KR20140120310A - 극초단파 플라즈마 바이오매스 분류층 가스화기 및 공정 - Google Patents

극초단파 플라즈마 바이오매스 분류층 가스화기 및 공정 Download PDF

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Abstract

극초단파 플라즈마 바이오매스 분류층 가스화기는 가스화기 본체(8), 가스화기 본체(8)의 하부에 배치된 연료 입구, 가스화기 본체(8)의 상부에 배치된 합성가스 출구를 구비한다. 연료 전처리 시스템은 가스화기 본체(8)의 외측에 배치되어, 연료 파쇄 장치(1), 연료 파쇄 장치(1)의 하류에 배치된 시빙 장치(2), 입자 사이즈-적격 연료를 수용하기 위한 제1 연료 용기(3), 입자 사이즈-부적격 연료를 수용하기 위한 제2 연료 용기(4), 및 제2 연료 용기의 하류에 배치된 공급 호퍼(5)를 구비한다. 제2 연료 용기와 제2 연료 용기는 시빙 장치의 하류에 나란하게 배치된다. 공급 호퍼(5)의 바닥은 노즐(6)을 통해 퍼니스 본체에 연결된다. 극초단파 플라즈마 발생기들(7)의 하나 또는 2개의 층들은 플라즈마 반응 구역을 확장하기 위한 퍼니스 본체의 가스화 구역에 평행하게 배치되고, 극초단파 플라즈마 발생기의 각각의 층은 2개 내지 4개의 작동 가스 입구들(11)을 구비한다. 가스화기의 퍼니스 본체는 원통, 또는 원추와 원통의 결합형이다.
또한, 바이오매스 분류층 가스화를 위해 가스화기를 이용한 공정이 제공된다. 이러한 공정은 1) 비이오매스 연료 전처리 단계; 2) 극초단파 플라즈마 작동가스를 플라즈마 발생기에 돕입시켜서 플라즈마로 활성화시킨 후 가스화기 속으로 입사시키는 단계; 3) 바이오매스 연료 입자들을 가스화기 속으로 버너를 통해 입사시킴과 동시에 산화제를 시스템 속으로 산소/증기 입구를 통해 도입시켜 가스화기 속으로 동시에 바이오매스 연료와 함께 입사시켜서, 바이오매스 연료가 가스화기 내부에서 열화학 반응을 일으키는 단계; 및 4) 합성가스의 온도와 함량을 모니터링하여 산소 유동율, 시스템 유동율, 및 극초단파 아워를 조절하고, 합성가스 출구의 온도를 900 내지 1200℃ 범위로 유지하여, 최종적으로 합성가스를 합성가스 출구로부터 배출하고 액체 슬래그를 슬래그 출구로부터 배출시키는 단계를 포함한다.

Description

극초단파 플라즈마 바이오매스 분류층 가스화기 및 공정{MICROWAVE PLASMA BIOMASS ENTRAINED FLOW GASIFIER AND PROCESS}
본 발명은 바이오매스의 가스화에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 분류층 가스화기(entrained flow gasifier) 및 이것을 사용하여 극초단파-활성 플라즈마의 존재에서 바이오매스 연료로부터 합성가스를 합성하기 위한 가스화 방법에 관한 것이다.
현재, 바이오매스 에너지 적용 분야에서, 바이오매스 가스화 기술은 다양한 종류의 적응성과 방대한 개발 잠재력을 가지고 있다. 바이오매스 가스화 공정은 일반적으로 고정층 가스화, 유동층 가스화, 분류층 가스화를 포함한다. 고정층 가스화는 낮은 가스화 온도, 높은 타르 함량, 저품질 합성가스와 같은 단점을 가진다. 유동층 가스화는 보통의 가스화 온도, 편리한 공급과 배출, 안정적인 유동화가 가능하고, 퍼니스 온도가 보통으로 제어되어야 한다. 낮은 가스화 온도는 합성가스에서 타르의 함량을 높게 만든다. 타르는 제거하기 어렵고 밸브, 파이프, 보조 장비를 쉽게 막아서 부식시킨다. 타르의 제거는 비용이 많이 든다. 분류층 낮은 가스화는 높고 균일한 반응 온도, 높은 가스화 효율을 가지고, 타르가 완전히 분쇄된다. 그러나, 분류층 가스화는 원료의 입자 크기의 높은 조건을 가진다. 일반적으로, 입자 크기는 0.1mm 미만이어야 한다. 바이오매스는 분류층 베드의 조건을 만족시키는 작은 입자 크기로 분쇄가 매우 어려운 셀룰로스를 많이 함유한다. 필요한 입자 크기가 작아 질수록, 분쇄기의 마찰이 더 커지고, 에너지 소모가 더 높아진다. 큰 입자 크기는 낮은 탄소 변환율과 낮은 냉가스 효율을 유발시켜, 합성가스의 합성에 있어서 종래의 분류층 베드의 적용을 엄청나게 제한하게 된다.
전술한 문제점들의 관점에서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은, 경제적, 고효율, 및 실행가능성의 특징을 가진 극초단파-활성 플라즈마의 존재하에서 바이오매스 연료로부터 나오는 일산화탄소와 수소의 합성가스의 합성을 위한 분류층 가스화기 및 이것을 사용한 가스화 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 기술적 방안이 사용된다.
바이오매스의 극초단파 플라즈마 계열 분류층 가스화기는 퍼니스 본체와 연료 사전 처리 시스템을 구비한다. 퍼니스 본체는 수직으로 배치되고, 퍼니스 본체의 하부에 배치된 연료 입구, 퍼니스 본체의 꼭대기에 배치된 합성가스 출구, 및 퍼니스 본체의 바닥에 배치된 슬래그 출구를 구비한다. 연료 입구는 노즐 형태로 존재한다. 연료 사전 처리 시스템은 퍼니스 본체의 외측에 배치되고, 연료 파쇄 장치, 연료 파쇄 장치의 하류에 배치된 시빙(sieving) 장치, 입자 사이즈-적격 연료를 수납하기 위한 제1 연료 용기, 입자 사이즈-부적격 연료를 수납하기 위한 제2 연료 용기, 및 제2 연료 용기의 하류에 배치된 공급 호퍼를 구비한다. 제1 연료 용기와 제2 연료 용기는 시빙 장치의 하류에 나란하게 배치되고, 공급 호퍼의 바닥은 노즐을 통해 퍼니스 본체에 연결된다. 모니터링 유니트는 퍼니스 본체의 꼭대기의 합성가스 출구에 가깝게 배치된다. 노즐들은 퍼니스 본체를 따라 방사상으로 배치되고 2개 내지 4개 사이이다. 극초단파 플라즈마 발생기들의 하나 또는 2개의 층들은 퍼니스 본체의 가스화 영역에 병렬로 배치되고, 극초단파 플라즈마 발생기의 각각의 층은 2개 내지 4개의 작동 가스 입구들을 구비한다.
극초단파 플라즈마 발생기들은 플라즈마 분위기에서 바이오매스의 용융 입자들의 체류 시간을 연장하기 위해 퍼니스 본체에 수평으로/접선으로 배치된다.
극초단파 플라즈마 발생기들은 큰 전극 갭, 강한 플라즈마 활성, 및 넓은 체적 범위를 가진다.
극초단파 플라즈마 발생기들의 극초단파 파워 소스는 2.45GHz 기본 주파수를 가지며, 하나의 극초단파 플라즈마 발생기의 파워는 200kW 이내이다.
분류층 가스화기를 사용한 바이오매스 가스화 방법은 다음 단계들을 포함한다.
1) 적격 입자 사이즈의 연료 입자를 생성하기 위해 연료 사전 처리 시스템을 사용하여 바이오매스 연료를 파쇄 및 시빙하고, 사용을 위해 적격 입자 사이즈 연료 입자를 공급 호퍼로 전송하는 단계.
2) 작동 가스 입구들로부터 극초단파 플라즈마 발생기 속으로 작동 가스를 도입시키고, 고온, 고차적 이온화, 및 플라즈마의 고활성을 만들기 위해 작동 가스를 활성화시키고, 플라즈마를 가스화기 속으로 스프레이시키는 단계.
3) 입자 사이즈-적격 연료 입자들을 노즐을 통해 가스화기 속으로 스프레이시키고, 동시에 산소/증기 입구를 통해 가스화기 속으로 산화제를 스프레이시켜서, 고활성 플라즈마의 존재하에 연료 입자와 산화제 사이에 고온 및 신속한 열화학 반응이 진행되어 일산화탄소와 수소를 구비하는 합성가스를 생성시키는 단계.
4) 합성가스의 온도와 성분을 모니터링하고, 산소 유동율, 증기 유동율, 및 공정 파라미터들을 미리 설정된 범위 내로 유지시키기 위한 극초단파 파워를 조절하고, 퍼니스 본체의 꼭대기의 합성가스 출구로부터 나오고 900 내지 1200℃ 범위의 온도를 가진 합성가스를 수거하고, 슬래그 출구로부터 나오는 액체 슬래그를 배출시키는 단계.
단계 1)에서, 입자 사이즈-적격 연료 입자들은 제1 연료 용기에 의해 수용되고, 입자 사이즈-부적격 연료 입자들은 제2 연료 용기에 의해 먼저 수용된 후 연료 사전 처리 시스템으로 복귀되어 용융 입자 사이즈 조건을 만족시킬 때까지 다시 파쇄되고; 입자 사이즈-적격 연료 입자들은 제1 용기로부터 공급 호퍼로 이송되고, 연료 입자들의 입자 사이즈는 0 내지 5mm 사이이다.
단계 2)에서, 극초단파 플라즈마 발생기들의 시동은 가스화기의 노즐들의 시동의 그것보다 2 내지 3초 빠르며, 작동 가스는 보조 산화제를 구비하고, 활성화될 작동 가스 입구들을 통해 극초단파 플라즈마 발생기들 속으로 도입되어 고온, 고차적 이온화, 및 고활성 플라즈마를 생성시킨다.
단계 3)에서, 입자 사이즈-적격 연료 입자들은 캐리어 가스에 의해 운반되어 노즐을 통해 가스화기 속으로 스프레이되고; 산화제들은 산소/증기 입구들 통해 가스화기 속으로 동시에 스프레이됨으로써, 부분 산화-환원 반응과 고온 가스화 반응이 연료 입자와 산화제 사이에서 진행되어 다량의 일산화탄소와 수소 및 소량의 CO2, CH4, H2S, 및 COS를 구비하는 합성가스를 생성시킨다.
합성가스를 극초단파 플라즈마 발생기들의 가스화 구역으로 상향으로 유동하고, 1200 내지 1800℃ 범위에서 고온 열-화학적 가스화 반응을 위해 수평적으로/접선적으로 스프레이된 플라즈마 가스와 혼합되고, 중앙 구역의 온도는 1800 내지 2000℃이고, 가스화 구역의 합성가스의 보유 시간은 1 내지 10초이고, 극초단파 플라즈마 발생기들의 파워는 반응이 완전하게 진행하도록 제어된다.
단계 4)에서, 합성가스의 CO 및 H2 체적 함량은 85%를 초과하고, 합성 가스는 타르와 페놀화합물을 함유하지 않고, 슬래그 출구로부터 배출되는 액체 슬래그는 오염없이 냉각되어 단열재로서 사용될 수 있다.
단계 2)와 단계 3)에서, 작동 가스와 캐리어 가스는 공기 및/또는 산소 및/또는 증기이고, 증기는 고온 합성가스의 현열의 재활용으로부터 나온다.
본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 있어서, 극초단파 플라즈마 발생기는 가스화기의 가스화 구역에 배치된다. 극초단파 플라즈마 발생기의 작동 가스는 극초단파에 의해 활성화되어 플라즈마를 생성한다. 극초단파 활성 플라즈마는 산화제에 풍부하고 고온, 고차적 이온화, 고분산, 및 고활성의 특성을 가진다. 작동 가스가 분류층 베드의 레독스(redox) 구역에 스프레이 될 때, 고온 및 고활성 플라즈마의 존재에서, 한편으로, 반응 온도가 높아져서 화학 반응을 촉진하고, 다른 한편으로, 고온 및 고활성 플라즈마가 합성가스와 고체-상태/액체-상태 바이오매스 입자들 사이의 화학 반응을 엄청나게 향상시킴으로써, 열과 물질 전달율을 향상시키고, 바이오매스 연료의 화학 반응 시간을 단축시킨다. 연료 변환은 동일한 체류 시간 안에서 현저하게 향상된다. 석탄과 비교하여, 바이오매스 연료는 큰 공극률(void space), 높은 활성 및 낮은 용융점을 가진다. 따라서, 고온 및 고활성 플라즈마의 존재에서, 적용되는 바이오매스 연료의 입자 사이즈는 종래의 분류층 베드에서 필요한 것보다 엄청나게 크고, 변환 효과도 이상적이다.
또한, 극초단파 플라즈마 발생기는 가스화 반응을 위한 보조 산화제를 공급하여, 반응물질의 공급의 균형과 균일도를 확보하고, 몇몇 외부 열 소스를 제공하는 특정의 열 파워를 입력한다. 보조 산화제의 도입은 가스화기의 작동을 조절하는 좋은 수단이다.
본 발명의 바람직한 예시적 실시예들은 다음과 같은 효과를 가진다.
1. 바이오매스 연료는 고온 극초단파 활성 플라즈마의 존재에서 고활성을 가지고, 탄소 변환율은 대략 99%에 도달하고, 냉가스 효능은 85%를 능가하고, CO 및 H2의 활성 성분은 높은 함량을 가진다.
2. 분류층 가스화기로부터 나오는 결과적인 합성가스는 타르와 페놀화합물을 전혀 포함하지 않고, 부속되는 합성가스의 수집이 편리하다.
3. 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 있어서, 바이오매스 연료는 극도로 적은 입자로 파쇄될 필요가 없다. 즉, 바이오매스 연료의 입자 사이즈의 적용 범위가 넓고, 따라서, 가스화기는 경제적 효과가 양호하다.
4. 물질 공급과 슬래그 방출이 용이하고, 가스화 강도가 높아서, 대중화를 용이하게 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 바이오매스의 극초단파 플라즈마 계열 분류층 가스화기의 개략적 구성도이다.
도 2는 도 1의 A-A선을 따라 취한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 비이오매스의 극초단파 플라즈마 계열 분류층 가스화기(8)는 원통형 퍼니스 본체와 연료 사전 처리 시스템을 구비한다. 퍼니스 본체는 수직으로 배치되고, 퍼니스 본체의 하부에 배치된 연료 입구, 퍼니스 본체의 꼭대기에 배치된 합성가스 출구(9), 및 퍼니스 본체의 바닥에 배치된 슬래그 출구(10)를 구비한다. 연료 입구는 노즐들(6)의 형태로 존재한다. 연료 사전 처리 시스템은 퍼니스 본체의 외측에 배치되고, 연료 파쇄 장치(1), 연료 파쇄 장치(1)의 하류에 배치된 시빙 장치(2), 입자 사이즈-적격 연료를 수용하기 위한 제1 연료 용기(3), 입자 사이즈-부적격 연료를 수용하기 위한 제2 연료 용기(4), 및 제2 연료 용기의 하류에 배치된 공급 호퍼(5)를 구비한다. 제2 연료 용기와 제2 연료 용기는 시빙 장치의 하류에 나란하게 배치된다. 공급 호퍼(5)의 바닥은 노즐(6)을 통해 퍼니스 본체에 연결된다. 극초단파 플라즈마 발생기들(7)의 하나 또는 2개의 층들은 플라즈마 반응 구역을 확장하기 위한 퍼니스 본체의 가스화 구역에 평행하게 배치되고, 극초단파 플라즈마 발생기의 각각의 층은 2개 내지 4개의 작동 가스 입구들(11)(도 2 참조)을 구비한다. 가스화기의 퍼니스 본체는 원통, 또는 원추와 원통의 결합형이다.
극초단파 플라즈마 발생기들의 위치는 바이오매스 연료의 가스화에 영향을 미친다. 본 실시예에 있어서, 극초단파 플라즈마 발생기들(7)은 퍼니스 본체에 수평되게 그리고 접선적으로 배치된다. 따라서, 플라즈마 분위기에서 바이오매스의 용융 입자들의 체류 시간을 연장하기 위해 가스 유동은 완전히 졸졸 흐르게 된다.
모니터링 유니트(12)는 퍼니스 본체의 꼭대기의 합성가스 출구(9)에 가깝게 배치되어 합성가스의 온도와 성분을 모니터하고, 산소 유동율, 증기 유동율, 및 공정 파라미터들을 미리 설정된 범위 내로 유지시키는 극초단파 파워를 조절한다.
노즐들(6)은 퍼니스 본체를 따라 방사상으로 배치되고 2개 내지 4개 사이이다. 노즐의 수는 증가되거나 감소될 수 있다.
극초단파 플라즈마 발생기들은 큰 전극 갭, 강한 플라즈마 활성, 및 넓은 볼륨 범위를 가진다.
극초단파 플라즈마 발생기의 극초단파 파워 소스는 2.45GHz의 기본 주파수를 가지며, 단일의 극초단파 플라즈마 발생기의 파워는 200kW 이내이다.
분류층 가스화기를 사용한 바이오매스 가스화 방법은 다음 단계들을 포함한다.
1) 연료 파쇄 장치(1)와 시빙 장치(2)를 시용하여 바이오매스 연료를 파쇄 및 시빙하여 입자 사이즈-적격 연료 입자를 생성하는 단계.
특히, 바이오매스 연료는 연료 사전 처리 시스템의 연료 파쇄 장치에 의해 파쇄되어 적절한 입자 사이즈를 갖게 된다. 바이오매스 연료의 입자 사이즈는 가스화 공정을 유효하게 하는 핵심 인자들 중 하나이다. 필요한 입자 사이즈가 작으면 작을수록, 파쇄기의 마찰이 더 커지고, 에너지 소모가 더 높아진다. 큰 입자 사이즈는 낮은 탄소 변환율과 낮은 냉각 석탄 가스 효율을 야기한다. 파쇄된 바이오매스 연료는 시빙 장치(2)로 전달된다. 시빙을 통해, 입자 사이즈-적격 연료 입자들은 제1 연료 용기(3)에 의해 수용되고, 입자 사이즈-부적격 연료 입자들은 제2 연료 용기(4)에 의해 우선 수용된 후 입자 사이즈 조건을 만족할 때까지 다시 파쇄하기 위해 연료 사전 처리 시스템으로 복귀된다. 왕겨(rice hull)를 일 예로 들면, 왕겨의 입자 사이즈는 7 내지 10mm 사이의 길이, 및 2mm 폭이다. 왕겨는 단지 조악하게 파쇄되어 1 내지 5mm 사이의 입자 사이즈로 파쇄될 필요가 있다. 잔가지(twig)와 짚(straw)은 큰 초기 입자 사이즈를 가지며, 디스크 또는 드럼 파쇄기로 우선 파쇄되어 50 내지 10mm 사이의 입자 사이즈로 파쇄된 후 해머밀(hammer mill)에 의해 1 내지 5mm 사이의 입자 사이즈를 가지도록 파쇄될 수 있다.
2) 작동 가스 입구들(11)로부터 작동 가스를 극초단파 플라즈마 발생기(7) 속으로 도입시켜, 작동 가스를 활성화시켜서 고온, 고차적 이온화, 및 고활성 플라즈마를 생성시키고, 플라즈마를 가스화기(8)에 스프레이시키는 단계.
특히, 극초단파 플라즈마 발생기들(7)의 시동은 가스화기의 노즐들(6)의 시동보다 2 내지 3초 빠르다, 작동 가스는 보조 산화제를 구비하고, 극초단파 발생기들(7) 속으로 활성화될 작동 가스 입구들(11)을 통해 도입되어 고온, 고정도 이온화, 고활성 플라즈마를 생성시키고, 가스화기(8) 속으로 추가적으로 스프레이된다.
3) 입자 사이즈-적격 연료 입자들을 가스화기(8) 속으로 노즐들(6)을 통해 스프레이시키고, 동시에 산소/증기 입구(13)를 통해 산화제를 가스화기 속으로 스프레이시킴으로써, 고활성 플라즈마의 존재에서 연료 입자들과 산화제 사이의 고온 및 고속의 열 화학 반응이 진행되어 다량의 일산화 탄소와 수소 및 소량의 CO2, CH4, H2S, 및 COS를 구비하는 합성가스를 생성하게 된다.
특히, 입자 사이즈-적격 연료 입자들은 제1 연료 용기(3)로부터 공급 호퍼(5)로 전달된다. 그 후, 연료 입자들은 가스화제의 도움으로 공급 호퍼의 바닥으로부터 퍼니스 본체의 노즐들(6)로 전달된 후 노즐들(6)을 통해 가스화기(8) 속으로 들어단다. 산화제는 산소/증기 입구를 통해 가스화기 속으로 동시에 스프레이됨으로써, 연료 입자들과 산화제 사이에서 부분 산화-환원 반응과 고온 가스화 반응이 수행되어 다량의 일산화 탄소와 수소 및 소량의 CO2, CH4, H2S, 및 COS를 구비하는 합성가스를 생성하게 된다.
합성가스는 극초단파 플라즈마 발생기들의 가스화 구역으로 상방으로 유동하여, 1200 내지 1800℃ 사이에서 고온 열-화학 가스화 반을 위해 수평적으로/접선적으로 플라즈마 가스와 혼합되고, 중앙 구역 온도는 1800 내지 2000℃ 사이이고, 가스화 구역에서 합성가스의 체류 시간은 1 내지 10초이고, 극초단파 플라즈마 발생기들의 파워는 반응이 완전히 진행하도록 제어된다. 최종적으로 합성가스는 가스화기의 꼭대기에 배치된 합성가스 출구(9)로부터 수거된다. 합성가스의 CO 및 H2 체적 함량은 85%를 상회한다. 합성가스는 타르와 페놀화합물을 전혀 포함하지 않는다. 슬래그 출구(9)로부터 방출되는 액체 슬래그는 오염없이 냉각되어 단열재로서 사용될 수 있다. 증기는 고온 합성가스의 재활용으로부터 나온다.
4) 합성가스의 온도와 성분들을 모니터링하고, 산소 유동율, 증기 유동율, 및 공정 파라미터들을 미리 설정된 범위 이내로 유지하는 극초단파 파워를 조절하고, 퍼니스 본체의 꼭대기로부터 나오고 900 내지 1200℃ 사이의 온도를 가진 합성가스를 수거하고, 슬래그 출구(10)로부터 액체 슬래그를 배출시킨다.
단계 1)에서, 연료 입자들의 입자 사이즈는 0 내지 5mm, 특히 대략 2mm이다.
단계 2)와 단계 3)에서, 작동 가스와 캐리어 가스는 공기 및/또는 산소 및/또는 증기이고, 증기는 고온 합성가스의 현열의 재활용으로부터 나온다.
적정한 작동 조건들을 달성하고 가스화의 총 성능 조건을 만족하기 위해서, 핵심은 분류층 베드의 온도 제어, 산소 유동율, 증기 유동율, 및 극초단파 파워의 조절이다. 합성가스 출구에 근접되게 배치된 모니터링 유니트는 전술한 파라미터들을 실시간으로 모니터할 수 있으므로, 가스화 공정을 연쇄적으로 그리고 완전 자동화에 의해 제어하여 가스화기의 작동 안정성을 유지할 수 있게 된다.
본 발명의 특정의 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명을 벗어나지 않는 한 당업자에 의해 본 발명의 변화와 개조가 가능하기 때문에, 본 발명의 청구범위의 목적은 본 발명의 진정한 정신과 범위에 속하게 되는 모든 그러한 변화와 개조를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
1...연료 파쇄 장치
2...시빙 장치
3...제1 연료 용기
4...제2 연료 용기
5...공급 호퍼
6...노즐
7...극초단파 플라즈마 발생기
8...가스화기
9...합성가스 출구
10...슬래그 출구
11...작동 가스 입구
12...모니터링 유니트
13...산소/증기 입구

Claims (10)

  1. 수직으로 배치된 퍼니스 본체와, 퍼니스 본체의 외측에 배치된 연료 사전 처리 시스템을 구비하고, 바이오매스의 극초단파 플라즈마 계열 분류층 가스화기에 있어서,
    퍼니스 본체는 퍼니스 본체의 하부에 배치되고 노즐 형태로 존재하는 연료 입구, 퍼니스 본체의 꼭대기에 배치된 합성가스 출구, 및 퍼니스 본체의 바닥에 배치된 슬래그 출구를 구비하고;
    연료 사전 처리 시스템은 연료 파쇄 장치, 연료 파쇄 장치의 하류에 배치된 시빙(sieving) 장치, 입자 사이즈-적격 연료를 수납하기 위한 제1 연료 용기, 입자 사이즈-부적격 연료를 수납하기 위한 제2 연료 용기, 및 제2 연료 용기의 하류에 배치된 공급 호퍼를 구비하고;
    제1 연료 용기와 제2 연료 용기는 시빙 장치의 하류에 나란하게 배치되고, 공급 호퍼의 바닥은 퍼니스 본체를 따라 방사상으로 2개 내지 4개가 배치된 노즐들을 통해 퍼니스 본체에 연결되며;
    모니터링 유니트는 퍼니스 본체의 꼭대기의 합성가스 출구에 가깝게 배치되고;
    극초단파 플라즈마 발생기들의 하나 또는 2개의 층들은 퍼니스 본체의 가스화 영역에 병렬로 배치되고, 극초단파 플라즈마 발생기의 각각의 층은 2개 내지 4개의 작동 가스 입구들을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스화기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    극초단파 플라즈마 발생기들은 퍼니스 본체에 수평으로/접선으로 배치된 것을 특징으로 하는 가스화기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    극초단파 플라즈마 발생기들은 큰 전극 갭, 강한 플라즈마 활성도, 및 넓은 체적 범위를 가진 것을 특징으로 하는 가스화기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    극초단파 플라즈마 발생기들의 극초단파 파워 소스는 2.45GHz 기본 주파수를 가지며, 하나의 극초단파 플라즈마 발생기의 파워는 200kW 이내인 것을 특징으로 하는 가스화기.
  5. 분류층 가스화기를 사용한 바이오매스 가스화 방법에 있어서,
    1) 입자 사이즈-적격 연료 입자들을 생성하기 위해 연료 사전 처리 시스템을 사용하여 바이오매스 연료를 파쇄 및 시빙하고, 사용을 위해 입자 사이즈-적격 연료 입자들을 공급 호퍼로 전송하는 단계;
    2) 작동 가스 입구들로부터 극초단파 플라즈마 발생기 속으로 작동 가스를 도입시키고, 고온, 고차적 이온화, 및 고활성 플라즈마를 만들기 위해 작동 가스를 활성화시키고, 플라즈마를 가스화기 속으로 스프레이시키는 단계;
    3) 입자 사이즈-적격 연료 입자들을 노즐을 통해 가스화기 속으로 스프레이시키고, 동시에 산소/증기 입구를 통해 가스화기 속으로 산화제를 스프레이시켜서, 고활성 플라즈마의 존재하에 연료 입자와 산화제 사이에 고온 및 신속한 열화학 반응이 진행되어 일산화탄소와 수소를 구비하는 합성가스를 생성시키는 단계; 및
    4) 합성가스의 온도와 성분을 모니터링하고, 산소 유동율, 증기 유동율, 및 공정 파라미터들을 미리 설정된 범위 내로 유지시키기 위한 극초단파 파워를 조절하고, 퍼니스 본체의 꼭대기의 합성가스 출구로부터 나오고 900 내지 1200℃ 범위의 온도를 가진 합성가스를 수거하고, 슬래그 출구로부터 나오는 액체 슬래그를 배출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    단계 1)에서, 입자 사이즈-적격 연료 입자들은 제1 연료 용기에 의해 수용되고, 입자 사이즈-부적격 연료 입자들은 제2 연료 용기에 의해 먼저 수용된 후 연료 사전 처리 시스템으로 복귀되어 용융 입자 사이즈 조건을 만족시킬 때까지 다시 파쇄되고; 입자 사이즈-적격 연료 입자들은 제1 용기로부터 공급 호퍼로 이송되고, 연료 입자들의 입자 사이즈는 0 내지 5mm 사이인 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화 방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    단계 2)에서, 극초단파 플라즈마 발생기들의 시동은 가스화기의 노즐들의 시동의 그것보다 2 내지 3초 빠르며, 작동 가스는 보조 산화제를 구비하고, 활성화될 작동 가스 입구들을 통해 극초단파 플라즈마 발생기들 속으로 도입되어 고온, 고차적 이온화, 및 고활성 플라즈마를 생성시키는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    단계 3)에서, 입자 사이즈-적격 연료 입자들은 캐리어 가스에 의해 운반되어 노즐을 통해 가스화기 속으로 스프레이되고; 산화제들은 산소/증기 입구들 통해 가스화기 속으로 동시에 스프레이됨으로써, 부분 산화-환원 반응과 고온 가스화 반응이 연료 입자와 산화제 사이에서 진행되어 다량의 일산화탄소와 수소 및 소량의 CO2, CH4, H2S, 및 COS를 구비하는 합성가스를 생성시키고;
    합성가스를 극초단파 플라즈마 발생기들의 가스화 구역으로 상향으로 유동시키고, 1200 내지 1800℃ 범위에서 고온 열-화학적 가스화 반응을 위해 수평적으로/접선적으로 스프레이된 플라즈마 가스와 혼합시키고, 중앙 구역의 온도는 1800 내지 2000℃이고, 가스화 구역의 합성가스의 보유 시간은 1 내지 10초이고, 극초단파 플라즈마 발생기들의 파워는 반응이 완전하게 진행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화 방법.
  9. 청구항 5 또는 청구항 5 또는 청구항 8에 있어서,
    단계 4)에서, 합성가스의 CO 및 H2 체적 함량은 85%를 초과하고, 합성 가스는 타르와 페놀화합물을 함유하지 않고, 슬래그 출구로부터 배출되는 액체 슬래그는 오염없이 냉각되어 단열재로서 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    단계 2)와 단계 3)에서, 작동 가스와 캐리어 가스는 공기 및/또는 산소 및/또는 증기이고, 증기는 고온 합성가스의 현열의 재활용으로부터 나오는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화 방법.
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