KR102675592B1 - Dual structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas and biogas - Google Patents
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Abstract
본 발명은 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 매립지가스 또는 바이오가스에 있어 메탄과 이산화탄소를 원료로 합성가스 내지 수소를 효율적으로 개질하는 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치을 제공한다.The present invention relates to a dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas. More specifically, it relates to landfill gas or biogas that efficiently reformes synthetic gas or hydrogen using methane and carbon dioxide as raw materials. Alternatively, a dual-structure plasma generator for efficient reforming of biogas is provided.
Description
본 발명은 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 매립지가스 또는 바이오가스에 있어 메탄과 이산화탄소를 원료로 합성가스 내지 수소를 효율적으로 개질하는 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to a dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas. More specifically, it relates to landfill gas or biogas that efficiently reformes synthetic gas or hydrogen using methane and carbon dioxide as raw materials. Or, it relates to a dual-structure plasma generator for efficient reforming of biogas.
매립지가스 또는 바이오가스는 음식물쓰레기, 도축장 폐수, 생활 및 산업 폐기물 등의 유기성 폐수처리과정에서 발생하는 슬러지 등의 침전물로부터 발생하는 가스로, 주요 가스는 황화수소, 이산화탄소, 메탄, 수분, 실록산 등으로 구성되어 있다. Landfill gas or biogas is a gas generated from sediments such as sludge generated during the treatment of organic wastewater such as food waste, slaughterhouse wastewater, and household and industrial waste. The main gases are hydrogen sulfide, carbon dioxide, methane, moisture, and siloxane. It is done.
이러한 매립지가스 또는 바이오가스는 폐기물의 종류, 계절 등의 영향을 크게 받으며, 이와 함게 생성되는 가스의 양 및 조성이 균일하지 않아 산업적 이용가치가 높지않다. Such landfill gas or biogas is greatly influenced by the type of waste, season, etc., and the amount and composition of the gas produced is not uniform, so its industrial use value is not high.
매립지가스 또는 바이오가스의 대부분은 50~60%의 메탄과 40~50%의 이산화탄소, 5~10% 불순물(질소, 산소, 황화수소, 실록산, VOC 및 미세먼지)이 포함되어 있어 수분, 먼지, 황화수소 등의 전처리를 통한 가스의 고질화를 통해 정제 및 포집으로 개질시 사용하게 된다. Most landfill gas or biogas contains 50-60% methane, 40-50% carbon dioxide, and 5-10% impurities (nitrogen, oxygen, hydrogen sulfide, siloxane, VOC, and fine dust), resulting in moisture, dust, and hydrogen sulfide. It is used for reforming through purification and collection through high nitrogenization of gas through pretreatment, etc.
이들 가스의 활용을 위해 불순물인 황화수소나 실록산 화합물을 제거하는 전처리 공정을 거쳐 사용하는 공정을 통해 온실가스인 메탄과 이산화탄소의 분리 및 생물학적 전환 또는 화학적 전환 과정을 통해 수소나 합성가스 제조 공정이 일반적이다. In order to utilize these gases, a pretreatment process is used to remove impurities such as hydrogen sulfide or siloxane compounds, and the general process is to separate methane and carbon dioxide, which are greenhouse gases, and produce hydrogen or synthetic gas through biological or chemical conversion processes. .
화학적 전환에 있어 이산화탄소와 메탄의 개질은 강한 흡열 반응으로, 충분한 열을 외부에서 공급하여야하며, 이상적으로 메탄과 이산화탄소를 각각 1몰씩 주입하여 개질하여 일산화탄소 2몰과 수소 2몰, 또는 메탄과 스팀을 각각 1몰씩 주입하여 일산화탄소 1몰과 수소 3몰로 개질이 가능하다. In chemical conversion, the reforming of carbon dioxide and methane is a strongly endothermic reaction, and sufficient heat must be supplied from the outside. Ideally, 1 mole each of methane and carbon dioxide is injected and reformed to produce 2 moles of carbon monoxide and 2 moles of hydrogen, or methane and steam. By injecting 1 mole of each, it is possible to reform into 1 mole of carbon monoxide and 3 moles of hydrogen.
이러한 매립지가스 또는 바이오가스는 직접연소를 통한 전기생산 및 보일러 열원으로 사용하고 있으나, 발열량이 낮고 불순물이 많아 연소가 불안정하고 다량의 이산화탄소가 고온으로 대기에 방출되므로 온실가스 저감효과를 감쇄하는 단점이 있으며, 매립지가스 또는 바이오가스는 계절과 원료(음식물 종류, 매립물 종류)에 따라 생성되는 가스의 양 및 조성이 균일하지 않아 산업적 이용시 어려움이 많은 문제가 있다. Such landfill gas or biogas is used to produce electricity through direct combustion and as a heat source for boilers, but has the disadvantage of low calorific value and high impurities, making combustion unstable and releasing a large amount of carbon dioxide into the atmosphere at high temperatures, which reduces the greenhouse gas reduction effect. Landfill gas or biogas has many difficulties in industrial use because the amount and composition of the gas produced is not uniform depending on the season and raw materials (type of food, type of landfill).
플라즈마를 이용한 열화학적 개질시 메탄 1몰과 이산화탄소 1몰을 이용하여 일산화탄소 2몰과 수소 2몰을 생산하는것이 이상적이나, 실제 열화학적 개질시는 장치의 효율에 따라 이산화탄소 1~1.5몰에 메탄 1몰을 연료로 하여 메탄 2몰과, 일산화탄소 2몰을 생산하게 된다. When thermochemical reforming using plasma, it is ideal to produce 2 moles of carbon monoxide and 2 moles of hydrogen using 1 mole of methane and 1 mole of carbon dioxide, but in actual thermochemical reforming, depending on the efficiency of the device, 1 mole of methane to 1 to 1.5 moles of carbon dioxide. Using mol as fuel, 2 moles of methane and 2 moles of carbon monoxide are produced.
하지만 매립지가스 또는 바이오가스의 경우 메탄의 농도가 이산화탄소보다 높으며, 두 가스의 농도비가 생산 재료 및 환경에 따라 변경되어 이를 보완하기 위해 외부로부터 부족한 이산화탄소의 공급을 필요로 하게 되는 문제가 있다. However, in the case of landfill gas or biogas, the concentration of methane is higher than that of carbon dioxide, and the concentration ratio of the two gases changes depending on the production material and environment, so there is a problem of requiring insufficient supply of carbon dioxide from outside to compensate for this.
한국등록특허 [10-1475822]에서는 전자파 플라즈마 토치가 개시되어 있다.Korean patent [10-1475822] discloses an electromagnetic wave plasma torch.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 매립지가스 또는 바이오가스에 있어 메탄과 이산화탄소를 원료로 합성가스 내지 수소를 효율적으로 개질하는 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.Therefore, the present invention was created to solve the problems described above, and the purpose of the present invention is to provide landfill gas or biogas that efficiently reformes synthesis gas or hydrogen using methane and carbon dioxide as raw materials. To provide a dual-structure plasma generator for efficient reforming.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The purposes of the embodiments of the present invention are not limited to the purposes mentioned above, and other purposes not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. .
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치는, 제1플라즈마발생부(100); 제1마이크로웨이브(11)를 상기 제1플라즈마발생부(100)로 전송하는 제1도파관(110); 스팀(12)을 상기 제1플라즈마발생부(100)로 주입하는 스팀주입부(120); 상기 제1플라즈마발생부(100)의 상부에 연통되도록 구비된 제2플라즈마발생부(200); 제2마이크로웨이브(21)를 상기 제2플라즈마발생부(200)로 전송하는 제2도파관(210); 이산화탄소(22)를 상기 제2플라즈마발생부(200)로 주입하는 이산화탄소주입부(220); 상기 제2플라즈마발생부(200)의 상부에 구비되며, 상기 제1플라즈마발생부(100)와 제2플라즈마발생부(200)와 연통되며, 개질 과정이 이루어지는 반응부(300); 상기 제2플라즈마발생부(200)의 상부에 구비되며, 상기 반응부(300) 외주면에 공간이 형성되고, 상기 반응부(300)와 연통된 메탄분배부(310); 및 메탄(32)을 상기 메탄분배부(310)로 주입하는 메탄주입부(320);를 포함하는 것을 특징으로 한다.A dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention to achieve the above-described object includes: a first plasma generator (100); A first waveguide 110 transmitting the first microwave 11 to the first plasma generator 100; A steam injection unit 120 that injects steam 12 into the first plasma generator 100; A second plasma generator 200 provided in communication with the upper part of the first plasma generator 100; A second waveguide 210 transmitting the second microwave 21 to the second plasma generator 200; A carbon dioxide injection unit 220 that injects carbon dioxide 22 into the second plasma generator 200; A reaction unit 300 provided on the upper part of the second plasma generator 200, in communication with the first plasma generator 100 and the second plasma generator 200, and in which a reforming process takes place; A methane distribution unit 310 that is provided on the upper part of the second plasma generator 200, has a space formed on the outer peripheral surface of the reaction unit 300, and is in communication with the reaction unit 300; And a methane injection unit 320 that injects methane 32 into the methane distribution unit 310.
또한, 상기 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치는 안정적인 가스 개질을 위해 요구되는 메탄과 이산화탄소의 농도비에 해당되는 경우 제2플라즈마발생부(200)에 이산화탄소(22)를 주입하여 이산화탄소 플라즈마(23)를 발생시킨 후 상기 반응부(100)에 메탄(32)를 주입하여 혼합개질(33)하며, 안정적인 가스 개질을 위해 요구되는 메탄과 이산화탄소의 농도비 보다 메탄(32)의 농도가 높은 경우 제1플라즈마발생부(100)에 스팀(12)을 주입하여 스팀 플라즈마(13)를 발생시키고 제2플라즈마발생부(200)에 이산화탄소(22)를 주입하여 이산화탄소 플라즈마(23)를 발생시킨 후 상기 반응부(100)에 메탄(32)를 주입하여 혼합개질(33)하는 것을 특징으로 한다.In addition, the dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas injects carbon dioxide (22) into the second plasma generator 200 when it corresponds to the concentration ratio of methane and carbon dioxide required for stable gas reforming. After generating carbon dioxide plasma (23), methane (32) is injected into the reaction unit (100) to perform mixed reforming (33), and the concentration of methane (32) is higher than the concentration ratio of methane and carbon dioxide required for stable gas reforming. When is high, steam 12 is injected into the first plasma generator 100 to generate steam plasma 13, and carbon dioxide 22 is injected into the second plasma generator 200 to generate carbon dioxide plasma 23. After this, methane (32) is injected into the reaction unit (100) to perform mixed reforming (33).
또, 상기 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치는 상기 제1플라즈마발생부(100), 제2플라즈마발생부(200) 및 반응부(300)가 상기 스팀주입부(120)의 중심축을 중심으로 하여 상기 스팀주입부(120)의 중심축을 따라 일직선으로 배치된 것을 특징으로 한다.In addition, the dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas includes the first plasma generator 100, the second plasma generator 200, and the reaction section 300. It is characterized in that it is arranged in a straight line along the central axis of the steam injection unit 120 with the central axis of ) as the center.
또한, 상기 제2플라즈마발생부(200)는 하부에서 상부 방향으로 일정 각도 경사진 형태의 경사형가스주입구(201)가 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the second plasma generator 200 is characterized in that an inclined gas inlet 201 is formed inclined at a certain angle from the bottom to the top.
또, 상기 경사형가스주입구(201)는 상기 스팀주입부(120)의 중심축을 중심으로한 동심원을 따라 2~64개 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the inclined gas inlet 201 is characterized in that 2 to 64 of the inclined gas inlets 201 are formed along a concentric circle centered on the central axis of the steam injection unit 120.
또한, 상기 경사형가스주입구(201)는 상기 스팀주입부(120)의 중심축과 평행한 기준축으로부터 15~75도 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the inclined gas inlet 201 is characterized by being inclined at an angle of 15 to 75 degrees from a reference axis parallel to the central axis of the steam injection unit 120.
또, 상기 제2플라즈마발생부(200)는 하부에 이산화탄소가 이동할 수 있도록 공간이 형성된 이산화탄소분배부(202)가 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the second plasma generator 200 is characterized by a carbon dioxide distribution portion 202 formed at the bottom with a space for carbon dioxide to move.
또한, 상기 반응부(300)는 상기 스팀주입부(120)의 중심축을 향하는 상기 스팀주입부(120)의 중심축과 수직한 방향으로 중공된 수평가스주입구(301)가 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the reaction unit 300 is characterized by a hollow horizontal gas inlet 301 formed in a direction perpendicular to the central axis of the steam injection unit 120, which faces the central axis of the steam injection unit 120.
또, 제1마이크로웨이브(11)는 TE(Transverse Electric)10모드(Mode)인 것을 특징으로 한다.In addition, the first microwave 11 is characterized in that it is in TE (Transverse Electric) 10 mode.
아울러, 제2마이크로웨이브(21)는 TE(Transverse Electric)20모드(Mode)인 것을 특징으로 한다.In addition, the second microwave 21 is characterized in that it is in TE (Transverse Electric) 20 mode.
본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치는 스팀 플라즈마를 이용하여 외부에서 이산화탄소를 구입하여 공급하지 않아도 매립지가스 또는 바이오가스의 개질이 가능함으로써, 계절과 폐기물에 따라 생산량과 가스조성이 일정하지 않은 매립지가스 또는 바이오가스를 원료로 안정적으로 개질이 가능하여 합성가스 및 수소의 생산 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.The dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention uses steam plasma to enable reforming of landfill gas or biogas without purchasing and supplying carbon dioxide from outside, thereby improving seasonal Landfill gas or biogas, whose production and gas composition are not constant depending on the type of waste, can be stably reformed as raw materials, which has the effect of reducing the production costs of synthetic gas and hydrogen.
또한, 메탄과 이산화탄소의 농도비를 근거로 스팀 플라즈마 발생을 제어함으로써, 보다 효율적인 합성가스 및 수소의 생산 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, by controlling the generation of steam plasma based on the concentration ratio of methane and carbon dioxide, there is an effect of increasing the production efficiency of more efficient synthesis gas and hydrogen.
또, 제1플라즈마발생부, 제2플라즈마발생부 및 반응부가 직선 형태로 배치되도록 하여, 스팀 플라즈마, 이산화탄소 플라즈마 및 메탄이 한 공간에서 효율적으로 만날 수 있도록 함으로써, 보다 효율적인 합성가스 및 수소의 생산 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, the first plasma generator, the second plasma generator, and the reaction section are arranged in a straight line so that steam plasma, carbon dioxide plasma, and methane can meet efficiently in one space, resulting in more efficient production of synthesis gas and hydrogen. It has the effect of increasing .
또한, 경사형가스주입구가 경사진 형태로 형성되도록 하여 이산화탄소 플라즈마가 더 길게 형성될 수 있도록 함으로써, 보다 효율적인 합성가스 및 수소의 생산 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, by forming the inclined gas inlet in an inclined shape so that carbon dioxide plasma can be formed longer, there is an effect of increasing the production efficiency of more efficient synthesis gas and hydrogen.
또, 이산화탄소가 중심축의 동심원을 따라 고르게 분배될 수 있도록 이산화탄소분배부를 형성함으로써, 보다 효율적인 합성가스 및 수소의 생산 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, by forming a carbon dioxide distribution unit so that carbon dioxide can be evenly distributed along the concentric circles of the central axis, there is an effect of increasing the production efficiency of more efficient synthesis gas and hydrogen.
아울러, 메탄이 이산화탄소 플라즈마에 혼입되기 용이하도록 수평가스주입구가 형성됨으로써, 보다 효율적인 합성가스 및 수소의 생산 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, a horizontal gas inlet is formed to facilitate methane mixing into the carbon dioxide plasma, which has the effect of increasing the production efficiency of more efficient synthesis gas and hydrogen.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치의 개념도.
도 2 및 도 3은 도 1에서의 기체의 유동, 플라즈마 발생 및 개질 과정을을 보여주는 개념도.
도 4는 도 1의 제2플라즈마발생부로 이산화탄소가 유입되는 형태의 일 예를 보여주는 개념도.
도 5는 도 1의 반응부로 메탄이 유입되는 형태의 일 예를 보여주는 개념도.1 is a conceptual diagram of a dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention.
Figures 2 and 3 are conceptual diagrams showing the gas flow, plasma generation, and reforming processes in Figure 1.
Figure 4 is a conceptual diagram showing an example of carbon dioxide flowing into the second plasma generator of Figure 1.
Figure 5 is a conceptual diagram showing an example of methane flowing into the reaction unit of Figure 1.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, processes, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, processes, operations, components, parts, or combinations thereof.
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 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. No.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor should appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. Based on the principle of definability, it must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. In addition, if there is no other definition in the technical and scientific terms used, they have meanings commonly understood by those skilled in the art to which this invention pertains, and the gist of the present invention is summarized in the following description and accompanying drawings. Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure are omitted. The drawings introduced below are provided as examples so that the idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms. Additionally, like reference numerals refer to like elements throughout the specification. It should be noted that like elements in the drawings are represented by like symbols wherever possible.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치의 개념도이고, 도 2 및 도 3은 도 1에서의 기체의 유동, 플라즈마 발생 및 개질 과정을을 보여주는 개념도이며, 도 4는 도 1의 제2플라즈마발생부로 이산화탄소가 유입되는 형태의 일 예를 보여주는 개념도이고, 도 5는 도 1의 반응부로 메탄이 유입되는 형태의 일 예를 보여주는 개념도.이다Figure 1 is a conceptual diagram of a dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention, and Figures 2 and 3 show the gas flow, plasma generation, and reforming processes in Figure 1. is a conceptual diagram showing, and Figure 4 is a conceptual diagram showing an example of carbon dioxide flowing into the second plasma generator of Figure 1, and Figure 5 is a conceptual diagram showing an example of methane flowing into the reaction part of Figure 1.
본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치는 매립지가스 또는 바이오가스의 개질에 있어 공급되는 원료 가스의 조성이 일정하지 않아, 개질 효율이 저하되는 것을 개선하고, 개질을 위한 가스조성비를 위한 추가적인 이산화탄소 내지 메탄의 공급없이 높은 효율의 가스 개질을 위한 이중구조 플라즈마 개질 장치에 관한 것이다. A dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention prevents the reforming efficiency from decreasing due to the inconsistent composition of the raw material gas supplied during reforming of landfill gas or biogas. It relates to a dual-structure plasma reforming device for improving gas reforming with high efficiency without supplying additional carbon dioxide or methane for gas composition ratio for reforming.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치는 제1플라즈마발생부(100), 제1도파관(110), 스팀주입부(120), 제2플라즈마발생부(200), 제2도파관(210), 이산화탄소주입부(220), 반응부(300), 메탄분배부(310) 및 메탄주입부(320)를 포함한다.As shown in Figures 1 to 3, the dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention includes a first plasma generator 100 and a first waveguide 110. , steam injection unit 120, second plasma generator 200, second waveguide 210, carbon dioxide injection unit 220, reaction unit 300, methane distribution unit 310, and methane injection unit 320. Includes.
제1플라즈마발생부(100)는 방전관이라고 불리우며, 제1도파관(110)의 종단에 관통 설치되어 제1도파관(110)을 통해 입력되는 전자파에 의해 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하도록 구성된다. 이 경우 바람직하게 방전관은 도파관을 수직으로 관통한다.The first plasma generator 100 is called a discharge tube and is installed penetrating the end of the first waveguide 110 to provide a space where plasma is generated by electromagnetic waves input through the first waveguide 110. In this case, the discharge tube preferably passes vertically through the waveguide.
제1도파관(110)은 제1마이크로웨이브(11)를 상기 제1플라즈마발생부(100)로 전송한다.The first waveguide 110 transmits the first microwave 11 to the first plasma generator 100.
상기 제1도파관(110)은 발진된 상기 제1마이크로웨이브(11)를 제1플라즈마발생부(100)로 전송하도록 구성된다.The first waveguide 110 is configured to transmit the oscillated first microwave 11 to the first plasma generator 100.
상기 제1도파관(110)은 사각 관 형태로 형성될 수 있다.The first waveguide 110 may be formed in the shape of a square tube.
스팀주입부(120)는 스팀(12)을 상기 제1플라즈마발생부(100)로 주입한다.The steam injection unit 120 injects steam 12 into the first plasma generator 100.
상기 스팀주입부(120)는 스팀(steam)(12)을 상기 제1플라즈마발생부(100)에 주입하는 모든 관련된 구성을 말한다. 즉, 스팀(12)이 이동되는 통로 뿐 아니라, 밸브 등 스팀(12)의 이동을 제어하는 구성도 포함된다.The steam injection unit 120 refers to all related components for injecting steam 12 into the first plasma generator 100. That is, not only the passage through which the steam 12 moves, but also components that control the movement of the steam 12, such as valves, are included.
제2플라즈마발생부(200)는 상기 제1플라즈마발생부(100)의 상부에 연통되도록 구비된다.The second plasma generator 200 is provided to communicate with the upper part of the first plasma generator 100.
제2플라즈마발생부(200)는 역시 방전관이라고 불리우며, 제2도파관(210)의 종단에 관통 설치되어 제2도파관(210)을 통해 입력되는 전자파에 의해 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하도록 구성된다. 이 경우 역시 바람직하게 방전관은 도파관을 수직으로 관통한다.The second plasma generator 200, also called a discharge tube, is installed penetrating the end of the second waveguide 210 and is configured to provide a space in which plasma is generated by electromagnetic waves input through the second waveguide 210. In this case too, the discharge tube preferably passes vertically through the waveguide.
제2도파관(210)은 제2마이크로웨이브(21)를 상기 제2플라즈마발생부(200)로 전송한다.The second waveguide 210 transmits the second microwave 21 to the second plasma generator 200.
상기 제2도파관(210)은 발진된 상기 제2마이크로웨이브(21)를 제2플라즈마발생부(200)로 전송하도록 구성된다.The second waveguide 210 is configured to transmit the oscillated second microwave 21 to the second plasma generator 200.
상기 제2도파관(210) 역시 사각 관 형태로 형성될 수 있다.The second waveguide 210 may also be formed in a square tube shape.
이산화탄소주입부(220)는 이산화탄소(22)를 상기 제2플라즈마발생부(200)로 주입한다.The carbon dioxide injection unit 220 injects carbon dioxide 22 into the second plasma generator 200.
상기 이산화탄소주입부(220)는 이산화탄소(22)를 상기 제2플라즈마발생부(200)에 주입하는 모든 관련된 구성을 말한다. 즉, 이산화탄소(22)가 이동되는 통로 뿐 아니라, 밸브 등 이산화탄소(22)의 이동을 제어하는 구성도 포함된다.The carbon dioxide injection unit 220 refers to all related components for injecting carbon dioxide 22 into the second plasma generator 200. That is, not only the passage through which carbon dioxide 22 moves, but also components that control the movement of carbon dioxide 22, such as valves, are included.
반응부(300)는 상기 제2플라즈마발생부(200)의 상부에 구비되며, 상기 제1플라즈마발생부(100)와 제2플라즈마발생부(200)와 연통되며, 개질 과정이 이루어진다.The reaction unit 300 is provided on the upper part of the second plasma generator 200 and communicates with the first plasma generator 100 and the second plasma generator 200, and a reforming process is performed.
상기 반응부(300)는 상기 제1플라즈마발생부(100)와 제2플라즈마발생부(200)에서 생성된 플라즈마와 상기 반응부(300)에 주입된 메탄(32)이 혼합되고, 열 공급을 통해 개질과정이 이루어 진다. The reaction unit 300 is a mixture of the plasma generated in the first plasma generator 100 and the second plasma generator 200 and the methane 32 injected into the reaction unit 300, and provides heat supply. The reforming process takes place through
개질은 매립지 등에서 나오는 가스를 유용한 용도로 변환하는 것으로, 이산화탄소와 메탄을 그대로 버리면 안 되기 때문에, 플라즈마 버너(토치)를 이용하여 수소와 일산화탄소를 만드는 것을 말한다.Reforming refers to converting gases from landfills, etc. into useful uses. Since carbon dioxide and methane should not be discarded as is, it refers to using a plasma burner (torch) to produce hydrogen and carbon monoxide.
메탄분배부(310)는 상기 제2플라즈마발생부(200)의 상부에 구비되며, 상기 반응부(300) 외주면에 공간이 형성되고, 상기 반응부(300)와 연통된다.The methane distribution unit 310 is provided on the upper part of the second plasma generation unit 200, and a space is formed on the outer peripheral surface of the reaction unit 300, and is in communication with the reaction unit 300.
상기 메탄분배부(310)는 메탄(32)이 상기 반응부(300)에 고르게 주입될 수 있도록 도와주는 구성으로, 상기 반응부(300)와 메탄주입부(320)를 이어주는 통로 역할을 한다.The methane distribution unit 310 is configured to help methane 32 be evenly injected into the reaction unit 300, and serves as a passage connecting the reaction unit 300 and the methane injection unit 320.
메탄주입부(320)는 메탄(32)을 상기 메탄분배부(310)로 주입한다.The methane injection unit 320 injects methane 32 into the methane distribution unit 310.
상기 메탄주입부(320)는 메탄(32)를 상기 반응부(300)에 주입하는 모든 관련된 구성을 말한다. 즉, 메탄(32)이 이동되는 통로 뿐 아니라, 밸브 등 메탄(32)의 이동을 제어하는 구성도 포함된다.The methane injection unit 320 refers to all related components for injecting methane 32 into the reaction unit 300. That is, not only the passage through which methane 32 moves, but also components that control the movement of methane 32, such as valves, are included.
매립지가스 또는 바이오가스에는 여러 가스들이 혼합되어 있는데, 이러한 혼합가스를 직접 개질하는 것은 효율이 떨어진다.Landfill gas or biogas is a mixture of various gases, and directly reforming such mixed gas is inefficient.
또한, 메탄은 플라즈마화가 잘 안되고, 스팀과 이산화탄소는 플라즈마화가 잘되기 때문에, 분리막 등을 이용하여 이산화탄소와 메탄을 분리하고, 분리과정을 거친 이산화탄소는 이산화탄소주입부(220)로 보내지고, 분리과정을 거친 메탄은 메탄주입부(320)로 보내지도록 분리된 이산화탄소와 메탄이 서로 다른 경로로 투입되도록 하며, 이산화탄소를 먼저 플라즈마화 시킨 후 메탄을 투입하여 개질과정이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.In addition, since methane is not easily converted into plasma, and steam and carbon dioxide are easily converted into plasma, carbon dioxide and methane are separated using a separation membrane, etc., and the carbon dioxide that has gone through the separation process is sent to the carbon dioxide injection unit 220 and the separation process is completed. The coarse methane is sent to the methane injection unit 320 so that the separated carbon dioxide and methane are injected through different paths, and it is preferable to first convert the carbon dioxide into plasma and then input the methane to carry out the reforming process.
이산화탄소(22)가 제2플라즈마발생부(200)에 공급되 이산화탄소 플라즈마(23)가 발생되면 3000~4000도 정도의 온도가 발생되고, 이 상태에서 메탄(32)이 공급되면 열화학적 분해가 일어나 혼합개질(33) 된다.When carbon dioxide (22) is supplied to the second plasma generator (200) and carbon dioxide plasma (23) is generated, a temperature of about 3000 to 4000 degrees is generated, and when methane (32) is supplied in this state, thermochemical decomposition occurs. Mixed reforming (33) is performed.
이때, 이산화탄소의 양이 부족할 경우, 스팀까지 플라즈마화 시킨 후 메탄을 투입하여 개질과정이 이루어지도록 하면, 외부에서 이산화탄소를 구입하여 공급하지 않아도 매립지가스 또는 바이오가스의 개질이 가능하다.At this time, if the amount of carbon dioxide is insufficient, by turning steam into plasma and then adding methane to carry out the reforming process, it is possible to reform landfill gas or biogas without purchasing and supplying carbon dioxide from outside.
본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치는 이러한 조건을 만족한다.The dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention satisfies these conditions.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치는 안정적인 가스 개질을 위해 요구되는 메탄과 이산화탄소의 농도비에 해당되는 경우 제2플라즈마발생부(200)에 이산화탄소(22)를 주입하여 이산화탄소 플라즈마(23)를 발생시킨 후 상기 반응부(100)에 메탄(32)를 주입하여 혼합개질(33)하며, 안정적인 가스 개질을 위해 요구되는 메탄과 이산화탄소의 농도비 보다 메탄(32)의 농도가 높은 경우 제1플라즈마발생부(100)에 스팀(12)을 주입하여 스팀 플라즈마(13)를 발생시키고 제2플라즈마발생부(200)에 이산화탄소(22)를 주입하여 이산화탄소 플라즈마(23)를 발생시킨 후 상기 반응부(100)에 메탄(32)를 주입하여 혼합개질(33)하는 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in Figures 2 and 3, the dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention has a concentration ratio of methane and carbon dioxide required for stable gas reforming. In this case, carbon dioxide (22) is injected into the second plasma generation unit (200) to generate carbon dioxide plasma (23), and then methane (32) is injected into the reaction unit (100) to perform mixed reforming (33) and stable gas reforming. When the concentration of methane (32) is higher than the concentration ratio of methane and carbon dioxide required for this, steam (12) is injected into the first plasma generator (100) to generate steam plasma (13) and the second plasma generator (200) ) may be characterized in that carbon dioxide (22) is injected into the reactor (100) to generate carbon dioxide plasma (23), and then methane (32) is injected into the reaction unit (100) to perform mixed reforming (33).
즉, 외부로부터 추가적인 이산화탄소 공급없이도 매립지가스 또는 바이오가스의 개질이 가능하다 판단되면 스팀(12)이 공급되지 않도록 하고, 이산화탄소(22)와 메탄(32)이 공급되도록 하여 개질과정이 이루어 지도록 할 수 있다.In other words, if it is determined that reforming landfill gas or biogas is possible without additional supply of carbon dioxide from the outside, steam (12) is not supplied and carbon dioxide (22) and methane (32) are supplied so that the reforming process can take place. there is.
또한, 매립지가스 또는 바이오가스의 개질에 필요한 이산화탄소가 부족하다 판단되면 스팀(12), 이산화탄소(22)와 메탄(32)이 공급되도록 하여 개질과정이 이루어 지도록 할 수 있다.In addition, if it is determined that the carbon dioxide required for reforming landfill gas or biogas is insufficient, steam 12, carbon dioxide 22, and methane 32 can be supplied to enable the reforming process.
안정적인 가스 개질을 위해 요구되는 메탄과 이산화탄소의 농도비는 1:1 ~ 1:1.5 정도 이다.The concentration ratio of methane and carbon dioxide required for stable gas reforming is about 1:1 to 1:1.5.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치는 상기 제1플라즈마발생부(100), 제2플라즈마발생부(200) 및 반응부(300)가 상기 스팀주입부(120)의 중심축을 중심으로 하여 상기 스팀주입부(120)의 중심축을 따라 일직선으로 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in Figure 1, the dual structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention includes the first plasma generator 100 and the second plasma generator 200. And the reaction unit 300 may be arranged in a straight line along the central axis of the steam injection unit 120 with the central axis of the steam injection unit 120 as the center.
즉, 스팀(12), 이산화탄소(22) 및 메탄(32)이 스팀주입부(120)의 중심축을 따라 투입되도록 함으로써, 스팀 플라즈마(13), 이산화탄소 플라즈마(23), 혼합개질(33)이 이루어지는 영역이 스팀주입부(120)의 중심축을 따라 형성(도 2 및 도 3 참조)되도록 하여, 스팀(12)과 이산화탄소(22) 또는 이산화탄소(22)를 플라즈마화 시킨 후 메탄을 투입하여 개질과정이 효과적으로 이루어지도록 할 수 있다.That is, by allowing steam 12, carbon dioxide 22, and methane 32 to be injected along the central axis of the steam injection unit 120, steam plasma 13, carbon dioxide plasma 23, and mixed reforming 33 are achieved. A region is formed along the central axis of the steam injection unit 120 (see FIGS. 2 and 3), and the steam 12 and carbon dioxide 22 or carbon dioxide 22 are converted into plasma and then methane is added to carry out the reforming process. It can be done effectively.
이때, 스팀 플라즈마(13)가 형성되는 영역이 스팀주입부(120)의 중심축에 가장 가깝게 형성되도록 하고, 이산화탄소 플라즈마(23)가 형성되는 영역이 스팀주입부(120)의 중심축에서 다음으로 멀게 형성되도록 하며, 혼합개질(33)이 이루어지는 영역이 스팀주입부(120)의 중심축에서 가장 멀게 형성되도록 하는 것(도 2 및 도 3 참조)이 바람직하다.At this time, the area where the steam plasma 13 is formed is formed closest to the central axis of the steam injection unit 120, and the area where the carbon dioxide plasma 23 is formed is located next to the central axis of the steam injection unit 120. It is preferable that the area where the mixed reforming 33 is performed is formed farthest from the central axis of the steam injection unit 120 (see FIGS. 2 and 3).
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치의 제2플라즈마발생부(200)는 하부에서 상부 방향으로 일정 각도 경사진 형태의 경사형가스주입구(201)가 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in Figure 4, the second plasma generator 200 of the dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention is inclined at a certain angle from the bottom to the top. It may be characterized in that an inclined gas inlet 201 is formed.
상기 경사형가스주입구(201)는 이산화탄소(22)가 스크류 형태로 회전하면서 제2플라즈마발생부(200)에 진입할 수 있도록 도와주는 구성으로, 이산화탄소(22)를 중심축 주위로 회전 시키면, 이산화탄소 플라즈마(23)가 중심 방향으로 더 길게 형성될 수 있다.The inclined gas inlet 201 is a configuration that helps carbon dioxide 22 enter the second plasma generator 200 while rotating in a screw shape. When carbon dioxide 22 is rotated around the central axis, carbon dioxide 22 is rotated in the form of a screw. The plasma 23 may be formed longer toward the center.
이를 위해, 상기 경사형가스주입구(201)의 경사 방향은 중심축을 동심으로 하는 동심원 원주 접선 방향으로 형성하는 것이 바람직하다.For this purpose, it is preferable that the inclined direction of the inclined gas inlet 201 is formed in a tangential direction around the circumference of a concentric circle with the central axis concentric.
본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치의 경사형가스주입구(201)는 상기 스팀주입부(120)의 중심축을 중심으로한 동심원을 따라 2~64개 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.The inclined gas inlet 201 of the dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention is 2~2 along a concentric circle centered on the central axis of the steam injection unit 120. It can be characterized as 64 formed.
상기 경사형가스주입구(201)의 수는 이산화탄소가 제2플라즈마발생부(200)에 무리 없이 투입될 수 있다면 2~64개 중 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 이산화탄소가 고르게 투입될 수 있도록 스팀주입부(120)의 중심축을 중심으로한 동심원을 따라 어느 한 쪽에 치우치지 않고 균등하게 배치되도록 하는 것이 바람직하다.The number of the inclined gas inlets 201 may be selected from 2 to 64 if carbon dioxide can be injected into the second plasma generator 200 without difficulty, and steam is injected so that carbon dioxide can be evenly injected. It is desirable to arrange them evenly without being biased to one side along a concentric circle centered on the central axis of the unit 120.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치의 경사형가스주입구(201)는 상기 스팀주입부(120)의 중심축과 평행한 기준축으로부터 15~75도 경사지게 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in FIG. 4, the inclined gas inlet 201 of the dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention is connected to the central axis of the steam injection unit 120. It may be characterized as being formed at an angle of 15 to 75 degrees from the reference axis parallel to the.
상기 경사형가스주입구(201)의 경사 각도는 이산화탄소의 중심축 방향 직진성을 높일 것인지 중심축을 중심으로 하는 회전력을 높일 것인지에 따라 15~75도 사이에서 결정될 수 있다.The inclination angle of the inclined gas inlet 201 can be determined between 15 and 75 degrees depending on whether to increase the straightness of carbon dioxide in the direction of the central axis or to increase the rotational force around the central axis.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치의 제2플라즈마발생부(200)는 하부에 이산화탄소가 이동할 수 있도록 공간이 형성된 이산화탄소분배부(202)가 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in Figure 4, the second plasma generator 200 of the dual structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention has a space at the bottom for carbon dioxide to move. It may be characterized in that a carbon dioxide distribution unit 202 is formed.
상기 이산화탄소분배부(202)는 도넛 형태의 공간이 형성될 수 있다.The carbon dioxide distribution unit 202 may be formed in a donut-shaped space.
상기 이산화탄소분배부(202)에 형성된 공간은 상기 제2플라즈마발생부(200)와 이산화탄소주입부(220)를 연통시킨다.The space formed in the carbon dioxide distribution unit 202 communicates with the second plasma generator 200 and the carbon dioxide injection unit 220.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치의 반응부(300)는 상기 스팀주입부(120)의 중심축을 향하는 상기 스팀주입부(120)의 중심축과 수직한 방향으로 중공된 수평가스주입구(301)가 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in FIG. 5, the reaction unit 300 of the dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention is directed toward the central axis of the steam injection unit 120. It may be characterized by a hollow horizontal gas inlet 301 formed in a direction perpendicular to the central axis of the steam injection unit 120.
상기 수평가스주입구(301)는 상기 반응부(300)에 형성되며, 메탄(32)이 이산화탄소 플라즈마(23)에 혼입될 수 있도록 도와주는 구성으로, 상기 수평가스주입구(301)를 통과한 메탄(32)이 이산화탄소 플라즈마(23)에 혼입될 수 있는 최단거리로 메탄(32) 이동 경로가 형성될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The horizontal gas inlet 301 is formed in the reaction unit 300 and is configured to help methane 32 be incorporated into the carbon dioxide plasma 23, and methane ( It is desirable to ensure that the methane (32) movement path is formed in the shortest possible distance for 32) to be incorporated into the carbon dioxide plasma (23).
따라서, 수평가스주입구(301)가 바라보는 방향이 상기 스팀주입부(120)의 중심축과 수직한 방향이 되도록 할 수 있다.Therefore, the direction in which the horizontal gas inlet 301 faces can be made to be perpendicular to the central axis of the steam inlet 120.
본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치의 제1마이크로웨이브(11)는 TE(Transverse Electric)10모드(Mode)인 것을 특징으로 할 수 있다.The first microwave 11 of the dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention may be characterized as being in TE (Transverse Electric) 10 mode.
모드(mode)란 어떤 구조물에서 특정 주파수의 에너지가 집중되는 형태를 의미한다. A mode refers to the form in which energy of a specific frequency is concentrated in a structure.
도파관이의 경우 (특정 주파수대역의) 전자파가 진행하는 형태를 의미한다. 이것은 구조특성에 따라 에너지가 특정 주파수에 집중되는 현상과 관련있다. In the case of waveguides, it refers to the form in which electromagnetic waves (in a specific frequency band) travel. This is related to the phenomenon where energy is concentrated at a specific frequency depending on the structural characteristics.
여기서 중요한 것은 모드(mode)는 결국 구조물의 형태에 의해 결정되는 것이라는 점이다. What is important here is that the mode is ultimately determined by the shape of the structure.
사용자가 특정 모드(mode)를 사용하기 위해서는, 그 모드(mode)에 원하는 주파수에너지가 수렴되도록 구조를 설계해야 한다는 의미이다.This means that in order for a user to use a specific mode, the structure must be designed so that the desired frequency energy converges to that mode.
유전율 ε과 투자율 μ인 물질로 채워진 구형 도파관, x축의 길이가 y축의 길이보다 길게 형성된 도파관이 TE(Transverse Electric) 모드(mode)이다.A spherical waveguide filled with a material with dielectric constant ε and permeability μ, and a waveguide with the x-axis length longer than the y-axis length, is the Transverse Electric (TE) mode.
모드(mode)에는 TE01, TE10, TE20과 같이 각각 차수(order)를 의미하는 계수가 붙을 수 있다.The mode may be assigned a coefficient indicating the order, such as TE01, TE10, and TE20.
주로 TE 웨이브(wave)에서 중요한 의미로 분류된다. It is mainly classified as having an important meaning in TE waves.
전자파는 전압이 +와 -로 교차되는 반파장 단위로 공진특성이 가장 강한데, 차수(order)는 하나의 단위진행 경로당 몇 개의 반파장이 있는가에 대한 수치로 이해할 수 있다.Electromagnetic waves have the strongest resonance characteristics in half-wave units where voltage alternates between + and -, and order can be understood as a number representing how many half-wavelengths there are per unit path.
TE10은 한번의 단위진행경로에 1개의 반파장 성분이 있고, TE20은 한번의 단위진행경로에 2개의 반파장 성분이 있다.TE10 has one half-wavelength component in one unit path, and TE20 has two half-wavelength components in one unit path.
본 발명의 일 실시예에 따른 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치의 제2마이크로웨이브(21)는 TE(Transverse Electric)20모드(Mode)인 것을 특징으로 할 수 있다.The second microwave 21 of the dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas according to an embodiment of the present invention may be characterized as being in TE (Transverse Electric) 20 mode.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is diverse. Of course, various modifications and implementations are possible without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.
11: 제1마이크로웨이브 12: 스팀
13: 스팀 플라즈마
21: 제2마이크로웨이브 22: 이산화탄소
23: 이산화탄소 플라즈마
32: 메탄
33: 혼합개질
100: 제1플라즈마발생부
110: 제1도파관 120: 스팀주입부
200: 제2플라즈마발생부
201: 경사형가스주입구 202: 이산화탄소분배부
210: 제2도파관 220: 이산화탄소주입부
300: 반응부
310: 메탄분배부
320: 메탄주입부
301: 수평가스주입구11: first microwave 12: steam
13: Steam Plasma
21: second microwave 22: carbon dioxide
23: carbon dioxide plasma
32: methane
33: Mixed reforming
100: First plasma generator
110: first waveguide 120: steam injection unit
200: Second plasma generator
201: Inclined gas inlet 202: Carbon dioxide distribution unit
210: second waveguide 220: carbon dioxide injection unit
300: reaction unit
310: Methane distribution unit
320: Methane injection unit
301: Horizontal gas inlet
Claims (10)
제1마이크로웨이브(11)를 상기 제1플라즈마발생부(100)로 전송하는 제1도파관(110);
스팀(12)을 상기 제1플라즈마발생부(100)로 주입하는 스팀주입부(120);
상기 제1플라즈마발생부(100)의 상부에 연통되도록 구비된 제2플라즈마발생부(200);
제2마이크로웨이브(21)를 상기 제2플라즈마발생부(200)로 전송하는 제2도파관(210);
이산화탄소(22)를 상기 제2플라즈마발생부(200)로 주입하는 이산화탄소주입부(220);
상기 제2플라즈마발생부(200)의 상부에 구비되며, 상기 제1플라즈마발생부(100)와 제2플라즈마발생부(200)와 연통되며, 개질 과정이 이루어지는 반응부(300);
상기 제2플라즈마발생부(200)의 상부에 구비되며, 상기 반응부(300) 외주면에 공간이 형성되고, 상기 반응부(300)와 연통된 메탄분배부(310); 및
메탄(32)을 상기 메탄분배부(310)로 주입하는 메탄주입부(320);
를 포함하는 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치.
First plasma generator (100);
A first waveguide 110 that transmits the first microwave 11 to the first plasma generator 100;
A steam injection unit 120 that injects steam 12 into the first plasma generator 100;
A second plasma generator 200 provided in communication with the upper part of the first plasma generator 100;
A second waveguide 210 transmitting the second microwave 21 to the second plasma generator 200;
A carbon dioxide injection unit 220 that injects carbon dioxide 22 into the second plasma generator 200;
A reaction unit 300 provided on the upper part of the second plasma generator 200, in communication with the first plasma generator 100 and the second plasma generator 200, and in which a reforming process takes place;
A methane distribution unit 310 that is provided on the upper part of the second plasma generator 200, has a space formed on the outer peripheral surface of the reaction unit 300, and is in communication with the reaction unit 300; and
A methane injection unit 320 that injects methane 32 into the methane distribution unit 310;
A dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas.
상기 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치는
안정적인 가스 개질을 위해 요구되는 메탄과 이산화탄소의 농도비에 해당되는 경우 제2플라즈마발생부(200)에 이산화탄소(22)를 주입하여 이산화탄소 플라즈마(23)를 발생시킨 후 상기 반응부(300)에 메탄(32)를 주입하여 혼합개질(33)하며,
안정적인 가스 개질을 위해 요구되는 메탄과 이산화탄소의 농도비 보다 메탄(32)의 농도가 높은 경우 제1플라즈마발생부(100)에 스팀(12)을 주입하여 스팀 플라즈마(13)를 발생시키고 제2플라즈마발생부(200)에 이산화탄소(22)를 주입하여 이산화탄소 플라즈마(23)를 발생시킨 후 상기 반응부(300)에 메탄(32)를 주입하여 혼합개질(33)하는 것을 특징으로 하는 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치.
According to paragraph 1,
The dual structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas is
If the concentration ratio of methane and carbon dioxide required for stable gas reforming is met, carbon dioxide 22 is injected into the second plasma generator 200 to generate carbon dioxide plasma 23, and then methane (23) is added to the reaction portion 300. 32) is injected to perform mixed reforming (33),
When the concentration of methane (32) is higher than the concentration ratio of methane and carbon dioxide required for stable gas reforming, steam (12) is injected into the first plasma generator (100) to generate steam plasma (13) and a second plasma is generated. Landfill gas or biogas, characterized in that carbon dioxide (22) is injected into the reaction unit (200) to generate carbon dioxide plasma (23), and then methane (32) is injected into the reaction unit (300) to perform mixed reforming (33). Dual structure plasma generator for efficient reforming.
상기 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치는
상기 제1플라즈마발생부(100), 제2플라즈마발생부(200) 및 반응부(300)가 상기 스팀주입부(120)의 중심축을 중심으로 하여 상기 스팀주입부(120)의 중심축을 따라 일직선으로 배치된 것을 특징으로 하는 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치.
According to paragraph 1,
The dual structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas is
The first plasma generator 100, the second plasma generator 200, and the reaction unit 300 are aligned in a straight line along the central axis of the steam injection unit 120 with the central axis of the steam injection unit 120 as the center. A dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas, characterized in that it is arranged.
상기 제2플라즈마발생부(200)는
하부에서 상부 방향으로 일정 각도 경사진 형태의 경사형가스주입구(201)가 형성된 것을 특징으로 하는 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치.
According to paragraph 1,
The second plasma generator 200 is
A dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas, characterized in that an inclined gas inlet (201) is formed inclined at a certain angle from the bottom to the top.
상기 경사형가스주입구(201)는
상기 스팀주입부(120)의 중심축을 중심으로한 동심원을 따라 2~64개 형성된 것을 특징으로 하는 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치.
According to paragraph 4,
The inclined gas inlet (201) is
A dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas, characterized in that 2 to 64 units are formed along a concentric circle centered on the central axis of the steam injection unit 120.
상기 경사형가스주입구(201)는
상기 스팀주입부(120)의 중심축과 평행한 기준축으로부터 15~75도 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치.
According to paragraph 4,
The inclined gas inlet (201) is
A dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas, characterized in that it is formed at an angle of 15 to 75 degrees from the reference axis parallel to the central axis of the steam injection unit 120.
상기 제2플라즈마발생부(200)는
하부에 이산화탄소가 이동할 수 있도록 공간이 형성된 이산화탄소분배부(202)가 형성된 것을 특징으로 하는 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치.
According to paragraph 1,
The second plasma generator 200 is
A dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas, characterized in that a carbon dioxide distribution unit 202 is formed at the bottom with a space for carbon dioxide to move.
상기 반응부(300)는
상기 스팀주입부(120)의 중심축을 향하는 상기 스팀주입부(120)의 중심축과 수직한 방향으로 중공된 수평가스주입구(301)가 형성된 것을 특징으로 하는 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치.
According to paragraph 1,
The reaction unit 300 is
For efficient reforming of landfill gas or biogas, characterized in that a hollow horizontal gas inlet 301 is formed in a direction perpendicular to the central axis of the steam injection unit 120, which faces the central axis of the steam injection unit 120. Dual structure plasma generator.
제1마이크로웨이브(11)는
TE(Transverse Electric)10모드(Mode)인 것을 특징으로 하는 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치.
According to paragraph 1,
The first microwave (11) is
A dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas, characterized by TE (Transverse Electric) 10 modes.
제2마이크로웨이브(21)는
TE(Transverse Electric)20모드(Mode)인 것을 특징으로 하는 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치.According to paragraph 1,
The second microwave (21) is
A dual-structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas or biogas, characterized by TE (Transverse Electric) 20 modes.
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