초록 ▼

- 백필터를 이용한 소각로 배출 가스 중 질소산화물의 저감 기술 개발
- 질소산화물과 다이옥신의 동시제거를 단일 프로세스를 이용하여 달성함
- 흡착/촉매공정에서 질소산화물의 산화, 흡착에 의한 제거 메커니즘의 제시
- 질소산화물 저감에 기여할 수 있는 분말형 흡착/촉매제 개발 및 응용공정 개발
- 값비싼 SCR을 대체하여 기존의 백필터 기반의 이중백필터를 이용한 질소산화물 및 다이옥신 저감이 용이한 통합 공정 개발
- 중소형 소각설비에는 거의 없는 SCR 기반기술의 개발보다는 보급이나 유지관리가 용이한

- 백필터를 이용한 소각로 배출 가스 중 질소산화물의 저감 기술 개발
- 질소산화물과 다이옥신의 동시제거를 단일 프로세스를 이용하여 달성함
- 흡착/촉매공정에서 질소산화물의 산화, 흡착에 의한 제거 메커니즘의 제시
- 질소산화물 저감에 기여할 수 있는 분말형 흡착/촉매제 개발 및 응용공정 개발
- 값비싼 SCR을 대체하여 기존의 백필터 기반의 이중백필터를 이용한 질소산화물 및 다이옥신 저감이 용이한 통합 공정 개발
- 중소형 소각설비에는 거의 없는 SCR 기반기술의 개발보다는 보급이나 유지관리가 용이한 백필터공정으로서 손쉬운 설치 및 적용이 가능함
- SCR의 가열공정을 없앤 비가열 공정으로 $150^{\circ}C$ 근처에서 탈질작용이 가능하여 보다 고효율을 얻기 위할 경우에는 기존의 보급된 SNCR과의 연계공정의 가능성 제시

Abstract ▼

Our study applies an adsorption process using impregnated activated carbons(IAC) to effect NOx and dioxins, a prevalent atmospheric pollutant difficult to control. Recently, significant attention has been given to studies regarding the improvement of the adsorptivity of activated carbon in harmful g

Our study applies an adsorption process using impregnated activated carbons(IAC) to effect NOx and dioxins, a prevalent atmospheric pollutant difficult to control. Recently, significant attention has been given to studies regarding the improvement of the adsorptivity of activated carbon in harmful gases by adding new functional groups to the surface of activated carbon via utilization of an impregnant with superior pollutant gas selectivity. However, when it comes to IAC, there is no clear-cut interpretation on the individual and simultaneous adsorption-desorption behavior and surface chemical mechanism of NOx and Dioxins(Biniak et al., 1997; Guo and Lua, 1999; Mochida et al., 2000; Lee et al., 2001). To tackle such bottleneck, a concrete understanding of adsorption-desorption behavior and surface chemistry was progressed. In the research, the adsorption and reaction of NO, NO2, and Dioxins are studied on impregnated activated carbon supported with potassium hydroxide(K-IAC). The chemical and physical properties of KIAC are described in Chapter 4. Here, the predicted status of surface charge changes due to impregnation and NOx adsorption is also suggested. The individual adsorption of NOx and Dioxins on K-IAC is discussed in chapter 4 and chapter 5. The simultaneous adsorption of NOx-Dioxins on K-IAC is also discussed in report. This information is important for understanding the adsorption and reaction between NOx and Dioxins on the K-IAC presented. Results of desorption of NOx including detailed mechanism on K-IAC are presented in report. Finally, concluding remarks about this work are presented in Chapter 4. Additionally, to help readers better understand this research, 1 was arranged by CFD and design of $O_3$ injection in contents.

목차 Contents

• 표지...2
• 제출문...4
• 보고서 초록...5
• 요약문...6
• SUMMARY...14
• CONTENTS...18
• 목차...20
• 제1장 서론...30
• 제1절 연구개발 목적...32
• 제2절 연구개발 필요성...33
• 제3절 연구개발 범위 및 내용...35
• 1. 최종 목표...35
• 제2장 국내외 기술개발 현황...40
• 제1절 국외의 관련기술...42
• 1. 국외의 탈질기술 현황...44
• 2. 국외의 다이옥신 제거기술 현황...47
• 3. 국외의 동시제거 기술의 현황...48
• 제2절 국내의 관련기술...49
• 1. 국내의 탈질기술 현황...49
• 2. 국내의 다이옥신 제거 기술 현황...54
• 제3절 국내외 기술과의 차별성...55
• 제4절 개발 공정 개요...56
• 1. 기존 동시처리 공정현황 및 문제점...56
• 2. 흡착/촉매공정의 연구 배경 및 기술 개요...59
• 제3장 연구개발내용 및 결과...64
• 제1절 다이옥신 대체 물질을 이용한 활성탄 최적 흡착특성연구...66
• 1. 연구의 배경...66
• 2. 연구개발의 내용 및 방법...67
• 3. 연구추진체계...68
• 4. 연구내용...68
• 가. 흡착...68
• (1) 흡착이론...68
• (2) 흡착 평형(흡착성능)...71
• (3) 흡착제 종류 및 특성...76
• 나. 활성탄의 종류 및 특징...79
• (1) 서론...79
• (2) 활성탄의 종류...81
• (3) 활성탄의 성질...83
• 다. 활성탄의 최적설계 기법...108
• (1) 원료...108
• (2) 탄화반응(Carbonization)...108
• (3) 활성화(Activation)...108
• 라. 활성탄에 의한 기상 흡착...113
• (1) 기상에서의 활성탄 응용...113
• (2) 액상에서의 활성탄 응용...115
• (3) 담체에서의 활성탄 응용...116
• 마. 기타흡착제...117
• (1) 제올라이트...117
• (2) 실리카...118
• (3) 알루미나...119
• (4) 흡착제의 비교...120
• 바. 산화처리된 활성탄...122
• 사. 첨착활성탄...124
• (1) 첨착활성탄...124
• (2) 첨착활성탄의 용도 및 구성...124
• (3) 제조 방법...125
• (4) 첨착활성탄의 제조...126
• (5) 첨착활성탄의 물성 및 흡착...129
• 아. 다이옥신...132
• (1) 정의 및 특징...132
• (2) 분류...133
• (3) 인체영향...135
• (4) 주요 배출원...136
• 5. 활성탄의 표면 분석 및 다이옥신 전구체의 흡착...138
• 가. 기본 활성탄...138
• 나. 산화처리 활성탄...141
• 다. 첨착처리 활성탄...152
• 라. 활성탄의 기초적인 파과 실험...153
• 제2절 질소산화물(NOx)제거를 위한 흡착/촉매제 표면 특성 연구...165
• 1. 연구의 배경 및 현황...165
• 가. NOx의 배출 및 규제 현황...165
• (1) 대기중 질소산화물 배출 및 오염 현황...165
• (2) 연소설비별 질소산화물 배출현황...166
• (3) 부문별 배출량 현황...167
• (4) 배출량 전망...168
• (5) 사업장 질소산화물 관리정책의 현황...168
• (6) 질소산화물 배출허용기준...170
• 2. 탄소물질들을 이용한 NOx 의 흡착 연구...172
• 3. 반응기 제작 및 실험 방법(Lab-Scale)...176
• 가. 실험 방법 및 재료...176
• (1) 흡착제 제조(Adsorbent Preparation)...176
• 나. 반응기 제작 및 실험방법...178
• (1) Lab-Scale 반응기 설계 및 제작...178
• (2) Temperature Programmed Desorption(TPD)...184
• 다. 표면 특성 실험의 내용...184
• (1) 활성탄과 첨착활성탄의 표면 분석...185
• (2) BET(Brunauer-Emmet-Teller)...186
• (3) Thermal Gravimetric Analysis(TGA)...187
• (4) Scanning Electron Microscopy(SEM)...187
• (5) X-ray Diffraction(XRD)...187
• (6) Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (Tof-SIMS)...187
• (7) AA(원자 흡광도) 분석...187
• 4. 활성탄의 표면 분석...188
• 가. 활성탄의 표면처리...188
• 나. 실험 조건...190
• (1) 활성탄 사양...190
• (2) 실험장치...191
• 다. 활성탄의 표면특성...192
• (1) 활성탄의 공업분석 및 원소분석...192
• (2) 활성탄의 물리.화학적성질...193
• (3) 활성탄의 흡착등온선...193
• (4) 활성탄의 SEM 사진...200
• (5) ToF-SIMS와 XRD 에 의한 화학적 상태 규명...200
• (6) TGA분석에 의한 표면 상태의 개질 확인...204
• 5. 흡착제의 특성 및 알려진 제거 메커니즘...205
• 가. 물리/화학적인 특성...205
• 제3절 최적 흡착/촉매제 개발을 위한 조건 도출...207
• 1. 활성탄의 촉매활성...207
• 가. 금속산화물의 영향...207
• 나. 산처리의 영향...209
• 다. 활성탄의 영향...218
• 라. 활성탄의 파과곡선...219
• 2. 촉매의 종류별 선택적 활성도 및 최적 촉매 선정...227
• 제4절 최적 흡착/촉매공정 설계를 위한 입자 및 유동특성 파악...245
• 1. 유동해석개요...245
• 2. 해석시스템...247
• 가. 시스템구성...247
• 나. 운전조건...249
• (1) 반응기, 덕트등 모델링 구조 선정 및 Size 결정...249
• (2) 배가스량, 온도, 가스 조성...249
• (3) 사용되는 활성탄 주입량, 입자 Size, Spec...249
• (4) 활성탄 사용량...250
• (5) Filter 조건(기공율, Filter 자체의 압)...250
• (6) 이론적인 제거효율...251
• 3. 유동해석 방법...251
• 가. Species transport equations...252
• 나. Continuity equation for the mixture...253
• 다. Momentum equation for the mixture...253
• 라. Turbulent modeling...254
• 마. Energy equation...255
• 바. Porous media model...256
• 사. 연소가스 내 먼지 및 활성탄 입자의 거동방정식...257
• 4. 해석결과...260
• 가. 싸이크론...260
• 나. 흡착/촉매 반응기...265
• 5. 유입덕트 형태별 흡착/촉매제의 거동분석...274
• 가. 주입덕트의 위치에 따른 해석 결과(Model 1)...282
• (1) 연소가스 유동장...285
• (2) 연소가스 체류시간...295
• (3) 압력분포...298
• (4) 활성탄 궤적 및 체류시간...305
• (5) 활성탄 분포...309
• (6) 주입덕트의 위치에 따른 해석결과 정리...321
• 나. 주입관이 2개의 지관으로 분리된 모델의 해석 결과 (Model 2)...323
• (1) 연소가스 유동장...325
• (2) 연소가스 체류시간...330
• (3) 압력분포...333
• (4) 활성탄 궤적 및 체류시간...337
• (5) 활성탄 분포...341
• (6) 주입관이 2개의 지관으로 분리된 모델의 해석결과 정리...348
• 다. 주입관이 3개의 지관으로 분리된 모델의 해석 결과 (Model 3)...350
• (1) 연소가스 유동장...353
• (2) 연소가스 체류시간...360
• (3) 압력분포...362
• (4) 활성탄 궤적 및 체류시간...366
• (5) 활성탄 분포...370
• (6) 주입관이 3개의 지관으로 분리된 모델의 해석결과정리...377
• 라. 접선 분사형으로 주입된 모델의 해석 결과(Model 4)...379
• (1) 연소가스 유동장...381
• (2) 연소가스 체류시간...385
• (3) 압력분포...387
• (4) 활성탄 궤적 및 체류시간...389
• (5) 활성탄 분포...391
• (6) 접선 분사형으로 주입된 모델의 해석결과 정리...397
• 마. 반응기 모델별 비교...398
• 바. 결론...404
• 제5절 고온용 절곡필터적용을 위한 흡착/촉매제의 부하특성...407
• 1. 연구개발의 내용 및 범위...407
• 2. 실험 결과...407
• 가. 주요실험 내용...411
• 3. 집진필터기술의 이론고찰...415
• 가. 먼지입자 포집 기구...415
• 나. 먼지입자 통과기구...418
• 다. 압력손실(Pressure drop)...420
• 라. 집진효율(Collection efficiency)...423
• 마. 먼지입자층 탈진기구...426
• 4. 실험...428
• 가. 고온용 절곡필터...428
• 나. 실험용흡착/촉매제...429
• 다. 실험장치...431
• 라. 실험방법...434
• 5. 실험 결과 및 고찰...437
• 가. 압력손실...437
• 나. 흡착/촉매제부하 조건의 압력손실(without cleaning)...438
• 다. 평균흡착/촉매제부하량...442
• 라. 평균잔유압력손실...446
• 마. 탈진간격...446
• 바. 탈진효율...447
• 사. 통과한 입자크기별 농도...449
• 아. 총괄집진효율...455
• 자. 동력소모 특성...457
• 6. 결론...459
• 제6절 질소산화물 제거를 위한 흡착/촉매 실험...462
• 1. 흡착제 Screening Test...462
• 2. 촉매 Screening test...465
• 3. 첨착활성탄의 NOx 제거 특성...469
• 제7절 Pilot Plant 제작 및 실험...482
• 1. 설치 Site 선정 및 특성 조사...482
• 가. 대상시설 개요...482
• 나. 대상 쓰레기...482
• 다. 기본 운영 data...486
• 2. Pilot Plant 설계 및 제작...490
• 가. Pilot Plant 설계...490
• 나. P/P 제작 및 설계...496
• 3. 실험 방법 및 운전 절차...508
• 가. 개요...508
• 나. 흡착/촉매 공정 설비...508
• 다. 비산재처리설비...508
• 라. 운전방법...509
• 마. 정지 절차서...511
• (1) 정지 유의사항...511
• 4. 200Nm3/h 규모 P/P 실험 내용 및 결과...512
• 가. 흡착/촉매공정 운영특성...512
• (1) 계기류 검교정...512
• (2) 히터 가동에 따른 온도변화 특성...513
• (3) 흡착/촉매공정 필터 코팅제 주입에 따른 압력변화...514
• (4) 흡착/촉매제 주입에 따른 압력변화...515
• 나. 흡착/촉매공정 오염 물질 제거 특성...516
• (1) 다이옥신...516
• (2) 가스농도 변화...516
• (3) 주입량별 출구 질소산화물 농도 및 제거효율 변화...517
• (4) 산소농도에 따른 제거능 파악...519
• (5) 오존 주입시 농도 변화...520
• 5. 2,000Nm3/h 규모 P/P 실험...522
• 가. P/P공정 구성 및 제작...522
• 나. P/P공정운영특성...526
• (1) 연속운영에 따른 운영특성...526
• (2) 히터 가동에 따른 차압변화 특성...527
• 다. 배가스 제거효율 및 다이옥신 동시제거...528
• (1) 반응 전후의 탈질효율비교...528
• (2) 오존주입 전후의 영향...529
• (3) 다이옥신동시제거효율...530
• 6. 오존 주입설비 설계 및 적용(50T/D)...532
• 제8절 결론...539
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...544
• 제1절 연구개발 목표 달성도...546
• 제2절 대외기여도...549
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...552
• 1. 기술이전 및 연구결과 활용계획...554
• 2. 기대효과...555
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...556
• 제7장 참고문헌...566
• 부록...569