KR102483839B1 - 소각장폐열을 이용하여 활성탄허니컴필터를 재생 처리하기 위한 휘발성유기화합물 처리시스템 - Google Patents

소각장폐열을 이용하여 활성탄허니컴필터를 재생 처리하기 위한 휘발성유기화합물 처리시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 VOC필터 - 상기 VOC필터는, 활성탄으로 이루어진 허니컴 형상의 필터임 - 가 기 흡착한 휘발성유기화합물을 탈착하여, 상기 VOC필터를 재생하는 재생장치, 소각로에서 발생된 폐열을 이용하여 외기와 열교환하고, 열교환되어 가열된 상기 외기를 상기 재생장치에 제공하는 열교환기, 및 상기 재생장치와 상기 열교환기 사이에 마련되어, 상기 재생장치에 질소를 공급하는 질소발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 처리시스템을 제공한다.

Description

소각장폐열을 이용하여 활성탄허니컴필터를 재생 처리하기 위한 휘발성유기화합물 처리시스템 {SYSTEM FOR TREATING VOC USING ACTIVATED CARBON HONEYCOMB FILTER AND WASTE HEAT FROM INCINERATOR}
본 발명은 오염공기 중 휘발성유기화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)을 흡착한 VOC필터를 재생 처리하기 위한 휘발성유기화합물의 처리시스템에 관한 것이다.
휘발성유기화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)은 인체에 직접적으로 유해하여 광화학반응을 통해 오존과 스모그의 원인물질이 되어 대기환경에 영향을 끼친다.
따라서, 휘발성유기화합물은 대기환경보전법과 악취방지법을 통해 배출규제가 이루어지고 있으며, 이에 따라 인쇄시설, 자동차나 선박 따위에 대한 페인트도장시설, 섬유염색시설, 페인트제조시설, 저유소, 화학공정시설 등에서 발생되어 대기로 배출되는 휘발성유기화합물의 배출허용한도를 50ppm 미만으로 고시하여, VOC저감설비를 요구하고 있는 설정이다.
이러한 휘발성유기화합물을 처리하기 위해, 통상적으로 축열산화방식, 촉매산화방식, 또는 세정수분사방식 등을 이용하여 휘발성유기화합물을 직접 제거 또는 처리하고 있으나, 이러한 처리방법들은 흡착제 교체 등으로 인한 유지비용 상승이나, 처리수의 분리 및 재사용에 대한 시설비와 운전비가 높은 문제 등이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위해 종래, 휘발성유기화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)을 흡착하여 오염된 공기를 정화하는 허니컴활성탄필터에 대한 기술과, 이를 재생하는 기술이 개시되고 있다.
KR 10-2255620 B1 KR 10-0827376 B1
본 발명은, VOC필터 재생시 요구되는 열효율을 향상시키거나, VOC필터를 고온 분위기에서 재생할 때 고농도로 탈착된 VOC가스의 폭발을 방지하기 위한 휘발성유기화합물 처리장치를 제공하는 데 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 적어도 하나의 VOC필터 - 상기 VOC필터는, 활성탄으로 이루어진 허니컴 형상의 필터임 - 가 기 흡착한 휘발성유기화합물을 탈착하여, 상기 VOC필터를 재생하는 재생장치, 소각로에서 발생된 폐열을 이용하여 외기와 열교환하고, 열교환되어 가열된 상기 외기를 상기 재생장치에 제공하는 열교환기, 및 상기 재생장치와 상기 열교환기 사이에 마련되어, 상기 재생장치에 질소를 공급하는 질소발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 처리시스템을 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 열교환기에 상기 폐열과 열교환되는 상기 외기를 공급하는 제1 팬을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 질소발생기는, 상기 재생장치에 공급되는 가스의 산소농도가 0.5% 이하가 되도록 질소를 공급할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 재생장치에서 배출된 가스가 상기 소각로에서 고온으로 소각처리되도록, 상기 재생장치에서 배출된 가스를 상기 소각로로 유도하는 순환유로를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 소각로에서 외부로 배출되는 공기 내 질소산화물을 저감 또는 정화하기 위한 SCR(Selective Catalyst Reduction)을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 열교환기의 하류측에 마련되어, 상기 재생장치가 상기 VOC필터의 휘발성유기화합물을 탈착할 수 있도록 상기 재생장치에 공급되는 공기를 가열하는 가열장치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 소각로에서 발생된 폐열을 이용하여, 증기를 발생하는 보일러, 및 상기 소각로의 후단에 연결되어, 상기 열교환기를 경유하되 상기 보일러를 우회하는 바이패스유로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 바이패스유로에 정화된 공기를 주입하는 제2 팬을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 휘발성유기화합물 처리장치는, 소각로의 폐열을 이용하여 VOV필터를 재생할 수 있기 때문에, VOC필터 재생시 요구되는 열효율을 향상시킬 수 있다.
또한, VOC필터를 고온 분위기에서 재생할 때 고농도로 탈착된 VOC가스의 폭발을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 VOC를 흡착한 VOC필터의 수집처를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄을 이용한 허니컴구조체의 외관을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄을 이용한 허니컴구조체와 활성탄 펠렛의 VOC제거율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 VOC흡탈착필터가 흡착 및 탈착작용을 하는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성유기화합물 처리시스템의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "유닛" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 VOC를 흡착한 VOC필터의 수집처를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 휘발성유기화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)은 자동차나 선박 따위에 대한 페인트도장시설, 섬유염색시설, 페인트제조시설, 자동차공업사, 반도체제조시설, 저유소, 화학공정시설 등에서 발생되어 대기로 배출되며, 이때 휘발성유기화합물을 저감하기 위해 VOC흡탈착필터(또는 VOC필터)가 이용되고 있다.
VOC흡탈착필터는, 유입되는 오염공기 중 휘발성유기화합물(VOC)을 흡착 및 농축 저장할 수 있다. 본 명세서에서 사용하는 용어 중 VOC흡탈착필터는 VOC필터와 혼용하기로 한다.
여기서, VOC흡탈착필터는 탄소분말 20~60 중량%, 바람직하게는 30~50 중량%, 가장 바람직하게는 35~45 중량%, 그리고 팔리고르스카이트 및 카올린으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 점토광물 분말 40~80 중량%, 바람직하게는 50~70 중량%, 가장 바람직하게는 55~65 중량%가 혼합된 혼합 분말을 포함하되, 압출 성형에 의해 일체로 형성될 수 있다.
이때 VOC흡탈착필터는 두께 방향으로 관통하는 복수의 통기공(또는 관통공)을 가진 다수 셀로 이루어진 허니컴구조체일 수 있다.
그리고 상기 VOC흡탈착필터는 혼합 분말 100 중량부에 대하여, 바인더 1~20 중량부, 바람직하게는 5 내지 15 중량부, 및 분산용매 50~70 중량부, 바람직하게는 55~65 중량부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 탄소분말은 표면에 존재하는 수많은 기공으로 악취성분을 물리적으로 흡착하여 제거하는 역할을 하는 것으로, 활성탄, 활성탄소섬유, 숯, 탄소나노튜브, 흑연 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 활성탄일 수 있다. 탄소분말의 평균 입경은 1~40 ㎛, 바람직하게는 20~30 ㎛일 수 있다. 이는 탄소분말의 평균 입경이 1 ㎛ 미만이면, VOC흡탈착필터에 적용하였을 때 흡인과정 중 부하량이 크기 때문에 전력소모량이 크며, 재생시스템의 수명을 단축시킬 수 있고, 40 ㎛를 초과하면, 흡인과정 중 공기의 투과성은 증가되나 필터링 및 흡착효과가 떨어질 수 있으므로 바람직하지 못하다. 탄소분말의 평균 입경이 상기 범위내인 경우, 요오드 흡착력이 600~1200 ㎎/g일 수 있다.
상기 탄소분말은 20~60 중량%, 바람직하게는 30~50 중량%, 가장 바람직하게는 35~45 중량%로 포함될 수 있다. 이는 탄소분말이 20 중량% 미만이면, 필터의 공극률이 떨어지며 흡착 특성이 저하될 수 있고, 60 중량%를 초과하면, 내구성 및 기계적 특성이 떨어질 수 있으므로 바람직하지 못하다.
상기 점토광물 분말은 비표면적이 높아 활성탄의 흡착 성능을 향상시키며, 점토광물 특유의 성능으로 성형 시 성형성 증진효과를 높일 수 있다. 이러한 점토광물 분말로는 팔리고르스카이트 및 카올린이 0.5 내지 1.5:1의 중량비, 바람직하게는 0.8 내지 1.2:1의 중량비로 혼합된 것일 수 있다. 팔리고르스카이트 및 카올린의 배합비가 0.5:1 중량비 미만이거나 1.5:1 초과이면 흡착 성능이 저하될 수 있다.
상기 팔리고르스카이트(Palygorskite)는 침상으로 산출되는 2:1 점토광물로서 규산4면체의 사슬구조에 의한 터널(tunnel)구조를 가지며 터널 내에 물분자를 함유하고, 화학식은 [Si8Mg2Al2O20(OH)2(OH)2 ·4H2O]이다. 또한, 아타풀자이트(attapulgite)와 같은 상업적으로 판매되는 제품을 구입하여 사용할 수 있다.
상기 카올린은 가장 대표적인 점토광물이며 단위구조는 규산 4면체층과 알루미나 8면체층이 1:1로 되는 구조를 가지며, 카올리나이트, 디카이트(dickite), 내크라이트(nacrite)의 구조가 다른 3종류의 광물과 층간수가 첨가된 할로이사이트(halloysite)를 포함할 수 있다. 할로이사이트 이외의 3광물의 화학조성식은 [Al2Si2O5(OH)4] 또는 [Al2O3 ·2SiO2 ·2H2O]이며 산화물의 중량 %는 SiO2, 46.5%; Al2O3, 39.5%; H2O, 14.0%로, 점토광물 중에서는 가장 일정한 조성을 가지고 있다.
상기 점토광물 분말은 40~80 중량%, 바람직하게는 50~70 중량%, 가장 바람직하게는 55~65 중량%로 포함될 수 있다. 점토광물 분말이 40 중량% 미만이면 점토성분이 감소하여 성형시 성형성이 저하될 수 있고, 80 중량%를 초과하면 탄소분말의 함량이 상대적으로 줄어들어 유해물질 및 오염물질에 대한 흡착 효능이 저조해질 수 있다.
상기 바인더는 탄소분말 및 점토광물 분말의 도우(dough)가 균일 안정하게 하고 결착을 잘 유지하도록 하는 역할을 하는 물질로, 카복시메틸셀룰로스(Carboxymethyl cellulose, CMC), 메틸셀룰로스(Methyl cellulose, MC) 및 하이드록시프로필메틸셀룰로스(Hydroxypropyl methylcellulose, HPMC)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 메틸셀룰로스(Methyl cellulose, MC)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 언급한 바인더 외에 폴리바이닐부티랄(Polyvinyl butyral)과 같은 유기바인더 또는 탄산바륨(BaCO3)과 같은 무기바인더를 필요에 따라 추가로 첨가 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 바인더는 혼합 분말 100 중량부에 대하여, 1 내지 20 중량부, 바람직하게는 5 내지 15 중량부로 첨가될 수 있다. 이는 바인더가 1 중량부 미만이면 혼합분말 간의 결합이 불충분하여 내구성이 떨어질 수 있고, 20 중량부를 초과하면 탄소 분말 및 점토광물 분말이 고르게 분산되기 어려울 수 있다. 바인더의 함량이 상기 범위 내인 경우, 탄소분말과 점토광물 분말을 보다 효과적으로 결합시킬 수 있다.
상기 분산용매는 정제수, 메탄올(Methyl alcohol), 에탄올(Ethyl alcohol), 글리세린(Glycerin), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 부틸렌글리콜(Butyleneglycol) 및 프로필렌글리콜(Propylene glycol)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 정제수를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 바인더의 종류에 따라 그 종류를 달리하여 적용할 수 있다. 분산용매는 혼합 분말 100 중량부에 대하여, 50~70 중량부, 바람직하게는 55~65 중량부로 첨가될 수 있다.
이는 분산용매가 50 중량부 미만이면 탄소분말 및 점토광물 분말이 고르게 분산되기 어렵고, 70 중량부를 초과하면 필터 제조 시 보형성 유지가 어려울 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 VOC흡탈착필터는 활성탄의 탄소분말을 이용하여 압출 성형하여, 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통공(또는 통기공)을 가진 다수의 셀(cell)로 이루어진 허니컴구조체인 것이 바람직하다(도 2(a) 참조).
활성탄을 이용한 허니컴구조체의 VOC흡탈착필터는, 활성탄 펠렛(pellet)(도 2(b) 참조)보다, 비표면적이 높고 강도가 우수하며, 허니컴구조체의 통기공을 통하여 가스가 흐르기 때문에 80% 이상의 차압이 감소하며, 또한 높은 비표면적으로 인하여 VOC흡착속도가 빠르기 때문에 VOC제거율이 높고, 화재가능성도 낮다.
여기서, 허니컴구조체의 셀밀도는 셀을 통과하는 가스의 배압과 VOC흡착성능을 고려하여 100 cpsi(cells per square inch) ~ 600 cpsi 일 수 있으나, 특별히 한정하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따라 활성탄을 이용한 허니컴구조체의 VOC흡탈착필터와, 활성탄 펠렛의 VOC흡탈착필터의 시간에 따른 VOC 제거 성능을 비교한 결과를 도 3의 그래프로 나타내었고, 시간에 따른 THC(Total HydroCarbons; 총탄화수소) 제거율을 비교한 결과를 하기 표에 나타내었다.
여기서, 허니컴구조체는 탄소분말 35중량%와, 팔리고르스카이트 및 카올린이 1:1의 중량비로 혼합된 점토광물 분말 65중량%가 혼합된 혼합분말을 이용하여 셀밀도 100 cpsi로 압출 성형하였고, 이에 대한 VOC 평가장치는 ATOVACTM의 GMC1200을 그리고 THC 측정 기기는 thermoscientificTM의 TVA2020을 사용하였다.
하기 표 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 활성탄을 이용한 허니컴구조체는 탄소분말 75중량%로 이루어진 활성탄 펠렛보다 전체 시간 구간에서 VOC 제거율 또는 THC 제거율이 상대적으로 높고, 시간이 지남에 따른 VOV 제거율 또는 THC 제거율이 비교적 일정하게 유지되었음을 알 수 있다.
구분 펠렛 활성탄 허니컴 활성탄
시간(분) 전단THC(ppm) 후단THC(ppm) THC 제거율(%) 전단THC(ppm) 후단THC(ppm) THC 제거율(%)
1 580 263 54.66 580 1.7 99.71
2 580 270 53.45 580 1.4 99.76
3 580 270 53.45 580 1.4 99.76
5 580 230 60.34 580 1.9 99.67
10 580 245 57.76 580 1.8 99.69
30 580 299 48.45 580 2.1 99.64
60 580 331 42.93 580 2.7 99.53
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 VOC흡탈착필터가 흡착 및 탈착작용을 하는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성유기화합물 처리시스템의 구성도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 휘발성유기화합물(VOC)을 흡착 고정하여 휘발성유기화합물(VOC)이 축적 저장된 VOC흡탈착필터는, 재생장치(10)에 투입되어 소정의 고온의 환경에서 휘발성유기화합물(VOC)이 탈착될 수 있다.
즉, 재생장치(10)는, VOC필터의 휘발성유기화합물(VOC)을 탈착하기 위한 수단으로서, VOC필터에 농축 저장된 휘발성유기화합물은 300~400℃의 온도영역에서 하기 화학식1과 같이 탈착할 수 있다.
[화학식 1]
CxHyOz + O2 -> CO2, H2O
이렇게, 본 발명의 일 실시예에 따른 재생장치(10)의 내부에 고온의 분위기를 형성시키기 위해, 재생장치(10)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 소각로(2)에서 발생된 폐열을 이용할 수 있다.
소각로(2)는 가연성 폐기물(폐목재, 폐제지 및 폐비닐 등)을 연소하여 소각시킬 수 있으며, 소각로(2)의 후단에는 소각로(2)에서 폐기물을 연소할 때 발생된 고온의 폐열가스를 이용하여 증기를 생산하는 보일러(3)가 마련될 수 있다. 여기서, 본 발명에서는 한정하지 않으나, 보일러(3)에서 생산된 증기는 고압 증기 분배기에 공급되며, 공압 증기 분배기에서 증기식 공기 예열기, 탈기기, 냉난방 설비, 온실, 증기터빈 등에 공급될 수 있고, 잉여의 증기는 인근의 산업단지나 영농시설 등에 공급될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재생장치(10)는, 소각로(2)에서 발생된 폐열을 이용하여 VOC흡탈착필터를 재생하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성유기화합물 처리시스템(1)은, 소각로(2)에서 발생한 폐열가스의 열을 활용할 수 있도록 소각로(2)와 보일러(3) 사이에서 분기되어 열교환기(20)로 폐열가스를 유도하기 위한 분기유로(f11)가 마련될 수 있다.
이때, 소각로(2)와 보일러(3) 사이에서 분기된 분기유로(f11)는 열교환기(20)를 경유하여 소각로(2) 또는 보일러(3)의 후단에 마련된 배기유로(f3)로 연장되어 바이패스유로(f2)를 형성할 수 있다.
또한, 재생장치(10)에서 배출된 가스, 즉 VOC필터에서 탈착된 휘발성유기화합물(VOC) 가스는, 소정의 처리를 거쳐 외부로 배출될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 VOC필터에서 탈착된 휘발성유기화합물(VOC) 가스는 소각로(2)로 재투입되어 소각로(2)에서 고온에 의해 소각처리될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성유기화합물 처리시스템(1)은 재생장치(10)와 소각로(2) 사이를 연결하는 순환유로(f12)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 분기유로(f11)는 열교환기(20)와 재생장치(10)를 매개로 상기 순환유로(f12)와 연결되어, 소각로(2)와 재생장치(10)는 분기유로(f11)와 순환유로(f12)에 의해 루프(loop)를 형성할 수 있다.
즉, 재생장치(10)에 의해 VOC필터로부터 탈착된 휘발성유기화합물(VOC)은 재생장치(10)에 연결된 순환유로(f12)를 따라 소각로(2)에 공급될 수 있으며, 소각로(2)는 폐기물과 함께 상기 휘발성유기화합물(VOC) 가스를 고온으로 연소시켜 소각시키며, 이때 소각로(2)에서 발생된 폐열은 열교환기(20)를 통해 재생장치(10)에 공급하는 과정을 반복할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 소각로(2)에서 발생한 폐열가스를 재생장치(10)에 공급하기 위해, 상기 분기유로(f11) 상에는 열교환기(20)가 마련될 수 있다.
열교환기(20)는 소각로(2)에서 발생하여 배출된 가스와 외기 간에 열을 서로 교환하기 위한 수단으로서, 소각로(2)에서 배출된 고온의 가스는 상온의 외기와 열을 공유할 수 있다.
열교환기(20)에 소각로(2)의 폐열과 열교환의 대상인 상온의 외기를 공급하기 위해, 제1 팬(21)이 마련될 수 있다. 제1 팬(21)은 외기를 열교환기(20)에 공급하여, 열교환기(20)가 소각로(2)의 고온의 배기가스와 서로 열교환하도록 할 수 있다.
소각로(2)에서 배출되는 가스의 온도는 대략 900 ~ 1,000℃ 내외의 고온으로서, 열교환기(20)의 열교환 효율에 따라 다르지만 일 예로 열교환기(20)에 의해 제1 팬(21)으로부터 제공된 상온의 외기는 대략 150 ~ 200℃ 내외로 승온될 수 있다.
열교환기(20)에 의해 승온된 외기는 일 예로서 150~200℃의 온도영역을 형성할 수 있으나, 재생장치(10)가 내부에 마련된 VOC필터로부터 휘발성유기화합물(VOC)을 탈착할 수 있는 300~400℃의 온도영역에는 미치지 못하기 때문에, 이를 가열할 수 있도록 하기 위해 재생장치(10)와 열교환기(20) 사이에 가열장치(25)가 마련될 수 있다.
가열장치(25)는 열교환기(20)의 하류측, 또는 재생장치(10)의 상류측에 마련되어, 재생장치(10)가 VOC필터를 재생할 수 있는 온도의 분위기를 가질 수 있도록 열교환기(20)에 의해 승온된 외기를 가열하여 재생장치(10)에 공급할 수 있다.
이를 위해 가열장치(25)는 열교환기(20)를 통과한 공기나 가스를 가열하기 위해 히터(26)를 포함할 수 있다.
구체적인 일 예로서, 가열장치(25)는 열교환기(20)를 통과하여 재생장치(10)로 공급되는 공기나 가스를 수용할 수 있는 챔버와, 챔버 내 수용된 공기 또는 가스를 가열하기 위한 히터(26)를 포함할 수 있다.
히터(26)는 열교환기(20)를 통과한 공기 또는 가스를 가열하기 위한 것으로, 일 예로 버너, 전기히터, 태양열히터 등을 포함할 수 있다. 여기서, 버너는 LNG, LPG, 액체연료 따위의 연료를 점화하여 공기를 가열하는 장치를 가리키고, 전기히터는 전기에너지를 이용하여 공기를 가열하는 것을 가리키며, 태양열히터는 태양열을 이용하여 공기를 가열하는 것을 가리킬 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터(26)는 열교환기(20)를 통과하여 배출된 공기를 가열할 수 있는 것이면 그 종류를 특별히 한정하지 않는다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성유기화합물 처리시스템(1)은, 상기 가열장치(25) 또는 히터(26)의 온/오프제어나, 가열정도(또는 가열레벨)의 조절하기 위한 제어부를 포함할 수 있다.
제어부는 재생장치(10) 내 온도가 휘발성유기화합물(VOC)을 탈착할 수 있는 온도 영역 내에 있는지 확인하기 위해, 재생장치(10) 내 마련된 적어도 하나의 온도센서(미도시)에 의해 측정된 값을 이용할 수 있고, 이에 따라 제어부는 온도센서로부터 측정된 값을 이용하여 가열장치(25) 또는 히터(26)의 온/오프 또는 소정 레벨로 가열하도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 재생장치(10)는, 전술한 바와 같이, VOC필터로부터 휘발성유기화합물을 탈착하기 위해 고온의 분위기를 형성하여야 하지만, 재생장치(10) 내 고온의 분위기로 인하여, 내부에 고농도로 탈착된 휘발성유기화합물(VOC)은 폭발할 위험성이 있다.
이러한 폭발 위험을 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따라 재생장치(10)와 열교환기(20) 사이에는 질소발생기(30)가 마련될 수 있다.
질소발생기(30)는 가열장치(25)에서 재생장치(10)로 공급되는 가스에 질소를 투입함으로써, 재생장치(10)에 공급되는 가스의 산소농도가 0.5% 이하가 되도록 질소를 공급할 수 있다.
이를 위해, 가열장치(25)와 재생장치(10) 사이 중 재생장치(10)의 입력측단에는 산소농도를 측정할 수 있는 산소농도측정수단(미도시)이 마련될 수 있다.
산소농도측정수단은 재생장치(10)에 공급되는 가스의 산소농도를 측정할 수 있고, 제어부는 측정된 산소농도값을 근거로 질소발생기(30)로부터의 질소 공급을 제어할 수 있다.
결국, 질소발생기(30)에 의해 재생장치(10) 내 산소농도가 낮아질 수 있으ㅁ며, 낮아진 산소 농도에 의해 재생장치(10) 내 고농도 휘발성유기화합물(VOC)의 폭발 위험성은 낮아질 수 있다.
한편, 질소발생기(30)에 의해 휘발성유기화합물 처리시스템(1)에는 질소가 공급되기 때문에, 휘발성유기화합물 처리시스템(1)의 외부로 질소산화물(NOX)이 배출될 수 있는 문제가 있다.
전술한 바와 같이, 소각로(2)에서 배출되는 고온의 가스는 보일러(3)에 제공될 수 있으며, 보일러(3)를 통과한 폐열가스는 스택(5)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 일 예로서, 스택(5)의 전단에는 배기팬(40)이 마련될 수 있고, 배기팬(40)에 의해 소각로(2)와 보일러(3)를 통과한 가스는 흡입되어 스택(5)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
다만, 질소발생기(30)에서 주입된 질소는 순환유로(f12)를 따라 유동할 수 있고, 질소가 소각로(2) 및 보일러(3)를 통과하여 외부로 배출될 때, 질소의 연소반응에 의해 유해한 질소산화물(NOX)이 외부로 배출될 수 있다.
질소산화물(NOX)이 스택(5) 따위를 통해 외부로 배출되는 것을 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성유기화합물 처리시스템(1)은, 스택(5) 또는 배기팬(4)의 전단에 마련되어, 소각로(2)에서 외부로 배출되는 가스 내 질소산화물(NOX)을 저감하거나 정화하기 위한 선택적촉매환원장치(SCR; Selective Catalyst Reduction)(40)를 포함할 수 있다.
선택적촉매환원장치(40)는 철이나 구리가 도핑된 알루미노실리케이트 등의 제올라이트 촉매나 바나듐을 티타니아에 도핑한 바나듐계 촉매를 세라믹 허니컴 등의 담체에 담지시킨 것으로, 환원제인 우레아(urea)가 배기가스의 열에 의해 암모니아로 전환되고, 탈질촉매(또는 선택적환원촉매)에 의하여 배기가스 중의 질소산화물(NOx)과 암모니아(NH3)의 촉매반응으로서 질소산화물(NOx)을 질소가스(N2)와 물(H2O)로 환원시키도록 함으로써, 배기가스 내 질소산화물을 저감시킬 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성유기화합물 처리시스템(1)은, 소각로(2)의 후단에서 열교환기(20)를 경유하여 배기유로(f3)와 연결되는 바이패스유로(f2)를 포함할 수 있다.
이때, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 바이패스유로(f2)는 보일러(3)를 우회하도록 그 경로를 형성할 수 있다.
즉, 분기유로(f11)는 소각로(2)와 보일러(3) 사이에서 분기되어, 열교환기(20)로 폐열가스를 유도하기 위한 경로를 형성할 수 있으며, 상기 분기유로(f11)가 연장 형성된 바이패스유로(f2)는 소각로(2)와 보일러(3) 사이에서 분기되어, 열교환기(20)를 거친 다음, 보일러(3)의 후단으로 폐열가스를 유도하기 위한 경로를 형성할 수 있다.
이에 따라, 열교환기(20)에는 소각로(2)에서 배출된 고온의 폐열가스가 유입되어, 제1 팬(21)에 의해 공급된 외기와 열을 공유한 다음, 보일러(3)의 후단에 연결된 배기유로(f3)를 따라 스택(5)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이때, 배기유로(f3)를 따라 외부로 배출되는 유로 상에는 제어부의 제어명령에 의해 그 유로를 개폐하는 밸브(미도시)가 마련될 수 있다.
이렇게, 소각로(2)에서 배출된 고온의 폐열가스가 바이패스유로(f2) 및 배기유로(f3)를 따라 유동하여 외부로 배출되기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성유기화합물 처리시스템(1)은, 바이패스유로(f2) 상에 정화된 공기를 주입하기 위한 제2 팬(22)이 마련될 수 있다.
구체적인 일 실시예에 따라, 제2 팬(22)은 정화된 공기를, 소각로(2)와 보일러(3) 사이의 분기점과 열교환기(20) 사이의 분기유로(f11)에 공급할 수도 있다.
즉, 제2 팬(22)이 소각로(2)에서 배출된 고온의 폐열가스가 외부로 배출될 때 정화된 공기를 투입하여 유해물질의 농도를 낮춤으로써, 바이패스유로(f2)와 배기유로(f3)를 순차로 유동하여 외부로 배출되는 공기의 오염도를 낮출 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 휘발성유기화합물 처리시스템 2: 소각로
3: 보일러 4: 배기팬
5: 스택 10: 재생장치
20: 열교환기 21: 제1 팬
22: 제2 팬 25: 가열장치
26: 버너 30: 질소발생기
40: SCR f11: 분기유로
f12: 순환유로 f2: 바이패스유로
f3: 배기유로

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 VOC필터 - 상기 VOC필터는, 활성탄으로 이루어진 허니컴 형상의 필터임 - 가 기 흡착한 휘발성유기화합물을 탈착하여, 상기 VOC필터를 재생하는 재생장치;
    소각로에서 발생된 폐열가스를 이용하여 외기와 열교환하고, 열교환되어 가열된 상기 외기를 상기 재생장치에 제공하는 열교환기;
    상기 재생장치와 상기 열교환기 사이에 마련되어, 상기 재생장치에 질소를 공급하는 질소발생기;
    상기 소각로에서 발생된 폐열을 이용하여, 증기를 발생하는 보일러;
    상기 소각로와 상기 보일러 사이에서 분기된 분기유로;
    상기 보일러의 후단에 마련되어, 상기 보일러를 통과한 가스가 스택을 통해 외부로 배출되도록 하는 배기유로;
    상기 분기유로는 상기 열교환기를 경유하여 상기 배기유로와 연결되도록 연장 형성됨으로써 상기 보일러를 우회하는 바이패스유로; 및
    상기 배기유로 상에 마련되어, 상기 소각로 및 상기 보일러에서 외부로 배출되는 공기 내 질소산화물을 저감 또는 정화하기 위한 SCR(Selective Catalyst Reduction);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 처리시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기에 상기 폐열과 열교환되는 상기 외기를 공급하는 제1 팬;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 처리시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소발생기는, 상기 재생장치에 공급되는 가스의 산소농도가 0.5% 이하가 되도록 질소를 공급하는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 처리시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 재생장치에서 배출된 가스가 상기 소각로에서 고온으로 소각처리되도록, 상기 재생장치에서 배출된 가스를 상기 소각로로 유도하는 순환유로;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 처리시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기의 하류측에 마련되어, 상기 재생장치가 상기 VOC필터의 휘발성유기화합물을 탈착할 수 있도록 상기 재생장치에 공급되는 공기를 가열하는 가열장치;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 처리시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이패스유로에 정화된 공기를 주입하는 제2 팬;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 처리시스템.
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