KR100328343B1 - 휘발성 유기물 증기 회수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휘발성 유기물 증기 회수장치에 관한 것으로, 주유소에서 급유시에 방출되는 휘발성 유기물 증기를 연료수송차량으로 회수하여, 이 수송차량이 저유소에 집결하여 다시 연료수송차량에 휘발유를 적하하는 과정에서 상기 증기를 회수하는 장치로서, 연료 수송차량에서 방출되는 휘발유 증기 함유기체를 흡인송풍기로 흡인력에 의해 흡인하는 회수관과, 이 회수관을 거친 기체가 흡수제와 반응하도록 상호 직렬로 설치된 제1,2,3 흡수탑을 포함하여 이루어지며, 상기 흡수제는 상기 제3,2,1 흡수탑에 차례로 공급되어 기체 중의 휘발유가 향류(向流)로 흐르는 흡수제와 접촉하여 휘발유 증기를 흡수케 하고, 휘발유 증기를 흡수한 흡수액은 별도의 정류탑에서 분류하여 휘발유를 재생할 수 있도록 되어 있어, VOC 회수장치를 보다 간단한 구조인 경유 흡수식으로 개량하여 경제성 및 운영 편의성을 높이고, 휘발성 유기물 증기로 인한 공해방지와, 자원의 손실 방지로 인한 시설자금의 회수가 가능하며, 유기물 저장소가 항시 외부와 밀폐상태를 유지하여 화재의 위험성도 한층 적어지게 한 것이다.

Description

휘발성 유기물 증기 회수장치 {VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS RECOVERY APPARATUS}

본 발명은 휘발성 유기물 증기 회수장치에 관한 것으로, 저유시설에서 유류가 출하되어 주유소의 연료 저장소에 입고되는 과정 중에 배출되는 VOC와, 주유소에서 차량에 급유하는 과정 중에 급유기에서 새어 나오는 VOC를 모두 회송시켜 휘발유로 회수 재생하는 장치로서, 본 명세서는 1999년 3월 4일 특허출원 제7090호 『휘발성 유기물 증기 무단방출방지 및 회수장치』에서 '회수장치'부분에 대하여 분할출원 한 것이다. 본 발명은 본 출원인이 1998. 9. 1.자 특허출원 제98-35883호의 내용에서 주유소 부분에서 차량에 연료를 주입할 때 차량의 연료탱크 내부로 일단이 접속되어 차량의 연료탱크 내의 기체를 흡착탑으로 회송하던 것을 저장조로 회송하도록 제2회송라인을 변경한 것과, 연료 수송차량이 중간 저유소에서 연료를 적하 받을 때 연료 수송차량에서 방출되는 VOC를 액체 휘발유로 회수하는 회수장치를 보다 간단한 구조인 경유 흡수식으로 개량하여 경제성 및 운영 편의성을 높이고, 휘발성 유기물 증기로 인한 공해방지와, 자원의 손실 방지로 인한 시설자금의 회수가 가능하며, 유기물 저장소가 항시 외부와 밀폐상태를 유지하여 화재의 위험성도 한층 적어지게 한 것이다.

대기 중 오존 등의 광화학 옥시던트는 광역적으로 형성되고 산림고사 등의 생태계 피해를 가속화시킨다는 연구결과가 보고됨에 따라 오존 형성의 전구물질인 휘발성 유기물 증기(Volatile Organic Compound; 이하, 'VOC'와 혼용함)에 대한 관심이 점차 증가하고 있다. 이러한 VOC는 자체로서 유해하고 악취의 원인으로 작용하여 지역적인 오염물질로 다루어져 왔으나, 점차 국경을 초월하여 다른 나라에도 피해를 유발시키는 장거리 월경 오염물질로서 국제 문제화됨에 따라 전 지구차원에서 근본적인 VOC저감대책이 연구되고 있다. 이러한 VOC는 자동차(주로 휘발유)와 용제사용시에 방출되는 양이 전체 방출량의 80%가량을 차지하는 것으로 보고되어 있다.

이중 자동차 부분은 자동차 배기관 배출, 운행시 증발 배출, 휘발유 유통 및 급유과정에서의 증발 배출로 구분할 수 있다. 상기 자동차 부분의 VOC는 주로 휘발유를 한 탱크로부터 다른 탱크로 이동시키는 과정에서 발생하며, 현재까지는 발생하는 기체를 모두 대기로 방출하여 왔고, 이를 회수하는 실적이 아직 국내에는 없으며, 선진국에서도 최근에 이르러서야 이를 회수하는 기술이 개발되고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 자동차 부문 특히, 휘발유의 유통 및 급유과정에서의 VOC 대기 방출을 막고 이를 회수하여 휘발유로 재활용 할 수 있도록 함으로써 자원과 환경을 동시에 보존하고 화재의 위험을 저감할 수 있는 주유소의 휘발성 유기물 증기 무단 방출방지 및 회수장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 유기물 증기 회수장치를 제공함에 있어서, 유기물 증기의 회송수단을 간편하게 연결 할 수 있고, 또 그 구조가 간단하여 현실적으로 보급이 용이하며, 저장탱크의 안전성을 보장할 수 있도록 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 휘발성 유기물 증기 회수장치는 수송차량으로부터 회송되는 VOC함유기체의 어떠한 급격한 유량변동에도 이를 일정한 압력으로 회수공정에 유입시켜주는 가스홀더와, 3개의 흡수탑, 각 흡수탑간의 흡수제(경유 또는 이와 유사한 물성을 갖는 흡수제)를 이송시키는 펌프, 흡수제를 냉각시켜주는 냉열발생기(냉동기), 흡수한 흡수액의 저장조 등의 주장치와, 이들을 효과적으로 운전할 수 있는 자동제어시스템으로 구성되어 있으며, VOC를 적정농도까지 흡수한 흡수제는 일단 저장조에 저장한 다음, 주기적으로 정유공장으로 운송하여 정류탑에서 경유와 휘발유로 각각 분류 재생한다.

도 1은 본 발명의 무단방출 방지장치가 설치된 주유소의 배관도,

도 2는 회송된 휘발유함유 기체에서 휘발성 유기물 증기를 액체로 회수하는 공정도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 연료 수송차량 11 : 연료탱크

20 : 저장조 21 : 안전 밸브

22 : 연료 공급라인 30 : 피 주유 차량

31 : 차량 연료 탱크 40 : 급유기

41 : 주유건 50 : 제1회송라인

51 : 관 연결 장치 60 : 제2회송라인

70 : 안전 보호기 81 : 부상지붕형 저유조

82 : 급유관 83 : 회수관

84 : 경유저장조 85 : 경유 공급관

90 : 회수장치 91 : 흡인 송풍기

92 : 제1 흡수탑 93 : 제2 흡수탑

94 : 제3 흡수탑 95 : 흡수액 유입변

96 : 제1흡수액 펌프 97 : 흡수액 냉각기

98 : 냉동기 99 : 제2 흡수액 펌프

100 : 제3 흡수액 펌프 101 : 흡수액 저장소

102 : 흡수액 회수 펌프 103 : 흡수액 수송차량

104 : 제1 순환 제어변 105 : 제2 순환 제어변

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 주유소에서 VOC함유기체를 수송차량으로 회수하는 전체구성을 도시한 개략도로서, 본 발명은 연료수송차량(10)으로부터 연료를 공급받아 저장하는 저장조(20), 이 저장조(20)에 저장된 연료를 차량(30)에 급유하기 위하여 급유라인(22)의 일단에 주유건(41)이 구비된 급유기(40)를 포함하여 이루어진 주유소설비에 있어서, 상기 저장조(20)에 연료수송차량(10)으로부터 연료를 공급받을 때 저장조(20)내부의 기상측에 일단이 접속되어 연료수송차량(10)의 연료탱크(11)로 저장조(20)내의 기체를 회송시키는 제1 회송라인(50)과, 상기 주유건(41)으로 차량(30)에 연료를 주입할 때 차량(30)의 연료탱크(31)내부로 일단이 접속되어 차량 (30)의 연료탱크(31)내의 기체를 저장조(20)로 회송시키는 제2 회송라인(60)과, 상기 저장조(20)에 접속되어 저장조(20)내부의 압력변동에 따라 저장조(20)의 손상을 방지하기 위한 안전보호기(70)를 포함하여 이루어진 특징을 갖는다.

도면 중 미설명부호 12는 연료수송차량(10)에서 저장조(20)로 연료를 공급하기 위한 기존의 연료공급관이고, 21은 저장조(20)의 상부에 설치된 안전밸브이며, 40'는 급유기(40)에 설치된 적산계이다.

상기 제2 회송라인(60)은 그 일단이 저장조(20)의 기상측에 연결되고 타단은 급유기(40)의 주유건(41)에 연결되어, 연료가 주입되는 차량(30)의 연료탱크(31)에서 발생된 기체(공기+VOC)는 모두 저장조(20)로 회송된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 휘발성 유기물 증기 무단방출 방지장치가 설치된 주유소에서 휘발성 유기물 증기의 회송과정을 저장조(20)로의 연료주입단계와, 차량(30)에의 급유단계로 구분하여 설명하기로 한다.

먼저, 연료 수송차량(10)으로부터 저장조(20)로 연료를 주입하는 과정에서는연료 수송차량(10)으로부터 연료를 공급받을 때 저장조(20)내부의 기상측에 일단이 접속된 제1 회송라인(50)을 통해 저장조(20)내의 기체가 연료 수송차량(10)의 연료탱크(11)로 전량 회송된다.

상기 제1 회송라인(50)의 일단은 저장조(20)에 고정적으로 연결되고 타단은 연료 수송차량(10)의 접속관(13)에 퀵-커플링 방식의 관 연결구(51)로 신속하게 연결시킬 수 있으므로 저장조(20)에의 연료주입시 신속한 배관작업이 가능하다.

다음으로, 차량(30)에 연료를 주입할 경우에는 주유자가 급유기(40)에서 주유건(41)을 뽑아 차량(30)의 연로주입구에 끼우고 주유레버를 누르면 저장조(20)내의 연료가 차량(30)의 연료탱크(31)로 주입되는데, 이때 동시에 차량(30)의 연료탱크(31)내부에서 배출되는 기체는 제2 회송라인(60)을 통해 모두 저장조(60)로 회송된다.

상기와 같이 본 발명의 회수장치가 설치된 주유소는 연료와 그 증기가 존재하는 모든 계통은 외기와 완전히 차단되어 저장조(20)로의 연료주입시 및 차량(30)에의 급유시 VOC의 무단 대기방출이 완전히 차단된다.

한편, 주유소에서 연료 수송차량(10)으로 회수한 VOC함유기체는, 수송차량(10)이 저유조에서 다시 휘발유를 적하 받을 때, 배출되는 기체를 도 2에 도시한 바와 같은 VOC회수장치에서 다음과 같은 원리와 과정으로 모두 액체로 회수된다.

즉, 수송차량(10)에서 배출되는 VOC 함유기체는 공기와 휘발성 유기물 증기의 혼합가스로서 휘발성 유기물 증기의 농도는 계절에 따라 15% 내지 30% 사이에있다. 그리고 이 혼합가스의 폭발성 한계(Explosive Limit)농도는 문헌에 의하면, 그 하한치는 1.4%이고 상한치는 7.6%로 알려져 있다. 따라서 기존의 휘발유 유통과정이나, 본 발명에 의한 주유소에서 VOC함유기체를 회송하는 모든 과정에서는, 항상 그 농도는 폭발성 상한치보다 높은 폭발성 범위 밖에 있으므로 안전상 문제가 없다. 그러나 이 기체를 이하에서 설명될 회수장치에서 휘발유 증기를 흡수제로 흡수 회수하면, 흡수가 진행됨에 따라 반드시 폭발성 범위인 1.4% ~ 7.6% 농도대를 경과하게 되며, 만일 이런 농도대에서 정전기 등의 점화요인이 생기면 폭발을 일으켜 대형사고를 유발할 수 있다.

이에 본 발명에서는 이러한 위험성에 대한 안전대책으로 다음과 같은 설계조건을 채택함을 특징으로 한다.

첫째, 흡수제로는 휘발유와 가장 친화성이 높고, 흡수성이 좋으며, 흡수열의 제거가 용이하고, 흡수후 다시 분리하기가 용이하며, 증기압이 낮은 경유 또는 등유를 사용한다.(고체 흡착제는 조작불편, 흡수열 제거의 어려움, 발열 및 발화위험성, 별도 장시간의 탈착시간 소요, 폭발시 위험가중, 경제성의 불리 등의 단점이 있음)

둘째, 흡수탑을 3개로 분리하여, 제1 흡수탑은 폭발성 상한치까지만 흡수하고, 제2 흡수탑은 폭발성 상한치부터 하한치까지 가장 위험한 농도대에서 흡수케 하고, 제3 흡수탑은 폭발성 하한치 이하의 저농도 부문을 흡수케 한다.

셋째, 폭발성 한계 밖에서 운전되는 제1 및 제3 흡수탑은 통상의 원주형 충진 흡수탑으로 설게하되, 내압력을 최소 5기압이상으로 하고 상부에 안전장치인 파열판(Rupture Disc)을 설치한다.

넷째, 폭발성 한계내에서 운전되는 제2 흡수탑은 내압력이 최소 10기압 이상인 원주형 분사 흡수식 공탑(空塔)으로 설계하고 상부에 충분한 용량의 파열판을 설치한다.

다섯째. 제2 흡수탑으로 유입하는 흡수액(경유)은 적어도 10℃ 이하의 저온으로 냉각하여 흡수시에 발생하는 발열량을 충분히 사전에 제거한다.

여섯째, 이밖에 필요한 일반 안전규칙과 지침(방폭장치, 접지장치, 격리, 안전거리유지 등)을 적용한다.

이상과 같은 설계조건을 근간으로 하여 본 발명은 도 2에 도시한 바와 같은 공정으로 구성되어 있으며, 그 상세한 내용은 다음과 같다.

즉, 여러대의 연료 수송차량(10)에서 휘발유 적하시 배출되는 휘발유와 공기의 혼합가스는 회수관(83)을 거쳐, 흡입 송풍기(91)에 의해 흡인되어, 직렬로 연결된 제1,2,3 흡수탑(92)(93)(94)을 차례로 지나면서, 향류(向流)로 흐르는 흡수제와 접촉되어, 함유된 휘발유 증기를 흡수케 한 후, 공기만을 대기로 방출시킨다.

상기 과정에서, 흡인 송풍기(91)는 흡입측(연료 수송차량측)의 압력에 따라 흡인기체의 유량을 자동 제어한다.

흡수제인 경유는 기존의 저장조(84)에서 다수의 펌프(85)(96)(99) (100)에 의해, 제3,2,1흡수탑(94)(93)(92)으로 차례로 공급되어, 휘발유 함유 공기의 흐름과 향류(向流)로 접촉하면서 휘발유 증기를 모두 흡수하고 흡수액 저장조(101)에저장된다. 이때 제3 흡수탑(94)으로 유입되는 흡수제의 유량은 배출기체 회수관(83)의 압력과 제3 흡수탑(94)의 배출기체 중 휘발성 유기물 증기의 농도에 따라 자동으로 제어된다.

또, 제2 흡수탑(93)으로 유입되는 흡수제의 유량은 제3 흡수탑(94) 하부의 액위를 최저로 유지하는 조건으로 자동 제어되며, 흡수제는 유입하기 직전에 냉동기(98)와 흡수액 냉각기(97)에 의해 적어도 10℃ 이하로 냉각된다. 또한 제2 흡수탑 상부에서 배출되는 기체 중 휘발유의 증기 농도에 따라 흡수제의 순환량을 조절변(104)에 의해 자동 제어한다. 또한, 제1 흡수탑(92)으로 유입되는 흡수액의 유량은 제2 흡수탑(93) 하부의 액위를 최저로 유지하는 조건으로 자동 제어되며, 제1 흡수탑 상부에서 배출되는 기체 중 휘발유의 증기 농도에 따라 흡수액의 순환량을 조절변(105)에 의해 자동제어한다.

흡수액 저장조(101)로 유입되는 흡수액의 유량은 제1 흡수탑(92)하부의 액위를 최저로 유지하는 조건으로 자동제어되며, 저장조(101)에서 저장된 휘발유 함유경유는 주기적으로 정유공장으로 이송하여 정류탑에서 재생하거나, 수송비 부담이 클 경우는 재생탑을 별도로 설치하여 휘발유와 경유로 재생된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 주유소에서 저장조에 연료를 주입할 때 및 차량에 급유할 때 대기로 무단방출되던 VOC를 저장조로부터 연료 수송차량으로 연결된 제1 회송라인 및 급유기의 주유건으로부터 저장조로 연결된 제2 회송라인을통해 회수함으로써 VOC의 대기로의 방출을 완전히 차단하게 되는 것이며, 저장조에 회수된 VOC함유기체는 연료수송차량으로 회수되어 연료수송차량이 저유시설로부터 재급유시 회수된 VOC함유기체는 본 발명에 의한 흡수식 회수장치에서 흡수제인 경유에 의해 효과적으로 흡수되어, 이를 정유공장으로 이송시킨 후 액체 휘발유로 재생하는 가장 경제적인 공정으로서, 환경과 자원을 다함께 보전하며, 동시에 투자자금을 1-2년 내에 회수할 수 있는 경제성을 제고시켜 주는 효과가 있다.

이상의 본 발명에 대한 설명에서는 휘발유에 대하여만 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 벤젠, 톨루엔, 메탄올, 에틸렌 등의 휘발성 유기물에 있어서도 흡수제를 동일 계통의 저휘발성 물질로 바꾸어 본 발명의 사상을 적용할 수 있으며, 이 또한 본 발명의 기술범위 내에 포함된다.

참고로, 본 발명에 의한 방출방지 및 회수장치를 전국의 주유소 및 저유소에 설치할 경우, 예상되는 경제적 직접 효과는 연간 약 40,000㎥의 휘발유 손실을 방지할 수 있으며, 동시에 VOC로 인한 대기오염을 대폭 해소할 수 있고, 휘발유 유통계통이 완전히 밀폐됨으로 화재사고 예방 등의 광범한 사회적 비용 절감효과를 기대할 수 있다.

Claims (5)

1. 저유소에서 집결된 연료 수송차량에 휘발유를 적하할 때 방출되는 휘발유 증기 함유기체를 회수하는 장치로서,

   연료 수송차량(10)에서 방출되는 휘발유 증기 함유기체를 흡인송풍기(91)로 흡인력에 의해 흡인하는 회수관(83)과, 이 회수관(83)을 거친 기체가 흡수제와 반응하도록 상호 직렬로 설치된 제1,2,3 흡수탑(92)(93)(94)을 포함하여 이루어지며, 상기 흡수제는 상기 제3,2,1 흡수탑(94)(93)(92)에 차례로 공급되어 기체 중의 휘발유가 향류(向流)로 흐르는 흡수제와 접촉하여 휘발유 증기를 흡수케 하고, 휘발유 증기를 흡수한 흡수액은 별도의 정류탑에서 분류하여 휘발유를 재생할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기물 증기 회수장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 흡수제는 경유인 것을 특징으로 하는 휘발성 유기물 증기 회수장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 흡수탑(92)에서는 휘발유 증기가 폭발 상한치까지만 흡수되고, 제2 흡수탑(93)에서는 폭발 상한치에서 하한치까지 가장 위험한 농도대에서 흡수되며, 제3 흡수탑(94)에서는 폭발 하한치 이하의 저농도 부문을 흡수토록 되어 있는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기물 증기 회수장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제1 및 제3 흡수탑(92)(94)은 원주형 충진 흡수탑으로 설계하되 내압을 최소 5기압 이상으로 하고 각 흡수탑 상부에 안전장치인 파열판(Rupture Disc)이 설치되어 있고,

   상기 제2 흡수탑(93)은 내압력이 최소 10기압 이상인 원주형 분사 흡수식 공탑(空塔)으로 설계하고 상부에 충분한 용량의 파열판을 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기물 증기 회수장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제2 흡수탑(93)으로 유입되는 흡수제는 적어도 10℃ 이하의 저온으로 냉각된 상태로 유입되어 흡수시에 발생하는 발열량을 제거할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기물 증기 회수장치.