핵심적으로 열분해는 물질을 세 가지 주요 제품 범주로 분해합니다. 이 과정은 바이오매스나 타이어와 같은 물질을 산소가 없는 환경에서 고온으로 가열하여 고체 분획(바이오차), 액체 분획(바이오오일), 기체 분획(합성가스)으로 분해하는 것을 포함합니다. 이러한 제품의 정확한 구성과 수율은 고정되어 있지 않으며, 투입되는 원료와 사용되는 특정 공정 조건에 따라 결정됩니다.
열분해는 단일 산출 공정이 아니라 제어된 전환 기술로 이해하는 것이 가장 좋습니다. 단일 원료를 세 가지 개별적이고 가치 있는 제품 흐름으로 변환하며, 고체, 액체, 기체의 최종 비율은 주로 온도에 의해 의도적으로 제어됩니다.
열분해 산출물의 세 가지 기둥
모든 열분해 반응은 세 가지 뚜렷한 물리적 상태의 제품을 생성합니다. 이름은 투입 재료에 따라 다를 수 있지만 범주는 일정하게 유지됩니다.
고체 분획: 바이오차
휘발성 성분이 제거된 후 남는 고체 잔류물은 고정된 탄소 함량이 높은 물질입니다.
이 제품은 바이오매스에서 유래할 때 일반적으로 바이오차 또는 바이오석탄이라고 불립니다. 타이어를 열분해할 때 이 고체는 카본 블랙으로 알려져 있으며, 이 과정에서 내부 강철 와이어도 회수됩니다.
액체 분획: 바이오오일
재료가 가열됨에 따라 휘발성 가스가 방출됩니다. 이 증기가 냉각 및 응축되면 어둡고 복잡한 액체를 형성합니다.
이 액체는 바이오오일, 열분해 오일 또는 때로는 타르라고 불립니다. 목재가 원료일 경우 이 액체 응축액의 일부는 목초액으로도 알려져 있습니다.
기체 분획: 합성가스
열분해 중에 생성되는 모든 가스가 액체로 응축되는 것은 아닙니다. 이 남아있는 흐름은 가연성 가스의 혼합물입니다.
이 제품은 합성가스(합성 가스) 또는 바이오가스라고 불립니다. 종종 포집되어 열분해 반응기를 가동하는 데 필요한 열을 제공하기 위해 재활용되어 공정의 에너지 효율을 높입니다.
공정 조건이 제품을 결정하는 방법
세 가지 분획의 생산량을 동시에 최대화할 수는 없습니다. 작업자는 두 가지 주요 변수, 즉 공정 온도와 투입 재료를 조작하여 결과를 제어합니다.
온도의 역할
온도는 제품 수율을 결정하는 주요 지렛대입니다.
일반적으로 400–500 °C의 낮은 온도에서 느린 열분해는 가스 생산을 최소화하고 고체 바이오차 생성을 선호합니다.
종종 700 °C 이상의 높은 온도에서 빠른 열분해는 분자를 더 공격적으로 분해하여 액체(바이오오일) 및 기체(합성가스) 연료 생산을 선호합니다.
원료의 영향
처리되는 초기 재료는 최종 제품에 상당한 영향을 미칩니다.
바이오매스 또는 목재의 열분해는 바이오차, 바이오오일, 합성가스의 표준 트리오를 생성합니다.
대조적으로, 폐타이어의 열분해는 카본 블랙, 석유와 유사한 연료유, 합성가스, 그리고 회수된 강철을 생성합니다. 이는 특정 폐기물 흐름에 맞춰진 근본적으로 다른 산출물 세트입니다.
절충점 이해
열분해의 유연성은 또한 주요 복잡성입니다. 공정은 특정 목표를 달성하기 위해 설계되고 미세 조정되어야 합니다. 왜냐하면 한 제품에 대한 최적화는 다른 제품을 희생시키기 때문입니다.
특정 목표를 위한 수율 균형 맞추기
열분해 시스템을 운영하는 단일 "최고의" 방법은 없습니다. 이상적인 조건은 전적으로 원하는 최종 제품에 따라 달라집니다.
농업용 바이오차 생산을 목표로 하는 시설은 고체 수율을 최대화하기 위해 낮은 온도에서 작동합니다. 반대로 액체 바이오연료 생산을 위해 설계된 플랜트는 바이오오일 분획을 최대화하기 위해 더 높은 온도와 빠른 가열을 사용합니다.
제품 일관성의 과제
바이오오일 및 기타 제품의 화학적 조성은 복잡하고 가변적일 수 있습니다. 원료 수분 또는 공정 온도의 미미한 변동도 최종 산출물을 변경할 수 있습니다.
이는 연료, 탄소 또는 화학 전구체 등 일관되고 시장성 있는 제품을 보장하기 위한 강력한 공정 제어를 필요로 합니다.
열분해 산출물을 목표에 맞추기
열분해를 효과적으로 적용하려면 먼저 주요 목표를 정의해야 합니다. 그런 다음 해당 특정 결과를 달성하기 위해 공정 매개변수가 설정됩니다.
- 주요 초점이 고체 토양 개량제 또는 안정적인 탄소 생성인 경우: 바이오차 수율을 최대화하기 위해 낮은 온도(400-500°C)에서 더 느린 가열 속도로 작동하십시오.
- 주요 초점이 액체 바이오연료 또는 화학 원료 생산인 경우: 바이오오일을 생성하는 열분해를 선호하기 위해 더 높은 온도(>700°C)와 빠른 가열을 사용하십시오.
- 주요 초점이 에너지 자급자족 또는 폐기물 에너지화인 경우: 생성된 합성가스를 포집하여 반응기를 가동하는 데 사용함으로써 공정 운영에 필요한 외부 에너지를 크게 줄이십시오.
이러한 산출물을 제어할 수 있다는 것을 이해하는 것이 특정 응용 분야에 열분해를 활용하는 첫 번째 단계입니다.
요약표:
| 제품 분획 | 일반적인 이름 | 주요 원료 예시 | 주요 특성 |
|---|---|---|---|
| 고체 | 바이오차, 카본 블랙 | 바이오매스, 타이어 | 탄소 함량이 높은 잔류물 |
| 액체 | 바이오오일, 열분해 오일 | 바이오매스, 타이어 | 응축된 휘발성 증기 |
| 기체 | 합성가스, 바이오가스 | 바이오매스, 타이어 | 응축되지 않는 가연성 가스 |
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