國內 生活廢棄物의 熱分解 特性에 關한 硏究

Abstract

본 연구의 목적은 국내 생활폐기물의 열분해 기초 특성을 파악하는 것이다. 실험에 사용된 생활폐기물은 “C”시의 5개 배출원(단독주택, 공동주택(아파트), 주상복합, 상가지역, 관공서)에서 시료를 채취하였다. 시료 채취는 대표성을 유지하기 위하여 배출원별로 폐기물을 임의로 선정하여 60kg씩 180kg을 채취하였고, 이를 다시 균일하게 혼합하였다. 시료의 조정은 원추 4분법을 적용하였고, 최종시료 40-60kg을 선정하였다. 배출원별로 최종시료를 가연성과 불연성으로 구분하였고, 가연성분은 다시 음식물, 종이류, 나무류, 비닐, 플라스틱류, 고무류, 기타류로 분리하였다. 이처럼 성상별로 분리된 배출원별 폐기물을 혼합하여 6종류의 가연성분을 만들었고, 각 성분에 대하여 열분해 실험을 실시하였다. 비등온 열중량 분석과 반응열을 측정하기 위해서는 TA Instrument 사의 SDT-2960 type을 사용하였고, 시료는 Heat transfer의 영향을 최소화하기 위해서 1mm×1mm이하의 크기로 분쇄 혼합하였고, 시료 투입량은 7±0.5mg이었다. 온도는 상온에서 승온율 20℃/min을 사용하여 600℃까지 온도를 상승시켰으며, 운반 가스는 100 ㎖/min의 유량으로 질소를 사용하였다. 등온실험은 본 연구실에서 설계 제작한 열 천칭기를 사용하였고, 반응온도는 450, 550, 650℃에서 약 60분 동안 반응시켰다. 반응 시작하기 전에 반응로 내부의 잔류 공기를 제거하기 위해 질소가스를 5분 이상 주입(유량: 5ℓ/min)하였다. 시료는 열전도 및 전달에 의한 영향을 최소화하기 위해 잘게 자른 후 10±0.01mg을 정량 투입하였다. 등온 반응 온도는 450, 550, 650±0.5℃의 3개를 선정하였다. 생활폐기물의 열분해 실험은 회분식 반응기를 사용하였고, 열분해 속도는 매우 빨라서 450℃에서 10분 이내에 반응이 완료된다. 생활폐기물 열분해 생성물의 수득율은 가스 30~40%, 오일 30~45%, 고체 생성물 10~30%로 플라스틱을 제외하고 폐기물에 따라 큰 차이가 없었다. 오일 생성물 중에 수용성 물질의 함량이 상당히 높으며, 타르 또한 많이 발생하고 pH가 상당히 낮다. 수용성 물질의 함량이 높은 오일은 발열량이 ~1,000kcal/kg 수준으로 낮아 오일을 연소하기 위해서는 보조연료가 필요하다. 고체 생성물의 불연성분은 폐기물 성상에 따라서 다소 차이가 있으나 대략 20~50% 수준으로 나타났고 열분해 고체 생성물의 저위발열량은 음식물쓰레기의 고체 생성물이 가장 낮은 ~4,200kcal/kg 수준이다. 반면에 플라스틱의 고체 생성물은 7,200kcal/kg으로 가장 높은 저위 발열량을 나타내었다. 혼합된 생활폐기물의 발열량은 4,000~5,000kcal/kg 수준이 될 것으로 예상되므로 고체 생성물은 보조연료로서 가치가 있다고 판단된다.; This research was designed to investigate basic pyrolysis characteristics of Korean municipal solid waste(MSW). MSW was collected from five distinct sectors : Commercial area, Institutional area, Single family residents, Apartments, and Complex of commercial and residential area in a city of "C" District. For kinetic analysis under dynamic conditions, TGA(Thermogravimetric analyzer), DTG(Derivative Thermogravimetry), and DSC(Differential Scanning Calorimetry) were introduced, while TB(Thermal Balance) was used for isothermal kinetic analysis. A batch reactor was used to pyrolyze the MSW. Pyrolysis speed was quite fast, leading to completion of reaction within 10 minutes at an operating temperature of 45 0℃. Generation rates of gas, oil, and solid by-products, respectively, demonstrated 30～ 40%, 30～45%, and 10～30% for all compositions of MSW expect for plastics. Oil by-products demonstrated low pH and possessed high content of tar as well as high water-soluble fraction. Owing to high content of water-soluble fraction, heating values of oil by-products were so low to be ～1,000 kcal/kg that supplementary fuel would be necessary to combust the oil by-products. Non-combustible fractions in solid by-products ranged from 20 to 50%. Low heating value of solid by-product originating from food wastes was ～4,200 kcal/kg, which was the lowest, whereas the highest one was ～7,200 kcal/kg corresponding to the solid by-product of plastics. The solid by-products from commingled MSW would allow low heating values of 4,000～ 5,000 kcal/kg, suggesting that the solid by-products might be used as supplementary fuel for industrial applications.