KR20100112802A

KR20100112802A - 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20100112802A
Application number: KR1020090031281A
Authority: KR
Inventors: 김영세
Original assignee: 김영세
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2010-10-20

Abstract

본 발명에 의하면, 커피가 추출된 커피찌꺼기를 함수율 12 % 내지 15 %를 가지도록 탈수 건조 후 오일용매를 분사 교반하여 오일용매가 혼합된 커피찌꺼기로부터 커피오일을 추출하는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료가 제공된다.

또한, 상기 커피오일이 추출된 커피찌꺼기의 고형분을 펠렛 또는 브리켓의 고체연료로 압축 성형되는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료가 제공된다.

커피, 찌꺼기, 열매, 톱밥, 농업, 부산물, 펠렛, 브리켓, 고체, 연료

Description

커피찌꺼기를 이용한 신재생연료 및 그 제조방법{A renewable fuel using coffee grounds and method for manufacturing thereof}

본 발명은 신재생연료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 커피를 추출하고 남은 커피찌꺼기로부터 커피오일을 추출하여 바이오 디젤 원료로 사용하고 나머지 고형분은 고열량의 펠렛 또는 브리켓 등과 같은 바이오매스 고체연료로 제조하도록 할 수 있는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 커피찌꺼기 고형분에 농업부산물 또는 톱밥 등의 다른 가연성 원료를 혼합하여 고열량의 신재생 에너지 연료로 만들어 폐기물의 자원활용성을 높이고 폐기물의 소각이나 매립처리로 인한 환경의 오염을 줄일 수 있는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 커피(원두)가 추출된 커피열매의 찌꺼기는, 15 % 내지 25 %의 커피오일이 함유되어 있고 그 고형분은 kg 당 6000 kcal 이상의 고열량을 가진 에너지 자원이나 일부만 유기질 비료의 원료로 사용되고 대부분은 일반 쓰레기와 같이 소각되거나 매립처리 되고 있다.

그러나 상기와 같은 커피찌꺼기는 통상 80 % 내지 85 %의 함수율을 가지기 때문에, 일반적인 방법으로 소각하는데 어려움이 있고 매연이 많이 발생되며 매립 폐기시 높은 함수율에 따라 발생되는 폐액(PH 약 4.0, COD(화학적산소요구량) 약 5000, SS(부유물질) 약 13000)이 수질이나 토양을 오염시키게 되는 문제점이 있다.

따라서 상기와 같은 커피찌꺼기를 농업부산물이나 톱밥 등과 같은 가연성 원료와 혼합하여 환경오염을 줄이고 경제적인 가격과 인체에 무해한 친인간적인 연료를 제조하는 방안이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명의 목적은 커피가 추출된 커피찌꺼기에서 커피오일을 추출하여 바이오 디젤의 원료로 사용하고 나머지 고형분은 혼합 압축 성형하여 고열량의 펠렛 또는 브리켓 등과 같은 바이오매스 고체연료를 제조하도록 할 수 있는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 커피찌꺼기 고형분에 농업부산물 또는 톱밥 등과 같은 가연성 원료를 혼합 압축 성형한 펠렛 또는 브리켓 등과 같은 바이오매스 고체연료를 제조하여 폐기물의 자원 활용성을 높이고 경제적이고 친인간적인 연료를 제조하도록 할 수 있는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것 이다.

이를 위하여, 본 발명에 의하면, 커피가 추출된 커피찌꺼기를 함수율 12 % 내지 15 %를 가지도록 탈수 건조 후 오일용매가 분사 교반하여 오일용매가 혼합된 커피찌꺼기로부터 커피오일을 추출하는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료가 제공된다.

여기서, 상기 커피오일이 추출된 커피찌꺼기의 고형분을 펠렛 또는 브리켓의 고체연료로 압축 성형되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 커피오일이 추출된 커피찌꺼기의 고형분에 전분을 첨가하여 펠렛 또는 브리켓의 고체연료로 압축 성형되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 커피오일이 추출된 커피찌꺼기의 고형분에 가연성 원료가 혼합되어 펠렛 또는 브리켓의 고체연료로 압축 성형되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 의하면, 커피가 추출된 함수율 80 % 내지 85 %의 커피찌꺼기가 선별분리기에 의해 이물질이 제거되고 탈수기에 의해 함수율 60 % 내지 65 %를 가지도록 탈수되는 제1 단계; 상기 탈수된 커피찌꺼기가 진공건조기에 의해 함수율 12 % 내지 15 %를 가지도록 건조되고 오일용매가 분사 교반되어 용융되는 제2 단계; 상기 오일용매가 혼합된 커피찌꺼기오일용매 혼합물이 오일추출기에 의해 액상의 오일용매 혼합물과 고형분의 커피찌꺼기로 분리되는 제3 단계; 및 상기 액상의 오일용매혼합물이 오일분리기로부터 커피오일과 오일용매로 분리 추출되는 제4 단계를 포함하는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료 제조방법이 제공된다.

여기서, 상기 제4 단계 이후에, 상기 커피찌꺼기의 고형분에 컨디셔너로부터 스팀이 투입되어 함수율 12 % 내지 15 %와 온도 60 ℃ 내지 65 ℃가 유지되는 제5 단계; 및 상기 커피찌꺼기의 고형분이 고체연료성형기에 의해 온도 75 ℃ 내지 85 ℃에서 압축 성형되어 펠렛 또는 브리켓으로 제조되는 제6 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에 의하면, 커피찌꺼기로부터 커피오일을 추출함으로써, 바이오디젤의 원료로 사용 가능하게 할 수 있다.

또한, 커피찌꺼기를 펠렛 또는 브리켓으로 압축 성형하여 커피찌꺼기를 바이오매스 고체연료로 이용함으로써, 커피찌꺼기의 재활용을 가능하게 하고 고열량의 신재생에너지 연료로 가치를 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 커피찌꺼기에 농업부산물 또는 톱밥 등과 같은 가연성 원료를 혼합하여 펠렛 또는 브리켓으로 압축 성형함으로써, 가연성 원료의 재활용을 가능하게 하고 친환경적이고 친인간적인 연료를 제공할 수 있다.

또한, 상기 커피찌꺼기를 재활용함으로써, 커피찌꺼기의 소각이나 매립에 따른 환경오염의 발생을 방지하고 환경을 보호할 수 있다.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료에 있어서 바이오매스 고체연료를 나타낸 사진이고, 도 2는 도 1의 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료를 제조하는 제조장치의 공정 과정을 나타낸 공정도이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료는, 커피가 추출된 후 함수율 80 % 내지 85 %를 가지는 커피찌꺼기가 선별분리기(10)에 의해 커피찌꺼기에 포함된 이물질이 분리 수거된 상태에서 탈수기(20)에 의해 함수율 60 % 내지 65 %를 가지도록 탈수되고, 진공건조기(30)에 의해 함수율 12 % 내지 15 %를 가지도록 건조된 상태에서 커피찌꺼기의 용적비 1:1 내지 1:2 정도로 오일용매가 분사 교반되어 상기 오일용매가 커피찌꺼기와 혼합되며, 오일추출기(70)에 의해 상기 커피찌꺼기오일용매 혼합물로부터 오일용매혼합물과 고형분의 커피찌꺼기로 분리되며, 오일분리기(75)에 의해 커피오일과 오일용매로 분리된다. 또한, 컨디셔너(40)에 의해 상기 커피오일이 분리된 커피찌꺼기의 고형분에 스팀과 전분이 투입되어 상기 커피오일이 분리된 커피찌꺼기가 펠렛 또는 브리켓으로 압축 성형된다.

여기서, 상기 선별분리기(10)는 커피찌꺼기 원료의 입고시 커피찌꺼기에 포함된 필터, 티슈 등과 같은 합성수지나 스푼 등과 같은 금속부재의 이물질을 제거하는 스크린 등의 장치를 포함한다.

또한, 상기 진공건조기(30)는 교반장치와 오일용매분사노즐을 갖추고 마이크 로파를 이용하여 커피찌꺼기를 건조하는 마이크로진공건조기로 진공은 7 mmHg 내지 12mmHg, 온도는 60 ℃ 내지 80 ℃인 것이 바람직하다.

또한, 상기 진공건조기(30)는 함수율 12 % 내지 15 %로 건조된 커피찌꺼기에 오일용매를 분사하여 혼합하고 5분 내지 10분 정도 교반하여 커피찌꺼기에 포함된 커피오일이 상기 오일용매에 잘 용융된 상태로 오일추출기(70)로 이송되도록 한다.

또한, 오일추출기(70)는, 상기 오일용매와 혼합된 커피찌꺼기를 각각 액상의 오일용매혼합물과 고형분의 커피찌꺼기로 분리하며, 상기 액상의 오일용매혼합물은 오일분리기(75)로 이송되도록 하고 상기 고형분의 커피찌꺼기는 컨디셔너(40)로 직접 이송하거나 혼합기(80)로 이송되도록 한다.

여기서, 상기 오일분리기(75)는, 액상의 오일용매혼합물을 오일용매와 커피오일로 분리하여 상기 오일용매는 회수하여 재사용되도록 하고 상기 커피오일은 필터링하여 바이오 디젤 원료로 사용되도록 할 수 있다.

또한, 상기 오일용매는 핵산이나 톨루엔 등의 수불화성 성질을 가지는 것이 바람직하며, 상기 오일용매와 커피찌꺼기의 혼합은 용적비 1:1 내지 2:1이 되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 오일추출기(70)로부터 혼합기(80)로 이송된 커피찌꺼기 고형분은 혼합기(80)에 의해 크기 1 mm 내지 2 mm의 건조된 농업부산물 또는 톱밥 등의 가연성 원료 및 소량의 전분과 혼합될 수 있다.

여기서, 상기 혼합기(80)에 의해 혼합되는 커피찌꺼기의 고형분은 중량비 20 % 내지 50 %를 가지고 농업부산물 또는 톱밥 등의 가연성 원료는 중량비 50 % 내지 80 %를 가진다. 또한, 상기 가연성 원료는, 상기 커피찌꺼기의 고형분과 같이, 함수율 12 % 내지 15 %를 가지도록 건조된 상태인 것이 바람직하다.

또한, 오일추출기(70)로부터 컨디셔너(40)로 이송된 커피오일이 추출된 커피찌꺼기의 고형분에 컨디셔너(40)로부터 전분이 첨가되는 경우 상기 커피찌꺼기의 고형분은 중량비 95 % 내지 98 %를 가지고 상기 전분은 중량비 2 % 내지 5 %를 가진다.

여기서, 상기 전분은 혼합기(80)로부터 첨가되는 경우 분말이고 컨디셔너(40)로부터 첨가되는 경우 액상인 것이 좋으며, 상기 전분은 선택적으로 첨가될 수 있다.

또한, 고체연료성형기(50)는 상기 전분이 혼합된 커피찌꺼기의 고형분 또는 가연성 원료와 전분이 혼합된 커피찌꺼기의 고형분을 압축하여 경도 8 Kg/cm2 내지 10 kg/cm2, 직경 6 mm 내지 8 mm 및 길이 10 mm 내지 15 mm 정도의 원통형상을 가지는 펠렛으로 제조하는 펠렛성형기 또는 경도 8Kg/cm2 내지 10kg/cm2, 직경 또는 길이 4cm 정도의 조개형상을 가지는 브리켓으로 제조하는 브리켓성형기를 포함한다.

여기서, 상기 100 % 커피찌꺼기와 소량의 전분을 첨가하여 성형된 고체연료는 6,000 Kcal/Kg 이상의 고열량을 가지고, 상기 가연성 원료와 혼합된 커피찌꺼기와 필요시 첨가된 전분에 의해 성형된 고체연료는 5,000 Kcal/Kg 내지 5,400 Kcal/Kg 정도의 고열량을 가진다.

한편, 혼합기(80)에 투입되어 상기 가연성 원료와 혼합된 커피찌꺼기의 고형 분에 첨가되는 전분의 중량비는 상기 커피찌꺼기의 고형분과 전분의 혼합시 점착을 용이하게 하는 정도이면 얼마든지 가변될 수 있다.

따라서 상기와 같은 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료에 의하면, 커피찌꺼기로부터 커피오일을 추출하여 바이오 디젤 원료로 사용하고 나머지 고형분을 펠렛 또는 브리켓으로 압축 성형하여 바이오매스 고체연료로 이용함으로써, 소각 또는 매립되는 커피찌꺼기를 재활용하여 고열량의 신재생에너지 연료로 가치를 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 커피찌꺼기에 농업부산물 또는 톱밥 등과 같은 가연성 원료를 혼합하여 펠렛 또는 브리켓으로 압축 성형함으로써, 커피찌꺼기와 함께 가연성 원료의 재활용을 가능하게 하고 친환경적이고 친인간적인 연료를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료의 제조방법을 나타낸 공정도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 커피추출기(미도시)에 의해 커피가 추출된 함수율 80 % 내지 85 %의 커피찌꺼기가 선별분리기(10)에 의해 필터 등과 같은 합성수지나 스푼 등과 같은 금속부재의 이물질이 제거되고 탈수기(20)에 의해 함수율 60 % 내지 65 %를 가지도록 탈수된다.

이후, 상기 탈수된 커피찌꺼기가 진공압력 7 mmHg 내지 12mmHg, 온도 60 ℃ 내지 80 ℃의 진공건조기(30)에 의해 함수율 12 % 내지 15 %를 가지도록 건조된 후 오일용매가 분사되고 교반되어 커피찌꺼기오일용매 혼합물이 생성된다.

이후, 오일추출기(70)에 의해 상기 커피찌꺼기오일용매 혼합물이 액상의 오일용매혼합물과 고형분의 커피찌꺼기로 분리된다.

이후, 오일분리기(75)에 의해 상기 액상의 오일용매혼합물로부터 커피오일과 오일용매가 분리 추출된다.

이후, 오일추출기(70)에 의해 상기 고형분의 커피찌꺼기는 컨디셔너(40)로 이송된다.

여기서, 상기 고형분의 커피찌꺼기는 컨디셔너(40)로 이송되기 전에, 혼합기(80)에 의해 크기 1 mm 내지 2 mm의 건조 분쇄된 농업부산물 또는 톱밥 등의 가연성 원료와 혼합될 수 있다. 상기와 같이 혼합기(80)에 의해 가연성 원료가 혼합되는 경우 커피찌꺼기의 고형분은 중량비 20 % 내지 50 %를 가지고 가연성 원료는 중량비 50 % 내지 80 %를 가진다. 또한, 상기 혼합기(80)에 의해 커피찌꺼기와 가연성 원료의 혼합시 전분도 동시에 첨가 혼합되는 것이 바람직하고, 이때의 전분은 분말인 것이 좋다.

이후, 컨디셔너(40)에 의해 상기 커피찌꺼기 고형분에 스팀과 전분이 투입된다.

이후, 상기 전분이 혼합된 커피찌꺼기 고형분이 고체연료성형기(50)에 의해 온도 75 ℃ 내지 85 ℃에서 압축 성형되어 8 Kg/cm2 내지 10 kg/cm2 정도의 경도를 가지고 직경 6 mm 내지 8 mm, 길이 10 mm 내지 15 mm 정도의 원통형상을 가지는 펠렛 또는 경도 8 Kg/cm2 내지 10 kg/cm2 정도, 직경 또는 길이 4 cm 정도의 조개형 상을 가지는 브리켓으로 제조된다.

이때, 상기 커피찌꺼기의 고형분에 전분이 첨가되는 경우 상기 커피찌꺼기의 고형분은 중량비 95 % 내지 98 %를 가지고 상기 전분은 중량비 2 % 내지 5 %를 가지며, 상기 전분은 액상의 상태를 가진다. 여기서, 상기 전분을 첨가하지 않고도 커피찌꺼기의 고형분이 고체연료로 압축 성형 가능한 경우 첨가되지 않아도 무방하다.

또한, 상기 전분이 혼합된 커피찌꺼기의 고형분이 고체연료성형기(50)에 의해 압축 성형되는 온도 75 ℃ 내지 85 ℃는 상기 커피찌꺼기의 고형분이 가장 효과적으로 압축되기 위한 조건이며 상기 조건은 커피찌꺼기의 고형분이 펠렛 또는 브리켓으로 압축 성형 가능한 온도이면 충분히 가변될 수 있다.

여기서, 상기 고체연료성형기(50)는 2단 성형이 가능하도록 제조되어 1차로 제조된 고체연료를 연속하여 2차로 압축 성형하고 상기 10 kg/cm2 이상의 경도를 가지도록 하여 운반 중 상기 고체연료가 부스러지는 것을 방지할 수 있다.

이후, 상기 고체연료가 건조냉각기(60)에 의해 함수율 10 % 이하가 되도록 건조 냉각된다.

이후, 정선기(90)에 의해 상기 고체연료에 존재하는 가루 등이 탈분 정선되며 포장기(100)에 의해 포장된다.

따라서 상기와 같은 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료 제조방법에 의하면, 상기 커피찌꺼기로부터 커피오일을 추출함으로써, 바이오디젤의 원료로 사용 가능하게 할 수 있다.

또한, 커피오일 추출후 고형분의 커피찌꺼기와 전분을 혼합하고 펠렛 또는 브리켓으로 압축 성형하여 바이오매스 고체연료로 이용함으로써, 소각 또는 매립되는 커피찌꺼기를 재활용하여 고열량의 신재생에너지 연료로 가치를 증대시킬 수 있다.

상술한 본 발명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구 범위와 청구 범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료에 있어서 바이오매스 고체연료를 나타낸 사진;

도 2는 도 1의 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료를 제조하는 제조장치의 공정 과정을 나타낸 공정도; 및

Claims

커피가 추출된 커피찌꺼기를 함수율 12 % 내지 15 %를 가지도록 탈수 건조 후 오일용매가 분사 교반하여 오일용매가 혼합된 커피찌꺼기로부터 커피오일을 추출하는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료.
제1항에 있어서, 상기 커피오일이 추출된 커피찌꺼기의 고형분을 펠렛 또는 브리켓의 고체연료로 압축 성형되는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료.
제2항에 있어서, 상기 커피오일이 추출된 커피찌꺼기의 고형분에 전분을 첨가하여 펠렛 또는 브리켓의 고체연료로 압축 성형되는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료.
제2항에 있어서, 상기 커피오일이 추출된 커피찌꺼기의 고형분에 가연성 원료가 혼합되어 펠렛 또는 브리켓의 고체연료로 압축 성형되는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료.
제3항에 있어서, 상기 커피찌꺼기의 고형분은 중량비 95 % 내지 98 %를 가지고 상기 전분은 중량비 2 % 내지 5 %를 가지는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료.
제4항에 있어서, 상기 커피찌꺼기는 중량비 20 % 내지 50 %를 가지고 가연성 원료는 중량비 50 % 내지 80 %를 가지는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료.
커피가 추출된 함수율 80 % 내지 85 %의 커피찌꺼기가 선별분리기(10)에 의해 이물질이 제거되고 탈수기(20)에 의해 함수율 60 % 내지 65 %를 가지도록 탈수되는 제1 단계;

상기 탈수된 커피찌꺼기가 진공건조기(30)에 의해 함수율 12 % 내지 15 %를 가지도록 건조되고 오일용매가 분사 교반되어 용융되는 제2 단계;

상기 오일용매가 혼합된 커피찌꺼기오일용매 혼합물이 오일추출기(70)에 의해 액상의 오일용매 혼합물과 고형분의 커피찌꺼기로 분리되는 제3 단계; 및

상기 액상의 오일용매혼합물이 오일분리기(75)로부터 커피오일과 오일용매로 분리 추출되는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 제4 단계 이후에,

상기 커피찌꺼기의 고형분에 컨디셔너(40)로부터 스팀이 투입되어 함수율 12 % 내지 15 %와 온도 60 ℃ 내지 65 ℃가 유지되는 제5 단계; 및

상기 커피찌꺼기의 고형분이 고체연료성형기(50)에 의해 온도 75 ℃ 내지 85 ℃에서 압축 성형되어 펠렛 또는 브리켓으로 제조되는 제6 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 제 5단계 이전에,

상기 커피오일 추출된 커피찌꺼기의 고형분에 가연성 원료와 전분이 선택적으로 혼합되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 신재생연료 제조방법.