불용성 황 연속 생산 공정의 핵심 장비인 완전 밀폐형 필터 세척 및 건조기

불용성 황(Insoluble sulfur)은 황의 단일중합체로, 중합체 황이라고도 하며, IS로 표기하고 원자량은 32.07입니다. 중합체 변성형 불용성 황은 이황화탄소와 고무에 녹지 않습니다. 현대 고무 생산에서 중요한 가황제 및 가황 촉진제로, 고무의 성능과 품질 향상에 매우 중요한 역할을 합니다. 자동차 산업의 발전과 함께 타이어용 고무에 대한 수요가 날로 증가하고 있으며, 이는 불용성 황 시장의 성장을 촉진하고 있습니다.

그러나 산업용 유황 제품의 가격은 낮습니다. 만약 이를 추가 가공하여 부가가치를 높이고 국내 시장에서 전망이 밝은 불용성 유황 제품을 개발할 수 있다면, 시장 가격은 일반 유황의 10~15배에 달할 수 있습니다. 이는 기업의 제품 구조를 조정하고 산업 사슬을 확장하여 경제적 이익을 향상시킬 뿐만 아니라, 유황의 재활용 및 가공을 통해 환경 오염 문제도 해결할 수 있어 기업의 지속 가능한 발전과 친환경적이고 자원 절약적인 기업 건설에 매우 중요한 의미를 지닙니다.

불용성 황의 개발 공간

불용성 황은 고무 산업에서 흔히 사용되는 첨가제로, 주로 고무 생산 시 가황제로 사용됩니다. 불용성 황을 첨가하면 고무 제품 또는 중간 제품의 표면 백화 현상을 방지하고 접착력을 향상시켜 작업 환경을 최적화하는 데 매우 효과적입니다. 또한, 불용성 황을 첨가하면 고무의 가황 속도를 높이고 가황 반응을 더욱 균일하게 만드는 데 도움이 됩니다.

고무 생산에서 불용성 황의 우수한 특성을 바탕으로, 타이어 골격 고무, 완충 고무, 백색 측벽 고무 및 골격 재료 생산에 중요한 첨가제로 자리 잡았으며, 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 불용성 고무는 또한 고무와 구리 도금 강선 사이의 접착력을 향상시키는 데 도움을 줍니다. 뿐만 아니라, 케이블, 고무 롤러, 오일 씰, 고무 신발과 같은 고무 제품용 고무 재료 생산에도 매우 광범위하고 중요한 용도로 사용됩니다.

불용성 황은 고무의 가황 속도를 효과적으로 지연시키고, 고무의 점도를 유지하며, 고무의 수명을 연장할 수 있습니다. 이러한 우수한 특성 덕분에 일반 사방정계 황보다 가격이 10배 이상 높음에도 불구하고, 스틸 레이디얼 타이어 및 기타 고무 복합 제품 생산에 있어 여전히 가장 선호되는 가황제입니다. 관련 자료에 따르면 해외 타이어 산업의 전체 황 소비량에서 불용성 황이 차지하는 비중이 40%에 달하며, 매년 매우 높은 증가율을 보이고 있습니다.

불용성 황의 전통적인 처리 기술

생산 방법: 현재 불용성 황의 일반적인 산업 생산 방법에는 접촉법, 가스화법 및 용융법이 있습니다.

(1) 접촉 방법

접촉법은 불용성 황의 산업적 생산에서 가장 오랜 역사를 가진 방법입니다. 이 방법은 황화수소와 이산화황을 원료로 사용하여 불용성 황을 생산합니다.

두 원료 물질을 각각 산성 환경의 반응기에 투입하여 접촉 반응을 진행시키면, 반응 생성물로 가용성 황과 불용성 황이 생성됩니다. 생성물을 세척, 건조, 분쇄, 추출 등의 공정을 거쳐 불용성 황과 가용성 황을 분리하여 최종적으로 불용성 황을 얻습니다. 이때, 접촉법에 사용되는 황화수소와 이산화황은 주로 석유 및 가스 산업의 부산물에서 얻습니다.

원자재 가격이 저렴하고 경제성 측면에서 시장 경쟁력이 강합니다. 이산화황과 황화수소는 모두 독성이 있으므로 주변 인력의 건강을 보호하기 위해 생산 공정은 엄격하게 밀폐된 설비에서 진행해야 합니다.

당시 기술적 조건으로 볼 때, 경제적 경쟁력을 확보하기 위해서는 환경 보호 및 개인 보호 요건을 충족할 수 없을 수밖에 없었습니다. 환경 보호에 대한 대중의 관심이 높아지고 접촉식 방법의 원자재 이용률이 낮아짐에 따라 접촉식 방법은 점차 가스화법과 용융법으로 대체되었습니다.

(2) 가스화 방법

가스화법은 고온을 이용하여 고체 황을 녹이고 가스화시켜 불용성 황을 생성하는 방법이므로 고온법이라고도 합니다.

용융된 황은 간헐 가열을 통해 500°C에서 700°C 사이로 가열되어 과열 증기가 됩니다. 그런 다음 고온 가스의 엄청난 압력을 이용하여 저온 냉각제에 분사시켜 급속 냉각합니다. 냉각된 생성물은 불용성 황과 가용성 황의 혼합물이며, 불용성 황이 전체의 절반 이상을 차지합니다.

혼합물이 완전히 냉각되어 고체가 되면 이황화탄소로 추출하고, 분리, 세척 및 건조하여 고함량의 불용성 황 제품을 얻습니다. 생산 업체는 오랜 생산 과정에서 공정을 여러 차례 조정하고 최적화했습니다. 가장 중요한 점은 생산 과정에서 황화수소를 첨가하여 반응물의 점도를 낮추고 불용성 황의 안정성을 향상시키는 것입니다.

둘째로, 기존 가스화 공정에서 유황 플레이크를 만들기 위한 고무 믹서의 냉각, 탈산, 건조 및 분쇄 공정을 삭제하여 생산 단계 수를 점차 줄였습니다. 최종적으로 기존의 복잡한 공정을 단일 단계 생산 방식으로 간소화하여 생산을 단순화했을 뿐만 아니라 생산 비용을 크게 절감하고 제품 내 불용성 유황 함량을 높였습니다. 수년간의 개발을 통해 불용성 유황 가스화 기술은 상당히 성숙되었으며, 제품 수율 또한 상당히 높습니다.

단점으로는 높은 생산 에너지 소비량, 시스템 장비의 빠른 부식, 그리고 높은 생산 안전 위험성이 있습니다. 또한, 대규모 프로젝트 투자는 가스화 보급을 제한하는 중요한 요인으로 작용하고 있습니다.

(3) 용융법

가스화법과 비교했을 때 용융법은 더 낮은 온도 조건을 필요로 하므로 저온법이라고도 불립니다.

먼저, 황을 130~150°C 온도 범위에서 액체 상태로 녹인 후 안정제를 첨가하고, 온도를 180~210°C로 올려 지속적으로 교반하여 불용성 황의 전환율을 높입니다. 그 후, 물을 냉각 매체로 사용하여 급속 냉각합니다. 물을 제거하면 생성물이 공기 중에서 고체 블록 형태로 굳어집니다. 이를 분쇄하고, 용매와 첨가제를 첨가하고, 다시 분쇄하고, 여과하여 최종적으로 불용성 황 분말을 얻습니다.

기존의 접촉법 및 고온법과 비교했을 때, 저온 용융법은 생산 온도가 낮고, 상압 조건에서 반응이 진행되며, 산업 폐기물이 적고, 안전성과 경제성이 높다는 장점이 있습니다. 이 방법의 핵심 기술적 사항은 안정제 선택과 저온 중합 과정에서 액체 황의 냉각 효과를 어떻게 구현하느냐에 있습니다. 현재 국내에서 저온 용융법을 이용한 불용성 황 제조는 아직 연구 단계에 머물러 있으며, 산업화된 양산까지는 갈 길이 멉니다.

우시 장화 기계(Wuxi ZhangHua Machinery)에서 개발 및 설계한 완전 밀폐형 3-in-1 필터 진공 건조기는 기존 불용성 황 생산 공정의 장단점을 고려하여, 전통적인 가스화법과 용융법의 단점을 해결하고, 여러 공정 단위의 작업을 하나의 장치에 통합하여 자동화함으로써 고품질, 고안정성, 대규모 불용성 황 생산을 가능하게 합니다.

불용성 황 연속 생산 공정의 핵심 장비인 완전 밀폐형 필터 세척 및 건조기

완전 밀폐형 필터 세척 및 건조기는 작동 과정이 간단하고, 밀폐된 구조로 인해 중간 이송이 최소화되며, 재료 교체가 편리하고, 생산 효율이 높으며, 제품 품질이 우수합니다. 결정화 탱크 투입부터 원뿔형 용기 하단에서 원료가 자동으로 배출되는 전 과정이 하나의 장비로 완료되므로, 원료 결정화 공정에 필요한 장비 수를 크게 줄여 투자 비용 절감은 물론 클린워크 면적도 최소화할 수 있습니다.

또한, 결정의 세척 및 여과는 생산 공정에 따라 여러 번 반복할 수 있으며, 기준에 도달한 후 건조 공정을 진행할 수 있습니다. 새로운 공정은 다기능 필터 장치를 사용하여 재료 노출 시간을 줄이고, 여러 작업 절차를 밀폐 용기 내에서 수행하여 오염을 효과적으로 방지하며, 현장 세척 및 현장 살균을 용이하게 수행할 수 있습니다.

우리나라의 불용성 황 생산 기술 및 제품 품질은 기본적으로 크리스텍스(Crystex)의 유사 제품 품질 수준에 도달했습니다.

동시에 전국 20여 개 성·시에 30여 개의 연구기관, 대학, 화학 공장이 불용성 황 개발 및 연구에 매진하고 있으며, 수십 가지의 다양한 생산 설비를 보유하고 있습니다. 그러나 현재까지 이들은 여전히 ​​각자 독자적으로 고군분투하고 있으며, 규모의 경제를 달성하지 못하고 있습니다. 생산 규모 또한 상대적으로 작고, 일부 설비는 노후화되어 있으며, 비용이 상대적으로 높아 국제 시장에서 경쟁력이 부족합니다.

그러나 우리나라 산업 경제의 번영이 증대되고 특히 자동차 산업이 빠르게 발전함에 따라 고품질 고무에 대한 수요는 더욱 증가할 것입니다. 고품질 가황제 및 가황 촉진제로서 고무 생산에 사용되는 불용성 황은 매우 큰 시장 성장 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 새로운 출발점에서 장화 임직원들은 책임감을 가지고 제조업체들이 연구 개발 및 우수한 장비 생산을 통해 기술 업그레이드와 혁신을 적극적으로 추진할 수 있도록 지원하고, 제품 연구 개발 속도를 높여 제품 품질을 향상시키고 기업의 시장 경쟁력을 강화할 것입니다. 이를 통해 기업의 경제적, 사회적 이익을 실현하는 동시에 우리나라 고무 산업의 건전하고 빠른 발전을 촉진할 것입니다.