초록 ▼

□ 개발 목적 및 필요성
본 연구에서는 HFCs의 연소에 의해 발생하는 불화수소 포함 배출 기체를 건식 또는 습식공정으로 처리하여 발생하는 폐기물로부터 불산 제조 공정에 재활용이 가능한 고순도의 불화 칼슘 (CaF₂, >97%)을 제조하고 최종 처리수의 수질을 배출 허용 기준 이하로 유지하는 불소 자원 재생 기술에 관한 효율적 공정 개발을 목표로 하며 연소공정에 의해 발생하는 유독 화합물의 무해화와 연소 공정의 경제성 제고를 위해 필요한 공정임

□ 연구개발 결과
본 연구에서는 냉매의 분해실

□ 개발 목적 및 필요성
본 연구에서는 HFCs의 연소에 의해 발생하는 불화수소 포함 배출 기체를 건식 또는 습식공정으로 처리하여 발생하는 폐기물로부터 불산 제조 공정에 재활용이 가능한 고순도의 불화 칼슘 (CaF₂, >97%)을 제조하고 최종 처리수의 수질을 배출 허용 기준 이하로 유지하는 불소 자원 재생 기술에 관한 효율적 공정 개발을 목표로 하며 연소공정에 의해 발생하는 유독 화합물의 무해화와 연소 공정의 경제성 제고를 위해 필요한 공정임

□ 연구개발 결과
본 연구에서는 냉매의 분해실험, 모델 용액 또는 냉매 분해 후 불화수소의 처리 과정에서 얻어지는 용액을 이용한 CaF₂ 제조 실험, 관련법규에서 규제하는 최대 배출 허용 기준 이하의 불소 이온 농도를 유지하기 위해 CaF₂ 제조 후 발생하는 폐수로부터 불화수소를 제거하는 흡착 공정에 대한 연구를 수행하였으며 이를 바탕으로 50 kg/h 규모의 폐냉매 분 해설비에서 발생하는 불화수소 함유 배출가스로부터 97% 이상의 순도를 갖는 불화칼슘을 제조하기 위한 설비를 설계, 설치 및 운전함. 각 단위 공정별 주요 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
○ 냉매의 분해 실험
- 전기로를 사용한 냉매의 분해 장치를 설치하여 시간 당 2kg 이상의 유량에서 냉매의 분해율 100% 달성함
- 냉매의 분해 메카니즘에 있어 산소의 역할이 중요하다는 것을 발견하였고 냉매 1몰 당 1.5몰 이상의 산소를 함께 투입하면 900 ℃의 온도에서 냉매의 분해율을 100 %로 유지 할 수 있음
- 분해된 냉매의 질량과 이때 생성된 불화수소를 알칼리성 중화제로 처리하여 얻어진 무기불화물의 질량으로부터 이론적인 양의 90% 이상 불화수소가 생성됨을 확인
○ CaF₂ 합성 반응
- 종래의 방법대로 수산화칼슘을 사용하여 무해화할 경우 열분해 부산물인 이산화탄소의 영향으로 고순도의 CaF₂를 얻는 것이 불가능
- 불화수소 포함 배출가스를 먼저 알칼리 수용액을 사용하여 중화한 후 이를 CaF₂ 제조의 원료로 사용해야 고순도의 CaF₂를 제조
- 제조된 CaF₂는 순도 99% 이상
- 불화칼슘 제조 시 반응온도와 고분자 응집제의 농도를 최적화함으로써 입자의 직경 50㎛ 이상으로 연구목표를 달성함
- 불화칼슘 제조 후 배출되는 최종 처리수의 불소 이온 농도는 연구목표인 3 mg/L 이하로 유지 가능
○ 흡착에 의한 불소 이온 제거
- 최종 배출수의 불소 이온 농도를 3 mg/L 이하로 유지하기 위한 목적으로 흡착 공정을 검토함
- Mg 기반 무기 흡착제와 아민으로 관능화된 다공성 고분자 수지의 합성과 불소 이온의 흡착실험 수행

□ 성능사양 및 기술개발 수준
2 kg/h 규모의 냉매 분해 장치를 설치하여 냉매 분해율 100%를 달성하였으며 이로 부터 얻어지는 배출가스에 포함된 불화수소를 사용하여 다음의 정량적 목표를 달성함
- CaF₂순도 97% 이상 (전구체인 NaF 순도 99% 이상)
- 폐냉매의 CaF₂전환율 90% 이상
- CaF₂제조 후 배출수의 불소 농도 3 mg/L 이하
- CaF₂입경 50㎛ 이상

□ 활용계획
불화수소의 재활용을 위한 방안을 검토하여 CaF₂를 비롯한 다양한 금속 불화물의 고순도 합성 공정기술을 개발하였으며 연구개발 종료 후 관련기업에 기술이전 추진

( 출처 : 요약서 2p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
○ Decomposition of refrigerant
- Decomposition of HFC-134a is studied.
- Lab-scale HFCs decomposition facility was built by using electric furnace and it was accomplished that the complete decomposition of HFC-134a with the flow rate 2kg/h or more.
- It was found that the oxyg

Ⅳ. Results
○ Decomposition of refrigerant
- Decomposition of HFC-134a is studied.
- Lab-scale HFCs decomposition facility was built by using electric furnace and it was accomplished that the complete decomposition of HFC-134a with the flow rate 2kg/h or more.
- It was found that the oxygen is important ingredient to decompose HFC-134a.
- It was required 1.5 mole equivalent of oxygen to decompose 1 mole of HFC-134a at 900℃.
- It is confirmed that more than 90% of the theoretical amount of hydrogen fluoride is produced from the mass of decomposed refrigerant

○ Synthesis of calcium fluoride
- It was impossible to obtain high-purity CaF₂ using calcium hydroxide, which is mainly used in conventional HF tretament, due to the presence of combustion by-product such as carbon dioxide.
- In order to obtain high-purity CaF₂, the HF emitted from decomposition of HFC-134a should be neutralized first by alkaline solution and resulting alkali metal fluoride has to be used as a reagent for producing CaF₂
- Synthesized CaF₂ had the purity of 99% or more, and the particle sized was larger than 50 ㎛.
- Fluoride ion concentration in effluent from calcium fluoride synthesis reactor was lower than 3 mg/L

○ Fluoride adsorption experiments
- The fluoride adsorption process was considered in order to maintain the concentration of fluoride in waste steam below 3 mg/L.
- Magnesium-based inorganic oxide adsorbents and the amine-functionalized macroporous polymer adsorbents were synthesized and tested by batchwise adsorption experiments.

( 출처 : SUMMARY 10p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약서 ... 2
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 9
• 목차 ... 11
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 12
• 1-1. 연구개발 목적 ... 12
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 18
• 1-3. 연구개발 범위 ... 19
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 21
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 30
• 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 30
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 38
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 154
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 156
• 4-1. 목표달성도 ... 156
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 159
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 160
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 163
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 169
• 8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 170
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 171
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 173
• 11. 기타사항 ... 174
• 12. 참고문헌 ... 176
• 부록 ... 177
• 끝페이지 ... 211