KR20240095634A - Apparatus for manufacturing hydrogen and carbon nanotubes simultaneously and method manufacturing pellet-type catalyst support using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소와 탄소나노튜브 동시 제조장치 및 그에 사용되는 펠렛형 촉매 담지체 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 수직 방향으로 위치하며 내부에 펠렛형 촉매 담지체가 아래로부터 적층되는 반응관; 상기 반응관의 상단부에 연결되어 상기 펠렛형 촉매 담지체를 반응관 상부로 공급하는 펠렛형 촉매 담지체 공급유닛; 상기 반응관의 하단에 연결되어 펠렛형 촉매 담지체가 적층된 아래로 합성가스를 공급하는 가스공급유닛; 상기 반응관 내부에 적층된 펠렛형 촉매 담지체를 가열하는 가열유닛; 상기 반응관의 상단부에 연결되어 생성되는 수소를 수집하는 수소수집유닛; 및 상기 반응관의 하단에 연결되며, 탄소나노튜브가 합성된 펠렛형 촉매 담지체를 수거하는 펠렛수거유닛을 포함한다. 본 발명에 따르면, 촉매와 합성가스의 접촉을 높여 탄소나노튜브의 결정성을 높임과 동시에 수소 변환율을 높인다.The present invention relates to a simultaneous production device for hydrogen and carbon nanotubes and a method for producing a pellet-type catalyst support used therein. The present invention relates to a reaction tube positioned in a vertical direction and inside which the pellet-type catalyst support is stacked from below; a pellet-type catalyst carrier supply unit connected to the upper end of the reaction tube to supply the pellet-type catalyst carrier to the upper part of the reaction tube; A gas supply unit connected to the bottom of the reaction tube and supplying synthesis gas below the stacked pellet-type catalyst carriers; a heating unit that heats the pellet-type catalyst support stacked inside the reaction tube; A hydrogen collection unit connected to the upper end of the reaction tube to collect generated hydrogen; and a pellet collection unit connected to the bottom of the reaction tube and collecting the pellet-type catalyst carrier synthesized with carbon nanotubes. According to the present invention, the crystallinity of carbon nanotubes is increased by increasing the contact between the catalyst and the synthesis gas, and at the same time, the hydrogen conversion rate is increased.
Description
본 발명은 수소와 탄소나노튜브 동시 제조장치 및 그에 사용되는 펠렛형 촉매 담지체 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a simultaneous production device for hydrogen and carbon nanotubes and a method for producing a pellet-type catalyst carrier used therein.
일반적으로, 메탄 분해를 위해 Ni 기반의 다양한 촉매를 활용하여 수소 생산과 부산물로 탄소나노섬유 또는 탄소나노튜브를 함께 생성하고 있다.In general, various Ni-based catalysts are used to decompose methane to produce hydrogen and produce carbon nanofibers or carbon nanotubes as by-products.
주요 생산방법은 분말의 촉매를 유동층 반응기 또는 로터리킬른 반응기 등과 같은 고온의 반응로를 이용하여 생산하는 방식이다.The main production method is to produce powdered catalyst using a high-temperature reactor such as a fluidized bed reactor or rotary kiln reactor.
유동층 반응기는 유동층에서는 촉매/담지체의 부유를 위한 높은 유량의 가스흐름으로 인하여, 촉매와 합성가스의 접촉이 낮아 CNT 또는 CNF가 성장하지 못할 뿐만 아니라 배출되는 탄화가스가 많고, 로타리킬른 반응기는 낮은 높이의 촉매/담지체 공급으로 인하여 촉매와 접촉없이 배출되는 탄화수소로 인한 수소변환율이 낮은 단점을 가지고 있다. 또한, 이로부터 생성된 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유는 결정성도 매우 낮은 단점을 가지고 있다.In the fluidized bed reactor, due to the high gas flow rate for floating the catalyst/support in the fluidized bed, the contact between the catalyst and the synthesis gas is low, so not only does CNT or CNF not grow, but also a lot of carbon dioxide is emitted, and the rotary kiln reactor has low gas flow. Due to the high supply of catalyst/support, it has the disadvantage of low hydrogen conversion rate due to hydrocarbons discharged without contact with the catalyst. In addition, the carbon nanotubes or carbon nanofibers produced therefrom have the disadvantage of having very low crystallinity.
본 발명의 목적은 촉매와 합성가스의 접촉을 높여 탄소나노튜브의 결정성을 높임과 동시에 수소 변환율을 높이는, 수소와 탄소나노튜브 동시 제조장치 및 그에 사용되는 펠렛형 촉매 담지체 제조방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a device for simultaneous production of hydrogen and carbon nanotubes, which increases the crystallinity of carbon nanotubes by increasing the contact between the catalyst and synthesis gas and at the same time increases the hydrogen conversion rate, and a method for producing a pellet-type catalyst support used therein. will be.
상기 목적을 달성하기 위하여, 수직 방향으로 위치하며 내부에 펠렛형 촉매 담지체가 아래로부터 적층되는 반응관; 상기 반응관의 상단부에 연결되어 상기 펠렛형 촉매 담지체를 반응관 상부로 공급하는 펠렛형 촉매 담지체 공급유닛; 상기 반응관의 하단에 연결되어 펠렛형 촉매 담지체가 적층된 아래로 합성가스를 공급하는 가스공급유닛; 상기 반응관의 내부에 적층된 펠렛형 촉매 담지체를 가열하는 가열유닛; 상기 반응관의 상단부에 연결되어 생성되는 수소를 수집하는 수소수집유닛; 및 상기 반응관의 하단에 연결되며, 탄소나노튜브가 합성된 펠렛형 촉매 담지체를 수거하는 펠렛수거유닛을 포함하는 수소와 탄소나노튜브 동시 제조장치가 제공된다.In order to achieve the above object, a reaction tube is positioned in a vertical direction, inside which pellet-type catalyst supports are stacked from below; a pellet-type catalyst carrier supply unit connected to the upper end of the reaction tube to supply the pellet-type catalyst carrier to the upper part of the reaction tube; A gas supply unit connected to the bottom of the reaction tube and supplying synthesis gas below the stacked pellet-type catalyst carriers; a heating unit that heats the pellet-type catalyst support stacked inside the reaction tube; A hydrogen collection unit connected to the upper end of the reaction tube to collect generated hydrogen; and a pellet collection unit connected to the bottom of the reaction tube and collecting the pellet-type catalyst carrier synthesized with carbon nanotubes. An apparatus for simultaneously producing hydrogen and carbon nanotubes is provided.
또한, 끓는 물에 몰리브덴산 암모늄, 질산마그네슘, 구연산을 각각 넣고 끓이면서 녹여 제1 용액을 제조하는 단계; 물에 질산철을 넣고 녹인 후 에탄올을 넣고 섞어 제2 용액을 제조하는 단계; 상기 제2 용액을 제1 용액에 섞은 후 용기에 넣고 700 ~ 800도로 가열된 가열로에서 15 ~ 30분간 두어 촉매를 합성하는 단계; 상기 합성된 촉매를 식힌 후 분쇄기로 분쇄하여 분말화하는 단계; 및 상기 촉매 분말과 물을 혼합하여 반죽한 후 펠렛 압출기로 펠렛화하여 건조시키는 단계를 포함하는 펠렛형 촉매 담지체 제조방법이 제공된다.Additionally, preparing a first solution by adding ammonium molybdate, magnesium nitrate, and citric acid to boiling water and dissolving them while boiling; Preparing a second solution by adding and dissolving iron nitrate in water and then adding ethanol and mixing; Mixing the second solution with the first solution, placing it in a container, and placing it in a furnace heated to 700 to 800 degrees for 15 to 30 minutes to synthesize a catalyst; Cooling the synthesized catalyst and grinding it with a grinder to powder it; And a method for producing a pellet-type catalyst carrier is provided, including the step of mixing the catalyst powder and water, kneading the mixture, pelletizing it with a pellet extruder, and drying it.
본 발명은 수직 방향으로 위치하는 반응관의 상부로 알갱이 형태인 펠렛형 촉매 담지체들을 지속적으로 공급하여 아래로 적층되어 가열되고 반응관의 하부로 합성가스를 지속적으로 공급하게 되므로 합성가스가 적층된 펠렛형 촉매 담지체들의 공극을 통해 원활하게 상측으로 이동하면서 펠렛형 촉매 담지체들과 반응하게 되어 합성가스의 흐름성을 높임과 동시에 촉매와의 접촉을 높여 수소 변환율을 높이게 될 뿐만 아니라 탄소나노튜브의 결정성을 높이게 된다. 이로 인하여, 수소 생산의 수율을 높이고 동시에 탄소나노튜브의 생산성을 높이게 된다.In the present invention, pellet-shaped catalyst carriers in the form of granules are continuously supplied to the upper part of a vertically positioned reaction tube, stacked downward and heated, and synthetic gas is continuously supplied to the lower part of the reaction tube, so that the synthesized gas is stacked. It moves smoothly upward through the pores of the pellet-type catalyst carriers and reacts with the pellet-type catalyst carriers, thereby increasing the flowability of the synthesis gas and increasing contact with the catalyst, thereby increasing the hydrogen conversion rate and carbon nanotubes. increases the determinacy of This increases the yield of hydrogen production and simultaneously increases the productivity of carbon nanotubes.
또한, 본 발명은 수직 방향으로 위치하는 반응관의 상부로 알갱이 형태인 펠렛형 촉매 담지체들을 지속적으로 공급하여 아래로 적층되어 가열되고 반응관의 하부로 합성가스를 지속적으로 공급하고 반응관의 하부로, 합성된 탄소나노튜브 펠렛들을 지속적으로 수거하고 동시에 반응관의 상부로, 생성되는 수소 및 미반응된 합성가스를 지속적으로 수집하게 되므로 동시에 생산되는 탄소나노튜브 및 수소의 생산성을 높이게 된다.In addition, the present invention continuously supplies pellet-shaped catalyst carriers to the upper part of a reaction tube positioned in a vertical direction, stacks them downward and heats them, and continuously supplies synthesis gas to the lower part of the reaction tube. As a result, the synthesized carbon nanotube pellets are continuously collected and the generated hydrogen and unreacted synthesis gas are continuously collected at the top of the reaction tube, thereby increasing the productivity of the carbon nanotubes and hydrogen produced at the same time.
도 1은 본 발명에 따른 수소와 탄소나노튜브 동시 제조장치의 일실시를 도시한 정면도,
도 2는 본 발명에 따른 수소와 탄소나노튜브 동시 제조장치의 일실시를 구성하는 가스공급유닛의 일부분을 도시한 정단면도,
도 3은 본 발명에 따른 펠렛형 촉매 담지체 제조방법의 일실시예를 도시한 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 펠렛형 촉매 담지체 제조방법의 일실시예에 의해 제조된 펠렛형 촉매 담지체들 사진,
도 5는 본 발명에 따른 수소와 탄소나노튜브 동시 제조장치에 의해 제조된 탄소나노튜브가 합성된 펠렛들 사진,
도 6은 탄소나노튜브가 합성된 펠렛을 확대한 탄소나노튜브 사진.1 is a front view showing one embodiment of a device for simultaneous production of hydrogen and carbon nanotubes according to the present invention;
Figure 2 is a front cross-sectional view showing a portion of a gas supply unit constituting one embodiment of the apparatus for simultaneous production of hydrogen and carbon nanotubes according to the present invention;
Figure 3 is a flow chart showing an embodiment of the method for manufacturing a pellet-type catalyst support according to the present invention;
Figure 4 is a photograph of pellet-type catalyst supports manufactured by an example of the method for producing a pellet-type catalyst support according to the present invention;
Figure 5 is a photograph of pellets synthesized with carbon nanotubes produced by the simultaneous production device of hydrogen and carbon nanotubes according to the present invention;
Figure 6 is an enlarged carbon nanotube photograph of a pellet in which carbon nanotubes are synthesized.
이하, 본 발명에 따른 수소와 탄소나노튜브 동시 제조장치 및 그에 사용되는 펠렛형 촉매 담지체 제조방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the simultaneous production device for hydrogen and carbon nanotubes according to the present invention and the method for producing a pellet-type catalyst carrier used therein will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수소와 탄소나노튜브 동시 제조장치의 일실시예는, 반응관(100), 펠렛형 촉매 담지체 공급유닛(200), 가스공급유닛(300), 가열유닛(400), 수소수집유닛(500), 펠렛수거유닛(600)을 포함한다. 반응관(100), 펠렛형 촉매 담지체 공급유닛(200), 가스공급유닛(300), 가열유닛(400), 펠렛수거유닛(600)은 장비케이스(700)에 설치되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 1, an embodiment of the apparatus for simultaneous production of hydrogen and carbon nanotubes according to the present invention includes a
반응관(100)은 수직 방향으로 위치하며 내부에 펠렛형 촉매 담지체(10)가 아래로부터 설정된 높이로 적층된다. 반응관(100)의 일예로, 반응관(100)은 균일한 내경을 갖는 원형관인 것이 바람직하다. 반응관(100)의 다른 일예로, 반응관(100)은 균일한 단면을 갖는 사각관이 될 수도 있다.The
반응관(100)은 장비케이스(700)의 내부에 수직 방향으로 위치하되, 반응관(100)의 상부가 장비케이스(700)의 상면위로 노출되도록 위치하여 장비케이스(700)에 설치된다. 반응관(100)은 수직으로 위치할 수 있고 또한 수직에서 좌우로 30도 범위에서 경사지게 위치할 수도 있다.The
펠렛형 촉매 담지체(10)는 분말 형태가 아닌 작은 알갱이 형태를 의미한다.The pellet-
펠렛형 촉매 담지체 공급유닛(200)은 반응관(100)의 상단부에 연결되어 펠렛형 촉매 담지체(10)를 반응관(100) 상부로 공급한다. 펠렛형 촉매 담지체 공급유닛(200)의 일예로, 펠렛형 촉매 담지체 공급유닛(200)은 반응관(100)의 상부에 수평 방향으로 연결되는 공급관(210)과, 그 공급관(210)에 연결되며 펠렛형 촉매 담지체(10)가 채워지는 펠렛저장통(220)과, 그 펠렛저장통(220)에 저장된 펠렛형 촉매 담지체(10)를 공급관(210)을 통해 반응관(100) 내부로 투하시키는 펠렛이송유닛(230)을 포함한다.The pellet-type catalyst
펠렛형 촉매 담지체(10)는 펠렛 형상으로 형성된 촉매 담지체이다.The pellet-
펠렛저장통(220)은 장비케이스(700)의 상면에 장착되는 것이 바람직하다.The
펠렛이송유닛(230)의 일예로, 펠렛이송유닛(230)은 펠렛저장통(220)을 관통하여 연결관(210)의 내부에 위치하여 회전에 의해 펠렛을 이송시키는 스크류(231)와, 그 스크류(231)를 회전시키는 모터(232)를 포함한다.As an example of the
펠렛형 촉매 담지체 공급유닛(200)은 펠렛저장통(220)에 펠렛형 촉매 담지체(10)들이 채워진 상태에서 모터(232)가 회전하게 되면 그 회전력이 스크류(231)를 통해 전달되어 스크류(231)가 회전하게 된다. 스크류(231)의 회전에 따라 펠렛저장통(220)에 채워진 펠렛형 촉매 담지체(10)들이 스크류(231)를 따라 공급관(210)을 통해 이송되면서 반응관(100)의 상부로 공급되어 반응관(100)의 아래쪽으로 떨어지게 된다.In the pellet-type catalyst
가스공급유닛(300)은 반응관(100)의 하단에 연결되어 펠렛형 촉매 담지체(10)가 적층된 아래로 합성가스를 공급한다.The
가스공급유닛(300)의 일예로, 가스공급유닛(300)은 합성가스가 저장된 가스탱크(310)와, 그 가스탱크(310)와 반응관(100)의 하단을 연결하는 가스연결관(320)과, 그 가스연결관(320)에 구비되는 밸브(330)를 포함한다. 가스연결관(320)과 반응관(100)의 하단 사이에, 도 2에 도시한 바와 같이, 연결확관(321)이 구비되고 그 연결확관(321)의 상단에 펠렛형 촉매 담지체(10)들을 지지함과 아울러 가스가 반응관(100)으로 유입되는 지지망(322)이 구비되는 것이 바람직하다. 합성가스는 메탄(CH4), 천연가스 등이 될 수 있다.As an example of the
가스공급유닛(300)은 밸브(330)가 열리게 되면 가스탱크(310)의 합성가스가 가스연결관(320)을 통해 반응관(100)의 하단으로 공급된다.When the
가열열유닛(400)은 반응관(100) 내부에 적층된 펠렛형 촉매 담지체(10)를 가열한다.The
가열유닛(400)은 반응관(100)의 중간부분을 감싸도록 구성된다. 가열유닛(400)은 세라믹히터를 포함하는 것이 바람직하며, 반응관(100) 내부의 펠렛형 촉매 담지체(10)를 합성온도로 가열한다.The
수소수집유닛(500)은 반응관(100)의 상단부에 연결되어 생성되는 수소를 수집한다. 수소수집유닛(500)은 장비케이스(700)의 외부에 위치하는 것이 바람직하다.The
펠렛수거유닛(600)은 반응관(100)의 하단에 연결되며, 탄소나노튜브가 합성된 펠렛형 촉매 담지체(10)를 수거한다.The
펠렛수거유닛(600)의 일예로, 펠렛수거유닛(600)은 반응관(100)의 하단에 수평 방향으로 연결되는 수평 배출관(610)과, 그 수평 배출관(610)의 일측에 연결되는 수직 배출관(620)과, 그 수직 배출관(620)에 연결되는 수집통(630)과, 반응관(100)의 하단에 위치하는 펠렛형 촉매 담지체(10)를 수평 배출관(610)을 통해 배출시키는 배출유닛(640)을 포함한다.As an example of the
수평 배출관(610)은 장비케이스(700)를 관통하여 한쪽 단이 반응관(100)의 하단에 연결되되, 반응관(100)의 하단 측부에 연결되는 것이 바람직하다. 수직 배출관(620)은 장비케이스(700)의 외부에 위치하도록 수평 배출관(610)의 다른 한쪽 단부에 연결된다.The
배출유닛(640)의 일예로, 배출유닛(640)은 수평 배출관(610)을 관통하여 단부가 반응관(100)의 하단 내부에 위치하며 회전에 의해 탄소나노튜브합성펠렛을 이송시키는 스크류(641)와, 그 스크류(641)를 회전시키는 모터(642)를 포함한다.As an example of the
펠렛수거유닛(600)은 모터(642)가 회전하게 되면 그 회전력이 스크류(641)를 통해 전달되어 스크류(641)가 회전하게 된다. 스크류(641)의 회전에 따라 반응관(100) 하부 내부에 위치한, 합성된 탄소나노튜브 펠렛들이 스크류(641)를 따라 수평 배출관(610)을 통해 이송되면서 수직 배출관(620)을 통해 배출되어 수집통(630)에 수집된다. In the
도 3은 본 발명에 따른 펠렛형 촉매 담지체 제조방법의 일실시예를 도시한 순서도이다.Figure 3 is a flowchart showing an embodiment of the method for manufacturing a pellet-type catalyst support according to the present invention.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 펠렛형 촉매 담지체 제조방법의 일실시예는, 먼저 끓는 물에 몰리브덴산 암모늄(ammonium molybdate), 질산마그네슘(Magnesium nitrate), 구연산(citric acid)을 각각 넣고 끓이면서 녹여 제1 용액을 제조하는 단계(S10)가 진행된다.As shown in Figure 3, in one embodiment of the method for producing a pellet-type catalyst support according to the present invention, first, ammonium molybdate, magnesium nitrate, and citric acid are added to boiling water. The step (S10) of preparing the first solution by adding each and boiling and dissolving is performed.
일예로, 끓는 물은 100g이며, 몰리브덴산 암모늄은 8.0g, 질산마그네슘은 100g, 구연산은 35g을 넣는다.For example, boiling water is 100g, ammonium molybdate is added at 8.0g, magnesium nitrate is added at 100g, and citric acid is added at 35g.
제1 용액을 제조한 다음 물에 질산철(iron nitrate)을 넣고 녹인 후 에탄올을 넣고 섞어 제2 용액을 제조하는 단계(S20)가 진행된다.After preparing the first solution, iron nitrate is added and dissolved in water, and then ethanol is added and mixed to prepare the second solution (S20).
일예로, 물은 20g, 질산철은 4.0g, 에탄올은 10g을 넣는다.For example, add 20g of water, 4.0g of iron nitrate, and 10g of ethanol.
한편, 제2 용액을 먼저 제조하고 제1 용액을 나중에 제조할 수도 있다.Meanwhile, the second solution may be prepared first and the first solution may be prepared later.
제2 용액을 제조한 다음 제2 용액을 제1 용액에 섞은 후 용기에 넣고 700 ~ 800도로 가열된 가열로에서 15 ~ 30분간 두어 촉매를 합성하는 단계(S30)가 진행된다.After preparing the second solution, the second solution is mixed with the first solution, placed in a container, and placed in a furnace heated to 700 to 800 degrees for 15 to 30 minutes to synthesize the catalyst (S30).
용기의 재질은 스테인레스강 재질을 포함하는 것이 바람직하고, 용기는 뚜껑으로 닫는다. 가열온도는 750도인 것이 바람직하다.The material of the container preferably includes stainless steel, and the container is closed with a lid. The heating temperature is preferably 750 degrees.
용기내에서 촉매를 합성한 다음 합성된 촉매를 식힌 후 분쇄기로 분쇄하여 분말화하는 단계(S40)가 진행된다.After synthesizing the catalyst in a container, the synthesized catalyst is cooled and then pulverized with a grinder to powder it (S40).
촉매를 분말화한 다음 촉매 분말과 물을 혼합하여 반죽한 후 펠렛 압출기로 펠렛화하여 건조시키는 단계(S50)가 진행된다.The catalyst is powdered, kneaded by mixing the catalyst powder and water, and then pelletized using a pellet extruder and dried (S50).
촉매 분말과 물을 혼합하는 비율은 1대 1로하는 것이 바람직하다.It is preferable that the mixing ratio of catalyst powder and water is 1:1.
이와 같이 건조한 펠렛은 촉매인 펠렛형 촉매 담지체가 된다. The pellets dried in this way become a pellet-type catalyst carrier, which is a catalyst.
한편, 촉매 분말과 물을 혼합하여 반죽한 것을 다양한 형태의 작은 알갱이들로 형성하여 알갱이 형태의 촉매 담지체를 만들 수도 있다.On the other hand, a catalyst carrier in the form of granules can be made by mixing catalyst powder and water and forming small granules of various shapes.
도 4는 본 발명에 따른 펠렛형 촉매 담지체 제조방법의 일실시예에 의해 제조된 펠렛형 촉매 담지체들 사진이다.Figure 4 is a photograph of pellet-type catalyst supports manufactured by an example of the method for producing a pellet-type catalyst support according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 수소와 탄소나노튜브 동시 제조장치 및 그에 사용되는 펠렛형 촉매 담지체 제조방법의 작용을 설명한다.Hereinafter, the operation of the simultaneous production device for hydrogen and carbon nanotubes according to the present invention and the method for producing a pellet-type catalyst carrier used therein will be described.
먼저, 본 발명의 펠렛형 촉매 담지체 제조방법에 의해 제조된 펠렛형 촉매 담지체들을 펠렛형 촉매 담지체 공급유닛의 펠렛저장통에 담는다. 펠렛형 촉매 담지체 공급유닛으로 펠렛저장통에 채워진 펠렛형 촉매 담지체들을 설정된 양으로 반응관의 상부를 통해 공급한다. 반응관의 상부로 공급되는 펠렛형 촉매 담지체들은 낙하하여 반응관의 하단부터 설정된 높이(베드 높이)로 적층된다. 반응관에 적층된 펠렛형 촉매 담지체들은 가열유닛에 의해 가열된다. 가스공급유닛을 통해 합성가스가 반응관 하단부터 가열되어 공급되며 그 합성가스가 반응관에 적층된 펠렛형 촉매 담지체들의 공극 사이를 통해 상측으로 이동하면서 펠렛형 촉매 담지체들과 반응하여 펠렛형 촉매 담지체에 탄소나노튜브가 합성되며 부산물로 수소가 생성된다. 탄소나노튜브가 합성된 펠렛형 촉매 담지체들은 펠렛수거유닛에 의해 수거되며, 부산물로 생성된 수소와 미반응된 합성가스는 반응관의 상측으로 이동하여 수소수집유닛으로 수집된다. 수소수집유닛으로 수집된 수소 및 미반응 합성가스에서 수소를 추출한다.First, the pellet-shaped catalyst supports manufactured by the pellet-type catalyst support manufacturing method of the present invention are placed in the pellet storage bin of the pellet-type catalyst support supply unit. The pellet-type catalyst carrier supply unit supplies the pellet-type catalyst carriers filled in the pellet storage tank through the upper part of the reaction tube in a set amount. Pellet-type catalyst carriers supplied to the top of the reaction tube fall and are stacked at a set height (bed height) from the bottom of the reaction tube. The pellet-type catalyst supports stacked in the reaction tube are heated by a heating unit. Synthetic gas is heated and supplied from the bottom of the reaction tube through the gas supply unit, and as the synthetic gas moves upward through the pores of the pellet-type catalyst supports stacked in the reaction tube, it reacts with the pellet-type catalyst supports to form pellets. Carbon nanotubes are synthesized on the catalyst carrier, and hydrogen is produced as a by-product. Pellet-type catalyst carriers synthesized with carbon nanotubes are collected by a pellet collection unit, and hydrogen generated as a by-product and unreacted synthesis gas move to the upper part of the reaction tube and are collected by the hydrogen collection unit. Hydrogen is extracted from hydrogen collected by the hydrogen collection unit and unreacted synthesis gas.
보다 구체적인 제조 실시예를 설명하면 아래와 같다.A more specific manufacturing example is described below.
<실시예 1> <Example 1>
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 펠렛형 촉매 담지체 10g을 반응관에 넣고, 메탄가스 분당 5L를 넣어주어 60분동안 합성한 후 펠렛수거유닛을 통해 천천히 배출한다. 10 g of the pellet-type catalyst support prepared by the production method of the present invention is placed in a reaction tube, and 5 L of methane gas per minute is added to synthesize the catalyst for 60 minutes and then slowly discharged through the pellet collection unit.
<실시예 2><Example 2>
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 펠렛형 촉매 담지체 25g을 반응관에 넣고, 메탄가스 분당 5L를 넣어주어 60분동안 합성한 후 펠렛수거유닛을 통해 천천히 배출한다.25 g of the pellet-type catalyst support prepared by the production method of the present invention is placed in a reaction tube, and 5 L of methane gas per minute is added for 60 minutes to synthesize, and then slowly discharged through the pellet collection unit.
<실시예 3> <Example 3>
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 펠렛형 촉매 담지체 40g을 반응관에 넣고, 메탄가스 분당 5L를 넣어주어 60분동안 합성한 후 펠렛수거유닛을 통해 천천히 배출한다.40 g of the pellet-type catalyst support prepared by the production method of the present invention is placed in a reaction tube, and 5 L of methane gas per minute is added for 60 minutes to synthesize, and then slowly discharged through the pellet collection unit.
<실시예 4> <Example 4>
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 펠렛형 촉매 담지체 60g을 반응관에 넣고, 메탄가스 분당 5L를 넣어주어 60분동안 합성한 후 펠렛수거유닛을 통해 천천히 배출한다.60 g of the pellet-type catalyst support prepared by the production method of the present invention is placed in a reaction tube, and 5 L of methane gas per minute is added to synthesize the catalyst for 60 minutes and then slowly discharged through the pellet collection unit.
도 5는 본 발명에 따른 수소와 탄소나노튜브 동시 제조장치에 의해 제조된 탄소나노튜브가 합성된 펠렛들 사진이며, 도 6은 탄소나노튜브가 합성된 펠렛을 확대한 탄소나노튜브 사진이다.Figure 5 is a photograph of pellets synthesized with carbon nanotubes produced by the simultaneous production device of hydrogen and carbon nanotubes according to the present invention, and Figure 6 is an enlarged photograph of carbon nanotubes synthesized pellets.
실시예 1 ~ 4에 의해 각각 진행된 결과물에 대한 데이터는 아래 [표 1]과 같다.Data on the results of each of Examples 1 to 4 are shown in [Table 1] below.
이와 같이, 본 발명은 수직 방향으로 위치하는 반응관의 상부로 알갱이 형태인 펠렛형 촉매 담지체들을 지속적으로 공급하여 아래로 적층되어 가열되고 반응관의 하부로 합성가스를 지속적으로 공급하게 되므로 합성가스가 적층된 펠렛형 촉매 담지체들의 공극을 통해 원활하게 상측으로 이동하면서 펠렛형 촉매 담지체들과 반응하게 되어 합성가스의 흐름성을 높임과 동시에 촉매와의 접촉을 높여 수소 변환율을 높이게 될 뿐만 아니라 탄소나노튜브의 결정성을 높이게 된다. 이로 인하여, 수소 생산의 수율을 높이고 동시에 탄소나노튜브의 생산성을 높이게 된다.In this way, the present invention continuously supplies pellet-shaped catalyst carriers to the upper part of the reaction tube located in the vertical direction, stacks them downward, and heats them, and continuously supplies synthesis gas to the lower part of the reaction tube, thereby producing synthetic gas. moves smoothly upward through the pores of the stacked pellet-type catalyst supports and reacts with the pellet-type catalyst supports, thereby increasing the flowability of the synthesis gas and increasing contact with the catalyst, thereby increasing the hydrogen conversion rate. This increases the crystallinity of carbon nanotubes. This increases the yield of hydrogen production and simultaneously increases the productivity of carbon nanotubes.
또한, 본 발명은 수직 방향으로 위치하는 반응관의 상부로 알갱이 형태인 펠렛형 촉매 담지체들을 지속적으로 공급하여 아래로 적층되어 가열되고 반응관의 하부로 합성가스를 지속적으로 공급하고 반응관의 하부로, 합성된 탄소나노튜브 펠렛들을 지속적으로 수거하고 동시에 반응관의 상부로, 생성되는 수소 및 미반응된 합성가스를 지속적으로 수집하게 되므로 동시에 생산되는 탄소나노튜브 및 수소의 생산성을 높이게 된다.In addition, the present invention continuously supplies pellet-shaped catalyst carriers to the upper part of a reaction tube positioned in a vertical direction, stacks them downward and heats them, and continuously supplies synthesis gas to the lower part of the reaction tube. As a result, the synthesized carbon nanotube pellets are continuously collected and the generated hydrogen and unreacted synthesis gas are continuously collected at the top of the reaction tube, thereby increasing the productivity of the carbon nanotubes and hydrogen produced at the same time.
100; 반응관
200; 펠렛형 촉매 담지체 공급유닛
300; 가스공급유닛
400; 가열유닛
500; 수소수집유닛
600; 펠렛수거유닛100;
300;
500;
Claims (5)
상기 반응관의 상단부에 연결되어 상기 펠렛형 촉매 담지체를 반응관 상부로 공급하는 펠렛형 촉매 담지체 공급유닛;
상기 반응관의 하단에 연결되어 펠렛형 촉매 담지체가 적층된 아래로 합성가스를 공급하는 가스공급유닛;
상기 반응관 내부에 적층된 펠렛형 촉매 담지체를 가열하는 가열유닛;
상기 반응관의 상단부에 연결되어 생성되는 수소를 수집하는 수소수집유닛; 및
상기 반응관의 하단에 연결되며, 탄소나노튜브가 합성된 펠렛형 촉매 담지체를 수거하는 펠렛수거유닛을 포함하는 수소와 탄소나노튜브 동시 제조장치.A reaction tube positioned in a vertical direction, inside which pellet-shaped catalyst supports are stacked from below;
a pellet-type catalyst carrier supply unit connected to the upper end of the reaction tube to supply the pellet-type catalyst carrier to the upper part of the reaction tube;
A gas supply unit connected to the bottom of the reaction tube and supplying synthesis gas below the stacked pellet-type catalyst carriers;
a heating unit that heats the pellet-type catalyst support stacked inside the reaction tube;
A hydrogen collection unit connected to the upper end of the reaction tube to collect generated hydrogen; and
A device for simultaneous production of hydrogen and carbon nanotubes, which is connected to the bottom of the reaction tube and includes a pellet collection unit for collecting pellet-type catalyst carriers synthesized with carbon nanotubes.
물에 질산철을 넣고 녹인 후 에탄올을 넣고 섞어 제2 용액을 제조하는 단계;
상기 제2 용액을 제1 용액에 섞은 후 용기에 넣고 700 ~ 800도로 가열된 가열로에서 15 ~ 30분간 두어 촉매를 합성하는 단계;
상기 합성된 촉매를 식힌 후 분쇄기로 분쇄하여 분말화하는 단계; 및
상기 촉매 분말과 물을 혼합하여 반죽한 후 펠렛 압출기로 펠렛화하여 건조시키는 단계를 포함하는 펠렛형 촉매 담지체 제조방법.Preparing a first solution by adding ammonium molybdate, magnesium nitrate, and citric acid to boiling water and dissolving them while boiling;
Preparing a second solution by adding and dissolving iron nitrate in water and then adding ethanol and mixing;
Mixing the second solution with the first solution, placing it in a container, and placing it in a furnace heated to 700 to 800 degrees for 15 to 30 minutes to synthesize a catalyst;
Cooling the synthesized catalyst and grinding it with a grinder to powder it; and
A method for manufacturing a pellet-type catalyst carrier comprising the step of mixing the catalyst powder and water, kneading the mixture, pelletizing it with a pellet extruder, and drying it.
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| KR102205420B1 (en) | 2019-07-31 | 2021-01-20 | 극동대학교 산학협력단 | Synthetic method of multi-walled carbon nanotube-polymer composites |
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