KR20120103018A - H2s removal apparatus and method using microwave plasma - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus and a method for eliminating hydrogen sulfide are provided to generate combustible gas from hydrogen sulfide and to prevent the corrosion of an apparatus for eliminating hydrogen sulfide. CONSTITUTION: A method for eliminating hydrogen sulfide includes the following: mixed gas of plasma generating gas and syngas containing hydrogen sulfide is introduced into a hydrogen sulfide supplying chamber to be circulated; microwaves generated from a plasma generating unit is supplied to the mixed gas; the molecules of the plasma generating gas is dissociated based on the electric field of the microwaves; plasma flame is generated based on plasma discharging; the syngas containing hydrogen sulfide passes through the plasma flame to decompose the hydrogen sulfide into sulfur atoms and hydrogen atoms; the decomposed hydrogen atoms are re-combined to generate hydrogen gas as combustible gas; the sulfur atoms are coagulated to be solidified; and the hydrogen gas and the solidified sulfur are separated by a cyclone and are respectively collected. [Reference numerals] (AA) Introducing mixed gas containing hydrogen sulfide; (BB) Applying microwaves; (CC) Forming plasma flame; (DD) Decomposing hydrogen sulfide; (EE) Recombination; (FF) Separately collecting hydrogen gas and solid sulfur

Description

마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 황화수소 제거 장치 및 방법{H2S Removal Apparatus and Method using Microwave Plasma}H2S Removal Apparatus and Method using Microwave Plasma}

본 발명은 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 황화수소 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 천연가스, 원유정제가스, 가스화 합성가스 등에 함유된 유독기체인 황화수소(H2S)를 마이크로웨이브 플라즈마를 이용하여 제거하고, 이로부터 원소 황 및 수소를 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for removing hydrogen sulfide using a microwave plasma, and more specifically, hydrogen sulfide (H 2 S), which is a toxic gas contained in natural gas, crude oil refinery gas, and gasification synthesis gas, may be prepared using a microwave plasma. And to generate elemental sulfur and hydrogen therefrom.

특히 환원분위기에서 황을 함유하고 있는 탄화수소물질을 스팀 및 산소와 혼합하여 부분산화반응시키는 합성가스 제조공정을 통해 제조된 합성가스에는 다량의 황화수소가 포함되어 있는데 이를 제거하기 위해서 상압의 플라즈마에 의해 황화수소 가스를 원소황(S)과 수소(H2)로 분해시키고, 분해된 원소황과 수소를 사이클론으로 분리수취함으로써 추가적인 가연성 가스와 원소황 수취를 위한 공정을 간략화하여 공정효율 및 경제성을 향상시킬 수 있는 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 황화수소의 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
Particularly, the synthesis gas produced through the synthesis gas production process in which the sulfur-containing hydrocarbon material is partially oxidized by steam and oxygen mixing in a reducing atmosphere contains a large amount of hydrogen sulfide. By decomposing the gas into elemental sulfur (S) and hydrogen (H 2 ) and separating and decomposing the decomposed elemental sulfur and hydrogen into cyclones, the process for receiving additional flammable gas and elemental sulfur can be simplified to improve process efficiency and economic efficiency. The present invention relates to an apparatus and a method for removing hydrogen sulfide using a microwave plasma.

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.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.

아울러 가스화란 탄화수소계 물질을 수증기, 산소, 수소, 탄산가스 등의 가스화제와 반응시켜 수소, 일산화탄소 및 메탄과 같은 가연성의 혼합가스 형태로 전환시키는 공정을 말한다. 이때 가연성의 혼합가스 이외에 황화수소, 암모니아, 회재, 미반응 수트 및 타르와 같은 불순물들이 생성되어 가연성의 혼합가스 내에 함께 존재하게 된다. 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스는 연료전지, 가스엔진 및 스팀터빈을 통한 복합발전, 액체연료 생산 및 화학약품 생산 등에 적용될 수 있는데 이때 앞서 언급한 불순물들은 반드시 제거되어야만 한다. 특히 가스화 반응의 경우 환원분위기에서 이루어지기 때문에 합성가스 내 황화합물의 주성분은 황화수소이다. 이러한 황화수소는 장치를 부식시킬 뿐 아니라 인체에 매우 유해한 물질이므로 가스엔진 등에 작용하거나 대기중으로 배출되기 전에 제거되어야 한다.In addition, gasification refers to a process of converting a hydrocarbon-based material into a combustible mixed gas form such as hydrogen, carbon monoxide, and methane by reacting with a gasifying agent such as water vapor, oxygen, hydrogen, and carbon dioxide. At this time, impurities such as hydrogen sulfide, ammonia, ash, unreacted soot, and tar are generated in addition to the combustible mixed gas and are present together in the combustible mixed gas. Syngas containing hydrogen and carbon monoxide can be applied to combined cycle power generation through fuel cells, gas engines and steam turbines, liquid fuel production and chemical production. The impurities mentioned above must be removed. In particular, in the case of gasification reaction, the main component of the sulfur compound in the synthesis gas is hydrogen sulfide because it is made in a reducing atmosphere. These hydrogen sulfides are not only corrosive to the device but also very harmful to the human body and should be removed before acting on gas engines or venting to the atmosphere.

기존 합성가스 탈황 시스템의 경우 낮은 온도에서 흡수액체를 사용하여 황화합물을 흡수, 제거하는 습식정제방법이 실용화되어 적용되고 있으며, 기본적인 산성가스 제거 시스템은 황화수소 흡수탑, 황화수소 재생탑으로 구성된다. 황화수소는 흡수제를 이용하여 합성가스로부터 제거되고 흡수탑에서 제거된 황화수소는 재생탑에서 스트리핑되어 Claus 공정으로 보내지며 여기서 원소 황으로 전환된다. 전환된 원소황은 황산, 의약품, 화장품, 비료 및 고무재품 원료 제조에 사용되는 부가가치가 높은 물질로 판매된다. In the case of the existing syngas desulfurization system, a wet refining method for absorbing and removing sulfur compounds by using an absorbing liquid at low temperature has been put to practical use. The basic acid gas removal system is composed of a hydrogen sulfide absorption tower and a hydrogen sulfide regeneration tower. Hydrogen sulphide is removed from the syngas with an absorbent and hydrogen sulphide removed from the absorption tower is stripped in a regeneration tower and sent to the Claus process where it is converted to elemental sulfur. The converted elemental sulfur is sold as a high value added substance used in the manufacture of sulfuric acid, pharmaceuticals, cosmetics, fertilizers and rubber raw materials.

합성가스를 이용하여 전력을 생산하는 경우 효율적 측면에서 보면 가스의 온도가 높은 상태에서 가스엔진으로 공급하여 연소시키는 것이 높은 발전효율을 가져올 수 있다. 따라서 가스화 반응기에서 발생한 합성가스를 가능한 고온 하에서 황화수소를 제거하여 발전에 사용하는 것이 바람직하다. In the case of producing electric power using syngas, in terms of efficiency, supplying and combusting a gas engine at a high gas temperature can bring about high power generation efficiency. Therefore, it is preferable to use the syngas generated in the gasification reactor to generate hydrogen sulfide under high temperature as possible for power generation.

그러나 기존의 상용화된 합성가스 탈황 기술의 경우 50℃ 이하의 낮은 온도에서 흡수공정이 진행되기 때문에 상대적으로 낮은 온도의 합성가스가 공급되어 발전효율이 낮고, 흡수탑, 흡수제의 재생탑, 그리고 원소황 생성을 위한 Claus 공정의 세 단계를 거쳐야 하며, 주기적으로 흡수제를 보충해 주어야 하기 때문에 공정비용 및 에너지 사용량이 높은 단점을 갖고 있다. 또한 황 흡수제와 합성가스가 접촉함으로써 비산된 일부 흡수제가 합성가스에 포함되어 가스엔진으로 유입됨으로 가스엔진 부식 및 대기오염을 야기시킬 수 있다. However, in the case of the existing commercial gas desulfurization technology, the absorption process is performed at a lower temperature of 50 ° C. or lower, so that the synthesis gas is supplied at a relatively low temperature, and thus, the generation efficiency is low. It has to go through three stages of Claus process for production, and it has a disadvantage of high process cost and energy consumption because it needs to replenish absorbent periodically. In addition, the sulfur absorbent and the synthesis gas is in contact with some of the sorbent scattered in the synthesis gas is introduced into the gas engine may cause gas engine corrosion and air pollution.

따라서, 상기 공정을 간략화하여 경제성을 향상시킴은 물론 황화수소 기체의 제거효율을 증대시킬 수 있는 새로운 방법에 대한 연구가 필요하다.
Therefore, there is a need for a new method for simplifying the process to improve the economics as well as increase the removal efficiency of hydrogen sulfide gas.

이에 본 발명의 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 황화수소 제거장치 및 방법은,The hydrogen sulfide removal device and method using the microwave plasma of the present invention,

가스화과정에서 생성되는 황화수소가 포함된 합성가스를 상압의 플라즈마와 접촉함으로써 황화수소를 원소 황(S)과 수소(H2)로 분해시키고, 상기 분해된 원소황과 수소는 사이클론 또는 중력분리기로 분리함으로써 추가적으로 가연성가스와 고부가가치의 원소황을 수취하는 등 공정을 간략화하여 시설비를 절감시키고 공정 효율을 향상시킬 수 있는 장치의 제공을 목적으로 한다.
Hydrogen sulfide is decomposed into elemental sulfur (S) and hydrogen (H 2 ) by contacting a synthesis gas containing hydrogen sulfide produced during gasification with an atmospheric pressure plasma, and the elemental sulfur and hydrogen are separated by a cyclone or gravity separator. In addition, the present invention aims to provide a device that can reduce facility costs and improve process efficiency by simplifying the process such as receiving flammable gas and high value elemental sulfur.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 황화수소 제거장치는, Hydrogen sulfide removal device using the microwave plasma of the present invention for solving the above problems,

탄화수소연료의 가스화로부터 생성된 합성가스를 공급받아 합성가스 내에 포함된 황화수소를 고온의 마이크로웨이브 플라즈마 화염하에서 분해시켜 제거하는 황화수소 제거장치에 있어서, 황화수소가 포함된 합성가스와 플라즈마 발생가스가 공급되는 수직관체인 황화수소공급챔버와; 단부 상측면이 황화수소공급챔버와 연통되는 수평관인 도파관에 의해 발생되는 마이크로웨이브를 황화수소공급챔버와 연통되는 부분으로 이동시키고, 마이크로웨이브 고밀도 응집에 의한 전기장을 상승시켜 공급된 플라즈마발생가스를 해리시키고, 플라즈마 방전에 의해 플라즈마 화염을 형성하는 플라즈마발생장치와; 상기 플라즈마발생장치 도파관의 단부 하측면에 연통되되 황화수소공급챔버와 동일한 축에 연결되도록 하고, 내부에 플라즈마 화염이 위치되어 공급된 황화수소가 플라즈마 화염으로 투입되어 분해가 이루어지는 수직관체인 플라즈마분해챔버와; 상기 플라즈마분해챔버의 하단과 연통되게 결합되어 플라즈마 화염으로 분해된 황화수소 원소 중 수소를 재결합하여 황과 분리시키는 수직관체인 재결합챔버와; 상기 재결합챔버의 하단에 설치되어 가연성가스인 합성가스와 고체 황을 분리하는 사이클론과; 상기 사이클론에 의해 분리된 합성가스와 고체 황을 각각 포집하는 합성가스포집탱크 및 황포집탱크;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In a hydrogen sulfide removal device that receives a synthesis gas generated from gasification of hydrocarbon fuel and decomposes and removes hydrogen sulfide contained in the synthesis gas under a high-temperature microwave plasma flame, a hydrogen sulfide-containing synthesis gas and a plasma generating gas are supplied. A hydrogen sulfide supply chamber which is a straight pipe; The microwave generated by the waveguide, which is a horizontal tube communicating with the hydrogen sulfide supply chamber, is moved to the portion communicating with the hydrogen sulfide supply chamber, and the electric field by microwave high density aggregation is raised to dissociate the supplied plasma generating gas. A plasma generator for forming a plasma flame by plasma discharge; A plasma decomposition chamber communicating with a lower end surface of the plasma generator waveguide, connected to the same axis as the hydrogen sulfide supply chamber, and having a plasma flame positioned therein, the supplied hydrogen sulfide being introduced into the plasma flame to decompose; A recombination chamber coupled in communication with a lower end of the plasma decomposition chamber, the recombination chamber being a vertical tube which recombines hydrogen in the hydrogen sulfide element decomposed into a plasma flame to separate sulfur from sulfur; A cyclone installed at a lower end of the recombination chamber to separate the synthesis gas and solid sulfur which are combustible gases; And a synthesis gas capture tank and a sulfur capture tank for collecting the synthesis gas and solid sulfur separated by the cyclone, respectively.

또한, 본 발명에 따른 장치를 이용한 황화수소 제거방법은,In addition, the hydrogen sulfide removal method using the apparatus according to the present invention,

플라즈마발생가스와 황화수소가 포함된 합성가스를 혼합한 혼합가스를 황화수소공급챔버 내로 선회하도록 공급하는 황화수소가 포함된 혼합가스 공급단계와; 공급된 혼합가스에 플라즈마발생장치에서 생성된 마이크로웨이브를 공급하는 마이크로웨이브 공급단계와; 공급된 마이크로웨이브의 전기장에 의해 혼합가스 중 플라즈마발생가스의 분자를 해리시켜 플라즈마 방전으로 플라즈마화염을 형성하는 플라즈마화염 형성단계와; 상기 플라즈마화염에 황화수소가 포함된 합성가스를 통과시켜 황화수소를 황과 수소의 원소단위로 분해시키는 황화수소분해단계와; 상기 분해된 수소를 재결합시켜 가연성가스인 수소기체로 생성하고, 황은 고체상태로 응집시키는 재결합단계와; 상기 수소기체와 고체 황을 사이클론을 통해 분리하고 각각을 별도로 포집하는 분리포집단계;를 포함하여 이루어진다.
A mixed gas supplying step including hydrogen sulfide for supplying a mixed gas including a plasma generation gas and a synthesis gas including hydrogen sulfide to be turned into a hydrogen sulfide supply chamber; A microwave supplying step of supplying microwaves generated by the plasma generator to the supplied mixed gas; A plasma flame forming step of dissociating molecules of the plasma generating gas in the mixed gas by an electric field of the supplied microwave to form a plasma flame by plasma discharge; A hydrogen sulfide decomposition step of decomposing hydrogen sulfide into elemental units of sulfur and hydrogen by passing a synthesis gas containing hydrogen sulfide through the plasma flame; A recombination step of recombining the decomposed hydrogen into a hydrogen gas which is a combustible gas, and sulfur condensing in a solid state; And separating and collecting the hydrogen gas and the solid sulfur through a cyclone and collecting each of them separately.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 황화수소 제거장치 및 방법은,Hydrogen sulfide removal device and method using the microwave plasma of the present invention as described in detail above,

3000℃ 이상의 고온 플라즈마 영역으로 산소없이 황화수소 기체를 포함한 합성가스를 통과시킴으로써 합성가스 내 가연성 수소, 일산화탄소, 메탄의 소멸 없이 황화수소를 원자단위로 분해하고, 재결합에 있어서 결합력이 강한 수소간에 먼저 결합이 이루어져 수소기체를 생성함으로 수소기체와 원소 황으로 분리시킨다. 이는 반응부 후단의 사이클론 또는 중력집진기를 사용하여 분리수취할 수 있어 전체 시스템 장치를 간략화시켜 설비비를 절감시킬 수 있고 가연성가스에 황화수소가 포함되지 않아 장치 부식을 방지할 수 있으며, 황화수소로부터 추가적인 가연성가스를 생성하고 고부가가치의 원소 황을 수취로 유지비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
By passing the synthesis gas containing hydrogen sulfide gas without oxygen into the high temperature plasma region of 3000 ℃ or higher, hydrogen sulfide is decomposed atomically without the disappearance of flammable hydrogen, carbon monoxide and methane in the synthesis gas, and the bonding is performed first between hydrogens having strong bonding force in recombination. By generating hydrogen gas, it is separated into hydrogen gas and elemental sulfur. This can be separated and received by using a cyclone or a gravity dust collector at the rear of the reaction section, which can simplify the entire system and reduce the equipment cost, and prevent the corrosion of the device because hydrogen sulfide is not included in the combustible gas, and additional combustible gas from hydrogen sulfide It is effective to reduce the maintenance costs by generating and receiving high value elemental sulfur.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 황화수소 제거장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 황화수소공급챔버와 혼합가스공급관의 결합상태를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 황화수소 제거장치에서 마이크로웨이브 플라즈마의 작용상태도.
도 4는 본 발명의 황화수소 제거방법 과정을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 고체 황의 포집상태를 표시한 사진.
1 is a block diagram of a hydrogen sulfide removal device using a microwave plasma according to the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing a combined state of the hydrogen sulfide supply chamber and the mixed gas supply pipe according to the present invention.
Figure 3 is a state diagram of the microwave plasma in the hydrogen sulfide removal apparatus according to the present invention.
Figure 4 is a block diagram showing a process for removing hydrogen sulfide of the present invention.
5 is a photograph showing a state of capture of solid sulfur according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명을 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 황화수소공급챔버와 혼합가스공급관의 결합상태를 도시한 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 가스화장치의 작용상태도이다. 1 is a block diagram showing a microwave plasma gasifier according to the present invention, Figure 2 is a schematic diagram showing a coupling state of the hydrogen sulfide supply chamber and the mixed gas supply pipe according to the present invention, Figure 3 is a micro It is a state diagram of a wave plasma gasifier.

참고한 바와같이 본 발명의 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 황화수소 제거장치(1)는 황화수소공급챔버(10)와, 플라즈마분해챔버(30)와 재결합챔버(40)가 동일수직축상에 설치되어 구성된다. As described above, the hydrogen sulfide removal device 1 using the microwave plasma of the present invention includes a hydrogen sulfide supply chamber 10, a plasma decomposition chamber 30, and a recombination chamber 40 installed on the same vertical axis.

상기 황화수소공급챔버(10)에는 플라즈마 발생가스가 공급되고 일측에 점화기(13)가 설치되어 공급된 가스를 점화하여 화염이 발생되도록 한다. 상기 공급되는 플라즈마 발생가스로는 질소, 아르곤이 있으며, 각 가스 공급라인에는 가스내의 이물질을 제거하도록 하는 필터와, 공급되는 가스량을 조절하기 위한 유량제어기와, 가스공급라인을 단속하는 밸브가 설치될 수 있다.The hydrogen sulfide supply chamber 10 is supplied with a plasma generating gas and an igniter 13 is installed at one side to ignite the supplied gas so that a flame is generated. The supplied plasma generating gas includes nitrogen and argon. Each gas supply line may include a filter for removing foreign substances in the gas, a flow controller for adjusting the amount of gas supplied thereto, and a valve for controlling the gas supply line. have.

상기 황화수소공급챔버(10)로 공급되는 플라즈마 발생가스는 한 종류로 공급되거나 다수의 가스를 혼합하여 공급되도록 할 수 있으며, 플라즈마발생가스 단독으로 공급되거나 도시된 바와같이 혼합장치(11)를 통해 황화수소가 포함된 합성가스와 혼합한 다음 혼합된 가스를 혼합가스공급관(12)을 통해 공급되도록 할 수 있다.The plasma generating gas supplied to the hydrogen sulfide supply chamber 10 may be supplied as one kind or mixed with a plurality of gases, and may be supplied as the plasma generating gas alone or as shown in the drawing. After mixing with the synthesis gas containing may be to be supplied through the mixed gas supply pipe 12 mixed gas.

이때 상기 황화수소공급챔버(10)와 연통되는 혼합가스공급관(12)은 하나의 관을 통해 공급되거나 다수의 관을 황화수소공급챔버 둘레를 따라 등간격으로 설치하여 동시에 공급이 이루어지도록 할 수 있다.In this case, the mixed gas supply pipe 12 communicating with the hydrogen sulfide supply chamber 10 may be supplied through one pipe or may be installed at equal intervals along the periphery of the hydrogen sulfide supply chamber.

또한, 혼합가스공급관(12)은 도 2를 참조한 바와같이 황화수소공급챔버(10)의 축 중심으로부터 측면으로 이격되고, 도 3에서와 같이 황화수소공급챔버(10)의 하측방향을 향하도록 설치되어 공급된 혼합가스가 황화수소공급챔버 내면을 고속으로 선회하는 선회기류로써 이동되도록 한다. 즉, 공급되는 혼합가스가 황화수소공급챔버(10) 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 혼합가스 중 합성가스 내에 포함된 황화수소가 고온 플라즈마와 접촉되는 시간이 증가됨으로써 원자단위로 용이하게 해리(분해)시킬 수 있다. In addition, the mixed gas supply pipe 12 is spaced apart laterally from the center of the axis of the hydrogen sulfide supply chamber 10, as shown in Figure 2, is installed to face the downward direction of the hydrogen sulfide supply chamber 10 as shown in FIG. The mixed gas is moved to a swirling air stream that rotates at an inner surface of the hydrogen sulfide supply chamber at high speed. That is, the mixed gas to be supplied hits the inner wall of the hydrogen sulfide supply chamber 10 vertically, thereby minimizing the decrease in the flow rate, so that the gas is supplied at a high speed. As such, when the gas flow rate is formed at a high speed, the formation length of the plasma flame 24 generated in the later process is increased to increase the time for the hydrogen sulfide contained in the synthesis gas to come into contact with the high temperature plasma, thereby easily dissociating in atomic units. (Decompose).

상기 공급된 플라즈마발생가스는 황화수소공급챔버(10)를 선회하면서 플라즈마발생장치(20)의 도파관(22)을 통과하여 플라즈마분해챔버(30)로 공급된다.The supplied plasma generating gas is supplied to the plasma decomposition chamber 30 through the waveguide 22 of the plasma generating apparatus 20 while turning the hydrogen sulfide supply chamber 10.

여기서 상기 플라즈마 발생장치(20)는, 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 소스(21)와, 상기 마이크로웨이브 소스에 연계된 도파관(22)을 포함한다.The plasma generator 20 includes a microwave source 21 for generating microwaves, and a waveguide 22 associated with the microwave source.

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 microwave source 21 is a magnetron, and receives power to generate microwaves. In addition, the plasma controller 23 is installed at one side to adjust the generation output of the microwave.

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 portions 221 may be formed on one side to agglomerate the microwaves with high density to maximize the output electric field.

이와같이 수평배관되는 도파관(22)은 발생된 마이크로웨이브가 고밀도로 응집되는 단부 상부에 황화수소공급챔버(10)가 연통설치되고, 동일축상으로 도파관의 단부 하부에는 플라즈마분해챔버(30)가 연통설치된다. 또한, 상기 황화수소공급챔버와 플라즈마분해챔버와 근접된 부분에는 질소공급관을 연통시켜 도파관 내부압력을 황화수소공급챔버(10) 또는 플라즈마분해챔버(30)의 압력과 동일 또는 유사한 고압으로 형성하여 황화수소공급챔버에서 플라즈마분해챔버로 이동되는 플라즈마발생가스가 도파관 내부로 분산되지 않도록 한다. In this way, the horizontal waveguide 22 has a hydrogen sulfide supply chamber 10 communicating with the upper end of the microwave where the generated microwaves are densely agglomerated, and the plasma decomposition chamber 30 communicates with the lower end of the waveguide on the same axis. . In addition, the hydrogen sulfide supply chamber and the portion adjacent to the plasma decomposition chamber communicate with the nitrogen supply pipe to form the internal pressure of the waveguide at the same or similar high pressure as that of the hydrogen sulfide supply chamber 10 or the plasma decomposition chamber 30 to supply the hydrogen sulfide supply chamber. Plasma generating gas that is moved from the plasma decomposition chamber to the inside of the waveguide is not dispersed.

또한, 상기 도파관(22)은 발생된 마이크로웨이브가 고밀도로 응집되는 단부 부분에 석영관(25)을 수직설치하여 상기 석영관의 상단을 황화수소공급챔버(10)와 연통설치되고, 동일축상으로 석영관 하단을 플라즈마분해급챔버(30)가 연통설치되도록 할 수 있다. 이는 황화수소공급챔버를 통해 공급된 혼합가스가 도파관으로 분산되지 않고 플라즈마분해챔버로만 공급되게 하기 위한 것이다. 아울러 상기 석영관을 가스공급챔버 또는 연료공급챔버와 같은 금속재질로 하지 않는 것은 고밀도의 마이크로웨이브에 의해 금속재질의 관체가 가열되어 융해될 수 있으므로 이를 방지하기 위해 석영관을 안치한 것이다.
In addition, the waveguide 22 is installed vertically with the quartz tube 25 at the end portion where the microwaves are agglomerated with high density, and the upper end of the quartz tube is installed in communication with the hydrogen sulfide supply chamber 10, the quartz coaxially Plasma decomposition class chamber 30 may be installed in communication with the lower end of the tube. This is to allow the mixed gas supplied through the hydrogen sulfide supply chamber to be supplied only to the plasma decomposition chamber without being dispersed into the waveguide. In addition, the quartz tube is not made of a metal material such as a gas supply chamber or a fuel supply chamber, so that the metal tube may be heated and melted by a high-density microwave, so that the quartz tube is placed in order to prevent this.

상기 도파관(22)과 황화수소공급챔버(10) 및 플라즈마분해챔버(30)를 연통시키는 것은 마이크로웨이브에 의한 플라즈마 생성이 용이하게 이루어지도록 한 것으로, 도시된 바와같이 연통된 형태 이외에 황화수소공급챔버(10)와 플라즈마분해챔버(30)를 하나의 챔버로 형성하고, 상기 챔버가 도파관에 삽통되도록 배관하여 마이크로웨이브에 의한 전기장이 챔버 내부에 형성되도록 할 수 있다.The communication between the waveguide 22, the hydrogen sulfide supply chamber 10, and the plasma decomposition chamber 30 is to facilitate plasma generation by microwaves, and the hydrogen sulfide supply chamber 10 in addition to the communicated form as shown. ) And the plasma decomposition chamber 30 may be formed as one chamber, and the chamber may be piped so as to be inserted into the waveguide so that an electric field by the microwave is formed inside the chamber.

상기 도파관(22)을 통과하는 플라즈마발생가스는 도파관에 의해 인가된 전기장으로 기체분자의 연결을 끊는 해리상태가 되어 플라즈마 방전에 의해 플라즈마 화염을 형성한다. 상기 플라즈마 화염은 고속의 유체흐름에 의해 플라즈마분해챔버(30) 내부로 길게 형성된다.
The plasma generating gas passing through the waveguide 22 is in a dissociated state in which gas molecules are disconnected from the electric field applied by the waveguide, thereby forming a plasma flame. The plasma flame is formed long in the plasma decomposition chamber 30 by a high speed fluid flow.

상기 플라즈마분해챔버(30)는 상기 플라즈마발생장치에 의해 길게 형성된 플라즈마화염(24)이 챔버 내측에 위치하게 된다. 따라서, 상기 플라즈마발생가스와 혼합하여 공급되는 황화수소가 포함된 합성가스는 플라즈마분해챔버 내에서 플라즈마화염과 접촉함으로써 분자연결이 끊어져 해리상태가 된다. 즉, 황화수소(H2S)는 H 와 S로 분리되는 것이며, 함께 투입된 합성가스의 다른 성분인 H2와 CO도 각각 원자단위로 해리된다.
The plasma decomposition chamber 30 has a plasma flame 24 formed long by the plasma generator is located inside the chamber. Therefore, the synthesis gas containing hydrogen sulfide mixed with the plasma generating gas is dissociated by contacting with the plasma flame in the plasma decomposition chamber, thereby disconnecting the molecules. That is, hydrogen sulfide (H 2 S) is separated into H and S, and H 2 and CO, which are other components of the syngas injected together, are also dissociated in atomic units.

상기 해리된 각 원자는 플라즈마분해챔버의 하부에 연통설치된 재결합챔버(40)를 통과하면서 원자간 결합이 이루어진다. 이때 H-H, C-O, N-N 의 결합력이 H-S, C-S, O-S, N-S 간 결합력보다 강하게 이루어짐으로 재결합챔버를 통과하면서 H2, CO, N2의 가연성가스와 고체의 황(S)으로 구분되어 진행된다. 즉, 황화수소만 분리해서 판단하면 플라즈마에 의한 해리 후 재결합시 H2 와 고체 황(S)이 수취됨으로 추가적인 가연성가스와 고부가가치의 고체 황을 수취하는 것이다. The dissociated atoms pass through the recombination chamber 40 in communication with the lower portion of the plasma decomposition chamber, thereby forming interatomic bonds. At this time, the bonding force of HH, CO, NN is made stronger than the bonding force between HS, CS, OS, NS while passing through the recombination chamber is divided into the flammable gas of H 2 , CO, N 2 and sulfur (S) of the solid. In other words, if only the hydrogen sulfide is separated and judged, H 2 and solid sulfur (S) are received upon recombination after dissociation by plasma to receive additional flammable gas and high value solid sulfur.

또한, 상기 재결합챔버를 포함한 내부유로는 유량흐름조절기에 의해 압력이 조절되어 생성된 가스 및 고체 황(S)이 재결합챔버 하부로 이동되어 배출구(41)를 통해 배출이 이루어지도록 한다.
In addition, the internal flow path including the recombination chamber is controlled by a flow rate regulator so that the gas and solid sulfur (S) generated are moved to the lower portion of the recombination chamber and discharged through the discharge port 41.

상기 배출구를 통해 배출되는 가연성 가스와 고체 황은 사이클론(50)에 의해 분리되며, 분리된 가연성가스와 고체 황(S)은 합성가스포집탱크(60)와 황포집탱크(70)에 각각 포집되도록 한다. 여기서 상기 가연성가스는 직접 가스엔진과 같은 사용장치에 공급하여 사용되도록 할 수 있다. Combustible gas and solid sulfur discharged through the outlet are separated by a cyclone 50, the separated flammable gas and solid sulfur (S) is to be collected in the synthetic gas capture tank 60 and sulfur capture tank 70, respectively. . Here, the combustible gas may be directly supplied to a using device such as a gas engine to be used.

여기서 상기 사이클론(50)에 의해 분리된 가스성분은 성분분석기(80)에 의해 분석되어 분석값에 의해 플라즈마발생가스 공급량 또는 합성가스 공급량을 조절하거나 플라즈마발생장치의 마이크로웨이브 발생출력을 조절하도록 할 수 있고, 이러한 컨트롤은 별도의 제어부를 통해 실행되도록 할 수 있으며, 이 때 상기 플라즈마제어기는 제어부의 일부분으로 구성될 수 있다.
Here, the gas component separated by the cyclone 50 may be analyzed by the component analyzer 80 to adjust the plasma generation gas supply amount or the synthesis gas supply amount or the microwave generation output of the plasma generator by the analysis value. In addition, the control may be performed through a separate control unit, and the plasma controller may be configured as a part of the control unit.

아울러 도 4를 참조한 바와같이 상술된 바와같이 본 발명의 황화수소 제거장치를 이용한 황화수소 제거방법은,In addition, the hydrogen sulfide removal method using the hydrogen sulfide removal device of the present invention as described above with reference to Figure 4,

플라즈마발생가스와 황화수소가 포함된 합성가스를 혼합한 혼합가스를 황화수소공급챔버 내로 선회하도록 공급하는 황화수소가 포함된 혼합가스 공급단계가 이루어진다. 상기 단계에서는 합성가스와 플라즈마발생가스가 비교적 균일하게 혼합되도록 혼합장치를 통해 충분히 혼합시키는 가스혼합단계가 포함될 수 있다. A mixed gas supplying step including hydrogen sulfide for supplying a mixed gas including a plasma generating gas and a synthesis gas including hydrogen sulfide to turn into a hydrogen sulfide supply chamber is performed. The step may include a gas mixing step of sufficiently mixing through the mixing device so that the synthesis gas and the plasma generating gas is mixed relatively uniformly.

다음으로는 공급된 혼합가스에 플라즈마발생장치에서 생성된 마이크로웨이브를 공급하는 마이크로웨이브 공급단계가 이루어진다. Next, a microwave supply step of supplying a microwave generated by the plasma generator to the supplied mixed gas is made.

상기 단계에서 공급된 마이크로웨이브가 형성하는 전기장에 의해 혼합가스 중 플라즈마발생가스의 분자를 해리시켜 점화기로 플라즈마 방전시켜 플라즈마화염을 형성하는 플라즈마화염 형성단계가 이루어진다. 상기 플라즈마화염은 혼합가스를 고압으로 선회하여 공급함으로 플라즈마화염도 챔버 내에서 길게 형성된다. The plasma flame forming step of dissociating molecules of the plasma generating gas in the mixed gas by the electric field generated by the microwave supplied in the above step to discharge the plasma with an igniter to form a plasma flame. The plasma flame is formed by turning the mixed gas at a high pressure to form a plasma flame in the chamber.

이러한 플라즈마화염에 황화수소가 포함된 합성가스를 통과시키면 합성가스에 포함된 황화수소는 황과 수소의 원소단위로 분해되는 황화수소분해단계가 이루어진다. When the synthesis gas containing hydrogen sulfide is passed through the plasma flame, the hydrogen sulfide decomposition step in which the hydrogen sulfide included in the synthesis gas is decomposed into elemental units of sulfur and hydrogen is performed.

상기 분해된 수소 및 기타 가연성가스는 플라즈마화염을 벗어나 재결합챔버를 통과하면서 상대적으로 결합력이 강한 순서로 재결합이 이루어져 가연성가스인 수소, 일산화탄소 질소 기체로 생성하고, 황은 고체상태로 이동 또는 응집되는 재결합단계가 수행된다. The decomposed hydrogen and other combustible gases are recombined in a relatively strong bonding order while leaving the plasma flame and passing through the recombination chamber to generate hydrogen, carbon monoxide and nitrogen gas, and sulfur is moved or aggregated to a solid state. Is performed.

상기 수소기체와 고체 황은 사이클론을 통해 분리되고, 각각을 별도로 포집탱크로 포집하는 분리포집단계가 이루어짐으로써 합성가스에 포함된 황화수소를 마이크로웨이브 플라즈마로 분해하여 추가적인 가연성가스인 수소와 고체 황을 수취 및 분리제거함으로써 합성가스 내의 황화수소를 거의 제거할 수 있다. 이는 고온상태의 합성가스를 즉시 가스엔진 또는 가스발전에 공급하여 사용가능하게 함으로써 가스 온도를 상승시키기 위해 추가로 가하는 가열공정을 대폭적으로 줄일 수 있어 열효율을 향상시킬 수 있다.
The hydrogen gas and solid sulfur are separated through a cyclone, and a separate collection step of collecting each of them into a separate collection tank is performed to decompose hydrogen sulfide included in the synthesis gas into a microwave plasma to receive additional combustible gases hydrogen and solid sulfur. By separating and removing, hydrogen sulfide in the syngas can be almost removed. This makes it possible to supply a high-temperature synthesis gas to a gas engine or gas power generation immediately and use it to significantly reduce the additional heating step to increase the gas temperature, thereby improving thermal efficiency.

이하 실시예를 통해 본 발명을 설명한다.The present invention will be described through the following examples.

실시예 1Example 1

도 1에 도시된 본 발명에 따른 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 황화수소 제거 장치를 이용하여 황화수소 제거실험을 하였다. Hydrogen sulfide removal experiment was performed using a hydrogen sulfide removal apparatus using a microwave plasma according to the present invention shown in FIG.

황화수소의 분해를 쉽게 판단할 수 있도록 수소와 일산화탄소가 포함되는 합성가스를 사용하는 대신 질소가스에 황화수소를 희석한 혼합가스를 가상의 합성가스로 하여 사용하였다. In order to easily determine the decomposition of hydrogen sulfide, instead of using a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide, a mixed gas diluted with hydrogen sulfide in nitrogen gas was used as a virtual synthesis gas.

질소가스 내 황화수소 기체의 농도는 800ppm에서 최대 1500ppm 정도로 일반적인 석탄가스화 공정에서 생성되는 합성가스 내 함유된 황화수소 농도인 600ppm과 유사하거나 2배 이상 높은 악조건을 가상하여 적용하였다. The concentration of hydrogen sulfide gas in nitrogen gas ranged from 800ppm up to 1500ppm, and simulated a bad condition similar to or higher than 600ppm, which is the hydrogen sulfide concentration contained in syngas produced in the general coal gasification process.

이때 주입되는 가스의 유량은 분당 12리터로 고정하였으며, 플라즈마화염 생성 후 기체의 정량, 정성 분석은 GC와 검지관을 이용하여 분석하였다. 플라즈마 파워와 황화수소 가스의 농도에 따른 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 황화수소 분해 결과를 표1에 나타내었다. At this time, the flow rate of the injected gas was fixed at 12 liters per minute, and the quantitative and qualitative analysis of the gas after the formation of the plasma flame was analyzed using GC and the detection tube. Table 1 shows the results of hydrogen sulfide decomposition using microwave plasma according to the plasma power and the concentration of hydrogen sulfide gas.

Figure pat00001
Figure pat00001

표1을 참조한 바와같이 1.6 kW의 플라즈마 파워 조건에서 800 ppm의 황화수소 함유 기체가 플라즈마 화염을 통과한 후 30 ppm으로 96%의 황화수소가 분해되었음을 확인하였으며, 1.2 kW의 낮은 플라즈마 파워에서도 95%의 황화수소 분해율 결과를 얻을 수 있었다. As shown in Table 1, it was confirmed that 96 ppm hydrogen sulfide was decomposed to 30 ppm after passing the plasma flame at 800 ppm of hydrogen sulfide-containing gas under 1.6 kW of plasma power, and 95% hydrogen sulfide even at a low plasma power of 1.2 kW. Decomposition rate results were obtained.

아울러 1.2 kW의 플라즈마 파워에서 1,067 ppm과 1,524 ppm의 황화수소 함유 기체를 마이크로웨이브 플라즈마 화염으로 처리한 경우에는 93%와 91.5%의 황화수소 분해율 결과를 확인하였다.In addition, hydrogen sulfide decomposition rate of 93% and 91.5% was confirmed when 1,067 ppm and 1,524 ppm hydrogen sulfide-containing gas were treated with microwave plasma flame at 1.2 kW plasma power.

따라서, 처리가스 내 황화수소의 농도가 높은 경우 후단 공정에 적절한 황화수소 농도의 높은 분해율을 확보하기 위해서는 높은 플라즈마 파워가 필요하다. Therefore, when the concentration of hydrogen sulfide in the process gas is high, high plasma power is required to secure a high decomposition rate of the hydrogen sulfide concentration suitable for the post-stage process.

또한 플라즈마 화염으로 처리된 황화수소 기체의 분해로 인하여 배출가스 내 수소의 생성을 확인할 수 있었으며, 처리 전 황화수소 기체의 함량이 높을수록 높은 수소의 생성량을 확인할 수 있었다. In addition, it was possible to confirm the generation of hydrogen in the exhaust gas due to decomposition of the hydrogen sulfide gas treated with the plasma flame, and the higher the amount of hydrogen sulfide gas before the treatment, the higher the amount of hydrogen produced.

바람직하게는 분당 12L의 황화수소를 함유하는 합성가스를 생산하는 석탄가스화 공정의 99% 이상의 고청정 황화수소 처리 및 제거를 위해서는 2.0 kW 정도의 플라즈마 파워가 적정함을 가늠할 수 있다.
Preferably, the plasma power of about 2.0 kW may be appropriate for the treatment and removal of high-purity hydrogen sulfide of 99% or more of the coal gasification process that produces a synthesis gas containing 12 L of hydrogen sulfide per minute.

실시예 2Example 2

합성가스로 H2S 3509 ppm, COS 1056 ppm, N2 를 이송가스 및 플라즈마발생가스로 사용하여 실시예1과 동일한 방법에 의해 황화수소 제거실험을 하였고, 실험조건 및 결과를 표 2에 나타내었다. H 2 S 3509 ppm, COS 1056 ppm, N 2 was used as the synthesis gas and the hydrogen sulfide removal experiment was carried out by the same method as in Example 1, and the experimental conditions and the results are shown in Table 2.

Figure pat00002
Figure pat00002

표2를 참조한 바와같이 CO가 포함되어도 황화수소의 분해능을 실시예1과 유사한 결과가 나타남을 알 수 있으며, 플라즈마 화염이 없는 경우에는 황화수소의 분해가 전혀 이루어지지 않음을 알 수 있었다. As shown in Table 2, even when CO was included, it was found that the result of the decomposition of hydrogen sulfide was similar to that of Example 1, and in the absence of plasma flame, hydrogen sulfide was not completely decomposed.

또한 도 5는 황화수소 제거실험 후 황포집탱크에 포집된 고체 황을 나타낸 사진이다. 참조한 바와같이 실험 후에 내벽에 고체황이 흡착되어 있으므로, 플라즈마에 의한 고체황 분리가 이루어짐을 알 수 있다.
In addition, Figure 5 is a photograph showing the solid sulfur collected in the sulfur collecting tank after the hydrogen sulfide removal experiment. As described above, since solid sulfur is adsorbed on the inner wall after the experiment, it can be seen that the solid sulfur is separated by plasma.

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 : 황화수소제거장치
10 : 황화수소공급챔버 11 : 혼합장치
12 : 혼합가스공급관 13 : 점화기
20 : 플라즈마발생장치 21 : 마이크로웨이브소스
22 : 도파관 23 : 플라즈마제어기
24 : 플라즈마화염 25 : 석영관
221 : 테이퍼부
30 : 플라즈마분해챔버
40 : 재결합챔버 41 : 배출구
50 : 사이클론
60 : 합성가스포집탱크
70 : 황포집탱크
80 : 성분분석기
1: hydrogen sulfide removal device
10: hydrogen sulfide supply chamber 11: mixing device
12: mixed gas supply pipe 13: igniter
20: plasma generator 21: microwave source
22: waveguide 23: plasma controller
24: plasma flame 25: quartz tube
221 taper portion
30: plasma decomposition chamber
40: recombination chamber 41: outlet
50: cyclone
60: synthetic gas catch tank
70: Huangpu collection tank
80: Component Analyzer

Claims (4)

탄화수소연료의 가스화로부터 생성된 합성가스를 공급받아 합성가스 내에 포함된 황화수소를 고온의 마이크로웨이브 플라즈마 화염하에서 분해시켜 제거하는 황화수소 제거장치에 있어서,
황화수소가 포함된 합성가스와 플라즈마 발생가스가 공급되는 수직관체인 황화수소공급챔버(10)와;
단부 상측면이 황화수소공급챔버와 연통되는 수평관인 도파관(22)에 의해 발생되는 마이크로웨이브를 황화수소공급챔버와 연통되는 부분으로 이동시키고, 마이크로웨이브 고밀도 응집에 의한 전기장을 상승시켜 공급된 플라즈마발생가스를 해리시키고, 플라즈마 방전에 의해 플라즈마 화염(24)을 형성하는 플라즈마발생장치(20)와;
상기 플라즈마발생장치 도파관(22)의 단부 하측면에 연통되되 황화수소공급챔버(10)와 동일한 축에 연결되도록 하고, 내부에 플라즈마 화염이 위치되어 공급된 황화수소가 플라즈마 화염으로 투입되어 분해가 이루어지는 수직관체인 플라즈마분해챔버(30)와;
상기 플라즈마분해챔버(30)의 하단과 연통되게 결합되어 플라즈마 화염으로 분해된 황화수소 원소 중 수소를 재결합하여 황과 분리시키는 수직관체인 재결합챔버(40)와;
상기 재결합챔버의 하단에 설치되어 가연성가스인 합성가스와 고체 황을 분리하는 사이클론(50)과;
상기 사이클론에 의해 분리된 합성가스와 고체 황을 각각 포집하는 합성가스포집탱크(60) 및 황포집탱크(70);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 황화수소 제거장치.
In the hydrogen sulfide removal device that receives the synthesis gas generated from the gasification of hydrocarbon fuel to decompose and remove hydrogen sulfide contained in the synthesis gas under a high temperature microwave plasma flame,
A hydrogen sulfide supply chamber 10 which is a vertical tube supplied with a synthesis gas containing hydrogen sulfide and a plasma generating gas;
The microwave generated by the waveguide 22, which is a horizontal tube communicating with the hydrogen sulfide supply chamber, is moved to a portion communicating with the hydrogen sulfide supply chamber, and the electric field generated by the high-density coagulation of the microwave is raised to raise the supplied plasma generating gas. A plasma generator (20) which dissociates and forms a plasma flame (24) by plasma discharge;
A vertical tube communicating with the lower end surface of the plasma generator waveguide 22 to be connected to the same axis as the hydrogen sulfide supply chamber 10, and having a plasma flame positioned therein so that the supplied hydrogen sulfide is introduced into the plasma flame and decomposed. A chain plasma decomposition chamber 30;
A recombination chamber 40 which is a vertical tube coupled to communicate with a lower end of the plasma decomposition chamber 30 to recombine and separate hydrogen from hydrogen sulfide elements decomposed into a plasma flame;
A cyclone (50) installed at a lower end of the recombination chamber to separate the synthesis gas and solid sulfur which are combustible gases;
Hydrogen sulfide removal apparatus using a microwave plasma, characterized in that it comprises a; synthetic gas capture tank (60) and sulfur capture tank (70) for collecting the synthesis gas and solid sulfur separated by the cyclone, respectively.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마발생장치(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 플라즈마를 이용한 황화수소 제거장치.
The method of claim 1,
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;
Hydrogen sulphide removal apparatus using a microwave plasma comprising a; plasma control unit for controlling the microwave generation output of the microwave source.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 발생가스는 질소이며,
상기 황화수소가 포함된 합성가스와 질소는 혼합장치(11)에 의해 혼합되고, 혼합된 합성가스와 질소의 혼합가스를 공급하는 혼합가스공급관(12)은 황화수소공급챔버(10)의 축중심으로부터 측면으로 이격된 하측방향을 향하도록 설치되어 공급된 가스가 챔버내를 고속으로 선회하면서 이동되도록 한 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 황화수소 제거장치.
The method of claim 1,
The plasma generating gas is nitrogen,
The synthesis gas and nitrogen containing the hydrogen sulfide are mixed by the mixing device 11, the mixed gas supply pipe 12 for supplying a mixed gas of the mixed synthesis gas and nitrogen is the side from the axis center of the hydrogen sulfide supply chamber (10) Hydrogen sulfide removal device using a microwave plasma, characterized in that the gas supplied to be installed to face the downward direction spaced apart to move while rotating the inside of the chamber at a high speed.
황화수소가 포함된 합성가스와 플라즈마 발생가스가 공급되는 수직관체인 황화수소공급챔버와, 공급된 황화수소가 플라즈마 화염으로 분해되는 수직관체인 플라즈마분해챔버와, 플라즈마로 분해된 황화수소 원소 중 수소를 재결합하여 황과 분리시키는 수직관체인 재결합챔버를 상중하단으로 수직배관하고, 상기 황화수소공급챔버와 플라즈마분해챔버 사이에는 플라즈마발생장치의 도파관을 연통시켜 플라즈마가 생성되도록 하는 1항 내지 3항에 기재된 장치를 이용한 황화수소 제거방법에 있어서,
플라즈마발생가스와 황화수소가 포함된 합성가스를 혼합한 혼합가스를 황화수소공급챔버 내로 선회하도록 공급하는 황화수소가 포함된 혼합가스 공급단계와;
공급된 혼합가스에 플라즈마발생장치에서 생성된 마이크로웨이브를 공급하는 마이크로웨이브 공급단계와;
공급된 마이크로웨이브의 전기장에 의해 혼합가스 중 플라즈마발생가스의 분자를 해리시켜 플라즈마 방전으로 플라즈마화염을 형성하는 플라즈마화염 형성단계와;
상기 플라즈마화염에 황화수소가 포함된 합성가스를 통과시켜 황화수소를 황과 수소의 원소단위로 분해시키는 황화수소분해단계와;
상기 분해된 수소를 재결합시켜 가연성가스인 수소기체로 생성하고, 황은 고체상태로 응집시키는 재결합단계와;
상기 수소기체와 고체 황을 사이클론을 통해 분리하고 각각을 별도로 포집하는 분리포집단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 황화수소 제거방법.
Hydrogen sulfide supply chamber which is a vertical tube supplied with synthesis gas containing hydrogen sulfide and plasma generating gas, plasma decomposition chamber which is a vertical tube in which the supplied hydrogen sulfide is decomposed into a plasma flame, and sulfur by hydrogen recombining hydrogen among hydrogen sulfide decomposed elements Hydrogen sulfide using the apparatus according to claim 1 to 3 to vertically pipe the recombination chamber, which is a vertical pipe separating from the upper and lower ends, and to communicate the waveguide of the plasma generating device between the hydrogen sulfide supply chamber and the plasma decomposition chamber. In the removal method,
A mixed gas supplying step including hydrogen sulfide for supplying a mixed gas including a plasma generation gas and a synthesis gas including hydrogen sulfide to be turned into a hydrogen sulfide supply chamber;
A microwave supplying step of supplying microwaves generated by the plasma generator to the supplied mixed gas;
A plasma flame forming step of dissociating molecules of the plasma generating gas in the mixed gas by an electric field of the supplied microwave to form a plasma flame by plasma discharge;
A hydrogen sulfide decomposition step of decomposing hydrogen sulfide into elemental units of sulfur and hydrogen by passing a synthesis gas containing hydrogen sulfide through the plasma flame;
A recombination step of recombining the decomposed hydrogen into a hydrogen gas which is a combustible gas, and sulfur condensing in a solid state;
Separation collecting step of separating the hydrogen gas and solid sulfur through a cyclone and separately collecting each of the hydrogen sulfide removing method using a microwave plasma comprising a.
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