한국화학연구원 Korea Research Institute of Chemical Technology
등록번호
TRKO200200056363
DB 구축일자
2013-04-18
초록▼
I. 제목 폐 EPS의 화학적 자원화 기술 개발 II. 연구개발의 목적 및 중요성 1세기전인 1900년대에 석유화학공업을 기반으로 페놀수지라는 최초의 플라스틱을 탄생시켜 플라스틱공업을 활성화시킨 이래, 수많은 플라스틱 제품이 판매되면서 우리의 생활에 매우 친밀한 자원으로 인식되어 왔다. 플라스틱 자원은 5대 범용 플라스틱으로 일컬어지는 PE, PP, PVC, PS, ABS와 PET 등을 주로 지칭하며 지난 해 전세계적으로 약 1억4천만톤이 생산되었으며 폭넓은 용도로 이용되고 있으며, 플라스틱공업이 시작된
I. 제목 폐 EPS의 화학적 자원화 기술 개발 II. 연구개발의 목적 및 중요성 1세기전인 1900년대에 석유화학공업을 기반으로 페놀수지라는 최초의 플라스틱을 탄생시켜 플라스틱공업을 활성화시킨 이래, 수많은 플라스틱 제품이 판매되면서 우리의 생활에 매우 친밀한 자원으로 인식되어 왔다. 플라스틱 자원은 5대 범용 플라스틱으로 일컬어지는 PE, PP, PVC, PS, ABS와 PET 등을 주로 지칭하며 지난 해 전세계적으로 약 1억4천만톤이 생산되었으며 폭넓은 용도로 이용되고 있으며, 플라스틱공업이 시작된 지 30년밖에 되지 않은 우리나라에서도 지난 해 약 700만톤의 범용플라스틱 제품을 생산하여 세계 4대 플라스틱 생산국의 자리를 차지하게 되었다. 이러한 플라스틱 제품은 재활용율이 98년에도 약 20% 정도로 저조하며 사용 후 폐기물로 분류되어 대부분이 매립, 소각등으로 처리되고 있는 실정이다. 그러나, 최근에는 환경친화적 기술과 환경오염원의 원천적 차단 및 사전방지기술 그리고 자원의 재활용이라는 개념이 기술개발의 중요한 척도로 인식되면서 대량 발생되는 폐플라스틱을 자원으로 이용하기 위한 기술의 필요성이 증가되고 있다. 폐플라스틱의 재활용 기술은 기계적(Material), 화학적(Chemical), 에너지적(Energy) 재활용으로 분류할 수 있다. 기계적 재활용은 원형 또는 가공하는 물리적 재활용 방법이고 화학적 재활용은 원료물질 즉 고분자 중합의 원료물질로 전환시킨 후 재중합시켜 엔지니어링 플라스틱으로 만드는 방법이 있고, 소각 혹은 열분해에 의한 액체연로로 전환하여 에너지로 이용하는 방법이 있다. 그러므로 이러한 화학적 자원 재활용 방법은 공해를 유발시키지 않는 환경친화적이며 경제적으로 기술도약을 시킬 수 있는 잠재력이 매우 크며 부존 자원을 재활용함으로서 탄소자원을 이용하는 촉매에서 매우 중요하다. III. 연구개발의 내용 및 범위 1. 폐폴리스틸렌의 촉매상 열분해에 의한 고순도 SM 회수기술개발 2. 요소기술확립 (원료의 정제, 생성물의 분리 및 촉매제조기술) 3. 반응특성 및 조업변수 최적화 4. 폐플라스틱을 대상으로 고순도 모노머 회수 기술 적용 IV. 연구개발 결과 -폐EPS의 촉매상 열분해에 의한 촉매의 개발 및 벤취규모연구 * 산촉매 및 염기성촉매의 분해 메카니즘을 검토한 결과 염기성촉매를 사용하여 중간체를 안정화시켜 선택적 열분해가 가능하여 약 70%에 달하는 SM수율을 얻음 * 산촉매인 철촉매와 염기성촉매인 알칼리금속의 시너지 효과를 이용한 이중담지 신촉매를 개발하였으며 세슘을 첨가한 경우 고수율로 SM을 얻음 * 최적촉매 선정 및 촉매 대량 제조기술 확립 * 20kg/d 벤취규모 연구 -요소기술확립(EPS 주입방법, 온도결정) * U-tube 형 주입기 개발로 응집 현상 방지 및 연속주입법 개발 * Extruder 개발로 모노머 증기의 역류방지 및 주입량 정량기술 확립 (온도 및 입도크기) * 20 Kg/d 벤취 규모의 연구로부터 1 MT/d 규모 연속주입기의 물질수지 구축을 위한 기초설계자료 작성 -반응특성 및 조업변수 최적화: * 반응온도, 촉매의 반응 특성 분석 및 연속공정 조업의 최적화 -폐 EPS를 감용수거하여 분쇄한 폐플라스틱으로부터 고순도 SM 회수기술 적용 * 생성된 Oil로부터 다단 증류(Spin Band)장치를 이용하여 SM의 분리실험 착수 (순도 99.7% 획득) -농수산물 시장으로부터 배출되는 폐 EPS로부터 모노머 회수기술 확립 (오일수율: 90% 이상, 스틸렌 선택도: 70% 이상: 기존 대비 10%이상 증가) V. 연구개발결과의 활용계획 -재활용율이 매우 낮은 플라스틱류 폐기물의 열분해, 소각기술 대체 -석유화학제품의 폐기물을 무공해 처리하거나 자원화하는 분야에 해당하는 기술로서 환경친화, 청정생산 기술등과 같은 분야로 활용 -재??로부터 Monomer 및 오일 회수기술에 활용 -SAN 등 ABS 로부터 SM 회수기술에 활용
Abstract▼
Recycling of waste polymers has been a topic of interest in the fields of environmental science and technology for some time. Among the techniques proposed for for the recycling of waste polymers, the most attractive methods is chemical recycling into corresponding monomers and/or raw chemicals.
Recycling of waste polymers has been a topic of interest in the fields of environmental science and technology for some time. Among the techniques proposed for for the recycling of waste polymers, the most attractive methods is chemical recycling into corresponding monomers and/or raw chemicals. Energy recycling into fuel oils is also attractive and has been commercially operated using solid acid catalysts such as silica/alumina and ZSM5 zeolite. The fuel oils thus recovered are converted into an abundance of carbon dioxide when burnt as fuels, while raw chemicals recovered by chemical recycling of waste plastics is thought to result in a reduction in the rate of increase of carbon dioxide in the atmosphere as well as in saving carbon resource oils and/or coal. Since Nishizaki reported that about 50% of polystyrene was converted into styrene by a simple thermal degradation at 723K, a much higher recovery of styrene from waste polystyrene has been expected by catalytic degradation. Solid acids have been preferably employed as catalysts for polystyrene degradation because of the their high potential for C-C bond fission. These solid acids, however, resulted in the deposition of a lot of carboneous compounds over the catalyst surface and, hence, in catalysts deactivation after a short reaction time. Moreover, the distillates obtained by soid acid catalysts consisted of significant amounts of both benzene and ethylbenzene propbably because of the further cracking and/or hydrogenation of styrene yielded, as reported by Uemichi. Zhang emphasized to be effective for the selective degradation of polystyrene to styrene: both styrene monomer and dimer. Among the solid bases barium oxide was prone to the most effective catalyst in that more than 85% of polystyrene was recovered as styrene monomer and dimer. The reaction mechanism of the degradation of polystyrene into styrene on solid bases catalyst bases was briefly discussed in terms of the depolymerization reaction, which starts with the elimination of a hydrogen atom on polystyrene by active basic sites on the solid bases catalyst to form carboanions. Our researchers found a interesting points that formation of styrene, ethyl benzene, dimer, trimer and a-methyl styrene obtained from degradation of polystyrene was largely affected by acidity and basity. But, there are few report reported to the effect of acidity and basity on the formation of ethyl benzene and a-methyl styrene produced as side product in this reaction. Thus, this system is greatly affected by acidity and basity of metal oxides. To clear these, the effect of various metal oxides having different acidity and basity on the reactivity and selectivity of polystyrene to styrene are reported. Also, continuous operation using 2L PDU apparatus was carried out and feeding methods using u-tube and extruder were developed. From these continuous operation, basic datas for 1 ton/day pilot scale were obtained.
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