고분자 폐기물의 열분해적 특성

순 서 서 론 본 론 결 론 1. 고 분 자 2. 건 류 소 각 3. 현 황 1. 열 분 해 특 성 순 서 서 론 본 론 1. 고 분 자 2. 건 류 소 각 3. 현 황 1. 열 분 해 특 성 2. 실 험 장 치 및 실 험 방 법 결 론 실 험 을 통 한 고 찰

고 분 자 건류조각 정의 고무,합성수지,셀룰로오스와 같이 분자량이 10,000개 이상되는 것 2) 고분자 물질의 종류 고 분 자 정의 고무,합성수지,셀룰로오스와 같이 분자량이 10,000개 이상되는 것 2) 고분자 물질의 종류 플라스틱, 섬유제품, 타이어, 튜브(고무) 등 건류조각 폐기물을 무산소 또는 저산소 상태에서 가열, 열분해하여 그때 발생되는 가연성 가스를 연소시키는 방법으로 완전연소 가능, 유해가스 발생량 낮다.

현 황 1997년 국내에서 발생한 폐타이어의 양은 약 17500천개 재활용 : 약 59.8% 현 황 1997년 국내에서 발생한 폐타이어의 양은 약 17500천개 재활용 : 약 59.8% 그 외 : 단순 소각 및 매립처리 발생 폐타이어를 전부 매립할 경우 215만㎥필요 폐타이어와 같은 고분자계 폐기물들을 직접 소각시 유해가스, 분진, 매연 발생 ---> 연소기술, 배기가스 처리기술 필여

열 분 해 ○ 가연성 폐기물을 처리하여 2차 오염물질의 발생을 최소화 시키면서 에너지를 회수하는 기술  운전인자 열 분 해 ○ 가연성 폐기물을 처리하여 2차 오염물질의 발생을 최소화 시키면서 에너지를 회수하는 기술  운전인자 온도, 가열속도, 수분함량,폐기물 크기  운전인자가 열분해에 미치는 영향 가. 열공급속도(열분해 온도) 상승:유기성 액체와 수분 감소 나. 생성율(수소,메탄): 열분해온도가 커짐에 따라 증가 다. 실 열분해 반응은 산소가 존재  열을 공급하고 잉여열을 회수 라. 산소가 존재하는 열분해  CO의 생성량 최대 마. 산소원으로 공기를 이용  연소효율 저하

Cellulose계 유분, plastic계 유분 열 분 해 모 식 도 폐 기 물 다당류.질.단백질.고무.플라스틱 등의 고분자 무산소,저산소 분위기에서 분해 가스화(750도 전후) 액상화(450~550도 전후) H2.CO.CO2.CH4.C2H6 Cellulose계 유분, plastic계 유분 부산물 : 탄화물, 유리, 토사, 금속 등

열분해의 장점 열분해의 단점 배기가스량이 적다. 황분, 중금속분이 회분 중에 고정되는 비율이 높다. 열분해의 장점 배기가스량이 적다. 황분, 중금속분이 회분 중에 고정되는 비율이 높다. 황산화물, 질소산화물, 염산, 중금속 등을 포함하는 유해가스 발생량이 적다. 환원성 분위기를 유지할 수 있어서 Cr+3가와 +6가로 변화하지 않는다. 보조연료가 필요하지 않다. 열분해의 단점 환원성분위의 유지를 위해 반응기전체를 밀폐 구조 감압의 분위기를 유지 보조연료 필요 물지의 연속적인 투입이 불가능 – 회분식에 의해 운전

열 분 해 공 정 페수처리 설 비 페수가스 처 리 세정수 배기가스 기름,가스 정 제 분 리 저 장 이 용 폐기물 분쇄 선별 열 분 해 공 정 페수처리 설 비 페수가스 처 리 세정수 배기가스 기름,가스 정 제 분 리 저 장 이 용 폐기물 분쇄 선별 건조 열분해 잔사 (탄화물) 전사처리 무산소열풍 연소 연료 보조연료

실 험 목 적 실 험 장 치 열분해 실험을 통해 기존 발생가스 성분의 재해서과 가연성 가스 발생의 최적조건을 도출시킨다 실험실 규모의 batch 실험장치를 구성 99.999%의 헬륨가스를 MFC를 거쳐 반응기로 유입 반응기 본체 반응기 가열장치 Sampling을 위한 port Syringe 분석을 위한 setum

실 험 장 치

시료의 특성분석 실 험 방 법 TGA이용 가열속도 변화시키면서 1000도까지 질량감소를 분석 DSC이용 각각의 발열량 측정 타이어: 가로 3mm, 세로 4mm, 높이 3mm 크기로 잘라 분석 플라스틱: 모두 bead 형태로 각 bead의 무게는 약 28~32mg 실 험 방 법 1) 헬륨가스를 300ml/min의 유량으로 20분간 흘려 보내 반응기 내부의 산소제거 2) 20분후 헬륨의 유량을 50ml/min으로 줄인다 3) 반응기 가열장치의 온도 0~690도 까지 70도 간격으로 채취 4) 반응이 끝나면 헬륨가스 유량을 300ml/min으로 하여 방응기 내부에 남아있는 잔류가스 전량 배출시킨다

결 과 ○ 폐타이어 TGA분석 결과  가열속도(5,50,100도/분)를 변화시키면서 100도까지의 온도범위에서 결 과 ○ 폐타이어 TGA분석 결과  가열속도(5,50,100도/분)를 변화시키면서 100도까지의 온도범위에서 질량 변화를 분석 TGA curves for Hankook Tire

TGA curves for Kumho Tire 1차 질량감소 영역 : 200~500도에서 50%이상, 가열속도가 빠를수록 질량감소량이 증가, 에틸렌 생성 2차 질량감소 영역 : 550도 이상에서 약 15%, 가열속도가 증가할수록 감소 질량 100%감소 하지 않음 (메탄생성(600도 이상에서 1차 질량감소 영역보다 더 많은양 발생)

○ 폐플라스틱의 TGA분석 결과  가열속도(5,50,100도/분)를 변화시키면서 100도까지의 온도범위에서 질량 변화를 분석 TGA curves for LDPE

TGA curves for Polystyrene 350~550도 부근에서 급격한 중량감소, 열분해반응 가장 활발 가열속도가 증가할수롤 상대적으로 반응이 시작하는 온도상승 질량 100% 감소 (PVC예외)

HanKook Tire 9,600cal/g KumHo Tire 8,300cal/g Polyprpylene 11,700cal/g ○ DSC 분석결과  대부분의 고분자 물질들의 발열량은 5000~12000 cal/g으로 경유10300 cal/g, 등유10400 cal/g와 거의 비슷하다. HanKook Tire 9,600cal/g KumHo Tire 8,300cal/g Polyprpylene 11,700cal/g LDPE 11,600cal/g Polystyrene 10,400cal/g PVC 4,900cal/g

○ GC 분석결과  GC, 불꽃이온화 검출기(FID) 열전도도 검출기(TCD)동시 사용  50도에서 3분간 유지시켜 C1,C2 가스를 분석  승온속도 10도/분으로 180까지 올리고 3분간 180도에서 유지시키는 방법으로 C3,C4 이상의 탄화수소를 분석 Yield of Evolved from Pyrolysis of Tire

Yield of Evolved from Pyrolysis of Plasics ○ 폐타이어  600도 이상 : CO증가, CO2감소, CH4증가, CO2를 제외한 기체의 수율증가  500~550도 : CO2발생최대  450~550도 : 에틸렌 최대발생 ○ 폐플라스틱  에틸렌 > 메탄 > 에탄

결 론 ● 고분자 폐기물의 가연성 가스 발생 최적온도는 약 400~500도 사이 결 론 ● 고분자 폐기물의 가연성 가스 발생 최적온도는 약 400~500도 사이 ● 가열속도가 증가할수록 1차 질량감소 영역에서 감소하는 질량이 많아지므로 실제 소각로 설계에서 가열속도가 중요한 인자로 작용 ● 1차 질량감소 시 발생하는 가스가 2차 질량감소 영역에서 발생하는 가스의 양보다 많지만 가연성 가스의 발생은 2차 질량감소 영역에서 더 높은 수율을 가지므로 소각로 설계시 최종반응 온도 설정을 고려