KR101129417B1 - 타르 또는 불순물 제거장치 및 이를 이용한 촉매 재생 방법 - Google Patents

타르 또는 불순물 제거장치 및 이를 이용한 촉매 재생 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101129417B1
KR101129417B1 KR1020090109527A KR20090109527A KR101129417B1 KR 101129417 B1 KR101129417 B1 KR 101129417B1 KR 1020090109527 A KR1020090109527 A KR 1020090109527A KR 20090109527 A KR20090109527 A KR 20090109527A KR 101129417 B1 KR101129417 B1 KR 101129417B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reforming catalyst
plasma
passage
connection passage
housing
Prior art date
Application number
KR1020090109527A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110052839A (ko
Inventor
이대훈
송영훈
김관태
차민석
이재옥
허민
길상인
김우현
이정규
윤진한
민태진
노선아
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020090109527A priority Critical patent/KR101129417B1/ko
Publication of KR20110052839A publication Critical patent/KR20110052839A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101129417B1 publication Critical patent/KR101129417B1/ko

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584—Recycling of catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예는 타르 또는 불순물을 개질 및 제거하는 과정에서 피독 또는 활성 저하된 개질 촉매를 플라즈마로 재생하는 타르 또는 불순물 제거장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 불순물 제거장치는, 폐기물을 가스화 및 용융시켜 1차 합성가스로 변환시키는 가스화기, 상기 가스화기에 연결되어 상기 1차 합성가스를 진행시키는 제1 연결통로, 상기 제1 연결통로에 설치되는 선택밸브, 상기 선택밸브에서 분지되어 상기 제1 연결통로에 선택적으로 연결되는 제2 연결통로와 제3 연결통로, 상기 제2 연결통로 및 상기 제2 연결통로 상에 각각 설치되어 상기 1차 합성가스를 2차 합성가스로 변환시키는 제1 개질 촉매와 제2 개질 촉매, 상기 제1 개질 촉매가 촉매 작용할 때, 상기 제2 개질 촉매를 재생하도록 상기 제2 개질 촉매에 설치되는 제1 플라즈마 반응기, 및 상기 제2 개질 촉매가 촉매 작용할 때, 상기 제1 개질 촉매를 재생하도록 상기 제1 개질 촉매에 설치되는 제2 플라즈마 반응기를 포함한다.
촉매, 플라즈마 반응기, 개질 촉매, 합성가스, 선택밸브, 재생, 피독

Description

타르 또는 불순물 제거장치 및 이를 이용한 촉매 재생 방법 {TAR OR BY-PRODUCT REFORMING AND REMOVING APPARATUS AND METHOD REGENERATING CATALYST USING THE SAME}
본 발명은 타르 또는 불순물 제거장치 및 이를 이용한 촉매 재생 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스화기에서 폐기물을 합성가스로 변환시킬 때, 발생되는 타르 또는 불순물을 개질 촉매로 개질 및 제거하는 타르 또는 불순물 제거장치 및 이를 이용한 촉매 재생 방법에 관한 것이다.
가스화기는 폐기물을 원료로 하여, 즉 폐기물의 가스화 및 용융 공정을 통하여, 폐기물 내의 탄화수소 성분을 분리하여 수소와 일산화탄소가 주성분인 합성가스로 변환시킨다.
폐기물의 가스화 및 용융 과정에서 타르(tar)가 발생된다. 타르는 탄화수소 계열의 부산물로서 고분자량의 액상 또는 기상 물질이나 에쉬(ash) 등을 포함한다.
타르는 합성가스에 포함되어 합성가스의 이용에 방해가 되는 불순물로 작용한다. 따라서 합성가스에서 타르 또는 기타 불순물을 제거할 필요가 있다. 예를 들면, 개질 촉매를 이용하여 타르를 개질 및 제거하는 방법이 있다.
이 경우, 타르 침착, 폐기물 중의 황 성분 및 에쉬 등에 의하여 개질 촉매가 피독되고, 이로 인하여 개질 촉매의 활성이 저하되며, 개질 촉매의 유효 반응면적이 감소된다. 즉 개질 촉매의 수명이 단축된다. 따라서 개질 촉매의 재생이 필요하다.
본 발명의 일 실시예는 타르 또는 불순물을 개질 및 제거하는 과정에서 피독 또는 활성 저하된 개질 촉매를 플라즈마로 재생하는 타르 또는 불순물 제거장치 및 이를 이용한 촉매 재생 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 피독 또는 활성 저하된 개질 촉매를 플라즈마로 재생하면서, 타르 또는 불순물의 개질 및 제거 과정을 진행하는 타르 또는 불순물 제거장치 및 이를 이용한 촉매 재생 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 불순물 제거장치는, 폐기물을 가스화 및 용융시켜 1차 합성가스로 변환시키는 가스화기, 상기 가스화기에 연결되어 상기 1차 합성가스를 진행시키는 제1 연결통로, 상기 제1 연결통로에 설치되는 선택밸브, 상기 선택밸브에서 분지되어 상기 제1 연결통로에 선택적으로 연결되는 제2 연결통로와 제3 연결통로, 상기 제2 연결통로 및 상기 제2 연결통로 상에 각각 설치되어 상기 1차 합성가스를 2차 합성가스로 변환시키는 제1 개질 촉매와 제2 개질 촉매, 상기 제1 개질 촉매가 촉매 작용할 때, 상기 제2 개질 촉매를 재생하도록 상 기 제2 개질 촉매에 설치되는 제1 플라즈마 반응기, 및 상기 제2 개질 촉매가 촉매 작용할 때, 상기 제1 개질 촉매를 재생하도록 상기 제1 개질 촉매에 설치되는 제2 플라즈마 반응기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 불순물 제거장치는, 상기 제1 개질 촉매를 경유한 상기 제2 연결통로를 상기 제2 개질 촉매 및 상기 제1 플라즈마 반응기에 연결하는 제1 재생통로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 불순물 제거장치는, 상기 제2 개질 촉매를 경유한 상기 제3 연결통로를 상기 제1 개질 촉매 및 상기 제2 플라즈마 반응기에 에 연결하는 제2 재생통로를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 플라즈마 반응기 및 상기 제2 플라즈마 반응기는, 각각 상기 제1 개질 촉매 및 상기 제2 개질 촉매에 설치되어 안으로 플라즈마를 분사하도록 통로를 형성하고 전기적으로 접지되며, 일측에서 방전가스를 공급하는 하우징, 절연재를 개재하여 상기 하우징의 일단 내측에 설치되어 상기 하우징의 내면과 간극을 형성하고 전기적으로 고전압에 연결되어 상기 하우징과의 사이에서 방전을 일으켜 상기 방전가스로 플라즈마를 발생시키는 전극을 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 방전가스 공급 라인에 연결되어 상기 방전가스를 공급하는 방전가스 공급구를 구비하고, 상기 전극은, 상기 방전가스 공급구에 대응하는 부분에서 상기 간극을 크게 형성하고, 상기 플라즈마의 진행 방향으로 가면서, 상기 간극을 점점 작아지게 형성한 후, 다시 점점 커지게 형성할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 전극의 반대측에서 상기 통로를 단계적으로 좁아지게 형성하며, 냉각수를 순환시키는 제1 냉각수 라인에 연결되는 제1 냉각수 챔버를 상기 통로의 좁아진 외측에 구비할 수 있다.
상기 하우징은, 플라즈마에 산소 또는 수증기가 포함되도록 물을 공급하는 물 라인에 연결되고, 상기 플라즈마의 진행 방향을 기준으로, 상기 제1 냉각수 챔버의 전방과 후방에 각각 구비되어, 플라즈마를 향하여 물을 분사하는 제1 물 노즐과 제2 물 노즐을 형성할 수 있다.
상기 전극은, 냉각수를 순환시키는 제2 냉각수 라인에 연결되는 제2 냉각수 챔버를 중심에 형성할 수 있다.
상기 제2 냉각수 챔버는, 상기 전극의 중심에 형성되고, 상기 제2 냉각수 라인은, 상기 제2 냉각수 챔버의 최원방까지 삽입되어 냉각수를 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 재생 방법은, 가스화기에서 발생된 1차 합성가스를 공급하는 제1 연결 통로를 제2 연결 통로와 제3 연결 통로 중 하나로 선택하여 연결하는 통로 선택 단계, 선택된 상기 제2 연결 통로에 설치된 제1 개질 촉매로 상기 1차 합성가스를 개질하여 2차 합성가스를 발생시키며, 선택되지 않은 상기 제3 연결 통로에 설치된 제1 플라즈마 반응기를 구동하여 상기 제3 연결 통로에 설치된 제2 개질 촉매를 재생하는 제1 구동 단계, 및 상기 제2 개질 촉매 후, 선택된 상기 제3 연결 통로에 설치된 상기 제2 개질 촉매로 상기 1차 합성가스를 개질하여 2차 합성가스를 발생시키며, 선택되지 않은 상기 제2 연결 통로에 설치된 상기 제2 플라즈마 반응기를 구동하여 상기 제1 개질 촉매를 재생하는 제2 구동 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 가스화기에 연결되는 제1 연결통로에 선택밸브를 구비하고, 선택밸브에 제2, 제3 연결통로를 분지 연결하여 각각에 제1, 제2 개질 촉매를 구비하며, 제1, 제2 개질 촉매에 제2, 제1 플라즈마 반응기를 각각 대응 설치하여 구성된다.
따라서 선택밸브의 작동으로 가스화기에서 생성된 1차 합성가스에 포함된 타르 또는 불순물은 제1 개질 촉매에서 개질 및 제거되고, 이때, 제2 플라즈마 반응기가 플라즈마로 제2 개질 촉매를 재생한다. 선택밸브의 반대 전환으로, 재생된 제2 개질 촉매가 타르 또는 불순물을 개질 및 제거하고, 제1 플라즈마 반응기가 플라즈마로 제1 개질 촉매를 재생한다.
즉 제1, 제2 개질 촉매 및 제1, 제2 플라즈마 반응기의 설치로 인하여, 일측에서 타르 또는 불순물을 개질 및 제거하면서 다른 일측에서 피독 또는 활성 저하된 개질 촉매를 재생하는 효과가 있다. 이와 같이, 일 실시예는 타르 또는 불순물의 개질 및 제거와 개질 촉매의 재생을 번갈아 진행함에 따라 가스화기를 운전하면서 개질 촉매를 재생할 수 있으므로 작업 손실을 방지할 수 있다.
합성가스와 산소를 포함하는 방전기체를 이용한 플라즈마를 발생시킬 경우, 반응물의 조성에 따라 매우 빠른 시간에 고온의 환원성 기체 또는 고온의 산화제 기체를 형성할 수 있다.
일 실시예는 제1, 제2 플라즈마 반응기에서 분사되는 플라즈마로 개질 촉매를 재생하므로 산소가 존재하는 조건에서 개질 촉매에 침착, 피독 및 활성 저하된 타르 또는 불순물을 연소 및 제거할 수 있다.
또한, 일 실시예는 황 성분이 존재하는 경우, 제1, 제2 재생통로를 통하여 수소(H2)가 포함된 합성가스의 일부를 개질 촉매에 공급하므로 개질 촉매에 침작 및 피독된 황을 H2S의 상태로 제거할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 불순물 제거장치의 구성도이다. 도1을 참조하면, 제1 실시예의 타르 또는 불순물 제거장치는 가스화기(2), 제1 연결통로(4), 선택밸브(6), 제2, 제3 연결통로(8, 10), 제1, 제2 개질 촉매(12, 14) 및 제1, 제2 플라즈마 반응기(16, 18)를 포함한다.
가스화기(2)는 원료인 폐기물을 가스화 및 용융시켜 1차 합성가스로 변환시킨다. 가스화기(2)는 폐기물을 원료로 하여 수소와 일산화탄소가 풍부한 합성가스(편의상, 1차 합성가스라 한다)를 생산한다. 일 실시예의 타르 또는 불순물 제거장치에는 공지의 가스화기가 사용될 수 있으므로 가스화기에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
제1 연결통로(4)는 폐기물이 공급되는 가스화기(2)의 다른 측에 연결되어 생성된 1차 합성가스를 진행시킨다. 선택밸브(6)는 제1 연결통로(4)와 제2, 제3 연결통로(8, 10) 사이에 배치되어, 제1 연결통로(4)를 제2 연결통로(8)에 또는 제3 연결통로(10)에 선택적으로 연결하여, 1차 합성가스를 진행시킨다.
제1, 제2 개질 촉매(12, 14)는 1차 합성가스를 유통시키도록 제2, 제3 연결통로(8, 10) 상에 각각 설치되어 1차 합성가스에 포함된 타르 또는 불순물을 개질 및 제거하여, 불순물이 제거된 2차 합성가스를 생성한다.
제1, 제2 플라즈마 반응기(16, 18)는 각각 제2, 제1 개질 촉매(14, 12)에 대응 설치되어, 제2, 제1 개질 촉매(14, 12) 각각에서 플라즈마를 생성 및 공급하여, 피독 및 활성 저하된 촉매를 재생한다.
선택밸브(6)가 제1, 제3 연결통로(4, 10)의 연결을 차단하고, 제1, 제2 연결통로(4, 8)를 연결하면, 가스화기(2)에서 생성되는 1차 합성가스는 제1, 제2 연결통로(4, 8)를 통하여 제1 개질 촉매(12)로 공급된다. 따라서 1차 합성가스에 포함된 타르 또는 불순물은 제1 개질 촉매(12)에서 개질 및 제거되고, 2차 합성가스로 변화된다. 이때, 제3 연결통로(10)의 제2 개질 촉매(14)는 구동되는 제1 플라즈마 반응기(16)에서 분사되는 플라즈마에 의하여 재생된다.
선택밸브(6)가 제1, 제2 연결통로(4, 8)의 연결을 차단하고, 제1, 제3 연결통로(4, 10)를 연결하면, 가스화기(2)에서 생성되는 1차 합성가스는 제1, 제3 연결통로(4, 10)를 통하여 제2 개질 촉매(14)로 공급된다. 따라서 1차 합성가스에 포함 된 타르 또는 불순물은 제2 개질 촉매(14)에서 개질 및 제거되고, 2차 합성가스로 변화된다. 이때, 제2 연결통로(8)의 제1 개질 촉매(12)는 구동되는 제2 플라즈마 반응기(18)에서 분사되는 플라즈마에 의하여 재생된다.
이와 같이, 일 실시예는 제1, 제2 플라즈마 반응기(16, 18)에서 분사되는 플라즈마로 제2, 제1 개질 촉매(14, 12)를 재생한다. 즉 산소가 존재하는 조건에서 제2, 제1 개질 촉매(14, 12)에 침착, 피독 및 활성 저하된 타르 또는 불순물은 플라즈마에 의하여 연소 및 제거된다.
도2는 도1에 적용되는 플라즈마 반응기의 단면도이다. 도2를 참조하면, 제1, 제2 플라즈마 반응기(16, 18)는 플라즈마를 발생시키는 공간을 제공하는 하우징(61)과, 전기적으로 절연시키는 절연재(62)를 개재하여, 하우징(61)의 일단에서 하우징(61) 일단의 내부로 삽입 설치되어, 하우징(61)의 내면과의 사이에 간극(G)을 형성하는 전극(63)을 포함한다. 그리고 하우징(61)은 전기적으로 접지되고, 전극(63)은 전원에 연결되어 고전압을 인가한다. 제1, 제2 플라즈마 반응기(16, 18)는 동일한 구조로 형성되므로 편의상, 제1 개질 촉매(12)에 설치되는 제2 플라즈마 반응기(18)를 예로 들어 설명한다.
제2 플라즈마 반응기(18)에서, 하우징(61)은 방전가스를 이용하여 내부에서 발생시킨 플라즈마를 제1 개질 촉매(12)를 향하여 분사하도록 통로(611)를 형성하며, 일측에서 방전가스를 공급하는 방전가스 공급구(612)를 형성한다. 방전가스 공급구(612)는 방전가스 공급 라인(L1)에 연결되어, 하우징(61)의 내측으로 방전가스를 공급한다.
절연재(62)는 하우징(61)과 전극(63)을 전기적으로 서로 절연시켜, 하우징(61)과 전극(63) 사이에 설정되는 간극(G)에서 기체방전에 의한 플라즈마를 발생시킬 수 있게 한다.
전극(63)은 방전가스 공급구(612)에 대응하는 부분에서, 즉 하우징(61)의 원통 부분에서, 하우징(61)의 내면과 사이에 설정되는 간극(G)을 크게 설정하고, 방전가스 또는 플라즈마의 진행 방향으로 가면서, 간극(G)을 점점 작아지게 설정한 후, 다시 점점 커지게 설정하도록 형성된다. 간극(G)이 가장 작은 부분에서 방전이 시작되어 간극(G)이 커지는 방향으로 방전 및 플라즈마가 확산된다.
이와 같이 하우징(61)은 전극(63)을 수용하는 부분에서 원통으로 형성되고, 전극(63)의 반대측에서, 통로(611)를 단계적으로 좁아지게 형성하여, 발생된 플라즈마의 압력 분사를 가능하게 한다.
하우징(61)은 통로(611)의 외측에 제1 냉각수 챔버(613)를 구비한다. 제1 냉각수 챔버(613)는 제1 냉각수 라인(L2)에 연결되어 공급되는 냉각수를 순환시키므로 플라즈마의 분사로 가열된 하우징(61)을 냉각시킨다.
하우징(61)은 플라즈마의 진행 방향을 기준으로, 제1 냉각수 챔버(613)의 전방과 후방에 제1, 제2 물 노즐(615, 616)을 구비한다. 제1, 제2 물 노즐(615, 616)은 각각의 물 라인(L3, L4)에 연결되어 산소 또는 수증기가 포함된 플라즈마를 생성할 수 있도록 물을 분사한다. 제1 물 노즐(615)은 통로(61) 내부에서 진행되는 플라즈마를 향하여 물을 분사하고, 제2 물 노즐(616)은 통로(611)로 분사되는 플라즈마에 물을 분사하여, 산소 또는 수증기가 포함된 플라즈마를 발생시킨다.
제2 플라즈마 반응기(18)에서 제1 연결통로(4)로 분사되는 산소 또는 수증기가 포함된 플라즈마는 제1 개질 촉매(12)를 재생시킨다.
제1, 제2 물 노즐(615, 616)은 통로(611) 내에서 방전가스 및 플라즈마의 진행 방향에 대하여, 각각 예각(θ1, θ2)으로 경사지게 형성되어 플라즈마의 진행 방향으로의 분사를 효과적으로 얻을 수 있다. 제1, 제2 물 노즐(615, 616)은 통로(611)로 물을 분사하여 수증기를 발생시키므로 바디(61)을 냉각시키는 효과를 가져올 수도 있다.
전극(63)은 내부에 제2 냉각수 챔버(631)를 구비한다. 제2 냉각수 챔버(631)는 제2 냉각수 라인(L5)에 연결되어 공급되는 냉각수를 순환시켜 배출함으로써 방전에 의하여 가열된 전극(63)을 냉각시킨다. 제2 냉각수 챔버(631)는 전극(63)의 중심에 형성되어 전극(63)의 균일한 냉각을 가능하게 한다. 제2 냉각수 라인(L5)은 제2 냉각수 챔버(631)의 최원방까지 삽입되어 냉각수를 제2 냉각수 챔버(631)의 최원방에 공급하여, 순환 후, 다시 공급측으로 배출시킴으로써 전극(63)을 더욱 균일하게 냉각할 수 있다.
다시 도1을 참조하면, 일 실시예의 타르 또는 불순물 제거장치는 제1, 제2 재생통로(20, 22)를 더 포함할 수 있다. 제1 재생통로(20)는 제1 개질 촉매(12)를 경유한 제2 연결통로(8)를 제2 개질 촉매(14), 제1 플라즈마 반응기(16) 및 제2 개질 촉매(14) 전방에 연결하여, 제2 연결통로(8)로 진행하는 2차 합성가스에 포함된 수소를 제2 개질 촉매(14) 및 전방에 공급하고, 또한 방전가스 공급 라인(L1)을 통하여 제1 플라즈마 반응기(16)의 방전가스 공급구(612)에 공급한다.
제2 재생통로(22)는 제2 개질 촉매(14)를 경유한 제3 연결통로(10)를 제1 개질 촉매(12), 제2 플라즈마 반응기(18) 및 제1 개질 촉매(12)의 전방에 연결하여, 제3 연결통로(10)로 진행하는 2차 합성가스에 포함된 수소를 제1 개질 촉매(12) 및 전방에 공급하고, 또한 방전가스 공급 라인(L2)을 통하여 제2 플라즈마 반응기(18)의 방전가스 공급구(612)에 공급한다.
이와 같이, 일 실시예는 제1, 제2 재생통로(20, 22)를 통하여 2차 합성가스에 포함된 수소(H2)를 제1, 제2 개질 촉매(12, 14)에 일부 공급하므로 황 성분이 존재하는 조건에서, 제1, 제2 개질 촉매(12, 14)에 침작, 피독 및 활성 저하된 황 성분을 H2S 형태로 제거할 수 있다.
도3은 도1에 적용되는 제2 실시예의 플라즈마 반응기의 단면도이다. 도3을 참조하면, 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기(30)는 연료/반응가스 공급부(30A)와 플라즈마 반응부(30B)로 형성되어, 플라즈마 방식으로 운전될 수 있다.
플라즈마 반응기(30)는 전극(32)과, 전극(32)을 내장하는 하우징(33)을 포함하며, 전극(32)과 하우징(33) 사이에서 간극(G)을 형성하여, 간극(G)에서 플라즈마 반응을 일으킨다.
전극(32)은 하우징(33)의 길이 방향을 따라 나란한 직선 상태로 형성되는 장착부(321)와, 장착부(321)에 연장되어 볼록 곡면을 형성하는 방전부(322)를 포함한다. 장착부(321)는 전기적인 절연재(34)를 개재하여 하우징(33)의 일측에 장착된다. 방전부(322)는 하우징(33)의 내측에 배치되어, 서로 마주하는 외표면(323)과 하우징(33)의 내표면(331) 사이에 간극(G)을 형성한다. 즉 전극(32) 방전부(322)의 외표면(323)과 하우징(33)의 내표면(331)이 플라즈마 반응부(30B)를 형성한다.
방전부(322)의 외표면(323)은 콘(cone)을 형성하고, 하우징(33)의 내표면(331)은 콘 형상의 방전부(322)를 수용하는 케이브(cave)를 형성한다. 전극(32)에서 방전부(322) 외표면(323)의 곡률과 하우징(33) 내표면(331)의 각 길이 방향의 곡률은 서로 다른 크기를 가진다(도3에서 좌우 방향을 기준으로 볼 때).
즉 방전부(322) 외표면(323)의 길이 방향 곡률이 하우징(33) 내표면(331)의 길이 방향 곡률보다 작다. 따라서 간극(G)은 방전부(322) 대응측에서 좁게 형성하고, 방전부(322)에서 장착부(321) 반대쪽으로 가면서 점점 넓어지게 형성된다. 이와 같이, 간극(G)이 점진적으로 넓어지는 구조는 전극(32)과 하우징(33) 사이에서 형성되는 플라즈마 반응을 방전부(322)의 끝에서 멀어지는 방향으로 확산시킨다.
플라즈마 반응부(30B), 즉 전극(32)과 하우징(33)에 전압이 인가되면, 전극(32)의 방전부(322)와 하우징(33)의 내표면(331) 사이에 설정되는 간극(G)에 공급되는 연료와 반응가스의 혼합기체에서 플라즈마 방전이 일어난다.
이를 위하여, 연료/반응가스 공급부(30A)는 전극(32)과 하우징(33) 사이에 연료와 반응가스를 공급하도록 형성된다. 예를 들면, 전극(32)은 내부에 즉, 장착부(321)와 방전부(322)를 관통하는 연료통로(324)를 형성한다.
연료통로(324)는 펌프(P)를 통하여 연료탱크(31)에 연결될 수 있다. 펌프(P)는 엔진(미도시)의 동력 또는 별도의 모터(미도시)로 구동되어, 연료통로(324)로 연료를 압송한다. 연료는 엔진에 공급되는 연료일 수 있고, 별도로 구비되는 연료 일 수 있다.
하우징(33)은 전극(32)의 방전부(322)를 향하는 위치에 대응하여 형성되는 공급포트(332) 및 이에 연결되는 공급관로(333)를 포함한다. 공급관로(333)는 절연재(34)를 개재하여 하우징(33)의 공급포트(332)에 장착된다.
따라서 공급관로(333)는 하우징(33)의 내부로 반응가스를 공급하고, 전극(32)은 연료통로(324)를 통하여 연료를 하우징(33)과 전극(32) 사이의 간극(G)으로 공급한다. 즉 연료/반응가스 공급부(30A)는 연료통로(324) 및 공급관로(333)를 포함한다.
전극(32)의 방전부(322) 끝에서 확산되는 반응 플라즈마는 하우징(33) 내표면(331)의 케이브 곡률을 따라 진행되면서 압축된다. 이와 같이 반응 플라즈마를 압축하고, 이어서 압축된 반응 플라즈마를 확산하기 위하여, 하우징(33)은 전극(32)에 형성된 연료통로(324)의 전방에 제1 통로(334)를 가지는 넥크부(335)를 형성한다.
따라서 케이브의 내표면(331)을 통하여 서서히 압축된 반응 플라즈마는 넥크부(335)의 제1 통로(334)를 통과한다. 하우징(33)은 제1 통로(334) 및 넥크부(335)를 사이에 두고 반응 플라즈마 유입측에는 곡률을 가지는 케이브의 내표면(331)을 형성하고, 반응 플라즈마 및 환원가스 유출 측에는 제1 통로(334)에서 확장되어 제2 통로(336)를 형성하는 수직면(337)을 형성한다.
즉 넥크부(335)는 내부에 형성되는 제1 통로(334)를 가지면서 양측에 구비되는 케이브의 내표면(331)과 제2 통로(336)를 형성하는 수직면(337)에 의하여 설정 된다. 제1 통로(334)를 통과한 반응 플라즈마는 수직면(337)에 의하여 제2 통로(336)로 확장 및 팽창되면서 연료를 개질하여 다량의 수소, 일산화탄소 및 탄화수소와 같은 환원가스를 발생시킨다. 개질가스는 황에 피독된 제1 또는 제2 개질 촉매(12, 14)로 공급되어 이를 재생한다.
연료통로(324)와 공급관로(333)는 연료와 방전가스를 각각 공급하며(도3 참조), 또한 연료통로(324)와 공급관로(333)는 방전가스와 연료를 각각 공급할(미도시) 수도 있다.
도4는 도1에 적용되는 제3 실시예의 플라즈마 반응기의 단면도이다. 제2 실시예와 비교하여 제3 실시예를 설명한다. 제2 실시예의 플라즈마 반응기(30)는 전극(32)에 연료통로(324)를 형성하는데 비하여, 제3 실시예의 플라즈마 반응기(40)는 하우징(33)에 연료통로(424)를 형성하여, 전극(42)과 하우징(33) 사이에 연료와 반응가스를 공급하도록 형성된다.
보다 구체적으로 설명하면, 방전가스는 전극(42)의 장착부(321)와 하우징(33) 사이에 공급되고, 연료는 전극(42)의 방전부(322)와 하우징(33)의 내표면(331) 사이에 공급된다. 이를 위하여, 하우징(33)은 연료를 공급하는 연료통로(324)를 방전부(322)의 끝에 인접하여 구비한다.
전극(32)의 방전부(322) 끝에서 확산되는 반응 플라즈마는 하우징(33) 내표면(331)의 케이브 곡률을 따라 진행되면서 압축된다. 압축된 반응 플라즈마는 제1 통로(334) 및 넥크부(335)를 지나게 된다. 제1 통로(334)를 통과한 반응 플라즈마는 수직면(337)에 의하여 제2 통로(336)로 확장 및 팽창된다.
이때 반응 플라즈마는 연료를 개질하여 다량의 수소, 일산화탄소 및 탄화수소와 같은 환원가스를 발생시킨다. 개질가스는 황에 피독된 제1 또는 제2 개질 촉매(12, 14)로 공급되어 이를 재생한다.
도3 및 도4의 제2, 제3 실시예의 플라즈마 반응기는(30, 40)는 도1의 타르 또는 불순물 제거장치에 다양한 구조의 플라즈마 반응기가 적용될 수 있음을 예시한다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 재생 방법의 순서도이다. 도5를 참조하면, 통로 선택 단계(ST10), 제1 구동 단계(ST21) 및 제2 구동 단계(ST22)를 포함한다. 통로 선택 단계(ST10)는 가스화기(2)에서 발생된 1차 합성가스를 공급하는 제1 연결 통로(4)를 제2 연결 통로(8)와 제3 연결 통로(10) 중 하나로 선택하여 공급한다. 제1 구동 단계(ST21)는 제1 개질 촉매(12)와 제1 플라즈마 반응기(16)를 구동하고, 제2 구동 단계(ST22)는 제2 개질 촉매(14)와 제2 플라즈마 반응기(18)를 구동한다.
즉, 제1 구동 단계(ST21)는 선택 밸브(6)가 제2 연결 통로(8)를 선택하는 경우, 선택된 제2 연결 통로(8)에 설치된 제1 개질 촉매(12)로 1차 합성가스를 개질하여 2차 합성가스를 발생시키며, 선택되지 않은 제3 연결 통로(10)에 설치된 제1 플라즈마 반응기(16)를 구동하여 제3 연결 통로(10)에 설치된 제2 개질 촉매(14)를 재생한다. 제2 구동 단계(ST22)는 제2 개질 촉매(14) 후, 선택 밸브(6)가 제3 연결 통로(10)를 선택하는 경우, 전환 선택된 제3 연결 통로(10)에 설치된 제2 개질 촉매(14)로 1차 합성가스를 개질하여 2차 합성가스를 발생시키며, 선택되지 않은 제2 연결 통로(8)에 설치된 제2 플라즈마 반응기(18)를 구동하여 제1 개질 촉매(12)를 재생한다. 제1 구동 단계(ST21)와 제2 구동 단계(ST22)는 제2, 제1 개질 촉매(14, 12) 각각을 충분히 재생시킬 수 있도록 설정된 시간에 따라 전환될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 불순물 제거장치의 구성도이다.
도2는 도1에 적용되는 제1 실시예의 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도3은 도1에 적용되는 제2 실시예의 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도4는 도1에 적용되는 제3 실시예의 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 재생 방법의 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 가스화기 4, 8, 10 : 제1, 제2, 제3 연결통로
6 : 선택밸브 12, 14 : 제1, 제2 개질 촉매
16, 18 : 제1, 제2 플라즈마 반응기 61 : 하우징
62 : 절연재 63 : 전극
611 : 통로 612 : 방전가스 공급구
613 : 제1 냉각수 챔버 615, 616 : 제1, 제2 물 노즐
631 : 제2 냉각수 챔버 G : 간극
L1 : 방전가스 공급 라인 L2 : 제1 냉각수 라인
L3, L4 : 물 라인 θ1, θ2 : 예각

Claims (11)

  1. 폐기물을 가스화 및 용융시켜 1차 합성가스로 변환시키는 가스화기;
    상기 가스화기에 연결되어 상기 1차 합성가스를 진행시키는 제1 연결통로;
    상기 제1 연결통로에 설치되는 선택밸브;
    상기 선택밸브에서 분지되어 상기 제1 연결통로에 선택적으로 연결되는 제2 연결통로와 제3 연결통로;
    상기 제2 연결통로 및 상기 제3 연결통로 상에 각각 설치되어 상기 1차 합성가스를 2차 합성가스로 변환시키는 제1 개질 촉매와 제2 개질 촉매;
    상기 제1 개질 촉매가 촉매 작용할 때, 상기 제2 개질 촉매를 재생하도록 상기 제2 개질 촉매에 설치되는 제1 플라즈마 반응기; 및
    상기 제2 개질 촉매가 촉매 작용할 때, 상기 제1 개질 촉매를 재생하도록 상기 제1 개질 촉매에 설치되는 제2 플라즈마 반응기를 포함하는 타르 또는 불순물 제거장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 개질 촉매를 경유한 상기 제2 연결통로를 상기 제2 개질 촉매 및 상기 제1 플라즈마 반응기에 연결하는 제1 재생통로를 더 포함하는 타르 또는 불순물 제거장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 개질 촉매를 경유한 상기 제3 연결통로를 상기 제1 개질 촉매 및 상기 제2 플라즈마 반응기에 연결하는 제2 재생통로를 더 포함하는 타르 또는 불순물 제거장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 반응기 및 상기 제2 플라즈마 반응기는, 각각
    상기 제1 개질 촉매 및 상기 제2 개질 촉매에 설치되어 안으로 플라즈마를 분사하도록 통로를 형성하고 전기적으로 접지되며, 일측에서 방전가스를 공급하는 하우징,
    절연재를 개재하여 상기 하우징의 일단 내측에 설치되어 상기 하우징의 내면과 간극을 형성하고 전기적으로 고전압에 연결되어 상기 하우징과의 사이에서 방전을 일으켜 상기 방전가스로 플라즈마를 발생시키는 전극을 포함하는 타르 또는 불순물 제거장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    방전가스 공급 라인에 연결되어 상기 방전가스를 공급하는 방전가스 공급구를 구비하고,
    상기 전극은,
    상기 방전가스 공급구에 대응하는 부분에서 상기 간극을 크게 형성하고, 상기 플라즈마의 진행 방향으로 가면서, 상기 간극을 점점 작아지게 형성한 후, 다시 점점 커지게 형성하는 타르 또는 불순물 제거장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 전극의 반대측에서 상기 통로를 단계적으로 좁아지게 형성하며,
    냉각수를 순환시키는 제1 냉각수 라인에 연결되는 제1 냉각수 챔버를 상기 통로의 좁아진 외측에 구비하는 타르 또는 불순물 제거장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    플라즈마에 산소 또는 수증기가 포함되도록 물을 공급하는 물 라인에 연결되고, 상기 플라즈마의 진행 방향을 기준으로, 상기 제1 냉각수 챔버의 전방과 후방에 각각 구비되어, 플라즈마를 향하여 물을 분사하는 제1 물 노즐과 제2 물 노즐을 형성하는 타르 또는 불순물 제거장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    플라즈마에 산소 또는 수증기가 포함되도록 물을 공급하는 물 라인에 연결되 어, 상기 플라즈마를 향하여 물을 분사하는 물 노즐을 형성하는 타르 또는 불순물 제거장치.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 전극은,
    냉각수를 순환시키는 제2 냉각수 라인에 연결되는 제2 냉각수 챔버를 중심에 형성하는 타르 또는 불순물 제거장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 냉각수 챔버는, 상기 전극의 중심에 형성되고,
    상기 제2 냉각수 라인은, 상기 제2 냉각수 챔버의 최원방까지 삽입되어 냉각수를 공급하는 타르 또는 불순물 제거장치.
  11. 가스화기에서 발생된 1차 합성가스를 공급하는 제1 연결 통로를 제2 연결 통로와 제3 연결 통로 중 하나로 선택하여 공급하는 통로 선택 단계;
    선택된 상기 제2 연결 통로에 설치된 제1 개질 촉매로 상기 1차 합성가스를 개질하여 2차 합성가스를 발생시키며, 선택되지 않은 상기 제3 연결 통로에 설치된 제1 플라즈마 반응기를 구동하여 상기 제3 연결 통로에 설치된 제2 개질 촉매를 재생하는 제1 구동 단계; 및
    상기 제2 개질 촉매 후, 선택된 상기 제3 연결 통로에 설치된 상기 제2 개질 촉매로 상기 1차 합성가스를 개질하여 2차 합성가스를 발생시키며, 선택되지 않은 상기 제2 연결 통로에 설치된 제2 플라즈마 반응기를 구동하여 상기 제1 개질 촉매를 재생하는 제2 구동 단계를 포함하는 촉매 재생 방법.
KR1020090109527A 2009-11-13 2009-11-13 타르 또는 불순물 제거장치 및 이를 이용한 촉매 재생 방법 KR101129417B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090109527A KR101129417B1 (ko) 2009-11-13 2009-11-13 타르 또는 불순물 제거장치 및 이를 이용한 촉매 재생 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090109527A KR101129417B1 (ko) 2009-11-13 2009-11-13 타르 또는 불순물 제거장치 및 이를 이용한 촉매 재생 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110052839A KR20110052839A (ko) 2011-05-19
KR101129417B1 true KR101129417B1 (ko) 2012-03-26

Family

ID=44362657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090109527A KR101129417B1 (ko) 2009-11-13 2009-11-13 타르 또는 불순물 제거장치 및 이를 이용한 촉매 재생 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101129417B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101486965B1 (ko) * 2013-09-30 2015-01-29 한국생산기술연구원 다단 가스화 장치 및 방법
ES2832742T3 (es) 2014-12-15 2021-06-11 Haldor Topsoe As Proceso y sistema para la regeneración de un catalizador de reformador de alquitrán
JP6594104B2 (ja) * 2015-08-21 2019-10-23 日立造船株式会社 改質用触媒の再生方法。

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030030387A (ko) * 2001-10-10 2003-04-18 한국기계연구원 저온 플라즈마 반응기를 이용한 유해 가스 처리 시스템 및그 제어 방법
KR100529826B1 (ko) * 2003-07-03 2005-11-21 주식회사 애드플라텍 플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 장치 및 방법
JP2008289801A (ja) * 2007-05-28 2008-12-04 Toshiba Corp ガス浄化装置
KR100910875B1 (ko) * 2008-03-21 2009-08-06 한국기계연구원 플라즈마 스크러버

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030030387A (ko) * 2001-10-10 2003-04-18 한국기계연구원 저온 플라즈마 반응기를 이용한 유해 가스 처리 시스템 및그 제어 방법
KR100529826B1 (ko) * 2003-07-03 2005-11-21 주식회사 애드플라텍 플라즈마 열분해에 의한 폐기물 처리 장치 및 방법
JP2008289801A (ja) * 2007-05-28 2008-12-04 Toshiba Corp ガス浄化装置
KR100910875B1 (ko) * 2008-03-21 2009-08-06 한국기계연구원 플라즈마 스크러버

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110052839A (ko) 2011-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6976353B2 (en) Apparatus and method for operating a fuel reformer to provide reformate gas to both a fuel cell and an emission abatement device
US7021048B2 (en) Combination emission abatement assembly and method of operating the same
KR101328983B1 (ko) 수소생성장치 및 그 구동 방법
ES2368418T3 (es) Aparato generador de energía.
KR101982171B1 (ko) 플라즈마 촉매 방식의 건식 개질 장치 및 그 방법
US7014930B2 (en) Apparatus and method for operating a fuel reformer to generate multiple reformate gases
KR101129417B1 (ko) 타르 또는 불순물 제거장치 및 이를 이용한 촉매 재생 방법
US20030196611A1 (en) Plasmatron having an air jacket and method for operating the same
JP2004079495A (ja) ごみのガス化ガスによる燃料電池発電システム
US6903259B2 (en) Thermoelectric device for use with fuel reformer and associated method
JP2018502804A (ja) 合成ガスの製造方法およびプラント
JP2000203802A (ja) 改質器
JP2007309302A (ja) 水素生成装置及び水素利用内燃機関
KR101447334B1 (ko) 탈황 장치
KR20100068082A (ko) 플라즈마 ｌｎｔ 시스템 및 플라즈마 개질기
KR101080696B1 (ko) 전자석을 이용한 회전 아크플라즈마 합성가스 개질기
KR101005913B1 (ko) 플라즈마를 이용한 폐기물 가스화 장치 및 방법
KR20110071463A (ko) 고형 연료로부터 생산된 합성가스를 이용한 전력 및 액상 연료 생산 시스템
CN211227046U (zh) 一种裂解气化装置
JP4559919B2 (ja) ガス改質装置及びガス改質方法
US20060207179A1 (en) Fuel reforming apparatus and method for starting said fuel reforming apparatus
JP2006348154A (ja) ガス改質装置及びガス改質方法
KR101704766B1 (ko) 가스화 장치
JP2005053733A (ja) 液体炭化水素燃料改質装置
JP3789677B2 (ja) 燃料電池用改質装置

Legal Events

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

Payment date: 20141230

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151208

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171204

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee