KR100588067B1 - 휘발성 유기화합물 다단 산화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 여러 종류의 휘발성 유기화합물에 대한 촉매산화 및 축열산화를 동시에 수행하는 촉매부를 복수 제공하고, 또한 담체 구조의 축열재를 제공하여 축열산화에 따른 촉매재의 손상을 방지할 수 있어 촉매 및 축열산화 효율의 증가와 더불어 장치 자체의 구성 단순화를 구현할 수 있도록 한 휘발성 유기화합물 다단 산화장치에 관한 것으로, 이를 위해 양측으로 배관이 다수개 분기 형성되어 유기화합물 및 유기화합물이 산화된 유기산화물이 진행되는 방향을 설정하고, 설정된 방향에 따라 유기화합물과 유기산화물을 유출/입시키는 방향제어부와, 상기 방향제어부의 각 배관에 간섭되게 설치되며, 방향제어부를 통해 진행되는 유기화합물을 촉매/산화시키는 촉매부와, 상기 배관에 간섭 설치되며, 유기화합물이 연소하기 위한 연소실을 구비하여 촉매부을 통과한 유기화합물을 연소시키는 연소부 및 상기 연소부에 연통 설치되어 연소실 공간이 과열되면 연소실 온도를 낮추기 위해 구동되는 열교환기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
휘발성, 유기화합물, 산화, VOC, CO, RTO, RCO, 4way-밸브

Description

휘발성 유기화합물 다단 산화장치{Multi-bed VOC oxidation system}
도 1은 본 발명에 의한 다단 산화장치의 구성 개념도.
도 2는 도 1의 개념도와 다른 방향으로 유기화합물을 산화하는 구성 개념도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: 제 1팬 12: 제 2팬
13: 4way-밸브 21: 축열재
21a: 담체 22: 촉매재
31: 연소실 31a: 가열기
32: 온도감지기구 41: 열교환기
41a: 제 3팬 100: 다단 산화장치
본 발명은 여러 종류의 휘발성 유기화합물에 대한 촉매산화 및 축열산화를 동시에 수행하는 촉매부를 복수 제공하고, 축열연소에 따른 촉매재의 손상을 방지하여 산화효율의 증가와 더불어 장치 자체의 구성 단순화를 구현할 수 있도록 한 휘발성 유기화합물 다단 산화장치에 관한 것이다.
휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds "VOC"라 통칭하며, 이하, 유기화합물)은 지구전체 규모의 환경 악화 및 심각한 악취를 발생시키는 물질과 유기화합물 중 증기압이 10-2kPa 이상인 물질을 의미하며, 이와 같은 휘발성 유기화합물은 대기 중에 광화학반응에 참여하여 광화학산화물의 2차 오염물질을 생성하기 때문에 산화과정을 통해 환경오염을 방지하도록 규제하고 있다.
상기된 유기화합물을 산화하기 위한 대표적인 구성으로는 촉매산화구성, 축열식산화구성, 축열식촉매산화구성 등으로 구분할 수 있다.
상기된 촉매식산화(Catalytic Oxidation "CO"라 통칭됨)구성은 여러 종류의 유기화합물에 대한 촉매를 구비하고, 유기화합물이 촉매를 통과하며 산화되도록 하는 것으로, 이는 손실되는 에너지가 많기 때문에 많은 운전비용을 요구하게 되며, 촉매의 열손상에 따른 사용수명 감소 및 유기화합물의 종류 변화에 따른 장치의 운전이 심하게 변동하게 되는 단점이 있다.
상기된 축열식산화(Regenerative Thermal Oxidation "RTO"라 통칭됨)구성은 광범위한 구간에 걸쳐 배관 및 밸브와 다량의 축열재를 구비하여 유기화합물이 연소산화되도록 하는 것으로, 이는 상당히 많은 량의 축열재를 요구하며, 장치자체의 크기가 대형화되고, 축열에 따른 높은 산화온도 및 강제 배기 방식에 따른 에너지 손실이 큰 단점이 있다.
또한, 상기된 촉매산화 및 축열식산화를 병행하는 축열식촉매산화(Recuperative Catalytic Oxidation "RCO"라 통칭됨)구성은 촉매산화를 수행하기 위한 구성과 축열식산화를 수행하기 위한 구성의 상호 단점을 보완하기 위해 병합 구성한 것이다.
이와 같이 구성된 축열식촉매산화구성은 촉매산화구성 및 축재식산화구성의 병합에 따른 운전비용의 감소, 다른 종류의 유기화합물에 대한 대응운전, 낮은 산화온도, 배기에 따른 에너지 손실 감소 등의 실익을 갖게 된다.
그러나 상기된 축열식촉매산화구성은 위에서와 같이 촉매산화와 축열식산화의 각 구성이 병합되었음에도 불구하고, 축열을 수행하기 위한 연소 및 집중적인 산화에 따른 촉매의 손상, 여러종류의 유기화합물의 흡입시 오염물질의 낮은 제거율, 촉매산화와 축열식산화구성에 따른 양자 구성이 병합되어 발생되는 설치공간의 대형화 문제는 여전히 해소되지 못하는 실정이다.
본 발명은 상기된 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로써, 본 발명의 제 1목적은, 분기된 배관을 통해 유기화합물이 선택방향으로 진행되도록 하고, 유기화합물에 대한 촉매산화 및 축열산화를 동시에 수행하는 촉매부를 복수 설치한 구조의 휘발성 유기화합물 다단 산화장치를 제공하는 것이다.
아울러 본 발명의 제 2목적은, 축열식산화방식과 촉매식산화방식을 동시에 수행하고, 이와 더불어 장치 자체의 구성 단순화를 구현할 수 있는 구조의 휘발성 유기화합물 다단 산화장치를 제공하는 것이다.
그리고 본 발명의 제 3목적은, 담체 구조의 축열재를 제공하여 축열산화에 따른 촉매재의 손상을 방지할 수 있는 구조의 휘발성 유기화합물 다단 산화장치를 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적들은, 양측으로 배관이 다수개 분기 형성되어 유기화합물 및 유기화합물이 산화된 유기산화물이 진행되는 방향을 설정하고, 설정된 방향에 따라 유기화합물과 유기산화물을 유출/입시키는 방향제어부;
상기 방향제어부의 각 배관에 간섭되게 설치되며, 방향제어부를 통해 진행되는 유기화합물을 환원과 동시에 축매/산화시키는 촉매부;
상기 배관에 간섭 설치되며, 유기화합물이 연소산화하기 위한 연소실을 구비하여 촉매부을 통과한 유기화합물을 연소/산화시키는 연소부; 및
상기 연소부에 연통 설치되어 연소실 공간이 과열되면 연소실 온도를 낮추기 위해 구동되는 열교환기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 다단 산화장치에 의해서 달성된다.
상기에서 방향제어부는, 유기화합물을 강제 유입시키기 위한 제 1팬과, 유기화합물을 강제 유출시키기 위한 제 2팬과, 상기 제 1팬과 제 2팬에 결합되어 강제 진행되는 유기화합물 및 유기산화물을 목적하는 방향으로 진행/단속하기 위해 선택적으로 진행시키는 4way-밸브로 구성된다.
상기에서 촉매부는, 다층 구조의 담체를 갖도록 격자구조의 구성된 축열재와, 상기 각 담체에 수용되어 진행되는 유기화합물을 촉매/산화시키는 촉매재로 구성된다.
상기에서 연소부는, 연소실의 하부에서 그 내부를 가열하도록 설치되어 일정한 연소온도를 유지시키는 가열기를 더 포함한다.
상기에서 연소부는, 가열기를 통해 가열된 연소실 내부의 온도를 검출하기 위한 온도감지기구를 더 포함한다.
상기에서 열교환기는 온도감지기구를 통해 감지된 연소실 내부 온도를 낮추기 위해 냉각된 공기를 강제 송풍하기 위한 제 3팬을 더 포함한다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 다단 산화장치에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 다단 산화장치의 구성 개념도이고, 도 2는 도 1의 개념도와 다른 방향으로 유기화합물을 산화하는 구성 개념도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 다단 산화장치는 촉매산화 및 축열산화를 동시에 수행하는 촉매부를 복수 제공하고, 또한 담체(21a) 구조의 축열재(21)를 제공하여 화염이 촉매에 직접 접촉함으로써 발생하는 촉매재(22)의 손상을 방지할 수 있는 휘발성 유기화합물 다단 산화장치(100)에 관한 것이다.
본 발명의 휘발성 유기화합물 다단 산화장치(100)는 크게 4부분으로 구성되는데, 이는 유기화합물의 진행을 제어하는 방향제어부와, 상기 방향제어부로부터 유입된 유기화합물을 산화시키는 촉매부와, 상기 촉매부로부터 진입되는 유기화합물을 연소시키는 연소부 및 상기 연소부의 연소실(31) 온도를 선택적으로 하강시키 기 위해 연통되는 열교환기(41)로 이루어진다.
이러한 구조는 방향제어부의 선택적인 방향제어에 따라 유기화합물이 시계 또는 반시계방향으로 순환되는 것으로, 유기화합물의 순환방향에 관계없이 유기화합물을 일련의 촉매산화, 연소/산화, 촉매/축열산화을 거쳐 처리될 수 있는 구조이다.
즉, 유기화합물을 연소시키는 연소부를 중심으로 양측으로 촉매부가 각각 배관을 통해 연결되어 있어 유기화합물의 순환방향에 관계없이 유기화합물을 일련의 촉매산화, 연소/산화, 촉매/축열산화을 거쳐 처리된다.
여기서 방향제어부는 유기화합물을 강제 유출/입시키기 위한 제 1팬(11) 및 제 2팬(12)과, 상기 제 1팬(11)과 제 2팬(12)에 결합되어 강제 진행되는 유기화합물 및 유기산화물을 단속하기 위해 선택적으로 방향을 진행시키는 4way-밸브(13)로 구성된다.
그리고 촉매부는 상기 4way-밸브(13)의 양측 배관에 각각 연결되어, 유입되는 유기화합물을 산화/환원시키는 기능을 하게 되는데, 이 때 상기 촉매부는 다층 구조의 담체(21a)를 갖도록 격자구조의 구성된 축열재(21)와, 상기 각 담체(21a)에 수용되어 진행되는 유기화합물을 촉매/산화시키는 촉매재(22)로 구성된다.
여기서 축열재(21)는 연소실(31)로부터 유입되는 유기산화물을 열을 회수하여 유기산화물을 간접가열하는 기능을 한다. 이 때 축열재(21)의 형상은 다층 구조 의 담체(21a)를 갖도록 격자구조로 구성하여 축열재(21)의 낭비를 방지하고, 또한 담체(21a)구조로 인한 연소실(31)의 화염으로부터 촉매재(22)를 보호하는 방화벽 기능도 겸한다.
아울러 연소부는 유기화합물을 연소/산화하기 위한 연소실(31)이 형성된 것으로, 하부에는 연소실(31)의 온도를 상승시키고 유기화합물을 가열하기 위한 가열기(31a)가 하부에 장착되어 있다. 이 때 상기 연소부의 상부로는 연소실(31)의 지나친 가열로 인하 연소실(31) 내부 온도 상승을 방지하기 위한 열교환기(41)가 장착되어 있으며, 또한 연소실(31)의 내부 온도를 센싱하기 위한 온도감지기구(32)를 포함한다.
한편 열교환기(41)는 상기 열교환기(41)는 온도감지기구(32)를 통해 감지된 연소실(31) 내부 온도를 낮추기 위해 냉각된 공기를 강제 송풍하기 위한 제 3팬(41a)을 더 포함한다. 이는 유입되는 휘발성 유기화합물의 농도가 높아서 연소실(31) 내부의 온도가 가열되는 경우 온도감지기구(32)를 통해 감지된 연소실(31) 내부 온도를 낮추기 위함이다.
이하에서는 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 다단 산화장치의 동작에 관하여 간단히 설명하기로 한다.
먼저 4way-밸브(13)를 통해 유입되는 유기화합물은 제 1팬(11)에 의해 배관 을 따라 일측 촉매부로 송출된다.
그러면 상기 유기화합물은 축열재(21) 재질의 담체(21a)에 수용된 다수의 촉매재(22)에 의해 1차 촉매/산화된다.
1차 촉매/산화된 유기화합물은 배관을 따라 연소실(31)로 연속 송출되게 되는데, 이 때 연소실(31)에서는 유기화합물을 가열하여 2차로 연소/산화시킨다.
그리고 연소실(31)로부터 2차 연소/산화된 유기화합물은 가열된 상태로 타측의 촉매부로 송출되게 되는데, 이 때 가열된 고온의 유기화합물은 담체(21a)구조의 축열재(21)에 의해 연속적으로 열을 빼앗기게 된다.
그러면 축열재(21)는 연속 진입되는 고온의 유기화합물로 인하여 가열되어지고, 가열된 축열재(21)는 통과되는 유기화합물을 간접가열하여 축열산화를 시키게 된다. 이와 동시에 상기 유기화합물은 담체(21a)에 수용된 촉매재(22)에 의한 촉매산화를 거치면서 3차로 촉매/축열산화되어 유기산화물로 변환되고, 그 즉시 제 2팬(12)에 의해 4way-밸브(13)를 거쳐 배출된다.
그리고 일련의 시간이 경과되면, 4way-밸브(13)의 방향전환으로 인한 유기화합물의 순환경로를 바꾸어 양측의 축열재(21) 온도 상승으로 인한 촉매산화, 연소/산화, 촉매/축열산화방식에서 촉매/축열산화, 연소/산화, 촉매/축열산화방식으로 유기화합물의 산화 효율을 상승시킬 수 있다.
이상에서 설명된 것과 같이 본 발명은, 촉매부가 연소실의 양측에서 복수 설 치되어 유기화합물의 산화 효율을 높일 수 있으며, 또한 촉매부가 다층 구조의 담체를 갖도록 격자구조로 구성된 축열재와, 상기 각 담체에 수용되어 진행되는 유기화합물을 촉매산화시키는 촉매재로 구성되어 열에 의해 촉매재의 손상을 방지할 수 있어, 이로 인해 촉매재의 사용수명을 증가시키는 효과를 얻게 된다.
또한, 본 발명은 촉매를 다층형성함에 따른 여러 유기화합물에 대한 산화 및 촉매식산화와 축열식산화가 동시에 수행되도록 함에 따른 유해물질의 제거효율이 높아지도록 한 효과를 얻게 되며, 장치가 보다 단순한 구성에 의해 구현되어 장치를 소형화하게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (6)

  1. 양측으로 배관이 다수개 분기 형성되어 유기화합물 및 유기화합물이 산화된 유기산화물이 진행되는 방향을 설정하고, 설정된 방향에 따라 유기화합물과 유기산화물을 유출/입시키는 방향제어부;
    상기 방향제어부의 각 배관에 간섭되게 설치되며, 방향제어부를 통해 진행되는 유기화합물을 촉매산화시키는 촉매부;
    상기 배관에 간섭 설치되며, 유기화합물이 연소/산화하기 위한 연소실(31)을 구비하여 촉매부을 통과한 유기화합물을 연소산화시키는 연소부; 및
    상기 연소부에 연통 설치되어 연소실(31) 공간이 과열되면 연소실(31) 온도를 낮추기 위해 구동되는 열교환기(41);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 다단 산화장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방향제어부는,
    유기화합물을 강제 유입시키기 위한 제 1팬(11)과,
    유기화합물을 강제 유출시키기 위한 제 2팬(12)과,
    상기 제 1팬(11)과 제 2팬(12)에 결합되어 강제 진행되는 유기화합물 및 유기산화물을 목적하는 방향으로 진행/단속하기 위해 선택적으로 진행시키는 4way-밸브(13)로 구성되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 다단 산화장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매부는,
    다층 구조의 담체(21a)를 갖도록 격자구조의 구성된 축열재(21)와, 상기 각 담체(21a)에 수용되어 진행되는 유기화합물을 촉매산화시키는 촉매재(22)로 구성된 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물 다단 산화장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소부는,
    연소실(31)의 하부에서 그 내부를 가열하도록 설치되어 일정한 연소온도를 유지시키는 가열기(31a)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 다단 산화장치.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 연소부는,
    가열기(31a)를 통해 가열된 연소실(31) 내부의 온도를 검출하기 위한 온도감지기구(32)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 다단 산화장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기(41)는 온도감지기구(32)를 통해 감지된 연소실(31) 내부 온도 를 낮추기 위해 냉각된 공기를 강제 송풍하기 위한 제 3팬(41a)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 다단 산화장치.
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