플라스틱 열분해유의 오염 물질은 무엇인가요? 상업적 성공을 위한 불순물 관리

플라스틱 열분해유의 주요 오염 물질은 헤테로 원자, 할로겐, 금속 및 무기 고체입니다. 이는 플라스틱 폐기물 원료의 조성에서 직접 비롯됩니다. 이러한 불순물에는 PVC의 염소, PET의 산소, 폴리아미드의 질소, 난연제의 브롬, 안료 및 안정제로 사용되는 다양한 금속이 포함됩니다. 이러한 오염 물질의 존재와 농도는 오일의 품질, 가치 및 추가 정제 적합성을 결정합니다.

플라스틱 열분해의 핵심 과제는 단순히 플라스틱을 오일로 전환하는 것이 아니라 원래 폐기물에서 물려받은 피할 수 없는 오염 물질을 관리하는 것입니다. 모든 열분해 작업의 상업적 타당성은 깨끗한 원료를 확보하거나 최종 제품을 정제하기 위한 비용이 많이 드는 업그레이드 단계를 구현하는 능력에 달려 있습니다.

오염 물질의 출처: 폐기물에서 오일로

화학적 원리는 간단합니다. 반응기에 투입하는 것이 산출되는 것입니다. 수천 년 동안 자연적으로 정제된 원유와 달리 플라스틱 폐기물은 폴리머, 첨가제 및 비플라스틱 재료의 복잡한 혼합물입니다.

헤테로 원자: 비탄화수소 원소

이상적인 연료는 순수한 탄화수소(수소와 탄소)입니다. 그러나 많은 일반적인 플라스틱에는 헤테로 원자라고 불리는 다른 원소가 포함되어 있으며, 이는 오일의 분자 구조에 통합됩니다.

가장 중요한 것은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리젖산(PLA)에서 비롯된 산소와 폴리아미드(나일론) 및 폴리우레탄에서 비롯된 질소입니다. 이러한 원소는 오일의 에너지 함량과 안정성을 저하시키는 산소화 및 질소화 화합물을 생성합니다.

할로겐: 염소 및 브롬

할로겐은 특히 문제가 되는 오염 물질입니다. 염소는 가장 악명이 높으며 주로 폴리염화비닐(PVC)에서 나옵니다. 열분해 중 염소는 부식성이 매우 강한 염산(HCl) 가스를 형성하여 장비를 심각하게 손상시키고 다운스트림 정제 촉매를 비활성화할 수 있습니다.

브롬은 전자제품 플라스틱(예: ABS) 및 건축 자재에 일반적으로 사용되는 브롬화 난연제(BFR)에서 비롯됩니다. 염소와 마찬가지로 부식성이 매우 강하고 촉매 독 역할을 합니다.

금속 및 무기물

플라스틱에는 광범위한 무기 첨가제가 포함되어 있습니다. 여기에는 안료(예: 흰색을 위한 이산화티타늄), 충전제(예: 부피를 늘리기 위한 탄산칼슘), 아연, 납 및 카드뮴을 포함할 수 있는 안정제가 포함됩니다.

열분해 중 이러한 물질은 대부분 고체 코크스 부산물에 농축됩니다. 그러나 일부는 미세 입자 또는 유기금속 화합물로 오일 증기에 실려 재 형성을 유발하고 촉매 독으로 작용할 수 있습니다.

잔류 코크스 및 재

모든 유기 물질이 열분해 중에 기화되는 것은 아닙니다. 코크스라고 하는 고체 잔류물은 항상 생성됩니다. 이 코크스의 미세 입자가 오일 증기에 갇혀 액체와 응축되어 파이프를 막고 장비에 오염을 일으킬 수 있는 슬러지를 형성할 수 있습니다.

오염 물질의 영향 이해

이러한 오염 물질은 사소한 불순물이 아닙니다. 이는 열분해 오일의 사용을 근본적으로 제한하고 심각한 운영상의 위험을 초래합니다.

부식 및 장비 손상

염산(PVC에서 발생) 및 브롬화수소산(BFR에서 발생)은 특히 열분해 시스템의 고온에서 강철에 매우 부식성이 있습니다. 이로 인해 값비싼 합금과 강력한 유지보수 일정이 필요하며 자본 및 운영 비용이 증가합니다.

촉매 비활성화

열분해 오일 사용의 가장 큰 장벽은 촉매 비활성화일 수 있습니다. 전통적인 석유 정제소는 유동층 촉매 분해(FCC) 및 수소 처리와 같은 공정을 위해 매우 민감한 촉매를 사용합니다.

염소, 황, 질소, 납, 아연과 같은 원소는 ppm 수준에서도 이러한 촉매를 영구적으로 비활성화합니다. 이로 인해 광범위하고 비용이 많이 드는 사전 처리 없이는 열분해 오일을 기존 원유와 함께 공정 처리하는 것이 불가능합니다.

연료 품질 및 안정성 저하

산소 화합물은 오일의 발열량을 감소시켜 동일한 양의 에너지를 생성하기 위해 더 많은 양을 연소해야 함을 의미합니다. 또한 산소와 질소를 포함하는 화합물은 종종 반응성이 있어 오일이 저장 중에 서서히 분해, 중합 및 검 및 침전물을 형성하게 합니다.

일반적인 함정과 완화 전략

오염 물질을 처리하려면 비용, 복잡성 및 최종 제품 품질 간의 상충 관계를 포함하는 시스템 수준의 접근 방식이 필요합니다.

"깨끗한" 원료라는 신화

폴리프로필렌과 같은 단일 플라스틱 유형의 깨끗해 보이는 흐름조차도 안정제, 안료 및 가공 보조제의 독점 혼합물을 포함하고 있습니다. 실제 플라스틱 폐기물이 "순수"하다고 가정하는 것은 흔하고 비용이 많이 드는 실수입니다.

업스트림 솔루션: 원료 분류

가장 효과적인 전략은 반응기에 투입되기 전에 문제가 되는 플라스틱을 제거하는 것입니다. 고급 분류 기술은 가장 골치 아픈 염소 및 산소 오염 물질의 원인인 PVC 및 PET를 식별하고 분리할 수 있습니다. 이는 비용과 복잡성을 증가시키지만 결과 오일의 품질을 극적으로 향상시킵니다.

다운스트림 솔루션: 오일 업그레이드

생산 후 열분해 오일은 정제소 사양을 충족하도록 "업그레이드"되어야 합니다. 이는 다음을 포함할 수 있는 다단계 프로세스입니다.

• 가드 베드(Guard Beds): 염소와 같은 특정 독성 물질을 포집하기 위해 흡착제를 사용합니다.
• 증류: 기존 정유소와 유사하게 오일을 다른 분획으로 분리합니다.
• 수소 처리(Hydrotreating): 수소와 촉매를 사용하여 헤테로 원자(Cl, N, O, S)를 제거하고 불안정한 분자를 포화시키는 고압, 고온 공정입니다. 이는 효과적이지만 에너지 집약적이고 비쌉니다.

목표에 맞는 올바른 선택

오염 물질을 관리하는 전략은 최종 제품 목표와 일치해야 합니다.

• 정제소에서 사용할 수 있는 원료 생산에 중점을 두는 경우: 염소(PVC)를 제거하기 위한 공격적인 사전 처리와 포괄적인 다운스트림 업그레이드(특히 수소 처리)가 절대적인 우선 순위여야 합니다.
• 보일러 또는 용광로용 저급 연료 생산에 중점을 두는 경우: 일부 오염 물질의 허용 수준이 더 높을 수 있지만 부식 및 운영 문제를 방지하기 위해 염소와 금속은 여전히 최소화해야 합니다.
• 열분해 프로젝트의 경제적 타당성 평가에 중점을 두는 경우: 업스트림 분류 및 다운스트림 업그레이드를 포함한 오염 물질 제거 비용은 종종 수익성을 결정하므로 재무 모델의 핵심 항목이어야 합니다.

이러한 오염 물질을 이해하고 관리하는 것은 이론적인 공정과 상업적으로 성공적인 순환 경제 솔루션을 구별하는 핵심 엔지니어링 과제입니다.

요약표:

오염 물질 유형	주요 출처	주요 영향
염소 (할로겐)	PVC, 난연제	부식, 촉매 비활성화
산소/질소 (헤테로 원자)	PET, 나일론, 폴리우레탄	연료 안정성 저하, 에너지 가치 감소
금속 및 무기물	안료, 충전제, 안정제	재 형성, 촉매 비활성화
코크스 및 고체	불완전한 열분해	슬러지, 장비 오염

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