(72) 발명자 유인수 대전광역시유성구문화원로 13 ( 장대동, 드림월드아파트 101 동 504 호 ) 이승재 대전광역시유성구어은로 57 ( 어은동, 한빛아파트 126 동 204 호 ) 이발명을지원한국가연구개발사업 과제고유번호 NP 부처명 지식경제부 연

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태윤 견
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1 (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (45) 공고일자 2014년01월27일 (11) 등록번호 (24) 등록일자 2014년01월17일 (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) C10L 9/10 ( ) C10L 5/00 ( ) B09B 3/00 ( ) C02F 11/00 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 2012 년 11 월 12 일 심사청구일자 (56) 선행기술조사문헌 JP B2 KR B1 KR A 2012 년 11 월 12 일 (73) 특허권자 한국에너지기술연구원 대전광역시유성구가정로 152( 장동 ) (72) 발명자 문승현 대전광역시서구청사로 269 ( 둔산동, 은초롱아파트 606 호 ) 이시훈 대전광역시유성구가정로 ( 도룡동, 대덕연구단지타운하우스 5 동 204 호 ) ( 뒷면에계속 ) (74) 대리인 문환구전체청구항수 : 총 22 항심사관 : 오정아 (54) 발명의명칭저급탄소원의개질장치및그를이용한개질방법 (57) 요약 본발명은저등급석탄, 하수슬러지또는목재등의저급탄소원을고발열량을가지며수분재흡착과자연발화가최소화된고품위석탄, 고발명량의하수슬러지또는고발열량의목재등의고급탄소원으로개질하는효율적인저급탄소원의개질장치및그를이용한개질방법을제공하는것을목적으로한다. 이를위해 (a) 저급탄소원을코팅챔버로공급하는피더, (b) 상기코팅챔버에구비된스크류의축관에코팅용액을공급하는코팅용액공급부, (c) 관형의형상을가지며코팅용액분사노즐이설치된축관과상기축관에고정되어저급탄소원을이송시키는날개로구성된스크류가구비된코팅챔버, 및 (d) 상기코팅챔버에서배출되는코팅된저급탄소원을건조시키는건조수단을포함하는저급탄소원의개질장치및이를이용한저급탄소원의개질방법을제공한다. 대표도 - 도 1-1 -

2 (72) 발명자 유인수 대전광역시유성구문화원로 13 ( 장대동, 드림월드아파트 101 동 504 호 ) 이승재 대전광역시유성구어은로 57 ( 어은동, 한빛아파트 126 동 204 호 ) 이발명을지원한국가연구개발사업 과제고유번호 NP 부처명 지식경제부 연구사업명 전력산업연구개발사업 연구과제명 중수분 (25~40%) 저등급석탄의건조 안정화통합공정개발 기여율 1/1 주관기관 한국에너지기술연구원 연구기간 ~

3 특허청구의범위청구항 1 (a) 저급탄소원을코팅챔버로공급하는피더 ; (b) 상기코팅챔버에구비된스크류의축관에코팅용액을공급하는코팅용액공급부 ; (c) 관형의형상을가지며코팅용액분사노즐이설치된축관과상기축관에고정되어저급탄소원을이송시키는날개로구성된스크류가구비된코팅챔버 ; 및 (d) 상기코팅챔버에서배출되는코팅된저급탄소원을건조시키는건조수단을포함하는, 청구항 2 청구항 1에있어서, 상기코팅챔버에서과잉공급된코팅용액을코팅된저급탄소원으로부터분리하는고액분리수단을더포함하는, 청구항 3 청구항 2에있어서, 상기고액분리수단은코팅챔버의하부에형성되는코팅용액배출구와상기코팅용액배출구에서배출되는코팅용액을회수하는회수수단으로구성되는, 청구항 4 청구항 1에있어서, 상기저급탄소원의개질장치는상기코팅챔버에서코팅중이거나코팅된저급탄소원을가열할수있게하는코팅챔버가열수단을더구비한, 청구항 5 청구항 1에있어서, 상기저급탄소원의개질장치는코팅후건조된탄소원을성형하는성형수단을더구비한, 청구항 6 청구항 1 에있어서, 상기저급탄소원은평균입도가 0.5 ~ 20 mm 인, 석탄, 하수슬러지및목재로이루어진군에서선택되는 1 종이 - 3 -

4 상인, 청구항 7 청구항 1에있어서, 상기코팅용액은중질유와용매유의혼합물, 폐폴리머와용매유의혼합물, 및경질유로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인, 청구항 8 청구항 7에있어서, 상기중질유는석유계기름또는식물성기름으로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인, 청구항 9 청구항 8에있어서, 상기석유계기름이석유아스팔트, 천연아스팔트, 벙커씨유, 석탄계중질유, 석유계증류잔사유및석탄계의증류잔사로이루어진군으로부터선택되는 1종이상의것이며, 상기식물성기름이야자유, 올리브유, 아마인유및팜유로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인, 청구항 10 청구항 7에있어서, 상기폐폴리머는폴리에틸렌 (PE: Polyethylene), 폴리프로필렌 (PP: Polypropylene), 폴리스티렌 (PS: Polystyrene), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 (ABS: Acrylonitril butadiene styrene), 및폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET: Polyethylene terephthalate) 로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인, 청구항 11 청구항 7에있어서, 상기용매유는경유, 등유및윤활유로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인, 청구항 12 (a) 저급탄소원을피더에공급하는단계 ; (b) 상기피더에서코팅챔버로공급된저급탄소원을회전하는스크류에의해이송시키면서, 스크류의축관에 - 4 -

5 구비된노즐에서분사되는코팅용액으로코팅하는단계 ; 및 (c) 상기코팅하는단계를거친저급탄소원을건조시키는단계를포함하는, 청구항 13 청구항 12에있어서, 상기코팅챔버에서코팅된저급탄소원을고액분리수단으로옮겨코팅된저급탄소원으로부터과잉의코팅용액을회수하는단계를더포함하는, 청구항 14 청구항 12에있어서, 상기코팅하는단계는상기코팅챔버하부에형성된코팅용액배출구에의해코팅을하면서과잉의코팅용액을배출함으로써코팅과정과고액분리과정이동시에수행되는, 청구항 15 청구항 12에있어서, 상기코팅하는단계는상기코팅챔버가열수단에의해코팅챔버에서코팅중이거나코팅된저급탄소원을가열하는공정이함께수행되는, 청구항 16 청구항 12에있어서, 상기저급탄소원의개질방법은코팅후건조된저급탄소원을성형하는성형단계를더포함하는, 청구항 17 청구항 12에있어서, 상기저급탄소원은석탄, 하수슬러지및목재로구성된군에서선택된 1종이상인, 청구항 18 청구항 12에있어서, 상기코팅용액은중질유와용매유의혼합물, 폐폴리머와용매유의혼합물, 및경질유로이루어진군에서선택되는 1종이상인, - 5 -

6 청구항 19 청구항 18에있어서, 상기중질유는석유계기름또는식물성기름을사용하는, 청구항 20 청구항 19에있어서, 상기석유계기름은석유아스팔트, 천연아스팔트, 벙커씨유, 석탄계중질유, 석유계증류잔사유및석탄계의증류잔사유로이루어진군으로부터선택되는 1종이상의것이고, 상기식물성기름은야자유, 올리브유, 아마인유및팜유로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인, 청구항 21 청구항 18에있어서, 상기폐폴리머는폴리에틸렌 (PE: Polyethylene), 폴리프로필렌 (PP: Polypropylene), 폴리스티렌 (PS: Polystyrene), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 (ABS: Acrylonitril butadiene styrene), 및폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET: Polyethylene terephthalate) 로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인, 청구항 22 청구항 18에있어서, 상기용매유는경유, 등유및윤활유로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인, 명세서 [0001] 기술분야본발명은저급탄소원의개질장치및그를이용한개질방법에관한것으로서, 더욱상세하게는, 저등급석탄, 하수슬러지또는목재등의저급탄소원을오일로코팅하여개질하는개질장치및그를이용한개질방법에관한것이다. [0002] 배경기술최근원유의값이폭발적으로상승하면서원유를대체할수있는에너지원을확보하고자하는노력이증대되고있다. 태양에너지, 바이오에너지등기존의화석연료를대체할수있는새로운에너지원에대한연구가활발히진행되고있으나, 산업적이용에는아직많은한계가있다. 이에최근에는석탄등저급탄소원에대한수요가다시증대되고있다

7 [0003] [0004] [0005] [0006] [0007] [0008] 이하에서는석탄을중심으로저급탄소원의사용에대하여설명한다. 석탄은이탄 (peat) 에서부터갈색탄 (brown coal), 갈탄 (lignite), 아역청탄 (sub-bituminous coal), 역청탄 (bituminous coal), 무연탄 (anthracite) 등급으로나뉘어지며역청탄은다시저휘발분, 중휘발분, 고휘발분역청탄으로, 그리고무연탄은반무연탄, 무연탄, Meta-무연탄과흑연계무연탄으로나뉘어진다. 이중에서저등급석탄 (LRC) 은갈색탄 (brown coal) 에서부터아역청탄까지를말하며역청탄에서부터는고등급석탄 (HRC) 로분류된다. 석탄을직접연소시켜화력발전을하기위해서는무연탄, 역청탄등의고품위석탄이사용되어야하며, 석탄을이용하여액화가스를제조하기위해서도수분함량이적은무연탄, 역청탄등이사용되어야한다. 그러나, 최근에는호주, 인도네시아나중국등외국으로부터보조탄등으로쓰이는저등급석탄의수입량이늘어나는형편인바, 저등급석탄을고품위화하는방법의개발이시급히요청되고있다. 한편, 저등급석탄은수분의함량이높아무게와부피가크므로물류에있어서이롭지않으며, 휘발분으로인해자연발화가쉽게일어나서이동이용이하지않다는문제점이있다. 이에물류의경제성과안정성의관점에서도저등급석탄을고품위화하고자연발화를억제시키는방법의개발이시급하게요구되고있다. 일본특개평 호는중질유분과용매유분을포함하는혼합유를다공질탄과혼합하고, 이원료슬러리를가열하여튀김으로써, 그다공질탄의탈수를진행시키는것과동시에, 그다공질탄의미세구멍내에중질유분과용매유분을포함하는혼합유를함유하게하고, 이어서슬러리를고액분리하는것을특징으로하는고형연료의제조방법을소개하고있다. 그러나, 상기고형연료의제조장치및제조방법은장치및공정이복잡하며, 설비비, 유지보수비및제조단가가높은등의단점을가지고있다. 국내특허제 호는석탄입자와비수소공여성용제를슬러리상혼합물로서혼합하여, 상기석탄의가용성분을상기용제중에추출하는추출공정과상기추출공정후의추출잔분을포함하는추출잔분농축슬러리의일부와추출액의혼합물로부터용제를제거하는용제제거공정을갖고, 상기비수소공여성용제는 2환방향족화합물, 경유, 라이트사이클오일, 카르볼릭오일로부터선택되는것을특징으로하는개질석탄의제조방법이다. 상기의개질석탄제조방법은특정용제를이용하여추출된석탄성분자체를자연발화억제제 ( 코팅제 ) 로사용하는공정이핵심이다. 따라서상기의특허는석탄의성형전석탄입자에대한코팅으로용제에의한추출공정이복잡하고, 이러한추출공정을위해서는다량의용제가사용되어경제적이지못하다. 또한용제의제거및회수가어려운단점을가지고있다. 국내특허제 호는저등급석탄의개질을위하여분쇄, 탈수, 분리, 건조, 코팅, 성형의순서로공정이이루어져있다. 따라서, 건조된저등급석탄의코팅을위해다량의휘발성분이사용되며, 코팅후과잉코팅된휘발성분의회수가어려운단점을가지고있다. 선행기술문헌 [0009] 특허문헌 ( 특허문헌 0001) 일본특개평 호 ( 특허문헌 0002) 대한민국특허제 호 ( 특허문헌 0003) 대한민국특허제 호 발명의내용 [0010] 해결하려는과제본발명은종래기술상기와같은문제점을해결하기위해안출된것으로서, 저등급석탄, 하수슬러지또는목재등의저급탄소원을고발열량을가지며수분재흡착과자연발화가최소화된고품위석탄, 고발명량의하수슬러지또는고발열량의목재등의고급탄소원으로개질하는효율적인저급탄소원의개질장치및그를이용한개질방법을제공하는것을목적으로한다

8 [0011] [0012] [0013] [0014] [0015] [0016] [0017] [0018] [0019] [0020] [0021] [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] 과제의해결수단상기과제를해결하기위하여, 본발명자들은저급탄소원을건조시키는장치를포함한코팅챔버를구비함으로써상기개질장치의효율을극대화할수있음을발견하여본발명을완성하기에이르렀다. 본발명은 (a) 저급탄소원을코팅챔버로공급하는피더 ; (b) 상기코팅챔버에구비된스크류의축관에코팅용액을공급하는코팅용액공급부 ; (c) 관형의형상을가지며코팅용액분사노즐이설치된축관과상기축관에고정되어저급탄소원을이송시키는날개로구성된스크류가구비된코팅챔버 ; 및 (d) 상기코팅챔버에서배출되는코팅된저급탄소원을건조시키는건조수단을포함하는저급탄소원의개질장치를제공한다. 본발명은또한, 상기코팅챔버에서과잉공급된코팅용액을코팅된저급탄소원으로부터분리하는고액분리수단을포함하는저급탄소원의개질장치를제공한다. 본발명은또한, 상기고액분리수단은코팅챔버의하부에형성되는코팅용액배출구와상기코팅용액배출구에서배출되는코팅용액을회수하는회수수단을포함하는저급탄소원의개질장치를제공한다. 본발명은또한, 상기저급탄소원의개질장치는상기코팅챔버에서코팅중이거나코팅된저급탄소원을가열할수있게하는코팅챔버가열수단을더구비하는저급탄소원의개질장치를제공한다. 본발명은또한, 상기저급탄소원의개질장치는코팅후건조된탄소원을성형하는성형수단을더구비한저급탄소원의개질장치를제공한다.. 본발명은또한, 상기저급탄소원은평균입도가 0.5 ~ 20 mm인, 석탄, 하수슬러지및목재로이루어진군에서선택되는 1종이상인저급탄소원의개질장치를제공한다. 본발명은또한, 상기코팅용액은중질유와용매유의혼합물, 폐폴리머와용매유의혼합물, 및경질유로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인저급탄소원의개질장치를제공한다. 본발명은또한, 상기중질유는석유계기름또는식물성기름으로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인저급탄소원의개질장치를제공한다. 본발명은또한, 상기석유계기름이석유아스팔트, 천연아스팔트, 벙커씨유, 석탄계중질유, 석유계증류잔사유및석탄계의증류잔사로이루어진군으로부터선택되는 1종이상의것이며, 상기식물성기름이야자유, 올리브유, 아마인유및팜유로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인저급탄소원의개질장치를제공한다. 본발명은또한, 상기폐폴리머는폴리에틸렌 (PE: Polyethylene), 폴리프로필렌 (PP: Polypropylene), 폴리스티렌 (PS: Polystyrene), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 (ABS: Acrylonitril butadiene styrene), 및폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET: Polyethylene terephthalate) 로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인저급탄소원의개질장치를제공한다. 본발명은또한, 상기용매유는경유, 등유및윤활유로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인저급탄소원의개질장치를제공한다. 본발명은또한 (a) 저급탄소원을피더에공급하는단계 ; (b) 상기피더에서코팅챔버로공급된저급탄소원을회전하는스크류에의해이송시키면서, 스크류의축관에구비된노즐에서분사되는코팅용액으로코팅하는단계 ; 및 (c) 상기코팅하는단계를거친저급탄소원을건조시키는단계를포함하는저급탄소원의개질방법을제공한다. 본발명은또한, 상기코팅챔버에서코팅된저급탄소원을고액분리수단으로옮겨코팅된저급탄소원으로부터과잉의코팅용액을회수하는단계를더포함하는저급탄소원의개질방법을제공한다. 본발명은또한, 상기코팅하는단계는상기코팅챔버하부에형성된코팅용액배출구에의해코팅을하면서과잉의코팅용액을배출함으로써코팅과정과고액분리과정이동시에수행되는저급탄소원의개질방법을제공한다. 본발명은또한, 상기코팅하는단계는상기코팅챔버가열수단에의해코팅챔버에서코팅중이거나코팅된저급탄소원을가열하는공정이함께수행되는저급탄소원의개질방법을제공한다. 본발명은또한, 상기저급탄소원의개질방법은코팅후건조된저급탄소원을성형하는성형단계를더포함하는저급탄소원의개질방법을제공한다

9 [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] 본발명은또한, 상기저급탄소원은석탄, 하수슬러지및목재로구성된군에서선택된 1종이상인저급탄소원의개질방법을제공한다. 본발명은또한, 상기코팅용액은중질유와용매유의혼합물, 폐폴리머와용매유의혼합물, 및경질유로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인저급탄소원의개질방법을제공한다. 본발명은또한, 상기중질유는석유계기름또는식물성기름을사용하는저급탄소원의개질방법을제공한다. 본발명은또한, 상기석유계기름이석유아스팔트, 천연아스팔트, 벙커씨유, 석탄계중질유, 석유계증류잔사유및석탄계의증류잔사로이루어진군으로부터선택되는 1종이상의것이며, 상기식물성기름이야자유, 올리브유, 아마인유및팜유로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인저급탄소원의개질방법을제공한다. 본발명은또한, 상기폐폴리머는폴리에틸렌 (PE: Polyethylene), 폴리프로필렌 (PP: Polypropylene), 폴리스티렌 (PS: Polystyrene), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 (ABS: Acrylonitril butadiene styrene), 및폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET: Polyethylene terephthalate) 로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인저급탄소원의개질방법을제공한다. 본발명은또한, 상기용매유는경유, 등유및윤활유로이루어진군으로부터선택되는 1종이상인저급탄소원의개질방법을제공한다. [0034] [0035] 발명의효과본발명의저급탄소원의개질장치는간단한설비로저등급석탄, 하수슬러지또는목재등의저급탄소원을고발열량을가지며수분재흡착과자연발화가최소화된고품위석탄, 고발열량의하수슬러지또는고발열량의목재등고급탄소원으로효율적으로개질하는것을가능하게한다. 그러므로, 본발명은효용성이낮은저급탄소원의효율적인사용을가능하게하며, 에너지의안정적인수급도가능하게한다. [0036] 도면의간단한설명 도 1 및 2 는본발명의저급탄소원의개질장치의일실시형태를개략적으로도시한것이다. [0037] [0038] [0039] [0040] [0041] [0042] 발명을실시하기위한구체적인내용이하, 본발명의실시형태로예시된도면을참고하여본발명의바람직한실시예에대하여상세히설명한다. 본발명을설명하기에앞서관련된공지기능및구성에대한구체적인설명이본발명의요지를불필요하게흐릴수있다고판단되는경우그에대한설명은생략하기로한다. 도 1 및 2는본발명의저급탄소원의개질장치의일실시형태를개략적으로도시한것이다. 도 1에도시된바와같이, 본발명의저급탄소원의개질장치는 (a) 저급탄소원 (80) 을코팅챔버로공급하는피더 (10), (b) 코팅챔버 (30) 에구비된스크류의축관 (42) 에코팅용액을공급하는코팅용액공급부, (c) 관형의형상을가지며코팅용액분사노즐 (46) 이설치된축관 (42) 과상기축관에고정되어저급탄소원 (80) 을이송시키는날개 (44) 로구성된스크류 (40) 가구비된코팅챔버 (30), 및 (d) 코팅된저급탄소원을건조시키는건조수단 (60) 을포함할수있다. 상기저급탄소원의개질장치는상기코팅챔버에서과잉공급된코팅용액을코팅된저급탄소원으로부터분리하여코팅용액공급부 (20) 로전달하기위한고액분리수단 (50) 을더포함할수있다상기저급탄소원의개질장치는상기코팅챔버에서코팅중이거나코팅된저급탄소원을가열할수있게하는코팅챔버가열수단 ( 미도시 ) 을더구비할수있다. 상기의코팅챔버가열수단은이분야에서사용되는통상의가열수단을사용할수있다. 예컨대, 코팅챔버외부에일정간격으로전열선을설치하여전기의인가에의해코팅챔버를가열하는것도가능하다. 이경우, 코팅챔버의다른구성에영향을최소화하여가열수단을구비할수있다

10 [0043] [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] [0053] [0054] [0055] 상기와같이코팅챔버가열수단을구비하는경우, 코팅중이거나코팅된저급탄소원을가열하는것이가능하므로, 저급탄소원의세공에포함된수분을증발시키고, 그내부에코팅액이채워지도록하는것이가능하여자연발화가능성을크게줄일수있으며 ( 특히, 석탄의경우 ), 저급탄소원의열량도향상시킬수있다. 상기와같이코팅챔버가열수단을구비하는경우, 코팅챔버에서수분과용매유분을포함하는가스가발생하므로이를배출시키는배출구 ( 미도시 ) 가코팅챔버에형성될수있다. 그리고, 이배기가스를응축시키는컨덴서및물 / 기름분리기가추가로더설치될수있다. 상기저급탄소원의개질장치는코팅된탄소원을조개탄등의형태로성형하는성형수단 (70) 을더구비할수있다. 또한, 도 2에도시된바와같이, 상기고액분리수단은코팅챔버의하부에형성되는코팅용액배출구 (52) 와상기코팅용액배출구에서배출되는코팅용액을회수하는깔때기등의회수수단 (54) 으로구성될수도있다. 고액분리수단이이와같이형성되는경우는별도의고액분리수단이불필요하므로경제적이다. 상기고액분리수단은분리된코팅용액을저장하고코팅용액공급부 (20) 로전달하는코팅용액저장부 (56) 를더구비할수도있다. 상기저급탄소원의개질장치를이용한저급탄소원의개질은다음과같이이루어진다. 먼저, 석탄, 하수슬러지또는목재등의저급탄소원을피더 (10) 에넣으면코팅챔버 (30) 에저급탄소원이공급된다. 상기피더 (10) 에서코팅챔버 (30) 로공급된저급탄소원 (80) 은회전하는스크류 (40) 에의해이송되면서, 스크류의축관 (42) 에구비된노즐 (46) 에서분사되는코팅용액으로코팅된다. 본발명의저급탄소원의개질장치는스크류 (40) 축관 (42) 의노즐 (46) 에서분사되는코팅용액을양을잘조절하면, 고액분리수단없이적당량의코팅용액을저급탄소원에코팅시킬수있으며, 이경우바로건조수단 (60) 에의해건조과정을수행할수있다. 도 1에도시된바와같이, 고액분리수단 (50) 이별도로마련된경우는코팅챔버 (30) 에서코팅된저급탄소원을고액분리수단 (50) 으로이송하여과잉의코팅용액을분리하여제거하고, 건조수단 (60) 으로이송하여건조과정을수행하며, 분리후제거된코팅용액을코팅용액공급부 (20) 로전달한다. 한편, 도 2에도시된바와같이, 코팅챔버 (30) 의하부에코팅용액배출구 (52) 와상기코팅용액배출구에서배출되는코팅용액을회수하는회수수단 (54) 이구비된경우에는코팅된저급탄소원이스크류 (40) 에의해이송되면서과잉의코팅용액이분리되므로, 그상태로건조수단 (60) 으로옮겨서건조과정을수행할수있다. 본발명의방법에서저급탄소원의개질장치에코팅챔버가열수단 ( 미도시 ) 이구비되는경우, 코팅과정에서코팅챔버에서코팅중이거나코팅된저급탄소원을가열하는공정을함께수행할수있다. 상기와같이코팅챔버가열수단에의해코팅중이거나코팅된저급탄소원을가열하는공정을함께수행하는경우, 저급탄소원의세공에포함된수분을증발시키고, 그내부에코팅액이채워지므로자연발화가능성을크게줄일수있으며 ( 특히, 석탄의경우 ), 저급탄소원의열량도향상시킬수있다. 또한, 코팅된저급탄소원을조개탄등으로성형하는경우는, 상기건조수단 (60) 에서건조된코팅된저급탄소원을성형수단 (70) 으로옮겨조개탄등으로성형할수있다. 이하에서, 본발명을더욱상세하게설명한다. [0056] [0057] [0058] [0059] (a) 저급탄소원의분쇄 ( 석탄을중심으로설명함 ) 본발명에서사용되는석탄등저급탄소원의평균입도는수 mm 에서수십 mm 이며, 크게는수백 mm 크기의괴탄도포함될수있다. 괴탄을포함한석탄의분쇄는조크러셔 (Jaw crusher), 핀밀 (Pin mill), 해머밀 (Hammer mill), 롤밀 (Roll mill) 등을사용하여실시될수있다. 상기분쇄된석탄입자는지그재그분리기 (Zig Zag separator), 진동스크린 (Vibrating screen), 트위스트스크린 (Twiet screen) 등을사용하여일정한크기의석탄으로분급할수있다. 상기분급공정에서일정이상의크기를가지는석탄은순환시켜재분쇄를실시하고, 일정이하의미분입자는별도로포집하여사용한다. 본발명에서사용되는석탄등저급탄소원의평균입도는 0.5 ~ 20 mm인것이바람직하게사용될수있다. 0.5 mm 미만의저급탄소원은고액분리공정에서코팅용액으로부터분리가어려우며, 20 mm 초과의저급탄소원은건

11 조에서수분을충분히제거시키기위하여온도를올리거나체류시간을길게유지해야하므로경제성을확보하기 어렵다. [0060] [0061] [0062] [0063] [0064] [0065] [0066] [0067] [0068] (b) 코팅용액의제조본발명에서코팅용액은고체상태 ( 고점도액체 ) 인중질유또는폐폴리머를녹여이송이용이하도록하고, 중질유또는폐폴리머를균일하게분산시키기위하여용매유에혼합하고교반하여제조한다. 또한, 상기코팅용액은경질유만으로이루어질수있다. 예컨대, 저급석탄을 Coal Water Material(CWM) 로제조하거나, 곧연소시키기위한경우 ( 장거리이송을하지않는경우 ) 에는경질유만으로코팅용액을구성할수도있다. 상기중질유로는식물성기름또는석유계기름을사용할수있으며, 상기식물성기름또는석유계기름은비등점이 200 이상인것을사용하는것이바람직하다. 상기식물성기름으로는야자유, 올리브유, 아마인유, 팜유등으로이루어진군으로부터선택되는 1종이상이사용될수있으며, 상기석유계기름으로는석유아스팔트, 천연아스팔트, 벙커씨유, 석탄계중질유, 석유계또는석탄계의증류잔사등이사용될수있다. 상기폐폴리머로는폴리에틸렌 (PE: Polyethylene), 폴리프로필렌 (PP: Polypropylene), 폴리스티렌 (PS: Polystyrene), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 (ABS: Acrylonitril butadiene styrene), 및폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET: Polyethylene terephthalate) 등으로이루어진군으로부터선택되는 1종이상이사용될수있다. 이러한폐폴리머의공급원인폐기물은폐플라스틱, 예컨대, 폐비닐이바람직하다. 상기폐폴리머와용매유를포함하는코팅용액은폐폴리머를용매유와혼합하고 150 이하의온도로가열하여폐폴리머를용매에균일하게분산시킨다음고형이물질을여과하여제조할수있다. 상기용매유로는석유계의경유, 등유, 윤활유등을사용할수있다. 상기중질유또는폐폴리머와용매유는이들로이루어진코팅용액이이송이용이할정도가되도록혼합하여사용한다. [0069] [0070] [0071] [0072] [0073] (c) 코팅된저급탄소원에포함된수분과용매유를건조수단에의해증발및건조시키는단계본발명에서코팅된저급탄소원에포함된수분과용매유를증발및건조하는단계는이분야에서통상적으로사용되는방법에의하여수행될수있다. 예컨대, 튜블러드라이어 (tubular dryer) 와같은건조기를사용하여 100~250 로가열하여증발및건조시킬수있다. 상기건조기에는질소및배가스같은통상적인케리어가스가사용될수있다. 상기건조기에서배출되는가스는수분과용매유분을포함하므로, 이를컨덴서로응축시키고, 물 / 기름분리기로수분과용매유를회수하여재사용할수있다. 상기와같은과정은코팅챔버가열수단이설치되고, 코팅챔버의가열에의해코팅중이거나코팅된저급탄소원으로부터수분과용매유분을포함하는가스가배출되는경우에도동일하게적용될수있다. 이단계에서배출되는석탄등의온도는약 100 로높기때문에외부에그대로방치할경우자연발화될가능성이있다. 따라서, 본발명은이단계의수행후에상기증발및건조된석탄을냉각시키는단계를더수행할수있다. 상기냉각단계에서는냉각기등냉각에사용되는통상적인장치가사용될수있다. [0074] [0075] [0076] (d) 코팅된저급탄소원의성형최종건조되어배출된코팅된저급탄소원은장기간이송의용이성을위하여성형공정을실시할수있다. 상기성형공정은코팅된저급탄소원의수분함량에따라바인더없이직접성형하거나바인더를추가하여성형할수있다. 본발명의방법에의하여개질된저급탄소원에포함되는코팅용액의함유량은특별히한정되는것은아니나,

12 상기저급탄소원 100 중량부를기준으로 0.5~30 중량부로함유되는것이바람직하다. 0.5 중량부미만으로포 함되는경우자연발화성억제효과가미미해지고, 30 중량부를초과하는경우는경제성이저하된다. [0077] 비록본발명이상기언급된바람직한실시예와관련되어설명되었지만, 발명의요지와범위로부터벗어남이없 이다양한수정이나변형을하는것이가능하다. 따라서, 첨부된특허청구범위는본발명의요지에속하는한 이러한수정이나변형을포함할것이다. [0078] 부호의설명 10: 피더, 20: 코팅용액공급부 30: 코팅챔버, 40: 스크류, 42: 축관 44: 날개, 46: 노즐, 50: 고액분리수단 52: 코팅용액배출구, 54: 회수수단 56: 코팅용액저장부, 60: 건조수단 70: 성형수단 도면 도면

13 도면

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- 2 - 작품번호 37 Solar material 로쓰일수있는검정색물질의재발견! 출품분야학생부출품부문화학 2009. 5. 13 시 군 학교 ( 소속 ) 학년 ( 직위 ) 성 명 성남시풍생중학교 2 김호기, 이희원 지도교사풍생중학교교사김경원 - 1 - - 2 - - 3 - - 4 - - 5 - - 6 - - 7 - 석탄은주로탄소로구성되어있고, 수소와산소가들어있다. 이밖에질소