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KR20240012843A - Carbon nanotube fabricating apparatus and carbon nanotube fabricating method using the same - Google Patents

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KR20240012843A
KR20240012843A KR1020220090312A KR20220090312A KR20240012843A KR 20240012843 A KR20240012843 A KR 20240012843A KR 1020220090312 A KR1020220090312 A KR 1020220090312A KR 20220090312 A KR20220090312 A KR 20220090312A KR 20240012843 A KR20240012843 A KR 20240012843A
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carbon nanotube
housing
reactor
plasma reactor
plasma
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송영훈
김관태
이희수
최정안
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한국기계연구원
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a carbon nanotube synthesis device comprises: a plasma reactor for thermally decomposing a hydrocarbon raw material; a decomposition gas delivery pipe for moving a decomposition gas generated in the plasma reactor; and a catalytic reactor for receiving light hydrocarbons from the plasma reactor to generate carbon nanotubes, wherein the plasma reactor can thermally decompose the hydrocarbon raw material to generate hydrogen and light hydrocarbons. According to the present invention, carbon nanotubes can be easily synthesized.

Description

탄소나노튜브 합성 장치 및 이를 이용한 탄소나노튜브 합성 방법{CARBON NANOTUBE FABRICATING APPARATUS AND CARBON NANOTUBE FABRICATING METHOD USING THE SAME}Carbon nanotube synthesis device and carbon nanotube synthesis method using the same {CARBON NANOTUBE FABRICATING APPARATUS AND CARBON NANOTUBE FABRICATING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 탄소나노튜브를 합성하는 합성 장치 및 합성 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 탄소나노튜브를 합성하는 합성 장치 및 합성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a synthesis device and method for synthesizing carbon nanotubes, and more specifically, to a synthesis device and method for synthesizing carbon nanotubes using plasma.

알려진 바에 따르면, 플라즈마로 고온의 반응을 유도하거나 고온의 환경을 만들어 주기 위해, 아크 플라즈마(Arc Plasma), 마이크로웨이브 플라즈마(Microwave Plasma), 용량결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma) 및 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 등의 기술이 사용된다. 이 기술들은 각 기술에 따른 장점과 단점 및 플라즈마 발생을 위한 반응기에서 구조적인 차이점을 가진다.As is known, in order to induce a high-temperature reaction with plasma or create a high-temperature environment, arc plasma, microwave plasma, capacitively coupled plasma, and inductively coupled plasma are used. Technologies such as plasma are used. These technologies have advantages and disadvantages for each technology and structural differences in the reactor for plasma generation.

탄소나노튜브(Carbon nanotube)는 흑연면(graphite sheet)이 나노크기(nano-sized)의 직경으로 둥글게 말린 실린더 형태이며, 흑연면이 말리는 각도 및 구조(Chirality)에 따라서 전기적 특성이 도체 또는 반도체 특징을 가지게 된다. 또한, 말린 실린더의 흑연면의 개수에 따라, 1개인 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube), 2개인 이중벽 탄소나노튜브(double-walled carbon nanotube), 3개 이상인 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube)로 구분할 수 있다.Carbon nanotubes are in the form of cylinders in which graphite sheets are rolled up to a nano-sized diameter, and depending on the angle and structure (chirality) at which the graphite sheets are rolled, their electrical properties are those of a conductor or a semiconductor. will have In addition, depending on the number of graphite surfaces of the rolled cylinder, one single-walled carbon nanotube, two double-walled carbon nanotubes, and three or more multi-walled carbon nanotubes ( It can be classified into multi-walled carbon nanotube).

단일벽 탄소나노튜브는 수 나노미터 이하의 작은 직경과 흑연면이 말리는 각도에 따라 전기적 특성이 도체 또는 반도체 특징을 나타내어 기존의 소재에 비해 탁월한 특성을 나타내기 때문에 반도체 소자, 이차전지 전극, 센서, 전자방출소자, 슈퍼 캐패시터 등에서 활발한 응용이 기대되고 있다. 이러한 단일벽 탄소나노튜브가 유용하게 사용되기 위해서는 고순도의 단일벽 탄소나노튜브를 저렴하게 대량으로 합성하여 공급할 수 있어야 한다.Single-walled carbon nanotubes exhibit conductor or semiconductor electrical properties depending on the small diameter of a few nanometers or less and the angle at which the graphite surface is rolled, showing superior properties compared to existing materials, and are therefore widely used in semiconductor devices, secondary battery electrodes, sensors, Active application is expected in electron-emitting devices, super capacitors, etc. In order for these single-walled carbon nanotubes to be useful, it must be possible to synthesize and supply high-purity single-walled carbon nanotubes in large quantities at low cost.

일반적으로 단일벽 탄소나노튜브의 합성방법은 크게 두 가지로 분류할 수 있다. 전기 방전법(Arc-discharge)이나 레이저 증착법(Laser ablation)과 같이 흑연과 같은 고체상의 탄소를 기화(evaporation)시킨 후, 냉각되는 과정에서 탄소나노튜브가 생성될 수 있는 조건을 만들어주는 방법과 탄화수소가스 기체를 촉매금속과 반응시켜 탄소나노튜브를 합성하는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방식이 있다. In general, methods for synthesizing single-walled carbon nanotubes can be broadly classified into two types. A method that evaporates solid carbon such as graphite, such as an arc-discharge or laser ablation method, and then creates conditions for carbon nanotubes to be created in the cooling process, and hydrocarbon There is a chemical vapor deposition (CVD) method that synthesizes carbon nanotubes by reacting gas with a catalyst metal.

이러한 방식으로 탄소나노튜브를 합성하기 위해서는 에틸렌 또는 아세틸렌을 공급하여야 하며, 에틸렌 또는 아세틸렌의 분해 과정에서 카본들이 촉매 상에서 성장하게 된다. 그러나 에틸렌 또는 아세틸렌은 상대적으로 고가의 원료이므로 제조원가가 상승하는 문제가 있다.To synthesize carbon nanotubes in this way, ethylene or acetylene must be supplied, and carbons grow on the catalyst during the decomposition of ethylene or acetylene. However, because ethylene or acetylene is a relatively expensive raw material, there is a problem of increased manufacturing costs.

본 발명은 비교적 저가의 탄화수소물질을 이용하여 탄소나노튜브를 합성할 수 있는 탄소나노튜브 합성 장치 및 탄소나노튜브 합성 방법을 제공한다.The present invention provides a carbon nanotube synthesis device and a carbon nanotube synthesis method that can synthesize carbon nanotubes using relatively inexpensive hydrocarbon materials.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치는 탄화수소 원료를 열분해하는 플라즈마 반응기, 상기 플라즈마 반응기에서 생성된 분해가스를 이동시키는 분해가스 전달관, 상기 플라즈마 반응기에서 경질 탄화수소를 공급받아 탄소나노튜브를 생성하는 촉매 반응기를 포함하며, 상기 플라즈마 반응기는 탄화수소 원료를 열분해하여 수소, 경질탄화수소를 생성할 수 있다.A carbon nanotube synthesis device according to an embodiment of the present invention includes a plasma reactor that thermally decomposes hydrocarbon raw materials, a decomposition gas transmission pipe that moves decomposition gas generated in the plasma reactor, and carbon nanotubes that receive light hydrocarbons from the plasma reactor. It includes a catalytic reactor that produces, and the plasma reactor can generate hydrogen and light hydrocarbons by thermally decomposing hydrocarbon raw materials.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 탄화수소 원료는 가스 오일, 연료 오일, 천연가스, 메탄가스, 부생 연료로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다. The hydrocarbon raw material according to an embodiment of the present invention may be any one selected from the group consisting of gas oil, fuel oil, natural gas, methane gas, and by-product fuel.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치는 상기 플라즈마 반응기와 상기 촉매 반응기 사이에 설치되어 분해가스에서 수소를 분리하는 분리장치를 더 포함할 수 있다.The carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a separation device installed between the plasma reactor and the catalytic reactor to separate hydrogen from the decomposition gas.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치는 상기 플라즈마 반응기와 상기 촉매 반응기 사이에 설치되어 분해가스에서 미반응 원료와 수소를 분리하는 분리장치를 더 포함할 수 있다.The carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a separation device installed between the plasma reactor and the catalytic reactor to separate unreacted raw materials and hydrogen from the decomposition gas.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치는 상기 분리장치에서 미반응 원료와 수소를 상기 플라즈마 반응기로 공급하는 제1 회수관을 더 포함할 수 있다.The carbon nanotube synthesis device according to an embodiment of the present invention may further include a first recovery pipe that supplies unreacted raw materials and hydrogen from the separation device to the plasma reactor.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 촉매 반응기는 유동층 반응기로 이루어질 수 있다.The catalytic reactor according to an embodiment of the present invention may be composed of a fluidized bed reactor.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치는 상기 촉매 반응기에서 미반응 원료를 상기 플라즈마 반응기로 공급하는 제2 회수관을 더 포함할 수 있다.The carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a second recovery pipe for supplying unreacted raw materials from the catalytic reactor to the plasma reactor.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치는 상기 제2 회수관에 연결되어 미반응 경질탄화수소를 상기 촉매 반응기로 공급하는 바이패스 회수관을 더 포함할 수 있다.The carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a bypass recovery pipe connected to the second recovery pipe to supply unreacted light hydrocarbons to the catalytic reactor.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 플라즈마 반응기는 접지되며 분해된 가스가 배출되는 배출통로가 형성된 하우징과 방전 전압으로 대전된 상기 하우징 내부에 삽입된 방전 전극을 포함하고, 상기 하우징에는 상기 배출통로를 통해서 배출되는 가스의 온도를 낮추기 위한 냉각 장치가 설치될 수 있다.The plasma reactor according to an embodiment of the present invention includes a housing that is grounded and has an exhaust passage through which decomposed gas is discharged, and a discharge electrode inserted into the housing charged with a discharge voltage, and the housing includes the discharge passage. A cooling device may be installed to lower the temperature of the gas discharged through the gas.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 플라즈마 반응기는 접지되며 분해된 가스가 배출되는 배출통로가 형성된 하우징과 방전 전압으로 대전된 상기 하우징 내부에 삽입된 방전 전극을 포함하고, 상기 하우징에는 상기 배출통로를 통해서 배출되는 가스의 온도를 낮추기 위한 열교환 수단이 설치될 수 있다.The plasma reactor according to an embodiment of the present invention includes a housing that is grounded and has an exhaust passage through which decomposed gas is discharged, and a discharge electrode inserted into the housing charged with a discharge voltage, and the housing includes the discharge passage. Heat exchange means may be installed to lower the temperature of the gas discharged through the gas.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 플라즈마 반응기는 접지되며 분해된 가스가 배출되는 배출통로가 형성된 하우징과 방전 전압으로 대전된 상기 하우징 내부에 삽입된 방전 전극을 포함하고, 상기 하우징의 외측에는 상기 배출통로를 통해서 배출되는 가스를 향하여 냉각 유체를 분사하는 냉각 노즐이 설치될 수 있다.The plasma reactor according to an embodiment of the present invention includes a housing that is grounded and has a discharge passage through which decomposed gas is discharged, and a discharge electrode inserted into the housing charged with a discharge voltage, and the discharge electrode is disposed on the outside of the housing. A cooling nozzle that sprays cooling fluid toward the gas discharged through the passage may be installed.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 플라즈마 반응기는 접지되며 분해된 가스가 배출되는 배출통로가 형성된 하우징과 방전 전압으로 대전된 상기 하우징 내부에 삽입된 방전 전극을 포함하고, 상기 하우징에는 아크를 회전시키는 자석부재가 설치될 수 있다.The plasma reactor according to an embodiment of the present invention includes a housing that is grounded and has an exhaust passage through which decomposed gas is discharged, and a discharge electrode inserted into the housing charged with a discharge voltage, and the housing includes a device for rotating an arc. A magnetic member may be installed.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 플라즈마 반응기는 접지되며 분해된 가스가 배출되는 배출통로가 형성된 하우징과 방전 전압으로 대전된 상기 하우징 내부에 삽입된 방전 전극을 포함하고, 상기 하우징에는 상기 배출통로를 형성하며 상기 하우징에 대하여 이동 가능하게 설치된 선단 캡과 상기 선단 캡을 이동시키는 엑츄에이터가 설치될 수 있다.The plasma reactor according to an embodiment of the present invention includes a housing that is grounded and has an exhaust passage through which decomposed gas is discharged, and a discharge electrode inserted into the housing charged with a discharge voltage, and the housing includes the discharge passage. A tip cap that is movably installed with respect to the housing and an actuator that moves the tip cap may be installed.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법은 탄화수소 원료를 플라즈마 반응기로 공급하는 탄화수소 공급 단계, 플라즈마 반응기에서 생성되는 플라즈마를 이용하여 부산물을 열분해하는 플라즈마 열분해 단계, 및 열분해되어 생성된 분해가스를 이용하여 촉매 반응기에서 탄소나노튜브를 제조하는 탄소나노튜브 제조 단계를 포함하고, 상기 플라즈마 열분해 단계는 탄화수소 원료를 열분해하여 수소, 경질탄화수소를 생성할 수 있다.The carbon nanotube synthesis method according to an embodiment of the present invention includes a hydrocarbon supply step of supplying hydrocarbon raw materials to a plasma reactor, a plasma pyrolysis step of pyrolyzing by-products using plasma generated in the plasma reactor, and decomposition gas generated by pyrolysis. It includes a carbon nanotube manufacturing step of manufacturing carbon nanotubes in a catalytic reactor, and the plasma pyrolysis step can generate hydrogen and light hydrocarbons by pyrolyzing hydrocarbon raw materials.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법은 상기 플라즈마 반응기와 상기 촉매 반응기 사이에 설치된 분리장치를 이용하여 분해가스에서 미반응 원료와 수소를 분리하는 분리 단계를 더 포함할 수 있다.The carbon nanotube synthesis method according to an embodiment of the present invention may further include a separation step of separating unreacted raw materials and hydrogen from the decomposition gas using a separation device installed between the plasma reactor and the catalytic reactor.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 분리 단계는 상기 분리장치에서 분리된 고체탄소 중 일부는 상기 촉매 반응기로 전달하며, 분리장치에서 분리된 고체탄소 중 일부는 외부로 배출할 수 있다.In the separation step according to an embodiment of the present invention, some of the solid carbon separated in the separation device may be transferred to the catalytic reactor, and some of the solid carbon separated in the separation device may be discharged to the outside.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 탄소나노튜브 제조 단계는 유동 촉매 반응기를 이용하여 탄소나노튜브를 연속적으로 합성하며, 상기 촉매 반응기에서 배출되는 미반응 원료와 수소를 상기 플라즈마 반응기로 공급하고, 상기 촉매 반응기에서 배출되는 미반응 경질탄화수소를 상기 촉매 반응기로 다시 공급할 수 있다.In the carbon nanotube manufacturing step according to an embodiment of the present invention, carbon nanotubes are continuously synthesized using a fluid catalytic reactor, unreacted raw materials and hydrogen discharged from the catalytic reactor are supplied to the plasma reactor, and the Unreacted light hydrocarbons discharged from the catalytic reactor can be supplied back to the catalytic reactor.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면 저가의 연료, 부생가스를 열분해하여 경질탄화수소를 생성하고, 경질탄화수소를 이용하여 탄소나노튜브를 용이하게 합성하고, 제조원가를 현저히 감소시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, light hydrocarbons can be generated by pyrolyzing low-cost fuels and by-product gases, carbon nanotubes can be easily synthesized using light hydrocarbons, and manufacturing costs can be significantly reduced.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 합성 장치를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 합성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 합성 장치를 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 합성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 합성 장치를 도시한 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 합성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제8 실시예의 변형예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.
1 is a configuration diagram showing a synthesis device according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view showing a plasma reactor according to a first embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flowchart for explaining the synthesis method according to the first embodiment of the present invention.
Figure 4 is a configuration diagram showing a synthesis device according to a second embodiment of the present invention.
Figure 5 is a flowchart for explaining the synthesis method according to the second embodiment of the present invention.
Figure 6 is a configuration diagram showing a synthesis device according to a third embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flowchart for explaining the synthesis method according to the third embodiment of the present invention.
Figure 8 is a configuration diagram showing a synthesis device according to a fourth embodiment of the present invention.
Figure 9 is a flowchart for explaining the synthesis method according to the fourth embodiment of the present invention.
Figure 10 is a cross-sectional view showing a plasma reactor according to a fifth embodiment of the present invention.
Figure 11 is a cross-sectional view showing a plasma reactor according to a sixth embodiment of the present invention.
Figure 12 is a cross-sectional view showing a plasma reactor according to a seventh embodiment of the present invention.
Figure 13 is a cross-sectional view showing a plasma reactor according to an eighth embodiment of the present invention.
Figure 14 is a cross-sectional view showing a plasma reactor according to a modified example of the eighth embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can be modified in various ways and can have various embodiments, specific embodiments will be exemplified and explained in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'include' or 'have' are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. At this time, note that in the attached drawings, like components are indicated by the same symbols whenever possible. Additionally, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically shown in the accompanying drawings.

이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치에 대해서 설명한다. Hereinafter, a carbon nanotube synthesis device according to the first embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성 장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.FIG. 1 is a configuration diagram showing a synthesis device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a plasma reactor according to a first embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 합성 장치(100)는 플라즈마 반응기(110), 원료 공급관(121), 분해가스 전달관(125), 촉매 반응기(150), 탄소나노튜브 배출관(126)을 포함할 수 있다.1 and 2, the synthesis device 100 according to the first embodiment includes a plasma reactor 110, a raw material supply pipe 121, a decomposition gas delivery pipe 125, a catalytic reactor 150, It may include a carbon nanotube discharge pipe 126.

원료 공급관(121)은 부생가스 또는 연료로 이루어진 탄화수소 원료를 플라즈마 반응기(110)로 공급한다. 부생가스는 석유화학 공정에서 생성되는 가스 오일(PGO), 연료 오일(PFO)을 포함할 수 있다. 연료는 천연가스, 메탄가스 등으로 이루어질 수 있다. 부생 연료는 석유화학 정제 공정에서 생성되는 연료로서 중유형 부생 연료와 등유형 부생 연료로 이루어질 수 있다.The raw material supply pipe 121 supplies hydrocarbon raw materials consisting of by-product gas or fuel to the plasma reactor 110. By-product gases may include gas oil (PGO) and fuel oil (PFO) generated in petrochemical processes. Fuel can be made of natural gas, methane gas, etc. Byproduct fuel is a fuel generated in a petrochemical refining process and can be composed of heavy oil-type byproduct fuel and kerosene-type byproduct fuel.

플라즈마 반응기(110)는 고온 조건을 생성하고, 급속하게 온도를 저하시킬 수 있는 아크 플라즈마 반응기로 이루어질 수 있다. 또한, 플라즈마 반응기(110)는 RF 주파수를 사용하는 유도결합 플라즈마 반응기(ICP) 또는 마이크로 웨이브 플라즈마 반응기로 이루어질 수도 있다. 이하에서는 플라즈마 반응기(110)가 아크 플라즈마 반응기로 이루어진 것을 예로서 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.The plasma reactor 110 may be an arc plasma reactor that can create high temperature conditions and rapidly reduce the temperature. Additionally, the plasma reactor 110 may be an inductively coupled plasma reactor (ICP) or a microwave plasma reactor using RF frequencies. Hereinafter, the plasma reactor 110 will be described as an example of an arc plasma reactor, but the present invention is not limited thereto.

플라즈마 반응기(110)는 하우징(112)과 방전극(113)을 포함할 수 있다. 하우징(112)은 내부 공간을 갖는 상자 형상으로 이루어지며, 하우징(112)의 내부에서 아크 방전이 일어난다. 아크 방전에 의하여 하우징(112) 내부로 유입된 물질은 고온으로 가열되며 플라즈마 상태로 전환될 수 있다.The plasma reactor 110 may include a housing 112 and a discharge electrode 113. The housing 112 has a box shape with an internal space, and arc discharge occurs inside the housing 112. The material introduced into the housing 112 by arc discharge is heated to a high temperature and may be converted into a plasma state.

하우징(112)에는 부산물이 유입되는 유입통로(114)가 형성되며, 유입통로(114)는 스월을 형성할 수 있도록 하우징(112)의 중심에 대하여 편심된 방향으로 이어진다. 한편, 하우징(112)의 길이방향 일측 단부에는 열에 의하여 분해된 물질이 배출되는 배출통로(115)와 배출통로(115)를 향하여 유동을 유도하며, 하우징(112)의 길이방향에 대하여 경사진 가이드 경사면(116)이 형성된다. An inflow passage 114 through which by-products flow is formed in the housing 112, and the inflow passage 114 extends in a direction eccentric with respect to the center of the housing 112 to form a swirl. Meanwhile, at one longitudinal end of the housing 112, there is a discharge passage 115 through which materials decomposed by heat are discharged, and a guide that guides the flow toward the discharge passage 115 and is inclined with respect to the longitudinal direction of the housing 112. An inclined surface 116 is formed.

방전극(113)은 하우징(112) 내부에 삽입되며 구동 전압으로 대전될 수 있다. 방전극(113)은 직류 또는 교류 전압으로 대전되며, 아크(AC)를 형성할 수 있을 정도의 고전압으로 대전된다. 방전극(113)과 하우징(112) 사이에는 절연을 위한 가스켓(118)이 설치될 수 있다.The discharge electrode 113 is inserted into the housing 112 and can be charged with a driving voltage. The discharge electrode 113 is charged with direct current or alternating current voltage, and is charged with a high enough voltage to form an arc (AC). A gasket 118 for insulation may be installed between the discharge electrode 113 and the housing 112.

방전극(113)은 하우징(112)과의 사이에서 아크(AC)를 형성하여 부산물을 열분해 하는데, 아크(AC)는 방전극(113)의 앞부분과 경사면(116) 사이에서 형성될 수 있다. 부산물은 배출통로(115)를 통과하면서 급속하게 가열되고, 배출통로(115)에서 배출되면서 급속하게 냉각될 수 있다. The discharge electrode 113 thermally decomposes by-products by forming an arc (AC) between the housing 112 and the arc (AC) may be formed between the front part of the discharge electrode 113 and the inclined surface 116. By-products may be rapidly heated while passing through the discharge passage 115 and rapidly cooled as they are discharged from the discharge passage 115.

플라즈마 반응기(110)에서 탄화수소 원료가 분해되면 수소와 경질탄화수소를 포함하는 분해가스가 생성될 수 있다. 여기서 경질탄화수소는 에틸렌 또는 에스테르로 이루어질 수 있다. 분해가스 전달관(125)은 플라즈마 반응기(110)에서 생성된 분해가스를 이동시키며, 분해가스를 촉매 반응기(150)로 전달한다. When hydrocarbon raw materials are decomposed in the plasma reactor 110, decomposition gas containing hydrogen and light hydrocarbons may be generated. Here, the light hydrocarbon may consist of ethylene or ester. The decomposed gas transmission pipe 125 moves the decomposed gas generated in the plasma reactor 110 and delivers the decomposed gas to the catalytic reactor 150.

촉매 반응기(150)는 고체 탄소와 경질탄화수소를 이용하여 탄소나노튜브를 제조한다. 촉매 반응기(150)는 기판에 촉매를 위치시킨 상태에서 탄소 및 경질탄화수소를 공급하여 아크 방전법, 화학기상증착법 등으로 탄소나노튜브를 제조할 수 있다. 여기서 촉매는 금속, 반도체, 세라믹 등으로 이루어질 수 있다. 탄소나노튜브 배출관(126)은 촉매 반응기(150)와 연결되어 촉매 반응기(150)에서 합성된 탄소나노튜브를 배출한다.The catalytic reactor 150 produces carbon nanotubes using solid carbon and light hydrocarbons. The catalytic reactor 150 can produce carbon nanotubes by supplying carbon and light hydrocarbons with a catalyst positioned on a substrate, using an arc discharge method, chemical vapor deposition method, etc. Here, the catalyst may be made of metal, semiconductor, ceramic, etc. The carbon nanotube discharge pipe 126 is connected to the catalytic reactor 150 and discharges the carbon nanotubes synthesized in the catalytic reactor 150.

상기한 바와 같이 본 실시예에 따른 합성 장치(100)는 저가의 탄화수소 원료를 이용하여 고부가가치 물질인 탄소나노튜브를 용이하게 제조할 수 있다.As described above, the synthesis device 100 according to this embodiment can easily manufacture carbon nanotubes, a high value-added material, using low-cost hydrocarbon raw materials.

이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법 에 대해서 설명한다. Hereinafter, a carbon nanotube synthesis method according to the first embodiment of the present invention will be described.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.Figure 3 is a flowchart for explaining the carbon nanotube synthesis method according to the first embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법은 탄화수소 공급 단계(S101), 플라즈마 열분해 단계(S102), 탄소나노튜브 제조 단계(S104)를 포함할 수 있다.1 to 3, the carbon nanotube synthesis method according to the first embodiment may include a hydrocarbon supply step (S101), a plasma pyrolysis step (S102), and a carbon nanotube manufacturing step (S104). there is.

탄화수소 공급 단계(S101)는 부생가스 또는 연료로 이루어진 탄화수소 원료를 플라즈마 반응기(110)로 공급한다. 부생가스는 석유화학 공정에서 생성되는 가스 오일(PGO), 연료 오일(PFO)을 포함할 수 있다. 연료는 천연가스, 메탄가스 등으로 이루어질 수 있다. 부생 연료는 석유화학 정제 공정에서 생성되는 연료로서 중유형 부생 연료와 등유형 부생 연료가 있다.In the hydrocarbon supply step (S101), hydrocarbon raw material consisting of by-product gas or fuel is supplied to the plasma reactor 110. By-product gases may include gas oil (PGO) and fuel oil (PFO) generated in petrochemical processes. Fuel can be made of natural gas, methane gas, etc. Byproduct fuel is a fuel generated in the petrochemical refining process and includes heavy oil-type byproduct fuel and kerosene-type byproduct fuel.

플라즈마 열분해 단계(S102)는 고온의 플라즈마를 이용하여 부산물을 열분해하되, 플라즈마가 발생된 영역에서 발생된 전자와 탄화수소의 충돌을 유발하여 열분해할 수 있다.In the plasma pyrolysis step (S102), the by-products are pyrolyzed using high-temperature plasma, and the pyrolysis can be caused by collision between electrons and hydrocarbons generated in the area where the plasma is generated.

플라즈마 열분해 단계(S102)는 탄화수소 원료를 1000도씨 내지 2000도씨로 가열할 수 있으며, 부산물 기체는 플라즈마 영역에서 1/1000초~1초 체류할 수 있다. The plasma pyrolysis step (S102) can heat the hydrocarbon raw material to 1000 degrees Celsius to 2000 degrees Celsius, and the by-product gas can stay in the plasma region for 1/1000 second to 1 second.

탄소나노튜브 제조 단계(S104)는 촉매 반응기(150)에서 분해가스를 이용하여 탄소나노튜브를 제조한다. 탄소나노튜브 제조 단계(S104)는 기판과 촉매를 이용하여 증착법, 방전법 등으로 탄소나노튜브를 제조할 수 있다. 여기서 촉매는 금속, 반도체, 세라믹 등으로 이루어질 수 있다.In the carbon nanotube manufacturing step (S104), carbon nanotubes are manufactured using decomposed gas in the catalytic reactor 150. In the carbon nanotube manufacturing step (S104), carbon nanotubes can be manufactured by a deposition method, a discharge method, etc., using a substrate and a catalyst. Here, the catalyst may be made of metal, semiconductor, ceramic, etc.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치에 대해서 설명한다. Hereinafter, a carbon nanotube synthesis device according to a second embodiment of the present invention will be described.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 합성 장치를 도시한 구성도이다.Figure 4 is a configuration diagram showing a synthesis device according to a second embodiment of the present invention.

도 4를 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 합성 장치(100)는 플라즈마 반응기(110), 원료 공급관(121), 분해가스 전달관(125), 분리장치(130), 제1 회수관(128), 촉매 반응기(150)를 포함할 수 있다.4, the synthesis device 100 according to the second embodiment includes a plasma reactor 110, a raw material supply pipe 121, a decomposed gas delivery pipe 125, a separation device 130, and a first recovery device. It may include a pipe 128 and a catalytic reactor 150.

본 제2 실시예에 따른 합성 장치(100)는 분리장치(130)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 합성 장치(100)와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.Since the synthesis device 100 according to the second embodiment has the same structure as the synthesis device 100 according to the first embodiment described above except for the separation device 130, redundant description of the same structure will be omitted. .

플라즈마 반응기(110)와 촉매 반응기(150) 사이에는 분해가스에서 미반응 원료와 수소를 분리하는 분리장치(130)가 설치된다. 분리장치(130)는 분해가스 전달관(125)에 연결되어 분해가스에서 미반응 원료와 수소를 추출한다.A separation device 130 is installed between the plasma reactor 110 and the catalytic reactor 150 to separate unreacted raw materials and hydrogen from the decomposition gas. The separation device 130 is connected to the cracked gas transmission pipe 125 to extract unreacted raw materials and hydrogen from the cracked gas.

분리장치(130)에는 분리장치에서 분리된 아세틸렌, 에틸렌 등의 경질탄화수소와 수소를 촉매 반응기(150)로 전달하는 탄화수소 전달관(127)이 설치되며, 촉매 반응기(150)는 고체 탄소와 경질탄화수소를 이용하여 탄소나노튜브를 제조한다.The separation device 130 is equipped with a hydrocarbon transmission pipe 127 that transfers light hydrocarbons such as acetylene and ethylene and hydrogen separated in the separation device to the catalytic reactor 150, and the catalytic reactor 150 converts solid carbon and light hydrocarbons Carbon nanotubes are manufactured using .

또한, 분리장치(130)에는 미반응 원료와 수소를 플라즈마 반응기(110)로 공급하는 제1 회수관(128)이 설치된다. 제1 회수관(128)은 분리장치(130)와 원료 공급관(121)을 연결하여 원료 공급관(121)으로 미반응 원료와 수소를 공급한다.Additionally, the separation device 130 is installed with a first recovery pipe 128 that supplies unreacted raw materials and hydrogen to the plasma reactor 110. The first recovery pipe 128 connects the separation device 130 and the raw material supply pipe 121 to supply unreacted raw materials and hydrogen to the raw material supply pipe 121.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법에 대해서 설명한다. Hereinafter, a carbon nanotube synthesis method according to a second embodiment of the present invention will be described.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.Figure 5 is a flowchart for explaining the carbon nanotube synthesis method according to the second embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법은 탄화수소 공급 단계(S201), 플라즈마 열분해 단계(S202), 분리 단계(S203), 탄소나노튜브 제조 단계(S204)를 포함할 수 있다.4 and 5, the carbon nanotube synthesis method according to the second embodiment includes a hydrocarbon supply step (S201), a plasma pyrolysis step (S202), a separation step (S203), and a carbon nanotube manufacturing step ( S204) may be included.

본 제2 실시예에 따른 합성 방법은 분리 단계(S203)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 합성 방법과 동일하게 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.Since the synthesis method according to the second embodiment is the same as the synthesis method according to the first embodiment described above except for the separation step (S203), redundant description of the same components will be omitted.

분리 단계(S203)는 플라즈마 반응기(110)와 촉매 반응기(150) 사이에 설치된 분리장치(130)를 이용하여 분해가스에서 미반응 원료와 수소를 분리한다. 또한, 분리 단계(S203)는 미반응 원료와 수소를 플라즈마 반응기(110)로 공급한다.In the separation step (S203), unreacted raw materials and hydrogen are separated from the decomposition gas using the separation device 130 installed between the plasma reactor 110 and the catalytic reactor 150. Additionally, in the separation step (S203), unreacted raw materials and hydrogen are supplied to the plasma reactor 110.

이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치에 대해서 설명한다. Hereinafter, a carbon nanotube synthesis device according to a third embodiment of the present invention will be described.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 합성 장치를 도시한 구성도이다.Figure 6 is a configuration diagram showing a synthesis device according to a third embodiment of the present invention.

도 6을 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 합성 장치(100)는 플라즈마 반응기(110), 원료 공급관(121), 분해가스 전달관(125), 분리장치(130), 제1 회수관(128), 촉매 반응기(150), 고체탄소 전달관(123), 고체탄소 배출관(129)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the synthesis device 100 according to the third embodiment includes a plasma reactor 110, a raw material supply pipe 121, a decomposed gas transmission pipe 125, a separation device 130, and a first recovery device. It may include a pipe 128, a catalytic reactor 150, a solid carbon delivery pipe 123, and a solid carbon discharge pipe 129.

본 제3 실시예에 따른 합성 장치(100)는 고체탄소 전달관(123)과 고체탄소 배출관(129)을 제외하고는 상기한 제2 실시예에 따른 합성 장치(100)와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.The synthesis device 100 according to the third embodiment has the same structure as the synthesis device 100 according to the second embodiment described above, except for the solid carbon transmission pipe 123 and the solid carbon discharge pipe 129. Duplicate descriptions of the same configuration are omitted.

플라즈마 반응기(110)와 촉매 반응기(150) 사이에는 분해가스에서 고체탄소를 분리하는 분리장치(130)가 설치된다. 분리장치(130)는 분해가스 전달관(125)에 연결되어 분해가스에서 고체탄소를 추출한다.A separation device 130 is installed between the plasma reactor 110 and the catalytic reactor 150 to separate solid carbon from the decomposition gas. The separation device 130 is connected to the decomposed gas transmission pipe 125 and extracts solid carbon from the decomposed gas.

고체탄소 전달관(123)은 분리장치(130)에서 분리된 고체탄소를 촉매 반응기(150)로 전달하며, 고체탄소 배출관(129)은 분리장치(130)에서 분리된 고체탄소를 외부로 배출한다. 플라즈마 반응기(110)의 반응 조건에 따라서 분해가스에 고체탄소가 포함될 수 있다. 또한, 고체탄소는 생성 특성에 따라 촉매 반응기(150)에서 사용될 수 있는 것과 촉매 반응기(150)에서 사용될 수 없는 것이 있다.The solid carbon transmission pipe 123 delivers the solid carbon separated in the separation device 130 to the catalytic reactor 150, and the solid carbon discharge pipe 129 discharges the solid carbon separated in the separation device 130 to the outside. . Depending on the reaction conditions of the plasma reactor 110, the decomposition gas may contain solid carbon. Additionally, depending on the production characteristics, solid carbon may be used in the catalytic reactor 150 and may not be used in the catalytic reactor 150.

분리장치(130)에서 분리된 고체탄소 중에서 촉매 반응기(150)에서 사용될 수 있는 고체탄소는 고체탄소 전달관(123)을 통해서 촉매 반응기(150)로 전달되고, 분리장치(130)에서 분리된 고체탄소 중에서 촉매 반응기(150)에서 사용될 수 없는 고체탄소는 고체탄소 배출관(129)을 통해서 외부로 배출될 수 있다.Among the solid carbon separated in the separation device 130, the solid carbon that can be used in the catalytic reactor 150 is transferred to the catalytic reactor 150 through the solid carbon transfer pipe 123, and the solid carbon separated in the separation device 130 Among carbon, solid carbon that cannot be used in the catalytic reactor 150 may be discharged to the outside through the solid carbon discharge pipe 129.

이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법에 대해서 설명한다. Hereinafter, a carbon nanotube synthesis method according to a third embodiment of the present invention will be described.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.Figure 7 is a flowchart for explaining the carbon nanotube synthesis method according to the third embodiment of the present invention.

도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법은 탄화수소 공급 단계(S301), 플라즈마 열분해 단계(S302), 분리 단계(S303), 탄소나노튜브 제조 단계(S304)를 포함할 수 있다.6 and 7, the carbon nanotube synthesis method according to the third embodiment includes a hydrocarbon supply step (S301), a plasma pyrolysis step (S302), a separation step (S303), and a carbon nanotube manufacturing step ( S304) may be included.

본 제3 실시예에 따른 합성 방법은 분리 단계(S303)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 합성 방법과 동일하게 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.Since the synthesis method according to the third embodiment is the same as the synthesis method according to the first embodiment described above except for the separation step (S303), redundant description of the same components will be omitted.

분리 단계(S303)는 플라즈마 반응기(110)와 촉매 반응기(150) 사이에 설치된 분리장치(130)를 이용하여 분해가스에서 미반응 원료와 수소를 분리한다. 또한, 분리 단계(S303)는 미반응 원료와 수소를 플라즈마 반응기(110)로 공급한다.In the separation step (S303), unreacted raw materials and hydrogen are separated from the decomposition gas using the separation device 130 installed between the plasma reactor 110 and the catalytic reactor 150. Additionally, in the separation step (S303), unreacted raw materials and hydrogen are supplied to the plasma reactor 110.

또한, 분리 단계(S303)는 분리장치에서 분리된 고체탄소 중 일부는 촉매 반응기(150)로 전달하며, 분리장치(130)에서 분리된 고체탄소 중 일부는 외부로 배출한다.Additionally, in the separation step (S303), some of the solid carbon separated in the separation device is transferred to the catalytic reactor 150, and some of the solid carbon separated in the separation device 130 is discharged to the outside.

이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치에 대해서 설명한다. Hereinafter, a carbon nanotube synthesis device according to a fourth embodiment of the present invention will be described.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 합성 장치를 도시한 구성도이다.Figure 8 is a configuration diagram showing a synthesis device according to a fourth embodiment of the present invention.

도 8을 참조하여 설명하면, 본 제4 실시예에 따른 합성 장치(100)는 플라즈마 반응기(110), 원료 공급관(121), 분해가스 전달관(125), 분리장치(130), 촉매 반응기(150), 제1 회수관(128), 제2 회수관(132), 바이패스 회수관(135)을 포함할 수 있다.8, the synthesis device 100 according to the fourth embodiment includes a plasma reactor 110, a raw material supply pipe 121, a decomposition gas transmission pipe 125, a separation device 130, and a catalyst reactor ( 150), a first recovery pipe 128, a second recovery pipe 132, and a bypass recovery pipe 135.

본 제4 실시예에 따른 합성 장치(100)는 촉매 반응기(150), 제2 회수관(132), 바이패스 회수관(135)을 제외하고는 상기한 제2 실시예에 따른 합성 장치(100)와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.The synthesis device 100 according to the fourth embodiment is the synthesis device 100 according to the second embodiment described above except for the catalytic reactor 150, the second recovery pipe 132, and the bypass recovery pipe 135. ), so duplicate descriptions of the same configuration will be omitted.

플라즈마 반응기(110)와 촉매 반응기(150) 사이에는 분해가스에서 수소를 분리하는 분리장치(130)가 설치된다. 분리장치(130)는 분해가스 전달관(125)에 연결되어 분해가스에서 수소를 추출한다.A separation device 130 is installed between the plasma reactor 110 and the catalytic reactor 150 to separate hydrogen from the decomposition gas. The separation device 130 is connected to the cracked gas transmission pipe 125 and extracts hydrogen from the cracked gas.

분리장치(130)에는 분리장치에서 분리된 수소를 촉매 반응기(150)로 전달하는 탄화수소 전달관(127)이 설치될 수 있다. 또한, 분리장치(130)에는 수소를 플라즈마 반응기(110)로 공급하는 제1 회수관(128)이 설치된다.A hydrocarbon transmission pipe 127 may be installed in the separation device 130 to transfer the hydrogen separated in the separation device to the catalytic reactor 150. In addition, the separation device 130 is installed with a first recovery pipe 128 that supplies hydrogen to the plasma reactor 110.

촉매 반응기(150)는 유동층 촉매 반응기로 이루어지며, 유동층 촉매 반응기에는 촉매의 공급을 위한 촉매 공급관(131)과 탄소나노튜브의 회수를 위한 탄소나노튜브 배출관(126)이 연결된다. 촉매 반응기(150)는 분해가스와 촉매를 연속적으로 공급하면서 탄소나노튜브를 합성하고, 탄소나노튜브를 연속적으로 배출한다. 이에 따라 연속적인 공정으로 탄소나노튜브의 대량 생산이 가능하다.The catalytic reactor 150 is composed of a fluidized bed catalytic reactor, and a catalyst supply pipe 131 for supplying catalyst and a carbon nanotube discharge pipe 126 for recovering carbon nanotubes are connected to the fluidized bed catalytic reactor. The catalytic reactor 150 synthesizes carbon nanotubes while continuously supplying decomposition gas and catalyst, and continuously discharges the carbon nanotubes. Accordingly, mass production of carbon nanotubes is possible through a continuous process.

또한, 촉매 반응기(150)에는 미반응 원료와 수소를 상기 플라즈마 반응기(110)로 공급하는 제2 회수관(132)이 설치된다. 제2 회수관(132)은 촉매 반응기(150)와 원료 공급관(121)을 연결하여 원료 공급관(121)으로 미반응 원료와 수소를 공급한다.Additionally, a second recovery pipe 132 is installed in the catalytic reactor 150 to supply unreacted raw materials and hydrogen to the plasma reactor 110. The second recovery pipe 132 connects the catalytic reactor 150 and the raw material supply pipe 121 and supplies unreacted raw materials and hydrogen to the raw material supply pipe 121.

제2 회수관(132)에는 미반응 경질탄화수소를 촉매 반응기(150)로 공급하는 바이패스 회수관(135)이 설치된다. 바이패스 회수관(135)은 제2 회수관(132)과 분해가스 전달관(125)을 연결하여 미반응 경질탄화수소를 촉매 반응기(150)로 공급한다.A bypass recovery pipe 135 is installed in the second recovery pipe 132 to supply unreacted light hydrocarbons to the catalytic reactor 150. The bypass recovery pipe 135 connects the second recovery pipe 132 and the decomposed gas transmission pipe 125 to supply unreacted light hydrocarbons to the catalytic reactor 150.

한편, 탄소나노튜브 배출관(126)에는 탄소나노튜브와 함께 배출되는 촉매를 회수하는 촉매 회수관(136)이 연결될 수 있다. 촉매 회수관(136)은 탄소나노튜브 배출관(126)과 촉매 공급관(131)을 연결하여 배출된 촉매를 촉매 공급관(131)으로 전달할 수 있다.Meanwhile, a catalyst recovery pipe 136 for recovering the catalyst discharged together with the carbon nanotubes may be connected to the carbon nanotube discharge pipe 126. The catalyst recovery pipe 136 connects the carbon nanotube discharge pipe 126 and the catalyst supply pipe 131 to transfer the discharged catalyst to the catalyst supply pipe 131.

이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법에 대해서 설명한다. Hereinafter, a carbon nanotube synthesis method according to the fourth embodiment of the present invention will be described.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.Figure 9 is a flowchart for explaining the carbon nanotube synthesis method according to the fourth embodiment of the present invention.

도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면, 본 제4 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 방법은 탄화수소 공급 단계(S401), 플라즈마 열분해 단계(S402), 분리 단계(S403), 탄소나노튜브 제조 단계(S404)를 포함할 수 있다.8 and 9, the carbon nanotube synthesis method according to the fourth embodiment includes a hydrocarbon supply step (S401), a plasma pyrolysis step (S402), a separation step (S403), and a carbon nanotube manufacturing step ( S404) may be included.

본 제3 실시예에 따른 합성 방법은 탄소나노튜브 제조 단계(S404)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 합성 방법과 동일하게 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.Since the synthesis method according to the third embodiment is the same as the synthesis method according to the first embodiment described above except for the carbon nanotube manufacturing step (S404), redundant description of the same configuration will be omitted.

탄소나노튜브 제조 단계(S404)는 유동 촉매 반응기를 이용하여 탄소나노튜브를 합성하되, 촉매 반응기(150)에 연속적으로 분해가스와 촉매를 공급하여 연속적인 공정으로 촉매를 합성한다.In the carbon nanotube manufacturing step (S404), carbon nanotubes are synthesized using a fluid catalytic reactor, and decomposition gas and catalyst are continuously supplied to the catalytic reactor 150 to synthesize the catalyst in a continuous process.

또한, 탄소나노튜브 제조 단계(S404)는 촉매 반응기(150)에서 미반응 원료와 수소를 플라즈마 반응기(110)로 공급하되, 촉매 반응기(150)와 원료 공급관(121)을 연결하여 원료 공급관(121)으로 촉매 반응기(150)에서 배출되는 미반응 원료와 수소를 공급할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브 제조 단계(S404)는 바이패스 회수관(135)으로 제2 회수관(132)과 탄화수소 전달관(127)을 연결하여 촉매 반응기(150)에서 배출되는 미반응 경질탄화수소를 촉매 반응기(150)로 공급할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브 제조 단계(S404)는 탄소나노튜브와 함께 배출되는 촉매를 회수하는 촉매 공급관(131)으로 전달할 수 있다.In addition, in the carbon nanotube manufacturing step (S404), unreacted raw materials and hydrogen are supplied from the catalytic reactor 150 to the plasma reactor 110, and the catalytic reactor 150 and the raw material supply pipe 121 are connected to the raw material supply pipe 121. ) can supply unreacted raw materials and hydrogen discharged from the catalytic reactor 150. In addition, the carbon nanotube manufacturing step (S404) connects the second recovery pipe 132 and the hydrocarbon transfer pipe 127 with a bypass recovery pipe 135 to convert unreacted light hydrocarbons discharged from the catalytic reactor 150 into a catalyst. It can be supplied to the reactor 150. Additionally, in the carbon nanotube manufacturing step (S404), the catalyst discharged together with the carbon nanotubes may be delivered to the catalyst supply pipe 131 for recovery.

이하에서는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 반응기에 대해서 설명한다.Hereinafter, a plasma reactor according to the fifth embodiment of the present invention will be described.

도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.Figure 10 is a cross-sectional view showing a plasma reactor according to a fifth embodiment of the present invention.

도 10을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 반응기(110)는 하우징(112)을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.When described with reference to FIG. 10, the plasma reactor 110 according to the present embodiment has the same structure as the plasma reactor according to the first embodiment described above except for the housing 112, so duplicate description of the same configuration will be provided. Omit it.

본 제5 실시예에 따른 플라즈마 반응기(110)는 하우징(112), 방전극(113)을 포함할 수 있다. 하우징(112)은 내부 공간을 갖는 상자 형상으로 이루어지며, 하우징의 내부에서 아크 방전이 일어난다. 아크 방전에 의하여 하우징(112) 내부로 유입된 물질은 고온으로 가열되며 플라즈마 상태로 전환될 수 있다.The plasma reactor 110 according to the fifth embodiment may include a housing 112 and a discharge electrode 113. The housing 112 has a box shape with an internal space, and arc discharge occurs inside the housing. The material introduced into the housing 112 by arc discharge is heated to a high temperature and may be converted into a plasma state.

하우징(112)에는 부산물이 유입되는 유입통로(114)가 형성되며, 유입통로(114)는 스월을 형성할 수 있도록 하우징의 중심에 대하여 편심된 방향으로 이어진다. 한편, 하우징(112)의 길이방향 일측 단부에는 열에 의하여 분해된 물질이 배출되는 배출통로(115)가 형성되며, 배출통로(115)는 하우징(112)의 선단(유동을 기준으로 하류측)에 형성되되, 하우징(112)의 길이방향으로 이어진다. An inflow passage 114 through which by-products flow is formed in the housing 112, and the inflow passage 114 extends in a direction eccentric with respect to the center of the housing to form a swirl. Meanwhile, a discharge passage 115 through which materials decomposed by heat are discharged is formed at one longitudinal end of the housing 112, and the discharge passage 115 is located at the front end (downstream side based on the flow) of the housing 112. It is formed and continues in the longitudinal direction of the housing 112.

또한, 하우징(112)에는 배출통로(115)를 향하여 유동을 유도하며 하우징(112)의 길이방향에 대하여 경사진 가이드 경사면(116)과, 가이드 경사면(116)과 배출통로(115)를 연결하며 하우징의 길이방향에 대하여 수직으로 형성된 지지면(117)이 형성된다.In addition, the housing 112 has a guide inclined surface 116 that guides the flow toward the discharge passage 115 and is inclined with respect to the longitudinal direction of the housing 112, and connects the guide inclined surface 116 and the discharge passage 115. A support surface 117 is formed perpendicular to the longitudinal direction of the housing.

하우징(112)에는 자석부재(119)가 설치되며 자석부재(119)는 하우징(112)의 벽면 내부에 삽입될 수 있다. 또한, 자석부재(119)는 하우징(112)의 외면을 감싸는 튜브 형태로 이루어질 수도 있다. 자석부재(119)는 배출통로(115) 및 지지면(117)과 인접하게 배치될 수 있다. 자석부재(119)는 영구자석으로 이루어지거나 전자석으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 하우징(112)에 자석부재(119)가 설치되면 아크(AC)에 로렌츠의 힘이 작용하여 아크(AC)가 보다 용이하게 회전할 수 있다.A magnet member 119 is installed in the housing 112, and the magnet member 119 can be inserted into the wall of the housing 112. Additionally, the magnet member 119 may be formed in the form of a tube surrounding the outer surface of the housing 112. The magnetic member 119 may be disposed adjacent to the discharge passage 115 and the support surface 117. The magnetic member 119 may be made of a permanent magnet or an electromagnet. In this way, when the magnet member 119 is installed in the housing 112, the Lorentz force acts on the arc AC, allowing the arc AC to rotate more easily.

이하에서는 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마 반응기에 대해서 설명한다.Hereinafter, a plasma reactor according to a sixth embodiment of the present invention will be described.

도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.Figure 11 is a cross-sectional view showing a plasma reactor according to a sixth embodiment of the present invention.

도 11을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 반응기(110)는 하우징을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.When described with reference to FIG. 11, the plasma reactor 110 according to this embodiment has the same structure as the plasma reactor according to the first embodiment described above except for the housing, so duplicate description of the same structure will be omitted.

본 제6 실시예에 따른 플라즈마 반응기(110)는 냉각 노즐(231)을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.Since the plasma reactor 110 according to the sixth embodiment has the same structure as the plasma reactor according to the first embodiment described above except for the cooling nozzle 231, redundant description of the same structure will be omitted.

하우징(112)의 길이방향 일측 단부에는 열에 의하여 분해된 물질이 배출되는 배출통로(115)가 형성되며, 배출통로(115)는 하우징(112)의 선단에 형성되되, 하우징(112)의 길이방향으로 이어진다. A discharge passage 115 through which materials decomposed by heat are discharged is formed at one longitudinal end of the housing 112. The discharge passage 115 is formed at the tip of the housing 112, and is formed in the longitudinal direction of the housing 112. It continues.

하우징(112)에는 배출통로(115)를 통해서 배출되는 가스를 향하여 냉각 유체를 분사하는 냉각 노즐(231)이 설치된다. 냉각 노즐(231)은 하우징(112)의 외측에 설치되며 배출통로(115)의 하류측을 향하여 경사지게 설치될 수 있다.A cooling nozzle 231 is installed in the housing 112 to spray cooling fluid toward the gas discharged through the discharge passage 115. The cooling nozzle 231 is installed on the outside of the housing 112 and may be installed inclined toward the downstream side of the discharge passage 115.

냉각 노즐(231)은 액체 또는 기체를 분사할 수 있으며, 배출통로(115)의 출구와 인접하게 설치된다. 또한, 복수의 냉각 노즐(231)이 배출통로(115)의 둘레 방향으로 이격 배치될 수 있다. The cooling nozzle 231 can spray liquid or gas and is installed adjacent to the outlet of the discharge passage 115. Additionally, a plurality of cooling nozzles 231 may be spaced apart in the circumferential direction of the discharge passage 115.

본 실시예와 같이 하우징(112)에 냉각 노즐(231)이 설치되면 분해가스가 신속하게 냉각되어 코크 및 타르의 발생을 방지하고 원하는 물질을 안정적으로 제조할 수 있다.When the cooling nozzle 231 is installed in the housing 112 as in this embodiment, the decomposed gas is quickly cooled to prevent the generation of coke and tar, and the desired material can be stably manufactured.

이하에서는 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 반응기에 대해서 설명한다.Hereinafter, a plasma reactor according to a seventh embodiment of the present invention will be described.

도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.Figure 12 is a cross-sectional view showing a plasma reactor according to a seventh embodiment of the present invention.

도 12를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 하우징을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.When described with reference to FIG. 12, the plasma reactor according to this embodiment has the same structure as the plasma reactor according to the first embodiment described above except for the housing, so duplicate description of the same configuration will be omitted.

본 제5 실시예에 따른 플라즈마 반응기(110)는 플라즈마 반응기(110)는 하우징(112), 방전극(113)을 포함할 수 있다. 하우징(112)은 내부 공간을 갖는 상자 형상으로 이루어지며, 하우징의 내부에서 아크 방전이 일어난다. 하우징에는 부산물이 유입되는 유입통로가 형성되며, 유입통로는 스월을 형성할 수 있도록 하우징의 중심에 대하여 편심된 방향으로 이어진다. 한편, 하우징의 길이방향 일측 단부에는 열에 의하여 분해된 물질이 배출되는 배출통로가 형성된다. The plasma reactor 110 according to the fifth embodiment may include a housing 112 and a discharge electrode 113. The housing 112 has a box shape with an internal space, and arc discharge occurs inside the housing. An inflow passage through which by-products flow is formed in the housing, and the inflow passage runs in an eccentric direction with respect to the center of the housing to form a swirl. Meanwhile, a discharge passage through which material decomposed by heat is discharged is formed at one longitudinal end of the housing.

배출통로(115)는 길이(L11)가 신축 가능한 구조로 이루어지는데, 하우징(112)에는 배출통로(115)를 형성하는 선단 캡(310)과 선단 캡(310)을 이동시키는 엑츄에이터(320)가 설치된다. 선단 캡(310)은 하우징(112)의 선단에 이동 가능하게 설치되며, 하우징(112)의 선단을 감싸도록 설치된다. 선단 캡(310)의 중앙에는 배출통로에 삽입된 가이드관이 형성될 수 있다. 엑츄에이터(320)는 하우징(112)의 선단과 선단 캡(310) 사이에 위치하여 선단 캡(310)을 이동시킨다.The discharge passage 115 has a structure in which the length L11 is flexible, and the housing 112 includes a tip cap 310 that forms the discharge passage 115 and an actuator 320 that moves the tip cap 310. It is installed. The tip cap 310 is movably installed at the tip of the housing 112 and is installed to surround the tip of the housing 112. A guide tube inserted into the discharge passage may be formed in the center of the tip cap 310. The actuator 320 is located between the tip of the housing 112 and the tip cap 310 and moves the tip cap 310.

이와 같이 본 실시예에 따르면 선단 캡(310)과 엑츄에이터(320)가 설치되므로 배출통로(115)의 길이가 용이하게 조절될 수 있다. 배출통로(115)의 길이에 따라 부산물의 가열 정도가 결정되고, 부산물의 분해로 인하여 발생하는 물질의 성분도 결정되는데, 배출통로(115)의 길이가 가변적으로 이루어지면 원하는 물질을 보다 용이하게 제조할 수 있다.According to this embodiment, since the tip cap 310 and the actuator 320 are installed, the length of the discharge passage 115 can be easily adjusted. Depending on the length of the discharge passage 115, the degree of heating of the by-product is determined, and the components of the material generated by decomposition of the by-product are also determined. If the length of the discharge passage 115 is made variable, the desired material can be more easily manufactured. You can.

이하에서는 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 반응기에 대해서 설명한다.Hereinafter, a plasma reactor according to the eighth embodiment of the present invention will be described.

도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.Figure 13 is a cross-sectional view showing a plasma reactor according to an eighth embodiment of the present invention.

도 13을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 반응기(110)는 하우징을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.When described with reference to FIG. 13, the plasma reactor 110 according to this embodiment has the same structure as the plasma reactor according to the first embodiment described above except for the housing, so duplicate description of the same structure will be omitted.

본 제8 실시예에 따른 플라즈마 반응기(110)는 냉각 장치(250)을 제외하고는 상기한 제6 실시예에 따른 플라즈마 반응기와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.Since the plasma reactor 110 according to the eighth embodiment has the same structure as the plasma reactor according to the sixth embodiment described above except for the cooling device 250, redundant description of the same configuration will be omitted.

하우징(112)의 길이방향 일측 단부에는 열에 의하여 분해된 물질이 배출되는 배출통로(115)가 형성되며, 배출통로(115)는 하우징(112)의 선단에 형성되되, 하우징(112)의 길이방향으로 이어진다. A discharge passage 115 through which materials decomposed by heat are discharged is formed at one longitudinal end of the housing 112. The discharge passage 115 is formed at the tip of the housing 112, and is formed in the longitudinal direction of the housing 112. It continues.

배출통로(115)에는 배출통로(115)를 통해서 배출되는 가스를 냉각하는 냉각 장치(250)가 설치된다. 냉각 장치(250)는 내충통로의 내면에 형성되어 가스가 배출되는 유로를 형성할 수 있다. 냉각 장치(250)의 내부에는 냉매가 공급될 수 있으며, 냉각 장치(250)는 냉각되는 금속을 포함할 수 있다. A cooling device 250 is installed in the discharge passage 115 to cool the gas discharged through the discharge passage 115. The cooling device 250 may be formed on the inner surface of the internal filling passage to form a flow path through which gas is discharged. A refrigerant may be supplied to the interior of the cooling device 250, and the cooling device 250 may include metal to be cooled.

또한, 도 14에 도시된 바와 같이 또한, 배출통로(115)에는 냉각 장치() 대신에 가스를 냉각하는 열교환 수단(260)이 설치될 수도 있다. 열교환 수단(260)은 배출통로 내부에 설치되며 방열핀 또는 열교환을 위한 메쉬체를 포함할 수 있다. 또한, 냉각 장치(250)와 열교환 수단(260)은 배출통로(115) 내부가 아니라 배출통로(115)의 전방에 설치될 수도 있다.In addition, as shown in FIG. 14, a heat exchange means 260 for cooling the gas may be installed in the discharge passage 115 instead of the cooling device. The heat exchange means 260 is installed inside the discharge passage and may include heat dissipation fins or a mesh body for heat exchange. Additionally, the cooling device 250 and the heat exchange means 260 may be installed in front of the discharge passage 115 rather than inside the discharge passage 115.

본 실시예와 같이 하우징(112)에 냉각 장치(250) 또는 열교환 수단(260)이 설치되면 분해가스가 신속하게 냉각되어 코크 및 타르의 발생을 방지하고 원하는 물질을 안정적으로 제조할 수 있다.When the cooling device 250 or the heat exchange means 260 is installed in the housing 112 as in this embodiment, the decomposed gas is quickly cooled to prevent the generation of coke and tar, and the desired material can be stably manufactured.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Above, an embodiment of the present invention has been described, but those skilled in the art can add, change, delete or add components without departing from the spirit of the present invention as set forth in the patent claims. The present invention may be modified and changed in various ways, and this will also be included within the scope of rights of the present invention.

100: 합성 장치 110: 플라즈마 반응기
112: 하우징 113: 방전극
114: 유입통로 115: 배출통로
119: 자석부재 121: 원료 공급관
123: 고체탄소 전달관 125: 분해가스 전달관
126: 탄소나노튜브 배출관 128: 제1 회수관
129: 고체탄소 배출관 130: 분리장치
132: 제2 회수관 135: 바이패스 회수관
136: 촉매 회수관 150: 촉매 반응기
231: 냉각 노즐 320: 엑츄에이터
310: 선단 캡
100: synthesis device 110: plasma reactor
112: Housing 113: Discharge electrode
114: inlet passage 115: discharge passage
119: Magnet member 121: Raw material supply pipe
123: solid carbon transmission pipe 125: decomposed gas transmission pipe
126: Carbon nanotube discharge pipe 128: First recovery pipe
129: solid carbon discharge pipe 130: separation device
132: second recovery pipe 135: bypass recovery pipe
136: Catalyst recovery pipe 150: Catalytic reactor
231: cooling nozzle 320: actuator
310: tip cap

Claims (17)

탄화수소 원료를 열분해하는 플라즈마 반응기;
상기 플라즈마 반응기에서 생성된 분해가스를 이동시키는 분해가스 전달관;
상기 플라즈마 반응기에서 경질 탄화수소를 공급받아 탄소나노튜브를 생성하는 촉매 반응기;
를 포함하며,
상기 플라즈마 반응기는 탄화수소 원료를 열분해하여 수소, 경질탄화수소를 생성하는 탄소나노튜브 합성 장치.
A plasma reactor that thermally decomposes hydrocarbon raw materials;
a decomposed gas transmission pipe that moves decomposed gas generated in the plasma reactor;
a catalytic reactor that receives light hydrocarbons from the plasma reactor and generates carbon nanotubes;
Includes,
The plasma reactor is a carbon nanotube synthesis device that generates hydrogen and light hydrocarbons by thermally decomposing hydrocarbon raw materials.
제1항에 있어서,
상기 탄화수소 원료는 가스 오일, 연료 오일, 천연가스, 메탄가스, 부생 연료로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 탄소나노튜브 합성 장치.
According to paragraph 1,
A carbon nanotube synthesis device wherein the hydrocarbon raw material is any one selected from the group consisting of gas oil, fuel oil, natural gas, methane gas, and by-product fuel.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 반응기와 상기 촉매 반응기 사이에 설치되어 분해가스에서 수소를 분리하는 분리장치를 더 포함하는 탄소나노튜브 합성 장치.
According to paragraph 1,
A carbon nanotube synthesis device further comprising a separation device installed between the plasma reactor and the catalyst reactor to separate hydrogen from the decomposition gas.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 반응기와 상기 촉매 반응기 사이에 설치되어 분해가스에서 미반응 원료와 수소를 분리하는 분리장치를 더 포함하는 탄소나노튜브 합성 장치.
According to paragraph 1,
A carbon nanotube synthesis device further comprising a separation device installed between the plasma reactor and the catalyst reactor to separate unreacted raw materials and hydrogen from the decomposition gas.
제4항에 있어서,
상기 분리장치에서 미반응 원료와 수소를 상기 플라즈마 반응기로 공급하는 제1 회수관을 더 포함하는 탄소나노튜브 합성 장치.
According to paragraph 4,
A carbon nanotube synthesis device further comprising a first recovery pipe that supplies unreacted raw materials and hydrogen from the separation device to the plasma reactor.
제5항에 있어서,
상기 촉매 반응기는 유동층 반응기로 이루어진 탄소나노튜브 합성 장치.
According to clause 5,
The catalytic reactor is a carbon nanotube synthesis device consisting of a fluidized bed reactor.
제6항에 있어서,
상기 촉매 반응기에서 미반응 원료를 상기 플라즈마 반응기로 공급하는 제2 회수관을 더 포함하는 탄소나노튜브 합성 장치.
According to clause 6,
A carbon nanotube synthesis device further comprising a second recovery pipe for supplying unreacted raw materials from the catalytic reactor to the plasma reactor.
제7항에 있어서,
상기 제2 회수관에 연결되어 미반응 경질탄화수소를 상기 촉매 반응기로 공급하는 바이패스 회수관을 더 포함하는 탄소나노튜브 합성 장치.
In clause 7,
A carbon nanotube synthesis device further comprising a bypass recovery pipe connected to the second recovery pipe to supply unreacted light hydrocarbons to the catalytic reactor.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 반응기는 접지되며 분해된 가스가 배출되는 배출통로가 형성된 하우징과 방전 전압으로 대전된 상기 하우징 내부에 삽입된 방전 전극을 포함하고, 상기 하우징에는 상기 배출통로를 통해서 배출되는 가스의 온도를 낮추기 위한 냉각 장치가 설치된 탄소나노튜브 합성 장치.
According to paragraph 1,
The plasma reactor includes a housing that is grounded and has an exhaust passage through which decomposed gas is discharged, and a discharge electrode inserted into the housing charged with a discharge voltage. A carbon nanotube synthesis device equipped with a cooling device.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 반응기는 접지되며 분해된 가스가 배출되는 배출통로가 형성된 하우징과 방전 전압으로 대전된 상기 하우징 내부에 삽입된 방전 전극을 포함하고, 상기 하우징에는 상기 배출통로를 통해서 배출되는 가스의 온도를 낮추기 위한 열교환 수단이 설치된 탄소나노튜브 합성 장치.
According to paragraph 1,
The plasma reactor includes a housing that is grounded and has an exhaust passage through which decomposed gas is discharged, and a discharge electrode inserted into the housing charged with a discharge voltage. A carbon nanotube synthesis device equipped with heat exchange means for
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 반응기는 접지되며 분해된 가스가 배출되는 배출통로가 형성된 하우징과 방전 전압으로 대전된 상기 하우징 내부에 삽입된 방전 전극을 포함하고, 상기 하우징의 외측에는 상기 배출통로를 통해서 배출되는 가스를 향하여 냉각 유체를 분사하는 냉각 노즐이 설치된 탄소나노튜브 합성 장치.
According to paragraph 1,
The plasma reactor includes a housing that is grounded and has an exhaust passage through which decomposed gas is discharged, and a discharge electrode inserted into the housing charged with a discharge voltage. The outside of the housing is directed toward the gas discharged through the discharge passage. A carbon nanotube synthesis device equipped with a cooling nozzle that sprays cooling fluid.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 반응기는 접지되며 분해된 가스가 배출되는 배출통로가 형성된 하우징과 방전 전압으로 대전된 상기 하우징 내부에 삽입된 방전 전극을 포함하고, 상기 하우징에는 아크를 회전시키는 자석부재가 설치된 탄소나노튜브 합성 장치.
According to paragraph 1,
The plasma reactor includes a housing that is grounded and has an exhaust passage through which decomposed gas is discharged, and a discharge electrode inserted into the housing charged with a discharge voltage, and a magnet member for rotating the arc is installed in the housing. Device.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 반응기는 접지되며 분해된 가스가 배출되는 배출통로가 형성된 하우징과 방전 전압으로 대전된 상기 하우징 내부에 삽입된 방전 전극을 포함하고, 상기 하우징에는 상기 배출통로를 형성하며 상기 하우징에 대하여 이동 가능하게 설치된 선단 캡과 상기 선단 캡을 이동시키는 엑츄에이터가 설치된 탄소나노튜브 합성 장치.
According to paragraph 1,
The plasma reactor includes a housing that is grounded and has an exhaust passage through which decomposed gas is discharged, and a discharge electrode inserted into the housing charged with a discharge voltage. The discharge passage is formed in the housing and is movable relative to the housing. A carbon nanotube synthesis device equipped with a properly installed tip cap and an actuator that moves the tip cap.
탄화수소 원료를 플라즈마 반응기로 공급하는 탄화수소 공급 단계;
플라즈마 반응기에서 생성되는 플라즈마를 이용하여 부산물을 열분해하는 플라즈마 열분해 단계; 및
열분해되어 생성된 분해가스를 이용하여 촉매 반응기에서 탄소나노튜브를 제조하는 탄소나노튜브 제조 단계;를 포함하고,
상기 플라즈마 열분해 단계는 탄화수소 원료를 열분해하여 수소, 경질탄화수소를 생성하는 탄소나노튜브 합성 방법.
A hydrocarbon supply step of supplying hydrocarbon raw materials to the plasma reactor;
A plasma pyrolysis step of pyrolyzing by-products using plasma generated in a plasma reactor; and
It includes a carbon nanotube production step of producing carbon nanotubes in a catalytic reactor using decomposition gas generated by thermal decomposition,
The plasma pyrolysis step is a carbon nanotube synthesis method that generates hydrogen and light hydrocarbons by pyrolyzing hydrocarbon raw materials.
제14항에 있어서,
상기 플라즈마 반응기와 상기 촉매 반응기 사이에 설치된 분리장치를 이용하여 분해가스에서 미반응 원료와 수소를 분리하는 분리 단계를 더 포함하는 탄소나노튜브 합성 방법.
According to clause 14,
A carbon nanotube synthesis method further comprising a separation step of separating unreacted raw materials and hydrogen from decomposition gas using a separation device installed between the plasma reactor and the catalyst reactor.
제15항에 있어서,
상기 분리 단계는 상기 분리장치에서 분리된 고체탄소 중 일부는 상기 촉매 반응기로 전달하며, 분리장치에서 분리된 고체탄소 중 일부는 외부로 배출하는 탄소나노튜브 합성 방법.
According to clause 15,
In the separation step, some of the solid carbon separated in the separation device is transferred to the catalytic reactor, and some of the solid carbon separated in the separation device is discharged to the outside.
제15항에 있어서,
상기 탄소나노튜브 제조 단계는 유동 촉매 반응기를 이용하여 탄소나노튜브를 연속적으로 합성하며, 상기 촉매 반응기에서 배출되는 미반응 원료와 수소를 상기 플라즈마 반응기로 공급하고, 상기 촉매 반응기에서 배출되는 미반응 경질탄화수소를 상기 촉매 반응기로 다시 공급하는 탄소나노튜브 합성 방법.
According to clause 15,
In the carbon nanotube manufacturing step, carbon nanotubes are continuously synthesized using a fluid catalytic reactor, unreacted raw materials and hydrogen discharged from the catalytic reactor are supplied to the plasma reactor, and unreacted light discharged from the catalytic reactor is supplied. A carbon nanotube synthesis method for supplying hydrocarbons back to the catalytic reactor.
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