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SUMMARY
목차
제1장 서론 17
제1절 연구의 배경 17
1. 폐플라스틱의 문제점 및 현황 17
2. 폐플라스틱의 recycle 동향 분석 19
가. Material Recycling 19
나. Thermal Recycling 20
(1) 직접 소각 기술 20
(2) 고형 연료 기술 21
(3) 고로 연료화 기술 22
다. Chemical Recycling 23
제2절 연구의 진행 및 3차년도 연구 목표 26
1. 2차년도 연구의 주요 결과 26
2. 3차년도 연구의 목표 및 내용 28
제2장 Pilot Plant 의 운전 29
제1절 Pilot Plant 의 운전 방법 및 공정 개선 29
1. Pilot Plant 의 운전 방법 29
2. Pilot Plant 의 공정 개선 31
가. Quench cooler 에서 heavy oil 의 축적 31
나. Pre-heater 용량 부족 33
제2절 Pilot Plant 의 연속 운전 35
1. 실험 시료의 특성 35
2. 운전 조건 36
가. 온도 거동 38
(1) 시료 투입 전 반응기의 온도 거동 38
(2) 시료 투입 후 정상 운전 상태에서의 반응기 온도 거동 40
나. 압력 거동 42
다. 유동화 가스 43
라. Product Gas 의 연료 전환 43
마. 유동화 모래 43
바. 열분해 오일 회수 장치 44
3. 물질 수지 45
가. 단일 시료의 열분해 특성 47
(1) PE 폐기물의 열분해 47
(2) PS 폐기물의(폐기물이) 열분해 48
나. 혼합 폐기물의 열분해 특성 49
(1) PE／PP／PS 혼합 폐기물의 열분해 49
(2) PE／PS 혼합 폐기물의 열분해 50
(3) PE／ABS 혼합 폐기물의 열분해 52
4. Energy Balance 53
5. 열분해 생성물 분석 55
가. 단일 성분 시료의 열분해 생성물 분석 56
(1) PE 시료의 열분해 생성물 분석 56
(2) PS 시료의 열분해 생성물 분석 58
나. 혼합 실험 시료의 생성물 분석 60
(1) PE／PP／PS 시료의 생성물 분석 60
(2) PE／PS 시료의 생성물 분석 62
(3) PE／ABS 시료의 생성물 분석 63
(4) 생성 오일의 비점 분포 65
(5) Solid 분석 67
(6) 생성 오일 중의 금속 성분 분석 68
(7) 결과 및 고찰 69
제3장 Lab. 실험 기초 연구 71
제1절 Lab. reactor의 개요 71
제2절 PE／ABS coagulum 의 Lab. Test 72
1. Steam 첨가 효과 72
2. Steam 을 투입한 열분해 실험 74
가. 실험 방법 74
나. 운전 조건 74
다. 실험 결과 75
(1) 열분해 생성물 비교 75
(2) 열분해 생성물 성분 분석 77
라. 결론 79
제3절 고분자의 열분해 온도에따른 가스 성분의 변화 81
1. PE 의 열분해 온도에 따른 가스 성분 변화 82
2. PP 의 열분해 온도에 따른 가스 성분 변화 83
3. PET 의 열분해 온도에 따른 가스 성분 변화 85
제4장 PVC 열분해 처리 대책 87
제1절 PVC 의 열분해 특성 87
1. PVC 의 첨가제 성분 87
2. PVC 의 열분해 특성 88
제2절 PVC가 포함된 혼합 폐플라스틱 처리 기술 동향 90
1. 아헨 대학 91
2. Veba oil 94
3. Fuji Recycle 공정 95
4. 기타 일반 폐기물을 대상으로 한 열분해 플랜트 97
가. 입천시 Recycle Center 97
나. 신석 플라스틱 유화 공정 98
다. 동지 혼합 폐플라스틱 유화 처리 공정 99
라. 염화수소 회수 기술 100
제3절 HCl 처리 제거를 위한 기초 실험 101
1. Extruder의 제작 101
2. 실험 102
3. 실험 결과 토론 104
제5장 열분해 경제성 검토 107
제1절 열분해 공정 경제성 검토 107
1. 열분해 공장 투자비(10,000 톤／년) 108
2. Product cost(10,000 MTY Basis) 109
가. 오일 수율(＝ 47.4%) 109
나. 잉여 가스 수율(＝ 26.7%) 109
다. Product cost 109
3. Total cost 110
4. 처리규모에 따른 경제성 분석 111
제2절 타 열분해 공정과의 비교 112
1. Hamburg 열분해 공정 114
2. Fuji Recycle 공정 115
3. Mitsubishi(삼릉) 공정 116
제6장 폐플라스틱 Recycling 을 위한 과제 117
제1절 외국의 Recycling 법적 규제 동향 117
1. 독일 117
2. EU 118
3. 미국 119
4. 일본 119
제2절 우리 나라의 현황 120
제3절 폐플라스틱 재활용 확대를 위한 과제 120
제7장 결론 123
제1절 상업화를 위한 연구의 진행 123
제2절 3차년도 연구 결과 124
참고문헌 127
Appendix I. Mass Balance of waste plastics in pyrolysis process 129
Appendix II. GC 에의한 열분해 가스 및 오일의 성분 분석 130
1. GC 조건 130
2. GC Chromatograme 131
Appendix III. 열분해 플라스틱의 TGA 데이타(승온속도＝20℃／min, 분위기:N₂) 133
1. PE TGA data 133
2. PP TGA data 134
3. PS TGA data 135
4. PET TGA data 136
5. PVC TGA data 137
그림 1.1. 국내 폐플라스틱의 발생량 및 재활용율 18
그림 1.2. 폐플라스틱 고로 취입 Recycle 시스템 22
그림 1.3. Chemical Recycling 의 개념도 23
그림 2.1. 폐플라스틱 열분해 Pilot Plant 공정도 30
그림 2.2. 공정 개선 후의 quench cooler 공정도 33
그림 2.3. Pre-heater 공정도 34
그림 2.4. 반응기 내부의 온도 거동(시료 투입 전, Test No. P8) 39
그림 2.5. 정상 상태에서의 반응기 온도 거동(Test No. P8) 40
그림 2.6. 반응기 내부의 압력 거동(Test No. P8) 42
그림 2.7. 온도에 따른 PE 폐기물의 열분해 특성 47
그림 2.8. 열분해 온도에 따른 생성물의 영향(PE／PP／PS) 50
그림 2.9. PE, PS, PE／PS 시료의 열분해 생성물 비교 51
그림 2.10. 열분해 온도에 따른 오일 수율의 영향(PE／ABS＝3／1) 53
그림 2.11. 열분해 온도에 따른 가스 성분의 변화(PE) 57
그림 2.12. 열분해 온도에 따른 오일 성분의 변화(PE) 58
그림 2.13. PS 폐기물의 열분해 특성 59
그림 2.14. 열분해 온도에 따른 가스 성분의 변화(PE／PP／PS) 60
그림 2.15. 열분해 온도에 따른 오일 성분의 변화(PE／PP／PS) 61
그림 2.16. 열분해 생성 가스의 조성 (PE／PS＝70／30) 62
그림 2.17. 열분해 오일 성분 비교(PE／PS, 폐플라스틱조성:표 2.2 참조) 63
그림 2.18. 열분해 온도에 따른 가스 성분 영향(PE／ABS＝70／30) 64
그림 2.19. 열분해 온도에 따른 생성 오일 조성(PE／ABS＝70／30) 66
그림 2.20. 열분해 오일의 비점 분포(PE) 67
그림 3.1. Lab. Scale 열분해 장치 공정도 71
그림 3.2. PE 열분해에서 steam의 영향(800℃) 73
그림 3.3. 열분해 생성물의 수율 76
그림 3.4. 열분해 가스의 성분 비교 78
그림 3.5. 열분해 오일의 성분 비교 79
그림 3.6. 열분해 장치도 81
그림 3.7. PE 의 열분해 온도에 따른 가스 성분 변화 82
그림 3.8. PP 의 열분해 온도에 따른 가스 성분 변화 83
그림 3.9. PET 의 열분해 온도에 따른 가스 성분 변화 85
그림 4.1. PVC 수지의 열분해 반응기구 89
그림 4.2. 압출기에 의한 PVC 의 열분해 92
그림 4.3. 폐 PVC 의 Recycle scheme 93
그림 4.4. Depolymerization 및 HCl 회수 공정 94
그림 4.5. Depolymerization 공정에 따른 mass balance 및 염소 화합물의 balance 95
그림 4.6. Fuji Recycle 공정 97
그림 4.7. 입천 폐플라스틱 유화 장치 98
그림 4.8. 신석 폐플라스틱 유화 공정 99
그림 4.9. 동지 혼합 폐플라스틱 유화 처리 공정 100
그림 4.10. Extruder 의 외관 101
그림 4.11. 압출관 및 screw 의 구조(단위:mm) 102
그림 6.1. 독일의 플라스틱 recycling(Source:Deutsche Gesellschaft fur Kunststoff-recycling, 1995) 118
표 1.1. 플라스틱 재질별 재활용 현황(단위: 천톤／년, 1995) 20
표 1.2. 2 차년도 주요 연구 내용(1~12, 1996) 27
표 1.3. 3 차년도 연구 주요 내용 28
표 2.1. 실험 시료의 성분과 용도 35
표 2.2. Pilot Plant 운전 조건 37
표 2.3. 열분해 생성물 물질 수지 46
표 2.4. Heat tube 연료 가스의 교체 54
표 2.5. 열분해 오일의 비점에 따른 분류 65
표 2.6. solid 생성물의 금속 성분 분석 68
표 2.7. 오일 중에 함유된 금속 성분 68
표 3.1. 운전 조건 75
표 3.2. 열분해 생성물의 수율 75
표 3.3. 열분해 오일과 가스의 성분 분석 77
표 4.1.범용 PVC 제품의 첨가제 함량 88
표 4.2. 범용 플라스틱과 PVC 의 열분해 특성 비교 90
표 4.3. 체류 시간 변화에 따른 HCl 제거량 103
표 4.4. 진공 효과와 체류 시간 변화에 따른 HCl 제거량 104
표 5.1. Pyrolysis plant 투자 규모(10,000 MTY) 108
표 5.2. 처리 비용 분석 110
표 5.3. 공정 규모에 따른 LG 열분해 처리 공정 비용 분석 111
표 5.4. 타 공정과의 처리 경제성 비교(10,000 톤／년 기준) 113
표 5.5. Hamburg Process 경제성 자료 114
표 5.6. Fuji Recycle 경제성 자료 115
표 5.7. Mitsubishi cost 계산 자료 116
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