KR100426497B1 - Zinc Oxide-Based Sorbents Applicable to Fluidized-bed and/or Transport Desulfurization Processes from Coal Gas and/or other carbonaceous synthesis gas, Preparing Methods thereof and Slurrys for Preparing the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스화기에서 생성되는 석탄가스 등 합성가스 중에 있는 황 성분의 불순물을 고온 고압의 유동층 탈황공정에서 제거할 때 사용하는 탈황제 및 그 제조방법과 탈황제 제조용 슬러리에 관한 것이며,The present invention relates to a desulfurization agent used for removing impurities of sulfur components in syngas such as coal gas generated in a gasifier in a high temperature and high pressure fluidized bed desulfurization process, a manufacturing method thereof, and a slurry for desulfurization agent manufacture.
본 발명의 탈황제는 탈황 활성 성분으로서의 산화아연 40~60중량%; 재생증진제로서의 전이금속 산화물 4~10중량%; 지지체로서의 규조토 15~50중량%; 및 무기결합제 5~41중량%로 구성되며, 마모지수 AI(Abrasion Index)가 90% 이하이고,Desulfurization agent of the present invention 40 to 60% by weight of zinc oxide as the desulfurization active ingredient; 4-10% by weight of a transition metal oxide as a regeneration accelerator; 15-50% by weight of diatomaceous earth as a support; And inorganic binders 5 to 41% by weight, wear index AI (Abrasion Index) is less than 90%,
그 제조방법은 위의 탈황제 성분 제공 단계; pH 조정 및 습식 분쇄 단계; 분산제, 유기결합제 및 소포제를 가하여 분산시키는 슬러리화 단계; 분무 건조시켜 탈황제 제립체를 만드는 성형 단계; 및 소성 단게로 구성되며,The manufacturing method comprises the above step of providing a desulfurizing agent component; pH adjustment and wet grinding step; Slurrying step of dispersing by adding a dispersant, an organic binder and an antifoaming agent; Forming by spray drying to make the desulfurizer granules; And firing steps,
본 발명에 따른 슬러리는 위의 탈황제 성분 100중량부에 대하여, 분산제 0.5~4중량부, 유기결합제 1~8중량부, 분산매로서의 물 40~200 중량부로 구성되고:The slurry according to the present invention is composed of 0.5 to 4 parts by weight of dispersant, 1 to 8 parts by weight of organic binder, and 40 to 200 parts by weight of water as a dispersion medium, based on 100 parts by weight of the above desulfurizing agent component:
슬러리의 농도가 30~50중량%이고 pH가 5~14이며 점도가 300~1600cps이며,The slurry has a concentration of 30-50 wt%, a pH of 5-14, a viscosity of 300-1600 cps,
본 발명의 제조방법에 따라 유동층용 탈황제로서 이상적인 특성을 보유하게 되는 본 발명의 탈황제는 밀도가 높고, 입자분포가 좁은 범위에 집중되어 있으며, 탈황능력 등에 있어서 우수한 성능을 나타냄과 아울러, 내마모도 및 내구성이 크게 향상되어 탈황제의 재충진 비용, 수명의 연장 등에 따른 경제적인 효과도 상당히 클 것으로 기대됨과 동시에, 특히 재생 증진제를 직접 첨가한 탈황제의 제조로 재생증진제를 담지했을 경우와는 달리 운전 중 물리적 손상에 의한 재생증진제의 분리 등으로 인한 탈황제의 성능저하를 사전에 예방할 수 있으며 재생증진제를 포함하는 탈황제를 제조하여 황화반응과 재생반응 온도가 실질적으로 동일하므로 탈황공정이 단순화되고, 이로 인하여 운전 및 관리비용이 저감되는 효과가 있고,The desulfurizing agent of the present invention, which has ideal properties as a desulfurizing agent for fluidized bed according to the manufacturing method of the present invention, has a high density, is concentrated in a narrow range of particles, exhibits excellent performance in desulfurization ability, etc. It is expected that the economic effect of refilling desulfurization agent and the life of the desulfurization agent will be greatly increased, and physical damage during operation, unlike the case where regeneration enhancer is supported by the manufacture of desulfurization agent directly added with regeneration enhancer, is also expected. Degradation of the desulfurization agent due to the separation of the regeneration enhancer can be prevented in advance, and the desulfurization process and the regeneration reaction temperature are substantially the same since the desulfurization agent including the regeneration enhancer is manufactured, which simplifies the desulfurization process. There is the effect that cost is reduced,
아울러, 본 발명에 따른 콜로이드 슬러리는 산 또는 염기로 pH가 조정되어 있어서 무기 원료의 혼합과정에서 발생하는 응집과 응고 현상을 방지될 뿐만 아니라, 분산제, 유기결합제, 소포제 등을 적절히 포함하고 있으며, 탈황제 고체 원료들이 평균 1㎛ 이하로 분쇄되어 있어서, 분산성과 안정성이 향상되어 있어서, 분무 건조에 의한 탈황제 제조시 최종 탈황제의 밀도, 원료 입자의 균일한 분포, 내마모도, 탈황능력 등과 같은 특성의 향상이 가능하다.In addition, the colloidal slurry according to the present invention is adjusted to pH with acid or base to prevent aggregation and coagulation occurring in the mixing process of the inorganic raw material, and also contains a dispersing agent, an organic binder, an antifoaming agent, etc. Solid raw materials are pulverized to an average of 1 μm or less, so that dispersibility and stability are improved, and thus characteristics such as density of final desulfurization agent, uniform distribution of raw material particles, wear resistance, and desulfurization ability can be improved when desulfurization agent is prepared by spray drying. Do.
Description
본 발명은 고온고압의 석탄 가스나 합성가스 기류 중에서 황 성분을 제거하는 유동층 또는 고속유동층용 고온건식 탈황(hot gas desulfuization) 공정에 유효하게 사용될 수 있는 탈황제 및 그 제조방법과 탈황제 제조용 슬러리에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 탈황제 활성성분, 탈황제 재생성 향상을 위한 재생증진제, 지지체 및 무기 결합제로 구성되는 고온 건식 성형 구형체로 형성되며, 내마모도 및 내구성이 크게 향상되어 유동층 탈황공정에의 적용시 탈황제 재충진 비용을 현저히 절감할 수가 있고 재생증진제를 포함하므로 황화반응과 재생반응 온도 영역이실질적으로 동일하여 탈황공정의 단순화가 가능하며 이에 따라 운전 및 관리비용의 저감이 가능하고 재생증진제의 분리 현상이 적어 탈황제의 성능 저하 우려를 크게 감소시킬 수가 있는 등의 다양한 장점을 갖는 유동층 또는 고속유동층용 고온건식 아연계 탈황제 와, 그 제조방법 및 탈황제 제조용 슬러리에 관한 것이다.The present invention relates to a desulfurization agent that can be effectively used in a hot gas desulfuization process for a fluidized bed or a high-speed fluidized bed to remove sulfur from coal gas or syngas stream of high temperature and high pressure, and a method for producing the slurry and a slurry for the desulfurization agent production. In more detail, it is formed of a high-temperature dry molded sphere composed of a desulfurizing agent active ingredient, a regeneration enhancer for improving regeneration of the desulfurizing agent, a support and an inorganic binder, and greatly improves wear resistance and durability, thereby refilling the desulfurizing agent when applied to a fluidized bed desulfurization process. It is possible to considerably reduce the cost and include the regeneration enhancer, so the sulfidation and regeneration reaction temperature ranges are substantially the same, which simplifies the desulfurization process, thus reducing the operation and maintenance costs, and reducing the separation of the regeneration accelerators. Can greatly reduce the risk of performance degradation And fluid bed or high-speed fluidized bed high temperature dry zinc-based desulfurizing agent for having a variety of advantages, that relates to a production method and a desulfurizing agent for making the slurry.
일반적으로, 고온건식 탈황(hot gas desulfuization) 기술이란, 석탄과 같은 고체 화석연료나, 정유 및 산업 폐기물(예컨대, 석유 코우크(petroleum coke), 그 바닥 잔류물(bottom residue), 폐타이어, 고형 폐기물(RDF)) 등과 같은 탄소를 함유하는 연료를 가스화하여 생성되는 석탄가스 또는 합성가스 중에 있는 황 성분을 전력생산, 수소생산, 화학원료 생산, 휘발유와 같은 수송연료생산 공정 전에 고온고압의 합성가스기류 상태에서 제거(gas stream cleanup)하는 것을 일컫는다. 이 기술은 대체에너지 기술 중에서 석탄가스화 복합발전에 이용된다. 청정석탄 이용기술(CCT: Clean Coal Technology)의 일맥인 고온건식 탈황공정에 사용되는 탈황제는 연료전지의 연료정제 및 일반 화학산업 공정에서 황 성분을 제거함에 있어서도 이용될 수 있으며, 결국 산성비의 원인이 되는 SOx를 원천적으로 제거할 수 있다. 또한 탈황제의 제조기술은 정유 공정에서 사용되는 유동접촉분해촉매(fluidized catalytic cracking catalyst: FCC촉매)의 제조에도 적용될 수 있다.In general, hot gas desulfuization technology refers to solid fossil fuels such as coal, refinery and industrial wastes (e.g., petroleum coke, bottom residues, waste tires, solids). High-temperature, high-pressure syngas from coal or synthetic gas produced by gasifying carbon-containing fuel, such as waste (RDF), prior to transportation fuel production processes such as power generation, hydrogen production, chemical raw material production, and gasoline. It refers to gas stream cleanup. This technology is used in coal gasification combined cycle among alternative energy technologies. The desulfurization agent used in the high temperature dry desulfurization process, which is one of the clean coal technology (CCT) technology, can be used to remove sulfur in fuel cell fuel purification and general chemical industry process. It is possible to remove the SO x that is sourced. Desulfurizer production techniques can also be applied to the production of fluidized catalytic cracking catalysts (FCC catalysts) used in refinery processes.
종래에는 압출 성형법을 이용하거나 조립기(造粒機; Granulator)를 이용하여 성형 제조되는 실험실 규모의 장치, 고정층 및 이동층 탈황 공정에 적용할 목적으로 아연계 탈황제가 개발되어 왔다.Conventionally, zinc-based desulfurization agents have been developed for the purpose of application to laboratory scale apparatus, fixed bed and moving bed desulfurization processes which are manufactured by extrusion molding or granulator.
또한, 상기한 종래의 기술을 개선하기 위하여 유동층, 특히 고속 유동층 탈황공정이 제안되어 있으며, 유동층 공정은 기체와 고체 사이의 접촉률이 높고, 흡수반응 공정과 재생반응 공정 사이로 흡수제(sorbent-고체 기체 계면이나 고체 액체 계면에 기체 분자나 용질이 흡착될 때 흡착질(sorbate)을 흡착시키는 고체 물질)를 순환시킴으로써 각 반응기의 온도조절 및 연속 운전이 용이한 장점이 있다.In addition, a fluidized bed, in particular a high-speed fluidized bed desulfurization process, has been proposed to improve the prior art, and the fluidized bed process has a high contact between gas and solid, and absorbent-solid gas interface between the absorption reaction process and the regeneration reaction process. However, by circulating a solid substance that adsorbs sorbate when gas molecules or solutes are adsorbed to a solid liquid interface, temperature control and continuous operation of each reactor are easy.
필립스 페트롤륨(Phillips Petroleum)사의 카레(Khare)에게 부여된 미국특허 제5,281,445호(1994.1.25.)는 산화아연, 규조토와 알루미나 졸을 혼합하여 압출 성형한 다음, 소성하고 산화니켈 전구체를 담지하여 다시 소성해서 주로 고정층 및 이동층 탈황공정에 적용하기 위한 탈황제를 제안하고 있다.U.S. Patent No. 5,281,445 (1994.1.25.) Granted to Khare of Phillips Petroleum is a mixture of zinc oxide, diatomaceous earth and alumina sol, extruded, calcined and supported by a nickel oxide precursor. The desulfurization agent for firing again and applying mainly to a fixed bed and a moving-bed desulfurization process is proposed.
또한, 필립스 페트롤륨사의 카레 등에 부여된 미국특허 제5,439,867호( 1995.8.8.)는 상기와 유사한 조성을 갖는 탈황제를 유동층 탈황공정에 적용하기 위해 조립기(Granulator)로 성형하는 방법을 제안하고 있으나, 상기한 방법으로 제조되는 탈황제를 유동층 탈황공정에 적용하기 위해서는 입자의 분쇄 및 선별 과정을 거쳐야하기 때문에 비경제적이고, 선별된 탈황제의 형상이 구형이 아닌 불규칙한 형상으로서 유동층 탈황공정에 적용할 경우 마모손실이 크고, 유동화나 고체순환에도 문제가 발생될 수 있다. 상기한 탈황제는 비표면적이 작은 탈황제에 Ni(NO3)2전구체를 담지하여 공기 분위기에서 소성하기 때문에, NiO 막이 탈황제 표면에 코팅되어 있어 탈황제와 NiO 사이의 결합력이 약화하게 되고, 결국 유동층 탈황공정에서 탈황제가 유동화되거나 순환되는 과정에서 코팅막이 마모와 마찰에 의해 박리되거나 크랙킹에 의해 깨지거나 하여 쉽게 분리되는 문제점이 있다.In addition, U.S. Patent No. 5,439,867 (August 8, 1995) issued to a curry of Philips Petroleum et al. Proposes a method of forming a desulfurization agent having a composition similar to the above by using a granulator to apply to a fluidized bed desulfurization process. In order to apply the desulfurization agent manufactured by one method to the fluidized bed desulfurization process, it is inexpensive because the particles have to be pulverized and screened, and the shape of the selected desulfurization agent is irregular rather than spherical. Problems can also occur with fluidization or solid circulation. Since the desulfurization agent supports Ni (NO 3 ) 2 precursor in a desulfurization agent having a small specific surface area and calcines in an air atmosphere, the NiO membrane is coated on the surface of the desulfurization agent, thereby weakening the bonding force between the desulfurization agent and NiO, and finally, fluidized bed desulfurization process. In the process in which the desulfurization agent is fluidized or circulated, there is a problem in that the coating film is easily separated by being peeled off by wear and friction or broken by cracking.
최근에 카레 등에게 부여된 미국특허 제6,056,871호(2000.5.2.)도 상기한 미국특허 제5,439,867호와 거의 대동소이하나, 탈황제 원료를 건조 혼합(dry mix)하고, 이에 NiO 전구체를 담지하여 탈황제 반죽(paste)을 만들어 과립기(granulator)로 탈황제를 제조하는 방법을 제안하고 있다.U.S. Patent No. 6,056,871 (2000.5.2.) Recently granted to Curry et al. Is almost the same as U.S. Patent No. 5,439,867, but dry mixes the desulfurizing agent raw material, and supports NiO precursor to desulfurization agent. It has been proposed a method of preparing a desulfurization agent with a granulator by making a paste.
그러나, 고온고압의 유동층 탈황공정에서 황의 흡수와 재생반응을 거쳐 반복적으로 사용되기 위해서는 탈황제가 높은 황 흡수력과 빠른 반응속도는 물론, 구형의 적절한 입자크기와 좁은 입자 분포를 갖는 고강도, 고밀도를 보유하여야 함에도, 전술한 바와 같은 종래의 기술들은 이러한 요구조건을 충족시키지 못하고 있음과 아울러, 대량생산 기술로서도 부적합한 문제점이 있다.However, in order to be used repeatedly through the absorption and regeneration of sulfur in the high-temperature, high-pressure fluidized bed desulfurization process, the desulfurization agent must possess high strength and high density with high sulfur absorption ability and fast reaction speed, as well as spherical proper particle size and narrow particle distribution. Nevertheless, the conventional techniques as described above do not satisfy these requirements, and there are problems that are not suitable as mass production techniques.
특히, 황화반응 공정과 재생반응 공정의 온도를 일정하게 유지하여 탈황공정의 설계 및 운전을 용이하게 하기 위해서는 탈황제의 재생 반응온도 영역이 황화반응온도 영역 범위 내에서 유지되면서 황을 흡수한 탈황제가 재생되어야 할 필요가 있다. 그러나, 종래 기술의 대부분은 황화반응과 재생반응의 온도 영역에 상당히 큰 차이가 존재하며, 재생 증진제를 탈황제에 직접 첨가하여 탈황제가 실질적으로 유사한 온도 영역 내에서 황화 및 재생 반응이 원활히 진행될 수 있는 탈황제 및 그 제조방법은 지금까지 제안된 바 없는 것으로 믿어진다.In particular, in order to facilitate the design and operation of the desulfurization process by keeping the temperature of the sulfidation process and the regeneration reaction process constant, the desulfurizer absorbing sulfur is regenerated while the regeneration reaction temperature range of the desulfurization agent is maintained within the sulfidation temperature range. It needs to be. However, most of the prior art has a significant difference in the temperature ranges of the sulfidation and regeneration reactions, and desulfurization agents in which the resulfurization agent can be added to the desulfurization agent directly so that the sulfiding and regeneration reaction can proceed smoothly in a substantially similar temperature range. And its preparation method is believed to have not been proposed to date.
또한, 리서치 트라이앵글 인스티튜트(Research Triangle Institute:RTI)의 굽타(Gupta) 및 갱월(Gangwal)에게 부여된 미국특허 제5,714,431호(1988.2.3.)와, 굽타(Gupta)에게 부여된 미국특허 제5,972,835호(1999.10.26.)는 분무건조에 의해 성형 제조되는 유동층용 징크티타네이트계(zinc titanate) 탈황제를 개시(開示)하고 있으나 이 탈황제는 재생 촉매를 포함하지 않는다. 따라서, 재생 촉매의 부존재로 인한 문제점을 극복하기 위하여, 상기한 RTI의 굽타(Gupta)에게 부여된 미국특허 제5,914,288호(1999.6.22.)는 별도로 재생촉매를 제조하여 공정에 별개적으로 투입하는 방법을 제안하고 있으나, 상기한 재생촉매의 수명은 단지 4-5 사이클 이내로써 실용성이 현저히 부족하여 산업 현장에 적용할 수 없다는 문제점이 있었다.In addition, U.S. Patent Nos. 5,714,431 (July 2, 1988) granted to Gupta and Gangwal of the Research Triangle Institute (RTI) and U.S. Patent No. 5,972,835 to Gupta (October 26, 1999) discloses a zinc titanate desulfurization agent for a fluidized bed which is formed by spray drying, but this desulfurization agent does not include a regeneration catalyst. Therefore, in order to overcome the problems caused by the absence of the regenerated catalyst, US Patent No. 5,914,288 (1999.6.22.) Granted to Gupta of RTI described above is separately prepared for the regeneration catalyst and separately put into the process. Although the method is proposed, the life of the above-mentioned regeneration catalyst is only 4-5 cycles, and there is a problem that it is not practically applicable to the industrial site due to the remarkable lack of practicality.
따라서, 본 발명의 첫 번째 목적은, 석탄과 다른 화석연료, 바이오매스, 폐기물 등을 고온고압에서 가스화하여 생산되는 합성가스(연료가스 또는 석탄가스), 특히 석탄가스화 복합발전에 사용되는 석탄가스 등과 같은 고온고압의 연료가스에 포함된 황화수소 등과 같은 황 불순물을 제거하는 유동층 탈황공정에 적용하기에 적합한 형상, 입자 크기 및 분포도를 가지며, 향상된 내마모도 및 탈황능력(황 흡수력과 황 흡수속도)을 갖는 재생 가능한 탈황제 또는 흡수제(이하, '탈황제'라 칭함)를 제공하기 위한 것이다.Therefore, the first object of the present invention, the synthesis gas (fuel gas or coal gas) produced by gasifying coal and other fossil fuels, biomass, waste and the like at high temperature and high pressure, in particular coal gas used in the coal gasification combined cycle, etc. It has a shape, particle size, and distribution suitable for application to a fluidized bed desulfurization process that removes sulfur impurities such as hydrogen sulfide, etc., contained in fuel gases of high temperature and high pressure, and has improved wear resistance and desulfurization ability (sulfur absorption and sulfur absorption rate). To provide a possible desulfurizing agent or absorbent (hereinafter referred to as 'desulfurizing agent').
본 발명의 두 번째 목적은, 상기한 첫 번째 목적에 더하여 첨가된 재생 증진제의 분리로 인한 성능 저하를 사전에 예방할 수가 있으며, 황화 반응 온도와 재생 반응 온도 영역이 실질적으로 동일하여 탈황공정을 단순화함과 아울러, 운전 및 관리 비용의 저감이 가능한 탈황제를 제공하기 위한 것이다.The second object of the present invention is to prevent the performance degradation due to the separation of the regeneration enhancer added in addition to the first object described above, and the sulfidation reaction temperature and the regeneration reaction temperature range are substantially the same to simplify the desulfurization process. In addition, the present invention provides a desulfurization agent capable of reducing operating and maintenance costs.
본 발명의 세 번째 목적은, 상기한 첫 번째 및 두 번째 목적에 따른 탈황제의 효율적인 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.It is a third object of the present invention to provide an efficient method for preparing a desulfurizing agent according to the first and second objects described above.
본 발명의 네 번째 목적은, 상기한 세 번째 목적에 따른 제조방법에 적용하여 상기한 첫 번째 및 두 번째 목적에 따른 탈황제를 원활하게 대량 생산할 수가있는 균질하게 분산된 안정한 유동성 콜로이드 슬러리(colloidal slurry)를 제공하기 위한 것이다.The fourth object of the present invention is a homogeneously dispersed stable colloidal slurry capable of smoothly mass-producing a desulfurization agent according to the first and second objects described above by applying to the manufacturing method according to the third object. It is to provide.
상기한 본 발명의 첫 번째 및 두 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태(樣態)에 따르면, 탈황제 활성 성분으로서의 산화아연 및 산화아연으로 전환될 수 있는 그 전구체 40~60중량%; 재생증진제로서의 주기율표 4-12족의 전이금속 산화물, 그 황화물 또는 이들로 전환될 수 있는 전구체 4~10중량%; 지지체로서의 규조토 15~50중량%; 및 무기결합제 5~41중량%로 구성되며: 평균입자크기가 70~120㎛이고 입자분포가 30~400㎛이며 마모지수 AI(Air Jet Index)가 90% 이하인 유동층용 고온건식 아연계 탈황제가 제공된다.According to one preferred aspect of the present invention for achieving the above-mentioned first and second objects of the present invention, 40 to 60% by weight of the precursor which can be converted into zinc oxide and zinc oxide as the desulfurization active ingredient; 4 to 10% by weight of transition metal oxides, sulfides or precursors thereof which can be converted to the Group 4-12 periodic table as a regeneration accelerator; 15-50% by weight of diatomaceous earth as a support; And inorganic binder 5 ~ 41% by weight: high temperature dry zinc for fluidized bed with average particle size 70 ~ 120㎛, particle distribution 30 ~ 400㎛ and wear index AI (Air Jet Index) 90% or less Desulfurization agents are provided.
상기한 본 발명의 세 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, (A) 탈황제 활성 성분으로서의 산화아연 및 산화아연으로 전환될 수 있는 그 전구체 40~60중량%; 재생증진제로서의 주기율표 4-12족의 전이금속 산화물, 그 황화물 또는 이들로 전환될 수 있는 전구체 4~10중량%; 지지체로서의 규조토 15~50중량%; 및 무기결합제 5~41중량%로 구성되는 탈황제 성분을 제공하는 단계; (B) 제공된 상기한 탈황제 성분에 산 또는 염기를 가하여 pH를 조정한 후 습식 분쇄하는 단계; (C) 습식 분쇄 혼합물에 분산제, 유기결합제 및 소포제를 가하여 슬러리화하는 단계; (D) 상기한 슬러리를 분무 건조시켜 탈황제 제립체로 성형하는 단계; (E) 상기한 제립체를 예비건조 및 소성(densification or calcination)시키는 단계; (F) 선택적 단계로서, 상기한 탈황제 제립체의 물리화학적 특성을 평가하는 단계로 구성되는 유동층용 고온건식 아연계 탈황제의 제조방법이 제공된다.According to a preferred aspect of the present invention for achieving the third object of the present invention described above, (A) 40 to 60% by weight of the precursor which can be converted into zinc oxide and zinc oxide as the desulfurizing agent active ingredient; 4 to 10% by weight of transition metal oxides, sulfides or precursors thereof which can be converted to the Group 4-12 periodic table as a regeneration accelerator; 15-50% by weight of diatomaceous earth as a support; And 5 to 41 wt% of an inorganic binder; (B) wet grinding after adjusting the pH by adding acid or base to the above-described desulfurizing agent component; (C) slurrying by adding a dispersant, an organic binder and an antifoaming agent to the wet milling mixture; (D) spray drying the slurry to form a desulfurizer granule; (E) predrying and calcining the granules (densification or calcination); (F) Optional step, high temperature dry zinc system for fluidized bed consisting of evaluating the physicochemical properties of the desulfurizer granules A method for preparing a desulfurization agent is provided.
상기한 본 발명의 네 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 탈황제 활성 성분으로서의 산화아연 및 산화아연으로 전환될 수 있는 그 전구체 40~60중량%; 재생증진제로서의 주기율표 4-12족의 전이금속 산화물, 그 황화물 또는 이들로 전환될 수 있는 전구체 4~10중량%; 지지체로서의 규조토 15~50중량%; 및 무기결합제 5~41중량%로 구성되는 탈황제 성분 100중량부에 대하여, 분산제 0.5~4중량부, 유기결합제 1~8중량부, 선택적 성분으로서의 소포제 0.05~1중량부, 분산매로서의 물 40~200 중량부로 구성되며: 농도가 30~50중량%이고 pH가 5~14이며 점도가 300~1600cps인 유동성 콜로이드 슬러리가 제공된다.According to a preferred aspect of the present invention for achieving the fourth object of the present invention described above, 40 to 60% by weight of the precursor which can be converted into zinc oxide and zinc oxide as the desulfurizing agent active ingredient; 4 to 10% by weight of transition metal oxides, sulfides or precursors thereof which can be converted to the Group 4-12 periodic table as a regeneration accelerator; 15-50% by weight of diatomaceous earth as a support; And 0.5 to 4 parts by weight of a dispersant, 1 to 8 parts by weight of an organic binder, 0.05 to 1 part by weight of an antifoaming agent as an optional component, and 40 to 200 water as a dispersion medium, based on 100 parts by weight of the desulfurizing agent component composed of 5 to 41% by weight of an inorganic binder. Consisting of parts by weight: a flowable colloidal slurry with a concentration of 30-50% by weight, a pH of 5-14 and a viscosity of 300-1600 cps is provided.
도 1 내지 도 8은 각각 실시예 1의 탈황제 A 및 B, 실시예 2의 탈황제 C, 실시예 3의 탈황제 D, 실시예 4의 탈황제 E, 실시예 5의 탈황제 F, 실시예 6의 탈황제 G 및, 실시예 7의 탈황제 H에 대한 전자주사현미경(SEM) 사진이다.1 to 8 show the desulfurizing agents A and B of Example 1, the desulfurizing agent C of Example 2, the desulfurizing agent D of Example 3, the desulfurizing agent E of Example 4, the desulfurizing agent F of Example 5, and the desulfurizing agent G of Example 6, respectively. And an electron scanning microscope (SEM) photograph of the desulfurization agent H of Example 7.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 하며, 설명의 편의상 본 발명에 따른 탈황제를 그 제조방법 및 슬러리와 함께 언급하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail, and for the sake of convenience, the desulfurizing agent according to the present invention will be referred to together with the preparation method and the slurry.
본 발명의 고온건식 탈황제를 구성하는 최종적인 무기성분은 활성성분, 재생증진제, 지지체 및 무기결합제로 구성된다. 이들 무기 탈황제 조성 성분들은 일정한 비율로 각각 또는 미리 혼합한 다음, 물, 산 또는 염기, 유기첨가제 등과 철저히 혼합하여 재분쇄 및 분산시켜 안정하고 균질한 유동성 콜로이드 슬러리를 제조한다. 이와 같이 제조된 콜로이드 슬러리는 가압 노즐을 통하여 분무건조 성형되어 구형의 탈황제 제립체로서 형성되며, 상기한 구형의 탈황제 제립체는 예비건조 및 소성을 통하여 최종적인 본 발명에 따른 탈황제 과립으로 형성된다. 또한, 필요하다면, 제조된 탈황제의 성능을 다양한 방법으로 평가할 수 있다.The final inorganic component constituting the high temperature dry desulfurization agent of the present invention comprises an active ingredient, a regeneration enhancer, a support, and an inorganic binder. These inorganic desulfurizer composition components are each or premixed at a predetermined ratio, and then thoroughly mixed with water, acid or base, organic additives, etc. to regrind and disperse to prepare a stable and homogeneous fluid colloidal slurry. The colloidal slurry thus prepared is spray dried through a pressurized nozzle to form spherical desulfurizer granules, and the spherical desulfurizer granules are formed into final desulfurizer granules according to the present invention through predrying and firing. In addition, if necessary, the performance of the prepared desulfurization agent can be evaluated in various ways.
본 발명에 사용될 수 있는 무기 조성 성분의 원료선정은 슬러리의 분산, 탈황제의 형상, 입자 크기 및 그 크기 분포, 탈황제 입자 내의 균일한 원료 입자의 분포, 탈황제의 충진 밀도와 강도에 영향을 미친다.The selection of raw materials of the inorganic composition components that can be used in the present invention affects the dispersion of the slurry, the shape of the desulfurizing agent, the particle size and its size distribution, the uniform distribution of the raw material particles in the desulfurizing agent particles, the packing density and the strength of the desulfurizing agent.
본 발명의 탈황제에 있어서의 활성성분으로서는 산화아연(ZnO) 및 산화아연으로 전환될 수 있는 그 전구체를 포함하는 모든 형태의 산화아연을 들 수 있으며, 본 발명은 이에 대한 특별한 제한은 없다. 본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 산화아연의 예로서는, 입자크기가 1㎛ 이하이고 99% 이상의 순도를 갖는 상업용 ZnO(+ 99%, <1㎛, Honzo Chemical Co.)를 들 수 있다.The active ingredient in the desulfurizing agent of the present invention includes zinc oxide in all forms including zinc oxide (ZnO) and its precursor which can be converted into zinc oxide, and the present invention is not particularly limited thereto. Examples of zinc oxide that can be preferably used in the present invention include commercial ZnO (+ 99%, <1 μm, Honzo Chemical Co.) having a particle size of 1 μm or less and having a purity of 99% or more.
본 발명의 탈황제에 있어서의 재생증진제로서는 주기율표 4-12족의 전이금속 산화물, 그 황화물 또는 이들로 전환될 수 있는 전구체를 포함하는 모든 형태의 전이금속을 들 수 있으며, 본 발명은 이에 대한 특별한 제한은 없다. 그러나, 본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 예로서는 산화니켈(NiO)을 들 수 있으며, 특히 바람직한 예로서는, 상업용 NiO(green, <99%, -325 mesh, Japanese Chemical industry Co, Ltd) 및 상업용 NiO(green, 77.3% Ni, <0.8㎛, Seido Chemical Industry Co. Ltd., Japan)를 들 수 있다.Regeneration enhancers in the desulfurizing agent of the present invention include all types of transition metals including transition metal oxides of Group 4-12 of the periodic table, sulfides thereof or precursors which can be converted into them, and the present invention has particular limitations thereon. There is no. However, examples which can be preferably used in the present invention include nickel oxide (NiO), and particularly preferred examples are commercial NiO (green, <99%, -325 mesh, Japanese Chemical industry Co, Ltd) and commercial NiO (green). , 77.3% Ni, <0.8 mu m, Seido Chemical Industry Co. Ltd., Japan).
본 발명의 탈황제에 있어서의 탈황제 지지체로서는 SiO2가 주성분인 모든 유형의 규조토를 들 수 있으며, 본 발명에 바람직하게는 사용될 수 있는 규조토로서는 셀라이트 코리아사(Celite Korea Ltd.)의 평균 입경 70㎛ 크기의 상업용 규조토(Celite 535, pH=10, 89.6% SiO2, 4.0% Al2O3, 1.3% Fe2O3, 0.2% P2O5, 0.2% TiO2, 0.8% CaO, 0.6% MgO, 3.3% Na2O+K2O, 0.2% Ignition loss) 및 평균 입경 92㎛크기의 상업용 규조토(Filter Cel, pH=8, 89.0% SiO2, 3.3% Al2O3, 1.4% Fe2O3, 0.3% P2O5, 0.2% TiO2, 0.8% CaO, 0.6% MgO, 1.0% Na2O+k2O, 0.2% Ignition loss)를 들 수 있다. 지지체로서의 규조토는 에어제트 밀(Air Jet Mill)로 분쇄하여 입자크기가 10㎛ 이하(평균 입도 크기: 4㎛)인 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.The desulfurizer support in the desulfurization agent of the present invention includes all types of diatomaceous earth whose SiO 2 is the main component, and as the diatomaceous earth which can be preferably used in the present invention, the average particle diameter of Celite Korea Ltd. is 70 μm. Commercial diatomaceous earth (Celite 535, pH = 10, 89.6% SiO 2 , 4.0% Al 2 O 3 , 1.3% Fe 2 O 3 , 0.2% P 2 O 5 , 0.2% TiO 2 , 0.8% CaO, 0.6% MgO Commercial diatomaceous earth (Filter Cel, pH = 8, 89.0% SiO 2 , 3.3% Al 2 O 3 , 1.4% Fe 2 O, with 3.3% Na 2 O + K 2 O, 0.2% Ignition loss) 3 , 0.3% P 2 O 5 , 0.2% TiO 2 , 0.8% CaO, 0.6% MgO, 1.0% Na 2 O + k 2 O, 0.2% Ignition loss). Diatomaceous earth as a support may be preferably pulverized with an air jet mill (particle size) of 10 ㎛ (average particle size: 4 ㎛).
본 발명의 탈황제에 있어서 무기결합제는 탈황제 구성 성분 사이에 조밀하게 충진되어 고밀도의 탈황제를 제조할 수가 있고, 또한 활성성분과 지지체 사이를 잘 결합시켜 탈황제의 강도를 향상시키는 역할을 한다.In the desulfurization agent of the present invention, the inorganic binder is densely packed between the desulfurization constituents to prepare a high-density desulfurization agent, and also serves to improve the strength of the desulfurization agent by binding the active component and the support well.
본 발명의 탈황제에 적용할 수 있는 무기결합제의 예로서는, 이에 한정되는 것은 아니나, 세라믹 계열의 알루미나, 수계에서 가소성이 있는 점토류 결합제인 벤토나이트, 카오린, 또는 이들의 임의의 혼합물을 들 수가 있다.Examples of the inorganic binder that can be applied to the desulfurization agent of the present invention include, but are not limited to, ceramic-based alumina, bentonite, kaolin, or any mixture thereof, which is a plastic binder in water.
본 발명에 있어 바람직한 알루미나 결합제의 예로서는, 50nm 크기의 알루미나 졸, 또는 물, 산성 및 염기성 수용액에서 알루미나 졸과 유사한 특성을 갖는 보에마이트(boehmite, aluminum oxyhydroxide, 또는 AlOOH)를 들 수 있다. 알루미나 결합제로는 다양한 알루미나 졸 또는 보에마이트(boehmite)를 사용할 수 있으며, 바람직한 예로서는, 피큐사(PQ Corporation)의 알루미나 졸(Nyacol Al20, 고체함량 20wt%, pH 4.0, 50nm 크기) 또는 라보쉐 케미칼스사(LaRoche Chemicals)사의 유사 보에마이트(pseudo-Boehmite: Versal 900, 크기 60-65㎛)를 들 수 있다.Examples of preferred alumina binders in the present invention include 50 nm sized alumina sol or boehmite, aluminum oxyhydroxide, or AlOOH, which has properties similar to alumina sol in water, acidic and basic aqueous solutions. Various alumina sol or boehmite may be used as the alumina binder, and a preferred example is alumina sol (Nyacol Al20, 20 wt% solids, pH 4.0, 50 nm size) of PQ Corporation or Laboche Chemical. Pseudo-Boehmite (Versal 900, size 60-65 μm) from LaRoche Chemicals.
본 발명에 있어서의 점토류 결합제 중 카오린은 모든 유형의 카오린을 사용할 수 있으며, 이에 대한 특별한 제한은 없으나, 본 발명에 있어 바람직하게 사용될 수 있는 예로서는, 엥겔하드(Engelhard)사의 카오린(ASP-200: 38.5% Al2O3, 45.4% SiO2, 0.2% Na2O, 1.6% TiO2, 0.03% CaO, 0.5% Fe2O3, 0.02% MgO, 0.15% K2O, ignition loss 13.6%)을 들 수 있다.In the clay binder of the present invention, kaolin may be used in all types of kaolin, and there is no particular limitation thereto, and examples of which may be preferably used in the present invention include kaolin (ASP-200: manufactured by Engelhard). 38.5% Al 2 O 3 , 45.4% SiO 2 , 0.2% Na 2 O, 1.6% TiO 2 , 0.03% CaO, 0.5% Fe 2 O 3 , 0.02% MgO, 0.15% K 2 O, ignition loss 13.6%) Can be mentioned.
또한, 본 발명에 있어서의 점토류 결합제 중 벤토나이트는 자연산 소디움 벤토나이트, 합성 소디움 벤토나이트를 포함한 모든 상업용 벤토나이트를 사용할 수 있으며, 이에 대한 특별한 제한은 없으나, 그 바람직한 일 예로서는, 국내의 동해화학의 합성 소디움 벤토나이트(synthetic sodium bentonite: 63.1% SiO2, 16.6% Al2O3, 3.28% Fe2O3, 3.07% CaO, 2.82% MgO, 3.86% Na2O, 8.11% 수분)를 들 수 있다.In addition, bentonite among the clay binders of the present invention may use any commercial bentonite including natural sodium bentonite and synthetic sodium bentonite, and there is no particular limitation thereto. (synthetic sodium bentonite: 63.1% SiO 2 , 16.6% Al 2 O 3 , 3.28% Fe 2 O 3 , 3.07% CaO, 2.82% MgO, 3.86% Na 2 O, 8.11% moisture).
현상적으로 분체(세라믹 입자)를 액체와 혼합하면 분체 입자는 자체 응집력에 의하여 응집체를 형성하여 분산되지 않는다. 더욱이, 본 발명에서 사용되는 무기 성분의 수용액에서의 pH는 ZnO(20wt%), 규조토(14wt%), 알루미나 졸(20wt%), 보에마이트(17wt%), 산화니켈(13wt%), 벤토나이트(10wt%) 및 카오린(10wt%)에 대해서, 각각 9, 10, 4, 5, 6-7, 8.3-9 및 3.5-5이다. 이들은 수용액 중에서 서로 다른 등전점을 갖고 있기 때문에(즉, 다른 전하를 띠고 있기 때문에) 분체들을 물에 섞으면 주로 입자들의 정전기적 인력으로 인하여 잘 분산되기보다는 서로 뭉쳐서 덩어리(응집체, agglomerate) 상태로 존재하게 된다. 본 발명에서는 이러한 응집체를 1차 입자로 분산시키기 위해 수용액의 pH를 우선적으로 산 또는 염기로 조절하고, 또한 분산제를 첨가하여 고속 혼합기 및 교반 비드 밀(stirred bead mill)로 슬러리의 유동성과 균질성이 양호한 안정한 콜로이드 슬러리를 제조한다.When the powders (ceramic particles) are mixed with a liquid in a developing manner, the powder particles are not dispersed by forming aggregates by self-cohesion. Furthermore, the pH in the aqueous solution of the inorganic component used in the present invention is ZnO (20 wt%), diatomaceous earth (14 wt%), alumina sol (20 wt%), boehmite (17 wt%), nickel oxide (13 wt%), bentonite For (10 wt%) and kaolin (10 wt%), 9, 10, 4, 5, 6-7, 8.3-9 and 3.5-5, respectively. Since they have different isoelectric points in the aqueous solution (that is, they have different charges), when the powders are mixed with water, they are agglomerate together rather than dispersed mainly due to the electrostatic attraction of the particles. . In the present invention, in order to disperse such agglomerates into primary particles, the pH of the aqueous solution is preferentially adjusted with an acid or a base, and a dispersant is added to the slurry so that the fluidity and homogeneity of the slurry can be improved with a high speed mixer and a stirred bead mill. Prepare a stable colloidal slurry.
슬러리의 분산은 입자의 응집방지에 따른 품질의 향상, 고농도 슬러리 제조에 따른 작업성 및 경제성 향상, 분산 안정에 따른 불균일화 방지 및 생산성 향상을 가져온다. 본 발명에서는 슬러리의 응집을 방지하여 균질하고, 안정한 유동성 콜로이드 슬러리를 제조하기 위해서 우선적으로 수용액에 입자들을 잘 분산시킬 수 있도록 원료를 각각 또는 혼합하여 습식 분쇄하며, 이때 필요에 따라 산 또는 염기로 pH를 조정할 수 있다. 재분쇄된 원료를 다른 원료와 혼합함에 있어 분산제와 물을 사용하여 고농도의 슬러리 상태를 유지하며, 유기결합제와 소포제를 첨가한 후 콜로이드 슬러리의 농도, 점도와 pH를 최종적으로 조정하여 노화시킨 다음, 체로 불순물을 제거하고, 분무건조 성형하여 탈황제 제립체를 얻는다.Dispersion of the slurry leads to the improvement of the quality by preventing the aggregation of particles, the workability and economical efficiency by the production of high concentration slurry, the prevention of non-uniformity due to the dispersion stability and the productivity. In the present invention, in order to prevent agglomeration of the slurry to prepare a homogeneous and stable flowable colloidal slurry, the raw materials are mixed or wet-pulverized, respectively, so as to disperse the particles in an aqueous solution, and then wetted with an acid or a base as necessary. Can be adjusted. In mixing the pulverized raw materials with other raw materials, the slurry is maintained in a high concentration state using a dispersant and water. After adding an organic binder and an antifoaming agent, the colloid slurry is finally adjusted in concentration, viscosity and pH. The impurities are removed through a sieve and spray-dried to obtain a desulfurizer granule.
본 발명은 사용되는 무기결합제의 종류에 따라 크게 세 종류의 탈황제 조성물로 구분될 수 있다.The present invention can be largely divided into three kinds of desulfurizing agent compositions according to the type of inorganic binder used.
무기결합제로서 알루미나 졸만을 사용하는 탈황제 조성물의 경우에는, 40-60wt% ZnO, 4-10wt% NiO, 30-50wt% 규조토, 5-16wt% 알루미나 졸로 구성된다.In the case of the desulfurizer composition using only alumina sol as the inorganic binder, it is composed of 40-60 wt% ZnO, 4-10 wt% NiO, 30-50 wt% diatomaceous earth, and 5-16 wt% alumina sol.
무기결합제로서 알루미나 졸과 벤토나이트를 사용하는 탈황제 조성물의 경우에는, 40-60wt% ZnO, 4-10wt% NiO, 25-45wt% 규조토, 5-16wt% 알루미나 졸, 2-10wt% 벤토나이트로 구성된다.In the case of the desulfurizer composition using alumina sol and bentonite as the inorganic binder, it is composed of 40-60 wt% ZnO, 4-10 wt% NiO, 25-45 wt% diatomaceous earth, 5-16 wt% alumina sol, and 2-10 wt% bentonite.
무기결합제로서 보에마이트, 벤토나이트와 카오린을 사용하는 탈황제 조성물의 경우에는, 40-60wt% ZnO, 4-10wt% NiO, 15-40wt% 규조토, 5-16wt% 보에마이트, 2-10wt% 벤토나이트, 5-15wt% 카오린으로 구성되었다.For desulfurizer compositions using boehmite, bentonite and kaolin as inorganic binders, 40-60 wt% ZnO, 4-10 wt% NiO, 15-40 wt% diatomaceous earth, 5-16 wt% boehmite, 2-10 wt% bentonite , 5-15 wt% kaolin.
본 발명에서는 알루미나 졸, 또는 알루미나 졸과 벤토나이트를 무기결합제로사용하는 경우, 슬러리의 pH를 무기산 또는 유기산으로 산성에서 중성 범위로 조정한다. 사용 가능한 무기산의 예로서는, 질산, 염산, 황산 등 다양한 종류의 산을 선택할 수 있으나, 인을 포함한 무기산은 제외된다. 유기산으로서는 아세트산, 포름산, 시트르산(citric acid) 등을 사용할 수도 있으나, 묽은 질산을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.In the present invention, when using alumina sol, or alumina sol and bentonite as an inorganic binder, the pH of the slurry is adjusted from acidic to neutral with inorganic or organic acids. As examples of the inorganic acid that can be used, various kinds of acids such as nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid can be selected, but inorganic acids including phosphorus are excluded. As the organic acid, acetic acid, formic acid, citric acid and the like may be used, but it may be preferable to use dilute nitric acid.
보에마이트를 무기결합제로 사용하는 경우에는, 염기를 사용하여 슬러리의 pH를 염기성으로 조정한다. 사용 가능한 염기의 예로서는, 암모니아수(NH4OH), 우레아(urea), 에탄올아민(또는 2-아미노에탄올)을 들 수 있으나, 어떠한 종류의 유기염기도 사용할 수 있으며, 암모니아수를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.When boehmite is used as the inorganic binder, the pH of the slurry is adjusted to basic using a base. Examples of the base that can be used include ammonia water (NH 4 OH), urea, ethanolamine (or 2-aminoethanol), but any type of organic base may be used, and it may be preferable to use ammonia water. .
산과 염기의 첨가는 분무건조 성형전 어떤 단계에서도 첨가할 수 있으나, 원료의 혼합과정 중에서의 응고나 응집을 방지하기 위해 원료 혼합 초기에 첨가하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 분산제를 사용하기 전에 적당량의 산 또는 염기를 첨가한다. 또한, 산과 염기는 슬러리의 점도 증가제로도 사용할 수 있으므로, 슬러리의 점도가 낮은 경우에는 산 또는 염기를 적당량 첨가하고 잘 혼합하여 슬러리의 점도를 재조정하거나 필요에 따라서는 분산제와 함께 슬러리의 점도를 조정한다.The addition of acid and base may be added at any stage prior to spray drying molding, but it may be desirable to add at the beginning of raw material mixing to prevent coagulation or aggregation during the mixing of the raw materials. That is, an appropriate amount of acid or base is added before using the dispersant. In addition, since acid and base can also be used as a viscosity increasing agent of the slurry, when the viscosity of the slurry is low, an appropriate amount of acid or base is added and mixed well to adjust the viscosity of the slurry or, if necessary, to adjust the viscosity of the slurry together with a dispersant. do.
본 발명에서는 콜로이드 슬러리의 제조 과정 중에 유기첨가제, 즉 분산제, 유기 결합제 및 소포제 등을 사용하여 슬러리의 농도, 점도, 안정성, 유동성과 제립체의 강도 및 밀도 등을 제어할 수도 있다. 특히, 본 발명에 사용되는 유기첨가제(분산제, 유기결합제 및 소포제)들의 선정시 고려하여 할 점은 이들이 수용성이며 상용성이 좋아야 한다는 것이다.In the present invention, an organic additive, ie, a dispersant, an organic binder and an antifoaming agent, may be used during the preparation of the colloidal slurry to control the concentration, viscosity, stability, fluidity, strength and density of the granules, and the like. In particular, what should be considered in the selection of organic additives (dispersants, organic binders and antifoaming agents) used in the present invention is that they must be water soluble and compatible.
본 발명에 사용되는 분산제는 슬러리의 pH 조절 기능은 물론, 입자표면 전하의 조절, 분산 및 응집을 조절하는 기능이 있어서, 슬러리를 고농도화한다. 분산이 잘 안된 슬러리를 분무건조 성형하게 되면, 탈황제 제립체의 형상이 쭈그러지거나, 도넛처럼 되거나, 튀밥처럼 되어 최종 제품에 나쁜 영향을 미친다.The dispersant used in the present invention has a function of controlling the pH of the slurry, as well as controlling the particle surface charge, dispersion and aggregation, thereby increasing the concentration of the slurry. Spray-drying of poorly dispersed slurries results in crushed, donut-like, or tempura-like desulfurizer granules that adversely affect the final product.
유기 분산제는 대부분 고분자 무기염들로 음이온계 분산제이다. 이러한 분산제의 예로서는, 폴리카르복실산염 음이온계 계면활성제, 나프탈렌포르말린 축합 설폰산염, 소디움시리케이트, 지방산 다가알코올, 플루오르 계면활성제(Fluorosurfac tant)등을 들 수 있다. 바람직한 예로서는, 음이온계 폴리카르복실산염의 사용, 또는 이것과 소량의 플루오르계면활성제의 병용을 들 수 있다.Organic dispersants are mostly polymeric inorganic salts and are anionic dispersants. Examples of such dispersants include polycarboxylate anionic surfactants, naphthalene formalin condensed sulfonates, sodium silicates, fatty acid polyhydric alcohols, fluorosurfactants (Fluorosurfac tant), and the like. Preferred examples include the use of anionic polycarboxylates or the use of a small amount of fluorosurfactant.
음이온계 폴리카르복실산염 분산제의 예로서는, 회분이 없으며 슬러리의 pH 4-11 정도에서 세라믹의 분산성이 우수하여 30∼60wt%의 고농도 슬러리 제조에 적합한 한국의 산노프코(Sannopco Korea Ltd.)사의 세라스퍼스(Cerasperse) 5468-CF (40%, pH=6.8, 점도 85cps, 비중 1.15, 이하 'SN5468 분산제'로 칭함)를 들 수 있다. 분산제의 사용량은 탈황제 고형분(solid) 중량의 0.5~4wt%를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 1.5-3wt%일 수 있다. 본 발명에서는, 알루미나 졸 무기결합제를 포함하는 조성물에서 산성과 염기성에서 분산력이 뛰어난 것으로 알려진 플루오르계면활성제로 듀퐁(DuPont)사의 조닐(Zonyl) TBS(비중 1.2, 33%, 6<pH<8, 이하 'TBS 분산제'라 칭함)를 슬러리의 pH 2-12 사이에서 사용할 수 있다. TBS 분산제는 거품생성 계면활성제(foaming agent)로 사용되기 때문에 과량으로 사용하는 것은 바람직하지 못하며, 탈황제 고형분 중량 기준으로 0.005-0.1wt%의 양으로 사용하는것이 적당하다. 또한, 탈황제 고형분 중량 기준으로 0.01-0.08wt%를 암모늄 폴리카복실산 분산제와 함께 일부 사용할 수도 있다. SN5468 분산제는 원료의 혼합과 분산과정 중 어떤 과정에서도 첨가할 수 있으나 분무건조 성형 전에 첨가하여야 한다. TBS 분산제를 혼합하여 사용할 경우에는 TBS 분산제는 가능한 한 최종 슬러리 단계, 즉 탈황제 무기원료를 모두 첨가한 다음, 슬러리의 특성을 제어하는 과정에서 첨가하고 증가되는 슬러리의 점도를 SN5468 분산제를 사용하여 조정할 수 있어야 한다. 즉, TBS 분산제는 슬러리의 분산 및 점도 증가제로도 사용될 수 있다.Examples of anionic polycarboxylate dispersants include no ash and excellent dispersibility of ceramics at pH 4-11 of the slurry, making them suitable for the production of high-concentration slurries of 30 to 60 wt%, from Sanopco Korea Ltd. Cerasperse 5468-CF (40%, pH = 6.8, viscosity 85 cps, specific gravity 1.15, hereinafter referred to as 'SN5468 dispersant'). The dispersant may be used in an amount of 0.5 to 4 wt% of the weight of the desulfurizer solid, and preferably, 1.5 to 3 wt%. In the present invention, Zonyl TBS (DuPont) Zonyl TBS (specific gravity 1.2, 33%, 6 <pH <8, or less) is a fluorosurfactant known to have excellent dispersibility in acid and basic in a composition containing an alumina sol inorganic binder. 'TBS dispersant' may be used between pH 2-12 of the slurry. Since the TBS dispersant is used as a foaming agent (foaming agent), it is not preferable to use in excess, it is appropriate to use in an amount of 0.005-0.1wt% based on the weight of the desulfurizer solids. In addition, 0.01-0.08 wt% based on the weight of the desulfurizer solids may be used in part with the ammonium polycarboxylic acid dispersant. The SN5468 dispersant may be added during any of the mixing and dispersing of the raw materials but must be added prior to spray drying molding. When mixed with TBS dispersants, the TBS dispersants may be added as far as possible to the final slurry stage, i.e. all of the desulfurizer inorganic raw material, then added in the course of controlling the properties of the slurry and the viscosity of the increased slurry can be adjusted using the SN5468 dispersant. Should be That is, the TBS dispersant may also be used as a dispersion and viscosity increasing agent of the slurry.
본 발명에 사용되는 산화아연, 산화니켈과 규조토는 가소성이 없어서 물만으로는 성형할 수가 없고, 본 발명에 사용되는 무기결합제의 첨가만로는 가소성이 부족하여 분무건조시킨 소성전 탈황제 제립체(green body)에 강도를 부여할 수 없기 때문에, 입자를 결합시킬 수 있는 유기결합제의 사용이 필요하다. 유기결합제는 각 세라믹 입자에 코팅되어 분무건조 성형시 윤활유 역할을 하여 유동성을 제공하고, 제립체에 강도를 부여하게 된다. 또한, 유기결합제의 종류에 따라 수용액의 점도가 다르고, 강도 또한 다르기 때문에 세라믹의 성분 및 성형방법 등을 고려하여 유기결합제를 선정할 필요가 있다. 유기결합제는 소성 전의 탈황제 제립체의 강도에 따라 구분될 수 있다. 저강도 유기결합제(Wax, Gum 등)를 사용하면 제립체가 변형되기 쉽고, 취급시 용기 등에 부착될 수 있다. 한편, 고강도 유기결합제(Dextrine, Starches, Lignin등)는 제립체가 강하고 딱딱하게 된다. 이러한 제립체는 형상이 안정되고(Dimensionally Stable) 유동성이 좋아서 취급성이 양호하다. 그러나, 이러한 유기결합제들은 자체의 윤활성이 적기 때문에 윤활제를 사용해야 한다. 탈황제를 분무건조 성형 제조하기 위해서는 중강도 유기결합제가 적당하고, 그 바람직한 예로서는, 폴리비닐알코올계(PVA), 폴리글라이콜계(PEG), 메틸셀루로즈계 또는 이들의 임의의 혼합물 등을 들 수 있다. 분무건조 성형 제조된 탈황제를 소성할 때에 제립체를 소결시켜 밀도를 증가시키는 것도 중요하지만, 강도를 증가시키기 위해서는 낮은 온도에서 소성시킬 필요가 있기 때문에, 첨가제, 특히 다른 유기 첨가제에 비해 많은 양으로 사용되는 유기결합제는 소성 온도 이하에서 완전히 분해되어 제거되는 것이 바람직하다.The zinc oxide, nickel oxide and diatomaceous earth used in the present invention are not plastic and cannot be formed by water alone. The addition of the inorganic binder used in the present invention is insufficient plasticity, and thus the spray-dried desulfurization granules (green body) Since the strength cannot be imparted to), it is necessary to use an organic binder capable of binding the particles. The organic binder is coated on each ceramic particle to serve as a lubricating oil in spray-drying molding to provide fluidity and impart strength to the granules. In addition, since the viscosity of the aqueous solution is different and the strength is also different according to the type of the organic binder, it is necessary to select the organic binder in consideration of the components of the ceramic, the molding method and the like. The organic binder may be classified according to the strength of the desulfurization agent granules before firing. When the low strength organic binder (Wax, Gum, etc.) is used, the granules are easily deformed and may be attached to a container or the like during handling. On the other hand, high-strength organic binders (Dextrine, Starches, Lignin, etc.) are strong and hard granules. Such granules are dimensionally stable and have good fluidity and good handleability. However, these organic binders need to use lubricant because of their low lubricity. Medium-strength organic binders are suitable for spray-drying and forming the desulfurizing agent, and examples thereof include polyvinyl alcohol (PVA), polyglycol (PEG), methylcellulose, or any mixture thereof. have. It is also important to increase the density by sintering granules when firing the spray-dried molded desulfurization agent, but it is necessary to bake at a low temperature in order to increase the strength, so it is used in a large amount compared to additives, especially other organic additives. The organic binder is preferably completely decomposed and removed at or below the firing temperature.
본 발명에서 가압노즐을 사용하여 분무건조 성형하기에 적합한 최종 슬러리의 점도는 약 1700cps 이하이므로, 저점도의 변성 폴리에티렌글라이콜(Sannopco HS-BD-20A, 45%, 점도 800cps, pH 8, 비중 0.99, 이하 'PEG'라 칭함) 등과 같은 유기결합제를 사용할 수도 있다. PEG는 가소성이 좋고 분무건조시 증발되지 않으며 회분이 거의 없다. 유기결합제는 탈황제 고형분 중량 기준으로 1-8wt%를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 1-2wt% 정도이다. 유기결합제는 슬러리를 프리마 코발 밀(Fryma CoBall mill)과 고속 교반 과정을 경유시킨 후, 분무건조 성형하기 전 과정에서 첨가한다. 유기결합제를 슬러리에 가한 다음 교반하여 혼합하는 경우에는 중속교반(6000rpm) 이하에서 짧은 시간 동안(5-10분 정도) 수행하며, 바람직하게는 1000rpm 이하에서 교반하고, 더욱 바람직하게는 300rpm이하에서 30분 이상 교반하는 것일 수 있다.Since the viscosity of the final slurry suitable for spray-drying using the pressure nozzle in the present invention is about 1700 cps or less, the modified polystyrene glycol of low viscosity (Sannopco HS-BD-20A, 45%, viscosity 800 cps, pH 8 , Specific gravity 0.99, hereinafter referred to as 'PEG'), and the like. PEG has good plasticity and does not evaporate during spray drying and contains little ash. The organic binder may use 1-8 wt% based on the weight of the desulfurization agent solids, preferably about 1-2 wt%. The organic binder is added to the slurry through a high speed stirring process with a Fryma CoBall mill and then added before the spray drying. When the organic binder is added to the slurry and then mixed by stirring, the organic binder is mixed for a short time (about 5-10 minutes) at medium speed stirring (6000 rpm) or less, preferably stirred at 1000 rpm or less, and more preferably 30 at 300 rpm or less. It may be to stir for more than a minute.
슬러리(Slurry)의 제조 과정, 특히 유기결합제를 첨가한 다음에 슬러리를 혼합하는 과정에서 기포가 발생되면 분무건조 성형시 방해가 될 뿐만 아니라, 제품의품질에도 영향을 미치게 된다. 기포제거 및 억제는 슬러리 제조와 슬러리를 분무건조기의 가압노즐에 주입하는 과정에서 기본적으로 중요하다. 소포제의 기본적인 작용은 기포의 계면장력을 낮추어서 미세한 기포를 집합시켜 부상하기 쉽게 큰 기포를 형성시켜 슬러리의 표면에서 파포시키고, 표면점성을 저하시켜 혼입된 공기가 안정한 기포로 되는 것을 방해하는 것이다.If bubbles are generated during the preparation of the slurry, in particular during the mixing of the slurry after the addition of the organic binder, it not only interferes with spray drying molding but also affects the quality of the product. Bubble elimination and suppression are fundamentally important in the preparation of slurry and injecting the slurry into the pressurized nozzle of the spray dryer. The basic action of the antifoaming agent is to lower the interfacial tension of the bubbles to aggregate the fine bubbles to form large bubbles that are susceptible to flotation, to break off the surface of the slurry, and to lower the surface viscosity to prevent the entrained air from becoming a stable bubble.
압력노즐 아토마이저(Atomizer:Centrifugal Pressure Nozzle)를 사용하여 분무건조할 경우에는 미세 기포 발생을 억제하는 억포성과 더불어 기포의 파포성이 우수한 소포제를 사용하여 연속 생산성과 제품품질을 향상시켜야 한다. 펌프로 이송된 압축된 슬러리가 노즐을 통해 분사되면서 슬러리에 있는 기포가 터져 슬러리의 작은 덩어리들이 노즐 구멍주위에 쌓이게 되면 슬러리의 균일한 분사를 방해하여, 결국 노즐 구멍을 폐색시키게 되므로 연속조업에 막대한 영향을 미치게 되고, 또 탈황제의 형상에도 영향을 미치게 된다. 세라믹용 소포제로는 크게 용액형과 에멀젼형으로 구분되고, 조성은 화학구조에 따라 실리카실리콘계, 실리콘계, 금속비누계, 아미도계, 폴리에테르계, 폴리에스테르계, 폴리글라이콜계, 유기인산계, 고급알콜계, 유산화지방계 및 유용계폴리머 등이 있다. 소포제의 사용은 소포제의 효과만 갖고 선택하는 것은 바람직하지 못하며, 그 결점을 충분히 이해한 후에 선택하여야만 한다.When spray drying using a pressure nozzle atomizer (Atomizer), it is necessary to improve the continuous productivity and product quality by using an antifoaming agent that suppresses the occurrence of microbubbles and an excellent antifoaming agent of bubbles. When the compressed slurry delivered to the pump is sprayed through the nozzle, bubbles in the slurry burst and small lumps of slurry accumulate around the nozzle hole, which impedes uniform spraying of the slurry, which eventually blocks the nozzle hole. This will affect the shape of the desulfurization agent. Antifoaming agents for ceramics are largely divided into solution type and emulsion type, and the composition is based on chemical structure, such as silica silicon, silicon, metal soap, amido, polyether, polyester, polyglycol, organophosphate, Higher alcohols, lactic acid fats and oil-based polymers. The use of the antifoaming agent is not desirable to select only with the effect of the antifoaming agent, and should be selected after a full understanding of its shortcomings.
본 발명에 사용되는 소포제로서는 유기결합제 PEG를 적용한 슬러리의 기포제거에 최적이고, 억포성이 강하여 슬러리내의 기포를 원천적으로 제거하며, 지속적인 효과를 발휘하는 회분이 없는 세라믹용 소포제를 사용하는 것이 좋으며, 바람직한 일 예로서는 폴리에테르계인 산노프코(Sannopco)사의 HS-Deformer 551을 들 수 있다(이하 'HS551 소포제'라 함). 사용량은 첨가한 유기결합제 중량의 0.1% 이하를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 탈황제 고형분 중량 기준으로 0.05~1wt% 범위로 사용하는 것이다. 또한, HS-Deformer 551은 점도와 비중이 각각 300cps와 0.99이며 pH에 영향이 적고 상용성이 좋아 오일 스폿(Oil Spot)이 거의 형성되지 않는다. 소포제의 첨가는 유기결합제와 같이 또는 유기결합제를 첨가한 다음에 분무건조 성형전에 하는 것이 바람직하다. 필요할 경우, 프리마 코발 밀로 원료를 분쇄 및 분산시키는 과정 전 또는 고속교반하기 전 또는 고속교반 중에 소량 첨가하여 분쇄 및 분산효율을 증가시킬 수도 있다.As the antifoaming agent used in the present invention, it is optimal to remove bubbles in the slurry to which the organic binder PEG is applied, and it is preferable to use an antifoaming agent for ceramics without ash, which has a strong anti-foaming property, and removes bubbles in the slurry. One preferred example is HS-Deformer 551 manufactured by Sanopco Co., Ltd., which is a polyether (hereinafter referred to as HS551 defoamer). The amount used is preferably 0.1% or less of the added weight of the organic binder, more preferably from 0.05 to 1wt% based on the weight of the desulfurizer solids. In addition, HS-Deformer 551 has a viscosity and specific gravity of 300 cps and 0.99, respectively, and has little effect on pH and good compatibility, so that little oil spot is formed. The addition of the antifoaming agent is preferably carried out together with the organic binder or before the spray drying molding after the addition of the organic binder. If necessary, a small amount may be added before the process of pulverizing and dispersing the raw material with the Prima cobalt mill or before the high speed stirring or the high speed stirring to increase the grinding and dispersion efficiency.
본 발명에서 슬러리 제조의 첫 단계는 모든 탈황제 원료의 평균입자 크기를 1㎛ 이하로 분쇄하여 콜로이드 슬러리를 제조하는 것이다. 본 발명에서 바람직하게 사용될 수 있는 코발 애뉼라 비드 밀(CoBall annular bead mill: model MS-12, Fryma Mashinen AG, Switzerland: 이하 'Fryma CoBall mill'이라 칭함)은 교반 비드 밀의 일종으로, 습식 분쇄(wet grinding), 슬러리의 균질화(homogenizing) 및 분산(dispersing)에 유용하게 사용될 수 있는 장비이다. 프리마 코발 밀은 운전조건에 따라 분쇄 정도를 조정할 수 있으며, 2회 분쇄로 평균입자의 크기를 1㎛ 이하로 분쇄할 수 있으며, 최대 크기는 약 5㎛ 이하이다. 또한, 1㎛ 이하의 입자들을 혼합 분산시켜 콜로이드 슬러리를 제조할 수 있다.In the present invention, the first step in preparing a slurry is to prepare a colloidal slurry by grinding the average particle size of all the desulfurization materials to 1 μm or less. CoBall annular bead mill (CoBall annular bead mill: model MS-12, Fryma Mashinen AG, Switzerland: hereinafter referred to as 'Fryma CoBall mill') that can be preferably used in the present invention is a kind of stirred bead mill, wet grinding (wet It can be usefully used for grinding, homogenizing and dispersing slurry. Prima cobalt mill can adjust the degree of grinding in accordance with the operating conditions, the average particle size can be ground to less than 1㎛ by two grinding, the maximum size is about 5㎛ or less. In addition, colloidal slurry may be prepared by mixing and dispersing particles of 1 μm or less.
본 발명에서는 무기 원료 중 평균 입경이 1㎛ 이상인 산화니켈과 규조토를 각각 또는 혼합하여 프리마 코발 밀로 총 2회 이상 습식 분쇄하여 평균 입경이 1㎛ 이하(최대 입경 5㎛ 이하)로 만들어 사용하거나, 또는 다른 무기 원료와 혼합하여 재분쇄, 균질화 및 분산시켜 사용할 수 있다. 본 발명에서는 산화니켈 또는 규조토 등을 물과 혼합하여 프리마 코발 밀로 분쇄하기 전에 혼합물의 pH를 조정하지 않은 경우에는, 다음 혼합과정에서 pH를 산 또는 염기로 조정할 수 있다. 원료의 혼합과정에서 슬러리의 유동성을 유지하기 위해서는 초기 원료의 분쇄과정에서부터 pH를 산 또는 염기로 조정하는 것이 바람직하다. 산화니켈을 물에 혼합한 혼합물의 pH는 28℃에서 약 6.58이며 습식 분쇄한 혼합물이 서로 엉기는 현상에 의해 응집체(agglomerates)가 형성된다. 규조토와 물을 혼합한 혼합물의 pH는 28℃에서 10.4정도이다. pH 조절 없이 고속 교반하여 5시간이상 방치하면 규조토가 가라앉고 그 이상 방치하면 응고되어 다시 교반이나 분쇄하기 어렵다. 특히, pH의 조정 없이 프리마 코발 밀로 분쇄하는 동안이나 분쇄 후 비드 밀에 있는 규조토가 응고되기 때문에 사용 후 장비를 즉시 분해하여 세척하여야 한다. 평균 입경이 1㎛ 이하인 규조토는 입경이 큰 규조토 혼합물에 비하여 쉽게 응집되는 경향이 있다. 본 발명에서는 원료의 분쇄과정과 혼합과정에서 응집 및 응고현상을 방지하기 위해 혼합물의 pH를 산과 염기를 사용하여 pH 범위가 1.0-14 사이가 되도록 조정한다. 산을 사용하여 원료를 분쇄하거나 혼합할 때에 혼합물과 슬러리의 pH가 1-7 사이가 되도록 조절한다. 염기를 사용하여 원료를 분쇄하거나 혼합할 때에는 혼합물과 슬러리의 pH가 7-14 사이가 되도록 조절한다.In the present invention, nickel oxide and diatomaceous earth having an average particle diameter of 1 μm or more, respectively, are mixed or wet-pulverized with a Prima cobalt mill to make an average particle size of 1 μm or less (maximum particle size 5 μm or less), or It can be used by mixing with other inorganic raw materials, regrinding, homogenizing and dispersing. In the present invention, when the pH of the mixture is not adjusted before mixing nickel oxide or diatomaceous earth with water and pulverizing the prima cobalt mill, the pH may be adjusted with an acid or a base in the next mixing process. In order to maintain the fluidity of the slurry during the mixing of the raw materials, it is preferable to adjust the pH to an acid or a base from the initial grinding of the raw materials. The pH of the mixture of nickel oxide in water is about 6.58 at 28 ° C. Agglomerates are formed by agglomeration of the wet milled mixture. The pH of the mixture of diatomaceous earth and water is about 10.4 at 28 ℃. If it is left for more than 5 hours with high speed stirring without adjusting the pH, the diatomaceous earth will sink. In particular, the diatomaceous earth in the bead mill solidifies during or after grinding with Prima cobalt mill without adjusting pH, so the equipment should be disassembled and washed immediately after use. Diatomaceous earth with an average particle diameter of 1 µm or less tends to aggregate easily compared to a diatomaceous earth mixture having a large particle size. In the present invention, in order to prevent aggregation and coagulation in the pulverization and mixing of the raw materials, the pH of the mixture is adjusted using an acid and a base so that the pH range is between 1.0-14. The acid is used to adjust the pH of the mixture and slurry to be between 1-7 when grinding or mixing the raw materials. When using a base to grind or mix the raw materials, the pH of the mixture and slurry is adjusted to be between 7-14.
본 발명에서 슬러리 제조의 두 번째 단계는 탈황제 무기 원료의 평균입자 크기가 1㎛ 이하인 원료들의 혼합 방법 및 순서에 관한 것이다. 본 발명에 있어서는약 1㎛ 입자크기의 무기 원료와 유기 첨가제를 물에 혼합하여 균질한 슬러리를 제조할 수 있는 어떠한 장비나 기기도 사용될 수 있다. 그 예로서는, 프리마 코발 밀, 고속 교반기(4-liter Waring Blender, Cole Parmer) 및, 교반기(mechanical stirrer, 1200 rpm 이하)를 사용할 수 있다. 고속 교반기는 약 6000rpm, 15000 rpm, 18000rpm, 20000rpm으로 조정할 수 있다. 이 후, 본 발명에서는 약 6000rpm의 교반을 중속교반(shear mix)이라 칭하며, 15000rpm 이상에서의 교반은 고속교반(high shear mix)이라 칭하고, 1200rpm 이하에서 슬러리를 교반하는 것은 저속교반으로 분류한다. 프리마 코발 밀과 고속교반을 사용하여 슬러리의 균질화와 분산을 시키는 과정 중에서 슬러리를 냉각시킬때, 거의 완성된 슬러리에 유기결합제와 소포제 등을 첨가할 때, 슬러리를 노화시킬 때에는 주로 저속교반을 사용한다. 본 발명에서 300rpm 이하의 저속교반은 주로 최종 슬러리의 농도, pH, 점도 및 제타전위 등을 측정할 때에 사용한다.The second step of the slurry preparation in the present invention relates to the mixing method and the order of the raw materials of the average particle size of the desulfurizer inorganic raw material is 1㎛ or less. In the present invention, any equipment or apparatus capable of producing a homogeneous slurry by mixing an inorganic raw material and an organic additive having a particle size of about 1 μm with water may be used. As an example, a Prima cobalt mill, a high-speed stirrer (4-liter Waring Blender, Cole Parmer), and a stirrer (mechanical stirrer, 1200 rpm or less) can be used. The high speed stirrer can be adjusted to about 6000 rpm, 15000 rpm, 18000 rpm, 20000 rpm. Subsequently, in the present invention, the stirring at about 6000 rpm is referred to as a shear mix, the stirring at 15000 rpm or more is referred to as a high shear mix, and the stirring of the slurry at 1200 rpm or less is classified as a low speed stirring. When the slurry is cooled in the process of homogenizing and dispersing the slurry using a Prima cobalt mill and a high speed stirring, an organic binder and an antifoaming agent are added to the almost completed slurry, and a slow stirring is mainly used when aging the slurry. In the present invention, the slow stirring of 300rpm or less is mainly used to measure the concentration, pH, viscosity and zeta potential of the final slurry.
본 발명에서는 원료의 혼합과 유기 첨가제의 혼합순서와 방법에 따라 슬러리의 특성이 변하지만, 모든 혼합과정에서 슬러리의 유동성이 최소한으로 유지되면 어떠한 혼합순서와 방법을 조합하더라도 본 발명에 따른 슬러리를 제조할 수 있다. 즉, 프리마 코발 밀을 사용할 경우 피드 펌프(feed pump)로 원료 혼합물 또는 슬러리의 이송이 가능해야 한다. 고속교반기를 사용하여 혼합물 또는 슬러리를 혼합하는 과정에서 원료 및 첨가제가 섞일 수 있도록 분산제 등을 사용하여 최소한의 유동성을 유지할 수 있어야 한다. 본 발명에서는 혼합물과 슬러리가 최소한의 유동성을 유지하여 프리마 코발 밀과 고속교반기로 원료와 유기첨가제를 혼합, 재분쇄,균질화, 분산 및 재분산 과정의 진행을 원활히 하고, 최종 슬러리의 특성이 분무건조 성형될 수 있도록 조정하는 것과 성형된 탈황제가 소성과정을 거친 다음 최종 탈황제의 특성이 유동층 탈황공정에 적합한 성능을 갖도록 슬러리의 특성을 제어한다.In the present invention, the characteristics of the slurry change according to the mixing order and method of mixing the raw materials and the organic additives, but if the fluidity of the slurry is kept to a minimum during all mixing processes, the slurry according to the present invention may be prepared regardless of any mixing order and method. can do. In other words, when using Prima Cobalt mill it should be possible to transfer the raw material mixture or slurry by a feed pump (feed pump). In the process of mixing a mixture or slurry using a high speed stirrer, a dispersant or the like must be used to maintain a minimum fluidity so that raw materials and additives can be mixed. In the present invention, the mixture and the slurry maintain the minimum fluidity, so that the raw material and the organic additive are mixed, regrinded, homogenized, dispersed and redispersed in a prima cobalt mill and a high speed stirrer, and the characteristics of the final slurry are spray-dried. And the shaped desulfurizer is calcined and then the properties of the slurry are controlled so that the properties of the final desulphurizer have a performance suitable for the fluidized bed desulfurization process.
본 발명에서는 산화아연을 첨가하기 이전 과정에서는 혼합물 또는 슬러리의 pH가 1-7이 되도록 산으로 조정하였다. 특히, 분쇄 및 혼합 초기에는 프리마 코발 밀링 과정 또는 고속교반 과정에서 입자가 작아지거나 균질화 및 분산되면서 혼합물 또는 슬러리의 pH가 증가하는 것을 고려하여 혼합물 또는 슬러리의 pH가 1 내지 4에서 조정되도록 한다.In the present invention, before the addition of zinc oxide, the pH of the mixture or slurry was adjusted to acid so as to be 1-7. In particular, during the initial grinding and mixing, the pH of the mixture or slurry is adjusted at 1 to 4 in consideration of the increase in the pH of the mixture or slurry as the particles become smaller or homogenized and dispersed during the Prima cobal milling process or the high speed stirring process.
본 발명에서는 규조토와 산화니켈을 pH 4 이하에서 분쇄하고 이 혼합물에 산화아연과 알루미나 졸을 혼합하여 콜로이드 슬러리를 제조하는 것이 바람직할 수 있다. 혼합과정에서 슬러리의 유동성을 낮추거나 또는 잘 분산되어 균질화된 슬러리의 점도를 낮추기 위해 필요한 분산제를 첨가할 수 있다.In the present invention, it may be desirable to prepare a colloidal slurry by pulverizing diatomaceous earth and nickel oxide at a pH of 4 or less and mixing zinc oxide and alumina sol in the mixture. The dispersing agent may be added to reduce the fluidity of the slurry during mixing or to lower the viscosity of the well-dispersed homogenized slurry.
무기 탈황제의 원료를 모두 첨가한 본 발명에 따른 슬러리의 농도, pH와 점도에 대하여 언급하면, 농도는 30-50wt%, pH는 5-9, 점도는 300-1600cps가 되도록 물, 산, 분산제 등으로 조정할 수 있다. 또한, 유기첨가제와 소포제를 첨가하여 모든 탈황제 원료를 첨가한 상태에서의 본 발명에 따른 슬러리의 농도, pH와 점도는 각각 35-45wt%, 6-8과 350-1400cps가 되도록 조정할 수 있다.When referring to the concentration, pH and viscosity of the slurry according to the present invention to which all the raw materials of the inorganic desulfurization agent are added, the concentration is 30-50 wt%, the pH is 5-9, and the viscosity is 300-1600 cps. Can be adjusted. In addition, the concentration, pH and viscosity of the slurry according to the present invention in the state in which all the desulfurizer raw materials are added by adding the organic additive and the antifoaming agent can be adjusted to be 35-45 wt%, 6-8 and 350-1400 cps, respectively.
본 발명에서 혼합물 또는 슬러리에 산화아연을 혼합하는 과정에서 산화아연이 포함된 혼합물이나 슬러리의 pH를 질산을 사용하여 6 이하로 조정하기 위해서는과량의 질산이 필요하기 때문에, 산화아연을 무기원료의 혼합과정 중 나중 단계에서 첨가하는 것이 유리하다. 산화아연을 첨가하기 이전 과정의 혼합물 또는 슬러리의 pH는 산을 사용하여 10 이하로 조정 가능하며, 본 발명에서는 3-5로 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 산화아연을 첨가한 상태에서의 슬러리의 pH는 별도의 산을 사용하여 조정하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 슬러리의 pH는 주로 6-8사이이다. 본 발명에서는 최종 슬러리의 조정 단계에서 pH를 조정하려면 산을 슬러리에 첨가한 다음 충분한 시간 동안 슬러리를 교반하여 슬러리의 pH가 일정하게 유지되도록 하여 안정한 슬러리를 제조한다. 산을 첨가한 다음 안정된 슬러리의 특성을 갖기 위해서는 최소한 2시간 이상 슬러리를 교반하면서 방치하여야 한다. 슬러리의 pH가 안정된 다음, 필요에 따라, 특히 슬러리의 점도를 분산제 등으로 조정한다.In the present invention, in order to adjust the pH of the mixture or slurry containing zinc oxide to 6 or less using nitric acid in the process of mixing zinc oxide in the mixture or slurry, zinc oxide is mixed with inorganic raw materials. It is advantageous to add it later in the process. The pH of the mixture or slurry of the process prior to adding zinc oxide can be adjusted to 10 or less using an acid, and in the present invention it may be desirable to adjust to 3-5. In addition, it is preferable not to adjust pH of the slurry in the state which added zinc oxide using a separate acid. The pH of these slurries is mainly between 6-8. In the present invention, to adjust the pH in the final slurry adjustment step, an acid is added to the slurry, followed by stirring the slurry for a sufficient time to maintain a constant pH of the slurry to prepare a stable slurry. After the addition of acid, the slurry should be left under stirring for at least 2 hours in order to have stable slurry properties. After the pH of the slurry is stabilized, in particular, the viscosity of the slurry is adjusted with a dispersant or the like as necessary.
본 발명에서는 슬러리의 제조과정에 소량의 TBS 분산제를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 상기한 분산제는 분산력은 강하지만 교반 중에 거품이 많이 발생하기 때문에 소포제와 함께 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 강력한 분산력 때문에 최종 슬러리 제조 단계에서 슬러리의 점도가 낮을 경우에는, 슬러리의 점도를 높이기 위해 탈황제 슬러리의 고형분 함량의 0.005-0.1wt% 범위 사이로 첨가하여 슬러리의 점도를 조정하고, 필요에 따라서는, SN 5468 분산제로 최종 슬러리의 점도를 재조정한다.In the present invention, it may be desirable to use a small amount of TBS dispersant in the preparation of the slurry. The dispersant may be preferable to be used together with an antifoaming agent because the dispersing force is strong but a lot of foam occurs during stirring. If the viscosity of the slurry is low during the final slurry preparation due to the strong dispersing force, the viscosity of the slurry is adjusted by adding it within the range of 0.005-0.1 wt% of the solid content of the desulfurization slurry to increase the viscosity of the slurry, and if necessary, SN The viscosity of the final slurry is readjusted with 5468 dispersant.
본 발명에서는 최종 슬러리의 점도를 증가시키기 위해 산 또는 염기를 사용한다. 슬러리 점도를 높이기 위해 산 또는 염기와 함께 TBS 분산제를 사용하여도무방하다. 산과 염기를 사용하여 슬러리의 점도를 증가시키면 반드시 충분한 시간동안 슬러리를 교반하여 슬러리의 pH가 안정되게 한 다음(약 2시간 이상) 슬러리 특성을 제어하는 것이 바람직하다.In the present invention, acids or bases are used to increase the viscosity of the final slurry. TBS dispersants may be used with acids or bases to increase slurry viscosity. Increasing the viscosity of the slurry with an acid and a base is preferred to stir the slurry for a sufficient time to stabilize the slurry's pH (at least about 2 hours) and then to control the slurry properties.
본 발명에서는 벤토나이트를 알루미나 졸과 함께 무기결합제로 사용할 수 있다. 점토류 무기결합제인 벤토나이트는 결합제로서 또 혼합물과 슬러리의 제조 과정 중에 타 무기 원료의 혼합을 원활히 하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 벤토나이트의 첨가 과정을 원료의 혼합 초기과정, 특히 산화아연을 첨가하기 이전에 첨가하는 것이 바람직할 수 있다.In the present invention, bentonite may be used as the inorganic binder together with the alumina sol. Bentonite, a clay inorganic binder, can be used as a binder and to facilitate mixing of other inorganic raw materials during the preparation of the mixture and slurry. Therefore, in the present invention, it may be preferable to add the bentonite addition process before the initial mixing of the raw materials, especially before adding zinc oxide.
본 발명에서는 유기 결합제를 슬러리에 첨가한 과정부터는 중속교반 이하에서 슬러리를 교반하여 슬러리의 특성을 제어한다. 본 발명에서는 주로 저속 교반기를 사용하여 슬러리를 제조한다. 본 발명에서는 고속교반으로 유기첨가제를 가한 슬러리를 혼합, 균질화 및 분산시켜 슬러리를 제조하지만, 유기결합제의 분해로 인한 슬러리의 특성 변화는 없는 것으로 확인되었다. 그러나, PEG와 같은 고분자 유기결합제는 전단강도(shear resistance)가 상대적으로 약하기 때문에 저속교반하여 슬러리를 제조하는 것이 바람직할 수 있다. 저속교반 과정에서 유기첨가제 또는 산과 염기를 사용하여 슬러리의 특성을 제어할 경우는 최소한 30분 이상 교반하여 슬러리의 균질화 및 안정성을 유지하여야 한다.In the present invention, from the process of adding the organic binder to the slurry, the slurry is stirred under medium speed stirring to control the properties of the slurry. In the present invention, the slurry is mainly prepared using a low speed stirrer. In the present invention, the slurry was prepared by mixing, homogenizing and dispersing the slurry to which the organic additive was added at high speed, but it was confirmed that there is no change in the characteristics of the slurry due to decomposition of the organic binder. However, polymer organic binders such as PEG may be preferable to prepare a slurry by low speed stirring because shear strength is relatively weak. When controlling the properties of the slurry using organic additives or acids and bases during low speed stirring, the homogenization and stability of the slurry should be maintained by stirring for at least 30 minutes.
본 발명에서는 약 40㎛ 이하의 산화니켈을 2회 이상 습식 분쇄하여 슬러리의 제조과정 중 어떤 과정에서도 혼합할 수 있고, 습식 분쇄 과정에서 혼합물의 pH를 산(pH=1-7) 또는 염기(pH=7-14) 사이로 조정하여 분쇄하는 것이 바람직할 수 있다.프리마 코발 밀로 단독 습식분쇄 또는 혼합 습식분쇄를 하는 과정에서 사용하는 원료 중 산화니켈의 밀도(6.670)가 가장 크기 때문에 분쇄과정 중에 분리되고 여러 번의 분쇄과정을 거쳐야하는 불편함이 있을 수 있으며, 무시 못할 정도의 양이 프리마 코발 밀의 호스 등에 잔류될 수 있다. 따라서, 산화니켈의 평균 입자 크기가 약 1㎛ 정도인 상업용 NiO(green, 77.3% Ni, <0.8㎛, Seido Chemical Industry Co. Ltd., Japan)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 1㎛ 크기의 미세 산화니켈을 사용할 경우 혼합 및 슬러리 제조과정의 어떤 단계에서도 첨가할 수 있으며, 유기결합제를 첨가하기 이전 과정에 슬러리에 첨가하는 것이 바람직할 수 있다.In the present invention, nickel oxide having a thickness of about 40 μm or less may be wet pulverized two or more times, and mixed in any process during the preparation of the slurry, and the pH of the mixture may be adjusted by acid (pH = 1-7) or base (pH) during wet grinding. It may be desirable to grind and adjust between 7 and 7). Since the density of nickel oxide (6.670) is the largest among the raw materials used during the single wet or mixed wet milling with the Prima cobalt mill, it is separated during the grinding process. There may be discomfort to go through several grinding processes, and a negligible amount may remain in the hose of Prima Cobalt Mill. Therefore, it may be desirable to use commercial NiO (green, 77.3% Ni, <0.8 μm, Seido Chemical Industry Co. Ltd., Japan) with an average particle size of nickel oxide of about 1 μm. When using fine nickel oxide of 1㎛ size may be added at any stage of the mixing and slurry manufacturing process, it may be desirable to add to the slurry prior to the addition of the organic binder.
본 발명에서는 원료의 혼합 및 슬러리의 제조과정에서 혼합물과 슬러리의 pH를 염기성으로 조정하여 최종 슬러리를 제조하는 과정을 포함한다. 염기성 슬러리 제조과정에서는 산성인 알루미나 졸 대신 보에마이트를 사용할 수 있다. 보에마이트 고체입자의 크기는 약 60㎛이나 물에 분산되어 알루미나 졸과 같은 특성을 가지며, 보에마이트 원료의 결정성에 따라 다소 차이는 있지만 알루미나 졸과 비슷하게 약 450-580℃에서 비표면적이 큰 전이 알루미나로 전환된다. 보에마이트는 고체로서 슬러리 제조과정에서 첨가방법 및 첨가 단계의 제한이 거의 없고, 슬러리 농도를 제어하기 유리하고, 산성인 알루미나 졸과는 다르게 산과 염기성 수용액에서 모두 잘 분산되는 장점이 있다. 본 발명에서는 염기성 슬러리 제조과정에서 무기결합제로 보에마이트, 벤토나이트와 카오린을 사용할 수 있다. 점토류 결합제인 벤토나이트와 카오린은 무기결합제로 많이 사용되며, 벤토나이트와 카오린을 함께 사용함으로서 무기결합제의 가소성을 증가시킬 수 있다. 본 발명에서는 염기성 슬러리 제조 과정에서 사용한 무기 탈황제 원료의 평균입자 크기는 5㎛ 이하로 원료분쇄를 별도로 하지 않아도 된다. 따라서, 본 발명에서는 순차적으로 벤토나이트, 카오린, 규조토와 보에마이트 등 무기결합제와 지지체를 구성하는 원료들을 물과 혼합하여 슬러리의 pH를 암모니아수와 같은 무기 또는 유기염기로 7-14사이로 조절하여 고속혼합기로 혼합 및 분산시키고, 산화아연과 산화니켈을 각각 또는 혼합(dry mixing)하여 슬러리에 첨가하여 무기원료를 모두 첨가한 슬러리를 제조한다. 이 과정은 산화아연을 제외한 탈황제 원료를 첨가할 때 pH를 산으로 조정하는 과정과 달리 단순하며, 슬러리의 제조과정에서 유동성이 잘 유지되는 장점이 있다. 염기성 슬러리를 제조하는 과정에서도 슬러리의 유동성을 유지하는 데에 필요한 최소한의 분산제를 첨가한다. 이렇게 제조된 슬러리를 냉각시켜 프리마 코발 밀로 1회 이상 재분쇄, 분산 및 균질화시킨 콜로이드 슬러리를 제조한다. 1회 이상 프리마 코발 밀로 분쇄, 분산 및 균질화하는 경우에는 분산제를 사용하여 유동성 슬러리를 유지하여야 한다. 본 발명에서 염기성 콜로이드 슬러리의 최종 pH는 7-14사이에서 조정하며, 구체적으로 9-11 사이로 조정하며, 좀 더 구체적으로 10±0.5에서 조정하는 것이 바람직할 수 있다.The present invention includes the process of preparing the final slurry by adjusting the pH of the mixture and the slurry to basic in the process of mixing the raw material and the slurry. In the preparation of the basic slurry, boehmite may be used instead of the acidic alumina sol. The size of boehmite solid particles is about 60㎛, but it is dispersed in water and has the same characteristics as alumina sol. Although it varies slightly depending on the crystallinity of the boehmite raw material, it has a large specific surface area at about 450-580 ℃ similar to alumina sol. Is converted to transition alumina. Boehmite, as a solid, has almost no limitations in addition method and addition step in the slurry preparation process, is advantageous in controlling slurry concentration, and unlike acidic alumina sol, it has the advantage of being well dispersed in both acid and basic aqueous solution. In the present invention, boehmite, bentonite and kaolin may be used as the inorganic binder in the process of preparing the basic slurry. Bentonite and kaolin, which are clay binders, are widely used as inorganic binders, and the plasticity of inorganic binders can be increased by using bentonite and kaolin together. In the present invention, the average particle size of the inorganic desulfurization agent raw material used in the preparation of the basic slurry is 5 μm or less, and thus, the raw material grinding may not be performed separately. Therefore, in the present invention, by sequentially mixing the raw materials constituting the inorganic binder and the support such as bentonite, kaolin, diatomaceous earth and boehmite with water to adjust the pH of the slurry between 7-14 with an inorganic or organic base such as ammonia water, a high-speed mixer The mixture was dispersed and dispersed in the furnace, and zinc oxide and nickel oxide were respectively added or mixed (dry mixed) to the slurry to prepare a slurry to which all the inorganic raw materials were added. This process is simple, unlike the process of adjusting the pH to acid when adding the desulfurizer raw material except zinc oxide, there is an advantage that the fluidity is well maintained during the slurry manufacturing process. In the process of preparing the basic slurry, the minimum dispersant necessary to maintain the fluidity of the slurry is added. The slurry thus prepared was cooled to prepare a colloidal slurry which was regrind, dispersed and homogenized one or more times with a prima cobalt mill. When grinding, dispersing and homogenizing with a Prima Cobalt mill one or more times, dispersants should be used to maintain the flowable slurry. In the present invention, the final pH of the basic colloidal slurry may be adjusted between 7-14, specifically 9-11, and more specifically 10 ± 0.5.
본 발명에 따라 제조되는 모든 콜로이드 슬러리는 고속 또는 저속 교반하면서 슬러리의 특성을 제어하고 충분히 노화(aging)시켜 체로 걸러서 이물질을 제거한 다음, 분무건조기의 슬러리 탱크로 옮겨 분무건조 성형한다. 노화시키는 과정은 탈황제의 모든 무기원료와 유기 첨가제를 가한 다음 과정부터 경과된 시간으로 간주한다. 대량생산에 따른 혼합 및 슬러리 제조과정이 장시간에 걸치는 경우에는 슬러리의 pH를 조정한 다음 과정을 노화의 과정으로 간주할 수 있다. 노화과정은 교반속도에 따라 차이가 있지만 저속교반의 경우에는 최소한 2시간 이상이 적당하며, 고속교반으로 슬러리의 특성을 제어할 경우에는 그 시간을 단축할 수 있다. 체로 슬러리에 있는 건조된 슬러리 덩어리, 먼지 등 불순물을 제거하는 과정은 탈황제의 모든 원료를 첨가하고 슬러리의 특성을 제어하여, 슬러리를 분무건조 성형할 수 있는 이전 단계의 어떤 시점에서도 실시할 수 있다. 이런 과정은 또 분무건조 성형과정에서 피드 펌프(feed pump)로 슬러리를 분무기의 노즐로 이송하는 과정에서 체와 같은 여과장치를 설치하여 실시할 수도 있다. 즉, 이물질을 분무건조 성형하기 이전 과정에서 임의의 통상적인 방법으로 제거하여 분무건조 성형과정에 방해가 되지 않도록 하여야 한다.All colloidal slurry prepared according to the present invention is controlled by the characteristics of the slurry while stirring at high speed or low speed and sufficiently aged to remove the foreign matter by sieving, and then transferred to the slurry tank of the spray dryer for spray drying. The aging process is regarded as the time elapsed from the addition of all inorganic and organic additives of the desulfurization agent. If the mixing and slurry production process for a long time takes a long time, after adjusting the pH of the slurry can be regarded as the process of aging. Although the aging process varies depending on the stirring speed, at least 2 hours is suitable for low speed stirring, and the time can be shortened when controlling the characteristics of the slurry by high speed stirring. The process of removing impurities such as dried slurry agglomerates, dusts, etc. in the slurry may be carried out at any point in the previous stage in which all raw materials of the desulfurizing agent are added and the properties of the slurry are controlled to spray dry form the slurry. This process may also be carried out by installing a filtration device, such as a sieve, in the process of transferring the slurry to the nozzle of the sprayer with a feed pump in the spray drying molding process. That is, foreign matter should be removed by any conventional method prior to spray-drying molding so as not to interfere with the spray-drying molding process.
본 발명에서는 안정하고, 균질하며, 잘 분산된 유동성 슬러리를 분무건조기로 성형제조하여 구형의 탈황제 제립체를 제조한다. 분무건조기의 운전조건은 탈황제의 입도 분포가 30~300㎛가 되도록 선정된다. 탈황제 입자의 형상, 입자크기와 분포, 탈황제의 조직에 영향을 미치는 인자로는 슬러리의 농도와 점도, 분산정도, 슬러리의 주입 압력과 양, 분무건조기의 건조용량 및 온도 등을 들 수 있다. 이러한 변수들은 분무건조기의 구조와 노즐형태에 따라 달라질 수 있다.In the present invention, a stable, homogeneous, and well-dispersed flowable slurry is molded into a spray dryer to prepare spherical desulfurizer granules. Operation conditions of the spray dryer are selected so that the particle size distribution of the desulfurization agent is 30 ~ 300㎛. Factors affecting the shape, particle size and distribution of the desulfurizing agent particles, the structure of the desulfurizing agent include the concentration and viscosity of the slurry, the degree of dispersion, the injection pressure and amount of the slurry, the drying capacity and temperature of the spray dryer. These parameters may vary depending on the structure and nozzle type of the spray dryer.
본 발명에 사용한 분무건조기는 자체 설계 제작한 것으로서, 건조통의 크기는 높이 2m, 지름 1m이며, 원뿔통을 포함한 길이는 2.94m인 전열기로 건조하는 타입의 건조기이다. 이 분무건조기는 상부에 로터리 휠 아토마이저(Rotary Wheel Atomizer) 또는 가압 노즐을 사용하여 병류식으로 분무건조할 수 있으며, 또 하부에 설치된 가압노즐을 사용하여 향류식으로 분무건조할 수 있도록 설계되었다.The spray dryer used in the present invention is designed and manufactured by itself, and the size of the drying cylinder is 2m in height and 1m in diameter, and the dryer including the conical cylinder is 2.94m in length and dried by a heater. The spray dryer can be spray-dried co-currently using a rotary wheel atomizer or a pressure nozzle at the top, and is designed to be spray-dried counter-currently using a pressure nozzle installed at the bottom.
본 발명에서는 이와 같은 소형 분무건조기에서 평균입자 직경 약 70-120㎛ 크기로 제조하기 위해서 건조기 내부에서 분사된 입자들의 체류시간을 증가시키기 위해 분무건조기 하부에 가압노즐(Centrifugal Pressure Nozzle, 내경 0.4~0.7mm)을 사용하여 향류식(Counter-Current Fountain Configuration) 분무방식을 사용하였다. 전형적인 분무건조기의 운전조건은 주입압력 8-12 kg/cm2, 가압노즐 내경 0.51 mm, 분무건조기 입구온도 260-280℃, 분무건조기 출구 온도 90-150℃이다. 분무건조기의 수율은 70-80%이다.In the present invention, in order to manufacture an average particle diameter of about 70-120㎛ size in such a small spray dryer, a pressure nozzle (Centrifugal Pressure Nozzle, inner diameter 0.4 ~ 0.7) in the lower part of the spray dryer to increase the residence time of the particles sprayed inside the dryer. mm) was used for the Counter-Current Fountain Configuration spray method. Typical operating conditions for spray dryers are injection pressure 8-12 kg / cm 2 , pressurized nozzle internal diameter 0.51 mm, spray dryer inlet temperature 260-280 ° C, spray dryer outlet temperature 90-150 ° C. The yield of the spray dryer is 70-80%.
본 발명에서는 20~50wt% 사이의 고농도를 갖는 균질하고, 잘 분산된 안정한 유동성 슬러리를 제조할 수가 있다. 이러한 콜로이드 슬러리를 분무건조기로 성형하여 소성된 탈황제의 입자분포는 30∼300㎛ 사이로서 평균 입도가 70∼120㎛인 구형의 탈황제를 제조하기 위해서는 슬러리의 농도와 점도가 각각 25~45wt% 및 100-1400cps 사이가 적합하며, 본 발명에서는 주로 슬러리의 농도와 점도가 30±5 wt% 및 500±200cps가 되도록 조정한다.In the present invention, a homogeneous, well dispersed, stable flowable slurry having a high concentration between 20 and 50 wt% can be prepared. The particle distribution of the desulfurization agent calcined by molding the colloidal slurry with a spray dryer is between 30 and 300 μm, and in order to prepare a spherical desulfurization agent having an average particle size of 70 to 120 μm, the concentration and viscosity of the slurry are 25 to 45 wt% and 100, respectively. Between -1400 cps is suitable, and the present invention is mainly adjusted so that the concentration and viscosity of the slurry are 30 ± 5 wt% and 500 ± 200 cps.
분무건조 성형 제조되는 탈황제의 제립체는 110~150℃ 공기 분위기의 환류 건조기에서 2시간 이상 건조한다. 건조된 제립체는 공기 분위기 중에서 5℃/min으로 승온하여 600-1000℃ 사이의 온도에서 두 시간 이상 소성하여 최종 탈황제로 제조된다. 본 발명에서는, 특히 650-850℃ 사이의 온도에서 두 시간 이상 소성하는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명에서는 소성과정으로 용매제거와 유기첨가제를 효율적으로 연소 제거하기 위해 200℃ 와 500℃ 온도에서 각각 1~2시간 정도 유지한후에 650-850℃까지 승온할 수 있다.The granules of the desulfurization agent manufactured by spray drying molding are dried for 2 hours or more in a reflux dryer in an air atmosphere of 110 to 150 ° C. The dried granules are heated to 5 ° C./min in an air atmosphere and calcined for at least two hours at a temperature between 600-1000 ° C. to produce a final desulfurizing agent. In the present invention, it may be desirable to bake at least two hours, especially at temperatures between 650-850 ° C. In the present invention, in order to efficiently remove and remove the solvent and the organic additive by combustion, the temperature may be raised to 650-850 ° C. after maintaining the temperature at 200 ° C. and 500 ° C. for 1 to 2 hours, respectively.
이하, 본 발명을 하기의 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 하나, 이들 실시예는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것이 아님을 이해하여야만 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, it should be understood that these examples are only for illustrating the present invention and not for limiting the present invention.
실시예 1: 탈황제 A 및 B의 제조Example 1 Preparation of Desulfurizers A and B
본 실시예는 산화니켈을 분쇄한 후 규조토와 혼합하여 재분쇄한 다음 각 원료를 혼합하는 과정을 보여준다.This example shows a process of crushing nickel oxide, mixing it with diatomaceous earth, regrinding, and then mixing each raw material.
산화니켈(Nihon Kagaku Sangyo Co. LTD, Jn, 평균 입경 30-40㎛) 300g를 증류수 2ℓ에 넣고 혼합한 후 코발 애뉼라 비드 밀(CoBall annular bead mill: model MS-12, Fryma Mashinen AG, Switzerland: 이하 '프리마 코발 밀(Fryma CoBall mill)'이라 칭함)로 세 번 습식 분쇄하여 평균 입경이 1㎛ 이하가 되게 하였다(분쇄하여 분산시킨 산화니켈은 방치 후 응집체가 형성됨). 산화니켈 슬러리에 10㎛ 이하로 분쇄한 규조토(Celite 535, Celite Corp. USA) 1.6 kg과 평균 입경이 0.34㎛인 산화아연(Honzo Chemical Co. Jn) 2kg을 산화니켈이 담긴 고속 혼합기(rpm 1600)에 순차적으로 넣어 고속 교반하면서 잘 혼합하여 식힌 후, 프리마 코발 밀로 두 번 재분쇄하고 분산시켜 균질한 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 부피로 3등분하여 슬러리 A, B 및 C로 나눈 후, 다음의 과정을 거쳐 슬러리로 제조하였다.CoBall annular bead mill: model MS-12, Fryma Mashinen AG, Switzerland The wet pulverization was then performed three times with a 'Fryma CoBall mill' to give an average particle diameter of 1 탆 or less (nickel oxide pulverized and dispersed to form an aggregate after standing). A high-speed mixer (rpm 1600) containing 1.6 kg of diatomaceous earth (Celite 535, Celite Corp. USA) ground in a nickel oxide slurry and 2 kg of zinc oxide (Honzo Chemical Co. Jn) having an average particle diameter of 0.34 μm. The mixture was added sequentially to the mixture, cooled well with high speed stirring, and then re-crushed and dispersed twice with a Prima cobalt mill to prepare a homogeneous slurry. The slurry was divided into three parts by volume, divided into slurry A, B, and C, and then prepared into a slurry by the following procedure.
슬러리 A를 고속 혼합기에 넣고 교반하면서 3M HNO350㎖로 슬러리의 pH를6.31(32℃)로 조정하였다. pH 6.31인 슬러리에 알루미나 졸 667g(Alumina sol, 20 wt%, Nyacol AL20, The PQ Corp. USA)을 소량씩 첨가하며 교반하였으며, 슬러리가 원활히 교반될 수 있도록 SN5468 분산제를 약 5㎖ 정도씩 첨가하고 이 과정에서 40 ㎖를 사용하였다. 알루미나 졸을 모두 첨가한 다음, 5분 동안 더 고속 교반한 후 냉각통에 슬러리를 옮겨 기계적 교반기(mechanical stirrer)로 저속교반하면서 슬러리를 냉각시켰다. 냉각된 슬러리에 PEG 유기결합제 37g과 HS551 소포제 2ml를 첨가하고 저속으로 약 1시간 동안 교반하였다. 이 때 슬러리의 pH는 7.98(23℃)이고 점도는 162 cps이었다(Brookfield viscometer model: RVD-1+, spindle No3, 60rpm). 점도가 낮으므로 6M HNO310㎖과 분산제 6㎖를 가하고 서서히 교반하면서 15시간 정도 슬러리를 노화시켰다. 노화시킨 슬러리는 21.3℃에서 pH=7.38, 점도는 385cps이었다. 6M HNO315㎖와 분산제 18.2㎖을 추가로 넣고 교반하여 슬러리 A의 농도, pH와 점도를 40wt%, 7.22(22℃)와 605cps(22℃)로 조절하였다. 이렇게 제조된 슬러리를 120 mesh/400mesh 체로 걸러서 큰 이물질과 덩어리들을 제거한 후, 분무건조기의 슬러리 탱크로 옮겨 펌프를 통해 분무건조기로 분무하여 탈황제 제립체를 성형 제조하였다. 가압노즐(내경 0.51mm)을 사용하여 향류식(Counter-Current Fountain Configuration) 분무방식을 사용하였다. 분무건조기 입구의 열풍 온도는 270℃이고 출구 온도는 110-130℃이며, 슬러리 분무 압력은 약 10-15 kg/cm2이었다. 이렇게 제조된 탈황제 제립체(Green Body)를 건조기에서 120℃로 2시간 이상 건조한 후, 750℃ 공기분위기의 소성로에서 3시간 이상 소성하였다. 소성온도에 도달하기 전에 200℃, 500℃와 650℃에서 각각 1시간 정도 체류시켜 용매를 제거시키고 또 유기물이 거의 완전히 분해 제거될 수 있도록 하였다. 이때 승온 속도는 5℃/min로 하였다. 이렇게 제조된 탈황제를 탈황제 A로 지정하였다.Slurry A was placed in a high speed mixer and the pH of the slurry was adjusted to 6.31 (32 ° C.) with 50 mL of 3M HNO 3 while stirring. To the slurry at pH 6.31, 667 g of alumina sol (Alumina sol, 20 wt%, Nyacol AL20, The PQ Corp. USA) was added and stirred in small portions, and about 5 ml of SN5468 dispersant was added to make the slurry smoothly stirred. 40 mL was used in this process. After all the alumina sol was added, the mixture was stirred at a higher speed for 5 minutes, and then the slurry was transferred to a cooling vessel to cool the slurry while stirring at a slow speed with a mechanical stirrer. 37 g of PEG organic binder and 2 ml of HS551 antifoam were added to the cooled slurry, and the mixture was stirred at low speed for about 1 hour. At this time, the slurry had a pH of 7.98 (23 ° C.) and a viscosity of 162 cps (Brookfield viscometer model: RVD-1 +, spindle No3, 60 rpm). Since the viscosity was low, 10 ml of 6M HNO 3 and 6 ml of dispersant were added, and the slurry was aged for about 15 hours with gentle stirring. The aged slurry had a pH of 7.38 at 21.3 占 폚 and a viscosity of 385 cps. 15 ml of 6M HNO 3 and 18.2 ml of a dispersant were further added and stirred to adjust the concentration, pH and viscosity of the slurry A to 40 wt%, 7.22 (22 ° C.) and 605 cps (22 ° C.). The slurry thus prepared was filtered through a 120 mesh / 400mesh sieve to remove large foreign matters and agglomerates, and then transferred to a slurry tank of the spray dryer, sprayed through a pump, and sprayed into a spray dryer to form a desulfurizer granule. A counter-current spray configuration was used using a pressurized nozzle (inner diameter 0.51 mm). The hot air temperature of the spray dryer inlet was 270 ° C., the outlet temperature was 110-130 ° C., and the slurry spray pressure was about 10-15 kg / cm 2 . The desulfurization agent granules (Green Body) thus prepared were dried at 120 ° C. for 2 hours or more in a dryer, and then fired at 750 ° C. in a firing furnace for 3 hours or longer. Before reaching the firing temperature, the solvent was kept at 200 ° C., 500 ° C. and 650 ° C. for 1 hour to remove the solvent and almost completely decompose the organics. The temperature increase rate was 5 degrees C / min. The desulfurization agent thus prepared was designated as desulfurization agent A.
슬러리 B를 고속 혼합기에 넣고 교반하면서 알루미나 졸 667g을 서서히 가하고, 혼합 슬러리가 원활히 고속 교반될 수 있도록 분산제를 필요한 양 만큼씩 넣어 주었다. 알루미나 졸을 모두 가한 슬러리를 냉각통에 옮겨 교반하면서 PEG 유기결합제 37g을 넣고 교반하여 주었다. 슬러리에 6M HNO350㎖, 분산제와 HS551 소포제 2㎖을 넣고 교반하여 측정한 슬러리의 pH와 점도는 24.1℃에서 7.30과 366cps이었다. 이 때까지 첨가한 분산제는 60.5㎖이었다. 슬러리에 6M HNO320㎖와 TBS 분산제 3㎖를 추가하여 교반한 결과, 슬러리의 pH는 다소 내려간 6.57(21.7℃)이었지만 점도는 1666cps이상이었다. 이런 상태에서 서서히 교반하면서 15시간 정도 슬러리를 노화시켰다.Slurry B was slowly added to the high speed mixer while stirring, and 667 g of alumina sol was slowly added thereto, and the dispersant was added in necessary amounts so that the mixed slurry could be smoothly stirred at high speed. The slurry to which all the alumina sol was added was transferred to a cooling tube, and 37 g of PEG organic binder was added thereto and stirred. 50 ml of 6M HNO 3 , a dispersant, and 2 ml of HS551 defoamer were added to the slurry, and the pH and viscosity of the slurry measured by stirring were 7.30 and 366 cps at 24.1 ° C. The dispersant added up to this point was 60.5 ml. When the slurry was added with 20 ml of 6M HNO 3 and 3 ml of TBS dispersant, the pH of the slurry was slightly lowered to 6.57 (21.7 ° C), but the viscosity was 1666 cps or more. In this state, the slurry was aged for about 15 hours with gentle stirring.
슬러리 C를 고속 혼합기에 넣고 교반하면서 6M HNO350㎖를 넣어 슬러리의 pH를 낮추고(pH=5.70,45.6℃), 알루미나 졸 667g을 거의 일시에 가하였다. 이 과정에서 슬러리의 유동성이 좋아 분산제 5㎖만이 소요되었다. 슬러리를 냉각통에 옮기고 교반하면서 PEG 유기결합제 37g을 넣고 교반하면서 분산제 약 80㎖과 HS551 소포제 2㎖을 첨가하였다. 이 때 슬러리의 pH는 32.3℃에서 6.66인 반면 점도는 1666 cps로 높았다. 이런 상태에서 서서히 교반하면서 15시간 정도 슬러리를 노화시켰다.Slurry C was placed in a high speed mixer and 50 mL of 6 M HNO 3 was added while stirring to lower the pH of the slurry (pH = 5.70, 45.6 ° C.), and 667 g of alumina sol was added at a time. In this process, only 5 ml of dispersant was required because of the fluidity of the slurry. The slurry was transferred to a cooling vessel, 37 g of PEG organic binder was added while stirring, and about 80 ml of a dispersant and 2 ml of HS551 antifoam were added while stirring. At this time, the slurry had a high pH of 1666 cps while the pH of the slurry was 6.66 at 32.3 ° C. In this state, the slurry was aged for about 15 hours with gentle stirring.
조정된 슬러리 B와 C를 한 냉각통에 혼합하고(농도=41.09wt%), 분산제 20㎖과 증류수 164㎖을 넣어 교반하였다. 최종 슬러리의 농도는 40.26wt%이고 pH와 점도는 26℃에서 각각 6.74와 1400cps이었다. 이렇게 제조된 슬러리를 120mesh/400 mesh 체로 걸러서 큰 이물질과 덩어리들을 제거한 후, 분무건조기의 슬러리 탱크로 옮겨 펌프를 통해 분무건조기로 분무하였다. 이 후의 과정은 탈황제 A의 제조과정과 마찬가지로 하였다. 이렇게 제조된 탈황제를 탈황제 B로 지정하였다.The adjusted slurry B and C were mixed in one cooling tank (concentration = 41.09 wt%), 20 ml of a dispersant and 164 ml of distilled water were added and stirred. The final slurry concentration was 40.26 wt% and the pH and viscosity were 6.74 and 1400 cps at 26 ° C., respectively. The slurry thus prepared was filtered through a 120mesh / 400 mesh sieve to remove large foreign matters and lumps, and then transferred to the slurry tank of the spray dryer, and sprayed with a spray dryer through a pump. The subsequent process was the same as the manufacturing process of the desulfurization agent A. The desulfurization agent thus prepared was designated as desulfurization agent B.
실시예 2: 탈항제 C의 제조Example 2: Preparation of Antidetergent C
본 실시예에서는 규조토와 산화니켈을 혼합하고 재분쇄 및 분산시켜 슬러리를 제조하는 과정을 보여준다.In this embodiment, a slurry is prepared by mixing, regrinding and dispersing diatomaceous earth and nickel oxide.
고속혼합기에 증류수 2ℓ, 6M HNO325㎖과 산화니켈(Nihon Kagaku Sangyo Co. LTD, Jn, 평균 입경 30-40㎛) 300g을 넣고 5분 정도 고속 교반하였다. 이 때 혼합물의 pH는 1.6(29℃)이었다. 혼합물을 냉각시킨 후 프리마 코발 밀로 두 번 습식 분쇄하였다(pH=2.42, 42.4℃). 고속혼합기에 증류수 2.5ℓ과 규조토 1.6kg을 넣고 고속 교반하여 식힌 후, 프리마 코발 밀로 1회 분쇄하였다(pH=10.42, 28.4℃). 규조토 슬러리에 6M HNO330㎖를 넣어 교반하여 측정한 슬러리의 pH는 2.11(31℃)이었다. 산화니켈과 규조토 슬러리를 한 냉각통(cooling chamber)에 넣고 저속교반기 (500rpm 이하)로 교반하여 냉각시킨 후, 프리마 코발 밀로 1회 분쇄 및 분산시켰다 (pH=3.32, 27℃). 이 슬러리를 두 개의 고속교반기에 같은 부피로 나누어 넣고 고속 교반하면서 산화아연 1kg을 각각의 교반기에 서서히 첨가하면서 고속교반이 원활하도록 분산제를 소량씩 첨가하였다. 이 과정은 약 15분 정도 소요되었으며 첨가한 분산제의 양은 총 22㎖이었다. ZnO의 첨가 후, 각 슬러리의 pH는 43℃에서 약 6.3이었다. 또한, 혼합 슬러리를 고속 교반하면서 알루미나 졸 1kg을 각각 넣었다. 여기에 각기 PEG 유기결합제 56g과 HS551 소포제 10㎖을 넣고 약 3분 정도 고속 교반하여 슬러리를 제조하였다. 두 고속교반기에 있는 슬러리를 냉각통에 같이 넣고 HS551 소포제 4㎖을 첨가하여 냉각시키면서 교반하였다. 슬러리의 pH, 점도는 21.2 ℃에서 각각 6.90과 1440cps였다. 슬러리를 약 12 시간 정도 노화시킨 다음, 슬러리의 pH와 점도는 각각 6.77과 1100cps이었다. 슬러리는 가소성이 적으며, 용기 주변에서 응집된 것이 발견되었다. 슬러리에 산에 안정한 TBS 분산제 3.6 ㎖를 투입한 결과 슬러리의 점도가 5300cps까지 증가하여, 추가로 3.8㎖를 넣었으나 점도변화가 미미하여 SN 5468 분산제 107㎖을 첨가하여 점도를 재조정하였으나 2550cps로 분무건조 성형하기에 높은 점도를 보였다. 이 슬러리에 벤토나이트 75g을 물 600 ㎖과 SN 5468 분산제 20㎖을 혼합하여 분산시킨 슬러리를 투입하고 잘 교반하여 슬러리의 특성을 조정하였다. 최종 슬러리의 pH와 점도는 27℃에서 각각 7.41과 568 cps이었다. 또한, 슬러리의 농도는 38.7%이었다. 이렇게 제조된 슬러리를 120 mesh/400mesh 체로 걸러서 큰 이물질과 덩어리들을 제거한 후, 분무건조기의 슬러리 탱크로 옮겨 펌프를 통해 분무건조기로 분무하였다. 이 후 과정은 탈황제 A의 분무건조 성형방법(슬러리 주입압력 10 atm/kg2), 예비 건조 및 소성방법(단, 소성시간 750℃ 6시간)과 마찬가지로 수행하였다. 이렇게 제조된 탈황제를 탈황제 C로지정하였다.2 L of distilled water, 25 ml of 6M HNO 3 and 300 g of nickel oxide (Nihon Kagaku Sangyo Co. LTD, Jn, average particle diameter 30-40 µm) were added to the high speed mixer, and the mixture was stirred at a high speed for about 5 minutes. At this time, the pH of the mixture was 1.6 (29 ° C). The mixture was cooled and then wet milled twice with a Prima Cobalt mill (pH = 2.42, 42.4 ° C.). 2.5 L of distilled water and 1.6 kg of diatomaceous earth were added to a high speed mixer, and the mixture was cooled and stirred at high speed, and then pulverized once with a Prima cobalt mill (pH = 10.42, 28.4 ° C.). 30 mL of 6 M HNO 3 was added to the diatomaceous earth slurry, and the pH of the slurry measured by stirring was 2.11 (31 ° C). Nickel oxide and diatomaceous earth slurry were put in one cooling chamber, stirred and cooled by a low speed stirrer (500 rpm or less), and then ground and dispersed once with a Prima cobal mill (pH = 3.32, 27 ° C). The slurry was divided into two high-speed stirrers in the same volume, and a small amount of dispersant was added to smooth the high-speed stirring while slowly adding 1 kg of zinc oxide to each stirrer while stirring at high speed. This process took about 15 minutes and the total amount of dispersant added was 22 ml. After addition of ZnO, the pH of each slurry was about 6.3 at 43 ° C. Further, 1 kg of alumina sol was added to the mixed slurry while stirring at high speed. 56 g of PEG organic binder and 10 ml of HS551 antifoam were added thereto, and the mixture was stirred at high speed for about 3 minutes to prepare a slurry. The slurries in both high speed stirrers were put together in a cooling vessel and stirred while adding 4 ml of HS551 antifoam. The pH and viscosity of the slurry were 6.90 and 1440 cps, respectively at 21.2 ° C. After the slurry was aged for about 12 hours, the pH and viscosity of the slurry were 6.77 and 1100 cps, respectively. The slurry was less plastic and found to aggregate around the vessel. 3.6 ml of acid-stable TBS dispersant was added to the slurry, and the viscosity of the slurry increased to 5300 cps. In addition, 3.8 ml was added. However, the viscosity was minimal and 107 ml of SN 5468 dispersant was added to readjust the viscosity, but spray-dried to 2550 cps. High viscosity was shown below. A slurry in which 75 g of bentonite was mixed with 600 ml of water and 20 ml of a SN 5468 dispersant was added to the slurry, and the mixture was stirred well to adjust the characteristics of the slurry. The pH and viscosity of the final slurry were 7.41 and 568 cps at 27 ° C, respectively. In addition, the concentration of the slurry was 38.7%. The slurry thus prepared was filtered through a 120 mesh / 400mesh sieve to remove large foreign matters and lumps, and then transferred to the slurry tank of the spray dryer, and sprayed with a spray dryer through a pump. After this process was carried out in the same manner as the spray drying molding method (slurry injection pressure 10 atm / kg 2 ) of the desulfurization agent A, preliminary drying and firing method (but firing time 750 ℃ 6 hours). The desulfurization agent thus prepared was designated as desulfurization agent C.
실시예 3: 탕황제 D의 제조Example 3: Preparation of Sulfur Dispersant D
고속교반기에 증류수 2.3ℓ과 3M HNO327㎖을 넣은 용액을 교반하면서 규조토 1.6kg과 산화니켈 0.3kg을 넣어 잘 혼합하여 냉각시켰다(pH=2.62, 30.2℃). 이 혼합물을 프리마 코발 밀로 두 번 재분쇄 및 분산시켰다. 1회와 2회의 재분쇄 후 혼합물의 pH는 각각 7.14(31.2℃)와 8.2(38℃)로 증가하였다. 3 M HNO36㎖을 넣고 교반하여 혼합물의 pH를 6.24(27℃)로 조정하였다. 이 혼합물을 고속교반기에 옮기고 증류수 3.8ℓ과 6M HNO340㎖을 첨가하여 잘 교반하였다. 혼합물을 교반하면서 산화아연 2kg, 벤토나이트 200g과 미리 TBS 분산제 3.6㎖을 첨가한 알루미나 졸 2 kg을 순서대로 넣고 혼합하였다. 이 때 원활한 고속교반이 될 수 있도록 SN5468 분산제를 필요한 양 만큼씩 첨가하였다(153㎖ 소요). 제조된 슬러리를 냉각통에 옮기고 저속교반하여 pH와 점도를 측정한 결과 각각 26℃에서 7.9와 620cps이었다. 6M HNO330㎖를 첨가하고, 분산제 25㎖, 유기결합제 112g과 HS551 소포제 6㎖을 가하여 잘 교반하였다. 슬러리를 12시간 이상 교반하면서 노화시킨 후 212㎛의 체로 이 물질을 제거한 후의 슬러리의 농도는 35wt%이고, pH와 농도는 27℃에서 각각 7.5와 1210 cps이었다. 이렇게 제조된 슬러리를 분무건조기의 슬러리 탱크로 옮겨 펌프를 통해 분무건조기로 분무하였다. 이 후 과정은 탈황제 A와 유사한 방법으로 분무건조 성형, 예비 건조와 소성을 거쳐 탈황제 D를 제조하였다.In a high speed stirrer, a solution containing 2.3 L of distilled water and 27 ml of 3M HNO 3 was added while stirring 1.6 kg of diatomaceous earth and 0.3 kg of nickel oxide, followed by cooling well (pH = 2.62, 30.2 ° C.). This mixture was regrind and dispersed twice with Prima Cobalt Mill. After one and two regrinds, the pH of the mixture increased to 7.14 (31.2 ° C) and 8.2 (38 ° C), respectively. 6 ml of 3 M HNO 3 was added and stirred to adjust the pH of the mixture to 6.24 (27 ° C.). The mixture was transferred to a high speed stirrer, and 3.8 liters of distilled water and 40 ml of 6M HNO 3 were added and stirred well. While stirring the mixture, 2 kg of zinc oxide, 200 g of bentonite, and 2 kg of alumina sol to which 3.6 ml of TBS dispersant was added were added in order and mixed. At this time, SN5468 dispersant was added in necessary amounts (153 ml required) to achieve smooth high speed stirring. The slurry was transferred to a cooling vessel and stirred at low speed to measure pH and viscosity, and the results were 7.9 and 620 cps at 26 ° C., respectively. 30 ml of 6M HNO 3 was added, 25 ml of dispersant, 112 g of organic binder, and 6 ml of HS551 defoamer were added and stirred well. After the slurry was aged with stirring for at least 12 hours, the concentration of the slurry after removing this material with a sieve of 212 µm was 35 wt%, and the pH and concentration were 7.5 and 1210 cps at 27 ° C, respectively. The slurry thus prepared was transferred to the slurry tank of the spray dryer and sprayed into the spray dryer through a pump. Subsequently, desulfurizer D was prepared by spray drying, predrying, and firing in a similar manner to desulfurizer A.
실시예 4: 탈황제 E의 제조Example 4 Preparation of Desulfurizer E
고속교반기에 증류수 0.8ℓ과 산화니켈 0.6kg을 넣고 교반하면서(초기 pH= 6.30, 26.3℃) 3M HNO34.3㎖을 첨가하여 pH를 3.01(26.4℃)로 조정하고 프리마 코발 밀로 두 번 재분쇄 및 분산시켰다. 두 번 분쇄 후 혼합물의 pH는 6.7(53℃)이었다. 증류수 2.8ℓ과 규조토 3.2kg를 고속교반기에 넣고(초기 pH=10.02, 26℃) 교반하면서 3M HNO325.7㎖을 첨가하여 pH를 7.2(26.4℃)로 조정하고 프리마 코발 밀로 1회 분쇄한 결과 pH가 9.58(36.6℃)로 증가하였다. 두 번 분쇄한 산화니켈과 1회 분쇄한 규조토를 혼합 교반하고, 6M HNO355㎖을 넣어 pH를 4로 조정하고(실제 pH= 3.75, 29.6℃) 프리마 코발 밀로 재분쇄 및 분산시켰다. 즉, 프리마 코발 밀로 산화니켈은 3회, 규조토는 2회 분쇄 및 분산시켰다. 냉각통에 이 혼합물을 넣고 저속교반하면서 증류수 3.8ℓ과 ZnO를 첨가하였다(pH=6.68, 26.5℃). 추가로 6M HNO320 ㎖를 넣고 교반하여 pH를 측정한 결과 6.65(24.3℃)로 거의 변화되지 않았다[이 혼합물의 pH를 4 정도로 조정하기 위해 혼합물 500㎖을 증류수 100㎖과 섞어 교반하면서 6M HNO3를 10㎖씩 총 70㎖을 첨가한 결과 pH는 5.75(33.1℃)이었다.].In a high speed stirrer, add 0.8 L of distilled water and 0.6 kg of nickel oxide while stirring (initial pH = 6.30, 26.3 ° C.), and add 4.3 ml of 3M HNO 3 to adjust the pH to 3.01 (26.4 ° C.) and regrind twice with Prima cobalt mill. Dispersed. After grinding twice, the mixture had a pH of 6.7 (53 ° C). 2.8ℓ of distilled water and 3.2kg of diatomaceous earth were put into a high speed stirrer (initial pH = 10.02, 26 ℃), and 25.7ml of 3M HNO 3 was added while stirring to adjust the pH to 7.2 (26.4 ℃) and pulverized once with Prima cobalt mill. Increased to 9.58 (36.6 ° C). The nickel oxide, which was pulverized twice, and the pulverized diatomaceous earth were mixed and stirred, and 55 ml of 6M HNO 3 was added to adjust the pH to 4 (actual pH = 3.75, 29.6 ° C.), and regrind and dispersed in a prima cobal mill. In other words, nickel oxide was pulverized three times and diatomaceous earth was crushed and dispersed twice with a prima cobalt mill. The mixture was placed in a cooling vessel, and 3.8 L of distilled water and ZnO were added while stirring at low speed (pH = 6.68, 26.5 ° C). In addition, 20 ml of 6M HNO 3 was added and stirred, and the pH was measured. As a result, it was hardly changed to 6.65 (24.3 ° C.) [In order to adjust the pH of the mixture to 4, 500 ml of the mixture was mixed with 100 ml of distilled water and stirred, and the mixture was stirred. 70 ml of 3 was added in total of 10 ml. The pH was 5.75 (33.1 캜).
벤토나이트 0.4kg과 알루미나 졸 4kg을 고속교반기에 넣고 교반하면서(초기 pH=5.6, 25℃) 6M HNO325㎖을 서서히 넣어 주어 pH가 약 4가 되게 하였다(실제 4.16, 40.3℃).0.4 kg of bentonite and 4 kg of alumina sol were placed in a high speed stirrer and stirred (initial pH = 5.6, 25 ° C.) to 25 ml of 6M HNO 3 to gradually bring the pH to about 4 (actual 4.16, 40.3 ° C.).
위의 두 슬러리를 고속교반기에 넣고 혼합한 후 냉각통에 넣고 분산제(SN 5468) 416㎖, PEG 유기결합제 224g과 HS551 소포제 4㎖을 넣고 교반하면서 하루 밤 동안 노화시켰다(약 12시간). 210㎛의 체로 이물질을 제거한 슬러리를 분무건조기 슬러리 탱크에 옮기고 HS551 소포제 4㎖를 첨가하여 잘 교반하였다. 최종 슬러리의 pH와 점도는 26℃에서 각각 7.43과 490cps이고, 농도는 43.1wt%였다. 이렇게 제조된 슬러리를 분무건조기의 슬러리 탱크로 옮겨 펌프를 통해 분무건조기로 분무하였다. 이 후 과정은 탈황제 A와 유사한 방법으로 분무건조 성형, 예비 건조와 소성을 거쳐 탈황제 E를 제조하였다.The above two slurries were put in a high speed stirrer, mixed, and then put in a cooling tube, and 416 ml of a dispersant (SN 5468), 224 g of PEG organic binder, and 4 ml of HS551 antifoam were aged and stirred for about one night (about 12 hours). The slurry from which foreign matters were removed by a sieve of 210 µm was transferred to a spray dryer slurry tank, and 4 ml of HS551 antifoam was added thereto, followed by stirring well. The pH and viscosity of the final slurry were 7.43 and 490 cps at 26 ° C., respectively, and the concentration was 43.1 wt%. The slurry thus prepared was transferred to the slurry tank of the spray dryer and sprayed into the spray dryer through a pump. Subsequently, desulfurizer E was prepared by spray drying, predrying, and firing in a similar manner to desulfurizer A.
실시예 5: 탈황제 F의 제조Example 5: Preparation of Desulfurizer F
고속교반기에 증류수 1.6ℓ, 3M HNO310㎖과 산화니켈 1.2kg을 넣고 교반하여 냉각시킨 후, 프리마 코발 밀로 두 번 재분쇄 및 분산시켰다(pH=3.20, 26.6℃)(슬러리 1).1.6 L of distilled water, 10 ml of 3M HNO 3 and 1.2 kg of nickel oxide were added to a high speed stirrer, and the mixture was stirred and cooled, and then regrind and dispersed twice with a prima cobal mill (pH = 3.20, 26.6 ° C.) (Slurry 1).
고속교반기에 증류수 8ℓ, 6M HNO368㎖과 규조토 6.4kg(filter cel 4.4 kg과 celite 2.0 kg)을 교반하여 냉각시킨 다음(초기 pH=3.2, 20.4℃), 프리마 코발 밀로 두 번 분쇄 및 분산시켰다. 이 과정에서 추가로 소요된 증류수는 약 2ℓ이고 규조토 슬러리의 pH는 19℃에서 4.25이었다(슬러리 2).In a high speed stirrer, 8 ml of distilled water, 68 ml of 6M HNO 3 and 6.4 kg of diatomaceous earth (4.4 kg of filter cel and 2.0 kg of celite) were stirred and cooled (initial pH = 3.2, 20.4 ° C.), and then triturated and dispersed twice with Prima cobalt mill. . Additional distilled water required in this process was about 2 liters and the pH of the diatomaceous earth slurry was 4.25 at 19 ° C. (Slurry 2).
고속교반기에 증류수 7ℓ, 6M HNO360㎖과 벤토나이트 0.8kg를 넣고 교반하면서 알루미나 졸 8kg을 서서히 첨가하였다(pH=6.25, 30.5℃). 6M HNO3180㎖을 더 추가하여 pH 약 4로 조절하고, 분산제를 200㎖ 넣고 교반하였으나 슬러리의 유동성을 좋지 않았다(슬러리 3).7 L of distilled water, 60 ml of 6M HNO 3 and 0.8 kg of bentonite were added to a high speed stirrer, and 8 kg of alumina sol was added slowly with stirring (pH = 6.25, 30.5 ° C.). 180 ml of 6M HNO 3 was further added to adjust the pH to about 4, and 200 ml of a dispersant was added and stirred, but the flowability of the slurry was not good (Slurry 3).
슬러리 2를 큰 통에 옮긴 다음, 교반하면서 슬러리 3과 1을 순서대로 넣고 분산제 350㎖을 첨가하여 잘 교반하였다. 여기에 산화아연 8kg를 교반하면서 서서히 넣어 주고, 교반이 원활하도록 필요한 양의 SN5468 분산제를 첨가하였다. 산화아연을 첨가하는 과정에서 소요된 분산제의 양은 총 350㎖이었다. 이 슬러리를 고속교반기에 3-4ℓ씩 넣고 약 10 분 동안씩 고속 교반하여 재분산시켰다. 재분산된 슬러리를 큰 통에 넣고 교반하여 냉각시키면서 PEG 유기결합제 448g과 HS551 소포제 20㎖을 첨가하고 잘 교반하였다(슬러리 4).Slurry 2 was transferred to a vat, slurry 3 and 1 were added in order with stirring, and 350 ml of dispersant was added and stirred well. 8 kg of zinc oxide was slowly added thereto while stirring, and the required amount of SN5468 dispersant was added to facilitate stirring. The amount of dispersant consumed in the course of adding zinc oxide was 350 ml in total. The slurry was added to 3-4 L each in a high speed stirrer and redispersed by high speed stirring for about 10 minutes. 448 g of PEG organic binder and 20 ml of HS551 defoaming agent were added to the redispersed slurry in a vat while stirring to cool (Slurry 4).
위에 언급한 탈황제 C-D를 제조하는 과정에서 분무건조기 싸이크론에서 수집된 작은 탈황제(주로 40㎛이하) 제립체 2.841kg, 증류수 4.622ℓ와 분산제 70㎖를 고속교반하고 냉각시켜 프리마 코발 밀로 1 회 재분쇄 및 분산시켰다. HS551 소포제 10 ㎖와 PEG 유기결합제 78.4g을 첨가하여 교반하였다(슬러리 5).During the preparation of the above-mentioned desulfurization agent CD, 2.841 kg of small desulfurization agent (mainly 40 μm or less) granules collected from the spray dryer cyclone, 4.622 L of distilled water and 70 mL of the dispersant were rapidly stirred and cooled, and regrind once with a Prima cobalt mill. Dispersed. 10 ml of HS551 defoamer and 78.4 g of PEG organic binder were added and stirred (Slurry 5).
슬러리 5를 슬러리 4에 넣고 교반하고, 고속교반기에 3-4ℓ씩 옮겨 5분동안 약 6000rpm으로 교반하였다(SN5468 분산제 6㎖ 소요). 혼합 재분산된 슬러리를 냉각통에 옮기고 HS551 소포제 4㎖를 넣어 교반하여 식힌 다음 125㎛/63㎛인 두 체로 이물질을 제거하였다. 슬러리의 점도(275cps)를 높이기 위해 6M HNO330㎖을 넣고 교반하면서 슬러리를 약 12시간 정도 노화시켰다(점도 810cps, 28℃). SN5468 분산제 약 6㎖, HS551 소포제 3㎖을 추가로 넣고 중속교반(6000rpm)하여 냉각시킨 최종 슬러리의 pH와 점도는 26.4℃에서 각각 7.44와 585-865cps이고, 농도는 39.7wt%이었다. 슬러리를 분무건조기의 슬러리 탱크로 옮겨 펌프를 통해 분무건조기로 분무하였다. 이 후 과정은 탈황제 A와 유사한 방법으로 분무건조 성형, 예비 건조와 소성을 거쳐 탈황제 F를 제조하였다.Slurry 5 was added to slurry 4, stirred, and transferred to a high speed stirrer by 3-4 liters and stirred at about 6000 rpm for 5 minutes (required 6 ml of SN5468 dispersant). The mixed redispersed slurry was transferred to a cooling tank, 4 ml of HS551 defoaming agent was added to the mixture, stirred, and cooled to remove foreign substances with two sieves of 125 µm / 63 µm. To increase the viscosity (275 cps) of the slurry, 30 ml of 6M HNO 3 was added thereto, and the slurry was aged for about 12 hours while stirring (viscosity 810 cps, 28 ° C). About 6 ml of SN5468 dispersant and 3 ml of HS551 defoaming agent were added, and the final slurry cooled by medium stirring (6000 rpm) was cooled to 7.44 and 585-865 cps at 26.4 ° C., and the concentration was 39.7 wt%. The slurry was transferred to the slurry tank of the spray dryer and sprayed through the pump to the spray dryer. Subsequently, desulfurization agent F was prepared by spray drying, predrying and firing in a similar manner to desulfurization agent A.
실시예 6: 탈황제 G의 제조Example 6: Preparation of Desulfurizer G
본 실시예에서는 34.4 kg의 고체 탈황제 원료를 사용한 스케일업(scale-up) 과정을 보여준다.This example shows a scale-up process using 34.4 kg of solid desulfurizer feedstock.
증류수 약 23ℓ, 6M HNO370㎖와 규조토 11.02kg을 혼합하고, 벤토나이트 1.6kg을 첨가하여 고속 교반하였다. 이 슬러리에 6M HNO3120㎖를 추가로 넣어 pH를 3.99(28℃)로 조정하고 프리마 코발 밀로 1회 분쇄 및 분산시켰다. 1회 분쇄 후 슬러리의 pH는 4.63(38℃)이었으나 시간이 경과하면서 7.53-7.86 사이로 증가하였다. 6M HNO3110㎖를 추가로 첨가하여 28.1℃에서 pH를 3.15로 조정하였다(슬러리 1).About 23 L of distilled water, 70 ml of 6M HNO 3 and 11.02 kg of diatomaceous earth were mixed, and 1.6 kg of bentonite was added thereto, followed by high speed stirring. 120 ml of 6 M HNO 3 was further added to the slurry to adjust the pH to 3.99 (28 ° C.), and once ground and dispersed with a Prima Cobal mill. After one grinding the pH of the slurry was 4.63 (38 ° C.) but increased over time to 7.53-7.86. Further 110 ml of 6M HNO 3 was added to adjust the pH to 3.15 at 28.1 ° C. (Slurry 1).
증류수 약 4ℓ와 3M HNO320㎖를 혼합한 용액에 NiO 2.4kg을 교반하여 혼합하였다(pH=3.20, 26.6℃). 이 혼합물을 프리마 코발 밀로 3회 재분쇄 및 분산시켰다. 이 때 이 NiO 슬러리의 pH는 26.4℃에서 6.62로 증가하여, 3M HNO330㎖로 pH를 조정한 결과 26.5℃에서 3.86이었다(슬러리 2).2.4 kg of NiO was stirred and mixed with a solution of about 4 L of distilled water and 20 ml of 3M HNO 3 (pH = 3.20, 26.6 ° C.). This mixture was regrind and dispersed three times with a Prima Cobalt mill. At this time, the pH of this NiO slurry increased from 26.4 ° C to 6.62, and the pH was adjusted to 30 ml of 3M HNO 3, which was 3.86 at 26.5 ° C (Slurry 2).
증류수 23ℓ와 6M HNO3420㎖를 혼합한 용액에 ZnO 16kg을 저속교반하여 혼합하였다(pH=6.47, 26.4℃)(슬러리 3). 추가로 산을 더 가해도 pH의 변화는 미미하였다.16 kg of ZnO was stirred at low speed by mixing 23 l of distilled water and 420 ml of 6M HNO 3 (pH = 6.47, 26.4 ° C.) (Slurry 3). Further addition of acid resulted in a slight change in pH.
큰 통에 슬러리 1을 넣고 서서히 교반하면서 알루미나 졸 16kg을 넣고, 순차적으로 슬러리 2와 3을 넣었으며, 원활한 교반을 위해 필요할 때마다 10-100㎖씩 SN5468 분산제를 넣었다. 이 혼합과정에서 슬러리의 응고나 뭉침(agglomerate) 현상은 없었으며, 소요된 분산제 량은 1344㎖이었다. 대략적으로 혼합된 슬러리를 3-4ℓ씩 고속교반기에 넣고 고속으로 10분 동안 혼합 및 분산시켰으며, 필요에 따라 분산제를 투여하였다. 고속교반기로 분산시키는 데 분산제 40㎖가 소요되었다. 분산된 슬러리를 냉각시키고 PEG 유기결합제 896g과 HS551 소포제 40㎖를 첨가하여 저속으로 교반하면서 약 12시간 정도 노화시켰다. 슬러리의 농도는 약 38wt%이었으며, pH와 점도는 약 30℃에서 7.4와 1260-1410cps이었다. SN5468 분산제 56㎖를 더 추가하여 교반한 다음 3-4ℓ씩 고속교반기에 넣고 3분 동안 중속교반하여 냉각통에 옮겼다. HS551 소포제를 추가로 30㎖를 더 가하고 냉각시키면서 교반하였다. 125㎛/45㎛의 체로 이물질을 제거한 후 측정한 슬러리의 농도는 38wt%이고, 슬러리의 pH와 점도는 26.4℃에서 각각 7.60과 670-680cps이었다. 이렇게 제조된 슬러리를 분무건조기의 슬러리 탱크로 옮겨 펌프를 통해 분무건조기로 분무하였다. 이 후 과정은 탈황제 A와 유사한 방법으로 분무건조 성형, 예비 건조와 소성을 거쳐 탈황제 G를 제조하였다.Slurry 1 was placed in a vat and 16 kg of alumina sol was added slowly with stirring, slurries 2 and 3 were added sequentially, and SN5468 dispersant was added in 10-100 ml whenever necessary for smooth stirring. There was no solidification or agglomeration of the slurry in this mixing process, and the amount of dispersant required was 1344 ml. The roughly mixed slurry was put in a 3-4 L high speed stirrer, mixed and dispersed at high speed for 10 minutes, and a dispersant was administered as necessary. 40 ml of dispersant was required to disperse with a high speed stirrer. The dispersed slurry was cooled and aged for about 12 hours while stirring at low speed by adding 896 g of PEG organic binder and 40 ml of HS551 antifoaming agent. The concentration of the slurry was about 38 wt% and the pH and viscosity were 7.4 and 1260-1410 cps at about 30 ° C. 56 ml of SN5468 dispersant was further added to the mixture, stirred, and placed in a high speed stirrer for 3-4 liters. An additional 30 ml of HS551 antifoam was added and stirred with cooling. The concentration of the slurry measured after removing the foreign matter with a sieve of 125 μm / 45 μm was 38 wt%, and the pH and viscosity of the slurry were 7.60 and 670-680 cps at 26.4 ° C., respectively. The slurry thus prepared was transferred to the slurry tank of the spray dryer and sprayed into the spray dryer through a pump. Subsequently, desulfurization agent G was prepared by spray drying, predrying and firing in a similar manner to desulfurization agent A.
실시예 7: 탈황제 H의 제조Example 7: Preparation of Desulfurizer H
본 실시예는 무기 결합제로 벤토나이트, 카오린과 보에마이트를 사용하여혼합과정에서부터 염기성 슬러리를 제조하는 과정을 보여준다. 이 과정은 혼합물 또는 슬러리를 산으로 조정하는 과정보다 단순하고 편리하다.This example shows the process of preparing a basic slurry from the mixing process using bentonite, kaolin and boehmite as inorganic binders. This process is simpler and more convenient than adjusting the mixture or slurry with acid.
고속교반기에 증류수 2ℓ와 c-NH4OH 30 ㎖를 넣고 교반하면서 카오린 200g, 벤토나이트 100g과 규조토 500g을 순서대로 넣고 약 10분 동안 잘 혼합하였다(pH= 9.76, 36.7℃)(슬러리 1).2 liters of distilled water and 30 ml of c-NH 4 OH were added to a high speed stirrer, and 200 g of kaolin, 100 g of bentonite, and 500 g of diatomaceous earth were sequentially added and mixed well for about 10 minutes (pH = 9.76, 36.7 ° C) (Slurry 1).
다른 고속교반기에 증류수 1ℓ와 보에마이트 200g을 넣고 교반하여 측정한 혼합물의 pH는 16.1℃에서 4.96이었다. 이 혼합물에 c-NH4OH 22㎖를 넣고 약 10분 동안 혼합하여 혼합물의 pH가 약 10이 되도록 조정하였다(실제 pH=9.8, 28℃)(슬러리 2).1 L of distilled water and 200 g of boehmite were added to another high speed stirrer, and the pH of the mixture measured by stirring was 4.96 at 16.1 ° C. 22 ml of c-NH 4 OH was added to the mixture and mixed for about 10 minutes to adjust the pH of the mixture to about 10 (actual pH = 9.8, 28 ° C.) (Slurry 2).
슬러리 2를 슬러리 1에 넣고 약 5분 동안 고속 교반하여 혼합 및 분산시켰다. 이 슬러리를 고속교반하면서 건조 혼합한(dry mixed) ZnO 1kg과 NiO 150g을 서서히 넣었다(소요시간 35분 이내). ZnO와 NiO 혼합물을 첨가하면서 고속교반이 원활하도록 필요한 양만큼 분산제를 첨가하였으며, 이 과정에서 소요된 SN5468 분산제는 30㎖이었다. ZnO와 NiO 혼합물을 모두 첨가한 다음 5분 정도 더 고속교반하고 슬러리를 냉각통에 옮겨 SN5468 분산제 약 10㎖을 넣고 저속교반하면서 냉각시켰다(pH=9.97, 19.7℃). 냉각된 슬러리를 프리마 코발 밀에서 두 번 재분쇄 및 분산시켰다. 2회 분쇄 및 분산시킨 슬러리의 pH는 9.87(17.8℃)이었다. 이 슬러리를 냉각통에서 교반하면서 PEG 유기결합제 56g, SN5468 분산제 8㎖, HS551 소포제 2㎖, c-NH4OH 10㎖을 첨가하였다. 이 슬러리의 pH와 점도는 각각 9.92(21.5℃)와930 cps(20.5℃)이었다. 이 슬러리를 하루 밤 동안(약12시간) 교반하면서 노화시켰다. 노화시킨 슬러리의 농도, pH, 점도와 제타전위는 각각 46.3wt%, 9.98(15℃), 1020 cps(15℃)와 -25mV이었다. 슬러리 농도를 40wt%로 맞추기 위해 증류수 약 300㎖를 넣고 약 30분 이상 교반한 후 슬러리의 농도, pH, 점도와 제타전위는 각각 39.88 wt%, 9.92(15℃), 590cps(15℃)와 -25mV이었다. 슬러리를 125㎛/45㎛의 체로 걸러 이 물질을 제거하고 분무건조기의 슬러리 탱크로 옮겨 최종 슬러리의 특성을 제어하였다. 즉 HS551 소포제 0.5㎖와 c-NH4OH 10㎖를 넣고 잘 교반하여 측정한 농도, pH, 점도와 제타전위는 각각 39.88wt%, 10.1(16.5℃), 680cps(16.5℃)와 -90∼167 mV이었다. 이렇게 제조된 슬러리를 분무건조기의 슬러리 탱크로 옮겨 펌프를 통해 분무건조기로 분무하였다. 이 후 과정은 탈황제 A와 유사한 방법으로 분무건조 성형, 예비 건조와 소성을 거쳐 탈황제 H를 제조하였다.Slurry 2 was placed in slurry 1 and mixed and dispersed by high speed stirring for about 5 minutes. While drying the slurry at high speed, 1 kg of dry mixed ZnO and 150 g of NiO were slowly added (within 35 minutes of time required). As the ZnO and NiO mixtures were added, the dispersant was added in an amount necessary to facilitate high speed stirring, and the SN5468 dispersant required in the process was 30 ml. After both ZnO and NiO mixtures were added, the mixture was stirred at a high speed for another 5 minutes, and the slurry was transferred to a cooling vessel, and about 10 mL of SN5468 dispersant was added and cooled with low stirring (pH = 9.97, 19.7 ° C). The cooled slurry was regrind and dispersed twice in a Prima Cobalt mill. The pH of the slurry milled and dispersed twice was 9.87 (17.8 ° C.). 56 g of PEG organic binder, 8 ml of SN5468 dispersant, 2 ml of HS551 defoamer, and 10 ml of c-NH 4 OH were added while stirring the slurry in a cooling vessel. The pH and viscosity of the slurry were 9.92 (21.5 ° C) and 930 cps (20.5 ° C), respectively. The slurry was aged with stirring overnight (about 12 hours). The concentration, pH, viscosity and zeta potential of the aged slurry were 46.3 wt%, 9.98 (15 ° C.), 1020 cps (15 ° C.) and -25 mV, respectively. To adjust the slurry concentration to 40wt%, add about 300ml of distilled water and stir for more than 30 minutes.The concentration, pH, viscosity, and zeta potential of the slurry were 39.88wt%, 9.92 (15 ℃), 590cps (15 ℃) and- 25 mV. The slurry was filtered through a 125 μm / 45 μm sieve to remove this material and transferred to the slurry tank of the spray dryer to control the properties of the final slurry. In other words, 0.5 ml of HS551 defoamer and 10 ml of c-NH 4 OH were added and stirred. The concentration, pH, viscosity, and zeta potential were 39.88 wt%, 10.1 (16.5 ° C.), 680 cps (16.5 ° C.), and -90 to 167, respectively. mV. The slurry thus prepared was transferred to the slurry tank of the spray dryer and sprayed into the spray dryer through a pump. Subsequently, desulfurization agent H was prepared by spray-drying molding, predrying and firing in a similar manner to desulfurization agent A.
시험예 1: 탈황제 A 내지 H의 조성 및 슬러리 특성 측정Test Example 1 Composition and Slurry Characteristics of Desulfurization Agents A to H
전술한 실시예 1 내지 7에서 제조된 탈황제는 구형으로 밀도가 0.8-1.1 g/cc, 평균입자크기는 90~120㎛, 입자분포는 40~300㎛ 이며, BET는 15~25m2/g으로 유동층 탈황공정에서 적합한 것이었다.Desulfurization agents prepared in Examples 1 to 7 are spherical in density 0.8-1.1 g / cc, average particle size is 90 ~ 120㎛, particle distribution is 40 ~ 300㎛, BET is 15 ~ 25m 2 / g It was suitable for fluid bed desulfurization.
하기의 표 1에는 위에서 언급한 실시예 1 내지 7의 탈황제의 조성과 제조된 콜로이드 슬러리의 특성을 요약하였다. 사용한 질산은 6M HNO3의 사용량으로 환산하여 정리하였다. 측정한 슬러리의 농도, pH와 점도는 임의의 수분 측정기, pH meter와 점도계를 사용하여 측정하더라도 무방하나, 여기서는 슬러리의 농도와 pH 측정에는 각각 적외선 습도 분석기(Infrared Moisture Analyzer: IR-200, Denver Instrument)와 벤치톱 pH 미터(Benchtop pH meter: 59003-05, Cole-Parmer)를 사용하였다. 슬러리의 점도는 60rpm에서 스핀들(spindle) #3으로 브룩필드 디지털 점도계(Brookfield Digital Viscometer: RDV-I+, Brookfield Engineering Laboratory, Inc.)를 사용하였다.Table 1 below summarizes the composition of the desulfurization agents of Examples 1-7 and the properties of the colloidal slurry prepared above. The used nitric acid was summarized in terms of the amount of 6M HNO 3 used. The measured slurry concentration, pH and viscosity may be measured using any moisture meter, pH meter and viscometer.In this case, the concentration and pH of the slurry can be measured using an infrared humidity analyzer (IR-200, Denver Instrument). ) And a benchtop pH meter (59003-05, Cole-Parmer) were used. The viscosity of the slurry was from a Brookfield Digital Viscometer (RDV-I +, Brookfield Engineering Laboratory, Inc.) with spindle # 3 at 60 rpm.
시험예 2: 탈황제의 물리적 특성 측정Test Example 2 Measurement of Physical Properties of Desulfurization Agent
본 시험예에서는 실시예 1 내지 7에 있어서의 탈황제의 형상, 입자 크기 및 분포, 충진밀도(bulk density), 비표면적(BET), 내마모도 등의 물리적 특성을 측정하였다.In this test example, physical properties such as the shape, particle size and distribution, bulk density, specific surface area (BET) and abrasion resistance of the desulfurization agent in Examples 1 to 7 were measured.
형상과 표면구조는 SEM-EDS(JSM 6400, Joel)으로 조사하였고, 입자크기 및 분포는 ASTM F-11에 기초하여 MEINZER-II Shaker와 13종류의 표준체(38-355㎛)를 사용하여 10g 시료를 30분 동안 분류하여 산술평균으로 계산하였다. 충진밀도는 ASTM D 4164-88에 준한 AutoTap(Quantachrome)을 사용하여 측정하였다.The shape and surface structure were examined by SEM-EDS (JSM 6400, Joel), and the particle size and distribution were 10g sample using MEINZER-II Shaker and 13 standard (38-355㎛) based on ASTM F-11. Was classified for 30 minutes and calculated as an arithmetic mean. Fill density was measured using AutoTap (Quantachrome) according to ASTM D 4164-88.
본 발명에서는 무게중량분석기(STA 1500, Rheometric)를 사용하여 탈황제의 황화반응과 재생반응 특성을 상압에서 측정하였다. 황화반응에 사용한 반응가스 조성은 9.7vol% H2, 17.5vol% CO, 6.1vol% CO2, 0.4vol% CH4, 3vol% H2S와 63.3vol% N2였다. 재생반응 가스는 공기를 사용하였다. 반응에 사용한 시료량은 10㎎이고 유량은 50ml/min이었다. 황 흡수력(sulfur capacity)은 500℃에서 측정한 값이고, 재생성(regenerability)은 650℃에서 시료가 황을 흡수한 상태에서 완전히 재생된 것을 100% 기준으로 하여 재생정도를 측정한 것이다.In the present invention, using the gravimetric analyzer (STA 1500, Rheometric), the sulfidation and regeneration of the desulfurization agent was measured at atmospheric pressure. The reaction gas composition used for the sulfidation reaction was 9.7vol% H 2 , 17.5vol% CO, 6.1vol% CO 2 , 0.4vol% CH 4 , 3vol% H 2 S and 63.3vol% N 2 . Regeneration reaction gas was used as air. The sample amount used for the reaction was 10 mg and the flow rate was 50 ml / min. Sulfur capacity was measured at 500 ° C, and regenerability was measured at 100% on the basis that 100% of the sample was completely regenerated while absorbing sulfur at 650 ° C.
제조된 탈황제의 내마모도(Attrition Resistance)는 유동층 탈황공정에 탈황제를 적용할 때에 가장 중요한 지표로서 사용된다. 제조된 탈황제의 내마모도는 ASTM D5757-95에 의거하여 장비를 자체 제작하여 측정하였다. 시험방법은 ASTM D5757-95에 기술한 것과 거의 동일하다. 단, 표준상태(273.15K, 1bar)조건에서 마모측정기 후단에 표준유량계를 설치하여 마모측정기 배출 유량이 10.00 ℓ/min±0.05가 되도록 주입공기량을 조절하였고, 이때 역압력은 압력계측기 전단의 구성품 설치 방법(예컨대, 체크 밸브) 등에 따라 차이가 있으며, 2.20~2.6kg/cm2로 유지되어 ASTM에서 규정하고 있는 130~180kPa과는 차이가 있다. 계산방법은 ASTM에서 제시한 5시간 마모지표(AJI 또는 AI)와 5시간 동안 포집한 미세분말 중에서 첫 한시간 동안 포집한 미세분말을 빼고 또 한시간 동안 포집한 미세분말의 양을 시료량에서도 빼고 계산한 수정마모지표(CAI)도 함께 제시하였다. 탈황제 50g을 10slpm 유량에서 5시간 동안 내마모도를 측정하였다.Attrition Resistance of the prepared desulfurizer is used as the most important indicator when applying desulfurizer to fluidized bed desulfurization process. The wear resistance of the prepared desulfurization agent was measured by self-fabricating equipment according to ASTM D5757-95. The test method is almost identical to that described in ASTM D5757-95. However, in the standard condition (273.15K, 1bar), a standard flowmeter was installed at the rear of the wear gauge to adjust the injection air volume so that the discharge flow rate of the wear gauge was 10.00 ℓ / min ± 0.05, and the reverse pressure was installed at the front of the pressure gauge. There is a difference depending on the method (for example, a check valve), etc., it is maintained at 2.20 ~ 2.6kg / cm 2 and there is a difference from 130 ~ 180kPa prescribed by ASTM. The calculation method is a correction calculated by subtracting the fine powder collected for the first hour from the 5-hour wear index (AJI or AI) and the fine powder collected for 5 hours, and subtracting the amount of fine powder collected for one hour from the sample volume. The wear index (CAI) is also presented. 50 g of desulfurization agent was measured for 5 hours at 10 slm flow rate.
본 발명에서 제조한 탈황제들의 물리화학적 특성을 하기의 표 2에 정리하였다Physical and chemical properties of the desulfurization agents prepared in the present invention are summarized in Table 2 below.
*Thermogravimetric Analysis * Thermogravimetric Analysis
첨부한 도 1 내지 도 8로부터 확인되는 바와 같이, 제조된 탈황제의 형상, 입자크기 및 분포는 상업용 유동층 탈황공정에서 요구하는 조건을 모두 만족하고 있고, 특히 입자크기 분포(40~250㎛)가 상당히 좁고 밀도가 0.85-1.05g/cc 정도로 높아서 유동층 탈황공정에서의 유동화 및 고체순환이 잘 되며, 재생반응과정에서 발열반응으로 인한 과잉의 열을 제어할 수 있는 효과가 있다. 또한, 초기의 황 흡수력도 이론값(21wt%)의 75% 이상으로 반응성도 우수하며, 무기결합제의 변화에도 불구하고 황 흡수력은 13.5-17wt%로 대체로 유사한 것으로 확인되었다. 알루미나졸(탈황제 A, B, C), 알루미나 졸 및 벤토나이트(D, E, F, G), 알루미나, 벤토나이트 및 카오린(탈황제 H)을 무기결합제로 사용한 탈황제 그룹들은 650℃에서 각각 75%, 86-90%, 93%의 재생성을 보여 혼합 무기결합제를 사용한 탈황제의 재생성이 더욱 양호한 것으로 판명되었다.As can be seen from the accompanying Figures 1 to 8, the shape, particle size, and distribution of the prepared desulfurization agent satisfy all of the conditions required for commercial fluidized bed desulfurization, and in particular, the particle size distribution (40-250 μm) is quite significant. It is narrow and has a high density of 0.85-1.05g / cc, which allows good fluidization and solid circulation in the fluidized bed desulfurization process, and has an effect of controlling excess heat due to exothermic reaction during the regeneration process. In addition, the initial sulfur absorption capacity is also excellent in reactivity at 75% or more of the theoretical value (21wt%), and despite the change of the inorganic binder, the sulfur absorption capacity was found to be generally similar to 13.5-17wt%. Desulfurizer groups using alumina sol (desulfurizers A, B, C), alumina sol and bentonite (D, E, F, G), alumina, bentonite and kaolin (desulfurizer H) as inorganic binders were 75%, 86 at 650 ° C, respectively. The regeneration of -90% and 93% showed better regeneration of the desulfurization agent using the mixed inorganic binder.
ASTM 방법에 따라 정유회사에서 사용되고 있는 Akzo FCC(Fluidized Catalytic Cracking) 촉매의 마모지표(AI)와 수정 마모지표(CAI)는 각각 23과 17%이며, 본 발명에서 제조된 탈황제 D를 제외하고는 AI 와 CAI는 40-60%와 25-48%였다. 정유회사의 FCC공정은 공간유속(spacial velocity)이 3.05-5.55m/s인 반면에 유동층 탈황공정은 공간 유속이 약 0.1m/s 이내이다. FCC공정과 유사한 고속 유동층 탈황공정의 경우, 고체 순환 밀도가 FCC에 비해 상당히 작기 때문에 고체순환 과정에서 탈황제 사이의 마찰과 마모에 따른 탈황제의 손실이 상대적으로 적기 때문에 본 발명에 따른 탈황제는 유동층 탈황공정은 물론 고속 유동층 탈황공정에도 적용할 수 가 있다.The wear index (AI) and modified wear index (CAI) of Akzo Fluidized Catalytic Cracking (FCC) catalysts used by oil companies in accordance with ASTM method are 23 and 17%, respectively, except AI desulfurization agent D prepared in the present invention. And CAI were 40-60% and 25-48%. The refinery's FCC process has a spatial velocity of 3.05-5.55 m / s, whereas a fluidized bed desulfurization process has a space flow rate of about 0.1 m / s. In the case of a fast fluidized bed desulfurization process similar to the FCC process, since the solid circulation density is considerably smaller than that of the FCC, the desulfurization agent according to the present invention has a relatively small loss of desulfurization agent due to friction and abrasion between desulfurization agents in the solid circulation process. Of course, it can be applied to the high-speed fluidized bed desulfurization process.
시험예 3: 탈황제의 반응능력 측정Test Example 3 Determination of Reaction Capacity of Desulfurization Agent
본 실시예에서는 유동층 탈황공정에서 황화수소 제거반응으로 황을 흡수한 탈황제를 재생반응을 통하여 원상태로 재생하여 반복적으로 재사용될 수 있는 탈황제의 반응능력을 탈황제 G에 대하여 고온고압 고정층 반응기에서 시험한 것이다.In this embodiment, the reaction ability of the desulfurization agent which can be repeatedly reused by regenerating sulfur desulfurization agent absorbed sulfur by hydrogen sulfide removal reaction in a fluidized bed desulfurization process was tested in a high-temperature, high-pressure fixed bed reactor.
황화반응과 재생반응 순환 반복시험은 500℃와 5atm 조건의 고온고압 유동층 반응기(9.7cm ID)에서 실시하였다. 반응기 내의 유동화 속도는 0.05m/s였고 유량은39 slpm였다. 모사석탄가스 조성(Volume%)은 1% H2S, 11.7% H2, 19.0% CO, 6.8% CO2, 0.4% CH4, 10% H2O, 잔부 N2이다. 재생반응 가스는 공기로 하였다. 100ppm 황화수소 농도가 누출될 때까지의 시간(파과시간)은 5-6시간이며, 이 때까지의 황 흡수력은 11.3wt%이었다. 4 사이클 시험 동안 파과 시간과 황 흡수력이 유지되었다. 또한, 재생증진제의 직접 첨가로 황화반응과 재생반응 온도를 500℃에 실시하였으며, 500℃에서 공기만으로 재생반응이 원만하고 완전히 이루어졌다.The sulfidation and regeneration cycles were repeated in a high temperature, high pressure fluidized bed reactor (9.7 cm ID) at 500 ° C and 5 atm. The fluidization rate in the reactor was 0.05 m / s and the flow rate was 39 slpm. The simulated coal gas composition (Volume%) is 1% H 2 S, 11.7% H 2 , 19.0% CO, 6.8% CO 2 , 0.4% CH 4 , 10% H 2 O, balance N 2 . The regeneration reaction gas was air. The time until the 100 ppm hydrogen sulfide concentration leaked (breakthrough time) was 5-6 hours, and the sulfur absorption power up to this time was 11.3 wt%. Breakthrough time and sulfur uptake were maintained during the four cycle test. In addition, the sulfidation and regeneration reaction temperatures were carried out at 500 ° C. by the direct addition of regeneration enhancers. At 500 ° C., the regeneration reactions were smooth and complete.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 탈황제는 밀도가 높고, 입자분포가 좁은 범위에 집중되어 있으며, 탈황능력 등에 있어서 우수한 성능을 나타냄과 아울러, 내마모도 및 내구성이 크게 향상되어 탈황제의 재충진 비용, 수명의 연장 등에 따른 경제적인 효과도 상당히 클 것으로 기대됨과 동시에, 특히 재생 증진제를 직접 첨가한 탈황제의 제조로 재생증진제를 담지했을 경우와는 달리 운전 중 물리적 손상에 의한 재생증진제의 분리 등으로 인한 탈황제의 성능저하를 사전에 예방할 수 있으며 재생증진제를 포함하는 탈황제를 제조하여 황화반응과 재생반응 온도가 실질적으로 동일하므로 탈황공정이 단순화되고, 이로 인하여 운전 및 관리비용이 저감되는 효과가 있다.As described above, the desulfurization agent according to the present invention has a high density, is concentrated in a narrow range of particles, exhibits excellent performance in desulfurization ability, etc., and also greatly improves abrasion resistance and durability, and thus refilling cost and lifetime of the desulfurization agent. It is expected that the economic effect of the extension of the desulfurization agent will be considerably great.In particular, the desulfurization agent due to separation of the regeneration accelerator due to physical damage during operation, unlike the case where the regeneration enhancer is supported by the preparation of the desulfurization agent to which the regeneration enhancer is added directly. The desulfurization process can be prevented in advance, and the desulfurization process and the regeneration reaction temperature are substantially the same since the desulfurization agent including the regeneration accelerator is manufactured, thereby simplifying the desulfurization process, thereby reducing the operation and maintenance costs.
또한, 본 발명의 제조 방법은 여러 종류의 탈황제 고체 원료를 물과 유기첨가제와 혼합, 분쇄 및 분산시켜 잘 분산되어, 균질하고, 안정한 유동성 콜로이드슬러리를 제조한 다음, 이를 분무건조 성형하여 탈황제 과립체를 형성시킨 다음, 소성하는 것에 의해서, 유동층용 탈황제로서 이상적인 특성을 보유케 하는 것이 가능하다.In addition, the production method of the present invention is well dispersed by mixing, pulverizing and dispersing various kinds of desulfurizer solid raw materials with water and an organic additive, to prepare a homogeneous and stable flowable colloidal slurry, and then spray-drying molding to desulfurizer granules. By forming and then firing, it is possible to retain ideal properties as a desulfurization agent for fluidized beds.
아울러, 본 발명에 따른 콜로이드 슬러리는 산 또는 염기로 pH가 조정되어 있어서 무기 원료의 혼합과정에서 발생하는 응집과 응고 현상을 방지될 뿐만 아니라, 분산제, 유기결합제, 소포제 등을 적절히 포함하고 있으며, 탈황제 고체 원료들이 평균 1㎛ 이하로 분쇄되어, 분산성과 안정성이 향상되어 있어서, 분무 건조에 의한 탈황제 제조시 최종 탈황제의 밀도, 원료 입자의 균일한 분포, 내마모도, 탈황능력 등과 같은 특성의 향상이 가능하다.In addition, the colloidal slurry according to the present invention is adjusted to pH with acid or base to prevent aggregation and coagulation occurring in the mixing process of the inorganic raw material, and also contains a dispersing agent, an organic binder, an antifoaming agent, etc. Solid raw materials are pulverized to an average of 1 μm or less, so that dispersibility and stability are improved, and thus, characteristics such as density of final desulfurization agent, uniform distribution of raw material particles, wear resistance, and desulfurization ability can be improved when desulfurization agent is manufactured by spray drying. .
궁극적으로, 본 발명은 가스화 복합발전과 연료전지의 청정연료를 생산함에 있어서 석탄 등 화석연료 또는 기타 연료를 가스화하여 생성되는 각종 연료가스 또는 합성가스 중에 있는 황화물을 각종 탈황공정에서 제거할 때에 재생용 흡수제 또는 촉매로서 유효하게 사용될 수 있으며, 일례로서 저렴한 석탄을 가스화하여 전력을 생산하는 석탄가스화복합발전(IGCC)이 다른 발전방식과 경쟁력을 갖추기 위해서는 고온정제기술이 필수적이며, 특히 신 발전방식(IGCC와 연료전지)에서는 고효율, 저공해(무공해) 및 가격 다운에 의하여 시장을 개척하고 주도해야하기 때문에 본 발명은 그 기대되는 바가 크다. 또한, 고온정제 기술이 성공하여 상용화된 후에도 소모품인 탈황제는 계속적으로 소요될 것이므로, 이에 따른 탈황제 보급과 가스화 복합발전 운영 및 관리 등 부대비용에 미치는 영향이 지대할 것으로 기대된다.Ultimately, the present invention is for regeneration when removing sulfides in various fuel gases or syngas produced by gasifying fossil fuel or other fuel such as coal in gasification combined cycle power generation and clean fuel of fuel cell. It can be effectively used as an absorbent or a catalyst. For example, high temperature refining technology is essential for IGCC, which produces electricity by gasifying inexpensive coal, to be competitive with other power generation methods. And the fuel cell), the present invention is expected because the market should be pioneered and led by high efficiency, low pollution (no pollution) and price down. In addition, since the desulfurization agent, which is a consumable product, will continue to be consumed even after the high-temperature purification technology is commercialized and commercialized, it is expected to have a great impact on the accompanying costs such as desulfurization supply and gasification combined cycle operation and management.
따라서, 본 발명은 향후 신발전 등 신기술에 적용되는 연료 또는 원료의 정제에 필요한 탈황제의 공급으로 발전효율 향상(45%~60%)에 기여는 물론이거니와 화석연료의 사용으로 야기되는 환경오염의 저감, 기타 화학공정에서의 청정원료 상용화에 의한 공정에 사용되는 촉매와 장비의 보호에 그 효과가 매우 클 것으로 기대되며, 또한 건식 배연탈황 촉매 등의 기타 촉매제조 산업을 활성화시킬 수 있을 것으로 기대된다.Therefore, the present invention not only contributes to the improvement of power generation efficiency (45% to 60%) by supplying desulfurization agents necessary for the purification of fuel or raw materials applied to new technologies such as footwear, and also reduces the environmental pollution caused by the use of fossil fuels. In addition, it is expected to have a great effect on the protection of catalysts and equipment used in the process of commercializing clean materials in other chemical processes, and to activate other catalyst manufacturing industries such as dry flue gas desulfurization catalysts.
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