KR101234317B1 - Producing method for carbon black and hydrogen from waste lubricating oil - Google Patents
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Abstract
본원은 카본블랙을 촉매로 사용하여 고급탄화수소를 포함하는 폐윤활유로부터 수소 및 카본블랙을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.The present application is to provide a method for producing hydrogen and carbon black from waste lubricating oil containing higher hydrocarbons using carbon black as a catalyst.
Description
본원은 기화된 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙을 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것이다.The present application relates to a method for producing hydrogen and carbon black from vaporized waste lubricant oil and an apparatus used therein.
산업의 발달과 함께 에너지의 수요가 폭발적으로 증가하고 있으며 경제적 측면 또는 환경오염 방지 측면에서 에너지 재활용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. C12 내지 C15의 고급탄화수소로 이루어진 폐윤활유는 화학약품 및 용제를 사용하는 화학적 방법 또는 열분해 방법을 통해 재생유나 아스팔트를 제조하여 재활용하는데 국한되어 있어 좀더 다양하고 고부가가치를 창출할 수 있는 재활용 방법의 개발이 요구되고 있다. With the development of the industry, the demand for energy is exploding, and research on energy recycling is being actively conducted in terms of economic or environmental pollution prevention. Waste lubricating oil consisting of C 12 to C 15 high-grade hydrocarbons is limited to the manufacture and recycling of recycled oil or asphalt through chemical or pyrolysis methods using chemicals and solvents. Development is required.
수소는 화학제품의 원료 및 화학공장의 공정가스로 널리 사용되고 있으며, 최근에는 환경오염 및 자원고갈의 문제를 해결해줄 수 있는 차세대 대체 에너지로서 주목받고 있다. 수소 에너지는 1차 에너지를 변환시켜 얻을 수 있는 2차 에너지로서 환경에 대한 부하가 거의 없어 향후 화석원료를 대체할 수 있는 가장 가능성이 높은 에너지이며, 연료전지의 상용화를 앞두고 있어 그 중요성이 더욱 증대되고 있다. Hydrogen is widely used as a raw material for chemical products and process gas in chemical plants, and recently, it is drawing attention as a next-generation alternative energy that can solve the problem of environmental pollution and resource depletion. Hydrogen energy is a secondary energy that can be obtained by converting primary energy, which is the most likely energy to replace fossil raw materials as there is little load on the environment, and its importance is further increased due to the commercialization of fuel cells. It is becoming.
메탄이나 프로판과 같은 저급탄화수소로부터 수소를 대량으로 제조하는 방법으로는, 천연가스의 수증기 개질법, 탄화수소의 부분산화법, 플라즈마 분해법, 촉매분해법 등이 공지되어 있으나, 고급탄화수소를 포함하는 폐윤활유로부터 수소 및 카본블랙과 같은 유용한 물질을 제조하는 방법에 대한 연구는 미진한 상태이다. As a method for producing a large amount of hydrogen from lower hydrocarbons such as methane and propane, steam reforming of natural gas, partial oxidation of hydrocarbons, plasma cracking, catalytic cracking, and the like are known. There is little research on how to make useful materials such as carbon black.
이에, 본원은 카본블랙을 촉매로 사용하여 고급탄화수소를 포함하는 폐윤활유를 기화시켜 수소 및 카본블랙을 제조하는 방법 및 이를 위한 장치를 제공하고자 한다.Accordingly, the present application is to provide a method for producing hydrogen and carbon black by vaporizing a waste lubricating oil containing higher hydrocarbons using carbon black as a catalyst and an apparatus therefor.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본원의 일 측면은, 하기를 포함하는, 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙의 제조 방법을 제공한다:One aspect of the present application provides a method for producing hydrogen and carbon black from waste lubricating oil, comprising:
폐윤활유를 기화시키는 제 1 단계; First step of vaporizing the waste lubricant;
상기 기화된 폐윤활유를 불활성 가스와 함께 카본블랙 촉매를 포함하는 유동층 반응기 내로 공급하여 상기 기화된 폐윤활유를 촉매분해반응시키는 제 2 단계;Supplying the vaporized waste lubricating oil with an inert gas into a fluidized bed reactor including a carbon black catalyst to catalyze the vaporized waste lubricating oil;
상기 촉매분해반응으로부터 제조된 카본블랙을 상기 유동층 반응기에 구비된 배출관으로 배출하여 회수하는 제 3 단계;A third step of discharging and recovering the carbon black prepared from the catalytic decomposition reaction into a discharge pipe provided in the fluidized bed reactor;
상기 촉매분해반응으로부터 제조된 수소, 미반응 폐윤활유 및 비말동반된 카본을 포함하는 기체 혼합물을 상기 유동층 반응기의 출구에 구비된 사이클론으로 회수하는 제 4 단계; A fourth step of recovering a gas mixture including hydrogen, unreacted waste lubricating oil and entrained carbon prepared from the catalytic decomposition reaction into a cyclone provided at the outlet of the fluidized bed reactor;
상기 회수된 기체 혼합물로부터 상기 비말동반된 카본을 분리하고, 수소 및 미반응 폐윤활유의 혼합물을 압력변환흡착탑으로 이송하는 제 5 단계; 및,Separating the entrained carbon from the recovered gas mixture and transferring a mixture of hydrogen and unreacted waste lubricating oil to a pressure conversion adsorption tower; And
상기 이송된 수소 및 미반응 폐윤활유를 포함하는 혼합물로부터 수소를 분리하여 수득하는 제 6 단계.A sixth step of separating hydrogen from the mixture comprising the transferred hydrogen and unreacted waste lubricating oil.
본원의 다른 측면은, 폐윤활유의 촉매분해공정을 통하여 수소와 카본블랙을 제조하기 위한 장치로서, 하기를 포함하는, 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙의 제조 장치를 제공한다:Another aspect of the present application provides an apparatus for producing hydrogen and carbon black from waste lubricating oil, comprising:
폐윤활유의 촉매분해공정을 통하여 수소와 카본블랙을 제조하기 위한 장치로서,An apparatus for producing hydrogen and carbon black through the catalytic decomposition process of waste lubricant,
상기 폐윤활유의 촉매분해공정으로부터 제조된 카본블랙을 회수하기 위한 배출관을 구비하며, 카본블랙 촉매가 로딩되어 있는 유동층 반응기;A fluidized bed reactor having a discharge pipe for recovering carbon black produced from the catalytic cracking process of the waste lubricating oil and loaded with a carbon black catalyst;
상기 유동층 반응기 상부에 노즐로 연결되며 폐윤활유를 기화시키기 위한 기화기;A vaporizer connected to the upper portion of the fluidized bed reactor by a nozzle to vaporize the waste lubricant;
상기 유동층 반응기 상부에 노즐로 연결되며, 상기 기화기로부터 공급되는 폐윤활유 가스에 불활성 가스를 공급하기 위한 가스 공급기;A gas supplier connected to the upper portion of the fluidized bed reactor by a nozzle, and supplying an inert gas to the waste lubricating oil gas supplied from the vaporizer;
상기 유동층 반응기에서 생성된 수소, 미반응 폐윤활유 및 비말동반된 카본을 포함하는 기체 혼합물을 회수하기 위한 사이클론; 및A cyclone for recovering a gas mixture comprising hydrogen, unreacted spent lubricating oil and entrained carbon produced in the fluidized bed reactor; And
상기 사이클론 회수기에서 회수된 기체 혼합물로부터 수소를 분리하기 위한 압력변환흡착탑.A pressure conversion adsorption tower for separating hydrogen from the gas mixture recovered in the cyclone recoverer.
본원은 이산화탄소의 발생 없이 고급탄화수소를 포함하는 폐윤활유로부터 고가의 수소 및 카본블랙을 간단한 공정을 통해 용이하게 생산할 수 있는 제조 방법 및 이를 위한 장치를 제공한다. 또한, 본원에 따른 상기 제조 방법에 의한 폐윤활유의 분해 과정에서는 이산화탄소와 같은 부산물이 생기지 않아 환경 오염을 방지할 수 있다.The present application provides a manufacturing method and an apparatus therefor that can easily produce expensive hydrogen and carbon black from a waste lubricating oil including higher hydrocarbons without the generation of carbon dioxide through a simple process. In addition, by-products such as carbon dioxide may not be generated during the decomposition of the waste lubricating oil by the manufacturing method according to the present application, thereby preventing environmental pollution.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른, 폐윤활유로부터 수소 및 카본블랙을 생산하기 위한 촉매분해공정용 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른, 폐윤활유로부터 수소 및 카본블랙을 생산하기 위한 촉매분해공정용 장치를 도시한 것이다.1 is a schematic view showing an apparatus for catalytic cracking process for producing hydrogen and carbon black from waste lubricating oil, according to an embodiment of the present application.
2 illustrates an apparatus for catalytic cracking process for producing hydrogen and carbon black from waste lubricating oil, according to one embodiment of the present disclosure.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments and examples described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
As used herein, the terms "about", "substantially", and the like, are used at, or in close proximity to, numerical values when manufacturing and material tolerances inherent in the meanings indicated are provided to aid the understanding herein. In order to prevent the unfair use of unscrupulous infringers. In addition, throughout this specification, "step to" or "step of" does not mean "step for."
본원의 일 측면에 따른 폐윤활유로부터 카본블랙 및 수소를 제조하는 방법은, 촉매로서 카본블랙을 사용하여 기화된 폐윤활유를 연속적으로 촉매분해함으로써 이산화탄소 배출 없이 카본블랙과 수소를 연속적으로 생산할 수 있는 방법에 관한 것이다. 일 구현예에 있어서, 상기 폐윤활유로부터 카본블랙 및 수소를 제조하는 방법은, 하기를 포함할 수 있다:Method for producing carbon black and hydrogen from the waste lubricant according to an aspect of the present application, a method that can continuously produce carbon black and hydrogen without carbon dioxide emissions by continuously catalytic decomposition of the vaporized waste lubricant using carbon black as a catalyst It is about. In one embodiment, the method for producing carbon black and hydrogen from the waste lubricating oil may comprise:
폐윤활유를 기화시키는 제 1 단계; First step of vaporizing the waste lubricant;
상기 기화된 폐윤활유를 불활성 가스와 함께 카본블랙 촉매를 포함하는 유동층 반응기 내로 공급하여 상기 기화된 폐윤활유를 촉매분해반응시키는 제 2 단계;Supplying the vaporized waste lubricating oil with an inert gas into a fluidized bed reactor including a carbon black catalyst to catalyze the vaporized waste lubricating oil;
상기 촉매분해반응으로부터 제조된 카본블랙을 상기 유동층 반응기에 구비된 배출관으로 배출하여 회수하는 제 3 단계;A third step of discharging and recovering the carbon black prepared from the catalytic decomposition reaction into a discharge pipe provided in the fluidized bed reactor;
상기 촉매분해반응으로부터 제조된 수소, 미반응 폐윤활유 및 비말동반된 카본을 포함하는 기체 혼합물을 상기 유동층 반응기의 출구에 구비된 사이클론으로 회수하는 제 4 단계; A fourth step of recovering a gas mixture including hydrogen, unreacted waste lubricating oil and entrained carbon prepared from the catalytic decomposition reaction into a cyclone provided at the outlet of the fluidized bed reactor;
상기 회수된 기체 혼합물로부터 상기 비말동반된 카본을 분리하고, 수소 및 미반응 폐윤활유의 혼합물을 압력변환흡착탑으로 이송하는 제 5 단계; 및,Separating the entrained carbon from the recovered gas mixture and transferring a mixture of hydrogen and unreacted waste lubricating oil to a pressure conversion adsorption tower; And
상기 이송된 수소 및 미반응 폐윤활유를 포함하는 혼합물로부터 수소를 분리하여 수득하는 제 6 단계.A sixth step of separating hydrogen from the mixture comprising the transferred hydrogen and unreacted waste lubricating oil.
상기 기화된 폐윤활유를 불활성 가스와 함께 카본블랙 촉매를 포함하는 유동층 반응기 내로 공급하여 촉매분해반응시키는 경우, 상기 기화된 폐윤활유가 수소와 탄소물질인 카본블랙으로 분해되고 상기 기화된 폐윤활유의 분해에 의하여 생성된 카본블랙은 상기 탄소는 상기 카본블랙 촉매에 침착되거나 혼합되게 된다. When the vaporized waste lubricating oil is fed with an inert gas into a fluidized bed reactor including a carbon black catalyst for catalytic decomposition, the vaporized waste lubricating oil is decomposed into carbon black, which is hydrogen and a carbon material, and decomposition of the vaporized waste lubricating oil. Carbon black produced by the carbon is to be deposited or mixed in the carbon black catalyst.
상기 본원의 일 구현예에 따른 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙을 제조하는 방법은 도 1에 도시된 바와 같은 촉매분해공정용 장치를 통해 수행할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The method for producing hydrogen and carbon black from the waste lubricating oil according to the embodiment of the present application may be performed through an apparatus for catalytic decomposition process as shown in FIG. 1, but is not limited thereto.
도 1에 본원의 일 구현예에 따른 폐윤활유의 연속적인 촉매분해공정을 수행하기 위한 장치를 나타낸다.1 shows an apparatus for performing a continuous catalytic cracking process of waste lubricant according to one embodiment of the present application.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본원의 일 구현예에 따른 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙의 제조 장치는 하기를 포함할 수 있다:As shown in FIG. 1, the apparatus for producing hydrogen and carbon black from waste lubricant according to one embodiment of the present application may include:
상기 폐윤활유의 촉매분해공정으로부터 제조된 카본블랙을 회수하기 위한 배출관을 구비하며, 카본블랙 촉매가 로딩되어 있는 유동층 반응기(10); A fluidized bed reactor (10) having a discharge pipe for recovering carbon black produced from the catalytic cracking process of the waste lubricating oil, and loaded with a carbon black catalyst;
상기 유동층 반응기 상부에 노즐로 연결되며 폐윤활유를 기화시키기 위한 기화기(30);A
상기 유동층 반응기 상부에 노즐로 연결되며, 상기 기화기로부터 공급되는 폐윤활유 가스에 불활성 가스를 공급하기 위한 공급기(20);A feeder (20) connected to the upper portion of the fluidized bed reactor by a nozzle, for supplying an inert gas to the waste lubricating oil gas supplied from the vaporizer;
상기 유동층 반응기에서 생성된 수소, 미반응 폐윤활유 및 비말동반된 카본을 포함하는 기체 혼합물을 회수하기 위한 사이클론 회수기(50); 및,A cyclone recoverer (50) for recovering a gas mixture comprising hydrogen, unreacted spent lubricating oil and entrained carbon produced in the fluidized bed reactor; And
상기 사이클론 회수기(50)에서 회수된 기체 혼합물로부터 수소를 분리하기 위한 압력변환흡착탑(60).Pressure conversion adsorption tower (60) for separating hydrogen from the gas mixture recovered in the cyclone recoverer (50).
상기 배출관은 상기 유동층 반응기(10)의 벽면 또는 하부에 구비되어 상기 폐윤활유 분해반응으로 제조된 카본블랙을 회수하는 역할을 한다. 상기 카본블랙 은 상기 카본블랙 촉매와 혼합되어 있다. 구체적으로, 상기 유동층 반응기(10)는 그의 벽면 또는 하부에 배출관이 구비되어 있어, 기화된 폐윤활유를 분해하여 수소와 카본을 제조하는 폐윤활유의 촉매분해공정에 적용되는 경우, 제조된 카본블랙을 외부로 연속적으로 배출함으로써 카본블랙이 반응기 내벽에 쌓이게 되는 반응기 막힘현상을 방지하고, 배출된 카본블랙을 분쇄한 후 반응기 내로 공급하여 촉매로서 재사용할 수 있도록 한다. 상기 배출관은 상기 반응기 내에서 제조된 카본블랙의 배출을 더욱 용이하게 하기 위하여 배출관의 측면에 미세노즐을 구비할 수 있다. 카본블랙은 매우 응집력이 강한 고체 입자이므로, 미세노즐을 통하여 가스를 흘려주어 이들이 배출관에서 더 잘 흐르도록 함으로써 배출을 더욱 용이하게 할 수 있다.The discharge pipe is provided on the wall or the bottom of the fluidized
상기 유동층 반응기(10)는 노즐로 연결되어 상기 유동층 반응기(10) 내부로 기화된 폐윤활유 가스를 공급하는 상기 기화기(30)와 불활성 가스를 공급하기 위한 공급기(20)를 구비할 수 있다. The fluidized
상기 유동층 반응기(10)는 이중관 형태의 반응기로, 내부가열방식 또는 외부가열방식을 이용할 수 있다. 내부가열방식인 경우에는 내부관에 반응열을 공급하기 위한 가열된 가스가 흐르고, 외부관에는 반응을 위한 카본블랙 촉매가 충진되어 유동층 반응기로 작용한다. 반면, 외부가열방식인 경우에는 내부관에 카본블랙 촉매가 충친되어 유동층 반응기로 작용을 하고, 외부관에는 반응열을 공급하기 위한 고온의 가스가 흐르게 된다.The fluidized
상기 폐윤활유의 촉매분해공정용 장치는, 폐윤활유를 기화시키기 위해 반응기 외부에 상기 기화기(30)를 구비하거나, 또는, 별도의 기화기 없이 반응기 상부에서 폐윤활유를 기화시킬 수도 있다.The apparatus for catalytic decomposition of waste lubricating oil may include the
상기 폐윤활유의 촉매분해공정용 장치는, 배출관에서 고체입자의 흐름을 원활하게 하기 위하여 미세노즐을 통하여 배출관으로 가스를 공급하기 위한 가스 공급기(70)를 더 포함할 수 있으며, 상기 가스 공급기(70)는 배출관의 미세노즐에 연결될 수 있다.The apparatus for catalytic decomposition of waste lubricant oil may further include a
이하, 도 1을 참조하여 촉매분해공정을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the catalytic decomposition process will be described in detail with reference to FIG. 1.
본원의 폐윤활유 촉매분해공정의 제 1 단계는, 폐윤활유를 기화기(30)에서 기화시키는 단계이나, 별도의 기화기 없이 유동층 반응기(10) 상부에서 기화시키는 것도 가능하다.The first step of the waste lubricant catalytic cracking process of the present application is to vaporize the waste lubricant oil in the
본원의 폐윤활유 촉매분해공정의 제 2 단계는, 상기 기화된 폐윤활유를 불활성 가스와 함께 카본블랙 촉매를 포함하는 유동층 반응기(10) 내로 공급하여 상기 기화된 폐윤활유를 촉매분해반응시키는 단계이다. 이때, 불활성 가스 공급기(20)로부터 공급된 불활성 가스를 기화된 폐윤활유와 함께 공급할 수 있다. The second step of the waste lubricant catalytic cracking process of the present application is a step of catalyzing the vaporized waste lubricant oil by supplying the vaporized waste lubricant oil with an inert gas into the
상기 불활성 가스는 질소 또는 아르곤 가스가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 불활성 가스는 폐윤활유의 기화 가스의 흐름을 좋게 하는 역할을 하며, 이러한 불활성 가스를 주입함으로써 전체 가스의 부분압이 낮아진다.Nitrogen or argon gas may be used as the inert gas, but is not limited thereto. The inert gas serves to improve the flow of the vaporized gas of the waste lubricating oil, and the partial pressure of the entire gas is lowered by injecting the inert gas.
기화된 폐윤활유는 카본블랙 촉매의 존재 하에 가열된 가스로부터 열을 흡수하는 흡열반응을 통하여 기체 상태의 수소와 고체 상태의 카본블랙으로 분해된다. 상기 촉매분해반응을 통하여 제조된 카본블랙은 상기 카본블랙 촉매에 침착되어 응집력이 강한 고체입자를 형성하거나 혼합된다.The vaporized waste lubricant is decomposed into gaseous hydrogen and solid carbon black through an endothermic reaction that absorbs heat from the heated gas in the presence of a carbon black catalyst. The carbon black prepared through the catalytic decomposition reaction is deposited on the carbon black catalyst to form or mix solid particles having strong cohesive force.
상기 카본블랙 촉매로는 고무용 카본블랙, 안료(pigment)용 카본블랙 및 전자재료용 카본블랙으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.The carbon black catalyst may be one or more selected from the group consisting of carbon black for rubber, carbon black for pigment, and carbon black for electronic materials, but is not limited thereto.
상기 촉매분해반응은 600℃ 내지 900℃에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The catalytic decomposition may be performed at 600 ° C. to 900 ° C., but is not limited thereto.
제 3 단계는, 촉매분해반응으로부터 제조된 카본블랙을 유동층 반응기(10) 벽면 또는 하부에 구비된 배출관을 이용하여 회수하는 단계로서, 필요한 경우, 상기 카본블랙을 노즐을 통해 분리조(40)로 배출하여 회수할 수 있다.The third step is to recover the carbon black produced from the catalytic decomposition reaction using the discharge pipe provided on the wall or bottom of the
상기 분리조(40)로 배출된 카본블랙은 분쇄한 후 다시 유동층 반응기(10)에 공급되어 촉매로서 재사용할 수 있다.The carbon black discharged to the
상기 제 2 단계에서 촉매분해반응을 통하여 제조된 카본블랙에 침착하여 응집력이 강한 고체입자를 형성하게 되거나 혼합되어 있다. 종래 고정층 반응기를 이용하는 경우에는, 상기와 같은 고체입자들이 반응기 내에 쌓이게 되는 반응기 막힘현상이 발생하여, 반응을 중지시키고 반응기 내에 쌓인 고체입자들을 제거한 후 다시 반응을 개시하여야 했다. 유동층 반응기를 이용하는 경우에는 상기와 같은 문제점은 어느 정도 개선할 수 있으나, 고체입자들의 응집력이 강하여 반응기의 외부로 쉽게 배출되지 않았다. 이러한 점을 고려하여, 본원에서는 배출관을 구비한 유동층 반응기를 사용한다.Deposited on the carbon black produced through the catalytic decomposition reaction in the second step to form a strong cohesive solid particles or are mixed. In the case of using a conventional fixed bed reactor, the clogging phenomenon occurs in which the solid particles are accumulated in the reactor, and the reaction has to be stopped and the reaction has to be started again after removing the solid particles accumulated in the reactor. In the case of using a fluidized bed reactor, the above problems can be improved to some extent, but the cohesive force of the solid particles is not easily discharged to the outside of the reactor. In view of this, the present invention uses a fluidized bed reactor with discharge pipe.
상기 배출관은 카본블랙의 배출을 더욱 용이하게 하기 위하여 배출관의 측면에 미세노즐을 구비할 수 있다. 카본블랙은 매우 응집력이 강한 고체 입자이므로, 가스 공급기(70)로부터 미세노즐을 통하여 가스를 흘려주어 이들이 배출관에서 더 잘 흐르도록 함으로써 배출을 더욱 용이하게 할 수 있다.The discharge pipe may be provided with a fine nozzle on the side of the discharge pipe in order to more easily discharge the carbon black. Since carbon black is a very cohesive solid particle, the gas may flow from the
상기 미세노즐은 직경이 1 ㎜ 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.5 내지 1 ㎜인 것이다.The fine nozzle is preferably 1 mm or less in diameter, more preferably 0.5 to 1 mm.
상기 배출관은 카본블랙의 배출을 조절하기 위한 밸브를 포함할 수 있다.The discharge pipe may include a valve for controlling the discharge of the carbon black.
제 4 단계는, 촉매분해반응으로부터 제조된 수소, 미반응 탄화수소 및 비말동반된 카본을 포함하는 기체 혼합물을 유동층 반응기(10)에 구비된 노즐을 통하여 사이클론(50)으로 회수하는 단계이다.The fourth step is a step of recovering the gas mixture including hydrogen, unreacted hydrocarbon and entrained carbon prepared from the catalytic decomposition reaction to the
제 5 단계는, 사이클론(10)으로 회수된 기체 혼합물을 분리하여 비말동반된 카본을 노즐을 통하여 분리조(40)로 이송하고, 수소와 미반응 탄화수소의 혼합물을 노즐을 통하여 압력변환흡착탑(60)으로 이송하는 단계이다.In the fifth step, the gas mixture recovered by the
제 6 단계는, 압력변환흡착탑(60)으로 이송된 수소와 미반응 탄화수소의 혼합물을 순수한 수소와 탄화수소로 분리하는 단계이다.The sixth step is a step of separating the mixture of hydrogen and unreacted hydrocarbons transferred to the pressure
제 6 단계에서 분리된 미반응 탄화수소는 압축기로 압축하여 다시 원료가스로 사용할 수 있으며, 촉매분해반응에 필요한 반응열을 공급하기 위한 연소가스로 사용할 수도 있다. 상기 압축기에서 압축된 상기 미반응 폐윤활유 가스를 이송기를 통해 상기 유동층 반응기 내로 이송시킬 수도 있다.The unreacted hydrocarbon separated in the sixth step may be compressed into a compressor and used again as source gas, or may be used as a combustion gas for supplying reaction heat required for catalytic decomposition. The unreacted waste lubricating oil gas compressed in the compressor may be transferred into the fluidized bed reactor through a conveyor.
또한, 제 6 단계에서 분리된 순수한 수소는 연료전지(fuel cell)로 사용될 수 있으며, 일부는 압축기로 압축한 후 반응열을 공급하기 위한 연소가스로 사용될 수 있다. In addition, the pure hydrogen separated in the sixth step may be used as a fuel cell, and some may be used as a combustion gas for supplying reaction heat after being compressed by a compressor.
상기한 바와 같은 본원의 일 구현예에 따른 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙의 제조 방법은 이산화탄소의 발생 없이 고급탄화수소를 포함하는 폐윤활유로부터 고가의 수소 및 카본블랙을 간단한 공정을 통해 용이하게 생산할 수 있는 제조 방법 및 이를 위한 장치를 제공한다. 또한, 본원에 따른 상기 제조 방법에 의한 폐윤활유의 분해 과정에서는 이산화탄소와 같은 부산물이 생기지 않아 환경 오염을 방지할 수 있다.
As described above, the method for producing hydrogen and carbon black from waste lubricant according to an embodiment of the present application can easily produce expensive hydrogen and carbon black from waste lubricant containing high-grade hydrocarbons without generating carbon dioxide through a simple process. Provided are a manufacturing method and an apparatus therefor. In addition, by-products such as carbon dioxide may not be generated during the decomposition of the waste lubricating oil by the manufacturing method according to the present application, thereby preventing environmental pollution.
이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present application is not limited thereto.
[실시예] EXAMPLES
실시예 1. 카본블랙 촉매를 이용한 윤활유의 분해 반응Example 1 Decomposition of Lubricant Using Carbon Black Catalyst
도 2에 나타낸 바와 같은 장치를 이용하여 반응을 수행하였다.The reaction was carried out using the apparatus as shown in FIG.
석영 재질의 2.5 cm 직경의 유동층 반응기에서 순수한 윤활유를 반응물로 하여 카본블랙을 촉매로 하여 직접분해 특성을 알아보았다. 촉매는 0.5 g 의 고무용 카본블랙(N330)을 사용하였으며 반응온도는 퍼니스를 이용하여 600℃ ~ 900℃로 하였다.In the 2.5 cm diameter fluidized bed reactor made of quartz, pure lubricating oil was used as a reactant, and carbon black was used as a catalyst. The catalyst used was 0.5 g of rubber carbon black (N330) and the reaction temperature was set at 600 ° C to 900 ° C using a furnace.
상기 반응기 상부에서 기화된 윤활유가 불활성 가스인 질소와 함께 혼합되어 촉매층을 통과하면서 분해되어 수소 및 카본블랙을 포함하는 혼합 가스가 생성되었다. 상기 생성된 혼합 가스는 상기 반응기 하부를 통하여 벤트 라인을 따라 외부로 배출되며, 상기 촉매 반응 후 생성물은 가스 크로마토그래피를 이용하여 분석하였다. The lubricating oil vaporized at the top of the reactor was mixed with nitrogen, which is an inert gas, and decomposed while passing through the catalyst bed to produce a mixed gas including hydrogen and carbon black. The generated mixed gas is discharged to the outside through the vent line through the bottom of the reactor, the product after the catalytic reaction was analyzed using gas chromatography.
상기 반응결과, 상기 기체 생성물 중 수소의 비율이 50% 이며, 카본블랙 또한 2 g으로 약 4 배 증가하였다.
As a result of the reaction, the proportion of hydrogen in the gas product was 50%, and carbon black also increased about 4 times to 2 g.
실시예Example 2. 카본블랙 촉매를 이용한 폐윤활유의 분해 반응 2. Decomposition of Waste Lubricant Using Carbon Black Catalyst
도 2에 나타낸 바와 같은 장치를 이용하여 반응을 수행하였으며, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 상기 반응물로서 폐윤활유를 기화시켜 사용하였다. The reaction was carried out using the apparatus as shown in Figure 2, and was carried out in the same manner as in Example 1, but was used by vaporizing the waste lubricant as the reactant.
그 결과, 생성물 중 수소의 비율이 40% 이며, 카본블랙 또한 1.5 g으로 약 3 배 증가하였다.
As a result, the proportion of hydrogen in the product was 40%, and carbon black also increased about three times to 1.5 g.
10 : 유동층 반응기 20 : 불활성 가스 공급기
30 : 폐윤활유 기화기 40 : 카본블랙 분리조
50 : 사이클론 60 : 압력변환흡착탑
70 : 가스 공급기10
30: waste lubricant vaporizer 40: carbon black separation tank
50: cyclone 60: pressure conversion adsorption tower
70: gas supply
Claims (8)
상기 기화된 폐윤활유를 불활성 가스와 함께 카본블랙 촉매를 포함하는 유동층 반응기 내로 공급하여 상기 기화된 폐윤활유를 촉매분해반응시키는 제 2 단계;
상기 촉매분해반응으로부터 제조된 카본블랙을 상기 유동층 반응기에 구비된 배출관으로 배출하여 회수하는 제 3 단계;
상기 촉매분해반응으로부터 제조된 수소, 미반응 폐윤활유 및 비말동반된 카본을 포함하는 기체 혼합물을 상기 유동층 반응기의 출구에 구비된 사이클론으로 회수하는 제 4 단계;
상기 회수된 기체 혼합물로부터 상기 비말동반된 카본을 분리하고, 수소 및 미반응 폐윤활유의 혼합물을 압력변환흡착탑으로 이송하는 제 5 단계; 및,
상기 이송된 수소 및 미반응 폐윤활유를 포함하는 혼합물로부터 수소를 분리하여 수득하는 제 6 단계:
를 포함하는, 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙을 제조하는 방법.
First step of vaporizing the waste lubricant;
Supplying the vaporized waste lubricating oil with an inert gas into a fluidized bed reactor including a carbon black catalyst to catalyze the vaporized waste lubricating oil;
A third step of discharging and recovering the carbon black prepared from the catalytic decomposition reaction into a discharge pipe provided in the fluidized bed reactor;
A fourth step of recovering a gas mixture including hydrogen, unreacted waste lubricating oil and entrained carbon prepared from the catalytic decomposition reaction into a cyclone provided at the outlet of the fluidized bed reactor;
Separating the entrained carbon from the recovered gas mixture and transferring a mixture of hydrogen and unreacted waste lubricating oil to a pressure conversion adsorption tower; And
Sixth step obtained by separating hydrogen from the mixture comprising the transferred hydrogen and unreacted waste lubricating oil:
A method for producing hydrogen and carbon black from the waste lubricant comprising a.
상기 카본블랙 촉매는 고무용 카본블랙, 안료용 카본블랙, 전자재료용 카본블랙 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 폐윤활유로부터의 수소와 카본블랙을 제조하는 방법.
The method of claim 1,
And the carbon black catalyst comprises one selected from the group consisting of carbon black for rubber, carbon black for pigment, carbon black for electronic materials, and combinations thereof.
상기 제 2 단계의 촉매분해반응은 600℃ 내지 900℃에서 수행되는 것인, 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙을 제조하는 방법.
The method of claim 1,
Catalytic decomposition of the second step is carried out at 600 ℃ to 900 ℃, a method for producing hydrogen and carbon black from the waste lubricant.
상기 제 1 단계에서 상기 폐윤활유는 상기 유동층 반응기에 연결된 기화기에서 기화되거나 상기 유동층 반응기 상부에서 기화되는 것인, 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙을 제조하는 방법.
The method of claim 1,
Wherein the waste lubricant is vaporized in a vaporizer connected to the fluidized bed reactor or vaporized on top of the fluidized bed reactor.
상기 제 3 단계에서 배출된 상기 카본블랙을 분쇄하여 상기 유동층 반응기 내에 촉매로서 재공급하는 것을 추가로 포함하는, 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙을 제조하는 방법.
The method of claim 1,
And pulverizing the carbon black discharged in the third step and re-feeding it as a catalyst in the fluidized bed reactor.
상기 제 2 단계에서 상기 불활성 가스는 질소 가스 또는 아르곤 가스를 포함하는 것인, 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙을 제조하는 방법.
The method of claim 1,
In the second step, the inert gas comprises nitrogen gas or argon gas, a method for producing hydrogen and carbon black from the waste lubricant.
상기 폐윤활유의 촉매분해공정으로부터 제조된 카본블랙을 회수하기 위한 배출관을 구비하며, 카본블랙 촉매가 로딩되어 있는 유동층 반응기;
상기 유동층 반응기 상부에 노즐로 연결되며 폐윤활유를 기화시키기 위한 기화기;
상기 유동층 반응기 상부에 노즐로 연결되며, 상기 기화기로부터 공급되는 폐윤활유 가스에 불활성 가스를 공급하기 위한 가스 공급기;
상기 유동층 반응기에서 생성된 수소, 미반응 폐윤활유 및 비말동반된 카본을 포함하는 기체 혼합물을 회수하기 위한 사이클론; 및
상기 사이클론 회수기에서 회수된 기체 혼합물로부터 수소를 분리하기 위한 압력변환흡착탑:
을 포함하는, 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙을 제조하는 장치.
An apparatus for producing hydrogen and carbon black through the catalytic decomposition process of waste lubricant,
A fluidized bed reactor having a discharge pipe for recovering carbon black produced from the catalytic cracking process of the waste lubricating oil and loaded with a carbon black catalyst;
A vaporizer connected to the upper portion of the fluidized bed reactor by a nozzle to vaporize the waste lubricant;
A gas supplier connected to the upper portion of the fluidized bed reactor by a nozzle, and supplying an inert gas to the waste lubricating oil gas supplied from the vaporizer;
A cyclone for recovering a gas mixture comprising hydrogen, unreacted spent lubricating oil and entrained carbon produced in the fluidized bed reactor; And
A pressure conversion adsorption tower for separating hydrogen from the gas mixture recovered in the cyclone recoverer:
Comprising a device for producing hydrogen and carbon black from the waste lubricant.
상기 미반응 폐윤활유 가스를 압축시키는 압축기; 및
상기 압축기에서 압축된 상기 미반응 폐윤활유 가스를 상기 유동층 반응기 내로 이송시키기 위한 이송기:
를 추가 포함하는, 폐윤활유로부터 수소와 카본블랙을 제조하는 장치.The method of claim 7, wherein
A compressor for compressing the unreacted waste lubricant gas; And
A conveyer for conveying the unreacted waste lubricant gas compressed in the compressor into the fluidized bed reactor:
Further comprising a device for producing hydrogen and carbon black from the waste lubricant.
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