KR20060109024A - 석탄의 화학적 전처리와 2단 활성화에 의해 기공도를조절한 활성탄 제조기술 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄 원탄으로부터 회분 3%의 저회분탄을 분리하기 위해 중액분리 방법을 사용하여 중액 비중 1.3 ∼ 1.5에서 회분 약 3%의 저회분탄 70%를 분리하여 이를 사용하여 화학처리와 2단 활성화 방법으로 고품위 활성탄을 제조하는 기술이다.

화학처리와 2단 활성화 방법은 분리 또는 병행해서 사용할 수 있는 방법이다.

화학처리는 알칼리화합물(NaOH, KOH)을 이용한 방법으로 상기한 중액분리된 탄과 알칼리를 비율이 1:1이 되게 혼합하여 상온(25℃) ∼ 150℃에서 2 ∼ 5시간 200 ∼ 400rpm 으로 교반하는 방법이며 [도 1]에서 보는 바와같이 화학처리 역시 2가지 방법으로 나뉘어 행해질 수 있다. 하나는 중액분리된 탄을 분쇄하고 이를 화학처리하는 방법과 [도 1]에 나타낸 바와같이 조립 또는 파쇄후 탄화과정을 거친 후에 화학처리하는 방법이다. 앞의 방법은 기공크기가 작은 활성탄의제조에, 뒤의 방법은 기공크기가 큰 활성탄의 제조에 적합하다.

2단활성화 방법은 화학처리한 탄이거나 화학처리하지 않은 탄이거나 관계없이 모두에 적용하며, [도 2]에서 보는 바와같이 활성화 전반 2/3부에서는 적은 량의 반응성 가스를, 후반 1/3부에서는 많은 량의 반응성 가스를 사용하여 활성화 시키는 방법이다. 2단 활성화 방법은 초기의 활성화를 온순조건에서 수행하고 온순조건에서 만들어진 반응점들을 활용하여 후반에서 강한 조건으로 활성화 시키는 방법 으로 기공크기가 큰 활성탄 제조에 적합하다.

석탄계 활성탄, 2단 활성화, 화학적 전처리, 알칼리 처리

Description

석탄의 화학적 전처리와 2단 활성화에 의해 기공도를 조절한 활성탄 제조기술{Production technology of activated carbon that have well developed pore size distribution by chemical pretreatment and two step activation.}

도 1은 본 발명에 따른 활성탄 제조방법의 공정도

도 2는 본 발명에 따른 2단 활성화 공정도

본 발명은 석탄을 이용한 활성탄 제조에 관한 것이다. 기존의 활성탄 제조는 특별히 활성탄 원료로 사용이 가능한 저회분 역청탄이나 야자각을 대상으로 하고 있으며 스팀을 반응성 가스로 사용하여 활성화시킨다. 기존에 사용하는 기공도 조절방법으로는 체류시간을 변화시키거나 온도를 변화시키는 방법을 사용하였다. 본 발명은 석탄 원료에 관계없이 적용이 가능하고 반응성 가스의 량을 변화시켜 활성화속도를 증가시킴으로써 활성화 시간을 단축시키는 것에 대한 것이다.

본 발명은 석탄을 원료로 하여 중액분리를 이용하여 저회분 원료탄을 분리하고 이를 화학적 전처리와 2단 활성화 방법을 각기 또는 병행 적용하여 기공도를 조절함으로써 품위가 향상된 활성탄을 제조하는 기술에 대한 것이다.

본 발명은 석탄의 화학적 전처리와 2단 활성화에 의해 기공도를 조절한 다양한 종류의 활성탄을 제조하는 기술에 대한 것이다.

회분이 많은 석탄으로부터 회분 약 3%의 저회분탄을 분리하기 위해 중액분리 방법을 사용하여 중액 비중 1.3 - 1.5에서 회분 약 3%의 저회분탄을 분리하여 화학적 전처리와 2단 활성화 방법으로 다양하고 품위가 향상된 활성탄을 제조하는 기술이다.

화학적 전처리와 2단 활성화 방법은 분리 또는 병행해서 사용할 수 있는 방법이다.

화학적 전처리는 얄칼리화합물(NaOH, KOH)을 이용한 벙법으로 상기한 중액분리된 탄과 알칼리를 비율이 1:1이 되게 용액상태로 혼합하여 상온 ∼ 150℃에서 2 ∼ 5시간 200 ∼ 400rpm으로 교반하여 처리하는 방법이다. 상기 화학적 전처리는 본 [도 1]에서 보는 바와 같이 2가지 방법으로 나누어 적용할 수 있다. 하나는 중액 분리된 탄을 분쇄하고 이를 화학처리하는 방법과 조립 또는 파쇄 후 탄화 과정을 거친 후에 화학처리하는 방법이다.

상기한 방법 중에서 앞의 방법은 기공크기가 작은 할성탄의 제조에, 뒤의 방 법은 기공크기가 큰 활성탄의 제조에 적합하다.

2단 활성화 방법은 화학처리한 탄과 화학처리하지 않는 탄 모두에 적용하며 [도 2]에서 보는 바와같이 활성화 전반 2/3부에서는 상대적으로 적은 양의 활성화가스(스팀,CO₂)를, 후반1/3부에서는 많은 양의 활성화 가스를 사용하여 활성화시키는 방법이다. 2단 활성화 방법은 초기의 활성화를 온순조건에서 수행하고 온순조건에서 만들어진 반응점들을 활용하여 후반에서 강한 조건으로 활성화시키는 방법으로 상대적으로 반응성이 작은 석탄의 활성화에 적합하며 기공크기가 큰 활성탄 제조에 적합하다.

첨부된 도면 및 실시 예에 따라 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

중액 분리에 의한 저회분탄의 제조 : 회분 10 ∼ 15%의 석탄을 분쇄하여 0.4 ∼ 5㎜의 석탄원탄을 제조하고 이를 중액비중 1.3 ∼ 1.5에서 처리하여 부유분 약 50 ∼ 60%를 분리하면 회분 약 3%의 저회분탄을 분리할 수 있다. 상기 저회분탄을 그대로 활성탄의 원료로 사용할 수 있다.

조립 및 파쇄에 의한 활성화 원료탄 제조 : 비중 분리된 탄을 분쇄하여 200mesh 이하로 만들고 이를 binder(coal tar) 30%와 함께 조립, 건조하여 조립탄을 만든 후 탄화하거나 일정 크기로 파쇄하여 파쇄탄을 만들어 탄화하여 조립원탄과 파쇄원탄을 제조한다.

화학처리에 의한 활성화 원료탄 제조 : 상기한 활성화 원료탄 제조와 별도로 비중 분리된 탄을 분쇄하여 200mesh 이하로 만들고 이를 알칼리 용액으로 화학처리한 후 binder(coal tar)30%와 함께 조립, 건조하여 조립탄을 만든 후 탄화하거나 일정크기로 파쇄하여 파쇄탄을 만들어 탄화하여 조립원탄과 파쇄원탄을 제조한다. 분쇄탄을 알칼리 처리하지 않고 조립 및 파쇄 후 탄화된 탄을 대상으로 화학처리하여 원료탄을 제조할 수 있다.

2단 활성화에 의한 고품위 활성탄 제조 : 제조된 조립원탄과 파쇄원탄을 대상으로 전반 2/3부에서 활성화 가스의 약 절반을 투입하고 후반 1/3부에서 나머지 약 절반의 가스를 투힙하여 활성화를 수행한다. 전체 반응가스 주입량을 4톤/윈료톤으로 할 경우 45%인 1.8톤을 전반 2/3부에 투입하여 반응을 서서히 진행시킨 후 나머지 2.2톤을 후반 1/3부에 투입하여 고표면적 활성탄을 제조한다.

실시 예 :

1) 화학처리하지 않은 분쇄탄 (0.4 ∼ 5㎜)으로 950℃ 3시간 2단 스팀활성화, 표면적 900㎡/g의 활성탄 제조(기상용)

2) 화학처리한 분쇄탄(0.4 ∼ 5㎜)으로 950℃ 3시간 2단 스팀활성화, 표면적 950㎡/g의 활성탄 제조(기상용)

3) 화학처리하지 않은 조립 및 파쇄탄을 900℃ 3시간 2단 스팀활성화로 표면적 1120㎡/g의 활성탄 제조(액상용)

4) 화학처리한 조립 및 파쇄탄을 900℃ 3시간 스팀활성화로 표면적 1150㎡/g의 활성탄 제조(액상용)

5) 화학처리하지 않은 조립 및 파쇄탄을 900℃ 10시간 CO₂활성화로 표면적 1050㎡/g의 활성탄 제조(기상용)

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 반응성이 낮아서 활성화 원료로 사용하지 못하는 회분 10 ∼ 15%의 역청탄을 대상으로 중액분리 기술과 화학적 처리 그리고/또는 활성화 가스를 나누어 주입하는 2단 활성화 기술을 적용하여 사용 가능한 활성탄을 제조하는 기술이다. 표면적은 상용 활성탄의 평균 표면적 1000㎡/g과 유사하나 화학처리조건과 2단활성화 방법으로 기공크기를 조절하여 다양한 용도의 활성탄을 제조할 수 있다.

Claims (2)

1. 회분 10 ∼ 15%의 역청탄을 중액분리하여 회분 약 3%의 저회분탄을 분리한 후 200mesh 이하로 분쇄한 후 조립, 파쇄공정을 거쳐 활성화 원료탄인 조립원탄과 파쇄원탄을 제조하고 활성화 공정을 2/3부와 1/3부로 나누어 2/3부에는 활성화 가스의 40 ∼ 50%를 그리고 후반 1/3부에는 나머지를 주입하는 방법으로 2단 활성화 공정에 의해 고품위 활성탄을 제조하는 석탄계 활성화 방법
2. 제 1 항에 있어서,

   분리된 저회분 석탄의 반응성을 향상시키는 방법으로 중액분리된 미분탄을 대상으로 알칼리 처리하거나 조립 및 파쇄 후 탄화된 원료탄을 대상으로 알칼리 처리하여 탄의 표면에 활성점을 만들어주는 화학적 처리방법.

   알칼리 처리 : 알칼리/석탄 비 1로 용액을 만들어 상온 ∼ 150℃에서 2 ∼ 5시간 200 ∼ 400rpm으로 교반하는 방법.

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