R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515CTAP-C077533-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 아임계(150 atm 이하) 압력조건하 대심도 유기폐기물 무해화 연속반응모델 및 설계코드 원천기술 연구 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-07-11 ~ 2016-07-10 | |||||
| 연구책임자 | 황인주 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
3명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
8명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 200,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 200,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 400,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 400,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 한국건설기술연구원 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001553-01 | |||||
| ISBN | 979-11-87770-03-9 | |||||
| 주요 내용 |
- 직방향 심정(1500 m 내외)에 수두압이 형성되도록 설치한 중력가압 반응기(gravity pressurized reactor) 내에서 액상화 유기 폐기물이 연속 이동하면서 산화반응을 통해 물질을 분해, 전환되는 원리를 적용 - 종래 지상식 산화반응장치는 고온 및 고압의 반응조건을 조성하기 위하여 에너지(열 및 전기 동력) 소요가 단점이 있음 - 본 기술은 심정에 설치되는 GPR 내의 수두가압효과와 산화반응제어기술을 접목하는 원천성격을 가지며, 25 ton/day 급 처리반응(용량), 90% 이상의 열회수, 62% 소요동력 저감을 특징으로 함 - 이에 본 연구를 통하여 소비동력 저감과 열에너지 회수가 가능한 대심도 유기폐기물 무해화 연속반응모델 및 설계코드 원천기술을 확보하고자 함 [최종목표] 본 제안기술의 연구목표는 아임계 산화조건(150 atm 이하)을 갖는 대심도(1.5 km 이하)에 수직형으로 설치되어 중력가압에 의하여 형성되는 수두압을 이용하여 “지상식 유기폐기물 처리공정에 비하여 가압동력을 최대 60% 이상 저감할 수 있는 1) 대심도 유기 폐기물 무해화 연속반응모델과 이를 이용한 2) 해석·설계 원천기법”을 확보하는 것임 - (1차년도) 연속반응모델의 이론정립과 아이디어에 관한 특허출원을 중심으로 추진함. 대심도 수직형 반응기 내에서 유기폐기물의 연속산화반응 메커니즘을 규명하고, 이를 이용하여 반응속도모델, 반응활성온도, 물질 및 에너지변환, 반응기 구조형식 등을 고려한 해석모델을 도출하고자 함 - (2차년도) 상기 이론적 연구를 토대로 해석·설계기법의 기술적 개념을 정립과 전산시뮬레이션 및 검증실험 중심으로 추진함. 상기 해석모델을 실험실 수준(5ℓ/min)에서 검증하고 실용급 공정시스템 scale-up 시뮬레이션에 활용이 가능한 기초 알고리즘 및 라이브러리 등을 도출하고 원천코드 구현하고자 함 [연구내용 및 범위] (1) 대심도 액상 유기 폐기물 무해화 연속반응모델 공법/기법 개발 성격이며, 대심도 중력가압 반응기(GPR)에서 액상화 유기 폐기물연속반응의 이론적 규명과 아임계 조건에서 반응시 무해화 메커니즘을 규명은 대용량을 실증화 추진시 scale-up 설계 및 운전제어 등에 활용되는 중요한 기초분야임 (2) 대심도 액상 유기 폐기물 무해와 반응기 해석·설계원천코드 상기 (1)항의 결과를 기초로 모델의 실험검증, 해석 및 실험모델의 결합을 통하여 소스코드화(TRL 4단계)하여 향후 실용화 추진시 다양한 조건에 대한 사전 시뮬레이션 평가, 상용코드로서 라이센스 확보를 가능하게 하는 원천성을 확보할 수 있음 (1차년도) 반응모델은 대심도 수직형 반응기 내에서 유기폐기물의 연속산화반응 메커니즘을 규명하고, 이를 이용하여 반응속도모델, 반응활성온도, 물질 및 에너지변환, 반응기 구조형식 등을 고려한 해석모델을 도출 1)연속산화반응메커니즘 규명 -관련분야 선행 논문 및 특허 등 선행연구 조사, 분석(선행사례, 경제성, 문제점 등 분석) -아임계 조건하 대심도 연속산화반응메커니즘과 영향인자 정립 -아임계 조건(150 atm 이하)하 액상화 유기폐기물의 연속산화반응 메커니즘을 규명 2)GPR 이론모델 개발 및 보정 -반응속도모델을 기초로 반응활성조건 분석 -물질 및 에너지변환, 반응기 구조형식 등 모델링 -산화반응에 미치는 영향인자를 분석평가하기 위하여 반응기 해석모델을 수립 -기술적인 개념과 아이디어를 구체화하여 특허 등 출원 (2차년도) 해석·설계기법은 상기 해석모델을 실험실 수준(5ℓ/min)에서 검증하고 실용급 공정시스템 scale-up 시뮬레이션에 활용이 가능한 기초 알고리즘 및 라이브러리 등을 도출하고 원천코드 구현 1)GPR 반응모델 개발 및 검증 -대심도 반응기 형식에 따른 Mass & energy balance 모델링 및 해석 -반응기 구조 및 산화제 주입에 따른 점화 위치 선정, 반응수율 촉진기제 평가 -실용급(1 ton/h) scale-up 시뮬레이션 성능평가에 활용이 가능한 기초 알고리즘 및 라이브러리 등을 도출 -연속산화반응 메커니즘을 규명하고 해석모델을 TRL 3 단계 수준으로 개발 2)GPR 소스코드 기초모델 개발/시연 -연속운전이 가능한 Batch type 반응유닛을 bench- scale로 설계, 제작, 실험평가 -해석모델 및 실험식을 이용한 해석엔진, 설계 라이브러리, scale-up 설계플랫폼 제작 -해석·설계를 위한 원천코드를 TRL 4단계 수준으로 확보 -소스코드 기능성 평가 및 프로그램 등록 등 추진 3)후속 로드맵 수립 -실용급 설계성능 평가를 토대로 가상시스템에 대한 경제성, 설치면적 등에 대한 분석 -상용급 설계해석코드, 실증연구사업 등 사업향후 실용화 추진을 위한 로드맵 수립 |
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| 색인어 | 한글 | 중력가압 | 산화반응 | 아임계 | 대심도 | 폐기물 |
| 영문 | Gravity pressure | Oxidation reaction | Sub-critical | Deep well | Waste | |
| 최종보고서 | 최종보고서_한국건설기술연구원_아임계_보완본_제출.pdf | |||||