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KR101070636B1 - 연속식 활성탄 제조장치 - Google Patents

연속식 활성탄 제조장치 Download PDF

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KR101070636B1
KR101070636B1 KR1020100005789A KR20100005789A KR101070636B1 KR 101070636 B1 KR101070636 B1 KR 101070636B1 KR 1020100005789 A KR1020100005789 A KR 1020100005789A KR 20100005789 A KR20100005789 A KR 20100005789A KR 101070636 B1 KR101070636 B1 KR 101070636B1
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Abstract

본 발명은 연속식 활성탄 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 활성탄 제조장치로 널리 사용되는 연속식 킬른장치를 구성하고 있는 탄화용 킬른로와 가스 활성화용 킬론로의 열 공급구조 및 열 순환구조를 개량하여, 최소한의 연료가스로 최단시간에 연속식 킬른장치의 내부온도를 안정시킴으로써 고품질의 활성탄을 제조할 수 있는 연속식 활성탄 제조장치에 관한 것이다.

Description

연속식 활성탄 제조장치{Equipment for continuously making active carbon}
본 발명은 연속식 활성탄 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 활성탄 제조장치로 널리 사용되는 연속식 킬른장치를 구성하고 있는 탄화용 킬른로와 가스 활성화용 킬론로의 열 공급구조 및 열 순환구조를 개량하여, 최소한의 연료가스로 최단시간에 연속식 킬른장치의 내부온도를 안정시킴으로써 고품질의 활성탄을 제조할 수 있는 연속식 활성탄 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 산업화에 의한 각종 물질문명의 발달된 도시지역에서는 인구집중과 각종 시설물들이 밀집되어 환경오염에 의한 대기 중의 공기가 심각하게 오염되어 도시지역에 생활하는 많은 사람들의 건강에 많은 위험이 상존하여 왔고, 이에 공기 중의 함유되는 각종 유해물질을 제거하기 위한 공기정화기술이 많이 개발되어 왔는데, 특히 다공질의 탄소 결정체에서 인체에 유익하지 않은 각종 유해물질이 흡착되어 주변 공기를 정화시키는 활성탄의 성능이 알려지면서 여러 형태의 활성탄이 개발되어 왔다.
최근에 가장 보편적으로 사용되고 있는 가스활성화법을 이용한 활성탄의 제조공정은 활성탄의 원료가 되는 유기물을 600~800℃의 범위에서 가열하여 유기물에 포함되어 있는 휘발성 조직은 연소시키고 탄소결정체로 조직화된 탄화물(탄화숯)을 생성하는 탄화공정과, 스팀가스(수증기)등과 같은 가스 촉매제가 첨가된 상기 탄화숯을 800~1100℃의 범위에서 재 가열하여 미세한 다공질의 흡착탄을 생성하는 활성화 공정으로 구분할 수 있고, 상기와 같이 가스활성화법을 이용한 대부분의 활성탄은 공지의 구조로 되어 있는 일반적인 킬른장치[연소가스 공급부, 원료투입구, 탄화용 킬른로, 가스 촉매제를 첨가시켜 가스활성화 반응으로 활성탄을 생성하는 활성화용 킬른로, 가스배출구 등으로 구성되어 있음]를 이용하여 제조되고 있음을 알 수 있다.
한편 흡착성이 우수한 활성탄은 탄소결정체에 대한 조직이 파괴되지 않으면서 탄화물의 외표면에 보다 많은 공극을 형성시켜 단위 면적당 표면적이 최대로 되어야 함은 주지의 사실에 해당한다 할 것이고, 고품질의 활성탄을 제조하기 위하여서는 무엇보다도 상기 킬른장치를 구성하고 있는 탄화용 제1 킬른로 및 가스활성화용 제2 킬른로의 내부가 적정한 온도로 일정하게 유지되어야 할 것인바, 상기 각 킬른로에 대한 충분한 예열공정이 필연적으로 요구되어야 할 것이다.
또한 상기 킬른장치를 이용하여 활성탄을 제조하기 위하여서는 내부온도가 고온으로 유지되어야 하는 탄화용 킬른로와 가스 활성화용 킬른로의 특성상 대량의 활성탄을 동시에 가열할 수 있도록 로(爐)의 길이가 일정규모 이상으로 길게 구성되어 있는 일반적이다.
그런데 종래에 일반적인 연속식 킬른장치를 구성하고 있는 가열로와 가스활성화로의 경우 그 내부온도를 가열할 수 있는 연소가스의 투입구가 어느 한쪽으로만 형성되어 있는 바, 길이가 길게 형성되어 있는 로(爐)의 내부 전체를 일정온도로 유지시키기 위한 예열공정의 단계에서부터 많은 시간과 연소가스가 소모됨에 따라 생산성과 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다. 이에 일부에서는 상기 예열공정을 생략한 채 연료가스를 대량으로 상기 로(爐)에 공급하여 급속하게 가열된 탄화물로 활성탄을 제조하여 사용하고 있으나, 로(爐)의 내부온도가 불균일한 상태에서 제조된 탄화물에 형성되는 공극이 불안정하게 형성되어 활성탄의 품질이 저하되는 문제점이 발생하게 되었던 것이다.
다른 한편 활성탄의 원료가 되는 탄화물이 추출되는 탄화장치를 구성하는 탄화용 킬른로와, 상기 탄화물과 가스촉매를 반응시켜 다공질의 활성탄을 추출하는 가스활성화용 킬른로가 별도의 구성으로 분리되어 있는 일반적인 연속식 킬른장치와는 달리, 최근에는 가스활성화로만으로 탄화로에 의한 탄화공정과 가스활성화로로에 의한 가스활성화공정을 동시에 수행할 수 있는 단일 종류의 로(爐)를 이용한 여러형태의 킬른장치들이 선행기술로 제시된 바 있다.
그런데 위와 같이 단일 종류의 로(爐)를 이용한 각 킬른장치들은 하나의 로(爐)에서 추출된 탄화물을 냉각시켜 일부는 착화용 숯으로 사용하고 나머지는 활성탄의 원료로 하여 또 다시 탄화물을 추출한 로(爐)에 공급시켜 재 가열을 통하여 활성탄으로 제조하게 되는 바, 이는 냉각된 탄화물을 고온으로 상승시키는 데 많은 연료가스가 새롭게 공급되어야 함으로써 불필요한 연료가 투입되어야 하는 문제점이 있었던 것이다.
또 다른 한편 종래의 일반적인 킬른장치를 통해 배출되는 배기가스에는 인해에 유해한 각종 오염물질이 함유되어 있는 바, 상기 배출가스에 함유된 각종 오염물질들이 공기 중에 비산됨으로써 인체 건강에 많은 유해함이 존재하고 있었던 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첫째목적은 탄화용 제1 킬른로와 가스활성화용 제2 킬른로에 공급되는 연소열이 각 킬른로의 양쪽 끝단에서 동시에 공급되는 구조를 제공하여 최단시간에 각 킬른로의 내부온도가 일정하게 유지되게 하는 예열공정을 감소시킴으로써 생산성 향상과 고품질의 활성탄을 제조할 수 있는 연속식 활성탄 제조장치를 구현하는 데 있는 것이다.
그리고 본 발명의 다른 목적은 탄화용 제1 킬른로와 가스활성화용 제2 킬른로에 공급된 연소열이 각 킬른로의 내부를 순환하는 구조를 제공하여 연소가스의 소비를 최소로 억제할 수 있게 함으로써 연료비를 절감할 수 있는 연속식 활성탄 제조장치를 구현하는 데 있는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 폐열회수부에 배기가스 응집구조를 제공하여 외부로 배출되는 배출가스의 비산을 최소로 억제할 수 있는 연속식 활성탄 제조장치를 구현하는 데 있는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명에 의한 연속식 활성탄 제조장치는
활성탄의 원료가 되는 유기물 원료(110)가 저장되는 원료호퍼(100)와;
내주면이 내화재질로 되면서 내부가 관통된 제1 틀체(210)의 양단에는 원료유입구(220)와, 600~800℃의 온도 범위를 가지는 연소열이 제공되는 제1 연소열 유입부(230)가 각각 형성되어 있되, 상기 원료유입구(220) 및 제1 연소열 유입부(230)와 인접한 위치에는 별도의 이송관체(240)와 탄화물 토출구(250)가 각각 부설되어 있으며, 상기 제1 틀체(210)의 내부 공간부(260)에는 상기 유기물 원료(110)의 이송수단(270)이 형성되어 탄화물(280)을 생성하는 탄화용 제1 킬른로(200)와;
내주면이 내화재질로 되면서 내부가 관통된 제2 틀체(310)의 양단에는 환기구멍(320)과, 상기 이송관체(240)와 관통되면서 800~1100℃의 온도 범위를 가지는 연소열이 제공되는 제2 연소열 유입부(330)가 각각 형성되어 있되, 상기 환기구멍(320) 및 제2 연소열 유입부(330)와 인접한 위치에는 상기 탄화물 토출구(250)에 관통된 탄화물 유입구(340)와 활성탄 배출구(350)가 각각 부설되어 있으며, 상기 제2 틀체(310)의 내부 공간부(360)에는 상기 탄화물(280)을 이송하는 별도의 이송수단(370)이 형성되어 다공질의 활성탄(380)을 생성하는 가스 활성화용 제2 킬른로(300)와;
내부가 밀폐된 몸체(410)의 측면 중앙에는 상기 환기구멍(320)를 관통하는 배기가스 수집관(420)이 형성되어 있고, 상부에는 한쪽 끝 단부가 상기 제1 연소열 유입부(230)를 관통하고 있는 환류관(430)이 돌설되어 있으며, 하부에는 배기가스 응집관(440)이 상기 몸체(410)의 바닥면을 관통하여 설치되어 있되, 배기가스 응집관(440)의 외주면에는 별도의 냉매제(450)가 충진되어 있는 폐열 회수부(400):의 조합으로 이루어져 있다.
상기와 같이 된 본 발명은 열 공급구조의 개량에 의하여 예열공정 시간을 단축하여 생산성을 향상할 수 있는 잇점이 있고, 열 순환구조를 순환식으로 개량하여 연소가스의 소비를 최소로 억제함으로써 연료비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 배기가스를 응집시켜 배기가스의 비산을 최소로 억제함으로써 주변환경을 개선할 수 있는 등 매우 큰 효과가 나타나는 것이다.
도 1은 본 발명의 조립상태를 도시한 전체적인 결합도
도 2는 본 발명의 활성탄 생성과정을 순차적으로 도시한 활성탄 생성경로도
도 3은 본 발명의 연소가스 공급형태를 도시한 연소가스 공급경로도
도 4은 본 발명에 의한 활성탄 제조과정
상기와 같은 구성 및 효과를 극명하여 나타내어 주는 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 연속식 활성탄 제조장치를 구성하고 있는 원료호퍼(100)와 탄화용 제1 킬른로(200)와 가스활성용 제2 킬른로(300) 및 폐열회수부(400)의 조립상태를 도시한 전체적인 결합도이고, 도 2는 본 발명의 활성탄의 생성과정을 순차적으로 도시한 활성탄 생성경로도이며, 도 3은 본 발명의 연소가스의 공급형태를 도시한 연소가스 공급경로도이다.
본 발명의 연속식 활성탄 제조장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 활성탄의 원료에 해당하는 유기물 원료(110)가 저장된 원료호퍼(100)와, 상기 유기물 원료(110)를 600~800℃의 범위에서 가열하여 탄소결정체로 조직화된 탄화물(280)을 생성하는 탄화용 제1 킬른로(200)와, 상기 탄화물(280)에 수성가스 촉매제를 첨가시켜 800~1100℃의 온도 범위에서 재 가열하여 다공질의 활성탄(380)을 생성하는 가스활성화용 제2 킬른로(300)와, 상기 탄화용 제1 킬른로(200) 및 가스활성화용 제2 킬른로(300)에서 발생되는 배기가스를 배출하는 폐열회수부(400)의 결합으로 구성되어 있다.
여기서 본원 발명의 원료호퍼(100)와 탄화용 제1 킬른로(200) 및 가스활성화용 제2 킬른로(300)에 관한 개별구조는 활성탄을 제조하기 위한 공지의 킬른장치에 사용되고 있는 개별구조와 다름없다 할 것인 바, 본원 발명의 특징부에 해당하지 않는 상기 ‘원료호퍼(100)’와 ‘탄화용 제1 킬른로(200)’ 및 ‘가스활성화용 제2 킬른로(300)’의 각 개별구조 및 그 작용효과에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
따라서 이하에서는 본원 발명의 특징부에 해당하는 ‘원료호퍼(100)’와 ‘탄화용 제1 킬른로(200)’와 ‘가스활성화용 제2 킬른로(300)’ 및 ‘폐열회수부(400)’의 결합구조와, 그 결합에 의한 연소열의 공급순환구조 및 연소가스에 포함되어 있는 폐열 회수구조에 관하여 상세하게 설명하기로 한다.
먼저 본원 발명의 결합구조는 도 1에 도시한 바와 같이, 한쪽 끝단으로 제1 연소열 유입부(230)가 형성된 상기 탄화용 제1 킬른로(200)의 반대쪽 끝단과, 제2 연소열 유입부(330)가 구비된 가스활성화용 제2 킬른로(300)의 반대쪽 끝단이 이송관체(240)로 관통되어 있고, 상기 탄화용 제1 킬른로(200)의 제1 연소열 유입부(230)와 인접한 위치에 형성되어 있는 탄화물 토출구(250)는 가스활성화용 제2 킬른로(300)의 제2 연소열 유입부(330)와 반대쪽 위치에 형성되어 있는 탄화물 유입구(340)과 관통되어 있으며, 폐열회수부(400)의 배기가스 수집관(420)은 상기 가스활성화용 제2 킬른로(300)의 제2 연소열 유입부(330)와 반대쪽 위치에 형성되어 있는 환기구멍(320)과 결합되어 있고, 상기 폐열회수부(400)를 구성하고 있는 몸체(410)의 상부에 형성시킨 환류관(430)은 상기 제1 연소열 유입부(230)와 관통된 구조로 되어 있으며, 상기 몸체(410)의 바닥면에는 외주면으로 냉매제(450)가 충진된 배기가스 응집관(440)이 상기 몸체(410)의 바닥면을 관통하는 구조로 되어 있다.
다음으로 본원 발명의 연소열 공급순환구조는 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 결합구조에 의하여 탄화용 제1 킬른로(200)의 제1 연소열 유입부(230)에서 공급되는 연소열은 제1 틀체(210)의 내부 공간부(260)를 가열함과 동시에 탄화물 토출구(250)와 탄화물 유입구(340)를 통하여 가스활성화용 제2 킬른로(300)를 구성하고 있는 제2 틀체(310)의 내부 공간부(360)를 가열하게 되고, 가스활성화용 제2 킬른로(300)의 제2 연소열 유입부(330)에서 공급되는 연소열은 제2 틀체(310)의 내부 공간부(360)를 가열함과 동시에 이송관체(240)를 통하여 제1 틀체(210)의 내부 공간부(260)를 가열하게 됨으로써, 상기 제1 틀체(210)의 내부 공간부(260)와 제2 틀체(310)의 내부 공간부(360)에는 제1 연소열 유입부(230)에서 공급되는 연소열과 제2 연소열 유입부(330)에서 공급되는 연소열이 동시에 공급됨으로써, 탄화용 제1 킬른로(200)와 가스활성화용 제2 킬른로(300)는 최단시간에 소망하는 온도를 안정적으로 유지하게 되는 예열공정의 단축에 의하여 활성탄의 생산성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
다음으로 본원 발명의 연소가스에 포함되어 있는 폐열 회수구조는 도 3에 도시한 바와 같이, 탄화용 제1 킬른로(200)의 내부 공간부(260)에서 상기 유기물 원료(110)가 가열되어 탄소결정체의 탄화물(280)으로 생성될 때, 상기 유기물 원료(110)에 함유되어 있는 불순물이 연소되는 과정에서 발생되는 배기가스는 제1 틀체(210)의 양쪽 끝단으로 형성시킨 탄화물 토출구(250) 및 이송관체(240)를 경유하여 제2 틀체(310)의 내부 공간부(360) 및 폐열회수부(400)를 구성하고 있는 배기가스 수집관(420)으로 유입되어 배기가스 응집관(440)을 통하여 외부로 배출되어 진다.
이때 상기 배기가스에는 고온의 유기 휘발성분이 다량으로 함유되어 매우 높은 온도를 유지하게 되는 데, 본원 발명에서는 상기 배기가스의 배출통로를 제2 틀체(310)의 내부 공간부(360)로 경유하게 함으로써, 상기 배기가스를 함유되어 있는 고온의 유기 휘발성분을 연소열로 재활용 할 수 있게 되는 것이고, 나아가 상기 배기가스 수집관(420)으로 유입된 배기가스에 잔존하고 있는 유기 휘발성분도 역시 환류관(430)을 통해 제1 연소열 유입부(230)의 연소열로 재활용할 수 있게 되는 것이다.
그리고 상기 폐열회수부(400)를 구성하고 있는 몸체(410)의 하부 바닥면을 관통하여 형성되어 있는 배기가스 응집관(440)의 외주면에는 다량의 냉매제가 충진되어 있으므로, 상기 고온의 열기를 가진 배기가스가 배기가스 응집관(440)을 따라 외부로 배출될 때, 기체상태로 된 고온의 배기가스는 배기가스 응집관(440)의 외주면에 충진되어 있는 냉매제(450)에 의하여 응집된 상태로 배출되게 함으로써, 외부로 배출되는 배기가스의 비산을 최소로 억제할 수 있게 되는 것이다.
다음으로 도 4에 도시한 바와 같이 본원 발명에 의한 활성탄의 제조과정을 살펴보면, 본 발명의 결합구조에 의하여 원료호퍼(100)에 저장된 유기물 원료(110)를 탄화용 제1 킬른로(200)의 원료유입구(220)에 투입하게 되면, 상기 탄화용 제1 킬른로(200)를 구성하고 있는 제1 틀체(210)의 내부 공간부(260)의 내부온도는 제1 연소열 유입부(230)에서 공급되는 600~800℃의 온도 범위의 연소열과 제2 연소열 유입부(330)에서 공급되는 800~1100℃의 온도 범위의 연소열이 동시에 공급되어 예열공정을 최단시간으로 단축할 수 있게 되고, 소망하는 온도범위를 균일하게 유지하게 되는 제1 틀체(210)의 내부 공간부(260)에 구비되어 있는 이송수단(270)을 따라 이송되는 유기물 원료(110)가 소망하는 일정한 온도에서 가열됨에 따라 생성되는 탄화물(280)의 품질이 향상되어 지는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 실시예에 한하여 설명하였으나, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서는 얼마든지 다양하게 실시할 수 있음은 물론이다.
100: 원료 호퍼
110: 유기물 원료
200: 탄화용 제1 킬른로
210: 제1 틀체 220: 원료 유입구
230: 제1 연소열 유입부 240: 이송관체
250: 탄화물 토출구 260,360 : 공간부
270,370 : 이송수단 280: 탄화물
300: 가스활성화용 제1 킬른로
310: 제1 틀체320: 환기구멍
330: 제2 연소열 유입부 340: 탄화물 유입구
350: 활성탄 배출구 380: 활성탄
400: 폐열 회수부
410: 몸체 420: 배기가스 수집관
420: 환류관 440: 배기가스 토출관
450: 냉매제

Claims (1)

  1. 원료호퍼, 연소열 유입부, 탄화용 제1 킬른로, 가스활성화용 제2 킬른로 및 배기가스 배출부를 구비한 통상의 연속식 킬른장치에 의한 활성탄 제조장치에 있어서,
    활성탄의 원료가 되는 유기물 원료(110)가 저장되는 원료호퍼(100)와;
    내주면이 내화재질로 되면서 내부가 관통된 제1 틀체(210)의 양단에는 원료유입구(220)와, 600~800℃의 온도 범위를 가지는 연소열이 제공되는 제1 연소열 유입부(230)가 각각 형성되어 있되, 상기 원료유입구(220) 및 제1 연소열 유입부(230)와 인접한 위치에는 별도의 이송관체(240)와 탄화물 토출구(250)가 각각 부설되어 있으며, 상기 제1 틀체(210)의 내부 공간부(260)에는 상기 유기물 원료(110)의 이송수단(270)이 형성되어 탄화물(280)을 생성하는 탄화용 제1 킬른로(200)와;
    내주면이 내화재질로 되면서 내부가 관통된 제2 틀체(310)의 양단에는 환기구멍(320)과, 상기 이송관체(240)와 관통되면서 800~1100℃의 온도 범위를 가지는 연소열이 제공되는 제2 연소열 유입부(330)가 각각 형성되어 있되, 상기 환기구멍(320) 및 제2 연소열 유입부(330)와 인접한 위치에는 상기 탄화물 토출구(250)에 관통된 탄화물 유입구(340)와 활성탄 배출구(350)가 각각 부설되어 있으며, 상기 제2 틀체(310)의 내부 공간부(360)에는 상기 탄화물(280)을 이송하는 별도의 이송수단(370)이 형성되어 다공질의 활성탄(380)을 생성하는 가스 활성화용 제2 킬른로(300)와;
    내부가 밀폐된 몸체(410)의 측면 중앙에는 상기 환기구멍(320)를 관통하는 배기가스 수집관(420)이 형성되어 있고, 상부에는 한쪽 끝 단부가 상기 제1 연소열 유입부(230)를 관통하고 있는 환류관(430)이 돌설되어 있으며, 하부에는 배기가스 응집관(440)이 상기 몸체(410)의 바닥면을 관통하여 설치되어 있되, 배기가스 응집관(440)의 외주면에는 별도의 냉매제(450)가 충진되어 있는 폐열 회수부(400):의 조합으로 구성됨을 특징으로 하는 연속식 활성탄 제조장치.

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