KR101178832B1 - Microwave Plasma Gasifier and Method for Synthetic Gas Production - Google Patents
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Abstract
본 발명은 합성가스 생산을 위한 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 다양한 특성의 연료 특히 다양한 등급의 석탄을 포함하는 탄화수소 물질을 선회기류로 주입되는 스팀 및 산소와 혼합하여 가스화챔버로 공급하고, 상기 공급과정에서 질소, 스팀, 아르곤, 공기로 마이크로웨이브 플라즈마를 발생시켜 이를 이용하여 가연성가스를 수취하는 장치에 있어, 연료공급관으로 공급되는 정량 연료는 플라즈마 발생 이전에 선회 기류와 함께 공급되거나, 생성된 플라즈마 토치의 고온영역에 공급되도록 하고, 가스화챔버를 포함하는 반응부분의 구조를 수직으로 배치하여 장기운전시 회재가 많이 발생하는 연료의 공급과 배출이 용이하게 이루어지도록 하는 등 연료의 공급방법과 반응부 구조를 조절하여 합성가스의 생산성을 향상시킨 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a microwave plasma gasification apparatus and method for syngas production, and more particularly to gasification by mixing a hydrocarbon material including fuel of various characteristics, in particular various grades of coal, with steam and oxygen injected into the swirling air stream. In the apparatus for supplying the chamber and receiving a flammable gas by using a microwave plasma generated by nitrogen, steam, argon, air in the supply process, the fixed quantity fuel supplied to the fuel supply pipe and the swirling air flow before the plasma generation It is supplied together or supplied to the high temperature region of the generated plasma torch, and the structure of the reaction part including the gasification chamber is vertically arranged to facilitate the supply and discharge of fuel that generates a lot of ash during long-term operation. By adjusting the fuel supply method and the structure of the reaction part, The present invention relates to a microwave plasma gasifier and a method for improving productivity.
Description
본 발명은 합성가스 생산을 위한 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 다양한 특성의 연료 특히 다양한 등급의 석탄을 포함하는 탄화수소 물질을 선회기류로 주입되는 스팀 및 산소와 혼합하여 가스화챔버로 공급하고, 상기 공급과정에서 질소, 스팀, 아르곤, 공기로 마이크로웨이브 플라즈마를 발생시켜 이를 이용하여 가연성가스를 수취하는 장치에 있어, 연료공급관으로 공급되는 정량 연료는 연료공급관에 선회기류로 공급되거나, 생성된 플라즈마 토치의 고온영역에 직접 공급되도록 하고, 가스화챔버를 포함하는 반응부분의 구조를 수직으로 배치하여 장기운전시 회재가 많이 발생하는 연료의 공급과 배출이 용이하게 이루어지도록 하는 등 연료의 공급방법과 반응부 구조를 조절하여 합성가스의 생산성을 향상시킨 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a microwave plasma gasification apparatus and method for syngas production, and more particularly to gasification by mixing a hydrocarbon material including fuel of various characteristics, in particular various grades of coal, with steam and oxygen injected into the swirling air stream. In the apparatus for supplying the chamber and receiving the combustible gas by using a microwave plasma generated by nitrogen, steam, argon, air in the supply process, the fixed quantity fuel supplied to the fuel supply pipe is supplied to the fuel supply pipe as a swirling air flow Or directly to the high temperature region of the generated plasma torch, and vertically arrange the structure of the reaction part including the gasification chamber to facilitate the supply and discharge of fuel that generates a lot of ash during long-term operation. Productivity of Syngas by Controlling Supply Method and Reaction Structure Improvement which relates to a microwave plasma gasification apparatus and method.
플라즈마란 물질의 제4의 상태로 불리워지는 원자핵과 전자가 분리된 전리기체를 말한다. 플라즈마의 형성은 그 발생과 더불어 화학적 반응을 활성화시킬 수 있는 다량의 라디칼을 형성시킨다. 플라즈마는 크게 저온 플라즈마와 고온 플라즈마로 분류할 수 있다. 저온 플라즈마는 100℃ 이하의 저온에서 화학적 반응이 요구되는 분야에 사용되며, 고온 플라즈마의 경우 5000℃ 이상의 온도도 짧은 시간내에 올릴 수 있기 때문에 고온이 요구되는 소각, 용해 등의 분야에 적용될 수 있다. 최근에는 단순한 소각, 연소에서 공정의 효율 및 생성가스의 활용이 다양한 가스화 기술에 고온 플라즈마 기술이 적용, 연구되고 있다. 현재까지 가장 널리 사용되고 있는 플라즈마 방법으로는 아크 방전을 이용한 토치를 사용하는 방법이 적용되고 있으나, 방전 중에 발생하는 고온으로 인한 전극수명의 한계, 많은 전류가 흘러야 하기 때문에 높은 전력이 요구되며, 가스화 반응에 필요한 스팀을 주입하는 경우 전극의 수명을 단축시킬 수 있다. 따라서, 최근 마이크로웨이브를 활용한 고온 플라즈마 응용 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 기존에 폐기물 처리에 많이 응용되던 아크토치 플라즈마 가스화 기술에서 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 가스화 연구가 주목받고 있다.Plasma refers to an ionizing gas in which an atomic nucleus and an electron, called a fourth state of matter, are separated. The formation of the plasma, together with its generation, forms large amounts of radicals that can activate chemical reactions. Plasma can be classified into low temperature plasma and high temperature plasma. Low temperature plasma is used in fields requiring chemical reaction at a low temperature of 100 ° C. or lower, and in the case of high temperature plasma, a temperature of 5000 ° C. or higher can be raised in a short time, and thus it can be applied to fields such as incineration and melting requiring high temperature. Recently, high temperature plasma technology has been applied to various gasification technologies for simple incineration, process efficiency and combustion gas utilization. As the most widely used plasma method to date, a torch using an arc discharge has been applied. However, the limit of electrode life due to the high temperature generated during discharge and high electric current are required. Injecting the steam required to reduce the life of the electrode. Therefore, research on high temperature plasma application technology using microwaves has been actively conducted. Particularly, the research on gasification using microwave plasma is drawing attention from the arc torch plasma gasification technology, which has been widely applied to waste treatment.
가스화란 탄화수소계 물질의 부분산화를 통하여 수소, 일산화탄소 및 메탄과 같은 가연성의 혼합가스 형태로 전환시키는 공정을 말한다. 기존 가스화의 경우 연료를 일부 연소시킴으로써 그 열로 가스화 온도를 유지하는 방식으로 운전온도인 1300℃ 정도까지 장치의 초기 예열을 위한 버너, 공급연료, 공급배관 및 설비 등이 추가적으로 요구되며, 가스화기 내화물의 온도가 충분히 예열되어야 하기 때문에 상당히 오랜 시간 연료를 연소시켜 주어야 한다. 그렇기 때문에 석탄등을 이용하는 분류층 가스화기의 경우 특히 한번 예열 후에는 수개월간 지속적으로 운전을 하고 있다. 반면 플라즈마 가스화기의 경우 외부의 전력으로 플라즈마를 생성해 화염을 형성시켜서 반응 온도를 유지하는 것으로, 연료의 연소를 통한 온도유지가 필요 없다. 또한 플라즈마 중심부의 온도는 기존 가스화 방식보다 수천도 높은 온도를 단시간에 형성시킬 수 있기 때문에 예열에 필요한 시간이 매우 짧은 장점을 갖고 있다. 매우 높은 온도조건에서 가스화가 이루어지기 때문에 짧은 체류시간 및 높은 연료의 전환율을 얻을 수 있으며, 황화합물 등이 플라즈마를 통하여 분해됨으로써 청정한 합성가스의 수취가 가능하다. Gasification refers to a process of converting hydrocarbon-based materials into combustible mixed gas forms such as hydrogen, carbon monoxide and methane. In the case of existing gasification, a burner, a supply fuel, a supply pipe, and a facility for initial preheating of the device are required additionally up to an operating temperature of about 1300 ° C by maintaining a gasification temperature by partially burning the fuel. The temperature has to be sufficiently warmed up and the fuel has to be burned for a very long time. Therefore, the fractionated bed gasifier using coal, etc., has been operating continuously for several months, especially after one time of preheating. On the other hand, in the case of plasma gasifiers, plasma is generated by external power to form a flame to maintain a reaction temperature, and there is no need to maintain a temperature through combustion of fuel. In addition, the temperature in the center of the plasma can be formed thousands of degrees higher than the conventional gasification method in a short time has the advantage that the time required for preheating is very short. Since gasification is performed under very high temperature conditions, a short residence time and a high fuel conversion rate can be obtained, and clean compounds can be received by decomposing sulfur compounds through plasma.
기존 가스화 방식의 경우에도 공정의 효율에 많은 영향을 미치는 부분이 가스화기로 연료를 주입하는 방식이다. 연료를 주입하는 방식에 따라 연료를 가스화기 내부에 미립 분사시킴으로써 열화학적 전환 효율을 높일 수 있으며, 고온의 가스화 반응기 내 체류시간을 조절할 수 있고, 가스화기의 구조 및 형태에 따라 연료 중 연소가 안되는 재의 원활한 배출이 가능하며, 이는 플라즈마 가스화에서도 동일하다. 마이크로웨이브 플라즈마의 경우 플라즈마 형성가스가 마이크로웨이브 영역을 거치면서 플라즈마 화염이 형성된 이후에 탄화수소 연료가 공급되어야 하는데, 이때 플라즈마는 중심부 영역이 매우 고온이며 주위로 갈수록 온도가 급격히 낮아지기 때문에 석탄을 플라즈마 중심부 영역으로 적절히 공급해 주어야 하는 기술적인 문제점이 있다. 실험실 규모에서는 실험의 편리성 때문에 수평형으로 사용하는 경우가 많으며, 이러한 수평형 구조에서는 플라즈마 화염 직후에 탄화수소 연료를 화염과 수직으로 공급함으로써 화염의 중심 고온영역에 연료를 공급하는 것이 용이하다. 그러나, 수평형의 경우 연료 내 포함되어 있는 재 성분의 원활한 연속적인 배출이 어렵고, 공급관 하부에 쌓여 플라즈마 화염을 간섭함으로써 가스화 효율을 저하시킬 수 있다. 따라서 화염이 아래쪽으로 향하는 수직형 구조로 장치를 운용하는 것이 이러한 문제점을 해결해 줄 수 있을 것이다. 그러나, 이러한 수직형 구조의 경우 플라즈마 화염 형성 후 탄화수소 연료를 화염 중앙 고온부에 효과적으로 공급하는 방법이 어려우며, 이로 인하여 생산되는 가연성가스의 효율이 저하되는 단점이 있다.In the case of the conventional gasification method, the most influential part of the process efficiency is the method of injecting fuel into the gasifier. By injecting fuel into the gasifier, the atomization of the fuel can increase the thermochemical conversion efficiency, the residence time in the high temperature gasification reactor can be controlled, and the combustion of the fuel in the fuel can be prevented according to the structure and shape of the gasifier. Smooth discharge of ash is possible, which is the same for plasma gasification. In the case of microwave plasma, the hydrocarbon fuel must be supplied after the plasma forming gas passes through the microwave region and the plasma flame is formed. There is a technical problem that must be properly supplied. In the laboratory scale, it is often used in a horizontal type because of the convenience of the experiment, and in this horizontal structure, it is easy to supply fuel to the central high temperature region of the flame by supplying hydrocarbon fuel perpendicularly to the flame immediately after the plasma flame. However, in the case of the horizontal type, smooth and continuous discharge of the ash component contained in the fuel is difficult, and it is possible to reduce the gasification efficiency by stacking under the supply pipe and interfering with the plasma flame. Therefore, operating the device in a vertical structure with the flames directed downward may solve this problem. However, in the case of the vertical structure, it is difficult to effectively supply the hydrocarbon fuel to the high temperature portion of the flame after plasma flame formation, and thus, there is a disadvantage in that the efficiency of the combustible gas produced is lowered.
따라서, 수직형 마이크로웨이브 플라즈마 가스화기의 구조적 배치와 이때 탄화수소 연료를 화염 중심부로 효과적으로 공급하면서 가스화 시킬 수 있는 장치 및 방법에 대한 연구가 필요하다.
Therefore, there is a need for a structural arrangement of a vertical microwave plasma gasifier and a device and method for gasification while effectively supplying hydrocarbon fuel to a flame center.
이에 본 발명에 따른 합성가스 제조용 마이크로웨이브 플라즈마 가스화 장치 및 방법은,The microwave plasma gasification apparatus and method for syngas production according to the present invention,
다양한 특성의 연료 특히 다양한 등급의 석탄을 포함하는 탄화수소 연료와 스팀을 고온의 마이크로웨이브 플라즈마 화염하에서 반응시켜 합성가스로 전환하는 장치에 있어서, In an apparatus for converting hydrocarbon fuels containing various fuels, particularly hydrocarbons of various grades, and steam into a syngas by reacting them under a high temperature microwave plasma flame,
연료공급관을 통해 공급되는 정량의 연료를 플라즈마 형성가스의 선회기류와 함께 선회되도록 공급되거나 플라즈마 토치의 고온 영역으로 직접 공급이 이루어지도록 하며, 장치 반응부의 구조를 수직으로 형성하여 회재가 많은 석탄의 가스화과정에서 발생되는 회재의 배출 및 장기운전이 용이하게 이루어지도록 하는 장치의 제공을 목적으로 한다.
The amount of fuel supplied through the fuel supply pipe is to be supplied to turn with the swirling air flow of the plasma forming gas or directly to the high temperature region of the plasma torch, and the device reaction part is formed vertically to gasify coal with a lot of ash. An object of the present invention is to provide an apparatus for easily discharging ashes generated in the process and for long term operation.
상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 합성가스 제조용 마이크로웨이브 플라즈마 가스화 장치는, Microwave plasma gasifier for syngas production of the present invention for solving the above problems,
탄화수소 연료와 스팀을 고온의 마이크로웨이브 플라즈마 화염하에서 반응시켜 합성가스로 전환시키는 가스화장치에 있어서, 플라즈마 발생가스가 공급되는 수직관체인 가스공급챔버와; 상단이 가스공급챔버와 연통된 석영관을 단부 부분에 수직으로 내설하는 수평관인 도파관에 의해 발생되는 마이크로웨이브를 석영관으로 이동시키고, 마이크로웨이브 고밀도 응집에 의한 전기장을 상승시켜 석영관을 통과하도록 공급된 플라즈마 발생가스를 해리시키고, 플라즈마 방전에 의해 플라즈마 화염을 형성하는 플라즈마발생장치와; 상기 도파관에 수직설치된 석영관 하단에 연통되되 가스공급챔버와 동일한 축에 연결되도록 하고, 측면으로부터 이송가스에 의해 정량 공급된 연료를 플라즈마 화염으로 투입되게하는 연료공급구가 형성된 수직관체인 연료공급챔버와; 상기 연료공급챔버의 하단과 연통되게 결합되어 고온에서 가스화가 이루어지는 수직관체인 가스화챔버와; 상기 가스화챔버의 하단에 설치되어 가스와 회재 및 미반응물질인 촤를 분리하는 사이클론과; 상기 사이클론에 의해 분리된 가스를 포집하는 포집탱크;를 포함하여 구성된다. A gasifier for reacting hydrocarbon fuel and steam under a high temperature microwave plasma flame to convert it into a syngas, comprising: a gas supply chamber, which is a vertical tube to which a plasma generating gas is supplied; It moves the microwave generated by the waveguide, which is a horizontal pipe in which the upper end is in communication with the gas supply chamber, perpendicular to the end portion, to the quartz tube, and raises the electric field due to the microwave high density aggregation to supply the quartz tube. A plasma generator for dissociating the generated plasma generating gas and forming a plasma flame by plasma discharge; The fuel supply chamber which is connected to the lower end of the quartz tube perpendicular to the waveguide and connected to the same axis as the gas supply chamber, and has a fuel supply port for supplying the fuel quantitatively supplied by the transfer gas from the side to the plasma flame. Wow; A gasification chamber coupled to communicate with a lower end of the fuel supply chamber, the gasification chamber being a vertical tube gasifying at a high temperature; A cyclone installed at a lower end of the gasification chamber to separate gas from ash and unreacted material; And a collecting tank for collecting the gas separated by the cyclone.
또한, 본 발명의 마이크로웨이브 플라즈마 가스화 장치를 이용한 가스화방법은,In addition, the gasification method using the microwave plasma gasifier of the present invention,
플라즈마 발생가스가 공급되는 수직관체인 가스공급챔버와, 플라즈마화염으로 연료를 공급하는 연료공급챔버와, 고온에서 가스화가 이루어지는 가스화챔버를 상중하단으로 수직배관하고, 상기 가스공급챔버와 연료공급챔버 사이에는 플라즈마발생장치의 도파관을 연통시켜 플라즈마가 생성되도록하는 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치를 이용한 가스화방법에 있어서, 플라즈마 발생가스를 챔버 내로 선회되도록 공급하는 단계와; 공급된 플라즈마 발생가스에 플라즈마발생장치에서 생성된 마이크로웨이브를 공급하는 단계와; 공급된 마이크로웨이브의 전기장에 의해 플라즈마발생가스의 분자를 해리시켜 플라즈마 방전으로 플라즈마화염을 형성하는 단계와; 상기 플라즈마 화염을 선회하도록 탄화수소 연료를 이송가스에 의해 공급하여 플라즈마화염을 반응축 중심으로 응집시켜 가스화챔버 내벽과의 열충격을 방지해 체류시간을 향상시키는 플라즈마 화염 응집단계와; 상기 플라즈마 화염의 고열에 의해 공급된 연료를 열분해하여 합성가스를 생산하는 단계와; 생산된 합성가스로부터 회재 및 촤를 분리하여 저장하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
Vertically pipe the gas supply chamber which is a vertical pipe to which plasma generating gas is supplied, the fuel supply chamber which supplies fuel to the plasma flame, and the gasification chamber where gasification is performed at high temperature to the upper and lower ends, between the gas supply chamber and the fuel supply chamber. A gasification method using a microwave plasma gasifier for communicating a waveguide of a plasma generating device to generate a plasma, the method comprising: supplying a plasma generating gas to be turned into a chamber; Supplying the microwave generated by the plasma generator to the supplied plasma generating gas; Dissociating molecules of the plasma generating gas by the electric field of the supplied microwave to form a plasma flame by plasma discharge; A plasma flame agglomeration step of supplying a hydrocarbon fuel to transport the plasma flame by a transfer gas to agglomerate the plasma flame to the center of the reaction shaft to prevent thermal shock with an inner wall of the gasification chamber to improve residence time; Pyrolysing the fuel supplied by the high heat of the plasma flame to produce syngas; And separating and storing ash and char from the syngas produced.
이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 합성가스 제조용 마이크로웨이브 플라즈마 가스화 장치 및 방법은,Microwave plasma gasification apparatus and method for syngas production of the present invention as described in detail above,
고온의 플라즈마에 의해 연료의 가스화가 이루어지도록 함으로써 예열과정을 축소시킬 수 있으며, 마이크로웨이브 플라즈마를 발생시키기 위한 가스 및 연료를 반응기 내부로 선회하면서 공급되도록 하여 마이크로웨이브로 발생된 플라즈마를 선회기류에 의해 중심으로 응집시켜 플라즈마 체류시간을 향상시키고, 가스화 장치의 반응부 구조를 수직으로 형성하여 연료로 석탄을 사용하여도 반응하고 남은 회재의 배출이 용이하게 이루어져 장기간 운전이 가능하도록 하는 등 장기 운전성과 합성가스 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
Preheating process can be reduced by allowing gas to be gasified by high temperature plasma, and gas and fuel for generating microwave plasma are supplied while turning into the reactor, thereby turning the plasma generated by microwaves into a swirling air stream. Aggregate to the center to improve the plasma residence time, and to form the reaction structure of the gasifier vertically to react even if using coal as fuel, it is easy to discharge the remaining ash, long-term operation and synthesis There is an effect of improving gas productivity.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 가스공급챔버와 혼합가스공급관의 결합상태를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치의 작용상태도.
도 4는 산소/연료 비에 따른 합성가스 조성비를 나타낸 그래프.
도 5는 석탄별 가스화 생성가스 조성비를 비교하여 나타낸 그래프.1 is a block diagram of a microwave plasma gasifier according to the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing a combined state of the gas supply chamber and the mixed gas supply pipe according to the present invention.
Figure 3 is a working state of the microwave plasma gasifier according to the present invention.
4 is a graph showing the synthesis gas composition ratio according to the oxygen / fuel ratio.
Figure 5 is a graph showing a comparison of the gas-forming gas composition ratio for each coal.
이하에서는 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 가스공급챔버와 혼합가스공급관의 결합상태를 도시한 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치의 작용상태도이다. 1 is a schematic view showing a microwave plasma gasifier according to the present invention, Figure 2 is a schematic diagram showing a coupling state of the gas supply chamber and the mixed gas supply pipe according to the present invention, Figure 3 is a microcomputer according to the present invention It is a state diagram of a wave plasma gasifier.
참고한 바와같이 탄화수소 연료와 스팀을 고온의 마이크로웨이브 플라즈마 화염하에서 반응시켜 합성가스로 전환시키는 가스화장치(1)는, 가스공급챔버(10)와 연료공급챔버(30)와 가스화챔버(40)가 동일수직축상에 설치되어 구성된다. As described above, the gasifier 1 for converting hydrocarbon fuel and steam under a high temperature microwave plasma flame into a synthetic gas includes a
상기 가스공급챔버(10)에는 플라즈마 발생가스가 공급되고 일측에 점화기(14)가 설치되어 공급된 가스를 점화하여 화염이 발생되도록 한다. 상기 공급되는 플라즈마 발생가스로는 질소, 산소, 공기, 아르곤, 스팀이 있으며, 각 가스 공급라인에는 가스내의 이물질을 제거하도록 하는 필터와, 공급되는 가스량을 조절하기 위한 유량제어기와, 가스공급라인을 단속하는 밸브가 설치될 수 있다.Plasma generating gas is supplied to the
상기 플라즈마 발생가스는 한 종류의 가스만 공급하거나 다수 가스를 혼합하여 공급되게 할 수 있다. 예컨대 도시된 바와같이 산소와 질소를 혼합장치(11)에 의해 먼저 혼합하여 혼합가스공급관(12)을 통해 공급하고, 별도로 스팀발생장치에서 발생된 스팀을 스팀공급관(13)을 통해 가스공급챔버(10)로 공급하여 산소, 질소, 스팀 3종류로 공급되게 한다. The plasma generating gas may be supplied by supplying only one type of gas or by mixing a plurality of gases. For example, as shown in the drawing, oxygen and nitrogen are first mixed by the
이 때 상기 가스공급챔버(10)와 연통되는 혼합가스공급관(12)은 하나의 관을 통해 공급되거나 다수의 관을 가스공급챔버 둘레를 따라 등간격으로 설치하여 동시에 공급이 이루어지도록 할 수 있다.In this case, the mixed
또한, 혼합가스공급관(12)과 스팀공급관(13)은 도 2를 참조한 바와같이 가스공급챔버(10)의 축 중심으로부터 측면으로 이격되고, 도 3에서와 같이 가스공급챔버의 하측방향을 향하도록 설치되어 공급된 가스 및 스팀이 가스공급챔버 내면을 고속으로 선회하는 선회기류로써 이동되도록 한다. 즉, 공급되는 가스가 가스공급챔버 내벽에 수직으로 부딪쳐 유속이 저하되는 것을 최소화하여 고속으로 가스공급이 이루어지도록 할 수 있다. 이와같이 가스유속을 고속으로 형성할 경우 후기 과정에서 발생되는 플라즈마 화염(24)의 형성길이를 길게 하여 이에 공급되는 연료와 고온 플라즈마의 접촉시간 증대로 인한 가스화 효율을 증대시킬 수 있다.
In addition, the mixed
상기 공급된 플라즈마 생성가스는 가스공급챔버(10)를 선회하면서 플라즈마발생장치(20)의 도파관(22)을 통과하여 연료공급챔버(30)로 공급된다.The supplied plasma generated gas is supplied to the
여기서 상기 플라즈마 발생장치(20)는, 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 소스(21)와, 상기 마이크로웨이브 소스에 연계된 도파관(22)을 포함한다.The
상기 마이크로웨이브 소스(21)의 예로는 마그네트론이 있으며, 전원을 공급받아 마이크로웨이브를 발생시킨다. 또한 일측에는 플라즈마제어기(23)가 설치되어 마이크로웨이브의 발생출력을 조절하도록 한다. An example of the
또한, 상기 마이크로웨이브 소스에서 발생된 마이크로웨이브는 도파관(22)에 의해 일측으로 이동된다. 상기 도파관은 수평으로 형성하여 발생된 마이크로웨이브를 수평이동시키고, 일측에는 테이퍼부(221)가 형성되어 이동되는 마이크로웨이브를 고밀도로 응집시켜 출력전기장을 최대로 높일 수 있다.In addition, the microwave generated from the microwave source is moved to one side by the waveguide (22). The waveguide may horizontally move the generated microwaves horizontally, and taper
이와같이 수평배관되는 도파관(22)은 발생된 마이크로웨이브가 고밀도로 응집되는 단부에 석영관(25)을 수직설치하여 상기 석영관의 상단을 가스공급챔버(10)와 연통설치되고, 동일축상으로 석영관 하단을 연료공급챔버(30)가 연통설치된다. 상기 도파관 내부를 가스공급챔버 또는 연료공급챔버와 같은 금속재질로 하지 않는 것은 고밀도의 마이크로웨이브에 의해 도파관을 삽통하는 관체가 가열되어 융해될 수 있으므로 이를 방지하기 위해 석영관을 안치한 것이다. The
또한, 상기 도파관에는 질소공급관을 연통시켜 도파관 내부압력을 가스공급챔버의 압력과 동일 또는 유사한 고압으로 형성하여 가스공급챔버로 공급된 플라즈마발생가스가 안치된 석영관과 도파관의 틈을 통해 도파관 내부로 유입되는 것을 방지하도록 할 수 있다. In addition, the waveguide communicates with a nitrogen supply pipe to form a pressure inside the waveguide at a high pressure equal to or similar to that of the gas supply chamber, and into the waveguide through a gap between the quartz tube and the waveguide in which the plasma generating gas supplied to the gas supply chamber is placed. It can be prevented from entering.
상기 도파관(22)의 석영관(25)을 통과하는 플라즈마발생가스는 도파관에 의해 인가된 전기장으로 기체분자의 연결을 끊는 해리상태가 되어 가연성기체인 수소와 산소가 생성된다. 상기 생성가스는 플라즈마 방전에 의해 플라즈마 화염을 형성한다. 상기 플라즈마 화염은 고속의 유체흐름에 의해 연료공급챔버(30) 내부로 길게 형성된다.
The plasma generating gas passing through the
상기 연료공급챔버(30)는 측면에 연통설치된 연료공급관(31)을 통해 내부 유로에 형성된 플라즈마 화염(24)으로 연료를 정량 공급한다. 이 때 연료로는 탄화수소를 포함하는 가연성가스로 전환될 수 있는 물질이며, 대표적으로는 석탄, 바이오매스, 석유코크스, 폐플라스틱, 유기성 폐기물 등 이다. 상기 공급되는 연료는 정량공급피더(32)에 의해 정량공급되고, 이송가스로는 아르곤 또는 질소가 사용된다. The
또한, 상기 연료공급관(31)을 통한 연료의 공급방향으로는 연료공급챔버 내에 형성된 플라즈마 화염에 직접 공급되거나, 연료공급챔버(30) 내의 선회기류와 함께 선회되면서 공급되게 할 수 있다. 즉, 연료공급관을 플라즈마화염을 향하도록 설치하거나, 연료공급챔버의 축 중심으로부터 측면으로 이격되고 하측방향을 향하도록 설치하여 플라즈마 화염에 직접 공급 또는 선회하도록 하는 것이다. In addition, the fuel supply direction through the
상기 연료를 선회되게 공급하면 공급된 연료의 선회기류가 플라즈마화염 외부를 선회하면서 플라즈마화염을 중앙으로 응집되도록 하여 플라즈마화염이 연료공급챔버의 내벽에 부딪쳐 열충격에 의한 손실을 방지하도록 함으로써 플라즈마화염의 체류시간을 향상해 열분해효율을 증가시킬 수 있다.
When the fuel is pivotally supplied, the swirling air flow of the supplied fuel causes the plasma flame to agglomerate to the center while turning outside the plasma flame so that the plasma flame strikes the inner wall of the fuel supply chamber to prevent loss due to thermal shock. By improving the time, the pyrolysis efficiency can be increased.
또한, 상기 연료는 연료공급챔버의 하부에 연통설치된 가스화챔버(40)를 통과하면서 열분해가 진행된다. 또한, 상기 가스화챔버를 포함한 내부유로는 유량흐름조절기에 의해 압력이 조절되어 생성된 가스가 가스화챔버 하부로 이동되어 배출구(41)를 통해 배출이 이루어지도록 한다. In addition, the fuel is pyrolyzed while passing through the
상기 배출구를 통해 배출되는 가스와 회재 및 미반응물질인 촤는 사이클론(50)에 의해 분리되고, 회재 및 촤 성분이 분리된 기체성분인 합성가스는 포집탱크(60)에 포집된다. The gas discharged through the discharge port and ash, which is ash and unreacted material, are separated by a
여기서 상기 사이클론(50)에 의해 분리된 가스성분은 성분분석기(70)에 의해 분석되어 분석값에 의해 플라즈마 발생가스 공급량, 연료공급량 또는 플라즈마발생장치의 마이크로웨이브 발생출력을 조절하도록 할 수 있고, 이러한 컨트롤은 별도의 제어부를 통해 실행되도록 할 수 있으며, 이때 상기 플라즈마제어기는 제어부의 일부분으로 구성될 수 있다.
Here, the gas component separated by the
아울러 상기 플라즈마 발생가스가 공급되는 수직관체인 가스공급챔버와, 플라즈마화염으로 연료를 공급하는 연료공급챔버와, 고온에서 가스화가 이루어지는 가스화챔버를 상중하단으로 수직배관하고, 상기 가스공급챔버와 연료공급챔버 사이에는 플라즈마발생장치의 도파관을 연통시켜 플라즈마가 생성되도록하는 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치를 이용한 가스화방법은, 플라즈마 발생가스를 챔버 내로 선회되도록 공급하는 단계가 선행되어 이루어진다. In addition, the gas supply chamber which is a vertical pipe to which the plasma generating gas is supplied, the fuel supply chamber which supplies fuel to the plasma flame, and the gasification chamber where gasification is performed at high temperature are vertically piped up and down, and the gas supply chamber and fuel supply The gasification method using the microwave plasma gasifier which communicates the waveguides of the plasma generating device to generate plasma between the chambers is preceded by supplying the plasma generating gas to be pivoted into the chamber.
다음으로는 공급된 플라즈마 발생가스에 플라즈마 발생장치에서 생성된 마이크로웨이브를 공급하는 단계가 이루어진다. Next, a step of supplying the microwave generated by the plasma generator to the supplied plasma generating gas is made.
상기 공급된 마이크로웨이브의 전기장에 의해 플라즈마발생가스의 분자를 해리시켜 플라즈마방전으로 플라즈마화염을 형성하는 단계가 이루어진다. Dissociating molecules of the plasma generating gas by the electric field of the supplied microwave to form a plasma flame by plasma discharge.
상기 플라즈마 화염을 선회하도록 탄화수소 연료를 이송가스에 의해 공급하여 플라즈마화염을 반응축 중심으로 응집시켜 가스화챔버 내벽과의 열충격을 방지해 체류시간을 향상시키는 플라즈마 화염을 응집시키는 단계가 수행된다. A hydrocarbon fuel is supplied by a transfer gas to pivot the plasma flame to agglomerate the plasma flame to the center of the reaction shaft to agglomerate the plasma flame to prevent thermal shock with the inner wall of the gasification chamber to improve the residence time.
다음으로는 상기 플라즈마 화염의 고열에 의해 공급된 연료를 열분해하여 합성가스를 생산하는 단계가 이루어지며, 생산된 합성가스로부터 회재 및 촤를 분리하여 저장하는 단계가 이루어진다. Next, the step of pyrolyzing the fuel supplied by the high heat of the plasma flame is produced to produce a synthesis gas, and the step of separating the ash and char from the produced synthesis gas is made.
아울러 상기 회재와 촤가 분리된 가스성분을 분석하여 플라즈마 발생가스 공급량과 연료공급량을 조절하는 단계가 더 이루어질 수 있다.
In addition, the step of controlling the plasma generation gas supply amount and the fuel supply amount by analyzing the gas component separated from the ash and the 촤 may be further made.
이하 실시예를 통해 본 발명을 설명한다.The present invention will be described through the following examples.
실시예Example
도 1에 도시된 바와같이 본 발명에 따른 합성가스 제조용 마이크로웨이브 플라즈마 가스화 장치를 이용하여 탄화수소 연료의 대표적인 물질 중 하나인 석탄을 대표 실시 물질로 사용하였으며, 사용된 다양한 특성을 갖는 석탄의 원소, 공업 및 발열량 분석값을 표1에 나타내었다. As shown in FIG. 1, coal, which is one of the representative materials of hydrocarbon fuel, was used as a representative embodiment material using a microwave plasma gasifier for syngas production according to the present invention. And calorific value analysis values are shown in Table 1.
도 4는 산소/연료 비에 따른 합성가스 조성비를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing a synthesis gas composition ratio according to the oxygen / fuel ratio.
실험에서 연료로는 신화탄(Shenhual coal)을 사용하였으며, 스팀/연료 비는 1로 일정하게 공급하고, 산소/연료 비를 변경하여 가스화챔버로 공급하고, 마이크로웨이브 플라즈마 형성 가스로는 질소를 사용하였다. In the experiment, Xinhua coal was used as fuel, steam / fuel ratio was constantly supplied to 1, oxygen / fuel ratio was changed to gasification chamber, and nitrogen was used as microwave plasma forming gas. .
나타난 바와같이 산소/연료 비가 0.0에서 1.3으로 증가될때 CO2는 증가됨을 알수 있으며, 가연성가스인 H2는 감소됨을 알 수 있다. CO의 경우 산소/연료 비가 0.6일때까지 증가하다가 이후 감소하였다. 바람직하게는 0.0의 산소/연료 비가 가장 높은 H2 수취 조건이며, 높은 CO 수취를 위해서는 0.4에서 0.6의 산소/연료 비가 최적의 조건임을 알 수 있다. 앞서 표1에 보인 다른 석탄들의 경우에도 이와 유사한 결과를 보였다.
As shown, when the oxygen / fuel ratio is increased from 0.0 to 1.3, it can be seen that CO 2 is increased, and H 2, which is a flammable gas, is decreased. In the case of CO, the oxygen / fuel ratio increased until 0.6 and then decreased. Preferably the oxygen / fuel ratio of 0.0 is the highest H 2 receiving conditions, it can be seen that the oxygen / fuel ratio of 0.4 to 0.6 is the optimum conditions for high CO receiving. The other coals shown in Table 1 showed similar results.
도 5는 석탄별 가스화 생성가스 조성비를 비교하여 나타낸 그래프이다. 5 is a graph illustrating a comparison of the gasification product gas composition ratio for each coal.
역청탄인 신화탄의 경우 가장 많은 수소 생성 특성을 보였으며, 고함수 석탄의 경우 상대적으로 가연성 가스의 생성량이 적고, 이산화탄소가 발생되는 특징을 보였다. 특히 반응성과 열량이 매우 낮아 활용도가 거의 없는 국내 무연탄인 장성탄의 경우에도 플라즈마 가스화를 통하여 합성가스 생산이 가능함을 확인하였다. 전반적으로 플라즈마 가스화를 통하여 일산화탄소 보다는 수소의 함량이 높은 이산화탄소의 발생이 거의 없는 합성가스의 제조가 가능하였다.
In the case of bituminous coal, xanthan coal showed the most hydrogen generation characteristics, and in the case of high-function coal, relatively less combustible gas was produced and carbon dioxide was generated. In particular, it was confirmed that synthetic gas can be produced through plasma gasification even in the case of Jangseong coal, which is a domestic anthracite coal having little utilization and low calorific value. Overall, plasma gasification made it possible to produce syngas with little generation of carbon dioxide having a higher hydrogen content than carbon monoxide.
한편, 상기 서술한 예는, 본 발명을 설명하고자하는 예일 뿐이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.
In addition, the above-mentioned example is only an example to demonstrate this invention. Therefore, it is obvious that the ordinary skilled in the art to which the present invention pertains uses the partial change with reference to the detailed description.
1 : 가스화장치
10 : 가스공급챔버 11 : 혼합장치
12 : 혼합가스공급관 13 : 스팀공급관
14 : 점화기
20 : 플라즈마발생장치 21 : 마이크로웨이브소스
22 : 도파관 23 : 플라즈마제어기
24 : 플라즈마화염 25 : 석영관
221 : 테이퍼부
30 : 연료공급챔버 31 : 연료공급관
32 : 정량공급피더
40 : 가스화챔버 41 : 배출구
50 : 사이클론
60 : 포집탱크
70 : 성분분석기1: gasifier
10
12: mixed gas supply pipe 13: steam supply pipe
14: igniter
20: plasma generator 21: microwave source
22: waveguide 23: plasma controller
24: plasma flame 25: quartz tube
221 taper portion
30: fuel supply chamber 31: fuel supply pipe
32: fixed feeder
40
50: cyclone
60: collection tank
70: Component Analyzer
Claims (6)
플라즈마 발생가스가 공급되는 수직관체인 가스공급챔버(10)와; 상단이 가스공급챔버와 연통된 석영관(25)을 단부 부분에 수직으로 내설하는 수평관인 도파관(22)에 의해 발생되는 마이크로웨이브를 석영관으로 이동시키고, 마이크로웨이브 고밀도 응집에 의한 전기장을 상승시켜 석영관을 통과하도록 공급된 플라즈마 발생가스를 해리시키고, 플라즈마 방전에 의해 플라즈마 화염(24)을 형성하는 플라즈마발생장치(20)와; 상기 도파관에 수직설치된 석영관(25) 하단에 연통되되 가스공급챔버(10)와 동일한 축에 연결되도록 하고, 측면으로부터 이송가스에 의해 정량 공급된 연료를 플라즈마 화염으로 투입되게하는 연료공급관(31)이 연통설치된 수직관체인 연료공급챔버(30)와; 상기 연료공급챔버(30)의 하단과 연통되게 결합되어 고온에서 가스화가 이루어지는 수직관체인 가스화챔버(40)와; 상기 가스화챔버의 하단에 설치되어 가스와 회재 및 미반응물질인 촤를 분리하는 사이클론(50)과; 상기 사이클론에 의해 분리된 가스를 포집하는 포집탱크(60);를 포함하여 구성되되,
상기 플라즈마 발생장치(20)는
전원을 공급받아 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 소스(21)와;
상기 마이크로웨이브 소스에서 발생된 마이크로웨이브를 일측으로 이동시키고, 이동과정에서 마이크로웨이브를 고밀도로 응집시켜 출력전기장을 최대로하는 테이퍼부(221)가 형성된 수평관인 도파관(22)과;
상기 마이크로웨이브 소스의 마이크로웨이브 발생 출력을 조절하는 플라즈마제어기(23);를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치.In the gasifier 1, a hydrocarbon fuel and steam are reacted under a high-temperature microwave plasma flame to be converted into syngas.
A gas supply chamber 10 which is a vertical tube to which the plasma generating gas is supplied; By moving the microwave generated by the waveguide 22, which is a horizontal tube in which the upper end is in communication with the gas supply chamber and vertically inclined to the end portion, moves the microwave to the quartz tube and raises the electric field due to microwave high density aggregation. A plasma generator 20 for dissociating the plasma generating gas supplied to pass through the quartz tube and forming a plasma flame 24 by plasma discharge; The fuel supply pipe 31 is connected to the lower end of the quartz tube 25 perpendicular to the waveguide and connected to the same axis as the gas supply chamber 10, and the fuel supply pipe 31 is introduced into the plasma flame fuel supplied by the transfer gas from the side surface. A fuel supply chamber 30 which is a vertical pipe installed in communication with each other; A gasification chamber 40 which is coupled to communicate with a lower end of the fuel supply chamber 30 and is a vertical tube gasified at a high temperature; A cyclone (50) installed at a lower end of the gasification chamber to separate gas, ash, and unreacted material; It is configured to include; including a collecting tank 60 for collecting the gas separated by the cyclone
The plasma generator 20 is
A microwave source 21 that receives power to generate microwaves;
A waveguide 22 which is a horizontal tube having a taper portion 221 for maximizing the output electric field by moving the microwave generated from the microwave source to one side and agglomerating the microwave at high density in a moving process;
And a plasma controller (23) for adjusting the microwave generation output of the microwave source.
플라즈마 발생가스가 공급되는 수직관체인 가스공급챔버(10)와; 상단이 가스공급챔버와 연통된 석영관(25)을 단부 부분에 수직으로 내설하는 수평관인 도파관(22)에 의해 발생되는 마이크로웨이브를 석영관으로 이동시키고, 마이크로웨이브 고밀도 응집에 의한 전기장을 상승시켜 석영관을 통과하도록 공급된 플라즈마 발생가스를 해리시키고, 플라즈마 방전에 의해 플라즈마 화염(24)을 형성하는 플라즈마발생장치(20)와; 상기 도파관에 수직설치된 석영관(25) 하단에 연통되되 가스공급챔버(10)와 동일한 축에 연결되도록 하고, 측면으로부터 이송가스에 의해 정량 공급된 연료를 플라즈마 화염으로 투입되게하는 연료공급관(31)이 연통설치된 수직관체인 연료공급챔버(30)와; 상기 연료공급챔버(30)의 하단과 연통되게 결합되어 고온에서 가스화가 이루어지는 수직관체인 가스화챔버(40)와; 상기 가스화챔버의 하단에 설치되어 가스와 회재 및 미반응물질인 촤를 분리하는 사이클론(50)과; 상기 사이클론에 의해 분리된 가스를 포집하는 포집탱크(60);를 포함하여 구성되되,
상기 플라즈마 발생가스는 산소, 질소, 스팀이며,
상기 산소와 질소는 혼합장치(11)에 의해 혼합되고, 혼합된 산소와 질소의 혼합가스와 스팀을 공급하는 혼합가스공급관(12)과 스팀공급관(13)은 가스공급챔버(10)의 축중심으로부터 측면으로 이격된 하측방향을 향하도록 설치되어 공급된 가스가 챔버내를 고속으로 선회하면서 이동되도록 한 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치.In the gasifier 1, a hydrocarbon fuel and steam are reacted under a high-temperature microwave plasma flame to be converted into syngas.
A gas supply chamber 10 which is a vertical tube to which the plasma generating gas is supplied; By moving the microwave generated by the waveguide 22, which is a horizontal tube in which the upper end is in communication with the gas supply chamber and vertically inclined to the end portion, moves the microwave to the quartz tube and raises the electric field due to microwave high density aggregation. A plasma generator 20 for dissociating the plasma generating gas supplied to pass through the quartz tube and forming a plasma flame 24 by plasma discharge; The fuel supply pipe 31 is connected to the lower end of the quartz tube 25 perpendicular to the waveguide and connected to the same axis as the gas supply chamber 10, and the fuel supply pipe 31 is introduced into the plasma flame fuel supplied by the transfer gas from the side surface. A fuel supply chamber 30 which is a vertical pipe installed in communication with each other; A gasification chamber 40 which is coupled to communicate with a lower end of the fuel supply chamber 30 and is a vertical tube gasified at a high temperature; A cyclone (50) installed at a lower end of the gasification chamber to separate gas, ash, and unreacted material; It is configured to include; including a collecting tank 60 for collecting the gas separated by the cyclone
The plasma generating gas is oxygen, nitrogen, steam,
The oxygen and nitrogen are mixed by the mixing device 11, the mixed gas supply pipe 12 and the steam supply pipe 13 for supplying the mixed gas and steam of the mixed oxygen and nitrogen is the shaft center of the gas supply chamber (10) Microwave plasma gasifier apparatus is installed so as to face the downward direction spaced apart from the side so that the supplied gas is moved while rotating in the chamber at high speed.
플라즈마 발생가스가 공급되는 수직관체인 가스공급챔버(10)와; 상단이 가스공급챔버와 연통된 석영관(25)을 단부 부분에 수직으로 내설하는 수평관인 도파관(22)에 의해 발생되는 마이크로웨이브를 석영관으로 이동시키고, 마이크로웨이브 고밀도 응집에 의한 전기장을 상승시켜 석영관을 통과하도록 공급된 플라즈마 발생가스를 해리시키고, 플라즈마 방전에 의해 플라즈마 화염(24)을 형성하는 플라즈마발생장치(20)와; 상기 도파관에 수직설치된 석영관(25) 하단에 연통되되 가스공급챔버(10)와 동일한 축에 연결되도록 하고, 측면으로부터 이송가스에 의해 정량 공급된 연료를 플라즈마 화염으로 투입되게하는 연료공급관(31)이 연통설치된 수직관체인 연료공급챔버(30)와; 상기 연료공급챔버(30)의 하단과 연통되게 결합되어 고온에서 가스화가 이루어지는 수직관체인 가스화챔버(40)와; 상기 가스화챔버의 하단에 설치되어 가스와 회재 및 미반응물질인 촤를 분리하는 사이클론(50)과; 상기 사이클론에 의해 분리된 가스를 포집하는 포집탱크(60);를 포함하여 구성되되,
상기 연료공급관(31)은 연료공급챔버의 축 중심으로부터 측면으로 이격되고 하측방향을 향하도록 설치되어 공급되는 연료가 플라즈마 화염을 선회하도록 함으로써 플라즈마 화염을 중앙에 집중되도록 하여 체류시간을 향상시키는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치.In the gasifier 1, a hydrocarbon fuel and steam are reacted under a high-temperature microwave plasma flame to be converted into syngas.
A gas supply chamber 10 which is a vertical tube to which the plasma generating gas is supplied; By moving the microwave generated by the waveguide 22, which is a horizontal tube in which the upper end is in communication with the gas supply chamber and vertically inclined to the end portion, moves the microwave to the quartz tube and raises the electric field due to microwave high density aggregation. A plasma generator 20 for dissociating the plasma generating gas supplied to pass through the quartz tube and forming a plasma flame 24 by plasma discharge; The fuel supply pipe 31 is connected to the lower end of the quartz tube 25 perpendicular to the waveguide and connected to the same axis as the gas supply chamber 10, and the fuel supply pipe 31 is introduced into the plasma flame fuel supplied by the transfer gas from the side surface. A fuel supply chamber 30 which is a vertical pipe installed in communication with each other; A gasification chamber 40 which is coupled to communicate with a lower end of the fuel supply chamber 30 and is a vertical tube gasified at a high temperature; A cyclone (50) installed at a lower end of the gasification chamber to separate gas, ash, and unreacted material; It is configured to include; including a collecting tank 60 for collecting the gas separated by the cyclone
The fuel supply pipe 31 is installed so as to be spaced apart from the axis center of the fuel supply chamber to the side and directed downward so that the supplied fuel pivots the plasma flame so that the plasma flame is concentrated at the center to improve the residence time. Microwave plasma gasifier.
플라즈마 발생가스가 공급되는 수직관체인 가스공급챔버(10)와; 상단이 가스공급챔버와 연통된 석영관(25)을 단부 부분에 수직으로 내설하는 수평관인 도파관(22)에 의해 발생되는 마이크로웨이브를 석영관으로 이동시키고, 마이크로웨이브 고밀도 응집에 의한 전기장을 상승시켜 석영관을 통과하도록 공급된 플라즈마 발생가스를 해리시키고, 플라즈마 방전에 의해 플라즈마 화염(24)을 형성하는 플라즈마발생장치(20)와; 상기 도파관에 수직설치된 석영관(25) 하단에 연통되되 가스공급챔버(10)와 동일한 축에 연결되도록 하고, 측면으로부터 이송가스에 의해 정량 공급된 연료를 플라즈마 화염으로 투입되게하는 연료공급관(31)이 연통설치된 수직관체인 연료공급챔버(30)와; 상기 연료공급챔버(30)의 하단과 연통되게 결합되어 고온에서 가스화가 이루어지는 수직관체인 가스화챔버(40)와; 상기 가스화챔버의 하단에 설치되어 가스와 회재 및 미반응물질인 촤를 분리하는 사이클론(50)과; 상기 사이클론에 의해 분리된 가스를 포집하는 포집탱크(60);를 포함하여 구성되되,
상기 사이클론(50)에 의해 분리된 가스성분을 분석하는 성분분석기(70)를 더 설치하여 분석값에 의해 플라즈마 발생가스 및 연료 공급량을 조절하도록 한 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치.In the gasifier 1, a hydrocarbon fuel and steam are reacted under a high-temperature microwave plasma flame to be converted into syngas.
A gas supply chamber 10 which is a vertical tube to which the plasma generating gas is supplied; By moving the microwave generated by the waveguide 22, which is a horizontal tube in which the upper end is in communication with the gas supply chamber and vertically inclined to the end portion, moves the microwave to the quartz tube and raises the electric field due to microwave high density aggregation. A plasma generator 20 for dissociating the plasma generating gas supplied to pass through the quartz tube and forming a plasma flame 24 by plasma discharge; The fuel supply pipe 31 is connected to the lower end of the quartz tube 25 perpendicular to the waveguide and connected to the same axis as the gas supply chamber 10, and the fuel supply pipe 31 is introduced into the plasma flame fuel supplied by the transfer gas from the side surface. A fuel supply chamber 30 which is a vertical pipe installed in communication with each other; A gasification chamber 40 which is coupled to communicate with a lower end of the fuel supply chamber 30 and is a vertical tube gasified at a high temperature; A cyclone (50) installed at a lower end of the gasification chamber to separate gas, ash, and unreacted material; It is configured to include; including a collecting tank 60 for collecting the gas separated by the cyclone
Microwave plasma gasifier, characterized in that to install a component analyzer (70) for analyzing the gas components separated by the cyclone (50) to adjust the plasma generation gas and the fuel supply amount by the analysis value.
플라즈마 발생가스를 챔버 내로 선회되도록 공급하는 단계와;
공급된 플라즈마 발생가스에 플라즈마발생장치에서 생성된 마이크로웨이브를 공급하는 단계와;
공급된 마이크로웨이브의 전기장에 의해 플라즈마발생가스의 분자를 해리시켜 플라즈마 방전으로 플라즈마화염을 형성하는 단계와;
상기 플라즈마 화염을 선회하도록 탄화수소 연료를 이송가스에 의해 공급하여 플라즈마화염을 반응축 중심으로 응집시켜 가스화챔버 내벽과의 열충격을 방지해 체류시간을 향상시키는 플라즈마 화염 응집단계와;
상기 플라즈마 화염의 고열에 의해 공급된 연료를 열분해하여 합성가스를 생산하는 단계와;
생산된 합성가스로부터 회재 및 촤를 분리하여 저장하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치를 이용한 가스화방법.
Vertically pipe the gas supply chamber which is a vertical pipe to which plasma generating gas is supplied, the fuel supply chamber which supplies fuel to the plasma flame, and the gasification chamber where gasification is performed at high temperature to the upper and lower ends, between the gas supply chamber and the fuel supply chamber. In the gasification method using a microwave plasma gasifier for communicating the quartz tube of the plasma generator waveguide to generate a plasma,
Supplying the plasma generating gas to pivot into the chamber;
Supplying the microwave generated by the plasma generator to the supplied plasma generating gas;
Dissociating molecules of the plasma generating gas by the electric field of the supplied microwave to form a plasma flame by plasma discharge;
A plasma flame agglomeration step of supplying a hydrocarbon fuel to transport the plasma flame by a transfer gas to agglomerate the plasma flame to the center of the reaction shaft to prevent thermal shock with an inner wall of the gasification chamber to improve residence time;
Pyrolysing the fuel supplied by the high heat of the plasma flame to produce syngas;
Separating and storing the ash and char from the produced syngas; Gasification method using a microwave plasma gasifier comprising a.
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