KR101279045B1 - 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 탄화로(10)에 왕겨를 투입하여 고온으로 열분해하는 왕겨탄화공정(S100)과, 상기 탄화로(10)에서 배출되는 합성가스를 응축기(20)로 공급하여 목초액을 응축하고 상기 목초액에서 타르 침전물을 얻는 타르추출공정(S200)과, 상기 응축기(20)에서 배출되는 합성가스를 무연화로(30)로 공급하여 완전연소시키는 무연화공정(S300)과, 염색슬러지 30~70중량% 및 왕겨 20~60중량%와 함께 상기 추출된 타르 5~15중량%를 교반하는 원료혼합공정(S400)과, 상기 혼합원료를 펠렛 성형기(50)에 투입하여 펠렛을 형성하는 펠렛성형공정(S500)과, 상기 성형된 펠렛을 무연화로(30)의 열풍을 공급받는 건조기(60)로 투입하는 건조공정(S600)을 거쳐 고형화 연료를 제조함으로써, 타르 및 왕겨에 의하여 고형화 연료의 열량을 높일 뿐만 아니라, 종래 해양투기 등으로 문제가 되었던 염색슬러지 성분을 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 보다 환경친화적인 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료 및 그 제조방법{SOLID FUEL USING RICE HULL AND DYEING SLUDGE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 염색공정에서 발생되는 염색슬러지를 왕겨 및 타르와 혼합 성형하여 펠렛(pellet) 형태로 건조된 고형화 연료로 제조함으로써, 타르 및 왕겨에 의하여 고형화 연료의 열량을 높일 뿐만 아니라, 종래 해양투기 등으로 문제가 되었던 염색슬러지를 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 염색공정에서 발생되는 염색폐수에는 섬유찌꺼기와 함께 염색에 필요한 각종 화학물질이 포함되어 있어서 반드시 염색폐수의 정화공정이 필요하고, 이러한 정화공정을 거친 상등수는 배출처리하지만, 슬러지에는 여전히 석회석, 철분, 유기물을 포함한 섬유찌꺼기 등이 포함되어 있으며, 이 중 석회석과 철분은 회수하여 산업 재활용시 원료 물질로 사용되고 나머지 섬유 찌꺼기 및 유기물은 건조를 통하여 에너지원으로 이용 가능하다.

그러나, 상기 염색슬러지의 함수율이 60~70% 정도로 건조를 위해서는 많은 에너지가 소요되는 문제점이 있었으며 아울러 염색슬러지 자체만으로는 열량이 낮아 재활용은 통한 에너지효율이 낮기 때문에 현재까지의 염색슬러지는 주로 해양에 투기하거나 매립하였는바, 이로 인한 2차 오염의 문제가 있을 뿐만 아니라 근래에 들어 해양투기가 전면 금지되면서 그 처리문제가 현안으로 대두되고 있는 실정이다.

한편, 왕겨는 벼의 도정공정에서 대량으로 생성되는 부산물로서 국내에서 연간 약 백만 톤이 발생하여 그 물량이 충분함과 아울러 연중 도정으로 항상 일정량이 발생하므로 안정적인 공급이 가능할 뿐만 아니라, 저렴하며, 최종 소비지 근처에서 생산되어 그 유통이 편리하다는 점에서 고형화 연료로 사용하기에 적합하다.

그러나 왕겨는 상기와 같이 여러 가지 장점을 갖는 우수한 소재임에도 불구하고 유류 대체 연료인 연탄이나 화목 등의 고체연료에 비해 연료로서의 이용률이 매우 낮고, 대부분의 경우에 있어서는 농업용 퇴비재료로 이용되거나 축산업용으로 사용되었으며, 일부 탄화처리하여 연료로 활용하고 있는 실정이다.

이와 같이 왕겨가 대체 연료로서의 이용률이 낮은 이유는 성분조성이 탄소 35%, 수소 5%, 산소 39%, 회분 20%로 이루어져 연소온도가 화목이나 톱밥 등의 고체연료보다 상대적으로 높고, 규소를 다량 함유한 판상의 구조로 되어 있어 발열량이 다소 부족한 면이 없지않으며, 한편으론 작은 입자의 형태로 이루어져 있기 때문에 고형화 연료로 제조하기 위해서는 별도의 응집제를 사용하여야 하므로 그 생산이 용이하지 못하기 때문이다.

한편, 본 발명의 출원인은 상기 왕겨의 활용도를 높이기 위한 장치로서 왕겨를 고온으로 열분해하는 "수직형 연속식 왕겨 탄화 제조장치"를 개발하여 특허 제0602732호로 등록받은 바 있고, 또한 본 발명의 출원인은 왕겨 탄화로에서 발생하는 합성가스를 연소시켜 그 폐열을 회수하는 발명으로 "탄화 왕겨 및 목초액을 제조하면서 온수를 얻는 장치"를 특허 제0602733호로 등록받은 바 있다.

그러나 상기 왕겨탄화시스템에서 발생하는 폐열을 회수하는 종래발명은 합성가스를 연소시켜 생산한 온수를 왕겨탄화시스템 또는 그 주변시설에 필요한 온수로 공급하는 정도의 보조적 열원으로 사용된 것인바, 왕겨탄화시스템에서 발생하는 폐열을 보다 적극적으로 활용하여 새로운 수익을 창출할 수 있도록 함으로써 종래 발명에 비하여 고부가 가치를 갖는 열원으로 사용되도록 함이 바람직하며 그에 따른 지속적인 연구개발을 필요로 한다.

본 발명은 상기한 염색슬러지 처리의 문제점을 해소하면서 본원의 출원인이 지속적으로 연구하고 있는 왕겨탄화시스템의 친환경성을 개선하여 새로운 부가가치를 창출하기 위한 것으로, 염색슬러지에 왕겨를 혼합한 후 왕겨탄화설비에서 발생하는 폐열로 함수율을 낮춰 연료화함으로써, 염색슬러지의 매립 혹은 해양투기로 인한 환경오염을 방지할 뿐만 아니라, 저렴하고 간단한 방법으로 고체화 연료의 제조가 가능토록 하는 데 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 미곡종합처리장에서 부산물로 발생하는 왕겨를 재활용하고, 그 탄화공정에서 발생되는 타르를 염색슬러지에 왕겨와 함께 혼합하여 성형성을 개선하면서 열량을 높일 뿐만 아니라, 종래 폐기되었던 타르 성분을 효율적으로 활용하므로 보다 환경친화적이라 할 수 있는 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 염색슬러지 30~70중량%와, 왕겨 20~60중량% 및 타르 5~15중량%로 이루어져 펠렛 형태로 성형 건조된 '왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료'에 있다.

그리고 본 발명의 다른 특징은, 제한된 공기가 유입되는 탄화로에 왕겨를 투입하여 고온으로 열분해하는 왕겨탄화공정과, 상기 탄화로에서 배출되는 합성가스를 응축기로 공급하여 목초액을 응축하고 상기 목초액에서 타르 침전물을 얻는 타르추출공정과, 상기 응축기에서 배출되는 합성가스 또는 탄화로에서 직접 배출되는 합성가스를 무연화로로 공급하여 완전연소시키는 무연화공정과, 염색슬러지 30~70중량% 및 왕겨 20~60중량%와 함께 상기 타르추출공정에서 추출한 타르 5~15중량%를 교반하는 원료혼합공정과, 상기 혼합원료를 펠렛 성형기에 투입하여 펠렛을 형성하는 펠렛성형공정과, 상기 성형된 펠렛을 무연화로에서 배출되는 열풍을 공급받는 건조기로 투입하여 고형화 연료를 생산하는 건조공정을 포함하는 '왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료의 제조방법'에 다른 특징이 있다.

한편, 상기한 바와 같이 건조 공정을 통하여 형성된 고형화 연료를 왕겨탄화공정에 재투입하여 탄화된 고형화 연료를 제조하는 데 본 발명의 또 다른 특징이 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 종래 매립이나 해양투기에 의하여 처리되던 염색슬러지를 연료로 활용함으로써, 염색슬러지의 매립 및 해양투기로 인한 환경오염문제를 해소하고 자원재활용도를 높이는 효과가 있으며, 염색슬러지의 함수율을 왕겨로 조절함과 동시에 왕겨의 성형성은 염색슬러지 및 타르에 의하여 향상되는 상호 보완작용은 물론이고, 왕겨와 타르에 의하여 염색슬러지의 열량이 높아짐에 따라, 결과적으로는 저렴한 비용으로 높은 열량을 갖는 고형화 연료를 보다 용이하게 생산할 수 있는 효과가 있다.

또한, 기존의 왕겨탄화시스템에서 제한적이고 보조적으로 재활용된 합성가스를 이용하여 새로운 수익을 창출함으로써, 종래에 비하여 고부가가치를 갖는 열원으로 합성가스를 활용함과 아울러 보다 환경친화적인 왕겨탄화시스템의 운용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료의 제조방법을 나타내는 순서도
도 2는 본 발명에 따른 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료의 제조장치를 나타내는 구성도

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료 및 그 제조방법을 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보되, 고형화 연료의 구성을 먼저 살펴본다.

본 발명의 일 실시예에 따른 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료는, 염색슬러지 30~70중량% 및, 왕겨 20~60중량%, 타르 5~15중량%로 이루어진다.

상기에 있어 염색슬러지 및 왕겨의 혼합비는 염색슬러지의 재활용 목적과 연료의 열량 등을 고려하여 적정비율로 혼합하는데, 염색슬러지 함량이 70중량%를 초과하는 경우에는 수분함량이 너무 높아서 성형성이 떨어지고 건조공정에서 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 열량이 낮으며, 왕겨 사용량이 20중량%이하로 사용되는 경우에도 열량이 떨어지므로, 총중량기준 염색슬러지 30~70중량%에 대하여 왕겨 20~60중량%의 비율로 혼합함이 바람직하다.

또한, 타르의 함량이 15중량% 이상이 되는 경우 점도가 높아져서 건조공정에서 건조 시간이 오래 걸리고, 5중량% 이하인 경우에는 고형화 연료의 열량을 높이는 기능이 미비하므로, 상기 타르의 비율은 5~15중량%로 함이 바람직하다.

이에 따라, 본 발명은 염색슬러지 60중량%와, 왕겨 30중량% 및 타르 10중량%로 이루어진다. 이때, 상기 펠렛은 직경 6~8mm 및 길이 6~30mm로 형성함이 바람직하지만, 본 발명은 상기 펠렛의 크기에 한정하지 않는다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료의 제조방법을 살펴본다.

본 발명의 고형화 연료 제조방법은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 탄화로(10)에 왕겨를 투입하여 고온으로 열분해하는 왕겨탄화공정(S100)과, 상기 탄화로(10)에서 배출되는 합성가스를 응축기(20)로 공급하여 목초액을 응축하고 상기 목초액에서 타르 침전물을 얻는 타르추출공정(S200)과, 상기 응축기(20)에서 배출되는 합성가스 또는 탄화로(10)에서 직접 배출되는 합성가스를 무연화로(30)로 공급하여 완전연소시키는 무연화공정(S300)과, 염색슬러지 30~70중량% 및 왕겨 20~60중량%와 함께 상기 추출한 타르 5~15중량%를 교반하는 원료혼합공정(S400)과, 상기 혼합원료를 펠렛 성형기(50)에 투입하여 펠렛을 형성하는 펠렛성형공정(S500)과, 상기 성형된 펠렛을 무연화로(30)에서 배출되는 열풍을 공급받는 건조기(60)로 투입하여 고형화 연료를 생산하는 건조공정(S600)을 포함하는바, 하기에서 각 공정을 구분하여 보다 상세히 살펴본다.

<왕겨탄화공정>

왕겨탄화공정(S100)은 제한된 공기가 유입되는 탄화로(10)에 왕겨를 투입하여 고온으로 열분해하는 공정으로서, 도 2의 도시와 같이 탄화로(10)의 상측으로부터 탄화로(10)의 내부로 유입되는 왕겨는 탄화로(10) 하부의 흡기구를 통하여 제한된 공기가 유입되는 상태에서 상기 탄화로(10)에 구비된 버너에 의하여 300~700℃로 열분해 되고, 상기 열분해에 의하여 탄화된 왕겨숯은 탄화로(10)의 하부로 배출되어 농업용 등 다양한 목적을 사용되며, 열분해 공정에서 발생한 합성가스는 탄화로(10)의 상측을 통하여 배기되는바, 본 발명은 상기와 같은 탄화로(10)의 세부 구성에 한정하지 않는다.

<타르추출공정>

타르추출공정(S200)은 상기 탄화로(10)에서 배출되는 합성가스를 응축기(20)로 유입하여 합성가스로부터 목초액(왕겨초액)을 응축하고, 상기 목초액을 침전시켜 타르를 얻는 부가적 공정이다.

구체적으로, 상기에 있어 목초액을 응축하기 위하여 응축기(20)의 내부에는 다수의 응축관이 형성되어 냉각수가 순환함에 따라, 응축기(20)로 유입된 고온의 합성가스에서 결로현상이 유도되어 왕겨초액을 얻을 수 있으며, 얻어진 목초액에서 타르 성분을 침전시킴으로써 타르를 추출한다. 한편, 상기 타르가 추출된 목초액은 숙성 후 농약이나 살충제 등의 농업용 또는 각종 세정제품 등의 원료로 사용된다.

<무연화공정>

무연화공정(S300)은 상기 응축기(20)에서 배출되는 합성가스를 무연화로(30)에 공급하여 배기가스에 포함된 유해가스까지 완전연소시킴으로써 환경친화적인 합성가스의 연소가 가능한바, 상기 응축기(20)를 운영하지 않는 경우에는 상기 탄화로(10)에서 배출되는 합성가스가 무연화로(30)로 직접 공급되도록 한다. 한편, 상기 무연화로(30)는 500℃ ~ 1,000℃ 내외의 열풍을 배출한다.

<원료혼합공정>

원료혼합공정(S400)은 염색슬러지 30~70중량%와 왕겨 20~60중량% 및 타르 5~15중량%를 혼합기(40)에 투입하여 교반하는 공정으로서, 상기 각 원료의 혼합비는 염색슬러지의 재활용 목적과 연료의 열량 등을 고려하여 적정비율로 혼합하되, 염색슬러지 60중량%와 왕겨 30중량% 및 타르 10중량%를 혼합함이 바람직한바, 왕겨의 혼합으로 염색슬러지의 함수율이 조절됨과 동시에 왕겨의 성형성은 염색슬러지 및 타르에 의하여 향상될 뿐만 아니라 혼합원료가 충분한 열량을 갖게 되는 등, 각 원료는 서로의 단점을 상호 보완하는 관계를 형성한다.

한편, 상기 타르는 타르추출공정(S200)을 포함하는 경우에 있어서는 그 추출된 타르를 사용하고, 타르추출공정(S200)을 포함하지 않는 경우 별도의 타르를 혼합한다.

<펠렛성형공정>

펠렛성형공정(S500)은 상기 혼합원료를 펠렛 성형기(50)에 투입하여 직경 6~8mm 및 길이 6~30mm의 펠렛으로 성형하는 공정으로서, 본 발명은 상기 펠렛의 형상과 크기에 한정하지 않는다. 한편, 염색슬러지는 펠렛성형공정(S500)을 거침으로써 비로소 그 건조가 가능하며 펠렛화 되지 않은 염색슬러지의 경우 건조효율 및 건조품질이 극히 불량하다.

<건조공정>

건조공정(S600)은 상기 펠렛성형공정(S500)에서 소정의 형상 및 규격으로 성형된 펠렛을 건조기(60)로 유입하여 건조시키는 공정으로서, 상기 무연화로(30)에서 배출되는 고온의 폐열을 건조기(60)로 유입하므로, 결과적으로 왕겨탄화시스템에서 발생하는 합성가스 부산물을 보다 적극적으로 활용하여 저렴하고 간단한 방법으로 고체화 연료를 제조할 수 있다. 한편, 본 발명은 상기 건조기(60)의 형식에 한정하지 않으나 도 2에 도시된 바와 같은 킬른건조기를 구성함이 바람직하다.

본 발명은 부가적 공정으로서 상기 건조공정(S600)을 통하여 형성된 고형화 연료를 탄화로(10)에 왕겨와 함께 투입함으로써, 왕겨탄화시스템의 보조적 열원으로 사용함과 동시에 왕겨 및 염색슬리지를 이용하여 탄화된 고형화 연료를 생산할 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료 및 그 제조방법의 작용을 살펴보면, 종래 매립이나 해양투기에 의하여 처리되던 염색슬러지를 왕겨 및 타르와 혼합함으로써 염색슬러지의 함수율을 왕겨로 조절함과 동시에 왕겨의 성형성은 염색슬러지 및 타르에 의하여 향상되는 상호 보완작용을 하고, 아울러 왕겨와 타르에 의하여 염색슬러지의 열량이 높아지며, 특히 왕겨탄화공정에서 발생하는 합성가스를 연소시킨 폐열로 고형화 연료를 건조함으로써, 결과적으로는 저렴한 비용으로 높은 열량을 갖는 고형화 연료를 제공할 수 있다.

또한, 기존의 왕겨탄화시스템에서 제한적이고 보조적으로 재활용된 합성가스를 새로운 수익을 창출에 이용함으로써, 보다 환경친화적이고 효율적인 왕겨탄화시스템의 운용이 가능하다.

10: 탄화로 20: 응축기
30: 무연화로 40: 혼합기
50: 펠렛 성형기 60: 건조기
S100: 왕겨탄화공정 S200: 타르추출공정
S300: 무연화공정 S400: 원료혼합공정
S500: 펠렛성형공정 S500: 건조공정

Claims (4)

1. 염색슬러지 30~70중량%와, 왕겨 20~60중량% 및 타르 5~15중량%로 이루어져 펠렛 형태로 성형 건조된 것을 특징으로 하는 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료.
   
2. 탄화로(10)에 왕겨를 투입하여 고온으로 열분해하는 왕겨탄화공정(S100)과;
   상기 탄화로(10)에서 배출되는 합성가스를 무연화로(30)로 공급하여 완전연소시키는 무연화공정(S300)과;
   염색슬러지 30~70중량%, 왕겨 20~60중량%, 타르 5~15중량%를 교반하는 원료혼합공정(S400)과;
   상기 혼합원료를 펠렛 성형기(50)에 투입하여 펠렛을 형성하는 펠렛성형공정(S500)과;
   상기 성형된 펠렛을 무연화로(30)에서 배출되는 열풍을 공급받는 건조기(60)로 투입하여 고형화 연료를 생산하는 건조공정(S600)을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료의 제조방법.
   
3. 제2항에 있어서;
   상기 탄화로(10)에서 배출되는 합성가스를 응축기(20)로 공급하여 목초액을 응축한 후 상기 무연화로(30)로 공급하되, 상기 응축된 목초액에서 타르 침전물을 얻는 타르추출공정(S200)을 더 포함하고;
   상기 원료혼합공정(S400)의 타르는 상기 타르추출공정(S200)에서 추출한 타르를 사용하는 것을 특징으로 하는 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료의 제조방법.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서;
   상기 건조공정(S600)을 통하여 형성된 고형화 연료를 왕겨탄화공정(S100)의 탄화로(10)에 왕겨와 함께 투입하여 탄화된 고형화 연료를 형성하는 것을 특징으로 하는 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료의 제조방법.
   

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