KR100889639B1

KR100889639B1 - 휘발성 유기 화합물 처리장치

Info

Publication number: KR100889639B1
Application number: KR1020070031817A
Authority: KR
Inventors: 김상채; 심왕근; 류민웅
Original assignee: 목포대학교산학협력단
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2009-03-20
Also published as: KR20080088928A

Abstract

본 발명에 따른 휘발성유기화합물 처리장치는 세라믹층과 촉매산화층을 가지는 복수개의 촉매산화유니트와, 휘발성유기화합물이 혼합된 폐가스가 공급되며 열교환기가 설치된 연결관과, 상기 연결관과 상기 촉매산화유니트를 병렬로 연결하는 분기공급관들과, 상기 각 촉매산화유니트와 연결된 분기배출관과, 상기 각 분기배출관과 연결되며 휘발성유기화합물이 분해되어 정화된 가스와 상기 열교환기를 통과하는 폐가스의 열교환이 이루어질 수 있도록 열교환기와 연결되는 배출관을 구비한다.

촉매, 재생, 휘발성유기화합물.

Description

휘발성 유기 화합물 처리장치{apparatus for destruction of volatile organic compounds}

도 1은 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 처리장치를 개략적으로 나타내 보인 도면.

본 발명은 휘발성유기화합물 처리장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 촉매의 반복 사용이 가능한 휘발성 유기 화합물 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 배기 및 증발가스, 주유소, 도장, 인쇄 및 각종 산업공정 중 배출되는 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds: VOC)은 물질의 비점에 따라 초휘발성유기화합물(Very VOC), 휘발성유기화합물, 반휘발성유기화합물(Semi VOC), 입자상유기물질(Particulate Organic Matter) 등으로 분류할 수 있다.

전술한 바와 같은 휘발성유기 화합물의 직접적인 유해로는 백혈병과 중추신경장애 및 염색체 이상 등을 유발하는 것으로 알려져 있으며, 간접적인 2차 유해로는 대기 중에 존재하는 질소산화물(NOx) 및 다른 화학물질과 광화학 반응을 통하여 스모그의 원인인 오존(O3)을 발생시키거나, 퍼옥시아세틸니트레이트(Peroxy-acetylnitrate : PAN)등 강산성의 2차 오염물질에 의한 광화학 스모그의 원인, 성층권의 오존층 파괴 및 지구 온난화 등의 환경과 인체에 치명적인 악영향을 끼치고 있다.

휘발성유기화합물을 제거하기 위한 방법은 촉매산화법, 흡착처리법, 직접연소법, 축열연소에 의한 방법이 있다.

상기 촉매산화법은 낮은 농도의 휘발성유기 화합물을 함유하는 폐가스의 처리나 유량과 농도가 변하는 조건에서의 운전에 적합하며, 타 시스템에 비해 에너지 소모가 적고 투자비와 운전비가 적게 들며 낮은 온도에서 운전이 가능하고 상대적으로 높은 효율을 낼 수 있다는 장점이 있어 이에 따른 많은 연구가 이루어지고 있다.

대한민국 등록특허 제 0578106호에는 저농도 휘발성 유기 화합물 처리용 흡착/촉매산화 휘발성유기화합물 제거시스템이 개시되어 있으며, 특허등록 제 0561253호에는 휘발성유기화합물 촉매산화 분해처리 시스템은 탈착용 흡기라인 및 분해처리 시스템이 개시되어 있다. 그리고 등록특허 제 0424507호에는 휘발성유기화합물 처리방법이 개시되어 있다.

개시된 휘발성유기화합물 처리장치는 장기간 사용 시 촉매의 오염으로 인하여 휘발성유기화합물의 처리 능력이 떨어지거나 상실되는 문제점이 있다. 상기 휘발성유기화합물의 가열을 위한 열효율의 향상을 기대하기 어렵다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 촉매를 이용한 휘발성유기화합물의 분해효율을 향상시킬 수 있으며, 폐촉매를 재생하여 사용할 수 있는 휘발성유기화합물 처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 유로가 분할된 촉매층을 구비하여 선택적으로 휘발성유기화합물이 혼합된 폐가스를 통과시킴으로써 가동효율을 높일 수 있으며, 폐열을 이용하여 폐가스를 가열함으로써 가열에 따른 열효율을 높일 수 있는 휘발성유기화합물 처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 휘발성유기화합물의 처리장치는

세라믹층과 촉매산화층을 가지는 복수개의 촉매산화유니트와, 휘발성유기화합물이 혼합된 폐가스가 공급되며 열교환기가 설치된 연결관과, 상기 연결관과 상기 촉매산화유니트를 병렬로 연결하는 분기공급관들과, 상기 각 촉매산화유니트와 연결된 분기배출관과, 상기 각 분기배출관과 연결되며 휘발성유기화합물이 분해되어 정화된 가스와 상기 열교환기를 통과하는 폐가스의 열교환이 이루어질 수 있도록 열교환기와 연결되는 배출관을 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 분기공급관들에 설치된 밸브에 의해 선택적으로 연결되어 상기 촉매산화유니트의 폐촉매를 재생하기 위한 재생수단을 구비한다. 이 재생수단은 상기 분기공급관과 연결되어 수소 또는 공기를 공급하기 위한 재생가스 공급관과, 상기 재생가스 공급관과 연결되는 수소탱크 또는 공기 압축기기를 구비한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 처리장치의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명을 설명하기에 앞서 휘발성유기화합물(VOC)에 대해 살펴보면 휘발성유기화합물은 그 정의에 있어 여러 논란이 제기되지만 WHO는 유기화합물의 비점을 기준으로 정의하고 있다. 즉, 비점이 0∼100℃의 경우 초휘발성유기화합물(Very VOC), 100∼260℃의 범위를 휘발성유기화합물(VOC), 260∼400℃의 범위에는 반휘발성유기화합물(Semi VOC)이라하고 380℃ 범위의 것을 입자상유기물질(Particulate Organic Matter)이라 통칭하며 산업안전보건법 상의 휘발성유기화합물이라 함은 대기중의 질소산화물(NOx) 및 다른 화학물질과 광화학 반응을 통해 광화학 스모그의 원인이 되는 오존(O3)을 발생시키는 물질이라 규정하고 있다.

본 발명은 평소에는 낮은 농도로 배출되는 휘발성유기화합물을 흡착하고 필요시에 흡착된 휘발성유기화합물을 산화시킬 수 있는 촉매로서 SiO 2 /Al2 O3 의 비율이 최적으로 조절된 ZSM-5, 알루미나 또는 티타니아와 같은 담체에 구리, 크롬, 코발트, 백금, 팔라듐과 같은 금속 또는 금속산화물을 도입한 촉매를 이용하여 규모가 상대적으로 큰 장소 및 소규모 사업장에서 배출되는 휘발성유기화합물을 제거할 수 있도록 장치이다.

도 1에는 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 처리장치를 개략적으로 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 휘발성유기화합물 처리장치는 휘발성유기화합물이 혼합된 폐가스를 공급하기 위한 공급기인 송풍기 또는 압축기와 연결되며 열교환기(10)가 설치된 연결관(2)과 상기 연결관(2)과 분기공급관(3)(4)들에 의해 연결되는 복수개의 촉매산화유니트(30)(40)와, 상기 촉매산화유니트(30)(40)를 가열하기 위한 가열수단(50)과, 상기 각 촉매산화 유니트와 연결된 분기 배출관(5)(6)과, 상기 각 분기 배출관과 연결되며 휘발성유기화합물이 분해되어 정화된 가스와 상기 열교환기(10)를 통과하는 폐가스의 열교환이 이루어질 수 있도록 열교환기와 연결되는 배출관(7)을 구비한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 처리장치를 구성요소별로 설명하면 다음과 같다.

열교환기(10)는 휘발성유기화합물이 혼합된 폐가스와 휘발성유기화합물이 분해 또는 흡수되어 정화된 가스를 열교환시키기 위한 것으로 열교환 튜브(11)들의 양측에 설치되는 탱크(12)(13)와, 상기 열교환 튜브(11)들을 감싸 열교환 공간(14)을 형성하는 하우징을 구비한다. 한편, 상기 열교환기로 폐가스를 유입되는 연결관 측에는 이물질을 제거하기 위한 필터가 설치될 수 있다.

상기 촉매산화 유니트(30)(40)는 각각 폐가스에 혼합된 휘발성유기화합물을 촉매를 이용하여 분해하기 위한 것으로 각각 케이스(31)(41)와, 상기 케이스(31)(41)에 설치되는 것으로, 다공성 세라믹으로 이루어진 세라믹층(32)(42)과, 상기 세라믹층(32)(42)의 상부에 설치되는 촉매층(33)(43)을 구비한다.

상기 촉매층(33)(43)은 SiO 2 /Al2 O3 의 비율이 최적으로 조절된 ZSM-5, 알루미나 또는 티타니아로 구성되는 군으로부터 선택된 1종의 담체에 구리, 크롬, 코발트, 백금, 팔라듐 또는 이들의 산화물로 구성되는 군으로부터 선택된 금속 또 는 금속산화물을 도입한 휘발성유기화합물 제거용 촉매로 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.

상기 가열수단(50)은 상기 촉매산화 유니트(30)(40)를 가열하기 위한 것으로, 상기 케이스의 외주면 또는 케이스의 내면에 설치되는 전열히터(51)로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 분기공급관(3)(4)과 선택적으로 연결되어 상기 촉매산화유니트(30)(40)의 폐촉매를 재생하기 위한 재생수단(60)을 더 구비한다. 이 재생수단(60)을 더 구비한다. 이 재생수단(60)은 상기 분기공급관과 연결되어 수소 또는 공기를 공급하기 위한 재생가스 공급관(61)과, 상기 재생가스 공급관(61)과 연결되는 수소탱크 또는 공기를 공급하기 위한 송풍기(62)를 구비한다.

그리고 상기 분기공급관으로 연결관을 통한 폐가스와 촉매산화유니트(20)(30)의 촉매층 재생을 위한 수소 또는 공기의 공급과 가열수단 등을 제어하기 위한 제어수단을 더 구비한다.

상기 제어수단(70)은 상기 분기공급관에 각각 설치되는 제 1,2밸브(71)(72)와, 상기 연결관(2)에 설치되는 제 3밸브(73) 및 상기 재생가스 공급관(61)에 설치되는 제 4밸브(74) 및 이들을 제어하기 위한 마이콤(75)을 구비한다.

상술한 바와 같이 구성된 휘발성유기화합물 처리장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 연결관(2)을 통하여 휘발성유기화합물 이 혼합된 폐가는 제1,2촉매산화유니트(30)(40)중 선택된 제 1촉매산화유니트(30)로 유입되고, 유입된 폐가스 중 휘발성유기화합물은 촉매층(33)에 의해 흡착된다. 이 과정에서 상기 촉매층에 흡착된 휘발성유기화합물은 가열수단(50)에 의한 촉매산화유니트의 가열로 인하여 탈착되고, 이 탈착된 휘발성유기화합물은 SiO 2 /Al2 O3 의 비율이 최적 으로 조절된 ZSM-5, 알루미나 또는 티타니아로 구성되는 군으로부터 선택된 1종의 담체에 구리, 크롬, 코발트, 백금, 팔라듐 또는 이들의 산화물로 구성되는 군으로부터 선택된 금속로 이루어진 촉매층의 촉매에 의해 산화된다. 즉, 촉매층을 통과하는 휘발성유기화합물은 촉매의 산화작용에 의해 탄산가스와 수증기로 분해된다.

이와 같이 휘발성유기화합물이 분해된 가스는 열교환기를 통하여 배출되는데, 와정에서 연결관(2)을 통하여 유입되는 폐가스와 열교환이 이루어져 상기 가열수단에 의한 폐가스의 가열효율을 높일 수 있다. 특히 세라믹층은 축열조 역할을 하게 되므로 폐가스의 가열효율을 배가시킬 수 있다.

그리고 제 1촉매 산화유니트(30)가 오염되면 상기 제어수단에 의해 제1밸브를 차단하고 제 2밸브를 작동시켜 폐가스가 제 2촉매산화유니트(40)로 유입되도록하여 상술한 바와 같이 폐가스에 혼합된 휘발성 유기화합물를 분해한다.

한편, 오염된 촉매산화유니트를 재상하기 위해서는 제어수단 연결관의 제3밸브를 차단하고, 제 1,2밸브를 열어 공급관(61)을 통하여 공급되는 수소 또는 공기가 촉매산화유니트를 통과하도록 함으로써 촉매층을 재생시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 처리장치는 SiO2 /Al2 O3 의 비율이 최적으로 조절된 ZSM-5, 알루미나 또는 티타니아와 같은담 체에 구리, 크롬, 코발트, 백금, 팔라듐과 같은 금속 촉매층을 이용하여 소규모 또는 대규모의 작업장에서 배출되는 휘발성유기화합물을 제거할 수 있다. 특히 촉매산화유니트를 복수개 설치하고, 이들을 재생하여 사용 가능하므로 가동에 따른 비용을 절감할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

복수개의 촉매산화유니트와, 휘발성유기화합물이 혼합된 폐가스가 공급되며 열교환기가 설치된 연결관과, 상기 연결관과 상기 촉매산화유니트를 병렬로 연결하는 분기공급관들과, 상기 각 촉매산화 유니트와 연결된 분기배출관과, 상기 각 분기배출관과 연결되며 휘발성유기화합물이 분해되어 정화된 가스와 상기 열교환기를 통과하는 폐가스의 열교환이 이루어질 수 있도록 열교환기와 연결되는 배출관을 구비하며,

상기 분기공급관들에 설치된 밸브에 의해 선택적으로 연결되어 상기 촉매산화유니트의 폐촉매를 재생하기 위한 것으로, 상기 분기공급관과 연결되어 수소 또는 공기를 공급하기 위한 재생가스 공급관과, 상기 재생가스 공급관과 연결되는 수소탱크 또는 공기 압축기기를 구비한 재생수단을 포함하며,

상기 열교환기는 열교환 튜브들의 양측에 설치되는 탱크와, 열교환 튜브들을 감싸 열교환 공간을 형성하는 하우징을 구비하며,

상기 촉매산화 유니트는 케이스와 상기 케이스에 설치되는 것으로 다공성 세라믹으로 이루어진 세리믹층과, 상기 세라믹층의 상부에 설치되는 것으로 알루미나 티타니아로 구성되는 군으로부터 선택된 1종의 담체에 구리, 크롬, 코발트, 백금, 팔라듐 또는 이들의 산화물로 구성된 군으로부터 선택된 금속이 담긴 촉매층을 구비하며,

상기 분기공급관으로 연결관을 통해 폐가스와 폭매 산화 유니트의 촉매층 재생을 위한 수소 또는 공기의 공급과 가열수단을 제어하기 위한 것으로, 상기 분기공급관에 각각 설치되는 제 1,2밸브와 상기 연결관에 설치되는 제 3밸브와 재생가스 공급관에 설치되는 제 4밸브 및 이들을 제어하기 위한 마이콤을 구비한 제어수단을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물처리장치.
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