열분해는 산소가 없는 상태에서 높은 온도에서 유기 물질을 화학적으로 분해하는 과정입니다. 이 공정은 일반적으로 430°C(800°F) 이상의 온도와 압력 하에서 발생합니다. 이는 물리적 위상과 화학적 조성의 변화를 동시에 수반하며 되돌릴 수 없는 과정입니다. 열분해라는 단어는 불을 의미하는 그리스어 "pyro"와 분리를 의미하는 "용해"가 합쳐진 단어입니다.
열분해는 일반적으로 유기 물질을 회분과 탄소, 소량의 액체와 가스가 포함된 고체 잔류물로 변환하는 데 사용됩니다. 반면에 극도의 열분해는 잔류물로 탄소를 생성하며 이 과정을 탄화라고 합니다. 가수분해 및 연소와 같은 다른 고온 공정과 달리 열분해에는 물, 산소 또는 기타 시약과의 반응이 포함되지 않습니다. 그러나 무산소 환경을 조성하는 것은 사실상 불가능하므로 모든 열분해 시스템에서는 항상 소량의 산화가 발생합니다.
열분해의 유형
열분해
바이오매스의 처리 시간과 온도에 따라 구별되는 열분해 반응에는 세 가지 유형이 있습니다.
느린 열분해
느린 열분해는 긴 고체 및 가스 체류 시간, 낮은 온도 및 느린 바이오매스 가열 속도를 특징으로 합니다. 이 모드에서 가열 온도 범위는 초당 0.1~2°C(32.18~35.6°F)이며 일반적인 온도는 거의 500°C(932°F)입니다. 가스의 체류 시간은 5초 이상일 수 있으며 바이오매스의 체류 시간은 몇 분에서 며칠까지 다양할 수 있습니다. 느린 열분해 동안 바이오매스가 천천히 탈휘발되면서 타르와 숯이 주요 생성물로 방출됩니다. 재중합/재결합 반응은 1차 반응이 발생한 후에 발생합니다.
플래시 열분해
순간 열분해는 빠른 가열 속도와 400~600°C(752~1112°F) 사이의 적당한 온도에서 발생합니다. 그러나 이 공정의 증기 체류 시간은 2초 미만입니다. 급속 열분해는 느린 열분해에 비해 더 적은 양의 가스와 타르를 생성합니다.
빠른 열분해
이 공정은 주로 바이오 오일과 가스를 생산하는 데 사용됩니다. 이 과정에서 바이오매스는 원하는 바이오 오일 또는 가스 제품의 양에 따라 650~1000°C(1202~1832°F)의 온도로 빠르게 가열됩니다. 숯은 대량으로 축적되어 자주 제거해야 합니다.
마이크로파 열분해 빠른 열분해는 마이크로파 가열을 사용하면 이점을 얻을 수 있는 것으로 나타났습니다. 바이오매스는 일반적으로 마이크로파 방사선을 매우 잘 흡수하여 재료를 매우 효율적으로 가열합니다. 식품의 마이크로파 가열과 마찬가지로 열분해 반응을 시작하는 데 걸리는 시간을 줄이고 공정에 필요한 에너지를 크게 줄일 수 있습니다. 마이크로파 가열은 훨씬 낮은 전체 온도(때때로 200~300°C)에서 열분해를 시작할 수 있기 때문에 생산된 바이오 오일에는 열에 더 불안정하고 가치가 높은 화학 물질이 더 높은 농도로 포함되어 있는 것으로 밝혀졌으며, 이는 마이크로파 바이오 오일이 일부 화학 공정의 공급원료인 원유를 대체할 수 있음을 시사합니다.
열분해의 장점
열분해의 주요 이점은 다음과 같습니다.:
1. 다양한 원료를 가공할 수 있는 간단하고 저렴한 기술입니다.
2. 매립지로 가는 폐기물과 온실가스 배출을 줄입니다.
3. 수질오염의 위험을 줄여준다.
4. 국내 자원에서 에너지를 생산함으로써 국가의 에너지 수입 의존도를 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
5. 현대 열분해 기술을 이용한 폐기물 관리는 매립하는 것보다 저렴합니다.
6. 열분해 발전소 건설은 비교적 빠른 과정입니다.
7. 지역에서 발생하는 폐기물의 양을 바탕으로 저소득층을 위한 여러 가지 새로운 일자리를 창출하고, 이는 폐기물 청소를 통해 공중 보건 혜택을 제공합니다.
응용
열분해의 주요 응용 분야 중 일부는 다음과 같습니다.:
이는 화학 산업에서 목재로부터 메탄올, 활성탄, 숯 및 기타 물질을 생산하는 데 널리 사용됩니다.
열분해를 이용해 폐기물을 변환하여 생산된 합성 가스는 전기를 생산하기 위한 가스 터빈이나 증기 터빈에 사용될 수 있습니다.
열분해 폐기물에서 얻은 돌, 흙, 세라믹 및 유리의 혼합물은 건축 자재(건축 슬래그 또는 매립지 덮개 라이너 채우기)로 사용할 수 있습니다.
이는 탄소-14 연대측정 및 질량분석법에서 중요한 역할을 합니다.
또한 캐러멜화, 굽기, 튀김 및 베이킹과 같은 여러 요리 절차에도 사용됩니다.
허난에서는 폐타이어/플라스틱을 생산했습니다. 열분해 공장 이 열분해 기술을 채택하면 열분해 공장에서 폐기물 타이어/플라스틱을 연료유, 카본 블랙 및 강철로 변환할 수 있습니다.
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