KR20010078748A - 도시 폐기물로부터 활성탄을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도시 폐기물로부터 활성탄을 제조하는 방법에 관한 것이다. 먼저 폐기물은 이물질이 제거되도록 분류되고, 폐기물 입자의 크기가 감소된다. 폐기물은 100℃ 내지 150℃의 온도 범위에서 혐기성 조건하에서 건조되고, 약 140℃ 내지 400℃의 온도에서 부분적으로 열분해된다. 수득된 생성물은 과립화되고, 과립은 약 120℃ 내지 500℃의 온도에서 혐기성 조건하에서 탄화된다. 탄화된 과립은 750℃ 내지 900℃에서 스팀 및 연소 가스의 존재하에서 활성화된다. 최종적으로, 활성화된 과립은 HCl 수용액으로 세정시킨 후, 활성탄을 건조시킴으로써 정제된다.

Description

도시 폐기물로부터 활성탄을 제조하는 방법{A PROCESS FOR PREPARING ACTIVATED CARBON FROM URBAN WASTE}

본 발명은 도시 폐기물로부터 활성탄을 제조하는 개선된 방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 활성탄에 관한 것이다.

발명의 배경

매일 발생하는 도시 폐기물의 양이 증가함에 따라, 매립하고 소각하는 통상적인 폐기물 처리 방법에 비해 개선된 해결책을 찾아낼 필요가 있게 되었다.

현재 이용되는 대규모의 개선된 해결책은 폐기물의 특정 성분, 예를 들어 금속, 유리 및 플라스틱을 재활용하여 재사용하는 것이다. 그러나, 이러한 타입의 재활용은 폐기물의 주성분, 즉, 플라스틱 폐기물과 함께 도시 폐기물의 유기 분획을 구성하는, 식물성 원료(목재 조각, 과일, 야채, 식품, 초목 등)로부터의 폐기물과 종이 제품 폐기물에 대한 해결책을 제공하지 못한다. 도시 폐기물의 유기 분획을 재활용하기 위한 효과적인 해결책은 유기 폐기물을 경제적 가치가 있는 생성물로 전환시키는 전환 공정에서 상기 분획을 원료로서 사용하는 것이다. 이러한 공정은 유기 폐기물을 열전환시켜서 주생성물로서의 목탄과, 상업적 가치가 낮은 열분해 가스 및 액체로서 공지된 그 밖의 부산물을 생성시키는 열분해이다.

미국 특허 제 4,077,847호에는 도시 폐기물을 분류시키고, 순간 열분해에 의해 폐기물의 유기 분획으로부터 목탄과 열분해 오일을 생성시키는 고형 폐기물 처리 시스템이 기재되어 있다. EP 69,159에는 열분해 공정에 사용되도록 재활용되는 열분해 생성물과 목탄을 생성시키는 유기 폐기물에 대한 열분해 공정이 기재되어 있다. 열분해 공정에서 생성된 목탄은 활성탄을 제조하기 위한 원료로서 사용될 수 있다. 그러나, 상기 언급된 공정에서 생성된 목탄은 높은 회분 함량을 가지므로, 이러한 목탄으로부터 생성된 활성탄은 특징적으로 무르고, 부스러지기 쉬우며, 품질이 불량하다.

활성탄의 품질을 결정하는 특성으로는 회분 함량, 기공 부피 및 경도가 있다. 단단하고, 회분 함량이 낮고, 기공 부피가 큰 활성탄이 좋은 품질을 갖는 것으로 여겨진다. 열분해에 의해 생성된 목탄의 회분 함량은 목탄으로부터 제조된 활성탄의 품질에 직접적으로 영향을 미친다. 10 내지 20%의 회분을 함유하는 목탄이 우수한 품질을 갖는 목탄인 것으로 여겨진다. 따라서, 이러한 목탄으로부터 제조된 활성탄이 또한 최고의 품질을 갖는다.

본 발명의 목적은 도시 폐기물의 개선된 열분해 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 도시 폐기물로부터 회분 함량이 낮은 목탄을 제조하기 위한 개선된 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 활성탄을 제조하기 위한 개선된 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 도시 폐기물로부터 회분 함량이 낮은 과립화된 활성탄을 제조하기 위한 개선된 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 도시 폐기물로부터 품질이 좋은 과립화된 활성탄을 제조하기 위한 개선된 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 그 밖의 목적은 설명이 진행됨에 따라 명백해질 것이다.

발명의 요약

본 발명에 따르면, 도시 폐기물의 유기 분획은 개선된 열분해 공정에 의해 활성탄으로 전환된다. 생성된 활성탄은 낮은 회분 함량, 높은 기공 부피 및 경도를 갖는다. 따라서, 본 발명의 활성탄은 우수한 특성을 갖는다.

한 가지 양태에 있어서, 본 발명은,

(a) 폐기물을 분류하여 이물질을 제거하는 단계;

(b) 폐기물 입자의 크기를 감소시키는 단계;

(c) 폐기물을 약 100℃ 내지 150℃의 온도에서 혐기적 조건하에서 건조시키는 단계;

(d) 단계 (c)의 폐기물을 약 140℃ 이상의 온도에서 열분해시키는 단계;

(e) 상기 단계 (d)에서 수득된 생성물을 과립화시키는 단계;

(f) 상기 단계 (e)에서 수득된 과립을 약 110℃ 이상의 온도에서 혐기적 조건하에서 탄화시키는 단계;

(g) 상기 단계 (f)의 탄화된 과립을 약 750℃ 내지 900℃에서 스팀과 연소 가스의 존재하에서 활성화시키는 단계; 및

(h) 산성 수용액으로 세정시켜서 상기 단계 (g)의 활성화된 과립을 정제시킨 후, 입자의 수분 함량이 4% 내지 8%가 될 때까지 활성탄을 건조시키는 단계를 포함하여, 도시 폐기물로부터 활성탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.

별다른 명확한 표시가 없는 한, 본원에 나타난 모든 퍼센트는 중량 퍼센트이고, 다수의 공정 성분 간의 모든 비도 중량비이다.

본원에 언급된 도시 폐기물은 도시 환경에서 발생하는 여러 가지 종류의 폐기물을 포함한다. 본 발명을 위해, 도시 폐기물은 공업 폐기물을 제외한 가정 폐기물과 상업 폐기물을 포함하는 폐기물로서 규정된다. 이러한 맥락에서, 가정 폐기물로는 음식 폐기물, 종이 제품 및 포장용기, 플라스틱 제품, 목재, 유리 및 금속을 포함하는 평균적인 보통의 가사에서 발생하는 폐기물이 있다. 상업 폐기물은 상업 분야에서 발생된 폐기물이다. 많은 상업 폐기물은 음식점, 시장, 식료품 가게 등에서 발생한다.

"이물질"은 공정을 간섭할 수 있는, 금속 및 유리와 같은 열분해될 수 없는 물질을 나타낸다.

도면의 간단한 설명

본 발명의 제반 특성 및 이점은 첨부된 도면을 참조로 하여, 하기 본 발명의 바람직한 구체예의 예시적이고 제한적이지 않은 상세한 설명을 통해 더 잘 이해될 것이다.

도 1은 도시 폐기물로부터 활성탄을 제조하는 방법의 블록 다이어그램이다.

발명의 상세한 설명

본 발명의 바람직한 구체예에 따른 방법은 이제 개괄적으로 설명될 것이지만, 기술된 다수의 조건은 예시의 목적으로 제공될 뿐이며 제한의 목적이 아닌 것으로 이해하여야 한다.

초기 스테이지에서, 폐기물은 이물질의 제거를 위해 분류된다. 그 후, 폐기물은 약 2㎝ x 2㎝ x 2㎝의 입자 크기로 분쇄된 후, 약 110℃의 온도에서 건조된다. 그 후, 건조된 입상 폐기물은 열분해 용기로 옮겨지는데, 여기에서, 열분해는 바람직하게는 140℃ 내지 500℃의 범위의 온도에서 수행되는 2 스테이지 공정이며, 제 1 열분해는 약 160℃에서 일어나고, 제 2 스테이지에서는 온도가 390℃에 도달한다. 열분해 스테이지는 약 2시간을 소요한다. 임의로, 중합체 물질, 전형적으로 플라스틱 및 고무로 만들어진 물체는 열분해 스테이지 중의 어느 하나의 스테이지 전 및/또는 후에 제거된다. 열분해 도중에 생성된 목탄은 약 0.01mm 이하의 평균 입자 크기로 분쇄된다. 열분해 스테이지 도중에 생성된 이러한 목탄은 9 내지 20%의 회분 함량을 갖는다. 이러한 목탄은 약 1:0.7:0.15의 목탄:물:오일 비로 압출기에서 과립화된다. 후속되는 탄화는 바람직하게는 110℃ 내지 600℃의 범위의 온도에서 수행된다. 그 후, 과립화된 탄소는 약 180℃에서 혐기적 조건하에서 탄화된다. 후속되는 활성화는 약 790℃에서 스팀과 연소 가스의 존재하에서 수행된다. 이 스테이지에서 사용되는 연소 가스는 건조 공정으로부터 배출된 가스와 혼합된다.

활성탄의 최종 정제는 회분 함량이 2% 내지 5%가 될 때까지 산성 수용액, 바람직하게는 5% 내지 20% HCl 용액으로 세정시킨 후, 물 추출물의 pH가 3.5 내지 5가 될 때까지 물로 세척시킴으로써 수행된다. 세정된 활성탄은 최종 수분 함량이 4% 내지 8%가 될 때까지 약 100℃에서 최종적으로 건조된다.

본 발명의 방법에 의해 수득된 활성탄의 회분 함량은 2% 내지 5% 이고, 평균 기공 부피는 쿨레쉬킨, 디. 에이.(Kuleshkin, D. A.)와 미카엘로바, 씨.씨.(Michaelova, C.C.)의 문헌["Activated Carbon", Leningrad Chem., 1972]에 따라 측정하여 0.95 내지 1.2 ㎖/g 이며, 경도는 러시아 규격 GOST 16188-70의 방법에 따라 측정하여 85 내지 95 이다.

본 발명의 바람직한 구체예의 상세한 설명

하기 실시예는 본 발명의 방법의 블록 다이어그램인 도 1을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 구체예를 예시한다. 하기 실시예는 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않으며, 당업자라면 이 방법에 대한 다수의 명백한 변형법을 수행할 수 있는 것으로 이해된다.

실시예 1

1100 Kg의 도시 폐기물을 분류하여 이물질을 제거시켰다(도 1, 스테이지 1). 그 후, 나머지 폐기물을 약 2㎝ x 2㎝ x 2㎝의 조각으로 분쇄시켰다(도 1, 스테이지 2). 그 후, 분쇄된 폐기물을 외부 가열 쟈켓을 통해 110℃로 가열시킨 회전 드럼에 혐기적 조건하에서 90분간 넣었다(도 1, 스테이지 3). 부분적으로 건조된 폐기물을, 약 2시간에 걸쳐, 먼저 약 160℃에서 열분해시킨 후, 약 390℃에서 열분해시켰다(도 1, 스테이지 4). 열분해 생성물인 목탄은 100 Kg으로 칭량되었고, 이것을 70 Kg의 오일과 14ℓ의 물과 함께 압출기(모델: LUK 2.5 K, 제조원: WERNER & PELEIDERER, Germany)에 로딩시켰다(도 1, 스테이지 5). 평균 입자 직경이 1.2㎜인 과립화된 탄소 184 Kg을 수득하였다. 그 후, 이 과립을 약 180℃에서 혐기적조건하에서 약 50 내지 75분간 탄화시켜서, 110 Kg의 건조된 입자를 수득하였다(도 1, 스테이지 6). 활성화를 약 790℃에서 스팀과 연소 가스의 존재하에서 약 80 내지 110분간 수행하였다. 연소 가스를 초기 건조 스테이지 도중에 배출된 가스와 혼합시켰다(도 1, 스테이지 7). 모든 가열 스테이지를 동일한 회전 드럼에서 수행하였다. 70 Kg의 활성화된 입자를 수득하였다. 그 후, 활성탄 과립을 회분 함량이 2.1% 내지 4.5%가 될 때까지 10% HCl 수용액으로 세척하였다(도 1, 스테이지 8). 그 후, 과립을 물 추출물의 pH가 3.5 내지 5가 될 때까지 물로 세정시켰다(도 1, 스테이지 8). 최종적으로, 입자의 수분 함량이 4% 내지 8%가 될 때까지 활성탄을 약 100℃에서 건조시켰다(도 1, 스테이지 9). 하기 특성을 갖는 55 Kg의 활성탄이 생성되었다:

표 I

분석 종류	시험 결과
수분 (중량%)	4.0
회분 (중량%)	2.2
산성 수용액 중의 회분 (중량%)	0.55
pH (물 추출물)	3.5
염화물 (있는 그대로의 상태) (ppm)	601
인산염 (있는 그대로의 상태) (중량%)	<0.01
산성 수용액 중의 철 (ppm)	273
당밀가	142
페놀가 (g/ℓ)	1.7
요오드가 (㎎/g)	1220
표면적 (㎡/g)	1486
전체 기공 부피 (㎖/g)	1.18
더스트(dust) (중량%)	0.09
평균 입자 직경 (mm)	1.0
평균 입자 길이 (mm)	3.5

본 발명의 바람직한 구체예와 실시예의 전술한 모든 설명은 예시를 위해 제공되었으며, 본 발명을 어떠한 방식으로든 제한시키고자 한 것이 아니다.

Claims (19)

1. (a) 폐기물을 분류하여 이물질을 제거하는 단계;

   (b) 폐기물 입자의 크기를 감소시키는 단계;

   (c) 폐기물을 약 100℃ 내지 150℃의 온도에서 혐기적 조건하에서 건조시키는 단계;

   (d) 단계 (c)의 폐기물을 약 140℃ 이상의 온도에서 열분해시키는 단계;

   (e) 단계 (d)에서 수득된 생성물을 과립화시키는 단계;

   (f) 단계 (e)에서 수득된 과립을 약 110℃ 이상의 온도에서 혐기적 조건하에서 탄화시키는 단계;

   (g) 단계 (f)의 탄화된 과립을 약 750℃ 내지 900℃에서 스팀과 연소 가스의 존재하에서 활성화시키는 단계; 및

   (h) 산성 수용액으로 세정시켜서 단계 (g)의 활성화된 과립을 정제시킨 후, 활성탄을 건조시키는 단계를 포함하여, 도시 폐기물로부터 활성탄을 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 폐기물이 약 110℃의 온도에서 건조됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 열분해가 약 2시간 동안의 2 스테이지 공정이며, 제 1 열분해는 약 160℃에서 일어나고, 제 2 스테이지에서는 온도가 390℃에 도달함을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 열분해 도중에 생성된 목탄이 약 0.01㎜ 이하의 평균 입자 크기로 분쇄됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 열분해 스테이지 도중에 생성된 목탄의 회분 함량이 9 내지 20%임을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 과립화가 약 1:0.7:0.15의 목탄:물:오일 비로 압출기에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 탄화가 약 180℃에서 혐기적 조건하에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 활성화가 약 790℃에서 스팀과 연소 가스의 존재하에서 약 80 내지 100분간 수행됨을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 연소 가스가 건조 공정으로부터 배출되는 가스와 혼합됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 입자의 수분 함량이 4% 내지 8%가 될 때까지 단계 (f)의 활성탄이 건조됨을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 세정용 산성 수용액이 물 중의 5% 내지 20% HCl 용액임을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 세정된 활성화된 탄소가 약 100℃에서 건조됨을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득된 활성탄.
14. 제13항에 있어서, 회분 함량이 5% 이하이고, 평균 기공 부피가 0.95 내지 1.2 ㎖/g 이고, 경도가 85 내지 95임을 특징으로 하는 활성탄.
15. 제1항에 있어서, 열분해가 140℃ 내지 500℃의 온도 범위에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
16. 제1항에 있어서, 탄화가 110℃ 내지 600℃의 온도 범위에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
17. 제1항에 있어서, 중합체 물질이 건조 스테이지 후에 제거됨을 특징으로 하는 방법.
18. 제3항에 있어서, 중합체 물질이 열분해 스테이지 중의 제 1 스테이지 및/또는 제 2 스테이지 후에 제거됨을 특징으로 하는 방법.
19. 특히 실시예를 참조로 하여 본질적으로 기술되고 예시된, 활성탄을 제조하는 방법.