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KR20050053595A - 기체 반응을 실시하기 위한 플라즈마 반응기, 및 가스의플라즈마 조장된 반응을 위한 방법 - Google Patents

기체 반응을 실시하기 위한 플라즈마 반응기, 및 가스의플라즈마 조장된 반응을 위한 방법 Download PDF

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KR20050053595A
KR20050053595A KR1020057001216A KR20057001216A KR20050053595A KR 20050053595 A KR20050053595 A KR 20050053595A KR 1020057001216 A KR1020057001216 A KR 1020057001216A KR 20057001216 A KR20057001216 A KR 20057001216A KR 20050053595 A KR20050053595 A KR 20050053595A
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KR
South Korea
Prior art keywords
gas
plasma
reaction
flow
reactor
Prior art date
Application number
KR1020057001216A
Other languages
English (en)
Inventor
랄프 스피츨
아르노 베르
크리스티안 울프
토르스텐 오베로이테르
Original Assignee
이프라스 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이프라스 게엠베하 filed Critical 이프라스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 특히 원통형의 플라즈마 챔버를 갖는, 가스의 관류를 갖는 플라즈마 반응기를 포함하는 기체 반응을 실시하기 위한 장치에 관한 것으로, 여기서 플라즈마 챔버 내에 가스류를 형성하기 위해 플라즈마 반응기 전 및/또는 내 및/또는 후에 가스의 흐름을 형성하기 위한 흐름 형성 요소가 배치되어, 흐름 감소되는 가스 흐름 내의 하나 이상의, 특히 중심 영역이 형성된다. 본 발명은 또한 가스 반응을 실시하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

기체 반응을 실시하기 위한 플라즈마 반응기, 및 가스의 플라즈마 조장된 반응을 위한 방법{PLASMA REACTOR FOR CARRYING OUT GAS REACTIONS AND METHOD FOR THE PLASMA-SUPPORTED REACTION OF GASES}
본 발명은 기체 반응을 실시하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 플라즈마 챔버, 특히 원통형의 플라즈마 챔버 갖는, 가스의 관류(through-flow)를 갖는 플라즈마 반응기, 특히 대용량 플라즈마 반응기를 포함한다. 본 발명은 또한 가스의 흐름 또는 가스화 가능 물질의 흐름이 플라즈마, 특히 마이크로파에 의해 여기되는 플라즈마를 통하여 인도되는 가스 반응을 실시하기 위한 방법에 관한 것이다.
가스는 마이크로파가 커플링 포인트를 통하여 공급되는 플라즈마 반응기, 특히 원통형의 플라즈마 반응기를 포함하는 장치를 통과할 수도 있고, 여기서 기체 반응이 플라즈마에 의한 가스의 높은 여기 때문에 발생할 수도 있고, 특히 물질의 합성 및 가스 정제 반응을 실시할 수 있다.
마이크로파 플라즈마의 생산을 위한 공지된 장치는 플라즈마 챔버, 플라즈마를 생산하기 위한 마이크로파 발생기를 구비한 마이크로파 공급 공명기, 및 커플링 포인트, 예를 들면 슬롯, 안테나 등으로 이루어지고, 이들은 플라즈마 챔버 내로 마이크로파를 연결시키기 위해 플라즈마 챔버와 공명기 사이의 금속벽에 규칙적으로 배치된다.
기체 반응을 실시하기 위한 공지된 플라즈마 반응기는 10㎾의 수배의 고출력을 요구하고, 1000 또는 심지어 10000K의 수배까지 공정 가스를 가열하는 열 플라즈마 제트를 사용한다. 출력은 1000-10000W/㎤의 수배의 출력 밀도로 수 ㎤의 소형의 플라즈마 체적 내로 도입된다.
DE 19 600 223에 따르면, 직사각형 단면의 고리의 형태인 공명기는 원통형의, 관형상 플라즈마 챔버의 커플링 포인트가 구비된 금속벽을 포위한다.
DE 19600223에 따른 장치는 2.45㎓의 마이크로파 여기 주파수에서 1000㎤의 수배의 체적 및 수 W/㎤의 출력 밀도를 갖는 플라즈마 챔버에서 예를 들면 사실 비평형적(non-equilibrium) 또는 비열적 플라즈마를 생산하지만, 이들은 대용량의 흐름의 처리량 및 대응하는 가스 속도를 허용하지 않는다. 이러한 비열적 플라즈마의 효율, 즉 출력 입력(power input)/턴오버는 일반적으로 무용한 중성 가스의 가열에 그렇게 많이 에너지 낭비되지 않기 때문에, 현저하게 양호하다.
또한 마이크로파 여기 주파수로서 적합한 것은 대응적으로 계량된(scaled) 플라즈마 원에서 특히, 상업적으로 채용된 915㎒ 및 440㎒이다.
본 발명에 따라 채용될 수도 있는 공지된 공명기는 커플링 포인트로 완전하게 또는 동일한 종축을 가진 재킷(jacket)의 세그먼트로서 플라즈마 챔버의 원통형의 벽을 또한 포위하거나 이들은 원통형의 플라즈마 챔버 내에, 예를 들면 이의 축에 배치될 수도 있다. 공명기 및 실질적으로 관형상-원통형의 플라즈마 챔버의 구성 때문에, 및 공명기와 플라즈마 챔버 사이의 커플링 포인트의 규칙적인 배치 때문에, 특정의 웨이브 패턴, 소위 모드는 플라즈마의 최적의 유효성을 갖는 플라즈마 챔버의 내부에서 생산된다. 마이크로파 발생기는 화학적, 전자기 또는 고주파수 여기에 의해 또한 보완되거나 대체될 수도 있다.
플라즈마 챔버 중의 가스는 플라즈마에 의해 여기됨으로써, 특히 발광 효과가 생성된다. 공지의 반응기에서, 가스 흐름은 심지어 저유속에서도 플라즈마를 방해해고, 챔버로부터 플라즈마를 밀어내고, 플라즈마를 파괴하도록 하여 소멸되는 단점을 갖는다. 공지의 반응기에서 높은 가스 처리량 및 높은 가스 흐름 속도를 달성할 수 없다.
공지된 기체 반응 및 가스 합성은 방전극(discharge electrode)에서의 아크에서 또한 발생할 수 있고, 여기서 온도는 각종의 목적에 대해 너무 높아, 가스 흐름이 전극에 의해 방해되고, 고 에너지 소비가 단점이다.
도 1 내지 도 4의 도면은 플라즈마 처리에 의해 기체 반응을 실시하기 위한 본 발명에 따른 장치의 단면을 도시한다.
본 발명의 목적은 잘 분배된, 안정한, 및 특히 비열적, 플라즈마를 얻음으로써, 특히 높은 처리량으로 가스의 최적의 활성화를 얻는 것, 특히 수 m/s 내지 10 m/s의 수배의 높은 가스 속도를 위한 상기 마이크로파 여기된, 즉 전극이 없는, 대용량 플라즈마 원을 이용하는 것, 및 특히 100mbar의 수배 내지 10bar 수배의 압력에서 안정한 장기간 작동을 보장하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위해, 가스 흐름을 인도하기 위한 흐름 형성 요소를 구비한 기체 반응을 위한, 가스의 관류를 갖는 플라즈마 반응기, 및 이 장치를 사용하여 고용량 흐름을 갖는 가스 반응을 실시하기 위한 방법이 제안된다.
반응 가스로서 고려되는 것은 특히, 활성화하기 어려워서, 반응성이 빈약한 가스, 예를 들면 이산화탄소, 물, 또한 질소, 메탄 및 천연 가스이다.
본 발명에 따르면, 흐름 형성 요소에 의해 흐름 감소되는 가스류 내에 하나 이상의, 특히 중심 영역을 형성하는 것이 제안된다. 이러한 흐름 감소된 영역 내에서 특히 안정하게 플라즈마를 생산할 수 있다.
심지어 높은 전체 가스 흐름 속도에서도, 상기 플라즈마는 흐름 감소된 영역에서 가스 흐름의 속도가 감소되기 때문에 안정하게 유지되어, 플라즈마의 파괴는 높은 가스 처리량에서도 방지된다.
가스 흐름 형성 요소에 의해 1) 플라즈마와 반응기 벽(예를 들면 석영 유리 튜브 또는 세라믹 튜브로 제조된 용기) 사이에서 약한 접촉만 발생한다는 것, 및 2) 흐름 감소된 영역(일반적으로 플라즈마 원 또는 용기의 중심에서)이 생성된다는 것이 특히 달성된다.
지적 1)은 용기에 대한 낮은 열 부하 때문에 본 발명에 따른 장치의 긴 실용 수명을 유발하고, 지적 2)는 플라즈마 내로 안정한 출력 입력(power input)을 유발한다.
본 발명은 대용량 플라즈마 원, 즉 플라즈마 챔버 체적이 공급 마이크로파 가이드(일반적으로 도파관)의 람다 피이스(lambda piece)(1파장)의 체적보다 큰 플라즈마 원, 및/또는 길이(흐름의 방향에서)가 1 파장 이상의 플라즈마 원에 관한 것이다.
플라즈마가 가스 흐름에 의해 플라즈마가 정지되는 플라즈마 원의 먼 영역은 플라즈마 챔버 체적의 일부로서 간주되지 않고, 단지 플라즈마에 마이크로파 출력을 여전히 공급하는 영역이다.
특히, 본 발명은 작은 플라즈마 체적을 갖는 공지의 플라즈마 제트 원(jet source)에 관한 것이 아니다. 마찬가지로, 본 발명은 공지의 저압 플라즈마 원에 관한 것이 아니다.
본 발명에 따르면, 장치는 가능하게는 가스류를 형성하기 위한 흐름 형성 요소 및 마이크로파 공급 공명기를 통하여, 마이크로파 출력을 공급하기 위한 커플링 포인트를 구비한 플라즈마 반응기로서 바람직하게는 가스의 관류를 갖는 원통형의-관형상 플라즈마 챔버를 포함한다. 예를 들면 도파관 링 또는 동축 공명기의 형태의 공급 공명기는 재킷 또는 부분적 재킷의 형태로 플라즈마 챔버를 완전히 또는 적어도 부분적으로 포위함으로써, 플라즈마 챔버 자체는 공명기로서 모드를 형성할 수 있다.
이것에 관련하여 펄스 방식으로, 예를 들면 1㎐ 내지 50㎑의 펄스 주파수를 가진 펄스 방식으로 플라즈마를 작동하는 것이 제공될 수도 있다. 펄싱(pulsing)은 마이크로파 발생기의 펄스 제어에 의해 또는 플라즈마 반응기, 특히 공명기 내로의 펄스 커플링에 의해 생산될 수 있다. 이 방식으로, 물질의 변환이 향상될 수 있고 에너지 입력이 증가된다.
마이크로파에 의한 플라즈마의 생산은 비열적 플라즈마, 즉 전자 여기에 대하여 고 에너지 부분을 갖지만, 열적 가열을 거의 나타내지 않는 플라즈마를 생산할 수 있는 이점을 갖는다. 이것은 플라즈마 생산의 다른 방법, 예를 들면 아크에 의한 방법에 비해 큰 에너지 효율을 유발한다. 요구된 에너지는 열 플라즈마의 생산에서 보다 대략 10 내지 100배 낮다.
플라즈마 반응기의 단부면에서 가스를 공급하기 위한 접속부가 제공될 수도 있고, 가스 배출구를 위한 반대측 접속부에서, 흐름 형성 요소 또는 장치는 가스를 분배하고, 가스류, 특히 이의 중심부에서 회전 속도가 가장 낮은 회전 가스류를 야기하여, 회전 중심에서 흐름 감소된 영역이 형성된다.
본 발명의 일실시 형태는 플라즈마 챔버 내로 공급되는 가스류가 흐름 형성 요소에 의해 챔버 직전에 회전되는 배치에 관한 것이다.
다른 실시 형태는 플라즈마 챔버 직후에 가스류를 편향시키는 흐름 형성 요소를 포함함으로써 플라즈마 원에 가스류의 회전을 야기한다.
바람직하게는 원통형의 형상을 갖는 플라즈마 챔버, 및 커플링 포인트의 배치, 및 특히 하나 이상의 흐름 감소 영역을 구비한 가스류의 분배는 잘 분배되고 안정한 플라즈마를 생산하여 가스의 최적의 활성화를 얻는다.
상기 공정은 또한 특히 2.45㎓의 마이크로파 주파수에서 큰 플라즈마를 생산할 수 있다는 이점을 갖는다. 따라서, 플라즈마 챔버의 체적은 바람직하게는 0.5 내지 5리터일 수도 있다. 이것은, 바람직하게는 가스 흐름의 감소가 이루어지는, 1 내지 2리터의 플라즈마 여기 영역을 유발한다.
바람직하게는 반응기의 축에 대칭인 흐름 형성 요소의 배치는 특히 상기 바람직한 가스류의 회전에 의해 특히 효율적으로 흐름 감소를 야기하는 것에 이용될 수 있다. 분배 및 바람직하게는 흐름 형성 요소에 의해 반응기 및 반응관의 전체 플라즈마 챔버 내의 가스의 회전은 높은 물질 또는 가스 처리량 및 반응되는 물질의 높은 변환을 가능하게 한다.
커플링 포인트를 통한 마이크로파 출력의 공급은 바람직하게는 재킷 또는 부분적 재킷으로서 플라즈마 챔버를 포위할 수도 있는 공급 링 공명기(feed ring resonator) 또는 동축 공명기에 의해 발생한다.
흐름 형성 요소로서 적합한 것은 특히 배플판(baffle plate), 노즐, 격막, 격자, 원뿔, 배플체(baffle body), 소용돌이 관(vortex tube), 사이클론(cyclone), 터빈 또는 다공의 오리피스 판, 대체물로서 또는 서로 병용한 것이다.
흐름 형성 요소는 필요에 따라 가스류를 이동시키기 위해, 예를 들면 어느 정도 가스류를 안정시키기 위해 조절 가능해지도록 배치되는 것이 바람직하다.
특히, 공급된 가스류 및 축에 대하여 대칭 배치로 조절 가능한 링 격막 또는 링 노즐 및/또는 환상 배치로 접선적으로 공급하는 노즐은 반응기 및 반응관 또는 2차 반응관에서의 회전을 가능하게 한다. 이러한 흐름 형성 요소는 반응기의 가스 흡입구 및 가스 배출구에서, 및 반응관의 입구에서 특히 효율적이다.
흐름 형성 요소는 가스의 정리된, 예를 들면 회전, 인도 및 예상외로 높은 가스 속도, 즉 높은 처리량을 가능하게 하지만, 흐름 감소된 영역이 안정한 플라즈마를 제공하기 때문에, 가스는 반응기로부터 완전히 배격되지 않는다.
플라즈마에 의한 가스의 여기는 반응기에서 발생할 수도 있지만, 추가의 반응은 반응관에서만 발생한다. 이 때문에, 가스의 일부 또는 수개의 반응 성분 또는 불활성 가스의 하나가 반응기의 배출구에서 가스류에 공급되는 것이 바람직하다. 보조 물질은 가스 흡입구에 또는 반응관에 또한 공급될 수도 있다.
흐름 형성 요소를 포함하는 장치에서 0.1 내지 10bar의 대기압, 특히 0.3 내지 1.5bar의 대기압의 범위에서 가스를 취급할 수 있다. 예를 들면, 100㎜ 직경의 2.45㎓ 반응기에 있어서, 예를 들면, 0.1㎥/h 내지 300㎥/h, 특히 10 내지 100㎥/h의 가스 스트림이 얻어진다. 이와 관련하여, 1 내지 15m/sec의 가스 유속이 얻어진다. 1000㎜까지의 직경을 가진 반응기는 수 1000㎥/h까지의 실질적으로 더 큰 처리량을 생산한다.
반응관이 동행한다면, 이 관은 바람직하게는 동일한 축 방향을 갖지만, 다른 직경을 가질 수도 있다.
가스가 플라즈마에 의해 매우 고도로 활성화되어 가스의 냉각이 유리하거나 필요할 수도 있다. 이 목적을 위해, 반응관 벽 내에 및 가능하게는 반응기의 가스 흡입구 및 가스 배출구에서 챔버 또는 냉각 재킷 등의 냉각 요소가 사용될 수도 있다.
효율적인 냉각은 특히 냉각된 가스류 형태의 가스에 의해 또는 아르곤 등의 저온 가스의 공급으로서 또는 반응관 입구 또는 내부에서의 반응 파트너의 일부의 합성의 경우에 발생할 수도 있다. 특정 냉각에 의해 선택적으로 생성물을 형성할 수 있다. 저온 가스는 바람직하게는 동일한 시간에서 흐름 형성 요소로서 작용할 수도 있는 링 노즐, 슬릿 개구 또는 접선적으로 효율적인 주사관에 의해 제공된다. 이들 냉각 요소 및, 가능하게는 저온인 가스의 첨가에 의해, 실시되고 있는 각각의 반응 또는 변환을 위한 가장 높은 변환율 및 가장 높은 수율을 갖는 그들의 온도 범위를 설정할 수 있다.
바람직한 온도 범위는 100 내지 1000℃이다. 100%까지의 변환율 및 10% 내지 100% 범위의 수율이 얻어질 수 있다.
마이크로파에 의해 투과될 수 있는 예를 들면 석영 유리, 세라믹 등의 용기는 실린더 벽과 평행하게 반응기 내에 배치될 수도 있다. 용기의 벽은 반응관에 연속하거나 반응관을 형성할 수도 있다.
추가의 가스 또는 냉각제를 위한 이동가능한 공급(feed) 및/또는 샘플링을 위한 계측기 또는 튜브가 특히 후방으로부터 축 방향으로 반응관(도 1 참조) 내로 돌출할 수도 있다. 반응관에 있어서, 임의의 타입의 촉매가 각각의 반응을 촉진하는데 사용될 수 있고, 이들은 특히 저부 상에, 특히 이동가능한 바스켓 내에, 또는 그래뉼(granule), 네트(net) 등으로서 제공될 수도 있다.
플라즈마 조장된 변환에 의한 가스 반응을 실시하기 위한 방법은 특히 기재된 장치로 실시될 수 있다. 흐름 형성 요소는 가스류 내에 흐름 감소를 유발하는 가스의 분배를 야기함으로써, 특히 가스류의 흐름 감소된 영역에서 가스가 안정하게 연소될 수 있다. 가스류의 회전이 특히 바람직한데, 이에 의해 변환의 완료뿐만 아니라 흐름 속도 및 처리량을 현저하게 증가시킬 수 있다. 장치를 냉각시킴으로써 및 냉각된 출발 재료, 저온 가스 또는 보조 재료를 공급함으로써, 처리량 및, 실시되는 반응에 따라, 변환율이 증가된다.
반응 성분의 활성화 또는 여기가 플라즈마 반응기에서 발생한다. 플라즈마가 반응관 입구에 가스류와 함께 추진되는 한, 상기 플라즈마 원에 공급된 가스의 활성화는 반응관의 입구에서 발생하고, 이것은 플라즈마가 반응기에서 안정하게 유지될 때마다 가능하다. 실제적인 변환은 주로 반응관에서 발생한다.
플라즈마 반응기를 통하여 가스의 일부만 또는 수개의 반응 성분의 하나만을 인도하는 것 및 반응관의 입구에서 추가의 성분, 보조 가스 또는 심지어 물과 같은 액체 물질을 공급하는 것이 종종 유용하다. 특히 반응관 내로 임의의 타입의 저온 가스만 공급함으로써 및 반응관을 냉각함으로써, 반응 온도가 제어되고, 통과되는 양 및 변환율이 증가된다.
실시되는 각각의 반응에 적합한 촉매는 예를 들면 공지된 방법으로 적용될 수도 있고, 반응관 내 저부 상에 배치되거나, 유리하게는, 이동가능한 촉매 바스켓에 채용된 담체상의 형태로 형성될 수도 있다. 저온 가스 또는 보조 가스의 스트림이 예를 들면, 민감성 촉매에 직접 분사될 수도 있다. 미세 분산된 분말, 따라서 또한 미세 분산된 촉매, 현탁액 또는 촉매적으로 작용하는 가스는 플라즈마 반응기를 통하여 직접 인도될 수도 있다.
장치 내의 정지 또는 펄스 플라즈마에서, 압력은 0.1 내지 10bar, 특히 정상적인 압력의 범위일 수도 있다.
예를 들면 100㎜의 관 직경에서, 즉 매우 작은 직경 및 작은 장치에서, 예를 들면 0.1 내지 10 m/s의 가스 속도가 가능하다.
1 내지 300㎥/h의 가스의 체적 유량이 얻어진다. 300 내지 1000㎜의 관 직경에서, 100 내지 1000㎥의 수배의 대응적으로 높은 처리량이 가능하다.
강한 플라즈마 여기 때문에, 각각의 기체 반응의 온도는 예를 들면 아크에서 또는 열적 여기에 의해 실시된 대응하는 반응에서보다 낮다. 이 때문에, 바람직하게는 200 내지 2000℃의 온도 범위에서 특히 소위 비열적 플라즈마가 본 발명에 의해 생산된다. 장치의 재료, 특히 스테인리스 강 또는 석영 유리는 단지 미약한 응력하에 있으므로, 재료 손상 또는 부식이 되지 않아 긴 실용 수명을 갖는다. 촉매도 긴 실용 수명을 갖는다.
예를 들면 물질의 합성 뿐만 아니라 산업용 공정으로부터의 폐 가스 또는 잔류 가스의 정제는 가스 또는 기상의 가스화 가능 액체, 특히 CO2, N2, SF6, CF4, C2F6 또는 H2O 등의 활성화되기 어려운 가스로부터 달성될 수 있다. 가스 또는 증기 오염물이 오염물의 스트림 중에서 적합한 환원제 또는 산화제에 의해 파괴될 수 있다.
100%까지의 높은 수율 및 변환율을 종종 얻을 수 있다.
합성 가스를 생산하기 위해, 수증기 및 탄화수소를 이용할 수 있다. 마찬가지로, 1000℃ 미만의 중성 가스 온도에서, 촉매의 사용 및 사용 없이, 액체 또는 가스 탄화수소 및 이산화탄소로부터 합성 가스를 생산할 수 있다.
수소를 생산하기 위해서, 예를 들면, 아르곤 플라즈마 또는 수소 플라즈마에 의해 천연 가스를 변환할 수 있다.
가스로부터 물질의 합성의 예는 1:3의 몰비의 질소 및 수소로부터의 암모니아의 생산, 및 열분해 반응, 수많은 용도 예를 들면 특히 사진 복사기를 위한 토너로서 용도를 갖는 미립자적인 고 활성 카본 블랙 및 수소로 메탄 또는 다른 탄화수소의 분해이다. 중요한 반응은 메탄 또는 저급 탄화수소로부터 합성 가스, 즉 CO 및 H2의 생산이다. 이와 관련하여, 이론적 몰량으로부터 20%의 편차가 가능하다. 메탄과의 건식 수증기의 변환은 1:1의 몰비로 발생하고, 이론적으로 1몰의 CO 당 3몰의 H2를 생산하므로, 수소의 생산에 주로 이용될 수 있다. 메탄으로서 계산된 탄화수소와의 CO2의 변환은 CO 및 H2의 동일한 몰량을 생산하고, 합성 가스로부터 후속의 생성물을 생산하는데 사용된다. 메탄의 나머지, 또는 수소의 첨가 또는 재순환이 부반응을 감소시키고, 매우 높은 선택도를 가지면서, 심지어 98%까지의 변환을 달성할 수 있게 한다. 수소 또는 재순환된 합성 가스는 예를 들면 도 1에 따른 링 노즐(11)을 통하여 첨가될 수 있다.
반응관에서 촉매를 사용할 수 있다. 이것은 특히 산화알루미늄 또는 산화규소와 같은 적합한 담체 상에 불균일한 촉매에 적용된다. 또한 촉매로서 적합한 것은, 도핑을 갖고서 갖지 않고서, 제올라이트 뿐만 아니라 피복된 모노리스(monolith)이다.
촉매의 활성 성분으로서 적합한 것은 다수의 금속의 혼합 산화물뿐만 아니라 모든 금속 산화물, 예를 들면 철, 구리, 아연 또는 니켈 산화물이다. 이들 산화물 이외에, 또한 순수 금속을 사용할 수 있다. 이들은 예를 들면, 구리, 철, 코발트, 티타늄, 니켈 및 아연뿐만 아니라, 팔라듐, 백금, 로듐이다.
이와 관련하여 촉매의 도입은 바람직하게는 이동가능한 저부 상에 발생한다.
고품질, 장쇄 및/또는 방향족 탄화수소는 가스 올레핀을 채용함으로써, 즉 이산화탄소와 반응하거나 반응하지 않고, 촉매의 존재 또는 부존재에서 공급함으로써 형성될 수 있다.
촉매와의 가능한 반응은 방향족 분자의, 피셔-트롭슈(Fisher-Tropsch) 공정과 유사한, 산소의 삽입 및 삽입 없이, 장쇄 탄화수소의 형성, 암모니아의 합성, 및 합성 가스의 생산에서 수율 증가와 그을음 형성의 방지이다. 따라서, 공정은, 촉매 사용 및 사용 없이, 수소 및 질소의 혼합물로부터 암모니아 또는 히드라진의 생산에 적합하다.
폐 가스의 정제는, 산화에 의해, 일산화탄소, 디옥신, 퓨란, 플루오로염소화탄화수소, 플루오로탄화수소, 클로로탄화수소 및 추가의 탄소 화합물 등의 불필요하고 해로운 또는 독성의 성분으로부터의 다양한 폐 가스의 완전한 정제가 얻어진다. 장치는 가스 공급을 통하여 폐 가스와 함께 예를 들면 공기 또는 산소의 공급, 또는 암모니아, 수소 또는 이의 혼합물과 같은 환원 가스의 공급을 가능하게 한다. 적합한 온도를 선택하고, 적합한 첨가제 및 효율적인 촉매를 선택함으로써, 변환하는 것이 어렵거나 변환이 종종 불완전한 폐 가스를 또한 정제할 수 있다.
변환가능한 폐 가스의 예는 출발 재료 및 생성물의 잔류물이 회수할 가치가 없거나 환경에 배치되기 전에 추가의 변환 없이 산화 또는 환원에 의한 정제가 필요한 한, 원유 및 천연 가스의 생산 및 처리로부터 및 화학적 반응으로부터의 잔류물이다.
도 1 내지 도 4의 도면은 플라즈마 처리에 의해 기체 반응을 실시하기 위한 본 발명에 따른 장치의 단면을 도시한다. 도면에 있어서, 플라즈마 반응기의 벽 내의 공지의 공급 공명기 및 커플링 요소가 부분적으로 생략된다.
도 1은 장치를 도시하고, 여기서, 출발 재료의, 예를 들면 회전하는, 가스류가 흐름 형성 요소로서 구성되는 가스 흡입구(1)에 의해 플라즈마 챔버의 단부면을 통하여 하부로부터 도입되고; 가스류는 플라즈마 반응기 또는 플라즈마 챔버(2)에서 분배되고, 완전히 반응되도록 하는, 반응기와 동일한 축을 갖는 반응관(5)을 통하여 추가로 인도되고, 가스 배출구(12)에 최종적으로 배치된다.
링 형상, 및 냉각된 링(3)이 되도록 구성되는 냉각 챔버(10)는 반응기 내로의 가스 흡입구에서 및 반응기의 가스 배출구, 반응관 내로의 흡입구에서 각각 배치된다. 추가의 가스 또는 보조 물질을 위한 공급 라인은 반응기의 배출구에서 링 노즐(11)의 형태로, 및 가스류를 향한 가스 도입을 갖는 이동가능한 축 관(6)으로서 배치된다. 계측 장치(13) 및 이동가능한 샘플링 장치(9)는 냉각 헤드(8)를 통하여 삽입된다.
반응관(5)이 유리, 석영 등으로 제조된다면, 이것은 금속의 보호관(4)에 의해 포위될 수 있다. 이동가능하게 배치된 촉매 바스켓(7)은, 과립되거나 담체에 적용되고, 실시되고 있는 각각의 기체 반응을 촉진하는 촉매를 수용한다.
도 2는 플라즈마 챔버(2), 플라즈마를 공급하는 링 형상 플라즈마 공명기(14), 및 석영으로 제조된 용기(15)를 갖는, 가스 처리를 위한 장치의 단면도를 도시한다. 가스 흡입구(1)로부터 진입하는 가스는 흐름 형성 요소(16)에 의해 일렬로 배치된 드릴 구멍(17)을 통하여 난류 챔버의 방법으로, 축에 접선적으로, 회전(화살표로 표시된)하여, 플라즈마 챔버(2)를 통해 고속으로, 2차 반응을 위한 반응관(5) 내로 다공의 오리피스 판(17)에 인도된다. 부가적인 가스 또는 반응 성분은 반응관(5)을 포위하는 재킷 공간 내로 접속 분기(18)를 통하여 및 가스 배출구(12)의 방향으로 반응관(5) 내로 환상의 틈새(19)를 통하여 인도된다.
도 3은 개략적으로 나타난 플라즈마 챔버(2), 반응관으로서 연결되는 석영 유리로 제조된 용기(15)를 갖는 플라즈마 처리를 위한 장치의 단면도를 도시한다. 가스 흡입구(1) 내의 흐름 형성 요소로서 원뿔(20)은 화살표로 나타난 가스류를 분배하여, 플라즈마 챔버를 통하여 도시 생략의 가스 배출구로 유도한다. 원뿔의 후방에, 중심의 흐름 감소 영역이 형성된다.
도 4는 도 3에 도시된 바와 같지만, 가스 흡입구(1)에서 이동가능한 환상의 틈새(21) 및 반응관으로 인도하는 다공의 오피리스판(22)을 갖는 장치의 단면을 도시한다. 반응관 및 플라즈마 챔버는 연속적인 벽(15)를 갖는다. 현탁액 및 미립자적인 과립물이 플라즈마 반응기(2) 및 반응관을 통하여 가스를 따라 인도될 수 있고, 배출구에서 배출될 수 있다.
도 5는 가능한 반응의 예를 나타낸다.

Claims (14)

  1. 플라즈마 챔버, 특히 원통형의 플라즈마 챔버를 갖는, 가스의 관류를 갖는 플라즈마 반응기를 포함하는 기체 반응을 실시하기 위한 장치로서, 플라즈마 챔버 내에 가스류를 형성하기 위해 플라즈마 반응기 전 및/또는 내 및/또는 후에 가스의 흐름을 형성하기 위한 흐름 형성 요소가 배치되어, 흐름 감소되는 가스 흐름 내의 하나 이상의, 특히 중심 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 반응을 실시하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 가스류 내에 배치된 흐름 형성 요소는 원뿔, 드롭(drop), 환상(annular) 틈새, 격막, 격자, 배플체(baffle body), 소용돌이 관(vortex tube), 사이클론(cyclone) 또는 터빈으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기체 반응을 실시하기 위한 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 흐름 형성 요소는 조절 가능하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기체 반응을 실시하기 위한 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 공급은 가스 회전의 방향으로 접선적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 기체 반응을 실시하기 위한 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 반응관은 반응기 후에 축방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 기체 반응을 실시하기 위한 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 챔버는 반응기의 흡입구 및/또는 배출구에 및/또는 반응관의 벽 내 및/또는 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 기체 반응을 실시하기 위한 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 공급 요소, 특히 노즐, 슬롯 또는 튜브는 냉각 매체, 특히 저온 가스, 액체 물질 또는 출발 재료의 일부의 도입을 위해 구비되는 것을 특징으로 하는 기체 반응을 실시하기 위한 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 공급 요소가 흐름 형성 요소를 형성하는 것을 특징으로 하는 기체 반응을 실시하기 위한 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매가 특히 이동가능해지도록 반응관에 배치되고, 상기 촉매가 특히 저부 상에서, 바스켓 내에서, 또는 모노리스(monolith)로서 불균일한 촉매인 것을 특징으로 하는 기체 반응을 실시하기 위한 장치.
  10. 특히 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 장치에서 성분을 변환하기 위해, 플라즈마 반응기의 플라즈마 챔버 내의 마이크로파 여기된 플라즈마, 특히 비평형적(non-equilibrium) 플라즈마를 통하여 가스 또는 가스화 가능 물질의 스트림을 통과시킴으로써 가스 반응을 실시하기 위한 방법으로서, 흐름 형성 요소에 의해 하나 이상의 흐름 감소 영역이 이러한 영역 내에서 안정한 플라즈마를 생산하기 위해 가스류 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 반응을 실시하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 흐름 형성 요소에 의해 가스류의 회전이 달성되는 것을 특징으로 하는 가스 반응을 실시하기 위한 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 열은, 특히 방사선 에너지의 이용을 위한 암 교환 표면(black exchange surface)을 사용함으로써, 반응관 내에 통합된 열 교환기에 의해 회수되는 것을 특징으로 하는 가스 반응을 실시하기 위한 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 또는 에어로졸, 특히 수소는 특히 반응 또는 재결합 영역에서 온도를 제어하기 위해, 및 특히 공급(3)에 의해 플라즈마 이후 보다 효과적인 활성화를 달성하기 위해, 노즐을 통하여 도입되는 것을 특징으로 하는 가스 반응을 실시하기 위한 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마는 특히 마이크로파 발생기의 펄스 제어 및/또는 공명기 내로 마이크로파의 펄스 커플링에 의해 특히 1㎐ 내지 50㎑의 펄스 주파수에서 펄스 작동되는 것을 특징으로 하는 가스 반응을 실시하기 위한 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190082721A (ko) * 2012-01-20 2019-07-10 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치

Families Citing this family (65)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7622693B2 (en) 2001-07-16 2009-11-24 Foret Plasma Labs, Llc Plasma whirl reactor apparatus and methods of use
US8734643B2 (en) 2001-07-16 2014-05-27 Foret Plasma Labs, Llc Apparatus for treating a substance with wave energy from an electrical arc and a second source
US7422695B2 (en) 2003-09-05 2008-09-09 Foret Plasma Labs, Llc Treatment of fluids with wave energy from a carbon arc
US8981250B2 (en) 2001-07-16 2015-03-17 Foret Plasma Labs, Llc Apparatus for treating a substance with wave energy from plasma and an electrical Arc
US10188119B2 (en) 2001-07-16 2019-01-29 Foret Plasma Labs, Llc Method for treating a substance with wave energy from plasma and an electrical arc
US8764978B2 (en) 2001-07-16 2014-07-01 Foret Plasma Labs, Llc System for treating a substance with wave energy from an electrical arc and a second source
US8734654B2 (en) 2001-07-16 2014-05-27 Foret Plasma Labs, Llc Method for treating a substance with wave energy from an electrical arc and a second source
US7857972B2 (en) 2003-09-05 2010-12-28 Foret Plasma Labs, Llc Apparatus for treating liquids with wave energy from an electrical arc
AU2003251444A1 (en) * 2002-07-23 2004-02-09 Iplas Gmbh Plasma reactor for carrying out gas reactions and method for the plasma-supported reaction of gases
EP2233203B1 (en) * 2005-10-10 2011-12-21 Korea Institute Of Machinery & Materials Plasma reactor
GB0523947D0 (en) * 2005-11-24 2006-01-04 Boc Group Plc Microwave plasma system
CA2683165C (en) 2006-04-05 2013-06-11 Foret Plasma Labs, Llc System, method and apparatus for treating liquids with wave energy from plasma
US8092778B2 (en) * 2007-01-24 2012-01-10 Eden Energy Ltd. Method for producing a hydrogen enriched fuel and carbon nanotubes using microwave assisted methane decomposition on catalyst
US8075869B2 (en) * 2007-01-24 2011-12-13 Eden Energy Ltd. Method and system for producing a hydrogen enriched fuel using microwave assisted methane decomposition on catalyst
US8021448B2 (en) * 2007-01-25 2011-09-20 Eden Energy Ltd. Method and system for producing a hydrogen enriched fuel using microwave assisted methane plasma decomposition on catalyst
JP5120923B2 (ja) * 2007-03-30 2013-01-16 島根県 水素および一酸化炭素の製造方法
JP5136827B2 (ja) * 2007-03-30 2013-02-06 島根県 水素の製造方法
WO2008119540A1 (de) 2007-03-30 2008-10-09 Rev Renewable Energy Ventures Inc. Plasmaunterstützte organofunktionalisierung von siliciumtetrahalogeniden oder von organohalogensilanen
US9445488B2 (en) 2007-10-16 2016-09-13 Foret Plasma Labs, Llc Plasma whirl reactor apparatus and methods of use
US8074439B2 (en) * 2008-02-12 2011-12-13 Foret Plasma Labs, Llc System, method and apparatus for lean combustion with plasma from an electrical arc
US9185787B2 (en) 2007-10-16 2015-11-10 Foret Plasma Labs, Llc High temperature electrolysis glow discharge device
US9560731B2 (en) 2007-10-16 2017-01-31 Foret Plasma Labs, Llc System, method and apparatus for an inductively coupled plasma Arc Whirl filter press
US9516736B2 (en) 2007-10-16 2016-12-06 Foret Plasma Labs, Llc System, method and apparatus for recovering mining fluids from mining byproducts
US9230777B2 (en) 2007-10-16 2016-01-05 Foret Plasma Labs, Llc Water/wastewater recycle and reuse with plasma, activated carbon and energy system
US11806686B2 (en) 2007-10-16 2023-11-07 Foret Plasma Labs, Llc System, method and apparatus for creating an electrical glow discharge
US9051820B2 (en) 2007-10-16 2015-06-09 Foret Plasma Labs, Llc System, method and apparatus for creating an electrical glow discharge
US9761413B2 (en) 2007-10-16 2017-09-12 Foret Plasma Labs, Llc High temperature electrolysis glow discharge device
US8810122B2 (en) 2007-10-16 2014-08-19 Foret Plasma Labs, Llc Plasma arc torch having multiple operating modes
US8278810B2 (en) 2007-10-16 2012-10-02 Foret Plasma Labs, Llc Solid oxide high temperature electrolysis glow discharge cell
US10267106B2 (en) 2007-10-16 2019-04-23 Foret Plasma Labs, Llc System, method and apparatus for treating mining byproducts
US8904749B2 (en) 2008-02-12 2014-12-09 Foret Plasma Labs, Llc Inductively coupled plasma arc device
US10244614B2 (en) 2008-02-12 2019-03-26 Foret Plasma Labs, Llc System, method and apparatus for plasma arc welding ceramics and sapphire
US20090205254A1 (en) * 2008-02-14 2009-08-20 Zhonghua John Zhu Method And System For Converting A Methane Gas To A Liquid Fuel
DK2490801T3 (en) * 2009-10-23 2017-10-16 Advanced Microwave Tech Ltd METHOD OF TREATING A MICROWAVE RADIATION FLUID
CA2804389C (en) 2010-07-09 2017-01-17 Eco Technol Pty Ltd Syngas production through the use of membrane technologies
DE102011002617A1 (de) * 2011-01-13 2012-07-19 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung von Synthesegas enthaltend Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2)
CA2831839A1 (en) 2011-03-29 2012-10-04 Fuelina Technologies, Llc Hybrid fuel and method of making the same
CN103030112B (zh) * 2011-11-03 2014-06-18 吉林大学 车载在线制氢的微波低温等离子体重整器系统
DE102012007230B4 (de) * 2012-04-07 2020-11-12 Ralf Spitzl Verfahren zur plasmatechnischen Herstellung von Acetylen
US10301178B2 (en) * 2012-10-24 2019-05-28 H2 Energy Now Generating energy from water to hydrogen system
CA2894535C (en) 2012-12-11 2018-05-29 Foret Plasma Labs, Llc High temperature countercurrent vortex reactor system, method and apparatus
CA2902195C (en) 2013-03-12 2016-06-07 Foret Plasma Labs, Llc Apparatus and method for sintering proppants
DE102013016660A1 (de) 2013-10-09 2015-04-09 Ralf Spitzl Verfahren und Vorrichtung zur plasmakatalytischen Umsetzung von Stoffen
DE102013020905A1 (de) 2013-12-16 2015-06-18 Ralf Spitzl Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Synthesegas
US20160158900A1 (en) * 2014-12-03 2016-06-09 Universal Vortex Inc. Vortex Tube
US20180259227A1 (en) * 2014-12-03 2018-09-13 Universal Vortex, Inc Vortex tube
CN107250324B (zh) 2014-12-03 2019-11-15 德雷塞尔大学 将天然气直接并入烃液体燃料
US10308512B2 (en) 2016-10-06 2019-06-04 Lyten, Inc. Microwave reactor system with gas-solids separation
US9812295B1 (en) * 2016-11-15 2017-11-07 Lyten, Inc. Microwave chemical processing
KR102686242B1 (ko) 2017-01-23 2024-07-17 에드워드 코리아 주식회사 질소 산화물 감소 장치 및 가스 처리 장치
KR102646623B1 (ko) * 2017-01-23 2024-03-11 에드워드 코리아 주식회사 플라즈마 발생 장치 및 가스 처리 장치
US9997334B1 (en) 2017-02-09 2018-06-12 Lyten, Inc. Seedless particles with carbon allotropes
US9767992B1 (en) 2017-02-09 2017-09-19 Lyten, Inc. Microwave chemical processing reactor
EP3596163A4 (en) 2017-03-16 2021-01-13 Lyten, Inc. CARBON AND ELASTOMER INTEGRATION
US10920035B2 (en) 2017-03-16 2021-02-16 Lyten, Inc. Tuning deformation hysteresis in tires using graphene
WO2019126196A1 (en) 2017-12-22 2019-06-27 Lyten, Inc. Structured composite materials
WO2019136181A1 (en) 2018-01-04 2019-07-11 Lyten, Inc. Resonant gas sensor
US10644368B2 (en) 2018-01-16 2020-05-05 Lyten, Inc. Pressure barrier comprising a transparent microwave window providing a pressure difference on opposite sides of the window
US11633710B2 (en) 2018-08-23 2023-04-25 Transform Materials Llc Systems and methods for processing gases
US11634323B2 (en) 2018-08-23 2023-04-25 Transform Materials Llc Systems and methods for processing gases
US11493239B2 (en) 2018-09-28 2022-11-08 Universal Vortex, Inc. Method for reducing the energy necessary for cooling natural gas into liquid natural gas using a non-freezing vortex tube as a precooling device
CN111841493A (zh) * 2020-06-24 2020-10-30 东南大学 一种增加活性炭含氧官能团的提质装置
RU2766713C1 (ru) * 2020-10-23 2022-03-15 Константин Викторович Кукоба Установка для пастеризации
CN112624046A (zh) * 2021-01-15 2021-04-09 清华大学 制氢方法和制氢装置
WO2024194398A1 (de) * 2023-03-21 2024-09-26 Graforce Gmbh Plasmareaktor, plasmalysevorrichtung und verfahren

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3154682A (en) * 1960-07-21 1964-10-27 Mine Safety Appliances Co Removal of contaminants from gases
JPS634615A (ja) * 1986-06-25 1988-01-09 Hitachi Tokyo Electron Co Ltd 半導体装置製造装置
JPH0687890B2 (ja) * 1988-02-29 1994-11-09 東海興業株式会社 殺菌・脱臭装置
GB9224745D0 (en) * 1992-11-26 1993-01-13 Atomic Energy Authority Uk Microwave plasma generator
US5746875A (en) 1994-09-16 1998-05-05 Applied Materials, Inc. Gas injection slit nozzle for a plasma process reactor
DE19600223A1 (de) 1996-01-05 1997-07-17 Ralf Dr Dipl Phys Spitzl Vorrichtung zur Erzeugung von Plasmen mittels Mikrowellen
EP0946414B1 (en) 1996-11-04 2005-06-29 Materials Modification, Inc. Microwave plasma chemical synthesis of ultrafine powders
DE69726830T2 (de) * 1996-11-28 2004-10-07 Accentus Plc Didcot Verfahren und Vorrichtung zur plasmachemischen Behandlung von Gasen
US6007785A (en) * 1998-05-20 1999-12-28 Academia Sinica Apparatus for efficient ozone generation
CH697092A5 (de) * 1998-12-24 2008-04-30 Sulzer Metco Ag Anordnung für eine Plasmaspritzanlage.
AU2003251444A1 (en) * 2002-07-23 2004-02-09 Iplas Gmbh Plasma reactor for carrying out gas reactions and method for the plasma-supported reaction of gases

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190082721A (ko) * 2012-01-20 2019-07-10 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치

Also Published As

Publication number Publication date
DE50303853D1 (de) 2006-07-27
WO2004010454A3 (de) 2004-04-22
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US8636960B2 (en) 2014-01-28
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US20060163054A1 (en) 2006-07-27
US20140183033A1 (en) 2014-07-03
EP1523755B1 (de) 2006-06-14
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ATE330327T1 (de) 2006-07-15
ES2266865T3 (es) 2007-03-01
US9227169B2 (en) 2016-01-05

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