KR100644883B1 - 컴팩트형 ｖｏｃ 회수 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세탁소, 자동차 정비업소, 주유소 등의 업체에서 발생하는 휘발성 유기 화합물(VOC)의 효과적인 회수 처리를 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡탈착 및 처리 장치가 일체형으로 구성되어 있어 경제성 및 에너지 절약 효과가 크며, 전자파(microwave)를 이용하는 건식 공정으로 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 컴팩트형 VOC 회수 처리 장치에 관한 것이다.

VOC, 전자파, PSA, TSA

Description

컴팩트형 ＶＯＣ 회수 처리 장치{Compact VOC recovery system}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컴팩트형 VOC 회수 처리 장치

도 2는 도 1의 블럭도

도 3은 흡착제의 탈착 및 재생 성능 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 흡착탑 2: 전자파 탈착장치

3: 연소장치 4: 이송장치

본 발명은 세탁소, 자동차 정비업소, 주유소 등의 업체에서 발생하는 휘발성 유기 화합물(VOC)의 효과적인 회수 처리를 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡탈착 및 처리 장치가 일체형으로 구성되어 있어 경제성 및 에너지 절약 효과가 크며, 전자파(microwave)를 이용하는 건식 공정으로 환경에 미치는 영향을 최 소화할 수 있는 컴팩트형 VOC 회수 처리 장치에 관한 것이다.

환경보전법에서 "휘발성 유기화합물질(VOC: Volatile Organic Compounds)"이라 함은 탄화수소류 중 석유화학제품·유기용제 기타 물질을 말하며, 이의 배출시설은 석유정제 및 석유화학제품제조를 위한 정제 등 제조시설·저장시설 및 출하시설, 정유소의 저장시설 및 출하시설, 주유소의 저장시설, 세탁시설, 기타 휘발성유기화합물질을 배출하는 시설 등을 말한다.

산업현장에서 발생되고 있는 VOC는 10^-2kPa의 증기압을 갖는 유기화합물을 말하며, 크게 BTX(벤젠, 톨루엔, 및 크실렌)의 방향족 탄화수소류 및 지방족 탄화수소를 일컫는 일반 탄화수소와, 알콜 및 케톤류의 비균질 탄화수소 등으로 분류할 수 있다.

여기에서 가장 많이 사용되고 있는 것은 방향족의 톨루엔으로써 인쇄, 세탁, 피혁, 테입 및 페인트산업에 이르기까지 용도가 아주 다양하다.

비균질계에서는 케톤류의 MEK(Methyl Ethyl Ketone)이 피혁, 테입, 필름 및 페인트 등에 가장 많이 쓰이고 있다.

이들 VOC는 주로 제품 가공공정에서 용질의 이동매체로 사용되고 있어서 비산에 의한 유실 손실이 매우 크며 환경오염의 주범이 되고 있다.

산업현장에서 발생되고 있는 고농도의 유기용제는 지금까지 많은 연구를 통하여 회수 재이용되고 있으나, 낮은 농도 및 소규모 작업장에서 방출되고 있는 유기용제에 대해서는 화재, 폭발 및 환경오염에 거의 무방비 상태에 있다.

2000년 한 해 동안 우리나라에서 배출된 화학물질 수는 64종, 총 배출량은 30.1천톤(취급량 대비 0.05%)으로 전체 배출량의 78.8%는 대기, 18%는 토양, 나머지 3.2%는 수계로 배출되었다.

가장 많이 배출된 물질은 톨루엔으로 6148톤/년(25.9%)이며, 그 다음이 자일렌으로 3,666톤/년(15.4%)로서 이들은 대부분이 대기로 배출되었다.

이와 같이 대기환경오염물질중에 VOC가 차지하는 비중을 볼 때, 이들의 유해성은 더 이상 간과할 수 없으며, 이를 회수 처리하기 위한 장치의 개발이 필연적으로 이루어져야 한다.

방향족 탄화수소나 할로겐 화합물과 같이 인체에 직접 해를 주는 VOC가 있는반면, 지방족 탄화수소류는 대기중의 광화학반응을 통하여 스모그 형성, 오존층 파괴 및 악취물질 생성 등의 2차적 오염을 일으키기도 한다.

상기와 같은 문제점을 가지고 있는 VOC의 제거 기술로서는 흡착, 흡수, 응축 및 생물학적 처리방법이 있는데, 대상 용제의 종류, 양, 농도 및 회수율에 따라 적용기술이 선택될 수 있다.

여기서 흡착법은 가장 널리 사용되어 온 기술로서 저농도의 다양한 종류를 한꺼번에 처리할 수 있는 장점이 있다.

흡착식 VOC 처리를 위한 가장 중요한 요소는 흡착능이 우수한 흡착제의 선정과 경제적인 탈착기술이라 할 수 있는데, 지금까지 적용되어 온 기술로서는 PSA(Pressure Swing Adsorption)과 TSA(Temperature Swing Adsorption)이 주를 이루고 있다.

이들 두 기술들은 열에너지 혹은 기계적 에너지를 사용함으로써 지금까지 개발된 기술에 공정개선 외에는 더 이상의 진보를 기대하기 어려운 상황으로써 탈착공정에 적용할 수 있는 보다 경제적이고 소형화된 공정의 도입이 요구되고 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 흡탈착 및 처리 장치가 일체형으로 구성되어 있어 경제성 및 에너지 절약 효과가 크며, 마이크로파(microwave)를 이용하는 건식 공정으로 환경에 미치는 영향을 최소화 할 수 있는 컴팩트형 VOC 회수 처리 장치를 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 흡착제에 유입가스 중의 VOC를 흡착하는 흡착탑; 상기 흡착탑에서 배출된 VOC를 함유하는 흡착제에 전자파를 조사하여 VOC를 분리하는 전자파 탈착장치; 상기 전자파 탈착장치로부터 배출된 VOC가 분리된 흡착제를 다시 흡착탑으로 이송하는 이송장치; 및 상기 전자파 탈착장치로부터 배출된 VOC를 연소시키는 연소장치를 포함하는 컴팩트형 VOC 회수 처리 장치이다.

상기 이송장치는 스크류 피더 또는 버켓 엘리베이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 연소장치는 전기히터인 것을 특징으로 한다.

또 다른 발명은, 흡착탑에서 흡착제를 이용하여 유입가스 중의 VOC를 흡착하는 단계: 상기 VOC가 흡착된 흡착제를 전자파 탈착장치에서 전자파를 조사하여 재생하는 단계; 상기 재생하는 단계에서 분리된 VOC를 연소하여 제거하는 단계: 및 상기 재생된 흡착제를 흡착탑으로 이송하는 단계를 포함하는 컴팩트형 VOC 회수 처리 방법이다.

이하, 본 발명을 실시예 및 도면을 통하여 상세히 설명한다.

VOC에 대한 종합적 처리기술로서 본 발명의 기본 개념은 다음과 같다.

본 발명은 포집된 VOC 가스를 흡착탑을 통과시켜 활성탄에서 흡착을 하고 흡착된 활성탄을 전자파를 이용하여 흡착된 활성탄에서 VOC가스를 분리시키는 것을 주요 특징으로 한다.

입상 및 괴상 활성탄은 다양한 종류의 VOC들을 흡착할 수 있다. 따라서 VOC 발생작업장에 배기덕트를 설치하여 활성탄 베드에 통과시킴으로써 흡착 제거하고, 흡착된 가스는 전자파를 이용하여 탈착시킨다.

탄소성 물질로서의 활성탄은 매우 우수한 전자파 에너지 흡수체로써 전자파 에너지 필드(Microwave energy field)에서 그 온도가 급격히 상승하고, 흡착된 VOC 가스와 탄소입자 사이에 큰 온도구배가 생긴다.

따라서, 활성탄에 흡착된 VOC는 상기와 같은 온도구배에 의해 빠른 속도로 탈착이 되며, 탈착된 VOC가스는 연료로 사용되거나, 연소장치 내에서 완전 연소되어 배출된다.

재생공정에서 전자파를 활용하는 장점으로는, 첫째, 금속표면에서 반사되고 유리 등의 투명물질에 투과되어 대상물질에만 직접 작용하므로 에너지 이용효율 면에서 어떠한 공정보다도 우수하다는 것이다.

둘째로는 전자파가 열원으로서만이 아닌 촉매적 역할을 한다는 것은 널리 알려진 사실이다. 즉, 전자기장 내에 놓여있는 물질들은 전자파와의 위상차로 인한 분자내 이온의 불완전성으로 다른 물질과 반응에 필요한 활성에너지를 낮춰주기 때문에 일반가열에 의한 반응온도보다 훨씬 낮은 온도 및 빠른 속도로 반응을 유도할 수 있다.

셋째로는 장치의 소형화를 가져올 수 있다. 다시 말하면, 흡착공정과 탈착 분해공정을 이송베드(Moving bed)로 구성하여 단일화할 수 있어 장치비용을 줄이고 운반이 용이하여 소모성 경비로 여겨지는 환경기술에 있어서 중요한 요소가 된다.

본 발명을 첨부도면을 참조로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 컴팩트형 VOC 처리 장치는, 유입가스를 흡착탑(1)으로 주입시켜서 VOC를 흡착제에 흡착시킨 후 흡착이 완료된 흡착제는 전자파 탈착장치(2)로 이동하여 흡착된 VOC를 흡착제로부터 탈착시킨다.

이때 탈착된 VOC 가스는 일산화탄소와 수소로 구성된 합성가스 성분을 다량 함유하고 있는데 합성 가스를 자원화할 수 있는 설비가 갖추어진 곳에서는 원료 가스로 이용하고 이러한 장치가 없는 경우 흡착제로부터 탈착된 VOC 가스는 유기 화합물 연소장치(3)에서 완전연소되어 대기로 방출된다.

또, 상기 되고 전자파 탈착장치(2)에서 재생된 활성탄은 활성탄 이송장치(4)에 의하여 다시 흡착탑 내로 공급된다.

본 시스템은 이송베드(moving bed)인 이송장치(4)에 의한 일체형 흡탈착 장치로서 현장에 설치 및 이동이 간편하도록 컴팩트하게 구성된다. 상기 이송장치(4)로써 스크류피더가 사용될 수 있다.

도 3은 전자파에 의한 흡착제의 탈착 및 재생 결과이다.

본 발명의 실시예에 따른 전자파 탈착장치를 이용하여 전자파 출력(microwave power) 300W, 질소를 운반 가스로 하여 5L/min의 유속으로 흡착된 흡착제의 탈착 및 재생을 수행한 결과 10분 이내에 흡착제의 재생이 완료됨을 알 수 있다.

본 발명에서 사용되는 전자파는 주파수 2,450MHz이고, 파장이 122mm인 전자파이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명은 중소형 업체에서 발생되는 휘발성 유기 화합물의 처리에 적합하도록 장치의 소형화 및 경제적으로 우수한 이송베드(moving bed)에 의한 일체형 흡탈착 시스템이다.

또한, 본 발명은 전자파(Microwave)를 이용한 VOC 제거공정으로 장치가 간단하고 2차 공해를 일으키지 않으며, 건식으로 이루어지는 것으로써 가스의 온도저하가 별로 일어나지 않음으로 필요에 따라서는 전환가스 및 현열을 그대로 폐열보일러 등에 이용할 수도 있다.

그러므로 세탁소 및 자동차 정비공장 등 중 소형 작업장에 적용이 가능하며, 장치예열이 필요하지 않는 등 효율적이고 경제적으로 목적을 이룰 수 있는 장점을 가지고 있다.

본 발명에서 언급하는 방법에 따르면 활성탄을 흡착제로 사용하는 흡착시스템, VOC가 흡착된 활성탄을 전자파를 이용하여 탈착시켜 재생하는 탈착시스템 및 탈착된 VOC를 연소시키는 연소 장치로 구성되며 moving bed 형태로 흡착시스템과 탈착 시스템이 같은 속도로 운전된다. 본 발명은 전자파를 이용한 건식 공정으로 2차 오염을 일으키지 않으며 흡탈착 시스템 및 연소장치가 일체형으로 compact하게 제작되어 중소형 VOC 배출 업체의 VOC 회수 처리에 적합하다.

Claims (4)

1. 흡착제에 유입가스 중의 VOC를 흡착하는 흡착탑;

   상기 흡착탑에서 배출된 VOC를 함유하는 흡착제에 전자파를 조사하여 VOC를 분리하는 전자파 탈착장치;

   상기 전자파 탈착장치로부터 배출된 VOC가 분리된 흡착제를 다시 흡착탑의 내로 이송시켜 흡착제를 순환시키는 이송장치; 및

   상기 전자파 탈착장치로부터 배출된 VOC를 연소시키는 연소장치를 포함하고,

   상기 이송장치는 스크류 피더를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴팩트형 VOC 회수 처리 장치
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 연소장치는 전기히터인 것을 특징으로 하는 컴팩트형 VOC 회수 처리 장치
4. 스크류 피더에 의해 이송되는 흡착제를 이용하여 유입가스 중의 VOC를 흡착하는 단계:

   상기 VOC가 흡착된 흡착제를 전자파 탈착장치에서 전자파를 조사하여 재생하는 단계;

   상기 재생하는 단계에서 분리된 VOC를 연소하여 제거하는 단계: 및

   상기 재생된 흡착제를 흡착탑으로 상기 스크류 피더에 의해 다시 이송하여 공급하는 단계를 포함하는 컴팩트형 VOC 회수 처리 방법

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