글라이딩 아크 플라즈마 방전에 의한 이산화탄소 저감 특성

Abstract

이산화탄소 포집 및 활용(CCU)은 화석연료 시 배출되는 온실가스인 <TEX>$CO_2$</TEX> 저감과 이용을 위해 잠재력을 가지고 있는 기술이다. 이산화탄소를 분해하기 위해 3상 글라이딩 아크 플라즈마-촉매 반응기를 설계 및 제작하였다. 이산화탄소 저감 특성 실험은 단일 이산화탄소 가스 공급 유량 변화와 이산화탄소와 메탄 혼합 주입에 따른 주입 전력 변화, 촉매 그리고 수증기 공급 변화에 대해 연구를 수행하였다. 단일 이산화탄소 공급 유량이 12 L/min에서 분해율이 7.9%, 에너지 분해 효율은 <TEX>$0.0013L/min{\cdot}W$</TEX>로 나타났다. 이산화탄소 분해됨에 따라 일산화탄소와 산소가 생성된다. 메탄과 이산화탄소 혼합가스를 주입 시 <TEX>$CH_4/CO_2$</TEX> 비 1.29, 주입 전력 0.76 kW에서 이산화탄소 분해율과 메탄 전환율이 각각 37.8, 56.6%를 보였다. <TEX>$NiO/Al_2O_3$</TEX> 촉매 설치 시, 플라스마 단독 공정에 비해 이산화탄소 분해율 및 메탄 전환율이 11.5, 9.9% 증가한다. 수증기 공급으로 인한 이산화탄소 분해 효과에는 큰 영향을 주지 못한다. CCU (Carbon Capture & Utilization) has a potential technology for the reduction and usage of carbon dioxide which is greenhouse gas emitting from a fossil fuel buring. To decompose the carbon dioxide, a three phase gliding arc plasma-catalytic reactor was designed and manufactured. Experiments of carbon dioxide reduction was performed by varying the gas flow rate with feeding the <TEX>$CO_2$</TEX> only as well as the input power, the catalyst type and steam supply with respect to the injection of the mixture of <TEX>$CO_2$</TEX> and <TEX>$CH_4$</TEX>. The <TEX>$CO_2$</TEX> decomposition rate was 7.9% and the energy efficiency was <TEX>$0.0013L/min{\cdot}W$</TEX> at a <TEX>$CO_2$</TEX> flow rate of 12 L/min only. Carbon monoxide and oxygen was generated in accordance with the destruction of carbon dioxide. When the injection ratio of <TEX>$CH_4/CO_2$</TEX> reached 1.29, the <TEX>$CO_2$</TEX> destruction and <TEX>$CH_4$</TEX> conversion rates were 37.8% and 56.6% respectively at a power supply of 0.76 kW. During the installation of <TEX>$NiO/Al_2O_3$</TEX> catalyst bed, the <TEX>$CO_2$</TEX> destruction and <TEX>$CH_4$</TEX> conversion rates were 11.5% and 9.9% respectively. The steam supply parameter do not have any significant effects on the carbon dioxide decomposition.