KR20100037087A - 탄소 나노물질 제조용 일산화탄소 생성을 위한 통합된 방법 - Google Patents

탄소 나노물질 제조용 일산화탄소 생성을 위한 통합된 방법 Download PDF

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케빈 맥케이그
웨이빈 지앙
라마찬드란 크리슈나무르티
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Abstract

본 발명은, 필요량에 기초하여 일산화탄소를 제조하는 것이 가능하고, 일산화탄소를 제조 위치로 이송하거나 현장에 다량의 일산화탄소를 저장할 필요가 없는, 탄소 나노튜브-제조 반응기의 업스트림에서의 건식 개질 또는 부분 산화의 통합된 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 통합된 방법을 수행하는 것이 가능한 장치에 관한 것이다. 상기 탄소 나노튜브 제조 공정으로부터의 이산화탄소 방출이 배제될 수 있다. 이는, 이산화탄소 부산물을 재순환시키고 재순환된 이산화탄소 부산물을 부분 산화 공정에 대한 공급물과 혼합함으로써 달성될 수 있다.

Description

탄소 나노물질 제조용 일산화탄소 생성을 위한 통합된 방법{INTEGRATED PROCESSES FOR GENERATING CARBON MONOXIDE FOR CARBON NANOMATERIAL PRODUCTION}
관련 출원의 상호참조
본 출원은, 35 U.S.C. §119(e) 하에, 2007년 6월 6일에 출원된 미국 특허 가출원 제 60/933,599 호, 2007년 6월 6일에 출원된 미국 특허 가출원 제 60/933,600 호 및 2007년 6월 6일에 출원된 미국 특허 가출원 제 60/933,598 호를 우선권으로 주장하며, 상기 특허를 전체로써 본원에 참고로 인용한다.
본 발명은 일반적으로 탄소 나노물질의 제조 방법, 및 더욱 특히, 공동-공급원료(co-feedstock)의 부분 산화에 기초하여 일산화탄소를 생성하고, 이렇게 생성된 일산화탄소를 사용하여 탄소 나노물질을 제조하기 위한 통합된 방법에 관한 것이다.
다양한 탄소 나노물질, 예컨대 단일벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브 및 탄소 나노섬유는, 적합한 상업적 공정을 사용하여 보우다르트(Boudart) 반응을 통해 일산화탄소로부터 제조될 수 있다. 상기 공정은, 촉매 전구체 분해 온도 미만으로 유지되는 촉매 전구체 기체와 일산화탄소를 혼합 대역에 공급하는 것을 포함할 수 있다. 이용가능한 다른 공정은, 반응기 셀 내에서, 탄소 나노튜브를 접촉(catalytic) 제조하기에 충분한 온도에서, 금속성 촉매 입자를 효과량의 탄소-함유 기체와 접촉시킴으로써 탄소 나노튜브를 제조하는 것을 포함한다. 생성 탄소 나노튜브는 단일벽 탄소 나노튜브의 실질적인 일부를 포함하며, 사용될 수 있는 금속성 촉매 입자는 VIII족 금속 또는 VIb족 금속을 포함한다. 또한, 보우다르트 반응을 활용하는 다른 공정도 탄소 나노물질을 제조하는 데 사용될 수 있다.
전술된 공정은, 특정의 결점들을 특징으로 한다. 예를 들어, 고도의 독성 및 가연성인 일산화탄소 공급물 기체의 저장 및 취급은 많은 안전성 문제를 발생시킨다. 또한, 상기 공정은 전형적으로 다량의 온실 가스, 예를 들어, 제조되는 탄소 나노물질의 각각의 톤 당 약 4톤의 이산화탄소의 방출을 일으킨다.
전술된 결점들의 영향을 피하거나 줄일 뿐만 아니라 전체 공정 효율을 개선하기 위해, 탄소 나노물질을 제조하는 데 사용되는 더 우수한 공정이 필요하다.
발명의 요약
몇몇 실시양태에서, 탄소 나노물질을 수득하는 방법이 제공된다. 하나의 방법은, 탄화수소 스트림, 이산화탄소 스트림 및 산소 스트림을 조합하여, 조합된 스트림을 형성하는 단계; 상기 조합된 스트림 중의 탄화수소를 전환 반응기 내에서 전환 공정으로 처리하여, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 미반응된 산소 부분 및 미반응된 탄화수소 부분을 포함하는 전환된 기체 스트림을 형성하는 단계; 및 이어서, 상기 전환된 기체 스트림을 탈산소화시켜, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 및 미반응된 탄화수소 부분을 포함하는 탈산소화된 기체 스트림을 제조함으로써, 상기 전환된 기체 스트림으로부터 미반응된 산소 부분을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 미반응된 산소 부분을 제거하는 단계는 탈산소 장치 내에서 수행될 수 있다.
이어서, 예를 들어 1단 또는 다단 막 분리기를 사용하거나 다르게는 압력 변동 흡착 공정을 이용하여, 상기 탄산소화된 기체 스트림으로부터 수소를 분리하여 주 스트림 및 부산물 스트림을 형성할 수 있으며, 이때 상기 주 스트림은 일산화탄소, 이산화탄소, 및 미반응된 탄화수소 부분을 포함하고, 상기 부산물 스트림은 수소를 포함한다.
이어서, 상기 주 스트림은, 탄소 나노물질을 제조하기 위한 탄소 나노물질 제조 유닛으로 보내질 수 있으며, 이산화탄소 및 일산화탄소는 재순환되어 전환 반응기로 보내질 수 있다. 다르게는, 상기 주 스트림을 추가로 분리 처리하여, 주요량의 이산화탄소, 및 미반응된 탄화수소 부분을 제거함으로써, 실질적으로 순수한 일산화탄소 스트림을 형성할 수 있으며, 이어서 상기 일산화탄소 스트림은 탄소 나노물질 제조 유닛으로 보내질 수 있다. 상기 주 스트림의 이러한 정제는, 특정 유형의 탄소 나노물질, 특히 단일벽 탄소 나노튜브를 제조하기에 바람직할 것이다.
또한, 탈산소화된 기체 스트림을 분리하는 다른 방법, 예를 들어 비제한적으로, 극저온 분리 공정이 이용가능하다. 하나의 실시양태에서, 상기 스트림을 분리하는 방법은, 생산 규모 및 탄소 나노물질 제조 공정에 요구되는 일산화탄소 순도에 매우 의존할 것이다.
하나의 실시양태에서, 본 발명은, 탄화수소(들), 이산화탄소 및 산소의 혼합물을, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 미반응된 산소 부분 및 미반응된 탄화수소 부분을 포함하는 전환된 기체 스트림으로 전환시키는 전환 반응기; 및 상기 전환 반응기와 유체 연통하는 탈산소화 유닛을 포함하는, 탄소 나노물질을 제조하기 위한 장치를 제공한다. 상기 탈산소화 유닛은, 상기 전환된 기체 스트림으로부터 미반응된 산소 부분을 제거하는 데 사용될 수 있으며, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 및 미반응된 탄화수소 부분을 포함하는 탈산소화된 기체 스트림을 생산한다.
상기 장치는 추가로, 상기 탈산소화된 기체 스트림으로부터 수소를 제거하고 일산화탄소, 이산화탄소, 및 미반응된 탄화수소 부분을 포함하는 주 스트림을 형성하기 위한, 상기 탈산소화 유닛과 유체 연통하는 1단 또는 다단 막 분리기를 포함할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 상기 장치는 상기 막 분리기 대신, 상기 탈산소화된 기체 스트림으로부터 수소를 제거하고 일산화탄소, 이산화탄소, 및 미반응된 탄화수소 부분을 포함하는 주 스트림을 형성하기 위해, 상기 탈산소화 유닛과 유체 연통하는 압력 변동 흡착 유닛 또는 극저온 분리 유닛을 추가로 포함할 수 있다.
상기 장치는 추가로, 상기 막 분리기와 유체 연통하고, 탄소 나노물질 및 이산화탄소 스트림을 생산하는 탄소 나노물질 제조 유닛; 및 상기 탄소 나노물질 제조 유닛과 유체 연통하고, 상기 일산화탄소를 재순환시키고, 상기 이산화탄소 스트림을 상기 전환 반응기로 보내기 위한 수단을 포함할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 탄소 나노물질 제조 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시양태에 따른 탄소 나노물질 제조 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은, 본 발명의 또다른 실시양태에 따른 탄소 나노물질 제조 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
달리 기술되지 않는 한, 이하에서는 하기 정의 및 약어가 사용된다.
"단일벽 탄소 나노튜브"란 용어는, 실질적으로 화학적으로 순수한 탄소로 구성되고 약 0.4 내지 약 4 nm의 직경을 갖는 실질적으로 원통형의 중공 튜브로서 정의된다.
"다중벽 탄소 나노튜브"란 용어는, 실질적으로 화학적으로 순수한 탄소로 구성되고 약 3 내지 약 100 nm의 외경을 갖는, 실질적으로 원통형의 튜브들의 근접-이격된 동축 배열로서 정의된다.
"탄소 나노튜브"란 용어는, 단일벽 탄소 나노튜브 및 다중벽 탄소 나노튜브를 모두 지칭한다.
"탄소 나노섬유"란 용어는, 실질적으로 화학적으로 순수한 탄소로 구성되고 약 1 내지 100 nm의 직경을 가지며 근접-이격된 원뿔대의 적층된 배열인 실질적으로 원통형의 튜브로서 정의된다.
"탄소 나노물질"이란 용어는, 하나 이상의 방향에서 100 nm 미만의 크기를 갖는 실질적으로 화학적으로 순수한 탄소로 구성된 구조체로서 정의된다. 탄소 나노물질은 플러렌, 단일벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브, 탄소 나노혼, 탄소 나노섬유 및 단일- 및 다중-층 흑연 소판(platelet)을 포함한다.
"탄화수소"란 용어는, 분자들이 단지 탄소 및 수소로만 이루어진 유기 화합물로서 정의된다.
"촉매"란 용어는, 자신은 실질적으로 소모되거나 다르게는 공정에서 화학적으로 변화되지 않으면서, 화학 반응의 속도 또는 수율을 변화시키는 물질로서 정의된다.
"귀금속"이란 용어는, 부식 또는 산화에 고도의 저항성인 금속을 지칭하며, 대부분의 베이스 금속과는 반대로, 쉽게 용해되지 않는다. 이의 예는 비제한적으로, 백금, 팔라듐, 금, 은, 탄탈륨 등을 포함한다.
"베이스 금속(base metal)"이란 용어는, 용이하게 산화될 수 있는 임의의 비-귀금속을 지칭한다. 이의 예는 비제한적으로, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 코발트 등을 포함한다.
"보우다르트(Boudart) 반응"이란 용어는, 하기 화학 반응(I)을 지칭한다.
2CO → C + CO2 (I)
"개질"이란 용어는, 전형적으로 촉매의 존재 하에 열 및 압력을 사용함으로써 분자들을 화학적으로 재조합(개질)하여 상이한 생성물을 형성하는 화학 공정을 지칭한다.
"건식 개질(dry reforming)"이란 용어는, 이산화탄소를 사용하여 화합물, 예를 들어 탄화수소(예컨대, 메탄)를 개질하여 합성가스를 제조하는 공정을 지칭한다.
"스팀 개질"이란 용어는, 물을 사용하여 화합물, 예를 들어 탄화수소(예컨대, 메탄)를 개질하여 합성가스를 제조하는 공정을 지칭한다.
"합성가스(syngas)"란 용어는, "합성용 가스(synthesis gas)"의 약어이며, 다양한 양의 일산화탄소 및 수소를 함유하는 기체 혼합물을 지칭한다.
"부분 산화"란 용어는, 건식 개질의 하나의 유형이며, 전처리된 탄화수소(들) 및 산소를 연소 챔버(여기서는, 완전 연소에 필요한 화학량론적 양 미만의 산소와 함께 상기 탄화수소(들)의 산화가 발생함)에 주입함으로써, 탄화수소(들)-함유 기체를, 수소, 일산화탄소 및 추가의 미량 성분, 예컨대 이산화탄소, 물 및 다른 탄화수소들의 혼합물로 전환시키는 공정을 지칭한다.
"접촉(catalytic) 부분 산화"란 용어는, 적합한 지지 구조체 상의 촉매, 예를 들어 귀금속(예컨대, 백금, 팔라듐 또는 로듐) 또는 베이스 전이 금속(예컨대, 니켈)의 존재 하에 수행되는 부분 산화를 지칭한다.
"콜드 박스(cold box)"란 용어는, 극저온 공정 장비, 예컨대 열 교환기 및 증류 칼럼을 함유하는 장치(이는, 적어도 일산화탄소 및 수소의 혼합물을 일산화탄소 및 수소의 개별적인 스트림으로 분리하는 데 사용될 수 있슴)를 지칭한다. 저분자량 탄화수소가 상기 혼합물 중에 존재하는 경우, 이는 또한 상기 장치를 사용하여 분리될 수 있다.
"막(membrane)"이란 용어는, 유체 혼합물 중에 존재하는 일부 화학종을 다른 화학종보다 더 빠른 속도로 통과시키는 박형의 장벽을 지칭한다.
"압력 변동 흡착(pressure swing adsorption)"이란 용어는, 고압에서 유체 혼합물의 하나 이상의 화학종을 우선적으로 흡착하고 이렇게 흡착된 물질의 적어도 일부를 더 낮은 압력에서 방출시키기 위해 흡착제를 사용되는 분리 공정을 지칭한다.
탄소 나노물질-제조 반응기의 업스트림에서의 개질 또는 부분적 산화 공정의 혼입은, 필요량에 기초하여 일산화탄소를 생산하는 것이 가능하도록 하고, 일산화탄소를 제조 위치로 이송하거나 현장에 다량의 일산화탄소를 저장할 필요가 없도록 한다. 이러한 통합된 공정에서는, 상기 탄소 나노튜브 제조 공정으로부터 거의 모든 이산화탄소 방출이 배제될 수 있다. 이는, 이산화탄소 부산물을 재순환시키고, 상기 재순환된 이산화탄소 부산물을 부분 산화 공정에 대한 공급물과 혼합함으로써 달성될 수 있다. 상기 통합된 공정은, 상기 공정이 없는 경우 상대적으로 소량의 수소 부산물이 그의 정제 및 압축을 비경제적으로 만들 수 있는 경우를 비롯하여 다양한 규모 또는 분산(distributed) 제조 플랜트에 더욱 적합할 수 있다.
합성가스는 탄화수소(예컨대, 메탄)의 건식 개질 공정에 의해 수득될 수 있다. 다양한 탄화수소가 사용될 수 있으며, 이러한 탄화수소를 사용하는 건식 개질 공정은 당분야에 공지되어 있다. 건식 개질의 하나의 가능한 경로, 즉, 부분 산화는 하기 반응 (II)로 개략적으로 도시될 수 있다.
2CH4 + CO2 + O2 → 3CO + 3H2 + H2O (II)
더욱 구체적으로, 상기 반응 (II)에 도시된 부분 산화 공정은 전형적으로 고온, 예컨대 약 700℃ 내지 약 1400℃의 온도 및 고압, 예컨대 약 150 기압 이하에서 수행될 수 있다. 상기 공정은 촉매의 존재 하에 수행될 수 있다. 적합한 촉매는, 당분야에 공지된 다양한 이용가능한 옵션으로부터 선택될 수 있다. 예를 들면, 사용될 수 있는 촉매는 귀금속(예컨대, 백금, 팔라듐 또는 로듐) 또는 다르게는 베이스 전이 금속(예컨대, 니켈)을 포함할 수 있다. 상기 금속은 다공성 담체, 예컨대 알루미나 또는 제올라이트 내로 혼입될 수 있다.
상기 반응 (II)에 도시된 부분 산화 공정을 수행하기 위해 다양한 조건이 사용될 수 있다. 부분 산화에 가장 적합한 조건, 즉, 온도, 압력, 촉매 및 탄화수소/산소 비가 선택될 수 있다. 예를 들어, 약 1000℃ 초과, 예컨대 1300℃의 온도 및 150 기압 이하의 압력이 사용될 수 있다.
상기 반응식 (II)에 도시된 바와 같이 제조된 합성가스는 수소, 일산화탄소, 남아있는 미반응된 이산화탄소, 및 남아있는 미반응된 산소를 포함할 수 있다. 모든 다른 성분, 즉 수소, 미반응된 이산화탄소 및 미반응된 산소를 제거함으로써 상기 혼합물을 추가로 가공하여 정제된 일산화탄소를 수득할 수 있다. 정제 공정은 하기에 기술되는 바와 같을 수 있다.
미반응된 산소 부분은, 부분 산화 공정을 이용하여 합성가스 스트림을 탈산소화함으로써 상기 합성가스 스트림으로부터 제거될 수 있다. 탈산소화 공정을 수행하는 데 필요한 적절한 공정 및 장비는 많은 공지된 옵션 중에서 선택될 수 있다. 결과적으로, 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 탈산소화된 기체 스트림이 형성될 수 있다.
상기 탈산소화된 기체 스트림으로부터 수소를 분리하여, 일산화탄소, 이산화탄소, 및 미반응된 탄화수소 부분을 포함하는 주 스트림; 및 수소를 포함하는 부산물 스트림을 형성할 수 있다. 이렇게, 탈산소화된 합성가스로부터 수소를 분리하는 것은 막을 이용한 분리에 의해 달성될 수 있다.
적절한 막이 선택될 수 있다. 다양한 막, 예컨대 중합체성, 금속성 다공성 지지체 등이 사용될 수 있으며, 상기 막은 당분야에 공지되어 있다. 상기 막은, 다공성 알루미나 지지체 상에 침착된 박형 이산화규소 층을 포함할 수 있다. 이 기공은 약 5 내지 약 10 nm의 직경을 가질 수 있다. 이산화규소 층은, 아르곤 분위기 중에서, 목적하는 정도의 수소 투과도가 달성될 때까지, 테트라에틸오르쏘실리케이트의 화학적 증착에 의해 알루미나 기재 위쪽에 형성될 수 있다. 상기 일산화탄소 스트림으로부터 이렇게 분리된 수소는 추가로 정제될 필요가 없다. 대신, 후술되는 바와 같이, 임의적으로 회수되어 연료로서 사용되기 위해 보내질 수 있다.
전술된 바와 같이 수소가 분리된 후, 일산화탄소, 이산화탄소, 및 미반응된 탄화수소 부분을 포함하는 상기 주 스트림은, 상기 도시된 보우다르트 반응(I)을 사용하여 탄소 나노물질 및 이산화탄소 스트림을 제조하기 위해, 탄소 나노물질 제조 유닛으로 보내질 수 있다. 보우다르트 반응의 결과로서 형성된 물질을 포함하는 이산화탄소 스트림은 회수되어 부분 산화에 이용될 수 있다. 탄소 나노물질을 제조하기 위한 보우다르트 반응을 수행하기 위해 필요한 조건은 당분야에 공지되어 있으며, 당분야의 숙련가는 최적의 조건을 선택할 수 있다.
목적하는 탄소 나노물질의 특정 유형, 크기 및 순도에 따라, 상기 주 스트림으로부터 미반응된 탄화수소 부분 및 이산화탄소를 제거하고, 실질적으로 순수한 일산화탄소를 상기 탄소 나노물질 제조 유닛에 공급하는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 임의의 몇몇 이용가능한 방법, 예컨대 막 공정, 압력 변동 흡착 공정, 흡수 공정 등에 의해 달성될 수 있다. 각각의 경우, 정제된 일산화탄소 스트림은 상기 탄소 나노물질 제조 유닛으로 보내질 수 있으며, 이산화탄소 및 탄화수소 스트림은 상기 개질기 유닛으로 재순환될 수 있다.
이제, 도 1로 돌아가서, 탄화수소(1)는 전처리 반응기(A)로 보내진다. 탄화수소 전처리 반응기 유닛은 황 제거를 가능하게 하고, 존재할 수 있는 다양한 올레핀이 포화되게 하고, 임의적으로 탄화수소(1)가 미리-개질되게 한다. 탄화수소는 상기 전처리 반응기(A)에서 배출된 후, 라인(3)을 통해 탄화수소 전환 반응기(B)로 도입된다. 상기 탄화수소 전환 반응기(B)는, 접촉 부분 산화 공정을 수행하기 위한, 접촉 부분 산화 장치일 수 있다. 상기 탄화수소 전환 반응기(B)는 또한, 각각, 촉매에 의한 자열 개질 공정 또는 촉매가 없는 부분 산화 공정을 수행하기 위한, 촉매에 의한 자열 개질기 또는 촉매가 없는 부분 산화 장치일 수 있다.
탄화수소 스트림(3), 산소 스트림(2) 및 재순환된 이산화탄소 기체 스트림(9)은 모두 탄화수소 전환 반응기(B)로 보내질 수 있으며, 여기서 약 700℃ 내지 약 1400℃의 온도 및 150 기압 이하의 압력 및 임의적으로 적합한 촉매의 존재 하에, 전환 반응이 수행될 수 있다.
이어서, 반응 생성물은 라인(4)을 통해 상기 탄화수소 전환 반응기(B)에서 배출된다. 이 기체 스트림은 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 미반응된 산소, 미반응된 탄화수소(예컨대, 메탄) 및 물을 포함할 수 있다. 다양한 열 회수 공정 후, 상기 기체 스트림(4)은, 미량의 미반응된 산소를 제거하기 위한 탈산소화 유닛(C)으로 보내진다. 이어서, 제 2 단계 막(F)으로부터 재순환된 스트림(11)과 조합된 기체 스트림(5)은, 압축 유닛(D)을 통해 압축되고, 라인(6)을 통해 제 1 단계 막 유닛(E)으로 보내진다. 투과된 폐 기체 스트림(10)은 주요량의 수소를 함유할 수 있으며, 연료로서 배출될 수 있다. 상대적으로 고압의 일산화탄소-풍부 스트림(7)은, 탄소 나노물질 제조 유닛(G)이 탄소 나노물질을 생산하는 데 공급원료(8)로서 추가로 사용되는 더 고순도의 일산화탄소 스트림을 생산하기 위한 제 2 단계 막 유닛(F)으로 보내진다. 이어서, 나노탄소 제조 유닛(G)으로부터의 이산화탄소 부산물 스트림(9)은 탄화수소 전환 유닛(B)으로 재순환된다.
상기 나노탄소 제조 유닛(G)은 몇몇 하위 유닛, 예컨대 나노탄소 제조 반응기, 유출물 기체 스트림으로부터 고체 나노탄소 생성물을 분리하기 위한 분리기, 미반응된 공급물 기체를 분리하고 재순환시키기 위한 장치, 및 임의적으로 상기 이산화탄소 부산물 스트림으로부터 바람직하지 않은 부산물을 제거하기 위한 장치를 포함할 수 있다.
이제, 도 2로 돌아가서, 합성가스는 산소를 사용하기 않고 탄화수소(예컨대, 메탄)의 건식 개질 공정에 의해 수득될 수 있다. 산소가 없는 건식 개질의 하나의 가능한 경로는 하기 반응(III)으로 개략적으로 도시될 수 있다.
CH4 + CO2 → 2CO + 2H2 (III)
더욱 구체적으로, 상기 반응 (III)에 도시된 건식 개질 공정은 전형적으로 고온, 예컨대 약 700℃ 내지 약 1000℃의 온도 및 고압, 예컨대 약 150 기압 이하의 압력에서 수행된다. 상기 공정은 촉매의 존재 하에 수행될 수 있다. 적합한 촉매는 다양한 공지된 옵션으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 사용될 수 있는 촉매는 귀금속(예컨대, 백금, 팔라듐 또는 로듐), 또는 다르게는 베이스 전이 금속(예컨대, 니켈)을 포함할 수 있다. 상기 금속은 다공성 담체, 예컨대 알루미나 또는 제올라이트 내로 함입될 수 있다.
실제로, 상기 개질기 유닛의 최적의 작업성을 위해, 또한 상기 공정 장비 상에 코크스가 형성되는 것을 막기 위해, 임의적으로 건식 개질과 스팀 개질의 조합이 사용될 수 있다. 스팀 개질의 하나의 가능한 경로는 하기 반응 (IV)으로 개략적으로 도시될 수 있다.
CH4 + H2O → CO + 3H2 (IV)
사용되는 경우, 스팀 개질에 활용하기 위한 최적의 조건(즉, 온도, 압력, 촉매)이 선택될 수 있다. 탄소 나노물질의 제조를 위해서는, 개질기 내에서 생산되는 일산화탄소의 양을 최대화하고, 생산되는 수소의 양을 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 개질기에 대한 공급물은 단지 코크스 형성을 방지하는 데 필요한 정도의 스팀만을 함유할 수 있다.
도 2의 하나의 양태에서, 상기 반응 (III)에 도시된 바와 같이 제조된 합성가스는 수소, 일산화탄소, 남아있는 미반응된 이산화탄소 및 남아있는 미반응된 탄화수소를 포함한다. 이 혼합물은, 모든 다른 성분, 즉 수소, 미반응된 이산화탄소 및 미반응된 탄화수소를 목적한 정도로 제거함으로써 추가로 가공되어, 정제된 일산화탄소를 제공할 수 있다. 정제 공정은 하기와 같이 기술될 수 있다.
수소 및 미반응된 탄화수소가 제거되어, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 주 스트림, 및 수소 및 미반응된 탄화수소를 포함하는 부산물 스트림을 배출할 수 있다. 이렇게, 합성가스로부터 수소 및 미반응된 탄화수소를 분리하는 것은, 하나 또는 다수의 막(전술된 바와 같음)을 사용함으로써 달성할 수 있다. 상기 막(들)은 도 1에 대해 기술된 바와 같을 수 있다. 다르게는, 상기 분리가, 다른 적합한 공정, 예컨대 압력 변동 흡착 공정 및/또는 극저온 분리 공정을 사용하여 달성될 수 있다.
막(들)을 이용하여 수소 및 미반응된 탄화수소를 분리한 후, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 주 스트림은, 전술된 바와 같은 보우다르트 반응(I)을 사용하여 탄소 나노물질 및 이산화탄소 스트림을 생성하기 위한 탄소 나노물질 제조 유닛으로 보내질 수 있다. 다르게는, 상기 주 스트림으로부터 목적하는 정도로 이산화탄소를 제거하여, 실질적으로 순수한 일산화탄소 스트림을 제조할 수 있으며, 이는 이어서, 탄소 나노물질 제조 유닛으로 보내질 수 있다. 전술된 바와 같이, 이산화탄소 스트림(주 스트림 중에 존재하는 미반응된 이산화탄소 부분, 및 보우다르트 반응의 결과로서 형성된 이산화탄소 포함)은 재순환되어 건식 개질, 또는 건식 개질과 스팀 개질의 조합된 공정에 사용될 수 있다.
이는, 도 2를 참조하여 더 자세히 기술된다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 탄화수소(201)는 전처리 반응기(2A)로 보내질 수 있다. 탄화수소 전처리 반응기 유닛은 황의 제거를 가능하게 하며, 존재할 수 있는 다양한 올레핀이 포화되게 하고, 임의적으로 탄화수소(201)가 미리 개질되게 한다. 미처리된 탄화수소 스트림(202)의 부분은 탄화수소 전환 반응기(2B)를 위한 연료로서 공급될 수 있다.
탄화수소는 전처리 반응기(2A)에서 배출된 후, 라인(203)을 통해 탄화수소 전환 반응기(2B)로 도입될 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 이산화탄소 건식 개질 공정 및 촉매에 의한 스팀 개질 공정을 모두 수행하기 위해, 탄화수소 전환 반응기(2B)가 채택된다. 필요한 경우, 다양한 다른 탄화수소 전환 반응기(2B)가 선택될 수 있다.
탄화수소 스트림(203), 스팀(215) 및 재순환된 이산화탄소 기체 스트림(10)이 탄화수소 전환 반응기(2B)에 도입될 수 있으며, 여기서 약 700℃ 내지 약 1000℃의 온도 및 150 기압 이하의 압력에서, 임의적으로 적합한 촉매의 존재 하에 전환 공정이 수행될 수 있다. 반응 생성물은 기체 스트림(204)으로서 탄화수소 전환 반응기(2B)에서 배출될 수 있다.
도 2에서는, 기체 스트림(204)이 수소, 일산화탄소, 미반응된 스팀, 미반응된 이산화탄소 및 미반응된 탄화수소(예컨대, 메탄)를 포함한다. 이어서, 기체 스트림(204)은, 공정 열 보일러, 다양한 열 교환기 및 요구되는 다운스트림 온도로 기체 스트림(204)을 냉각시키기 위한 냉각탑(미도시)을 포함하는 열 회수 장치(2C)로 보내진다. 따라서, 기체 스트림(205)은 기체 스트림(204)과 화학적 조성은 동일하지만 이보다 더 낮은 온도로 열 회수 장치(2C)에서 배출될 수 있다. 이 공정에서는 물(213)로부터의 공정 스트림(215) 및 배출 스트림(214)이 생성될 수 있다.
이어서, 기체 스트림(205)은 제 1 단계 막 유닛(2D)으로 도입될 수 있고, 여기서 대부분의 수소 및 이산화탄소는 상기 기체 스트림의 나머지로부터 분리되어 2개의 개별적인 스트림이 형성된다. 상기 2개의 스트림은, 미반응된 이산화탄소의 일부 및 미반응된 탄화수소의 일부와 함께 주요량의 일산화탄소를 포함하는 주 스트림(206), 및 주요량의 미반응된 이산화탄소와 함께 주로 수소를 포함하는 투과된 폐 기체 스트림(216)이다.
이어서, 투과된 폐 기체 스트림(216)은 연료로서 탄화수소 전환 유닛(2B)에 보내질 수 있다. 상기 연료의 연소로부터의 생성물은 유출물 스트림(217)을 통해 유닛(2B)에서 배출될 수 있다. 이어서, 상대적으로 고압의 일산화탄소-풍부 주 스트림(206)은 제 2 단계 막 유닛(2E)으로 보내질 수 있으며, 여기서 일산화탄소 및 남아 있는 미반응된 이산화탄소는 추가로 분리되어 더 고순도의 일산화탄소 스트림(207) 및 이산화탄소-풍부 투과물 스트림(211)을 생성한다.
일산화탄소 스트림(207)은, 탄소 나노물질 제조 유닛(2F)을 위한 공급원료로서 추가로 사용되어, 탄소 나노물질(208) 및 폐 이산화탄소 스트림(209)을 생성할 수 있다. 이산화탄소-풍부 투과물 스트림(211)은 압축 유닛(2G)을 통해 압축되고, 이어서 라인(212)을 통해 제 1 단계 막 유닛(2D)으로 다시 재순환될 수 있으며, 탄소 나노물질 제조 유닛(2F)으로부터의 폐 이산화탄소 스트림(209)은 압축 유닛(2H)을 통해 스트림(210)을 거쳐 압축되고 탄화수소 전환 유닛(2B)으로 재순환될 수 있다.
일부 경우, 탄소 나노물질 제조 유닛(2F)은 몇몇 하위 유닛(미도시), 예컨대 탄소 나노물질 제조 반응기, 유출물 기체 스트림으로부터 고체 탄소 나노물질 생성물(208)을 분리하기 위한 장치, 미반응된 공급물 기체를 분리하고 재순환시키기 위한 하위 유닛, 및 가능하게는 상기 이산화탄소 부산물 스트림으로부터 바람직하지 않은 부산물을 분리하기 위한 장치를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 장치 및 공정의 많은 변화가 가능하다. 개질기에 필요한 열은, 개질기로부터의 수소 생성물의 일부를 연소함으로써 생성될 수 있다. 다르게는, 수소 생성물을 판매하거나, 개질기의 연료로 천연 기체를 사용할 수 있다. 또한, 탄소 나노물질 반응기 유닛(2F)에서 발열 반응에 의해 방출된 열을, 개질기에 대한 공급물을 예열하기 위해 사용하고, 이에 따라, 공정에 요구되는 연료의 양을 감소시킬 수 있다.
하나의 실시양태에서, 추가량의 이산화탄소를 외부 공급원으로부터 도입하고, 개질기에 대한 공급물과 혼합하여 추가의 이점을 달성할 수 있다. 개질기에 공급되는 탄화수소가 메탄인 경우, 동일한 몰량 이하의 외부 이산화탄소가 또한 스트림(218)을 통해 상기 반응기로 공급될 수 있다. 이러한 조건 하에서, 전체 공정은 하기 총 반응(V)으로 개략적으로 도시될 수 있다.
CH4 + CO2 → 2C + 2H2O (V)
상기 공정은, 이산화탄소를 소비하여, 이에 따라 지구 온난화에 상당한 기여자로 생각되는 이산화탄소가 대기로 방출되는 것을 방지하는 수단을 제공한다. 상기 전체 반응(V)은 공정의 다양한 유닛 작업의 효율적인 에너지 통합을 갖는 발열반응이기 때문에, 화석 연료의 추가의 연소가 거의 없거나 전혀 없이, 탄소 나노튜브의 조합된 생산 및 이산화탄소의 외부적 생산의 봉쇄를 달성할 수 있다.
도 3을 참조하여 기술된 다른 경우에는, 합성가스가 또한, 반응식(III)에 도시된 건식 개질 공정에 의해 수득될 수 있다. 건식 개질 공정은 실질적으로, 스팀 개질의 임의적 활용을 비롯하여, 도 2에 대해 기술된 것과 유사할 수 있다. 이전과 같이, 이산화탄소 부산물은 재순환되고, 개질기에 대한 공급물과 혼합될 수 있으며, 이는 개질기에 의해 생산되는 일산화탄소의 양을 증가시킨다.
그러나, 일부 추가적인 특징이 사용될 수 있다. 이러한 추가적인 특징은, 합성가스로부터 수소 및 미반응된 탄화수소를 분리하기 위한 막 분리기 대신, 콜드 박스의 사용을 포함한다. 이러한 특징은 대규모 생산 공장에서 사용될 수 있다. 또한, 상기 공정은 귀중한 공동-생성물로서 수소를 생산하는 것을 가능하게 한다.
이는, 도 3을 참조하여 더 자세히 기술될 수 있다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 탄화수소(301)는 전처리 반응기(3A)로 보내질 수 있다. 도 2에서와 같이, 탄화수소 전처리 반응기(3A)는 황의 제거를 가능하게 하고, 존재할 수 있는 다양한 올레핀이 포화되게 하고, 임의적으로 탄화수소(301)가 미리-개질되게 한다. 탄화수소 스트림(302)의 부분은 탄화수소 전환 반응기(3B)를 위한 연료로서 공급될 수 있다.
탄화수소는 전처리 반응기(3A)에서 배출된 후, 라인(303)을 통해 탄화수소 전환 반응기(3B)로 도입될 수 있다. 도 3에서는, 이산화탄소 건식 개질 공정 및 촉매에 의한 스팀 개질 공정을 모두 수행하기 위해 탄화수소 전환 반응기(3B)가 채택된다. 필요한 경우, 다양한 다른 탄화수소 전환 반응기(3B)가 선택될 수 있다.
탄화수소 스트림(303), 스팀(316) 및 재순환된 이산화탄소 기체 스트림(313)은 탄화수소 전환 반응기(3B) 내에서 약 700℃ 내지 약 1000℃의 온도에서 반응할 수 있다. 이 반응 생성물은 라인(304)을 통해 탄화수소 전환 반응기(3B)에서 배출될 수 있다. 기체 스트림(304)은 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 미반응된 탄화수소(예컨대, 메탄)를 포함할 수 있다. 이어서, 이 기체 스트림(304)은 열 회수 장치(3C)로 보내질 수 있다. 열 회수 장치(3C)는 또한 공정 열 보일러, 다양한 열 교환기 및 기체 스트림(304)을 냉각시키기 위한 냉각탑(미도시)을 함유할 수 있다.
이어서, 요구되는 다운스트림 온도로 냉각된 기체 스트림(304)은 기체 스트림(305)으로서 이산화탄소 제거 유닛(3D)에 도입될 수 있다. 기체 스트림(305)은, 기체 스트림(304)과 화학적 조성은 동일하고 이보다 온도는 더 낮은 상태로 열 회수 수단(3C)에서 배출된다. 공정 스팀(316) 및 배출 스팀(315)(물(314)로부터)은 또한 열 회수 수단(3C)에서 생성될 수 있다. 이산화탄소 제거 유닛(3D)에서는, 이산화탄소 스트림(312) 및 이산화탄소-희박 스트림(306)이 기체 스트림(305)으로부터 수득될 수 있다.
이어서, 분리된 이산화탄소 기체(312)는 이산화탄소 압축 유닛(3H)으로 보내지고, 이어서 스트림(313)으로서 탄화수소 전환 유닛(3B)으로 재순환될 수 있다. 이산화탄소-희박 스트림(306)은 일산화탄소 분리 유닛(3E)으로 이동하여, 생성물 일산화탄소 스트림(307) 및 원료(raw) 수소 스트림(309)을 생성한다. 사용될 수 있는 전형적인 일산화탄소 분리 장치는 콜드 박스, 막 시스템 또는 압력 변동 흡착 유닛을 포함할 수 있다. 가장 적합한 일산화탄소 분리 장치를 선택할 수 있다. 일산화탄소 분리 유닛(3E)을 떠난 폐 기체 스트림(318)은 재순환되어, 탄화수소 전환 유닛(3B)을 위한 연료로서 사용될 수 있다. 유출물 스트림(319)은, 탄화수소 전환 유닛(3B)에 공급된 연료의 연소로부터의 생성물을 포함할 수 있다.
일산화탄소 분리 유닛(3E)으로부터 생성된 일산화탄소(307)는 탄소 나노물질 제조 유닛(3F)으로 보내질 수 있다. 탄소 나노물질 제조 유닛(3F)으로부터의 폐 이산화탄소 스트림(311)은 이산화탄소 압축 유닛(3H)으로 보내질 수 있고, 이어서 압축된 스트림은 탄화수소 전환 반응기(3B)로 보내질 수 있다. 스트림(308)은 고체 나노탄소 생성물을 함유하며, 예를 들어 스크린 또는 필터 상에 침착된 고체 탄소 나노물질을 포함하거나, 다르게는 탄소 나노물질 생성물이 풍부한 유출물 기체(예컨대, 일산화탄소, 이산화탄소 등) 스트림을 포함할 수 있다.
나노탄소 제조 유닛(3F)은 몇몇 하위 유닛(미도시), 예를 들어 탄소 나노물질 제조 반응기, 유출물 기체 스트림으로부터 고체 탄소 나노물질 생성물을 분리하기 위한 장치, 미반응된 공급물 기체를 분리하고 재순환시키기 위한 장치, 및 가능하게는 이산화탄소 부산물 스트림으로부터의 바람직하지 않은 부산물을 분리하기 위한 장치를 포함할 수 있다.
원료 수소 스트림(309)은, 전형적으로 흡착제 물질을 포함하는 압력 변동 흡착 유닛(3G)으로 도입될 수 있다. 일반적으로, 상기 흡착제 물질은 활성 탄소 또는 제올라이트 5A 흡착제 물질일 수 있다. 압력 변동 흡착 공정의 생성물은 고압의 수소일 수 있으며, 이는 스트림(310)으로서 상기 유닛(3G)으로부터 배출될 수 있다. 상기 스트림에 존재하는 기체의 나머지는 라인(317)을 통해 상기 유닛(3G)에서 배출될 수 있으며, 탄화수소 전환 유닛(3B)에서 연료 기체로서 사용될 수 있다.
전술된 공정의 반응 변화가 고안될 수 있다. 예를 들어, 개질기에 필요한 열은 개질기로부터의 수소 생성물의 일부를 연소시킴으로써 생성될 수 있다. 다르게는, 상기 수소 생성물을 판매하거나, 상기 개질기를 위한 연료로 천연 가스를 사용할 수 있다. 또한, 탄소 나노물질 반응기 유닛(3F)의 발열 반응으로 인해 방출된 열은 상기 개질기에 대한 공급물을 예열하는 데 사용되어, 이에 따라 공정에 필요한 연료의 양을 감소시킬 수 있다.
하나의 실시양태에서, 추가량의 이산화탄소를 외부 공급원으로부터 도입하고 상기 개질기에 대한 공급물과 혼합하여 추가의 이점을 달성할 수 있다. 개질기로 공급되는 탄화수소가 메탄인 경우, 동일한 몰량 이하의 외부 이산화탄소가 또한 스트림(320)을 통해 상기 반응기로 공급될 수 있다. 이러한 조건 하에서, 전체 공정은 상기 전체 반응(V)으로 개략적으로 도시될 수 있다. 도입된 이산화탄소를 개질기에 첨가하는 것은, 공정에 의해 생산되는 수소 부산물의 양을 감소시킨다.
상기 공정은, 지구 온난화에 상당한 기여자로 생각되는 이산화탄소를 소비하고 이에 따라 이산화탄소가 대기로 방출되는 것을 방지하는 수단을 제공한다. 상기 전체 반응(V)은 공정의 다양한 유닛 작업의 효율적인 에너지 통합을 갖는 발열성이기 때문에, 화석 연료의 추가의 연소가 거의 없거나 전혀 없이, 탄소 나노튜브의 조합된 생산 및 이산화탄소의 외부적 생산의 봉쇄를 달성할 수 있다.
상기 논의된, 모든 공정의 통합안은 탄소 나노물질 제조 공정으로부터 모든 이산화탄소의 방출이 실질적으로 제거되도록 도울 수 있다. 또한, 이산화탄소를 도입하여, 공정에 대한 공급물의 일부로서 역할을 하게 할 수 있다. 따라서, 상기 통합된 공정은 이산화탄소를 귀중한 생성물(탄소 나노물질)의 형태로 봉쇄하는 효과적인 방법을 제공할 수 있다.
본원에 기술된 방법 및 장치는 단순히 예시적이며, 당분야의 숙련자가 본 발명의 취지 및 범주로부터 벗어나지 않고 변화 및 변형을 수행할 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 모든 변화 및 변형은 전술된 바와 같은 기술내용의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다. 또한, 다양한 양태가 결합되어 목적하는 결과를 제공할 수 있기 때문에, 본원에 개시된 모든 대표적인 실시예가 반드시 대안적인 것은 아니다. 따라서, 본 발명은 단지 첨부된 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (23)

  1. (a) 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 탄화수소를 포함하는 합성가스(syngas)를 제조하는 단계;
    (b) 상기 합성가스로부터 수소 및 탄화수소를 분리하여, 일산화탄소와 이산화탄소의 생성물 기체 스트림 및 수소와 탄화수소의 부산물 기체 스트림을 제조하는 단계;
    (c) 상기 생성물 기체 스트림 중의 일산화탄소를 사용하여 탄소 나노튜브를 제조하는 단계; 및
    (d) 상기 생성물 기체 스트림으로부터의 이산화탄소 및 상기 탄소 나노튜브 제조로부터의 이산화탄소를 재순환시키는 단계
    를 포함하는, 탄소 나노튜브의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 합성가스를 제조하는 단계가
    (a) 탄화수소 기체 스트림과 이산화탄소 기체 스트림을 조합하여, 조합된 기체 스트림을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 조합된 기체 스트림을 전환시켜 합성가스를 형성하는 단계
    를 포함하는, 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조합된 기체 스트림을 전환시키는 단계가 700℃ 내지 1000℃의 온도 및 150 기압 이하의 압력에서의 건식 개질(dry reforming)을 포함하는, 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 조합된 기체 스트림을 전환시키는 단계가 스팀 개질을 추가로 포함하는, 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 개질이 백금, 팔라듐, 로듐 또는 니켈 촉매의 존재 하에 수행되는, 제조 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄화수소 기체 스트림을 전처리하여 불순물을 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 제조 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄화수소가 메탄인, 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 합성가스를 제조하는 단계가,
    (a) 탄화수소 기체 스트림, 이산화탄소 기체 스트림 및 산소 기체 스트림을 조합하여, 조합된 기체 스트림을 형성하는 단계;
    (b) 상기 조합된 기체 스트림을 전환시켜, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 미반응된 탄화수소 및 미반응된 산소를 포함하는 전환된 기체 스트림을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 전환된 기체 스트림을 탈산소화시켜, 미반응된 산소를 제거하고 합성가스를 형성하는 단계
    를 포함하는, 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 조합된 기체 스트림을 전환시키는 단계가, 백금, 팔라듐, 로듐 또는 니켈 촉매의 존재 하에, 700℃ 내지 1400℃의 온도 및 150 기압 이하의 압력에서 탄화수소를 접촉 개질(catalytic reforming)시키는 것을 포함하는, 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄화수소 기체 스트림을 전처리하여 불순물을 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄화수소가 메탄인, 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 생성물 기체 스트림을 일산화탄소 스트림과 이산화탄소 스트림으로 분리하는 단계를 추가로 포함하는, 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 부산물 기체 스트림 중의 수소를 정제하여 순수한 수소를 회수하는 단계를 추가로 포함하는, 제조 방법.
  14. (a) 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 탄화수소로 구성된 합성가스를 제조하기 위한 합성가스 제조 유닛(unit);
    (b) 상기 합성가스로부터 수소 및 탄화수소를 분리하여, 일산화탄소와 이산화탄소의 생성물 기체 스트림 및 수소와 탄화수소의 부산물 기체 스트림을 수득하기 위한 분리 유닛;
    (c) 상기 생성물 기체 스트림 중의 일산화탄소를 사용하여 탄소 나노튜브를 제조하기 위한 탄소 나노튜브 제조 유닛; 및
    (d) 상기 탄소 나노튜브 제조 유닛으로부터 상기 합성가스 제조 유닛으로 이산화탄소를 재순환시키기 위한 이산화탄소 재순환 장비
    를 포함하는, 탄소 나노튜브의 제조 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 합성가스 제조 유닛이, 이산화탄소 기체의 공급원, 탄화수소 기체의 공급원, 이산화탄소 기체와 탄화수소 기체를 조합된 기체 스트림으로 조합하기 위한 조합 수단, 및 상기 조합된 기체 스트림을 전환시켜 합성가스를 형성하기 위한 전환 반응기를 포함하는, 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전환 반응기가 건식 개질기 유닛, 또는 건식 개질기 유닛과 스팀 개질기 유닛의 조합인, 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 탄화수소가 메탄인, 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 합성가스 제조 유닛이, 이산화탄소 기체의 공급원; 탄화수소 기체의 공급원; 산소 기체의 공급원; 이산화탄소 기체, 탄화수소 기체 및 산소 기체를 조합된 기체 스트림으로 조합하기 위한 조합 수단; 및 상기 조합된 기체 스트림을 전환시켜, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 미반응된 탄화수소 및 미반응된 산소를 포함하는 전환된 기체 스트림를 형성하기 위한 전환 반응기; 및 상기 전환된 기체 스트림으로부터 미반응된 산소를 제거하고 합성가스를 형성하기 위한 탈산소화 유닛을 포함하는, 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전환 반응기가, 백금, 팔라듐, 로듐 또는 니켈 촉매를 갖는, 접촉 개질기 유닛(catalytic reformer unit)인, 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 탄화수소가 메탄인, 장치.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 분리 유닛이 막 분리기, 압력 변동 흡착 유닛 또는 극저온 분리기인, 장치.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 생성물 기체 스트림을 일산화탄소 기체 스트림과 이산화탄소 기체 스트림으로 분리하기 위한 정제 유닛(purification unit)을 추가로 포함하고, 이때 상기 정제 유닛이 막 분리기, 압력 변동 흡착 유닛 또는 극저온 분리기인, 장치
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 부산물 기체 스트림으로부터 수소를 정제 및 회수하기 위한 정제 유닛(refining unit)을 추가로 포함하는, 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014151898A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Seerstone Llc Systems for producing solid carbon by reducing carbon oxides

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MY160277A (en) 2009-04-17 2017-02-28 Seerstone Llc Method of producing solid carbon by reducing carbon oxides
WO2013090444A1 (en) * 2011-12-12 2013-06-20 Exxonmobil Upstream Research Company Method and systems for forming carbon nanotubes
US9090472B2 (en) 2012-04-16 2015-07-28 Seerstone Llc Methods for producing solid carbon by reducing carbon dioxide
MX2014012548A (es) 2012-04-16 2015-04-10 Seerstone Llc Metodos y estructuras para reducir oxidos de carbono con catalizadores no ferrosos.
JP6379085B2 (ja) * 2012-04-16 2018-08-22 シーアストーン リミテッド ライアビリティ カンパニー 炭素酸化物を含有するオフガスを処理するための方法
NO2749379T3 (ko) * 2012-04-16 2018-07-28
US9221685B2 (en) 2012-04-16 2015-12-29 Seerstone Llc Methods of capturing and sequestering carbon
US9896341B2 (en) 2012-04-23 2018-02-20 Seerstone Llc Methods of forming carbon nanotubes having a bimodal size distribution
CN107651667A (zh) 2012-07-12 2018-02-02 赛尔斯通股份有限公司 包含碳纳米管的固体碳产物以及其形成方法
US10815124B2 (en) 2012-07-12 2020-10-27 Seerstone Llc Solid carbon products comprising carbon nanotubes and methods of forming same
CN104619640B (zh) 2012-07-13 2017-05-31 赛尔斯通股份有限公司 用于形成氨和固体碳产物的方法和***
US9779845B2 (en) 2012-07-18 2017-10-03 Seerstone Llc Primary voltaic sources including nanofiber Schottky barrier arrays and methods of forming same
MX2015006893A (es) 2012-11-29 2016-01-25 Seerstone Llc Reactores y metodos para producir materiales de carbono solido.
KR20150110513A (ko) 2013-01-17 2015-10-02 사우디 베이식 인더스트리즈 코포레이션 이산화탄소로부터 탄소 나노튜브의 제조
EP3113880A4 (en) 2013-03-15 2018-05-16 Seerstone LLC Carbon oxide reduction with intermetallic and carbide catalysts
CN105349161A (zh) * 2015-11-06 2016-02-24 河北工业大学 一种用废旧轮胎和生物质热解生产氢气和碳纳米管的方法
US11752459B2 (en) 2016-07-28 2023-09-12 Seerstone Llc Solid carbon products comprising compressed carbon nanotubes in a container and methods of forming same
ES2914044T3 (es) 2018-06-29 2022-06-07 Shell Int Research Reactor calentado eléctricamente y un proceso de conversión de gas mediante el uso de dicho reactor
EP4155263A1 (en) * 2020-05-19 2023-03-29 National University Corporation Shizuoka University Reaction system, method for collecting solid carbon, method for producing gas containing hydrogen, catalyst set, and catalyst for solid carbon collection
EP4039638A1 (de) * 2021-02-03 2022-08-10 Covestro Deutschland AG Verfahren zur herstellung von kohlenmonoxid als rohstoff zur isocyanatherstellung mit verringertem co2 fussabdruck
WO2024075501A1 (ja) * 2022-10-03 2024-04-11 国立大学法人東京工業大学 Ｃｎｔ製造装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4861351A (en) * 1987-09-16 1989-08-29 Air Products And Chemicals, Inc. Production of hydrogen and carbon monoxide
JPH06191801A (ja) * 1992-12-22 1994-07-12 Toyo Eng Corp 水素製造方法
US5980857A (en) * 1998-03-18 1999-11-09 The Boc Group, Inc. Production of carbon monoxide from syngas
US6953562B2 (en) * 2001-12-11 2005-10-11 Catalytic Materials, Llc Preparation of multifaceted graphitic nanotubes
US6695983B2 (en) * 2001-04-24 2004-02-24 Praxair Technology, Inc. Syngas production method utilizing an oxygen transport membrane
JP4588268B2 (ja) * 2001-08-20 2010-11-24 新日本製鐵株式会社 粗コークス炉ガスの処理方法及び処理システム
US7138100B2 (en) * 2001-11-21 2006-11-21 William Marsh Rice Univesity Process for making single-wall carbon nanotubes utilizing refractory particles
US7090826B2 (en) * 2002-12-23 2006-08-15 The Boc Group, Inc. Monolith based catalytic partial oxidation process for syngas production
JP4165818B2 (ja) * 2003-06-27 2008-10-15 株式会社日本製鋼所 水素製造ハイブリッドシステム
US7066984B2 (en) * 2003-09-25 2006-06-27 The Boc Group, Inc. High recovery carbon monoxide production process
JP2005247596A (ja) * 2004-03-01 2005-09-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 改質装置
US7572432B2 (en) * 2004-04-13 2009-08-11 General Electric Company Method and article for producing hydrogen gas
JP2006027949A (ja) * 2004-07-15 2006-02-02 Electric Power Dev Co Ltd 炭素酸化物含有ガスの利用方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014151898A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Seerstone Llc Systems for producing solid carbon by reducing carbon oxides

Also Published As

Publication number Publication date
EP2165009A1 (en) 2010-03-24
CN101707864A (zh) 2010-05-12
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TW200911687A (en) 2009-03-16
EP2165009A4 (en) 2012-08-08
JP2010528974A (ja) 2010-08-26

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