For the last decade, many research groups have been studying carbon dioxide ($CO_2$) dissociation and methane ($CH_4$) dry reforming at atmospheric pressure using various plasma sources such as dielectric barrier discharge, microwave discharge, arc discharge, and so on. The reason is to convert the $CO_2$ and $CH_4$ produced by the power industry into synthetic gas (syngas) and hydrocarbons, useful materials. However, researches have not yet been actively performed to obtain large amounts of syngas with high energy efficiency. In this study, $CO_2$ dissociation and $CH_4$ dry reforming, by high power inductively coupled plasma (ICP) torch at atmospheric pressure, have been studied. After the $CH_4$ dry reforming, residual $CO_2$ and $CH_4$ were measured by gas chromatography. Also, the energy conversion efficiency of the dry reforming process was studied by measuring the amounts of syngas and hydrocarbons in the resulting mixture. Simulation studies of chemical reaction calculations were also performed. In this thesis, we study physical properties of $CO_2$ dissociation and $CH_4$ dry reforming at atmospheric pressure, including characteristics of syngas and hydrocarbons production, the conversion efficiency characteristics of $CO_2$ and $CH_4$, and the energy conversion efficiency characteristics of the total reaction process by our high power ICP torch source discharging at atmospheric pressure,
지난 10여 년간 수많은 연구 그룹들에 의해 다양한 플라즈마 발생 장치를 이용하여 이산화탄소를 분해하고 메탄 건식 개질 반응을 일으키는 것에 관한 연구가 수행되고 있다. 그 이유는, 산업에서 배출되고 있는 이산화탄소와 메탄 가스를 유용한 물질인 합성가스 및 탄화수소 등으로 전환시키기 위해서이다. 그러나 많은 양의 이산화탄소와 메탄 가스를 반응시켜 많은 양의 합성가스를 고효율로 얻어내는 연구는 아직 활발히 행해지지 않고 있다. 본 연구에서는, 고출력 유도 결합 대기압 플라즈마 토치 발생 장치를 이용하여 많은 양의 이산화탄소를 분해하고 메탄 건식 개질 반응을 일으키는 실험을 수행하였다. 메탄 건식 개질 반응 후 잔여 이산화탄소와 메탄의 양을 기체 크로마토그래피로 측정하여 전환 효율의 특성을 연구하였다. 또한, 생성된 혼합물 내의 합성가스와 탄화수소의 양을 측정하여 메탄 건식 개질 반응의 에너지 전환 효율 특성을 연구하였다. 또한 실험과 함께 화학 반응 계산 시뮬레이션 연구도 수행되었다. 본 학위논문에서는, 대기압에서 이산화탄소 분해와 메탄 건식 개질의 물리적 성질에 대해 고찰하는 데에 있어서, 고출력 유도 결합 플라즈마 토치 발생 장치에 의해 생성되는 합성가스와 탄화수소의 양 특성, 이산화탄소와 메탄의 전환 효율 특성, 그리고 총 반응의 에너지 전환 효율 특성 등을 다루고자 한다.
