KR20040075924A - 무연식 다공질탄의 제조방법 및 그 제조장치 - Google Patents

무연식 다공질탄의 제조방법 및 그 제조장치 Download PDF

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KR20040075924A KR10-2004-7010741A KR20047010741A KR20040075924A KR 20040075924 A KR20040075924 A KR 20040075924A KR 20047010741 A KR20047010741 A KR 20047010741A KR 20040075924 A KR20040075924 A KR 20040075924A
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Abstract

목재 내지 죽재 등의 원료를 가열하여 발생한 가연성 가스를 연소하였을 때에 발생하는 열에너지에 의해, 상기 원료를 공기유입조정하에 완전 소각시킴이 없이, 단시간에 대량, 더욱이 효율적으로 가열처리하여 다공질탄을 제조하는 무연식 다공질탄의 제조방법 및 그 제조장치를 제공한다.
원료투입구로부터 투입된 목재 내지 죽재 등의 원료(M)를 아래쪽부터 가열하여 축차 탄화(逐次 炭化) 및 가연성 가스를 발생시키는 축차 탄화실(12)과, 상기 축차 탄화실의 아래쪽으로 연속하여 설치하여 되는 고열처리실(13)과, 상기의 고열처리실과 아래쪽의 개구부를 통하여 연통하여 되는 잔류가스 연소실(16)과, 상기의 잔류가스 연소실로부터 연속하는 윗쪽으로 향하여 설치하여 되는 배기통(17)과, 상기의 고열처리실에서 고열처리한 중간 탄화물을 로(爐) 바깥으로 취출하는 수단을 구비하고, 상기의 고열처리실 및 잔류가스 연소실의 외벽에는 외기를 적정량 실내로 취입하기 위한 공기조절구(15)를 설치하여 이루어진다.

Description

무연식 다공질탄의 제조방법 및 그 제조장치{SMokeless Porous Carbon Productiuon Method and its Production System}
종래, 목탄에는 흑탄과 백탄이 있고, 흑탄은 나라, 쿠누기 등을 숯가마에서 400∼700℃로 탄화(炭化)시켜 가마 안에서 냉각하는 것에 대하여, 백탄, 특히 기슈 비장탄(紀州備長炭)은 우바메가시 나무를 숯가마에서 800∼1000℃에서 탄화시켜 가마 바깥에서 급냉시켜서 만들어진다. 상기의 숯가마는 일종의 증기가마이고, 탄을 태울 때에 발생하는 연기는 직접 외부로 배출된다. 이 연기는 나무의 성분의 75%를 차지하는 셀루로스(Cellulose)와 20∼25%를 차지하는 리그닌(Lignin)이 열분해한 것이다. 한편, 건축 폐재 등의 목질계(木質系) 폐재의 대부분은 소각 처분되지만, 폐재 중에는 염소계의 합성수지 등이 혼재하여 있는 경우가 있고, 관계되는 목질계 폐재를 직접 연소함으로써 다이옥신이 발생하고, 그 연소가스를 배출하면, 대기오염을 발생시켜, 소각에 의해 발생한 탄의 처분이 문제였다. 또한, 상기의 목탄의 제조방법에 의하면, 가마 제조에서 시작하여 탄이 타오르기 까지 수일간을 소요하고, 더구나 일손과 시간이 걸리고, 단시간에 대량생산에 적합하지 않은 점에 있어서 문제였다.
또한, 자연통풍에 의해 연소물을 직접 연소 및 일부 가스화 연소를 수반하는연소로가 일본국 특개평 11-63445호 공보에 개시되어 있다. 상기 공보 기재의 연소로는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 주된 구성은 상부에 개구한 저류가스화실(51), 일차연소실(52), 이차연소실(56), 및 배기통(58)으로 이루어지고, 소각물(59)을 저류 및 일부를 가연가스화해야 하고, 하부에 착화문(着火扉, 53) 및 일차공기 댐퍼(Damper, 54)를 갖는 일차연소실(52)을 연통시킨 저류(貯留)가스화실(51)을 설치하고, 상기의 일차연소실(52)과 화격자(火格子, 55)를 통하여 연통하고, 상부에 배기통(58), 하부에 이차공기 댐퍼(57)를 구비한 이차연소실(56)을 설치한 가스화연소를 수반하는 연소로이다. 상기의 연소로는 소각물을 완전 연소시켜서 진연(塵煙)과 취기(臭氣)의 발생을 방지하는 것은 가능하지만, 이 장치는 어디까지나 소각물을 완전 연소시켜서 재(灰)로 하는 것에 특징을 갖는 소각로인 점에 있어서, 다공질탄의 제조를 목적으로 하는 본 발명의 무연식 다공질탄의 제조장치와는 기본적으로 상이한 것이다. 즉, 상기의 소각로는 소각물의 투입구가 개방되어 있고, 이 투입구와 댐퍼에서 로(爐)내에 다량의 공기를 취입(取入)하여 연소시키므로 소각물(59)은 완전 연소하여 재로 된다. 또한, 소각로의 성질상 탄화물을 냉각 내지 방열하여 외부로 취출(取出)하는 장치도 전혀 구비되어 있지 않다.
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본원 발명자는, 건축 폐재 등의 목질계 폐재를 완전 연소시켜서 다이옥신 등의 유해가스가 발생하지 않는 소각로를 오랜기간 예의 연구하였던 바, 상기의 목질계 재료를 단지 소각하는 것이 아니라, 목질계 재료를 가열하여 발생한 가연성 가스를 연소하였을 때에 발생하는 열에너지에 의해 상기의 초기 탄화물을 공기유입 조정하에 고온처리하여 방열함으로써, 종래의 목탄과는 전혀 다른 다공질탄이 생기는 것을 발견하여, 본원발명을 완성하기에 이른 것이다. 본 발명은, 상기와 같이 종래의 단순한 소각로 내지 소각방법과는 전혀 다른 것으로서, 목재(木材) 내지 죽재(竹材) 등의 원료를 공기유입 조정하에 완전 연소시킴이 없이, 단시간에 대량, 또한 효율적으로 가열처리하여 다공질탄을 제조하는 무연식 다공질탄의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 목재 내지 죽재 등의 원료를 고열처리하여 다공질탄을 제조하는 방법으로서, 상기의 원료를 공기유입 조정하에서 가열하여 축차 탄화(逐次炭化) 및 가연성 가스를 발생시켜 초기 탄화물을 생성하는 가스화·탄화공정과, 상기의 초기 탄화물을 공기유입 조정하에서 상기의 가연성 가스를 연소하여 고온가열처리하여 중간 탄화물을 생성하는 고열처리공정과, 상기의고열처리한 중간 탄화물을 로(爐) 바깥으로 취출하는 공정을 구비하고, 상기의 일련의 공정을 거쳐 가스화·탄화공정에서 발생한 가연성 가스를 고열처리공정에서 완전 연소시켜서 발생한 에너지의 일부를 가스화·탄화공정에서 원료를 가열하는 열원으로 함으로써, 가동 개시후는 계(系)내의 에너지만으로 연속가동이 가능한 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조방법이다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 상기의 고열처리공정에서의 정상가동시의 처리온도를 1200∼1400℃로 유지하여 가연성 가스를 완전연소시킴으로써 다이옥신 및 가시매연(可視煤煙)의 계 바깥으로의 배출을 방지함과 함께, 상기 고열처리에 의해 중간 탄화물을 고도로 다공질화하는 것을 특징으로 하는 상기의 무연식 다공질탄의 제조방법으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 원료투입구로부터 투입된 목재 내지 죽재 등의 원료를 아래쪽으로부터 가열하여 축차 탄화 및 가연성 가스를 발생시키는 축차 탄화실과, 상기의 축차 탄화실의 아래쪽으로 연속하여 설치하여 되는 고열처리실과, 상기의 고열처리실과 아래쪽의 개구부를 통하여 연통하여 되는 잔류가스 연소실과, 상기의 잔류가스 연소실로부터 연속하는 윗쪽으로 향하여 설치하여 되는 배기통과, 상기의 고열처리실에서 고열처리한 중간 탄화물을 로(爐) 바깥으로 취출하는 수단을 구비하고, 상기의 고열처리실 및 잔류가스 연소실의 외벽에는 외기를 적정량 실내로 취입하기 위한 공기조절구를 설치하여 이루어지는 무연식 다공질탄의 제조장치로 한다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 배기통으로부터 배기 가스가 배출됨에 따라 로(爐) 안이 부압(負壓)상태로 됨과 함께 공기조절구로부터 공기를 적정량 실내로 취입하고, 축차 탄화실, 고열처리실, 잔류가스 연소실, 배기통, 대기의 순으로 실내의 가연성 가스 등의 기체가 연속하여 유동하는 것을 특징으로 하는 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 축차 탄화실에서 발생한 가연성 가스가 아래쪽으로 진행하여 고열처리실 및 잔류가스 연소실에서 완전연소하여, 다이옥신이나 가시매연의 발생을 극력 억제하여 깨끗한 배기 가스를 사이클론(Cyclone)을 통하여 배기통으로부터 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 배기통내에 연기감지기 및 소연(消煙)용 블로어(Blower)를 부설하고 있어, 가시매연이 발생한 때에 연기감지기와 공기조절구 내지 소연용 블로어를 연동시켜서 로(爐)안으로 취입하는 공기량을 증가조절하여, 배기 가스를 완전 연소시켜서 배기통으로부터 외부로 가시매연을 배출하지 않도록 구성한 것을 특징으로 하는 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 상기의 축차 탄화실은 윗쪽이 넓고 아래쪽으로 향하여 좁게 구성되고, 그 축차 탄화실의 최하부에 연결하는 고열처리실은 측벽이 수직형상으로구성되어 있고, 축차 탄화실의 아래쪽부 부근에 수평방향으로 접동(摺動)가능하게 설치된 잡아당기는 레버를 출몰(出沒)시켜서 원료 내지 초기 탄화물을 잡아당겨서 이들 내용물이 자중(自重)으로 낙하하기 쉽도록 구성한 것을 특징으로 하는 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 고열처리실, 잔류가스 연소실 등의 고열수용부에 내열재를 사용함과 함께 로(爐)의 벽부에 냉각용 수조부(水槽部)를 설치하고, 여기에 냉각수를 순환시켜서 로(爐)내의 고열을 외부에 대하여 단열하는 것을 특징으로 하는 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 상기의 잔류가스 연소실내로 향하여 송풍기장착 버너를 부설하고, 장치의 가동시에 먼저 그 버너를 가동시켜서 상승기류에 따른 기체의 유동을 장치내에 일으키게 하여서, 이어서 고열처리실내의 원료에 점화하여 장치를 가동시키는 것을 특징으로 하는 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 상기의 고열처리실의 아래쪽에 화격자를 통하여 중간 탄화물을 탄용기(炭容器)로 안내하는 가이드 슈트(Guide Chute)를 설치하고, 중간 탄화물이 자중으로 순차적으로 가이드 슈트에 낙하하고, 그 가이드 슈트에 낙하한 중간 탄화물을 이송수단에 의해 이송하여 탄용기에 수납하는 것을 특징으로 하는 상기의무연식 다공질탄의 제조장치로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 상기의 이송수단은, 진동식 컨베이어(Conveyer) 또는 스크류식 컨베이어의 어느 하나로 되는 것을 특징으로 하는 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치로 하는 것이 바람직하다(.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 상기 가이드 슈트의 전부 내지 일부를 냉각수단으로써 덮어서 중간 탄화물을 급냉하는 것을 특징으로 하는 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 상기의 탄용기는, 지하에 천공설치한 탄용기 수납실에 내설(內設)되고, 밀폐가능한 개폐뚜껑을 통하여 출입이 자유롭게 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 상기 탄용기는 밀폐가능한 개폐뚜껑을 갖고, 다공질탄을 수납중(收納中)은 탄용기 수납실의 개폐뚜껑을 닫은 상태에서 탄용기의 개폐뚜껑을 개구시켜 두고, 다공질탄의 수납이 종료한 시점에서 탄용기의 개폐뚜껑을 닫고, 탄용기 수납실의 개폐뚜껑을 개방하여 탄용기를 외부로 취출하는 것을 특징으로 하는 상기의 무연식 다공질탄의 제조장치로 하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 최근 물의 정화나 마이너스 이온(Minus Ion)의 발생원 등으로서 주목되고 있는 목탄, 특히 흡착성과 활성이 풍부한 다공질탄(多孔質炭)에 관한 것으로, 상세하게는, 종래 주로 소각처분 하고 있는 건축 폐재(廢材)나 가지를 친 후의 폐지재(廢枝材) 등의 폐재를 이용하고, 더욱이 에너지 비용을 거의 필요로 하지 않고, 다이옥신(Dioxin)의 발생도 없어, 극히 환경위생면에 있어서 안전하고, 또한 자원의 유효 이용에 기여하는 무연식(無煙式) 다공질탄의 제조방법, 제조장치 및 그 다공질탄에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관계하는 무연식 다공질탄의 제조장치를 예시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 관계하는 무연식 다공질탄의 제조장치를 예시한 부분단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 관계하는 무연식 다공질탄의 제조장치를 예시한 부분단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 관계하는 무연식 다공질탄의 제조장치를 예시한 부분단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 있어서, 연기감지기 및 소연용 블로어를 부설한 무연식 다공질탄의 제조장치를 예시한 배면도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 있어서, 가이드 슈트에 냉각수단을 구비한 무연식 다공질탄의 제조장치를 예시한 설명도이다.
도 7은 종래 방식의 소각로를 예시한 설명도이다.
발명의 실시형태
다음에 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 본 발명의 실시형태에 관계하는 다공질탄의 제조방법에서 사용되는 원료는, 주로서 목재 내지 죽재 등의 원료로서, 가열처리에 의해 탄화하는 것이라면, 특히 한정되지 않는다. 그 중에서도 건축 폐재나 가지를 친 후의 폐지재 등 종래 소각처분하였던 것을 다공질탄으로서 유효 이용하는 것의 이점은 특히 크다. 또한, 건축 폐재 등의 원료는 투입구에 투입할 수 있는 크기라면, 특히 이를 파쇄나 분쇄 등으로 하지 않고 직접 투입할 수 있으므로 전처리를 하는 수단을 생략할 수 있다.
이 다공질탄의 제조 방법에서의 가스화·탄화공정에 있어서는, 상기의 종래의 목탄의 제조 방법에서의 목재의 건류(乾留)공정에 유사하고, 상기 원료를 공기유입 조정하에서 찜구이 상태로 가열하고, 축차 탄화 및 가연성 가스를 발생시켜서 초기 탄화물을 생성한다. 숯가마의 경우는 상기의 가연성 가스를 연기로서 대기에 배출하는 것이지만, 이 가연성 가스는 상기와 같이 나무의 성분의 75％을 차지하는 셀룰로스와 20∼25％을 차지하는 리그닌이 열분해한 것으로서, 어느쪽도 탄소, 수소, 산소로 이루어지는 성분을 포함하고, 본 발명에서는 이 가연성 가스를 열분해하여 고열을 발생시키는 연료로서 이용함으로써, 에너지를 절약함과 함께 가시매연이나 다이옥신등의 유해물질의 대기로의 배출을 억제하고 있다.
다음 공정의 고열처리 공정에 있어서는, 상기 공정에서 얻어진 초기 탄화물을 공기유입 조정하에서 상기의 가연성 가스를 연소시켜 고온가열 처리하여 중간 탄화물을 생성한다. 여기에서, 공기유입 조정하에서 가연성 가스를 연소시키는 것은, 종래의 소각로와 같이 과대한 산소공급하에서 연소하면, 초기 탄화물은 다공질화하기 전에 완전 연소해버리므로, 이러한 사태를 방지하기 위한 것이다. 공기유입 조정하에서 가연성 가스를 연소시켜서 발생한 고열하에서, 초기 탄화물중의 탄소가 산소와 반응하여 이산화탄소나 일산화탄소로서 방출되고, 또한 목초성분이 열분해하여 가스로서 방출되고, 방출된 곳에 작은 구멍이 발생하여 다공질화하여 흡착작용이 생기는 것이라 생각된다. 고온가열 처리의 조건은 로(爐)의 용적이나 원료의 종류에 의해도 다르지만 대강 1200∼1400℃ , 특히 1300∼1350℃ 에 있어서 1.5∼2시간이 바람직하다. 상기의 고열처리한 중간 탄화물은 스스로 방열 내지는 강제적으로 냉각됨과 함께 로 바깥으로 취출되어 다공질탄을 얻을 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시형태에 관계하는 다공질탄의 제조장치에 대하여 도면에 근거하여 설명한다. 도 1∼6은 본 발명의 실시형태에 관계하는 무연식 다공질탄의 제조장치를 예시한 것이다. 도면중의 1은 본 발명의 실시형태에 관계하는 무연식 다공질탄의 제조장치이며, 11은 원료투입구, 12는 축차 탄화실, 13은 고열처리실, 14는 잡아당기는 레버, 15는 공기조절구, 16은 잔류가스 연소실, 17은 배기통, 18은 사이클론, 19는 수냉벽, 20은 사이클론 회전날개, 21, 22는 급수탱크, 23은 콘크리트 기대(基台), 24는 탄용기수납실, 25은 탄용기, 26은 가이드 슈트, 27은 진동식 이송수단, 28은 스크류식 이송수단, 29, 30은 개폐뚜껑, 31은 화격자, 32는 매달림장치, 33은 매달림 이동레일, 34는 와이어(Wire), 35는 조연버너(助燃 Burner), 36은 착화구(着火口), 37은 연기감지기, 38은 소연용 블로어, 39는 연기감지 조작반(操作盤), M은 원료, C1은 초기 탄화물, C2는 중간 탄화물, C3은 다공질탄, E는 지면이다.
본 발명의 실시형태에 관계하는 다공질탄의 제조장치는, 원료투입구(11)로부터 투입된 목재 내지 죽재등의 원료(M)을 아래쪽부터 가열하여 순차적으로 탄화·가연성 가스를 발생시키는 축차 탄화실(12)과, 상기의 축차 탄화실(12)의 아래쪽으로 연속하여 설치하여 되는 고열처리실(13)과, 상기의 고열처리실(13)과 아래쪽의 개구부를 통하여 연통하여 되는 잔류가스 연소실(16)과, 상기의 잔류가스 연소실(16)로부터 연속하는 윗쪽으로 향하여 설치하여 되는 배기통(17)과, 상기의 고열처리실(13)에서 고열처리한 중간 탄화물을 로(爐) 바깥으로 취출하는 수단을 구비하여 구성된다. 로(爐)내의 내벽은 고열처리실(13)과 잔류가스 연소실(16)의 일부가내열 벽돌등으로 보호됨과 함께 로(爐)의 벽부, 가이드 슈트, 배기통 등의 주위에 냉각용 수조로부터 냉각용수를 순환시켜서 로(爐)내의 고열을 외부에 대하여 단열하여 보호하고, 또한 작업자등을 화상으로부터 방지하여 안전이 담보되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 이 다공질탄의 제조장치(1)에 있어서, 원료투입구(11)에는 개폐뚜껑(29)이 설치되어 있어서, 원료투입구(11)로부터 원료(M)를 투입한 후는 개폐뚜껑(29)을 닫고, 고열처리실(13) 내지 잔류가스 연소실(16)의 외벽에 설치된 공기조절구(15)를 개폐하여 고열처리실(13) 내지 잔류가스 연소실(16)에 유입하는 공기량을 조정할 수가 있다. 공기조절구(15)는 고열처리실(13) 및 잔류가스 연소실(16)의 측벽에 복수개 부설하여 있고, 각각의 개구부는 개구의 크기의 정도를 슬라이드(Slide)식으로 조절할 수 있도록 구성하여 있고, 배기통(17)으로부터의 배연(排煙)의 상황을 관찰하면서 슬라이드식 개구조절기를 조작하여 공기유입량의 조절을 행할 수가 있다. 시동시 등에 다량의 공기량이 필요할 때에는 착화구를 개방하여 공기의 유입량을 증가하는 것도 가능하다. 정상운전으로 이행한 후는 공기량은 대강 일정하게 유지되어 상기 조작은 거의 필요가 없다. 원료투입구(11)로부터 투입된 원료(M)는, 축차 탄화실(12)에 있어서 고열처리실(13)로부터의 열을 받아서 아래쪽에 위치하는 것으로부터 순차적으로 탄화하고 가연성 가스를 발생시킴과 함께, 자중으로 아래쪽의 고열처리실(13)로 순차적으로 낙하하여 고열처리된다.
이 때, 축차 탄화실의 아래쪽부 부근에 수평방향으로 설치된 잡아당기는 레버(14)를 전후로 움직여 초기 탄화물을 바싹 당겨서 아래쪽으로 낙하하기 쉽도록하는 것이 바람직하다. 잡아당기는 레버(14)는 거의 U자형상으로 되고, 가로방향으로 복수개 설치되어 있고, 이 중의 어느쪽을 순차적으로 전후방향으로 움직인다. 한편, 축차 탄화실(12)에서 원료(M)가 가열되어서 발생한 가연성 가스는, 연통하는 배기통(17)의 상승 기류에 끌려서, 도 6에 도시한 바와 같이, 화살표의 방향으로 진행하여 고열처리실(13)로 침입하자마자 열분해하여 고열을 발생시키고, 나머지의 가스는 다음의 잔류가스 연소실(16)로 이끌어져서 완전 열분해한다. 이렇게 하여 가동 시작후는 계내의 에너지만으로 연속 가동이 가능하게 되고, 시동시만 사용하는 조연버너(35) 이외는 일체의 연료나 동력을 사용하지 않아 운전비용(Running Cost)은 극히 저렴하다.
또한, 이 다공질탄의 제조장치(1)에 있어서, 고열처리실(13) 및 잔류가스 연소실(16)에서 발생한 고열을 급수냉각하고, 사이클론 회전날개를 갖는 사이클론을 통하여 연소가스를 배출함과 함께, 고열처리실(13)의 바닥부에는 적당한 크기의 격자눈을 구비한 화격자(31)을 가교(架橋)하고, 해당 화격자(31)를 통하여 아래쪽으로 가이드 슈트(26)를 설치하여 이루어진다. 중간 탄화물이 화격자(31)의 격자눈을 통과하여 자중으로 순차적으로 가이드 슈트(26)로 낙하한다. 격자눈의 크기는 원료의 크기 등에 의해 임의로 설정할 수 있다. 해당 가이드 슈트(26)에 낙하한 중간 탄화물은, 도 3에 도시하는 진동자(Vibrator) 등의 진동식 컨베이어(27) 내지 도4에 도시하는 스크류식 컨베이어(28)를 통하여 순차적으로 탄용기(25)에 수납되는 구성으로 되어 있으므로, 이 사이에 중간탄화물은 자연방열하여 다공질탄을 얻을 수 있다. 더욱이, 도 6에 도시한 바와 같이, 가이드 슈트(26)의 전부 내지 일부를 냉각수 등의 냉매를 순환시킨 수냉벽(19)으로 덮어서 중간 탄화물을 급냉하고, 결정성이 풍부한 다공질탄을 얻을 수도 있다.
탄용기(25)는, 개폐뚜껑에 의해 개폐가 자유롭게 구성되어, 지면(E)에 콘크리트 기대(23)를 매설하고, 이 콘크리트 기대(23) 내에 설치된 탄용기수납실(24)에 수납되어 있다. 이 탄용기(25)는, 탄용기수납실(24)의 상부에 설치된 개폐뚜껑(30)을 통하여 외부로 반출(搬出)할 수 있는 구성으로 되어 있다. 그리고, 탄용기수납실(24)내는 개폐뚜껑(30)이 밀폐된 상태에서는 저산소상태가 유지된다. 탄용기(25)에 다공질탄이 충만한 시점에서 탄용기(25)의 개폐뚜껑을 닫고, 동시적으로 탄용기수납실(24)에 설치된 개폐뚜껑(30)을 개방하여, 매달림 이동레일(33)에 부설된 매달림 장치(32)를 조작하고, 와이어(34)의 선단에 결합한 탄용기(25)을 소정의 위치로 이송할 수 있다.
또한, 본 발명의 무연식 다공질탄의 제조장치는, 상기와 같이 발생하는 가스를 완전 연소시키므로, 정상가동시에 있어서는 가시매연은 전혀 발생하지 않는다. 그러나, 원료투입시나 초기 탄화물이 축차 탄화실(12)로부터 고열처리실(13)에 급격하게 낙하한 경우 등 이상연소(異常燃燒)에 의한 가시매연의 발생을 상정(想定)하여, 도 5에 도시한 바와 같이, 배기통내에 연기감지기(37), 소연용 블로어(38) 및 연기감지 조작반(39)을 부설하여 있어, 가시매연이 발생했을 때에 부저(Buzzer) 등의 경보에 의해 알림과 함께, 공기조절구를 넓게 개방 또는 소연용 블로어(38)을 가동하여 취입하는 공기량을 자동적으로 증가 조절하고, 배기통으로부터 외부에 가시매연을 배출하지 않도록 만전을 다하는 것이 바람직하다.
이하에 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 콘크리트의 형틀 폐재를 원료로서 사용하고 있지만, 본 발명은 건축 폐재에 한정되는 것은 아니고, 목재, 죽재, 그 밖의 다공질탄이 제조가능한 모든 목질계 재료가 원료로서 이용가능하다. 또한, 중간 탄화물을 로(爐) 바깥으로 취출하는 수단으로서, 가이드 슈트와 스크류식 컨베이어 내지 진동식 컨베이어 이외의 취출수단을 광범위하게 포함하는 취지이다. 상기의 본 발명의 실시형태에 기재한 무연식 다공질탄의 제조장치(치바현 마츠도시내에 설치)를 사용하여 콘크리트의 형틀 폐재를 원료로서 다공질탄을 제조한 실험예를 이하에 설명한다. 먼저, 상기의 형틀 폐재를 가로 세로의 길이가 1∼2m 정도의 크기로 하여 원료투입구로부터 축차 탄화실(12)내 및 고열처리실(13)에 투입하여 충전한다. 축차 탄화실(12)의 용적은 약 7m3이지만, 통기성을 확보하고, 또한 초기 탄화물의 자연낙하를 신속하게 행하게 하기 위하여, 충전하는 원료는 약 5∼6m3가 바람직하다.
원료의 투입이 종료하면, 조연버너(35)에 착화하여 송풍기로 잔류가스 연소실내를 향하여 화염을 내뿜는다. 약 5∼10분간 계속하면, 배기통(17)을 향하여 상승 기류가 생겨서 로(爐)내에 공기의 대류가 일어난다. 이 시점에서 고열처리실(13) 측벽의 착화구로써 점화재(폐목재 칩(Chip)에 등유를 스며들게 한 것)를 사용하여 원료에 착화하고, 배연(排煙)의 상황으로부터 완전 연소를 확인하여 조연버너(35)를 정지한다.
원료에 착화하여 약 30분 후에 고열처리실(13)의 탄화물의 온도는 약 1350℃에 도달하였다. 축차 탄화실(12)의 온도는 원료투입구(11)측으로부터 고열처리실(13)측을 향하여 서서히 높아지고, 또한 원료투입구(11)의 개폐뚜껑(29)을 닫은 상태에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 아래쪽을 향하여 가연성 가스의 대류가 일어나 공기의 유입이 제한되므로, 축차 탄화실(12)내는 저산소상태가 되어 착화하는 일이 없이 찜구이 상태가 유지된다. 더욱이, 고열처리실(13)에서는 측벽의 공기조절구(15)보다 부압상태의 실내에 공기가 유입하여 축차 탄화실(12)로부터의 가연성 가스와 혼합되어 열분해하여 고열을 발생하는 것으로 된다.
본 실시예의 화격자(31)는 세로 약 90∼110mm, 가로 약 120mm의 격자눈이 세로방향으로 4열, 가로방향으로 12열로 되고, 가이드 슈트 전체를 거의 덮도록 가교되어서 된 것이다. 원료에 착화하여 약 1시간∼1시간30분 경과후에 상기의 화격자(31)의 격자눈을 통하여 가이드 슈트(26)에 중간 탄화물이 낙하하여 순차적으로 탄용기(25)에 수납된다. 본 실시예에서는 약 5∼6m3의 상기 폐재가 약 2시간 못미치게 처리되어, 500L의 탄용기에 약 1잔분 회수할 수 있었다. 또한, 이 실시예에서는 도 6에 도시한 바와 같이, 가이드 슈트(26)의 아래쪽부를 수냉벽(19)에서 급냉하고, 회수 직후의 다공질탄의 표면이 흑색이 될때 까지 온도가 저하하였지만, 더욱이 자연방열에 의해 탄용기(25)중의 다공질탄의 온도가 상온이 되기 위하여는 10∼20시간 정도 걸린다. 또한, 순차적으로 원료를 투입하면 연속 운전이 가능하게 되고, 1일 24시간 연속 운전하였을 경우, 60∼70m3의 원료를 처리하여 약 6m3의 다공질탄을 얻을 수 있다.
다음에, 상기의 실시예에서 얻어진 다공질탄에 대한 (1)가고시마대학 수산학부에서의 분석시험, (2)본 발명의 무연식 다공질탄의 제조장치(1)의 운전중에 배출된 배기 가스의 분석시험에 대하여 이하에 설명한다.
(1)가고시마대학 수산학부에서의 분석시험
실험예에서 얻어진 다공질탄, 비장탄 및 야자껍질 활성탄의 각 자료를 통칭 4mm탄으로 되도록 조정하여 이하의 기상용 시험과 액상용 시험을 하였다.
시험방법은 아래와 같다.
1) 입도, 경도, 비표면적, 공기중 수분흡착력
일본공업규격(이하, 'JIS' 라 약칭함)의 K1470 및 일본 수도협회규격(이하, 'JWWA' 라 약칭함)의 K113-1974에 의함.
2) 암모니아 흡착력
각 시료와 암모니아를 미량 확산 샤알레에 밀봉하고, 흡착 전후의 암모니아를 Technicon Traccs 2000 오토 애널라이저(Auto Analyzer)에 의해 분석하였다.
3) 포르말린 흡착력
각 시료와 포르말린을 미량 확산 샤알레에 밀봉하고, 포르말린을 옥소적정법에 의해 분석하였다.
분석결과의 개요는 아래와 같다. 본 발명의 다공질탄은, 비표면적(比表面的)에는 나타나지 않지만, 수분흡착능이 극히 높은 것으로부터 매우 포러스(Porous, 다공질)하다는 평가를 얻고 있다. 더욱이, 암모니아의 흡착능은 비장탄이나 야자껍질 활성탄보다 매우 우수하고, 포름알데히드의 흡착능도 다른 것보다 우수하다는 평가를 얻고 있다.
더욱이, (재(財)) 화학물질평가 연구기구에서의 BET1점법(点法)에 의한 비표면적의 측정결과 보고(2000년 10월 30일자)에 의하면, 일반 비장탄의 비표면적이 1.91m2/g에 대하여 본 발명의 다공질탄은 271m2/g 이라는 보고를 얻고 있다.
(2)본 발명의 무연식 다공질탄 제조장치의 운전중에 배출된 배기 가스의 분석 시험
주식회사환경관리 센터에서 2000년 7월 18일에 본 발명의 무연식 다공질탄의 장치의 운전중에 배출된 배기 가스의 분석시험을 하였다.
계량의 대상은, 폴리염화디벤조파라디옥신, 폴리염화디벤조퓨란 및 코프라나폴리염화비페닐, 계량 방법은, JIS K-0311 배기 가스중의 다이옥신류 및 코푸라나 PCB의 측정방법, 가스 크로마토그래피 질량분석방법에 의한다. 시험 결과는 배기 가스중에 포함되는 다이옥신류의 전체량은 0.033ng - TEQ/m3N 이었다. 따라서, 소각로 배기 가스중의 다이옥신류의 량에 대하여는, 다이옥신류 대책 특별조치법(2000년 1월 15일 시행)에 정해져 있어, 새로운 시설의 50kg/h ∼ 2t/h 미만의 기준인 5ng - TEQ/m3N과 비교하여도 극히 낮고, 대기오염에 관하여는 전혀 문제 없음이 확인되었다.
발명의 효과
본 발명에 관계하는 무연식 다공질탄의 제조방법 및 그 제조장치는, 상기와같이 구성되는 것으로부터 이하와 같은 효과를 이룬다.
1) 종래, 소각로에 의해 소각 처분하였던 건축 폐재나 가지를 친후의 폐지재(廢枝材) 등을 다공질탄으로서 이용할 수 있으므로, 종래의 소각 처분에 의해 발생한 재(灰)의 처분에 요하는 시간이나 매립장소를 생략할 수 있을 뿐만 아니라, 지구자원의 유효이용이 된다.
2) 시동시의 조연(助燃)버너에 의한 가열이외는 계(系)외의 에너지나 동력을 일체 사용하지 않으므로, 운전비용이 극히 낮고, 또한 대기중으로의 탄산가스의 방출을 대폭 감소할 수 있음과 함께, 가시매연이나 다이옥신의 배출을 억제하여 환경위생상 극히 안전하다.
3) 콤팩트(Compact)한 장치로 단시간에 대량의 목질원료를 처리하여 다량의 다공질탄을 제조할 수 있고, 종래의 숯가마에 의한 목탄의 제조에 비교하면, 시간과 일손과 장소를 대폭 절약할 수가 있다.
4) 원료투입구를 폐쇄하여 공기조절구에 의해 공기유입 조정하에서 가열 처리함으로써, 제조되는 다공질탄의 품질의 균일화와 수율을 향상시킬 수가 있다.
5) 가이드 슈트와 진동식 내지 스크류식 이송수단에 의해 다공질탄을 자동적으로 탄용기에 이송 수납할 수 있는 본 발명의 실시형태의 장치에 있어서는, 다공질탄을 일손에 의해 취출하는 시간을 생략할 수 있고, 더욱이 품질의 균일화를 도모할 수가 있다.
6) 가이드 슈트의 전부 내지 일부를 열교환 수단에 의해 덮어서 중간 탄화물을 급냉함으로써, 결정질이 풍부한 다공질탄을 얻을 수가 있다.
7) 밀봉식의 탄용기를 지하에 설치한 개폐뚜껑을 구비한 탄용기수납실에 수납함으로써, 다공질탄의 산화를 방지하여 수율을 향상시킬 수가 있다.
8) 배기통내에 연기감지기 및 소연(消煙)용 블로어를 부설하고 있어, 가시매연이 발생하였을 때에 연기감지기와 공기조절구 또는 소연용 블로어를 연동시켜서 로내에 취입하는 공기량을 증가 조절하여 배기 가스를 완전 연소시켜서 배기통으로부터 외부로 가시매연을 배출하지 않도록 하여, 대기오염을 극력 방지하여 안전성능을 향상시킬 수가 있다.
9) 로(爐)의 벽부에 냉각용 수조부를 설치하고, 냉각수를 순환시켜서 로내의 고열을 외부에 대하여 단열함으로써, 로(爐)를 고열로부터 보호함과 함께 작업자등을 화상으로부터 보호하여 안전을 담보할 수가 있다.
10) 축차 탄화실의 아래쪽부 부근에 수평방향으로 잡아당기는 레버를 접동가능하게 설치함으로써, 초기 탄화물을 신속하게 고열처리실에 낙하시켜서 처리의 촉진과 다공질탄의 수율의 향상을 도모할 수가 있다.

Claims (14)

  1. 목재(木材) 내지 죽재(竹材) 등의 원료를 고열처리하여 다공질탄을 제조하는 방법으로서,
    상기의 원료를 공기유입 조정하에서 가열하여, 가연성 가스를 발생시킴과 함께 축차 탄화(逐次 炭化)하여 초기 탄화물을 생성하는 가스화·탄화공정과,
    상기의 가스화·탄화공정에서 발생한 가연성 가스를 분리회수공정을 거치지 않고 공기유입 조정하에서 연소시켜서 상기의 초기 탄화물을 고온 가열처리하여 중간탄화물을 생성하는 고열처리공정과,
    상기의 고열처리한 중간 탄화물을 로(爐) 바깥으로 취출(取出)하는 공정을 구비하고,
    상기의 일련의 공정을 거쳐 가스화·탄화공정에서 발생한 가연성 가스를 고열처리공정에서 완전 연소시킴과 함께, 발생한 에너지의 일부를, 가스화·탄화공정에서 원료를 가열하는 열원으로 함으로써, 가동 개시후는 계(系)내의 에너지만으로 연속가동이 가능한 것을 특징으로 하는 무연식(無煙式) 다공질탄의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기의 고열처리공정에서의 정상가동시의 처리온도를 1200∼1400℃로 유지하여 가연성 가스를 완전연소시킴으로써, 다이옥신(Dioxin) 및 가시매연(可視煤煙)의 계(系) 바깥으로의 배출을 방지함과 함께, 상기 고열처리에 의해 중간 탄화물을 고도로 다공질화하는 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조방법.
  3. 원료투입구로부터 투입된 목재 내지 죽재 등의 원료를 아래쪽으로부터 가열하여 축차 탄화 및 가연성 가스를 발생시키는 축차 탄화실과,
    상기의 축차 탄화실의 아래쪽으로 연속하여 설치하여 되는 고열처리실과,
    상기의 고열처리실과 아래쪽의 개구부를 통하여 연통하여 되는 잔류가스 연소실과,
    상기의 잔류가스 연소실로부터 연속하는 윗쪽으로 향하여 설치하여 되는 배기통과,
    상기의 고열처리실에서 고열처리한 중간 탄화물을 로(爐) 바깥으로 취출하는 수단을 구비하고,
    상기의 고열처리실 및 잔류가스 연소실의 외벽에는 외기를 적정량 실내로 취입하기 위한 공기조절구를 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 배기통으로부터 배기 가스가 배출됨에 따라 로(爐) 안이 부압(負壓)상태로 됨과 함께, 공기조절구로부터 공기를 적정량 실내로 취입하고, 축차 탄화실, 고열처리실, 잔류가스 연소실, 배기통, 대기의 순으로 실내의 가연성 가스 등의 기체가 연속하여 유동하는 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 축차 탄화실에서 발생한 가연성 가스가 아래쪽으로 진행하여 고열처리실 및 잔류가스 연소실에서 완전 연소하여, 다이옥신이나 가시매연의 발생을 극력 억제하여 깨끗한 배기 가스를 사이클론(Cylone)을 통하여 배기통으로부터 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 배기통내에 연기감지기 및 소연(消煙)용 블로어(Blower)를 부설하고 있어, 가시매연이 발생한 때에 연기감지기와 공기조절구 내지 소연용 블로어를 연동시켜서 로(爐) 안으로 취입하는 공기량을 증가조절하여 배기 가스를 완전 연소시켜서 배기통으로부터 외부로 가시매연을 배출하지 않도록 구성한 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 상기의 축차 탄화실은 윗쪽이 넓고 아래쪽으로 향하여 좁게 구성되고, 그 축차 탄화실의 최하부에 연결하는 고열처리실은 측벽이 수직형상으로 구성되어 있고, 축차 탄화실의 아래쪽부 부근에 수평방향으로 접동가능하게 설치된 잡아당기는 레버를 출몰(出沒)시켜서, 원료 내지 초기 탄화물을 잡아당겨서 이들 내용물이 자중으로 낙하하기 쉽도록 구성한 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 고열처리실, 잔류가스 연소실 등의 고열수용부에 내열재를 사용함과 함께, 로의 벽부에 냉각용 수조부(水槽部)를 설치하고, 여기에 냉각수를 순환시켜서 로(爐)내의 고열을 외부에 대하여 단열하는 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 상기의 잔류가스 연소실내로 향하여 송풍기장착 버너(Burner)를 부설하여, 장치의 가동시에 먼저 그 버너를 가동시켜서 상승기류에 따른 기체의 유동을 장치내에 일으키게 하여서, 이어서 고열처리실내의 원료에 점화하여 장치를 가동시키는 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기의 무연식 다공질탄의 제조장치에 있어서, 상기의 고열처리실의 아래쪽에 화격자(火格子)를 통하여 중간 탄화물을 탄용기(炭容器)로 안내하는 가이드 슈트(Guide Chute)를 설치하고, 중간 탄화물이 자중(自重)으로 순차적으로 가이드 슈트에 낙하하고, 그 가이드 슈트에 낙하한 중간 탄화물을 이송수단에 의해 이송하여 탄용기에 수납하는 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기의 이송수단은, 진동식 컨베이어(Conveyer) 또는 스크류식 컨베이어의 어느 하나로 되는 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 가이드 슈트의 전부 내지 일부를 냉각수단으로써 덮어서 중간 탄화물을 급냉하는 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 탄용기는, 지하에 천공설치한 탄용기 수납실에 내설되고, 밀폐가능한 개폐뚜껑을 통하여 출입이 자유롭게 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 탄용기는, 밀폐가능한 개폐뚜껑을 갖고, 다공질탄을 수납중(收納中)은 탄용기 수납실의 개폐뚜껑을 닫은 상태에서 탄용기의 개폐뚜껑을 개구시켜 두고,다공질탄의 수납이 종료한 시점에서 탄용기의 개폐뚜껑을 닫고, 탄용기 수납실의 개폐뚜껑을 개방하여 탄용기를 외부로 취출하는 것을 특징으로 하는 무연식 다공질탄의 제조장치.
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