WO2015099441A1 - 성형탄 및 그 제조 방법 - Google Patents

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WO2015099441A1
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coal
weight
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raw sugar
amount
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PCT/KR2014/012784
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김현정
이상호
조민영
이상대
이영우
강용수
박석인
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주식회사 포스코
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    • C10L5/10—Methods of shaping, e.g. pelletizing or briquetting with the aid of binders, e.g. pretreated binders
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    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/32—Molding or moulds

Definitions

  • the present invention relates to coal briquettes and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to coal briquettes and a method of manufacturing the same that can be manufactured at low cost while improving cold strength.
  • iron ore is used as a reducing furnace and a molten gasifier for melting the reduced iron ore.
  • a melt gasifier coal briquettes are charged into a melt gasifier as a heat source for melting iron ore.
  • the reduced iron is melted in the molten gasifier, converted to molten iron and slag and then discharged to the outside.
  • the coal briquettes charged into the melt gasifier form a coal filling layer.
  • Oxygen is blown through the tuyere installed in the melt gasifier and then burns the coal packed bed to produce combustion gas. Combustion gas is converted into hot reducing gas while rising through the coal-filled bed.
  • the high temperature reducing gas is discharged to the outside of the melt gasification furnace and supplied to the reduction furnace as reducing gas.
  • coal briquettes are manufactured by mixing coal and a binder.
  • molasses is used as the binder.
  • the component of molasses varies depending on the production region, and it is difficult to control the component according to the sugar production process. Therefore, when the coal briquettes are manufactured using molasses as a binder, the quality of the coal briquettes cannot be constantly controlled. In particular, when molasses having high moisture is used, the quality of coal briquettes is deteriorated.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing coal briquettes having excellent cold strength and which can be manufactured at low cost. In addition, to provide a coal briquettes produced by the above-described method.
  • the present invention is charged into the dome of the molten gasifier in the molten gas manufacturing apparatus comprising a reducing gas which is connected to the molten gasifier, i) a molten gasifier, and ii) a molten gasifier, providing a reduced iron rapid heating It provides a method for producing coal briquettes.
  • Method for producing coal briquettes comprises the steps of i) providing pulverized coal, ii) providing a raw sugar binder greater than 0 and less than 10 parts by weight based on 100 parts by weight of pulverized coal, iii) raw sugar binder in pulverized coal Adding to provide a mixture, and iv) molding the mixture to provide coal briquettes.
  • the raw sugar binder may be provided as a raw sugar solution, and the raw sugar solution may include 35 wt% to 85 wt% of raw sugar.
  • the raw sugar solution may comprise 65 wt% to 85 wt% of raw sugar.
  • Providing the raw sugar binder includes i) crushing the sugar cane while injecting water, ii) juice the pulverized sugar cane to provide sugar cane juice, and iii) removing impurities from the sugar cane juice and Concentrating the sorghum juice may include providing the sugarcane syrup as a raw sugar binder.
  • the amount of solids contained in the sugar cane juice may be 10wt% to 30wt%. More preferably, in the step of providing the sugar cane syrup as a raw sugar binder, the amount of solids contained in the sugar cane syrup may be 50wt% to 90wt%. More preferably, the amount of solids contained in the sugar cane syrup may be 65 wt% to 85 wt%. More preferably, the amount of solids contained in the sugar cane syrup may be 70wt% to 78wt%.
  • Providing the raw sugar binder further includes adding paraffin to the sugar cane syrup, and may be greater than 0 and less than 1 wt% of the amount of paraffin to the amount of sugar cane syrup.
  • the mixture is mixed for 5 to 7 minutes and the mixing temperature can be 50 ° C to 100 ° C.
  • the amount of the total reducing sugar contained in the sugar cane syrup may be 65wt% to 90wt%.
  • the pulverized coal may be one or more coals selected from the group consisting of power coal, fine coal, lignite coal and anthracite coal.
  • Providing the raw sugar binder i) melting the raw sugar with steam of 70 °C to 120 °C, and ii) adding water to the melt and stirred at 60 °C to 70 °C to the raw sugar binder to the raw sugar solution It may include providing a step.
  • Method for producing coal briquettes comprises the steps of providing at least one curing agent selected from the group consisting of quicklime, slaked lime, calcium carbonate, cement, bentonite, clay, silica, silicate, dolomite, phosphoric acid and sulfuric acid It may further include.
  • a hardener is further added to the pulverized coal, and the amount of the hardener relative to 100 parts by weight of the pulverized coal may be 1 part by weight to 6 parts by weight.
  • the ratio of the amount of solids to the amount of total reduced sugars contained in the raw sugar binder may be greater than 1 and less than 1.2.
  • the raw sugar binder may include one or more sugars selected from the group consisting of sucrose, glucose and fructose.
  • the raw sugar binder includes sucrose, and the amount of sucrose relative to 100 parts by weight of pulverized coal may be greater than 0 and 5 parts by weight or less.
  • the amount of sucrose may be from 2 parts by weight to 5 parts by weight.
  • the raw sugar binder includes glucose, and the amount of glucose relative to 100 parts by weight of pulverized coal may be greater than 0 and 4 parts by weight or less. More preferably, the amount of glucose may be 2 parts by weight to 4 parts by weight.
  • the raw sugar binder includes fructose, and the amount of fructose to 100 parts by weight of pulverized coal may be greater than 0 and 4 parts by weight or less.
  • the amount of fructose may be 2 to 4 parts by weight.
  • the reduction furnace may be a fluidized bed reduction furnace or a packed bed reduction furnace.
  • the raw sugar binder is provided as a raw sugar solution, and the amount of the raw sugar solution to 100 parts by weight of pulverized coal may be 3 parts by weight to 10 parts by weight. More preferably, the amount of the raw sugar solution may be 6 parts by weight to 10 parts by weight.
  • the amount of raw sugar solution may be 8 parts by weight to 10 parts by weight.
  • the amount of sucrose contained in the raw sugar solution may be 45 wt% to 75 wt%.
  • the viscosity of the raw sugar binder may be 100cp to 10000cp.
  • the amount of water contained in the pulverized coal may be 3 wt% to 12 wt%.
  • Coal briquettes according to an embodiment of the present invention is charged into the dome portion of the molten gasifier in the molten iron manufacturing apparatus comprising a reducing gas which is i) a molten gasifier to which iron is charged, and ii) a molten gasifier, and providing a reduced iron. It is heated rapidly.
  • the coal briquettes include pulverized coal and raw sugar binder, the amount of raw sugar binder is greater than 0 and 10 parts by weight or more, and the raw sugar binder includes one or more sugars selected from the group consisting of sucrose, glucose and fructose.
  • the raw sugar binder may be greater than 0 and less than 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of pulverized coal.
  • the amount of sucrose may be from 2 parts by weight to 5 parts by weight.
  • the amount of fructose may be greater than 0 and less than 4 parts by weight with respect to 100 parts by weight of pulverized coal. More preferably, the amount of fructose may be 2 parts by weight to 4 parts by weight.
  • the coal briquettes further comprise at least one curing agent selected from the group consisting of quicklime, slaked lime, calcium carbonate, cement, bentonite, clay, silica, silicate, dolomite, phosphoric acid and sulfuric acid, and the curing agent is 0.1 weight part based on 100 parts by weight of pulverized coal. Parts to 6 parts by weight.
  • the amount of solids contained in the raw sugar binder may be 16wt% to 96wt%. More preferably. The amount of solids may be 78 wt% to 96 wt%.
  • coal briquettes By using a raw sugar binder containing sucrose, the cold strength of the coal briquettes can be efficiently ensured. In addition, it is possible to produce coal briquettes having excellent cold strength while being cheap using sugarcane juice. If sugarcane juice is used, there is no need to repeat the supersaturated concentrated recrystallization process to produce raw sugar. In addition, it is possible to reduce the equipment investment cost required for the production of concentrated syrup, so that coal briquettes can be manufactured at low cost. It is also easy to store sugar cane syrup for a long time.
  • FIG. 1 is a schematic flowchart of a method of manufacturing coal briquettes according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the chemical formula of the components of the binder used in the method for producing coal briquettes of FIG.
  • 3 is a schematic graph of the change in compressive strength of coal briquettes according to the use of raw sugar and molasses.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a raw sugar manufacturing apparatus for providing the raw sugar binder of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of an apparatus for manufacturing molten iron using the coal briquettes manufactured in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of another apparatus for manufacturing molten iron using the coal briquettes manufactured in FIG. 1.
  • first, second, and third are used to describe various parts, components, regions, layers, and / or sections, but are not limited to these. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, the first portion, component, region, layer or section described below may be referred to as the second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the invention.
  • raw sugar binder used hereinafter is interpreted to include all materials including sucrose.
  • raw sugar binders are interpreted to include both solid and liquid forms of the material.
  • FIG. 1 schematically shows a flow chart of a method for producing coal briquettes according to an embodiment of the present invention.
  • the flowchart of the manufacturing method of the coal briquette of FIG. 1 is only for illustration of this invention, Comprising: This invention is not limited to this. Therefore, the manufacturing method of the coal briquettes can be variously modified.
  • a method for producing coal briquettes includes: i) providing pulverized coal, ii) providing a raw sugar binder, iii) adding a raw sugar binder to pulverized coal, and iv) providing a mixture. Shaping to provide coal briquettes.
  • the method of manufacturing coal briquettes may further include other steps.
  • step S10 pulverized coal is provided.
  • Pulverized coal is used as raw coal.
  • the pulverized coal is mixed with moisture in advance to maintain the amount of moisture mixed with the pulverized coal at 3wt% to 12wt%. If the amount of water mixed in the pulverized coal is adjusted in the above-described range, the moisture may block the pores of the pulverized coal particles.
  • the pulverized coal particles can be well bonded to each other to efficiently improve the cold strength of the coal briquettes.
  • the coal particles may be pulverized so that 90 wt% or more of the coal particles becomes 3 mm or less.
  • the pulverized coal may be coal briquettes, fine coal, lignite or anthracite. That is, the coal briquettes having improved hot strength may be manufactured by mixing sugarcane syrup and fine coal of the above-described coal species. Therefore, it is possible to prevent the phenomenon that the hot strength and the cold strength of the coal briquettes decrease due to the change in the coal type of the pulverized coal.
  • a raw sugar binder is provided.
  • Raw sugar or raw sugar solution can be used as a raw sugar binder.
  • the raw sugar solution can be used as it is sugar cane juice or by dissolving the raw sugar in water.
  • the raw sugar solution may comprise 35 wt% to 85 wt% of raw sugar. If the amount of raw sugar is too small, the cold strength and hot strength of the coal briquettes may be lowered. In addition, when the amount of raw sugar is too large, the formability of the coal briquettes decreases or the manufacturing cost increases. Therefore, the amount of raw sugar is adjusted to the above range. More preferably, the raw sugar solution may include 65 wt% to 85 wt% of raw sugar.
  • the temperature of the crude sugar solution may be 10 ° C to 80 ° C. If the temperature of the crude sugar solution is too high, the surrounding equipment may deteriorate. In addition, when the temperature of the raw sugar solution is too low, its flowability may decrease. Therefore, the temperature of the raw sugar solution is adjusted to the above-mentioned range.
  • the raw sugar binder may be provided in an amount of greater than 0 and 10 parts by weight or less based on 100 parts by weight of pulverized coal. If the amount of raw sugar binder is large, the production cost of coal briquettes may increase. In addition, when the amount of the raw sugar binder is small, the cold strength of the coal briquettes may be lowered. Therefore, the amount of raw sugar binder is adjusted to the above range.
  • the viscosity of the raw sugar solution can be adjusted to 100cp to 10000cp. If the viscosity of the crude sugar solution is too low, it is not suitable for use. In addition, when the viscosity of the raw sugar solution is too high, the flowability is poor and the efficiency of manufacturing coal briquettes is lowered. Therefore, it is preferable to adjust the viscosity of the raw sugar solution to the above-mentioned range.
  • coal briquettes When raw coal solution is added to pulverized coal as a binder to produce coal briquettes, physical properties of the coal briquettes can be improved. In addition, when the raw sugar solution is used as the binder, since the cold strength of the coal briquettes is improved, molasses used as the binder can be replaced.
  • the raw sugar solution used in the coal briquettes as a raw sugar binder needs to have a viscosity of 25000 cps or less at 25 ° C for transportation, storage, and quantitative cutting.
  • the solids content of the raw sugar solution may be greater than 0 and less than 85%.
  • the amount of pulverized coal may be 5wt% to 12wt%.
  • the content of total reducing sugar in the solid content having a relationship with the strength of the coal briquettes may be more than 25wt% and less than 100wt%.
  • the binder when the solid content of the raw sugar solution is 73wt% to 90wt%, 5 parts by weight to 14 parts by weight of the raw sugar solution with respect to 100 parts by weight of pulverized coal can be used as the binder.
  • the amount of pulverized coal may be 5 wt% to 12 wt%.
  • 2 to 6 parts by weight of a curing agent may be used based on 100 parts by weight of pulverized coal. If the amount of solids contained in the coal briquettes is small and the amount of water contained in the coal brim is large, the compressive strength is lowered by the moisture.
  • the amount of solids contained in the raw sugar binder may be 16wt% to 96wt%. More preferably, the amount of solids may be 35 wt% to 85 wt%.
  • the amount of solid content is small, the cold strength of the coal briquettes is hardly improved.
  • the amount of solid content is large, the fluidity
  • coal briquettes having excellent cold strength can be produced using solids having an amount in the above range.
  • the content of the solid content is higher than 80% and the viscosity is 25000cp or more, so it cannot be applied to coal briquette operation.
  • the viscosity of the raw sugar binder is 100cp to 10000cp.
  • the viscosity of the raw sugar binder is 40 times lower than that of molasses. Therefore, it is easy to transport, store or quantitatively cut the coal briquettes.
  • the mixing efficiency can be increased to improve the coal briquette strength deviation.
  • a raw sugar binder is added to the pulverized coal to provide a mixture.
  • a raw sugar binder is used instead of molasses.
  • Raw sugar binders include sucrose, glucose or fructose.
  • sugar cane syrup as raw sugar binder as described below, the mixture can be mixed for 5 to 7 minutes. If the mixing time is small, the sugar cane syrup is not evenly distributed in the pulverized coal. In addition, when the mixing time is too long, the fluidity of the mixture is lowered and the production cost is increased. Therefore, it is preferable to adjust the mixing time to the above-mentioned range. Further, for the same reason as described above, the mixing temperature of the mixture is preferably 50 ° C to 100 ° C.
  • sucrose, glucose or fructose will be described in more detail with reference to FIG. 2.
  • Figure 2 shows the chemical formula of the components of the binder used in the method for producing coal briquettes of Figure 1; That is, Figure 2 shows the chemical formula of sucrose, glucose, fructose.
  • Sucrose is called sucrose and the product name is sugar.
  • Sucrose is a disaccharide in which ⁇ -glucose (glucose) and ⁇ -fructose (fructose) are combined 1 and 2, and the molecular formula is C 12 H 22 O 11 and is the main component of sugar in juices such as sugar cane, sugar beet and sugar maple.
  • Sucrose has excellent sweetness quality and strength, and is used as a reference material for sweetener evaluation.
  • Glucose is a typical aldohexose, i.e., a monosaccharide having 6 carbons and an aldehyde group. Glucose is the central compound of carbohydrate metabolism, capable of synthesizing 38 ATPs per molecule, and the molecular formula is C 6 H 12 O 6 . There are two types of optical isomers of type D and L, and in nature only type D exists and this D-glucose is called glucose.
  • fructose is a kind of 2-ketohexose, also called levulose, and is composed of levan ( ⁇ -2,6-fructan) or inulin ( ⁇ -) in the form of free and disaccharides in fruits, vegetables, and honey. Homopolysaccharides such as 1,2- fructan).
  • Table 1 shows the characteristics of the coal briquette binder prepared using sucrose, glucose, fructose and molasses as the coal briquette binders. As shown in Table 1, when the coal briquettes are produced, the physical properties of the coal briquettes are excellent in the order of sucrose, fructose and glucose. Here, sucrose is excellent in compressive strength drop strength compared to molasses, it is particularly suitable for use as a molasses substitute.
  • the monosaccharides improve the hot strength and the cold strength of the coal briquettes by caramelization with the curing agent. Therefore, when the coal briquettes are manufactured by adding sucrose, glucose, and fructose to the fine coal as a binder, or when the coal briquettes are manufactured by adding the raw sugar solution to the fine coal, physical properties of the coal briquettes may be improved. On the other hand, when the coal briquettes are produced, the monosaccharides must be deformed into polymers so that they do not stick well to the forming rolls and cold strength does not decrease.
  • the amount of sucrose per 100 parts by weight of pulverized coal may be greater than 0 and 5 parts by weight or less. More preferably, the amount of sucrose may be 2 parts by weight to 5 parts by weight. If the amount of sucrose is too small, the cold strength of the coal briquettes is lowered. In addition, if the amount of sucrose is too large, the mixture is hardly stamped with coal briquettes in the production of coal briquettes and the mixture sticks to the rolls. Therefore, the amount of sucrose is adjusted to the above range.
  • Glucose can also be mixed with pulverized coal as a binder.
  • the amount of glucose relative to 100 parts by weight of pulverized coal may be 4 parts by weight or less. More preferably, the amount of glucose may be 2 parts by weight to 4 parts by weight or less. If the amount of glucose is too small, the cold strength of the coal briquettes is lowered. In addition, if the amount of glucose is too large, the mixture is hardly stamped with coal briquettes in the manufacture of coal briquettes and the mixture sticks to the roll. Therefore, the amount of glucose in the above-described range is adjusted.
  • fructose can be mixed with pulverized coal as a binder.
  • the amount of fructose relative to 100 parts by weight of pulverized coal may be 4 parts by weight or less. More preferably, the amount of fructose may be 2 parts by weight to 4 parts by weight or less. If the amount of fructose is too small, the cold strength of the coal briquettes is lowered. In addition, if the amount of fructose is too large, the mixture is hardly stamped with coal briquettes in the manufacture of coal briquettes and the mixture sticks to the rolls. Therefore, the amount of fructose is adjusted in the above-described range.
  • coal briquettes can be manufactured using a raw sugar solution containing inexpensive sucrose as a binder.
  • the raw sugar solution contains at least 45 wt% solids. More preferably, the raw sugar solution comprises 45 wt% to 85 wt% solids.
  • Solids may include sucrose, glucose, and fructose. If the amount of solids contained in the raw sugar solution is too small, the cold strength of the coal briquettes may be lowered. In addition, if the amount of solids contained in the raw sugar solution is too large, there is a lack of moisture in the preparation of the mixture does not mix uniformly. Therefore, the amount of solids contained in the raw sugar solution is adjusted to the above-mentioned range.
  • the amount of the raw sugar solution mixed with respect to 100 parts by weight of pulverized coal may be 3 parts by weight to 10 parts by weight. More preferably, the amount of the raw sugar solution may be 6 parts by weight to 10 parts by weight. More preferably, the amount of the raw sugar solution may be 7 parts by weight to 10 parts by weight. If the amount of raw sugar solution is too small, the cold strength of the coal briquettes may be lowered. Also, if the amount of raw sugar solution is too large, the mixture will stick to the rolls without being hardened with coal briquettes. Therefore, the amount of raw sugar solution is adjusted to the above-mentioned range.
  • quicklime As a hardener, quicklime, slaked lime, calcium carbonate, cement, bentonite, clay, silica, silicate, dolomite, phosphoric acid or sulfuric acid can be used.
  • quicklime can be used to produce coal briquettes having excellent cold strength and hot strength together with the raw sugar binder.
  • Quicklime and slaked lime can secure the volume stability of sugarcane syrup by removing the carbon dioxide in the sugarcane syrup when using sugarcane syrup as a binder.
  • step S40 the mixture is molded to provide coal briquettes.
  • the coal briquettes in the form of pockets or strips may be manufactured by charging a mixture between paired rolls rotating in opposite directions. In this case, coal briquettes can be produced at 3 ° C to 300 ° C. Since coal briquettes are manufactured in the above-described temperature range, coal briquettes having excellent hot strength and cold strength can be produced. In addition, since the coal briquettes are contained in the coal briquettes, the cold strength of the coal briquettes can be improved.
  • the binder component contained in the coal briquettes can be analyzed as follows. First, 100 g of coal briquettes are pulverized finely. 500 mL of ethanol is then added and the liquid is separated from coal. Next, the liquid is filtered to separate solids, the liquid is removed using a rotary evaporator, and the remainder is dissolved in water to measure the ratio of 0.01% sucrose. Since the ratio of sucrose in general molasses is 30wt% to 40wt%, it can be assumed that raw sugar and sugar cane syrup is used as the coal briquette binder when the amount of sucrose is higher.
  • Figure 3 schematically shows a change in the compressive strength of the coal briquettes according to the use of the raw sugar binder and molasses binder. That is, the compressive strength of the coal briquettes when the amounts of the raw sugar binder and the molasses binder contained in the coal briquettes are 2wt%, 4wt%, 6wt%, 8wt% and 10wt%, respectively, is compared.
  • the raw sugar binder a raw sugar solution of 60% to 80% is used as the raw sugar binder.
  • the coal briquettes using the raw sugar solution as the binder has a higher compressive strength than the coal briquettes using the molasses binder. Therefore, when raw sugar is used as a binder of coal briquettes, the cold strength of coal briquettes is improved compared with the case where molasses is used as a binder. In addition, when raw sugar is used as a binder, since the cold strength of the coal briquettes is improved, the amount of binder used may be further reduced.
  • raw sugar can be used not only for the coal briquettes but also for the production of pellets.
  • raw sugars may be used in the production of cement or feed pellets in addition to coal.
  • lactose, maltose, raffinose, and the like may be used. These disaccharides or trisaccharides exhibit cold strength, either independently or by salting according to the mixing of hardeners.
  • quicklime, slaked lime, calcium carbonate, cement, bentonite, clay, silica, silicate, dolomite, phosphoric acid or sulfuric acid may be used as a curing agent used in the production of coal briquettes.
  • the hardener is combined with raw sugars to greatly improve the hot and cold strength of the coal briquettes.
  • the amount of the curing agent may be 0.1 parts by weight to 6 parts by weight with respect to 10 parts by weight of pulverized coal. By adjusting the amount of the curing agent in the above-described range, the cold strength of the coal briquettes can be greatly improved by blending with the raw sugar described above.
  • the amount of sucrose relative to 100 parts by weight of pulverized coal contained in the coal briquettes may be greater than 0 and 4 parts by weight or less. More preferably, the amount of sucrose may be 2 parts by weight to 4 parts by weight.
  • FIG. 4 schematically shows a raw sugar producing apparatus 15 for providing a raw sugar binder.
  • the raw sugar manufacturing apparatus 15 of FIG. 4 is for illustration only, and this invention is not limited to this. Therefore, the raw sugar manufacturing apparatus 15 can be modified also in another form.
  • the raw sugar manufacturing apparatus 15 includes a grinder 151, a juicer 152, a sugar cane juice storage tank 153, a vacuum pan 154, an impurity remover 155, and a centrifuge 156. ), Sugarcane concentrator 157 and quicklime reservoir 159.
  • the raw sugar manufacturing apparatus 15 may further include other components as necessary.
  • the sugar cane is pulverized finely with the injected water. Finely ground sugar cane is juiced in the juicer 152 and extracted into sugar cane juice. Sugar cane juice is stored in the sugar cane juice storage tank 153. Since sugar cane juice is prepared by grinding sugar cane, there are many impurities mixed in the sugar cane growing process. Accordingly, the quicklime from the quicklime storage tank 159 is added to the sugarcane juice transferred to the impurity remover 155 to prepare sugarcane syrup from which impurities in the sugarcane juice are removed. Sugar cane syrup can be used directly or concentrated and used as a coal briquette binder.
  • Sugar cane syrup has a very low viscosity, which is advantageous for pipe transportation compared to molasses.
  • the sugar cane syrup has excellent mixing efficiency, the cold strength variation of the coal briquettes can be reduced by uniform mixing.
  • the sugar cane syrup stably maintains the cold strength of the coal briquettes regardless of the variation of the carbon type.
  • the amount of solids contained in the sugar cane syrup may be 50 wt% to 90 wt%. More preferably, the amount of solids may be 50 wt% to 80 wt%. More preferably, the amount of solids contained in the sugar cane syrup may be 65 wt% to 85 wt%. More preferably, the amount of solids contained in the sugar cane syrup may be 70wt% to 78wt%.
  • the amount of solids contained in a large amount of sugar cane syrup reduces the sugar content by fermenting sucrose contained in the sugar cane syrup with an alcohol component, thereby lowering the cold strength of the coal briquettes. Therefore, it is necessary to prevent sugar cane syrup from being fermented by microorganisms.
  • the amount of solids is too large, it can be difficult to transfer, storage, cutting and the like of sugar cane syrup. Therefore, it is preferable to adjust the amount of solids and the amount of solids in the aforementioned range by adjusting the amount of water and sugar cane injected.
  • paraffin can prevent foaming of sugarcane syrup by organic acids and the like. That is, when carbon dioxide contained in the sugar cane syrup is ejected to the outside, bubbles are generated. When the sugar cane syrup is agitated, the container storing the sugar cane syrup may explode due to the presence of an organic substance which is a foaming surfactant, resulting in volume increase and foaming. Therefore, paraffin is used to prevent this.
  • Table 2 shows the content of solids and the viscosity of solids according to the total reduction sugar of sugarcane syrup.
  • the sugar cane syrup has a viscosity of 500 cps, which satisfies a viscosity condition of 25000 cps or less suitable for use as a coal briquette binder. Therefore, sugar cane syrup can be used industrially. More specifically, the amount of total reduction sugar contained in the sugar cane syrup is preferably 65wt% to 90wt%. If the total amount of reduced sugar is too small, sugar cane syrup can ferment. Therefore, in order to use stably stored within one year, to remove the precipitate by adding quicklime or slaked ash to sugar cane syrup. In addition, when the amount of total reducing sugar is too large, the sugar cane syrup has a high viscosity and thus cannot be applied to the actual process. Therefore, the amount of total reduction sugar is adjusted to the above-mentioned range.
  • quicklime used for removing impurities shown in FIG. 4 may be recovered and used again.
  • the sugar cane juice from which impurities are removed is concentrated by heating in a sugar cane concentrator 157 and then used as a raw sugar solution. That is, the coal briquettes can be manufactured using the sugar cane syrup obtained from the raw sugar producing apparatus 15 of FIG. 3 as a raw sugar binder.
  • Sugar cane syrup is distilled and recrystallized in a vacuum pan 154 and extracted into massecuite. White flakes have a solid content of 90 wt% or more, including raw sugar crystals.
  • the raw sugar is extracted through the centrifugation process in the centrifuge 156. This process is repeated continuously in the vacuum fan 154 and the centrifuge 156 to extract the raw sugar, and discharge the molasses by-product.
  • the raw sugar binder obtained through this process can be easily applied because it can be made into a solution by adjusting the moisture content as necessary. Therefore, coal type coal having a high intrinsic moisture content can also be used. If the amount of sugar in the sugar cane syrup is too large, the strength of the coal briquettes may be reduced by excessive moisture. On the other hand, if the water content of the sugar cane syrup is too small, that is, if the water content is excessively less than 10wt%, a problem occurs in the transfer, the water content of the coal briquettes may be insufficient to reduce the strength of the coal briquettes. And raw sugar binders instead of molasses binders can be used for various types of coal. Table 3 shows the results of component analysis of sugarcane juice, sugarcane syrup and raw sugar obtained in the raw sugar production apparatus 15 of FIG. 4.
  • the sugar cane juice, sugar cane syrup and raw sugar obtained in the raw sugar producing apparatus 15 of FIG. 3 all contain sucrose, glucose or fructose.
  • sucrose is a disaccharide (glucose)
  • glucose and fructose is a monosaccharide (monosaccharide).
  • the raw sugar binder can obtain the same strength of coal briquettes even when used less than molasses binder. As a result, the cost of manufacturing coal briquettes can be reduced. That is, in order to obtain the strength of the coal briquettes described above, the ratio of the amount of disaccharides to the amount of monosaccharides is preferably 4 to 1000. More preferably, the ratio of the amount of disaccharide to the amount of monosaccharide may be 10 to 1000.
  • the sugar cane syrup is obtained by juice and condensation of sugar cane, the production process is simple, and a crystal production process requiring a high investment cost is unnecessary.
  • the step of making the solution in order to use as a binder can be omitted. Therefore, the process can be simplified as a whole and the process can be streamlined.
  • the price of sugar cane is cheaper than raw sugar due to the transportation cost is low, the price of the binder can be lowered to reduce the manufacturing cost.
  • the sugar cane syrup does not adhere well to the forming roll, the shape defect of the coal briquettes can be prevented, and the viscosity can be uniformly applied to the coal briquettes as compared with the viscosity of the molasses.
  • the sugar cane syrup has a higher adhesive ability than molasses and thus improves the cold strength of the coal briquettes, it is possible to prevent a decrease in the cold strength and the hot strength due to the change in the carbon type of the coal briquettes.
  • FIG. 5 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 100 using the coal briquettes manufactured in FIG. 1.
  • the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 5 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 5 may be modified in various forms.
  • the apparatus for manufacturing molten iron 100 includes a molten gasifier 10, a fluidized bed reduction furnace 22, a reduced iron compression device 40, and a compressed reduced iron storage tank 50.
  • the reduced reduced iron storage tank 50 can be omitted.
  • the produced coal briquettes are charged into the melt gasifier 10 to form a coal filling layer inside the melt gasifier 10.
  • the coal briquettes generate a reducing gas in the molten gasifier 10 and the generated reducing gas is supplied to the fluidized-bed reduction furnaces 22.
  • the iron-iron ore is supplied to the plurality of fluidized-bed reduction furnaces 22 having a fluidized bed, and is made of reduced iron while flowing by the reducing gas supplied from the melt gasifier 10 to the fluidized-bed reduction furnaces 22.
  • the reduced iron is compressed by the reduced iron compression device 40 and then stored in the reduced reduced iron storage tank (50).
  • the compressed reduced iron is supplied from the compressed reduced iron storage tank 50 to the melt gasifier 10 and melted in the melt gasifier 10.
  • the dome part 101 is formed in the upper part of the melt gasifier 10. That is, a wider space is formed than the other parts of the melt gasifier 10, where a high temperature reducing gas exists. Therefore, the coal briquettes charged to the dome portion 101 by the high temperature reducing gas may be easily differentiated. That is, the coal briquettes are injected into the upper portion of the melt gasification furnace maintained at 1000 ° C., so the coal briquettes are subjected to rapid thermal shock. Therefore, the coal briquettes may be differentiated while moving to the lower part of the melt gasifier.
  • the coal briquettes produced by the method of FIG. 1 have high hot strength, the coal briquettes are not differentiated in the dome portion 101 of the melt gasifier 10, and are lowered to the lower portion of the melt gasifier 10.
  • the char generated by the pyrolysis reaction of the coal briquettes moves to the lower portion of the molten gasifier 10 and exothermicly reacts with oxygen supplied through the tuyere 30.
  • the coal briquettes can be used as a heat source for keeping the molten gasifier 10 at a high temperature.
  • a bulk coal material or coke may be charged into the melt gasifier 10 as necessary.
  • the outer wall of the melt gasifier 10 is provided with a vent port 30 to blow in oxygen. Oxygen is blown into the coal packed bed to form a combustion zone.
  • the coal briquettes may be burned in a combustion zone to generate reducing gas.
  • FIG. 6 schematically shows another apparatus for manufacturing molten iron 200 using the coal briquettes manufactured in FIG. 1.
  • the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 6 is merely for illustrating the present invention, but the present invention is not limited thereto. Therefore, the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 6 may be modified in various forms. Since the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 6 is similar to that of the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 5, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the molten iron manufacturing apparatus 200 of FIG. 6 includes a molten gasifier 10 and a packed-bed reduction reactor 20.
  • the apparatus for manufacturing molten iron 200 may include other devices as necessary.
  • iron ore is charged and reduced.
  • the iron ore charged in the packed-bed reduction furnace 20 is made of reduced iron while passing through the packed-bed reduction furnace 20 after being pre-dried.
  • the packed-bed reduction furnace 20 receives a reducing gas from the molten gasifier 10 to form a packed bed therein.
  • Coal briquettes containing coal, a binder, a curing agent, and water were prepared. First, coal and the curing agent were mixed for 1 to 20 minutes, and then binder was added and mixed for 1 to 20 minutes.
  • binder raw sugars including sucrose, glucose, and fructose were used.
  • Each binder was prepared from 50 wt% to 90 wt% of a raw sugar solution. The raw sugar solution was prepared by stirring at 60 ° C to 90 ° C, and the components did not change.
  • a binder a solution in which the raw sugar was completely dissolved or a solution in which the raw sugar was not completely dissolved could also be used.
  • the temperature of the binder at the time of addition was 10 ° C to 80 ° C, and the viscosity was 1cp to 60000cp. Sucrose, glucose, and fructose contained in raw sugar were added by calculating the weight ratio of coal.
  • Table 4 below shows the components of the raw sugar solution and the molasses according to the amount of raw sugar added. More specifically, Table 4 shows the components of the raw sugar solution and the molasses content of the raw sugar content of 75wt%, 65wt%, 55wt%, 45wt%, respectively. In Table 4, the higher the concentration of raw sugar contained in the binder or the lower the production temperature, the higher the viscosity of the binder was found.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO as a curing agent and 10 parts by weight of a 75% solution of raw sugar as a binder with respect to 100 parts by weight of coal. The rest of the experimental procedure was the same as the above-described experimental example.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO as a curing agent and 8 parts by weight of a 75% solution of raw sugar per 100 parts by weight of coal. The rest of the experiment was the same as in Experiment 7 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO as a curing agent and 6 parts by weight of a 75% solution of raw sugar per 100 parts by weight of coal. The rest of the experiment was the same as in Experiment 7 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO as a curing agent and 10 parts by weight of a 65% solution of raw sugar as a binder with respect to 100 parts by weight of coal. The rest of the experiment was the same as in Experiment 7 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO as a curing agent and 8 parts by weight of a 65% solution of raw sugar per 100 parts by weight of coal. The rest of the experiment was the same as in Experiment 7 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO as a curing agent and 10 parts by weight of a 55% solution of raw sugar as a binder with respect to 100 parts by weight of coal. The rest of the experiment was the same as in Experiment 7 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO as a curing agent and 10 parts by weight of a 45% solution of raw sugar as a binder with respect to 100 parts by weight of coal. The rest of the experiment was the same as in Experiment 7 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO as a curing agent and 10 parts by weight of molasses as a binder with respect to 100 parts by weight of coal. The rest of the experiment was the same as in Experiment 7 described above.
  • Table 5 shows experimental results of the coal briquettes manufactured according to Experimental Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 described above. As shown in Table 5, when the raw sugar binder was used instead of molasses as the binder, it was confirmed that the cold strength and the hot strength of the coal briquettes were improved.
  • Coal briquettes including pulverized coal, sugar cane syrup concentrate, a curing agent, and water were prepared. Pulverized coal was pulverized so that the particle size of 90wt% or more was 3mm or less, and the moisture content was adjusted to 12wt% or less. The pulverized coal and the curing agent were mixed for 20 minutes, and then sugarcane syrup concentrate was added and mixed for 20 minutes.
  • the sugar cane syrup concentrate contained 65 wt% to 90 wt% solids.
  • the sugar cane syrup concentrate was concentrated by distilling the sugar cane syrup having a solid content of 50 wt% during the raw sugar production process at 80 ° C. to 200 ° C. under a vacuum of 10 mbar to 300 mbar. When the sugar cane syrup was concentrated, 0.1 wt% to 0.5 wt% of liquid paraffin was added to remove bubbles generated in the initial concentration stage.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO and 10 parts by weight of 78% by weight of a sugar cane syrup solution with respect to 100 parts by weight of pulverized coal. The rest of the experimental procedure can be easily understood by those skilled in the art, and detailed description thereof will be omitted.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO and 9 parts by weight of a sugar cane syrup 78 wt% solution with respect to 100 parts by weight of pulverized coal. The rest of the experimental procedure was the same as in Experimental Example 8 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO and 8 parts by weight of a sugar cane syrup 78% solution with respect to 100 parts by weight of pulverized coal. The rest of the experimental procedure was the same as in Experimental Example 8 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO and 6 parts by weight of a sugar cane syrup 78% solution with respect to 100 parts by weight of pulverized coal. The rest of the experimental procedure was the same as in Experimental Example 8 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO and 10 parts by weight of a sugar cane syrup 68% solution with respect to 100 parts by weight of pulverized coal. The rest of the experimental procedure was the same as in Experimental Example 8 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO and 9 parts by weight of a sugar cane syrup 68% solution as a binder with respect to 100 parts by weight of pulverized coal. The rest of the experimental procedure was the same as in Experimental Example 8 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO and 8 parts by weight of a sugar cane syrup 68% solution as a binder with respect to 100 parts by weight of pulverized coal. The rest of the experimental procedure was the same as in Experimental Example 8 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO and 7 parts by weight of a cane syrup syrup 68 wt% solution with respect to 100 parts by weight of pulverized coal. The rest of the experimental procedure was the same as in Experimental Example 8 described above.
  • Table 6 shows the experimental results of the coal briquettes prepared according to the above Experimental Example 8 to Experimental Example 15. Table 6 shows the compressive strength of the coal briquettes.
  • coal briquettes having excellent compressive strength and falling strength could be manufactured.
  • coal briquettes having better compressive strength and drop strength could be produced in a sugar cane syrup 78% solution than a sugar cane syrup 68% solution.
  • the coal briquettes having almost the same compressive strength could be produced even if the sugar cane syrup of less than the molasses binder of Comparative Example 1 was used. That is, in the case of using the sugarcane syrup 78% solution in Experimental Example 11, it was possible to reduce the amount of binder used by 40% compared to the molasses of Comparative Example 1. In addition, when using a sugarcane syrup 68% solution in Experimental Example 15, it was possible to reduce the amount of binder used by about 30% compared to molasses of Comparative Example 1.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO and 78 parts by weight of a sugarcane syrup 78% by weight with respect to 100 parts by weight of pulverized coal including 20 wt% of coal briquettes and 80 wt% of fine coal.
  • the rest of the experimental procedure was the same as in Experimental Example 8 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO and 78 parts by weight of sugarcane syrup 78% by weight with respect to 100 parts by weight of pulverized coal, including 50 wt% of coal briquettes and 50 wt% of coal.
  • the rest of the experimental procedure was the same as the experimental example 23 described above.
  • Coal briquettes were prepared by mixing 2.7 parts by weight of CaO and 7 parts by weight of a sugar cane syrup 78% solution with respect to 100 parts by weight of pulverized coal including 50 wt% of coal briquettes and 50 wt% of unburned coal.
  • the rest of the experimental procedure was the same as the experimental example 23 described above.
  • Coal briquettes were manufactured by mixing 2.7 parts by weight of CaO and 10 parts by weight of molasses with respect to 100 parts by weight of pulverized coal including 20 wt% of power coal and 80 wt% of fine coal.
  • the rest of the experimental procedure was the same as the experimental example 23 described above.
  • Coal briquettes were manufactured by mixing 2.7 parts by weight of CaO and 10 parts by weight of molasses with respect to 100 parts by weight of pulverized coal including 50 wt% of power coal and 50 wt% of fine coal.
  • the rest of the experimental procedure was the same as the experimental example 23 described above.
  • the coal briquettes prepared according to Experimental Examples 23 to 25 showed relatively superior characteristics in terms of cold strength compared to the coal briquettes prepared according to Comparative Examples 2 and 3.
  • the coal briquettes prepared according to Experimental Examples 23 to 25 were relatively superior in terms of cold strength as compared to the coal briquettes prepared in Comparative Examples 2 and 3. Therefore, even if low-grade coal was used, coal briquettes having excellent characteristics could be manufactured using sugar cane syrup as a binder.

Abstract

환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 용융가스화로에 연결되고 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄의 제조 방법을 제공한다. 성형탄의 제조 방법은 i) 미분탄을 제공하는 단계, ii) 미분탄 100 중량부에 대해 0보다 크고 12중량부 이하의 원당 바인더를 제공하는 단계, iii) 미분탄에 원당 바인더를 첨가하여 혼합물을 제공하는 단계, iv) 혼합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계를 포함한다.

Description

성형탄 및 그 제조 방법
본 발명은 성형탄 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 본 발명은 냉간 강도를 향상키면서 저가로 제조할 수 있는 성형탄 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
용융환원제철법에서는 철광석을 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 석탄충전층을 형성한다. 산소는 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 취입된 후 석탄충전층을 연소시켜서 연소 가스를 생성한다. 연소가스는 석탄충전층을 통하여 상승하면서 고온의 환원 가스로 전환된다. 고온의 환원가스는 용융가스화로의 외부로 배출되어 환원가스로서 환원로에 공급된다.
일반적으로, 성형탄은 석탄과 바인더를 혼합하여 제조된다. 이 경우, 바인더로서 당밀이 사용된다. 당밀의 성분은 산지에 따라 다르고, 제당 제조 공정에 따라 그 성분을 제어하기 어렵다. 따라서 당밀을 바인더로 사용하여 성형탄을 제조하는 경우, 성형탄의 품질을 일정하게 제어할 수 없다. 특히, 높은 수분을 가지는 당밀을 사용하는 경우, 성형탄의 품질이 저하된다.
우수한 냉간 강도를 가지면서 저가로 제조할 수 있는 성형탄의 제조 방법을 제공하고자 한다. 또한, 전술한 방법으로 제조한 성형탄을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 i) 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 ii) 용융가스화로에 연결되고, 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법은 i) 미분탄을 제공하는 단계, ii) 미분탄 100 중량부에 대해 0보다 크고 10 중량부 이하의 원당 바인더를 제공하는 단계, iii) 미분탄에 원당 바인더를 첨가하여 혼합물을 제공하는 단계, 그리고 iv) 혼합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계를 포함한다.
원당 바인더를 제공하는 단계에서, 원당 바인더는 원당 용액으로 제공되고, 원당 용액은 35wt% 내지 85wt%의 원당을 포함할 수 있다. 원당 용액은 65wt% 내지 85wt%의 원당을 포함할 수 있다.
원당 바인더를 제공하는 단계는, i) 물을 주입하면서 사탕수수를 분쇄하는 단계, ii) 분쇄된 사탕수수를 착즙하여 사탕수수 주스를 제공하는 단계, 및 iii) 사탕수수 주스의 불순물을 제거하고 사탕수수 주스를 농축하여 사탕수수 시럽을 원당 바인더로 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 사탕수수 주스를 제공하는 단계에서, 사탕수수 주스에 포함된 고형분의 양은 10wt% 내지 30wt%일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 사탕수수 시럽을 원당 바인더로 제공하는 단계에서, 사탕수수 시럽에 함유된 고형분의 양은 50wt% 내지 90wt%일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 사탕수수 시럽에 함유된 고형분의 양은 65wt% 내지 85wt%일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 사탕수수 시럽에 함유된 고형분의 양은 70wt% 내지 78wt%일 수 있다.
원당 바인더를 제공하는 단계는 사탕수수 시럽에 파라핀을 첨가하는 단계를 더 포함하고, 사탕수수 시럽의 양에 대한 파라핀의 양의 0 보다 크고 1wt% 이하일 수 있다. 혼합물을 제공하는 단계에서, 혼합물은 5 분 내지 7분 동안 혼합되며, 혼합 온도는 50℃ 내지 100℃일 수 있다. 사탕수수 시럽을 원당 바인더로 제공하는 단계에서, 사탕수수 시럽에 함유된 총환원당의 양은 65wt% 내지 90wt%일 수 있다. 미분탄을 제공하는 단계에서, 미분탄은 발전용탄, 미점탄, 갈탄 및 무연탄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 석탄일 수 있다.
원당 바인더를 제공하는 단계는, i) 70℃ 내지 120℃의 스팀으로 원당을 용융시켜 용융액을 제공하는 단계, 및 ii) 용융액에 물을 첨가하여 60℃ 내지 70℃에서 교반하여 원당 바인더를 원당 용액으로 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법은 생석회, 소석회, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이(clay), 실리카, 실리케이트, 돌로마이트, 인산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 경화제를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 혼합물을 제공하는 단계에서, 미분탄에 경화제를 더 첨가하고, 미분탄 100 중량부에 대한 경화제의 양은 1 중량부 내지 6 중량부일 수 있다.
원당 바인더를 제공하는 단계에서, 원당 바인더에 함유된 총환원당의 양에 대한 고형분의 양의 비는 1 보다 크고 1.2 미만일 수 있다. 원당 바인더를 제공하는 단계에서, 원당 바인더는 자당(sucrose), 포도당(glucose) 및 과당(fructose)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 당을 포함할 수 있다. 원당 바인더는 자당을 포함하고, 미분탄 100 중량부에 대한 자당의 양은 0보다 크고 5 중량부 이하일 수 있다. 자당의 양은 2 중량부 내지 5 중량부일 수 있다. 원당 바인더는 포도당을 포함하고, 미분탄 100중량부에 대한 포도당의 양은 0보다 크고 4중량부 이하일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 포도당의 양은 2중량부 내지 4중량부일 수 있다.
원당 바인더는 과당을 포함하고, 미분탄 100중량부에 대한 과당의 양은 0보다 크고 4중량부 이하일 수 있다. 과당의 양은 2 중량부 내지 4 중량부일 수 있다. 환원로는 유동층형 환원로 또는 충전층형 환원로일 수 있다. 원당 바인더를 제공하는 단계에서, 원당 바인더는 원당 용액으로 제공되고, 미분탄 100 중량부에 대한 원당 용액의 양은 3 중량부 내지 10 중량부일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 원당 용액의 양은 6 중량부 내지 10 중량부일 수 있다. 원당 용액의 양은 8 중량부 내지 10 중량부일 수 있다. 원당 용액에 포함된 자당의 양은 45wt% 내지 75wt%일 수 있다. 원당 바인더를 제공하는 단계에서, 원당 바인더의 점도는 100cp 내지 10000cp일 수 있다. 미분탄을 제공하는 단계에서, 미분탄에 포함된 수분의 양은 3wt% 내지 12wt%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄은 i) 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 ii) 용융가스화로에 연결되고, 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열된다. 성형탄은 미분탄 및 원당 바인더를 포함하고, 미분탄 100 중량부에 대한 원당 바인더의 양은 0 보다 크고 10 중량부 이상이고, 원당 바인더는 자당, 포도당 및 과당으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 당을 포함한다.
원당 바인더가 자당을 포함하는 경우, 미분탄 100 중량부에 대해 0 보다 크고 5 중량부 이하일 수 있다. 자당의 양은 2 중량부 내지 5 중량부일 수 있다. 원당 바인더가 과당을 포함하는 경우, 과당의 양은 미분탄 100 중량부에 대해 0 보다 크고 4 중량부 이하일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 과당의 양은 2 중량부 내지 4 중량부일 수 있다.
성형탄은 생석회, 소석회, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이(clay), 실리카, 실리케이트, 돌로마이트, 인산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 경화제를 더 포함하고, 경화제는 미분탄 100 중량부에 대해 0.1 중량부 내지 6 중량부일 수 있다. 원당 바인더에 포함된 고형분의 양은 16wt% 내지 96wt%일 수 있다. 좀더 바람직하게는,. 고형분의 양은 78wt% 내지 96wt%일 수 있다.
자당을 포함하는 원당 바인더를 사용하여 성형탄의 냉간 강도를 효율적으로 확보할 수 있다. 또한, 사탕수수 주스를 이용하여 저렴하면서 우수한 냉간 강도를 가지는 성형탄을 제조할 수 있다. 사탕수수 주스를 사용하는 경우, 원당을 생산하기 위한 과포화 농축 재결정 공정을 반복할 필요가 없다. 또한, 농축 시럽 생산을 위해 소요되는 설비 투자비를 절감할 수 있으므로, 성형탄을 저가로 제조할 수 있다. 또한, 사탕수수 시럽을 장시간 저장하기에도 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 도 1의 성형탄의 제조 방법에서 사용된 바인더의 성분들의 화학식을 나타낸 도면이다.
도 3은 원당과 당밀의 사용에 따른 성형탄의 압축강도의 변화의 개략적인 그래프이다.
도 4는 도 1의 원당 바인더를 제공하기 위한 원당 제조 장치의 개략적인 도면이다.
도 5는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 용철제조장치의 개략적인 도면이다.
도 6은 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 또다른 용철제조장치의 개략적인 도면이다.
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.
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.
이하에서 사용하는 "원당 바인더"라는 용어는 자당을 포함하는 모든 물질을 포함하는 것으로 해석된다. 또한, 원당 바인더는 고체 및 액체 형태의 물질을 모두 포함하는 것으로 해석된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 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 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 성형탄의 제조 방법의 순서도는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 성형탄의 제조 방법을 다양하게 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 성형탄의 제조 방법은 i) 미분탄을 제공하는 단계, ii) 원당 바인더를 제공하는 단계, iii) 미분탄에 원당 바인더를 첨가하여 혼합물을 제공하는 단계, 그리고 iv) 혼합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계를 포함한다. 이외에, 성형탄의 제조 방법은 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.
먼저, 단계(S10)에서는 미분탄을 제공한다. 원료탄으로서 미분탄을 사용한다. 미분탄은 사전에 수분을 혼합하여 미분탄에 혼합된 수분의 양을 3wt% 내지 12wt%로 유지한다. 미분탄에 혼합된 수분의 양을 전술한 범위로 조절하는 경우, 수분이 미분탄 입자의 기공을 막아줄 수 있다. 그 결과, 후속 공정에서 혼합되는 경화제와 바인더가 미분탄 입자내로 침투하지 못하고 미분탄 입자 외부에 존재하므로, 미분탄 입자들 상호간에 잘 결합되어 성형탄의 냉간 강도를 효율적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 석탄 입자의 90wt% 이상이 3mm 이하가 되도록 석탄 입자를 분쇄할 수도 있다. 후술하지만, 바인더로서 사탕수수 시럽을 사용하는 경우, 미분탄은 발전용탄, 미점탄, 갈탄 또는 무연탄일 수 있다. 즉, 사탕수수 시럽과 전술한 탄종의 미분탄을 혼합하여 열간 강도가 개선된 성형탄을 제조할 수 있다. 따라서 미분탄의 탄종 변경에 의해 성형탄의 열간 강도와 냉간 강도가 저하되는 현상을 방지할 수 있다.
다음으로, 단계(S20)에서는 원당 바인더를 제공한다. 원당 바인더로서 원당 또는 원당 용액을 사용할 수 있다. 원당 용액은 사탕수수 주스를 그대로 사용하거나 원당을 물에 용해하여 사용할 수 있다. 원당 용액은 35wt% 내지 85wt%의 원당을 포함할 수 있다. 원당의 양이 너무 적은 경우, 성형탄의 냉간 강도 및 열간 강도가 저하될 수 있다. 또한, 원당의 양이 너무 많은 경우, 성형탄의 성형성이 저하되거나 제조비가 상승한다. 따라서 원당의 양을 전술한 범위로 조절한다. 더욱 바람직하게는, 원당 용액은 65wt% 내지 85wt%의 원당을 포함할 수 있다. 원당 용액의 온도는 10℃ 내지 80℃일 수 있다. 원당 용액의 온도가 너무 높은 경우, 주변 설비가 열화될 수 있다. 또한, 원당 용액의 온도가 너무 낮은 경우, 그 흐름성이 저하될 수 있다. 따라서 원당 용액의 온도를 전술한 범위로 조절한다.
원당 바인더는 미분탄 100 중량부에 대해 0보다 크고 10 중량부 이하로 제공할 수 있다. 원당 바인더의 양이 많은 경우, 성형탄의 제조 비용이 증가할 수 있다. 또한, 원당 바인더의 양이 적은 경우, 성형탄의 냉간 강도가 저하될 수 있다. 따라서 원당 바인더의 양을 전술한 범위로 조절한다.
그리고 원당 용액의 점도는 100cp 내지 10000cp로 조절할 수 있다. 원당 용액의 점도가 너무 낮은 경우, 사용하기에 적합하지 않다. 또한, 원당 용액의 점도가 너무 높은 경우, 흐름성이 좋지 않아 성형탄의 제조 공정 효율이 저하된다. 따라서 원당 용액의 점도를 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
원당 용액을 바인더로서 미분탄에 첨가하여 성형탄을 제조하는 경우, 성형탄의 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 원당 용액을 바인더로 사용하는 경우, 성형탄의 냉간 강도가 향상되므로, 바인더로서 사용하는 당밀을 대체할 수 있다.
원당 바인더로서 성형탄에 사용되는 원당 용액은 이송, 보관, 정량 절출을 위해 25℃에서 25000cp 이하의 점도를 가질 필요가 있다. 전술한 점도 조건을 가지기 위해서 원당 용액의 고형분 함량은 0 보다 크고 85% 이하일 수 있다. 그리고 미분탄의 수분량은 5wt% 내지 12wt%일 수 있다. 또한, 성형탄의 강도와 관련성을 가지는 고형분 내 총환원당의 함량은 25wt% 이상이고 100wt% 보다 작을 수 있다. 한편, 원당 용액의 고형분 함량이 73wt% 내지 90wt%인 경우, 미분탄 100 중량부에 대해 5 중량부 내지 14 중량부의 원당 용액을 바인더로서 사용할 수 있다. 이 경우, 미분탄의 수분량은 5wt% 내지 12wt%일 수 있다. 또한, 미분탄 100 중량부에 대하여 2 중량부 내지 6 중량부의 경화제를 사용할 수 있다. 성형탄에 함유된 고형분의 양이 적고, 성형탐에 함유된 수분량이 많은 경우 수분에 의해 압축 강도가 저하된다.
바람직하게는, 원당 바인더에 포함된 고형분의 양은 16wt% 내지 96wt%일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 고형분의 양은 35wt% 내지 85wt%일 수 있다. 고형분의 양이 적은 경우, 성형탄의 냉간 강도가 향상되기 어렵다. 또한, 고형분의 양이 많은 경우, 바인더의 유동성이 저하되어 제조하기가 어렵다. 따라서 전술한 범위의 양을 가진 고형분을 사용하여 우수한 냉간 강도를 가진 성형탄을 제조할 수 있다.
원당 바인더와는 달리, 당밀 바인더를 농축하는 경우, 고형분의 함량이 80%보다 높아져서 점도가 25000cp 이상이 되므로, 성형탄 조업에 적용할 수 없다. 원당 바인더의 점도는 100cp 내지 10000cp 이다. 원당 바인더의 점도는 당밀에 비해 40배 이상 낮다. 따라서 성형탄 제조를 위한 이송, 보관 또는 정량 절출이 용이하다. 또한, 미분탄과 혼합하는 경우, 혼합 효율이 증가하여 성형탄 강도 편차를 개선할 수 있다.
단계(S30)에서는 미분탄에 원당 바인더를 첨가하여 혼합물을 제공한다. 여기서, 바인더로는 당밀 대신에 원당 바인더를 사용한다. 원당 바인더는 자당(sucrose), 포도당(glucose) 또는 과당(fructose)을 포함한다. 후술하지만 원당 바인더로서 사탕수수 시럽을 사용하는 경우, 혼합물은 5 분 내지 7분 동안 혼합할 수 있다. 혼합 시간이 적은 경우, 사탕수수 시럽이 미분탄에 고르게 분포되지 않는다. 또한, 혼합 시간이 너무 많은 경우, 혼합물의 유동성이 저하되고 제조비가 증가한다. 따라서 혼합 시간을 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 동일한 이유로 혼합물의 혼합 온도는 50℃ 내지 100℃인 것이 바람직하다. 이하에서는 도 2를 통하여 자당, 포도당 또는 과당을 좀더 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 성형탄의 제조 방법에서 사용된 바인더의 성분들의 화학식을 나타낸다. 즉, 도 2는 자당, 포도당, 과당의 화학식을 나타낸다. 자당은 슈크로오스라고 하며, 제품명은 설탕이다. 자당은 α-glucose(포도당)와 β-fructose(과당)이 1, 2 결합한 이당류로서, 분자식은 C12H22O11이며, 사탕수수, 사탕 무, 당단풍 등의 즙액 중 당의 주성분이다. 자당은 감미의 질, 강도 등이 뛰어나 감미료 평가의 기준 물질로서 이용된다. 포도당은 대표적인 알도헥소스, 즉 탄소 6개를 가지며 알데하이드기를 가지는 단당류이다. 포도당은 탄수화물 대사의 중심 화합물로서, 한 분자당 38개의 ATP를 합성할 수 있으며, 분자식은 C6H12O6이다. D형 및 L형 2종의 광학 이성질체가 있고, 천연으로는 D형만이 존재하며 이러한 D-글루코스를 포도당이라 한다. 한편, 과당은 레불로오스(levulose)라고도 하는 2-케토헥소오스의 일종으로서, 과실, 채소, 꿀 등에 유리형 및 이당류의 형태로 레반(β-2,6-프룩탄) 또는 이눌린(β-1,2-프룩탄) 등의 호모 다당류의 형태로 분포한다.
표 1은 자당, 포도당, 과당 및 당밀을 성형탄 바인더로서 사용하여 제조한 성형탄 바인더의 특성을 나타낸다. 표 1에 기재한 바와 같이, 성형탄을 제조하는 경우, 자당, 과당 및 포도당의 순서로 성형탄의 물성이 우수하다. 여기서, 자당은 당밀에 비해 압축강도 낙하강도가 우수하므로, 당밀 대체제로 특히 사용하기에 적합하다.
표 1
Figure PCTKR2014012784-appb-T000001
성형탄 제조시 단당류는 경화제와의 카라멜화 반응에 의해 성형탄의 열간 강도와 냉간 강도를 향상시킨다. 따라서 자당, 포도당, 과당을 바인더로서 미분탄에 첨가하여 성형탄을 제조하거나 원당 용액을 미분탄에 첨가하여 성형탄을 제조하는 경우, 성형탄의 물성을 향상시킬 수 있다. 한편, 성형탄 제조시 단당류는 고분자로 변형되어야 성형롤에 잘 달라붙지 않고, 냉간 강도가 저하되지 않는다.
여기서, 미분탄에 자당을 혼합하는 경우, 미분탄 100 중량부에 대한 자당의 양은 0보다 크고 5 중량부 이하일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 자당의 양은 2 중량부 내지 5 중량부일 수 있다. 자당의 양이 너무 적은 경우, 성형탄의 냉간 강도가 저하된다. 또한, 자당의 양이 너무 많은 경우, 성형탄 제조시 혼합물이 성형탄으로 잘 찍어지지 않고 혼합물이 롤에 달라붙는다. 따라서 전술한 범위로 자당의 양을 조절한다.
또한, 미분탄에 포도당을 바인더로서 혼합할 수 있다. 포도당을 혼합하는 경우, 미분탄 100 중량부에 대한 포도당의 양은 4 중량부 이하일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 포도당의 양은 2 중량부 내지 4 중량부 이하일 수 있다. 포도당의 양이 너무 적은 경우, 성형탄의 냉간 강도가 저하된다. 또한, 포도당의 양이 너무 많은 경우, 성형탄 제조시 혼합물이 성형탄으로 잘 찍어지지 않고 혼합물이 롤에 달라붙는다. 따라서 전술한 범위로 포도당의 양을 조절한다.
그리고 미분탄에 과당을 바인더로서 혼합할 수 있다. 과당을 혼합하는 경우, 미분탄 100 중량부에 대한 과당의 양은 4 중량부 이하일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 과당의 양은 2 중량부 내지 4 중량부 이하일 수 있다. 과당의 양이 너무 적은 경우, 성형탄의 냉간 강도가 저하된다. 또한, 과당의 양이 너무 많은 경우, 성형탄 제조시 혼합물이 성형탄으로 잘 찍어지지 않고 혼합물이 롤에 달라붙는다. 따라서 전술한 범위로 과당의 양을 조절한다.
한편, 바인더로서 저가의 자당을 포함하는 원당 용액을 사용하여 성형탄을 제조할 수 있다. 이 경우, 원당 용액은 45wt% 이상의 고형분을 포함한다. 좀더 바람직하게는, 원당 용액은 45wt% 내지 85wt%의 고형물을 포함한다. 고형물에는 자당, 포도당, 및 과당이 포함될 수 있다. 원당 용액에 포함된 고형물의 양이 너무 적은 경우, 성형탄의 냉간 강도가 저하될 수 있다. 또한, 원당 용액에 포함된 고형물의 양이 너무 많은 경우, 혼합물 제조시 수분이 부족하여 균일하게 혼합되지 않는다. 따라서 원당 용액에 포함된 고형물의 양을 전술한 범위로 조절한다.
미분탄 100 중량부에 대하여 혼합되는 원당 용액의 양은 3 중량부 내지 10 중량부일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 원당 용액의 양은 6 중량부 내지 10 중량부일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 원당 용액의 양은 7 중량부 내지 10 중량부일 수 있다. 원당 용액의 양이 너무 적은 경우, 성형탄의 냉간 강도가 저하될 수 있다. 또한, 원당 용액의 양이 너무 많은 경우, 혼합물이 성형탄으로 잘 찍어지지 않고 롤에 달라붙는다. 따라서 전술한 범위로 원당 용액의 양을 조절한다.
경화제로는 생석회, 소석회, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이(clay), 실리카, 실리케이트, 돌로마이트, 인산 또는 황산을 사용할 수 있다. 바람직하게는 생석회를 사용하여 원당 바인더와 함께 우수한 냉간 강도 및 열간 강도를 가지는 성형탄을 제조할 수 있다. 생석회와 소석회는 바인더로서 사탕수수 시럽을 사용하는 경우, 사탕수수 시럽 내의 이산화탄소를 제거하여 사탕수수 시럽의 부피 안정성을 확보할 수 있다.
다시 도 1로 되돌아가면, 단계(S40)에서는 혼합물을 성형하여 성형탄을 제공한다. 예를 들면, 도 1에는 도시하지 않았지만, 상호 반대 방향으로 회전하는 쌍롤들 사이에 혼합물을 장입하여 포켓 또는 스트립 형태의 성형탄을 제조할 수 있다. 이 경우, 성형탄을 3℃ 내지 300℃에서 제조할 수 있다. 전술한 온도 범위에서 성형탄을 제조하므로, 우수한 열간강도 및 냉간강도를 가지는 성형탄을 제조할 수 있다. 또한, 성형탄에는 원당 바인더가 함유되므로, 성형탄의 냉간 강도를 향상시킬 수 있다.
한편, 성형탄에 함유된 바인더 성분은 다음과 같이 분석할 수 있다. 먼저, 100g의 성형탄을 잘게 분쇄한다. 그리고 500mL의 에탄올을 첨가하고, 액체를 석탄과 분리한다. 다음으로, 액체를 여과하여 고체를 분리하고, 액체를 회전형 증발기(rotary evaporator)를 이용하여 제거하고, 잔부를 물에 녹여서 0.01% 자당의 비율을 측정한다. 일반적인 당밀의 자당 비율은 30wt% 내지 40wt%이므로, 자당의 양이 그 이상인 경우 원당 및 사탕수수 시럽 등을 성형탄 바인더로 사용한 것으로 추측할 수 있다.
도 3은 원당 바인더와 당밀 바인더의 사용에 따른 성형탄의 압축강도의 변화를 그래프로서 개략적으로 나타낸다. 즉, 성형탄에 포함된 각각 원당 바인더와 당밀 바인더의 양이 각각 2wt%, 4wt%, 6wt%, 8wt% 및 10wt%인 경우의 성형탄의 압축 강도를 비교하여 나타낸다. 여기서, 원당 바인더로는 60% 내지 80%의 원당 용액을 사용한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 원당 용액을 바인더로 사용한 성형탄은 당밀 바인더를 사용한 성형탄에 비해 높은 압축 강도를 가진다. 따라서 성형탄의 바인더로서 원당을 사용하는 경우, 바인더로서 당밀을 사용하는 경우에 비해 성형탄의 냉간강도가 향상된다. 또한, 원당을 바인더로 사용하는 경우, 성형탄의 냉간강도가 향상되므로, 바인더의 사용량을 좀더 줄일 수도 있다.
한편, 원당은 성형탄 뿐만 아니라 펠렛 제조에도 사용할 수 있다. 또한, 원당을 석탄 이외에 시멘트 또는 사료를 펠렛으로 제조시 사용할 수 있다. 전술한 원당 성분 이외에 젖당(lactose), 엿당(maltose) 및 라피노스(raffinose) 등을 사용할 수도 있다. 이러한 이당류 또는 삼당류는 독립적으로 또는 경화제 혼용에 따른 염형성에 의해 냉간 강도를 나타낸다.
성형탄 제조시에 사용하는 경화제로는 생석회, 소석회, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이(clay), 실리카, 실리케이트, 돌로마이트, 인산 또는 황산을 사용할 수 있다. 경화제는 원당과 결합하여 성형탄의 열간 강도와 냉간 강도를 크게 향상시킨다. 경화제의 양은 미분탄 10 중량부에 대해 0.1 중량부 내지 6 중량부일 수 있다. 경화제의 양을 전술한 범위로 조절함으로써 전술한 원당과의 배합에 의해 성형탄의 냉간 강도를 크게 향상시킬 수 있다.
성형탄에 함유된 미분탄 100 중량부에 대한 자당의 양은 0 보다 크고 4 중량부 이하일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 자당의 양은 2 중량부 내지 4 중량부일 수 있다. 전술한 범위로 자당의 양을 조절하여 성형시 혼합물이 롤에 잘 달라붙지 않으면서 냉간 강도 및 열간 강도가 우수한 성형탄을 제조할 수 있다.
도 4는 원당 바인더를 제공하기 위한 원당 제조 장치(15)를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 원당 제조 장치(15)는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 원당 제조 장치(15)를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 원당 제조 장치(15)는 분쇄기(151), 착즙기(152), 사탕수수 주스 저장조(153), 진공팬(154), 불순물 제거기(155), 원심분리기(156), 사탕수수 농축기(157) 및 생석회 저장조(159)를 포함한다. 이외에, 원당 제조 장치(15)는 필요에 따라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다.
분쇄기(151)는 그 표면에 요철을 가지므로, 주입되는 물과 함께 장입되는 사탕수수를 잘게 분쇄한다. 잘게 분쇄된 사탕수수는 착즙기(152)에서 착즙되어 사탕수수 주스로 추출된다. 사탕수수 주스는 사탕수수 주스 저장조(153)에 저장된다. 사탕수수 주스는 사탕수수를 분쇄하여 제조되므로, 사탕수수 재배 과정 등에서 섞인 많은 불순물들이 존재한다. 따라서 생석회 저장조(159)로부터 생석회를 불순물 제거기(155)로 이송된 사탕수수 주스에 투입하여 사탕수수 주스에 함유된 불순물을 제거한 사탕수수 시럽을 제조한다. 사탕수수 시럽은 직접 사용되거나 농축되어 성형탄 바인더로 사용할 수 있다. 사탕수수 시럽은 매우 낮은 점도를 가지므로, 당밀에 비해 배관 수송에 유리하다. 또한, 사탕수수 시럽은 우수한 혼합 효율을 가지므로, 균일 혼합에 의해 성형탄의 냉간 강도 편차를 줄일 수 있다. 또한, 사탕수수 시럽은 탄종의 변동에 관계없이 성형탄의 냉간 강도를 안정적으로 유지시킨다.
사탕수수 시럽에 함유된 고형분의 양은 50wt% 내지 90wt%일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 고형분의 양은 50wt% 내지 80wt%일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 사탕수수 시럽에 함유된 고형분의 양은 65wt% 내지 85wt%일 수 있다. 더욱 바람직하게는 사탕수수 시럽에 함유된 고형분의 양은 70wt% 내지 78wt%일 수 있다.
고형분의 양이 너무 적은 경우, 충분한 성형탄의 강도를 확보할 수 없고 미생물 번식을 억제할 수 없다. 특히, 사탕수수 시럽에 다량 포함된 미생물은 사탕수수 시럽에 포함된 자당을 알코올 성분으로 발효시켜서 당 성분을 감소시키므로, 성형탄의 냉간 강도를 저하시킨다. 따라서 사탕수수 시럽이 미생물에 의해 발효되지 않도록 할 필요가 있다. 또한, 고형분의 양이 너무 많은 경우, 사탕수수 시럽의 이송, 보관, 절출 등이 어려울 수 있다. 따라서 주입하는 물과 사탕수수의 양을 조절하여 고형분의 양을 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 사탕수수 시럽의 수송을 위해 장기 보관이 필요한 경우, 사탕수수 시럽에 1wt% 이하의 파라핀을 첨가할 수 있다. 파라핀은 유기산 등에 의한 사탕수수 시럽의 거품 발생을 방지할 수 있다. 즉, 사탕수수 시럽에 함유된 이산화탄소가 외부로 분출되는 경우, 거품이 발생한다. 사탕수수 시럽을 교반하는 경우, 거품을 일으키는 계면 활성제인 유기 물질이 존재하여 부피 증가 및 거품 발생으로 사탕수수 시럽을 저장한 용기가 폭발할 수 있다. 따라서 파라핀을 이용하여 이를 방지한다.
표 2는 사탕수수 시럽의 총환원당에 따른 고형분의 함량과 고형분의 점도를 나타낸다.
표 2
Figure PCTKR2014012784-appb-T000002
표 2에 기재한 바와 같이, 고형분의 함량이 78wt%인 경우, 사탕수수 시럽의 점도가 500cp로서 성형탄 바인더로 사용하기에 적합한 25000cp 이하의 점도 조건을 만족한다. 따라서 사탕수수 시럽을 공업적으로 사용할 수 있다. 좀더 구체적으로, 사탕수수 시럽에 함유된 총환원당의 양은 65wt% 내지 90wt%인 것이 바람직하다. 총환원당의 양이 너무 적은 경우, 사탕 수수 시럽이 발효될 수 있다. 따라서 1년 이내에 안정적으로 보관하면서 사용하기 위해서는 사탕수수 시럽에 생석회 또는 소섣회를 첨가하여 침전물을 분리시킨다. 또한, 총환원당의 양이 너무 큰 경우, 사탕 수수 시럽이 높은 점도를 가지므로 실제 공정에 적용할 수 없다. 따라서 총환원당의 양을 전술한 범위로 조절한다.
한편, 도 4에 도시한 불순물 제거에 사용된 생석회는 다시 회수하여 사용할 수 있다. 불순물이 제거된 사탕수수 주스는 사탕수수 농축기(157)에서 가열하여 농축한 후 원당 용액으로 사용한다. 즉, 도 3의 원당 제조 장치(15)로부터 얻어진 사탕수수 시럽을 바로 원당 바인더로 사용하여 성형탄을 제조할 수 있다. 사탕수수 시럽은 진공팬(154)에서 증류 및 재결정되어 백하(massecuite)로 추출된다. 백하는 원당 결정을 포함하여 90wt% 이상의 고형분을 가진다. 그리고 원심분리기(156)에서 원심 분리 공정을 통하여 원당이 추출된다. 이러한 과정을 진공팬(154)과 원심분리기(156)에서 지속적으로 반복하여 원당을 추출하고, 부산물인 당밀을 배출시킨다.
이러한 공정을 통하여 얻어진 원당 바인더는 필요에 따라 수분량을 조절하여 용액으로 만들수 있으므로 적용이 용이하다. 따라서 높은 고유 수분량을 가지는 탄종의 석탄도 사용할 수 있다. 사탕수수 시럽의 수분량이 너무 많은 경우, 과다 수분에 의해 성형탄의 강도가 저하될 수 있다. 한편, 사탕수수 시럽의 수분량이 너무 적은 경우, 즉 10wt% 이하로 수분량이 과도하게 적어지는 경우 이송에 문제가 발생하고, 성형탄의 수분량이 부족하여 성형탄의 강도가 저하될 수 있다. 그리고 당밀 바인더 대신에 원당 바인더를 사용하면 다양한 탄종의 석탄을 사용할 수 있다. 도 4의 원당 제조 장치(15)에서 얻어지는 사탕수수 주스, 사탕수수 시럽 및 원당의 성분 분석 결과를 하기의 표 3에 나타낸다.
표 3
Figure PCTKR2014012784-appb-T000003
표 3에 기재한 바와 같이, 도 3의 원당 제조 장치(15)에서 얻어지는 사탕수수 주스, 사탕수수 시럽 및 원당은 모두 자당, 포도당 또는 과당을 포함한다. 여기서, 자당은 이당류(disaccharide)이고, 포도당과 과당은 단당류(monosaccharide)이다.
원당 바인더는 당밀 바인더에 비해 적게 사용하더라도 동일한 성형탄의 강도를 얻을 수 있다. 그 결과, 성형탄 제조 비용을 줄일 수 있다. 즉, 전술한 성형탄의 강도를 얻기 위해서는 단당류의 양에 대한 이당류의 양의 비는 4 내지 1000인 것이 바람직하다. 좀더 바람직하게는, 단당류의 양에 대한 이당류의 양의 비는 10 내지 1000일 수 있다.
한편, 사탕수수 시럽은 사탕수수를 착즙 및 농축하여 얻어지므로, 그 생산 공정이 간단하고, 고도의 투자비가 필요한 결정 생산 공정이 불필요하다. 또한, 바인더로 사용하기 위해 용액 상태로 만들어야 하는 공정도 생략할 수 있다. 따라서 전체적으로 공정이 단순화되어 공정을 효율화할 수 있다. 그리고 사탕수수 시럽 생산지와 성형탄 제조지의 거리가 가까운 경우, 수송비가 적게 들어 사탕수수의 가격이 원당에 비해 저렴하므로, 바인더의 가격이 낮아서 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 사탕수수 시럽은 성형롤에 잘 부착되지 않으므로, 성형탄의 형상 불량 발생을 방지할 수 있으며, 점도가 당밀의 점도에 비해 낮아 성형탄에 균일하게 도포할 수 있다. 한편, 사탕수수 시럽은 당밀에 비해 접착 능력이 높아서 성형탄의 냉간 강도를 향상시키므로, 성형탄의 탄종 변화에 의한 냉간 강도와 열간 강도의 저하를 방지할 수 있다.
도 5는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 용철제조장치(100)를 개략적으로 나타낸다. 도 5의 용철제조장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 5의 용철제조장치(200)를 다양한 형태로 변형할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 용철제조장치(100)는 용융가스화로(10), 유동층형 환원로(22), 환원철 압축장치(40) 및 압축 환원철 저장조(50)를 포함한다. 여기서, 압축 환원철 저장조(50)는 생략할 수 있다.
제조된 성형탄은 용융가스화로(10)에 장입되어 용융가스화로(10)의 내부에 석탄충전층을 형성한다. 여기서, 성형탄은 용융가스화로(10)에서 환원가스를 발생시키고 발생된 환원가스는 유동층형 환원로들(22)에 공급된다. 분철광석은 유동층을 가진 복수의 유동층형 환원로들(22)에 공급되고, 용융가스화로(10)로부터 유동층형 환원로들(22)에 공급된 환원가스에 의해 유동되면서 환원철로 제조된다. 환원철은 환원철 압축장치(40)에 의해 압축된 후 압축 환원철 저장조(50)에 저장된다. 압축된 환원철은 압축 환원철 저장조(50)로부터 용융가스화로(10)에 공급되어 용융가스화로(10)에서 용융된다.
용융가스화로(10)의 상부에는 돔부(101)가 형성되어 있다. 즉, 용융가스화로(10)의 다른 부분에 비해 넓은 공간이 형성되고, 여기에는 고온의 환원가스가 존재한다. 따라서 고온의 환원가스에 의해 돔부(101)에 장입되는 성형탄이 쉽게 분화될 수 있다. 즉, 성형탄은 1000℃로 유지되는 용융가스화로의 상부에 투입되므로, 성형탄이 급속한 열충격을 받는다. 따라서 성형탄이 용융가스화로의 하부로 이동하면서 분화될 수 있다.
이에 대하여 도 1의 방법으로 제조한 성형탄은 높은 열간 강도를 가지므로, 용융가스화로(10)의 돔부(101)에서 분화되지 않고, 용융가스화로(10)의 하부까지 강하한다. 성형탄의 열분해 반응에 의해 생성된 촤는 용융가스화로(10)의 하부로 이동하여 풍구(30)를 통해 공급되는 산소와 발열 반응한다. 그 결과, 성형탄은 용융가스화로(10)를 고온으로 유지하는 열원으로서 사용될 수 있다. 한편, 촤가 통기성을 제공하므로, 용융가스화로(10)의 하부에서 발생한 다량의 가스와 유동층형 환원로(22)에서 공급된 환원철이 용융가스화로(10)내의 석탄충전층을 좀더 쉽고 균일하게 통과할 수 있다.
전술한 성형탄 이외에 괴상 탄재 또는 코크스를 필요에 따라 용융가스화로(10)에 장입할 수도 있다. 용융가스화로(10)의 외벽에는 풍구(30)를 설치하여 산소를 취입한다. 산소는 석탄충전층에 취입되어 연소대를 형성한다. 성형탄은 연소대에서 연소되어 환원가스를 발생시킬 수 있다.
자당을 포함하는 원당 바인더를 사용하여 성형탄의 냉간강도를 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 성형탄 원가를 낮출 수 있다. 또한, 유동층형 환원로의 조업 효율을 극대화하고, 당밀의 장거리 수송에 따른 물류비를 절감할 수 있다.
도 6은 도 1에서 제조한 성형탄을 사용하는 또다른 용철제조장치(200)를 개략적으로 나타낸다. 도 6의 용철제조장치(200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 6의 용철제조장치(200)를 다양한 형태로 변형할 수 있다. 도 6의 용철제조장치(200)의 구조는 도 5의 용철제조장치(100)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 6의 용철제조장치(200)는 용융가스화로(10) 및 충전층형 환원로(20)를 포함한다. 이외에, 용철제조장치(200)는 필요에 따라 기타 다른 장치를 포함할 수 있다. 충전층형 환원로(20)에는 철광석이 장입되어 환원된다. 충전층형 환원로(20)에 장입되는 철광석은 사전 건조된 후에 충전층형 환원로(20)를 통과하면서 환원철로 제조된다. 충전층형 환원로(20)는 용융가스화로(10)로부터 환원가스를 공급받아 그 내부에 충전층을 형성한다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예
원당 용액을 바인더로 이용한 성형탄 제조 실험
석탄, 바인더, 경화제 및 수분을 포함하는 성형탄을 제조하였다. 먼저, 석탄과 경화제를 1분 내지 20분 동안 혼합한 후 바인더를 첨가하여 1~20분동안 혼합하였다. 바인더로서, 자당, 포도당, 및 과당을 포함하는 원당을 사용하였다. 각 바인더는 50wt% 내지 90wt%의 원당 용액으로 제조하였다. 원당 용액은 60℃ 내지 90℃에서 교반하여 제조하였으며, 성분은 변화하지 않았다. 바인더로서 원당이 완전히 녹은 상태의 용액 또는 원당이 완전히 녹지 않은 용액도 사용 가능하였다. 첨가시 바인더의 온도는 10℃ 내지 80℃이었으며, 그 점도는 1cp 내지 60000cp이었다. 원당에 포함된 자당, 포도당, 및 과당을 석탄의 중량비로 계산하여 첨가하였다.
하기의 표 4에 원당 첨가량에 따른 원당 용액의 성분과 당밀의 성분을 분석하여 나타낸다. 좀더 구체적으로, 표 4에는 원당 함량이 각각 75wt%, 65wt%, 55wt%, 45wt%인 원당 용액의 성분과 당밀 성분을 비교하여 나타낸다. 표 4에서는 바인더에 포함된 원당의 농도가 높거나 제조 온도가 낮을수록 바인더의 점도가 높은 것을 알 수 있었다.
표 4
Figure PCTKR2014012784-appb-T000004
실험예 1
100 중량부의 석탄에 대하여 경화제로서 2.7 중량부의 CaO와 바인더로서 10중량부의 원당 75% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
실험예 2
100 중량부의 석탄에 대하여 경화제로서 2.7 중량부의 CaO와 바인더로서 8중량부의 원당 75% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 전술한 실험예 7과 동일하였다.
실험예 3
100 중량부의 석탄에 대하여 경화제로서 2.7 중량부의 CaO와 바인더로서 6중량부의 원당 75% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 전술한 실험예 7과 동일하였다.
실험예 4
100 중량부의 석탄에 대하여 경화제로서 2.7 중량부의 CaO와 바인더로서 10중량부의 원당 65% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 전술한 실험예 7과 동일하였다.
실험예 5
100 중량부의 석탄에 대하여 경화제로서 2.7 중량부의 CaO와 바인더로서 8중량부의 원당 65% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 전술한 실험예 7과 동일하였다.
실험예 6
100 중량부의 석탄에 대하여 경화제로서 2.7 중량부의 CaO와 바인더로서 10중량부의 원당 55% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 전술한 실험예 7과 동일하였다.
실험예 7
100 중량부의 석탄에 대하여 경화제로서 2.7 중량부의 CaO와 바인더로서 10중량부의 원당 45% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 전술한 실험예 7과 동일하였다.
비교예 1
100 중량부의 석탄에 대하여 경화제로서 2.7 중량부의 CaO와 바인더로서 10중량부의 당밀을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 전술한 실험예 7과 동일하였다.
원당 용액을 바인더로 이용한 성형탄 제조 실험 결과
전술한 실험예 1 내지 실험예 7과 비교예 1에 따라 제조한 성형탄에 대하여 냉간강도와 열간강도를 측정하였고, 공업분석을 실시하였다. 이러한 실험과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
표 5는 전술한 실험예 1 내지 실험예 7과 비교예 1에 따라 제조한 성형탄의 실험 결과를 나타낸다. 표 5에 기재한 바와 같이, 바인더로서 당밀 대신에 원당 바인더를 사용하는 경우, 성형탄의 냉간강도와 열간강도가 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
표 5
Figure PCTKR2014012784-appb-T000005
사탕수수 시럽을 바인더로 이용한 성형탄 제조 실험
미분탄, 사탕수수시럽 농축액, 경화제 및 수분을 포함하는 성형탄을 제조하였다. 미분탄은 90wt% 이상의 입도가 3mm 이하가 되도록 분쇄하였으며, 그 수분량을 12wt% 이하로 조절하였다. 미분탄과 경화제를 20분 동안 혼합한 후 사탕수수 시럽 농축액를 첨가하여 20분 동안 혼합하였다. 사탕수수시럽 농축액은 65wt% 내지 90wt%의 고형분을 포함하였다. 사탕수수시럽 농축액은 원당 생산 공정 중에 발생하는 고형분 50wt%의 사탕수수 시럽을 80℃ 내지 200℃에서 10mbar 내지 300mbar의 진공하에 증류하여 농축했다. 사탕수수 시럽을 농축시, 농축 초기 단계에서 발생하는 거품을 제거하기 위해 액상 파라핀을 0.1wt% 내지 0.5wt% 첨가하였다.
실험예 8
100 중량부의 미분탄에 대하여 2.7 중량부의 CaO와 10 중량부의 사탕수수 시럽 78wt% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
실험예 9
100 중량부의 미분탄에 대하여 2.7 중량부의 CaO와 9 중량부의 사탕수수 시럽 78wt% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 8과 동일하였다.
실험예 10
100 중량부의 미분탄에 대하여 2.7 중량부의 CaO와 8 중량부의 사탕수수 시럽 78% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 8과 동일하였다.
실험예 11
100 중량부의 미분탄에 대하여 2.7 중량부의 CaO와 6 중량부의 사탕수수 시럽 78% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 8과 동일하였다.
실험예 12
100 중량부의 미분탄에 대하여 2.7 중량부의 CaO와 10 중량부의 사탕수수 시럽 68% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 8과 동일하였다.
실험예 13
100 중량부의 미분탄에 대하여 2.7 중량부의 CaO와 바인더로서 9 중량부의 사탕수수 시럽 68% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 8과 동일하였다.
실험예 14
100 중량부의 미분탄에 대하여 2.7 중량부의 CaO와 바인더로서 8 중량부의 사탕수수 시럽 68% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 8과 동일하였다.
실험예 15
100 중량부의 미분탄에 대하여 2.7 중량부의 CaO와 바인더로서 7 중량부의 사탕수수 시럽 68wt% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 8과 동일하였다.
사탕수수 시럽을 바인더로 이용한 성형탄 제조 실험 결과
전술한 실험예 8 내지 실험예 15에 따라 제조한 성형탄의 압축강도를 측정하였다. 이러한 실험 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
표 6은 전술한 실험예 8 내지 실험예 15에 따라 제조한 성형탄의 실험 결과를 나타낸다. 표 6에서는 성형탄의 압축 강도를 나타낸다.
표 6
Figure PCTKR2014012784-appb-T000006
표 6에 기재한 바와 같이, 실험예 8 내지 실험예 15에서 압축강도와 낙하강도가 우수한 성형탄을 제조할 수 있었다. 특히, 사탕수수시럽 68% 용액보다는 사탕수수시럽 78% 용액에서 좀더 압축강도와 낙하강도가 우수한 성형탄을 제조할 수 있었다. 특히, 실험예 11과 실험예 15로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1의 당밀 바인더보다 적은 양의 사탕수수 시럽을 사용하더라도 거의 동일한 압축 강도를 가진 성형탄을 제조할 수 있었다. 즉, 실험예 11에서 사탕수수 시럽 78% 용액을 사용하는 경우, 비교예 1의 당밀에 비해 바인더 사용량을 40% 정도 절감할 수 있었다. 또한, 실험예 15에서 사탕수수 시럽 68% 용액을 사용하는 경우, 비교예 1의 당밀에 비해 바인더 사용량을 30% 정도 절감할 수 있었다.
전술한 바와 같이, 원당 바인더를 사용하는 경우, 유동층형 환원로에 알칼리 성분이 퇴적되지 않아 노즐 막힘 현상을 방지할 수 있었다. 또한, 성형탄의 냉간강도 및 열간강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 적은 양의 사탕수수 시럽을 바인더로 사용하여 강도가 우수한 성형탄을 제조할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
사탕수수 시럽의 고형분 변화에 따른 성형탄 제조 실험
실험예 16
사탕수수 시럽을 농축하여 고형분의 양이 16wt%인 사탕수수 시럽을 사용해 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 실험예 8과 동일하였다.
실험예 17
사탕수수 시럽을 농축하여 고형분의 양이 48wt%인 사탕수수 시럽을 사용해 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 실험예 8과 동일하였다.
실험예 18
사탕수수 시럽을 농축하여 고형분의 양이 58wt%인 사탕수수 시럽을 사용해 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 실험예 8과 동일하였다.
실험예 19
사탕수수 시럽을 농축하여 고형분의 양이 68wt%인 사탕수수 시럽을 사용해 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 실험예 8과 동일하였다.
실험예 20
사탕수수 시럽을 농축하여 고형분의 양이 78wt%인 사탕수수 시럽을 사용해 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 실험예 8과 동일하였다.
실험예 21
사탕수수 시럽을 농축하여 고형분의 양이 88wt%인 사탕수수 시럽을 사용해 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 실험예 8과 동일하였다.
실험예 22
사탕수수 시럽을 농축하여 고형분의 양이 96wt%인 사탕수수 시럽을 사용해 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 실험예 8과 동일하였다.
사탕수수 시럽의 고형분 변화에 따른 성형탄 제조 실험 결과
전술한 실험예 16 내지 실험예 22 에 따라 제조한 성형탄의 압축강도와 낙하강도를 측정하였다. 즉, 성형탄을 상온에서 1시간 동안 방치한 후 그 압축강도와 낙하강도를 측정하였고, 80℃에서 15분 동안 건조한 후 압축강도와 낙하강도를 측정하였다. 그 결과를 하기의 표 7에 나타낸다.
표 7
Figure PCTKR2014012784-appb-T000007
표 7에 기재한 바와 같이, 실험예 16 내지 실험예 22에서 바인더로 사용된 사탕수수 시럽에 함유된 고형분의 양이 증가함에 따라 성형탄의 압축강도 및 낙하강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 사탕수수 시럽에 함유된 고형분의 양을 증대시켜서 성형탄의 냉간 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상온에서 1시간 동안 방치한 성형탄에 비해 80℃에서 15분 동안 건조 후의 성형탄이 냉간 강도면에서 더 우수한 것을 확인할 수 있었다. 이는 성형탄에 포함된 수분이 증발하여 성형탄의 냉간 강도가 향상되기 때문인 것으로 추정되었다.
사탕수수 시럽과 저품위탄을 이용한 성형탄 제조 실험 결과
실험예 23
발전용탄 20wt%와 미점탄 80wt%를 포함하는 100 중량부의 미분탄에 대하여 2.7 중량부의 CaO와 10 중량부의 사탕수수 시럽 78% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 8과 동일하였다.
실험예 24
발전용탄 50wt%와 미점탄 50wt%를 포함하는 100 중량부의 미분탄에 대하여 2.7 중량부의 CaO와 10 중량부의 사탕수수 시럽 78% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 23과 동일하였다.
실험예 25
발전용탄 50wt%와 미점탄 50wt%를 포함하는 100 중량부의 미분탄에 대하여 2.7 중량부의 CaO와 7 중량부의 사탕수수 시럽 78% 용액을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 23과 동일하였다.
비교예 3
발전용탄 20wt%와 미점탄 80wt%를 포함하는 100 중량부의 미분탄에 대하여 2.7 중량부의 CaO와 10 중량부의 당밀을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 23과 동일하였다.
비교예 4
발전용탄 50wt%와 미점탄 50wt%를 포함하는 100 중량부의 미분탄에 대하여 2.7 중량부의 CaO와 10 중량부의 당밀을 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 23과 동일하였다.
사탕수수 시럽과 저품위탄을 이용한 성형탄 제조 실험 결과
전술한 실험예 23 내지 실험예 25, 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조한 성형탄의 압축강도, 낙하강도 및 열간강도를 측정하였다. 그 결과를 하기의 표 8에 나타낸다.
표 8
Figure PCTKR2014012784-appb-T000008
표 8에 기재한 바와 같이, 실험예 23 내지 실험예 25에 따라 제조한 성형탄은 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조한 성형탄에 비해 냉간강도면에서 비교적 우수한 특성을 나타내었다. 또한, 실험예 23 내지 실험예 25에 따라 제조한 성형탄은 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조한 성형탄에 비해 냉간 강도면에서도 비교적 우수하다는 것을 알 수 있었다. 따라서 저품위탄을 사용하더라도 바인더로서 사탕수수 시럽을 사용하여 우수한 특성을 가지는 성형탄을 제조할 수 있었다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims (37)

  1. 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및
    상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 환원철을 제공하는 환원로
    를 포함하는 용철제조장치에서 상기 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄의 제조 방법으로서,
    미분탄을 제공하는 단계,
    상기 미분탄 100 중량부에 대해 0보다 크고 10 중량부 이하의 원당 바인더를 제공하는 단계,
    상기 미분탄에 상기 원당 바인더를 첨가하여 혼합물을 제공하는 단계,
    상기 혼합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계
    를 포함하고, 성형탄의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 원당 바인더를 제공하는 단계에서, 상기 원당 바인더는 원당 용액으로 제공되고, 상기 원당 용액은 35wt% 내지 85wt%의 원당을 포함하는 성형탄의 제조 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 원당 용액은 65wt% 내지 85wt%의 원당을 포함하는 성형탄의 제조 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 원당 바인더를 제공하는 단계는,
    물을 주입하면서 사탕수수를 분쇄하는 단계,
    상기 분쇄된 사탕수수를 착즙하여 사탕수수 주스를 제공하는 단계, 및
    상기 사탕수수 주스의 불순물을 제거하고 상기 사탕수수 주스를 농축하여 사탕수수 시럽을 상기 원당 바인더로 제공하는 단계
    를 포함하는 성형탄의 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 사탕수수 주스를 제공하는 단계에서, 상기 사탕수수 주스에 포함된 고형분의 양은 10wt% 내지 30wt%인 성형탄의 제조 방법.
  6. 제4항에서,
    상기 사탕수수 시럽을 상기 원당 바인더로 제공하는 단계에서, 상기 사탕수수 시럽에 함유된 고형분의 양은 50wt% 내지 90wt%인 성형탄의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 사탕수수 시럽에 함유된 고형분의 양은 65wt% 내지 85wt%인 성형탄의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 사탕수수 시럽에 함유된 고형분의 양은 70wt% 내지 78wt%인 성형탄의 제조 방법.
  9. 제4항에서,
    상기 사탕수수 시럽에 파라핀을 첨가하는 단계를 더 포함하고, 상기 사탕수수 시럽의 양에 대한 상기 파라핀의 양의 0 보다 크고 1wt% 이하인 성형탄의 제조 방법.
  10. 제4항에서,
    상기 혼합물을 제공하는 단계에서, 상기 혼합물은 5 분 내지 7분 동안 혼합되며, 상기 혼합 온도는 50℃ 내지 100℃인 성형탄의 제조 방법.
  11. 제4항에서,
    상기 사탕수수 시럽을 상기 원당 바인더로 제공하는 단계에서, 상기 사탕수수 시럽에 함유된 총환원당의 양은 65wt% 내지 90wt%인 성형탄의 제조 방법.
  12. 제4항에서,
    상기 미분탄을 제공하는 단계에서, 상기 미분탄은 발전용탄, 미점탄, 갈탄 및 무연탄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 석탄인 성형탄의 제조 방법.
  13. 제1항에서,
    상기 원당 바인더를 제공하는 단계는,
    70℃ 내지 120℃의 스팀으로 상기 원당을 용융시켜 용융액을 제공하는 단계, 및
    상기 용융액에 물을 첨가하여 60℃ 내지 70℃에서 교반하여 상기 원당 바인더를 원당 용액으로 제공하는 단계
    를 포함하는 성형탄의 제조 방법.
  14. 제1항에서,
    생석회, 소석회, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이(clay), 실리카, 실리케이트, 돌로마이트, 인산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 경화제를 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 혼합물을 제공하는 단계에서, 상기 미분탄에 상기 경화제를 더 첨가하고, 상기 미분탄 100 중량부에 대한 상기 경화제의 양은 1 중량부 내지 6 중량부인 성형탄의 제조 방법.
  15. 제1항에서,
    상기 원당 바인더를 제공하는 단계에서, 상기 원당 바인더에 함유된 총환원당의 양에 대한 고형분의 양의 비는 1 보다 크고 1.2 미만인 성형탄의 제조 방법.
  16. 제1항에서,
    상기 원당 바인더를 제공하는 단계에서, 상기 원당 바인더는 자당(sucrose), 포도당(glucose) 및 과당(fructose)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 당을 포함하는 성형탄의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 원당 바인더는 상기 자당을 포함하고, 상기 미분탄 100 중량부에 대한 상기 자당의 양은 0보다 크고 4 중량부 이하인 성형탄의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 자당의 양은 2 중량부 내지 4 중량부인 성형탄의 제조 방법.
  19. 제16항에서,
    상기 원당 바인더는 상기 포도당을 포함하고, 상기 미분탄 100중량부에 대한 상기 포도당의 양은 0보다 크고 4중량부 이하인 성형탄의 제조 방법.
  20. 제19항에서,
    상기 포도당의 양은 2중량부 내지 4중량부인 성형탄의 제조 방법.
  21. 제16항에서,
    상기 원당 바인더는 상기 과당을 포함하고, 상기 미분탄 100중량부에 대한 상기 과당의 양은 0보다 크고 4중량부 이하인 성형탄의 제조 방법.
  22. 제21항에서,
    상기 과당의 양은 2 중량부 내지 4 중량부인 성형탄의 제조 방법.
  23. 제1항에서,
    상기 환원로는 유동층형 환원로 또는 충전층형 환원로인 성형탄의 제조 방법.
  24. 제1항에서,
    상기 원당 바인더를 제공하는 단계에서, 상기 원당 바인더는 원당 용액으로 제공되고, 상기 미분탄 100 중량부에 대한 상기 원당 용액의 양은 3 중량부 내지 10 중량부인 성형탄의 제조 방법.
  25. 제24항에서,
    상기 원당 용액의 양은 6 중량부 내지 10 중량부인 성형탄의 제조 방법.
  26. 제25항에서,
    상기 원당 용액의 양은 8 중량부 내지 10 중량부인 성형탄의 제조 방법.
  27. 제24항에서,
    상기 원당 용액에 포함된 자당의 양은 45wt% 내지 75wt%인 성형탄의 제조 방법.
  28. 제1항에서,
    상기 원당 바인더를 제공하는 단계에서, 상기 원당 바인더의 점도는 100cp 내지 10000cp인 성형탄의 제조 방법.
  29. 제1항에서,
    상기 미분탄을 제공하는 단계에서, 상기 미분탄에 포함된 수분의 양은 3wt% 내지 12wt%인 성형탄의 제조 방법.
  30. 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및
    상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 환원철을 제공하는 환원로
    를 포함하는 용철제조장치에서 상기 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄으로서,
    상기 성형탄은 미분탄 및 원당 바인더를 포함하고,
    상기 미분탄 100 중량부에 대한 상기 원당 바인더의 양은 0 보다 크고 10 중량부 이상이고, 상기 원당 바인더는 자당, 포도당 및 과당으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 당을 포함하는 성형탄.
  31. 제30항에서,
    상기 원당 바인더가 자당을 포함하는 경우, 상기 미분탄 100 중량부에 대해 0 보다 크고 4 중량부 이하인 성형탄.
  32. 제31항에서,
    상기 자당의 양은 2 중량부 내지 4 중량부인 성형탄.
  33. 제30항에서,
    상기 원당 바인더가 과당을 포함하는 경우, 상기 과당의 양은 상기 미분탄 100 중량부에 대해 0 보다 크고 4 중량부 이하인 성형탄.
  34. 제33항에서,
    상기 과당의 양은 2 중량부 내지 4 중량부인 성형탄.
  35. 제30항에서,
    상기 성형탄은 생석회, 소석회, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이(clay), 실리카, 실리케이트, 돌로마이트, 인산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 경화제를 더 포함하고, 상기 경화제는 상기 미분탄 100 중량부에 대해 0.1 중량부 내지 6 중량부인 성형탄.
  36. 제30항에서,
    상기 원당 바인더에 포함된 고형분의 양은 16wt% 내지 96wt%인 성형탄.
  37. 제36항에서,
    상기 고형분의 양은 78wt% 내지 96wt%인 성형탄.
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