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요약문
SUMMARY
목차
1. 연구개발과제의 개요 24
1-1. 연구개발의 필요성 25
가. 휘발성유기화합물 발생량 증가 추세 25
나. 휘발성유기화합물 처리기술 27
다. 활성탄 흡착 / 재생 방식의 문제 28
1-2. 연구개발 목적 30
1-3. 연구개발 범위 32
2. 국내외 기술개발 현황 33
2-1. 해외 기술개발 동향[원문불량;p.13] 35
2-2. 국내 기술개발 동향 38
3. 연구수행내용 및 결과 39
3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 41
3-2. 연구개발 결과 및 토의 45
가. 국내 휘발성유기화합물 발생특성 조사 45
나. 저온 VSA 기술을 이용한 흡·탈착 최적화 50
다. 실용규모 저온 VSA 흡·탈착 자체재생 시스템 개발 102
라. 실용규모 저온 VSA 흡·탈착 자체재생 시스템 평가 156
4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 173
4-1. 목표달성도 175
4-2. 관련분야 기여도 176
5. 연구결과의 활용계획 177
6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 181
7. 연구개발결과의 보안등급 187
8. NTIS에 등록한 연구시설·장비 현황 191
9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 195
10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 199
11. 참고문헌 205
부록 209
〈부록 1〉 실용규모 시스템 기본설계 도서 211
〈부록 2〉 실용규모 시스템 예비설계 도서 215
〈부록 3〉 실용규모 시스템 실시설계 도서 223
〈부록 4〉 탈착가스 VOCs 회수장치 설계 도서 250
〈부록 5〉 실용규모 시스템 운전절차 및 유지관리 지침서 251
〈부록 6〉 연속가동 운전일지 요약 263
〈부록 7〉 「시험성적서」 실용규모 시스템 전·후단 악취 측정 267
〈부록 8〉 「시험성적서」 실용규모 시스템 전·후단 BTEX 측정 269
〈부록 9〉 「시험성적서」 연속가동에 따른 활성탄 압축강도 271
〈부록 10〉 「시험성적서」 연속가동에 따른 활성탄 비표면적 275
〈부록 11〉 「특허」 "활성탄 흡착장치" 특허증 사본 290
〈부록 12〉 「특허」 "VOC 처리 및 재활용 설비" 특허증 사본 291
〈부록 13〉 「특허」 "휘발성 유기화합물 응축 회수 및 재이용 장치" 특허출원서 292
〈부록 14〉 「논문」 "국내 휘발성유기화합물의 배출현황 및 제어기술" 293
〈부록 15〉 「논문」 "공정 조건 및 활성탄 특성에 따른 톨루엔에 대한 흡·탈착 특성" 304
〈부록 16〉 「논문」 "산처리 활성탄의 톨루엔 흡착특성" 311
〈부록 17〉 「논문」 "Study of sulfuric acid treatment of activated carbon used to enhance mixed VOC removal" 317
〈부록 18〉 「논문」 "Effect of vacuum regeneration of activated carbon on volatile organic compound adsorption" 323
〈부록 19〉 「논문」 "휘발성 유기화합물 제거를 위한 저온 vacuum swing adsorption 공정의 실용화 연구" 329
〈부록 20〉 「논문」 "Characteristic evaluation of activated carbon applied to a pilot-scale VSA system to control VOCs" - In Press 336
〈표 1.1.1〉 주요 휘발성유기화합물의 유해성 25
〈표 1.1.2〉 일반적인 휘발성유기화합물 제어기술의 장·단점 27
〈표 1.2.3〉 열탈착, 압력탈착, 저온 감압탈착 방식 비교 31
〈표 1.2.4〉 본 연구의 정량적 목표 31
〈표 3.2.1〉 산업분류체계 및 각 사업장의 BTEXS 중 최고 및 최저값 49
〈표 3.2.2〉 제조회사별 활성탄 품질 55
〈표 3.2.3〉 흡착제 종류에 따른 Toluene, Xylene, n-hexane의 흡착량 64
〈표 3.2.4〉 톨루엔 및 노르말헥산에 대한 탈착실험 결과 비교(120분 구간 기준) 66
〈표 3.2.5〉 다성분계 가스의 조성 71
〈표 3.2.6〉 활성탄 산 처리 조건 74
〈표 3.2.7〉 기존 활성탄 및 산 처리 활성탄의 기공율 75
〈표 3.2.8〉 단일가스 특성 및 조건 77
〈표 3.2.9〉 혼합가스 특성 및 조건 78
〈표 3.2.10〉 재생성 실험조건 80
〈표 3.2.11〉 초기활성탄과 재생활성탄의 비표면적 및 세공 특성 84
〈표 3.2.12〉 혼합가스의 조성 85
〈표 3.2.13〉 경계조건 90
〈표 3.2.14〉 동명엔터프라이즈 저유조 탱크 유증기 발생량 산정 102
〈표 3.2.15〉 실용규모 시스템 설계 기본조건 115
〈표 3.2.16〉 실용규모 시스템의 활성탄 Bed 산정방법 115
〈표 3.2.17〉 실용규모 시스템의 활성탄 Bed 설계 사항 117
〈표 3.2.18〉 Value Engineering 요약 121
〈표 3.2.19〉 실시설계 중점 고려사항 125
〈표 3.2.20〉 주요 설비 사양 132
〈표 3.2.21〉 무부하 운전 점검사항 136
〈표 3.2.22〉 실용규모 시스템의 전·후단 악취분석 결과 140
〈표 3.2.23〉 배출가스 배관 수정 전·후 모습 143
〈표 3.2.24〉 터보브로워 교체 전·후 모습 143
〈표 3.2.25〉 흡·탈착 실험조건의 제어인자 및 제어값 144
〈표 3.2.26〉 탈착가스 후처리 검토 150
〈표 3.2.27〉 연속운전에 따른 활성탄의 비표면적 분석 결과 159
〈표 3.2.28〉 연속운전에 따른 활성탄의 압축강도 분석 결과 160
〈표 3.2.29〉 파과율에 따른 톨루엔 흡착량 및 파과시간 162
〈표 3.2.30〉 실용규모 시스템 연속가동시 전·후단 악취분석 결과 164
〈표 3.2.31〉 악취처리설비 별 설치비 및 운영비 165
〈표 3.2.32〉 30 CMM 규모 VSA 설비의 실 전기사용량 166
〈표 3.2.33〉 개발기술의 경제성 평가 169
〈표 4.1.1〉 성과목표 달성도 175
〈그림 1.1.1〉 연도별 휘발성유기화합물 배출량 26
〈그림 1.1.2〉 형상에 따른 활성탄 분류(좌 : 조립상, 중 : 파쇄상, 우 : 분말상) 28
〈그림 1.1.3〉 흡착 파과 곡선 29
〈그림 1.2.1〉 저온 감압탈착 기술의 우수성 30
〈그림 2.1.1〉 ARC 방전식 재생의 원리(일본) 35
〈그림 2.1.2〉 중소형 시설에 적용 가능한 휘발성유기화합물 방지기술(일본) 36
〈그림 3.1.1〉 연구개발 범위 및 목표 41
〈그림 3.2.1〉 지역별 휘발성유기화합물 배출량 45
〈그림 3.2.2〉 지역특성별 휘발성유기화합물 농도 및 특성 46
〈그림 3.2.3〉 상위배출지역 및 주변지역의 휘발성유기화합물 농도 및 특성 48
〈그림 3.2.4〉 사업장별 평균 BTEXS 농도 분포 49
〈그림 3.2.5〉 랩규모 흡·탈착 실험 장치의 파트별 구성도 50
〈그림 3.2.6〉 휘발성유기화합물 흡·탈착 장치의 좌, 우, 전면의 사진 51
〈그림 3.2.7〉 휘발성유기화합물 제어파트 구성 52
〈그림 3.2.8〉 흡착탑 평면도 및 설치 사진 53
〈그림 3.2.9〉 검량선 작성(톨루엔) 53
〈그림 3.2.10〉 가스 분석부 54
〈그림 3.2.11〉 진공 제어부 54
〈그림 3.2.12〉 제조회사별 활성탄의 가격, 표면적, 경도 56
〈그림 3.2.13〉 활성탄의 펠렛 크기별 톨루엔, 자일렌, 벤젠의 흡착성능 비교 58
〈그림 3.2.14〉 흡착제의 종류 59
〈그림 3.2.15〉 활성탄의 표면 세공 특성 60
〈그림 3.2.16〉 제올라이트 및 제오카본의 세공분포 61
〈그림 3.2.17〉 흡착제 종류별의 표면 세공 특성 62
〈그림 3.2.18〉 흡착제 종류에 따른 톨루엔, 자일렌, 노르말헥산의 흡착성능 비교 63
〈그림 3.2.19〉 흡착제 종류에 따른 톨루엔, 노르말헥산의 탈착 특성 비교 65
〈그림 3.2.20〉 유량에 따른 톨루엔의 흡착특성 67
〈그림 3.2.21〉 습도에 따른 톨루엔의 흡착특성 68
〈그림 3.2.22〉 탈착압력에 따른 탈착농도 변화(80℃ 기준) 70
〈그림 3.2.23〉 탈착온도에 따른 탈착농도 변화(100 Torr 기준) 70
〈그림 3.2.24〉 탈착온도에 따른 탈착농도 변화(다성분계, 125 Torr 기준) 72
〈그림 3.2.25〉 탈착압력별 탈착농도 비교(다성분계, 80℃ 기준) 72
〈그림 3.2.26〉 산 처리 전 활성탄의 표면 세공 특성 73
〈그림 3.2.27〉 산 처리 후 활성탄의 표면 세공 특성 변화 75
〈그림 3.2.28〉 산 처리에 의한 표면 산소종의 생성 76
〈그림 3.2.29〉 산 처리 전·후 활성탄의 승온탈착분석(TPD) 결과 76
〈그림 3.2.30〉 활성탄 산 개질에 따른 톨루엔 흡착성능 비교 78
〈그림 3.2.31〉 활성탄 산 개질에 따른 톨루엔 벤젠 흡착성능 비교 79
〈그림 3.2.32〉 활성탄 산 개질에 따른 혼합가스 흡착성능 비교 79
〈그림 3.2.33〉 VSA 방식과 TSA 방식의 재생횟수에 따른 흡·탈착 특성 비교 81
〈그림 3.2.34〉 재생횟수에 따른 톨루엔 흡착성능(50회) 82
〈그림 3.2.35〉 재생횟수에 따른 톨루엔 흡착효율(50회) 83
〈그림 3.2.36〉 초기활성탄과 재생활성탄의 질소 등온 흡·탈착선 83
〈그림 3.2.37〉 초기활성탄과 재생활성탄의 압축강도 84
〈그림 3.2 38〉 사용횟수에 따른 각 가스별 활성탄의 흡착량 85
〈그림 3.2.39〉 다성분계에서의 재생횟수에 따른 흡착 성능 변화 86
〈그림 3.2.40〉 해석 대상 및 경계조건 89
〈그림 3.2.41〉 해석 모델에 따른 계산 격자 90
〈그림 3.2.42〉 해석 결과 도출을 위한 단면 정의 91
〈그림 3.2.43〉 속도 벡터 비교 91
〈그림 3.2.44〉 시간에 따른 흡착탑 측면 벽 온도 분포 비교(CASE 1) 92
〈그림 3.2.45〉 시간에 따른 흡착탑 측면 벽 온도 분포 비교(CASE 2) 92
〈그림 3.2.46〉 시간에 따른 흡착탑 측면 벽 온도 분포 비교(CASE 3) 93
〈그림 3.2.47〉 시간에 따른 흡착탑 측면 벽 온도 분포 비교(CASE 4) 93
〈그림 3.2.48〉 시간에 따른 중앙 단면의 온도 분포 비교(CASE 1) 94
〈그림 3.2.49〉 시간에 따른 중앙 단면의 온도 분포 비교(CASE 2) 94
〈그림 3.2.50〉 시간에 따른 중앙 단면의 온도 분포 비교(CASE 3) 95
〈그림 3.2.51〉 시간에 따른 중앙 단면의 온도 분포 비교(CASE 4) 95
〈그림 3.2.52〉 흡착탑 내부 zone 구분 96
〈그림 3.2.53〉 시간에 따른 air zone의 평균 온도 비교 96
〈그림 3.2.54〉 시간에 따른 Bed zone의 평균 온도 비교 97
〈그림 3.2.55〉 시간에 따른 air2 zone의 평균 온도 비교 98
〈그림 3.2.56〉 화재방지를 위한 열전달 개선된 활성탄 흡착장치 특허출원 99
〈그림 3.2.57〉 측정 방식별 센서의 분석 원리 100
〈그림 3.2.58〉 현대오일뱅크 유증기 흡착 회수장치 103
〈그림 3.2.59〉 현대오일뱅크 유증기 흡착 회수장치 공정흐름 103
〈그림 3.2.60〉 현대자동차 울산공장 제네시스 도색 공정 104
〈그림 3.2.61〉 기아자동차 광주공장 1ton 트럭 도색 공정 105
〈그림 3.2.62〉 기아자동차 광주공장 쏘울 도색 공정 106
〈그림 3.2.63〉 오창 S사 유체도장 공정 TVOCs 측정 결과 107
〈그림 3.2.64〉 S사의 전체 공정도 108
〈그림 3.2.65〉 S사 유체도장 및 건조 공정 모식도 109
〈그림 3.2.66〉 S사의 도장공정에서 사용하는 스프레이건 109
〈그림 3.2.67〉 S사에서 사용하는 페인트 및 신나의 성분 110
〈그림 3.2.68〉 S사 공장 내·외부 모습 111
〈그림 3.2.69〉 S사 VOCs 발생지점의 유속측정 112
〈그림 3.2.70〉 VOCs 농도 분석을 위한 측정기기 113
〈그림 3.2.71〉 PID 방식을 이용한 VOCs 측정 결과 113
〈그림 3.2.72〉 NDIR 방식을 이용한 THC 측정 결과 114
〈그림 3.2.73〉 GC 분석 결과 114
〈그림 3.2.74〉 실용규모 시스템의 활성탄 Bed 규격 117
〈그림 3.2.75〉 설계에 적용된 특허 기술 118
〈그림 3.2.76〉 기본설계 119
〈그림 3.2.77〉 예비설계 120
〈그림 3.2.78〉 실시설계-바디 122
〈그림 3.2.79〉 실시설계-흡탈착 Bed 123
〈그림 3.2.80〉 실시설계-가스 냉각기 및 프리히터 124
〈그림 3.2.81〉 실시설계-3D 도면 127
〈그림 3.2.82〉 설치 대상사이트 전경 128
〈그림 3.2.83〉 실용규모 시스템 설치위치 검토 129
〈그림 3.2.84〉 실용규모 시스템 시공공정표 129
〈그림 3.2.85〉 실용규모 시스템 현장 설치 130
〈그림 3.2.86〉 현장 설치 전, 후 130
〈그림 3.2.87〉 실용규모 시스템 현장 설치 모습 131
〈그림 3.2.88〉 흡탈착 Bed 내부 보완 전, 후 137
〈그림 3.2.89〉 실용규모 시스템의 전단 VOCs 농도 측정 138
〈그림 3.2.90〉 10 CMM 흡착 시운전 결과 139
〈그림 3.2.91〉 전단(좌) 및 후단(우)에서의 악취 분석 139
〈그림 3.2.92〉 실용규모 시스템의 후단 VOCs 측정 141
〈그림 3.2.93〉 배출가스 배관 수정 142
〈그림 3.2.94〉 최적 조건에서의 흡·탈착 실험 결과 145
〈그림 3.2.95〉 실용규모 시스템의 제어 화면 146
〈그림 3.2.96〉 흡착 후 프리필터 필터여재 변화 147
〈그림 3.2.97〉 100회 흡탈착 연속 운전시 Cycle 당 VOCs 유입 및 배출량 148
〈그림 3.2.98〉 간접 접촉식 응축 VOCs 회수 실험 151
〈그림 3.2.99〉 직접 접촉식 VOCs 응축 회수 실험 151
〈그림 3.2.100〉 Cavitation Air Flotation(CAF) 방법 152
〈그림 3.2.101〉 VOCs 회수장치 설계도면 153
〈그림 3.2.102〉 VOCs 회수장치 특허출원 및 대표도 153
〈그림 3.2.103〉 VOCs 회수장치 설치 154
〈그림 3.2.104〉 VOCs 회수실험 결과 155
〈그림 3.2.105〉 연속운전을 통한 VOCs 제거효율 156
〈그림 3.2.106〉 연속운전에 따른 활성탄의 SEM 분석 결과 158
〈그림 3.2.107〉 연속운전에 따른 활성탄의 비표면적 변화 159
〈그림 3.2.108〉 연속운전에 따른 활성탄의 압축강도 변화 160
〈그림 3.2.109〉 연속운전시 활성탄의 톨루엔 흡착능 변화 162
〈그림 3.2.110〉 연속가동 후 전·후단에서의 VOCs 및 악취 측정 163
〈그림 3.2.111〉 톨루엔의 증기압 167
〈그림 3.2.112〉 개발기술의 경제성(VSA vs 흡착탑) 170
〈그림 3.2.113〉 녹색기술 인증 획득 172
〈그림 4.1.1〉 기술적, 환경적 측면 기여도 176
〈그림 5.1.1〉 연구개발성과의 사업화 계획 179
〈그림 5.1.2〉 시장특성 및 규모 180
〈그림 5.1.3〉 시장전망 및 진입전략 180
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