KR20040055812A - 하수슬러지 또는 음식물 폐기물의 탄화숯을 포함하는탄화숯 연료탄 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기성 폐기물의 탄화숯을 포함하는 탄화숯 연료탄 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 하수슬러지 또는 음식물 폐기물을 열풍건조 및 건류탄화시켜 생산되는 탄화숯과 산업 폐기물인 폐분말코크스를 일정 비율로 포함하는 탄화숯 연료탄 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 탄화숯 연료탄 및 제조방법은 하수슬러지 및 음식물 폐기물을 연료로 활용하는 것으로, 폐기물의 처리 및 연료의 획득이라는 이중의 효과를 가져온다.

Description

하수슬러지 또는 음식물 폐기물의 탄화숯을 포함하는 탄화숯 연료탄 및 그 제조방법{Fuel solid containing charcoal from sewage or food garbage and method producing the same}

본 발명은 하수슬러지 또는 음식물 폐기물을 열풍건조 및 건류탄화시켜 생산되는 탄화숯과 산업 폐기물인 폐분말코크스를 일정 비율로 포함하는 탄화숯 연료탄 및 그 제조방법에 관한 것이다.

산업이 발달하면서 각종 유기성 폐기물, 즉 음식물 폐기물, 하수슬러지, 농수산 폐기물, 가구폐기물, 분뇨페기물, 건설폐기물(목재) 등 다양한 폐기물이 발생하고 있다. 이중에서, 음식물폐기물과 하수슬러지는 고함수 폐기물이다.

표1의 하수슬러지 발생 및 처분 현황 및 표2의 음식물 쓰레기 발생 및 처분 현황에서 보는 바와 같이 음식물 폐기물은 2002년도에 410만톤이 발생하고 하수슬러지는 190만톤 발생하였다.

발생량	처분량	미처분량
	계		재활용	육상매립	소각	해양투기	기타
1,902,410	1,897,016(99.72%)	118,339(6.22%)	229,082(12.04%)	138,440(7.27%)	1,390,779(73.1%)	20,376(1.07%)	5,394(0.28%)

(단위량 : 톤)

발생량(톤)	처분량	비고
	계		사료화	퇴비화	소각	매립	기타
4,173.4	4,173.4(100%)	1,156(27.7%)	687.6(16.5%)	397.1(9.5%)	1,892.5(45.4%)	40.2(1.0%)

(단위량 : 톤)

하수슬러지는 2003년 7월부터 직매립이 금지되어 있고, 음식물 폐기물은 2005년부터 직접 소각은 물론 직매립이 금지될 예정이므로, 이들의 처분에 관한 대안이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

하수슬러지는 소각의 경우 높은 함수율로 소각하기전 건조를 해야하므로 보조연료가 필요하고, 직접열에 의해 건조하는 경우는 암모니아, H₂S, CH₃CHO, CH₃SH 등의 악취가 발생할 우려가 있다. 그리고, 고형화의 경우는 시멘트나 석회 등을 사용하여 수화, 포졸란, 탄화 등의 반응을 이용하는 것이나, 이는 첨가제에 의해 부피가 증가하게 된다. 매립하는 경우도 침출수 및 악취발생, 매립비 증가는 물론 고함수율로 매립지반약화 등의 문제점이 있다.

현재까지의 음식물 폐기물 처리방법은 음식물쓰레기의 처리방법으로 퇴비화하여 부생토, 토양개량재, 농지에 비료대신 사용하고 있으며, 이외에도 사료화하여 지렁이사육, 오리사육, 버섯재배에 이용된다. 또한, 근래에는 메탄화, 소멸화 등의 기술이 개발되고 있으나, 만족할 만한 성과를 거두지 못하고 있는 실정이다.

최근 각광받고 있는 하수슬러지나 음식물 쓰레기 처리 방법은 특허 제0367127호의 건류탄화기술이다. 이것은 열풍건조기에서 함수율이 75-85%인 하수슬러지나 음식물 쓰레기를 함수율이 20-30%인 과립상으로 건조시키고(열풍건조과정), 이 건조된 폐기물을 단시간 내에 공기가 차단된 수직 다단층 탄화로에서 간접가열(600℃ 이하의 저온)에 의해 숯으로 회수(건류탄화과정)하는 방법이다.

건류탄화기술의 장점은 건류탄화과정에서 배출되는 열분해 가스를 연소하여 그 연소열을 열풍건조과정에서 이용하고, 휘발성가스의 연소를 탄화에 이용함으로써 에너지 사용을 최소화하고, 폐기물을 숯으로 자원화할 수 있다는 것이다. 그리고, 건류탄화는 열분해 소각과 달리 불꽃이 생성되지 않고, 간접가열이므로 불완전연소에 의한 검댕 발생이 없다. 또한, 건류온도가 낮아 소금도 휘발되지 않으며 소각의 경우 재를 남기는데 비해 탄화숯을 남기게 된다. 열풍건조후에는 비닐, 금속 등을 분리하여, 다이옥신이 생성될 모든 조건이 배제된다.

그러나, 건류탄화기술은 이에 의해 생산되는 탄화숯을 유용하게 이용하는 기술의 개발이 요구되어왔다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 건조탄화기술에 의해 생산되는 탄화숯의 열효율을 증가시키고, 고형화시켜 일정한 크기와 형태의 탄화숯 연료탄을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 탄화숯 연료탄의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄화숯 10~90중량%와 폐분말코크스10~90중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화숯 연료탄을 제공한다.

바람직하게는 본 발명의 탄화숯 연료탄은 탄화숯 10~60중량%와 폐분말코크스 40~90중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 일 실시예로, 상기 탄화숯이 하수슬러지 또는 음식물 폐기물을 열풍건조 및 건류탄화시켜 얻어지는 것임을 특징으로 하는 탄화숯 연료탄을 제공한다.

하수슬러지 및 음식물 폐기물의 건류탄화기술에서 열풍건조과정은 함수율 75~85%의 고함수 폐기물을 5~15mm크기로 파쇄한 후, 건류탄화과정에서 얻어지는 열분해 가스를 연소한 열을 이용하여 20~30분 정도 건조시킨다. 이때 온도는 100℃ 근방에서 10분 정도 체류시키다가, 나머지 시간 동안 400℃까지 상승시키는 것으로 한다.

다음으로 건류탄화과정에서는 간접가열식으로 수직 다단층을 통과하면서 건류가스와 탄화물로 분리되도록 한다. 건류가스는 연소시켜 건류탄화과정에서 이용한다. 건류탄화반응을 하기의 화학식으로 표시하였다.

C_nH_n(유기물) →xCH₄+ yH₂+ C(탄화숯)

본 발명은 일 실시예로, 결합제로 점토, 밀가루풀, 공업용풀 또는 한천을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화숯 연료탄을 제공한다. 점토, 밀가루풀, 공업용풀 또는 한천은 탄화숯 연료탄의 고형화를 위한 것이다. 상기 점토, 상기 밀가루풀,상기 공업용풀 및 상기 한천은 각각 물로 10% 이하의 농도로 희석한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 다른 실시예로, 탄화숯 10~60중량%, 폐분말코크스 40~90중량%을 혼합한 혼합분말에 점토분말을 상기 혼합분말의 2~10중량% 혼합한 후, 물로 반죽하는 반죽단계 및 반죽한 것을 일정한 형상으로 압착 및 성형하는 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화숯 연료탄 제조방법을 제공한다.

이때 결합제로 점토분말이외에도 10% 이하 농도로 물에 희석한 공업용풀, 밀가루풀 또는 10% 이하 농도로 물에 희석한 한천을 사용할 수 있다.

이하 실시예를 통해 본 발명을 설명하고자 한다. 단, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

하수슬러지를 건류탄화기술로 처리하여 획득한 탄화숯과 폐분말코크스를 하기표와 같이 혼합하였다. 폐분말코크스는 제철공장 등에서 배출되는 폐코크스로 입자 크기가 1000㎛ 이하의 것을 사용하였다.

실시예	혼합비율(중량%)
	하수슬러지 탄화숯	폐분말코크스
1	0	100
2	10	90
3	20	80
4	30	70
5	40	60
6	50	50
7	60	40
8	70	30
9	80	20
10	90	10
11	100	0

다음으로, 분말점토를 탄화숯과 폐분말코크스 혼합분말의 7중량% 혼합한 후, 물로 희석한 5% 농도의 공업용풀을 넣고 반죽하였다. 이렇게 반죽한 것을 성형용 틀에 붓고, 압력을 가하여 탄화숯 연료탄을 제조하였다.

제조된 탄화숯 연료탄을 연소시켜 발열량과 회분비를 측정하였다. 그 결과를 하기표로 나타내었다. 회분비는 탄화숯 연료탄의 연소 전ㆍ후의 중량비이다.

실시예	발열량(kcal/kg)	회분비(%)
1	8,540	1.7
2	8.087	6.1
3	7,547	7.2
4	7,035	12.3
5	6,557	12.8
6	6,018	22.3
7	5,535	25.2
8	4,993	29.2
9	4,487	35.4
10	3,985	40.2
11	3,470	42.1

상기표로부터 탄화숯 자체의 발열량은 3,470 ㎉/㎏이었고, 폐분말코크스의 발열량은 8,540 ㎉/㎏였다. 그리고, 탄화숯과 폐분말코크스를 혼합한 경우는 혼합 비율에 따라, 발열량이 최소 3,985 ㎉/㎏에서 최대 8,087 ㎉/㎏까지로 측정되었다.

대체 연료로서 사용 가능한 발열량 값은 4,400 ㎉/㎏ (연탄 기준)이고, 고체 연료로 사용할 수 있는 발열량은 3,500 ㎉/㎏ 이상이나, 정부에서 인증하는 품질규격(GR)에는 발열량이 5,000 ㎉/㎏ 이상, 회분비는 30% 이하이다.

따라서, 고체 연료로서 사용 가능한 3,500 ㎉/㎏ 이상의 발열량을 나타내는 것은 실시예2 내지 10이며, 이는 탄화숯을 10~90중량%, 폐분말코크스를 10~90중량% 혼합하였을 경우이다.

또한, 품질규격 연료로서 발열량 5,000㎉/㎏이상, 회분비 30%미만의 기준에 따르는 것은 상기 실시예 2 내지 7로서, 탄화숯 10~60중량%와 폐분말코크스 40~90중량%를 혼합한 것임을 알 수 있다.

본 발명의 탄화숯 연료탄 및 그 제조방법에 의하면, 유기성폐기물의 건류탄화기술로 생산된 탄화숯을 효율적으로 활용할 수 있게 된다.

본 발명의 탄화숯 연료탄 및 그 제조방법은 하수슬러지 또는 음식물 폐기물 등 유기성 폐기물의 처리 및 연료의 획득이라는 이중의 효과를 가져오는 것이다.

Claims (6)

1. 탄화숯 10~90중량%와 폐분말코크스 10~90중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화숯 연료탄.
2. 제 1 항에서, 탄화숯 10~60중량%와 폐분말코크스 40~90중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화숯 연료탄.
3. 제 1 항에서, 상기 탄화숯은 하수슬러지 또는 음식물 폐기물, 농수산폐기물, 가구폐기물, 분뇨폐기물, 건축폐기물(목재)을 열풍건조 및 건류탄화시켜 얻어지는 것임을 특징으로 하는 탄화숯 연료탄.
4. 제 1 항에서, 결합제로 점토, 밀가루풀, 공업용풀 또는 한천을 사용하는 것을 특징으로 하는 탄화숯 연료탄.
5. 탄화숯 10~60중량%, 폐분말코크스 40~90중량%을 혼합한 혼합분말에 분말점토를 상기 혼합분말에 2~10중량% 혼합한 후, 물로 반죽하는 반죽단계, 반죽한 것을 일정한 형상으로 압착 및 성형하는 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화숯 연료탄 제조방법.
6. 제 5 항에서, 상기 반죽단계에서 10% 이하 농도의 공업용풀, 밀가루풀 또는 한천을 첨가하는 것을 특징으로 하는 탄화숯 연료탄 제조방법.