카바이드 PVC 공법 (Carbide PVC Process)

(1) 석탄(Natural Coal) + 1,000°C 가열 → 코크스(Coke)

  • 석탄은 주성분 탄소 외에 불순물(수분/황/질소/타르 등) 다량 함유
  • 밀폐된 공간에서 산소 차단, 1,000°C 이상의 고온 가열 시 순도 80~90% 수준의 탄소덩어리(Cokes) 탄생
  • 불순물이 줄어들어서 태울 때 연기가 나지 않고, 일반 석탄보다 더 높은 온도로 강하고 일정하게 타오름

※ 코크스(Coke)

(2) 코크스(Cokes) + 석회석(CaO) + 전기로 2,000°C 가열 → 칼슘 카바이드(CaC2 = 전석) 탄생

※ 석회석(Limestone)

※ 대형 전기로에서 가열하는 이유

  • 화학반응의 핵심은 석회석(CaO)의 산소(O) 분리, Ca와 탄소의 C를 결합시켜 탄화칼슘(CaC2) 탄생
  • 일반 연료 가열 시 산소 지속 투입 필요, 가열온도 2,000°C 까지 올릴 수 없으며, 온도도 일정하지 못함
  • 따라서 2~3,000°C 까지 균일한 온도로 가열이 가능하며 산소가 필요없는 전기로에서 가열 필요

(3) 칼슘 카바이드(=탄화칼슘 / CaC2) + 물(H2O) → 아세틸렌(C2H2) 가스 배출

  • 이 과정에서 수산화칼슘 Ca(OH)2 탄생, 강염기성으로 산성화 오염된 토양 등 중화 시 사용

(4) 아세틸렌 가스(C2H2) + 염화수소(HCL) + 수은 촉매 → VCM (C2H3CL)

  • 수은 촉매 반응 후, 수은 함유 폐수와 폐촉매 찌꺼기가 발생, 이것이 전석법을 규제하려는 핵심 환경오염

※ 전석법의 한계

a) 공정 특성에 따른 한계: 전기공급과 물공급 불안정 시 가동률 낮아지고, 원가 변동성 증가

b) 원료 특성 한계: 코크스 자체가 불순물이 zero가 아니기 때문에 PVC를 만들었을 때도 미량의 불순물 남아있음

Overview of the Carbide PVC Process & Limitations

(1) Coking Process

  • Formula: Natural Coal + Heat(over 1,000 celsius degree) → Coke
  • Key Details: Heating natural coal in an airtight, oxygen-free environment removes impurities
  • Result: Produces 80–90% pure carbon (Coke)

(2) Calcium Carbide Synthesis

  • Formula: Coke + Quicklime (CaO) + Electric Arc Furnace (EAF, 2,000 celsius degree) → Calcium Carbide (CaC2)
  • Why EAF (Electric Furnace) is Required:
    • Reaching the 2,000 degree threshold required to strip oxygen from CaO is impossible with conventional fuels.
    • Ensures an oxygen-free environment and uniform, high-temperature heat distribution.

(3) Acetylene Gas Generation

  • Formula: Calcium Carbide (CaC2) + Water (H2O) → Acetylene (C2H2) Gas + Calcium Hydroxide [Ca(OH)2]
  • Byproduct: Generates highly alkaline Calcium Hydroxide (sludge), often utilized for neutralizing acidified soil.

(4) VCM Synthesis

  • Formula: Acetylene (C2H2) + Hydrogen Chloride (HCl) + Mercury Catalyst → VCM (C2H3Cl)
  • Environmental Issue: Mercury-contaminated wastewater and spent catalysts generated

※ Key Limitations of the Carbide Process

  • Process Risk: Production costs are highly volatile due to instability in local electricity and water supplies.
  • Quality Risk: Because impurities of coke, trace elements inevitably remain in the final PVC product.