KR20240040990A - 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기 - Google Patents

두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기 Download PDF

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Abstract

두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기가 개시된다. 상기 합성가스 반응기는 이산화탄소 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스를 주입하여 내부의 플라즈마 영역에서 플라즈마에 의한 개질반응을 통해 합성가스를 생성 및 토출하는 플라즈마 반응기; 및 촉매가 수용되는 촉매 영역이 상기 플라즈마 영역과 평행하면서 상기 플라즈마 영역을 둘러싸도록 설치되고, 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스를 상기 촉매 영역을 향해 주입하여 촉매에 의한 개질반응을 통해 합성가스를 생성하고 그 생성된 합성가스를 상기 촉매 영역으로부터 상기 플라즈마 반응기로부터 토출되는 합성가스와 동일 방향으로 토출하는 촉매 반응기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기{SYNGAS REACTOR WITH TWO INDEPENDENT REFORMING SPACES}
본 발명은 합성가스 반응기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마나 촉매를 이용하여 메탄 등의 탄화수소체와 이산화탄소를 건식 개질반응시켜 수소나 일산화탄소 등의 합성가스를 생성함으로써 상기 이산화탄소를 자원화하는 개질기술이 널리 이용되고 있다.
대한민국 특허등록 제10-1401423호는 마이크로웨이브 플라즈마-촉매 하이브리드 공정을 이용한 이산화탄소로부터 가연성 합성가스제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 플라즈마발생장치와 촉매반응장치가 직렬로 연결된 형태의 합성가스 제조장치로서, 가스의 흐름 또한 유입과 배출 과정이 직선적으로 이루어지는 합성가스 제조장치가 개시된 바 있다.
대한민국 특허등록 제10-1632633호는 플라즈마 반응기와 촉매반응챔버가 이중관 구조를 갖도록 하는 가스 개질 장치로서, 촉매반응챔버의 촉매반응이 플라즈마 반응기와 병렬적인 위치에서 이루어도록 하는 기술을 개시하고 있다.
그런데, 상기 두 특허는 모두 플라즈마에 의해 1차 개질된 탄화수소체가포함된 혼합가스가 촉매로 전달된 후 촉매를 거치면서 촉매에 의해 2차 개질되어 합성가스를 생성하고 있다. 이러한 경우, 탄화수소체가 포함된 혼합가스가 플라즈마에 의해 1차 개질될 때 발생되는 카본블랙 입자들이 촉매 표면에 흡착될 수 있어서 촉매에 의한 개질반응의 효율을 저하시킬 수 있고, 촉매가 위치하는 공간과 플라즈마가 발생되는 공간이 서로 유체 소통 가능하게 연결되어 있으므로 촉매의 공극에 따른 압력변동이 발생될 수 있어서 플라즈마가 불안정해지는 문제가 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마 영역과 촉매 영역이 각각 독립되어 배치되도록 한 두 개의 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기는 이산화탄소 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스를 주입하여 내부의 플라즈마 영역에서 플라즈마에 의한 개질반응을 통해 합성가스를 생성 및 토출하는 플라즈마 반응기; 및 촉매가 수용되는 촉매 영역이 상기 플라즈마 영역과 평행하면서 상기 플라즈마 영역을 둘러싸도록 설치되고, 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스를 상기 촉매 영역을 향해 주입하여 촉매에 의한 개질반응을 통해 합성가스를 생성하고 그 생성된 합성가스를 상기 촉매 영역으로부터 상기 플라즈마 반응기로부터 토출되는 합성가스와 동일 방향으로 토출하는 촉매 반응기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기는, 플라즈마 토치; 및 상기 플라즈마 토치의 토출단으로부터 연장되어 내부로 상기 플라즈마 토치로부터 토출되는 플라즈마 화염이 유입되어 내부에 상기 플라즈마 영역을 형성하는 개질반응기를 포함하고, 상기 촉매는 상기 개질반응기의 플라즈마 영역을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 촉매 반응기는, 상기 촉매를 수용하여 내부에 상기 촉매 영역을 형성하며, 상기 합성가스의 토출 방향으로 상기 촉매의 제1 단부를 노출시키도록 구성된 원통형의 제1 하우징; 및 상기 촉매 영역으로 상기 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스를 주입하는 가스주입부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 촉매 반응기는, 상기 제1 하우징을 내부에 수용하며, 상기 제1 하우징을 둘러싸며 외부로부터 밀폐된 가스이송채널을 포함하는 원통형의 제2 하우징을 더 포함하고, 상기 촉매 영역은 상기 제2 하우징의 내부로 삽입되는 상기 제1 하우징의 일단부가 개방되어 상기 가스이송채널과 유체 소통 가능하게 연결되고, 상기 가스주입부는 상기 촉매의 제1 단부 방향에 배치되어, 상기 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스가 상기 가스이송채널을 따라 이동하여 상기 촉매의 제1 단부의 반대편의 제2 단부로 공급될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 촉매 영역 내에 상기 플라즈마 영역 및 상기 촉매에 접촉하도록 상기 촉매 영역의 둘레 방향으로 배열되는 메탈 플레이트를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기 및 상기 촉매 반응기 각각의 합성가스 토출 방향에 배치되어 합성가스 내의 카본 성분을 여과하는 카본여과기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가스주입부는 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스를 주입하여 플라즈마 처리 후 상기 촉매 반응기 내부로 주입하는 플라즈마 장치일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기로 주입되는 이산화탄소 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스 및 상기 촉매 반응기로 주입되는 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스는 스월로 공급되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기에 의하면, 플라즈마 영역 및 촉매 영역의 두 독립된 공간에서 각각 합성가스를 생성 및 토출하므로 이산화탄소와 탄화수소체의 처리 유량을 증가시키고, 플라즈마와 촉매 공정에 대한 분리된 최적조건을 설정하여 신속한 합성가스의 생성 및 합성가스의 생산량을 증대시킬 수 있고, 안정적인 플라즈마 생성이 가능하며, 촉매에 의한 개질반응이 효과적으로 이루어지며, 촉매 가열에 플라즈마 폐열이 이용되므로 에너지 효율이 높아질 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 촉매를 이용한 합성가스 반응기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 촉매를 이용한 합성가스 반응기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 촉매를 이용한 합성가스 반응기는 플라즈마 반응기(100) 및 촉매 반응기(200)를 포함할 수 있다.
플라즈마 반응기(100)는 이산화탄소(CO2) 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스, 바람직하게는 탄화수소체로서 메탄(CH4)을 주입하여 내부의 플라즈마 영역에서 플라즈마에 의한 개질반응을 통해 합성가스를 생성 및 토출할 수 있다.
일 실시예로, 플라즈마 반응기(100)는 플라즈마 토치(110) 및 개질반응기(120)를 포함할 수 있다.
플라즈마 토치(110)는 마이크로웨이브를 이용하는 마이크로웨이브 플라즈마 토치일 수 있다.
개질반응기(120)는 플라즈마 토치(110)의 토출단으로부터 연장되어 내부로 플라즈마 토치로부터 토출되는 플라즈마 화염이 유입되어 내부에 플라즈마 영역(120a)을 형성할 수 있다. 일 예로, 개질반응기(120)는 원통형 관으로 구비될 수 있고, 연장방향의 말단에 토출구(121)가 형성될 수 있다.
이러한 플라즈마 반응기(100)에서, 예를 들어, 이산화탄소는 플라즈마 토치(110)의 도파관(111)을 관통하는 반응관(112)의 후단으로부터 주입될 수 있고, 메탄은 플라즈마 토치(110)의 토출단 방향에서 플라즈마 화염을 향해 주입되어 개질반응기(120) 내의 플라즈마 영역(120a)에서 플라즈마에 의한 개질반응이 이루어질 수 있다.
상기 플라즈마 반응기에서의 개질반응은 건식 개질 반응일 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 이산화탄소 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스 외에 스팀, 산소 등이 함께 투입되는 경우 습식 개질 반응이 가능할 수도 있다.
촉매 반응기(200)는 촉매(210)가 수용되는 촉매 영역(221)이 플라즈마 영역(120a)과 평행하면서 플라즈마 영역(120a)을 둘러싸도록 설치되고, 물(H2O) 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스, 바람직하게는 탄화수소체로서 메탄(CH4)을 촉매 영역(221)을 향해 주입하여 촉매(210)에 의한 개질반응을 통해 합성가스를 생성하고 그 생성된 합성가스를 촉매 영역(221)으로부터 플라즈마 반응기(100)로부터 토출되는 합성가스와 동일 방향으로 토출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 물은 스팀으로 공급될 수 있다.
일 실시예로, 촉매 반응기(200)는 촉매(210), 제1 하우징(220), 제2 하우징(230), 가스주입부(240)를 포함할 수 있다.
촉매(210)는 개질반응기(120)의 플라즈마 영역(120a)을 둘러싸도록 배치되어, 플라즈마 영역(120a) 내의 플라즈마 화염의 열을 통해 가열될 수 있다.
제1 하우징(220)은 촉매(210)를 수용하여 내부에 촉매 영역(221)을 형성하며, 촉매 영역(221)으로부터 토출되는 합성가스의 토출 방향으로 촉매(210)의 제1 단부를 노출시키도록 구성될 수 있다. 제1 하우징(220)은 원통형으로 구비될 수 있다.
제2 하우징(230)은 제1 하우징(220)보다 긴 길이를 갖고, 제1 하우징(220)을 내부에 수용하며, 제1 하우징(220)을 둘러싸며 외부로부터 밀폐된 가스이송채널(231)을 포함할 수 있다. 제2 하우징(230)은 제1 하우징(220)보다 직경이 큰 원통형으로 구비될 수 있다.
가스주입부(240)는 촉매 영역(221)으로 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스를 주입할 수 있다. 예를 들어, 가스주입부(240)는 제1 가스주입관(241) 및 제2 가스주입관(242)을 포함할 수 있고, 제1 가스주입관(241)을 통해 물 및 탄화수소체 중 어느 하나가 주입되고, 제2 가스주입관(242)을 통해 물 및 탄화수소체 중 나머지 하나가 주입될 수 있다.
한편, 가스주입부(240)는 촉매(210)의 제1 단부 방향, 즉 합성가스가 배출되는 방향에 배치될 수 있고, 촉매 영역(221)은 제2 하우징(230)의 내부로 삽입되는 제1 하우징(220)의 일단부가 개방되어 가스이송채널(231)과 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다. 이에 따라, 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스는 촉매 반응기(200)의 합성가스 토출 방향에서 주입되면 가스이송채널(231)을 따라 플라즈마 토치(110) 방향으로 이동한 후 촉매(210)의 제1 단부(211)의 반대편의 제2 단부(212)를 향하는 역방향으로 이동 전환되어 촉매(210)의 제2 단부(212)를 향해 공급될 수 있다.
한편, 플라즈마 반응기(100)로 주입되는 이산화탄소 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스와 촉매 반응기(200)로 주입되는 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스는 스월로 공급되도록 구성될 수 있다.
플라즈마 반응기(100)로 주입되는 탄화수소체의 스월 공급을 위해, 예를 들어, 플라즈마 토치(110)의 토출단에서 플라즈마 토치(110)의 반응관(112)을 둘러싸는 원통형의 스월유도하우징(130) 및 스월유도하우징(130)에 접선 방향으로 설치되는 탄화수소체주입관(140)이 구비될 수 있다. 이러한 경우, 탄화수소체주입관(140)을 통해 주입되는 탄화수소체는 스월유도하우징(130) 내로 스월로 공급되고, 탄화수소체주입관(140) 내부에서 스월로 유동하는 탄화수소체는 플라즈마 화염으로 공급될 수 있다.
촉매 반응기(200)로 주입되는 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스는, 예를 들어, 상기 제1 가스주입관(241) 및 상기 제2 가스주입관(242)이 제2 하우징(230)에 접선 방향으로 설치되어 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스를 촉매 영역(221)으로 스월로 주입할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기는 카본여과기(300)를 더 포함할 수 있다.
카본여과기(300)는 플라즈마 반응기(100) 및 상기 촉매 반응기(200) 각각의 합성가스 토출 방향에 배치되어 합성가스 내의 카본 성분을 여과할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 반응기(100)를 제1 배출배관(10)을 통해 카본여과기(300)와 연결하고, 촉매 반응기(200)를 제2 배출배관(20)을 통해 카본여과기(300)와 연결할 수 있다. 예를 들어, 카본여과기(300)는 통상의 탄소정체장치, 필터 및 전기집진기 등과 같이 습식방식으로 가스에 포함된 탄소성분을 여과하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기에서 합성가스를 생성 및 토출하는 과정을 설명한다.
합성가스는 두 개의 독립된 개질공간, 즉 각각 독립된, 플라즈마 반응기(100)의 플라즈마 영역(120a) 및 촉매 반응기(200)의 내부의 촉매 영역(221)에서 생성될 수 있다.
먼저, 플라즈마 반응기(100)에서의 합성가스 생성 및 토출 과정을 살펴보면, 플라즈마 토치(110)의 후단에서 이산화탄소가 주입되고, 플라즈마 토치(110)의 토출단에서 탄화수소체, 바람직하게는 메탄이 스월로 주입되며, 도파관(111)을 통해 마이크로웨이브가 전송될 수 있다. 이때, 이산화탄소는 플라즈마 소스 가스로 작용하여 플라즈마 화염을 발생시키며, 플라즈마 화염은 개질반응기(120)의 내부로 공급되고, 이산화탄소 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스는 개질반응기(120)의 길이방향을 따라 공급되면서 개질반응기(120)의 플라즈마 영역(120a)에서 플라즈마 화염과 접촉하여 플라즈마에 의한 개질반응을 통해 수소를 포함하는 합성가스가 생성되며, 생성된 합성가스는 개질반응기(120)의 토출구(121)를 통해 토출될 수 있다.
한편, 촉매 반응기(200)에서의 합성가스 생성 및 토출 과정을 살펴보면, 촉매 반응기(200)의 합성가스 토출방향, 즉 외부로 노출되는 촉매(210)의 제1 단부(211) 방향에서 가스주입부(240)를 통해 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스가 제2 하우징(230)의 가스이송채널(231)로 주입되고, 주입된 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스는 가스이송채널(231)을 통해 제2 하우징(230)의 내부로 삽입된 제1 하우징(220)의 일단부를 향해 스월로 이동한 후 촉매(210)의 제1 단부(211)의 반대편의 제2 단부(212)를 향하는 역방향으로 이동 전환되어 촉매(210)의 제2 단부(212)를 향해 공급될 수 있다.
이때, 촉매(210)는 플라즈마 영역(120a)을 감싸고 있으므로 플라즈마 영역(120a) 내의 플라즈마 화염에 의한 열을 전달받아 촉매(210)에 의한 개질반응을 위한 온도로 가열될 수 있고, 가스이송채널(231)을 따라 스월로 이동하는 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스가 플라즈마 화염에 의한 열이 촉매 영역(221) 내부로 전달되는 것에 의해 예열되며, 이러한 상태로 촉매(210)의 제2 단부(212)를 향해 공급되는 탄화수소체, 예를 들어, 메탄이 촉매(210)를 길이방향으로 통과하면서 촉매 반응에 의해 개질되어 수소를 포함하는 합성가스를 생성 및 촉매(210)의 제1 단부(211)를 통해 토출될 수 있다.
한편, 플라즈마 반응기(100) 및 촉매 반응기(200)로부터 토출되는 각각의 합성가스는 카본여과기(300)로 공급되어 카본성분이 여과되며, 카본성분이 여과된 합성가스는 별도 저장되거나 사용처로 공급될 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기를 이용하면, 플라즈마 영역(120a) 및 촉매 영역(221)의 두 독립된 공간에서 각각 합성가스를 생성 및 토출하므로 이산화탄소와 탄화수소체의 처리 유량을 증가시키고, 플라즈마와 촉매 공정에 대한 분리된 최적조건을 설정하여 신속한 합성가스의 생성 및 합성가스의 생산량을 증대시킬 수 있다.
또한, 플라즈마 영역(120a)은 촉매(210)와 독립된 공간으로 배치되므로 플라즈마 영역(120a)과 촉매(210)가 동일 공간 내에 배치되는 경우에 비해 촉매(210)의 공극에 따른 플라즈마 영역(120a)의 압력 변동이 없으므로 안정적인 플라즈마 생성이 가능하며, 플라즈마에 의해 개질된 합성가스가 촉매(210)를 통과하지 않으므로 메탄이 분해되면서 생성되는 카본입자가 촉매(210)에 흡착되어 촉매(210)에 의한 개질반응 효율을 저하시키는 문제를 방지하여 촉매에 의한 개질반응이 효과적으로 이루어질 수 있다.
또한, 촉매(210) 가열에 플라즈마 폐열이 이용되므로 에너지 효율이 높아질 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기는 촉매 반응기(200)가 다수의 메탈 플레이트(250)를 더 포함할 수 있다.
다수의 메탈 플레이트(250)는 촉매 영역(221) 내에 플라즈마 영역(120a) 및 촉매(210)에 접촉하도록 촉매 영역(221)의 둘레 방향으로 배열될 수 있다. 즉, 다수의 메탈 플레이트(250)는 개질반응기(120)의 외면 및 제1 하우징(220)의 내면 사이에 연결되고 제1 하우징(220)의 원주 방향을 따라 배열될 수 있다. 이러한 다수의 메탈 플레이트(250)는 개질반응기(120)의 플라즈마 영역(120a)의 플라즈마 열을 촉매(210)에 효과적으로 전달되게 한다. 이러한 경우, 촉매(210)는 복수로 분할되어 다수의 메탈 플레이트(250)들 사이사이에 배치되는 형태로 구비될 수 있다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기는 플라즈마 반응기(100)의 플라즈마 영역(120a)의 플라즈마 열이 촉매(210)로 효과적으로 전달되므로 촉매(210)에 의한 개질반응을 위한 온도로 촉매(210)가 빠르게 가열될 수 있고, 촉매(210) 및 촉매 영역(221)이 균일한 온도 분포로 유지될 수 있어서 촉매 반응기(200)로 공급되는 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스의 예열 효율이 증대될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기는 촉매 반응기(200)의 가스주입부(240)가 메탄 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스를 주입하여 플라즈마 처리 후 촉매 반응기(200) 내부로 주입하는 플라즈마 장치(400)고 구성될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 장치(400)는 마이크로웨이브 플라즈마 장치일 수 있다.
이러한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기에 따라 가스주입부(240)가 플라즈마 장치(400)로 구성되는 경우, 반응성이 높은 이온, 라디칼 등이 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스와 함께 촉매 영역(221)으로 공급될 수 있으므로 촉매 반응에 의한 탄화수소체, 예를 들어, 메탄의 개질반응의 효율이 증대될 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 이산화탄소 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스를 주입하여 내부의 플라즈마 영역에서 플라즈마에 의한 개질반응을 통해 합성가스를 생성 및 토출하는 플라즈마 반응기; 및
    촉매가 수용되는 촉매 영역이 상기 플라즈마 영역과 평행하면서 상기 플라즈마 영역을 둘러싸도록 설치되고, 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스를 상기 촉매 영역을 향해 주입하여 촉매에 의한 개질반응을 통해 합성가스를 생성하고 그 생성된 합성가스를 상기 촉매 영역으로부터 상기 플라즈마 반응기로부터 토출되는 합성가스와 동일 방향으로 토출하는 촉매 반응기를 포함하는,
    두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기는,
    플라즈마 토치; 및
    상기 플라즈마 토치의 토출단으로부터 연장되어 내부로 상기 플라즈마 토치로부터 토출되는 플라즈마 화염이 유입되어 내부에 상기 플라즈마 영역을 형성하는 개질반응기를 포함하고,
    상기 촉매는 상기 개질반응기의 플라즈마 영역을 둘러싸도록 배치되는,
    두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 촉매 반응기는,
    상기 촉매를 수용하여 내부에 상기 촉매 영역을 형성하며, 상기 합성가스의 토출 방향으로 상기 촉매의 제1 단부를 노출시키도록 구성된 원통형의 제1 하우징; 및
    상기 촉매 영역으로 상기 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스를 주입하는 가스주입부를 포함하는,
    두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 촉매 반응기는,
    상기 제1 하우징을 내부에 수용하며, 상기 제1 하우징을 둘러싸며 외부로부터 밀폐된 가스이송채널을 포함하는 원통형의 제2 하우징을 더 포함하고,
    상기 촉매 영역은 상기 제2 하우징의 내부로 삽입되는 상기 제1 하우징의 일단부가 개방되어 상기 가스이송채널과 유체 소통 가능하게 연결되고,
    상기 가스주입부는 상기 촉매의 제1 단부 방향에 배치되어, 상기 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스가 상기 가스이송채널을 따라 이동하여 상기 촉매의 제1 단부의 반대편의 제2 단부로 공급되는,
    두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 영역 내에 상기 플라즈마 영역 및 상기 촉매에 접촉하도록 상기 촉매 영역의 둘레 방향으로 배열되는 메탈 플레이트를 더 포함하는,
    플라즈마 및 촉매를 이용한 합성가스 반응기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기 및 상기 촉매 반응기 각각의 합성가스 토출 방향에 배치되어 합성가스 내의 카본 성분을 여과하는 카본여과기를 더 포함하는,
    두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 가스주입부는 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스를 주입하여 플라즈마 처리 후 상기 촉매 반응기 내부로 주입하는 플라즈마 장치인,
    두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기로 주입되는 이산화탄소 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스 및 상기 촉매 반응기로 주입되는 물 및 탄화수소체를 포함하는 혼합가스는 스월로 공급되도록 구성되는,
    두 개의 독립된 개질공간을 구비하는 합성가스 반응기.
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