KR20020084743A - 재생대체연료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재생대체연료의 제조방법에 관한 것으로, 유연탄으로 코우크스를 제조할 때 건류공정에서 발생되는 타르 슬러지와 물의 비중차를 이용하여 탈수탱크 내부에서 타르 슬러지의 수분을 탈수시키는 탈수공정과, 탈수된 타르 슬러지 60∼80중량%와 석유화학공정에서 발생되는 잔사유 20∼40중량%를 교반 혼합하는 혼합공정과, 분쇄기를 이용하여 혼합물에 함유된 입자성 물질을 적정크기로 분말화하기 위한 분쇄공정과, 혼합물의 점도를 저하시키고 회분량을 감소시키도록 분쇄된 혼합물을 원심분리기에 투입한 후 소정의 속도로 운전하는 원심분리공정과, 원심분리 후 원심분리기 내에 잔존하는 고형분을 분쇄기로 반송시키는 반송공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

재생대체연료의 제조방법{manufacturing method of revival change fuel}

본 발명은 재생대체연료의 재생방법에 관한 것으로, 특히 본 발명의 출원인이 기출원한 특허출원 10-1998-6933호를 보다 개선한 것이다.

일반적으로 유연탄은 코우크스를 제조시 고온건류하면 조경유, 코우크스, 부산물이 생성되고, 이때 발생되는 부산물인 유상물질의 타르 슬러지는 비중이 1.1 내지 1.2인 것으로, 주로 방향족탄화수소로 구성되고 페놀, 크레졸 등의 페놀류, 소량의 피리딘 등의 염기섬유, 극히 미량의 이황화탄소, 티오펜 등의 황화합물을 함유하고 있으며, 수분이 포함되어 있고 상온에서 응고되어 굳어지므로 대부분 소각하여 처리하고 있는 실정이다.

특히, 타르 슬러지의 원료성분은 약 400여종의 혼합물인 탄화수소, 약 10%의 수분과 20%의 코우크스 미분(ash)으로 구성되어 있으며, 우리나라에서는 연간 약 14,400톤의 부산물이 발생되지만, 소각처리함으로써 환경오염을 유발할 뿐만 아니라 처리비용이 과다하게 소요되어 코우크스의 제조원가 상승의 요인이 된다.

그러나, 상기와 같이 유연탄으로 코우크스를 제조시 건류공정에서 발생하는 부산물인 타르 슬러지를 재사용하기 위한 여러 가지 방법들이 제안되고는 있지만, 연료로 사용할 때 타르 슬러지에 수분 및 입자성 물질들이 포함되어 있어 액체 이송 배관, 펌프, 연소 계통의 버너 등에 문제점이 발생하여 실제로 적용되기에는 난해한 점이 있다.

즉, 타르 슬러지에 포함된 입자성 물질이 연료 펌프를 마모시키거나 연료의 이송을 불량하게 하며, 연료 배관에 굵은 입자성 물질에 의한 막힘 현상이 발생하고 분사 노즐이 막히게 되는 문제점이 있는 것이다.

한편, 석유화학공정에서 일반적인 방법으로 정제시 폐유와 타르 슬러지가 주성분인 잔사유가 발생되며, 일반적으로 잔사유는 폐기처분하고 있으나 폐기처리로 인한 환경오염을 유발할 뿐만 아니라 재처리를 할 경우에는 재처리에 비용이 많이 소요되어 경제적이지 못한 단점이 있었다.

또한, 타르 슬러지 및 잔사유를 재처리하여 사용하더라도 공정 부산물을 사용하는 것이므로 연료가 균일하지 못하여 제품 제조가 까다로우며, 특히 비중차에 따라 고체 코우크스분의 침전이 발생되어 재사용 역시 만족스러운 효과를 얻을 수 없게 된다.

따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 동일 출원인이 기출원한 특허출원 10-1998-6934호에서 석탄을 유연탄으로 고온건류할 때 발생되는 부산물 및 석유화학공정에서 발생되는 잔사유를 환경오염을 유발하지 않고 처리하고 대체 에너지를 생산함으로써 경제적인 고품질의 재생 대체연료를 제조할 수 있는 방법이 공개되었다.

즉, 재생대체연료의 품질향상을 위한 제조방법으로서, 도 1에 도시한 바와 같이 유연탄으로 코우크스를 제조시 건류공정에서 발생되는 타르 슬러지를 탈수한 것 60∼80중량%와 석유화학공정에서 발생되는 잔사유 20∼40중량%를 균일하게 혼합하고 조분쇄 및 미세 분쇄하여 대체연료를 제조함으로써 유연탄으로 코우크스를 제조시 고온건류공정에서 발생되는 부산물 및 석유화학공정에서 발생되는 잔사유를 대체에너지로 생산할 수 있어 경제적인 효과를 얻을 수 있게 된다.

그러나, 이와 같이 제조된 대체연료는 스팀분사형 버너(steam atomizing burner)에서는 연소가 순조로워 문제가 없으나, 스팀이나 압축 공기 등을 사용하지 않고 버너의 회전력으로 연료를 분사시키는 로터리 버너(rotary burner)에서는 점도 및 입도에 문제가 발생하여 적용이 곤란하다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 석탄을 유연탄으로 고온건류할 때 발생되는 부산물 및 석유화학공정에서 발생되는 잔사유를 환경오염을 유발하지 않고 처리하고 대체 에너지를 생산함으로써 경제적인 고품질의 재생대체연료를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 대체연료의 적용범위를 확대할 수 있는 재생대체연료의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유연탄으로 코우크스를 제조할 때 건류공정에서 발생되는 타르 슬러지와 물의 비중차를 이용하여 탈수탱크 내부에서 타르 슬러지의 수분을 탈수시키는 탈수공정과, 탈수된 타르 슬러지 60∼80중량%와 석유화학공정에서 발생되는 잔사유 20∼40중량%를 교반 혼합하는 혼합공정과, 분쇄기를 이용하여 혼합물에 함유된 입자성 물질을 적정크기로 분말화하기 위한 분쇄공정과, 혼합물의 점도를 저하시키고 회분량을 감소시키도록 분쇄된 혼합물을 원심분리기에 투입한 후 소정의 속도로 운전하는 원심분리공정과, 원심분리 후 원심분리기 내에 잔존하는 고형분을 분쇄기로 반송시키는 반송공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 한다.

도 1은 기존의 대체연료의 제조공정을 도시한 블록도.

도 2는 본 발명에 의한 대체연료의 제조공정을 도시한 블록도.

이하, 본 발명에 의한 재생대체연료의 제조방법을 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 재생대체연료의 제조방법은 도 2에 도시한 바와 같이, 탈수공정, 혼합공정, 분쇄공정, 원심분리공정 및 반송공정을 포함하여 이루어진다.

상기 탈수공정은 중질 타르를 탈수시키는 공정으로서, 유연탄으로 코우크스를 제조할 때 건류공정에서 발생되는 타르 슬러지를 물과의 비중차를 이용하여 탈수탱크의 내부온도와 교반속도를 조절함으로써 타르 슬러지의 수분을 분리시키게 된다. 이때, 원료 사이의 수분을 교반이나 기체 버블링(공기 또는 질소 사용) 등으로 유동시켜 분리효과를 극대화하고, 교반속도를 적정하게 유지하여 타르 슬러지 중 수분의 분리를 용이하게 한다.

또한 탈수탱크의 내부온도는 70 ±3.5℃로 유지하는 것이 바람직하며, 탱크 내부의 온도가 낮으면 타르 슬러지의 점성이 높아 수분이 흡착됨으로써 수분 분리가 용이하지 못하고, 탱크 내부의 온도가 높으면 입자성 물질로 인해 침전이 촉진되어 바람직하지 못하므로, 탈수탱크의 내부온도를 적정하게 유지하여 타르 슬러지의 점성을 낮추고 유동성을 좋게 하여 수분이 용이하게 분리되도록 한다. 이때, 탱크의 교반속도는 25∼32rpm이 바람직하다.

상기 혼합공정은 탈수된 중질 타르에 잔사유를 교반 혼합하는 공정으로서, 탈수된 타르 슬러지 60∼80중량%와 석유화학공정에서 발생되는 잔사유 20∼40중량%를 교반 혼합한다. 혼합비는 혼합될 잔사유의 종류, 비중, 점도, 친화력 및 발열량 등의 조건에 따라 변경될 수 있지만, 반복 실험 결과 상기 범주가 가장 효과적이다.

상기 범주와 같이 중질 타르와 잔사유의 혼합비가 일정하게 유지되지 않으면 화학반응이 일어나거나 층분리가 발생되며, 잔사유가 과다하게 많으면 타르 슬러지 중의 입자가 용제에 의해 추출되어 입자 침전현상(콜로이드 파괴)이 발생되고, 타르 슬러지는 입자를 포함한 탄화수소계 점성 액체물질이므로 용해성이 강한 용제는 제조될 제품의 층분리 현상을 야기시켜 직접 물질의 제품을 얻을 수가 없으며, 잔사유 중의 모노머(monomer)류는 산/알칼리 용제와 혼합시 폴리머(polymer)화 현상을 일으킬 수도 있으므로 혼합비율을 적정하게 유지하는 것이 중요하다.

상기 분쇄공정은 혼합물을 분쇄하는 공정으로서, 혼합물을 1차적으로 콜로이드 밀(colloid mill)의 고정석과 회전석 사이를 통과시켜 입자성 물질이 200메쉬 미통과분이 20%이하가 되도록 하는 조분쇄공정과, 2차적으로 볼 밀(ball mill)을 통과시켜 입자성 물질을 분쇄하여 200메쉬 미통과분이 20% 이하가 되도록 하는 미분쇄공정으로 이루어진다.

상기 원심분리공정은 혼합물의 점도를 저하시키고 입도를 개선하며 회분량을 감소시키기 위한 것으로, 분쇄된 혼합물을 원심분리기에 투입한 후 소정의 속도로 운전한다.

상기 반송공정은 원심분리 후 원심분리기 내에 잔존하는 고형분을 분쇄기로 반송시키는 공정으로서,

상기와 같이 분쇄된 혼합물의 침전을 방지하고 콜로이드 상태를 유지하기 위하여 57∼63℃의 온도를 유지시키면서 보관한다. 저장온도가 상기 범주 미만일 경우에는 침전이 일어나 제품의 질이 저하되고, 상기 범주를 초과할 경우에는 온도 상승에 따른 침전 방지 효과의 상승효과가 없어 경제적이지 못하다.

다음의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예 1]

유연탄으로 코우크스를 제조할 때 건류공정에서 부생된 타르 슬러지를 탈수탱크에 투입하고, 30rpm의 교반속도로 교반하면서 공기로 버블링시키고 탱크 내부의 온도를 70℃로 유지시키는 방법으로 수분을 분리하여 제거한 후, 탈수된 타르 슬러지 63.5중량%와 하기 표 1의 성분 비율을 갖는 잔사유 36.5%를 균일하게 혼합하고, 콜로이드 밀을 통과시켜 조분쇄한 후에 볼 밀을 통과시켜 미분쇄하여 60℃의 온도를 유지시킨다.

그후, 60℃로 보관된 연료유를 수평형 원심분리기에 공급하여 원심분리기를 비교적 저속인 1700rpm 및 고속인 3400rpm으로 운전 생산한 결과 표 2에서처럼 점도가 저하되고 270메쉬 미통과분이 1%인 고속으로 운전한 제품이 우수한 것으로 판명되었다. 실제로 저속 운전한 것과 고속 운전한 제품을 로터리버너에 공급하여 4시간씩 연소시켜 본 결과는 표 3에 기재하였다.

	우레탄 타르	DPP-타르	재생유	기타 오일
점도	1.16/15℃	1.2/15℃	0.9/15℃	---
혼합율	25%	20%	30%	25&ㅁ

	볼 밀 출구제품	저속 원심분리 제품	고속 원심분리 제품
원심분리기 회전수	-	1700	3400
발열량(kcal/kg)	8500	8500	8550
점도(cP 40℃)	150	120	90
입도(270메쉬)	95	97	99
회분(%)	1.0	0.8	0.5

	저속 원심분리 제품	고속 원심분리 제품	비고
유량(ℓ/hr)	250	250
불꽃 상태	검은 붉은색	밝은 붉은색	휘도
버너 청소	1회/2시간	없음
분사 상태	불량	양호

원심분리기에서 연료유중에 포함된 미세한 고형분은 분리하여 다시 콜로이드 밀로 반송시켜 1차 분쇄시키고, 볼 밀에서 2차 분쇄시킨다.

계속하여 고형분은 재반송시켜 분쇄시키고, 소량의 축적된 회분은 원심분리기에서 간헐적으로 고형분을 배출함으로써 회분의 양을 감소시키게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 유연탄 코우크스를 제조시 건류공정에서 발생하는 부산물인 타르 슬러지를 탈수한 것과 석유화학공정에서 발생되는 잔사유를 균일하게 혼합하여 조분쇄 및 미세분쇄한 대체 연료유를 원료로 하여 고속 원심분리기에서 고형분을 걸러서 재순환시킴으로써 점도를 100cP(40℃) 이하로 하고, 회분을 0.5중량% 이하로 제조함으로써 대체연료의 품질을 향상시켜 연료 효율을 증가시키게 되며, 스팀분사형 버너 뿐만 아니라 로터리버너에서도 대체연료유의 사용이 가능함에 따라 대체연료의 적용 범위를 확대할 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 유연탄으로 코우크스를 제조할 때 건류공정에서 발생되는 타르 슬러지와 물의 비중차를 이용하여 탈수탱크 내부에서 타르 슬러지의 수분을 탈수시키는 탈수공정과, 탈수된 타르 슬러지 60∼80중량%와 석유화학공정에서 발생되는 잔사유 20∼40중량%를 교반 혼합하는 혼합공정과, 분쇄기를 이용하여 혼합물에 함유된 입자성 물질을 적정크기로 분말화하기 위한 분쇄공정과, 혼합물의 점도를 저하시키고 회분량을 감소시키도록 분쇄된 혼합물을 원심분리기에 투입한 후 소정의 속도로 운전하는 원심분리공정과, 원심분리 후 원심분리기 내에 잔존하는 고형분을 분쇄기로 반송시키는 반송공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 재생대체연료의 제조방법.