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표제지
제출문
환경기술개발사업 최종보고서(제출서)
요약서(통합)
요약서(주관)
요약문
SUMMARY
목차
1. 연구개발과제의 개요 40
1-1. 연구개발 목적 40
1-2. 연구개발의 필요성 41
1-3. 연구개발 범위 46
2. 국내외 기술개발 현황 50
2-1. 국내 기술 수준 및 시장 현황 50
2-2. 국외 기술 수준 및 시장 현황 52
3. 연구수행 내용 및 결과 54
3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 54
가. 통합과제 기술개발 최종 목표 54
나. 총괄 과제 기술개발 목표 54
다. 연구개발의 내용(범위) 55
라. 연구개발의 추진전략 · 방법[원문불량;p.20] 59
마. 추진체계 61
3-2. 연구개발 결과 및 토의 63
가. 공정 조사 63
나. 산성가스 제거를 위한 Wet 처리 설비 개발 75
다. 통합 시스템 Design 초안 도출 91
라. 200 LPM급 통합 설비 설계 96
마. 200LPM 통합설비 시작품 제작 및 성능평가 102
바. 200LPM 통합설비 시제품 제작 및 성능평가 121
사. 600LPM 통합설비 시작품 제작 및 성능평가 130
아. 200LPM 통합설비 현장 데모기 제작 및 성능 평가 140
자. SEMI 인증 140
카. 신기술 인증 141
타. 수요기업 현장 시험 및 평가 계획 142
파. 위탁 연구기관 143
하. 연구개발 성과 208
3-3. 연구개발 결과 요약 213
4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 215
4-1. 목표달성도 215
4-2. 관련분야 기여도 217
5. 연구결과의 활용계획 218
5-1. 사업화 계획 218
5-2. 기술이전 계획 220
6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 221
7. 연구개발결과의 보안등급 221
8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 221
9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 221
10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 222
11. 기타사항 222
12. 참고문헌 222
부록 224
부록 1. 500~3000LPM Wet Tower 설계 224
부록 2. 단위기술 Interlock 예상목록 231
부록 3. 200LPM 현장 데모기 고객사 반입 계약서 234
부록 4. 성능평가서 238
연구개발성과활용 계획서 252
자체평가의견서(주관기관) 266
연구개발성과 확약서 273
초과엔탈피연소와 적정농축기술을 이용한 PFCs 및 NF₃ 고성능(고분해율 및 에너지 이용효율) 분해처리기술개발에 관한 연구 274
제출문 274
환경기술개발사업 최종보고서(제출서) 275
요약서 276
요약문 285
SUMMARY 293
목차 300
1. 연구개발과제의 개요 301
2. 국내외 기술개발 현황 320
3. 연구수행 내용 및 결과 328
4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 468
5. 연구결과의 활용계획 471
6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 473
7. 연구개발결과의 보안등급 473
8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 473
9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 473
10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 474
11. 기타사항 477
12. 참고문헌 477
연구개발성과활용 계획서 479
자체평가의견서 492
PFCs 및 NF3의 고효율 처리를 위한 신개념 전후 집진처리기술개발 500
제출문 500
환경기술개발사업 최종보고서(제출서) 501
요약서 502
요약문 506
SUMMARY 510
목차 514
1. 연구개발과제의 개요 515
2. 국내외 기술개발 현황 526
3. 연구수행 내용 및 결과 533
4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 624
5. 연구결과의 활용계획 627
6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 628
7. 연구개발결과의 보안등급 630
8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 631
9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 632
10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 633
11. 기타사항 634
12. 참고문헌 636
부록 639
연구개발성과활용 계획서 639
자체평가의견서 651
연구개발성과확약서(내용없음) 514
표1. 온실가스 별 배출량 43
표2. 반도체 폐가스 처리기술 현황 44
표3. 기존 기술의 문제점 46
표4. 국내 시장 규모 현황 및 전망 50
표5. 국내외 시장 규모 현황 및 전망 52
표6. 연구개발 추진 내용 및 추진 방법 60
표7. 공정별 가스 분석 64
표8. 프로세스 가스 반응식 분석 : 1LPM 기준 65
표9. 개발 기술 경제성 분석 73
표10. 개발 대상 기술 우월성 분석 74
표11. 사용 노즐 종류 별 특성 78
표12. 충전제 종류에 따른 제거효율 및 HTU 82
표13. Duct 내 수분 응축량 측정 84
표14. 기 / 액 분리기 성능 85
표15. 각 absorbate에 대한 Kya 값 89
표16. Wet Scrubber 설계안 90
표17. Utility Consumption, Pressure Drop, 조건 변화 분석 92
표18. 단위 시스템 별 문제점 예측 및 해결 방안 94
표19. 200LPM 요소기술 별 시스템 Design 95
표20. 성능 평가 활용 계측기 모델 및 사양 104
표21. 성능평가 측정 장비 106
표22. Powder 발생량 산정 108
표23. 폐가스 속에 포함된 PFCs의 농도 계산 110
표24. PMC 버너로 유입되는 가스 조성 예측 117
표25. 연소기 전 후단의 CF₄ 농도 및 유량 128
표26. F-gas 분해율 128
표27. 세부평가 항목 및 개발 목표 128
표28. 에너지 사용량 비교 129
표29. 연소기 전 후단의 CF₄ 농도 및 유량 139
표30. 세부평가 항목 및 개발 목표 140
표31. CF₄ 흡착제의 종류와 특성 및 CF₄ 흡착 성능 144
표32. PBPC800 Sample의 Langmuir 모델 변수 149
표33. PBPC Sample의 기공 특성과 CF₄ 흡착 성능 149
표34. TiC와 TiC-CDC Sample의 기공 특성 및 CF₄ 흡착 성능 151
표35. 상용 활성탄과 추가 CO₂ 활성화한 상용 활성탄의 기공 특성과 CF₄ 흡착 성능 154
표36. SiC-CDC Sample의 ID / IG 값(이미지참조) 156
표37. SiC-CDC Sample의 기공 특성 및 CF₄ 흡착 성능 157
표38. alpha SiC-CDC와 beta SiC-CDC의 CF₄ 흡착 전 후 표준 엔트로피의 변화 159
표39. Petroleum Coke 기반 탄소 흡착제의 기공 특성 및 CF₄ 흡착 성능 161
표40. 2단 Honeycomb 연소기의 형상정보 173
표41. Honeycomb 버너의 형상 정보 및 물성치 185
표42. 2차 연소기의 형상 정보 187
표43. C₃H8 / O₂ / CF₄ / Ar 연소기의 구동조건(이미지참조) 192
표44. 방향족화합물 분석조건 200
표45. 공기희석 평가 판정요원 선정용 시험액 201
표46. 공기희석 평가과정(예시) 202
표47. 공기희석 평가과정(예시) 202
표48. 황화합물 분석조건 203
그림1. 개발 예정 설비의 공정 개념도 40
그림2. 세계 기후변화 대응 정책 추이 42
그림3. PFCs / NF₃ 처리 기술 개발 필요성 45
그림4. 고성능 PFCs 및 NF₃ 분해처리 기술 개발 필요성 46
그림5. 기존 POU급 상용 Scrubber 처리 공정 47
그림6. 개발 대상 POU Scrubber 통합 시스템 49
그림7. 국내 스크러버 지식재산권 현황 51
그림8. 국내외 특허 출원 동향 53
그림9. 연구과제 추진 전략[원문불량;p.20] 59
그림10. 가스 분석 구성도 63
그림11. 설비 구간 주요 Clogging 부위 67
그림12. 개발 기술 경제성 분석 73
그림13. Wet 처리 설비 실험 장치 76
그림14. 사용 충진제의 형상 77
그림15. 분석 기기 및 장치 78
그림16. 1st Column 높이 별 암모니아 농도 변화(이미지참조) 79
그림17. 액가스비에 따른 암모니아 제거효율 80
그림18. 기체 유량에 따른 암모니아 제거효율 80
그림19. Column Size에 따른 암모니아 배출 농도 및 공탑 속도 변화 81
그림20. 충전제 종류에 따른 암모니아 제거효율 82
그림21. 위치 별 노즐 변경에 따른 암모니아 농도 변화 83
그림22. 기 / 액 분리기 84
그림23. 기 / 액 분리기 성능 실험 85
그림24. HCl의 포화증기선도 86
그림25. 산 가스 처리 설계 방법 86
그림26. 각종 충전재에 따른 기체부하율 압력손실 비교 87
그림27. Column Size 별 Kya 값 도출 89
그림28. 200LPM 통합시스템 PFD 91
그림29. 200LPM 통합시스템 Design 초안 96
그림30. 200LPM 통합설비 P&ID 97
그림31. 200LPM 주요 모듈 세부 설계 디자인 98
그림32. 200LPM 통합 설비 세부 설계 디자인 98
그림33. 200LPM 통합 시스템의 제어 시퀀스 100
그림34. 200LPM 통합 시스템의 Interlock Sheet 101
그림35. 200LPM 주요 모듈 제작(a : 건식 집진, b : PSA, c : 연소기, d : 산가스 및 습식 집진) 102
그림36. 제작된 200LPM급 시작품 102
그림37. 가스 공급 및 분배 시스템(a : 가스 케비넷, b : 가스 분배기) 103
그림38. 성능 평가 활용 계측기(a : FT-IR, b : Powder feeder, c : Particle counter,... 103
그림39. 효율 측정 위치 모식도 105
그림40. 국립환경과학원 공지의 가스 샘플링 구성도 107
그림41. Powder 입도 분석 108
그림42. Powder Feeder RPM에 따른 투입 Powder량 108
그림43. 건식 집진 효율 측정 109
그림44. Wet 집진 효율 측정 109
그림45. PSA 각 컬럼에서의 압력 변화 110
그림46. PMC 연소반응기로 유입되는 폐가스 유량 변화 111
그림47. PSA 컬럼 배관 수정 전 / 후 111
그림48. PSA 제어 시퀀스 수정 전 / 후 112
그림49. PSA 배관 및 시퀀스 수정 후 압력 변화 113
그림50. PSA 배관 및 시퀀스 수정후 연소기로 유입되는 가스 유량 변화 113
그림51. PSA 컬럼을 지난 후 Bypass 배관으로 배출되는 CF₄의 농도 분석 114
그림52. 재생 배관 및 재생 밸브 변경 115
그림53. 진공펌프 모델 변경 및 모델에 따른 펌프 성능 곡선 115
그림54. 재생 배관 및 진공펌프 수정 후 Bypass Line에서의 CF₄ 농도 측정 116
그림55. 흡착제 변경 116
그림56. 흡착제 변경 후 Bypass Line에서의 CF₄ 농도 측정 117
그림57. PMC 버너 단면도 118
그림58. PMC 연소 온도 Profile 118
그림59. 연소기 시운전 및 연소기 내벽 용융 현상(a : 연소기 내벽의 온도가 높아져 외부로... 119
그림60. PMC 연소기 재설계 도면 및 설치 사진 119
그림61. PMC 연소기 내부 온도 측정 120
그림62. CF₄ 분해 반응 Profile 120
그림63. 점화기 위치 변경 121
그림64. 200LPM 시제품 제작 122
그림65. 200LPM 최종평가 진행 모습 123
그림66. 통합운전시 각 위치 (PSA_in, PSA_vent, PMC_in, PMC_out, Wet_out)별 유량 변화 124
그림67. PMC 연소기 내부온도 측정(T1 : PMC 중앙, T_POST 1~5 : 후단연소) 124
그림68. 통합설비 온도 및 PSA Column 내부 압력 변화 125
그림69. 통합운전 결과 ; 측정 위치 별 CF₄ 농도 126
그림70. 통합운전 결과 ; 측정 위치 별 NF₃ 농도 127
그림71. CF₄의 용해로 인한 HF 검출 확인 130
그림72. 600LPM P&ID_건식집진부 131
그림73. 600LPM P&ID_PSA부 132
그림74. 600LPM_ P&ID_버너 및 수처리 부 133
그림75. 600LPM급 주요 모듈 구성 134
그림76. 600LPM 시작품 제작 136
그림77. 진공펌프 추가 병렬 연결 137
그림78. 600LPM 최종성능평가 진행 모습 137
그림79. 통합운전시 각 위치 (PSA_in, PSA_vent, PMC_in, PMC_out, Wet_out)별 유량 변화 138
그림80. 통합운전 결과 ; 측정 위치 별 CF₄ 농도 138
그림81. 통합운전 결과 ; 측정 위치 별 NF₃ 농도 139
그림82. 200LPM 현장 데모기 설치 141
그림83. 활성탄 제조 퍼니스 145
그림84. 흡착제 기공 특성 분석 장치 145
그림85. CF₄ 흡착 등온선 측정 장치 (부피분석법) 146
그림86. CF₄ 흡착 측정 장치 (질량분석법) 146
그림87. PVDF 기반으로 제조된 다공성 탄소 흡착제의 (a) 질소 흡착 등온선 (77K)과 (b) 기공... 147
그림88. PVDF와 제조된 다공성 탄소 흡착제의 (a) XRD 그래프와 (b) 원소 분석결과 148
그림89. (a) 제조된 다공성 탄소 흡착제의 CF₄ 흡착 등온선 (25℃)과 (b) PBPC800의 온도... 148
그림90. TiC-CDC Sample의 (a) 질소 흡착 등온선 (77K)과 (b) 기공 분포도 150
그림91. TiC-CDC Sample의 (a) XRD 그래프와 (b) 원소 분석 결과 150
그림92. (a) TiC-CDC Sample의 CF₄ 흡착 등온선 (b) TiC-CDC800H Sample의 온도에... 151
그림93. (a) TiC-CDC Sample의 CF₄ 흡착 성능과 (a) BET 비표면적, (b) 0.9 nm 미만의... 152
그림94. TiC-CDC800H의 (a) 산에 대한 안정성 평가 (b) 반복적 흡착 / 탈착 공정에서의... 153
그림95. 상용 활성탄과 추가 CO₂ 활성화한 상용 활성탄의 CF₄ 흡착 성능 (질량 분석법) 153
그림96. 상용 활성탄과 추가 CO₂ 활성화한 활성탄의 기공분포도 154
그림97. (a) alpha SiC-CDC, (b) beta SiC-CDC의 질소 흡착 등온선... 155
그림98. (a) Alpha SiC-CDC, (b) Beta SiC-CDC의 Raman 그래프 156
그림99. (a) Alpha SiC-CDC, (b) Beta SiC-CDC의 CF₄ 흡착 등온선 157
그림100. (a) SiC-CDC Sample의 0.9 nm 미만의 기공으로 이루어진 기공 부피,... 158
그림101. (a) Alpha SiC-CDC1100과 Beta SiC-CDC1100의, (b) Alpha SiC-CDC1200과... 158
그림102. Petroleum coke 기반 탄소 흡착제의 (a) 탄화 온도에 따른 질소 흡착 등온선... 159
그림103. Petroleum Coke 기반 탄소 흡착제의 (a) 탄화 온도에 따른 기공분포도 와 (b) KOH... 160
그림104. Petroleum Coke 기반 탄소 흡착제의 (a) 탄화 온도에 따른 CF₄ 흡착 등온선과... 160
그림105. (a) Petroleum Coke 기반 탄소 흡착제의 CF₄ 흡착 성능과 (a) BET 비표면적,... 161
그림106. (a) PC450-K2와 (b) TiC-CDC800H Sample의 IAST selectivity 및 CF₄와 N₂... 162
그림107. 메탈화이버 버너의 2차원 모델 도식 164
그림108. 화염 안정영역에서의 유속에 따른 결과 164
그림109. 비교 논문의 stable영역 밖에서의 화염 특성 165
그림110. 실험논문과 고체 및 기체 수치결과와의 온도 비교 165
그림111. 실험논문과 수치결과와의... 166
그림112. 실험논문과 수치결과와의 NO... 166
그림113. 자유전파화염과 PMC연소기 화염의 온도 비교 167
그림114. 자유전파화염과 PMC연소기 화염의 CO mole ppm 비교 167
그림115. 자유전파화염과 PMC연소기 화염의 NO mole ppm 비교 168
그림116. 자유전파화염과 PMC연소기 화염의 NO mole ppm 비교 169
그림117. 질소 희석에 따른 온도 170
그림118. 고체 열전도에 따른 온도 170
그림119. 고체 열전달계수에 따른 온도 170
그림120. 2단 PMC 연소기 구조 171
그림121. 기체와 고체의 축방향 온도 곡선 (u＝0.6 m/s, ø＝0.65) 171
그림122. 기체와 고체 온도 분포 172
그림123. 당량비와 입구 유속에 따른 공해물질(CO, NO) 농도 비교 172
그림124. 2단 Honeycomb 연소기의 형상 173
그림125. 당량비와 질소희석비율에 따른 층류화염속도 곡선 174
그림126. 미연소가스의 속도분포 (z＝30mm) 175
그림127. 점화 위치에 따른 기체의 속도 분포 비교 175
그림128. 점화 위치에 따른 기체의 온도 분포 비교 176
그림129. 점화 위치에 따른 고체의 온도 분포 비교 177
그림130. 점화위치에 따른 기체와 고체의 축방향온도 해석... 177
그림131. 점화 위치에 따른 화학종 질량분율 분포 비교 179
그림132. 점화위치에 따른 축방향 화학종 질량분율 비교 180
그림133. Bunsen 버너의 구성 및 경계조건 180
그림134. 혼합가스의 당량비에 따른 온도장 분포 비교 181
그림135. 혼합가스의 당량비에 따른 화학종(CF₄, CF₃, HF, H, H₂) 질량분율 분포 비교 183
그림136. 혼합가스의 당량비에 따른 축방향 화학종 질량분율 및 온도 비교 184
그림137. 혼합가스의 당량비에 따른 반경방향 화학종(CF₄, CF₃, HF, H, H₂)... 184
그림138. 단순화한 2단 Honeycomb 버너의 형상 185
그림139. 2단 Honeycomb 연소기에서의 온도 분포 186
그림140. 2단 Honeycomb 연소기에서의 화학종(CF₄, CF₃, HF) 질량분율 분포 186
그림141. 2차 연소기의 개략적 형상 및 수치계... 187
그림142. 2차 연소기의 유동장 비교 188
그림143. 2차 연소기의 온도장 비교 188
그림144. 2차 연소기의 화학종(CF₄, CF₃, HF, H, H₂) 분포 비교 190
그림145. C₃H8 / O₂ / CF₄ / Ar 연소기의 형상 및 수치계산영역(이미지참조) 191
그림146. 혼합기체의 산소농도에 따른 온도 분포 비교 192
그림147. 혼합기체의 산소농도에 따른 CF₄ 부피분율 분포 비교 193
그림148. 혼합기체의 산소농도에 따른 HF 부피분율 분포 비교 193
그림149. 혼합기체의 산소농도에 따른 CO₂ 부피분율 분포 비교 193
그림150. 혼합기체의 산소농도에 따른 H₂O 부피분율 분포 비교 193
그림151. 동축 산화제의 산소농도에 따른 온도 분포 비교 194
그림152. 동축 산화제의 산소농도에 따른 CF₄ 부피분율 분포 비교 194
그림153. 동축 산화제의 산소농도에 따른 HF 부피분율 분포 비교 194
그림154. 동축 산화제의 산소농도에 따른 CO₂ 부피분율 분포 비교 195
그림155. 동축 산화제의 산소농도에 따른 H₂O 부피분율 분포 비교 195
그림156. 화염온도에 따른 분해율 비교 195
그림157. KIER버너의 형상 및 수치계산영역 196
그림158. KIER버너의 유동장 및 온도장 (당량비 : 1.0) 197
그림159. KIER버너의 화학종 CF₄, CF₃, HF 분포 (당량비 : 1.0) 197
그림160. 당량비에 따른 분해율 비교 198
그림161. 당량비에 따른 화염온도 비교 198
그림162. VOCs 화합물 시료채취 및 분석장비(GC / MS / TD) 200
그림163. 무취공기 제조장치 201
그림164. 황화합물 시료채취 및 분석장비(GC / FPD / TD) 203
그림165. HF 실험절차 204
그림166. 질소산화물 가스분석기(model 200E, USA) 204
그림167. 현장 시료채취 및 측정 전경 205
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