KR101918938B1 - 휘발성 유기 화합물 분해 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치는 대기 오염물질 배출 시설에서 대량으로 발생하는 휘발성 유기 화합물을 크게 저감시키기 위해, 순환수에 휘발성 유기화합물 또는 이의 중간 생성물을 용해하여 수상에서 순환시켜 지속적으로 분해시킴으로써, 최소의 에너지 및 비용으로 최대의 배기가스 저감 효율을 구현하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 휘발성 유기 화합물 등의 오염 가스를 분해 및 제거하기 위한 장치에 관한 것이다.
휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)은 증기압이 높아 공기 중으로 쉽게 휘발하여 악취 및 오존을 일으키는 전구물질로 작용하며, 인체에 흡입될 경우 신경계 장애 및 암을 유발하는 유해 화학물질로서, 이에 의한 민원이 지속적으로 증가하고 있고, 휘발성 유기 화합물에 대한 환경 규제도 계속해서 강화되고 있다.
휘발성 유기 화합물은 대부분 다양한 종류의 오염물질을 복합적으로 포함하여 배출된다. 이러한 휘발성 유기 화합물의 배출원은 400 Nm3/min 이상으로 배출량이 매우 크고, 500 pm 이하로 농도가 낮으며, 50℃ 이하로 온도가 낮을 뿐만 아니라, 운전조건의 변화가 심한 특성을 나타낸다.
일반적으로, 휘발성 유기 화합물을 분해 및 제거하기 위해서는 휘발성 유기 화합물의 분해 반응을 효과적으로 일으킬 수 있도록 휘발성 유기 화합물을 흡착할 수 있는 흡착제가 사용된다. 휘발성 유기 화합물과 같은 기체 상의 분자가 고체 상의 표면에 달라붙는 성질을 이용하여 유해가스 입자가 분해 및 제거된다. 대기 환경 기술에서 사용하는 물리적 흡착은 분자간의 인력(van der Waals Force)에 의해 기체 분자와 흡착제 간에 약한 물리적 결합이 형성되는 것을 의미한다.
통상적으로, 휘발성 유기 화합물과 같은 유기성 가스를 제거하기 위한 흡착제로 활성탄이 많이 사용되며, 휘발성 유기 화합물을 포함하는 분자들은 미세기공(Micro pore) 안에서 흡착제와의 물리적 결합에 의해 흡착이 이루어진다. 활성탄은 성상 및 용도에 따라 크게 분말활성탄(Pulverized Activated Carbon, PAC), 입상활성탄(Granular Activated Carbon, GAC) 및 섬유상활성탄(Activated Carbon Fiber, ACF)으로 구분될 수 있으며, 휘발성 유기 화합물의 처리에는 입상활성탄과 섬유상활성탄이 주로 사용된다.
현재 국내에서는 휘발성 유기 화합물 가스를 흡착하기 위한 흡착제로 역청탄을 가공한 입상활성탄이 주로 사용되고 있으나, 이는 비표면적이 작고, 기공의 평균직경이 크며, 기공이 활성탄 내부 깊숙이 존재한다. 따라서 흡착 및 탈착 속도가 느리고 효율이 낮으며, 다량의 흡착열이 외부로 방출되지 않고 축열되기 때문에 흡착 효율 및 분해 반응 효율이 떨어지는 것은 물론, 화재 발생 가능성 또한 증가하는 문제가 있다. 뿐만 아니라 입상활성탄은 낮은 강도의 과립상임에 따라, 운전 중 진동에 의한 충진밀도 변화로 흡착 효율이 저하되거나, 파쇄에 의한 분진 비산 및 풍압에 의한 마모 발생에 대한 가능성이 높고, 흡착제의 교체도 매우 불편한 문제가 있다.
따라서 종래까지 저농도 휘발성 유기 화합물 배출 시설에 가장 많이 적용되는 활성탄 흡착탑(AC Tower)은 제거 효율이 낮고, 흡착제의 교체 비용이 커 경제성이 좋지 않다.
또한 종래의 축열식 연소 장치(Regenerative Thermal Oxidizer, RTO)의 경우는 처리 효율은 높으나, 초기 가동 시간이 길며, 시설비 및 운전에 소모되는 에너지가 과도하여 경제성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서 휘발성 유기 화합물 배출 시설의 특성에 적합하고 강화된 법적 규제를 만족하는 휘발성 유기 화합물 제거 기술의 개발 및 보급이 시급하다.
본 발명의 목적은 대기 오염물질 배출 시설에서 대량으로 발생하는 휘발성 유기 화합물을 크게 저감시키기 위한 휘발성 유기 화합물 분해 장치 및 이를 포함하는 배기가스 저감 시설을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 휘발성 유기 화합물의 분해 및 제거 효율이 높음에도 이에 소요되는 에너지를 최소화할 수 있는 휘발성 유기 화합물 분해 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 물을 이용하여 휘발성 유기 화합물을 분해 및 제거함에도 별도의 폐액이 발생하지 않는 휘발성 유기 화합물 분해 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 휘발성 유기 화합물의 흡착 및 분해 반응에 의해 상승하는 온도를 높은 에너지 효율로 최소화할 수 있는 휘발성 유기 화합물 분해 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 소수성 휘발성 유기 화합물은 물론이고, 친수성 휘발성 유기화합물의 경우에서도 극히 높은 제거 효율을 가지는 휘발성 유기 화합물 분해 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 부피가 작은 경우에 있어서도, 대량의 소수성 휘발성 유기 화합물을 처리할 수 있는 휘발성 유기 화합물 분해 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 경제성이 우수하고, 소규모에서 대규모에 이르기까지 시설 설비에 제약이 없으며, 상업화에 용이한 휘발성 유기 화합물 분해 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치는, 기상 처리부 및 액상 처리부를 포함하며, 상기 기상 처리부는, 휘발성 유기 화합물을 포함하는 가스가 유입되는 가스 유입부; 상기 가스 유입부의 하측에 위치하는 기상용 순환수 분무 수단; 상기 순환수 분무 수단의 하측에 위치하는 기상용 자외선 조사 수단; 상기 자외선 조사 수단의 하측에 위치하는 기상용 흡착 촉매층; 상기 기상용 흡착 촉매층의 하측에 위치하는 순환수 포집부; 및 상기 기상용 흡착 촉매층의 하측에 위치하는 가스 배출부;를 포함하며, 상기 액상 처리부는, 상기 순환수 포집부로부터 배출되는 순환수가 유입되는 순환수 유입부; 상기 순환수 유입부로부터 배출되는 순환수가 흡착 및 탈착되는 액상용 흡착 촉매층; 및 상기 액상용 흡착 촉매층으로부터 탈착되는 순환수를 배출하는 순환수 배출부;를 포함하며, 상기 순환수 배출부로부터 배출된 순환수는 상기 기상용 순환수 분무 수단으로 환송된다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 액상 처리부는, 상기 순환수 유입부의 하측에 위치하는 액상용 순환수 분무 수단; 및 상기 액상용 순환수 분무 수단의 하측에 위치하는 액상용 자외선 조사 수단;을 더 포함할 수 있으며, 상기 액상용 흡착 촉매층은 상기 액상용 자외선 조사 수단의 하측에 위치할 수 있으며, 상기 순환수 배출부는 상기 액상용 흡착 촉매층의 하측에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 순환수 배출부는, 상기 기상용 순환수 분무 수단으로 순환수를 환송하는 제1 순환수 배출부; 및 상기 액상용 순환수 분무 수단으로 순환수를 환송하는 제2 순환수 배출부;를 포함할 수 있으며, 상기 휘발성 유기 화합물 분해 장치는, 상기 제1 순환수 배출부로부터 배출되는 순환수가 상기 기상용 순환수 분무 수단으로 유입되도록 하는 제1 펌프; 상기 제2 순환수 배출부로부터 배출되는 순환수가 상기 액상용 순환수 분무 수단으로 유입되도록 하는 제2 펌프; 및 상기 제1 펌프 및 상기 제2 펌프에 인가되는 압력을 조절하여 상기 액상 처리부의 순환수 순환량과 상기 기상 처리부의 순환수 순환량의 비를 조절하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치는, 상기 순환수 배출부로부터 배출되는 순환수가 유입되는 분기부; 및 상기 순환수 배출부로부터 배출되는 순환수가 상기 기상용 순환수 분무 수단 또는 상기 액상용 순환수 분무 수단으로 유입되도록 하는 펌프;를 더 포함할 수 있으며, 상기 액상 처리부는, 상기 분기부에서 배출되는 순환수가 유입되어 상기 액상용 순환수 분무 수단으로 유입시키되, 상기 액상용 순환수 분무 수단의 상측에 위치하는 액상용 순환수 순환부; 및 상기 분기부에서 배출되는 순환수가 유입되어 상기 기상용 순환수 분무 수단으로 유입시키되, 상기 기상용 순환수 분무 수단의 상측에 위치하는 기상용 순환수 순환부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 액상용 순환수 분무 수단은 상기 순환수 포집부의 하측에 위치할 수 있으며, 상기 가스 배출부로부터 배출된 가스는 상기 가스 유입부로 환송될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 기상용 흡착 촉매층은 그 층의 면이 상기 가스 유입부로부터 유입되는 가스의 진행 방향과 대향하도록 위치할 수 있고, 그 층의 두께가 상기 가스 유입부의 중심과 멀어질수록 작아질 수 있다.
본 발명에 따른 유기 화합물 분해 장치는 대기 오염물질 배출 시설에서 배출된 오염물질의 저감 시설에 포함되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치는 대기 오염물질 배출 시설에서 대량으로 발생하는 휘발성 유기 화합물을 크게 저감시키기 위해, 순환수에 휘발성 유기화합물 또는 이의 중간 생성물을 용해하여 수상에서 순환시켜 지속적으로 분해시킴으로써, 최소의 에너지 및 비용으로 우수한 배기가스 저감 효율을 구현하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치는 물을 이용하여 휘발성 유기 화합물을 분해 및 제거함에도 별도의 폐액이 발생하지 않는 효과가 있다.
본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치는 휘발성 유기 화합물의 흡착 및 분해 반응에 의해 상승하는 온도를 높은 에너지 효율로 최소화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치는 소수성 휘발성 유기 화합물은 물론이고, 친수성 휘발성 유기화합물의 경우에서도 극히 높은 제거 효율을 가지는 효과가 있다.
본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치는 부피가 작은 경우에 있어서도, 대량의 소수성 휘발성 유기 화합물을 처리할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치는 경제성이 우수하고, 소규모에서 대규모에 이르기까지 시설 설비에 제약이 없으며, 상업화에 용이한 효과가 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치의 일 예를 모식화하여 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치의 일 예를 모식화하여 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치를 상세히 설명한다.
본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.
본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치는, 기상 처리부(100) 및 액상 처리부(200)를 포함한다. 상기 휘발성 유기 화합물은 복합 가스로, 알코올계 화합물 등의 친수성(수용성) 휘발성 유기 화합물도 포함할 수 있지만, 벤젠, 톨루엔 등의 방향족 화합물 등의 소수성 휘발성 유기 화합물이 주를 이룬다. 따라서 소수성 휘발성 유기 화합물은 기상 처리부(100)를 통해 분해되며, 친수성 휘발성 유기 화합물은 액상 처리부(200)를 통해 기상 처리부(100)에서의 분해 효율과 비교하여 높은 효율로 분해된다.
특히 상기 휘발성 유기 화합물은 친수성 휘발성 유기 화합물 및 소수성 휘발성 유기 화합물을 포함하여, 알데히드계 화합물, 유기산계 화합물 등의 친수성 중간 생성물로 주로 분해된다. 이 친수성 중간 생성물은 액상 처리부(200)를 통해 기상 처리부(100)에서의 분해 효율과 비교하여 높은 효율로 분해된다.
배기가스 배출 시설에서 배출되는 휘발성 유기 화합물을 포함하는 배기가스는 그 양이 매우 많으며, 따라서 이를 최대로 저감시켜야 한다. 그러나 종래의 저감 시설 장치를 이용할 경우, 기상인 상태에서 휘발성 유기 화합물을 분해하여 저감하는 것은 비용이 많이 소모되고 효율적이지 못하며, 대부분 분해되지 않은 상태로 다시 배출되게 된다.
이에 본 발명에서는 배기가스 배출 시설에서 배출되는 휘발성 유기 화합물을 순환수에 용해시킨 후, 순환수를 지속적으로 순환시키는 구조를 가지는 본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치를 사용함으로써, 기상인 상태에서 휘발성 유기 화합물을 효과적이고 효율적으로 분해하여, 최소의 에너지 및 비용으로 우수한 배기가스 저감 효율을 구현하는 효과가 있다.
상기 기상 처리부(100)는, 휘발성 유기 화합물을 포함하는 가스가 유입되는 가스 유입부(110), 기상용 순환수 분무 수단(120), 기상용 자외선 조사 수단(130), 기상용 흡착 촉매층(140), 순환수 포집부(150) 및 가스 배출부(170)를 포함한다. 따라서 가스 유입부(110)를 통해 유입된 휘발성 유기 화합물은 기상용 자외선 조사 수단(130)으로부터 조사되는 자외선; 상기 자외선과 공기 내 산소에 의해 생성되는 오존; 및 기상용 흡착 촉매층(140)의 촉매;와의 상호작용으로 생성된 OH 라디칼로 인한 산화 반응을 통해 중간 생성물로 분해되고, 나아가 하나 이상의 산화 반응이 단계적으로 더 진행됨에 따라 결국 물, 이산화탄소 등으로 분해되어 가스 배출부(170)를 통해 배출된다.
상기 기상용 순환수 분무 수단(120)은 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 가스 유입부(110)의 하측에 위치하며, 상기 기상용 자외선 조사 수단(130)은 상기 순환수 분무 수단의 하측에 위치하며, 상기 기상용 흡착 촉매층(140)은 상기 자외선 조사 수단의 하측에 위치하며, 상기 순환수 포집부(150)는 상기 기상용 흡착 촉매층(140)의 하측에 위치하며, 상기 가스 배출부(170)는 상기 기상용 흡착 촉매층(140)의 하측에 위치한다. 따라서 가스 유입부(110)를 통해 유입된 휘발성 유기 화합물은 기상용 순환수 분무 수단(120), 기상용 자외선 조사 수단(130), 기상용 흡착 촉매층(140) 및 순환수 포집부(150)를 순차적으로 거치게 된다. 기상용 자외선 조사 수단(130)은 기상용 순환수 분무 수단(120) 및 기상용 흡착 촉매층(140) 사이에 위치하여 단위 면적당 조사 광량이 일정하게 유지될 수 있음에 따라 휘발성 유기 화합물, 이의 중간 생성물 등의 각 반응물의 산화 반응을 통한 분해 반응이 효과적으로 일어나도록 하며, 이러한 반응은 주로 기상용 흡착 촉매층(140)에서 이루어진다. 기상용 흡착 촉매층(140)에 의해 반응물은 기상 처리부(100)를 바로 통과하지 않고 기상 처리부(100) 내의 기상용 흡착 촉매층(140)에 흡착되어 상당 시간 동안 반응하여 분해됨과 동시에 반응 생성물을 포함하는 일부 화합물은 탈착되는 과정이 지속적으로 수행된다.
또한 상기 가스 유입부(110)로부터 유입된 휘발성 유기 화합물은 기상용 순환수 분무 수단(120)으로부터 분무된 공기 중의 순환수 입자에 접촉하여 휘발성 유기 화합물이 더 잘 용해될 수 있으므로, 즉, 순환수가 공기 중에 입자 상태로 존재함에 따라 용해에 어려운 소수성 휘발성 유기 화합물의 용해가 좀 더 용이하고, 단위 면적당 용해되는 휘발성 유기 화합물의 함량을 더 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 기상 처리부(100)에서 생성되는 친수성 중간 생성물은 기상용 순환수 분무 수단(120)으로부터 분무되는 순환수에 용해되어 하측의 순환수 포집부(150)를 통해 포집되며, 이 친수성 중간 생성물이 용해된 순환수는 액상 처리부(200)로 이송되어 액상 처리부(200) 내에서 더 분해된다. 그리고 액상 처리부(200)를 거친 순환수는 기상 처리부의 기상용 순환수 분무 수단으로 다시 유입된다.
본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치에서, 휘발성 유기 화합물은 상부의 가스 유입부(110)를 통해 유입되고 하부의 가스 배출부(170)를 통해 배출되므로, 기상 처리부(100) 내 순환수의 흐름 방향(중력 방향)으로 흐르게 된다. 따라서 휘발성 유기 화합물과 순환수와의 접촉 시간이 더 증가될 수 있으며, 이때 단위 부피당 표면적이 높은 입자 상태인 순환수와의 접촉 시간이 더 증가되므로, 순환수 내에 휘발성 유기 화합물의 용해가 더 효과적으로 진행될 수 있다.
상기 액상 처리부(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 순환수 포집부(150)로부터 배출되는 순환수가 유입되는 순환수 유입부(210); 상기 순환수 유입부(210)로부터 배출되는 순환수가 흡착 및 탈착되는 액상용 흡착 촉매층(240); 및 상기 액상용 흡착 촉매층(240)으로부터 탈착되는 순환수를 배출하는 순환수 배출부(250);를 포함한다. 상기 기상 처리부(100)로부터 액상 처리부(200)의 순환수 유입부(210)로 유입된 순환수는 상기 친수성 중간 생성물을 함유하며, 이 순환수는 액상용 흡착 촉매층(240)에 일정 시장 흡착되어 분해 반응이 일어나고, 탈착된 반응물 또는 이의 생성물은 순환수 배출부(250)를 통해 배출된다.
이렇게 친수성 중간 생성물이 용해된 순환수는 액상 처리부(200) 내에서 최종적으로 이산화탄소, 물 등으로 분해되지만, 이산화탄소, 물 등으로의 분해는 상당한 시간이 요구되므로, 분해되지 못한 미반응 물질 또는 중간 생성물은 그대로 순환수에 함유된 상태로 액상 처리부(200)의 순환수 배출부(250)를 통해 배출된다.
따라서 본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치에서, 액상 처리부(200)에서 배출된 순환수는 상기 기상용 순환수 분무 수단(120)으로 환송된다. 예를 들어 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이 순환수가 기상 처리부(100)와 액상 처리부(200)를 반복해서 순환하는 사이클이 수행되므로, 최종적으로 이산화탄소, 물 등으로의 최종 반응까지 유도한다. 이에 따라 최종적으로는, 순환수를 사용하여 휘발성 유기 화합물을 분해시킴에도 폐액의 발생 없이, 대기오염 물질 배출 시설에서 배출된 오염물질을 저감하는 시설로서 폐액 처리 비용이 들지 않는 경제적인 것은 물론 친환경적인 공정이 가능한 효과가 있다.
바람직하게는, 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 액상 처리부(200)는, 액상용 순환수 분무 수단(220) 및 액상용 자외선 조사 수단(230)을 더 포함할 수 있다. 순환수 유입부(210)에서 유입된 순환수는 액상용 자외선 조사 수단(230)으로부터 조사되는 자외선; 상기 자외선과 공기 내 산소에 의해 생성되는 오존; 및 액상용 흡착 촉매층(240)의 촉매;와의 상호작용으로 산화 반응을 통해 더 분해되고, 나아가 하나 이상의 산화 반응이 단계적으로 더 진행됨에 따라 결국 물, 이산화탄소 등으로 분해되어 순환수 배출부(250)를 통해 기상 처리부(100)로 환송된다.
특히 자외선 조사 수단에 의해 생성되는 오존 및 OH 라디칼에 의산 산화 및 분해 반응은 액상에서 보다 활발히 진행되므로, 액상 처리부(200) 내에 액상용 순환수 분무 수단(220) 및 액상용 자외선 조사 수단(230)이 더 포함되고, 기상 처리부(100)로 환송되어 액상 처리부(200) 및 기상 처리부(100)를 반복해서 순환수가 순환할 경우, 보다 높은 효율로 물 및 이산화탄소 등으로의 분해되는 효과가 있다.
보다 바람직하게는, 상기 액상용 순환수 분무 수단(220)은 상기 순환수 유입부(210)의 하측에 위치할 수 있으며, 상기 액상용 자외선 조사 수단(230)은 상기 액상용 순환수 분무 수단(220)의 하측에 위치할 수 있다. 따라서 순환수 유입부(210)를 통해 유입된 순환수는 액상용 순환수 분무 수단(220), 액상용 자외선 조사 수단(230), 액상용 흡착 촉매층(240) 및 순환수 배출부(250)를 순차적으로 거치게 된다. 액상용 자외선 조사 수단(230)은 액상용 순환수 분무 수단(220) 및 기상용 흡착 촉매층(140) 사이에 위치하여 단위 면적당 조사 광량이 일정하게 유지될 수 있음에 따라 순환수 내의 중간 생성물 등의 각 반응물의 산화 반응을 통한 분해 반응이 효과적으로 일어나도록 한다. 이러한 반응은 액상용 흡착 촉매층(240)에서 주로 일어나지만, 기상 처리부(100)로 환송된 순환수 내의 각 반응물은 기상 처리부(100)의 기상용 흡착 촉매층(140)에서도 일어난다. 액상용 흡착 촉매층(240)에 의해 반응물은 액상 처리부(200)를 바로 통과하지 않고 액상 처리부(200) 내의 액상용 흡착 촉매층(240)에 흡착되어 상당 시간 동안 반응하여 분해됨과 동시에 반응 생성물을 포함하는 일부 화합물은 탈착되는 과정이 지속적으로 수행된다.
전술한 반응 및 분해는 발열 과정으로 흡착 촉매층의 온도를 상승시키는 원인이 되며, 이는 촉매층의 탈착 과정을 증가시키는 요인이 된다. 따라서 촉매층 상측에 순환수 분무 수단이 없을 경우, 반응물의 충분한 흡착이 이루어지지 않아 분해가 효율적으로 일어나지 않게 된다. 즉, 흡착 촉매층의 상측에 위치하는 순환수 분무 수단으로부터 하측으로 분사되는 순환수에 의해 촉매층을 냉각하는 효과가 구현된다. 특히 후술하는 바와 같이, 순환수는 휘발성 유기 화합물로부터 분해된 중간 생성물을 이산화탄소, 물 등의 분자로까지 분해시키기 위한 역할도 가짐에 따라, 본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치는 반응에 따른 열을 냉각시키는 역할은 물론 분해를 위한 매질 역할도 동시에 가지므로, 휘발성 유기 화합물의 분해에 소요되는 에너지를 최소화할 수 있어, 경제성이 우수하다.
본 명세서에서 언급되는 ‘순환수’는 휘발성 유기 화합물이 유입되기 전 초기에는 일반적인 물을 의미할 수 있으며, 이 물에 다양한 화합물이 더 포함되어도 무방하다.
상기 순환수 분무 수단은 순환수를 분무할 수 있는 것이라면 공지된 다양한 것들이 사용되어도 무방하며, 예를 들어 하나 또는 복수의 스프레이 노즐을 포함하는 스크러버를 들 수 있다. 분무되는 순환수의 입자 크기, 분무량 등의 구체적 조건은 적절히 조절될 수 있으며, 이를 위한 수단 및 장치 또한 공지된 문헌을 참고하여도 무방하다.
상기 자외선 조사 수단은 자외선을 조사할 수 있는 것이라면 무방하며, UV 램프로 검색하면 다양한 것들이 시판되는 것을 확인할 수 있으므로, 이들을 사용하여도 무방하다. 자외선량, 자외선 파장 범위 등의 구체적 조건은 적절히 조절될 수 있으며, 이를 위한 수단 및 장치 또한 공지된 문헌을 참고하여도 무방하다.
상기 기상용 흡착 촉매층(140) 또는 상기 액상용 흡착 촉매층(240)은 휘발성 유기 화합물을 흡착할 수 있는 것이라면 무방하며, 예컨대 활성탄, 제올라이트 등에서 선택되는 어느 하나 이상의 흡착제가 사용될 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 활성탄은 분말활성탄(Pulverized Activated Carbon, PAC), 입상활성탄(Granular Activated Carbon, GAC), 섬유상활성탄(Activated Carbon Fiber, ACF) 또는 이들의 혼합 활성탄 등이 사용될 수 있다.
바람직한 일 예로, 상기 촉매층은 휘발성 유기 화합물의 반응을 촉진하기 위한 측면에서 광촉매가 도포, 담지 또는 함침된 흡착제가 사용될 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 광촉매는 티타늄, 텅스텐, 은, 아연, 주석, 철, 백금, 팔라듐, 몰리브덴, 붕소, 니오븀, 이들의 산화물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 명세서에서 언급되는 ‘촉매층’의 두께, 규격, 구성 등의 구체적 조건은 적절히 조절될 수 있으며, 예를 들어 흡착 촉매를 포함하는 단위 흡착부재가 다수 배열되거나, 다수 이격 배열된 것일 수 있으며, 이는 공지된 문헌을 참고해도 무방하다.
바람직한 일 예에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 액상 처리부(200)와 상기 기상 처리부(100)를 순환수가 순환하는 제1 순환경로; 및 상기 액상 처리부(200) 내에서만 순환수가 순환하는 제2 순환경로;를 포함하는 순환경로를 갖는 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 순환수 배출부(250)는, 상기 기상용 순환수 분무 수단(120)으로 순환수를 환송하는 제1 순환수 배출부(251)(250); 및 상기 액상용 순환수 분무 수단(220)으로 순환수를 환송하는 제2 순환수 배출부(252)(250);를 포함할 수 있으며, 이에 따라 제1 순환경로 및 제2 순환경로를 포함하는 순환경로를 갖는 구조의 구현이 가능하다. 이러한 구조를 가질 경우, 제1 순환경로를 흐르는 순환수의 유량, 즉, 액상 처리부(200)와 기상 처리부(100)를 흐르는 순환수의 순환량;과 제2 순환경로를 흐르는 순환수의 유량, 즉, 액상 처리부(200) 내에서만 흐르는 순환량;을 각각 조절할 수 있으므로, 휘발성 유기 화합물의 화합물의 종류가 다양하더라도 높은 분해 효율을 유지하면서 이에 소요되는 에너지를 최소화하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이를 위한 수단으로, 보다 구체적인 일 예에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 순환수 배출부(251)(250)로부터 배출되는 순환수가 상기 기상용 순환수 분무 수단(120)으로 유입되도록 하는 제1 펌프(310); 상기 제2 순환수 배출부(252)(250)로부터 배출되는 순환수가 상기 액상용 순환수 분무 수단(220)으로 유입되도록 하는 제2 펌프(320); 및 상기 제1 펌프(310) 및 상기 제2 펌프(320)에 인가되는 압력을 조절하여 상기 액상 처리부(200)의 순환수 순환량과 상기 기상 처리부(100)의 순환수 순환량의 비를 조절하는 제어부(500);를 더 포함할 수 있다. 이렇게 각 펌프의 압력을 조절할 수 있는 제어부(500)를 통해 제1 순환경로의 순환량 및 제2 순환경로의 순환량을 제어할 수 있다.
바람직한 일 예에 따른 다른 양태로, 휘발성 유기 화합물 분해 장치는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 순환수 배출부(250)로부터 배출되는 순환수가 유입되는 분기부(400); 및 상기 순환수 배출부(250)로부터 배출되는 순환수가 상기 기상용 순환수 분무 수단(120) 또는 상기 액상용 순환수 분무 수단(220)으로 유입되도록 하는 펌프(300);를 더 포함할 수 있다. 이를 만족할 경우, 상기 제1 순환경로 및 상기 제2 순환경로;를 하나의 펌프를 이용하여 구축할 수 있으므로, 운전에 보다 낮은 에너지를 소요할 수 있어, 장기간 처리 시 보다 경제적인 이점이 있다.
보다 바람직하게는, 상기 액상 처리부(200)는, 상기 분기부(400)에서 배출되는 순환수가 유입되어 상기 액상용 순환수 분무 수단(220)으로 유입시키되, 상기 액상용 순환수 분무 수단(220)의 상측에 위치하는 액상용 순환수 순환부(260); 및 상기 분기부(400)에서 배출되는 순환수가 유입되어 상기 기상용 순환수 분무 수단(120)으로 유입시키되, 상기 기상용 순환수 분무 수단(120)의 상측에 위치하는 기상용 순환수 순환부(160);를 더 포함할 수 있다. 이를 만족할 경우, 하나의 펌프로도 이후 각 순환수 분무 수단에서 분무되는 순환수의 분무를 위치 에너지를 이용하여 원활하게 수행되도록 할 수 있다. 같은 원리로, 상기 액상용 순환수 분무 수단(220)은 상기 순환수 포집부(150)의 하측에 위치할 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 ‘하나의 펌프’는 순환수의 흐름 경로를 기준으로 한 것이므로, 하나의 흐름 경로에 둘 이상의 펌프가 사용되더라도 이는 하나의 펌프로 해석될 수 있다.
바람직한 일 예에 있어서, 상기 가스 배출부(170)로부터 배출된 가스는 상기 가스 유입부(110)로 환송될 수 있다. 가스 유입부(110)로 유입된 휘발성 유기 화합물은 기상용 흡착 촉매부에서 대부분 분해되지만, 분해되지 않거나, 분해된 중간 생성물이 기상일 경우, 이러한 완전히 분해되지 못한 물질들을 포함하는 가스가 가스 배출부(170)를 통해 배출될 수 있다. 따라서 가스 배출부(170)로부터 배출된 가스를 다시 가스 유입부(110)로 재이송될 수 있도록 함으로써, 최종적으로, 폐액, 폐가스의 별도 처리 없이 물, 이산화탄소 등으로 분해가 가능하다.
본 발명의 바람직한 일 예에 있어서, 상기 기상 처리부(100) 및 상기 액상 처리부(200)는, 서로 독립적으로, 처리부의 내부 압력을 변화시켜 순환수에 대한 휘발성 유기 화합물의 용해도를 증가시키는 압력 조절부;를 더 포함할 수 있다. 휘발성 유기 화합물은 공기 중의 입자 상태로 분무되는 상태의 순환수에 용해되거나 하부의 순환수 포집부(150)의 순환수에 용해되며, 이때 친수성 휘발성 유기 화합물은 용해가 용이하지만 소수성 휘발성 유기 화합물은 용해가 어렵다. 그러나 압력이 증가할 경우, 휘발성 유기 화합물의 용해도는 증가하며, 소수성 휘발성 유기 화합물도 유의한 효과가 나타날 수 있을 정도로 용해되어 분해를 촉진시킬 수 있다. 특히 자외선 조사에 의해 생성된 오존 및 OH 라디칼에 의한 산화 및 분해 반응은 액상 속에서 더 활발히 일어나므로, 순환수에 용해되는 휘발성 유기 화합물의 함량을 증가시킬 경우, 보다 빠른 시간 내에 휘발성 유기 화합물을 분해할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 예에 있어서, 상기 기상용 흡착 촉매층(140)은 도 7에 도시된 바와 같이, 그 층의 면이 상기 가스 유입부(110)로부터 유입되는 가스의 진행 방향과 대향하도록 위치할 수 있다. 또한 상기 기상용 흡착 촉매층(140)은 그 층의 두께가 상기 가스 유입부(110)의 중심과 멀어질수록 작아질 수 있다. 가스 유입부(110)로부터 유입되는 휘발성 유기 화합물은 기상용 흡착 촉매층(140)에 단위 면적당 동일한 압력 및 유량으로 접촉하는 것이 바람직하므로, 휘발성 유기 화합물의 기상용 흡착 촉매층(140)에 대한 접촉 면적 및 접촉량을 제어하여 촉매층에서의 반응을 효과적으로 높은 효율로 일어나도록 할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치를 통해 휘발성 유기 화합물이 분해되는 과정을 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치를 이용한 휘발성 유기 화합물의 분해 방법은, a) 상기 가스 유입부로 휘발성 유기 화합물이 유입되는 단계; b) 상기 기상용 자외선 조사 수단에서 자외선이 조사되는 상태에서 상기 휘발성 유기 화합물이 상기 기상용 흡착 촉매층에 흡착되어 분해되는 단계; c) 상기 휘발성 유기 화합물 또는 이로부터 분해된 친수성 중간 생성물이 상기 순환수에 용해되는 단계; d) 상기 친수성 중간 생성물이 용해된 순환수가 상기 순환수 포집부로 포집되는 단계;를 포함하여 상기 기상 처리부에서 휘발성 유기 화합물이 분해될 수 있다. 또한 이후, e) 상기 순환수 포집부로부터 유입되는 순환수가 상기 액상용 흡착 촉매층에 흡착된 후, 상기 순환수 내의 친수성 중간 생성물이 분해되는 단계;를 포함하여 상기 액상 처리부에서 상기 친수성 중간 생성물이 분해될 수 있다. 나아가 상기 순환수는 상기 d) 단계를 다시 거쳐 친수성 중간 생성물이 용해된 순환수가 상기 순환수 포집부로 포집될 수 있다.
상기 c) 단계는, c1) 상기 기상용 순환수 분무 수단(120)으로부터 분무된 공기 중의 순환수 입자에 접촉하여 휘발성 유기 화합물이 용해되는 단계 및 c2) 상기 휘발성 유기 화합물로부터 분해된 친수성 중간 생성물이 상기 순환수에 용해되는 단계;를 포함할 수 있다. 휘발성 유기 화합물 자체는 순환수에 용해되기 어려운 소수성 휘발성 유기 화합물이 대부분일 수 있으므로, 용해가 어려운 편이지만, 순환수가 공기 중에 입자 상태로 존재할 경우, 용해에 좀 더 유리할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 e) 단계는, e1) 순환수 유입부로 순환수가 유입되는 단계; e2) 상기 액상용 자외선 조사 수단에서 자외선이 조사되는 상태에서 상기 순환수 내 친수성 중간 생성물이 상기 액상용 흡착 촉매층에 흡착되어 분해되는 단계; 및 e3) 상기 친수성 중간 생성물 또는 이의 반응물을 포함하는 순환수가 상기 순환수 배출부로 배출되는 단계;를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치를 이용한 휘발성 유기 화합물의 분해 방법은, f) 상기 액상 처리부 내의 순환수는 상기 기상 처리부로 유입되어 기상용 흡착 촉매층을 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
100 : 기상 처리부, 110 : 가스 유입부,
120 : 기상용 순환수 분무 수단, 130 : 기상용 자외선 조사 수단,
140 : 기상용 흡착 촉매층, 150 : 순환수 포집부,
160 : 기상용 순환수 순환부, 170 : 가스 배출부,
200 : 액상 처리부, 210 : 순환수 유입부,
220 : 액상용 순환수 분무 수단, 230 : 액상용 자외선 조사 수단,
240 : 액상용 흡착 촉매층, 250 : 순환수 배출부,
251 : 제1 순환수 배출부, 252 : 제2 순환수 배출부,
260 : 액상용 순환수 순환부, 300 : 펌프,
310 : 제1 펌프, 320 : 제2 펌프,
400 : 분기부, 500 : 제어부
120 : 기상용 순환수 분무 수단, 130 : 기상용 자외선 조사 수단,
140 : 기상용 흡착 촉매층, 150 : 순환수 포집부,
160 : 기상용 순환수 순환부, 170 : 가스 배출부,
200 : 액상 처리부, 210 : 순환수 유입부,
220 : 액상용 순환수 분무 수단, 230 : 액상용 자외선 조사 수단,
240 : 액상용 흡착 촉매층, 250 : 순환수 배출부,
251 : 제1 순환수 배출부, 252 : 제2 순환수 배출부,
260 : 액상용 순환수 순환부, 300 : 펌프,
310 : 제1 펌프, 320 : 제2 펌프,
400 : 분기부, 500 : 제어부
Claims (6)
- 기상 처리부 및 액상 처리부를 포함하는 휘발성 유기 화합물 분해 장치로,
상기 기상 처리부는,
휘발성 유기 화합물을 포함하는 가스가 유입되는 가스 유입부;
상기 가스 유입부의 하측에 위치하는 기상용 순환수 분무 수단;
상기 순환수 분무 수단의 하측에 위치하는 기상용 자외선 조사 수단;
상기 자외선 조사 수단의 하측에 위치하는 기상용 흡착 촉매층;
상기 기상용 흡착 촉매층의 하측에 위치하는 순환수 포집부; 및
상기 기상용 흡착 촉매층의 하측에 위치하는 가스 배출부;
를 포함하며,
상기 액상 처리부는,
상기 순환수 포집부로부터 배출되는 순환수가 유입되는 순환수 유입부;
상기 순환수 유입부의 하측에 위치하는 액상용 순환수 분무 수단;
상기 액상용 순환수 분무 수단의 하측에 위치하는 액상용 자외선 조사 수단;
상기 액상용 자외선 조사 수단의 하측에 위치하되, 상기 순환수 유입부로부터 배출되는 순환수가 흡착 및 탈착되는 액상용 흡착 촉매층; 및
상기 액상용 흡착 촉매층의 하측에 위치하되, 상기 액상용 흡착 촉매층으로부터 탈착되는 순환수를 배출하는 순환수 배출부;
를 포함하며,
상기 순환수 배출부로부터 배출된 순환수는 상기 기상용 순환수 분무 수단으로 환송되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물 분해 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 순환수 배출부는,
상기 기상용 순환수 분무 수단으로 순환수를 환송하는 제1 순환수 배출부; 및
상기 액상용 순환수 분무 수단으로 순환수를 환송하는 제2 순환수 배출부;
를 포함하며,
상기 휘발성 유기 화합물 분해 장치는,
상기 제1 순환수 배출부로부터 배출되는 순환수가 상기 기상용 순환수 분무 수단으로 유입되도록 하는 제1 펌프;
상기 제2 순환수 배출부로부터 배출되는 순환수가 상기 액상용 순환수 분무 수단으로 유입되도록 하는 제2 펌프; 및
상기 제1 펌프 및 상기 제2 펌프에 인가되는 압력을 조절하여 상기 액상 처리부의 순환수 순환량과 상기 기상 처리부의 순환수 순환량의 비를 조절하는 제어부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물 분해 장치. - 제1항에 있어서,
상기 휘발성 유기 화합물 분해 장치는,
상기 순환수 배출부로부터 배출되는 순환수가 유입되는 분기부; 및
상기 순환수 배출부로부터 배출되는 순환수가 상기 기상용 순환수 분무 수단 또는 상기 액상용 순환수 분무 수단으로 유입되도록 하는 펌프;
를 더 포함하며,
상기 액상 처리부는,
상기 분기부에서 배출되는 순환수가 유입되어 상기 액상용 순환수 분무 수단으로 유입시키되, 상기 액상용 순환수 분무 수단의 상측에 위치하는 액상용 순환수 순환부; 및
상기 분기부에서 배출되는 순환수가 유입되어 상기 기상용 순환수 분무 수단으로 유입시키되, 상기 기상용 순환수 분무 수단의 상측에 위치하는 기상용 순환수 순환부;
를 더 포함하며,
상기 액상용 순환수 분무 수단은 상기 순환수 포집부의 하측에 위치하며,
상기 가스 배출부로부터 배출된 가스는 상기 가스 유입부로 환송되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물 분해 장치. - 제4항에 있어서,
상기 기상 처리부 및 상기 액상 처리부는,
처리부의 내부 압력을 변화시켜 순환수에 대한 휘발성 유기 화합물의 용해도를 증가시키는 압력 조절부;
를 더 포함하며,
상기 기상용 흡착 촉매층은 그 층의 면이 상기 가스 유입부로부터 유입되는 가스의 진행 방향과 대향하도록 위치하고, 그 층의 두께가 상기 가스 유입부의 중심과 멀어질수록 작아지는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물 분해 장치. - 제1항, 제3항 내지 제5항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 휘발성 유기 화합물 분해 장치를 포함하는 대기 오염물질 배출 시설에서 배출된 오염물질의 저감 시설.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180083362A KR101918938B1 (ko) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 휘발성 유기 화합물 분해 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180083362A KR101918938B1 (ko) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 휘발성 유기 화합물 분해 장치 |
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| KR101918938B1 true KR101918938B1 (ko) | 2018-11-15 |
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ID=64363518
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112495168A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-16 | 罗鑫波 | 废气处理装置 |
| CN116573807A (zh) * | 2023-06-08 | 2023-08-11 | 广东绿航环保工程有限公司 | 一种一体化废水废气处理设备 |
-
2018
- 2018-07-18 KR KR1020180083362A patent/KR101918938B1/ko active IP Right Grant
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| CN116573807A (zh) * | 2023-06-08 | 2023-08-11 | 广东绿航环保工程有限公司 | 一种一体化废水废气处理设备 |
| CN116573807B (zh) * | 2023-06-08 | 2024-01-12 | 广东绿航环保工程有限公司 | 一种一体化废水废气处理设备 |
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