KR102536367B1 - Biogas reformer - Google Patents
Biogas reformer Download PDFInfo
- Publication number
- KR102536367B1 KR102536367B1 KR1020210031585A KR20210031585A KR102536367B1 KR 102536367 B1 KR102536367 B1 KR 102536367B1 KR 1020210031585 A KR1020210031585 A KR 1020210031585A KR 20210031585 A KR20210031585 A KR 20210031585A KR 102536367 B1 KR102536367 B1 KR 102536367B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- housing
- biogas
- amount
- inner housing
- reformer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/342—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents with the aid of electrical means, electromagnetic or mechanical vibrations, or particle radiations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0238—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a carbon dioxide reforming step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0861—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by plasma
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1205—Composition of the feed
- C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1235—Hydrocarbons
- C01B2203/1241—Natural gas or methane
-
- 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
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
본 발명의 목적은 촉매 건식 개질 반응에서 외부 열원 및 CO2:CH4의 반응 당량비를 해결하는 바이오 가스의 개질장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 가스의 개질장치는, 메탄과 이산화탄소를 주성분으로 하는 바이오 가스 피이드 중 제1분량을 유입구로 유입하여 일산화탄소와 수소를 주성분으로 개질된 합성가스를 토출구로 토출하는 외부 하우징, 상기 외부 하우징의 내측에 배치되고 상기 외부 하우징의 내부에서 일단이 개방되는 내부 하우징, 상기 내부 하우징과 상기 외부 하우징 사이에 구비되고 상기 토출구 측으로 연통되는 촉매 반응부, 및 상기 내부 하우징에 구비되어 산화제와 피이드 중 상기 제1분량을 제외한 나머지 제2분량에 의한 플라즈마 방전으로 화염을 형성하여 상기 내부 하우징을 가열하고 제2분량에서 메탄이 감소하고 이산화탄소가 증가된 연소 배출물을 상기 유입구 측으로 공급하는 플라즈마 버너를 포함한다.An object of the present invention is to provide a reformer for biogas that solves the reaction equivalence ratio of an external heat source and CO 2 :CH 4 in a catalytic dry reforming reaction. In the biogas reforming apparatus according to an embodiment of the present invention, a first amount of a biogas feed mainly composed of methane and carbon dioxide is introduced into an inlet to discharge carbon monoxide and hydrogen reformed syngas through an outlet. A housing, an inner housing disposed inside the outer housing and having one end open from the inside of the outer housing, a catalytic reaction unit provided between the inner housing and the outer housing and communicating to the outlet, and provided in the inner housing Plasma for forming a flame by plasma discharge by the second portion of the oxidizer and the feed, excluding the first portion, to heat the inner housing, and supplying combustion emissions in which methane is reduced and carbon dioxide is increased in the second portion to the inlet side. includes a burner
Description
본 발명은 바이오 가스의 개질장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 낮은 발열량과 변동이 심한 피이드(Feed) 공급 조건에서 바이오 가스의 점화 및 화염 유지를 가능하게 하는 바이오 가스의 개질장치에 관한 것이다.The present invention relates to a reformer of biogas, and more particularly, to a reformer of biogas that enables ignition and flame maintenance of biogas under low calorific value and fluctuating feed supply conditions.
알려진 바에 따르면, 온실가스 감축이 중요한 이슈가 되면서, 온실가스로 이루어진 바이오 가스를 합성가스로 전환하여, 연료, 알코올, 수소 등으로 활용하려는 연구들이 활발해지고 있다.As is known, as reduction of greenhouse gases has become an important issue, research to convert biogas composed of greenhouse gases into syngas and use them as fuel, alcohol, hydrogen, etc. is becoming active.
한편, 바이오 가스는 주 성분이 CO2와 CH4로 CO2와 CH4는 건식 개질 공정, 즉 CO2 + CH4 -> 2CO + 2H2를 통해서 수소를 포함하는 합성가스로 전환될 수 있다. 그러나 통상의 바이오 가스에는 CH4가 CO2에 비해 양이 많아 직접 개질 공정을 진행할 경우 여분의 CH4가 대기 중으로 배출된다.On the other hand, the main components of biogas are CO 2 and CH 4 , and CO 2 and CH 4 can be converted into syngas containing hydrogen through a dry reforming process, that is, CO 2 + CH 4 -> 2CO + 2H 2 . However, since the amount of CH 4 is higher than that of CO 2 in normal biogas, when the direct reforming process is performed, excess CH 4 is discharged into the atmosphere.
또한, 건식 개질의 경우 강한 흡열 반응 특성으로 인하여 반응의 유지를 위해 반응기에 외부열이 지속적으로 공급되어야 한다. 이 과정에서 외부 열원을 공급하기 위해 CO2 발생을 초래한다면, 바이오 가스 개질의 탄소저감 효과가 낮아지는 결과를 초래한다.In addition, in the case of dry reforming, external heat must be continuously supplied to the reactor to maintain the reaction due to strong endothermic reaction characteristics. In this process, if CO 2 is generated to supply an external heat source, the carbon reduction effect of biogas reforming is lowered.
일반적인 건식 개질 반응의 경우에는 외부 열원의 공급이 필요하다. 일반적인 촉매 건식 개질 반응의 경우, CO2:CH4 = 1:1 ~ 2:1 정도 범위로 CO2의 양을 많이 해서 반응을 촉진하는 형태로 한다. 그러나 바이오 가스의 경우는 반대로 CH4의 양이 CO2 보다 많아 이러한 반응상의 불리한 점이 발생한다.In the case of a general dry reforming reaction, the supply of an external heat source is required. In the case of a general catalytic dry reforming reaction, the amount of CO 2 is increased in the range of CO 2 :CH 4 = 1:1 to 2:1 to promote the reaction. However, in the case of biogas, on the contrary, the amount of CH 4 is greater than that of CO 2 , and disadvantages in this reaction occur.
대한민국 특허 공개번호 2018-0116952는 플라즈마 촉매 방식의 개질 개념을 제공하고 있으나, 플라즈마 버너에 의한 열이 촉매 반응기로 효과적으로 전달될 수 있는 방법을 개시하지 못하고 있다.Korean Patent Publication No. 2018-0116952 provides a reforming concept of a plasma catalyst method, but fails to disclose a method in which heat by a plasma burner can be effectively transferred to a catalyst reactor.
한편, 피이드(Feed)인 바이오 가스를 연소시켜 열을 공급할 경우, 바이오 가스의 조성에 따라 열량이 4,000~5,000kcal/m3 정도로 발열량이 높지 않고, 조성의 변화 및 유량의 변화가 잦은 피이드(Feed)의 특성으로 인하여 연소가 불안정해진다.On the other hand, when heat is supplied by burning biogas, which is a feed, the calorific value is not as high as 4,000 to 5,000 kcal/m 3 depending on the composition of the biogas, and the feed with frequent changes in composition and flow rate ), the combustion becomes unstable due to the characteristics of
본 발명의 목적은 촉매 건식 개질 반응에서 외부 열원 및 CO2:CH4의 반응 당량비를 해결하는 바이오 가스의 개질장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a reformer for biogas that solves the reaction equivalence ratio of an external heat source and CO 2 :CH 4 in a catalytic dry reforming reaction.
본 발명의 목적은 플라즈마 촉매 방식의 건식 개질 공정에서, 낮은 발열량과 변동이 심한 피이드(Feed) 공급 조건에서 바이오 가스의 점화 및 화염 유지를 가능하게 하고, 외부 열원의 공급없이 촉매 반응에 필요한 열량을 공급하는 바이오 가스의 개질장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to enable ignition and flame maintenance of biogas under low calorific value and fluctuating feed supply conditions in a dry reforming process of a plasma catalyst method, and to reduce the amount of heat required for a catalytic reaction without supplying an external heat source. It is to provide a reformer of biogas to be supplied.
본 발명의 목적은 화염을 유지하는 연소 과정에서 CH4를 CO2로 전환하여 피이드(Feed)의 CO2:CH4 반응 당량비를 촉매 반응에 적절한 1:1~2:1 사이 값으로 조정하는 바이오 가스의 개질장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to convert CH 4 to CO 2 in a combustion process that maintains a flame to adjust the CO 2 :CH 4 reaction equivalence ratio of feed to a value between 1:1 and 2:1 appropriate for the catalytic reaction. It is to provide a reforming device for gas.
본 발명의 목적은 플라즈마 버너에서 촉매 반응부로 열이 전달될 때, 효과적으로 열이 전달될 수 있게 하는 바이오 가스의 개질장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a reformer of biogas that enables heat to be effectively transferred when heat is transferred from a plasma burner to a catalytic reaction unit.
본 발명의 목적은 촉매 반응부에 요구되는 열량이 변동될 때, 이를 감지하여 촉매 반응부에 열량을 변동하여 공급하는 바이오 가스의 개질장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a reformer for biogas that detects a change in the amount of heat required for a catalytic reaction unit and supplies a fluctuating amount of heat to the catalytic reaction unit.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 가스의 개질장치는, 메탄과 이산화탄소를 주성분으로 하는 바이오 가스 피이드 중 제1분량을 유입구로 유입하여 일산화탄소와 수소를 주성분으로 개질된 합성가스를 토출구로 토출하는 외부 하우징, 상기 외부 하우징의 내측에 배치되고 상기 외부 하우징의 내부에서 일단이 개방되는 내부 하우징, 상기 내부 하우징과 상기 외부 하우징 사이에 구비되고 상기 토출구 측으로 연통되는 촉매 반응부, 및 상기 내부 하우징에 구비되어 산화제와 피이드 중 상기 제1분량을 제외한 나머지 제2분량에 의한 플라즈마 방전으로 화염을 형성하여 상기 내부 하우징을 가열하고 제2분량에서 메탄이 감소하고 이산화탄소가 증가된 연소 배출물을 상기 유입구 측으로 공급하는 플라즈마 버너를 포함한다.In the biogas reforming apparatus according to an embodiment of the present invention, a first amount of a biogas feed mainly composed of methane and carbon dioxide is introduced into an inlet to discharge carbon monoxide and hydrogen reformed syngas through an outlet. A housing, an inner housing disposed inside the outer housing and having one end open from the inside of the outer housing, a catalytic reaction unit provided between the inner housing and the outer housing and communicating to the outlet, and provided in the inner housing A flame is formed by plasma discharge by the second amount of the oxidizer and the feed remaining except for the first amount to heat the inner housing, and methane is reduced and carbon dioxide is increased in the second amount and a plasma burner supplying combustion exhaust to the inlet side.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 가스의 개질장치는, 상기 제1분량을 상기 외부 하우징의 유입구 측으로 공급하는 제1관로, 및 상기 제1관로의 분기점에 조절밸브를 개재하여 연결되어 상기 제2분량을 상기 플라즈마 버너로 공급하는 제2관로를 더 포함한다.The biogas reformer according to an embodiment of the present invention is connected to a first conduit for supplying the first amount to the inlet side of the outer housing and a branch point of the first conduit through a control valve, so that the second A second conduit for supplying the quantity to the plasma burner is further included.
상기 촉매 반응부는 상기 내부 하우징의 외면과 상기 외부 하우징의 내면 사이에 채워져 위치할 수 있다.The catalytic reaction unit may be positioned between an outer surface of the inner housing and an inner surface of the outer housing.
상기 내부 하우징은 상기 외부 하우징의 유입측 내부에서 개방단을 형성할 수 있다.The inner housing may form an open end inside the inlet side of the outer housing.
상기 외부 하우징은 상기 유입구 측 내부에서 상기 내부 하우징의 개방단의 전방에 구비되어 연소 배출물의 진행 방향을 전환시키는 방향전환부재를 더 포함할 수 있다.The outer housing may further include a direction changing member that is provided in front of the open end of the inner housing on the inside of the inlet side and changes the direction of combustion emissions.
상기 유입구 측으로 유입되는 제1분량의 피이드는 상기 방향전환부재의 외곽으로 유입되면서 방향 전환된 연소 배출물과 혼합되어 상기 촉매 반응부에 공급될 수 있다.The feed of the first amount flowing into the inlet may be mixed with the direction-converted combustion exhaust and supplied to the catalytic reaction unit as it flows into the outer periphery of the direction-changing member.
상기 촉매 반응부로 공급되는 피이드는 상기 제1분량에 연소 배출물이 더해지므로 이산화탄소(CO2):메탄(CH4)의 비가 1:1~2:1로 조정될 수 있다.Since combustion emissions are added to the first amount of feed supplied to the catalytic reaction unit, the ratio of carbon dioxide (CO 2 ):methane (CH 4 ) may be adjusted to 1:1 to 2:1.
상기 플라즈마 버너는, 상기 토출구 측에서 상기 내부 하우징에 결합되고 전기적으로 접지되는 버너 하우징, 및 상기 버너 하우징에 내장되어 고전압이 인가되며 방전갭을 형성하고, 상기 제2관로에 연결되는 피이드 통로를 형성하는 전극을 포함할 수 있다.The plasma burner includes a burner housing coupled to the inner housing and electrically grounded at the outlet side, and a high voltage applied to the burner housing to form a discharge gap and a feed passage connected to the second conduit. It may include an electrode that
상기 전극은 상기 방전갭을 형성하는 볼록 형상의 방전부와 상기 방전부보다 작은 직경으로 형성되어 상기 방전부에 연결되는 기둥부를 포함하고, 상기 피이드 통로는 상기 제2관로에 연결되고 상기 기둥부에 형성되는 제1내부 통로, 및 상기 제1내부 통로에 연결되어 상기 버너 하우징을 향하여 상기 방전부에 형성되는 제2내부 통로를 포함할 수 있다.The electrode includes a convex-shaped discharge part forming the discharge gap and a pillar part having a diameter smaller than that of the discharge part and connected to the discharge part, and the feed passage is connected to the second conduit and is connected to the pillar part. It may include a first inner passage formed, and a second inner passage connected to the first inner passage and formed in the discharge unit toward the burner housing.
상기 제1내부 통로는 상기 제2내부 통로를 지나서 상기 방전부의 끝까지 연장되어 상기 유입구 측으로 연소 배출물을 분출할 수 있다.The first inner passage may pass through the second inner passage and extend to the end of the discharge unit to eject combustion emissions toward the inlet.
상기 플라즈마 버너는, 상기 방전부의 후방에서 상기 기둥부와 상기 버너 하우징 사이에 구비되어 상기 방전갭으로 공급되는 산화제에 스월을 발생시키는 스월러를 더 포함할 수 있다.The plasma burner may further include a swirler provided between the post portion and the burner housing at the rear of the discharge unit to generate a swirl in the oxidant supplied to the discharge gap.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 가스의 개질장치는, 상기 외부 하우징의 상기 유입구 측에 구비되어 상기 내부 하우징을 향하여 제1분량의 피이드를 가열하는 플라즈마 반응기를 더 포함할 수 있다.The biogas reformer according to an embodiment of the present invention may further include a plasma reactor provided on the inlet side of the outer housing to heat a first amount of feed toward the inner housing.
상기 플라즈마 반응기는 아크제트 플라즈마, 고주파 유도 결합 플라스마 및 마이크로 웨이브 플라즈마 중 하나의 반응기로 형성될 수 있다.The plasma reactor may be formed of one of arc jet plasma, high frequency inductively coupled plasma and microwave plasma.
상기 내부 하우징은 연소 배출물을 상기 촉매 반응부에 공급하는 관통홀을 구비할 수 있다.The inner housing may have a through hole through which combustion exhaust is supplied to the catalytic reaction unit.
상기 관통홀은 상기 개방단 측에 복수로 구비될 수 있다.The through hole may be provided in plurality at the open end side.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 가스의 개질장치는, 상기 내부 하우징에 연결되어 상기 외부 하우징과 이격되어 연소 배출물이 순환하는 순환부를 형성하는 중간 하우징을 더 포하며, 상기 촉매 반응부는 내부 하우징과 상기 중간 하우징 사이에 채워져 위치할 수 있다.The biogas reformer according to an embodiment of the present invention further includes an intermediate housing connected to the inner housing and spaced apart from the outer housing to form a circulation part in which combustion emissions circulate, and the catalytic reaction part is connected to the inner housing and It may be filled and positioned between the intermediate housings.
상기 플라즈마 버너는, 상기 유입구 측에서 상기 내부 하우징에 결합되며, 상기 내부 하우징은 상기 토출구 측에서 폐쇄되어 상기 중간 하우징에 연결되며, 상기 외부 하우징은 상기 유입구 측에서 안내부를 형성하여 상기 순환부를 순환하는 연소 배출물을 상기 촉매 반응부로 안내할 수 있다.The plasma burner is coupled to the inner housing at the inlet side, the inner housing is closed at the outlet side and connected to the intermediate housing, and the outer housing forms a guide at the inlet side to circulate the circulation unit. Combustion emissions may be guided to the catalytic reaction unit.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예는 바이오 가스를 연료로 하는 플라즈마 버너로 열량을 공급하면서 촉매 반응부에 원료를 더 공급하므로 외부 열원의 공급없이 촉매 반응부에 필요한 열량을 공급할 수 있고, 공급량 변동이 심한 바이오 가스에 대하여 CO2:CH4의 반응 당량비를 안정적으로 조절하여 바이오 가스의 개질 반응을 가능하게 한다. 따라서 일 실시예는 플라즈마 버너를 통하여 바이오 가스를 연료에서 원료로 전환하여 바이오 가스를 촉매 반응부에서 개질하므로 CO2 저감을 가능하게 한다.As described above, one embodiment of the present invention further supplies raw materials to the catalytic reaction unit while supplying heat to the plasma burner using biogas as fuel, so that the required amount of heat can be supplied to the catalytic reaction unit without supplying an external heat source, and the supply amount fluctuates. Regarding this severe biogas, CO 2 :CH 4 reaction equivalence ratio is stably adjusted to enable a reforming reaction of biogas. Therefore, one embodiment converts biogas from a fuel into a raw material through a plasma burner and reforms the biogas in a catalytic reaction unit, thereby enabling CO 2 reduction.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 바이오 가스의 개질장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 바이오 가스의 개질장치에 사용되는 플라즈마 버너의 구성도이다.
도 3은 도 1의 바이오 가스의 개질장치에 사용되는 다른 플라즈마 버너의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 바이오 가스의 개질장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 바이오 가스의 개질장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 바이오 가스의 개질장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a biogas reformer according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a plasma burner used in the biogas reformer of FIG. 1 .
FIG. 3 is a block diagram of another plasma burner used in the biogas reformer of FIG. 1 .
4 is a block diagram of a biogas reformer according to a second embodiment of the present invention.
5 is a block diagram of a biogas reformer according to a third embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a biogas reformer according to a fourth embodiment of the present invention.
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. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 바이오 가스의 개질장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예의 바이오 가스의 개질장치(100)는 바이오 가스를 합성가스로 개질하도록 외부 하우징(10), 내부 하우징(20), 촉매 반응부(30) 및 플라즈마 버너(40)를 포함한다.1 is a block diagram of a biogas reformer according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the
외부 하우징(10)은 내부 하우징(20)과 촉매 반응부(30)를 내장하는 공간을 형성하며, 공간의 일측에 연결되는 유입구(11)와 다른 일측에 연결되는 토출구(12)를 구비한다. The
유입구(11)는 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)를 주성분으로 하는 바이오 가스 피이드 중 제1분량을 유입한다. 제1분량을 제외한 나머지 제2분량은 플라즈마 버너(40)로 유입된다. 토출구(12)는 제1분량 및 제2분량의 피이드를 일산화탄소(CO)와 수소(H2)를 주성분으로 하는 개질 합성가스를 토출한다.The
이를 위하여, 바이오 가스의 개질장치(100)는 제1관로(51), 제2관로(52) 및 조절밸브(53)를 포함한다. 제1관로(51)는 외부 하우징(10)의 유입구(11)에 연결되어 전체 바이오 가스 피이드 중 제1분량을 유입구(11) 측으로 공급한다.To this end, the
제2관로(52)는 조절밸브(53)를 개재하여 제1관로(51)의 분기점에 연결된다. 제2관로(52)는 조절밸브(53)와 플라즈마 버너(40)를 연결하여 피이드 중 제2분량을 플라즈마 버너(40)로 공급한다. 피이드 중 제2분량은 플라즈마 버너(40)에 연료로 작용하여 연소한 후, CO2 + CH4 -> 2CO + 2H2와 같이 개질되어 촉매 반응부(30)의 원료로 작용한다.The
일례를 들면, 제1관로(51)의 제1분량은 바이오 가스 피이드의 75~80%이고, 제2관로(52)의 제2분량은 바이스 가스 피이드의 나머지 10~25%로 조절밸브(53)에 으하여 조절될 수 있다.For example, the first amount of the
바이오 가스는 CO2와 CH4가 주성분으로 이루어져 있으며, CO2가 30~40% 전후 CH4가 50~60%를 차지하고 있다. CO2와 CH4를 반응시켜 CO와 H2를 얻는 건식 개질 반응의 경우, CO2:CH4 = 1:1~2:1 정도 범위로 산화제 역할 하는 CO2가 CH4보다 약간 더 많은 조건에서 반응을 하는 것이 유리하다. CO2와 CH4를 반응시켜 CO와 H2를 얻는 건식 개질 반응은 강한 흡열 반응으로 외부의 열이 지속적으로 공급되어야 유지될 수 있다.Biogas is mainly composed of CO 2 and CH 4 , and CO 2 accounts for around 30-40% and CH 4 accounts for 50-60%. In the case of a dry reforming reaction in which CO 2 and CH 4 are reacted to obtain CO and H 2 , CO 2 :CH 4 = 1:1 to 2:1 under conditions where CO 2 acting as an oxidizing agent is slightly more than CH 4 It is advantageous to react. The dry reforming reaction to obtain CO and H 2 by reacting CO 2 and CH 4 is a strong endothermic reaction and can be maintained only when external heat is continuously supplied.
내부 하우징(20)은 외부 하우징(10)의 내측에 배치되고 외부 하우징(10)의 내부에서 일단이 개방된다. 제1실시예에서는 내부 하우징(20)의 개방단은 외부 하우징(10)의 유입구(11) 측 내부에서 개방 형성된다.The
촉매 반응부(30)는 내부 하우징(20)과 외부 하우징(10) 사이에 구비되고 토출구(12) 측으로 연통된다. 제1실시예에서 촉매 반응부(30)는 내부 하우징(20)의 외면과 외부 하우징(10)의 내면 사이에 채워져 위치할 수 있다.The
외부 하우징(10)은 내부 하우징(20)과의 사이에서 개재되는 지지 플레이트(14)를 그 하측에 더 포함한다. 지지 플레이트(14)는 다공판으로 형성되어 촉매 반응부(30)를 지지하면서 피이드의 메탄과 이산화탄소에서 개질된 일산화탄소와 수소를 포함하는 합성가스를 토출구(12)로 유통 가능하게 한다.The
플라즈마 버너(40)는 내부 하우징(20)에 구비되어 산화제와 피이드 중 제2분량에 의한 플라즈마 방전으로 화염을 형성하여 내부 하우징(20)을 가열하고 제2분량에서 메탄이 감소하고 이산화탄소가 증가된 연소 배출물을 유입구(11) 측으로 공급하도록 구성된다.The
바이오 가스를 연소시키게 될 경우, 바이오 가스가 가지고 있는 낮은 발열량, 유동적인 유량, 유동적인 조성 등으로 인하여 화염(F)이 불안정할 수 있다. 플라즈마 버너(40)는 이러한 화염의 불안정성을 해결할 수 있다.When biogas is burned, the flame (F) may be unstable due to the low calorific value, fluid flow rate, and fluid composition of biogas. The
외부 하우징(10)은 유입구(11) 측 내부에서 방향전환부재(13)를 더 포함한다. 방향전환부재(13)는 내부 하우징(20)의 개방단의 전방에 구비되어 유입구(11)를 향하여 진행하는 연소 배출물을 충돌시켜 연소 배출물의 진행 방향을 외부 하우징(10)의 내면을 향하도록 전환시킨다. The
유입구(11) 측으로 유입되는 제1분량의 피이드는 방향전환부재(13)의 외곽으로 유입되면서 방향 전환된 연소 배출물과 혼합되어 촉매 반응부(30)에 공급된다. 즉 제2분량의 피이드에서 전환된 CO와 H2를 포함하는 연소 배출물은 제1분량의 CO2와 CH4를 주성분으로 하는 바이오 가스에 혼합되어, 촉매 반응부(30)에 공급된다.The first amount of feed flowing into the
촉매 반응부(30)로 공급되는 피이드는 제1분량에 연소 배출물이 더해지므로 이산화탄소(CO2):메탄(CH4)의 비가 1:1~2:1로 조정된다. 이때, 플라즈마 버너(40)의 방열량이 내부 하우징(20) 및 촉매 반응부(30)를 가열하므로 CO2와 CH4를 반응시켜 CO와 H2를 얻을 수 있게 한다.Since combustion emissions are added to the first amount of feed supplied to the
흡열 반응의 특성으로 인하여 촉매 반응부(30) 후단, 즉 토출구(12) 측의 온도가 촉매 반응부(30) 전단, 즉 유입구(11) 측의 온도보다 낮아질 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 촉매 반응부(30)의 후단 측에 설치된 플라즈마 버너(40)는 촉매 반응부(30)의 후단에서도 개질 반응의 효율을 높일 수 있게 한다.Due to the nature of the endothermic reaction, the temperature at the rear end of the
도 2는 도 1의 바이오 가스의 개질장치에 사용되는 플라즈마 버너의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 플라즈마 버너(40)는 버너 하우징(41)과 전극(42)을 포함한다. 버너 하우징(41)은 외부 하우징(10)의 토출구(12) 측에서 내부 하우징(20)에 결합되고 전기적으로 접지된다. 즉 버너 하우징(41)은 내부 하우징(20)의 개방단의 반대측에 설치되어 개방단을 향한다.FIG. 2 is a block diagram of a plasma burner used in the biogas reformer of FIG. 1 . Referring to FIG. 2 , the
전극(42)은 버너 하우징(41)에 내장되어 고전압(HV)이 인가되며 방전갭(G)을 형성하고, 제2관로(52)에 연결되는 피이드 통로(43)를 형성한다. 또한 전극(42)은 방전갭(G)을 형성하는 볼록 형상의 방전부(421)와 방전부(421)보다 작은 직경으로 길게 형성되어 방전부(421)에 연결되는 기둥부(422)를 포함한다. 기둥부(422)는 고전압(HV)에 연결되고 절연부재(45)를 개재하여 버너 하우징(41)에 전기적인 절연 상태로 설치된다.The
피이드 통로(43)는 제2관로(52)에 연결되고 기둥부(422)에 형성되는 제1내부 통로(431), 및 제1내부 통로(431)에 연결되어 버너 하우징(41)을 향하여 방전부(421)에 형성되는 제2내부 통로(432)를 포함한다.The
플라즈마 버너(40)는 스월러(swirler)(44)를 더 포함한다. 스월러(44)는 방전부(421)의 후방에서 기둥부(422)와 버너 하우징(41) 사이에 구비되어 방전갭(G)으로 공급되는 공기 또는 산소의 산화제에 스월을 발생시켜, 피이드 통로(43)로 공급되는 제2분량의 피이드와 산화제를 서로 혼합시킨다. 제2분량의 피이드는 플라즈마 버너(40)에서 연료(CO2, CH4)로 작용한 후, 개질되어 촉매 반응부(30)의 원료(CO, H 2 )로 작용한다.The
방전부(421)와 버너 하우징(41)의 최단거리로 방전갭(G)이 설정된다. 스월러(44)와 방전갭(G) 사이에 혼합존(MZ; Mixing Zone)이 형성되어 스월러(44)가 산화제를 유도하므로 바이오 가스와 산화제가 혼합존(MZ)에서 혼합된다. 스월러(44)와 혼합존(MZ)은 낮은 발열량과 변동이 심한 피이드(Feed) 공급 조건에서 바이오 가스의 점화를 가능하게 한다.A discharge gap G is set as the shortest distance between the
방전갭(G)과 버너 하우징(41)의 끝 사이에 점화존(IZ; Ignition Zone)이 형성되어, 혼합된 바이오 가스와 산화제에 아크가 발생되고 발생된 아크가 발달되어 내부 하우징(20)의 개방단을 향하여 화염(F)이 분출된다. 스월러(44)와 점화존(IZ)은 낮은 발열량과 변동이 심한 피이드(Feed) 공급 조건에서 바이오 가스의 점화 및 화염의 유지를 가능하게 한다.An ignition zone (IZ) is formed between the discharge gap G and the end of the
즉 플라즈마 버너(40)는 혼합 이후에 착화 가능하게 한다. 전극(42)은 착화점 보다 먼저 선회 산화제에 공급되어 연료로 작용하는 바이오 가스 피이드와 산화제의 혼합을 원활하게 한다. 전극(42)은 열량이 낮은 바이오가스가 안정적으로 착화 및 화염 유지 가능하도록 아크를 착화 및 화염 안정용으로 활용할 수 있게 한다. 이를 위하여, 전극(42)은 혼합용 스월러(44)의 후류에서 아크를 회전하는 형태로 발생시킨다.That is, the
도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 버너(40)의 화염(F) 및 고온의 연소 배출물은 내부 하우징(20)을 가열하여 촉매 반응부(30)를 간접적으로 가열하고, 내부 하우징(20)의 개방단으로 진행되어, 방향전환부재(13)에 의하여 방향 전환되어 촉매 반응부(30)로 유도된다.As shown in FIG. 1, the flame F of the
고온의 연소 배출물(CO, H2)은 상대적으로 저온 원료인 제1분량의 피이드 바이오 가스(CH4, CO2)와 혼합되어 온도를 상승시키고 CO2:CH4 비가 1:1~2:1 사이 범위로 조정된다. 혼합된 피이드(CH4, CO2)는 촉매 반응부(30)에서 안정적으로 개질 반응된다. 이때, 바이오 가스가 플라즈마 버너(40)의 연료로 사용되어 촉매 반응부(30)의 원료(CO, H2)로 전환되므로 바이오 가스 개질 시 CO2 저감이 가능하게 된다.High-temperature combustion emissions (CO, H 2 ) are mixed with the first amount of feed biogas (CH 4 , CO 2 ), which is a relatively low-temperature raw material, to raise the temperature and increase the CO 2 :CH 4 ratio of 1:1 to 2:1 adjusted to a range between The mixed feed (CH 4 , CO 2 ) is stably reformed in the
이때, 플라즈마 버너(40)가 촉매 반응부(30)의 내부에 설치되어 연소 배출물을 촉매 반응부(30)에 공급하는 과정 중 플라즈마 버너(40)에서 생산된 열은 손실없이 전체가 촉매 반응부(30)로 공급될 수 있다.At this time, the
도 3은 도 1의 바이오 가스의 개질장치에 사용되는 다른 플라즈마 버너의 구성도이다. 도 2의 플라즈마 버너(40)와 도 3의 플라즈마 버너(240)를 비교하여 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.FIG. 3 is a block diagram of another plasma burner used in the biogas reformer of FIG. 1 . By comparing the
피이드 통로(243)에서 제1내부 통로(433)는 제2내부 통로(432)를 지나서 방전부(421)의 끝까지 연장 형성되므로 제1내부 통로(433)의 길이 방향으로 연소 배출물을 분출한다.In the
제1내부 통로(433)를 경유하여 공급되는 연료, 즉 제2분량의 바이오 가스 피이드는 도 2의 화염(F) 가운데 분사되면서 길이 방향으로 확산 화염(F2)을 더 길게 유도한다. 제1내부 통로(433)가 끝까지 연장 형성되므로 길이 방향에서 내부 하우징(20) 및 촉매 반응부(30)에 대하여 균일한 열전달을 가능하게 한다.The fuel supplied via the first
또한, 제1내부 통로(433)가 끝까지 연장 형성되므로 촉매 반응부(30)의 길이 방향을 따라 지속적으로 열전달 가능하며, 촉매 반응부(30)의 길이 방향으로 제2분량의 바이오 가스 피이드와 산화제를 공급하여 길이가 긴 확산 화염(F2)을 더 형성할 수 있다. 이러한 연료 공급을 통하여 예혼합 화염(F)을 바탕으로 중심에서 확산 화염(F2)이 형성되어 화염의 안정화를 더욱 가능하게 한다.In addition, since the first
이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 제1실시예 및 기 설명된 실시예와 비교하여, 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described. Compared to the first embodiment and the previously described embodiments, descriptions of the same configurations are omitted and different configurations are described.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 바이오 가스의 개질장치의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 제2실시예의 바이오 가스의 개질장치(200)는 외부 하우징(10)의 유입구(11) 측에 구비되는 플라즈마 반응기(70)를 더 포함한다.4 is a block diagram of a biogas reformer according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4 , the
플라즈마 반응기(70)는 내부 하우징(20)을 향하여 제1분량의 피이드를 가열한다. 플라즈마 버너(40)로 공급되는 제2분량의 피이드 변동이 되거나, 열량이 부족할 경우, 플라즈마 반응기(70)는 제1분량의 피이드를 보조적으로 가열하여, 촉매 반응부(30)에서 원활한 개질을 가능하게 한다.The
일례들로써, 플라즈마 반응기(70)는 아크제트 플라즈마, 고주파 유도 결합 플라스마 및 마이크로 웨이브 플라즈마 중 하나의 반응기로 형성될 수 있다. 아크제트 플라즈마는 아크제트를 통하여 고온의 토출 가스로 제1분량의 피이드를 가열할 수 있다.As examples, the
한편, 촉매 반응부(30)의 전단과 후단에 온도센서(미도시)를 설치할 수 있다. 온도센서의 감지신호는 촉매 반응부(30)의 촉매 반응에 필요한 열량의 부족 여부를 판단할 수 있게 한다. 이 판단에 따라 플라즈마 반응기(70)를 운전하거나 정지할 수 있다.Meanwhile, temperature sensors (not shown) may be installed at the front and rear ends of the
고주파 유도 결합 플라스마는 라디오 주파수로 플라즈마를 발생시켜 고주파 유도 결합 플라즈마(ICP) 토출 후단에 제1분량의 피이드를 만나게 할 수 있다. 이로써, ICP 운전의 안정성을 확보할 수 있다. 마이크로 웨이브 플라즈마는 마이크로 웨이브 대역에서 플라즈마를 발생시켜 제1분량의 피이드를 만나게 할 수 있다.The high-frequency inductively coupled plasma may generate the plasma with radio frequency to meet the first amount of feed at the rear end of the high-frequency inductively coupled plasma (ICP) discharge. Thereby, the stability of ICP operation can be ensured. The microwave plasma can generate a plasma in a microwave band to meet the first amount of feed.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 바이오 가스의 개질장치의 구성도이다. 도 5를 참조하면, 제3실시예의 바이오 가스의 개질장치(300)에서, 내부 하우징(220)은 연소 배출물을 촉매 반응부(30)에 직접 공급하는 관통홀(221)을 구비한다. 관통홀(221)은 개방단 측에 복수로 구비될 수 있다. 관통홀들(221)은 고온의 연소 배출물을 촉매 반응부(30)에 보다 균일하게 공급하고, 촉매 반응부(30)에 혼합할 수 있게 한다.5 is a block diagram of a biogas reformer according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5 , in the biogas reformer 300 of the third embodiment, the
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 바이오 가스의 개질장치의 구성도이다. 도 6을 참조하면, 제4실시예의 바이오 가스의 개질장치(400)는 내부 하우징(320)에 연결되어 외부 하우징(10)과 이격되어 연소 배출물이 순환하는 순환부(16)를 형성하는 중간 하우징(330)을 더 포함한다.6 is a block diagram of a biogas reformer according to a fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the
촉매 반응부(430)는 내부 하우징(320)과 중간 하우징(330) 사이에 채워져 위치한다. 플라즈마 버너(40)는 유입구(11) 측에서 내부 하우징(320)에 결합되어 유입구(11) 측에서 토출구(12) 측을 향하여 화염(F)을 분출하게 된다. The
내부 하우징(320)은 토출구(12) 측에서 폐쇄되어(321) 중간 하우징(330)에 연결되며, 중간 하우징(330)과 외부 하우징(10)은 토출구(12) 측에서 폐쇄되며(323), 내부 하우징(320)과 중간 하우징(330)은 토출구(12) 측에서 연통구조(324)를 형성하여 연소 배출물을 순환부(16)로 순환시킬 수 있다.The
내부 하우징(320)과 중간 하우징(330) 사이에 채워진 촉매 반응부(430)는 개방구(322)를 통하여 토출구(12) 측으로 연통되어 있다. 외부 하우징(10)은 유입구(11) 측에서 내측으로 돌출되는 안내부(17)를 형성한다. 내부 하우징(320)에서 촉매 반응부(430)를 가열하고 순환부(16)를 순환하는 연소 배출물은 안내부(17)에 의하여 촉매 반응부(430)로 안내된다.The
내부 하우징(320)과 중간 하우징(330) 및 외부 하우징(10)은 촉매 반응부(430)의 내측과 외측을 화염 및 연소 배출물로 둘러싸서 촉매 반응부(430)의 온도를 최적화할 수 있다. 안내부(17)는 순환부(16) 내의 연소 배출물을 유입구(11)로 나가지 않고 촉매 반응부(430)로 바로 유입될 수 있게 유도한다.The
유입구(11) 측으로 유입되는 제1분량의 피이드는 안내부(17) 내측으로 유입되면서 순환부(16)로부터 유입되는 연소 배출물과 혼합되어 촉매 반응부(430)에 공급된다. 즉 제2분량의 전환된 CO와 H2를 포함하는 연소 배출물은 제1분량의 CO2와 CH4를 주성분으로 하는 바이오 가스에 혼합되어, 촉매 반응부(430)에 공급된다.The first amount of feed flowing into the
촉매 반응부(430)로 공급되는 피이드는 제1분량에 연소 배출물이 더해지므로 이산화탄소(CO2):메탄(CH4)의 비가 1:1~2:1로 조정된다. 이때, 플라즈마 버너(40)의 방열량 및 순환부(16)로 순환하는 연소 배출물이 내부 하우징(320) 및 촉매 반응부(430)를 가열하므로 CO2와 CH4를 반응시켜 CO와 H2를 얻을 수 있게 한다.Since combustion emissions are added to the first amount of feed supplied to the
즉 플라즈마 버너(40)에서 배출되는 연소 배출물은 촉매 반응부(430)의 내부와 외부를 감싸는 이중벽의 내부에 촉매가 위치한다. 따라서 순환부(16)는 촉매 반응부(430)에서 외부로의 열손실을 방지하여 촉매 반응부(430)의 온도를 일정하게 유지할 수 있다. That is, in the combustion exhaust discharged from the
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these, and it is possible to make various modifications and practice within the scope of the claims, the description of the invention and the accompanying drawings, and this is also the present invention. It goes without saying that it falls within the scope of the invention.
10: 외부 하우징 11: 유입구
12: 토출구 13: 방향전환부재
14: 지지 플레이트 16: 순환부
17: 안내부 20, 220, 320: 내부 하우징
30, 430: 촉매 반응부 40, 240: 플라즈마 버너
41: 버너 하우징 42: 전극
43, 243: 피이드 통로 44: 스월러
45: 절연부재 51: 제1관로
52: 제2관로 53: 조절밸브
70: 플라즈마 반응기 100, 200: 바이오 가스의 개질장치
300, 400: 바이오 가스의 개질장치 221: 관통홀
330: 중간 하우징 321, 323: 폐쇄
322: 개방구 324: 연통구조
421: 방전부 422: 기둥부
431, 433: 제1내부 통로 432: 제2내부 통로
F, F2: 화염, 확산 화염 G: 방전갭
IZ: 점화존 MZ: 혼합존10: outer housing 11: inlet
12: discharge port 13: direction changing member
14: support plate 16: circulation unit
17: guide
30, 430:
41: burner housing 42: electrode
43, 243: feed passage 44: swirler
45: insulation member 51: first pipeline
52: second pipeline 53: control valve
70:
300, 400: biogas reformer 221: through hole
330:
322: opening 324: communication structure
421: discharge part 422: pillar part
431, 433: first inner passage 432: second inner passage
F, F2: flame, spread flame G: discharge gap
IZ: ignition zone MZ: mixing zone
Claims (17)
상기 외부 하우징의 내측에 배치되고 상기 외부 하우징의 내부에서 일단이 개방되는 내부 하우징;
상기 내부 하우징과 상기 외부 하우징 사이에 구비되고 상기 토출구 측으로 연통되는 촉매 반응부; 및
상기 내부 하우징에 구비되어 산화제와 피이드 중 상기 제1분량을 제외한 나머지 제2분량에 의한 플라즈마 방전으로 화염을 형성하여 상기 내부 하우징을 가열하고 제2분량에서 메탄이 감소하고 이산화탄소가 증가된 연소 배출물을 상기 유입구 측으로 공급하는 플라즈마 버너
를 포함하며,
상기 내부 하우징은
상기 외부 하우징의 유입구 측 내부에서 개방단을 형성하는 바이오 가스의 개질장치.An outer housing that introduces a first amount of the biogas feed containing methane and carbon dioxide as main components through an inlet and discharges a reformed syngas containing carbon monoxide and hydrogen through the discharge port;
an inner housing disposed inside the outer housing and having one end opened inside the outer housing;
a catalytic reaction unit provided between the inner housing and the outer housing and communicating with the discharge port; and
It is provided in the inner housing to form a flame by plasma discharge by the second amount of the oxidizing agent and the feed remaining except for the first amount to heat the inner housing, and in the second amount, methane is reduced and carbon dioxide is increased. Combustion emissions Plasma burner supplied to the inlet side
Including,
the inner housing
A reformer of biogas forming an open end inside the inlet side of the outer housing.
상기 제1분량을 상기 외부 하우징의 유입구 측으로 공급하는 제1관로, 및
상기 제1관로의 분기점에 조절밸브를 개재하여 연결되어 상기 제2분량을 상기 플라즈마 버너로 공급하는 제2관로
를 더 포함하는 바이오 가스의 개질장치.According to claim 1,
A first conduit for supplying the first amount to the inlet side of the outer housing, and
A second conduit connected to the branch point of the first conduit through a control valve to supply the second amount to the plasma burner.
A reformer of biogas further comprising a.
상기 촉매 반응부는
상기 내부 하우징의 외면과 상기 외부 하우징의 내면 사이에 채워져 위치하는 바이오 가스의 개질장치.According to claim 1,
The catalytic reaction unit
A reformer of biogas positioned between the outer surface of the inner housing and the inner surface of the outer housing.
상기 외부 하우징은
상기 유입구 측 내부에서 상기 내부 하우징의 개방단의 전방에 구비되어 연소 배출물의 진행 방향을 전환시키는 방향전환부재
를 더 포함하는 바이오 가스의 개질장치.According to claim 1,
the outer housing
A direction changing member provided in front of the open end of the inner housing at the inside of the inlet side to change the direction of combustion emissions
A reformer of biogas further comprising a.
상기 유입구 측으로 유입되는 제1분량의 피이드는
상기 방향전환부재의 외곽으로 유입되면서 방향 전환된 연소 배출물과 혼합되어 상기 촉매 반응부에 공급되는 바이오 가스의 개질장치.According to claim 5,
The first amount of feed flowing into the inlet side is
A reformer of biogas that is supplied to the catalytic reaction unit while being mixed with the direction-converted combustion exhaust as it flows into the outside of the direction-changing member.
상기 촉매 반응부로 공급되는 피이드는
상기 제1분량에 연소 배출물이 더해지므로 이산화탄소(CO2):메탄(CH4)의 비가 1:1~2:1로 조정되는 바이오 가스의 개질장치.According to claim 6,
The feed supplied to the catalytic reaction unit is
Since combustion emissions are added to the first amount, the ratio of carbon dioxide (CO 2 ): methane (CH 4 ) is adjusted to 1: 1 to 2: 1.
상기 플라즈마 버너는,
상기 토출구 측에서 상기 내부 하우징에 결합되고 전기적으로 접지되는 버너 하우징, 및
상기 버너 하우징에 내장되어 고전압이 인가되며 방전갭을 형성하고, 상기 제2관로에 연결되는 피이드 통로를 형성하는 전극
을 포함하는 바이오 가스의 개질장치.According to claim 2,
The plasma burner,
A burner housing coupled to the inner housing at the outlet side and electrically grounded, and
An electrode built into the burner housing to which a high voltage is applied, forming a discharge gap, and forming a feed passage connected to the second conduit.
A reformer of biogas comprising a.
상기 외부 하우징의 내측에 배치되고 상기 외부 하우징의 내부에서 일단이 개방되는 내부 하우징;
상기 내부 하우징과 상기 외부 하우징 사이에 구비되고 상기 토출구 측으로 연통되는 촉매 반응부; 및
상기 내부 하우징에 구비되어 산화제와 피이드 중 상기 제1분량을 제외한 나머지 제2분량에 의한 플라즈마 방전으로 화염을 형성하여 상기 내부 하우징을 가열하고 제2분량에서 메탄이 감소하고 이산화탄소가 증가된 연소 배출물을 상기 유입구 측으로 공급하고,
상기 제1분량을 상기 외부 하우징의 유입구 측으로 공급하는 제1관로, 및
상기 제1관로의 분기점에 조절밸브를 개재하여 연결되어 상기 제2분량을 상기 플라즈마 버너로 공급하는 제2관로
를 더 포함하며,
상기 플라즈마 버너는,
상기 토출구 측에서 상기 내부 하우징에 결합되고 전기적으로 접지되는 버너 하우징, 및
상기 버너 하우징에 내장되어 고전압이 인가되며 방전갭을 형성하고, 상기 제2관로에 연결되는 피이드 통로를 형성하는 전극
을 포함하고,
상기 전극은
상기 방전갭을 형성하는 볼록 형상의 방전부와 상기 방전부보다 작은 직경으로 형성되어 상기 방전부에 연결되는 기둥부를 포함하고,
상기 피이드 통로는
상기 제2관로에 연결되고 상기 기둥부에 형성되는 제1내부 통로, 및
상기 제1내부 통로에 연결되어 상기 버너 하우징을 향하여 상기 방전부에 형성되는 제2내부 통로
를 포함하는 바이오 가스의 개질장치.An outer housing that introduces a first amount of the biogas feed containing methane and carbon dioxide as main components through an inlet and discharges a reformed syngas containing carbon monoxide and hydrogen through the discharge port;
an inner housing disposed inside the outer housing and having one end opened inside the outer housing;
a catalytic reaction unit provided between the inner housing and the outer housing and communicating with the discharge port; and
It is provided in the inner housing to form a flame by plasma discharge by the second amount of the oxidizing agent and the feed, excluding the first amount, to heat the inner housing, and in the second amount, methane is reduced and carbon dioxide is increased. Combustion emissions supplied to the inlet side,
A first conduit for supplying the first amount to the inlet side of the outer housing, and
A second conduit connected to the branch point of the first conduit through a control valve to supply the second amount to the plasma burner.
Including more,
The plasma burner,
A burner housing coupled to the inner housing at the outlet side and electrically grounded, and
An electrode built into the burner housing to which a high voltage is applied, forming a discharge gap, and forming a feed passage connected to the second conduit.
including,
the electrode
A convex-shaped discharge part forming the discharge gap and a pillar part formed with a smaller diameter than the discharge part and connected to the discharge part,
The feed passage is
A first inner passage connected to the second conduit and formed in the pillar part, and
A second inner passage connected to the first inner passage and formed in the discharge unit toward the burner housing
A reformer of biogas comprising a.
상기 제1내부 통로는
상기 제2내부 통로를 지나서 상기 방전부의 끝까지 연장되어 상기 유입구 측으로 연소 배출물을 분출하는 바이오 가스의 개질장치.According to claim 9,
The first inner passage
A reformer of biogas extending to the end of the discharge unit through the second inner passage and ejecting combustion emissions toward the inlet.
상기 플라즈마 버너는,
상기 방전부의 후방에서 상기 기둥부와 상기 버너 하우징 사이에 구비되어 상기 방전갭으로 공급되는 산화제에 스월을 발생시키는 스월러
를 더 포함하는 바이오 가스의 개질장치.According to claim 9,
The plasma burner,
A swirler provided between the pillar portion and the burner housing at the rear of the discharge unit to generate a swirl in the oxidant supplied to the discharge gap.
A reformer of biogas further comprising a.
상기 외부 하우징의 상기 유입구 측에 구비되어 상기 내부 하우징을 향하여 제1분량의 피이드를 가열하는 플라즈마 반응기
를 더 포함하는 바이오 가스의 개질장치.According to claim 2,
A plasma reactor provided at the inlet side of the outer housing to heat a first amount of feed toward the inner housing
A reformer of biogas further comprising a.
상기 플라즈마 반응기는
아크제트 플라즈마, 고주파 유도 결합 플라스마 및 마이크로 웨이브 플라즈마 중 하나의 반응기로 형성되는 바이오 가스의 개질장치.According to claim 12,
The plasma reactor
A reformer of biogas formed by one of arc jet plasma, high frequency inductively coupled plasma and microwave plasma reactor.
상기 내부 하우징은
연소 배출물을 상기 촉매 반응부에 공급하는 관통홀을 구비하는 바이오 가스의 개질장치.According to claim 1,
the inner housing
A reformer of biogas having a through hole for supplying combustion emissions to the catalytic reaction unit.
상기 관통홀은
상기 개방단 측에 복수로 구비되는 바이오 가스의 개질장치.According to claim 14,
The through hole is
A reformer of biogas provided in plurality on the open end side.
상기 외부 하우징의 내측에 배치되고 상기 외부 하우징의 내부에서 일단이 개방되는 내부 하우징;
상기 내부 하우징과 상기 외부 하우징 사이에 구비되고 상기 토출구 측으로 연통되는 촉매 반응부; 및
상기 내부 하우징에 구비되어 산화제와 피이드 중 상기 제1분량을 제외한 나머지 제2분량에 의한 플라즈마 방전으로 화염을 형성하여 상기 내부 하우징을 가열하고 제2분량에서 메탄이 감소하고 이산화탄소가 증가된 연소 배출물을 상기 유입구 측으로 공급하는 플라즈마 버너
를 포함하며,
상기 내부 하우징에 연결되어 상기 외부 하우징과 이격되어 연소 배출물이 순환하는 순환부를 형성하는 중간 하우징을 더 포하며,
상기 촉매 반응부는
내부 하우징과 상기 중간 하우징 사이에 채워져 위치하는 바이오 가스의 개질장치.An outer housing that introduces a first amount of the biogas feed containing methane and carbon dioxide as main components through an inlet and discharges a reformed syngas containing carbon monoxide and hydrogen through the discharge port;
an inner housing disposed inside the outer housing and having one end opened inside the outer housing;
a catalytic reaction unit provided between the inner housing and the outer housing and communicating with the discharge port; and
It is provided in the inner housing to form a flame by plasma discharge by the second amount of the oxidizing agent and the feed remaining except for the first amount to heat the inner housing, and in the second amount, methane is reduced and carbon dioxide is increased. Combustion emissions Plasma burner supplied to the inlet side
Including,
Further comprising an intermediate housing connected to the inner housing and spaced apart from the outer housing to form a circulation portion in which combustion exhaust circulates,
The catalytic reaction unit
A reformer for biogas filled between the inner housing and the intermediate housing.
상기 플라즈마 버너는,
상기 유입구 측에서 상기 내부 하우징에 결합되며,
상기 내부 하우징은
상기 토출구 측에서 폐쇄되어 상기 중간 하우징에 연결되며,
상기 외부 하우징은
상기 유입구 측에서 안내부를 형성하여 상기 순환부를 순환하는 연소 배출물을 상기 촉매 반응부로 안내하는 바이오 가스의 개질장치.According to claim 16,
The plasma burner,
coupled to the inner housing at the inlet side;
the inner housing
Closed at the outlet side and connected to the intermediate housing,
the outer housing
A reformer of biogas that forms a guide at the inlet side to guide combustion emissions circulating in the circulation unit to the catalytic reaction unit.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210031585A KR102536367B1 (en) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | Biogas reformer |
EP22767485.0A EP4306207A1 (en) | 2021-03-10 | 2022-03-08 | Biogas reformer |
PCT/KR2022/003281 WO2022191589A1 (en) | 2021-03-10 | 2022-03-08 | Biogas reformer |
US17/927,966 US20230415114A1 (en) | 2021-03-10 | 2022-03-08 | Biogas reformer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210031585A KR102536367B1 (en) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | Biogas reformer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220127050A KR20220127050A (en) | 2022-09-19 |
KR102536367B1 true KR102536367B1 (en) | 2023-05-26 |
Family
ID=83461005
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210031585A KR102536367B1 (en) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | Biogas reformer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102536367B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102525598B1 (en) * | 2022-11-15 | 2023-04-25 | 고등기술연구원연구조합 | Flexible reactor |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101751984B1 (en) | 2015-12-23 | 2017-06-30 | 한국기계연구원 | Streamer induction type combustor for improving flame stability |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101801515B (en) * | 2007-07-17 | 2013-09-25 | 普拉斯科能源Ip控股公司毕尔巴鄂-沙夫豪森分公司 | A gas reformulation system comprising means to optimize the effectiveness of gas conversion |
KR101632633B1 (en) * | 2014-08-20 | 2016-06-22 | 고등기술연구원연구조합 | Plasma/catalyst-integrated gas reforming device having double-pipe structure and method for reforming the gas |
KR101767157B1 (en) * | 2015-11-05 | 2017-08-10 | 한국기계연구원 | Co and polluted material removal device with regenerating means of polluted catalyst and co and polluted material removal method with regenerating of polluted catalyst |
KR101982171B1 (en) * | 2017-04-18 | 2019-05-24 | 한국기계연구원 | Plasma and catalyst type dry reforming apparatus and method |
-
2021
- 2021-03-10 KR KR1020210031585A patent/KR102536367B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101751984B1 (en) | 2015-12-23 | 2017-06-30 | 한국기계연구원 | Streamer induction type combustor for improving flame stability |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20220127050A (en) | 2022-09-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2195425C2 (en) | Method and device for accelerated reforming of fuel with oxygen | |
US8557189B2 (en) | Catalytic system for converting liquid fuels into syngas | |
KR101982171B1 (en) | Plasma and catalyst type dry reforming apparatus and method | |
JP2010032184A (en) | Burner for fuel cell reformer, and reformer equipped with it | |
KR920000778B1 (en) | Process for producing synthesis gas from hydrocarbon fuel | |
KR102536367B1 (en) | Biogas reformer | |
JP2017538092A (en) | Catalyst burner equipment | |
US20070190382A1 (en) | Hydrocarbon reformer system | |
KR101240688B1 (en) | Fuel Reformer | |
JP4263505B2 (en) | Combustion equipment | |
JP2004196600A (en) | Hydrogen generating apparatus to be used for fuel cell and starting method | |
JP2008214165A (en) | Combustible gas mixing method and mixer | |
US20230415114A1 (en) | Biogas reformer | |
US6923642B2 (en) | Premixed prevaporized combustor | |
US20020007699A1 (en) | Apparatus and method for optimizing the use of oxygen in the direct reduction of iron | |
EP1085261A1 (en) | Improved nozzle-mix burner | |
JP2008249235A (en) | Tubular flame burner | |
KR102626808B1 (en) | Apparatus for combustion | |
JP4366285B2 (en) | Burner and fuel cell system | |
JP2015174808A (en) | reformer | |
JP2008214163A (en) | Combustible gas mixing method and mixer | |
US7416799B2 (en) | Oxidizer for a fuel cell system | |
JP4975958B2 (en) | Burner for a reformer in a fuel cell system | |
JP4617079B2 (en) | Reformer burner and fuel cell system | |
JP2006306657A (en) | Combustion device of hydrogen feeding device for fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |