표제지
제출문
환경기술개발사업 최종보고서 요약서
요약문
목차
1. 연구개발 과제의 개요 13
1-1. 연구개발의 필요성 13
가. 고활성 반응제의 개요 13
나. 고활성 반응제의 용도 및 적용분야 17
다. 이론적 배경 25
1-2. 연구개발 목표 31
가. 연구개발의 최종목표 31
나. 연도별 연구개발 목표 및 결과 32
다. 참여 연구원 연구 담당분야 33
2. 국내·외 기술개발 현황 34
2-1. 국내의 기술개발 현황 34
(1) (주)태영이엠씨 34
(2) (주) 백광소재 35
(3) (주) 센불 35
(4) (주)다이크이앤씨 35
2-2. 국외의 기술개발 현황 36
(1) 독일, 벨기에 36
(2) 이탈리아 36
(3) 일본 37
3. 연구개발 내용 및 결과 38
3-1. 고활성 반응제의 제조 및 기초성능 38
가. 시료 38
나. 시료의 물리적 특성 38
다. 실험실 규모에서의 고활성 반응제 제조 및 특성 43
3-2. Pilot scale 고활성 반응제 제조장치 설계, 제작 설치 및 운전 48
가. Pilot scale 고활성 반응제 제조장치의 개요 48
나. Pilot scale 고활성 반응제 제조장치의 구성부분 제작 및 설치 49
3-3. Pilot scale 고활성 반응제 제조장치에서 고활성 반응제 제조 및 특성분석 결과 58
가. 고활성 반응제 제조 58
나. 고활성 반응제의 물리적 특성분석(비표면적, 세공용적, 평균입자크기) 63
3-4. Business Model 규모의 건식 분류유동반응 실험장치에서의 고활성 반응제의 산성 가스(SO₂, HCl) 제거 성능특성 69
가. 고활성 반응제의 Direct duct injection 조건에서 산성가스(SO₂) 제거 성능 특성 69
나. Business Model 규모의 건식유동반응 실험장치의 산성가스(SO₂, HCl) 제거 성능특성 74
3-5. 건식 분류유동반응 실증 설비의 설계 및 CFD 모사 결과 88
가. 기초설계 자료 및 설비 구조와 3차원 모사 88
나. 건식 분류유동반웅 실증장치 CFD 모사조건 90
다. 건식 분류유동반응 실증설비 CFD 모사 결과 90
3-6. 실가스(연소가스)에 따른 영향 분석 95
3-7. 다공성 국산 고활성 반응제 가격적인 측면 96
3-8. 결과요약 및 토의 97
4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 99
4-1. 목표달성도 99
가. 연구개 발의 최 종목표 99
4-2. 관련 분야 기여도 99
가. 기술적 기여도 99
나. 환경적 기여도 100
다. 경제적 기여도 100
라. 사회적 기여도 102
5. 연구결과의 활용계획 103
5-1. 연구개발결과의 활용방안 103
5-2. 사업화 계획 및 효과 104
가. 사업화 계획 104
나. 사업화 전략 104
다. 사업화를 위한 비즈니스 모델 105
라. 기대효과 108
6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 113
가. 폐기물 소각, 열분해, 환경오염 방지기술 관련 국제학술대회(The 10th International Conference on Combustion Incineration/Pyro1ysis, Emission and C1inlate Change) 현황분석 113
(1) 폐기물 소각, 열분해, 환경오염 방지기술 관련 국제학술대회의 논문발표 내용분석 113
나. 2018년 유럽화학공학기술 국제학술대회(2018 Euro Chemistry Conference) 117
(1) 2018 Euro Chemistry Conference의 발표내용 분석 117
다. 베트남의 소각열 회수사업 및 건식 산성가스 제거기술 개발 현황분석 118
(1) 베트남의 대표적인 폐기물 에너지 회수기술과 배가스 처리기술 분석 118
(2) 베트남의 선진화된 폐기물 소각 배가스 처리기술 사업 진출을 위한 베트남 환경산업 시장의 잠재력 분석 119
라. 2018년 지속기능 산업공정기술 전문 국제학술대회(2018 Sustainab1e Industria1 Process Summit and Exhibition, SIPS 2018)참가, 논문발표 현황 분석 및 브라질의 폐기물 처리현황 및 폐기물 소각 배가스 처리기술 현황 분석 120
(1) 연구개발과 관련된 분야에 대한 발표내용 분석 120
(2) Lhoist Brazi1 방문 122
7. 연구개발결과의 보안등급 123
8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설 장비·현황 124
9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 125
가. 연구실 안전조치 이행계획 125
(1) 기술적 위험요소 분석 125
(2) 안전관리대책 125
10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 126
10-1. 지식재산권 획득 126
10-2. 국내외 전문학술지 게재 126
부록 127
제1절 지식재산권 획득 128
1. 구분 : 출원 명세서, 반응률을 향상시킨 건식 분류유동 반응장치((주)에스엔) 128
2. 구분 : 회전 혼합 유동을 향상시킨 건식 반웅가속장치 129
제2절 시험성적서 130
1. 구분 : 산성가스 제거 시험성적서, 인증기관 - 한국산업기술시험원(KTL) 130
2. 구분 : 고활성 반응제 BET 측정결과, 분석기관 - 충남대학교 133
3. 구분 : 고활성 반응제 BET 측정결과, 분석기관 - 충남대학교 134
제3절 국내외 전문학술지 획득성과 135
1. 구분 : SCI(E), 논문명 - Removal characteristics of paint particles generated from paint spray booths 135
2. 구분 : SCI(E), 논문명 - Removal Characteristics of Sticky Aerosol using Calcium Hydroxide 136
〈표 1〉 석회석의 사용용도 18
〈표 2〉 생석회의 품질기준 19
〈표 3〉 경소 백운석 의 품질기준 20
〈표 4〉 미국, 유럽 그리고 우리나라의 석회석의 물성 특성 26
〈표 5〉 일본 내 고비표면적 소석회 생산 업체 및 시장 현황 37
〈표 6〉 정선에서 생산된 생석회의 EDS 분석 39
〈표 7〉 청수에서 생산된 생석회의 EDS 분석 39
〈표 8〉 단양에서 생산된 생석회의 EDS 분석 39
〈표 9〉 Lab scale 기초 실험 조건 44
〈표 10〉 Lab scale 기초 실험 조건(첨가제 투입) 46
〈표 11〉 건조 방식에 따른 고활성 반응제의 비표면적 결과 47
〈표 12〉 분산제에 첨가에 따른 고활성 반응제의 비표면적 결과 62
〈표 13〉 회전-순환 유동혼합 반응장치에서 산성가스 제거성능 운전조건 70
〈표 14〉 고활성 반응제의 물리적 특성 71
〈표 15〉 Business model 규모의 건식유동반응 실험장치 제거성능 운전조건 76
〈표 16〉 인증기관의 Business Model 규모의 건식유동반응 실험장치 제거성능 운전조건 80
〈표 17〉 경제조건 및 운전조건 90
〈표 18〉 반건식 반응기와 습식처리장치가 설치된 일반/지정 폐기물 소각 배가스 처리설비를 분출층 반응 증대설비로 대체 설치하는 조건에서의 경제성 분석 결과 101
[그림 1] 석회(생·소석회) 제품의 순환 공정. 13
[그림 2] 석회(생·소석회) 제품의 로드맵. 14
[그림 3] 습식법 산성가스 제거설비의 문제점. 15
[그림 4] 반건식법 산성가스 제거설비의 문제점. 15
[그림 5] 반응제(소석회)의 비표면적(BET)에 따른 산성가스(HCl) 제거효율. 16
[그림 6] 우리나라 석회석 광산 현황. 17
[그림 7] 경질 탄산칼슘의 SEM 모습. 20
[그림 8] 고활성 반응제의 제조 기구. 21
[그림 9] 중·소형 산성가스 처리용 습식처리장치 설치 위치와 대체 적용하기 위한 건식 분류유동 반응장치의 설치 위치. 21
[그림 10] 폐기물 소각 배가스 처리용 반건식 산성가스 제거장치와 대체 적용하기 위한 건식 분류유동 반응장치의 설치 위치. 22
[그림 11] 석탄화력발전소의 습식 탈황설비와 대체 적용하기 위한 건식 분류유동 반응장치 의 설치 위치. 23
[그림 12] 제철공장 소결공정의 배가스 처리공정 및 건식 분류유동 반응장치로 대체 적용을 위한 공정도. 24
[그림 13] 미국, 유럽, 우리나라의 석회석 및 결정구조. 25
[그림 14] 생석회 및 결정구조. 27
[그림 15] 소석회의 결정구조. 29
[그림 16] 수화반응 메커니즘. 30
[그림 17] (주)태영의 고비표면적 소석회 제조 공정도. 34
[그림 18] (주)태영이엠씨 충주공장 전경 모습. 34
[그림 19] (주)백광소재 단양공장 전경 모습. 35
[그림 20] LHOIST사의 생석회 및 소석회 설비 전체 모습. 36
[그림 21] ClMPROGETT의 석회 공정 전체 흐름도. 36
[그림 22] 고활성 반응제 제조용 생석회 생산지. 38
[그림 23] 생석회의 SEM 측정 모습. 40
[그림 24] 단양 시료(CaO)의 TGA 분석. 41
[그림 25] 정선 시료(CaO)의 TGA 분석. 41
[그림 26] 청수 시료(CaO)의 TGA 분석. 41
[그림 27] 단양 시료(CaO)의 입도 분석. 42
[그림 28] 정선 시료(CaO)의 입도 분석. 42
[그림 29] 청수 시료(CaO)의 입도 분석. 43
[그림 30] Lab scale 고활성 반응제 제조 과정. 44
[그림 31] Lab scale 고활성 반응제 기초 실험 장치에서 증류수 량에 따른 고활성 반응제의 비표면적(BET) 결과. 45
[그림 32] Lab scale 고활성 반응제 기초 실험 장치에서 에탄올 량에 따른 고활성 반응제의 비표면적(BET) 결과. 46
[그림 33] Pilot scale 고활성 반응제 제조장치의 전체 모습. 48
[그림 34] 수화반응조의 dual type screw mixer. 50
[그림 35] 원료수송용 Bucket elevator. 51
[그림 36] Fluid 분사 노즐과 혼합액 전달 tube. 52
[그림 37] 혼합액 pump. 52
[그림 38] 볼 밸브. 53
[그림 39] 물 저장 및 주입 부분. 53
[그림 40] Lime 공급 및 저장 부분의 흐름도와 실제 모습. 54
[그림 41] 1단, 2단 수화반응 부분. 55
[그림 42] 기공 활성화 부분. 55
[그림 43] Lime 수화용 액체 공급부분. 56
[그림 44] 건조 시스템 부분. 56
[그림 45] 자동화 시스템 입력부분. 57
[그림 46] 자동화 시스템 화면. 57
[그림 47] 컨트톨 박스1. 57
[그림 48] 컨트롤 박스2. 57
[그림 49] 혼합용액 공급펌프. 57
[그림 50] 혼합용액 분사장치. 57
[그림 51] 고활성 반응제 수화반응 메커니즘. 58
[그림 52] Pilot scale 고활성 반응제 제조장치의 흐름도. 59
[그림 53] 고활성 반응제의 세공 구조 및 세공 내 수분 건조 모습. 60
[그림 54] 고활성 반응제 제조장치. 61
[그림 55] 스크류 방식 혼합 믹서. 61
[그림 56] 원료인 생석회와 물의 반응으로 BET surface area 실험결과. 63
[그림 57] 분사제의 종류에 따른 BET surface area 실험결과. 64
[그림 58] 최적 실험조건에서 반응시간에 따른 고활성 반응제의 총세공용적 결과. 65
[그림 59] 고활성 반응제의 입자크기 분석결과. 66
[그림 60] Pilot scale 실험장치에서 고활성 반응제 하루 생산량. 67
[그림 61] 반응시간에 따른 칼슐 함유량 변화 결과. 68
[그림 62] 고활성 반응제의 EDS 정량 분석결과. 69
[그림 63] 일체형 연소 시스템에서 duct injection 시스템 흐름도. 70
[그림 64] Duct injection 방법에서 고활성 반응제의 당량비에 따른 SO₂ 제거 농도 비교. 73
[그림 65] 고활성 반응제의 Ca/S 몰비에 따른 SO₂ 제거효율. 74
[그림 66] Business model 규모의 건식 분류유동반응 장치의 흐름도. 75
[그림 67] Business model 규모의 건식 분류유동반응 장치에서 산성가스 측정위치. 76
[그림 68] 고활성 반응제의 HCl 제거성능 결과. 77
[그림 69] 국내제품과 고활성 반응제의 HCl 제거 비교성능 결과. 78
[그림 70] 고활성 반응제의 SO₂ 제거성능 결과. 79
[그림 71] 국내제품과 고활성 반응제의 SO₂ 제거 비교성능 결과. 79
[그림 72] 인증기관의 SO₂ 제거 결과. 81
[그림 73] 인증기관의 HCl 제거 결과. 81
[그림 74] 인증기관의 SO₂, HCl 제거 결과. 82
[그림 75] Business model 규모의 건식 분류유동반응 장치에서 산성가스(SOₓ, HCl) 측정방법. 84
[그림 76] 건식 분류유동반응 장치와 여과집진장치 실제 모습. 85
[그림 77] 유해 산성가스 제거용 일체형 대기오염방지 시스템 전체 모습. 85
[그림 78] 실험용 반응제 정량공급장치 및 FTIR 분석기 모습. 86
[그림 79] 산성가스 측정 지점. 86
[그림 80] FTIR 분석기 전처리 장치와 측정라인. 87
[그림 81] 건식 분류유동반응 실중 설비의 기초설계자료. 88
[그림 82] 건식 분류유동반응 실증 설비의 3D layout 및 주입 부분 분포 세부 사항 89
[그림 83] 건식 분류유동반응 실증 설비 규모의 GAMBlT 3D 모델과 mesh 89
[그림 84] 건식 분류유동반응 실증 설비의 압력분포(왼쪽)와 속도분포(오른쪽). 91
[그림 85] 건식 분류유동반응 실증 설비의 배가스 흐름과 속도 분포. 92
[그림 86] 건식 분류유동반응 실증 설비의 반응기 내 산성가스 제거용 고활성 반응제의 체류시간 분포. 93
[그림 87] 건식 분류유동반응 실증 설비 챔버에서의 배가스 흐름 및 속도 분포. 94
[그림 88] 다공성 국산 고활성 반응제 구조 및 실제 확대 사진. 95
[그림 89] 맞춤형 반응기 예상 도면. 95
[그림 90] 일반소석회와 다공성 국산 고활성 반응제의 산성가스 제거효율 및 제품가격. 96
[그림 91] 산성 배가스 처리기술의 개발동향. 106
[그림 92] 전국 폐기물 소각장 및 석탄화력발전소 현황. 109
[그림 93] 소각설비의 배가스 처리설비 공정도. 114
[그림 94] 미반응 소석회의 재순환 비율에 따른 HCl과 SOₓ 제거효율. 114
[그림 95] 미반응 소석회의 재순환 조건에서 bag filter system 입구와 출구에서의 HCl과 SOₓ의 농도변화 경향. 115
[그림 96] 순환유동층 혼소실험장치 layout. 116
[그림 97] 석탄 혼합량 변화에 따른 CO, NOₓ, SO₂ 배출농도 변화경향. 116
[그림 98] Hanoi Industrial Waste Power Generation System. 118