KR20120019523A - Induction heater-combined catalytic reactor fabricated with carbonized cellulose fibers - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유도가열장치가 결합된 셀룰로오스 탄화체를 이용한 촉매반응장치에 관한 것으로서, 셀룰로오스 섬유를 열처리하여 마이크로 튜브 구조를 갖는 하니컴(honeycomb) 구조의 탄화물을 형성하고, 이를 이용하여 촉매반응 모듈을 구성하며, 상기 촉매반응 모듈에 유도가열 방식을 도입하여 효율적으로 가스의 촉매반응을 시킬 수 있는 장치에 대한 것이다.The present invention relates to a catalytic reaction apparatus using a cellulose carbide combined with an induction heating apparatus, wherein the cellulose fiber is heat-treated to form a honeycomb carbide having a microtube structure, and the catalytic reaction module is constructed using the same. The present invention relates to an apparatus capable of efficiently catalyzing gas by introducing an induction heating method into the catalytic reaction module.
즉, 본 발명은 고온에서 탄화된 다수의 마이크로 튜브를 갖는 하니컴 형태의 셀룰로오스 탄화체를 이용한 촉매 반응장치에 관한 내용으로, 좀 더 구체적으로는 하니컴 형태의 탄화체 표면에 코팅된 니켈 나노 촉매만을 선택적으로 가열할 수 있는 유도가열 장치를 구비한 촉매반응 장치에 관한 것이다.
That is, the present invention relates to a catalytic reaction apparatus using a honeycomb-type cellulose carbide having a plurality of microtubes carbonized at a high temperature. More specifically, only a nickel nano-catalyst coated on the honeycomb-type carbide surface is selectively selected. It relates to a catalytic reaction device having an induction heating device capable of heating.
마이크로 채널을 이용한 촉매반응장치는 이미 관련 응용분야에서 활발히 진행되고 있다. 기존의 마이크로 채널을 이용한 촉매반응장치는 주로 금속이나 세라믹 계열의 재질을 이용하여 마이크로 채널 구조물을 형성하고, 형성된 마이크로 채널에 워시코팅(washcoating) 방식을 이용하여 촉매를 코팅한 후, 이를 촉매반응에 이용하는 것이 대부분이었다. 최근에는 SiC 재질의 마이크로 채널 구조체를 이용한 촉매반응기에 대한 개발도 보고되고 있다. Catalytic reactors using microchannels have already been actively developed in related applications. Catalytic reaction apparatus using a conventional microchannel mainly forms a microchannel structure using a metal or ceramic-based material, and coats the catalyst by using a washcoating method on the formed microchannel, followed by a catalytic reaction. Most of them were used. Recently, the development of a catalytic reactor using a SiC microchannel structure has also been reported.
그러나 기존의 기술은 마이크로 채널을 구성하기 위한 공정이 매우 복잡할 뿐만 아니라 제조비용이 높다는 단점이 있었다. 또한 촉매개시를 위한 열원 공급이 대부분 외부에서 가열된 열풍을 이용하거나 촉매제를 전기히터 등을 이용하여 직접 가열하는 방식을 이용하고 있어, 시스템의 소형화 및 에너지 절감 측면에서는 매우 비효율적인 측면이 있었다.However, the existing technology has a disadvantage in that the process for constructing the micro channel is not only complicated but also expensive in manufacturing. In addition, since most of the heat source supply for starting the catalyst uses a hot air that is externally heated or directly heats the catalyst by using an electric heater or the like, there are very inefficient aspects in terms of miniaturization and energy saving of the system.
이에, 본 발명자는 가격이 매우 저렴한 셀룰로오스를 직접 탄화시켜 얻은 마이크로 튜브 구조의 탄화체를 이용하여 경제적이면서 원하는 하니컴 구조를 매우 단순한 공정으로 확보할 수 있는 촉매반응장치를 개발하였다. Accordingly, the present inventors have developed a catalytic reaction apparatus that can secure an economical and desired honeycomb structure in a very simple process using a microtube structure carbonized carbon obtained by directly carbonizing cellulose which is very inexpensive.
또한, 본 발명자는 유도가열 방식을 이용하기 때문에 촉매체 전체를 가열하지 않고, 나노 크기의 촉매만을 직접 가열하여 촉매반응을 개시할 수 있어, 에너지를 절약하고 시스템을 소형화시킬 수 있는 촉매반응장치를 개발하였다.
In addition, the present inventors use an induction heating method, so that the catalytic reaction can be initiated by directly heating only the nano-sized catalyst without heating the entire catalyst body, thereby saving energy and miniaturizing the system. Developed.
본 발명의 목적은 간단한 공정과 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 마이크로 채널을 구비한 촉매반응장치를 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a catalytic reaction apparatus having microchannels which can be manufactured in a simple process and at low cost.
또한, 본 발명의 목적은 촉매체 전체 및 분위기가스를 예열하지 않고도, 촉매반응을 개시할 수 있는 촉매반응장치를 제공하는 데 있다.
It is also an object of the present invention to provide a catalytic reaction apparatus capable of starting a catalytic reaction without preheating the entire catalyst body and the atmosphere gas.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 가격이 저렴한 셀룰로오스를 직접 탄화시켜 제조한 마이크로 튜브 구조의 탄화체를 이용하였으며, 유도가열 방식을 도입하여 촉매체 전체를 가열하지 않고, 나노 크기의 촉매만을 직접 가열하여 촉매반응을 개시할 수 있도록 하였다. In order to solve the above problems, the present invention uses a micro-tube structure carbonized by directly carbonizing low-cost cellulose, by introducing an induction heating method, without heating the entire catalyst body, nano-sized catalyst The bay was directly heated to initiate the catalysis.
구체적으로, 본 발명의 목적은 셀룰로오스 하니컴 탄화체 다발과 상기 탄화체 다발 표면에 코팅된 촉매를 포함하는 촉매반응 모듈을 제공함으로써 달성된다. Specifically, an object of the present invention is achieved by providing a catalysis module comprising a cellulose honeycomb carbide bundle and a catalyst coated on the surface of the carbide bundle.
여기서, 상기 촉매반응 모듈은 상기 촉매가 코팅된 셀룰로오스 하니컴 탄화체 다발을 고정시키기 위한 틀과 마개를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 틀은 알루미나 또는 퀄츠(quartz)로 이루어질 수 있다.Here, the catalytic reaction module may further include a mold and a stopper for fixing the cellulose honeycomb carbide bundle coated with the catalyst, the mold may be made of alumina or quartz.
또한, 상기 셀룰로오스 하니컴 탄화체 다발은 케나프 섬유를 500~1800℃의 온도에서 열처리하여 얻어진 단일 하니컴 탄화체들을 묶은 것이며, 상기 탄화체 다발을 구성하는 단일 하니컴 탄화체의 개수를 조절하여 촉매반응 용량을 가변시킬 수 있다. 그리고, 상기 촉매는 자기 특성을 갖는 다양한 촉매가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 니켈 나노 촉매가 사용될 수 있다. In addition, the cellulose honeycomb carbide bundle is a bundle of single honeycomb carbides obtained by heat treatment of kenaf fibers at a temperature of 500 ~ 1800 ℃, the catalytic reaction capacity by controlling the number of single honeycomb carbides constituting the carbide bundle Can be changed. In addition, although various catalysts having magnetic properties may be used, the nickel nano catalyst may be preferably used.
한편, 본 발명은 ⅰ) 셀룰로오스 섬유를 탄화시켜 단일 하니컴 탄화체들을 제조하는 단계, ⅱ) 단일 하니컴 탄화체들을 묶어 하니컴 탄화체 다발을 제조하는 단계, ⅲ) 제조된 하니컴 탄화체 다발의 한쪽 방향으로 촉매용액을 공급하면서, 반대편 방향에서 진공펌프로 촉매용액을 흡입함으로써, 촉매를 코팅하는 단계, 및 iv) 상기 촉매가 코팅된 하니컴 탄화체 다발을 환원시키는 단계를 포함하는 촉매반응 모듈 제조방법을 제공한다.On the other hand, the present invention is iii) carbonizing cellulose fibers to produce single honeycomb carbides, ii) bundling single honeycomb carbides to produce honeycomb carbide bundles, iii) in one direction of the manufactured honeycomb carbide bundles Providing a catalyst solution by sucking the catalyst solution with a vacuum pump in the opposite direction while supplying the catalyst solution, and iv) reducing the honeycomb carbide bundle coated with the catalyst. do.
이때, 환원시킨 하니컴 탄화체 다발을 고정하기 위하여 틀과 마개를 마무리하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 틀은 알루미나 또는 퀄츠(quartz)로 이루어질 수 있다. At this time, it may further comprise the step of finishing the mold and stopper to fix the reduced honeycomb carbide bundle, the mold may be made of alumina or quartz (quartz).
또한, 상기 단일 하니컴 탄화체는 케나프 섬유를 500~1800℃의 온도에서 열처리하여 얻어질 수 있으며, 상기 탄화체 다발을 구성하는 단일 하니컴 탄화체의 개수를 조절하여 촉매반응 용량을 가변시킬 수 있다. 그리고, 상기 촉매는 자기 특성을 갖는 다양한 촉매가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 니켈 나노 촉매가 사용될 수 있다. In addition, the single honeycomb carbide can be obtained by heat-treating the kenaf fiber at a temperature of 500 ~ 1800 ℃, it is possible to vary the catalytic reaction capacity by controlling the number of single honeycomb carbide constituting the carbide bundle. . In addition, although various catalysts having magnetic properties may be used, the nickel nano catalyst may be preferably used.
한편, 본 발명은 표면에 촉매가 코팅된 셀룰로오스 하니컴 탄화체 다발을 포함하는 촉매반응 모듈의 가열 모듈로서, i) 상기 촉매반응 모듈이 내부에 삽입되는 가열기와 ⅱ) 상기 가열기 내부에 내장된 유도 코일을 포함하는 유도가열 모듈을 제공한다.On the other hand, the present invention is a heating module of a catalytic reaction module comprising a bundle of cellulose honeycomb carbide having a catalyst coated on the surface, i) a heater into which the catalytic reaction module is inserted ii) an induction coil embedded inside the heater It provides an induction heating module comprising a.
여기서, 상기 유도 코일에 가해지는 전류량과 주파수를 조절하여 하니컴 탄화체 다발에 코팅된 촉매의 가열 강도를 제어할 수 있다. Here, the heating intensity of the catalyst coated on the honeycomb carbide bundle can be controlled by adjusting the current amount and frequency applied to the induction coil.
한편, 본 발명은 ⅰ) 표면에 촉매가 코팅된 셀룰로오스 하니컴 탄화체 다발을 포함하는 촉매반응 모듈, ⅱ) 상기 촉매반응 모듈이 내부에 삽입되는 가열기와 상기 가열기 내부에 내장된 유도 코일로 구성된 유도가열 모듈, ⅲ) 상기 유도가열 모듈에 가해지는 전류장과 주파수를 조절하는 유도가열 제어 모듈, 및 ⅳ) 상기 촉매반응 모듈 내로 반응 가스를 공급하는 가스공급 모듈을 포함하는 촉매반응장치를 제공한다.On the other hand, the present invention is iii) a catalytic reaction module comprising a cellulose honeycomb carbide bundle coated with a catalyst on the surface, ii) an induction heating consisting of a heater into which the catalytic reaction module is inserted and an induction coil embedded in the heater Module, iii) an induction heating control module for adjusting the current field and frequency applied to the induction heating module, and iii) a gas supply module for supplying a reaction gas into the catalytic reaction module.
여기서, 상기 촉매 반응 모듈은 촉매가 코팅된 셀룰로오스 하니컴 탄화체 다발을 고정시키기 위한 틀과 마개를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 틀은 알루미나 또는 퀄츠(quartz)로 이루어질 수 있다. Here, the catalytic reaction module may further include a frame and a stopper for fixing the cellulose honeycomb carbide bundle coated with the catalyst, the frame may be made of alumina or quartz.
또한, 상기 셀룰로오스 하니컴 탄화체 다발은, 케나프 섬유를 500~1800℃의 온도에서 열처리하여 얻어진 단일 하니컴 탄화체들을 묶어 제조할 수 있으며, 상기 탄화체 다발을 구성하는 단일 하니컴 탄화체의 개수를 조절하여 촉매반응 용량을 가변시킬 수 있다. In addition, the cellulose honeycomb carbide bundle can be produced by tying a single honeycomb carbide obtained by heat-treating the kenaf fiber at a temperature of 500 ~ 1800 ℃, to control the number of single honeycomb carbide constituting the carbide bundle. The catalytic reaction capacity can be varied.
그리고, 상기 유도가열 제어 모듈은 상기 유도가열 모듈의 유도 코일에 가해지는 전류량과 주파수를 조절하여 하니컴 탄화체 다발에 코팅된 촉매의 가열 강도가 제어할 수 있다.
In addition, the induction heating control module may control the heating intensity of the catalyst coated on the honeycomb carbide bundle by adjusting the amount of current and frequency applied to the induction coil of the induction heating module.
본 발명은 값싼 소재인 셀룰로오스를 이용하기 때문에 경제성이 매우 뛰어나며, 유도가열장치를 통해 촉매만을 선택적으로 가열할 수 있기 때문에 에너지 절감 및 시스템의 소형화에 매우 유리하여, 다양한 시스템에 적용할 수 있는 다양한 장점을 갖는다. The present invention is very economical because it uses cellulose, which is a cheap material, and can selectively heat only the catalyst through an induction heating device, which is very advantageous for energy saving and miniaturization of the system, and various advantages that can be applied to various systems. Has
또한, 본 발명의 촉매반응 장치는 기존의 마이크로채널 구조를 갖는 촉매반응장치와는 달리, 연료전지, 수소 개질 반응장치, 기타 가스합성분리반응장치 등 다양한 응용분야에 활용이 가능하다.
In addition, unlike the catalytic reaction apparatus having a conventional microchannel structure, the catalytic reaction apparatus of the present invention can be utilized in various applications such as fuel cells, hydrogen reforming reaction apparatuses, and other gas synthesis separation reaction apparatuses.
도 1은 본 발명에 따른 유도가열 장치가 구비된 촉매 반응장치의 전체적인 개략도이다.
도 2는 촉매반응 모듈과 유도가열 장치의 구성에 대한 상세도이다.
도 3은 본 발명에 따른 셀룰로오스 탄화체 다발의 구성과 니켈나노 촉매의 코팅에 대한 상세도이다.
도 4a, 4b는 본 발명에 따른 셀룰로오스 탄화체 다발의 표면에 코팅된 니켈 나노 촉매의 고배율 이미지이다.
도 5는 본 발명에 따른 셀룰로오스 탄화체를 이용한 촉매반응 모듈의 구성 순서도이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명에 따른 셀룰로오스 탄화체를 이용한 촉매반응 모듈의 실시예들을 보여주는 사진이다.1 is an overall schematic diagram of a catalytic reaction apparatus equipped with an induction heating apparatus according to the present invention.
Figure 2 is a detailed view of the configuration of the catalytic reaction module and induction heating apparatus.
3 is a detailed view of the composition of the cellulose carbide bundle and the coating of the nickel nano catalyst according to the present invention.
4A and 4B are high magnification images of nickel nanocatalysts coated on the surface of the cellulose carbide bundle according to the present invention.
5 is a configuration flowchart of a catalytic reaction module using a cellulose carbide according to the present invention.
6a to 6d are photographs showing examples of a catalytic reaction module using a cellulose carbide according to the present invention.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 촉매반응모듈은 기존의 금속이나 세라믹 계열의 재질을 이용한 마이크로 채널 구조물들과는 달리, 셀룰로오스 하니컴 탄화체 다발과 상기 탄화체 다발 표면에 코팅된 촉매로 이루어진 것을 특징으로 한다. The catalytic reaction module of the present invention is characterized by consisting of a cellulose honeycomb carbide bundle and a catalyst coated on the surface of the carbide bundle, unlike microchannel structures using metal or ceramic-based materials.
여기서, 상기 촉매반응 모듈은 상기 촉매가 코팅된 셀룰로오스 하니컴 탄화체 다발을 고정시키기 위하여 틀(22)과 마개(23)를 이용하여 마무리할 수 있으며, 상기 틀은 알루미나 또는 퀄츠(quartz)로 이루어질 수 있으며, 상기 마개는 하니컴 구조의 세라믹 재질이 사용될 수 있다. Here, the catalytic reaction module may be finished using a
상기 셀룰로오스 하니컴 탄화체 다발은 케나프 섬유와 같은 셀룰로오스 섬유 재료를 세척 건조하고, 500~1800℃의 온도에서 아르곤과 수소의 혼합가스 분위기 하에서 열처리하여 얻어진 단일 하니컴 탄화체들을 묶어 제조할 수 있으며, 상기 탄화체 다발을 구성하는 단일 하니컴 탄화체의 개수를 조절하여 전체적인 촉매반응 용량을 조절할 수 있으며, 이것은 장치 용량을 가변할 수 있는 중요한 인자가 된다. The cellulose honeycomb carbide bundles may be prepared by washing and drying a cellulose fiber material such as kenaf fibers and bundle single honeycomb carbides obtained by heat treatment under a mixed gas atmosphere of argon and hydrogen at a temperature of 500 to 1800 ° C. The overall catalytic reaction capacity can be controlled by controlling the number of single honeycomb carbides constituting the bundle of carbides, which is an important factor to vary the device capacity.
도 3의 삽입 이미지는 발명에 따른 셀룰로오스 탄화체 다발의 표면에 코팅된 니켈 나노 촉매의 고배율 SEM 이미지로서, 얻어진 탄화체 한 개의 지름은 20μm 정도이며, 단면에는 5μm 정도의 마이크로 튜브 구조가 여러 개 구성되어 있는 것을 볼 수 있다. 3 is a high-magnification SEM image of the nickel nanocatalyst coated on the surface of the cellulose carbide bundle according to the present invention, and the diameter of one obtained carbide is about 20 μm, and several micro tube structures of about 5 μm are formed on the cross section. You can see it.
이때 상기 탄화체 다발에 코팅되는 촉매는 반응에 따라 자기 특성을 갖는 다양한 촉매가 사용될 수 있으며, 일 실시예로서 니켈 나노 촉매가 사용될 수 있다. In this case, the catalyst coated on the bundle of carbides may be used a variety of catalysts having magnetic properties according to the reaction, nickel nickel catalyst may be used as an embodiment.
한편, 상기 촉매반응 모듈은 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 셀룰로오스 섬유를 탄화시켜 단일 하니컴 탄화체(24)를 제조한 후, 단일 하니컴 탄화체들을 묶어 하니컴 탄화체 다발(25)을 제조하고, 다발 지름에 적합한 크기를 갖는 퀄츠 튜브 (26)에 넣은 후, 제조된 하니컴 탄화체 다발의 한쪽 방향으로 촉매용액(27)을 공급하면서 반대편 방향에서 진공펌프(28)로 촉매용액을 흡입하여 촉매를 코팅하고, 최종적으로 상기 촉매가 코팅된 하니컴 탄화체 다발을 환원시킴으로써 제조할 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 2, the catalytic reaction module first carbonizes cellulose fibers to produce a
이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 환원시킨 하니컴 탄화체 다발을 고정하기 위하여 틀(22)과 마개(23)를 마무리하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 틀은 알루미나 또는 퀄츠(quartz)로 이루어질 수 있으며, 상기 마개는 하니컴 구조의 세라믹 재질이 사용될 수 있다. At this time, as shown in Figure 5, may further comprise the step of finishing the
상기 촉매반응 모듈에 사용되는 단일 하니컴 탄화체는 앞서 살펴보았듯이, 케나프 섬유 등 셀룰로오스 섬유 재료를 500~1800℃의 온도에서 열처리하여 얻어질 수 있으며, 상기 탄화체 다발을 구성하는 단일 하니컴 탄화체의 개수를 조절하여 촉매반응 용량을 가변시킬 수 있다. As described above, the single honeycomb carbide used in the catalytic reaction module may be obtained by heat-treating cellulose fiber materials such as kenaf fibers at a temperature of 500 to 1800 ° C., and the single honeycomb carbide constituting the carbide bundle. By controlling the number of can be varied the catalytic reaction capacity.
또한, 상기 촉매는 자기 특성을 갖는 다양한 촉매가 사용가능하나, 일 실시예로서 니켈 나노 촉매가 사용될 수 있다. 니켈 촉매를 사용하여 코팅하는 경우, 수화니켈나이트라이트(Ni(NO3)26H2O)를 물과 0.01-0.5 mole 비율로 혼합하여 니켈촉매용액(27)을 만들고, 상기에서 구성된 퀄츠트브(26) 안으로 니켈촉매용액(27)을 공급하면서, 반대편에서 진공펌프(28)로 흡입하면 니켈 나이트라이트 (Ni(NO3)2)가 코팅된 탄화체 다발(25)을 얻을 수 있다. In addition, the catalyst can be used a variety of catalysts having magnetic properties, as an example may be used a nickel nano catalyst. In the case of coating using a nickel catalyst, hydrated nickel nitrite (Ni (NO 3 ) 2 6H 2 O) is mixed with water at a ratio of 0.01-0.5 mole to form a
이렇게 얻어진 시료를 500도 정도의 수소 분위기에서 환원시켜주면 최종적으로 나노 크기의 니켈 촉매가 코팅된 셀룰로오스 탄화체 다발(25)을 얻게 된다. The sample thus obtained is reduced in a hydrogen atmosphere of about 500 degrees to finally obtain a
한편, 상기에서 제조한 촉매반응 모듈을 가열시키기 위한 본 발명의 가열 모듈은 도 2에서 볼 수 있듯이, i) 상기 촉매반응 모듈이 내부에 삽입되는 가열기(2)와 ⅱ) 상기 가열기 내부에 내장된 유도 코일(29)을 포함하는 유도가열 모듈을 포함한다.On the other hand, the heating module of the present invention for heating the above-described catalysis module is as shown in Figure 2, i) the heater (2) and the ii) the catalytic reaction module is inserted therein is built in the heater It includes an induction heating module including an induction coil (29).
촉매반응 모듈에 상기 본 발명의 유도 가열 모듈을 사용함으로써, 열풍이나 전기히터 등을 이용한 직접 가열 방식과는 달리, 유도자기장을 통한 가열을 통해 촉매만을 선택적으로 가열할 수 있을 뿐만 아니라 코일에 가해지는 전류량과 주파수를 조절하여 하니컴 탄화체 다발에 코팅된 촉매의 가열 강도를 간편하게 조절할 수 있다. By using the induction heating module of the present invention in the catalytic reaction module, unlike the direct heating method using hot air or electric heater, it is possible to selectively heat only the catalyst through heating through an induction magnetic field as well as being applied to the coil By controlling the amount of current and the frequency, the heating strength of the catalyst coated on the honeycomb carbide bundle can be easily adjusted.
한편, 상기에서 살펴본 촉매반응모듈과 유도가열모듈을 이용한 본 발명의 촉매반응장치는 도 1의 전체 구성도에서 볼 수 있듯이, ⅰ) 표면에 촉매가 코팅된 셀룰로오스 하니컴 탄화체 다발을 포함하는 촉매반응 모듈, ⅱ) 상기 촉매반응 모듈이 내부에 삽입되는 가열기와 상기 가열기 내부에 내장된 유도 코일로 구성된 유도가열 모듈, ⅲ) 상기 유도가열 모듈에 가해지는 전류장과 주파수를 조절하는 유도가열 제어 모듈, 및 ⅳ) 상기 촉매반응 모듈 내로 반응 가스를 공급하는 가스공급 모듈을 포함하도록 구성할 수 있다.On the other hand, the catalytic reaction device of the present invention using the catalytic reaction module and the induction heating module described above, as shown in the overall configuration of Figure 1, i) a catalytic reaction comprising a cellulose honeycomb carbide bundle coated with a catalyst on the surface Module, ii) an induction heating module comprising a heater into which the catalytic reaction module is inserted and an induction coil embedded in the heater, iii) an induction heating control module for adjusting a current field and frequency applied to the induction heating module; And iii) a gas supply module for supplying a reaction gas into the catalytic reaction module.
여기서, 상기 유도가열 제어 모듈은 상기 유도가열 모듈의 유도 코일에 가해지는 전류량과 주파수를 조절하기 위한 것으로서, 이를 통하여 하니컴 탄화체 다발에 코팅된 촉매의 가열 강도를 제어할 수 있다.Here, the induction heating control module is to adjust the amount of current and frequency applied to the induction coil of the induction heating module, thereby controlling the heating strength of the catalyst coated on the honeycomb carbide bundle.
상기 반응용 가스는 탄화수소계 가스 및 수소와 같은 가연성 가스와 질소나 아르곤과 같은 비가연성 가스가 혼합된 혼합가스로 공급될 수도 있으며, 이 외에도 에탄올이나 메탄올과 같은 액체 연료를 기화시켜 가스공급장치(1)와 가스공급제어장치(12)에 의해 공급될 수도 있도록 구성한다The reaction gas may be supplied as a mixed gas in which a flammable gas such as hydrocarbon-based gas and hydrogen and a non-combustible gas such as nitrogen or argon are mixed. In addition, a gas supply device may be formed by vaporizing a liquid fuel such as ethanol or methanol. 1) and may be supplied by the gas
이하에서는, 본 발명에 따른 촉매반응장치의 촉매반응 모듈 제조에 대한 실시예를 살펴본다. 그러나, 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.
Hereinafter, look at an embodiment for the production of catalytic reaction module of the catalytic reaction device according to the present invention. However, the scope of the present invention is not limited to the following preferred embodiments, and those skilled in the art can implement various modified forms of the contents described herein within the scope of the present invention.
[실시예] 촉매 반응 모듈의 제조 EXAMPLES Preparation of Catalytic Reaction Module
도 4a, b는 본 발명에 따른 셀룰로오스 탄화체 다발의 표면에 코팅된 니켈 나노 촉매에 대한 실시예를 보여준다. 도면 4a에서 탄화체(24)의 표면에 작은 점들이 균일하게 코팅되어 있는 것을 관찰할 수 있다. 이것을 고배율 도면 4b의 이미지와 결정구조를 통해 확인해 보면, 5-10 nm의 니켈 촉매임을 확인할 수 있다.Figures 4a, b shows an embodiment for the nickel nano catalyst coated on the surface of the cellulose carbide bundle according to the present invention. In FIG. 4A, it can be observed that small dots are uniformly coated on the surface of the
도 5는 본 발명에 따른 셀룰로오스 탄화체 다발(25)을 이용한 촉매반응 모듈 구성 순서도를 보여준다. 도 3에서 설명된 것과 같이 제조된 셀룰로오스 탄화체 다발(25)을 촉매반응모듈 틀(22)에 넣고, 촉매반응모듈 마개(23)를 상하에서 마감처리해 주면 촉매반응 모듈의 구성이 완성된다. Figure 5 shows a flow chart of the catalytic reaction module using a
이때 촉매반응모듈 틀(22)로는 퀄츠나 알루미나 재질의 튜브가 사용되었으며, 촉매반응모듈 마개(23)는 하니컴 구조의 세라믹 재질이 사용되었다In this case, a tube made of quartz or alumina was used as the catalytic
도 6a 내지 6d는 본 발명에 따른 셀룰로오스 탄화체를 이용한 촉매반응 모듈의 다양한 실시예 이미지들을 나타낸다. 도 6a은 촉매반응모듈 틀(22)에 촉매반응모듈 마개(23)가 상하에서 마감 처리되어 있는 것을 보여주는 이미지이며, 도 6b는 촉매반응모듈 틀(22) 안에 셀룰로오스 탄화체 다발(25)이 삽입된 이미지이다 6A to 6D show various exemplary images of a catalytic reaction module using a cellulose carbide according to the present invention. 6A is an image showing that the catalytic
도 6c는 촉매반응모듈 틀(22) 안에 삽입된 셀룰로오스 탄화체 다발(25)을 고정하기 위해 촉매반응모듈 틀(22)의 상하에서 촉매반응모듈 마개(23)를 이용하여 마감 처리한 또 다른 실시예의 이미지이며, 도 6d는 구성된 촉매반응모듈의 크기별 배열을 보여준다.
Figure 6c is another embodiment of the finishing process using the catalytic
앞서 살펴보았듯이, 본 발명의 촉매반응모듈, 유도가열모듈 및 촉매반응장치를 통하여 간단한 공정과 저렴한 비용으로 마이크로 채널을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 촉매체 전체 및 분위기가스를 예열하지 않고도 촉매반응을 개시할 수 있다. As described above, through the catalytic reaction module, the induction heating module and the catalytic reaction apparatus of the present invention, not only the microchannel can be manufactured in a simple process and low cost, but also the catalyst reaction is started without preheating the entire catalyst body and the atmosphere gas. can do.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific embodiments and descriptions, and various modifications can be made to those skilled in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. And such modifications are within the scope of protection of the present invention.
(1) : 가스공급장치 (12) : 가스공급제어장치
(2) : 유도가열장치 (22) : 촉매반응모듈 틀
(23) : 촉매반응모듈 마개 (24) : 단일 하니컴 탄화체
(25) : 셀룰로오스 탄화체 다발 (26) : 퀄츠튜브
(27) : 니켈촉매용액 (28) : 진공펌프
(29) : 유도가열코일 (3) : 유도가열 제어장치
(4) : 반응가스(1) Gas supply device (12) Gas supply control device
(2): Induction heating device (22): Catalytic reaction module frame
(23): cap on catalytic reaction module (24): single honeycomb carbide
(25): cellulose carbide bundle (26): quartz tube
(27) Nickel catalyst solution (28) Vacuum pump
(29): Induction heating coil (3): Induction heating control device
(4): reaction gas
Claims (21)
A catalytic reaction module comprising a cellulose honeycomb carbide bundle and a catalyst coated on the surface of the carbide bundle.
The catalytic reaction module according to claim 1, further comprising a frame and a stopper for fixing the cellulose honeycomb carbide bundle coated with the catalyst.
The catalytic reaction module according to claim 2, wherein the mold is made of alumina or quartz.
The catalytic reaction module according to claim 1, wherein the cellulose honeycomb carbide bundle is a bundle of single honeycomb carbides obtained by heat treating kenaf fibers at a temperature of 500 to 1800 ° C.
The catalytic reaction module according to claim 4, wherein the catalytic reaction capacity is varied by controlling the number of single honeycomb carbides constituting the carbide bundle.
The catalysis module of claim 1, wherein the catalyst is a nickel nano catalyst.
ⅱ) 단일 하니컴 탄화체들을 묶어 하니컴 탄화체 다발을 제조하는 단계;
ⅲ) 제조된 하니컴 탄화체 다발의 한쪽 방향으로 촉매용액을 공급하면서, 반대편 방향에서 진공펌프로 촉매용액을 흡입함으로써, 촉매를 코팅하는 단계; 및
iv) 상기 촉매가 코팅된 하니컴 탄화체 다발을 환원시키는 단계;
를 포함하는 촉매반응 모듈 제조방법.
Iii) carbonizing cellulose fibers to produce single honeycomb carbides;
Ii) tying single honeycomb carbides to produce a honeycomb carbide bundle;
Iii) coating the catalyst by sucking the catalyst solution with a vacuum pump in the opposite direction while supplying the catalyst solution in one direction of the manufactured honeycomb carbide bundle; And
iv) reducing the honeycomb carbide bundle coated with the catalyst;
Catalytic reaction module manufacturing method comprising a.
The method of claim 7, further comprising finishing a mold and a stopper to fix the reduced honeycomb carbide bundle.
The catalytic reaction module according to claim 8, wherein the mold is made of alumina or quartz.
The method of claim 7, wherein the single honeycomb carbide is obtained by heat-treating the kenaf fibers at a temperature of 500 ~ 1800 ℃.
The method of claim 7, wherein the catalytic reaction capacity is varied by adjusting the number of single honeycomb carbides constituting the carbide bundles.
The method of claim 7, wherein the catalyst is a nickel nano catalyst.
i) 상기 촉매반응 모듈이 내부에 삽입되는 가열기와 ⅱ) 상기 가열기 내부에 내장된 유도 코일을 포함하는 유도가열 모듈.
A heating module of a catalysis module comprising a cellulose honeycomb carbide bundle coated with a catalyst on its surface,
i) a heater into which the catalytic reaction module is inserted, and ii) an induction coil embedded in the heater.
The induction heating module according to claim 13, wherein the heating intensity of the catalyst coated on the honeycomb carbide bundle is controlled by adjusting the amount of current and frequency applied to the induction coil.
Iii) a catalytic reaction module comprising a cellulose honeycomb carbide bundle coated with a catalyst on its surface, ii) an induction heating module comprising a heater into which the catalytic reaction module is inserted and an induction coil embedded in the heater, iii) the And an induction heating control module for controlling a current field and a frequency applied to the induction heating module, and iii) a gas supply module for supplying a reaction gas into the catalytic reaction module.
16. The catalytic reaction apparatus of claim 15, wherein the catalytic reaction module further comprises a frame and a stopper for fixing the cellulose honeycomb carbide bundle coated with the catalyst.
16. The catalytic reaction device of claim 15, wherein the mold is made of alumina or quartz.
16. The catalytic reaction apparatus according to claim 15, wherein the cellulose honeycomb carbide bundle is a bundle of single honeycomb carbides obtained by heat treating kenaf fibers at a temperature of 500 to 1800 ° C.
19. The catalytic reaction apparatus according to claim 18, wherein the catalytic reaction capacity is varied by controlling the number of single honeycomb carbides constituting the carbide bundles.
The catalytic reaction apparatus according to claim 15, wherein the induction heating control module controls the heating intensity of the catalyst coated on the honeycomb carbide bundle by adjusting the amount of current and frequency applied to the induction coil of the induction heating module.
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