KR101914597B1 - 다단 이동층 흡착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다단 이동층 흡착장치를 이용하여 산업상 발생하는 휘발성유기화합물을 고농축하는 장치에 관한 것으로, 다단 이동층으로 형성된 흡착부를 이용하여 휘발성유기화합물을 고농축으로 흡착 및 탈착하고 재생된 흡착제를 재사용하는, 효율적이고 경제적인 이동식 흡착제를 이용한 휘발성유기화합물 처리 장치를 제공한다.

Description

다단 이동층 흡착장치 {Apparatus having multi layer Moving bed}
본 발명은 휘발성유기화합물 처리에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다단 이동층 흡착제를 이용하여 산업상 발생하는 휘발성유기화합물을 고농축하는 장치에 관한 것이다.
휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)은 중금속과 함께 특정 대기유해물질에 속하는 물질이다. 대형 및 중소 공단 기업체의 인쇄 및 도장, 화학제품 생산 과정이나 바이오매스 반탄화 공정 등에서 배출되며 대기중에서 미세먼지 또는 질소산화물 등과 결합하여 오존을 생성하여 스모그의 원인이 되는 대표적 대기오염물질이다. 이뿐만 아니라, 휘발성 유기화합물을 이루는 대부분의 물질들은 낮은 농도에서도 자극적이고 불쾌한 냄새를 발생시키며, 인체와의 피부 접촉이나 호흡기로 유입될 경우 신경계 등의 장애를 일으키는 발암물질이다. HAPs(Hazardous Air Pollutants)라 하며 미국에서는 189개의 물질을, 국내에서는 가장 많이 사용되는 휘발성유기화합물은 톨루엔을 포함하여 48개 물질을 선정하여 규제하고 있다.
휘발성유기화합물의 처리 방법으로는 연소법(열산화법), 생물학적 처리법, 흡착법, 촉매산화, 농축산화 방법 등이 적용되고 있다. 이 중 농축산화는 활성탄 또는 지올라이트 등을 이용하여 휘발성유기화합물을 흡착하고 이를 탈착하여 농축된 휘발성유기화합물을 처리하는 방법이다. 활성탄은 무수히 많은 미세공과 넓은 표면적을 가지고 있기 때문에, 벤젠이나 톨루엔 가스와 같이 분자량이 비교적 큰 휘발성 유기화합물이 활성탄층을 통과하게 되면, 반데르발스 힘에 의하여 휘발성 유기화합물의 대부분이 저압의 모세관 내부로 유입되고, 이 모세관의 내부에서 휘발성 유기화합물이 응축된 상태로 흡착된다. 이러한 흡탈착식 농축산화법은, 넓은 농도범위에 적용이 가능하며, 설치비용 및 운전비용이 저렴하고, 조작이 간단한 장점이 있다.
일반적으로 활성탄을 이용한 휘발성유기화합물 처리방법은 활성탄을 충진한 복수의 흡착탑을 설치하고 흡착과 탈착을 교대로 반복하는 고정상식 용제 회수장치, 또는 탑 꼭대기로부터 활성탄을 강하시켜 탑 바닥으로부터 송입되는 원가스에 의해 활성탄을 유동시키면서 용제 등의 흡착이 이루어지고 탑 하단에서 얻어지는 흡착제의 활성탄을 별도로 설치된 탈착기에서 탈착이 이루어지는 유동층식 용제 회수장치가 알려져 있다. 활성탄에 의해 농축된 휘발성유기화합물은 연소, 응축에 의한 회수, 발전, 리포밍의 후처리를 통해 처리되고 활성탄은 재생된다. 그러나 휘발성유기화합물 오염가스의 농도가 매우 낮을 경우 10배 농축으로는 상기 후처리 방법들의 적용이 어렵고 탈착하는데 많은 에너지가 소비된다.
대한민국 등록특허 제 1096596호는 흡착탑 내에서 유동상을 따라 움직이며 하강하는 흡착제에 하단에서 상단으로 이동하는 가스 중 휘발성유기화합물을 흡착하고, 배출가스를 연속처리 할 수 있는 흡착탑을 개시한다. 하지만 이는 흡착탑 내부의 설비 및 진동수단 등을 구비하여 장치가 복잡해진다.
따라서 효율적인 휘발성유기화합물 처리를 위해 저농도의 오염가스에서도 고농도로 흡탈착할 수 있고 에너지 소모가 적은 휘발성유기화합물 처리의 기술 개발이 요구된다.
(0001) 대한민국 등록특허 1096596호
본 발명은, 전술한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 다단 이동층으로 형성된 흡착부를 이용하여 휘발성유기화합물을 고농축으로 흡탈착하고 재생된 흡착제를 재사용하는 이동식 흡착제를 이용한 휘발성유기화합물 처리 장치를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 흡착물질이 이동하면서 다단 이동층을 형성하는 흡착장치를 사용하여 휘발성유기화합물을 흡착함에 따라 고농도로 흡탈착할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 다단 이동층 흡착장치로, 상기 흡착장치는 상면과 하면에 각각 로터리밸브를 구비한 흡착제 주입부와 배출부를 포함하고, 양 측면에 각각 2개 이상의 가스 주입부 및 배출부 쌍을 포함하는 기둥형 하우징; 상기 하우징 내부에서 상기 흡착제의 상하 이동경로를 복수개로 구획하되 상하 다단으로 형성된 흡착제 이동경로 구획부; 및 상기 다단으로 형성된 흡착제 이동경로 구획부 사이의 상기 가스 주입부 및 배출부 쌍과 수평방향으로 연결되는 부위에 다공판으로 형성된 2개 이상의 흡착부를 포함하고, 상기 흡착부에서 상하 이동 경로로 이동하는 흡착제는 상기 가스 주입부 및 배출부 쌍을 통해 수평방향으로 이동하는 가스와 접촉하고, 상기 흡착제는 상하 이동경로를 따라 중력방향으로 이동하되, 상기 흡착제 배출부에 구비된 로터리 밸브의 속도조절을 통해 이동하며, 상기 2개 이상의 가스 주입부 및 배출부 쌍은 휘발성유기화합물을 포함하는 혼합가스를 번갈아가며 서로 반대 방향에서 주입하고, 상기 흡착부의 좌우 폭은 상기 이동경로 구획부의 상하 폭보다 작은, 다단 이동층 흡착장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 다단 이동층 흡착장치로, 상기 흡착장치는 상면에 흡착제 주입부와 가스 배출부를 포함하고, 하면에 흡착제 배출부와 가스 주입부를 포함하는 기둥형 하우징; 및 상기 하우징 내부에서 상기 흡착제 주입부로부터 상기 흡착제 배출부로 상하 지그재그 형태로 연결하되, 상기 하우징의 경사단면 내부 전체를 차지하며 다공판으로 형성된 지그재그 경로의 이동층 흡착부를 포함하고, 상기 이동층 흡착부에서 흡착제는 경로를 따라 이동하면서 가스 주입부로 주입되어 하부에서 상부로 이동하는 가스와 접촉하고, 상기 흡착제는 상기 이동층 흡착부를 따라 중력방향으로 이동하되, 상기 흡착제 배출부에 구비된 로터리 밸브의 속도조절을 통해 이동하며, 상기 가스 주입부로는 휘발성유기화합물을 포함하는 혼합가스를 주입하는, 다단 이동층 흡착장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 흡착제 배출부로 배출된 파괴된 흡착제는 로터리킬른, 고정층, 또는 이동층 탈착장치로 재생하여, 상기 흡착제 주입부로 재공급하는, 다단 이동층 흡착장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 흡착제는 입상활성탄, 실리카겔, 제올라이트 및 알루미나로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 다단 이동층 흡착장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 흡착제는 구형 활성탄인, 다단 이동층 흡착장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 흡착제 주입부와 흡착제 배출부는 서로 엇갈리게 위치하는, 다단 이동층 흡착장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 속도조절은 상기 흡착제가 파과되면 수행되는, 다단 이동층 흡착장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 다공판은 철망인, 다단 이동층 흡착장치를 제공한다.
본 발명의 다단 이동층 흡착장치는 저농도의 오염가스에서도 휘발성유기화합물을 고농축 처리할 수 있어서, 활성탄 교체주기를 개선하고 유지 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구현예에 따른 다단 이동층 흡착장치의 개략도이다.
도 2은 본 발명의 한 구현예에 따른 지그재그 이동층 흡착부를 구비한 다단 이동층 흡착장치의 개략도이다.
이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
한 양태에서 본 발명은 다단 이동층 흡착장치로, 저농도의 오염가스에서도 휘발성유기화합물의 고농축이 가능한 장치이다. 도 1은 본 발명의 다단 이동층 흡착장치를 도식화 한 것으로, 상기 흡착장치는 상면과 하면에 각각 로터리밸브를 구비한 흡착제 주입부(12)와 배출부(14)를 포함하고, 양 측면에 각각 2개 이상의 가스 주입부(16) 및 배출부(18) 쌍을 포함하는 기둥형 하우징(10); 상기 하우징 내부에서 상기 흡착제의 상하 이동경로를 복수개로 구획하되 상하 다단으로 형성된 흡착제 이동경로 구획부(24); 및 상기 다단으로 형성된 흡착제 이동경로 구획부 사이의 상기 가스 주입부(12) 및 배출부(14) 쌍과 수평방향으로 연결되는 부위에 다공판으로 형성된 2개 이상의 흡착부(20)를 포함한다.
본 발명의 흡착장치는 다단으로 형성된 이동층 흡착부(20)에 의해 휘발성유기화합물을 흡착제에 고농축할 수 있는 장치이다. 휘발성유기화합물이란 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물의 총칭이며, VOCs(Volatile Organic Compounds)라고도 한다. 대기오염물질이며 발암성을 지닌 독성 화학물질로 벤젠, 자일렌, 아세틸렌, 클로로포름, 휘발유 등을 비롯하여 산업체에서 사용되는 용매 등이 포함된다. 상기 휘발성유기화합물을 고농도로 흡착처리 하기 위해 기둥형 하우징(10) 상단의 흡착제 주입부(12)를 통해 흡착제(22)를 주입하고, 이는 구획부(24)를 지나 흡착부(20)로 이동한다. 상기 흡착부는 다단으로 형성되어 있으며 각 단의 흡착부(20)에서 상하 이동 경로로 이동하는 흡착제(22)가 이동층을 형성한다. 상기 흡착제는 하우징 내부의 흡착부에서 하우징 측면에 구비된 가스 주입부(16) 및 배출부(18) 쌍과 연결되고, 상기 가스 주입부로 주입되어 수평방향으로 이동하는 가스와 접촉한다. 한 구현예에서 상기 하우징의 흡착부 두께는 500mm 이하이며, 500mm 이상일 경우 축열에 의해 자연 착화되어 폭발 위험성이 있다.
상기 다단 흡착부(20)는 하우징(10) 내부에 다공판(220) 예를 들면 철망 등으로 형성되어 있으며 상기 다공판은 흡착제의 크기 보다 작은 구멍을 구비한다. 각 단마다 2개 이상의 흡착부(20)가 형성되고, 이동경로 구획부(24)와 다단 흡착부(20)가 번갈아 위치한다. 각 단의 흡착부(20)에 주입되는 휘발성유기화합물 포함 가스는 양분하여 휘발성유기화합물 흡착량의 불균일 성을 해결하기 위해 각 단의 서로 다른 방향에서 주입한다. 또한 각 단의 기류가 혼합되는 것을 방지하기 위해 흡착부단과 다음 흡착부단의 사이간격은 흡착부단의 두께보다 큰 것이 바람직하다. 또한 흡착부(20)의 좌우 폭은 상기 이동경로 구획부(24)의 상하 폭보다 작은 것이 바람직하다. 본 발명의 흡착제(22)는 상하 이동경로를 따라 흡착부 및 구획부를 중력방향으로 이동하되, 상기 흡착제 배출부에 구비된 로터리 밸브에 의한 속도조절을 통해 이동한다. 각 단의 이동층 흡착부(20)에서 흡착제(22)가 중력방향으로 이동하며 휘발성유기화합물을 흡착하는 고농축화 과정에서 속도를 조절할 수 있으며, 각 단 흡착부의 흡착제가 휘발성유기화합물과 접촉하는 시간은 1초 이상이다. 한 구현예에서 상기 속도조절은 상기 흡착제가 파과되면 수행된다. 파과된 흡착제는 하우징 하부에 형성된 흡착제 배출부(14)로 배출되고 로터리킬른, 고정층, 또는 이동층 탈착장치로 재생하고 이를 흡착제 주입부(12)로 주입하여 재사용할 수 있다. 한 구현예에서 상기 흡착제는 활성탄, 실리카겔, 제올라이트 및 알루미나로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이다. 바람직하게 활성탄이며, 특히 구형의 입상 활성탄이다.
또 다른 양태에서 본 발명은 지그재그 이동층 흡착부를 구비한 다단 이동층 흡착장치이다. 도 2는 상기 흡착장치를 도식화한 것으로, 상면에 흡착제 주입부(12)와 가스 배출부(18)를 포함하고, 하면에 흡착제 배출부(14)와 가스 주입부(16)를 포함하는 기둥형 하우징(10); 상기 하우징 내부에서 상기 흡착제 주입부(12)로부터 상기 흡착제 배출부(14)로 상하 지그재그 형태로 연결하되, 상기 하우징의 경사단면 내부 전체를 차지하며 다공판으로 형성된 지그재그 경로의 이동층 흡착부(200)를 포함한다. 상기 다공판(220) 예를 들면 철망 등으로 형성되어 있으며 상기 다공판은 흡착제의 크기 보다 작은 구멍을 구비한다. 상기 이동층 흡착부는 지그재그 형태의 경로로 형성되며, 흡착제가 상기 경로를 따라 상부에서 하부로 이동한다. 흡착제가 이동하면서 각 경사면에 다단형태가 이루어지고, 이는 하부에서 주입되는 가스와 다단으로 여러번 접촉하여 저농도의 휘발성유기화합물 혼합가스를 주입하여도 적은 양의 흡착제로 고농축 흡착할 수 있다. 상기 흡착제 주입부와 흡착제 배출부는 지그재그의 흡착부 단의 수에 따라 위치를 조절할 수 있다. 예를 들면 흡착부 단이 도 2와 같이 홀수개이면 서로 엇갈리게 위치하며, 짝수개이면 같은 방향에 위치할 수 있다.
본 발명의 흡착제(22)는 상하 지그재그 이동경로를 따라 중력방향으로 이동하되, 상기 흡착제 배출부에 구비된 로터리 밸브에 의한 속도조절을 통해 이동한다. 이동층 흡착부(20)에서 흡착제(22)가 중력방향으로 이동하며 휘발성유기화합물을 흡착하는 고농축화 과정에서 속도를 조절할 수 있으며, 각 흡착제가 휘발성유기화합물과 접촉하는 시간은 1초 이상이다. 한 구현예에서 상기 속도조절은 상기 흡착제가 파과되면 수행된다. 파과된 흡착제는 하우징 하부에 형성된 흡착제 배출부(14)로 배출되고 로터리킬른, 고정층, 또는 이동층 탈착장치로 재생하고 이를 흡착제 주입부(12)로 주입하여 재사용할 수 있다. 한 구현예에서 상기 흡착제는 활성탄, 실리카겔, 제올라이트 및 알루미나로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이다. 바람직하게 활성탄이다. 지그재그 형태의 이동경로에서 원활한 흡착제의 이동을 수행하기 위해 상기 흡착제는 구형인 것이 바람직하다.
이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.
10. 하우징
12. 흡착제 주입부
14. 흡착제 배출부
16. 가스 주입부
18. 가스 배출부
20. 이동층 흡착부
22. 흡착제
24. 구획부
200. 지그재그 이동층 흡착부
220. 다공판

Claims (7)

  1. 휘발성유기화합물의 고농축 다단 이동층 흡착장치로,
    상기 흡착장치는 상면과 하면에 각각 로터리밸브를 구비한 흡착제 주입부와 배출부를 포함하고, 양 측면에 각각 2개 이상의 가스 주입부 및 배출부 쌍을 포함하는 기둥형 하우징;
    상기 하우징 내부에서 상기 흡착제의 상하 이동경로를 복수개로 구획하되 상하 다단으로 형성된 흡착제 이동경로 구획부; 및
    상기 다단으로 형성된 흡착제 이동경로 구획부 사이의 상기 가스 주입부 및 배출부 쌍과 수평방향으로 연결되는 부위에 다공판으로 형성된 2개 이상의 흡착부를 포함하고,
    상기 흡착부에서 상하 이동 경로로 이동하는 흡착제는 상기 가스 주입부 및 배출부 쌍을 통해 수평방향으로 이동하는 가스와 접촉하고,
    상기 흡착제는 상하 이동경로를 따라 중력방향으로 이동하되, 상기 흡착제 배출부에 구비된 로터리 밸브의 속도조절을 통해 이동하며,
    상기 2개 이상의 가스 주입부 및 배출부 쌍은 휘발성유기화합물을 포함하는 혼합가스를 번갈아가며 서로 반대 방향에서 주입하고,
    상기 흡착부의 좌우 폭은 상기 이동경로 구획부의 상하 폭보다 작고, 흡착부단과 다음 흡착부단의 사이간격은 흡착부단의 두께보다 크며,
    상기 속도조절은 상기 흡착제가 파과되면 수행되고,
    상기 파과된 흡착제는 재생하여 상기 흡착제 주입부로 재공급하고,
    상기 흡착부의 두께는 500mm이하이며,
    상기 흡착제는 가스와 1초 이상 접촉하는,
    다단 이동층 흡착장치.
  2. 휘발성유기화합물의 고농축 다단 이동층 흡착장치로,
    상기 흡착장치는 상면에 흡착제 주입부와 가스 배출부를 포함하고, 하면에 흡착제 배출부와 가스 주입부를 포함하는 기둥형 하우징; 및
    상기 하우징 내부에서 상기 흡착제 주입부로부터 상기 흡착제 배출부로 상하 지그재그 형태로 연결하되, 상기 하우징의 경사단면 내부 전체를 차지하며 다공판으로 형성된 지그재그 경로의 이동층 흡착부를 포함하고,
    상기 이동층 흡착부에서 흡착제는 경로를 따라 이동하면서 가스 주입부로 주입되어 하부에서 상부로 이동하는 가스와 접촉하고,
    상기 흡착제는 상기 이동층 흡착부를 따라 중력방향으로 이동하되, 상기 흡착제 배출부에 구비된 로터리 밸브의 속도조절을 통해 이동하며,
    상기 가스 주입부로는 휘발성유기화합물을 포함하는 혼합가스를 주입하고,
    상기 속도조절은 상기 흡착제가 파과되면 수행되며,
    상기 파과된 흡착제는 재생하여 상기 흡착제 주입부로 재공급하고,
    상기 흡착제는 가스와 1초 이상 접촉하는,
    다단 이동층 흡착장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡착제는 입상활성탄, 실리카겔, 제올라이트 및 알루미나로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인,
    다단 이동층 흡착장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡착제는 구형 활성탄인,
    다단 이동층 흡착장치.
  6. 삭제
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다공판은 철망인,
    다단 이동층 흡착장치.
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