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SUMMARY
목차
1. 연구개발과제의 개요 28
1-1. 연구개발 목적 30
1-2. 연구개발의 필요성 30
1-3. 연구개발 범위 32
가. 연구개발 추진 전략 32
나. 연구개발 추진 방법 34
2. 국내외 기술개발 현황 36
2-1. 국내기술 개발 현황 37
가. 국내 선택적 무촉매 환원공정(Selective Non-Catalytic Reduction) 37
나. 가스 재연소(Gas Reburn) 38
다. 혼합 촉진형(Mixed Promoted Type : Controlled Mixing) 38
2-2. 국외기술 개발 현황 39
가. 국외 선택적 무촉매 환원공정(Selective Non-Catalytic Reduction) 39
나. 분할화염형(Split Flame Buner) 39
다. 자기 재순환형(Self-Recirculation Burner) 39
라. 단계적 연소법(Staged Combustion Burner) 40
2-3. 국내외 지식 재산권 현황 41
가. 국내 지식 재산권 현황 41
나. 국외 지식 재산권 현황 41
3. 연구수행내용 및 결과 42
3-1. 연구개발내용(범위) 및 최종목표 43
가. 고농도 질소폐액별 SNCR 적용성 평가 43
나. 질소폐액 전처리 및 개량기술 51
다. 생산조성 최적화 및 환원제 성능 평가 65
라. 환원제 용액의 성분 최적화 기술개발 95
마. SNCR 운전조건 최적화 98
바. 환원제 제조설비 설계 및 시공 141
3-2. 연구개발 결과 및 토의 145
4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 146
4-1. 목표달성도 147
가. 최종목표 147
4-2. 관련분야 기여도 150
가. 기술적 기여도 150
나. 환경적 기여도 150
다. 경제적 기여도 150
5. 연구결과의 활용계획 152
5-1. 연구개발결과의 활용방안 153
5-2. 사업화 계획 및 효과 153
가. 사업화 전략 153
나. 기대효과 156
6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 160
7. 연구개발결과의 보안등급 160
8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 160
9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 160
10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 162
10-1. 지식재산권 획득 163
10-2. 국내외 전문학술지 게재 164
10-3. 매출실적 164
11. 참고문헌 166
12. 부록 168
〈표 1〉 SNCR 장·단점 비교 31
〈표 2〉 SCR 장·단점 비교 31
〈표 3〉 NCR 적용 대상 산업폐수 성분 분석 결과 50
〈표 4〉 탁도 저감 실험결과 52
〈표 5〉 AOP system에 따른 COD와 색도제거율 변화 54
〈표 6〉 색도저감 실험결과 55
〈표 7〉 NOx OUT 공정의 반응 메카니즘 67
〈표 8〉 Phthalate 폐액 성분 69
〈표 9〉 Aldol 폐액 성분 72
〈표 10〉 Red Water 폐액 성분 74
〈표 11〉 화약종합 폐액성분 77
〈표 12〉 Aniline 폐액성분 79
〈표 13〉 축산폐액 성분 82
〈표 14〉 염색 폐액 성분 84
〈표 15〉 1 ton 생산기준 환원제 조성 (40% 요소용액 사용) 97
〈표 16〉 1ton 생산기준 환원제 조성 (요소 분말 사용) 97
〈표 17〉 Boundary Conditions at Inlet 99
〈표 18〉 Boundary Conditions of atomizing air at Nozzle 99
〈표 19〉 Boundary Conditions of 40% Urea Solution at Nozzle 100
〈표 20〉 Boundary Conditions of 40% Urea Solution and NaOH 1% at Nozzle 100
〈표 21〉 Results on measurement point. 102
〈표 22〉 CFD에 사용된 반응식 108
〈표 23〉 Boundary Conditions at Inlet 113
〈표 24〉 Boundary Conditions of atomizing air at Nozzle 113
〈표 25〉 Boundary Conditions of 40% Urea Solution at Nozzle 113
〈표 26〉 Results on measurement point. 115
〈표 27〉 Boundary Conditions at Inlet 118
〈표 28〉 Boundary Conditions of atomizing air at Nozzle 118
〈표 29〉 Boundary Conditions of NSR = 1.5 (Urea Solution at Nozzle) 119
〈표 30〉 Boundary Conditions of NSR = 2.0 (Urea Solution at Nozzle) 119
〈표 31〉 Boundary Conditions of 40% Urea Solution and NaOH 1% at Nozzle 119
〈표 32〉 Results on measurement inlet and Outlet 120
〈표 33〉 Boundary Conditions of Double the amount of Urea... 121
〈표 34〉 재활용 환원제 투입양에 따른 NOx 제거 효율 138
〈표 35〉 기타 요소수와 재활용 환원제의 사용에 따른 오염물 발생 현황 140
〈표 36〉 정량적 목표 148
〈표 37〉 사업화 가능성 SWOT 분석 156
[그림 1] SNCR 공정에서 NO 제거 경로. 32
[그림 2] 연구개발 추진체계 및 범위. 34
[그림 3] NOxOUT 공정 흐름도. 37
[그림 4] 가스 재연소 공정 흐름도. 38
[그림 5] 단계적 연소법 흐름도. 40
[그림 6] Aldol 폐액 (Octanol 생산공정 발생폐수) 배출공정. 44
[그림 7] Red Water (TNT 생산공정 폐수) 45
[그림 8] Aniline 폐액 (MDI 생산공정 폐수) 발생공정. 46
[그림 9] Phthalate 폐액 발생공정. 47
[그림 10] Phthalate 폐액 1차 원료화 공정(운송을 위한 현지 농축). 48
[그림 11] 축산폐수 발생 공정도. 48
[그림 12] 염색폐수 처리 공정도. 49
[그림 13] 화약종합폐수 처리 공정도. 50
[그림 14] 폐액 전처리 공정. 51
[그림 15] 부유물 및 탁도 제거공정. 52
[그림 16] 오존산화 반응기 및 부속품 56
[그림 17] 오존산화 반응기 및 부속품. 57
[그림 18] HACH-2800 색도 측정기. 58
[그림 19] 오존전기산화에 의한 RW의 시간에 따른 색도변화(4 L 반응기). 59
[그림 20] 오존전기산화에 의한 Red Water의 시간에 따른 시료 변화(4 L 반응기). 60
[그림 21] 오존전기산화에 의한 Red Water의 시간에 따른 색도변화 추이 예측. 61
[그림 22] 4 L 반응기에 Red Water 1 L를 오존전기 산화 반응한 결과. 62
[그림 23] (주)MICROMAX의 오존 Bubble 발생장치. 63
[그림 24] 오존 처리 전후 결과 사진. 63
[그림 25] (주)EMB의 처리장치 및 오존 Nano Bubble 분사모습 64
[그림 26] (주)EMB의 오존 처리 전후 결과 사진 64
[그림 27] SNCR 실험 장치 개략도 65
[그림 28] SNCR 실험 장치 사진 66
[그림 29] Phthalate 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 질소산화물 저감효율 69
[그림 30] Phthalate 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 일산화탄소 배출농도 70
[그림 31] Phthalate 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 아산화질소 배출농도 70
[그림 32] Adol 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 질소산화물 저감효율 72
[그림 33] Adol 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 일산화탄소 배출농도 73
[그림 34] Adol 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 아산화질소 배출농도 73
[그림 35] Red Water 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 질소산화물 저감효율. 75
[그림 36] Red Water 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 일산화탄소 배출농도. 75
[그림 37] Red Water 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 아산화질소 배출농도. 76
[그림 38] 화약종합폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 질소산화물 저감효율. 77
[그림 39] 화약종합폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 일산화탄소 배출농도. 78
[그림 40] 화약종합폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 아산화질소 배출농도. 78
[그림 41] Aniline 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 질소산화물 저감효율. 80
[그림 42] Aniline 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 일산화탄소 배출농도. 80
[그림 43] Aniline 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 아산화질소 배출농도. 81
[그림 44] 축산 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 질소산화물 저감효율. 82
[그림 45] 축산 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 일산화탄소 배출농도. 83
[그림 46] 축산 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 아산화질소 배출농도. 83
[그림 47] 염색 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 질소산화물 저감효율. 85
[그림 48] 염색 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 일산화탄소 배출농도. 85
[그림 49] 염색 폐액을 이용한 환원제의 온도에 따른 아산화질소 배출농도. 86
[그림 50] Red Water 폐액의 함유량에 따른 질소산화물 저감효율. 88
[그림 51] Red Water 공정폐액의 함유량에 따른 질소산화물 저감효율 89
[그림 52] Red Water 폐액의 황산첨가에 따른 질소산화물 저감효율 90
[그림 53] 황산을 포함한 금속염 첨가에 따른 개량환원제의 질소산화물 제거효율 91
[그림 54] Red Water 폐액의 NaOH첨가에 따른 질소산화물 저감효율 92
[그림 55] Phthalate 폐액의 NSR에 따른 질소산화물 저감효율 93
[그림 56] 요소 사용량에 따른 질소산화물 저감 효율 94
[그림 57] 요소사용량에 따른 암모니아 배출량 95
[그림 58] Geometry of SNCR Reactor 99
[그림 59] Contour positions of SNCR Reactor 101
[그림 60] Velocity distribution of near... 101
[그림 61] Temperature distribution of near... 101
[그림 62] 일정한 NSR에서 액적직경에 따른 질소산화물 제거효율. 102
[그림 63] 일정한 액적직경에서 NSR에 따른 질소산화물 제거 효율. 103
[그림 64] NOX reduction compared with reaction temperature. 103
[그림 65] N2O generation compared with reaction temperature. 104
[그림 66] CO generation compared with reaction temperature. 104
[그림 67] NOX reduction compared with each step. 105
[그림 68] 현장 대상 소각로에 대한 기본 모형 모사. 106
[그림 69] 현장 대상 소각로 1에 대한 mesh 모사. 106
[그림 70] 현장 대상 소각로 2에 대한 기본 모형 모사. 107
[그림 71] NO의 몰수 변화량. 109
[그림 72] 현장 대상 소각로 1에 대한 유체의 흐름모사. 109
[그림 73] 현장 대상 소각로 1에 대한 유체의 속도모사. 110
[그림 74] 현장 대상 소각로 1에 대한 유체의 온도장 모사. 110
[그림 75] 현장 대상 소각로 1에 대한 유체의 NO mole fraction. 110
[그림 76] 현장 대상 소각로 모형. 111
[그림 77] 현장 대상 소각로 mesh. 112
[그림 78] 현장 대상 소각로의 분무량에 따른 온도분포. 112
[그림 79] 현장 대상 소각로의 분무량에 따른 수증기의 농도. 112
[그림 80] 분무량 증가 후 유체흐름의 특성. 114
[그림 81] 노즐 홀의 개수를 늘린 소각로 및 노즐모사. 115
[그림 82] 노즐 홀의 개수를 늘린 소각로 및 노즐의 mesh. 116
[그림 83] 노즐 홀의 개수가 하나인 모형의 내부유동 장. 116
[그림 84] 노즐 홀의 개수를 6개로 늘린 모형의 내부유동 장. 116
[그림 85] 대상 소각로 도면. 117
[그림 86] Geometry 118
[그림 87] NSR = 2.0에 요소수만 분사한... 120
[그림 88] NSR = 2.0에 1% NaOH를 첨가한... 120
[그림 89] NSR = 1.5에 요소수만 분사한... 120
[그림 90] NSR = 1.5에 1% NaOH를 첨가한... 120
[그림 91] Urea = 8.04g/sec일 때 내부유동 장 122
[그림 92] Urea = 16.06g/sec일 때 내부유동 장 122
[그림 93] 적용 소각로 방지시설 개략도. 123
[그림 94] 소각로 사진. 124
[그림 95] 수관식 보일러 사진. 124
[그림 96] cyclone 사진. 125
[그림 97] SDR 사진. 126
[그림 98] 백필터 사진. 127
[그림 99] 흡수탑 사진. 128
[그림 100] 환원제 희석/분사 시스템. 128
[그림 101] 온도 측정 위치 및 SNCR노즐 설치 위치. 129
[그림 102] DX4000 분석 시스템. 130
[그림 103] 농도측정 위치. 131
[그림 104] 분석기 설치 사진. 131
[그림 105] 온도측정. 132
[그림 106] 1차 측정 결과. 133
[그림 107] 2차 측정 결과. 135
[그림 108] 3차 측정 결과. 137
[그림 109] 재활용 환원제 투입양에 따른 NOx 제거 효율 138
[그림 110] 요소수와 재활용 환원제의 NOx 배출 농도 비교 139
[그림 111] 요소수와 재활용 환원제의 사용량 비교 139
[그림 112] 환원제 제조시설 공정도. 141
[그림 113] 공정 운전 화면. 142
[그림 114] 환원제 생산 절차 144
[그림 115] 최종목표 147
[그림 116] 국내 폐기물 소각로 및 석탄화력 발전소 현황. 155