KR101339919B1 - 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템으로, 더욱 상세하기는 석유화학단지 등 대규모, 중소형 사업장에서 발생되는 PM2.5와 같은 미세먼지, 공단에서 생성되는 휘발성 유기화합물 및 악취 등을 탈착 및 제거함으로써 종래 700℃ 이상 고온의 소각로를 사용하지 아니하고 400℃ 이하의 히터를 사용하는 것을 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 미세먼지 및 휘발성 유기화합물이 유입되는 집진모듈과, PM 2.5 미세먼지를 제거하는 먼지필터 및 잔여 미세먼지와 휘발성 유기화합물의 유동량을 제어하는 농도필터로 이루어진 필터모듈과, 휘발성 유기화합물 및 악취를 자외선 조사하여 분쇄하는 UV모듈과, 상기 UV모듈에서 자외선 조사 후 잔여 휘발성 유기화합물 및 악취를 오존촉매로 추가 분쇄하기 위한 오존필터모듈 및 상기 제거된 가스를 외부로 배기하는 배기모듈을 포함하여 구성된다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 미세먼지 및 휘발성 유기화합물이 유입되는 집진모듈과, PM 2.5 미세먼지를 제거하는 먼지필터 및 잔여 미세먼지와 휘발성 유기화합물의 유동량을 제어하는 농도필터로 이루어진 필터모듈과, 휘발성 유기화합물 및 악취를 자외선 조사하여 분쇄하는 UV모듈과, 상기 UV모듈에서 자외선 조사 후 잔여 휘발성 유기화합물 및 악취를 오존촉매로 추가 분쇄하기 위한 오존필터모듈 및 상기 제거된 가스를 외부로 배기하는 배기모듈을 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템으로, 더욱 상세하기는 석유화학단지 등 대규모, 중소형 사업장에서 발생되는 PM2.5와 같은 미세먼지, 공단에서 생성되는 휘발성 유기화합물 및 악취 등을 탈착 및 제거함으로써 종래 700℃ 이상 고온의 소각로를 사용하지 아니하고 400℃ 이하의 히터를 사용하는 것을 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 석유화학업체나 도장업체 등에서 석유정제과정 및 도장과정 등에서 배출되는 배기가스에는 휘발성 유기화합물(VOC :Volatile Organic Compounds)은 물론 그에 따른 악취와 미세먼지들이 주위환경을 오염하는 오염원으로 작용되기도 하고 악취발생이나 호흡기 장애 또는 스모그의 원인이 되기도 한다.
한편, 국내법상에서는 탄화수소류중 레이드 증기압이 10.3 킬로파스칼 (또는 1.5 psia)이상인 석유화학제·유기용제 기타 물질로서 환경부장관이 관계 중앙행정기관의 장과 협의하여 고시하는 물질 (대기환경보전법시행령 제39조 제1항)로 정의하고 있으며 환경부고시 제2001-36호(2001.3.8)에 따라 벤젠, 부타디엔, 휘발유등 37개 물질 및 제품을 규제대상으로 하고 있다.
이러한 휘발성 유기화합물(VOC)을 제거하는 방법으로는 일반적으로 연소산화기술, 흡착기술, 생물화학적 처리기술 등이 제시된 바 있으며, 이 중 근래들어서는 축열식 연소설비로서 RTO(Regenerative Thermal Oxidizer)와 축열식 촉매연소방식으로서 RCO(Regenerative Catalytic Oxidizer)가 널리 보급되고 있는 실정이다.
그러나, 축열식 연소설비 및 축열식 촉매연소방식의 경우에는 휘발성 유기화합물(VOC) 가스의 발화점 이상인 온도로 접촉하여 직접 소각 산화시키는 구조를 취하고 있어, 연소실 내의 온도가 750 ~ 1200℃로 운영하여야 하는데, 최근 들어 이러한 높은 연소실의 온도로 인하여 방화 및 기타 안전상의 문제가 제기되고 있는 실정이다.
도1에 도시된 선행특허문헌 제10-0530470호 "유해가스 연소설비"는 내부에 구비된 격판(111)에 의해 상부의 연소실(112)과 하부의 보조실(113)로 구획되고, 격벽에는 연소실(112)과 보조실(113)을 연결하는 복수개의 연결덕트(114)가 상하방향으로 구비되며 둘레면에는 흡기라인(115)과 배기라인(116)이 형성된 본체(110)와; 상기 연소실(112) 내부에 구비된 축열재(120)와; 상기 본체(110)의 보조실(113) 내부에 설치되며 되며 상기 흡기라인(115)과 배기라인(116)을 서로 다른 연결덕트(114)에 순차적으로 연결하는 분배기(130)를 갖도록 구성된다.
상기 본체(110)의 연결덕트(114)는 본체(110)의 하측면에서 상기 분배기(130)의 둘레면으로 연장되어, 분배기(130)에 의해 공급된 휘발성 유기화합물(VOC)가 포함된 처리가스를 내부의 연소실(112)로 공급하거나, 연소실(112)에서 연소된 배기가스를 분배기(130)로 배출하는 기능을 한다. 그리고, 상기 흡기라인(115)은 상기 본체(110)의 연소실(112) 중앙부를 상하방향으로 관통하여 하단이 상기 분배기(130)의 상면에 연결되도록 흡기파이프(115a)를 설치하여 구성되며, 상기 배기라인(116)은 상기 본체(110)의 보조실(113) 일측에 배기구(116a)를 형성하여 이루어진다.
상기 축열재(120)는 통기성재질로 구성되어, 상기 분배기(130)를 통해 공급된 휘발성 유기화합물(VOC)를 포함한 처리가스가 축열재(120)를 통과하면서 연소됨에 따라 가열되어, 추후에 공급되는 처리가스를 가열하여 처리가스가 원활하게 완전 연소되도록 하는 기능을 한다.
상기 분배기(130)는, 상단이 상기 흡기라인(115)에 연결되도록 격판(111)에 매입설치된 외부케이스(131)와, 상기 외부케이스(131)의 내부에 설치되며 상기 흡기라인(115)과 배기라인(116)을 서로 다른 연결덕트(114)에 선택적으로 연결하는 회전체(132)와, 상기 회전체(132)에 결합되며 구동모터(134)에 연결되는 회전축(133)으로 이루어진다.
상기 외부케이스(131)는 원통형으로 구성된 것으로, 둘레면에는 상기 연결덕트(114)와 연결되는 복수개의 연통공(131a)이 형성되고, 하부에는 상기 보조실(113)로 개구된 개구부(131b)가 형성된다.
상기 회전체(132)는 상부와 측면방향으로 개방되어 상기 흡기라인(115)과 외부케이스(131)의 연통공(131a)과 연결하는 흡기연결부(132a)와, 하부와 측면방향으로 개방되어 배기라인(116)과 외부케이스(131)의 연통공(131a)을 연결하는 배기연결부(132b)가 형성된다. 이때, 상기 흡기연결부(132a)와 배기연결부(132b)는 외부케이스(131)에 형성된 복수개의 연통공(131a) 중에서 서로 다른 연통공(131a)에 연결되도록 구성되어, 흡기라인(115)을 통해 외부케이스(131)의 내부로 공급된2처리가스는 흡기연결부(132a)를 경우한 후 이와연결된 연통공(131a) 및 연결덕트(114)를 통해 본체(110)의 연소실(112)로 공급되며, 연소실(112)에서 처리가스를 연소시켜 발생된 배기가스는 연결덕트(114)와 배기연결부(132b)를 통해 외부케이스(131)의 하부로 배출되어, 상기 배기라인(116)을 통해 외부로 배출되도록 한다.
또한, 상기 회전체(132)는 회전축(133)과 함께 회전되므로써, 상기 흡기연결부(132a)와 배기연결부(132b)가 연속적으로 다른 연결덕트(114)에 연결되도록 하는 절환밸브의 기능하여, 각 연결덕트(114)가 흡기통로와 배기통로의 기능을 번갈아가면서 수행하도록 한다.
따라서, 상기 구동모터(134)로 회전축(133)을 회전시키면서 상기 흡기라인(115)을 통해 휘발성 유기화합물(VOC)이 포함된 처리가스를 공급하면, 처리가스는 흡기연결부(132a)와 흡기연결부(132a)에 연결된 연결덕트(114)를 통해 연소실(112)로 유입되어 연소되며, 연소된 배기가스는 상기 배기연결부(132b)와 연결되는 연결덕트(114)를 통해 배기라인(116)으로 배기된다.
그리고, 상기 회전체(132)가 회전되어, 각 연결덕트(114)가 흡기통로의 기능과 배기통로의 기능을 번갈아 수행함에 따라, 모든 연결덕트(114)를 통해 처리가스의 흡, 배기가 번갈아가며 실행되므로, 처리가스가 연소될 때 발생된 연소열이 새로 공급되는 처리가스에 원활하게 전달되도록 함으로써, 고온의 소각로를 사용하여야 한다는 면에서 여러 가지 단점을 가지고 있다.
이와 같이, 본 발명은 화재의 위험이 있는 고온의 소각로를 사용하지 아니하고 400℃ 이하의 히터만으로도 미세먼지, 휘발성 유기화합물 및 악취를 동시처리할 수 있는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 미세먼지 및 휘발성 유기화합물이 유입되는 집진모듈과, PM 2.5 미세먼지를 제거하는 먼지필터 및 잔여 미세먼지와 휘발성 유기화합물의 유동량을 제어하는 농도필터로 이루어진 필터모듈과, 휘발성 유기화합물 및 악취를 자외선 조사하여 분쇄하는 UV모듈과, 상기 UV모듈에서 자외선 조사 후 잔여 휘발성 유기화합물 및 악취를 오존촉매로 추가 분쇄하기 위한 오존필터모듈 및 상기 제거된 가스를 외부로 배기하는 배기모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템은 환경규제에 따른 PM 2.5 미세먼지를 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 휘발성 유기화합물의 유동제어를 통하여 제거효율을 높일 수 있으며, 400℃ 이하의 히터를 이용한 휘발성 유기화합물과 악취를 동시에 제거할 수 있는 생산성 높은 유해가스 제거설비를 제공할 수 있는 것이다.
도 1은 종래의 유해가스 연소장치를 도시한 측면 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예로서 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템에 대한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예로서 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예로서 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템에 대한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예로서 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템에 대한 개략도이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 미세먼지 및 휘발성 유기화합물이 유입되는 집진모듈(10)과, PM 2.5 미세먼지를 제거하는 먼지필터 및 잔여 미세먼지와 휘발성 유기화합물의 유동량을 제어하는 농도필터로 이루어진 필터모듈(20)과, 휘발성 유기화합물 및 악취를 자외선 조사하여 분쇄하는 UV모듈(30)과, 상기 UV모듈에서 자외선 조사 후 잔여 휘발성 유기화합물 및 악취를 오존촉매로 추가 분쇄하기 위한 오존필터모듈(40)과 및 상기 제거된 가스를 외부로 배기하는 배기모듈(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템을 제공하고자 한다.
상기 집진모듈(10)은 석유정제과정 등 폐가스 배기부분에 설치되어 미세먼지 및 휘발성 유기화합물을 집진하는 모듈이다.
상기 필터모듈(20)은 PM 2.5 미세먼지를 제거하는 먼지필터(21)와 잔여 미세먼지와 휘발성 유기화합물의 유동량을 제어하는 농도필터(23)로 이루어지며, 상기 먼지필터(21)는 필터면이 절곡형상으로 이루어지되 폴리에스테르 섬유 베이스에 초극세 섬유층이 형성된 것이 바람직하다.
특히, 상기 초극세 섬유층 전단에 장섬유부직포로 이루어진 프리필터가 추가 구성될 수 있다.
그리고, 상기 농도필터(23)는 잔여 미세먼지와 휘발성 유기화합물의 유동량을 제어하여 갑자기 유입되는 폐가스가 그대로 UV모듈(30)로 이송되는 것을 방지함으로써 UV모듈(30)에서의 휘발성 유기화합물 등의 제거에 부하가 걸리지 않도록 하기 위함이다.
한편, 상기 농도필터(23)는 내부에 유압에 의해 댐퍼가 개폐될 수 있는 구조를 포함하고, 일반적인 운행시에는 유입되는 폐가스가 댐퍼를 개방하여 UV모듈(30)으로 이동되며, 유입되는 폐가스가 사용자가 미리 설정해둔 적정 유압을 넘어서는 경우 유압에 의해 댐퍼를 적정 개폐위치까지만 개방될 수 있도록 함으로써 잔여 미세먼지 및 휘발성 유기화합물의 유동량을 제어할 수 있는 것이다.
또한, 상기 농도필터(23)에는 유입되는 폐가스의 압력을 감지하는 센서부와 유압을 작동시키는 제어부가 더 포함되는 것이 바람직하다.
UV모듈(30)은 휘발성 유기화합물 및 악취를 자외선 조사하여 분쇄하기 위한 것으로 UV램프가 길이방향으로 다수 개 병렬위치하고(31a, 31b, 31c) 이렇게 위치한 UV램프가 다수 개 적층되는 구조를 갖는다.
특히 UV모듈(30) 내측상 4개의 측면모서리에는 반사체가 설치되어 UV램프가 작동될 경우 조사량이 극대화되도록 유도하는 것이 바람직하다.
한편, UV모듈(30)에서는 UV조사에 따른 휘발성 유기화합물 및 악취의 분쇄효율을 더욱 높이기 위해 내측표면에 전이금속 중에서 선택된 하나 이상의 금속을 보헤마이트에 함침시킨 휘발성 유기화합물(VOC) 제거용 촉매를 코팅하는 것이 좋다.
또한, 상기 휘발성 유기화합물(VOC) 제거용 촉매는 보헤마이트 100g 중량 대비 금속의 함량은 0.1~30중량%인 것이 바람직하다.
상기 오존필터모듈(40)은 복수의 셀(41a, 41b, 41c)로 구비되고, 상기 각각의 셀의 내부에는 TiO2계 광촉매가 코팅되도록 구성하는 것이 바람직하다. 특히 상기 오존필터모듈(40)은 TiO2계 광촉매가 코팅되는 면을 넓혀 휘발성 유기화합물 등과의 접촉면적을 넓게 할 수 있도록 엠보싱처리하거나 다양한 형상의 돌기를 형성하는 것이 좋다.
그리고, 상기 오존필터모듈(40)은 잔류 오존을 제거하여 배기로 배출되는 공기가 정화처리될 수 있도록 이산화 망간(MnO2)이 함유된 오존반응촉매가 충진된 오존제거 트레이(43)가 더 부가된 것이 좋으며, 나아가 상기 오존필터모듈(40)은 악취 및 휘발성유기화합물의 제거효율을 높일 수 있도록 250nm~300nm 파장의 고조파 발진기(45)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예로서 상기 오존필터모듈(40)은 복수개의 셀로 상기 UV조사모듈과 함께 구성하되, 각각의 UV램프(31a,31b,31c) 후단에 각각의 셀(41a,41b,41c)이 반복적으로 형성되어 구성할 수 있으며, 이 경우 UV조사 과정과 오존필터 과정을 동시에 수행함으로써 보다 효율적으로 악취 및 휘발성유기화합물을 제거할 수 있다.
상기 배기모듈(50)은 오존필터모듈(40)를 통해 제거된 폐가스를 외부로 배출하기 위한 것으로 팬에 의해 동작한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템의 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10 : 집진모듈 20 : 필터모듈
30 : UV모듈 40 : 오존필터모듈
50 : 배기모듈
30 : UV모듈 40 : 오존필터모듈
50 : 배기모듈
Claims (11)
- 삭제
- 미세먼지 및 휘발성 유기화합물이 유입되는 집진모듈;
PM 2.5 미세먼지를 제거하는 먼지필터 및 잔여 미세먼지와 휘발성 유기화합물의 유동량을 제어하는 농도필터로 이루어진 필터모듈;
휘발성 유기화합물 및 악취를 자외선 조사하여 분쇄하는 UV모듈;
상기 UV모듈에서 자외선 조사 후 잔여 휘발성 유기화합물 및 악취를 오존촉매로 추가 분쇄하기 위한 오존필터모듈; 및
상기 제거된 가스를 외부로 배기하는 배기모듈을 포함하고, 상기 먼지필터는 필터면이 절곡형상으로 이루어지되 폴리에스테르 섬유 베이스에 초극세 섬유층이 형성된 것을 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템 - 제 2항에 있어서,
상기 먼지필터의 초극세 섬유층 전단에 장섬유부직포로 이루어진 프리필터가 추가된 것을 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템 - 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 농도필터는 내부에 유압에 의해 댐퍼가 개폐될 수 있는 구조로 구성되어 유입되는 폐가스가 사용자가 미리 설정해둔 적정 유압을 넘어서는 경우 유압에 의해 댐퍼를 적정 개폐위치까지만 개방될 수 있도록 함으로써 잔여 미세먼지 및 휘발성 유기화합물의 유동량을 제어하는 것을 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템 - 제 4항에 있어서,
상기 농도필터는 유입되는 폐가스의 압력을 감지하는 센서부와 유압을 작동시키는 제어부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템 - 제 4항에 있어서,
상기 UV모듈 내측상 4개의 측면모서리에는 반사체가 설치되어 UV램프가 작동될 경우 조사량이 극대화되도록 유도하는 것을 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템 - 제 4항에 있어서,
상기 UV모듈은 UV조사에 따른 휘발성 유기화합물 및 악취의 분쇄효율을 더욱 높이기 위해 내측표면에 전이금속 중에서 선택된 하나 이상의 금속을 보헤마이트에 함침시킨 휘발성 유기화합물(VOC) 제거용 촉매가 코팅된 것으로 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템 - 제 4항에 있어서,
상기 오존필터모듈은 복수의 셀로 구비되고, 상기 각각의 셀의 내부에는 TiO2계 광촉매가 코팅되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템 - 제 8항에 있어서,
상기 오존필터모듈은 잔류 오존을 제거하기 위해 이산화 망간(MnO2)이 함유된 오존반응촉매가 충진된 오존제거 트레이가 더 부가된 것을 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템
- 제 9항에 있어서,
상기 오존필터모듈은 250nm~300nm 파장의 고조파 발진기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템 - 제 7항에 있어서,
상기 오존필터모듈은 복수개의 셀로 상기 UV모듈과 함께 구성하되, 각각의 UV램프 후단에 각각의 셀이 반복적으로 형성된 것을 특징으로 하는 오존촉매를 이용한 하이브리드 시스템
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