KR101928449B1 - 블렌딩 오일의 조성물 및 이를 이용한 코크스 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블렌딩 오일의 조성물 및 이를 이용한 코크스 제조방법에 관련되며, 이때 블렌딩 오일의 조성물은 친환경적인 글리세린과 대두, 미강, 옥수수, 팜유, 우지, 돈지, 캐슈넛 중 어느 1종 이상에서 추출된 식물성 지방산 오일을 혼합 수지화한 조성물에 탄소함량이 높은 리그닌 분말을 혼합하여 식물성 지방산 오일 함량 대폭 감소시킴으로, 코크스오븐에서의 장입밀도 향상과 더불어 원료탄의 점결성을 증대시키고, 건류시에 발생하는 균열(crack), 열 깨짐(theraml crack)을 방지하여 코크스의 품질 향상을 도모하고자 한다.

Description

블렌딩 오일의 조성물 및 이를 이용한 코크스 제조방법{COMPOSITION OF BLENDING OIL AND METHOD FOR PRODUCING COOK USING THE SAME}

본 발명은 블렌딩 오일의 조성물 및 이를 이용한 코크스 제조방법에 관련되며, 보다 상세하게는 친환경적인 글리세린과 대두, 미강, 옥수수, 팜유, 우지, 돈지, 캐슈넛 중 어느 1종 이상에서 추출된 식물성 지방산 오일을 혼합 수지화한 조성물에 탄소함량이 높은 리그닌 분말을 혼합하여 식물성 지방산 오일 함량 대폭 감소시킴으로, 코크스오븐에서의 장입밀도 향상과 더불어 원료탄의 점결성을 증대시키고, 건류시에 발생하는 균열(crack), 열 깨짐(theraml crack)을 방지하여 코크스의 품질 향상을 도모하는 블렌딩 오일의 조성물 및 이를 이용한 코크스 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철산업에서 철광석 환원제로 사용되는 코크스는 선철 생산효율에 지대한 영향을 끼치는 요인으로 작용하여 고강도 코크스가 안정적으로 공급되는 것이 고로 조업의 안정성과 생산성 증대에 필수적이라고 할 수 있다.

이렇듯 고강도 코크스를 제조하기 위하여 예전에는 점결성이 우수한 원료탄을 주로 사용하였으나, 이러한 원료탄은 자원이 한정되어 가격이 비싸기 때문에 제조원가를 낮추기 위해 통상적으로는 점결성이 없거나 미약한 저가의 일반탄을 점결성이 우수한 원료탄과 적정비율로 배합하여 코크스 제조가 이루어지고 있다.

그러나 이러한 방법도 제한적인 미비점탄 사용(저가탄)으로 원가 절감의 한계가 있다. 현재 원료탄 배합변경 시 코크스 냉간 강도를 미리 예측하여 사용하고 있는 상황이며, 제조원가 절감을 위하여 저가의 미비점탄을 증가시켜 사용할 시, 각 원료탄별로 적정 관리수준이 설정되어 있지 않아 코크스 냉간 강도의 예측 적중률이 낮아지고 원료탄 배합변경 빈도가 증가되므로, 코크스 냉간 강도 편차 상승 및 저가탄 사용비의 감소로 코크스 제조원가 증대의 문제점이 발생하게 된다.

이에 종래에 개시된 특허등록 10-703061호에서, 인체에 무해하고 친환경적인 글리세린을 동ㆍ식물성 유지와 혼합하여, 점도 및 유동점을 낮추어 별도의 큰 열을 가하지 않고도 상온에서 액상을 유지하여 작업성이 우수할 뿐만 아니라 낮은 열처리만으로도 쉽게 녹기 때문에 별도의 설비투자 없이 기존의 설비만으로도 사계절 사용이 가능하여 에너지 소모와 원가를 절감할 수 있는 기술이 선등록된바 있다.

그러나 상기 종래기술은 원료탄 유동도를 높이기 위해 동ㆍ식물성 유지 함량이 글리세린과 비등하게 높은 함량으로 혼합되므로, 동ㆍ식물성 유지 함량이 증가할수록 코크스오븐에서의 장입밀도가 저하되는 문제점이 따랐다.

이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 친환경적인 글리세린과 대두, 미강, 옥수수, 팜유, 우지, 돈지, 캐슈넛 중 어느 1종 이상에서 추출된 식물성 지방산 오일을 혼합 수지화한 조성물에 탄소함량이 높은 리그닌 분말을 혼합하여 식물성 지방산 오일 함량 대폭 감소시킴으로, 코크스오븐에서의 장입밀도 향상과 더불어 원료탄의 점결성을 증대시키고, 건류시에 발생하는 균열(crack), 열 깨짐(theraml crack)을 방지하여 코크스의 품질 향상을 도모하는 블렌딩 오일의 조성물 및 이를 이용한 코크스 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 코크스의 강도를 높이기 위한 장입유로 사용되는 블렌딩 오일의 조성물에 있어서, 대두, 미강, 옥수수, 팜유, 우지, 돈지, 캐슈넛 중 어느 1종 이상에서 추출된 식물성 지방산 오일 30~40중량부, 글리세린 30~40중량부, 리그닌분말 10~20중량부로 이루어지되, 상기 식물성 지방산 오일은 -600 내지 -800mmHg 진공조건에서 280~320℃로 승온하여 수지 함량이 증가된 농축액인 것을 특징으로 한다.

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그리고, 본 발명에 따른 블렌딩 오일의 조성물을 이용한 코크스 제조방법은, 원료탄 100중량부 기준 대두, 미강, 옥수수, 팜유, 우지, 돈지, 캐슈넛 중 어느 1종 이상에서 추출된 식물성 지방산 오일 30~40중량부, 글리세린 30~40중량부, 리그닌분말 10~20중량부로 이루어지는 블렌딩 오일의 조성물 2~7중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 공정(S1); 상기 혼합물을 코크스 오븐에 장입하여 건류시켜 코크스를 제조하는 공정(S2)를 포함하여 이루어지되, 상기 식물성 지방산 오일은 -600 내지 -800mmHg 진공조건에서 280~320℃로 승온하여 수지 함량이 증가된 농축액인 것을 특징으로 한다.

이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 친환경적인 글리세린과 대두, 미강, 옥수수, 팜유, 우지, 돈지, 캐슈넛 중 어느 1종 이상에서 추출된 식물성 지방산 오일을 혼합 수지화한 조성물에 탄소함량이 높은 리그닌 분말을 혼합하여 식물성 지방산 오일 함량 대폭 감소시킴으로, 코크스오븐에서의 장입밀도 향상과 더불어 원료탄의 점결성을 증대시키고, 건류시에 발생하는 균열(crack), 열 깨짐(theraml crack)을 방지하여 코크스의 품질 향상을 도모하는 효과가 있다.

그리고, 증류를 통한 수지류 농축 식물성 지방산 오일을 사용하여 코크스의 반응율(CCR)이 증가되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 블렌딩 오일의 조성물의 연화점 온도에서의 식물성 지방산 오일 성상변화 확인 실험표.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 블렌딩 오일의 조성물의 장입밀도 테스트결과표.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 블렌딩 오일의 조성물의 식물성 지방산 오일 농축 증류장치를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 블렌딩 오일의 조성물의 식물성 지방산 오일 농축 증류장치를 이용한 증류 결과표
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 블렌딩 오일의 조성물의 농축된 식물성 지방산 오일을 나타내는 사진.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 블렌딩 오일의 조성물의 리그닌 분석 실험표.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 블렌딩 오일의 조성물을 이용한 코크스 제조방법을 개략적으로 나타내는 블록도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 블렌딩 오일의 조성물 및 이를 이용한 코크스 제조방법에 관련되며, 이때 블렌딩 오일의 조성물은 친환경적인 글리세린과 대두, 미강, 옥수수, 팜유, 우지, 돈지, 캐슈넛 중 어느 1종 이상에서 추출된 식물성 지방산 오일을 혼합 수지화한 조성물에 탄소함량이 높은 리그닌 분말을 혼합하여 식물성 지방산 오일 함량 대폭 감소시킴으로, 코크스오븐에서의 장입밀도 향상과 더불어 원료탄의 점결성을 증대시키고, 건류시에 발생하는 균열(crack), 열 깨짐(theraml crack)을 방지하여 코크스의 품질 향상을 도모하고자 한다.

본 발명의 블렌딩 오일의 조성물은 대두, 미강, 옥수수, 팜유, 우지, 돈지, 캐슈넛 중 어느 1종 이상에서 추출된 식물성 지방산 오일 30~40중량부, 글리세린 30~40중량부, 리그닌분말 10~20중량부로 이루어진다.

그리고 상기 대두, 미강, 옥수수, 팜유, 우지, 돈지, 캐슈넛 중 어느 1종 이상에서 추출된 식물성 지방산 오일은 -600 내지 -800mmHg 진공조건에서 280~320℃로 승온하여 수지 함량이 증가된 농축액인 것을 특징으로 한다.

1. 연화점 온도에서의 식물성 지방산 오일 성상변화 확인 실험.

연화점 온도에서의 오일 성상변화를 확인하기 위해 실시된 전기로 건류 실험은 고온에서 휘발되지 않고 잔류하여 유동성에 영향을 주는 물질이 얼마나 잔존하는지 확인하기 위한 실험으로서, 도 1에 전기로 건류실험 결과 값이 나타나 있다.

연화점 350℃에서 대두, 미강, 옥수수, 팜유, 우지, 돈지, 캐슈넛 중 어느 1종 이상에서 추출된 식물성 지방산 오일이 기존 사용하는 타르와 비슷한 수준으로 잔류물에 대한 결과를 얻었으며, 400℃실험에서는 식물성 지방산 오일이 타르보다 잔류양이 적게 나타나는 결과가 나왔다.

그러나 통상 석탄의 연화 용융온도는 320~350℃지점이므로, 이는 잔류량 결과로 판단 할 시 식물성 지방산 오일이 타르와 비슷한 량의 유동성 부여 가능한 물질이 남아있는 결과를 얻었다.

2. 장입밀도 테스트

장입밀도 테스트에 사용된 오일의 조성은 대두, 미강, 옥수수, 팜유, 우지, 돈지, 캐슈넛 중 어느 1종 이상에서 추출된 식물성 지방산 오일, 글리세린, 리그닌분말으로 이루어진 블렌딩 오일의 조성물 시료를 이용해 실시되었다. 도 2의 장입밀도 테스트결과와 같이 글리세린 40중량부, 리그닌 10중량부 동일한 조건에서 식물성 지방산 오일 30~40중량부가 포함된 시료에서 장입밀도가 높게 나왔다.

이처럼 식물성 지방산 오일 함량이 30~40중량부로 감소되는 조건에서 코크스오븐에서의 장입밀도 향상과 더불어 종래 유해물질 분류된 Tar를 미첨가하는 조건에서 원료탄의 점결성이 증대된다.

3. 식물성 지방산 오일 농축

실험 조건은 도 3의 증류장치를 이용한 진공 증류로 진행 되었다. 도 3에서 부호 A: 열중합 반응기, B: 교반장치, C: 압력계, D: 온도 컨트롤러, E:온도 제어기, F: 가열분해로, G: 냉각기, H: 오일 회수기, I: 가스 포집기 이다.

식물성 지방산 오일 농축에 따른 증류조건은 -600 내지 -800mmHg 진공조건에서 280~320℃로 승온하여 수지 함량이 증가된 농축액을 추출하였다.

증류 결과는 아래의 도 4와 같이 나왔으며, 50중량%까지 증류하여도 도 5와 같이 변색되지 않는 오일을 얻을 수 있었다. 또한 증류피치로 남는 농축 식물성 지방산 오일의 경우 경화되지 않는 점도 높은 오일이 회수 되었다. 증류된 용액은 시간이 지남에 따라 산화반응에 의해 붉은 색으로 변색이 일어나는 것으로 확인되어, 공기중에 노출되지 않도록 밀봉처리하여 보관하는 것이 바람직하다.

또, 상기 식물성 지방산 오일 농축에 따른 증류회수율은 20~30중량%로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이때 식물성 지방산 오일 농축에 따른 증류회수율은 30중량%를 초과하면 유동성이 저하되고 굳는 현상이 발생된다.

또한, 상기 식물성 지방산 오일 농축에 따른 승온 온도 280~320℃에 도달하기까지 15~20분으로 설정된다. 20분이하 범위에서 증류시 btm(bottom)의 물성이 양호하고, 점액질 액체로 존재한다. 반면 승온온도 280~320℃에 도달하기까지 20분을 초과할 경우에는 증류 목표치 양에 도달하기 전에 btm(bottom)에서 열중합 반응으로 유동성을 잃어가는 현상이 발생된다.

그리고 수지함량이 증가된 식물성 지방산 오일이 원료탄에 함유되어 코크스의 반응성을 높이기 위한 첨가제로 사용함으로써 코크스의 비표면적을 증가시켜 반응하기 용이한 저밀도 매트릭스 구조로 형성하는데 도움을 준다.

4. 리그닌 분석 실험

점결성 부여물질을 잔류탄소의 함량에 의하여 결정되는 지를 확인하기 위하여 탄소함유량이 높은 정제 리그닌을 활용하여 코크스제조 온도에 따른 영역별 성상 변화를 확인 하였다. 각 온도 구간별 성상변화는 도 6에 도시되어 있다.

실험은 전기로에서 시료를 30g을 넣은 후 300℃, 400℃, 500℃. 900℃ 별로 30분간 가열하였으며, 공기접촉을 제한한 상태에서 실험 진행 하였다.

실험결과 각각의 온도에서 순수 리그닌은 구형 모양으로 부풀어 오르며 수지성분의 탄화에서 발생되는 무지갯빛을 띠는 형상을 나타내었으며, 500℃조건에서는 순수 리그닌은 수축 현상을 보이며, 실험결과 탄소 함유량이 높은 순수리그닌에서는 점결성을 정의하는 현상(점결성은 공기가 없을 때 가열하면 부풀고, 연화된 후 다시 코크스로 굳어지는 현상)을 동일하게 재현 되었다.

그리고, 순수 리그닌에 대한 회분테스트로 진행된 900℃ 테스트는 잔류탄소 함량이 약 40% 가량 나타났다. 이는 점결탄 등급을 탄소 함량에 기준하듯이(점결성의 정도의 차에 의해 약점결탄(無水無灰基의 탄소함유량이 80∼83%)·점결탄(83∼85%)·강점결탄(85∼90%)의 세 가지로 나누어진다.) 점결탄의 필수요소인 탄소함량이 증가에 도움을 준다.

즉, 니그닌이 함유된 원료탄을 건류해서 코크스를 제조할 때에, 건류시에 발생하는 균열(crack), 열 깨짐(theraml crack)이 방지되고, 코크스를 고로에 장입할 때에도 잘 깨지지 않고, 수율 저하를 방지되는 이점이 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 블렌딩 오일의 조성물을 이용한 코크스 제조방법을 개략적으로 나타내는 블록도이다.

본 발명에 따른 블렌딩 오일의 조성물을 이용한 코크스 제조방법은, 원료탄 100중량부 기준 식물성 지방산 오일 30~40중량부, 글리세린 30~40중량부, 리그닌분말 10~20중량부로 이루어지는 블렌딩 오일의 조성물 2~7중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 공정(S1)과, 상기 혼합물을 코크스 오븐에 장입하여 건류시켜 코크스를 제조하는 공정(S2)를 포함하여 이루어진다.

이때 본 발명에 따른 블렌딩 오일의 조성물을 이용한 코크스 제조방법은 코크스를 제조하는 통상의 공정과 동일하며, 종래에 코크스의 강도를 높이기 위한 장입유로 사용되는 블렌딩 오일을 본원의 블렌딩 오일의 조성물로 대체하는 것이므로, 코크스 제조공정에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

또, 상기 식물성 지방산 오일은 -600 내지 -800mmHg 진공조건에서 280~320℃로 승온하여 수지 함량이 증가된 농축액인 것을 사용한다.

또한, 상기 식물성 지방산 오일 농축에 따른 증류회수율은 20~30중량%로 구성된다.

또한, 상기 식물성 지방산 오일 농축에 따른 승온 온도 280~320℃에 도달하기까지 15~20분으로 설정된다.

Claims (8)

1. 코크스의 강도를 높이기 위한 장입유로 사용되는 블렌딩 오일의 조성물에 있어서,
   대두, 미강, 옥수수, 팜유, 우지, 돈지, 캐슈넛 중 어느 1종 이상에서 추출된 식물성 지방산 오일 30~40중량부, 글리세린 30~40중량부, 리그닌분말 10~20중량부로 이루어지되, 상기 식물성 지방산 오일은 -600 내지 -800mmHg 진공조건에서 280~320℃로 승온하여 수지 함량이 증가된 농축액인 것을 특징으로 하는 블렌딩 오일의 조성물.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 식물성 지방산 오일 농축에 따른 증류회수율은 20~30중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 블렌딩 오일의 조성물.
4. 제 1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 식물성 지방산 오일 농축에 따른 승온 온도 280~320℃에 도달하기까지 15~20분으로 설정되는 것을 특징으로 하는 블렌딩 오일의 조성물.
5. 원료탄 100중량부 기준 대두, 미강, 옥수수, 팜유, 우지, 돈지, 캐슈넛 중 어느 1종 이상에서 추출된 식물성 지방산 오일 30~40중량부, 글리세린 30~40중량부, 리그닌분말 10~20중량부로 이루어지는 블렌딩 오일의 조성물 2~7중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 공정(S1);
   상기 혼합물을 코크스 오븐에 장입하여 건류시켜 코크스를 제조하는 공정(S2)를 포함하여 이루어지되,
   상기 식물성 지방산 오일은 -600 내지 -800mmHg 진공조건에서 280~320℃로 승온하여 수지 함량이 증가된 농축액인 것을 특징으로 하는 블렌딩 오일의 조성물을 이용한 코크스 제조방법.
6. 삭제
7. 제 5항에 있어서,
   상기 식물성 지방산 오일 농축에 따른 증류회수율은 20~30중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 블렌딩 오일의 조성물을 이용한 코크스 제조방법.
8. 제 5항 또는 제 7항에 있어서,
   상기 식물성 지방산 오일 농축에 따른 승온 온도 280~320℃에 도달하기까지 15~20분으로 설정되는 것을 특징으로 하는 블렌딩 오일의 조성물을 이용한 코크스 제조방법.

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