열분해는 산소가 없는 상태에서 유기 물질을 열분해하여 액체, 기체 및 고체 제품을 생산하는 열화학 공정입니다. 이 공정은 바이오매스 및 기타 유기 폐기물을 가치 있는 자원으로 전환하는 데 매우 중요합니다.
열분해 공정 요약:
- 공급 원료의 도입: 바이오매스와 같은 유기 공급 원료는 산소가 유입되어 연소를 일으키는 것을 방지하기 위해 불활성 가스로 퍼지된 에어 록을 통해 열분해 반응기에 도입됩니다.
- 가열: 공급 원료는 전자레인지와 같은 방법을 사용하여 일반적으로 섭씨 400~800도 사이의 고온으로 가열됩니다. 이 가열은 재료의 고체와 휘발성 물질 사이의 결합을 끊습니다.
- 열분해 반응: 이러한 고온에서 공급 원료의 유기 화합물이 열적으로 분해되어 더 작은 분자로 분해됩니다. 이 과정은 산소가 배제되어 연소 없이 진행되므로 증기-가스 혼합물과 미세한 숯이 생성됩니다.
- 제품 분리: 증기인 휘발성 분획은 응축을 통해 기체와 액체로 분리됩니다. 응축되지 않는 가스는 다시 원자로에 유입 가스로 재활용될 수 있습니다.
자세한 설명:
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공급 원료 도입 및 가열: 이 공정은 건조 공급 원료를 반응기에 도입하는 것으로 시작됩니다. 에어 록과 불활성 가스를 사용하면 반응기 내부 환경에 산소가 없는 상태를 유지할 수 있으며, 이는 연소 없이 열분해가 일어나는 데 필수적입니다. 공급 원료의 가열은 유기 물질의 열분해를 시작하기 때문에 매우 중요합니다. 이러한 가열은 정확하고 효율적인 에너지 전달을 제공하는 마이크로파를 포함한 다양한 방법을 통해 이루어질 수 있습니다.
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열분해 반응: 열분해 공정의 핵심은 공급 원료의 열분해입니다. 고온에서 열 에너지는 공급 원료의 분자를 강하게 진동시켜 화학 결합이 끊어지고 더 작은 분자가 형성되도록 유도합니다. 이 과정을 휘발이라고 합니다. 산소가 없으면 연소가 일어나지 않아 CO₂가 방출되고 에너지가 소모됩니다. 대신 열분해는 바이오 오일, 가스, 숯과 같은 에너지가 풍부한 제품을 형성합니다.
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제품 분리 및 활용: 열분해 반응이 끝나면 생성물이 분리됩니다. 휘발성 기체와 액체는 응축되어 회수되고, 비응축성 기체는 불활성 환경을 유지하고 열분해 과정을 돕기 위해 반응기로 다시 재활용될 수 있습니다. 고체 잔류물 또는 숯은 연료로 사용하거나 활성탄으로 추가 가공할 수 있습니다.
열분해의 유형:
- 저속 열분해: 이 방법은 가열 속도가 느리고 반응기 내 체류 시간이 길기 때문에 숯의 수율이 높습니다. 역사적으로 숯 생산에 사용되었습니다.
- 급속 열분해: 이 공정은 더 높은 가열 속도와 더 짧은 체류 시간을 사용하여 바이오 오일의 수율을 극대화합니다.
- 초고속 열분해: 더 높은 가열 속도와 매우 짧은 체류 시간으로 작동하는 고급 방법으로, 바이오 오일을 더 효율적으로 생산하는 것을 목표로 합니다.
각 열분해 유형은 원하는 용도 및 공급 원료의 특성에 따라 특정 제품 생산량에 최적화되어 있습니다.
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