KR200276525Y1 - 표면개질 활성탄과 재생한 폐촉매를 이용한 저농도 voc제거장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 저농도 휘발성 유기화합물(VOC)을 표면개질 활성탄을 이용하여 흡착시키고, 흡착이 포화되면 일정한 시간동안 전기적으로 가한 열에 의해 탈착시켜 재생한 폐촉매를 이용하여 VOC를 산화 제거할 수 있는 고효율 흡·탈착 촉매산화장치에 관한 것이다.

본 고안에 따르면, 홈·탈착 과정과 촉매산화과정을 동시에 이용한 VOC제거 시스템에 있어서, 표면개질 활성탄과 재생한 자동차 배기가스 정화용 폐촉매를 이용한 저농도 VOC 제거장치를 특징으로 하는 저가격, 고효율을 제공한다.

또한, 흡·탈착부와 촉매산화부의 공간을 없애고 단일 정치로 배열하여 탈착시킬 때 이용한 열에너지를 그대로 촉매작용을 위한 열에너지로 사용함으로써 에너지효율을 최대화할 수 있게 고안하여 타제품과의 경쟁성을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

표면개질 활성탄과 재생한 폐촉매를 이용한 저농도 VOC 제거장치{Removal system of VOC at low concentration using surface-modified activated carbon and regenerated spent catalyst}

본 고안은 활성탄과 폐촉매를 이용한 VOC 제거장치에 관한 것으로 상세하게는 저농도 휘발성 유기화합물을 표면개질 활성탄을 이용하여 흡착시키고 다시 재생한 폐촉매를 이용하여 VOC를 산화제거할 수 있는 고효율 흡·탈착 촉매산화장치에 관한 것이다.

본 고안은 특허출원 10-1999-0048188의 기재된 "흡착/산화 2기능성 촉매를 이용한 VOC제거시스템"(이 특허의 명칭을 아래부터는 "흡착/산화 시스템"으로 한다.)을 보완하여 향상시킨 것이다. 흡착/산화 시스템은 낮은 농도로 배출되는 휘발성 유기화합물을 흡착하고 필요시에 흡착된 휘발성 유기화합물을 산화시킬 수 있어 비교적 양호한 시스템이다. 또한 다양한 촉매를 설치하여 VOC제거에 좋음을 보였다.

그러나, 흡착/산화 시스템에 사용되는 흡착제나 촉매 즉, ZSM-5, 알루미나, 티타니아로 구성된 군으로부터 선택된 1종의 담체에 구리, 크롬, 코발트, 백금, 팔라륨, 또는 이들의 산화물로 구성되는 군으로부터 선택된 금속 또는 금속산화물을 도입한 촉매를 장착한 장치는 본 고안자가 고안한 장치보다 운전유지비가 많이 들고, VOC제거 효율면에서 낮음을 보였다.

예를 들면, 본 고안자는 특허출원 10-1999-0006375호를 통해 폐기된 자동차배기가스 정화용 촉매의 재생방법을 제시한 바 있다. 이 폐촉매는 상기된 흡착/산화 시스템에서의 촉매보다 가격이 매우 저렴하며 VOC를 제거하는데 훌씬 고효율을 보인다.

또한, 흡착제로 표면개질 활성탄으로 운전할 경우 그 흡착량이 여느 흡착제보다 매우 우수하다.

표면개질 활성탄의 제조를 설명한다면, 산이나 알칼리용액에 활성탄을 넣고 24시간동안 상온에서 rotaty evaporator로 교반한 후, 진공중의 70℃에서 용액을 증발시켜 80℃에서 24시간 건조한 표면개질 활성탄이다.

흡착/산화 시스템은 VOC제거에 좋은 시스템을 제시하였으나, 그 외에 다른 저렴하고 효율이 큰 촉매나 흡착제로 경쟁시에는 경쟁성이 약화될 우려가 있다.

본 고안은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안한 것으로 저농도 VOC를 제거하는데 있어서 운전비용이 저렴하며 고효율의 제거장치로 경쟁성을 키우는데 있다.

상기 목적을 성취하기 위해서, VOC제거장치 내에 흡·탈착부에 표면개질 활성탄을 넣어 휘발성 유기화합물을 다량 흡착시키는 시스템을 고안하였으며 그렇게 함으로써 촉매산화부내에 재생한 폐촉매를 넣어 보다 저렴하며, 높은 효율을 얻을 수 있었다.

또한, 흡착/산화 시스템에서 제시한 흡착부와 산화부 간의 유동파이프를 제거하고, 흡착부와 촉매산화부를 한 장치 안에 배열하여 탈착에 사용한 열을 촉매산화부의 촉매작용에 이용함으로써 흡착/산화 시스템에서 촉매부 앞에 가열하는 에너지를 절감할 수 있게 고안하였다.

도 1은 본 고안의 실시 예의 외형을 도시한 다이아그램.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

110:가열부 120:흡·탈착부

130:촉매산화부 111:열선

140:Electric Controllor 141:열전대(Thermocouple)

도1은 본 고안에 따른 VOC 제거장치의 개략도이다.

도1에 도시한 바에 의하면, 가열부(110)와 흡·탈착부(120), 촉매산화부(120)로 구성되어진 장치이다. 주입구를 통해 VOC가 유입되어 흡·탈착부(120)에서 VOC를 흡착시킨 후, VOC 흡착이 포화가 되는 시점에 가열부(110)에서 열을 가하여 흡·탈착부(120)에 흡착된 VOC를 탈착시킨다. 이와 동시에 탈착할 때 사용한 열을 이용하여 VOC를 촉매산화부(130)에서 산화시키는 과정에 맞게 도식한 것이다.

또한, 흡·탈착부(120)내에 표면개질 활성탄을 넣어 흡착제로 쓰며 촉매산화부(130)내부에는 재생한 폐촉매를 넣어 저가의 고효율 촉매로 사용한다.

또한, 흡·탈착부(120)와 촉매산화부(130)의 온도를 측정하기 위해 Thermocouple(141)을 설치하고, 탈착과 촉매작용에 적합한 온도를 유지하기 위해 온도제어장치의 타이머에 따라 열선(111)에 적절한 열량을 가하거나 차단하면서 온도를 제어한다.

상술한 바와 같이, 본 고안은 VOC제거를 위해 표면개질 활성탄을 사용하여 VOC를 거의 흡착하는 효과가 있으며, 그 흡착이 포화에 이르면 탈착시켜 재생한 폐촉매를 사용하여 완전히 산화시킴으로써 고효율의 성능을 얻는 효과와 저렴한 운전비가 예상되는 효과를 가진다. 고안자가 직접 실험해 본 결과를 설명하면, 다음과 같다.

실험장치환경; 휘발성유기화합물 증 벤젠을 모델로 선택하고, 농도 5mol%(bal. air)로 일정하게 한 후, 일정한 유속(484.3cc/min)으로 본 실험장치로 유동시킨다. 도1과 같이 장치를 설치한 후, 가열부에 80V로 전압을 가한다. 이때 장치는 단열처리하여, 온도의 변화를 없게 한 것이다.

표면개질 활성탄을 이용한 흡착 실험; 표면개질 활성탄의 일정량(28g)을 흡·탈착부에 넣고, 벤젠을 흡·탈착부로 유동시켜, 출구로 나오는 VOC의 양을 측정해본 결과, 벤젠의 거의 대부분이 표면개질 활성탄에 흡착되어, 거의 검출되지 않음을 알 수 있었다. 이때, 가열부에 전압을 가하지 않고 상온에서 벤젠을 흡착 실험한 것이다. 또한, 벤젠의 흡착이 포화에 이르는 시간은 12시간임을 알 수 있었다.

표면개질 활성탄을 이용한 탈착 실험; 상기 조건을 동일하게 한 후 실험을 하였다. 단, 가열부에 전압을 가하면서 실험한 결과 150℃에서 대부분 탈착이 이루어졌고 250∼300℃에서 거의 완전하게 탈착되었다. 실험결과, 표면개질 활성탄에 흡착된 벤젠의 전부가 탈착됨을 알 수 있었다.

재생한 폐촉매를 이용한 촉매산화 실험; 상기 기술한 조건의 벤젠을 재생한 폐촉매를 넣은 촉매산화부로 유동시켜 촉매산화부의 온도를 올리면서 반응시킨 결과, 250∼300℃사이에서 벤젠이 거의 검출되지 않음을 알 수 있었다.

실험결과; 상술한 바와 같이, 저농도 벤젠을 12시간동안 흡착시켜 벤젠의 방출을 억제시킨 후, 흡착이 포화에 이르면, 250∼300℃에서 탈착시켜, 그대로 촉매산화부로 유동하고 재생한 폐촉매가 벤젠을 산화시켜 완전히 제거하는 큰 효과를 보인다.

또한, 본 고안은 구조의 단순화로 최소의 공간에서 최대의 효과를 얻을 수 있어, 타 VOC제거장치와의 경쟁성을 높일 수 있다.

Claims (1)

1. 저농도 휘발성 유기화합물이 입구로 유동되어 가열부와 흡·탈착부와 촉매 산화부를 상기 순서대로 통과할 수 있도록 구동되고, 흡·탈착부와 촉매산화부의 간격을 없애고 단일의 장치로 배열하여 탈착시킬 때 이용한 열에너지를 그대로 촉매작용을 위한 열에너지로 사용함으로써 에너지효율을 최대화 할 수 있게 고안한 VOC제거장치에 있어서,

   상기 VOC가 통과하여 표면개질 활성탄을 넣어 활성탄표면에 흡·탈착시키는 흡·탈착부;

   상기 흡·탈착부에 흡착된 VOC를 발착시키기 위해 흡·탈착부에 열을 가하는 가열부

   상기 흡·탈착부의 표면개질 활성탄으로부터 탈착되어 유동된 VOC를 내부에 설치된 허니컴형 재생한 폐촉매로 유동시켜 산화시키는 촉매산화부

   상기 가열부와 흡·탈착부, 촉매산화부의 온도를 제어하기 위한 온도제어장치