KR20150115207A - Apparatus and method for synthesis of gas - Google Patents

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Abstract

According to a disclosed embodiment, provided is an apparatus for synthesizing gas which comprises: a probe having a first electrode and a second electrode configured to apply electric energy for plasma blasting; and a reactor which accommodates reactant gas reacting in a reversible exothermic reaction and also accommodates a blasting medium, and in which synthesis gas is produced from the reactant gas through the reversible exothermic reaction. The probe is arranged to enable at least a part of the first electrode and at least a part of the second electrode to touch the blasting medium. In the reactor, a plasma stream is generated from the blasting medium when the electric energy is applied through the first and second electrodes, and the synthetic gas is produced from the reactant gas in accordance with the generation of the plasma stream.

Description

가스 합성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SYNTHESIS OF GAS}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR SYNTHESIS OF GAS [0002]

개시되는 실시예들은 가스를 합성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것로서, 더욱 구체적으로는 플라즈마 블라스팅(plasma blasting)을 이용하여 가역 발열 반응을 통해 암모니아와 같은 가스를 합성하는 기법에 관한 것이다.The disclosed embodiments relate to an apparatus and method for synthesizing a gas, and more particularly to a technique for synthesizing a gas such as ammonia through a reversible exothermic reaction using plasma blasting.

몇몇 가스는 가역 발열 반응을 통해 반응 물질로부터 생성된다. 특히, 그와 같이 가스가 합성되는 가역 발열 반응에 대하여, 저온에서 평형이 유지되는 경우에도 반응 물질 내 분자들의 해리를 위해 고온에서 가스 합성 공정이 진행될 수 있다. 통상적으로, 이러한 공정에서는 수율의 개선을 위해 촉매가 사용된다. 예컨대, 상업적으로 중요한 물질인 암모니아(NH3)는 현재 매년 1억 6천만 톤의 암모니아가 고온 고압의 공정을 통해 생산되고 있다. 대략 섭씨 550도 및 200 기압의 반응 조건에서 산화철과 소량의 세륨 및 크롬으로 구성된 촉매가 있을 때 질소와 수소가 직접적으로 결합될 수 있다는 것이 발견되면서 대규모 암모니아 합성의 상용화가 시작되었다.Some gases are produced from reactants through reversible exothermic reactions. Particularly, in the reversible exothermic reaction in which the gas is synthesized as such, even when the equilibrium is maintained at a low temperature, the gas synthesis process can proceed at a high temperature to dissociate the molecules in the reaction material. Typically, in such a process, a catalyst is used to improve the yield. For example, ammonia (NH 3 ), a commercially important material, is currently being produced annually by 160 million tons of ammonia at high temperature and high pressure. Commercialization of large-scale ammonia synthesis has begun with the discovery that nitrogen and hydrogen can be directly coupled when catalysts composed of iron oxide and a small amount of cerium and chromium at reaction conditions of about 550 ° C and 200 atmospheres are combined.

기존의 암모니아와 같은 가스의 합성을 위한 반응기들 중에서 축류(axial flow) 반응기는 촉매층을 거치면서 압력이 감소되고 그에 따라 에너지 소모가 수반되는바, 저압 대용량 암모니아 제조시설에 사용하기에는 적합하지 않다. 한편, 방사류(radial flow) 반응기는 여러 촉매층을 사용하는데, 각 층은 양단에서 밀폐되어야 한다. 방사류 반응기 내부의 다양한 구성요소들에 사용되는 물질들의 팽창으로 인한 문제점을 방지하기 위해 큰 부피의 구조물이 필요하고, 촉매층은 그 반응기의 안쪽에 위치되는 하나의 복잡한 금속 구조 내에 배치되는바, 촉매를 넣거나 빼내는 것이 복잡하다.Of the reactors for the synthesis of conventional ammonia-like gases, the axial flow reactor is not suitable for use in low-pressure, high-capacity ammonia production facilities, as pressure is reduced through the catalyst bed and consequently energy consumption is involved. On the other hand, a radial flow reactor uses several catalyst layers, each of which must be sealed at both ends. A large volume of structure is required to prevent problems due to the expansion of materials used in the various components inside the radial flow reactor and the catalyst layer is disposed in a complex metal structure located inside the reactor, It is complicated to insert or withdraw.

이러한 측면을 해결하기 위하여 여러 가지 방안들이 상업적으로 구현되었는데, 대부분의 방안들은 반응기의 설계 및 열 회수 방식에 특징이 있다. 다만, 최근의 저 에너지 공정에 적합하도록 반응기의 구성을 개선하여, 반응기 내 가스의 압력 강하를 최소화하고, 열교환기가 도입되기 쉽게 하며, 반응기에 촉매를 넣거나 반응기에서 빼내는 것이 더 편리하도록 하고, 수율을 증가시킬 필요가 여전히 있다. 아울러, 반응기에서 생성된 합성 가스로부터 암모니아와 같은 가스를 더 적은 비용으로써 효과적으로 분리하고 회수하기 위한 향상된 기법도 요구된다.Several approaches have been implemented commercially to address this aspect, most of which are characterized by reactor design and heat recovery. However, it is desirable to improve the configuration of the reactor so as to be suitable for the recent low-energy process, minimize the pressure drop of the gas in the reactor, facilitate the introduction of the heat exchanger, make the catalyst more convenient to put in or remove from the reactor, There is still a need to increase. In addition, there is also a need for improved techniques for effectively separating and recovering gases such as ammonia from the syngas produced in the reactor at a lower cost.

미국등록특허 제4181701호U.S. Patent No. 4,161,701

개시되는 실시예들은 플라즈마 블라스팅을 이용한 가역 발열 반응을 통해 가스(예컨대, 암모니아)를 합성하는 장치 및 방법을 제공한다.The disclosed embodiments provide an apparatus and method for synthesizing a gas (e.g., ammonia) through a reversible exothermic reaction using plasma blasting.

예시적인 실시예에 따르면, 플라즈마 블라스팅(plasma blasting)을 위해 전기에너지를 인가하도록 구성된 제1 전극 및 제2 전극을 구비한 프로브; 및 가역 발열 반응에서 반응하는 반응 가스(reactant gas)를 수용하고, 또한 블라스팅 매질을 수용하며, 상기 가역 발열 반응을 통해 상기 반응 가스로부터 합성 가스(synthesis gas)가 형성되는 반응기를 포함하고, 상기 프로브는 상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 블라스팅 매질과 접촉하도록 배치되고, 상기 반응기에서는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 상기 전기에너지가 인가됨에 따라 상기 블라스팅 매질로부터 플라즈마 흐름(plasma stream)이 생성되고 상기 플라즈마 흐름의 생성에 따라 상기 반응 가스로부터 상기 합성 가스가 형성되는, 가스 합성 장치가 제공된다.According to an exemplary embodiment, a probe having a first electrode and a second electrode configured to apply electrical energy for plasma blasting; And a reactor for receiving a reactant gas that reacts in a reversible exothermic reaction and further containing a blasting medium and a synthesis gas is formed from the reaction gas through the reversible exothermic reaction, Is arranged such that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the blasting media, and in the reactor, the electrical energy is applied through the first electrode and the second electrode, A plasma stream is generated from the reaction gas and the synthesis gas is formed from the reaction gas as the plasma flow is generated.

상기 반응 가스는 수소 가스 및 질소 가스를 포함할 수 있고, 상기 합성 가스는 암모니아 가스를 포함할 수 있다.The reaction gas may include a hydrogen gas and a nitrogen gas, and the syngas may include ammonia gas.

상기 가스 합성 장치는 상기 합성 가스로부터 암모니아를 분리하기 위한 흡착기를 더 포함할 수 있다.The gas synthesis apparatus may further comprise an adsorber for separating ammonia from the syngas.

상기 반응기는, 상기 반응 가스 및 상기 블라스팅 매질을 수용하고 상기 플라즈마 흐름이 생성되며 상기 합성 가스가 형성되는 챔버; 및 상기 챔버 내의 상기 반응 가스를 압축하기 위한 압력 전달부를 포함할 수 있다.The reactor comprising: a chamber for receiving the reaction gas and the blasting medium, the plasma flow being generated and the syngas formed; And a pressure transmitter for compressing the reaction gas in the chamber.

상기 챔버의 내벽의 적어도 일부는 촉매로 덮일 수 있다.At least a portion of the inner wall of the chamber may be covered with a catalyst.

상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 블라스팅 매질과 접촉하도록 상기 프로브의 적어도 일부가 상기 챔버의 일측을 관통하여 상기 챔버 내에 삽입될 수 있다.At least a portion of the probe may be inserted into the chamber through one side of the chamber such that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the blasting media.

상기 반응 가스는 수소 가스 및 질소 가스를 포함할 수 있고, 상기 합성 가스는 암모니아 가스를 포함할 수 있다.The reaction gas may include a hydrogen gas and a nitrogen gas, and the syngas may include ammonia gas.

상기 블라스팅 매질은 수소 가스 및 질소 가스를 포함할 수 있다.The blasting medium may include hydrogen gas and nitrogen gas.

상기 반응기는, 상기 플라즈마 흐름이 생성되는 제1 챔버; 상기 합성 가스가 형성되는 제2 챔버; 및 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버를 구분하고, 상기 합성 가스의 형성을 위해 상기 플라즈마 흐름의 생성에 따른 압력을 상기 제2 챔버에 전달하여 상기 제2 챔버 내의 상기 반응 가스를 압축하기 위한 압력 전달부를 포함할 수 있다.The reactor comprises: a first chamber in which the plasma flow is generated; A second chamber in which the synthesis gas is formed; And a pressure for compressing the reaction gas in the second chamber by transferring the pressure resulting from the generation of the plasma flow to the second chamber for forming the syngas to separate the first chamber and the second chamber, And may include a transfer portion.

상기 반응기는, 상기 블라스팅 매질이 상기 제1 챔버로 유입되는 블라스팅 매질 유입구; 상기 반응 가스가 상기 제2 챔버로 유입되는 반응 가스 유입구; 및 상기 합성 가스가 상기 제2 챔버로부터 유출되는 합성 가스 유출구를 더 포함할 수 있다.The reactor comprising: a blasting medium inlet through which the blasting medium enters the first chamber; A reaction gas inlet through which the reaction gas flows into the second chamber; And a syngas outlet through which the syngas flows out of the second chamber.

상기 반응 가스는 수소 가스 및 질소 가스를 포함할 수 있고, 상기 합성 가스는 암모니아 가스를 포함할 수 있다.The reaction gas may include a hydrogen gas and a nitrogen gas, and the syngas may include ammonia gas.

상기 블라스팅 매질은 수소 가스 및 질소 가스를 포함할 수 있다.The blasting medium may include hydrogen gas and nitrogen gas.

상기 반응기는 상기 제1 챔버에서 상기 플라즈마 흐름의 생성에 따라 상기 블라스팅 매질로부터 생성된 다른 합성 가스가 상기 제2 챔버에서 사용되도록 상기 제1 챔버로부터 유출되는 배출 가스 유출구를 더 포함할 수 있다.The reactor may further include an exhaust gas outlet through which the other synthesis gas produced from the blasting medium is discharged from the first chamber to be used in the second chamber in response to the generation of the plasma flow in the first chamber.

상기 제2 챔버의 내벽의 적어도 일부는 촉매로 덮일 수 있다.At least a portion of the inner wall of the second chamber may be covered with a catalyst.

상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 블라스팅 매질과 접촉하도록 상기 프로브의 적어도 일부는 상기 제1 챔버의 일측을 관통하여 상기 제1 챔버 내에 삽입될 수 있다.At least a portion of the probe may be inserted into the first chamber through one side of the first chamber such that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode contact the blasting medium.

상기 가스 합성 장치는 복수의 전극들을 구비한 추가적인 프로브를 더 포함할 수 있고, 상기 추가적인 프로브는 상기 복수의 전극들 각각의 적어도 일부가 상기 반응 가스와 접촉하도록 배치될 수 있으며, 상기 제2 챔버에서는 상기 복수의 전극들을 통해 전기에너지가 인가됨에 따라 상기 반응 가스로부터 다른 플라즈마 흐름이 생성될 수 있고 상기 다른 플라즈마 흐름의 생성에 따라 상기 반응 가스가 더 가압되어 상기 합성 가스가 형성될 수 있다.The gas synthesis apparatus may further comprise an additional probe having a plurality of electrodes, wherein the additional probe may be arranged such that at least a portion of each of the plurality of electrodes contacts the reaction gas, and in the second chamber As the electric energy is applied through the plurality of electrodes, another plasma flow may be generated from the reaction gas, and the reaction gas may be further pressurized according to generation of the other plasma flow to form the synthesis gas.

상기 복수의 전극들 각각의 적어도 일부가 상기 반응 가스와 접촉하도록 상기 추가적인 프로브의 적어도 일부가 상기 제2 챔버의 일측을 관통하여 상기 제2 챔버 내에 삽입될 수 있다.At least a portion of the additional probe may be inserted into the second chamber through one side of the second chamber such that at least a portion of each of the plurality of electrodes contacts the reaction gas.

상기 프로브에 전달될 상기 전기에너지를 저장하도록 구성된 전기에너지 저장부를 더 포함할 수 있다.And an electric energy storage configured to store the electric energy to be transferred to the probe.

상기 전기에너지가 상기 전기에너지 저장부에 저장되도록 상기 전기에너지 저장부를 제1 속도로 충전시키는 전원 공급부; 및 활성화되는 경우 상기 전기에너지가 상기 전기에너지 저장부로부터 상기 프로브에 전달되도록 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 상기 전기 에너지 저장부를 방전시키는 스위치를 더 포함할 수 있다.A power supply unit for charging the electric energy storage unit at a first speed so that the electric energy is stored in the electric energy storage unit; And a switch for discharging the electric energy storage unit at a second rate higher than the first rate so that the electric energy is transferred from the electric energy storage unit to the probe when activated.

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 유전체에 의해 이격될 수 있다.The first electrode and the second electrode may be spaced apart by a dielectric.

상기 프로브는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 한 전극의 단부 및 상기 유전체의 단부를 포함하는 프로브 팁을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 다른 한 전극의 단부에 대해 이동시키기 위한 조절부를 더 포함할 수 있다.The probe includes a control unit for moving a probe tip including an end of one of the first electrode and the second electrode and an end of the dielectric with respect to an end of the other one of the first electrode and the second electrode .

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 동축 전극들일 수 있다.The first electrode and the second electrode may be coaxial electrodes.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 반응기에 가역 발열 반응에서 반응하는 가스 혼합물을 주입하는 단계; 상기 가스 혼합물을 압축하는 단계; 플라즈마 블라스팅을 위해 전기에너지를 인가하도록 구성된 제1 전극 및 제2 전극을 구비한 프로브를 상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 가스 혼합물과 접촉하도록 배치하는 단계; 및 상기 반응기에서 상기 전기에너지가 상기 프로브를 통해 인가됨에 따라 상기 가스 혼합물로부터 플라즈마 흐름이 생성되고 상기 플라즈마 흐름의 생성에 따라 상기 가역 발열 반응을 통해 상기 가스 혼합물로부터 합성 가스가 형성되도록, 상기 전기에너지를 상기 프로브에 전달하는 단계를 포함하는, 가스 합성 방법이 제공된다.According to another exemplary embodiment, there is provided a method comprising: injecting into a reactor a gas mixture that reacts in a reversible exothermic reaction; Compressing the gas mixture; Disposing a probe having a first electrode and a second electrode configured to apply electrical energy for plasma blasting so that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the gas mixture; And a plasma generator configured to generate a plasma flow from the gas mixture as the electrical energy is applied through the probe and a syngas from the gas mixture through the reversible exothermic reaction as the plasma stream is generated, To the probe is provided.

상기 전달하는 단계는, 상기 전기에너지가 전기에너지 저장부에 저장되도록 상기 전기에너지 저장부를 제1 속도로 충전하는 단계; 및 상기 전기에너지를 상기 전기에너지 저장부로부터 상기 프로브에 전달하기 위해 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 상기 전기에너지 저장부를 방전시키는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step of delivering comprises: charging the electrical energy storage at a first rate such that the electrical energy is stored in the electrical energy storage; And discharging the electrical energy storage at a second rate that is greater than the first rate to transfer the electrical energy from the electrical energy storage to the probe.

상기 가스 혼합물은 수소 가스 및 질소 가스를 포함할 수 있고, 상기 합성 가스는 암모니아 가스를 포함할 수 있다.The gas mixture may include hydrogen gas and nitrogen gas, and the syngas may include ammonia gas.

상기 가스 합성 방법은, 상기 합성 가스로부터 암모니아를 분리하기 위해 상기 합성 가스를 흡착기에 전달하는 단계; 및 상기 흡착기에서 흡착된 암모니아를 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.The gas synthesis method comprising the steps of: delivering the synthesis gas to an adsorber to separate ammonia from the synthesis gas; And recovering ammonia adsorbed in the adsorber.

상기 배치하는 단계는, 상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 가스 혼합물과 접촉하도록 상기 프로브의 적어도 일부를 상기 반응기의 일측을 관통시켜 상기 반응기 내에 삽입하는 단계; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 한 전극의 단부 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 이격시키는 유전체의 단부를 포함하는 프로브 팁을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 다른 한 전극의 단부에 대해 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.Inserting at least a portion of the probe into the reactor through one side of the reactor such that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the gas mixture; And a probe tip including an end portion of one of the first electrode and the second electrode and an end portion of the dielectric separating the first electrode and the second electrode from each other among the first electrode and the second electrode, With respect to the end portion of the end effector.

또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 블라스팅 매질을 제1 챔버 내로 주입하는 단계; 가역 발열 반응에서 반응하는 반응 가스를 제2 챔버 내로 주입하는 단계; 플라즈마 블라스팅을 위해 전기에너지를 인가하도록 구성된 제1 전극 및 제2 전극을 구비한 프로브를 상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 블라스팅 매질과 접촉하도록 배치하는 단계; 및 상기 제1 챔버에서 상기 전기에너지가 상기 프로브를 통해 인가됨에 따라 상기 블라스팅 매질로부터 플라즈마 흐름이 생성되고 상기 플라즈마 흐름의 생성에 따라 상기 제2 챔버에 압력이 전달되어 상기 반응 가스가 압축되며 상기 반응 가스의 압축에 따라 상기 가역 발열 반응을 통해 상기 반응 가스로부터 합성 가스가 형성되도록, 상기 전기에너지를 상기 프로브에 전달하는 단계를 포함하는, 가스 합성 방법이 제공된다.According to another exemplary embodiment, there is provided a method comprising: injecting a blasting medium into a first chamber; Injecting a reaction gas to be reacted in the reversible exothermic reaction into the second chamber; Disposing a probe having a first electrode and a second electrode configured to apply electrical energy for plasma blasting so that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the blasting medium; And a plasma generator for generating a plasma flow from the blasting medium as the electrical energy is applied through the probe in the first chamber and the pressure is transferred to the second chamber as the plasma flow is generated to compress the reaction gas, And transferring the electric energy to the probe so that a synthesis gas is formed from the reaction gas through the reversible exothermic reaction in accordance with the compression of the gas.

상기 전달하는 단계는, 상기 전기에너지가 전기에너지 저장부에 저장되도록 상기 전기에너지 저장부를 제1 속도로 충전하는 단계; 및 상기 전기에너지를 상기 전기에너지 저장부로부터 상기 프로브에 전달하기 위해 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 상기 전기에너지 저장부를 방전시키는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step of delivering comprises: charging the electrical energy storage at a first rate such that the electrical energy is stored in the electrical energy storage; And discharging the electrical energy storage at a second rate that is greater than the first rate to transfer the electrical energy from the electrical energy storage to the probe.

상기 반응 가스는 수소 가스 및 질소 가스를 포함할 수 있고, 상기 합성 가스는 암모니아 가스를 포함할 수 있다.The reaction gas may include a hydrogen gas and a nitrogen gas, and the syngas may include ammonia gas.

상기 블라스팅 매질은 수소 가스 및 질소 가스를 포함할 수 있다.The blasting medium may include hydrogen gas and nitrogen gas.

상기 가스 합성 방법은, 상기 합성 가스로부터 암모니아를 분리하기 위해 상기 합성 가스를 흡착기에 전달하는 단계; 및 상기 흡착기에서 흡착된 암모니아를 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.The gas synthesis method comprising the steps of: delivering the synthesis gas to an adsorber to separate ammonia from the synthesis gas; And recovering ammonia adsorbed in the adsorber.

상기 배치하는 단계는, 상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 블라스팅 매질과 접촉하도록 상기 프로브의 적어도 일부를 상기 제1 챔버의 일측을 관통시켜 상기 제1 챔버 내에 삽입하는 단계; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 한 전극의 단부 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 이격시키는 유전체의 단부를 포함하는 프로브 팁을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 다른 한 전극의 단부에 대해 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the disposing step comprises inserting at least a portion of the probe into one of the first chamber through one side of the first chamber such that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the blasting medium step; And a probe tip including an end portion of one of the first electrode and the second electrode and an end portion of the dielectric separating the first electrode and the second electrode from each other among the first electrode and the second electrode, With respect to the end portion of the end effector.

상기 가스 합성 방법은, 복수의 전극들을 구비한 추가적인 프로브를 상기 복수의 전극들 각각의 적어도 일부가 상기 반응 가스와 접촉하도록 배치하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 챔버에서는 상기 복수의 전극들을 통해 전기에너지가 인가됨에 따라 상기 반응 가스로부터 다른 플라즈마 흐름이 생성될 수 있고 상기 다른 플라즈마 흐름의 생성에 따라 상기 반응 가스가 더 가압되어 상기 합성 가스가 형성될 수 있다.The gas synthesis method may further include arranging an additional probe having a plurality of electrodes so that at least a part of each of the plurality of electrodes is in contact with the reaction gas, and in the second chamber, A different plasma flow may be generated from the reaction gas as electric energy is applied thereto, and the reaction gas may be further pressurized as the other plasma flow is generated to form the synthesis gas.

개시되는 실시예들에 따르면, 가역 발열 반응을 통한 가스(예컨대, 암모니아)의 합성을 위해 플라즈마 블라스팅 기법을 채택함으로써 기존의 고압 및 고온의 반응기에 비해 매우 낮은 에너지(에컨대, 수백 킬로와트 이상의 전력이 수십 마이크로 초 이하 동안 인가됨)를 사용할 수 있다.According to the disclosed embodiments, by employing the plasma blasting technique for the synthesis of a gas (for example, ammonia) through a reversible exothermic reaction, a very low energy (for example, several hundred kilowatt or more Lt; RTI ID = 0.0 > microseconds < / RTI >

개시되는 실시예들에 따르면, 가스의 합성을 위한 플라즈마 화학 반응이 일어나는 반응기는 단순한 구조를 가질 수 있고, 적은 양의 촉매를 필요로 할 수 있으며, 유지 및 보수를 위해 쉽게 접근할 수 있는바, 기존의 대규모의 반응기들에 비해 더욱 경제적이다.According to the disclosed embodiments, the reactor in which the plasma chemistry for the synthesis of the gas takes place can have a simple structure, can require a small amount of catalyst, is easily accessible for maintenance and repair, It is more economical than conventional large scale reactors.

개시되는 실시예들에 따르면, 종래의 가스 합성 공정에서 요구되는 압력보다 큰 압력을 생성하고 저온을 유지함으로써, 합성 가스의 수율을 증가시킬 수 있다.According to the disclosed embodiments, the yield of syngas can be increased by creating a pressure greater than the pressure required in a conventional gas synthesis process and maintaining a low temperature.

개시되는 실시예들에 따르면, 반응기로부터 추출된 흐름으로부터 암모니아와 같은 생성 물질을 분리하기 위한 저비용 및 고효율의 공정이 제공될 수 있다.According to the disclosed embodiments, a process of low cost and high efficiency for separating the product material such as ammonia from the flow extracted from the reactor can be provided.

도 1은 예시적인 실시예에 따라 암모니아를 합성하는 장치를 도시한 도면,
도 2는 예시적인 실시예에 따른 프로브를 도식적으로 나타낸 도면,
도 3은 예시적인 실시예에 따른 프로브의 단면을 도시한 도면,
도 4는 예시적인 실시예에 따라 프로브가 삽입된 반응기를 도시한 도면,
도 5는 예시적인 실시예에 따라 프로브가 삽입된 반응기를 도시한 도면,
도 6은 예시적인 실시예에 따라 프로브가 삽입된 반응기를 도시한 도면,
도 7은 예시적인 실시예에 따른 암모니아 합성 과정을 도시한 도면,
도 8은 예시적인 실시예에 따른 암모니아 합성 과정을 도시한 도면.
1 shows an apparatus for synthesizing ammonia according to an exemplary embodiment,
2 is a diagrammatic view of a probe according to an exemplary embodiment,
3 is a cross-sectional view of a probe according to an exemplary embodiment,
Figure 4 illustrates a reactor in which a probe is inserted according to an exemplary embodiment;
Figure 5 illustrates a reactor in which a probe is inserted according to an exemplary embodiment;
Figure 6 shows a reactor in which a probe is inserted according to an exemplary embodiment;
FIG. 7 is a view illustrating a process of synthesizing ammonia according to an exemplary embodiment;
8 is a view showing a process of synthesizing ammonia according to an exemplary embodiment;

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following detailed description is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, apparatus, and / or systems described herein. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are intended only to describe embodiments of the invention and should in no way be limiting. Unless specifically stated otherwise, the singular forms of the expressions include plural forms of meanings. In this description, the expressions "comprising" or "comprising" are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, Should not be construed to preclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, operations, elements, portions or combinations thereof.

예를 들어, 질소 및 수소로부터 암모니아를 합성하는 것은 가역 발열 반응으로서, 다음과 같이 기술될 수 있다.For example, the synthesis of ammonia from nitrogen and hydrogen is a reversible exothermic reaction, which can be described as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

위 화학 반응의 평형 상수는 다음과 같다.The equilibrium constant of the above chemical reaction is as follows.

Figure pat00002
Figure pat00002

이러한 화학 반응은 저온 및 고압에서 평형 반응이다. 그런데, 통상적인 주변온도(ambient temperature)에서는 암모니아 합성을 위한 반응이 진행되지 않는다. 온도를 낮춤으로써 역반응이 제한될 수는 있으나, 질소 및 수소 분자들이 해리되기 위해서는 상당히 높은 온도(예컨대, 섭씨 250 내지 400도)가 요구된다. 이와 같이 암모니아 합성을 위한 반응이 제대로 일어나도록 온도를 증가시킬 때 낮아질 암모니아의 수율을 개선하기 위해 촉매가 사용된다.These chemical reactions are equilibrium reactions at low temperature and high pressure. However, the reaction for ammonia synthesis does not proceed at a typical ambient temperature. Lowering the temperature may limit the reverse reaction, but requires significantly higher temperatures (e.g., 250 to 400 degrees Celsius) to dissociate the nitrogen and hydrogen molecules. In this way, a catalyst is used to improve the yield of ammonia to be lowered when the temperature is increased so that the reaction for the synthesis of ammonia takes place properly.

개시되는 실시예들은 가역 발열 반응을 통한 합성 가스의 형성을 위해 플라즈마 블라스팅을 수반한다. 예를 들어, 암모니아 합성을 위한 화학 반응을 개시하기 위해 플라즈마 블라스팅 기법이 이용될 수 있다. 플라즈마 블라스팅을 위해 전기에너지가 인가된 프로브 주변에 플라즈마 흐름이 형성되면, 위 화학 반응의 반응 가스에 포함된 질소 분자와 수소 분자를 해리시킬 수 있다. 또한, 프로브를 통해 전달되는 전기적 펄스를 이용하여 압력파를 야기함으로써 암모니아 합성을 위한 반응의 속도를 급격히 증가시킬 수 있다. 압력파가 전파됨에 따라 플라즈마 흐름의 온도는 내려가며, 반응 가스가 적은 양의 촉매와 접촉하여도 암모니아의 수율이 더 높을 수 있다. 이하에서 다양한 실시예들이 수소와 질소를 포함하는 반응 물질로부터 암모니아를 합성하기 위한 장치 및 방법에 관점에서 서술되나, 다른 가역 발열 반응(에컨대, 저온에서 화학 평형이 유지되는 가역 발열 반응)을 통해 다른 생성 물질을 형성하기 위한 장치 및 방법에 대해서도 동일/유사한 접근법이 적용될 수 있다.The disclosed embodiments involve plasma blasting for the formation of syngas through a reversible exothermic reaction. For example, a plasma blasting technique may be used to initiate a chemical reaction for the synthesis of ammonia. When a plasma flow is formed around a probe to which electric energy is applied for plasma blasting, nitrogen molecules and hydrogen molecules contained in the reaction gas of the above chemical reaction can be dissociated. In addition, the rate of reaction for ammonia synthesis can be dramatically increased by causing pressure waves using electrical pulses transmitted through the probe. As the pressure wave propagates, the temperature of the plasma stream decreases and the yield of ammonia can be higher even if the reaction gas comes in contact with a small amount of catalyst. Various embodiments are described below in terms of an apparatus and method for synthesizing ammonia from a reactant comprising hydrogen and nitrogen, but other reversible exothermic reactions (e. G., Reversible exothermic reactions where chemical equilibrium is maintained at low temperatures) The same / similar approach may also be applied to apparatus and methods for forming other product materials.

도 1은 예시적인 실시예에 따라 암모니아를 합성하는 장치를 도시한다.1 shows an apparatus for synthesizing ammonia in accordance with an exemplary embodiment.

예시적인 암모니아 합성 장치(100)는 플라즈마 블라스팅 장치(110), 반응기(120), 흡착기(130), 열 회수부(140) 및 블로워(150)를 포함한다.Exemplary ammonia synthesis apparatus 100 includes a plasma blasting apparatus 110, a reactor 120, an adsorber 130, a heat recovery unit 140 and a blower 150.

플라즈마 블라스팅 장치(110)는 전기에너지를 반응기(120)에 전달하여 반응기(120) 내에서 플라즈마 블라스팅이 일어나도록 하는 데 사용된다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 블라스팅 장치(110)는 전원 공급부(111), 전기에너지 저장부(112), 전압 보호부(113), 스위치(114), 인덕터(115) 및 프로브(116)를 포함한다. 전원 공급부(111)는 전기에너지 저장부(112) 및 전압 보호부(113)와 전기적으로 연결될 수 있다. 전기에너지 저장부(112) 및 전압 보호부(113)는 스위치(114)와 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(114)는 (예를 들어 인덕터(115)를 통해) 프로브(116)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 전기적 연결들을 위해 전송 케이블이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 전송 케이블은 동축 케이블을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전송 케이블은 (예를 들어 펄스 형태의) 전력을 전송하도록 구성된 임의의 케이블을 포함할 수 있다.The plasma blasting device 110 is used to transfer electrical energy to the reactor 120 to cause plasma blasting in the reactor 120. 1, the plasma blasting apparatus 110 includes a power supply unit 111, an electric energy storage unit 112, a voltage protection unit 113, a switch 114, an inductor 115, and a probe (not shown) 116). The power supply unit 111 may be electrically connected to the electric energy storage unit 112 and the voltage protection unit 113. The electric energy storage unit 112 and the voltage protection unit 113 may be electrically connected to the switch 114. The switch 114 may be electrically connected to the probe 116 (e.g., via the inductor 115). A transmission cable may be used for such electrical connections. In some embodiments, the transmission cable may comprise a coaxial cable. Alternatively, the transmission cable may comprise any cable configured to transmit power (e.g., in the form of pulses).

전원 공급부(111)는 전기에너지 저장부(112)에 전력을 공급하도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 전기에너지 저장부(112)는 전원 공급부(111)로부터 제공되는 전압에 따라 전기에너지를 저장하는 하나 이상의 캐패시터 또는 다른 적절한 전기에너지 저장 수단을 포함할 수 있다. 전압 보호부(113)는 플라즈마 블라스팅 장치(110)를 손상시키는 전압역전(voltage reversal)을 방지하기 위한 회로를 포함한다.The power supply unit 111 is configured to supply power to the electric energy storage unit 112. In some embodiments, the electrical energy storage 112 may comprise one or more capacitors or other suitable electrical energy storage means for storing electrical energy in accordance with the voltage provided from the power supply 111. [ The voltage protection unit 113 includes a circuit for preventing a voltage reversal that damages the plasma blasting apparatus 110. [

스위치(114)는 전기에너지 저장부(112)로부터 특정 전압 및/또는 전류를 수신한다. 스위치(114)는 수신된 전압 및/또는 전류가 전기에너지 저장부(112)로부터 프로브(116)에 선택적으로 전달되도록 한다. 예컨대, 스위치(114)가 활성화되는 경우, 스위치(114)는 전기에너지 저장부(112)를 그 충전보다 훨씬 더 빠른 속도로(가령, 수십 마이크로 초 동안) 방전시켜 특정 전압/전류의 펄스(예컨대, 수백 킬로와트 이상의 전력에 상당하는 펄스)가 프로브(116)에 전달되도록 할 수 있다. 이와 같이, 스위치(114)의 활성화는 전기에너지가 전기에너지 저장부(112)로부터 프로브(116)에 전달되게 할 수 있다.The switch 114 receives a specific voltage and / or current from the electrical energy storage 112. The switch 114 allows the received voltage and / or current to be selectively transferred from the electrical energy storage 112 to the probe 116. For example, when the switch 114 is activated, the switch 114 discharges the electrical energy storage 112 at a much faster rate than the charge (e.g., for a few tens of microseconds) , A pulse corresponding to a power of several hundred kilowatts or more) can be transmitted to the probe 116. [ As such, activation of the switch 114 may cause electrical energy to be transferred from the electrical energy storage 112 to the probe 116.

반응기(120)는 반응 가스를 내부에 수용할 수 있는데, 반응 가스는 암모니아를 합성하는 데 필요한 수소 가스(H2) 및 질소 가스(N2)를 포함한다. 또한, 반응기(120)는 블라스팅 매질(blasting medium)을 내부에 수용할 수 있다. 블라스팅 매질은 프로브(116)에서 인가되는 전기 에너지에 반응하여 적어도 그 일부가 플라즈마화될 수 있다. 예컨대, 블라스팅 매질은 기화된 또는 액화된 수소 및 질소를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 블라스팅 매질과 반응 가스는 반응기(120)의 동일한 유입구를 통해 반응기(120)에 공급될 수 있다. 다른 몇몇 실시예들에서, 블라스팅 매질과 반응 가스는 반응기(120)의 서로 다른 유입구를 통해 반응기(120)에 공급될 수 있다.The reactor 120 can accommodate a reaction gas therein, which includes hydrogen gas (H 2 ) and nitrogen gas (N 2 ) required to synthesize ammonia. Also, the reactor 120 may contain a blasting medium therein. The blasting medium may be at least partially plasmaized in response to the electrical energy applied at the probe 116. For example, the blasting medium may comprise vaporized or liquefied hydrogen and nitrogen. In some embodiments, the blasting medium and the reactant gas may be supplied to the reactor 120 through the same inlet of the reactor 120. In some other embodiments, the blasting medium and the reactant gas may be supplied to the reactor 120 through different inlets of the reactor 120.

몇몇 실시예들에 따르면, 반응기(120)는 하나의 챔버(chamber)를 포함할 수 있다. 또한, 그 챔버에는 반응 가스와 블라스팅 매질이 유입될 수 있다. 반응 가스와 블라스팅 매질은 모두 수소 가스 및 질소 가스를 포함할 수 있다. 예컨대, 수소 가스 및 질소 가스를 포함하는 가스 혼합물이 그 챔버에 유입되어 블라스팅 매질로서, 또한 반응 가스로서 사용될 수 있다. 다른 몇몇 실시예들에 따르면, 반응기(120)는 복수의 챔버를 포함하고, 반응 가스와 블라스팅 매질이 각각 서로 다른 챔버에 유입될 수 있다. 예컨대, 반응기(120)의 제1 챔버에는 기화된 수소 및 질소를 포함하는 가스 혼합물이 블라스팅 매질로서 유입되고, 반응기(120)의 제2 챔버에는 수소 가스 및 질소 가스를 포함하는 가스 혼합물이 반응 가스로서 유입될 수 있다.According to some embodiments, the reactor 120 may include a single chamber. In addition, reaction gas and blasting medium may be introduced into the chamber. The reaction gas and the blasting medium may both contain hydrogen gas and nitrogen gas. For example, a gas mixture containing hydrogen gas and nitrogen gas may be introduced into the chamber and used as a blasting medium and also as a reaction gas. According to some other embodiments, the reactor 120 includes a plurality of chambers, and the reaction gas and the blasting medium may each be introduced into different chambers. For example, in the first chamber of the reactor 120, a gas mixture containing vaporized hydrogen and nitrogen is introduced as a blasting medium, and a gas mixture comprising hydrogen gas and nitrogen gas is introduced into the second chamber of the reactor 120, Lt; / RTI >

프로브(116)의 적어도 일부분은 반응기(120) 내의 블라스팅 매질과 접촉하도록 프로브(116)가 반응기(120)에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 프로브(116)는 플라즈마 블라스팅을 위해 전기에너지를 인가하도록 구성된 적어도 두 개의 전극들을 포함할 수 있고, 프로브(116)가 반응기(120)에 삽입될 수 있다. 이와 같은 삽입을 통해 프로브(116)의 각 전극의 적어도 일부(예컨대, 단부)가 반응기(120) 내의 블라스팅 매질에 잠기는 것과 같이 블라스팅 매질과 접촉하도록 프로브(116)가 배치된 실시예들에서, 프로브(116)의 전극들을 통해 전기에너지가 반응기(120) 내의 블라스팅 매질에 인가됨에 따라 블라스팅 매질로부터 플라즈마 흐름(plasma stream)이 생성될 수 있고, 이러한 플라즈마 흐름의 생성에 따라 반응기(120) 내의 반응 가스로부터 암모니아 가스(NH3)를 포함하는 합성 가스가 형성될 수 있다. 구체적으로, 프로브(116)를 통해 전기에너지가 상당히 빠른 속도로 블라스팅 매질에 가해짐에 따라 플라즈마가 생성될 수 있다. 반응기(120) 내에서 일어나는 이러한 플라즈마화는 블라스팅 매질의 온도를 (예컨대, 약 섭씨 3000 내지 4000도까지) 증가시키고, 발생된 열은 블라스팅 매질의 다른 일부와 반응하여 반응기(120) 내 반응 가스의 압력을 급격히 증가시킨다. 이러한 압력 증가로 인해 반응기(120) 내에서 고압의 충격파(예컨대, 전방위로 퍼지는 구형의 충격파)가 생성된다. 프로브(140)의 전극들을 통해 전기에너지가 반응기(120) 내의 블라스팅 매질에 인가되는 경우 플라즈마 블라스팅으로 인해 발생하는 충격파는 반응 가스로부터 플라즈마 화학 반응이 개시되도록 한다. 예를 들어, 충격파의 파면이 나타내는 압력은 암모니아 가스를 포함하는 합성 가스를 형성하는 데 충분한 2.5x109 Pa에 이를 수 있고, 이는 기존의 암모니아 합성에서 사용되는 압력보다 높다. 충격파가 반응기(120) 내에서 발산되면서 온도 및 압력은 감소되되 암모니아가 반응 가스로부터 합성될 수 있다. 반응기(120)의 내벽의 적어도 일부는 촉매로 덮여 있고, 반응기(120) 내의 반응 가스가 이 촉매와 반응하여 암모니아 합성이 촉진될 수 있다. 이러한 메커니즘은 플라즈마 블라스팅 기법을 채용함으로써 비교적 단순한 구조의 반응기(120)에서 종래의 암모니아 합성 공정에서 요구되는 압력보다 큰 압력을 생성하고, 반응기(120)의 내벽의 촉매와 반응하는 반응 가스의 온도를 충분히 낮추며, 암모니아 합성을 위해 사용되는 촉매의 양을 줄일 수 있다. 특히, 플라즈마 블라스팅을 위해 가령 수백 킬로와트 이상의 전력을 수십 마이크로 초 이하 동안 인가함으로써, 기존의 암모니아 합성 기술에 비해 1% 미만의 에너지를 사용할 수 있다. 나아가, 더욱 효과적이고 경제적으로 암모니아의 수율이 증가될 수 있다.At least a portion of the probe 116 may be inserted into the reactor 120 such that the probe 116 is in contact with the blasting medium within the reactor 120. For example, the probe 116 may include at least two electrodes configured to apply electrical energy for plasma blasting, and the probe 116 may be inserted into the reactor 120. In embodiments in which the probes 116 are disposed in contact with the blasting medium such that at least a portion (e.g., an end) of each electrode of the probe 116 is immersed in the blasting media within the reactor 120 through such insertion, A plasma stream can be generated from the blasting medium as electric energy is applied to the blasting medium in the reactor 120 through the electrodes of the reactor 116 and the reaction gas in the reactor 120 A synthesis gas containing ammonia gas (NH 3 ) can be formed. In particular, plasma can be generated as the electrical energy is applied to the blasting medium at a significantly faster rate through the probe 116. [ This plasmaization occurring in the reactor 120 increases the temperature of the blasting medium (e.g., to about 3000 to 4000 degrees Celsius), and the generated heat reacts with another portion of the blasting medium to form a reaction gas The pressure is increased rapidly. This increase in pressure results in a high-pressure shock wave (for example, spherical shock waves spreading in all directions) in the reactor 120. When electrical energy is applied to the blasting medium in the reactor 120 through the electrodes of the probe 140, the shock waves generated by the plasma blasting cause the plasma chemical reaction to be initiated from the reactive gas. For example, the pressure indicated by the wavefront of the shock wave can reach 2.5 x 10 9 Pa, which is sufficient to form a syngas containing ammonia gas, which is higher than the pressure used in conventional ammonia synthesis. As the shock wave diverges in the reactor 120, the temperature and pressure are reduced while ammonia can be synthesized from the reaction gas. At least a portion of the inner wall of the reactor 120 is covered with a catalyst, and the reaction gas in the reactor 120 reacts with the catalyst to promote ammonia synthesis. Such a mechanism employs a plasma blasting technique to generate a pressure greater than that required in a conventional ammonia synthesis process in a reactor 120 having a relatively simple structure and to increase the temperature of the reaction gas that reacts with the catalyst on the inner wall of the reactor 120 Sufficiently low, and the amount of catalyst used for ammonia synthesis to be reduced. In particular, less than 1% energy can be used for plasma blasting compared to conventional ammonia synthesis techniques, for example by applying a power of several hundred kilowatts or more for tens of microseconds or less. Furthermore, the yield of ammonia can be increased more effectively and economically.

반응기(120)에서 형성된 합성 가스는 반응기(120)로부터 유출되어 버퍼 탱크(buffer tank)와 같은 열 회수부(140)에서 냉각될 수 있다. 이어서, 열 회수부(140)에서 충분히 온도가 낮아진 합성 가스는 열 회수부(140)로부터 흡착기(130)로 유입될 수 있다.The syngas formed in the reactor 120 may be discharged from the reactor 120 and cooled in a heat recovery unit 140 such as a buffer tank. The synthesis gas having a sufficiently low temperature in the heat recovery unit 140 may be introduced into the adsorber 130 from the heat recovery unit 140.

흡착기(130)에서 암모니아가 합성 가스로부터 분리된다. 흡착기(130)에서 흡착된 암모니아는 탈착 과정을 통해 암모니아 수집부(미도시)로 회수될 수 있다. 예컨대, 흡착기(130)에서 압력을 낮춤으로써 암모니아가 암모니아 수집부로 들어갈 수 있다. 흡착기(130)에서 암모니아가 흡착된 후 흡착기(130) 내에 남아 있는 가스는 질소 가스와 수소 가스를 포함할 수 있는바, 이 잔여 가스 중 적어도 일부는 블로워(blower)(150)를 거쳐 반응기(120)로 다시 주입될 수 있다.At adsorber 130, ammonia is separated from syngas. Ammonia adsorbed by the adsorber 130 may be recovered through an adsorption process to an ammonia collecting unit (not shown). For example, by reducing the pressure in the adsorber 130, ammonia can enter the ammonia collection section. The remaining gas in the adsorber 130 after adsorption of ammonia in the adsorber 130 may include nitrogen gas and hydrogen gas and at least a portion of the residual gas is passed through the reactor 120 ). ≪ / RTI >

합성 가스로부터 암모니아를 분리하기 위한 흡착기(130)에는 암모니아 수율을 개선하기 위한 기법이 적용될 수 있다. 예컨대, 훨씬 적은 비용으로 암모니아 회수를 가능하게 하는 압력 변동 흡착(pressure swing adsorption) 기법에 따르면, 흡착기(130)는 흡착기(130)로 들어간 가스 흐름으로부터 암모니아를 흡수하는 데 효과적인 흡착제의 층을 포함한다. 흡착제는 활성화된 탄소, 실리카겔, 알루미나 및/또는 제올라이트를 포함할 수 있다. 특히, 압력 변동 흡착 기법을 위해서 표면적이 넓은 다공성의 물질이 흡착제로 선택될 수 있다. 흡착기(130)에서 그러한 흡착층을 거친 가스 흐름은 기껏해야 미량의 잔여 암모니아를 포함할 뿐이다. 흡착기(130)로부터 배출된 가스 흐름은 질소 가스와 수소 가스를 포함할 수 있는데, 이와 같이 배출된 가스는 흡착기(130)와 기타 파이프와 같은 설비들 내에서의 압력 변화를 보상하기 위해 블로워(150)로 들어간다. 한편, 그러한 배출 가스는 반응기(120)에 다시 유입되기에 적합한 온도로 블로워(150)에서 냉각될 수 있다.A technique for improving the ammonia yield may be applied to the adsorber 130 for separating ammonia from syngas. For example, according to a pressure swing adsorption technique that allows for ammonia recovery at a much lower cost, the adsorber 130 includes a layer of adsorbent that is effective to absorb ammonia from the gas stream entering the adsorber 130 . The adsorbent may comprise activated carbon, silica gel, alumina and / or zeolite. Particularly, for the pressure swing adsorption technique, a porous substance having a wide surface area can be selected as the adsorbent. The gas flow through adsorbent layer in adsorber 130 contains at most only trace amounts of residual ammonia. The gas stream exiting adsorber 130 may include nitrogen gas and hydrogen gas so that the exhausted gas may be supplied to blower 150 to compensate for pressure variations within the apparatuses such as adsorber 130 and other pipes. ). On the other hand, such off-gas may be cooled in the blower 150 to a temperature suitable for re-entering the reactor 120.

도 2는 예시적인 실시예에 따른 프로브를 도시한다.Figure 2 shows a probe according to an exemplary embodiment.

예시적인 프로브(200)는 조절부(210), 제1 전극(220), 제2 전극(230) 및 유전체(240)를 포함한다. 프로브(200)에는 전송 케이블(270)을 통해 전기에너지가 전달될 수 있다. 도 1에 도시된 프로브(116)는 도 2의 프로브(200)를 포함할 수 있다. 프로브(200)는 전송 케이블(270)을 통해 플라즈마 블라스팅 장치(100)의 나머지 구성요소들(예컨대, 전원 공급부(111), 전기에너지 저장부(112) 및 스위치(114))과 전기적으로 연결될 수 있다.The exemplary probe 200 includes an adjuster 210, a first electrode 220, a second electrode 230, and a dielectric 240. Electric energy can be transmitted to the probe 200 through the transmission cable 270. The probe 116 shown in FIG. 1 may include the probe 200 of FIG. The probe 200 may be electrically connected to the remaining components of the plasma blasting apparatus 100 via the transmission cable 270 (e.g., power supply 111, electrical energy storage 112 and switch 114) have.

제1 전극(220) 및 제2 전극(230)은 플라즈마 블라스팅을 위해 전기에너지를 인가하기 위한 상이한 전극들이다. 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)은 유전체(240)에 의해 이격될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 전극(220)은 고전압 전극이고 제2 전극(230)은 접지 전극이다. 몇몇 다른 실시예들에서, 제1 전극(220)은 접지 전극이고 제2 전극(230)은 고전압 전극이다. 프로브(220)는 하나의 고전압 전극 및 하나의 접지 전극을 구비하는 것에 제한되지 않으며, 실시예에 따라서는 복수의 고전압 전극 및/또는 복수의 접지 전극이 프로브(220)에 구비될 수 있다.The first electrode 220 and the second electrode 230 are different electrodes for applying electrical energy for plasma blasting. The first electrode 220 and the second electrode 230 may be spaced apart by the dielectric 240. In some embodiments, the first electrode 220 is a high voltage electrode and the second electrode 230 is a ground electrode. In some other embodiments, the first electrode 220 is a ground electrode and the second electrode 230 is a high voltage electrode. The probe 220 is not limited to having one high voltage electrode and one ground electrode, and in some embodiments, a plurality of high voltage electrodes and / or a plurality of ground electrodes may be provided in the probe 220.

도 3에 도시된 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)은 동일한 중심축을 가지는 동축 전극들일 수 있다. 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)을 이격시키는 유전체(240) 역시 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)과 동일한 중심축을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(220) 및 제2 전극(230) 중 한 전극과 유전체(240)가 제1 전극(220) 및 제2 전극(230) 중 다른 한 전극을 둘러싸고, 유전체(240)가 제1 전극(220)과 제2 전극(230) 사이에 배치될 수 있다. 다만, 앞서 예시한 고전압 전극(220), 유전체(240) 및 접지 전극(230)의 배치는 어디까지나 예시적이며, 다른 다양한 배치가 본 명세서의 개시사항으로부터 배제되는 것은 아니다.3, the first electrode 220 and the second electrode 230 may be coaxial electrodes having the same center axis. The dielectric 240 separating the first electrode 220 and the second electrode 230 may also have the same center axis as the first electrode 220 and the second electrode 230. For example, one of the first electrode 220 and the second electrode 230 and the dielectric 240 surround the other of the first electrode 220 and the second electrode 230, and the dielectric 240, May be disposed between the first electrode (220) and the second electrode (230). However, the arrangements of the high voltage electrode 220, the dielectric 240, and the ground electrode 230 shown above are exemplary only, and various other arrangements are not excluded from the disclosure of the present specification.

조절부(210)는 프로브 팁(250)을 이동시키도록 구성된다. 프로브 팁(250)은 프로브(200)의 말단 부분으로서 제1 전극(220)의 단부 및 유전체(240)의 단부를 포함한다. 특히, 조절부(210)는 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)의 중심축을 따라 제2 전극(230)의 단부에 대해 프로브 팁(250)을 이동시킬 수 있다. 예컨대, 조절부(210)는 프로브 팁(250)이 제2 전극(230)의 단부로부터 연장되거나 제2 전극(230)의 단부를 향해 후퇴하도록 프로브 팁(250)을 이동시킬 수 있다. 이로써, 제1 전극(220)의 단부와 제2 전극(230)의 단부 간의 거리, 즉 전극간 갭(260)이 조절될 수 있다.The adjuster 210 is configured to move the probe tip 250. The probe tip 250 includes an end portion of the first electrode 220 and an end portion of the dielectric 240 as a distal end portion of the probe 200. In particular, the adjuster 210 may move the probe tip 250 about the end of the second electrode 230 along the center axis of the first electrode 220 and the second electrode 230. For example, the adjuster 210 may move the probe tip 250 such that the probe tip 250 extends from the end of the second electrode 230 or retracts toward the end of the second electrode 230. Thus, the distance between the end of the first electrode 220 and the end of the second electrode 230, that is, the inter-electrode gap 260 can be adjusted.

이러한 조절을 통해 조절부(210)는 프로브(200)와 접촉하는 블라스팅 매질 내에서 프로브(200)가 가지는 저항을 조절할 수 있다. 결국, 조절부(210)는 프로브(200)에서 블라스팅 매질에 전달되는 전력을 원하는 대로 조절할 수 있다. 예컨대, 제1 전극(220)의 단부 및 제2 전극(230)의 단부가 블라스팅 매질과 접촉하는 경우 블라스팅 매질은 프로브(200)로부터의 전기에너지 전달에 반응할 수 있고, 이에 따라 프로브 팁(250) 주위의 작은 체적 내에 높은 에너지가 주어질 수 있다.With this adjustment, the adjustment unit 210 can adjust the resistance of the probe 200 in the blasting medium in contact with the probe 200. As a result, the regulator 210 can adjust the power delivered to the blasting medium from the probe 200 as desired. For example, when the end of the first electrode 220 and the end of the second electrode 230 are in contact with the blasting medium, the blasting medium may be responsive to the transfer of electrical energy from the probe 200, ) Can be given a high energy within a small volume around it.

이하에서 암모니아 합성 장치의 예시적인 구현들에 대하여 도 4 내지 도 6을 참조하여 기술한다.Exemplary implementations of the ammonia synthesis apparatus are described below with reference to Figures 4-6.

도 4는 예시적인 실시예에 따라 프로브가 삽입된 반응기를 도시한다.Figure 4 shows a reactor in which a probe is inserted according to an exemplary embodiment.

예시적인 반응기(400)는 챔버(410), 피스톤과 같은 압력 전달부(420), 유입구(430) 및 유출구(440)를 포함한다. 도 1의 반응기(120)는 도 4의 반응기(400)를 포함할 수 있다.Exemplary reactor 400 includes a chamber 410, a pressure transmitter 420 such as a piston, an inlet 430 and an outlet 440. The reactor 120 of FIG. 1 may include the reactor 400 of FIG.

챔버(410)는 반응 가스 및 블라스팅 매질을 수용할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버(410)의 내벽의 적어도 일부분은 촉매(450)로 덮여 있고, 압력 전달부(420)를 로킹(locking)시키기 위한 한 쌍의 래치(460)가 챔버(410)의 내벽에 설치된다. 또한, 프로브(200)의 적어도 일부가 챔버(410)의 일측을 관통하여 챔버(410) 내에 삽입될 수 있다. 도 4는 프로브(200)가 수평으로 반응기(400)에 장착되었음을 도시하나, 목적에 따라서는 프로브(200)가 수직으로 또는 다른 임의의 각도로 반응기(400)에 장착될 수 있다.The chamber 410 may receive the reaction gas and the blasting medium. 4, at least a portion of the inner wall of the chamber 410 is covered with a catalyst 450 and a pair of latches 460 for locking the pressure transmitting portion 420 are provided in the chamber 410 As shown in Fig. Also, at least a portion of the probe 200 may be inserted into the chamber 410 through one side of the chamber 410. 4 shows that the probe 200 is mounted horizontally in the reactor 400, but the probe 200 may be mounted vertically or at any other angle to the reactor 400 depending on the purpose.

도 7을 참조하여, 직접 압축 플라즈마 블라스팅을 이용하여 반응기(400)에서 암모니아가 합성되는 예시적인 과정(700)을 이하에서 기술한다.Referring to Figure 7, an exemplary process 700 in which ammonia is synthesized in reactor 400 using direct compression plasma blasting is described below.

수소 가스 및 질소 가스를 포함하는 가스 혼합물이 반응기(400)의 챔버(410)에 주입될 수 있다(705). 가스 혼합물은 유입구(430)를 통해 챔버(410) 내로 유입될 수 있다. 가스 혼합물의 유입 후 유입구(430)는 닫힐 수 있다.A gas mixture comprising hydrogen gas and nitrogen gas may be injected 705 into the chamber 410 of the reactor 400. The gas mixture may enter the chamber 410 through the inlet 430. After inlet of the gas mixture, the inlet 430 may be closed.

반응기(400)의 챔버(410)가 반응 가스로 소정의 수준까지 채워진 후, 압력 전달부(420)을 이용하여 가스 혼합물이 압축될 수 있다(710). 예컨대, 가스 혼합물의 주입 이후 압력 전달부(420)(예컨대, 피스톤)을 아래쪽으로 이동시켜 래치(460)에 로킹시키면 가스 혼합물은 소정의 압력을 가질 때까지 압축될 수 있다.After the chamber 410 of the reactor 400 is filled to a predetermined level with the reactive gas, the gas mixture may be compressed 710 using the pressure transfer part 420. For example, if the pressure transfer portion 420 (e.g., piston) is moved downwardly and locked to the latch 460 after injection of the gas mixture, the gas mixture can be compressed until it has a predetermined pressure.

한편, 프로브(200)의 제1 전극(220)의 적어도 일부 및 제2 전극(230)의 적어도 일부가 가스 혼합물과 접촉하도록 프로브(200)가 배치될 수 있는데, 챔버(410) 내의 가스 혼합물은 프로브(200)를 이용한 플라즈마 블라스팅을 위한 블라스팅 매질로 사용된다. 이러한 배치를 위해, 프로브(200)의 전극간 갭(260)이 조절될 수 있다(715). 예컨대, 조절부(210)를 이용하여 프로브 팁(250)을 프로브(200)의 중심축을 따라 연장시키거나 후퇴시킴으로써 전극간 갭(260)을 조절할 수 있다. 이어서, 프로브(200)의 적어도 일부가 반응기(400)에 삽입될 수 있다(720). 예컨대, 프로브(200)의 제1 전극(220)의 적어도 일부 및 제2 전극(230)의 적어도 일부가 가스 혼합물과 접촉하도록 프로브(200)의 적어도 일부가 챔버(410)의 일측을 관통하여 챔버(410) 내에 삽입될 수 있다. 대안적으로, 전극간 갭(260)이 조절되기 전에 프로브(200)의 적어도 일부가 챔버(410)의 일측을 관통하여 챔버(410) 내에 삽입될 수 있다.The probe 200 may be disposed such that at least a portion of the first electrode 220 of the probe 200 and at least a portion of the second electrode 230 are in contact with the gas mixture, And is used as a blasting medium for plasma blasting using the probe 200. For this arrangement, the inter-electrode gap 260 of the probe 200 may be adjusted 715. For example, the inter-electrode gap 260 can be adjusted by using the adjuster 210 to extend or retract the probe tip 250 along the central axis of the probe 200. [ Subsequently, at least a portion of the probe 200 may be inserted into the reactor 400 (720). At least a portion of the probe 200 penetrates one side of the chamber 410 so that at least a portion of the first electrode 220 of the probe 200 and at least a portion of the second electrode 230 are in contact with the gas mixture, (Not shown). Alternatively, at least a portion of the probe 200 may be inserted into the chamber 410 through one side of the chamber 410 before the interelectrode gap 260 is adjusted.

이후, 전기에너지 저장부(112)가 상대적으로 느린 제1 속도로(예컨대, 수 초 동안) 전원 공급부(111)에 의해 충전될 수 있다(725).Thereafter, the electrical energy storage 112 may be charged 725 by the power supply 111 at a relatively slow first speed (e.g., for a few seconds).

이어서, 스위치(114)가 활성화될 수 있다(730). 스위치(114)의 활성화는 전기에너지 저장부(112)에 저장된 전기에너지가 매우 빠른 제2 속도로(예컨대, 수십 마이크로 초 동안) 방전되게 할 수 있다. 이에 따라, (가령 수백 킬로와트의 전력에 상당하는) 전기에너지의 펄스가 형성되고 프로브(200)의 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)으로 전달될 수 있다. 그 결과, 블라스팅 매질(가스 혼합물)과 접촉하는 제1 전극(220) 및 제2 전극(230) 간의 갭(260)에 걸쳐 블라스팅 매질로부터 플라즈마 흐름이 생성될 수 있다. 이와 같이 챔버(410) 내에서 플라즈마 흐름이 생성되면, 챔버(410) 내에 압축된 가스 혼합물을 반응 가스로 하여 암모니아 합성을 위한 플라즈마 화학 반응이 챔버(410) 내에서 일어날 수 있다. 구체적으로, 프로브(200)에서의 방전에 반응하여 블라스팅 매질(가스 혼합물)은 제1 전극(220) 및 제2 전극(230) 간의 플라즈마 흐름으로 인해 갑작스런 온도 증가(예컨대, 약 섭씨 3000 내지 4000도)를 겪게 된다. 생성된 열은 블라스팅 매질의 일부와 반응하여 반응기(400)의 챔버(410) 내에서 급격한 압력 상승을 일으킨다. 이와 같이 매우 짧은 시간 동안의 방전을 통해 고압의 충격파가 생성된다. 가스 혼합물을 매질로 하여 챔버(410)의 벽면까지 발산할 수 있는 이 충격파는 압축된 가스 혼합물에 압력을 더 가함으로써 궁극적으로 반응기(400)의 챔버(410) 내에서 암모니아 가스를 포함하는 합성 가스가 형성되도록 한다. 이런 점에서 가스 혼합물은 반응 가스라고도 볼 수 있다. 한편, 이러한 반응 가스는 챔버(410)의 내벽에서 촉매(450)와 접촉하면 암모니아 합성이 촉진될 수 있다.The switch 114 may then be activated (730). Activation of the switch 114 may cause electrical energy stored in the electrical energy storage 112 to be discharged at a very fast second rate (e.g., tens of microseconds). Accordingly, a pulse of electrical energy (corresponding to a power of, for example, several hundred kilowatts) may be formed and transmitted to the first electrode 220 and the second electrode 230 of the probe 200. As a result, a plasma flow can be generated from the blasting medium over the gap 260 between the first electrode 220 and the second electrode 230 in contact with the blasting medium (gas mixture). When a plasma flow is generated in the chamber 410, a plasma chemical reaction for ammonia synthesis can be performed in the chamber 410 using the gas mixture compressed in the chamber 410 as a reaction gas. Specifically, in response to a discharge in the probe 200, the blasting medium (gas mixture) is subjected to a sudden temperature increase (e.g., about 3000 to 4000 degrees centigrade) due to the plasma flow between the first electrode 220 and the second electrode 230 ). The resulting heat reacts with a portion of the blasting media to cause a sudden pressure rise in the chamber 410 of the reactor 400. Thus, a shock wave of a high pressure is generated through a discharge for a very short time. This shock wave, which can be diverted to the wall surface of the chamber 410 with the gas mixture as a medium, is ultimately introduced into the chamber 410 of the reactor 400 by adding pressure to the compressed gas mixture, . In this regard, the gas mixture can also be referred to as the reaction gas. On the other hand, when the reaction gas contacts the catalyst 450 on the inner wall of the chamber 410, the synthesis of ammonia can be promoted.

챔버(410)에서 형성된 합성 가스는 유출구(440)를 통해 챔버(410)로부터 제거될 수 있다(735). 유출구(440)를 통해 유출된 합성 가스는 (예컨대, 열 회수부(140)에서) 충분히 냉각된 후, 합성 가스로부터 암모니아 가스를 분리하기 위한 흡착기(130)로 전달될 수 있다(740). 흡착기(130)에서는 흡착기(130)로 유입된 묽은 암모니아 흐름으로부터 암모니아가 흡착된다. 암모니아가 흡착된 후 흡착기(130) 내의 수소 가스 및 질소 가스를 포함하는 배출 가스가 압력 보충 및 재활용을 위해 블로워(150)로 전달될 수 있다(745). 한편, 흡착기(130)에서 흡착된 암모니아는 탈착 과정을 통해 압력을 낮춤으로써 회수될 수 있다(750).The syngas formed in the chamber 410 may be removed 735 from the chamber 410 through the outlet 440. The syngas flowed out through the outlet 440 may be sufficiently cooled (e.g., in the heat recovery unit 140) and then delivered 740 to an adsorber 130 for separating the ammonia gas from the syngas. In the adsorber 130, ammonia is adsorbed from the dilute ammonia stream flowing into the adsorber 130. After the ammonia has been adsorbed, an offgas containing hydrogen gas and nitrogen gas in the adsorber 130 may be delivered 745 to the blower 150 for pressure replenishment and recycling. On the other hand, the ammonia adsorbed in the adsorber 130 can be recovered by reducing the pressure through the desorption process (750).

도 5는 예시적인 실시예에 따라 플라즈마 블라스팅 프로브가 삽입된 반응기를 도시한다.Figure 5 shows a reactor in which a plasma blasting probe is inserted according to an exemplary embodiment.

예시적인 반응기(500)는 반응 챔버(510), 블라스팅 챔버(515), 피스톤과 같은 압력 전달부(520), 반응 가스 유입구(530), 합성 가스 유출구(540), 블라스팅 매질 유입구(535) 및 배출 가스 유출구(545)를 포함한다. 도 1의 반응기(120)는 도 5의 반응기(500)를 포함할 수 있다.Exemplary reactor 500 includes a reaction chamber 510, a blasting chamber 515, a pressure transmitter 520 such as a piston, a reaction gas inlet 530, a syngas outlet 540, a blasting medium inlet 535, And an exhaust gas outlet 545. The reactor 120 of FIG. 1 may include the reactor 500 of FIG.

반응 챔버(510)는 반응 가스를 수용할 수 있고, 블라스팅 챔버(515)는 블라스팅 매질을 수용할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(510) 및 블라스팅 챔버(515)는 압력 전달부(520)에 의해 구분된다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 블라스팅 챔버(515)에서는 블라스팅 챔버(515) 내의 블라스팅 매질로부터 플라즈마 흐름이 생성될 수 있고, 반응 챔버(510)에서는 반응 챔버(510) 내의 반응 가스로부터 암모니아 가스를 포함하는 합성 가스가 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 블라스팅 챔버(515)에서 플라즈마 흐름이 생성된 후, 소정의 가스 흐름이 배출 가스 유출구(545)를 통해 블라스팅 챔버(515)에서 유출될 수 있다. 예컨대, 블라스팅 챔버(515)에서 사용되는 블라스팅 매질은 질소 가스와 수소 가스, 또는 다른 가스의 혼합물일 수 있다. 질소 가스와 수소 가스의 가스 혼합물이 블라스팅 매질로서 사용되는 경우, 블라스팅 챔버(515)에서 플라즈마 블라스팅으로 인해 암모니아 가스가 블라스팅 매질로부터 형성될 수 있다. 이 합성 가스는 반응 챔버(510)에서 반응 가스로 사용되도록 배출 가스 유출구(545)를 통해 유출될 수 있다.The reaction chamber 510 can receive the reaction gas and the blasting chamber 515 can receive the blasting medium. As shown in FIG. 5, the reaction chamber 510 and the blasting chamber 515 are separated by the pressure transmitting portion 520. As described below, in the blasting chamber 515, a plasma flow can be generated from the blasting medium in the blasting chamber 515, and in the reaction chamber 510, the ammonia gas from the reaction gas in the reaction chamber 510 Syngas can be formed. In this regard, after the plasma flow is generated in the blasting chamber 515, a predetermined gas flow may flow out of the blasting chamber 515 through the outlet gas outlet 545. For example, the blasting medium used in the blasting chamber 515 may be a mixture of nitrogen gas and hydrogen gas, or other gases. When a gas mixture of nitrogen gas and hydrogen gas is used as the blasting medium, ammonia gas may be formed from the blasting medium by plasma blasting in the blasting chamber 515. The syngas can be discharged through the outlet gas outlet 545 to be used as a reaction gas in the reaction chamber 510.

반응 챔버(510)의 내벽의 적어도 일부분은 촉매(550)로 덮여 있고, 압력 전달부(520)를 로킹시키기 위한 한 쌍의 래치(560)가 반응 챔버(510)의 내벽에 설치된다. 또한, 프로브(200)의 적어도 일부가 블라스팅 챔버(515)의 일측을 관통하여 블라스팅 챔버(515) 내에 삽입될 수 있다. 프로브(200)는 목적에 따라 수평, 수직 또는 다른 임의의 각도로 반응기(500)에 장착될 수 있다.At least a part of the inner wall of the reaction chamber 510 is covered with the catalyst 550 and a pair of latches 560 for locking the pressure transmission part 520 are installed on the inner wall of the reaction chamber 510. Also, at least a portion of the probe 200 may be inserted into the blasting chamber 515 through one side of the blasting chamber 515. The probe 200 may be mounted to the reactor 500 at any angle, either horizontally, vertically or at any other angle depending on the purpose.

도 8을 참조하여, 간접 압축 플라즈마 블라스팅을 이용하여 반응기(500)에서 암모니아가 합성되는 예시적인 과정(800)을 이하에서 기술한다.Referring to FIG. 8, an exemplary process 800 in which ammonia is synthesized in reactor 500 using indirect compression plasma blasting is described below.

반응 챔버(510) 및 블라스팅 챔버(515)는 각각 반응 가스 및 블라스팅 매질 로 채워질 수 있다. 반응 가스는 수소 가스 및 질소 가스를 포함한다. 또한, 소정의 실시예에 따르면, 블라스팅 매질은 기화된 수소 및 질소를 포함하는 가스 혼합물일 수 있다. 블라스팅 매질은 블라스팅 매질 유입구(535)를 통해 블라스팅 챔버(515) 내로 주입될 수 있다(805). 반응 가스는 반응 가스 유입구(530)를 통해 반응 챔버(510) 내로 주입될 수 있다(810). 블라스팅 매질의 유입과 반응 가스의 유입은 동시에 수행될 수 있다.The reaction chamber 510 and the blasting chamber 515 may be filled with a reaction gas and a blasting medium, respectively. The reaction gas includes hydrogen gas and nitrogen gas. Further, according to some embodiments, the blasting medium may be a gaseous mixture comprising vaporized hydrogen and nitrogen. The blasting media may be injected (805) into the blasting chamber 515 through the blasting media inlet 535. The reaction gas may be injected into the reaction chamber 510 through the reaction gas inlet 530 (810). The inlet of the blasting medium and the inlet of the reaction gas can be performed simultaneously.

한편, 프로브(200)의 제1 전극(220)의 적어도 일부 및 제2 전극(230)의 적어도 일부가 블라스팅 매질과 접촉하도록 프로브(200)가 배치될 수 있다. 몇몇 실시예들에 따르면, 프로브(200)를 이용한 플라즈마 블라스팅을 위한 블라스팅 매질은 반응 가스와 유사하게 수소 가스 및 질소 가스를 포함할 수 있다. 구체적으로, 프로브(200)는 다음과 같이 배치될 수 있다. 프로브(200)의 적어도 일부가 블라스팅 챔버(515)에 삽입될 수 있다(815). 예컨대, 프로브(200)의 제1 전극(220)의 적어도 일부 및 제2 전극(230)의 적어도 일부가 블라스팅 매질과 접촉하도록 프로브(200)의 적어도 일부가 블라스팅 챔버(515)의 일측을 관통하여 블라스팅 챔버(515) 내에 삽입될 수 있다. 이어서, 삽입된 프로브(200)의 전극간 갭(260)이 조절될 수 있다(820). 예컨대, 조절부(210)를 이용하여 프로브 팁(250)을 프로브(200)의 중심축을 따라 연장시키거나 후퇴시킴으로써 전극간 갭(260)을 조절할 수 있다. 대안적으로, 전극간 갭(260)이 조절된 후에 프로브(200)의 적어도 일부가 블라스팅 챔버(515) 내에 삽입될 수 있다.The probe 200 may be disposed such that at least a portion of the first electrode 220 of the probe 200 and at least a portion of the second electrode 230 are in contact with the blasting medium. According to some embodiments, the blasting medium for plasma blasting using the probe 200 may include a hydrogen gas and a nitrogen gas, similar to the reaction gas. Specifically, the probes 200 can be arranged as follows. At least a portion of the probe 200 may be inserted into the blasting chamber 515 (815). For example, at least a portion of the probe 200 may penetrate one side of the blasting chamber 515 such that at least a portion of the first electrode 220 of the probe 200 and at least a portion of the second electrode 230 are in contact with the blasting medium May be inserted into the blasting chamber 515. The inter-electrode gap 260 of the inserted probe 200 may then be adjusted 820. For example, the inter-electrode gap 260 can be adjusted by using the adjuster 210 to extend or retract the probe tip 250 along the central axis of the probe 200. [ Alternatively, at least a portion of the probe 200 may be inserted into the blasting chamber 515 after the interelectrode gap 260 is adjusted.

이후, 전기에너지 저장부(112)가 상대적으로 느린 제1 속도로(예컨대, 수 초 동안) 전원 공급부(111)에 의해 충전될 수 있다(825).The electrical energy storage 112 may then be charged 825 by a power supply 111 at a relatively slow first speed (e.g., for a few seconds).

이어서, 스위치(114)가 활성화될 수 있다(830). 스위치(114)의 활성화는 전기에너지 저장부(112)에 저장된 전기에너지가 매우 빠른 제2 속도로(예컨대, 수십 마이크로 초 동안) 방전되게 할 수 있다. 이에 따라, (가령 수만 암페어에 상당하는) 전기에너지의 펄스가 형성되고 프로브(200)의 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)에 전달될 수 있다. 그 결과, 앞서 설명한 바와 마찬가지로 블라스팅 매질로부터 플라즈마 흐름이 생성될 수 있다. 나아가, 플라즈마 흐름의 생성에 따라 고압의 충격파가 블라스팅 챔버(515) 내에서 생성될 수 있다. 이와 같이 생성된 높은 압력은 피스톤과 같은 압력 전달부(520)를 이동시킬 수 있고, 압력 전달부(520)는 래치(560)에 로킹될 수 있다. 이에 따라 반응 챔버(510)에 압력이 전달되어 반응 챔버(510) 내의 반응 가스가 압축될 수 있다. 압축된 반응 가스는 반응기(510) 내벽에 도포된 촉매와 접촉하고, 그에 따라 반응 챔버(510) 내에서 암모니아가 형성될 수 있다.The switch 114 may then be activated (830). Activation of the switch 114 may cause electrical energy stored in the electrical energy storage 112 to be discharged at a very fast second rate (e.g., tens of microseconds). Accordingly, a pulse of electrical energy (corresponding to tens of thousands of amperes, for example) can be formed and transmitted to the first electrode 220 and the second electrode 230 of the probe 200. As a result, a plasma flow can be generated from the blasting medium as described above. Further, high pressure shock waves can be generated in the blasting chamber 515 as the plasma flow is generated. The high pressure thus generated can move the pressure transmitting portion 520 such as the piston and the pressure transmitting portion 520 can be locked to the latch 560. [ Accordingly, pressure can be transferred to the reaction chamber 510 to compress the reaction gas in the reaction chamber 510. The compressed reaction gas is contacted with the catalyst coated on the inner wall of the reactor 510, so that ammonia can be formed in the reaction chamber 510.

반응 챔버(510)에서 형성된 합성 가스는 합성 가스 유출구(540)를 통해 반응 챔버(510)로부터 제거될 수 있다(835). 이후, 앞서 반응기(400)와 관련하여 기술한 바와 유사하게, 암모니아의 흡착을 위해 합성 가스가 (예컨대, 열 회수부(140)를 거쳐) 흡착기(130)로 전달될 수 있고(840), 흡착기(130)에서 배출되는 가스 중 일부가 압력 보충 및 재활용을 위해 블로워(150)로 전달될 수 있으며(845), 흡착기(130)에서 흡착된 암모니아는 탈착 과정을 통해 회수될 수 있다(850).The syngas formed in the reaction chamber 510 may be removed 835 from the reaction chamber 510 through the syngas outlet 540. Synthesis gas may then be delivered 840 to the adsorber 130 (e.g., via the heat recovery unit 140) for adsorption of ammonia, similar to that described above in connection with the reactor 400, A portion of the gas discharged from the adsorber 130 may be transferred to the blower 150 for pressure replenishment and recycling 845 and the adsorbed ammonia may be recovered through the desorption process 850.

도 6은 예시적인 실시예에 따라 플라즈마 블라스팅 프로브가 삽입된 반응기를 도시한다.Figure 6 shows a reactor in which a plasma blasting probe is inserted according to an exemplary embodiment.

도 6의 반응기(600)는 도 5의 반응기(500)와 마찬가지로 구성되나, 추가적인 프로브(201)가 반응 챔버(510) 내에 삽입 가능하다는 점에서 도 5의 반응기(500)와 상이하다. 도 1의 반응기(120)는 도 6의 반응기(600)를 포함할 수 있다. 추가적인 프로브(201)는 프로브(200)와 동일한 구성을 가질 수 있다. 아울러, 추가적인 프로브(201)는 프로브(200)를 포함하는 플라즈마 블라스팅 장치(110)에 포함될 수도 있고, 플라즈마 블라스팅 장치(110)와 마찬가지로 구성되는 다른 플라즈마 블라스팅 장치(미도시)에 포함될 수도 있다. 추가적인 프로브(201)는 추가적인 전송 케이블(271)을 통해 플라즈마 블라스팅 장치(110) 또는 다른 플라즈마 블라스팅 장치의 나머지 구성요소들과 전기적으로 연결될 수 있다.The reactor 600 of FIG. 6 is configured similarly to the reactor 500 of FIG. 5, but is different from the reactor 500 of FIG. 5 in that an additional probe 201 is insertable within the reaction chamber 510. The reactor 120 of FIG. 1 may include the reactor 600 of FIG. The additional probe 201 may have the same configuration as the probe 200. Further, the additional probe 201 may be included in the plasma blasting apparatus 110 including the probe 200 or may be included in another plasma blasting apparatus (not shown) configured similarly to the plasma blasting apparatus 110. The additional probe 201 may be electrically connected to the remaining components of the plasma blasting apparatus 110 or other plasma blasting apparatus via an additional transmission cable 271.

간접 압축 플라즈마 블라스팅을 이용하여 반응기(600)에서 암모니아가 합성될 수 있다. 이하에서, 이러한 암모니아 합성 과정이 도 8에 예시된 과정(800) 과 다른 점들을 상세히 설명한다.Ammonia can be synthesized in the reactor 600 using indirect compression plasma blasting. Hereinafter, the process for synthesizing ammonia will be described in detail with respect to the process 800 which is different from the process 800 illustrated in FIG.

반응기(600)의 블라스팅 챔버(515) 및 반응 챔버(510) 각각에 별개의 프로브(200, 201)가 삽입될 수 있다. 프로브(200)를 이용하여 블라스팅 챔버(515)에서 고압의 충격파가 생성되면, 피스톤(520)을 통해 높은 압력이 반응 챔버(510) 내의 반응 가스에 전달된다. 더욱이, 도 5의 반응기(500)와 달리, 다른 플라즈마 블라스팅이 반응 챔버(510)에서 일어나도록 추가적인 프로브(201)를 통해 전기에너지가 반응 가스에 인가될 수 있다. 이로써, 반응 챔버(510) 내에 매우 큰 압력이 생기고, 반응 챔버(510) 내의 반응 가스가 더 가압될 수 있다. 그 결과, 반응 챔버(510) 내의 암모니아 합성이 더욱 촉진될 수 있다.Separate probes 200 and 201 may be inserted into the blasting chamber 515 and the reaction chamber 510 of the reactor 600, respectively. When a high pressure shock wave is generated in the blasting chamber 515 using the probe 200, a high pressure is transmitted to the reaction gas in the reaction chamber 510 through the piston 520. Furthermore, unlike the reactor 500 of FIG. 5, electrical energy may be applied to the reactive gas through additional probes 201 so that other plasma blasting occurs in the reaction chamber 510. Thereby, a very large pressure is generated in the reaction chamber 510, and the reaction gas in the reaction chamber 510 can be further pressurized. As a result, the synthesis of ammonia in the reaction chamber 510 can be further promoted.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the appended claims.

100: 암모니아 합성 장치
110: 플라즈마 블라스팅 장치
120: 반응기
130: 흡착기
100: Ammonia synthesis apparatus
110: Plasma blasting device
120: reactor
130: adsorber

Claims (34)

플라즈마 블라스팅(plasma blasting)을 위해 전기에너지를 인가하도록 구성된 제1 전극 및 제2 전극을 구비한 프로브; 및
가역 발열 반응에서 반응하는 반응 가스(reactant gas)를 수용하고, 또한 블라스팅 매질을 수용하며, 상기 가역 발열 반응을 통해 상기 반응 가스로부터 합성 가스(synthesis gas)가 형성되는 반응기를 포함하고,
상기 프로브는 상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 블라스팅 매질과 접촉하도록 배치되고, 상기 반응기에서는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 상기 전기에너지가 인가됨에 따라 상기 블라스팅 매질로부터 플라즈마 흐름(plasma stream)이 생성되고 상기 플라즈마 흐름의 생성에 따라 상기 반응 가스로부터 상기 합성 가스가 형성되는,
가스 합성 장치.
A probe having a first electrode and a second electrode configured to apply electrical energy for plasma blasting; And
And a reactor for receiving a reactant gas reacted in a reversible exothermic reaction and accommodating a blast medium and forming a synthesis gas from the reactant gas through the reversible exothermic reaction,
Wherein the probe is disposed such that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the blasting medium and wherein in the reactor the electrical energy is applied through the first electrode and the second electrode, Wherein a plasma stream is generated from the blasting medium and the syngas is formed from the reaction gas as the plasma stream is generated,
Gas synthesis device.
청구항 1에 있어서,
상기 반응 가스는 수소 가스 및 질소 가스를 포함하고, 상기 합성 가스는 암모니아 가스를 포함하는, 가스 합성 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the reaction gas comprises a hydrogen gas and a nitrogen gas, and the synthesis gas comprises ammonia gas.
청구항 2에 있어서,
상기 합성 가스로부터 암모니아를 분리하기 위한 흡착기를 더 포함하는, 가스 합성 장치.
The method of claim 2,
Further comprising an adsorber for separating ammonia from the synthesis gas.
청구항 1에 있어서,
상기 반응기는,
상기 반응 가스 및 상기 블라스팅 매질을 수용하고 상기 플라즈마 흐름이 생성되며 상기 합성 가스가 형성되는 챔버; 및
상기 챔버 내의 상기 반응 가스를 압축하기 위한 압력 전달부를 포함하는,
가스 합성 장치.
The method according to claim 1,
The reactor comprises:
A chamber for receiving the reaction gas and the blasting medium, the plasma flow being generated and the synthesis gas being formed; And
And a pressure transmitting portion for compressing the reaction gas in the chamber.
Gas synthesis device.
청구항 4에 있어서,
상기 챔버의 내벽의 적어도 일부는 촉매로 덮인, 가스 합성 장치.
The method of claim 4,
Wherein at least a portion of the inner wall of the chamber is covered with a catalyst.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 블라스팅 매질과 접촉하도록 상기 프로브의 적어도 일부가 상기 챔버의 일측을 관통하여 상기 챔버 내에 삽입되는, 가스 합성 장치.
The method of claim 4,
Wherein at least a portion of the probe is inserted into the chamber through one side of the chamber such that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the blasting medium.
청구항 4에 있어서,
상기 반응 가스는 수소 가스 및 질소 가스를 포함하고, 상기 합성 가스는 암모니아 가스를 포함하는, 가스 합성 장치.
The method of claim 4,
Wherein the reaction gas comprises a hydrogen gas and a nitrogen gas, and the synthesis gas comprises ammonia gas.
청구항 7에 있어서,
상기 블라스팅 매질은 수소 가스 및 질소 가스를 포함하는,
가스 합성 장치.
The method of claim 7,
Wherein the blasting medium comprises a hydrogen gas and a nitrogen gas.
Gas synthesis device.
청구항 1에 있어서,
상기 반응기는,
상기 플라즈마 흐름이 생성되는 제1 챔버;
상기 합성 가스가 형성되는 제2 챔버; 및
상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버를 구분하고, 상기 합성 가스의 형성을 위해 상기 플라즈마 흐름의 생성에 따른 압력을 상기 제2 챔버에 전달하여 상기 제2 챔버 내의 상기 반응 가스를 압축하기 위한 압력 전달부를 포함하는,
가스 합성 장치.
The method according to claim 1,
The reactor comprises:
A first chamber in which the plasma flow is generated;
A second chamber in which the synthesis gas is formed; And
And a second chamber for separating the first chamber and the second chamber from each other and transferring the pressure resulting from the generation of the plasma flow to the second chamber for forming the syngas, ≪ / RTI >
Gas synthesis device.
청구항 9에 있어서,
상기 반응기는,
상기 블라스팅 매질이 상기 제1 챔버로 유입되는 블라스팅 매질 유입구;
상기 반응 가스가 상기 제2 챔버로 유입되는 반응 가스 유입구; 및
상기 합성 가스가 상기 제2 챔버로부터 유출되는 합성 가스 유출구를 더 포함하는,
가스 합성 장치.
The method of claim 9,
The reactor comprises:
A blasting medium inlet through which the blasting medium enters the first chamber;
A reaction gas inlet through which the reaction gas flows into the second chamber; And
Further comprising a syngas outlet through which said syngas flows out of said second chamber,
Gas synthesis device.
청구항 9에 있어서,
상기 반응 가스는 수소 가스 및 질소 가스를 포함하고, 상기 합성 가스는 암모니아 가스를 포함하는, 가스 합성 장치.
The method of claim 9,
Wherein the reaction gas comprises a hydrogen gas and a nitrogen gas, and the synthesis gas comprises ammonia gas.
청구항 11에 있어서,
상기 블라스팅 매질은 수소 가스 및 질소 가스를 포함하는, 가스 합성 장치.
The method of claim 11,
Wherein the blasting medium comprises a hydrogen gas and a nitrogen gas.
청구항 12에 있어서,
상기 반응기는 상기 제1 챔버에서 상기 플라즈마 흐름의 생성에 따라 상기 블라스팅 매질로부터 생성된 다른 합성 가스가 상기 제2 챔버에서 사용되도록 상기 제1 챔버로부터 유출되는 배출 가스 유출구를 더 포함하는, 가스 합성 장치.
The method of claim 12,
Wherein the reactor further comprises an outlet gas outlet through which the other synthesis gas produced from the blasting medium flows out of the first chamber for use in the second chamber in response to the generation of the plasma flow in the first chamber. .
청구항 9에 있어서,
상기 제2 챔버의 내벽의 적어도 일부는 촉매로 덮인, 가스 합성 장치.
The method of claim 9,
Wherein at least a portion of the inner wall of the second chamber is covered with a catalyst.
청구항 9에 있어서,
상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 블라스팅 매질과 접촉하도록 상기 프로브의 적어도 일부는 상기 제1 챔버의 일측을 관통하여 상기 제1 챔버 내에 삽입되는, 가스 합성 장치.
The method of claim 9,
Wherein at least a portion of the probe is inserted into the first chamber through one side of the first chamber such that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the blasting medium.
청구항 9에 있어서,
상기 가스 합성 장치는 복수의 전극들을 구비한 추가적인 프로브를 더 포함하고, 상기 추가적인 프로브는 상기 복수의 전극들 각각의 적어도 일부가 상기 반응 가스와 접촉하도록 배치되며, 상기 제2 챔버에서는 상기 복수의 전극들을 통해 전기에너지가 인가됨에 따라 상기 반응 가스로부터 다른 플라즈마 흐름이 생성되고 상기 다른 플라즈마 흐름의 생성에 따라 상기 반응 가스가 더 가압되어 상기 합성 가스가 형성되는, 가스 합성 장치.
The method of claim 9,
Wherein the gas composition apparatus further comprises an additional probe having a plurality of electrodes, wherein the additional probe is arranged such that at least a portion of each of the plurality of electrodes is in contact with the reaction gas, and in the second chamber, Wherein another plasma flow is generated from the reaction gas as electric energy is applied through the gas flow channel and the reaction gas is further pressurized to form the synthesis gas as the other plasma flow is generated.
청구항 16에 있어서,
상기 복수의 전극들 각각의 적어도 일부가 상기 반응 가스와 접촉하도록 상기 추가적인 프로브의 적어도 일부가 상기 제2 챔버의 일측을 관통하여 상기 제2 챔버 내에 삽입되는, 가스 합성 장치.
18. The method of claim 16,
Wherein at least a portion of the additional probe is inserted into the second chamber through one side of the second chamber such that at least a portion of each of the plurality of electrodes is in contact with the reaction gas.
청구항 1에 있어서,
상기 프로브에 전달될 상기 전기에너지를 저장하도록 구성된 전기에너지 저장부를 더 포함하는, 가스 합성 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising an electrical energy storage configured to store the electrical energy to be delivered to the probe.
청구항 18에 있어서,
상기 전기에너지가 상기 전기에너지 저장부에 저장되도록 상기 전기에너지 저장부를 제1 속도로 충전시키는 전원 공급부; 및
활성화되는 경우 상기 전기에너지가 상기 전기에너지 저장부로부터 상기 프로브에 전달되도록 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 상기 전기 에너지 저장부를 방전시키는 스위치를 더 포함하는, 가스 합성 장치.
19. The method of claim 18,
A power supply unit for charging the electric energy storage unit at a first speed so that the electric energy is stored in the electric energy storage unit; And
Further comprising a switch for discharging the electric energy storage unit at a second rate higher than the first rate so that the electric energy is transferred from the electric energy storage unit to the probe when activated.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 유전체에 의해 이격되는, 가스 합성 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode and the second electrode are separated by a dielectric.
청구항 20에 있어서,
상기 프로브는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 한 전극의 단부 및 상기 유전체의 단부를 포함하는 프로브 팁을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 다른 한 전극의 단부에 대해 이동시키기 위한 조절부를 더 포함하는, 가스 합성 장치.
The method of claim 20,
The probe includes a control unit for moving a probe tip including an end of one of the first electrode and the second electrode and an end of the dielectric with respect to an end of the other one of the first electrode and the second electrode ≪ / RTI >
청구항 1에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 동축 전극들인, 가스 합성 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode and the second electrode are coaxial electrodes.
반응기에 가역 발열 반응에서 반응하는 가스 혼합물을 주입하는 단계;
상기 가스 혼합물을 압축하는 단계;
플라즈마 블라스팅을 위해 전기에너지를 인가하도록 구성된 제1 전극 및 제2 전극을 구비한 프로브를 상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 가스 혼합물과 접촉하도록 배치하는 단계; 및
상기 반응기에서 상기 전기에너지가 상기 프로브를 통해 인가됨에 따라 상기 가스 혼합물로부터 플라즈마 흐름이 생성되고 상기 플라즈마 흐름의 생성에 따라 상기 가역 발열 반응을 통해 상기 가스 혼합물로부터 합성 가스가 형성되도록, 상기 전기에너지를 상기 프로브에 전달하는 단계를 포함하는,
가스 합성 방법.
Injecting into the reactor a gas mixture that reacts in a reversible exothermic reaction;
Compressing the gas mixture;
Disposing a probe having a first electrode and a second electrode configured to apply electrical energy for plasma blasting so that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the gas mixture; And
Wherein the electrical energy is generated from the gas mixture as the electrical energy is applied through the probe and a syngas is formed from the gas mixture through the reversible exothermic reaction as the plasma flow is generated, And transmitting the probe to the probe.
Gas synthesis method.
청구항 23에 있어서,
상기 전달하는 단계는,
상기 전기에너지가 전기에너지 저장부에 저장되도록 상기 전기에너지 저장부를 제1 속도로 충전하는 단계; 및
상기 전기에너지를 상기 전기에너지 저장부로부터 상기 프로브에 전달하기 위해 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 상기 전기에너지 저장부를 방전시키는 단계를 포함하는,
가스 합성 방법.
24. The method of claim 23,
The method of claim 1,
Charging the electrical energy storage at a first rate such that the electrical energy is stored in the electrical energy storage; And
And discharging the electrical energy storage at a second rate that is greater than the first rate to transfer the electrical energy from the electrical energy storage to the probe.
Gas synthesis method.
청구항 23에 있어서,
상기 가스 혼합물은 수소 가스 및 질소 가스를 포함하고, 상기 합성 가스는 암모니아 가스를 포함하는, 가스 합성 방법.
24. The method of claim 23,
Wherein the gas mixture comprises a hydrogen gas and a nitrogen gas, and the syngas comprises an ammonia gas.
청구항 25에 있어서,
상기 합성 가스로부터 암모니아를 분리하기 위해 상기 합성 가스를 흡착기에 전달하는 단계; 및
상기 흡착기에서 흡착된 암모니아를 회수하는 단계를 더 포함하는,
가스 합성 방법.
26. The method of claim 25,
Transferring the syngas to an adsorber to separate ammonia from the syngas; And
Further comprising recovering ammonia adsorbed in the adsorber.
Gas synthesis method.
청구항 23에 있어서,
상기 배치하는 단계는,
상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 가스 혼합물과 접촉하도록 상기 프로브의 적어도 일부를 상기 반응기의 일측을 관통시켜 상기 반응기 내에 삽입하는 단계; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 한 전극의 단부 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 이격시키는 유전체의 단부를 포함하는 프로브 팁을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 다른 한 전극의 단부에 대해 이동시키는 단계를 포함하는,
가스 합성 방법.
24. The method of claim 23,
Wherein the disposing comprises:
Inserting at least a portion of the probe into the reactor through one side of the reactor such that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the gas mixture; And
A probe tip including an end of one of the first electrode and the second electrode and an end of a dielectric that separates the first electrode and the second electrode from each other, Comprising the steps of:
Gas synthesis method.
블라스팅 매질을 제1 챔버 내로 주입하는 단계;
가역 발열 반응에서 반응하는 반응 가스를 제2 챔버 내로 주입하는 단계;
플라즈마 블라스팅을 위해 전기에너지를 인가하도록 구성된 제1 전극 및 제2 전극을 구비한 프로브를 상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 블라스팅 매질과 접촉하도록 배치하는 단계; 및
상기 제1 챔버에서 상기 전기에너지가 상기 프로브를 통해 인가됨에 따라 상기 블라스팅 매질로부터 플라즈마 흐름이 생성되고 상기 플라즈마 흐름의 생성에 따라 상기 제2 챔버에 압력이 전달되어 상기 반응 가스가 압축되며 상기 반응 가스의 압축에 따라 상기 가역 발열 반응을 통해 상기 반응 가스로부터 합성 가스가 형성되도록, 상기 전기에너지를 상기 프로브에 전달하는 단계를 포함하는,
가스 합성 방법.
Injecting a blasting medium into the first chamber;
Injecting a reaction gas to be reacted in the reversible exothermic reaction into the second chamber;
Disposing a probe having a first electrode and a second electrode configured to apply electrical energy for plasma blasting so that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the blasting medium; And
A plasma flow is generated from the blasting medium as the electrical energy is applied through the probe in the first chamber and pressure is transferred to the second chamber as the plasma flow is generated to compress the reactive gas, And transferring the electric energy to the probe so that a synthesis gas is formed from the reaction gas through the reversible exothermic reaction in accordance with the compression of the reaction gas.
Gas synthesis method.
청구항 28에 있어서,
상기 전달하는 단계는,
상기 전기에너지가 전기에너지 저장부에 저장되도록 상기 전기에너지 저장부를 제1 속도로 충전하는 단계; 및
상기 전기에너지를 상기 전기에너지 저장부로부터 상기 프로브에 전달하기 위해 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 상기 전기에너지 저장부를 방전시키는 단계를 포함하는,
가스 합성 방법.
29. The method of claim 28,
The method of claim 1,
Charging the electrical energy storage at a first rate such that the electrical energy is stored in the electrical energy storage; And
And discharging the electrical energy storage at a second rate that is greater than the first rate to transfer the electrical energy from the electrical energy storage to the probe.
Gas synthesis method.
청구항 28에 있어서,
상기 반응 가스는 수소 가스 및 질소 가스를 포함하고, 상기 합성 가스는 암모니아 가스를 포함하는, 가스 합성 방법.
29. The method of claim 28,
Wherein the reaction gas comprises a hydrogen gas and a nitrogen gas, and the synthesis gas comprises ammonia gas.
청구항 30에 있어서,
상기 블라스팅 매질은 수소 가스 및 질소 가스를 포함하는, 가스 합성 방법.
32. The method of claim 30,
Wherein the blasting medium comprises a hydrogen gas and a nitrogen gas.
청구항 30에 있어서,
상기 합성 가스로부터 암모니아를 분리하기 위해 상기 합성 가스를 흡착기에 전달하는 단계; 및
상기 흡착기에서 흡착된 암모니아를 회수하는 단계를 더 포함하는,
가스 합성 방법.
32. The method of claim 30,
Transferring the syngas to an adsorber to separate ammonia from the syngas; And
Further comprising recovering ammonia adsorbed in the adsorber.
Gas synthesis method.
청구항 28에 있어서,
상기 배치하는 단계는,
상기 제1 전극의 적어도 일부 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 상기 블라스팅 매질과 접촉하도록 상기 프로브의 적어도 일부를 상기 제1 챔버의 일측을 관통시켜 상기 제1 챔버 내에 삽입하는 단계; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 한 전극의 단부 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 이격시키는 유전체의 단부를 포함하는 프로브 팁을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 다른 한 전극의 단부에 대해 이동시키는 단계를 포함하는,
가스 합성 방법.
29. The method of claim 28,
Wherein the disposing comprises:
Inserting at least a portion of the probe into the first chamber through one side of the first chamber such that at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the blasting medium; And
A probe tip including an end of one of the first electrode and the second electrode and an end of a dielectric that separates the first electrode and the second electrode from each other, Comprising the steps of:
Gas synthesis method.
청구항 28에 있어서,
복수의 전극들을 구비한 추가적인 프로브를 상기 복수의 전극들 각각의 적어도 일부가 상기 반응 가스와 접촉하도록 배치하는 단계를 더 포함하되,
상기 제2 챔버에서는 상기 복수의 전극들을 통해 전기에너지가 인가됨에 따라 상기 반응 가스로부터 다른 플라즈마 흐름이 생성되고 상기 다른 플라즈마 흐름의 생성에 따라 상기 반응 가스가 더 가압되어 상기 합성 가스가 형성되는,
가스 합성 방법.
29. The method of claim 28,
Further comprising disposing an additional probe having a plurality of electrodes such that at least a portion of each of the plurality of electrodes is in contact with the reactive gas,
Wherein the second chamber generates another plasma flow from the reactive gas as electric energy is applied through the plurality of electrodes and the reactive gas is further pressurized according to generation of the other plasma flow to form the syngas,
Gas synthesis method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2544486C (en) * 2015-11-16 2018-07-25 Siemens Ag Synthesis of Ammonia
GB201616517D0 (en) 2016-09-29 2016-11-16 Akay Galip Integrated intensified catalytic chemical conversion processes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4181701A (en) 1976-03-10 1980-01-01 Haldor Topsoe A/S Apparatus and process for the synthesis of ammonia
KR20020007097A (en) * 2000-07-15 2002-01-26 박선순 A processing apparatus using explosive plasma and a method thereof
KR100630313B1 (en) * 2006-02-28 2006-10-02 한국기계연구원 Apparatus for generating ammonia from fuel of hydrocarbon
KR101136166B1 (en) * 2011-11-07 2012-04-17 주식회사 네패스 Plasma torch device and incinerating facility therewith
JP2013540678A (en) * 2010-08-27 2013-11-07 ユニヴァーシティー オブ ニューキャッスル アポン タイン Ammonia production by integrated strengthening process

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3834614B2 (en) * 2001-10-29 2006-10-18 独立行政法人産業技術総合研究所 Method for producing synthesis gas using low-temperature plasma

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4181701A (en) 1976-03-10 1980-01-01 Haldor Topsoe A/S Apparatus and process for the synthesis of ammonia
KR20020007097A (en) * 2000-07-15 2002-01-26 박선순 A processing apparatus using explosive plasma and a method thereof
KR100630313B1 (en) * 2006-02-28 2006-10-02 한국기계연구원 Apparatus for generating ammonia from fuel of hydrocarbon
JP2013540678A (en) * 2010-08-27 2013-11-07 ユニヴァーシティー オブ ニューキャッスル アポン タイン Ammonia production by integrated strengthening process
KR101136166B1 (en) * 2011-11-07 2012-04-17 주식회사 네패스 Plasma torch device and incinerating facility therewith

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