표제지

환경기술개발사업 최종보고서(제출서)

제출문

요약서

제출문

요약서

요약문

SUMMARY

목차

1. 연구개발과제의 개요 28

1-1. 연구개발 목적 28

1-2. 연구개발의 필요성 29

1-3. 연구개발 범위 32

2. 국내외 기술개발 현황 34

3. 연구수행 내용 및 결과 41

3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 41

3-2. 연구개발 결과 및 토의 46

가. 씨이테크(주) (세부주관기관) 46

나. 한밭대학교 (위탁1연구기관) 130

다. 충남대학교 (위탁2연구기관) 161

3-3. 연구개발 결과 요약 234

4. 목표달성도 및 관련분야 기여도(환경적 성과 포함) 238

4-1. 목표달성도 238

4-2. 관련분야 기여도 242

5. 연구결과의 활용계획 등 244

6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 249

7. 연구개발결과의 보안등급 274

8. 국가과학기술종합정보서비스(NTIS)에 등록한 연구시설·장비현황 275

9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 276

10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 276

11. 기타사항 276

12. 참고문헌 277

부록 : 기타 부록, 지침서, 매뉴얼, 안내서, 핸드북 등 283

보고서 1. HFCs 열적처리 배출가스에 포함된 불화수소를 이용한 고순도 CaF₂ 제조 공정기술 개발 321

환경기술개발사업 최종보고서(제출서) 321

요약서 322

요약문 325

SUMMARY 329

목차 331

1. 연구개발과제의 개요 332

1-1. 연구개발 목적 332

1-2. 연구개발의 필요성 338

1-3. 연구개발 범위 339

2. 국내외 기술개발 현황 341

3. 연구수행 내용 및 결과 350

3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 350

3-2. 연구개발 결과 및 토의 358

3-3. 연구개발 결과 요약 474

4. 목표달성도 및 관련분야 기여도(환경적 성과 포함) 476

4-1. 목표달성도 476

4-2. 관련분야 기여도 479

5. 연구결과의 활용계획 등 480

6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 483

7. 연구개발결과의 보안등급 489

8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비현황 490

9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 491

10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 493

11. 기타사항 494

12. 참고문헌 496

부록 : 기타 부록, 지침서, 매뉴얼, 안내서, 핸드북 등 497

보고서 2. 폐냉매 HFCs의 자원순환을 위한 고효율 회수기술 및 정제기술 개발에 관한 연구 553

제출문 553

요약서 554

요약문 557

SUMMARY 561

목차 563

1. 연구개발과제의 개요 564

1-1. 연구개발 목적 564

1-2. 연구개발의 필요성 564

1-3. 연구개발 범위 569

2. 국내외 기술개발 현황 574

3. 연구수행내용 및 결과 579

3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 579

3-2. 연구개발 결과 및 토의 579

3-3. 연구개발 결과 요약 664

4. 목표달성도 및 관련분야 기여도(환경적 성과 포함) 666

4-1. 목표달성도 666

4-2. 관련분야 기여도 667

4-3. 성과목표 달성계획 667

5. 연구결과의 활용계획 669

6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 669

7. 연구개발결과의 보안등급 669

8. NTIS에 등록한 연구시설·장비현황 670

9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 670

10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 671

11. 참고문헌 671

부록 : 기타 부록, 지침서, 매뉴얼, 안내서, 핸드북 등 672

최종보고서 수정·보완사항 요약문 690

〈표 1.2.1.1-1〉 HFCs 처리 기술 비교 30

〈표 2.1.1.1-1〉 국내 종합 불소화학 제조사인 (주)후성의 HFCs를 포함한 생산 제품 34

〈표 2.1.1.1-2〉 자동차용 폐냉매 회수기 개발 또는 보급 현황 35

〈표 2.2.1.1-1〉 HFCs 를 포함한 전세계 불화탄소 사용량 37

〈표 2.2.1.1-2〉 프레온류(폐냉매)의 재생방식에 따른 제거성능 비교 39

〈표 2.2.1.1-3〉 몬트리올의정서에 제시된 ODS 파괴시설의 대기 배출기준(권고) 및 국내 배출허용기준 39

〈표 3.2.1.1-1〉 폐냉매 전용 연소기 사양 47

〈표 3.2.1.1-2〉 연소기 설계 기준 및 결정 Dimension 48

〈표 3.2.1.1-3〉 연소공기 및 재순환 배가스 분배 설계 조건 48

〈표 3.2.1.1-4〉 폐냉매(HFCs) 전용 고효율 연소공정 설계 기준 49

〈표 3.2.1.1-5〉 폐냉매 및 보조연료 조성 50

〈표 3.2.1.1-6〉 폐냉매(HFCs) 열적 파괴 에너지 사용량 비교 51

〈표 3.2.1.1-7〉 폐냉매(HFCs) 열적 파괴 시 Heat Balance 비교 51

〈표 3.2.1.1-8〉 폐냉매(HFCs) 연소가스 냉각 설비 설계 조건 52

〈표 3.2.1.1-9〉 HFCs 연소가스 냉각 설비 사양 53

〈표 3.2.1.1-10〉 K₂CO₃ 물리화학적 특성 54

〈표 3.2.1.3-1〉 KS I 3004 냉매 분석 조건 (R-12, R-22, R-134a) 91

〈표 3.2.1.3-2〉 AHRI Standard GC Operating Condition 91

〈표 3.2.1.3-3〉 AHRI Standard Component Statistical Parameters 92

〈표 3.2.1.3-4〉 AHRI Standard Primary Calibration Standard Components 93

〈표 3.2.1.3-5〉 HFCs 열적 파괴 실험 data와 설계 자료 비교 97

〈표 3.2.1.3-6〉 HFCs 열적 파괴 시 대기오염물질 측정 / 분석 결과 102

〈표 3.2.1.3-7〉 열적 처리 시스템 성능 평가 시 운전 조건 103

〈표 3.2.1.3-8〉 폐냉매 열적 처리 성능 평가 운전 data와 설계 자료 비교 104

〈표 3.2.1.3-9〉 폐냉매 열적 처리 연소가스 중 대기오염물질 산소농도 보정 결과 106

〈표 3.2.1.5-1〉 NPV, IRR 장단점 120

〈표 3.2.1.5-2〉 본 시스템 도입에 따른 편익 및 비용 요약 121

〈표 3.2.1.5-3〉 사업의 시행에 따른 비용 구분 121

〈표 3.2.1.5-4〉 경제성 분석 시 가정 122

〈표 3.2.1.5-5〉 총사업비 및 유지관리비 내역 123

〈표 3.2.1.5-6〉 폐냉매 위탁 처리 수익 123

〈표 3.2.1.5-7〉 재생냉매 판매 수익 124

〈표 3.2.1.5-8〉 온실가스 배출권 거래 수익 124

〈표 3.2.1.5-9〉 200kg/hr 용량 폐냉매 처리 설비 초기 투자비(Reclamation) 125

〈표 3.2.1.5-10〉 200kg/hr 용량 폐냉매 처리 설비 초기 투자비(Destruction) 125

〈표 3.2.1.5-11〉 200kg/hr 용량 폐냉매 처리 설비 연간 운영비 126

〈표 3.2.1.5-12〉 200kg/hr 용량 폐냉매 처리 사업 매출원가 추정 127

〈표 3.2.1.5-13〉 폐냉매 파괴 처리 및 재생냉매 생산 사업의 운영 수익 비교 127

〈표 3.2.1.5-14〉 200kg/hr 용량 폐냉매 처리 사업 현금흐름 추정 128

〈표 3.2.2.2-1〉 1차 공기와 2차 공기 공급량 변화에 따른 연소장치 내부의 온도 140

〈표 3.2.2.3-1〉 폐냉매 분석을 위한 GC 조건 150

〈표 3.2.3.1-1〉 Characteristics of raw wastewater 164

〈표 3.2.3.1-2〉 Terminal velocity depending on particle diameter, drag... 180

〈표 3.2.3.1-3〉 Boundary conditions 183

〈표 3.2.3.1-4〉 Calculation results 188

〈표 3.2.3.2-1〉 Advantages and disadvantages of HFCs management... 191

〈표 3.2.3.2-2〉 Calculation data for CHF₃ decomposition with... 205

〈표 3.2.3.2-3〉 Numerical calculation and experiment results of CHF₃ decomposition 207

〈표 3.2.3.2-4〉 Calculation results of CF₄ decomposition with CH₄ in various molar... 210

〈표 3.2.3.2-5〉 Calculation data for CH₄ decomposition with CH₄ 211

〈표 3.2.3.2-6〉 Calculation data for CF₄ decomposition with HHO 213

〈표 3.2.3.2-7〉 General dependent variable and diffusion coefficient expression for... 223

〈표 3.2.3.2-8〉 Comparison of experiment and calculation results with HFC-134a mass... 225

〈표 3.2.3.2-9〉 Experimental data of thermal decomposition of R-134a as a function of... 227

〈표 3.2.3.2-10〉 Experimental and numerical data of the thermal decomposition of... 228

〈표 5.1.1.1-1〉 국내 사업화 진행 현황 245

〈표 5.1.1.1-2〉 배출원별 발생 폐냉매 확보 계획 246

[그림 1.1.1.1-1] CFCs, HCFCs및 HFCs의 ODP 및 GWP 28

[그림 1.1.1.1-2] 프레온류 처리비용 비교 29

[그림 1.1.1.1-3] 프레온류 처리 시 CO₂ 배출량 29

[그림 2.2.1.1-1] 일본 Yashiro 공장의 불산 리사이클 시스템 40

[그림 3.2.1.1-1] 폐냉매 전용 열적 처리 공정 개략도 46

[그림 3.2.1.1-2] 폐냉매 전용 이중구조 연소기 구조 및 특징 47

[그림 3.2.1.1-3] 폐냉매 열적 파괴 공정 물질 수지 50

[그림 3.2.1.1-4] HFCs 연소가스 냉각설비 개략도 53

[그림 3.2.1.1-5] 폐냉매 연소 공정 형석 제조 공정 시스템 통합 개략도 55

[그림 3.2.1.1-6] 연소가스 중 HF 제거 공정 물질수지도 55

[그림 3.2.1.1-7] 국내 사용되는 주요 냉매의 액화 온도 56

[그림 3.2.1.1-8] R-404A Dew Point 및 Composition 57

[그림 3.2.1.1-9] R-407C Dew Point 및 Composition 57

[그림 3.2.1.1-10] R-409A Dew Point 및 Composition 58

[그림 3.2.1.1-11] R-410A Dew Point 및 Composition 58

[그림 3.2.1.1-12] R-408A Dew Point 및 Composition 59

[그림 3.2.1.1-13] 폐냉매 회수, 분리, 정제, 파괴 및 재활용 공정 물질수지도 60

[그림 3.2.1.2-1] HFCs 전용 연소기 General Assembly Drawing 62

[그림 3.2.1.2-2] HFCs 전용 연소기 출구 Part General Assembly Drawing 63

[그림 3.2.1.2-3] HFCs 전용 연소기 Main Part General Assembly Drawing 64

[그림 3.2.1.2-4] HFCs 진용 연소기 보조버너 Mounting Flange Assembly Drawing 65

[그림 3.2.1.2-5] HFCs 전용 연소기 출구 Part Detail Drawing(1/3) 66

[그림 3.2.1.2-6] HFCs 전용 연소기 출구 Part Detail Drawing(2/3) 67

[그림 3.2.1.2-7] HFCs 전용 연소기 출구 Part Detail Drawing(3/3) 68

[그림 3.2.1.2-8] HFCs 전용 연소기 Main Part Detail Drawing(1/3) 69

[그림 3.2.1.2-9] HFCs 전용 연소기 Main Part Detail Drawing(2/3) 70

[그림 3.2.1.2-10] HFCs 전용 연소기 Main Part Detail Drawing(3/3) 71

[그림 3.2.1.2-11] HFCs 전용 연소기 보조버너 Mounting Flange Detail Drawing 72

[그림 3.2.1.2-12] 이중구조 냉각용 연소공기 공급 ISO Drawing 73

[그림 3.2.1.2-13] 연소가스 냉각설비 General Assembly Drawing 76

[그림 3.2.1.2-14] 대기오염제어설비 General Assembly Drawing 78

[그림 3.2.1.2-15] 대기오염제어설비 P&ID 79

[그림 3.2.1.2-16] HFCs 열적 파괴 처리 공정 HMI 80

[그림 3.2.1.2-17] Main Panel Lay Out 81

[그림 3.2.1.2-18] Power Circuit (1) 82

[그림 3.2.1.2-19] Power Circuit (2) 83

[그림 3.2.1.2-20] Power Circuit (3) 84

[그림 3.2.1.2-21] Power Circuit (4) 85

[그림 3.2.1.2-22] Control Circuit (1) 86

[그림 3.2.1.2-23] Control Circuit (2) 87

[그림 3.2.1.2-24] PLC Input (1) 88

[그림 3.2.1.2-25] PLC Input (2) 89

[그림 3.2.1.3-1] 연소가스 중 HFCs 분석 장치 94

[그림 3.2.1.3-2] GC(FID) 이용 연소가스 중 HFC-134a 표준가스 분석 결과 94

[그림 3.2.1.3-3] 보조연료 이용 Pre Heating 및 Shut down 소요시간 평가 (1) 95

[그림 3.2.1.3-4] 보조연료 이용 Pre Heating 및 Shut down 소요시간 평가 (2) 96

[그림 3.2.1.3-5] HFCs 열적 파괴 성능 평가 시 연소가스 온도 Profile 96

[그림 3.2.1.3-6] HFCs 열적 파괴 성능 평가 시 연소공기 및 연소가스 유량 Profile 97

[그림 3.2.1.3-7] HFCs 열적 파괴 성능 평가서(KTL) 98

[그림 3.2.1.3-8] 연소기 하부 HFC-134a 주입 시 연소기 출구 온도 변화 99

[그림 3.2.1.3-9] 연소기 이중구조 HFC-134a 주입 시 연소기 출구 온도 변화 100

[그림 3.2.1.3-10] 자체 평가 1회 시 연소기 출구 온도 Profile 101

[그림 3.2.1.3-11] 자체 평가 2, 3회 시 연소기 출구 온도 Profile 101

[그림 3.2.1.3-12] 열적 처리 시스템 성능 평가 시 연소가스 온도 Profile 103

[그림 3.2.1.3-13] HFCs 열적 파괴 성능 평가서(KTL) 105

[그림 3.2.1.4-1] 상용규모 폐냉매 처리 공정 개략도 107

[그림 3.2.1.4-2] 상용규모 폐냉매 처리 시스템 General Layout(1) 108

[그림 3.2.1.4-3] 상용규모 폐냉매 처리 시스템 General Layout(2) 109

[그림 3.2.1.4-4] 상용규모 폐냉매 처리 시스템 P&ID 110

[그림 3.2.1.4-5] 상용규모 폐냉매 처리 시스템 Urea Storage Tank Assembly 111

[그림 3.2.1.4-6] 상용규모 폐냉매 처리 시스템 SDR #1 Assembly 112

[그림 3.2.1.4-7] 상용규모 폐냉매 처리 시스템 SDR #2 Assembly 113

[그림 3.2.1.4-8] 상용규모 폐냉매 처리 시스템 Lime Slurry Supply Tank 114

[그림 3.2.1.4-9] 상용규모 폐냉매 처리 시스템 Multi Cyclone Assembly(1) 115

[그림 3.2.1.4-10] 상용규모 폐냉매 처리 시스템 Multi Cyclone Assembly(2) 116

[그림 3.2.1.4-11] 상용규모 폐냉매 처리 시스템 Bag Filter Assembly 117

[그림 3.2.1.4-12] 상용규모 폐냉매 분리 설비 P&ID 118

[그림 3.2.1.5-1] 상용화 설비 운영에 따른 손익분기도 129

[그림 3.2.2.1-2] Thermal Oxidizer (Incineration Furnace) 131

[그림 3.2.2.1-3] Thermal oxidation 132

[그림 3.2.2.1-4] Thermal oxidation 134

[그림 3.2.2.1-5] Thermal Oxidizer(Incineration Furnace) 135

[그림 3.2.2.1-6] Plasma based destruction system 136

[그림 3.2.2.2-1] 수치해석용 연소장치의 기하학적인 형상 138

[그림 3.2.2.2-2] 1차 공기와 2차 공기 공급량 변화에 따른 연소장치 내부의 온도분포 141

[그림 3.2.2.2-3] 1차 공기와 2차 공기 공급량 변화에 따른 연소장치 내부의 온도분포 142

[그림 3.2.2.2-4] 수치해석 결과와 실험결과 온도 비교 144

[그림 3.2.2.2-5] 연소기 길이별 각 단면에서의 온도장 145

[그림 3.2.2.2-6] 1차 공기와 2차 공기 공급량 변화에 따른 연소장치 내부의 HF 농도분포 146

[그림 3.2.2.2-7] 1차 공기와 2차 공기 공급량 변화에 따른 연소장치 내부의 HFCs 농도분포 146

[그림 3.2.2.3-1] 폐냉매 분해용 소각 시스템 147

[그림 3.2.2.3-2] 버너 및 스팀 공급 시스템 148

[그림 3.2.2.3-3] 공급되는 전기 변화량에 따른 스팀 생산량 149

[그림 3.2.2.3-4] 폐냉매인 HFC-134a의 GC-TCD 검량선 150

[그림 3.2.2.3-5] 폐냉매인 HFC-134a 공급량 변화에 따른 소각기 내부 온도... 153

[그림 3.2.2.3-6] 스팀 공급량 변화에 따른 소각기 내부 온도 분포 (type-2 burner) 154

[그림 3.2.2.3-7] 폐냉매인 Hfc-134a 공급량 변화에 따른 소각기 내부 온도 분포 (type-2... 155

[그림 3.2.2.3-8] NOx, CO 농도. (type-1 burner) 156

[그림 3.2.2.3-9] NOx, CO 농도. (type-2 burner) 157

[그림 3.2.2.3-10] HFC-134a 분해율 158

[그림 3.2.2.3-11] 폐HFC-134a 공급량에 따른 배기 가스중의 GC 스펙트럼 159

[그림 3.2.2.3-12] 스팀 공급량 변화에 따른 HFC-134a 분해율 160

[그림 3.2.3.1-1] Schematic repressentation of the fluidized bed reactor 165

[그림 3.2.3.1-2] Photograph of pilot plant in fluidized bed reactor 167

[그림 3.2.3.1-3] Effects of pH and the molar ratio of Ca²+ to...(이미지참조) 168

[그림 3.2.3.1-4] Effects of pH and the molar ratio of Ca²+...(이미지참조) 169

[그림 3.2.3.1-5] Effects of pH and the molar ratio of Ca²+...(이미지참조) 170

[그림 3.2.3.1-6] Effects of pH and seed dose(using the CaF₂... 172

[그림 3.2.3.1-7] Effects of pH and seed dose(using the CaF₂... 173

[그림 3.2.3.1-8] Effects of pH and seed dose(using the... 174

[그림 3.2.3.1-9] Effects of pH and seed dose(using the CaF₂... 175

[그림 3.2.3.1-10] Effects of pH and seed dose(using the CaF₂... 176

[그림 3.2.3.1-11] Efficiency of water content, F and PO4³--P...(이미지참조) 177

[그림 3.2.3.1-12] Terminal velocity depending on particle diameter, drag... 180

[그림 3.2.3.1-13] Schematic diagram of FBR 181

[그림 3.2.3.1-14] Geometry of 3 kind of inlet 183

[그림 3.2.3.1-15] Calculation results of inlet A cases 184

[그림 3.2.3.1-16] Streamline and particle distribution of inlet A cases... 185

[그림 3.2.3.1-17] Calculation results of inlet B cases 185

[그림 3.2.3.1-18] Streamline and particle distribution of case inlet B cases... 186

[그림 3.2.3.1-19] particle track of inlet B cases with changing SV 186

[그림 3.2.3.1-20] Streamline and particle distribution of inlet C with changing... 187

[그림 3.2.3.1-21] Calculation results of inlet C cases 187

[그림 3.2.3.1-22] Turbulent kinetic energy of SV 75 m/hr with inlet... 188

[그림 3.2.3.2-1] Annual halogenated hydrocarbons emission in industrial... 192

[그림 3.2.3.2-2] Flow diagram of fluorine chemistry from CaF2 and the role of... 192

[그림 3.2.3.2-3] Schematic of in incinerator employed in this... 203

[그림 3.2.3.2-4] Incinerator dimension 203

[그림 3.2.3.2-5] Grid generation (150,000 meshes) 203

[그림 3.2.3.2-6] Calculation results for CHF₃ decomposision with CH₄ + H₂O(1) 206

[그림 3.2.3.2-7] Calculation results for CHF₃ decomposision with CH₄ + H₂O(2) 206

[그림 3.2.3.2-8] Calculation results of CF₄ decomposition with... 209

[그림 3.2.3.2-9] DRE of CF₄ decomposition with CH₄ in various... 210

[그림 3.2.3.2-10] Calculation results for CF₄ decomposition with CH₄(CF₄ : CH₄＝1 : 2) 212

[그림 3.2.3.2-11] Calculation results for CF₄ decomposition with CH₄(CF₄ : CH₄＝1 : 2) 212

[그림 3.2.3.2-12] Calculation results for CF₄ decomposition with HHO(1) 214

[그림 3.2.3.2-13] Calculation results for CF₄ decomposition with HHO(2) 214

[그림 3.2.3.2-14] Schematic diagram of tube combustor 221

[그림 3.2.3.2-15] Detailed specification of tube reactor and boundary condition 221

[그림 3.2.3.2-16] Calculation results for the case 7 with the stiucguinetric amount of O₂ flow rate 224

[그림 3.2.3.2-17] Comparison of residence time with HFC-134a mass flow rate 224

[그림 3.2.3.2-18] Calculation results of temperature distributions with increasing... 226

[그림 3.2.3.2-19] Comparison of thennal decomposition of R-134a at the reactor exit between numercial calcuation... 227

[그림 3.2.3.2-20] Comparison of thennal decomposition of R-134a between numerical calculations... 228

[그림 3.2.3.2-21] Calculation results for the wall temperature of 900℃ and stoichiometric condition... 229

[그림 3.2.3.2-22] Calculation results for the wall temperature of 900℃ and stoichiometric condition... 230

[그림 3.2.3.2-23] Temperature distribution by two EBU models... 230

[그림 3.2.3.2-24] HFC-134a mass fraction by two EBU models... 231

[그림 3.2.3.2-25] Calculation result of HFC-134a and hydrogen & oxygen... 232

[그림 3.2.3.2-26] Comparison with calculation results with hydrogen & oxygen... 233

[그림 5.1.1.1-1] 폐냉매 전용 연소 시스템 건설 및 위탁처리 사업 추진 계획 244

[그림 5.1.1.1-2] 폐냉매 처리 사업 인허가 진행 현황 245

[그림 5.2.1.1-1] 해외 수출 전략 247