KR200233433Y1 - 촉매 연소 및 멀티 챔버형 미스트 콜렉터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열풍 건조 촉매 연소 및 멀티 챔버형 규조토 미스트 콜렉터로 ABS, PS, HIPS등 여러 플라스틱 소재를 생산하는 압출기에 발생하는 점착성 모노마 미스트를 제거하는 규조토 코팅식 미스트 콜렉터를 개선하여 설비비 절감과 규조토 사용량 감소에 의한 운전비 절감 그리고 미스트와 함께 발생되는 휘발성 유기가스 중 일부를 제거하여 대기오염방지효과를 높인 시설이다.

구제적으로 기술하면

첫째 24시간 2주일 이상 연속 가동하는 시설에서는 규조토 코팅식 미스트 콜렉터 운전 특성상 일정한 시간(3∼10일)마다 탈진 및 규조토 코팅을 하기 위해 현재는 2대 시스템으로 구성되어 있으나 본 고안에서 제시한 멀티 챔버형으로 구조를 개선하여 1대 시스템으로 일정한 시간마다 탈진 및 규조토 코팅을 가능케 하므로써 기존 방식에 비해 설비비를 30 %이상 절감하고 설치면적을 40 %정도 줄인 시설이다.

둘째 일정기간마다 코팅시켜주는 규조토 분말이 모노마 미스트와 함께 배출되는 수분 미스트로 인해 콜렉터내 여과백 표면에 코팅된 규조토층과 미스트층을 적시고 서로 엉키게 만들어 반죽처럼 형성(눈막힘 현상)케 하므로써 짧은 시간에 압력손실 상승을 가져온다.

특히 동절기에는 발생 수분이 급격히 증가하여 압력손실이 150 mmH₂O에 도달하는데 3일 정도로 짧아지므로써 잦은 탈진과 규조토 재코팅을 야기한다.

이를 개선하기 위하여 별도의 열풍 건조 시설 및 부대시설을 설치하여 일정시간(10∼20 시간)마다 여과백에 적셔진 수분과 미스트층의 액상물질을 증발건조시키므로써 여과백에서 눈막힘 현상을 차단하여 동절기에도 압력손실이 150 mmH₂O까지 도달하는 기간을 20일 이상으로 연장하므로써 규조토 소모량을 줄여 운전비를 절감한 시설이다.

셋째 또한 열풍 건조 시설을 촉매 연소 장치로 설치하므로써 열풍 건조시 미스트층에서 휘발성 물질의 증발로 발생되는 유기가스를 제거해주므로써 유기가스로 인한 대기오염을 줄여 주는 시설이다.

Description

촉매 연소 및 멀티 챔버형 미스트 콜렉터{Catalitic Oxidation ＆ Multi Chamber Type Mist Collector}

ABS, PS, HIPS등 여러 플라스틱 소재를 생산하는 압출기에서는 다량의 점착성 모노마 미스트와 수증기 및 수분미스트가 혼합된 채로 발생하며 발생된 대기오염물질인 모노마 미스트를 제거하기 위해 모노마 미스트를 HOOD로 흡인하여 규조토 등으로 Pre Coating한 백필터 시설인 미스트 콜렉터로 처리하고 있다.

그런데 현재 가동중인 미스트 쿨렉터는 몇가지 문제점을 내포하고 있는데

첫째, 설비비 측면에서 24시간 2주일 이상 연속가동시설에서는 생산라인 특성상 멈출 수가 없는데 미스트 콜렉터 시스템 구성상 일정한 시간 (통상 3 ∼ 10일)마다 탈진 및 규조토 코팅을 하기 위해 멈춰야 하므로 이때 다른 1대가 가동할수 있도록 현재 2대 시스템으로 구성되어 있으나 향후 새로운 시설을 놓을 경우 계속 2대 시스템으로 설계한다는 것은 고가의 설비비가 요구된다는 점에서 시스템 개선이 요구된다는 점

둘째, 일정기간마다 코팅시켜주는 규조토 분말이 하절기에는 코팅주기가 10일이상 유지되나 동절기에는 낮은 대기온도로 인하여 하절기에 비해 상대적으로 많은 양이 발생하는 수분미스트의 영향으로 백에서의 압력손실이 급격하게 증가하여 코팅주기가 3일 이하로 단축되므로써 규조토 사용량 증가와 이로 인한 폐기물 발생량 증가에 따른 운전비 상승 문제점

셋째, 백표면에 포집된 액상의 모노마 중 휘발성 물질이 증발하여 배기닥트를 통해 대기중으로 배출되므로써 휘발성 유기화합물증기(VOC) 및 악취로 인한 대기오염 발생하는 문제점이 있다.

이에 본 고안을 통하여 상기 문제점을 해결하므로써 설비비 및 운전비 절감과 VOC 및 악취로 인한 대기오염을 방지하는데 목적이 있다.

제 1도에서 보듯이 ABS, PS, HIPS등 펠리트 형태의 플라스틱 소재를 생산하는 압출기(1)는 혼합된 원료를 원료투입구(101)로 넣어 열을 가하여 압출하므로써 국수가락(102)처럼 플라스틱 소재를 뽑아주게 되며 국수가락처럼 나온 플라스틱은 이를 냉각시키기위해 압출기 헤드 아래에 물(201)이 담긴 냉각대(2)를 설치하여 물속으로 통과시킨다.

이때 압출기 헤드 구멍에서 대기 중으로 바로 나온 플라스틱 소재는 100 ℃정도로 뜨거운 상태이므로 플라스틱 소재 중 휘발성 모노마 물질이 증발하게 되며 증발된 물질은 차가운 대기온도로 인해 대부분 응축되므로써 액상의 미세한 유분입자(103)인 미스트 형태로 발생하게 된다.

또한 뜨거운 상태의 플라스틱 소재는 아래에 위치한 냉각대의 물로 들어가면서 다량의 수증기(104)를 발생하게 되며 이 수증기는 모노마 미스트와 함께 배기후드(3)로 흡인된다.

흡인된 모노마 미스트와 수증기 및 수분미스트는 제 2도에 나타낸 모노마 미스트 콜렉터로 처리하게 된다.

미스트 콜렉터의 제거원리는 다음과 같다.

제거원리를 기술하기 전에 제 2도에서 본 시설의 주장치인 백필터 타입의 콜렉터(5)에 대해 간략하게 기술코져 한다.

백필터(5)는 분진을 집진하기 위해 광범위하게 사용되는 시설로 유입된 분진은 집진기 하단의 호퍼를 통해 유입된 후 폴리에스터 부직포로 만들어진 원통형의 여과백(501)에 분진이 함유된 가스가 통과하면서 분진은 여과백(501) 외면에 포집되고 정화된 가스는 여과백 가운데를 거쳐 배기닥트, 팬(6), 연돌(7)을 통해 대기중으로 배출된다.

여과백(501) 외면에 계속적으로 집진됨에 따라 누적되는 분진을 털어주기 위해 압축공기를 매우 짧은 시간에 여과백 상부 중앙으로 분사시켜 탈진하게 된다.

탈진과정을 좀더 구체적으로 설명하면 압축공기 헤더에 압축공기를 넣고 솔레노이드 밸브와 다이아프램 밸브(502)를 통해 각 밸브마다 6∼20초 간격으로 0.05∼0.2초의 짧은 시간동안 열어주면 압축공기가 블로우 파이프(503)를 통해 백상부로 분사되며 분사된 압축공기는 벤츄리(504)로 빠른 속도로 통과하므로써 주위 공기를 흡인하여 여과백 내부에서 외부로 가스흐름방향과 역으로 불어주므로써 백외면에 붙어있는 분진을 털어주게 되며 이 방식을 펄스젯트 탈진방식이라 한다.

탈진된 분진은 아래로 떨어져 호퍼 하단 로타리 밸브(505)를 통해 외부로 배출처리된다.

그런데 본 시설에서 발생되는 모노마 미스트는 점착성이 있는 액상의 미세한 입자일 뿐만 아니라 다량의 수분도 같이 존재하므로 일반적으로 사용하는 백필터만 사용할 경우 여과백에 미스트가 부착되어 아무리 펄스젯트에 의한 탈진이 이루어지더라도 털어지지 않는다.

이러한 문제를 해결하기 위해 제 3도에서 나타낸 바와 같이 모노마 미스트를 콜렉터(5)로 유입하기 전에 규조토 분말 등으로 백표면에 코팅시킨 후 미스트를 포집하므로써 규조토가 미스트와 백사이 완충역할을 하여 펄스젯트에 의한 탈진이 가능하도록 시스템이 구성되어 있다.

백(501)에 코팅된 규조토층은 탈진이 가능하도록 완충역할을 할뿐만 아니라 규조토 분말자체가 훌륭한 여과층을 형성하므로써 미스트 포집 성능을 향상시켜주는 역할도 한다.

콜렉터 포집시스템 가동 순서를 제 2도를 보고 설명하면 다음과 같다.

1) 규조토(401)를 규조토 빈(4)에 넣는다.

2) 배기 GAS LINE 자동댐퍼(301-A/B)를 모두 닫고 규조토 라인 자동댐퍼 중 403-A는 열고 403-B는 닫힌 상태에서 6-A 배기팬과 규조토 빈 로타리밸브(402)를 가동하게 되면 규조토가 5-A 백필터 여과백(501-A)에 코팅된다.

3) 일정량 규조토를 코팅 후 규조토 빈 로타리밸브(402)를 멈춘후 규조토 라인 자동댐퍼 403-A를 닫고 동시에 배기닥트 자동댐퍼 506-A를 열어 모노마 미스트를 포집하게 된다.

4) 모노마 미스트의 포집은 일정기간 동안 지속적으로 이루어지는데 여과백에서의 차압이 150 mm H₂O가 될 때까지 포집되며 대략 포집기간은 하절기 10∼15일, 동절기 2∼4일, 춘추절기 7∼12일 정도 소요된다.

5) 여과백에서의 차압이 150 mm H₂O에 도달하면 5-A 백필터에서 5-B 백필터로 바꿔 가동되는데 가동순서는 우선 5-B 백필터의 규조토 코팅부터 시작된다.

즉 규조토라인 자동댐퍼 403-B가 열리고 팬 6-B와 규조토 빈 로타리밸브(402)가 가동하게 되면 규조토가 5-B 백필터 여과백(501-B)에 코팅된다.

6) 5-B 백필터의 규조토 코팅이 끝나면 규조토 빈 로타리밸브(402)를 멈추고규조토라인 자동댐퍼 403-B를 닫음과 동시에 배기닥트 자동댐퍼 506-B를 열어 모노마 미스트를 5-B 백필터에 유입시켜 일정기간동안 미스트를 포집한다.

7) 동시에 5-A 백필터는 모노마 미스트 포집을 중단하고 포집된 모노마 미스트와 기 코팅되었던 규조토를 펄스제트 탈진시설에 의해 여과백으로부터 털어내게 된다.

즉 배기닥트 댐퍼 506-A를 닫고 팬 6-A의 가동을 중단한 후 탈진밸브 502-A를 사용하여 탈진시키며 탈진에 의해 호파로 떨어진 미스트와 규조토는 로타리밸브 505-A에 의해 외부로 배출된다.

이상 설명한 바와 같이 가동방식은 5-A 백필터와 5-B 백필터가 계속 교대로 가동되면서 모노마 미스트를 포집하게 된다.

그러나 본 시스템에서의 문제점은 크게 3가지로 나눌 수 있는데

첫째 설비비 및 설치면적과 관련된 것으로 만약 사용되고 있는 압출기가 1주일에 1회이상 가동을 중단하는 시설인 경우에는 제 4도에 나타낸 1대 시스템으로 가능하다.

그러나 미스트 포집주기(최대 15일)이상 계속 가동되는 압출기인 경우에는 제 4도와 같은 방식으로는 정상가동이 어려우므로 현재는 설치면적이 크고 설비비가 고가인 제 2도와 같은 2대 시스템으로 하고 있다.

둘째 규조토 코팅 주기와 관련된 문제로 제 1도에서 이미 설명한 바와 같이 가열된 국수가락처럼 뽑아져 나오는 플라스틱 소재가 물에 들어가면서 다량의 수증기가 발생되는데 발생된 다량의 가스상 수분이 대기중에 노출되면서 일부는 미세한 물방울 형태로 응축되어 하얀 김 모양(104)으로 상승한다.

그런데 하절기에는 주위온도가 높아 포화증기압이 높으므로 물방울로 응축되는 양이 적으나 동절기에는 온도가 낮아 응축수가 발생하여 후드(3)로 유입되어 백필터로 들어가게 된다.

다량의 응축수은 여과백에 코팅되어있는 규조토층을 빨리 적셔 탈진을 어렵게 하고 포집된 모노마 미스트층을 눅진눅진한 상태로 만들어 빠른 시간안에 서로 엉키게 하여 눈막힘 현상을 발생시키므로써 급격하게 차압이 상승한다.

이러한 이유로 동절기에는 탈진과 규조토의 재코팅하여 사용하는 기간(규조토 코팅주기)이 불과 2∼3일로 짧아져 이로 인한 규조토 사용량의 증가에 따른 운전비 증가와 사용된 규조토 양의 증가로 폐기물 발생량의 증가에 따른 폐기물 처리비의 상승을 초래하고 있다.

셋째 현 미스트 콜렉터 시설로는 입자상 물질인 미스트는 대부분 제거되고 있으나 압출기에서 바로 나온 가열된 겔 상태의 플라스틱 소재에서 증발된 모노마 증기중 응축되어 모노마 미스트로 되지 않은 가스상 모노마와 백필터내 규조토층 위에 포집 누적된 모노마 미스트층에서 휘발성 물질의 증발로 인한 가스상 물질은 제거되지 않은 채 대기중으로 배출되므로써 대기오염을 야기하고 있다.

본 고안은 점착성 모노마 미스트를 제거하는 규조토 코팅식 미스트 콜렉터 시설에서 문제점을 개선하기 위해 다음과 같은 기술적 과제를 고려하였다.

1) 생산시설인 압출기가 24시간 2주일 이상 가동하는 시설의 경우에도 1대 용량 시스템으로 정상 가동될 수 있는 방식을 고안하여 설비비 절감과 설치면적을 줄일 수 있도록 한다.

2) 동절기를 비롯하여 다량의 수분 미스트로 인해 규조토 코팅주기가 단축되는 현상을 해결하기 위해 수분제거시설을 고안하여 동절기에도 규조토 코팅주기가 15일 이상 유지되도록 한다.

3) 압출기에서 겔상태의 가열된 플라스틱이 나오면서 발생되는 가스상 모노마로 인한 대기오염 저감은 기대할 수 없을지라도 여과백 표면에 포집된 모노마 미스트의 휘발성 물질만이라도 제거 처리하는 장치를 고안하여 대기중으로 배출되는 휘발성 가스상 물질을 대폭 줄이므로써 악취 및 VOC로 인한 대기오염을 줄이도록 한다.

제 1도는 압출기에서의 모노마 미스트 배출 형태도

제 2도는 기존 방식의 2대 시스템 규조토 미스트 콜렉터 흐름도

( 24시간 2주 이상 연속 가동 시설 적용 )

제 3도는 콜렉터내 여과백에서의 모노마 미스트 포집 개념도

제 4도는 기존 방식의 1대 시스템 규조토 미스트 콜렉터 흐름도

( 간헐적 가동 시설 적용 : 2주 미만 연속 가동 )

제 5도는 본 고안 방식의 1대 시스템 규조토 미스트 콜렉터 흐름도

( 멀티 챔버형 : 24시간 2주 이상 연속 가동 시설 적용 )

제 6도는 열풍 건조 시설을 설치한 멀티 챔버형 미스트 콜렉터 흐름도

제 7도는 〃 〃 〃 기존 2대 시스템 미스트 콜렉터 흐름도

제 8도는 열풍 건조 촉매 연소 장치를 설치한 멀티 챔버형 미스트 콜렉터 흐름도

제 9도는 열풍 건조 촉매 연소 장치를 설치한 기존 2대 시스템 미스트 콜렉터 흐름도

* 도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 …압출기 101 …플라스틱 소재 원료 투입구

102 …가열 압출된 플라스틱 소재 103 …모노마 미스트 및 증기

104 …증발하는 수분 미스트 및 증기 2 …가열된 플라스틱 냉각대

201 …물 3 …후드

4 …규조토 빈 401 …규조토

402 …규조토 빈 로타리 밸브 403 …규조토 라인 자동 ON-OFF댐퍼

5 …백필터(콜렉터) 501 …여과백

502 …탈진밸브(솔레노이드 밸브 및 다이아프램 밸브)

503 …탈진용 블로우 파이프 504 …벤츄리

505 …로타리 밸브 506 …배기라인 자동 ON-OFF 입구 댐퍼

507 …배기라인 자동 ON-OFF 출구 댐퍼

6 …배기팬 7 …연돌

801 …열풍팬 802 …히터

803 …열풍 라인 자동 ON-OFF 입구 댐퍼

804 …열풍 라인 자동 ON-OFF 출구 댐퍼

805 …촉매 806 …열 교환기

첫 번째 고안 방식은 다음과 같다.

연속 생산 공정에서 1대 용량 방식으로 개선하기 위해 제 5도와 같이 시스템을 구성하였다.

제 5도 시스템은 백필터(5)를 1/3 용량씩 3개 CHAMBER로 등분한 후 각 CHAMBER별로 규조토 코팅과 미스트 흡착 및 탈진시설을 갖춘 시스템이다.

예를 들면 미스트 콜렉터 용량이 300 ㎥/min라고 가정하면 제 2도 방식이 300 ㎥/min 용량의 BAG FILTER 2대를 설치하여 처리하는데 반하여 제 5도는 1개 CHAMBER 용량이 100 ㎥/min 처리 CHAMBER 3개를 설치하여 BAG FILTER 1대로 처리하는 시스템이다. 제 5도 포집시스템의 가동 순서는 다음과 같다.

1) 규조토(401)를 규조토 빈(4)에 넣는다.

2) 각 CHAMBER별 배기가스 라인 자동댐퍼( 506-, 506-, 506-)를 모두 닫고 규조토 라인 자동댐퍼 중 403-는 열고 403-, 403-는 닫힌 상태에서 배기팬(6)과 규조토 빈 로타리밸브(402)를 가동하게 되면-CHAMBER가 규조토 코팅이 이루어진다.

3)-CHAMBER에 일정량이 코팅되면 규조토 라인 자동댐퍼 403-를 닫고 동시에 배기가스 라인 506-를 열어 미스트가 포집되며 동시에 403-를 열면-CHAMBER가 규조토 코팅이 이루어진다.

4)CHAMBER가 일정량 코팅되면 규조토 라인 자동댐퍼 403-를 닫고 동시에 배기가스 라인 506-를 열어 미스트가 포집되며 동시에 403-를 열면-CHAMBER가 규조토 코팅이 이루어진다.

5)-CHAMBER의 규조토 코팅이 끝나면 규조토 빈 로타리밸브(402)를 멈춘 후 규조토 라인 자동댐퍼 403-를 닫고 배기가스 라인 503-를 열어 미스트를 포집하게 된다.

6) 모노마 미스트 포집은 일정기간 동안 지속적으로 이루어지며 여과백에서의 차압이 150 mmH₂O가 될 때까지 포집된다.

포집기간은 하절기 10∼15일, 동절기 2∼4일, 춘추절기 7∼12일 동안 이루어진다.

7) 여과백에서의 차압이 150 mmH₂O에 도달하면 CHAMBER별 순차적으로 탈진과 규조토 코팅이 이루어진 후 다시 미스트 포집이 이루어지는데 순서는 다음과 같다.

우선-CHAMBER의 배기가스 댐퍼 506-를 닫고 탈진장치인 502-와 로타리밸브 505-를 가동하여 포집된 미스트를 탈진하여 외부로 배출시킨다. 탈진시킨 후 탈진장치 502-와 로타리밸브 505-를 멈추고 규조토 라인 자동댐퍼 403-를 열고 규조토 빈 로타리밸브(402)를 가동하여 규조토를 코팅하며 코팅 후 규조토 빈 로타리밸브(402)를 멈추고 규조토 라인 댐퍼 403-를 닫음과 동시에 배기가스 댐퍼 506-를 열어 미스트를 포집한다.

이것이 끝나면-CHAMBER도 동일한 방식으로 이루어지며-CHAMBER의 탈진, 코팅, 규조토 포집과정에 들어가면-CHAMBER도 동일한 방식으로 이루어진다.

이러한 가동 시스템으로 연속공정에서 1대 SYSTEM으로 미스트를 포집하게 된다. 물론 여기에서 각 CHAMBER별 탈진과 규조토 코팅이 이루어질 때에는 2개의 CHAMBER에서 미스트가 포집되기 때문에 3 CHAMBER 모두 가동될 때보다 여과백에서의 여과속도가 1.5배 증가하나 3개 CHAMBER 탈진 및 규조토 코팅에 소요되는 시간이 불고 2시간 이내이기 때문에 별지장없이 가동이 가능하다. 경험적으로 보았을 때 여과속도가 2배 정도 증가시켜 가동했을 경우에도 5시간 이상 시스템에 별무리없이 가동한 경험이 있다.

두 번째 고안 방식은 다음과 같다.

배기가스중의 미스트 형태로 함유되어있는 수분이 규조토층과 포집된 미스트층에 영향을 주어 미스트 포집주기가 단축되는 문제를 해결하기 위해 입구닥트에 히팅장치를 설치하여 수분 미스트를 증발시켜 해결을 시도한 적이 있다.

그러나 이 방식은 전체 배기가스를 가열해줘야 하기 때문에 가열 열량이 크다는 문제점과 히팅 장치가 튜브방식인 경우에는 공기측 격막전열계수가 낮아 히팅 장치 크기가 상당히 크다는 문제점이 있어 왔다.

히팅 장치 크기를 줄이기 위해 핀 튜브 방식을 채택했을 경우에는 핀 사이에 미스트가 끼어 가스통과 공간을 막고 열전달을 차단하는 문제점이 있어 핀 튜브 방식 채택도 어려운 상황이다.

이처럼 지금까지 배기가스 중 응축 수분의 제거 노력에도 불구하고 이러한 문제해결에 별 효과를 거두지 못하여 왔다.

그러나 제 6도에 나타낸 바와 같이 시스템을 구성하여 일정시간 예를 들면 10시간마다 각 CHAMBER별 순차적으로 미스트 포집을 중단하고 30분 정도 열풍을 넣어 여과백 규조토 층과 미스트 층에 함유되어 있는 수분과 포집미스트 층에 함유된 휘발성물질(대부분 액상)을 증발 배기시키므로써 여과백 표면에서의 규조토 상태 및 미스트 상태를 규조토를 처음 코팅했을 때의 양호한 초기상태로 근접 개선하는 방식이다.

즉 가동 방식과 순서는 다음과 같다.

1) 규조토 코팅 후 미스트 포집이 이루어진 후 일정시간(타이머 SETTING : 예 10시간)이 경과하면-CHAMBER부터 건조시키며 우선 배기가스 입구 댐퍼 506-와 출구 댐퍼 507-를 닫고 열풍라인 입구 댐퍼 803-와 출구 댐퍼 804-를 연후 히터(802)와 열풍팬(802 : 배기팬의 약 10 % 용량)을 가동하면 약 180 ℃의 열풍을 일정시간(타이머 SETTING : 예 1시간) 넣어주면 백필터로 유입되어 여과백 표면의 수분 및 미스트 휘발물질을 증발 제거한 후 배기된다(참고 : 여과백 재질을 내열 여과백으로 교체).

2)-CHAMBER의 열풍 건조가 끝나면 같은 방법으로-CHAMBER,-CHAMBER 순으로 열풍 건조시킨다.

물론 이 장치를 기존 장치인 제 2도와 제 4도에도 적용할 수 있으며 가동 방식은 다음과 같다.

또한 제 4도 방식에 열풍 건조 장치를 부착한 것이 제 7도에 나타내었다.

세 번째 고안 방식은 다음과 같다.

전술한 두 번째 고안 방식에서 열풍을 불어넣어 여과백 표면을 통과하게 되면 규조토층 및 미스트층에 함유된 수분 건조뿐만 아니라 미스트층 자체에 함유된 휘발성 물질도 같이 증발하여 가스상 물질로 배출된다.

이렇게 배출되는 휘발성물질을 제거 처리방식을 고안한 것이 제 8도에 나타내었다.

가동 순서는 전술한 두 번째 고안 방식과 동일하다.

제 8도의 가동 순서는 다음과 같다.

1) 규조토 코팅 후 미스트 포집이 이루어진 후 일정시간(약 10시간)이 경과하면-CHAMBER부터 건조시키는데 우선 배기가스 입구 댐퍼 506-와 출구 댐퍼 507-를 닫고 열풍라인 입구 댐퍼 803-와 출구 댐퍼 804-를 연후 열풍 팬(801)과 히터(802)를 가동시키면 히터(802) 가동 열에 의해 열 교환된 열풍 온도가 상승하면서 수분과 함께 VOC가 배출되며 배출된 VOC는 히터(802)에 의해 촉매 분해 온도까지 승온 시킨 후 촉매(805)로 CO₂와 H₂O로 분해 정화된 후 열 교환기(806)를 거쳐 연돌(7)로 배출된다. 여기에서 열 교환 후 유입 열풍 온도가 점차 상승하여 3∼4분 경과하면 제 8도에 나타낸 온도상태에 이르러 평형상태로 일정시간 열풍 건조시킨다.

2)-CHAMBER의 열풍 건조와 동시에 건조시 발생 VOC를 처리하고 나면 같은 방법으로-CHAMBER와-CHAMBER 순으로 가동된다.

여기에서 촉매층에서 다량의 VOC 분해열이 발생하며 이를 열 교환기(806)로 건조열을 회수하여 사용하기 때문에 실제 히터(802)에서 추가로 가동되는 동력비는 크지 않다.

이러한 고안 시설은 기존 시설인 제 2도와 제 4도에도 적용할 수 있으며 이를 적용한 흐름도를 제 9도에 나타내었다.

참고로 세 번째 고안 장치인 촉매 연소 장치의 이해를 돕기 위해 촉매 연소방식을 간략하게 기술하면 다음과 같다.

촉매는 백금, 파라듐 등으로 이루어진 물질로 자기 자신은 직접 반응에 참여하지 않고 다만 반응물질의 활성화 에너지를 낮춰 반응을 촉진시켜 톨루엔, 자일렌과 같은 VOC는 연소 산화 온도 600∼800 ℃보다 훨씬 낮은 150∼350。C에서 연소 산화가 가능하게 해줘 에너지 절감을 가능하게 하여주는 물질이다. 촉매 연소 방식은 이러한 촉매를 사용하는 방식으로 연소 분해가 가능한 150∼350 ℃로 승온시켜촉매층을 통과시켜 연소 분해하여 제거시키는 방식으로 반응식은 아래와 같다.

산화 분해 효율은 VOC 종류, 가스온도, 촉매 종류 및 양에 따라 달라지는데 대부분의 VOC가 150 ℃에서 분해가 시작되어 250 ℃에 이르면 90 %이상 분해된다.

상기 반응식에서 보듯이 촉매층 유입 온도가 200 ℃정도로 통과시키면 VOC 자체 산화열에 의해 가스온도가 상승하며 상승 정도는 VOC 농도에 비례하는데 VOC 농도가 1,000 ppm(C₆H₆기준, CH₄기준으로는 5,000 ppm)이면 약 100 ℃정도 추가로 상승하여 300 ℃까지 상승하므로 95 % 이상 효율 처리가 가능하다.

고안의 효과는 다음과 같다.

첫 번째 고안인 압출기가 24시간 2주일 이상 가동하는 시설에서 발생하는 모노마 미스트 포집용 규조토 코팅식 미스트 콜렉터가 기존 2대 시스템(제 2도)을 여러 CHAMBER로 구성된 1대 시스템(제 5도)으로 개선할 경우 우선 설비비에서 대폭 절감된다.

즉 예를 들면 300 ㎥/min 처리 시설인 경우 기존 2대 시스템은 300 ㎥/min 용량 백필터 2대가 필요하나 1대 시스템은 100 ㎥/min CHAMBER 3개로 구성된 300 ㎥/min 용량 백필터 1대가 필요할 뿐으로 콜렉터 본체 설비비 면에서 30 % 이상 절감된다.

또한 배기팬(6)도 2대 시스템은 300 ㎥/min 용량 팬 2대가 필요하나 1대 시스템은 300 ㎥/min 용량 팬 1대만 필요하므로 배기팬에서 50 %, 이와 연관된 전기시설에서 30 %정도 절감된다.

이러한 이유로 기존 시스템인 2대 시스템(제 2도)에 비해 새로 고안된 1대 시스템(제 5도)의 총설비비가 대략 30 % 정도 절감되는 효과가 있다.

설치면적에 있어서도 2대 시스템에 비해 1대 시스템은 백필터 1대와 배기팬 1대가 없으므로 약 40 % 적게 소요되는 효과가 있다.

두 번째는 현재 규조토 미스트 콜렉터 시설에서 압출기로부터 모노마 미스트와 함께 배출되는 수분이 계속적인 배출로 누적되면 여과백에서의 규조토층을 적시고 미스트층이 엉켜 눈막힘 현상에 의해 압력손실이 급격히 증가하는데 여기에 본 고안인 제 6도, 제 7도의 수분 건조 장치(열풍 건조) (801, 802)를 설치하거나 제 8도, 제 9도의 촉매 연소 장치(801∼806)를 설치하여 여과백 표면에 함유된 수분을 지속적으로 제거해주면 현재보다 눈막힘 현상에 의한 압력손실 발생기간(규조토 코팅주기)이 대폭 늘어난다.

특히 동절기에는 이러한 규조토 코팅주기가 2∼4일에 불과하지만 본 고안 장치가 설치된다면 하절기 코팅주기 10∼15일 보다 더 길게 유지 가능하다.

하절기나 춘추절기의 경우에도 규조토 코팅주기가 2배 이상 길어질 것으로 예상된다.

결론적으로 동절기는 5배 이상 그 외는 2배 이상 규조토 코팅주기가 증가하므로써 규조토 소모량을 1/2∼1/5로 줄어 이로 인한 운전비 절감과 이와 비례하여 백필터 로타리밸브 하단으로 배출되는 포집된 모노마 미스트 및 규조토 폐기물량이줄어 폐기물 처리비도 절감되는 효과가 있다.

또한 부수적으로 규조토 사용량이 적어지므로써 운전 유지의 번거로움이 감소하는 효과도 있다.

세 번째는 제 8도와 제 9도에 나타낸 촉매 연소 장치(801∼806)가 설치될 경우 압출기에서 발생된 가스상 모노마 증기는 현재와 같이 제거가 불가능하나 여과백 표면에 포집된 모노마 미스트층에 함유된 휘발성 물질은 열풍에 의한 증발로 배기되면서 촉매 연소 장치에서 연소 분해되므로 제거가 가능하다.

이렇게 제거되는 유기가스(VOC)는 전체 유기가스(VOC)의 30∼50 %정도로 크기 때문에 이로 인한 대기오염 방지효과도 크다.

결론적으로 본 시설에서 배출되는 유기가스(VOC)의 30∼50 %를 제거하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 2주일이상 연속 가동되는 압출기등 점착성 미스트가 발생 배출 되는 시설에서 규조토등 분말로 백휠터(5)의 여과백(501)에 미리 코팅하여 제거하는 시설로 규조토 코팅 시설인 규조토빈(4) 및 하단 로타리밸브(402)와 이송닥트를 갖추고 백휠터 형태를 갖춘 Chamber를 1/3 용량씩 3개 챔버로 나눈 후 각 챔버별 규조토 공급 On-Off댐퍼(403-,,), 배기라인 자동 입,출구 댐퍼(506-,,,507-,,)와 연결 배기 닥트, 배기팬(6), 연돌(7)로 구성하여 각 챔버가 순차적으로 규조토를 코팅,미스트 포집, 탈진 과정을 1대 시스템으로 가능케 하므로써 설비비 및 설치면적을 줄이고 또한 열풍팬(801)과 히터(801),촉매(805),열교환기(806)로 구성된 촉매연소장치 그리고 열풍 공급 입,출구 On-Off댐퍼(803-,,,804-,,) 및 열풍공급 라인을 설치하여 각 챔버별로 순차적으로 미스트 포집 후에 수분을 다량 함유하고 있는 여과백(501)에 히터(801)에서 발생하는 열풍을 공급하여 여과백(501)의 규조토층 및 미스트층에 함유된 수분 및 유분을 비롯한 휘발성 물질을 제거해 주므로써 여과백(501)에서의 눈막힘 현상을 줄이고 압력손실 상승을 완만하게하여 요구 되는 압손(150mmH₂O) 도달기간 (규조토 코팅 주기)을 증대 시키며 아울러 열풍건조시 여과백 미스트층에서 배출되는 휘발성 유기가스를 촉매연소장치에서 연소분해하여 제거한 촉매연소 및 멀티챔버형 미스트 콜렉터.