KR100229364B1 - 탄화수소의 분해방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 수소와 카본 블랙을 생성시키기 위하여 탄화수소를 분해시키는 방법이 제공된다. 이방법에서, 공급물 스톡은 공급물 스톡의 열분해를 유발시키는 플라즈마 토오치를 통해 이송된다. 공급물 스톡은 냉각된 유도튜브(1)를 경유하여 플라즈마 토오치(A)를 통해 운반되고 플라즈마 플레임과 근접한 영역에서 먼저 가열된다. 플라즈마 플레임 바로 밑에 있는 영역에서 탄화수소 물질과 플라즈마 가스의 혼합이 일어나며, 이때 온도는 원료의 분해온도보다 증가된다. 이 영역에서 유리수소와 탈수된 탄수물질이 액체방울형태로 생성된다. 그로써 생성된 물질은 하나 또는 그 이상의 후속단으로 이송되어, 그곳에서 카본블랙 및 수소로의 탄화수소의 최종적이고 완전한 분해가 일어난다. 이 영역에서는 추가의 원료가 첨가되어 이미 생성된 카본블랙을 담금질하고 그것과 반응한다. 그로써 생성된 입자의 크기, 밀도 및 양이, 추가의 에너지 공급없이 증가되며, 그런 다음 생성된 생성물은 방출되어 분리되고, 고온가스가 복귀 파이프를 통해 토오치로 운반되어 추가로 에너지 수율을 증가시킨다.
Description
본 발명은 수소와 카본블랙을 생성시키기 위하여 탄화수소를 분해하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 반응 챔버에서 토오치를 사용하는 열분해 공정을 사용한다.
카본블랙을 제조하는 전통적인 빙법들은 공기 공급에 의하여 탄화수소를 연소시키는 것으로 이루어진다. 이때 달성되는 품질(quality)은 공기 또는 산소의 공급 및 잉여분 또는 결손분 중의 상이한 양의 산소의 사용에 따라 좌우될 것이다. 공지 방법에서, 탄화수소의 실질적인 부분이 분해에 대한 충분한 에너지를 공급할 때 연소되며, 그러써 상대적으로 낮은 수율의 카본블랙이 얻어진다. 낮은 수율 이외에, 연소 공정은 이산화탄소와 산화질소가 생성되기 때문에 환경오염을 유발한다. 공정으로부터의 폐가스는 단지 연료 가스로서만 사용될 수 있을 것이다.
탄화수소의 분해에 대해서는 다른 열분해 방법이 사용되었지만, 이들 방법은 전극상에의 침착으로 인해 연속 생성을 위해서는 사용하지 못하였으며, 전극상에의 침착은 공정의 휴지 및 값비싼 청정( cleaning) 과정을 도입하였다.
탄화수소의 열분해에 의해 형성된 탄소는 2가지의 상이한 품질, 예컨대 카본블랙 및 코크(열분해성 탄소)로 나누어질 수 있다. 카본블랙은 저밀도의 가볍고 부드러운 물질이며 기체상으로 생성되는 반면, 코크는 보다 단단하고 고밀도이며 상대적으로 낮은 온도, 정상적으로는 1100℃ 보다 낮은 온도에서 표면에 생성된다.
US 4,101,639로부터 카본블랙의 열분해적 제조 방법이 공지되어 있는데, 이 방법에서는 수증기가 플라즈마 스트림 안으로 반응 챔버의 벽에 대하여 방사상으로 및 탄젠트식으로 주입된다. 수증기는 열분해성 탄소 및 카본블랙의 흑연의 형성을 피하게 해줄 것이다. 수증기의 탄젠트식 기류는 반응 챔버의 벽을 플라즈마 스트림의 고온으로부터 보호해주며, 벽상에 응축된 탄소의 퇴적을 방지해 줄 것이다. 그러나, 물은 분해하여 카본블랙 표면에 산소 함유기를 생성시키고, 이것은 카본블랙의 최고 질에 대한 단점으로 여겨진다. 나아가, 물은 분해하여 산화탄소 및 산화질소 같은 산소 함유 가스를 생성시켜서 공정의 배출 가스를 오염시킬 것이다.
DD 211,457에는 카본블랙 및 수소의 제조를 위한 방법 및 장치가 기재되어 있다. 탄화수소의 일부는 재순환되어 플라즈마 가스로서 사용된다. 액체 또는 기체로서의 탄화수소 형태의 공급물 스톡이 반응 챔버의 한 단부에서 노즐을 경유하여 방사상으로 유입되며, 3500K 내지 4000K 범위의 온도의 플라즈마 스트림과 혼합된다. 반응 챔버에는 반응 생성물이 약 1100K의 온도로 급냉되는 급냉 조운이 구비되어 있다. 급냉 조운은 또한 열 교환기로서 작용하며, 플라즈마 가스 및 공급물 스톡을 모두 예열시키기 위해 사용된다. 상기 방법 및 장치의 단점은 반응 챔버벽이 냉각되며 그로써 공급물 스톡의 급냉이 일어나는 반응 챔버내에 커다란 온도 구배가 형성되어 고르지 않은 공정 조건 및 생성 물질이 초래된다는 것이다. 또한, 냉각된 표면에는 퇴적도 쉽게 일어난다.
본 발명의 목적은, 외부 에너지의 공급없이 및 분해 생성물을 오염시키는 물질 또는 가스를 사용하지 않으면서 열분해에 의해 탄화수소를 분해하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 장치의 청정을 위한 정지없이 연속적으로 실행될 수 있는 한편, 동시에 원료가 가능한 한 완전히 원하는 생성물로 전환될 수 있을 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 얻어지는 생성물의 질이 광범위하게 제어되고 체크될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 최종목적은, 환경을 오염시키지 않으면서 실행될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한, 그런 방법의 실행에 사용될 수 있는 장치를 포함한다.
상기 언급된 목적들은 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 특징들을 특징으로 하는 방법 및 장치에 의하여 이루어진다.
본 발명은 주로 카본블랙 성분의 질 및 밀도가 필요에 따라 제어될 수 있다는 점에서 수소와 카본블랙의 제조에 대하여 의도된다.
놀랍게도, 추가의 원료가 반응 챔버의 하나 또는 그 이상의 조운에 첨가될 때, 액체 방울 형태의 탈수된 탄소 물질의 급냉을 얻고, 또산 생성된 카본블랙의 입자 크기 및 밀도의 제어된 성장 또는 증가가 얻어진다는 것이 발견되었다. 또한, 반응 챔버에는 더 많은 에너지를 생성물에 첨가할 수 있어서, 공정이 카본블랙의 원하는 크기 및 밀도가 얻어질 때까지 반복될 수 있는 잉여 플라즈마 토오치가 구비된다.
또한, 공급물 스톡이 플라즈마 토오치에 중심적으로 유입되어서 플라즈마 토오치가 반응물을 감싸게 될 때, 반응물은 고른 온도를 가지게 되며 균일한 분해 조건이 유지되어, 그 결과 균일한 생성 물질이 보장된다는 것이 발견되었다. 나아가, 이것은 반응물이 벽에 퇴적물이 형성되는 위험이 가장 클 때, 그 반응 단계 중에 반응 챔버내에 중심적으로 유지됨으로써 퇴적 문제가 상당히 감소된다는 것을 의미한다.
또한 놀랍게도, 공급물 스톡의 온도가 공급물 스톡이 도입 튜브를 이탈할 때 너무 높지 않아야 하는 것이 중요한 것으로 나타났다. 만약 공급물 스톡의 온도가 약 650℃ 내지 700℃의 값을 초과하면 분해가 너무 일찍 시작되고, 심지어 도입 튜브에 코우크가 부착되기 시작할 수 있다. 도입 튜브는 그러므로 정상적으로 온도가 조절된다.
본 발명에서는 원료, 즉, 탄화수소가 플라즈마 토오치에 공급되며, 플라즈마 토오치의 활성 조운은 최소한 2개의 반응 조운에 형성되어 있으며, 그곳에서 공정은 여러 단(stages)으로 나누어진다. 그러므로, 본 발명에 따르는 방법은 개별적인 조운들에 대한 매개변수가 과정의 질을 측정할 수 있는 여러단으로 나누어지는 반응 공정이다. 공정의 첫번째 반응 조운에서 열분해성 분해가 수행될 것이며, 탄소 입자가 주로 생성되고, 기체상에 있는 거대 분자들은 고형탄로 수소화되는 방울들로 응축된다. 그러므로, 제 1 분해로 관심의 2가지 주 공급 스톡, 즉, 수소와 카본블랙이 얻어진다. 탄소의 1 차 입자들의 수 및 크기는 이 반응 조운에서의 온도 및 압력에 의하여 제어될수 있다. 이것은 토오치에 의해 방출되는 에너지 공급과 관련하여 탄화수소 공급량을 제어함에 의해 또는 제 1 반응 조운에서 입자들의 거주 시간을 제어함에 의해 이루어진다.
카본블랙의 질과 성질은 반응 조운을 통한 추가의 진행에 의해 측정될 것이다. 가장 좋은 질은 제 1 반응 조운으로부터의 생성물이 다음 반응 조운에서 급냉(quenching)될 때 얻어진다. 제 2 반응 조운에서 2차 공급흐름과 추가의 탄화수소의 혼합물은 조운(1)에서 생성되는 입자들의 성장을 도입할 것이다. 이런 방법으로 입자가 더 크고 밀도가 더 높으며 표면이 더 작은 생성물이 얻어진다. 가장 큰 입자를 위해서는 추가의 에너지가 필요할 것이며, 이곳은 반응 조운에 C-H-O 화합물을 공급함으로써 첨가될 수 있다. 또는, 달리 추가의 에너지를 이들 조운에 위치된 플라즈마 토오치에 의해 공급될 수 있다. 그러한 대체 방안 및 외부 에너지의 공급은 생성물 질의 제어를 가능하게 한다.
본발명에 따르는 방법이 탄화수소로부터 거의 100%의 수율의 탄소화수소를 제공하며, 반응 공정의 생성물 중 어느것도 오염되지 않는 것으로 밝혀졌다. 나아가, 분해 생성물의 순도에 영향을 미치지 않으면서 원하는 크기, 표면, 밀도 및 산도와 관련하여 생성된 카본블랙의 질을 제어하고, 동시에 전에 사용된 제조 방법과 관련하여 방법이 아주 적은 양의 에너지를 사용하는 것이 가능하였다. 이것은 예컨대 여분의 원료의 분해에 대하여 발열 분해 에너지를 사용하는 것이 가능하다는 사실에 기인한다.
본 발명에 따르는 방법에서 공급 스톡으로서 메탄이 선택되었지만, 의심할 여지없이 탄화수소의 다른 형태 및 천연가스 또는 성분들을 사용할 수 있으며, 그로써 본 발명에 따르는 방법이 실질적으로 탄화수소에 대해 사용되는 것이 가능해진다.
카본 블랙의 제조를 위한 반응 경로는, 열분해에 의해 생성된 탄화수소류가 먼저 아세틸렌(에틴)으로 전환되고, 계속해서 방향족 코아가 중합되어 거대 분자, 즉, 고분자량의 큰 분자를 형성한다는 사실로 구분되는 것으로 생각된다. 이런 거대 분자들은 과포화되고, 그로써 계속해서 고체 탄소분자를 열분해시키는 액체의 방울들로 응축된다. 일단 액체 방울이 형성되면 더이상 과포화를 이루는 것이 가능하지 않다. 이것은 형성된 거대 분자들이 이미 형성된 방울 또는 펠릿상에서 흡착될 것이라는 사실에 기인하다.
이 흡착은 거대 분자의 형성보다 더 빠르게 일어날 것이다. 그 결과, 형성된 원소 입자의 수가 주어지며, 이것은 단지 압력, 온도 및 반응물에 의존적이다. 이것은 형성된 생성물의 질을 제어하기 위한 기초를 형성한다. 만약, 예컨대 탄화수소가 액체 방울이 형성된 영역에 도입된다면, 새로운 입자들은 형성되지 않겠지만 기존의 입자들은 커질 것이다. 여기에 첨가되는 탄화 수소는 이미 형성되어 있는 입자들에 그 자체가 부착하는 거대 분자들을 형성할 것이다.
생성된 탄소의 물성은 온도에 따라 다를 것이다. 고온에서는 생성된 카본블랙이 보다 통기가 잘될 것이다. 압력 관계 또한 이런 맥락에서 중요하다. 질은 거대 분자를 구성하고있는 분자들 및 연결 방법에 밀접하게 관련되어 있다.
본 발명에 따르는 방법에 사용하기 위한 장치는 원칙적으로, 그것의 활성 영역이 압력 및 온도 제어 장치 및 가능하다면 추가의 토오치가 장착되어 있는 반응 챔버에 위치한 주 플라즈마 토오치를 포함한다. 챔버에는 가스 및 탄소를 위한 출구가 있으며, 이 출구로부터 브랜치 파이프가 열교환기까지 늘어져 있고, 열 에너지의 재순환을 위하여 열교환기에는 플라즈마 토오치를 향한 복귀 파이프가 있다.
하기에서는 본 발명에 따르는 장치의 구성 원리를 단지 개략적으로 예시하는 구현 및 도면에 의하여 본 발명에 따르는 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 이런 맥락에서 도면에 예시된 장치는 단지 기본적인 구성의 예시로서만 의도된 것이고, 본 발명에 따르는 방법의 개별적인 단들을 설명하기 위한 것임이 강조되어야 한다. 당업자에게는 이러한 예시가 또한 말할 것도 없이 본 발명에 따르는 장치의 구성에 대한 안내지침을 제공할 것이다.
예시된 구현에서, 사용을 위해 선택된 원료는 현재 공정에 대해 가장 적당한 것으로 여겨지는 탄화수소, 즉, 메탄이다.
그러므로, 본 발명에 따르는 장치는 원칙적으로 2가지 주 부재, 즉, 도면에서 A로 표시되는 플라즈마 토오치와 B로 표시되는 반응 챔버로 구성된다. 이반응 챔버(B)는 또한 나누어지는 것이 유리하다고 판단된다면 여러개의 구획으로 나누어질 수 있음이 명백하다. 나아가, 플라즈마 토오치(A)로부터 멀리 떨어져있는 반응 챔버(B)의 단부에, 도면에서 C로 표시된 반응 생성물을 위한 유출 수단이 구비될 것이다.
A로 예시된 플라즈마 토오치는 본 출원인의 노르웨이 특허출원 제 91 4907호에서 개략적으로 예시되며, 그러므로 그것의 구성은 여기서는 상세하게 언급하지 않는다. 또한, 상이한 구성의 토오치를 사용하는 것도 가능하다.
메탄은 도입(lead-in)튜브(1)를 통하여 반응 챔버(B)안으로 유입된다. 도입 튜브(1)는 바람직하게는 액체로 냉각되고, 외부 단열층으로 코팅되며, 관형 플라즈마 토오치(A)의 내부 전극(2)에서 공축상으로 위치한다. 도입 튜브(1)는 플라즈마 조운과 관련하여 노즐의 정위(positioning)를 위해 축방향으로 움직일 수 있다. 도입 튜브(1)를 통해 유입되는 메탄이 노즐을 이탈할 때는 저온이어야 한다는 것이 중요하다. 만약, 메탄의 온도가 약 650-700℃의 온도를 초과한다면 분해는 또한 초기에 시작될 것이다. 이것은 분해 생성물이 메탄이 플라즈마 플레임에 도달하기 전에 도입 튜브(1) 내부에서 형성될 수 있고, 그로써 그런 생성물이 공급 튜브의 벽상에 및 플라즈마 토오치의 전극상에 코크 형태로 침전되기 때문에 바람직하지 않다. 그러므로, 도입 튜브 안으로 공급되는 생성물이 이런 타입의 부착(fouling)을 피하기 위해 적절하게 냉각되는 것이 필수적이다.
플라즈마 토오치(A)는 관형 전극(2,3,4)을 포함하는데, 그 중에서 가장 안쪽의 전극(2)에는 한 극성의 전기 직접 전압(electrical direct voltage)이 걸리고, 2개의 외부 전극은 반대 극성에 연결된다. 각각의 전극은 축방향으로 서로 독립적으로 위치될 수 있다. 모든 전극은 흑연으로 만들어지고 소비되는 동안 교체될 수 있어서 공정이 계속 유지된다. 전극은 탄소인 흑연으로 만들어지는 것이 유익하다. 전극은 공정을 방해하지는 않겠지만, 반대로 공정의 통합 부재가 될 것이고, 부식하는 부재는 공정에서 반응물과 같은 방식으로 전환될 것이다. 전극은 또한 공정에서 형성되는 탄소로부터 제조되고, 특히 방해 물질로부터 자유로와서 자체 지지체를 형성한다. 플라즈마 토오치로부터의 아아크가 연소되는 영역에 있는 반응기의 라이닝에서 자기 코일(5)이 아아크가 연소하는 영역에서 자기장을 조정하는 것을 가능하게 만드는 별도의 동력원에 연결된 상태로 삽입되어 있다. 이런 방식으로 아아크의 회전 속도가 제어될 수 있으며, 동시에 아아크가 세로 방향으로, 즉, 2개의 맨 안쪽의 전극 사이에서의 연소로부터 가장 안쪽의 전극과 가장 바깥쪽의 전극 사이의 연소로까지 연장될 수 있다. 사용된 플라즈마 가스는 수소이며, 이것은 공정내에서 생성될 수 있다.
예시된 실예에서 탄화수소, 즉 메탄에 대한 도입 튜브(1)를 갖추고 있는 플라즈마 토오치(A)는 반응 챔버(B)의 입구부에 위치한다. 반응 챔버의 내벽은 흑연으로 구성되어 있다. 플라즈마 토오치(A)와 도입 튜브(1)가 축방향으로 이동할 수 있기 때문에 부피와 거주(잔류)시간 및 온도도 제어될 수 있다. 이 공정에 대한 활성 영역은 조운(1)으로 표시된다. 이 첫번째 반응 조운에서 액체 방울의 수가 측정된다. 온도는 동력 대 플라즈마 토오치 및 메탄의 양 비율에 의해 제어될 수 있다. 이 조운(1), 즉, 제 1 반응 조운에서, 단중 3개가 본 발명에 따르는 방법에서 발생하며, 3개의 상이한 영역으로 나누어진다. 이것은 다음과 같이 설명될 수 있다(하기 설명되는 영역은 도면에서 로마숫자로 표시된다) :
[영역 Ⅰ]
이 영역에서 미혼합된 메탄이 반응이 실제로 일어나지 않는 정도의 낮은 온도에서 유입된다. 온도는 1000℃ 보다 낮다. 높은 공급 속도에서 약간의 메탄이 반응 챔버(B)에서 조운(2)로서 표시된 다음 반응 조운으로 전환없이 통과될 수 있었다. 메탄은 대략 700℃에서 반응하기 시작하지만, 1000℃ 아래의 온도에서 반응 속도는 매우 느려서 영역 Ⅰ에 있는 많은 양의 물질이 반응하지 않는다. 영역 Ⅰ과 로마숫자Ⅱ로 표시되는 영역 사이의 경계 영역의 온도는 1000과 1200℃ 사이이다.
[영역 Ⅱ]
영역 Ⅰ 주변에는 플라즈마 가스가 연소되기 위한 영역이 있는데, 그연소 공정은 매우 높은 온도에서 일어난다. 이 영역에서는 반응이 일어나지 않는다.
[영역 Ⅲ]
이 플라즈마 가스 영역 외부에는 메탄과 플라즈마 가스의 혼합이 일어나는 영역이 있다. 이미 언급된 바와 같이, 플라즈마 가스의 온도는 매우 높지만 혼합물의 온도는 아세틸렌(에틴)의 강력한 흡열 생성 때문에 그 이하의 온도로 유지된다. 온도는 1200내지 2000℃일 것이다. 가장 낮은 온도는 토오치로부터 가장 멀리 떨어져 있는 반응기의 중심 영역에서 발견될 것이다. 반응기 벽과 영역Ⅲ 사이에서는 형성된 액체 방울이 완전히 탈수되기 전에 벽상에 침전되는 것이 가능할 것이다. 이들 액체 방울들은 제거하기 어려운 딱딱한 코팅이 반응기 위에 형성되도록 할 수 있다.
영역 Ⅰ 내지 Ⅲ을 덮는 조운(1)으로부터의 생성물 스트림 또는 공급물 스트림은 이 구획에서의 온도 및 압력을 토대로 한 탄소 입자의 수를 결정할 수 있도록 해주며, 탄소 입자들의 기류는 추가의 반응이 일어나는 반응기 하우징의 다음 조운, 조은(2)로 직접 이송된다.
[영역 Ⅳ]
이 영역에서는 최후까지 남아 있는 아세틸렌(에틴)이 카본블랙 및 수소를 형성하기 위하여 반응한다.
이 영역의 온도는 1200 내지 1600℃이다. 이 영역에서는 메탄을 사용하는 급냉에 의해 생성물 혼합물을 냉각시키기 위하여 과잉량의 원료, 즉, 메탄을 첨가하는 것이 가능하다. 이 메탄은 그 자체가 카본블랙 및 수소와 반응함으로써 생성물을 냉각시킬 것이다.
카본블랙 입자들의 수가 제공된다는 이론을 토대로 하여, 반응기의 이 부분에서 생성된 탄소물질은 이미 존재하고 있던 입자위에 쌓일 것이다. 그로써 이들 입자는 점점 더 성장하여, 결국에는 보다 압축된 생성물이 초래된다. 더 많은 에너지를 조운(2)에서 산소-함유 매질 또는 외부 플라즈마 토오치에 의해 생성물에 첨가함으로써, 영역 Ⅳ에 대해 설명된 공정은 생성물의 원하는 크기 및 밀도가 이루어질 때까지 반복될 것이다. 이 영역은 그러므로 추가의 후속 영역으로, 가능하게는 반응 챔버(B)의 새로운 구역에서 반복될 수 있다. 추가량의 메탄 및 산소-함유 매질을 위한 도입 튜브는 (8)로 표시되며, 조운(2) 안으로 연결된다. 또한, 이 조운은 외부 플라즈마와 연결 될 수도 있다(보다 상세하게 예시되지는 않음).
반응기 전체 용적의 이들 영역 외부에 놓여 있는 부분은 보통 "정체(dead)부피"이다. "정체 부피"는 반응기 벽상에의 고체 물질의 퇴적을 감소시킬 것이며, 따라서 바람직하다. 영역 Ⅲ과 Ⅳ 사이에는 이 영역에서의 탄소 물질의 제조(build-up)가 도입될 수 있는 낮은 축 속도가 있을 것이다. 이 영역에서 플로어는 반응기내에 거의 형성된다. 물질은 낮은 기계 강도를 가지며, 기계식 수단에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 반응기를 통한 고속 또는 그런 경향과는 반대로 작용할 것이다. 반응기를 특수하게 디자인함으로써 형성되는 액체 입자들이 벽을 치고 단단한 코팅을 형성하기 전에 탈수되도록 함으로써 이런 유형의 부착(fouling)을 제한하도록 보조해준다. 재부착 및 반응기의 정지가 유발되지 않도록 바람직하지 않은 부착을 방지하기 위하여, 반응기의 벽을 규칙적으로 긁어내리는 내부 기계식 스크래핑 장치가 장착된다. 기계식 스크래퍼에는 또산 적당한 산화매질로 반응기 벽을 내부에서 씻어내리는 채널이 구비되어 있다. 또한, 본 발명 방법에 의해 얻어지는 에너지 수율을 증가시키기 위하여, 메탄이 반응기 챔버로부터의 생성물 스트림에서 나오는 열을 얻는 열교환 공정에 의하여 가열될 수 있고, 따라서 메탄이 도입 튜브(1) 안으로 또는 도입 튜브(8)를 통해 조운(2) 안으로 공급 될 때 거의 700℃의 온도를 갖게 된다.
본발명에 따르는 방법 및 본 발명에 따르는 장치의 원리적인 측면에 대한 단지 하나의 상기 실예가 지금까지 설명되었다. 앞서 언급된 바와 같이, 본 발명의 범주내에는 공급 스톡의 질과 타입을 측정하기 위한 및 변형시키기위한 많은 가능성이 존재한다. 이것은 또한 공급되는 공급 스톡에 좌우된다. 이것은 일반적으로, 탄화수소로서 기재되며, 지금까지 바람직한 탄화수소는 메탄이다. 예컨대, 목공 및 셀룰로오스 산업으로부터 나오는 조각 또는 부스러기, 다른 오일 생성물 및 천연가스도 일반적으로 대체하여 사용될 수 있다. 본 발명에 있어서, 또한 본 발명의 방법은 장치의 부착 등과 같은 인자에 영향을 받지 않고 실시될 수 있다는 것이 중요하다. 이런 관계로, 본 출원인의 노르웨이 특허출원 제 91 4908호에 기재된 방법을 본 발명에 포함시키는 것이 유익할 수 있다.
Claims (4)
- 예열된 공급물 스톡이 플라즈마 토오치를 통하여 이송되고 플라즈마 가스가 공급물 스톡의 열분해를 유발시키는 재순환된 수소이며 반응이 반응 영역에서 일어나는, 수소와 카본블랙을 생성시키기 위한 탄화수소의 분해 방법에 있어서,공급물 스톡, 바람직하게는 메탄이 온도 제어된 도입 튜브로 플라즈마 토오치를 통하여 전달되어서 메탄이 도입 튜브를 이탈할 때 1000℃ 미만, 바람직하게는 400℃ 내지 600℃ 사이의 온도를 가지며,공급물 스톡이 플라즈마 플레임 바로 옆에 있는 영역에서 첫번째로 거의 균일하게 가열되고, 공급물 스톡이 플라즈마 토오치의 플레임과 관련하여 중심적으로 공급되며,플라즈마 플레임 바로 뒤의 영역에서 탄화수소 물질과 플라즈마 가스와의 혼합이 일어나고, 그때의 온도는 원료의 분해 온도인 1600℃ 보다 높게 증가되며, 이 영역에서 액체 방울 형태로 유리수소와 탈수된 탄소 물질이 형성되고, 그로써 형성된 물질은 1200℃ 내지 1600℃ 온도로 유지되고, 탄화수소의 수소 및 카본블랙으로의 최종 및 완전한 분해가 수행되는 하나 이상의 후속단으로 이송되며, 추가의 원료가 이 영역에 첨가되어 급냉시켜 이미 제조된 카본블랙과 반응함으로써 추가의 에너지 공급이 없어도 생성된 입자의 크기, 밀도 및 양을 증가시키며, 그런 다음 생성된 생성물을 방출 및 분리하고, 고온 가스가 귀환 파이프를 통해 토오치로 운반되어 추가로 에너지 수율을 증가시킬 수 있으며,반응 영역내의 온도가 반응물 및 플라즈마 가스에 대한 공급 속도를 조정함에 의해 및/또는 플라즈마 토오치로의 에너지 공급을 조절함에 의해 및/또는 반응 영역의 압력을 조정함에 의해 제어됨으로써, 생성된 카본블랙의 질이 조절되도록 하여 원하는 질이 달성될 수 있도록 함을 특징으로 하는 탄화수소의 분해 방법.
- 제 1항에 있어서, 방법의 마지막 단에서 외부 플라즈마 토오치가 온도 제어를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 공급물 스톡에 존재하는 물질 외에 다른 물질, 특히 공해 물질이 분해 생성물에 포함되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
- 플라즈마 토오치(A)와 반응 챔버(B)를 포함하는, 탄화수소를 분해하기 위한 제 1항의 방법을 실시하는데 사용하기 위한 장치로서,플라즈마 토오치(A)에 공급물 스톡용의 중앙 온도 제어 도입 튜브(1)가 구비되어 있으며, 최소한 3개의 전극(2,3,4)을 포함하고, 그것들은 반응 챔버(B)의 단부에 위치해 있고, 반응 챔버(B)의 내부는 탄소로 라이닝 처리 되어 있으며, 추가의 공급물 스톡용의 가능하게는 추가의 플라즈마 토오치를 설치하기 위한, 도입 오프닝을 측벽 영역(8)에 가지고 있고, 그리고 플라즈마 토오치 반대쪽에 있는 반응 챔버의 단부에는 최종 생성물용 출구부 및 또한 생성된 가스, 즉, 수소를 플라즈마 토오치로 도입하기 위한 재순환 파이프가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
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KR20220060041A (ko) * | 2020-11-02 | 2022-05-11 | 재단법인 한국탄소산업진흥원 | 플라즈마 처리와 열분해 복합화를 이용한 아세틸렌 블랙 제조장치 |
KR102508756B1 (ko) | 2020-11-02 | 2023-03-10 | 재단법인 한국탄소산업진흥원 | 플라즈마 처리와 열분해 복합화를 이용한 아세틸렌 블랙 제조장치 |
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