생기원이 개발한 연속식 열분해 시스템

<이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다>

하루 폐플라스틱 1톤을 처리해 윤활유 원료를 얻을 수 있는 시스템이 국내에서 개발됐다. 생성된 열분해유 품질이 산업용 기어 윤활유 원료로 사용 할 수 있는 수준이어서 상용화가 유망하다.

한국생산기술연구원(원장 이상목)은 신명철 저탄소배출제어연구부문 수석연구원팀이 폐플라스틱을 연속 투입하고, 생성물 또한 연속 회수하는 공정을 구현했다고 5일 밝혔다.

열분해는 탄소를 함유한 유기물을 무산소 상태에서 고온으로 분해해 유용한 원료 성분을 생산하는 기술이다. 폐플라스틱을 열분해하면 증기가 발생하는데, 이를 냉각·응축하는 과정에서 열분해유와 왁스, 비응축가스 등 전환이 이뤄진다. 생성된 열분해유는 플라스틱을 비롯한 다양한 석유화학 제품 원료로 전환될 수 있다.

다만 기존 설비는 원료 처리 후 내부 고체 잔여물인 '열분해 차(Char)' 제거해야 다음 공정을 진행할 수 있다. 가동 중단 후 재가열하는 과정에서 끈적한 왁스 성분(고비점 오일)이 증가해 설비 내 막힘을 유발할 수 있다. 또 기름에 섞이는 왁스 성분 양도 매번 달라져 열분해유 점도·품질이 변동하는 것도 단점이다.

연구팀은 원료 투입부터 반응, 생성물 회수·정제까지, 전 공정을 멈추지 않고 이어가는 '연속식 열분해 시스템' 구축으로 문제를 해결했다.

설비 하단에 나사형 이송 장치와 특수 차단 밸브를 결합한 '연속 배출 시스템'을 개발, 외부 공기 유입을 막으면서 열분해 차를 자동 배출할 수 있게 했다.

또 공정 중 발생하는 비응축가스를 버리지 않고 열원으로 활용해 설비 내부 온도를 일정하게 유지하는 방식으로 왁스 고착을 방지했다.

열분해 과정에서 발생하는 증기를 단계적으로 냉각하는 방식도 적용해 왁스 성분을 먼저 분리·회수하고, 고순도 열분해유를 선택적으로 채취할 수 있게 했다.

연구팀. 사진 왼쪽부터 김성주 선임연구원, 이진기 수석연구원, 신명철 수석연구원, 정수화 수석연구원, 김종수 선임연구원, 황기섭 수석연구원.

<이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다>

특히 열분해 공정 중 발생하는 부산물을 재활용하도록 설계했다. 기존 매립 처리되던 열분해 차를 활성탄이나 전도성 탄소 물질로 재활용할 수 있는 길을 열었다. 비응축가스를 에너지원으로 재투입해 에너지 저감형 공정을 구현하기도 했다.

연구팀은 특히 열분해유와 합성유를 1대 1 혼합한 블렌딩유를 제작, 상용 기어유 베이스오일 규격인 'KS M 2127' 기준과 비교했다. 그 결과, 점도지수 132, 유동점-16도, 인화점 204도를 기록해 기어유용 베이스오일에 필요한 물성 기준을 충족했다.

신명철 수석연구원은 “연속 공정으로 폐플라스틱을 멈추지 않고 처리하면서, 생산된 열분해유를 기어유용 베이스오일로 적용할 수 있음을 확인했다”라며, “실증 및 후속 연구를 통해 상용화 할 계획”이라고 밝혔다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

[Copyright © 전자신문. 무단전재-재배포금지]