KR100232794B1 - 연속탄화장치 및 연속탄화방법 - Google Patents

Abstract

휘발성분이 적은 탄화물을 얻을 수 있고, 구조 및 제어가 간단하고, 운전 및 장치의 유지관리가 용이한 연속탄화장치 및 연속탄화방법을 제공한다.

테이퍼 형상의 통체(12)를 회전시킴으로써 탄화원료를 금속제 스크류 콘베이어를 사용하지 않고 통체(12)의 최소직경 끝부분으로부터 최대직경 끝부분 방향으로 이송하고 또한 이송되는 탄화원료와 송풍기(17)에 의하여 통체(12)내로 강제송풍된 공기류를 완전연소분위기하에서 향류접촉시키면서 연소시켜 탄화하는 것을 특징으로 한다.

Description

연속탄화장치 및 연속탄화방법

제1도는 본 발명의 1실시예를 도시한 부분정면도.

제2도는 본 발명의 1실시예를 도시한 부분측면도.

제3도는 제1도의 통체(12)의 단면을 도시한 부분단면도.

제4도는 통체(12)의 벽면구조를 설명하는 부분단면도.

제5도는 다른 실시예에 사용하는 통체(12)의 장면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 탄화장치 12 : 통체

12a : 외투부 15 : 원료공급부

16 : 고정부 17 : 송풍기

18 : 굴뚝 22 : 기어부

28 : 인출부

[산업상의 이용분야]

본 발명은 연속탄화장치 및 연속탄화방법에 관한 것으로서, 더 자세히는 목편등의 탄화원료를 연속적으로 탄화하는 연속탄화장치 및 연속탄화방법에 관한 것이다.

[종래의 기술]

종래의 제제소로부터 발생하는 목질편, 목피, 톱밥, 산림관리 등을 위하여 발생하는 간벌재 등의 불요목질재(이하, 목질재라고 칭하는 경우가 있다)는 이용되지 않고 소각, 매립처분되거나 벌채된 상태로 방치되어 있다.

이러한 목질재의 유효이용을 도모하고자 목질재를 탄화하여 활성탄 등의 원료로 하는 것이 시도되고 있다.

이러한 목질재의 탄화를 행하는 탄화방식으로는 종래부터 행하여지고 있는 숯굽기와 같이, 적당한 크기로 절단한 목질재 등의 탄화원료를 충전하여, 불완전연소시키는 충전방식이 일반적이다.

그러나, 충전방식의 경우 불완전연소때문에 악취가 나는 연기가 다량발생하여, 활성탄원료 등을 공업적으로 연속제조하려고 할 때에는 배연처리설비를 설치하는 것이 필요하게 되어 탄화설비가 복잡하고 대형화된다.

이 때문에 통상 충전방식에서는 소량의 목질재를 배치식으로 처리하고 있는데 불과하다.

더구나 충전방식에서 얻어지는 탄화물은 휘발성분이 많고 탄화물에 활성화 처리를 하여 활성탄을 제조할 때에 미리 휘발성분을 제거하는 것이 필요하게 된다.

한편, 소정의 크기로 절단한 탄화원료를 공기류중에 부유시킨 상태로 연소시켜 탄화하는 유동층 방식에 있어서는 과잉 공기율이 커져서 완전연소가 되기 때문에 악취가 나는 연기의 발생을 억제할 수 있고, 또한 얻어지는 탄화물중의 휘발성분도 적게 할수 있다.

그러나 얻어지는 탄화물중에 회분이 많아지므로 얻어진 탄화물에 부활처리를 하여 활성탄으로 할 때에 산으로 씻는 등의 공정이 필요하게 되어, 최종적으로 얻어지는 활성탄의 코스트가 높아진다.

또한, 유동층 방식에 있어서는 미리 탄원료를 건조시켜 두는 것이 필요하고, 더구나 탄화원료의 크기 등의 변동 등에 의하여 유동상태가 변동하기 쉬우므로, 안정상태에서 탄화원료를 유동시키는 것은 매우 정밀한 제어를 필요로 한다.

또, 고정된 통체내에 금속제 스크류 콘베이어가 설치된 탄화장치를 사용하여 통체의 끝부분의 한쪽으로부터 공급된 탄화원료를 금속제 스크류 콘베이어에 의하여 통체의 끝부분 방향으로 이송하면서 연소하여 탄화하는 통체방식도 시도되고 있다.

[발명이 해결하려고 하는 과제]

상기 통체방식에 의하면, 탄화원료를 미리 건조시키지 않고 탄화할 수 있고, 또한 제어도 간단하다.

그러나, 통체방식에 있어서는 통체내에 공급된 탄화원료의 이송을 통체내에 장착된 금속제 스크류 콘베이어에 의하여 행하므로, 금속제 스크류 콘베이어에 손상을 주는 고온하에서 연소할 수 없어서 탄화원료를 저온연소시키지 않을 수 없다. 이 때문에 얻어진 탄화물중에는 휘발성분이 잔류하기 쉬워진다.

또, 금속제 스크류 콘베이어는 저온연소하에서도 연속사용에 의하여 손상되기 쉬워서 정기적인 보수, 교환 등을 필요로하고, 탄화장치의 유지관리도 번잡하게 된다.

그래서, 본 발명의 목적은 휘발성분이 작은 탄화물을 얻을 수 있고, 구조, 제어가 간단하고 장치의 운전 및 유지관리가 용이한 연속탄화장치 및 연속탄화방법을 제공하는데 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명자는 전술한 통체방식에 의하면 구조가 간단하고 제어도 용이하므로, 유지관리가 곤란한 금속제 스크류 콘베이어를 사용하지 않고 탄화원료를 이송할 수 있으면 본 발명의 목적을 달성할 수 있으리라고 생각하고 검토하였다.

그 결과, 테이퍼형상의 통체를 회전시킴으로써 탄화원료를 금속제 스크류 콘베이어를 사용하지 않고 통체의 끝부분의 한쪽으로부터 다른쪽의 끝부분으로 이송할 수 있는 것을 알아내어 본 발명에 도달하였다.

즉, 본 발명은 고정부와 회전가능하게 접속된 끝부분의 한쪽으로부터 다른쪽의 끝부분을 향하여 내경이 서서히 축경되고 또한 안쪽에 내화 콘크리트층이 설치된 통체와, 상기 통체의 내경이 최소가 되는 최소직영 끝부분쪽의 공급구에 목편 등의 탄화원료를 통체내에 연속적으로 공급하는 원료공급장치와, 상기 통체의 외부에 설치되어 통체의 내경이 최대가 되는 최대직경 끝부분 방향으로 통체내에 공급된 탄화원료가 이동하도록 통체를 회전하는 회전장치와, 상기 고정부에 설치되어 원료공급장치로부터 공급된 탄화원료가 완전연소분위기하에서 연소하도록 통체의 최소직경 끝부분 방향으로 공기를 강제송풍하는 송풍기와, 통체의 최대직경 끝부분에 도달하여 통체밖으로 꺼내어진 연소물을 냉각·소화하는 인출부를 구비한 것을 특징으로 하는 연속탄화장치에 있다.

또, 본 발명은 배연구가 설치된 고정부에 회전가능하게 접속된 끝부분의 한쪽으로 부터 다른쪽이 끝부분을 향하여 내경이 서서히 축경되고, 또한 안쪽에 내화 콘크리트층이 설치된 통체를 회전하여, 다른쪽의 끝부분으로부터 연속적으로 공급된 목편 등의 탄화연료를 끝부분의 한쪽방향으로 이송함과 동시에 끝부분의 한쪽으로부터 다른쪽의 끝부분 방향으로 공기를 강제송풍하여 완전연소분위기하에서 상기 통체내를 이송하는 탄화원료를 연소시켜, 끝부분의 한쪽에 도달한 연소물을 통체 외부에 꺼내어 냉각·소화함으로써 탄화물을 제조하는 것을 특징으로 하는 연속탄화방법이기도 하다.

이러한 구성의 본 발명에 있어서, 통체의 안쪽에 설치된 내화 콘크리트층의 강화재로서 통체의 외투부를 구성하는 금속제 통체의 한끝이 용착된 Y자형 핀 및 상기 콘크리트중에 배합된 대략 ㄷ장형 핀이 사용되고 있는 것이 내화 콘크리트층의 내구성을 더욱 높일 수 있다.

또한, 통체의 끝부분의 한쪽으로부터 송풍된 공기류가 연소가스로서 상기 끝부분의 한쪽으로 되돌아가 배출되는 것이 통체내에 공급된 탄화원료의 건조를 행하면서 탄화원료로부터 발생한 가연성 가스를 완전연소시킬 수 있다.

[작용]

본 발명에 의하면, 대략 데이퍼형상의 통체를 회전시킴으로써 금속성 스크류 콘베이어를 사용하지 않고 통체에 공급되는 탄화원료를 이송할 수 있고, 탄화장치를 간단하고 또한 관리가 용이한 구조로 할 수 있다.

또한, 통체내에 공급된 탄화원료는 통체내에서 연소하면서 소정의 높이까지 통체내벽면과 함께 상승하여 낙하하므로, 탄화물은 소정의 크기로 부서지면서 이송된다. 이때문에 탄화장치로부터 꺼내어진 탄화물은 공급되는 탄화원료의 크기 등의 불균일이 있어도 대략 소정의 크기로 할 수 있다.

또, 탄화원료의 이송방향에 대하여 향류방향으로 송풍기에 의하여 공기를 강제적으로 송풍하므로, 통체내에 공급된 탄화원료를 건조시키면서 완전연소분위기하에서 탄화할 수 있어서, 탄화원료를 미리 건조시키는 건조작업을 불필요하게 할 수 있다. 더욱이 탄화장치로부터 배연되는 배연중에 탄화원료중에서 발생한 가연성 가스성분을 가급적으로 적게할 수 있어서, 배연처리설비의 설치를 불필요하게 할 수 있다.

[실시예]

본 발명을 도면에 의하여 더 자세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 1실시예인 연속탄화장치(10)의 정면도를 도시한 것이다.

도면에서, 지면에 고정된 고정틀(24)에 설치된 로울러(26)에 의하여 회전가능하게 지지된 테이퍼 형상의 통체(12)는 중도부에 설치된 기어부(22)와 맞물리면서 회전하는 체인(도시하지 않음)에 의하여 회전된다. 이 체인은 인버터 제어되어 있는 기어 모우터(도시하지 않음)에 의하여 구동되고 있고, 통체(12)의 회전수는 자유로이 변경할 수 있다.

통체(12)의 내경이 최소가 되는 최소직경 끝부분에 목편 등의 탄화원료를 통체(12)내에 연속적으로 공급하는 원료공급부(15)가 장착되어 있다. 이 원료공급부(15)에는 스크류 콘베이어가 삽입되고 있고, 공급 콘베이어(도시하지 않음)에 의하여 운반되어 호퍼(14)내에 저류된 탄화원료를 통체(12)내에 공급한다.

이러한 스크류 콘베이어는 인버터 제어에 의하여 제어되어 있고, 통체(12)에 공급하는 공급량을 용이하게 변경할 수 있다.

또한, 호퍼(14)내에는 상한센서와 하한센서가 장착되어 있고, 상한센서가 작동하면 탄화원료를 공급하는 공급 콘베이어가 정지하며, 하한센서가 작동하면 공급 콘베이어가 구동하여 탄화원료를 호퍼(14)에 공급한다.

또, 통체의 내경이 최대가 되는 최대직경 끝부분에는 통체(12)가 회전가능하게 접소된 고정부(16)가 설치되어 있다. 이 고정부(16)에는 배출가스를 배출하는 굴뚝(18), 통체(12)의 최소직경 끝부분 방향으로 공기를 강제송풍하는 송풍기(17) 및 고정부(14)에 도달한 연소물을 꺼내어 냉각·소화하는 하는 인출부(28)가 설치되어 있다.

인출부(28)에는 제품 콘베이어(20)가 설치되어 있고, 냉각·소화된 탄화물은 제품 콘베이어(20)에 의하여 반송되어 인출구(21)로부터 꺼내어진다.

이러한 인출부(28)에는 제2도에 도시한 바와 같이, 수증기(S)를 주입하는 수증기 주입구가 설치되어 있다. 고정부(16)로부터 숯불상태로 꺼내어진 연소물을 수증기(S)에 의하여 냉각·소화하기 위한 것이다.

본 실시예에 있어서는 배출하는 연소가스를 굴뚝(18)의 도중에서 제1냉각기(30) 및 제2냉각기(32)로 유도하여 냉각시키고, 제2냉각기(32)의 바닥부에 고이는 목초(木酢)를 튜브(36)로부터 회수한다.

그리고, 본 실시예에서는 제2도에 도시한 바와 같이, 연소가스와 함께 배출되는 먼지를 제거하기 위하여, 굴뚝(18)의 도중에 설치한 사이클론(34)에 의하여 제거하고 있다.

본 실시예에서 사용한 통체(12)는 제3도에 도시한 바와 같이, 최대직경 끝부분이 개방되고 또한 최소직경 끝부분에 탄화원료공급구(15a)가 개구된 테이퍼형상의 통체이다.

이러한 통체(12)는 A부, B부, C부 및 D부로 분할되어 제조되며, 분할된 각부는 볼트와 너트로 체결되어 일체화된다. 이때에 체결부에서 약 5㎜ 정도의 틈새가 생기도록 각부를 체결한다. 통체(12)의 열팽창을 흡수하기위한 것이다.

이 통체(12)의 벽면은 1/70~1/150 정도 경사지고 있으므로, 통체(12)를 회전시킴으로써 탄화원료공급구(15a)로부터 공급된 탄화원료는 최대직경 끝부분 방향(제3도의 화살표(M) 방향)으로 이동할 수 있다.

또, 본 실시예에 있어서, 통체(12)의 벽면은 제4도에 도시한 바와 같이, 통체(12)의 외투부(12a)를 형성하는 금속제 (스테인레스제) 통체에 내화 콘크리트층(12b)이 60~150㎜의 두께로 적층되어 있다. 이와 같이, 내화 콘크리트를 사용함으로써 손상된 부분을 부분적으로 수리할 수 있어서, 내화벽돌을 사용한 경우에 비하여 통체(12)의 유지관리가 매우 용이하다.

이러한 내화 콘크리트층(12b) 중에는 한끝이 금속제 통체인 외투부(12a)에 용접된 Y자형 핀(12c) 및 길이 40~70㎜의 알루미늄제의 ㄷ자형 핀(12d)이 배설되어, 내화 콘크리트층(12b)과 외투부(12a)와의 박리를 방지하는데 있어서 좋다.

이 Y자형 핀(12c)의 설치밀도는 6객/㎡으로 하는 것이 내화 콘크리트층(12b)과 외투부(12a)와의 박리리 방지하는데 좋다.

제1도~제2도에 도시한 탄화장치(10)를 사용하여 탄화하는 탄화원료로서는, 제재소로 부터 발생하는 목질편, 목피, 톱밥, 산림관리 등을 위하여 발생하는 간벌재 등의 불필요한 목질재라도 좋고, 대나무라도 좋다. 이러한 탄화원료 5~50㎜ 정도로 칩화되어 있는 것이 탄화원료의 취급 등의 관점에서 좋다.

이러한 탄화원료를 탄화할 때에, 통체(12)의 최소직경 끝부분으로부터 공급된 탄화원료는 통체(12)의 최대직경 끝부분 방향으로 이동하면서 고정부(16)에 설치된 송풍기(17)에 의하여 통체(12)의 최소직경 끝부분 방향으로 강제송풍된 공기류와 향류접촉하여 연소한다.

이때에 송풍기(17)에 의하여 강제송풍된 공기류는 제3도에 도시한 화살표(G)와 같이, 화살표(M) 방향으로 이동하는 탄화원료와 향류접촉한 후, 통체(12)의 최소직경 끝부분 근방에서 반전하여 다시 통체(12)의 최대직경 끝부분 방향으로 되돌아간다.

그런데, 통체(12)내에 공급된 탄화원료가 연소하는 연소영역은 탄화원료의 건조정도 등에 따라 다르나, 통상 통체(12)의 중심부 근방이다. 이때문에, 연소영역을 통과하여 가열된 가열공기류는 통체(12)에 공급된 직후의 탄화원료와 접촉하여 탄화원료를 건조시키므로, 탄화장치에 공급하기전의 탄화원료의 예비건조를 실질적으로 생략할 수 있다.

또, 탄화원료와 향류접촉한 후 반전된 공기류중에는 탄화원료중에서 발생한 가연성 가스가 함유되어 있고, 공기류가 다시 가연영역을 통과할 때에 가연성 가스는 송풍기(17)에 의하여 강제송풍된 공기류에 의하여 완전연소된다. 이 때문에 가연성 가스가 실질적으로 함유되지 않은 연소가스를 굴뚝(18)으로부터 배출할 수 있다.

굴뚝(18)으로부터 배출된 연소가스는 사이클론(34)에 의하여 먼지가 보충됨과 동시에, 제1냉각기(30) 및 제2냉각기(32)를 통과하여 냉각되어 목초성분이 회수된 다음에 대기중에 배출된다.

한편, 가열공기류와 향류접촉하여 건조된 탄화원료는 연소영역에서 연소하면서 통체(12)의 회전에 의하여 최대직경 끝부분 방향으로 이동한다.

이때에 연소물은 소정의 높이까지 통체(12)의 내벽면과 함께 상승하고 낙하하므로, 연소물은 부서져서 미세화되면서 이송된다. 다만, 연소물이 일정한 크기가 되면, 상기 미세화가 정지된다. 이때문에, 탄화장치(10)로부터 꺼내지는 탄화물은 공급되는 탄화원료에 불균일이 있더라도, 대략 소정의 크기의 탄화물을 얻을 수 있다.

그리고, 고정부(16)에 도달하여 인출구(21)로부터 꺼내어진 연소물은 숯불상태이므로, 수증기(S)에 의하여 냉각·소화되어 얻어진 탄화물은 제품 콘베이어(20)에 의하여 반송되어 인출구(21)로부터 꺼낸다.

제1도~제4도에 도시한 본 실시예의 탄화장치를 사용하여 낙엽송재, 삼나무재, 톱밥을 탄화원료를 사용하여 탄화를 행하고, 얻어진 탄화물의 여러가지 분석을 행하였다. 그 결과를 하기표에 표시한다.

또, 종래의 충전식(배치식)으로 탄화를 행하여 얻어진 탄화물의 분석을 행하여, 그 결과도 각 표에 아울러 표시한다.

그리고, 각 표의 상단이 본 실시예의 탄화장치를 사용하여 얻어진 탄화물의 수치이고, 하단이 충전식으로 탄화를 행하여 얻어지 탄화물의 수치이다.

먼전, 얻어진 탄화물의 공업분석치를 표 1에 표시한다.

[표 1]

표1에서 명백한 바와 같이, 본 실시예에서 얻어진 탄화물은 충전식으로 얻어진 탄화물에 비하여 휘발분이 적다. 이와 같이 휘발분이 적은 탄화물은 활성탄의 제조공정에 있어서의 활성화 공정에서의 처리가 용이하게 되므로, 활성탄용 원료로서 적합하다.

다음에 얻어진 탄화물의 물성분석치를 표 2에 표시함과 동시에, 조성분석치를 표 3에 표시한다.

[표 2]

[표 3]

표 2 및 표 3에 표시한 바와 같이 본 실시예의 탄화물은 충전식으로 얻어진 탄화물의 값에 비하여, 동등 내지 양호한 값을 나타내고 있으므로, 충전식에서 얻어진 탄화물과 똑같이, 예컨대 농업용 토양 개량재, 녹화용 자재, 융설(瀜雪)재, 건축마루아래재, 여과재로서 이용할 수 있다.

또, 휘발분이 적은 잇점을 이용하여 활성탄에 이용할 수 있다.

하기의 표 4에 표 1~표 3에 표시한 본 실시예의 탄화물에 가스 활성법(활성화 조건 : 900℃, 1시간)에 의하여 활성화하여 얻어진 활성탄의 분석치를 표시한다.

[표 4]

표 4에 표시한 낙엽송재를 탄화원료로 사용하여 얻어진 활성탄의 요오드 흡착성능 및 메틸렌 블루 탈색력은 야자껍질 활성탄의 요오드 흡착성능 및 메틸렌 블루 탈색력에 대하여 1.2~1.5배의 값을 나타내는 양호한 활성탄이었다.

이상 설명해온 제1도~제4도에 도시한 탄화장치에 있어서 사용된 통체(12)는 통체(12)의 끝부분의 한쪽으로부터 다른쪽의 끝부분에 연속적으로 내경이 축경되는 데이퍼 형상이었으나, 최대직경이 1500㎜ 이상의 통체(12)가 되면, 통체(12)내의 공기류의 유속이 느려져서 통체(12)의 최대직경 끝부분 근방에 가연성 가스가 축적되어 폭발적으로 연소할 염려가 있다.

이 때문에, 제5도에 도시한 바와 같이 통체(12)의 내경을 연속적으로 축경함과 동시에, 복수개소에서 급격히 통체(12)의 내경을 축경함으로써 통체(12)내의 공기류의 유속을 소정유속 이상으로 하는 것이 좋다.

또, 본 실시예의 탄화장치의 운전개시시에 있어서, 통체(12)내에 공급된 탄화원료에 착화하기 때문에, 착화용 버너를 고정부(16)에 설치하여 두어도 좋다.

이 착화용 버너는 통체(12)가 소정온도에 도달한 시점에서 소화한다.

그리고, 굴뚝(18)을 통과하는 연소가스의 열을 이용하여 온수를 얻어, 공장·가정의 난방용, 소제용, 하우스재배용 등에 이용할 수도 있다.

[발명의 효과]

본 발명에 의하면, 종래 이용되지 않았던 제재소로부터 발생하는 목질편, 목피, 톱밥, 산림관리 등으로 발생하는 간벌재 등의 불필요한 목질재를 유효하게 이용할 수 있어서, 산림자원의 재이용을 꾀할 수 있다.

또한, 본 발명의 탄화장치는 구조가 간단하고 제어가 용이하므로, 장치의 운전 및 유지관리가 용이하다.

더욱이, 탄화원료를 완전연소분위기하에서 탄화하므로, 배연처리장치를 설치할 필요가 없어서, 설비비용의 저감을 꾀할 수 있다.

Claims (4)

1. 배연구가 설치된 고정부에 회전가능하게 접속된 끝부분의 한쪽으로부터 다른쪽의 끝부분을 향하여 내경이 서서히 축경되고 또한 안쪽에 내화 콘크리트층이 설치된 통체와, 상기 통체의 내경이 최소로 되는 최소직경 끝부분쪽의 공급구의 목편 등의 탄화원료를 연속적으로 공급하는 원료공급장치와, 상기 통체의 외부에 설치되어 통체의 내경이 최대로 되는 최대직경 끝부분 방향으로 통체내에 공급된 탄화원료가 이동하도록 통체를 회전하는 회전장치와, 상기 고정부에 설치되어 원료공급장치로부터 공급되어 이동하는 탄화원료가 완전연소 분위기하에서 연소하도록 통체의 최소직경 끝부분 방향으로 공기를 강제송풍하는 송풍기와, 통체의 최대직경 끝부부에 도달하여 통체밖으로 꺼내어진 연소물을 냉각·소화하는 인출부를 구비한 것을 특징으로 하는 연속탄화장치.
2. 제1항에 있어서, 통체의 안쪽에 설치된 내화 콘크리트층의 강화재로서 통체의 외투부를 구성하는 금속제 통체에 한끝이 용착된 Y자형 핀 및 상기 콘크리트층에 배합된 대략 ㄷ자형 핀이 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 연속탄화장치.
3. 배연구가 설치된 고정부에 회전가능하게 접속된 끝부분의 한쪽으로부터 다른쪽의 끝부분을 향하여 내경이 서서히 축경되고 또한 안쪽에 내화 콘크리트층이 설치된 통체를 회전하여, 다른쪽의 끝부분으로부터 연속적으로 공급된 목편 등의 탄화원료를 끝부분의 한쪽방향으로 이송함과 동시에, 끝부분의 한쪽으로부터 다른쪽의 끝부분 방향으로 공기를 강제송풍하여 완전연소분위기하에서 상기 통체내를 이송하는 탄화원료를 연소시켜, 끝부분의 한쪽에 도달한 연소물을 통체 외부로 꺼내어 냉각·소화함으로써 탄화물을 제조하는 것을 특징으로 하는 연속탄화장치.
4. 제3항에 있어서, 통체의 끝부분의 한쪽으로부터 송풍된 공기류가 연소가스로서 상기 끝부분이 한쪽으로 되돌아가서 배출되는 것을 특징으로 하는 연속탄화장치.