KR20050087543A - 환경친화적인 숯불구이용 고체연료 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄을 주로 한 환경친화적인 숯불구이용 고체연료의 제조방법에 관한 것이다. 석탄의 경우 연소시 이산화황이 발생되고 석탄의 특성상 착화 후는 연소지속성이 뛰어나지만 착화가 어려워 숯불 대체용으로 활용하기에는 실질적인 어려움이 많아, 질산칼륨 등의 화학물질을 첨가하거나 목탄 등을 주성분으로 하여 소량의 석탄(무연탄 또는 코크스)을 첨가하는 방법에 대해 다양한 출원 및 등록이 되고 있다. 그러나 본 발명은 이산화황의 제어를 위해 버려진 패각을 분말화 한 후 석탄과 혼합하여 석탄연료조성물을 제조함으로서 석탄의 연소시 발생하는 이산화황이 패각분말의 칼슘과 반응하여 상기 패각입자의 표면 및 세공내부에 황산칼슘으로 석출되도록 하여 연소시 자체탈황이 가능한 방법으로 본 발명자가 특허 등록한 패각분말을 포함하는 석탄연료조성물 및 그의 제조방법(등록 제178014호)을 통해 해결하였으며 착화의 용이성은 기존 특허에서 제시되었던 농업부산물에 탄화톱밥을 첨가한 후 다양한 실험을 통해 최적 함량의 선정을 통해 해결할 수 있어 상기의 선특허를 개량하여 대중화, 실용화의 관점에서 숯불구이용 고체연료로 본 발명을 완성하게 되었다. 따라서 본 발명은 석탄의 사용량이 감소되고 있으나 연탄과 같은 서민 에너지 이용과 국가 에너지 안보를 위해 계속 채광, 비축되며 환경오염과 관리비용 증가의 문제를 발생하고 있는 석탄관리 문제의 해결을 위한 석탄 소모처 개발과 버려지는 패각에 의한 연안의 환경오염문제 해결을 위한 폐패각의 재활용을 통한 활용처를 동시에 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 석탄과 탄화톱밥, 농업부산물, 버려지는 패각을 주로 활용하므로 다른 숯불구이용 고체연료에 비해 경제성이 뛰어난 점과 환경친화적인 부분이 장점이며 가장 큰 특징이다.

본 발명이 등록된 선행 특허 내용과의 가장 큰 차이점은 일반적으로 요식업소 등에서 숯불구이용으로 이용하는 열탄의 경우 외부에서 발화시켜 일정한 정도까지 착화시킨 후 실내로 옮겨와 사용해야 하기 때문에 외부공간에 별도로 착화시설을 마련하고 착화된 열탄을 이동하여야 하는 번거로움이 있을 뿐 아니라, 이때 발생하게 되는 유독가스로 인하여 착화단계의 사용자가 착화작업을 기피하는 문제점이 있어 순간점화를 위한 발명(특허 0153137호 등)과 같이 착화성 향상에 관한 연구가 진행되어왔다. 그러나 화학물질의 사용에 따른 위해성문제와 많은 첨가물 등에 의한 비용 상승으로 야외 바비큐용 숯의 이용 등과 같이 편이성을 위주로 한 소량의 특성화 상품으로 이용되고 있지만, 일반적인 요식업소 등에서 대량으로 사용되는 숯 또는 열탄을 대체하여 실용화하기에는 어려운 실정으로 판단된다. 따라서 본 발명은 화학약품을 이용하여 위해성에 문제가 있는 순간착화 등의 편이성 보다 대중화, 실용화, 그리고 환경친화성에 중점을 두고 있다. 따라서, 석탄을 주원료로 사용하였으며, 전술한 바와 같이 본 발명자의 특허(패각분말을 포함하는 석탄연료조성물 및 그의 제조방법, 등록 제178014호)를 이용하여 석탄 연소시 발생되는 이산화황을 제어하기 위해 패각을 첨가하고, 탄화톱밥, 농업부산물(볏짚 등), 점결제로 구성물질을 단순화하여 경제성에 의한 실용화 및 환경친화성을 크게 고려하였다. 또한 연소성 향상을 위해 많은 실험을 통해 최적의 제조 비율을 선정하여 시연회를 통해 확인한 결과 환경친화적이고 저비용의 실용화 가능성이 높은 숯불구이용 고체연료를 개발하게 되었다.

Description

환경친화적인 숯불구이용 고체연료 제조방법{The method of manufacturing a environmental friendly solid fuel for fire roasting}

본 발명은 석탄과 패각을 주로 한 환경친화적인 숯불구이용 고체연료의 제조방법에 관한 것으로, 특히 석탄 연소시 발생되는 이산화황 문제를 패각분말의 칼슘과 반응하여 상기 패각입자의 표면 및 세공내부에 황산칼슘으로 석출되도록 하여 연소시 자체탈황이 가능하여 환경친화적인 기능을 가지며, 빠른 착화와 안정된 연소지속성에 의해 숯불구이용 열탄을 대체할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 숯불구이용으로 이용되는 고체연료의 경우 참나무 숯을 이용한 참숯이 가장 좋은 것으로 평가되고 있으나 가격이 비싸다는 큰 단점이 있다. 따라서 현재 대량으로 이용되고 있는 대부분의 업소에서는 목분을 탄화하여 압축시킨 수입 성형목탄과 목분에 화공약품인 질산바륨, 질산소다 등을 첨가시켜 착화성과 휴대성을 높인 순간착화 열탄이 일반적으로 가장 널리 사용되고 있다.

지금까지의 숯불구이용 고체연료에 대한 개발 경향을 살펴보면 고형연료(특 10-0278791), 휴대용 고체연료(특 20-0220385호), 고체연료(특 1985-0001738), 2차적 성형목탄형 고체연료(특 1990-0004939호), 고체연료(특 1995-0005691호), 고체연료조성물(특 0144698호) 등과, 그 외 등록되지 못한 많은 출원물들은 대부분 업소에서 열탄 사용시 외부에서 착화하여 실내로 옮겨오는 과정을 생략하여 편리성을 추구하기 위해 목분에 첨가되는 화공약품 조성물의 종류, 혼합량 및 혼합방법에 대한 내용으로 구성되어 있다. 그러나 순간착화 등의 편리성을 위해 다양한 화공약품의 첨가와 복잡한 제조공정의 순간착화식 열탄은 MBC(2000년 12월, 2001년 2월, 2002년 5월), KBS(2002년 5월), SBS(2001년 12월, 2002년 3월, 2002년 5월)뉴스에서 보도된 바와 같이 직화구이시 바륨, 아연 등의 유해성분 검출과 벤조피렌 등의 발암물질에 의한 위해성의 문제와, 생산단가의 상승으로 실제 현장적용에는 문제점을 발생시킬 수 있다. 따라서 소량으로 이용되는 가정용, 야외용으로는 일부 개발, 판매되고 있으나, 현재 대부분의 숯불구이용 고체연료를 사용하는 업소들의 경우 편리성보다는 경제성에 중점을 두어 여전히 실외에서 착화하여 실내로 옮겨오는 목분을 탄화하여 압축시킨 일반적인 수입열탄의 이용률이 훨씬 높은 실정이다.

그러나 대부분 업소에서 이용되고 있는 숯불구이용 열탄은 생산에 있어 원료 수급문제와 제조단가 등의 경제적인 문제에 의해 수입에 의존하고 있으며 사용시 재비산과 연소지속성에 문제가 있다.

한편, 석탄의 경우 연소시 이산화황이 발생되는 문제와 석탄의 특성상 착화 후에는 연소지속성이 좋지만 착화가 어려워 숯불구이용 연료로 활용하기에는 여러 가지 어려움이 많아 질산바륨 등의 화학물질을 첨가한 개량열탄 및 그 제조방법(출원번호 1994-0004923호)과, 고체연료 조성물 및 고체연료의 제조방법(특허 0153137호)으로 등록된 바와 같이 목탄 등을 주성분으로 하여 소량의 석탄(무연탄 또는 코크스)을 연소속도 조절제로 첨가하는 방안에 대해서는 연구되고 있으나 본 발명과 같이 패각을 탈황제로 활용하고 석탄을 주원료로 이용하는 연구는 진행되지 않았다.

따라서, 본 발명은 국내 유일의 부존자원이지만 이산화황의 제어와 착화의 어려움 등에 의해 숯불구이용 고체연료로서 부적합 하였던 석탄을 주원료로서 이용하고 연소시 발생되는 이산화황의 제어를 버려진 패각을 분말화 한 후 석탄과 혼합하여 석탄연료조성물을 제조함으로서 석탄의 연소시 발생하는 이산화황이 패각분말의 칼슘과 반응하여 상기 패각입자의 표면 및 세공내부에 황산칼슘으로 석출되도록 하여 연소시 자체탈황을 통한 이산화황의 제어가 가능한 방법으로 본 발명자가 특허등록한 패각분말을 포함하는 석탄연료조성물 및 그의 제조방법(등록 제178014호)을 통해 해결하였다. 또한 착화 용이성 향상을 위해 다양한 실험을 통해 최적의 탄화톱밥과 농업부산물의 함량을 결정하였고, 포함되는 조성물의 종류와 금형을 이용한 성형가압 제조공정을 간소화하여 생산비용을 최소화 하였다. 일반적으로 가장 널리 이용되는 수입 열탄의 가격에 비해 최소 1/5정도로 경제적이며 대중화와 실용화의 가능성이 높아 수입되고 있는 열탄의 대체효과가 클 것으로 예상되며, 화학약품의 첨가가 전혀 없어 위해성이 없고, 버려지는 패각의 자원화와 관리상의 문제점을 갖고 있는 석탄의 유용한 소모처를 동시에 발굴하는 효과가 있는 환경친화적인 고체연료의 개발에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명은 다양한 화학물질을 첨가하여 위해성에 문제는 있으나 순간착화 등의 편이성이 좋은 열탄에 비해 실외에서 착화하여 실내로 가지고 오는 다소 불편함이 있으나 경제성에 의해 대부분의 업소용으로 여전히 이용되고 있는 일반적인 수입 열탄을 대체하고자 경제성과 실용화에 중점을 두고 구성물질과 혼합방법을 간소화하여 석탄, 탄화톱밥, 버려지는 패각과 농업부산물(볏짚 등), 점결제로 구성하였다. 본 발명의 조성물 첨가량은 주원료인 석탄 40∼60%(w/w), 착화성 향상을 위한 탄화톱밥 20∼40%(w/w), 농업부산물인 왕겨, 볏짚 또는 톱밥 5∼20%(w/w) 그리고, binder로 당밀이나 밀가루 5∼20%(w/w)와 탈황제인 패각의 적량으로 구성한다. 이산화황 제어에 이용되는 패각은 선특허기술(등록 제178014호)에 기술한 바와 같이 분말입자크기는 90∼150㎛를 이용하고, 패각과 석탄의 Ca와 S의 함량을 고려하여 Ca/S 비율이 1.5∼3.0이 되게 첨가량을 결정한다.

또한, 제조방법은 조성물을 상기량으로 혼합한 후 금형 등을 이용하여 <도 1>과 같이 가운데 구멍이 뚫린 원기둥 등의 다양한 형태로 가압성형하여 제조공정을 간소화 한다.

이렇게 구성된 본 발명에 대한 상세한 설명은 다음과 같다.

본 발명의 조성물 함량 변화에 따라 제조된 고체연료(Lab A, B)와 상업적으로 이용되고 있는 열탄(Commercial charcoal) 1개를 연소시켜 5cm 위에서 연소온도를 측정하여 연소성에 대해 비교하여 최적의 조성물 함량을 선정하였으며 실험 결과를 <도 4>와 <도 5>에 나타내었다. 연소지속시간은 실제 이용되는 50℃ 이상을 기준으로 비교하면 본 발명에 의한 열탄의 연소지속시간은 가장 널리 이용되고 있는 일반적인 수입열탄과 비교시 이용시간 100분까지 연소성은 유사하거나 그 이상의 특징을 가지고 있다.

농업부산물(biomass)의 종류 및 함량과 성형시 가압의 정도에 따른 압축강도를 <도 6>에 나타내었다. 농업부산물(biomass)의 첨가에 따라 압축강도는 감소하였으며, 성형시 압력이 증가될 수 록 압축강도는 증가하는 경향을 나타내고 있다.

또한, 본 발명의 압축강도는 이동과 보관 등의 실제사용에 있어 주요한 특성으로 검토되었다. 농업부산물(biomass)의 종류와 성형시 가압의 최적 조건을 만능시험기(UEH-50, Shimadzu, Japan)를 이용한 압축강도 실험결과로서 선정할 수 있었으며, 그 결과는 <도 6>에 나타낸 바와 같이 농업부산물 종류에 따라 압축강도가 100에서 300kgf로 이동과 보관 등의 실질적인 사용에 있어 문제가 없는 것으로 나타났다.

각각의 열탄 종류에 대한 장, 단점 및 특성을 시연회 등의 다양한 방법으로 실제 측정한 결과를 비교하여 <표 1>에 나타내었다. 본 발명에 의한 열탄의 경우 실제 가장 널리 이용되고 있는 수입열탄과 비교했을 때 <표 1>과 같이 대체적으로 유사한 특성을 나타내었으나, 가장 큰 특징은 재 비산이 없고 경제성이 뛰어난 장점을 갖고 있다.

	재 비산	냄새	착화성	연소지속시간	화력	그을음	맛	가격지수	비 고
점화숯탄(상업용)	약간	착화시 아주강함	순간	1시간 정도	너무강함	생성	×	6	원터치 점화착화제에 의한냄새 강함
수입열탄(상업용)	많음	없음	20분	2.5시간 정도	보통	없음	△	5	가장 일반적 이용
백 탄 숯(상업용)	약간	없음	5분	2시간 정도	보통	없음	◎	30	고급 숯, 원적외선
본 발명	없음	약간	10분	2시간	보통	없음	○	1	수입열탄과 유사하나 가격이 저렴함

※ ◎ 아주좋음, ○ 좋음, △ 보통, × 나쁨

※ 가격지수 : 사용량 동일을 기준으로 본 발명을 1로 했을때의 상대적인 가격

본 발명의 개발품을 제품화했을 때 가장 큰 효과는 경제성 비교를 통해 일반적으로 업소 등에서 대량 사용되고 있는 숯불구이용 수입열탄의 수입 대체효과를 기대할 수 있다. 석탄 연소시 발생되는 이산화황이 패각분말의 칼슘과 반응하여 자체탈황이 가능하고 최근 숯불구이용 열탄 사용에서 가장 문제시 되고 있는 화학약품에 의한 위해성 문제는 발생되지 않으므로 환경친화적인 숯불구이용 고체연료로서의 의미가 매우 크다. 또한, 비축관리상 문제점이 심화되고 있는 국내 유일의 부존자원인 석탄의 소모처 개발과 폐패각의 야적, 방치로 인해 연안오염 등의 환경오염을 일으키는 수산폐기물인 패각과 농업부산물을 재활용 할 수 있어 환경문제 해결에도 많은 개선 효과를 기대할 수 있다.

제1도는 내부에 구멍이 뚫린 원기둥 형태의 환경친화적인 숯불구이용 고체연료의 투시도

제2도는 환경친화적인 숯불구이용 고체연료의 측면도

제3도는 환경친화적인 숯불구이용 고체연료의 평면도

제4도 · 제5도는 상업적으로 이용되고 있는 열탄(Commercial charcoal) 1개를 연소시켜 5cm 위에서 연소온도를 측정하여 연소성에 대해 비교하여 최적의 조성물 함량을 선정한 실험 결과

제6도는 농업부산물(biomass)의 종류 및 함량과 성형시 가압의 정도에 따른 압축강도

Claims (4)

1. 석탄이 40%(w/w)이상 혼합된 환경친화적인 고체연료로서 연소시 석탄과 혼합된 패각의 자체탈황특성을 이용함을 특징으로 하는 숯불구이용 고체연료 제조방법
2. 제 1항에 있어서,

   구성물질의 종류 및 혼합비율;

   첨가되는 물질은 주원료인 석탄 40∼60%(w/w); 착화성 향상을 위한 탄화톱밥 20∼40%(w/w), 농업부산물인 왕겨, 볏짚, 톱밥 5∼20%(w/w); 당밀과 밀가루 5∼20%(w/w); 수분 5∼20%(w/w); 탈황제로서 패각의 분말입자크기 90∼150㎛, Ca/S 비율이 1.5∼3.0인 조성물을 특징으로 하는 숯불구이용 고체연료 제조방법
3. 제 1항에 있어서,

   혼합 후 형틀에 넣고 1-3atm의 압력으로 가압 성형 후 건조하여 완성되는 간단한 제조공정으로 내부 구멍이 1개에서 수개까지 높이와 지름을 조절하여 소기의 형태로 성형시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 숯불구이용 고체연료 제조방법
4. 재 비산 현상이 없으며 화학약품이 전혀 첨가되지 않아 위해성 문제가 없는 것을 특징으로 하는 숯불구이용 고체연료 제조방법