wastes and household wastes, so it is possible to process them in a more efficient and eco-friendly manner, and to achieve high profits through waste treatment and renewable energy production.
  • An object of the present invention is to provide a powdered renewable fuel using petrochemical waste that can be created and an apparatus for producing the same.
  • Another object of the present invention is to select, crush, wash as in the production of conventional SRF solid fuel pellets in the production of powdered renewable fuel using separated and discharged petrochemical wastes such as waste plastics, waste vinyls, waste rubbers, waste fibers, etc. It is to provide an apparatus for producing powdered renewable fuel using petrochemical waste that can simplify the production process without going through processes such as , drying, and molding, and lower the cost of renewable energy production.
  • Another object of the present invention is that, in the case of petrochemical waste, it is a material that is incompletely combusted at room temperature, but by raising the combustion rate with high heat to the maximum to close to complete combustion, the generation of soot, harmful gases and odors is minimized, and the calorific value can be raised to the maximum It is to provide a powder renewable fuel that can replace the existing industrial boiler fuel (coal, kerosene, etc.) as a cost-effective, high-quality, high-efficiency waste energy resource.
  • Another object of the present invention is to produce high-quality and high-efficiency powdered renewable fuel so that it can be used in a thermal power plant by mixing it with existing fossil fuels, thereby solving the difficulties in implementing the Renewable Energy Supply Mandatory System (RPS) in thermal power plants.
  • RPS Renewable Energy Supply Mandatory System
  • the powdered recycled fuel can use an oxidizing agent and carbonizing agent powder as a catalyst mixed with petrochemical waste powder, and the catalyst powder is used in a certain ratio. It is characterized by mixing with petrochemical waste powder.
  • the particle size of the organic waste torrefied charcoal fuel powder or general charcoal fuel powder of the carbonizing agent mixed with the petrochemical waste powder is about 0.5 mm or less, more preferably 0.1 mm (100 ⁇ m) or less.
  • the surface area of the material by weight is increased several thousand times more than that of general solid fuel (SRF) pellets that are crushed and molded to a certain size. It is characterized in that it does not stick to each other during the melting process so that it can sufficiently react with oxygen.
  • the powdered renewable fuel using the petrochemical waste of the present invention compresses air with a pneumatic blower in the process of combustion and sprays it together with the powdered renewable fuel (PRF). It is characterized by close to complete combustion by activating the combustion reaction to generate high heat in a state where the intermolecular thermal conductivity is increased.
  • PRF powdered renewable fuel
  • the rolling action of the crusher 14 is enabled, and the rolling action of the crusher 14 pulverizes petrochemical waste into fine powder.
  • a drum crusher 10 performing a function and a gravity separation function using air;
  • a powder dust collector 20 that adopts a gravity dust collection method so that the fine powder sinks and accumulates by gravity;
  • a speed reducer 30 for controlling the speed of the drum grinder 10; It characterized in that it further comprises a waste inlet 90 for inputting the waste to the drum crusher (10).
  • the drum grinder 10 of the present invention includes a rotation support 16 therein; Guide jaws 12 and; The crusher 14 is implemented, and the rotational power transmitted to the drum shaft 18 is transmitted through the rotation support 16 and rotates.
  • the present invention provides the rotational power of a rotational power part such as an electric motor or an internal combustion engine to the reducer 30, and transmits the rotational force reduced by the reducer 30 to the drum shaft 18 of the drum crusher 10, characterized in that and;
  • a rotational power part such as an electric motor or an internal combustion engine
  • the rotation support 16 and the guide jaw 12 are implemented to have a certain thickness and width, so that the crusher 14 crosses or collides with the rotation support 16 and the guide jaw 12 to make the rolling action more wild. It has the function of activating the grinding function by playing a leading role.
  • the waste inlet 90 of the present invention is a blower 94 that blows the fine particles of the powdered recycled fuel floating up like dust due to the turbulence generated during the rotation of the drum grinder 10 toward the powder dust collector 20 with a breeze. ), and the waste inlet 90 is fixed to the shaft support 80 so as not to rotate together with the drum crusher 10;
  • the powder dust collector 20 of the present invention includes: a diaphragm 22 for stopping the flow of air at regular intervals so that the fine particles of the powder regenerated fuel passed over from the drum grinder 10 can sink stably; an exhaust pipe 50 having a long pipe to minimize pollutants exhausted to the atmosphere; It is characterized in that it further includes a transfer screw 70 for discharging the powdered renewable fuel that has settled therein.
  • the present invention is a fuel in the form of solidified liquid petroleum because powdered renewable fuel using petrochemical waste is simply crushed into fine particles of petroleum compounds, and has a calorific value comparable to that of petroleum. It can be used as an alternative fuel, and it can be of great help to existing power generation companies in implementing the Renewable Energy Supply Mandatory System (RPS).
  • RPS Renewable Energy Supply Mandatory System
  • the world's petrochemical waste overflows to such an extent that it is difficult to treat it, and it is not recycled yet, and the rate of being thrown away or landfilled is high, making it a serious environmental pollution source. It can be converted into fuel, which can greatly reduce environmental pollution sources.
  • high-quality and high-efficiency powdered renewable fuel can be produced and supplied at a low cost, so it can replace coal and kerosene used in industrial boilers, and thus can take on one axis as an energy resource.
  • the apparatus for producing powdered renewable fuel using petrochemical waste of the present invention is a simple mechanical device, and since it is directly powdered and mixed in the grinding process, mass production is possible in a short time. In other words, there is an advantage in that petrochemical waste can be processed and converted into fuel in a short time in one facility.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic structure of an apparatus for producing powdered renewable fuel using petrochemical waste of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic structural diagram for explaining the structure and principle of an apparatus for producing powdered renewable fuel using petrochemical waste of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration and assembly process of a powder renewable fuel production apparatus using petrochemical waste of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a method of combustion in a boiler room using a powder renewable fuel (PRF) according to the present invention
  • the present invention is a powdered polymer renewable energy material ( to produce fuel).
  • the powdered renewable fuel produced in the present invention it is better to preferentially apply the powdered renewable fuel produced in the present invention to those that cannot be recycled as the same material among petrochemical wastes or are classified as having a low use value and should be incinerated or landfilled.
  • Synthetic resins (PET, PP, PS, PE, PVC), synthetic fibers, and synthetic rubbers used as main raw materials in the present invention are high molecular weight substances obtained from low-molecular-weight compounds using fossil fuels such as petroleum as raw materials, commonly referred to as petrochemicals. called product. Since it is difficult to decompose in the natural state and is an incompletely combustible material, it is an environmental pollutant that emits a lot of soot and toxic gas when petrochemical waste is incinerated.
  • the emission of pollutants is effectively reduced by resolving the cause of generation of soot and toxic gas, rather than reducing the emission by using pollutant adsorption technology as in the conventional method.
  • petrochemicals are not combustible materials, such as wood or paper, that vaporize immediately when heat is applied during combustion.
  • pyrolysis starts at a relatively low temperature (melting point, about 200 ⁇ 300°C), and the melting process of melting begins. After that, at a certain temperature (vaporization point, about 300 ⁇ 400°C), vaporization by thermal decomposition starts and becomes gasified. As the overcombustion temperature rises above 800°C, it becomes closer to complete combustion. Incomplete combustion of plastics occurs when the combustion temperature is below 770°C.
  • the inventors of the present application realized that petrochemical wastes should be pulverized and pulverized as finely as possible based on this analysis. And organic waste torrefied charcoal fuel powder or general charcoal powder is pulverized to the same or similar size as petrochemical waste powder, mixed with petrochemical waste powder, sprayed with a pneumatic blower, and ignited, fine powder is in the air It was also recognized that because it burns while floating, it melts and prevents it from sticking together.
  • the surface area of the material by weight ratio is increased thousands of times more than that of general solid fuels (SRF) that are molded to a certain size as before, so the area that can react with oxygen is increased. It will increase and you will have enough time to react.
  • SRF general solid fuels
  • Organic waste torrefied charcoal fuel powder or general charcoal powder mixed with petrochemical waste powder in constituting the powdered renewable fuel of the present invention is a catalyst powder, and is a preferred example of an oxidizing agent and carbonizing agent powder.
  • torrefied charcoal fuel powder or general charcoal fuel powder as organic waste of carbonization agent is that it has a very low ignition point and a calorific value of 5,000 kcal/kg or more, so even a small spark can easily catch fire. In the process, you have to be careful about fire, and in the combustion process, it interacts with the petrochemical waste powder and generates high heat of 1,100°C or more.
  • the combustion temperature becomes higher because heat is collected rather than dissipated. Therefore, when the powdered renewable fuel of the present invention is used in an industrial boiler, it is combusted in the boiler combustion chamber (crater), and when igniting for the first time, it is preferable to preheat the combustion chamber.
  • Organic waste torrefied charcoal fuel (hereinafter referred to as 'to carbonized charcoal fuel') refers to organic waste (agricultural and forestry by-products such as food waste, sawdust, waste wood, waste paper, rice husk, etc.) It refers to a product produced with charcoal fuel, and when torrefied, carbonaceous material is accumulated and has a high calorific value.
  • Patent Registration No. 10-1042619 “Method for manufacturing compression molding charcoal fuel using food waste,” which Park Kwang applied for and received a patent in 2011, the calorific value of charcoal fuel was higher than that of coal.
  • the torrefied charcoal fuel of the oxidizing agent and the carbonizing agent is only used as a catalyst, and the technical description of the manufacturing method is omitted because the oxidizing agent and the carbonized charcoal fuel are already on the market as a commodity by similar technologies.
  • a powder in which petrochemical waste powder and torrefied charcoal fuel powder of an oxidizing agent and carbonizing agent are mixed in a certain ratio is referred to as a powder regenerative fuel (PRF) using petrochemical waste.
  • PRF powder regenerative fuel
  • the powdered renewable fuel (hereinafter referred to as “powdered renewable fuel”) using the petrochemical waste is ignited by injecting it into the boiler combustion chamber through a pneumatic blower, a flame is generated like a flamethrower and intensely burned with high thermal power. do.
  • the principle of approaching complete combustion is that the intermolecular thermal conductivity is activated and high heat is generated by sufficient reaction with oxygen and combustion in a powdered state, preventing agglomeration.
  • the oxygen saturation per cubic centimeter is higher because it is compressed air than atmospheric pressure, and the powdered renewable fuel (PRF) is split into fine powders, which increases the surface area and activates the combustion reaction between each particle. It will increase the thermal conductivity and play a role close to complete combustion.
  • the fine particles of torrefied charcoal fuel powder with a very low ignition point are ignited first among the fine particles of the petrochemical waste powder and increase the heat, the fine particles of the petrochemical waste powder are heated and the vaporization point Then, the fine particles of torrefied charcoal fuel powder burn, causing the vaporized gas to reach the combustion point. At this time, the two substances burn at the same time to generate high heat, and the smoke and toxic gas are burned once more at high heat, close to complete combustion.
  • combustion temperature of the powdered renewable fuel (PRF) according to the present invention varies depending on the content of volatile components and the amount of fuel and air supplied, up to 1,200 to 1,300° C. or higher is possible, but the combustion temperature must be adjusted according to the performance of the boiler combustion chamber.
  • the temperature of the combustion chamber of a general boiler is maintained at 1,000 ⁇ 1,100°C, and this temperature is a suitable temperature that enables stable operation by minimizing the amount of soot and toxic gas generated by odor removal and incomplete combustion, and protecting the refractory materials surrounding the combustion chamber. to be.
  • the combustion temperature of the powdered renewable fuel rises to the highest level, but if air is oversupplied, the temperature rather drops.
  • the size of is less than about 0.5mm, more preferably about 0.03mm ⁇ 0.1mm.
  • the powdered renewable fuel of the present invention is composed of finely pulverized particles, and the particle size of the powdered renewable fuel is 30 ⁇ 500 ⁇ m (0.03mm ⁇ 0.5mm), preferably 30 ⁇ 100 ⁇ m (0.03mm ⁇ 0.1mm) to be.
  • the mixing ratio of torrefied charcoal fuel powder to the petrochemical waste powder of the present invention is preferably adjusted according to various conditions at a weight ratio of about 15%.
  • thermosetting resins phenolic resins, amino resins, epoxy resins, polyurethanes, etc.
  • the mixing ratio of this type of plastic should be controlled so that the mixing ratio of these types of plastics does not increase. , can be increased or decreased according to the mixing ratio of the thermosetting resin.
  • the mixing ratio of the petrochemical waste powder of the present invention and the torrefied charcoal fuel powder as a catalyst is 75 to 95% by weight of the petrochemical waste powder: 5 to 25% by weight of the torrefied charcoal fuel powder as the catalyst powder, , Preferably 80 to 90% by weight: composed of torrefied charcoal fuel powder 10 to 20% by weight.
  • calorific value general SRF waste plastic solid fuel has a calorific value of 8,000 to 9,000 kcal/kg, but the powder renewable fuel (PRF) manufactured according to the present invention is closer to complete combustion than SRF waste plastic solid fuel.
  • PRF powder renewable fuel
  • the regenerated powder fuel of the present invention is made from petrochemical waste and has a high calorific value because most of it has a very high volatile content, and the amount of ash generated after combustion is minimized. A very small amount of ash generated after combustion is separately collected and used as a raw material for cement or landfilled, so the final waste is significantly reduced.
  • the powdered renewable fuel of the present invention can contribute to the production of renewable energy according to the waste resource recycling policy and reduce the generation of harmful substances, so it is more eco-friendly than the conventional pelletized general solid fuel (SRF) and uses industrial boiler fuels such as coal and kerosene. It can be an alternative energy.
  • SRF pelletized general solid fuel
  • the present invention it is the same in terms of using domestic waste, but it can be processed into powdered renewable fuel (PRF) and sent to a place that requires heat energy, and can be used in various industrial boilers, so that energy utilization is higher than that of incineration facilities. That is, since the powder renewable fuel (PRF) of the present invention is a high-unit volatile polymer fuel having a high calorific value like gas or oil, it can replace coal, kerosene, gas, etc. used in various industrial boilers.
  • PRF powdered renewable fuel
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic structure of an apparatus for producing powdered renewable fuel using petrochemical waste of the present invention.
  • the apparatus for producing recycled powdered fuel according to an embodiment of the present invention has a simple structure consisting of a drum grinder 10 and a powder dust collector 20, and the drum grinder according to the waste treatment capacity and the powdered renewable fuel production capacity It is possible to adjust the size of (10) and the powder dust collector (20).
  • the rotational power unit can be replaced with an internal combustion engine. It can also be installed on the other side without installation.
  • the use of manpower is minimized and the production process is simplified in producing renewable fuel
  • the crushing method of the drum crusher 10 using a crusher (14 in FIG. 2) to produce powdered renewable fuel is a rather primitive method.
  • it is an optimized method for finely pulverizing waste mixed with various substances.
  • SRF general solid fuel
  • the petrochemical waste itself separated and discharged at home or business is put into the drum grinder 10 as it is collected without the need for sorting, crushing, washing, drying, or shaping.
  • the petrochemical wastes are immediately pulverized into fine powder in the drum pulverizer 10 without the need for a procedural process, and then collected in the powder dust collector 20 .
  • the powder regenerated fuel may be discharged to the outside through the outlet 24 by operating the transfer screw 70 disposed downstream of the powder dust collector 20 .
  • the discharged powdered renewable fuel can be packaged and shipped.
  • the moisture content of the regenerated powdered fuel according to the present invention is preferably 10% by weight or less so as not to lower the calorific value.
  • the drum crusher 10 of the present invention can pulverize any combustible solid material that is not a liquid, and convert it into fuel, and since the opening width of the waste inlet 90 is configured to be 1 meter (m) or more, most wastes can be crushed without crushing You can just put it in.
  • Powdered renewable fuel can be obtained without the need for conventional procedural processes such as washing, drying, and molding.
  • there are things that are usually difficult to recycle because various wastes or residues remain in tubes or plastic packs containing food or cheap containers and wrapping paper, household goods, cosmetics, medicines, health food, etc., but in the present invention, treatment that it is possible
  • the calorific value may decrease slightly if the mixing amount of other substances such as soil or inorganic matter, which is not petrochemical waste or non-combustible, exceeds a certain ratio.
  • the input to the grinder 10 increases the grinding efficiency.
  • FIG. 2 is a schematic structural diagram for explaining the structure and principle of a powder renewable fuel production apparatus using petrochemical waste of the present invention.
  • the charcoal fuel is also periodically added and pulverized at the same time, so that the waste powder and the charcoal fuel powder are mixed in the powder dust collector 20 side and piled up. .
  • Another method of mixing the waste powder and the charcoal fuel powder is to use a separately provided mixer.
  • the petrochemical waste powder is prepared by the drum crusher 10 and the powder dust collector 20
  • the petrochemical waste powder and the charcoal fuel powder already prepared are put together in a separately provided mixer, but by mixing an appropriate amount, it is packaged and shipped. .
  • a method of pulverizing petrochemical waste and charcoal fuel, which is a catalyst, at the same time in the drum grinder 10 is pulverized to produce powdered renewable fuel.
  • the drum grinder 10 includes a motor 40 corresponding to an electric motor which is one of the rotating power units, a reducer 30 , a drum shaft 18 connected to the reducer 30 , and a rotation support connected to the drum shaft 18 . (16) and a drum cylindrical body surrounding the rotary support (16).
  • a plurality of crushing balls 14 for crushing waste are put in the drum crusher 10, and when the drum cylinder of the drum crusher 10 rotates, as in 'B' of FIG. 2, the crushing balls 14 They roll together with the waste 92 causing the waste 92 to be pulverized into a fine powder.
  • the crusher 14 is not a concept of splitting or breaking the waste 92, but forms a friction process due to the rolling action, and through the friction process, the waste 92 is ground or worn out in the drum crusher 10. (92) is to be powdered.
  • the crushing ball 14 employed in the present invention has various sizes, and may be implemented with a hard stone material such as granite having a strong hardness or a hard metal material.
  • a hard stone material such as granite having a strong hardness or a hard metal material.
  • the grinding ball 14 can be implemented with a grinding abrasive manufactured with a special grinding stone for the grinding ball according to the purpose.
  • the grinding ball 14 of the present invention is a means that serves as a mortar ball or grinder for grinding grain, and according to the present invention, a plurality of grinding balls 14 having various sizes are put together in the drum grinder 10 according to the present invention. When used, the pulverization function and pulverization efficiency are increased.
  • the drum crusher 10 is a device that simultaneously performs a waste crushing function and a function of separating by gravity sorting using air. All materials other than liquid materials can be pulverized even if they are mixed. Moreover, as long as the waste 92 is a combustible material, it is possible to convert it to powder regenerated fuel, and it is possible to separate the crushed combustible particles by the gravitational selection method using air during the crushing process.
  • Separately collected petrochemical waste includes paper labels and wooden chopsticks, metal buttons and metal zippers on clothes, iron cores in rubber tires, and metal screws and metal pieces embedded in every corner of home appliance cases.
  • the drum crusher 10 of the present invention can crush them.
  • Non-combustible inorganic materials, such as metal and glass, are more difficult to float in the air inside the drum grinder 10 than general combustible particles due to the weight of the particles, so that the combustible particles can be easily separated by gravity screening using air.
  • the drum crusher 10 is provided with an opening and closing door 15 for cleaning, and the operator sets a regular inspection date and approaches the inside of the drum crusher 10 through the cleaning door 15 to frequently clean inorganic residues such as metals that are difficult to be crushed. should be removed
  • the drum grinder 10 of the present invention adopts a gravity sorting method using air similar to winnowing for separating grains and shells
  • the powdered renewable fuel (PRF) pulverized into fine particles is rotated through the drum grinder 10.
  • Light particles are blown up like dust by the turbulence generated in
  • the suspended matter in the drum grinder 10 is a powder in communication with the drum grinder 10 It is passed to the dust collector (20).
  • diaphragms 22 are installed at regular intervals.
  • the air flow is stagnated between the diaphragms 22, and the fine particles of the powdered renewable fuel in a suspended state sink in the portion between the diaphragms 22 by gravity.
  • the powder dust collector 20 of the present invention is to be manufactured so that the particles of the powder recycled fuel (PRF) carried over by weak air from the drum crusher 10 are sufficiently stabilized and have a space to sink, and the diaphragm 22
  • PRF powder recycled fuel
  • the spacing between the installations should be sufficient to stagnate the air flow.
  • a plurality of diaphragms 22 are installed corresponding to the width of the powder dust collector 20 .
  • the powder dust collector 20 of the present invention adopts a gravity dust collection method, the farther the distance from the inner drum grinder 10, the smaller and lighter particles of the powdered renewable fuel arrive. Therefore, the average size of the submerged fine particles is classified differently between each diaphragm 22 of the powder dust collector 20 .
  • the end of the powder dust collector 20 is provided with a long exhaust pipe 50 arranged in an up-and-down zigzag form. Since it sinks, the number of particulates exhausted to the atmosphere through the exhaust port 52 can be minimized.
  • a filter (54 in FIG. 2 ) is installed in the exhaust pipe 50 of the dust collector 20 at a point close to the exhaust port 52 . Then, the particles existing in the inner chamber of the powder dust collector 20 are trapped in a closed space, but since the powdered particles continue to flow into the drum grinder 10, the distribution density of the particles per 1 cm 3 of air is increased. Since they are agglomerated, the time for subsidence of even ultra-fine particles is accelerated by gravity.
  • each diaphragm 22 of the inner chamber of the powder dust collector 20 has an inclined surface on which the powdered renewable fuel that has been sunk by gravity and can be easily collected, as well as a transport screw 70 that is responsible for transporting the powdered renewable fuel.
  • a U-shaped ditch is provided so that the The transfer screw 70 rotated by the low-speed motor 60 draws the same amount of the powdered renewable fuel that has settled between the diaphragms 22 in which the particle size is classified differently and is discharged to the outside through the outlet 24 . make it Then, the particles are automatically mixed in a uniform volume during the transfer process of the transfer screw 70, so that in the present invention, powdered renewable fuel of uniform quality can be produced.
  • Air pollutants control device such as installing an anti-pollution filter 54 at the end of the exhaust pipe 50 to prevent particulate fine dust from being released into the atmosphere in the powder dust collector 20 of the present invention After treatment with a furnace, it is configured to be exhausted to the atmosphere.
  • the cross-sectional area of the exhaust pipe 60 is larger than the cross-sectional area of the dust collector inlet (26 in FIG. 3) communicating from the drum grinder 10 to the powder dust collector 20 Should be. This is to allow the flow rate of air in the exhaust pipe 50 to be slowed down further, and through this, the dust collection performance in the powder dust collector 20 can be increased, and the lifespan of the anti-pollution filter 54 installed in the exhaust pipe 50 is also increased.
  • the centrifugal force that pushes the waste toward the wall of the drum grinder 10 and the gravity that pulls the waste downward when a single waste is inside the rotating drum grinder 10 act together, in the present invention, the It should be implemented so that the centrifugal force due to rotation is less than gravity.
  • the proper rotational speed of the drum crusher 10 for optimizing the crushing efficiency according to the present invention is set so that the centrifugal force acting on the drum crusher 10 is less than gravity.
  • the appropriate rotation speed of the drum crusher 10 should be adjusted in consideration of the diameter of the drum crusher 10 as well.
  • the appropriate rotation speed of the drum grinder 10 according to the embodiment of the present invention may vary depending on the diameter of the drum grinder 10, but is preferably around 10 rpm (revolutions per minute).
  • the friction area for grinding is widened by increasing the rotation speed of the drum grinder 10 and increasing the number of grinding balls 14, and the appropriate rotation speed and the grinding balls are (14) It is necessary to find the appropriate quantity of water and drive it in good balance.
  • the regenerated powder fuel is discharged to the outside by operating the low-speed motor 60 when shipping is necessary because the transfer screw 70 is connected to the low-speed motor 60 by a belt.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration and assembly process of the apparatus for producing powdered renewable fuel using petrochemical waste of the present invention.
  • the structure of the waste inlet 90 and the shaft support 80 are fixed to form a single structure, and between the shaft support 80 and the powder dust collector 20 is a drum.
  • the drum shaft 18 of the grinder 10 is configured to be rotatably installed.
  • the drum shaft 18 of the drum grinder 10 is rotated at a low speed by the reducer 30 receiving driving force from the motor 40 which is an electric motor.
  • the drum grinder 10 is provided with a plurality of guide jaws 12, as shown in FIG.
  • the guide jaw 12 serves to lead the rolling action more wildly when the crushing ball 14 and the waste cross or collide with the guide jaw 12 when the drum crusher 10 rotates. Activates the grinding function more.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a method of burning in a boiler facility such as industrial using the powder renewable fuel (PRF) of the present invention.
  • PRF powder renewable fuel
  • the device required for combustion in a boiler facility is a pneumatic blower 140 capable of sending compressed air, a fuel tank 120 for storing the powdered renewable fuel of the present invention, and a boiler combustion chamber 100 located in It consists of a combustor 130 that does.
  • a fuel control valve 122 capable of controlling fuel supply is provided in the fuel supply pipe of the fuel tank 120
  • a compressed air control valve capable of controlling the compressed air supply is provided in the compressed air supply pipe of the pneumatic blower 140 to which the fuel supply pipe is connected. (142) is provided.
  • Unexplained code "132" is a flame.
  • the regenerated powdered fuel of the present invention supplied from the fuel tank 120 is loaded into the compressed air injected from the pneumatic blower 140 and put into the boiler combustion chamber 100 . Since the particle size of the powdered renewable fuel is 30 ⁇ 500 ⁇ m (preferably 30 ⁇ 100 ⁇ m), the surface area of the material by weight ratio is thousands of times greater than that of general solid fuel (SRF), and the combustor 130 of the boiler combustion chamber 100 When it is sprayed with compressed air in the process of combustion by the
  • the combustible powder components of the regenerated powdered fuel suspended in the air do not coagulate with each other during the melting process, and the oxygen saturation per cubic centimeter is increased by compressed air, the fine particles of the regenerated powdered fuel can sufficiently react with oxygen and the powder Since the intermolecular thermal conductivity is increased by activating the combustion reaction between the particles of the renewable fuel, high heat is generated during combustion.
  • 5 is a reference table of energy calorie conversion, and energy sources include oil, gas, coal, and electricity.
  • the powdered renewable fuel (PRF) of the present invention has a calorific value of 9,000 to 11,000 kcal/kg.
  • the calorific value of 9,000 to 11,000 kcal/kg of the powder renewable fuel (PRF) according to the present invention is not inferior to that of the conventional fossil fuel energy shown in FIG. 5 . It can be seen that the powdered renewable fuel of the present invention has a higher calorific value than that of general waste plastic solid fuel (SRF) of 8,000 to 9,000 kcal/kg.
  • SRF general waste plastic solid fuel
  • the powdered renewable fuel (PRF) of the present invention is properly evaluated as an easy-to-handle, inexpensive, high-quality, high-efficiency energy, and it is recognized that petrochemical waste is a fuel that can generate profits from the production of powdered renewable fuel, petroleum that is thrown away anywhere Chemical waste will be reduced, which can be a big factor in reducing environmental pollution.
  • the powder renewable fuel (PRF) of the present invention is twice as valuable as coal and not inferior to petroleum. Therefore, the production of the powdered renewable fuel of the present invention is no different from mining oil indefinitely by drilling an oil field in an urban area, and there is no shortage as an alternative fuel for industrial boilers.
  • the present invention can be used as an auxiliary fuel or alternative fuel for power plants, district heating, industrial boilers, etc. as a new and renewable energy.

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Abstract

본 발명은 석유화학제품 폐기물을 이용한 분말재생연료로서, 단순히 석유화합물을 미립자로 분쇄하고 첨가되는 촉매제로서 반탄화 숯분말과 혼합하여 액체의 석유를 고체화한 형태의 분말연료로서 석유에 뒤지지 않는 발열량을 가지는 고품질 고효율의 재생연료이다. 또 본 발명의 분말재생연료 생산장치는, 드럼분쇄기와 분말집진기로 이루어진 아주 간단한 구조의 장치로 폐플라스틱류 및 각종 가연성 폐기물을 분말재생 연료화가 가능하기에 고품질 고효율의 연료를 저렴하게 생산할 수 있다. 따라서 본 발명은 저렴한 고효율의 연료로 기존의 석탄이나 등유 등 산업보일러의 연료로 대체할 수 있게 한 것이다.

Description

석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 및 그 생산 장치
본 발명은 가연성 폐기물을 고형연료화 및 에너지화에 관한 것으로, 특히 폐플라스틱류, 폐비닐류, 폐고무류, 폐섬유류 등의 분리 배출된 석유화학제품 폐기물을 이용하여 고위발열량의 분말재생연료를 생산하여 기존의 고형연료(Solid Refuse Fuel: SRF) 펠릿을 생산할 때와 달리 선별, 파쇄, 세척, 건조, 성형 등의 공정을 거치지 않아 생산 공정을 단순화할 수 있으며 재생에너지 생산 원가를 낮출 수 있는 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 및 그 생산 장치에 관한 것이다.
요즈음 인류 사회는 기술이 발전되고 삶의 질이 향상되어서 보다 편리함을 추구하다보니 일회용 플라스틱류, 비닐류 폐기물들이 넘쳐나게 되었고 자연상태에서 쉽게 분해되기 어려운 가연성폐기물에 관련해서는 주로 소각시설에서의 소각을 통해 처리하고 있는 실정이다.
하지만 점점 강화되고 있는 환경오염 규제로, 소각 과정에서 발생되는 오염 물질 배출량을 줄이기 위한 비용과 에너지 손실이 커지는 만큼, 열에너지 회수율이 낮아져서 물질이 가지고 있는 실질 에너지량에서 손실되는 에너지량이 많아지므로 또 다른 형태의 금전적 손실과 에너지 낭비가 되고 있다.
비록 한국의 환경부에서 소각시설 관리 기준을 강화하고 있지만, 전국의 소각장에서 1년에 소각처리되는 가연성폐기물이 2011년에 500만 톤이 넘어서며 해마다 증가하고 있는 반면 한국에서의 신재생에너지 보급률은 저조한 실정이다.
한국에서는 폐기물 에너지화를 촉진시키기 위해 2006년 11월에 "자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률 시행규칙"이 재정되어 RDF(Refuse Derived Fuel)에 관한 법적인 기준이 마련되었다. 폐기물 고형연료의 경우 가연성 생활폐기물로부터 생산되는 RDF(Refuse Derived Fuel)와 폐플라스틱류가 주 원료인 RPF(Refuse Plastic & Paper Fuel)와 폐목재가 주 원료인 WCF(Wood Chip Fuel)와 타이어 고형연료 제품인 TDF(Tire Derived Fuel)로 구분되었으며, 각 품질의 기준이 정립되었다.
그 후 환경부에서는 2015년에 시행규칙을 추가적으로 개정하여 다양하게 구분되었던 4가지 고형연료를 일반 고형연료제품 SRF(Solid Refuse Fuel)와 바이오 고형연료제품 Bio-SRF(Biomass-Solid Refuse Fuel) 등으로 분류 체계를 단순화하고, 폐자원 에너지의 가용대상 범위 확대와 품질기준을 재설정하였다.
또한 국내에서는 국제 기후협약 조약에 따라 온실가스 감축이 대두되면서 일정 규모(500MW) 이상 발전 규모를 보유한 발전 사업자에게 총발전량의 일정 비율 이상을 신재생에너지를 이용해 발전하도록 의무화한 "신재생에너지 공급 의무화 제도"(RPS: Renewable Portfolio Standard)가 도입되었다.
하지만, 현실적으로 국내에서 각 발전사들이 신재생에너지 공급 의무화제도(이하 'RPS제도'라 함) 의무를 제대로 이행하지 못하고 있다. RPS제도 의무를 이행하기 위해서는 신재생에너지 발전사업으로 RPS제도 의무 물량을 채우거나 석탄 대신 신재생에너지 연료로 RPS제도 의무 물량을 대체해야 한다. 그런데 한국의 비좁은 국토와 환경파괴 문제로 태양광 및 풍력발전으로는 RPS제도 의무 물량을 채우기에는 쉽지 않으며, 또 태양광 및 풍력발전으로 생산하는 전력은 전력 생산 원가가 공급가보다 높아서 발전사 입장에서는 달갑지만은 않은 사업이다.
또 다른 방법으로는 석탄 대신 신재생에너지 연료로 RPS제도 의무물량을 대체하는 방법이 있으나 이도 쉽지 않다. 현재 국내에서 생산되는 신재생에너지 연료인 SRF 및 Bio-SRF 고형연료는 그 품질이 낮거나, 그나마도 물량이 발전사에서 필요로 하는 양에 미치지 못해 수입으로 대체하기도 하지만, 그 역시 물량 확보에 어려움이 있다.
이러한 연유로 RPS제도 의무를 이행하지 못함으로써 국내의 대표적 5개 발전사에서 매년 부담하는 과징금이 수백억 원에 이른다.
현실적으로 각 발전사에서 RPS제도 의무를 제일 저렴하게 이행하는 방법으로는, SRF 및 Bio-SRF 고형연료를 확보하는 방법이다. 이는 신재생에너지 사업으로 태양광 및 풍력발전 사업을 하거나 신재생에너지 공급인정서를 구매하는 것보다 나을 것이다.
하지만, 국내에서 생산되는 SRF 및 Bio-SRF 고형연료는 품질 면과 물량 확보 및 경제성 면에서 아직 뒤떨어지는 문제점이 있다. 또한 기존의 SRF 고형연료 펠릿은 일정 크기로 성형되어 있기 때문에 분탄(炭)을 사용하는 화력발전소에서 혼소하려면 새로운 설비를 갖추어야 하는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해소할 수 있는 발열량이 높은 고품질의 폐기물 재생연료만 확보된다면, 이미 건설되어 있는 화력발전소에서 석탄과 혼소하는 방법으로 전력을 생산할 수 있어서 설비투자에 대한 부담이 없고, 비싼 원가로 발전하여 싼 가격으로 공급하는 일이 없을 것이니 수익 면에서도 효율적일 것이다.
한편, 세계적으로 넘쳐나는 석유화학제품폐기물은 지구 환경을 위협하고 있는 실정이며, 잘 분해되지 않는 석유화학제품폐기물 매립은 심각한 환경오염을 유발하기 때문에 석유화학제품 폐기물 처리를 위한 기술 개발이 활발이 진행되고 있으나 아직 부족한 부분이 있다.
EU 회원국에서는 폐기물 매립을 금지하는 법률(Landfill Directive)이 1998년에 제정되어 현재에 이르고 있다. 그러나 여전히 매립에 의존하는 국가가 있으므로 강화된 법률은, 물질 재활용을 증진하여 천연자원 사용을 억제하기 위해 수거한 폐기물의 매립금지, 그리고 2035년 기준 최대 매립 비율을 10% 이하로 제한하는 강력한 개정 법률안을 제안하여 2018년 6월에 최종 승인되어 공표되었다. 이 같은 정책은 결국 물질 재활용과 에너지 회수라는 방법을 선택할 수밖에 없도록 유인하는 역할을 담당한다.
이러한 때에 한국에서는 석유화학제품 폐기물 발생억제와 물질 재활용을 기반으로 하는 정책으로 EU의 자원효율(Resource Efficient)과 순환경제(Circular Economy) 정책을 토대로 2018년 9월 제1차 자원순환기본계획이 수립되었다.
자원순환기본법 시행으로 마련된 첫번째 기본계획이며, 자원의 선순환으로 지속 가능한 순환경제 실현을 비전으로 정하고 2027년까지 국내 총생산량(GDP) 대비 폐기물 발생량을 20% 감축하고, 순환 이용율을 82%까지 향상시키는 것을 목표로 한다.
그런데 일반적인 고형연료인 SRF 펠릿 제조 공정에서 주요 구성 기술을 살펴보면 크게 선별기술, 파쇄기술, 세척기술, 건조기술, 성형기술로 나누어져 있으며, 각 공정 기술에 필요한 기계설비가 요구되고 운전비용이 추가되기 때문에 폐기물 고형연료 생산에 부담으로 작용하고 있다.
즉 폐기물 처리비용을 높게 받아도 처리를 위한 수거비 및 SRF 고형연료 생산 공정에 따른 추가 비용이 높게 발생하기 때문에, 폐기물 처리업체의 수익이 낮아져 불법 매립 및 투기가 반복되고 있으며, 처리되는 폐기물 양도 줄어들 수 밖에 없다.
또한 분리 배출된 플라스틱류, 비닐류, 스티로폼류 등은 성분이 서로 다르며 각종 포장지나 용기로 사용되어 음식물 찌꺼기가 묻어 있거나 각종 내용물 찌꺼기 등 다양한 오염 물질이 묻어 있어서 선별 및 세척을 하지 않고서는 재활용이 어렵다. 하여 폐기물 재생에너지 대량 생산이 어렵고, 투자비용 대비 사업성이 떨어지는 문제점이 있다.
폐기물 재생 연료에 대해 경제적인 측면에서 본다면, 기존의 일반 고형연료(SRF)들은 대기오염을 가중시키고 에너지자원으로서 그 품질이 낮아 구매자들의 선호도가 떨어지며, 생산자의 입장에서는 제조 원가보다 판매가가 낮은 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점으로 인해, 폐기물을 처리하는 차원에서 개발된 고형연료(SRF)의 생산자는 버려지거나 불법 투기된 폐기물을 굳이 다시 수거하지 않겠지만, 만약 저렴한 비용으로 재생 연료를 생산해 수익을 낼 수 있다면 버려져 있는 폐기물을 적극적으로 수거하려 할 것이기에 물질 재활용 및 환경보호에 큰 도움이 될 것이다.
상기 단점과 문제점들을 벗어난 기술로 저렴하게 석유화학제품 폐기물을 이용한 고품질의 폐기물 재생 연료 대량 생산 기술이 절실히 요구 된다.
따라서 본 발명의 목적은 국내 산업폐기물 및 생활폐기물 중에는 석유화학제품폐기물뿐만 아니라 다양한 가연성 폐기물까지 그 배출량이 적지 않기에 보다 효율적이고 친환경적으로 대량처리할 수 있음과 함께 폐기물처리 및 재생에너지 생산으로 고수익을 창출할 수 있도록 하는 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 및 그 생산 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 폐플라스틱류, 폐비닐류, 폐고무류, 폐섬유류 등 분리 배출된 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료를 생산함에 있어 기존의 SRF 고형연료 펠릿을 생산할 때처럼 선별, 파쇄, 세척, 건조, 성형 등의 공정을 거치지 않고 생산 공정을 단순화할 수 있으며 재생에너지 생산 원가를 낮출 수 있도록 하는 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료의 생산 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 석유화학제품폐기물의 경우 상온에서 불완전연소 물질이지만, 고열로 연소율을 최대치로 올려 완전연소에 가깝게 하여 매연과 유해가스 및 악취 발생을 최소화 하며, 발열량은 최대치로 올릴 수 있는 가성비 높은 고품질 고효율의 폐기물 에너지 자원으로서 기존의 산업용 보일러 연료(석탄, 등유 등)를 대체할 수 있는 분말재생연료를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고품질 고효율의 분말재생연료를 생산하여 화력발전소에서 기존의 화석연료와 혼소하여 사용할 수 있게 하여, 화력발전소의 신재생에너지 공급 의무화제도(RPS) 이행에 어려움을 해소할 수 있게 재생에너지 연료로서 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료를 제공함에 있다.
상기한 목적에 따른 본 발명은, 석유화학 제품폐기물을 이용한 분말재생연료에 있어서, 분말재생연료는 석유화학제품폐기물 분말과 혼합되는 촉매제로 산화제 및 탄화제 분말 등을 이용할 수 있으며 촉매제 분말을 일정 비율로 석유화학제품폐기물 분말과 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서는 석유화학제품폐기물 분말과 혼합되는 탄화제의 유기성폐기물 반탄화 숯 연료 분말 또는 일반 숯연료 분말의 미립자 크기는, 약 0.5mm 이하 더욱 바람직하게는 0.1mm(100㎛) 이하로 미세하게 분쇄해, 일정 크기로 성형되는 일반 고형연료(SRF) 펠릿보다 중량비 물질의 표면적이 수천 배 이상 늘어나게 되어, 연소과정에서 공압송풍기로 분사할 때 석유화학제품폐기물 미세분말이 공중에 떠 있는 상태에서 연소되게 함으로 용융 과정에서 서로 엉겨붙지 못하게 하여 산소와 충분히 반응할 수 있게 함을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료는, 연소되는 과정에서 공압송풍기로 공기를 압축하여 분말재생연료(PRF)와 함께 분사하므로 공기 1㎤당 산소 포화도를 높여, 표면적이 늘어난 미립자 간의 연소반응을 활성화시켜 분자 간 열전도율이 높아진 상태에서 고열이 발생되게 함으로써 완전 연소에 가깝게 함을 특징으로 한다.
또 본 발명의 석유화학제품 폐기물을 이용한 분말재생연료 생산 장치에 있어서, 분쇄공이(14)의 구름 작용을 가능하게 하며, 분쇄공이(14)의 구름작용으로 석유화학제품 폐기물을 미세 분말로 분쇄하는 기능과 공기를 이용한 중력선별 분리 기능을 수행하는 드럼분쇄기(10)와; 중력집진 방식을 채택하여 미세 분말이 중력에 의해 가라앉아 쌓이도록 하는 분말집진기(20)와; 드럼 분쇄기(10)의 속도를 조절하는 감속기(30)와; 폐기물을 드럼분쇄기(10)로 투입하는 폐기물투입구(90)를 더 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 드럼 분쇄기(10)는, 내부에 회전 지지대(16)와; 가이드턱(12)과; 분쇄공이(14)를 구현하고, 드럼축(18)으로 전해진 회전 동력을 회전 지지대(16)를 통해 전달 받아 회전하며, 이때 분쇄공이(14)는 구름 작용으로 폐기물을 분쇄하는 특징을 가진다.
또 본 발명은 전동기 또는 내연기관과 같은 회전동력부의 회전 동력을 감속기(30)에 제공하며 감속기(30)에 의해 감속된 회전력을 드럼분쇄기(10)의 드럼축(18)으로 전달함을 특징으로 하며;
상기 회전지지대(16)와 가이드턱(12)은 일정 두께와 넓이를 가지도록 구현하여 분쇄공이(14)가 회전지지대(16)와 가이드턱(12)을 넘어가거나 부딪치며 구름 작용을 좀 더 와일드 하게 이끄는 역할을 하게 하여 분쇄 기능을 활성화시키는 기능을 가진다.
또한 본 발명의 폐기물투입구(90)는, 드럼 분쇄기(10)의 회전 과정에서 발생하는 난기류에 의해 먼지처럼 날아올라 부유하는 분말재생연료의 미립자를 미풍으로 분말집진기(20)측으로 날려보내는 송풍기(94)를 구비하고, 폐기물투입구(90)는 축받침대(80)에 고정시켜 드럼 분쇄기(10)와는 함께 회전하지 않도록 하는 특징을 가지며;
본 발명의 분말집진기(20)에는, 드럼 분쇄기(10)에서 넘어온 분말재생연료의 미립자들이 안정적으로 가라앉을 수 있게 일정 간격으로 공기의 흐름을 정체시키는 격막(22)과; 대기로 배기되는 공해 물질을 최소화하기 위해 긴 관로를 가지는 배기관(50)과; 내부에 가라앉아 쌓인 분말재생연료를 배출시키는 이송스크류(70)를 더 포함하여 구현함을 특징으로 한다.
본 발명은 석유화학제품 폐기물을 이용한 분말재생연료가 단순히 석유화합물을 미립자로 분쇄하였기에 액체의 석유를 고체화 한 형태의 연료로서 석유에 뒤지지 않는 발열량을 가지므로 화력발전소나 각종 연료를 사용하는 산업보일러에 대체 연료로 이용될 수 있으며, 기존의 발전사들이 신재생에너지 공급 의무화제도(RPS) 이행에 큰 도움이 될 수 있다.
또한 세계적으로 석유화학제품폐기물이 처리가 곤란할 정도로 넘쳐나고 아직은 재활용되지 못하고 버려지거나 매립되는 비율이 높아 심각한 환경오염원이 되고 있으나 본 발명의 석유화학제품 폐기물을 이용한 분말재생연료 및 그 생산 장치는 간소한 공정으로 연료화 할 수 있어 환경오염원을 크게 줄일 수 있다.
또한 본 발명을 통해 고품질 고효율의 분말재생연료로 생산하여 저렴하게 공급할 수 있게 되므로 산업보일러 등에서 사용하는 석탄 및 등유를 대체할 수 있어서 에너지자원으로서 한 축을 감당할 수 있다.
또 본 발명의 석유화학 제품폐기물을 이용한 분말재생연료 생산 장치는 단순한 기계장치로 분쇄 과정에서 곧바로 분말화되고 혼합하는 것이기에 빠른 시간에 대량 생산이 가능하다. 달리 말하면, 한 시설에서 석유화학제품 폐기물을 빠른 시간에 대량 처리 및 연료화가 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 생산장치의 개략적인 구조를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 생산장치에 대한 구조와 원리에 대해 설명하기 위한 개략적인 구조도,
도 3은 본 발명의 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 생산장치의 구성 및 조립 과정을 나타내는 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 분말재생연료(PRF)를 이용해 보일러실에서 연소시키는 방식을 설명하기 위해 나타낸 개략 구성도,
도 5는 에너지 열량 환산 기준표.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석 되어서는 아니되며, "발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의 할 수 있다"는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 하며, 발명의 요지를 설명하기 위해 불필요한 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명은, 폐기물을 처리함과 동시에 에너지 회수를 위한 것이지만 처리에 대한 목적보다 에너지자원 생산을 주 목적으로 하며, 등유나 석탄처럼 에너지자원으로서의 역할을 대체할 수 있는 분말화된 고분자 재생에너지 물질(연료)을 생산하기 위한 것이다.
즉 천연자원을 채굴하는 것이 아니라 석유화학제품폐기물을 이용해 인공으로 만들어 내는 것이기에 도시지역에서 채굴되는 에너지 자원이라 할 수 있으며, 단순히 폐기물을 처리하기 위한 목적으로 소각하기 편리하게 만든 것이 아니라 연료로 생산함에 있어서 제조 공정을 단순화하여 생산 비용을 저렴하게 하며, 연소시 매연 및 유독가스를 발생하게 하는 불완전연소의 원인을 개선해 완전연소에 가깝게 함으로 오염물질 배출량을 최소화 하고 발열량은 최대화시킨 새로운 개념의 에너지 자원인 분말재생연료(PRF: Powder Regenerative Fuel) 및 그 생산장치이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
일회용 플라스틱류를 환경공해의 주범으로 간주하고 생산 및 사용을 규제 하자는 주장이 거세지고 있지만, 부정적인 부분만 보지 말고 긍정적인 부분도 함께 고려해야할 가치가 있다.
각종 일회용 플라스틱류 및 비닐류를 사용하므로 세균성 감염의 전파를 줄일 수 있다. 만약 음식물 등 식품을 담는 비닐 및 플라스틱류 용기나 포장지를 사용하지 못하게 된다면 종이나 나무로 된 용기나 포장지로는 과자류, 빵류, 수분이 많은 각종 식품류 등을 모두 감당하기에는 어려울 것이며, 무엇보다 사용하기 편리함에서 오는 경제적 가치도 무시할 수 없다.
일회용 플라스틱류가 안고 있는 제일 큰 문제는 재활용되지 않고 버려져 발생되는 환경오염 문제인데, 재활용하기에는 폐플라스틱류나 폐비닐류에 각종 오물이나 음식물 찌꺼기 또는 상품 내용물의 잔여물이 용기에 묻어 있거나 재질이 다른 성분들과 심지어는 금속 물질까지 함유된 것들이 있어 문제가 된다.
따라서 본 발명에서 생산되는 분말재생연료는 석유화학제품 폐기물 중에서 같은 물질로 재생할 수 없거나 이용 가치가 낮은 것으로 분류되어 소각되거나 매립되어야 할 것들에 우선적으로 적용하는 것이 좋다.
현재 세계적으로 생산되고 있는 플라스틱류 및 비닐류, 합성고무류, 합성섬유류 등의 석유화학제품들 중 수거되어 재활용되지 못하고 버려지거나 매립되어 환경오염의 주범이 되고 있기에, 일회용 플라스틱류 및 비닐류를 사용하지 못하게 규제하는 것만이 능사가 아닐 것이다.
규제 대상이 되는 일회용품보다 규제 대상이 아닌 일회용품(용기 및 포장지류)이 더 많이 생산되기 때문에 수거하여 재활용할 수 있는 기술 개발에 좀 더 노력해야 될 것이다. 그래서 본 발명에서는 재활용하기 어려운 것들을 손쉽게 분말재생연료로 생산하여 고품질 고효율의 재생에너지를 얻을 수 있게 한다.
본 발명에서 주 원료로 사용하고 있는 합성수지(PET, PP, PS, PE, PVC)류, 합성섬유류, 합성고무류는 석유 등 화석연료를 원료로 한 저분자량의 화합물로부터 얻어지는 고분자 물질이며, 통칭 석유화학제품이라 한다. 이는 자연 상태에서 분해되기 어렵고 불완전연소 물질이기에 석유화학제품폐기물을 소각할 시에 많은 매연과 유독가스를 배출하는 환경오염 물질이다.
폐플라스틱류 등 석유화학제품은 연소 시에 불완전연소율이 높아질수록 매연과 유독가스 발생량이 급격히 늘어나게 된다. 이때 기존의 석유화학제품폐기물을 원료로 생산된 일반 고형연료(SRF)들을 살펴보면, 매연과 유독가스가 발생되는 원인을 해소하려는 시도보다 발생된 매연과 유독가스를 흡착하거나 중화시키기 위해 첨가제(수산화칼슘, 산화칼슘, 제올라이트 등)를 이용하는 방식으로 오염물질 배출을 줄이려하고 있다.
하지만, 본 발명에서는 기존 방식처럼 오염 물질 흡착 기술로 배출량을 줄이려는 것이 아니라, 매연과 유독가스 발생 원인을 해소하는 것으로 오염물질 배출량을 효과적으로 줄이고자 한다.
매연과 유독가스 발생량에 영향을 주는 원인은, 불완전연소라는 연소율 때문이라는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 즉 석유화학제품을 생산하는 석유화학 물질은, 다른 가연성 물질보다 중량비 시간당 연소율이 낮아서 불완전연소 함으로써 매연과 유독가스 발생량이 많은 것이며, 석유라는 물질 자체가 대기 중에서 일반적인 연소로는 불완전연소 한다는 사실도 알려져 있다.
석유화학 물질이 불완전연소하는 원인을 분석해 보면, 연소 시에 산소와 반응하는 시간과 분자 간 열전도율에 있다. 즉 석유화학 물질은 연소 시에 열을 가하게 되면 목재나 종이 같이 곧바로 기화되며 연소되는 물질이 아니다.
플라스틱 종류에 따라 차이가 있지만 플라스틱은 일반적으로 비교적 낮은 온도(용융점, 약 200~300℃)에서 열분해가 시작되어 녹아내리는 용융 과정이 시작된다. 그 후 일정 온도(기화점, 약 300~400℃)에서 열분해에 의한 기화가 시작되어 가스화 되고, 그 가스도 일정온도(연소점, 약 400℃ 내외)에 도달해야 연소가 시작되며, 충분한 산소 공급과 연소 온도가 800℃ 이상으로 높아질수록 완전연소에 가깝게 이루어진다. 플라스틱의 불완전 연소현상은 연소온도 770℃ 이하일 경우에 발생한다.
그런데 플라스틱이 녹아 내리며 용융 상태로 변해서 조직을 이루는 각각의 분자들이 서로 엉겨붙는 성질 때문에 산소와의 원활한 반응을 방해하고, 용융된 표면에 가해지는 열이 내부의 각 분자에까지 전도되는 과정(기화점에 도달하는 과정)을 방해한다. 즉 용융된 표면에서부터 점차 기화되기 때문에 플라스틱의 내부 분자는 산소와 접촉하지 못하거나 충분히 반응하지 못하게 돼 플라스틱이 불완전 연소되는 것이다.
불완전 연소되는 과정에서 발생되는 자체 열(약 800℃ 이하)만으로는 불완전하게 기화된 가스를 완전연소시킬 수 없으며, 산소와의 반응이 원활하지 못하므로 불완전연소 상태가 계속 이어질 수밖에 없어서 자연히 공해 물질 배출량이 많아지는 것이다.
그러므로 석유화학 물질을 완전연소에 가깝게 하여 공해 물질 발생량을 줄이려면, 연소시 열에 의해 용융될 때 분자끼리 최대한 서로 엉겨붙지 못하게 하여 산소와 충분히 반응할 수 있게 하여야 하며, 그 순간 기화점과 연소점에 도달할 수 있는 높은 열이 필요하다. 즉 높은 열과 산소와의 충분한 반응이 동시에 작용해야 한다.
본원 발명자는 이러한 분석을 토대로 석유화학제품폐기물을 최대한 미세하게 분쇄하여 분말화 해야 함을 깨닭았다. 그리고 유기성폐기물 반탄화 숯연료 분말 또는 일반적인 숯 분말을 석유화학제품폐기물 분말과 동일 내지 유사한 크기로 분쇄 후 석유화학제품폐기물 분말과 혼합하여 이를 공압송풍기로 분사하며 불을 붙이게 되면, 미세 분말이 공기 중에 떠 있는 상태에서 연소하기 때문에 용융되며 서로 엉겨붙을 수가 없게 할 수 있음도 인식하였다.
본 발명의 혼합된 분말 즉 분말재생연료는 미세 분말화 되었기에, 기존처럼 일정 크기로 성형되는 일반 고형연료(SRF)들보다 중량비 물질의 표면적이 수천 배 이상 늘어나게 되어, 산소와 반응할 수 있는 면적이 늘어나고 시간적 여유가 생겨 충분히 반응할 수 있게 된다.
본 발명의 분말재생연료를 구성함에 있어 석유화학제품폐기물 분말과 함께 혼합되는 유기성폐기물 반탄화 숯연료 분말 또는 일반적인 숯 분말은 촉매제 분말이며, 산화제 및 탄화제 분말의 바람직한 일예이다.
촉매제로서 탄화제의 유기성폐기물 반탄화 숯연료 분말이나 일반 숯연료분말의 역할은, 불이 옮겨 붙는 착화점(着火點)이 아주 낮고 발열량은 5,000kcal/kg 이상이라서 작은 불티에도 불이 쉽게 붙기 때문에 제조 과정에서 화재에 조심해야 하며, 연소 과정에서는 석유화학제품폐기물 분말과 작용하여 1,100℃ 이상의 고열을 발생하기 때문에 곧바로 기화점과 연소점을 넘어 완전연소에 가깝게 해 공해물질 발생량을 최소화 할 수 있다.
보일러 연소실에서 연소시키게 되면 열이 흩어지지 않고 모이기 때문에 연소 온도가 더 높아지게 된다. 그러므로 본 발명의 분말재생연료를 산업용 보일러에 사용함에 있어서는 보일러 연소실(화구)에서 연소시키며, 처음 불을 붙일 때에는 연소실을 예열시킨 후에 행하는 것이 바람직하다.
여기서 말하는 유기성폐기물 반탄화 숯연료(이하 '반탄화 숯연료'라 함)란, 유기성 폐기물(음식물쓰레기, 톱밥, 폐목, 폐지, 왕겨, 등의 농업·임업 부산물류)을 무산소 상태에서 반탄화하여 숯연료로 생산한 것을 말하며, 반탄화 하게 되면 탄소질이 집적(集積)되어 높은 발열량을 갖게 된다.
이러한 사실에 대한 자세한 자료로는, 본 출원인들중 박광이 2011년에 출원하여 특허를 받은 등록특허 제10-1042619호 "음식물쓰레기를 이용한 압축성형 숯연료 제조 방법"에서 숯연료의 발열량이 석탄보다 월등이 높은 6,000kcal/kg로 밝힌 바 있으며, 또 2014년에 한국세라믹 기술원 그린세라믹본부(김수룡)와 공주대학교 환경공학과(오세천교수)의 공동 연구논문인 "음식물폐기물의 반탄화 특성에 관한 연구"에서도 음식물폐기물을 35℃ 온도에서 약 40분간 무산소 탄화하여 얻은 시료(숯연료)의 발열량이 최대 6,700kcal/kg로 나타나 있다.
본 발명에서는 산화제 및 탄화제의 반탄화 숯연료를 하나의 촉매제로 이용할 뿐이며, 이미 유사 기술들에 의해 산화제 및 탄화제의 숯연료가 상품으로 시장에 나와 있기에 제조 방법에 대해서 기술적 설명을 생략한다.
본 발명에서는 석유화학 제품폐기물 분말과 산화제 및 탄화제의 반탄화 숯연료 분말이 일정 비율로 혼합된 분말을 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료(PRF: Powder Regenerative Fuel)라 한다.
상기 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료(이하 "분말재생연료"라 함)를 보일러 연소실 내부로 공압송풍기를 통해 분사시키며 불을 붙이게 되면, 마치 화염방사기처럼 불꽃이 일어나며 높은 화력으로 거세게 연소하게 된다.
이때 완전연소에 가깝게 되는 원리는, 산소와의 충분한 반응과 또 분말화 상태에서 연소하며 서로 엉겨붙지 못하게 됨으로 분자 간 열전도율이 활성화되어 고열이 발생하기 때문이다. 즉 공압송풍기로 공기를 압축하여 불어내게 되면 대기압보다 압축된 공기이므로 1㎤당 산소 포화도가 높아지게 되고, 분말재생연료(PRF)는 미세 분말로 쪼개어져 있어서 표면적이 늘어나 각 미립자 간의 연소반응을 활성화시키며 열전도율까지 높여 완전연소에 가깝게 하는 역할을 하게 되는 것이다.
좀 더 상세하게 설명 한다면, 착화점이 아주 낮은 반탄화 숯연료 분말의 미립자가 석유화학제품폐기물 분말의 미립자 사이에서 먼저 불이 붙으며 열을 높이게 되면, 석유화학제품폐기물 분말의 미립자가 가열되어 기화점에 도달하게 되고 연이어 반탄화 숯연료 분말의 미립자들이 연소하며 기화된 가스를 연소점에 이르게 한다. 이때 두 물질이 동시에 연소하며 고열을 발생시켜 매연과 유독가스를 고열에서 한 번 더 태워주는 역할을 하여 완전연소에 가깝게 하는 것이다.
본 발명에 따른 분말재생연료(PRF)의 연소 온도는 휘발 성분 함량과 연료 및 공기 공급량에 따라 변동이 있으나 최대 1,200~1,300℃ 이상까지도 가능하지만, 보일러 연소실 성능에 따라 연소 온도를 조절해야 한다.
일반적인 보일러의 연소실 온도는 1,000 ~ 1,100℃를 유지하고 있으며, 이 온도가 악취제거 및 불완전연소로 인한 매연과 유독가스 발생량을 최소화 하고 연소실을 둘러싸고 있는 내화물을 보호하는 등 안정적인 운전을 가능하게 하는 적당한 온도이다.
공기 및 연료 공급량과 가연성폐기물의 휘발성분 함량에 따라 분말재생연료의 연소 온도는 최고 수준까지 올라가지만 공기를 과잉 공급하게 되면 오히려 온도가 떨어지게 되며, 미립자의 크기가 작을수록 완전연소에 유리하게 되므로 미립자의 크기는 약 0.5mm 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.03mm ~ 0.1mm 정도이다.
즉 본 발명의 분말재생연료는 미분쇄된 미립자들로 구성되며, 분말재생연료의 미립자 크기는 30~500㎛(0.03mm ~ 0.5mm), 바람직하게는 30~100㎛(0.03mm ~ 0.1mm)이다.
본 발명의 석유화학제품폐기물 분말에 반탄화 숯연료 분말의 혼합 비율은, 중량비 15% 정도에서 여러 조건에 따라 가감하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 석유화학제품폐기물을 분쇄할 때 열경화성수지(페놀수지, 아미노수지, 에폭시수지, 폴리우레탄 등)일수록 휘발성분 함량이 작아 연소율이 떨어지며 발열량도 떨어진다. 이러한 종류의 플라스틱 혼합 비율이 높아지지 않게 조절해야 하며, 부득이 높을 때는 연소 시에 순간 발열 온도를 높일 수 있도록 반탄화 숯연료 혼합 비율을 높여야 배출되는 공해물질 발생량이 줄어들기에 반탄화 숯연료 혼합 비율은, 열경화성 수지 혼합 비율에 따라 가감할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 석유화학제품폐기물 분말과 촉매제로서 반탄화 숯연료 분말의 혼합비율은, 석유화학제품폐기물 분말 75~95중량% : 촉매제 분말인 반탄화 숯연료 분말 5~25중량%로 구성하며, 바람직하게는 80~90중량% : 반탄화 숯연료 분말 10~20중량%로 구성한다.
발열량에 있어서 일반적인 SRF 폐플라스틱 고형연료의 경우 발열량이 8,000 ~ 9,000kcal/kg로 알려져 있으나, 본 발명에 따라 제조된 분말재생연료(PRF)는 SRF 폐플라스틱 고형연료에 비해 완전연소에 더 가깝게 되기 때문에 연소율이 높아 발열량도 조금 더 높아져 9,000 ~ 11,000kcal/kg까지의 발열량이 가능하다. 다만 가연성폐기물 중 휘발성분 함량에 따라 그 발열량의 차이가 있을 수 있다.
본 발명의 분말재생연료는, 석유화학제품 폐기물로 만들어지며 대부분 휘발성분 함량이 매우 높기 때문에 발열량이 높고, 연소 후 회분 발생량은 극소화되어 연료로서의 품질과 경제성을 고루 갖춘 저공해 고효율 연료이다. 연소 후 발생되는 극소량의 회분은 별도로 수거하여 시멘트 원료로 사용하거나 매립 처리함으로써 최종 폐기물이 월등히 감량된다.
그러므로 본 발명의 분말재생연료는 폐자원 재활용 정책에 따라 재생에너지 생산에 이바지할 수 있고 유해 물질 발생을 저감시키므로 기존의 펠릿화된 일반 고형연료(SRF)보다 친환경적이며 석탄 및 등유 등 산업보일러 연료를 대체할 수 있는 에너지가 될 수 있다.
에너지 활용도 측면으로 볼 때 현대식 생활폐기물 소각시설은 폐기물 소각과 에너지 회수를 겸하고 있다. 이러한 소각시설에서는 각종 가연성폐기물을 소각하여 에너지를 얻을 수 있지만 에너지 활용도는 소각시설 내에서만 가능하다.
그런데 본 발명에서는 생활폐기물을 이용하는 점에서는 같지만 분말재생연료(PRF)로 가공하여 열에너지를 필요로 하는 곳으로 보낼 수 있으며, 각종 산업보일러에 이용할 수 있으므로 에너지 활용도가 소각시설보다 높아지게 된다. 즉 본 발명의 분말재생연료(PRF)는 가스나 유류처럼 높은 발열량을 가지는 고단위 휘발성 고분자 연료이므로 각종 산업 보일러에 사용되는 석탄, 등유, 가스 등을 대체할 수 있다.
이제 본 발명의 분말재생연료 생산 장치에 대해서 첨부 도면들을 참조하여 그 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 실시하는데에 있어 이미 공개되거나 일반화된 기술에 대해서는 그 설명을 간략하게 하거나 생략한다.
도 1은 본 발명의 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 생산 장치의 개략적인 구조를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 분말재생연료 생산 장치는, 드럼분쇄기(10)와 분말 집진기(20)로 구성된 단순한 구조이며, 폐기물 처리 용량 및 분말재생연료 생산 용량에 따라 드럼 분쇄기(10)와 분말집진기(20)의 크기 조절이 가능하다.
또한 드럼 분쇄기(10)의 용량이 커져 전동기로는 드럼 분쇄기(10)의 회전 동력을 감당하기 어려울 때는 회전동력부를 내연기관으로 대체할 수 있으며, 이 때는 내연기관의 위치를 분말집진기(20) 위에 설치하지 않고 반대편에 설치할 수도 있다.
폐기물로부터 특정 물질을 재활용하기 위해 선별 분리하는 방법 중 가장 원시적이지만 널리 이용되는 방법은 인력을 이용하는 직·간접 선별 방식일 것이다. 이러한 선별 수작업 방식은 현재도 이용되는 방법이지만 수작업 비용지출이 폐기물 재활용에 걸림돌로 작용한다.
본 발명에서는 인력 사용을 최소화하고 재생연료를 생산함에 있어서도 생산과정을 단순화 하였으며, 분말재생연료를 생산하기 위해 분쇄공이(도 2의 14)를 이용하는 드럼 분쇄기(10)의 분쇄방식이 다소 원시적인 방식이라고 할 수 있지만 다양한 물질이 혼합된 폐기물을 미세 분말화시키는 방법으로는 최적화된 방식이다.
오히려 고도 기술로 제작된 일반적인 분쇄기로는 선별되지 않고 크기 또한 다른 폐플라스틱류, 폐비닐류, 폐고무류, 폐섬유류, 금속류와 각종 포장지나 용기에 음식물 찌꺼기나 내용물 찌꺼기까지 크고 작은 여러 물질이 혼합되어 있을 경우 미세 분말로 분쇄해내기가 어려울 것이다.
분쇄공이(14)를 이용한 분쇄 방식만 생각하면 분쇄되는 속도가 느려 본 발명의 분말재생연료 생산 방식이 비효율적이라고 생각될 수도 있다. 하지만 일반 고형연료(SRF) 생산을 위한 제조 공정을 살펴보면 여러 단계를 거쳐야 비로소 고형연료로 완성되기 때문에 폐기물이 투입되어 첫 생산라인에서 여러 단계별 기계장치를 거쳐 완성되기까지 소요되는 시간이 결코 짧지 않고 비용이 추가된다는 것을 감안하면, 본 발명의 분말재생연료 생산 장치보다 효율적이라고 할 수 없을 것이다.
기존의 일반 고형연료(SRF) 펠릿 제조 공정에서 주요 과정을 살펴보면 선별, 파쇄, 세척, 건조, 성형 등으로 나누어져 있으며, 각 과정을 거쳐야만 소정의 고형연료를 얻을 수 있다.
그러나 본 발명에서는 가정이나 사업장에서 분리 배출된 석유화학제품폐기물 자체를 선별, 파쇄, 세척, 건조, 성형이 필요 없이 수거된 그대로 드럼 분쇄기(10)에 투입한다. 석유화학제품폐기물은 절차적 공정이 필요 없이 곧바로 드럼 분쇄기(10) 내부에서 미세 분말로 분쇄된 후 분말집진기(20)로 모이게 된다. 이때 필요에 따라서 분말집진기(20)의 하류에 배치된 이송스크류(70)를 작동시켜 배출구(24)를 통해 분말재생연료를 외부로 배출시킬 수 있다. 배출된 분말재생연료는 포장 및 출하가 가능하다. 본 발명에 따른 분말재생연료의 수분 함유량은 발열량 저하가 없도록 10중량% 이하가 바람직하다.
본 발명의 드럼 분쇄기(10)는 액상이 아닌 가연성 고형 물질이라면 어떤 것이라도 분쇄하여 연료화가 가능하고, 폐기물투입구(90)의 개구폭이 1미터(m) 이상으로 구성되므로 대부분의 폐기물을 파쇄 없이 그냥 투입시킬 수 있다.
또 완전히 건조되지 않고 포장지나 용기에 수분이나 음식물 찌꺼기 또는 내용물 찌꺼기 등이 묻어 있더라도 폐기물끼리 서로 부딪치거나 분쇄공이(14)와 부딪치면서 그 마찰열에 의해 분쇄 과정중 건조될 수 있는 관계로 선별, 파쇄, 세척, 건조, 성형 등과 같은 기존의 절차적 공정이 필요 없이도 분말재생연료를 얻을 수 있다. 예를 들면, 음식물류를 담거나 싼 용기 및 포장지와 생활용품, 화장품, 의약품, 건강식품 등을 담은 튜브나 비닐팩 등은 각종 찌꺼기나 잔여물이 남아 있기에 통상 재활용이 어려운 것들이 있는데, 본 발명에서는 처리가 가능하다는 것이다.
이때 석유화학제품폐기물이 아니거나 가연성이 아닌 흙이나 무기물 등 다른 물질의 혼합량이 많아져 일정 비율을 넘어서게 되면 발열량이 다소 떨어질 수 있다는 것을 고려해야 하며, 비교적 부피가 아주 큰 물체는 두세 조각으로 절단하여서 드럼 분쇄기(10)에 투입하는 것이 분쇄 효율을 높이게 된다.
도 2는 본 발명의 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 생산 장치에 대한 구조와 원리에 대해 설명하기 위한 개략적인 구조도이다.
도 2를 참조하면, 분리 수거된 석유화학제품폐기물(92)이 분말재생연료 생산 장치의 폐기물투입구(90)로 투입하면 곧바로 드럼분쇄기(10)로 들어가게 된다.
드럼 분쇄기(10)에 폐기물(92)을 투입할 때, 중량비를 감안해 주기적으로 숯연료도 함께 투입하여 동시에 미분쇄함으로써 폐기물 분말과 숯연료 분말이 혼합된 상태에서 분말집진기(20)측으로 넘어가 쌓이게 한다.
폐기물 분말과 숯연료 분말을 혼합하는 다른 방식으로는 별도로 구비된 혼합기를 사용하는 것이다. 드럼분쇄기(10)와 분말집진기(20)에 의해 석유화학제품 폐기물 분말이 마련되면 별도로 구비된 혼합기에 이미 마련된 석유화학제품폐기물 분말과 숯연료 분말을 함께 투입하되 적정량 혼합함으로써 포장 및 출하되게 하는 것이다.
본 명세서에서는 드럼 분쇄기(10)에서 석유화학제품폐기물과 촉매제인 숯연료를 동시에 미분쇄해 분말재생연료로 생산하는 방식을 전제로 설명한다.
드럼 분쇄기(10)는, 회전동력부중 하나인 전동기에 해당하는 모터(40)와, 감속기(30)와, 감속기(30)에 연결된 드럼축(18)과, 드럼축(18)에 연결된 회전 지지대(16)와, 회전 지지대(16)를 둘러싼 드럼 원통체로 구성한다.
드럼 분쇄기(10) 내에는 폐기물을 분쇄하는 다수의 분쇄공이(14)들이 넣어져 있는바, 도 2의 'B'에서와 같이 드럼 분쇄기(10)의 드럼 원통체가 회전할 때 분쇄공이(14)들이 폐기물(92)들과 함께 구르면서 폐기물(92)이 미세 분말로 분쇄되게 한다. 분쇄공이(14)는 폐기물(92)을 쪼개거나 깨뜨리는 개념이 아니라 구름 작용으로 인한 마찰 과정을 형성하며, 마찰과정을 통해 드럼 분쇄기(10)내에서 폐기물(92)이 갈리거나 점점 닳아지도록 함으로써 폐기물(92)이 분말화되는 것이다.
본 발명에 채용된 분쇄공이(14)는 다양한 크기를 가지며, 경도가 강한 화강암 등의 경질 석재나 경질 금속재로 구현할 수 있다. 또 폐기되는 불량 그라인더(grinder)나 금강사 숫돌 등을 이용할 수 있고 또 용도에 맞게 분쇄공이 전용의 금강사 연마석으로 제작한 그라인딩 연마재로도 분쇄공이(14)의 구현이 가능하다.
본 발명의 분쇄공이(14)는 곡물을 빻는 절구의 공이나 그라인더와 같은 역할을 하는 수단이며, 본 발명에 따라 드럼 분쇄기(10) 내부에 다양한 크기를 갖는 다수의 분쇄공이(14)들을 함께 넣어 사용하면 분쇄 기능이나 분쇄효율이 높아진다.
드럼 분쇄기(10)는 폐기물 분쇄 기능과 공기를 이용한 중력 선별로 분리하는 기능을 동시에 수행하는 장치로서, 일반 분쇄기와 달리 금속류, 유리류, 플라스틱류, 비닐류, 목재류, 종이류, 섬유류, 농산 부산물류 등 액상 물질이 아닌 다른 어떤 물질이 혼합되었더라도 모두 미분쇄 가능하다. 더구나 폐기물(92)이 가연성 물질이라면 뭐든 분말재생연료화가 가능하며, 분쇄 과정중에 진행되는 공기를 이용한 중력선별 방식에 의해서 분쇄되어진 가연성 미립자를 분리해 낼 수 있다.
분리 수거된 석유화학제품폐기물에는 종이라벨 및 나무 젓가락과, 의복에 달려 있는 금속류 단추 및 금속류 지퍼와, 타이어의 고무재질 안에 있는 철심과, 가전제품케이스 구석 구석에 박혀있는 금속 나사 및 금속 조각 등 일일이 검사하고 분리해 내기 힘든 것들이 포함되어 있는데, 본 발명의 드럼 분쇄기(10)에서는 이를 분쇄할 수 있다. 금속 및 유리 등 불연성 무기물은 미립자의 무게 때문에 일반 가연성 미립자보다 드럼 분쇄기(10) 내부에서 공기 중에 부유하기 어려우므로 공기를 이용한 중력선별 방식으로 가연성 미립자를 쉽게 분리해낼 수 있다.
드럼 분쇄기(10)에는 청소용 개폐문(15)가 구비되는데, 작업자는 정기적 점검 날짜를 정해 놓고 청소용 개폐문(15)을 통해 드럼분쇄기(10) 내부로 접근하여서 분쇄되기 어려운 금속 등의 무기성 잔유물을 수시로 제거해야 한다.
본 발명의 드럼 분쇄기(10)는 알곡과 껍질을 분리하는 키질(winnowing)과 유사한 공기를 이용한 중력선별 방식을 채택하기 때문에 미립자로 분쇄된 분말재생연료(PRF)는 드럼 분쇄기(10)의 회전 과정에서 발생하는 난기류에 의해 가벼운 입자부터 먼지처럼 날아 올라 내부에 부유하게 된다. 이때 드럼 분쇄기(10)의 폐기물투입구(90)와 힌지로 연결된 투입구뚜껑(96)에 설치된 송풍기(94)의 미약한 송풍에 따라 드럼 분쇄기(10)내의 부유물은 드럼분쇄기(10)와 연통된 분말집진기(20) 쪽으로 넘어가게 된다.
본 발명의 분말집진기(20) 내실에는 일정 간격으로 격막(22)이 설치된다. 각 격막(22) 사이에서는 공기의 흐름이 정체되는바 부유상태의 분말재생연료의 미립자는 중력에 의해 격막(22)사이 부분에 가라앉게 된다.
분말 집진기(20)는 그 내부 공간이 넓을수록 송풍기(94)의 미풍에 의한 공기의 흐름이 느려진다. 그러므로 본 발명의 분말 집진기(20)는 드럼분쇄기(10)에서 미약한 송풍에 실려 넘어온 분말재생연료(PRF)의 입자들이 충분히 안정화 되어 가라앉을 수 있는 공간을 갖도록 제작되어야 하는 것이며, 격막(22)을 설치하는 간격은 공기의 흐름이 정체될 정도의 간격이면 된다. 또 격막(22)은 분말집진기(20) 넓이에 상응하는 다수 개로 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 분말 집진기(20)는 중력집진 방식을 채택하기 때문에 내실중 드럼 분쇄기(10)에서 거리가 먼 곳일수록 더 작고 가벼운 분말재생연료의 미립자가 도달한다. 그러므로 분말 집진기(20)의 각 격막(22) 사이 마다는 가라앉은 미립자의 평균 크기가 다르게 분류된다.
그리고 분말집진기(20)의 말단에는 상하방 지그재그형태로 배열된 긴 배기관(50)을 구비하는데, 공중부양된 분말재생연료의 미립자가 배기관(50)의 승강경로를 따라 오르내리는 과정에서 중력에 의해 가라앉게 되므로 배기구(52)를 통해 대기로 배기되는 미립자의 수를 최소화시킬 수 있다.
분말집진기(20)중 배기구(52)로 향하는 근접 지점의 배기관(50)에는 필터(도 2의 54)가 장치된다. 그러면 분말 집진기(20)의 내실에 존재하는 미립자의 입장에서는 밀폐된 공간에 갇혀 있는 형국인데, 드럼 분쇄기(10)로는 계속 분말화 된 미립자들이 넘어 들어오기 때문에 공기 1㎤당 미립자의 분포밀도가 높아져서 서로 뭉쳐지게 되므로 초미립자라도 중력에 의해 가라앉는 시간이 가속화 된다.
분말집진기(20) 내실의 각 격막(22)들의 아랫부분에는 중력에 의해 가라앉아 쌓여 있는 분말재생연료가 쉽게 집속될 수 있는 경사면을 가짐과 아울러 분말재생연료의 이송을 담당하는 이송스크류(70)가 배치될 수 있도록 U형 도랑이 마련된다. 저속모터(60)에 의해 회전하는 이송스크류(70)는 미립자의 크기가 각기 다르게 분류된 각 격막(22) 사이에 가라앉은 분말재생연료를 동일 분량만큼 끌어당겨 배출구(24)를 통해 외부로 배출시킨다. 그러면 균일한 부피로 미립자들이 이송스크류(70)의 이송과정중에 자동으로 혼합되므로 본 발명에서는 균일한 품질의 분말재생연료를 생산할 수 있다.
폐기물(92)에 혹여 섞여 들어간 금속 등 무기물은 드럼 분쇄기(10)에 의해 일부 분쇄되어도 입자의 무게 때문에 드럼 분쇄기(10)에서 분말집진기(20)로 넘어가기 힘들고, 설령 초미세 분말로 분쇄되어서 일부가 함께 넘어가 섞여도 극소량이기 때문에 별문제는 없다.
본 발명의 분말집진기(20)에서 입자상의 미세 먼지가 대기로 방출되는 것을 방지하기 위해 배기관(50) 끝부분에 공해방지필터(54)를 설치하는 등의 대기오염방지시설(Air pollutants control device)로 처리한 후 대기로 배기 되도록 구성한다.
배기관(50)에 공해방지필터(54)를 구성함에 있어, 배기관(60)의 단면적을 드럼 분쇄기(10)로부터 분말집진기(20)로 연통된 집진기 입구(도 3의 26)의 단면적 보다 더 크게 해야 한다. 이는 배기관(50)에서의 공기의 유속을 더 늦출 수 있도록 하기 위함이며, 이를 통해 분말집진기(20)에서의 집진성능을 높일 수 있고 배기관(50)에 설치된 공해방지필터(54)의 수명도 늘일 수 있다.
한편, 드럼 분쇄기(10)의 회전속도는 빠를수록 폐기물과 분쇄공이(14)의 구름 작용이 활발해져 분쇄 효율이 높아지지만 일정 속도 이상이 되면 오히려 분쇄 효율이 감소하게 된다. 그 이유는 드럼 분쇄기(10)의 원심운동으로 인해 원심력이 발생하므로 드럼 분쇄기(10)의 내벽에 폐기물이 굴러 내려오지 못하고 붙어서 회전하기 때문이다.
하나의 폐기물이 회전중인 드럼분쇄기(10) 내부에 있다고 할 때 폐기물을 드럼 분쇄기(10) 벽면 쪽으로 밀어내는 원심력과 폐기물을 밑으로 끌어내리는 중력이 함께 작용하기 때문에 본 발명에서는 드럼 분쇄기(10)의 회전에 따른 원심력이 중력보다 적도록 구현하여야 한다.
즉 본 발명에 따라 분쇄효율을 최적화시키는 드럼 분쇄기(10)의 적정 회전속도는 드럼분쇄기(10)에 작용하는 원심력이 중력보다 적도록 설정한다는 것이다. 또 드럼 분쇄기(10)의 직경도 함께 고려하여서 드럼분쇄기(10)의 적정 회전속도를 조절해야 한다. 본 발명의 실시예에 따른 드럼 분쇄기(10)의 적정 회전속도는 드럼분쇄기(10)의 직경에 따라 달라질 수 있지만 10rpm(revolutions per minute) 내외가 바람직하다.
본 발명의 드럼 분쇄기(10)에서 분쇄 기능을 높이기 위한 방안으로 드럼분쇄기(10)의 회전속도 높이기와 분쇄공이(14)의 개수를 늘려 분쇄를 위한 마찰 면적을 넓히는 것이며, 적정 회전속도와 분쇄공이(14)의 적정 수량을 적절히 찾아서 균형을 잘 맞추어 운전해야 한다.
분쇄된 분말재생연료를 출하할 경우에는 이송스크류(70)가 저속모터(60)와 벨트로 연결된 관계로 출하 필요시에 저속모터(60)를 가동시켜줌으로써 분말재생연료를 외부로 배출시킨다.
도 3은 본 발명의 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 생산 장치의 구성 및 조립 과정을 나타내는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 생산장치 구조에 있어 폐기물투입구(90) 구조물과 축받침대(80)가 고정되어 하나의 구조물로 구성하며, 축받침대(80)와 분말집진기(20) 사이에는 드럼 분쇄기(10)의 드럼축(18)이 축회전가능케 설치되게 구성한다.
또한 축받침대(80)에 고정된 폐기물투입구(90)측과 회전형의 드럼 분쇄기(10)측 사이의 틈새와 회전형의 드럼 분쇄기(10)측과 고정되어진 집진기 입구(26)측 사이의 틈새는 각기 내외부링(11a)(11b)쌍이 상호 슬라이딩하며 회전가능하게 구성된 슬라이딩 링(11)에 의해서 씰링되므로, 드럼 분쇄기(10)내의 미립자들이 외부로 새어나오지 않게 한다.
드럼 분쇄기(10)의 드럼축(18)은 전동기인 모터(40)로부터 구동력을 전달받는 감속기(30)에 의해서 저속 회전된다.
드럼 분쇄기(10)는 드럼 원통체내에 방사상으로 배열된 회전지지대(16)와는 대각으로 비스듬히 배치 고정된 가이드턱(12)을 도 3에 도시된 바와 같이 다수 구비한다. 가이드턱(12)은 드럼 분쇄기(10)가 회전할 때 분쇄공이(14)와 폐기물이 가이드턱(12)을 넘어가거나 부딪치며 구름 작용을 좀 더 와일드하게 이끄는 역할을 하게 하여 드럼 분쇄기(10)의 분쇄 기능을 좀더 활성화시킨다.
도 4는 본 발명의 분말재생연료(PRF)를 이용해 산업용 등의 보일러 시설에서 연소시키는 방식을 설명하기 위해 나타낸 개략도이다.
도 4를 참조하면, 보일러 시설에서 연소에 필요한 장치는 압축공기를 보낼 수 있는 공압 송풍기(140)와, 본 발명의 분말재생연료를 저장해 두는 연료탱크(120)와, 보일러연소실(100)에 위치하는 연소기(130)로 구성한다. 연료탱크(120)의 연료공급관에는 연료 공급을 조절할 수 있는 연료조절 밸브(122)가 구비되며, 연료공급관이 연결된 공압 송풍기(140)의 압축공기 공급관에는 압축공기 공급을 조절할 수 있는 압축공기조절 밸브(142)가 구비된다.
미설명 부호 "132"는 화염이다.
연료탱크(120)로부터 공급되는 본 발명의 분말재생연료는 공압 송풍기(140)로부터의 분사되는 압축공기에 실려서 보일러연소실(100)로 투입된다. 분말재생연료의 미립자 크기가 30~500㎛(바람직하게는 30~100㎛)인 관계로 일반 고형연료(SRF)보다 중량비 물질의 표면적이 수천 배 이상 크며, 보일러연소실(100)의 연소기(130)에 의해서 연소되는 과정에서 압축공기와 함께 분사될 때 공중에 떠 있는 상태로 연소된다.
특히 공중 부유된 상태인 분말재생연료의 가연성 분말성분이 용융과정에서 서로 엉겨붙지 못하게 되고 압축공기에 의해서 1㎤당 산소 포화도가 높아진 관계로 분말재생연료의 미립자가 산소와 충분히 반응할 수 있고 또 분말재생연료의 미립자 간의 연소반응을 활성화시켜서 분자간 열전도율이 높아지므로 연소중 고열이 발생하며 그에 따라 완전연소에 가까운 연소가 이루어지고 연소후 회분도 별로 없게 되는 것이다.
도 5는 에너지 열량 환산 기준표로서, 에너지원에는 석유, 가스, 석탄, 전기가 포함되어 있다.
본 발명의 분말재생연료(PRF)는 발열량이 9,000 ~ 11,000kcal/kg이나 된다.
본 발명에 따른 분말재생연료(PRF)의 발열량 9,000 ~ 11,000kcal/kg은 도 5에 도시된 기존의 화석연료 에너지의 발열량과 비교했을 때 뒤떨어지지 않는 연료임을 알 수 있다. 본 발명의 분말재생연료는 일반 폐플라스틱 고형연료(SRF)의 발열량 8,000 ~ 9,000kcal/kg보다 더 높은 고위발열량을 가짐을 알 수 있다.
본 발명의 분말재생연료(PRF)는 취급이 용이하고 저렴한 고품질 고효율의 에너지라는 것이 제대로 평가되고 석유화학제품 폐기물이 분말재생연료 생산으로 수익을 낼 수 있는 연료라는 것이 인식된다면, 아무데나 버려지는 석유화학제품폐기물이 줄어들 것이며 환경오염을 줄일 수 있는 큰 요인이 될 수 있을 것이다.
본 발명의 분말재생연료를 기존의 연료들과 발열량 측면에서 서로 비교하면 하기 표 1과 같이 정리된다.
에너지원 총발열량 단위
석유(원유) 10,730 kcal/kg
휘발유 7,780 kcal/ℓ
등 유 8,790 kcal/ℓ
경 유 9,010 kcal/ℓ
석 탄(국내 무면탄) 4,500 kcal/kg
일반 폐플라스틱 고형연료(SRF) 8,000~9,000 kcal/kg
본 발명의 분말재생연료(PRF) 9,000~11,000 kcal/kg
표 1의 발열량 비교표에서와 같이 본 발명의 분말재생연료(PRF)는 연료로서의 가치가 석탄의 두 배이며 석유에도 뒤지지 않는다. 그렇기 때문에 본 발명의 분말재생연료의 생산은 도시지역에 유전을 뚫어 석유를 무한정 채굴하는 것과 다를 바 없는 일이며 산업보일러 대체 연료로서 부족함이 없다. 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위 및 그 청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
본 발명은 신재생에너지로서 발전소, 지역난방, 산업용보일러 등의 보조연료나 대체연료로 사용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료에 있어서,
    휘발성분을 가지며 미분쇄된 석유화학제품폐기물 분말과 완전연소 촉매용으로서 미분쇄된 촉매제 분말을 혼합하여서 미세 분말화상태에서의 공기중 부상 연소가 가능하고 고형연료(SRF) 이상의 고위발열량을 갖는 분말재생연료를 구성함을 특징으로 하는 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉매제 분말은 상기 석유화학제품폐기물 분말보다 낮은 착화점을 가지며 탄소질 집적에 상응하는 발열량을 갖는 산화제 및 탄화제 분말로 구성함을 특징으로 하는 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매재 분말은 유기성폐기물 반탄화 숯연료와 일반 숯연료 분말중 하나 이상으로 구성함을 특징으로 하는 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분말재생연료는 미립자 크기가 30~500㎛임을 특징으로 하는 특징으로 하는 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료.
  5. 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료에 있어서,
    휘발성분을 가지며 미분쇄된 석유화학제품폐기물 분말과 완전연소 촉매용으로서 미분쇄된 촉매제로서 반탄화 숯연료 분말을 75~95중량% : 5~25중량%로 혼합하여서 미세 분말화상태에서의 공기중 부상 연소가 가능하고 고형연료(SRF) 이상의 고위발열량을 갖는 분말재생연료를 구성함을 특징으로 하는 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 분말재생연료는, 연소되는 과정에서 압축공기와 함께 분사되어 용융과정에서 미립자가 엉겨붙지 않게 하고 압축공기에 의한 1㎤당 산소 포화도를 높여 분말재생연료의 미립자 간의 연소반응을 활성화시켜 분자간 열전도율이 높아진 상태에서 고열이 발생되게 함으로써 완전연소에 가깝게 연소되게 구성함을 특징으로 하는 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료.
  7. 석유화학제품 폐기물을 이용한 분말재생연료 생산 장치에 있어서,
    구름운동이 가능한 다수 분쇄공이(14)들이 넣어지며, 드럼 원통체 회전에 의한 분쇄공이(14)들의 구름 작용으로 석유화학제품 폐기물을 미세 분말로 분쇄하는 기능과 공기를 이용한 중력선별로 분리 기능을 수행하는 드럼 분쇄기(10)와;
    드럼 분쇄기(10)와 연통되며 드럼 분쇄기(10)로부터 미풍공기에 실려온 미세 분말이 중력에 의해 가라 앉아 쌓이도록 하는 분말집진기(20)와;
    드럼 분쇄기(10)의 회전속도를 조절하는 감속기(30)와;
    폐기물을 드럼 분쇄기(10) 내로 투입하기 위한 폐기물투입구(90)로 구성함을 특징으로 하는 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 생산 장치.
  8. 제7항에 있어서, 드럼 분쇄기(10)는,
    드럼 원통체 내에 드럼축(18)으로부터 방사상으로 배열된 회전지지대(16)와;
    분쇄기능 활성화를 위해 드럼 원통체 내에 고정된 가이드턱(12)과;
    드럼 분쇄기(10)내에 넣어지며 구름운동이 가능한 다수의 분쇄공이(14)들로 구성함을 특징으로 하는 석유화학제품 폐기물을 이용한 분말재생연료 생산 장치.
  9. 제7항에 있어서, 감속기(30)로 회전동력을 제공하는 회전동력부를 더 구비함을 특징으로 하는 석유화학제품 폐기물을 이용한 분말재생연료 생산 장치.
  10. 제7항에 있어서, 회전지지대(16)와 가이드턱(12)은, 분쇄공이(14)가 회전지지대(16)와 가이드턱(12)을 넘어가거나 부딪치는 구름 작용을 좀더 와일드하게 이끌 수 있는 두께와 넓이를 가지게 구성함을 특징으로 하는 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 생산 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 폐기물투입구(90)에는 드럼 분쇄기(10)의 회전 과정에서 발생하는 난기류에 의해 공중 부유하는 분말재생연료의 미립자를 미풍으로 분말집진기(20)측으로 날려 보내는 송풍기(94)를 구비함을 특징으로 하는 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 생산 장치.
  12. 제7항에 있어서, 분말집진기(20)는,
    드럼 분쇄기(10)에서 넘어온 분말재생연료의 미립자들이 안정적으로 가라앉을 수 있게 일정 간격으로 배치되며 공기의 흐름을 정체시키는 격막(22)과;
    대기로 배기되는 공해물질을 최소화 하기 위해 긴 관로를 갖는 배기관(50)과;
    격막(22)들 아랫부분에 배치되며 내실에 가라앉아 쌓인 분말재생연료를 외부로 배출시키는 이송스크류(70)로 구성함을 특징으로 하는 석유화학제품폐기물을 이용한 분말재생연료 생산 장치.
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