KR20090073060A

KR20090073060A - 악취 및 휘발성유기화합물 동시 처리시스템

Info

Publication number: KR20090073060A
Application number: KR1020090038843A
Authority: KR
Inventors: 이현재; 정원문; 박민수
Original assignee: 주식회사 엔바이온
Priority date: 2009-05-04
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2009-07-02
Also published as: KR101250940B1

Abstract

본 발명은 악취와 휘발성유기화합물 등과 같은 오염성분을 동시에 함유하고 있는 폐가스를 처리하는 시스템에 있어서, 악취성분 중 저농도의 황화수소, 메틸메르캅탄, 디메틸설파이드 등과 같은 황계 악취성분과 암모니아, 아민류 등과 같은 질소계 악취성분을 포함하는 동시에 알데히드류 및 방향족화합물 등과 같은 휘발성유기화합물을 포함하는 폐가스를 효과적이고 경제적으로 산화처리하는 시스템을 제공하고자 한다. 이러한 복합폐가스 처리를 위해서 3 ∼ 13Å의 기공크기를 갖는 제올라이트 흡착제를 단독 또는 혼합하거나 이를 주성분으로 하여 활성탄, 알루미나, 실리카와 같은 다공성 흡착제에서 1개 이상의 물질을 선택하여 구성된 흡착제를 이용하여 흡착한 후 온도를 이용하거나 압력을 이용하거나 또는 온도와 압력을 동시에 이용하여 흡착제에 흡착된 악취와 휘발성유기화합물을 3배에서 30배까지 농축하여 산화분해 처리하여, 연소시 필요한 추가에너지원을 최소화하여 경제적으로 처리하는 폐가스 처리시스템이다.

황계악취, 질소계 악취, 휘발성유기화합물, 흡착제, 제올라이트, 다공성흡착제

Description

악취 및 휘발성유기화합물 동시 처리시스템{THE TREATING SYSTEM OF ODORS AND VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS SIMULTANEOUSLY}

본 발명은 악취와 휘발성유기화합물 등과 같은 오염성분을 동시에 함유하고 있는 폐가스를 처리하는 시스템에 있어서, 악취성분 중 저농도의 황화수소, 메틸메르캅탄, 디메틸디설파이드 등과 같은 황계 악취성분과 암모니아, 아민류 등과 같은 질소계 악취성분을 포함하는 동시에 알데히드류 및 방향족화합물 등과 같은 휘발성유기화합물을 포함하는 폐가스를 효과적이고 경제적으로 산화처리하는 시스템을 제공하고자 한다. 이러한 복합폐가스 처리를 위해서 3 ∼ 13Å의 기공크기를 갖는 제올라이트 흡착제를 단독 또는 혼합하거나 이를 주성분으로 하여 활성탄, 알루미나, 실리카와 같은 다공성 흡착제에서 1개 이상의 물질을 선택하여 구성된 흡착제를 이용하여 흡착한 후 온도를 이용하거나 압력을 이용하거나 또는 온도와 압력을 동시에 이용하여 흡착제에 흡착된 악취와 휘발성유기화합물을 3배에서 30배까지 농축하여 산화분해 처리하여, 연소시 필요한 추가에너지원을 최소화하여 효율적으로 처리하는 폐가스 처리시스템이다.

최근 대기환경에 대한 법적규제가 강화됨에 따라 암모니아, 황화수소 등 악 취성분과 톨루엔, 자일렌과 같은 휘발성유기화합물에 대한 처리기술 개발이 활성화되고 있다. 이 중 저농도의 황화수소, 메틸메르캅탄, 디메틸설파이드 등과 같은 황계 악취성분, 암모니아, 아민류와 같은 질소계 악취성분, 그리고 알데히드류와 방향족화합물과 같은 휘발성유기화합물을 동시에 포함하는 폐가스의 경우 열이나 촉매를 이용하여 산화처리하는데 매우 어려운 점이 있다. 일반적으로 이러한 폐가스의 경우 폐가스 중 연소가능한 성분이 작아 800℃이상의 고온을 이용하거나 300℃이상의 촉매를 이용한 산화시스템은 추가적인 에너지의 소모가 많아 비경제적이다. 따라서 최근 기술로는 축열재를 이용하여 열회수율을 90％이상 회수하여 저농도의 휘발성유기화합물을 처리하는 축열연소법이 많이 사용되고 있다. 축열연소법은 산화온도를 800℃이상으로 유지하여 휘발성유기화합물을 고온으로 산화시키는 산화법으로 일반적으로 폐가스중의 휘발성유기화합물의 산화발열량에 의한 승온온도가 가스단위입방미터당 40∼80℃인 경우에는 추가적인 연료의 공급없이 운전이 가능하다. 하지만 승온온도가 가스단위입방미터당 40℃이하인 경우 추가적인 연료가 소요되게 된다. 축열연소법에서 촉매를 이용한 축열연소법을 축열촉매연소법이라고 하며, 연소온도를 300∼450℃로 낮출수 있으므로 보다 경제적으로 처리가능하다. 하지만 이 경우에도 폐가스의 포함된 휘발성유기화합물의 가스단위입방미터당 발열량이 15∼30℃를 미치지 못할 경우 많은 에너지가 추가로 소모되게 된다. 하지만 최근 환경규제가 더욱 강화됨에 따라 보다 낮은 농도의 악취나 휘발성유기화합물을 포함하는 폐가스를 처리해야 하는 경우가 늘고 있다. 일반적으로 휘발성유기화합물만을 포함하는 경우 처리에 큰 문제가 없으나 악취와 휘발성유기화합물이 동 시에 포함된 폐가스의 경우 처리가 매우 어려운 게 현실이다. 특히 황화수소, 메틸메르캅탄, 디메틸설파이드 등과 같은 황계 악취성분과 암모니아, 아민과 같은 질소계 악취성분을 함유하고 있는 경우 일반적인 활성탄이나 실리카 등과 같은 흡착제를 이용하여 농축하여 처리하기 어렵다. 특히 활성탄계 흡착제의 경우, 황계 및 질소계 악취성분의 흡착효율과 농축 자체가 어려운 실정이어서 현장적용이 불가능하다. 따라서 이러한 황계 악취 및 질소계 악취성분을 함유하고 휘발성유기화합물을 동시에 포함하는 저농도의 폐가스를 산화처리하는 새로운 방안이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 저농도의 황계 악취성분, 질소계 악취성분 및 휘발성유기화합물을 기공크기가 3Å에서 13Å의 1개 이상의 제올라이트를 단독 또는 혼합하거나 여기에 활성탄, 실리카, 알루미나 중 1개 이상을 첨가하여 제조한 흡착제를 이용하여 악취성분과 휘발성유기화합물을 동시에 흡착하여 원농도의 3배에서 30배까지 고농도로 농축하여 산화시스템으로 처리하는 고효율 경제적인 시스템을 제공하고자 한다.

이하 본 발명에 의한 시스템에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

저농도의 황화수소, 메틸메르캅탄, 디메틸설파이드 등과 같은 황계 악취성분, 암모니아 아민류와 같은 질소계 악취성분, 그리고 알데히드류와 방향족화합물 등과 같은 휘발성유기화합물이 단일 또는 혼합된 복합폐가스가 대용량이면서 매우 낮은 농도를 갖는 경우, 제올라이트 3A, 4A, 모더나이트, ZSM-5, X, Y, US Y 제올라이트 등과 같은 기공크기가 3Å에서 13Å을 갖는 1개 이상의 제올라이트를 단독 또는 혼합한 것을 주성분으로 하여, 여기에 활성탄, 활성탄소섬유, 알루미나, 실리카 중 1개 이상을 첨가하여 제조된 흡착제에 악취 및 휘발성유기화합물을 동시에 흡착처리하고 흡착된 이들 성분을 폐가스의 일부를 분기하거나 외부에서 도입된 탈착용공기(탈착시 이용하는 공기)를 이용하여 흡착제의 표면에 온도를 이용하거나 압력을 이용하거나 또는 온도와 압력을 동시에 가하여 탈착함으로써 원농도 대비 3 배이상 30배의 농도로 농축하여 이를 직접 연소시스템, 보일러, 소각로, 촉매산화시스템, 축열촉매산화시스템, 축열연소시스템 등과 같은 산화설비를 통해 처리함으로써 낮은 농도의 악취 및 휘발성유기화합물을 추가적인 연료의 공급을 최소화하면서 높은 처리효율을 갖도록 하여 동시에 처리하는 시스템이다.

이상에서 상술한 바와같이 본 발명은, 저농도의 황계 악취와 질소계 악취 그리고 휘발성유기화합물을 동시에 포함하고 있는 폐기물처리공정, 생활폐기물소각공정, 음식물처리공정, 타이어제조공정, 담배제조공정, 도장공정 및 수산물유통 및 가공공정에서 발생하는 폐가스를 연소하는데 있어 낮은 에너지비용으로 높은 처리효율로 처리가 가능하다.

제1도는 본 발명에 따른 처리시스템의 계통도이다. 배출원에서 유입되는 폐가스는 전처리시스템(4)에서 입자상 물질(2)과 흡착농축수단(6)과 최종산화수단(12)에 문제가 될 수 있는 성분을 제거한다. 일반적으로 전처리시스템(4)은 조립입자상제거수단(2), 미립입자상제거수단(2) 그리고 화학물질제거수단(3)으로 구성될 수 있으나 특별히 흡착농축수단과(6) 최종산화수단(12)에 문제가 될 수 있는 성분이 존재하지 않는 경우 전처리수단(4)은 사용하지 않을 수 도 있다. 배출원에서 배출된 폐가스중의 입자상물질과 흡착농축수단(6)과 최종산화수단(12)에 문제를 일으키는 물질은 전처리수단(4)에서 제거되고 입자상물질이 처리된 폐가스에 포함된 악취 및 휘발성유기화합물은 흡착농축수단(6)을 통과하면서 내부의 흡착제에 의해 흡착되어 진다. 흡착농축수단(6)은 유입되는 악취 및 휘발성유기화합물의 농도에 따라 회전속도를 2∼20rph로 조절할 수 있는 하니컴형 로타방식의 이동상 흡착농축수단을 사용하는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 두개 이상의 흡착베드를 이용하여 흡착과 탈착을 반복하는 고정상흡착농축수단, 또는 유동화에 적합한 구상의 흡착제를 이용한 유동상 농축흡착수단을 이용할 수 있다. 또한 흡착농축수단에 사용되는 흡착제의 형상은 구상흡착제, 무정형흡착제, 실린더형흡착제 및 하니컴형 흡착제를 이용한 충전식흡착제로 사용하거나 절곡, 압출 및 시트형 흡착제를 이용한 적층형 흡착제를 형상하여 통기성과 접촉면적을 향상시킨 하니컴 모양의 흡착제 형상을 사용하는 것도 무방하다. 그리고 흡착제의 성분은 기공크기가 3Å에서 13Å의 기공구조를 갖는 제올라이트를 단독 또는 혼합한 것으로 사용하거나, 이것들을 주성분으로 하여 비표면적이 높은 활성탄, 알루미나, 실리카에서 1종 이상을 선택하여 혼합하여 구성한 흡착제를 사용한다. 이러한 흡착제는 저농도의 황화수소, 메틸메르캅탄, 디메틸설파이드 등과 같은 황계 악취성분, 암모니아 아민류와 같은 질소계 악취성분, 그리고 알데히드류와 방향족화합물 등과 같은 휘발성유기화합물을 흡착제의 효과적으로 흡착할 수 있다. 흡착된 악취 및 휘발성유기화합물은 원배출원에서 배출되는 공기의 1/3배 내지 1/30배의 탈착공기(배출공기의 일부를 사용하거나 외부에서 유입되는 공기)를 가열수단(7)에 의해 50∼350℃까지 승온하여 고농도로 탈착하여 최종산화수단(12)인 축열연소시스템으로 유입되게 된다. 축열연소시스템으로 유입되어진 400∼1000℃의 고온을 이용하여 축열연소시스템의 연소실에서 완전산화되어 처리되어진 후 외부로 배출된다.

도2는 본 발명에 따른 흡착농축수단의 단면사시도이다. 흡착농축수단(21)은 2개의 영역으로 나누어진다. 흡착부(22), 탈착부(23) 그리고 냉각부(24)로 나누어지며, 흡착부에서는 악취 및 휘발성유기화합물을 흡착과정이 일어나고 탈착부(23)에서는 고온의 열에 의해 탈착과정이 일어난다. 마지막으로 냉각부는 탈착시 상승한 온도를 냉각하여 주는 역할을 하는 냉각과정이 일어난다. 흡착농축수단인 회전식로타가 시계반대방향으로 회전하는 경우를 나타낸 것이다. 일반적으로 공정폐가스에서 분기된 탈착공기는 냉각부(24)로 유입되어 흡착제층을 냉각하고 냉각부(24)을 통과한 후 탈착에 필요한 온도로 가열수단에 의해 상승시켜 탈착부(23)으로 유입되어 흡착제에 흡착된 악취성분과 휘발성유기화합물을 탈착시킨 후 최종산화수단으로 이송되어 처리되어 진다.

제3도는 본 발명에 따른 시스템의 다른 계통도이다. 유입되는 가스의 악취 및 휘발성유기화합물의 농도가 매우 낮아 최종산화수단(38)을 운전하기 위한 단위입방미터당 승온온도가 40∼80℃에 도달하지 못해 처리시 많은 추가연료가 필요한 경우에 최종산화수단(38)을 축열촉매연소시스템으로 적용한 예의 계통도이다. 이 경우 축열촉매연소시스템의 연소실(35)의 온도는 100∼550℃로 운전할 수 있으며 단위입방미터당 승온온도가 15℃인 경우에도 거의 추가연료없이 운전이 가능하다. 이때 사용하는 촉매의 경우 압력손실을 고려하여 압출형 하니컴형상 촉매를 사용하게 되는데 저농도의 황계 악취성분을 포함하고 있으므로 내황성촉매나 촉매의 피독에 대한 재생시스템을 구축하는 것이 바람직하다. 내황성촉매는 Co, Ni, Mo. V, W의 성분중 1개 이상을 포함하는 금속성분을 담지한 하니컴촉매를 사용하는 것이 바 람직하며, 이 때 사용하는 GHSV(Gas Hourly Space Velocity, 1/hr)은 5,000∼80,000으로 설계한다. 하지만 내황성촉매의 경우 황계 악취성분의 농도가 상대적으로 높고 휘발성유기화합물의 농도가 낮은 폐가스에 적용하는 것이 바람직하다. 또 다른 본 시스템에 적용하는 촉매로서는 백금, 팔라듐, 로듐의 귀금속 성분중 1개 성분이상을 선택하여 적용한 촉매를 사용한다. 이 경우 황계 악취성분의 농도가 높은 경우, 촉매층의 온도를 귀금속촉매의 내열온도인 750℃이하로 상승시켜 황성분을 제거할 수 있는 기능을 구비한 축열촉매연소시스템을 구축한다.

제4도는 본 발명에 따른 시스템의 또다른 계통도이다. 이는 최종산화수단(52)을 축열연소시스템이나 축열촉매연소시스템을 적용한 경우, 탈착에 필요한 열에너지를 축열연소시스템의 연소실(50)에서 바이패스되는 고온의 바이패스가스(53)를 열교환수단 (47)을 이용하는 경우의 계통도이다. 이 때 열교환수단(47)은 위치(55)의 축열연소시스템 출구가스(54)와 바이패스가스(53)이 혼합된 이후의 온도를 사용하여도 된다. 이 때 부족한 온도는 별도의 가열수단을 설치하는 것도 가능하다. 본 계통도에는 유량조절을 위한 댐퍼 및 추가적인 가열수단에 대해서는 별도표기는 생략하였다.

제 5도는 본 발명에 따른 다른 시스템의 계통도이다. 이 경우에는 최종산화수단(73)을 촉매산화수단을 사용한 경우이다. 본 시스템의 경우 2개의 열교환수단(67,68)을 이용하여 하나의 열교환수단(67)은 탈착에 필요한 열에너지를 열교환하고 다른 열교환수단(68)은 촉매연소시스템의 유입온도를 상승시키는 열교환작용을 하게 된다.

열교환수단(67)의 열교환온도범위는 50∼350℃ 범위까지 열교환이 가능하여야 하며, 열교환수단(68)은 촉매층 유입구(71)의 온도범위를 100∼550℃까지 예열하는데 필요한 열을 최대한 회수할 수 있어야 한다. 이 때 열교환수단(67, 68)은 열교환가능한 열량이 많지 않은 경우 열교환수단(67,68) 대신에 버너나 히터와 같은 가열수단을 설치하여 적정온도를 유지할 수 있다.

제 6도는 이동상 흡착농축수단(83)의 다른 단면사시도를 나타내었다. 제2도와 달리 냉각부를 설치하지 않고 흡착부(81)와 탈착부(82)만으로 구성된 것이다. 탈착온도가 낮거나 압력을 이용하거나 압력과 온도를 동시에 이용하여 탈착하는 경우에 이용할 수 있는 흡착농축수단이다.

마지막으로 본 발명에서 사용되는 탈착에 필요한 탈착공기는 배출원에서 배출되는 폐가스의 일부를 분기하여 사용하거나 외부에서 별도의 공기를 유입시켜 사용할 수 있다.

다음은 본 발명에 따른 시스템의 이용한 실시예를 나타내었다.

[실시예1]

본 실시예는 저농도의 황계 악취성분과 알데히드류 그리고 스타이렌성분이 함께 배출되는 배출원에서 본 발명에 따른 제올라이트계 흡착농축장치과 백금계 촉매를 이용한 촉매연소시스템을 복합한 시스템에서 처리실험을 한 실시예이다. 시스템으로 유입되는 풍량은 20 ㎥/min이며, 흡착농축장치의 직경은 500mm 실린더형을 사용하였다. 흡착농축장치의 통과유속은 2m/s이며, 촉매연소시스템의 GHSV=25000 1/hr로 하여 운전하였다. 유입되는 농도는 지정악취물질인 황화합물질의 경우 H₂S 20 ppb, CS₂ 300 ppb, MeSH 150 ppb, DMDS 10ppb 수준이며, 알데히드류는 아세트알데히드 3ppm, 프로피온알데히드 150ppb, 뷰티르알데히드 150 ppb, i-발레르알데히드 100ppb, n-뷰티르알데히드 50ppb 이었다. VOCs의 대표적인 악취물질인 Styrene 5ppm 수준이었다. 또한 복합악취의 경우는 3000배이며, TVOCs의 경우는 35ppm 수준이었다.

이상의 유입되는 성분을 제올라이트 흡착농축기 포함한 연소설비를 구성하여 처리한 결과 황화합물질의 경우 0.5 ppb, 알데히드류 중 아세트알데히드의 경우 0.15ppm 이하, styrene 0.15 ppm의 출구농도를 보였으며, 각각의 제거효율은 95％ 이상이었다. 또한 복합악취의 경우 출구에서 100배 이하의 결과를 보였으며, TVOCs의 경우 1 ppm이하로써 95％이상의 제거효율을 나타내었다.

[실시예2]

생활폐기물 소각장에서 발생되는 악취제거를 목적으로 하였으며, 유입풍량 20 ㎥/min이며 기타사항은 실시예 1과 동일하다. 입구농도의 경우 지정악취물질인 H₂S 0.5 ppm, NH₃ 3 ppm, MeSH 0.15ppm, Amine 10ppm 이었으며, TVOCs 20ppm 수준이었다. 이상의 유입되는 성분을 제올라이트 흡착농축기 포함한 연소설비를 구성하여 처리한 결과 H₂S 0.01 ppm, NH₃ 0.045 ppm, MeSH 0.075ppm, Amine 0.5ppm 이었으며, TVOCs 0.25ppm 수준이었다. 개별성분별 처리효율은 써 95％이상의 높은 제거효율을 나타내었다.

도 1은 본 발명에 따른 처리시스템의 계통도

도 2는 본 발명에 따른 흡착농축수단의 단면사시도

도 3은 본 발명에 따른 처리시스템의 다른 계통도

도 4는 본 발명에 따른 처리시스템의 또다른 계통도

도 5는 본 발명에 따른 다른 처리시스템의 계통도

도 6은 본 발명에 따른 이동상 흡착농축수단의 다른 단면사시도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 발생원 2 : 전처리수단 5 : 공기이송수단 6 : 흡착농축수단

7,8 : 가열수단 10 : 연소실 11 : 축열재 12 : 최종산화수단 36, 72 : 촉매

47, 67, 68 : 열교환수단

Claims

악취 및 휘발성유기화합물을 처리하는 시스템에 있어서,

기공크기가 3Å에서 13Å을 갖는 1개 이상의 제올라이트를 주성분으로 하고, 여기에 활성탄, 활성탄소섬유, 알루미나, 실리카 중 1개 이상을 첨가하여 제조한 흡착제를 구비하여 저농도의 황계 악취성분, 질소계 악취성분 그리고 휘발성유기화합물을 포함하는 폐가스를 흡착하고, 흡착된 악취성분과 휘발성유기화합물을 탈착용공기를 이용하여 50~350℃의 온도에서 탈착하거나, 대기압 이하의 압력에서 탈착하거나 50~350℃의 온도 및 대기압 이하의 압력을 동시에 이용하여 흡착된 악취와 휘발성유기화합물을 탈착하여 3배에서 30배까지 농축하는 흡착농축수단; 및

상기 흡착농축수단으로부터 탈착된 악취성분 및 휘발성 유기 화합물을 산화 분해하는 최종산화수단을 포함하는 저농도 악취 및 휘발성유기화합물 처리시스템.
제1항에 있어서,

탈착용 공기를 배출원의 일부가스를 분기하여 사용하거나 외부에서 유입시켜 사용하는 저농도 악취 및 휘발성유기화합물 처리시스템.
제1항에 있어서,

최종산화수단으로는 직접산화시스템, 보일러, 소각로, 축열연소시스템, 축열촉매연소시스템 및 촉매산화시스템으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종의 시스템 을 사용하는 것을 특징으로 하는 저농도 악취 및 휘발성유기화합물 처리시스템.
제1항에 있어서,

상기 최종산화수단은 Co, Ni, Mo. V, W, 백금, 팔라듐 및 로듐으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 금속성분을 담지하는 구상, 실린더상, 무정형 촉매 및 하니컴형 촉매로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 저농도의 악취 및 휘발성유기화합물 처리시스템
제1항에 있어서,

상기 흡착농축수단의 흡착제에서 악취 및 휘발성유기화합물을 탈착하는데 필요한 온도를 1개 이상의 열교환수단을 이용하여 최종산화시스템의 에너지를 이용하거나 재활용하는 것을 특징으로 하는 저농도의 악취 및 휘발성유기화합물 처리시스템.
제1항에 있어서,

상기 흡착농축수단에 사용되는 흡착제는,

구상흡착제, 무정형흉착제, 실린더 및 하니컴형흡착제로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 어느 하나를 이용한 충전식흡착제로 사용하거나, 적층형 흡착제를 형상하여 통기성과 접촉면적을 향상시킨 하니컴 모양의 흡착제를 사용하는 것을 특징으로 저농도의 악취 및 휘발성유기화합물 처리시스템.