The primary objective of this research is to compare the characteristics of waxy oil obtained from the pyrolysis of waste polyethylene. Four different zeolite-based catalysts were used to compare the characteristics of waxy oil. This study focused on the effects of reaction temperature, gas flow rate, and zeolite type on the yield and composition of waxy oil. The results showed that the maximum yield of recovered waxy oil was approximately 71.1 wt% at 460 ℃ under non-catalytic conditions. When the A4 zeolite was applied, the yield of waxy oil reached up to 76.5 wt%. In contrast, when a ZSM-5 catalyst was used for pyrolysis, the recovered waxy oil was converted into gas, reaching up to approximately 84.1 wt%. The pyrolysis oil from waste PE was characterized using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis. High acidity catalysts such as Beta, Y zeolite, and ZSM-5 produced 22-71.9% aromatic hydrocarbons. In contrast, the low-acidity A4 zeolite yielded non-aromatic hydrocarbons, maximizing the production of oxygenated hydrocarbons (26%) such as alcohols. Simulated distillation (SIMDIS) analysis showed that A4 zeolite generated the maximum wax content with a boiling point above 370 ℃ and 92% non-normal paraffin (iso- and cyclo-structured). The results of this experiment prove that using A4 zeolite, the waxy oil primarily consists of branched paraffins, making it a promising resource for lubricant production and chemical platform applications.

본 연구의 주요 목적은 폐 폴리에틸렌의 열분해로부터 얻은 왁스 오일의 특성을 비교하는 것이다. 특성이 다른 네 종류의 제올라이트를 사용하여 왁스 및 오일의 특성을 비교했다. 본 연구는 반응 온도, 가스 유량 그리고 제올라이트 유형이 왁스 및 오일의 수율과 조성에 미치는 영향에 초점을 맞추었다. 회수된 왁스 및 오일의 최대 수율이 비 촉매 조건에서 460 ℃에서 약 71.1 wt%였다. A4 제올라이트를 적용하였을 때, 왁스 및 오일은 약 76.5 wt%의 최대 수율 보였다. 반면, ZSM-5 촉매를 열분해에 사용했을 때, 회수된 왁스 및 오일은 약 84.1 wt%로 전환되었다. 폐 PE의 열분해 오일은 gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS) 분석을 사용하여 특성을 비교하였다. Beta, Y zeolite 그리고 ZSM-5와 같은 고 산점 촉매는 22-71.9%의 방향족 탄화수소를 생산되었다. 반면, 저 산점의 A4 zeolite는 비 방향족 탄화수소를 생산하여 알코올과 같은 산소화된 탄화수소(26%)의 생산을 극대화했다. Simulated distillation(SIMDIS) 분석 결과에서 A4 zeolite 사용했을 때, non-normal paraffin(-iso 및 -cyclo 구조)이 92%로 크게 전환되었다. 따라서 폐 PE 열분해 시, A4 zeolite를 사용하면 열분해 왁스는 주로 non-normal paraffin으로 구성되어 윤활제 생산 및 화학 플랫폼 응용 분야에 유망한 자원임을 판단된다.

Keywords: plastic waste, pyrolysis, polyethylene, waxy oil, zeolite, paraffin.