KR102588840B1 - Apparatus and method of hydrogen production from reforming of plastic waste by microwave plasma torch - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자파 플라즈마 토치를 이용하여 폐 플라스틱을 개질 하여 수소를 대량 생산하는 것으로서, 보다 상세하게는 수증기 또는 이산화탄소를 전자파 플라즈마 토치 시스템에 주입하여 토치 불꽃에 발생될 수 있는 활성입자들 예를 들어 산소원자 산화수소 분자 수소원자 일산화탄소 분자 등을 이용하여 고온의 개질 챔버 내에 있는 폐 플라스틱 화합물을 고 효율로 개질 하여 수소를 대량으로 생산하는 장치와 방법이다. 개질 챔버에서 개질로 생성된 합성가스는 주로 일산화탄소와 수소인데 일산화탄소는 수성가스반응으로 수소로 전환하고 PSA (Pressure Swing Adsorption) 과정으로 수소를 정제한다. 이를 통하여 지구환경에 가장 치명적인 폐 비닐 폐 플라스틱을 제거하면서 가장 환경친화적 에너지 원천인 수소를 생산한다. The present invention is to mass-produce hydrogen by reforming waste plastic using an electromagnetic plasma torch. More specifically, by injecting water vapor or carbon dioxide into an electromagnetic plasma torch system, active particles that can be generated in the torch flame, such as oxygen, are produced. This is a device and method that produces hydrogen in large quantities by reforming waste plastic compounds in a high-temperature reforming chamber with high efficiency using atomic hydrogen oxide molecules, hydrogen atoms, and carbon monoxide molecules. The synthesis gas produced through reforming in the reforming chamber is mainly carbon monoxide and hydrogen. Carbon monoxide is converted to hydrogen through a water gas reaction, and the hydrogen is purified through the PSA (Pressure Swing Adsorption) process. Through this, waste plastic, which is the most harmful to the Earth's environment, is removed while producing hydrogen, the most environmentally friendly energy source.

Description

폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 장치와 방법 {Apparatus and method of hydrogen production from reforming of plastic waste by microwave plasma torch}Apparatus and method of hydrogen production from reforming of plastic waste by microwave plasma torch}

본 발명은 전자파 플라즈마 토치를 이용하여 폐 플라스틱을 개질 하여 수소를 대량 생산하는 장치와 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자파 플라즈마 토치에서 발생될 수 있는 산소원자 산화수소 분자 수소원자 또는 일산화탄소 분자 등을 이용하여 폐 플라스틱을 개질 함으로써 수소를 대량으로 생산하는 장치와 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device and method for mass producing hydrogen by reforming waste plastic using an electromagnetic plasma torch. More specifically, the present invention relates to an apparatus and method for mass producing hydrogen by reforming waste plastic using an electromagnetic plasma torch. More specifically, the present invention relates to oxygen atoms, hydrogen oxide molecules, hydrogen atoms, or carbon monoxide molecules that can be generated from an electromagnetic plasma torch. It relates to a device and method for producing hydrogen in large quantities by reforming waste plastic.

우리가 살고 있는 지구는 자원도 그리고 공간도 한정되어 있다. 특히 생활 폐기물은 지구에 엄청난 환경문제를 야기하고 있다. 우리 인간이 일년에 20억톤 이상의 생활 폐기물을 배출하고 있다. 이 문제는 더욱 악화될 전망이다. 특히 편리하다는 이유로 각종 비닐과 플라스틱을 무차별하게 사용하여 땅과 바다를 오염시킴과 동시에 대양의 고래가 죽어가고 있다고 한다. 폐 플라스틱 중에는 폴리에틸렌으로 만들어진 것이 대부분이지만 개중에는 PVC (Polyvinyl Chloride: 폴리염화비닐)도 섞여 있어 이런 것들을 무분별하게 연소하면 다이옥신이라는 혐오스러운 물질이 대기중으로 배출되어 우리의 생명을 위협하기도 한다. The Earth we live on has limited resources and space. In particular, household waste is causing enormous environmental problems on Earth. We humans produce more than 2 billion tons of household waste every year. This problem is expected to get worse. In particular, it is said that the indiscriminate use of various vinyl and plastics for reasons of convenience is polluting the land and sea, and at the same time, whales in the ocean are dying. Most waste plastics are made of polyethylene, but PVC (Polyvinyl Chloride) is also mixed among them. If these are burned indiscriminately, a disgusting substance called dioxin is released into the air, threatening our lives.

도 1에서 보는 것처럼, 에틸렌은 2중결합으로 된 탄소원자들에 수소 2원자가 각각 붙어있는 화합물이다. 이러한 에틸렌 분자가 수없이 많이 연결되어 있는 복합화합물이 폴리에틸렌이다. 염화비닐 (Vinyl Chloride)은 도 1에서 보는 것처럼 에틸렌 분자중의 수소 원자 하나가 염소원자로 치환된 것이다. 이러한 염화비닐 분자가 역시 수없이 연결되어 결합한 화합물이 PVC이다. 염화비닐은 가연성이고 독성이 있으며 암을 유발하는 물질로 알려져 있다. 염화비닐은 일년에 1천3백만톤이 합성된다고 한다. 그런데 이처럼 위험한 물질이 폴리염화비닐로 결합되어 탈바꿈하면 무독성으로 간주되면서 건축자재 등 우리 주변에 널려 있게 되고 이런 것들이 폐 플라스틱으로 되돌아와 지구를 오염하고 있다. 우리는 지구환경을 가장 뼈아프게 파괴하고 있는 폐 플라스틱 오염 물질을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 가장 환경 친화적인 수소를 대량으로 생산하고자 한다. 즉 지구환경의 주 오염 물질인 폐 비닐 폐 플라스틱을 제거하면서 이것으로부터 우리에게 꼭 필요한 수소를 생산하고자 하는 것이다.As shown in Figure 1, ethylene is a compound in which two hydrogen atoms are attached to each carbon atom in a double bond. Polyethylene is a complex compound in which numerous ethylene molecules are linked together. As shown in Figure 1, vinyl chloride is one in which one hydrogen atom in an ethylene molecule is replaced with a chlorine atom. PVC is a compound made up of numerous vinyl chloride molecules linked together. Vinyl chloride is known to be flammable, toxic, and carcinogenic. It is said that 13 million tons of vinyl chloride are synthesized every year. However, when these dangerous substances are combined and transformed into polyvinyl chloride, they are considered non-toxic and are found all around us, including in building materials, and these are returned as waste plastic, polluting the earth. We want to produce the most environmentally friendly hydrogen in large quantities by reforming waste plastic pollutants, which are causing the most severe damage to the Earth's environment, with an electromagnetic plasma torch. In other words, we want to remove waste plastic, which is a major pollutant in the global environment, and produce the hydrogen we desperately need from it.

본 발명은 위에서 언급한 필요성을 충족하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폐 플라스틱을 고온에서 개질 하여 수소를 생산하는 것이다. The present invention is intended to meet the above-mentioned needs, and the purpose of the present invention is to produce hydrogen by reforming waste plastic at high temperature.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 먼저 도 1에서 보는 것처럼 폴리에틸렌의 구조와 도 2의 경유 (diesel)의 구조를 비교해 볼 필요가 있습니다. 그 구조가 흡사한데 폴리에틸렌은 엄청 긴 복합체라는 것이다. 고온 개질 챔버 속에서 폴리에틸렌이 녹아 액체가 되면서 분괴되기 시작하면 diesel 분자와 유사하게 될 것이다. 경유 (C12H26)는 고온 (섭씨 1200도)에서 작은 분자들로 쪼개진다. 예를 들어 C12H26 → C5H11 + C7H15, C12H26 → C4H9 + C8H17, C12H26 → C3H7 + C9H19, 그리고 C12H26 → C2H5 + C10H21 등으로 1백만분의 1초에 쪼개진다. 그럼 경유가 분해되어 탄생한 분자들은 어떨까? 예를 들어 분자 C10H21은 1억분의 1초에 C10H21 → C2H4 + C8H17로 분해한다. 이러한 패턴으로 대단히 빨리 저 분자로 분해되어 필경 CH4, C2H6, C2H4, C2H2, CH3, H 등의 혼합물이 된다. 경유분자가 고온 개질 챔버 내에서 저 분자로 쪼개지는 현상과 같이 폴리에틸렌 분자도 고온 개질 챔버 내에서 저 분자로 쪼개질 것은 자명하다. 전자파 플라즈마 토치를 통하여 개질에 필요한 수증기나 이산화탄소를 고온으로 주입함으로써 이미 저 분자화 된 탄화수소 화합물들을 토치에서 발생한 활성입자들로 개질 하면 쉽게 수소를 생산할 수가 있는 것이다. In order to achieve this purpose, the present invention first needs to compare the structure of polyethylene as shown in FIG. 1 with the structure of diesel in FIG. 2. The structure is similar, but polyethylene is a very long composite. When polyethylene melts and becomes liquid in a high-temperature reforming chamber and begins to disintegrate, it will resemble diesel molecules. Light oil (C 12 H 26 ) breaks down into smaller molecules at high temperatures (1200 degrees Celsius). For example, C 12 H 26 → C 5 H 11 + C 7 H 15 , C 12 H 26 → C 4 H 9 + C 8 H 17 , C 12 H 26 → C 3 H 7 + C 9 H 19 , and C It is divided into 12 H 26 → C 2 H 5 + C 10 H 21 , etc. in 1 millionth of a second. So what about the molecules created by the decomposition of diesel oil? For example, the molecule C 10 H 21 decomposes into C 10 H 21 → C 2 H 4 + C 8 H 17 in 1 billionth of a second. In this pattern, it decomposes very quickly into low molecules, eventually becoming a mixture of CH 4 , C 2 H 6 , C 2 H 4 , C 2 H 2 , CH 3 , H, etc. Just as light oil molecules are split into lower molecules in a high-temperature reforming chamber, it is obvious that polyethylene molecules will also be split into lower molecules in the high-temperature reforming chamber. By injecting water vapor or carbon dioxide necessary for reforming at high temperature through an electromagnetic plasma torch, hydrogen can be easily produced by reforming already low-molecular hydrocarbon compounds into active particles generated from the torch.

일반적으로 전자파 플라즈마 토치 속의 불꽃 (Flame) 온도는 대단히 높다. 중심부는 섭씨 6천5백도이나 불꽃 끝으로 가면서 온도가 떨어진다. 대한민국 특허등록제 10-0864695는 수증기 전자파 플라즈마 불꽃의 성질이 기술되어 있다. 도 3은 산소 (nO) 수소 (nH) 원자와 산화수소(OH)분자 (nOH)의 밀도를 수증기 토치의 불꽃 부위의 온도 Tg로 표시한 것이다. 여기서 Tg는 절대온도를 의미한다. 절대온도 2000K의 불꽃 부위의 산소원자의 밀도가 1014/cm3 인 것을 볼 수 있다. 이정도의 산소원자들이 저 분자 탄화수소 화합물을 공격하면 쉽게 개질이 일어날 수 있다. Generally, the flame temperature in an electromagnetic plasma torch is very high. The center is 6,500 degrees Celsius, but the temperature drops toward the end of the flame. Republic of Korea Patent Registration No. 10-0864695 describes the properties of water vapor electromagnetic plasma flame. Figure 3 shows the densities of oxygen (n O ) hydrogen (n H ) atoms and hydrogen oxide (OH) molecules (n OH ) expressed in terms of temperature T g at the flame area of a steam torch. Here, T g means absolute temperature. It can be seen that the density of oxygen atoms in the flame area at an absolute temperature of 2000K is 10 14 /cm 3 . When this amount of oxygen atoms attack low molecular hydrocarbon compounds, reforming can easily occur.

대한민국 특허등록제 10-1166444는 이산화탄소 전자파 플라즈마 토치를 기술하고 있다. 이산화탄소로 만든 전자파 플라즈마 토치 불꽃에서 산소원자가 발생하는 것은 도 4에서 관찰할 수 있다. 절대온도 2000K의 부위에서 산소원자의 밀도 (nO)는 5×1017/cm3으로 엄청 높으며 이러한 산소원자 밀도가 10만분의 1초에 형성되는 것이다. 따라서 고온의 개질 챔버에 수증기나 이산화탄소 가스를 이용하여 만든 전자파 플라즈마 토치를 주입하면 아주 용이하게 저 분자화 된 폴리에틸렌 폐 플라스틱을 개질 하여 합성가스를 대량으로 생산할 수 있다. Republic of Korea Patent Registration No. 10-1166444 describes a carbon dioxide electromagnetic plasma torch. The generation of oxygen atoms in the electromagnetic plasma torch flame made of carbon dioxide can be observed in FIG. 4. At an absolute temperature of 2000K, the density of oxygen atoms (n O ) is extremely high, at 5×10 17 /cm 3 , and this density of oxygen atoms is formed in 1/100,000th of a second. Therefore, by injecting an electromagnetic plasma torch made using water vapor or carbon dioxide gas into a high-temperature reforming chamber, it is possible to very easily reform low-molecular polyethylene waste plastic and produce synthetic gas in large quantities.

그렇다면 폴리염화비닐은 어떻게 될 가요. 도 1에서 보는 것처럼 폴리염화비닐의 구조도 경유분자의 구조와 비슷한데 단지 염화비닐 분자가 복합체를 이루고 있는 것으로 이것 역시 섭씨 250도 정도에서 액화가 되기 때문에 고온 개질 챔버에 투입되면 곧바로 기화하면서 저 분자로 분해하게 된다. 특히 염화수소 (HCl)를 발산하면서 분해한다. 예를 들어 염화 비닐분자는 반응식 C2H3Cl → C2H2 + HCl에 따라 아세틸렌 (C2H2)과 염화수소로 스스로 분해하는데 그 분해상수는 도 5에 표시되었다. 개질 챔버 내부 온도가 절대온도 1400K에서도 1천분의 1초이내에 분해한다. 그리고 아세틸렌은 위에서 언급한 산소원자에 의하여 쉽게 분해한다. So what happens to polyvinyl chloride? As shown in Figure 1, the structure of polyvinyl chloride is similar to that of light oil molecules, but only vinyl chloride molecules form a complex. This also liquefies at about 250 degrees Celsius, so when it is put into a high-temperature reforming chamber, it immediately vaporizes and converts into low molecules. It decomposes. In particular, it decomposes while emitting hydrogen chloride (HCl). For example, vinyl chloride molecules self-decompose into acetylene (C 2 H 2 ) and hydrogen chloride according to the reaction formula C 2 H 3 Cl → C 2 H 2 + HCl, and the decomposition constants are shown in Figure 5. Even at an absolute temperature of 1400K inside the reforming chamber, it decomposes within 1/1000th of a second. And acetylene is easily decomposed by the oxygen atom mentioned above.

본 발명은 상술한 바와 같이 대량의 산소원자 수소원자 산화수소 분자 일산화탄소 분자 등의 활성입자를 발생하고 이를 폐 플라스틱 개질에 사용함으로써 지구 환경을 개선할 수 있는 기반을 제공한다.As described above, the present invention provides a basis for improving the global environment by generating a large amount of active particles such as oxygen atoms, hydrogen atoms, hydrogen oxide molecules, and carbon monoxide molecules and using them to reform waste plastic.

본 발명은 대량으로 발생된 산소원자 수소원자 산화수소 분자 등의 활성입자들을 이용하여 지구를 오염하는 폐 플라스틱을 제거한다.The present invention removes waste plastic polluting the earth by using active particles such as oxygen atoms, hydrogen atoms, and hydrogen oxide molecules generated in large quantities.

본 발명은 지구환경을 파괴하고 있는 폐 플라스틱 오염 물질을 개질 하여 가장 환경 친화적인 고품격 에너지의 원천인 수소를 생산한다. The present invention produces hydrogen, the most environmentally friendly source of high-quality energy, by reforming waste plastic pollutants that are destroying the global environment.

본 발명은 바이오 가스를 포함한 일반적인 탄화수소 화합물을 효율적으로 개질 할 수 있는 조건을 제시한다.The present invention presents conditions that can efficiently reform general hydrocarbon compounds, including biogas.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 에틸렌 폴리에틸렌 염화비닐 (Vinyl Chloride) 폴리염화비닐 등의 화학 분자식을 표시한 모식도
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 경유 (Diesel)의 화학 분자식을 표시하는 모식도
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 수증기 플라즈마 토치 불꽃 속에서 산소원자 수소원자 산화수소 분자의 밀도를 불꽃 부위의 온도 Tg의 함수로 표시한 것.
도 4는 발명의 한 실시예에 따른 이산화탄소 플라즈마 토치 불꽃 속에서 산소원자의 밀도 (nO)와 그 밀도를 형성하는데 걸리는 시간 (thalf)을 불꽃 부위의 온도 Tg의 함수로 표시한 것.
도 5는 발명의 한 실시예에 따른 고온의 개질 챔버 내에서 염화비닐이 스스로 분해하는 분해상수를 개질 챔버의 온도 T의 함수로 표시한 것.
도 6는 본 발명의 한 실시예에 따른 폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 장치와 방법에 관한 블록도.
1 is a schematic diagram showing the chemical molecular formula of ethylene polyethylene vinyl chloride (vinyl chloride) and polyvinyl chloride according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the chemical molecular formula of diesel according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the density of oxygen atoms, hydrogen atoms, and hydrogen oxide molecules in a water vapor plasma torch flame according to an embodiment of the present invention as a function of the temperature T g of the flame area.
Figure 4 shows the density of oxygen atoms (n O ) and the time it takes to form the density (t half ) in a carbon dioxide plasma torch flame according to an embodiment of the invention as a function of the temperature T g of the flame area.
Figure 5 shows the decomposition constant of vinyl chloride decomposing itself in a high temperature reforming chamber according to an embodiment of the invention as a function of the temperature T of the reforming chamber.
Figure 6 is a block diagram of an apparatus and method for producing hydrogen by reforming waste plastic with an electromagnetic plasma torch according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어 들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다. The technical idea of the present invention is determined by the claims, and the following examples are only a means to efficiently explain the technical idea of the present invention to those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 장치와 방법에 관한 블록도이다.Figure 6 is a block diagram of an apparatus and method for producing hydrogen by reforming waste plastic with an electromagnetic plasma torch according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 장치와 방법은 폐 플라스틱 전처리기(10), 개질 챔버(20), 전자파토치 시스템(30), 산소 공급부(40), 열 교환기(50), 수성가스 반응(60)과 PSA(70)로 구성된다.As shown, the device and method for producing hydrogen by reforming waste plastic with an electromagnetic plasma torch according to an embodiment of the present invention include a waste plastic preprocessor 10, a reforming chamber 20, an electromagnetic wave torch system 30, It consists of an oxygen supply unit (40), a heat exchanger (50), a water gas reaction (60), and a PSA (70).

폐 플라스틱 전처리기(10)는 다양하게 유입되는 폐 플라스틱이나 비닐을 작은 입자들 (Pellets)로 분쇄하여 개질 챔버(20)에 공급하거나 또는 폐 플라스틱 입자들을 섭씨 250도로 가열하여 액체상태로 개질 챔버(20)에 공급한다.The waste plastic preprocessor (10) crushes various incoming waste plastics or vinyl into small particles (pellets) and supplies them to the reforming chamber (20), or heats the waste plastic particles to 250 degrees Celsius and converts them into a liquid state into the reforming chamber (20). 20) is supplied.

개질 챔버(20)는 폐 플라스틱 전처리기(10)에서 공급되는 폐 플라스틱 물질을 고온으로 유지하면서 전자파토치 시스템(30)에서 유입되는 수증기 또는 이산화탄소에 의해서 폐 플라스틱 물질이 개질 되도록 고온 환경을 유지한다. 개질 챔버(20) 내부 벽은 고온에서 장시간 (1개월 이상) 견딜 수 있는 물질로 이루어진다. 예를 들어 내부표면은 섭씨 1800도까지 견딜 수 있는 열에 강한 HACT180이라는 세라믹 물질을 입히고 그 다음 층은 INCT120이라는 단열재 세라믹을 사용할 수도 있다. 융점이 섭씨 3550도인 흑연도 열 저항체로서 적합하다.The reforming chamber 20 maintains a high temperature environment so that the waste plastic materials supplied from the waste plastic preprocessor 10 are reformed by water vapor or carbon dioxide introduced from the electromagnetic torch system 30 while maintaining a high temperature. The inner wall of the reforming chamber 20 is made of a material that can withstand high temperatures for a long time (more than one month). For example, the inner surface can be coated with a heat-resistant ceramic material called HACT180 that can withstand up to 1800 degrees Celsius, and the next layer can be an insulating ceramic called INCT120. Graphite, which has a melting point of 3550 degrees Celsius, is also suitable as a heat resistor.

전자파토치 시스템(30)은 수증기 또는 이산화탄소를 이용하여 플라즈마 토치 불꽃을 발생하고 이 불꽃속에 산소원자 수소원자들과 산화수소(OH) 분자 일산화탄소 분자 같은 다량의 활성입자들이 발생된 토치 불꽃을 개질 챔버(20)에 공급한다. 전자파토치 시스템(30)은 마그네트론과, 전원공급부와, 순환기와, 방향성 결합기와, 스터브 튜너와, 도파관과, 방전관으로 구성되어 있으며 마그네트론에서 발생된 전자파가 방전관에서 토치 불꽃을 발생하여 다량의 활성입자들을 생산하며 또한 토치가 품고 있는 고온의 열에너지를 개질 챔버(20)에 전달한다. The electromagnetic torch system 30 generates a plasma torch flame using water vapor or carbon dioxide, and the torch flame in which a large amount of active particles such as oxygen atoms, hydrogen atoms, hydrogen oxide (OH) molecules, and carbon monoxide molecules are generated is converted into a reforming chamber ( 20) is supplied. The electromagnetic wave torch system 30 is composed of a magnetron, a power supply, a circulator, a directional coupler, a stub tuner, a waveguide, and a discharge tube. The electromagnetic waves generated from the magnetron generate a torch flame in the discharge tube, producing a large amount of active particles. It produces heat and also transfers the high-temperature heat energy contained in the torch to the reforming chamber (20).

전자파토치 시스템(30)에서는 고가의 전기에너지를 사용하여 토치 불꽃을 발생하고 이를 개질 챔버(20)에 제공한다. 그래서 개질에 필요한 모든 에너지를 전자파토치로 제공하기에는 경제적 어려움이 있을 수 있다. 그에 반해서 에너지를 많이 함유하고 있는 폐 플라스틱 물질의 일부를 연소하여 그것으로 개질 에너지 일부를 제공할 수도 있다. 그런 맥락에서 산소 공급부(40)는 산소를 개질 챔버(20)에 공급하여 폐 플라스틱 물질을 부분 산화하여 개질에 필요한 에너지 일부를 조달하기도 한다. The electromagnetic torch system 30 uses expensive electric energy to generate a torch flame and provides it to the reforming chamber 20. Therefore, it may be economically difficult to provide all the energy required for reforming with an electromagnetic torch. In contrast, it is possible to burn some of the waste plastic material, which contains a lot of energy, and use it to provide some of the reformation energy. In this context, the oxygen supply unit 40 supplies oxygen to the reforming chamber 20 to partially oxidize the waste plastic material and procure some of the energy required for reforming.

폐 플라스틱 물질이 개질 챔버(20)에서 합성가스로 개질 되는데 주로 수소와 일산화탄소가 혼합된 합성가스가 개질 챔버(20)에서 배출될 때 온도는 일반적으로 섭씨 1천도에 육박하게 된다. 그런데 다음 과정들은 저온에서 실시되기 때문에 합성가스 온도를 열 교환기(50)를 통하여 냉각시켜야 한다. 폐 플라스틱의 대부분이 폴리에틸렌이지만 일부 포함된 폴리염화비닐이 분해되면서 발생한 미량의 염화수소가 합성가스에 포함될 수도 있다. 그래서 열 교환기(50)를 통하는 과정에 염화수소를 제거하게 된다. 합성가스가 냉각되는 과정에서 고온의 수증기가 발생하게 되는데 이 수증기는 전자파토치 시스템(30)에서 수증기 토치를 발생할 때에 사용하게 된다. Waste plastic materials are reformed into synthetic gas in the reforming chamber 20. When the synthetic gas, which is mainly a mixture of hydrogen and carbon monoxide, is discharged from the reforming chamber 20, the temperature generally approaches 1,000 degrees Celsius. However, since the following processes are performed at low temperatures, the temperature of the synthesis gas must be cooled through the heat exchanger (50). Most of the waste plastic is polyethylene, but a small amount of hydrogen chloride generated when some polyvinyl chloride is decomposed may be included in the synthesis gas. Therefore, hydrogen chloride is removed during the process of passing through the heat exchanger 50. In the process of cooling the synthesis gas, high-temperature water vapor is generated, and this water vapor is used to generate a water vapor torch in the electromagnetic wave torch system 30.

열 교환기(50)에서 충분히 냉각된 합성가스는 수성가스 반응(60) 과정을 지나면서 일산화탄소가 이산화탄소로 변하고 수소로 전환된다. 수성가스 반응(60) 역시 수증기일부를 사용한다. 수성가스 반응은 섭씨 200도 이하에서 실시된다. 수성가스 반응(60)을 지난 합성가스는 수소와 이산화탄소가 섞인 혼합가스이다. 이러한 합성가스가 PSA(70)라는 정제과정을 통하여 이산화탄소와 수소가 최종적으로 분리된다. 여기서 발생한 이산화탄소는 일부가 전자파토치 시스템(30)에서 이산화탄소 플라즈마 토치 발생에 사용된다. 여기서 언급하는 PSA (Pressure Swing Adsorption)는 가스 정제과정을 의미한다. Synthesis gas that has been sufficiently cooled in the heat exchanger (50) goes through the water gas reaction (60), where carbon monoxide is converted to carbon dioxide and converted to hydrogen. The water gas reaction (60) also uses a portion of water vapor. The water gas reaction is carried out below 200 degrees Celsius. Synthesis gas that has passed the water gas reaction (60) is a mixed gas of hydrogen and carbon dioxide. This synthesis gas is finally separated into carbon dioxide and hydrogen through a purification process called PSA (70). Some of the carbon dioxide generated here is used to generate a carbon dioxide plasma torch in the electromagnetic wave torch system 30. PSA (Pressure Swing Adsorption) mentioned here refers to the gas purification process.

<실시 예1><Example 1>

한 실시예로서 폴리에틸렌을 수증기 플라즈마로 개질 한다. 플라스틱의 주성분인 폴리에틸렌은 에틸렌분자가 수없이 결합되어 있는 복합체이다. 그래서 분석하기 편리하도록 N개의 에틸렌분자가 붙어 있는 화합물로 가정하고자 한다. 그래서 이 가상분자의 화학분자식은 (C2H4)N이다. 이 분자의 엔탈피는 -E kJ/mole로 가정한다. 이 화합물을 수증기 토치로 개질 할 때 포괄적인 화학 반응은As an example, polyethylene is modified with water vapor plasma. Polyethylene, the main component of plastic, is a complex of numerous ethylene molecules bonded together. So, for convenience of analysis, we will assume that it is a compound with N ethylene molecules attached. So, the chemical molecular formula of this hypothetical molecule is (C 2 H 4 ) N. The enthalpy of this molecule is assumed to be -E kJ/mole. When reforming this compound with a steam torch, the comprehensive chemical reaction is

(C2H4)N + 2NH2O → 2NCO + 4NH2 (C 2 H 4 ) N + 2NH 2 O → 2NCO + 4NH 2

로서 이 반응의 엔탈피 변화는 DH = (262.6N+E) kJ/mole로서 흡열반응이며 이 화합물의 분자량은 28Ng/mole이다. 위 화학반응식에서 N은 integer 수를 의미하며 질소원자를 의미하는 것은 아니다. 여기서 수증기와 일산화탄소의 엔탈피는 각각 -241.8kJ/mole과 -110.5kJ/mole로 계산되었다. 일산화탄소가 수성가스 반응(60) CO + H2O → CO2 + H2으로 수소로 변하므로 가상화합물 1몰 개질로 수소 6N 몰이 발생한다. The enthalpy change of this reaction is DH = (262.6N+E) kJ/mole, which is an endothermic reaction and the molecular weight of this compound is 28Ng/mole. In the above chemical reaction equation, N represents an integer number and does not represent a nitrogen atom. Here, the enthalpies of water vapor and carbon monoxide were calculated to be -241.8kJ/mole and -110.5kJ/mole, respectively. Since carbon monoxide changes into hydrogen through the water gas reaction (60) CO + H 2 O → CO 2 + H 2 , 6N moles of hydrogen are generated by reforming 1 mole of the hypothetical compound.

우리는 시간당 300입방미터의 수소를 생산하는 것으로 가정한다. 그러면 가상화합물이 시간당 2232/N 몰이 개질 챔버(20)에 투입된다. 이는 0.62/N mole/s에 해당한다. 따라서 개질에 필요한 에너지는 (0.62/N)(262.6N+E)= (162.8+0.62E/N) kW이다. 이정도 규모의 개질 챔버(20)는 내부 용량이 약 1.8입방미터이고 이 개질 과정에서 손실되는 에너지는 140kW 정도이다. 에너지 손실의 대부분은 합성가스가 품고 나오는 에너지이고 일부는 전도 등으로 사라진다. 그래서 개질 과정에 필요한 에너지는 (302.8+0.62E/N)kW다. We assume a production of 300 cubic meters of hydrogen per hour. Then, 2232/N mol of the virtual compound per hour is introduced into the reforming chamber 20. This corresponds to 0.62/N mole/s. Therefore, the energy required for reforming is (0.62/N)(262.6N+E)= (162.8+0.62E/N) kW. A reforming chamber 20 of this size has an internal capacity of about 1.8 cubic meters and the energy lost in this reforming process is about 140 kW. Most of the energy loss is the energy contained in the synthesis gas, and some disappears through conduction. So, the energy required for the reforming process is (302.8+0.62E/N)kW.

이 가상화합물이 가진 에너지는 산화반응 (C2H4)N + 3NO2 → 2NCO2 + 2NH2O에서 산출되며 이 산화반응의 엔탈피 변화는 DH = -(1270.6N-E)kJ/mole이다. 그래서 초당 0.62/N mole/s의 폐 폴리에틸렌 물질이 필요하므로 폐 폴리에틸렌이 함유한 에너지는 (1270.6N-E)(0.62/N)= (787.8-0.62E/N)kW이다. 그래서 개질 챔버(20)에 투입되고 있는 총 에너지는 (302.8+0.62E/N)+(787.8-0.62E/N)= 1090.6kW이다. 여기서 주목할 만한 점은 총 에너지 투입량이 숫자 N과 가상화합물의 엔탈피 -EkJ/mole에 무관하다는 것이다. 즉 탄소와 수소 원자들이 가진 에너지에만 의존한다는 것이다. 생산된 수소에너지는 H2 + (1/2)O2 → H2O 반응으로써 발생한 물의 엔탈피 -285.8kJ/mole (High Value: 일반적으로 이 값이 가스화기 효율로 채택됨)로 계산하면 300루베의 수소에너지는 1063.2 kW이다. 그래서 개질 에너지 효율은 η = 1063.2/1090.6 = 0.97이다. 개질 에너지 효율이 이처럼 높은 이유는 열 교환기(50)에서 발생한 고온의 수증기를 전자파토치 시스템(30)에 주입했기 때문이다. 그러나, 시간당 수소 300입방미터 생산에 약 60kW에너지가 PSA(70)등에서 소요되므로 총 에너지 투입은 1150.6kWrk 되어 전체적 에너지 효율은 η = 1063.2/1150.6 = 0.92가 된다. 시간당 투입되는 폐 폴리에틸렌 량은 (28Ng/mole)(2232mole/N)= 62.5kg으로 역시 숫자 N과 무관하다. The energy of this hypothetical compound is calculated from the oxidation reaction (C 2 H 4 ) N + 3NO 2 → 2NCO 2 + 2NH 2 O, and the enthalpy change of this oxidation reaction is DH = -(1270.6NE)kJ/mole. So, since 0.62/N mole/s of waste polyethylene material is needed per second, the energy contained in waste polyethylene is (1270.6NE)(0.62/N)= (787.8-0.62E/N)kW. Therefore, the total energy being input into the reforming chamber 20 is (302.8+0.62E/N)+(787.8-0.62E/N)=1090.6kW. What is noteworthy here is that the total energy input is independent of the number N and the enthalpy of the hypothetical compound -EkJ/mole. In other words, it depends only on the energy of carbon and hydrogen atoms. The hydrogen energy produced is 300 rubes when calculated from the enthalpy of water generated by the reaction of H 2 + (1/2)O 2 → H 2 O -285.8kJ/mole (High Value: This value is generally adopted as gasifier efficiency). The hydrogen energy of is 1063.2 kW. So the reformation energy efficiency is η = 1063.2/1090.6 = 0.97. The reason why reforming energy efficiency is so high is because high-temperature water vapor generated in the heat exchanger 50 is injected into the electromagnetic wave torch system 30. However, since approximately 60kW of energy is required from the PSA (70) to produce 300 cubic meters of hydrogen per hour, the total energy input is 1150.6kWrk, resulting in an overall energy efficiency of η = 1063.2/1150.6 = 0.92. The amount of waste polyethylene input per hour is (28Ng/mole)(2232mole/N)=62.5kg, which is also unrelated to the number N.

<실시 예2><Example 2>

이번 실시예에서는 폴리에틸렌을 이산화탄소 플라즈마로 개질 한다. 이때 폴리에틸렌 가상 화합물을 이산화탄소 토치로 개질 할 때 포괄적인 화학 반응은In this example, polyethylene is reformed with carbon dioxide plasma. At this time, when modifying the polyethylene hypothetical compound with a carbon dioxide torch, the comprehensive chemical reaction is

(C2H4)N + 2NCO2 → 4NCO + 2NH2 (C 2 H 4 ) N + 2NCO 2 → 4NCO + 2NH 2

이며 이 반응의 엔탈피 변화는 DH = (345N+E) kJ/mole로서 흡열반응이다. 여기서 이산화탄소의 엔탈피는 -393.5kJ/mole로 계산되었다. 이 개질에서도 가상화합물 1몰당 수소가 6N몰이 생성된다. 이 경우 시간당 300입방미터의 수소생산에 필요한 개질 에너지는 (0.62/N)(345N+E)= (214+0.62E/N) kW이다. 여기에 개질 챔버(20)에서의 에너지 손실 140kW를 첨부한다. 개질 챔버(20)에 투입되고 있는 총 에너지는 (354+0.62E/N)+(787.8-0.62E/N)=1141.7kW이다. 여기에 개질 챔버(20) 밖에서 사용되는 전력 60kW를 더하면 투입된 총 에너지는 1201.7kW이고 에너지 효율은 η = 1063.2/1201.7 = 0.88이다. 이산화탄소 토치의 경우가 수증기 토치에 비하여 에너지 효율이 조금 낮다. 그럼에도 불구하고 수증기 토치에 비하여 이산화탄소 토치 발생이 용이하며 도3과 도4를 비교할 때 이산화탄소 토치에서 산소원자 발생이 수증기 토치에 비하여 훨씬 높은 장점이 있다. And the enthalpy change of this reaction is DH = (345N+E) kJ/mole, which is an endothermic reaction. Here, the enthalpy of carbon dioxide was calculated to be -393.5kJ/mole. In this reformation, 6N moles of hydrogen are generated per mole of the hypothetical compound. In this case, the reforming energy required to produce 300 cubic meters of hydrogen per hour is (0.62/N)(345N+E)= (214+0.62E/N) kW. Here, the energy loss of 140 kW in the reforming chamber 20 is added. The total energy being input into the reforming chamber 20 is (354+0.62E/N)+(787.8-0.62E/N)=1141.7kW. Adding 60 kW of power used outside the reforming chamber 20 to this, the total energy input is 1201.7 kW and the energy efficiency is η = 1063.2/1201.7 = 0.88. Carbon dioxide torches have slightly lower energy efficiency than steam torches. Nevertheless, it is easier to generate a carbon dioxide torch than a water vapor torch, and when comparing Figures 3 and 4, the carbon dioxide torch has the advantage that oxygen atom generation is much higher than that of a water vapor torch.

<실시 예3><Example 3>

이번 실시예에서는 폴리염화비닐을 수증기 플라즈마 토치로 개질 하는 것을 실시하겠다. 이 경우 가상 화합물의 분자식은 (C2H3Cl)N이다. 이 화합물을 수증기 토치로 개질 할 때 포괄적인 화학 반응은In this example, polyvinyl chloride will be modified using a steam plasma torch. In this case, the molecular formula of the hypothetical compound is (C 2 H 3 Cl) N. When reforming this compound with a steam torch, the comprehensive chemical reaction is

(C2H3Cl)N + 2NH2O → 2NCO + 3NH2 + NHCl(C 2 H 3 Cl) N + 2NH 2 O → 2NCO + 3NH 2 + NHCl

로서 이 반응의 엔탈피 변화는 DH = (170.3N+E) kJ/mole로서 흡열반응이며 이 화합물의 분자량은 62.5Ng/mole이다. 이경우 폴리염화비닐 가상화합물 1몰당 생성되는 수소는 5N몰이다. 시간당 300입방미터 수소생산에 필요한 가상 폴리염화비닐 몰수는 2678.6몰로서 0.74/N mole/s에 해당한다. 그래서 필요한 개질 에너지는 (126.7+E/N)kW이다. 폴리염화비닐 때는 개질 챔버(20) 내부 용적이 20% 증가해야 되기 때문에 개질을 통한 에너지 손실도 20% 증가하여 168kW가 된다. 개질 챔버(20)에 투입될 에너지는 (294.7+E/N)kW이다.The enthalpy change of this reaction is DH = (170.3N+E) kJ/mole, which is an endothermic reaction and the molecular weight of this compound is 62.5Ng/mole. In this case, the hydrogen generated per mole of polyvinyl chloride hypothetical compound is 5N mole. The hypothetical number of moles of polyvinyl chloride required to produce 300 cubic meters of hydrogen per hour is 2678.6 mol, which is equivalent to 0.74/N mole/s. So the reforming energy required is (126.7+E/N)kW. When using polyvinyl chloride, the internal volume of the reforming chamber 20 must be increased by 20%, so the energy loss through reforming also increases by 20%, reaching 168 kW. The energy to be input into the reforming chamber 20 is (294.7+E/N)kW.

이 가상 폴리염화비닐 화합물이 가진 에너지는 산화반응 (C2H3Cl)N + 3NO2 → 2NCO2 + NH2O + NHClO에서 산출되며 이 산화반응의 엔탈피 변화는 DH = -(1105.6N-E)kJ/mole이다. 여기서 차아염소산 (HClO)의 엔탈피는 -76.8kJ/mole로 계산하였다. 폴리염화비닐로 투입되는 에너지는 (818-E/N)kW이다. 그래서 개질 물질을 포함한 개질 챔버(20)에 투입되는 에너지는 1113kW이다. 여기에 개질 챔버(20) 밖에서 필요한 에너지 60kW를 더하면 총 1173kW이다. 따라서 에너지 효율은 η = 1063.2/1173 = 0.91이다. 시간당 300입방미터 수소 생산에 필요한 폴리염화비닐은 167kg이다. 실제 상항에서는 폐 플라스틱 대부분이 폴리에틸렌이고 약간의 폴리염화비닐이 유입되기 때문에 실시예 1이 현실적일 것이다. 그러나 폐 플라스틱에 폴리염화비닐이 조금만 섞여 있어도 발생된 염화수소를 열 교환기(50)에서 제거해야 한다. The energy of this hypothetical polyvinyl chloride compound is calculated from the oxidation reaction (C 2 H 3 Cl) N + 3NO 2 → 2NCO 2 + NH 2 O + NHClO, and the enthalpy change of this oxidation reaction is DH = -(1105.6NE)kJ /mole. Here, the enthalpy of hypochlorous acid (HClO) was calculated as -76.8kJ/mole. The energy input into polyvinyl chloride is (818-E/N)kW. Therefore, the energy input into the reforming chamber 20 containing the reforming material is 1113 kW. Adding 60 kW of energy required outside the reforming chamber 20 to this, the total is 1173 kW. Therefore, the energy efficiency is η = 1063.2/1173 = 0.91. The polyvinyl chloride required to produce 300 cubic meters of hydrogen per hour is 167 kg. In actual situations, Example 1 would be realistic because most of the waste plastic is polyethylene and some polyvinyl chloride is introduced. However, even if a small amount of polyvinyl chloride is mixed in the waste plastic, the generated hydrogen chloride must be removed from the heat exchanger (50).

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. Although the present invention has been described in detail through representative embodiments above, those skilled in the art will recognize that various modifications to the above-described embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. You will understand.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims described later but also by equivalents to the claims.

PSA (Pressure Swing Adsorption): 정제
PVC (Polyvinyl Chloride): 폴리염화비닐
Vinyl Chloride: 염화비닐
Ethylene: 에틸렌
Polyethylene: 폴리에틸렌
C12H26: 경유
C12H26 → C5H11 + C7H15, C12H26 → C4H9 + C8H17, C12H26 → C3H7 + C9H19, C12H26 → C2H5 + C10H21: 경유가 분해하는 반응식 들
C10H21 → C2H4 + C8H17: 화합물 C10H21가 분해하는 반응식
CH4: 메탄
C2H6: 에탄
C2H4: 에틸렌
C2H2: 아세틸렌
CH3: 에틸
H: 수소원자
nO: 산소원자 밀도
nH: 수소원자 밀도
nOH: 산화수소 분자 밀도
OH: 산화수소
Tg: 플라즈마 토치 불꽃 온도
K: 절대온도
HCl: 염화수소
C2H3Cl: 염화비닐
Diesel: 경유
thalf: 산소원자밀도 형성시간
T: 개질 챔버 내부온도
Pellets: 입자들
HACT180: 내열성 세라믹
INCT120: 단열재 세라믹
(C2H4)N: 에틸렌분자 복합체
N: 에틸렌분자 복합체의 에틸렌 분자 수
-E: 복합체의 엔탈피
H2: 수소분자
DH: 엔탈피 변화
CO: 일산화탄소
H2O: 물
CO2: 이산화탄소
O2: 산소분자
η: 에너지 효율
(C2H3Cl)N: 염화비닐분자 복합체
HClO: 차아염소산
k: 염화비닐분자 분해상수
PSA (Pressure Swing Adsorption): Tablets
PVC (Polyvinyl Chloride): Polyvinyl chloride
Vinyl Chloride: Vinyl Chloride
Ethylene: Ethylene
Polyethylene: polyethylene
C 12 H 26 : Diesel
C 12 H 26 → C 5 H 11 + C 7 H 15 , C 12 H 26 → C 4 H 9 + C 8 H 17 , C 12 H 26 → C 3 H 7 + C 9 H 19 , C 12 H 26 → C 2 H 5 + C 10 H 21 : Reaction equations for decomposition of diesel fuel
C 10 H 21 → C 2 H 4 + C 8 H 17 : Reaction formula for decomposition of compound C 10 H 21
CH 4 : methane
C 2 H 6 : Ethane
C 2 H 4 : Ethylene
C 2 H 2 : Acetylene
CH 3 : ethyl
H: hydrogen atom
n O : oxygen atom density
n H : hydrogen atom density
n OH : hydrogen oxide molecular density
OH: hydrogen oxide
T g : Plasma torch flame temperature
K: absolute temperature
HCl: hydrogen chloride
C 2 H 3 Cl: Vinyl chloride
Diesel: Diesel
t half : oxygen atom density formation time
T: Temperature inside reforming chamber
Pellets: particles
HACT180: Heat-resistant ceramic
INCT120: Ceramic insulation
(C 2 H 4 ) N : Ethylene molecule complex
N: Number of ethylene molecules in the ethylene molecule complex
-E: enthalpy of complex
H 2 : Hydrogen molecule
DH: enthalpy change
CO: carbon monoxide
H 2 O: water
CO2 : carbon dioxide
O 2 : Oxygen molecule
η : Energy efficiency
(C 2 H 3 Cl) N : Vinyl chloride molecule complex
HClO: hypochlorous acid
k : Vinyl chloride molecule decomposition constant

Claims (8)

폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산함에 있어 폐 플라스틱이나 비닐을 작은 입자들로 분쇄하여 개질 챔버에 공급하는 폐 플라스틱 전처리기;
상기 플라스틱 전처리기에서 공급되는 폐 플라스틱 물질을 수증기 또는 이산화탄소로 개질 하기에 적합한 고온 환경을 유지하는 개질 챔버;
수증기 또는 이산화탄소를 이용하여 플라즈마 토치 불꽃을 발생하고 활성입자들이 다량으로 포함된 상기 토치 불꽃을 상기 개질 챔버에 공급하여 상기 입자 상태의 폐 플라스틱 물질을 개질하는 전자파토치 시스템;
개질 에너지 일부를 제공하기 위하여 폐 플라스틱 물질을 부분 연소하는데 필요한 산소를 상기 플라즈마 토치 불꽃이 공급되는 상기 개질 챔버에 공급하는 산소 공급부;
상기 개질 챔버에서 고온으로 배출되는 개질 합성가스를 저온으로 냉각하는 열 교환기;
냉각된 상기 합성가스에 섞기여 있는 일산화탄소를 이산화탄소와 수소로 변환하는 수성가스 반응장치; 및
상기 수성가스 반응 과정을 통한 합성가스에 섞기여 있는 수소와 이산화탄소를 최종적으로 분리하는 PSA 정제 장치를 포함하는, 폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 장치
In producing hydrogen by reforming waste plastic with an electromagnetic plasma torch, a waste plastic preprocessor that crushes waste plastic or vinyl into small particles and supplies them to the reforming chamber;
a reforming chamber that maintains a high temperature environment suitable for reforming the waste plastic material supplied from the plastic preprocessor into water vapor or carbon dioxide;
An electromagnetic torch system that generates a plasma torch flame using water vapor or carbon dioxide and supplies the torch flame containing a large amount of active particles to the reforming chamber to reform the particulate waste plastic material;
an oxygen supply unit that supplies oxygen necessary for partial combustion of waste plastic material to the reforming chamber to which the plasma torch flame is supplied to provide a portion of reforming energy;
A heat exchanger that cools the reformed synthesis gas discharged from the reforming chamber at high temperature to a low temperature;
A water gas reaction device that converts carbon monoxide mixed in the cooled synthesis gas into carbon dioxide and hydrogen; and
A device that produces hydrogen by reforming waste plastic with an electromagnetic plasma torch, including a PSA purification device that finally separates hydrogen and carbon dioxide mixed in the synthesis gas through the water gas reaction process.
제1항에 있어서,
상기 적합한 고온 환경은 상기 개질 챔버 내부온도가 섭씨 1천2백도 이상이 유지되도록 하는, 폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 장치
According to paragraph 1,
The suitable high-temperature environment is a device that produces hydrogen by reforming waste plastic with an electromagnetic plasma torch such that the internal temperature of the reforming chamber is maintained at more than 1,200 degrees Celsius.
제1항에 있어서,
상기 활성입자들은 수증기 토치 불꽃일 때는 산소원자 수소원자 그리고 산화수소 분자들을 의미하고 이산화탄소 토치 불꽃일 때는 산소원자와 일산화탄소 분자들을 의미하는 것을 특징으로 하는, 폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 장치
According to paragraph 1,
The active particles refer to oxygen atoms, hydrogen atoms, and hydrogen oxide molecules in the case of a steam torch flame, and oxygen atoms and carbon monoxide molecules in the case of a carbon dioxide torch flame, and are characterized in that they produce hydrogen by reforming waste plastic with an electromagnetic plasma torch. Device
제1항에 있어서,
상기 전자파토치 시스템은 상기 개질에 필요로 활성입자들과 에너지를 토치 불꽃으로 상기 개질 챔버에 공급하는 시스템으로서 마그네트론과, 전원공급부와, 순환기와, 방향성 결합기와, 스터브 튜너와, 도파관과, 방전관으로 구성되어 있으며 마그네트론에서 발생된 전자파가 방전관에서 토치 불꽃을 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는, 폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 장치
According to paragraph 1,
The electromagnetic wave torch system is a system that supplies active particles and energy necessary for the reforming to the reforming chamber through a torch flame, and includes a magnetron, a power supply, a circulator, a directional coupler, a stub tuner, a waveguide, and a discharge tube. A device that produces hydrogen by reforming waste plastic with an electromagnetic plasma torch, and is characterized in that electromagnetic waves generated from the magnetron generate a torch flame in the discharge tube.
제1항에 있어서,
상기 저온으로 냉각은 섭씨 200도 이하로 냉각하는 것을 특징으로 하는, 폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 장치
According to paragraph 1,
A device for producing hydrogen by reforming waste plastic with an electromagnetic plasma torch, characterized in that the cooling to the low temperature is cooling to 200 degrees Celsius or less.
폐 플라스틱이나 비닐을 작은 입자들로 분쇄하여 개질 챔버에 주입하는 과정;
전자파토치 시스템에 수증기나 이산화탄소 분자를 주입하는 과정;
상기 전자파토치 시스템에서 방전관에 토치 불꽃을 발생하는 과정;
상기 토치 불꽃속에 다량의 활성입자들을 발생하는 과정;
상기 다량의 활성입자들을 이용하여 상기 입자 상태의 폐 플라스틱 물질을 개질하여 합성가스를 생산하는 과정;
개질 에너지 일부를 제공하기 위하여 폐 플라스틱 물질을 부분 연소하는데 필요한 산소를 플라즈마 토치 불꽃이 공급되는 상기 개질 챔버에 공급하는 과정;
고온의 상기 합성가스를 냉각하는 과정;
상기 합성가스에 섞기여 있는 일산화탄소를 이산화탄소와 수소로 변환하는 과정; 및
최종적으로 수소와 이산화탄소를 분리 정제하는 과정으로 이루어진 폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 방법
A process of crushing waste plastic or vinyl into small particles and injecting them into a reforming chamber;
The process of injecting water vapor or carbon dioxide molecules into an electromagnetic torch system;
A process of generating a torch flame in a discharge tube in the electromagnetic wave torch system;
A process of generating a large amount of active particles in the torch flame;
A process of producing synthesis gas by reforming the particle-like waste plastic material using the large amount of active particles;
A process of supplying oxygen necessary for partial combustion of waste plastic material to provide a portion of reforming energy to the reforming chamber to which a plasma torch flame is supplied;
A process of cooling the high temperature synthesis gas;
A process of converting carbon monoxide mixed in the synthesis gas into carbon dioxide and hydrogen; and
A method of producing hydrogen by reforming waste plastic using an electromagnetic plasma torch, which ultimately involves the process of separating and purifying hydrogen and carbon dioxide.
제6항에 있어서,
상기 다량의 활성입자들은 수증기 토치 불꽃일 때는 산소원자 수소원자 그리고 산화수소 분자들을 의미하고 이산화탄소 토치 불꽃일 때는 산소원자와 일산화탄소 분자들을 의미하는 폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 방법
According to clause 6,
The large amount of active particles refers to oxygen atoms, hydrogen atoms, and hydrogen oxide molecules in the case of a steam torch flame, and oxygen atoms and carbon monoxide molecules in the case of a carbon dioxide torch flame. A method of producing hydrogen by reforming waste plastic with an electromagnetic plasma torch.
제6항에 있어서,
합성가스를 냉각하는 과정에서 전반적인 시스템 에너지 효율 증대를 위하여 고온 열에너지를 수거하는 과정으로 이루어진 폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 방법

According to clause 6,
A method of producing hydrogen by reforming waste plastic with an electromagnetic plasma torch, which consists of collecting high-temperature heat energy to increase overall system energy efficiency in the process of cooling synthesis gas.

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