KR0146876B1 - 분출층을 이용한 석탄의 급속건류 방법 및 이에 사용되는 장치 - Google Patents

Abstract

석탄 건류 방법이 제공되며, 이 방법은 건류 초기에 열풍으로 부터 건류가 이루어지는 분출층에 가열공기를 공급하다가 분출층 내부의 온도가 일정온도에 이르면 가열공기공급을 중지하고, 상온공기만을 공급하여 원료 석탄에 함유된 휘발성 성분이 연소되면서 발생하는 열을 석탄건류반응에 사용하게 한다.

이때 원료 석탄의 휘발성분의 양 및 공급공기의 량을 조절함으로써 분출층의 내부온도 및 배출되는 석탄가스의 온도를 조절한다.

여기서 사용되는 분출층은 조립상의 원료석탄을 사용할 수 있기 때문에 종래의 유동층을 사용한 건류시 석탄입자끼리의 엉겨붙음 등의 문제점이 제거될뿐만 아니라, 배출가스의 온도를 조정함으로써 건류생성물인 챠르(char)를 이용한 성형 코크스 제조시 점결탄 가열에 이용할 수도 있다.

Description

분출층을 이용한 석탄의 급속건류 방법

제1도는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치의 개략 구성도

제2도는 본 발명의 방법에 사용되는 분출층의 사용상태도

제3도는 종래의 석탄 건류 공정을 개략적으로 도시한 구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 셜명

1,23:원료석탄 2:유동층

8,24:건류된 챠르(char) 5,21: 공기

22:열풍로 25:분출층

26:석탄가스

본 발명은 석탄의 급속한 건류 방법에 관한 것이며, 보다 상세히는 분출층을 이용하여 석탄을 건류하여 가스 및 챠르(char)를 생산하는 방법에 관한 것이다.

생산된 가스는 연료로 사용되고 챠르는 성형 코크스 제조용으로 사용되는 용도외에 직접 무연 고체 연료로도 이용될 수도 있다.

종래에는 유동층을 사용하여 견류하였기 때문에 석탄 건류시 석탄의 입도를 낮게 관리하였으며 이와 같은 이유로 석탄입자 끼리의 엉겨붙음 등 건류 반응기 제어에 어려움이 많기 때문에 여러단계의 가열장치가 필요하며 따라서 가스처리가 복잡하고 설비의 운전이 복잡하였다.

예를들어 제3도에 도시된 미국의 FMC 공정에 의하면 휘발분이 다량 함유된 비점결 석탄(1)을 다수의 유동층(2)를 이용하여 800℃까지 건류하고 이로부터 챠르(8)와 타르(10)을 얻게 되었다.

그러나 이같은 FMC 공정에서는 유동층(2)를 사용하여 석탄을 건류하기 때문에 석탄입자의 엉겨붙음을 방지하기 위해 다단계 건류 방식이 필수적이며 따라서 그 운전조작도 복잡해지는 것이다.

이에 본 발명의 목적은 석탄입자 끼리의 엉겨붙음이 없고, 에너지도 절감될 수 있을 뿐만 아니라 보다 석탄 건류 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일견지에 의하면,

열풍로로부터 가열되 공기를 분출층 하부에 형성된 노즐을 통해 공급하고, 분출층 내부의 온도가 약 600℃에 도달하면 분출층에 원료석탄을 공급하기 시작하여 분출층 온도를 700℃로 유지하면서 원료 석탄 공급량을 늘이되, 원료석탄의 휘발성분이 연소되면서 분출층 내부의 온도가 상승되면 열풍로로부터의 가열공기 공급을 중지하고 상온의 공기만을 공급하며,

원료석탄의 휘발성분양 및 원료석탄의 공급량에 대한 공기 공급량의 비를 조정하여 분출층내부의 온도가 600-700℃가 되도록 함을 특징으로 하는 석탄의 급속 건류 방법이 제공된다.

이하 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

입자상태의 석탄을 연속적으로 건류하는데 유동층을 사용할 경우 유동층에 사용되는 석탄이 비교적 입도가 작기 때문에 입자끼리 엉겨붙는 현상이 발생하여 유동층의 사용에는 다단계의 건류 방법이 필요하게 된다. 석탄이 여러개의 유동층을 단계적으로 거치도록 하여 점차 석탄입자의 점결성형을 떨어뜨리면서 온도를 높여가기 때문에 각 단계마다 유동공기 및 열원이 필요하고 이에 따라서 장치가 복잡해지는 것이다.

본 발명에서는 상기와 같은 유동층 대신 제2도에 도시된 바와같은 분출층(spouted bed)을 사용하여 석탄을 건류한다.

본 발명의 방법에 사용되는 분출층(25)는 제2도에 도시된 바와 같이 하단부에 가열공기가 주입되는 노즐(34)을 같고 측면에는 원료석탄이(23) 장입되는 장입구(36)가 형성되며 원료석탄이 건류된 후 형성된 석탄가스(26) 및 챠르(24)가 각각 배출되는 석탄가스배출구(37) 및 챠르배출구(35)가 각각 상단부와 하측부에 설치되어 있다.

본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치의 개략적인 구성을 제1도에 도시하였다.

장치는 열풍로(22), 분출층(25), 사이클론(27), 가스처리장치(28)등으로 구성되어 있는데 열풍로(22)는 분출층 온도를 처음에 원하는 만큼의 온도로 상승시키기 위해 사용하고 원료석탄 휘발분의 점화가 일어나면 열풍로측 밸브(32)를 막고 우회공기 밸브(33)를 열어 상온의 공기만을 공급하게 된다. 공기(21)은 콤프레서로 부터 공급받고 원료 석탄(23)은 스크류 공급장치로 공급되며 급속가열후 건류된 챠르(24)로서 배출된다. 석탄 입자 건류방법에 있어서 처음에는 열풍로(22)에서 공기(21)를 가열하여 점점 온도를 높여가면서 가열된 공기를 분출층에 공급하는데 이때는 열풍로측 밸브(32)만 열어 놓는다. 공급 공기의 온도가 분출층의 노즐(34)에서 700℃정도가 되고 분출층내부의 온도가 600℃정도에 도달하면 석탄을 조금씩 공급하기 시작하여 점차 공급량을 늘려나간다. 이때 휘발분의 연소로 인한 분출층 온도가 급격히 상승되는데 온도를 조절하기 위하여 열풍로측 밸브(32)를 점점 막고 우회공기 밸브(33)를 점점 열어 최종적으로 상온공기(21)만을 분출층에 공급한다. 석탄 공급량도 적당한 온도를 유지할 수 있을 만큼 상승시킨다. 분출층 온도는 석탄 휘발분의 연소효율을 고려하여 600-700℃가 되도록 원료석탄의 휘발분 양을 조절하고 공급공기의 양을 변화시킨다. 이때 공급공기는 분출에 필요한 최소 분출 유량보다 20%정도 더 많게 공급해야 석탄 입자간 엉겨붙음을 막을 수 있다.

한편, 분출층(25)에서는 중간에 한 개의 노즐을 통하여 공기를 공급하여 분출시키고 이에 의한 입자 순환을 이용하기 때문에 종래의 유동층에서는 유동화가 잘되지 않는 큰 입자가 섞여있는 경우에도 사용할 수 있고 층 전체를 유동화시키는 것보다는 공기 사용량을 작게 할 수 있다. 이와 같이 분출층에서는 비교적 큰 입자를 사용하기 때문에 입자간 엉겨붙음을 완화시킬수 있고 또한 노즐(34)을 통과하는 공기 유속이 매우 빠르기 때문에 여기서 엉겨붙은 석탄이 깨져서 석탄 입자가 엉겨붙는 현상을 해결할 수 있으며 여러단계를 하나의 단계로 축소시킬수 있고 유동층보다 공기 사용량을 줄일 수 있기 때문에 가스발생량을 줄일수 있다는 장점을 가지고 있다. 열 공급면에서도 휘발분이 높은 원료석탄이 고온의 본출층에 직접 투입됨으로써 여기서 발생되는 휘발분이 원소를 직접 이용할 수 있어 석탄을 원하는 온도로 견류할 수 있도록 연소반응 조절하고 그 열을 석탄입자 건류에 직접 이용함으로써 석탄입자의 급속건류를 수행할 수 있다. 이 경우 석탄자체의 휘발분을 연소시킨 열만으로 건류가 가능하기 때문에 일단 점화가 일어나면 외부열원이 필요없고 상온의 공기만 분출층에 공급급하면 되는 것이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

본 발명이 분출층을 이용하여 석탄 건류 시험을 하였으며, 샤용된 분출층은 다음 칫수를 가졌다

총길이:1m,내경:106mm,노즐직경:7.7mm 노즐로부터 챠르 출구 지지의 높이: 135mm

원료 석탄은 유연탄과 코크스분을 혼합하여 휘발분이 30%가 되게 하고 평균입경을 1.2mm정도로 한 것을 이용하였다. 처음에 열풍로를 이용하여 콤프레서 용량이 허락하는 최대량인 13Nm³/hr 정도의 공기를 가지고 노즐(34)온도를 700℃정도, 분출층 온도를 600℃정도가 되도록 상승시킨후 석탄을 40g/min로부터 시작하여 분출층 온도가 700℃종도가 되도록 유지시키면서 석탄 공급량을 점점 늘려나간다. 이때 방출된 휘발분의 연소가 일어나면서 온도의 급격한 상승이 일어났기 때문에 공급공기를 점차 상온으로 바꾸고 양을 줄이면서 분출층 온도를 조절하였다. 석탄 공급량을 150g/min로 하고 공기 사용량은 6Nm³/hr으로 했을 때 배출챠르의 온도는 700℃정도였으며 배출가스의 온도는 800℃ 정도로 조절되었다. 이때 배출가스의 온도가 높아지는 이유는 휘발분의 연소가 셕탄층 내부에서 보다 석탄 상부에서 더 활발히 일어나기 때문이다. 원료탄 조성이 수분 2%, 휘발분 30%, 회분9%, 고정탄소 59% 이었을 때 배출챠르의 조성은 수분 1%, 휘발분 6%, 회분 12%, 고정탄소 81%이었다.

상기와 같은 온도와 조성을 갖는 배출챠르는 300℃정도로 가열된 점결탄과 혼합하여 성형하면 성형 코크스로 제조될 수 있는데 이때 점결탄의 점결성 유지를 위해서는 높은 온도의 챠르와 점결탄간의 적당한 접촉시간을 가진후 성형하는 것이 필요하다. 또한 배출가스의 온도를 열교환 등을 거치면서 적당하게 조절하여 점결탄 가열에 직접 사용할 수가 있다.

상기한 바와같이 본 발명에 의하면, 조립의 석탄입자를 사용할 수 있는 분출층을 사용하기 때문에 입자끼리 엉겨붙는 현상을 완하시켜 한단계로 원료석탄을 챠르로 건류할 수 있다. 그래서 종래의 유동층을 샤용했을 때 보다 장치가 간단해지고 운전이 훨씬 간단해 지게 되며 설비비도 절감할 수 있다. 또한 외부 열원이 필요없기 때문에 외부 가열장치로부터 발생되는 열손실을 없앨 수가 있다. 석탄 자체로 부터 나오는 휘발분의 연소열을 거의 손실없이 직접 이용할 수 있기 때문에 석탄입자의 단단계 급속 건류가 가능하고 유동층에 비해 가열시간을 현저히 줄일 수 있게 된다.

뿐만 아니라 본 발명에서 배출되는 배출가스온도를 적절히 조절하면 성형 코크스 공정에 그대로 이용되어 점결탄 가열에 이용될 수 있어 열효율을 증대시킬 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 석탄을 건류하여 석탄가스 및 챠르(char)를 제조하는 석탄 건류 방법에 있어서, 열풍로(22)로 부터 가열된 공기를 분출층(25)하부에 형성된 노즐(34)을 통해 공급하고, 분출층 내부온도가 일정온도에 이르면 분출층내에 원료 석탄(23)의 공급을 개시하고, 원료 석탄의 휘발성분이 연소되면서 분출층 내부의 온도가 급상승되면 열풍로(22)로 부테의 가열공기 공급을 중지하고 상온의 공기만을 공급하며, 원료석탄의 휘발성분의량 및 원료석탄 공급량에 대한 공기 공급량의 비를 조정하여 분출층 내부의 온도가 600-700℃가 되도록 함을 특징으로 하는 석탄의 급속 건류 방법.