KR102631544B1 - Acetylene black manufacturing system that controls physical properties of acetylene black by controlling pressure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유도가열로의 내부로 산소가 들어오지 못하게 대기압보다 높은 양압을 걸어주고, 그 양압 크기를 조절하여, 서로 다른 물성을 가진 아세틸렌 블랙을 제조한다. 이렇게 유도가열로의 내부에 걸리는 양압 조건을 바꾸어 줌으로써, 아세틸렌 블랙의 구조, 입자크기, 결정크기, 비표면적과 같은 아세틸렌 블랙의 주요 물성을 정밀하게 조절할 수 있다. 따라서, 아세틸렌 블랙의 물성을 달리 요구하는 주문자 방식으로 아세틸렌 블랙을 생산할 때, 본 발명을 사용하면 유리하다.The present invention produces acetylene black with different physical properties by applying a positive pressure higher than atmospheric pressure to prevent oxygen from entering the induction heating furnace and controlling the size of the positive pressure. By changing the positive pressure conditions inside the induction heating furnace, the main physical properties of acetylene black, such as its structure, particle size, crystal size, and specific surface area, can be precisely controlled. Therefore, it is advantageous to use the present invention when producing acetylene black using a custom method that requires different physical properties of acetylene black.
Description
본 발명은 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an acetylene black manufacturing system that controls physical properties by controlling pressure.
아세틸렌 블랙은 카본블랙의 일종이다.Acetylene black is a type of carbon black.
아세틸렌 블랙은 아세틸렌가스의 열분해 반응에 의해 짧은 시간에 제조된다.Acetylene black is produced in a short time through the thermal decomposition reaction of acetylene gas.
아세틸렌 블랙은 불순물이 적고, 산소 작용기가 작고, 고결정성이고, 우수한 전도성과 열전도성을 가지고 있어, 수소연료전지의 전극 촉매 지지체로 많이 사용되고 있다.Acetylene black has few impurities, small oxygen functional groups, high crystallinity, and has excellent conductivity and thermal conductivity, so it is widely used as an electrode catalyst support for hydrogen fuel cells.
한편, 아세틸렌 블랙의 구조, 입자크기, 결정크기, 비표면적 등과 같은 주요 물성의 차이에 따라, 촉매 지지체의 성능이 확연히 달라지므로, 주문자가 요구한 촉매 지지체의 성능에 맞게, 아세틸렌 블랙의 물성을 아세틸렌 블랙 제조시부터 정밀하게 조절하는 것이 중요하다.Meanwhile, the performance of the catalyst support varies significantly depending on the differences in the main physical properties such as structure, particle size, crystal size, and specific surface area of acetylene black, so the physical properties of acetylene black are adjusted to suit the performance of the catalyst support requested by the orderer. It is important to precisely control black from the beginning of production.
그러나, 아직까지, 아세틸렌 블랙 제조과정에서 아세틸렌 블랙의 물성을 정밀하게 조절할 수 있는 장치나 방법은 없었다.However, so far, there has been no device or method that can precisely control the physical properties of acetylene black during the manufacturing process.
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는, 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템을 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention is to provide an acetylene black manufacturing system that controls physical properties by controlling pressure, which can solve the above-mentioned problems.
상기 목적을 달성하기 위한 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템은,The acetylene black manufacturing system that controls physical properties by controlling pressure to achieve the above purpose,
무산소 분위기에서 아세틸렌가스를 열분해시켜 아세틸렌 블랙을 제조하는 유도가열로;An induction heating furnace that produces acetylene black by thermally decomposing acetylene gas in an oxygen-free atmosphere;
아세틸렌가스를 공급하는 아세틸렌가스 공급부;Acetylene gas supply unit that supplies acetylene gas;
상기 아세틸렌가스 공급부로부터 공급받은 아세틸렌가스의 유량을 제어하여, 상기 유도가열로로 투입하는 아세틸렌가스 유량조절부;An acetylene gas flow rate control unit that controls the flow rate of acetylene gas supplied from the acetylene gas supply unit and injects it into the induction heating furnace;
질소가스를 공급하는 질소가스 공급부;A nitrogen gas supply unit that supplies nitrogen gas;
상기 질소가스 공급부로부터 공급받은 질소가스의 유량을 제어하여, 상기 유도가열로로 투입하여 상기 유도가열로의 내부를 대기압보다 높은 양압 상태로 만드는 질소가스 유량조절부;A nitrogen gas flow control unit that controls the flow rate of nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply unit and supplies it to the induction heating furnace to bring the inside of the induction heating furnace into a positive pressure state higher than atmospheric pressure;
상기 유도가열로의 내부를 질소가스 투입 전 진공상태로 만드는 진공펌프;A vacuum pump that vacuumizes the interior of the induction heating furnace before introducing nitrogen gas;
상기 유도가열로로부터 배출되는 아세틸렌가스와 질소가스와 아세틸렌 블랙이 혼합된 가스를 냉각시켜, 아세틸렌가스로부터 아세틸렌 블랙이 형성되는 열분해 반응을 멈추게 하는 냉각부;A cooling unit that cools the mixed gas of acetylene gas, nitrogen gas, and acetylene black discharged from the induction heating furnace to stop the thermal decomposition reaction in which acetylene black is formed from the acetylene gas;
상기 유도가열로에 걸리는 양압 크기에 따라 물성이 서로 다르게 제조된 아세틸렌 블랙을 양압 크기별로 분리하여 포집하는 양압 크기별 포집부;A positive pressure size-specific collection unit that separates and collects acetylene black, which has different physical properties depending on the positive pressure applied to the induction heating furnace, by positive pressure size;
상기 양압 크기별 포집부에서 아세틸렌 블랙이 포집된 후 배출되는 가스를 받아 배기하는 배기부; 및an exhaust unit that receives and exhausts the gas discharged after the acetylene black is collected in the positive pressure size-specific collection unit; and
상기 유도가열로의 내부로 산소가 유입되는 것을 막기 위해, 상기 유도가열로의 내부에 대기압보다 높은 양압이 걸리도록, 상기 질소가스 유량조절부에게 상기 유도가열로로 투입되는 질소가스의 유량을 조절하라고 지시하고,In order to prevent oxygen from flowing into the induction heating furnace, the nitrogen gas flow rate controller adjusts the flow rate of nitrogen gas introduced into the induction heating furnace so that a positive pressure higher than atmospheric pressure is applied to the inside of the induction heating furnace. instructed to do so,
상기 유도가열로의 내부에 걸리는 양압 크기에 따라 물성이 서로 다른 아세틸렌 블랙을 제조하기 위해, 상기 질소가스 유량조절부에게 상기 유도가열로로 투입되는 질소가스의 유량을 조절하라고 지시하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to produce acetylene black with different physical properties depending on the positive pressure applied to the inside of the induction heating furnace, a control unit instructs the nitrogen gas flow control unit to adjust the flow rate of nitrogen gas introduced into the induction heating furnace. It is characterized by
본 발명은 유도가열로의 내부로 산소가 들어오지 못하게 대기압보다 높은 양압을 걸어주고, 그 양압 크기를 조절하여, 서로 다른 물성을 가진 아세틸렌 블랙을 제조한다. 이렇게 유도가열로의 내부에 걸리는 양압 조건을 바꾸어 줌으로써, 아세틸렌 블랙의 구조, 입자크기, 결정크기, 비표면적과 같은 아세틸렌 블랙의 주요 물성을 정밀하게 조절할 수 있다. 따라서, 아세틸렌 블랙의 물성을 달리 요구하는 주문자 방식으로 아세틸렌 블랙을 생산할 때, 본 발명을 사용하면 유리하다.The present invention produces acetylene black with different physical properties by applying a positive pressure higher than atmospheric pressure to prevent oxygen from entering the induction heating furnace and controlling the size of the positive pressure. By changing the positive pressure conditions inside the induction heating furnace, the main physical properties of acetylene black, such as its structure, particle size, crystal size, and specific surface area, can be precisely controlled. Therefore, it is advantageous to use the present invention when producing acetylene black using a custom method that requires different physical properties of acetylene black.
본 발명은 양압 조건에 따라 물성이 제어된 아세틸렌 블랙을 양압 조건별로 할당된 포집부에 넣어 분리할 수 있어, 서로 다른 물성을 가진 아세틸렌 블랙이 혼합되는 것을 막을 수 있다. 따라서, 물성별로 분리된 아세틸렌 블랙을 그 물성 수준에 맞는 제품에 쉽게 적용할 수 있다.The present invention can separate acetylene black, whose physical properties are controlled according to positive pressure conditions, by placing it in a collection unit allocated for each positive pressure condition, thereby preventing acetylene black with different physical properties from mixing. Therefore, acetylene black separated by physical properties can be easily applied to products that match the level of the physical properties.
본 발명은 양압 조건을 달리하여 서로 다른 물성을 가진 아세틸렌 블랙을 연속적으로 제조할 수 있어, 서로 다른 물성을 가진 아세틸렌 블랙을 대량으로 생산할 수 있다.The present invention can continuously produce acetylene black with different physical properties by varying positive pressure conditions, thereby enabling mass production of acetylene black with different physical properties.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템의 실제 사진이다.
도 3은 도 1에 도시된 유도가열로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 냉각부의 실제 사진이다.
도 5는 도 1에 도시된 양압 크기별 포집부의 작동을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing an acetylene black manufacturing system that controls physical properties by controlling pressure according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an actual photo of an acetylene black manufacturing system that controls physical properties by controlling pressure.
Figure 3 is a diagram for explaining the induction heating furnace shown in Figure 1.
Figure 4 is an actual photograph of the cooling unit shown in Figure 1.
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the collection unit for each positive pressure size shown in FIG. 1.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템을 자세히 설명한다.Hereinafter, an acetylene black manufacturing system that controls physical properties by controlling pressure according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템(1)은, 유도가열로(2), 아세틸렌가스 공급부(3), 아세틸렌가스 유량조절부(4), 질소가스 공급부(5), 질소가스 유량조절부(6), 진공펌프(7), 냉각부(8), 양압 크기별 포집부(9), 배기부(10), 제어부(11), 예비가열부(12), 모니터부(13), 전원부(14)로 구성된다. 이 밖에, 온도센서(Ts), 압력센서(Ps), 시스템에 구성에 필요한 각종 배선, 배관들로 구성된다.As shown in Figures 1 and 2, the acetylene black manufacturing system (1), which controls physical properties by pressure control according to an embodiment of the present invention, includes an induction heating furnace (2), an acetylene gas supply unit (3), and acetylene Gas flow control unit (4), nitrogen gas supply unit (5), nitrogen gas flow control unit (6), vacuum pump (7), cooling unit (8), positive pressure size collection unit (9), exhaust unit (10), It consists of a control unit 11, a preheating unit 12, a monitor unit 13, and a power unit 14. In addition, it consists of a temperature sensor (Ts), a pressure sensor (Ps), and various wiring and piping required to configure the system.
[유도가열로(2)][Induction heating furnace (2)]
유도가열로(2)는 무산소 분위기에서 유도가열방식으로 아세틸렌가스를 열분해시켜 아세틸렌 블랙을 제조한다. 본 발명에서 유도가열방식을 사용하는 이유는, 고온에서 산소와 만나면 폭발하는 아세틸렌가스의 특성상, 산소가 완전히 차단된 밀폐된 흑연튜브(21) 내를 아세틸렌가스가 흐르는 동안에, 흑연튜브(21)를 통해서 아세틸렌가스에 열을 간접적으로 줘야 하기 때문이다. The induction heating furnace (2) produces acetylene black by thermally decomposing acetylene gas using an induction heating method in an oxygen-free atmosphere. The reason for using the induction heating method in the present invention is that, due to the nature of acetylene gas that explodes when it meets oxygen at high temperature, while the acetylene gas flows in the sealed graphite tube (21) completely blocked from oxygen, the graphite tube (21) This is because heat must be indirectly supplied to the acetylene gas through the gas.
도 3에 도시된 바와 같이, 유도가열로(2)는 흑연튜브(21), 단열재(22), 석영관(23), 유도코일(24), 전류공급기(25)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the induction heating furnace 2 is composed of a graphite tube 21, an insulating material 22, a quartz tube 23, an induction coil 24, and a current supplier 25.
흑연튜브(21)의 내부로 아세틸렌가스 또는/및 질소가스가 공급된다. 흑연튜브(21)는 흑연 또는 흑연을 포함하는 소재로 제작된다.Acetylene gas or/and nitrogen gas are supplied into the graphite tube 21. The graphite tube 21 is made of graphite or a material containing graphite.
단열재(22)는 흑연튜브(140)의 외주면을 감싼다. 단열재(22)는 세라믹, 다공성 흑연을 포함하는 소재로 제작된다.The insulating material 22 surrounds the outer peripheral surface of the graphite tube 140. The insulation material 22 is made of a material containing ceramic and porous graphite.
석영관(23)은 단열재(22)의 외주면을 감싼다.The quartz tube 23 surrounds the outer peripheral surface of the insulating material 22.
유도코일(24)은 석영관(23)을 감아 둘러싼다.The induction coil (24) winds and surrounds the quartz tube (23).
전류공급기(25)는 유도코일(24)에 50Hz 내지 400kHz의 교류 전류를 공급한다.The current supplier 25 supplies alternating current of 50Hz to 400kHz to the induction coil 24.
유도코일(24)에 교류 전류가 공급되면 주위로 자기장이 형성되고, 전자기유도에 의해 흑연튜브(21)에 와전류 손실과 히스테리시스 손실에 의한 열이 발생한다. 이때, 흑연튜브(21)를 통과하는 아세틸렌가스가 열분해되어 아세틸렌 블랙이 제조된다. 유도코일(24)에 공급되는 교류 전류의 주파수를 조절하면, 흑연튜브(21)의 온도를 800~2000℃로 조절할 수 있다. 흑연튜브(21)의 온도가 달라지면 아세틸렌가스의 열분해 온도가 달라진다. 따라서, 열분해 온도를 조절하여 물성이 서로 다른 아세틸렌 블랙을 제조할 수 있다.When alternating current is supplied to the induction coil 24, a magnetic field is formed around the induction coil 24, and heat is generated in the graphite tube 21 due to eddy current loss and hysteresis loss due to electromagnetic induction. At this time, acetylene gas passing through the graphite tube 21 is thermally decomposed to produce acetylene black. By adjusting the frequency of the alternating current supplied to the induction coil 24, the temperature of the graphite tube 21 can be adjusted to 800 to 2000°C. When the temperature of the graphite tube 21 changes, the thermal decomposition temperature of acetylene gas changes. Therefore, acetylene black with different physical properties can be manufactured by controlling the thermal decomposition temperature.
아세틸렌가스가 열분해되는 온도를 측정하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 온도센서(Ts)는 석영관(23), 단열재(22)를 뚫고 들어가 흑연튜브(21)의 온도를 측정한다. 온도센서(Ts)는 흑연튜브(21)의 온도를 측정한 후, 그 온도값을 제어부(11)에 실시간으로 보낸다. 물론, 온도센서(Ts)는 시스템 곳곳에 더 설치될 수 있다.In order to measure the temperature at which acetylene gas is thermally decomposed, as shown in FIG. 1, the temperature sensor Ts penetrates the quartz tube 23 and the insulation material 22 and measures the temperature of the graphite tube 21. The temperature sensor Ts measures the temperature of the graphite tube 21 and then sends the temperature value to the control unit 11 in real time. Of course, more temperature sensors (Ts) can be installed throughout the system.
한편, 아세틸렌가스가 열분해될 때 흑연튜브(21)의 내부 압력을 측정하기 위해, 압력센서(Ps)가 흑연튜브(21)의 전후 배관에 설치된다. 압력센서(Ps)는 흑연튜브(21)의 내부 압력을 측정한 후, 그 압력값을 제어부(11)에 실시간으로 보낸다. 물론, 압력센서(Ps)는 시스템 곳곳에 더 설치될 수 있다.Meanwhile, in order to measure the internal pressure of the graphite tube 21 when acetylene gas is thermally decomposed, a pressure sensor Ps is installed in the pipes before and after the graphite tube 21. The pressure sensor Ps measures the internal pressure of the graphite tube 21 and then sends the pressure value to the control unit 11 in real time. Of course, pressure sensors (Ps) can be installed further throughout the system.
[아세틸렌가스 공급부(3), 아세틸렌가스 유량조절부(4)][acetylene gas supply unit (3), acetylene gas flow control unit (4)]
아세틸렌가스 공급부(3)는 아세틸렌가스를 공급한다. 아세틸렌가스 공급부(3)는 아세틸렌가스저장통, 공급펌프, 배관 등 공지된 기술로 다양하게 구성가능하다.The acetylene gas supply unit (3) supplies acetylene gas. The acetylene gas supply unit (3) can be configured in various ways using known technologies such as an acetylene gas storage tank, supply pump, and piping.
아세틸렌가스 유량조절부(4)는 아세틸렌가스 공급부(3)로부터 공급받은 아세틸렌가스의 유량을 제어하여, 유도가열로(2)로 투입한다. 아세틸렌가스 유량조절부(4)는 유량계, 유량조절밸브 등 공지된 기술로 다양하게 구성가능하다.The acetylene gas flow control unit (4) controls the flow rate of the acetylene gas supplied from the acetylene gas supply unit (3) and inputs it into the induction heating furnace (2). The acetylene gas flow control unit (4) can be configured in various ways using known technologies such as flow meters and flow control valves.
[질소가스 공급부(5), 질소가스 유량조절부(6)][Nitrogen gas supply unit (5), nitrogen gas flow control unit (6)]
질소가스 공급부(5)는 질소가스를 공급한다. 질소가스 공급부(3)는 질소가스저장통, 공급펌프, 배관 등 공지된 기술로 다양하게 구성가능하다.The nitrogen gas supply unit 5 supplies nitrogen gas. The nitrogen gas supply unit 3 can be configured in various ways using known technologies such as a nitrogen gas storage tank, supply pump, and piping.
질소가스 유량조절부(6)는 질소가스 공급부(5)로부터 공급받은 질소가스의 유량을 제어하여, 유도가열로(2)로 투입한다. 질소가스 투입으로 인해 유도가열로(2)의 내부가 대기압보다 높은 양압(1.1~1.9bar) 상태를 유지할 수 있어, 산소가 포함된 공기가 유도가열로(2)의 내부로 들어오지 못한다. 이로 인해, 아세틸렌가스가 고온에서 산소와 만나 폭발하는 것을 막을 수 있다. The nitrogen gas flow control unit (6) controls the flow rate of nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply unit (5) and inputs it into the induction heating furnace (2). Due to the introduction of nitrogen gas, the inside of the induction heating furnace (2) can maintain a positive pressure (1.1 to 1.9 bar) higher than atmospheric pressure, so air containing oxygen cannot enter the inside of the induction heating furnace (2). This prevents acetylene gas from exploding when it meets oxygen at high temperatures.
질소가스 유량조절부(6)는 유량계, 유량조절밸브 등 공지된 기술로 다양하게 구성가능하다.The nitrogen gas flow control unit 6 can be configured in various ways using known technologies such as flow meters and flow control valves.
[진공펌프(7)][Vacuum pump (7)]
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 진공펌프(7)는 배관(L1)을 통해 냉각부(8)와 연결된다. 배관(L1)에는 자동개폐밸브(Va)가 설치된다. 진공펌프(7)는 질소가스 투입 전, 배관(L1)과 냉각부(8)를 통해서 공기를 빨아들여, 유도가열로(2)의 내부뿐만 아니라 유도가열로(2)와 연결된 장치 전체를 진공상태로 만든다. 이로 인해, 아세틸렌가스가 고온에서 만나 폭발할 수 있는 산소를 유도가열로(2)에 질소가스를 투입하기 전에 미리 제거할 수 있다.As shown in FIGS. 4 and 5, the vacuum pump 7 is connected to the cooling unit 8 through a pipe L1. An automatic open/close valve (Va) is installed in the pipe (L1). Before nitrogen gas is introduced, the vacuum pump (7) sucks air through the pipe (L1) and the cooling unit (8), vacuuming not only the inside of the induction heating furnace (2) but also the entire device connected to the induction heating furnace (2). make it state Because of this, oxygen, which can explode when acetylene gas meets high temperature, can be removed in advance before introducing nitrogen gas into the induction heating furnace (2).
[냉각부(8)][Cooling unit (8)]
냉각부(8)는 유도가열로(2)의 아래에 위치되며, 유도가열로(2)와 연결된다. 냉각부(8)는 유도가열로(2)로부터 배출되는 아세틸렌가스와 질소가스와 아세틸렌 블랙이 혼합된 가스를 자연 냉각시켜, 아세틸렌가스로부터 아세틸렌 블랙이 형성되는 열분해 반응을 멈추게 한다.The cooling unit (8) is located below the induction heating furnace (2) and is connected to the induction heating furnace (2). The cooling unit 8 naturally cools the mixed gas of acetylene gas, nitrogen gas, and acetylene black discharged from the induction heating furnace 2, thereby stopping the thermal decomposition reaction in which acetylene black is formed from acetylene gas.
[양압 크기별 포집부(9)][Positive pressure size-specific collection unit (9)]
양압 크기별 포집부(9)는 배관(L2)을 통해 냉각부(8)와 연결된다.The positive pressure size collection unit (9) is connected to the cooling unit (8) through a pipe (L2).
양압 크기별 포집부(9)는 냉각부(8)로부터 배출되는 아세틸렌 블랙을 양압 크기별로 분리하여 포집한다. 이를 위해, 양압 크기별 포집부(9)는 n개의 포집통(9a)과, 냉각부(8)와 n개의 포집통(9a)을 연결하는 배관(9b)과, 배관(9b)을 개폐하기 위한 n개의 자동개폐밸브(Va)를 구비한다.The positive pressure size-specific collection unit (9) separates and collects the acetylene black discharged from the cooling unit (8) by positive pressure size. For this purpose, the positive pressure size-specific collection unit (9) includes n collection bins (9a), a pipe (9b) connecting the cooling unit (8) and the n collection bins (9a), and a device for opening and closing the pipe (9b). It is equipped with n automatic opening and closing valves (Va).
이러한 구성으로, 양압 크기가 1번째면 1번째의 자동개폐밸브(Va)만을 열어, 1번째의 포집통(9a)에 1번째의 양압 크기에서 제조된 아세틸렌 블랙만을 포집한다. 같은 원리로, 양압 크기가 n번째면 n번째의 자동개폐밸브(Va)만을 열어, n번째의 포집통(9a)에 n번째의 양압 크기에서 제조된 아세틸렌 블랙만을 포집한다. 각각의 포집통(9a) 내부에는 아세틸렌 블랙을 걸러 포집하는 필터(미도시)가 각각 구비된다.With this configuration, when the positive pressure level is the first, only the first automatic opening and closing valve (Va) is opened, and only the acetylene black produced at the first positive pressure level is collected in the first collection container (9a). According to the same principle, if the positive pressure level is nth, only the nth automatic opening and closing valve (Va) is opened, and only the acetylene black manufactured at the nth positive pressure level is collected in the nth collection container (9a). Inside each collection container 9a, a filter (not shown) is provided to filter and collect acetylene black.
한편, 양압 크기별 아세틸렌 블랙을 확실하게 구분하여 포집하기 위해, 양압을 바꾸고 난 후 일정 시간 동안 배관(L2)과 n개의 포집통(9a)을 연결하는 배관(9b)을 청소하는 작업을 할 수 있다. 배관 청소시, 배관(9b)을 개폐하기 위한 n개의 자동개폐밸브(Va)는 배관(9b)을 차단한다. 배관 청소로 인해, 양압을 바꾸기 전 배관(L2)과 n개의 포집통(9a)을 연결하는 배관(9b)에 남아 있을 수 있는 다른 양압에서 만들어진 아세틸렌 블렉을 확실하게 제거할 수 있다. 이를 위해, 배관(L2)과 배기부(10)를 바로 연결하는 바이패스라인과, 바이패스라인을 개폐하는 자동개폐밸브와, 배관(L2,9b)에 잔류하는 아세틸렌 블랙을 빨아들여 배기부(10)로 보내는 진공펌프가 더 구비된다.Meanwhile, in order to clearly classify and collect acetylene black by positive pressure size, the pipe (9b) connecting the pipe (L2) and the n collection containers (9a) can be cleaned for a certain period of time after changing the positive pressure. . When cleaning the pipe, n automatic opening and closing valves (Va) for opening and closing the pipe (9b) block the pipe (9b). By cleaning the pipe, it is possible to reliably remove acetylene black created at different positive pressures that may remain in the pipe (9b) connecting the pipe (L2) and the n collection containers (9a) before changing the positive pressure. For this purpose, there is a bypass line that directly connects the pipe (L2) and the exhaust section (10), an automatic opening and closing valve that opens and closes the bypass line, and the acetylene black remaining in the pipes (L2, 9b) is sucked into the exhaust section ( 10) A vacuum pump is further provided.
[배기부(10)][Exhaust unit (10)]
배기부(10)는 양압 크기별 포집부(9)에서 아세틸렌 블랙이 포집된 후 배출되는 가스에서 유해 물질을 제거한 후 대기로 배출한다. 배기부(10)는 유해물질제거필터 등 공지된 기술로 다양하게 구성가능하다.The exhaust unit 10 removes harmful substances from the gas discharged after acetylene black is collected in the positive pressure size collection unit 9 and then discharges it into the atmosphere. The exhaust unit 10 can be configured in various ways using known technologies, such as a hazardous substance removal filter.
[제어부(11)][Control unit (11)]
제어부(11)는 유도가열로(2)의 내부로 산소가 유입되는 것을 막기 위해, 유도가열로(2)의 내부에 걸리는 압력을 대기압보다 높은 양압으로 만들도록, 질소가스 유량조절부(6)에게 유도가열로(2)로 투입되는 질소가스의 유량을 조절하라고 지시한다.In order to prevent oxygen from flowing into the induction heating furnace (2), the control unit (11) uses a nitrogen gas flow control unit (6) to make the pressure inside the induction heating furnace (2) a positive pressure higher than atmospheric pressure. Instruct the user to adjust the flow rate of nitrogen gas introduced into the induction heating furnace (2).
제어부(11)는 유도가열로(2)의 내부에 걸리는 양압 크기(1.1~1.9bar)에 따라 물성이 다른 아세틸렌 블랙을 제조하기 위해, 질소가스 유량조절부(6)에게 유도가열로(2)로 투입되는 질소가스의 유량을 조절하라고 지시한다.The control unit 11 sends the nitrogen gas flow control unit 6 to the induction heating furnace 2 in order to manufacture acetylene black with different physical properties depending on the positive pressure applied inside the induction heating furnace 2 (1.1 to 1.9 bar). Instructs the user to adjust the flow rate of nitrogen gas introduced into the system.
[예비가열부(12)][Preheating unit (12)]
예비가열부(12)는 유도가열로(2)로 투입되는 아세틸렌가스의 온도를 열분해되는 온도 직전까지 올려, 유도가열로(2)에서 본격적인 열분해가 시작되는 시간을 단축시킨다. 예비가열부(12)는 아세틸렌가스 유량조절부(4)에서 유도가열로(2)로 들어가는 배관의 주위를 감싸는 히터로 구성될 수 있다.The preheating unit 12 increases the temperature of the acetylene gas introduced into the induction heating furnace 2 to just before the thermal decomposition temperature, thereby shortening the time for full-scale thermal decomposition to begin in the induction heating furnace 2. The preheating unit 12 may be composed of a heater surrounding the pipe entering the induction heating furnace 2 from the acetylene gas flow control unit 4.
[모니터부(13)][Monitor unit (13)]
모니터부(13)는 아세틸렌가스 공급량, 질소가스 공급량, 유도가열로의 온도, 예비가열로의 온도, 유도가열로 내의 압력 상태, 양압 크기별 포집부에 포집된 아세틸렌 블랙 포집량 등 다양한 정보를 관리자가 한눈에 볼 수 있게 디스플레이 한다. 또한, 모니터부(13)는 터치스크린으로 구성되어, 관리자가 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템(1)의 작동에 필요한 조건과 래서피(recipe)를 입력할 수 있다.The monitor unit 13 allows the manager to collect various information, such as the amount of acetylene gas supplied, the amount of nitrogen gas supplied, the temperature of the induction heating furnace, the temperature of the preheating furnace, the pressure state in the induction heating furnace, and the amount of acetylene black collected in the collection unit by positive pressure size. Display it so you can see it at a glance. In addition, the monitor unit 13 is configured with a touch screen, so that the manager can input conditions and recipes required for the operation of the acetylene black manufacturing system 1, which controls physical properties by controlling pressure.
[전원부(14)][Power unit (14)]
전원부(14)는 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템(1)의 작동에 필요한 전원을 공급한다.The power supply unit 14 supplies the power required to operate the acetylene black manufacturing system 1, which controls physical properties by controlling pressure.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템으로, 물성이 조절된 아세틸렌 블랙을 제조하는 방법을 설명한다. 도 1 내지 도 5를 기본적으로 참조한다. 또한, 모든 과정은 제어부(11)에 의해 진행된다. Hereinafter, a method for producing acetylene black with controlled physical properties will be described using an acetylene black manufacturing system that controls physical properties by controlling pressure according to an embodiment of the present invention. Basically refer to FIGS. 1 to 5. Additionally, all processes are performed by the control unit 11.
진공펌프(7)는 배관(L1)과 냉각부(8)를 통해서 공기를 빨아들여, 유도가열로(2)의 내부뿐만 아니라 아세틸렌 블랙 제조시스템(1) 전체 시스템을 진공상태로 만든다. 이로 인해, 시스템에 남아 있는 산소가 제거된다.The vacuum pump (7) sucks air through the pipe (L1) and the cooling unit (8), making not only the inside of the induction heating furnace (2) but also the entire acetylene black production system (1) into a vacuum state. This removes any oxygen remaining in the system.
예비가열부(12)는 아세틸렌가스 유량조절부(4)에서 유도가열로(2)로 들어가는 배관을 가열한다.The preheating unit 12 heats the pipe entering the induction heating furnace 2 from the acetylene gas flow control unit 4.
전류공급기(25)가 유도코일(24)에 교류 전류를 공급하여, 전자기유도에 의해 흑연튜브(21)의 온도를 올린다.The current supplier 25 supplies alternating current to the induction coil 24, raising the temperature of the graphite tube 21 by electromagnetic induction.
질소가스 공급부(5)는 질소가스를 공급한다. 질소가스가 유도가열로(2)로 들어가 유도가열로(2)의 내부가 양압 상태가 되면, 진공펌프(7)의 작동을 멈춘다. 또한, 배관(L1)에 설치된 자동개폐밸브(Va)가 배관(L1)을 차단하여, 진공펌프(7)로 질소가스가 이동하는 것을 차단한다.The nitrogen gas supply unit 5 supplies nitrogen gas. When nitrogen gas enters the induction heating furnace (2) and the inside of the induction heating furnace (2) becomes a positive pressure state, the vacuum pump (7) stops operating. In addition, the automatic opening/closing valve (Va) installed in the pipe (L1) blocks the pipe (L1), thereby blocking nitrogen gas from moving to the vacuum pump (7).
질소가스 유량조절부(6)는 질소가스 공급부(5)로부터 공급받은 질소가스의 유량을 제어하여, 유도가열로(2)로 투입한다. 질소가스를 지속적으로 투입하여 유도가열로(2)의 내부를 대기압보다 높은 양압(1.1~1.9bar) 상태로 유지시킨다. 그 이유는, 고온에서 산소와 만나면 폭발하는 아세틸렌가스의 특성상, 유도가열로(2)의 내부 및 이와 연결된 시스템으로 산소가 포함된 공기가 들어오는 것을 막아야 하기 때문이다.The nitrogen gas flow control unit (6) controls the flow rate of nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply unit (5) and inputs it into the induction heating furnace (2). Nitrogen gas is continuously introduced to maintain the inside of the induction heating furnace (2) at a positive pressure (1.1 to 1.9 bar) higher than atmospheric pressure. This is because, due to the nature of acetylene gas, which explodes when it meets oxygen at high temperatures, air containing oxygen must be prevented from entering the interior of the induction heating furnace (2) and the system connected to it.
물론, 아세틸렌가스 열분해 반응 중 진공펌프(7)로 공기를 계속 빼내서 유도가열로(2) 내부의 산소를 제거할 수도 있지만, 이 경우 아세틸렌가스가 열분해 되기도 전에 진공펌프(7) 쪽으로 빠져버려, 진공펌프(7)로 공기를 계속 빼내는 방식은 바람직하지 않다.Of course, it is possible to remove oxygen inside the induction heating furnace (2) by continuously removing air with the vacuum pump (7) during the acetylene gas thermal decomposition reaction, but in this case, the acetylene gas escapes into the vacuum pump (7) before it is thermally decomposed, and the vacuum It is not desirable to continuously remove air using the pump (7).
아세틸렌가스 공급부(3)가 아세틸렌가스를 공급한다. The acetylene gas supply unit (3) supplies acetylene gas.
아세틸렌가스 유량조절부(4)는 아세틸렌가스 공급부(3)로부터 공급받은 아세틸렌가스의 유량을 제어하여, 유도가열로(2)로 투입한다.The acetylene gas flow control unit (4) controls the flow rate of the acetylene gas supplied from the acetylene gas supply unit (3) and inputs it into the induction heating furnace (2).
유도가열로(2)의 흑연튜브(21)를 통과하는 아세틸렌가스가 열분해되어 아세틸렌 블랙이 제조된다. 이때, 제어부(11)는 유도가열로(2)의 내부에 걸리는 양압 크기를 조절하여, 물성이 다른 아세틸렌 블랙을 제조하기 위해, 유도가열로(2)에 걸리는 양압 크기를 1.1 내지 1.9bar로 바꾸도록, 질소가스 유량조절부(6)에게 유도가열로(2)로 투입되는 질소가스의 유량을 조절하라고 지시한다.Acetylene gas passing through the graphite tube 21 of the induction heating furnace 2 is thermally decomposed to produce acetylene black. At this time, the control unit 11 adjusts the positive pressure applied to the inside of the induction heating furnace 2, and changes the positive pressure applied to the induction heating furnace 2 to 1.1 to 1.9 bar in order to produce acetylene black with different physical properties. In this way, the nitrogen gas flow control unit (6) is instructed to adjust the flow rate of nitrogen gas introduced into the induction heating furnace (2).
냉각부(8)는 유도가열로(2)로부터 배출되는 아세틸렌가스와 질소가스와 아세틸렌 블랙이 혼합된 가스를 자연 냉각시켜, 아세틸렌가스로부터 아세틸렌 블랙이 형성되는 열분해 반응을 멈추게 한다.The cooling unit 8 naturally cools the mixed gas of acetylene gas, nitrogen gas, and acetylene black discharged from the induction heating furnace 2, thereby stopping the thermal decomposition reaction in which acetylene black is formed from acetylene gas.
양압 크기별 포집부(9)는 양압 크기에 따라 물성이 서로 다르게 제조된 아세틸렌 블랙을 각각 분리하여 포집한다.The collection unit 9 for each positive pressure size separates and collects acetylene black manufactured with different physical properties depending on the positive pressure size.
배기부(10)는 양압 크기별 포집부(9)에서 아세틸렌 블랙이 포집된 후 배출되는 가스에서 유해 물질을 제거한 후 대기로 배출한다.The exhaust unit 10 removes harmful substances from the gas discharged after acetylene black is collected in the positive pressure size collection unit 9 and then discharges it into the atmosphere.
1: 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템
2: 유도가열로 3: 아세틸렌가스 공급부
4: 아세틸렌가스 유량조절부 5: 질소가스 공급부
6: 질소가스 유량조절부 7: 진공펌프
8: 냉각부 9: 양압 크기별 포집부
10: 배기부 11: 제어부
12: 예비가열부 13: 모니터부
14: 전원부1: Acetylene black manufacturing system that controls physical properties by controlling pressure
2: Induction heating furnace 3: Acetylene gas supply section
4: Acetylene gas flow control unit 5: Nitrogen gas supply unit
6: Nitrogen gas flow control unit 7: Vacuum pump
8: Cooling unit 9: Positive pressure collection unit by size
10: exhaust unit 11: control unit
12: Preheating unit 13: Monitor unit
14: power unit
Claims (5)
상기 유도가열로의 내부로 산소가 유입되는 것을 막기 위해, 상기 유도가열로의 내부에 대기압보다 높은 양압이 걸리도록, 상기 질소가스 유량조절부에게 상기 유도가열로로 투입되는 질소가스의 유량을 조절하라고 지시하고, 상기 유도가열로의 내부에 걸리는 양압 크기에 따라 물성이 서로 다른 아세틸렌 블랙을 제조하기 위해, 상기 질소가스 유량조절부에게 상기 유도가열로로 투입되는 질소가스의 유량을 조절하라고 지시하는 제어부를 포함하며,
상기 양압 크기별 포집부는,
상기 유도가열로의 내부에 걸리는 양압 크기에 따라 제조되어 물성이 서로 다른 아세틸렌 블랙이 각각 포집되는 n개의 포집통;
상기 냉각부와 상기 n개의 포집통을 연결하는 배관;
상기 배관을 개폐하기 위한 n개의 자동개폐밸브;
상기 n개의 포집통 각각에 구비되어 상기 유도가열로의 내부에 걸리는 양압 크기에 따라 제조되어 물성이 서로 다른 아세틸렌 블랙을 거르는 필터;
상기 n개의 포집통을 연결하는 배관과 상기 배기부를 바로 연결하는 바이패스라인;
상기 바이패스라인을 개폐하는 자동개폐밸브;
상기 n개의 포집통을 연결하는 배관에 잔류하는 아세틸렌 블랙을 빨아들여 상기 배기부로 보내는 진공펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템.An induction heating furnace that produces acetylene black by thermally decomposing acetylene gas in an oxygen-free atmosphere; Acetylene gas supply unit that supplies acetylene gas; An acetylene gas flow rate control unit that controls the flow rate of acetylene gas supplied from the acetylene gas supply unit and injects it into the induction heating furnace; A nitrogen gas supply unit that supplies nitrogen gas; A nitrogen gas flow control unit that controls the flow rate of nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply unit and supplies it to the induction heating furnace to bring the inside of the induction heating furnace into a positive pressure state higher than atmospheric pressure; A vacuum pump that vacuumizes the interior of the induction heating furnace before introducing nitrogen gas; A cooling unit that cools the mixed gas of acetylene gas, nitrogen gas, and acetylene black discharged from the induction heating furnace to stop the thermal decomposition reaction in which acetylene black is formed from the acetylene gas; A positive pressure size-specific collection unit that separates and collects acetylene black, which has different physical properties depending on the positive pressure applied to the induction heating furnace, by positive pressure size; an exhaust unit that receives and exhausts the gas discharged after acetylene black is collected in the positive pressure size-specific collection unit; and
In order to prevent oxygen from flowing into the induction heating furnace, the nitrogen gas flow rate controller adjusts the flow rate of nitrogen gas introduced into the induction heating furnace so that a positive pressure higher than atmospheric pressure is applied to the inside of the induction heating furnace. Instructing the nitrogen gas flow control unit to adjust the flow rate of nitrogen gas introduced into the induction heating furnace in order to produce acetylene black with different physical properties depending on the positive pressure applied to the inside of the induction heating furnace. Includes a control unit,
The positive pressure size-specific collection unit,
n collection bins in which acetylene black with different physical properties is collected according to the positive pressure applied to the inside of the induction heating furnace;
Piping connecting the cooling unit and the n collection bins;
n automatic opening and closing valves for opening and closing the pipe;
A filter provided in each of the n collection bins and filtering acetylene black with different physical properties manufactured according to the positive pressure applied to the inside of the induction heating furnace;
a bypass line directly connecting the pipe connecting the n collection bins and the exhaust unit;
An automatic opening and closing valve that opens and closes the bypass line;
An acetylene black production system that controls physical properties by controlling pressure, comprising a vacuum pump that sucks acetylene black remaining in the pipe connecting the n collection bins and sends it to the exhaust unit.
상기 유도가열로로 투입되는 아세틸렌가스의 온도를 열분해되는 온도 직전까지 올려, 상기 유도가열로에서 본격적인 열분해가 시작되는 시간을 단축시키는 예비가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템.According to paragraph 1,
Controlling physical properties by pressure control, characterized in that it further comprises a preheating unit that increases the temperature of the acetylene gas introduced into the induction heating furnace to just before the thermal decomposition temperature, thereby shortening the time for full-scale thermal decomposition to begin in the induction heating furnace. Acetylene black manufacturing system.
상기 제어부는 상기 유도가열로에 걸리는 양압의 크기를 1.1 내지1.9bar로 바꾸기 위해, 상기 질소가스 유량조절부에게 상기 유도가열로로 투입되는 질소가스의 유량을 조절하라고 지시하는 것을 특징으로 하는 압력 조절로 물성을 제어하는 아세틸렌 블랙 제조시스템.According to paragraph 1,
Pressure control, wherein the control unit instructs the nitrogen gas flow control unit to adjust the flow rate of nitrogen gas introduced into the induction heating furnace in order to change the positive pressure applied to the induction heating furnace to 1.1 to 1.9 bar. Acetylene black manufacturing system that controls physical properties.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |