KR102362907B1 - 유기 용제를 함유하는 배기 가스로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 시스템 및 유기 용제 회수 방법 - Google Patents

유기 용제를 함유하는 배기 가스로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 시스템 및 유기 용제 회수 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생산 설비로부터 배출되는 유기 용제를 함유하는 산업용 배기 가스("유기 용제 함유 가스(SLA; Solvent Laden Air)"로 약칭함)를 이용하거나 발생시키는 공정이 수행되는 SLA 산출 프로세싱(공정) 단계(S100); 상기 SLA 산출 프로세싱 단계 (S100)으로부터 발생하는 유기 용제 함유 가스(SLA)를, 활성탄을 포함하여 구성되는 원통형 드럼체 흡착부(ADSORBER)로 공급하여 유기 용제 함유 가스가 활성탄에 흡착되도록 하는 SLA 흡착 단계(S200); 고온의 탈착 스팀 가스를 흡착부의 활성탄에 공급하여 활성탄에 농축 흡착된 유기 용제를 탈착시키는 유기 용제 탈착 단계(S300); 드라잉 에어(Drying Air)를 상기 흡착부의 활성탄에 공급하여 활성탄을 건조시키는 활성탄 건조 단계(S400); 및 냉각용 에어(Cooling Air)를 상기 흡착부의 활성탄에 공급하여 활성탄을 냉각시키는 활성탄 냉각 단계(S500)를 포함하여 이루어지고, 그리고 상기 SLA 흡착 단계(S200)에서 상기 원통형 드럼체 흡착부(ADSORBER) 내부 중단의 활성탄 수용층 하부에 유기 용제 함유 가스 인입구로부터 길이 방향으로 높이가 점증되고 폭이 점증되는 다수개의 날개형 가이드 베인이 설치되어 유기 용제 함유 가스(SLA; Solvent-laden Air)가 활성탄 수용층 전체에 균등하게 배분되도록 하는 것을 특징으로 하는 유기 용제를 함유하는 배기 가스로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 방법을 제공한다.

Description

유기 용제를 함유하는 배기 가스로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 시스템 및 유기 용제 회수 방법 {SOLVENT RECOVERY SYSTEM AND METHOD FOR RECOVERING SOLVENT FROM SOLVENT LADEN AIR}
본 발명은 유기 용제를 함유하는 배기 가스(SOLVENT LADEN AIR)로부터 유기 용제(SOLVENT)를 회수하는 유기 용제 회수 시스템(SOLVENT RECOVERY SYSTEM)에 관한 것으로서, 특히 각종 공장이나 연구 시설 등(이하, 생산 설비로 통칭함)으로부터 배출되는 유기 용제를 함유하는 산업용 배기 가스("유기 용제 함유 가스"로 약칭함)에 포함된 유기 용제를 배기 가스로부터 효율적으로 회수하는 유기 용제 회수 시스템에 관한 것이다.
유기 용제를 함유하는 배기 가스로부터 유기 용제를 회수하는 처리 시스템으로서, 흡착재를 함유한 흡착 소자를 이용한 것이 일반적으로 널리 공지되어 있고 이용되고 있다. 이 흡착 소자를 이용한 처리 시스템으로는, 배기 가스를 흡착재에 접촉시켜 휘발성의 유기 용제를 농축 흡착시키고, 여기에 다시 고온의 가스를 분무하여 농축 흡착된 유기 용제를 탈착시켜 고농도의 유기 용제를 함유하는 탈착 가스로서 회수하고 이를 응축 액화하여 배출하는 배기 가스 처리 장치를 들 수 있다(일본 특허 공개 평01-127022호 공보, 일본 특허 공개 제2007-44595호 공보).
상기 특허문헌에 개시된 배기 가스 처리 장치에서는 배기 가스 중의 유기 용제를 흡착·농축하고 냉각·응축시켜 회수할 때, 먼저 휘발 성분의 유기 용제를 흡착재를 함유한 흡착 소자에 충분히 효과적으로 골고루 흡착시키는 것이 요구되며, 흡착재를 함유한 흡착 소자에 흡착된 유기 용제의 탈착에 소요되는 고온의 가스를 생성하기 위하여 또한 상당한 수준의 에너지가 소요되며, 나아가 고농도의 배기 가스나 탈착 가스를 액화 응축시키는 냉각 등의 공정을 진행시키는데 있어서 만일에 응축 회수 효율이 높지 않는 경우에는 회수되지 않는 유기 용제가 회수 시스템을 재순환하기에 결국 회수 시스템을 운용하는데 소요되는 총 에너지가 필요 이상으로 증가하게 되는 문제점을 나타내게 된다.
우선, 도 1a 내지 도 2b를 참조하여, 본 발명의 종래 기술에 해당하는 선행 기술이 되는 한국 등록특허 제10-1156890호의 특허공보(2012년 06월 21일 발행)에 의해 제시되고 있는 유기 용제 회수 시스템으로서 제1 참고 기술에 따른 유기 용제 회수 시스템(1A)과, 그리고 이를 개량한 제2 참고 기술에 따른 유기 용제 회수 시스템(1B)을 설명하기로 한다.
[제1 참고 기술: 유기 용제 회수 시스템(P1A)]
도 1a로 예시된 제1 참고 기술에서의 유기 용제 회수 시스템(P1A)은, 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 시스템이며, 농축 장치(p20), 재생 히터(p100), 냉각기(p300), 회수 탱크(p400) 및 급기 가열 장치(p500)를 구비하고 있다.
여기에 사용된 농축 장치(p20)는 탈착부(탈착존; p21)와 흡착부(흡착존; p22)를 갖고 있다. 도 2a 내지 도 2c에 예시된 바와 같이 시트형 흡착재로 구성될 수 있는 흡착부(p22)에는 유기 용제를 포함하는 유기 용제 함유 가스(G2)(28℃)가 도입된다. 시트형 흡착재에 유기 용제 함유 가스(G2)가 접촉함으로써, 유기 용제 함유 가스(G2)에 함유되는 유기 용제가 흡착재에 흡착된다. 이러한 흡착 공정에 의해서 유기 용제 함유 가스(G2)가 청정화되어 청정 가스(G3)(33℃)로서 배출된다.
시트형 흡착재가 회전축을 중심으로 회전하여 탈착부(탈착존; p21)에 도달하게 되면, 청정 가스(G3: 도 2b의 'Clean Air')가 재생 히터(p100)에 의해 가열되어 유기 용제 함유 가스(G2)(SLA; Solvent-laden Air)보다 고온 상태(130℃)(도 2b의 'Hot Air')로 도입된다. 이로써 흡착부(p22)에서 흡착재에 흡착된 유기 용제가 탈착부(p21)에서 흡착재로부터 탈착되고, 이에 따라 청정 가스(G3)가 유기 용제를 함유하는 탈착 가스(G4)(73℃)(Solvent-laden Disolved Air)로서 배출되어, 배기 가스(110℃)와 함께 합류하여 105℃ 상태로 냉각기(p300)로 도입된다.
이하에서는 도 1a에 도시된 구성을 포함하는 유기 용제 회수 시스템(P1A)을 이용하여, 생산 설비(p1000)로서, 리튬 이온 전지 제조 설비에서 사용되는 유기 용제[NMP(n-메틸-2-피롤리돈)]를 회수하는 시스템에 관하여 설명하기로 한다.
휘발 성분을 포함하는 유기 용제을 배출하는 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)는, 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 1000 ppm, 온도가 약 110℃이다. 도 1a에 도시된 구성에 따르는 경우에는, 냉각기(p300)에는, 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)와, 농축 장치(p20)의 탈착부(p21; 탈착존)로부터 탈착된 탈착 가스(G4)가 혼합된 상태로 도입된다. 탈착 가스(G4)는, 유량이 약 110 NCMM, 유기 용제의 농도가 약 12,581 ppm, 그리고 온도가 약 73℃이다. 냉각기(p300)에 도입되는 배기 가스(G1)와 탈착 가스(G4)의 혼합 가스(G1+G4)는, 유량이 약 880 NCMM, 유기 용제 농도가 약 1198 ppm, 온도가 약 105℃이다.
배기 가스(G1)와 탈착 가스(G4)의 혼합 가스(G1+G4)가 냉각기(p300)에서, 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액과 유기 용제를 저농도로 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)로 분리된다. 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액은 배관 라인(L6)을 통하여 회수 탱크(p400)에 회수된다. 유기 용제[NMP]의 농도는 약 78 wt%이고 잔부는 물(water)이 포함되어 있기에 별도의 분리 공정이 필요하게 된다. 유기 용제를 저농도로 증기(vapor) 상태로 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)는, 유기 용제 농도가 약 1000 ppm, 온도가 약 28℃이다. 유기 용제 함유 가스(G2)는 배관 라인(L2)을 통하여 농축 장치(p20)의 흡착부(p22)에 도입된다.
흡착부(p22)를 거쳐서 도출되는 청정 가스(G3)는, 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 20 ppm, 온도가 약 33℃이다. 청정 가스(G3)의 일부는 밸브(pV101)와 배관 라인(L3)을 통하여 급기 가열 장치(p500)에 도출되고, 잔부는 밸브(pV102)와 배관 라인(L7)을 통하여 재생 히터(p100)에 도출된다. 급기 가열 장치(p500) 및 재생 히터(p100)에 각각 공급해야 할 청정 가스(G3)의 유량은, 밸브(pV101) 및 밸브(pV102)에 의해 적절하게 분배 제어된다.
재생 히터(p100)에 도출된 청정 가스(G3)는, 온도가 약 130℃로 가열된 후, 배관 라인(L8)을 통하여 농축 장치(p20)의 탈착부(p21)에 도출된다. 탈착부(p21)에 도입된 청정 가스(G3)는, 유기 용제를 흡착재로부터 탈착하여, 유기 용제를 함유하는 탈착 가스(G4)로서 배관 라인(L5, L1)을 통하여 냉각기(p300)에 도출된다.
급기 가열 장치(p500)에 도출된 청정 가스(G3)는, 온도가 약 70℃로 가열된 후, 배관 라인(L4)을 통하여 생산 설비(p1000)로 도출된다.
[제2 참고 기술: 유기 용제 회수 시스템(P1B)]
다음으로, 도 1b를 참조하여, 위 제1 참고 기술을 개량 발전시켜 새롭게 제시된 제2 참고 기술에 따른 실시 형태의 유기 용제 회수 시스템(P1B)에 관하여 설명하기로 한다.
제2 참고 기술에 따른 실시 형태의 유기 용제 회수 시스템(P1B)도, 전술한 유기 용제 회수 시스템(P1A)과 마찬가지로, 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 시스템이며, 농축 장치(p200), 재생 히터(p100), 냉각기(p300), 회수 탱크(p400) 및 급기 가열 장치(p500)를 구비하고 있다.
여기에 사용된 농축 장치(p20) 역시 탈착부(탈착존; p21)와 흡착부(흡착존; p22)를 갖고 있다. 도 2a 내지 도 2c에 예시된 바와 같은 시트형 흡착재로 구성될 수 있는 흡착부(p22)에는 도 1b에 도시된 바와 같이, 냉각기(p300)로부터 미회수된 유기 용제를 포함하는 유기 용제 함유 가스(G2)(40℃)가 도입된다. 시트형 흡착재에 유기 용제 함유 가스(G2)가 접촉함으로써, 유기 용제 함유 가스(G2)에 함유되는 유기 용제가 흡착재에 흡착된다. 이러한 흡착 공정에 의해서 유기 용제 함유 가스(G2)가 청정화되어 청정 가스(G3)(70℃)로서 배출된다.
시트형 흡착재가 회전축을 중심으로 회전하여 탈착부(p21)에 도달하게 되면, 흡착재에 있는 유기 용제 함유 가스(G2)보다 고온의 배기 가스(G1), 즉 생산 설비(p1000)로부터의 배기 가스(G1, 110℃ 이하)를 재생 히터(p100)를 거쳐서 탈착부(p21)로 도입함으로써 유기 용제가 흡착재로부터 탈착되고, 이에 따라 배기 가스(G1)가 유기 용제를 함유하는 탈착 가스(G4)로서 배출된다.
농축 장치(p200)의 흡착부(p22)에는 배관 라인(L2, L3)이 접속되어 있다. 배관 라인(L2)은 흡착부(p22)에 유기 용제 함유 가스(G2)를 도입한다. 배관 라인(L3)은 흡착부(p22)로부터 청정 가스(G3)를 도출한다. 흡착부(p22)의 출구측에는, 청정 가스(G3)의 온도를 측정하는 제1 온도 측정기(T1)가 설치되어 있다.
탈착부(21)에는 배관 라인(L8, L5)이 접속되어 있다. 배관 라인(L8)은 생산 설비(p1000)로부터 배기 가스(G1)를 도입한다. 배관 라인(L5)은 탈착부(p21)로부터 탈착 가스(G4)를 도출한다. 탈착부(p21)의 출구측에는, 탈착 가스(G4)의 온도를 측정하는 제2 온도 측정기(T2)가 설치되어 있다.
여기에서, 재생 히터(p100)는, 생산 설비(p1000)로부터 연장되는 배관 라인(L1)과 배관 라인(L8) 사이에 설치되어 있다. 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)의 온도가 충분히 고온인 경우에는 재생 히터(p100)를 이용하지 않는다. 그러나, 생산 설비(p1000)가 가동 초기 상태에서, 배기 가스(G1)의 온도가 소정 온도에 도달하지 않은 경우에는, 배기 가스(G1)를 소정 온도로까지 가열하기 위해 이용된다.
생산 설비(p1000)로부터 연장되는 배관 라인(L1)에는, 배관 라인(L1)으로부터 분기되어 배관 라인(L5)에 통하는 배관 라인(L9)이 설치되어 있다. 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)는, 배관 라인(L1), 재생 히터(p100) 및 배관 라인(L8)을 통하여 농축 장치(p20)의 탈착부(p21)가 송출되지만, 일부의 배기 가스(G1)가 배관 라인(L9)을 통하여 직접 냉각기(p300)로의 도출을 가능하게 하고 있다. 배기 가스(G1)의 탈착부(p21)로의 송출량 및 냉각기(p300)로 직접 송출되는 양은, 각각 배관 라인(L1)에 설치된 밸브(pV111) 및 배관 라인(L9)에 설치된 밸브(pV112)에 의해 제어된다.
냉각기(p300) 및 회수 탱크(p400)에 의해 분액 회수 장치가 구성된다. 냉각기(p300)는, 냉각수 등을 이용하여 탈착 가스(G4) 등을 응축시킴으로써, 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액과 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)로 분리하는 장치이다. 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액은 회수 탱크(p400)에 회수된다.
냉각기(p300)에는 배관 라인(L2, L5, L6)이 접속되어 있다. 배관 라인(L2)은, 분리된 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)를 농축 장치(p200)의 흡착부(p22)에 도출하고, 배관 라인(L5)은 탈착부(p21)로부터 탈착 가스(G4)가 도입되고, 배관 라인(L6)은 분리된 회수액을 회수 탱크(p400)에 도출한다.
급기 가열 장치(p500)는, 청정 가스(G3)의 온도를 소정 온도로까지 가열 상승시켜 생산 설비(p1000)에 청정 가스(G3)를 급기한다. 급기 가열 장치(p500)에는 배관 라인(L3, L4)이 접속되어 있다. 배관 라인(L3)은 농축 장치(p20)의 흡착부(p22)로부터 송출된 청정 가스(G3)를 도입하고, 배관 라인(L4)은 생산 설비(p1000)에 소정 온도로까지 가열 상승된 청정 가스(G3)를 도출한다. 이러한 장치 구조에서는, 흡착부(p22)로부터 도출되는 청정 가스(G3)의 온도는 고온 상태이므로, 급기 가열 장치(p500)에 의해 청정 가스(G3)를 가열할 필요는 없다.
상기 구성을 포함하는 유기 용제 회수 시스템(P1B)에서, 제1 참고 기술에서 설명한 유기 용제 회수 시스템(P1A)과 마찬가지로, 생산 설비(p1000)로서 리튬 이온 전지 제조 설비에서 사용되는 유기 용제[NMP(n-메틸-2-피롤리돈)]를 회수하는 시스템에 관해 이하에 설명한다.
생산 설비(p1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)는, 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 1000 ppm, 온도가 약 110℃이다. 밸브(pV111)를 완전 개방 상태로 하고, 밸브(pV112)를 폐쇄 상태로 하여, 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)의 100%를 탈착부(p21)에 도입한다. 여기서는, 배기 가스(G1)의 온도는, 충분히 고온 상태이기 때문에, 재생 히터(p100)에 의한 배기 가스(G1)의 가열은 행할 필요가 없게 된다.
탈착부(p21)로부터 배출되는 탈착 가스(G4)는, 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 2122 ppm, 온도가 약 80℃이다. 밸브(pV112)를 폐쇄 상태로 하여, 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)의 100%를 탈착부(p21)에 도입하고 있기 때문에, 냉각기(300)에 도입되는 가스는, 탈착 가스(G4)가 100%이고, 직접 도입되는 배기 가스(G1)는 0%이다.
탈착 가스(G4)가, 냉각기(p300)에 있어서 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액과 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)로 분리된다. 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액은 회수 탱크(p400)에 회수된다. 유기 용제[NMP]의 농도는 약 91 wt%이다. 상기 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)는, 유기 용제 농도가 약 1142 ppm, 온도가 약 40℃이다. 이 유기 용제 함유 가스(G2)는, 배관 라인(L2)에 의해 농축 장치(p20)의 흡착부(p22)에 도출된다.
이와 같이 농축 장치(p20)의 흡착부(p22)에 의해 유기 용제가 흡착된 청정 가스(G3)는, 배관 라인(L3)을 통하여 급기 가열 장치(p500)에 도출된다. 흡착부(p22)로부터 도출되는 청정 가스(G3)는, 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 20 ppm, 온도가 약 70℃이다.
급기 가열 장치(p500)에 도출된 청정 가스(G3)는, 급기 가열 장치(p500)에 의해 가열되지 않고, 온도가 약 70℃인 청정 가스(G3)가 그대로 배관 라인(L4)을 통하여 생산 설비(p1000)에 도출된다.
상기 구성을 갖는 제2 참고 기술에 따른 유기 용제 회수 시스템(P1B)의 작용 효과에 관해, 제1 참고 기술로서 설명한 유기 용제 회수 시스템(P1A)과 비교한 경우에 관해 설명한다.
[1]. 냉각기(p300)에 필요한 냉각 온도의 상승이 가능,(28℃→40℃)
제2 참고 기술 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(P1B)에 의하면, 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 고온 상태의 배기 가스(G1)를 농축 장치(p20)의 탈착부(p21)에 보냄으로써, 유기 용제 회수 시스템(P1A)에서의 재생 히터(p100)와 같은 장치의 사용이 불필요해져, 유틸리티 사용량의 증가를 억제하는 것이 가능해진다.
구체적으로는, 유기 용제 회수 시스템(P1A)에서는, 재생 히터(p100)에 의해 탈착부(p21)에 도출하는 청정 가스(G3)를 33℃로부터 130℃로 가열할 필요가 있었다. 그러나, 제2 참고 기술 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(P1B)에 의하면, 고온 상태의 배기 가스(G1)를 고온 상태로 농축 장치(p20)의 탈착부(p21)에 보내기 때문에, 탈착부(p21)에 도출하는 가스를 가열할 필요가 없다. 그 결과, 농축 장치(p20)에서의 농축 배율(흡착 풍량/탈착 풍량)을 저감하는 것이 가능해진다. 탈착부(p21)에서는, NMP를 고농도 함유한 배기 가스(G1)에 의한 탈착 조작이 되기 때문에, 탈착 효율이 높은 흡착재를 이용함으로써 탈착 조작의 향상을 도모할 수 있다.
이와 같이, 제2 참고 기술 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(P1B)에서는, 유기 용제 회수 시스템(P1A)과 비교한 경우, 경제적으로 농축 배율을 낮게 함으로써, 농축 장치(p20)의 성능 향상을 도모하는 것이 가능해지고, 냉각기(p300)의 냉각 온도를 상승(28℃→40℃)시키는 것이 가능해져(표 1 참조), 냉각기(p300)의 유틸리티 사용량의 삭감을 가능하게 한다.
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[2]. 냉각기(300)로의 도입 가스 온도의 저감이 가능. (105℃→80℃)
또한, 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 고온 상태의 배기 가스(G1)를 농축 장치(p20)의 탈착부(p21)에 보냄으로써, 흡착재에 의한 열 교환이 행해지게 되고, 냉각기(p300)로의 도입전의 가스 온도를 저감(105℃→80℃)시키는 것이 가능해져(표 1 참조), 냉각기(300)의 유틸리티 사용량의 삭감을 가능하게 한다.
[3]. 급기 가열 장치(500)의 도입 온도의 상승이 가능. (33℃→70℃)
또, 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 고온 상태의 배기 가스(G1)를 농축 장치(p20)의 탈착부(p21)에 보냄으로써, 흡착재에 의한 열 교환이 행해지게 되고, 급기 가열 장치(p500)로의 도입전의 가스 온도를 상승(33℃→70℃)시키는 것이 가능해져(표 1 참조), 급기 가열 장치(p500)의 유틸리티 사용량의 삭감을 가능하게 한다.
이와 같이, 제 참고 기술 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(P1B)에 의하면, 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 고온 상태의 배기 가스(G1)를 농축 장치(p20)의 탈착부(p21)에 보냄으로써, 냉각기(p300) 및 급기 가열 장치(p500)의 유틸리티 사용량의 삭감이 가능해진다. 그 결과, 시스템의 전체적인 러닝 코스트를 크게 삭감하는 것이 가능해진다.
[4]. NMP 회수액의 농도 향상. (78 wt%→91 wt%)
또한, 제2 참고 기술 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(P1B)에 의하면, 제1 참고 기술 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(P1A)의 경우와 비교하여 냉각기(p300)의 온도를 상승시킬 수 있기 때문에, 물의 응축량이 저감하여 회수액 중의 NMP(N-methyl-2-pyrrolidione; n-메틸-2-피롤리돈) 농도를 향상(78wt%→91 wt%)시키는 것이 가능해진다.
제2 참고 기술 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(P1B)에서는, 배기 가스(G1)의 온도의 일례로서 110℃를 상정한 경우를 나타내고 있지만, 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)의 온도로는 50℃～200℃가 상정된다. 따라서, 배기 가스의 온도가 소정 온도에 도달하지 않은 경우에는, 필요에 따라 재생 히터(100)를 이용하여 배기 가스(G1)의 가열을 행한다.
또한, 생산 설비(p1000)로부터 배출된 배기 가스(G1)를 100% 탈착부(21)에 도출하고, 탈착 가스(G4)의 100%를 냉각기(p300)에 도출하는 경우에 관해 설명하고 있지만, 생산 설비(p1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)의 일부를, 배관 라인(L9)을 통하여 직접 냉각기(p300)에 도출시키는 것도 가능하다. 냉각기(p300)를 통과시키는 가스의 상정되는 풍량 비율은, 배기 가스(G1)가 0%~50%, 탈착 가스(G4)가 50%~100% 정도이다.
그리고, 배기 가스(G1)로서 생산 설비(p1000)로부터 배출된 가스를 이용하여, 정화된 가스를 생산 설비(p1000)로 복귀시키는 경우에 관해 설명하고 있지만, 배기 가스(G1)로서 생산 설비(p1000)로부터 배출된 가스를 직접 이용할 필요는 없고, 동일한 성질을 갖는 배기 가스(G1)라면, 제2 참고 기술 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(P1B)을 이용하여, 고농도의 유기 용제를 회수하는 것이 가능하다. 또, 정화된 가스를 생산 설비(p1000)로 복귀시킬 필요는 없고, 청정된 가스를 다른 용도로 이용하는 것도 가능하다.
하지만 이상에서 설명된 제1 참고 기술 형태 및 제2 참고 기술 형태에 따른 유기 용제 회수 시스템(P1A,P1B)을 포함한 종래의 일반적인 유기 용제 회수 시스템에서는 다음과 같은 구조적인 문제점 내지는 한계점을 가지게 된다.
(1). 흡착부 내부에 활성탄이 채워지는 구조(도 4와 도 5a 및 도 5b 참조)를 채택하는 경우에 유기 용제 함유 가스(G2)(SLA; Solvent-laden Air)가 흡착부 전체에 균등하게 배분될 수 있는 구조를 제시하지 못하고 있어서 편류 현상이 발생하는 단점을 가짐.
(2). 흡착부 내부의 활성탄에 흡착되었던 유기 용제(Solvent)가 스팀에 의해 탈착되는 정도(온도)를 감지하여 탈착 시간을 조절할 수 있는 장치를 제공하지 못하고 있음.
(3). 흡착부 내부의 활성탄에 수분이 적게 포함되어 있을수록 흡착 기능이 상승하므로 흡착율 제고하기 위하여 탈착이 끝난 활성탄의 건조 공정을 추가적으로 채택할 수 있는데, 이 경우에 건조 공정 중의 활성탄 온도를 감지하여 건조 온도 및 시간 조절을 할 수 있는 기능에 대한 고려가 없음.
(4). 활성탄은 온도가 낮을 수록 흡착 기능이 상승하므로 흡착율을 제고하기 위하여 탈착 공정후의 건조 공정과 흡착 공정 사이에 냉각 공정을 두는 것이 유리한데, 종래 기술에 따른 건조된 활성탄을 냉각 공정은 일반적으로 상온의 공기로 냉각하는 정도의 구성만을 제시함에 그치는 한계를 가짐.
(5). 냉각기에서 냉각수(Cooling Water, 32℃)로만 회수된 유기 용제(Solvent) 응축하는 구조에서는 유기 용제 응축율을 향상시키는데 한계를 가짐.
(특허문헌 0001) 특허문헌 1: 일본 특허 공개 평01-127022호 공보
(특허문헌 0002) 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2007-44595호 공보
(특허문헌 0003) 특허문헌 3: 한국 등록특허 제10-1156890호의 특허공보
한편, 유기 용제 회수 시스템에서, 유기 용제를 농축 장치를 구성하는 흡착부를 회전축을 중심으로 회전하여 흡착부와 탈착부가 교번하도록 구성되는 한개의 시트형 흡착재를 이용하는 대신에, 내부 중단에 활성탄을 수납한 복수개의 원통형 드럼체 흡착부를 배치하고, 그 중 하나의 드럼체 흡착부에서 하부에서 상부로 인입 유도되는 유기 용제 함유 가스의 유기 용제가 중단의 활성탄에 흡착되도록 하고(상단으로 배기), 다른 드럼체에서는 이미 농축 흡착된 유기 용제가 활성탄으로부터 탈착되도록 탈착 스팀을 상부에서 주입하거나(하부로 유기 용제 농축 가스 배출), 활성탄을 건조 및 냉각시키는 활성탄 준비 단계를 수행토록하는 벤치 타입으로 구성되는 유기 용제 회수 시스템을 구성하는 경우에 전체 공정 효율을 높이거나 용량 조절 등에 자유로운 운용성을 가지는 등의 유리한 효과를 가진다.
따라서, 본 발명에서는 복수개의 원통형 드럼체 흡착부를 배치하고 그 내부에 배치되는 흡착 부재로서 활성탄을 사용하는 경우에, 유기 용제 함유 가스(SLA; Solvent-laden Air)가 흡착부 전체에 균등하게 배분될 수 있는 구조를 제시하며, 흡착부 내부의 활성탄에 흡착되었던 유기 용제(Solvent)가 스팀에 의해 탈착되는 정도(온도)를 감지하여 탈착 시간을 조절할 수 있는 장치를 제공하며, 흡착부 내부의 활성탄에 수분이 적게 포함되어 있을수록 흡착 기능이 상승하므로 흡착율 제고하기 위하여 탈착이 끝난 활성탄의 건조 공정을 추가적으로 채택하면서 건조 공정 중의 활성탄 온도를 감지하여 건조 온도 및 시간 조절을 할 수 있는 기능을 제공하고, 아울러 활성탄의 흡착율을 제고하기 위하여 탈착 공정후의 건조 공정과 흡착 공정 사이에 냉각 공정을 배치하며, 건조된 활성탄을 냉각하는 공정에 이용되는 냉각용 에어의 온도를 낮추기 위한 냉각수 및 냉동수 배관을 추가하며, 그리고 유기 용제(Solvent) 응축시에 냉각기에 공급되는 냉각수(Cooling Water, 32℃)와 냉동수(Chilled Water, 7℃)의 적절한 혼합으로써 선택된 온도로 낮춤으로써 응축률을 제고할 수 있도록 하는 수단을 제공하고, 이로써 나아가 유기 용제 회수 시스템에 사용되는 에너지를 절감(에너지 절약)에 기여하도록 하는 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 시급한 기술적 과제가 되었다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 방법 발명으로서
생산 설비로부터 배출되는 유기 용제를 함유하는 산업용 배기 가스("유기 용제 함유 가스(SLA; Solvent Laden Air)"로 약칭함)를 이용하거나 발생시키는 공정이 수행되는 SLA 산출 프로세싱(공정) 단계(S100);
상기 SLA 산출 프로세싱 단계(S100)로부터 발생하는 유기 용제 함유 가스(SLA)를, 활성탄을 포함하여 구성되는 원통형 드럼체 흡착부(ADSORBER)로 공급하여 유기 용제 함유 가스가 활성탄에 흡착되도록 하는 SLA 흡착 단계(S200);
고온의 탈착 스팀 가스를 흡착부의 활성탄에 공급하여 활성탄에 농축 흡착된 유기 용제를 탈착시키는 유기 용제 탈착 단계(S300);
드라잉 에어(Drying Air)를 상기 흡착부의 활성탄에 공급하여 활성탄을 건조시키는 활성탄 건조 단계(S400);
냉각용 에어(Cooling Air)를 상기 흡착부의 활성탄에 공급하여 활성탄을 냉각시키는 활성탄 냉각 단계(S500); 및
상기 유기 용제 탈착 단계 (S300)에서 탈착된 유기 용제 농축 가스를 응축 냉각기(Condenser)에서 유기 용제로 응축시키는 유기 용제 응축 단계(S600)를 포함하여 이루어지고, 그리고
상기 SLA 흡착 단계(S200)에서 상기 원통형 드럼체 흡착부(ADSORBER) 내부 중단의 활성탄 수용층 하부에 유기 용제 함유 가스 인입구로부터 길이 방향으로 높이가 점증되고 폭이 점증되는 다수개의 날개형 가이드 베인이 설치되어 유기 용제 함유 가스(SLA; Solvent-laden Air)가 활성탄 수용층 전체에 균등하게 배분되도록 하고,
상기 유기 용제 탈착 단계(S300)에서 활성탄에 흡착되었던 유기 용제(Solvent)가 탈착 스팀 가스에 의해 탈착되는 정도를 활성탄 온도 센서의 온도값을 감지하여 탈착 시간을 조절함으로써 제어하고,
상기 활성탄 건조 단계(S400)에서 활성탄 온도 센서의 온도값을 감지하여 드라잉 에어(Drying Air)의 온도와 건조 단계의 지속 시간을 조절(S300a)하고,
상기 활성탄 냉각 단계(S500)에서 활성탄 온도 센서의 온도값을 감지하여, 냉각용 공기의 배관로에 열교환 방식으로 냉각수 배관 및 냉동수 배관을 추가로 배치하여 냉각용 에어(Cooling Air)의 온도를 낮추며 냉각용 에어 공급 시간을 조절(S300b)하며,
상기 유기 용제 응축 단계(S600)에서 유기 용제(Solvent) 응축시에 냉각기에 공급되는 냉각수(Cooling Water, 32℃)와 냉동수(Chilled Water, 7℃)를 적절한 비율로 혼합함으로써 응축률을 높이도록 하는 것을 특징으로 하는 유기 용제를 함유하는 배기 가스로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 방법을 그 해결수단으로 제공한다.
또한 본 발명은 장치 발명의 태양으로서,
생산 설비로부터 배출되는 유기 용제 함유 가스에 포함된 유기 용제를 배기 가스로부터 효율적으로 회수하는 유기 용제 회수 시스템으로서,
내부 중단에 활성탄을 수납한 복수개의 원통형 드럼체 흡착부(ADSORBER; A-1, A-2, A-3)를 배치하고, 그 중 하나의 드럼체 흡착부(A-1)에서 하부에서 상부로 인입 유도되는 유기 용제 함유 가스의 유기 용제가 드럼체 흡착부 중단에 배치된 활성탄에 흡착되도록 하고(상단으로 배기), 다른 드럼체 흡착부(A-2 또는 A-3)에서는 이미 농축 흡착된 유기 용제가 활성탄으로부터 탈착되도록 탈착 스팀 가스를 상부에서 주입하는(하부로 유기 용제 농축 가스를 배출) 탈착 단계를 수행하거나, 활성탄을 건조 및 냉각시키는 활성탄 준비 단계를 수행하도록하는 벤치 타입으로 구성되는 유기 용제 회수 시스템에 있어서,
유기 용제 함유 가스(SLA; Solvent-laden Air)가 활성탄 수용층 전체에 균등하게 배분되도록, 상기 드럼체 흡착부 중단의 활성탄 수용층 하부에 유기 용제 함유 가스 인입구로부터 길이 방향으로 높이가 점증되고 폭이 점증되는 다수개의 풍형전환 날개형 가이드 베인;
활성탄에 흡착되었던 유기 용제(Solvent)가 탈착 스팀 가스에 의해 탈착되는 정도를 탈착 온도와 탈착 시간을 조절함으로써 제어하기 위하여, 활성탄 온도를 감지하기 위하여 상기 드럼체 흡착부 중단의 활성탄 수용층에 설치되는 활성탄 온도 센서 및 그 측정값에 따라 제어되도록 탈착 스팀 가스 주입 라인에 설치되는 탈착 스팀 가스 주입 조절 밸브;
드라잉 에어(Drying Air)의 온도와 건조 단계의 지속 시간을 조절하면서 유기 용제가 탈착된 활성탄을 건조시키기 위하여, 청정 공기(Fresh Air) 공급라인과 그리고 이를 감싸도록 배치되며 상기 활성탄 온도 센서의 측정값에 따라 제어되는 스팀 공급 밸브를 통하여 탈착 스팀 가스 주입 라인으로부터 분기되는 가열 스팀 라인을 구비한 드라잉용 열교환기;
건조된 활성탄을 냉각시키기 위하여 사용되는 냉각용 에어(Cooling Air)의 온도를 낮추도록 제어하기 위하여, 상기 활성탄 온도 센서의 측정값에 따라 제어되는 것으로서 상기 드라잉용 열교환기에 추가 설치되는 냉각수 라인(COLLING TOWER WATER, 290㎥/hr, 32℃) 및 냉동수 라인(CHILLED WATER SUPPLY, 160㎥/hr, 7℃)과 그리고 각 라인에 배치되는 유량 제어 밸브를 구비한 쿨링용 열교환기(CHILLER); 및
유기 용제(Solvent)의 응축시에 응축률을 높이도록, 냉각기에 공급되는 냉각수(Cooling Water, 32℃) 라인과 냉동수(Chilled Water, 7℃) 라인을 적절한 비율로 혼합하는 3-way 조절 밸브를 구비한 응축 탱크를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 용제 회수 시스템을 제공한다.
복수개의 원통형 드럼체 흡착부를 배치하고 그 내부에 배치되는 흡착 부재로서 활성탄을 사용하는 본 발명에 따르면, 높이가 점증되고 폭이 점증되는 다수개의 풍형전환 날개형 가이드 베인에 의해 유기 용제 함유 가스(SLA; Solvent-laden Air)가 원통형 드럼체 흡착부 내부의 활성탄 전체에 균등하게 배분될 수 있는 효과를 제공하며, 흡착부 내부의 활성탄에 흡착되었던 유기 용제(Solvent)를 스팀에 의해 탈착할 때 활성탄을 온도에 따라서 탈착 시간을 조절할 수 있도록 하는 효과를 제공하며, 활성탄 온도 센서의 측정값에 따라 작동되는 드라잉용 열교환기와 쿨링용 열교환기를 통하여, 탈착이 종료된 활성탄을 재사용하기 위하여 활성탄에 수분이 적게 포함되도록 충분하게 건조하고 활성탄의 온도가 충분히 낮은 온도가 될 수 있도록 하며, 이로써 흡착 기능이 상승할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
아울러, 유기 용제 응축시에 냉각기에 공급되는 냉각수(Cooling Water, 32℃)와 냉동수(Chilled Water, 7℃)의 적절한 혼합으로써 선택된 온도로 낮춤으로써 응축률을 향상시켜서 회수율을 높이는 효과를 제공하고, 나아가 유기 용제 회수 시스템에 사용되는 에너지를 절감(에너지 절약)에 기여하도록 한다.
도 1a는 종래 기술에 따른 유기 용제 회수 시스템의 제1 참고 기술을 채택한 유기 용제 회수 시스템의 일례의 구조도.
도 1b는 종래 기술에 따른 유기 용제 회수 시스템의 제2 참고 기술을 채택한 유기 용제 회수 시스템의 일례의 구조도.
도 2a는 종래의 일반적인 유기 용제 회수 시스템에서 사용되는 농축 장치를 도시한 도면.
도 2b는 도 2a의 농축 장치를 구성하는 탈착부(탈착존; p21)와 흡착부(흡착존; p22)를 도시한 도면.
도 2c는 도 2b의 흡착부(p22)가 시트형 흡착재로 구성된 예를 도시한 상세도.
도 3은 본 발명에 따른 유기 용제 회수 시스템의 개략적인 구성과 발명적인 특징적 구성 요소들을 표시한 블록선도.
도 4a는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 유기 용제 회수 시스템의 바람직한 일 실시예를 구성하는 주요 장치들의 연결/작동 상태를 설명하기 위하여 도시한 시스템 작동 상태도.
도 4b와 도 4c는 도 4a의 작동 상태 일부분을 확대 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 유기 용제 회수 시스템의 바람직한 일 실시예를 도시한 시스템 구성 상세도.
도 6a는 흡착부로 도입되는 SLA가 활성탄에 전체적으로 고르고 균등하게 도입되도록 균등 유속/유량을 형성 과정(S200)을 확대도시한 도면.
도 6b는 흡착부에서 농축된 유기 용제를 탈착하는 과정에서 활성탄의 온도에 기초하여 스팀 탈착 시간을 조절하는 상태(S300)를 확대도시한 도면.
도 6c는 흡착부를 구성하는 활성탄을 건조시키는 건조 에어(Drying AIR)를 생성하는 과정에서 활성탄의 온도에 기초하여 청정 공기(Fresh Air)를 가열하도록 고온의 스팀 라인을 열교환 방식으로 통과시키고(S400), 건조 에어(Drying AIR)의 공급량과 공급 시간을 조절(S330a)하는 상태를 확대도시한 도면.
도 6d는 흡착부를 구성하는 활성탄을 냉각시키는 냉각 에어(Cooling AIR)를 생성하는 과정에서 활성탄의 온도에 기초하여 청정 공기(Fresh Air)를 냉각하도록 냉각수 라인과 냉동수 라인을 열교환 방식으로 통과시키고(S500), 냉각 에어의 공급량과 공급 시간을 조절(S330b)하는 상태를 확대도시한 도면.
도 7a는 도 6a의 실시예에 사용되는 농축 장치를 구성하는 드럼체 흡착부(ADSORBER; A-1)로서, 활성탄을 원통형 드럼체 내에 배치하고, 활성탄에 유기 용제 함유 가스(SLA; Solvent-laden Air)를 투입하여 유기 용제가 흡착되도록 하고, 탈착 가스로서 고온의 스팀을 투입하여 농축 흡착된 유기 용제를 분리 회수하는 장치의 내부 측면을 원통 구조의 길이 방향으로 투시 도시한 도면.
도 7b는 도 6a에 도시된 장치의 내부를 상부에서 투시한 평면(TOP VIEW)으로 도시한 도면.
도 7c는 도 6a에 도시된 장치의 단부에서 원형 단면 방향으로 내부를 투시한 도면(SIDE VIEW)으로 도시한 도면.
도 8은 도 5에 도시된 실시예에서 에어 스트리퍼를 제외한 구성에 따른 실시예를 도시한 시스템 구성 상세도.
도 9는 도 5에 도시된 실시예에서 수직형 분별 응축기(VERTICAL PARTIAL CONDENSER; 냉각기)의 응축물 탱크에 연결된 에어 스트리퍼의 연결 구성도.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하에서는, 본 발명에 따른 유기 용제 회수 시스템의 개략적인 구성과 발명적인 특징적 구성 요소들을 블록선도로 표시한 도 3과, 전체 시스템의 작동 상태를 세부 블록선도로써 보다 구체적으로 도시한 도 4a, 도 4b, 및 도 4c, 본 발명에 따른 유기 용제 회수 시스템의 바람직한 일 실시예를 전체적으로 도시한 도 5, 그리고 위 바람직한 실시예에 나타난 발명적인 특징적 구성 요소들의 작동 상태를 각각 도시한 도 6a 내지 도 6d, 그리고 도 6a의 농축 장치를 구성하는 드럼체 흡착부의 세부 구성을 도시한 도 7a 내지 도 7c를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보기로 한다.
본 발명이 적용되는, 생산 설비로부터 배출되는 유기 용제 함유 가스(SLA)에 포함된 유기 용제를 배기 가스(G1; 도 4a 참조)로부터 효율적으로 회수하는 유기 용제 회수 시스템에 대한 본 발명에 따른 방법 발명의 바람직한 일 태양에 따른 실시예에서는, 도 3 및 도 4a에 도시된 바와 같이,
생산 설비로부터 배출되는 유기 용제를 함유하는 산업용 배기 가스(G1; 이하에서는, "유기 용제 함유 가스(SLA; Solvent Laden Air)"로 약칭함)를 이용하거나 발생시키는 공정이 수행되는 SLA 산출 프로세싱(공정) 단계(S100);
상기 SLA 산출 프로세싱 단계(S100)로부터 발생하는 유기 용제 함유 가스(SLA)를, 활성탄을 포함하여 구성되는 원통형 드럼체 흡착부(ADSORBER; A-1, A-2, A-3)로 공급하여 유기 용제 함유 가스가 활성탄에 흡착되도록 하는 SLA 흡착 단계(S200);
고온의 탈착 스팀 가스를 상기 흡착부의 활성탄에 공급하여 활성탄에 농축 흡착된 유기 용제를 탈착시키는 유기 용제 탈착 단계(S300);
드라잉 에어(Drying Air)를 상기 흡착부의 활성탄에 공급하여 활성탄을 건조시키는 활성탄 건조 단계(S400);
냉각용 에어(Cooling Air)를 상기 흡착부의 활성탄에 공급하여 활성탄을 냉각시키는 활성탄 냉각 단계(S500); 및
상기 유기 용제 탈착 단계 (S300)에서 탈착된 유기 용제 농축 가스를 응축 냉각기(Condenser)에서 유기 용제로 응축시키는 유기 용제 응축 단계(S600)를 포함하여 이루어지고, 그리고
상기 SLA 흡착 단계(S200)에서 상기 원통형 드럼체 흡착부(ADSORBER) 내부 중단의 활성탄 수용층 하부에 유기 용제 함유 가스 인입구로부터 길이 방향으로 높이가 점증되고 폭이 점증되는 다수개의 날개형 가이드 베인이 설치되어 유기 용제 함유 가스(SLA; Solvent-laden Air)가 활성탄 수용층 전체에 균등하게 배분(①)되도록 하고,
상기 유기 용제 탈착 단계(S300)에서 활성탄에 흡착되었던 유기 용제(Solvent)가 탈착 스팀 가스에 의해 탈착되는 정도를 활성탄 온도 센서의 온도값을 감지하여 탈착 시간을 조절(②)함으로써 제어하고,
상기 활성탄 건조 단계(S400)에서 활성탄 온도 센서의 온도값을 감지하여 드라잉 에어(Drying Air)의 온도와 건조 단계의 지속 시간을 조절(③; S300a)하고,
상기 활성탄 냉각 단계(S500)에서 활성탄 온도 센서의 온도값을 감지하여, 냉각용 공기의 배관로에 열교환 방식으로 냉각수 배관 및 냉동수 배관을 추가로 배치하여 냉각용 에어(Cooling Air)의 온도를 낮추며 냉각용 에어 공급 시간을 조절(④; S300b)하며,
상기 유기 용제 응축 단계(S600)에서 유기 용제(Solvent) 응축시에 냉각기에 공급되는 냉각수(Cooling Water, 32℃)와 냉동수(Chilled Water, 7℃)를 적절한 비율로 혼합(⑤)함으로써 응축률을 높이도록 하는 것을 특징으로 하는 유기 용제를 함유하는 배기 가스로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 첨부 도면들에 도시된 장치 발명의 일 태양에 따른 바람직한 실시예로서,
생산 설비로부터 배출되는 유기 용제 함유 가스에 포함된 유기 용제를 배기 가스(G1)로부터 효율적으로 회수하는 유기 용제 회수 시스템으로서,
내부 중단에 활성탄을 수납한 복수개의 원통형 드럼체 흡착부(ADSORBER; A-1, A-2, A-3)를 배치하고, 그 중 하나의 드럼체 흡착부(예컨대, 'A-1')에서 하부에서 상부로 인입 유도되는 유기 용제 함유 가스(G2)의 유기 용제가 드럼체 흡착부 중단에 배치된 활성탄 수용층(A-1-m, A-2-m, A-3-m) 내의 활성탄에 흡착되도록 하고(도 6a에 도시된 바와 같이 흡착부 상단으로 배기), 다른 드럼체 흡착부(A-2 또는 A-3)에서는 이미 농축 흡착된 유기 용제가 활성탄으로부터 탈착되도록 탈착 스팀 가스(G4)를 상부에서 주입하는(하부로 유기 용제 농축 가스를 배출) 탈착 단계를 수행하거나, 활성탄을 건조 및 냉각시키는 활성탄 준비 단계를 수행하도록하는 벤치 타입으로 구성되는 유기 용제 회수 시스템을 제공한다.
여기에서, 도 6a 그리고 도 7a 내지 도 7c에 보다 구체적으로 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 SLA 흡착(Adsorption) 단계(S200)에서 유기 용제 함유 가스(G2; SLA)가 활성탄 수용층(A-1-m, A-2-m, A-3-m) 전체에 균등하게 배분되도록(①,Ⅰ), 원통형의 상기 드럼체 흡착부(A-1, A-2, A-3) 중단의 활성탄 수용층(A-1-m, A-2-m, A-3-m) 하부에 유기 용제 함유 가스 인입구(318)로부터 길이 방향으로 높이(H1, H2, H3, H4, H5)가 점증되고 또한 폭(W1, W2, W3, W4, W5)이 점증되는 다수개의 풍형전환 날개형 가이드 베인(311, 312, 313, 314, 315)이 제공되는데, 유기 용제 함유 가스 인입구(318)로부터 SLA 투입 밸브(310;Ⅰ)를 거쳐서 유입되는 유기 용제 함유 가스(G2; SLA)가 유속을 형성하면서 풍형전환 날개형 가이드 베인(311, 312, 313, 314, 315)에 의해 순차적으로 단계적으로 분량이 배분되면서 상방으로 흐름 방향이 전환되는 구조를 제공함으로써 활성탄 수용층(A-1-m, A-2-m, A-3-m) 전체에 SLA가 균등하게 배분되게 하며, 나아가 활성탄 수용층(A-1-m, A-2-m, A-3-m)을 거치면서 유기 용제의 흡착이 발생함으로써 정화된 클린한 청정 가스(G3)가 대기 배기 라인(L3)을 통하여 대기로 배출된다.
그리고, 도 4a 및 도 4b, 그리고 특히 도 6b에 보다 구체적으로 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 유기 용제 탈착 단계(S300)에서 활성탄에 흡착되었던 유기 용제(Solvent)가 136℃의 탈착 스팀 가스(G4)에 의해 탈착되는 정도를 탈착 온도와 탈착 시간을 조절함으로써 제어하기 위하여(②,Ⅱ), 활성탄 온도를 감지하기 위하여 상기 드럼체 흡착부(A-1, A-2, A-3) 중단의 활성탄 수용층(A-1-m, A-2-m, A-3-m)에 활성탄 온도 센서(Π/2A1, Π/2A2,Π/2A3...)가 설치되고, 그리고 그 측정값(Tac1)에 따라 제어되도록 탈착 스팀 가스 주입 라인(L4)에 탈착 스팀 가스 주입 조절 밸브(320)가 설치되고, 도 6c에 보다 구체적으로 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 활성탄 건조 단계(S400)에서 드라잉 에어(Drying Air)의 온도와 건조 단계의 지속 시간을 조절하면서 유기 용제가 탈착된 활성탄을 건조시키기 위하여(③, S330a), 청정 공기(Fresh Air) 공급라인(L7)과 그리고 이를 감싸도록 배치되며 상기 활성탄 온도 센서(Π/2A1, Π/2A2,Π/2A3...)의 측정값(Tac1)에 따라 제어되는 스팀 공급 밸브(ⓐ)를 통하여 탈착 스팀 가스 주입 라인(L4)으로부터 분기되어 공급되는 가열 스팀 라인을 구비한 드라잉용 열교환기(HEATER; E-3)가 제공되며, 청정 공기(Fresh Air; Ambient Air)가 드라잉용 열교환기(HEATER; E-3)를 거치면서 건조 가스(G6)로 생성되어서, 90℃의 건조 가스가 라인(L8)과 밸브(330)을 거쳐서 흡착 농축 장치의 활성탄으로 공급(Ⅲ)된다.
또한 도 4a 및 도 4b, 그리고 특히 도 6d에 보다 구체적으로 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 활성탄 냉각 단계(S500)에서, 건조된 활성탄을 냉각시키기 위하여 사용되는 냉각용 에어(Cooling Air)의 온도를 낮추도록 제어하기 위하여(④, S330b), 상기 활성탄 온도 센서(Π/2A1, Π/2A2,Π/2A3...)의 측정값(Tac1)에 따라 제어되는 것으로서 상기 드라잉용 열교환기(HEATER; E-3)에 추가 설치되는 냉각수 라인(COLLING TOWER WATER, 290㎥/hr, 32℃) 및 냉동수 라인(CHILLED WATER SUPPLY, 160㎥/hr, 7℃)과 그리고 각 라인에 배치되는 유량 제어 밸브(ⓑ, ⓒ)를 구비한 쿨링용 열교환기(CHILLER; E-7, E-8)가 제공되는데, 전술한 바와 같이 청정 공기(Fresh Air; Ambient Air)가 쿨링용 열교환기(CHILLER; E-7, E-8)를 거치면서 냉각 가스(G7)로 생성되어서, 25~32℃의 냉각 가스가 라인(L8)과 밸브(330)을 거쳐서 흡착 농축 장치의 활성탄으로 공급(Ⅳ)된다.
여기에서 나아가, 본 발명에 따른 유기 용제 회수 시스템의 바람직한 일 실시예는, 유기 용제(Solvent)의 응축시에 응축률을 높이도록(⑤), 냉각기에 공급되는 냉각수(Cooling Water, 32℃, 290㎥/hr) 라인과 냉동수(Chilled Water, 7℃, 160㎥/hr) 라인을 적절한 비율로 혼합하는 3-way 조절 밸브를 구비한 응축 탱크(Condensate Tank; T-2)를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 바람직한 일 실시예를 형성하는 유기 용제 회수 시스템의 전체 구성 중에서 이상에서 설명된 부분 이외의 부분에 대한 구체적인 작동 상태를, 생산 설비에서 생성된 유기 용제로서 MECL2(Methane dichloride; Methylene bichloride; Methylene dichloride; Dichloromethane, 23,500 N㎥/hr, 12,765 PPMV MECL2, -150mmAq)를 흡착(ADSORPTION)하고 회수(RECOVERY)하는 과정을 통하여 살펴보기로 한다.
앞서 설명된 SLA 산출 프로세싱(공정) 단계(S100)와 SLA 흡착 단계(S200)사이에, SLA 산출 공정(S100)을 통하여 산출된 MECL2가 배기 가스(G1) 형태로 생성되어 라인(L1)을 통하여, 7℃의 냉동수(CHILLED WATER)가 공급되는 냉각기(CHILLER, E-1)와, 스팀 가스가 공급되는 재생 히터(Re-Heater; E-2)로 공급되어서, 응축이 쉬운 부분(Water+MC)과 응축이 어려운 부분(G2 가스)으로 분리 처리되고, 응축이 쉬운 부분(Water+MC)은 물과 유기 용제를 분리하기 위하여 설치되는 데칸터(T-1)으로 공급되고, 그리고 응축이 어려운 부분으로서 재생 히터에 의해 재가열된 유기 용제 함유 가스(G2, 40℃ 이하)는 라인(L2)와 SLA 투입 밸브(310)를 통하여 흡착 농축 장치(Adsorber)(A-1, A-2, A-3)로 공급(S150)되도록 분별 처리(S150)되고, 흡착 농축 장치(Adsorber)에서 흡착 공정을 거친 청정 가스(G3, 5 ppmv, 25℃)는 라인(L3)을 통하여 대기로 배기된다.
즉, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 유기 용제 함유 가스에 포함된 물과 액상의 유기 용제 혼합 응축물을, 배기 가스(G1) 형태로 라인(L1)을 통하여 흡착 농축 장치(Adsorber)(A-1, A-2, A-3)로 공급되기 이전에 증기(Vapor) 부분과 분리하여 분별 처리할 수 있도록 SLA 분별 장치를 추가적으로 포함하고 있으며, 상기 SLA 분별 장치는, 7℃의 냉동수(CHILLED WATER)가 공급되는 냉각기(CHILLER, E-1)와, 스팀 가스가 공급되는 재생 히터(Re-Heater; E-2)를 포함하여 이루어져서 응축이 쉬운 부분(Water+MC)과 응축이 어려운 부분(G2 가스)으로 분리 처리된 이후에, 응축이 쉬운 부분(Water+MC)은 물과 유기 용제를 분리하기 위하여 설치되는 데칸터(T-1)로 공급되고, 응축이 어려운 부분으로서 재생 히터에 의해 재가열된 유기 용제 함유 가스(G2, 40℃ 이하)는 라인(L2)와 SLA 투입 밸브(310)를 통하여 흡착 농축 장치(Adsorber)(A-1, A-2, A-3)로 공급(S150)된다.
이와 같이 유기 용제 함유 가스(G2)로부터 유기 용제의 흡착이 진행된 이후에, 이를 고온(136℃)의 탈착 스팀 가스(G4; 6kgf/㎠, 5000kg/hr)에 의해 탈착하는 공정이 진행되게 되고, 탈착 스팀 가스는 라인(L4)와 탈착 스팀 가스 주입 조절 밸브(320)를 통하여 활성탄의 온도 센싱값에 따라 스팀 탈착 시간을 조절하면서 흡착 농축 장치(Adsorber)(A-1, A-2, A-3)의 상부로 탈착 스팀 가스를 공급하게 된다.
한편, 탈착된 유기 용제는, 도 4c 및 도 5 등에 도시된 바와 같이, 흡착 농축 장치(Adsorber)(A-1, A-2, A-3) 바닥부의 출구를 통하여 라인(L5)을 통하여 냉각수(32℃) 라인과 냉동수(7℃) 라인의 혼합류에 의해 분별 응축하는 수직형 분별 응축기(E-4, VERTICAL PARTIAL CONDENSER) 및 응축물 탱크(T-2, CONDENSATE TANK), 냉동수에 의해 추가 응축하는 주 MC 응축기(E-5, Main MC CONDENSER), 및 물과 유기 용제 응축물(MC)를 분리하는 데칸터(T-1, DECANTER), 분리된 유기 용제 응축물(MC)을 분리 이송하는 용제 회수 탱크(T-3; SOLVENT TRANSFER TANK) 및 용제 회수 펌프(SOLVENT TRANSFER PUMP), 그리고 이로부터 분리되어 나온 2개의 라인, 배출수(WASTER WATER, 2.8㎥/hr DAY AVG) 라인 및 회수된 유기 용제 라인(4m3/hr moment max, 0.87㎥/hr DAY AVG)을 거쳐서 분리 회수된다.
추가적으로, 앞서 예시한 도 5의 실시예 도면에는 에어 스트리퍼(Air Stripper)의 구성이 나타나 있으나, 이를 변형한 실시예로서 도 8에 예시된 실시예에는 에어 스트리퍼(Air Stripper)를 제외한 구성이 예시되어 있고, 도 9에는 에어 스트리퍼(Air Stripper)를 부가 설치하는 부분의 확대도가 예시되어 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
S100: SLA 산출 프로세싱(공정) 단계
S150: SLA 분별 단계
S200: SLA 흡착 단계
S300: 유기 용제 탈착 단계
S400: 활성탄 건조 단계
S500: 활성탄 냉각 단계
S600: 유기 용제 응축 단계
A-1, A-2, A-3: 흡착 농축 장치(Adsorber)
A-1-m, A-2-m, A-3-m: 활성탄 수용층
E-3: 드라잉용 열교환기(HEATER)
Π/2A1, Π/2A2,Π/2A3...: 활성탄 온도 센서
ⓐ: 스팀 공급 밸브
ⓑ, ⓒ: 유량 제어 밸브
E-7, E-8: 쿨링용 열교환기(CHILLER)
E-4: 수직형 분별 응축기(VERTICAL PARTIAL CONDENSER)
E-5: 주 MC 응축기(Main MC CONDENSER)
T-1: 데칸터(DECANTER)
T-2: 응축물 탱크(CONDENSATE TANK)
T-3: 용제 회수 탱크(SOLVENT TRANSFER TANK)

Claims (4)

  1. 생산 설비로부터 배출되는 유기 용제를 함유하는 산업용 배기 가스("유기 용제 함유 가스(SLA; Solvent Laden Air)"로 약칭함)를 이용하거나 발생시키는 공정이 수행되는 SLA 산출 프로세싱(공정) 단계(S100);
    상기 SLA 산출 프로세싱 단계 (S100)으로부터 발생하는 유기 용제 함유 가스(SLA)를, 활성탄을 포함하여 구성되는 원통형 드럼체 흡착부(ADSORBER)로 공급하여 유기 용제 함유 가스가 활성탄에 흡착되도록 하는 SLA 흡착 단계(S200);
    고온의 탈착 스팀 가스를 흡착부의 활성탄에 공급하여 활성탄에 농축 흡착된 유기 용제를 탈착시키는 유기 용제 탈착 단계(S300);
    드라잉 에어(Drying Air)를 상기 흡착부의 활성탄에 공급하여 활성탄을 건조시키는 활성탄 건조 단계(S400);
    냉각용 에어(Cooling Air)를 상기 흡착부의 활성탄에 공급하여 활성탄을 냉각시키는 활성탄 냉각 단계(S500); 및
    상기 유기 용제 탈착 단계 (S300)에서 탈착된 유기 용제 농축 가스를 응축 냉각기(Condenser)에서 유기 용제로 응축시키는 유기 용제 응축 단계(S600)를 포함하여 이루어지고, 그리고
    상기 SLA 흡착 단계(S200)에서 상기 원통형 드럼체 흡착부(ADSORBER) 내부 중단의 활성탄 수용층 하부에 유기 용제 함유 가스 인입구로부터 길이 방향으로 높이가 점증되고 폭이 점증되는 다수개의 날개형 가이드 베인이 설치되어 유기 용제 함유 가스(SLA; Solvent-laden Air)가 활성탄 수용층 전체에 균등하게 배분되도록 하고,
    상기 유기 용제 탈착 단계(S300)에서 활성탄에 흡착되었던 유기 용제(Solvent)가 탈착 스팀 가스에 의해 탈착되는 정도를 활성탄 온도 센서의 온도값을 감지하여 탈착 시간을 조절함으로써 제어하고,
    상기 활성탄 건조 단계(S400)에서 활성탄 온도 센서의 온도값을 감지하여 드라잉 에어(Drying Air)의 온도와 건조 단계의 지속 시간을 조절(S300a)하고,
    상기 활성탄 냉각 단계(S500)에서 활성탄 온도 센서의 온도값을 감지하여, 냉각용 공기의 배관로에 열교환 방식으로 냉각수 배관 및 냉동수 배관을 추가로 배치하여 냉각용 에어(Cooling Air)의 온도를 낮추며 냉각용 에어 공급 시간을 조절(S300b)하며,
    상기 유기 용제 응축 단계(S600)에서 유기 용제(Solvent) 응축시에 냉각기에 공급되는 냉각수(Cooling Water, 32℃)와 냉동수(Chilled Water, 7℃)를 적절한 비율로 혼합함으로써 응축률을 높이도록 하는 것을 특징으로 하는 유기 용제를 함유하는 배기 가스로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 SLA 산출 프로세싱(공정) 단계(S100)와 상기 SLA 흡착 단계(S200)사이에, 상기 SLA 산출 공정(S100)을 통하여 산출된 유기 용제가 배기 가스(G1) 형태로 생성되어 라인(L1)을 통하여, 7℃의 냉동수(CHILLED WATER)가 공급되는 냉각기(CHILLER, E-1)와, 스팀 가스가 공급되는 재생 히터(Re-Heater; E-2)로 공급되어서, 응축이 쉬운 부분(Water+MC)과 응축이 어려운 부분(G2 가스)으로 분리 처리되고, 응축이 쉬운 부분(Water+MC)은 물과 유기 용제를 분리하기 위하여 설치되는 데칸터(T-1)으로 공급되고, 그리고 응축이 어려운 부분으로 재생 히터에 의해 재가열된 유기 용제 함유 가스(G2, 40℃ 이하)는 라인(L2)와 SLA 투입 밸브(310)를 통하여 흡착 농축 장치(Adsorber)(A-1, A-2, A-3)로 공급되도록 분별 처리되는 SLA 분별 단계(S150)를 포함하여 유기 용제를 함유하는 배기 가스로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 방법.
  3. 생산 설비로부터 배출되는 유기 용제 함유 가스에 포함된 유기 용제를 배기 가스로부터 효율적으로 회수하는 유기 용제 회수 시스템으로서,
    내부 중단에 활성탄을 수납한 복수개의 원통형 드럼체 흡착부(ADSORBER; A-1, A-2, A-3)를 배치하고, 그 중 하나의 드럼체 흡착부(A-1)에서 하부에서 상부로 인입 유도되는 유기 용제 함유 가스의 유기 용제가 드럼체 흡착부 중단에 배치된 활성탄에 흡착되도록 하고, 다른 드럼체 흡착부(A-2 또는 A-3)에서는 이미 농축 흡착된 유기 용제가 활성탄으로부터 탈착되도록 탈착 스팀 가스를 상부에서 주입하는 탈착 단계를 수행하거나, 활성탄을 건조 및 냉각시키는 활성탄 준비 단계를 수행하도록하는 벤치 타입으로 구성되는 유기 용제 회수 시스템에 있어서,
    유기 용제 함유 가스(SLA; Solvent-laden Air)가 활성탄 수용층 전체에 균등하게 배분되도록(①: S100), 상기 드럼체 흡착부(A-1, A-2, A-3) 중단의 활성탄 수용층(A-1-m, A-2-m, A-3-m) 하부에 유기 용제 함유 가스 인입구(318)로부터 길이 방향으로 높이(H1, H2, H3, H4, H5)가 점증되고 폭(W1, W2, W3, W4, W5)이 점증되는 다수개의 풍형전환 날개형 가이드 베인(311, 312, 313, 314, 315);
    활성탄에 흡착되었던 유기 용제(Solvent)가 탈착 스팀 가스(G4)에 의해 탈착되는 정도를 탈착 온도와 탈착 시간을 조절함으로써 제어하기 위하여(②: S200), 활성탄 온도를 감지하기 위하여 상기 드럼체 흡착부(A-1, A-2, A-3) 중단의 활성탄 수용층(A-1-m, A-2-m, A-3-m)에 설치되는 활성탄 온도 센서(Π/2A1, Π/2A2,Π/2A3...) 및 그 측정값(Tac1)에 따라 제어되도록 탈착 스팀 가스 주입 라인(L4)에 설치되는 탈착 스팀 가스 주입 조절 밸브(320);
    드라잉 에어(Drying Air)의 온도와 건조 단계의 지속 시간을 조절하면서 유기 용제가 탈착된 활성탄을 건조시키기 위하여(③:S400), 청정 공기(Fresh Air) 공급라인(L7)과 그리고 이를 감싸도록 배치되며 상기 활성탄 온도 센서(Π/2A1, Π/2A2,Π/2A3...)의 측정값(Tac1)에 따라 제어되는 스팀 공급 밸브(ⓐ)를 통하여 탈착 스팀 가스 주입 라인(L4)으로부터 분기되는 가열 스팀 라인을 구비한 드라잉용 열교환기(HEATER; E-3);
    건조된 활성탄을 냉각시키기 위하여 사용되는 냉각용 에어(Cooling Air)의 온도를 낮추도록 제어하기 위하여(④), 상기 활성탄 온도 센서(Π/2A1, Π/2A2,Π/2A3...)의 측정값(Tac1)에 따라 제어되는 것으로서 상기 드라잉용 열교환기(HEATER; E-3)에 추가 설치되는 냉각수 라인(COLLING TOWER WATER, 290㎥/hr, 32℃) 및 냉동수 라인(CHILLED WATER SUPPLY, 160㎥/hr, 7℃)과 그리고 각 라인에 배치되는 유량 제어 밸브(ⓑ, ⓒ)를 구비한 쿨링용 열교환기(CHILLER; E-7, E-8); 및
    유기 용제(Solvent)의 응축시에 응축률을 높이도록(⑤), 냉각기(응축기)에 공급되는 냉각수(Cooling Water, 32℃) 라인과 냉동수(Chilled Water, 7℃) 라인을 적절한 비율로 혼합하는 3-way 조절 밸브를 구비한 응축 탱크(Condensate Tank)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 용제 회수 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유기 용제 회수 시스템은,
    유기 용제 함유 가스에 포함된 물과 액상의 유기 용제 혼합 응축물을, 배기 가스(G1) 형태로 생성되어 라인(L1)을 통하여 흡착 농축 장치(Adsorber)(A-1, A-2, A-3)로 공급되기 이전에 증기(Vapor) 부분과 분리하여 분별 처리할 수 있도록 SLA 분별 장치를 추가적으로 포함하고 있으며,
    상기 SLA 분별 장치는, 7℃의 냉동수(CHILLED WATER)가 공급되는 냉각기(CHILLER, E-1)와, 스팀 가스가 공급되는 재생 히터(Re-Heater; E-2)를 포함하여 이루어져서, 응축이 쉬운 부분(Water+MC)과 응축이 어려운 부분(G2 가스)으로 분리 처리되고, 그리고
    응축이 쉬운 부분(Water+MC)은 물과 유기 용제를 분리하기 위하여 설치되는 데칸터(T-1)로 공급되고, 응축이 어려운 부분으로서 재생 히터에 의해 재가열된 유기 용제 함유 가스(G2, 40℃ 이하)는 라인(L2)와 SLA 투입 밸브(310)를 통하여 흡착 농축 장치(Adsorber)(A-1, A-2, A-3)로 공급(S150)되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 용제 회수 시스템.
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