[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR101651315B1 - 유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물 제조방법 - Google Patents

유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101651315B1
KR101651315B1 KR1020130041933A KR20130041933A KR101651315B1 KR 101651315 B1 KR101651315 B1 KR 101651315B1 KR 1020130041933 A KR1020130041933 A KR 1020130041933A KR 20130041933 A KR20130041933 A KR 20130041933A KR 101651315 B1 KR101651315 B1 KR 101651315B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
reactor
dispersion plate
supply pipe
gas supply
Prior art date
Application number
KR1020130041933A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140124457A (ko
Inventor
장광현
이동철
김욱영
윤광우
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020130041933A priority Critical patent/KR101651315B1/ko
Publication of KR20140124457A publication Critical patent/KR20140124457A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101651315B1 publication Critical patent/KR101651315B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/44—Fluidisation grids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/1812—Tubular reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B1/008—Nanostructures not provided for in groups B82B1/001 - B82B1/007
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0004—Apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of nanostructural devices or systems or methods for manufacturing the same
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0009—Forming specific nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/16—Preparation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명에 따르면, 반응기 본체; 상기 반응기 본체 하단에 배치되는 제 1 분산판; 상기 제 1 분산판의 하부로부터 상부를 향하는 상향 유동방식으로 제 1 기체를 공급하는 제 1 기체 공급관; 상기 반응기 본체의 측면에서 상기 제 1 기체 공급관에 의해 공급되는 제 1 기체의 유동 방향과 수직 방향으로 제 2 기체를 공급하는 제 2 기체 공급관; 및 상기 제 1 분산판으로부터 소정 거리 이격되어 상기 반응기 본체 내부에 위치한 제 2 분산판;을 구비하는 유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물 제조방법이 제공된다.

Description

유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물 제조방법 {FLUIDIZED BED REACTOR AND PREPARATIO OF CARBON NANOSTRUCTURES USING SAME}
본 발명은 카본나노튜브와 같은 카본나노구조물 제조를 위하여 이용될 수 있는 유동층 반응기에 관한 것이다.
유동층 반응기는 다양한 다중상(multiphase) 화학 반응을 수행하도록 이용될 수 있는 반응기 장치이다. 유동층 반응기에서는 유체(기체 또는 액체)가 미립자 상태의 고체 물질과 반응하게 되는데, 통상적으로 상기 고체 물질은 작은 구(sphere)의 형상을 가지는 촉매이고, 유체는 고체 물질을 부유시키기에 충분한 속도로 유동함으로써 고체 물질이 유체와 유사하게 거동하게 된다.
한편, 카본나노구조물(carbon nanostructures, CNS)은 나노튜브, 나노파이버, 풀러렌, 나노콘, 나노호른, 나노로드 등 다양한 형상을 갖는 나노크기의 탄소구조물을 지칭하며, 여러 가지 우수한 성질을 보유하기 때문에 다양한 기술분야에서 활용도가 높다. 대표적인 카본나노구조물인 카본나노튜브(carbon nanotubes; CNT)는 서로 이웃하는 3 개의 탄소 원자가 육각형의 벌집 구조로 결합되어 탄소 평면을 형성하고, 상기 탄소 평면이 원통형으로 말려서 튜브의 형상을 가지는 소재이다. 카본나노튜브는 구조에 따라서, 즉, 튜브의 지름에 따라서 도체가 되거나 또는 반도체가 되는 특성이 있으며, 다양한 기술 분야에서 광범위하게 응용될 수 있어서 신소재로 각광을 받는다. 예를 들어, 카본나노튜브는 이차 전지, 연료 전지 또는 슈퍼 커패서티(super capacity)와 같은 전기 화학적 저장 장치의 전극, 전자파 차폐, 전계 방출 디스플레이, 또는 기체 센서 등에 적용될 수 있다.
카본나노구조물은 예를 들어 아크 방전법, 레이저 증발법, 화학 기상 성장법을 통하여 제조될 수 있다. 상기 열거된 제조 방법중 화학 기상 성장법에서는 통상적으로 고온의 유동층 반응기 안에서 금속 촉매 입자와 탄화수소 계열의 원료 기체를 분산 및 반응됨으로써 카본나노구조물이 생성된다. 즉, 금속 촉매는 원료 기체에 의해 유동층 반응기 안에서 부유(浮游)하면서 원료 기체와 반응하여 카본나노구조물을 성장시킨다.
유동층 반응기를 이용한 카본나노구조물 제조 방법은 특허출원공개 10-2009-0073346호, 10-2009-0013503호 등에 개시되어 있다. 유동층 반응기를 이용하는 경우에는 반응기 내에 기체를 고르게 확산 주입시키고, 분산판 상부에 존재하는 촉매 및 제품 입자가 분산판 아래로 통과하지 못하도록 분산판(distributor)을 이용한다. 분산판으로는 다공성 플레이트(perforated plate), 버블 캡(bubble cap), 시이브(sieve) 또는 노즐을 이용하여 구성하는 것이 일반적이다.
카본나노구조물 제조시 탄소원으로 사용되는 에틸렌, 아세틸렌, 메탄, 일산화탄소 등의 기체는 카본나노튜브 합성 온도인 600~1000℃까지 승온 되어 주입되는 과정에서 분산판의 통기공이나 노즐을 막는 코크(가열 또는 촉매에 의해 분해 생성)를 형성하고 심할 경우 통기공을 막는 클로깅(clogging) 현상이 나타난다. 이러한 클로깅 현상은 유동층 내 압력 저하를 야기하여 안정적인 조업이 곤란하게 하기 때문에 운전을 중단하고 분산판을 교체하거나 또는 세정하는 작업이 빈번하게 요구된다.
열분해로 인해 발생하는 코크를 줄이기 위해 혼합가스의 분산판 주입온도를 400℃로 낮추는 경우 카본나노튜브 합성에 필요한 최소 반응온도가 확보되지 않으므로 분산판 상부의 온도를 반응온도까지 상승시키기 위한 수단을 강구하여야 한다. 일례로, 슈퍼히터를 사용하는 경우에는 상용 스케일로 반응기가 커지는 경우 반응기 내부로 열유량(heat flux)이 원활히 공급되지 못해 래디얼 방향으로 온도 편차가 크게 발생한다. 그 결과 반응기 내부 벽면에 열분해 또는 촉매 분해로 인한 코크 발생이 가중되어 열효율이 떨어지게 된다. 다른 예로 내부 코일을 이용하게 되면 카본나노튜브와 촉매의 유동을 방해하게 되고 제품 회수 공정이 복잡해진다.
따라서 본 발명은 반응가스에 의한 코킹을 방지하여 반응기 내 기체를 균일하게 확산 주입하면서 장시간 안정적인 유동층 조업이 가능한 유동층 반응기를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면,
반응기 본체;
상기 반응기 본체 하단에 배치되는 제 1 분산판;
상기 제 1 분산판의 하부로부터 상부를 향하는 상향 유동방식으로 제 1 기체를 공급하는 제 1 기체 공급관;
상기 반응기 본체의 측면에서 상기 제 1 기체 공급관에 의해 공급되는 제 1 기체의 유동 방향과 수직 방향으로 제 2 기체를 공급하는 제 2 기체 공급관; 및
상기 제 1 분산판으로부터 소정 거리 이격되어 상기 반응기 본체 내부에 위치한 제 2 분산판;을 구비하는 유동층 반응기가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 기체 공급관이 상기 제 1 분산판과 제 2 분산판 사이에 제 2 기체를 공급하도록 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 2 기체 공급관이 상기 제 2 분산판 위쪽으로 제 2 기체를 공급하도록 위치할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 2 기체 공급관이 복수개일 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 복수개의 제 2 기체 공급관이 반응기 본체의 중심에서 편향된 방향으로 기체를 공급하도록 설치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제 1 기체 공급관이 제 1 기체가 유입되는 제 1 공간 외에 제 2 기체가 유입되는 제 2 공간을 더 포함하며, 상기 제 1 공간과 제 2 공간은 격벽으로 구분되어 있을 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 격벽은 원통형이고, 상기 제 1 공간을 상기 제 2 공간이 에워싸고 있는 구조일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 유동층 반응기는
촉매를 반응기 본체 내부로 공급하는 촉매공급관 및
생성된 카본나노구조물과 혼합기체가 배출되는 생성물 배출관을 구비하며,
상기 제 1 기체 공급관을 통해 환원성 기체 및 불활성 기체의 혼합 기체를 공급하고,
상기 제 2 기체 공급관을 통해 탄소원(carbon source)을 공급하여,
상기 촉매와 제 1 및 제 2 기체가 반응기 내부 반응 공간에서 반응하여 카본나노구조물을 생성하는 유동층 반응기일 수 있다.
또한 본 발명은 상기 유동층 반응기의 촉매 공급관을 통해 촉매를 공급하는 단계;
상기 제 1 기체 공급관을 통해 환원성 기체 및 불활성 기체의 혼합기체를 반응기 내부로 공급하는 단계;
상기 제 2 기체 공급관을 통해 탄소원을 반응기 내부로 공급하는 단계;
상기 촉매와 제 1 및 제 2 기체가 반응기 내부의 반응 공간에서 반응하도록 하여 카본나노구조물을 생성하는 단계; 및
생성된 카본나노구조물을 회수하는 단계를 포함하는 카본나노구조물 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 유동층 반응기는 반응온도로 가열되어 분산판에 공급되는 경우 열분해에 의해 코킹 및 이로 인한 클로깅을 야기할 수 있는 반응가스를 분리 공급할 수 있는 구조를 가짐으로써, 분산판의 막힘을 방지하고 안정적인 유동층 반응이 지속될 수 있도록 한다.
도 1은 카본나노튜브 제조용 유동층 반응기의 일례에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 반응기의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따르면 유동층 반응기의 종단면도이다.
또 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유동층 반응기의 종단면도 및 사시도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예들을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술사상 및 범위에 포함되는 변형물, 균등물 또는 대체물을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 구성요소에 대하여 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니고, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
“및/또는” 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들 중 어느 하나 또는 이들의 포함하는 조합을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있거나 또는 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
단수의 표현은 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
“포함한다” 또는 “가진다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 지칭하는 것이고, 언급되지 않은 다른 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가될 수 있는 가능성을 배제하지 않는다.
도 1 에는 유동층 반응기의 구성이 개략적으로 도시되어 있으며, 이러한 유동층 반응기는 예를 들어 카본나노튜브의 제조에 이용될 수 있지만, 카본나노튜브의 제조에만 한정된 것은 아니다. 이러한 유동층 반응기는 예를 들어 카본나노튜브 또는 카본나노파이버와 같은 카본나노구조물의 제조에 유용하다.
도면을 참조하면, 유동층 반응기(1)는 반응기 본체(10)를 구비하며, 반응기 본체(10)의 하부는 테이퍼 영역(10a)으로 형성되어 있다. 반응기 본체(10)를 고온으로 가열하기 위해, 가열기(19)가 반응기 본체(10)의 외부에 구비되는 것이 바람직스럽다.
유동층 반응기(1)의 저부에 원료 기체 공급부(12)가 구비된다. 원료 기체는 예를 들어 카본나노튜브를 제조하기 위한 탄화 수소 계열의 기체일 수 있다. 원료 기체는 원료 기체 공급부(12)에 연결된 원료 기체 공급관(21)을 통해 반응기 본체(10)의 내부로 공급된다. 원료 기체는 반응기 본체(10)의 내부로 공급되기 전에 예열기(17)에서 예열될 수 있다. 반응기 본체(10)의 내부에 형성된 반응 공간의 하측에 분산판(13)이 배치됨으로써, 분산판(13)을 통하여 반응기 본체(10)내의 반응 공간으로 원료 기체가 분산된다.
도 1은 분산판(13)이 테이퍼 영역의 상단에 설치된 경우를 도시하고 있으나 이에 한정되지 않으며, 기체 및 고체의 거동에 따른 목적에 맞도록 테이퍼 영역의 상중하단 중 임의로 선택하여 분산판을 설치할 수 있다.
반응기 본체(10)의 상부에는 신장부(11)가 구비된다. 신장부(expander, 11)에는 예를 들어 반응기 본체(10)로부터의 촉매와 반응 생성물(예를 들어, 카본나노튜브)이 외부로 배출되는 것을 막기 위한 분리기(미도시)등이 구비될 수 있다. 신장부(11)에는 여과기(18)가 연결되며, 상기 여과기(18)에서 여과된 성분 기체는 이송관(23)을 통해 이송된다. 한편, 신장부(11)에는 재순환 배관(22)이 연결되어, 신장부(11)에서 배출된 혼합 기체의 일부를 재순환 배관(22)을 통해 원료 기체 공급관(21)으로 재순환시킨다.
반응기 본체(10)의 상부 일측에는 배관(24)을 통하여 분리기(14)가 연결되어 있다. 상기 분리기(14)는 반응기 본체(10)로부터 배출된 혼합 기체로부터 생성물을 분리하기 위한 것으로서, 예를 들어 카본나노튜브와 혼합 기체를 분리하기 위한 것이다. 분리기(14)의 일측에는 카본나노튜브와 같은 생성물을 회수하기 위한 회수기(15)가 연결되며, 분리기(14)는 배관(15)을 통해 반응기 본체(10)의 하부 일측에 연결된다. 한편, 촉매 공급기(16)는 배관(26)에 연결됨으로써 촉매가 배관(26)을 통해 반응기 본체(10)의 내부로 공급될 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나, 배관(26)에는 송풍기(blower)가 구비됨으로써, 분리기(14)에서 분리된 혼합 기체와 촉매 공급기(16)에서 공급되는 촉매를 반응기 본체(10) 안으로 압송시킬 수 있다.
위에 설명된 바와 같은 유동층 반응기에 구비된 분산판(13)은 원료 기체를 유동층 반응기 본체(10)의 내부로 균일하게 분산시키고 촉매 입자 또는 반응에 의해 생성된 분체가 유동층 반응기의 저부(低部)로 낙하하는 것을 방지하기 위하여 구비된다. 통상적으로 기체-고체 유동층 반응기에서는 분산판 상부에 촉매 등의 고체 입자가 위치하고 분산판(13)에 형성된 구멍을 통하여 반응 기체를 하부로부터 송풍하면 촉매가 유동층 반응기 본체(10)의 분산판(13) 상부 공간에서 유동하면서 반응이 진행된다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 유동층 반응기를 도시하는 도면들이다.
먼저 도 2는 본 발명의 제 1 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유동층 반응기는 반응기 본체 하단에 배치되는 제 1 분산판(30); 상기 제 1 분산판(30)으로부터 소정 거리 이격되어 상기 반응기 본체 내부에 위치한 제 2 분산판(40); 상기 제 1 분산판(30)의 하부로부터 상부를 향하는 상향 유동방식으로 제 1 기체 (100)를 공급하는 제 1 기체 공급관(10a); 및 상기 반응기 본체의 측면에서 상기 제 1 기체 공급관(10a)에 의해 공급되는 제 1 기체(100)의 유동 방향과 수직 방향으로 제 2 기체(200)를 공급하는 제 2 기체 공급관(50a,50b)을 구비하고 있다.
도 2에 도시된 제 1 실시예는 제 2 기체 공급관(50a,50b)이 상기 제 1 분산판(30)과 제 2 분산판(40) 사이에 제 2 기체(200)를 공급하도록 위치한 경우이다. 제 1 공급관(10a)를 통해 유입된 제 1 기체 (100)는 제 1 분산판(30)을 통해 제 1 분산판(30)과 제 2 분산판(40) 사이의 공간 (10b)으로 유입되어, 제 2 공급관(50a,50b)을 통해 유입된 제 2 기체(200)와 혼합된다. 혼합된 기체는 제 2 분산판(40)을 통해 반응 공간으로 유입된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 유동층 반응기는 카본나노구조물 제조용 유동층 반응기로서, 상기 제 1 기체 공급관(10a)을 통해 환원성 기체 및 불활성 기체의 혼합 기체(제 1 기체, 100)를 공급하고, 상기 제 2 기체 공급관(50a,50b)을 통해 탄소원(carbon source) 기체 (제 2 기체, 200)를 공급할 수 있다. 이 때 환원성 기체 및 불활성 기체의 혼합 기체(100)는 반응온도, 예를 들어 600 ~ 1000℃까지 가열하여 제 1 분산판(30)을 통해 반응 공간으로 공급하고, 탄소원 기체(200)는 열분해가 이뤄지지 않는 온도, 예를 들면 약 400℃로 공급하여 반응공간에 유입되도록 할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 분산판은 다공성 플레이트 또는 다공판(perforated plate), 버블 캡(bubble cap), 시이브(sieve), 노즐 또는 메탈 포옴(metal foam) 등을 이용하여 적절히 구성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 제 1 분산판은 시이브 또는 메탈 포옴이고, 제 2 분산판은 다공성 플레이트, 버블캡 또는 노즐과 같이, 제 1 분산판에 비해 개구율(開口率)이 큰 것이 코킹에 의한 영향을 완화시킬 수 있어 더욱 바람직하다.
한편, 도 2에 도시된 실시예의 경우 제 1 기체 공급관(10a)이 테이퍼진 형태로 구성되어 있지만 이에 한정되지 않으며, 테이퍼 지지 않은 형태도 가능하다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예로서, 제 2 기체 공급관(50a,50b)이 상기 제 2 분산판(40) 위쪽으로 제 2 기체(200)를 공급하도록 위치한 경우를 도시한다. 즉, 제 2 분산판(40)에 인접한 상부에 제 2 기체 공급관(50a,50b)을 설치함으로써 제 1 분산판(30)과 제 2 분산판(40) 사이의 공간 (10b)에서도 제 1 기체(100)와 제 2 기체(200)의 혼합이 이루어지지 않을 수 있다. 이 경우 제 1 및 제 2 기체는 제 2 분산판(40) 상부의 반응 공간에서 혼합되어 반응이 이루어지게 되므로 제 1 분산판(30) 뿐만 아니라 제 2 분산판(40)의 막힘도 방지될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 2 기체 공급관(50a,50b)이 2개 또는 3개 이상 복수개 설치될 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 복수개의 제 2 기체 공급관(50a,50b)이 반응기 본체의 중심에서 편향된 방향으로 기체를 공급하도록 설치될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 단면도 및 사시도이다. 이 실시예에서는 제 1 기체 공급관이 제 1 기체(100)가 유입되는 제 1 공간(60) 외에 제 2 기체(200a)가 유입되는 제 2 공간(70)을 더 포함하며, 상기 제 1 공간(60)과 제 2 공간(70)은 격벽으로 구분되어 있을 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 격벽은 원통형이고, 상기 제 1 공간(60)을 상기 제 2 공간(70)이 에워싸고 있는 구조일 수 있다.
도 4 및 도 5의 실시예에 따르면, 제 1 기체(100)는 제 1 기체 공급관의 제 1 공간(60)에서 제 1 분산판을 거쳐 공간(10b)으로 유입되고, 제 2 기체의 일부(200a)는 제 2 공간(70)으로부터 제 1 분산판(30)을 거쳐, 제 2 기체의 나머지 일부(200b)는 반응기 측면의 제 2 기체 공급관(50a,50b)을 통해 공간 (10b)으로 유입되어 혼합된다. 제 1 공간(60)과 제 2 공간(70)이 격벽에 의해 구분되어 있기 때문에 제 1 기체(100)와 제 2 기체(200)의 온도를 각각 조절할 수 있다. 따라서 열분해에 의해 코크를 형성할 수 있는 기체의 경우 온도를 낮게 조절하여 반응공간에 유입시킨 후 반응온도로 높이는 것이 가능하다. 공간 (10b)에서 함께 혼합된 기체는 제 2 분산판(40)을 통해 상부 반응공간으로 유입되어 유동하면서 반응이 진행될 수 있다.
도 4 및 도 5에서는 제 1 공간(60)을 통해 제 1 기체(100)가 제 2 공간(70)을 통해 제 2 기체(200a)가 유입되는 경우만을 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 제 1 공간(60)을 통해 제 2 기체(200a)가 유입되고, 제 2 공간(70)을 통해 제 1 기체(100)가 유입되도록 하는 것도 가능하다.
한편, 제 1 분산판을 전체 영역에 걸쳐 개구율(開口率)이 균일하게 하는 것도 가능하지만, 제 1 공간(60)과 기체 소통하는 영역과 제 2 공간(70)과 기체 소통하는 영역을 구분하여 개구율(開口率)을 달리 조절하는 것도 가능하다. 이렇게 함으로써 반응 공간의 전체 면적에 걸쳐 보다 균일한 기체 확산 및 유동을 야기할 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 유동층 반응기는
촉매를 반응기 본체 내부로 공급하는 촉매공급관 및
생성된 카본나노구조물과 혼합기체가 배출되는 생성물 배출관을 구비하며,
상기 제 1 기체 공급관을 통해 환원성 기체 및 불활성 기체의 혼합 기체를 공급하고,
상기 제 2 기체 공급관을 통해 탄소원(carbon source)을 공급하여,
상기 촉매와 제 1 및 제 2 기체가 반응기 내부 반응 공간에서 반응하여 카본나노구조물을 생성하는 유동층 반응기일 수 있다.
또한 본 발명은 상기 유동층 반응기의 촉매 공급관을 통해 촉매를 공급하는 단계;
상기 제 1 기체 공급관을 통해 환원성 기체 및 불활성 기체의 혼합기체를 반응기 내부로 공급하는 단계;
상기 제 2 기체 공급관을 통해 탄소원을 반응기 내부로 공급하는 단계;
상기 촉매와 제 1 및 제 2 기체가 반응기 내부의 반응 공간에서 반응하도록 하여 카본나노구조물을 생성하는 단계; 및
생성된 카본나노구조물을 회수하는 단계를 포함하는 카본나노구조물 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 유동층 반응기는 반응온도로 가열되어 분산판에 공급되는 경우 열분해에 의해 코킹 및 이로 인한 클로깅(clogging)을 야기할 수 있는 반응가스를 분리 공급할 수 있는 구조를 가짐으로써, 분산판의 막힘을 방지하고 안정적인 유동층 반응이 지속될 수 있도록 한다.
10. 반응기 본체 11. 신장부
12. 원료 기체 공급부 13. 분산판
10a. 제 1 기체 공급관
30. 제 1 분산판
40. 제 2 분산판
50. 제 2 기체 공급관
100. 제 1 공급 기체
200. 제 2 공급 기체

Claims (9)

  1. 반응기 본체;
    상기 반응기 본체 하단에 배치되는 제 1 분산판;
    상기 제 1 분산판의 하부로부터 상부를 향하는 상향 유동방식으로 제 1 기체를 공급하는 제 1 기체 공급관;
    상기 반응기 본체의 측면에서 상기 제 1 기체 공급관에 의해 공급되는 제 1 기체의 유동 방향과 수직 방향으로 제 2 기체를 공급하는 제 2 기체 공급관; 및
    상기 제 1 분산판으로부터 소정 거리 이격되어 상기 반응기 본체 내부에 위치한 제 2 분산판;을 구비하며,
    상기 제 2 기체 공급관이 복수개인, 유동층 반응기에 있어서,
    상기 제 2 기체 공급관이 상기 제 1 분산판과 제 2 분산판 사이에 제 2 기체를 공급하도록 위치하거나, 상기 제 2 분산판 위쪽으로 제 2 기체를 공급하도록 위치한 것인 유동층 반응기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기체 공급관이 제 1 기체가 유입되는 제 1 공간 외에 제 2 기체가 유입되는 제 2 공간을 더 포함하며, 상기 제 1 공간과 제 2 공간은 격벽으로 구분되어 있는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 격벽은 원통형이고, 상기 제 1 공간을 상기 제 2 공간이 에워싸고 있는 구조인 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  8. 제 1 항 또는 제 6 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동층 반응기는
    촉매를 반응기 본체 내부로 공급하는 촉매공급관 및
    생성된 카본나노구조물과 혼합기체가 배출되는 생성물 배출관을 구비하며,
    상기 제 1 기체 공급관을 통해 환원성 기체 및 불활성 기체의 혼합 기체를 공급하고,
    상기 제 2 기체 공급관을 통해 탄소원(carbon source)을 공급하여,
    상기 촉매와 제 1 및 제 2 기체가 반응기 내부 반응 공간에서 반응하여 카본나노구조물을 생성하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  9. 제 8 항의 유동층 반응기의 촉매 공급관을 통해 촉매를 공급하는 단계;
    상기 제 1 기체 공급관을 통해 환원성 기체 및 불활성 기체의 혼합기체를 반응기 내부로 공급하는 단계;
    상기 제 2 기체 공급관을 통해 탄소원을 반응기 내부로 공급하는 단계;
    상기 촉매와 제 1 및 제 2 기체가 반응기 내부의 반응 공간에서 반응하도록 하여 카본나노구조물을 생성하는 단계; 및
    생성된 카본나노구조물을 회수하는 단계를 포함하는 카본나노구조물 제조방법.
KR1020130041933A 2013-04-17 2013-04-17 유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물 제조방법 KR101651315B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130041933A KR101651315B1 (ko) 2013-04-17 2013-04-17 유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130041933A KR101651315B1 (ko) 2013-04-17 2013-04-17 유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140124457A KR20140124457A (ko) 2014-10-27
KR101651315B1 true KR101651315B1 (ko) 2016-08-25

Family

ID=51994666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130041933A KR101651315B1 (ko) 2013-04-17 2013-04-17 유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101651315B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4095100A4 (en) * 2020-02-18 2023-08-30 SK Innovation Co., Ltd. FLUIDIZED BED REACTOR AND SECONDARY LITHIUM BATTERY ACTIVE METAL RECOVERY METHOD USING THE SAME

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102422089B1 (ko) 2019-02-28 2022-07-18 주식회사 엘지화학 유동층 반응기
KR102690910B1 (ko) * 2020-09-17 2024-08-02 주식회사 엘지화학 스파저 및 이를 포함하는 반응기
KR20230073044A (ko) * 2021-11-18 2023-05-25 주식회사 엘지화학 스파저 및 이를 포함하는 반응기

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003001090A (ja) * 2001-06-22 2003-01-07 Pauretsuku:Kk 流動層装置
JP2012236727A (ja) * 2011-05-10 2012-12-06 Japan Steel Works Ltd:The ナノ炭素の製造方法及び製造装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09313922A (ja) * 1996-05-29 1997-12-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 冷却器付分散板を有する反応塔
KR20010057929A (ko) * 1999-12-23 2001-07-05 신현준 내부 순환 유동층 반응기 및 반응기 내로 공급되는 가스의혼합저감 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003001090A (ja) * 2001-06-22 2003-01-07 Pauretsuku:Kk 流動層装置
JP2012236727A (ja) * 2011-05-10 2012-12-06 Japan Steel Works Ltd:The ナノ炭素の製造方法及び製造装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4095100A4 (en) * 2020-02-18 2023-08-30 SK Innovation Co., Ltd. FLUIDIZED BED REACTOR AND SECONDARY LITHIUM BATTERY ACTIVE METAL RECOVERY METHOD USING THE SAME

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140124457A (ko) 2014-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101651315B1 (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물 제조방법
US20170271652A1 (en) System and method of producing a composite product
KR101545384B1 (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물의 제조방법
KR101771290B1 (ko) 탄소 나노구조물의 제조장치 및 제조방법
KR101800309B1 (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소 나노구조물의 제조방법
KR101596091B1 (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소나노구조물의 제조방법
KR101586879B1 (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소나노구조물의 제조방법
KR101587685B1 (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물 제조방법
KR20170119372A (ko) 온도조절 수단이 구비된 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소나노구조물의 제조방법
KR101587684B1 (ko) 유동층 반응기용 분산판 및 이를 구비한 유동층 반응기
KR20140146733A (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소나노구조물의 제조방법
KR101590110B1 (ko) 카본나노튜브 제조장치
KR101783512B1 (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소 나노구조물의 제조방법
KR101784043B1 (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소 나노구조물의 제조방법
KR100954351B1 (ko) 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법
KR20140146731A (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소나노구조물 제조방법
KR101675195B1 (ko) 유동층 반응기용 분산판 및 그것을 구비한 유동층 반응기
KR101544637B1 (ko) 유동층 반응기용 기체 확산 칼럼 및 이를 구비한 유동층 반응기
US20240208821A1 (en) Hydrogen producing device and hydrogen producing method
KR20140109735A (ko) 유동층 반응기
KR101773653B1 (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소 나노구조물의 제조방법
KR101587682B1 (ko) 유동층 반응기용 분산판 및 그것을 구비한 유동층 반응기
KR20140129643A (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소나노구조물의 제조방법
KR101016031B1 (ko) 탄소나노튜브 합성 장치
KR101590677B1 (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소나노구조물의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190625

Year of fee payment: 4