KR102014980B1 - A manufacturing method for solid refuse fuel comprising wastewater sludge - Google Patents
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Abstract
본 발명의 고형연료의 제조방법은, 고형연료에 30 내지 50 중량%의 하수 슬러지를 고형분 기준으로 포함하므로 잉여 하수 슬러지를 다량으로 재활용할 수 있고, 바이오매스 및 폐유를 미리 혼합한 혼합 슬러리를 그대로 또는 가열하여 중간 함수량의 하수 슬러지와 혼합함으로써 하수 슬러지의 건조 비용을 절감하면서 동시에 고효율의 고형연료를 제공할 수 있다. 특히 바이오매스로는 초본계 바이오매스와 목질계 바이오매스를 모두 사용가능하면서 바이오매스를 활용함으로써 고형연료의 발열량을 더욱 높일 수 있다.Since the method for producing a solid fuel of the present invention includes 30 to 50% by weight of sewage sludge on a solid basis, the excess sewage sludge can be recycled in a large amount, and a mixed slurry obtained by mixing biomass and waste oil in advance is used as it is. Alternatively, by heating and mixing with the middle water content of sewage sludge, it is possible to reduce the drying cost of the sewage sludge and to provide high efficiency solid fuel. In particular, as biomass, both herbal and wood based biomass can be used, and biomass can be used to further increase the calorific value of solid fuel.
Description
본 발명은 고형연료의 제조방법에 관한 것으로, 하수 슬러지를 재활용함과 동시에 고효율의 고형연료를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing solid fuel, and to a method for producing solid fuel with high efficiency while recycling sewage sludge.
고형연료 제품은 가연성 폐기물을 선별하고 파쇄, 건조 성형을 거쳐 법률이 정하는 품질기준에 적합하게 고체 상태로 제조한 것이다. 생활폐기물, 폐합성수지류, 폐합성섬유류, 폐고무류, 폐타이어, 폐지류, 농업폐기물, 폐목재류, 식물성 잔재물, 초본류 폐기물 등의 가연성 고형폐기물을 원료로 하여 수분과 불연성 성분들을 제거하고 분쇄한 후에 선별 및 건조과정을 거쳐서 비성형 형태 일정 형태로 압축하여 생산된다.Solid fuel products are manufactured in a solid state in accordance with the quality standards set by law through the selection of flammable waste, crushing and dry molding. After combustible solid waste such as household waste, waste synthetic resin, waste synthetic fiber, waste rubber, waste tire, waste paper, agricultural waste, waste wood, vegetable residue, herbal waste, etc. After selection and drying process, it is compressed into non-molded form.
2013년 1월31일자로 개정된 "자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률 시행규칙"에는 고형연료제품의 종류에 대한 개정이 있었으며, 이에 기존 고형연료 제품(RDF, RPF, WCF, TDF)의 종류를 일반 고형연료 제품(Solid Refuse Fuel; SRF)과 바이오 고형연료제품(Biomass-Solid Refuse Fuel; BIO-SRF)으로 크게 구분하였다. 이에 따라 고형연료 제품의 원료대상 범위가 기존보다 크게 확대되었다.The Enforcement Regulations on the Promotion of Saving and Recycling of Resources, as amended on January 31, 2013, included amendments to the types of solid fuel products, and the existing types of solid fuel products (RDF, RPF, WCF, TDF). Are divided into general solid fuel products (Solid Refuse Fuel (SRF)) and bio solid fuel products (Biomass-Solid Refuse Fuel; BIO-SRF). As a result, the scope of raw materials for solid fuel products has expanded significantly.
한편 하수 슬러지는 하폐수처리장의 운영비용의 14% 이상을 차지한다. 소각, 매립 및 해양투기의 처리방법이 요구되는데, 슬러지의 처리기술은 수처리 기술보다 기술발전의 속도가 매우 늦은 문제점이 있다. 더구나 인구의 증가 및 산업의 발전으로 인해 하폐수처리장의 건설이 증가되고 이와 더불어 발생되는 슬러지가 계속 증가하고 있으므로 유기성 슬러지의 처리가 매우 중요한 문제로 부각되고 있다.Sewage sludge, on the other hand, accounts for over 14% of the operating costs of sewage treatment plants. Incineration, landfill and ocean dumping treatment method is required, the treatment technology of sludge has a problem that the development of technology is much slower than the water treatment technology. In addition, the treatment of organic sludge is becoming a very important problem because the construction of sewage treatment plants is increasing due to the increase of population and the development of industry, and the sludge generated along with this is continuously increasing.
또한 2012년 이후 유기물 슬러지의 해양투기가 금지됨에 따라 육상 처리해야하는 유기성 슬러지의 양이 크게 증가하여 처리방법에 어려움을 겪고 있다.In addition, since the organic dumping of organic sludge has been banned since 2012, the amount of organic sludge to be treated on the land has increased significantly, thus causing difficulties in the treatment method.
한국등록특허 제0700110호의 "생활하수/오폐수 슬러지의 처리장치 및 슬러지를 이용한 고형연료의 제조방법", 한국등록특허 제0847247호의 "하수 및 폐수 슬러지를 주원료로 한 고형연료의 제조방법"는 수분 함량 70 내지 85 중량%의 하수 슬러지를 수분 함량 10 중량% 이하로 건조 및 분쇄한 후, 무연탄, 목재, 폐유 등의 추가적인 열량보조제와 혼합하여 고형연료 제품을 제조하는 것으로, 고형연료에 혼합하기 위해 수분 함량 10 중량% 이하로 탈수 및 건조하기 위해 설비비용 및 운전비용이 많이 소요되는 문제점이 있고, 또한 분쇄 시에 발생되는 비산가루에 의해 장비를 주기적으로 청소하여야 하며, 건조되어 성형된 고체연료는 발열량이 크게 높지 않은 문제점이 있었다.Korean Patent No. 0700110, "Method for Manufacturing Sewage / Wastewater Sludge and Solid Fuel Using Sludge," and Korean Patent No. 0847247, "Method for Manufacturing Solid Fuel, with Sewage and Wastewater Sludge as Main Material," 70 to 85% by weight of sewage sludge is dried and pulverized to 10% by weight or less of water, and then mixed with an additional caloric aid such as anthracite coal, wood and waste oil to produce a solid fuel product. In order to dehydrate and dry to less than 10% by weight, there is a problem in that facility cost and operation cost are high. In addition, equipment must be periodically cleaned by fly ash generated during crushing. There was a problem that was not very high.
한편 한국등록특허 제1592937호는 하수 슬러지를 건조하지 않고, 수분 함량 70 내지 85 중량%의 하수 슬러지와 목분 및 왕겨분과 혼합한 후 열풍건조하는 고형연료의 제조방법을 제시하고 있으나, 제조되는 고형연료에서 목분 및 왕겨분이 대부분을 차지하고 고형분 기준으로 하수 슬러지가 함유되는 중량비율이 10 내지 20 중량% 수준으로 잉여 하수 슬러지의 처리수단으로는 부적합하였다.On the other hand, Korean Patent No. 1592737 proposes a method for producing a solid fuel which does not dry sewage sludge but mixes it with moisture content of 70 to 85% by weight of sewage sludge, wood flour and rice husk flour and then hot-air-dried solid fuel. Wood flour and rice husk flour occupy most of the wastewater, and the weight ratio of sewage sludge contained on the basis of solids is 10 to 20% by weight, which is not suitable as a means for treating excess sewage sludge.
또한 한국등록특허 제1433141호는 수분 함량 70 내지 85 중량%의 하수 슬러지를 과량의 열매체유와 혼합하여 1차 건조 후 2차 감압 건조를 통해 하수 슬러지 분말을 제조할 때 에너지 소요가 많고, 고형연료의 제조를 위해 남는 열매체유의 회수가 반드시 필요하고, 건조된 슬러지를 다시 압출하기 위해 수분을 첨가하여 반죽하게 됨으로써 공정이 복잡해지고, 발열량을 높이기 위해 무연탄 등을 추가로 혼합해야 하는 문제가 있었다.In addition, Korean Patent No. 1433141 has a high energy consumption when producing sewage sludge powder by mixing the sewage sludge having a moisture content of 70 to 85% by weight with an excess heat medium oil through secondary pressure drying after primary drying. Recovery of the residual heat medium oil is necessary for the preparation of the product, and the process is complicated by adding water to knead the dried sludge again, and there is a problem of additionally mixing anthracite and the like to increase the calorific value.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고형연료에 포함되는 하수 슬러지 고형분 함량이 높아 잉여 하수 슬러지의 처리에 적합하고, 하수 슬러지의 건조 비용이 절감되며, 고효율의 고형연료를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is a high sewage sludge solid content contained in the solid fuel is suitable for the treatment of excess sewage sludge, reducing the drying cost of sewage sludge, providing a method for producing a solid fuel with high efficiency It is.
본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여, 바이오매스 및 폐유를 1 : 1 내지 4 : 1 중량비로 혼합하여 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리를 제조하는 단계; 상기 혼합 슬러리 100 중량부에, 수분 함량이 30 내지 50 중량%인 하수 슬러지를 200 내지 400 중량부를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지의 혼합물을 압출성형기에 투입하여 압축 및 건조하면서 고형연료를 성형하는 단계;를 포함하는 고형연료의 제조방법에 관한 것이다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of mixing biomass and waste oil in a weight ratio of 1: 1 to 4: 1 to prepare a mixture of biomass and waste oil; Mixing 200 to 400 parts by weight of sewage sludge having a water content of 30 to 50% by weight to 100 parts by weight of the mixed slurry; And a step of molding the solid fuel while compressing and drying the mixture of the mixed slurry and the sewage sludge into an extrusion molding machine.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 바이오매스는 케냐프, 왕겨, 옥수수대, 볏짚, 및 면화대 중에서 선택되는 초본계 바이오매스, 또는 나무 또는 그 부산물에서 얻어지는 목질계 바이오매스일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the biomass may be an herbal biomass selected from Kenyaf, rice hulls, corn cobs, rice straw, and cotton swabs, or wood based biomass obtained from wood or by-products thereof.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 바이오매스는 수분 함량이 10 내지 30 중량%이고, 상기 바이오매스를 150 내지 400 ℃의 과열수증기 온도로 1 내지 60분 동안 가열하는 단계; 및 상기 과열수증기로 가열된 바이오매스를 무산소 또는 저산소 조건에서 200 내지 350 ℃에서 가열하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.According to one embodiment of the invention, the biomass has a water content of 10 to 30% by weight, heating the biomass to a superheated steam temperature of 150 to 400 ° C. for 1 to 60 minutes; And heating the biomass heated with the superheated steam at 200 to 350 ° C. under anoxic or low oxygen conditions.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 혼합 슬러리를 수분 함량이 30 내지 50 중량%인 하수 슬러지와 혼합하기 전에 120 내지 240 ℃로 가열하는 혼합 슬러리 가열 단계를 추가로 포함하고, 상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지를 혼합하는 단계에서 상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지의 혼합물을 가열하면서 온도를 110 내지 220 ℃에서 20분 내지 3 시간 유지시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the mixing slurry further comprises a heating step of heating the mixed slurry to 120 to 240 ℃ before mixing with the sewage sludge having a water content of 30 to 50% by weight, the mixed slurry and sewage In the step of mixing the sludge, the temperature may be maintained at 110 to 220 ° C. for 20 minutes to 3 hours while heating the mixture of the mixed slurry and sewage sludge.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 성형하는 단계는 압출성형기 내에서 130 내지 200 ℃로 가온된 스크류에 의해 압축 및 건조되는 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the forming step may be to be compressed and dried by a screw warmed to 130 to 200 ℃ in the extruder.
본 발명의 고형연료의 제조방법은, 고형연료에 30 내지 50 중량%의 하수 슬러지를 고형분 기준으로 포함하므로 잉여 하수 슬러지를 다량으로 재활용할 수 있고, 바이오매스 및 폐유를 미리 혼합한 혼합 슬러리를 그대로 또는 가열하여 중간 함수량의 하수 슬러지와 혼합함으로써 하수 슬러지의 건조 비용을 절감하면서 동시에 고효율의 고형연료를 제공할 수 있다. 특히 바이오매스로는 초본계 바이오매스와 목질계 바이오매스를 모두 사용가능하면서 과열수증기 처리 및 무산소 또는 저산소 가열처리된 바이오매스를 활용함으로써 고형연료의 발열량을 더욱 높일 수 있다.Since the method for producing a solid fuel of the present invention includes 30 to 50% by weight of sewage sludge on a solid basis, the excess sewage sludge can be recycled in a large amount, and a mixed slurry obtained by mixing biomass and waste oil in advance is used as it is. Alternatively, by heating and mixing with the middle water content of sewage sludge, it is possible to reduce the drying cost of the sewage sludge and to provide high efficiency solid fuel. In particular, as a biomass, both herbal and wood based biomass can be used, and the calorific value of solid fuel can be further increased by utilizing superheated steam treatment and anoxic or low oxygen heated biomass.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
본 발명은 바이오매스 및 폐유를 1 : 1 내지 4 : 1 중량비로 혼합하여 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리를 제조하는 단계; 상기 혼합 슬러리 100 중량부에, 수분 함량이 30 내지 55 중량%인 하수 슬러지를 200 내지 400 중량부를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지의 혼합물을 압출성형기에 투입하여 압축 및 건조하면서 고형연료를 성형하는 단계;를 포함하는 고형연료의 제조방법에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of mixing the biomass and waste oil in a weight ratio of 1: 1 to 4: 1 to prepare a biomass and waste oil mixed slurry; Mixing 200 to 400 parts by weight of sewage sludge having a water content of 30 to 55% by weight to 100 parts by weight of the mixed slurry; And a step of molding the solid fuel while compressing and drying the mixture of the mixed slurry and the sewage sludge into an extrusion molding machine.
먼저 바이오매스 및 폐유를 1 : 1 내지 4 : 1 중량비로 혼합하여 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리를 제조하는 단계를 수행한다.First, biomass and waste oil are mixed at a weight ratio of 1: 1 to 4: 1 to prepare a biomass and waste oil mixed slurry.
하수 슬러지와 폐유를 직접 혼합하지 않고, 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리를 먼저 제조한 후 하수 슬러지와 혼합함으로써 혼합 슬러리에 포함된 바이오매스 고형물에 의해 물과 기름층의 분리를 억제할 수 있다. Without directly mixing the sewage sludge and the waste oil, the biomass and the waste oil mixed slurry may be prepared first and then mixed with the sewage sludge to suppress separation of the water and oil layers by the biomass solids included in the mixed slurry.
상기 바이오매스 및 폐유를 1 : 1 내지 4 : 1 중량비, 바람직하게는 1.5 : 1 내지 3 : 1 중량비로 혼합할 수 있다. 폐유가 상기 혼합비율의 상한치를 초과할 경우 바이오매스 고형물에 의해 물과 기름층의 분리 억제 효과가 감소되고, 바이오매스가 상기 혼합비율의 상한치를 초과할 경우 폐유가 바이오매스와 충분히 혼합되지 않고, 고형연료의 발열량 보충이 불충분할 수 있으며, 고형연료의 성형이나 경도 등의 물성에 나쁜 영향을 줄 수 있다.The biomass and the waste oil may be mixed in a weight ratio of 1: 1 to 4: 1, preferably 1.5: 1 to 3: 1. When the waste oil exceeds the upper limit of the mixing ratio, the effect of inhibiting separation of water and oil layers is reduced by the biomass solids, and the waste oil is not sufficiently mixed with the biomass when the biomass exceeds the upper limit of the mixing ratio. The calorific value supplementation of solid fuel may be insufficient, and it may adversely affect physical properties such as molding and hardness of solid fuel.
상기 바이오매스는 특별히 한정할 필요는 없으나 예를 들어, 케냐프, 왕겨, 옥수수대, 볏짚, 및 면화대 중에서 선택되는 초본계 바이오매스, 또는 나무 또는 그 부산물에서 얻어지는 목질계 바이오매스일 수 있다.The biomass is not particularly limited, but may be, for example, an herbal biomass selected from Kenyaf, rice hulls, corn stalks, rice straws, and cotton swabs, or wood-based biomass obtained from wood or by-products thereof.
상기 바이오매스의 수분 함량은 0.1 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 수분 함량이 1 내지 8 중량%로 건조된 것일 수 있다. 상기 바이오매스는 5 내지 30 mm, 바람직하게는 10 내지 25 mm로 분쇄된 것이 바람직하다.The moisture content of the biomass may be 0.1 to 15% by weight, preferably 0.5 to 10% by weight, more preferably 1 to 8% by weight of moisture. The biomass is preferably ground to 5 to 30 mm, preferably 10 to 25 mm.
상기 바이오매스는 폐유와 혼합하기 전에 바람직하게는 무산소 또는 저산소 조건에서 200 내지 350 ℃에서 가열하는 반탄화 단계를 수행할 수 있다. 상기 반탄화 단계는 20분 내지 2 시간, 바람직하게는 30분 내지 1 시간 수행될 수 있다. 상기 단계를 통해 제조되는 반탄화 바이오매스는 수분 함량이 1 내지 5 중량%이고, 저위발열량이 4500 내지 6000 kcal/kg이며, 밀도가 0.75 내지 0.85 kg/L이며, 에너지 밀도가 15 내지 20 GJ/m3이고, 표면이 소수성을 나타낸다. 상기 반탄화 바이오매스를 이용할 경우 에너지 밀도가 증가됨은 물론 소수성 표면으로 인하여 폐유와 혼합이 쉽게 가능하므로 혼합 슬러리 제조가 용이하다.The biomass may be subjected to a semi-carbonization step of heating at 200 to 350 ° C., preferably in anoxic or low oxygen conditions, before mixing with the waste oil. The semi-carbonization step may be performed for 20 minutes to 2 hours, preferably 30 minutes to 1 hour. The semi-carbonized biomass prepared through the above steps has a water content of 1 to 5 wt%, a low calorific value of 4500 to 6000 kcal / kg, a density of 0.75 to 0.85 kg / L, and an energy density of 15 to 20 GJ / m 3 and the surface shows hydrophobicity. When the semi-carbonized biomass is used, the energy density is increased as well as the hydrophobic surface makes it easy to mix with the waste oil, thereby making it easy to prepare a mixed slurry.
바이오매스의 수분 함량이 10 내지 30 중량%인 경우, 바이오매스의 수분 함량을 낮추기 위해 150 내지 400 ℃의 과열수증기 온도로 1 내지 60분, 바람직하게는 10 내지 40 분 동안 가열함으로써, 바이오매스의 수분 함량을 15 중량%, 바람직하게는 10 중량%, 더욱 바람직하게는 8 중량% 이하로 낮출 수 있으며, 바이오매스의 수분 함량을 낮춤과 동시에 반탄화 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.If the moisture content of the biomass is 10 to 30% by weight, the biomass may be heated for 1 to 60 minutes, preferably 10 to 40 minutes, at a superheated steam temperature of 150 to 400 ° C. to lower the moisture content of the biomass. The water content can be lowered to 15% by weight, preferably 10% by weight, more preferably 8% by weight or less, and can further increase the semi-carbonization efficiency while lowering the water content of the biomass.
상기 폐유는 특별히 한정할 필요는 없으나, 예를 들어 폐식용유, 폐광물유, 폐엔진오일, 폐기계오일, 폐페이트, 폐유기용제 및 폐래커 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 폐유를 사용할 수 있고, 바람직하게는 상기 폐유를 여과, 혼합 등의 물리적인 과정을 거치는 재생연료유를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 폐유 또는 재생 연료유에 열을 가하거나 약품을 혼합하는 등 물리ㅇ화학적인 방법으로 만든 정제연료유를 사용할 수 있다. 상기 정제연료유에는 이온정제유, 감압정제유 및 고온열분해유가 있고, 바람직하게는 이온정제유를 사용할 수 있다. The waste oil need not be particularly limited, but for example, any one or more waste oils selected from waste cooking oil, waste mineral oil, waste engine oil, waste oil, waste pate, waste organic solvent and waste lacquer may be used. Regeneration fuel oil may be used to undergo a physical process such as filtration, mixing the waste oil, more preferably, refined fuel made by physical and chemical methods such as heating the waste oil or regenerated fuel oil or mixing chemicals You can use oil. The refined fuel oil includes an ionic refinery oil, a reduced pressure refined oil and a high temperature pyrolysis oil, preferably an ionic refinery oil.
이하 본 발명에서 사용하는 '폐유'는 폐유, 재생연료유 및 정제연료유를 모두 포함하는 의미로 사용한다. 상기 폐유의 끓는점은 150 ℃ 이상, 바람직하게는 200 ℃ 이상, 더욱 바람직하게는 250 ℃이상이다.Hereinafter, 'waste oil' used in the present invention is used to mean both waste oil, recycled fuel oil and refined fuel oil. The boiling point of the said waste oil is 150 degreeC or more, Preferably it is 200 degreeC or more, More preferably, it is 250 degreeC or more.
상기 혼합 슬러리 제조를 위하여 혼합은 통상의 교반기로 혼합할 수 있고, 특별히 한정할 필요는 없으나 50 내지 300 rpm으로 0.5 내지 10 시간 이상, 바람직하게는 1 내지 8 시간, 더욱 바람직하게는 2 내지 6 시간 교반할 수 있다. Mixing may be mixed with a conventional stirrer for preparing the mixed slurry, and there is no need to specifically limit, but 0.5 to 10 hours or more, preferably 1 to 8 hours, more preferably 2 to 6 hours at 50 to 300 rpm It can be stirred.
다음으로 상기 혼합 슬러리 100 중량부에, 수분 함량이 30 내지 50 중량%인 하수 슬러지를 200 내지 400 중량부를 혼합하는 단계를 수행한다.Next, a step of mixing 200 to 400 parts by weight of sewage sludge having a water content of 30 to 50% by weight to 100 parts by weight of the mixed slurry.
통상의 하수 슬러지의 수분 함량은 70 내지 85 중량%로서, 이를 고형연료 제조를 위해 수분 함량 10 중량% 이하, 또는 5 중량% 이하인 분말로 제조하게 위해서는 건조를 위한 설비 비용 및 에너지 비용이 많이 소요될 수밖에 없다.The conventional sewage sludge has a water content of 70 to 85% by weight, which requires a lot of equipment and energy costs for drying to produce a powder having a water content of 10% by weight or less or 5% by weight for solid fuel production. none.
본 발명에서는 통상의 하수 슬러지의 수분 함량을 1/3 내지 1/2 정도만 낮추도록 예비 건조된 수분 함량이 30 내지 50 중량%인 하수 슬러지를 이용하여 고형연료를 제조할 수 있으므로 건조를 위한 설비 비용 및 에너지 비용의 소모가 현저히 절감된다.In the present invention, since the solid fuel can be manufactured using sewage sludge having a water content of 30 to 50% by weight, which is pre-dried so as to lower the water content of the conventional sewage sludge only 1/3 to 1/2, the cost of equipment for drying And the consumption of energy costs is significantly reduced.
상기 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리의 수분 함량은 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 중량%이므로, 상기 수분 함량이 30 내지 50 중량%인 하수 슬러지에 상기 혼합 슬러리를 200 내지 400 중량부, 바람직하게는 250 내지 350 중량부 혼합하는 것만으로도 상기 혼합 슬러리와 하수 슬러지의 혼합물의 수분 함량이 20 내지 40 중량%가 될 수 있다.The water content of the biomass and waste oil mixed slurry is 0.1 to 10% by weight, preferably 0.5 to 5% by weight, more preferably 1 to 3% by weight, so that the water content is 30 to 50% by weight in sewage sludge. Only 200 to 400 parts by weight of the mixed slurry, preferably 250 to 350 parts by weight, the water content of the mixture of the mixed slurry and sewage sludge may be 20 to 40% by weight.
상기 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리를 제조하는 단계 및 상기 혼합 슬러리와 하수 슬러지를 혼합하는 단계 사이에, 상기 혼합 슬러리를 수분 함량이 30 내지 50 중량%인 하수 슬러지와 혼합하기 전에 120 내지 240 ℃로 가열하는 혼합 슬러리 가열 단계를 추가로 포함하고, 상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지를 혼합하는 단계에서 상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지의 혼합물을 가열하면서 온도를 110 내지 220 ℃에서 30분 내지 3 시간 유지시킬 수 있다.Between the preparation of the biomass and waste oil mixed slurry and the mixing of the mixed slurry and the sewage sludge, the mixed slurry is heated to 120 to 240 ° C. before mixing with the sewage sludge having a water content of 30 to 50% by weight. Further comprising a mixed slurry heating step, in the step of mixing the mixed slurry and sewage sludge may be maintained at a temperature of 110 to 220 ℃ 30 minutes to 3 hours while heating the mixture of the mixed slurry and sewage sludge.
상기 혼합 슬러리를 하수 슬러지와 혼합 전에 미리 가열함으로써, 상기 혼합 슬러리와 하수 슬러지를 혼합하는 단계에서 가열된 혼합 슬러리의 열에 의해 하수 슬러지에 포함된 수분이 증발되어 건조되고, 동시에 하수 슬러지의 유기물 및 혼합 슬러리의 바이오매스의 에너지 밀도를 증가시켜 고형연료의 발열량을 증가시킬 수 있다.By heating the mixed slurry before mixing with the sewage sludge, the moisture contained in the sewage sludge is evaporated and dried by the heat of the mixed slurry heated in the step of mixing the mixed slurry and the sewage sludge, and at the same time, organic matter and mixing of the sewage sludge The calorific value of the solid fuel may be increased by increasing the energy density of the biomass of the slurry.
예를 들어 상기 혼합하는 단계의 하수 슬러지의 수분 함량은 30 내지 45 중량%, 바람직하게는 35 내지 40 중량%이고, 상기 혼합 슬러리 가열단계는 120 내지 200 ℃, 바람직하게 120 내지 160 ℃로 가열하고, 상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지를 혼합하는 단계에서 상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지의 혼합물을 가열하면서 온도를 110 내지 160 ℃, 바람직하게는 110 내지 140 ℃에서 1 내지 3 시간, 바람직하게 1.5 내지 3 시간 유지할 경우, 하수 슬러지에 포함된 수분이 증발되어 상기 혼합 슬러리와 하수 슬러지의 혼합물의 수분 함량이 12 내지 25 중량%로 건조될 수 있다.For example, the water content of the sewage sludge of the mixing step is 30 to 45% by weight, preferably 35 to 40% by weight, the mixing slurry heating step is heated to 120 to 200 ℃, preferably 120 to 160 ℃ In the step of mixing the mixed slurry and sewage sludge, the temperature is maintained at 110 to 160 ° C., preferably 110 to 140 ° C. for 1 to 3 hours, preferably 1.5 to 3 hours, while heating the mixture of the mixed slurry and sewage sludge. In this case, the water contained in the sewage sludge may be evaporated to dry the water content of the mixture of the mixed slurry and the sewage sludge to 12 to 25% by weight.
한편 예를 들어 상기 혼합하는 단계의 하수 슬러지의 수분 함량은 35 내지 50 중량%, 바람직하게는 45 내지 50 중량%이고, 상기 혼합 슬러리 가열단계는 180 내지 240 ℃, 바람직하게는 200 내지 230 ℃로 가열하고, 상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지를 혼합하는 단계에서 상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지의 혼합물을 가열하면서 온도를 180 내지 230 ℃, 바람직하게는 180 내지 210 ℃에서 30 분 내지 2 시간, 바람직하게는 30분 내지 1 시간 가열할 경우, 하수 슬러지에 포함된 수분이 증발되어 상기 혼합 슬러리와 하수 슬러지의 혼합물의 수분 함량이 12 내지 25 중량%로 건조되는 동시에 하수 슬러지의 유기물 및 혼합 슬러리의 바이오매스의 에너지 밀도를 증가시켜 고형연료의 발열량을 증가시킬 수 있다.On the other hand, for example, the water content of the sewage sludge of the mixing step is 35 to 50% by weight, preferably 45 to 50% by weight, the mixing slurry heating step is 180 to 240 ℃, preferably 200 to 230 ℃ Heating and mixing the mixture slurry and sewage sludge in the step of heating the mixture of the mixed slurry and sewage sludge at a temperature of 180 to 230 ° C., preferably 180 to 210 ° C. for 30 minutes to 2 hours, preferably 30 When heated for 1 minute to 1 hour, the water contained in the sewage sludge is evaporated to dry the water content of the mixture of the mixed slurry and the sewage sludge to 12 to 25% by weight, and at the same time, the organic matter of the sewage sludge and the biomass energy of the mixed slurry. Increasing the density can increase the calorific value of the solid fuel.
다음으로 상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지의 혼합물을 압출성형기에 투입하여 압축 및 건조하면서 고형연료를 성형하는 단계를 수행한다.Next, the mixture of the mixed slurry and sewage sludge is introduced into an extrusion molding machine to perform a step of forming a solid fuel while being compressed and dried.
상기 혼합 슬러리와 하수 슬러지의 혼합물은 수분 함량이 12 내지 40 중량%, 바람직하게는 12 내지 25 중량%, 더욱 바람직하게는 13 내지 18 중량%이고, 압출성형기에 투입되어 압축 및 건조하면서 고형연료를 성형한다. 상기 압출성형기 내에서 130 내지 200 ℃, 바람직하게는 150 내지 180 ℃로 가온된 스크류에 의해 압축 및 건조되고, 성형된 고형연료의 수분 함량은 10 중량% 이하, 바람직하게는 1 내지 8 중량%이다.The mixture of the mixed slurry and the sewage sludge has a water content of 12 to 40% by weight, preferably 12 to 25% by weight, more preferably 13 to 18% by weight, and is fed into an extruder to compress and dry the solid fuel. Mold. Compressed and dried by a screw warmed to 130 to 200 ° C., preferably 150 to 180 ° C. in the extruder, and the water content of the molded solid fuel is 10% by weight or less, preferably 1 to 8% by weight. .
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred examples. However, these examples are intended to illustrate the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited thereby.
실시예 1:Example 1:
목질계 바이오매스로 수분 함량 25 중량%이고, 평균 입자크기 15 mm인 목재칩을 300 ℃의 과열수증기로 30 분 처리하여 수분 함량 7 중량%로 건조하였다. The wood chips having a water content of 25 wt% and an average particle size of 15 mm were treated with wood biomass for 30 minutes with superheated steam at 300 ° C. and dried to 7 wt% of moisture.
상기 수분 함량 7 중량%인 건조된 목재칩을 반탄화 장치에 넣고 질소를 주입하여 무산소 조건을 형성한 후 250 ℃로 2 시간 가열하여 반탄화 목재칩을 제조하였다.The dried wood chips having a moisture content of 7% by weight were placed in a semi-carbonized device, and injected with nitrogen to form anoxic conditions, and then heated to 250 ° C. for 2 hours to produce semi-carbonized wood chips.
상기 반탄화 목재칩을 이온정제유(끓는점이 260 ℃)와 2 : 1 중량비로 100 rpm으로 2 시간 교반하여 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리를 제조하였다.The semi-carbonized wood chips were stirred with ion refined oil (boiling point at 260 ° C.) for 2 hours at 100 rpm at a weight ratio of 2 to 1 to prepare a biomass and waste oil mixed slurry.
상기 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리를 220 ℃로 가열하고, 가열된 혼합 슬러리 100 중량부에, 예비 건조되어 수분 함량이 40 중량%인 하수 슬러지 300 중량부를 서서히 투입하면서 혼합하고, 상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지의 혼합물의 온도는 가열하면서 190 ℃에서 40 분 유지하였다. 상기 가열 후 실온까지 냉각한 혼합 슬러리와 하수 슬러지의 혼합물의 수분 함량은 15 중량%이었다.The biomass and waste oil mixed slurry is heated to 220 ° C., and mixed with 100 parts by weight of the heated mixed slurry while preliminarily drying 300 parts by weight of sewage sludge having a water content of 40% by weight, and mixing the mixed slurry and sewage sludge. The temperature of the mixture was kept at 190 ° C. for 40 minutes while heating. The water content of the mixture of the mixed slurry cooled to room temperature after the heating and the sewage sludge was 15% by weight.
상기 혼합 슬러리와 하수 슬러지의 혼합물을 압출성형기에 넣고 150 ℃로 가온된 스크류에 의해 압축 및 건조시켜 고형연료를 제조하였다. 상기 고형연료의 저위발열량은 4330 kcal/kg, 고정탄소는 31.9 중량%, 수분 함량은 5 중량%이었다.The mixture of the mixed slurry and sewage sludge was put in an extruder and compressed and dried by a screw warmed to 150 ℃ to prepare a solid fuel. The low calorific value of the solid fuel was 4330 kcal / kg, the fixed carbon was 31.9 wt%, and the moisture content was 5 wt%.
실시예 2:Example 2:
목질계 바이오매스로 수분 함량 25 중량%이고, 평균 입자크기 15 mm인 목재칩을 300 ℃의 과열수증기로 30 분 처리하여 수분 함량 7 중량%로 건조하였다. The wood chips having a water content of 25 wt% and an average particle size of 15 mm were treated with wood biomass for 30 minutes with superheated steam at 300 ° C. and dried to 7 wt% of moisture.
상기 수분 함량 7 중량%인 건조된 목재칩을 반탄화 장치에 넣고 질소를 주입하여 무산소 조건을 형성한 후 250 ℃로 2 시간 가열하여 반탄화 목재칩을 제조하였다.The dried wood chips having a moisture content of 7% by weight were placed in a semi-carbonized device, and injected with nitrogen to form anoxic conditions, and then heated to 250 ° C. for 2 hours to produce semi-carbonized wood chips.
상기 반탄화 목재칩을 이온정제유(끓는점이 260 ℃)와 2 : 1 중량비로 100 rpm으로 2 시간 교반하여 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리를 제조하였다.The semi-carbonized wood chips were stirred with ion refined oil (boiling point at 260 ° C.) for 2 hours at 100 rpm at a weight ratio of 2 to 1 to prepare a biomass and waste oil mixed slurry.
상기 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리를 140 ℃로 가열하고, 가열된 혼합 슬러리 100 중량부에, 예비 건조되어 수분 함량이 40 중량%인 하수 슬러지 300 중량부를 서서히 투입하면서 혼합하고, 상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지의 혼합물의 온도는 가열하면서 120 ℃에서 2 시간 유지하였다. 상기 가열 후 실온까지 냉각한 혼합 슬러리와 하수 슬러지의 혼합물의 수분 함량은 16 중량%이었다.The biomass and waste oil mixed slurry is heated to 140 ° C., and 300 parts by weight of sewage sludge having a water content of 40% by weight is preliminarily mixed with 100 parts by weight of the heated mixed slurry, and the mixed slurry and sewage sludge are gradually added. The temperature of the mixture was kept at 120 ° C. for 2 hours while heating. The water content of the mixture of the mixed slurry cooled to room temperature after the heating and the sewage sludge was 16% by weight.
상기 혼합 슬러리와 하수 슬러지의 혼합물을 압출성형기에 넣고 155 ℃로 가온된 스크류에 의해 압축 및 건조시켜 고형연료를 제조하였다. 상기 고형연료의 저위발열량은 4210 kcal/kg, 고정탄소는 31.5 중량%, 수분 함량은 5 중량%이었다.The mixture of the mixed slurry and sewage sludge was put in an extruder and compressed and dried by a screw warmed to 155 ° C. to prepare a solid fuel. The low calorific value of the solid fuel was 4210 kcal / kg, the fixed carbon was 31.5 wt%, and the moisture content was 5 wt%.
실시예 3:Example 3:
목질계 바이오매스로 수분 함량 25 중량%이고, 평균 입자크기 15 mm인 목재칩을 300 ℃의 과열수증기로 30 분 처리하여 수분 함량 7 중량%로 건조하였다. The wood chips having a water content of 25 wt% and an average particle size of 15 mm were treated with wood biomass for 30 minutes with superheated steam at 300 ° C. and dried to 7 wt% of moisture.
상기 수분 함량 7 중량%인 건조된 목재칩을 반탄화 장치에 넣고 질소를 주입하여 무산소 조건을 형성한 후 250 ℃로 2 시간 가열하여 반탄화 목재칩을 제조하였다.The dried wood chips having a moisture content of 7% by weight were placed in a semi-carbonized device, and injected with nitrogen to form anoxic conditions, and then heated to 250 ° C. for 2 hours to produce semi-carbonized wood chips.
상기 반탄화 목재칩을 이온정제유(끓는점이 260 ℃)와 2 : 1 중량비로 100 rpm으로 2 시간 교반하여 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리를 제조하였다.The semi-carbonized wood chips were stirred with ion refined oil (boiling point at 260 ° C.) for 2 hours at 100 rpm at a weight ratio of 2 to 1 to prepare a biomass and waste oil mixed slurry.
상기 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리 100 중량부에 예비 건조되어 수분 함량이 40 중량%인 하수 슬러지 300 중량부를 서서히 투입하면서 혼합하였다. 상기 혼합 슬러리와 하수 슬러지의 혼합물의 수분 함량은 30.6 중량%이었다.300 parts by weight of sewage sludge having a moisture content of 40% by weight was preliminarily dried to 100 parts by weight of the biomass and waste oil mixture slurry, and mixed. The water content of the mixture of the mixed slurry and the sewage sludge was 30.6% by weight.
상기 혼합 슬러리와 하수 슬러지의 혼합물을 압출성형기에 넣고 180 ℃로 가온된 스크류에 의해 압축 및 건조시켜 고형연료를 제조하였다. 상기 고형연료의 저위발열량은 4150 kcal/kg, 고정탄소는 31 중량%, 수분 함량은 5 중량%이었다.The mixture of the mixed slurry and the sewage sludge was put in an extruder and compressed and dried by a screw warmed to 180 ℃ to prepare a solid fuel. The low calorific value of the solid fuel was 4150 kcal / kg, the fixed carbon was 31 wt%, and the moisture content was 5 wt%.
실시예 4:Example 4:
목질계 바이오매스로 수분 함량 10 중량%로 건조된 평균 입자크기 15 mm인 목재칩을 사용하였다.Wood chips having an average particle size of 15 mm dried with a wood-based biomass with a water content of 10% by weight were used.
상기 목재칩을 이온정제유(끓는점이 260 ℃)와 2 : 1 중량비로 100 rpm으로 2 시간 교반하여 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리를 제조하였다.The wood chips were stirred with ion refined oil (boiling point at 260 ° C.) for 2 hours at 100 rpm at a weight ratio of 2 to 1 to prepare a biomass and waste oil mixed slurry.
상기 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리 100 중량부에 예비 건조되어 수분 함량이 40 중량%인 하수 슬러지 300 중량부를 서서히 투입하면서 혼합하였다. 상기 혼합 슬러리와 하수 슬러지의 혼합물의 수분 함량은 30.6 중량%이었다.300 parts by weight of sewage sludge having a moisture content of 40% by weight was preliminarily dried to 100 parts by weight of the biomass and waste oil mixture slurry, and mixed. The water content of the mixture of the mixed slurry and the sewage sludge was 30.6% by weight.
상기 혼합 슬러리와 하수 슬러지의 혼합물을 압출성형기에 넣고 180 ℃로 가온된 스크류에 의해 압축 및 건조시켜 고형연료를 제조하였다. 상기 고형연료의 저위발열량은 4005 kcal/kg, 고정탄소는 28.4 중량%, 수분 함량은 5 중량%이었다.The mixture of the mixed slurry and the sewage sludge was put in an extruder and compressed and dried by a screw warmed to 180 ℃ to prepare a solid fuel. The low calorific value of the solid fuel was 4005 kcal / kg, fixed carbon was 28.4 wt%, and moisture content was 5 wt%.
비교예 1:Comparative Example 1:
수분 함량이 5 중량%인 하수 슬러지 분말 75 중량부에 무연탄 25 중량부를 혼합하고, 일정량의 물을 첨가하여 반죽하여 수분 함량 15 중량%의 혼합물을 제조한 후 압출성형기에 넣고 180 ℃로 가온된 스크류에 의해 압축 및 건조시켜 고형연료를 제조하였다. 상기 고형연료의 저위발열량은 4020 kcal/kg, 고정탄소는 25.7 중량%, 수분 함량은 5 중량%이었다.25 parts by weight of anthracite coal is mixed with 75 parts by weight of sewage sludge powder having a water content of 5% by weight, and then a predetermined amount of water is kneaded to prepare a mixture having a water content of 15% by weight. Compressed and dried to prepare a solid fuel. The low calorific value of the solid fuel was 4020 kcal / kg, the fixed carbon was 25.7% by weight, and the moisture content was 5% by weight.
상기 고형연료는 저위발열량은 4000 kcal/kg이상을 충족하기 위해 추가적인 열량보조제가 일정량 이상 반드시 포함되어야 하고, 수분 함량 10 중량% 이하로 탈수 및 건조하기 위해 설비비용 및 운전비용이 많이 소요되는 문제점이 있고, 또한 분쇄 시에 발생되는 비산가루에 의해 장비를 주기적으로 청소하여야 하며, 건조되어 성형된 고체연료는 발열량이 크게 높지 않았다.The solid fuel has a low calorific value must be included more than a certain amount of additional caloric supplements to meet more than 4000 kcal / kg, a problem that requires a lot of equipment costs and operating costs to dehydrate and dry to less than 10% by weight of moisture content In addition, the equipment should be periodically cleaned by the fly ash generated during the pulverization, and the dried and molded solid fuel did not have a high heat generation rate.
비교예 2:Comparative Example 2:
수분 함량이 80 중량%인 하수 슬러지 100 중량부에, 목질계 바이오매스로 수분 함량 10 중량%로 건조된 평균 입자크기 0.5 mm인 목분 100 중량부, 초분계 바이오매스로 수분 함량 15 중량%인 왕겨분 20 중량부, 이온정제유 3 중량부를 혼합하고, 300 ℃에서 5 시간 열풍건조하고, 건조된 고형물을 분쇄하고, 일정량의 물을 첨가하여 반죽하여 수분 함량 15 중량%의 혼합물을 제조한 후 압출성형기에 넣고 180 ℃로 가온된 스크류에 의해 압축 및 건조시켜 고형연료를 제조하였다. 상기 고형연료의 저위발열량은 5410 kcal/kg, 고정탄소는 13.3 중량%, 수분 함량은 5 중량%이었다.100 parts by weight of sewage sludge having a water content of 80% by weight, 100 parts by weight of wood powder having an average particle size of 0.5 mm dried at 10% by weight of wood-based biomass, and 15% by weight of chaff having a submicrobial biomass. 20 parts by weight of min, 3 parts by weight of ion refined oil were mixed, hot air dried at 300 ° C. for 5 hours, the dried solid was pulverized, and kneaded by adding a certain amount of water to prepare a mixture having a moisture content of 15% by weight, followed by an extrusion molding machine. And compressed and dried by a screw warmed to 180 ℃ to prepare a solid fuel. The low calorific value of the solid fuel was 5410 kcal / kg, the fixed carbon was 13.3 wt%, and the moisture content was 5 wt%.
상기 제조된 고형연료에서 하수 슬러지 고형분이 차지하는 비율은 15.4 중량%로 실시예 1의 고형연료에서 하수 슬러지 고형분이 차지하는 비율 64 중량%에 비해 현저히 낮아 잉여 하수 슬러지의 처리에는 부적합하였다.The proportion of sewage sludge solids in the manufactured solid fuel was 15.4% by weight, which is significantly lower than the proportion of sewage sludge solids in the solid fuel of Example 1, 64% by weight, which is not suitable for the treatment of excess sewage sludge.
Claims (5)
상기 반탄화 바이오매스 및 폐유를 1 : 1 내지 4 : 1 중량비로 혼합하여 바이오매스 및 폐유 혼합 슬러리를 제조하는 단계;
상기 혼합 슬러리를 120 내지 240 ℃로 가열하는 혼합 슬러리 가열 단계;
상기 가열된 혼합 슬러리 100 중량부에, 수분 함량이 30 내지 55 중량%인 하수 슬러지를 200 내지 400 중량부를 혼합하면서 110 내지 220 ℃에서 20분 내지 3 시간 유지키는 혼합 슬러리 및 하수 슬러지 혼합물을 가열 및 혼합하는 단계; 및
상기 혼합 슬러리 및 하수 슬러지의 혼합물을 압출성형기에 투입하여 압축 및 건조하면서 고형연료를 성형하는 단계;를 포함하는 고형연료의 제조방법.Preparing a semi-carbonized biomass having a water content of 1 to 5 wt%, heating the biomass at 200 to 350 ° C. for 20 minutes to 2 hours under anoxic or low oxygen conditions;
Preparing a mixture of biomass and waste oil by mixing the semi-carbonized biomass and waste oil in a weight ratio of 1: 1 to 4: 1;
A mixed slurry heating step of heating the mixed slurry to 120 to 240 ° C;
To 100 parts by weight of the heated mixed slurry, a mixed slurry and sewage sludge mixture maintained at 110 to 220 ° C. for 20 minutes to 3 hours while mixing 200 to 400 parts by weight of sewage sludge having a water content of 30 to 55% by weight and Mixing; And
And inserting the mixture of the mixed slurry and the sewage sludge into an extrusion molding machine to form a solid fuel while compressing and drying the solid fuel.
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