KR101159757B1 - Plasma reactor and tar or by-product reforming and removing apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 합성가스의 품질을 유지하면서 합성가스의 주성분인 수소 및 일산화탄소의 손실을 방지하는 타르 또는 부산물 제거장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치는, 폐기물을 가스화 및 용융시켜 1차 합성가스로 변환시키는 가스화기, 상기 가스화기에 연결되어 상기 1차 합성가스를 진행시키는 제1 연결통로, 및 상기 제1 연결통로에 설치되어, 상기 1차 합성가스에 산소 또는 수증기가 포함된 아크 플라즈마를 작용시켜, 상기 1차 합성가스에 포함된 타르 또는 부산물을 개질 또는 제거하여 2차 합성가스를 발생시키는 아크 플라즈마 반응기를 포함한다.One embodiment of the present invention relates to a tar or by-product removal device for preventing the loss of hydrogen and carbon monoxide, which are the main components of the synthesis gas while maintaining the quality of the synthesis gas. The tar or by-product removal device according to an embodiment of the present invention, a gasifier for gasifying and melting the waste to convert into a primary synthesis gas, a first connection passage connected to the gasifier to advance the primary synthesis gas, And installed in the first connection passage to operate an arc plasma including oxygen or water vapor in the primary synthesis gas, thereby reforming or removing tar or by-products included in the primary synthesis gas to generate secondary synthesis gas. Arc plasma reactor.
타르, 부산물, 합성가스, 폐기물, 아크, 저온, 플라즈마 반응기 Tar, by-product, syngas, waste, arc, low temperature, plasma reactor
Description
본 발명은 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 타르 또는 부산물 제거장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료인 폐기물을 합성가스로 변환시키는 과정에서 발생되는 타르(tar) 또는 부산물을 개질 및 제거하는 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 타르 또는 부산물 제거장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma reactor and an apparatus for removing tar or by-products using the same, and more particularly, to a plasma reactor for reforming and removing tar or by-products generated in a process of converting waste material, which is a raw material, into syngas, and using the same. It relates to a tar or byproduct removing device.
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.The gasifier uses waste as a raw material, that is, through gasification and melting of the waste, to separate the hydrocarbon components in the waste and convert it into a synthesis gas composed mainly of hydrogen and carbon monoxide. Tar is generated during gasification and melting of the waste.
타르는 탄화수소 계열의 부산물로서 고분자량의 액상 또는 기상 물질이나 에쉬(ash) 등을 포함한다. 타르는 합성가스에 포함되어 합성가스의 이용에 방해가 되는 불순물로 작용한다. 따라서 합성가스에서 타르는 제거될 필요가 있다.Tar is a hydrocarbon-based by-product and includes a high molecular weight liquid or gaseous substance or ash. Tar is included in the syngas and acts as an impediment to the use of the syngas. Thus, tar needs to be removed from the syngas.
일례를 들면, 타르 개질 촉매를 이용하여 타르를 제거하는 방법이 있다. 또한 통상적으로 탄화수소계 물질의 개질 과정에, 산소를 이용한 부분 산화 방법 또 는 물을 이용한 수증기 개질 방법이 있다.For example, there is a method of removing tar using a tar reforming catalyst. Also, in the reforming of hydrocarbon-based materials, there is usually a partial oxidation method using oxygen or a steam reforming method using water.
산소를 이용한 부분 산화 방법으로 탄화물질을 개질하는 경우, 공급된 산소가 기존의 합성가스 내에 있는 수소 및 일산화 탄소를 연소시켜서, 합성가스의 품질이 저하될 수 있다.When reforming a carbonaceous material by a partial oxidation method using oxygen, the supplied oxygen burns hydrogen and carbon monoxide in the existing synthesis gas, so that the quality of the synthesis gas may be degraded.
본 발명의 일 실시예는 합성가스의 품질을 유지하면서 합성가스의 주성분인 수소 및 일산화탄소의 손실을 방지하는 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 타르 또는 부산물 제거장치에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a plasma reactor for preventing the loss of hydrogen and carbon monoxide, which are main components of the synthesis gas, while maintaining the quality of the synthesis gas, and a tar or by-product removal device using the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치는, 폐기물을 가스화 및 용융시켜 1차 합성가스로 변환시키는 가스화기, 상기 가스화기에 연결되어 상기 1차 합성가스를 진행시키는 제1 연결통로, 및 상기 제1 연결통로에 설치되어, 상기 1차 합성가스에 산소 또는 수증기가 포함된 아크 플라즈마를 작용시켜, 상기 1차 합성가스에 포함된 타르 또는 부산물을 개질 또는 제거하여 2차 합성가스를 발생시키는 아크 플라즈마 반응기를 포함한다.The tar or by-product removal device according to an embodiment of the present invention, a gasifier for gasifying and melting the waste to convert into a primary synthesis gas, a first connection passage connected to the gasifier to advance the primary synthesis gas, And installed in the first connection passage to operate an arc plasma including oxygen or water vapor in the primary synthesis gas, thereby reforming or removing tar or by-products included in the primary synthesis gas to generate secondary synthesis gas. Arc plasma reactor.
상기 제1 연결통로는 고온 단열재로 형성되고 절곡부를 형성하며, 상기 아크 플라즈마 반응기는, 상기 1차 합성가스의 흐름 방향 또는 흐름의 역방향으로 아크 플라즈마를 분사하도록 상기 절곡부에 설치될 수 있다.The first connection passage is formed of a high temperature insulating material and forms a bent portion, and the arc plasma reactor may be installed in the bent portion to inject an arc plasma in a flow direction of the primary synthesis gas or in a reverse direction of the flow.
상기 절곡부는 직각으로 형성되고, 상기 아크 플라즈마 반응기는 상기 제1 연결통로의 일측을 향하여 아크 플라즈마를 분사하도록 상기 절곡부에 설치될 수 있다.The bent portion may be formed at a right angle, and the arc plasma reactor may be installed at the bent portion to inject an arc plasma toward one side of the first connection passage.
상기 아크 플라즈마 반응기는, 상기 절곡부의 외측에서 상기 제1 연결통로의 일측을 향하여 설치되는 제1 아크 플라즈마 반응기와, 상기 제1 아크 플라즈마 반응기가 향하는 방향과 교차하는 방향을 향하도록 상기 절곡부의 다른 외측에서 상기 제1 연결통로의 다른 일측을 향하여 설치되는 제2 아크 플라즈마 반응기를 포함할 수 있다.The arc plasma reactor may include a first arc plasma reactor installed at an outer side of the bent portion toward one side of the first connection passage, and the other outer side of the bent portion so as to face a direction intersecting with a direction toward the first arc plasma reactor. In may include a second arc plasma reactor installed toward the other side of the first connection passage.
상기 아크 플라즈마 반응기는, 상기 제1 연결통로에 원주 방향을 따라 등간격의 복수로 배치되고, 상기 아크 플라즈마의 분사 방향을 상기 제1 연결통로 내표면의 접선 방향으로 향하게 할 수 있다.The arc plasma reactor may be arranged in a plurality of equal intervals along the circumferential direction in the first connection passage, and may direct the injection direction of the arc plasma in the tangential direction of the inner surface of the first connection passage.
본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치는, 상기 2차 합성가스에 저온 플라즈마를 작용시켜 3차 합성가스를 발생시키도록, 상기 아크 플라즈마 반응기를 경유한 상기 제1 연결통로에 구비되는 저온 플라즈마 반응기를 더 포함할 수 있다.The tar or by-product removal device according to an embodiment of the present invention is provided in the first connection passage via the arc plasma reactor to generate a third synthesis gas by applying a low temperature plasma to the secondary synthesis gas. It may further comprise a low temperature plasma reactor.
상기 저온 플라즈마 반응기는, 상기 제2 합성가스에 연결되는 슬릿형 분사구를 하나 이상 형성하는 유전체, 상기 유전체에 매립되어 각 분사구 양측에 대향 배치되어 전압을 인가하는 제1 전극과 접지되는 제2 전극, 및 상기 유전체와 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 수용하는 하우징을 포함할 수 있다.The low temperature plasma reactor may include a dielectric for forming at least one slit-type injection hole connected to the second synthesis gas, a second electrode buried in the dielectric and disposed on opposite sides of each injection hole, the second electrode being grounded and applied with a voltage; And a housing accommodating the dielectric, the first electrode, and the second electrode.
본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치는, 상기 3차 합성가스에 촉매반응을 통해 타르 또는 부산물의 개질 및 제거를 유도하여 4차 합성가스 를 발생시키도록 상기 저온 플라즈마 반응기를 경유한 제2 연결통로에 구비되는 촉매를 더 포함할 수 있다.The tar or by-product removal device according to an embodiment of the present invention, through the low-temperature plasma reactor to generate a fourth synthesis gas by inducing reforming and removal of tar or by-products through the catalytic reaction to the third synthesis gas. It may further include a catalyst provided in the second connecting passage.
본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치는, 상기 2차 합성가스에 촉매반응을 통해 타르 또는 부산물의 개질 및 제거를 유도하여 3차 합성가스를 발생시키도록 상기 제1 연결통로에 구비되는 촉매를 더 포함할 수 있다.The tar or byproduct removing device according to an embodiment of the present invention is provided in the first connection passage to generate a tertiary synthesis gas by inducing reforming and removal of tar or byproducts through a catalytic reaction to the secondary synthesis gas. It may further comprise a catalyst.
상기 아크 플라즈마 반응기는, 상기 제1 연결통로 안으로 산소 또는 수증기가 포함된 아크 플라즈마를 분사하도록 통로를 형성하며 상기 절곡부에 설치되고 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 아크 플라즈마를 발생시키는 전극을 포함할 수 있다.The arc plasma reactor, through the housing to form a passage for injecting the arc plasma containing oxygen or water vapor into the first connection passage, the bent portion and electrically grounded, supplying a discharge gas from one side through an insulating material And an electrode installed inside one end of the housing to form a gap with an inner surface of the housing and electrically connected to a high voltage to generate a discharge between the housing and generate an arc plasma with the discharge gas.
상기 하우징은, 방전가스 공급 라인에 연결되어 상기 방전가스를 공급하는 방전가스 공급구를 구비하고, 상기 전극은, 상기 방전가스 공급구에 대응하는 부분에서 상기 간극을 크게 형성하고, 상기 아크 플라즈마의 진행 방향으로 가면서, 상기 간극을 점점 작아지게 형성한 후, 다시 점점 커지게 형성할 수 있다.The housing has a discharge gas supply port connected to a discharge gas supply line for supplying the discharge gas, and the electrode has a large gap in a portion corresponding to the discharge gas supply port, In the advancing direction, the gap may be made smaller and smaller, and then become larger.
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.The housing may be formed on the opposite side of the passage to form a first cooling water chamber formed to narrow the passage in a step opposite to the electrode and connected to a first cooling water line circulating the cooling water.
상기 하우징은, 산소 또는 수증기가 포함된 아크 플라즈마 발생을 위하여 물을 공급하는 물 라인에 연결되고, 상기 아크 플라즈마의 진행 방향을 기준으로, 상 기 제1 냉각수 챔버의 전방과 후방에 각각 구비되어, 아크 플라즈마를 향하여 물을 분사하는 제1 물 노즐과 제2 물 노즐을 형성할 수 있다.The housing is connected to a water line for supplying water for generating an arc plasma including oxygen or water vapor, and is provided at the front and the rear of the first cooling water chamber based on the advancing direction of the arc plasma. A first water nozzle and a second water nozzle may be formed to spray water toward the arc plasma.
상기 제1 물 노즐 및 상기 제2 물 노즐은, 상기 방전가스 진행 방향에 대하여 예각으로 경사지게 형성될 수 있다.The first water nozzle and the second water nozzle may be formed to be inclined at an acute angle with respect to the discharge gas traveling direction.
상기 하우징은, 산소 또는 수증기가 포함된 아크 플라즈마 발생을 위하여 물을 공급하는 물 라인에 연결되고, 아크 플라즈마를 향하여 물을 분사하는 하나 또는 복수의 물 노즐을 형성할 수 있다.The housing may be connected to a water line for supplying water for generating an arc plasma containing oxygen or water vapor, and may form one or a plurality of water nozzles for spraying water toward the arc plasma.
상기 전극은, 냉각수를 순환시키는 제2 냉각수 라인에 연결되는 제2 냉각수 챔버를 중심에 형성할 수 있다.The electrode may form a second cooling water chamber connected to a second cooling water line circulating the cooling water.
상기 제2 냉각수 챔버는, 상기 전극의 중심에 형성되고, 상기 제2 냉각수 라인은, 상기 제2 냉각수 챔버의 최원방까지 삽입되어 냉각수를 공급할 수 있다.The second coolant chamber may be formed at the center of the electrode, and the second coolant line may be inserted to the farthest part of the second coolant chamber to supply the coolant.
본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치는, 폐기물을 가스화 및 용융시켜 1차 합성가스로 변환시키는 가스화기, 상기 가스화기에 연결되어 상기 1차 합성가스를 진행시키는 제1 연결통로, 및 상기 1차 합성가스에 저온 플라즈마를 작용시켜 2차 합성가스를 발생시키도록, 상기 가스화기를 경유한 상기 제1 연결통로에 구비되는 저온 플라즈마 반응기를 포함한다.The tar or by-product removal device according to an embodiment of the present invention, a gasifier for gasifying and melting the waste to convert into a primary synthesis gas, a first connection passage connected to the gasifier to advance the primary synthesis gas, And a low temperature plasma reactor provided in the first connection passage via the gasifier so as to generate a secondary synthesis gas by applying a low temperature plasma to the primary synthesis gas.
본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치는, 상기 2차 합성가스에 촉매반응을 통해 타르 또는 부산물의 개질 및 제거를 유도하여 3차 합성가스를 발생시키도록 상기 저온 플라즈마 반응기를 경유한 제2 연결통로에 구비되는 촉매를 더 포함할 수 있다.The tar or by-product removal device according to an embodiment of the present invention, through the low-temperature plasma reactor to generate a tertiary synthesis gas by inducing reforming and removal of tar or by-products through the catalytic reaction to the secondary synthesis gas. It may further include a catalyst provided in the second connecting passage.
본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치는, 폐기물을 가스화 및 용융시켜 1차 합성가스로 변환시키는 가스화기, 상기 가스화기에 연결되어 상기 1차 합성가스를 진행시키는 제1 연결통로, 및 상기 1차 합성가스에 플라즈마를 작용시켜 2차 합성가스를 발생시키도록, 상기 가스화기를 경유한 상기 제1 연결통로에 구비되는 플라즈마 반응기를 포함한다.The tar or by-product removal device according to an embodiment of the present invention, a gasifier for gasifying and melting the waste to convert into a primary synthesis gas, a first connection passage connected to the gasifier to advance the primary synthesis gas, And a plasma reactor provided in the first connection passage via the gasifier so as to generate a secondary synthesis gas by applying a plasma to the primary synthesis gas.
본 발명의 일 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치는, 상기 2차 합성가스에 촉매반응을 통해 타르 또는 부산물의 개질 및 제거를 유도하여 3차 합성가스를 발생시키도록 상기 플라즈마 반응기를 경유한 제2 연결통로에 구비되는 촉매를 더 포함할 수 있다.The tar or by-product removal device according to an embodiment of the present invention, through the plasma reactor to generate a tertiary synthesis gas by inducing reforming and removal of tar or by-products through a catalytic reaction to the secondary synthesis gas. It may further comprise a catalyst provided in the connecting passage.
본 발명의 일 실시예에 따른 아크 플라즈마 반응기는, 방전가스를 공급받아 발생되는 산소 또는 수증기가 포함된 아크 플라즈마를 분사하도록 통로를 형성하며, 전기적으로 접지되는 하우징, 절연재를 개재하여 상기 하우징의 일단 내측에 설치되어 상기 하우징의 내면과 간극을 형성하고 전기적으로 고전압에 연결되어 상기 하우징과의 사이에서 방전을 일으켜 상기 방전가스로 아크 플라즈마를 발생시키는 전극을 포함할 수 있다.An arc plasma reactor according to an embodiment of the present invention, the passage is formed to inject an arc plasma containing oxygen or water vapor generated by receiving a discharge gas, one end of the housing via an electrically grounded housing, the insulating material It may include an electrode installed inside to form a gap with the inner surface of the housing and electrically connected to a high voltage to generate a discharge between the housing and generate an arc plasma with the discharge gas.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스화기에서 생성된 1차 합성가스에 플라즈마 반응기에서 생성된 플라즈마를 작용시켜 1차 합성가스에 포함된 타르 또는 부산물을 개질 및 제거하므로 2차 합성가스를 생성하므로 합성가스의 품질을 유지하면서 합성가스의 손실을 방지하는 효과가 있다.Thus, according to an embodiment of the present invention, by operating the plasma generated in the plasma reactor to the primary synthesis gas generated in the gasifier to modify and remove the tar or by-products contained in the primary synthesis gas, the secondary synthesis gas As a result, there is an effect of preventing the loss of syngas while maintaining the quality of the syngas.
또한, 산소 또는 수증기가 포함된 아크 플라즈마로 타르또는 부산물을 개질 하므로 산소 또는 수증기가 수소나 일산화 탄소와 반응하기 보다 HC, 입자상 물질 또는 타르와 우선적으로 반응시키므로 합성가스의 손실을 방지하면서 타르 또는 부산물을 개질 및 제거하는 효과가 있다.In addition, since tar or by-products are reformed by an arc plasma containing oxygen or water vapor, oxygen or steam preferentially reacts with HC, particulate matter, or tar, rather than hydrogen or carbon monoxide, thereby preventing tar or by-products from being lost. It has the effect of modifying and removing.
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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치의 구성도이다. 도1을 참조하면, 제1 실시예의 타르 또는 부산물 제거장치(100)는 가스화기(2), 제1 연결통로(4) 및 아크 플라즈마 반응기(6)를 포함한다. 또한, 타르 또는 부산물 제거장치(100)는 저온 플라즈마 반응기(8)와 촉매(10) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 저온 플라즈마 반응기(8)와 촉매(10)를 사용하는 경우, 저온 플라즈마 반응기(8)와 촉매(10)를 연결하는 제2 연결통로(12)가 더 사용된다. 즉 타르 또는 부산물 제거장치는 가스화기와 아크 플라즈마 반응기로 형성, 가스화기와 아크 플라즈마 반응기 및 촉매로 형성, 가스화기와 아크 플라즈마 반응기 및 저온 플라즈마 반응기로 형성, 또는 가스화기와 아크 플라즈마 반응기와 저온 플라즈마 반 응기 및 촉매로 형성될 수 있다. 편의상, 여기서는 가스화기(2)와 아크 플라즈마 반응기(6)에 저온 플라즈마 반응기(8)와 촉매(10)를 모두 포함하는 타르 또는 부산물 제거장치(100)를 도시하고 설명한다.1 is a block diagram of a tar or by-product removing apparatus according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the tar or
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 생산하며, 제1 실시예의 타르 또는 부산물 제거장치(100)에는 공지의 가스화기(2)가 사용될 수 있으므로 가스화기(2)에 대한 구체적인 설명을 생략한다.The
제1 연결통로(4)는 폐기물이 공급되는 가스화기(2)의 다른 측에 연결되어 생성된 1차 합성가스를 진행시킨다. 아크 플라즈마 반응기(6)는 제1 연결통로(4)에 설치되어, 1차 합성가스에 아크 플라즈마를 작용시켜, 1차 합성가스에 포함된 타르 또는 부산물을 개질 또는 제거하여, 2차 합성가스를 발생시킨다.The first connecting
제1 연결통로(4)는 아크 플라즈마 반응기(6)에서 분사되는 아크 플라즈마에 의하여 손상되지 않는 구조를 형성한다. 예를 들면, 제1 연결통로(4)는 고온단열재로 형성되며 또한 절곡부(41)를 형성한다.The
아크 플라즈마 반응기(6)는 제1 연결통로(4)의 절곡부(41)에 설치된다. 이 상태에서, 아크 플라즈마 반응기(6)의 아크 플라즈마 분사 방향은 1차 합성가스의 흐름 방향과 일치하거나(도1 참조), 1차 합성가스 흐름의 역방향에 일치한다(도4 참조). 따라서 아크 플라즈마 반응기(6)에서 분사되는 아크 플라즈마는 1차 합성가스와 접촉량을 증대시킬 수 있다. 즉 1차 합성가스에 포함된 타르 또는 부산물이 효과적으로 개질 또는 제거될 수 있다.The
일례를 들면, 절곡부(41)는 직각으로 형성될 수 있다. 이 상태에서, 아크 플라즈마 반응기(6)는 가스화기(2) 측 절곡부(41)의 제1 연결통로(4)에 설치되어 가스화기(2) 반대측 절곡부(41)의 제1 연결통로(4)를 향하여 아크 플라즈마를 분사한다. 즉 아크 플라즈마는 절곡부(41)를 경유한 제1 연결통로(4)의 길이 방향으로 분사 및 진행되어, 제1 연결통로(4)를 손상시키지 않으면서 제1 연결통로(4)를 진행하는 1차 합성가스에 포함된 타르 또는 부산물을 개질 및 제거한다. 또한 제1 연결통로(4) 및 절곡부(41)는 아크 플라즈마 반응기(6)의 아크 플라즈마 분사 방향으로 직선 구간을 포함하면 아크 플라즈마에 의한 손상을 피할 수 있다.For example, the
도2는 도1에 적용되는 아크 플라즈마 반응기의 단면도이다. 도2를 참조하면, 아크 플라즈마 반응기(6)는 아크 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.FIG. 2 is a cross-sectional view of the arc plasma reactor applied to FIG. 1. Referring to FIG. 2, the
하우징(61)은 방전가스를 이용하여 내부에서 발생시킨 아크 플라즈마를 제1 연결통로(4) 안으로 분사하도록 통로(611)를 형성하며, 절곡부(41)에 설치되고, 일측에서 방전가스를 공급하는 방전가스 공급구(612)를 형성한다. 방전가스 공급구(612)는 방전가스 공급 라인(L1)에 연결되어, 하우징(61)의 내측으로 방전가스를 공급한다.The
절연재(62)는 하우징(61)과 전극(63)을 전기적으로 서로 절연시켜, 하우징(61)과 전극(63) 사이에 설정되는 간극(G)에서 기체방전에 의한 아크 플라즈마를 발생시킬 수 있게 한다.The insulating
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 아크 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 아크 플라즈마가 확산된다.The
이와 같이 하우징(61)은 전극(63)을 수용하는 부분에서 원통으로 형성되고, 전극(63)의 반대측에서, 통로(611)를 단계적으로 좁아지게 형성하여, 높은 열전달 특성을 가지는 안정적인 아크 플라즈마의 발생을 가능하게 한다.As described above, the
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 아크 플라즈마의 분사로 가열된 하우징(61)을 냉각시킨다.The
하우징(61)은 아크 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 아크 플라즈마를 생성할 수 있도록 물을 분사한다. 제1 물 노즐(615)은 통로(61) 내부에서 진행되는 아크 플라즈마를 향하여 물을 분사하고, 제2 물 노즐(616)은 통로(61)로 분사되는 아크 플라즈마에 물을 분사하여, 산소 또는 수증기가 포함된 아크 플라즈 마를 발생시킨다.The
아크 플라즈마 반응기(6)에서 제1 연결통로(4)로 분사되는 산소 또는 수증기가 포함된 아크 플라즈마는 제1 연결통로(4)로 진행되는 1차 합성가스에 손실을 발생시키지 않고, 1차 합성가스에 포함된 타르 또는 부산물을 개질 및 제거하여, 즉 불순물이 제거된 2차 합성가스를 생성한다. 즉 산소 또는 수증기가 포함된 아크 플라즈마는 산소 또는 수증기가 포함된 방전기체를 이용한 아크 플라즈마와 같이, 공급된 산소가 수소나 일산화 탄소보다 HC 혹은 입자상 물질 및 타르와 우선적으로 반응하여, 1차 합성가스의 손실 없이, 1차 합성가스에 포함된 타르 및 부산물을 개질 및 제거하여 2차 합성가스를 생성할 수 있게 한다.The arc plasma containing oxygen or water vapor injected from the
제1, 제2 물 노즐(615, 616)은 통로(611) 내에서 방전가스 및 아크 플라즈마의 진행 방향에 대하여, 각각 예각(θ1, θ2)으로 경사지게 형성되어 아크 플라즈마의 분사력을 더 증대시킬 수 있다. 제1, 제2 물 노즐(615, 616)은 통로(611)로 물을 분사하여 수증기를 발생시키므로 하우징(61)을 냉각시킬 수 있다.The first and
전극(63)은 제2 냉각수 챔버(631)를 구비한다. 제2 냉각수 챔버(631)는 제2냉각수 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.The
다시 도1을 참조하면, 저온 플라즈마 반응기(8)는 제1 연결통로(4)에 구비되어, 아크 플라즈마 반응기(6)에서 분사되는 산소 또는 수증기가 포함된 아크 플라즈마에 의하여 개질된 2차 합성가스를 방전가스로 하여, 3차 합성가스를 발생시키도록 구성된다. 저온 플라즈마 반응기(8)는 2차 합성가스에 저온 플라즈마를 더 작용시켜 2차 합성가스에 포함된 타르 또는 부산물을 개질 및 제거하여 불순물이 더욱 줄어든 3차 합성가스를 생성한다. 즉 저온 플라즈마 반응기(8)는 타르 또는 부산물 제거장치에 선택적으로 사용될 수 있다.Referring back to FIG. 1, the low
도3은 도1에 적용되는 저온 플라즈마 반응기의 단면도이다. 도3을 참조하면, 저온 플라즈마 반응기(8)는 제2 합성가스에 연결되는 슬릿형 분사구(81)를 하나 이상 적층 구조로 형성하는 유전체(82)과, 유전체(82)에 매립되어 분사구들(81) 사이에 교호적으로 배치되어 전압을 인가하는 제1 전극(83)과 접지되는 제2 전극(84), 및 이들을 수용하는 바디(85)를 포함한다. 분사구들(81)은 제1 연결통로(4)에 대응하여, 제2 합성가스를 유통시킬 수 있는 충분한 개수로 설정된다.3 is a cross-sectional view of the low temperature plasma reactor applied to FIG. Referring to FIG. 3, the low-
저온 플라즈마 반응기(8)는 유전체(82)에 매립된 제1 전극(83)에 전압을 인가하고, 제2 전극(84)을 접지하여, 방전가스로 공급되는 2차 합성가스에 유전체 장벽 방전을 유도하여, 2차 합성가스에 포함된 타르 또는 부산물을 개질 및 제거하여, 분사구(81)를 통하여 불순물이 줄어든 제3 합성가스를 분사한다.The low
다시 도1을 참조하면, 촉매(10)는 제2 연결통로(12)에 구비되어, 저온 플라즈마 반응기(8)를 경유하면서 생성된 3차 합성가스 내에 존재하는 미량의 타르 또는 부산물이 촉매에 의해 개질 및 제거되어 불순물이 더욱 줄어든 4차 합성가스를 발생시킨다.Referring back to FIG. 1, the
한편, 저온 플라즈마 반응기를 구비하지 않는 경우, 촉매는 제1 연결통로에 구비되어, 아크 플라즈마 반응기의 아크 플라즈마에 의하여 개질된 2차 합성가스에 촉매작용에 의하여 3차 합성가스를 발생시킬 수도 있다(미도시). 이 경우, 촉매는 2차 합성가스에 포함된 타르 또는 부산물을 개질 및 제거하여 불순물이 더욱 줄어든 3차 합성가스를 생성한다. 저온 플라즈마 반응기와 같이, 촉매는 타르 또는 부산물 제거장치에 선택적으로 사용될 수 있다.On the other hand, when the low-temperature plasma reactor is not provided, the catalyst may be provided in the first connection passage to generate the tertiary synthesis gas by catalysis on the secondary synthesis gas modified by the arc plasma of the arc plasma reactor ( Not shown). In this case, the catalyst reforms and removes the tar or by-products contained in the secondary syngas to produce a tertiary syngas having further reduced impurities. Like low temperature plasma reactors, the catalyst can optionally be used in tar or byproduct removal equipment.
제1 실시예의 타르 또는 부산물 제거장치(100)는 제2 연결통로(4)의 절곡부(41)에 1개의 아크 플라즈마 반응기(6)를 설치하였으나, 제2 실시예의 타르 또는 부산물 제거장치(200)는 절곡부(41)에 2개의 아크 플라즈마 반응기(26)을 설치한다(도4 참조).The tar or by-
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치의 부분 단면도이다. 도4를 참조하면, 타르 또는 부산물 제거장치(200)에서 아크 플라즈마 반응기(26)는 2개, 즉 제1, 제2 아크 플라즈마 반응기(261, 262)를 포함한다. 제1 아크 플라즈마 반응기(261)는 도4에서 절곡부(41)의 상방 외측에서 제1 연결통로(4)의 하방을 향하여 설치되어 하방으로 아크 플라즈마를 분사한다. 제2 아크 플라즈마 반응기(262)는 제1 아크 플라즈마 반응기(261)가 향하는 방향과 교차하는 방향, 즉 수평 방향을 향하도록 절곡부(41)의 우측에서 제1 연결통로(4)의 좌측을 향하여 설치되어 좌측으로 아크 플라즈마를 분사한다.4 is a partial cross-sectional view of a tar or by-product removing apparatus according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, in the tar or
제1 아크 플라즈마 반응기(261)는 절곡부(41)의 상방에서 하방으로 진행하는 1차 합성가스에 아크 플라즈마를 분사하여, 즉 1차 합성가스의 흐름에 일치시켜 1차 합성가스에 포함된 타르 또는 부산물를 개질 및 제거하여 불순물을 제거한다. 제2 아크 플라즈마 반응기(262)는 절곡부(41)의 좌측에서 우측으로 진행하는 1차 합성가스에 역방향으로 아크 플라즈마를 분사하여 1차 합성가스에 포함된 타르 도는 부산물을 개질 및 제거하여 불순물을 제거한다. 제2 실시예의 타르 또는 부산물 제거장치(200)는 두 개의 아크 플라즈마 반응기에 의하여 아크 플라즈마 반응 공간이 더욱 확장되어 1차 합성가스에 포함된 타르 또는 부산물의 개질 및 제거 효과를 높이게 되므로 제1 실시예의 타르 또는 부산물 제거장치(100)에 비하여, 불순물을 더 효과적으로 제거할 수 있다.The first
제1, 제2 실시예의 타르 또는 부산물 제거장치(100, 200)는 아크 플라즈마 반응기(6, 26)에서 분사되는 아크 플라즈마에 의하여 제1 연결통로(4)의 손상을 방지하기 위하여, 제1 연결통로(4)에 절곡부(41)를 구비한다. 이에 비하여 제3 실시예의 타르 또는 부산물 제거장치(300)는 제1 연결통로(4)에 절곡부를 구비하지 않고 아크 플라즈마 반응기(36)를 설치한다.The tar or by-
도5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치의 부분 단면도이다. 도3을 참조하면, 타르 또는 부산물 제거장치(300)에서 아크 플라즈마 반응기(36)는 제1 연결통로(4)에 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되는 복수로 형성되고, 아크 플라즈마의 분사 방향을 제1 연결통로(4) 내표면의 접선 방향으로 향하게 한다. 이 경우, 아크 플라즈마 반응기(36)는 1개, 2개 또는 3개 이상으로 구성 및 설치될 수 있다. 또한 아크 플라즈마 반응기들(36)을 제1 연결통로(4)의 원주 방향 에서 나선형으로 배치하면(미도시), 아크 플라즈마가 연결통로(4) 내에서 아크 플라즈마와 반응하지 않는 공간을 최소화 하는데 더 효과적이어서, 가스화기(2)에서 제1 연결통로(4)로 진행하는 1차 합성가스에 포함된 타르 또는 부산물을 더 효율적으로 개질 및 제거할 수 있다.5 is a partial cross-sectional view of a tar or byproduct removing apparatus according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, in the tar or by-
도6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치의 구성도이다. 도5를 참조하면, 제4 실시예의 타르 또는 부산물 제거장치(400)는 가스화기(2)와 저온 플라즈마 반응기(8)로 형성, 또는 가스화기(2)와 저온 플라즈마 반응기(8) 및 촉매(10)로 형성될 수 있는 구성을 예시한다. 편의상, 여기서는 가스와기(2)에 저온 플라즈마 반응기(8)와 촉매(10)를 모두 포함하는 타르 또는 부산물 제거장치(400)를 도시하고 설명한다.6 is a block diagram of a tar or by-product removing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the tar or
제4 실시예의 타르 또는 부산물 제거장치(400)에서, 가스화기(2)는 폐기물을 가스화 및 용융시켜 1차 합성가스로 변환시키고, 제1 연결통로(4)는 가스화기(2)에 연결되어 1차 합성가스를 진행시키며, 저온 플라즈마 반응기(8)는 가스화기(2)를 경유한 제1 연결통로(4)에 구비되어, 1차 합성가스에 저온 플라즈마를 작용시켜 2차 합성가스를 발생시킨다.In the tar or
또한, 촉매(10)는 저온 플라즈마 반응기(8)를 경유한 제2 연결통로(12)에 구비되어, 2차 합성가스에 촉매반응을 통해 타르 또는 부산물의 개질 및 제거를 유도하여 3차 합성가스를 발생시킨다.In addition, the
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.Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a tar or by-product removing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도2는 도1에 적용되는 아크 플라즈마 반응기의 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the arc plasma reactor applied to FIG. 1.
도3은 도1에 적용되는 저온 플라즈마 반응기의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the low temperature plasma reactor applied to FIG.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치의 부분 단면도이다.4 is a partial cross-sectional view of a tar or by-product removing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치의 부분 단면도이다.5 is a partial cross-sectional view of a tar or byproduct removing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
도6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 타르 또는 부산물 제거장치의 구성도이다.6 is a block diagram of a tar or by-product removing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100, 200, 300, 400 : 타르 또는 부산물 제거장치 2 : 가스화기100, 200, 300, 400: tar or by-product removal device 2: gasifier
4 : 제1 연결통로 6, 26, 36 : 아크 플라즈마 반응기4: first connecting
8 : 저온 플라즈마 반응기 10 : 촉매8: low temperature plasma reactor 10: catalyst
12 : 제2 연결통로 41 : 절곡부12: second connecting passage 41: bend
61 : 하우징 62 : 절연재61
63 : 전극 81 : 분사구63
82 : 유전체 83, 84 : 제1, 제2 전극82: dielectric 83, 84: first and second electrodes
85 : 바디 261, 262 : 제1, 제2 아크 플라즈마 반응기 85:
611 : 통로 612 : 방전가스 공급구611: passage 612: discharge gas supply port
613, 631 : 제1, 제2 냉각수 챔버 615, 616 : 제1, 제2 물 노즐613 and 631: first and
G : 간극 L1 : 방전가스 공급 라인G: gap L1: discharge gas supply line
L2, L5 : 제1, 제2 냉각수 라인 L3, L4 : 물 라인L2, L5: first and second cooling water lines L3, L4: water line
θ1, θ2 : 예각θ1, θ2: Acute Angle
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