KR20210079863A - 성형탄 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 건조장치에서 석탄을 건조하는 단계; 파쇄 및 입도 선별 장치에서 상기 건조된 석탄을 파쇄하고 그 입도를 선별하여 미분탄을 배출하는 단계; 저장조에 저장된 부원료 및 분체형 바인더를 배출하는 단계; 상기 배출된 미분탄, 부원료, 분체형 바인더를 1차 교반기에서 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 대용량 숙성 반응기에서 숙성하는 단계; 및 성형기에서 상기 숙성된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계;를 포함하는, 성형탄 제조방법 및 이로부터 제조된 성형탄과 이를 이용하는 용철 제조장치에 관한 것이다.

Description

성형탄 및 그 제조방법 {COAL BRIQUETTES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 개시는 성형탄 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 기존 바인더를 대체하는 바인더를 사용하여 강도를 유지하면서도 제조단계를 단순화하는 성형탄 및 그 제조방법에 관한 것이다.
용융환원제철법에서는 철광석을 환원시키는 환원로와 환원된 철광석을 용융하는 용융가스화로를 사용한다. 용융가스화로에서 철광석을 용융하는 경우, 철광석을 용융할 열원으로서 성형탄을 용융가스화로에 장입한다. 여기서, 환원철은 용융가스화로에서 용융된 후, 용철 및 슬래그로 전환된 후 외부로 배출된다. 용융가스화로에 장입된 성형탄은 석탄 충전층을 형성한다. 산소는 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 취입된 후 석탄 충전층을 연소시켜서 연소 가스를 생성한다. 연소가스는 석탄 충전층을 통하여 상승하면서 고온의 환원가스로 전환된다. 고온의 환원가스는 용융가스화로의 외부로 배출되어 환원가스로서 환원로에 공급된다.
성형탄 제조에 사용되는 석탄은 야드에 적치 또는 저장조(Silo)에 저장 후 적정 비율로 배합되어 건조 및 파쇄 공정을 거쳐 미분탄으로 형성된다. 적정 수분과 입도로 가공된 미분탄은 1차 교반기에서 부원료와 혼합 후 고속으로 회전하는 고효율 2차 교반기에서 바인더와 혼합된다. 혼합이 완료된 미분탄은 숙성 반응기에서 일정시간 숙성 후 성형기에서 성형탄으로 제조된다.
기존의 성형탄 제조 공정에 사용된 바인더는 고점성의 액상 바인더로서 미분탄 및 부원료와 균일하게 교반을 하기 위해서는 고속으로 회전하는 고속의 2차 교반기가 반드시 필요하였다. 이에 성형탄 제조 공정 중 혼합 공정에 소요되는 에너지 소모량과 초기 설비 투자비가 증가하여 프로세스의 경쟁력을 저하하는 요소로 작용하여 이에 대한 개선이 필요한 실정이다.
상기의 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 개시는 다른 형태의 바인더를 사용하여 혼합 공정을 최적화하여 얻어지는 성형탄 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 개시 일 구현예의 성형탄 제조방법은, 미분탄, 분체형 바인더 및 부원료를 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계; 상기 혼합물을 교반하는 단계; 상기 혼합물을 숙성하는 단계; 상기 숙성된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계; 및 를 포함하고, 상기 혼합물을 교반하는 단계;는 단위시간당 처리량이 210톤/시간 이하일 수 있다.
상기 혼합물을 교반하는 단계;는 교반된 혼합물의 휘발성분 또는 애쉬성분 혼합 표준 편차가 0.5% 이하일 수 있다.
상기 혼합물을 교반하는 단계;에서 상기 교반하는 단계는 1회만 진행되는 것일 수 있다.
상기 미분탄, 분체형 바인더 및 부원료를 혼합하는 단계;에서, 미분탄, 분체형 바인더 및 부원료는 동시에 혼합되는 것일 수 있다.
상기 혼합물을 숙성하는 단계;에서, 혼합물은 대용량 숙성 반응기에서 숙성하는 단계일 수 있다.
상기 미분탄, 분체형 바인더 및 부원료를 혼합하는 단계;에서, 상기 분체형 바인더는 혼합물 전체 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%로 혼합될 수 있다.
상기 분체형 바인더는 전분 함량이 50 내지 99 중량%일 수 있다.
상기 분체형 바인더는 평균 입경이 0.01 내지 1 mm일 수 있다.
상기 미분탄, 분체형 바인더 및 부원료를 혼합하는 단계; 전에, 석탄을 건조 및 파쇄하고 그 입도를 선별하여 미분탄을 배출하는 단계;를 포함하고, 상기 선별된 미분탄은 입도 분포가 전체 100 중량%에 대하여 입도 5 mm 이하가 90 중량% 이상일 수 있다.
본 개시 일 구현예의 성형탄 제조장치는 석탄을 파쇄하고 입도를 선별하여 미분탄을 배출하는 파쇄 및 입도 선별 장치; 부원료 및 분체형 바인더를 저장하고 배출하는 저장조; 상기 입도 선별 장치와 연결되어 배출된 미분탄이 투입되며, 상기 저장조와 연결되어 배출된 부원료, 및 분체형 바인더가 부입되어 이들을 혼합하여 교반하는 교반기; 상기 교반된 혼합물을 숙성시키는 대용량 숙성 반응기; 및 상기 대용량 숙성 반응기와 연결되고, 숙성된 혼합물이 투입되어 이를 성형하여 성형탄을 제조하는 성형기; 를 포함하고, 상기 교반기는 전체 설비 내 단일 교반기로 이루어진 것 일 수 있다.
상기 교반기는 단위시간당 처리량이 210톤/시간 이하일 수 있다.
상기 교반기;는 교반된 혼합물의 휘발성분 또는 애쉬성분 혼합 표준 편차가 0.5% 이하일 수 있다.
상기 석탄 파쇄 및 입도 선별 장치 전에 석탄을 건조하는 건조장치를 포함할 수 있다.
본 개시 일 구현예의 성형탄은 미분탄, 부원료 및 분체형 바인더를 포함하고, 상기 분체형 바인더는 전분 함량이 50 내지 99 중량%이며, 상기 분체형 바인더는 성형탄 총 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
상기 분체형 바인더는 직경이 0.01 내지 1mm일 수 있다.
상기 미분탄은 입도 분포가 전체 100 중량%에 대하여 입도 5 mm 이하가 90 중량% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 혼합성이 우수한 바인더를 사용하여 교반기를 1단만 거쳐 혼합할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 기존의 고점성 액상 바인더를 혼합하기 위한 고효율 고속 2차 교반기가 생략됨으로써 혼합단계의 에너지 및 비용이 절감될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 대용량 숙성 반응기를 사용함으로써 기존의 분배 장치가 생략될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 대용량 숙성 반응기를 사용함으로써 충분한 숙성 시간이 확보되어 강도를 유지하면서도 바인더 사용량을 저감시킬 수 있다.
도 1은 기존 고점성 액상 바인더를 사용하는 성형탄 제조방법의 공정 흐름도를 도시한 것이다.
도 2는 본 개시 일 구현예의 성형탄 제조방법의 공정 흐름도를 도시한 것이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 기존의 고점성 액상 바인더를 사용하는 성형탄 제조방법의 공정 흐름도를 도시한 것이다. 야드 또는 사일로 (Silo)에서 공급된 석탄은 건조장치(100)에서 건조된 후, 파쇄 및 입도 선별 장치(200)를 거쳐 적절한 수분과 입도를 가진 미분탄으로 선별된다. 선별된 미분탄과 저장조(300)에서 배출된 부원료를 1차 교반기(400)에서 일정한 비율로 혼합한다. 1차 교반기 (400)에서 혼합된 혼합물에 액상 바인더 저장조(600)에 있던 고점성 액상 바인더를 투입하고 고효율 고속 2차 교반기(500)를 사용하여 혼합한다. 혼합된 혼합물을 분배장치(700)를 이용하여 2개의 소용량 숙성 반응기(800A)에 공급한다. 소용량 숙성 반응기(800A)에서 충분히 숙성된 혼합물은 취합이송장치(900)를 거쳐 성형기(1000)에서 성형탄으로 제조된다.
도 2는 본 개시 일 구현예의 분체형 바인더를 사용하는 성형탄 제조방법의 공정 흐름도를 도시한 것이다. 기존과 동일하게 야드 또는 사일로 (Silo)에서 공급된 석탄은 건조장치(100)에서 건조된 후, 파쇄 및 입도 선별 장치(200)를 거쳐 적절한 수분과 입도를 가진 미분탄으로 선별된다. 선별된 미분탄과 저장조(300)에서 배출된 부원료 및 분체형 바인더를 1차 교반기(400)에서 일정한 비율로 혼합한다. 1차 교반기(400)에서 혼합된 혼합물은 바로 대용량 숙성 반응기(800B)로 옮겨져 충분히 숙성된 후에 성형기(1000)에서 성형탄으로 제조된다.
본 개시 일 구현예는 고점성 액상 바인더 대신에 분체형 바인더를 사용하는데, 분체형 바인더는 미분탄과의 혼합성이 매우 양호하여 미분탄 및 부원료와 함께 1차 교반기(400) 만으로 충분히 혼합될 수 있다. 이에 고점성 액상 바인더 사용시 반드시 수반되어야 했던 2차 교반기(500)를 생략할 수 있다. 또한, 분체형 바인더를 1차 교반기에 투입하여도 충분히 혼합될 수 있기 때문에, 별도의 바인더 저장조(600) 없이 부원료 저장조(300)에서 분체형 바인더를 부원료와 함께 제공할 수 있다.
본 개시 일 구현예는 1차 교반기(400) 이후의 단계에 대용량 숙성 반응기(800B)를 도입함으로써 별도의 분배장치(700)를 생략할 수 있다. 이에 미분탄, 부원료 및 바인더 혼합물의 충분한 숙성시간이 확보될 수 있어 성형탄의 강도를 유지하면서도 바인더의 사용량을 절감할 수 있다.
이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
본 개시 일 구현예의 성형탄 제조방법은 미분탄, 분체형 바인더 및 부원료를 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 교반하는 단계; 상기 교반된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계; 를 포함하고, 상기 혼합물을 교반하는 단계;는 단위시간당 처리량이 210톤/시간 이하일 수 있다.단위시간당 처리량이 210톤/시간을 초과하는 경우에는 교반된 혼합물 성분 표준편차가 0.5%를 초과하여 1차 교반만으로 양호한 혼합효과를 달성하고자 하는 본 개시의 목적을 달성할 수 없다. 또한, 처리량이 너무 낮은 경우에는 조업 경제성이 저하되므로, 단위시간당 처리량은 100 내지 210톤/시간이 적절하다.
상기 혼합물을 교반하는 단계;는 교반된 혼합물의 휘발성분 또는 애쉬성분 혼합 표준 편차가 0.5% 이하일 수 있다. 구체적으로 혼합 표준 편차는 0.2 내지 0.45%, 보다 구체적으로 0.25 내지 0.4%, 보다 구체적으로 0.25 내지 0.35% 일 수 있다. 상기 혼합 표준 편차가 0.5% 이하일 때 미분탄과 분체형 바인더가 고르게 혼합되었다고 볼 수 있고, 이에 따라 고속 고에너지 교반기를 사용하지 않고, 1차 교반만으로 충분히 혼합될 수 있다.
상기 혼합물을 교반하는 단계에서; 상기 교반하는 단계는 1회만 진행될 수 있다. 본 개시의 성형탄 제조방법은 기존의 고점성 액상 바인더가 아닌 분체형 바인더를 사용하므로 혼합성이 좋아 교반단계를 1회로 제한할 수 있다.
상기 미분탄, 분체형 바인더, 및 부원료를 혼합하는 단계;에서, 미분탄, 분체형 바인더 및 분원료는 동시에 혼합될 수 있다. 기존의 고점성 액상 바인더의 경우 미분탄 및 부원료와 동시에 혼합하는 경우, 바인더의 높은 점성으로 인하여 국소적으로 미분탄, 부원료가 균일하게 혼합되지 않는 경우가 있었다. 그러나, 본 개시는 분체형 바인더를 사용함으로써 부원료와 같은 저장조에서 한번에 배출될 수 있을 뿐만 아니라, 미분탄과 함께 동시에 혼합될 수 있다.
상기 혼합물을 교반하는 단계; 이후에 상기 혼합물을 숙성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 미분탄, 분체형 바인더 및 부원료를 혼합하는 단계;에서, 상기 분체형 바인더는 혼합물 전체 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%로 혼합될 수 있다. 성형탄 제조시에 분체형 바인더가 너무 많이 포함되는 경우에는 성형탄을 제조하는데 드는 비용이 증가하는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 분체형 바인더가 너무 적게 포함되는 경우에는 성형탄의 강도가 충분히 확보되지 않는 문제가 있을 수 있다.
상기 분체형 바인더는 전분 함량이 50 내지 99 중량%일 수 있다.
상기 분체형 바인더는 감자, 고구마, 카사바, 옥수수, 쌀 등 전분 함유 원료 일체, 그것을 전분 추출 과정 없이 파쇄하여 분체형으로 만든 것, 전분 추출 과정을 통해 전분 함량을 높인 것, 이를 별도의 가공 처리를 하여 만든 변성 전분, 호화 전분 및 PVA, Cellulose ether와 같은 분체로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 분체형 바인더는 평균 입경이 0.01 내지 1 mm 일 수 있다. 분체형 바인더의 평균 입경이 너무 큰 경우에는 전분이 호화에 필요한 에너지 또는 반응 시간이 과대해져 품질 확보가 어려운 문제가 있을 수 있다. 반대로 분체형 바인더의 평균 입경이 너무 작은 경우에는 비산에 의한 집진으로 인하여 유실 가능성이 높아 품질 저하의 문제가 있을 수 있다.
상기 미분탄, 분체형 바인더 및 부원료를 혼합하는 단계; 전에, 석탄을 건조 및 파쇄하고 그 입도를 선별하여 미분탄을 배출하는 단계;를 포함할 수 있고, 상기 선별된 미분탄은 전체 100 중량%에 대하여 입도 5mm 이하가 90 중량% 이상, 입도 3mm 이하가 80중량% 이상이고, 1 내지 2mm 정도의 평균 입도를 가질 수 있다.
상기 미분탄은 역청탄(Bituminous coal), 아역청탄(Subbituminous Coal), 무연탄 (Anthracite), 및 코크스 등 탄소가 함유된 원료를 사용할 수 있다. 미분탄은 성형탄 품질의 편차를 줄이기 위하여 미분탄의 입도 분포가 일정한 것이 바람직하다.
본 발명 일 구현예에 있어서, 성형탄 제조장치는, 석탄을 파쇄하고 입도를 선별하여 미분탄을 배출하는 파쇄 및 입도 선별 장치(200); 부원료 및 분체형 바인더를 저장하고 배출하는 저장조(300); 상기 입도 선별 장치와 연결되어 배출된 미분탄이 투입되며, 상기 저장조와 연결되어 배출된 부원료, 및 분체형 바인더가 부입되어 이들을 혼합하여 교반하는 교반기(400); 및 상기 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 성형기(1000)를 포함하고, 상기 교반기는 전체 설비 내 단일 교반기로 이루어질 수 있다.
상기 교반기(400);는 단위시간당 처리량이 210톤/시간 이하일 수 있다.
단위시간당 처리량에 대한 구체적인 설명은 전술한 바와 같다.
상기 교반기(400);는 교반된 혼합물의 휘발성분 또는 애쉬성분 혼합 표준 편차가 0.5% 이하일 수 있다. 구체적으로 혼합 표준 편차는 0.2 내지 0.45%, 보다 구체적으로 0.25 내지 0.4%, 보다 구체적으로 0.25 내지 0.35% 일 수 있다. 상기 혼합 표준 편차가 0.5% 이하일 때 미분탄과 분체형 바인더가 고르게 혼합되었다고 볼 수 있고, 이에 따라 고속 고에너지 교반기를 사용하지 않고, 1차 교반만으로 충분히 혼합될 수 있다.
상기 교반기(400) 이후, 상기 혼합물을 숙성시키는 대용량 숙성 반응기(800)를 포함할 수 있다.
상기 석탄 파쇄 및 입도 선별 장치(200) 전에 석탄을 건조하는 건조장치(100)를 포함할 수 있다.
본 개시 일 구현예의 성형탄은 미분탄, 부원료 및 분체형 바인더를 포함하고, 상기 분체형 바인더는 상기 분체형 바인더는 전분 함량이 50 내지 99 중량%일 수 있다.
상기 분체형 바인더는 성형탄 총 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%으로 포함될 수 있다. 성형탄 제조시에 분체형 바인더가 너무 많이 포함되는 경우에는 성형탄을 제조하는데 드는 비용이 증가하는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 분체형 바인더가 너무 적게 포함되는 경우에는 성형탄의 강도가 충분히 확보되지 않는 문제가 있을 수 있다.
상기 석탄은 역청탄(Bituminous coal), 아역청탄(Subbituminous Coal), 무연탄 (Anthracite), 코크스 등 탄소가 함유된 원료를 사용할 수 있다.
상기 분체형 바인더는 감자, 고구마, 카사바, 옥수수, 쌀 등 전분 함유 원료 일체, 그것을 전분 추출 과정 없이 파쇄하여 분체형으로 만든 것, 전분 추출 과정을 통해 전분 함량을 높인 것, 이를 별도의 가공 처리를 하여 만든 변성 전분, 호화 전분 및 PVA, Cellulose ether와 같은 분체로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 분체형 바인더는 평균 입경이 0.01 내지 1 mm 일 수 있다. 분체형 바인더의 평균 입경이 너무 큰 경우에는 전분이 호화에 필요한 에너지 또는 반응 시간이 과대해져 품질 확보가 어려운 문제가 있을 수 있다. 반대로 분체형 바인더의 평균 입경이 너무 작은 경우에는 비산에 의한 집진으로 인하여 유실 가능성이 높아 품질 저하의 문제가 있을 수 있다.
상기 미분탄은 성형탄 품질 편차를 줄이기 위하여 입도 분포가 일정한 것이 바람직하다. 상기 선별된 미분탄은 전체 100 중량%에 대하여 입도 5mm 이하가 90 중량% 이상, 입도 3mm 이하가 80중량% 이상이고, 1 내지 2mm 정도의 평균 입도를 가질 수 있다.
본 개시 일 구현예의 용철 제조장치는 상기 제조된 성형탄과 환원철이 공급되어 용융되는 용융가스 화로를 포함할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예 - 분체형 바인더 혼합성 평가
분체형 바인더를 사용한 경우 교반성이 좋아 고속 고에너지 교반기를 생략 가능함을 실험으로 확인하고자 하였다. 성형탄 제조 공법에서 미분탄과 바인더가 균일하게 혼합되어 있다고 하려면 혼합물 상태에서의 성분이 균일하게 혼합되었는지 여부를 표준편차로 표현하며 그 편차가 0.5% 이하임이 좋다.
이에, 실시예로 전체 혼합물에 대하여 미분탄 (95 중량%), 분체형 바인더로는 전분을 5 중량%로 혼합하여 고속 교반기가 아닌 일반 저속 교반기로 1차 혼합하여 휘발성분 (Volatile Matter)과 애쉬(Ash) 성분의 혼합성을 분석하였다. 이어서 1차 혼합된 실시예 혼합물을 기존 액상 바인더 사용시 사용되던 고속 교반기를 일반적으로 사용되는 조건으로 사용하여 혼합하였고, 동일하게 휘발성분과 애쉬 성분의 혼합성을 분석하였다.
비교예로는 전체 혼합물에 대하여 미분탄 (95 중량%), 바인더로는 기존에 사용하던 상용 고점성 액상 바인더를 (5 중량%)로 혼합하여 고속 교반기가 아닌 일반 저속 교반기로 표 1의 조건으로 1차 혼합하여 휘발성분 (Volatile Matter)과 애쉬(Ash) 성분의 혼합성을 분석하였다. 이어서 1차 혼합된 실시예 혼합물을 기존 액상 바인더 사용시 사용되던 고속 교반기를 사용하여 일반적인 조업 조건으로 혼합하였고, 동일하게 휘발성분과 애쉬 성분의 혼합성을 분석하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 공통적으로 사용한 1차 혼합시 사용한 일반 저속 교반기의 스펙은 다음과 같다. 축 회전 속도는 모터 출력 220kW, 교반날개 4개, 감속기 1/43기준에서 40~41rpm이었고, 교반기 부피는 29㎥ 이었다. 교반기의 처리량 (Capacity)는 일반적인 조업기준으로 시간당 210톤 이었다. 교반기 내 체류량은 20.3톤 이었다.
혼합성 분석은 시료를 10종을 준비하여 휘발성분과 애쉬성분의 혼합 이후 혼합물 내의 성분이 균일하게 혼합되었는지 여부를 표준편차로 하여 공업분석으로 분석하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 압축강도는 해당 혼합물을 성형탄으로 형성하여 측정하였다.
구분 1차 교반 이후 (고속 교반 전) 2차 교반 이후 (고속 교반 후)
휘발성분
표준편차		 애쉬성분
표준편차		 압축강도
(kgf)		 휘발성분
표준편차		 애쉬성분
표준편차		 압축강도
(kgf)
실시예1 0.27% 0.34% 15~30 0.23% 0.41% 15~30
비교예1 1.22% 1.38% 30~50 0.47% 0.35% 15~30
상기 에서 확인 할 수 있듯이 분체형 바인더를 사용한 실시예의 경우 고속 교반 (2차 교반)을 하지 않더라도, 즉 1차 교반만 하더라도 혼합물의 혼합정도 표준편차가 0.5% 이하로 충분히 고르게 혼합되어 있음을 확인할 수 있었다.
반면에 기존 액상 바인더를 사용한 비교예의 경우 고속 교반 (2차 교반) 전의 경우 혼합물의 혼합정도 표준편차가 0.5% 초과, 심지어 1% 이상임을 확인할 수 있었다.
즉, 본 개시와 같이 성형탄 제조과정에서 미분탄에 더하여 분체형 바인더를 사용하는 경우에는 혼합성이 좋을 뿐만 아니라 고르게 혼합될 수 있어 제조과정에서 교반기를 1차만 사용하여도 충분함을 확인할 수 있다.
실험예 - 1차 교반기 조건에 따른 혼합정도 평가
이어서 체류시간을 달리하여 처리량이 달라짐에 따른 혼합성을 비교평가하였다. 1차 교반기만 사용하는 경우의 제조조건을 최적화하기 위함이다.
구분 저생산 정상 생산 고생산
처리량(t/h) 87 100 120 150 210 240
체류시간 14 12 10 8 6 5
성분편차 VM 0.25
Ash 0.23		 VM 0.26
Ash 0.38		 VM 0.27
Ash 0.34		 VM 0.31
Ash 0.45		 VM 0.42
Ash 0.35		 VM 0.57
Ash 0.79
상기 결과로부터 알 수 있듯이 체류시간을 짧게 하여 처리량을 210톤/시간을 초과시키는 경우 성분의 혼합 표준편차가 0.5가 초과하여 혼합이 불균일 함을 알 수 있었다. 따라서, 1차 교반기로만 제조하는 경우에는 처리량을 제어하는 것이 중요함을 알 수 있었다.
본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 석탄 건조 장치
200 : 석탄 파쇄 및 입도 선별 장치
300 : 부원료 저장조
400 : 1차 교반기
500 : 2차 교반기
600 : 액상 바인더 공급 장치
700 : 분배 장치
800A : 소용량 숙성 반응기
800B : 대용량 숙성 반응기
900 : 취합 이송 설비
1000 : 성형탄 성형기

Claims (16)

  1. 미분탄, 분체형 바인더 및 부원료를 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계;
    상기 혼합물을 교반하는 단계;
    상기 혼합물을 숙성하는 단계;
    상기 숙성된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계; 및
    를 포함하고,
    상기 혼합물을 교반하는 단계;는 단위시간당 처리량이 210톤/시간 이하인, 성형탄 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물을 교반하는 단계;는
    교반된 혼합물의 휘발성분 또는 애쉬성분 혼합 표준 편차가 0.5% 이하인, 성형탄 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물을 교반하는 단계;에서
    상기 교반하는 단계는 1회만 진행되는 것인, 성형탄 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미분탄, 분체형 바인더 및 부원료를 혼합하는 단계;에서,
    미분탄, 분체형 바인더 및 부원료는 동시에 혼합되는 것인, 성형탄 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물을 숙성하는 단계;에서,
    혼합물은 대용량 숙성 반응기에서 숙성하는 단계인, 성형탄 제조방법
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미분탄, 분체형 바인더 및 부원료를 혼합하는 단계;에서,
    상기 분체형 바인더는 혼합물 전체 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%로 혼합되는, 성형탄 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 분체형 바인더는 전분 함량이 50 내지 99 중량%인, 성형탄 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분체형 바인더는 평균 입경이 0.01 내지 1 mm인, 성형탄 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 미분탄, 분체형 바인더 및 부원료를 혼합하는 단계; 전에,
    석탄을 건조 및 파쇄하고 그 입도를 선별하여 미분탄을 배출하는 단계;를 포함하고,
    상기 선별된 미분탄은 입도 분포가 전체 100 중량%에 대하여 입도 5 mm 이하가 90 중량% 이상인, 성형탄 제조방법.
  10. 석탄을 파쇄하고 입도를 선별하여 미분탄을 배출하는 파쇄 및 입도 선별 장치;
    부원료 및 분체형 바인더를 저장하고 배출하는 저장조;
    상기 입도 선별 장치와 연결되어 배출된 미분탄이 투입되며, 상기 저장조와 연결되어 배출된 부원료, 및 분체형 바인더가 부입되어 이들을 혼합하여 교반하는 교반기;
    상기 교반된 혼합물을 숙성시키는 대용량 숙성 반응기; 및
    상기 대용량 숙성 반응기와 연결되고, 숙성된 혼합물이 투입되어 이를 성형하여 성형탄을 제조하는 성형기;
    를 포함하고,
    상기 교반기는 전체 설비 내 단일 교반기로 이루어진 것인 성형탄 제조장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 교반기는 단위시간당 처리량이 210톤/시간 이하인, 성형탄 제조장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 교반기;는 교반된 혼합물의 휘발성분 또는 애쉬성분 혼합 표준 편차가 0.5% 이하인, 성형탄 제조장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 석탄 파쇄 및 입도 선별 장치 전에 석탄을 건조하는 건조장치를 포함하는, 성형탄 제조장치.
  14. 미분탄, 부원료 및 분체형 바인더를 포함하고,
    상기 분체형 바인더는 전분 함량이 50 내지 99 중량%이며,
    상기 분체형 바인더는 성형탄 총 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%로 포함되는, 성형탄.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 분체형 바인더는 직경이 0.01 내지 1mm인, 성형탄.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 미분탄은 입도 분포가 전체 100 중량%에 대하여 입도 5 mm 이하가 90 중량% 이상인, 성형탄.
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