KR20120095017A - Externally oscillated plasma equipment for tar destruction in producer gas from waste pyrolysis/gasification and in exhaust gas from biomass combustion - Google Patents

Externally oscillated plasma equipment for tar destruction in producer gas from waste pyrolysis/gasification and in exhaust gas from biomass combustion Download PDF

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Abstract

PURPOSE: An externally oscillated plasma device for removing tar from gas generated from waste pyrolysis/gasification and from exhaust gas generated from biomass combustion is provided to increase removing efficiency and to prevent the poisoning problems of catalysts. CONSTITUTION: A plasma device includes a plasma reactor(1) and an external oscillating part(2). The plasma reactor eliminates harmful materials from introducing fluid. The external oscillating part is in connection with the plasma reactor. The external oscillating part increases the transferring force of oscillation to fluid in a plasma discharging area. The external oscillating part includes a loudspeaker(21), an amplifier(22), and a waveform generator(23). The loudspeaker transfers sound waves to the plasma reactor. The waveform generator is in connection with the amplifier.

Description

바이오매스 연소 배기가스 및 폐기물의 열분해/가스화 생성가스 중 타르저감 외부가진 플라즈마 장치{Externally Oscillated Plasma Equipment for Tar Destruction in Producer Gas from Waste Pyrolysis/Gasification and in Exhaust Gas from Biomass Combustion}Externally Oscillated Plasma Equipment for Tar Destruction in Producer Gas from Waste Pyrolysis / Gasification and in Exhaust Gas from Biomass Combustion}

본 발명은 플라즈마 반응기의 플라즈마 영역 전단부에 외부가진부를 설치하여 플라즈마 반응기 내부로 음파에너지를 공급함으로써 플라즈마 반응기 내부에 투입되는 유체에 포함된 유해물질을 효과적으로 제거할 수 있도록 한 바이오매스 연소 배기가스 및 폐기물의 열분해/가스화 생성가스 중 타르저감 외부가진 플라즈마 장치에 관한 것이다.
The present invention provides a biomass combustion exhaust gas to effectively remove harmful substances contained in the fluid introduced into the plasma reactor by supplying sound wave energy into the plasma reactor by installing an external vibration unit at the front end of the plasma region of the plasma reactor; The present invention relates to a plasma device having a tar reduction in waste pyrolysis / gasification product gas.

일반적으로, 바이오매스의 연소 배기가스 중 다환방향족탄화수소(PAHs; polycyclic aromatic hydrocarbons)는 불완전 연소 시 배출되며, 인체에 발암성, 유전성 변이 및 독성을 유발시키고 환경오염의 원인 물질로 알려져 있다. 열분해/가스화는 유기성 폐기물 등의 다양한 폐자원을 공업적으로 유용한 합성가스로 생산하는 에너지 전환기술이므로 기존의 소각 및 매립 처리 방법에서 열분해/가스화 기술로 변경되고 있다. 그러나 열분해/가스화 공정상에 발생하는 가스 중 복잡한 탄화수소 계열로 구성된 타르로 인해 가스를 이용하는 기술 적용이 쉽지 않은 상태이다. 이는 공정상에서 응축된 타르는 장치와 관로의 장애와 일부 유기산에 의한 부식문제를 발생시키며, 장비의 운전과 유지에 어려움을 야기하며, 가스를 이용하는 가스엔진 및 터빈의 밸브의 막힘 및 고장의 원인을 일으키기 때문이다. 따라서 상기 문제점을 해결하기 위한 효과적인 기술개발이 필요하다.
In general, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in biomass combustion exhaust gases are emitted during incomplete combustion, and are known to cause carcinogenicity, dielectric variation and toxicity in humans and cause environmental pollution. Pyrolysis / gasification is an energy conversion technology that produces various waste resources such as organic wastes as industrially useful syngas, and thus has been changed from conventional incineration and landfill treatment to pyrolysis / gasification. However, due to the tar composed of complex hydrocarbons among the gases generated in the pyrolysis / gasification process, application of gas technology is not easy. This causes the burner and pipeline condensation in the process, corrosion problems caused by some organic acids, difficulties in operation and maintenance of the equipment, and causes clogging and failure of valves in gas engines and turbines that use gas. Because it causes. Therefore, there is a need for effective technology development to solve the above problems.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 특허등록 제0983630호에는 『반응기 절연체(102); 상기 반응기 절연체(102)의 하부에 연결되는 다전극 절연체(101) 상기 다전극 절연체(101)와 연결되며, 상기 반응기 절연체(102)의 내부에 전기적 에너지를 공급하는 부채꼴 형상의 다수의 전극(103); 및 상기 반응기 절연체에 제공되며, 상기 반응기 절연체의 내부로 원료 가스를 제공하는 노즐(106)을 포함하는 것을 특징으로 하는 부분 산화에 의한 연료 가스 생성용 플라즈마 개질 장치』에 관한 기술이 개시된바 있다.
In order to solve this problem, as shown in FIG. 1, Patent Registration No. 0983630 discloses a “reactor insulator 102; The multi-electrode insulator 101 connected to the lower portion of the reactor insulator 102 is connected to the multi-electrode insulator 101, a plurality of fan-shaped electrode 103 for supplying electrical energy to the inside of the reactor insulator 102 ); And a nozzle 106 provided in the reactor insulator and providing a source gas into the reactor insulator, wherein the plasma reforming apparatus for generating a fuel gas by partial oxidation has been disclosed.

그러나 종래의 부분 산화에 의한 연료 가스 생성용 플라즈마 개질 장치에는 유해물질 제거 효과를 향상시킬 수 있는 별도의 장치가 마련되어 있지않아 유해물질 제거의 효율성이 떨어지는 단점이 있었다.
However, the conventional plasma reforming apparatus for fuel gas generation by partial oxidation has a disadvantage in that the efficiency of removing harmful substances is not reduced because a separate device for improving the effect of removing harmful substances is not provided.

전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 플라즈마 반응기에 외부가진부를 설치하여 플라즈마 반응기 내부로 음파를 전달함으로써 플라즈마 반응기 내부에 투입되는 유체에 포함된 다환방향족탄화수소 및 타르를 효과적으로 제거할 수 있도록 한 바이오매스 연소 배기가스 및 폐기물의 열분해/가스화 생성가스 중 타르저감 외부가진 플라즈마 장치를 제공하는 데 있다.
In order to solve the above problems, the present invention is to install an external vibration unit in the plasma reactor by transmitting sound waves into the plasma reactor to effectively remove the polycyclic aromatic hydrocarbons and tar contained in the fluid introduced into the plasma reactor bio The present invention provides a plasma apparatus having an external tar reduction among mass combustion exhaust gases and waste pyrolysis / gasification product gas.

전술한 목적을 이루기 위해, 본 발명은 내부로 투입된 유체에 포함된 유해물질을 제거하기 위한 플라즈마 반응기와; 플라즈마 반응기와 연결설치되어 플라즈마 방전영역의 유체에 가진의 전달력을 높여 플라즈마 반응기에 투입되는 유체에 포함된 유해물질를 더욱 효과적으로 제거할 수 있도록 하는 외부가진부; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 바이오매스 연소 배기가스 및 폐기물의 열분해/가스화 생성가스 중 타르저감 외부가진 플라즈마 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a plasma reactor for removing harmful substances contained in the fluid introduced into; An external vibration unit installed in connection with the plasma reactor to increase the transfer force of the excitation to the fluid in the plasma discharge region so as to more effectively remove the harmful substances contained in the fluid introduced into the plasma reactor; It provides a plasma device having a tar out of the biomass combustion exhaust gas and the pyrolysis / gasification product gas of the waste, characterized in that it comprises a.

또한, 외부가진부는 플라즈마 반응기와 연결설치되어 플라즈마 반응기 내부로 음파를 전달하는 라우드스피커와; 라우드스피커와 연결설치되는 것으로서 입력측에 들어가는 작은 신호를 출력측인 라우드스피커에 큰 신호로 변환시키는 증폭기와; 증폭기와 연결설치되는 것으로서 파형발생기;를 포함하여 구성됨이 바람직하다.In addition, the external vibration unit is connected to the plasma reactor and the loudspeaker for transmitting sound waves into the plasma reactor; An amplifier connected to the loudspeaker and converting a small signal entering the input side into a large signal at the output loudspeaker; It is preferably configured to include a waveform generator as being connected to the amplifier.

또한, 플라즈마 반응기는 저온 플라즈마 반응기, 아크 플라즈마 반응기, 글라이딩 아크 플라즈마 반응기 중 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, the plasma reactor is preferably any one selected from a low temperature plasma reactor, an arc plasma reactor, and a gliding arc plasma reactor.

또한, 라우드스피커는 라우드스피커에서 발생되는 음파 에너지가 플라즈마 전극 중심부에 집중되도록 플라즈마 반응기의 플라즈마 영역의 전단부 중심에 설치됨이 바람직하다.In addition, the loudspeaker is preferably installed in the center of the front end of the plasma region of the plasma reactor so that the acoustic energy generated by the loudspeaker is concentrated in the center of the plasma electrode.

또한, 증폭기 및 파형발생기는 유해가스 유량 및 플라즈마 반응기 내부 플라즈마 형상에 따라 변하는 라우드스피커에서 발생된 음파 에너지를 조절할 수 있도록 설치됨이 바람직하다.In addition, the amplifier and the waveform generator is preferably installed to control the sound wave energy generated in the loudspeaker that changes depending on the harmful gas flow rate and the plasma shape inside the plasma reactor.

또한, 플라즈마 반응기 일단에는 스팀발생기를 연결설치하여 플라즈마 반응기 내부 투입되는 유체가 스팀과 혼합된 상태로 플라즈마 반응기 내부로 공급되게 함으로써, 플라즈마 반응기 내부로 투입된 유체에 포함된 타르의 제거 효과를 높일 수 있도록 함이 바람직하다.
In addition, by installing a steam generator at one end of the plasma reactor, the fluid introduced into the plasma reactor is supplied into the plasma reactor in a state of being mixed with steam, so as to enhance the removal effect of tar contained in the fluid introduced into the plasma reactor. It is preferable to.

본 발명에 따른 외부가진 플라즈마 장치는, 촉매를 이용한 기존의 방식에 비교하여 경제적이며 촉매의 피독 문제가 없다. 또한, 제거효율은 연소처리 및 기존의 플라즈마에 비해 높고 장치의 구조가 간단하며, 유지보수가 용이한 장점이 있다.Externally equipped plasma apparatus according to the present invention is economical compared to the conventional method using the catalyst and there is no poisoning problem of the catalyst. In addition, the removal efficiency is high compared to the combustion treatment and conventional plasma, the structure of the device is simple, there is an advantage that easy maintenance.

그리고 바이오매스의 불완전 연소물 및 열분해/가스화 시 발생하는 타르의 제거뿐만 아니라 매립 가스(LFG;landfill gas), 폐수처리장 등의 혐기반응조 발생가스의 수소가스 전환에 효과적으로 활용될 수 있으며, 각종 공정에서 배출되는 유해가스 처리에 응용이 가능함에 따라 관련된 열병합 발전, 폐기물 처리 및 폐자원 에너지화 공정에 적용 가능하며, 유해가스 배출 시설물에 설치하여 다양한 시장을 확보할 수 있다.
In addition, the biomass can be effectively used for hydrogen gas conversion of anaerobic reactor gas such as landfill gas (LFG) and wastewater treatment plant as well as removal of incomplete combustion products and tar generated during pyrolysis / gasification. As it can be applied to the processing of harmful gases, it can be applied to related cogeneration, waste treatment and waste resources energy-processing process, and can be installed in hazardous gas discharge facilities to secure various markets.

도 1은 종래의 플라즈마 개질 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전체구성도.
도 3, 4는 본 발명의 실시예에 따른 유해가스 처리과정도.
도 5는 수증기 주입유량 변화에 따른 실험 결과 그래프.1 is a block diagram of a conventional plasma reforming apparatus.
Figure 2 is an overall configuration according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 is a harmful gas treatment process according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph of the experimental results according to the steam injection flow rate change.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전체구성도이며, 도 3, 4는 본 발명의 실시예에 따른 유해가스 처리과정도를 각각 도시한 것으로, 이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 설명한다.
2 is an overall configuration diagram according to an embodiment of the present invention, Figures 3 and 4 are each a process diagram showing a hazardous gas treatment according to an embodiment of the present invention, with reference to the accompanying drawings for the configuration of the present invention Explain.

본 발명에 따른 외부가진 플라즈마 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이 유해가스를 제거하기 위한 플라즈마 반응기(1)와, 플라즈마 반응기(1) 내부에 음파에너지를 전달하는 외부가진부(2)로 구성된다.
External vibration plasma apparatus according to the present invention, as shown in Figure 2 is composed of a plasma reactor (1) for removing harmful gases, and an external vibration (2) for transmitting sound wave energy inside the plasma reactor (1) do.

본 발명의 플라즈마 반응기(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 본 출원인이 발명하여 특허등록 제0861004호에 개시된『반응기 절연체(102); 상기 반응기 절연체(102)의 하부에 연결되는 다전극 절연체(101) 상기 다전극 절연체(101)와 연결되며, 상기 반응기 절연체(102)의 내부에 전기적 에너지를 공급하는 부채꼴 형상의 다수의 전극(103); 및 상기 반응기 절연체에 제공되며, 상기 반응기 절연체의 내부로 원료 가스를 제공하는 노즐(106)을 포함하는 것을 특징으로 하는 부분 산화에 의한 연료 가스 생성용 플라즈마 개질 장치』를 실시예로서 설명한다. 그러나 이에 한정되는 것은 결코 아니며 예컨대 본 발명에 따른 플라즈마 반응기(1)는 일반적인 저온 및 아크 플라즈마 반응기를 포함하고 방전을 형성하는 유체에 가진이 적용 가능한 플라즈마 반응기는 모두 해당된다. 본 발명의 설명을 위하여 위 글라이딩 아크 플라즈마를 플라즈마 반응기(1)의 실시예로 한다.
Plasma reactor 1 of the present invention, as shown in Figure 1, the inventors invented and disclosed in Patent Registration No. 0861004 "reactor insulator 102; The multi-electrode insulator 101 connected to the lower portion of the reactor insulator 102 is connected to the multi-electrode insulator 101, a plurality of fan-shaped electrode 103 for supplying electrical energy to the inside of the reactor insulator 102 ); And a nozzle 106 provided in the reactor insulator and providing a source gas to the inside of the reactor insulator. However, the present invention is not limited thereto, and for example, the plasma reactor 1 according to the present invention includes a general low temperature and arc plasma reactor and all of the plasma reactors to which the excitation is applicable to the fluid forming the discharge are applicable. In order to explain the present invention, the above gliding arc plasma is an embodiment of the plasma reactor 1.

외부가진부(2)는, 플라즈마 반응기(1) 내부로 투입되는 유체에 가진 효과를 제공할 수 있도록 플라즈마 반응기(1)의 플라즈마 영역의 전단부에 설치되는 것으로서 플라즈마 방전영역의 유체에 가진의 전달력을 높이는 라우드스피커(21)와, 가진의 신호 증폭기(22), 파형발생기(23)로 구성된다.
The external vibration part 2 is provided at the front end of the plasma region of the plasma reactor 1 so as to provide an effect to the fluid introduced into the plasma reactor 1, and thus the external vibration unit 2 The loudspeaker 21 which raises a calendar, the excitation signal amplifier 22, and the waveform generator 23 are comprised.

더욱 구체적으로 라우드스피커(21)는, 전기신호를 진동판의 진동으로 바꾸어 공기에 소밀파를 발생시켜 음파를 복사하는 음향기기로서, 라우드스피커(21)에서 발생되는 음파 에너지가 플라즈마 전극 중심부에 집중되도록 플라즈마 영역의 전단부 중심에 설치되어 라우드스피커(21)에서 발생되는 음파에너지가 플라즈마 전극 중심부에 집중되도록 한다.
More specifically, the loudspeaker 21 is an acoustic device that converts an electrical signal into vibration of a diaphragm to generate a small density wave in the air to radiate sound waves, so that the sound wave energy generated by the loudspeaker 21 is concentrated at the center of the plasma electrode. The sound wave energy generated by the loudspeaker 21 is concentrated at the center of the plasma electrode by being installed at the center of the front end of the region.

증폭기(22)는, 라우드 스피터(21)와 연결설치되는 것으로서 입력측에 들어가는 작은 신호를 출력측인 라우드스피커(21)에 큰 신호로 변환시키는 역할을 한다. 파형발생기(23)는, 증폭기(22)와 연결설치되는 것으로서 서로 다른 형태의 전자기 진동을 발진하는 전자 회로. 전자 자동화 장치의 필수 구성 요소로, 구형파 발진기, 삼각파 발진기, 톱니파 발진기, 임펄스 발진기, 사인파 발진기 등이 있다.
The amplifier 22 is connected to the loudspeaker 21 and serves to convert a small signal entering the input side into a large signal at the output loudspeaker 21. The waveform generator 23 is connected to the amplifier 22 and is an electronic circuit that oscillates different types of electromagnetic vibrations. Essential components of electronic automation devices include square wave oscillators, triangle wave oscillators, saw tooth oscillators, impulse oscillators, and sinusoidal oscillators.

이러한 증폭기(22) 및 파형발생기(23)는 열분해/가스화 가스 유량 및 플라즈마 반응기(1) 내부 플라즈마 형상에 따라 변하는 음파에너지를 조절이 용이하도록 설치된다. 따라서, 라우드스피커(21)에서 발생된 음파에너지는 증폭기(22)와 파형발생기(23)를 통해 크기와 형태가 바뀌어 플라즈마 반응기(1) 내부의 다환방향족탄화수소(PAHs; polycyclic aromatic hydrocarbons) 또는 타르가 포함된 유해가스 등과 같은 유체에 전달된다.The amplifier 22 and the waveform generator 23 are installed to easily control the sound wave energy that varies depending on the pyrolysis / gasification gas flow rate and the plasma shape inside the plasma reactor 1. Therefore, the sound wave energy generated by the loudspeaker 21 is changed in size and shape through the amplifier 22 and the waveform generator 23, so that polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) or tars in the plasma reactor 1 are It is delivered to a fluid such as harmful gas contained therein.

음파에너지가 전달된 유체는 음파에너지에 의해 열, 질량, 운동량이 촉진되고 이에 플라즈마 영역 확대와 반응성을 증가시키게 된다. 이는 전자 및 래디컬의 미반응된 물질에 대한 반응을 촉진시켜 다환방향족탄화수소 및 타르 제거 효율을 증가시키게 된다.
The acoustic energy is transferred to the fluid, heat, mass, and momentum are promoted by the sound waves energy, thereby increasing the plasma region expansion and responsiveness. This promotes the reaction of electrons and radicals to unreacted materials to increase the efficiency of polycyclic aromatic hydrocarbons and tar removal.

한편, 플라즈마 반응기(1)는 스팀발생기(3)와 연결설치된다. 스팀발생기(3)는 플라즈마 반응기(1)로 열분해/가스화의 생성가스를 투입시 스팀을 발생하여 플라즈마 반응기(1)로 투입되는 열분해/가스화의 생성가스와 스팀이 혼합되게 함으로써, 플라즈마 반응기(1) 내부로 투입되는 타르의 제거효율을 높이고 생성가스의 발열량을 증가시킨다.
On the other hand, the plasma reactor 1 is connected to the steam generator (3). The steam generator 3 generates steam when the pyrolysis / gasification product gas is introduced into the plasma reactor 1 so that steam and the pyrolysis / gasification product gas introduced into the plasma reactor 1 are mixed with the plasma reactor 1. ) It increases the removal efficiency of tar injected into the inside and increases the calorific value of generated gas.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 외부가진 플라즈마 장치는, 플라즈마 반응기(1)의 플라즈마 영역 전단부에 외부가진부(2)를 설치하여 플라즈마 반응기(1) 내부로 투입되는 유체에 포함된 다환방향족탄화수소, 타르 등과 같은 유해물질을 효과적으로 제거할 수 있도록 한 것으로서, 이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 외부가진 플라즈마 장치의 다환방향족탄화수소, 타르 등과 같은 유해물질의 제거과정을 설명한다.
As described above, in the externally vibrated plasma apparatus according to the present invention, the external vibration part 2 is installed at the front end of the plasma region of the plasma reactor 1 so that the polycyclic aromatics contained in the fluid introduced into the plasma reactor 1. In order to effectively remove harmful substances such as hydrocarbons and tars, the following describes the process of removing harmful substances such as polycyclic aromatic hydrocarbons and tars in an externally-attached plasma apparatus according to the present invention with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 외부가진 플라즈마 장치는, 도 3, 4에 도시된 바와 같이 소각/연소 배기가스 및 열분해/가스화 가스 중의 다환방향족탄화수소와 타르를 전자, 이온 및 래디컬에 의한 크랙킹 반응으로 제거하고 무해한 가스로 전환하는 것으로서, 바이오매스 연소 배가스 및 유기성 폐기물 열분해/가스화시 발생되는 가스가 플라즈마 반응기(1)에 주입되면, 플라즈마 반응기(1)에서 발생된 플라즈마는 주입되는 가스로부터 전자 및 래디컬을 생성하며 타르와의 반응을 일으키게 된다. 즉, 크랙킹(cracking) 반응이 연쇄적으로 일어나며 최종 탄소와 수소로 전환하게 된다.
In the externally equipped plasma apparatus according to the present invention, as shown in FIGS. 3 and 4, polycyclic aromatic hydrocarbons and tars in incineration / combustion exhaust gases and pyrolysis / gasification gases are removed by a cracking reaction by electrons, ions, and radicals, and are harmless gases. When the gas generated during biomass combustion flue gas and organic waste pyrolysis / gasification is injected into the plasma reactor 1, the plasma generated in the plasma reactor 1 generates electrons and radicals from the injected gas and tars. It causes a reaction with. In other words, a cracking reaction occurs in series and is converted into final carbon and hydrogen.

이와 연동하여 외부가진부(2)에서는 플라즈마 반응기(1)의 플라즈마 영역이 확장될 수 있도록 음파에너지를 플라즈마 내부로 공급한다. 즉, 외부가진부(2)의 증폭기(22) 및 파형발생기(23)는 열분해/가스화 가스 유량 및 내부 플라즈마 형상에 따라 변하는 음파에너지를 조절이 용이하도록 설치되어 있어 라우드스피커(21)에서 발생된 음파가 증폭기(22)와 파형발생기(23)를 통해 크기와 형태가 바뀌어 플라즈마 반응기(1) 내부의 유체에 전달된다.In conjunction with this, the external vibration unit 2 supplies sound wave energy into the plasma so that the plasma region of the plasma reactor 1 can be expanded. That is, the amplifier 22 and the waveform generator 23 of the external vibration unit 2 are installed to facilitate the adjustment of the sound wave energy, which varies according to the pyrolysis / gasification gas flow rate and the internal plasma shape, which is generated from the loudspeaker 21. The sound waves are changed in size and shape through the amplifier 22 and the waveform generator 23 and are delivered to the fluid inside the plasma reactor 1.

음파가 전달된 유체는 음파에 의해 열, 질량, 운동량이 촉진되어 플라즈마의 영역 확대와 반응성을 증가시키게 된다. 이는 전자 및 래디컬의 미반응된 물질에 대한 반응을 촉진시켜 다환방향족탄화수소 및 타르 제거효율과 에너지 효율을 증가시키게 된다. 따라서, 플라즈마 반응기(1)만으로 다환방향족단화수소 및 타르를 제거할 때보다 외부가진부(2)를 통해 플라즈마 반응기(1) 내부로 음파에너지를 공급하였을 때 플라즈마 영역이 확대되고 다환방향족단화수소 및 타르의 제거효율이 높다.
The sound wave is transferred to the fluid, heat, mass, momentum is promoted by the sound waves to increase the area of the plasma and increase the reactivity. This promotes the reaction of unreacted materials of electrons and radicals to increase polycyclic aromatic hydrocarbon and tar removal efficiency and energy efficiency. Therefore, when the acoustic wave energy is supplied into the plasma reactor 1 through the external vibration unit 2, the plasma region is enlarged and the polycyclic aromatic hydrogen and hydrogen are removed from the plasma reactor 1 only when the polycyclic aromatic hydrogen and tar are removed. High removal efficiency of tar.

한편, 도 4와 같이 열분해/가스화의 생성가스는 스팀발생기(3)에서 생성된 스팀과 혼합상태로 플라즈마 반응기(1)로 주입되어 타르의 제거효율을 더욱 높이고 생성가스의 발열량을 증가시키게 된다. 이는 후속공정에서 생성가스를 이용시 에너지 효율을 높이게 된다. 스팀과 타르의 혼합시 타의 제거효과가 높일 수 있다는 것은 아래의 실시예를 통해 확인할 수 있다.
On the other hand, as shown in FIG. 4, the generated gas of pyrolysis / gasification is injected into the plasma reactor 1 in a mixed state with steam generated by the steam generator 3 to further increase the removal efficiency of tar and increase the calorific value of the generated gas. This increases the energy efficiency when using the generated gas in the subsequent process. It can be confirmed through the following examples that the effect of removing the tar when mixing steam and tar can be increased.

<< 실시예Example 1> 수증기 주입량 변화 1> Change of steam injection volume

도 5는 수증기 주입량 변화를 나타낸 것이다. 전체 가스량을 12.05 L/min, SEI 0.91 kWh/m3로 고정한 상태에서 수증기 주입량 변화에 대해 실험을 수행하였다. 수증기 주입량 1.57 L/min 초과에서는 수증기 발생장치의 온도 감소 현상이 나타났다. 따라서 실험 범위를 0~1.57 L/min로 설정하고 실험을 진행하였다. 실험 결과는 수증기 주입량이 증가함에 따라 점차적으로 분해효율이 증가하다 수증기 주입량이 0.62 L/min에서 최대 96.1%를 나타내었다. 이 후 수증기 주입량이 증가함에 점차적으로 농도가 감소됨을 알 수 있다. 수증기 주입량이 0 L/min에서 61%의 타르 제거율을 나타냈다. 이는 반응식 (1)의 크랙킹 반응으로 인하여 타르가 분해되고 수소 및 다른 탄화수소가 생성됨을 알 수 있으며, 또한 반응식 (2)에 의해 카본 블랙과 수소가 생성되었음을 알 수 있다.
Figure 5 shows the steam injection amount change. The experiment was carried out on the change of the steam injection amount while the total gas amount was fixed at 12.05 L / min and SEI 0.91 kWh / m 3 . When the water injection amount exceeded 1.57 L / min, the temperature decrease of the steam generator was observed. Therefore, the experiment range was set to 0 ~ 1.57 L / min and the experiment was conducted. The experimental results showed that the decomposition efficiency gradually increased as the amount of steam injected increased. The amount of steam injected showed a maximum of 96.1% at 0.62 L / min. Afterwards, it can be seen that the concentration gradually decreases as the steam injection amount increases. The steam injection showed a tar removal rate of 61% at 0 L / min. It can be seen that the cracking reaction of Scheme (1) causes tar to be decomposed and hydrogen and other hydrocarbons are produced, and also carbon black and hydrogen are produced by Scheme (2).

- Cracking-Cracking

pCnHx → qCmHy + rH2 (1)pCnHx → qCmHy + rH 2 (1)

- Carbon formation    Carbon formation

CnHx → nC + (x/2)H2 (2)
CnHx → nC + (x / 2) H2 (2)

그리고 플라즈마 반응기에 수증기가 주입되면서 플라즈마에 의해 생성되는 반응물은 반응식(3)에 따라 OH 래디컬과 전자를 생성하게 된다. 반응식(4)과 같이 생성된 전자나 OH 래디컬은 타르와 반응되면서 전환을 하게 된다. 따라서 수증기 주입과 함께 타르 제거율이 증가한 결과를 나타냈다. 그리고 생성된 OH 래디컬은 반응식(5)처럼 일산화탄소와 반응하면서 이산화탄소로 전환되는 반응을 나타내며 생성된 래디컬은 반응을 마치게 된다.
In addition, the reactants generated by the plasma as water vapor is injected into the plasma reactor generates OH radicals and electrons according to the equation (3). The electrons or OH radicals generated as in Scheme (4) react with tar to convert. Therefore, the tar removal rate increased with steam injection. The generated OH radicals react with carbon monoxide and react with carbon monoxide as shown in Reaction (5), and the generated radicals complete the reaction.

- 래디컬 생성-Create radicals

e + H2O → e + H + OH (3)e + H 2 O → e + H + OH (3)

- 래디컬 전환 -Radical switching

OH + tar → Products (4)OH + tar → Products (4)

- 래디컬 종료-Radical termination

OH + CO → CO2 + H (5)
OH + CO → CO 2 + H (5)

그러나 많은 수증기 주입량은 플라즈마 내부에서 발생되는 전자 밀도에 제한을 가지며, 활성 화학종의 소멸을 가져온다. 결과적으로 플라즈마에 의한 기본제거율은 81%로 수증기 주입량이 0.63 L/min 이하에서는 수증기에 의한 OH 래디컬의 생성으로 타르 제거율이 96.1%까지 상승하고, 반면 수증기 주입량이 0.63 L/min 이상인 경우는 수증기 주입량의 증가함에 따라 플라즈마에 의한 전자 밀도가 낮아지고 반응기내 전체 가스량이 증가하게 된다. 따라서 안트라센이 분해될 수 있는 OH 래디컬 생성 저하와 충분한 체류시간이 확보되지 않는 것으로 나타났다. 에너지 효율의 경우 수증기 주입량이 증가함에 따라 0.63 L/min이하에서는 소량 감소하다가 0.63 L/min 이후에는 급격히 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 0.63 L/min이하의 수증기 주입량에서는 안트라센의 제거효율이 증가하지만 희석효과로 안트라센의 주입 농도가 감소되어 안트라센의 제거량이 감소되었기 때문이며, 수증기 주입량 0.63 L/min 이상에서는 안트라센의 제거효율 또한 떨어지기 때문에 에너지 효율의 감소가 급격히 나타났다. 카본 블랙의 경우, 수증기 주입량이 0 L/min에서는 0.51 g/Nm3으로 발생되고 수증기 주입량이 0.37 L/min 이상에서는 0 g/Nm3으로 나타났다. 이는 반응식 (6)에 의한 카본 블랙 생성과 반응식 (10,11)에 의한 제거 메커니즘으로 OH 래디컬에 의한 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소로 산화되었음을 알 수 있다.
However, a large amount of water vapor injection limits the electron density generated inside the plasma and leads to the disappearance of active species. As a result, the basic removal rate by plasma is 81%, and when the amount of water vapor injected is less than 0.63 L / min, the rate of tar removal increases to 96.1% due to the generation of OH radicals by water vapor, whereas the amount of water vapor injected when the amount of water injected is more than 0.63 L / min. As increases, the electron density due to the plasma decreases and the total amount of gas in the reactor increases. Therefore, it was shown that OH radical production degradation and sufficient residence time that anthracene can be decomposed are not secured. In the case of energy efficiency, as the amount of water vapor injected increased, the amount decreased slightly below 0.63 L / min, and then rapidly decreased after 0.63 L / min. This is because the anthracene removal efficiency increased at the steam injection below 0.63 L / min, but the anthracene removal was reduced due to the decrease in the concentration of anthracene due to the dilution effect. As a result, the decrease in energy efficiency was sharp. In the case of carbon black, the water vapor injection amount was 0.51 g / Nm 3 at 0 L / min and the water vapor injection amount was 0 g / Nm 3 at 0.37 L / min or more. It can be seen that the carbon black was formed by the reaction formula (6) and the removal mechanism was carried out by the reaction formula (10, 11) and oxidized to carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen by the OH radical.

이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상에 범주내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정하여져야 할 것이다.
As mentioned above, although the preferred embodiment of this invention was described in detail with reference to attached drawing, this is only an illustration and various deformation | transformation and change are possible within the scope of the technical idea of this invention. Accordingly, the scope of the present invention should be defined by the following claims.

1:플라즈마 반응기 2:외부가진부 3:스팀발생기
21:라우드스피커 22:증폭기 23:파형발생기 1: Plasma reactor 2: External vacuum part 3: Steam generator
21: loudspeaker 22: amplifier 23: waveform generator

Claims (6)

내부로 투입된 유체에 포함된 유해물질을 제거하기 위한 플라즈마 반응기와;
플라즈마 반응기와 연결설치되어 플라즈마 방전영역의 유체에 가진의 전달력을 높여 플라즈마 반응기에 투입되는 유체에 포함된 유해물질를 더욱 효과적으로 제거할 수 있도록 하는 외부가진부;
를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 바이오매스 연소 배기가스 및 폐기물의 열분해/가스화 생성가스 중 타르저감 외부가진 플라즈마 장치.
A plasma reactor for removing harmful substances contained in the fluid introduced into the apparatus;
An external vibration unit installed in connection with the plasma reactor to increase the transfer force of the excitation to the fluid in the plasma discharge region so as to more effectively remove the harmful substances contained in the fluid introduced into the plasma reactor;
Plasma device having a tar out of the biomass combustion exhaust gas and the pyrolysis / gasification product gas of the waste, characterized in that it comprises a.
청구항 1에 있어서,
외부가진부는,
플라즈마 반응기와 연결설치되어 플라즈마 반응기 내부로 음파를 전달하는 라우드스피커와;
라우드스피커와 연결설치되는 것으로서 입력측에 들어가는 작은 신호를 출력측인 라우드스피커에 큰 신호로 변환시키는 증폭기와;
증폭기와 연결설치되는 것으로서 파형발생기;
를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 바이오매스 연소 배기가스 및 폐기물의 열분해/가스화 생성가스 중 타르저감 외부가진 플라즈마 장치.
The method according to claim 1,
External vibration part,
A loudspeaker connected to the plasma reactor and transmitting sound waves into the plasma reactor;
An amplifier connected to the loudspeaker and converting a small signal entering the input side into a large signal at the output loudspeaker;
A waveform generator connected to the amplifier;
Plasma device having a tar out of the biomass combustion exhaust gas and the pyrolysis / gasification product gas of the waste, characterized in that it comprises a.
청구항 1에 있어서,
플라즈마 반응기는,
저온 플라즈마 반응기, 아크 플라즈마 반응기, 글라이딩 아크 플라즈마 반응기 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 바이오매스 연소 배기가스 및 폐기물의 열분해/가스화 생성가스 중 타르저감 외부가진 플라즈마 장치.
The method according to claim 1,
Plasma reactor,
A tar reduction external plasma apparatus of biomass combustion exhaust gas and pyrolysis / gasification product gas of any one selected from a low temperature plasma reactor, an arc plasma reactor, and a gliding arc plasma reactor.
청구항 2에 있어서,
라우드스피커는,
라우드스피커에서 발생되는 음파 에너지가 플라즈마 전극 중심부에 집중되도록 플라즈마 반응기의 플라즈마 영역의 전단부 중심에 설치됨을 특징으로 하는 바이오매스 연소 배기가스 및 폐기물의 열분해/가스화 생성가스 중 타르저감 외부가진 플라즈마 장치.
The method according to claim 2,
Loudspeakers,
An external tarrying plasma device of biomass combustion exhaust gas and waste pyrolysis / gasification product gas, which is installed at the front end of a plasma region of a plasma reactor so that sound wave energy generated from a loudspeaker is concentrated at the center of the plasma electrode.
청구항 2에 있어서,
증폭기 및 파형발생기는,
유해가스 유량 및 플라즈마 반응기 내부 플라즈마 형상에 따라 변하는 라우드스피커에서 발생된 음파 에너지를 조절할 수 있도록 설치됨을 특징으로 하는 바이오매스 연소 배기가스 및 폐기물의 열분해/가스화 생성가스 중 타르저감 외부가진 플라즈마 장치.
The method according to claim 2,
The amplifier and waveform generator
An external tarrying plasma device having a tar out of the pyrolysis / gasification product of biomass combustion exhaust gas and waste, characterized in that it is installed to control sound wave energy generated from a loudspeaker that changes according to the harmful gas flow rate and the plasma shape inside the plasma reactor.
청구항 2에 있어서,
플라즈마 반응기 일단에는,
스팀발생기를 연결설치하여 플라즈마 반응기 내부 투입되는 유체가 스팀과 혼합된 상태로 플라즈마 반응기 내부로 공급되게 함으로써, 플라즈마 반응기 내부로 투입된 유체에 포함된 타르의 제거 효과를 높일 수 있도록 함을 특징으로 하는 바이오매스 연소 배기가스 및 폐기물의 열분해/가스화 생성가스 중 타르저감 외부가진 플라즈마 장치.The method according to claim 2,
Once in the plasma reactor,
By connecting the steam generator to the fluid supplied into the plasma reactor is mixed with steam is supplied to the inside of the plasma reactor, the bio-characteristics to increase the removal effect of tar contained in the fluid injected into the plasma reactor Plasma device with external reduction of tar in pyrolysis / gasification product gas of mass combustion exhaust gas and waste.
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