KR102259866B1 - 제오라이트 로터를 이용한 휘발성유기화합물의 정화처리설비 - Google Patents

제오라이트 로터를 이용한 휘발성유기화합물의 정화처리설비 Download PDF

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Abstract

제오라이트 로터를 이용한 휘발성유기화합물의 정화처리설비가 제공된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 유입된 배기가스로부터 이물질을 여과 처리하는 필터모듈; 상기 필터모듈 후단에서 상기 배기가스로부터 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)을 흡착하여 농축시키는 제오라이트모듈; 촉매산화된 고온의 처리가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기모듈; 및 상기 제오라이트모듈에서 농축된 고농축공기를 촉매산화시켜 VOCs를 제거하는 촉매산화모듈;을 포함하는, 휘발성유기화합물의 정화처리설비가 제공될 수 있다.

Description

제오라이트 로터를 이용한 휘발성유기화합물의 정화처리설비 {VOLATILE ORGANIC COMPOUND TREATMENT APPATUS USING ZEOLITE ROTOR}
본 발명은 각종 휘발성유기화합물을 정화 처리하기 위해 사용되는 정화처리설비에 관한 것이다.
각종 화학 용제를 사용하는 공정에서는 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)이 생성될 수 있다. VOCs는 대기 중에서 광화학 스모그 등 환경 오염을 유발할 수 있고, 각종 발암물질이나 독성물질을 포함해 인체에도 유해한 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라, VOCs가 함유된 배기가스는 소정의 정화 내지 여과 처리를 거쳐 기준치 이하의 농도로 VOCs가 제거된 후 방출되도록 엄격히 규제되고 있다.
VOCs의 제거 기술로는 열산화법, 촉매산화법, 마이크로파방식, 흡착법 등이 사용되고 있다. 열산화법 및 촉매산화법은 배기가스 중의 VOCs를 화염이나 촉매에 의해 소각시키는 방식이고, 흡착법은 활성탄을 통해 배기가스 중의 VOCs를 흡착시킨 후 포화된 활성탄을 회수하여 고온의 열로 재생시켜주는 방식을 사용한다. 열산화법이나 촉매산화법은 산화온도를 유지시키기 위해 운전비용이 많이 소요되는 측면이 있고, 흡착법은 흡착제의 분말화에 따른 주기적인 흡착제의 교체나 보충이 요구되는 단점 등이 지적된다.
알려진 다른 방식으로는 제오라이트(zeolite) 로터를 사용하는 방식이 있다. 이 방식은 비교적 근래에 등장된 방식으로, 제오라이트 로터를 회전시키며 흡착, 재생, 냉각 등의 공정을 연속적으로 수행하고, 농축된 VOCs를 촉매산화시켜 제거하는 방식이다. 제오라이트 방식은 비교적 컴팩트하게 설비가 구성될 수 있으며, 촉매산화시 발생되는 열을 회수해 재사용할 수 있어 효율 측면에서 이점을 가지고 있다. 이에 따라, 그 적용 사례가 지속적으로 증가되는 추세이다. 다만, 제오라이트 방식 또한 여전히 많은 기술적 해결과제들을 가지고 있고, 이에 따라, 현재까지도 그 성능이나 효율 측면에서 기술개발이 꾸준히 지속되고 있다.
등록특허 제10-1311269호(2013.09.16.)
본 발명의 실시예들은 제오라이트 로터를 이용한 휘발성유기화합물의 정화처리설비를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 설비 효율을 향상시키고, 유지 관리를 보다 용이하게 수행할 수 있는 제오라이트 로터를 이용한 휘발성유기화합물의 정화처리설비를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유입된 배기가스로부터 이물질을 여과 처리하는 필터모듈; 상기 필터모듈 후단에서 상기 배기가스로부터 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)을 흡착하여 농축시키는 제오라이트모듈; 촉매산화된 고온의 처리가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기모듈; 및 상기 제오라이트모듈에서 농축된 고농축공기를 촉매산화시켜 VOCs를 제거하는 촉매산화모듈;을 포함하는, 휘발성유기화합물의 정화처리설비가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기의 정화처리설비를 사용해 상기 배기가스로부터 VOCs를 흡착 제거하는 휘발성유기화합물의 정화처리방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 휘발성유기화합물의 정화처리설비는 제오라이트로터를 이용해 배기가스 중에 함유된 VOCs를 기준 농도 이하로 낮춰 제거하고, 설비 외부로 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 휘발성유기화합물의 정화처리설비는 필터모듈 내지 촉매산화모듈이 모듈화되어 설치 편의성을 개선하고, 요구되는 처리품질이나 처리용량에 적절히 대응할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 휘발성유기화합물의 정화처리설비는 제오라이트모듈 전단에서 제1 내지 3필터로 구성된 필터모듈을 배치하여 배기가스 중의 분진 등 이물질이 제오라이트로터로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 휘발성유기화합물의 정화처리설비는 제1 내지 3필터를 이루는 각 필터유닛이 독립적으로 탈부착 가능하도록 구성되어 유지보수 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 휘발성유기화합물의 정화처리설비는 열교환기모듈이 제1, 2열교환기로 분할 형성되고, 예열모드를 통해 가동 전 설비를 적절히 예열시키도록 구성되어, VOCs 제거 및 에너지 효율이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제오라이트 로터를 이용한 휘발성유기화합물의 정화처리설비를 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 정화처리설비가 모듈화된 모습을 도시한 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시된 필터모듈의 확대도이다.
도 4는 도 3에 도시된 고정핀의 변형예이다.
도 5는 도 1에 도시된 촉매산화모듈의 확대도이다.
도 6a 및 6b는 도 1에 도시된 정화처리설비의 작동도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 이하의 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제오라이트 로터를 이용한 휘발성유기화합물의 정화처리설비를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 제오라이트 로터를 이용한 휘발성유기화합물의 정화처리설비(이하, "정화처리설비(100)"로 약칭)는 필터모듈(110), 제오라이트모듈(120), 열교환기모듈(130) 및 촉매산화모듈(140)로 구성될 수 있다.
정화처리설비(100)는 배기가스(E1)에 포함된 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)(이하, "VOCs"로 약칭)을 여과 또는 정화 처리하기 위해 사용될 수 있다. 일 예로, VOCs는 톨루엔, 벤젠 등을 포함할 수 있다. 정화처리설비(100)는 배기가스(E1) 중의 VOCs를 여과 또는 정화 처리하기 위한 용도를 가진 것이면 무방하고, 그 적용 분야가 특정 분야로 제한되지는 않는다. 일 예로, 정화처리설비(100)는 석유화학, 정유, 도장, 제약 등의 공정에서 발생되는 VOCs를 여과 또는 정화 처리하기 위해 사용될 수 있다.
전체적으로, 필터모듈(110)은 유입된 배기가스(E1)로부터 분진 등의 이물질을 일차적으로 여과 처리할 수 있고, 제오라이트모듈(120)은 필터모듈(110) 후단에서 배기가스(E1)로부터 VOCs를 흡착하여 농축시킬 수 있다. 촉매산화모듈(140)은 VOCs가 농축 포집된 고농축공기(D3)를 촉매산화시켜 고농축공기(D3)에 함유된 VOCs를 제거할 수 있고, 열교환기모듈(130)은 이러한 촉매산화모듈(140)과 제오라이트모듈(120) 사이에서 열교환을 통해 연소열을 재사용하도록 구성될 수 있다.
여과 처리를 위해 도입된 배기가스(E1)는 필터모듈(110)을 거쳐 제오라이트모듈(120)로 제공될 수 있다. 배기가스(E1)는 제오라이트모듈(120)을 거치며 VOCs가 흡착 제거될 수 있고, 배기가스(E1)로부터 VOCs가 제거된 처리가스(E2)는 제1팬(151)에 의해 설비 외부로 배출될 수 있다.
단, 본 설명에서 기재하는 "VOCs 제거"는 반드시 배기가스(E1)로부터 VOCs가 완전히 제거되는 것 만을 의미하지는 않으며, 도입된 배기가스(E1)로부터 VOCs를 일부 제거하여 보다 정화된 처리가스(E2)를 생성 및 배출하는 것을 포함하는 의미이다. 예컨대, 배출되는 처리가스(E2)는 필터모듈(110)로 공급되는 배기가스(E1) 대비 5~15%의 VOCs 농도를 가지도록 여과 처리될 수 있다.
한편, 제오라이트모듈(120)에 흡착된 VOCs는 고온의 탈착공기(D2)에 의해 제오라이트로터(121)로부터 탈착(desorption)되어 농축될 수 있고, VOCs가 농축된 고농축공기(D3)는 열교환기모듈(130)에서 예열된 후, 촉매산화모듈(140)에서 촉매산화(calalytic oxidation)될 수 있다. 이에 의해, 고농축공기(D3) 중에 함유된 VOCs가 제거될 수 있다. VOCs가 제거된 고온의 처리가스(D5)는 열교환기모듈(130)을 거치며 예열에 사용된 후 설비 외부로 배출될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 정화처리설비가 모듈화된 모습을 도시한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 바람직하게, 전술한 필터모듈(110) 내지 촉매산화모듈(140)은 각 구성별로 모듈화될 수 있다. 구체적으로, 필터모듈(110) 내지 촉매산화모듈(140)은 각각 독립된 구조를 갖고 케이스 내부에 구성부품이 내설되어 모듈화된 형태로 제공될 수 있다. 이와 같은 경우, 필터모듈(110) 내지 촉매산화모듈(140)은 각 모듈 간의 조립을 위한 기계적인 결합구조를 포함할 수 있고, 각 모듈 간이 적절히 조립 결합되어 하나의 정화처리설비(100)로 기능할 수 있다.
상기와 같은 방식은 설비를 복수의 모듈로 분할해 이동 및 설치할 수 있도록 하여 설비의 운송이나 설치 편의성을 개선할 수 있다. 또한, 일부 모듈만의 분리 및 교체를 가능하게 하여 유지관리 비용을 줄이는데 상당히 기여할 수 있고, 경우에 따라, 각 모듈을 복수개로 배치하여 처리용량 등에 적절히 대응할 수 있도록 한다. 일 예로, 각 모듈은 요구되는 처리품질이나 처리용량에 대응해 복수개가 직렬 또는 병렬적으로 조합될 수 있고, 설치환경에 따라 복수개가 수직 또는 수평 배치될 수 있다.
다시 도 1을 참조하여 정화처리설비(100)의 각 구성에 대해 보다 상세히 설명한다.
먼저, 본 실시예의 정화처리설비(100)는 필터모듈(110)을 구비할 수 있다.
필터모듈(110)은 정화처리설비(100)의 전단에서 유입되는 배기가스(E1)로부터 분진 등의 이물질을 여과할 수 있다. 필터모듈(110)를 거쳐 여과된 배기가스(E1)는 후단의 제오라이트모듈(120)로 제공될 수 있다.
바람직하게, 필터모듈(110)은 배기가스(E1)의 유동방향을 따라 직렬로 배치된 제1 내지 3필터(111~113)로 구성될 수 있다. 이와 같은 경우, 유입된 배기가스(E1)는 제1 내지 3필터(111~113)를 순차적으로 거치며 여과 처리될 수 있다.
제1필터(111)는 일종의 프리 필터(pre-filter)로 기능할 수 있다. 바람직하게, 제1필터(111)는 5㎛의 분진에 대해 90% 이상의 포집 효율을 가진 필터부재로 이뤄질 수 있다. 경우에 따라, 제1필터(111)는 유리섬유 재질의 필터로 구성될 수 있다. 이는 종래 일반적으로 사용되던 폴리에틸렌 재질 대비 필터면의 밀도를 조밀하게 형성할 수 있는 이점을 갖는다. 제2, 3필터(112, 113)는 백-필터(bag-filter)의 형태로 형성될 수 있다. 바람직하게, 제2필터(112)는 1㎛의 분진에 대해 90~95%의 포집 효율을 가진 필터부재로 이뤄질 수 있고, 제3필터(113)는 1㎛의 분진에 대해 95% 이상의 포집 효율을 가진 필터부재로 이뤄질 수 있다. 제1 내지 3필터(111~113)는 유입된 배기가스(E1)로부터 분진을 제거해 제오라이트로터(121)의 공극이 막히는 것을 방지하고 제오라이트로터(121)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 필터모듈의 확대도이다.
도 3은 제2필터(112)를 예시하고 있고, 도 3의 (a)는 제2필터(112)의 정면 개략도, 도 3의 (b)는 제2필터(112)의 측면 개략도를 각각 도시하고 있다. 편의상 도 3에서는 제2필터(112)를 예시하였으나, 제1필터(111) 및 제3필터(113)의 경우에도 아래에서 설명할 바와 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 내지 3필터(111~113)(이하, "제2필터(112)"를 대표로 지칭)는 각각 복수의 필터유닛(114)으로 구성될 수 있다. 복수의 필터유닛(114)은 가로 및 세로 방향으로 배치되어 대략 직사각형 형태의 필터면을 형성할 수 있다. 예시된 바에 따르면, 제2필터(112)는 가로로 5개, 세로로 6개의 필터유닛(114)이 배치되어 총 30개의 필터유닛(114)으로 구성되어 있다. 다만, 필터유닛(114)의 개수나 배치는 필요에 따라 적절히 증감 변동될 수 있고, 반드시 예시된 바에 한정되지는 않는다.
복수의 필터유닛(114)은 필터프레임(115)에 장착되어 지지될 수 있다. 필터프레임(115)은 복수의 필터유닛(114)에 대응되는 복수의 필터삽입구(116)를 구비할 수 있고, 각 필터유닛(114)은 각 필터삽입구(116)로 삽입 체결될 수 있다. 예시된 바에 따르면, 총 30개의 제2필터(112)가 구비되는 바, 이에 대응되도록 필터프레임(115)에는 30개의 필터삽입구(116)가 가로 및 세로 방향으로 배치되어 있다.
필터프레임(115)에는 각 필터유닛(114)의 인출을 제한하는 구속유닛(117)이 구비될 수 있다. 구속유닛(117)은 필터유닛(114)의 개수에 따라 복수개가 구비될 수 있고, 경우에 따라, 하나의 필터유닛(114)에 대해 복수의 구속유닛(117)이 구비될 수도 있다. 본 실시예의 경우, 각 필터유닛(114)에 대해 1개씩의 구속유닛(117)이 구비된 경우를 예시하고 있다.
구속유닛(117)은 필터프레임(115)의 일측에 회동 가능하게 체결된 고정핀(117a)과, 고정핀(117a)의 회동 축에 체결되어 고정핀(117a)을 가압 고정하는 나비형나사(117b)로 구성될 수 있다. 고정핀(117a)은 나비형나사(117b)를 축으로 회동되어, 필터프레임(115)과 대응되도록 수직 방향으로 배치되거나, 단부가 필터삽입구(116)로 노출되도록 수평 방향으로 배치될 수 있다. 나비형나사(117b)는 고정핀(117a)의 일면에 가압 접촉되어, 상기와 같은 고정핀(117a)의 수직 또는 수평 방향 배치를 유지시킬 수 있다. 고정핀(117a)의 수직 방향 배치 시 필터유닛(114)은 필터삽입구(116)로부터 인출 또는 삽입될 수 있고, 고정핀(117a)의 수평 방향 배치 시 필터유닛(114)은 고정핀(117a)에 간섭되어 인출이 제한될 수 있다. 이에 의해, 필터유닛(114)은 필터삽입구(116)에 장착 고정되거나, 필터삽입구(116)로부터 인출되어 교체될 수 있다.
상기와 같은 필터모듈(110)은 필터면이 복수의 필터유닛(114)에 의해 분할 형성되어 있고, 각 필터유닛(114)이 독립적으로 탈부착 가능한 구조로 이뤄져 있다. 이에 따라, 일부 필터유닛(114)만을 교체하는 방식으로 성능을 유지시킬 수 있고, 유지보수 비용을 상당 부분 절감할 수 있다. 예컨대, 처리가스(P1)의 흐름이 필터모듈(110)의 중앙으로 집중되어 해당 영역의 필터 성능이 다른 영역 대비 빠르게 저하될 수 있는데, 이러한 경우 해당 영역의 필터유닛(114)만을 교체하여 적은 비용으로 필터 성능을 복원시킬 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 구속유닛의 변형예이다.
도 4를 참조하면, 본 변형예의 구속유닛(117-1)은 필터프레임(115-1)의 일측에 회동 가능하게 체결된 고정핀(117a-1)과, 고정핀(117a-1)의 회동 축에 체결되어 고정핀(117a-1)을 가압 고정하는 나비형나사(117b-1)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 변형예의 구속유닛(117-1)은 고정핀(117a-1)과 필터프레임(115-1) 사이에 배치되는 탄성패드(117c)와, 고정핀(117a-1)의 회동 반경에 간섭될 수 있도록 필터프레임(115-1)의 일면에 소정 높이로 돌출 형성된 스토퍼돌기(117d)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 탄성패드(117c) 및 스토퍼돌기(117d)는 의도치 않게 고정핀(117a-1)이 고정 해제위치(수직 방향 배치)로 회동되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 탄성패드(117c)는 탄성 재질로 형성되어 소정 두께를 가진 시트(sheet) 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 탄성패드(117c)의 두께(T1)는 필터프레임(115-1)의 일면으로 돌출된 스토퍼돌기(117d)의 높이(H1)보다 소정 정도 크게 형성되거나, 적어도 이와 대응되는 크기로 형성될 수 있다. 탄성패드(117c)의 중앙에는 나비형나사(117b-1)가 관통될 수 있는 홀이 형성될 수 있다. 탄성패드(117c)의 평면 형상은 특별히 제한되지는 않으나, 대체로 원형 와셔의 형태를 가질 수 있다. 탄성패드(117c)는 고정핀(117a-1)의 후면과 필터프레임(115-1)의 전면 사이에 개재될 수 있고, 배치상태에 따라 고정핀(117a-1)과 필터프레임(115-1) 사이에서 탄성적으로 가압 접촉될 수 있다.
스토퍼돌기(117d)는 전술한 바와 같이 탄성패드(117c)의 두께(T1) 보다 소정 정도 작은 높이(H1)를 갖거나, 이와 대응되는 높이(H1)를 갖고, 필터프레임(115-1)의 전면에 돌출 형성될 수 있다. 바람직하게, 스토퍼돌기(117d)는 고정핀(117a-1)의 하단 테두리 부위에 인접하게 배치되어, 고정핀(117a-1)의 배치상태에 따라 고정핀(117a-1)의 하단 테두리 부위를 접촉 지지할 수 있도록 형성될 수 있다.
상기와 같은 형태의 구속유닛(117-1)은 나비형나사(117b-1)의 결합(배치) 상태에 따라 스토퍼돌기(117d)가 고정핀(117a-1)의 회동을 적절히 제한하여 의도치 않게 고정핀(117a-1)이 고정 해제되는 것을 방지할 수 있다.
도 4의 (b)는 고정핀(117a-1)이 구속 해제된 경우의 단면을 도시한다. 이와 같은 경우, 나비형나사(117b-1)는 상측(전방)으로 충분히 이격되도록 나사홀에 나합될 수 있고, 고정핀(117a-1)은 탄성패드(117c)에 의해 탄성 지지되어, 필터프레임(115-1)의 일면(전면)과 소정 간격(T1)을 갖고 이격 배치될 수 있다. 이 상태에서, 고정핀(117a-1)은 탄성패드(117c)의 두께(T1)에 따라 스토퍼돌기(117d)과 접촉 간섭되지 않으며, 나비형나사(117b-1)를 축으로 적절히 회동 동작될 수 있다. 즉, 고정핀(117a-1)은 필터삽입구(116)를 개방하거나, 필터유닛(114)의 인출을 제한하도록 수직 또는 수평 방향으로 회동될 수 있다.
도 4의 (c)는 고정핀(117a-1)이 구속된 경우의 단면을 도시한다. 전술한 상태에서 고정핀(117a-1)의 회동을 구속하기 위해, 사용자 등이 나비형나사(117b-1)를 조이면, 나비형나사(117b-1)가 고정핀(117a-1)을 통해 탄성패드(117c)를 가압 변형시킨다. 이에 따라, 탄성패드(117c)는 압착되어 두께(T1)가 소정 정도 얇아지고, 고정핀(117a-1)은 스토퍼돌기(117d)에 간섭되는 위치까지 이동된다. 즉, 도 4의 (a)에서 고정핀(117a-1)의 하단 테두리 부위가 스토퍼돌기(117d)에 접촉 지지되는 상태가 된다. 고정핀(117a-1)은 이와 같이 스토퍼돌기(117d)에 접촉 지지되어 해제 방향(반시계 방향)으로 회동이 제한되고, 필터유닛(114)의 이탈이 방지될 수 있다.
또한, 도 4의 (c)와 같은 상태에서, 나비형나사(117b-1)를 반대방향으로 풀면, 탄성패드(117c)에 의해 고정핀(117a-1)이 도 4의 (b)와 같은 상태로 복귀되면서, 고정핀(117a-1)의 회동이 가능하게 된다. 이러한 고정핀(117a-1)의 구속이나 해제는 사용자 등이 나비형나사(117b-1)를 조이거나 푸는 것과 함께 이뤄져, 사용상 편의를 기할 수 있다.
한편, 다시 도 1을 참조하면, 본 실시예의 정화처리설비(100)는 제오라이트모듈(120)을 구비할 수 있다.
제오라이트모듈(120)은 필터모듈(110)을 거친 배기가스(E1)로부터 VOCs를 흡착 제거할 수 있다. 제오라이트모듈(120)은 제오라이트로터(121)와, 제오라이트로터(121)를 회전 구동시키는 로터구동부(122)로 구성될 수 있다. 제오라이트로터(121)는 흡착영역(121a), 재생영역(121b) 및 냉각영역(121c)을 구비할 수 있고, 도시된 바를 기준으로, 로터구동부(122)에 의해 반시계 방향으로 회전 구동될 수 있다. 제오라이트로터(121)의 회전속도는 배기가스(E1)의 용량 등에 따라 적절히 가변될 수 있고, 예컨대, 시간당 1~10회의 속도로 회전될 수 있다.
흡착영역(121a)은 배기가스(E1)로부터 VOCs를 흡착할 수 있고, 대체로 제오라이트로터(121) 내에서 가장 넓은 면적 비율을 가질 수 있다. 흡착영역(121a)에서 제오라이트로터(121)로 흡착된 VOCs는 재생영역(121b)에서 고온의 탈착공기(D2)에 의해 제오라이트로터(121)로부터 탈착될 수 있다. 재생영역(121b)은 냉각영역(121c)을 거치며 외기에 의해 냉각된 후 다시 흡착영역(121a)으로 투입될 수 있다. 한편, 흡착영역(121a)에서 VOCs가 흡착 제거된 처리가스(E2)는 제1팬(151)을 거쳐 설비 외부로 배출될 수 있다.
한편, 본 실시예의 정화처리설비(100)는 열교환기모듈(130)을 구비할 수 있다.
열교환기모듈(130)은 제오라이트모듈(120)과 촉매산화모듈(140) 사이에서 탈착공기(D2) 등을 고온의 처리가스(D5)와 열교환시킬 수 있다.
바람직하게, 열교환기모듈(130)은 제1, 2열교환기(131, 132)로 분할 형성될 수 있다.
제1열교환기(131)는 재생영역(121b)을 거쳐 나와 VOCs가 농축된 고농축공기(D3)를 예열하여 촉매산화모듈(140)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 제1열교환기(131)는 재생영역(121b)을 거쳐 나온 50~70도의 고농축공기(D3)를 촉매산화모듈(140)에서 나온 300~600도의 고온 처리가스(D5)와 열교환시켜, 고농축공기(D3)를 150~300도로 예열시킬 수 있다. 이와 같이 예열된 고농축공기(D3)가 촉매산화모듈(140)로 제공되어 버너(141)에 의해 연소(촉매산화)됨에 따라 촉매산화모듈(140)에서의 VOCs 제거 및 에너지 효율이 개선될 수 있다.
제2열교환기(132)는 제오라이트로터(121)를 냉각시키고 나온 냉각공기(D1)를 촉매산화모듈(140)의 연소열을 통해 가열하여 재생영역(121b)으로 고온의 탈착공기(D2)를 제공할 수 있다. 구체적으로, 제2열교환기(132)는 100~150도의 냉각공기(D1)를 촉매산화모듈(140)에서 나온 300~600도의 고온 처리가스(D5)와 열교환시켜, 180~220도의 고온 탈착공기(D2)를 생성할 수 있다. 이와 같은 고온의 탈착공기(D2)는 재생영역(121b)을 거치면서 흡착된 VOCs를 제오라이트로터(121)로부터 탈착시킬 수 있다.
필요에 따라, 상기와 같은 제1, 2열교환기(131, 132)는 고농축공기(D3)나 냉각공기(D1)를 바이패스시킬 수 있는 제1, 2바이패스라인(131a, 132a)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 제1바이패스라인(131a)은 제1열교환기(131)의 전단에서 분지되어 제1열교환기(131)의 후단에 연결될 수 있고, 제2바이패스라인(132a)은 제2열교환기(132)의 전단에서 분지되어 제2열교환기(132)의 후단에 연결될 수 있다. 이와 같은 제1, 2바이패스라인(131a, 132a)은 설비의 운용환경에 따라 제1, 2열교환기(131, 132)를 선택적으로 작동시켜 에너지효율을 보다 개선할 수 있도록 하고, 정화처리설비(100)의 운용 중 일부 열교환기(131, 132)에 대한 교체, 유지 보수 등을 위해서도 사용될 수 있다.
한편, 본 실시예의 정화처리설비(100)는 촉매산화모듈(140)을 구비할 수 있다.
촉매산화모듈(140)은 제1열교환기(131)로부터 제공되는 예열된 농축공기(D4)를 촉매산화시켜 농축공기(D4)에 함유된 VOCs를 제거할 수 있다. 촉매산화모듈(140)은 버너(141) 및 촉매부(142)로 구성될 수 있고, 버너(141)로는 천연가스(Natural Gas; NG)가 연료로 공급될 수 있다. 한편, VOCs가 제거된 고온의 처리가스(D5)는 전술한 제2열교환기(132) 및 제1열교환기(131)를 순차적으로 거쳐 폐열이 회수되고, 설비 외부로 배출될 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 촉매산화모듈의 확대도이다.
도 5는 촉매산화모듈(140)을 구성하는 촉매부(142)를 확대하여 도시한 것으로, 도 5의 (a)는 촉매부(142)의 개략적인 평면 형상, (b)는 촉매부(142)의 개략적인 측면(적층) 형상을 각각 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 촉매부(142)는 복수의 촉매층(143)이 적층되어 형성될 수 있다. 바람직하게, 촉매층(143)은 3~8단으로 적층될 수 있고, 본 실시예의 경우, 총 5단으로 적층 배치된 촉매층(143)을 예시하고 있다. 복수의 촉매층(143)은 소정 간격을 두고 이격 배치될 수 있다. 이에 따라, 처리 대상인 고농축공기(D3)는 촉매층(143)과 이격 공간을 교대로 반복하며 유동될 수 있다.
각 촉매층(143)은 하나의 평면을 이루도록 상호 결합 배치된 복수의 촉매유닛(144)으로 구성될 수 있다. 각 촉매유닛(144)은 복수의 촉매(144a)와, 복수의 촉매(144a)를 장착 지지하는 촉매프레임(144b)으로 이뤄질 수 있다. 경우에 따라, 각 촉매유닛(144)을 이루는 촉매(144a)의 개수는 상이하게 구성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 4*3배열의 촉매(144a)를 가진 촉매유닛(144) 10개와, 3*3배열의 촉매(144a)을 가진 촉매유닛(144) 10개가 조합된 경우를 예시하고 있다.
한편, 다시 도 1을 참조하면, 필요에 따라, 본 실시예의 정화처리설비(100)는 예열라인(160)을 더 포함할 수 있다.
예열라인(160)은 처리가스(D6)가 유동되는 제1열교환기(131)의 후단에서 분지되어, 제1열교환기(131) 전단에서 제오라이트로터(121)와 제1열교환기(131) 사이로 연결될 수 있다. 이와 같은 예열라인(160)은 정화처리설비(100)의 가동 전 또는 배기가스(E1)의 공급 전에 촉매산화모듈(140)의 연소열을 이용해 정화처리설비(100)를 예열시킬 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 정화처리설비(100)는 적정 온도로 예열된 상태에서 배기가스(E1)가 공급되어, 가동 초기의 여과성능 및 에너지효율이 개선될 수 있다. 예열라인(160)의 상세한 작동에 대해서는 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.
도 6a는 도 1에 도시된 정화처리설비의 예열모드 작동도이다.
도 6a를 참조하면, 본 실시예의 정화처리설비(100)는 설비 구동 전 소정 시간 예열모드로 동작될 수 있다. 예열모드에서는, 촉매산화모듈(140)로 천연가스가 공급되어 연소가 이뤄지고, 연소를 통해 예열된 공기가 제1, 2열교환기(131, 132)를 유동하며 설비를 예열시킬 수 있다.
구체적으로, 촉매산화모듈(140)로부터 제공되는 예열공기(P1)는 제2열교환기(132) 및 제1열교환기(131)를 순차적으로 거치며, 제1, 2열교환기(131, 132)를 예열시킬 수 있다. 제1열교환기(131)를 거쳐 나온 예열공기(P2)는 예열라인(160)을 따라 유동되어 다시 제1열교환기(131) 전단으로 유동될 수 있고, 제1열교환기(131)를 역방향으로 다시 한번 유동한 뒤 촉매산화모듈(140)로 재공급될 수 있다. 제1열교환기(131)의 경우 예열공기(P1)가 제2열교환기(132)를 거친 뒤에 공급되므로, 다시 한번 예열공기(P2)를 공급해 예열을 시켜주는 것이다.
한편, 촉매산화모듈(140)에 재공급된 예열공기(P3)는 상기와 과정을 반복할 수 있고, 소정 시간 또는 소정 온도에 이를 때까지 순환이 반복되어, 설비를 예열시킬 수 있다. 예컨대, 예열모드는 예열모드 가동 후 30~40분 지속되거나, 예열공기(P3)의 온도가 250~300도에 이를 때까지 지속될 수 있다.
도 6b는 도 1에 도시된 정화처리설비의 여과 및 재생동작을 보여주는 작동도이다.
도 6b를 참조하면, VOCs를 함유한 배기가스(E1)는 필터유닛(114)으로 유입되어 제1 내지 3필터(111~113)를 순차적으로 거치고, 필터유닛(114)에 의해 분진 등 함유된 이물질이 제거될 수 있다. 이후, 배기가스(E1)는 제오라이트로터(121)의 흡착영역(121a)으로 유동되어 VOCs가 흡착 제거되고, 설비 외부로 배출될 수 있다.
한편, 제오라이트로터(121)의 재생을 살펴보면, 외기가 냉각영역(121c)으로 도입되고, 제오라이트로터(121)를 냉각시킨 냉각공기(D1)는 제2열교환기(132)로 제공되어, 촉매산화모듈(140)을 거쳐 나온 고온의 처리가스(D5)에 의해 가열된다. 일 구체예로, 100~150도의 냉각공기(D1)는 300~600도의 고온 처리가스(D5)에 의해 180~230도로 가열될 수 있다.
가열된 탈착공기(D2)는 재생영역(121b)을 거치고, 재생영역(121b)에서 탈착된 VOCs와 함께 50~60도의 고농축공기(D3)를 생성할 수 있다. 고농축공기(D3)는 다량의 VOCs가 농축 함유된 것이다. 고농축공기(D3)는 제2팬(152)에 의해 제1열교환기(131)로 공급되고, 촉매산화모듈(140)를 거쳐 나온 고온의 처리가스(D5)와 열교환되어 150~300도로 예열된 후, 촉매산화모듈(140) 내에서 촉매산화되어 VOCs가 제거된다. 촉매산화된 300~600도의 처리가스(D5)는 제2열교환기(132)에서 냉각공기(D1)를 가열하고, 제1열교환기(131)에서 고농축공기(D3)를 가열한 후, 100~200도로 설비 외부로 배출될 수 있다.
이상과 같은 정화처리설비(100)는 제오라이트로터(121)를 이용해 배기가스(E1) 중에 함유된 VOCs를 기준 농도 이하로 낮춰 제거하고, 설비 외부로 배출할 수 있다.
특히, 본 실시예의 정화처리설비(100)는 필터모듈(110) 내지 촉매산화모듈(140)이 모듈화되어 설치 편의성을 개선하고, 요구되는 처리품질이나 처리용량에 적절히 대응할 수 있다. 또한, 본 실시예의 정화처리설비(100)는 제오라이트모듈(120) 전단에서 제1 내지 3필터(111~113)로 구성된 필터모듈(110)을 배치하여 배기가스(E1) 중의 분진 등 이물질이 제오라이트로터(121)로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예의 정화처리설비(100)는 제1 내지 3필터(111~113)를 이루는 각 필터유닛(114)이 독립적으로 탈부착 가능하도록 구성되어 유지보수 비용을 절감시킬 수 있다. 또한, 본 실시예의 정화처리설비(100)는 열교환기모듈(130)이 제1, 2열교환기(131, 132)로 분할 형성되고, 예열모드를 통해 가동 전 설비를 적절히 예열시키도록 구성되어, VOCs 제거 및 에너지 효율이 개선될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대해 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사장으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다고 할 것이다.
100: 정화처리설비 110: 필터모듈
111: 제1필터 112: 제2필터
113: 제3필터 120: 제오라이트모듈
121: 제오라이트로터 122: 로터구동부
130: 열교환기모듈 131: 제1열교환기
132: 제2열교환기 140: 촉매산화모듈
141: 버너 142: 촉매부

Claims (10)

  1. 유입된 배기가스(E1)로부터 이물질을 여과 처리하는 필터모듈(110); 상기 필터모듈(110) 후단에서 상기 배기가스(E1)로부터 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)을 흡착하여 농축시키는 제오라이트모듈(120); 촉매산화된 고온의 처리가스(D5)로부터 폐열을 회수하는 열교환기모듈(130); 및 상기 제오라이트모듈(120)에서 농축된 고농축공기(D3)를 촉매산화시켜 VOCs를 제거하는 촉매산화모듈(140);을 포함하는 휘발성유기화합물의 정화처리설비에 있어서,
    상기 필터모듈(110)은,
    프리 필터(pre-filter)로 기능하며, 5㎛의 분진에 대해 90% 이상의 포집 효율을 가진 유리섬유 필터로 구성된 제1필터(111); 상기 제1필터(111)의 후단에 배치된 백-필터(bag-filter)로 형성되고, 1㎛의 분진에 대해 90~95%의 포집 효율을 가지도록 구성된 제2필터(112); 및 상기 제2필터(112)의 후단에 배치된 백-필터(bag-filter)로 형성되고, 1㎛의 분진에 대해 95% 이상의 포집 효율을 가지도록 구성된 제3필터(113);를 포함하고,
    상기 열교환기모듈(130)은,
    상기 제오라이트모듈(120)의 재생영역(121b)을 거쳐 나와 VOCs가 농축된 고농축공기(D3)를 예열하여 상기 촉매산화모듈(140)로 제공하는 제1열교환기(131); 및 상기 제오라이트모듈(120)을 냉각시키고 나온 냉각공기(D1)를 가열하여 상기 재생영역(121b)으로 고온의 탈착공기(D2)를 제공하는 제2열교환기(132);를 포함하고,
    상기 휘발성유기화합물의 정화처리설비는,
    열교환된 처리가스(D6)가 유동되는 상기 제1열교환기(131)의 후단에서 분지되어, 상기 제오라이트모듈(120)과 상기 제1열교환기(131) 사이에 연결되고, 상기 배기가스(E1)의 투입 전 설비를 소정 시간 예열모드 동작시키는 예열라인(160);을 더 포함하되,
    상기 예열모드는,
    상기 촉매산화모듈(140)에서 연소되어 예열된 공기(D5)가 상기 제2열교환기(132) 및 상기 제1열교환기(131)을 순차적으로 거쳐 상기 예열라인(160)으로 공급되고, 상기 예열라인(160)의 예열된 공기가 상기 제1열교환기(131)를 거쳐 상기 촉매산화모듈(140)로 재공급되어 순환되도록 구성되고,
    상기 휘발성유기화합물의 정화처리설비는,
    상기 제1열교환기(131)의 전단에서 분지되어 상기 제1열교환기(131)의 후단에 연결되는 제1바이패스라인(131a); 및 상기 제2열교환기(132)의 전단에서 분지되어 상기 제2열교환기(132)의 후단에 연결되는 제2바이패스라인(132a);을 더 포함하고,
    상기 촉매산화모듈(140)은,
    복수의 촉매층(143)이 적층되어 형성된 촉매부(142)를 포함하고,
    상기 각 촉매층(143)은,
    복수개가 하나의 평면을 이루도록 상호 결합 배치되며, 촉매프레임(144b) 및, 상기 촉매프레임(144b)에 장착 지지된 복수의 촉매(144a)을 구비하는 촉매유닛(144)을 포함하는, 휘발성유기화합물의 정화처리설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터모듈(110), 상기 제오라이트모듈(120), 상기 열교환기모듈(130) 및 상기 촉매산화모듈(140)은, 각각 독립된 구조를 갖고 모듈화된 형태로 형성되는, 휘발성유기화합물의 정화처리설비.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 내지 3필터(111~113) 중 어느 하나 이상은,
    가로 및 세로 방향으로 배치되어 직사각형 형태의 필터면을 형성하는 복수의 필터유닛(114);
    상기 복수의 필터유닛(114)에 대응되는 복수의 필터삽입구(116)를 구비하고, 상기 복수의 필터유닛(114)을 장착 지지하는 필터프레임(115); 및
    상기 필터프레임(115)에 구비되어, 상기 각 필터유닛(114)의 인출을 구속하거나 구속해제 가능하게 형성된 복수의 구속유닛(117);을 포함하고,
    상기 각 구속유닛(117)은,
    상기 필터프레임(115)에 회동 가능하게 체결된 고정핀(117a); 및
    상기 고정핀(117a)의 회동 축에 체결되어 상기 고정핀(117a)을 가압 고정하거나 고정해제 가능하게 형성된 나비형나사(117b);를 포함하는, 휘발성유기화합물의 정화처리설비.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 각 구속유닛(117)은,
    상기 고정핀(117a)과 상기 필터프레임(115) 사이에 배치되고, 소정 두께(T1)을 가진 탄성 재질로 형성되는 탄성패드(117c); 및
    상기 고정핀(117a)의 하단 테두리 부위에 접촉 간섭될 수 있도록 상기 필터프레임(115)에 소정 높이(H1)로 돌출 형성되되, 상기 높이(H1)가 상기 탄성패드(117c)의 상기 두께(T1)와 동일하거나 소정 정도 작게 형성되는 스토퍼돌기(117d);를 포함하고,
    상기 고정핀(117a)은,
    상기 탄성패드(117c)의 상기 두께(T1)에 따라 상기 필터프레임(115)으로부터 이격되어, 상기 스토퍼돌기(117d)와 간섭되지 않는 구속해제상태; 및
    상기 나비형나사(117b)에 의해 상기 탄성패드(117c)가 두께 방향으로 가압 탄성 변형되어, 상기 스토퍼돌기(117d)에 접촉 간섭되는 구속상태;를 포함하는, 휘발성유기화합물의 정화처리설비.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 촉매산화모듈(140)은,
    촉매산화되어 VOCs가 제거된 고온의 처리가스(D5)를 상기 제2열교환기(132) 및 상기 제1열교환기(131)에 순차적으로 공급해 열교환시키도록 형성되는, 휘발성유기화합물의 정화처리설비.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1의 정화처리설비를 사용해 상기 배기가스(E1)로부터 VOCs를 흡착 제거하는 휘발성유기화합물의 정화처리방법.
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