환경기술/ 유도가열, 열분해 기술을 응용하는 폐기물처리
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유도가열, 열분해 기술을 응용하는 폐기물처리
(1) 서론

최근까지 국내의 페기물처리는 연소처리에 중점을 두고 실책이 예측되였다. 이 연소처리는 감량화와 위생적 중간처리로서 또 최종처분장으로서의 감용화를 목적으로 하고 그역할을 다 하였다.
근년의 페기물증량, 다이오키신류 발생문제에 거쳐 연소처리중점으로부터 2차 발생물 제지 오 함께 재이용하고 자원화를 함유한 페기물감 량화실책에 전환시키려고 한다. 현재 발생하는 일반페기물은 년간5.000만t에 달하고 연소에 발생하는 배출에 의한 대기오염, 토지오염이나 다이오키신류를 처음으로 하고 환경문제를 해결하는것이 중요한 과제로 되고 있다. 이때 문에 여러가지 처리기술개발이 되여있는바 페기물 프라스치크류의 처리로 서는 수백t/일 규모의 대규모처리 대상인 가스화용융로를 시작 한 열분해 기술이 재주목을 받고 있다고 한다.
열분해기술의 기초는 1970년대에 개발된것이고 유기물을 저산소 중때는 무산소상태에 가열 하고 기체와 액체와 고체에 분리한 수단에 있다. 이 열분해에서는 연소의 경우와 달리 다이 오키신류의 발생을 제지하는것이 가능한 기술인바 여러가지 상황부터 특히 는 20t/일 이하 의 소규모처리에 대해서는 실용화하 면에서 일반 보편적까지는 할수 없었다. 열분해에 필요 한 가열방식으로서는 화석연료(기름, 가스, 석탄등)를 연소시켜 생성되는 열풍이나 증기배가 스를 사용하는것 혹은 전기저항 히크등에 의한 열분해를 가열하는 방식, 열분해가스의 2차 연소재리용등이 일반적으로 채용되고 있다.
富士전기(주)는 지난 크고도 둔한 처린설비나 페프라스틱류 압축감 용화에 요도가열을 응용 하는 호트바인트 설비를 납입하였다. 지금 일반페 기물처리나 리서클 기술에로의 이용을 주 목적으로 한 연소방식에 변 화한 유도가열, 키룬형 연속식 열분해실증장치를 제작하고 페프 라스틱류의 처리실험을 실시한것으로 그결과 개요를 보고한다.

(2) 프라스틱류의 열분해

(2-1) 열분해의 메카니즈무
일반적으로 프라스틱 류는 공기(산소)를 절단하는 상태에서 200℃~400℃이상에 가열하여 분 해하고 기름과 가스에 있는것이 알려졌다. 열분해의 진행구합이나 분해생성물은 프라스틱의 종류나 열분해 온도 에 있어서 상당히 달리한다. 그 예를 그림1에서 표시한다.

포리 염화 비 닐은(pvc) 200℃~250℃에서의 일차분해와 350℃부근에서의 이차 분해에 있어서 염화수소, 탄화수소(가스액체물), 고체(찌꺼기)를 생성한다. 반넘는 프라스틱류는 250℃~450℃에서 분 해를 끝낸다.

유기화합물을 공기또는 산소존재하에서 연소하면 이산화탄소 수증기및 비찌꺼 기(탄분)에 있어서 염소를 함유한 pvc등의 프라스틱류 를 연소하고 다이오키신류의 생성이 문제로 되고 있다.


그림2



그림3
프라스틱류를 산소중 혹은 무산소상태에서 가열하는것에 있어서 물질에 있는 화학구 조나 분자구조의 큰 열분해온도나 늦은 속도등에 있어서 생산및 비기체, 액체, 고체의 생성할합은 다른바 기체와 액체와 고체에 열분해하는것이 였다. 탈염소나 c-c결합, c-h결합의 절단, 재 결 합이 일으킨 결과이고 수소나 가벼운 탄화수소계의 가연가스, 벤젠 이나 토루엔등의 혼 합기름, 탄소등의 고체찌꺼기와 분리하는것이며 에네르기 회수, 마테리아루 리서클,화학 리 서클에 이용할수 있다.더한층 나아 가서 산소를 함유한 화합물에 있는 다이오키신류의 생 성은 거의 없다. 다이오키신류의 구성을 그림2에서 표시한다.

이번에 보고하는 열분해장치는 산소, 공기, 이산화탄소나 증기등 의 다이오키신발생요원으로 산소분자를 절단하는 상태에서 프라스틱계 유기물을 가열하여 분해하는 장치라고 하며 일반 적에는 간류마저도 호흡한다. (아래에 간류장치라고 한다.) 간류란 유기화합물을 저산소중 또는 무산소상태에서 가열하고 기체와 액체와 고체 3가지의 류동하는 수단이라고 열분해와 동의라고 사용하고 있다. 그림3에 간류의 메카니즈므를 그림4에서 연소와 간류의 다름을 표 시한다.

(2-2)간류에 의한 프라스틱 류의 감용화
그림5

오늘의 큰 사회문제로 되고 있는 페프라스틱계 유기 고무류의 처리에 있어서 어떻게 다이오 키신류의 발생을 예방하고 고미감용화에 섭조하고 유기물의 회수 제로에미션에 있다고 한 다. 프라스틱류의 열분해는 이런 사회정 세중에서 낡아가고 새로운 기술이 나타난다. 실업계 고무에 잇어 처리물으 특성이 뚜렷하고 동시에 단일물에 있는 경우의 처리는 성능과 상태에 응하는 수단을 말하는것에서 적합처리가 필요한 것의 일반페기물이라는 그처리 방법 은 같지 않고 처리대상에 좌우지되지 않는 열분해법과 그것에 적합한 가열수단이 필요하 다고 한다.
그림5에 실증장치에서의 페프라스틱류 간류처리를 표시한다. 간류처리에 있어 다이오키신발 생의 억제를 한 처리에 있어 감용화를 그림과 함께 처리가스로부터의 연료유화 마테리 리서 클 한다.

(2-3)간류처리에 적합한 전기가열 수단
이것으로의 간류처리에 필요한 가열수단으로서는 후단추리가 간단한 전기가열이 적합하고 그중에서도 온도 대응성에 부유한 유도가열이 요소기술이였다고 한다. 그림6에서 유도가열의 원리를 표시한다. 교류전원에 접속한 코일중에 금속체를 밀어넣고 교 류전원에 의한 교반자석이 가열된 물질을 통하여 전자유도작용을 일으키고 죠루열에서 키룬 자신이 발열시켰다. 더욱이는 극도로 빠른 온도 온트론이 있는 크린한 가열방 식이라고 하 는것으로부터 전술의 환경과제를 해결하는 좋은 가열수단이라고 한다.

(3) 간류실증장치

(3-1) 장치의 구조, 시스템 개요
표1에 실증실험 장치의 사양, 그림7에 공급하는 간류장치의 장치구조, 사진1에 실증실험안치 를 외관을 표시한다.
실증실험 장치는 페프라스틱류 쓰레기를 다이오키신류의 발생을 억제 하고 처리하는것을 주요목적으로 실험하였다.
우선 시, 마을, 촌에서 집중하였던 프라스틱은 투입구보다 스크리우후이다에 약 1/15 감용압 축시켜 키룬내에 운송한다.
투입구부터의 공기는 압축시킨 프라스틱류 쓰레기에 의한 자동 적으로 절단시키고 시루한 노력이 들었다고 한다.
그리고 키룬내부에는 N2가스를 도입하고 극 저산 소상태에 있는 외기를 절단하는 구조라고 한다.
키룬의 외형부에는 유도가열 코일이 설치되여 있고 키룬본체는 유도가열에 있어 직접발역 가열 시킨다. 그리고 투입시킨 프라스틱를 450~700℃에서 가열한다.
키룬는 각소에서 열전에 대응하여 온도를 기측하고 상시설정온도를 유지하는 온도 후이도바크제어가 없으면 않된다 고한다.
투입시킨 프라스틱류 쓰레기는 일용공간에서 급속히 가열하여 500±50℃의 고온을 유지하고 극단시 토파간에서 고온열 분해하여 화합물과 가스로 분리시킨다. 탄수화물은 출구의 호파 에 민로되여 가스는 응측기에서 랭각하고 응축과 가연가스는 탈엽장치,액화방지장치를 거쳐 연소로에 도입시킨다.

그림7


사진1
3.2 장치의 특징
본장치는 유도가열을 이용한것으로되여 많은 우월한 특징을 갖고 있다.
1)다이오키신류의 발생하는 어려운 가열방식
다이오키신은 산화 분위기아래서 낮은 온도하에서 발생이 선명하다고 한다. 본방식은 바다 염에 의한 연소와 같지 않고 밀봉부활성 분위기공간에서 처지물에 직접화염을 주지않는 간 접가열로서 O2에 의한 다이오키신 발생원인이 극히 적은 가열처리 방식이라고 한다.

2) 안가한 설비
발생가스는 처리물로부터의 분해가스에서 버너에 의한 배가스량 증대가 없기 때문에 후처리 설비가 간단하게 되였다. 또 대규모처리 설비와 같은 고온연도를 설치하는 필요가 없고 총 설비 비용이 안가에 있게 된다.

3)금속가열 온도제어의 쉬운것
유도가역의 금속가열 특성은 다이오키신류의 발생시 쉽게 저온(200~300도)범위를 급속히 통 과 가능하고 동시에 온도응답성에 풍부해지고 있기 때문에 약한 온도관리와 필요가열 부위 를 필요온도에 유지하는것이 가능한 설비로 된다.

4)높은 에너지 효율
유도가역에 의한 키룰 자신을 발열체에 두는것이 있어 타방식에 비교하면 가열효율이 85% 나 높고 동시에 연소식으로 본것과 마찬가지로 검댕이가 달라붙는것에 관한 효율 저하도 없 이 작동 코스트의 저감이라고 한다.

5) 처리 대상물에 제한이 없다.
프라스틱류 페기물중에 도자기부스러기, 진흙 등의 잡질물이 있어도 문제없이 가열처리가 할수 있고 처리물을 운반할수 없다.

6) 연속으로 파치 처리는 광범한 운반이 가능
24시간연속운반으로부터 매일가열, 랭각을 조절하는 파치처리에도 대응가능한 처리설비가 있고 일반기업, 개인규모까지 설치할수 있다.

(7) 자원회수가 가능하다.
간류의 원인으로 탄수화물,응측유,가연가스 이외에 금속을 비산화에서 회수할수 있다.

3.3 실증실험결과
A시,B시보다 제공이 많은 페프라스틱류 쓰레기에서 실증 실험을 연속하고 있는중이고 현황 에서 결과를 보고한다. 표2에서 실험결과의 한가지 예를 사진2에서 실험재료(투입한 페프라 스틱)와 실험 생산물을 표시한다. 또 그림 8에 유도 가열식 간류 장치의 개념과 물자수입,지 출을 표시한다.
페프라스틱류의 간류처리에서의 감량,감용화로서는 열분해 온도가 500±50℃의 범위내에서 탄화물 중량 베스에서 약1/10에 감량하고 다이오키신류도 규정치 이하를 확보하고 탄화로로 96.0%이상 이라고 한다.
응축유성액과가연가스의 생성비율은 열분해 온도에 있어 수시로 변 화하고 550℃이상에 이르면 가연가스의 생성량이 극단에 많이 있다.응축유성액은 밀도0.87의 원유수준 같이 발열량은 1,2000cal/g 이라고 한다.
염소 밀도가 약은 많으며 알카리수에서 뒤처리 함에 있어 저감 가능하다고 한다. 재생유,연료유로서 이용의 가능성으 무지 크다. 실 험장비의 운인으로 가연가스느 2차 연소후에 배출되고 있으며 배가스중의 다이오키신류도 규정치이하에 있다고 한다.
소형보이라등의 연료로서 이용 가능성은 크다고 생각된다.
흥취 깊은 것은 탄화물 찌거기 중에 남은 알루미늄을 중심으로 한 금속 찌거기라 한다.
식품포장 에 사용하고 있는 엷은 비닐랲이 산화되면서 금속으로 회수 한다고 한다.
더욱더 필요한 에너지는 100kg 처리시 20~30kwh와 버너식 처리의 유량과 비교해도 대단히 적은 에너지라고 한다.
이것을 에너지절약환산에 관한 CO2 배출량으로 보면 처리물 1t 에 해당하는 85~128kg로서 환경 에너지절약의 페프라스틱 1t 연각시 배출량2,567kg에 비해 작 은 치라고 한다.
그림8

(4) 발문

유도가열,키룬형 연속식 실증장비에서의 기초실험은 거의 끝났다. 당시 목표로한 다이오키신 류 제어하에서의 페프라스틱류의 감량 감량화에 대해서는 달성되였다고 생각한다.
본 장비 는 온도 제어, 분위기 제어에 있어 페기물 처리 장치, 리서커 처리 장비 등으로의 응용분야 는 광범하다.
페기물 처리에 많은 문제르 가지고 있는 환경사외에 공헌할수 있는 기술이라 고 확신한다.
그것을 토대로한 실용장비설계를 진입하고 환경사회에서의 페기물 처리 리서 커 처리에 공헌할수 있으며 바랍니다.
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