대기압 플라즈마를 이용한 BTX 분해에서 아크 회전 속도의 효과

대기압 로테이팅 아크 플라즈마를 이용하여 VOC(Volatile organic compound) 분해를 실시하였다. 대기압 로테이팅 아크 플라즈마 시스템은 원통형 몸체의 원주를 따라 동 간격으로 배치된 6개의 가스 주입부가 존재하며, 각각 원통 표면에 접하는 면의 수직 방향으로부터 45° 비스듬히 가스를 주입하여 강한 회전력을 주게 된다. 따라서 주입 된 가스는 토치내부에서 회전하며 반응기 밖으로 빠져나가고, 가스의 회전으로 아크기 둥 역시 강하게 회전하게 된다. 일반적인 비평형 아크 플라즈마를 이용한 가스 제거방 법과 비교하여 아크기둥 회전에 의해 고온부를 충분히 활용함으로서, 더 적은 에너지 소모로 가스 처리량을 증대시킨 구조이다. 실험에서는 공기에 희석된 benzene, toluene, m-xylene (BTX)가 로테이팅 아크 플라즈마에 의해 분해되었으며, BTX의 농도 는 600 ppmv로 고정하였다. 반응 가스의 유량을 20~100 L/min 범위에서 20 L/min단위 로 변화시키며 각 조건에서 아크의 회전수(rpm)를 고속카메라를 통해 파악하고, 그에 따른 제거율 및 에너지 효율을 FT-IR(Fourier transform infrared spectroscopy)을 이 용해 분석하였다. 또한 각각의 운전조건에서 BTX의 제거율은 생성된 탄소 산화물을 분 석하여 계산하였다. 반응 가스 유량이 20 L/min일 때, toluene과 m-xylene은 대부분 COx (CO+CO2)와 그 외의 기타 탄화수소 물질로 모두 분해되었으며, benzene의 경우 동 일한 운전조건에서 79%의 비교적 낮은 제거율을 나타내었다. 이는 benzene에 존재하는 고리 구조의 해리에너지가 144 kcal/mol로 BTX에 존재하는 결합 중 가장 강한 결합이 기 때문이다. 반응 가스의 유량을 증가시킬수록 BTX의 제거율은 감소하였지만, 아크 회전속도에 영향을 받아 에너지 효율은 80 L/min에서 최적의 수치를 나타내었다.