KR100883751B1 - 폐수 슬러지를 이용한 코크스 제조장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유분과 수분이 함유된 폐수 슬러지와 원료 석탄 및 분코크스를 혼합하여 코크스 제조에 적합한 고형물을 제조하기 위한 폐수 슬러지를 이용한 코크스 제조장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

그 구성은 상부에 유분과 수분이 함유된 폐수 슬러지와 원료 석탄 및 분코크스를 장입하기 위한 장입구를 가지며 폐수 슬러지,원료 석탄 및 분코크스의 혼합물을 골고루 혼합하도록 교반하는 혼합기와, 혼합기에 의해 혼합된 혼합물을 공급받아 내부에서 가열하여 고체화하는 분류층 반응로와, 분류층 반응로에서 고형화된 혼합물을 분쇄하면서 혼합물과 기체를 분리시키는 분리기와, 분리기를 통해 고형화된 혼합물의 온도를 냉각시키고 열을 회수하는 냉각기와, 냉각된 고체 혼합물의 입도 크기를 분쇄하는 파쇄기와, 분리기에서 분리된 가스를 공급받아 분진을 제거하는 분진 제거기와, 분진 제거기를 통해 분진이 제거된 가스를 흡입하고 흡입된 가스의 일부가 분류층 반응로측으로 공급되도록 순환시키는 송풍기를 구비하여 된 것이다.

이에 따르면 본 발명은 코크스 품질을 저하시키지 않고도 폐수 슬러지를 이용하여 코크스 제조용 원료로 재활용할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

Description

폐수 슬러지를 이용한 코크스 제조장치 및 그의 제조방법{Method for forming cokes particles using sludge and apparatus thereof}

본 발명은 폐수 슬러지를 이용한 코크스 제조장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 페수 슬러지와 석탄 및 분코크스를 혼합하여 점착성이 없으면서 다른 원료 석탄과의 혼합성이 향상되도록 한 폐수 슬러지를 이용한 코크스 제조장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 코크스는 제철산업에 사용되는 유연탄 즉 점결탄(粘結炭)의 고온 건류에 의해서 생기는 다공질(多孔質) 고체연료로서, 코크스는 고온(1100~1200℃)으로 가열된 코크스로에서 제조된다.

고로에서 선철을 생산하기 위해 사용되는 코크스는 고로 내에서 환원제의 역할과, 자신이 연소되면서 발생하는 열로서 고로의 온도를 유지시켜주는 연료의 역할 뿐 아니라, 철광석이 용해되는 온도에서 용해되지 않고 강도를 유지함과 동시에 용융된 선철보다 낮은 비중을 가지고 있으므로 고로하부의 용융 선철 위에 떠있으면서 고로 상부의 물질들을 지지하고 고로의 하부로부터 발생되는 환원가스가 원활히 상부로 흐르도록 통기성을 유지하여 철광석의 환원율을 높이는 역할을 한다.

최근에는 고로의 코크스 소비량을 줄여서 원료비를 절감할 수 있는 방안으로 미분탄을 고로 하부에 취입하여 코크스를 대체하는 방법을 사용한다.

미분탄 취입량을 증대시킬수록 원료비를 그만큼 줄일 수 있기 때문에 미분탄 다량 취입에 대한 요구가 점점 높아지고 있다.

그러나 이와 같은 요구를 충족시키기 위해서는 더 적은 양의 코크스를 사용하면서도 고로의 통기성은 더 좋아야 하기 때문에 고로 내부에서 잘 분화가 되지 않고 강도를 가능한 오래 유지하는 코크스가 필요하다.

또한 고로의 생산성을 높이기 위하여 고로의 크기 또한 점점 커지는 추세이기 때문에 그에 따라 더 높은 통기성을 유지할 수 있으며, 반응성이 낮으면서도 강도가 높은 코크스에 대한 요구가 점차 증가하고 있는 실정이다.

이와는 별도로 코크스 제조공정 중 발생하는 폐기물은 가능한 자체적으로 재활용하여 배출하지 않음으로써 환경친화적인 코크스로 조업에 대한 요구는 높아지고 있지만, 오히려 폐기물의 재활용은 코크스의 품질을 떨어뜨리는 방향으로 작용하게 된다.

그 이유는 발생되는 폐기물의 대표적인 것이 코크스 제조시 발생하는 타르로부터 분리한 타르 슬러지와 코크스 가스 정제과정에서 발생하는 폐수를 처리할 때 발생하는 폐수 슬러지가 대표적인 것인데, 전자의 경우는 타르와 슬러지가 혼합되어 있는 물질이기 때문에 매우 점도가 높아 코크스 원료용 석탄과 배합시 원활 한 배합이 이루어지지 않는 단점이 있다.

후자인 폐수 슬러지는 높은 수분 함량을 가지고 있기 때문에 끈적끈적하고 원료석탄과 잘 섞이지 않을 뿐만 아니라 점결성은 전혀 없으면서 원료 석탄의 수분을 높이기 때문에 코크스 품질에 악영향을 미치게 된다.

이와 같은 물질들이 원료탄과 잘 섞이지 않을 경우에는 물질 자체의 끈적끈적함 때문에 원료 저장고 벨트 컨베이어 등의 설비에 부착하여 오염시킬 뿐 아니라 분체의 흐름을 방해하여 원료탄을 코크스로에 장입하는 시스템의 효율을 현저히 저하시킴으로써 적정 배합이나 적정 시간을 맞추지 못하는 경우가 발생되어 코크스 품질의 편차를 발생시키는 원인이 된다.

이와 같은 물질이 적절히 혼합되지 못함으로써 발생하는 품질의 편차나 또는 설비의 운전에 문제를 일으켜 발생하는 품질 편차 이외에 코크스로의 관리에 무리를 줄 염려가 있어서 코크스로의 내화물에 손상을 줄 수 있는 인자가 존재한다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 유분과 수분의 함량이 높은 폐수 슬러지를 재활용하면서 코크스 품질을 저하되지 않도록 한 폐수 슬러지를 이용한 코크스 제조장치 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상부에 유분과 수분이 함유된 폐수 슬러지와 원료 석탄 및 분코크스를 장입하기 위한 장입구를 가지며 상기 폐수 슬러지,원료 석탄 및 분코크스의 혼합물을 골고루 혼합하는 혼합기와,

상기 혼합기로 혼합된 혼합물을 공급받아 내부에서 가열하여 고체화하는 분류층 반응로와,

상기 분류층 반응로에서 고화된 혼합물을 분쇄하면서 기체와 분리시키는 분리기와,

상기 분리기를 통해 고형화된 혼합물의 온도를 냉각시키고 열을 회수하는 냉각기와,

상기 냉각된 고체 혼합물의 입도 크기를 분쇄하는 파쇄기와,

상기 분리기에서 분리된 가스를 공급받아 분진을 제거하는 분진 제거기와,

상기 분진 제거기를 통해 분진이 제거된 가스를 흡입하여 흡입된 가스의 일부가 상기 분류층 반응로측으로 공급되도록 순환시키는 송풍기를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

상기 혼합기와 분리기는 내부에 수직 방향으로 배치되고 모터의 회전력에 의해 회전 가능한 구동축과,

상기 구동축에 서로 이격되게 설치되고 상기 구동축의 회전시 연동 회전되는 다수개의 회전 날개와,

상기 회전 날개들 사이에 위치하도록 상기 혼합기 및 분리기의 내부에 고정되도록 설치되는 다수개의 고정날개를 구비하는 것이다.

본 발명의 다른 특징적인 요소로는, 유분과 수분이 함유된 폐수 슬러지, 원료 석탄, 및 분코크스를 혼합하여 혼합물로 형성하는 단계와,

상기 혼합물을 고형화하도록 가열하는 단계와,

상기 고형화된 혼합물을 분쇄하면서 기체와 분리시키는 단계와,

상기 고형 혼합물을 냉각시키고 열을 회수하는 단계와,

상기 냉각된 고형 혼합물을 파쇄하는 단계와,

상기 분리된 기체상태의 가스를 흡입하여 분진을 제거하고, 분진이 제거된 가스의 일부를 다시 가열하는 단계측으로 이송하여 가열용 및 가스 유속 유지용으로 사용하도록 순환시키는 단계를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

상기 분코크스의 량은 상기 원료 석탄과 분코크스 배합량의 50%이하를 유지하며,

상기 분코크스의 입도가 1mm 이하의 것을 채택하되,

상기 혼합물을 고형화하도록 가열하는 단계에서 고형물의 배출 온도가 500~600℃인 것이다.

본 발명은 유분과 수분이 함유된 폐수 슬러지와 원료 석탄 및 분코크스를 혼합하여 코크스 제조에 적합한 고형물을 제조하기 위한 폐수 슬러지를 이용한 코크스 제조장치 및 그의 제조방법에 관한 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 코크스 품질을 저하시키지 않고도 폐수 슬러지를 이용하여 코크스 제조용 원료로 재활용할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 폐수 슬러지를 이용한 코크스 제조장치 및 그의 제조방법은, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하되, 먼저 제조장치를 설명하면, 상부에 유분과 수분이 함유된 폐수 슬러지와 원료 석탄 및 분코크스를 장입하기 위한 장입구(12)(14)를 가지며 폐수 슬러지,원료 석탄 및 분코크스의 혼합물을 골고루 혼합하도록 교반하는 혼합기(10)와, 혼합기(10)에 의해 혼합된 혼합물을 공급받아 내부에서 가열하여 고체화하는 분류층 반응로(20)와, 분류층 반응로(20)에서 고형화된 혼합물을 분쇄하면서 혼합물과 기체를 분리시키는 분리기(30)와, 분리기(30)를 통해 고형화된 혼합물의 온도를 냉각시키고 열을 회수하는 냉각기(40)와, 냉각된 고체 혼합물의 입도 크기를 분쇄하는 파쇄기(50)와, 분리기(30)에서 분리된 가스를 공급받아 분진을 제거하는 분진 제거기(60)와, 분진 제거기(60)를 통해 분진이 제 거된 가스를 흡입하고 흡입된 가스의 일부가 분류층 반응로(20)측으로 공급되도록 순환시키는 송풍기(70)를 구비하여 된 것이다.

그외에도, 송풍기(70)로부터 분진이 제거된 가스를 코크스 가스 유입관(85)으로부터 유입되는 코크스 가스와 같이 정제하여 타르 등을 분리하는 기액 분리관(80)이 구비되며, 기액 분리관과 송풍기(70) 사이에 가스 유입밸브(82)가 배치되어 가스의 유입/차단을 선택하게 된다.

더 상세히 설명하면, 분류층 반응로(20)는 혼합물로부터 발생되는 증발가스와 공기의 연소 열에 의한 가열량이 부족할 경우, 반응로(20) 내의 온도 유지를 위한 버너(25)가 더 구비된다.

그리고, 냉각기(40)는 외부로부터 냉각 공기를 공급하기 위한 냉각 공기 공급용 블로워(45)가 구비된다.

미설명 부호 "32"는 분류층 반응로(20)에서 고형화된 혼합물을 분리기(30)측으로 장입하는 유입관을 나타낸 것이고, "34"는 기체인 가스가 분진 제거기측으로 배출되도록 유도하는 배기관을 나타낸 것이며, "86"은 기액 분리관으로부터 배출되는 가스를 외부로 배출하기 위한 배출관을 나타낸 것이다.

또한, 혼합기(10)와 분리기(30)는 혼합물의 교반을 위해 모터(16)(36)의 회전력에 의해 회전되도록 내부에 수직방향으로 배치되는 구동축(15)(35)과, 구동축(15)(35)의 외주면에 일체로 마련되고 상,하 서로 이격되게 배치되는 다수개의 회전 날개(17)(37)와, 회전 날개(17)(37)들 사이에 위치하도록 혼합기(10) 및 분리기(30)의 내부에 고정되도록 설치되는 다수개의 고정날개(18)(38)로 구성된다.

구동축(15)(35)의 회전시 회전날개(15)(35)가 교반 및 파쇄하는 과정에서, 고정날개(18)(38)의 사이로 회전날개(15)(35)가 교차되도록 회전되므로, 고형물이 회전날개(15)(35)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 제조방법을 앞서 설명한 제조장치를 근거로 설명하기로 한다.

유분과 수분이 함유된 폐수 슬러지, 원료 석탄, 및 분코크스를 같이 혼합기(10)내에 장입하고 혼합하도록 교반하여 혼합물로 형성하고(S1), 혼합기(10)로부터 혼합물을 장입받아 혼합물을 고형화하도록 분류층 반응로(20)에서 500~700℃의 온도로 가열하며(S2), 고형화된 혼합물을 공급받은 분리기(30)가 혼합물을 교반 및 분쇄하면서 기체와 분리시킨 후에(S3), 냉각기(40)에서 고형 혼합물을 냉각시키고 열을 회수하며(S4), 냉각된 고형 혼합물을 파쇄기(50)를 이용하여 파쇄하고(S5), 분리된 기체상태의 가스를 흡입하여 분진을 제거하고 분진이 제거된 가스의 일부를 다시 가열하는 단계측으로 이송하여 가열용 및 가스 유속 유지용으로 사용하도록 순환시키는 단계(S6)들을 구비한 것이다.

그 분코크스는 입도가 1mm 이하의 것을 채택하고, 원료 석탄은 30% 이상의 고휘발분 미점결탄을 사용하는 것이 바람직하다.

이는 혼합기(10)내에서 혼합되어 분류층 반응로(20)에 장입하는 과정에서 휘발성이 있는 유분, 수분, 석탄 중의 휘발분 등이 증발되면서 증발 가스가 발생되며, 이 증발가스가 외부로부터 공급되는 공기에 의해 연소가 이루어지도록 하기 위함이다.

또한, 증발기의 연소시 발생되는 연소 열에 의해 분류층 반응로(20)의 온도가 유지된다.

석탄과 분코크스의 혼합량은 폐수 슬러지와 혼합된 혼합물의 60%이하가 바람직하며, 이는 혼합된 후에 서로 잘 뭉치지 않고 증발가스가 기체중에 분산성 및 증발성이 용이하도록 하기 위함이다.

또한, 분코크스와 석탄의 함유 비율은 분코크스의 함량이 분코크스와 석탄의 합한 량에 비해 50%이하를 유지하는 것이 바람직하다. 이는, 30%이상의 고휘발분을 갖는 분코크스를 채용할 경우 원료 석탄의 함유량을 줄일 수 있으며 이에 따라 원료 석탄의 원가를 절감할 수 있기 때문에 최대한 분코크스의 첨가량을 늘리는 것이 좋지만, 50%를 초과할 때에는 휘발에 의한 연소가 충분히 이루어지지 않을 우려가 있기 때문이다.

한편, 분리기(30)에서 분리된 가스는 분진 제거기(60)를 통해 분진이 제거된 상태로 일부가 분류층 반응로(20)측에 재 공급되고, 나머지는 기액 분리관을 통해 유입되는 코크스 가스와 같이 정제되는 데 사용된다.

또, 분진 제거기(60)에서 분리된 분진은 분류층 반응로(20)에 장입된다.

이에 따라 파쇄기(50)에서 파쇄된 고형 혼합물은 원료 배합조(미도시됨)로 이송된 후에, 이후에 코크스 제조용 원료 석탄과 혼합하여 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수 슬러지를 이용한 코크스 제조장치를 개략적으로 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명의 혼합기를 나타낸 구성도.

도 3은 본 발명의 분리기를 나타낸 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 폐수 슬러지를 이용한 코크스 제조방법을 순차적으로 나타낸 플로우 챠트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 혼합기 15 : (혼합기의)구동축

17 : (혼합기의)회전날개

18 : (혼합기의)고정날개

20 : 분류층 반응로 30 : 분리기

35 : (분리기의)구동축

37 : (분리기의)회전날개

38 : (분리기의)고정날개

40 : 냉각기 50 : 파쇄기

60 : 분진 제거기 70 : 송풍기

Claims (4)

1. 상부에 유분과 수분이 함유된 폐수 슬러지와 원료 석탄 및 분코크스를 장입하기 위한 장입구(12)(14)를 가지며 상기 폐수 슬러지,원료 석탄 및 분코크스의 혼합물을 골고루 혼합하는 혼합기(10)와,

   상기 혼합기(10)로 혼합된 혼합물을 공급받아 내부에서 가열하여 고체화하는 분류층 반응로(20)와,

   상기 분류층 반응로(20)에서 고화된 혼합물을 분쇄하면서 기체와 분리시키는 분리기(30)와,

   상기 분리기(30)를 통해 고형화된 혼합물의 온도를 냉각시키고 열을 회수하는 냉각기(40)와,

   상기 냉각된 고체 혼합물의 입도 크기를 분쇄하는 파쇄기(50)와,

   상기 분리기(30)에서 분리된 가스를 공급받아 분진을 제거하는 분진 제거기(60)와,

   상기 분진 제거기(60)를 통해 분진이 제거된 가스를 흡입하여 흡입된 가스의 일부가 상기 분류층 반응로(20)측으로 공급되도록 순환시키는 송풍기(70)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 폐수 슬러지를 이용한 코크스의 제조장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 혼합기(10)와 분리기(30)는 내부에 수직 방향으로 배치되고 모터의 회 전력에 의해 회전 가능한 구동축(15)(35)과,

   상기 구동축(15)(35)에 서로 이격되게 설치되고 상기 구동축(15)(35)의 회전시 연동 회전되는 다수개의 회전 날개(17)(37)와,

   상기 회전 날개(17)(37)들 사이에 위치하도록 상기 혼합기(10) 및 분리기(30)의 내부에 고정되도록 설치되는 다수개의 고정날개(18)(38)를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐수 슬러지를 이용한 코크스의 제조장치.
3. 유분과 수분이 함유된 폐수 슬러지, 원료 석탄, 및 분코크스를 혼합하여 혼합물로 형성하는 단계와,

   상기 혼합물을 고형화하도록 가열하는 단계와,

   상기 고형화된 혼합물을 분쇄하면서 기체와 분리시키는 단계와,

   상기 고형 혼합물을 냉각시키고 열을 회수하는 단계와,

   상기 냉각된 고형 혼합물을 파쇄하는 단계와,

   상기 분리된 기체상태의 가스를 흡입하여 분진을 제거하고, 분진이 제거된 가스의 일부를 다시 가열하는 단계측으로 이송하여 가열용 및 가스 유속 유지용으로 사용하도록 순환시키는 단계를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 폐수 슬러지를 이용한 코크스의 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 분코크스의 량은 상기 원료 석탄과 분코크스 배합량의 50%이하를 유지 하며,

   상기 분코크스의 입도가 1mm 이하의 것을 채택하되,

   상기 혼합물을 고형화하도록 가열하는 단계에서 고형물의 배출 온도가 500~600℃인 것을 특징으로 하는 폐수 슬러지를 이용한 코크스의 제조방법.

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