폐타이어 급속열분해 반응기로부터 배출되는 carbon black의 냉각 특성
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2016
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학술저널
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57-57(1쪽)
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최근 전 세계적으로 폐타이어의 발생 및 처리에 관한 문제가 날로 심각해지고 있다. 폐타이어는 부피가 커서 매립지 확보가 곤란하고 연소시 오염물질 발생으로 인한 2차 환경오염의 우려가 있으며, 자동차 산업의 발달로 인해 폐타이어의 발생량이 해마다 증가하고 있기 때문에 폐타이어의 처리 방법에 대한 기술개발 중요성이 날로 증대되고 있다. 국내 폐타이어 재활용 현황을 보면 재활용 실적 상 외형적으로는 큰 문제가 없어 보이지만 폐타이어의 주이용 분야가 시멘트 킬른 또는 단순 소각에 의한 열원으로 이용이 약 60%를 차지한다는 점에서 폐타이어 재활용의 경제성 문제가 심각하게 나타나고 있다. 따라서 폐타이어 재활용의 경제성 문제를 해결하기 위한 부가가치를 높이는 기술 개발이 절실히 요구되고 있다. 폐타이어 재활용 기술 중 하나인 급속열분해 기술은 폐타이어를 저산소 분위기에서 간접 가열하여 400-600℃에서 고분자 물질을 분해는 기술로 연소 반응과 달리 오염물질이 발생하지 않는 친환경적 처리 방식이다. 폐타이어를 급속열분해 하여 회수 가능한 유용자원은 오일, 카본블랙, 철심, 연소가스이며, 오일, 카본블랙, 철심은 재판매가 가능하고 연소 가스는 경우 스팀/전기 등의 형태로 자체 생산 연료로 사용된다.
폐타이어 급속열분해 공정의 열분해 반응기로부터 배출되는 카본블랙의 온도는 400℃ 정도이다. 고온의 카본블랙을 저장시설에 저장하면 화재 및 폭발의 위험성이 있기 때문에, 카본블랙을 안전하게 저장시설에 저장하기 위해서는 카본블랙의 온도를 100℃ 이하로 냉각해야 한다. 카본블랙은 비열이 1500 J/kg-K이며, 열전도도는 0.1 W/m-K 로 매우 낮기 때문에, 온도를 100℃ 이하로 냉각하기 위해서는 시간이 많이 소요 된다. 따라서 고온의 카본블랙을 빠르게 냉각하기 위해서는 냉각속도를 증가시킬 수 있는 방법이 요구된다. 하지만, 카본블랙에 대한 냉각 특성에 대한 연구는 거의 찾아 볼 수 없는 실정이다. 본 연구에서는 카본블랙의 냉각 특성을 도출하여 냉각기 설계 자료로 활용하기 위하여 냉각 조건에 따른 카본 블랙의 냉각실험을 수행하였다. 또한 Eulerian-Eulerian 기체-고체 다상유동 전산해석 기법을 이용하여 폐타이어 카본블랙의 냉각을 전산해석하였다. 실험 및 전산해석 결과 카본 블랙의 냉각속도는 온도의 영향보다는 mixing에 의한 영향이 더 크게 나타났으며, mixing 냉각조건이 non-mixing 냉각조건 보다 25-30% 정도 더 크게 나타났다. 본 연구 결과는 향후 폐타이어 카본블랙의 냉각기 설계에 활용할 계획이다.
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