KR101753869B1 - 대나무 숯과 활성탄 생산을 위한 가열로 및 이를 이용한 대나무 활성탄의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대나무 숯과 활성탄 생산을 위한 가열로 및 이를 이용한 대나무 활성탄의 제조방법에 관한 것으로서, 간접가열 방식의 가열로를 통해 효과적으로 대나무에 열을 골고루 전달되게 하여 양질의 대나무 숯과 활성탄을 생산할 수 있고 죽초액 생산이 용이한 가열로 및 상기 가열로를 통해 흡착성능이 우수한 대나무 활성탄의 제조방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 내부에 공간을 형성하고 상부 일측에 배기구가 형성되는 본체와, 상기 본체의 하부 일측에 설치되는 열원공급부와, 상기 열원공급부 상부에 설치되는 지지대와, 상기 지지대 상부에 올려져 칩 형태로 절개된 대나무가 수용되는 로스톨박스로 이루어지되, 상기 열원공급부는 화구가 측방향으로 형성되어 지지대와 본체바닥면 사이에서 열이 순환되면서 로스톨박스 내부의 대나무가 간접적으로 가열될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

대나무 숯과 활성탄 생산을 위한 가열로 및 이를 이용한 대나무 활성탄의 제조방법{Carbonizing furnace for bamboo activated carbon and manufacturing method}

본 발명은 대나무 숯과 활성탄 생산을 위한 가열로 및 이를 이용한 대나무 활성탄의 제조방법에 관한 것으로서, 간접가열 방식의 가열로를 통해 효과적으로 대나무에 열을 골고루 전달되게 하여 양질의 대나무 숯과 활성탄을 생산할 수 있고 죽초액 생산이 용이한 가열로 및 상기 가열로를 통해 흡착성능이 우수한 대나무 활성탄의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 숯의 효능은 널리 알려진 바와 같이 전자파 차단, 방부효과, 음이온 및 원적외선 발생, 제습, 탈취 등의 효과가 있다.

종래에는 대나무 숯을 제조할 때 가마형 탄화로에서 숯을 제조하고 있지만 온도조절이 어렵고 열전달 효율이 좋지 않아 양질의 숯을 제조하고 어렵고 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한 대나무 탄화시 발생하는 연기로 제조하는 죽초액 생산이 어려운 점이 있다.

활성탄이란 숯 상태에서 활성화과정을 통해 생산되어 유해물질이 포함된 가스나 액체를 흡착하여 걸러주기 위한 것으로서, 숯보다 강한 흡착력을 갖게 되어 각종 필터류에 사용되며 사용 용도에 따라 공기청정기, 정수기, 방독면, 차량용, 담배필터와 같이 일상생활에도 적용될 수 있고 산업시설에 배기가스 정화와 해양오염 방지 등에 사용된다.

이러한 활성탄 제조시에는 숯에 열이 직접 가해질 경우, 가열로 내에 특정부분만 온도가 올라가는 현상이 생기고 그로 인해 원활한 활성탄 생산에 문제점이 생기기 때문에 가열로 내부의 온도조절이 매우 중요하다 할 수 있다.

또한 기존의 활성탄 제조방법에서 활성화제 공급이 열처리공정에서 이루어지기 때문에, 대나무 숯 전체에 골고루 활성화제가 투입이 어려워 제조된 활성탄의 흡착능력이 떨어지고 제조시 많은량의 활성화제가 사용되는 문제점이 있었다.

탄화로와 관련하여 개시된 선행기술로서 공개특허 제2008-0090243호(대나무 탄화로)에는 내부에 대나무가 수용되기 위한 하우징과, 상기 하우징의 내부를 가열하기 위하여 연소가스를 상기 하우징의 내부로 불어 넣는 버너가 구비된 대나무 탄화로에 공냉 및 수냉의 냉각수단을 포함한 구성이 제시되어 있으나, 상기 선행기술은 대나무에 열이 직접 전달되는 방식으로서 버너와 가까운 쪽의 대나무와 그렇지 않은 쪽의 대나무의 온도 차이가 발생하여 원활한 탄화공정이 이루어지지 않는 문제점이 있다.

그리고 활성탄 제조방법과 관련하여 개시된 선행기술로서 공개특허 제2015-0025183호(대나무 활성탄 및 그 제조방법)에는 대나무숯 제조단계, 대나무숯 세정단계, 숯 분말 제조단계, 유기 불순물 제거단계, 필터링단계, 혼합단계, 1차 가열단계, 2차 가열단계로 이루어진 방법이 제시되어 있다. 그러나 상기 선행기술은 숯을 분말상태로 만든 다음에 활성화제와 혼합하는 것이어서 방법이 복잡할 뿐만 아니라 별도의 혼합장치가 필요하고 제조시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 가열로 내에 유입되는 고온의 가열가스가 대나무로 직접 전달되지 않고 대나무가 담겨진 로스톨박스 저부에서 순환하면서 간접적으로 가열이 이루어지게 하여 담겨진 대나무에 고르게 열이 전달되고 양질의 대나무 숯과 활성탄을 제조할 수 있고 대나무 숯 제조시 죽초액생산이 용이한 가열로를 제공함에 목적이 있다.

또한 가열로 통해 대나무 활성탄으로 제조하는 방법에서, 활성화제와 침지과정 및 건조공정을 통해 대나무에 활성화제가 고르게 침투되어 활성화효과를 높이고 제조과정 또한, 간편하게 이루어질 수 있도록 한 대나무 활성탄 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 내부에 공간을 형성하고 상부 일측에 배기구가 형성되는 본체와, 상기 본체의 하부 일측에 설치되는 열원공급부와, 상기 열원공급부 상부에 설치되는 지지대와, 상기 지지대 상부에 올려져 칩 형태로 절개된 대나무가 수용되는 로스톨박스로 이루어지되, 상기 열원공급부는 화구가 측방향으로 형성되어 지지대와 본체바닥면 사이에서 열이 순환되면서 로스톨박스 내부의 대나무가 간접적으로 가열될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 로스톨박스는 서랍형태로 이루어져 본체 외부로 인출이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 본체 상부에는 방폭구가 형성되어 본체의 내부 폭발시 자동으로 개폐될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 본체의 배기구와 연결되는 죽초액 제조장치가 설치되되, 상기 죽초액 제조장치는 탄화과정에서 생성되는 배기가스를 응축하는 냉각탱크와, 상기 냉각탱크 하부에 설치되어 응축된 죽초액을 생산하는 죽초액 정제부와, 상기 냉각탱크 상부에는 응축과정을 거친 가스가 배출되도록 한 가스유출구로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

아울러 가열로 통해 대나무 활성탄으로 제조하는 방법에 있어서, 칩 형태로 절개된 대나무를 구비하는 단계, 상기 절개된 대나무를 KOH 용액에 3일 내지 5일 동안 침지하는 단계, 상기 침지과정을 거친 대나무를 120℃ 조건에서 건조하는 단계, 상기 건조된 대나무를 가열로에서 450℃ 내지 650℃조건으로 탄화과정을 거쳐 대나무 숯으로 만드는 단계, 상기 대나무 숯을 가열로에서 700℃ 내지 1000℃조건으로 활성화하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 침지하는 단계에서 사용되는 KOH 용액의 농도는 40 내지 60%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 가열로의 승온조건은 분당 5℃만큼 상승하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 대나무 숯으로 만드는 단계는 30분 내지 2시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 활성화하는 단계는 2시간 내지 4시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 가열로 내에 유입되는 고온의 가열가스가 대나무로 직접 전달되지 않고 대나무가 담겨진 로스톨박스 저부에서 순환하면서 간접적으로 가열이 이루어지게 하여 담겨진 대나무에 고르게 열이 전달되고 양질의 대나무 숯과 활성탄을 제조할 수 있고 대나무 숯 제조시 죽초액생산이 용이한 효과를 가진다.

또한 가열로 통해 대나무 활성탄으로 제조하는 방법에서, 활성화제와 침지과정 및 건조공정을 통해 대나무에 활성화제가 고르게 침투되어 활성화효과를 높이고 제조과정 또한, 간편하게 이루어지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 대나무 숯과 활성탄 생산을 위한 가열로를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 본체에 설치된 열원공급부에서 발생하는 고온의 공기가 순환되는 상태를 나타낸 평단면도
도 3은 본 발명의 본체 배기구와 연결되는 죽초액 제조장치가 설치된 상태를 나타낸 실시예
도 4는 본 발명의 대나무 활성탄의 제조방법을 나타낸 블록도

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 대나무 숯 및 활성탄 생산을 위한 가열로는 도 1 내지 2에 도시한 바와 같이 내부에 공간을 형성하고 상부 일측에 배기구(11)가 형성되는 본체(10)와, 상기 본체(10)의 하부 일측에 설치되는 열원공급부(20)와, 상기 열원공급부(20) 상부에 설치되는 지지대(30)와, 상기 지지대(30) 상부에 올려져 칩 형태로 절개된 대나무가 수용되는 로스톨박스(40)로 이루어져 있으며, 상기 열원공급부(20)는 화구가 측방향으로 형성되어 지지대(30)와 본체(10)바닥면 사이에서 열이 순환되면서 로스톨박스(40) 내부의 대나무가 간접적으로 가열될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 본체(10)는 내부에 공간을 형성한 함체형태로 이루어져 있으며 일측에는 로스톨박스(40)를 넣고 꺼내기 위해 도어(12)가 설치된다. 상기 본체(10)는 온도유지를 위해 단열벽체로 이루어지는 것이 좋으며 내부에는 온도를 감지하는 센서(미도시)가 설치되어 별도의 제어수단(미도시)에 의해 가열온도를 설정하고 가열온도에 맞게 열원공급부(20)를 제어하는 것이다. 아울러 본체(10) 상부에는 방폭구(50)가 상향 설치되어 본체(10) 내부에서 불완전 연소 및 다량의 가스생성으로 인한 폭발시 자동으로 개폐가 이루어질 수 있도록 한다.

상기 열원공급부(20)는 본체(10) 하부 일측에 설치되어 본체(10) 내부로 열을 공급하여 대나무를 가열하기 위한 것이다. 상기 열원공급부(20)는 통상의 버너와 같이 불꽃이 본체(10) 내부로 유입되어 직접가열하는 것이 아니라 화구가 측방향으로 설치되고 연소과정을 거친 다음 고온의 공기만 본체(10) 내부로 유입되는 것이다. 즉, 불꽃에 의한 직접가열방식이 아닌 고온의 공기에 의해 간접적으로 가열함으로써 가열온도를 정확하게 조절할 수 있고, 대나무 전체에 골고루 가열될 수 있는 것이다. 아울러 상기 열원공급부(20)는 도 2에 도시한 바와 같이 본체(10) 일측 벽면에 각각 서로 다른 방향으로 설치되어 고온의 공기가 순환되면서 효과적으로 가열이 이루어지는 것이다.

상기 지지대(30)는 로스톨박스(40)를 지지하기 위한 것으로서, 본체(10)의 바닥면과 일정간격 이격되어 설치된다. 즉, 열원공급부(20)에 의해 본체(10)바닥과 지지대(30) 사이에 고온의 열이 순환하면서 상승하게 되고 상부의 로스톨박스(40)로 열이 균일하게 전달되는 것이다.

상기 로스톨박스(40)는 금속제로 구비되어 대나무가 담길 수 있도록 하면서 회수가 용이하도록 서랍형태로 이루어져 있으며, 상기 로스톨박스(40)의 바닥과 측벽에는 열이 잘 공급될 수 있도록 프레임 형태를 격자형태로 형성하거나 공기유통구멍을 다수형성하여 이루어진다. 그리고 지지대(30)에 올려진 상태로 슬라이드 되면서 본체(10)의 도어(12)를 통해 외부로 인출이 간편하게 이루어진다.

본 발명의 가열로(1)는 도 3에 도시한 바와 같이, 본체(10)의 배기구(11)와 연결되는 죽초액 제조장치(60)를 통해 대나무 숯 제조시 생성되는 배기가스를 이용하여 죽초액을 생산할 수 있다. 상기 죽초액 제조장치(60)는 탄화과정에서 생성되는 배기가스를 응축하는 냉각탱크(61)와, 상기 냉각탱크(61) 하부에 설치되어 응축된 죽초액을 정제하여 생산하는 죽초액 정제부(62)와, 상기 냉각탱크(61) 상부에는 응축과정을 거친 가스가 배출되도록 한 가스유출구(63)로 이루어진다.

상기 가열로(1)를 통해 대나무 숯과 죽초액을 제조하는 방법의 일 실시예를 설명하자면, 일정크기로 절단한 대나무를 120℃ 조건에서 약 2시간 정도 건조한 다음 가열로(1)에 넣어 약 650℃ 조건에서 3시간 동안 탄화시킨다. 이때 탄화과정에서 발생하는 연기는 본체(10)의 배기구(11)와 연결된 죽초액 제조장치(60)를 통해 죽초액으로 생산한다. 상기 예시한 가열온도와 가열시간은 대나무 숯과 죽초액을 동시에 생산하기 위한 조건으로서 활성탄을 생산하기 위한 제조방법은 아니며 활성탄 제조방법은 후술하는 방법에 의해 제조되는 것이다.

대나무는 가열온도에 따라 대나무 숯과 죽초액, 활성탄의 특성이 달라지기 때문에 본 발명의 가열로(1)는 간접가열 방식으로 이루어져 가열로(1) 내에 온도와 대나무에 전달되는 온도가 동일하다. 따라서 온도조절이 정확하게 이루어져 양질의 대나무 숯과 죽초액, 활성탄이 제조될 수 있는 것이다.

아래에는 상기의 가열로(1)를 통해 대나무 활성탄으로 제조하는 방법을 설명하고자 한다.

본 발명의 대나무 활성탄의 제조방법은, 칩(chip) 형태로 절개된 대나무를 구비하는 단계(S1)와, 상기 절개된 대나무를 KOH 용액에 3일 내지 5일 동안 침지하는 단계(S2)와, 상기 침지과정을 거친 대나무를 120℃ 조건에서 건조하는 단계(S3)와, 상기 건조된 대나무를 가열로에서 450℃ 내지 650℃조건으로 탄화과정을 거쳐 대나무 숯으로 만드는 단계(S4)와, 상기 대나무 숯을 가열로에서 700℃ 내지 1000℃조건으로 활성화하는 단계(S5);로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 칩 형태로 절개된 대나무를 구비하는 단계(S1)는 별도의 파쇄장치를 통해 대나무를 약 5mm 내지 10mm 크기로 칩(chip) 형태로 잘라서 준비하는 것으로서, 대나무를 잘라서 구비한 다음 대나무를 활성화제인 KOH 용액에 3일 내지 5일간 침지하는 단계(S2)를 거쳐 대나무 내부까지 용액이 침투될 수 있도록 한다. 이때 KOH 용액의 농도는 40 내지 60%의 범위 안에서 이루어지는 것이 좋다.

이와 같이 침지과정을 거치게 되면 대나무를 120℃ 조건에서 완전히 건조시키게 된다. 완전히 건조되더라도 활성화제의 성분은 대나무에 그대로 남아 있기 때문에 용이하게 활성탄을 제조할 수 있는 것이다. 건조과정을 거친 다음 대나무를 가열로(1)에서 450℃ 내지 650℃조건으로 탄화과정을 거쳐 대나무 숯으로 만드는 단계(S4)를 거치게 된다. 상기 대나무 숯으로 만드는 단계(S4)는 30분 내지 2시간 동안 이루어지는 것이 좋다. 상기 과정을 거친 대나무 숯을 가열로(1)에서 700℃ 내지 1000℃조건에서 활성화하는 단계(S5)를 거쳐 최종적으로 활성탄이 제조되는 것이다. 이때 활성화하는 단계(S5)는 2시간 내지 4시간 동안 이루어지며 대나무를 KOH용액에 침지하는 과정에서 활성화제의 성분이 전체적으로 남아 있기 때문에 활성화하는 과정에서 별도로 활성화제를 투입할 필요가 없는 것이다.

아울러 상기 대나무 숯으로 만드는 단계(S4)와, 대나무 숯을 활성화하는 단계(S5)에서 가열로의 승온조건은 분당 5℃만큼 상승하도록 설정하여 열이 고르게 대나무에 전달될 수 있도록 하여 양질의 활성탄이 제조될 수 있도록 하는 것이 좋다.

상기 활성화하는 단계에서 대나무 숯 입자가 작게 나뉘기 때문에 활성화가 끝나면 분말상태가 된다. 이와 같이 분말상태의 활성탄을 작은 알갱이로 형성하는 과립형성단계를 더 거쳐 용도에 따라 형태를 다양하게 변형할 수 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 권리는 적시된 실시예에 한하지 않고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 변형된 실시예가 있을 수 있다고 본다.

1 : 가열로 10 : 본체
11 : 배기구 12 : 도어
20 : 열원공급부 30 : 지지대
40 : 로스톨박스 50 : 방폭구
60 : 죽초액 제조장치 61 : 냉각탱크
62 : 죽초액 정제부 63 : 가스유출구
S1 ~ S5 : 대나무 활성탄 제조방법

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 본체(10), 열원공급부(20), 상기 열원공급부(20) 상부에 설치되는 지지대(30), 상기 지지대(30) 상부에 대나무가 수용되는 로스톨박스(40)로 이루어지고 내부의 대나무가 간접적으로 가열될 수 있도록 한 가열로를 통해 대나무 활성탄을 제조하는 방법에 있어서,
   칩 형태로 절개된 대나무를 구비하는 단계(S1),
   상기 절개된 대나무를 농도 40 내지 60%의 KOH 용액에 3일 내지 5일 동안 침지하는 단계(S2),
   상기 침지과정을 거친 대나무를 120℃ 조건에서 건조하는 단계(S3),
   상기 건조된 대나무를 가열로에서 분당 5℃만큼 승온시켜 450℃ 내지 650℃조건으로 탄화과정을 거쳐 대나무 숯으로 만드는 단계(S4),
   상기 대나무 숯을 가열로에서 분당 5℃만큼 승온시켜 700℃ 내지 1000℃ 조건으로 활성화하는 단계(S5);로 이루어진 것을 특징으로 하는 대나무 활성탄의 제조방법
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 5항에 있어서,
   상기 대나무 숯으로 만드는 단계(S4)는 30분 내지 2시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 대나무 활성탄의 제조방법
   
9. 제 5항에 있어서,
   상기 활성화하는 단계(S5)는 2시간 내지 4시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 대나무 활성탄의 제조방법

Images