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제출문
보고서 초록
요약문
SUMMARY(영문요약문)
Contents
목차
제1장 연구개발과제의 개요 20
제2장 국내외 기술 개발 현황 22
제1절 국외 기술개발 현황 22
제2절 국내 기술개발 현황 23
제3절 국내외 기술과의 차별성 23
제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 24
제1절 기초자료조사 24
1. 플라스틱(plastic) 24
2. 폐플라스틱(plastic) 발생현황 30
3. 폐플라스틱(plastic) 처리 및 재활용 방법 31
가. Material Recycle 32
나. Chemical Recycle 33
다. Thermal Recycle 34
4. 폐플라스틱(plastic) 국내 처리현황 35
5. 해외의 폐플라스틱(plastic) 재활용 동항 37
가. 미국 39
나. 유럽 39
(1) 독일 40
(2) 프랑스 41
(3) 오스트리아 42
다. 일본 44
6. 폐플라스틱(plastic) 처리공정 46
가. Pyrolysis 46
나. Gasification 48
다. Chemolysis 50
제2절 PMMA의 물리ㆍ화학적 특성 52
제3절 PMMA의 열분해 특성 및 메커니즘 54
제4절 PMMA 열분해 동역학 실험내용 및 결과 56
1. 비등온 동역학 분석 57
가. 미분법 : Chatterjee-Conrad(CC) 방법 57
나. 차분법 : Freeman-Carroll(FC) 방법 58
다. FC, CC방법을 통한 비등온 동역학 결과 58
라. CC 방법 59
마. FC 방법 61
2. 실험값과 모델값의 DTG비교 66
가. Lyon's approximation 67
나. Senum and Yang approximation 70
3. 폐 피엠엠에이(PMMA) 열분해특성 73
제5절 PMMA 열분해 장치 77
1. 공정도 77
2. 공정설계 및 장치설치 78
가. 반응기 78
나. 시료주입장치 79
다. Solid 분리장치 81
라. 응축장치 82
마. 가스순환장치 83
바. Pre-heater 84
사. 분젠버너 85
3. 열분해 오일 증류장치 86
제6절 생성물 분석 88
1. Gas 분석 89
가. Gas 질량 계산 90
(1) Relative response factor 90
(2) FID와 TCD 값의 호환 90
나. 밀도 계산 91
(1) 이상 기체 식을 이용한 mole volume 식 91
(2) 일례 91
2. Oil 분석 92
3. Char 분석 93
제7절 PMMA 열분해 실험내용 및 결과 94
1. 대상 시료의 특성 94
2. PMMA의 열분해 운전과정 및 조건 95
가. 열분해 운전 과정 95
나. 열분해 운전 조건 96
3. Virgin PMMA 열분해 생성물의 특성 98
가. Mass balance 98
나. 가스분석 98
다. Oil 분석 99
(1) GC-MS 분석 결과 99
(2) 수분분석 100
(3) 정제 100
라. Total mass balance 102
4. 자동차 후미등 열분해 생성물의 특성 102
가. Mass balance 102
나. 가스분석 103
다. Oil 분석 104
(1) GC-MS 104
(2) 수분 분석 105
(3) 정제 105
라. Total mass balance 107
5. LCD 도광판 열분해 생성물의 특성 108
가. Mass balance 108
나. 가스 분석 109
다. Oil 분석 110
(1) GC-MS 분석 결과 110
(2) 수분분석 111
(3) 정제 111
라. Total mass balance 113
6. 인조대리석 열분해 실험 114
가. 운전조건 114
나. Mass balance 115
다. 가스분석 116
라. Oil 분석 116
마. Total mass balance 117
7. PMMA 열분해 액상생성물의 증류 실험 119
제8절 결론 127
1. 폐 PMMA TGA 실험 127
2. 폐PMMA의 열분해 실험 127
3. 폐 피엠엠에이(PMMA) 열분해 oil의 증류실험 128
제4장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 130
제1절 연구개발목표 달성도 130
제2절 대외기여도 131
제5장 연구개발결과의 활용계획 132
제1절 추가 사업 필요성 132
제2절 타 연구에의 응용 133
제3절 기업화 추진 방안 133
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 134
제7장 참고문헌 136
부록 138
Table 1. 화학적 구조에 의한 플라스틱(plastic)의 구분 27
Table 2. 열적 성질에 의한 플라스틱(plastic)의 구분 28
Table 3. 원료에 의한 플라스틱(plastic)의 구분 29
Table 4. 전국 플라스틱(plastic) 폐기물 발생 현황 (톤/일) 30
Table 5. 전국 플라스틱(plastic) 폐기물 처리현항 36
Table 6. 해외플라스틱 재활용 동향 38
Table 7. ARA 시스템에 의한 회수품목 및 회수량 44
Table 8. PMMA의 일반적 물성 53
Table 9. Pyrolysis kinetic parameters of PMMA obtained by CC, FC method. 66
Table 10. 생성물 분석 방법 89
Table 11. GC 분석 조건 90
Table 12. GC-MS 분석조건 93
Table 13. 시료의 특성 94
Table 14. 반응기 운전조건(virgin PMMA) 97
Table 15. 반응기 운전조건(자동차 후미등) 97
Table 16. 반응기 운전조건(LCD 도광판) 97
Table 17. Virgin PMMA 열분해 생성물 분포 98
Table 18. Virgin PMMA 열분해 가스 성분 물질 분포 99
Table 19. Virgin PMMA 열분해 생성 오일 성분 물질 분포 100
Table 20. Virgin PMMA 열분해 생성 오일 증류실험 후 성분 물질 분포 101
Table 21. Virgin PMMA 열분해 전체 생성물 분포 102
Table 22. 자동차 후미등 열분해 생성물 분포 103
Table 23. 자동차 후미등 열분해 가스 성분 물질 분포 104
Table 24. 자동차 후미등 열분해 오일 성분 물질 분포 105
Table 25. 자동차 후미등 열분해 생성오일 증류 실험 후 성분 물질 분포 107
Table 26. 자동차 후미등 열분해 생성물 전체 분포 108
Table 27. LCD 도광판 열분해 생성물 분포 109
Table 28. LCD 도광판 열분해 가스 성분 물질 분포 110
Table 29. LCD 도광판 열분해 생성 오일 성분 물질 분포 111
Table 30. LCD 도광판 열분해 생성 오일 증류 실험 후 성분 물질 분포 113
Table 31. LCD 도광판 열분해 전체 생성물 분포 114
Table 32. 인조대리석 열분해 운전조건 115
Table 33. 인조대리석 열분해 생성물 분포 116
Table 34. 인조대리석 열분해 가스 성분 물질 분포 116
Table 35. 인조대리석 열분해 생성 오일 성분 분포 117
Table 36. 인조대리석 열분해 전체 생성물 분포 118
Table 37. Purification of PMMA pyrolysis oil using distillation 119
Table 38. Purification of waste PMMA pyrolysis oil using distillation(1) 123
Table 39. Purification of waste PMMA pyrolysis oil using distillation 126
Fig. 1. 국내 플라스틱(plastic) 흐름도 25
Fig. 2. 원유 처리량과 제품별 생산량 25
Fig. 3. 플라스틱(plastic) 계통도 26
Fig. 4. Material Recycle 흐름 33
Fig. 5. 국내의 폐플라스틱(plastic) 처리 흐름도 36
Fig. 6. 국내 폐플라스틱(plastic) 처리현황 37
Fig. 7. 독일의 DSD 시스템 개념도 41
Fig. 8. 에코앵발라쥬 개념도 42
Fig. 9. ARA 시스템 운영 개요도 43
Fig. 10. 열분해 개념도 47
Fig. 11. 가스화 공정도 50
Fig. 12. 피엠엠에이(PMMA) 제조 공정도 52
Fig. 13. PMMA 분해 메커니즘 54
Fig. 14. TGA curves of 피엠엠에이(PMMA) thermal decomposition 56
Fig. 15. DTG corves of 피엠엠에이(PMMA) thermal decomposition 57
Fig. 16. Chatterjee-Conrad's plot for determining activation energy and pre-exponential factor (slop : -E/R, intercept : lnA) at heating rate 5, 10℃/min 60
Fig. 17. Chatterjee-Conrad's plot for determining activation energy and pre-exponential factor (slop : -E/R, intercept : lnA) at heating rate 5, 20℃/min 60
Fig. 18. Freeman-Carroll's plot for determining reaction order and activation energy (slop : Reaction order, intercept : -E/R) at heating rate 5℃/min 62
Fig. 19. Freeman-Carroll's plot for determining reaction order and activation energy (slop : Reaction order, intercept : -E/R) at heating rate 10℃/min 62
Fig. 20. Freeman-Carroll's plot for determining reaction order and activation energy (slop : Reaction order, intercept : -E/R) at heating rate 15℃/min 63
Fig. 21. Freeman-Carroll's plot for determining reaction order and activation energy (slop : Reaction order, intercept : -E/R) at heating rate 20℃/min 63
Fig. 22. Freeman-Carroll's plot for determining activation energy and energy and pre-exponential factor (slop : -E/R order, intercept : lnA) at heating rate 5℃/min 64
Fig. 23. Freeman-Carroll's plot for determining activation energy and pre-exponential factor (slop : -E/R order, intercep t: lnA) at heating rate 10℃/min 64
Fig. 24. Freeman-Carroll's plot for determining activation energy and pre-exponential factor (slop : -E/R order, intercept : lnA) at heating rate 15℃/min 65
Fig. 25. Freeman-Carroll's plot for determining activation energy and pre-exponential factor (slop : -E/R order, intercept : lnA) at heating rate 20℃/min 65
Fig. 26. Comparison of experimental DTG curve at a heating rate of 5℃/min with FC model prediction (L approximation) 68
Fig. 27. Comparison of experimental DTG curve at a heating rate of 10℃/min with FC model prediction (L approximation) 69
Fig. 28. Comparison of experimental DTG curve at a heating rate of 15℃/min with FC model prediction (L approximation) 69
Fig. 29. Comparison of experimental DTG curve at a heating rate of 20℃/min with FC model prediction (L approximation) 70
Fig. 30. Comparison of experimental DTG curve at a heating rate of 5℃/min with FC model prediction (S and Y approximation) 71
Fig. 31. Comparison of experimental DTG curve at a heating rate of 10℃/min with FC model prediction (S and Y approximation) 71
Fig. 32. Comparison of experimental DTG curve at a heating rate of 15℃/min with FC model prediction (S and Y approximation) 72
Fig. 33. Comparison of experimental DTG curve at a heating rate of 20℃/min with FC model prediction (S and Y approximation) 72
Fig. 34. TGA curve for waste PMMA LCD panel (heating rate : 10℃/min) 73
Fig. 35. TGA curve for waste PMMA LCD panel (heating rate : 20℃/min) 74
Fig. 36. TGA curve for waste PMMA tail light cover(mixed) at heating rate : 10℃/min 75
Fig. 37. TGA curve for waste PMMA tail light cover(mixed) at heating rate : 20℃/min 75
Fig. 38. TGA curve for waste PMMA tail light cover(RED) at heating rate : 10℃/min 76
Fig. 39. TGA curve for waste PMMA tail light cover(RED) at heating rate : 20℃/min 76
Fig. 40. Lab. scale 장치 공정도 78
Fig. 41. 반응기 79
Fig. 42. Feeder 1,2 80
Fig. 43. Silo 80
Fig. 44. Cyclone 81
Fig. 45. Hot filer 82
Fig. 46. 응축장치 83
Fig. 47. compressor 84
Fig. 48. Pre-heater 85
Fig. 49. 분젠버너 86
Fig. 50. Flowsheet on the purification apparatus of pyrolyzed PMMA oil 87
Fig. 51. Photograph on the MMA purification apparatus 88
Fig. 52. Virgin PMMA 열분해 생성 오일 101
Fig. 53. Virgin PMMA 열분해 오일 증류 전, 후 101
Fig. 54. 자동차 후미등 열분해 생성 오일 106
Fig. 55. 자동차 후미등 열분해 생성 오일 증류 전, 후 106
Fig. 56. LCD 도광판 열분해 생성 오일 112
Fig. 57. LCD 도광판 열분해 생성 오일 증류 전, 후 112
Fig. 58. Residual oil remaining in round flask 120
Fig. 59. B.P. distribution for PMMA-440 purified oil 121
Fig. 60. B.P. distribution for PMMA-450 purified oil 121
Fig. 61. B.P. distribution for PMMA-460 purified(purifief) oil 122
Fig. 62. B.P. distribution for PMMA-470 purified oil 122
Fig. 63. Purified oil color obtained from waste PMMA 124
Fig. 64. Picture of the distillation column after experiment when heating power is raised to 260W 125
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