廢타이어 및 廢플라스틱의 高溫 熱分解 特性 硏究 = Studies on high temperature thermal characteristics of waste tire and plastic
저자
발행사항
화성: 水原大學校 大學院, 1998
학위논문사항
학위논문(석사)-- 水原大學校 大學院: 環境工學科 1998
발행연도
1998
작성언어
한국어
KDC
539.97 판사항(4)
발행국(도시)
경기도
형태사항
viii, 103 p.; 26 cm.
일반주기명
참고문헌(p. 99-101) 수록
소장기관
최근 폐타이어 및 폐플라스틱의 발생량이 급격히 증가하고 있으며, 이에 따른 환경오염이 문제가 되고 있다. 폐타이어 및 폐플라스틱은 높은 발열량을 가진 물질로 에너지 자원의 대부분을 외국에 의존하는 실정에서 이의 적극적인 재활용이 바람직하다. 본 연구에서는 폐타이어 및 폐플라스틱의 재활용 방안으로 Slag melt 공정에서 석탄 및 코크스의 대체 연료로서 이용 가능성을 알아보고자 하였으며, 이를 위해 폐타이어, 폐플라스틱의 원소분석, 공업분석, 발열량분석 및 고온 열분해 실험을 통해 폐타이어, 폐플라스틱의 기초 물성과 고온에서의 열분해 특성 및 유해가스 거동 특성을 알아보았다. 열분해 방식은 질소를 1 l/min으로 반응기에 정량 공급함으로서 불활성 분위기를 유지하였으며, 전기로를 이용한 간접가열 방식으로 1000℃에서 1300℃까지의 온도범위에서 실험을 실시하였다. 이때 시료의 투입량, 반응온도, 반응시간의 변화에 따라 열분해 생성 가스, 촤의 수율, 가스 성분의 조성과 생성율 및 가스의 발열량의 변화를 조사 하였으며, 반응온도, 반응시간의 변화에 따른 황화합물 및 염소화합물의 발생량 및 조성을 살펴보았다.
폐타이어, 폐플라스틱의 원소분석, 공업분석, 발열량분석을 통한 기초 물성 조사 결과 각 시료의 발열량은 9000㎈/g이상으로 매우 높게 나타났으며, 폐플라스틱의 각 시료가 폐타이어에 비해 더 높게 나타났다. 또한 폐타이어의 휘발분 양이 66.5%로 석탄의 34.7%에 비해 높게 나타났으며, 29.5%의 고정탄소 함량을 보임으로써 Slag melt 공정에 연료로서 투입 시 용융충에서 촤에 의한 연소반응열 및 환원제로서 사용 될 수 있을 것으로 보인다. 그러나 폐플라스틱의 경우에는 고정탄소의 양이 거의 없어 용융충 상부에서 휘발분의 2차 연소에 의한 반응열을 이용할 수 있으나 환원제로서의 역할은 어려울 것으로 판단된다.
1000℃에서 1300℃까지의 온도범위에서 고온열분해 실험을 실시한 결과 반응 온도의 증가에 따라 가스의 수율은 약40%에서 57%까지 증가했으며, 메탄의 발생은 1100℃이상의 온도에서 감소하는 경향을 보였다. 또한 에틸렌이상의 탄화수소류는 1200℃이상의 온도에서 생성되지 않았다. 그러나, 수소의 경우에는 1000℃에서 1300℃까지의 반응온도 증가에 따라 10%에서 70%까지 발생량의 증가를 보였다. 따라서 1100℃이상의 온도에서 1차 열분해 생성물의 수소로의 전환이 활발히 일어나고 있는 것으로 사료된다. 열분해 반응의 시작은 반응온도의 증가에 딸라 빨라져 1300℃에는 폐타이어의 경우 약30초, 폐플라스틱의 경우 약20초 이전에 빠르게 진행되어 거의 완료되었다.
시료의 크기를 1g에서 5g까지 변화시켜 실험한 결과 가스의 조성 및 발생량, 촤의 형태 등에 큰 차이를 보이지 않았다.
유해가스 거동을 알아보기 위한 열분해 실험 결과 대부분의 황화합물은 H_2S, CS_2의 형태로 배출되었으며, 각각 513-706ppm, 1100-1036ppm의 농도로 높게 나타났다. 또한 H_2S는 반응온도 증가에 따라 소량 감소하는 경향을 보인 반면 CS_2는 증가하는 경향을 보였다. 염소화합물의 농도는 74-75ppm정도로 온도변화에 따라 큰 변화를 보이지 않았다. 따라서 염소화합물은 1000℃이하의 온도에서 모두 휘발되어 지는 것으로 사료된다.
앞으로 열분해 후 잔유하는 촤의 슬래그층에서의 거동, 폐타이어, 폐플라스틱 시료의 혼합 시 고온거동 및 유해가스저감방안에 대한 연구가 계속 진행되어야 할 것으로 보인다.
The environmental problems of the disposal of waste tire and plastic have cnsiderably grown in recent years. In our country, more than 2.1million tons of plastic and 1.7million tires are disposed of annually. The most widely used method of those waste materials is landfill, but in this case it has a severe hazardous risk, such as leakage of toxic chemicals and accidental fires, etc.. Due to these reasons, the recycling of waste tire and plastics is getting more importance.
On the other hand, most of waste plastic and tires have a high potential as fuel with higher heating value. Because of that reasons, this study was carried out to investigate the possibility of use of waste tire and plastic as an alternative fuel for melting of non-combustible wastes in the slag melt process.
In this study, waste HDPE, PP, PS, PVC, and tires have been used as samples for proximate, ultimate, and heating value analyses. In pyrolysis experiments using the above materials, the effects of temperature and sample amount, and yields of volatile and char, gas composition, and emissions of sulfur and chlorine compounds were studied.
The major conclusions in this study are as follow :
1. The yields of total volatiles obtained in the pyrolysis of waste tire are increased from 40% to 57% with increasing temperature in the ranges of 1000-1300℃.
2. The formation of hydrocarbon gases, such as methane, ethylene, ethane, propane and butane are decreased above 1100℃ during pyrolysis. But hydrogen is increased from 10% to 70% with increasing temperature in the ranges of 1000-1300℃. Therefore, it is considered that cracking of primary hydrogen products is rapidly occurred to be converted into hydrogen above 1100℃.
3. Differences of pyrolysis gas composition and shape of char are not observed in the range of 1-5g sample amounts.
4. The concentrations of sulfur containing gases during the pyrolysis of waste tire, such as CS_2 and H_2S, are 513-706ppm and 1000-1036ppm, respectively, in the temperature ranges of 1000-1300℃.
5. The concentration of chlorine compound is nearly constant in the range of 74-75ppm with increasing reaction temperature.
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