KR102308018B1 - Device for manufacturing cabon dust - Google Patents

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Abstract

탄소 미분 제조 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 탄소 미분 제조 장치는, 제철소에서 발생되는 부생가스를 저장하기 위한 부생가스 저장탱크, 부생가스 중 중 일산화탄소와 탄소 증착 반응에 의해 탄소 미분을 생성하기 위한 유동층 반응기, 유동층 반응기에 촉매를 공급하기 위한 촉매 공급부, 및 유동층 반응기로부터 배출되는 배가스 중 탄소 미분을 1차로 분리하기 위한 사이클론을 포함한다.An apparatus for producing carbon fine powder is provided. The carbon fine powder production apparatus according to the present invention comprises a by-product gas storage tank for storing by-product gas generated in an ironworks, a fluidized bed reactor for generating carbon fines by a carbon deposition reaction with carbon monoxide in the by-product gas, and a catalyst in the fluidized bed reactor It includes a catalyst supply unit for supplying, and a cyclone for primary separation of fine carbon in the flue gas discharged from the fluidized bed reactor.

Description

탄소 미분 제조 장치{DEVICE FOR MANUFACTURING CABON DUST}Carbon fines manufacturing apparatus {DEVICE FOR MANUFACTURING CABON DUST}

본 발명은 탄소 미분 제조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing carbon fines.

예컨대, 제철소 등에서는 코크스 제조 공정의 코크스 오븐 가스(COG: Coke Oven Gas), 고로 공정의 고로 가스(BFG: Blast Furnace Gas), 파이넥스 공정의 파이넥스 배가스(FOG: Finex Off-Gas), 및 제강 공정의 전로 가스(LDG: Linz-Donawitz converter Gas) 등의 부생가스가 발생된다. For example, in a steel mill, coke oven gas (COG) of a coke manufacturing process, blast furnace gas (BFG: blast furnace gas) of a blast furnace process, Finex off-gas (FOG) of a finex process, and a steelmaking process By-product gases such as Linz-Donawitz converter gas (LDG) are generated.

이들 부생가스는 주로 코크스로의 열원, 고로 열풍로의 열원, 가열로의 열원, 발전소의 열원 등으로 사용된다. These by-product gases are mainly used as a heat source for a coke furnace, a heat source for a blast furnace hot stove, a heat source for a heating furnace, and a heat source for a power plant.

또한, 제철소의 부생가스를 활용하는 방법으로서, 초산 제조 방법, 수소 제조 방법, 메탄올 제조 방법, 환원철 제조 방법 등이 개시되어 있다. In addition, as a method of utilizing the by-product gas of an ironworks, a method for producing acetic acid, a method for producing hydrogen, a method for producing methanol, a method for producing reduced iron, and the like are disclosed.

최근, 탄소 소재 시장의 성장으로 고순도 카본 미분(carbon dust)의 수요가 급격히 증가하고 있다. Recently, with the growth of the carbon material market, the demand for high-purity carbon dust is rapidly increasing.

그러나, 제철소 등에서 발생되는 부생가스를 이용하여 탄소 미분을 제조하는 방법이 개시되어 있지 않다.However, a method for producing fine carbon powder using by-product gas generated in a steel mill or the like is not disclosed.

따라서, 제철소 등의 열원으로만 주로 활용되던 제철소의 부생가스로부터 전극봉, 배터리 음극재 원료로 사용되는 인조흑연 또는 탄소 나노튜브 등을 생산하기 위한 고순도 탄소 미분의 제조가 절실히 필요하다.Therefore, there is an urgent need to produce high-purity carbon powder to produce artificial graphite or carbon nanotubes used as raw materials for electrode and battery anode materials from by-product gases of steel mills, which were mainly used only as heat sources such as steel mills.

본 발명은 제철소 등에서 발생되는 부생가스 중 일산화탄소(CO) 가스를 이용하여 고순도 탄소 미분을 제조할 수 있는 탄소 미분 제조 장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a carbon fine powder manufacturing apparatus capable of manufacturing high-purity carbon fine powder by using carbon monoxide (CO) gas among by-product gases generated in a steel mill or the like.

본 발명의 일 구현예에 따른 탄소 미분 제조 장치는, 부생가스를 저장하기 위한 부생가스 저장탱크, 부생가스 저장탱크로부터 공급되는 부생가스 중 일산화탄소(CO)와 탄소 증착 반응에 의해 탄소 미분을 생성하기 위한 유동층 반응기를 포함할 수 있다. Carbon fines manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, a by-product gas storage tank for storing by-product gas, carbon monoxide (CO) and carbon in the by-product gas supplied from the by-product gas storage tank to generate carbon fines by a reaction It may include a fluidized bed reactor for

또한, 탄소 미분 제조 장치는, 유동층 반응기에 부생가스의 탄소 증착 반응을 위해 촉매를 공급하기 위한 촉매 공급부, 및 유동층 반응기로부터 배출되는 배가스 중 탄소 미분을 1차로 분리하기 위한 사이클론을 포함할 수 있다. In addition, the carbon fine powder manufacturing apparatus may include a catalyst supply unit for supplying a catalyst for the carbon deposition reaction of the by-product gas to the fluidized bed reactor, and a cyclone for first separating the fine carbon powder from the exhaust gas discharged from the fluidized bed reactor.

촉매 공급부는 촉매 공급라인에 의하여 유동층 반응기와 연결되는 촉매 저장탱크, 및 촉매 공급라인에 설치되는 촉매량 제어 밸브를 포함할 수 있다. The catalyst supply unit may include a catalyst storage tank connected to the fluidized bed reactor by a catalyst supply line, and a catalyst amount control valve installed in the catalyst supply line.

촉매는 일산화탄소의 탄소 증착 반응 촉진을 위한 철(Fe)을 포함할 수 있다. The catalyst may include iron (Fe) for accelerating the carbon deposition reaction of carbon monoxide.

사이클론에는 사이클론을 통과한 배가스를 저장하기 위한 배가스 저장탱크가 연결될 수 있다. An exhaust gas storage tank for storing the exhaust gas passing through the cyclone may be connected to the cyclone.

부생가스 저장탱크와 유동층 반응기 사이에는 부생가스 저장탱크로부터 유동층 반응기로 공급하는 부생가스를 압축하기 위한 압축기가 설치될 수 있다. A compressor for compressing the by-product gas supplied from the by-product gas storage tank to the fluidized bed reactor may be installed between the by-product gas storage tank and the fluidized bed reactor.

사이클론과, 부생가스 저장탱크 및 배가스 저장탱크의 사이에는 유동층 반응기로 공급되는 부생가스를, 사이클론으로부터 배출되는 배가스에 의해 1차 가열하기 위한 제1 열교환기가 설치될 수 있다. A first heat exchanger may be installed between the cyclone and the by-product gas storage tank and the off-gas storage tank to primarily heat the by-product gas supplied to the fluidized bed reactor by the exhaust gas discharged from the cyclone.

제1 열교환기와 유동층 반응기 사이에는 제1 열교환기를 통하여 유동층 반응기로 공급되는 부생가스를, 사이클론을 통과한 일부의 배가스에 의해 2차 가열하기 위한 제2 열교환기가 설치될 수 있다. A second heat exchanger may be installed between the first heat exchanger and the fluidized bed reactor for secondary heating of the by-product gas supplied to the fluidized bed reactor through the first heat exchanger by a portion of the exhaust gas that has passed through the cyclone.

제1 열교환기와 유동층 반응기를 연결하는 연결라인에는 산소 취입을 위한 산소 취입라인이 설치될 수 있다. An oxygen blowing line for blowing oxygen may be installed in the connection line connecting the first heat exchanger and the fluidized bed reactor.

제1 열교환기와 배가스 저장탱크 사이의 연결라인에는 배가스 중 탄소 미분을 2차로 분리하기 위한 백필터가 설치될 수 있다. A bag filter for secondarily separating fine carbon in the exhaust gas may be installed in the connection line between the first heat exchanger and the exhaust gas storage tank.

사이클론의 하부에는 사이클론에 의하여 분리된 탄소 미분을 저장하기 위한 제1 탄소 미분 저장탱크가 설치될 수 있다. A first finely divided carbon storage tank for storing finely divided carbon by the cyclone may be installed at a lower portion of the cyclone.

백필터의 하부에는 백필터에 의하여 분리된 탄소 미분을 저장하기 위한 제2 탄소 미분 저장탱크가 설치될 수 있다.A second carbon fine powder storage tank for storing the fine carbon separated by the bag filter may be installed under the bag filter.

본 발명의 구현예에 따르면, 제철소 등에서 발생되는 부생가스로부터 고부가 가치의 고순도 탄소 미분을 간단하면서도 저비용으로 제조할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, high-purity carbon powder of high value-added can be manufactured simply and at low cost from by-product gas generated in a steel mill or the like.

따라서, 고순도 탄소 미분을 전극봉, 배터리 음극재 원료로 사용되는 인조흑연 또는 탄소 나노튜브 등의 생산에 널리 활용할 수 있으므로, 새로운 수익 구조를 창출할 수 있다.Therefore, since the high-purity carbon powder can be widely used in the production of artificial graphite or carbon nanotubes used as raw materials for electrode rods and anode materials for batteries, a new profit structure can be created.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 미분 제조 장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of an apparatus for producing fine carbon powder according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the present invention will be described so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. As can be easily understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, the embodiments described below may be modified in various forms without departing from the concept and scope of the present invention. Wherever possible, identical or similar parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used below is for the purpose of referring to specific embodiments only, and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of "comprising," as used herein, specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, operation, element, component, and/or group. It does not exclude the existence or addition of

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical terms and scientific terms used below have the same meaning as those commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in the dictionary are further interpreted as having a meaning consistent with the related art literature and the presently disclosed content, and unless defined, are not interpreted in an ideal or very formal meaning.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 미분 제조 장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of an apparatus for producing fine carbon powder according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 미분 제조 장치는, 제철소 등에서 발생되는 부생가스를 저장하기 위한 부생가스 저장탱크(100),를 포함할 수 있다.1 to FIG. 1 , the carbon fine powder manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention may include a by-product gas storage tank 100 for storing by-product gas generated in a steel mill, etc.

또한, 탄소 미분 제조 장치는, 부생가스 저장탱크(100)로부터 공급되는 부생가스와 탄소 증착(Carbon Deposition) 반응에 의해 탄소 미분(Carbon Dust)을 생성하기 위한 유동층 반응기(200)를 포함할 수 있다.In addition, the carbon fines manufacturing apparatus may include a fluidized bed reactor 200 for generating carbon fines (Carbon Dust) by a carbon deposition reaction with the byproduct gas supplied from the byproduct gas storage tank 100. .

탄소 미분 제조 장치는, 유동층 반응기(200)에 연결되고 유동층 반응기(200)에 부생가스의 탄소 증착 반응을 위한 촉매를 공급하기 위한 촉매 공급부(300), 및 유동층 반응기(200)와 연결되고 유동층 반응기(200)로부터 배출되는 배가스 중 탄소 미분을 1차로 분리하기 위한 사이클론(400)을 포함할 수 있다. The carbon fines manufacturing apparatus is connected to the fluidized bed reactor 200 and connected to the fluidized bed reactor 200 with a catalyst supply unit 300 for supplying a catalyst for carbon deposition reaction of by-product gas to the fluidized bed reactor 200 , and the fluidized bed reactor 200 . A cyclone 400 for primary separation of fine carbon in the exhaust gas discharged from the 200 may be included.

탄소 증착 반응은 촉매 하에 하기의 탄소 증착 반응식(1)에 의하여 이루어지며, 고체 탄소(C)가 촉매 표면에 증착되는 반응을 가리킨다.The carbon deposition reaction is performed by the following carbon deposition reaction formula (1) under a catalyst, and refers to a reaction in which solid carbon (C) is deposited on the catalyst surface.

2CO(g) → CO2(g) + C(s) ----- (1)2CO(g) → CO 2 (g) + C(s) ----- (1)

탄소 증착 반응은 유동층 반응기(200) 내의 설정된 반응 압력과 반응 온도 범위 내에서 이루어질 수 있다. The carbon deposition reaction may be performed within a range of reaction pressure and reaction temperature set in the fluidized bed reactor 200 .

예컨대, 반응 압력은 2~5 bar 범위 내의 압력일 수 있으며, 반응 온도는 400℃~600℃ 범위 내의 온도일 수 있다. For example, the reaction pressure may be a pressure within the range of 2 ~ 5 bar, the reaction temperature may be a temperature within the range of 400 ℃ ~ 600 ℃.

또한, 유동층 반응기(200)에서 생성되는 탄소 미분은 예컨대, 0.1㎛~10㎛ 이하의 크기를 가질 수 있다. In addition, the carbon fines generated in the fluidized bed reactor 200 may have a size of, for example, 0.1 μm to 10 μm or less.

촉매 공급부(300)의 촉매는 부생가스 중 일산화탄소(CO)의 탄소 증착 반응을 촉진시킬 수 있는 물질로서, 예컨대 미분의 철(Fe) 등으로 이루어질 수 있다.The catalyst of the catalyst supply unit 300 is a material capable of accelerating the carbon deposition reaction of carbon monoxide (CO) in the by-product gas, and may be made of, for example, fine iron (Fe).

촉매 공급부(300)는 촉매 공급라인(310)에 의하여 유동층 반응기(200)와 연결되고, 촉매를 저장하는 촉매 저장탱크(320)를 포함할 수 있다. The catalyst supply unit 300 is connected to the fluidized bed reactor 200 by a catalyst supply line 310 and may include a catalyst storage tank 320 for storing the catalyst.

또한, 촉매 공급라인(310)에는 촉매 저장탱크(320)로부터 유동층 반응기(200)로 공급되는 촉매량을 제어하기 위한 촉매량 제어 밸브(321)가 설치될 수 있다. In addition, a catalyst amount control valve 321 for controlling the amount of catalyst supplied from the catalyst storage tank 320 to the fluidized bed reactor 200 may be installed in the catalyst supply line 310 .

사이클론(400)의 하부에는 사이클론(400)에 의하여 분리된 탄소 미분을 저장하기 위한 제1 탄소 미분 저장탱크(410)가 설치될 수 있다. A first finely divided carbon storage tank 410 for storing finely divided carbon by the cyclone 400 may be installed at a lower portion of the cyclone 400 .

또한, 부생가스 저장탱크(100)와 유동층 반응기(200) 사이에는, 부생가스 저장탱크(100)로부터 유동층 반응기(200)에 공급하는 부생가스를 설정된 압력 이상으로 압축하기 위한 압축기(500)가 설치될 수 있다.In addition, between the by-product gas storage tank 100 and the fluidized bed reactor 200, a compressor 500 for compressing the by-product gas supplied from the by-product gas storage tank 100 to the fluidized bed reactor 200 to a predetermined pressure or more is installed. can be

유동층 반응기(200)는 제1 연결라인(210)에 의하여 부생가스 저장탱크(100)와 연결될 수 있다. 따라서, 압축기(500)는 제1 연결라인(210) 상에 설치될 수 있다. The fluidized bed reactor 200 may be connected to the by-product gas storage tank 100 by a first connection line 210 . Accordingly, the compressor 500 may be installed on the first connection line 210 .

사이클론(400)은 제2 연결라인(220)에 의하여 유동층 반응기(200)와 연결될 수 있다. The cyclone 400 may be connected to the fluidized bed reactor 200 by a second connection line 220 .

사이클론(400)에는 제3 연결라인(230)에 의하여 사이클론(400)을 통과한 배가스를 저장하기 위한 배가스 저장탱크(600)가 연결될 수 있다.An exhaust gas storage tank 600 for storing the exhaust gas passing through the cyclone 400 may be connected to the cyclone 400 by the third connection line 230 .

사이클론(400)과, 부생가스 저장탱크(100) 및 배가스 저장탱크(600)의 사이에는 부생가스 저장탱크(100)로부터 유동층 반응기(200)로 공급되는 부생가스를 사이클론(400)으로부터 배가스 저장탱크(600)로 배출되는 배가스에 의해 1차 가열하기 위한 제1 열교환기(700)가 설치될 수 있다. Between the cyclone 400 and the by-product gas storage tank 100 and the flue gas storage tank 600, the by-product gas supplied from the by-product gas storage tank 100 to the fluidized bed reactor 200 is supplied from the cyclone 400 to the off-gas storage tank. A first heat exchanger 700 for primary heating by the exhaust gas discharged to 600 may be installed.

제1 열교환기(700)는 제1 연결라인(210) 및 제3 연결라인(230)에 설치될 수 있다. The first heat exchanger 700 may be installed in the first connection line 210 and the third connection line 230 .

또한, 제1 열교환기(700)와 유동층 반응기(200) 사이에 연결되고, 제1 열교환기(700)를 통하여 유동층 반응기(200)로 공급되는 부생가스를 사이클론(400)을 통과한 일부의 배가스에 의해 2차 가열하기 위한 제2 열교환기(800)를 포함할 수 있다. In addition, a portion of the by-product gas connected between the first heat exchanger 700 and the fluidized bed reactor 200 and supplied to the fluidized bed reactor 200 through the first heat exchanger 700 passed through the cyclone 400 . may include a second heat exchanger 800 for secondary heating.

제2 열교환기(800)는 제3 연결라인(230)에 분기되고, 유동층 반응기(200)에 연결되는 제4 연결라인(240)에 설치될 수 있다. The second heat exchanger 800 may be branched to the third connection line 230 and installed in the fourth connection line 240 connected to the fluidized bed reactor 200 .

제4 연결라인(240)은 제3 연결라인(230) 중 사이클론(400)과 제1 열교환기(700) 사이 위치에서 분기될 수 있다. The fourth connection line 240 may be branched at a position between the cyclone 400 and the first heat exchanger 700 among the third connection lines 230 .

제4 연결라인(240)에는 제4 연결라인(240)을 통과하는 배가스를 연소시키기 위하여 제4 연결라인(240)에 산소를 취입하기 위한 산소 취입부(900)가 설치될 수 있다. An oxygen injection unit 900 for blowing oxygen into the fourth connection line 240 in order to burn the exhaust gas passing through the fourth connection line 240 may be installed in the fourth connection line 240 .

산소 취입부(900)는 산소 취입라인(910)에 의하여 제4 연결라인(240)과 연결되고, 산소를 저장하기 위한 산소 저장탱크(920)를 포함할 수 있다. The oxygen injection unit 900 is connected to the fourth connection line 240 by the oxygen injection line 910 and may include an oxygen storage tank 920 for storing oxygen.

산소 취입라인(910)에 의하여 취입되는 산소에 의하여, 배가스 중 일산화탄소(CO)는 하기와 같은 연소 반응식(2)에 의하여 연소 반응을 행할 수 있다. By the oxygen blown in by the oxygen blowing line 910, carbon monoxide (CO) in the exhaust gas may perform a combustion reaction according to the following combustion reaction equation (2).

CO + H2 + O2 → CO2 + H2O ----- (2)CO + H 2 + O 2 → CO 2 + H 2 O ----- (2)

또한, 산소 취입라인(910)에는 산소 저장탱크(920)로부터 제4 연결라인(240)으로 공급되는 산소량을 제어하기 위한 산소량 제어 밸브(921)가 설치될 수 있다.In addition, an oxygen amount control valve 921 for controlling the amount of oxygen supplied from the oxygen storage tank 920 to the fourth connection line 240 may be installed in the oxygen blowing line 910 .

산소 취입라인(910)은 제4 연결라인에 연결되어 제1 열교환기(700)를 통과한 후 유동층 반응기(200)로 공급되는 배가스 중 일산화탄소를 연소시킬 수 있다. The oxygen blowing line 910 may be connected to the fourth connection line, pass through the first heat exchanger 700 , and then burn carbon monoxide in the exhaust gas supplied to the fluidized bed reactor 200 .

제1 열교환기(700)와 배가스 저장탱크(600) 사이의 제3 연결라인(230)에는 제1 열교환기(700)를 통하여 배출되는 배가스 중 탄소 미분을 2차로 분리하기 위한 백필터(710)가 설치될 수 있다. In the third connection line 230 between the first heat exchanger 700 and the exhaust gas storage tank 600 , a bag filter 710 for secondarily separating fine carbon from the exhaust gas discharged through the first heat exchanger 700 . can be installed.

백필터(710)의 하부에는 백필터(710)에 분리된 탄소 미분을 저장하기 위한 제2 탄소 미분 저장탱크(720)가 설치될 수 있다. A second carbon fine powder storage tank 720 for storing the fine carbon separated in the bag filter 710 may be installed at a lower portion of the bag filter 710 .

촉매량 제어 밸브(321)와 산소량 제어 밸브(921)는 제어부(미도시)에 각각 연결되어 있으며, 제어부는 유동층 반응기(200)에서 탄소 미분의 생성 상태에 따라 촉매량 제어 밸브(321)와 산소량 제어 밸브(921)를 제어하여 촉매량과 산소량을 조절할 수 있다. The catalytic amount control valve 321 and the oxygen amount control valve 921 are respectively connected to a control unit (not shown), which controls the catalytic amount control valve 321 and the oxygen amount control valve according to the generation state of fine carbon in the fluidized bed reactor 200 . By controlling 921, the amount of catalyst and the amount of oxygen can be adjusted.

또한, 이를 위해, 제1 탄소 미분 저장탱크(410)와 제2 탄소 미분 저장탱크(720)에 저장되는 탄소 미분의 상태(순도 및 크기)를 측정하기 위한 탄소 미분 측정부(미도시)가 각각 설치될 수 있으며, 탄소 미분 측정부의 측정 데이터는 촉매량화 산소량 제어를 위하여 제어부로 전달될 수 있다. In addition, for this purpose, a carbon fine powder measurement unit (not shown) for measuring the state (purity and size) of the fine carbon powder stored in the first fine carbon fine storage tank 410 and the second fine fine carbon storage tank 720 is provided, respectively. It may be installed, and the measurement data of the carbon fine measurement unit may be transmitted to the control unit for controlling the amount of catalytic oxygen.

이하에서, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 미분 제조 장치의 작동에 대해서 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 1, the operation of the carbon fine powder manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 제철소 등에서 발생된 부생가스는 부생가스 저장탱크(100)에 저장되며, 부생가스 저장탱크(100)에 저장된 부생가스는 탄소 증착 반응을 일으킬 수 있도록 설정 압력과 설정 온도로 가압 및 가열하여 제1 연결라인(210)을 통하여 유동층 반응기(200)로 공급된다. First, the by-product gas generated in the steel mill is stored in the by-product gas storage tank 100, and the by-product gas stored in the by-product gas storage tank 100 is pressurized and heated to a set pressure and set temperature so as to cause a carbon deposition reaction. 1 is supplied to the fluidized bed reactor 200 through the connection line 210 .

즉, 제1 연결라인(210)을 통하여 공급되는 부생가스는, 압축기(500)를 통과하면서 설정 압력(예컨대, 2~5 bar)으로 압축되며, 제1 열교환기(700)를 통하여 배가스 저장탱크(600)로 배출되는 배가스와 열교환을 행하면서 설정 온도로 1차 가열될 수 있다. That is, the by-product gas supplied through the first connection line 210 is compressed to a set pressure (eg, 2 to 5 bar) while passing through the compressor 500 , and the exhaust gas storage tank through the first heat exchanger 700 . While performing heat exchange with the exhaust exhaust discharged to (600) may be primary heated to a set temperature.

그리고, 제3 연결라인(230)에서 분기된 제4 연결라인(240)에는 제3 연결라인(230)을 통하여 배출되는 배가스 중 일부의 배가스(이하에서, "분기 배가스"라 한다)가 유입된다. In addition, a portion of the exhaust gas (hereinafter, referred to as "branched exhaust gas") among the exhaust gases discharged through the third connection line 230 is introduced into the fourth connection line 240 branched from the third connection line 230 . .

이와 같이 제4 연결라인(240)에 유입된 분기 배가스는 산소 취입라인(910)을 통하여 취입되는 산소에 의하여 연소 반응을 행하면서 설정 온도 이상의 고온의 분기 배가스로 되어 제2 열교환기(800)로 공급될 수 있다. In this way, the branched exhaust gas introduced into the fourth connection line 240 is converted into branched exhaust gas having a high temperature above the set temperature while performing a combustion reaction by oxygen blown in through the oxygen injection line 910 to the second heat exchanger 800 . can be supplied.

이 때, 제1 열교환기(700)로부터 제2 열교환기(800)로 공급되는 부생가스는, 제4 연결라인(240)으로부터 공급된 고온의 분기 배가스와 제2 열교환기(800)에서 열교환을 행하여 2차로 가열될 수 있다. At this time, the by-product gas supplied from the first heat exchanger 700 to the second heat exchanger 800 performs heat exchange with the high-temperature branched exhaust gas supplied from the fourth connection line 240 in the second heat exchanger 800 . It can be heated a second time.

제2 열교환기(800)에서 2차로 가열된 부생가스는 유동층 반응기(200)로 공급된다. The by-product gas heated secondarily in the second heat exchanger 800 is supplied to the fluidized bed reactor 200 .

그리고, 유동층 반응기(200)에는 촉매 저장탱크(320)로부터 촉매 공급라인(310)에 의하여 촉매가 설정량 공급된다. In addition, a set amount of catalyst is supplied to the fluidized bed reactor 200 from the catalyst storage tank 320 through the catalyst supply line 310 .

이와 같이, 유동층 반응기(200)에 공급되는 부생가스 중 일산화탄소(CO)는, 촉매 공급라인(310)에 의하여 공급되는 촉매, 예컨대 미분의 철(Fe)에 의해 반응식(1)과 같은 탄소 증착 반응을 일으켜 미분의 철(Fe) 표면에 증착되어 설정 크기 이하의 탄소 미분이 생성될 수 있다. In this way, carbon monoxide (CO) in the by-product gas supplied to the fluidized bed reactor 200 is a carbon deposition reaction as shown in Reaction Formula (1) by a catalyst, for example, finely divided iron (Fe) supplied by the catalyst supply line 310 . is deposited on the surface of fine iron (Fe) to generate carbon fines having a size less than a set size.

이 때, 유동층 반응기(200) 내부의 설정 압력과 설정 온도는, 탄소 증착 반응이 용이하게 일어날 수 있도록 2~5 bar 범위, 및 400℃~600℃ 범위로 설정될 수 있다. At this time, the set pressure and set temperature inside the fluidized bed reactor 200 may be set in a range of 2 to 5 bar, and a range of 400° C. to 600° C. so that the carbon deposition reaction can easily occur.

또한, 유동층 반응기(200)에서 생성된 탄소 미분은 0.1㎛~10㎛ 이하의 크기를 가질 수 있으며, 탄소 99% 이상의 고순도 탄소 미분일 수 있다. In addition, the fine carbon powder generated in the fluidized bed reactor 200 may have a size of 0.1 μm to 10 μm or less, and may be high purity carbon powder of 99% or more carbon.

유동층 반응기(200)에서 탄소 증착 반응에 의해 생성된 탄소 미분은 배가스와 함께 제2 연결라인(220)으로 배출된다.The carbon fines generated by the carbon deposition reaction in the fluidized bed reactor 200 are discharged to the second connection line 220 together with the exhaust gas.

제2 연결라인(220)을 통하여 배출되는 배가스 중 탄소 미분은 사이클론(400)에 의하여 분리되어 제1 탄소 미분 저장탱크(410)에 저장된다. The fine carbon in the exhaust gas discharged through the second connection line 220 is separated by the cyclone 400 and stored in the first fine carbon powder storage tank 410 .

또한, 사이클론(400)을 통하여 제3 연결라인(230)으로 배출되는 배가스 중 탄소 미분은 백필터(710)에 의하여 2차로 분리되고, 제2 탄소 미분 저장탱크(720)에 저장되며, 백필터(710)를 통과한 배가스는 배가스 저장탱크(600)에 저장된다. In addition, fine carbon in the exhaust gas discharged to the third connection line 230 through the cyclone 400 is secondarily separated by the bag filter 710 and stored in the second fine carbon powder storage tank 720 , the bag filter The exhaust gas passing through the 710 is stored in the flue gas storage tank (600).

백필터(710)에 의하여 2차로 분리된 탄소 미분은, 사이클론(400)에 의하여 1차로 분리된 탄소 미분의 크기보다 작은 크기를 가질 수 있다. The fine carbon particles secondarily separated by the bag filter 710 may have a size smaller than the size of the fine carbon particles primary separated by the cyclone 400 .

이와 같이, 제철소 등에서 발생되는 부생가스 중 일산화탄소(CO)와, 유동층 반응기(200)에서 배출되는 배가스, 및 촉매(예, Fe)를 사용하여 고순도의 탄소 미분을 제조할 수 있다. In this way, carbon monoxide (CO) among the by-product gases generated in a steel mill, etc., the flue gas discharged from the fluidized bed reactor 200, and a catalyst (eg, Fe) can be used to produce high-purity carbon fine powder.

본 개시를 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.Although the present disclosure has been described through preferred embodiments as described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the scope of the claims set forth below. Those in the field will understand easily.

100: 부생가스 저장탱크 200: 유동층 반응기
300: 촉매 공급부 400: 사이클론
410: 제1 탄소 미분 저장탱크 500: 압축기
600: 배가스 저장탱크 700: 제1 열교환기
710: 백필터 720: 제2 탄소 미분 저장탱크
800: 제2 열교환기100: by-product gas storage tank 200: fluidized bed reactor
300: catalyst supply 400: cyclone
410: first carbon fine powder storage tank 500: compressor
600: flue gas storage tank 700: first heat exchanger
710: bag filter 720: second carbon fine powder storage tank
800: second heat exchanger

Claims (11)

부생가스를 저장하기 위한 부생가스 저장탱크,
상기 부생가스 저장탱크로부터 공급되는 부생가스 중 일산화탄소(CO)와 탄소 증착 반응에 의해 탄소 미분을 생성하기 위한 유동층 반응기,
상기 유동층 반응기에 부생가스의 탄소 증착 반응을 위해 촉매를 공급하기 위한 촉매 공급부, 및
상기 유동층 반응기로부터 배출되는 배가스 중 탄소 미분을 1차로 분리하기 위한 사이클론
을 포함하는 탄소 미분 제조 장치.By-product gas storage tank for storing by-product gas,
A fluidized bed reactor for generating carbon fines by a carbon deposition reaction with carbon monoxide (CO) among the by-product gases supplied from the by-product gas storage tank;
A catalyst supply unit for supplying a catalyst for the carbon deposition reaction of the by-product gas to the fluidized bed reactor, and
Cyclone for primary separation of fine carbon in the flue gas discharged from the fluidized bed reactor
Carbon fines manufacturing apparatus comprising a. 제1항에 있어서,
상기 촉매 공급부는 촉매 공급라인에 의하여 상기 유동층 반응기와 연결되는 촉매 저장탱크, 및
상기 촉매 공급라인에 설치되는 촉매량 제어 밸브를 포함하는 탄소 미분 제조 장치.According to claim 1,
The catalyst supply unit includes a catalyst storage tank connected to the fluidized bed reactor by a catalyst supply line, and
and a catalytic amount control valve installed in the catalyst supply line. 제2항에 있어서,
상기 촉매는 상기 일산화탄소의 탄소 증착 반응 촉진을 위한 철(Fe)을 포함하는 탄소 미분 제조 장치.3. The method of claim 2,
The catalyst is an apparatus for producing carbon fines including iron (Fe) for accelerating the carbon deposition reaction of the carbon monoxide. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사이클론에는 상기 사이클론을 통과한 배가스를 저장하기 위한 배가스 저장탱크가 연결되는 탄소 미분 제조 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
An exhaust gas storage tank for storing the exhaust gas that has passed through the cyclone is connected to the cyclone. 제4항에 있어서,
상기 부생가스 저장탱크와 상기 유동층 반응기 사이에는 상기 부생가스 저장탱크로부터 상기 유동층 반응기로 공급하는 부생가스를 압축하기 위한 압축기가 설치되는 탄소 미분 제조 장치.5. The method of claim 4,
An apparatus for producing carbon fines is provided with a compressor installed between the by-product gas storage tank and the fluidized bed reactor for compressing the by-product gas supplied from the by-product gas storage tank to the fluidized bed reactor. 제5항에 있어서,
상기 사이클론과, 상기 부생가스 저장탱크 및 상기 배가스 저장탱크의 사이에는 상기 유동층 반응기로 공급되는 부생가스를, 상기 사이클론으로부터 배출되는 배가스에 의해 1차 가열하기 위한 제1 열교환기가 설치되는 탄소 미분 제조 장치.6. The method of claim 5,
A carbon fines manufacturing apparatus in which a first heat exchanger is installed between the cyclone, the by-product gas storage tank, and the exhaust gas storage tank to primarily heat the by-product gas supplied to the fluidized bed reactor by the exhaust gas discharged from the cyclone. . 제6항에 있어서,
상기 제1 열교환기와 상기 유동층 반응기 사이에는 상기 제1 열교환기를 통하여 상기 유동층 반응기로 공급되는 부생가스를, 상기 사이클론을 통과한 일부의 배가스에 의해 2차 가열하기 위한 제2 열교환기가 설치되는 탄소 미분 제조 장치.7. The method of claim 6,
Carbon powder production in which a second heat exchanger is installed between the first heat exchanger and the fluidized bed reactor for secondary heating of the by-product gas supplied to the fluidized bed reactor through the first heat exchanger by a portion of the exhaust gas that has passed through the cyclone Device. 제7항에 있어서,
상기 제1 열교환기와 상기 유동층 반응기를 연결하는 연결라인에는 산소 취입을 위한 산소 취입라인이 설치되는 탄소 미분 제조 장치.8. The method of claim 7,
An oxygen blowing line for blowing oxygen is installed in a connection line connecting the first heat exchanger and the fluidized bed reactor. 제8항에 있어서,
상기 제1 열교환기와 상기 배가스 저장탱크 사이의 연결라인에는 배가스 중 탄소 미분을 2차로 분리하기 위한 백필터가 설치되는 탄소 미분 제조 장치.9. The method of claim 8,
A carbon fine powder manufacturing apparatus is installed in a connection line between the first heat exchanger and the flue gas storage tank, a bag filter for secondarily separating fine carbon in the flue gas. 제6항에 있어서,
상기 사이클론의 하부에는 상기 사이클론에 의하여 분리된 탄소 미분을 저장하기 위한 제1 탄소 미분 저장탱크가 설치되는 탄소 미분 제조 장치.7. The method of claim 6,
A first carbon fine powder storage tank for storing the carbon fine powder separated by the cyclone is installed at a lower portion of the cyclone. 제9항에 있어서,
상기 백필터의 하부에는 상기 백필터에 의하여 분리된 탄소 미분을 저장하기 위한 제2 탄소 미분 저장탱크가 설치되는 탄소 미분 제조 장치.10. The method of claim 9,
A second carbon fine powder storage tank for storing the fine carbon separated by the bag filter is installed under the bag filter.
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