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KR102698505B1 - 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법 - Google Patents

폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법 Download PDF

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KR102698505B1
KR102698505B1 KR1020230101978A KR20230101978A KR102698505B1 KR 102698505 B1 KR102698505 B1 KR 102698505B1 KR 1020230101978 A KR1020230101978 A KR 1020230101978A KR 20230101978 A KR20230101978 A KR 20230101978A KR 102698505 B1 KR102698505 B1 KR 102698505B1
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drying
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주식회사 장수바이오
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Abstract

본 발명은, 수거된 폐플라스틱으로부터 연료화 가능한 가연성 폐플라스틱을 선별하는 선별 단계(S110), 폐플라스틱을 1차 파쇄하고 분쇄하여 일정 크기로 이하의 폐플라스틱칩을 생성하는, 칩생성 단계(S120), 폐플라스틱칩과 습유기성 연료 첨가제를 혼합하여 2차 파쇄와 스크류 교반과 3차 파쇄와 건조와 살균과 탈취를 수행하는 교반 단계(S130), 교반된 폐플라스틱칩을 고형연료로 성형하는 성형 단계(S140), 함수율이 20% 이하가 되도록 고형연료를 건조하는 건조 단계(S150), 및 건조된 고형연료에 대한 건조와 살균과 탈취를 수행하는 살균탈취 단계(S160)를 포함하여, 연료화 과정에서 세척 또는 가열을 수행하지 않아 2차 오염없이 제조된 고형연료를 제공하는, 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법을 개시한다.

Description

폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법{METHOD OF FORMING SOLID FUEL BY USING WASTED PLASTIC}
본 발명은, 연료화 과정에서 세척 또는 가열을 수행하지 않아 2차 오염없이 제조된 청정한 고형연료를 제공하고, 발효기술을 적용하여 폐기물의 악취를 줄이도록 할 수 있는, 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 최근 급속한 산업화 과정으로 인해 폐기물의 양이 급증하면서 이에 따른 환경오염 및 경제적 손실이 심각한 수준에 이르고 있으며, 이에 따라 늘어나는 폐기물 문제를 해결하기 위하여 정부차원의 폐기물 감량 정책, 재활용 활성화 정책 등이 추진되고 있다.
예컨대, 재활용품과 관련하여, 플라스틱, 고철, 유리, 종이 등의 재활용률을 1%만 높여도 연간 639억원에 달하는 경제적 효과를 발생시킬 수 있는 것으로 알려져 있지만, 대다수의 소비자들은 여전히 재활용품을 분류하지 않은 상태로 처리하고 있어 이러한 경제적 효과를 충분히 달성하지 못하고 있는 실정이다.
한편, 재활용이 불가능한 폐기물과 유기화합물은 소각하거나 매립하기도 하는데, 폐기물의 소각시 다이옥신 등 유해물질이 발생하고, 매립시에는 침출수 등으로 인해 토양환경에 유해하다.
이에, 폐기물을 탄화시키지 않으면서 2차 오염이 없이 폐기물로부터 제조된 고형연료를 제공할 수 있는 기술이 요구된다.
한국 등록특허공보 제10-2373520호 한국 등록특허공보 제10-2392544호
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 청정한 폐기물 고형 연료를 제공하며, 연료화 과정에서 세척 또는 가열을 수행하지 않아 2차 오염없이 제조된 고형연료를 제공하고, 발효기술을 적용하여 폐기물의 악취를 줄이도록 할 수 있는, 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명의 실시예는, 수거된 폐플라스틱으로부터 연료화 가능한 가연성 폐플라스틱을 선별하는 선별 단계; 상기 가연성 폐플라스틱에 대해 300mm 내지 600mm 크기로 1차 파쇄하고 분쇄를 수행한 후, 상기 분쇄된 폐플라스틱을 다수의 통공이 형성된 회전드럼에 일정량 단위로 수용하고 회전시켜, 상기 폐플라스틱에 부착된 이물질을 원심력에 의해 탈리하여 제거하고 인출하여서, 일정 크기로 이하의 폐플라스틱칩을 생성하는, 칩생성 단계; 상기 이물질이 제거된 폐플라스틱칩 85중량% 내지 95중량%와 습유기성 연료 첨가제 5중량% 내지 15중량%를 혼합하여 50mm × 50mm 이하의 크기로 2차 파쇄와 스크류 교반 및 3차 파쇄를 수행한 후, 건조와 1차 살균탈취를 수행하는, 교반 단계; 상기 교반완료된 폐플라스틱칩을 압착하여 특정 형태의 고형연료로 성형하는 성형 단계; 상기 고형연료의 함수율이 20% 이하가 되도록 60℃ 내지 80℃의 저온열풍으로 건조하는 건조 단계; 및 상기 건조된 고형연료에 대한 2차 살균탈취를 수행하는 살균탈취 단계;를 포함하는, 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 선별 단계에서, 비전카메라를 통해, 벨트 컨베이어 시스템에 의해 순차적으로 이송되는 폐플라스틱을 촬영하고, 폐플라스틱의 재질, 색상, 크기, 오염 여부를 분류하도록 미리학습된 AI기반 선별 알고리즘에 의해서, 상기 폐플라스틱으로부터 연료화 가능한 가연성 폐플라스틱과 재활용 가능한 폐플라스틱을 구분하여 선별하여 분류하도록 할 수 있다.
또한, 상기 습유기성 연료 첨가제는, 게르마늄 또는 황토의 천연 광물질과, 고열량 유기물과, 상기 고열량 유기물을 발효시키는 천연 발효 미생물로 구성될 수 있다.
또한, 상기 살균탈취 단계에서, 상기 건조된 고형연료에 대해 UV를 조사하여 건조와 살균과 탈취를 수행할 수 있다.
또한, 상기 교반 단계에서, 폐플라스틱 중 유기성 폐플라스틱에 자기장을 생성하여 이온 또는 오존을 공급하여 분자구조를 변환하도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 연료화 과정에서 세척 또는 가열을 수행하지 않아 2차 오염없이 제조된 청정한 고형연료를 제공하고, 발효기술을 적용하여 폐기물의 악취를 줄이도록 할 수 있고, 부족한 화석에너지를 대체하여 탄소배출권을 확보하도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법의 전체 공정을 예시한 것이다.
도 3은 도 1의 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법의 구현도를 예시한 것이다.
도 4는 도 1의 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법의 선별 단계에서의 금속제거공정을 예시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 실시예에 의한 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법은, 수거된 폐플라스틱으로부터 연료화 가능한 가연성 폐플라스틱을 선별하는 선별 단계(S110), 폐플라스틱을 1차 파쇄하고 분쇄하여 일정 크기로 이하의 폐플라스틱칩을 생성하는, 칩생성 단계(S120), 폐플라스틱칩과 습유기성 연료 첨가제를 혼합하여 2차 파쇄와 스크류 교반과 3차 파쇄와 건조와 1차 살균탈취를 수행하는 교반 단계(S130), 교반된 폐플라스틱칩을 고형연료로 성형하는 성형 단계(S140), 함수율이 20% 이하가 되도록 고형연료를 건조하는 건조 단계(S150), 및 건조된 고형연료에 대한 건조와 2차 살균탈취를 수행하는 살균탈취 단계(S160)를 포함하여, 연료화 과정에서 세척 또는 가열을 수행하지 않아 2차 오염없이 제조된 고형연료를 제공하는 것을 요지로 한다.
이하, 도면을 참조하여, 전술한 구성의 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법을 구체적으로 상술하면 다음과 같다.
우선, 선별 단계(S110)에서는, 수거된 폐플라스틱으로부터 연료화 가능한 가연성 폐플라스틱을 선별하도록 한다.
앞서, 폐플라스틱으로 예시하였으나, 이에 한정되지 않고, 폐비닐, 화학비료 제조시 발생하는 잔류물, 폐석고, 폐우레탄, 플라스틱류, 스폰지류, 섬유류, 고무류, 목질류 등에도 동일하게 적용될 수도 있다.
한편, 선별 단계(S110)에서, 폐플라스틱으로부터 재활용 가능한 폐플라스틱과 연료화 가능한 가연성 폐플라스틱을 분류하여 가연성 폐플라스틱의 고형연료로서 재사용이 가능하도록 할 수 있다.
여기서, 선택적으로, 재활용 가능한 폐플라스틱은 세척 및 건조하여(S115), 고형연료 이외의 용도로 재사용이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 선별장에서, 앞서 수거된 폐플라스틱을 재질, 색상, 크기, 오염 여부에 따라 분류하여서, 연료화 가능한 가연성 폐플라스틱과 재활용 가능한 폐플라스틱을 선별하도록 한다.
예컨대, 비전카메라를 통해, 벨트 컨베이어 시스템에 의해 순차적으로 이송되는 폐플라스틱을 촬영하고, 폐플라스틱의 재질, 색상, 크기, 오염 여부를 분류하도록 미리학습된 AI기반 선별 알고리즘에 의해서, 연료화 가능한 가연성 폐플라스틱과 재활용 가능한 폐플라스틱을 구분하여 선별하도록 할 수 있다.
여기서, 선별 알고리즘은, 비전카메라에 의해 인식된 폐플라스틱 이미지와, 폐플라스틱 이미지에 따른 연료화가능 여부의 학습데이터셋을 미리학습하여 구축되어, 폐플라스틱 이미지를 입력으로 하여 연료화가능 여부를 출력하는 딥러닝 모델일 수 있다.
또한, 선별단계(S110)에서, 컨베이어벨트의 저면에 배치된 마그네트 분리기를 통해, 컨베이어벨트 상에서 순차적으로 이송되는 폐플라스틱에 혼합된 철재류의 금속성분을 제거하여서, 최종 고형연료의 연소효율을 높이도록 할 수도 있다.
예컨대, 도 4를 참고하면, 벨트 컨베이어 시스템은, 폐플라스틱이 투입되는 호퍼(111)와, 호퍼(111)로부터 폐플라스틱을 후속하는 칩생성 단계(S120)의 파쇄 및 분쇄 장치(미도시)로 이송하는 컨베이어벨트(112)와, 컨베이어벨트(112)를 이송구동하는 모터(미도시)와, 컨베이어벨트(112)의 내주면에 이송방향으로 모듈 단위로 부착된 전자석(113)과, 컨베이어벨트(112)의 종단에 배치되어 컨베이어벨트(112)로부터 낙하하는 금속성분을 수용하는 바스켓(114)과, 바스켓(114)으로 접근하는 전자석(113)으로의 전원공급을 단속하는 전원부(미도시)로 구성되어서, 컨베이어벨트(112)에 의한 폐플라스틱의 이송시에, 전자석(113)을 온시켜 금속성분을 컨베이어벨트(112) 상에 부착시키고, 바스켓(114)에 근접하는 경우, 전자석(113)을 오프시켜 컨베이어벨트(112)의 종단에서 바스켓(114)으로 자중에 의해 낙하되도록 하고, 금속성분이 분리제거된 폐플라스틱은 컨베이어벨트(112)의 종단에 병렬배치된 다수의 가이드봉(115)에 의해 가이드되어 칩생성 단계(S120)의 파쇄 및 분쇄 장치로 이송될 수 있다.
이에, 폐플라스틱에 혼합된 철재류의 금속성분뿐만 아니라, 비철금속, 토사, 잔돌, 유리조각 등의 이물질도 가이드봉(115)의 유격공간 사이로 자중에 의해 낙하되도록 하여 제거하도록 할 수 있다. 여기서, 가이드봉(115)을 통과하는 폐플라스틱의 상방으로부터 하방으로 송풍하여 폐플라스틱에 부착된 먼지 등의 이물질을 바스켓(114)으로 강제로 낙하시키도록 하고, 집진기(미도시)를 통해, 바스켓(114)의 상방으로부터 인입되는 이물질을 셕션하여 제거하도록 할 수도 있다.
한편, 폐플라스틱의 호퍼(111)로부터 벨트 컨베이어 시스템으로의 이송 전에, 호퍼(111)의 상단을 커버에 의해 밀폐하고, 하단 측면에 배치된 송풍기(미도시)를 통해 상방으로 송풍하여 폐플라스틱을 부유시키면서 혼합하여, 폐플라스틱에 부착된 이물질을 1차적으로 탈리시키도록 한 후, 호퍼(111)의 하단을 개방하여 벨트 컨베이어 시스템으로 이송시키도록 할 수 있다.
이와 같은 금속성분과 이물질의 분리 제거를 통해, 후속하는 파쇄 및 분쇄시, 파쇄 및 분쇄가 보다 쉽게 수행되도록 하고, 파쇄 및 분쇄를 위한 구성의 내구성을 높이도록 할 수 있다.
후속하여, 칩생성 단계(S120)에서는, 앞서 언급한 폐플라스틱을 1차 파쇄하고 분쇄하여 후속가공이 용이하도록 일정 크기, 예컨대 300mm 이하 × 300mm 이하의 폐플라스틱칩을 생성하여서, 후속하는 교반 단계(S130)에서 파쇄가 보다 용이하도록 할 수 있다.
즉, 가연성 폐플라스틱에 대해 300mm 이하 × 300mm 이하의 크기로 1차 파쇄하고 분쇄를 수행한 후, 분쇄된 폐플라스틱을 다수의 통공이 형성된 회전드럼(미도시)에 일정량 단위로 수용하고 회전시켜, 폐플라스틱칩에 부착된 이물질을 원심력에 의해 탈리하여 제거하고 인출하여서, 일정 크기로 이하의 폐플라스틱칩을 생성하도록 한다.
후속하여, 교반 단계(S130)에서는, 드럼 타입의 교반기를 통해, 연소효율을 최대화하고, 연소 후 잔여물을 최소화하기 위해, 앞서 생성된 폐기물칩 85중량% 내지 95중량%와, 습유기성 연료 첨가제 5중량% 내지 15중량%를 혼합하여서, 50mm × 50mm 이하의 크기로 2차 파쇄와 스크류 교반과 3차 파쇄와 건조와 1차 살균탈취를 순차적으로 수행한다.
여기서, 습유기성 연료 첨가제는, 탈취력과 흡수력이 양호한 게르마늄, 폐각분말 또는 황토의 천연 광물질과, 왕겨, 우드칩, 피트모스, 톱밥, 석탄분말 등의 고열량 유기물과, 고열량 유기물을 발효시키는 효모, 방선균, 사상균, 플라보박테리움 등의 천연 발효 미생물로 구성되어서, 수분을 적정량으로 조절하며, 폐기물칩의 결합을 촉진하고, 악취를 제거하고, 고형연료의 열량을 증가시키고, 오염원을 분해시키도록 할 수 있다.
즉, 건조 압축된 축분, 하수오니, 슬러지 등으로 이루어진 폐기물칩을 호기성 또는 혐기성 미생물로 발효하고 부속하며, 게르마늄, 황토 등의 광물질을 혼합하여 연소효율을 증가시키고, 유기성 폐기물의 분자구조를 변환하여 악취를 감소시킬 수 있다.
예컨대, 교반 단계(S130)에서, 폐플라스틱 중 유기성 폐플라스틱에 자기장을 생성하여 이온 또는 오존을 공급하여 분자구조를 변환하도록 할 수 있다.
이에, 특화된 광물질과 미생물을 사용하여 자연친화적인 고형연료를 생산하도록 할 수 있다.
후속하여, 성형 단계(S140)에서는, 앞서 교반된 폐플라스틱칩을 압착하여 특정 형태의 고형연료로 성형한다.
후속하여, 건조 단계(S150)에서는 함수율이 20% 이하가 되도록 고형연료를 건조한다.
후속하여, 살균탈취 단계(S160)에서는, 앞서 건조된 고형연료에 대한 건조와 2차 살균탈취를 수행하여서, 사용시 잔존하는 오염물로 인한 감염을 예방하고, 연소시 발생할 수 있는 악취를 제거하도록 할 수 있다.
또한, 살균탈취 단계(S160)에서, 건조된 고형연료에 대해 UV를 조사하여 건조와 살균과 탈취를 추가적으로 수행할 수 있다.
이와 같이 제조된 고형연료는 연소시 유해물질과 매연을 거의 발생시키지 않는 3,500 내지 5,000kcal/kg의 고열량의 청정 연료로서 화석연료를 대체할 수 있다.
한편, 앞서 열거한 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법에 의해 제조된 고형연료를 제공한다.
따라서, 전술한 바와 같은 폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법의 구성에 의해서, 연료화 과정에서 세척 또는 가열을 수행하지 않아 2차 오염없이 제조된 청정한 고형연료를 제공하고, 발효기술을 적용하여 폐기물의 악취를 줄이도록 할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
S110 : 선별 단계 S120 : 칩생성 단계
S130 : 교반 단계 S140 : 성형 단계
S150 : 건조 단계 S160 : 살균탈취 단계
111 : 호퍼 112 : 컨베이어벨트
113 : 전자석 114 : 바스켓
115 : 가이드봉

Claims (5)

  1. 수거된 폐플라스틱으로부터 연료화 가능한 가연성 폐플라스틱을 선별하는 선별 단계;
    상기 가연성 폐플라스틱에 대해 300mm 내지 600mm 크기로 1차 파쇄하고 분쇄를 수행한 후, 상기 분쇄된 폐플라스틱을 다수의 통공이 형성된 회전드럼에 일정량 단위로 수용하고 회전시켜, 상기 폐플라스틱에 부착된 이물질을 원심력에 의해 탈리하여 제거하고 인출하여서, 일정 크기로 이하의 폐플라스틱칩을 생성하는, 칩생성 단계;
    상기 이물질이 제거된 폐플라스틱칩 85중량% 내지 95중량%와 습유기성 연료 첨가제 5중량% 내지 15중량%를 혼합하여 50mm × 50mm 이하의 크기로 2차 파쇄와 스크류 교반 및 3차 파쇄를 수행한 후, 건조와 1차 살균탈취를 수행하는, 교반 단계;
    상기 교반완료된 폐플라스틱칩을 압착하여 특정 형태의 고형연료로 성형하는 성형 단계;
    상기 고형연료의 함수율이 20% 이하가 되도록 60℃ 내지 80℃의 저온열풍으로 건조하는 건조 단계; 및
    상기 건조된 고형연료에 대한 2차 살균탈취를 수행하는 살균탈취 단계;를 포함하며,
    상기 선별 단계에서, 비전카메라를 통해, 벨트 컨베이어 시스템에 의해 순차적으로 이송되는 폐플라스틱을 촬영하고, 폐플라스틱의 재질, 색상, 크기, 오염 여부를 분류하도록 미리학습된 AI기반 선별 알고리즘에 의해서, 상기 폐플라스틱으로부터 연료화 가능한 가연성 폐플라스틱과 재활용 가능한 폐플라스틱을 구분하여 선별하여 분류하도록 하며,
    상기 선별 알고리즘은, 상기 비전카메라에 의해 인식된 폐플라스틱 이미지와, 상기 폐플라스틱 이미지에 따른 연료화가능 여부의 학습데이터셋을 미리학습하여 구축되어, 상기 폐플라스틱 이미지를 입력으로 하여 연료화가능 여부를 출력하는 딥러닝 모델이고,
    상기 선별단계에서, 상기 벨트 컨베이어 시스템의 컨베이어벨트의 저면에 배치된 마그네트 분리기를 통해, 상기 컨베이어벨트 상에서 순차적으로 이송되는 폐플라스틱에 혼합된 철재류의 금속성분을 제거하고,
    상기 벨트 컨베이어 시스템은, 상기 폐플라스틱이 투입되는 호퍼와, 상기 호퍼로부터 폐플라스틱을 후속하는 칩생성 단계의 파쇄 및 분쇄 장치로 이송하는 상기 컨베이어벨트와, 상기 컨베이어벨트를 이송구동하는 모터와, 상기 컨베이어벨트의 내주면에 이송방향으로 모듈 단위로 부착된 전자석과, 상기 컨베이어벨트의 종단에 배치되어 상기 컨베이어벨트로부터 낙하하는 금속성분을 수용하는 바스켓과, 상기 바스켓으로 접근하는 상기 전자석으로의 전원공급을 단속하는 전원부로 구성되는,
    폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 습유기성 연료 첨가제는, 게르마늄 또는 황토의 천연 광물질과, 고열량 유기물과, 상기 고열량 유기물을 발효시키는 천연 발효 미생물로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 살균탈취 단계에서, 상기 건조된 고형연료에 대해 UV를 조사하여 건조와 살균과 탈취를 수행하는 것을 특징으로 하는,
    폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 교반 단계에서, 폐플라스틱 중 유기성 폐플라스틱에 자기장을 생성하여 이온 또는 오존을 공급하여 분자구조를 변환하도록 하는 것을 특징으로 하는,
    폐플라스틱을 이용한 고형연료 제조방법.
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