KR930011073B1 - 석탄-물 혼합연료의 제조방법과 그 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

석탄-물 혼합연료의 제조방법과 그 장치

제1도는 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 나타낸 블록 다이아그램,

제2도는 본 발명의 구현예를 나타낸 개략도,

제3도는「업퍼프리포트(Upper Freeport)」석탄을 로드밀링 했을경우 부유물의 입자크기를 나타낸 그래프,

제4도는「피츠버그 심(Pittspurgh seam)」석탄을 로드밀링 했을경우 부유물의 입자크기를 나타낸 그래프,

제5도는「업퍼프리포트」석탄실험을 통하여 얻어진 최종 CWF 크기분포를 나타낸 그래프,

제6도는「피츠버그 심」석탄실험을 통하여 얻어진 최종 CWF 크기분포를 나타낸 그래프,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2, 22 : 파쇄 및 초기연삭부 4, 24 : 거품부유선광부

6, 28 ; 탈수(Dewatering)부 8, 30 : 슬러리제조부

10, 32 : 폐석탈수 및 정수부 26 : 역부유선광부

202 : 석탄저장조 204 : 이중로울파쇄기

206, 230 : 보올밍 208 : 하이드로사이클론

210, 212, 231 : 시이브벤드(Sieve bend) 214 : 상류흐름(over flow)

216 : 하류흐름(under flow) 218, 221 : 조선기(粗選機)

219, 222 : 정선기 220, 223 : 재정선기

224 : 조절탱크 226 : 역부 유선광조선기

227 : 역부유선광선기 228 : 여과기공급조

229 : 진공디스크여과지 230 : 보울밀

232 : 혼합기 284 : 농축기

286 : 벨트 여과기프레스

본 발명은 석탄-물 혼합연료(CWF)의 제조방법과 그 장치에 관한 것으로서, 특히 상업적으로 유용한 장치로서 종래의 방법을 독특하게 적용시킬 수 있도록 되어진 상업적인 석탄-물 혼합연료의 제조방법 및 그 장치 관한 것이다.

본 발명의 단위조작은 석탄세광, 로드밀링(rod milling) 시이브 벤드(seive bend)선별, 거품부유선광, 진공여과, 페석탈수 및 보올밀링의 단계로 이루어져 있는데, 이러한 단위조작은 수년동안 각 산업체에서 석탕제조와 광물부하 처리에 이미 적용되어 오기는 하였으나 본 발명에서는 여기에 역부유선광공정이 부가되어 있다.

여기서, 크기축소단위조작 예를 들면 역산, 로드밀링 및 보울밀링등은 일반적으로 구리나 몰리브덴광석의 농축과정 등에 널리사용되고 있으나, 종래의 부화처리공정에는 상기와 같은 로드밀링이나 보울링밀은 실시되지 않았었다.

즉, 분단정선 공정의 비효율성 때문에 분탄제조시에 회피하려는 경향이 있다.

종래의 석탄부유광에서 석탄입자가 기포를 일으키도록 화약시약을 분말로된 석탄-물 혼합물에 첨가시키게 되면 그것은 단지 표면만 부풀어 오르게되어 광물질의 입자는 부유선광요소의 밑바닥에 그대로 남아있게 된다.

따라서, 역부유선광을 실시하게되는 경우에 있어서는 다른 화학시약을 석탄입자에 침강되도록 투여하게되면 유리된 황석철강(pyrite)의 입자에 기포가 선택적으로 일어나게 된다.

여기서, 황석철광이라고 하는 것은 석탄과 연료된 유황을 포함하고 있는 광물질로서, 이것은 표면에 부풀어오르게 되고, 부유물로 될 수 있으므로 급광의 유황함유 정도가 낮아지게 되는 효과를 나타나게 된다.

이와 같이 부유선광은 공급석탄의 회분함량을 감소시키는 기술임이 증명되었으나, 대부분 기존의 부유선광은 전체공급석탄의 10 내지 12% 정도만 부유선광회로를 통과시키고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명에 있어서 모든 급광물은 석탄특성에 따라 달라지는 부유선광회로에 직접보내지게 되어 급광물을 조립(粗粒)과 세립(細粒)물로 분리시키므로서 부유선광회로의 기능을 크게 개선시킨 것이다.

상기과 같은 급광물의 분할부유선광은 지금까지 상업적인 측면에서 여러형태로 조작실시되었지만 널리 일반화되지는 못하였다.

조립석탄의 분리부유선광작업은 처음에 1960년경 오하이오, 캐디즈(Cadiz)의 한나(Hanna) 석탄회사에서 실시되었으며, 케르맥기(Kerr McGee)회사의 새로운 1200 TPH 제조공장에서 28메쉬×0의 크기를 갖는 석탄을 제조하기 위한 시도로 급광물의 분리부유선광에 필요한 설비를 시설하기도 하였다. 이에 따라 다단계 혹은 ＂조선(粗選)과 정선(精選)＂ 부유선광은 약 20년동안 석탄산업체에서 실시되어 왔던 것이다.

미국의 석탄산업체에서 처음으로 ＂ 조선-정선＂회로를 장치설비한 회사는 펜실베니아주 워싱턴 베들레헴 마인즈(Bethlehem Mines)회사에 있는 3개의 공장으로서 1963년의 일이었던바, 여기서 조선-정선 부유선광설비는 60TPH의 28메쉬×0 석탄을 위해서 고안된 것이다.

그러나 역-부유선광공정시험은 그 당시 실험실과 12 TPH 정도의 펜실바니아와 버어지니아석탄을 사용하여 중간시험공장에서 시행되었었는데 이 실험에서 황석철광의 70 내지 90%가 역부유선광에 의해서 제거 되었다고 하는 것이 입증되었다.

한편, 1960년 말에 시작된 대부분의 연구결과가 미국 마인즈(Mines)잡지에 소개되었으나 공정의 기술적인 세부문제들은 공허한것으므로 많은 기업들은 각각의 연구계획에 따라 독자적으로 이 작업을 계속해 오고 있다.

한편, 석탄부화처리와 광물공정작업시 세립자를 탈수 시키기위한 진공디스크여과기의 이용이 일반화되어 있으나, 본 발명에 있어서는 이미 일반화된 석탄정선공정보다 더욱 고도화된 조절작업을 요구하고 있다.

이러한 고동화된 조절작업은 황석철광부와처리작업을 실행하는데 표준이되고 있는데 여기서 여과기 케이트(cake)의 수분함량이 다음의 조립(pellefizing)공정중에 결정적인 변수로서 작용하게 된다.

본 발명의 석탄-물 혼합연료(CWF)의 제조과정의 마지막 단계는 중간시험분야에서 입증된 고밀도보울밀링과정이다.

한편, 50 내지 100 TPD 연속중간시험장치는 펜실바니아 주 덴빌의 케데디. 벤.산(Kennedy Van Saun)회사에 설치되어 있으며, 1982년 2월 이후 계속적으로 작업이 진행되어 오고 있었으며, 석탄-물 혼합연료에 대한 기술은 미국특허 제4,282,006호와 제4,441,887호에 각각 등재되어 있기도 하다.

본 발명은 그 자체가 종래의 것과 유사하지만 단위조작의 독특한 조화를 이용해서 상업적인 측면에서 석탄-물연료를 제조하기위한 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것으로서, 각각의 단위조작에는 석탄파쇄, 로드밀링, 시이브벤드분별, 거품부유선광, 진공여과, 폐석탈수 및 보올밀링외에 역부유공정을 포함하는 있는바, 이러한 공정들은 석탄산업에서 이미 일반화되어 있지 않는 로드밀과 보올밀에 의한 입자크기축소단계를 통하여 세립자를 제조하는데 있다.

상기와 같은 거품부유선광회로에서의 이러한 복합성은 오늘날 산업체에서는 잘알려지지 않는 것이다.

본 발명에 따르면 부화처리회로가 크기축소장치사이에 설치되어 있는데 이러한 부화처리회로는 원탄에서 애쉬와 황석철광함유량을 낮게하는 능력을 제공하는 것이다.

이와 같은 능력은 수용할 수 있는 원탄의 공급저장량을 확장시키고, 또한 전문적인 실수요자의 요구에 부응해서 다양하고 질좋은 연료를 공급할 수 있다는 가능성을 주는 것이다.

또한 이러한 과정은 종래의 석탄부화 처리공정의 한계를 확장시키는 것도 되는 것이다.

한편, CWF 제조시 요구되는 세립연삭과정은 원탄으로 좋지 못한 광물질이나 황석철광을 제거시킬 수 있다는 가능성을 제공하고 있는 것이다.

또한 CWF 제조시 최하위단층을 건조시키기 위한 열의 소모를 방지함에 따라 그 다음 과정인 핸들링(handling)과 저장문제가 질좋고 건조된 석탄과 직접연관되어 나타나게 된다.

상기와 같은 본 발명의 목적에 의하면 파쇄와 초기연삭단계, 석탄으로부터 불순물을 유리시키는 설비, 기존의 거품부유선광단계, 황석철광제거설비, 탈수단계, 고형물농출장지, 슬러리제조단계, 입자크기 조절장치와 폐석탈수 그리고 물 정수단계와 그 설비등으로 이루어진 석탄-물연료를 제조하기 위한 기존장치의 재배치와 그 방법을 제공하는데 있으며, 이때 각각의 기능회로는 본 발명의 여러구현예로 설명하기로 하겠으며 때로는 구현예의 각각의 아이템(item)을 교체실시할 수도 있다.

이에따라 공정설비에서 유사한 설비가 설치될 수 있으며, 공정파이프의 배열을 일부조절할 수가 있기 때문에 각각의 단위조작은 장치로서 불충분하거나 임의의 생성물 제조에 대해서는 그대로 통과시킬 수도 있게된다.

이하 본 발명을 예시된 도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 제1도는 본 발명의 구현예에 따른 석탄-혼합연료(이하 CWF라 칭함)를 제조하는 공정 및 그 장치를 나타낸 도면으로서, 이 도면에 의하면 본 발명에서는 여섯가지의 기능회로가 포함되어 있는바, 예컨대, 파쇄와 초기연삭회로부(2), 애쉬와 황석철과의 함량을 감소시키기 위한 거품부유선광(4), 선택된 고형함유량을 만들기위한 생성물 탈수회로부(6), 연료로서 바람직한 입자크기분포를 얻어내지 위한 슬러리 제조회로부(8) 그리고 하나나 그 이상의 다른 회호부에서 토탈되는 폐석을 처리하거나 또다른 회로부로부터의 물을 정화시키거나, CWF 제조공정에서 재사용하기위한 폐석탈수 및 정수회로부(10) 등으로 대별되어있다.

제2도는 파쇄회로부(22), 거품부유선광회로부(24), 역부유선광회로부(26), 탈수처리부(28), 슬러리제조회로부(30), 폐석처리회로부(32)를 포함하고 있는 본 발명의 또다른 구현예를 보여주고 있다.

본 발명에서 각각 분리되어 형성된 기능회로부는 상기의 제1도 및 제2도를 참고로하여 설명하기로 하겠다.

[파쇄 및 초기연삭]

우선 공장에 도착된 원판의 가능하다면 여러부의 더미(도면에는 도시되어 있지않음)로 분리시켜서 저장시켜 놓은다음, 여러개의 원탄더미중의 어느 하나를 선택하여 첨부도면 제2도의 부호 202로 나타낸 저장조에 넣는다.

상기 저장조에 투입된 공급물은 전문적인 공정과정을 거치기전에 혼합되어지게 되어 제1도의 부호 104호와 제2도의 부호 204로 나타낸 쇄광기에 사용될 수 있도록 최초로 3×5인치×0의 크기로 축소된 10 내지 20% 애쉬원탄을 준비한다.

여기에 사용되는 쇄광기는 상업적인 측면에서 그 효율성이 안정되고 있는데, 이중에서도 헤머밀(Hemmermill)과 케이지밀(cage mill)장치가 가장 좋으며 널리 사용되고 있다.

상기와 같은 쇄광기(104, 204)는 그 다음 공정을 위하여 원탄을 3/4인치×0 크기의 입자로 만들어낼 수 있도록 작동되어지게 되는데, 이때 총축비율은 대략 6 : 1 정도를 요구하고 있으므로 이러한 쇄망기가 설치되는 것은 축소비율이 가능하도록 하기위해서이다.

예컨대, 파쇄된 물질이 최대입자크기는 앞으로 진행되는 석탄공정의 특별한 요구에 맞추어야 된다는 것이다.

본 발명의 제1도에서 파쇄된 석탄은 자체중력에 의해서 초기습식연삭공정 (106)으로 옮겨지게 되는데 여기서 상기의 습식연산은 다음과 같은 중요한 기능을 제공해주고 있다.

첫째는, 원탄입자분포와는 별도로 일정한 원탄 입자분포를 유지시키면서 다음 공정으로 원활하게 옮겨질 수 있도록 해주는 것이며, 둘째로는, 다음으로 이여지는 부유선광공정을 위하여 높은 활성과 석탄표면부위를 매끄럽게 해주는 것이며, 셋째로는, 새롭게 생성된 활성석탄부위의 표면산화 작용을 억제시키기 위한 것이며, 넷째로는 습식/혼합/조건장치에 효과적으로 사용될 수 있도록 해주는 것이다.

제2도의 부호 206으로 나타낸 습식보울밀이나 로트밀은 이러한 단위조작을 실시하는데 있어서 그 어느것을 사용하여도 가능한바, 예컨대 이 두가지 장치는 모든 33 : 1의 축소비율을 나타낼 수 있으므로 3/4인치×0공급물을 28메쉬×0의 생성물로 만들어낼 수 있으며, 약 5% 고형물에서도 작동되어지는 특징이 있다.

밀공정조건과 최종생성물 크기 분포는 연속되는 석탄공정의 특성에 따라서 달라질 수도 있다.

여기서 연삭회로부에 대해서는 다음과 같이 두가지 고려할 점이 있다.

첫째로는(제2도) 종래의 폐회로 습식보울 밀공정이라는 것인데 이러한 동작방식에 있어서는 밀 생성물이 하이드로 사이클론분류기로 보내지게 되면 상기 사이클론에 의하여 크기가 큰 석탄과 세립황석철광입자가 포함된 하류는 (사이클론분류는 압자양에 근거를 두고 있다) 시이브벤드(210)를 통과하게 된다.

이때 시이브벤드에 의하여 걸려진 잔유물은 밀(206)로 되보내지게되어 재연삭되어지며 황석철광이 풍부한 통과물은 회로부(32)에 있는 폐석농축기(284)로 바로 보내지게 된다.

한편 사이클론 상류는 거품부유선광회로부(24)로 보내지게 된다.

이와 같은 회로부의 구조는 대개 조립황석철광을 많이 함유하고 있는 석탄에 더욱 유용한 공정인 것이다.

두번째로 개회로로드밀링에 관한 것이다(도면에 도시되어 있지 않음)

로드밀은 -28메쉬 크기와 같은 초미립자를 생성시키도록하기 위하여 제공되어진 것으로서 초미립자의 양을 감소시키게 되면 거품부유선광회로부의 기능이 더욱 좋아지게 된다.

즉, 연삭회로부(22)에서 생성된 -28메쉬생성물은 부화처리회로부(24, 26) 혹은 진공여과부(229)에 보내지게 되는데 이것은 슬러리제조회로부(30)에 공급되는 공급물을 회로부에서 탈수시키기 위한 것이다.

실수요자가 이때 애쉬나 유황을 더이상 감소시키지 않은 양질의 석탄을 요구한다면 후자의 방법에 의하여 생성된 생성물을 사용하면 바람직하며, 또 이러한 방법은 이미 정제된 석탄이 공정의 공급물로서 선택되어졌다면 그대로 사용할 수 있는 것이다.

[종래의 거품부유선광]

부유선광공정의 기능은 모든 부화처리기술과 같이 그 당시 공급되는 입자의 크기분포에 어느정도의 좌우되며 부유선광 운동조건과 최적셀 동작조건도 입자크기에 의존된다.

따라서, 입자크기를 조절하므로서 선택성이나 그에 따른 애쉬흡수성과 석탄회수를 크게 개선시키게 된다. 부유선광공급물은 공정처리되어지는 석탄의 특성에 따라 조립 및 세립의 두부분으로 나누어지게 된다.

이와 같이 공급물의 입자크기를 선별하는것은 각 회로부에서의 질량흐름을 예측할 수 있도록 하는 것이고, 각각의 입자의 부유선광동작을 분설할 수 있도록 하기위해서이다.

따라서 연삭분쇄시 생성물의 입자크기를 맞출 있도록 조절되어져야 한다.

제2도에 의하면 연삭회로부에서의 생성물은 2단 시이브 벤드장치(212)에 의해서 분리되게 되는데, 연삭밀에서 -28메쉬 생성물은 제1단계 시이브벤드에서 28×48메쉬(또는 28메쉬×65메쉬)로 분류된 공급물은 부호 214로 보내지고, -48메쉬(-65메쉬)로 분류된 공급물은 부호 216으로 각각 보내진다.

이때 실제적인 크기의 분화도 역시 석탄의 특성에 의해서 결정되어지게 된다.

그러나 체분급하는데 있어서, 체분리된 세립물이 너무 많이 포함된 경우에는 비효과적으로 작용하므로 이잔유물은 제2시이브벤드(도면에는 도시되어 있지는 않지만 48 또는 65메쉬로 분쇄시키도록 하는 장치이다)로 보내지게 된다.

이것은 세립물의 제거를 더욱 증진시키기 위한 것으로서 체분급의 효율성을 증진시키기 위해서는 제2 시이브벤드에 물을 분사시키는 과정도 필요하게 된다.

따라서 조립과 세립부분은 적당한 다단계 부유선광회로부에서 펌핑되어 각각 분류식배수조에 모아지게 된다.

상기의 다단계 부유선광공정에서는 생성물에서 애쉬와 유황을 감소시키기 위하여 거품으로 재처리시키는 과정을 포함하여야 하므로 부호 218에서 223 중에서 적어도 어느 하나의 부유선광단계를 필요로 하게 된다.

실제로 이 부유선광단계의 갯수는 공정처리되어지는 석탄의 특성과 거품생성물의 질에따라 달라지게 되는데 일반적으로 이러한 연속되는 단계는 점차적으로 고질화는 생성물을 제공하기 위해서 장치된 것이다.

물리적으로는 상기와 같은 단계를 공장에서는 서로다른 수준으로 설치하는데 이것은 한 단계에서의 거품생성물이 다음 단계로 중력에 의하여 공급되도록 하기위한 것이다.

이때 고농도의 애쉬와 유황을 함유하고 있는 정제화된 생성물은 재순환시키지 않고 폐석탈수와 정수회로부(32)(점선으로 표시됨)로 보내지게 된다.

여기서 각 단계는 하나나 그 이상으로 각각 분리된 부유선광 요소로 구성되어있는데 각각의 부위에서 나오는 거품의 생성물의 질을 자세하게 조사하고 조절하기 위하여 각각 분리된 상태로 모아지게 된다.

이때 중광입자를 제거하고자 한다면 거품을 물로분사시키도 되며, 부유시약을 부유선광셀에 직접 첨가시키거나 부유선광셀 이전의 조절탱크에 첨가시킬 수도 있다.

또한, 메틸아밀알코올 또는 메틸이소부틸카비놀과 같은 알코올이나 글리콜거품제는 선택적이고 안정된 거품이 생성되도록 하기위하여 사용될 수 있는데, 필요하다면 연료유(No₂또는 No₆) 또는 부유촉진제는 석탄회수의 증진에 보탬이 될 수 있다.

실제로 상기와 같은 시약은 석탄특성에 맞추어야 하며 각 공정에 적용하기 위해서는 실험연구에 의해서 확인되어야 한다.

한편, 연삭회로부 생성물을 조립이나 세립으로 분리시키는 과정은 석탄의 특성에 따라서 실시여부에 변화가 생길 수도 있다.

연삭회로부의 생성물 크기분류에 따라 조립분의 고형함유량은 효과적인 부유과정을 실시하기에는 너무 높기 때문에 많은 양의 물을 세립자와 함께 시이브벤드 단계에 통과시켜야 된다.

한편, 정수공정에 있어서 물을 재순화시켜서(점선) 공급물을 희석시키기 위해 조립분탄배수조에 물을 첨가하면 조선기부유선광부에서 약 10%의 고형물이 얻어지게 된다.

먼저 두개의 조선기셀(218)에 적은 양의 시약(0.1 내지 0.5Ib시약 / 석탄 1톤)을 첨가하고 상대적으로 약한 폭기(0.5 내지 0.20cfm /요소부피당)를 실시하는데 이것은 선택성을 증가시키기 위한 것이다.

여기서 생성된 거품생성물을 정화단계(219)에서 재처리시킬수도 있고, 하지않아도 되며, 상기의 화학시약은 가능한한 많은 물질이 거품으로 변하도록 조립기 셀의 잔유물에 첨가시킬 수 있다.

상기와 같은 거품생성물은 조립정화부유선광단계(219)에 보내지게 되는데 이때 상기 조선기 셀(218)로부터 생성된 거품생성물의 짙은 그 이전셀로부터 생성된 생성물의 질보다 휠씬 낮은 상태를 나타나게 된다.

이러한 낮은 등급의 중광생성물은 재연삭과정을 거치기위하여 파쇄회로부(22)에 보내진 잔유물과 폐석탈수 회로부(32)로 보내진 통과물과 함께 시이브벤드(도시되어 있지 않음)를 통과하게 된다.

한편, 조선기 단계(218)로부터 배출된 거품은 정화단계로 보내지게 되는데 이때 조선기 셀 거품세광기(218)에 물을 첨가시켜서 정화단계(219)에 공급되는 공급물은 약 10중량%의 고형물로 희석시킨다.

이러한 단계는 애쉬와 유황함유량 및 탄소산출량에 대하여 최종적으로 정화된 석탄생성물을 생성시키기 위한 것이다.

이때 황석철광이 농축된 시약 즉 CaO, KM₁₁O₄, K₂Cr₂O₇은 유황감소를 위해서 부유선광요소에 첨가된다.

그리고 조립세정기거품 생성물은 진공여과공급배수조(228)로 흘러들어가게 된다.

상기와 같은 조선기계단계에서 최종셀로부터 나온 거품은 체분급과정을 실시하거나 연삭밀(206)로 되보내질 필요가 있으며, 세정기로부터 토출된다. 광미는 폐석탈수회로부(32)에 보내지게 된다.

한편, 연삭회로부(22)로부터 분리되어 부호 216으로 하류된 생성물 148메쉬×0 또는 65메쉬×0)은 분탄으로 조선기부유선광 공급배수조로 직접 보내지게 된다.

이때 분탄조선기회로부(221)의 공급물고형함유량은 조립조선기(218)에서보다 약 5 내지 7% 정도가 낮은데, 이러한 이유는 많은 양의 물이 연삭회로부생성물(약 50% 고형물)로부터 시이브벤드(212)에 공급되었기 때문이다. 이 단계의 공정에 있어서 상기 위치에 탈수장치를 포함시키는 것은 비실용적이므로 상기의 분탄조선기부유선광셀(221)은 물로 조절시키는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 회석되어진 공급물은 부유선광과정을 실시하는데는 매우 유익하지만 이에 따른 부유선광부속장치가 필요하게 되어 상기 장치의 갯수나 크기가 증가하게 된다.

즉, 세립조선기셀(221)로부터 생성된 모든 거품생성물은 부호 222에서 정화되어지고 다시 부호 223에서 정화되어 가능한한 많은 양의 애쉬와 유황이 제거되므로서 약 10중량%의 고형물이 되는 것이다.

또한, 상기와 같은 부유선광단계의 갯수는 공정에 투입되어지는 석탄의 특성에 따라 달라지게 되며, 이때의 유황감소는 본질적으로 48메쉬 내지 150메쉬사이의 입자크기에 국한되게 된다.

그리고, 상기와 같은 모든 단계로부터의 광미는 탈수 및 정수되도록 하기 위하여 폐석처리회로부와 물처리회로부(32)에 직접보내지게 된다.

이와 같은 분단의 다단계부유선광공정은 최대의 탄소회수상태에서 애쉬의 함량에 대하여 모든 크기에서 인정될 수 있는 정탄생성물이 생성되게 된다. 그리고, 재정제기(223)를 이탈하는 최종거품생성물내에 약 -100메쉬의 황석철광이 함유되어 있을 수도 있기 때문에 상기 생성물은 세립황석철광 부유선광회로부(26)에 보내지게 되는 것이다.

[황석철광(또는 역) 부유 선광]

역부유선광회로부(26)는 세립황석철광을 흡수한 후 분탄의 회수를 최대로하기 위하여 조작되어지는 과정으로서, 이러한 과정이 필요한 이유로는 역부유선광은 애쉬를 감량시키는데, 적절하지 못할뿐아니라 100메쉬 황석철광을 분리시키는 데에도 효과적이지 못하기 때문에 상기의 역부유선광회로부는 회로부(24)에 있어서 종래의 석탄부유선광보다 선행되어 실시되어야 하는 것이다.

이에 따라 본 발명에서는 분탄거품에서 유황함유량을 감소시키기 위해서 2단계 역부유선광회로부(226, 227)를 포함하고 있으며, 20 내지 25중량% 고형물인 거품생성물은 그 입자표면이 석탄정제와 황석철광부유선광을 실시할 수 있는 조건으로 갖추도록 해야한다.

이와 같은 조건을 갖추기위해서는 석탄 1톤당 0.4 내지 0.7파운드의 황석철광부유선광제의 억제제를 조절 탱크(224 : 점선으로 표시됨)에 첨가시켜야 되는데 실제로 시약의 질과 모양의 공정에 투입되는 석탄의 특성에 따라서 사용되어져야 하며, PH=4로 유지되어야만 한다는 것이다.

예컨데, 이와 같이 산성적인 조건으로 맞추는 것은 황석 철광입자의 표면으로부터 화학성기를 제거함으로써 소수성(hydrophobic)으로 전환시키기 위한 것이다.

이렇게 조절시킨 슬러리를 15% 내지 20% 고형물로 희석시키는 것은 조선기역부유선광회로부(26)로 공급시켜야 하기 때문이다.

상술한 바와 같이 조선기역부유선광단계(226)에서는 고함량의 유황거품을 만들어 내고 이에 따라 광미생성물로는 유황이 적게함유되어있는 세정된 석탄이 만들어진다는 것을 알 수 있다.

그리하여 역부유선광조선기생성물은 세정석탄탈수회로부(28) 보내지게 되는 것이다.

그러나 조선기단위(226)에 있어서 마지막셀로부터 나오는 거품에는 탄소가 과잉으로 함유되어 있을 수도 있으므로 이와 같은 탄소를 회수하기 위하여 조선기로부터 배출된 거품을 세정단계(227)에서 재처리되어야 한다는 것이다.

역부유선광세정단계(227)에서 생성된 고함향유황거품은 다량의 탄소가 섞여있는 조립석탄과 황석철광이 제거되도록 하기 위하여 시이브벤드를 다시 거쳐야만 될 것이다(도면에는 도시되지 있지 않음)

따라서, 시이브벤드이 잔유물은 파쇄회로부(22)로 바로 보내져서 재연삭되어 황석철광을 유리되게 하고 시이브벤드 통과물은 폐석처리와 탈수회전부로 보내져서 탈수와 정수처리 과정을 거치게 되는 것이다.

역부유선광세정단계(227)에서의 생성물중 중광생성물의 경우는 역부유선광조선기(226)로 되돌아오게되는데 이 생성물도 역시분쇄되기 위하여 파쇄회로부(22)로 되돌려 보내지게 된다.

[세정석탄의 탈수]

세정석탄탈수회로부(28)는 고함유고형물을 슬러리제조 회로부(30)로 공급하기 위하여 장치된 것으로서, 디스크여과기(229)에 공급된 약 25%의 고형물은 약 75% 내지 78%의 고형물로 탈수되어지는데, 이때의 상기 고형물은 부유선광 거품생성물과 역부유선광정제생성물로 구성되어 있다.

부화처리회로부(24, 26)를 통과하지 않았던 파쇄 회로부(22) 생성물도 디스크여과기공급조(228)로 직접보내지게 되는데, 이 디스크여과기공급조(228)는 여과기공급물의 저장조나 혼합탱크로서의 역할을 수행하게 된다.

여기서 부유선광회로부(24)로부터 생성된 거품은 약한 교반상태에서도 쉽게 부서진다는 것이 실험상 입증되었으므로 여과기공급물의 고형농도를 최대를 유지시켜주는 것이 여과시 큰 도움을 주게된다.

그러나 고형점도가 최적인 상태에서 여과를 하기 위해서는 여과기 진공을 높은 수준으로 또는 일정하게 유지시켜야 된다.

즉, 2단진공펌프는 여과기에서 생성된 케이크를 다공성으로 변화시키기 위해서 진공상태를 일정하게 유지되도록 하기 위한것이며, 높은 진공상태를 일정하게 유지되도록 하기 위한것이며, 높은 진공상태를 유지시켜야 한다는 것은 결국 여과통을 완전가동시킨다는 것이다.

더우기 여과기의 회전속도도 여과기 케이크의 생성물이 거품부유선광회로로부로부터 생성된 세정석탄의 용적량과 일치될 수 있도록 조절되어져야 한다는 것이다.

석탄부유선광생성물이 여과기의 용량의 조작보다도 더 높은 속도로 여과기에 펌프됨으로써 여과공급조(228)로 되돌아가는 정상상류가 나타나게 된다.

이러한 상류는 디스크여과기(29)의 여과기 통에서 부유생성물을 일정한 수준으로 유지시키지 위한 것이다.

여기서 CWF 제조시 탈수회로부(28)의 중요성은 그렇게 강조할 필요는 없으며 탈수된 고형물의 생성물은 다음의 슬러리제조회로부(30)에 유연성의 정도가 가능한한 높게 유지되어야만한다.

[슬러리의 제조]

제2연삭단계(230) 단계가 포함되어서된 슬러리제조회로부(30)는 최적입자크기분포를 생성시키기 위한 과정으로서 여기서 슬러리리이올로지(reology)는 연속되어 있는 고전단혼합조(232)에서 두번 조절되어지는데, 첫째로는 점도가 조절되어지고, 두번째는 슬러리의 안정성이 조절되어지게 된다.

상기의 슬러리제조회로부(30)는 상술한 부유선광단계(24, 26)와 유사한 시스템으로 구성되어 있는데, 즉 도면에는 도시되어 있지는 않지만 화학적인 처리조, 저장조 및 계량장치등이 부설되어 있다.

진공원판여과기(229)로부터 탈수된 즉 정제된 석탄여과기케이크가 플라스틱으로 된 통로를 통해서 콘베이어벨트상에 떨어지게 된다.

여기서 사용되어지는 콘베이어벨트의 규모는 연삭기(230)에 공급되는 공급물의 속도를 정확히 측정될 수 있도록 제공되어지게 된다.

보올밀스크루우(screw) 공급기로 투여된 케이크에 도면에서 점선으로 표시한 바와 같이 화학적인 분산제, PH조절제, 원하는 양의 희석수등을 첨가시킬 수 있다.

재여삭용보올밀(230)은 높은 고형모드로서 작동되어지며(70 내지 78중량%의 고형물) 또한, 입자크기의 분포를 일정하게 생성시키기 위해서는 화학적으로 기본적인 분산제를 첨가하여 석탄-물슬러리의 점도를 조절하게 되면 된다.

여기서 보올밀의 동작조건은 보올의 크기가 보올의 부하도, 밀의 속도에 따라서 변화하게 되지만 최소한의 전력 소비로 최대의 생성물을 얻을 수 있도록 선택되어져야 한다.

이렇게 되면 보올밀은 아주 효과적인 혼합기가 되어지며, 따라서 아주 복잡한 고형물에 필요한 기계적인 혼합기는 불필요하게 된다.

임의의 선탄에 대하여 고강도 보올밀링을 실시하게 되면 슬러리의 안정한 특성이나 정확한 리이올로리를 유지시키면서 매우 작은 입자를 충분하게 생성시키기에는 비효과 적이다. 이러한 상태를 수정하기 위해서 진공여과가의 케이크 일부는 교반보올밀(도면에 도시되지 않음)에 보내지게 되어 첨가된 물에의하여 교반되면서 50% 내지 60%의 고형물로 희석되어지게 된다.

이때, 초미립자 연삭기로부터 나온 생성물을 필요한 양의 세립자로 제공되게하기 위하여 보올밀 공급물에 첨가되어진다.

여기서 보올밀(230)에서의 고형정도는 약 70%의 정도의 높은 수준으로 유지되는 것이 좋은데 만일 교반보올밀 생성물의 양이 보올밀 생성물의 양이 보올밀에서 총괄슬러리 고형정도를 감소시키기에 충분하다면 이 생성물을 보올밀(230)에 공급하기 보다는 디스크 여과기(229)로 상기 생성물을 되돌려보낼 필요가 있다.

이때 밀로부터 나온 거의 완성단계의 슬러리는 1,500 내지 4,000센티포이즈범위의 점도를 가지며 고형정도는 70% 내지 76%이다.

이러한 슬러리는 낮은 속도와 높는 효능을 갖는 임펠리 혼합기에 의하여 조작되도록된 점도 혼합탱크에 펌핑되어 진다(도면에 도시되어 있지 않음)

그런데 상기의 점도 혼합탱크는 화학적인 기본분산제가 약 500 내지 2,000센티포이즈와 같은 낮은 점도를 가지는 슬러리가 첨가되어 있다.

점도공정혼합탱크(도면에 도시되어 있지 않음)에서 생성된 생성물은 큰입자(48메쉬)를 제거하기 위하여 고주파진 동체(231)로 보내지게 되는데, 이때 상기 큰입자의 양은 3중량% 보다 작게 설명하며 다시 연삭시키기 위하여 보올밀(239)에 재순환되어진다.

상기의 진동체는 입자크기를 최대로 조절하기 위하여 페연삭회로부터 형성된 외부분류기이다.

한편, 상기 진동체에서 분류된 하류는 최종슬러리를 제조하기 위하여 안정제혼합탱크(232)로 중력에 의해서 흘러가게 된다.

이때 PH조절을 위한 화학적인 가성과 입자침강을 억제시키는 화학적인 안정제가 최종생성물의 질을 좋게하기 위해서 혼합탱크에 첨가되어야 한다.

슬러리제조에 사용되는 이러한 모든 화학적인 처리는 상업적으로 유용하고 환경적으로 수용할 수 있으며, 화학적인 공급제들은 이미 공지되어 있다.

부호 240에서 최종적으로 얻어진 CWF는 안정제혼합탱크에서 저장탱크로 보내지게 된다.

여기서 이 저장탱크는 절연되어 있으며, 생성물의 동질성을 확실하게 하기 위해서 혼합기가 설치되어 있다.

[폐석탈수 및 정수과정]

폐석탈수와 정수회로부(32)는 환경에 무해한 폐석이 추출되도록하는 장치이며, 폐석이 깨끗한 물을 첨가 시키기 위하여 설치된 장치이다.

이러한 장치가 필요한 것은 재순환되어진 오염된 물이 생성물의 질에 절대적으로 영향을 주기때문에 이러한 시스템을 적절하게 수행하여 전체적인 공정수행과 생성물의 질을 유지시킬 필요가 있는 것이다.

즉, 거품부유선광회로부(24)에서 나온 광미, 조선기역부유회로부(26)에서 나온 거품, 진공디스크여과기(229)에서 나온 여과물을 포함한 모든 공정의 배출물들이 정적농추기(284)로 중력에 의해서 흐르게 된다.

여기서 농축기는 고형물을 정착시키면서 정제된 물을 배출시킴으로서 환경오염을 줄일 수 있도록하는 역할을 수행하게 된다.

상기 농축기 상류는 공정을 재순환하기 위해서 물공급계로 되돌아가고 신선하게 설정된 물이 물공급장치에 첨가되게 된다.

이와 반대로 농축가하류는 약 25 내지 30중량%의 고형물상태로 추가탈수되기 위하여 벨트 여과기 프레스(286)에 보내지게 된다.

여기서 벨트여과기프레스는 초미립자와 점토 광미를 구별시키기 위하여 선택되어진 것이다.

한편 상기의 벨트 여과기프레스에서 여과된 여과물은 농축기(284)로 되돌아가게 되고 탈수된 폐석케이크는 약 60 내지 80중량% 고형물로 벨트콘베이어 의하여 다음의 랜드필(landfill) 처리를 위해 외부저장조로 보내지게 된다.

제조공정에 있어서, 폐석탈수와 정수회로부의 어느한 부분에서의 혼란에 따른 셧다운(shutdown)을 방지하기 위해서는 여러개의 폰드(pood)가 공장내에 설치되어야 한다.

상기의 폰드는 배출되는 공정수를 저장하고 설정수를 계속적 또는 간헐적으로 공정에 공급시키는 저장조의 역할을 하도록 제공되어 있으며 또한 계획되거나 다른 이유로 공정이 셧다운 되었을 경우 농축기의 배수물을 담아놓을 수 있는 용기로서의 기능을 수행토록 제공되어진 것이다.

이와 같은 본 발명의 공정은 슬러리제조와 석탄부화처리에 여러가지 이점을 제공해주고 있는데, 그 이점을 모둘러(modular) 디자인 또는 조작에 유연성이란 것으로 광의의 분류로 해석할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 애쉬와 활석철광의 유리, 애쉬감소, 황석철광제거, 탈수, 슬러리제조 등과 같은 전문적이고 기능적인 요구를 설명할 수 있도록 단위조작에 대한 고려가 수잔되어야 한다는 것이다.

이에 접근하기 위해서는 모듈구조에 따라 다음과 같은 사항을 인정해야만 가능한 것이다.

-각 단위조작의 최적운용

-전문적인 문제를 수행하기위한 첨단정보에서 모듈러스간의 샘플링(sampling)

-플랜트 용량을 증가시키기 위한 병렬식 단위조작의 부가

-개발가능한 진보된 단위조작의 대체(특히, 석탄부유처리) 또한, 본 발명은 급광물질의 변화나 실수요자 생성물명세서에 따라 공정의 유연성을 최고도로 높일 수 있도록 고안된 것인데 이 유연성에 대한 몇가지 실례를 보면

-석탄파쇄파라이터의 차이에 따른 초기밀링조작에서의 공급물크기분포조절

-애쉬와 황석철광유리를 위한 연삭의 정도에 따라 부화처리공정에서의 크기분포조절

-원탄이 실수요자의 요구에 만족하는 것이라면 부화처리 회로부를 거치지 않는 능력

이때 폐석여과시스템을 셧다운되어야 한다.

-거품부유선광공정 공급물의 분쇄를 강화하는 능력

-낮은 함량의 유황과 높은 함량의 애쉬를 가지고 석탄공급 물에 대해서는 부화처리회로부의 유황감소부를 거치지 않는 능력

본 발명의 CWF 생산공정은 결국 세립자의 황석철광제거 문제를 전문적으로 설명하고 있는데 그 특징이 있다는 것이다.

[실험결과]

본 잘명의 유연성에 대한 개념을 여러종류의 석탄을 실험함으로써 입증되었다.

먼저 석탄시료를 베치로드밀에 의해서 분말로 만들고, 부유선광기로 다단계거품부유선광에 의해서 세정기키고, 진공여과기로 탈수시키며, 베치보올밀로 다시 갈아놓는다.

여기서는 업퍼 프리포트심 석탄과 피츠버그심 석탄이 실험용시료로서 사용되었다.

[로드밀링]

원탄에서의 광물질의 황석철광불순물을 유지하기 위해서 초기연산을 어느정도 할것인가는 상기 불순물의 분포와 성질에 따라 달라질 수 있다

「피츠버그 심」석탄에 있어서의 불순물분포는 업퍼 프리포트심 석탄보다 상당히 넓게 퍼져 있다.

따라서 「피츠버그 심」석탄은 연삭을 더잘해야만 바람직하게 불순물이 유지될 수 있게 된다.

최종적으로 얻어지는 CWF 생성물의 크기분포는 이 단계에서의 연삭정도의 한도를 나타내고 있는 것이다.

실험상에서 로드밀링에 의하여 생성된 부유선광공급물의 크기분포가 첨부도면 제3도와 제4도에 각각 나타나 있다.

[거품부유선광]

거품부유선광회로부는 다단계석탄부유선광과 역부유선광을 포함해서 실험이 되었는데 공급물의 애쉬와 유황함유량의 적절한 감소는 다음 표에서 보는 바와 같이 연소성 물질의 높은 회수성을 얻게 된다는 것을 알수 있다.

[진공여과]

부유선광실험에 의하여 얻어진 거품생성물은 여과기의 「리프 테스크 키트」를 이용해서 탈수가 되고 있다.

또, 여과기 사이클특성과 진공압력의 범위도 조사되었는데 이 실험에서 68% 내지 77% 범위의 고형함유량을 가지는 탈수된 케이크가 세립자부유선광생성물로부터 얻어짐을 알 수가 있다.

[CWF 제조]

탈수된 거품생성물은 화학시약과 혼합되어지고 실험용 베치보올밀에 의하여 분쇄되면 안정한 물슬러리가 제조되게 된다.

이 슬러리의 특성은 다음 표에 나타냈다.

슬러리의 입자크기분포는 첨부도면 제15도, 제6도에 각각 나타냈다.

Claims (20)

1. 원탄을 유리된 입상의 석탄분말형태로 분쇄시키는 단계와, 상기의 입상석탄분말에서 애쉬(ash)와 거친입자의 황석철광물을 제거시켜서 저함량의 애쉬와 순수한 유황석탄을 얻기 위하여 거품부유선광공정에서 화학적인 처리 및 물을 첨가시키는 단계, 상기의 저함량의 애쉬석탄에서 황석철광 물을 제거시켜서 최저함량의 애쉬와 최저함량의 황석철광 물 및 탈수된 석탄을 얻기 위하여 역부유선광공정에서 화학적인 처리 및 물을 첨가시키는 단계 및 추출하고자 하는 크기를 가진 탈수된 석탄에서 석탄-물을 사용되기에 적합한 슬러리를 제조하는 단계로 이루어진 원탄으로 부터 석탄-물혼합 연료를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 분쇄단계는 제1파쇄단계와 초기연삭 단계를 포함하여서되는 방법.
3. 제2항에 있어서, 분쇄단계는 원탄을 3/4인치×0의 입상석탄부말로 파쇄시키는 과정과 상기 입상석탄분말을 28메쉬(mesh)×0의 크기를 갖는 입상석탄분말로 초기연삭시키는 단계를 포함하여서되는 방법.
4. 제3항에 있어서, 분쇄단계는 폐회로 습식보올밀공정에서 석탄을 초기연삭시켜서 입상물질로 만든 다음 이를 하이드로사이클(hydro cyclone)을 이용하여 상류와 하류로 분리키되, 상류는 거품부유선광공정에 공급하고, 하류는 석탄자체의 특성에 따라 선택적으로 분리되어지는 시이브벤트(sieve bend)로 공급하여 통과 물과 잔유물로 분리시켜서 잔유물은 다시 습식보올밀링단계로 되돌려보내고 통과물은 폐석농축기로 공급시키는 단계를 포함하여서 되는 방법.
5. 제3항에 있서서, 분쇄단계는 석탄을 개회로 로드밀 공정에서 28메쉬×0의 크기를 갖는 입상의 석탄분말이 얻어지도록 하는 초기연삭단계를 포함하여서 되는 방법.
6. 제3항에 있어서, 분쇄단계는 애쉬와 황석철광이 적게 함유된 원탄을 사용할 경우에는 28메쉬×0의 크기를 갖는 입사의 석탄분말이 초기분쇄단계에서 탈수단계로 직접공급되어지도록 하여서 되는 방법.
7. 제1항에 있어서, 거품부유선광공정은 거품부유선광회로가 두형태로 나란하게 분리되어 있어서 부유선광 공정을 석탄종류에 따라서 적어도 한번이상 실시할 수도 있고 아니면 조선기 부유선광단계, 제2정제부유선광단계 및 최종의 재정제부유선광단계 등의 단계로 실시되어 질 수 있도록 하며, 입상의 석탄분말이 거품부유 선광단계에 도달되기전에 시이브벤드 공정에 먼저 공급시켜서 체분급에 의해 통과물과 잔유물로 분리시킨 다음, 서로 상이한 부유선광공정에 투입시키도록 하여서 되는 방법.
8. 제1항에 있어서, 탈수단계는 애쉬와 황석철광의 함량을 최저로 하기 위하여 초기 석탄정제조와 진공 디스크여과기를 사용하여서 되어지도록 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 탈수단계는 탈수된 석탄분말말을 분쇄시키기 위하여 고강도의 재연삭 보올밀을 사용하고, 입자크기를 최대로 조절하기 위하여 진동체분급을 실시하되 상기 보올밀로부터 얻어진 것을 회수하기 위하여 적어도 한번이상 혼합시켜서 슬러리를 제조하는 단계를 포함하여서 되는 방법.
10. 제1항에 있어서의 부유선광공정과 석탄의 탈수공정으로부터 폐석이 얻어지되 이때 얻어지는 폐석은 재순환되는 물과 농축된 폐석 생성물을 생성시키기 위해 농축기에다 폐석을 모으고나서, 처리가능한 폐석생성물을 형성시키기 위해 농축된 생성물로 압축시키고 이때 생성된 물은 사용가능한 산업용수를 만들기 위해서 재순환 공급수로 처리하여서 되는 방법.
11. 원탄으로부터 석탄-물혼합연료를 제조하는 장치로서, 원탄을 파쇄시키는 쇄광기와 파쇄된 원탄을 연삭시키되 상기 쇄광지와 연접되어 설치된 초기연삭기, 파쇄되고 연삭된 원탄에서 애쉬의 함량을 낮추기 위하여 상기 연삭기와 연접되어 설치된 거품부유선광수단, 저함량의 애쉬가 함유된 석탄을 다시 애쉬와 황석철광이 최저로 함유된 석탄으로 생성시키기 위하여 상기 거품부유선광수단과 연접되어 설치된 역부유선광구단, 애쉬와 황석철광이 최저로 함유된 석탄을 탈수시키시 위하여 상기 부유수단과 연접되어 설치된 탈수수단 및 탈수된 석탄을 석탄-물연료로서 적합한 형태인 슬러리를 제조하기 위하여 상기 수단과 연접되어 설치된 슬러리 형성수단으로 이루어진 석탄-물혼합연료의 제조장치.
12. 제11항에 있어서, 탈수수단과 역부유선광수단은 이 수단으로부터 방출되어지는 폐석을 회수하여 처리하도록하는 폐석처분수단 및 물처리수단과 연접되어 설치되어진 장치.
13. 제11항에 있어서, 초기연삭기는 폐회로 습식보올밀로 된 장치.
14. 제11항에 있어서, 초기연삭기는 개회로 로오드밀로 된 장치.
15. 제11항에 있어서, 거품부유선광수단은 석탄종류에 따라 적어도 하나 또는 그 이상의 거품부유선광계가 연속적으로 연결되어지도록 되어진 장치.
16. 제15항에 있어서, 제품부유선광수단은 시이브벤트를 포함하고 있되, 체분리된 통과물을 회수하는 적어도 하나의 거품부유선광단계가 연속적으로 연접되어 있고, 체분리된 잔유물을 회수하는 적어도 하나이상의 거품 부유선광단계가 연속적으로 연접되어지도록 되어진 장치.
17. 제15항에 있어서, 거품부유수단은 그 출력부에 탈수수단이 연접되어진 장치.
18. 제11항에 있어서, 탈수수단은 석탄정제조와 진공디스크여과기장치로 이루어진 장치.
19. 제11항에 있어서, 슬러리형상수단은 보올밀, 채분급기 및 적어도 하나이상의 연속적인 혼합단계로 이루어진 장치.
20. 제11항에 있어서, 탈수수단은 석탄정제조와 진공디스크여과기로 구성되어 있으되 상기 진공디스크여과기와 부유선광수단으로부터 배출되어지는 폐석을 회수하고 처리하기 위하여 페석처리가 상기 진공디스크여과기 및 부유 선광수단과 연접되어 설치되어진 장치.

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