KR20110001502A - 휘발성유기화합물 탈착 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휘발성유기화합물 탈착 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기중으로부터 흡착제거되어 배출되는 휘발성유기화합물의 농도를 일정 범위 이상으로 유지하는 탈착 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC)을 흡착하는 흡착베드가 설치된 흡착탑; 상기 흡착탑에 공급되는 VOC 함유공기를 감압시키는 제1감압펌프; 상기 흡착탑에 공급되는 탈리가스를 가열하는 가열장치;를 포함하되, 상기 흡착탑이 복수로 구성되어, 복수의 흡착탑에서 배출되는 휘발성유기화합물의 농도가 일정치 이상으로 유지되는 휘발성유기화합물 탈착 시스템을 제공하여,

도장작업 및 건조작업시 공기 중에 희석된 휘발성유기화합물을 안전하게 흡착하여 제거하고, 회수한 휘발성유기화합물을 일정 범위의 고농도로 배출시킴으로써 발전기 등에 재사용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 복수의 흡착탑으로 구성되어 VOC의 탈리작업을 다수의 흡착탑에서 다중으로 겹쳐서 수행할 수 있기 때문에 탈리시 배출되는 VOC의 농도를 일정 범위 이상의 고농도로 유지할 수 있다.

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Description

휘발성유기화합물 탈착 시스템{System for attaching and detaching of Volatile Organic Compounds}

본 발명은 휘발성유기화합물 탈착 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기중으로부터 흡착제거되어 배출되는 휘발성유기화합물의 농도를 일정 범위 이상으로 유지하는 탈착 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 정비공장이나 운수회사 등에서 자동차 및 그 부속품을 도장(塗裝)하기 위하여 사용되는 자동차 도장부스나 그 이외의 각종 도장시설에서는 해당 물품에 대한 도장작업과 건조작업을 번갈아 수행하게 되는데, 이 과정에서 도장작업시 비산되는 페인트 미스트(Paint mist; 페인트 분진) 뿐만 아니라, 도장된 물품의 건조과정에서 페인트의 용제가 대기중으로 증발되어 톨루엔과 같은 각종 휘발성유기화합물(Volertile Organic Compounds, V0C)이 도장실의 내부공기중에 다량으로 희석함유된다.

상기와 같은 휘발성 유기화합물(V0C)을 그대로 대기중으로 방출시키게 되면, 휘발성 유기화합물이 빛과 반응하여 오존이나 알데히드 또는 스모그 중의 질소화합물과 같은 광화학 산화물을 생성하게 됨으로써, 대도시의 광화학 스모그와 지구온난화와 같은 환경오염을 유발시키게 될 뿐만 아니라, 휘발성 유기화합물을 이루는 대부분의 물질들이 낮은 농도에서도 자극적이고 불쾌한 냄새를 발생시키며, 인체와의 피부 접촉이나 호흡기로 유입될 경우 신경계 등에 장애를 일으키는 발암물질로서 작용하게 된다.

이에 따라 최근 도장 작업 및 건조 작업시 페인트 등에서 증발 배출되는 휘발성유기화합물에 대한 규제가 강화되면서 VOC를 제거하기 위한 시설에 대한 관심이 증가하고 있다.

이러한 VOC를 제거하기 위한 방식으로는 소각 방식이 널리 이용되고 있으며, 공기 중에 희석된 VOC를 소각하는 방법에는 직접가열산화법과 촉매가열산화법이 있다.

소각은 VOC의 제거율이 높기 때문에 고온에서 충분한 시간만 주어지면 유기물을 산화시킬 수 있으나, 높은 온도까지 상승시켜야 하므로 유지비용이 많이 소요되고, 고온에서의 운전에 따른 안전사고가 우려되는 단점이 있다.

이와 같은 소각 방식을 대체하기 위한 방안으로 증기회수법과, 화학적 산화법 및 회수법을 함께 이용한 액체흡수법이 있다.

이 중 증기회수법은 증기를 이용하여 흡착제에 흡착된 VOC를 탈리시킨 후, 탈리된 VOC와 증기를 열교환기를 통해 회수하는 방법으로서, VOC를 재사용하기 위해서는 물(증기)과 VOC를 분리시키는 후공정을 거친다.

또한, VOC를 회수하는 방법에는 PSA(Pressure Swing Absorption), TSA(Thermal Swing Absorption), PTSA(Pressure-Thermal Swing Absorption) 등이 있는데, 상기 PSA는 압력, TSA는 온도, PTSA는 압력과 온도를 이용하여 VOC를 회수하는 방법으로, TSA와 PTSA는 열에 대한 위험이 있고 PSA는 가압조건에 대한 위험이 존재하는 문제가 있다.

이러한 증기회수법은 통상 흡착탑 안에 활성탄과 같은 흡착제를 충진시킨 다음 VOC가 함유된 공기를 유입시켜 VOC를 흡착 제거하는데, 흡착제가 일정량의 VOC를 흡착하게 되면 포화상태가 되어 VOC의 흡착을 수행하지 못하므로 흡착제를 교체해주어야 하는 번거로움이 있고, 이로 인한 과대한 유지관리비용이 소모되는 문제가 있다.

또한, 흡착제에 흡착된 VOC는 단순히 제거되어 버려지고 재활용되지 못하는 단점도 있다.

즉, 공기중에 함유된 VOC를 제거하기 위하여 기존에 사용되는 VOC 탈착 시스템은 단순히 VOC를 제거하는 방식으로서, 탈리된 VOC를 재사용하려면 별도의 공정을 거쳐야 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, VSA(Vacuum Swing Absorption) 방식을 이용하여 공기중에 함유되어 있는 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds,VOCs)을 안전하게 흡착 제거할 뿐만 아니라, 회수한 휘발성유기화합물을 일정 농도로 배출시켜 재사용하도록 한 휘발성유기화합물 탈착 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC)을 흡착하는 흡착베드가 설치된 흡착탑; 상기 흡착탑에 공급되는 VOC 함유공기를 감압시키는 제1감압펌프; 상기 흡착탑에 공급되는 탈리가스를 가열하는 가열장치;를 포함하되, 상기 흡착탑이 복수로 구성되어, 복수의 흡착탑에서 배출되는 휘발성유기화합물의 농도가 일정치 이상으로 유지되는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 탈착 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 휘발성유기화합물 탈착 시스템은 흡착탑의 내부를 감압시키고 온도를 상승시키는 등 VSA 방식을 이용함으로써 도장작업 및 건조작업시 공기 중에 희석된 휘발성유기화합물을 안전하게 흡착하여 제거하고, 회수한 휘발성유기 화합물을 일정 범위의 고농도로 배출시킴으로써 발전기 등에 재사용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 복수의 흡착탑으로 구성되어 VOC의 탈리작업을 다수의 흡착탑에서 다중으로 겹쳐서 수행할 수 있기 때문에 탈리시 배출되는 VOC의 농도를 일정 범위 이상의 고농도로 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 VSA 방식을 이용함으로써 VOC 탈리를 위한 에너지 소비가 감소되고 탈리 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

본 발명은 각종 도장작업 및 건조작업 등의 도장 공정시 작업실 내부의 공기중에 희석 함유되어 있는 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds,VOC)을 흡착하여 제거하고, 회수한 VOC를 일정 범위의 고농도로 배출시켜 VOC의 재사용이 용이하도록 한다.

또한, 본 발명은 흡착탑의 내부를 감압시키고 온도를 상승시키는 등 VSA(Vacuum Swing Absorption) 방식을 이용하므로써 각종 불순물의 영향이 적고 순수한 VOC의 탈리가 용이하게 이루어지는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 탈착 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 개념도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 VOC를 흡착할 수 있는 흡착베드(bed)가 내부에 설치된 흡착탑(10)이 복수로 구성되고, 상기 흡착탑(10)에 공급되는 VOC 함유공기를 감압시키는 제1감압펌프(21)와 흡착탑(10)에 공급되는 탈리가스를 가열하는 가열장치(41) 및 상기 흡착탑(10)에서의 흡착작업과 탈리작업의 주기를 조절하는 제어부(60)를 포함하는 휘발성유기화합물 탈착 시스템을 제공한다.

상기 VOC 함유공기는 흡착탑(10)에서 흡착되어 배출되는 VOC에 비해 저농도인 VOC가 포함된 공기를 나타낸다.

본 발명의 실시예에서는 흡착베드(미도시)는 흡착탑(10)의 내부에 수직으로 설치되어 필터 역할을 하는 것으로, VOC가 함유된 공기가 흡착탑(10)에 유입되어 흡착베드와 접촉되면 공기 중에 VOC가 흡착베드에 의해 흡착제거된다.

상기 흡착베드는 알루미나, 제올라이트 및 활성탄 등과 같이 VOC의 흡착 및 탈리가 용이한 흡착제를 이용하여 제작할 수 있다.

본 발명에서 VOC 함유공기는 VOC 공급관(20)을 통해 흡착탑(10)으로 공급되고, 상기 제1감압펌프(21)는 VOC 공급관(20)을 통해 공급되는 VOC 함유공기의 압력을 감압시켜 흡착탑(10) 내부를 일정치 이하의 감압 상태로 유지시킨다.

흡착탑(10) 내부를 감압시키면 VOC가 휘발하는 온도가 낮아지므로 흡착베드에 흡착된 VOC의 탈리가 보다 용이해진다.

따라서, 상기 흡착탑(10) 내부의 압력이 200torr 를 넘지 않도록 유지하여 흡착베드에 흡착된 VOC의 탈리가 보다 용이하게 이루어질 수 있는 조건을 제공한다.

한편, 흡착베드에 흡착된 VOC를 탈리시키기 위하여 상기 흡착베드의 표면에 가열된 탈리가스를 가하게 되는데, 흡착베드의 흡착제 재질에 따라 약간의 차이는 있으나 약 100℃ 전후 온도의 스팀(steam)이나 히팅된 가스를 이용한다.

본 발명에서는 흡착베드에 흡착된 VOC를 탈리시키기 위하여 질소(N₂) 혹은 공기 등의 탈리가스를 이용한다.

이러한 탈리가스는 흡착탑(10)에 연결설치된 탈리가스 공급관(40)을 통해 흡착탑에 공급되고, 상기 가열장치(41)는 흡착베드에 흡착된 VOC의 탈리를 용이하도록 하기 위하여 흡착탑에 공급되는 탈리가스를 가열한다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 제1감압펌프(21)를 이용하여 흡착탑(10)의 내부 압력을 일정치 이하의 감압 상태로 유지하기 때문에, 탈리가스의 온도는 60 ~ 80℃로 가열되어도 흡착베드로부터 VOC를 탈리시키기에 충분하다.

이는 기존에 사용되던 탈리가스의 온도인 100℃보다 훨씬 낮은 것으로, 본 발명은 탈리가스를 가열하기 위한 에너지 소비가 절감되며, 이에 따라 VOC의 탈리 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서 제어부는 복수로 구성된 흡착탑(10)의 운전을 제어하여 흡착작업과 탈리작업의 주기를 조절하는 것으로서, PLC(Power Line Communication)에 의해 자동으로 동작하며, 흡착탑(10)의 구동과 관련한 탈착 시스템의 동작을 모두 제 어할 수 있다.

본 발명에 따른 흡착탑(10)은 흡착작업시 VOC 공급관(20)을 통해 공급되는 VOC 함유공기의 VOC 농도가 배출가스 농도 기준치 이하가 되도록 VOC를 흡착하고, VOC를 흡착제거한 공기(VOC 함유공기)는 공기 배출관(30)을 통해 대기중으로 배출하게 되며, 탈리작업시에는 흡착베드에 흡착된 VOC를 탈리시켜 VOC 배출관(50)을 통해 배출하게 된다.

이때 흡착베드로부터 탈리되는 VOC의 농도는 일정하게 발생하지 않기 때문에 초기에는 고농도의 VOC가 발생되지만 시간이 지날수록 VOC의 농도가 상대적으로 감소되는 경향을 보인다.

따라서, 상기 제어부(60)는 배출되는 VOC의 농도가 일정치 예를 들어 2000ppm보다 낮아지는 경우, 다른 작업 중이거나 혹은 흡착작업 중인 다른 흡착탑의 작업을 탈리작업으로 변경하여 이중으로 VOC를 탈리배출하여 VOC의 배출농도가 2000ppm보다 낮아지는 것을 방지한다.

즉, 본 발명에 따른 제어부(60)는 임의의 흡착탑(10)에서 배출되는 VOC의 농도가 일정 범위의 농도를 유지하지 못하는 경우 다른 흡착탑이 탈리작업을 수행하도록 제어하여 VOC의 배출 농도를 일정 범위로 유지한다.

구체적으로 말하면, 본 발명은 VOC의 배출농도를 2000ppm 이상으로 유지하여 VOC의 재사용이 용이하도록 할 수 있다.

이를 위하여 본 발명에서 흡착탑(10)은 기존보다 소형화되어 복수로 구성되고, 흡착작업은 물론 탈리작업이 복수의 흡착탑(10)에서 각기 진행되어 다중 흡착 및 다중 탈리가 가능하며, 이에 따라 VOC의 배출농도를 일정범위로 유지할 수 있다.

본 발멸의 실시예에서 탈리작업은 흡착베드에 VOC가 흡착되어 있는 모든 흡착탑에서 수행될 수 있으나, 적은 양의 VOC가 흡착되어 있는 경우 탈리작업이 단시간 동안만 진행 가능하여 작업 변경이 잦게 되므로, VOC가 포화상태로 흡착된 흡착탑에서 실시되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제어부(60)에 의한 흡착작업 및 탈리작업의 시간 주기는 작업 현장의 VOC 농도 및 상황에 따라 변경 가능하다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 VOC 공급관(20)에는 VOC를 제외하고 VOC 함유공기에 포함되어 있는 각종 이물질이나 페인트 미스트 등을 사전에 걸러주기 위하여 프리필터(pre filter)(22)가 설치된다.

그리고, 공기 배출관(30)에는 흡착탑(10)을 거쳐 VOC가 제거된 공기를 대기중으로 배출하기 위하여 배출팬(31)이 설치되고, 배출되는 공기를 대기압과 유사하게 감압시키기 위하여 제2감압펌프(32)가 설치된다.

또한, VOC 배출관(50)에는 흡착탑(10)에서 배출되는 고농도의 VOC 함유공기를 진공으로 만들기 위한 진공펌프(51)가 설치되고, 공기를 제거한 고농도 VOC를 대기압과 유사하게 감압하기 위하여 제3감압펌프(53)가 설치된다.

또한, 도 1에서 각각의 흡착탑(10) 및 VOC 배출관(50)에 설치된 P/G(pressure gauge)1 ~ P/G4는 대기압력을 기준으로 흡착탑(10) 및 VOC 배출관(50)의 압력을 측정한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 실시예의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에서 시간에 따른 흡착탑의 작업상태를 보여주는 표이고, 도 3은 본 발명의 실시예에서 VOC 배출관으로 배출되는 VOC의 농도를 나타내는 그래프이다.

도장 공정에서 발생하는 작업실의 VOC 함유공기가 VOC 공급관(20)으로 유입되면 제1감압펌프(21)를 통해 200torr 이하로 감압된 다음, 프리필터(22)를 통해 각종 이물질이 제거된 후 흡착탑(10)으로 공급된다.

이때, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제어부(60)의 제어에 따라 제1흡착탑(11)과 제2흡착탑(12)은 흡착작업을 수행하고 제3흡착탑(13)은 탈리작업을 수행하므로, VOC 공급관(20)으로 유입된 VOC 함유공기는 제1흡착탑(11)과 제2흡착탑(12)으로만 공급된다.

이에 따라 제1흡착탑(11)과 제2흡착탑(12)의 흡착베드는 유입되는 VOC 함유공기로부터 VOC를 흡착하고, 제3흡착탑(13)은 사전 흡착작업에 따라 흡착베드에 흡착된 VOC를 용이하게 탈리시키기 위하여 가열장치(예를 들어 전기히터)(41)를 통해 가열된 공기(혹은 질소 등의 탈리가스)를 공급받아 내부 온도를 상승시킨다.

제1흡착탑(11)과 제2흡착탑(12)에서 VOC가 제거된 공기(VOC 함유공기)는 배출팬(31)에 의해 대기중으로 배출되고, 제3흡착탑(13)에서는 내부의 감압조건과 온도조건이 만족됨에 따라 흡착베드에 흡착된 VOC가 흡착탑(13) 내부로 휘발되어 흡 착베드로부터 탈리된다.

상기 흡착베드로부터 탈리된 VOC는, 가열장치(41)에 의해 가열되어 제3흡착탑(13)에 공급된 공기와 함께 VOC 배출관(50)으로 배출된다.

이러한 제3흡착탑(13)에서 배출되는 VOC의 농도가 시간이 경과되어 일정치보다 감소되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(60)는 흡착작업을 수행중이던 제2흡착탑(12)의 작업을 탈리작업으로 변경하여 VOC 배출관(50)을 통해 배출되는 VOC의 농도를 일정하게 유지한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제어부(60)는 하나 이상의 흡착탑(10)에서 배출되는 VOC의 농도가 일정치에 도달하지 못하는 경우 다른 흡착탑(10)의 작업을 탈리작업으로 변경하여 VOC의 농도를 일정치 이상으로 유지하고, 하나의 흡착탑(10)에서 배출되는 VOC만으로 일정치의 VOC 농도에 도달되는 경우에는 나머지 흡착탑(10)은 흡착작업을 수행하여 VOC를 흡착하도록 진행할 수 있다.

따라서, 본 발명은 제어부(60)의 작업주기 조절을 통해 복수의 흡착탑(10)이 교대로 탈리작업을 수행하여 연속적인 VOC 배출 및 다중 VOC 배출을 통해 일정치 이상의 농도로 유지하는 것이 가능하다.

그리고, 본 발명에 따른 흡착탑(10)은 흡착작업을 수행하여 흡착베드에 VOC가 흡착된 다음 탈리작업을 수행하게 되고, 본 발명은 흡착작업시 흡착베드에 흡착된 VOC가 탈리작업을 통해 흡착베드로부터 제거되므로 별도의 흡착베드 교체 없이 흡착베드의 재사용이 가능하다.

본 발명에 따라 배출되는 VOC는 일정치 이상의 고농도로 농축된 상태로 배출 되기 때문에 수집하여 발전기 등에서 재사용 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 탈착 시스템에서 보다 고농도의 VOC가 요구되는 경우 흡착탑의 수를 증가시키거나 혹은 흡착탑의 작업주기를 조절하는 등의 조건을 조정하여 원하는 농도의 VOC를 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 탈착 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 개념도

도 2는 본 발명의 실시예에서 시간에 따른 흡착탑의 작업상태를 보여주는 표

도 3은 본 발명의 실시예에서 VOC 배출관으로 배출되는 VOC의 농도를 나타내는 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 흡착탑 11 : 제1흡착탑

12 : 제2흡착탑 13 : 제3흡착탑

20 : VOC 공급관 21 : 제1감압펌프

22 : 프리필터

30 : 공기 배출관 31 : 배출팬

32 : 제2감압펌프

40 : 탈리가스 공급관 41 : 가열장치

50 : VOC 배출관 51 : 진공펌프

53 : 제3감압펌프

60 : 제어부

Claims (6)

1. 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC)을 흡착하는 흡착베드가 설치된 흡착탑;

   상기 흡착탑에 공급되는 VOC 함유공기를 감압시키는 제1감압펌프;

   상기 흡착탑에 공급되는 탈리가스를 가열하는 가열장치;

   를 포함하되, 상기 흡착탑이 복수로 구성되어, 복수의 흡착탑에서 배출되는 휘발성유기화합물의 농도가 일정치 이상으로 유지되는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 탈착 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 흡착탑의 흡착작업 및 탈리작업의 주기를 조절하는 제어부가 구비되어, 휘발성유기화합물의 농도가 일정치보다 낮아지면 다른 흡착탑이 탈리작업을 하도록 작업을 변경 제어하는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 탈착 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 VOC 함유공기를 통해 흡착탑 내부의 압력이 200torr 이하로 유지되고, 상기 탈리가스를 통해 흡착탑 내부의 온도가 60 ~ 80℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 탈착 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 흡착탑에서 배출되는 휘발성유기화합물을 함유한 탈리가스를 진공으로 만드는 진공펌프가 더 구성되는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 탈착 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 VOC 함유공기가 유입되는 VOC 공급관에 이물질 제거를 위한 프리필터가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 탈착 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 흡착탑에서 배출되는 휘발성유기화합물의 농도는 2000ppm 이상인 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 탈착 시스템.

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