KR20020038655A - the manufacturing method of the ceramic filter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 세라믹 필터 제작은 부직포라는 섬유를 약간의 점성을 갖은 세라믹 혼합물에 침전시켜 부직포 섬유의 필라멘트 하나하나에 잘 도포되게 하여 30℃-90℃사이에서 3시간 이상 건조시키고, 이를 1,100℃ - 1,300℃에서 소결하여 높은 기공율의 저 중량 세라믹 필터를 제조한다.In the manufacture of the ceramic filter of the present invention, the fibers of nonwoven fabric are precipitated in a ceramic mixture having a slight viscosity to be applied to each of the filaments of the nonwoven fabric, and dried at 30 ° C. to 90 ° C. for at least 3 hours, and this is 1,100 ° C. to 1,300. Sintering at 占 폚 produces a low weight ceramic filter with high porosity.
이때 필터의 용도에 따라서 같은 물성으로 혼합된 슬러리를 표면에 붓이나, 스프레이로 코팅하고 건조하여 다시 1,100℃ - 1,300℃ 소결하면 내벽과 외벽의 서로 다른 기공을 형성하여 각 산업 공정에서 유해물질을 표면에서 처리하여 세라믹 필터의 눈막힘 현상을 막을 수 있으며 고밀도 기공율, 저 중량 필터로 높은 포집효율 갖게 된다.At this time, depending on the purpose of the filter, the slurry mixed with the same physical properties is coated on the surface with a brush or spray and dried and sintered again at 1,100 ℃-1,300 ℃ to form different pores on the inner and outer walls to surface the harmful substances in each industrial process. It is possible to prevent clogging of ceramic filter by processing at high density porosity and low weight filter and high collection efficiency.
본 발명은 기체나 액체, 즉 유체 중의 분진 내지 입자상 물질을 제거, 저감 그리고 분리시키는 용도의 다공성 세라믹 필터의 제조에 관한 것으로 용도에 따라 크기 및 형태는 만들어 표면에 기능성 소재를 코팅하여 고온 · 고압에서 최대의 필터링(filtering) 효과를 얻을 수 있도록 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of porous ceramic filters for the purpose of removing, reducing and separating dust and particulate matter in gas or liquid, i.e. fluids. Maximum filtering effect is achieved.
현재 사용되는 필터의 문제점인 내열성, 내화학성, 내마모성 등의 문제점을보안한 여러 형태의 세라믹 필터 벽체가 내벽과 외벽이 서로 다른 기공의 크기를 갖은 다공성 세라믹 필터를 만들기 위한 것이다.Various types of ceramic filter walls that protect the problems of current filters, such as heat resistance, chemical resistance, and abrasion resistance, are for making porous ceramic filters having different pore sizes between inner and outer walls.
필터의 용도를 보면 각 종 쓰레기 소각로, 보일러, 석탄 화력 발전소, 석탄가스화 복합 발전 등이 있고 분진 등의 포집은 여과포(Bag Filter)나 전기 집진 장치를 사용하여 왔는데 이중 전기 집진 장치는 시설비가 많이 들고, 공정에 따라 효율이 떨어져 적용하기 힘들고 여과포는 주로 고분자 계로 만들어져 그 사용 온도가 250℃를 넘을 경우 사용할 수가 없어 반드시 냉각 장치를 설치하여야만 한다.In the use of filters, there are various waste incinerators, boilers, coal-fired power plants, and coal gasification combined cycle power generation. Dust collection has been carried out using bag filters or electric dust collectors. However, it is difficult to apply due to the low efficiency depending on the process and the filter cloth is mainly made of polymer system, so it cannot be used when the temperature is over 250 ℃.
이에 비해 세라믹 필터는 내열성이 우수하여 냉각 장치 등을 설치할 필요가 없어 설치비가 적어지기 때문에 중 · 소형의 집진장치 및 배기가스 정화 장치에 적합하다. 또한 석탄 가스화 복합 발전의 용도 등에서와 같이 고온의 배기가스를 이용하여 복합 발전을 할 경우 가스층의 입자상 물질이 터빈 블레이드를 손상시킬 우려가 있기 때문에 필터가 필수적인데 그 배기가스의 온도가 매우 높기 때문에 세라믹 필터 외의 다른 대안이 없는 실정이다.On the other hand, ceramic filters are excellent in heat resistance and do not need to install a cooling device, which reduces installation costs. In addition, when using a high-temperature exhaust gas as in the case of coal gasification combined cycle power generation, a filter is necessary because the particulate matter in the gas layer may damage the turbine blades. There is no alternative to the filter.
기존의 개발된 세라믹 필터의 경우 일반적으로 세라믹 화이버(Fiber)를 이용한 튜브 타입을 성형해서 가장 보편적으로 쓰이고 있으나, 이는 여과 효율과 배압 특성은 비교적 우수하나 제조되는 비용이 높아 고가이고, 장시간 사용할 때 세라믹 화이버의 열화로 인해 필터의 내구성이 떨어져 여과 효율이 감소할 뿐만 아니라 화이버가 배기가스 중에 포함 배출되어 이차 공해를 발생할 우려가 있다.In the case of the conventionally developed ceramic filter, the tube type using ceramic fiber is generally used, but it is most commonly used. However, the filtration efficiency and back pressure characteristics are relatively high, but the manufacturing cost is high, and the ceramic is used for a long time. Due to the deterioration of the fiber, not only the durability of the filter is reduced, but also the filtration efficiency is reduced, and there is a fear that the fiber is included in the exhaust gas and is discharged to generate secondary pollution.
본 발명은 내열성, 내화학성, 내마모성 등이 우수하고 기공은 이형단면의 3D터널구조를 가지고 있는 저 중량의 세라믹 필터를 제작함으로써 기존의 여러 문제점을 해결하고 개선하기 위한 것으로, 부직포를 세라믹 혼합물에 충분히 적시고 건조시켜 1차 소성하고 나온 구조물을 표면에 스프레이 코팅하여 건조시킨 후 2차 소결을 끝내면 저 중량 세라믹 필터를 제조하게 된다.The present invention is to solve the various problems and improve the existing problems by manufacturing a low-weight ceramic filter having excellent heat resistance, chemical resistance, wear resistance, etc. and having a 3D tunnel structure of a deformed cross-section, the nonwoven fabric is sufficient in the ceramic mixture After wet and dry, the first calcined structure is spray-coated on the surface and dried, and then the second sintering is finished to produce a low weight ceramic filter.
세라믹 필터 제작할 때 벽체의 기공크기는 큰 기공은 부직포의 밀도에서 크게 좌우되며 나머지 미세기공은 혼합물의 조공제( 카본, 활성탄, 톱밥, 소금, 나프탈렌, 등) 선택 량에서 조절되어진다. 보통 0.001 - 5mm정도 범위에서 선택하여 적은 편차로 기공 크기 조절하여 제작가능하고, 60% 이상 높은 기공율을 형성할 수 있으며, 높은 비표면적을 가지고 있어, 분진 성상에 따라 기공크기를 조정하여 분진들을 표면에서 포집하여, 눈막힘 현상을 방지하고, 낮은 압력손실과 높은 통기도 및 포집효율을 극대화한다.In the manufacture of ceramic filters, the pore size of the wall depends largely on the density of the nonwoven fabric, and the rest of the micropores are controlled by the amount of pore-forming agent (carbon, activated carbon, sawdust, salt, naphthalene, etc.) of the mixture. It can be manufactured by adjusting the pore size with a small deviation by selecting it in the range of 0.001-5mm, and can form high porosity of more than 60%, and has a high specific surface area, and adjusts the pore size according to the dust property To prevent clogging and to maximize low pressure loss and high ventilation and collection efficiency.
본 발명은 고온 · 고압용 다공성 세라믹 필터의 제조에 관한 것으로 각 산업공정에서 발생하는 분진, 매연, 폐가스, 흄, VOC 포집 및 제거용으로 사용하기 위한 것으로 부직포에 여러 종류의 세라믹 원료를 혼합한 슬러리 용액을 도포하고, 건조하여, 소결하는 제조방법으로 고온 · 고압용 저 중량 다공성 세라믹 필터는 다음과 같은 방법으로 제조 한다.The present invention relates to the manufacture of porous ceramic filters for high temperature and high pressure, and is used for the collection and removal of dust, soot, waste gas, fume, and VOC generated in each industrial process. The low weight porous ceramic filter for high temperature and high pressure is manufactured by the following method.
여기서 부직포는 방적, 제직, 면조에 의하지 않고 단섬유을 WEB상 또는 SHEET상의 섬유 집합체를 BASE로 하여 접착제로 결합시키거나, 열가소성 섬유를 이용하여 섬유간 접착을 시키거나 니들 펀칭, 와터 펀칭 등으로 섬유을 얽히게 하여만든 모든 쉬트상의 제품을 통칭하며, 이에 사용되는 재질은 Polyester, Aramide, Polyphenylene sulfide, Home-Acrylic, Polyimide, P.T.F.E., Viscose, 천연섬유 등을 포함한다.Herein, non-woven fabric is used to bind short fibers to the base of WEB or SHEET fiber aggregates with an adhesive without spinning, weaving, or cotton wool, or to make fibers intertwine with thermoplastic fibers, or to entangle the fibers by needle punching or water punching. All sheet-formed products are commonly used, and the materials used include polyester, aramide, polyphenylene sulfide, home-acrylic, polyimide, PTFE, viscose, and natural fiber.
이번시험에서 세라믹 원료의 혼합된 슬러리 제조시 점토를 주성분으로 여러 종류의 조공제(카본, 활성탄, 톱밥, 소금 나프탈렌 등)를 각각의 혼합된 슬러리에 산업용 부직포(에어 필터)를 침전하여 도포하는 방법을 다음과 같이 실시하였다.In this test, various types of pore-forming agents (carbon, activated carbon, sawdust, salt naphthalene, etc.) are precipitated and applied to each of the mixed slurries by using clay as a main component when preparing a mixed slurry of ceramic raw materials. Was carried out as follows.
[ 실시 예 1 ]Example 1
①. 점토 45 - 60중량%, 톱밥 40 - 55중량%, 규조토 1 - 5중량%, 물 40 -50중량%를 넣어 섞은 후 PVA 1 - 10중량%,혼합기에서 2시간 이상 혼합하여 슬러리 용액을 만든다.①. 45-60% by weight of clay, 40-55% by weight of sawdust, 1-5% by weight of diatomaceous earth, 40-50% by weight of water are mixed, and then mixed with PVA 1-10% by weight and at least 2 hours in a mixer to form a slurry solution.
②. 가로 300mm * 세로 300mm * 높이 12mm 크기의 부직포 쉬트(SHEET)를 슬러리 용액에 침전시켜 2-3회 정도 짜주어 세라믹 슬러리 용액이 부직포에 잘 정착되게 도포한다.②. A 300 mm * 300 mm * 12 mm high nonwoven sheet (SHEET) is precipitated in the slurry solution and squeezed 2-3 times to apply the ceramic slurry solution to the nonwoven fabric.
③. 잘 도포된 부직포를 건조하는데 30 - 90℃사이에서 3시간 이상 열풍건조 한다.③. Dry well-coated nonwoven fabric with hot air drying at 30-90 ℃ for at least 3 hours.
④. 건조된 부직포는 전기로에 장입하고 3℃/min의 속도로 상승시키고 200℃-450℃사이는 1℃/min 미만의 속도로 천천히 상승시키며 1,100℃ - 1,300℃의 온도에서 2시간 이상유지 시킨 후 소결을 마친다.④. The dried non-woven fabric is charged into an electric furnace and raised at a rate of 3 ° C./min, slowly increased at a rate of less than 1 ° C./min between 200 ° C. and 450 ° C., and maintained at a temperature of 1,100 ° C. to 1,300 ° C. for at least 2 hours. To finish.
⑤. 이렇게 소결을 마친 세라믹 쉬트 필터는 전기로에 들어가기 전과 소결을 마친후의 중량은 30%정도 감소하고, 8%정도 수축이 일어난다.⑤. In the ceramic sheet filter thus sintered, the weight is reduced by 30% before entering the electric furnace and after sintering, and shrinkage occurs by 8%.
⑥. 용도에 따라 좀더 높은 밀도의 미세기공과 높은 포집효율을 필요로 할 때 ①항에서 같이 배합되어 혼합한 슬러리 용액을 붓이나, 스프레이로 표면에 칠한 후 건조한다.⑥. When higher density of micropores and higher collection efficiency are required depending on the application, the slurry solution mixed and mixed together in ① is painted on the surface with brush or spray and dried.
⑦. 이렇게 건조된 세라믹 쉬트는 전기로에서 ④항과 같은 2차 소결조건을 마치면 쉬트 벽체가 내벽과 외벽이 서로 다른 기공을 갖는 세라믹 쉬트 필터가 되는 것이다.⑦. The dried ceramic sheet is a ceramic sheet filter having pores different from the inner wall and the outer wall when the secondary sintering conditions such as ④ in the electric furnace are completed.
[ 실시 예 2 ]Example 2
①. 점토 45 - 60중량%, 활성탄 40 - 55중량%, 무기바인더 1 - 15중량%, 물 30-50중량%를 넣어 섞은 후 PVA 1 - 10중량%,혼합기에서 2시간 이상 혼합하여 슬러리 용액을 만든다.①. 45-60% by weight of clay, 40-55% by weight of activated carbon, 1-15% by weight of inorganic binder, 30-50% by weight of water are mixed and mixed with PVA 1-10% by weight for at least 2 hours to form a slurry solution. .
②. 가로 300mm * 세로 300mm * 높이 12mm 크기의 부직포를 세로 방향으로 양쪽 끝을 접착제로 붙여 파이프(PIPE) 형태로 만들고 슬러리 용액에 침전시켜 2-3회정도 짜주어 세라믹 슬러리 용액이 부직포에 잘 정착되게 도포한다.②. Apply 300mm * 300mm * 12mm height nonwoven fabric in the shape of pipe (Pipe) with both ends glued in the vertical direction, settle in slurry solution and squeeze 2-3 times to apply ceramic slurry solution to the nonwoven fabric do.
③. 잘 도포된 파이프 형태의 부직포를 건조하는데 30 - 90℃사이에서 3시간 이상 열풍건조 한다.③. Dry the well-coated pipe non-woven with hot air drying at 30-90 ℃ for at least 3 hours.
④. 건조된 부직포는 전기로에 장입하고 3℃/min의 속도로 상승시키고 200℃-450℃사이는 1℃/min 미만의 속도로 천천히 상승시키며 1,100℃ - 1,300℃의 온도에서 2시간 이상유지 시킨 후 소결을 마친다.④. The dried non-woven fabric is charged into an electric furnace and raised at a rate of 3 ° C./min, slowly increased at a rate of less than 1 ° C./min between 200 ° C. and 450 ° C., and maintained at a temperature of 1,100 ° C. to 1,300 ° C. for at least 2 hours. To finish.
⑤. 이렇게 소결을 마친 세라믹 필터는 전기로에 들어가기 전과 소결을 마친 후의 중량은 30%정도 감소하고, 8%정도 수축이 일어난다.⑤. In this way, the sintered ceramic filter is reduced by 30% before entering the electric furnace and after sintering, and shrinkage occurs by 8%.
⑥. 용도에 따라 좀더 높은 밀도의 미세기공과 높은 포집효율을 필요로 할 때 ①항에서 같이 배합되어 혼합한 슬러리 용액을 붓이나, 스프레이로 표면에 칠한 후 건조한다.⑥. When higher density of micropores and higher collection efficiency are required depending on the application, the slurry solution mixed and mixed together in ① is painted on the surface with brush or spray and dried.
⑦. 이렇게 건조된 세라믹 파이프는 전기로에서 ④항과 같은 2차 소결조건을 마치면 파이프 벽체가 내벽과 외벽이 서로 다른 기공을 갖는 세라믹 파이프 필터가 되는 것이다.⑦. The dried ceramic pipe is a ceramic pipe filter having different pores in the inner wall and the outer wall when the secondary sintering conditions such as ④ in the electric furnace are completed.
[ 실시 예 3 ]Example 3
①. 점토 45 - 60중량%, 활성탄 40 - 55중량%, 무기바인더 1 - 15중량%, 물 30-50중량%를 넣어 섞은 후 PVA 1 - 10중량%,혼합기에서 2시간 이상 혼합하여 슬러리 용액을 만든다.①. 45-60% by weight of clay, 40-55% by weight of activated carbon, 1-15% by weight of inorganic binder, 30-50% by weight of water are mixed and mixed with PVA 1-10% by weight for at least 2 hours to form a slurry solution. .
②. 가로 300mm * 세로 300mm * 높이 12mm 크기의 부직포를 세로 방향으로 양쪽 끝을 접착제로 붙여 파이프(PIPE) 형태로 만들고, 한쪽을 원형으로 오려진 부직포로 막아 튜브(TUBE) 형태로 만들어 슬러리 용액에 침전시켜 2-3회 정도 짜주어 세라믹 슬러리 용액이 부직포에 잘 정착되게 도포한다.②. A 300mm * 300mm * 12mm high nonwoven fabric is glued on both ends in the vertical direction to form a pipe (PIPE), and one side is closed with a rounded nonwoven fabric to form a tube (TUBE) to settle into the slurry solution. Squeeze 2-3 times to apply the ceramic slurry solution to the nonwoven fabric.
③. 잘 도포된 튜브 형태의 부직포를 건조하는데 30 - 90℃사이에서 3시간 이상 열풍건조 한다.③. Dry the well-coated tubular nonwoven fabric with hot air drying at 30-90 ℃ for at least 3 hours.
④. 건조된 부직포는 전기로에 장입하고 3℃/mim의 속도로 상승시키고 200℃-450℃사이는 1℃/min 미만의 속도로 천천히 상승시키며 1,100℃ - 1,300℃의 온도에서 2시간 이상유지 시킨 후 소결을 마친다.④. The dried nonwoven fabric is charged into an electric furnace and raised at a rate of 3 ° C./mim, slowly increased at a rate of less than 1 ° C./min between 200 ° C. and 450 ° C., and maintained at a temperature of 1,100 ° C. to 1,300 ° C. for at least 2 hours. To finish.
⑤. 이렇게 소결을 마친 세라믹 필터는 전기로에 들어가기 전과 소결을 마친후의 중량은 30%정도 감소하고, 8%정도 수축이 일어난다.⑤. After the sintered ceramic filter, the weight before and after the sintering is reduced by 30% and shrinkage occurs by 8%.
⑥. 용도에 따라 좀더 높은 밀도의 미세기공과 높은 포집효율을 필요로 할 때 ①항에서 같이 배합되어 혼합한 슬러리 용액을 붓이나, 스프레이로 표면에 칠한 후 건조한다.⑥. When higher density of micropores and higher collection efficiency are required depending on the application, the slurry solution mixed and mixed together in ① is painted on the surface with brush or spray and dried.
⑦. 이렇게 건조된 세라믹 튜브는 전기로에서 ④항과 같은 2차 소결조건을 마치면 튜브 벽체가 내벽과 외벽이 서로 다른 기공을 갖는 세라믹 튜브 필터가 되는 것이다.⑦. The dried ceramic tube is a ceramic tube filter having different pores in the inner wall and the outer wall when the secondary sintering conditions such as ④ in the electric furnace.
본 발명을 이용하여 제조된 고온 · 고압용 세라믹 필터는 집진장치나 수 처리장치에 장착할 때 필요로 하는 크기로 제조가 가능하며 사용용도에 따라서 기공의 크기를 조절할 수 있다.The high-temperature and high-pressure ceramic filter manufactured using the present invention can be manufactured in the size required when mounted on the dust collector or the water treatment device, and the pore size can be adjusted according to the intended use.
또한, 고온에서의 유체냉각을 통한 열교환기 장치가 필요하지 않으며, 60%이상의 다공성 구조로 매우 가볍고 집진효율이 99.8% 이상이며, 기존 집진필터보다 4배 이상의 여과 속도로 집진이 가능하고, 내마모성이 우수하여 필터의 수명을 연장한다.In addition, it does not require a heat exchanger device through fluid cooling at a high temperature, it is very light with a porous structure of 60% or more, dust collection efficiency is 99.8% or more, dust collection is possible with a filtration speed of 4 times or more than that of a conventional dust filter, and wear resistance Excellent to extend the life of the filter.
고온 · 고압에서도 필터의 기능 저하나 파손이 없어서 쓰레기 소각로, 보일러, 시멘트 제조공정, 석탄 화력 발전소, 석탄가스화 복합 발전 설비 등에서 별도의 냉각장치 없이 사용이 가능하다.Since there is no deterioration or damage of the filter even at high temperature and high pressure, it can be used without separate cooling equipment in waste incinerator, boiler, cement manufacturing process, coal-fired power plant, and coal gasification combined cycle power plant.
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