자동차내장재용 고분자 물질의 열분해 가스화 반응에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 자동차 내장재용으로 사용되는 고분자 물질을 이용하여 열분해 가스화 반응에 관한 연구를 수행하였다. 열분해 가스화 반응의 대상물질은 자동차 내장재용으로 주로 사용되는 6대 범용수지 중에 PVC를 제외하고 자동차용 내장재에 많이 사용되는 PP(Polypropylene), ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), HDPE(High Density Polyethylene), EPS(Expandable Polystyrene) 와 waste PU(Polyurethane)를 선정하여 각 종류별로 생성된 생성가스의 성분과 열분해 가스화 반응의 가능성에 대해서 연구하였다. 본 실험에 앞서 온도에 변화에 따른 시료의 중량변화를 살펴보기 위하여 순수 질소분위기와 5, 10, 15, 21%의 산소농도 분위기에서 TGA분석을 수행하였다. 또한 열분해 가스화 반응에 대한 속도론 식을 개발하여 각각의 변수에 대한 값을 구하였으며 열분해 가스화 반응기 실험에서는 700℃, 900℃, 1100℃의 온도에 대한 반응변수와 순수 질소분위기, 5%, 10%의 산소농도 변화에 따른 반응변수를 이용하여 연구를 수행하였다. 생성된 기상 성분은 GC를 이용하여 분석함으로서 가연성분의 수율분포를 고찰하였다. 본 연구에서 산소농도의 영향을 고려하여 개발한 열분해 가스화 반응의 속도론 식을 미분법 및 적분법으로 유도하여 적용한 결과에서 여러 가열속도에서 실험값을 이용하는 미분법이 단일 가열속도에서 실험값을 이용하는 적분법보다 효율적인 것을 확인하였다. 또한 열분해 가스화 반응실험에서 각 대상물질에 대하여 기상 생성물 및 액상 생성물의 생성수율을 비교하였으며 생성된 기상 생성물의 성분을 GC분석을 통하여 정성 및 정량분석을 수행하였다. GC의 분석결과에서 성분중 수소, 메탄, 에틸렌이 주성분을 이루는 물질이 반응온도와 산소농도가 증가할수록 기상 생성물의 수율이 증가하는 것을 확인하였다.; The study achieved research about pyrolysis gasification using polymer that is used by automotive interior material. Target material of pyrolysis gasification chose PP(Polypropylene), ABS(Acrylonitrile-Butadien-Styrene), HDPE(High-Density-Polyethylene), EPS(Expandable Polystyrene), and waste PU that is used much to automotive interior materials except PVC among is number of 6 general resin that is used mainly by automotive interior materials. Researched about component of gas and possibility of pyrolysis gasification that is happened by each kind. Executed TGA analysis in pure nitrogen and 5, 10, 15 and 21% oxygen concentration atmosphere to recognize sample weight change according to change in temperature before this experiment. As well as developed kintic model and obtained kinetic parameters about pyrolysis gasification. Achieved research using 700℃, 900℃ and 1100℃ parameters about temperature and pure nitrogen, 5% and 10% parameters about concentration of oxygen in pyrolysis gasification reactor experiment. Gas product component analyzed and investigated fractional yield distribution of combustible component quantity by GC. In this work, the kinetic model which accounts for the effects of oxygen concentration was proposed to describe the pyrolysis gasification and was explained using differential method using data collected at various heating rates is better for kinetic analysis of the pyrolysis gasification than the integral method using the single heating rate experiments. Also, compared the gas product yield and the liquid product yield about each target material in pyrolysis gasification experiment. Component of gas analyzed qualitative analysis and quantitative analysis by using GC analysis. GC analysis result confirmed that yield of gas product was increased reaction temperature and oxygen concentration increase in case of hydrogen, methane and ethylene accomplished main component.