KR20050017167A - 휘발성 유기화합물 제거를 위한 활성탄 재생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 활성탄 속에 흡착되어 있는 휘발성 유기화합물을 제거하여 활성탄을 재생하는 장치에 관한 것이다.

본 발명은 열풍에 의해 활성탄을 가열하는 것에 의해 활성탄에 포집된 VOC를 증발시키며 증발된 VOC는 연소기와 촉매수단을 통과시켜 완벽하게 제거하는 것에 의해 활성탄을 재생하도록 한 것이다.

따라서 본 발명은 열풍에 의해 활성탄을 가열하는 것이므로 화재의 위험을 방지할 수 있고 그 구조가 간단하여 기기를 소형화할 수 있다. 또한 열풍에 의해 활성탄 전체를 빠른 시간 내에 균일하게 가열하여 활성탄에 흡착된 VOC를 증발시킨 후 연소기와 촉매수단을 통과시키는 것이므로 활성탄에 흡착된 VOC를 완벽하게 제거하여 활성탄의 재생효율을 현저하게 높일 수 있다.

Description

휘발성 유기화합물 제거를 위한 활성탄 재생장치{Activated carbon repreduction system for volatility organic compound exclusion}

본 발명은 활성탄 속에 흡착되어 있는 휘발성 유기화합물을 제거하여 활성탄을 재생하는 장치에 관한 것이다.

특히, 버너 또는 전기히터 등의 열원으로 공기를 가열한 후 이때의 가열한 공기를 순환시키면서 활성탄을 통과시키는 열대류방식의 활성탄 재생장치를 제공함으로써, 장치의 규모를 획기적으로 축소할 수 있고, 화재 등의 위험요소를 배제할 수 있으며, 무엇보다도 빠른 시간 내에 활성탄 속의 휘발성 유기화합물을 효과적으로 제거할 수 있는 등 활성탄 재생효율을 높일 수 있도록 한 휘발성 유기화합물 제거용 활성탄 재생장치에 관한 것이다.

일반적으로 휘발성 유기화합물(Volatility Organic Compound;VOC)은 일산화탄소, 이산화탄소, 탄산, 금속성 탄산염 및 암모늄을 제외한 탄소화합물로 대기 중에서 태양광선에 의해 질소산화물(NOx)과 광화학적 반응을 일으키면서 지표면의 오존농도를 높여 스모그 현상을 일으키는 유기화합물이다.

대표적인 물질로는 벤젠, 톨루엔, 프로판, 부탄, 핵산 등 광화학반응이 에탄보다 큰 318종의 물질과 이들 물질이 포함된 진공기압(True Vapor Pressure)이 1.5pais 이상인 석유화학제품 및 유기용제 등을 말한다.

VOC는 산업체에서 용매로서 많이 이용되고 있을 뿐만 아니라 화학 및 제약공장, 자동차 도장부스, 플라스틱의 건조공정에서 배출되는 유기가스에 다량 함유되어 있고, 저비점 액체연료, 파라핀, 올레핀, 방향족화합물 등 우리 생활주변에서 사용되어 있는 탄화수소류들이 거의 다 여기에 해당된다.

이러한 VOC는 독성 화학물질일 뿐만 아니라 광화학산화물의 전구조물이고 성층권의 오존층 파괴물질이기도 하며 지구온난화에도 영향을 미치는 물질이기도 하여 VOC를 함유하고 대기 중으로 방출되는 유기가스 중에서 VOC를 제거하는 것은 환경오염방지의 중요한 사항이다.

VOC 제거를 위한 장치는 위에서 언급한 바와 같이 화학 및 제약관련 공장, 자동차 도장부스, 플라스틱 취급 공장 등에서 필수적으로 채용하고 있으며, 본 발명에서는 설명의 편의상 가장 대표적인 자동차 도장부스의 예를 들어 설명한다.

도 6은 일반적인 VOC 여과장치를 적용한 자동차 도장부스의 일례를 보여주는 개략도이고, 도 7은 이때 사용되는 VOC 여과장치의 일례를 도시한 사시도이다.

도시한 바와 같이, VOC 여과장치(100)는 도장부스(110)의 배풍기(120)측에 설치되며, 망상부재(130)로 커버된 함체(140) 내에 활성탄(150)을 채운 구조로 되어 있다.

여기서, 상기 활성탄은 목재, 갈탄, 이탄 등을 활성화제인 염화아연이나 인산과 같은 약품으로 처리하여 건조시키거나 목탄을 수증기로 활성화시켜 가로 또는 입자상태로 제조한 것이다.

이러한 활성탄은 주로 흡착제로서 기체나 습기를 흡수하거나 그 밖에 용제의 회수, 가스의 정제 또는 탈색의 기능을 발휘한다.

기존 VOC 여과장치에 의해 배출가스 중의 VOC가 여과되는 과정은 다음과 같다.

배출가스가 배풍기(120)의 배기라인을 통해 배출되면서 VOC 여과장치(100)의 활성탄(150)을 통과하면 배출가스 중의 VOC 및 습기는 활성탄(150)에 흡착되어 여과된다.

그러나, 위와 같은 기존의 VOC 여과장치에서는 활성탄에 흡착된 VOC나 습기를 자체적으로 제거할 수 없는 것이므로 일정 여과시간이 경과하면 활성탄의 여과기능이 상실되고, 따라서 계속하여 여과기능을 발휘하기 위해서는 새로운 활성탄으로 교환해주어야 하는 번거로움과 비효율적인 단점이 있다.

더욱이 기존의 VOC 여과장치는 VOC 및 습기를 여과할 뿐 근복적으로 VOC를 제거할 수는 없는 것이어서 근본적인 환경오염방지 측면에서 한계를 갖는다.

위와 같은 점을 감안하여 한국 특허 제343804호에서는 일정기간 사용 후 활성탄을 재생하여 활성탄을 반영구적으로 사용할 수 있는 기술을 제시하고 있다.

위의 특허기술은 활성탄 내에 직접 히터를 내장시켜 히터의 열에 의해 활성탄을 가열함으로서 활성탄 내에 포집된 VOC가 기화된 후 소각로를 통과하는 과정에서 연소 제거되게 한 기술인데, 이러한 기술은 장치가 매우 복잡하고 재생시간이 길어서 도장부스의 사용시간에 제약이 있으며, 특히 열원인 히터가 활성탄과 직접 접촉하므로 부분적인 온도상승으로 항상 발화의 위험요인을 안고 있다.

또한, 활성탄 자체의 열전도성이 극히 낮기 때문에 장시간 가열하여도 활성탄에 온도가 균일하게 전도되지 못하는 문제점이 있고, 이러한 문제점은 VOC 재생효율에 영향을 미쳐서 결국 히터를 여러 다발씩 활성탄에 골고루 배치하게 하여 장치의 규모가 커지고 효율은 기대에 못 미치는 구조적인 문제점을 않고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서 도장부스에서 배출되는 배출가스 중의 VOC를 활성탄을 거치는 과정에서 흡착 여과되게 하고 활성탄에 포집된 VOC는 열풍에 의해 활성탄을 가열하는 것에 의해 증발시키며 증발된 VOC는 연소기와 촉매수단을 통과시켜 완벽하게 제거함으로서, 화재의 위험을 방지할 수 있고 기기를 소형화할 수 있으며, 빠른 시간 내에 활성탄 내의 VOC를 완벽하게 제거하여 활성탄의 재생효율을 현저하게 높일 수 있는 휘발성 유기화합물 제거를 위한 활성탄 재생장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명에서 제공하는 휘발성 유기화합물 제거를 위한 활성탄 재생장치는, 하부에 도장부스와 연결되는 유입구를 갖고 내부에 공간부를 갖는 챔버와, 챔버의 공간부 상측에 설치된 배기팬과, 배기팬과 연통되게 챔버의 상측에 구비된 배기덕트를 포함하는 것에 있어서, 챔버의 내부공간 하부 전체에 걸쳐 ∧ 형으로 반복되게 배치됨과 함께 망상의 용기에 충진되어 있는 활성탄과, 히터나 버너에 의해 발생된 열풍을 활성탄의 하부에 배치된 열풍공급관을 통하여 활성탄에 공급하기 위한 열풍공급수단과, 상기 배기덕트에 설치된 개폐댐퍼와, 개폐댐퍼 하부의 배기덕트와 연결되어 있는 배출팬과, 배출팬과 연결되어 있는 연소기와, 연소기와 연결되어 있는 촉매수단으로 된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 연소기는 외통체와 내통체 사이에 공간부를 갖는 2중의 밀폐된 구조임과 함께 유입구와 배출구를 갖는 통체와, 통체의 내통체 내부에 상하로 배치된 히팅바와, 통체의 내통체 내측에 상하로 일정간격을 두고 지그제그로 수평되게 설치된 다수의 격판으로 된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은 도장부스로부터 배출되는 배출가스가 유입구를 통해 유입되어 활성탄을 통과하는 과정에서 배출가스 중의 VOC가 활성탄에 흡착되고 활성탄에 흡착된 VOC는 열풍공급수단에 의해 공급되는 열풍이 활성탄을 통과하여 활성탄을 가열함으로서 활성탄에서 분리되어 증발된다. 증발된 VOC는 배출팬에 의하여 연소기 내로 유입되어 연소되며 연소 후의 잔여가스는 촉매수단을 통과하는 과정에서 제거된다.

따라서 상기와 같은 본 발명은 열풍에 의해 활성탄을 가열하는 것이므로 화재의 위험을 방지할 수 있고 그 구조가 간단하여 기기를 소형화할 수 있으며, 특히 열풍에 의해 활성탄 전체를 빠른 시간 내에 균일하게 가열하여 활성탄에 흡착된 VOC를 증발시킨 후 연소기와 촉매수단을 통과시키는 것이므로 활성탄에 흡착된 VOC를 완벽하게 제거하여 활성탄의 재생효율을 현저하게 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 일 실시예를 도면에 따라서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 활성탄 재생장치의 전체적인 구성을 보여주는 정단면도를 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 챔버(1)는 하부에 도장부스와 연결되는 유입구(11)를 갖고 내부에 공간부를 갖는 사각의 통 형상으로 되어 있다.

챔버(1)의 내측 공간부 상측에는 도장부스로부터 배출되는 배출가스를 배출하기 위한 배기팬(2)이 설치되어 있고 챔버(1)의 상측에는 배기팬(2)과 통하도록 배기덕트(3)가 연결되어 있다.

챔버(1)의 내부공간 하부에는 망상의 용기에 충진된 활성탄(4)이 경사지게 연속하여 구비되어 ∧ 형상으로 반복되게 배치되어 있다. 여기서 활성탄(4)은 유입구(11)를 통하여 유입되며 배기덕트(3)로 배출되는 배출가스 중의 VOC를 직접 흡착하는 역할을 한다.

활성탄(4)의 하부에는 활성탄(4)을 통과하도록 열풍을 공급하기 위한 열풍공급수단(5)이 구비되어 있다.

열풍공급수단(5)은 챔버(1)의 외측에 설치되어 직접 열풍을 발생하기 위한 버너 또는 히터(51)와, 활성탄(4) 하부에 상기 버너 또는 히터(51)와 연결되게 배치되고 다수의 배출구멍(52a)이 형성되어 있는 열풍공급관(52)으로 되어 있다.(도 2 참조)

상기 배기덕트(3)에는 배기덕트(3)를 개폐하기 위한 개폐댐퍼(6)가 설치되어 있다.

개폐댐퍼(6) 하부의 배기덕트(3)는 배출팬(7)과 연결되어 있고, 배출팬(7)은 연소기(8)와 연결되어 있다.

연소기(8)는 활성탄(4)에서 증발되어 배출되는 VOC를 고열에 의해 연소시켜 제거하기 위한 것으로서 도 3에 도시한 바와 같이 원형의 외통체(81a)와 내통체(81b) 사이에 공간부(81c)가 형성된 2중구조의 통체(81)로 되어 있다.

외통체(81a)와 내통체(81b)의 상.하 선단부는 밀폐판(83)에 의해 폐쇄되어 통체(81)는 밀폐된 상태를 이루도록 되어 있다. 그리고 연소기(8)의 외통체(81a) 상부와 내통체(81b) 하부에는 배출팬(7)측으로부터 VOC를 함유하는 열풍이 유입되는 유입구(I)가 형성되어 있고 외통체(81a)와 내통체(81b) 상부에는 배출구(O)가 형성되어 있다.

내통체(81b)의 내부에는 수직되게 다수개의 히팅바(84)가 배치되어 있고 이들 히팅바(84)의 상.하 선단부는 상.하 밀폐판(83)에 고정되어 있다.

내통체(81b)의 내측에는 상.하로 일정한 간격을 두고 반원형의 격판(85)이 지그재그로 수평되게 고정되어 있다. 여기서 내통체(81b) 내에 상하로 일정 간격을 두고 격판(85)을 설치하고 있는 것은 내통체(81b) 내에서의 VOC 체류시간을 최대화하기 위한 것이다.

본 발명의 연소기(8)는 그 내부 온도를 약380-400℃로 유지하도록 하여 VOC의 연소효율을 극대화할 수 있도록 하고 있다.

연소기(8)의 배출구(O)는 연소기(8)에서 VOC가 연소된 후 발생되는 잔여가스(NOx, SOx, Co)를 제거하기 위한 촉매수단(9)과 연결되어 있다.

촉매수단(9)은 통체(91) 내에 다수의 통공(92a)을 갖는 세라믹(92)이 충진되어 있고 통공(92a)의 벽면에는 백금이 도금되어 있으며 이러한 촉매수단(9)은 이미 제공되어 있는 것을 이용한다.

촉매수단(9)의 하부에는 촉매수단(9)에서 발생되는 수분을 집수하기 위한 집수통(10)이 구비되어 있고 집수통(10)의 상부에는 배기관(OP)이 연결되어 있다.

상기와 같은 본 발명의 휘발성 유기화합물 제거를 위한 활성탄 재생장치(VD)에 의해 활성탄(4)에 흡착된 VOC를 제거하고 활성탄을 재생하는 과정은 다음과 같다.

본 발명의 활성탄 재생장치(VD)는 도장부스와 연결되는 종래의 배풍기의 위치에 설치된다.

도 1에서 가상선으로 도시된 바와 같이 도장부스에서 도장 또는 건조 과정을 행하는 과정에는 본 발명에서 배기관(3)에 설치된 개폐댐퍼(6)를 개방된 상태로 하고 배기팬(2)을 작동한다. 이러한 상태에서는 도장부스로부터 배출되는 배출가스가 챔버(1)의 유입구(11)를 통해 유입되어 활성탄(4)을 통과하는 과정에서 배출가스 중의 VOC가 활성탄(4)에 흡착 여과되고 여과된 배출가스는 배기덕트(3)를 통하여 배출된다.

도장부스를 일정시간 운전하여 활성탄(4)에 VOC가 일정량 흡착되면 도장부스의 작동을 정지하고 활성탄(4)에 흡착된 VOC를 제거하기 위한 작동을 행한다.

VOC를 제거하기 위한 작동을 행하기 위하여는 도 1에서 실선으로 도시한 바와 같이 먼저 배기팬(2)을 정지하고 개폐댐퍼(6)를 패쇄하여 열풍이 배기덕트(3)를 통하여 외부로 배출되는 것을 방지한다. 그리고 연소기(8)를 작동하여 연소기 내의 온도를 380-400℃로 예열하고 버너 또는 히터(51)를 작동함과 함께 배출팬(7)을 작동한다.

상기와 같은 상태가 되면 버너 또는 히터(51)에서 발생되는 열풍이 열풍공급관(52)을 통하여 활성탄(4)쪽으로 공급되어 활성탄(4)을 통과하게 되며 활성탄(4)이 열풍과 균일하게 접촉하는 것에 의해 활성탄(4) 전체는 흡착된 VOC가 증발하기에 적당한 온도인 100-150℃로 상승하게 된다.

활성탄(4)의 온도가 상승하면 활성탄(4)에 흡착된 VOC는 증발하여 활성탄(4)으로부터 분리되며 증발된 VOC는 배출팬(7)의 작용에 의해 유입구(I)를 통하여 연소기(8)로 유입되다.

연소기(8)로 유입된 VOC는 격판(85)에 의해 체류시간을 길게 한 연소기(8) 내부를 통과하는 과정에서 연소되고 연소된 후의 잔여가스인 NOx, SOx, Co는 배출구(O)를 통하여 배출되어 백금으로 도금된 촉매수단(9) 내의 통공(92)을 통과하는 중에 분해된다. 즉 촉매수단(9)에 있어서 촉매역할을 하는 백금은 활성온도에서 백금주변의 산소를 강력하게 끌어모아 일종의 고농도 산소텐트를 형성하여 산소원자가 활성전하를 가지면서 백금과 약한 공유결합을 하게된다. 이러한 상태에서 탄화수소와 같은 가연성의 분자가 유입되면 백금에 화학흡착된 활성전하를 보유한 산소와 반응하여 CO₂와 H₂O(수증기)로 완전 산화되고 촉매표면으로부터 떨어져 나간다.

이후 촉매수단(9)으로부터 배출되는 수증기는 집수통(10)에 모아지고 CO₂는 배기관(OP)을 통하여 배출된다.

상기와 같은 본 발명에 있어서 버너나 히터(51) 또는 개폐댐퍼(6) 및 연소기(8)의 작동은 전자.전기적인 방법에 의해 최적의 운전상태로 컨트롤되는 것이므로 모든 과정은 자동으로 수행된다.

본 발명은 열풍에 의해 활성탄을 가열하는 것에 의해 활성탄에 포집된 VOC를 증발시키며 증발된 VOC는 연소기와 촉매수단을 통과시켜 완벽하게 제거하는 것에 의해 활성탄을 재생하도록 한 것이다.

따라서 본 발명은 열풍에 의해 활성탄을 가열하는 것이므로 화재의 위험을 방지할 수 있고 그 구조가 간단하여 기기를 소형화할 수 있다. 또한 열풍에 의해 활성탄 전체를 빠른 시간 내에 균일하게 가열하여 활성탄에 흡착된 VOC를 증발시킨 후 연소기와 촉매수단을 통과시키는 것이므로 활성탄에 흡착된 VOC를 완벽하게 제거하여 활성탄의 재생효율을 현저하게 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 활성탄 재생장치의 전체적인 구성을 보여주는 정단면도

도 2는 도 1의 A-A 선 단면도

도 3은 본 발명에 따른 연소기의 확대도

도 4는 도 3의 B-B선 단면도

도 5는 본 발명에 따른 촉매장치의 단면도

도 6은 일반적인 VOC 여과장치를 적용한 자동차 도장부스의 일 예를 보여주는 개략도

도 7은 도 6에 적용되는 VOC 여과장치의 일예를 도시한 사시도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1. 챔버 --- 11. 유입구

2. 배기팬

3. 배기덕트

4. 활성탄

5. 열풍공급수단 --- 51. 히터 또는 버너, 52. 열풍공급관

6. 개폐댐퍼

7. 배출팬

8. 연소기 --- 81. 통체, 83. 밀폐판, 84. 히팅바, 85. 격판

9. 촉매수단

10. 집수통

Claims (2)

1. 하부에 도장부스와 연결되는 유입구(11)를 갖고 내부에 공간부를 갖는 챔버(1)와, 챔버(1)의 공간부 상측에 설치된 배기팬(2)과, 배기팬(2)과 연통되게 챔버(1)의 상측에 구비된 배기덕트(3)를 포함하는 것에 있어서, 챔버(1)의 내부공간 하부 전체에 걸쳐 ∧ 형으로 반복되게 배치됨과 함께 망상의 용기에 충진되어 있는 활성탄(4)과, 히터나 버너(51)에 의해 발생된 열풍을 활성탄(4)의 하부에 배치된 열풍공급관(52)을 통하여 활성탄(4)에 공급하기 위한 열풍공급수단(5)과, 상기 배기덕트(3)에 설치된 개폐댐퍼(6)와, 개폐댐퍼(6) 하부의 배기덕트(3)와 연결되어 있는 배출팬(7)과, 배출팬(7)과 연결되어 있는 연소기(8)와, 연소기(8)와 연결되어 있는 촉매수단(9)으로 된 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 제거를 위한 활성탄 재생장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연소기(8)는 외통체(81a)와 내통체(81b) 사이에 공간부(81c)를 갖는 2중의 밀폐된 구조임과 함께 유입구(I)와 배출구(O)를 갖는 통체(81)와, 통체(1)의 내통체(81b) 내부에 상하로 배치된 히팅바(84)와, 통체(81)의 내통체(81a) 내측에 상하로 일정간격을 두고 지그재그로 수평되게 설치된 다수의 격판(85)으로 된 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 제거를 위한 활성탄 재생장치.