KR100577048B1 - 연속식 대나무 활성탄의 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원료인 대나무 숯과 활성화제인 연소가스와 수증기가 원활히 접촉하도록 하여 표면적이 넓은 대나무 활성탄을 연속적으로 제조하기 위한 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 대나무 활성탄 제조장치는 기체가열로와 활성탄 제조로로 구성되어 있다. 기체 가열로에는 대나무 숯이 활성화되는데 필요한 열을 공급하기 위한 경유버어너가 설치되어 있으며, 이산화탄소가 주성분인 배연가스를 공급하여 수증기와 함께 상승하면서 활성화제 역할을 한 후 활성탄 제조로의 상부로 배출된다. 활성탄 제조로는 대나무 숯 원료가 연속적으로 상부로 투입되고 하부로 대나무 활성탄이 배출될 수 있는 구조로 이루어져 있되 대나무 숯과 활성화제의 체류시간을 늘리기 위해 활성화제 분배판이 여러 단으로 설치되어 있고, 이들의 접촉을 위해 교반축이 중앙에 설치되어 있다.

본 발명에 따른 활성탄 제조장치는 대나무 숯의 노내 체류시간을 높여 흡착성이 우수한 대나무 활성탄을 제조할 수 있으며, 각 단은 분리가 가능하여 보수가 용이한 특징이 있다.

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Description

연속식 대나무 활성탄의 제조장치{Equipment for continuously making bamboo activation carbon}

도 1은 본 발명에 따른 대나무 활성탄 제조장치의 측면도이다.

도 2는 도 1의 장치 내에 위치한 활성화제 분배판의 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 대나무 숯 저장호퍼 2 : 이송체인컨베이어

2' : 공급구 3 : 활성탄 제조로

4 : 냉각체인컨베이어 5 : 수증기 주입구

6 : 기체 가열로 6' : 배연가스 도입관

7 : 배연가스 배출구 8 : 대나무활성탄 저장호퍼

9 : 교반축 구동모터 10 : 경유버어너

11 : 단열재 12 : 철판

13 : 단열재 14 : 시창구

15 : 활성화제 분배판 16 : 교반축

17 : 교반팔 18 : 교반갈퀴

19 : 고정볼트 지지대 20 : 상승구

21 : 고체 하강구 22 : 교반축 설치구

23 : 지지대 고정홈 24 : 이동홈

본 발명은 대나무 활성탄을 연속적으로 제조하기 위한 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 원료인 대나무 숯과 활성화제인 연소가스와 수증기가 원활히 접촉하도록 하여 표면적이 넓은 대나무 활성탄을 연속적으로 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.

활성탄을 제조하는 장치로는 로타리 킬른장치 [화학공학, 34(3), 263-209(1996)] [대한환경공학회지, 21(10), 1959-1965(1999)]가 있으나, 이 장치는 내화재가 설비된 반응기 몸체가 회전하므로 내화재의 파손이 많고 구동 동력비도 크게 된다. 또한 고체인 원료탄은 수평으로 이송되나 기체인 활성화제는 고체 상부로 이동되므로 활성화제와 고체와의 접촉 효율이 낮아 다량의 활성화제가 요구되는 결점이 있다.

또한, 소각로 용도로 다단로[미국 특허 제4,046,085호, 제3,777,680호]가 사용되고 있으나 이 경우 소각공정에서는 산소가 산화제로 사용되므로 반응온도가 높고, 연소반응의 경우 활성화 반응에 비하여 반응속도가 빠르므로 소각 고체의 노내 체류 시간이 짧아도 된다. 다단로를 활성탄 제조로로 사용하기 위하여서는 원료를 각단에 장시간 정체시키는 것이 필요한데 이러한 소각로 용도로 사용되는 다단로의 경우 고체입자 체류시간이 짧아 활성화가 미약하다. 또한 소각 공정에서는 소각온 도가 1,300 ℃ 이상의 고온이므로 각 단을 벽체와 일체식으로 된 내화재로 만들어야 한다. 따라서 개별 단의 파손 시 보수가 불가능하고 각 단에서의 고체 이송량을 조절하는 것이 불가능한 구조로 되어 있다.

이에 본 발명은 원료인 대나무 숯과 활성화제인 연소가스와 수증기가 원활히 접촉하도록 하여 표면적이 넓고, 흡착성이 우수한 대나무 활성탄을 제조할 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 부분적인 보수가 가능하도록 각 단의 분리가 가능한 대나무 활성탄 제조장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 대나무 숯의 세공표면적과 세공부피를 넓혀 대나무 활성탄을 만들기 위한 제조장치로서, 대나무를 절단기를 사용하여 10cm 이하 크기로 절단하여 산소가 부족한 불완전연소상태에서 가온하면 대나무 숯이 제조된다.

대나무 숯은 표면적이 50 ~ 100 ㎡/g로 작아 흡착제 용도로서 사용이 제한적이다. 이 대나무 숯을 원료로 하여 액체나 기체상의 활성화제와 반응시켜 세공표면적이 900 ㎡/g 이상이고 세공부피 등을 크게 향상시킨 것이 대나무 활성탄이다. 본 발명은 대나무 숯을 원료로 하여 수증기와 연소배연가스와 반응시켜 대나무활성탄을 제조할 수 있는 장치인 것이다.

본 발명의 연속식 대나무 활성탄의 제조장치는,

원료인 대나무 숯을 상부로 공급하기 위한 저장호퍼와 이를 이송하기 위한 이송체인컨베이어, 상기 대나무 숯을 점진적으로 하강시키면서 상승하는 활성화제와 접촉 및 반응시켜 대나무 활성탄을 제조하게 되는 수직 원통형의 활성탄 제조로, 상기 활성화제인 이산화탄소로 이루어진 고온의 연소기체와 수증기를 생성하여 활성탄 제조로의 하부로 공급하기 위한 기체 가열로 및 제조된 대나무 활성탄을 냉각 및 배출하기 위한 냉각체인컨베이어와 저장호퍼로 구성되어 있다.

상기 활성탄 제조로는 대나무 숯을 공급하기 위한 공급구, 반응이 완료된 배연가스를 외부로 배출하기 위한 배출구, 상기 기체 가열로로부터의 연소기체를 도입하기 위한 고온 배연가스 도입관과 수증기를 유입시키기 위한 주입구, 하강하는 대나무 숯과 상승하는 활성화제가 통과할 수 있는 구조로 된 여러 단으로 배치된 활성화제 분배판, 그의 중앙에서 구동모터에 의해 구동하는 교반갈퀴와 교반팔을 갖는 교반축, 상기 교반축의 교반팔을 장착하거나 보수하기 위한 시창구로 이루어져 있다. 또한 상기 기체 가열로는 이산화탄소를 주성분으로 하는 고온의 연소기체를 생성하기 위해 경유버어너와 상기 연소기체를 활성탄 제조로로 도입하기 위한 고온 배연가스 도입관이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 중 도 1은 본 발명에 따른 대나무 활성탄 제조장치의 측단면도로서, 크게 분류하여 직육면체 형태의 기체 가열로(6)와 수직한 원통형인 활성탄 제조로(3)로 구성되어 있으며, 상기 활성탄 제조로(3)의 상부에는 원료인 대나무 숯을 투입하기 위한 대나무 숯 저장호퍼(1)와 대나무 숯 이송체인컨베이어(2)가 설치 되어 있다. 즉, 상기 대나무 숯 저장호퍼(1)에 대나무 숯을 저장한 후 투하량이 조절되면서 대나무 숯 이송체인컨베이어(2)를 거쳐 활성탄 제조로(3)의 상부로 연속해서 투입된다.

본 발명에 따른 직육면체 형태의 기체 가열로(6)는 대나무 숯이 활성화되는데 필요한 열을 공급하는 장치로서 활성탄 제조로(3)의 하부 측면에 설치되어 있는 바, 활성화제인 이산화탄소가 주를 이루는 고온 배연가스를 생성하여 고온 배연가스도입관(6')을 통해서 활성탄 제조로(3)의 하부로 공급하게 되며, 그 외부 하우징은 철판(12)으로 제작되어 있고, 내화재와 단열재(11)로 그 내부가 구성되어 있다. 그리고, 기체 가열로(6)는 그 내부에 설치되어 있는 경유버어너(10)에 의해 온도제어에 따라 최대온도 1,000℃ 이하로 유지된다.

상기 활성탄 제조로(3)의 한 측면에는 수증기보일러(도면에 도시하지는 않음)로부터의 수증기가 주입될 수 있는 수증기 주입구(5)가 설치되어 있으므로 이를 통해서 수증기가 활성탄 제조로(3)로 유입되면 기체 가열로(6)를 통해서 주입되는 배연가스와 함께 활성화제로 작용을 하게 된다.

활성탄 제조로(3)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 상부에 대나무 숯 저장호퍼(1)로부터 대나무 숯을 이송하게 되는 이송체인컨베이어(2)의 공급구(2')와 연결되어 있으며, 다른 쪽 상부에는 대나무활성탄을 만들게 되는 활성화제로 작용하는 배연가스를 외부로 배출하기 위한 배연가스 배출구(7)가 설치되어 있다.

활성탄 제조로(3)의 측면에는 앞에서도 언급한 바와 같이 활성화제로 작용하는 수증기를 주입하기 위한 수증기 주입구(5)와 이산화탄소가 주를 이루는 고온 배 가스를 생성하는 기체 가열로(6)가 고온배가스 도입관(6')을 통해서 연결되어 있다.

활성탄 제조로(3)는 전체적으로 외부 하우징이 철판(12)으로 제작되어 있고, 그 내부면은 내화재와 단열재(13) 벽돌이나 모르타르로 제작되어 있으며, 내부에는 내열강으로 제작된 활성화제 분배판(15)이 여러 단으로 구획되어 설치되어 있고 중앙에는 내부 교반을 위한 내열강으로 제작된 교반축(16)이 배치되어 있으며, 상기 교반축(16)에는 교반갈퀴(18)가 형성되어 있는 교반팔(17)이 서로 엇갈리는 형태로 부착되어 있다.

상기 교반축(16)은 활성탄 제조로(3)의 하부에 설치된 교반축 구동모터(9)에 의해서 회전되며, 변속기어에 의해 교반회전수가 1rpm 내외로 조절되게 된다.

상기 활성화제 분배판(15)이 설치된 각 단에는 시창구(14)가 설치되어 있어 교반축(16)에 교반팔(17)을 장착하거나 제거할 수 있도록 되어 있다. 또한, 각 시창구(14)에는 온도 측정을 위한 열전대가 설치되어 있어 활성탄 제조로(3) 내부의 온도가 1,000℃ 이하로 유지될 수 있다.

본 발명에 따른 활성탄 제조로(3)의 하부에는 최종적으로 제조된 대나무 활성탄을 냉각하기 위한 냉각체인 컨베이어(4)와 냉각된 대나무활성탄을 저장하기 위한 저장호퍼(8)가 설치되어 있다.

첨부도면 중 도 2는 상기 대나무 활성탄 제조장치 내에 설치되는 활성화제 분배판(15)의 평면도를 나타낸 것으로 표면에는 대나무 숯과 활성화제의 접촉이 용이하도록 다수의 활성화제 상승구(20)가 전체적으로 뚫려져 있고, 고체의 하강이 이루어지는 고체하강구(21)가 중앙 가까이에 형성되어 있다. 정 중앙 부위에는 앞에서 언급한 교반축(16)이 삽입되어 원활하게 회전할 수 있도록 교반축 설치구(22)가 뚫려져 있다.

상기 활성화제 분배판(15)의 가장자리에는 지지대 고정홈(23)과 이동홈(24)이 일정간격으로 형성되어 있는 바, 지지대 고정홈(23)은 활성탄 제조로(3)의 내부 벽면에 형성된 고정볼트 지지대(19) 위에 걸려서 얹혀질 수 있는 홈이고, 이동홈(24)은 활성탄 제조로(3)를 보수하기 위하여 활성화제 분배판(15)을 분리시킬 경우에 활성화제 분배판(15)을 약 30도 정도 회전시켜 각 단의 고정볼트 지지대(19)가 위치하도록 하여 활성화제 분배판(15)을 분리하는데 사용되는 홈이다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 활성탄 제조장치를 이용하여 활성탄을 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 즉, 대나무 숯을 대나무 숯 저장호퍼(1)로부터 투하량을 조절하면서 대나무 숯 이송체인컨베이어(2)를 거쳐 활성탄 제조로(3)의 상부를 통해서 연속적으로 투입한다. 이산화탄소가 주를 이루는 고온 배연가스를 경유버어너(10)가 설치되어 있는 기체 가열로(6)에서 생성하여 고온 배연가스 도입관(6')을 통해서 활성탄 제조로(3)의 하부 측면을 통해서 공급함과 동시에 수증기 보일러(도면에 도시하지는 않음)에서 만들어진 수증기를 수증기 주입구(5)를 통해서 유입시킨다. 상기 고온의 배연가스는 수증기와 혼합되어 활성화제로 작용하게 된다.

활성탄 제조로(3)의 상부로 투입된 대나무 숯은 내부에 설치된 활성화제 분 배판(15)에서 체류시간이 조절되면서 하부로 이송되고, 하부로 유입된 활성화제는 활성화제 분배판(15)의 상승구(20)를 통해서 상승하면서 노내 온도를 850 내지 950℃로 유지하게 된다.

하강하는 대나무 숯과 상승하는 활성화제의 접촉이 보다 원활히 이루어지도록, 교반갈퀴(18)와 교반팔(17)을 갖는 교반축(16)이 약 1rpm 내외의 회전수로 계속 회전하면서 이들을 반응시켜 대나무 활성탄이 만들어지게 되며, 만들어진 표면적이 넓은 대나무 활성탄은 역시 회전하는 교반팔(17)의 교반갈퀴(18)에 의해 함께 회전하면서 활성화제 분배판(15)의 고체 하강구(21)를 통해서 점진적으로 하강하게 되고, 최종적으로 대나무 활성탄 냉각 체인컨베이어(4)를 거쳐 냉각된 후 대나무 활성탄 저장호퍼(8)에 저장되게 된다. 그리고 사용된 배연가스는 배출구(7)를 통해서 활성탄 제조로(3)의 외부로 배출되게 된다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예

기체 가열로(6)의 길이와 폭이 1,860×1,580 mm, 높이가 1,600 mm이고, 원통형의 활성탄 제조로(3)의 직경은 2,000 mm, 높이는 3,800 mm 되게 제작한다.

상기 기체 가열로(6)에는 경유버너를 설치하고 경유 연소에 의하여 기체 가열로(6)내의 온도를 1,000 ℃로 유지되게 한다. 기체 가열로(6)에서 생성된 이산화탄소가 주성분인 고온 연소가스는 활성탄 제조로(3) 하부로 유입되게 한다.

상기 활성탄 제조로(3)의 1단의 높이는 460 mm로 하며, 전체적으로 7단으로 구성하고, 각 단을 구획하는 활성화제 분배판(15)은 SUS 310 내열강으로 제작한다. 상기 각 분배판(15)에는 수증기가 상승할 수 있도록 10 mm 직경의 구멍을 피치 50 mm 간격으로 500개 형성하고, 대나무 활성탄이 하강할 수 있도록 직경 250 mm의 원형 구멍을 1개 형성한다.

활성화제 분배판(15) 중앙에는 축경이 90 mm인 SUS 310 내열강으로 제작된 교반축(16)을 설치하고, 활성탄 제조로(3)의 외부에 있는 교반축 구동모터(9)와 연결시킨다. 여기서, 교반축 구동모터(9)는 감속기에 의해 감속되어 1 rpm의 회전이 유지되도록 한다.

활성탄 제조로(3) 상부에서부터 순서대로 번호를 매겨서 6번째 단에 고온 연소 가스 유입구를 설치하고, K형 열전대를 설치하여 가스온도가 950℃로 유지되도록 한다. 그리고, 2번째부터 6번째 단까지에는 수증기 유입구(5)를 설치하여 활성탄 제조로(3) 내부로 수증기가 유입될 수 있게 한다.

상기 활성탄 제조로(3)의 상부 1번째 단에 형성되어 있는 대나무 숯 투입구를 통해서 활성탄 제조로(3)의 내부로 250 Kg/hr의 대나무 숯을 연속적으로 투입하고, 활성탄 제조로(3) 하부에서 상승하는 950℃의 연소가스 및 수증기와 반응시켜 대나무활성탄을 제조하고, 이를 7번째 단의 하단으로 150 Kg/hr의 속도로 연속적으로 배출되게 한 후, 외부에 설치된 대나무활성탄 냉각 체인 켄베이어를 통하여 배출한다. 각 단에서의 체류시간은 30분으로 하며, 전체 활성탄 제조로에서 2시간 30분 정도 체류하게 된다.

그 결과 초기 표면적 90 m²/g인 대나무 숯으로부터 표면적이 900 m²/g 이상, 요오드 흡착력 900 mg/g 이상인 대나무 활성탄이 제조되었다.

종래의 로타리 킬른식 활성탄로의 경우 수증기 소모량이 1.5g 수증기/1g 활성탄 이었으나, 본 발명의 대나무활성탄 제조장치의 경우 0.5 내지 0.8g 수증기/1g 활성탄으로 경제적으로 활성탄을 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 소각 공정에서 사용되는 다단로의 경우 각 단이 파손되면 다단로 전체의 내화 단열재를 교체하여야 하나 본 발명의 대나무활성탄 제조장치는 각 단 층의 분리가 가능하므로 부분적인 보수가 가능하고, 대나무 숯의 노내 체류시간을 높일 수 있어 흡착성이 우수한 대나무 활성탄을 제조할 수 있는 특징이 있다.

Claims (3)

1. 원료인 대나무 숯을 상부로 공급하기 위한 저장호퍼(1)와 이를 이송하기 위한 이송체인컨베이어(2), 상기 대나무 숯을 점진적으로 하강시키면서 상승하는 활성화제와 접촉 및 반응시켜 대나무 활성탄을 제조하게 되는 수직 원통형의 활성탄 제조로(3), 상기 활성화제인 이산화탄소로 이루어진 고온의 연소기체와 수증기를 생성하여 활성탄 제조로의 하부로 공급하기 위한 경유버어너(10)를 갖춘 기체 가열로(6) 및 제조된 대나무 활성탄을 냉각 및 배출하기 위한 냉각체인컨베이어(4)와 저장호퍼(8)로 구성되어 있되

   상기 활성탄 제조로(3)는 대나무 숯을 공급하기 위한 공급구(2'), 반응이 완료된 배연가스를 외부로 배출하기 위한 배출구(7), 상기 기체 가열로(6)로부터의 연소기체를 도입하기 위한 고온 배연가스 도입관(6')과 수증기를 유입시키기 위한 주입구(5), 하강하는 대나무 숯과 상승하는 활성화제가 서로 통과하여 접촉될 수 있는 구조로 된 여러 단으로 배치되는 활성화제 분배판(15), 그의 중앙에 내부 교반을 위해 구동모터(9)로 구동하게 되는 교반갈퀴(18)와 교반팔(17)을 갖는 교반축(16), 상기 교반축(16)의 교반팔(18)을 장착하거나 보수하고 열전대를 설치할 수 있는 시창구(14)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 연속식 대나무 활성탄의 제조장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 활성화제 분배판(15)은 표면에 대나무 숯과 활성화제 의 접촉이 용이하도록 다수의 활성화제 상승구(20)가 전체적으로 형성되어 있고, 고체의 하강이 이루어지는 고체 하강구(21)가 중앙 가까이에 형성되어 있으며, 정 중앙 부위에는 교반축(16)이 삽입되어 원활하게 회전할 수 있도록 교반축 설치구(22)가 형성되어 있고, 가장자리에는 이를 지지하고 해체하기 위한 지지대 고정홈(23)과 이동홈(24)이 일정간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연속식 대나무 활성탄의 제조장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 활성화제 분배판(15)은 활성탄 제조로(3)의 내부 벽면에 설치된 고정볼트 지지대(19) 위에 지지대 고정홈(23)이 걸려서 얹혀진 구조로 되어 있고, 이를 분리할 때는 약 30도 회전하여 지지대 이동홈(24)을 통해서 분리하도록 된 것을 특징으로 하는 연속식 대나무 활성탄의 제조장치.

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