간단히 말해, 플라스틱 열분해는 폐플라스틱을 세 가지 주요 제품으로 분해합니다: 열분해유라고 불리는 액체 탄화수소 혼합물, 비응축성 가스(합성가스) 혼합물, 그리고 고체 잔류물(숯). 이 제품들의 정확한 구성은 고정되어 있지 않으며, 처리되는 플라스틱의 종류와 열분해 반응의 특정 조건에 따라 크게 달라집니다.
플라스틱 열분해의 핵심 과제이자 기회는 단일하고 깨끗한 결과물을 생산하지 않는다는 점입니다. 대신, 복잡하고 가변적인 액체, 가스, 고체 물질의 흐름을 생성하며, 이는 가치를 얻기 위해 신중한 관리와 종종 추가적인 처리가 필요합니다.
플라스틱 열분해의 세 가지 핵심 제품
열분해는 산소가 없는 상태에서 열분해를 의미합니다. 플라스틱에 적용될 때, 긴 고분자 사슬을 더 작고 유용한 분자로 분해합니다. 이 분자들은 액체, 가스, 고체 부분으로 분리됩니다.
열분해유 (액체 부분)
이 액체는 대부분의 열분해 작업에서 주요 목표이며 종종 합성 원유의 한 종류로 간주됩니다.
그 구성은 탄화수소 분자의 복잡한 혼합물입니다. 바이오매스 열분해유(산소 함량이 최대 40%)에 대한 언급된 설명과 달리, 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)과 같은 일반적인 플라스틱에서 나오는 오일은 주로 탄화수소이며 산소 함량은 매우 적습니다.
이 액체는 가벼운 가솔린 범위 분자부터 무거운 디젤 및 왁스 부분까지 광범위한 유기 화합물을 포함합니다. PET와 같은 특정 플라스틱의 존재는 산소 함유 화합물을 도입할 수 있으며, PVC는 염소를 도입하여 오일을 부식성으로 만들고 추가 처리 없이는 환경적으로 유해하게 만들 수 있습니다.
비응축성 가스 (합성가스)
이것은 반응기에서 나온 후 냉각될 때 액체로 변하지 않는 출력 부분입니다.
이 가스는 에너지가 풍부하며 일반적으로 수소, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄을 포함합니다. 또한 일산화탄소(CO)와 이산화탄소(CO2)도 포함합니다.
대부분의 상업용 플랜트에서 이 합성가스는 포집되어 열분해 반응기를 가열하는 연료로 사용되어 공정의 에너지 효율성을 높이고 자급자족하게 만듭니다.
고체 잔류물 (숯 또는 카본 블랙)
휘발성 성분이 제거된 후, 고체 탄소 함유 물질이 남습니다.
이 잔류물은 주로 탄소이지만 순수하지는 않습니다. 이는 원래 플라스틱 폐기물에 존재하는 충전제, 안료, 첨가제(유리 섬유 등) 및 기타 오염 물질과 같은 무기 물질의 저장소 역할을 합니다.
숯의 품질과 순도가 그 용도를 결정합니다. 저품질 숯은 저급 고체 연료로 사용될 수 있으며, 고순도 카본 블랙은 고무 또는 아스팔트의 충전제로 판매될 수 있습니다.
제품 구성에 영향을 미치는 주요 요인
입력과 공정을 이해하지 않고는 출력을 이해할 수 없습니다. 제품 혼합은 고정되어 있지 않으며, 주요 작동 변수의 직접적인 결과입니다.
플라스틱 원료의 종류
이것이 가장 중요한 단일 요인입니다. 다른 고분자는 다른 제품으로 분해됩니다.
- 폴리올레핀 (PE, PP): 원유와 유사한 파라핀 및 올레핀이 풍부한 오일을 생산하며, 가솔린, 디젤 및 왁스 부분의 혼합물입니다.
- 폴리스티렌 (PS): 주로 스티렌 단량체로 분해되어, 새로운 폴리스티렌으로의 진정한 화학적 재활용에 이상적인 후보입니다.
- PET (폴리에틸렌 테레프탈레이트): 산소 함유 화합물 및 고체 테레프탈산과 같은 더 복잡한 출력을 생성하여 연료로 사용하기 어렵게 만듭니다.
열분해 온도 및 반응 시간
반응기 내부의 조건이 생산되는 것을 결정합니다.
- 낮은 온도 (약 400-550°C): 이 범위는 일반적으로 액체 열분해유의 수율을 최대화합니다.
- 높은 온도 (>600°C): 높은 열과 긴 반응 시간은 분자를 더 많이 "분해"하여 액체 오일보다 비응축성 가스의 생산을 선호하는 경향이 있습니다.
촉매의 역할
공정에 촉매를 도입하면 화학 반응을 더 구체적이고 가치 있는 출력으로 유도할 수 있습니다.
촉매는 생산되는 탄화수소 분자의 범위를 좁혀 열분해유의 품질을 향상시킬 수 있으며, 종종 가치 있는 가솔린 범위 방향족을 선호합니다. 이는 더 높은 품질의 드롭인 연료를 생성할 수 있지만, 작업에 복잡성과 비용을 추가합니다.
절충점과 과제 이해
객관성을 위해서는 열분해 제품이 완벽한 해결책이 아니라는 점을 인정해야 합니다. 관리해야 할 상당한 과제가 따릅니다.
오염은 피할 수 없습니다
플라스틱 원료가 완벽하게 깨끗하고 분류되지 않는 한, 오염 물질은 제품에 유입될 것입니다.
PVC의 염소는 염산을 형성하여 부식성이 매우 강하므로 제거해야 하는 주요 문제입니다. 특정 플라스틱의 황과 질소도 오일에 유입될 수 있으며, 이는 기존 원유 정제와 유사한 수소화 처리가 필요합니다.
원시 열분해유는 업그레이드가 필요합니다
원시 액체 제품은 기존 연료 또는 화학 원료를 "대체"할 수 있는 경우가 거의 없습니다.
이는 종종 불안정하고 산성이며 바람직하지 않은 화합물의 혼합물을 포함합니다. 정유소에서 사용하거나 완제품 연료로 사용하려면 거의 항상 오염 물질을 제거하고 불안정한 올레핀 화합물을 포화시키기 위한 수소화 처리와 같은 2차 업그레이드 공정이 필요합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
"최고의" 제품 구성은 전적으로 귀하의 목표에 달려 있습니다. 열분해는 도구이며, 그 출력은 특정 최종 용도에 맞춰져야 합니다.
- 주요 초점이 합성 연료 생산이라면: 폴리올레핀 원료(PE, PP)에서 액체 오일 수율을 최대화하고, 오일 업그레이드 장치의 필요한 자본 및 운영 비용을 계획하십시오.
- 주요 초점이 순환 화학 재활용이라면: 폴리스티렌과 같은 깨끗한 단일 흐름 원료를 사용하여 새로운 플라스틱 생산을 위한 귀중한 스티렌 단량체 회수를 최대화하십시오.
- 주요 초점이 폐기물 부피 감소라면: 세 가지 제품(오일, 가스, 숯) 모두 명확하고 환경적으로 건전한 폐기 또는 활용 경로를 가져야 함을 인식하십시오.
궁극적으로 플라스틱 열분해의 잠재력을 활용하는 것은 제품의 복잡하고 가변적인 특성에 대한 명확한 이해에 달려 있습니다.
요약표:
| 제품 | 주요 구성 | 주요 특징 |
|---|---|---|
| 열분해유 | 탄화수소 (알칸, 알켄, 방향족) | 점성 액체, 원유와 유사; 품질은 원료에 따라 다름. |
| 비응축성 가스 (합성가스) | 수소 (H₂), 메탄 (CH₄), 에탄, 프로판, CO, CO₂ | 에너지 효율을 위해 열분해 반응기 연료로 사용됨. |
| 고체 잔류물 (숯) | 탄소, 무기 첨가제, 오염 물질 | 품질은 다양하며, 충분히 순수하면 연료 또는 충전제로 사용될 수 있음. |
| 주요 영향 요인 | 구성 영향 | |
| 원료 (플라스틱 종류) | 폴리올레핀 (PE, PP)은 오일을 생성; 폴리스티렌은 스티렌을 생성; PET는 산소 함유 화합물을 생성. | |
| 온도 및 시간 | 낮은 온도 (400-550°C)는 오일을 선호; 높은 온도 (>600°C)는 가스를 선호. | |
| 촉매 사용 | 탄화수소 범위를 좁혀 연료 응용 분야에서 오일 품질을 향상시킬 수 있음. |
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