KR101477293B1 - 간접 열분해 반응기를 구비한 폐타이어 활성탄 제조방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
폐타이어 분말을 이용하여 활성탄을 제조하는 장치가 개시된다. 본 발명은 투입된 폐타이어 분말을 고온분위기에 노출하여 상기 폐타이어 분말을 활성화하는 활성화 반응기; 및 상기 활성화 반응기로부터 생성된 고온 연소 가스에 열교환 방식으로 노출되어 상기 폐타이어 분말을 열분해하는 간접 반응기를 포함하는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 폐타이어 분말의 열분해 및 활성화 공정을 포함하는 일련의 열처리 공정을 일관 처리할 수 있는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치를 제공할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 폐타이어의 재활용 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐타이어 분말을 이용하여 활성탄을 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
근래 차량의 급격한 증가로 인하여 타이어의 수요가 증가하고 있으며, 사용 수명이 완료되거나 사용 중 파손 등으로 인해 발생되는 폐타이어량도 지속적으로 증가하고 있다.
이에 따라, 폐타이어의 재활용을 목적으로 여러 가지 재활용 방안이 연구되고 있다. 예를 들어, 폐타이어를 도포포장용 소재로 재활용하거나 활성탄의 원료로 사용하는 것 등이다. 폐타이어로 제조된 활성탄은 형성된 기공에 의한 흡착 작용을 통해 특정 성분만을 분리할 수 있어 대기와 수질 오염 방지 등 여러 분야에 응용될 수 있다.
폐타이어 분말에 기공을 형성하는 방법에는 KOH, H3PO4, ZnCl2 및 NaOH와 같은 화학 약품을 흡착하여 열처리하는 방법, 이산화탄소, 수증기, 질소 등과 같은 비산화성 분위기에서 열처리하는 방법을 예로 들 수 있다.
전자의 예로는, 한국공개특허 제10-2006-0022872호는 10~20 메쉬 입도로 분쇄된 폐타이어 분쇄립을 0.5~1 몰의 KOH 용액에 담지하는 단계, 상기 KOH 용액을 초음파 분산기를 이용하여 분산시켜 K 이온이 부착된 분쇄립 상태로 만드는 단계, 상기 K 이온이 부착된 분쇄립을 필터링하여 건조한 후, 소성로에서 불활성 분위기하에 500~600℃의 온도로 1~2시간 동안 열처리하는 단계 및 열처리된 분쇄립을 수세하여 미반응 KOH를 제거한 후 건조시켜 활성탄을 제조하는 단계를 포함하는 활성탄 제조 방법을 개시하고 있다. 위 공개특허는 열처리 온도가 500~600℃일 때가 최적의 비표면적과 수율을 가진 활성탄이 제조된다고 기술하고 있다.
후자의 예로는, 한국공개특허 제10-2006-0054301호는 회전로체 내에서의 탄화물의 브릿지의 발생을 억제할 수 있는 동시에 탄화물의 부착을 억제하고 품질이 일정하고 양질인 탄화물을 효율적으로 제조할 수 있는 탄화물 제조 장치 및 탄화물 제조 방법을 제공하고 있다. 이 장치는 가열로와, 가열로 내에서 회전 가능하게 지지되는 회전로체와, 이 회전로체를 회전시키는 회전 구동 수단과, 회전로체의 내면 측에 설치되고 또한 회전로체의 회전에 의해 회전로체 내에 투입된 소정량의 투입물을 데싱하는 데싱(dashing) 수단과, 회전로체에 진동을 부여하는 진동 부여 수단을 구비하고 있다. 이 장치는 800 내지 950 ℃의 온도와 불활성 가스(질소, 아르곤, 헬륨 등) 분위기 하에서 큰 비표면적을 갖는 활성탄을 제조하는 것이 가능하다고 기재하고 있다. 이 장치에 투입 가능한 원료로는 폐타이어, 폐타이어를 분쇄하여 이루어지는 폐타이어 칩 및/또는 폐타이어 칩을 가열하여 이루어지는 탄화물이 거론되고 있다.
그러나, 전자의 방법은 화학적 전처리 과정을 사용한다는 점, 후자의 방법은 별도의 열분해 과정을 거친 폐타이어 분말을 사용하여야 한다는 점으로 인해 제조 공정이 복잡하다는 문제점을 갖는다.
이러한 문제점으로 인해 일관된 활성탄 제조 공정을 수립하기가 곤란하며, 열처리 과정에서 발생하는 부산물의 수거나 재활용 또한 곤란하게 된다.
전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 폐타이어 분말로부터 활성탄을 제조하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 폐타이어 분말의 열분해 및 활성화 공정을 포함하는 일련의 열처리 공정을 일괄 처리할 수 있는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 높은 열효율을 갖는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 활성탄 제조 공정 뿐만 아니라 제조 과정의 부산물을 일괄 처리할 수 있는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전술한 장치에 적용하기에 적합한 폐타이어 분말 활성탄 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 투입된 폐타이어 분말을 고온의 화염에 직접 노출시킴으로써 상기 폐타이어 분말을 활성화하는 활성화 반응기; 및 상기 활성화 반응기로부터 생성된 고온 연소 가스에 열교환 방식으로 노출되어 상기 폐타이어 분말을 열분해하는 간접 반응기를 포함하는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치를 제공한다.
본 발명에서 상기 간접 반응기는 열교환 챔버 및 열교환 파이프와 폐타이어의 이동을 위한 스크류를 구비하고, 상기 폐타이어 분말이 상기 열교환 파이프로 공급되는 것일 수 있고, 이어서 상기 열교환 파이프로 공급된 폐타이어 분말은 상기 활성화 반응기로 투입될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 활성화 반응기에서 생성된 고온 가스가 상기 간접 반응기의 열교환 챔버로 유입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 열교환 파이프는 비산화성 분위기로 유지되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 간접 반응기는 에너지 효율을 향상시키기 위해서 고온 가스 흐름에 대해 다단 구조를 가질 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 간접 반응기는 400~750 ℃의 온도에서 상기 폐타이어 분말을 열분해하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 활성화 반응기는 900 ℃ 이상의 온도에서 상기 폐타이어 분말을 활성화하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 폐타이어 분말의 열분해 및 활성화 공정을 포함하는 일련의 열처리 공정을 일관 처리할 수 있는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치를 제공할 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 높은 열효율을 갖는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은 활성탄 제조 공정 뿐만 아니라 제조 과정의 부산물을 일괄 처리할 수 있는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐타이어 활성탄 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 폐타이어 분말에 대해 공기 중에서 측정한 TG-DTA 분석 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 폐타이어로부터 열분해 공정 및 활성화 공정을 거쳐 제조된 활성탄의 XRD 분석 결과이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 폐타이어 열처리 분말의 전자현미경 사진이다.
도 2는 폐타이어 분말에 대해 공기 중에서 측정한 TG-DTA 분석 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 폐타이어로부터 열분해 공정 및 활성화 공정을 거쳐 제조된 활성탄의 XRD 분석 결과이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 폐타이어 열처리 분말의 전자현미경 사진이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.
A. 폐타이어 활성탄 제조 장치
본 발명의 활성탄 제조 장치는 활성화 반응기 및 간접 반응기로 구성되는 반응기 구조를 갖는다.
본 발명에서 활성화 반응기는 투입된 폐타이어 분말을 고온의 분위기에 노출시킴으로써 폐타이어 분말을 활성화하는 데 사용된다.
한편, 본 발명에서 간접 반응기는 화염에 의해 생성된 고온 가스에 열교환 방식으로 노출되어 비교적 저온에서 폐타이어 분말을 열분해하는 데 사용된다.
본 발명에서 상기 활성화 반응기 및 간접 반응기는 일련의 고온 가스의 흐름에 의해 관련된다. 바람직하게는 활성화 반응기에서 발생한 고온의 화염은 반응기에 투입되는 폐타이어 분말을 활성화하고, 그 열의 일부는 고온 가스의 흐름을 따라 간접 반응기에 유입되어 열교환 방식 등의 간접 가열 방식으로 상기 폐타이어 분말의 열분해 반응에 관여한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치는 내부에 버너(14)를 구비한 로타리 킬른(13)과 같은 활성화 반응기와 상기 킬른의 고온 가스와 연통되어 간접 방식으로 열교환하는 열교환 반응기(8,9)로 구성된다.
상기 열교환 반응기(8,9)는 크게 열교환 파이프(8)와 열교환 챔버(9)로 구성되어 있다.
본 발명에서 상기 열교환 파이프(8)는 내부로 유동하는 폐타이어 분말을 이송하기 위한 이송 수단, 예컨대 스크류 형태의 이송 수단(81)이 구비될 수 있다. 상기 스크류 이송 수단(81)은 폐타이어 분말을 순차적으로 열교환 파이프(8)를 거쳐 폐타이어 분말을 이송하고, 이송된 분말은 킬른(13)으로 유입된다.
본 발명에서 상기 열교환 파이프(8)는 열교환 효율을 증가시키기 위하여 다단 구조를 가질 수 있다. 도 1은 3 단으로 구성된 열교환 파이프(8) 구조를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 호퍼(1)로부터 열교환기의 열교환 파이프(8)로 투입된 폐타이어 분말은 로타리 킬른(13)으로 투입된다. 본 발명에서 열교환 파이프(8)의 개수나 길이 등의 사양은 공정 비용, 열분해 효율, 열처리 효율을 고려하여 적절히 설계될 수 있음은 본 발명에 속한 기술 분야의 당업자라면 누구나 알 수 있을 것이다.
본 발명에서 상기 열교환 챔버(9)는 로타리 킬른(13)과 같은 활성화 반응기와 가스 유동로(10)에 의해 연통된다. 로타리 킬른(13)으로부터 유입된 고온의 유동 가스는 강제 송풍이나 대류 등의 방식으로 열교환 챔버(9)로 유동한다. 유동 가스는 열교환 파이프를 거치며, 열교환 파이프 내의 폐타이어 분말에 열원으로 작용한다. 물론 전술한 이외에 유동 가스와 열교환 파이프와의 열교환 방식은 자유로이 선택될 수 있음은 당업자라면 누구나 알 수 있을 것이다.
본 발명에서 상기 열교환 챔버(9)는 로타리 킬른(13)과 같은 활성화 반응기와 가스 유동로(10)에 의해 연통된다. 로타리 킬른(13)으로부터 유입된 고온의 유동 가스는 강제 송풍이나 대류 등의 방식으로 열교환 챔버(9)로 유동한다. 유동 가스는 열교환 파이프 내의 폐타이어 분말에 열원으로 작용한다. 물론 전술한 이외에 유동 가스와 열교환 파이프와의 열교환 방식은 자유로이 선택될 수 있음은 당업자라면 누구나 알 수 있을 것이다.
유동 가스의 흐름과 격리되는 상기 열교환 파이프는 비산화성 분위기 또는 환원 분위기로 유지된다. 이를 위해 상기 열교환 파이프에는 질소(Nitrogen)와 같은 별도의 가스 공급원이 부가되며, 가스 공급원은 별도 부착된 가스 센서(4)에 동작 제어될 수 있다.
이와 같이, 상기 열교환 파이프 내부를 비산화성 분위기로 유지함으로써, 상기 폐타이어 분말이 접촉하는 산화성 가스는 최소화되고, 상기 폐타이어 분말은 탄소 성분이 산소와 반응하여 CO2를 생성할 가능성은 낮아진다.
본 발명에 따르면, 상기 폐타이어 분말은 열교환 파이프 내에서 열분해된다. 내부의 열분해 가스는 적절한 방식으로 추출된다. 도시된 바와 같이, 열분해 가스를 외부 응축기(6)로 유도하기 위한 배기구(61)가 상기 열교환 파이프의 적절한 위치에 구비될 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 열교환 챔버를 유동한 고온 가스의 폐열은 재활용된다. 폐가스를 열원으로 사용하기 위하여, 도시된 바와 같이, 폐가스를 외부의 보일러(7) 등으로 유도하기 위한 배기구(71)가 상기 열교환 챔버에 장착될 수 있다.
본 발명에서 상기 킬른을 포함하는 활성화 반응기의 온도는 바람직하게는 900~1000 ℃에서 유지될 수 있다. 본 발명에서 활성화 반응기는 폐타이어 분말의 활성화를 위해 별도의 가스밸브(15)에서 공급되는 CO2, N2 또는 수증기 분위기로 유지된다. 이를 위해 적절한 가스 공급 장치가 킬른에 부가될 수 있으며 공급된 분위기 가스는 킬른과 열교환 챔버를 통과하여 배기된다. 활성화 반응기 후단의 2차 버너(12) 는 산소가 충분히 공급되는 직접산화장치로써, 활성화 반응기에서 발생할 수 있는 미연소가스가 열교환챔버로 투입되었을 때 이 가스를 완전 연소시켜 열원으로 사용하여 에너지 효율을 높인다.
한편, 후술하는 바와 같이, 상기 간접 반응기 내부에서 안전하게 열분해를 완료되기 위해 상기 킬른으로 유입되기 직전의 상기 폐타이어 분말의 온도는 400~750 ℃로 유지되는 것이 바람직하며, 온도 조절을 위해서 별도의 N2, CO2 비산화 가스 공급 장치(11)가 장착될 수 있다. 본 발명의 장치를 통해 이에 적합한 온도를 유지하기 위해 열교환기를 설계하는 것은 이 기술 분야의 당업자에게 자명하므로, 여기서는 부가 설명하지 않는다.
따로 설명하지는 않았지만, 본 발명에서 폐타이어 분말을 간접 반응기로 투입하기 위하여 호퍼(1), 모터(2), 회전 밸브(3) 등의 수단이 구비된다.
이상과 같이, 본 발명의 장치는 폐타이어 열처리 과정에서 카본 성분이 연소되어 이산화탄소로 전환될 가능성을 최대한 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 직접 및 간접 방식의 다단 반응기를 포함하는 활성탄 제조 장치는 킬른 내부의 분위기를 조절하고 열효율을 극대화하는 동시에 폐타이어 분말을 열분해 및 활성화하는 일관된 공정을 수행하기 적합하다.
B. 폐타이어 활성탄의 제조 방법
먼저, 폐타이어를 파쇄하고 철심을 제거하여 폐타이어 칩을 제조한다. 폐타이어 칩은 5 mm ~ 2 cm의 입도를 가질 수 있다. 파쇄공정에는 통상의 폐타이어 파쇄수단, 예컨데 기계식 상온파쇄 및 냉동파쇄방법 등이 사용될 수 있다.
이어서, 폐타이어 분말을 열처리하여 폐타이어 분말 활성탄을 제조한다.
본 발명에서 열처리 공정은 개념적으로 폐타이어 분말의 열분해 공정 및 활성화 공정으로 나눌 수 있다.
본 발명에서 각 공정의 열처리 온도는 해당 온도에서의 폐타이어 분말의 성상을 고려하여 정해진다.
먼저, 도 2는 폐타이어 분말에 대해 공기 중에서 측정한 TG-DTA 분석 그래프이다.
도 2를 참조하면, 공기 분위기에서 폐타이어 분말은 400~ 750 ℃에서 급격한 발열 반응이 발생함을 알 수 있다. 따라서 발열에 의한 화재 위험을 최소화하고 열분해에 의한 오일회수를 극대화하기 위해서는 750 ℃ 부근의 온도 범위까지 비산화 분위기에서 열분해 과정을 거치는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
다만, 열효율 등을 고려할 때 본 발명의 열분해 공정에서 폐타이어 분말은 바람직하게는 400 ~ 750 ℃의 온도에서 일정 시간 유지되는 것이 바람직하다. 당업자라면 열처리 온도를 고려하여 반응기 내에서 열분해가 완료되도록 유지 시간 및 체류 시간을 적절히 선택할 수 있을 것이다.
본 발명에서 열분해된 폐타이어 분말은 900~1000 ℃의 온도에서 활성화 된다.
본 발명에서 열분해된 폐타이어 분말은 활성화 공정을 거쳐 비표면적이 극적으로 증가한다.
아래 표 1은 활성화 공정에 따른 폐타이어 분말의 비표면적 측정 결과를 나타낸 것이다. 표 1에서 폐타이어 분말은 600 ℃의 온도, N2 분위기에서 1 시간 열분해 하였다. 이어서, 열분해를 거친 폐타이어 분말을 950 ℃의 온도에서 3 시간 동안 유지하였다. 비표면적은 BET 법에 의해 측정하였다.
구분 | 열분해온도 | 활성화온도 | 비표면적 (m2/g) |
비표면적 (cm3/g) |
Pore Size (Å) |
샘플 1 | 600℃ | X | 70.73 | 0.30 | 236.3 |
샘플 2(실시예) | 600℃ | 950℃ | 548.33 | 0.85 | 115.1 |
위 표에 나타난 바와 같이, 950 ℃에서 활성화 공정을 거친 경우, 비표면적이 70.73 m2/g에서 548.33 m2/g으로 비약적으로 증가함을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 폐타이어로부터 열분해 공정 및 활성화 공정을 거쳐 제조된 활성탄의 XRD 분석 결과((b))이다. 비교를 위하여 야자 분말 활성탄의 XRD 분석 결과((a))를 함께 나타내었다.
도시된 바와 같이, 폐타이어 활성탄의 경우 Si, CaCO3와 같은 무기물 성분이 다량 존재함을 알 수 있다.
아래 표 2는 본 발명의 폐타이어 열처리 분말의 조성 분석 결과를 나타낸 표이다. 조성분석은 C, S 원소분석 및 습식분석방법에 의해 수행되었다.
구분 | 실시예 | 비교예(활성탄) |
C | 80.8 | 99 이상 |
S | 2.40 | 0.2 |
회분 | 8.50 | 3.0 |
Si | 0.50 | 0.12 |
Fe | 0.78 | 0.10 |
Al | 0.67 | 0.06 |
Ca | 1.16 | 0.23 |
위 표에서 알 수 있는 바와 같이, 폐타이어 열처리 분말에는 황(S), 실리콘(Si) 및 칼슘(Ca) 성분이 통상의 활성탄에 비해 높은 함량으로 포함되어 있음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 폐타이어 열처리 분말의 전자현미경 사진((b))이다. 비교를 위해 야자분말 활성탄의 전자현미경 사진((a))도 함께 나타내었다.
기존의 야자분말 활성탄은 대부분 10마이크로미터 이상 크기의 각진 형태지만, 열처리된 폐타이어 분말은 수십에서 수백 나노미터 크기의 둥그런 미세 알갱이가 뭉쳐져 있음을 알 수 있다.
1 호퍼 2 모터
3 회전밸브 4 가스센서
5 스크류 구동모터 6 응축기
7 보일러 8 열교환 파이프
9 열교환 챔버 10 가스유동로
11 비산화 가스 공급 장치 12 2차 버너
13 로타리 킬른 14 버너
15 활성화용 가스밸브 61 열교환 챔버 배기구
71 열교환 파이프 배기구 81 스크류 이송수단
3 회전밸브 4 가스센서
5 스크류 구동모터 6 응축기
7 보일러 8 열교환 파이프
9 열교환 챔버 10 가스유동로
11 비산화 가스 공급 장치 12 2차 버너
13 로타리 킬른 14 버너
15 활성화용 가스밸브 61 열교환 챔버 배기구
71 열교환 파이프 배기구 81 스크류 이송수단
Claims (10)
- 투입된 폐타이어 분말을 열분해하는 간접 반응기;
상기 간접 반응기와 연결되며, 외부 열원을 구비하여 상기 간접 반응기를 거친 열분해 폐타이어 분말을 활성화하는 활성화 반응기; 및
상기 간접 반응기에서 발생하는 열분해 가스를 외부 응축기로 유도하기 위한 배기구를 포함하고,
상기 간접 반응기는 열교환 챔버 및 열교환 파이프를 구비하고,
상기 폐타이어 분말은 열교환 파이프로 유동하여 상기 활성화 반응기로 유입되며,
상기 활성화 반응기로부터 유도된 고온 연소 가스는 상기 간접 반응기의 열교환 챔버로 유동하여, 상기 열교환 파이프 내의 폐타이어 분말이 상기 고온 연소 가스에 열교환 방식으로 노출되는 것을 특징으로 하는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 간접 반응기의 열교환 챔버는 열교환 효율을 증가시키기 위해서 2개 이상의 다단 형식을 갖는 것을 특징으로 하는 폐타이어분말 활성탄 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 열교환 파이프는 비산화성 분위기로 유지되기 위해서 별도의 가스밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 간접 반응기는 고온 가스 흐름에 대해 다단 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 간접 반응기는 400~750 ℃의 온도에서 상기 폐타이어 분말을 열분해하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 활성화 반응기는 900 ℃ 이상의 온도에서 상기 폐타이어 분말을 활성화하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 분말 활성탄 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 활성화 반응기는 상기 폐타이어 분말의 활성화 과정에서 발생할 수 있는 미연소가스를 연소시켜 에너지 효율을 높이기 위해서 2차버너를 갖는 것을 특징으로 하는 폐타이어 분말 활성화 제조장치.
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KR20140040917A KR20140040917A (ko) | 2014-04-04 |
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JPH0332338B2 (ko) * | 1984-09-05 | 1991-05-10 | Shiraishi Chuo Kenkyusho Kk | |
KR950031900A (ko) * | 1994-05-16 | 1995-12-20 | 정진규 | 폐타이어를 이용한 활성탄의 제조방법 및 그 장치 |
KR19980083694A (ko) * | 1997-05-07 | 1998-12-05 | 성성환 | 폐타이어를 이용한 활성탄 제조장치 |
JP2001220121A (ja) * | 2000-02-10 | 2001-08-14 | Nkk Design & Engineering Corp | 廃棄物からの活性炭製造方法及び製造装置 |
-
2012
- 2012-09-27 KR KR1020120107539A patent/KR101477293B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0332338B2 (ko) * | 1984-09-05 | 1991-05-10 | Shiraishi Chuo Kenkyusho Kk | |
KR950031900A (ko) * | 1994-05-16 | 1995-12-20 | 정진규 | 폐타이어를 이용한 활성탄의 제조방법 및 그 장치 |
KR19980083694A (ko) * | 1997-05-07 | 1998-12-05 | 성성환 | 폐타이어를 이용한 활성탄 제조장치 |
JP2001220121A (ja) * | 2000-02-10 | 2001-08-14 | Nkk Design & Engineering Corp | 廃棄物からの活性炭製造方法及び製造装置 |
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