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JP7717106B2 - Black pellets and their manufacturing method - Google Patents
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JP7717106B2 - Black pellets and their manufacturing method - Google Patents

Black pellets and their manufacturing method

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Description

本開示はブラックペレット及びその製造方法に関するものである。 This disclosure relates to black pellets and methods for producing them.

2015年のパリ気候協定以後、地球の平均温度の上昇を制限しようと全世界的な努力が続けられている。このような努力の一環として、地球温暖化の原因の一つである化石燃料の使用量を減らし、新再生エネルギーを使おうとする動きがある。 Since the Paris Climate Agreement in 2015, global efforts have been ongoing to limit the rise in the Earth's average temperature. As part of these efforts, there is a movement to reduce the use of fossil fuels, which are one of the causes of global warming, and to use new and renewable energy sources.

新再生エネルギーとは、既存の化石燃料を変換させて用いるか、日光、水、地熱、雨水、生物有機体などの再生可能なエネルギーを変換させて用いるエネルギーを言う。新再生エネルギーは、化石燃料と違い、再生が可能であって枯渇しない特徴を有し、汚染物質や二酸化炭素の排出が少なくて環境に優しく、化石燃料に比べて比較的地球上に均等に分布している。 New and renewable energy refers to energy that is generated by converting existing fossil fuels or by converting renewable energy sources such as sunlight, water, geothermal heat, rainwater, and biological organisms. Unlike fossil fuels, new and renewable energy sources are renewable and inexhaustible, are environmentally friendly with fewer pollutants and carbon dioxide emissions, and are distributed more evenly across the globe than fossil fuels.

新再生エネルギーのうち、山林バイオマスは炭素中立エネルギーであり、気候変化を最小化し、化石燃料を代替する、環境に優しい再生エネルギーとして知られている。例えば、木材ペレットは、木を伐採して残った木材、または防腐剤、塗料などの化学物質によって汚染されなかった林業副産物を大鋸屑にした後、一定のサイズに圧縮して加工したものである。これに関連して、韓国登録特許第10-0878051号公報には木材ペレットを製造する方法に対する技術が提示されている。 Among new renewable energies, forest biomass is known as a carbon-neutral energy source, minimizing climate change and replacing fossil fuels, making it an environmentally friendly renewable energy source. For example, wood pellets are made by turning the wood left over after felling trees, or forestry by-products that have not been contaminated with chemicals such as preservatives or paints, into sawdust and then compressing it to a certain size. In this regard, Korean Patent Registration No. 10-0878051 discloses technology for manufacturing wood pellets.

一方、パーム空果房(Empty Fruit Bunch、EFB)はパーム実からパームオイルなどを生産するためにパーム実の果房を除去して残った残物を言う。このようなパーム廃棄物であるパーム空果房は家畜の飼料または堆肥として一部が使われたが、使われなかった部分は焼却するか廃棄しなければならなかった。 On the other hand, empty palm fruit bunches (EFBs) are the residue left over after the palm fruit bunches are removed in order to produce palm oil and other products from the palm fruit. Some of this palm waste, called empty palm fruit bunches, was used as livestock feed or compost, but the unused part had to be incinerated or disposed of.

ところで、パーム空果房は水分含量が多いから腐敗しやすく、パーム空果房が腐敗すれば、温室ガスの一つであるメタンガスが発生する問題があったが、現在多様な規制のためパーム空果房を焼却しにくく、廃棄物処理の際には多大な費用がかかる実情がある。したがって、資源再活用及び環境の側面で見るとき、廃棄される副産物を燃料として活用することができる技術の開発が至急な状況である。 However, palm empty fruit bunches have a high moisture content and are therefore prone to decay. When palm empty fruit bunches decay, they emit methane, a greenhouse gas, which can be problematic. However, various regulations currently make it difficult to incinerate palm empty fruit bunches, and waste disposal is extremely expensive. Therefore, from the perspectives of resource reuse and the environment, there is an urgent need to develop technology that can use discarded by-products as fuel.

韓国登録特許第10-0878051号公報Korean Patent No. 10-0878051

本発明の技術的思想は上述した問題点を解決するためのものであり、バイオマス原料を用いて燃料を製造する技術を提供することにその目的がある。 The technical concept of this invention is intended to solve the problems mentioned above, and its purpose is to provide a technology for producing fuel using biomass feedstock.

また、本発明の技術的思想は、従来は焼却するか廃棄していた副産物を燃料として再活用する技術を提供することに更なる目的がある。 Another objective of the technical concept of this invention is to provide technology that allows by-products that have traditionally been incinerated or discarded to be reused as fuel.

本発明が解決しようとする課題は前述した課題に限定されず、言及しなかった他の技術的課題は、後述する内容から、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明らかに理解可能であろう。 The problems that the present invention aims to solve are not limited to those mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those with ordinary skill in the art to which the present invention pertains from the content described below.

このような目的を達成するために、本発明の一実施形態として、ブラックペレットの製造方法は、バイオマス原料を圧搾する圧搾工程と、前記圧搾工程で圧搾された圧搾物から揮発性成分を除去する揮発性成分除去工程と、前記揮発性成分除去工程で前記揮発性成分が除去された原料を半炭化処理する半炭化工程と、前記半炭化工程で半炭化処理された半炭化物を粉砕する粉砕工程と、前記粉砕工程で粉砕された粉砕物に燃焼用添加剤及びバインダーを添加して混合する混合工程と、前記混合工程で混合された混合物をペレットに作るペレット化工程とを含む。 To achieve this objective, as one embodiment of the present invention, a method for producing black pellets includes a pressing process for pressing biomass raw material; a volatile component removal process for removing volatile components from the compressed material obtained in the pressing process; a torrefaction process for torrefying the raw material from which the volatile components have been removed in the volatile component removal process; a crushing process for crushing the torrefied material obtained in the torrefaction process; a mixing process for adding a combustion additive and a binder to the crushed material obtained in the crushing process and mixing them; and a pelletizing process for forming the mixture obtained in the mixing process into pellets.

前記揮発性成分除去工程で、前記圧搾物が配置されたチャンバー内に不活性気体を注入し、前記チャンバー内に存在する酸素を除去した状態で200~300℃で前記圧搾物を熱処理し、前記圧搾物から出る揮発性成分を前記チャンバーの外部に排出させることができる。 In the volatile component removal process, an inert gas is injected into the chamber in which the compressed material is placed, and the compressed material is heat-treated at 200-300°C while removing oxygen from the chamber, allowing the volatile components released from the compressed material to be discharged outside the chamber.

前記バイオマス原料は、木材副産物、パーム空果房(Empty Fruit Bunch、EFB)及びパームカーネル殻(Palm Kernel Shell、PKS)のうちから選択される少なくとも1種とすることができる。 The biomass raw material may be at least one selected from wood by-products, palm empty fruit bunches (EFB), and palm kernel shells (PKS).

前記燃焼用添加剤はアルミノ珪酸塩であり、前記アルミノ珪酸塩に含まれた二酸化珪素の含有量を前記アルミノ珪酸塩に含まれた酸化アルミニウムの含有量で割った比が0.65~1.85であり得る。 The combustion additive may be an aluminosilicate, and the ratio of the silicon dioxide content contained in the aluminosilicate divided by the aluminum oxide content contained in the aluminosilicate may be 0.65 to 1.85.

前記目的を達成するために、本発明の他の実施形態として、ブラックペレットは前述したブラックペレットの製造方法によって製造されたものであり得る。 To achieve the above objective, in another embodiment of the present invention, the black pellets may be manufactured by the above-mentioned method for manufacturing black pellets.

前記目的を達成するために、本発明のさらに他の実施形態として、ブラックペレットは、パーム空果房が半炭化処理された半炭化物と、前記半炭化物に混合されたアルミノ珪酸塩とを含むことができる。 To achieve the above objective, in yet another embodiment of the present invention, the black pellets may include semi-carbonized palm empty fruit bunches and aluminosilicate mixed with the semi-carbonized palm fruit bunches.

前記アルミノ珪酸塩に含まれた二酸化珪素の含有量を前記アルミノ珪酸塩に含まれた酸化アルミニウムの含有量で割った比は0.65~1.85であり得る。 The ratio of the silicon dioxide content contained in the aluminosilicate divided by the aluminum oxide content contained in the aluminosilicate may be 0.65 to 1.85.

前記ブラックペレットの発熱量は5500cal/g~7000cal/gであり得る。 The calorific value of the black pellets may be 5,500 cal/g to 7,000 cal/g.

前記ブラックペレットは、炭素に対する水素の原子比は0.8~1.6であり、炭素に対する酸素の原子比は0.2~0.8であり得る。 The black pellets may have an atomic ratio of hydrogen to carbon of 0.8 to 1.6 and an atomic ratio of oxygen to carbon of 0.2 to 0.8.

上述した課題の解決手段は例示的なものに過ぎず、本発明を限定しようとする意図と解釈されるべきではない。上述した例示的な実施例の他にも、図面及び発明の詳細な説明に記載した追加の実施例が存在することができる。 The solutions to the problems described above are merely exemplary and should not be construed as limiting the present invention. In addition to the exemplary embodiments described above, there may be additional embodiments as described in the drawings and detailed description of the invention.

以上で説明したように、本発明の多様な実施例によれば、バイオマス原料を用いてブラックペレットを製造することで、環境に優しく発熱量が高い燃料を製造することができる。 As described above, according to various embodiments of the present invention, black pellets can be produced using biomass feedstock, making it possible to produce environmentally friendly fuel with a high calorific value.

また、本発明の多様な実施例によるブラックペレットは、石炭火力発電所で石炭との混焼が可能であり、製鉄所でも燃料として活用することができる。 In addition, black pellets according to various embodiments of the present invention can be mixed with coal in coal-fired power plants and can also be used as fuel in steel mills.

そして、本発明の多様な実施例によれば、ブラックペレットの燃焼の際、燃焼用添加剤であるアルミノ珪酸塩がバイオマス原料内に含有されていた特定の成分(例えば、カリウム、ナトリウム、塩素など)と反応して高融点の物質を生成することができる。したがって、バイオマス原料内に存在していた特定の成分によるボイラー内部の熱的不均衡、スラギング及びファウリング現象、及び腐食問題を改善することができる。 Furthermore, according to various embodiments of the present invention, when black pellets are burned, the aluminosilicate combustion additive can react with specific components (e.g., potassium, sodium, chlorine, etc.) contained in the biomass feedstock to produce a high-melting-point substance. This can improve thermal imbalance, slagging and fouling phenomena, and corrosion problems inside the boiler caused by specific components present in the biomass feedstock.

特に、パーム空果房からブラックペレットを製造する場合、パーム空果房の廃棄物処理による費用を節減することができ、パーム空果房の腐敗によって発生するメタンガスを減らすことができ、ブラックペレットの燃焼の際、パーム空果房に含有されていたカリウムや塩素成分などはアルミノ珪酸塩によって高融点の物質に転換されるため、燃料の完全燃焼に寄与し、ボイラーの内壁を含めた金属表面が腐食されることを事前に防止することができる。 In particular, when producing black pellets from empty palm fruit bunches, it is possible to reduce waste disposal costs for empty palm fruit bunches and reduce methane gas generated by the decay of empty palm fruit bunches.When black pellets are burned, the potassium and chlorine contained in the empty palm fruit bunches are converted into high-melting-point substances by aluminosilicate, contributing to the complete combustion of fuel and preventing corrosion of metal surfaces, including the inner walls of boilers.

本発明の多様な実施例による効果は以上で言及した効果に限定されず、言及しなかった他の効果は請求範囲の記載から当業者に明らかに理解可能であろう。 The effects of the various embodiments of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be apparent to those skilled in the art from the claims.

本発明の一実施例によるブラックペレットの製造方法を概略的に示すフローチャートである。1 is a flowchart schematically illustrating a method for manufacturing black pellets according to an embodiment of the present invention.

本発明の好適な実施例について添付図面を参照してより具体的に説明するが、既に知られている技術的部分に対しては、説明の簡潔性のために、省略するか圧縮する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, but for the sake of brevity, previously known technical aspects will be omitted or simplified.

本明細書で、本発明の「一」または「一つの」実施例についての言及は必ずしも同じ実施例についてのものではなく、これらは少なくとも一つを意味するということに気をつけなければならない。 It should be noted that references herein to "one" or "an" embodiment of the present invention do not necessarily refer to the same embodiment, but rather to at least one.

以下の実施例で、単数の表現は、文脈上はっきり他の意味を意味しない限り、複数の表現を含む。 In the following examples, singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

以下の実施例で、含むまたは有するなどの用語は明細書上に記載された特徴または構成要素が存在することを意味するものであり、一つ以上の他の特徴または構成要素が付加される可能性を予め排除するものではない。 In the following examples, terms such as "include" or "have" mean that the features or components described in the specification are present, but do not preclude the possibility that one or more other features or components may also be added.

ある実施例が他に実現可能な場合、特定の工程順序は説明の順序とは異なるように遂行することもできる。例えば、連続して説明する二つの工程は実質的に同時に遂行することもでき、説明する順序と反対の順序に遂行することができる。すなわち、本明細書に記述する方法の各工程は、明細書上で他に言及するかまたは文脈上はっきりと相反することがない限り、任意の順序に適切に実施することができる。 When alternative implementations are possible, certain steps may be performed out of the order shown. For example, two steps shown in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order from that shown. That is, the steps of any method described herein may be suitably performed in any order unless otherwise indicated in the specification or clearly contradicted by context.

本明細書で使用する用語である「ブラックペレット」は黒色を帯びるペレットであり、ペレット製造の際、半炭化工程によって黒色を帯びることができる。 As used herein, the term "black pellets" refers to pellets that are black in color, and can be given a black color through a torrefaction process during pellet production.

本明細書で使用する用語である「木材副産物」は木材を加工するときに必要な用途以外に生産されたものであり、木材を加工する過程で不可避に発生する副産物を言う。例えば、木材副産物は、廃木材、大鋸屑または樹皮であり得る。 As used herein, the term "wood by-product" refers to a by-product that is produced for purposes other than those required for wood processing and is unavoidably generated during the wood processing process. For example, wood by-products can be waste wood, sawdust, or bark.

本発明の一実施例によるブラックペレットの製造方法について図1を参照して説明し、便宜上順番を付けて説明する。 The method for producing black pellets according to one embodiment of the present invention will be described with reference to Figure 1, and for convenience, the description will be given in order.

1.圧搾工程<S101>
本工程では、バイオマス原料を圧搾することができる。例えば、本工程では、圧搾機内にバイオマス原料を投入し、一定の圧力をかけてバイオマス原料を圧搾することで、バイオマス原料の体積を減らし、密度を高めることができる。
1. Compression step <S101>
In this process, the biomass material can be compressed. For example, in this process, the biomass material is placed in a compressor and compressed under a certain pressure, thereby reducing the volume of the biomass material and increasing its density.

一実施例によれば、本工程で圧搾されるバイオマス原料は、木材副産物、パーム空果房及びパームカーネル殻のうちから選択される少なくとも1種を適用することができる。バイオマス原料は、1種を単独で使うかまたは2種以上を混合して使うこともできる。 According to one embodiment, the biomass material to be compressed in this process may be at least one selected from wood by-products, palm empty fruit bunches, and palm kernel shells. The biomass material may be used alone or in combination of two or more.

2.揮発性成分除去工程<S102>
本工程では、工程S101で圧搾された圧搾物から揮発性成分を除去することができる。一実施例によれば、チャンバー内に圧搾物を投入し、チャンバーを密閉した状態で、チャンバー制御部が一定の時間チャンバーの流入口を開放して不活性気体(一例として、二酸化炭素)を注入し、チャンバーの流出口を開放してチャンバー内の気体をチャンバーの外部に流出させることで、チャンバー内に存在する酸素を除去することができる。
2. Volatile component removal step <S102>
In this step, volatile components can be removed from the pressed product obtained in step S101. According to one embodiment, the pressed product is placed in a chamber, and the chamber is sealed. A chamber control unit opens an inlet of the chamber for a certain period of time to inject an inert gas (e.g., carbon dioxide), and then opens an outlet of the chamber to allow the gas in the chamber to flow out of the chamber, thereby removing oxygen present in the chamber.

また、チャンバー制御部は、チャンバー内の酸素濃度が既設定の数値以下の場合、チャンバー内部の温度を200~300℃に維持して圧搾物を熱処理し、圧搾物から出る揮発性成分をチャンバーの外部に排出させることができる。ここで、揮発性成分は、圧搾物を200℃以上に加熱するとき、気体として蒸発しながら圧搾物から除去されることができる成分である。 In addition, when the oxygen concentration in the chamber is below a preset value, the chamber control unit can maintain the temperature inside the chamber at 200-300°C to heat-treat the compressed material and discharge volatile components from the compressed material to the outside of the chamber. Here, volatile components are components that can be removed from the compressed material by evaporating into gas when the compressed material is heated to 200°C or higher.

一実施例によれば、本工程で、チャンバー制御部は、10~15分間チャンバー内部の温度を200~300℃に維持した後、チャンバーの流入口に不活性気体を注入し、チャンバーの流出口を開放することで、チャンバー内に残留していた揮発性成分をチャンバーの外部に排出させることができる。揮発性成分がチャンバーから排出された時点から一定の時間が経てば、チャンバー制御部はチャンバーの流出口を閉鎖することができる。 According to one embodiment, in this process, the chamber control unit maintains the temperature inside the chamber at 200-300°C for 10-15 minutes, then injects an inert gas into the chamber's inlet and opens the chamber's outlet, thereby discharging any volatile components remaining in the chamber to the outside of the chamber. After a certain amount of time has passed since the volatile components were discharged from the chamber, the chamber control unit can close the chamber's outlet.

3.半炭化工程<S103>
本工程では、工程S102で揮発性成分が除去された原料を半炭化処理することができる。例えば、本工程で、チャンバー制御部は、チャンバーの内部を無酸素または低酸素雰囲気にした状態で、チャンバー内部の温度を300~400℃で20~30分間維持することで原料を半炭化物にすることができる。ここで、無酸素雰囲気または低酸素雰囲気とは、チャンバー内に不活性気体を一定の流量で供給することで、チャンバー内の酸素濃度が既設定の数値以下の状態(または、実質的に酸素が存在しない不活性雰囲気の状態)を意味する。
3. Torrefaction step <S103>
In this step, the raw material from which volatile components have been removed in step S102 can be torrefied. For example, in this step, the chamber control unit can torrefy the raw material by maintaining the temperature inside the chamber at 300 to 400°C for 20 to 30 minutes while creating an oxygen-free or low-oxygen atmosphere inside the chamber. Here, an oxygen-free or low-oxygen atmosphere refers to a state in which an inert gas is supplied into the chamber at a constant flow rate, thereby keeping the oxygen concentration inside the chamber at a predetermined value or below (or a state in which an inert atmosphere with substantially no oxygen is present).

一具体例によれば、チャンバー制御部は、一定の時間チャンバーの流入口を開放して不活性気体(一例として、二酸化炭素)を注入し、チャンバーの流出口を開放してチャンバー内の気体をチャンバーの外部に流出させることで、チャンバー内に存在する酸素を除去し、酸素濃度を既設定の数値以下に調節し、酸素濃度が既設定の数値以下の場合に限り、チャンバー内部の温度を300~400℃で20~30分間維持することで、半炭化工程を遂行することができる。 According to one specific example, the chamber control unit opens the chamber inlet for a certain period of time to inject an inert gas (e.g., carbon dioxide), and then opens the chamber outlet to allow the gas inside the chamber to flow out of the chamber, thereby removing oxygen present in the chamber and adjusting the oxygen concentration to a preset value or below. Only when the oxygen concentration is below the preset value can the chamber temperature be maintained at 300-400°C for 20-30 minutes, thereby carrying out the semi-carbonization process.

4.粉砕工程<S104>
本工程では、工程S103で半炭化処理された半炭化物を粉砕することができる。例えば、本工程では、半炭化物を粉砕機に投入し、半炭化物が一定の平均粒径の範囲(例えば、0.1~5mm)を有する粒子になるように粉砕することができる。
4. Crushing step <S104>
In this step, the semi-carbonized material semi-carbonized in step S103 can be pulverized. For example, in this step, the semi-carbonized material can be fed into a pulverizer and pulverized into particles having a certain average particle size range (for example, 0.1 to 5 mm).

5.混合工程<S105>
本工程では、工程S104で粉砕された粉砕物に燃焼用添加剤及びバインダーを添加して混合することができる。一実施例で、燃焼用添加剤は、アルミノ珪酸塩(aluminosilicate)を適用することができる。本明細書で、アルミノ珪酸塩は、アルミナ(Al)とシリカ(SiO)とが結合したものを意味する。一実施例によるアルミノ珪酸塩は、アルミニウム(Al)元素に対してシリコン(Si)元素の数が1~5個である構造を有することができる。
5. Mixing step <S105>
In this process, a combustion additive and a binder may be added to and mixed with the pulverized material obtained in step S104. In one embodiment, the combustion additive may be an aluminosilicate. In this specification, the aluminosilicate refers to a combination of alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ). The aluminosilicate according to one embodiment may have a structure in which the number of silicon (Si) atoms relative to aluminum (Al) atoms is 1 to 5.

一実施例で、アルミノ珪酸塩の含量は、粉砕物100重量部当たり0.1~10重量部(例えば、0.1重量部、1重量部、2重量部、3重量部、4重量部、5重量部、6重量部、7重量部、8重量部、9重量部または10重量部)を適用することができる。 In one embodiment, the aluminosilicate content may be 0.1 to 10 parts by weight (e.g., 0.1 parts by weight, 1 part by weight, 2 parts by weight, 3 parts by weight, 4 parts by weight, 5 parts by weight, 6 parts by weight, 7 parts by weight, 8 parts by weight, 9 parts by weight, or 10 parts by weight) per 100 parts by weight of the ground material.

本工程で、投入されるバインダーの非制限的な例としては、ミリスチン酸、パルミチン酸、オレイン酸またはヒマシ油などがある。一実施例によれば、バインダーの投入量は、粉砕物100重量部当たり0.1~15重量部(例えば、0.1重量部、1重量部、2重量部、3重量部、4重量部、5重量部、6重量部、7重量部、8重量部、9重量部、10重量部、11重量部、12重量部、13重量部、14重量部または15重量部)を適用することができる。 Non-limiting examples of binders that can be added in this process include myristic acid, palmitic acid, oleic acid, and castor oil. According to one embodiment, the amount of binder added can be 0.1 to 15 parts by weight (e.g., 0.1 parts by weight, 1 part by weight, 2 parts by weight, 3 parts by weight, 4 parts by weight, 5 parts by weight, 6 parts by weight, 7 parts by weight, 8 parts by weight, 9 parts by weight, 10 parts by weight, 11 parts by weight, 12 parts by weight, 13 parts by weight, 14 parts by weight, or 15 parts by weight) per 100 parts by weight of ground material.

6.ペレット化工程<S106>
本工程では、工程S105で混合された混合物をペレットにすることができる。一実施例によれば、工程S105で混合された混合物をペレット成形機に投入して、直径4~10mm、長さ50~70mmのペレットを製造することができる。一具体例によれば、ペレット成形機に投入された混合物は4~10mmの直径を有するように押し出され、押出物を一定の長さに切断してペレットに製造することができる。もちろん、本工程で製造されるペレットの直径及び長さは必要に応じて調節することもできる。
6. Pelletization step <S106>
In this process, the mixture mixed in step S105 can be pelletized. According to one embodiment, the mixture mixed in step S105 can be fed into a pelletizer to produce pellets having a diameter of 4 to 10 mm and a length of 50 to 70 mm. According to one specific example, the mixture fed into the pelletizer can be extruded to have a diameter of 4 to 10 mm, and the extrudate can be cut to a predetermined length to produce pellets. Of course, the diameter and length of the pellets produced in this process can be adjusted as needed.

<一実施例によるブラックペレットについての説明>
一実施例によるブラックペレットは、半炭化物とアルミノ珪酸塩とを混合し、ペレット化によって製造されたものであり、ブラックペレットは、パーム空果房を半炭化処理した半炭化物、及び半炭化物に混合されたアルミノ珪酸塩を含むことができる。
<Explanation of Black Pellets According to an Example>
The black pellets according to one embodiment are manufactured by mixing semi-carbonized material and aluminosilicate and pelletizing the mixture. The black pellets may include semi-carbonized material obtained by semi-carbonizing palm empty fruit bunches, and aluminosilicate mixed with the semi-carbonized material.

一実施例によるアルミノ珪酸塩は、国際標準化機構ISO 9277:2010規定に従って測定された比表面積が100~180m/gであり得る。具体的な例として、アルミノ珪酸塩の比表面積は、100m/g、110m/g、120m/g、130m/g、140m/g、150m/g、160m/g、170m/gまたは180m/gを適用することができる。また、アルミノ珪酸塩の比表面積は、前記数値のうちの一つ以上及び前記数値のうちの一つ以下の範囲であり得る。 The aluminosilicate according to one embodiment may have a specific surface area of 100 to 180 m 2 /g as measured in accordance with the International Organization for Standardization (ISO) 9277:2010. Specific examples of the specific surface area of the aluminosilicate include 100 m 2 /g, 110 m 2 /g, 120 m 2 /g, 130 m 2 /g, 140 m 2 /g, 150 m 2 /g, 160 m 2 /g, 170 m 2 /g, and 180 m 2 /g. The specific surface area of the aluminosilicate may be in a range of one or more of the above values and one or less of the above values.

例えば、アルミノ珪酸塩の比表面積範囲は、100m/g~140m/g、105m/g~135m/g、110m/g~130m/g、115m/g~135m/g、120m/g~150m/g、125m/g~145m/g、100m/g~150m/gまたは100m/g~180m/gであり得る。一実施例によるアルミノ珪酸塩の比表面積の上限は、特に限定されないが、例えば、300m/g以下、250m/g以下、200m/g以下、180m/g以下または150m/g以下であり得る。 For example, the specific surface area range of the aluminosilicate can be 100 m 2 /g to 140 m 2 /g, 105 m 2 /g to 135 m 2 /g, 110 m 2 /g to 130 m 2 /g, 115 m 2 /g to 135 m 2 /g, 120 m 2 /g to 150 m 2 /g, 125 m 2 /g to 145 m 2 /g, 100 m 2 /g to 150 m 2 /g, or 100 m 2 /g to 180 m 2 /g. The upper limit of the specific surface area of the aluminosilicate according to an embodiment is not particularly limited, and may be, for example, 300 m 2 /g or less, 250 m 2 /g or less, 200 m 2 /g or less, 180 m 2 /g or less, or 150 m 2 /g or less.

木材副産物、パーム空果房、パームカーネル殻などのバイオマス原料を用いてブラックペレットを製造する場合、バイオマス原料の特性上、アルカリ成分(例えば、K、Na、KO、NaOなど)または塩素(Cl)を一部含有することができる。 When black pellets are produced using biomass raw materials such as wood by-products, palm empty fruit bunches, and palm kernel shells, the biomass raw materials may contain some alkaline components (e.g., K, Na, K2O , Na2O , etc.) or chlorine (Cl) due to their characteristics.

ブラックペレットが燃焼するとき、バイオマス原料から放出されるアルカリ成分はボイラーの内壁や熱交換部などに付着しながらスラギング及びファウリング現象を引き起こすことができ、バイオマス原料から放出された塩素は高温でアルカリ成分と反応して塩化物(例えば、KCl、NaClなど)を形成しながらボイラー内部の金属を腐食させるおそれがあるが、一実施例では、バイオマス原料とともにアルミノ珪酸塩とを混合してブラックペレットを製造することで、ブラックペレットの燃焼の際、スラギング及びファウリング現象が発生することを防止し、ボイラーの腐食問題を改善することができる。 When black pellets are burned, alkaline components released from the biomass feedstock can adhere to the boiler's inner walls and heat exchanger, causing slagging and fouling. Chlorine released from the biomass feedstock reacts with alkaline components at high temperatures to form chlorides (e.g., KCl, NaCl, etc.), which can corrode the metal inside the boiler. In one embodiment, black pellets are produced by mixing aluminosilicate with the biomass feedstock, preventing slagging and fouling from occurring when the black pellets are burned and improving boiler corrosion problems.

一実施例によれば、アルミノ珪酸塩の比表面積数値が大きいほど、ブラックペレットの燃焼の際に発生するアルカリ成分及び塩化物の吸着が容易であり、金属腐食、スラギング及びファウリング現象を効果的に抑制することができる。アルミノ珪酸塩の比表面積が100m/g未満の場合には、ブラックペレットの燃焼の際に発生するアルカリ成分及び塩化物を物理的に吸着して捕集する効率が低下するため、スラギング及びファウリング現象を充分に制御することができず、ボイラーの内部に塩化物が付着して金属部品が腐食するおそれがある。 According to one embodiment, the larger the specific surface area of the aluminosilicate, the easier it is to adsorb alkali components and chlorides generated during the combustion of black pellets, thereby effectively suppressing metal corrosion, slagging, and fouling.If the specific surface area of the aluminosilicate is less than 100 m2 /g, the efficiency of physically adsorbing and capturing alkali components and chlorides generated during the combustion of black pellets decreases, making it difficult to sufficiently control slagging and fouling, and there is a risk that chlorides will adhere to the inside of the boiler, causing corrosion of metal parts.

そして、一実施例で、アルミノ珪酸塩の平均粒径は、20~500μmを適用することができる。具体的な例として、アルミノ珪酸塩の平均粒径は、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μmまたは500μmを適用することができる。もちろん、実施によっては、アルミノ珪酸塩の平均粒径を燃焼状況別に異なるように調節して使うことも可能である。 In one embodiment, the average particle size of the aluminosilicate may be 20 to 500 μm. Specific examples of the average particle size of the aluminosilicate include 20 μm, 30 μm, 40 μm, 50 μm, 60 μm, 70 μm, 80 μm, 90 μm, 100 μm, 150 μm, 200 μm, 250 μm, 300 μm, 350 μm, 400 μm, 450 μm, and 500 μm. Of course, depending on the implementation, the average particle size of the aluminosilicate may be adjusted depending on the combustion conditions.

一実施例で、アルミノ珪酸塩は、二酸化珪素及び酸化アルミニウムを含むことができる。一実施例によるアルミノ珪酸塩は、二酸化珪素及び酸化アルミニウムを除いた残量として不可避な不純物を含むこともできる。 In one embodiment, the aluminosilicate may include silicon dioxide and aluminum oxide. The aluminosilicate according to one embodiment may also include unavoidable impurities as the balance excluding silicon dioxide and aluminum oxide.

一実施例によれば、アルミノ珪酸塩内に含有される酸化アルミニウムの含量は、アルミノ珪酸塩の総重量に対して、20~60重量%を適用することができる。具体的な例として、酸化アルミニウムの含量は、20重量%、25重量%、30重量%、35重量%、40重量%、45重量%、50重量%、55重量%または60重量%を適用することができる。また、酸化アルミニウムの含量は、前記数値のうちの一つ以上及び前記数値のうちの一つ以下であり得る。 According to one embodiment, the content of aluminum oxide contained in the aluminosilicate may be 20 to 60% by weight based on the total weight of the aluminosilicate. Specific examples of the aluminum oxide content include 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, or 60% by weight. The aluminum oxide content may be greater than or equal to one of the above values and less than or equal to one of the above values.

例えば、アルミノ珪酸塩内に含まれた酸化アルミニウムの含量範囲は、20重量%~30重量%、30重量%~40重量%、35重量%~45重量%、40重量%~50重量%または20重量%~60重量%であり得る。一実施例による酸化アルミニウムは、前記範囲でバイオマス原料内に含有されていたアルカリ成分及び塩化物を効果的に制御することができる。 For example, the aluminum oxide content range within the aluminosilicate may be 20% to 30% by weight, 30% to 40% by weight, 35% to 45% by weight, 40% to 50% by weight, or 20% to 60% by weight. Within this range, aluminum oxide according to one embodiment can effectively control the alkali and chloride content within the biomass feedstock.

仮に、アルミノ珪酸塩内に含まれた酸化アルミニウムが20~60重量%の範囲を外れる場合には、ブラックペレットの燃焼の際、バイオマス原料から放出されるアルカリ成分及び塩化物を効果的に制御することが容易でない。 If the aluminum oxide content in the aluminosilicate falls outside the range of 20-60% by weight, it will be difficult to effectively control the alkali components and chlorides released from the biomass raw material during the combustion of black pellets.

一実施例で、アルミノ珪酸塩内に含有される二酸化珪素の含量は、アルミノ珪酸塩の総重量に対して、40~80重量%を適用することができる。具体的な例として、二酸化珪素の含量は、40重量%、45重量%、50重量%、55重量%、60重量%、65重量%、70重量%、75重量%または80重量%を適用することができる。また、二酸化珪素の含量は、前記数値のうちの一つ以上及び前記数値のうちの一つ以下であり得る。 In one embodiment, the content of silicon dioxide contained in the aluminosilicate may be 40 to 80% by weight based on the total weight of the aluminosilicate. Specific examples of the content of silicon dioxide include 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, or 80% by weight. The content of silicon dioxide may be greater than or equal to one of the above values and less than or equal to one of the above values.

例えば、アルミノ珪酸塩内に含まれた二酸化珪素の含量範囲は、40重量%~50重量%、50重量%~60重量%、55重量%~65重量%、60重量%~70重量%、55重量%~70重量%または40重量%~80重量%であり得る。一実施例による二酸化珪素は、前記範囲でバイオマス原料内に含有されていたアルカリ成分及び塩化物を効果的に制御することができる。仮に、アルミノ珪酸塩内に含まれた二酸化珪素が40~80重量%の範囲を外れる場合には、ブラックペレットの燃焼の際、バイオマス原料から放出されるアルカリ成分及び塩化物を効果的に制御することが容易でない。 For example, the content range of silicon dioxide contained in the aluminosilicate may be 40% to 50% by weight, 50% to 60% by weight, 55% to 65% by weight, 60% to 70% by weight, 55% to 70% by weight, or 40% to 80% by weight. Silicon dioxide according to one embodiment can effectively control the alkali components and chlorides contained in the biomass feedstock within this range. If the silicon dioxide contained in the aluminosilicate is outside the 40 to 80% by weight range, it is difficult to effectively control the alkali components and chlorides released from the biomass feedstock during the combustion of black pellets.

一実施例によれば、ブラックペレットが燃焼するとき、アルミノ珪酸塩がバイオマス原料内に含有されていたアルカリ成分及び塩化物と化学的に反応することで、バイオマス原料から放出されたアルカリ成分や塩化物がカルシライト(KAlSiO)及びルーサイト(KAlSi)のうちの少なくとも1種に転換されることができる。 According to one embodiment, when the black pellets are burned, the aluminosilicate chemically reacts with the alkali components and chlorides contained in the biomass feedstock, converting the alkali components and chlorides released from the biomass feedstock into at least one of kalsilite (KAlSiO 4 ) and lucite (KAlSi 2 O 6 ).

すなわち、ブラックペレット燃焼の際に発生するアルカリ成分や塩化物はアルミノ珪酸塩と反応して溶融点1600℃以上のカルシライトに転換されるかまたは溶融点1500℃以上のルーサイトに転換されるため、従来はボイラー内でアルカリ成分が溶融して発生したスラギング、ファウリング、凝結の問題を改善することができ、塩化物による金属腐食問題を防止することができる。 In other words, the alkaline components and chlorides generated during the combustion of black pellets react with aluminosilicates and are converted into kalsilite, which has a melting point of over 1600°C, or lucite, which has a melting point of over 1500°C. This improves the problems of slagging, fouling, and condensation that previously occurred when alkaline components melted in boilers, and prevents metal corrosion caused by chlorides.

一方、一実施例によれば、アルミノ珪酸塩に含まれた二酸化珪素の含有量をアルミノ珪酸塩に含まれた酸化アルミニウムの含有量で割った比は0.65~1.85であり得る。一具体例で、アルミノ珪酸塩に含まれた二酸化珪素が48重量部であり、アルミノ珪酸塩に含まれた酸化アルミニウムが42重量部であれば、アルミノ珪酸塩に含まれた二酸化珪素の含有量をアルミノ珪酸塩に含まれた酸化アルミニウムの含有量で割った比は1.14であり得る。 Meanwhile, according to one embodiment, the ratio of the silicon dioxide content in the aluminosilicate divided by the aluminum oxide content in the aluminosilicate may be 0.65 to 1.85. In one specific example, if the silicon dioxide content in the aluminosilicate is 48 parts by weight and the aluminum oxide content in the aluminosilicate is 42 parts by weight, the ratio of the silicon dioxide content in the aluminosilicate divided by the aluminum oxide content in the aluminosilicate may be 1.14.

具体的な例として、アルミノ珪酸塩に含まれた二酸化珪素の含有量をアルミノ珪酸塩に含まれた酸化アルミニウムの含有量で割った比は、0.65、0.66、0.67、0.68、0.69、0.7、0.71、0.72、0.73、0.74、0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.8、0.81、0.82、0.84、0.86、0.88、0.9、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99、1、1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.07、1.08、1.09、1.1、1.11、1.12、1.13、1.14、1.15、1.16、1.17、1.18、1.19、1.2、1.21、1.22、1.23、1.24、1.25、1.26、1.27、1.28、1.29、1.3、1.31、1.32、1.34、1.36、1.38、1.4、1.42、1.44、1.46、1.48、1.5、1.51、1.52、1.53、1.54、1.55、1.56、1.57、1.58、1.59、1.6、1.61、1.62、1.63、1.64、1.65、1.66、1.67、1.68、1.69、1.7、1.71、1.72、1.73、1.74、1.75、1.76、1.77、1.78、1.79、1.8、1.81、1.82、1.83、1.84または1.85であり得る。また、アルミノ珪酸塩に含まれた二酸化珪素の含有量をアルミノ珪酸塩に含まれた酸化アルミニウムの含有量で割った比は、前記数値のうちの一つ以上及び前記数値のうちの一つ以下の範囲であり得る。 Specific examples include the ratio of the silicon dioxide content in the aluminosilicate divided by the aluminum oxide content in the aluminosilicate: 0.65, 0.66, 0.67, 0.68, 0.69, 0.7, 0.71, 0.72, 0.73, 0.74, 0.75, 0.76, 0.77, 0.78, 0.79, 0.8, 0.81, 0.8 2, 0.84, 0.86, 0.88, 0.9, 0.91, 0.92, 0.93, 0.94, 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99, 1, 1.01, 1.02, 1.03, 1.04, 1.05, 1.06, 1.07, 1.08, 1.09, 1.1, 1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 1.15, 1.16, 1. 17, 1.18, 1.19, 1.2, 1.21, 1.22, 1.23, 1.24, 1.25, 1.26, 1.27, 1.28, 1.29, 1.3, 1.31, 1.32, 1.34, 1.36, 1.38, 1.4, 1.42, 1.44, 1.46, 1.48, 1.5, 1.51, 1.52, 1.53, 1.54, 1.55, 1.56, The ratio may be 1.57, 1.58, 1.59, 1.6, 1.61, 1.62, 1.63, 1.64, 1.65, 1.66, 1.67, 1.68, 1.69, 1.7, 1.71, 1.72, 1.73, 1.74, 1.75, 1.76, 1.77, 1.78, 1.79, 1.8, 1.81, 1.82, 1.83, 1.84, or 1.85. In addition, the ratio of the silicon dioxide content in the aluminosilicate divided by the aluminum oxide content in the aluminosilicate may be in a range of one or more of the above values and one or less of the above values.

例えば、アルミノ珪酸塩に含まれた二酸化珪素の含有量をアルミノ珪酸塩に含まれた酸化アルミニウムの含有量で割った比の範囲は、0.65~1.85、0.78~1.2、0.58~1.2、0.98~1.2、0.9~1.2、0.9~1.3、1~1.2、1~1.4、1.18~1.58、1.2~1.58、1.38~1.58または0.78~1.58であり得る。一実施例によれば、アルミノ珪酸塩に含有された二酸化珪素と酸化アルミニウムの含有量の比を前記範囲で適用するとき、バイオマス原料のアルカリ成分によるスラギングやファウリング現象を効果的に抑制することができる。 For example, the ratio of the silicon dioxide content in the aluminosilicate divided by the aluminum oxide content in the aluminosilicate may be in the range of 0.65 to 1.85, 0.78 to 1.2, 0.58 to 1.2, 0.98 to 1.2, 0.9 to 1.2, 0.9 to 1.3, 1 to 1.2, 1 to 1.4, 1.18 to 1.58, 1.2 to 1.58, 1.38 to 1.58, or 0.78 to 1.58. According to one embodiment, when the ratio of the silicon dioxide content to the aluminum oxide content in the aluminosilicate is within this range, slagging and fouling caused by alkaline components in the biomass feedstock can be effectively suppressed.

仮に、アルミノ珪酸塩に含まれた二酸化珪素の含有量をアルミノ珪酸塩に含まれた酸化アルミニウムの含有量で割った比が0.65~1.85の範囲を外れる場合には、バイオマス原料から放出されるアルカリ成分と反応して高融点物質(例えば、カルシライト、ルーサイトなど)を生成する効率が低下するため、スラギングやファウリング現象を防止することが容易でない。 If the ratio of the silicon dioxide content in the aluminosilicate divided by the aluminum oxide content in the aluminosilicate falls outside the range of 0.65 to 1.85, the efficiency of reaction with the alkaline components released from the biomass feedstock to produce high-melting-point substances (e.g., kalsilite, lucite, etc.) decreases, making it difficult to prevent slagging and fouling.

一具体例によれば、X線蛍光分光法を用いて、アルミノ珪酸塩内に含有された二酸化珪素及び酸化アルミニウムの重量を確認することができる。したがって、アルミノ珪酸塩に含まれた二酸化珪素の含有量をアルミノ珪酸塩に含まれた酸化アルミニウムの含有量で割った比を算出することができる。 According to one embodiment, X-ray fluorescence spectroscopy can be used to determine the weights of silicon dioxide and aluminum oxide contained in the aluminosilicate. Therefore, the ratio of the silicon dioxide content in the aluminosilicate divided by the aluminum oxide content in the aluminosilicate can be calculated.

一方、一実施例によるアルミノ珪酸塩は、400℃から800℃まで昇温するとき、重量減少率が5%以下、4.5%以下、4%以下、3.5%以下、3%以下、2.5%以下、2%以下、1.5%以下、1%以下、0.9%以下、0.8%以下、0.7%以下、0.6%以下、0.5%以下、0.4%以下、0.3%以下、0.2%以下または0.1%以下であり得る。例えば、400℃から800℃まで、1分間当たり10℃の速度で昇温するとき、アルミノ珪酸塩の重量減少率は5%以下であり得る。ここで、アルミノ珪酸塩の重量減少率は下記の式1によって算出することができる。 Meanwhile, according to one embodiment, when the aluminosilicate is heated from 400°C to 800°C, the weight loss rate may be 5% or less, 4.5% or less, 4% or less, 3.5% or less, 3% or less, 2.5% or less, 2% or less, 1.5% or less, 1% or less, 0.9% or less, 0.8% or less, 0.7% or less, 0.6% or less, 0.5% or less, 0.4% or less, 0.3% or less, 0.2% or less, or 0.1% or less. For example, when the temperature is increased from 400°C to 800°C at a rate of 10°C per minute, the weight loss rate of the aluminosilicate may be 5% or less. Here, the weight loss rate of the aluminosilicate can be calculated using the following equation 1.

[数1]
アルミノ珪酸塩の重量減少率(%)=(A-B)/A*100
(ここで、Aは400℃でのアルミノ珪酸塩の重量、Bは800℃でのアルミノ珪酸塩の重量である)
[Equation 1]
Weight loss rate of aluminosilicate (%)=(A−B)/A*100
(where A is the weight of the aluminosilicate at 400°C and B is the weight of the aluminosilicate at 800°C)

一実施例によるアルミノ珪酸塩の重量減少率の下限は、特に限定されないが、例えば、0.001%以上、0.01%以上または0.05%以上であり得る。 The lower limit of the weight loss rate of the aluminosilicate according to one embodiment is not particularly limited, but may be, for example, 0.001% or more, 0.01% or more, or 0.05% or more.

一実施例によるアルミノ珪酸塩は、カオリン(例えば、カオリナイト、ハロイサイトなど)とは違い、アルミノ珪酸塩内に結晶水を含んでいないため、高温で結晶水が蒸発してアルミノ珪酸塩の総重量が減少する現象がほとんど起こらず、400~800℃で重量減少率が5%以下である。 Unlike kaolin (e.g., kaolinite, halloysite, etc.), the aluminosilicate according to one embodiment does not contain water of crystallization within the aluminosilicate. Therefore, the phenomenon of the water of crystallization evaporating at high temperatures and causing a decrease in the total weight of the aluminosilicate hardly occurs, and the weight loss rate is less than 5% at temperatures between 400 and 800°C.

それに比べて、カオリンは、内部に含有された結晶水が400~800℃で蒸発するのに伴って比表面積数値が常温の場合より大きくなることはあるが、結晶水が蒸発する温度に到逹するまではカオリンの比表面積が大きくなりにくいため、バイオマス原料に起因したアルカリ成分を早く吸着して除去することが難しい。 In contrast, kaolin's specific surface area may become larger than at room temperature as the water of crystallization contained within it evaporates at temperatures between 400 and 800°C. However, since kaolin's specific surface area does not increase until it reaches the temperature at which the water of crystallization evaporates, it is difficult to quickly adsorb and remove alkaline components originating from biomass raw materials.

しかし、一実施例によるアルミノ珪酸塩は内部に結晶水を含んでいなく、400~800℃でも常温(例えば、20~25℃)と類似したレベルの比表面積(例えば、100~180m/g)を維持することができるため、カオリンに比べて速かにアルカリ成分を吸着して除去することができる。 However, the aluminosilicate according to one embodiment does not contain crystal water inside and can maintain a specific surface area (e.g., 100-180 m2 /g) at 400-800°C similar to that at room temperature (e.g., 20-25°C), so it can adsorb and remove alkaline components more quickly than kaolin.

一実施例で、ブラックペレットの発熱量は、5500cal/g~7000cal/gであり得る。具体的な例として、ブラックペレットの発熱量は、5500cal/g、5600cal/g、5700cal/g、5800cal/g、5900cal/g、6000cal/g、6100cal/g、6200cal/g、6300cal/g、6400cal/g、6500cal/g、6600cal/g、6700cal/g、6800cal/g、6900cal/gまたは7000cal/gを適用することができる。また、ブラックペレットの発熱量は前記数値のうちの一つ以上及び前記数値のうちの一つ以下の範囲であり得る。 In one embodiment, the calorific value of the black pellets may be 5500 cal/g to 7000 cal/g. Specific examples of the calorific value of the black pellets include 5500 cal/g, 5600 cal/g, 5700 cal/g, 5800 cal/g, 5900 cal/g, 6000 cal/g, 6100 cal/g, 6200 cal/g, 6300 cal/g, 6400 cal/g, 6500 cal/g, 6600 cal/g, 6700 cal/g, 6800 cal/g, 6900 cal/g, and 7000 cal/g. The calorific value of the black pellets may range from one or more of the above values to one or less of the above values.

例えば、ブラックペレットの発熱量の範囲は、5500cal/g~7000cal/g、6000cal/g~7000cal/g、5500cal/g~6000cal/gまたは6500cal/g~7000cal/gであり得る。一実施例によるブラックペレットは、前記発熱量の範囲で優れた燃焼効率を示す。ブラックペレットの発熱量が5500cal/g未満であれば燃焼効率が低下し、7000cal/gを超えるブラックペレットを製造しようとすれば、工程が複雑となり、製造コストが増加する問題がある。 For example, the calorific value of black pellets may range from 5500 cal/g to 7000 cal/g, 6000 cal/g to 7000 cal/g, 5500 cal/g to 6000 cal/g, or 6500 cal/g to 7000 cal/g. Black pellets according to one embodiment exhibit excellent combustion efficiency within this calorific value range. If the calorific value of black pellets is less than 5500 cal/g, combustion efficiency decreases, and attempting to produce black pellets with a calorific value exceeding 7000 cal/g increases the complexity of the process and increases production costs.

一実施例によるブラックペレットは、炭素に対する水素の原子比(atomic H/C ratio)が0.8~1.6であり得る。具体的な例として、ブラックペレットの炭素に対する水素の原子比は、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5または1.6であり得る。また、ブラックペレットの炭素に対する水素の原子比は、前記数値のうちの一つ以上及び前記数値のうちの一つ以下の範囲であり得る。 In one embodiment, the black pellets may have an atomic ratio of hydrogen to carbon (atomic H/C ratio) of 0.8 to 1.6. Specific examples include the atomic ratio of hydrogen to carbon of the black pellets being 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, or 1.6. The atomic ratio of hydrogen to carbon of the black pellets may also be in a range between one or more of the above values and one or less of the above values.

例えば、ブラックペレットの炭素に対する水素の原子比は、0.8~1.6、0.8~1、1~1.6、1~1.5、0.9~1.3または1~1.4の範囲であり得る。一実施例によるブラックペレットの炭素に対する水素の原子比が前記範囲にあるとき、優れた燃焼効率を示す。ブラックペレットの炭素に対する水素の原子比が0.8未満であれば、燃焼効率は優れるが、ペレットの製造工程が複雑になり、製造コストが上昇するおそれがあり、原子比が1.6を超えれば、燃焼効率が低下することがある。 For example, the atomic ratio of hydrogen to carbon in the black pellets may be in the range of 0.8 to 1.6, 0.8 to 1, 1 to 1.6, 1 to 1.5, 0.9 to 1.3, or 1 to 1.4. When the atomic ratio of hydrogen to carbon in the black pellets according to one embodiment is within this range, excellent combustion efficiency is exhibited. If the atomic ratio of hydrogen to carbon in the black pellets is less than 0.8, the combustion efficiency is excellent, but the pellet manufacturing process may become complicated and the manufacturing costs may increase. If the atomic ratio exceeds 1.6, the combustion efficiency may decrease.

一実施例によるブラックペレットは、炭素に対する酸素の原子比(atomic O/C ratio)を0.2~0.8であり得る。具体的な例として、ブラックペレットの炭素に対する酸素の原子比は、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7または0.8であり得る。また、ブラックペレットの炭素に対する酸素の原子比は前記数値のうちの一つ以上及び前記数値のうちの一つ以下の範囲であり得る。 In one embodiment, the black pellets may have an atomic ratio of oxygen to carbon (atomic O/C ratio) of 0.2 to 0.8. Specific examples include the atomic ratio of oxygen to carbon of the black pellets being 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, or 0.8. The atomic ratio of oxygen to carbon of the black pellets may also be in a range of one or more of the above values and one or less of the above values.

例えば、ブラックペレットの炭素に対する酸素の原子比は、0.2~0.8、0.3~0.7、0.4~0.6または0.2~0.5の範囲であり得る。一実施例によるブラックペレットの炭素に対する酸素の原子比が前記範囲であるとき、優れた燃焼効率を現す。ブラックペレットの炭素に対する酸素の原子比が0.2未満であれば、燃焼効率は優れるが、ペレット製造工程が複雑になり、製造コストの上昇するおそれがあり、原子比が0.8を超えれば、燃焼効率が低下することがある。 For example, the atomic ratio of oxygen to carbon in the black pellets may be in the range of 0.2 to 0.8, 0.3 to 0.7, 0.4 to 0.6, or 0.2 to 0.5. When the atomic ratio of oxygen to carbon in the black pellets according to one embodiment is within this range, excellent combustion efficiency is exhibited. If the atomic ratio of oxygen to carbon in the black pellets is less than 0.2, the combustion efficiency is excellent, but the pellet manufacturing process may become complicated and manufacturing costs may increase. If the atomic ratio exceeds 0.8, the combustion efficiency may decrease.

そして、一実施例で、ブラックペレットの原子比(atomic H/C ratio及びatomic O/C ratio)は元素分析装置(一例として、Thermo Scientific社のFlash-EA1112)によって定量的に測定することができる。 In one embodiment, the atomic ratios (atomic H/C ratio and atomic O/C ratio) of the black pellets can be quantitatively measured using an elemental analyzer (for example, Thermo Scientific's Flash-EA1112).

以下では、具体的な実施例及び実験例に基づいて本発明をより詳細に説明する。下記の実施例及び実験例は本発明の理解を助けるための一例示に過ぎず、本発明の権利範囲がこれに限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below based on specific examples and experimental examples. The following examples and experimental examples are merely illustrative examples intended to aid in understanding the present invention, and do not limit the scope of the present invention.

実施例及び比較例別のブラックペレットの製造
<実施例1~5及び比較例1~2>
パーム空果房1000kgを圧搾機に投入して圧搾した後、圧搾物をチャンバーに投入した。チャンバーを密閉し、チャンバーの流入口を通して1000sccmの流量で不活性気体である二酸化炭素を注入し、流出口を10分間開放することで、チャンバー内の気体をチャンバーの外部に排出させた。チャンバーの内部を二酸化炭素雰囲気(無酸素条件)に維持した状態で、10~15分間チャンバー内部の温度を200~300℃に設定して圧搾物を熱処理した。熱処理が終了した時点にチャンバーの流入口に二酸化炭素を1000sccmの流量で注入し、チャンバーの流出口を開放することで、チャンバー内に残留していた揮発性成分をチャンバーの外部に10分間排出させた。その後、チャンバーの内部を二酸化炭素雰囲気にした状態で、チャンバー内部の温度を300~400℃で20~30分間維持して原料を半炭化物とし、半炭化物を粉砕機に投入して0.1~5mmの粒子になるように粉砕した。その後、撹拌機に粉砕物100kgとアルミノ珪酸塩10kgとバインダー(ミリスチン酸)10kgとを混合し、300rpmで10時間撹拌した。撹拌が終了した後、混合物をペレット成形機に投入することで、直径6mm、長さ5~7cmのブラックペレットを製造した。
Production of Black Pellets by Examples and Comparative Examples <Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2>
1,000 kg of empty palm fruit bunches were placed in a press and pressed, followed by loading the pressed material into a chamber. The chamber was sealed, and carbon dioxide, an inert gas, was injected through the chamber inlet at a flow rate of 1,000 sccm. The outlet was then opened for 10 minutes to allow the gas inside the chamber to be discharged to the outside of the chamber. The pressed material was heat-treated for 10 to 15 minutes while maintaining a carbon dioxide atmosphere (oxygen-free conditions) inside the chamber and setting the internal temperature of the chamber to 200 to 300°C. After the heat treatment was completed, carbon dioxide was injected through the chamber inlet at a flow rate of 1,000 sccm, and the outlet was opened to allow the volatile components remaining in the chamber to be discharged to the outside of the chamber for 10 minutes. The raw material was then torn into a semi-carbonized material by maintaining the internal temperature of the chamber at 300 to 400°C for 20 to 30 minutes while maintaining the internal carbon dioxide atmosphere. The semi-carbonized material was then loaded into a grinder and crushed to particles of 0.1 to 5 mm. Thereafter, 100 kg of the pulverized material, 10 kg of aluminosilicate, and 10 kg of binder (myristic acid) were mixed in a mixer and stirred at 300 rpm for 10 hours. After stirring was completed, the mixture was fed into a pellet molding machine to produce black pellets with a diameter of 6 mm and a length of 5 to 7 cm.

ブラックペレットの製造の際に撹拌機に投入された実施例及び比較例別のアルミノ珪酸塩の二酸化珪素及び酸化アルミニウムの重量をX線蛍光分光法器機(Rigaku社のZSX Primus II)で測定し、アルミノ珪酸塩に含まれた二酸化珪素の含有量をアルミノ珪酸塩に含まれた酸化アルミニウムの含有量で割った比を算出して下記の表1に記載した。 The weights of silicon dioxide and aluminum oxide in the aluminosilicates of the Examples and Comparative Examples added to the mixer during the production of black pellets were measured using an X-ray fluorescence spectrometer (Rigaku's ZSX Primus II), and the ratios obtained by dividing the silicon dioxide content in the aluminosilicate by the aluminum oxide content in the aluminosilicate were calculated and are shown in Table 1 below.

実施例及び比較例別のブラックペレットのスラギング及びファウリング抑制実験
<実施例1~5及び比較例1~2>
火力発電所の循環流動層ボイラーを模型化したパイロットテスト機に実施例及び比較例別のブラックペレットを投入して燃消させることで、スラギング及びファウリング抑制性能を比較した。ブラックペレットは2.5kg/hrの速度で3時間の間にテスト機に投入し、パイロットテストを実施中は燃焼炉及び測定ロードセルの平均温度をそれぞれ850℃と600℃に維持した。テストが終了した後、ロードセルの重量変化量を測定してロードセルの表面に形成されたスラギング及びファウリング(すなわち、バイオマス原料に含有されていたアルカリ成分が溶融してロードセルの表面にアッシュ粒子とともに付着した状態で固化したもの)の重さを測定し、その結果を表2に記載した。
Experiments on Slagging and Fouling Suppression of Black Pellets in Examples and Comparative Examples <Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2>
The slagging and fouling suppression performance of the examples and comparative examples was compared by feeding and burning black pellets into a pilot test machine modeled after a circulating fluidized bed boiler used in thermal power plants. The black pellets were fed into the test machine at a rate of 2.5 kg/hr for three hours, and the average temperatures of the combustion furnace and measurement load cell were maintained at 850°C and 600°C, respectively, during the pilot test. After the test was completed, the weight change of the load cell was measured to determine the weight of the slagging and fouling (i.e., the alkali components contained in the biomass feedstock melted and solidified on the surface of the load cell together with ash particles) formed on the surface of the load cell. The results are shown in Table 2.

表2を参照すると、アルミノ珪酸塩に含まれた二酸化珪素の含有量をアルミノ珪酸塩に含まれた酸化アルミニウムの含有量で割った比が0.65~1.85の範囲内にある実施例1~5は、比較例1及び2に比べて相対的にスラギング及びファウリング現象の発生が少ないことが分かる。すなわち、実施例1~5によるブラックペレットは、燃焼の際、バイオマス原料内に含有されていたアルカリ成分を効果的に制御してスラギング及びファウリング現象の発生を抑制することができ、アルカリ成分が塩素と反応して塩化物を形成することを防止することができるため、塩化物がボイラーの内壁や金属部品に付着して腐食を引き起こすことを防ぐことができる。 Referring to Table 2, it can be seen that Examples 1 to 5, in which the ratio of the silicon dioxide content contained in the aluminosilicate divided by the aluminum oxide content contained in the aluminosilicate is within the range of 0.65 to 1.85, exhibited relatively less slagging and fouling than Comparative Examples 1 and 2. In other words, the black pellets of Examples 1 to 5 effectively control the alkaline components contained in the biomass feedstock during combustion, thereby suppressing the occurrence of slagging and fouling, and preventing the alkaline components from reacting with chlorine to form chlorides, thereby preventing chlorides from adhering to the inner walls and metal parts of the boiler and causing corrosion.

BET法による比表面積測定
<実施例1~5>
各実施例に投入されるアルミノ珪酸塩サンプル0.1gを100℃で前処理してサンプル内の表面水を除去した後、MicrotracBEL社のBELSORP-max II機器を用い、標準分析方法ISO 9277:2010に従って各サンプルの比表面積を総3回測定し、その平均値を下記の表3に記載した。
Measurement of specific surface area by BET method <Examples 1 to 5>
0.1 g of the aluminosilicate sample used in each example was pretreated at 100°C to remove surface water from the sample, and then the specific surface area of each sample was measured three times using a BELSORP-max II instrument manufactured by MicrotracBEL in accordance with the standard analytical method ISO 9277:2010, and the average values were listed in Table 3 below.

重量減少率測定
<実施例1~5>
各実施例に使われるアルミノ珪酸塩サンプル200mgを熱重量-示差走査熱量分析器(TA Instruments社のSDT Q600)に投入し、常温(25℃)から1,000℃まで、1分間当たり10℃の速度で昇温し、400℃及び800℃であるときのアルミノ珪酸塩の重量を測定し、サンプル別の重量減少率を前述した式1によって算出し、その結果を下記の表4に記載した。
Measurement of Weight Loss Rate <Examples 1 to 5>
200 mg of an aluminosilicate sample used in each example was placed in a thermogravimetric-differential scanning calorimeter (SDT Q600, TA Instruments) and heated from room temperature (25°C) to 1,000°C at a rate of 10°C per minute. The weights of the aluminosilicate were measured at 400°C and 800°C, and the weight loss rate for each sample was calculated using Equation 1 above. The results are shown in Table 4 below.

上述したように、本発明の多様な実施例によれば、バイオマス原料を用いてブラックペレットを製造することで、環境に優しく発熱量が高い燃料を製造することができる。 As described above, according to various embodiments of the present invention, black pellets can be produced using biomass feedstock, making it possible to produce environmentally friendly fuel with a high calorific value.

また、本発明の多様な実施例によるブラックペレットは石炭火力発電所で石炭との混焼が可能であり、製鉄所でも燃料として活用することができる。 In addition, black pellets according to various embodiments of the present invention can be mixed with coal in coal-fired power plants and can also be used as fuel in steel mills.

そして、本発明の多様な実施例によれば、ブラックペレットの燃焼の際、燃焼用添加剤であるアルミノ珪酸塩がバイオマス原料内に含有されていた特定の成分(例えば、カリウム、ナトリウム、塩素など)と反応して高融点の物質を生成することができる。よって、バイオマス原料内に存在していた特定の成分によるボイラー内部の熱的不均衡、スラギング、ファウリング現象及び腐食問題を改善することができる。 Furthermore, according to various embodiments of the present invention, when black pellets are burned, the aluminosilicate combustion additive can react with specific components (e.g., potassium, sodium, chlorine, etc.) contained in the biomass feedstock to produce a high-melting-point substance. This can improve thermal imbalance, slagging, fouling, and corrosion problems inside the boiler caused by specific components present in the biomass feedstock.

特に、パーム空果房からブラックペレットを製造する場合、パーム空果房の廃棄物処理による費用を節減することができ、パーム空果房の腐敗によって発生するメタンガスを減らすことができ、ブラックペレットの燃焼の際、パーム空果房に含有されていたカリウムや塩素成分などはアルミノ珪酸塩によって高融点物質に転換されるため、燃料の完全燃焼に寄与し、ボイラーの内壁を含む金属表面が腐食することを事前に防止することができる。 In particular, when black pellets are produced from empty palm fruit bunches, it is possible to reduce waste disposal costs for empty palm fruit bunches and reduce the methane gas generated by the decay of empty palm fruit bunches. Furthermore, when black pellets are burned, the potassium and chlorine contained in the empty palm fruit bunches are converted into high-melting-point substances by aluminosilicate, contributing to the complete combustion of fuel and preventing corrosion of metal surfaces, including the inner walls of boilers.

そして、本発明の多様な実施例によれば、半炭化工程以前に揮発性成分除去工程によって圧搾物の揮発性成分を除去することで、半炭化処理にかかる時間及びエネルギーを節減することができる。さらに、揮発性成分除去工程及び半炭化工程で二酸化炭素をチャンバーの内部に注入してチャンバーの内部を無酸素条件とすることができるため、他の不活性ガス(例えば、窒素、アルゴン)を使うことに比べて、低コストで半炭化処理を遂行することができる。 In addition, according to various embodiments of the present invention, the time and energy required for the torrefaction process can be reduced by removing volatile components from the compressed material through a volatile component removal process before the torrefaction process. Furthermore, since carbon dioxide can be injected into the chamber during the volatile component removal process and torrefaction process to create an oxygen-free environment inside the chamber, the torrefaction process can be performed at a lower cost than using other inert gases (e.g., nitrogen, argon).

また、本発明の多様な実施例によれば、カオリンを使わなくてもバイオマス原料内に含有されていたアルカリ成分を制御することで、アルカリ成分によるスラギング及びファウリング現象を抑制することができる。 In addition, according to various embodiments of the present invention, slagging and fouling caused by alkaline components can be suppressed by controlling the alkaline components contained in biomass raw materials without using kaolin.

さらに、本発明の多様な実施例によれば、半炭化物に混合されるアルミノ珪酸塩は高温で重量減少率が小さいため、アルミノ珪酸塩投入量の設定が容易であり、強熱減量による損失が少ないため、カオリンに比べて相対的に少量でもアルカリ成分を制御することができる。 Furthermore, according to various embodiments of the present invention, the aluminosilicate mixed with the semi-carbide has a small weight loss rate at high temperatures, making it easy to set the amount of aluminosilicate added. Furthermore, since there is little loss due to ignition loss, the alkali content can be controlled with a relatively small amount compared to kaolin.

また、本発明の多様な実施例によれば、アルミノ珪酸塩は結晶水を含有していないため、400~800℃の高温にアルミノ珪酸塩を熱処理しなくても常温(例えば、20~25℃)で100~180m/g程度の比表面積を維持することができ、大きな比表面積によって、ブラックペレットの燃焼の際に溶融して出るアルカリ成分を物理的に吸着して除去することができるため、スラギング及びファウリング現象を防止することができる。 In addition, according to various embodiments of the present invention, since the aluminosilicate does not contain water of crystallization, it can maintain a specific surface area of approximately 100 to 180 m 2 /g at room temperature (e.g., 20 to 25°C) without heat-treating the aluminosilicate at a high temperature of 400 to 800°C. Due to the large specific surface area, it can physically adsorb and remove alkali components that melt when black pellets are burned, thereby preventing slagging and fouling.

仮に、アルミノ珪酸塩が結晶水を含有している場合には、高温で熱処理して結晶水を除去することによってのみアルミノ珪酸塩の比表面積が大きくなることがあるが、本発明の多様な実施例によれば、結晶水を別に除去しなくてもアルミノ珪酸塩の比表面積数値が高い特性を有しているため、ブラックペレットの燃焼の際、迅速な吸着反応によってアルカリ成分を制御することができる利点がある。 If the aluminosilicate contains water of crystallization, the specific surface area of the aluminosilicate can be increased only by removing the water of crystallization through heat treatment at high temperatures. However, according to various embodiments of the present invention, the aluminosilicate has a high specific surface area without the need to separately remove the water of crystallization, which has the advantage that the alkaline components can be controlled through a rapid adsorption reaction when the black pellets are burned.

以上で説明したように、本発明についての具体的な説明は実施例に基づいて開示したが、上述した実施例は本発明の好適な例を説明したに過ぎず、本発明が前記実施例にのみ限定されるものと理解されるべきではない。本発明の権利範囲は後述する特許請求の範囲及びその均等な概念と理解されるべきであろう。 As explained above, the present invention has been specifically described based on the embodiments, but the above-described embodiments merely illustrate preferred examples of the present invention, and the present invention should not be understood as being limited to the above-described embodiments. The scope of the present invention should be understood as the scope of the claims set forth below and their equivalents.

Claims (5)

ボイラーの燃焼炉内で燃焼の際に用いられる、ボイラーの燃焼炉内でのスラギング現象及びファウリング現象を抑制するためのブラックペレットの製造方法であって、
バイオマス原料を圧搾する圧搾工程と、
前記圧搾工程で圧搾された圧搾物から揮発性成分を除去する揮発性成分除去工程と、
前記揮発性成分除去工程で前記揮発性成分が除去された原料を半炭化処理する半炭化工程と、
前記半炭化工程で半炭化処理された半炭化物を粉砕する粉砕工程と、
前記粉砕工程で粉砕された粉砕物に燃焼用添加剤及びバインダーを添加して混合する混合工程と、
前記混合工程で混合された混合物をペレットに作るペレット化工程と、
を含み、
前記燃焼用添加剤はアルミノ珪酸塩であり、
前記アルミノ珪酸塩の比表面積は、前記アルミノ珪酸塩を熱処理しなくても常温で100~180m2/gであり、
前記アルミノ珪酸塩の平均粒径は70~500μmであることを特徴とする、ブラックペレットの製造方法。
A method for producing black pellets for suppressing slagging and fouling in a combustion furnace of a boiler, which are used during combustion in the combustion furnace of a boiler,
a compressing step of compressing the biomass raw material;
a volatile component removal step of removing volatile components from the compressed product obtained in the compression step;
a semi-carbonization process for semi-carbonizing the raw material from which the volatile components have been removed in the volatile component removal process;
a pulverization step of pulverizing the semi-carbonized material obtained in the semi-carbonization step;
a mixing step of adding a combustion additive and a binder to the pulverized material obtained in the pulverization step and mixing the pulverized material;
a pelletizing step of forming the mixture mixed in the mixing step into pellets;
Including,
the combustion additive is an aluminosilicate;
The specific surface area of the aluminosilicate is 100 to 180 m 2 /g at room temperature without heat treatment of the aluminosilicate;
The method for producing black pellets is characterized in that the average particle size of the aluminosilicate is 70 to 500 μm.
前記揮発性成分除去工程で、前記圧搾物が配置されたチャンバー内に不活性気体を注入し、前記チャンバー内に存在する酸素を除去した状態で200~300℃で前記圧搾物を熱処理し、前記圧搾物から出る揮発性成分を前記チャンバーの外部に排出させることを特徴とする、請求項1に記載のブラックペレットの製造方法。 The method for producing black pellets described in claim 1, characterized in that in the volatile component removal process, an inert gas is injected into a chamber in which the compressed material is placed, the compressed material is heat-treated at 200 to 300°C while removing oxygen present in the chamber, and the volatile components released from the compressed material are discharged to the outside of the chamber. 前記バイオマス原料は、木材副産物、パーム空果房(Empty Fruit Bunch、EFB)及びパームカーネル殻(Palm Kernel Shell、PKS)のうちから選択される少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1に記載のブラックペレットの製造方法。 The method for producing black pellets described in claim 1, characterized in that the biomass raw material is at least one selected from the group consisting of wood by-products, palm empty fruit bunches (EFB), and palm kernel shells (PKS). 前記アルミノ珪酸塩に含まれた二酸化珪素の含有量を前記アルミノ珪酸塩に含まれた酸化アルミニウムの含有量で割った比が0.65~1.85であることを特徴とする、請求項1に記載のブラックペレットの製造方法。 The method for producing black pellets described in claim 1, wherein the ratio of the silicon dioxide content contained in the aluminosilicate divided by the aluminum oxide content contained in the aluminosilicate is 0.65 to 1.85. 請求項1~4のいずれか一項に記載の製造方法によって製造された、ブラックペレット。 Black pellets produced by the manufacturing method described in any one of claims 1 to 4.
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