KR20220116380A - Apparatus and method of hydrogen production from reforming of plastic waste by microwave plasma torch - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus and method for mass-producing hydrogen by reforming waste plastic using an electromagnetic wave plasma torch, and more specifically to the apparatus and method for mass-producing hydrogen by reforming a waste plastic compound in a high temperature reforming chamber with high efficiency by injecting water vapor or carbon dioxide into an electromagnetic plasma torch system and using active particles, which can be generated in a torch flame, such as oxygen atoms, hydrogen oxide molecules, hydrogen atoms, and carbon monoxide molecules. In addition, synthesis gas produced by reforming in the reforming chamber is mainly carbon monoxide and hydrogen, wherein carbon monoxide is converted into hydrogen through a water gas reaction, and hydrogen is purified through a pressure swing adsorption (PSA) process. Accordingly, waste vinyl waste plastic, which is the most lethal to the global environment, is removed and hydrogen, the most environmentally friendly energy source, is produced.

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 an apparatus and method for mass production of hydrogen by reforming waste plastics using an electromagnetic plasma torch, and more particularly, oxygen atoms, hydrogen oxide molecules, hydrogen atoms, carbon monoxide molecules, etc. It relates to an apparatus and method for mass production of hydrogen by reforming waste plastic using

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 in is limited in resources and space. In particular, household waste is causing enormous environmental problems on the earth. We humans produce more than 2 billion tons of household waste every year. This problem is expected to get worse. It is said that whales in the ocean are dying at the same time as they pollute land and sea by indiscriminately using various kinds of plastics and plastics for convenience. Most of the waste plastics are made of polyethylene, but PVC (Polyvinyl Chloride) is also mixed in them.

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 FIG. 1 , ethylene is a compound in which two hydrogen atoms are attached to carbon atoms having double bonds. Polyethylene is a complex compound in which countless ethylene molecules are connected. In vinyl chloride, as shown in FIG. 1 , one hydrogen atom in an ethylene molecule is substituted with a chlorine atom. PVC is a compound in which many of these vinyl chloride molecules are also connected and combined. Vinyl chloride is flammable, toxic and known to cause cancer. It is said that 13 million tons of vinyl chloride are synthesized annually. However, when these dangerous substances are combined with polyvinyl chloride and transformed into polyvinyl chloride, they are considered non-toxic and are scattered around us, such as building materials, and these are returned to waste plastic and pollute the earth. We intend to mass-produce the most environmentally friendly hydrogen by reforming waste plastic pollutants, which are the most painfully destroying the global environment, with an electromagnetic plasma torch. In other words, while removing waste plastic waste, which is the main pollutant of the global environment, we want to produce hydrogen, which is essential for us.

본 발명은 위에서 언급한 필요성을 충족하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폐 플라스틱을 고온에서 개질 하여 수소를 생산하는 것이다. The present invention is to satisfy the above-mentioned needs, and an object of the present invention is to produce hydrogen by reforming waste plastics at a 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 object, the present invention first needs to compare the structure of polyethylene and the structure of diesel in FIG. 2 as shown in FIG. 1 . Its structure is similar, but polyethylene is a very long complex. When polyethylene melts into a liquid in a high-temperature reforming chamber and begins to decompose, it will resemble diesel molecules. Light oil (C 12 H 26 ) splits into small 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 12 H 26 → C 2 H 5 + C 10 H 21 , etc., is split in one millionth of a second. So what about the molecules that are formed by decomposition of diesel? For example, the molecule C 10 H 21 decomposes into C 10 H 21 → C 2 H 4 + C 8 H 17 in 100 millionths of a second. In this pattern, it is very quickly decomposed into small molecules, resulting in a mixture of CH 4 , C 2 H 6 , C 2 H 4 , C 2 H 2 , CH 3 , H and the like. It is self-evident that polyethylene molecules are also split into low molecules in the high-temperature reforming chamber, just as gas oil molecules are split into low molecules in the high-temperature reforming chamber. Hydrogen can be easily produced by reforming the already low molecular weight hydrocarbon compounds into active particles generated from the torch by injecting water vapor or carbon dioxide required for reforming at a high temperature through an electromagnetic plasma 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. In general, the flame temperature in the electromagnetic plasma torch is very high. The center is 6,500 degrees Celsius, but the temperature drops towards the end of the flame. Korean Patent Registration No. 10-0864695 describes the properties of vapor electromagnetic wave plasma flame. 3 is a graph showing the density of oxygen (n O ) hydrogen (n H ) atoms and hydrogen oxide (OH) molecules (n OH ) as the temperature T g of the flame of the steam torch. Here, T g means the absolute temperature. It can be seen that the density of oxygen atoms in the flame at an absolute temperature of 2000K is 10 14 /cm 3 . When this amount of oxygen atoms attack the low molecular weight hydrocarbon compound, reformation can occur easily.

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. Korean Patent Registration No. 10-1166444 describes a carbon dioxide electromagnetic wave 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 2000 K, the density of oxygen atoms (n O ) is very high as 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 very easy to reform low molecular weight polyethylene waste plastic and mass-produce syngas.

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 about polyvinyl chloride? As shown in Figure 1, the structure of polyvinyl chloride is also similar to that of a light oil molecule, but only vinyl chloride molecules form a complex. will decompose In particular, it decomposes while releasing hydrogen chloride (HCl). For example, a vinyl chloride molecule decomposes itself into acetylene (C 2 H 2 ) and hydrogen chloride according to the reaction scheme C 2 H 3 Cl → C 2 H 2 + HCl, and the decomposition constant is shown in FIG. 5 . It decomposes within 1/1000 of a second even at an absolute temperature of 1400K in the reforming chamber. 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, carbon monoxide molecules, and the like, and using them for reforming waste plastics.

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, hydrogen oxide molecules, etc. 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 provides conditions for efficiently reforming 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 chemical molecular formulas such as ethylene polyethylene vinyl chloride (Vinyl Chloride) polyvinyl chloride according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a schematic diagram showing the chemical molecular formula of light oil (Diesel) according to an embodiment of the present invention
3 is a graph showing the density of oxygen atoms, hydrogen atoms, and hydrogen oxide molecules in the flame of a steam plasma torch according to an embodiment of the present invention as a function of the temperature T g of the flame.
4 is a graph showing the density of oxygen atoms (n O ) and the time it takes to form the density (t half ) as a function of the temperature T g of the flame area in a carbon dioxide plasma torch flame according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the decomposition constant of vinyl chloride itself decomposed in the reforming chamber at a high temperature according to an embodiment of the present invention as a function of the temperature T of the reforming chamber.
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 merely 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 the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. And, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the content 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 spirit of the present invention is determined by the claims, and the following examples are only one means for effectively explaining the technical spirit of the present invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 플라스틱을 전자파 플라스마 토치로 개질 하여 수소를 생산하는 장치와 방법에 관한 블록도이다.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, an apparatus and method for producing hydrogen by reforming waste plastics 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 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 pulverizes 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 to form a liquid reforming chamber ( 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 material supplied from the waste plastic preprocessor 10 is maintained at a high temperature while the waste plastic material is reformed by water vapor or carbon dioxide introduced from the electromagnetic torch system 30 . The inner wall of the reforming chamber 20 is made of a material that can withstand a high temperature for a long time (one month or more). For example, the inner surface is coated with a heat-resistant ceramic material called HACT180 that can withstand up to 1800 degrees Celsius, and the next layer is a thermal insulation 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 converts 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 in the flame to the reforming chamber ( 20) is supplied. The electromagnetic wave torch system 30 is composed of a magnetron, a power supply unit, a circulator, a directional coupler, a stub tuner, a waveguide, and a discharge tube. , and also transfers the high-temperature thermal 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 wave torch system 30 generates a torch flame using expensive electric energy and provides it to the reforming chamber 20 . Therefore, there may be economic difficulties in providing all the energy required for reforming with the electromagnetic torch. Conversely, it is also possible to burn some of the energy-rich waste plastic material and provide it with some of the reforming energy. In this context, the oxygen supply unit 40 supplies oxygen to the reforming chamber 20 to partially oxidize the waste plastic material, thereby procuring a portion of 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. The waste plastic material is reformed into syngas in the reforming chamber 20. When the syngas mainly mixed with 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 carried out at a low temperature, the syngas temperature must be cooled through the heat exchanger 50 . Although most of the waste plastic is polyethylene, a small amount of hydrogen chloride generated by the decomposition of polyvinyl chloride contained in some may be included in the syngas. So, hydrogen chloride is removed in the process through the heat exchanger 50 . In the process of cooling the syngas, high-temperature steam is generated, and this steam is used when generating a steam 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. Syngas sufficiently cooled in the heat exchanger 50 is converted into carbon monoxide and hydrogen while passing through the water gas reaction (60) process. The water gas reaction 60 also uses a portion of water vapor. Water gas reaction is carried out at 200 degrees Celsius or less. The synthesis gas after the water gas reaction (60) is a mixed gas of hydrogen and carbon dioxide. This synthesis gas is finally separated from carbon dioxide and hydrogen through a purification process called PSA (70). Part of the carbon dioxide generated here is used to generate a carbon dioxide plasma torch in the electromagnetic torch system 30 . PSA (Pressure Swing Adsorption) referred to 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 반응은In one embodiment, polyethylene is modified with steam plasma. Polyethylene, the main component of plastics, is a complex in which numerous ethylene molecules are bound. So, for convenience of analysis, we will assume that it is a compound with N ethylene molecules attached. So, the chemical 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. As , 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 equation, N means an integer number, not a nitrogen atom. Here, the enthalpies of water vapor and carbon monoxide were calculated to be -241.8 kJ/mole and -110.5 kJ/mole, respectively. Since carbon monoxide is converted into hydrogen by 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 that we produce 300 cubic meters of hydrogen per hour. Then, 2232/N moles of the virtual compound per hour are 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. The reforming chamber 20 of this size has an internal capacity of about 1.8 cubic meters, and the energy lost in the reforming process is about 140 kW. Most of the energy loss is the energy that syngas carries, and some of it is lost through conduction and the like. 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 change in enthalpy of this oxidation reaction is DH = -(1270.6NE)kJ/mole. So 0.62/N mole/s of waste polyethylene material per second is required, so the energy contained in waste polyethylene is (1270.6NE)(0.62/N) = (787.8-0.62E/N)kW. Therefore, the total energy input to the reforming chamber 20 is (302.8+0.62E/N)+(787.8-0.62E/N)=1090.6kW. It is noteworthy here that the total energy input is independent of the number N and the enthalpy of the hypothetical compound -EkJ/mole. That is, it depends only on the energy of the carbon and hydrogen atoms. The hydrogen energy produced is 300 rubes when calculated as 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 the gasifier efficiency) The hydrogen energy of is 1063.2 kW. So the reforming energy efficiency is η = 1063.2/1090.6 = 0.97. The reason why the reforming energy efficiency is so high is that high-temperature steam generated in the heat exchanger 50 is injected into the electromagnetic wave torch system 30 . However, since about 60 kW of energy is required in the PSA 70 and the like to produce 300 cubic meters of hydrogen per hour, the total energy input is 1150.6 kWrk, and the overall energy efficiency is 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 independent of 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 embodiment, polyethylene is modified with carbon dioxide plasma. At this time, when reforming 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 -393.5 kJ/mole. Even in this modification, 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. Attached here is an energy loss of 140 kW in the reforming chamber 20 . The total energy being input to the reforming chamber 20 is (354+0.62E/N)+(787.8-0.62E/N)=1141.7kW. If 60 kW of power used outside the reforming chamber 20 is added 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 are slightly less energy efficient than steam torches. Nevertheless, it is easier to generate a carbon dioxide torch than a steam torch, and when comparing FIGS. 3 and 4, there is an advantage that the generation of oxygen atoms in the carbon dioxide torch is much higher than that of the steam 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, the reforming of polyvinyl chloride with a steam plasma torch will be carried out. 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.As , 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 amount of hydrogen generated per mole of the polyvinyl chloride virtual compound is 5N moles. The hypothetical number of moles of polyvinyl chloride required to produce 300 cubic meters of hydrogen per hour is 2678.6 moles, which corresponds to 0.74/N mole/s. So the required reforming energy is (126.7+E/N)kW. In the case of polyvinyl chloride, since the internal volume of the reforming chamber 20 must be increased by 20%, the energy loss through reforming also increases by 20% to 168kW. The energy to be input to 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 change in enthalpy of this oxidation reaction is DH = -(1105.6NE)kJ /mole. Here, the enthalpy of hypochlorous acid (HClO) was calculated to be -76.8 kJ/mole. The energy input to polyvinyl chloride is (818-E/N)kW. Therefore, the energy input to the reforming chamber 20 including the reforming material is 1113 kW. If 60kW of energy required outside the reforming chamber 20 is added to this, the total is 1173kW. 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 practical circumstances, Example 1 would be realistic because most of the waste plastic is polyethylene and some polyvinyl chloride is introduced. However, even if a little 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 of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. 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, and should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.

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 : light oil
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 formulas for decomposition of light oil
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 : density of oxygen atoms
n H : density of hydrogen atoms
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: via
t half : Oxygen atomic density formation time
T: internal temperature of reforming chamber
Pellet: Particles
HACT180: heat-resistant ceramic
INCT120: Thermal Insulation Ceramic
(C 2 H 4 ) N : ethylene molecular complex
N: the number of ethylene molecules in the ethylene molecular complex
-E: Enthalpy of the complex
H 2 : hydrogen molecule
DH: Enthalpy change
CO: carbon monoxide
H 2 O: water
CO 2 : carbon dioxide
O 2 : oxygen molecule
η : energy efficiency
(C 2 H 3 Cl) N : vinyl chloride molecular complex
HClO: hypochlorous acid
k : decomposition constant of vinyl chloride molecule

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 공급하는 전자파토치 시스템;
개질 에너지 일부를 제공하기 위하여 폐 플라스틱 물질을 부분 연소하는데 필요한 산소를 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
a waste plastic preprocessor that pulverizes waste plastics or vinyl into small particles and supplies them to a reforming chamber in the production of hydrogen by reforming waste plastics with an electromagnetic plasma torch;
a reforming chamber for maintaining a high-temperature environment suitable for reforming the waste plastic material supplied from the plastic preprocessor into water vapor or carbon dioxide;
an electromagnetic wave torch system for generating a plasma torch flame using water vapor or carbon dioxide and supplying the torch flame containing a large amount of active particles to the reforming chamber;
an oxygen supply for supplying the reforming chamber with oxygen necessary for partial combustion of the waste plastic material to provide a portion of reforming energy;
a heat exchanger for cooling the reformed syngas discharged from the reforming chamber to a high temperature to a low temperature;
a water gas reactor for converting carbon monoxide mixed in the cooled synthesis gas into carbon dioxide and hydrogen; and
A device for producing 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 claim 1,
The suitable high-temperature environment is an apparatus for reforming waste plastics with an electromagnetic wave plasma torch to produce hydrogen so that the temperature inside the reforming chamber is maintained at 1,200 degrees Celsius or more
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 claim 1,
The active particles mean 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. Reforming waste plastic with an electromagnetic plasma torch to produce hydrogen 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 claim 1,
The electromagnetic wave torch system is a system for supplying active particles and energy required for the reforming to the reforming chamber with a torch flame, and includes a magnetron, a power supply unit, a circulator, a directional coupler, a stub tuner, a waveguide, and a discharge tube. A device for producing hydrogen by reforming waste plastic into an electromagnetic plasma torch, characterized in that the electromagnetic wave generated from the magnetron generates 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 claim 1,
The cooling to the low temperature is a device for producing hydrogen by reforming waste plastic with an electromagnetic wave plasma torch, characterized in that 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 폐 플라스틱 물질을 개질하여 합성가스를 생산하는 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
The process of crushing waste plastics or vinyl into small particles and injecting them into the reforming chamber;
The process of injecting water vapor or carbon dioxide molecules into the electromagnetic torch system;
generating a torch flame in the discharge tube in the electromagnetic wave torch system;
generating a large amount of active particles in the torch flame;
producing syngas by reforming the waste plastic material using the large amount of active particles;
The process of cooling the high-temperature syngas;
converting carbon monoxide mixed in the synthesis gas into carbon dioxide and hydrogen; and
A method of producing hydrogen by reforming waste plastics that are finally separated and refining hydrogen and carbon dioxide with an electromagnetic plasma torch
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
7. The method of claim 6,
The large amount of active particles means 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 reforming waste plastics with an electromagnetic plasma torch to produce hydrogen
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

7. The method of claim 6,
A method of producing hydrogen by reforming waste plastic with an electromagnetic wave plasma torch, which consists of a process of collecting high-temperature thermal energy to increase overall system energy efficiency in the process of cooling syngas

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