KR101231612B1 - 마이크로웨이브를 이용한 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 정화 방법 - Google Patents

마이크로웨이브를 이용한 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 정화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기 화합물질 및 산업 폐 가스정화에 소요되는 가동 전력을 최소화하여 전력의 사용량을 절감하고, 가스 제거 설비의 유지 및 보수에 소요되는 인적, 물적 자원을 대폭 감소할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 유지관리 비용이 과다 발생 되는 축열식연소장치(RTO)의 가스, 촉매 산화의 촉매, 흡착탑의 활성탄보다 비용절감을 할 수 있음과 동시에 신속하고 효율적으로 가스를 제거할 수 있는 마이크로웨이브를 이용한 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 정화 방법에 관한 것으로,
산업현장에서 발생 된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 집진처리하는 집진단계(S100)와, 상기 집진 된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 필터에 통과시켜 입자상의 물질을 제거하는 입자상 물질 제거단계(S200)와, 상기 입자상 물질이 제거된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 음극 및 양극 2극 관을 만들고 축 방향으로 직류자기장을 걸어 마이크로파를 발진시키고 아이솔레이터 회로소자를 하나 이상 가지며, 마이크로파가 흐르는 도파관을 구비하는 하나 이상의 마그네트론(20)과, 상기 마그네트론(20)의 마이크로파 조사에 의해 500 내지 1,000℃ 조건에서 안정적으로 고열을 방출하는 하나 이상의 발열체(30)와, 상기 발열체(30)가 충진되며, 입체구조를 갖는 하나 이상의 반응조(40)와, 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스가 진행하는 방향으로 마그네트론(20) 및 반응조(40)의 양측 끝단에 각각 구성되는 보온재(50) 및 상기 발열체(30)에서 방출되는 열이 반사되어 다시 발열체(30)로 진행되도록 순환시켜 열손실을 감소시킴과 동시에 발열체가 신속하게 발열이 되고, 외부로 마이크로파가 배출되지 않도록 알루미늄 재질의 입체구조로 형성되며, 양 끝단에는 가스가 유입되는 유입구(61)와 유해가스가 정화되어 이산화 탄소 및 물로 배출될 수 있도록 배출구(62)가 형성되고, 상기 마그네트론(20) 및 반응조(40), 보온재(50)의 4방향 전체 면에 배치 구성되는 단열케이스(60)와, 상기 단열케이스(60)의 내측에 구비되어 가스가 발열체(30)를 통과할 수 있도록 안내하는 안내 격벽(70)을 포함하여 구성된 제거장치(S)의 발열체(30)에 통과시켜 열분해에 의해 유기물질이 제거되도록 하는 유기물질 열분해 제거단계(S300)와, 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 가성소다 또는 암모니아가 투입된 집진기에 유입시켜 무기물질을 흡수 및 제거하는 무기물질 제거단계(S400)와, 상기 입자상 물질, 유기물질, 무기물질이 제거됨에 따라 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스가 정화처리되며, 정화된 가스를 배출하는 배출단계(S500)로 이루어진다.

Description

마이크로웨이브를 이용한 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 정화 방법{Microwave-induced volatile organic compound quality and industrial waste gas purification method}
본 발명은 마이크로웨이브를 이용한 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 정화 방법에 관한 것으로서 더욱 상세히는 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 정화(제거)에 소요되는 가동 전력을 최소화하여 전력의 사용량을 절감하고, 가스 정화 설비의 유지 및 보수에 소요되는 인적, 물적 자원을 대폭 감소할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 유지관리 비용이 과다 발생 되는 축열식 연소장치(RTO)의 가스, 촉매 산화의 촉매, 흡착탑의 활성탄보다 비용절감을 할 수 있음과 동시에 신속하고 효율적으로 가스를 제거할 수 있는 마이크로웨이브를 이용한 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 정화 방법에 관한 것이다.
최근의 급격한 산업화는 환경(대기)오염물질을 다량 배출함으로써 산성비, 지구온난화, 오존층 파괴 및 광학적 스모그 현상 등과 같은 심각한 환경문제를 유발하고 있다. 특히 화력발전소와 보일러, 도장설비, 제철설비, 소각로 등의 산업시설 및 자동차 등에서 배출되는 질소 산화물(NO X)과 황산화물(SO X) 등의 산업 폐 가스는 산성비의 주된 원인이 되며, 매년 그 방출량도 급격히 증가 되고 있는 실정이며, 휘발성 유기화합물(VOCS)과 다이옥신 등과 같이 인체에 유해한 가스도 급증하고 있는 실정이다.
이에 대비하여 환경오염에 대한 인식이 저변 확산 되면서 산업시설 등에는 필연적은 상술 된 각종 유해가스를 처리(제거,정화)할 수 있는 설비를 갖추도록 법제화하여 규제하고 있다.
특히 휘발성 유기화합물은 용제를 사용하는 도장시설, 석유정제 및 석유화학제품 제조시설, 정유사 및 저유소의 저장시설과 출하시설 및 주유소, 세탁소 및 인쇄소와, 일상생활에서 사용하는 스프레이 및 페인트, 접착제 등의 건축자재, 자동차, 기차, 선박, 비행기 등의 교통수단에서도 가스가 배출된다.
또한 자연적 배출원으로 식물에서 발생하는 탄화수소화합물로는 이소프린, 테르펜, 알코올, 카르보닐화합물, 에스테르 등을 들 수 있다. 습지 등에서는 염기성 조건하에서 박테리아의 분해를 통해서 메탄이 생성되어 배출되거나 수목 류로부터는 테르펜 등이 배출되며 초지(grass land)에서는 주로 에스테르와 케톤 등이 배출된다.
상기와 같이 각종 산업현장 및 일상생활에서 다양하게 발생 되고 있는 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스에 대한 기존 처리방법으로는 직접연소, 축열연소, 촉매연소, 냉각응축, 흡수, 막 분리, 흡착, 흡수탈취, 생물탈취에 의한 방법이 적용되고 있으나, 처리설비를 갖추는데 소요되는 초기비용은 물론, 향후 유지비용이 상당히 부담이 되었다.
뿐만 아니라, 휘발성 유기 화합물질 정화처리장치를 선정할 때는 제거효율이 높은것, 조작 및 유지관리가 용이한 것, 안전성이 높은 것, 배출가스의 종류와 조성, 공정변수, 장치의 위치, 발열량, 촉매 등의 유무, 폐열의 이용목적, 회수재 사용의 가부 등이 고려되어야 하는 난해함이 있었다.
이에 본원 발명에서는 상기와 같은 문제점을 일소키 위해 안출한 것으로 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 정화에 소요되는 가동 전력을 최소화하여 전력의 사용량을 절감할 수 있으며, 나아가 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 제거 설비의 유지 및 보수에 소요되는 인적, 물적 자원을 대폭 감소할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 유지관리 비용이 과다 발생 되는 축열식연소장치(RTO)의 가스, 촉매 산화의 촉매, 흡착탑의 활성탄보다 비용절감을 할 수 있음과 동시에 신속하고 효율적으로 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 정화(제거)할 수 있는 마이크로웨이브를 이용한 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 정화 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 실현하기 위한 마이크로웨이브를 이용한 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 정화 방법은,
산업현장에서 발생 된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 집진처리하는 집진단계(S100)와, 상기 집진 된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 필터에 통과시켜 입자상의 물질을 제거하는 입자상 물질 제거단계(S200)와, 상기 입자상 물질이 제거된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 음극 및 양극 2극 관을 만들고 축 방향으로 직류자기장을 걸어 마이크로파를 발진시키고 아이솔레이터 회로소자를 하나 이상 가지며, 마이크로파가 흐르는 도파관을 구비하는 하나 이상의 마그네트론(20)과, 상기 마그네트론(20)의 마이크로파 조사에 의해 500 내지 1,000℃ 조건에서 안정적으로 고열을 방출하는 하나 이상의 발열체(30)와, 상기 발열체(30)가 충진되며, 입체구조를 갖는 하나 이상의 반응조(40)와, 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스가 진행하는 방향으로 마그네트론(20) 및 반응조(40)의 양측 끝단에 각각 구성되는 보온재(50) 및 상기 발열체(30)에서 방출되는 열이 반사되어 다시 발열체(30)로 진행되도록 순환시켜 열손실을 감소시킴과 동시에 발열체가 신속하게 발열이 되고, 외부로 마이크로파가 배출되지 않도록 알루미늄 재질의 입체구조로 형성되며, 양 끝단에는 가스가 유입되는 유입구(61)와 유해가스가 정화되어 이산화 탄소 및 물로 배출될 수 있도록 배출구(62)가 형성되고, 상기 마그네트론(20) 및 반응조(40), 보온재(50)의 4방향 전체 면에 배치 구성되는 단열케이스(60)와, 상기 단열케이스(60)의 내측에 구비되어 가스가 발열체(30)를 통과할 수 있도록 안내하는 안내 격벽(70)을 포함하여 구성된 제거장치(S)의 발열체(30)에 통과시켜 열분해에 의해 유기물질이 제거되도록 하는 유기물질 열분해 제거단계(S300)와, 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 가성소다 또는 암모니아가 투입된 집진기에 유입시켜 무기물질을 흡수 및 제거하는 무기물질 제거단계(S400)와, 상기 입자상 물질, 유기물질, 무기물질이 제거됨에 따라 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스가 정화처리되며, 정화된 가스를 배출하는 배출단계(S500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제공하는 마이크로웨이브를 이용한 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 정화 방법은 전력 사용을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 신속하고 효율적으로 유해가스를 제거할 수 있으며, 가스 정화에 소요되는 활성탄 등의 소모품이 필요 없기 때문에 설비운영 및 유지보수에 소요되는 인적, 물적 자원을 대폭 절감할 수 있음은 물론, 전기에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 처리 설비 구조도
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 블록 구성도
도 3은 본 발명의 제거장치를 도시한 사시도
도 4는 본 발명의 제거장치를 도시한 평면도
도 5는 본 발명의 제거장치 중 반응조를 도시한 분해 절개 사시도
이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시 예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
먼저 본 발명에서 제공하는 마이크로웨이브를 이용한 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 제거 방법은 도 1 내지 2에서 도시된 바와 같이 산업현장에서 발생 된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 집진처리한다(S100).
상기 집진 된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 필터에 통과시켜 입자상의 물질을 제거한다(S200).
상기 입자상 물질이 제거된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스는 도 3내지 5에서 도시된 바와 같이 음극 및 양극 2극 관을 만들고 축 방향으로 직류자기장을 걸어 마이크로파를 발진시키고 아이솔레이터 회로소자를 하나 이상 가지며, 마이크로파가 흐르는 도파관을 구비하는 하나 이상의 마그네트론(20)과, 상기 마그네트론(20)의 마이크로파 조사에 의해 500 내지 1,000℃ 조건에서 안정적으로 고열을 방출하는 하나 이상의 발열체(30)와, 상기 발열체(30)가 충진되며, 입체구조를 갖는 하나 이상의 반응조(40)와, 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스가 진행하는 방향으로 마그네트론(20) 및 반응조(40)의 양측 끝단에 각각 구성되는 보온재(50) 및 상기 발열체(30)에서 방출되는 열이 반사되어 다시 발열체(30)로 진행되도록 순환시켜 열손실을 감소시킴과 동시에 발열체가 신속하게 발열이 되고, 외부로 마이크로파가 배출되지 않도록 알루미늄 재질의 입체구조로 형성되며, 양 끝단에는 가스가 유입되는 유입구(61)와 유해가스가 정화되어 이산화 탄소 및 물로 배출될 수 있도록 배출구(62)가 형성되고, 상기 마그네트론(20) 및 반응조(40), 보온재(50)의 4방향 전체 면에 배치 구성되는 단열케이스(60)와, 상기 단열케이스(60)의 내측에 구비되어 가스가 발열체(30)를 통과할 수 있도록 안내하는 안내 격벽(70)을 포함하여 구성된 제거장치(S)의 발열체(30)에 통과시켜 열분해에 의해 유기물질이 제거한다(S300).
상기 열분해 제거단계에서 제거되지 않은 무기물질이 포함된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 가성소다 또는 암모니아가 투입된 집진기에 유입시켜 무기물질을 흡수 및 제거한다(S400).
상기 입자상 물질, 유기물질, 무기물질이 제거됨에 따라 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스가 정화처리되며, 정화된 가스를 배출(S500)함으로써 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 완전 정화(제거)할 수 있다.
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그리고 상기 반응조(40)의 측면에는 도 5에서 도시된 바와 같이 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스가 지나갈 수 있는 통공(41)이 다수 개 형성되며 그 통공을 통해 가스가 발열체를 관통하면서 열분해 되는 것이다.
따라서 발열체에는 항상 일정 공극이 유지되어야 가스가 용이하게 관통할 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본원발명의 마이크로웨이브를 이용한 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 제거 장치(S)에 대해 도 2 및 3을 기준으로 부연 명하면, 각종 산업현장에 발생 된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스가 필터(1)를 통과하여 입자상의 물질이 제거되면, 단열케이스(60)의 유입구(61)를 통해 제거장치(S)의 반응조에 형성된 통공(41)으로 유입되며, 통공을 통해 유입된 가스는 500 내지 1000℃의 고열 상태인 발열체(30)를 통과하게 되고, 통과과정에서 가스는 열분해 되어 유기물질은 완전 제거된 상태로 배출구(62)를 통해 배출된다.
배출된 가스 중 무기물질은 송풍기(2)를 통해 집진기(3)로 이송되며, 집진기로 유입된 가스는 대부분 무기물질이어서 가성소다 또는 암모니아를 투입하여 가스를 흡수 처리하는 것이다.
VOCs 의 종류
No. 물질명 No. 물질명
1 아세트알데히드 Acetaldehyde 28 휘발유 Gasoline
2 아세틸렌 Acetylene 29 납사 Naphtha
3 아세틸렌
디클로라이드		 Acetylene Dichloride 30 원유 Crude Oil
4 아크를레인 Acrolein 31 아세트산(초산) Acetic Acid
5 아크를로니트릴 Acrylonitrile 32 에틸벤젠 Ethylbenzene
6 벤젠 Benzene 33 니트로벤젠 Nitrobenzene
7 1,3-부타디엔 1,3-Butadiene 34 톨루엔 Toluene
8 부탄 Butane 35 테트라클로로에틸렌 Tetrachloro
ethylene
9 1-부텐,2-부텐 1-Butene, 2-Butene 36 자일렌
(o-,m-,p-포함)		 Xylene
10 사염화탄소 Carbon Tetrachloride 37 스틸렌 Styrene
11 클로로포름 Chloroform 38 메틸렌 Methylene
12 사이클론헥산 Cyclohexane 39 에탄올 Ethanol
13 1,2-디클로로에탄 1,2-Dichloroethane 40 프로판 Propane
14 디에틸아민 Diethylamine 41 벤지딘 Benzidine
15 디메틸아민 Dimethylamine 42 i-프로판올 I-Propanol
16 에틸렌 Ethylene 43 I,n-펜탄 I,n-Pentane
17 포름알데히드 Formaldehyde 44 2,4-디니트로톨루엔 2,4-Dinitro toluene
18 n-헥산 n-Hexane 45 2-메틸펜탄 2-Methyl Pentane
19 이소프로필 알콜 Isopropyl Alcohol 46 3-메틸펜탄 3-Methyl Pentane
20 메탄올 Methanol 47 2,4-디메틸펜탄 2,4-Dimethyl Pentane
21 메틸에틸케톤 Methyl Ethyl Ketone 48 부타디엔 Butadiene
22 메틸렌클로라이드 Methylene Chloride 49 아세톤 Acetone
23 엠티비이 Methyl Tertiary Butyl Ether 50 THF
(테트라하이드로퓨란)		 TetraHydroFuran
24 프로필렌 Propylene 51 IPE
(이소프로필에테르)		 IsoProphylEther
25 프로필렌옥사이드 Propylene Oxide 52 펜타클로로벤젠 Penta Chlorobenzene
26 1,1,1-트리클로로에탄 1,1,1-Trichloroethane 53 디클로로벤젠 DiChlorobenzene
27 트리클로로에틸렌 Trichlorodthylene
상기 제거장치(S)에서 제거(처리, 정화)할 수 있는 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스는 [표-1]에서 기재된 바와 같이 여러 종류가 용이하며, 특히 1 내지 3kw의 저전력으로 유해가스를 제거할 수 있어 전력의 사용량 및 전기에너지를 대폭절감 할 수 있기 때문에 기존 방식에 비해 약 5%의 인적, 물적 자원으로 설비의 가동이 용이한 이점이 있다.
S:제거장치 1:필터
2:송풍기 3:집진기
10:보호케이스
20:마그네트론 30:발열체
40:반응조 41:통공
50:보온재 60:단열케이스
61:유입구 62:배출구
70:안내 격벽

Claims (1)

  1. 산업현장에서 발생 된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 집진처리하는 집진단계(S100);
    상기 집진 된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 필터에 통과시켜 입자상의 물질을 제거하는 입자상 물질 제거단계(S200);
    상기 입자상 물질이 제거된 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 음극 및 양극 2극 관을 만들고 축 방향으로 직류자기장을 걸어 마이크로파를 발진시키고 아이솔레이터 회로소자를 하나 이상 가지며, 마이크로파가 흐르는 도파관을 구비하는 하나 이상의 마그네트론(20)과, 상기 마그네트론(20)의 마이크로파 조사에 의해 500 내지 1,000℃ 조건에서 안정적으로 고열을 방출하는 하나 이상의 발열체(30)와, 상기 발열체(30)가 충진되며, 입체구조를 갖는 하나 이상의 반응조(40)와, 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스가 진행하는 방향으로 마그네트론(20) 및 반응조(40)의 양측 끝단에 각각 구성되는 보온재(50) 및 상기 발열체(30)에서 방출되는 열이 반사되어 다시 발열체(30)로 진행되도록 순환시켜 열손실을 감소시킴과 동시에 발열체가 신속하게 발열이 되고, 외부로 마이크로파가 배출되지 않도록 알루미늄 재질의 입체구조로 형성되며, 양 끝단에는 가스가 유입되는 유입구(61)와 유해가스가 정화되어 이산화 탄소 및 물로 배출될 수 있도록 배출구(62)가 형성되고, 상기 마그네트론(20) 및 반응조(40), 보온재(50)의 4방향 전체 면에 배치 구성되는 단열케이스(60)와, 상기 단열케이스(60)의 내측에 구비되어 가스가 발열체(30)를 통과할 수 있도록 안내하는 안내 격벽(70)을 포함하여 구성된 제거장치(S)의 발열체(30)에 통과시켜 열분해에 의해 유기물질이 제거되도록 하는 유기물질 열분해 제거단계(S300);
    휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스를 가성소다 또는 암모니아가 투입된 집진기에 유입시켜 무기물질을 흡수 및 제거하는 무기물질 제거단계(S400);
    상기 입자상 물질, 유기물질, 무기물질이 제거됨에 따라 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스가 정화처리되며, 정화된 가스를 배출하는 배출단계(S500);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 휘발성 유기 화합물질 및 산업 폐 가스 정화 방법.
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