KR100424507B1 - Apparatus for destruction of volatile organic compounds - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휘발성 유기화합물(이하 'VOCs'라 함)의 제거를 위한 휘발성 유기화합물 처리방법 및 그 장치에 관한 것으로, 휘발성유기화합물을 흡입하여 흡착제가 충진된 흡착탑에서 흡착시킨 다음 고온의 수증기로 탈착시켜 흡착제를 재생시키고, 탈착된 휘발성 유기화합물과 수증기를 광산화시킨 후 배출되는 기체에 포함된 수증기를 응축시켜 수증기를 분리하는 과정으로 이루어진 처리방법과 이를 구현한 장치를 구성으로 하여 비용문제와 시스템의 효율성면에서 매우 우수한 점을 가지고 있고, 광촉매산화에서 지적되는 촉매의 재생, 유독성 가스의 배출등의 여러 문제점을 해결하도록 한 것이다.The present invention relates to a method for treating volatile organic compounds and a device for the removal of volatile organic compounds (hereinafter referred to as 'VOCs'), and the adsorption of volatile organic compounds in an adsorption tower filled with adsorbent and desorption with high temperature steam. To recover the adsorbent, mineralize the desorbed volatile organic compounds and water vapor, and condense the water vapor contained in the discharged gas to separate the water vapor. It has very good efficiency and solves various problems such as regeneration of catalyst and emission of toxic gas pointed out in photocatalytic oxidation.

Description

휘발성 유기화합물 처리방법{APPARATUS FOR DESTRUCTION OF VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS}Volatile organic compound treatment method {APPARATUS FOR DESTRUCTION OF VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS}

본 발명은 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds,이하 'VOCs'라 함)의 제거를 위한 휘발성 유기화합물 처리방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 광화학 오염원인 휘발성 유기화합물을 수증기와 함께 흡착제의 흡탈착을 통해 집적시킨 다음 광산화시켜 분해할 수 있게 된 휘발성 유기화합물 처리방법 및 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for treating volatile organic compounds for the removal of volatile organic compounds (VOCs), in particular adsorption and desorption of sorbents with water vapor and volatile organic compounds that are photochemical pollutants. The present invention relates to a method and apparatus for treating volatile organic compounds that can be integrated through photooxidation and then decomposed.

최근 들어 광화학 오염문제가 온실가스의 증가에 의한 지구온난화현상, 프레온가스 등에 의한 오존층 파괴와 같은 전지구적 규모의 환경문제들 보다 더욱 심각하게 대두되고 있다. 광화학 오염은 대기중에서 질소산화물과 함께 휘발성유기화합물 (VOCs)이 광화학반응을 일으켜 오존, 알데히드, 질산과산화아세틸(peroxyacetyl nitrate,'PAN'으로 약칭함) 등의 고농도 광화학산화제(photochemical oxidants)를 형성하면서 발생한다. 휘발성 유기화합물(VOCs)는 일반적으로 연료의 불완전연소와 석유류제품, 유기용제 및 페인트의 증발, 그외에도 자동차, 석유정제 및 석유화학 제조시설, 저유소, 세탁소, 도료제조시설, 인쇄용 잉크제조시설, 소규모 유기용제 사용시설, 도로포장시설, 인쇄 및 각종 도장시설등이 주요 배출원으로 알려져 있다. 최근 자동차수의 급증이나 각종 유기용제 및 페인트류의 사용량 증가로 인한 VOCs 발생량의 증가는 이들이 이차적인 광화학오염의 전구물질로 작용하는 것 이외에도 산업근로 현장에서의 직업병 시비, 중독문제, 인체유해성, 악취, 민원의 발생 등 여러 문제를 발생시키고 있어 그 대책이 시급하다.Recently, the photochemical pollution problem is more serious than the global environmental problems such as global warming caused by the increase of greenhouse gases and destruction of the ozone layer by freon gas. Photochemical contamination is accompanied by the formation of highly concentrated photochemical oxidants such as ozone, aldehydes and peroxyacetyl nitrate (PAN) by volatile organic compounds (VOCs) in combination with nitrogen oxides in the atmosphere. Occurs. Volatile organic compounds (VOCs) are generally used for incomplete combustion of fuels and evaporation of petroleum products, organic solvents and paints, as well as automotive, petroleum refining and petrochemical manufacturing facilities, storage stations, laundry, paint manufacturing facilities, printing ink manufacturing facilities, and small scale Organic solvent use facilities, road pavement facilities, printing and painting facilities are known as major sources. The recent increase in the number of automobiles or the increase in the amount of VOCs caused by the increase in the use of various organic solvents and paints is not only a precursor of secondary photochemical pollution, but also the application of occupational diseases at work sites, poisoning problems, human hazards and odors. Many problems, including complaints and complaints, are urgently needed.

특히, 사람들이 밀집해 주거하고 있는 대도시지역과 산업 집중 지역에서 이러한 문제가 더욱 더 심각하게 받아들여지고 있다. 이를 반영하여 우리나라는 올해 환경관계법규 개정안에 명시된 VOCs의 규제를 기존의 레이드증기압(Reid Vapor Pressure : RVP) 27kpa 이상의 물질에서 15kpa이상의 물질로 VOCs에 대한 규제의 폭을 강화하고 있으며 이에 따라 대기오염특별대책 지역에서는 규제가 더욱 강화되고 확대 될 것이다. 이에 VOCs 제어와 배출 감소에 대한 대책이 절실히 요구되고 있다.In particular, this problem is more and more serious in metropolitan areas and in industrialized areas where people live in densely populated areas. Reflecting this, Korea has strengthened the regulation of VOCs specified in this year's amendment to environmental laws and regulations on VOCs from 27kpa or higher to 15kpa or higher in the existing Reid Vapor Pressure (RVP). In countermeasures, regulations will be tightened and expanded. There is an urgent need for measures to control VOCs and reduce emissions.

현재 VOCs의 처리기술로 알려진 방법은 크게 회수와 산화의 두 가지 형태로 구별된다. 회수 형태의 장치는 VOCs를 수집하여 재처리하는 장치로서 응축기, 이온 교환법, 막 여과법, 흡착제, 흡수제 처리 방법들이 있다. 회수 형태의 처리에 있어서는 적용 범위가 매우 제한적인 것이 한계로 인식되고 있다. 연소 장치에는 열 산화, 촉매 산화, 생물학적 처리 (biofilteration)와 같은 것으로서 그 제거 효율이 탁월하여 역사적으로 가장 잘 사용되었던 제어 장치로 이러한 방법은 오염물질을 수집하기보다는 그 자체를 파괴하기 때문에 궁극적인 제어 기술로 사용되고 있으나 대량의 질소산화물과 유독성 대기 오염원(포스겐, 염화수소)의 발생과 고비용, 뿐만아니라 제한적인 적용대상이 제한되어 있는 한계를 지니고 있다. 최근 들어 이러한 다양한 제어 장치에서 나타나는 문제점들을 최소화하기 위한 시도나 새로운 기술 개발에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 중에 VOCs 제어 첨단 방법으로 최근에 선진국에서는 자외선을 이용한 대기 중 VOCs의 산화 시스템이 개발 초기 단계에 있다(Update on Chemical Engineering Progress , 1995). 이러한 방법은 여러 VOCs를 다양한 조건에서 효율적으로 제거하며 2차 폐기물의 발생을 최소화 할 수있을 뿐 만 아니라 비용면에서도 기존의 장치에 비해 효과적인 기술로 받아들여지고 있다.Currently known methods of treating VOCs are largely divided into two types: recovery and oxidation. The recovery type device is a device for collecting and reprocessing VOCs, including condenser, ion exchange, membrane filtration, adsorbent and absorbent treatment methods. It is recognized that the application range is very limited in the recovery form. Combustion units include thermal oxidation, catalytic oxidation, biofilteration, etc., which have the highest removal efficiency and are the best used control device in history, and ultimately because these methods destroy themselves rather than collect contaminants. Although used as a technology, it has the limitations of generating large amounts of nitrogen oxides and toxic air pollutants (phosgene, hydrogen chloride), high cost, and limited applications. In recent years, attempts have been made to minimize the problems occurring in these various control devices or to develop new technologies. Among them, as an advanced method of VOCs control, developed countries have recently developed an oxidation system of VOCs in the air using ultraviolet rays (Update on Chemical Engineering Progress , 1995). This method is not only effective in removing various VOCs under various conditions and minimizing the generation of secondary waste, but is also considered to be an effective technology compared to conventional devices in terms of cost.

본 연구에서는 자외선 산화법(Ultraviolet Oxidation)을 적용하여 VOCs를 제어하는 효과적인 방법과 기술을 독자적으로 확보하고자 한다. 이미 여러 문헌을 통하여 메탄(methane), 메틸클로라이드(methyl chloride),에탄(ethane), 에탄올(ethanol), 에틸렌(ethylene), 프로필렌(propylene),프로판올(propanol), 부텐(butenes), 톨루엔(toluene), 메타-크실렌(m-xylene),트리클로로에틸렌( trichlorethylene),퍼클로로에틸렌(perchloroethylene),포름알데히드(formaldehyde),부틸알데히드(buteraldehyde),아세톤(acetone),아세트알데히드(acetaldehyde),이소부티르산(isobutyric acid) ,메틸메르캅탄(methylmercaptan), 황화수소(hydrogen sulfide),트리메틸아민(trimethylamine) 등의 다양한 유기화합물에 대한 효과적인 제거가 입증되었다 (Peral and Ollis 1993 ; Lu et al., 1995; Jacob et al., 1995; Mao and Thomas 1995; Nishida et al., 1995; Larson et al., 1995; Muggli et al., 1996). 그러나 이 신기술의 현장 도입에 있어서 해결해야 할 과제가 크게 두 가지 남아 있다. 첫째는 아직 개발 초기에 있기 때문에 VOCs 제거의 효율적인 운영 방식이 아직 충분히 공개되어 있지 않고 있으며 (Anderson et al., 1993) 둘째, 광산화 중에 발생하는 부산물의 종류와 양에 대한 연구가 충분하지 못해 응용이 되지 못하고 있는 실정이다 (Nimlos et al., 1993). 그러나 이미 중국 등 개도국을 포함한 여러 국가에서의 지속적인 연구에 의해 그 해결점들이 밝혀지고 있어 일부 상품화 단계 직전까지 진행되고 있다. 최근 들어, 특히 2000 년 2 월 까지 미국 특허 번호 (US patent) 6,027,654 등 30 여 가지의 VOCs 광산화 기술 특허가 출원되는 등 연구가 다방면으로 활성화되어 있는 반면 우리 나라에서는 이 선진 제어 방법의 연구가 미비한 상태이기 때문에 조속한 연구의 시작이 절실하다.The purpose of this study is to independently obtain effective methods and techniques for controlling VOCs by applying ultraviolet oxidation method. Already through the literature, methane, methyl chloride, ethane, ethanol, ethylene, propylene, propanol, butenes, toluene ), Meta-xylene, m-xylene, trichlorethylene, perchloroethylene, formaldehyde, formaldehyde, buteraldehyde, acetone, acetaldehyde, isobutyric acid effective removal of various organic compounds such as isobutyric acid, methylmercaptan, hydrogen sulfide, and trimethylamine (Peral and Ollis 1993; Lu et al., 1995; Jacob et al., 1995; Mao and Thomas 1995; Nishida et al., 1995; Larson et al., 1995; Muggli et al., 1996). However, there are two major challenges to be addressed in the field introduction of this new technology. First, because it is still in the early stages of development, the efficient operation of VOCs removal is not yet fully disclosed (Anderson et al., 1993). Second, there is not enough research on the type and amount of by-products generated during mining. This is not the case (Nimlos et al., 1993). However, the solution has been revealed by continuous studies in several countries, including developing countries such as China, and is proceeding until just before the commercialization stage. Recently, research has been active in various fields, such as the application of more than 30 VOCs mining technology patents, including US patent No. 6,027,654, by February 2000, whereas the study of this advanced control method is insufficient in our country. Because of this, the beginning of early research is urgent.

최근 들어 광화학 오염문제가 온실가스의 증가에 의한 지구 온난화 현상, 프레온 가스 등에 의한 오존층 파괴와 같은 전지구적 규모의 환경문제들보다 더욱 심각하게 대두되고 있다.In recent years, photochemical pollution problems are more serious than global environmental problems such as global warming due to the increase of greenhouse gases and destruction of the ozone layer by freon gas.

자외선을 이용한 VOCs의 제어기술은 수질, 토양 및 대기분야에 널리 응용되고 있는 신진기술로서, 순수한 자외선 조사만을 이용하지 않고 TiO2와 같은 촉매를 이용하는 이른바 광촉매 산화법(Photocatalytic Oxidation :이하 'PCO'라 함)이 현장에서 사용되고 있다. 그러나 이러한 촉매를 사용하는 경우 촉매반응에서 발생되는 다양한 반응산물의 생성기작과 처리대상 VOCs보다 더욱 유독한 반응산물의 생성 그리고 촉매의 성능이 급격히 저하되는 단점을 가지고 있다.The control technology of VOCs using ultraviolet rays is a new technology widely applied in water quality, soil and atmosphere fields, and it is called photocatalytic oxide (PCO) using a catalyst such as TiO 2 instead of pure ultraviolet irradiation. ) Is used in the field. However, the use of such a catalyst has the disadvantages of generating various reaction products generated in the catalytic reaction, generating more toxic reaction products than the VOCs to be treated, and rapidly decreasing the performance of the catalyst.

이에 본 발명은 기존의 광촉매 산화법(PCO) 공정과는 달리 순수한 자외선 조사에 의해서만 기체상 VOCs를 처리하는 휘발성유기화합물 처리방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for treating volatile organic compounds that treat gaseous VOCs only by pure ultraviolet irradiation, unlike conventional photocatalytic oxidation (PCO) processes.

본 발명을 통하여 자외선 산화법의 효율적인 운영, 유해성 산화 부산물의 최소화 또는 제거 등을 포함한 활용 방안이 규명될 수 있을 뿐만 아니라 VOCs의 제어의 독자적인 최신 선진 기술을 확보 할 수 있게 되고 다양한 사업장과 대상에 이를 적용함으로서 VOCs 배출에 따른 심각한 환경문제를 적절히 해소하는데 크게 기여할것이다.Through the present invention, not only the efficient operation of UV oxidation, minimization or elimination of harmful oxidative by-products, etc. can be identified, but it is also possible to secure the latest advanced technology for the control of VOCs and apply them to various workplaces and targets. This will greatly contribute to adequately addressing severe environmental problems associated with VOCs emissions.

본 발명은 배출원에서 발생되는 VOCs를 회수한 후, 고농도로 농축된 VOCs에 수증기를 첨가하여 광산화반응기로 유입시켜 보다 효율적인 VOCs의 광산화와 광물화가 가능한 방법과 장치를 제공한다.The present invention provides a method and apparatus for recovering VOCs generated from an emission source, adding water vapor to highly concentrated VOCs and introducing them into a photooxidation reactor for more efficient photooxidation and mineralization of VOCs.

VOCs 회수에는 기존에 가장 많이 사용되어진 흡착법을 이용하고자 한다. 기존의 광촉매산화법에서도 흡착법은 사용되어 왔으나, 흡착제의 재생(regeneration)을 위하여 고온의 열을 가할 경우 화재의 위험이 있고, 증기를 이용하여 흡착된 VOCs를 탈착법의 경우 사용되는 고온의 증기가 광촉매반응기로 유입될 경우 촉매의 기능을 저하시키는 요인으로 작용하여 흡착제의 재생에 많은 어려움을 가지고 있다. 그러나 본 연구의 경우 기본적으로 촉매반응이 배제된 순수한 광산화에 의한 것으며, 위에서 언급한 바와 같이 VOCs 광산화에 수증기가 매우 효과적인 인자로 작용하므로 고온의 수증기를 이용하여 흡착제를 재생하는 방식이 본 발명에서 매우 효율적이다.The most widely used adsorption method is used to recover VOCs. Adsorption has been used in the conventional photocatalytic oxidation method, but there is a risk of fire when high temperature heat is applied for regeneration of the adsorbent, and high temperature steam used in the case of desorption of VOCs adsorbed using steam is used as photocatalyst. When it enters the reactor, it acts as a factor that lowers the function of the catalyst and has many difficulties in regenerating the adsorbent. However, in the case of this study, it is basically pure acidification which excludes the catalytic reaction, and as mentioned above, the method of regenerating the adsorbent using high temperature steam is because the steam acts as a very effective factor in VOCs photooxidation. Very efficient.

본 발명은 또한 촉매를 사용하는 광촉매산화법보다 VOCs의 산화속도가 떨어져 VOCs의 배출이 간헐적으로 이루어지는 배출원에만 적용이 가능한 단점을 가지고 있다. 그러나 이러한 단점은 VOCs 흡착반응기를 병렬로 연결하여 흡착제의 파과점과 흡착된 VOCs의 탈착과정에 따라 공기 유입경로를 변경함으로서 연속적으로 발생되는 VOCs 배출원에도 적용이 가능하게 하고자 한다.The present invention also has a disadvantage in that the oxidation rate of VOCs is lower than that of a photocatalytic oxidation method using a catalyst, and is applicable only to an emission source in which VOCs are intermittently emitted. However, this disadvantage is to be applied to the VOCs emission source that is continuously generated by connecting the VOCs adsorption reactor in parallel to change the air inlet path according to the breakthrough point of the adsorbent and the desorption process of the adsorbed VOCs.

자외선을 이용한 광산화처리방법이 가장 먼저 응용된 분야는 살균분야이다. 이미 1940년대에 미국의 GE사 등에서 실용 장치를 개발했다. 살균 이외의 응용분야에서도 기초 연구에 있어서는 많은 진전이 이루어 졌으나 실용화에 있어서는 큰 진전이 이루어지지 못하였다. 1970년대에 들어와 자외선을 이용한 폐수내의 독성 유기물질 처리에 대한 연구가 활발히 시작되어 현재에 이르러 이를 상업적으로 개발, 많은 분야에서 그 효용성을 보이고 있다. 광촉매산화법 역시 이러한 자외선산화법의 활성화방법에서 나온 것으로 같은 촉매의 경우, 액체상에서보다 기체상에서의 반응성이 우수함이 검증되어(Crittenden ,1995) 미국의 Matrix Photocatalytic Inc.에서는 수중의 VOCs의 광산화 처리를 바탕으로 기체상의 VOCs처리에 적용하여 아세톤, 알코올, 메틸에틸케톤과 같은 옥시제네이트(oxygenates)에 광촉매산화법이 유용한 공정이며, 트리클로로에틸렌 (trichloroethylene) ,퍼클로로에틸렌 (perchloroethylene),벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌과 같은 화합물에도 이 공정의 잠재성이 있음을 검증하였다 (Hedderson, 1995). 이후 공정에 사용되는 촉매에 대한 연구를 통하여 Solarchem Environmental System에서 티타늄을 이용하여 트리클로로에틸렌(trichloroethylene)를 산화하는 실험에 성공하였고 (Willian A. Jacoby ,1994), 이외의 다른 촉매에 대한 실험이 시도되고 있다. 그러나 아직까지 다양한 VOCs와 촉매와의 반응 메카니즘에 대한 명확한 설명과 무기이온들에 의한 촉매의 오염(fouling) 방지책 그리고 반응 산물에 대한 실험적 검증이 미미한 상태이다. 이는 제어효율을 향상시키고자 사용한 촉매와 VOCs와의 촉매반응에서 야기되는 문제점으로서 광촉매산화법의 한계로 지적되어지고 있다 (Caruana ,1995).The first application field of the photo-oxidation treatment using ultraviolet rays is sterilization. Already in the 1940's, GE developed a practical device. In the fields of application other than sterilization, much progress has been made in basic research, but no significant progress has been made in practical use. In the 1970s, research on the treatment of toxic organic substances in wastewater by using ultraviolet rays has been actively conducted, and it has been commercially developed to this day and shows its utility in many fields. The photocatalytic oxidation method is also derived from the activation method of the ultraviolet oxidation method, and the same catalyst has been proved to be more reactive in the gas phase than in the liquid phase (Crittenden, 1995). Matrix Photocatalytic Inc. of the United States based on the photooxidation of VOCs in water The photocatalytic oxidation method is useful for oxygenates such as acetone, alcohol, and methyl ethyl ketone as it is applied to gaseous VOCs treatment. It is trichloroethylene, perchloroethylene, benzene, toluene, ethylbenzene. It has also been demonstrated that compounds such as xylene have the potential for this process (Hedderson, 1995). Subsequent studies of catalysts used in the process have succeeded in oxidizing trichloroethylene using titanium in the Solarchem Environmental System (Willian A. Jacoby, 1994). It is becoming. However, there is still little clear explanation on the reaction mechanism between various VOCs and catalysts, prevention of catalyst fouling by inorganic ions, and experimental verification of reaction products. This problem has been pointed out as a limitation of the photocatalytic oxidation method caused by the catalytic reaction between the catalyst and VOCs used to improve the control efficiency (Caruana, 1995).

도 1은 회분식 반응기내의 톨루엔 광산화과정 온도패턴을 도시한 그래프,1 is a graph showing the temperature pattern of toluene photooxidation process in a batch reactor,

도 2는 회분식 반응기내에서 수증기의 농도변화에 따른 톨루엔의 광산화반응속도를 나타낸 그래프,2 is a graph showing the photooxidation rate of toluene according to the change in the concentration of water vapor in a batch reactor,

도 3은 연속식 반응기내에서 수증기의 농도변화에 따른 톨루엔의 광산화반응속도를 나타낸 그래프,3 is a graph showing the photooxidation reaction rate of toluene according to the change in the concentration of water vapor in a continuous reactor;

도 4는 연속식 반응기내에서 유속에 따른 톨루엔과 이산화탄소 분율을 나타낸 그래프,4 is a graph showing the fraction of toluene and carbon dioxide according to the flow rate in the continuous reactor,

도 5는 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 처리장치의 구성개념도,5 is a structural diagram of a volatile organic compound processing apparatus according to the present invention,

도 6은 흡착탑의 상세 구성도,6 is a detailed configuration diagram of the adsorption tower;

도 7은 광산화반응기의 상세 구성도이다.7 is a detailed configuration diagram of the photooxidation reactor.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 : 펌프 20 : 흡착탑10: pump 20: adsorption tower

22 : 흡착제 30 : 보일러22: adsorbent 30: boiler

40 : 광산화반응기 42 : 자외선램프40: photooxidation reactor 42: ultraviolet lamp

50 : 콘덴서 60 : 분리기50: condenser 60: separator

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 휘발성 유기화합물 처리방법은, 휘발성유기화합물을 흡입하여 흡착제가 충진된 흡착탑에서 흡착시킨 다음 고온의 수증기로 탈착시켜 흡착제를 재생시키고, 탈착된 휘발성 유기화합물과 수증기를 광산화시킨 후 배출되는 기체에 포함된 수증기를 응축시켜 수증기를 분리하는 것으로 이루어진다.In order to achieve the above object, the volatile organic compound treatment method of the present invention sucks a volatile organic compound and adsorbs it in an adsorption tower filled with an adsorbent, and then desorbs it with high temperature steam to regenerate the adsorbent, and desorbs the volatile organic compound and water vapor. After photooxidation, the water vapor is separated by condensing water vapor contained in the discharged gas.

이 과정에서 하나의 흡착탑을 이용할 경우 흡착후 탈착이 단속적으로 이루어지는 단점을 갖게 되는데, 연속적인 처리를 위해 흡착탑을 2개이상 병렬로 설치하여 그 밸브의 조절에 휘발성 유기화합물의 공급과 수증기의 공급이 교차되게 하는 방법을 제공한다.If one adsorption tower is used in this process, desorption is intermittently performed after adsorption. Two or more adsorption towers are installed in parallel for continuous treatment. Provides a way to intersect.

이와 같은 처리방법을 구체화시킨 본 발명의 휘발성 유기화합물 처리장치는, 휘발성 유기화합물을 흡입하는 흡입수단과, 휘발성 유기화합물의 공급을 조절하는 휘발성유기화합물 공급밸브와, 휘발성 유기화합물을 흡착하는 흡착제가 충진된 흡착탑과, 고온의 수증기를 발생시키는 보일러와, 흡착제에 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈착시키고자 상기 흡착탑으로 상기 보일러에서 발생된 수증기를 이송시키는 이송수단, 수증기의 공급을 조절하는 수증기공급밸브와, 흡착탑에서 수증기와 함께 유입된 휘발성유기화합물을 광산화반응을 통해 분해시키는 자외선램프(UV Lamp)가 장착된 광산화반응기와, 고온의 배출 기체를 냉각시켜 수증기를 응축시키는 콘덴서와, 응축된 수증기와 기체를 분리시켜 응축수를 상기 보일러로 반송시키고 기체는 배출시키는 분리기로 이루어진다.The volatile organic compound processing apparatus of the present invention incorporating such a treatment method includes a suction means for sucking volatile organic compounds, a volatile organic compound supply valve for controlling the supply of volatile organic compounds, and an adsorbent for adsorbing volatile organic compounds. A packed adsorption tower, a boiler for generating high temperature water vapor, a transport means for transporting water vapor generated in the boiler to the adsorption tower to desorb volatile organic compounds adsorbed to the adsorbent, a water vapor supply valve for controlling the supply of water vapor, and , A photoacid reactor equipped with an UV lamp that decomposes volatile organic compounds introduced with water vapor from the adsorption column through a photooxidation reaction, a condenser that condenses water vapor by cooling a high temperature exhaust gas, and condensed water vapor and gas To return the condensate to the boiler and discharge the gas. Consists of separator.

이 장치에서도 2개 이상의 흡착탑을 사용하고 상기 밸브를 공급방향을 조절하는 것으로 선택하여 휘발성 유기화합물의 연속처리를 가능하도록 할 수 있다.In this apparatus, two or more adsorption towers may be used, and the valve may be selected to control the supply direction to enable continuous processing of volatile organic compounds.

본 발명자들은 이미 수행된 톨루엔의 광산화 실험에서 순수한 자외선 조사에 의한 VOCs 제거효율과 광산화된 VOCs의 CO2로의 광물화는 매우 높게 나타났으나, 기대했던 대로 높은 제거효율과 CO2로의 완전한 광물화를 위해 필요한 반응시간이 광촉매산화법에 비해 길고 이는 현장에 적용하기에 부적합함을 알 수 있었다. 또한 t톨루엔의 광산화속도 상수 산출 실험에서 톨루엔이 초기농도와 무관하게 지수적인 추세로 감소하였고 시료내 수증기가 포함될 경우 속도상수는 보다 빨라져 광산화 효율과 CO2로의 광물화를 가속화하였다. 이러한 자료를 통하여 본 연구가 저농도의 VOCs를 처리하는 것보다는 고농도의 VOCs를 처리하는데 보다 효울적이며 공기내 수분함율이 VOCs 광산화에 매우 중요한 인자로 작용하는 것을 알 수 있었다. 그 결과가 첨부된 도 1 내지 도 4에 나타나 있다.In the photooxidation experiments of the toluene already performed, the inventors found that the removal efficiency of VOCs and the mineralization of photooxidized VOCs to CO 2 by pure UV irradiation were very high, but as expected, high removal efficiency and complete mineralization to CO 2 were observed. The required reaction time is longer than that of the photocatalytic oxidation method, which is not suitable for the field application. In addition, toluene decreased in an exponential trend irrespective of the initial concentration, and the rate constant became faster when water vapor was included in the sample to accelerate the photooxidation efficiency and mineralization to CO 2 . These data indicate that this study is more effective in treating high concentrations of VOCs than low concentrations of VOCs, and the moisture content of air is a very important factor in the mineralization of VOCs. The results are shown in Figures 1-4 attached.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.도 1은 회분식 반응기내의 톨루엔 광산화과정의 온도패턴을 도시한 그래프로서, 처음 약 900ppm이상인 고농도의 휘발성 유기화합물인 톨루엔의 농도가 1200초(20분)이 경과한 후에는 10ppm이하로 대폭 감소하는 것을 볼 수 있다.도 2는 회분식 반응기 내에서 수증기의 농도변화에 따른 톨루엔의 광산화반응속도를 나타낸 그래프로서,휘발성 유기화합물 내 수분의 함유량과 휘발성 유기화합물 분해속도와의 관계를 볼 수 있다. 톨루엔에 수수증기를 첨가한 경우 반응속도가 증가하는 것이 도시되어 있는데, 이는 자외선을 수수증기에 조사하게 디면 수수증기의 OH가 라디칼화되고,라디칼화된 상기 OH기와 휘발성유기화합물의 반응속도상수가 증가하여 효율적으로 반응하게 됨으로써 휘발성 유기화합물을 빠른 속도로 분해하게 되는 것이다.도 3은 연속식 반응기내에서 수증기의 농도변화에 따를 톨루엔의 광산화반응속도를 나타낸 그래프로서, 역시 휘발성 유기화합물 내 수분의 함유량과 휘발성 유기화합물 분해속도와의 관계를 볼 수 있다.톨루엔 농도 701ppm까지는 광산화율이 100%에 가깝지만,톨루엔 농도 1379ppm에서는 90%이하로 광산화율이 감소하고 있는 반면,수수증기를 첨가한 경우부터는 초기 톨루엔 농도가 증가하더라도 100%에 가까운 광산화율을 보이고 있다.도 4는 연속식 반응기내에서 유속에 따른 톨루엔과 이산화탄소 분율을 나타낸 그래프로서,수수증기 함유량이 높을수록 유속에 따라 톨루엔이 분해되는 속도도 커져 분율이 낮아지는 것을 볼 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a graph showing the temperature pattern of toluene photooxidation process in a batch reactor, in which toluene is a high concentration of volatile organic compound of about 900 ppm or more. After 1200 seconds (20 minutes), the concentration is significantly reduced to 10 ppm or less. FIG. 2 is a graph showing the photooxidation rate of toluene according to the change in the concentration of water vapor in a batch reactor. The relationship between the moisture content and the decomposition rate of volatile organic compounds can be seen. It is shown that the reaction rate increases when toluene is added to toluene. When the ultraviolet rays are irradiated with water vapor, the reaction rate constant of the radicalized OH group and the volatile organic compound is radicalized. The volatile organic compound is rapidly decomposed by increasing its efficiency. FIG. 3 is a graph showing the photooxidation rate of toluene according to the change in the concentration of water vapor in a continuous reactor. The content and the rate of decomposition of volatile organic compounds can be seen.The photooxidation rate is close to 100% up to 701ppm of toluene, but the photooxidation rate decreases below 90% at 1379ppm of toluene. Even if the initial toluene concentration is increased, the photooxidation rate is close to 100%. A graph showing the fraction of toluene and carbon dioxide according to the flow rate from the equation in the reactor, can it can be seen that the higher the water vapor content that is do fraction increases the rate at which the degradation of toluene in accordance with the low flow rate.

도 5는 본 발명의 휘발성 유기화합물 처리장치의 구성 개념도로서, 휘발성 유기화합물을 흡입하는 흡입수단으로서 펌프(10)와, 휘발성 유기화합물의 이송방향을 조절하는 휘발성유기화합물 공급밸브와, 휘발성 유기화합물을 흡착하는 흡착제(22)가 충진된 흡착탑(20)과, 고온의 수증기를 발생시키는 보일러(30)와, 흡착제(22)에 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈착시키고자 상기 흡착탑(20)으로 상기 보일러(30)에서 발생된 수증기를 이송시키는 이송수단인 펌프와, 수증기의 공급을 조절하는 수증기공급밸브와, 흡착탑(20)에서 수증기와 함께 유입된 휘발성유기화합물을 광산화반응을 통해 분해시키는 자외선램프(42)가 장착된 광산화반응기(40)와, 고온의 배출 기체를 냉각시켜 수증기를 응축시키는 콘덴서(50)와, 응축된 수증기와 기체를 분리시켜 응축수를 상기 보일러(30)로 반송시키고 기체는 배출시키는 분리기(60)가 적절한 배관배치를 통해 구성된 휘발성 유기화합물 장치를 도시하고 있다.5 is a conceptual view illustrating the configuration of a volatile organic compound processing apparatus according to the present invention. The pump 10 serves as a suction means for sucking volatile organic compounds, a volatile organic compound supply valve for controlling a transport direction of volatile organic compounds, and a volatile organic compound. Adsorbent tower 20 filled with adsorbent 22 for adsorbing the adsorbent, boiler 30 for generating high temperature water vapor, and volatile organic compounds adsorbed on adsorbent 22 are desorbed by the adsorbent tower 20. A pump which is a transfer means for transferring the steam generated in 30, a steam supply valve for controlling the supply of steam, and an ultraviolet lamp for decomposing volatile organic compounds introduced with water vapor in the adsorption tower 20 through a photooxidation reaction ( 42) equipped with a photooxidation reactor (40), a condenser (50) for cooling hot exhaust gas to condense water vapor, and condensed water by separating the condensed water vapor and gas. Returned to the boiler 30 and gas is a flowchart illustrating a volatile organic compound device configured through a suitable piping arrangement separator 60 for discharging.

상기 흡착탑(20)은 회분식 반응기(batch reactor)로서, 1개의 흡착탑(20)이 구비되어 있을 경우 그 반응이 단속적으로 이루어지게 되어 배출량이 많지 않은 경우 사용에 문제가 없으나 그 양이 많은 경우 도시된 실시예와 같이 흡착탑(20)을 2개 이상을 병렬로 배치할 경우 순차적으로 휘발성 유기화합물을 처리할 수 있게 됨으로써 전체적으로는 하나의 연속적인 휘발성 유기화합물 처리장치로 볼 수 있게 된다.The adsorption tower (20) is a batch reactor (batch reactor), when one adsorption tower (20) is provided that the reaction is made intermittently, there is no problem in use when the discharge is not large, but the amount is shown When two or more adsorption towers 20 are arranged in parallel as in the embodiment, the volatile organic compounds can be sequentially processed, and as a whole, it can be viewed as a single continuous volatile organic compound processing apparatus.

이 흡착탑의 구성이 도 6에 도시되어 있는데, 휘발성유기화합물 공급밸브(V1)과 수증기 공급밸브(V2)를 통해 흡착탑(20)에 휘발성 유기화합물과 수증기가 교차되어 공급되게 하여 흡착제(22)를 통한 흡착과 수증기(22)로 인한 탈착이 교대로 일어날 수 있게 한다. 즉, 하나의 흡착탐(A)에 VOCs가 포함된 공기가 유입되도록 밸브(V1)를 조절하여 VOCs를 회수하고 이후 흡착제의 흡착능력이 떨어지면 공기의 유입이 다른 흡착탑(B)으로 향하도록 밸브(V1)를 조절한다. 이때 보일러(30)에서 발생하는 고온의 수증기가 흡착탑 A로 유입되도록 밸브(V2)를 조절하여 흡착된 VOCs를 탈착시키고 이때 발생되는 고농도의 VOCs와 수증기를 함께 광산화반응기(40)로 유입시키도록 한다. VOCs와 수증기의 유입이 광산화반응기(40)로 충분히 유입되면 밸브 V1은 다시 흡착탑 A로 향하게 하고 밸브 V2는 흡착탑 B로 향하게 하여 위의 과정을 수행하도록 하여 배출되는 VOCs의 연속적인 처리를 가능하게 한다.The configuration of the adsorption tower is shown in FIG. 6, through which the volatile organic compound and the water vapor are supplied to the adsorption tower 20 through the volatile organic compound supply valve V1 and the water vapor supply valve V2 to supply the adsorbent 22. Adsorption through and desorption due to water vapor 22 can alternately occur. That is, by adjusting the valve (V1) so that the air containing the VOCs in one adsorption probe (A) to recover the VOCs and then the adsorption capacity of the adsorbent is lowered so that the inflow of air to the other adsorption tower (B) ( Adjust V1). At this time, by adjusting the valve (V2) so that the high temperature steam generated in the boiler (30) flows into the adsorption tower A to desorb the adsorbed VOCs and to introduce the high concentration of VOCs and water vapor into the photo-acidification reactor (40). . When the inflow of VOCs and water vapor is sufficiently introduced into the photooxidation reactor 40, the valve V1 is directed to the adsorption tower A and the valve V2 is directed to the adsorption tower B to perform the above process to enable continuous treatment of the discharged VOCs. .

도 7은 광산화반응기(40)의 구조를 도시하고 있는 도면으로서, 원통관상의 이송로에 자외선램프(42)를 배치하여 광산화반응이 원활하게 이루어지도록 구성한 예를 도시하고 있다. 앞선 실험결과에서와 같이 수증기와 함께 휘발성 유기화합물이 공급될 경우 자외선에 의한 분해 반응의 효율이 높은 점을 이용한 것이다.본 발명의 휘발성 유기화합물 처리방법과 처리장치의 적용 될 수 있는 대상은 매우 다양하다.FIG. 7 is a diagram showing the structure of the photoacidification reactor 40. FIG. 7 shows an example in which the ultraviolet ray lamp 42 is disposed in a cylindrical tube transfer path so as to facilitate the photooxidation reaction. When the volatile organic compound is supplied with water vapor as in the previous experiment results, the efficiency of decomposition reaction by ultraviolet light is used. The volatile organic compound treatment method and treatment apparatus of the present invention can be applied in various ways. Do.

예를 들어 탈기공정(air stripping process), 유독폐수소각기(hazardous waste incinerators),탄소 재생산 설비(carbon regeneration plants), 토양 통기 설비(soil venting plants),유기화학설비( organic chemical plants), 생물 처리 설비(biological treatment plants), 도시 매립장소(municipal landfills sites), 건조시설(dry cleaning facilities), 기름제거시설(degreasing facilities), 프레온관련시설(freon-based facilities), 오폐수처리시설(wastewater treatment plants (industrial and municipal)),분무실 설비(spray booth plants) 이 모두 대상 사업이 될 수 있다. 더욱이 대규모 사업장 뿐 만 아니라 가정, 사무실, 자동차 실내의 공기 청정기 등에 적용이 가능하다.For example, air stripping processes, hazardous waste incinerators, carbon regeneration plants, oil venting plants, organic chemical plants, biological treatment plants (biological treatment plants), municipal landfills sites, dry cleaning facilities, degreasing facilities, freon-based facilities, wastewater treatment plants (industrial) and municipal) and spray booth plants can all be targeted projects. Moreover, it can be applied to air purifiers in homes, offices, and automobiles as well as large-scale workplaces.

본 발명에 따른 처리방법과 처리장치는 종래에 VOCs 제어기술 개발에 있어서 가장 문제점으로 지적되는 비용문제와 시스템의 효율성면에서 매우 우수한 점을 가지고 있고, 광촉매산화에서 지적되는 촉매의 재생, 유독성 가스의 배출등의 여러 문제점을 해결하도록 하였다. 현재 가장 큰 난점으로 지적되는 적용 가능한 VOCs의 종류와 반응 산물에 대한 검증이 이루어지고 있지 않아 어려움을 겪고 있으나 이러한 문제를 이 발명을 통하여 적용 가능한 VOCs의 종류를 확대할 수 있으리라 보여진다. 대기중으로 배출되는 가스처리 이외에 현재 사용되고 있는 공기청정기의 경우, 입자상 물질에 대한 제거 효율은 매우 좋으나 실내공기 냄새의 주범인 VOCs는 제거하지 못하고 있다. 광촉매산화법을 공기청정기에 응용할 경우 냄새나 악취를 제거할 수 있는 기능의 추가가 이루어져 상품성이 우수하다. 또한 폐수처리에 스트리핑(stripping)으로 배출되는 VOCs의 처리가 가능하며 오염된 토양의 복구에 있어서도 토양 수증기 추출(Soil Vapor Extract)를 통해 배출되는 VOCs를 기존에 설비되어 있는 흡착방법에 광산화법을 간단히 연계시켜 제거함으로 처리효율, 경제성, 그리고 운영방법에서 기존방법보다 높은 효용성을 가질 수 있다.The treatment method and the treatment apparatus according to the present invention have a very good point in terms of cost and efficiency of the system, which is pointed out as the most serious problem in the development of VOCs control technology, and regeneration of catalyst and toxic gas pointed out in photocatalytic oxidation. Various problems such as discharge were solved. Although there are difficulties in verifying the types of applicable VOCs and reaction products, which are pointed out as the biggest difficulties at present, this problem can be extended through the present invention. In addition to the gas treatment discharged to the atmosphere, currently used air cleaners are very efficient in removing particulate matter, but they cannot remove VOCs, which are the main culprit of indoor air odor. When the photocatalytic oxidation method is applied to an air purifier, it adds a function to remove odors and odors and thus has excellent merchandise. In addition, it is possible to treat VOCs discharged by stripping in wastewater treatment, and also to recover polluted soils, it is easy to mine the VOCs discharged through Soil Vapor Extraction. By eliminating them in conjunction, they can be more effective than conventional methods in terms of processing efficiency, economics, and operational methods.

Claims (4)

휘발성유기화합물을 흡입하여 흡착제가 충진된 흡착탑에서 흡착시킨 다음 고온의 수증기로 탈착시켜 흡착제를 재생시키고, 탈착된 휘발성 유기화합물과 수증기를 광산화시킨 후 배출되는 기체에 포함된 수증기를 응축시켜 수증기를 분리하는 과정으로 이루어진 휘발성 유기화합물의 처리방법..The volatile organic compound is sucked in and adsorbed in the adsorption tower filled with adsorbent, and then desorbed by high temperature steam to regenerate the adsorbent, and after deoxidizing the desorbed volatile organic compound and water vapor, the water vapor contained in the discharged gas is separated to separate water vapor. Treatment method of volatile organic compound consisting of .. 제1항에 있어서, 상기 흡착탑을 2개이상 병렬로 설치하여 그 밸브의 조절에 휘발성 유기화합물의 공급과 수증기의 공급이 교차되게 하여 연속적으로 휘발성 유기화합물이 처리될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리방법.The method of claim 1, wherein two or more adsorption towers are installed in parallel so that the supply of the volatile organic compound and the supply of the water vapor cross each other to control the valve so that the volatile organic compound can be continuously processed. Organic compound treatment method. 휘발성 유기화합물을 흡입하는 흡입수단과, 휘발성 유기화합물의 공급을 조절하는 휘발성유기화합물 공급밸브와, 휘발성 유기화합물을 흡착하는 흡착제가 충진된 흡착탑과, 고온의 수증기를 발생시키는 보일러와, 흡착제에 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈착시키고자 상기 흡착탑으로 상기 보일러에서 발생된 수증기를 이송시키는 이송수단, 수증기의 공급을 조절하는 수증기공급밸브와, 흡착탑에서 수증기와 함께 유입된 휘발성유기화합물을 광산화반응을 통해 분해시키는 자외선램프(UV Lamp)가 장착된 광산화반응기와, 고온의 배출 기체를 냉각시켜 수증기를 응축시키는 콘덴서와, 응축된 수증기와 기체를 분리시켜 응축수를 상기 보일러로 반송시키고 기체는 배출시키는 분리기로 이루어진 휘발성 유기화합물 처리장치.Adsorption means filled with suction means for sucking volatile organic compounds, volatile organic compound supply valves for controlling the supply of volatile organic compounds, adsorbents for adsorbing volatile organic compounds, boilers for generating high temperature steam, and adsorption to adsorbents Transfer means for transferring the steam generated in the boiler to the adsorption tower to desorb the volatile organic compounds, a water vapor supply valve for controlling the supply of water vapor, and decomposes the volatile organic compounds introduced with the water vapor from the adsorption column through a photooxidation reaction. A photocatalyst equipped with a UV lamp, a condenser for cooling the high temperature exhaust gas to condense water vapor, and a separator for separating the condensed water vapor and gas to return condensed water to the boiler and discharging the gas. Volatile Organic Compound Treatment System. 제3항에 있어서, 상기 흡착탑을 2개 이상을 병렬로 설치하고 상기 밸브를 공급방향을 조절하는 것으로 선택하여 휘발성 유기화합물의 연속처리를 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리장치.The apparatus for treating volatile organic compounds according to claim 3, wherein the two or more adsorption towers are installed in parallel and the valves are adjusted to control the supply direction.
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