[논문]열분해에 의한 내충격 폴리스티렌 해중합 생성물의 분포 특성

이봉희; 유홍정; 김대수

열분해에 의한 내충격 폴리스티렌 해중합 생성물의 분포 특성
Product Distribution Characteristics of High-Impact Polystyrene Depolymerization by Pyrolysis 원문보기

폴리머 = Polymer (Korea), v.29 no.1, 2005년, pp.64 - 68

이봉희 (충북대학교 공과대학 화학공학과) , 유홍정 (충북대학교 공과대학 화학공학과) , 김대수 (충북대학교 공과대학 화학공학과)

초록
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폐플라스틱으로 수거되는 내충격 폴리스티렌의 액상연료로서의 재활용을 위해 열분해에 의한 HIPS 해중합 특성을 연구하였다. 열분해 온도 및 열분해 시간이 HIPS의 열분해에 미치는 영향을 조사하였다. HIPS의 열분해 반응 시작온도와 활성화에너지는 가열속도가 증가함에 따라 증가하였다. 전환율과 액체수율은 열분해 온도와 시간이 증가함에 따라 점진적으로 증가하였다. 열분해 과정에서 생성된 각각의 액체성분을 한국석유품질검사소 석유제품 품질기준에 기초하여 증류온도에 따라 가솔린, 등유, 경유, 중유로 분류하여 본 결과, 가솔린 > 중유 > 등유 > 경유 순이었다. 특히 가솔린 성분은 열분해된 HIPS의 51${\pm}$6 wt%를 차지하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

To recycle collected high-impact polystyrene (HIPS) wastes as liquid fuel, depolymerization characteristics of HIPS by pyrolysis was studied. The effects of temperature and time on the pyrolysis of HIPS were investigated. The depolymerization temperature and activation energy of HIPS pyrolysis increased with increasing heating rate. In general, conversion and liquid yield gradually increased with pyrolysis temperature and pyrolysis time. Each liquid product formed during pyrolysis was classified into gasoline, kerosene, light oil and heavy oil according to the distillation temperature based on the petroleum product quality standard of Korea Petroleum Quality Inspection Institute. As a result, the amount of liquid products produced during HIPS pyrolysis was in the order of gasoline》heavy oil〉kerosene〉light oil. Especially 51${\pm}$6 wt% of HIPS treated was obtained as gasoline.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

분석하였다. 또한 생성된 오일을 한국석유품질검사소 석유제품 품질기주산 업자원부고시 제2001-149호)에 고시한 증류온도에 따라 분류함으로 써 분해생성물의 특성에 대한 기초자료를 제공하고자 하였다어

가설 설정

이러한 건과는 HIPS가 열분해한 때 축열과성을 거치게 뇌느데. 가 열속노가 증가할수록 가열속노가 플바스딕의 축-열속노를 능가하 게 뇌이 분해반응이 시작뇌는 온도가 노아진다는 기존의 연f 결과 와노' 살 일치하고 있다.

제안 방법

HIPS를 반응시간 및 반응온도 변화에 따라 희박한 산소상태에서 실험 초기부터 목표온도로 급격히 열분해시켜 전환율, 오일수율 및 가스수율 등의 변화를 비교 . 분석하였고, 생성된 액체성분을 한국 석유품질검사소에서 고시한 증류온노에 따라 분류한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
그 결과 용융염이 흘러 넘치게 되어 안전사고의 위험이 있으므로 혼합염의 초기 가열시 세심한 주의가 요구된다. 따라서 용융 염은 혼합염을 소량씩 첨가하여 기포를 충분히 발생시킨 후 다시 첨가하는 방식으로 제조하였다.
응축장치는 파이렉스 시험관 2개를 이용하여 첫 번째 응죽기에 는 약 18-20。(:의 물을 순환시키고, 두 번째 응축기는 10 ℃ 이하의 얼음물을 순환시켰는데, 실제 두 번째 응축기에서 응축되는 휘 발분의 양은 아주 적었으며, 본 연구에 제시된 오일회수 측정가 료는 첫 번째 응축기의 응축량을 기초로 한 것들이다. 또한 반응 기와 첫 번째 응축기를 연결시켜주는 관에 heating tape를 설치하여 관 내부에서 응축이 일어나는 것을 방지하였다.
본 실험장치는 미분반응기, 염저조, 수조, 응축기 및 진동기 등으로 구성되어 있으며, 가열 및 냉각시간을 최소한으로 줄이고 소 량의 시료로도 반응특성을 쉽게 알 수 있도록 Figure 1과 같이 설 계하였다. 실험시 반응온도까지 상승시키는데 걸리는 시간은 약 10초 성노이며 반응온도에서 상온까지 낮추는데 걸리는 시간은 45 초 성도가 소요되었다.
HIPS를 반응시간 및 반응온도 변화에 따라 희박한 산소상태에서 실험 초기부터 목표온도로 급격히 열분해시켜 전환율, 오일수율 및 가스수율 등의 변화를 비교 . 분석하였고, 생성된 액체성분을 한국 석유품질검사소에서 고시한 증류온노에 따라 분류한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
03 g/cc이다. 사용된 HIPS 시료는 가열속도를 변화시켜(5, 10, 20, 40 ℃/ min) TGA(themogravimetric analyzer 4100) 분석을 통한 열분해 특성을 바탕으로 반응온도 및 반응시간에 대한 실험조건을 설정하였다.
미분반응기의 온도가 상온까지 떨어 지면 수조에서 꺼낸 후 실험대에시 분리하였다. 한편 열분해 완 료 후 생성뇐 액체싱분의 증류 특싱을 확인하기 위해 한국석유 품질검사소에서 고시한 증류온도에 따라 분류하였고. 분류방법은 Tabled] 나타내었나.

대상 데이터

반응기는 S.S. 316 재질로 2개를 제작하였으며 각 반응기의 용 적은 30 mL이고 반응기의 내부온도를 측정하기 위하여 외경 3 mm 의 K형 열진대를 설치하였다. 미분반응기의 상세한 제원을 Figure 2에 나타내었다.
본 연구에서 사용한 HIPS시료는 LG화학(주)에서 제조한 HIPS 50IS로서 백색의 타원형 원통 모양의 펠렛이며 직경 2.7~2.8 mm, 높이 2.9~3.0 mm이고, 시료 하나의 무게는 19~21 mg이었다. HIPS 50IS는 사출성형용이므로 수평균분자량 50000 정도의 PS를 함유하고 있으며 용융지수는 200 ℃에서 7.
4 mm 두께의 단열재를 사용하여 열 손실 을 방지하였고, 온도 제어기를 부착하였다. 사용된 염은 KNO₃ 55.8 wt%와 Ca(NC)3)2 44.2 wt%의 혼합 용융염이며, 최초 가열시는 130 ~150 ℃의 온도에서 결정수의 방출로 기포 발생이 매우 심하였다. 그 결과 용융염이 흘러 넘치게 되어 안전사고의 위험이 있으므로 혼합염의 초기 가열시 세심한 주의가 요구된다.

이론/모형

한편 열분해되기 어려운 성도를 나타내는 한 척도로 활성화에너 지를 늘 수 있는데 이를 사용하면 속도룬적 고찰 또한 가능해진나& 본 실험에서는 열분해 활성화에너지를 구하기 위하여 아래와 샅 이 Coats-Redfern 방법을' 사용하였다.

성능/효과

첫째, 사용된 HIPS의 열석 특성을 파악하기 위해 가열속도의 변 화(5, 10, 20, 40 °(:/min)에 따라 TGA 분석 및 열분해 활성화에너 지를 구해본 결과 가열속노가 증가할수록 분해반응이 시작되는 온 도와 활성화에너지의 값이 증가하는 경향을 나타냈으벼, 열분해 잔 류물도 거의 없음을 보여주었다.

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상세보기
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