개념 한 쪽
열분해는 유기성 폐기물을 산소가 없거나 매우 적은 상태에서 가열해 가스·오일·탄(회분·char)으로 분해하여 에너지를 회수하는 처리법이다. 반응은 환원성 분위기에서 진행되며 생성물 조성은 산소의 존재와 열공급 속도에 따라 달라진다.
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출제기준 단원 「열분해 재활용」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 장단점 판단 | 1 | 열분해의 장점·단점을 소각과 비교해 가려내기 |
| 운전인자 영향 파악 | 1 | 산소 유무와 열공급속도가 생성물 조성에 미치는 영향 설명하기 |
| 소각 대비 특성 비교 | 1 | 저온·무산소 조건에서 배가스·중금속 거동의 차이 판별하기 |
열분해는 폐기물을 저산소·무산소 상태에서 외부로부터 열을 공급하여 분해하는 공정이다. 이 과정에서 가스, 유기성 액체(오일), 고형의 탄소성 잔류물(char 또는 회분)이 생성된다. 무산소·환원 분위기라는 공정 조건이 열분해의 본질적 특징이다.
열공급 속도가 증가하면 일차적으로 CO, H2, CH4 같은 가스 생성율이 증가하고 유기성 액체·수분·char의 생성량은 감소하는 경향을 보인다. 반대로 열공급이 느리면 액상과 고형물이 상대적으로 많아진다.
산소가 일부 존재하면 불완전 산화가 일어나 일산화탄소(CO)가 많이 생성되고, CO2가 최대가 되는 조건은 충분한 산소하의 완전연소라는 점을 구분해야 한다. 즉 부분적 산소는 CO·불완전연소를 촉진한다.
열분해는 대기오염물질, 특히 NOx가 소각보다 적게 배출되는 장점이 있지만, 생성물(가스·오일·char)의 정제와 고온 장비가 필요해 설비가 복잡하고 유지관리비용이 높다는 단점이 공존한다.
대표적인 문제 유형은 장점과 단점을 반대로 기술한 선지를 골라내는 것이다. 예컨대 '무산소·환원 분위기라 대기오염물질이 적다'는 옳은 설명이고, '설비가 단순해 유지관리비가 저렴하다'는 열분해의 특성과 거리가 먼 잘못된 설명이다.
운전인자 관련 문제는 산소 유무와 열공급 속도의 효과를 묻는다. 산소가 일부 존재하면 CO가 증가하고, 열공급속도가 빠르면 가스(예: H2, CO, CH4) 생성이 증가하며 액상·고형 생성이 감소한다는 원리를 적용해 선지를 판단한다.
또한 소각과의 비교 문제에서는 '저온·무산소·환원' 조건을 먼저 세워 NOx, 배가스량, 중금속 고정 경향 등 결과를 차례로 추론하면 정답을 고를 수 있다.
다음 유기성 폐기물로부터 에너지회수를 위한 열분해 처리공법과 거리가 먼 것은?
정답 ② · 유기성 폐기물의 열분해 처리공법의 특징과 거리가 먼 것을 고르는 문제이다. 열분해는 저산소 또는 무산소 분위기에서 진행되며, 환원분위기이기 때문에 질소산화물이나 황산화물 같은 대기오염물질 발생이 적다.
열분해는 무산소·환원분위기라 대기오염물은 적지만 설비가 복잡해 유지관리비는 오히려 비싸다.
유해폐기물을 물리화학적으로 처리하기위한 방법중 활성탄 흡착에 관한 설명으로 틀린 것은?
정답 ③ · 활성탄 흡착에 관한 설명 중 틀린 것을 고르는 문제이다. 활성탄 흡착은 분자량이 크고 극성이 낮으며 수중 용해도가 낮은 화학물질일수록 잘 이루어지는 경향이 있다.
활성탄 흡착은 분자량이 크고, 극성이 낮으며, 용해도가 낮은 물질일수록 잘 된다.
다음 습식산화(Wet Oxidation)에 관한 설명 중 잘못된것은?
정답 ① · 습식산화에 관한 설명 중 잘못된 것을 고르는 문제이다. 습식산화는 약 70기압, 210℃ 정도의 고온·고압 조건에서 수중에 산소를 공급하여 유기물을 산화 분해하는 공정이다.
습식산화는 고온·고압 수중 산화 공정으로 유기물 분해가 목적이며 질소 제거율이 높지 않다.
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