KR101198619B1

KR101198619B1 - 석탄 및 미분탄을 이용한 성형탄 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101198619B1
Application number: KR1020110117623A
Authority: KR
Inventors: 석재민; 장영희; 박준영; 김재민; 김태우; 이주행; 안의휘
Original assignee: 주식회사 신승
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2012-11-07

Abstract

본 발명은 원료탄(석탄)의 이송 및 건조 등의 처리과정에서 발생하는 미분탄과 원료탄(석탄)으로 이루어진 석탄배합물에 수용성의 점결재를 첨가하여 제조한 성형탄 및 그 제조방법을 목적으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 해결수단으로 성형탄은 원료탄(석탄)과 미분탄으로 이루어진 석탄배합물 100중량부에 대하여 점결재 3 ~ 10 중량부로 이루어지는 미분탄을 이용한 성형탄에 있어서, 상기 점결재가 PVA수용액(농도 3wt% ~ 10wt%) 및 다가알콜(글리세린과 같은 3가 알콜과 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜과 같은 2가 알콜) 10 ~ 50중량%로 조성되며, 또한, 본 발명은 원료탄(석탄)과 미분탄을 균일하게 배합한 석탄배합물에 3wt% ~ 10wt% 농도의 PVA수용액 50 ~ 90중량%와 다가알코올 10 ~ 50중량%로 조성된 점결재를 혼합하고 성형하는 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄의 제조방법으로 이루어진다.
본 발명에 따른 성형탄은 다공성인 원료탄의 공극 사이로 미분탄이 충진되는 형태에서 점결재와 혼합되어 성형되므로 성형탄의 강도가 높고, 또 점결재의 높은 침투력에 의해 원료탄과 미분탄이 보다 균일하고 강하게 결합됨으로써 성형탄의 압축강도가 향상되는 효과를 나타내므로 보다 높은 강도의 코크스를 제조할 수 있을 뿐 아니라, 수용성 바인더(결합재)를 이용함으로써 광물성 오일 보다 취급성이 용이하여 생산성이 크게 향상되며, 특히, 성형탄의 낙하강도를 개선시켜 성형탄의 이송과정에서 낙하에 의해 분화되는 것을 최대한 방지하여 성형탄(원료탄)의 손실을 감소시킴으로써 경제적 효과와 더불어 분진발생에 의한 작업환경의 악화도 예방하는데 큰 효과를 나타낸다.

Description

석탄 및 미분탄을 이용한 성형탄 및 그 제조방법{Method for Manufacturing of briquettes using coal and finecoal}

본 발명은 원료탄(석탄) 및 미분탄을 이용하여 코크스 제조용으로 성형한 성형탄에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료탄(석탄)과 미분탄을 이용하여 코크스의 제조에 적합한 성형탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로용 코크스의 제조를 위하여 이용되는 원료탄은 생산지에서 최종 소비지까지 이송되는 과정에서 외부환경의 요인에 의하여 상당량의 분진이 발생하는데, 분진발생을 억제하기 위하여 수분을 도포하여야 하고, 또 야드(Yard)에 노출되어 보관되는 과정에서 건기 내지 우기 등의 환경적인 요인에 의해 원료탄은 그 내부에 상당한 양의 수분이 함유된다.

통상적으로 코크스 제조용 원료탄은 함유된 수분을 감소 내지 건조시킴으로써 코크스로 내의 장입밀도를 증가시켜 코크스의 강도 향상을 도모할 뿐 아니라 건류시간을 단축시켜 코크스의 생산성 향상을 도모하고 있다.

상기한 바와 같이 코크스의 강도 향상 및 생산성 향상을 위하여 8 내지 12% 정도의 수분을 포함하는 원료탄은 CMCP(Coal Moisture Control Process)라는 설비를 통하여 5 내지 6% 정도의 수분함량으로 저감 내지 건조되어 코크스의 제조에 이용되고 있으나, 이러한 수분함량의 저감 내지 건조를 위한 처리과정에서 상당한 량의 미분탄(Dust, 분진)이 발생되어 작업환경의 악화와 하천 및 해양의 수질오염에 문제를 일으키고 있을 뿐 아니라, 미분탄의 발생은 원료탄(석탄)의 손실로 이어지며, 이로 인한 원료탄(석탄)의 손실은 시간당 수십 톤에 달하고 있으므로 발생된 미분탄의 적절한 재활용을 도모하기 위한 기술개발에 많은 연구가 진행되고 있다.

미분탄 이용과 관련한 선행기술로 예를 들면, 국내등록특허공보 등록번호10-0627469호에 미분탄에 수분함량조절제로 생석회와 당밀을 조합하여 건조공정이나 가열공정 없이도 저온 안정성이 우수하고 강도가 우수한 성형탄에 관하여 개시하고 있고, 국내등록특허공보 등록번호 10-0526131호에 미분탄에 생석회, 라이신 CMS(Condensed Molasses Solubles)와 당밀의 혼합액을 조합하여 초기강도가 우수한 성형탄에 관하여 개시하고 있고, 국내등록특허공보 등록번호 10-0407801호에 미분탄에 스틸렌, 부타디엔, 스틸렌-부타디엔 고무, 아스팔트, 비닐아 세테이트, 염화비닐, 아크릴레이트, 메타아크릴레이트로 이루어지는 군 중에서 하나 이상을 선택한 고분자수지를 조합하여 제조하는 성형탄에 관하여 개시하고 있으나, 상기한 선행기술들은 모두가 용융환원제철공정의 일종인 파이넥스(FINEX) 및 코렉스(COREX)공정에서 이용하기 위하여 제조한 야금용 성형탄에 관한 것이므로 코크스 제조용 성형탄으로 이용될 수 없으며, 또 국내공개특허공보 공개번호 특2000-20926호에 미분탄에 피치, 콜타르, 비튜멘, 펄프 찌꺼기, 전분, 흑당, 및 당밀로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 조합하여 제조한 성형탄을 개시하고 있으나, 석회소성공장, 목욕탕, 화훼단지, 고추건조단지 및 겨울철 주물공장 등의 주로 난방연료로 사용되는 성형탄에 관한 것이다.

그리고 코크스 제조용 성형탄에 관한 선행기술로 국내등록특허공보 등록번호 10-866166호에 미분탄에 점결재로서 타르의 중질유분, 연피치 및 석유 피치의 1종 또는 2종 이상을 첨가하고, 열간 가압 성형하여 제조하는 괴성탄을 개시하고 있다.

상기한 선행기술의 광물성 오일은 상온에서 점도가 높아 미분탄과의 혼합이 용이하지 않으며, 또 점도조절을 위하여 인화성 유기용제를 사용하는 등 취급시 단점이 많아 시설관리나 생산성에 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 선행기술에서 고점성의 광물성 오일을 점결재로 사용할 때에 따른 취급성의 단점 등을 개선한 성형탄 및 그 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 원료탄(석탄)의 이송 및 건조 등의 처리과정에서 발생하는 미분탄을 이용하여 코크스 제조에 적합하도록 제조한 성형탄 및 그 제조방법을 목적으로 하는 것이며, 보다 구체적으로는 원료탄(석탄)의 이송 및 건조 등의 처리과정에서 발생하는 미분탄과 원료탄(석탄)으로 이루어진 석탄배합물에 수용성의 점결재를 첨가하여 제조한 성형탄 및 그 제조방법을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기한 목적 달성을 위한 해결수단으로 성형탄은 원료탄(석탄)과 미분탄으로 이루어진 석탄배합물 100중량부에 대하여 점결재 3 ~ 10중량부로 이루어지며, 상기 점결재는 2wt% ~ 10wt% 농도의 PVA(폴리비닐알코올)수용액 50 ~ 90중량%와 다가알코올 10 ~ 50중량%로 조성되는 것으로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 성형탄의 제조방법은 원료탄(석탄)과 미분탄을 균일하게 배합하여 석탄배합물을 얻는 단계와, 상기 점결제를 석탄배합물에 균일하게 혼합하여 성형하는 단계로 이루어진 성형탄의 제조방법을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 PVA의 경우 높은 중합도와 높은 가수분해도의 제품을 사용할수록 성형탄의 압축강도가 더 강해지고, 성형탄의 성형률도 높아진다.

상기 본 발명에 따른 석탄배합물의 성분인 원료탄(석탄)은 3mm 정도의 입도분포로 관리하고 있는 통상적인 코크스 제조용 원료탄(석탄)이며, 그 내부에 공극이 형성되어 있는 다공성으로 이루어져 있다.

또 상기 미분탄은 원료탄인 석탄을 생산지에서 소비지로 이송하는 과정 및 수분 조절 등을 위하여 CMCP(Coal Moisture Control Process) 과정에서 발생하는 미분탄이며, 0.3mm 이하의 입도분포를 갖는 것이 바람직하다.

상기 본 발명에 따른 원료탄(석탄)과 미분탄으로 이루어진 석탄배합물은 원료탄(석탄)과 미분탄을 중량비로 1 : 1의 비율로 배합하는 것이 바람직하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 점결재는 수용성 폴리머인 PVA수용액(농도 2wt% ~ 10wt%) 50 ~ 90중량%와 다가알코올 10 ~ 50중량%로 이루어진다.

상기 PVA(폴리비닐알코올)수용액은 널리 시판되고 있으며, 중합도가 100 ~ 5,000, 가수분해도 30 ~ 99.8인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 다가알코올은 글리세린, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜로부터 선택되는 하나 이상의 성분으로 이루어지며, 순도 80% 이상의 다가알코올을 사용하는 것이 바람직하며, 다가알코올의 순도가 PVA수용액으로 이루어진 점결재의 점착력에 영향을 미치지 않지만, 다가알코올의 농도가 낮으면 낮을수록 점결재와 결합된 성형탄의 강도가 높아진다.

그러나 다가알코올의 농도가 너무 낮으면 PVA수용액의 빙결 및 고온에서의 증발로 인한 수용액 표면에 PVA도막 형성 등의 문제 발생과 더불어 점결재(바인더)의 점성 및 유동성을 조절하기 힘들어지며, 점결재(바인더)를 첨가하여 형성한 성형탄의 건조로 인한 성형탄이 파손되는 경향이 있다.

상기한 본 발명에 따른 점결재는 원료탄(석탄)과 미분탄으로 이루어진 석탄배합물 100중량부에 대하여 점결재 3 ~ 10중량부로 조성되며, 원료탄(석탄)과 미분탄의 배합량에 따라 적의 조절되어 조성될 수 있다.

상기한 본 발명의 성형탄은 내부에 공극이 형성되어 있는 다공성의 원료탄(석탄)을 미분탄과 함께 배합 사용함으로써 원료탄과 미분탄의 혼합과정에서 원료탄의 공극 사이로 미분탄이 충진되는 형태에서 점결재와 혼합되어 성형되므로 성형탄의 압축강도 및 낙하강도가 보다 향상되는 특징을 지니고 있다.

일반적으로 성형탄의 강도 향상은 원료탄의 장입밀도를 높여 제조되는 코크스의 강도 향상을 도모하기 위한 것이며, 이에 더하여 압축강도 외에 상기한 낙하강도의 향상은 성형탄이 컨베이어 벨트에 의해 최종 고로(高爐)로 이송되는 과정에서 낙하 등의 충격에 의해 분화되는 것을 방지하여 종국적으로는 성형탄(원료탄)이 손실되는 것을 방지할 뿐 아니라 발생되는 분진으로 인한 작업환경의 악화 등도 개선한다.

상기한 낙하강도는 성형탄을 일정한 높이에서 낙하시켜 생기는 물리적인 충격에 의해 분화되는 성형탄의 조각 크기를 토대로 하여 분화율로 나타내며, 아래 [식 1]과 같이 최초 성형탄의 중량에 대하여 크기 3mm 이하의 분화된 조각의 총중량을 백분율로 나타낸다.

[식 1]

분화율(%) = (3mm 이하의 분화된 조각의 총중량/최초 성형탄의 중량) x 100

본 발명에 따른 성형탄은 다공성인 원료탄의 공극 사이로 미분탄이 충진되는 형태에서 점결재와 혼합되어 성형되므로 성형탄의 강도가 높고, 또 점결재의 높은 침투력에 의해 원료탄과 미분탄이 보다 균일하고 강하게 결합됨으로써 성형탄의 압축강도가 향상되는 효과를 나타내므로 보다 높은 강도의 코크스를 제조할 수 있을 뿐 아니라, 수용성 점결재(바인더)의 이용에 의해 광물성 오일 보다 취급성이 용이하여 생산성이 크게 향상되는 효과를 나타낸다.

특히, 본 발명은 성형탄의 낙하강도를 개선함으로써 성형탄을 고로(高爐)로 이송하는 과정 중에 낙하에 의해 분화되는 것을 최대한 방지하여 성형탄(원료탄)의 손실을 감소시킴으로써 경제적 효과와 더불어 분진발생에 의한 작업환경의 악화도 예방하는데 큰 효과를 나타낸다.

이하에서는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 후술하는 구체적인 설명이 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

본 발명은 평균 3mm의 입도분포를 가지는 수분함량이 8 ~ 12중량%인 원료탄과 0.3mm 이하의 입도분포를 가지며, 수분함량 1 ~ 3중량%의 미분탄을 중량비로 1 : 1 배합한 수분함량 5 ~ 10중량%의 석탄배합물에 5wt% 농도의 PVA수용액과 글리세린을 중량비로 9 : 1의 비율로 배합하여 조제한 점결재를 균일하게 분사하고 혼합하여 제조한 성형탄으로 압축강도 및 낙하강도를 시험하였다.

<실시예 1>

수분함량 5중량%의 석탄배합물 100중량부에 대하여, 상기에서 제조한 점결재 5중량부를 균일하게 분사하면서 혼합한 다음, 90g단위로 성형하여 성형탄을 제조하였다.

<실시예 2>

수분함량이 7중량%인 석탄배합물을 사용한 것을 제외하고는 <실시예 1>과 동일한 방법으로 성형탄을 제조하였다.

<실시예 3>

수분함량이 9중량%인 석탄배합물을 사용한 것을 제외하고는 <실시예 1>과 동일한 방법으로 성형탄을 제조하였다.

<실시예 4>

수분함량 5중량%의 석탄배합물 100중량부에 대하여 점결재 7중량부를 균일하게 분사하여 혼합하고, 90g단위로 성형하여 성형탄을 제조하였다.

<실시예 5>

수분함량이 7중량%인 석탄배합물을 사용한 것을 제외하고는 <실시예 4>와 동일한 방법으로 성형탄을 제조하였다.

<실시예 6>

수분함량이 9중량%인 석탄배합물을 사용한 것을 제외하고는 <실시예 4>와 동일한 방법으로 성형탄을 제조하였다.

<실시예 7>

상기 <실시예 1> 내지 <실시예 6>에서 제조한 90g단위의 성형탄 10개씩에 대하여 압축강도 및 낙하강도를 나타내는 분화율을 시험하고, 결과(평균값)를 아래 [표 1] 및 [표 2]에 나타내었다.

<비교예 1 내지 3>

분화율 비교를 위하여 수분만으로 성형한 90g 단위의 성형탄에 대한 압축강도 및 분화율을 아래 [표 3] 및 [표 4]에 나타내었다.

Claims

평균직경이 3mm인 원료탄(석탄)과 직경 0.3mm 이하의 미분탄이 중량비로 1:1로 배합된 석탄배합물 100중량부에 대하여 점결재 3 ~ 10 중량부로 이루어지는 미분탄을 이용한 성형탄에 있어서, 상기 점결재가 3wt% ~ 10wt% 농도의 PVA수용액 50 ~ 90중량%와 다가알코올 10 ~ 50중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄.
삭제
청구항1에 있어서, 미분탄은 원료탄인 석탄을 생산지에서 소비지로 이송하는 과정 및 수분 조절 등을 위하여 CMCP(Coal Moisture Control Process) 과정에서 발생하는 미분탄이고, 0.3mm 이하의 입도분포를 갖는 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄.
청구항1 또는 청구항3에 있어서, PVA는 중합도 100 ~ 5,000, 가수분해도 30~99.8인 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄.
청구항1 또는 청구항3에 있어서, 다가알코올은 글리세린, 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄.
평균직경이 3mm인 원료탄(석탄)과 직경 0.3mm 이하의 미분탄을 중량비로 1:1로 균일하게 배합한 석탄배합물 100중량부에 대하여 3wt% ~ 10wt% 농도의 PVA수용액 50 ~ 90중량%와 다가알코올 10 ~ 50중량%로 조성된 점결재 3 ~ 10중량부를 혼합한 다음 성형하는 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄의 제조방법.
삭제
청구항6에 있어서, 미분탄은 원료탄인 석탄을 생산지에서 소비지로 이송하는 과정 및 수분 조절 등을 위하여 CMCP(Coal Moisture Control Process) 과정에서 발생하는 미분탄이고, 0.3mm 이하의 입도분포를 갖는 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄의 제조방법.
청구항6 또는 청구항8에 있어서, PVA는 중합도 100 ~ 5,000, 가수분해도 30~99.8인 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄의 제조방법.
청구항6 또는 청구항8에 있어서, 다가알코올은 글리세린, 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄의 제조방법.