KR20090021649A - 분리 이동식 활성탄 카트리지를 이용한 악취 또는 휘발성유기화합물 제거, 활성탄 재생 및 에너지 회수장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분리 이동식 활성탄 카트리지를 이용한 악취 또는 휘발성 유기화합물 제거, 활성탄 재생 및 에너지 회수장치 및 방법에 관한 것으로서, 활성탄의 재생 과정에서 발생한 유분을 응축/분리하여 이를 폐열 보일러의 연료로서 활용함으로써 악취나 휘발성 유기화합물 등의 유해물질을 현실적으로 소멸시킬 뿐만 아니라, 이를 통해서 스팀 및/또는 전기를 생산할 수 있다. 종래 기술은 활성탄의 재생 과정에서 발생한 유분을 분리하여 제거할 뿐, 이를 소멸시키거나 이로부터 에너지를 얻는 것에 관하여는 알려진 바가 없다.
악취, 휘발성 유기화합물, 활성탄, 재생, 스팀, 폐열 보일러, 발전기, 카트리지

Description

분리 이동식 활성탄 카트리지를 이용한 악취 또는 휘발성 유기화합물 제거, 활성탄 재생 및 에너지 회수장치 및 방법 {Equipment Removing Stink or Volatile Organic Compound Using Activated Carbon Cartridge of Separation and Movable Type, Regeneration of Activated Carbon and Energy Recovery, and Method thereof}
본 발명은 분리 이동식 활성탄 카트리지를 이용한 악취 또는 휘발성 유기화합물 제거, 활성탄 재생 및 에너지 회수장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 분리 이동식 활성탄 카트리지를 이용하여 악취 또는 휘발성 유기화합물 등의 유해물질을 현실적으로 소멸시킬 수 있고, 상기 활성탄을 간편하게 재생시킬 수 있으며, 동시에 에너지도 생산할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
석유화학공업의 발달과 더불어 환경 오염이 사회 문제로서 부각되고, 이에 대한 인식이 제고됨에 따라 관련 규제도 강화되고 있다. 휘발성 유기 화합물(VOC: volatile organic compounds)은 대기 환경 오염의 주범의 하나로서 현재 법적인 배출 규제의 대상이다. 또한, 화학공업단지에서 발생하는 악취는 근로자와 인근 주민들의 생활에 직접적인 피해를 주기 때문에 배출 농도를 저감시키는 것이 매우 중요 하다.
나아가, 전국 여러 곳에 조성되어 있는 공업단지나 산업단지의 경우 각 사업장마다 배출기준을 충족시키는 처리시설을 구비하는 것은 지나치게 비효율적이고, 그렇다고 덕트(duct) 등을 이용하여 중앙에서 이 모두를 처리하기에는 비용이 기하급수적으로 증가하는 문제점이 있다.
한편, VOC 및/또는 악취를 제거하는 방법으로서 흡착력이 우수한 활성탄 필터를 이용하는 방안이 잘 알려져 있다. 활성탄 필터를 이용하여 VOC 등을 제거하게 되면, 사용에 따른 비활성화로 인해 시간에 따라 제거 효율이 떨어지게 되며, 소정 시점에 이르면 재생이 필수적이다.
상기 활성탄 필터의 재생방법으로는 스팀을 이용한 스팀 재생방법과 연소 반응을 이용하는 연소법이 알려져 있다. 연소법은 재생 효율이 매우 우수하여 원래의 활성을 거의 100% 회복하지만 연소과정에서의 미분화 손실이 매우 커서 경제적이지 않다. 스팀 재생방법은 비록 재생 후의 효율이 초기 활성탄의 80% 선까지 밖에 되지 않지만 미분화 손실이 없고 안정적이기 때문에 선호되고 있다.
지금까지는 그러나, 활성탄 필터의 스팀 재생시에 나오는 유분을 단순 폐기함으로써 경제적으로 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 또 다른 환경 문제를 유발하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는, 악취 또는 VOC 등의 유해물질을 현실적으로 소멸시킬 뿐만 아니라, 상기 소멸과정에서 발생하는 에너지를 이용하여 스팀 및/또는 전력을 생산할 수 있는 에너지 회수장치 및 상기 에너지 회수장치를 포함하는 악취 또는 VOC 제거시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는, 악취 또는 VOC 등의 유해물질을 현실적으로 소멸시킬 뿐만 아니라, 상기 소멸과정에서 발생하는 에너지를 이용하여 스팀 및/또는 전력을 생산할 수 있는 에너지 회수방법 및 상기 에너지 회수방법을 포함하는 악취 또는 VOC 제거방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 활성탄의 스팀 재생장치; 상기 스팀 재생장치로부터 배출되는 유수 혼합물을 분리하기 위한 유수분리기; 및 상기 유수분리기에서 분리된 유분을 소각시켜 발생한 열을 에너지로써 이용할 수 있는 폐열 보일러를 포함하는 에너지 회수장치를 제공한다.
이 때, 상기 폐열 보일러에서 배출되는 스팀은 상기 스팀 재생장치에 공급될 수 있다.
또한, 상기 에너지 회수장치는 상기 폐열 보일러에서 배출되는 스팀을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있는 스팀 터빈발전기를 더 포함할 수 있는데, 상기 스팀 터빈발전기에서 배출되는 스팀을 상기 스팀 재생장치에 공급할 수도 있다.
특히, 상기 스팀 재생장치는 예열로, 탈착로 및 건조로를 포함할 수 있다.
상기 에너지 회수장치를 이용하면, 악취나 VOC 등의 유해물질을 현실적으로 소멸시킬 뿐만 아니라, 상기 소멸과정에서 발생하는 에너지를 이용하여 스팀 및/또는 전력을 생산할 수 있기 때문에, 환경적인 측면과 경제적인 측면에서 모두 바람직하다.
특히, 본 발명은 상기 에너지 회수장치를 포함하는 악취 또는 VOC 제거시스템을 제공할 수도 있다.
본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 비활성화된 활성탄을 스팀 재생장치를 이용하여 재생하는 재생단계; 상기 재생단계에서 발생한 유수 혼합물을 분리하는 분리단계; 및 상기 유수 혼합물을 분리하여 얻어지는 유분을 폐열 보일러에서 소각하는 소각단계를 포함하는 에너지 회수방법을 제공한다.
이 때, 상기 에너지 회수방법은 상기 폐열 보일러에서 배출되는 스팀을 상기 스팀 재생장치에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 에너지 회수방법은 상기 폐열 보일러에서 배출되는 스팀을 스팀 터빈발전기에 공급하여 발전하는 단계를 더 포함할 수 있고, 이 때, 상기 스팀 터빈발전기에서 배출되는 스팀을 상기 스팀 재생장치에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 재생단계는 상기 비활성화된 활성탄을 예열하기 위한 예열단계; 스팀을 공급하여 흡착된 물질을 탈착하기 위한 탈착단계; 및 탈착된 활성탄을 건조 시키기 위한 건조단계를 포함할 수 있다.
상기 에너지 회수방법을 이용하면, 악취나 VOC 등의 유해물질을 현실적으로 소멸시킬 뿐만 아니라, 상기 소멸과정에서 발생하는 에너지를 이용하여 스팀 및/또는 전력을 생산할 수 있기 때문에, 환경적인 측면과 경제적인 측면에서 모두 바람직하다.
특히, 본 발명은 상기 에너지 회수방법을 포함하는 악취 또는 VOC 제거방법을 제공할 수도 있다.
그리고, 상기 활성탄은 원통 형태의 카트리지에 충전시키는 방식으로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 분리 이동식 활성탄 카트리지를 이용한 악취 또는 휘발성 유기화합물 제거, 활성탄 재생 및 에너지 회수 장치 및 방법에 따르면, VOC 등의 유해물질을 환경적으로 무해한 물과 이산화탄소로 전환시키므로 상기 유해물질을 현실적으로 소멸시킬 뿐만 아니라, 상기 소멸과정에서 발생하는 에너지를 이용하여 스팀 및/또는 전력을 생산할 수 있어 환경적으로나 경제적으로 그 효과가 큰 장점이 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어 져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
먼저 본 명세서에서 사용된 ‘스팀 재생장치’라는 용어는 악취나 VOC 등을 흡착한 활성탄에 스팀을 주입함으로써 상기 활성탄의 흡착능을 회복시켜 이를 재생하는 장치를 가리킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회수장치(100)를 나타낸다.
본 발명의 에너지 회수장치(100)는 활성탄의 스팀 재생장치(110); 상기 스팀 재생장치(110)로부터 배출되는 유수 혼합물을 분리하기 위한 유수분리기(120); 및 상기 유수분리기(120)에서 분리된 유분을 소각시켜 발생한 열을 에너지로써 이용할 수 있는 폐열 보일러(130)를 포함하는 에너지 회수장치를 제공한다.
상기 스팀 재생장치(110)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 예열로(111), 탈착로(113) 및 건조로(115)를 각각 포함할 수 있다. 활성탄(10a, 10b: activated carbon)은 대개 도 1에 나타낸 바와 같이 카트리지 형태로 이용되는데, 설치, 분리, 운반 및 운송의 효율성 제고를 위해 원기둥 형태를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 활성탄 카트리지는 각 단위 사업장에서 배출되는 배출가스 중 악취나 VOC를 흡착한 후 본 발명의 악취 또는 VOC 제거시스템에서 컨베이어 벨트(미도시) 또는 체인 컨베이어(미도시) 등을 통해 이동하면서 예열-탈착-건조의 과정을 차례로 거 치게 된다.
상기 예열로(111)는 재생하고자 하는 비활성화된 활성탄(10a)의 온도를 상승시키는 역할을 하며, 예를 들면, 폐열 보일러(130)에서 생산된 스팀을 이용해 온도를 상승시킬 수 있다. 예열 온도는, 예를 들면, 130 ℃ 내지 400 ℃일 수 있다. 상기 예열 온도가 130 ℃에 미달하면 후속되는 탈착단계에서 탈착이 원활하게 일어나지 않을 수 있고, 상기 예열 온도가 400 ℃를 초과하면, 활성탄의 탄소가 직접 산화하게 되어 손실이 발생할 우려가 있다.
예열된 활성탄은 탈착로(113)에서 본격적으로 재생된다. 즉, 비활성화된 활성탄(10a)의 표면에 흡착되어 있던 VOC 성분 등이 스팀에 의해 탈착된다. 흡착되어 있던 VOC 성분 등이 탈착됨으로써 활성탄은 원래의 활성을 갖게 된다. VOC 성분 등의 탈착 원리는 수증기가 VOC 성분의 자리를 치환하는 것으로서 이러한 메커니즘은 당업계에 잘 알려져 있다.
탈착이 진행된 후 건조로(115)에서 건조시킴으로써 표면의 수증기를 제거한다. 상기 건조는 활성탄의 온도를 상승시킴으로써 이루어질 수 있으며, 스팀을 이용한 열교환을 통해 상기 활성탄의 온도를 상승시킬 수 있다. 상기와 같이 건조시킴으로써 재생이 완료된 활성탄(10b)을 얻을 수 있다.
한편, 탈착로(113)에서의 탈착 과정에서 탈착된 VOC 등의 유분은 스팀과 함께 상기 스팀 재생장치(110)의 외부로 배출된다. 배출된 유분은 유수분리기(120)에서 분리되는데, 상기 스팀 재생장치(110)와 상기 유수분리기(120) 사이에 기체상의 스팀 및 유분을 액체상으로 응축시키기 위한 응축기(미도시)가 더 구비될 수 있다.
상기 스팀과 유분이 응축기(미도시)에서 액체상으로 응축되면 물과 유분 사이에 상분리가 발생하여 유분을 물로부터 용이하게 분리할 수 있다. 분리된 유분은 폐열 보일러(130)로 공급된다. 상기 유분은 휘발성이고 탄화수소 화합물이기 때문에 용이하게 연소할 수 있어 폐열 보일러(130)의 연료로서 활용될 수 있다. 유분이 상기 폐열 보일러(130)에서 연소되면 이산화탄소와 물(수증기)이 생성되어 배출되게 되므로 인체에 유해한 VOC가 형태만을 바꾸어 분리되는 것이 아니라, 현실적으로 사라지게 되며, 이 점이 본 발명의 가장 주요한 특징을 이룬다.
상기 폐열 보일러(130)에 물을 공급하면 스팀을 생산하는 것이 가능한데, 상기 스팀은 상기 스팀 재생장치(110)로 직접 공급될 수도 있고, 스팀 터빈발전기(140)로 공급될 수도 있다. 스팀을 상기 스팀 터빈발전기(140)에 공급하면 발전을 통해 전기 에너지를 생산하는 것이 가능하다.
스팀을 상기 스팀 터빈발전기(140)에 공급하는 경우에는 스팀 터빈발전기(140)로부터 배출되는 배출 스팀(142)을 상기 스팀 재생장치(110)로 공급하여 활성탄의 재생에 이용할 수도 있다. 상기 배출 스팀(142)은 직접 스팀 재생장치(110)로 공급될 수도 있고, 상기 스팀 재생장치(110)에 스팀을 공급하는 다른 라인에 타이-인(tie-in)될 수도 있다.
본 발명은 이러한 에너지 회수장치(100) 또는 에너지 회수방법을 포함하는 악취 또는 VOC 제거시스템 또는 방법을 제공하는 것을 또 다른 특징으로 한다. 상기 악취 또는 VOC 제거시스템 또는 방법은 공업단지나 산업단지 내의 각 단위 사업장에서 발생하는 활성탄 카트리지의 이송장치 등을 포함하며, 상기 공업단지나 산 업단지의 오염 발생을 획기적으로 저감시키는 기능을 한다.
무엇보다 본 발명의 에너지 회수장치(100) 및 에너지 회수방법은 활성탄의 재생 결과 발생한 폐액으로부터 얻은 유분을 이용하여 이로부터 열에너지를 얻는다는 점에서 경제적이고, 또한, 상기 열에너지로부터 전기 에너지, 기타 다른 에너지를 얻을 수 있다는 점에서도 경제적이다. 뿐만 아니라, 상기 유분은 주로 VOC 등의 유해물질인데, 이들을 태워 CO2와 물로 전환시켜 현실적으로 소멸시키기 때문에 매우 친환경적이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회수장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 재생장치를 나타낸 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10a: 비활성화된 활성탄 10b: 재생된 활성탄
110: 스팀 재생장치 111: 예열로
113: 탈착로 115: 건조로
120: 유수분리기 130: 폐열 보일러
140: 스팀 터빈발전기

Claims (14)

  1. 활성탄의 스팀 재생장치;
    상기 스팀 재생장치로부터 배출되는 유수 혼합물을 분리하기 위한 유수분리기; 및
    상기 유수분리기에서 분리된 유분을 소각시켜 발생한 열을 에너지로써 이용할 수 있는 폐열보일러
    를 포함하는 에너지 회수장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐열 보일러에서 배출되는 스팀을 상기 스팀 재생장치에 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 회수장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐열 보일러에서 배출되는 스팀을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있는 스팀 터빈발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 회수장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스팀 터빈발전기에서 배출되는 스팀을 상기 스팀 재생장치에 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 회수장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스팀 재생장치가 예열로, 탈착로 및 건조로를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 회수장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성탄은 원기둥 형태의 카트리지에 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 회수장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 에너지 회수장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 또는 휘발성 유기화합물 제거시스템.
  8. 비활성화된 활성탄을 스팀 재생장치를 이용하여 재생하는 재생단계;
    상기 재생단계에서 발생한 유수 혼합물을 분리하는 분리단계; 및
    상기 유수 혼합물을 분리하여 얻어지는 유분을 폐열 보일러에서 소각하는 소각단계;
    를 포함하는 에너지 회수방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 폐열 보일러에서 배출되는 스팀을 상기 스팀 재생장치에 공급하는 단계 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 회수방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 폐열 보일러에서 배출되는 스팀을 스팀 터빈발전기에 공급하여 발전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 회수방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스팀 터빈발전기에서 배출되는 스팀을 상기 스팀 재생장치에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 회수방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 재생단계가
    상기 비활성화된 활성탄을 예열하기 위한 예열단계;
    스팀을 공급하여 흡착된 물질을 탈착하기 위한 탈착단계; 및
    탈착된 활성탄을 건조시키기 위한 건조단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 회수방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 활성탄은 원기둥 형태의 카트리지에 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 회수방법.
  14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 에너지 회수방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 또는 휘발성 유기화합물 제거방법.
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