KR20020090531A

KR20020090531A - 폐타이어를 이용한 활성탄 성형방법

Info

Publication number: KR20020090531A
Application number: KR1020010029406A
Authority: KR
Inventors: 박상균
Original assignee: 박상균
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2002-12-05
Also published as: KR100412233B1

Abstract

본 발명은 산업폐기물로서 환경공해문제를 야기시키는 자동차의 폐타이어를 열분해 기화한 후 발생되어지는 잔류물 즉, 슬러지를 추출, 회수하여 분쇄, 활성화, 냉각, 선별 등의 공정을 거쳐 고효율의 흡착성과 탈색성을 갖는 활성탄을 제조하는 폐타이어를 이용한 활성탄 성형방법에 관한 것으로서,

그 해결적 수단은 『기화기에서 200 ~ 500℃로 연소하여 탄화된 폐타이어 열분해 잔류물를 이송콘베어 끝부분에 장착시킨 전자석을 이용하여 철선을 제거하여 저장호퍼에 별도로 저장하는 철선제거단계와, 상기 저장된 잔류물을 회전식 킬른 내부로 이송하여 온도 800 ±50℃, 스팀압 5.0㎏/㎠, 회전RPM 450 ±50, 체류시간 5시간이상으로 하여 활성화하는 1차 활성화 단계와, 상기 활성화된 잔류물을 60℃이하로 냉각하면서 스크류를 통해 진동선별기를 거칠때에 4 ~ 8mesh로 입도 선별하는 1차 냉각 및 선별단계와, 상기 1차 냉각 및 선별화된 잔류물을 분쇄기를 이용하여 150mesh 이상으로 분말화하는 분쇄단계와, 상기 분말화된 잔류물에 콜탈피치나 당밀, 콜로이드 분산물질인 제오라이트등의 적정 점결제를 상기 분말화된 잔류물중량 대비 25%로 하여 혼합교반기를 이용하여 혼합 교반하는 혼합단계와, 상기 혼합 교반된 잔류물을 사출프레스 등의 조립성형 기계에 투입하여 직경 1 ~ 6㎜, 길이 0.6 ~ 1.0㎝로 바람직한 원주상 입도로 생산되도록 성형배출하는 성형단계와, 상기 성형화된 잔류물을 건조기에 투입하여 150 ±50℃에서 5 ~ 7시간 건조화하는 건조단계와, 상기 건조 성형화된 잔류물을 회전식 킬른에 투입하여 온도 700 ±50℃, 스팀압 4.0㎏/㎠, 회전RPM 350 ±50, 체류시간 6시간이상으로 하여 활성화하는 2차 활성화 단계와, 상기 2차 활성화된 성형 잔류물을 60℃이하로 냉각하여 보관하는 2차 냉각 및 보관단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 활성탄 성형방법과, 바람직하게는 상기 철선제거단계에서 철선이 제거된 잔류물을 분쇄기를 이용하여 150mesh 이상으로 분말화하는 분쇄단계와, 상기 분말화된 잔류물에 콜탈피치나 당밀, 콜로이드 분산물질인 제오라이트등의 적정 점결제를 상기 분말화된 잔류물중량 대비 25%로 하여 혼합교반기를 이용하여 혼합 교반하는 혼합단계와, 상기 혼합 교반된 잔류물을 사출프레스 등의 조립성형 기계에 투입하여 직경 1 ~ 6㎜, 길이 0.6 ~ 1.0㎝로 바람직한 원주상 입도로 생산되도록 성형배출하는 성형단계와, 상기 성형화된 잔류물을 건조기에 투입하여 150 ±50℃에서 5 ~ 7시간 건조화하는 건조단계와, 상기 건조 성형화된 잔류물을 회전식 킬른에 투입하여 온도 900 ±50℃, 스팀압 4.0㎏/㎠, 회전RPM 450 ±50, 체류시간 5시간이상으로 하여 활성화하는 활성화 단계와, 상기 활성화된 성형 잔류물을 60℃이하로 냉각하여 보관하는 냉각 및 보관단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 활성탄 성형방법.』을 그 특징으로 한다.

상기 본 발명과 같이 폐타이어를 이용한 활성탄을 성형하여 얻은 활성탄은 흑색, 무미, 무취,의 성상을 갖고 PH 9 ~ 11의 강알카리성을 띄고 있으며, 요오드 흡착성이 930 ~ 1020 ㎎/g, 메칠렌블루탈색력이 110 ~ 135㎖/g, 충진밀도 0.38 ~ 0.43㎎/ℓ, 건조감량 3.2 ~ 4.0% 수준을 갖으며 기타 유해 중금속류가 없으므로 상당히 뛰아난 활성탄의 품질을 갖추고 있으며, BOD. COD등의 상,하수도 고도처리나폐수처리, 분뇨처리, 방독면, 폐유정제, 토양개량제, 유해지방산제거 등에 뛰어난 효과가 있다.

Description

폐타이어를 이용한 활성탄 성형방법{FORM METHOD OF ACTIVATED CARBON FOR SCRAPPED TIRE}

본 발명은 산업폐기물로서 환경공해문제를 야기시키는 자동차의 폐타이어를 열분해 기화한 후 발생되어지는 잔류물 즉, 슬러지를 추출, 회수하여 분쇄, 활성화, 냉각, 선별 등의 공정을 거쳐 고효율의 흡착성과 탈색성을 갖는 활성탄을 제조하는 폐타이어를 이용한 활성탄 성형방법에 관한 것이다.

일반적인 활성탄 제조원리는 폐타이어를 연소시켜 그 잔류물을 활성탄으로 만들기 위한 과정의 최적을 찾는 것으로, 연소기법을 이용한 활성탄 제조과정은 기계공학의 연소공학에 속하며, 관련 기술분야로서는 자동차의 폐기물의 리사이클분야에 속하며, 생산된 활성탄은 환경친화적 소재로서 대기, 수질오염물질 제어 분야에 속한다.

자동차의 폐타이어의 처리에 관한 종래의 기술로서는, 연간(1996년 이후)승용차로부터 나오는 폐타이어의 수는 약1,500만개 이상으로 추정되는데, 그 처리방안으로서는 매립, 소각, 군대 진지구축, 도로안전보호막 설치, 파쇄 등의 방법을 채택하고 있으나, 이들 방법은 매립의 경우 타이어고무의 분해능력 저조, 소각의 경우 타이어성분에 포함되어 있는 유황성분(SO2)과 고온의 연소온도로부터 생성되는 질소산화물(NOx), 매연 등의 공해물질 배출등의 문제점과 완전연소로 재만 남게되어 유효자원의 손실이라는 점이 대두되고, 그 외의 방법은 임시로 처리하는 것으로 사용목적이 끝나면 그대로 남아 근본적인 처리방안이 아니다. 따라서 2차적 공해를 유발하지 않고 다량의 폐타이어를 안정되게 처리할 수 있는 새로운 기술이 절실히 요구되고 있다.

한편 환경정화 사업용으로 사용되고 있는 활성탄 원료인 야자수 열매의 껍질은 전량 외국으로부터의 수입에 의존하고 있으며, 이 활성탄의 제조공정은 식물성원료의 산화처리, 탄화, 부활처리, 건조 등의 복잡한 공정을 거치는 다량의 에너지소모사업이다.

더욱 상세하게는 기존의 활성탄 원료는 야자각이나 석탄계의 중국산 역청탄, 호주산 갈탄등으로 대외의존도가 거의 100%에 가까워 무역수지의 불균형을 초래하는 한 부분을 차지하고 있으며, 특히 잦은 환율변동에 의한 어려움과 동남아의 경우 계절적 특수성인 우기철로 생산량의 감소와 중국의 경직된 관료성과 원료확보의 경쟁으로 인한 원료가격의 폭리등으로 질적, 양적으로 원료의 안정적인 확보가 어려운 것이 주지의 사실인바, 국내에서 구하기 쉽고, 양적으로 풍부하고 경제적으로 유리한 원료로서 산업폐기물로 환경공해문제를 야기시키고 있은 것을 재활용하여환경공해를 정화시킬수 있는 폐타이어의 열분해 잔류물을 이용한 활성탄의 제조가 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 절실한 요구에 부응하여 산업폐기물인 폐타이어를 열분해 기화한 후 발생되어지는 잔류물 즉, 슬러지를 추출, 회수하여 분쇄, 활성화, 냉각, 선별 등의 공정을 거쳐 고효율의 흡착성과 탈색성을 갖는 활성탄을 제조하여 환경오염을 근원적으로 차단할 뿐만 아니라 방취제, 정화제, 토양개량제 등 각종 산업용으로 사용할 수 있도록 하므로서 종래의 문제점을 해결코자한 폐타이어를 이용한 활성탄 성형방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성키 위한 본 발명은 『기화기에서 200~500℃로 연소하여 탄화된 폐타이어 열분해 잔류물를 이송콘베어 끝부분에 장착시킨 전자석을 이용하여 철선을 제거하여 저장호퍼에 별도로 저장하는 철선제거단계와, 상기 저장된 잔류물을 회전식 킬른 내부로 이송하여 온도 800 ±50℃, 스팀압 5.0㎏/㎠, 회전RPM 450 ±50, 체류시간 5시간이상으로 하여 활성화하는 1차 활성화 단계와, 상기 활성화된 잔류물을 60℃이하로 냉각하면서 스크류를 통해 진동선별기를 거칠때에 4 ~ 8mesh로 입도 선별하는 1차 냉각 및 선별단계와, 상기 1차 냉각 및 선별화된 잔류물을 분쇄기를 이용하여 150mesh 이상으로 분말화하는 분쇄단계와, 상기 분말화된 잔류물에 콜탈피치나 당밀, 콜로이드 분산물질인 제오라이트등의 적정 점결제를 상기 분말화된 잔류물중량 대비 25%로 하여 혼합교반기를 이용하여 혼합 교반하는 혼합단계와, 상기 혼합 교반된 잔류물을 사출프레스 등의 조립성형 기계에 투입하여 직경 1 ~ 6㎜, 길이 0.6 ~ 1.0㎝로 바람직한 원주상 입도로 생산되도록 성형배출하는 성형단계와, 상기 성형화된 잔류물을 건조기에 투입하여 150 ±50℃에서 5 ~ 7시간 건조화하는 건조단계와, 상기 건조 성형화된 잔류물을 회전식 킬른에 투입하여 온도 700 ±50℃, 스팀압 4.0㎏/㎠, 회전RPM 350 ±50, 체류시간 6시간이상으로 하여 활성화하는 2차 활성화 단계와, 상기 2차 활성화된 성형 잔류물을 60℃이하로 냉각하여 보관하는 2차 냉각 및 보관단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 활성탄 성형방법과, 바람직하게는 상기 철선제거단계에서 철선이 제거된 잔류물을 분쇄기를 이용하여 150mesh 이상으로 분말화하는 분쇄단계와, 상기 분말화된 잔류물에 콜탈피치나 당밀, 콜로이드 분산물질인 제오라이트등의 적정 점결제를 상기 분말화된 잔류물중량 대비 25%로 하여 혼합교반기를 이용하여 혼합 교반하는 혼합단계와, 상기 혼합 교반된 잔류물을 사출프레스 등의 조립성형 기계에 투입하여 직경 1 ~ 6㎜, 길이 0.6 ~ 1.0㎝로 바람직한 원주상 입도로 생산되도록 성형배출하는 성형단계와, 상기 성형화된 잔류물을 건조기에 투입하여 150 ±50℃에서 5 ~ 7시간 건조화하는 건조단계와, 상기 건조 성형화된 잔류물을 회전식 킬른에 투입하여 온도 900 ±50℃, 스팀압 4.0㎏/㎠, 회전RPM 450 ±50, 체류시간 5시간이상으로 하여 활성화하는 활성화 단계와, 상기 활성화된 성형 잔류물을 60℃이하로 냉각하여 보관하는 냉각 및 보관단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 활성탄 성형방법.』을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 폐타이어를 이용한 활성탄 성형방법을 단계별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

1. 실시예 1

1) 철선제거단계

본 단계는 통상적으로 이루어지는 즉, 폐타이어를 공급 컨베어를 통해 기화기내 필요열량에 해당되는 페타이어를 일시에 투입한 후 가열하여 온도를 약 200 ~ 500℃로 유지하면 폐타이어는 열분해 과정을 거치면서 연소되어 가스가 발생되며, 상기 가스는 가스유도관을 통하여 스팀보일러나 회전식 킬른등에 공급열원으로 활용하는 것이며, 본 발명은 기화되어 탄화된 폐타이어 열분해 잔류물을 이용하는 것으로서 상기 잔류물에는 철선이 10 ~ 15% 가량 존재하므로 이를 제거하기 위하여 이송콘베어 끝부분에 장착시킨 전자석을 이용하여 철선을 제거하여 저장호퍼에 별도로 저장하는 단계를 말한다.

2) 1차 활성화 단계

본 단계는 상기 저장된 잔류물을 회전식 킬른 내부로 이송하여 온도 800 ±50℃, 스팀압 5.0㎏/㎠, 회전RPM 450 ±50, 체류시간 5시간이상으로 하여 활성화하는 단계를 말한다.

3) 1차 냉각 및 선별단계

상기 활성화된 잔류물을 60℃이하로 냉각하면서 스크류를 통해 진동선별기를 거칠때에 4 ~ 8mesh로 입도 선별하는 단계를 말한다.

4) 분쇄단계

상기 1차 냉각 및 선별화된 잔류물을 분쇄기를 이용하여 150mesh 이상으로 분말화하는 단계를 말한다.

5) 혼합단계

상기 분말화된 잔류물에 콜탈피치나 당밀, 콜로이드 분산물질인 제오라이트등의 적정 점결제를 상기 분말화된 잔류물중량 대비 25%로 하여 혼합교반기를 이용하여 혼합 교반하는 단계를 말한다.

6) 성형단계

상기 혼합 교반된 잔류물을 사출프레스 등의 조립성형 기계에 투입하여 직경 1 ~ 6㎜, 길이 0.6 ~ 1.0㎝로 바람직한 원주상 입도로 생산되도록 성형배출하는 단계를 말한다.

7) 건조단계

상기 성형화된 잔류물을 건조기에 투입하여 150 ±50℃에서 5 ~ 7시간 건조화하는 단계를 말한다.

8) 2차 활성화단계

상기 건조 성형화된 잔류물을 회전식 킬른에 투입하여 온도 700 ±50℃, 스팀압 4.0㎏/㎠, 회전RPM 350 ±50, 체류시간 6시간이상으로 하여 활성화하는 단계를 말한다.

9) 2차 냉각 및 보관단계

상기 2차 활성화된 성형 잔류물을 60℃이하로 냉각하여 보관하는 단계를 말한다.

이와같이 얻어진 활성탄은 매우 높은 흡착성과 탈색성을 갖게되어짐을 알수 있으며 충진밀도 및 요오드 흡착성 등에서 KS 규격을 3급수준 이상으로 만족됨을 하기의 별표 1에서 확인할 수 있으며, 또한 기존 입상 활성탄의 KS 규격 별표 2와 비교하여 상업화의 가능성을 확인할수 있다.

별표 1 :활성화 온도 800 ± 50℃, 2시간에서 활성화된 제품의 특성변화

	수율(%)	요오드흡착성 (㎎/g)	충진밀도(mg/ℓ)	건조감량(%)	MB(㎖/g)min
800 ± 50℃	44	930	0.40	3.5	120
KS 규격	30 ~ 50	900(3급)	0.48(1급)	5(1.2.3급)	---

별표 2 :입상활성탄의 KS 규격

항목 종류	1급	2급	3급
건조감량(%)	5.0 이하	5.0 이하	5.0 이하
경도(%)	90 이상	90 이상	90 이상
충진밀도 (mg/ℓ)	0.48 이상	0.52 이상	0.56 이하
요오드흡착성(㎎/g)	1100 이상	1000 이상	900 이상
입도(%)	95 이상	90 이상	90 이하

2. 실시예 2

본 실시예는 상기 실시예1에서 이루어지는 철선제거단계까지는 동일한 단계를 거치는 것이나, 그 이하의 단계가 다음과 같이 차이점이 존재하는 것으로서 이하 단계별로 상세히 설명하고자 한다.

1) 분쇄단계

본 단계는 상기 실시예 1에서 철선제거단계까지는 동일한 단계를 거치고 상기 철선제거단계에서 철선이 제거된 상태의 잔류물을 분쇄기를 이용하여 150mesh 이상으로 분말화하는 단계를 말한다.

2) 혼합단계

3) 성형단계

4) 건조단계

5) 활성화단계

본 단계는 상기 저장된 잔류물을 회전식 킬른 내부로 이송하여 온도 900 ±50℃, 스팀압 4.0㎏/㎠, 회전RPM 450 ±50, 체류시간 5시간이상으로 하여 활성화하는 단계를 말한다.

상기 단계에서 스팀압을 실시예 1의 1차 활성화 단계에서와 달리 1.0㎏/㎠의 감량하는 것은 혼합교반기에서 점결제를 사용함으로서 건조단계를 거친 후 수분측정결과 약 9 ~ 11%의 잔여 수분을 함유하고 있기 때문이다.

6) 냉각 및 보관단계

상기 활성화된 성형 잔류물을 60℃이하로 냉각하여 보관하는 단계를 말한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명과 같이 폐타이어를 이용한 활성탄을 성형하여 얻은 활성탄은 흑색, 무미, 무취,의 성상을 갖고 PH 9 ~ 11의 강알카리성을 띄고 있으며, 요오드 흡착성이 930 ~ 1020 ㎎/g, 메칠렌블루탈색력이 110 ~ 135㎖/g, 충진밀도 0.38 ~ 0.43㎎/ℓ, 건조감량 3.2 ~ 4.0% 수준을 갖으며 기타 유해 중금속류가 없으므로 상당히 뛰어난 활성탄의 품질을 갖추고 있으며, BOD. COD등의 상,하수도 고도처리나 폐수처리, 분뇨처리, 방독면, 폐유정제, 토양개량제, 유해지방산제거 등에 뛰어난 효과가 있다.

이상에서 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 수 있을 것이다.

Claims

기화기에서 200 ~ 500℃로 연소하여 탄화된 폐타이어 열분해 잔류물을 이송콘베어 끝부분에 장착시킨 전자석을 이용하여 철선을 제거하여 저장호퍼에 별도로 저장하는 철선제거단계와,

상기 저장된 잔류물을 회전식 킬른 내부로 이송하여 온도 800 ±50℃, 스팀압 5.0㎏/㎠, 회전RPM 450 ±50, 체류시간 5시간이상으로 하여 활성화하는 1차 활성화 단계와,

상기 활성화된 잔류물을 60℃이하로 냉각하면서 스크류를 통해 진동선별기를 거칠때에 4 ~ 8mesh로 입도 선별하는 1차 냉각 및 선별단계와,

상기 1차 냉각 및 선별화된 잔류물을 분쇄기를 이용하여 150mesh 이상으로 분말화하는 분쇄단계와,

상기 분말화된 잔류물에 콜탈피치나 당밀, 콜로이드 분산물질인 제오라이트등의 적정 점결제를 상기 분말화된 잔류물중량 대비 25%로 하여 혼합교반기를 이용하여 혼합 교반하는 혼합단계와,

상기 혼합 교반된 잔류물을 사출프레스 등의 조립성형 기계에 투입하여 직경 1 ~ 6㎜, 길이 0.6 ~ 1.0㎝로 바람직한 원주상 입도로 생산되도록 성형배출하는 성형단계와,

상기 성형화된 잔류물을 건조기에 투입하여 150 ±50℃에서 5 ~ 7시간 건조화하는 건조단계와, 상기 건조 성형화된 잔류물을 회전식 킬른에 투입하여 온도700 ±50℃, 스팀압 4.0㎏/㎠, 회전RPM 350 ±50, 체류시간 6시간이상으로 하여 활성화하는 2차 활성화 단계와,

상기 2차 활성화된 성형 잔류물을 60℃이하로 냉각하여 보관하는 2차 냉각 및 보관단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 활성탄 성형방법.
제1항에 있어서,

상기 철선제거단계에서 철선이 제거된 잔류물을 분쇄기를 이용하여 150mesh 이상으로 분말화하는 분쇄단계와,

상기 분말화된 잔류물에 콜탈피치나 당밀, 콜로이드 분산물질인 제오라이트등의 적정 점결제를 상기 분말화된 잔류물중량 대비 25%로 하여 혼합교반기를 이용하여 혼합 교반하는 혼합단계와,

상기 혼합 교반된 잔류물을 사출프레스 등의 조립성형 기계에 투입하여 직경 1 ~ 6㎜, 길이 0.6 ~ 1.0㎝로 바람직한 원주상 입도로 생산되도록 성형배출하는 성형단계와,

상기 성형화된 잔류물을 건조기에 투입하여 150 ±50℃에서 5 ~ 7시간 건조화하는 건조단계와,

상기 건조 성형화된 잔류물을 회전식 킬른에 투입하여 온도 900 ±50℃, 스팀압 4.0㎏/㎠, 회전RPM 400 ±50, 체류시간 5시간이상으로 하여 활성화하는 활성화 단계와,

상기 활성화된 성형 잔류물을 60℃이하로 냉각하여 보관하는 냉각 및 보관단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 활성탄 성형방법.