[보고서]Steam Plasma를 이용한 열경화성수지의 가스화 기술 개발

박현서

Steam Plasma를 이용한 열경화성수지의 가스화 기술 개발
A Study on the gasification of thermosetting resin by steam plasm 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	전주대학교 Jeonju University
연구책임자	박현서
참여연구자	이환노 , 유병수 , 노성기 , 임경완 , 이훈
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2011-08
과제시작연도	2010
주관부처	환경부
사업 관리 기관	한국환경산업기술원
등록번호	TRKO201200001792
과제고유번호	1485008418
DB 구축일자	2013-05-20

초록

- steam plasma 기술을 이용하여 폐 열경화성수지(FRP)를 대상으로 가스화 처리를 하는 경우 설계 및 처리기술 확보, 폐열경화성 수지 가스화설비 국내외 판매효과 및
- 폐열경화성 수지의 가스화 처리에 따른 경제적 효과가 있을 것으로 예상됨.
- 폐 plastic 발생량 : 400만톤/년
- 가스화 처리비율 : 10%(년간 40만톤/년)
- Steam plasma 가스화 설비비(30ton/day급) : 35억/기
- 소요기수 ; 45기
- 설비시장 : 45기*35억/기1575억원

목차 Contents

표지 ... 1
제출문 ... 2
보고서 초록 ... 3
요약문 ... 8
Summary ... 18
목차 ... 29
표목차 ... 32
그림목차 ... 35
1장 서론 ... 41
1-1절 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 42
1-2절 연구개발의 국내외 현황 ... 45
1. 해외 기술개발 동향 • 시장 ... 45
2. 국내 기술개발 동향 • 시장 ... 46
1-3절 연구개발대상 기술의 차별성 ... 47
2장 연구개발 목표 및 내용 ... 48
2-1절 연구의 최종목표 ... 49
1. 연구개발의 최종목표 및 성격 ... 49
가. 연구개발의 최종목표 ... 49
2-2절 연도별 연구개발 목표 및 평가방법 ... 51
1. 1차년도 ... 51
2. 2차년도 ... 52
2-3절 연도별추진 체계 ... 53
1. 연구개발 추진전략 ... 53
2. 연차별 추진체계 ... 54
3장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 55
3-1절 연구개발결과 및 토의 ... 56
1. 열경화성 폐 Plastic의 물리화학적 특성 분석 ... 56
가. 열경화성 수지의 물리적 성질 ... 56
나. 열경화성 수지의 성질과 특징 ... 58
다. 열경화성 수지 별 물리화학적 특성분석 ... 64
2. 폐 Plastic의 발생 및 처리현황 분석 ... 76
가. 폐플라스틱의 발생현황 ... 76
나. 폐플라스틱 처리현황 ... 77
다. 폐플라스틱 처리기술 및 기술동향 ... 78
3. 열역학적 가스화반응 이론 ... 92
가. CO, CO2, H2O(g)와 CO, CO2,, H2, H2O(g) 혼합가스의 해리 O2압 ... 92
나. CO2의 해리 O2압 ... 93
다. H2O(g)의 해리압 ... 98
라. CO, CO2, H2, H2O(g) 수성 가스의 해리 O2압 ... 100
마. CO, CO2, CH4, H2 ,H2O(g) 혼합가스의 해리 C압 또는 C활량 ... 103
4. 열경화성 수지의 Syn-gas 전환에 대한 열역학적 분석 결과 ... 121
가. 멜라민수지의 열역학적 분석 결과 ... 121
나. 페놀수지의 열역학적 분석 ... 133
다. 요소수지의 열역학적 분석 ... 144
라. FRP의 열역학적 분석 ... 155
마. 결과 요약 ... 166
5. Plasma 설비 설계를 위한 Heat/Mass balance 설정 ... 167
가. Steam plasma 설비 제작을 위한 Heat/Mass balance 설정결과 ... 167
6. Steam plasma torch 설계/제작 ... 185
가. Steam torch 기본 특성 ... 185
나. Power supply system 구성 및 특성 ... 186
다. Steam plasma torch 설계도 ... 186
라. Steam plasma torch/Power supply 제작 ... 190
마. Steam plasma torch 운전 ... 191
바. Steam torch 설계기술 비교 ... 192
7. Plasma 가스화 반응로 System 설계/제작/설치/시운전 ... 194
가. 반응로 설계 특성 ... 194
나. Plasma 가스화 System 설계도 ... 196
다. Plasma 가스화 System 제작 ... 201
라. 제어 System 구성 ... 205
마. 반응로 설계기술 비교 ... 206
바. 파쇄 설비 설계/제작 ... 208
8. 열경화성 수지 가스화 기초 실험 ... 210
가. 실험 장치 및 방법 ... 210
나. 실험 결과 및 고찰 ... 213
9. Steam plasma를 이용한 열경화성 수지의 가스화 실험 ... 226
가. 실험 방법 및 조건 ... 226
나. 폐 멜라민 수지(Melamine Resin)의 가스화 실험결과 ... 231
다. FRP의 가스화 실험결과 ... 254
라. 요소수지(Urea resin)의 가스화 실험결과 ... 272
마. 페놀수지(Phenol resin)의 가스화 실험결과 ... 289
바. Steam plasma torch 효율 분석 ... 304
사. Steam plasma torch 수명 분석 ... 307
아. 배기가스 성분 분석 및 Dioxine 분석 ... 308
자. 중금속 용출분석 ... 309
10. 가스화 System 설계인자 도출 및 실증개념설계 ... 309
가. 기본 개념 ... 309
나. 가스화 반응으로 설계이론 ... 309
다. 열교환기 설계이론 ... 310
라. 설계인자 도출 ... 311
마. Steam plasma 실증설비의 개념도 ... 312
3-2절 연구개발 결과(요약) 및 결론(제언) ... 314
3-3절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 317
3-4절 연도별 연구성과 ... 319
1. 1차년도(2009.3~2010.2) ... 319
가. 학술(세미나) 발표 ... 319
2. 2차년도(2010.3~2011.8) ... 319
가. 논문게재 ... 319
나. 학술(세미나) 발표 ... 320
다. 특허 ... 320
라. 기타(교육) 성과 ... 320
3-5절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 321
3-6절 연구개발 결과의 활용계획 ... 322
1. 연구성과 활용계획 ... 322
2. 기대효과 ... 322
4장 참고문헌 ... 325
부 록 ... 329

표/그림 (212)

표 그림 1.1 폐플라스틱 현황
표 그림 3.1 온도에 따른 플라스틱 강도
표 그림 3.2 비체적의 온도특성
표 그림 3.3 유동성의 대강
표 그림 3.4 플라스틱 재료의 열변형 온도
표 그림 3.5 플라스틱 재료의 내열온도
표 그림 3.6 공업 재료의 열팽창률
표 그림 3.7 플라스틱 재료의 열팽창률
표 그림 3.9 플라스틱 재료의 열전도율
표 그림 3.8 공업재료의 열전도율
표 그림 3.10 플라스틱 재료의 중량비열
표 그림 3.11 불포화 폴리에스텔 수지의 화학반응
표 그림 3.12 노블락 페놀수지의 화학반응
표 그림 3.13 레졸 페놀수지의 화학반응
표 그림 3.14 멜라민 수지의 화학반응
표 그림 3.15 우레아 수지의 화학반응
표 그림 3.17 P(Pco +Pco2)와 boundouard 평행곡선의 관계
표 그림 3.18 a C와 boundouard 평행곡선의 관계
표 그림 3.19 C(s) + CO2 - 2CO반응에서 가스 상태와 압력의 관계
표 그림 3.20 CO+CO2+A = 100%에서 CO, CO2, A의 관계
표 그림 3.21 ΔGT°와 T와의 관계
표 그림 3.22 C(s) + 2H2 = CH4 반응에서의 평행곡선
표 그림 3.23 C(s)+2H2 = CH4 반응에서의 평행곡선
표 그림 3.24 C(s)+2H2 = CH4 반응에서의 가스평행과 압력의 관계
표 그림 3.25 온도변화에 따른 H2, CH4 가스의 평행과 a C
표 그림 3.26 열분해 온도에 따른 C의 가스화 반응
표 그림 3.27 압력에 따른 C의 가스화 반응
표 그림 3.28 O/C비에 따른 멜라민 수지의 열역학적 거동 분석 결과 (가스화제 : Air)
표 그림 3.29 O/C비에 따른 멜라민 수지의 열역학적 거동 분석 결과 (가스화제 : O2)
표 그림 3.30 O/C비에 따른 멜라민 수지의 열역학적 거동 분석 결과 (가스화제 : Steam)
표 그림 3.31 가스화제에 따른 H2농도 변화
표 그림 3.32 가스화제에 따른 CO농도 변화
표 그림 3.33 가스화제에 따른 CO2농도 변화
표 그림 3.34 가스화제에 따른 CH4농도 변화
표 그림 3.35 가스화제에 따른 H2O농도 변화
표 그림 3.36 가스화제에 따른 N2농도 변화
표 그림 3.37 가스화제에 따른 합성가스(CO+H2)농도 변화
표 그림 3.38 가스화제에 따른 Syn-gas 발열량 변화
표 그림 3.39 O/C비에 따른 페놀 수지의 열역학적 거동 분석 결과 (가스화제 : Air)
표 그림 3.40 O/C비에 따른 페놀 수지의 열역학적 거동 분석 결과 (가스화제 : O2)
표 그림 3.41 O/C비에 따른 페놀 수지의 열역학적 거동 분석 결과 (가스화제 : Steam)
표 그림 3.42 가스화제에 따른 H2농도 변화
표 그림 3.43 가스화제에 따른 CO농도 변화
표 그림 3.44 가스화제에 따른 CO2농도 변화
표 그림 3.45 가스화제에 따른 CH4농도 변화
표 그림 3.46 가스화제에 따른 H2O농도 변화
표 그림 3.47 가스화제에 따른 N2농도 변화
표 그림 3.48 가스화제에 따른 합성가스(CO+H2)농도 변화
표 그림 3.49 가스화제에 따른 Syn-gas 발열량 변화
표 그림 3.50 O/C비에 따른 요소 수지의 열역학적 거동 분석 결과 (가스화제 : Air)
표 그림 3.51 O/C비에 따른 요소 수지의 열역학적 거동 분석 결과 (가스화제 : O2)
표 그림 3.52 O/C비에 따른 요소 수지의 열역학적 거동 분석 결과 (가스화제 : Steam)
표 그림 3.54 가스화제에 따른 CO농도 변화
표 그림 3.53 가스화제에 따른 H2농도 변화
표 그림 3.55 가스화제에 따른 CO2농도 변화
표 그림 3.56 가스화제에 따른 CH4농도 변화
표 그림 3.58 가스화제에 따른 N2농도 변화
표 그림 3.57 가스화제에 따른 H2O농도 변화
표 그림 3.59 가스화제에 따른 합성가스(CO+H2)농도 변화
표 그림 3.60 가스화제에 따른 Syn-gas 발열량 변화
표 그림 3.61 O/C비에 따른 FRP의 열역학적 거동 분석 결과 (가스화제 : Air)
표 그림 3.62 O/C비에 따른 FRP의 열역학적 거동 분석 결과 (가스화제 : O2)
표 그림 3.63 O/C비에 따른 FRP의 열역학적 거동 분석 결과 (가스화제 : Steam)
표 그림 3.64 가스화제에 따른 H2농도 변화
표 그림 3.65 가스화제에 따른 CO농도 변화
표 그림 3.66 가스화제에 따른 CO2농도 변화
표 그림 3.67 가스화제에 따른 CH4농도 변화
표 그림 3.69 가스화제에 따른 N2농도 변화
표 그림 3.68 가스화제에 따른 H2O농도 변화
표 그림 3.70 가스화제에 따른 합성가스(CO+H2)농도 변화
표 그림 3.71 가스화제에 따른 Syn-gas 발열량 변화
표 그림 3.72 가스화 생성물의 평형조성
표 그림 3.73 열수지 설계모델
표 그림 3.74 2차 연소시 물질수지 설계모델
표 그림 3.75 배가스 열수지 모델
표 그림 3.76 배가스 물질수지 모델
표 그림 3.77 FRP의 플라즈마 가스화 계산 결과
표 그림 3.78 Steam plasma torch 설계도면
표 그림 3.79 Plasma torch 기본설계도
표 그림 3.80 양극 설계도면
표 그림 3.81 음극 설계도면
표 그림 3.82 Power supply의 기본 구성도
표 그림 3.83 Power supply의 상세 구성도
표 그림 3.84 Steam plasma torch의 주요부품 및 완성품
표 그림 3.85 Power supply 제작품
표 그림 3.86 Steam torch의 불꽃 사진
표 그림 3.87 Steam plasma torch 전력변화
표 그림 3.88 Plasma가스화 System구성도
표 그림 3.89 Plasma 가스화 System 주요 구성도
표 그림 3.90 가스화 반응로 3차원 내부 구성도
표 그림 3.91 Plasma torch flame 장착부위 3차원 구성도
표 그림 3.92 Plasma 반응로/2차연소로 설계도면
표 그림 3.93 Plasma 반응로/2차연소로 평면도
표 그림 3.94 배기가스 냉각 설계도면
표 그림 3.95 Hopper 설계도면
표 그림 3.96 Feeder 설계도면
표 그림 3.98 Gas cooler 설계도면
표 그림 3.97 Combustion chamber 설계도면
표 그림 3.99 Nozzle 설계도면
표 그림 3.100 가스화 System 전체 Pilot plant
표 그림 3.102 투입장치
표 그림 3.101 1, 2차 반응로
표 그림 3.103 2차 연소로
표 그림 3.104 P&ID
표 그림 3.106 전기 계장
표 그림 3.105 유인송풍기
표 그림 3.107 전체 System 제어
표 그림 3.108 Steam plasma torch 제어
표 그림 3.109 실시간 Data
표 그림 3.110 파쇄 설비 설계도
표 그림 3.111 파쇄 설비
표 그림 3.112 튜브형 전기로
표 그림 3.113 가스분석기
표 그림 3.114 전체 구성도.
표 그림 3.115 FRP의 열적감량분석 결과
표 그림 3.116 멜라민수지의 열적감량분석 결과
표 그림 3.117 FRP의 생성가스 성분분석 결과(m=0.0)
표 그림 3.118 FRP의 생성가스 성분분석 결과(m=0.6)
표 그림 3.119 FRP의 생성가스 성분분석 결과(m=1.0)
표 그림 3.120 멜라민수지의 생성가스 성분분석 결과(m=0.0)
표 그림 3.121 멜라민수지의 생성가스 성분분석 결과(m=0.6)
표 그림 3.122 멜라민수지의 생성가스 성분분석 결과(m=1.0)
표 그림 3.123 전체 System 구성도
표 그림 3.124 Plasma 가스화 Pilot plant
표 그림 3.125 시료 Sample 및 분석 System 절차
표 그림 3.126 Steam plasma torch 운전 절차
표 그림 3.127 처리 Process 기본 Flow
표 그림 3.128 Steam plasma torch 전력변화
표 그림 3.129 멜라민 투입에 따른 1차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.129 멜라민 투입에 따른 1차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.129 멜라민 투입에 따른 1차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.129 멜라민 투입에 따른 1차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.130 멜라민 투입에 따른 2차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.130 멜라민 투입에 따른 2차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.130 멜라민 투입에 따른 2차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.130 멜라민 투입에 따른 2차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.131 멜라민 투입에 따른 반응로 로 내 압력 변화
표 그림 3.132 멜라민 투입에 따른 2차연소로 로 내 온도 변화
표 그림 3.132 멜라민 투입에 따른 2차연소로 로 내 온도 변화
표 그림 3.132 멜라민 투입에 따른 2차연소로 로 내 온도 변화
표 그림 3.133 Melamine resin/Steam ratio 변화에 따른 Syn-gas 생성량
표 그림 3.134 Steam plasma torch 전력변화
표 그림 3.135 가스화 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.136 가스화 반응로 로 내 압력 변화
표 그림 3.137 반응온도 변화에 따른 Syn-gas 농도 변화
표 그림 3.137 반응온도 변화에 따른 Syn-gas 농도 변화
표 그림 3.138 Steam plasma torch 전력변화
표 그림 3.139 가스화 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.140 가스화 반응로 로 내 압력 변화
표 그림 3.141 2차연소로 로 내 온도 변화
표 그림 3.142 Melamine resin 연속 운전시 Syn-gas 생성량
표 그림 3.143 steam plasma torch 전력변화
표 그림 3.144 FRP 투입에 따른 1차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.144 FRP 투입에 따른 1차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.144 FRP 투입에 따른 1차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.144 FRP 투입에 따른 1차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.145 FRP 투입에 따른 2차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.145 FRP 투입에 따른 2차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.145 FRP 투입에 따른 2차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.145 FRP 투입에 따른 2차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.146 가스화 반응로 로 내 압력 변화
표 그림 3.147 FRP/Steam ratio 변화에 따른 Syn-gas 생성량
표 그림 3.148 FRP/Steam ratio 변화에 따른 H2/CO Ratio
표 그림 3.149 FRP 이론 Syn-gas 생성량 비교
표 그림 3.150 FRP/Steam 변화에 따른 Steam plasma torch 전력변화
표 그림 3.151 FRP 투입량에 따른 1차 반응로 온도 변화
표 그림 3.152 FRP 투입량에 따른 2차 반응로 온도 변화
표 그림 3.153 FRP/Steam 비율 변화에 따른 가스화 반응로 로 내 압력 변화
표 그림 3.154 FRP/Steam ratio 변화에 따른 Syn-gas 생성량
표 그림 3.155 FRP/Steam ratio 변화에 따른 H2/CO ratio
표 그림 3.156 Steam plasma torch 전력변화
표 그림 3.157 요소 투입에 따른 1차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.157 요소 투입에 따른 1차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.158 요소 투입에 따른 2차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.158 요소 투입에 따른 2차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.159 가스화 반응로 로 내 압력 변화
표 그림 3.160 가스화 2차연소로 로 내 온도 변화
표 그림 3.162 요소 이론 Syn-gas 생성량 비교
표 그림 3.161 Urea/Steam ratio 변화에 따른 Syn-gas 생성량
표 그림 3.162 요소 이론 Syn-gas 생성량 비교
표 그림 3.163 Steam plasma torch 전력변화
표 그림 3.164 가스화 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.165 가스화 반응로 로 내 압력 변화
표 그림 3.166 요소수지 연속운전시 Syn-gas 거동분석
표 그림 3.167 Steam plasma torch 전력변화
표 그림 3.168 가스화 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.169 가스화 반응로 로 내 압력 변화
표 그림 3.170 가스화 2차연소로 로 내 온도 변화
표 그림 3.171 요소수지 연속운전시 Syn-gas 거동
표 그림 3.172. Steam plasma torch 전력변화
표 그림 3.173 가스화 1차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.173 가스화 1차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.174 가스화 2차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.174 가스화 2차 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.175 가스화 반응로 로 내 압력 변화
표 그림 3.176 가스화 2차연소로 로 내 온도 변화
표 그림 3.177 Phenol/Steam 비율 변화에 따른 Syn-gas 생성량
표 그림 3.178 요소 이론 Syn-gas 생성량 비교
표 그림 3.178 요소 이론 Syn-gas 생성량 비교
표 그림 3.179 Steam plasma torch 전력변화
표 그림 3.180 가스화 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.181 가스화 반응로 로 내 압력 변화
표 그림 3.183 가스화 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.182 Steam plasma torch 전력변화
표 그림 3.183 가스화 반응로 로 내 온도변화
표 그림 3.184 가스화 반응로 로 내 압력 변화
표 그림 3.185 페놀수지 연속운전시 Syn-gas 거동
표 그림 3.186 Plasma torch voltage/Ampere 측정결과
표 그림 3.187 Plasma torch 냉각수 측정결과
표 그림 3.188 Plasma torch 효율
표 그림 3.189 Plasma torch 전극 실험전후 상태
표 그림 3.190 Steam plasma 실증설비 개념도

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연구책임자(Manager) :	-
과제기간(DetailSeriesProject) :	-
총연구비 (DetailSeriesProject) :	-
키워드(keyword) :	-
과제수행기간(LeadAgency) :	-
연구목표(Goal) :	-
연구내용(Abstract) :	-
기대효과(Effect) :	-

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