비이송식 아크 플라즈마 가스화 시스템에서 산소와 스팀을 이용한 고밀도 폴리에틸렌의 가스화

비이송식 플라즈마 가스화 시스템을 이용하여 고밀도 폴리에틸렌 가스화반응을 진행하 였다. 원료물질로는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 펠렛을 사용하였으며 98.4% 의 휘발성 물질과 86.4% 의 탄소를 함유하고 있다. HDPE 가스화에 사용된 반응기는 열분해 반응 기와 플라즈마 반응기로 각각 구성되어 있다. 열분해 반응기에서는 HDPE의 열분해반 응, 부분 산화 및 산화 반응, 메탄화 반응이 주로 일어나고 플라즈마 반응기에서는 고 온 열 플라즈마에 의한 미 반응물의 산화 반응 및 메탄 개질 반응이 주로 일어난다. HDPE의 주입량은 1.32 kg/h 로 일정하였으며, 열분해 반응기 하부에서 주입되는 산소 의 양에 따라 열분해 반응기의 온도는 820 ~ 950 K, 플라즈마 반응기의 온도는 900 ~ 920 K 으로 변화 되었다. 실험 변수로는 넣어준 산소의 양을 원료물질 주입량으로 나 눈 O2/fuel 비를 사용하였으며, 반응 기체로 산소와 스팀을 동시에 사용할 경우 산소 만을 주입할 때 넣어주는 산소의 양과 동일하게 해주기 위해 산소의 양을 조절하였다. 실험 결과 O2/fuel 비가 1.30일 때 산소만을 반응기체로 사용한 경우 생성가스성분은 CO 40.5%, CO2 28.2%, CH4 12.3%, H2 18.2% 였고, 산소와 스팀을 동시에 사용한 경우 CO 35.9%, CO2 15.6%, CH4 21.7%, H2 18.2% 였다. 열분해 반응기 출구와 플라즈마 반 응기 출구에서 각각 측정된 기체의 조성을 분석한 결과 열분해 반응기에서 생성된 메탄 등의 탄화수소와 같은 미 반응물들이 플라즈마 반응기에서 개질되어 합성가스의 수 율이 증가하였고 이로 인해 cold gas efficiency가 증가하였다. 또한, 산소만을 사용 하였을 때 cold gas efficiency는 58.9% 였으나 산소와 스팀을 동시에 반응기체로 사 용하였을 때 78.8% 로 증가하였다.