KR20010002348A - 폐 코크스 냉각분진을 이용한 활성탄 원료대체재 및 활성탄 제조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소에서 코크스 제조 공정 중 코크스냉각시에 발생하는 냉각분진을 종래 천연재질의 활성탄을 대체할 수 있는 원료로 이용할 수 있도록 하고, 상기 폐 코크스 냉각분진을 이용하여 활성탄을 제조하므로써 보다 액상의 오염물질흡착능이 우수한 분말 활성탄을 얻을 수 있었다.

Description

폐 코크스 냉각분진을 이용한 활성탄 원료대체재 및 활성탄 제조방법{A manufacturing method of coal powder using waste cokes or substitute for coal powder A substitute for}

본 발명은 종래 활성탄 제조시에 원료로 사용되는 야자각(코코넛껍질)이나 미분탄 등과 같은 비교적 고가의 원료를 대체하기 위한 대체재 및 활성탄 제조방법에 관한 것으로, 특히 제철소에서 코크스 제조공정 중에 발생하는 폐 코크스 냉각분진을 이용하여 활성탄 원료대체재로 사용하거나 활성탄을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 활성탄은 공극구조가 발달한 탄소재료로서 기상(氣狀) 및 액상(液狀)의 오염물질을 제거하기 위한 용도로 사용되는 것이며, 이를 이용하여 포집, 정제, 분별, 탈색, 수질 처리 등을 통해 여러가지 방법으로 오염물질을 처리하게 된다.

상기 활성탄은 형상에 따라서 입상 활성탄과 분말 활성탄, 그리고 섬유상 활성탄과 파쇄 활성탄으로 구분한다. 상기 활성탄은 탄소를 주성분으로 하고 있으므로 불에 연소 가능한 물질은 모두 원료로 사용할 수 있으나, 성능은 출발 원료의 물성에 따라 크게 좌우되고, 동시에 흡착능력이 상당한 영향을 미치므로 그 원료의 선택이 매우 중요하다고 할 것이다.

현재는 통상 야자각, 갈탄, 목재 등과 같은 천연재료들이 많이 사용되며, 이들은 대략 800∼1,100m²/g의 비표면적과 약 1,100mg/g의 요오드 흡착력, 180∼220㎖/g의 메틸렌블루 탈색력을 가지고 있다.

그러나 현재 국내에서 활성탄의 원료로 주로 사용되고 있는 야자각은 거의가 해외에서의 수입에 의존하고 있기 때문에 질적, 양적으로 안정적인 확보가 곤란하고, 수송에 따른 국제환율 변동도 원료수급사정을 복잡하게 하고 있으며, 천연재료를 사용하므로 자연훼손이 심각할 수 밖에 없는 폐단을 갖는다.

또한 종래 활성탄 제조를 위해서는 활성탄의 종류 및 형상에 따라 약간의 공정상 차이는 있지만 기본적인 공정은 다음과 같다. 즉 원료를 약 500℃정도로 가열하여 고정탄소만 남기는 탄화공정과, 탄화된 원료를 냉각하는 공정, 냉각된 원료를 다시 일정입도와 크기를 얻기 위해서 파쇄, 정립하는 공정과, 상기 공정중 선별된 원료를 약 800~1000℃정도의 온도분위기에서 수증기등을 분사하여 탄화물의 미세공구조를 발달시키기 위한 활성화공정과, 이를 산으로 세척하기 위한 세정공정, 이를 다시 건조시키기 위한 건조공정, 다시 적정입도록 파쇄하는 분쇄공정과 적당한 입도를 얻기 위한 체질공정 등을 거치게 된다. 따라서 상기 복잡한 활성탄제조공정을 단순화할 수 있고, 원료의 안정적 공급이 가능하며, 저렴하게 생산할 수 있는 활성탄원료의 소재개발이 무엇보다 필요하고, 동시에 이를 이용하여 흡착성능이 우수한 새로운 활성탄을 제조하기 위한 노력도 절실히 요구되고 있는 실정이다.

특히 원료비의 상승으로 인해 중수용 및 하수처리 공정에서 사용되는 액상의 오염물질처리용 분말활성탄의 경우에는 그 중요성에 비추어 대체원료의 필요성이 더욱 절실하다 할 것이다.

상기와 같은 필요성에 따라 활성탄의 제조를 위한 대체원료로 많은 탄소질 물질을 고려할 수 있는데, 활성화의 난이도, 원료의 품위, 가격, 대량 및 안정적으로 입수할 수 있을 것 등과 같은 조건을 모두 만족하는 소재를 찾기가 힘들었고, 또한 원료의 종류에 따라 제조조건이나 제품가격, 용도가 다르기 때문에 활성탄 대체원료의 선정은 더욱 곤란하였다.

따라서 본 발명자는 먼저 무연탄 및 유연탄 등을 수증기로 개질하여 활성탄의 대체원료로 사용하고자 하였으나, 상기 재료는 회분의 함량이 높아 활성탄의 흡착성, 촉매능에 영향을 끼치고, 활성탄 제조시 분쇄 및 파쇄등의 부가적인 공정을 거쳐 일정한 입도를 가지는 분말을 얻어야 하므로 활성탄의 제조가 곤란하고, 제조가가 상승하는 단점을 갖는 것이었다.

결국 제철소에서 코크스 제조 공정 중 코크스냉각시에 발생하는 냉각분진이 탄소량이 많고, 회분은 적으며, 미분상태이면서도 비교적 일정한 입도를 가지고 있으므로 굳이 재분쇄를 하여야 할 필요가 없고, 탄화공정을 거칠 필요가 없으므로 종래의 활성탄을 대체할 수 있는 원료로 매우 적당하였다.

본 발명은 제철소에서 코크스 제조 공정 중 코크스냉각시에 발생하는 냉각분진을 종래 천연재질의 활성탄을 대체할 수 있는 원료로 이용할 수 있도록 하고, 상기 폐 코크스 냉각분진을 이용하여 활성탄을 제조하므로써 보다 액상의 오염물질흡착능이 우수한 분말 활성탄을 얻을 수 있었다.

본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 현재 제철소에서는 코크스 제조 공정시에 탄화가 종료된 코크스를 물 또는 액체질소(N₂)로 급속 냉각하는 공정을 거치게 되는데, 이로인해 폐 코크스 냉각분진이 발생하게 된다. 이때 액체질소를 냉각재로 사용하여 발생하는 분진은 일정한 입도를 가지고, 비교적 크기가 작은 미분이 발생되므로 종래 활성탄의 대체원료로 매우 바람직하였으나, 냉각재로 물을 사용하는 수냉의 경우는 그 냉각효과로 인해 괴상과 슬러지 형태의 코크스 폐기물이 주로 발생하므로 적당한 입도를 얻기 위해서는 분쇄 및 체질공정을 거쳐야 한다. 상기 질소냉각분진과 수냉각분진의 입도 및 물성은 다음 표 1과 같다.

[표1]

상기와 같은 냉각분진은 고정 탄소분이 80%이상이며, 회분성분이 15% 이하이고, 평균입도가 0.20∼0.30mm정도로 대단히 균일한 성분을 갖는 분말이며, 따라서 이를 적정한 산화성 기체로 활성화하여 미세공만 발달시키면 비표면적이 매우 크고 흡착 능력이 뛰어난 흡착제로서의 기능을 충분히 소화할 수 있게 되는 것이다.

분말 활성탄제조에는 일반적으로 가스활성화와 약품활성화의 2가지 방법을 사용하는데 주로 가스활성화법이 주류를 이루고 있으며, 특히 폐 코크스 냉각분진은 종래의 활성탄 제조공정과는 달리 탄화 및 냉각, 분쇄 및 선별공정을 생략하게 되므로 상당한 생산비용절감을 가져올 수 있는 것이다.

즉 상기 질소 냉각분진과 수냉각분진을 이용하여 활성탄을 제조할 경우 질소냉각분진의 경우는 전혀 전처리를 거치지 않고 바로 활성화공정으로 투입될 수 있으며, 수냉각 분진의 경우는 분쇄 및 체질 공정을 거쳐 일정입도, 약 20∼30mm를 유지한 상태로 활성화로()안으로 투입하게 되는 것이다.

따라서 상기 활성화로 내에서 700∼1,100℃정도로 가열되면서 수증기, 공기(산소) 및 연소가스 등이 적절히 혼합된 가스에 의해 활성화시킨 다음, 종래의 활성탄 제조공정과 동일한 공정, 즉 세정, 건조, 분쇄, 체질을 거쳐 활성탄을 제조할 수 있게 되는 것이다.

이하 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

<실시예1>

코크스 질소냉각분진을 이용하여 750∼800℃의 온도를 유지하고 있는 로타리 킬른과 다단노상로에 수증기를 주입하여 활성화 시킨 다음, 세정, 건조, 분쇄, 체질공정에 의해 활성탄을 제조한 후 물성을 측정한 결과 다음 표2와 같은 결과를 얻었다.

[표2]

<실시예2>

코크스 수냉각분진을 건조한 후 분쇄하고, 체질하여 로타리킬른과 다단노상로에서 수증기를 주입하고 900∼1,100℃에서 활성화시킨 다음, 세정, 건조, 분쇄, 체질공정에 의해 활성탄을 제조한 후 물성을 측정한 결과 다음 표 3과 같은 결과를 얻었다.

[표3]

상기 표 2와 3에 나타난 바와같이 실시예 1과 실시예 2에 의해 제조된 활성탄이 천연재료를 원료로 하여 복잡한 공정을 거쳐 제조된 종래의 활성탄과 비교하더라도 물성에 큰 차이가 없음을 확인하였다.

본 발명은 종래 거의 폐기하던 코크스 냉각분진으로 고가의 활성탄 원료를 대체하므로써 엄청난 경제적 이득을 얻을 수 있으며, 폐기자원의 재활용 및 종래 천연재료를 대신하므로 인한 환경보호, 또한 안정적이고 저렴한 원료의 확보, 종래 활성탄 제조공정중 탄화 및 냉각, 분쇄 체질 과정을 생략하므로써 발생하는 생산성 향상 및 생산비의 절감과 같은 여러가지 효과를 갖는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 제철소에서 코크스 제조 공정중 코크스 냉각시에 발생하며, 고정 탄소분이 85∼90%이고, 회분은 10∼11%이며, 입도가 0.20∼0.30mm인 코크스 냉각분진을 활성탄 원료로 사용함을 특징으로 하는 폐 코크스 냉각분진을 이용한 활성탄 원료대체재.
2. 원료를 가열하여 고정탄소만 남기는 탄화공정과, 탄화된 원료를 냉각하는 공정, 냉각된 원료를 다시 일정입도와 크기를 얻기 위해서 파쇄, 정립하는 공정과, 상기 선별된 원료를 미세공구조를 발달시키기 위한 활성화공정과, 이를 산으로 세척하기 위한 세정공정, 이를 다시 건조시키기 위한 건조공정, 다시 적정입도록 파쇄하는 분쇄공정과 적당한 입도를 얻기 위한 체질공정으로 이루어지는 종래의 활성탄제조공정에 있어서 상기 탄화공정과 파쇄, 정립공정을 거치지 않고 코크스 냉각분진을 곧바로 700~1100℃의 온도를 유지하는 로타리 킬른이나 다단노상로에 투입하여 활성화 시킨 다음, 세정, 건조, 분쇄, 체질공정을 거쳐 활성탄이 제조되도록 구성함을 특징으로 하는 폐 코크스 냉각분진을 이용한 활성탄 제조방법.