KR102364211B1 - 가스화 디바이스 및 가스화 디바이스의 마이크로파 플라즈마 지연 시스템을 구비한 플라즈마 셔터 - Google Patents

가스화 디바이스 및 가스화 디바이스의 마이크로파 플라즈마 지연 시스템을 구비한 플라즈마 셔터 Download PDF

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Abstract

플라즈마 셔터(6)를 위한 마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15)으로서, 생성기(5)로부터 플라즈마 셔터(6) 내로 파동을 허용하고 생성기(5)와 시스템의 상호 연결을 위한 도파-밴드 투과부(waveguide-band transmission)(16), 도파-밴드 투과부(16)와 상호 연결된 브리지 밴드(bridge band)(17), 및 한 단부가 브리지 밴드(17)와 상호 연결되는 2개의 평행한 밴드 웨이스트라인(band waistlines)(18) ― 밴드 웨이스트라인(18)은 편평한 플레이트이며, 그 일측에는 테논들(tenons)(19)이 제공되며, 테논들(19)은, 제1 밴드 웨이스트라인(18)의 일측에 배열된 테논들(19)이 제2 밴드 웨이스트라인(18)의 일측에 배열된 테논들(19) 사이에 교대로 배치되도록 하는 배향으로 밴드 웨이스트라인(18)의 축을 따라 나란히 배열됨 ― 을 포함하며, 밴드 웨이스트라인(18)은 서로 분리된 잠금가능한 전자기 발진기(20)에 의해 나머지 단부에 제공되며, 잠금가능한 전자기 발진기(20)의 포지션은 직접 파 및 반사된 파의 카운트 업(count up)에 의해 그 최대 진폭을 행하도록 파의 정확한 반사 지점을 규정하며, 밴드 웨이스트라인(18)은 도파-밴드 투과부(16)로부터의 방향으로 넓어지고 잠금가능한 전자기 발진기(20) 앞에서 좁아지며, 브리지 밴드(17)로부터 잠금가능한 전자기 발진기(20)까지 직접 파(Y)를 유도하기 위한 것이고, 테논들(19)은 거리(λв/2)만큼 상호 분리되며, 여기서 λв는 도파-밴드 투과부(16)의 출구에서의 파의 경도이며, 반사된 파(Z)의 경로에 포지셔닝되고, 이는 잠금가능한 전자기 발진기(20)로부터 브리지 밴드(17)까지 이어지고, 브리지 밴드(17)는 입사되는 파를 180°만큼 시프트된 2개의 동일한 파로 분할하되, 2개의 파 각각은 상이한 밴드 웨이스트라인(18) 상에서 확산된다.

Description

가스화 디바이스 및 가스화 디바이스의 마이크로파 플라즈마 지연 시스템을 구비한 플라즈마 셔터
본 발명은 가스화 디바이스 및 가스화 디바이스의 마이크로파 플라즈마 지연 시스템을 갖는 플라즈마 셔터에 관한 것이다.
UHF 플라즈마로 또한 지칭되는 마이크로파 플라즈마는, 300MHz보다 높은 주파수를 갖는 전자기파에 의해 형성된 도파관 디바이스에서의 방전의 합이다. 산업, 의료 및 과학 목적을 위해, 각각의 주파수를 사용하는 것이 가능하지 않지만, 460, 915, 2450, 5800, 22125MHz를 사용할 수 있음을 알아야 한다. 모바일 폰에 대한 가장 대중적인 주파수는 915MHz이고, 전자레인지, 목재 건조 및 금속의 표면 처리를 위해서는 2450MHz이다.
UHF 방전을 생성하기 위해, 플라즈마 생성기가 사용되어야 한다. 디바이스는 또한, 마이크로파 에너지를 생성하기 위한 마이크로파 생성기, 규정된 지점에 마이크로파 에너지를 공급하기 위한 도파관 시스템, 전자기 및 가열 에너지로의 전기 에너지의 변환을 위한 종결 디바이스인 플라즈마 셔터를 포함하는 플라즈마트론(plasmatron)으로 지칭된다. UHF 플라즈마트론의 모든 구성은 다음의 그룹로 분류될 수 있다: UHF 송신 라인에 기반한 플라즈마 생성기, UHF 생성기에 기반한 플라즈마 생성기, "슬로우 다운 구조"에 기반한 플라즈마 생성기, 플라즈마 생성기(여기서 플라즈마로의 에너지의 공급이 분할됨) 등.
UHF 플라즈마를 생성하기 위한 모든 방법은 동일한 기본 구성요소, 즉, UHF 주파수의 생성기, 마그네트론으로 지칭되는 램프 및 도파관 디바이스를 갖는다.
위에서 언급된 구성요소는, 각각 작동하는 플라즈마-생성 가스를 공급하기 위한 디바이스에 기본적으로 연결되는 생성기가, 30kV/㎠를 초과하는 전압의 전자기장을 생성할 수 있게 하며, 이는 방전 전압 및 가스의 애벌랜치 이온화를 생성하여, 플라즈마를 생성하며, 이에 의해 플라즈마가 방전되는 영역, 즉, 플라스모이드(PLASMOID)가 생성된다. 가스는 예컨대 공기, 증기, 관성 가스 등이다.
작동 가스의 유동이 제어되기 때문에, 플라스모이드는 플라즈마 유동의 형태로 변형되며, 이는 플라즈마 셔터의 경계를 넘어 지향되어 두가지 효과를 보장한다: 플라즈마 셔터의 과열 및 파괴가 가장되고(pretended) 강력한 작업 툴이 수행되고, 이는 유기 및 무기 물질에 대해 집중적이고 높은 온도 효과를 갖는다.
UHF 플라즈마는 97-98% 미만이 아닌 열 에너지로의 전기 에너지의 높은 변환도를 특징으로 한다.
연속적인 플라즈마 유동의 형태의 플라즈마 방전은, 특히 외부 소스에 의해 제어되는 작동 가스의 유동에 의해 플라즈마 셔터로부터 반응기 챔버로 강제된다. 플라즈마 유동의 견고한 전자기 경계가 방전이 형성되는 지점으로 역방향으로 지향되기 때문에, 플라스모이드는 플라즈마 형성 디바이스의 벽 및 구성요소에 접촉하지 않아서, 구성 재료의 침식이 회피된다. 반응기 챔버 내부의 플라즈마 유동의 경도(longitude) 및 크기는, 충분한 양의 부가된 플라즈마 형성, 즉 작동, 가스에 의해 제어된다.
마이크로파 플라즈마트론과 다른 고온 소스 사이의 주요한 차이는, 위험한 입자에 의해 가스화의 종결 생성물을 오염시키는 전극 및 부가적인 연소 물질, 예컨대 가스, 마주트(masut), 오일이 그곳에 존재하지 않는다는 것이다. 이는, 마이크로파 플라즈마에 의한 재료의 프로세싱이 오늘날, 임의의 기술적 목적을 위한 프로세싱의 종결 생성물의 사용 가능성 및 환경적 관점 둘 모두에서 가장 깨끗한 방법이라는 것을 의미한다.
마이크로파 플라즈마 셔터는 대기압에서 작동 가스를 사용하지만, 더 낮은 압력과 더 높은 압력 둘 모두에서 가스 플라즈마 유동으로의 변환을 위해 쉽게 적응될 수 있다.
마이크로파 플라즈마트론은 1400℃ 내지 4000℃의 온도의 저온 플라즈마의 소스이며, 재료에 대한 집중적인 열적 영향, 예컨대 열분해, 재료 또는 폐기물의 가스화, 금속의 용융 및 절단, 금속의 표면 처리, 가열 플랜트의 보일러에서의 점화, 증기의 생성 등을 요구하는 상이한 기술 프로세스에 사용될 수 있다.
플라즈마 프로세스는, 다른 가열 방법에 의해 도달될 수 없는 높고 효과적인 프로세싱 온도를 보장한다. 해리(dissociation) 및 이온화 프로세스로 인해, 가스의 고온 유동은 고-에너지적이며, 이는 사용된 생성물의 유형에 기반하여 폐기물의 처리의 기술적 프로세스를 20% 내지 50%까지 가속시키는 것을 보장한다. 플라즈마 프로세스의 고유성은, 2차 생성물의 최소 생산으로 최종 생성물을 얻기 위한 높은 선택성이다. 예컨대, 공기 또는 수증기의 플라즈마에서 임의의 유기 물질의 가스화에 의해, 페놀 또는 폴리사이클릭 탄화수소 첨가제를 제공하지 않는 더 높은 함량의 가연성 물질(CO + H2)의 가스를 얻는 것이 가능하다.
따라서, 가스화는, 산소가 없는 상태에서 고온 가열(즉, 여기서 온도는 900℃ 내지 2000℃임)에 의해 탄소를 함유하는 유기 물질을 가연성 가스로 변환시키는 프로세스이다. 가스화/열분해동안 ― 이는 열 분해 동안, 재료가 존재하는 유기 화합물의 열적 안정성의 한계를 초과하여 가열될 때를 의미하며, 이는 안정적인 저분자 생성물 및 고체 잔류물까지 이의 융합으로 이어짐 ― 수행되는 프로세스의 요약 및 원리는 열 화학적 변환으로 불린다. 유기 물질의 변환의 최종 생성물은 일산화탄소(CO) 및 수소(H2), 즉, 합성 가스로 지칭되는 가스상 생성물의 점화 성분의 기본 구성성분이다. 가스화의 프로세스 동안 생성되는 합성 가스의 다른 성분은 밸러스트(balast)로 지칭되며, 가스의 발열량에 대한 그의 최소 영향에 대해서는, 일반적으로 고려되지 않는다.
직접 연소 방법과 비교하여 마이크로파 플라즈마 가스화 기술의 주요 이점은 환경에 대한 충격이 낮다는 것이다. 이는 가장 위험한 성분, 예컨대, 다이옥신, 푸란, 폴리클로로비페닐, 벤젠피렌 및 다른 폴리사이클릭 방향족 탄화수소의 분해 및 탈염소화를 야기하는, 0.2 내지 0.3의 산소 잔류 계수 및 고온을 갖는 주변에 가스 성분이 존재한다는 사실에 의해 야기된다. 직접 연소 방법과는 대조적으로, 방법의 다른 이점은, 정화되어야 하는 더 작은 부피의 가스, 및 여러 배 더 낮은 부피의 슬래그의 생성이다. 더욱이, 슬래그의 잔류물은 탄소, 즉 그을음(soot)으로 이루어지지 않는다. 그 때문에, 가스가 대기로 방출되기 전에 가스를 정제하기 위한 디바이스, 및 고체 세속 폐기물, 즉 슬래그의 탈 세균을 위한 디바이스에 대한 비용이 감소된다. 소각 플랜트(incineration plant)의 일부로서의 그러한 정화 디바이스의 가격과 비교하면, 소각 플랜트의 전체 비용의 최대 50%일 수 있다.
실제로 경험에 의해, 인공 메탄 발효 및 퇴비화에 의한 연료 가스로의 유기 물질의 변환의 유효성이 가스화 프로세스에 의한 것보다 수배 더 낮다는 것이 확인되었다.
오늘날, 직접 연소에 의한 그리고 전기 플라즈마 아크의 사용에 의한 열 분해에 의한 도시 폐기물의 활용을 위한 방법이 존재한다.
폐기물의 연소를 위한 디바이스는 종래기술에 알려져 있으며, 이는 리트(lit)를 갖는 연소 챔버, 편향기(deflector)를 갖는 공기의 유입을 위한 튜브를 갖는 후기-연소 챔버(late-combustion chamber) 및 스파크 소화기를 포함한다. 게다가, 이는 공기 유동의 방향을 형성하기 위한 인입 챔버(incoming chambers), 디젤 탱크 및 연소 챔버에 연결된 디젤 버너를 포함한다. 이 디바이스의 단점은, 추가의 연소 생성물이 형성되는 모터 디젤의 사용이며, 이는 환경을 오염시키고 대기로 방출되기 전에 그의 세정을 위해 추가의 비용을 요구한다.
고형의 도시 폐기물 및 의료 폐기물의 연소를 위한 종래 기술에 따른 다른 공지된 디바이스는 고형의 도시 폐기물의 중화기(neutralizer)이다. 연소 동안, 직접 연소보다 더 양호한 가스의 산화 정도 및 전체적으로 더 양호한 연소를 갖는 맥동 연소 기술(pulsation combustion technology)이 사용된다. 폐기물의 총 연소의 문제가 해결되는 방법의 단점은, 대체 불가능한 천연 디젤 소스가 석유의 정제를 위한 생성물로서 사용되고, 나중에 최종 생성물이 오염되며, 이는 부가적인 필수 불가결한 여과를 수반한다는 것이다.
다른 공지된 디바이스는 폐기물의 활용을 위한 디바이스이며, 이는 열 분해를 위한 챔버가 배치된 버너의 상부 부분에 가열 챔버를 갖는, 후기-연소 챔버를 갖는 수직 사이클론 오븐인 열 반응기(thermoreactor)를 포함한다. 게다가, 디바이스는 촉매 변환기, 즉, 연소기, 열 교환기, 가스의 정화를 위한 시스템, 가스의 흡입을 위한 디바이스 및 굴뚝을 포함한다. 이 디바이스의 단점은 또한, 재생 불가능한 연료 소스의 사용 및 운영 비용이 높다는 것이다.
종래 기술에 따르면, 저온 플라즈마에 의한 폐기물의 활용을 위한 디바이스가 알려져 있다. 예컨대, 석유 화학 산업에서 위험한 액체 유기 폐기물의 제거를 위해 임의의 산업 분야에서 이를 사용하는 것이 가능하다. 유기 액체 폐기물을 처리하기 위한 플라즈마 역학 반응기는, 오염된 물의 유입구를 위한 액세서리 및 정제수의 유출구를 위한 개구를 갖는 기밀 커버를 가지며, 여기서, 캐소드 및 애노드가 설치되며, 이는 전원에 연결된다. 더욱이, 점화 전극이 반응기 본체에 설치되고, 격리 커버에서 폐쇄되며, 펄스 전원에 연결된다. 이 디바이스의 단점은, 사용 가능한 재활용 가능 재료의 제한 및 그의 건축 재료의 열적 침식으로 인해 반응기의 밀봉이 어렵다는 것이다.
문헌 RU83123은 플라즈마에 의한 폐기물의 활용을 위한 디바이스를 제시하며, 이 디바이스는 플라즈마에 의한 폐기물의 분해를 위한 챔버, 챔버에 설치되는 플라즈마를 수행하기 위한 전극, 연소 및 용융에 의해 수행되는 가스상 생성물을 유도하기 위한 시스템 및 연소 및 용융의 생성물로서 가스상 생성물을 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 포함한다. 플라즈마를 형성하기 위한 전극은 플라즈마의 유동력 및 방향의 가능한 변화와 관련하여 조정된다. 이 디바이스의 기술적 목적은, 형성된 플라즈마의 제어된 유동에 의한 그리고 폐기물의 플라즈마 이용을 위한 챔버의 열적 필드에 의한 폐기물의 이용 프로세스를 최적화하는 것이다. 방법의 단점은, 플라즈마를 형성하기 위한 전극의 기계적 변위이며, 이는 폐기물의 열 분해를 위한 챔버의 구성을 복잡하게 하고, 그리고 디바이스의 사용 동안 기술적 프로세스의 신뢰성 및 제어성을 감소시킨다.
문헌 US19840611541은 전기 플라즈마 아크 화염에 의한 폐기물의 열 파괴 방법을 제시하는 반면, 환경으로의 유해한 방출의 방출에 걸쳐 있는 문제는, 폐기물의 분해 존에 그의 주변에 분사함으로써 부가되는 알칼리성 용액에 의한 위험한 화합물의 중화에 의해 해결된다. 이 방법의 단점은, 엄청난 양의 중화제의 사용, 중화 프로세스의 종결을 위해 균일하게 확산된 제제로 영역을 구성하는 것이 어렵고, 그리고 용액으로부터의 물의 증발에 의해 야기되는 에너지 낭비가 증가한다는 것이다.
문헌 US20070837384는 마이크로파 플라즈마 화염에 의해 폐기물을 프로세싱하는 방법을 제시하며, 여기서 마이크로파 방사는 폐기물의 예비 건조 및 플라즈마 화염에서의 폐기물의 후속 연소를 위해 사용된다. 마이크로파 디바이스는 플랫의 블록(block of flats)의 베이스먼트에 배열되고, 그리고 트레일러 또는 다른 운송 수단의 사용에 의해 마이크로파 디바이스를 제거하는 것이 가능하다. 방법의 단점은, 플라즈마 화염에서의 폐기물의 건조 및 연소가 방법의 상이한 단계에서 그리고 상이한 디바이스의 사용에 의해 처리되는, 기술 프로세스의 단계의 수이다. 더욱이, 마이크로파 방사의 사용은 전자기파의 강력한 흡수제인 플라즈마의 개시 없이 이루어지며, 라디오-밀폐 디바이스 및 그 주변으로의 전자기 방사의 연속적인 모니터링과 같은 어렵고 까다로운 프로비전의 사용을 필요로 한다.
문헌 WO2004ES00550은 마이크로파 플라즈마에 의한 비산(flying) 유기 물질의 청산을 위한 방법 및 디바이스를 제공한다. 이 방법은 비산 유기 물질이 플라즈마 화염의 축에서 플라즈마에 직접적으로 포커싱되고, 가스와 함께, 플라즈마를 수행하고 반응기의 내부 볼륨을 채우는 시스템을 사용하며, 여기서 비산 물질의 분해 프로세스가 수행된다. 디바이스는 비산 유기 물질의 유입구를 위한 영역, 플라즈마를 형성하기 위한 영역, 반응기, 펌핑을 위한 가스 펌프, 및 많은 다른 부가적인 구성요소를 포함한다. 이 방법의 단점은, 그 방법의 재활용에 적합한 종류의 폐기물, 및 상이한 종류의 폐기물을 열화학 챔버 내로 공급하기 위한 방식이 제한된다는 것이다.
다른 해결책은 플라즈마 아치를 형성하기 위한 전기 전극의 사용에 의한 고형의 도시 폐기물의 청산을 위한 디바이스이다. 디바이스는, 고형의 도시 폐기물, 석유 산업 폐기물, 화학 산업 폐기물, 의료 폐기물, 에너지 폐기물 등의 활용에 관한 것이다. 제시된 디바이스의 기술적 목적은, 제어된 플라즈마 유동에 의한 폐기물의 플라즈마 프로세싱을 위한 프로세스 및 플라즈마에 의한 폐기물의 분해를 위한 챔버의 열적 필드의 최적화이다. 디바이스는 플라즈마에 의한 폐기물의 분해를 위한 챔버, 챔버 내에 배열된 플라즈마를 형성하기 위한 전극, 가스상 연소 생성물 및 용융물을 인출하기 위한 시스템, 가스상 연소 생성물 및 용융물을 냉각시키기 위한 시스템을 포함한다. 플라즈마를 형성하기 위한 전극은 가능한 이동과 관련하여 구성되며, 이는 플라즈마 유동의 방향 및 힘의 변화를 가능하게 한다. 전극은, 상이한 레벨에서의 플라즈마에 의한 폐기물의 분해를 위해, 뿐만 아니라 용융물의 수집을 위한 레벨 상에서 챔버의 주변 상에 배열된다. 이 디바이스의 단점은, 가스화를 위한 챔버 내의 열 구배의 최적화가, 열 분해를 위해 챔버 내로 플라즈마 화염을 유도하기 위한 디바이스의 기계적 세팅 동안 프로세싱된다는 점이며, 이는 디바이스의 동작을 복잡하게 하고 챔버 내부의 열적 필드의 유연한 구성을 제공하지 않는다.
문헌 RU2153781은 전력 공급부를 갖는 마그네트론, 도파관 공진기, 마이크로파 에너지의 공급을 위한 디바이스, 마이크로파 방사의 공급을 위한 동축 시스템, 사용 가능한 가스를 공급하기 위한 시스템을 포함하는 마이크로파 플라즈마 버너를 제시한다. 공진기는, 마그네트론에 의해 생성된 마이크로파 방사를 유도하기 위한 개구를 그의 넓은 벽에 갖고, 그리고 마이크로파 광선의 공급을 위한 동축 트랙(coaxial tract)과 공진기를 연결하기 위한 루프를 도입하기 위한 개구를 갖는 직사각형 도파관의 일부로서 구성된다. 동축 트랙은 실린더 형태의, 예컨대 구리로 제조된 금속 외부 전극, 및 사용 가능한 가스의 공급 시스템에 연결된 금속, 예컨대 구리로 제조된 중앙 튜브를 포함하며, 여기서 전극은 루프 연결의 연속이다. 중앙 튜브의 마지막 부분은, 실리콘 내부에 의해 외부 전극으로부터 격리된 Lavalo의 노즐로서 수행된다. 외부 전극은 화염을 형성하기 위한 전도성 노즐 및 마이크로파 방사 보호에 의해 장착된다. 중공 실린더에는 그 측 표면 상에 수행되는 컷-아웃(cut-out) 또는 개구가 제공된다. 이 디바이스의 단점은, 동축 도파관에 의해 전달되는 허용 가능한 에너지가 동축 트랙의 크기와 변증법적 격리 밀봉에서 높은 열 손실에 의해 제한되어 파괴로 이어지기 때문에, 연속 작동에서 최대 100kW의 에너지를 생성하는 마이크로파 생성기를 사용하는 산용업 마이크로파 플라즈마 버너를 생성하는 것을 허용하지 않는다는 것이다.
문헌 US3814983은 지연 시스템을 제시하며, 이 시스템은 생성기와 시스템의 상호 연결 그리고 생성기로부터의 파동을 플라즈마 시스템으로 보내게 하기 위한 도파-밴드 투과부를 포함하고, 그리고, 이는 도파-밴드 투과부와 상호 연결된 브리지 밴드, 하나의 단부에 의해 브리지 밴드와 상호 연결된 2개의 평행한 밴드 웨이스트라인을 포함하고, 밴드 웨이스트라인은 편평한 플레이트이며, 여기서, 그의 측면 중 하나에는 이러한 방식으로 배향을 갖는 밴드 웨이스트라인의 축을 따라 나란히 배열된 테논(tenon)이 제공되며, 제1밴드 웨이스트라인의 일 측면 상에 배열된 테논은 제2밴드 웨이스트라인의 일 측면 상에 배열된 테논 사이에 교대로 배치된다.
본 발명의 목적은, 위에서 언급된 단점을 제거할 수 있는, 가스화 디바이스 및 이러한 가스화 디바이스의 지연 시스템을 갖는 플라즈마 셔터를 제공하는 것이다.
위에서 언급된 단점은 플라즈마 셔터(6)를 위한 마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15)의 사용에 의해 상당히 제거되는데 이러한 시스템은, 생성기(5)로부터 플라즈마 셔터(6) 내로 파동을 허용하고 생성기(5)와 시스템의 상호 연결을 위한 도파-밴드 투과부(waveguide-band transmission)(16), 도파-밴드 투과부(16)와 상호 연결된 브리지 밴드(bridge band)(17), 및 한 단부가 브리지 밴드(17)와 상호 연결되는 2개의 평행한 밴드 웨이스트라인(band waistlines)(18) ― 밴드 웨이스트라인(18)은 편평한 플레이트이며, 그 일측에는 테논들(tenons)(19)이 제공되며, 테논들(19)은, 제1 밴드 웨이스트라인(18)의 일측에 배열된 테논들(19)이 제2 밴드 웨이스트라인(18)의 일측에 배열된 테논들(19) 사이에 교대로 배치되도록 하는 배향으로 밴드 웨이스트라인(18)의 축을 따라 나란히 배열됨 ― 을 포함하며, 밴드 웨이스트라인(18)은 서로 분리된 잠금가능한 전자기 발진기(20)에 의해 나머지 단부에 제공되며, 잠금가능한 전자기 발진기(20)의 포지션은 직접 파 및 반사된 파의 카운트 업(count up)에 의해 그 최대 진폭을 행하도록 파의 정확한 반사 지점을 규정하며, 밴드 웨이스트라인(18)은 도파-밴드 투과부(16)로부터의 방향으로 넓어지고 잠금가능한 전자기 발진기(20) 앞에서 좁아지며, 브리지 밴드(17)로부터 잠금가능한 전자기 발진기(20)까지 직접 파(Y)를 유도하기 위한 것이고, 테논들(19)은 거리(λв/2)만큼 상호 분리되며, 여기서 λв는 도파-밴드 투과부(16)의 출구에서의 파의 경도이며, 반사된 파(Z)의 경로에 포지셔닝되고, 이는 잠금가능한 전자기 발진기(20)로부터 브리지 밴드(17)까지 이어지고, 브리지 밴드(17)는 입사되는 파를 180°만큼 시프트된 2개의 동일한 파로 분할하되, 2개의 파 각각은 상이한 밴드 웨이스트라인(18) 상에서 확산된다.
위에서 언급된 단점은, 청구항에 따른 마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15)을 포함하는 플라즈마 셔터(6)의 사용에 의해 또한 상당히 제거된다.
유리한 실시예에서, 마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15)은 플라즈마 셔터(6)의 축에 배열된다.
다른 유리한 실시예에서, 플라즈마 셔터(6)로부터 나오는 플라즈마 유동(13)을 지향시키기 위한 2개 내지 12개의 독립적인 솔레노이드(21)를 더 포함한다.
위에서 언급된 단점은 또한, 가스화 디바이스의 사용에 의해 또한 상당히 제거되며, 디바이스는 분리된 프랙션을 갖는 고체 물질의 로더(1), 고체 물질의 그라인더(2)(고체 물질의 그라인더(2)에 고체 물질의 로더(1)가 연결됨), 고체 물질의 호퍼(3)(고체 물질의 호퍼(3)에 고체 물질의 그라인더(2)가 연결됨), 고체 물질의 가스화를 위한 챔버(4)(고체 물질의 가스화를 위한 챔버(4)에 고체 물질의 호퍼(3)가 연결됨), 마이크로파 전력의 공급을 위한 생성기(5)(마이크로파 전력의 공급을 위한 생성기(5)에 고체 물질의 가스화를 위한 챔버(4)가 또한 연결됨)를 포함하며, 생성기(5)는 마이크로파 에너지의 공급을 위한 자동 제어 시스템, 도파관 및 전원을 포함하고, 가스화 챔버(4)의 출력은 기계적 첨가제의 입자로부터, 진입하는 합성 가스를 세정하기 위한 스크러버(scrubber)(7), 합성 가스의 섬세한 세정을 위한 플라즈마 촉매 연도 가스 세정 유닛(plasma catalytic flue gas cleaning unit)(8)(플라즈마 촉매 연도 가스 세정 유닛(8)에 스크러버(7)가 연결됨), 위험한 화학 물질의 재결합을 방지하기 위해, 합성 가스의 빠른 냉각을 위한 칼럼(9)(칼럼(9)에 플라즈마 촉매 연도 가스 세정 유닛(8)이 연결됨)을 포함하며, 가스화 챔버(4)의 출력은 용융된 물질의 냉각에 의해 수행되는 잔류물의 균질화를 위한 반응기(10), 냉각된 코크스 잔류물의 수집을 위한 피더(11)(피더(11)에 반응기(10)가 연결됨)를 더 포함하고, 임의의 항들에 따른 플라즈마 셔터(6)를 더 포함한다.
유리한 실시예에서, 고체 물질의 로더(1)는 금속의 자기 분리기를 갖는 고체 물질의 준비를 위한 디바이스이다.
다른 유리한 실시예에서, 고체 물질의 그라인더(2)는 입자를 0.80 내지 10mm의 크기로 그라인딩하도록 설계된다.
다른 유리한 실시예에서, 고체 물질의 호퍼(3)는 1차 가스를 인출하기 위한 튜브 또는 인발 캐널을 포함한다.
다른 유리한 실시예에서, 이는 고체 입자를 공급하기 위한 호퍼(3) 및 액체 물질을 공급하기 위한 분무기(12) 둘 모두를 포함한다.
위에서 언급된 단점은 또한, 유기 물질의 열 화학적 변환을 위한, 청구항 중 임의의 항에 따른, 가스화 디바이스의 용도에 의해 상당히 제거된다.
본 발명은 도면의 사용에 의해 추가로 설명될 것이며, 여기서,
도 1은 본 발명에 따른 가스상 디바이스의 블록도를 제시하고,
도 2는 도 1에 제시된 가스상 디바이스의 가스상 챔버의 개략도를 상세히 제시하며,
도 3은 본 발명에 따른 지연 시스템을 갖는 플라즈마 셔터의 도면을 제시하고,
도 4는 본 발명에 따른 지연 시스템을 갖는 플라즈마 셔터의 정면도를 제시하며,
도 5는 본 발명에 따른 지연 시스템을 갖는 플라즈마 셔터의 측면도를 제시하고,
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 셔터의 지연 시스템의 사시도를 제시하며,
도 7은 본 발명에 따른 지연 시스템을 이용한 가스상 셔터에서의 파의 움직임의 원리를 제시한다.
도 1에 제시된 본 발명에 따른 고체 물질의 가스화 및 열화학 파괴를 위한 가스화 디바이스는,
- 분리된 프랙션을 갖는 고체 물질의 로더(1),
- 고체 물질의 그라인더(2)(그라인더(2)에 로더(1)가 연결됨),
- 고체 물질의 호퍼(3)(호퍼(3)에 그라인더(2)가 연결됨),
- 고체 물질의 가스화를 위한 가스화 챔버(4)(가스화 챔버(4)에 호퍼(3)가 연결됨),
- 마이크로파 전력의 공급을 위한 생성기(5)(생성기(5)에 가스화 챔버(4)가 연결됨)를 포함하며,
- 생성기(5)는 전원, 도파관 및 자동 제어 시스템을 포함한다.
가스화 챔버(4)의 출력은,
- 회분(ash) 및 먼지(dust)와 같은 기계적 첨가제의 입자로부터, 진입하는 합성 가스를 세정하기 위한 스크러버(7).
- 합성 가스의 섬세한 세정을 위한 플라즈마 촉매 연도 가스 세정 유닛(8)(플라즈마 촉매 연도 가스 세정 유닛(8)에 스크러버(7)가 연결됨),
- 고체 물질의 가스화 동안 분해되는 위험한 화학 물질, 예컨대 다이옥신, 푸란 등의 재결합을 방지하기 위한, 합성 가스의 고속 냉각을 위한 컬럼(9)(컬럼(9)에 플라즈마 촉매 연도 가스 세정 유닛(8)이 연결됨)을 포함한다.
가스화 챔버(4)의 출력은,
- 용융된 물질의 냉각에 의해 수행되는 잔류물의 균질화를 위한 반응기(10), 및
- 냉각된 코크스 잔류물의 수집을 위한 피더(11)를 더 포함한다.
도 2에 상세히 제시된 가스화 챔버(4)는, 필요한 양의 가열 에너지를 공급하도록 의도된 플라즈마 셔터(6)를 포함하며, 이는 제어된 무전극 연속 마이크로파 플라즈마 유동(13), 즉, 광선의 빔의 성능을 보장하며, 본 발명에 따르면, 플라즈마 셔터(6)가 축 방향으로 배열되는 마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15)을 포함한다.
유리하게, 고체 물질의 로더(1)는 금속의 자기 분리기를 갖는 고체 물질의 준비를 위한 디바이스이다.
유리하게, 고체 물질의 그라인더(2)는 입자를 0.80 내지 10mm의 크기로 그라인딩하도록 설계된다.
유리하게, 고체 물질의 호퍼(3)는 1차 가스를 인출하기 위한 튜브, 각각 인출 캐널을 포함한다.
플라즈마 셔터(6)의 성능은, 자유로운 글라이딩 플라즈마 방전, 즉, 유효 플라스모이드를 형성하기에 충분한 전자기장의 전압이 획득되는 방법에 따라 상이할 수 있다.
고체 물질의 유기 부분의 가스화는 대기압 내에서 그리고 1000℃ 내지 1500℃의 온도 내에서 수행되는 반면, 열분해 액체(pyrolytic liquid)를 갖는 합성 가스가 생성된다. 액체 슬래그의 동시 생성과 함께 무기 결과물의 열적 기계 가공은 1500℃ 내지 2000℃의 온도 범위에서 프로세싱된다.
반응기(10) 및 피더(11)는, 고체 물질의 무기 부분의 열적 프로세싱 후에 수행되는, 용융된 코크스를 인출하도록 설계된다.
폐기물의 가스화를 위한, 본 발명에 따른 가스화 디바이스의 사용의 예가 하기에 제시된다. "폐기물"이라는 용어는 일반적으로, 임의의 백분율의 고체, 액체 또는 유체 물질을 갖는 임의의 재료를 의미한다.
도 2는 사전 준비된 형태의 폐기물, 즉 폐기물의 분리, 그라인딩, 프레싱 또는 브리켓팅(briquetting) 후의 폐기물을 제시하며, 이는 호퍼(3)를 통해 가스화 챔버(4)에 진입하는 반면에, 가스화를 위한 폐기물의 준비동안 수행된 고체 부분의 주 질량으로부터 분리된 폐기물의 액체 프랙션(즉, 여과된 프랙션) 그리고 또한 폐기물 자체의 액체 물질로부터 분리된 것, 예컨대 사용된 세정수는, 마이크로파 플라즈마 유동(13)의 확산 축에 수직인 방향으로 분무기(12)에 의해 공급된다. 분무기(12)는 가스화 챔버(4)의 상부 측에 설치되고 노즐을 구비한다. 폐기물 및 세정수의 액체 물질의 그러한 공급 방법은, 액체가 마이크로파 플라즈마 유동(13)의 존에 도달할 때 생성되는 수증기가 가스화 챔버(4)에서 균일하게 분배되기 때문에, 합성 가스의 완전한 결과를 보장한다.
폐기물의 잠정적 준비동안, 통기 디바이스를 통해 가스화 챔버(4) 내로 진입하는 폐기물의 가스 마찰, 및 가스성 폐기물은 또한, 플라즈마가 위에서 언급된 분무기(12)에 의해 가스화 챔버(4)에 직접적으로 공급됨으로써, 1차 가스 또는 수증기와 동일한 방식에 의해, 플라즈마의 수행을 위한 가스로서 사용된다. 따라서, 가스에 존재하는 유기 분자 사슬은, 2000℃ 내지 4000℃의 온도로 플라즈마 코어의 존 내로 직접 공급되며, 그에 의해 사슬은 단일 분자 또는 이온로 분해된다.
폐기물의 가스상 부분에 그리고 또한, 황 화합물, 병원체, 뉴트리티브 및 다른 유해한 물질(이들은 폐기물의 분해동안 생성됨)에 함유된 메탄 및 암모니아는, 가스화 챔버(4)의 플라즈마 가스로서 사용되며, 여기서 위험한 화학 물질은 간단한 물질을 생성하기 위해 분해되고, 합성 가스의 형태로 가스화 챔버(4)를 떠나며, 이는 나중에 전기 에너지의 생성을 위해 사용된다.
가스화 챔버(4)에서의 플라즈마 셔터(6)의 배향은, 플라즈마 유동(13)의 온도 구배가 고체 폐기물의 연속적인 가열을 보장하고, 이를 플라즈마 유동(13)의 직접적인 유동의 형태로 가스화 챔버(4)로 유도하는 방식이다. 플라즈마 유동(13)의 축의 요구되는 방향으로의 비-기계적 지향은, 축과 동축인 자기장에서 플라즈마를 이동시킴으로써 수행된다. 자기장은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 2개 내지 20개의 독립적인 솔레노이드(21)에 의해, 유리하게는 3개에 의해 생성된다. 이는, 플라즈마 유동(13)의 전기 전도도 및 플라즈마 유동(13)의 에너지가 가능하게는 유동의 방향으로 수정된다는 것을 의미한다. 플라즈마 유동(13)을 지향시키기 위한 자기 변형의 사용에 의해, 가스화 챔버(4)의 작업 공동에서의 연속적인 온도 구배에 도달하며, 이는 유기 폐기물의 완전한 가스화를 보장한다. 더욱이, 가스화 챔버(4)의 부하의 특성, 즉 부피 및 폐기물의 종류의 변화의 경우, 온도 구배의 변화가 보장되며, 이는 플라즈마 유동(13)의 방향의 기계적 변화 방식과 비교하여 본질적인 이점이며, 이는 플라즈마 셔터(6)의 포지션의 물리적 수정을 보장하며, 이는 전체 디바이스에 대한 개입, 그 가동중지 등을 의미한다.
도 3 내지 도 6에 상세히 제시된 본 발명에 따른 플라즈마 셔터(6)의 마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15)은,
- 도파-밴드 투과부(16),
- 브리지 밴드(17),
- 밴드 웨이스트라인(18),
- 테논(19),
- 잠금가능한 전자기 발진기(20), 즉, 미러,
- 솔레노이드(21), 및
- 파를 순환기에 반사시키기 위한 반사된 파 배출구(22)를 포함한다.
도파-밴드 투과부(16), 즉 도파관의 출력 노드는 생성기(5)로부터 플라즈마 셔터(6)로 파를 유도하도록 의도되며, 여기서 도파관에 의해 이끌리는 생성기(5)의 에너지는 그러한 방식으로 동시에 분할되고, 이는 동일한 파의 2개의 동일한 부분을 수행하며, 여기서 파의 부분 각각은 밴드 웨이스트라인(18)의 일 측면 상에서 확산된다.
밴드 웨이스트라인(18)은 특정 형상의 평평한 플레이트이며, 이는 그 시작부에서, 즉 도파-밴드 투과부(16)로부터의 출구에서 넓어지고, 그 단부에서, 즉, 잠금가능한 전자기 발진기(20) 전에 좁아진다. 밴드 웨이스트라인(18)에는 테논(19)이 제공되며, 테논은 플라즈마 셔터(6)의 축을 따라 거리(λв/2)로 나란히 포지셔닝되고, 그리고 제1밴드 웨이스트라인(18)의 일 측면 상에 배열된 테논(19)이 이들 사이에서 최소 거리로 그리고 테논(19)의 길이의 전체 또는 일부에 최대 중첩을 갖고 제2밴드 웨이스트라인(18)에 배열되는 테논(19) 사이에 교대로 배치되는 방식으로 배향된다. 일 측면의 테논(19)의 수는 짝수이고, 다른 측면의 테논(19)의 수는 홀수이며, 즉, 제1밴드 웨이스트라인(18) 상의 파의 마이크로파 에너지/파의 위상은 제2밴드 웨이스트라인(18) 상의 파의 마이크로파 에너지/파의 위상과 반대이다. 그 때문에, 전자기파의 에너지가 상승하고 있다. 상호 작용의 결과는 직접 파 및 반사된 파의 경계의 카운트 업이며, 이는 잠금가능한 전자기 발진기(20)의 영역에서 영향을 받는다. 마이크로파 에너지의 반복된 증폭의 효과는, 30KV/cm 미만의 에너지의 사용에 의한 자유로운 글라이딩 마이크로파 플라즈마 유동(13)의 수행에 충분하다. 생성기(5)로부터 오는 파(X), 플라즈마 셔터(6)에서의 직접 파(Y) 및 반사된 파(Z)의 움직임이 도 7에서 상상된다.
플라즈마 셔터(6)의 단부에서, 밴드 웨이스트라인(18)의 포지셔닝 시스템, 즉, 파의 반사의 정확한 포인트의 세팅을 보장하는 잠금가능한 전자기 발진기(20)가 배열되며, 이에 의해 직접 및 반사된 파의 카운트 업의 결과로서 최대 진폭이 달성된다.
지연 시스템(15) 및 그의 단일 부분의 크기는, 밴드 웨이스트라인(18)을 따라 확산되고 있는 직접 파 및 반사된 파의 경계의 카운트 업 이후, 도파-밴드 투과부(16)의 위치에서의 최소 정지파 및 미러의 영역, 즉, 잠금가능한 전자기 발진기(20)의 영역에서만 최대 정지파를 얻기 위해, 정확한 카운팅에 의해 결정된다.
밴드 웨이스트라인(18)의 경도는 파의 고유 주기 부분의 전기적 경도와 관련하여 결정되며, 이는 평형식(ℓ= ¾λв)과 동일하며, 여기서 λв는 도파관 밴드 투과부(16)의 출구에서의 파의 경도이다. 그 결정은 마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15)의 영역에서 상승하고 있는 평형 플라즈마의 소산 특성에 기반한다. 밴드 웨이스트라인(18)에서의 진동 동안의 파의 위상 시프트는 λв/2, 즉 180°이어야 하는데, 이는 왜냐하면 마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15)이 2개의 동일한 부분, 즉 밴드 웨이스트라인(18)이 그 위에 있는 테논(19)로 구성되기 때문이며, 여기서 하나의 콤(comb)의 테논(19)은 반대편 콤의 테논(19)과 교번되며, 이는 반사된 파의 상호 차단을 개선한다. 그, 규정된 공간 포인트에서 전자기파의 빠른 증배(multiplication) 때문에, 30kV/cm의 전압을 갖는 전자기장이 제시될 때, 무전극 방전 UHF 플라즈마가 생성되는 규정되고, 이는 플라스모이드라 불리는 자유 플라즈마 클라우드(cloud)의 형태가 된다. 가스 유동의 상호 작용에 의해, 플라즈마 클라우드는 마이크로파 플라즈마 유동(13)의 형태로 반응기(reactor)로 불리는 가스화 챔버(4) 내로 인도된다.
마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15)의 전체 구성은, 정상파(stationary wave)의 2개의 노드, 즉, 최대치로 이루어진다. 이 중 하나는 잠금가능한 전자기 발진기(20)의 영역에 위치되고, 제2단부는 전자기파의 소스, 즉, 생성기(5)의 영역에 위치된다. 정상파의 최소치는 도파-밴드 투과부(16)에 있다.
마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15)은 플라즈마 셔터(6)의 본체인 원통형 형상의 보호 케이스(23)에 배열된다. 그러한 성능은 구성의 강성을 보장하며, 공기 또는 수증기를 들이기/송풍하기 위한 튜브의 출력을 포함한다.
가스화 방법은 아래에서 설명된다:
폐기물이 수용될 때 ― 여기서 "폐기물"이라는 용어는 다시, 가스화를 위해 사용 가능한 모든 수용 가능한 고체 물질의 단지 예만을 의미함 ―, 개별적인 프랙션으로의 분리에 의한 가스화를 위한 준비가, 예컨대 용융 또는 가압에 의해 수행되며, 그 후에, 고체 프랙션은 호퍼(3)를 통해 플라즈마 셔터(6)의 노즐을 포함하는 가스화 챔버(4) 내로 진입하고 있다. 플라즈마 유동의 성능은, 초고주파 생성기(5)에 의해 마이크로파 에너지를 생성함으로써 보장된다. 1000℃ 내지 1500℃의 온도까지 폐기물을 가열함으로써, 유기 성분이 열 분해되고, 열분해 유체를 갖는 합성 가스가 생성된다. 액체 물질로부터의 가스의 분리는, 가스화 챔버(4) 내의 열분해성 액체의 경질 프랙션으로부터의 증기의 분리를 위한 충분한 온도에 도달하는 순간에 시작된다. 폐기물의 가열 온도가 1500℃ 내지 2000℃까지 상승될 때, 폐기물의 무기 성분이 용융되고, 슬래그 용융이 수행되며, 이는 균질화기(10)에 의해 가스화 챔버(4)로부터 슬래그의 피더(11)로 제거된다. 수행된 합성 가스는, 가스 세정을 위한 시스템으로 안내되며, 이 시스템은 고체 입자, 예컨대 먼지 및 회분의 거친 세정을 위한 스크러버(7)를 포함하며, 또한, 이는 위험한 화학 물질, 특히 할로겐 이산화물, 이산화물 물질, 푸란 등을 분리하기 위한 플라즈마 촉매 연도 가스 세정 유닛(8)을 포함한다. 다이옥신 및 푸란은 낮은 온도에서 분해되기 어렵다. 이는 적어도 750℃의 온도에 도달할 필요가 있다. 이는 1000℃의 온도에서 완전히 분해된다. 다이옥신 및 푸란의 완전한 분해는, 2 내지 3초 동안 1200℃ 내지 1300℃의 온도에 노출되는 경우에만 가능하다. 그 이유 때문에, 위험한 물질의 재결합이 방지되어야 하고, 1000℃ 내지 1200℃의 온도를 갖는 가스는 급속 냉각의 컬럼(9)으로 안내되며, 여기서 온도는 2초 내지 3초에서 70℃ 내지 110℃로 낮아진다. 더욱이, 주로 탄소 산화물(CO) 및 수소(H2)를 포함하는 수행된 가스는, 전기 에너지를 생성하기 위해 또는 연료로서의 그의 직접적인 판매를 위해 사용 가능하다.
생성기(5)로부터의 마이크로파 에너지는, 파의 방향으로 연속적으로 좁아지는 밴드 웨이스트라인(18)을 따라 도파-밴드 투과부(16)를 통해 잠금가능한 전자기 발진기(20)로 전달된다. 마이크로파는 사실상, 전자기 진동의 방향의 세팅 및 고정을 보장하는 구성을 갖는 잠금가능한 전자기 발진기(20)에 대한 어떠한 장벽도 없이, 생성기(5)로부터 밴드 웨이스트라인(18)의 표면 및 에지에 걸쳐 확산된다. 종결 지점에서, 전자기파가 반사된다. 반사를 위한 작은 평면 때문에, 반사된 파는 매우 얇은 빔의 형태 및 시각적 형상을 가지며, 이 빔은 그의 반사 후에는 밴드 웨이스트라인(18)의 축을 따라 연속적으로 배열된 테논(19)에 의해 차단되고 느려진다. 그러한 방식으로, 반사된 파의 트랙은 파장의 연장과 함께 발진의 시작까지 다시 연장된다. 테논(19)을 갖는 동일한 밴드 웨이스트라인(18)은 반대 방향으로 배열되고, 여기서 수행되는 진동은 λв/2, 즉 180°만큼 시프트된다. 기계적 장벽, 즉 테논(19)으로부터의 반사 때문에 그리고 전자기파 자체에 의한 상호 차단 때문에, 파는 느려진다.
상이한 프랙션, 즉, 고체 프랙션, 액체 프랙션 및 가스상 프랙션의 공급을 위해 구성된 가스화 챔버(4)와 조합하여 플라즈마 셔터(6)에서 사용되는 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15) 덕분에, 다음과 같은 긍정적인 이점이 달성된다:
- 브리켓(briquette)의 형태로 고체 물질을 공급하는 것은 유기 부품의 완전한 가스화를 보장하며,
- 수증기 형태의 세정수 및 액체 프랙션의 공급 방식은 고체 물질의 유기 부분의 분해 등급을 증가시키고 가속시키고,
- 플라즈마의 공동-생성을 위한 가스로서 가스상 프랙션의 사용에 의해, 더 이상 통기 디바이스를 통해 프랙션을 제거할 필요가 없으며, 대기에 진입하기 전에 이를 세정할 필요가 없고,
- 전기 에너지의 가열 에너지로의 변환의 유효성은 최대 98%이며,
- 프로세싱된 고체 물질의 크기 및 유형과 관련하여, 미리 결정된 크기의 용기 디바이스의 형태로 국부적으로 사용하는 것이 가능하고,
- 700℃ 내지 2000℃의 온도에서 고체 물질 및 무기 잔류물의 분해가 보장되며,
- 기술적 사용과 관련하여, 마이크로파 플라즈마 유동은 그 방향의 구성에 의해, 화염과 유사한 매우 좁은 빔의 형태로 구성될 수 있거나, 또는 자유 글라이딩 방전의 형태, 즉, 가스화 챔버 내부측에서, 플라즈마 포그로 구성될 수 있고,
- 고체 물질, 예컨대 폐기물 또는 마모된 폴리머의 프로세싱은 100kW로부터의 에너지를 사용함으로써 가능한데; 이는 종래 기술에 따른 공진기 유형의 데이 마이크로파 플라즈마 디바이스가 5 내지 10kW의 범위에서만 에너지를 사용할 수 있게 하기 때문이고,
- 위험한 물질에 의해 가스화의 최종 생성물을 오염시키는 전극 및 부가적인 가연성 물질, 예컨대 가스, 마주트, 디젤이 누락된다. 이는, 본 발명에 따른 디바이스가, 생성된 합성 가스의 가능한 추가 사용의 관점에서 그리고 환경적 관점 둘 모두에서, 재료의 가장 깨끗한 프로세싱 방식을 제공한다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 디바이스에 의해, 건식 분리 매스의 하나의 튜닝만을 사용함으로써 8440kW의 에너지의 합성 가스를 최대 2500㎥ 생성하는 것이 가능하다. 에너지의 40%는 소비자를 위해 그리고 분배를 위해 전기 에너지를 생성하는 데, 그리고 최대 60%는 온기(warm)를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 마이크로파 플라즈마 가스화 방법은 1보다 높은 수소-일산화물 넘버를 갖는 합성 가스를 얻는 것을 보장하며, 이는 종래에 따른 임의의 알려진 기술에 의해 가능하지 않다. 반응 체적 내의 다량의 수소의 존재는 황, 인, 염소 및 질소의 가스 성분의 성능을 저하시킨다. 이는 최소 퍼센트의 밸러스트로 최대 20000 kJ/㎥의 발열량을 갖는 가열 합성 가스를 얻는 것을 보장한다. 본 발명의 장점은, 전기의 생산뿐만 아니라 운송, 저장 및 모터를 위한 합성 연료의 생산을 위한 그러한 가스의 사용 가능성이다. 또한, 가스화 후의 고체 잔류물, 즉 슬래그의 양 대 시작 재료의 부피의 비율은 1 : 400이다. 평균 에너제틱 밸런스(energetic balance)는 주로 재료의 형태학적 조성 및 가스화된 재료의 베이스인 탄소의 함량에 따라 좌우된다. 예컨대, 나무에서 탄소의 함유량은 대략 40%이고, 이탄(peat)에서는 대략 55%이고, 슬레이트에서는 대략 60%이고, 갈색 코일에서는 대략 65%이고, 흑색 코일에서는 대략 80%이며, 중합체에서는 대략 85%이고, 마주트(mazut) 및 얀(yarn)에서는 대략 90%이며, 제산제(antacid)에서는 대략 95%이다.
연료의 주 성분, 즉, 에너지의 운반체인 가스화된 고체 물질이 탄소(C) 및 수소(H2)라는 것을 고려할 필요가 있다. 1kg의 탄소의 연소 동안, 대략 34000kJ의 에너지가 방출되고, 1kg의 수소의 연소 동안, 대략 125000kJ의 에너지가 방출된다. 연료의 다른 성분, 예컨대, 황(S), 산소(O2), 질소(N2), 이산화황(SO2), 이산화탄소(CO2), 질소 산화물(NOX), 광물 입자, 습기(H2O)는 연료의 비-인화성 밸러스트이며, 이는 연료의 사용 가능한 에너지 열량값을 상당히 감소시킨다. 성분이 용융되고 그 습기가 증발되어야 하기 때문에, 연료를 가열하기 위한 연료의 소비가 증가하고 있다. 1kg의 습기를 증기의 형태로 변환하기 위해, 대략 2500 내지 3000kJ가 필요하다.
종래 기술에 따른 기술이 탄소 재료, 예컨대 스팀 보일러 및 증기 생성기의 직접 연소를 위해 사용되는 경우, 하나의 튠(tune)의 목재의 연소에 의해, 대략 40kW의 전기 에너지 및 60kW의 열 에너지만이 생성되며, 즉, 총 약 100kW의 에너지가 생성되며, 또는 하나의 튠의 코일의 연소에 의해, 대략 120kW의 전기 에너지 및 180kW의 열 에너지만이 생성되며, 즉 총 약 300의 에너지가 생성되는데, 이는 연소된 생성물의 전체 함량이 그 자체가 다른 밸러스트의 생산자인 보일러에 영구적으로 추가된 공기에 의해 공급되는 비-가연성 밸러스트이기 때문이다.
본 발명에 따른 가스화 디바이스는, 다양한 유기 물질, 예컨대 저-품질 에너지 코일, 다써버린 오일 물질, 예컨대 엔진 및 기술 오일, 병원 폐기물 및 위험한 폐기물에 함유된 탄화수소의 열 화학적 파괴, 즉, 가스화에 사용 가능하며, 이는 합성 가연성 가스의 생성을 위한, 다시 말해서 청정 에너지를 생성하기 위한 탄소 성분, 고형의 도시 폐기물 및 다써버린 폴리머를 포함한다.

Claims (10)

  1. 플라즈마 셔터(6)를 위한 마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15)으로서,
    생성기(5)로부터 플라즈마 셔터(6) 내로 파동을 허용하고 생성기(5)와 시스템의 상호 연결을 위한 도파-밴드 투과부(waveguide-band transmission)(16),
    도파-밴드 투과부(16)와 상호 연결된 브리지 밴드(bridge band)(17), 및
    한 단부가 브리지 밴드(17)와 상호 연결되는 2개의 평행한 밴드 웨이스트라인(band waistlines)(18) ― 상기 밴드 웨이스트라인(18)은 편평한 플레이트이고, 그 일측에는 테논들(tenons)(19)이 제공되며, 테논들(19)은, 제1 밴드 웨이스트라인(18)의 일측에 배열된 테논들(19)이 제2 밴드 웨이스트라인(18)의 일측에 배열된 테논들(19) 사이에 교대로 배치되도록 하는 배향으로 밴드 웨이스트라인(18)의 축을 따라 나란히 배열됨 ― 을 포함하며,
    상기 밴드 웨이스트라인(18)은 서로 분리된 잠금가능한 전자기 발진기(20)에 의해 나머지 단부에 제공되며, 잠금가능한 전자기 발진기(20)의 포지션은 직접 파 및 반사된 파의 카운트 업(count up)에 의해 그 최대 진폭을 행하도록 파의 정확한 반사 지점을 규정하며,
    상기 밴드 웨이스트라인(18)은 도파-밴드 투과부(16)로부터의 방향으로 넓어지고 잠금가능한 전자기 발진기(20) 앞에서 좁아지며, 상기 브리지 밴드(17)로부터 잠금가능한 전자기 발진기(20)까지 직접 파(Y)를 유도하기 위한 것이고,
    상기 테논들(19)은 거리(λв/2)만큼 상호 분리되며, 여기서 λв는 도파-밴드 투과부(16)의 출구에서의 파의 경도이며, 반사된 파(Z)의 경로에 포지셔닝되고, 이는 잠금가능한 전자기 발진기(20)로부터 브리지 밴드(17)까지 이어지고,
    상기 브리지 밴드(17)는 입사되는 파를 180°만큼 시프트된 2개의 동일한 파로 분할하되, 2개의 파 각각은 상이한 밴드 웨이스트라인(18) 상에서 확산되는, 플라즈마 셔터를 위한 마이크로파 플라즈마 지연 시스템.
  2. 제1항에 따른 마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15)을 포함하는, 플라즈마 셔터(6).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로파 플라즈마 지연 시스템(15)은 상기 플라즈마 셔터(6)의 축에 배열되는, 플라즈마 셔터(6).
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마 셔터(6)로부터 나오는 플라즈마 유동(13)을 지향시키기 위한 2개 내지 12개의 독립적인 솔레노이드(21)을 더 포함하는, 플라즈마 셔터(6).
  5. 가스화 디바이스로서,
    분리된 프랙션(fraction)을 갖는 고체 물질의 로더(loader)(1),
    고체 물질의 그라인더(grinder)(2) ― 상기 그라인더(2)에 상기 로더(1)가 연결됨 ―,
    고체 물질의 호퍼(hopper)(3) ― 상기 호퍼(3)에 상기 그라인더(2)가 연결됨 ―,
    고체 물질의 가스화를 위한 가스화 챔버(gasification chamber)(4) ― 상기 가스화 챔버(4)에 상기 호퍼(3)가 연결됨 ―,
    마이크로파 전력의 공급을 위한 생성기(generator)(5) ― 상기 생성기(5)에 상기 가스화 챔버(4)가 연결됨 ― 를 포함하며,
    상기 생성기(5)는 마이크로파 에너지의 공급을 위한 자동 제어 시스템, 도파관 및 전원을 포함하고,
    상기 가스화 챔버(4)의 출력은,
    기계적 첨가제의 입자로부터, 진입하는 합성 가스를 세정하기 위한 스크러버(scrubber)(7),
    합성 가스의 섬세한 세정을 위한 플라즈마 촉매 연도 가스 세정 유닛(plasma catalytic flue gas cleaning unit)(8) ― 상기 플라즈마 촉매 연도 가스 세정 유닛(8)에 상기 스크러버(7)가 연결됨 ―,
    위험한 화학 물질의 재결합을 방지하기 위해, 합성 가스의 빠른 냉각을 위한 칼럼(column)(9) ― 상기 칼럼(9)에 상기 플라즈마 촉매 연도 가스 세정 유닛(8)가 연결됨 ― 을 포함하며,
    상기 가스화 챔버(4)의 출력은, 또한
    용융된 물질의 냉각에 의해 수행되는 잔류물의 균질화를 위한 반응기(reactor)(10),
    냉각된 코크스 잔류물(coke residues)의 수집을 위한 피더(feeder)(11) ― 상기 피더(11)에 상기 반응기(10)가 연결됨 ― 를 더 포함하고,
    제2항 또는 제3항에 따른 플라즈마 셔터(6)를 더 포함하는, 가스화 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고체 물질의 로더(1)는 금속의 자기 분리기를 갖는 고체 물질의 준비를 위한 디바이스인, 가스화 디바이스.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 고체 물질의 그라인더(2)는 입자를 0.80 내지 10mm의 크기로 그라인딩하도록 설계되는, 가스화 디바이스.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 고체 물질의 호퍼(3)는 1차 가스를 인출하기 위한 튜브 또는 인발 캐널(draw cannel)을 포함하는, 가스화 디바이스.
  9. 제5항에 있어서,
    고체 입자를 공급하기 위한 호퍼(3) 및 액체 물질을 공급하기 위한 분무기(12) 둘 모두를 포함하는, 가스화 디바이스.
  10. 유기 물질의 열 화학적 변환을 위해 제5항에 따른 가스화 디바이스를 사용하는 방법.
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