WO2014051180A1 - 팜 잔사유를 이용한 석탄의 개질방법 - Google Patents

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노남선
문승현
김상도
전동혁
임영준
임정환
최호경
유지호
최영찬
이동욱
유인수
이승재
우제경
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한국에너지기술연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a method for reforming coal, and more specifically, by using a solid palm residue in phase silver to prevent water resorption and to increase the calorific value to economically reform the coal to high quality.
  • a method for reforming low grade coal is a method for reforming low grade coal.
  • Coal is divided into peat, brown coal, lignite, sub-bituminous coal, bituminous coal, anthracite grades, and bituminous coal is divided into low volatile, heavy volatile and high volatile bituminous coal.
  • anthracite is divided into semi-anthracite, anthracite, Meta-anthracite and non-anthracite anthracite, among which brown coal to sub-bituminous coal is classified as low grade coal tin (LRC) and bituminous coal to high grade coal (HRC).
  • LRC low grade coal tin
  • HRC bituminous coal to high grade coal
  • High-grade coal such as anti-anthracite and bituminous coal
  • bituminous and semi-anthracite coals are expensive and have low reserves, and research has been conducted since the 1980s to utilize high-quality low rank coal (LRC), which is relatively rich in reserves and low in price.
  • LRC high-quality low rank coal
  • lignite one of the lower grade coals, is cheaper than bituminous coal, but has a low moisture content of 30 to 703 ⁇ 4 »and a low calorific value of 2500 to 4000 kcal / kg. It is a state.
  • low grade coal has a high water content and a large weight and volume, which is not advantageous in logistics, and there is a problem that spontaneous ignition occurs easily due to volatile matter contained in coal, even though water is offered. Therefore, from the point of view of economics and stability of logistics, the method of reducing high grade coal and suppressing spontaneous ignition Development is required.
  • Japanese Patent Laid-Open Publication No. 1995-233383 mixes a mixed oil including heavy oil and solvent oil with porous carbon, heats the raw material slurry and advances dehydration of the porous carbon.
  • a method for producing a solid fuel is introduced, comprising a mixture of heavy oils containing heavy oil and solvent oil in the micropores, followed by solid-liquid separation of the slurry.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an economical low grade coal reforming method by coating heavy oil directly on coal without using solvent oil.
  • the present inventors can mix and stabilize palm residues directly to pulverized coal particles, thereby making it possible to achieve high quality of low grade coal without using solvent oil.
  • the present invention was completed by finding out.
  • Palm residue oil is suitable for coal coating because it is a solid liquid in phase silver, but becomes a thin liquid in the silver road where coal is dried, and evenly coats the coal.
  • the present invention (a) pulverizing coal; (b) palm residue oil in crushed stone 3 ⁇ 4
  • the present invention also provides a coal and reforming method using palm residue oil, in which the average particle size of the coal particles subjected to the pulverization step is lower than).
  • the present invention also, in the step of homogeneously mixing the palm residue oil in the pulverized coal, the palm residue oil is mixed with an amount corresponding to 0.5 to 30 weight 3 ⁇ 4 of the coal, using the palm residue oil Provides a method for reforming coal.
  • the present invention also provides a method for reforming coal using palm residues, wherein the step of homogeneously mixing palm residues with the pulverized coal cuts and mixes the palm residues in a sliced form.
  • the present invention also provides a method for reforming coal using palm residue oil, wherein the homogeneously mixing palm residue oil with the pulverized coal melts and mixes the palm residue oil.
  • the drying-stabilizing step is carried out in an indirect heat exchanger type drying-stabilizer, the temperature inside the drying-stabilizer is 100 to 115l, the drying-stabilizer so that a hybridization can occur It provides a method of reforming coal using palm residue oil, the coal movement inside and has a residence time of 20 to 70 minutes.
  • the moisture of the dry coal, which has been subjected to the dry-stabilization step is 5 to 5.
  • the present invention also provides a method for reforming coal using palm residue, further comprising the step of recovering and reusing the waste heat of the steam generated in the drying-stabilization step.
  • the present invention also provides a method for reforming coal using palm residues, wherein the reusing is reused for preheating the transport gas.
  • the present invention also provides a method for reforming coal using palm residue, wherein the reuse step reuses the palm residue before melting with coal.
  • the reforming method of low grade coal in which palm residue oil of the present invention is directly mixed with coal not only makes the reforming process low cost and high efficiency by using solvent oil, but also allows the palm residue oil having high calorific value to be coated on the coal surface. This increases the average calorific value of the coal and minimizes the chance of moisture re-adsorption on the coal and spontaneous combustion.
  • La and lb are conceptual diagrams of a process for reforming a coal of the present invention.
  • 5 is a process chart for recovering the waste heat of the steam generated in the drying-stabilizer and used for melting the palm residue oil.
  • FIG. 6 is a result of measuring the viscosity according to the temperature of PFAD.
  • FIG. 7A shows the initial state of contact angle measurement for water droplets of dry coal containing 10 wt. 3 moisture.
  • FIG. 7B shows a state after 10 seconds of contact angle measurement with respect to water droplets of dried coal containing 10% by weight of water.
  • FIG. 8A shows the initial state of contact angle measurement for water droplets when 5% PFAD is mixed with dry coal containing 10 wt.
  • FIG. 8B shows a state after 10 seconds of contact angle measurement with respect to water droplets when 5% PFAD is mixed with dry coal containing 10% by weight of water.
  • 9A is an initial state of measuring contact angle with respect to water droplets of the reformed coal of the present invention.
  • FIG. 9B shows a state after 10 seconds of measurement of contact angle with respect to water droplets of the reformed coal of the present invention.
  • the raw coal is pulverized in the pulverizer 1.
  • a crusher (1) of the raw coal to be pulverized in the present invention a jaw crusher, a pin mill, a hammer mill and a mill may be used. have.
  • the average particle size of the coal pulverized in the coal crushing step of the present invention is preferably 10 kPa or less.
  • the waste residue in the solid state (high viscosity liquid) is mixed homogeneously with the pulverized coal as it is in the solid state (FIGS. 3 and 4), or the waste heat discharged from the dry-stabilizer (6).
  • Steam / Air is used to heat the palm residue and convert it to a liquid ( Figure 5) Is a step.
  • the two methods can be used separately or together. This corresponds to the mixing step shown in FIG.
  • Palm residue oil mixed in one embodiment of the present invention is an amount corresponding to 0.5 to 30% by weight of coal. Palm residues are the residues after palm oil production in Indonesia, Malaysia, etc. Palm fatty acid dist il late (PFAD), palm sludge oil (PSO), etc., which are in the solid phase and higher than 9,000 kcal / kg It has a calorific value.
  • the palm residue oil is not coated on the surface of the coal, but is mixed with each other.
  • the palm residue oil is cut into slices using a cutting machine (2). Combined palm remnants and coal blended are transferred to silos (4).
  • Coal mixed with the palm residue in the silo 4 is transferred to a dry-stabilizer 6 via a screw feeder 5.
  • the palm residue oil buried on the coal surface melts to coat the surface, and the water of the coal evaporates. Palm residue oil adhering to the coal surface in the mixing step melts as the temperature rises and diffuses throughout the coal surface (FIG. 2 melting step).
  • the moisture in the pores in the coal is evaporated (FIG. 2 evaporation step) to be in a vacuum state and the palm residue oil diffused on the surface penetrates into the pores (FIG. 2 infiltration step).
  • the drying-stabilizer is an indirect heat exchange type, has a sufficient residence time of 20 to 70 minutes, and is suitable for a form in which a mixed effect may occur due to the movement of coal in the interior.
  • the drying-stabilizer is equipped with a drive motor 7 to enable the movement of coal therein.
  • the drying-stabilizer may be evaporated and dried by heating to about 120 to 180 "C using a steam tube dryer or a rotary disk dryer.
  • the drying-stabilizer may include a steam supply for heating and a spent water discharge device after use of the supplied steam
  • the drying-stabilizer 6 may use conventional transport gases such as nitrogen and flue gas, FDOForced Draft Fan (8) is used to blow up the carrier gas.
  • the internal stabilizer of the dry-stabilizer rests at about 100 to 115 * C and the rust of palm residues Since the melting point is 40 to 60'C, melting of palm residue oil and drying of coal moisture proceed simultaneously. Since the coal surface coating of palm residue oil is sufficiently saturated within 20 minutes, the dry-stabilizer residence time can be adjusted to about 20 to 70 minutes depending on the moisture content of the coal. The moisture of the dry coal is 8 to 15% by weight.
  • Coal discharged from the dry-stabilizer is about 100 tons, so there is a possibility of spontaneous ignition if left outside. Therefore, the present invention further performs the step of concealing the dry-stabilized coal using the cooler 11 after the performance of this step. Coal remains heated until the previous stage so that palm residue remains liquid coated on the surface of the coal, but as it cools to room temperature, the palm residue coated on coal is transformed back into solid phase. Figure 2 solidification step) to maximize the stabilization effect to prevent moisture re-adhesion and reduce the spontaneous ignition tendency.
  • a conventional apparatus used for the angle of cooling such as a cooler 11, may be used.
  • the exhaust gas discharged from the drying-stabilizer is sent to a cyclone (9) to collect the pulverized coal contained in the exhaust gas and supply it to the molding machine (12).
  • the pulverized coal exhaust gas is discharged using an ID (Induced Draft) fan (10).
  • the final dried and discharged coal is molded using a molding machine (12) for easy long-term transfer.
  • the water remaining in the coal and the palm residue serves as a binder of the molding
  • palm palm oil coated on the surface of the coal serves to prevent the reabsorption of water and to increase the calorific value.
  • the molding process is carried out by pressing coal, and in one embodiment of the present invention to produce a briquette with the forming agricultural crystals.
  • each step and forming step may be changed.
  • the waste heat of the steam generated in the drying-stabilizer 6 is recovered.
  • the heat recovered at this stage is used for preheating of the transport gas by filtering the pulverized coal from the cyclone (9 :) and then passing through the heat exchanger (21) to the drying-stabilizer as shown in FIG.
  • After filtering the pulverized coal from the cyclone (9) Go to heat (31) and use it to melt palm residues.
  • the liquid palm residue may be directly injected into the mixer to increase the homogeneity of coal and palm residue, and in this case, the amount of palm residue may be reduced.
  • a pump 32 and a spray nozzle 33 are used for the palm residue injection.
  • the Indonesian sub-bituminous coal was pulverized from 0.5 to 3 mW, and 50 g of PFAD was added to 1 kg of coal.
  • the air was blown at 51 / min by the carrier gas, and the kiln silver was set at 160 ° C to maintain the internal temperature of the kiln at 105 to 110'C.
  • pellets were prepared by maintaining the modified coal 3 ⁇ 4 at 10 l for 1 minute using Atlas 15T manual hydraulic press (Specac Ltd., UK).
  • Viscosity measurement instrument was DV-III UltraCBrookfield Engineering, USA). Silver also exhibits a very low viscosity of about 15 cP (centi-Poise) at 50 "C, and the viscosity decreases with increasing silver. The viscosity is very low compared to other heavy oils, so it is easily coated on coal surfaces when melted in high silver. There is an advantage that can be.
  • Table 1 shows the physical properties of the raw coal and the modified coal. Industrial analysis and calorific value are based on the test samples. The analyzer names are as follows.
  • the calorific value of the reformed coal through the embodiment of the present invention was found to increase to 5,862 kcal / kg compared to 4,370 kcal / kg when raw coal.
  • pellets were prepared after drying coal with 10 wt. As a result of measuring the amount of breakdown by applying pressure to the pellets, dry coal and modified coal

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Abstract

본 발명은 용매유를 사용하지 않고 중질유를 직접 석탄에 코팅함으로써, 에 너지를 절약하면서 저등급 석탄을, 고발열량을 가지며 수분재흡착과 자연발화가 최 소화된 고품위 석탄으로 경제적으로 개질할 수 있다. 본 발명은 석탄을 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 석탄에 팜 잔사유(Palm residue)를 균질하게 혼합하는 단계; 상 기 석탄과 혼합된 팜 잔사유가 융해하여 석탄표면을 코팅하고 동시에 석탄내 수분 이 건조되는 건조-안정화 단계; 상기 건조-안정화 단계를 거친 팜잔사유가 코팅된 석탄을 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 석탄을 성형하는 단계를 포함하는, 석탄의 개질방법을 제공한다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
팜 잔사유를 이용한석탄의 개질방법
【기술분야】
본 발명은 석탄의 개질방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 상은에서 고형 인 팜 잔사유 (Palm residue)를 활용하여 수분 재흡수를 방지하며 발열량을 증가시 켜 재활용함으로써 경제적으로 고품위 석탄으로 개질하는， 저등급 석탄의 개질방법 에 관한 것이다.
【배경기술】
단기적으로 원유값상승, ,중장기적으로 원유고갈둥에 대비하여 원유를 대체 할 수 있는 에너지원을 확보하기 위한 노력이 계속되고 있다. 최근 태양에너지, 바 이오 에너지 등 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나， 산업적 이용에는 아직 한계가 있다. 이로 인해 석탄에 대 한 수요가 다시 증가하고 있으며, 국내에서는 대부분의 탄광이 폐광된 상태이므로 호주， 인도네시아둥 해외에서 석탄을수입해오고 있는실정이다.
석탄은 토탄 (peat)에서부터 brown coal, 갈탄 (lignite), 아역청탄 (sub- bituminous coal), 역청탄 (bituminous coal), 무연탄 ( anthracite) 등급으로 나뉘어 지고 역청탄은 다시 저휘발분, 중휘발분， 고휘발분 역청탄으로, 그리고 무연탄은 반무연탄, 무연탄， Meta-무연탄과 혹연계 무연탄으로 나뉘어지며, 이 중에서 brown coal부터 아역청탄까지는 저등급석틴: (LRC)으로, 역청탄부터는 고등급석탄 (HRC)로 분류된다.
석탄을 직접 연소시켜 화력발전을 하기 위해서는 반무연탄, 역청탄 등의 고 품위 석탄이 사용되어야 한다. 그러나 역청탄 및 반무연탄은 값이 비싸고 매장량도 적기 때문에 상대적으로 매장량이 풍부하고 가격이 저렴한 저등급 석탄 (LRC: Low Rank Coal)을 고품위화하여 활용하기 위한 연구가 1980년대부터 진행되어 왔다. 저등급 석탄 증 하나인 갈탄을 예로 들면 역청탄에 비해 가격은 낮지만， 수 분 함유량이 30내지 70¾»로 않고, 발열량이 2500 내지 4000 kcal/kg 이하로 낮아 연 소용으로활용하는 양이 최근까지도미미한상태이다.
게다가 저등급 석탄은 수분의 함량이 높아 무게와 부피가 크므로 물류에 있 어서 이롭지 않으며， 수분을 제의하고도 석탄에 포함된 휘발분으로 인해 자연발화 가 쉽게 일어나서 이동이 용이하지 않다는 문제점도 있다. 따라서 물류의 경제성과 안정성의 관점에서도 저등급 석탄을 고품위화하고 자연발화를 억제시키는 방법의 개발이 요구되고 있는 것 이다.
<?> 일본 공개특허 1995-233383호는 중질유분과 용매유분을 포함하는 혼합유를 다공질탄과 흔합하고， 이 원료 슬러리를 가열하고 그 다공질탄의 탈수를 진행시키 는 것과 쯩시에， 그 다공질탄의 미세구멍 내에 중질유분과 용매유분을 포함하는 흔 합유를 함유하게 하고 , 이어서 슬러리를 고액분리하는 것을 특징으로 하는 고형 연 료의 제조방법을 소개하고 있다.
<8> 그러나, 상기 방법은 고가의 용매유가 중질유와 함께 사용되고 있어서 고액 분리를 통해 회수하고 있지만 상당량은 석탄에 잔류하게 되어 개질공정을 복잡하게 하고 개질에 따른 비용을 높이는 등의 단점을 가지고 있다.
<9> [선행기술문헌]
<10> [특허문헌 ]
<ιι> 일본 공개특허 1995-233383호
【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
<12> 본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로， 용메 유를 사용하지 않고 중질유를 직접 석탄에 코팅함으로써 , 경제적인 저등급 석탄의 개질방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
【기술적 해결방법】
<i3> 상기 과제를 해결하기 위하여 , 본 발명자들은 팜 잔사유 (Palm residue)를 직 접 분쇄된 석탄입자에 흔합하여 건조 -안정화함으로써， 용매유를 사용하지 않고도 저등급 석탄을 고품위화 할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
<14> 팜 잔사유는 상은에서 고체이나 석탄이 건조되는 은도에서는 묽은 액체가 되 어 석탄을 고르게 코팅하고 건조 후 다시 상은에서는 고체가 되는 특성훌 보여 석 탄 코팅에 적합하다.
<15> 본 발명은 (a) 석탄을 분쇄하는 단계 ; (b) 상기 분쇄된 석 ¾에 팜 잔사유
(Palm residue)를 균질하게 흔합하는 단계 ; (c) 상기 석탄과 흔합된 팜 잔사유가 융해하여 석탄표면에 코팅되고 동시에 석탄내 수분이 건조되는 건조-안정화 단계 ; (d) 상기 건조-안정화단계를 거친 석탄의 넁각 단계 ; 및 (e) 상기 넁각 단계를 거 친 석탄을 성형하는 단계를 포함하며 , 또는 상기 (e)단계 후에 (d)단계를 수행하 는, 팜 잔사유를 이용한 석탄의 개질방법을 제공한다.
<16> 본 발명은 또한， 상기 분쇄하는 단계를 거친 석탄 입자의 평균입도는 )瞧이 하인 , 팜 잔사유를 이용한 석탄와 개질방법을 제공한다. <17> 본 발명은 또한， 상기 분쇄된 석탄에 팜 잔사유를 균질하게 흔합하는 단계에 서 상기 팜 잔사유는 상기 석탄의 0.5 내지 30 중량 ¾에 해당하는 양을 혼합하는， 팜 잔사유를 이용한 석탄의 개질방법을 제공한다.
<18> 본 발명은 또한, 상기 분쇄된 석탄에 팜 잔사유를 균질하게 혼합하는 단계는 상기 팜 잔사유를 슬라이스 형 태로 잘라 흔합하는, 팜 잔사유를 이용한 석 탄의 개 질방법을 제공한다.
<19> 본 발명은 또한， 상기 분쇄된 석탄에 팜 잔사유를 균질하게 혼합하는 단계는 상기 팜 잔사유를 융해하여 혼합하는 , 팜 잔사유를 이용한 석탄의 개질방법을 제공 한다.
<20> 본 발명은 또한 , 상기 건조-안정화 단계는 간접형 열교환식 건조 -안정화기에 서 진행하며， 상기 건조-안정화기 내부 온도는 100 내지 115ΐ 이고， 흔합 교화가 발생할 수 있도록 상기 건조—안정화기 내부에서 석탄이 움직 이며 20 내지 70분의 체류시간을 가지는 , 팜 잔사유를 이용한 석탄의 개질방법을 제공한다.
<21> 본 발명은 또한, 상기 건조-안정화 단계를 거친 건조 석탄의 수분은 5 내지
20 중량¾가 되도록 건조 -안정화하는 석탄의 개질방법을 제공한다.
<22> 본 발명은 또한, 상기 건조-안정화단계에서 발생하는 증기의 폐열을 회수하 여 재사용하는 단계를 더 포함하는 , 팜 잔사유를 이용한 석탄의 개질방법을 제공한 다.
<23> 본 발명은 또한， 상기 재사용하는 단계는 운송기체의 예열에 재사용하는， 팜 잔사유흘 이용한 석탄의 개질방법을 제공한다.
<24> 본 발명은 또한， 상기 재사용하는 단계는 팜잔사유를 석탄과 흔합하기 전에 융해하는데 재사용하는 , 팜 잔사유를 이용한 석탄의 개질방법을 제공한다.
【유리한 효과】
<25> 본 발명의 팜잔사유를 직접 석탄에 흔합한 저둥급 석탄의 개질방법은， 용매 유를 사용하지 않음으로써 개질공정을 저비용, 고효율화할뿐 아니라 발열량이 높은 팜 잔사유가 석탄표면에 코팅하게 함 로써 석탄의 평균 발열량이 증가하도록 하 고, 석탄에 수분이 재흡착할 가능성과 자연발화가 될 가능성을 최소화한다.
【도면의 간단한 설명】
<26> 도 la 및 도 lb는 본 발명의 석탄 개질방법 공정 개념도이다.
<27> 도 2는 본 발명의 안정화 과정이다 .
<28> 도 3은 본 발명의 상세 공정도이다.
<29> 도 4는 건조-안정화기에서 발생한 증기의 폐열을 회수하여 운송 기체 예열에 사용하는 공정도이다.
<30> 도 5는 건조-안정화기에서 발생한 증기의 폐열을 회수하여 팜잔사유 융해에 사용하는 공정도이다.
<3i> 도 6은 PFAD의 온도에 따른 점도를 측정한 결과이다.
<32> 도 7a는 수분이 10 중량 ¾ 함유된 건조탄의 물 액적에 대한 접촉각 측정 초기 상태이다.
<33> 도 7b는 수분이 10 중량 % 함유된 건조탄의 물 액적에 대한 접촉각 측정 10초 경과한 후의 상태이다.
<34> 도 8a는 수분이 10 중량 ¾ 함유된 건조탄에 PFAD 5%를 흔합한 경우의 물 액적 에 대한 접촉각 측정 초기 상태이다.
<35> 도 8b는 수분이 10 중량 % 함유된 건조탄에 PFAD 5%를 흔합한 경우의 물 액적 에 대한 접촉각 측정 10초 경과한 후의 상태이다.
<36> 도 9a는 본 발명의 개질석탄의 물 액적에 대한 접촉각 측정 초기 상태이다.
<37> 도 9b는 본 발명의 개질석탄의 물 액적에 대한 접촉각 측정 10초 경과한 후 의 상태이다 .
<38> 도 10은 각 석탄에 대해 시간 경과에 따른 접촉각 변화를 비교한 것이다.
【발명의 실시를 위한 형 태】
<39> 이하에서， 본 발명의 저둥급 석탄의 개질방법을 도 1내지 도 5# 참조하여 , 단계별로 상세하게 설명한다 . 도 la에 도시된 바와 같이 본 발명은 분쇄 -흔합 -건조 /안정화 -넁각 -성 형 공정을 거친다.
<40>
<4i> (a) 석탄을 분쇄하는 단계
<42> 원료석탄을 분쇄기 ( 1 )에서 분쇄한다. 본 발명에서 사용되는 분쇄되는 원료 석탄의 분쇄기 ( 1 )로는 조 크러셔 (Jaw crusher) , 핀 밀 (Pin mi l l ) , 해머 밀 (Hammer mi l l ) , 를 밀 (Rol l mi l l ) 등을 사용할 수 있다.
<43> 본 발명의 석탄 분쇄 단계에서 분쇄된 석탄의 평균입도는 10讓 이하인 것이 바람직하다.
<44>
<45> (b) 분쇄된 석탄에 팜 잔사유 (Palm residue)를 균질하게 혼합하는 단계
<46> 흔합기 ( 3 )에서 고체상태 (고점도 액체 )인 팜 잔사유를 고체상태 그대로 분 쇄된 석탄에 균질하게 혼합 (도 3， 도 4)하거나， 건조-안정화기 ( 6 )에서 배출되는 폐열 (스팀 /공기 )을 이용하여 팜 잔사유를 가열하여 액체로 전환시켜 혼합 (도 5)하 는 단계이다. 두 가지 방법을 별도로 사용하거나 같이 사용할 수 있다. 도 2에 나 타낸 혼합 단계가 이에 해당한다. 본 발명의 일 구현예에서 혼합되는 팜 잔사유는 석탄의 0.5 내지 30 중량 %에 해당하는 양이다. 팜 잔사유는 인도네시아， 말레이시 아 등에서 팜유 생산 후 잔류물로써 , palm fatty acid dist i l late (PFAD) , palm sludge oi l (PSO) 등이 이에 해당하며， 상은에서 고체상이고 9,000 kcal/kg 이상의 높은 발열량을 갖는다.
<47> 상기 단계에서 팜 잔사유와 석탄은 물리적으로 흔합되어 있는 상태이므로 팜 잔사유가 석탄의 표면에 코팅되는 것은 아니고 서로 섞여 있는 상태이다 . 본 발명 의 일 구현예에서 팜 잔사유를 고체상태로 혼합하는 경우 팜 잔사유는 커팅기 ( 2 ) 를 이용해 슬라이스 형 태로 잘라 사용한다. 흔합기를 거친 팜 잔사유와 흔합된 석 탄은 사일로 ( 4 )로 이동한다.
<48>
<49> (C) 석탄과 혼합된 팜 잔사유가 융해하여 석탄표면에 코팅되고 동시에 석탄 내 수분이 건조되는 건조-안정화 단계
<50> 상기 사일로 ( 4 )에서 팜 잔사유와 흔합된 석탄을 스크류피더 ( 5 )를 통해 건조-안정화기 ( 6 )로 이송한다. 상기 건조-안정화기에서 석탄 표면에 묻어 있는 팜 잔사유가 융해하여 표면을 코팅하고 , 석탄의 수분이 증발한다. 혼합 단계에서 석탄 표면에 접착된 팜 잔사유는 온도가 상승함에 따라 융해하여 석탄 표면 전체로 확산 (도 2 융해 단계 )한다. 이후 열전달에 의해 석탄 내부의 기공에 있는 수분이 증발 ( 도 2 증발 단계 )하면서 진공 상태가 되어 표면에 확산되어 있는 팜 잔사유가 기공 으로 침투 (도 2 침투 단계 )하게 된다. 본 발명의 일 구현예에서 건조 -안정화기의 형 태는 간접형 열교환식이며， 20 내지 70분의 충분한 체류시간을 갖고， 내부에서 석탄의 움직 임 이 있어서 흔합 효과가 발생할 수 있는 형 태가 적당하다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 건조-안정화기에는 내부에서 석탄의 움직임이 가능할 수 있도 록 구동모터 ( 7 )가 장착된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 건조 -안정화기는 스 팀 튜브 드라이어 (steam tube dryer) 또는 로터리 디스크 드라이어 (rotary disk dryer)를 사용하여 약 120 내지 180"C로 가열하여 증발 및 건조시킬 수 있다. 상기 건조-안정화기에는 가열을 위한 스팀 공급장치와 상기 공급된 스팀의 사용 후 웅축 수 배출장치가 포함될 수 있다. 상기 건조-안정화기 ( 6 )에는 질소 및 배가스 같은 통상적인 운송 기체가 사용될 수 있으며， FDOForced Draft) 팬( 8 )을 이용해 운송 기체를 불어 넣어 준다.
5i> 건조-안정화기 내부 은도는 약 100 내지 115*C로 휴지하며 , 팜 잔사유의 녹 는점이 40 내지 60'C이므로 팜 잔사유의 융해와 석탄 수분의 건조가 동시에 진행된 다. 팜 잔사유의 석탄 표면 코팅은 20분 이내에 충분히 이투어지므로 , 건조-안정화 기 체류시간은 석탄의 수분 함량에 따라 약 20 내지 70분으로 조절 가능하다. 건조 석탄의 수분은 8 내지 15 중량 %가 되도록 한다.
<52>
<53> (d) 건조-안정화 단계를 거친 석탄의 냉각 단계
<54> 건조-안정화기에서 배출되는 석탄의 은도는 약 lOOt로 높기 때문에 외부에 그대로 방치 할 경우 자연발화될 가능성이 있다. 따라서 , 본 발명은 이 단계의 수 행 후에 냉각기 ( 11 )를 이용하여 상기 건조-안정화된 석탄을 넁각시키는 단계를 더 수행한다. 이 전 단계까지 석탄은 가열된 은도를 유지하여 팜 잔사유는 석탄 표 면에 액상으로 코팅된 상태를 유지하지만, 상기 단계에서 상온으로 냉각함에 따라 석탄에 코팅된 팜 잔사유는 다시 고상으로 변형 (도 2 응고 단계 )되어 수분 재홉착 을 방지하고 자연발화 경 향을 감소시키는 안정화 효과를 극대화한다. 상기 넁각 단 계에서는 냉각기 ( 11 )등 넁각에 사용되는 통상적인 장치가 사용될 수 있다.
<55> 상기 건조-안정화기에서 배출되는 배기가스는 사이클론( 9 )으로 보내져서 배기가스에 포함된 미분탄을 모아 성형기 ( 12 )로 공급한다. 본 발명의 일 구현예 에서， 미분탄을 제거한 배기가스는 ID( Induced Draft) 팬( 10 )을 이용해 배출된 다.
<56>
<57> (e) 냉각 단계를 거친 석탄을 성 형하는 단계
<58> 최종 건조되어 배출된 석탄은 장기간 이송의 용이성을 위하여 성형기 ( 12 ) 를 이용해 성형한다. 이 때 석탄에 남아있는 수분과 팜 잔사유가 성형의 바인더 역 할을 하며 , 석탄 표면에 코팅된 팜 잔사유는 수분 재흡수를 방지하는 역할과 발열 량을 높여주는 역할을 한다. 상기 성형 공정은 석탄을 압착하여 진행하며 , 본 발명 의 일 구현예에서는 상기 성형 농정으로 조개탄을 제조한다ᅳ
<59> 도 lb에 도시된 바와 같이， 넁각 단계와 성형 단계의 순서는 바뀌어도 무방 하다.
<60> ( f ) 폐열을 회수하여 재사용하는 단계
<61> 건조-안정화기 ( 6 )에서 발생하는 증기의 폐열을 회수한다. 이 단계에서 회 수된 열은 도 4에 나타낸 것과 같이 사이클론( 9：)에서 미분탄을 걸러낸 뒤 열교환 기 ( 21 )를 거쳐 건조 -안정화기로 이동하여 운송기체의 예열에 사용하거나， 도 5에 나타낸 것과 같이 사이클론( 9 )에서 미분탄을 걸러낸 뒤 팜 잔사유를 가열하는 가 열기 ( 31 )로 이동하여 팜 잔사유를 융해하는 데 사용할 수 있다. 팜 잔사유를 흔 합 전에 융해하는 경우, 혼합기에 액상의 팜 잔사유를 직접 분사하여 석탄과 팜 잔 사유의 흔합 균질도를 높일 수 있으며, 이 경우 팜 잔사유의 흔합량을 감소시키는 효과가 있다. 본 발명의 일 구현예에서는 팜 잔사유 분사를 위해 펌프 ( 32 )와 분 사노즐 ( 33 )을사용한다.
이하에서， 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나， 하기 의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서， 본 발명의 범위 가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범 위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다. 실시예
인도네시아 아역청탄을 0.5내지 3讓로 분쇄하여 석탄 1 kg에 PFAD 50 g을 흔합하였다. 로터리 킬른 형태의 전기로에 넣고 운송기체로 공기를 51/min으로 홀 려주며 킬른 은도를 160°C로 설정하여 킬른 내부 온도를 105 내지 110'C로 유지하 였다. 70분간 건조코팅 후 Atlas 15T manual hydraulic press (Specac Ltd., UK) 을 이용하여 개질 석탄 ¾을 10론으로 1분간유지하여 펠렛을 제조하였다.
PFAD의 온도에 따른 점도를 측정한 결과를 도 6에 나타내었다. 점도 측정 장 치는 DV-III UltraCBrookfield Engineering, USA)를 사용하였다. 은도 50 "C에서 약 15 cP(centi-Poise)로 매우 낮은 점도를 나타내고 있으며, 은도가 상승할수록 점도가 더욱 감소한다. 다른 중질유에 비해 점도가 매우 낮아 고은에서 융해될 경 우 석탄표면에 쉽게 코팅될 수 있는 장점이 있다.
상기 원탄과 개질석탄의 물성을 표 1에 나타내었다. 공업분석과 발열량은 도 착시료 기준이며, 분석기기명은 다음과 같다.
TGA-701 Thermogravimeter.CLECO Co., USA)
Parr 6400 Calorimeter； (PARR Co. , USA)
분석 결과, 본 발명의 실시예를 통한 개질 석탄의 발열량은 원탄일 때의 4,370kcal/kg에 비해 5,862kcal/kg으로증가함을 알수 있었다.
【표 1】
원탄과 개질석탄의 물성
Figure imgf000010_0001
<73>
<74> 일반적으로 석탄을 조개탄형 태로 성형하면 분탄형 태일 때 비해 자연발화 경 향이 현저히 감소하는 것으로 알려져 있으나， 분탄일 경우의 자연발화성도 검토하 였다. 자연발화 경향의 척도로 일반적으로 사용되는 CPT(cross point temperature) 를 측정하여 표 2에 나타내었다. CPT 값이 높을수톡 자연발화성 이 억제됨을 나타낸 다. 개질 석탄의 경우 유연탄 수준의 자연발화 경향을 나타내었다.
<75> 【표 2】
<76> CPT 값 비교
Figure imgf000010_0002
<77> 강도 테스트를 위해 펠랫 제조와 동일한 장치를 사용하였다. 강도 비교를 위 해 개질석탄과 동일하게 수분 10 중량 ¾로 석탄을 건조한 후 펠렛을 제조하였다. 펠 렛에 압력을 가하여 파괴되는 증량을 측정한 결과 건조석탄과 개질석탄이 동일하게
600 kg으로 나타났다. 팜 잔사유에 의한 강도 차이는 나타나지 않았다.
<78> 성형탄의 수분 재흡수 테스트를 위해 도 7 내지 도 9에 나타낸 바와 같이 성 형탄 표면에 물 을 적하하여 현상을 관찰하였다. 이 때 사용한 장비는 접촉각 측정 장치인 SE0~300A ( (주) 에스이오 , 한국)를 이용하였다. 비교를 위해 수분 10 중량 ¾ 건조탄 (도 7)의 펠렛을 제조하였으며 , 현 개질 공정에 대한 검증을 위해 수분 10 증량 ¾로 건조 후 PFAD 5 중량 ¾를 흔합 (도 8)하여 펠렛을 제조하였다. 건조탄의 경 우 물 액적이 성형탄 표면에 닿자마자 빠르게 흡수 (도 7a , b)되었다. 건조 후 PFAD 를 흔합한 경우도 속도의 차이는 있으나 물이 성형탄 내부로 홉수 (도 8a , b)되었 다. 개질 석탄의 경우 물 액적이 표면에 ' 흡수되지 않고 유지하는 현상 (도 9a , b)을 보였다. 도 10에 나타낸 시간에 따른 접촉각의 변화를 보면 , 건조탄의 경우 초기
72°에서 급격히 감소하였으며， 건조 후 PFAD를 흔합한 경우 초기 830에서 10초 후 560로 지속적으로 감소하는 경향을 나타내고 있다. 개질 석탄의 경우 초기 970로 가 장 큰 접촉각을 나타내었으며， 10초 후에도 94°로 거의 변회 "가 나타나지 않았다. <79> [부호의 설명 ]
<80> 1. 분쇄기
<81> 2. 커팅기
<82> 3. 혼합기
<83> 4. 사일로
<84> 5. ί크류피더
<85> 6. 건초-안정화기
<86> 7. 구동모터
<87> 8. FD 팬
<88> 9. 사이클론
<89> 10. ID ¾
<90s». 11. ^각기
<91> Ϊ2. 성형기
<92> 21. ¾교#기
<?3> 31. 가열기
<94> 32. 펌프 .
<?5> 33. 분사 노즐

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
(a) 석탄을 분쇄하는 단계;
(b) 상기 분쇄된 석탄에 팜 잔사유 (Palm residue)를 균질하게 혼합하는 단 계;
(c) 상기 석탄과 흔합된 팜 잔사유가 융해하여 석탄표면에 코팅되고 동시에 석탄내 수분이 건조되는 건조-안정화 단계 ;
(d) 상기 건조-안정화 단계를 거친 석탄의 넁각 단계; 및
(e) 상기 넁각 단계를 거친 석탄을 성형하는단계를포함하며,
또는 상기 (e)단계 후쎄 (d)단계를 수행하는,
팜잔사휴를 이용한석탄의 개질방법.
【청구항 2】
제 1항에 있어서,
상기 분쇄하는 단계를 거친 석탄 입자의 평균입도는 10mm이하인， 팜 잔사유 를 이용한석탄의 개질방법 .
【청구항 3]
제 1항에 있어서,
상? 1 분쇄된 석탄에 팜 잔사유를 균질하게 흔합하는 단계에서 상기 팜 잔사 유는 상기 석탄의 0.5 내지 30 중량 ¾>에 해당하는양을 흔합하는， 팜 잔사유를 이용 한석탄의 개질방법 .
【청구항 4]
제 1항에 있어서,
상기 분쇄된 석탄에 팜 잔사유를 균질하게 흔합하는 단계는 상기 팜 잔사유 를슬라이스 형태로 잘라흔합하는, 팜잔사유를 이용한석탄의 개질방법.
【청구항 5】
제 1항에 있어서,
상기 분쇄된 석탄에 팜 잔사유를 균질하게 흔합하는 단계는 상기 팜 잔사유 를 융해하여 흔합하는, 팜 잔사유를 이용한석탄의 개질방법.
【청구항 6]
제 1항에 있어서，
상기 건조-안정화 단계는 간접형 열교환식 건조-안정화기에서 진행하며， 상 기 건조-안정화기 내부 은도는 100 내지 115'C이고, 흔합 교화가 발생할 수 있도록 상기 건조-안정화기 내부에서 석탄이 움직이며 20 내지 70분의 체류시간훌 가지는, 팜 잔사유를 이용한석탄의 개질방법.
【청구항 7】
제 1항에 있어서,
상기 건조-안정화 단계를 거친 건조 석탄의 수 "혼 5 내지 20 중량？가 되도 록 건조-안정화하는, 팜 잔사유를 이용한석탄의 개질방법 .
【청구항 8】
제 1항에 있어서,
상기 건조 -인:정화단계에서 발생하는 증기의 폐열을 회수하여 재사홍하는 단 계를 더 포함하는， 팜 잔사유를 이용한석탄의 개질방법.
【청구항 9】
제 8항에 있어서,
상기 재사용하¾ 단계는 운송기체의 예열에 재사용하는， 팜 잔사유를 이용한 석탄의 개질방법.
【청구항 10】
제 8힘 "에 있어서，
상기 재사용하는 단계는 팔진:사유를 석탄과 흔합하기 전에 융해하는데 재자 용하는, 팜 잔사유를 이용한석탄의 개질방법 .
PCT/KR2012/007904 2012-09-27 2012-09-28 팜 잔사유를 이용한 석탄의 개질방법 WO2014051180A1 (ko)

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