KR20010099169A

KR20010099169A - 도장부스의 휘발성유기화합물 흡착제와 그의 재생방법

Info

Publication number: KR20010099169A
Application number: KR1020010055231A
Authority: KR
Inventors: 여호섭; 이용은
Original assignee: 여호섭; (주) 파워테크
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2001-11-09

Abstract

도장부스에서 발생한 휘발성유기화합물을 흡·탈착을 통해 처리하는 방법으로서, 휘발성유기화합물의 흡착제로서 활성탄섬유를 사용하고, 수증기를 포함한 120∼200℃의 공기를 사용하여 휘발성유기화합물을 탈착하고, 탈착된 휘발성유기화합물을 촉매산화법이나 열산화법으로 연소하고, 탈착이 완료된 젖은 활성탄섬유를 건조하여 휘발성유기화합물을 제거하는 방법

Description

도장부스의 휘발성유기화합물 흡착제와 그의 재생방법{The absorbent of volatile orgarnic compound at paint booth and its regeneration method}

일반적으로 도장부스는 도장실 본체, 도장실로 공기를 유입하는 송풍기와 필터박스가 설치된 배풍기로 구성되어 있다. 상기 종래의 배풍기를 도1에서 보다 상세히 설명하면, 입자를 필터링하는 필터(104)와 휘발성유기화합물을 흡착하는 휘발성유기화합물흡착제(105, 이하 흡착제라 함)가 설치된 필터박스(101), 도장실의 공기를 배기하는 배기덕트(103)와 블로어(102)로 구성되어 있다. 설치 초기에는 도장실에서 발생된 휘발성유기화합물은 흡착제(105)에서 흡착되고 정화된 공기가 외부로 배출된다. 그러나 흡착제가 흡착능력이 포화되면 더 이상 휘발성유기화합물을 흡착할 수 없으므로 흡착제을 자주 갈아야만하나 흡착제비용과 시간비용 때문에 흡착제를 자주 갈지 않아 흡착제의 휘발성유기화합물의 포집능력을 초과하여 사용하므로 휘발성유기화합물이 그대로 대기로 배출되는 문제가 있다. 그러므로 흡착제를 재생할 수 있는 흡착제와 이의 재생장치를 필요로 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 도장부스의 흡착제 재생장치에 대한 발명이 있으나, USP4689054나 USP4620858은 스크루버나 진공장치등을 사용하여 시스템이 복잡하고 제작비용이 높아 실용성이 낮다. 또한 특2001-0035502와 실용신안 20-0207663은 건조공기로서 흡착제 사용한 활성탄을 재생하나, 온도가 높은 휘발성유기화합물을 함유한 건조공기는 폭발위험성이 있어 도장부스의 화재위험성이 높다.

본 발명은 도장부스의 휘발성유기화합물을 흡착과 탈착을 통해 연소 처리하는 방법으로서, 휘발성유기화합물의 배출허용 규제치를 초과하지 않고, 휘발성유기화합물 흡착제의 재생을 통하여 흡착제의 사용기간이 보다 장기적이고, 화재발생 위험이 적고, 처리시스템이 간단하여 고장날 확률이 작은 실용적인 휘발성유기화합둘의 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래의 도장부스 배풍기 개요도

도2는 휘발성유기화합물 흡 ·탈착 재생방법 개요도

101: 필터박스 102: 배풍기브로어

103: 배기덕트 104: 필터

105: 휘발성유기화합물흡착제 201: 필터박스

202: 블로어 203: 연소로

204: 열교환기 205: 필터

206, 207, 208, 209: 댐퍼 210: 휘발성유기화합물흡착제(활성탄섬유)

211: 2차필터 212: 1차필터

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 도장부스의 휘발성유기화합물을 탈착하여 휘발성유기화합물의 흡착제를 재생하는 방법으로서, 휘발성유기화합물을 흡착하는 흡착제로 활성탄섬유를 사용하는 것과 수증기를 함유한 뜨거운 공기로 상기 흡착제에 흡착된 휘발성유기화합물을 흡착제로부터 탈착하고, 탈착된 휘발성유기화합물은 연소되어 무해한 물과 이산화탄소가 되어 대기로 배출되고, 탈착이 끝난 후 수분을 함유한 흡착제를 건조한 뜨거운 공기로서 건조하여 흡착제를 재생하는 방법을 그 특징으로 한다.

상기의 흡착제는 종래에는 입상활성탄(특2001-0035502에서는 입상활성탄과 제올라이트의 혼합물)을 사용하거나, 입상활성탄은 건조한 공기로만 탈착하여 재생할 수 있으며, 건조한 공기로 흡착제를 재생하는 방법은 화재위험도가 매우 높아 실용성이 낮고 위험하다. 또한 입상활성탄을 수증기로 재생하면 활성탄이 물러져 2∼3회 이상 재생이 불가능하다. 그러므로 본 발명에서 사용되는 흡착제는 500회 이상 재생이 가능한 활성탄섬유를 사용하는 것이다.

상기 활성탄섬유에서 휘발성유기화합물을 탈착하기 위한 매체로서 수증기를 함유한 공기를 사용할 때, 수증기 함유량은 공기대비 3~100중량%가 가능하나, 경제성과 화재위험을 고려하여 5~40중량%가 좋다. 또한 휘발성유기화합물을 탈착하기 위한 온도로는 60~300℃가 가능하나, 120~200℃가 더욱 좋다.

상기 연소방법은 산화방법은 촉매산화법과 열산화법이 있다.

촉매산화법은 휘발성유기화합물을 촉매로 산화하여 무해한 물과 이산화탄소로 대기에 배출하며, 촉매산화온도는 150~500℃가 가능하나 좋기로는 180∼300℃가더욱 좋다. 촉매의 공간속도는 3000∼80000hr^-1이 가능하나 경제적인 면과 효율적인 면에서 20000∼50000hr^-1이 좋다. 촉매로 사용할 수 있는 금속은 Pt, Pd, Ru, Mn, W등의 산화물로서 단독이나 혼합물로서 사용한다.

열산화법은 휘발성유기화합물을 높은 온도에서 공기중의 산소로 산화하여 물과 이산화탄소로 대기에 배출하며, 열산화온도는 500∼1200℃에서 가능하나 좋기로는 800∼1000℃가 더욱 좋고, 상기 온도에서 0.2∼3초간 연소할수 있으나 경제적, 효율적인 면에서 0.6∼2초가 좋다.

탈착이 끝난 후 수분에 젖은 활성탄섬유는 휘발성유기화합물에 대해 흡착능력이 떨어지므로 건조하여한다. 활성탄섬유를 건조하기 위한 건조공기의 온도는 20∼300℃가 가능하나, 좋기로는 60~200℃가 더욱 좋다. 건조가 끝나면 활성탄섬유의 재생이 완료된다.

상기 방법을 실현하기 위한 장치 구성은, 휘발성유기화합물을 흡착하는 흡착제와 먼지를 필터링하는 필터가 들어있는 필터박스, 필터박스를 도장실과 분리하는 개폐댐퍼, 재생장치와 필터박스를 분리하는 개폐댐퍼, 필터박스로부터 탈착된 휘발성유기화합물을 포함한 공기를 유입하는 블로어, 휘발성유기화합물을 산화시키는 연소로와 흡착제를 재생하기 위해 수증기를 포함한 뜨거운 공기를 만드는 열교환기로 구성된다.

상기 열교환기는 연소로에서 배출되는 공기를 열원으로 하여, 외부에서 유입되는 공기가 가열되고, 수증기가 더해져 필터박스로 유입되어 흡착제를 재생한다.또한 필터박스에서 과열을 방지하기 위한 냉각노즐이 장착된 것이 그 특징이다. 상기의 수증기 발생장치는 휘발성유기화합물을 함유한 건조한 공기가 폭발하여 화재가 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다

상기 휘발성유기화합물 흡·탈착 재생장치를 이하 첨부도면과 본 발명의 실시예를 들어 보다 상세히 설명하기로 하되, 본 발명은 하기되는 도면과 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도2는 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 휘발성유기화합물 흡·탈착 재생장치의 개략적인 개요도로서, 도장시에는 개폐용 댐퍼(이하 개폐용 댐퍼를 댐퍼로 칭함) 206과 207를 닫고 댐퍼 208과 209를 열어 종래의 도장부스와 같이 도장을 하여 휘발성유기화합물을 흡착제에 흡착시킨 후 정화된 공기를 대기중에 배출하고, 도장이 완전히 끝난 후 댐퍼 208과 209를 닫고 댐퍼 206과 207을 열고 상기 재생장치를 가동한다. 재생장치가 가동되면, 외부공기가 필터(205)를 통해 먼지가 제거되고 열교환기(204)로 유입된 후 열교환기(204)에서 물이 공급되어 수증기가 발생되고 온도가 올라간 후 필터박스(201)로 유입되어 흡착제로부터 휘발성유기화합물을 탈착시킨다. 상기 흡착제로부터 탈착된 휘발성유기화합물을 포함한 공기는 블로어(202)를 통과하여 연소로(203)로 유입된 후 휘발성유기화합물은 연소되어 무해한 물과 이산화탄소가 되고, 연소된 뜨거운 공기는 열교환기(204)를 통해 열을 전달하고 대기로 배출된다. 휘발성유기화합물의 탈착이 끝난 후, 먼지가 제거된 외부공기는 열교환기(204)에서, 물이 공급되지 않아, 건조한 상태로 온도가 올라간 후 필터박스(201)에 물에 젖은 흡착제를 건조한다. 건조가 끝나면 흡착제의 재생공정이 완전히 끝난다.

상기 연소로(203)을 도3을 통해 보다 상세히 설명하면, 도3은 촉매산화법으로서 필터박스(201)로부터 유입되는 휘발성유기화합물을 함유한 공기가 예열기(305)에서 버너(304)에 의해 약 250℃로 가열되어 연소로의 촉매층(306)에서 공간속도 10000hr으로 연소된 후 열교환기(204)로 유입된다.

도4는 열산화법을 설명한 것으로서, 필터박스(201)로부터 유입되는 휘발성유기화합물을 함유한 공기가 연소로 외벽(402)을 통해 연소로(203)로 유입되어 버너(401)에 의해 약 900℃로 가열되어 약 1초간 산화된 후 열교환기(204)로 유입된다. 연소로(203)의 온도가 높아 연소로 외벽(402)에 균열이 잘 발생하기 때문에, 필터박스(201)에서 유입된 공기가 연소로 외벽(402)을 타고 유입되면서 연소로 외벽(402)을 냉각하여 연소로 외벽(402)의 균열을 방지하는 것이 그 특징이다.

상기 열교환기(204)를 도5를 통해 보다 상세히 설명하면 하기와 같다.

도5는 연소로(203)에서 연소된 공기는 열교환기(204)를 통과하면서 외부에서 공급되는 공기에 열을 전달한 후 대기로 배출되고, 외부에서 흡입되어 필터(205)에서 먼지를 여과한 다음 열교환기(204)로 유입되어 가열된 공기와 열교환기(204)내에 장착된 노즐(502)을 통해 공급되는 물이 가열되어 증발된 수증기는 열교환기(204)내에서 혼합된 후 흡착제(210)를 탈착하기 위해 필터박스(201)로 유입된다. 흡착제(210)를 탈착하는 동안 필터박스(201)가 과열되면 냉각노즐(503)에서 냉각수가 분사되어 필터박스(201)로 유입되는 공기를 냉각시켜 필터박스(201)를 냉각하고 필터박스(201)의 온도가 내려가면 냉각노즐(503)을 막아 흡착제의 탈착을계속한다. 흡착제(210)의 탈착이 완료된 후 노즐 502와 503이 닫힌 상태에서 열교환기를 통과한 뜨거운 건조공기가 필터박스로 유입되어 흡착제(210)를 건조한 후 흡착제(210)의 재생이 완료되는 것이다.

도6은 물공급노즐(502)와 냉각노즐(503)을 열교환기(204)의 전단에 배치한 것이나 실시예4는 물공급노즐(502)과 냉각노즐(503)을 열교환기 후단에 배치한 것이 다르고 재생과정은 같다.

실시예1

활성탄섬유 10kg에 휘발성유기화합물인 페이트의 신나 3kg을 흡착시킨 후 연소로의 온도는 약900℃로 하여 열연소방법을 사용하고, 20%의 수증기를 함유한 100∼160℃의 공기를 2㎥/min로 약 30분간 재생할 때, 연소로(203) 입구의 휘발성유기화합물농도와 열교환기(204) 후단 배출구에서 휘발성유기 화합물의 THC(total hydrocarbon concentration)을 측정하였다. 연소로() 입구의 농도는 필터박스(201)의 온도가 80℃이상일 때 200~2800ppm를 나타내었고, 열교환기(204) 후단 배출구에서는 10~46ppm이 배출되어 평균 95%이상의 휘발성유기화합물 제거효율을 보였다.

상기의 방법으로 활성탄섬유를 5회 반복하여 재생한 후 새 활성탄섬유와 흡착능력을 비교하였다. 200ppm의 톨루엔을 함유한 공기를 30분간 새 활성탄섬유와 재생 활성탄섬유를 통과시킨 후 톨루엔의 농도는 약 40ppm으로 두 활성탄섬유의 흡착능력의 차이가 없었다.

도장부스의 사용에 있어, 흡착과 탈착을 통해 휘발성유기화합물을 제거하여대기오염규제치를 만족하고, 휘발성유기화합물 흡착제인 활성탄섬유를 재생하여 사용하므로 흡착제 교환에 의한 유지보수비용이 절감되며, 수증기를 포함한 공기로 재생하므로 화재발생 위험성이 없고, 시스템 구성이 비교적 간단하여 재생장치의 제작과 설치비용이 저렴하여 실용적인 재생방법을 제공하였다.

Claims

도장부스에서 배출되는 휘발성유기화합물을 흡착과 탈착을 통해 제거하는 방법으로서, 휘발성유기화합물 흡착제로 활성탄섬유를 사용하고, 5∼40중량%의 수증기를 함유한 120∼200℃의 공기를 사용하여 활성탄섬유에서 휘발성유기화합물을 탈착시키고, 탈착된 휘발성유기화합물을 촉매산화법이나 열산화법으로 연소하여 제거하고, 탈착 후 젖은 활성탄섬유를 60∼200℃의 건조공기를 사용하여 활성탄섬유를 재생하는 방법
제1항에 있어서, 연소방법중 촉매로 사용하는 금속은 Pt, Pd, Ru, Mn, W등의 산화물로서 단독이나 혼합물을 사용하고, 휘발성유기화합물의 촉매산화온도는 180∼300℃이고, 촉매의 공간속도는 20000∼50000hr^-1인 촉매산화방법.
제1항에 있어서, 연소방법중 산화온도는 800∼1000℃이고 , 상기 온도에서 0.6∼2초간 연소하는 열산화방법
필터박스에 설치된 개폐댐퍼(208,209), 상기 활성탄섬유(210)와 도장실에서 발생된 먼지를 필터링하는 필터(211,212)들이 들어 장착된 필터박스(201), 필터박스(201)와 재생장치를 분리하는 개폐댐퍼(206,207), 상기 활성탄섬유(210)로부터탈착된 휘발성유기화합물을 연소 처리하는 연소로 (203), 상기 활성탄섬유로부터 휘발성유기화합물을 탈착시키기 위해 탈착공기를 가열하는 열교환기(204), 수증기를 발생하기 위해 물을 공급하는 물공급노즐(502), 필터박스의 과열을 방지하는 냉각노즐(503)과 블로어(202)로 구성된 것을 특징으로 하는 제1항의 방법을 위한 도장부스의 휘발성유기화합물 흡착·재생처리 장치