요약하자면, 타이어 열분해 가스는 주로 가연성 탄화수소와 비가연성 가스로 구성된 합성 가스(syngas)입니다. 정확한 구성은 매우 가변적이지만, 일반적으로 수소, 메탄, 에탄과 같은 귀중한 연료 성분과 이산화탄소, 황화수소와 같은 오염물질을 포함합니다.
핵심은 타이어 열분해 가스가 탄화수소 함량으로 인해 실행 가능한 에너지원인 반면, 실제 사용은 공정 조건과 황과 같은 유해 오염물질 제거의 필요성에 의해 결정된다는 것입니다.
열분해 가스의 핵심 구성 요소
산소가 없는 환경에서 파쇄된 타이어를 가열하여 생성되는 가스는 복잡한 혼합물입니다. 그 구성 요소를 세 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다.
귀중한 연료 성분 (탄화수소)
이러한 성분들은 가스에 에너지 가치를 부여합니다. 주로 타이어 고무의 긴 폴리머 사슬이 열분해되어 생성되는 단쇄 탄화수소입니다.
일반적인 연료 가스는 다음과 같습니다:
- 수소 (H₂)
- 메탄 (CH₄)
- 에탄 (C₂H₆)
- 프로판 (C₃H₈)
- 부탄 (C₄H₁₀)
- 기타 경질 탄화수소 (C₂-C₄)
비가연성 희석제
이러한 가스는 합성 가스의 발열량에 기여하지 않습니다. 대신 연료 성분을 희석하여 전체 에너지 밀도를 낮춥니다.
주요 희석제는 다음과 같습니다:
- 일산화탄소 (CO)
- 이산화탄소 (CO₂)
- 질소 (N₂), 시스템으로 누출되거나 퍼지 가스로 사용되는 경우.
부식성 오염물질
이들은 장비와 환경에 심각한 문제를 야기하는 바람직하지 않은 부산물입니다.
가장 중요한 오염물질은 황화수소 (H₂S)입니다. 이는 타이어에 내구성을 부여하기 위해 가황 공정에 사용되는 황에서 유래합니다. 다른 미량의 황 화합물도 존재할 수 있습니다.
구성이 결코 고정되지 않는 이유
타이어 열분해 가스에 대한 단일하고 확정적인 공식을 찾을 수는 없을 것입니다. 최종 구성은 여러 가지 주요 공정 변수의 직접적인 결과입니다.
열분해 온도의 영향
온도는 가장 중요한 요소입니다. 고온(700°C 이상)은 더 큰 탄화수소 분자를 수소 및 메탄과 같은 더 작고 단순한 가스로 "분해"하여 가스의 품질을 높이는 경향이 있습니다. 저온은 종종 더 많은 비율의 더 무거운 탄화수소 액체(열분해 오일)와 전체적으로 더 적은 가스를 생성합니다.
타이어 원료의 영향
타이어의 원래 구성이 중요합니다. 다른 브랜드 및 유형의 타이어는 약간 다른 고무 배합 및 첨가제 패키지를 사용하며, 이는 결과적으로 생성되는 가스 및 오일 제품을 미묘하게 변경합니다. 제조에 사용되는 황의 양은 합성 가스 내 황화수소 농도에 직접적인 영향을 미칩니다.
반응기 및 촉매의 역할
열분해 반응기의 설계와 공정 기간은 열이 얼마나 효율적으로 전달되고 재료가 고온에 얼마나 오래 노출되는지에 영향을 미칩니다. 또한, 특정 촉매의 사용은 특정 귀중한 가스의 생산을 다른 가스보다 선호하도록 화학 반응을 유도할 수 있습니다.
실제적인 의미 이해
가스의 가변적인 구성은 모든 상업적 응용 분야에서 관리해야 할 명확한 절충안을 만듭니다.
발열량 대 오염
수소와 메탄의 높은 농도는 열분해 가스에 상당한 발열량(난방 가치)을 부여하여 전기, 열을 생성하거나 열분해 플랜트 자체에 동력을 공급하는 데 적합한 연료가 됩니다.
그러나 이 가치는 황화수소의 존재에 의해 직접 상쇄됩니다.
황화수소 (H₂S)의 문제
황화수소는 단일한 가장 큰 운영 문제입니다. 특히 습기가 있는 경우 엔진, 터빈, 파이프 및 기타 금속 장비에 매우 부식성입니다.
또한, H₂S는 유독성 대기 오염 물질입니다. 연소되면 산성비의 주요 원인인 이산화황(SO₂)으로 변환됩니다. 이러한 이유로, 가스는 안전하게 사용하기 전에 황을 제거하기 위해 거의 항상 2차 정화 또는 "스크러빙" 단계를 필요로 합니다.
응용 분야에 대한 열분해 가스 평가 방법
타이어 열분해 가스를 분석하고 사용하는 접근 방식은 최종 목표에 따라 결정되어야 합니다.
- 주요 초점이 에너지 생성인 경우: 목표는 온도를 최적화하여 메탄 및 수소 함량을 최대화하는 것입니다. 발전기를 보호하고 환경 규정을 충족하기 위해 H₂S를 제거하는 강력한 가스 스크러빙 시스템에 대한 예산도 책정해야 합니다.
- 주요 초점이 화학 합성인 경우: 수소, 에틸렌 또는 프로필렌과 같은 귀중한 원료의 농도를 식별하기 위해 상세한 가스 크로마토그래피 분석이 필요합니다. 이는 종종 고온, 촉매 열분해 공정을 필요로 합니다.
- 주요 초점이 환경 규정 준수인 경우: 중요한 작업은 황화수소 및 기타 규제 오염 물질에 대한 지속적인 모니터링 및 효율적인 제거 시스템을 구현하는 것입니다.
이 가스의 구성을 이해하는 것은 자원으로서의 가치를 활용하기 위한 첫 번째 단계입니다.
요약표:
| 구성 요소 범주 | 주요 예시 | 주요 특성 |
|---|---|---|
| 귀중한 연료 성분 | 수소 (H₂), 메탄 (CH₄), 에탄 (C₂H₆) | 가연성, 에너지 가치 제공 |
| 비가연성 희석제 | 이산화탄소 (CO₂), 일산화탄소 (CO), 질소 (N₂) | 가스의 에너지 밀도 저하 |
| 부식성 오염물질 | 황화수소 (H₂S) | 유독성, 부식성, 사용 전 제거 필요 |
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