KR102461678B1

KR102461678B1 - 발열량이 향상된 고형연료 펠릿 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102461678B1
Application number: KR1020220110994A
Authority: KR
Inventors: 김현주
Original assignee: 주식회사 부림친환경에너지
Priority date: 2022-09-01
Filing date: 2022-09-01
Publication date: 2022-11-03

Abstract

본 발명은 발열량이 향상된 고형연료 펠릿 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고형연료 펠릿에 있어서, 수거된 폐비닐을 1차적으로 20분간 열풍건조 후, 2차적으로 60분간 자연건조하여 수분을 제거한 다음, 수분이 제거된 폐비닐을 분쇄 후 압출기로 130~140℃, 20분간 용융시켜 용융된 폐비닐을 형성하고, 상기 용융된 폐비닐 74중량부, 야자숯 17중량부, 광물질 6중량부, 혼합매개체 3중량부를 혼합한 혼합물을 혼합기에 넣어 200~220℃에서 10~15분간 혼합하되, 상기 광물질은 제올라이트, 벤토나이트, 규조토 중 어느 하나 또는 두 개 이상 혼합하여 구성하며, 수분 0.4~0.5%이고, 저위발열량 8,500kcal/kg 이상이며, 회분 10.7% 이하 이고, 염소 0.02% 이하이며, 납 10.7mg/kg 이하로 구성되어, 종래의 펠릿보다 저위발열량이 높아 산업용 제조공정 연료, 산업용 보일러, 열병합 발전, 화력 발전, 시멘트 소성, 지역 냉난방, 슬러지 연소 등의 산업용 연료나 건물 난방 및 급탕의 연료, 농축산 시설의 난방 등 생활용 연료와 같이 다양한 분야에 활용이 가능한 효과가 있고, 저위발열량을 향상시키기 위해 야자숯(야자열매껍질)을 재료로 사용하여, 다른 식물성 잔재물에 비해 상대적으로 수급이 안정적이어서 생산성이 높으며, 또한 광물질(제올라이트, 벤토나이트, 규조토)를 포함시킴으로 중금속 이온제거능력, 살균 능력, 흡착력 등을 지닐 수 있어 혼합의 효율성을 극대화시킬 수 있는 유용한 발명이다.

Description

발열량이 향상된 고형연료 펠릿 및 그 제조방법{HIGH HEAT GENERATION AMOUNT IMPROVED SOLID FUEL PELLET AND IT}

본 발명은 발열량이 향상된 고형연료 펠릿 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐비닐, 야자숯(야자열매껍질), 광물질, 혼합매개체 및 액비를 혼합한 혼합물로 형성된 펠릿을 형성하여, 상기 펠릿의 발열량을 향상시킨 기술이다.

통상적으로 산업공정과 생활과정에서 발생되는 폐기물을 처리하는 방법에는 다양한 방법들이 존재하나, 화석연료를 대체할 신재생에너지의 필요성이 확대되면서 폐기물을 고형 연료화하여 에너지원으로 활용할 수 있는 다양한 장치 및 방법들이 제시되고 있다.

우선 종래의 기술들을 살펴보면,

공개번호 10-2021-0029542호(특) 임목부산물을 파쇄하여 생산된 우드칩에 첨가제가 포함하여 생산된 고발열량 목질계 고형연료에 있어서, 상기 첨가제는 식물성 오일 부산물; 흑연분말과 산화제2철을 중량대비 1:1~3의 비율로 혼합한 흑연분말과 산화제2철 혼합물; 바텀애쉬와 석회석의 혼합물에 양전하물질이 코팅된 흡착제; 및 부식산(Humic Acid)를 더욱 포함하여 구성된 첨가제로 제조된 고발열량 목질계 고형연료에 관한 기술이다.

등록번호 10-2010864호(특) 불순물을 제거하고 함수율 30~60%로 조정한 축분을 준비하고, 상기 축분을 성형압출기에 공급하여 가온 및 가압성형한 다음 함수율 15%가 되도록 건조하여 성형되는 축분을 이용한 고형연료에 있어서, 상기 축분에 입도분포 10~100㎛인 카본파우더를 중량비로 1:0.1~1.0의 비율로 혼합한 후, 그 혼합물인 축분과 카본파우더 혼합물 100중량부에 대하여, 톱밥, 왕겨, 볏짚, 건조된 음식물쓰레기 분쇄물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 5~30중량부; 녹말가루 10~30중량부; 냄새제거제로 유용미생물을 함유하는 액비를 10~20중량부를 첨가하여 혼합한 후, 그 혼합물을 성형압출기에 공급하여 가온 및 가압 성형하여 되며, 상기 성형된 성형물의 표면에 발화재가 코팅된 발화코팅층이 형성된 축분을 이용한 고형연료에 관한 기술이다.

등록번호 10-2174396호(특) 탄화 커피박 20 내지 35 wt%; 바인더 4 내지 15 wt%; 및 탄화 부산물 50 내지 76 wt%;를 포함하는 커피박을 포함하고, 상기 바인더는 세립토, 고령토 및 이산화규소(SiO2)를 포함하며, 상기 세립토 및 고령토의 혼합 비율은 1:8~10 를 유지하고, 상기 이산화규소는 상기 탄화 커피박 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부 혼합되는 고형연료에 관한 기술이다.

등록번호 10-1994920호(특) 택배봉투, 마트봉투, 백화점봉투, 식품포장봉투, 일회성 포장봉투, 생활 및 음식물 쓰레기봉투로 사용되어 폐기하는 폐 생분해성 수지를 절단장치로 쇄절하고: 쇄절된 폐 생분해성 수지를 압출기에서 첫 용융 시에 106~112℃에서 반고체 상태로 응고되기 전의 상태의 젤화(Gel化) 상태, 116~122℃에서 반고체 상태의 젤(Gel) 상태, 126~132℃에서 점탄성 유체가 되기 전 상태의 졸화(Sol化) 상태가 되게 단계적으로 용융하고; 용융된 폐 생분해성 수지가 다이스에서 압출되고 절단기에서 절단되어 일정한 형상의 길이로 된 고형연료인 것을 특징으로 하는 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료에 관한기술이다.

종래의 기술들은 고형연료 또는 펠릿에 어느 하나의 재료를 넣어서 그 재료로 인한, 저위발열량을 높이는 것을 중심적으로 기재하고 있다.

그러나, 이러한 종래의 기술의 고형연료 또는 펠릿은 알려진 바와 같이 통상적인 고형연료 또는 펠릿이 갖는 저위발열량의 차이가 크지 않아, 오히려 별도의 재료를 더 넣거나, 복잡한 제조과정을 거쳐야 함에 따라 경제적 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.

다시 말해, 해당 업계에서 널리 사용되고 있는 펠릿의 저위발열량과 종래기술들의 저위발열량의 차이가 크지 않고, 그 크지 않은 차이를 가지기 위해 부가적인 소재들이 추가됨과 아울러, 제조하는 과정이 복잡하여 생산성과 경제성이 매우 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출해낸 것으로, 사용 후 폐기처분이 필요한 폐비닐의 수분을 제거한 후, 그 폐비닐과 야자숯, 광물질, 혼합매개체를 특정 비율로 혼합하여 일반적인 펠릿가 큰 차이가 있는 저위발열량을 가지고, 모양 및 크기, 수분, 회분, 염소, 황분, 금속성분(수은, 카드뮴, 납, 비소)의 기준을 충분히 만족함과 아울러 저위발열량이 향상된 고형연료 펠릿 및 그 제조방법을 제공함에 주안점점을 두고 그 기술적 과제로 완성해낸 것이다.

이에 본 발명은, 고형연료 펠릿에 있어서, 수거된 폐비닐을 1차적으로 20분간 열풍건조 후, 2차적으로 60분간 자연건조하여 수분을 제거한 다음, 수분이 제거된 폐비닐을 분쇄 후 압출기로 130~140℃, 20분간 용융시켜 용융된 폐비닐을 형성하고, 상기 용융된 폐비닐 74중량부, 야자숯 17중량부, 광물질 6중량부, 혼합매개체 3중량부를 혼합한 혼합물을 혼합기에 넣어 200~220℃에서 10~15분간 혼합하되, 상기 광물질은 제올라이트, 벤토나이트, 규조토, 일라이트 중 어느 하나 또는 두 개 이상 혼합하여 구성하며, 상기 혼합물을 압축한 다음 냉각시켜 펠릿을 구성하고, 상기 펠릿은 수분 0.4~0.5%이고, 저위발열량 8,500kcal/kg 이상이며, 회분 10.7% 이하 이고, 염소 0.02% 이하이며, 납 10.7mg/kg 이하로 형성되되, 상기 혼합매개체는, 바인더접착제로 세립토, 고령토, 이산화규소 중 어느 하나 인 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 저위발열량은 9320kcal/kg인 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 회분은 9.7% 인 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 염소는 0.02%인 것을 기술적 특징으로 한다.

삭제

상기 혼합물에는 냄새제거를 위해 유용미생물을 함유하는 액비 5중량부, 계면활성제 3중량부를 각각 첨가한 것을 기술적 특징으로 한다.

고형연료 펠릿제조방법을 보면, 수거된 폐비닐을 1차적으로 20분간 열풍건조 후, 2차적으로 60분간 자연건조하여 수분을 제거한 다음, 수분이 제거된 폐비닐을 분쇄 후 압출기로 130~140℃, 20분간 용융시켜 용융된 폐비닐을 형성하고, 상기 용융된 폐비닐 74중량부, 야자숯 17중량부, 광물질 6중량부, 혼합매개체 3중량부를 혼합한 혼합물을 혼합기에 넣어 200~220℃에서 10~15분간 혼합하되, 상기 광물질은 제올라이트, 벤토나이트, 규조토 중 어느 하나 또는 두 개 이상 혼합하여 구성하며, 상기 혼합물을 압축한 다음 냉각시켜 펠릿을 구성하고, 상기 펠릿은 수분 0.4~0.5%이고, 저위발열량 9,320kcal/kg 이상이며, 회분 9.7% 이하 이고, 염소 0.02% 이하이며, 납 10.7mg/kg 이하로 형성되도록 제조하며, 상기 혼합매개체는, 바인더접착제로 세립토, 고령토, 이산화규소 중 어느 하나로 구성되고, 상기 혼합물에는 냄새제거를 위해 유용미생물을 함유하는 액비 5중량부, 계면활성제 3중량부를 각각 첨가한 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명의 발열량이 향상된 고형연료 펠릿 및 그 제조방법에 의하면, 고형연료 펠릿의 본연의 목적을 그대로 유지함과 동시에, 종래의 펠릿보다 저위발열량이 높아 산업용 제조공정 연료, 산업용 보일러, 열병합 발전, 화력 발전, 시멘트 소성, 지역 냉난방, 슬러지 연소 등의 산업용 연료나 건물 난방 및 급탕의 연료, 농축산 시설의 난방 등 생활용 연료와 같이 다양한 분야에 활용이 가능한 효과가 있고, 저위발열량을 향상시키기 위해 야자숯(야자열매껍질)을 재료로 사용하여, 다른 식물성 잔재물에 비해 상대적으로 수급이 안정적이어서 생산성이 높으며, 또한 광물질(제올라이트, 벤토나이트, 규조토)을 포함시킴으로 중금속 이온제거능력, 살균 능력, 흡착력 등을 지닐 수 있어 혼합의 효율성을 극대화시킬 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면
도 2는 본 발명의 고형연료 펠릿의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서
도 3은 본 발명의 고형연료 펠릿의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서

한편, 종래의 기술들은 고형연료 또는 펠릿에 어느 하나의 재료를 넣어서 그 재료로 인한, 저위발열량을 높이도록 하고 있으나, 이러한 기술은 통상적인 고형연료 또는 펠릿이 갖는 저위발열량의 차이가 크지 않아, 오히려 별도의 재료를 더 넣거나, 복잡한 제조과정을 거쳐야 함에 따라 경제적 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.

이에 본 발명에서는 폐비닐, 야자숯(야자열매껍질), 광물질, 혼합매개체 및 액비를 혼합한 혼합물로 형성된 펠릿을 형성하여, 상기 펠릿의 발열량을 향상시킨 기술을 제공한다.

이하, 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성 및 작용에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

우선 본 발명을 설명하기에 앞서 그 구성을 보면,

고형연료 펠릿에 있어서, 수거된 폐비닐을 1차적으로 20분간 열풍건조 후, 2차적으로 60분간 자연건조하여 수분을 제거한 다음, 수분이 제거된 폐비닐을 분쇄 후 압출기로 130~140℃, 20분간 용융시켜 용융된 폐비닐을 형성하고, 상기 용융된 폐비닐 74중량부, 야자숯 17중량부, 광물질 6중량부, 혼합매개체 3중량부를 혼합한 혼합물을 혼합기에 넣어 200~220℃에서 10~15분간 혼합하되, 상기 광물질은 제올라이트, 벤토나이트, 규조토, 일라이트 중 어느 하나 또는 두 개 이상 혼합하여 구성하며, 상기 혼합물을 압축한 다음 냉각시켜 펠릿을 구성하고, 상기 펠릿은 수분 0.4~0.5%이고, 저위발열량 8,500kcal/kg 이상이며, 회분 10.7% 이하 이고, 염소 0.02% 이하이며, 납 10.7mg/kg 이하로 형성된다.

먼저, 본 발명은 이미 산업현장에서 다양한 형태로 사용 후 폐기되는 폐비닐을 수거한 후, 그 폐비닐에 잔존하는 기타 이물질을 제거한 작업일 수행한다.

그 작업으로, 먼저 폐비닐을 세척하여, 상기 폐비닐의 표면에 붙어 있는 비교적 큰 입자를 갖는 이물질을 제거한 다음, 준비된 열풍건조기에 넣어 1차적으로 20분간 건조를 통해 수분을 제거하고, 그 후 2차적으로 별도의 열풍건조기를 사용하지 않고 60분간 자연건조 시켜 수분을 완전히 제거한다.

이렇게 수분이 완전히 제거된 폐비닐을 분쇄기를 이용하여 아주 작은 입자로 분쇄한 다음, 압출기에 분쇄된 폐비닐을 넣어 130~140℃, 20분간 용융시켜 용융된 폐비닐을 형성한다.

상기한 바와 같이, 수거된 폐비닐을 여러 과정을 거쳐서 용융된 폐비닐을 형성한 후, 용융된 폐비닐 74중량부, 야자숯 17중량부, 광물질 6중량부, 혼합매개체 3중량부를 혼합한 혼합물을 혼합기에 넣어 200~220℃에서 35~45분간 한다.

이때, 상기 상기 광물질의 경우 일반적으로 광물질은 항산화작용, 항균(멸균), Co2제거 및 중금속흡착에 탁월한 효과를 가지는 것으로 알려짐에 따라, 상기 폐비닐, 야자숯과 동시에 혼합할 경우, 펠릿의 혼합시 그 효율성을 극대화시킬 수가 있게 된다.

그 후에는, 혼합물을 혼합기로 혼합한 후에는 고온에서 혼합을 한 다음, 압축기로 압축시킨 후, 냉각장치 등으로 냉각시킨 다음, 펠릿 형태로 절단하여 최종적으로 펠릿을 구성한다.

여기서, 상기 펠릿을 구성할 시 사용되는 광물질은 제올라이트, 벤토나이트, 규조토 중 어느 하나 또는 두 개 이상 혼합하여 구성하고, 최종적인 펠릿은 수분 0.4~0.5%이고, 저위발열량 8,500kcal/kg 이상이며, 회분 10.7% 이하 이고, 염소 0.02% 이하이며, 납 10.7mg/kg 이하로 형성된다.

더욱 바람직하게는, 상기 저위발열량은 9320kcal/kg이고, 상기 회분은 9.7% 이며, 상기 염소는 0.02%로 구성된다.

또한, 상기 펠릿을 혼합하는 과정에 있어서, 혼합매개체는 바인더접착제로 세립토, 고령토, 이산화규소 중 어느 하나로 구성되며, 상기 혼합물에는 각종 냄새 등을 제거하기 위해 유용미생물을 함유하는 액비 5중량부, 계면활성제 3중량부를 각각 첨가하여 구성된다.

이때, 상기 계면활성제는 혼합매개체와는 별도로 더 첨가하여 통상적으로 물과 기름이 잘 섞이지 않는 특징을 없앰으로써, 혼합의 효율성을 극대화시킬 수가 있다.

상기 표에서 나타나는 바와 같이 본 발명의 펠릿은 저위발열량이 9,320인 반면에 종래의 펠릿은 저위발열량이 8,580으로 그 차이가 대폭 상승하였다.

또한, 연료로써 사용될 때 연소 시 발생하는 납성분의 경우 본 발명의 펠릿은 10.7이하로 나타났고 종래의 펠릿은 50,222로 상당히 큰 차이를 알 수가 있다.

상기 표 2는 본 발명의 펠릿을 혼합하는 과정에서 액비를 별도로 첨가한 것에 따른 냄새 제거를 각 조건에 따라 3회 실시한 후 평균결과를 상, 중, 하로 나타내는 것으로, 혼합물에 액비를 1중량부를 첨가할 시 냄새 제거 결과가 하로 나타났고, 혼합물에 액비를 3중량부를 첨가할 시 중으로 나타냈으며, 혼합물에 액비를 5중량부를 첨가할 시 상으로 나타났다.

표 3에서 나타내는 바와 같이 본 발명의 펠릿을 구성할 시, 혼합물에 계면활성제를 별도로 첨가한 것에 따른 혼합을 각 조건에 따라 3회씩 실시한 평균결과치이다.

먼저, 혼합물에 계면활성제를 3중량부를 첨가할 시, 상으로 나타났고, 혼합물에 계면활성제를 2중량부를 첨가할 시, 중으로 나타났으며, 계면활성제를 1중량부를 첨가할 시 하로 나타났다.

여기서, 상, 중, 하의 경우 혼합물에 계면활성제를 1중량부만 첨가한다고 하더라도 혼합 시 그 효율성을 높일 수가 있지만, 상기 혼합물에 3중량부의 계면활성제를 넣을 경우 그 효율성을 극대화시킬 수 가 있다.

한편, 상기한 특징을 갖는 고형연료 펠릿을 제조하는 방법은,

고형연료 펠릿제조방법에 있어서, 수거된 폐비닐을 1차적으로 20분간 열풍건조 후, 2차적으로 60분간 자연건조하여 수분을 제거한 다음, 수분이 제거된 폐비닐을 분쇄 후 압출기로 130~140℃, 20분간 용융시켜 용융된 폐비닐을 형성하고, 상기 용융된 폐비닐 74중량부, 야자숯 17중량부, 광물질 6중량부, 혼합매개체 3중량부를 혼합한 혼합물을 혼합기에 넣어 200~220℃에서 10~15분간 혼합하되, 상기 광물질은 제올라이트, 벤토나이트, 규조토 중 어느 하나 또는 두 개 이상 혼합하여 구성하며, 상기 혼합물을 압축한 다음 냉각시켜 펠릿을 구성하고, 상기 펠릿은 수분 0.4~0.5%이고, 저위발열량 9,320kcal/kg 이상이며, 회분 9.7% 이하 이고, 염소 0.02% 이하이며, 납 10.7mg/kg 이하로 형성되도록 제조하며, 상기 혼합매개체는, 바인더접착제로 세립토, 고령토, 이산화규소 중 어느 하나로 구성되고, 상기 혼합물에는 냄새제거를 위해 유용미생물을 함유하는 액비 5중량부, 계면활성제 3중량부를 각각 첨가하여 최종적으로 제조된다.

본 발명의 발열량이 향상된 고형연료 펠릿에 의하면, 고형연료 펠릿의 본연의 목적을 그대로 유지함과 동시에, 종래의 펠릿보다 저위발열량이 높아 산업용 제조공정 연료, 산업용 보일러, 열병합 발전, 화력 발전, 시멘트 소성, 지역 냉난방, 슬러지 연소 등의 산업용 연료나 건물 난방 및 급탕의 연료, 농축산 시설의 난방 등 생활용 연료와 같이 다양한 분야에 활용이 가능한 효과가 있고, 저위발열량을 향상시키기 위해 야자숯(야자열매껍질)을 재료로 사용하여, 다른 식물성 잔재물에 비해 상대적으로 수급이 안정적이어서 생산성이 높으며, 또한 광물질(제올라이트, 벤토나이트, 규조토)를 포함시킴으로 중금속 이온제거능력, 살균 능력, 흡착력 등을 지닐 수 있어 혼합의 효율성을 극대화시킬 수 있는 유용한 발명이다.

삭제

Claims

고형연료 펠릿에 있어서,
수거된 폐비닐을 1차적으로 20분간 열풍건조 후, 2차적으로 60분간 자연건조하여 수분을 제거한 다음, 수분이 제거된 폐비닐을 분쇄 후 압출기로 130~140℃, 20분간 용융시켜 용융된 폐비닐을 형성하고,
상기 용융된 폐비닐 74중량부, 야자숯 17중량부, 광물질 6중량부, 혼합매개체 3중량부를 혼합한 혼합물을 혼합기에 넣어 200~220℃에서 10~15분간 혼합하되, 상기 광물질은 제올라이트, 벤토나이트, 규조토, 일라이트 중 어느 하나 또는 두 개 이상 혼합하여 구성하며,
상기 혼합물을 압축한 다음 냉각시켜 펠릿을 구성하고,
상기 펠릿은 수분 0.4~0.5%이고, 저위발열량 8,500kcal/kg 이상이며, 회분 10.7% 이하 이고, 염소 0.02% 이하이며, 납 10.7mg/kg 이하로 형성되되,
상기 혼합매개체는, 바인더접착제로 세립토, 고령토, 이산화규소 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 발열량이 향상된 고형연료 펠릿.
제 1항에 있어서,
상기 저위발열량은 9320kcal/kg인 것을 특징으로 하는 발열량이 향상된 고형연료 펠릿.
제 1항에 있어서,
상기 회분은 9.7% 인 것을 특징으로 하는 발열량이 향상된 고형연료 펠릿.
제 1항에 있어서,
상기 염소는 0.02%인 것을 특징으로 하는 발열량이 향상된 고형연료 펠릿.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 혼합물에는 냄새제거를 위해 유용미생물을 함유하는 액비 5중량부, 계면활성제 3중량부를 각각 첨가한 것을 특징으로 하는 발열량이 향상된 고형연료 펠릿.
고형연료 펠릿제조방법에 있어서,
수거된 폐비닐을 1차적으로 20분간 열풍건조 후, 2차적으로 60분간 자연건조하여 수분을 제거한 다음, 수분이 제거된 폐비닐을 분쇄 후 압출기로 130~140℃, 20분간 용융시켜 용융된 폐비닐을 형성하고,
상기 용융된 폐비닐 74중량부, 야자숯 17중량부, 광물질 6중량부, 혼합매개체 3중량부를 혼합한 혼합물을 혼합기에 넣어 200~220℃에서 10~15분간 혼합하되, 상기 광물질은 제올라이트, 벤토나이트, 규조토 중 어느 하나 또는 두 개 이상 혼합하여 구성하며,
상기 혼합물을 압축한 다음 냉각시켜 펠릿을 구성하고,
상기 펠릿은 수분 0.4~0.5%이고, 저위발열량 9,320kcal/kg 이상이며, 회분 9.7% 이하 이고, 염소 0.02% 이하이며, 납 10.7mg/kg 이하로 형성되도록 제조하며,
상기 혼합매개체는, 바인더접착제로 세립토, 고령토, 이산화규소 중 어느 하나로 구성되고,
상기 혼합물에는 냄새제거를 위해 유용미생물을 함유하는 액비 5중량부, 계면활성제 3중량부를 각각 첨가한 것을 특징으로 하는 발열량이 향상된 고형연료 펠릿제조방법.