초록 ▼

고효율이며 청정연소 기술인 촉매연소의 활용을 확대하기 위해, 필라듐 촉매에 $TiO_2$와 $ZrO_2$를 Post-coating하면 고온 안정성이 높아짐을 확인하였고, 필라듐과 백금을 이원금속으로 만들면 필라듐의 구조가 바뀌어 메탄 연소반응에서 hysteresis가 관찰되지 않고 내열 특성이 향상됨을 확인하였다. 고온 촉매연소물질인 헥사알루미네이트를 함침법 또는 계면활성제 이용법을 이용하여 저가로 합성할 수 있음을 확인하였다. 산업용 고부하 촉매연소기 개발을 위해 촉매 보조 화염연소기를 제작

고효율이며 청정연소 기술인 촉매연소의 활용을 확대하기 위해, 필라듐 촉매에 $TiO_2$와 $ZrO_2$를 Post-coating하면 고온 안정성이 높아짐을 확인하였고, 필라듐과 백금을 이원금속으로 만들면 필라듐의 구조가 바뀌어 메탄 연소반응에서 hysteresis가 관찰되지 않고 내열 특성이 향상됨을 확인하였다. 고온 촉매연소물질인 헥사알루미네이트를 함침법 또는 계면활성제 이용법을 이용하여 저가로 합성할 수 있음을 확인하였다. 산업용 고부하 촉매연소기 개발을 위해 촉매 보조 화염연소기를 제작하고 연소특성을 분석한 결과 공해물질의 배출이 적고 안정한 연소가 얻어짐을 확인하였다.
촉매연소장치를 직물코팅장치에 적용시킬 수 있도록 시스템을 구성하고 시범 운전한 결과 공정에서 배출되는 VOC를 98% 정도 처리할 수 있었고, VOC 소각열의 재활용에 의해 운전에너지를 80%까지 절약할 수 있음을 확인하였다. 이동이 가능하고 낮은 농도의 VOC를 효과적으로 처리할 수 있는 이중관 열교환 방식의 VOC 소각 장치를 제작하고, VOC 소각처리 실험한 결과 활용가능성이 높음을 확인하였다.
마이크로 채널 설계를 위해 컴퓨터 모사를 수행하고, 마이크로 반응기를 제작하여 밀봉, 촉매코팅, 열교환 및 촉매연소반응 실험을 수행하였다.

Abstract ▼

As activity of combusion catalysts decreases with increasing temperature by sintering, various prearation methods have been utilized in order to prevent the catalysts from sintering. In this project, post-coating method with metal oxides and bimetal synthesis method were used in catalyst preparation

As activity of combusion catalysts decreases with increasing temperature by sintering, various prearation methods have been utilized in order to prevent the catalysts from sintering. In this project, post-coating method with metal oxides and bimetal synthesis method were used in catalyst preparation in order to improve thermal stability of Pd catalysts having high activity in methane combustion. La-doped alumina for thermal stability was post-coated with $TiO_2$ and $ZrO_2$ and then structure of Pd metal was investigated with the corresponding combustion activity. As structure of bimetal has been reported to be dependent on pretreatments, the structure of Pt-Pd bimetal was quantitatively examined using EXAFS spectroscopy.
Although hexaaluminate has been known to be very stable above $1200^{\circ}$C having 10~20 $m^2$/g of surface area, raw materials of hexaaluminate are expensive and convensional process is complicated. Thus, surfactants were utilized to form the thermal stable hexaaluminate with cost reduction and mass production. The hexaaluminate synthesized with surfactants was analyzed in surface area. Impregnation was examined with EXAFS/XANES spectroscopy.
Even though the use of catalytic combustion can produce energy by burning low-caloric gas at low temperatures, its application has been limited to combustion of VOC that is not only pollutant but also energy resource. In this project, fabric coating equipment with catalytic combustor was developed in order to use combustion heat of VOC produced during fabric coating process. The developed equipment was tested in performance, practical use and economical efficiency.
The core of high-temperature catalytic combustion technology is to reduce emission of thermal NOx by lowering combustion temperature at given operation conditions. A catalytic stabilized thermal combustor was manufactured and examined in its combustion characteristics. Also, a computational numerical method was performed with catalyst bed and thermal combustor at various operation conditions.
A incinerator for low concentration of VOC was manufactured with a double-piped heat exchanger and tested for VOC incineration, which was not included in the proposal of this project, but it was considered that such a VOC combustor should be urgently developed.
Micro reactors involving micro structures have a potential of altering conventional reactor system by increasing mass and heat transfers of fluids. Numerical simulation was performed for flows in a micro structure. Metal plates were microchanneled by photolithography and chemical etching. The microchanneled metal plates were stacked and coated with catalysts. Micro heat exchanger with catalytic combustion was examined for heat exchange rate.

목차 Contents

• 제1장 연구개발과제의 개요...31
• 제1절 연구개발의 목적...31
• 제2절 연구개발의 필요성...34
• 1. 연구개발의 경제.사회.기술적 중요성...34
• 2. 경제.산업적 측면...35
• 3. 사회.문화적 측면...36
• 제2장 국내외 기술개발 현황...38
• 제1절 국내외 기술 개발 동향...38
• 1. 촉매 소재 기술...38
• 2. 촉매연소 시스템 기술...40
• 제2절 선진국의 기술개발 동향...41
• 1. 촉매 소재 기술...41
• 2. 촉매연소 시스템 기술...43
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과...47
• 제1절 팔라듐 촉매의 내열특성 강화...47
• 1. 백금 팔라듐 이원금속 촉매 및 금속산화물 코팅 팔라듐 촉매 제조...51
• 2. 내열특성 강화된 팔라듐 촉매의 XANES/EXAFS 연구...53
• 3. 팔라듐 촉매의 내열특성 강화에 따른 메탄연소반응 특성...61
• 제2절 Hexaaluminate의 합성 및 응용...70
• 1. Hexaaluminate의 합성...74
• 2. 특성분석 및 메탄 연소 반응성 실험 방법...74
• 3. 계면활성제를 이용하여 합성한 헥사알루미네이트의 특성...77
• 4. 함침법을 이용하여 제조한 헥사알루미네이트의 특성...85
• 5. 헥사알루미네이트에 담지된 망간의 EXAFS/XANES 분석...92
• 제3절 촉매 보조 화염 연소기의 연소특성...99
• 1. 실험장치 및 실험 방법...99
• 2. 촉매연소기 성능실험 결과 및 고찰...105
• 3. 수치해석...119
• 제4절 촉매연소 방식의 직물코팅장치 특성 연구...143
• 1. 촉매연소 열 교환기...143
• 2. 직물코팅장치 적용실험 및 결과고찰...165
• 3. 촉매연소 시스템의 구조개선...189
• 제5절 순차식 촉매연소 시스템...202
• 1. 순차식 촉매연소 시스템 개발배경...202
• 2. 순차식 촉매연소 장치의 목적 및 개념...210
• 3. 순차식 촉매연소 장치의 제작...214
• 4. 순차식 촉매연소 장치 실험...226
• 5. 순차식 촉매연소 시스템 적용전망...240
• 제6절 이동형 VOC 소각장치의 개발...242
• 1. 서언...242
• 2. 효율적 열 회수를 위한 VOC 소각 장치의 구조...243
• 3. 이중관 열교환 방식의 VOC 소각장치 제작 및 실험...249
• 4. 이중관 열교환 방식의 VOC 소각장치 특성실험 결과 및 고찰...251
• 5. 이동형 VOC 소각장치의 개발...255
• 제7절 촉매연소를 이용한 마이크로 열교환 시스템...259
• 1. 마이크로 열교환기의 개요...259
• 2. 마이크로 열교환기에서의 수치해석...261
• 3. 마이크로 열교환기의 제작 및 성능시험...274
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...312
• 제1절 연구목표 및 내용...312
• 제2절 주요 연구개발 결과...314
• 1. 주요 연구 성과 및 달성도...314
• 2. 연구개발성과 현황...316
• 제3절 공공기능수행실적...317
• 1. 홈페이지 운영 및 활용 현황...317
• 2. 중소기업 기술지도...317
• 3. Workshop, 세미나 개최 및 자문활동...317
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...319
• 제6장 참고문헌...322