초록 ▼

□ 개발 목적 및 필요성
국가 중추 산업인 전자산업의 발달로 인한 불화가스 배출량의 증가에 대비하여 배가스를 처리함에 있어서 가수분해반응 시 생성되는 환경오염물질인 산성가스(불산, SOx 등)를 반응기 내부에서 제거하여 제로이미션 구현이 가능하고, 반응/분리 다단반응으로 가수분해반응의 열역학적 평형을 파과하여 분해효율을 증가시키는 촉매분해-산성가스제거 일체형 불화가스 처리공정 기술 개발이 요구된다.

□ 연구개발결과
가. 고효율 모듈기술 (KIER, 대구가톨릭대학교)
2,000SLM급 PFCs 분해 및 처

□ 개발 목적 및 필요성
국가 중추 산업인 전자산업의 발달로 인한 불화가스 배출량의 증가에 대비하여 배가스를 처리함에 있어서 가수분해반응 시 생성되는 환경오염물질인 산성가스(불산, SOx 등)를 반응기 내부에서 제거하여 제로이미션 구현이 가능하고, 반응/분리 다단반응으로 가수분해반응의 열역학적 평형을 파과하여 분해효율을 증가시키는 촉매분해-산성가스제거 일체형 불화가스 처리공정 기술 개발이 요구된다.

□ 연구개발결과
가. 고효율 모듈기술 (KIER, 대구가톨릭대학교)
2,000SLM급 PFCs 분해 및 처리 설비 제조에 앞서 PFCs 반응/분리 동시효과 및 HF제거를 위한 촉매 및 고상환원제의 성능을 시험하고, 시스템 가동조건의 최적화를 위하여 Pilot-scale 공정조건과 유사하게 Lab-scale 규모의 장치 시스템을 구성하였다.
실험결과들을 통해 촉매-환원제 다단 반응기 구성에 의한 반응/분리 효과는 평형파과 현상을 유도하기에 알맞은 시스템임을 증명하였다. 그리고 과제 진행에 따른 단계별 pilot-scale 시스템 구성을 통해 대용량 촉매분해-산성가스 일체형 불화가스 처리 시스템을 구축하였고, Le chatelier 원리 기반 평형 파과 원리에 의해 반응 온도 저감에 따른 에너지 사용량 저감과 동시에 기술개발 목표 달성 기준을 만족함으로서 시스템의 구현 가능성을 확보하였다.

나. 공정설계 및 경제성 평가를 통한 공정최적화 (KIER, 대구가톨릭대학교)
본 연구를 통해 반응기 설계를 위한 shell&tube 형태의 반응기에 대한 COMSOL Multiphysics 모델링을 진행하였다. 기존에 발표된 kinetics 와 반응과 관련된 다양한 물리들을 종합적으로 고려하여 모델링을 진행하였으며, 다양한 반응조건에 따른 heating tube 및 반응기에서의 온도분포와 몰농도 분포에 대한 연구결과를 통해 흡열반응의 특성과 동시 반응/분리 시스템에 대한 이해를 향상 시켰다. 그리고 Aspen
HYSYS^® 전산모사를 통해 동일한 성능을 가질 수 있는 온도가 단일 반응기에 비해 다중 반응기일수록 낮아짐을 확인 할 수 있고, 이는 전체 필요한 에너지, 보일러로 유입되는 천연가스양이 줄어듦에 따라 비용이 감소됨을 확인할 수 있었다. 이러한 결과들을 통해 본 공정이 올바른 방향으로 흘러갈 수 있는지 알 수 있는 지침서가 될 수 있으며 또한 실제 공정으로 이뤄지기 전 가상으로 얼마의 이익을 얻을 수 있는가를 수치적으로 제시하였다.

다. 고기능 고상환원제 성형기술, 성능 및 물성 측정 (전남대학교)
CaO/SiO₂를 기반으로 고기능 고상환원제 성형기술을 연구하였고, 조성에 따른 강도와 비표면적에 관한 연구를 세부적으로 실시하였다. CaO/SiO₂에서 CaO 함량이 낮을 수록 비표면적이 크게 나타났으며, 평균 세공경은 반대로 감소하는 경향이 있다. 또한 SiO₂ 량을 조절함으로써 비표면적을 제어 가능함을 증명하였다. 이와 같은 조성별 성능 연구를 통해 높은 HF 반응성과 강도를 지닌 고형환원제를 제조함으로 인해 양산성 확보를 할 수 있으며 기반 기술인 비표면적 및 강도 제어 관련 부문에서 타 재료를 이용하여 유사한 메커니즘을 갖는 환원제 제법 기술을 획득하였다. 그리고 HF반응기 구성을 통해 제조된 고형환원제의 자체 성능 평가를 실시함으로서 과제 목표 달성과 동시에 한국에너지기술연구원에서 개발한 RE-RCS 반응기 도입에 따른 높은 성능 구현 가능성을 제시하였다.

□ 활용계획
고효율 및 제로이미션 운전이 가능하여 반도체 및 LCD 공정분야의 불화가스 처리기술의 국내외 경쟁력 강화가 가능하며 최적화된 공정설계와 경제성 분석 결과를 기반으로 한 reaction enhanced RCS와 관련된 기술의 국내·외 licensing에 의한 경제적 파급효과가 예상된다.
또한 기술경쟁력 강화로 인해 수입대체효과 및 해외 불화가스 저감시장으로 진출이 예상되며 공정 콤팩트화로 현장 설비부지 부족문제의 해결이 가능하다.

( 출처 : 요약서 6p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
Performance evaluation results
1. conversion for CF₄ and SF₆
- CF₄: 93.1%
- SF₆: 99.9%

2. concentration of a produced HF
- 1.84 ppm (for CF₄)
- 4.08 ppm (for SF₆)

3. concentration of a produ

Ⅳ. Results
Performance evaluation results
1. conversion for CF₄ and SF₆
- CF₄: 93.1%
- SF₆: 99.9%

2. concentration of a produced HF
- 1.84 ppm (for CF₄)
- 4.08 ppm (for SF₆)

3. concentration of a produced NOx and SOx
- 0/0 ppm (for CF₄)
- 0/3 ppm (for SF₆)

4. energy consumption of a PFCs abatement system
- 0.132 kWh/Nm³

5. Air flow rate for a PFCs abatement system
- 2,000 SLM (for CF₄)
- 1,423 SLM (for SF₆)

6. corrosion resistance for a PFCs abatement system
- < 20%

7. specific surface area of solid adsorbents
- 35.9 m²/g

8. strength of solid adsorbents
- 55.6 kgf

9. usage rate of solid adsorbents
- 86.4 %

( 출처 : SUMMARY 19p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출서 ... 2
• 제출문 ... 3
• 요약서 ... 6
• 요약문 ... 10
• SUMMARY ... 18
• 목차 ... 21
• 표목차 ... 23
• 그림목차 ... 25
• 최종보고서 수정․보완사항 요약문 ... 30
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 32
• 1-1. 연구개발 목적 ... 32
• 가. 연구개발 개요 ... 32
• 나. 기술 및 공정 개념도 ... 32
• 다. 핵심기술 ... 33
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 34
• 가. 산업의 발달에 따른 온실가스 배출량의 증가 ... 34
• 나. 온실가스 감축 로드맵에 따른 온실가스 회수 및 효율 개선 기술 요구 ... 36
• 다. Non-CO₂ 온실가스 배출 목표 달성 및 시장 창출 ... 37
• 라. 기존의 Non-CO₂ 온실가스 저감 기술의 한계 ... 38
• 마. 저에너지 고효율 비연소 처리 시스템 개발 필요성 ... 40
• 1-3. 연구개발 범위 ... 41
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 42
• 2-1. 국내 기술 수준 및 시장 현황 ... 42
• 가. 기술현황 ... 42
• 나. 시장, 경쟁기관 및 지식재산권 현황 ... 42
• 다. 표준화현황 및 기타현황 ... 43
• 2-2. 국외 기술 수준 및 시장 현황 ... 44
• 가. 기술현황 ... 44
• 나. 시장, 경쟁기관 및 지식재산권 현황 ... 44
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 49
• 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 49
• 가. 연구개발의 최종목표 ... 49
• 나. 연차별 개발목표 및 내용 ... 49
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 52
• 가. 고효율 모듈기술 ... 52
• 나. 공정설계 및 경제성 평가를 통한 공정최적화 ... 89
• 다. Reaction enhanced RCS 공정에 대한 경제성 평가 및 향상방안 도출 ... 99
• 라. 고기능 고상환원제 성형기술 ... 124
• 마. 고형환원제 성능 및 물성측정 ... 131
• 바. 정부 R&D 특허전략지원 사업 ... 137
• 사. 신기술 인증 ... 142
• 아. 연구개발 목표 미비점 보완 계획 ... 145
• 자. 정량적 성과계획 미비점 보완 계획 ... 147
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 149
• 가. 고효율 모듈기술 ... 149
• 나. 공정설계 및 경제성 평가를 통한 공정최적화 ... 149
• 다. 고기능 고상환원제 성형기술 ... 149
• 라. 고상환원제 성능 및 물성측정 ... 150
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 151
• 4-1. 목표달성도 ... 151
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 153
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 154
• 5-1. 연구개발결과의 활용방안 ... 154
• 가. 환경적 기대효과 ... 154
• 나. 기술적 파급효과 ... 154
• 다. 경제적 파급효과 ... 154
• 5-2. 사업화계획 및 효과 ... 155
• 가. 사업화계획 ... 155
• 나. 사업화 전략 ... 157
• 다. 사업화를 위한 비즈니스 모델 ... 157
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 161
• 6-1. 해외 기술개발 현황 ... 161
• 6-2. 국내 기술개발 현황 ... 163
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 164
• 8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 165
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 166
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 167
• 11. 기타사항 ... 169
• 12. 참고문헌 ... 170
• 끝페이지 ... 172