KR102158170B1 - 유연탄의 세미코크스 제조 시스템 - Google Patents

유연탄의 세미코크스 제조 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유연탄의 세미코크스 제조 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유연탄을 저온열분해에 의해 세미코크스를 생산할 때 유연탄에 함유된 수분함수율을 30% 미만으로 낮춰 석탄에 대한 탄소함유량이 증대되게 함과 동시에 휘발분이 15% 이하로 낮아지도록 하여 반응성이 높고 연소시 연기가 나지 않아 가정용, 가스화 연료 및 발전용 연료로 활용가능한 세미코크스를 만들 수 있도록 개선된 유연탄의 세미코크스 제조 시스템에 관한 것이다.

Description

유연탄의 세미코크스 제조 시스템{Semi-coke production system of bituminous coal}
본 발명은 유연탄의 세미코크스 제조 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유연탄을 저온열분해에 의해 세미코크스를 생산할 때 유연탄에 함유된 수분함수율을 30% 미만으로 낮춰 석탄에 대한 탄소함유량이 증대되게 함과 동시에 휘발분이 15% 이하로 낮아지도록 하여 반응성이 높고 연소시 연기가 나지 않아 가정용, 가스화 연료 및 발전용 연료로 활용가능한 세미코크스를 만들 수 있도록 개선된 유연탄의 세미코크스 제조 시스템에 관한 것이다.
유연탄은 무연탄과 갈탄의 중간에 있는 석탄으로, 연료비(고정탄소/취발분)1~7의 것을 말한다. 석탄이라고 하는 경우 보통 이것을 가리키며, 통상 제철용 코크스원료 혹은 일반연료용으로 사용된다.
이러한 유연탄은 다른 대체 에너지보다 오염 유발도가 높고 탄소 배출량이 많음에도 불구하고, 매우 저렴하고 풍부하기 때문에 주요 에너지 자원으로 이용되고 있다.
그런데, 유연탄에 함유된 가스와 유분은 스모그 현상과 기타 도시의 대기 유해가스의 농도를 높여 대기오염의 주요 원인이 되고 있다.
뿐만 아니라, 통상 유연탄의 수분함수율은 30%를 초과하는데, 이로 인해 유연탄에 대한 탄소함유량이 떨어져 연소효율이 저하되는 단점도 있다.
또한, 유연탄은 수분함수율이 높은 것과 함께 휘발분이 15%를 초과하여 함유되어 있기 때문에 특수가공없이 그냥 코크스화할 경우 휘발분으로 대부분 빠져나가고 남은 잔여분이 반응하므로 연소시 반응성이 떨어지고, 불완전 연소에 따른 그을음 발생이 심하게 되는 단점도 있다.
국내 등록특허 제10-1734666호(2017.05.02.) 유연탄에서 열분해에 의한 무연탄제조장치
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 유연탄을 저온열분해에 의해 세미코크스를 생산할 때 유연탄에 함유된 수분함수율을 30% 미만으로 낮춰 석탄에 대한 탄소함유량이 증대되게 함과 동시에 휘발분이 15% 이하로 낮아지도록 하여 반응성이 높고 연소시 연기가 나지 않아 가정용, 가스화 연료 및 발전용 연료로 활용가능한 세미코크스를 만들 수 있도록 개선된 유연탄의 세미코크스 제조 시스템을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 처리설비(UN1)와 성형설비(UN2) 및 이들을 제어하는 메인컨트롤패널(3000)을 포함하는 유연탄의 세미코크스 제조 시스템에 있어서;
상기 처리설비(UN1)는 유연탄을 저장, 분출하는 저장호퍼(100); 저장호퍼(100)에서 분출된 유연탄을 가열하여 가스와 수분과 유분과 세미코크스로 분해하는 전기반응조(210); 전기반응조(210)에서 분해된 가스와 수분과 유분을 모아 냉각시키면서 선별하는 냉각반응조(300,310.320,330); 냉각반응조(300,310,320,330)에서 선별된 가스를 열교환시켜 냉각시키는 다수의 열교환기(500,510,520); 냉각반응조(300,310,320,330)에서 선별된 수분과 유분을 모아 유수 분리하는 유수분리기(600); 열교환기(500,510,520)에서 냉각된 가스를 포집하는 가스포집기(700); 전기반응조(210)와 냉각반응조(300,310,320,330)로 냉각수를 공급하는 칠러(800) 및 가스포집기(700)의 상부로 배출되는 가스로 발전하여 전기를 생산하는 가스발전패키지(900);를 포함하고,
상기 성형설비(UN2)는 전기반응조(210)에서 선별된 세미코크스를 수납하여 일정량씩 분출하는 공급호퍼(1100); 공급호퍼(1100)에서 공급된 세미코크스를 수납하고 물투입기(1200)와 경화제투입기(1300)로부터 정량공급된 물과 경화제를 함께 수용하여 일정시간동안 혼합시키는 혼합믹서(1400); 혼합믹서(1400)에서 혼합된 혼합물을 성형하는 성형기(1600); 성형기(1600)에서 배출되는 성형품을 톤백포장기(1900) 또는 백포장기(2000)로 나누어 담는 투웨이댐퍼(1800);를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄의 세미코크스 제조 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 유연탄을 저온열분해에 의해 세미코크스를 생산할 때 유연탄에 함유된 수분함수율을 30% 미만으로 낮춰 석탄에 대한 탄소함유량이 증대되게 함과 동시에 휘발분이 15% 이하로 낮아지도록 하여 반응성이 높고 연소시 연기가 나지 않아 가정용, 가스화 연료 및 발전용 연료로 활용가능한 세미코크스를 만들 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유연탄의 세미코크스 제조 시스템을 보인 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 시스템을 구성하는 요부 발췌도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유연탄의 세미코크스 제조 시스템은 전기반응조에 유연탄을 정량공급하여 유연탄은 세미코크스(semicokes)로 배출하고, 상부로는 가스 및 유분이 상승하여 냉각반응조에 포집되며, 오일 및 수분 등의 물질은 하부로 배출되어 유수분리기를 통하여 오일과 물로 분리되어 처리되도록 구성된다.
특히, 상부로 배출되는 폐가스는 2차 냉각반응조와 열교환기를 통하여 배출될 때 잔재된 오일 등 물질은 하부로 배출되어 유수분리기를 통하여 처리되며, 정재된 가스는 가스발전패키지(gas generator package)로 투입되어 전기를 생산하여 비상시 및 전기반응조에 간헐적으로 전기를 투입함으로써 전력소비량을 줄일 수 있어 경제성을 극대화할 수 있도록 구성된다.
이를 위해, 본 발명에 따른 유연탄의 세미코크스 제조 시스템은 처리설비(UN1)와 성형설비(UN2) 및 이들을 제어하는 메인컨트롤패널(3000)을 포함한다.
이때, 처리설비(UN1)는 유연탄을 저장, 분출하는 저장호퍼(100), 전기반응조(210), 냉각반응조(300,310,320,330), 다수의 열교환기(500,510,520), 유수분리기(600), 가스포집기(700), 칠러(800) 및 가스발전패키지(900)를 포함한다.
그리고, 상기 성형설비(UN2)는 공급호퍼(1100), 물투입기(1200), 경화제투입기(1300), 혼합믹서(1400), 성형기(1600), 투웨이댐퍼(1800), 톤백포장기(1900) 및 백포장기(2000)를 포함한다.
여기에서, 상기 처리설비(UN1)를 구성하는 저장호퍼(100)는 콘크리트 구조나 철구조물로 제작할수 있으며, 반입된 유연탄의 적정량을 저장하여 페이로더를 통해 후단설비로 이송할 수 있게 구성된다.
또한, 상기 저장호퍼(100)의 하단에는 레벨러(110a)를 설치하여 유연탄 불출양이 급격히 줄었을 때 이를 감지하여 경광등(100b)을 동작시킴으로써 작업상황을 체크할 수 있돌고 구성된다.
뿐만 아니라, 저장호퍼(100)의 유연탄은 하부에 설치된 에이프런 컨베이어(110)로 적정량 배출된 후 배출된 유연탄은 죠 크러셔(Jaw crusher)(120)로 공급된다.
죠 크러셔(120)는 투입된 유연탄을 50mm 이하의 입도로 파쇄하고, 파쇄된 유연탄은 다수의 컨베이어를 거쳐 전기반응조(210)로 반송된다.
여기에서, 50mm 이하로 파쇄하는 이유는 전기반응조(210)에서의 반응 효율을 높이기 위한 것이다.
특히, 죠 크러셔(120)에서 파쇄된 유연탄이 이송컨베이어(130)에서 바이브레이터 스크린(140)에 투입되어 4mm 이하는 잔재배출컨베이어(150)에 의하여 외부로 배출되고, 4mm 이상 50mm 이하만 이송컨베이어(160)를 타고 로터리피더(170)로 투입된다.
이를 위해, 상기 로터리피더(170)의 상부에는 저장조(170a)가 구비되어 있으며, 상기 저장조(170a)의 하단에는 진공상태로 유지되는 투입스크류컨베이어(200)가 연결 설치된다.
때문에, 저장조(170a)의 목적은 후단설비인 투입스크류컨베이어(200)에 제품이 차있어 진공상태가 유지될 수 있도록 저장조(180a) 하부에는 레벨러(170b)가 설치되어 제품이 없을 경우, 즉 저장조(170a)가 비어 있는 경우 투입스크류컨베이어(200)가 작동될 수 없도록 전기적으로 제어된다.
또한, 상기 투입스크류컨베이어(200)의 외부에는 온수자켓(200a)이 설치되어 통과하고 있는 내부의 유연탄이 항상 적정 온도로 유지될 수 있도록 보열하게 된다.
이 경우, 적정 온도 유지를 위해 온도센서(200b)를 더 설치할 수 있다.
특히, 상기 온수는 냉각반응조(300,310)의 외부자켓에 사용되는 온수를 공유하도록 배관 설계됨이 특히 바람직하다.
그리고, 상기 투입스크류컨베이어(200)를 통해 배출된 유연탄은 전기반응조(210)로 투입된다.
즉, 투입된 유연탄은 전기반응조(210)에서 전기히터(210a)로 가열되며, 가열방법은 약 150mm의 공간을 두어 간접열로 내부온도를 약 380℃~450℃가 되게 가열하며, 패들타입스크류컨베이어(220)를 통하여 피딩되도록 구성된다.
또한, 전기반응조(210) 내부는 보강대(210c)를 설치하여 온도변화에 따라 전기반응조(210)의 구조가 변형되지 않도록 강한 내구성을 갖도록 제작되며, 4구간으로 나누어 격막(210b)을 설치하여 투입되는 유연탄에서 온도를 최대한 보전할 수 있도록 구성된다.
이것은 열손실을 줄이기 때문에 세미코크스 제조시 전기히터 및 효율을 극대화시킨다.
아울러, 전기반응조(210)의 상부에는 각 4곳의 격막 상부에 온도센서(210e)를 설치하여 각 구간별 온도를 제어하며, 점검구(210d)를 설치하여 유지보수를 원활하게 구성함이 바람직하다.
뿐만 아니라, 도 1,2의 예시와 같이, 전기반응조(210)의 상부에 설치되는 배기덕트(210f)는 수직덕트(210f-a)와 냉각반응조(300,310)로 투입되는 투입덕트(210f-b)로 구분되며, 배기덕트(210f) 내부에 부착되어 설비효율을 저하시키는 유분에 찌든 미세먼지 등 을 주기적으로 제거할 수 있는 제거관(210f-a1,210f-b1)를 설치하여 설비의 효율 및 내구성을 강화하여 장기적으로 설비를 가동할 수 있도록 구성함이 특히 바람직하다.
또한, 도 1,3에서와 같이, 상기 패들타입스크류컨베이어(220)를 통하여 배출되는 세미코크스는 제1냉각스크류컨베이어(230)에서 1차 냉각조(230a)를 통해 냉각되고, 로터리피더(240)를 거쳐 제2냉각스크류컨베이어(250)로 공급된 후 2차 냉각조(250b)를 통해 재차 냉각된 후 배출되어 후단에 연결된 성형설비인 조개탄설비로 이송된다.
이때, 상기 패들타입스크류컨베이어(220)의 구조는 하나의 축에 패들형식의 격자를 배출방향으로 45°를 유지한 채 축의 둘레방향으로 90°간격을 두고 4등분하여 배치함으로써 이송 효율은 높이면서 골고루 열을 전달할 수 있도록 구성된다.
한편, 상기 전기반응조(210)에서 배출되는 배기가스와 유증기는 냉각반응조(300,310,320,330)로 투입되어 유분 및 유증기를 분리하게 된다.
이때, 각 냉각반응조(300,310,320,330)의 상부에 설치된 감속기(300a)가 저속회전을 하면 내부에 설치된 유선형날개(300b)가 서서히 돌면서 상부로 배기가스 를 배출하고, 하부로는 오일 및 수분 등이 배출된다.
여기에서, 냉각반응조(300,310)을 1차 반응조라하고, 냉각반응조(320,330)을 2차 반응조라 하는데, 1차, 2차가 연속적으로 동일한 방식으로 처리된다.
그리고, 하부로 배출되는 오일 및 수분 등은 이송스크류(400,410,420)를 통해 이송되며, 이때 외부에는 열선(400a)을 설치하여 굳는 것을 방지하고, 최종적으로 유수분리기(600)로 투입되면 유수분리기(600)에서는 필터(600a)를 통하여 물은 방출하고, 오일(600b)은 저장조에 저장하여 보관한다.
또한, 냉각반응조(300,310,320,330)에서 배출된 배기가스는 1차 열교환기(600,610)를 걸쳐 온도가 낮아지고, 2차 열교환기(620)를 걸쳐 더욱 낮아진 상태로 가스포집기(700)의 가스투입구(700a)로 투입되어 상,하부의 메쉬필터(700c)를 통과하면서 오일 가스 등이 응축되고, 무거운 오일과 가스는 드레인(700d)으로 배출되어 유수분리기(600)로 투입되며, 가스는 다시 리턴하여 투입되고, 상부로 상승한 폐가스는 배기구(700b)를 통해 가스발전패키지(900)로 투입되어 전기를 생산하고, 이 전기는 비상시 전원으로 활용할 수 있다.
아울러, 칠러(800)는 에어쿨링 방식으로 2대 이상을 설치하여 설비에 충분한 냉각수를 공급할수 있도록 한다.
다른 한편, 성형설비(UN2)는 제2냉각스크류컨베이어(250)에서 배출된 세미코크스가 이송컨베이어(1000)로 이송되어 저장되는 공급호퍼(1100)를 포함한다.
상기 공급호퍼(1100)는 일정 무게를 측정할 수 있도록 로드셀(1100a)을 구비하고 있으며, 설정된 무게만큼 투입되면 공급호퍼(1100) 상부의 상부댐퍼(1100b)가 닫히고 공급호퍼(1100)의 하부에 설치된 하부댐퍼(1100c)가 개방되어 계량된 중량만큼의 세미코크스가 혼합믹서(1400)로 투입된다.
계량된 세미코크스가 혼합믹서(1400)로 투입되면 물투입기(1200)에서는 정량펌프(1200a)를 가동시켜 정량의 물을 투입하고, 경화제투입기(1300)에서는 하부에 설치된 정량스크류컨베이어(1300a)를 제어하여 정량의 경화제가 투입된다.
이렇게 물과 경화제가 정량 공급되면 설정된 시간동안 혼합믹서(1400)는 세미코크스를 믹싱하고, 믹싱이 완료되면 하부게이트(1400a)를 개방하여 하부저장호퍼(1400b)로 투입한다.
투입된 혼합물은 정량조절댐퍼(1400c)에 의해 일정량씩 버켓엘리베이터(1500)로 공급되고, 버켓엘리베이터(1500)는 일정량씩 혼합물을 성형기(1600)로 공급한다.
이때, 상기 성형기(1600)의 상부에는 버퍼호퍼(1600a)가 설치되어 항상 정량이 유지될 수 있도록 구성되며, 성형된 제품은 자유낙하되어 스크린(1600b)을 통과하게 되는데, 성형되지 아니한 것과 깨어진 것은 반송컨베이어(1600c)를 통해 버켓엘리베이터(1500)로 리턴되고, 정상적인 성형품은 반출컨베이어(1700)를 통해 투웨이댐퍼(1800)로 투입된다.
여기에서, 투웨이댐퍼(1800)는 성형품을 지정한 포장설비로 투입하기 위한 것으로, 예컨대, 500kg, 20kg로 지정한 경우 500kg으로 이송된 성형품은 톤백포장기(1900)에서 500kg으로 자동포장되며, 20kg으로 이송된 성형품은 백포장기(2000)에서 20kg으로 자동포장된다.
다른 한편, 메인컨트롤패널(3000)은 PLC시스템으로 전반적인 작동상태 등을 한 눈에 볼 수 있도록 회로 설계된다.
100: 저장호퍼
210: 전기반응조
300,310,320,330: 냉각반응조
600: 유수분리기
700: 가스포집기
800: 칠러
900: 가스발전패키지

Claims (2)

  1. 처리설비(UN1)와 성형설비(UN2) 및 이들을 제어하는 메인컨트롤패널(3000)을 포함하는 유연탄의 세미코크스 제조 시스템에 있어서;
    상기 처리설비(UN1)는 유연탄을 저장, 분출하는 저장호퍼(100); 저장호퍼(100)에서 분출된 유연탄을 가열하여 가스와 수분과 유분과 세미코크스로 분해하는 전기반응조(210); 전기반응조(210)에서 분해된 가스와 수분과 유분을 모아 냉각시키면서 선별하는 냉각반응조(300,310.320,330); 냉각반응조(300,310,320,330)에서 선별된 가스를 열교환시켜 냉각시키는 다수의 열교환기(500,510,520); 냉각반응조(300,310,320,330)에서 선별된 수분과 유분을 모아 유수 분리하는 유수분리기(600); 열교환기(500,510,520)에서 냉각된 가스를 포집하는 가스포집기(700); 전기반응조(210)와 냉각반응조(300,310,320,330)로 냉각수를 공급하는 칠러(800) 및 가스포집기(700)의 상부로 배출되는 가스로 발전하여 전기를 생산하는 가스발전패키지(900);를 포함하고,
    상기 성형설비(UN2)는 전기반응조(210)에서 선별된 세미코크스를 수납하여 일정량씩 분출하는 공급호퍼(1100); 공급호퍼(1100)에서 공급된 세미코크스를 수납하고 물투입기(1200)와 경화제투입기(1300)로부터 정량공급된 물과 경화제를 함께 수용하여 일정시간동안 혼합시키는 혼합믹서(1400); 혼합믹서(1400)에서 혼합된 혼합물을 성형하는 성형기(1600); 성형기(1600)에서 배출되는 성형품을 톤백포장기(1900) 또는 백포장기(2000)로 나누어 담는 투웨이댐퍼(1800);를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄의 세미코크스 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저장호퍼(100)의 하부에는 에이프런 컨베이어(110)가 설치되어 배출되는 유연탄을 죠 크러셔(Jaw crusher)(120)로 공급하도록 구성되고; 상기 죠 크러셔(120)의 하부에는 죠 크러셔(120)에 의해 파쇄된 4mm 이상 50mm 이하의 유연탄을 선별 이송하는 바이브레이터 스크린(140)이 구비되며; 상기 바이브레이터 스크린(140)에 의해 선별된 유연탄을 로터리피더(170)로 이송하도록 이송컨베이어(160)가 설치되고; 상기 로터리피더(170)의 상부에는 저장조(170a)가 구비되며; 상기 저장조(170a)의 하단에는 진공상태로 유지되는 투입스크류컨베이어(200)가 연결 설치되고; 상기 투입스크류컨베이어(200)의 외부에는 온수자켓(200a)이 설치되어 통과하는 유연탄을 항상 일정온도로 보열시키도록 구성되며; 상기 투입스크류컨베이어(200)의 배출단에는 전기히터(210a)로 가열되어 380℃~450℃를 유지하는 전기반응조(210)가 설치되고; 상기 전기반응조(210)에는 가열된 유연탄을 피딩하는 패들타입스크류컨베이어(220)가 설치되며; 상기 전기반응조(210) 내부는 격막(210b)에 의해 4구간으로 구분되되 패들타입스크류컨베이어(220)의 구동과는 간섭되지 않도록 하여 유연탄이 보열되게 구성되고; 상기 전기반응조(210)의 상부에는 냉각반응조(300,310)와 연결된 배기덕트(210f)가 구비되며; 상기 패들타입스크류컨베이어(220)를 통하여 배출되는 세미코크스를 1차 및 2차 냉각시키도록 제1,2냉각스크류컨베이어(230,250)가 구비되고; 냉각반응조(300,310,320,330)의 하부로 배출되는 오일 및 수분을 수용하여 유수 분리하는 유수분리기(600)를 더 구비하며; 냉각반응조(300,310,320,330)에서 배출된 배기가스를 다수회 열교환시켜 순차 냉각하는 열교환기(600,610,620)가 더 구비되고; 열교환기(600,610,620)를 거친 배기가스는 상기 가스포집기(700)에서 포집되며;
    상기 성형설비(UN2)는 제2냉각스크류컨베이어(250)에서 배출된 세미코크스가 이송컨베이어(1000)로 이송되어 저장되는 공급호퍼(1100)를 포함하고; 상기 공급호퍼(1100)는 일정 무게를 측정할 수 있도록 로드셀(1100a)을 구비하여 설정된 무게만큼 투입되면 공급호퍼(1100) 상부의 상부댐퍼(1100b)가 닫히고 공급호퍼(1100)의 하부에 설치된 하부댐퍼(1100c)가 개방되어 계량된 중량만큼의 세미코크스가 혼합믹서(1400)로 투입되도록 제어하며; 계량된 세미코크스가 혼합믹서(1400)로 투입되면 물과 경화제가와 세미코크스를 설정된 시간동안 믹싱하여 혼합물을 만든 후 일정량씩 정량배출하는 정량조절댐퍼(1400c)를 구비하고; 정량배출된 혼합물을 성형기(1600)로 정량 공급하는 버켓엘리베이터(1500)가 설치되며; 상기 성형기(1600)의 상부에는 버퍼호퍼(1600a)가 설치되어 항상 정량이 유지될 수 있도록 구성되고; 성형된 제품은 자유낙하되어 정품과 불량품이 선별되도록 스크린(1600b)이 구비되며; 정상적인 성형품만 반출컨베이어(1700)를 통해 투웨이댐퍼(1800)로 투입되어 설정된 방식으로 포장되게 구성된 것을 특징으로 하는 유연탄의 세미코크스 제조 시스템.
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