KR100800632B1 - 대나무 활성탄 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대나무숯 활성탄 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 대나무 조각들을 탄화시켜 얻은 대나무숯을 얻는 단계, 그 대나무숯을 회전킬른로에 장입하여 대나무숯을 활성화시키는 단계를 포함하고 있다. 상기 대나무숯 활성화단계에서는 스팀 공급파이프(4)로 부터 공급되는 스팀에 의해 가열된 대나무숯 입자들의 수성가스화반응을 통하여 대나무숯을 활성화시키며, 열효율을 향상시키고 가열된 대나무숯 내의 탄소 입자들의 수성가스화반응을 촉진시키도록 배연가스 중 일부를 환류 시키는 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 대나무숯을 활성화시켜 미세 기공 및 표면적이 증대되어 흡착능력이 크게 향상되는 대나무 활성탄을 제조 하는 효과가 있다.

대나무숯, 활성탄, 수증기, 일산화탄소, 배연가스 환류

Description

대나무 활성탄 제조방법 및 제조장치{A METHOD AND APPARATUS FOR BAMBOO ACTIVATED CARBON}

도 1은 본 발명의 대나무활성탄 제조방법을 수행하기 위한 회전 킬른로의 개략적인 종단면도.

도 2는 도 1의 선 A-A에 의한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 호퍼 2 : 킬른로

3 : 버너 4 : 스팀공급 파이프

10 : 롤러 12 : 기어

20 : 가스공급 파이프 21 : 송풍기

본 발명은 대나무활성탄 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 특히 미세 기공 및 표면적을 증대시켜 보다 품질이 향상된 대나무활성탄을 얻도록 개선한 대나무활성탄 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 대나무활성탄은 미세한 다공질 구조로 이루어지고 미세 표면의 산성도와 활성점등에 기초하여 표면에서의 유익한 미생물의 착생, 이물질 및 미생물들이 표면에 흡착되어 공기 및 물의 정화에 널리 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 부패균의 발생을 억제하고 냄새 원인 물질들의 흡착 제거에 의해 악취제거 및 습도 조절등에도 이용할 수 있다.

이러한 대나무활성탄은 대나무숯의 조각 또는 입자 상태로 탄화기, 예를들어 회전 킬른로에서 800 내지 1200℃ 고온으로 가열하여 적열화된 상태에서 수증기를 공급하면 아래와 같은 흡열반응인 다양한 가스화반응(활성화 반응)이 이루어지게 된다.

즉, C + H2O → CO + H2

CO + H2O → CO2 + H2

C + 2H2O → CO2 + 2H2

C + CO2 → 2CO

이러한 활성화반응은 흡열반응이어서 킬른로내에서는 급격히 온도가 저하될 수 있기 때문에 가열장치에 의해 내부 온도를 800 내지 1200℃ 범위내로 유지해야 한다.

이러한 활성화반응으로 대나무활성탄에는 많은 미세 기공이 형성되나, 지나치게 높은 온도에서는 탄소가 연소될 수 있고 또한 너무 낮은 온도에서는 탄화과정이 장시간을 요하게 되어 생산성이 저하되고, 미세 기공이 보다 적게 형성됨에 따라 대나무활성탄소의 품질 저하가 초래되고, 장시간의 탄화공정으로 인한 연료비가 증가되는 문제가 발생되므로 활성화로 내의 온도 제어는 대나무 활성탄 제조 장치의 핵심 사항이다.

본 발명은 종래의 회전 킬른로에서의 활성탄 제조방법에 따른 문제점을 해소하여 회전킬른로의 구조적 변경을 최소화하면서 활성화반응을 촉진시켜 보다 신속하게 미세 기공이 보다 많이 형성될 수 있도록 개선된 대나무활성탄 제조방법의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 미세 기공이 보다 많이 형성될 수 있게 활성화반응을 촉진시키도록 회전 킬른로의 배출구측의 영역에 일산화탄소를 포함하는 배연가스의 일부를 환류시켜 공급하도록 고안된 탁월한 대나무활성탄 제조장치의 제공을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 대나무활성탄 제조방법은 대나무 조각들을 탄화시켜 얻은 대 나무숯을 얻는 단계, 상기 대나무숯을 회전킬른로에 장입하여 대나무숯 입자들의 미세 기공 및 표면적이 증대되도록 대나무숯을 활성화시키는 단계를 포함하며, 상기 대나무숯 활성화단계에서는 스팀 공급파이프로부터 공급되는 스팀에 의해 가열된 대나무숯 입자들의 수성가스화반응을 통하여 대나무숯을 활성화시키며, 가열된 대나무숯 입자 내의 탄소의 수성화반응을 촉진시키도록 배연가스 중 일부를 환류 공급하는 것을 특징으로 하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 대나무활성탄 제조장치는 원통형상으로서 지지롤러에 의해 지지되어 회전하도록 설치된 회전 킬른로와, 대나무숯이 장입되는 입구측에 설치된 버너, 대나무숯의 수성가스화반응을 위하여 스팀을 공급하도록 회전 킬른로 입구측으로부터 내부로 연장되어 설치된 스팀 공급파이프, 발생로에서 대나무숯의 가스반응을 촉진시키도록 회전 킬른로의 배출구측에 송풍기에 의해 배기가스 중 일부를 환류시켜 일산화탄소를 포함한 활성화가스를 회전킬른로 내부로 공급하도록 회전킬른로 내부에 설치된 환류가스 공급파이프를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 대나무활성탄 제조방법을 첨부 도면을 참고하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1과 도 2에는 본 발명에 따른 대나무활성탄 제조방법을 수행하기 위한 회전 킬른로의 구조가 개략적으로 도시되어 있다.

본 발명에 의한 대나무 활성탄 제조장치는 킬른로 구조로서, 원통형상으로서 지지롤러에 의해 지지되어 회전하도록 설치된 회전 킬른로(2)와, 대나무숯이 장입 되는 입구측에 설치된 버너(3), 수성가스화반응을 위한 스팀 공급을 위하여 스팀 공급파이프(4)를 포함한다.

또한, 상기 회전 킬른로(2)의 배출구측에는 송풍기(21)에 의해 일산화탄소를 포함한 배연가스 중 일부를 환류 공급하는 가스공급파이프(20)가 회전킬른로 내부로 연장되게 설치되어, 공급되는 일산화탄소를 포함한 환류가스에 의하여 대나무숯의 활성화 반응이 촉진된다.

이하에서는 이러한 대나무 활성탄 제조장치를 이용하여 본 발명에 따른 대나무 활성탄 제조방법을 설명한다.

대나무활성탄의 원료 대나무숯 조각들은 호퍼(1)에서 회전 킬른로(2) 내부로 스크류 콘베이어를 통하여 킬른로(2) 내부로 공급된다.

상기 킬른로(2)는 원통형상으로서 입구측은 개방되어 호퍼로부터 콘베이어를 통해 대나무숯 입자들이 공급되는 한편, 킬른로의 내부를 가열하기 위하여 버너(3)가 설치되고, 가스화반응을 위한 고온의 스팀을 공급하기 위하여 도면에 도시하지 않은 스팀 공급장치에 의해 스팀을 공급하기 위한 스팀 공급파이프(4)가 배치되어 있으며, 출구측에는 대나무활성탄을 배출함과 함께 가스를 배출하기 위한 배출구(5)가 형성되고 킬른로(2)를 회전가능하게 지지하도록 지지장치(6)가 설치되어 있다.

또한, 킬른로의 입구측에는 킬른로(2)를 회전가능하게 지지함과 함께 킬른로로 투입되는 대나무숯 입자들이 혹시라도 개방된 입구를 통해 배출되는 경우에 이를 포집하기 위한 드레인부(7)가 설치되어 있고 킬른로 작동시에는 배출구가 밀폐 된다.

상기 킬른로(2)는 양측 단부 부근에서 도 2에서 단면도로 도시된 바와같이 양측에서 지지용 롤러(10)에 의해 회전가능하게 지지되고, 상기 지지용 롤러에 대하여 킬른로가 충격에 의한 손상을 받지 않고 원활하게 회전할 수 있도록 예를들어 타이어와 같은 완충부재(11)가 제공된다.

상기 킬른로(2)는 입구측이 출구측 보다 높도록 2° - 8°로 경사지게 배치됨으로써 킬른로가 회전하는 동안 내부에 장입된 대나무숯이 활성화되면서 배출구쪽으로 자동적으로 이송될 수 있게 된다.

또한, 킬른로(2)의 양측 단부들로부터 내측의 위치에 킬른로 외주면 둘레로 기어(12)가 일체로 고정되어 설치되고, 그 기어(12)는 모터(15)에 의해 구동되는 피니온기어(16)와 맞물려 회전됨으로써 킬른로(2)를 회전시킨다.

이러한 킬른로 구조에서, 본 발명에 따라 출구측으로부터 내부로 연장되어 배치된 가스공급 파이프(20)를 통하여 활성화반응을 촉진하기 위하여 일산화탄소 가스가 포함된 배연가스의 일부를 회수파이프(22)를 통해 송풍기(21)에 의해 환류 공급된다.

환류가스 공급 파이프(20)는 적어도 킬른로(2)의 회전 중심과 일치되게 배치되거나 그보다 약 2 - 5°정도 상향 경사지게 배치되어 킬른로가 회전하는 동안 그 바닥에 위치하는 대나무활성탄 입자들을 분산시키지 않도록 하는 것이 바람직하다.

위와 같은 구조의 회전 킬른로에서 본 발명에 따른 대나무활성탄 제조과정을 설명하기로 한다.

대나무 활성탄은 첫째 단계로서 대나무 조각들로 대나무숯을 만들고, 둘째 단계로 그러한 대나무숯을 활성화시켜 활성탄을 제조한다.

첫째 단계로서, 대나무숯을 제조하는 과정은 대나무를 일정 크기의 조각, 예를들어 2㎝~3㎝ 크기로 절단한 다음 도 1의 호퍼(1)에 저장한 상태에서, 버너(3)에 의해 회전 킬른로(2)를 600℃로 예열시킨다. 회전 킬른로(2)가 예열된 다음, 호퍼 하단에 제공된 스크류 콘베이어와 같은 이송수단에 의해 호퍼에 수용된 대나무 조각들을 소량 회전 킬른로로 장입시키며, 이렇게 장입된 소량의 대나무 조각들이 탄화되면서 회전 킬른로의 내부 온도는 상승된다.

대나무 조각들의 장입후 8 내지 10시간이 경과되면 회전 킬른로의 내부 온도는 약 800℃로 상승되며, 이때부터 호퍼(1)로부터 일정 속도로 대나무 조각들이 회전 킬른로로 장입된다.

회전 킬른로(2)는 대나무 조각들이 장입되어 경사진 회전 킬른로의 회전에 따라 내부를 이동하면서 탄화되어 배출될 때까지 약 4시간 정도 소요되도록 회전속도를 설정한다.

대나무 조각들이 회전 킬른로에 장입되어 체류시간이 약 2시간 정도된 때부터, 대나무숯이 과도하게 산화되는 것을 방지하기 위하여 스팀 공급파이프(4)를 통해 스팀을 투입한다. 이렇게 하여 대나무 조각들은 회전 킬른로에 장입된지 4시간이 경과되면 대나무숯으로 탄화되어 배출구로 배출된다. 이렇게 생산된 대나무숯은 일반적인 숯으로 사용될 수 있으며 둘째 단계의 대나무숯 활성탄의 원료로 사용하게 된다.

위에서는 회전킬른로(2)에서 대나무 조각들을 대나무숯으로 탄화시키는 것으로 설명되었으나, 이러한 대나무숯은 종래의 숯 제조방법 및 설비로 제조하여 후술하는 대나무숯 활성탄의 원료로 사용할 수도 있다.

둘째 단계로서 대나무숯의 활성탄 제조과정은, 상술한 첫째 단계에서 제조된 대나무숯을 호퍼(1)에 장입하여 스크류피더에 의하여 연속적으로 킬른로 내부로 투입되며, 입구측에 인접한 영역에서 버너에 의해 800 - 1200℃로 가열되어 적열화되고, 경사진 상태로 킬른로가 회전함에 따라 중앙부와 배출구쪽으로 원료가 이동하게 되며, 스팀 공급 파이프(4)에 의해 공급되는 스팀이 적열화된 대나무숯의 탄소와 반응하여 탄소와 물분자가 반응하여 일산화탄소와 수소가 발생되고 이차적으로 일산화탄소와 물분자가 반응하여 이산화탄소와 수소분자가 발생되는 활성화반응이 일어나게 된다.

이때, 대나무숯에 함유된 탄소 원자가 물분자와 반응하여 일산화탄소 및 이산화탄소로 됨에 따라 대나무숯의 내부 세공은 더욱 커지고 새로운 미세 기공이 무수히 많게 형성되는데, 본 발명에 따라 가스공급 파이프(20)를 통하여 일산화탄소가 함유된 배출가스를 환류 보충하여 공급함으로써 이러한 활성화 반응이 더욱 촉진되어 활성화에 소요되는 시간을 단축시키며 이에 따라 에너지 소요량을 감축시키면서 표면적이 잘 발달된 양질의 대나무 활성탄을 제조할 수 있게 된다.

킬른로의 배출구측의 지지장치(6)에서 배출 활성탄과 가스로부터의 열회수를 위한 설비를 추가적으로 할 수 있음은 자명하며, 킬른로와 그 입구측의 드레인부 및 출구측의 지지장치에는 내화 벽돌을 이용한다.

본 발명에 따라, 회전하는 킬른로에 대나무숯을 장입하여 버너로 가열함과 함께 스팀을 공급하여 적열화된 대나무숯 입자의 탄소가 물 분자와 반응하여 일산화탄소, 이산화탄소로 생성되는 수성가스화반응이 일어나면서 대나무활성탄소가 제조되는 과정에서 일산화탄소를 포함하는 배출가스 중의 일부를 출구측으로부터 공급파이프를 통해 환류공급하여 대나무활성탄의 활성화반응이 더욱 촉진됨으로써, 미세 기공이 증가되고 대나무활성탄의 표면적이 증대되어 대나무활성탄의 흡착등의 기능이 더욱 향상되는 장점이 있으며, 대나무숯의 장입 및 적열, 수증기 공급하의 수성가스화반응을 통한 활성화가 더욱 신속히 이루어지고 그에 따라 연료비의 절감 효과도 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 대나무 조각들을 500～800℃로 가열하여 탄화시켜 미세 기공이 형성된 대나무숯을 얻는 단계, 이러한 대나무숯을 회전킬른로에 장입하여 대나무숯 입자들에서 미세 기공 및 표면적이 증대되도록 대나무숯을 활성화시키는 단계를 포함하며, 상기 대나무숯 활성화단계에서는 스팀 공급파이프(4)로 부터 공급되는 스팀에 의해 가열된 대나무숯 입자들의 수성가스화반응을 통하여 800～1200℃ 온도에서 대나무숯을 활성화시키며, 가열된 대나무숯 입자 내의 탄소의 활성화반응을 촉진시키도록 일산화탄소를 공급하는 것을 특징으로 하는 대나무활성탄 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 일산화탄소 공급은 배출되는 배기가스를 회수하여 공급하는 것을 특징으로 하는 대나무활성탄 제조방법.
3. 원통형상으로서 지지롤러에 의해 지지되어 회전하도록 설치된 회전킬른로(2)와, 대나무숯이 장입되는 입구측에 설치된 버너(3), 대나무숯의 수성가스화반응을 위하여 스팀을 공급하도록 회전 킬른로 입구측으로부터 내부로 연장되어 설치된 스팀 공급파이프(4), 대나무숯의 활성화반응을 촉진시키도록 회전 킬른로(2)의 배출구측에서 송풍기(21)에 의해 배기가스를 회수하여 일산화탄소를 포함한 환류가스를 회전킬른로 내부로 공급하도록 회전킬른로 내부에 설치된 환류가스 공급파이프(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대나무활성탄 제조장치.

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