KR20110106932A - 석탄 입자들을 함유하는 압착 제품의 제조 방법 - Google Patents

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지멘스 브이에이아이 메탈스 테크놀로지스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 석탄 입자를 함유하는 압착 제품의 제조 방법, 그와 같은 방법으로 제조된 압착 제품, 및 상기 압착 제품을 선철의 제조 방법에서 고정 층(fixed bed)에 사용하거나 상기 압착 제품을 선철의 제조하기 위한 탄소 캐리어의 제조 방법에서 고정 층에 사용하는 용도에 관한 것이다. 이를 위해, 압착 제품으로 처리될 석탄 입자들은 물을 함유하는 결합제 시스템과 혼합되고 최종적으로 압착 제품으로 처리되기 이전에 물질로 함침된다.

Description

석탄 입자들을 함유하는 압착 제품의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING PRESSED ARTICLES CONTAINING COAL PARTICLES}
본 발명은 석탄 입자를 함유하는 압착 제품의 제조 방법, 그와 같은 방법으로 제조된 압착 제품, 및 상기 압착 제품을 선철의 제조 방법에서 고정 층(fixed bed)에 사용하거나 상기 압착 제품을 선철의 제조하기 위한 탄소 캐리어의 제조 방법에서 고정 층에 사용하는 용도에 관한 것이다.
예를 들어, 용융 가스화로(melter gasfier) 내의 고정 층에서 선철을 제조하는 방법, 또는 고정 층에서 선철을 제조하는 방법에 사용되는 탄소 캐리어를 제조하기 위한, 예를 들어 용광로용 코크스를 제조하기 위한 방법에 사용되는 석탄 함유 압착 제품, 예를 들어 성형탄(briquette)은 프레스로부터의 방출 이후에 일정한 낙하 강도(shatter strenth) 및 압축 강도를 가져야 한다. 낙하 강도는 예를 들어, 하나의 컨베이어 벨트로부터 다른 컨베이어 벨트로의 이송 중에, 또는 재료 벙커로의 장입 중에, 불가피한 낙하와 무관하게 압착 제품 본래의 크기가 가능한 한 그대로 유지되어야 할 필요가 있다. 압축 강도는 재료의 과적 층들에 의해 가해지는 압력에도 불구하고, 재료 벙커 또는 고정 층 반응기로의 장입 후에도 압착 제품 본래의 크기가 유지될 수 있게 하기 위해 필요하다. 이들 강도 요건들은 용어, 생 강도(green strength)의 항목 하에도 포함된다.
생 강도와는 별도로, 압착 제품의 고온 강도는 특히 열 공정에 사용될 때의 사용을 위한 적합성에 대한 기준이다. 예를 들어, 용융 가스화로 또는 용광로에서와 같은 선철 제조 방법에, 미립화 석탄 입자들을 함유하는 압착 제품들을 사용하는 특별한 경우에 있어서 용어, 고온 강도는 a)고온 영역에서 압착 제품을 열분해한 이후에 유지되는 세미코크스 또는 코크스 입자의 강도, 및 b)고온의 CO2 함유 가스의 화학적 침식 이후의 세미코크스 또는 코크스 입자들의 강도에 관한 것이다. 최소 고온 강도는 열분해에 의해 압착 제품이 세미코크스 또는 코크스 입자들로 변환된 후에 이들 입자들의 크기가 대부분 유지될 수 있게 한다. 고정 층에서 선철을 제조하는 방법의 경우에, 고정 층 내측으로 또는 고정 층 내에 장입 이전에 압착 제품 또는 코크스 입자들로부터 보통 크기 이하 재료의 전개는 바람직하지 않은데, 이는 고정 층의 투과도를 악화시키기 때문이다. 선철을 제조하는 방법의 특별한 경우에, 이는 액체 선철 및 슬래그에 대한 고정 층의 배출 거동 및 가스 투과도와 관련이 있게 된다. 고정 층의 투과도가 악화되면, 생산성, 특정 에너지 요건 및 제품 품질에 악영향을 끼치기 쉽다.
생석회와 당밀(molasses)의 결합제 시스템에 의해 미세 석탄 입자들로 충분한 생 강도를 갖는 압착 제품을 제조하는 방법이 WO 02/50219A1으로부터 공지되어 있다. 상기 방법은 미세 석탄 입자와 생석회를 혼합하는 단계, 석탄 입자로부터의 습기와 소석회화 반응(slaking reaction)을 진행할 목적으로 혼합물을 나머지 부분에 남겨 두는 단계, 당밀과 혼합하는 단계, 이렇게 얻은 혼합물을 반죽하는 단계 및 이들로부터 압착 제품으로 최종 압착하는 단계를 포함한다.
특히 높은 고유 수분 함량에 특징이 있는 수분에 대한 극히 높은 흡수 성능을 나타내는 석탄이 있다. 그러나 선철의 제조에 사용하기 위해, 압착 제품의 수분 함량은 너무 높지 않아야 한다. 즉, 최대 7 중량%이다. 이는 선철을 제조하거나 선철 제조 방법을 위한 탄소 캐리어를 제조하기 위해 압착 제품을 사용할 때, 이러한 수분이 에너지 유출구로서 사용되는데, 이는 탄소 캐리어의 특정 소모가 압착 제품의 수분 함량에 따라 상당히 증가하기 때문이다. 그러므로, 높은 수분 함량의 석탄은 압착 제품으로 처리되기 이전에 건조되어야 한다. 미건조 석탄 내에 이미 존재하는 비습윤 공극 체적(unwetted pore volume) 이외에도, 추가의 공극 체적이 건조 중에 공동들로부터 물을 축출함으로써 생성된다. 비습윤 공극 체적은 대응하는 양의 물 또는 수성 매체(aqueous media)를 흡수할 수 있다. 추가의 공극 체적은 물론, 다시 수분 또는 수성 매체를 흡수할 수 있다. 또한, 임의의 석탄도 특히, 강력한 건조 중에, 입자 손상의 결과로써 추가의 공극 체적이 생성되는 경향을 가진다. 압착 제품을 제조하기 위한 WO 02/50219A1 호에 기술된 방법의 적용 이전에, 물에 대한 높은 흡수 성능을 갖는 석탄을 허용가능한 수분 함량으로 건조할 때, 커다란 추가 공극 체적이 생성된다. 그러므로, 건조된 석탄 입자는 입자 표면에 접착을 생성하는데 필요하고 수성 용액으로서 간주될 수 있는 당밀의 상당한 부분을 공극 내측으로 흡입한다. 그러므로, 처리될 석탄 중량에 대해 종래에 사용되었던 10 중량% 이하의 당밀이 첨가된 것과 같은 석탄에 대해서는 압착 제품의 충분한 강도가 달성될 수 없다. 그럼에도 불구하고, 충분한 강도를 갖는 압착 제품이 당밀 결합제를 기반으로 하여 제조될 수 있게 하기 위해,
- 건조에 의해 비습윤 공극 체적의 생성을 제거하거나,
- 석탄 입자의 표면에 접착하는데 사용될 수 없는 공극 체적이 차지하는 것만큼 큰 추가의 당밀을 첨가하는 것이 필요하다.
그러나, 이들 방법은 공정에 대한 경제성의 이유로 바람직하지 않다.
압착 제품의 최대 7 중량%의 수분 함량을 달성하기 위해 건조되지 않아야 할 수분이 자연적으로 손실되는 석탄의 경우에도, 당밀의 일부가 석탄 입자의 공극으로 흡인된다. 그러나, 당밀은 고온의 CO2-함유 가스와 탄소와의 반응에 대해 촉매 작용을 하는 성분들을 포함함으로써, 부도아 반응(Boudouard reaction)에 따른 CO2와 고체 탄소와의 반응 정도는 특히, 800 내지 1000 ℃ 초과의 온도에서 선철을 제조하는 역할을 하는 고체 층의 고온 영역에서 압력에 따라 증가한다. 이러한 결과로써, 당밀로 처리된 압착 제품으로부터 열분해에 의해 얻어진 세미코크스 또는 코크스의 고온 강도가 감소한다.
WO 99/01583A1 호에서 제안된 결합제로서 비투멘(bitumem)의 사용은 당밀과 관련된 그러한 문제점들을 유발하지 않는다. 그러나, 비투멘으로 압착 제품을 제조하는 것은 매우 높은 결합제 비용을 수반한다.
AT005765U1 호에서 제안된 결합제로서 수성 비투멘 에멀젼의 사용은 비투멘의 소모를 50% 이상까지 감소시킨다. 그러나, 실제로 장입되는 석탄은 그와 같은 비투멘 에멀젼을 사용할 때 안정한 압착 제품이 얻어질 수 있도록 5 중량%보다 훨씬 많은 수분 함량을 가져야함이 발견되었다. 게다가, 석탄 입자들 내에 존재하는 공극들이 수성 비투멘 에멀젼을 흡수하거나 그 에멀젼으로부터 수분을 추출하며, 압착 제품으로 처리될 재료 내에 에멀젼이 아주 균일한 분포 및 그에 따른 에멀젼에 의한 입자 표면들의 균일한 습윤이 발생하기 이전에 액적 융합의 결과로써 에멀젼을 불안정화하는 문제점이 있다. 그 결과, 결합제로서 에멀젼의 효과가 감소된다.
본 발명의 목적은 공지된 방법에 비해 감소된 양의 함수 결합제 시스템을 사용하여, 이 이러한 종래 기술의 단점들이 극복되며, 예비-건조되어야 하는 석탄 입자들을 사용할 때라도 충분한 생 강도 및 고온 강도를 갖는 압착 제품이 제조될 수 있는 압착 제품의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적은 석탄 입자들이 함수 결합제 시스템과 혼합되며 그렇게 얻어진 혼합물이 압착됨으로써 압착 제품으로 더 처리되는 석탄 입자를 함유하는 압착 제품의 제조 방법에 있어서, 상기 함수 결합제 시스템과의 혼합 이전에, 상기 석탄 입자들이 물질로 함침되는 함침 단계가 상기 석탄 입자들에 수행되는 것을 특징으로 하는 압착 제품의 제조 방법에 의해 달성된다.
함침 단계 중에, 상기 물질은 석탄 입자들의 공극 내측으로 관통되며, 상기 공극을 채움으로써 수성 결합제 시스템의 성분들의 관통이 방지된다. 또한, 상기 물질들은 공극의 목(neck)으로도 공지된 석탄 입자 표면 상에 있는 공극의 출구에서 퇴적되며, 공극 목의 막힘에 의해 공극 내측으로 수성 결합제 시스템의 성분들의 관통이 방지된다. 이러한 방식으로, 결합 목적을 위해 석탄 입자 표면에 필요한 수성 결합제 시스템은 공극 내측으로의 관통 이후에 이러한 결합 목적의 수행이 방지된다. 따라서, 필요한 수성 결합제 시스템의 양은 수성 결합제 시스템이 공극 내측으로 관통될 수 있는 방법에 비해서 감소된다. 수분 이외에, 수성 결합제 시스템은 하나 또는 그보다 많은 추가의 성분들을 함유할 수 있다.
상기 함침 단계는 상기 석탄 입자들을 상기 물질로 가습하는 단계, 상기 석탄 입자들을 상기 물질로 분무하는 단계, 상기 물질을 상기 석탄 입자들의 이동 충전 층(moving packed bed)과 혼합하는 단계, 또는 상기 물질을 상기 석탄 입자들의 유동 층과 혼합하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 함침 단계에서 상기 석탄 입자들이 함침되는 상기 물질은 물이다. 그 후에, 함침 단계에서 물(수분)은 공극 내측으로 흡인되지 않으며, 그 결과 함침 단계 이후에 석탄 입자로 공급되는 수성 결합제 시스템의 성분들을 흡수하는 경향을 더 이상 나타내지 않는다. 따라서, 전술한 방법의 경우에 있어서 공극 내측으로 흡인되고, 그에 따라 압착 제품의 결합에 무효한 성분들은 압착 제품의 결합에 기여할 수 있다.
상기 압착 제품들보다 낮은 수분 함량을 가지는 탄소 캐리어와 조합되게 선철 제조 공정용 장입 혼합물 내의 물로 함침되는 압착 제품의 비율을 제한함으로써, 선철 제조 공정으로 유입되는 물의 양이 허용가능한 양으로 제한될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 함침 단계에서 상기 석탄 입자들이 함침되는 상기 물질은 물-불용성 및/또는 발수성 물질이다. 함침 단계에서 공극이 그와 같은 물질로 채워지고 그에 따라 공극 벽들이 그와 같은 물질로 코팅되면, 수성 결합제 시스템의 성분들을 흡수하려는 공극의 경향이 감소한다. 탄소 입자 표면 상에 있는 공극의 출구가 그와 같은 물질에 의해 막히면, 수성 결합제 시스템의 성분들은 더 이상 공극 내측으로 관통할 수 없다. 그 결과, 공극 내측으로 이전에 흡인되고, 그에 따라 압착 제품의 결합에 무효한 성분들은 압착 제품의 결합에 기여할 수 있다.
상기 물-불용성 및/또는 발수성 물질은 바람직하게, 왁스, 유기 코오킹-플랜트(coking-plant) 또는 정제 제품, 플라스틱 또는 플라스틱 스크랩을 포함하는 물질의 그룹에 속한다. 이는 또한 사용된 오일을 포함할 수 있다. 상기 물질들은 일반적으로, 낮은 비용으로 많은 양을 이용할 수 있다.
이 경우에, 함침 단계는 유리하게, 물-불용성 및/또는 발수 물질이 액체인, 특히 점성을 가지는 온도에서 수행된다. 액체는 점성도가 적어도 1 Pas, 최대 100 Pas, 예를 들어 10 Pas인 경우에 점성을 갖는 것으로서 간주된다. 이들 환경 하에서, 상기 물질은 석탄 입자의 표면 상에 분산되며 공극의 출구 내측으로 관통하나 공극의 내측으로 겨우 관통한다. 그 결과, 함침 단계에서 물-불용성 및/또는 발수성 물질의 소모는 낮게 유지된다. 물-불용성 및/또는 발수성 물질은 유리하게, 냉각 중에 석탄 입자 표면 상에 있는 공극의 출구 내에서 고화된다.
다른 실시예에서, 석탄 입자들이 함침 단계 내에서 함침되는 물질은 물질 또는 물질 혼합물의 수용액이다. 예를 들어, 상기 물질은 당밀, 카본하이드레이트 및 다른 천연 물질의 혼합물의 수용액을 포함한다. 특히, 압착 제품의 고온 강도 및 생 강도를 개선하는 모든 종류의 용해된 물질들이 사용될 수 있는데, 이들의 예는 펄프 제조의 소모 증류주로부터의 전분이나 리그닌(lignin)이다. 열 처리 및/또는 석탄 입자와의 반응에 의해 물-불용성 물질로 변형되는 물질 또는 물질 혼합물의 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 이들 물질 또는 물질 혼합물에 의해 유도된 효과가 함수 결합제 시스템의 물 내에 용해되고 공극으로부터 씻겨져 나가는 것을 완화시킨다.
다른 실시예에서, 석탄 입자들이 함침 단계에서 함침되는 물질은 고체 콜로이드의 수성 현탁액이며, 상기 고체 물질은 발수 특성을 가진다. 이의 예는 물 내에 콜로이달 활석, 흑연 또는 왁스의 현탁액이다. 고체 물질이 공극 또는 공극 목부(neck) 내에 축적되면, 발수성 고체 물질의 높은 표면 장력 때문에 함수 결합제 시스템이 유입되는 것을 더욱 더 어렵게 한다.
다른 실시예에 따라, 석탄 입자들이 함침 단계에서 함침되는 물질은 한편으론 에멀젼 함유 물이며 다른 한편으론 예를 들어 비투멘, 경질 석탄으로부터 얻어진 거친 타르, 역청, 왁스 또는 오일이다. 그와 같은 에멀젼이 공극 내측으로 관통될 때, 탄소 함유 물질이 공극 표면 상에 얇은 층으로 축적된다. 열분해 중에, 탄소 층은 이들 얇은 층들로부터 생성된다. 이들은 상기 물질의 얇은 층들이 공극 내에 축적되지 않는 실시예에 비해서 고온 이산화탄소 함유 가스에 대해 압착 제품의 반응도를 감소시킨다. 그 이유는 상기 물질들로부터 생성된 탄소 층들이 이산화탄소 함유 가스와의 반응에 대해 촉매로서 역할을 하는 물질을 거의 또는 전혀 함유하지 않기 때문이다. 대조적으로, 압착 제품으로 처리될 재료나 석탄 입자들은 촉매 활성 성분들, 예를 들어 철 또는 알칼리들을 함유한다. 따라서, 그 표면과 공극들이 상기 물질들로부터 생성된 탄소 층으로 덮여지는 압착 제품의 반응도는 그와 같은 탄소 층이 없는 압착 제품의 반응도보다 낮다.
압착 제품으로 처리되기 이전에 예비 건조를 필요로 하는 석탄 입자들을 사용할 때, 5 중량% 훨씬 아래로, 즉 최대 4 중량%의 수분 함량으로 건조하지 않는 것이 상업적 이유로 유리하다. 그 결과, 건조의 결과로서 추가의 공극 체적을 형성하는 것이 제한되며 따라서 더 적은 물질이 함침 단계에서 공극에 의해 점유된다. 따라서, 함침 단계에서 더 적은 물질이 사용된다. 게다가, 설비와 에너지 측면에서 건조하는데 소모가 덜 된다.
함침제로서 공지된 함침 단계에서 추가되는 물질의 양의 하한은 압착 제품으로 처리될 재료, 즉 석탄 입자들의 중량에 대해서, 0.5 중량%, 바람직하게 1 중량%이며, 그 상한은 5 중량%, 바람직하게 3 중량%, 더 바람직하게 2 중량%이다. 함침제를 5 중량%보다 많이 첨가하는 것은 경제적으로 불리하다. 함침제를 0.5 중량%보다 적게 첨가하는 것은 더 이상 유용한 함침이 수행되지 않음을 의미한다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따라, 결합제 시스템은 당밀과 생석회 또는 소석회를 포함한다. 또한, 상기 성분들로 구성될 수도 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 결합제 시스템은 예를 들어, 인산, 황산 또는 질산과 같은 무기 강산과 조합되는 당밀을 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따라, 결합제 시스템은 물 내에 비투멘의 에멀전을 포함한다. 또한, 그와 같은 에멀전으로 구성될 수도 있다.
또 다른 실시예에 따라, 결합제 시스템은 펄프 제조의 소모 증류주로부터 물질, 전분, 셀룰로오스, 비트 칩(beet chip), 폐지 펄프, 우드 펄프 또는 카르복시메틸셀룰로오스(carboxy methylcellulose)와 같은 기타 긴사슬 고분자 전해질을 포함한다.
생석회 또는 소석회를 포함하는 결합제 시스템이 생석회(CaO)와 소석회[Ca(OH)2]가 촉매 효과의 결과로써 고온 이산화탄소 함유 가스에 대해 압착 제품의 반응도를 증가시키는 단점을 가지므로, 생석회나 소석회가 없는 실시예는 압착 제품에 상당히 낮은 반응도를 제공하는 장점을 가진다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따라, 철 함유 또는 철 산화물 함유 입자들도 석탄 입자와의 혼합물로 처리된다.
본 발명에 따른 방법의 특정 변형예에 따라, 압착 제품들은 압착 이후에 열 처리된다.
상기 열 처리는 압착 온도에 비해서 상승된 온도에서 수행된다. 열처리는 압착 제품의 건조 및/또는 경화를 초래한다. 열처리는 불가역 화학 공정이 결합제 성분들을 변형시킬 수 있는 바람직하게 250 ℃ 이상, 350 ℃ 이하에서 수행된다. 예를 들어, 불-수용성 결합제 성분들은 물-불용성 성분들로 변형될 수 있다. 그와 같은 변형에서 생성된 성분들은 압착 제품의 강도 증가에 기여할 수 있다. 예를 들어, 당밀을 함유하는 결합제 시스템의 경우에, 당밀의 변형은 카라멜화(caramelization)에 의해 수행된다.
본 발명의 방법의 하나의 특정 변형예에 따라, 석탄 입자들은 함침 단계 이후, 그리고 함수 결합제 시스템과의 혼합 이후에 열처리된다. 상기 열처리는 건조를 유발한다. 공극 내에 용액 또는 에멀전이 있는 경우를 위해, 상기 열처리는 추가로, 용액, 현탁액 또는 에멀전의 농후화를 유발하며, 따라서 용해된, 현탁된 또는 에멀전화된 성분들에 의한 공극 벽의 코팅을 유발한다. 후에 추가될 수성 결합제 시스템 이외에도, 이들은 압착 제품의 고온 강도 및 생 강도의 증가에 기여할 수 있다. 게다가, 상기 열처리는 열처리의 결과로써 초기에 생성된 공극 벽의 코팅을 물-불용성 성분, 또는 고온 이산화탄소 함유 가스에 대한 석탄 입자의 반응도를 낮추는 성분으로의 변형을 유발할 수 있다. 상기 열처리의 최대 온도는 석탄 입자의 열분에 의해 350 ℃로 제한된다. 그러한 열처리 온도를 위한 하한 온도는 150 ℃ 이다.
동일한 함수 에멀전이 함수 결합제 시스템에서 사용된 것과 같은 함침에 사용되면, 함침 단계에 첨가된 양은 차후 혼합 단계에 첨가된 함수 결합제 시스템의 양보다 적다. 예를 들어 비투멘-물-에멀전을 함침 단계에서 결합제 시스템으로서 사용할 때, 함침 단계에서 2 내지 3 중량%가 첨가되는 반면에, 결합제로서 7 내지 10 중량%가 결합제로서 추후에 첨가된다. 물질 또는 물질 혼합물의 동일한 수성 용액이 함수 결합제 시스템에서 사용된 것과 같이 함침에 사용되면 동일하게 적용된다. 예를 들어 함침 단계에서 결합제 시스템으로서 당밀을 사용할 때, 함침 단계에서 결합제로서 3 내지 5 중량%가 첨가되는 반면에, 6 내지 8 중량%는 추후에 첨가된다. 이 경우에, 특정 범위의 한계가 포함된다. 이들 경우에, 열 처리는 에멀전 물질 또는 용해된 물질이 공극 또는 공극 목부에 안정될 정도로 캐리어 액체로서의 물을 제거하기 위해, 함침 단계에서의 첨가 이후에 필요한다. 그 결과, 공극이 덮여지거나 공극 목부가 막히게 된다. 그러므로, 함침 단계 없이 제조하는 경우에 비해서 압착 제품을 제조하는데 더 적은 함수 결합제가 요구된다.
함침 단계 이후에 압착 제품으로의 처리는 예를 들어, WO 02/50219A1 또는 AT005765U1 호에 기술된 바와 같은 공지의 방법, 또는 함수 결합제 시스템을 갖는 석탄 물질을 압착 물질로 처리하는데 적합한 임의의 방법에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따라 함침 단계 이후에만 수행되는 함수 결합제 시스템의 첨가는 압착 제품의 제조에 사용되는 물-불용성 및/또는 발수성 물질의 측면에서 WO 02/50219A1 호와 같은 종래 방법에 비해서 비용을 감소시킨다. 한편으로, 함수 결합제 시스템으로 압착 제품의 제조 중에 석탄에 의한 수분 흡수의 방지는 압착 제품 또는 이들로부터 얻은 코크스가 사용되는 선철 제조 방법에서의 특정 석탄 소비를 감소시키는데, 이는 압착 제품 내에 결합제로부터 더 적은 양의 물이 존재하며, 그에 따라 물을 증발시키는데 더 적은 에너지가 소비되기 때문이다. 다른 한편으로, 본 발명에 따른 방법이 사용될 때, 결합제 시스템으로부터 물을 흡수하는 결과로써 압착 제품을 사후 건조하기 위해 압착 제품을 제조하는 종래의 방법에서 수행될 수 있는 필요성을 제거할 수 있거나, 건조를 위한 노력을 감소시킬 수 있어서 에너지 절약을 초래한다. 이는 결과적으로, 사후 건조를 위한 장치의 셋업이나 작동을 제거할 수 있거나, 장치의 칫수를 감소시키고 장치의 작동에 포함된 노력을 감소시켜, 작동 비용의 감소 및 투자 비용을 감소시킬 수 있다.
함침에 사용된 물질의 종류에 따라 용융 가스화로에서 압착 제품의 열분해 후에 생성되는 세미 코크스, 또는 압착 제품으로부터 얻어진 코크스의 이산화 탄소 반응도의 하락은 함침 단계의 추가의 유리한 효과로서 달성될 수 있다. 낮은 이산화탄소 반응도는 용융 가스화로의 작동시에 바람직한데, 이는 용융 가스화로의 고정 층 내의 세미코크스 또는 용광로의 고정 층 내의 코크스가 고정 층 표면 상으로의 장입으로부터 산소 노즐 또는 송풍구 영역 내의 직접 가스화 영역으로의 도달시 안정성을 유지함으로써, 가스 분포도에 대한 고정 층의 투과도 및 용융 상태로의 배출 성능을 개선하기 때문이다. 세미코크스 또는 코크스의 이산화탄소 반응도의 하락은 반응도 개선 물질을 함유하는 결합제에 의해 더 이상 함침될 수 없는 압착 제품 내에 있는 석탄 입자의 공극의 내측 표면에 의해 달성된다. 예를 들어, 결합제로서의 당밀은 반응도 개선 물질로서 알칼리를 포함한다. 당밀에 의해 공극 내측 표면의 코팅이 예를 들어, 비투멘 또는 왁스 함유 물질에 의한 함침에 의해 방지되면, 이산화탄소 반응도는 함침 단계가 없는 방법에 의해 얻어진 세미코크스 또는 코크스에 비해서 낮아진다.
낮은 비율의 보통 이하 크기의 코크스는 고정 층의 투과도를 개선하기 위해 용융 가스화로의 고정 층 내에서 선철을 제조하기 위한 코렉스(등록상표) 또는 파이넥스(등록상표) 공법에서 장입 석탄에 종종 첨가된다. 본 발명에 따라 제조되는 압착 제품 또는 이러한 방식으로 제조되는 코크스를 사용할 때, 세미코크스 또는 코크스 입자들의 연화(softening)가 고온 이산화탄소에 의해 방지됨으로써, 입자들의 붕괴가 방지된다. 열분해에 의해 유도된 세미코크스로부터 본 발명에 따라 제조된 압착 제품의 충전된 고정 층에 의해, 종래 기술에 따른 것보다 훨씬 양호한 투과도와 훨씬 양호한 배출 거동이 가능해진다. 그러므로 세미코크스의 반응도 특성의 개선은 코렉스(등록상표) 또는 파이넥스(등록상표) 장입 석탄에 코크스의 첨가를 감소시키거나 심지어 제거할 수 있다.
코오킹 플랜트 기술(coking plant technology) 분야에서, 벌크(bulk) 밀도를 증가시킴으로써 장입 석탄으로부터 생성되는 코크스의 품질을 개선하는 것이 공지되어 있다. 금속야금학적 코크스를 제조하기 위해 많은 장입 석탄을 사용하는 것은 무엇보다도, 장입 석탄의 압분(compacting)에 의해 가능해진다. 그러므로, 탬핑(tamping) 코오킹 플랜트와 별개로, 루우즈-필(loose-fill) 작동에서 코오킹 플랜트를 위한 변형 방법으로 발전되었는데, 이는 장입 석탄의 성형탄화(briquetting) 또는 부분 성형탄화를 제공한다. 그러나, 오늘날의 관점으로부터 비투멘 결합제를 갖는 성형탄은 화학적 이유로 문제점이 있는데, 이는 경질 석탄 타르로부터 유래된 결합제에 의한 고온 성형탄화 또는 성형탄화가 건강상의 이유로 문제점이 있으며, 당밀 또는 그에 상당한 결합제에 의한 성형탄화가 코크스로 바람직하지 않은 물질의 유입으로 인한 문제점을 유발하기 때문이다.
압착 제품을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 심지어, 장입 재료로부터 압착된 제품을 사용하여 코크스를 제조할 때에도 결합제의 소비를 감소시키거나, 반응도 개선 결합제 성분들의 유해 효과를 완화할 수 있다.
압착 제품은 예를 들어, 압분 공정에 의한 성형탄 또는 압착 스트립일 수 있다.
압착 제품들은 최대 97 중량%의 석탄 입자 및 최대 12 중량%의 결합제 시스템 성분들을 함유할 뿐만 아니라, 압착 제품으로 처리될 재료로서의 석탄 입자 중량에 대해 물-불용성 및/또는 발수성 물질, 또는 발수 특성을 갖는 고체 물질을 하한 0.5 중량, 바람직하게 1 중량%로 함유하며 상한 5 중량%, 바람직하게 3 중량%, 더 바람직하게 2 중량%로 함유한다.
일 실시예에 따라, 압착 제품은 또한, 철 함유 또는 철 산화물 함유 입자들을 포함한다. 그와 같은 입자들은 예를 들어, 선철 또는 강의 제조에서 발생하는 슬러리 또는 분진들로부터 유래될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 방법은 도 1 내지 도 3의 블록 선도에 기초하여 아래에 요약되어 있다.
도 1은 함침 단계 없이 압착 제품을 제조하기 위한 종래의 방법을 도시하는 도면이며,
도 2는 함침 단계를 갖춘, 압착 제품을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법을 도시하는 도면이며,
도 3은 함침 단계 이전의 열 처리 단계를 갖춘, 압착 제품을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법을 도시하는 도면이다.
도 1에 따라, 압착 제품으로 처리될 석탄(1)은 건조(2)되고 나서 입상화(3)에 의해 소정의 입도를 갖게 된다. 그 후, 이렇게 얻어진 석탄 입자들은 하나 또는 그보다 많은 단계로 혼합(5)이 수행될 수 있는 혼합(5) 중에, 상기 석탄 입자들에 첨가되는 함수-결합제 시스템(4), 본 경우에 당밀(molasses)을 가지며, 선택적으로 소석회(hydrated lime) 또는 생석회(quick lime)와 같은 고체의 미립자 결합제 성분들이 첨가될 수 있다. 그렇게 얻어진 혼합물은 반죽(6) 및 혼합(7)된다. 얻어진 제품은 경화(8) 후에 성형탄(briquette)이 된다.
도 2에 도시된 본 발명에 따른 방법은 함수-결합제 시스템(4)과의 혼합(5) 이전에, 석탄 입자들이 물질(11) 및 함침제에 의해 함침되는 함침 단계(10)가 수행된다는 점에서, 도 1에 나타낸 방법과 상이하다. 이러한 함침 단계(10) 이후에는 단지, 함수-결합제 시스템(4)과의 혼합만이 수행되며 이렇게 얻어진 혼합물에 대한 추가의 처리는 도 1에 대응하는 방법에서는 수행되지 않는다.
도 3에 나타낸 것은 함침 단계(10) 이후에, 함수-결합제 시스템(4)과의 혼합 이전에 열처리가 수행되는 도 2의 변형 예이다.
1 : 석탄
2 : 건조
3 : 입상화
4 : 함수-결합제 시스템
5 : 혼합
6 : 반죽
7 : 압착
8 : 경화
9 : 제품
10 : 함침 단계
11 : 물질(함침제)
12 : 열처리

Claims (17)

  1. 석탄 입자들이 함수 결합제 시스템과 혼합되며 그렇게 얻어진 혼합물이 압착됨으로써 압착 제품으로 더 처리되는 석탄 입자를 함유하는 압착 제품의 제조 방법에 있어서,
    상기 함수 결합제 시스템과의 혼합 이전에, 상기 석탄 입자들이 물질로 함침되는 함침 단계가 상기 석탄 입자들에 수행되는 것을 특징으로 하는,
    압착 제품의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 함침 단계는 상기 석탄 입자들을 상기 물질로 가습하는 단계, 상기 석탄 입자들을 상기 물질로 분무하는 단계, 상기 물질을 상기 석탄 입자들의 이동 충전 층(moving packed bed)과 혼합하는 단계, 또는 상기 물질을 상기 석탄 입자들의 유동 층과 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    압착 제품의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 함침 단계에서 상기 석탄 입자들이 함침되는 상기 물질은 물인 것을 특징으로 하는,
    압착 제품의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 함침 단계에서 상기 석탄 입자들이 함침되는 상기 물질은 물-불용성 및/또는 발수성 물질인 것을 특징으로 하는,
    압착 제품의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 함침 단계에서 상기 석탄 입자들이 함침되는 상기 물질은 물질 또는 물질 혼합물의 수용액인 것을 특징으로 하는,
    압착 제품의 제조 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 함침 단계에서 상기 석탄 입자들이 함침되는 상기 물질은 고체 콜로이드의 수성 현택액이며, 상기 고체 물질은 발수 특성을 갖는 것을 특징으로 하는,
    압착 제품의 제조 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 함침 단계에서 상기 석탄 입자들이 함침되는 상기 물질은 한편으론 물 함유 에멀젼이고 다른 한편으론 탄소 함유 물질인 것을 특징으로 하는,
    압착 제품의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 함침 단계에서 첨가되는 물질의 양의 하한은 압착 제품으로 처리될 재료인 상기 석탄 입자들의 중량에 대해, 0.5 중량%, 바람직하게 1 중량%이며, 그 상한은 5 중량%, 바람직하게 3 중량%, 더 바람직하게 2 중량%인 것을 특징으로 하는,
    압착 제품의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합제 시스템은 당밀과 생석회 또는 소석회를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    압착 제품의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합제 시스템은 물 내에 비투멘(bitumen)의 에멀젼을 함유하는 것을 특징으로 하는,
    압착 제품의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    철 함유 입자 또는 철 산화물 함유 입자들도 상기 석탄 입자들과의 혼합물로 처리되는 것을 특징으로 하는,
    압착 제품의 제조 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압착 제품은 압착 이후에 열처리되는 것을 특징으로 하는,
    압착 제품의 제조 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 석탄 입자들은 상기 함침 단계 이후, 상기 함수 결합 시스템과의 혼합 이전에 열처리되는 것을 특징으로 하는,
    압착 제품의 제조 방법.
  14. 석탄 입자의 최대 97 중량% 및 결합제 시스템 성분의 최대 12 중량%를 함유하는 압착 제품에 있어서,
    상기 압착 제품으로 처리될 재료로서의 석탄 입자의 중량에 대해, 하한이 0.5 중량%, 바람직하게 1 중량%이고 상한이 5 중량%, 바람직하게 3 중량%, 더 바람직하게 2 중량%인 물-불용성 및/또는 발수성 물질, 또는 발수 특성을 갖는 고체 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는,
    압착 제품.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 물-불용성 및/또는 발수성 물질은 왁스, 유기 코오킹-플랜트(coking-plant) 또는 정제 제품, 플라스틱 또는 플라스틱 스크랩, 및 사용된 오일을 포함하는 물질의 그룹에 속하는 것을 특징으로 하는,
    압착 제품.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 압착 제품도 철 함유 입자 또는 철 산화물 함유 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    압착 제품.
  17. 선철 제조 공정의 고정 층 또는 선철 제조 공정용 탄소 캐리어 제조 공정의 고정 층에 사용되는, 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 압착 제품의 용도.

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