제2장 폐플라스틱의 유화에 의한 케미컬 리사이클이 그리는 미래 (2) 촉매를 사용한 HiCOP 프로세스의 우위성

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2. 촉매를 사용한 HiCOP 프로세스의 우위성

폐플라스틱의 유화라고 하면, 폐플라스틱을 로에서 가열하고, 분해시키는 단순 열분해 방식이 일반적인데, 폐사에서는 촉매를 사용하는 HiCOP process의 유화 장치를 개발해왔다. HiCOP process에는 촉매를 사용하는 것에 의한 많은 장점이 있고, 종래의 단순 열분해 방식과 비교하면 표1과 같다.

표1 HiCOP process의 특징

	유화(HiCOP 방식)	유화(열분해)	가스화	Monomer화
방식	촉매에 의한 접촉분해	단순 열분해	고온 고압 분해	해중합/가수분해 등
온도	420℃	450~500℃	1300~1500℃	200~500℃
압력	상압	상압	고압(~0.8MPa)	상압
처리방법	연속식	주로 batch식	연속식	연속식
생성유 수율	~90wt%	~80wt%	유화에는 부적합	유화에는 부적합
생성물	Naphtha, 등유, 경유	중질유가 많음	일산화탄소와 수소	Monomer (PS, PET, PMMA)
생성유/가스	高(Wax분 적음, naphtha분이 많음)	低(Wax분 많음, naphtha분이 적음)	가스 (이산화탄소와 암모니아)
운용성	금속, 토사, 유리 등의 이물 혼입에 강함	이물(고형분이나 찌꺼기)의 연속배출이 어려움
안전성	급격한 가스 발생도 없고 발생하는 가스 압은 안정	급격한 압력 상승, 가스 분출 우려가 있음(단순 배치식의 경우)	고압력 장치
설비의 안전성 (유지보수성)	로 내의 caulking이 없고, 유지보스를 대폭으로 삭감, 배관의 막힘, 부식도 적음	Caulking에 의한 처리능력 저하, 배관의 막힘이 일어나기 쉽고, 유지보수 빈도가 높음	고온 고압 장치 때문에 초기 코스트가 높고, 자체 연소시키는 프로세스 때문에 유효 생성물의 수율이 낮음	단일 소재일 필요가 있다.

종래의 유화 기술인 단순 열분해 방식과 비교하여, 촉매를 사용하는 HiCOP 프로세스의 우위성은, 경제성에 있어서 분해온도를 낮게 억제하는 것이 가능한 점과 기름의 수율이 향상되는 점이 있다. 안전면에 있어서도, 단순 열분해 방식에서는 로(爐) 내의 용융 상태의 가연물로 되는 플라스틱이 다량 존재하는 것에 더하여, 급격한 압력 상승 등이 발생하는 우려가 있는데, HiCOP process에서는 로 내에 촉매가 있고, 연속 투입하면서 분해하기 때문에, 종래 기술과 같은 우려도 없이 안전성이 우수하다. 또한 운용면에 있어서도 분해 시의 caulking이나 기름의 왁스화에 의한 트러블도 HiCOP process는 염려가 없고, 지진 등의 재해 시의 리스크도 매우 낮다. 또한 다른 케미컬 리사이클의 수법인 monomer화와 비교하여도, monomer화는 단일 소재에 대해서는 우수한 리사이클의 수법이지만, 혼합 폐플라스틱에 관한 대응이 어렵고, 또한 다양한 폐플라스틱에 대응 가능한 우수한 리사이클 수법인 가스화와 비교하여도, 가스화에서 생성물이 가스이고, 다시 플라스틱을 만드는 원료로 되돌리는 것이 곤란하기 때문에, plastic to plastic의 리사이클을 고려하면, 역시 유화가 메인으로 되고, 촉매를 사용한 HiCOP process는 그 중에서도 우위성이 높은 케미컬 리사이클 수법이라고 생각된다.

기름의 성분의 상세에 대해서 HiCOP process와 단순 열분해 방식과 비교하여 보면 도3과 같이 된다. 그래프에 나온대로 HiCOP process의 쪽이 탄소수 25% 이상의 왁스 성분이 적고, naphtha 유분을 다량으로 포함하는 유동성이 높은 기름이 생성 가능하다. 이것은 일본에서는 특히 겨울이 있기 때문에, 저온도 하에 있어서 탱크 내에 그대로 모아두는 것이 가능할지, 아니면 가온 설비가 없으면 운용이 어려운 지는 경제적으로 크게 열리게 되는 것이기 때문에, 생성유의 저온 유동성의 확보는 매우 중요한 요소로 된다. 특히 PE는 분자 구조 상, 직쇄 구조로 되어 있기 때문에 왁스로 되기 쉽고, 또한 한번 분해되어 기름으로 된 후에도, 시간의 경과와 함께 재중합 하여 탱크 내에 왁스화 하고, 유동성이 떨어져 갈 가능성이 있는데, 촉매를 사용하는 HiCOP process는 분자 구조상, 재중합 하기 어렵고, 저온 유동성을 유지하기 쉬운 기름으로 된다.

도3 HiCOP process와 단순 열분해 방식과의 생성유의 차이

또한 촉매는 원래 플라스틱 분자 구조를 분해하는 성질을 갖고 있기 때문에, 폐플라스틱을 열분해 할 때의 에너지를 10~15% 정도 억제 가능하고, 또한 폐플라스틱이 분해되는 때에 그 일부는 반드시 탄화 하는데, 이 탄화 수율도 단순 열분해 방식과 비교하여 5~10% 정도 억제하는 것이 가능하기 때문에, 폐플라스틱으로부터의 기름의 수율도 향상된다. 이에 더해 촉매라고 하는 분체가 로 내에 있는 것으로 인해, 반응로 내에서부터 이물의 연속 배출이 용이하게 가능하고, 또한 다른 촉매를 가하는 것에 의해 보다 폐플라스틱에 함유되는 염소나 질소분을 반응로 내에서 분해 중에 어느 정도 제거하는 것도 가능하기 때문에, HiCOP process와 단순 열분해 방식을 비요하면 도4와 같은 대비로 된다.

도4 HiCOP process와 단순 열분해 방식과의 비교