간단히 말해, 플라스틱 열분해는 폐플라스틱을 세 가지 주요 생성물로 분해합니다: 액체 열분해유(타이어에서 추출될 경우 종종 TPO 또는 타이어 유래 열분해유라고 불림), 비응축성 합성가스(합성가스), 그리고 고체 탄소 잔류물(숯). 이러한 생성물의 특정 비율과 품질은 고정되어 있지 않으며, 처리되는 플라스틱의 종류와 열분해 반응의 특정 조건에 크게 좌우됩니다.
열분해가 플라스틱 폐기물을 시장성 있는 제품으로 성공적으로 전환하지만, 핵심 과제는 전환 자체에 있는 것이 아니라 결과물의 품질, 일관성 및 경제적 타당성에 있습니다. 가장 가치 있는 제품인 액체 오일은 원유의 직접적인 대체물이 아니며, 전통적인 정유소에서 유용하게 사용되려면 상당하고 비용이 많이 드는 업그레이드가 필요합니다.
열분해 생성물에 대한 자세한 분석
열분해는 산소가 없는 상태에서 열분해하는 과정입니다. 이는 플라스틱의 긴 고분자 사슬을 더 작고 단순한 분자로 분해합니다. 결과로 생성되는 세 가지 분획 각각은 독특한 특성과 잠재적인 용도를 가지고 있습니다.
액체 분획: 열분해유
이것은 일반적으로 가장 높은 잠재적 가치를 나타내는 주요 목표 제품입니다. 다양한 탄화수소 화합물의 복잡한 혼합물입니다.
그 구성은 기존 원유와 다소 유사하지만, 중요한 차이점이 있습니다. 원시 열분해유는 종종 산성이고, 산소, 물, 그리고 플라스틱 원료에서 유래한 염소 및 질소와 같은 오염 물질을 포함합니다. 또한 시간이 지남에 따라 점성이 증가하여 불안정할 수 있습니다.
기체 분획: 합성가스 (Syngas)
이 비응축성 가스는 수소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소 및 기타 경질 탄화수소의 혼합물입니다.
이 합성가스의 주요 용도는 열분해 반응기를 가열하는 데 필요한 에너지를 공급하기 위해 현장에서 연소되는 것입니다. 이는 부분적으로 자립적인 에너지 루프를 생성하여 시설의 외부 에너지 요구 사항과 운영 비용을 줄입니다.
고체 분획: 숯 (Char)
최종 생성물은 숯으로 알려진 고체 탄소 함유 잔류물입니다. 이 물질은 또한 원래 플라스틱 폐기물에서 나온 모든 무기 성분을 포함합니다.
이러한 성분에는 안료, 충전제, 난연제 및 기타 첨가제가 포함됩니다. 결과적으로 숯은 중금속 및 기타 오염 물질을 포함할 수 있으며, 이는 재사용 가능성 또는 폐기 요구 사항을 결정합니다.
최종 생성물을 결정하는 주요 요인
열분해 장치의 출력은 입력 및 작동 매개변수에 매우 민감합니다. 이러한 변수를 이해하는 것은 기술의 효율성을 평가하는 데 중요합니다.
플라스틱 원료의 중요한 역할
처리되는 플라스틱의 종류가 가장 중요한 단일 요소입니다. 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS)과 같은 일반적인 플라스틱은 높은 비율의 액체 오일을 생성합니다.
반대로, 다른 플라스틱은 매우 문제가 많습니다. 폴리염화비닐(PVC)은 가열될 때 부식성이 강한 염산 가스를 방출하여 장비를 심각하게 손상시킬 수 있습니다. 물병에 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 오일을 거의 생성하지 않고 더 많은 숯과 가스를 생성합니다.
이로 인해 혼합 생활 폐기물 플라스틱을 처리하는 것은 상당한 기술적 과제가 되며, 출력 품질이 예측 불가능해지고 오염 물질이 항상 존재하게 됩니다.
공정 조건의 영향
엔지니어는 특정 출력을 선호하도록 공정을 조작할 수 있습니다.
온도는 핵심적인 요소입니다. 중간 온도(400-600°C)는 액체 오일의 수율을 최대화하는 경향이 있습니다. 매우 높은 온도(>700°C)는 분자를 더 "분해"하여 더 많은 합성가스를 생성합니다.
가열 속도도 역할을 합니다. 플라스틱을 매우 빠르게 가열하는 "고속 열분해"는 액체 오일 생산을 최대화하기 위한 표준 방법입니다.
절충점과 과제 이해
유망하지만, 열분해는 단순한 해결책이 아닙니다. 현실에는 고려해야 할 상당한 기술적, 경제적 장애물이 수반됩니다.
열분해유의 "업그레이드" 장애물
가장 큰 과제는 열분해유의 품질입니다. 기존 정유소에 직접 펌핑할 수 없습니다.
새로운 플라스틱이나 연료의 원료로 사용되기 전에, 수소처리와 같은 집중적이고 비용이 많이 드는 업그레이드 과정을 거쳐야 합니다. 이 과정은 수소를 사용하여 오염 물질(염소, 황, 질소 등)을 제거하고 오일을 안정화합니다. 이 단계는 전체 시스템에 상당한 비용과 복잡성을 추가합니다.
오염 물질 및 일관성
"쓰레기를 넣으면 쓰레기가 나온다"는 원칙은 열분해에 직접 적용됩니다. 원료에 있는 음식물 찌꺼기, 종이, 흙과 같은 비플라스틱 오염 물질은 최종 제품, 주로 숯과 오일에 남게 됩니다.
원료의 이러한 일관성 부족은 일관되고 사양에 맞는 제품을 생산하기 어렵게 만들며, 이는 정유소와 같은 잠재적 구매자에게 주요 관심사입니다.
경제적 타당성
플라스틱 열분해의 사업 사례는 종종 원유 가격과 폐기물 처리 비용(매립 수수료)에 달려 있습니다.
유가가 높고 매립 수수료가 상당할 때 열분해는 경제적으로 매력적일 수 있습니다. 그러나 오일 업그레이드 비용이 시장 가치를 초과하면 보조금 없이는 전체 공정이 빠르게 수익성이 없어질 수 있습니다.
이것을 목표에 적용하는 방법
열분해에 대한 평가는 전적으로 생성물의 의도된 적용 분야에 따라 달라져야 합니다.
- 주요 초점이 순환성(플라스틱-투-플라스틱)이라면: 오일이 새로운, 버진급 플라스틱을 만드는 데 적합한 원료가 되려면 광범위한 업그레이드와 정제가 필요하다는 점을 인식하십시오.
- 주요 초점이 에너지 회수(플라스틱-투-연료)라면: 원유와 합성가스는 산업용 연료로 사용될 수 있지만, 오일은 산성도와 오염 물질로 인해 표준 엔진이나 보일러와 호환되도록 전처리해야 할 수 있습니다.
- 주요 초점이 폐기물 부피 감소라면: 열분해는 매우 효과적이지만, 유해 물질로 분류될 수 있는 고체 숯 잔류물을 관리하기 위한 명확하고 환경적으로 건전한 계획을 가지고 있어야 합니다.
궁극적으로 열분해를 단순한 재활용 방법이 아니라 특정 과제와 생성물을 가진 복잡한 화학 전환 공정으로 보는 것이 성공적인 구현의 핵심입니다.
요약 표:
| 제품 | 설명 | 주요 특성 |
|---|---|---|
| 열분해유 (액체) | 주요 목표 제품; 탄화수소 혼합물. | 원유와 유사하지만 비용이 많이 드는 업그레이드가 필요하며, 산성이고 불안정할 수 있습니다. |
| 합성가스 (기체) | 비응축성 가스 혼합물 (H2, CH4, CO 등). | 종종 열분해 반응기 연료로 사용되어 외부 에너지 요구 사항을 줄입니다. |
| 숯 (고체) | 무기 첨가제를 포함하는 탄소 함유 잔류물. | 오염 물질(예: 중금속)을 포함할 수 있으며, 폐기/재사용 옵션에 영향을 미칩니다. |
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