기술적인 관점에서 열분해에 가장 적합한 플라스틱은 폴리올레핀이며, 특히 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)이며, 그 다음으로 폴리스티렌(PS)이 뒤따릅니다. 이들 고분자는 단순한 탄화수소 골격으로 구성되어 있으며, 가열 시 깨끗하게 분해되어 디젤 연료와 유사한 고품질 합성 오일을 형성하는 귀중한 더 작은 탄화수소 분자가 됩니다.
열분해에 이상적인 플라스틱은 염소, 산소 또는 질소와 같은 원자가 없는 단순한 화학 구조를 가진 것입니다. 이러한 "헤테로원자"는 공정을 복잡하게 만들고 오일의 품질을 저하시키며 장비를 손상시키는 부식성 부산물을 생성할 수 있습니다.
고분자 구조가 결정적인 요인인 이유
열분해의 목표는 긴 고분자 사슬을 더 작고 가치 있는 액체 탄화수소 분자로 열분해하는 것입니다. 시작 플라스틱의 화학적 구성은 이 공정의 효율성과 최종 제품의 품질을 직접적으로 결정합니다.
황금 표준: PE 및 PP
폴리에틸렌(HDPE, LDPE)과 폴리프로필렌(PP)은 열분해를 위한 최고 등급의 원료로 간주됩니다. 이들은 탄소와 수소로만 구성된 단순한 고분자입니다.
산소가 없는 상태에서 가열하면 긴 사슬이 예측 가능하게 분해됩니다. 이 과정은 매우 높은 비율의 액체 오일(종종 무게 기준으로 80% 이상)과 최소량의 비응축성 가스 및 고체 숯을 생성합니다. 결과 오일은 파라핀과 올레핀이 풍부하여 연료의 훌륭한 전구체입니다.
고가치 대안: PS
폴리스티렌(PS) 또한 열분해에서 탁월한 성능을 보이며, 종종 최대 90%의 액체 수율을 생성합니다.
그러나 PS에서 얻은 오일은 화학적으로 다릅니다. 이는 폴리스티렌을 만드는 데 사용된 바로 그 화학 물질인 스티렌 단량체가 풍부합니다. 이는 PS를 화학적 재활용에 이상적인 후보로 만듭니다. 여기서 목표는 원래의 구성 요소를 회수하여 순환 루프를 만드는 것입니다.
문제성 플라스틱 및 그 과제
많은 플라스틱이 처리될 수 있지만, 일부는 상당한 기술적 및 경제적 장애물을 야기합니다. 문제는 거의 항상 고분자 골격에 있는 헤테로원자에서 비롯됩니다.
염소 문제: 폴리염화비닐(PVC)
PVC는 열분해에 가장 문제가 되는 플라스틱입니다. 그 구조에는 염소가 포함되어 있으며, 이는 공정 중에 염화수소(HCl) 가스로 방출됩니다.
이 HCl 가스는 매우 부식성이 강하여 반응기, 파이프 및 응축기에 심각한 손상을 일으킵니다. 또한 최종 오일을 오염시켜 산성으로 만들고 염소를 중화하고 제거하기 위한 값비싼 2차 처리 단계가 필요합니다. 혼합 원료에 소량의 PVC만 있어도 열분해 작업이 경제적으로 불가능해질 수 있습니다.
산소 문제: 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)
음료수 병에 흔히 사용되는 PET는 구조에 상당한 양의 산소를 포함하고 있습니다.
열분해 중에 이 산소는 물(H₂O), 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO₂)를 형성하는 경향이 있습니다. 이는 플라스틱 질량의 상당 부분을 사용 가능한 액체 오일에서 벗어나게 하여 탄화수소 수율을 크게 낮춥니다. 또한 폴리올레핀에 비해 더 많은 양의 고체 숯을 생성합니다. 이러한 이유로 PET는 글리콜리시스와 같은 다른 재활용 방법에 더 적합합니다.
트레이드오프 이해
실제 시나리오에서는 단일 플라스틱 유형의 순수한 흐름을 거의 찾을 수 없습니다. 소비 후 포장재나 도시 고형 폐기물과 같은 원료는 항상 혼합물입니다.
수율 대 순도
가장 높은 액체 수율은 PE, PP 및 PS에서 나옵니다. 그러나 원료가 혼합물인 경우 PVC 및 PET와 같은 오염 물질의 존재는 전체 수율을 크게 낮추고 최종 제품의 품질을 저하시킬 것입니다.
혼합 폐기물의 현실
혼합 플라스틱 폐기물을 처리하는 작업자에게 중요한 단계는 전처리입니다. "혼합 PET/PVC 오염 플라스틱"이 적합한 것으로 참조 자료에 나와 있지만, 이는 산성 가스를 포집하고 중화하기 위한 강력하고 값비싼 시스템이 갖춰져 있는 경우에만 해당됩니다.
그러한 시스템이 없으면 기술적으로나 경제적으로 실행 가능하지 않습니다. 가장 성공적인 혼합 플라스틱 열분해 작업은 PE 및 PP의 농도를 최대화하고 PVC의 존재를 최소화하기 위해 분류 기술에 막대한 투자를 합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
원료 선택은 운영 목표 및 역량과 직접적으로 일치해야 합니다.
- 고품질 연료유 수율 극대화에 중점을 둔다면: 깨끗하게 분류된 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP) 흐름을 우선시하십시오.
- 귀중한 화학 전구체 생산에 중점을 둔다면: 스티렌 단량체를 회수하기 위해 깨끗한 폴리스티렌(PS) 원료를 목표로 하십시오.
- 미분류 도시 또는 혼합 플라스틱 폐기물을 처리하는 경우: 반응기에 들어가기 전에 가능한 한 많은 PVC와 PET를 제거하기 위한 사전 분류 단계를 구현하는 것이 성공의 관건입니다.
궁극적으로 원료 선택 및 정제는 모든 플라스틱 열분해 프로젝트의 기술적 성공과 경제적 타당성을 결정하는 가장 중요한 요소입니다.
요약표:
| 플라스틱 유형 | 열분해 적합성 | 주요 특징 | 주요 제품 |
|---|---|---|---|
| 폴리에틸렌 (PE) / 폴리프로필렌 (PP) | 우수 | 단순 탄화수소 골격, 고수율 (>80%) | 고품질 연료유 |
| 폴리스티렌 (PS) | 우수 | 높은 액체 수율 (~90%) | 화학 재활용을 위한 스티렌 단량체 |
| 폴리염화비닐 (PVC) | 불량 | 염소 함유, 부식성 HCl 가스 방출 | 오염된 오일, 장비 손상 |
| 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) | 불량 | 산소 함유, 낮은 탄화수소 수율 | 높은 숯, 물, CO/CO₂ |
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