보고서 정보
주관연구기관 |
한국건설기술연구원 Korea Institute Of Construction Technology |
연구책임자 |
황인주
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-08 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
국토교통부 |
과제관리전문기관 |
국토교통과학기술진흥원 Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement |
등록번호 |
TRKO201600016600 |
과제고유번호 |
1615008012 |
DB 구축일자 |
2016-12-17
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키워드 |
중력가압반응기,습식산화반응,아임계,대심도,유기 폐기물gravity pressure reactor,wet air oxidation reaction,sub-critical,deep well,organic wastes
|
초록
▼
본 연구는 유기폐기물의 효과적 처리가 가능한 습식산화플랜트
기술에 있어 기존 방식(전기·기계적인 반응기 가압)의 소비동력과 설치공간 등을 절감할 수 있는 중력가압(수두압) 관류형 반응기 내 반응 메커니즘, 이론 및 해석모델 등에 관한 기초연구임
본 연구를 통하여 대심도에 설치되는 관류형 습식산화반응기
내 반응메커니즘을 조사·분석하고 반응율에 영향을 미치는 인자
(압력, 온도, 체류시간 등)를 확립함
또한 반응메커니즘은 물질전환에 따라 단계특성을 구분하고,
유기폐기물의 습식산화반응을 이론적으로 전개하기
본 연구는 유기폐기물의 효과적 처리가 가능한 습식산화플랜트
기술에 있어 기존 방식(전기·기계적인 반응기 가압)의 소비동력과 설치공간 등을 절감할 수 있는 중력가압(수두압) 관류형 반응기 내 반응 메커니즘, 이론 및 해석모델 등에 관한 기초연구임
본 연구를 통하여 대심도에 설치되는 관류형 습식산화반응기
내 반응메커니즘을 조사·분석하고 반응율에 영향을 미치는 인자
(압력, 온도, 체류시간 등)를 확립함
또한 반응메커니즘은 물질전환에 따라 단계특성을 구분하고,
유기폐기물의 습식산화반응을 이론적으로 전개하기 위한 kinetic
model을 정립하고, 산화제가 투입되는 반응영역에 대한 유동특성을 평가하여 정성적인 분석을 도모함
이를 기반으로 대심도 아임계 조건 하 반응특성을 모사하기 위한 기초모델을 수립하고, 이의 개선을 통하여 연속적인 산화반응을 모사할 수 있는 해석모델을 개발하여 선행연구 및 실험결과와
비교를 통한 검증을 수행하고 실용급 용량에 대한 변수 민감도
분석을 실시하여 해석모델의 기초를 확립함
그리고 후속 연구로 발전시키기 위한 로드맵을 기획하여 도시의 유기폐기물 등에 효과적인 대심도 GPR(Gravity Pressure
Reactor) 기반 습식산화플랜트 실증연구 기반을 마련함
연구의 목적 및 내용
- 본 연구는 유기폐기물의 효과적 처리가 가능한 습식산화플랜트 기술에 있어 기존 방식(전기·기계적인 반응기 가압)의 소비동력, 설치공간 등을 절감할 수 있는 중력가압(수두압) 관류형 반응기 내 습식산화 메커니즘, 이론 및 해석모델
등에 관한 기초연구를 통하여 후속 실용화 연구기반을 마련하는데 목적이 있음
- (1차년도)
▪관련분야 선행 논문 및 특허 등 선행연구 조사, 분석
▪아임계 조건하 대심도 연속산화반응메커니즘과 영향인자 정립
▪산화반응에 미치는 영향인자를 분석평가하기 위하여 이론적 해석모델을 수립
▪반응속도모델을 기초로 기초이론 수립 및 반응특성 분석
- (2차년도)
▪대심도 반응기 형식에 따른 Mass & energy balance 모델수립
▪반응기 내 산화제 주입위치, 반응수율 촉진기제 등 검토
▪반응모델 검증 및 실용급 용량에 대한 설계변수의 민감도 평가
▪Batch type 반응유닛을 bench- scale로 설계, 제작, 실험평가
▪후속 실증연구 추진을 위한 로드맵 수립
연구개발성과
- 습식산화, GPR, 촉매방식 등 기술(특허 포함)동향 분석결과
- 수직형 GPR 반응 영향인자 및 반응메커니즘 분석, 산화제 공급부 해석결과
- GPR 시뮬레이션 모델 수립 및 비교·검증, 다양한 조건에 대한 최적화 시뮬레이션 결과
- 유동 및 산화반응 실험을 위한 장치 설계/제작, 평가결과
연구개발성과의 활용계획
(기대효과)
- 습식산화, GPR, 촉매방식 등 기술(특허 포함)동향 분석결과
⇒ 회피특허, 반응기 형상·계통 설계, 후속 연구를 위한 공백기술 파악에 활용
- 수직형 GPR 반응 영향인자 및 반응메커니즘 분석, 산화제 공급부 해석결과
⇒ GPR 설계, 특허출원 아이디어, 후속 실용화 scale-up 모델개발에 활용
- GPR 시뮬레이션 모델 수립 및 비교·검증, 다양한 조건에 대한 최적화 시뮬레이션 결과
⇒ 해석엔진 설계 소스코드 개발, 후속 연구에서 상용급 설계코드 개발에 활용
- 유동 및 산화반응 실험을 위한 장치 설계/제작, 평가
⇒ 다상유동모델의 평가, 유동제어방법의 고안, 연속운전 시스템 설계에 활용
Abstract
▼
Purpose &
Contents
- In this study, wet air oxidation (WAO) technology is handled to be
capable of effective treatment of organic waste water, WAO mechanisms
within gravity pressure (head pressure) vessel reactor that can reduce
power consumption, installation space, etc. of previous<
Purpose &
Contents
- In this study, wet air oxidation (WAO) technology is handled to be
capable of effective treatment of organic waste water, WAO mechanisms
within gravity pressure (head pressure) vessel reactor that can reduce
power consumption, installation space, etc. of previous
method(electrical·mechanical reactor pressure). Aim of this study is to
have follow-up commercialization research foundation through the
fundamental research on the theories and analytical model.
- (First Year)
▪ Related field preceding paper, patent, etc. preceding research analysis of
investigation
▪ Found a deep well continuous oxidation reaction mechanisms and
influence factors under subcritical condition
▪ Establishment a theoretical analysis model for analysis evaluating
influential factor on the oxidation reaction
▪ Analysis of reaction characteristics and establishing basic theory base
on reaction kinetic models
- (Second Year)
▪ Establishment of mass&energy balance model on deep well reactor
types
▪ Examination of oxidants injection position and reaction yields
accelerator
▪ Investigation of reaction model & sensitivity evaluation of design
parameters for commercialization capacity.
▪ Batch type reaction units to design, produce, experimental evaluate a
bench scale
▪ Establishment of road map for follow-up commercialization research
promotion
Results
- Technical trend (included patent) analysis results of WAO, GPR, catalytic
WAO, etc.
- Vertical GPR reaction influence factors and reaction mechanism analysis,
oxidants feed analysis results
- Establishment and investigation·comparison GPR simulation models,
optimization simulation results for various conditions
- Equipments design/production, evaluation results for fluids and oxidation
reaction experimental
Expected
Contribution
-Technical trend (included patent) analysis results of WAO, GPR, catalytic
WAO, etc.
⇒Avoid patent, reactor configuration·system design, utilizing of
non-technology to identify research for follow-up research
-Vertical GPR reaction influence factors and reaction mechanism analysis,
oxidants feed analysis results
⇒GPR design, a patent application idea, utilization on follow-up
commercialization scale-up model development
-Establishment and investigation·comparison GPR simulation models,
optimization simulation results for various conditions
⇒Analysis engine design source code development, utilization on
commercial grade design code development at follow-up research
-Equipments design/production, evaluation results for fluids and oxidation
reaction experimental
⇒Evaluation of multiphase flow model, design of the flow control model,
utilization on continuous operation system design
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 2
- 보고서 요약서 ... 3
- SUMMARY ... 5
- CONTENTS ... 7
- 목차 ... 8
- 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 9
- 1. 연구개발 목적 ... 9
- 2. 연구개발의 필요성 ... 10
- 3. 연구개발 범위 ... 12
- 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 14
- 1. 국내외 연구동향 및 학술적 성과 ... 14
- 2. 국내외 관련기술 특허 동향 ... 27
- 3. 국내외 시장분석 및 산업동향 ... 47
- 4. 시사점 및 종합 ... 51
- 제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 53
- 1. 연구개발결과 요약 ... 53
- 2. 연속산화반응메커니즘 규명 ... 54
- 3. GPR 이론모델 수립 및 보정 ... 73
- 4. GPR 반응 해석모델 도출 및 검증 ... 87
- 5. GPR 다상유동 시뮬레이션 및 반응유닛 평가 ... 129
- 6. GPR 경제성 분석 ... 155
- 7. 후속 로드맵 수립 ... 156
- 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 162
- 1. 연구개발 최종목표 달성도 ... 162
- 2. 연구개발 목표의 기여도 ... 166
- 제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 167
- 1. 연구개발성과 활용방안 ... 167
- 2. 후속 연구계획 ... 168
- 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 169
- 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 169
- 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 169
- 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 169
- 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 170
- 참고 문헌 ... 171
- 끝페이지 ... 175
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