21세기 이후 화석 연료 대체하기 위한 에너지 개발에 전세계적으로 관심이 쏠리고 있다. 그 중 폐기물의 자원 회수 및 에너지화는 2009년 기준 우리나라 대체에너지 생산량의 75%를 차지하고 있을 정도로 높은 가용성을 보이고 있다. 그 중 폐합성수지는 높은 발열량으로 인해 소각을 통한 여열회수 및 ...
21세기 이후 화석 연료 대체하기 위한 에너지 개발에 전세계적으로 관심이 쏠리고 있다. 그 중 폐기물의 자원 회수 및 에너지화는 2009년 기준 우리나라 대체에너지 생산량의 75%를 차지하고 있을 정도로 높은 가용성을 보이고 있다. 그 중 폐합성수지는 높은 발열량으로 인해 소각을 통한 여열회수 및 열분해를 통한 바이오오일 회수 등 많은 분야에서 연구가 진행되고 있다.
이 연구는 합성수지 중 많이 사용되고 있는 폴리프로필렌과 폴리스틸렌의 연소 특성과 연소시 발생하는 휘발성 유기화합물(VOCs)의 발생 특성을 알아보고자 연소 시뮬레이션 장비를 이용하여, 연소온도(400℃,500℃,600℃), 투입 공기량(1L/min,8L/min)을 달리하여 연소 특성을 확인하였으며, 타 물질(목재)과의 혼합연소를 통하여 연소 특성의 변화를 관찰하였다.
열중량 분석(TGA-air) 결과 안정적 화합물인 벤젠 고리를 포함하고 있는 폴리 스틸렌의 연소 속도가 가장 느렸으며, 폴리프로필렌과 폴리스틸렌은 저온에서는 연소 속도가 일정한 선형의 중량감소를 보이지만, 고온으로 갈수록 한 점의 최대 연소 속도를 가지는 곡선의 형태를 보였다. 목재는 시료의 투입 직후 최대 연소 속도를 보이며, 연소가 진행될수록 연소 속도가 서서히 감소하였다.
폴리프로필렌 및 폴리스틸렌과 목재를 5:5로 혼합하여 연소 실험을 한 결과 저온에서는 각 시료의 단일연소 시의 연소 속도의 중간의 연소 속도를 보였지만, 고온으로 갈수록 두 번의 최대 연소 속도를 가지는 2차 곡선 형태를 보였다.
배출가스 중 휘발성 유기화합물을 분석한 결과 모든 시료에 대하여 연소 온도가 증가함에 따라 T-VOC의 발생 농도도 높게 나타났으며, 투입 공기량이 증가함에 따라 T-VOC의 발생농도는 감소하였다.
폴리스틸렌과 목재의 연소에서 400℃와 500℃에서 저 산소 조건에서 연소시에는 오히려 단일 연소에 비하여 혼합 연소 시 더욱 높은 농도의 T-VOC가 발생한다. 또한 600℃에서는 폴리스틸렌의 T-VOC 발생량 급격히 증가하였다.
휘발성 유기화합물 중 방향족 탄화수소의 연소 온도, 투입공기량 및 혼합 연소의 발생 거동을 확인한 결과, 벤젠은 연소 온도 400℃-500℃에서 보다 연소 온도 600℃에서 발생량이 크게 상승함을 알 수 있다. 400℃-600℃에서 전 연소온도범위에서 PP+목재나 PS+목재의 혼합 연소는 PP나 PS, 목재의 단일 연소에 비하여 벤젠의 발생 감소가 나타났는데, 벤젠 감소효과는 연소 온도증가와 함께 더욱 크게 나타났다. PP+목재나 PS+목재의 500℃의 혼합 연소는 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌의 발생이 부분적으로 증가하거나 감소폭이 적었지만, 600℃의 상대적 고온연소에서는 PP+목재나 PS+목재의 혼합 연소는 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌의 발생을 크게 감소하는데도 효과적이었다.
This study investigated thermal degradation behaviors of synthetic resins (polypropylene (PP) and polystyrene (PS)) and wood using a large-scale thermogravimetric analysis (TGA-air) under the combustion conditions with combustion temperature of 400, 500, and 600℃ and injection air at a flow rate of 1 and 8 L/min. Then this study analyzed emission characteristics of volatile organic compounds (VOCs) generated from combustion of PP, PS, wood, and PP+wood (1:1), and PS+wood (1:1) using the large-scale TGA-air as a function of combustion temperature and air flow rate. In the TGA analysis, polystyrene containing benzene ring showed the slowest combustion rate followed by polypropylene and wood. The mixtures of resins (PP or PS) and wood showed combustion rates in between the single resins and the wood. Total VOC (T-VOC) concentrations increased with increasing combustion temperature, but decreased with increasing amount of injected air. The highest emission concentration of benzene from the combustion was obtained at combustion temperature of 600℃, followed by 400℃ and 500℃. Also, combustion of the mixtures of the resins and wood was effective in reducing emissions of toluene, ethyl benzene, and xylene as compared single combustion of PP, PS, or wood.
21세기 이후 화석 연료 대체하기 위한 에너지 개발에 전세계적으로 관심이 쏠리고 있다. 그 중 폐기물의 자원 회수 및 에너지화는 2009년 기준 우리나라 대체에너지 생산량의 75%를 차지하고 있을 정도로 높은 가용성을 보이고 있다. 그 중 폐합성수지는 높은 발열량으로 인해 소각을 통한 여열회수 및 열분해를 통한 바이오오일 회수 등 많은 분야에서 연구가 진행되고 있다.
이 연구는 합성수지 중 많이 사용되고 있는 폴리프로필렌과 폴리스틸렌의 연소 특성과 연소시 발생하는 휘발성 유기화합물(VOCs)의 발생 특성을 알아보고자 연소 시뮬레이션 장비를 이용하여, 연소온도(400℃,500℃,600℃), 투입 공기량(1L/min,8L/min)을 달리하여 연소 특성을 확인하였으며, 타 물질(목재)과의 혼합연소를 통하여 연소 특성의 변화를 관찰하였다.
열중량 분석(TGA-air) 결과 안정적 화합물인 벤젠 고리를 포함하고 있는 폴리 스틸렌의 연소 속도가 가장 느렸으며, 폴리프로필렌과 폴리스틸렌은 저온에서는 연소 속도가 일정한 선형의 중량감소를 보이지만, 고온으로 갈수록 한 점의 최대 연소 속도를 가지는 곡선의 형태를 보였다. 목재는 시료의 투입 직후 최대 연소 속도를 보이며, 연소가 진행될수록 연소 속도가 서서히 감소하였다.
폴리프로필렌 및 폴리스틸렌과 목재를 5:5로 혼합하여 연소 실험을 한 결과 저온에서는 각 시료의 단일연소 시의 연소 속도의 중간의 연소 속도를 보였지만, 고온으로 갈수록 두 번의 최대 연소 속도를 가지는 2차 곡선 형태를 보였다.
배출가스 중 휘발성 유기화합물을 분석한 결과 모든 시료에 대하여 연소 온도가 증가함에 따라 T-VOC의 발생 농도도 높게 나타났으며, 투입 공기량이 증가함에 따라 T-VOC의 발생농도는 감소하였다.
폴리스틸렌과 목재의 연소에서 400℃와 500℃에서 저 산소 조건에서 연소시에는 오히려 단일 연소에 비하여 혼합 연소 시 더욱 높은 농도의 T-VOC가 발생한다. 또한 600℃에서는 폴리스틸렌의 T-VOC 발생량 급격히 증가하였다.
휘발성 유기화합물 중 방향족 탄화수소의 연소 온도, 투입공기량 및 혼합 연소의 발생 거동을 확인한 결과, 벤젠은 연소 온도 400℃-500℃에서 보다 연소 온도 600℃에서 발생량이 크게 상승함을 알 수 있다. 400℃-600℃에서 전 연소온도범위에서 PP+목재나 PS+목재의 혼합 연소는 PP나 PS, 목재의 단일 연소에 비하여 벤젠의 발생 감소가 나타났는데, 벤젠 감소효과는 연소 온도증가와 함께 더욱 크게 나타났다. PP+목재나 PS+목재의 500℃의 혼합 연소는 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌의 발생이 부분적으로 증가하거나 감소폭이 적었지만, 600℃의 상대적 고온연소에서는 PP+목재나 PS+목재의 혼합 연소는 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌의 발생을 크게 감소하는데도 효과적이었다.
This study investigated thermal degradation behaviors of synthetic resins (polypropylene (PP) and polystyrene (PS)) and wood using a large-scale thermogravimetric analysis (TGA-air) under the combustion conditions with combustion temperature of 400, 500, and 600℃ and injection air at a flow rate of 1 and 8 L/min. Then this study analyzed emission characteristics of volatile organic compounds (VOCs) generated from combustion of PP, PS, wood, and PP+wood (1:1), and PS+wood (1:1) using the large-scale TGA-air as a function of combustion temperature and air flow rate. In the TGA analysis, polystyrene containing benzene ring showed the slowest combustion rate followed by polypropylene and wood. The mixtures of resins (PP or PS) and wood showed combustion rates in between the single resins and the wood. Total VOC (T-VOC) concentrations increased with increasing combustion temperature, but decreased with increasing amount of injected air. The highest emission concentration of benzene from the combustion was obtained at combustion temperature of 600℃, followed by 400℃ and 500℃. Also, combustion of the mixtures of the resins and wood was effective in reducing emissions of toluene, ethyl benzene, and xylene as compared single combustion of PP, PS, or wood.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.