KR100582718B1

KR100582718B1 - 흡착제의 연속 진공 가온 재생 및 흡착물질의 분리 회수방법 및 장치

Info

Publication number: KR100582718B1
Application number: KR1020000044078A
Authority: KR
Inventors: 박경렬
Original assignee: 박경렬
Priority date: 2000-07-29
Filing date: 2000-07-29
Publication date: 2006-05-24
Also published as: KR20020010384A

Abstract

본 발명은 환경공학 분야 중 대기오염 방지분야로서 세부 분야는 악취 및 VOCs의 제어 분야 중 흡착에 의한 처리 중 흡착제의 연속 재생 및 흡착물질의 분리 회수 방법에 해당하는 것이다. 발명의 목적은 기존의 악취, VOCs(Volatile Organic Compounds ; 휘발성 유기 화합물) 및 기타 가스상 물질 처리방법인 흡착법 에서 포화된 흡착제를 교체 또는 고온의 스팀을 이용하여 재생하는 방법을 대신하여 중온에서 진공으로 흡착제를 현장에서 연속 재생하고 아울러 배기가스 중에 포함된 물질을 분리회수 함으로서 경제적이고 고효율로 오염물질 포집 처리하고 아울러 배가스 중에 포함된 유용한 물질을 분리 회수하는 방법 및 장치를 개발하여 이중의 효과를 얻고자 함에 그 목적이 있다.

본 발명의 방법 및 장치는 진공 및 가온 가능한 구조의 병렬로 연결된 1기 이상의 진공 재생형 고정층 흡착탑(8)에 이를 재생 및 회수하기 위한 오일리스 진공펌프(16)에 상온 이하, 상압에서 피흡착 물질을 회수하기 위한 응축 회수기(18) 또는 상온 이하, 고압에서 피 흡착 물질을 응축 회수하기 위한 가압 응축 탱크(31)를 부착하는 것이다. 흡착제에 흡착된 피 흡착물질을 발화점이하에서 승온하고, 비등점 이상으로 감압하여 흡착제를 탈착 재생하고 아울러 탈착된 피흡착제를 성상에 따라 응축 회수기를 이용하여 상온 이하, 상압에서 또는 가압 탱크를 이용하여 상온 이하, 상압 이상 고압에서 회수할 수가 있는 것이다.

Description

흡착제의 연속 진공 가온 재생 및 흡착 물질의 분리 회수 방법 및 장치{Method and equipment for continuous vacuum thermal regeneration of adsorbent and recovery of adsorbate}

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 흡착제의 연속 재생 및 흡착 물질의 분리 회수 방법의 대표적인 처리 공정 및 장치도로서 고정층 흡착탑의 연속 재생 및 피 흡착물질을 분리 회수하기 위하여 진공 재생형 고정층 흡착탑 -＞ 오일리스 진공펌프 -＞ (가스 압축기) -＞ 응축 회수기 또는 가압 응축 탱크로 구성된 장치 구성도 및 각각의 세부 장치도

도 2은 도 1의 응축 회수기를 대신하는 가압식 흡착물질 회수 방법인 가압 응축 탱크의 장치도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1.가스 농도센서 2.유인 송풍기(I.D. Fan)

3.기밀 내압 댐퍼 4.압력 조절용 솔레노이드 밸브

5.냉각액 또는 냉매 유량 조절용 밸브 6.가열용 히터

7.흡착탑 내부 가온용 열교환기 8.진공 재생형 고정층 흡착탑

9.디지털 진공 게이지 10.디지털 온도계

11.솔레노이드 밸브 12.기밀 내압 댐퍼

13.체크 밸브 14.가스 포집용 후드

15.기밀 내압 탬퍼 16.오일리스 진공 펌프

17.압력 조절 밸브 18.응축 회수기(Condensor)

19.압력 조절 밸브 20.냉각액 또는 냉매 순환 펌프

21.콘트롤 판넬(Control Panel) 22.냉각수, 열유체, 냉매 공급

23.회수액 분리 저장 탱크 24.가스 압축기

25.압력 조절 밸브 26.미 회수 가스 출구(방지시설 전단으로)

27.압력 조절 밸브 28.레벨 센서

29.압력 게이지 30.냉각액 유출구

31.가압 응축 탱크 32.회수 탱크 냉각용 열교환기

33.레벨 게이지 34.냉각액 유입구

35.회수액 배출용 솔레노이드 밸브 36.플로우 센서

37.회수액출구(응축액저장탱크로) 38.감압 회수된 피흡착물질(악취 및 VOCs)

39.오일리스 진공펌프 40.가스 압축기

본 발명은 환경공학 분야 중 대기오염제어 분야 및 폐기물 재활용 분야로서 세부 분야는 악취 및 VOCs를 처리하기 위한 흡착법의 폐 흡착제를 연속적으로 현장에서 재생하는 방법 및 탈착된 피 흡착물질을 회수하는 방법이다.

기존의 기술로서는 대부분의 산업현장에서 발생되는 악취나 VOCs는 탄화수소가 대부분이고 일부 무기가스까지 동시에 포함되어 있는 실정으로 종래의 악취 및 VOCs 제거방법은 주로 열 소각, 촉매 소각 , 수용액에 의한 흡수 방법(Absorption, 화학적 산화법 포함) , 활성탄 등의 흡착제에 의한 흡착 방법(Adsorption) , 응축에 의한 방법 , 촉매 소각 방법 , 광촉매 산화 방법 등이 사용되어 왔고, 최근에는 생물여과장치(Biofilter)등 이 사용되고 있다. 이들 각각의 처리 방법은 각각의 오염물질을 발생하는 배출원에 따라 각기 적용에 장단점을 가지고 있으며 범용적으로 적용하는데는 모든 처리 방법이 각각 문제점을 가지고 있다. 흡착법은 현재 물리적으로 흡착된 물질을 재생하기 위하여 고온 고압의 수증기를 이용하여 흡착제를 연속 재생할 수 있는 방법이 개발되어 일부 보급되고 있다.

본 발명은 기존의 흡착법 및 수증기을 이용하여 재생하는 방법을 개선 발전시킨 것으로 기존 흡착법의 장점은

① 다양한 화합물을 고농도에서 저 농도까지 처리할 수 있다.

② 파과점(Break Point) 이전까지는 99% 이상의 고효율을 가지고 있다

③ 피 흡착물질의 종류에 따라 여러 종류의 흡착제(활성탄, 실리카, 활성 알루미나 등)를 이용하여 효율을 증가시킬 수 있다.

그러나 현장 적응에서 가장 큰 단점은

① 농도 및 오염물질의 종류에 따라 단시간에 파과점에 도달되고 그 이후에는 효율이 0%에 가깝다.

② 파과된 활성탄은 교체 비용이 많이 들며, 활성탄 재생시 유용한 피 흡착 물질이 소각에 의하여 폐기된다.

이러한 단점을 개선하기 위한 수증기에 의한 재생 및 회수 방법은 기존 활성탄 흡착탑에 고온 고압의 수증기를 유입시켜 피 흡착제를 탈착하고 물과 함께 응축 회수된 탄화수소 화합물은 유수 분리하여 유용한 물질을 회수하고 있다. 이 방법의 장점은 유용한 물질을 회수하고 흡착탑을 연속 재생하여 사용할 수 있다는 장점은 있지만 스팀을 생산 공급하기 위한 보일러 시설 및 응축수를 재처리하기 위한 폐수처리 시설 등이 필요한 단점을 가진다.

본 발명의 목적은 종래의 흡착에 의한 악취 및 휘발성 유기화합물 제거 방식의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로,

① 기존의 흡착탑의 장점을 그대로 간직하고 있으며,

② 흡착제를 연속으로 재생하여 교체 비용을 획기적으로 저감하고 아울러 안정적인 고효율 처리를 확보할 수 있으며,

③ 피 흡착물질을 물성에 따라 종류별로 회수할 수 있어 원료를 저감할 수 있고

④ 폐 흡착제 및 폐수 등의 2차 오염문제가 발생하지 않으며

⑤ 소각, 촉매 산화, 바이오 필터 등 기존의 고효율 처리 방법 보다 설치비, 유지관리비 등에 있어 경제적인 우위를 확보할 수 있는

⑥ 흡착탑 내에서 직접적으로 흡착제를 재생할 수 있으며, 악취 및 휘발성 유기 화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds)을 회수할 수 있는 이상적인 악취 및 VOCs의 처리방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명의 대표적인 처리 공정 및 장치도로서 활성탄 흡착탑의 연속 재생 및 피 흡착물질을 분리 회수하기 위하여 공정 구성은 진공 재생형 고정층 흡착탑(8), 오일리스 진공펌프(16), 필요시 가스 압축기(24), 응축 회수기(18) 또는 가압 응축 탱크(31) 및 부속시설로서 가열용 히터(6), 가온용 열교환기(7)등으로 구성된다.
구체적인 내용은 도 1 에서 진공 재생형 고정층 흡착탑(8)을 고진공 및 가온할 수 있는 구조로 1기 이상을 병렬로 연결 설치한다. 진공 재생형 고정층 흡착탑(8)은 흡착시에는 상온 상압으로 운전되고, 파과점(Break Point)에 도달한 진공 재생형 고정층 흡착탑(8)은 탈착 하고자 하는 물질의 종류에 따라 진공도를 0-50 Torr의 범위, 온도를 상온-100℃의 범위에서 탈착을 한다. 이때 감압은 오일리스 진공 펌프(16)를 이용하고, 가온은 가온용 열교환기(7)를 이용하고 그 열량은 가압 응축탱크(31) 및 응축 회수기(18)에서 회수된 응축열를 가열용 히터(6)를 이용하여 추가 가열한 열을 이용한다.
한편 가스 압축기(24)는 응축 회수할 물질이 상온에서 기체 상태인 경우에 상압에서 6기압까지 가압하여 회수 할 수 있도록 추가로 설치되어 후단에 설치된 가압 응축 탱크(31)에서 0.2-6기압으로 압력을 가하여 액화 회수할 경우에 만 설치된다. 상온에서 액상인 피 흡착제를 회수할 경우 상압 - 0.5기압으로 가압하여 회수할 수 있는 응축 회수기(18)만 설치된다.

각각의 세부 장치는 진공 재생형 고정층 흡착탑(8)에는 흡착탑의 출구 이후에 배출구의 목표 가스의 농도를 감지하는 가스농도센서(1), 진공 재생형 고정층 흡착탑(8)의 흡착 및 탈착시 가동되는 입구의 기밀 내압댐퍼(12) 및 출구의 기밀 내압 탬퍼(3), 진공 탈착후 압력을 상압으로 조절하기 위한 압력 조절용 솔레노이드 밸브(4), 피 흡착제의 탈착을 위한 진공 재생형 고정층 흡착탑(8)의 내부 승온 및 탈착시 기화열에 의한 내부 온도 하강을 방지하기 위한 흡착탑 내부 가온용 열교환기(7), 냉각수, 열유체 또는 냉매를 가온하기 위한 가열용 히터(6), 냉매의 유량 조절을 위한 유량 조절용 밸브(5), 활성탄 흡착층 이전에 설치된 디지털 온도계(10) 및 디지털 진공 게이지(9), 진공 재생형 고정층 흡착탑(8)의 내부를 진공으로 하기 위한 솔레노이드 밸브(11) 및 체크 밸브(13)에 연속된 오일리스 진공 펌프(16) 및 가스 압축기(24)등을 연속으로 전부 또는 일부를 설치하고 이들을 콘트롤 판넬(21)에서 자동으로 제어하도록 한 것을 특징으로 한다.

탈착된 피 흡착제를 분리 회수하는 방법은 상온에서 액상인 물질은 재생시 진공 재생형 고정층 흡착탑(8) 과 오일리스 진공 펌프(16) 전단까지 가스 상태에 있던 피 흡착 물질을 도1의 응축 회수기(18)에서는 상압에서 0.5기압 정도의 압력을 가하여 액상으로 회수한다. 상온에서 기상인 물질은 재생시 진공 재생형 고정층 흡착탑(8) 과 오일리스 진공 펌프(16) 전단까지 가스 상태에 있던 피 흡착 물질을 도 1의 가스 압축기(24) 및 도 2의 압력 조절밸브(25)(27)을 이용하여 가압 응축 탱크(31)의 압력을 0.2기압에서 6기압으로 조절하여 액상으로 회수한다.
이때 발생하는 응축열을 도 1 의 응축회수기(18)의 경우에는 냉각수, 열유체 냉매공급(22)라인을 통하여 공급된 냉각수, 열유체 또는 냉매를 냉각액 또는 냉매 순환펌프(20), 압력조절밸브(19)를 통하여 순환시켜 응축회수기(18)의 응축열을 회수한다. 또한 필요시 가열용 히터(6)를 통과시켜 온도를 승온시킨 후 순환시켜 흡착탑 내부 가온용 열교환기(7)를 통하여, 내부 흡착제에 전달함으로서 피흡착물질의 기화열에 의하여 온도가 하강되는 진공재생형 고정층 흡착탑(8)의 내부 온도를 상온에서 200℃까지 유지할 수 있도록 한다.
응축열을 도 2 의 가압 응축 탱크(31)에서 회수할 경우에는 냉각수, 열유체 냉매공급(22)라인을 통하여 공급된 냉각수, 열유체 또는 냉매를 냉각액 또는 냉매 순환펌프(20), 압력조절밸브(19)를 통하여 순환시킨다. 냉각액 유입구(34)를 통하여 유입된 냉각액에 의하여 가압응축탱크(31)의 응축열을 회수하고 냉객액 유출구(30)를 통과시킨다. 필요시 가열용 히터(6)를 통과시켜 승온후 순환시켜 흡착탑 내부 가온용 열교환기(7)를 통하여 내부 흡착제에 전달한다. 이 회수된 열로 피흡착 물질의 기화열에 의하여 온도가 하강되는 진공재생형 고정층 흡착탑(8)의 내부 온도를 상온에서 200℃의 범위로 유지할 수 있게 한다.
이때 미 응축된 가스는 응축회수기(18)를 이용할 경우에는 압력조절밸브(17)를 통하여 현재 흡착중인 방지시설 유입구로 반송되어 재흡착 처리시키며, 가압응축탱크(31)을 이용할 경우에는 압력조절밸브(25)(27)를 통하여 현재 흡착중인 방지시설 유입구로 반송되어 재 흡착 처리시킨다.
안전 운전 및 제어를 위하여 가스농도센서(1), 기밀 내압 탬퍼(3)(12)(15), 디지털 진공게이지(9), 압력게이지(29), 레벨센서(28), 레벨 게이지(33)등을 각각 부착하여 이들을 콘트롤 판넬에서 자동 제어하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 장점은 기존 대기오염 방지시설 중 흡착에 의한 처리 방법의 기본적인 특성이며 가장 큰 장점인 극성 또는 비극성인 가스를 흡착제의 선택에 따라 고효율로 처리할 수 있다는 것이다. 또한 흡착제를 현장에서 흡착탑 내부에서 연속 재생이 가능하도록 구조를 변경하여 현장에서 연속 재생함으로서 흡착제의 교체 필요성을 없애거나 교체주기를 수배 혹은 수십배 이상 연장시킬 수 있다. 따라서 흡착제의 교체에 따른 비용을 저감할 수 있고, 동시에 흡착제의 미 교체에 따른 오염물질의 초과 배출 가능성을 원천적으로 차단할 수 있다.
이 경우 흡착제의 현장 재생 방법이 흡착탑 내부를 진공으로 할 수 있는 구조로 하여 내부를 오일리스 진공펌프로 하여금 감압한다. 아울러 탈착된 피 흡착제의 응축시 발생하는 응축열을 기본으로 하여 필요시 가온하는 방식으로 흡착탑 내부를 순차적으로 승온한다. 온도 및 진공도의 조건에 따라 물질별로 분리 탈착 함으로서 폐가스 중의 유용한 물질을 물질별로 분리 회수할 수 있고 아울러 회수된 물질의 순도를 향상시켜 경제성을 높였다. 기존의 수증기를 주입하여 제거하는 방식의 보일러 및 폐수처리장의 설치 가동과 같은 추가의 고비용의 부대시설 설치 필요성을 없앴다.
탈착된 피 흡착제는 피 흡착제의 종류 및 물성에 따라 오일리스 진공 펌프 단독 또는 오일리스 진공 펌프 후단에 탈착된 가스를 압축할 수 있는 가스 압축기를 설치한다. 냉각액으로서 냉각수, 냉각용 유체, 또는 냉매 등을 이용하여 탈착된 물질은 응축 회수기 또는 가압 응축 탱크를 이용하여 유용한 물질의 회수를 쉽게 하였다.
이로 인하여 흡착탑의 운전 및 유지 보수에 관한 경비가 저렴하게 들며, 장치 중에 포함되어있는 활성탄은 장기간에 걸쳐 다시 사용할 수 있고, 장치에서 탈착 되어진 물질들은 고효율로 분리 회수하여 재 이용하므로 사업장에서 배출 및 사용되는 휘발성 유기 화합물의 사용량을 근본적으로 줄일 수 있음으로 2차 공해 발생이 없고 아울러 대기오염방지에 따른 년간 비용을 크게 절감할 수 있다는데 있다.

본 발명은 주로 고농도의 악취 및 VOCs를 장치의 구성 및 운전 조건에 따라 99％ 이상의 고효율로 처리할 수 있는 방법이다. 가장 큰 장점은 유지 관리가 쉬워 소규모 시설에도 쉽게 적용이 가능하다. 기존 방지기술 중 흡착에 의한 기본적인 특성을 그대로 유지하고 있으면서, 장치내의 흡착제를 교체하지 않고 현장에서 진공, 가온에 의해 재생시킬 수 있고, 아울러 분리 회수되는 물질은 원료로서 재 이용도 가능하다. 이로 인하여 기존의 흡착탑(활성탄, 활성알루미나 등)의 단점인 단시간 포화 및 흡착제 교체 비용 과다의 단점을 개선하였다. 장점인 다양한 오염물질에 다양한 농도에 적용도 가능하고 항시 고 효율을 유지할 수도 있다. 자원의 회수 재 이용도 가능하고, 폐수 및 폐기물 등 2차 오염물질의 발생도 없으므로 년간 비용도 저렴하게 할 수 있다.

삭제

본 발명의 적용 시설로는 기존의 활성탄 흡착 시설이 설치된 모든 시설이다. 고농도 배출 시설인 주유소, 저유소, 세탁 시설 등 도시형 중소 규모의 시설과 석유 정제 및 석유 화학제품의 제조시설, 유기 용제 및 페인트 제조 및 시용 시설 등 산업단지형의 악취 및 VOCs 배출 시설에 적용이 가능하다. 대규모 및 중소 규모 및 고농도에서 저 농도까지의 악취 및 VOCs 배출원에 설치하여 오염물질을 고효율로 안정적으로 처리할 수 있다. 설치 가동할 경우 경제적으로 악취 및 VOCs 배출량을 저감하여 악취 민원 저감할 수가 있고 아울러 광화학 반응에 의한 2차 대기오염을 크게 저감시키는 효과가 있을 것이다.

Claims

악취 및 휘발성 유기화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds)등을 처리하기 위한 흡착탑의 흡착제를 현장에서 재생하기 위하여 진공 재생형 고정층 흡착탑(8), 오일리스 진공펌프(16)에 응축 회수기(18) 또는 가스압축기(24) 및 가압 응축 탱크(18)를 순차적으로 연결하고 진공 재생형 고정층 흡착탑(8)의 재생 조건을 진공도 0-50Torr, 온도 상온-100℃의 조건에서 피흡착제를 탈착 재생하는 것을 특징으로 하는 진공 재생형 고정층 흡착 방법.
제 1 항에서 각각의 진공 재생형 고정층 흡착탑(8)의 내부 진공 유지를 위한 부대 시설로 유입부의 기밀 내압 댐퍼(3) 및 유출부의 기밀 내압 댐퍼(12), 압력 조절용 솔레노이드 밸브(4), 본체에 진공도 조절을 위한 디지털 진공게이지(9), 진공펌프 적정 가동을 위한 솔레노이드 밸브(11), 체크 밸브(13), 오일리스 진공 펌프(16) 이들을 콘트롤 판넬(21)에 의하여 순차적으로 자동 제어하는 것을 특징으로 하는 진공 재생형 고정층 흡착방법.
제 1 항에서 진공 재생형 고정층 흡착탑(8) 본체에 온도를 조절하기 위한 장치로서 피 흡착제가 응축 회수될 때 배출하는 응축열을 회수하여 이를 주 열원으로 이용하기 위한 응축회수기(18)의 응축열 회수를 위한 압력조절밸브(19), 냉각액 또는 냉매 순환펌프(20) 또는 가압응축탱크(31)의 응축열 회수를 위한 회수 탱크 냉각용 열교환기(32) 및 디지털 온도계(10), 흡착탑 내부 가온용 열교환기(7), 냉매 유량 조절용 밸브(5), 보조 가온을 위한 가열용 히터(6) 등을 전부 또는 일부를 설치하고 이들을 콘트롤 판넬(21)에 의하여 순차적으로 자동 제어하는 것을 특징으로 하는 진공 재생형 고정층 흡착방법.
진공 재생형 고정층 흡착탑(8)에서 탈착된 피흡착물질 중 상온, 상압에서 액상인 물질을 상압-0.5기압으로 압축하여 응축 회수 할 수 있도록 오일리스 진공 펌프(16)의 후단에 상온, 상압에서 액상인 물질은 응축 회수기(18)를 설치하고, 상온, 상압에서 기상인 물질은 0.2기압-6기압으로 압축하여 응축 회수할 수 있도록 오일리스 진공 펌프(16) 후단에, 가스압축기(24), 가압 응축 탱크(18)를 설치하여 탈착된 물질을 액상으로 회수하는 것을 특징으로 하는 피 흡착 물질의 응축 회수 방법.
제 4 항에서 응축회수기(18)는 압력 조절밸브(17)를 이용하여 상압∼0.5기압의 조건에서 운전하고 미 응축가스는 방지시설의 전단에 연결하여 재 흡착 처리하며 응축열은 진공 재생형 고정층 흡착탑(8)의 탈착시 필요하는 기화열과 상호 열교환하여 응축회수기(18)을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 피 흡착물질의 응축 회수 방법.
제 4 항에서 가압응축탱크(31)는 압력 조절밸브(25)(27)를 이용하여 상대기압 0.2기압∼6기압의 조건에서 운전하고 미 응축가스는 방지시설의 전단에 연결하여 재 흡착 처리하고 응축열은 회수탱크 냉각용 열 교환기(32)로 회수 진공 재생형 고정층 흡착탑(8)의 탈착시 필요하는 기화열과 상호 열교환하여 가압응축탱크(31)를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 피흡착 물질의 응축 회수 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제