KR101402884B1 - 분말 석유코크스 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자연 건조상태의 석유코크스를 시멘트공장의 석탄밀(Coal Mill)을 이용 하는 석유코크스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 석유코크스를 함수율 10% 내외로 자연 건조한 석유코크스를 시멘트 킬른에 연통되어 밀폐되며 상기 킬른의 열풍이 공급되는 석탄밀의 건조 도관으로 도입하여 건조하는 함수율 2~5%로 건조하는 건조 단계; 및 상기 건조 도관의 석유코크스를 석탄밀로 도입하여 건조, 분쇄 및 분급하는 단계를 포함하는 분말 석유코크스 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 분쇄과정이 밀폐된 연속식의 공정에서 이루어지므로 종래의 석유코크스 분말 제조시 비산되는 환경오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 연속적으로 건조와 분쇄 및 분급이 이루어지므로 제조비용 절감 및 생산성을 매우 향상시킬 수 있다.

Description

분말 석유코크스 제조방법{ Production method of powder of petroleum cokes }

본 발명은 분말 석유코크스 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석유 코크스를 자연건조 상태에서 그대로 건조공정과 분쇄공정이 연속적으로 거의 동시에 수행하고 및 일정 크기의 석유코크스 분말만을 분급하여 제조함으로써 생산성과 제조비를 줄일수 있는 획기적인 분말 석유코크스 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 석유코크스(petroleum cokes)는 석유의 찌꺼기를 격렬하게 열분해시켜서 만든 다공질의 광택이 있는 코크스를 말한다. 비중 약 0.9 내지 1.1로써, 실제로는 상압증류(常壓蒸溜)하고 난 찌꺼기를 원료로 사용하며, 이것을 480내지520?에서 공기를 차단하고 열분해하면 가스와 경질유를 발생시키는 동시에 중질유는 축합되고 마지막에 남은 찌꺼기가 탄화하여 코크스가 된다. 이의 제조시 일반적으로 황분이 적은 원료유를 선택하면 순도가 높은 공업용 탄소재료가 되고, 전극 및 금속탄화 물의 원료가 되며 또한 야금용 및 연료용 등에 사용된다.

이러한 석유코크스는 발열량이 높아 고체형태의 연료를 사용하는 보일러 또는 소각로 등에서 무연탄 또는 유연탄과 혼합 사용하거나 또는 분말화 하여 단독 또는 유류와 혼합 연소시켜 사용하기도 한다.

종래에는 석유코크스를 분말화하는 제조방법과 같이 석유코크스를 수거하여 100? 이상의 열풍이 발생되는 원통형 회전체 건조기에서 20 내지 40분간 열풍 건조시키고, 이후 90 내지 350 메쉬가 되도록 분쇄 및 선별하는 공정에 의해 제조되는데, 상기 분쇄공정 중에서 90메쉬 이하의 석유코크스는 재차 분쇄하여 선별하는 추가공정을 거치게 된다(특허등록 제9816278호).

그러나 석유코크스는 도 1에 첨부된 사진과 같이 직경 5cm 내외의 크기를 갖는 콩알 만한 알갱이 형태인데, 이러한 알갱이 형태를 열풍으로 건조시키는 과정에서 7 내지 12%의 함수율을 3% 이하로 낮추기는 어려운 실정이다. 열풍건조를 하더라도 석유코크스의 표면은 건조되지만 내부는 열전달이 늦기 때문에 쉽게 건조되지 않으며, 특히 건조되기 위해선 내부의 수분이 밖으로 빠져나오는 과정이 필수적인데, 상기 석유코크스는 단단한 고체 덩어리이므로 내부의 수분이 쉽게 빠져 나올 수 없는 등의 문제로 인하여 건조시간이 많이 걸리는 단점이 있다.

그리고 건조시간이 많이 걸릴수록 에너지 소모가 많고, 건조과정에서 회전체 드럼 내부에서 석유코크스 작은 입자들이 휘저어지므로 비산먼지가 많이 발생되어 대기 오염이 심각하였다. 또한 분쇄시간이 지연되므로 생산성이 떨어지는 등의 단점이 있으며, 분쇄과정에서 원하는 입도가 나오지 않으면 이를 선별하여 재차 분쇄하는 등의 기술적인 어려움이 있었다.

상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 자연 건조된 초기상태의 석유코크스를 시멘트공장의 석탄밀 분쇄시스템에 분급기를 부착하면 건조과정과 분쇄과정 및 분급과정을 동시에 할수 있어 제조비용 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있고 발화방지를 해결할 수 있다는 점에 착안하였다.

본 발명은 석유 코크스를 습식상태에서 그대로 건조공정과 분쇄공정 및 일정 입자크기의 석유 코크스 분말만을 분급하여 동시에 석유코크스 분말을 제조함으로써 생산성과 제조비를 줄일 수 있는 획기적인 분말 석유코크스 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 석유코크스를 함수율 10% 내외로 자연 건조한 석유코크스를 시멘트 킬른의 냉각기에 연통되어 밀폐되며 상기 킬른의 열풍이 공급되는 석탄밀의 건조 도관으로 투입하여 건조하는 함수율 2~5%로 건조하는 건조 단계; 및 상기 건조 도관의 석유코크스를 석탄밀로 도입하여 건조, 분쇄 및 분급하는 단계를 포함하는 분말 석유코크스 제조방법을 제공한다.

이 때, 상기 열풍의 온도는 250~350℃인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 열풍의 온도를 조절하기 위하여 상기 건조 도관의 석유코크스 투입 전단부 관로에 댐퍼를 설치하는 것을 특징으로 하는 분말 석유코크스 제조방법.

석유코크스는 자연 건조된 초기상태는 콩알만한 크기의 알갱이인데, 이러한 알갱이는 표면적이 크고 함수율이 약 10%정도로 쉽게 연소되지 않으므로 이를 미분말화하여 표면적을 최소화하면 보일러 내부에서 쉽게 착화된다. 따라서 석유코크스를 건조시켜 미분말화하는 것이 중요한 기술적 과제이다. 종래에는 초기상태의 석유코크스를 별도의 건조기에서 열풍 건조시킨 뒤 분쇄기에서 미분말화하였다. 그러나 알갱이 형태의 석유코크스를 열풍으로 건조 시키는데 시간이 많이 소요되므로 생산성이 떨어지고 제조원가가 상승되는 등의 문제가 있고 아울러, 온도가 너무 높으면 발화되어 화재를 발생시키는 단점이 있었다.

본 발명자들은 시멘트 공장의 보조연료로 사용하는 석탄을 분쇄하는 석탄 밀(Coal Mill)을 이용하였고, 석탄 밀로 이송하는 관로에 석유코크스를 투입하여 시멘트 냉각공정에서 발생한 250~350℃ 정도의 뜨거운 공기가 석유코크스의 수분을 증발시켜 석탄 밀에 공급되는 시점에서는 건조되어 분쇄가 잘되는 것을 알게 되었다.

본 발명에 따르면, 석탄 밀에서 분쇄된 코크스분말이 밀에 부착되어 있는 분급기에서 50~300㎛ 입자 크기 이상의 석유코크스 입자들은 석탄밀로 반송시켜 재분쇄를 하게하고, 50~300㎛ 보다 작은 석유코크스 미분말은 배출되어 석유코크스 분말 제품으로 되어 저장되므로, 석유코크스분말의 입자크기 사용목적 및 보일러 등 설비에 따라서 다르므로 고갱이 원하는 입자크기에 맞추어 손쉽게 제조할 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 밀폐식 공정에서 분쇄하므로 비산먼지가 발생되지 않아 대기오염도 줄일 수 있는 부수적인 효과도 얻을 수 있다.

도 1의 (a)는 자연 건조된 초기상태의 석유코크스 제품사진이고, (b)는 본 발명 한 실시예에 따른 습식 분쇄된 석유코크스의 제품사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 사용된 장치의 개략도이다.

본 발명은 시멘트공장의 석탄밀을 사용하여 석유코크스를 자연건조상태의 그대로를 밀폐된 석탄밀 입구의 수송관에 투입하여 시멘트 클링커를 냉각시킨 250~350℃ 열풍을 이 수송관에 유입시켜 석유코크스를 건조시킨다. 석유코크스가 열풍과 함께 부유되면서 열교환이 이루어져 빠른시간에 건조되고 건조된 석유 코크스는 분쇄기에서 미분말로 분쇄되어 배출되면 분급기에서 일정크기이상의 분말만을 분급하여 분쇄기로 재투입하고 일정크기 이하의 분말은 석유코크스 분말 제품으로 저장된다.

시멘트공장에서 시멘트 제조시 약1450℃정도의 클링커를 급속히 냉각시키기 위해 찬공기를 불어 넣는데 이 냉각과정에서 찬공기가 클링커를 냉각시키면서 열교환이 이루어져 약 300~500℃ 열풍이 발생하는데 이 고온의 열풍을 석탄밀의 밀폐된 입구관에 유입시켜 연속적으로 석유코크스 건조시키면서 거의 동시에 분쇄가 가능하게 된다.

본 발명에서는 석유코크스를 밀폐된 연속식 열풍으로 분말상태에서 석유코크스를 건조시키므로 표면적이 작아 건조시간을 단축할 수 있으며, 건조된 분말 석유 코크스를 연속공정의 분쇄기에서 최종적으로 분쇄하므로 미분쇄기에 부하가 적게 걸리므로 생산성과 제조비가 절감되고 또한, 연속공정내의 분쇄기에서 원하는 입도의 분말만을 선별하여 석유코크스 분말제품을 추가공정 없이 한번에 연속 생산할 수 있으므로 비산먼지 등 환경문제 해결과 생산성 향상과 분말제조가 절감 가능한 분말 석유코크스 제조방법을 제공한다.

이를 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저 자연 건조된 석유코크스를 시멘트공장의 석탄밀(Coal Mill) 입구에 석유코크스를 투입하면 250~350℃의 열풍에 의해서 건조시간이 빠르게 단축된다는 점에 착안하여 본 발명에 이르게 되었다. 상기 석유코크스는 수분이 10% 내외이나 뭉침 현상은 발생되지 않고 직경 5cm 내외의 알갱이 형태 고체덩어리를 유지한다. 도 1에 첨부된 사진에서와 같이 알갱이 형태의 자연 건조 석유코크스를 석탄밀 분쇄기에서 분쇄하였더니 도 2에 첨부된 사진에서와 같이 분말화 되었다. 이때 분쇄된 석유코크스는 입자크기가 50~300㎛ 내외의 크기를 갖는데, 수분에 의한 뭉침 현상이 발생되지 않게 된다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상술한다.

본 발명의 실시예에 따른 분말 석유코크스 제조방법은 공장으로 입고된 도 1에서와 같은 자연건조된 석유코크스를 초기 상태 그대로 시멘트공장의 석탄밀의 연속식 밀폐된 분쇄시스템의 유입 관로에 공급하여 시멘트 클링커를 냉각시킨 250~350℃ 열풍으로 건조하는 단계와, 상기 석탄밀에서 분쇄하는 단계를 거친다. 이와 같이 건조와 분쇄가 거의 동시에 수행됨으로써 석유코크스 분진이 비산되지 않고 또한 연속으로 이루어지므로 제조비용 및 생산성이 매우 우수하다는 장점을 갖는다.

본 발명에 따르면, 열풍온도가 250℃보다 낮을 때에는 건조가 덜되어 분쇄효율이 떨어지고 분쇄 후 저장에 의해서 뭉침 현상이 발생하므로 불편을 초래하게 된다. 반면, 350℃보다 높을 때에는 분쇄 시 충격에 의한 발화로 화재가 발생할 우려가 있다 그러므로 가장 바람직한 열풍의 온도는 280~320℃범위로 제조하는 것이 효율과 안정성 측면에서 바람직하다. 이때 열풍온도를 조절하기 위하여 시멘트 킬른의 냉각기에서 오는 관로에 댐퍼를 설치하여 공기를 유입하여 온도를 조절한다.

댐퍼의 위치는 냉각기와 석유코크스 투입 전단부 관로에 설치하여 공기 유입량으로 온도를 조절한다.

상기 단계를 통하여 제조된 석유 코크스 분말은 분쇄밀 출구에 부착된 분급기를 통하여 일정 입자크기의 석유코크스 분말을 분쇄기로 회송시켜 일정크기 이하의 분말만을 연속으로 저렴한 비용으로 제조할 수 있게 된다.

종래 원통형 열풍 건조기는 직경 5cm내외의 알갱이 형태 석유코크스가 건조되기 위하여 약 20 내지 40분이 소요되었으나, 본 발명은 약 5분 이내의 짧은 시간 동안 분쇄된 석유코크스가 상기 석탄밀 입구를 통과하면서 연속으로 건조될 수 있어, 건조효율이 매우 향상된다.

본 발명에서 상기 분쇄단계는 건조된 석유코크스 분말을 50~300㎛ 내외로 분말화한다. 이 때 석탄밀의 볼밀(Ball Mill)이나 롤러밀(Roller Mill) 형태의 미분쇄기가 사용될 수 있다. 상기 미분쇄기에 투입되는 석유코크스는 5cm내외의 알갱이로 부하를 주지 않으며, 원하는 입도의 석유코크스를 빠르게 생산해 낼 수 있다. 본 발명은 이러한 과정이 생략되고 연속으로 분쇄되므로 생산성이 향상되고, 작업 공정이 단순화되는 등의 이점이 있다.

[실시예 1~5]

수입산 석유코크스를 도 2에 도시된 바와 같은 쌍용양회주식회사의 석탄밀을 이용하여 다음 표와 같이 제조하였다. 상기 석탄밀(5)은 킬른(2)과 열적으로 연통되는 연통된 건조 도관을 구비하고 있어 킬른의 열풍이 공급되며, 밀폐된 시스템이다. 또한, 상기 석탄밀의 건조 도관으로 자연건조 상태의 석유 코크스(1)가 투입된다. 상기 석탄밀(5)의 분쇄 입도는 분급기(3)에 의해 조정 가능하다.

처리전 자연건조 상태의 석유코크스 수분량은 10.4%였고 이를 본 발명의 석탄밀 분쇄시스템의 건조 도관에 투입하였고 건조를 위한 열풍온도를 댐퍼를 조정하여 온도를 조정하였다. 분급기(3) 입도는 100㎛로 조정하여 석유 코크스를 제조하였다. 그 결과 건조를 위한 열풍온도가 250℃ 보다 낮을 때에는 건조가 덜되어 분쇄효율이 떨어질 뿐만 아니라 석유코크스 분말 제품이 약간의 뭉침 현상이 발생하였다.

실시예	처리전 수분량(%)	건조열풍 온도(℃)	처리후
			수분량(%)	분말상태	평균입경(㎛)
실시예 1	10.4	200±10	5.2	약간의 뭉침현상 발생	124
실시예 2	104	250±10	4.4	양호	107
실시예 3	10.4	300±10	3.6	양호	104
실시예 4	10.4	350±10	2.7	양호	101
실시예 5	10.4	400±10	1.8	양호	98

Claims (3)

1. 석유코크스를 자연 건조한 석유코크스를 시멘트 킬른의 냉각기에 연통되어 밀폐되며 상기 킬른의 열풍이 공급되는 석탄밀의 건조 도관으로 투입하여 건조하는 함수율 2~5%로 건조하는 건조 단계; 및
   상기 건조 도관의 석유코크스를 석탄밀로 도입하여 건조, 분쇄 및 분급하는 단계를 포함하는 분말 석유코크스 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열풍의 온도는 250~350℃인 것을 특징으로 하는 분말 석유코크스 제조방법.
   
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 열풍의 온도를 조절하기 위하여 상기 건조 도관의 석유코크스 투입 전단부 관로에 댐퍼를 설치하는 것을 특징으로 하는 분말 석유코크스 제조방법.

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