KR102420319B1 - 폐타이어를 이용한 코크스 원료 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐타이어를 이용한 코크스 원료 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예를 따르는 폐타이어를 이용한 코크스 원료의 제조방법은, 폐타이어분말을 준비하는 단계; 상기 폐타이어분말에 폴리우레탄을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 가압 및 가열하여 성형하는 단계;를 포함한다.

Description

폐타이어를 이용한 코크스 원료 및 그 제조방법{Raw material for coke making by using wasted tire powder and method for preparation thereof}

본 발명은 폐타이어를 이용한 코크스 원료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

코크스는 일반적으로 용광로 내에서 열원 환원제 등의 역할과 함께 통기성 확보수단으로 이용되는데, 일반적으로 이러한 코크스는 전량 수입되는 유연탄에서 제조한다.

코크스를 제조하기 위해서는 다양한 종류의 원료탄이 사용되는데 근래 양질의 원료탄의 확보가 어려워지고 있어 비용절감을 위한 방법들이 개발되어 왔다. 그 중 하나로 폐타이어를 코크스로에 장입하여 처리는 방법이 개발되었다.

일본 공개특허공보 소62-142040호에는 폐타이어를 코크로에 그대로 투입하여 처리하는 방법을 개시한다. 그러나, 폐타이어를 코크스로에 바로 장입하는 방법은 연료 중에서 폐타이어의 함량이 높아지며, 폐타이어의 함량을 제어할 수 없기 때문에 코크스의 강도가 저하되는 등의 문제가 발생한다.

근래에는 저품위 석탄 사용을 늘리면서 코크스 품질을 유지하거나 향상시키기 위해 코크스 오븐에 장입되는 석탄의 수분을 저감하는 건조기술, 코크스 오븐에 장입되는 석탄의 장입밀도 향상을 위한 오일(Oil) 첨가 기술 및 코크스 오븐에 장입되는 석탄을 200 ~ 300℃까지 가열하여 장입하는 예열기술 등의 석탄 전처리 기술이 개발되어 적용되고 있다.

특히, 최근에는 저품위 원료탄의 배합시 바인더 역할을 할 수 있는 타르를 혼합하여 일정 품질 이상의 강도를 갖는 코크스를 제조하는 기술이 제안되어 사용되고 있다. 이렇게 배합탄에 타르를 혼합하여 코크스를 제조하는 기술에 대해서는 한국 특허공개공보 제10-2013-0006196호에서 구체적으로 공지되어 있다. 상기 선행문헌에 공지된 기술은 저품위 원료탄을 사용하면서도 고강도의 코크스를 생산할 수 있는 장점이 있지만, 코크스 건류 과정에서 원료탄으로부터 발생되는 타르(원료탄의 3%)와 바인더용으로 첨가된 타르에서 의해 발생되는 타르(첨가된 타르의 50%)가 함께 코크스 오븐 가스로 발생하기 때문에 코크스 오븐 가스에 타르와 더불어 각종 유해 물질이 다량으로 존재하는 문제가 발생한다. 앞서 설명된 바와 같이 코크스 오븐 가스는 별도의 정제과정을 통해 타르, 나프탈렌 및 조경유(벤젠, 자일렌, 톨루엔)를 제거한 다음 다른 공정의 에너지원으로 사용하게 되는데, 이렇게 코크스 오븐 가스에 다량의 유해 물질이 존재하는 경우 코크스 오븐 가스를 정제하더라 타르, 나프탈렌 및 황 등의 정제가 미흡하게 된다. 이렇게 미정제된 코크스 오븐 가스를 후공정에서 에너지원으로 사용하게 되면, 코크스 오븐 가스 배관에 타르 및 나프탈렌의 응축으로 인해 배관 막힘 문제가 발생하는 등 후공정에서 여러 문제점이 발생한다.

일본 공개특허공보 소62-142040호 한국 특허공개공보 제10-2013-0006196호

본 발명은 폐타이어를 효과적으로 재활용하여 경제성을 확보할 수 있는 폐타이어를 이용한 코크스 원료 및 그 제조방법을 제공함을 목적을 한다.

또한, 높은 열량을 가질 수 있고, 압축강도 및 통기 효율을 개선할 수 있다.

또한, 코크스의 재료 함량을 일정하게 제어할 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 폐타이어를 이용한 코크스 원료의 제조방법은, 폐타이어분말을 준비하는 단계; 상기 폐타이어분말에 폴리우레탄을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 가압 및 가열하여 성형하는 단계;를 포함한다.

상기 폴리우레탄의 함량은 상기 혼합물 전체에 대하여 5 내지 10 phr일 수 있다.

상기 폐타이어분말을 준비하는 단계는, 폐타이어를 1 내지 3 mm 분쇄하는 것일 수 있다.

상기 가압 및 가열하는 단계는 5 내지 15 MPa 및 120 내지 200 ℃ 일 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 폐타이어를 이용한 코크스 원료는, 폐타이어분말 및 폴리우레탄을 포함하고, 상기 폴리우레탄의 함량은 전체에 대하여 5 내지 10 phr이다.

본 발명의 실시 예를 따르는 폐타이어를 이용한 코크스 원료 및 그 제조방법은 폐타이어를 효과적으로 재활용하여 경제성을 확보할 수 있다.

또한, 높은 열량을 가질 수 있고, 압축강도 및 통기 효율을 개선할 수 있다.

또한, 코크스의 재료 함량을 일정하게 제어할 수 있다.

도 1은 밀도시험 결과이다.
도 2는 압축강도시험 결과이다.
도 3은 인장강도시험 결과이다.
도 4는 신율시험 결과이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.　

본 발명의 실시 예를 따르는 폐타이어를 이용한 코크스 원료의 제조방법은, 폐타이어분말을 준비하는 단계; 상기 폐타이어분말에 폴리우레탄을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 가압 및 가열하여 성형하는 단계;를 포함한다.

폐타이어분말을 준비하는 단계에서, 폐타이어분말은 폐기물로 발생되는 통타이어를 분말화 한 것일 수 있다. 본 단계에서 폐타이어 분말은 폐타이어를 입도가 1 내지 3 mm인 분말이 전체의 90% 이상이 되도록 분쇄한 것일 수 있다. 입도가 1mm 미만인 경우에는 분말 표면적이 증가하여 기계적 강도를 유지하기 위해서는 바인더 사용량이 지나치게 많아져서 열효율을 떨어뜨리며 경제성도 저하된다. 입도가 3mm 초과인 경우에는 바인더 접합강도가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.

일 예에서, 폐타이어 분말화 공정은 분쇄 단계를 여러 번 수행하는 것일 수 있다. 1단계분쇄는 통타이어 중 고무부분을 파쇄하여 입도를 10mm 이하로 할 수 있고, 2단계분쇄공정은 입도 3 내지 7mm로 분말화할 수 있다. 이후 3차분쇄공정을 통해 입도 1 내지 3mm의 폐타이어 분말을 얻을 수 있다. 또한, 성형성을 좋게 하기 위해 철분 및 점유 등 폐타이어에 포함되어 있는 이물질을 제거하는 공정을 포함할 수 있다.

상기 폐타이어분말에 폴리우레탄을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계에서 상기 폐타이어분말에 폴리우레탄 분말을 혼합할 수 있다. 이 때 상기 폴리우레탄의 함량은 상기 혼합물 전체에 대하여 5 내지 10 phr일 수 있다. 함량이 5phr 미만인 경우는 결합력이 약하고 10 phr 초과인 경우에는 열효율이 감소할 수 있다.

상기 혼합물을 가압 및 가열하여 성형하는 단계는 상기 혼합물을 5 내지 15 MPa 및 120 내지 200 ℃ 일 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 폐타이어를 이용한 코크스 원료는, 폐타이어분말 및 폴리우레탄을 포함하고, 상기 폴리우레탄의 함량은 전체에 대하여 5 내지 10 phr이다. 함량이 5phr 미만인 경우는 결합력이 약하고 10 phr 초과인 경우에는 열효율이 감소할 수 있다.

실시 예1

입도가 1 내지 3 mm인 폐타이어분말 500g에 폴리우레탄 바인더를 5 phr이 되도록 혼합하고 교반기로 교반하였다. 다음으로 핫프레스를 이용하여 상기 혼합물을 10 MPa 및 160 ℃ 에서 9분동안 열처리하여 필름 형상으로 성형하여 시편을 만들었다.

실시 예2

폐타이어분말 500g에 폴리우레탄 바인더를 10 phr이 되도록 혼합한 것을 제외하고 실시 예1과 동일하게 수행하여 시편을 만들었다.

실시 예3

폐타이어분말 500g에 폴리우레탄 바인더를 20 phr이 되도록 혼합한 것을 제외하고 실시 예1과 동일하게 수행하여 시편을 만들었다.

비교 예1

폴리우레탄 바인더를 포함하지 않고 폐타이어분말을 이용한 것을 제외하고 실시 예1과 동일하게 수행하여 시편을 만들었다.

비교 예2

폐타이어분말 500g에 라텍스 바인더를 5 phr이 되도록 혼합한 것을 제외하고 실시 예1과 동일하게 수행하여 시편을 만들었다.

비교 예3

폐타이어분말 500g에 라텍스 바인더를 10 phr이 되도록 혼합한 것을 제외하고 실시 예1과 동일하게 수행하여 시편을 만들었다.

비교 예4

폐타이어분말 500g에 라텍스 바인더를 20 phr이 되도록 혼합한 것을 제외하고 실시 예1과 동일하게 수행하여 시편을 만들었다.

실험 예1: 열원소 분석

N2(질소) 분위기하의 SEM-EDS에서 0.5mХ0.5m크기의 샘플을 스캐닝하여 원소를 분석하였다.

	비교 예1		비교 예2		실시 예1
Element	Wt%	Atomic%	Wt%	Atomic%	Wt%	Atomic%
C	87.23	90.94	93.25	95.48	91.37	93.91
N	0.00	1.00	0.00	0.00	0.00	0.00
O	10.59	8.29	5.05	3.88	7.17	5.53
Si	1.43	0.64	1.24	0.54	1.14	0.50
Cl	0.09	0.03	0.15	0.05	0.05	0.02
Br	0.65	0.10	0.31	0.05	0.27	0.04
Total	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00

바인더를 사용한 실시 예1 및 비교 예2의 경우 C의 함유량은 90% 전후에서 나타났으면 폐타이어 분말인 비교 예1 보다 O의 함량이 약간 줄어들었다. 특히, 실시 예1에서 O의 함량이 가장 높게 나왔는데 이는 산화반응이 활발하게 일어날 수 있음을 나타낸다.

실험 예2: 밀도시험

밀도는 중량을 부피로 나눈 것으로, 연료 중량 당의 효율에 중요한 변수이다. 이를 시험하기 위하여 densitometer를 사용하여 밀도시험을 하였고, 그 결과를 도 1에 도시하였다.

실험 예3: 강도시험

로 안에서 석탄 또는 코크스와 적층되었을 시 연소되어 층이 무너질 경우 어떤 모양으로 되는가 하는 것은 로의 열효율에 매우 중요한 변수이다. 이를 평가하기 위하여 강도시험을 수행하였다.

Universial Tensile Test Machine(UTM)을 사용하여 압축시편 (20x20x10) 단위 mm 으로 압축강도를 20mm/min로 측정하였다.

시험결과 비교 예1 내지 4에서는 압축강도를 측정할 수 없이 약했다. 이는 로 안에서 무너졌을 시 부서진다는 의미이다. 실시 예1 내지 3의 강도시험 결과는 도 2에 도시하였다.

실험 예3: 인장강도시험

인장시험은 비교 예 및 실시 예를 2mm 두께의 필름형상으로, 아령형3호 시편으로 제작하여 만능인장테스트기(UTM) 로 인장강도를 측정하였다(KSM 6518).

도 3을 참조하면, 비교 예2 내지 3의 경우는 비교 예1과 비슷한 인장강도를 보이는 바, 라텍스 바인더는 바인더로서 역할을 충분히 못하는 것으로 나타났다. 실시 예1 내지 3의 경우, 5 phr에서 5Mpa 이상 강도 값을 나타내었으며 그 이상 사용 할 경우 미미하게 증가함을 나타내었다.

실험 예4: 신율시험

신율시험은 인장강도시험의 시편과 동일한 것을 이용하여 신율을 측정하였다.

도 4를 참조하면, 비교 예1의 경우에는 60%를 나타냈다. 폴리우레탄 바인더를 사용한 실시 예1 내지 3에서 함량이 5 phr인 때가 최대값을 나타내었으며, 라텍스를 바인더로 사용한 비교 예2 내지 3에서 10 phr인 경우가 최대값을 나타내었다.

상기 시험결과를 종합하여 판단할 때, 폴리우레탄을 바인더로 사용하는 것이 바람직하고 그 양은 5 phr 부터 10 phr을 사용하는 것이 바람직하다. 5phr 이하일때는 너무 결합력이 약하고 10 phr 이상일때는 결합력은 좋으나 경제성 및 열효율이 감소할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (5)

1. 폐타이어분말을 준비하는 단계;
   상기 폐타이어분말에 폴리우레탄을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
   상기 혼합물을 가압 및 가열하여 성형하는 단계;를 포함하고,
   상기 폴리우레탄의 함량은 상기 혼합물 전체에 대하여 5 phr로 하고,
   상기 폐타이어분말을 준비하는 단계는, 폐타이어를 입도가 1 내지 3 mm인 분말이 중량비로 전체의 90% 이상이 되도록 분쇄하는 것이고,
   상기 가압 및 가열하는 단계는 5 내지 15 MPa 및 120 내지 200 ℃ 인,
   폐타이어를 이용한 코크스 원료의 제조방법.
   
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