KR20140147826A - 휘발성 유기 화합물의 처리를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

휘발성 유기 화합물의 처리를 위한 방법 및 장치가 제공되며, 상기 방법은 기준 온도로서 미처리된 공기흐름의 이슬점 온도를 검출하는 미처리된 공기흐름 이슬점 온도 검출 단계, 상기 배출가스 흐름 전체에 걸쳐 미분무수를 분무하고 그리고 상기 배출가스 흐름을 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 응축물로 응축시키는 가습 및 응축 처리 단계, 상기 가습 및 응축 처리 단계 이후에 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도를 검출하는 처리된 배출가스 흐름 이슬점 온도 검출 단계, 상기 가습 및 응축 처리 단계로부터의 강하된 응축물을 수집하고 그리고 계속해서 상기 강하된 응축물을 순환 분무를 위하여 다시 상기 가습 및 응축 처리 단계에로 이송시키는 수집 단계 및 상기 처리된 배출가스 흐름의 상기 이슬점 온도가 상기 기준 온도에 근접되도록 제어하는 제어 단계를 포함한다.

Description

휘발성 유기 화합물의 처리를 위한 방법 및 장치{PROCESS AND DEVICE FOR TREATING VOLATILE ORGANIC COMPOUND}
본 발명은 휘발성 유기 화합물의 처리를 위한 방법 및 장치, 특히 그 위에 미분무수(water mist)를 분무하는 것에 의하여 미처리된 배출가스의 습도를 증가시키고 그리고 계속해서 응축에 의하여 상기 가습된 배출가스를 제습시켜 처리-이전 및 처리-이후를 통하여 상기 배출가스에 거의 동일한 습도비(humidity ratio)가 잔류하도록 하기 위한 설계에 관한 것이다.
생활 및 산업에서 유기 용제들이 폭 넓게 사용되며, 이들은 실온에서 쉽게 기체로 기화되고; 따라서, 유기 용제들은 또한 휘발성 유기 화합물로도 알려져 있다. 상기 휘발성 유기 화합물의 대부분이 독성이고 그리고 인체에 해롭기 때문에, 상기 유기 화합물에 대해서는 적절한 처리가 요구된다. 상기 처리의 공정 동안, 상기 배출가스가 생성되고 그리고 고비점(high boiling point) 및 저증기압(low vapor pressure)을 갖는 수용성 휘발성 유기 화합물들을 포함하고, 그리고 상기 수용성 휘발성 유기 화합물들은 대개 응축장치(condensing device)에 의하여 상기 배출가스로부터 분리된다. 계속해서 정제장치(purification device)가 소각 또는 흡착(adsorption) 및 탈착(desorption) 이후에 응축의 정제 처리를 위하여 미분리된 휘발성 유기 화합물들을 수집한다.
도 1은 배출가스통로(10) 내에 배열되어 그 안의 배출가스 온도가 이슬점 온도(dew point temperature) 이하로 강하되는 것을 허용하는 응축기(11)를 포함하는 배출가스로부터 수용성 휘발성 유기 화합물의 분리를 위한 통상의 응축장치를 나타낸다. 상기 수용성 휘발성 유기 화합물들은 응축된 물의 흡수 및 상기 휘발성 유기 화합물 자체의 응축에 의하여 상기 배출가스로부터 분리된다. 상기 통상의 응축장치는 상기 응축기(11)의 하류 말단(downstream end)에 배치되는 데미스터(demister)(12) 또는 제2 응축기(second condenser)(도시하지 않음)를 더 포함하여 보다 작은 입자 크기를 갖는 상기 휘발성 유기 화합물 및 수증기(water vapor)가 성장하여 2차 분리 또는 응축을 허용하도록 한다. 더욱이, 상기 응축기(11) 및 상기 데미스터(12) 또는 제2 응축기의 응축물(condensate)은 상기 응축기(11) 및 상기 데미스터(12) 아래에 배치되는 수집탱크(13) 내로 강하한다. 그러나, 상기 수집탱크(13) 내의 상기 강하된 응축물은 재생 및 재사용되기 어려운 저농도의 휘발성 유기 화합물을 포함한다. 대량의 휘발성 유기 화합물을 갖는 대량의 폐수가 또한 생산되어 환경 오염의 결과를 가져온다.
본 발명의 제1 목적은 거의 폐수를 생산하지 않아 선행 기술의 대량의 폐수 문제를 해결하는 휘발성 유기 화합물의 처리를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 재생 및 재사용을 위한 휘발성 유기 화합물의 농도를 증가시키는 휘발성 유기 화합물의 처리를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은 현탁된 입자를 세척하기 위한 가습기 및 극저온 가습기(cryogenic humidifier)를 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은
a) 기준 온도(reference temperature)로서 미처리된 공기흐름의 이슬점 온도를 검출하는 미처리된 공기흐름(airflow) 이슬점 온도 검출 단계;
b) 상기 배출가스 흐름 전체에 걸쳐 미분무수를 분무하여 그의 습도를 증가시키고 그리고 상기 배출가스 흐름을 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 응축물로 응축시키는 가습 및 응축 처리 단계;
c) 상기 가습 및 응축 처리 단계 이후에 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도를 검출하는 처리된 배출가스 흐름 이슬점 온도 검출 단계;
d) 상기 가습 및 응축 처리 단계로부터의 강하된 응축물을 수집하고 그리고 계속해서 상기 강하된 응축물을 순환 분무(circulation spray)를 위하여 다시 상기 가습 및 응축 처리 단계에로 이송시키는 수집 단계; 및
f) 상기 처리된 배출가스 흐름의 상기 이슬점 온도가 상기 기준 온도에 근접되도록 제어하는 제어 단계를 포함하는 배출가스 흐름 중에 포함된 휘발성 유기 화합물을 처리하고 그리고 현탁된 입자들을 세척하는 방법을 포함한다.
더욱이, 상기 가습 및 응축 처리 단계는 냉각된 미분무수를 분무하는 것에 의하여 상기 가습과 상기 응축을 동시에 수행하거나 또는 상기 가습 및 응축 처리 단계는 먼저 단계 a)의 상기 기준 온도에 근접하는 온도를 갖는 미분무수를 분무하는 것에 의하여 먼저 수행되고, 계속해서 응축을 수행하는 것에 의하여 수행된다. 본 발명은 상기 가습 및 응축 처리 단계 이전에 사전-냉각 단계(pre-cooling step)를 더 포함한다.
본 발명의 제1 구체예는 배출가스 통로의 입구에 배치되어 기준 온도로서 미처리된 공기흐름의 이슬점 온도를 검출하기 위한 제1 이슬점 온도 검출기; 상기 배출가스 통로 내에 배치되어 상기 배출가스 흐름의 전체에 걸쳐 미분무수를 분무하여 그의 습도를 증가시키고 그리고 현탁된 입자를 세척하기 위한 가습기; 상기 배출가스 통로 내에 배치되고 그리고 상기 배출가스 흐름의 하류 말단에 위치되어 상기 배출가스 흐름을 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 응축물로 응축시키기 위한 응축기; 상기 배출가스 통로 내에 배치되고 그리고 상기 가습기 및 상기 응축기 아래에 위치되어 상기 가습기 및 상기 응축기로부터 강하되는 상기 응축물을 수집하고 그리고 상기 강하된 응축물을 상기 가습기로 다시 이송시켜 순환 분무시키기 위한 수집탱크; 상기 배출가스 통로 내에 배치되어 상기 응축기를 통과하는 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도를 검출하기 위한 제2 이슬점 온도 검출기; 및 상기 제1 이슬점 온도 검출기, 상기 응축기 및 상기 제2 이슬점 온도 검출기에 연결되어 상기 제2 이슬점 온도 검출기에 의하여 검출된 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도를 콘트롤러(controller)에로 공급하여 상기 응축기의 응축 수준 및 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도가 상기 제1 이슬점 온도 검출기에 의해 검출된 상기 기준 온도에 근접되도록 제어하기 위한 콘트롤러를 포함하는 배출가스 흐름 중에 포함된 휘발성 유기 화합물을 처리하는 장치를 포함한다.
본 발명의 제2 구체예는 배출가스 통로의 입구에 배치되어 기준 온도로서 미처리된 공기흐름의 이슬점 온도를 검출하기 위한 제1 이슬점 온도 검출기; 상기 배출가스 통로 내에 배치되어 상기 배출가스 흐름의 전체에 걸쳐 미분무수를 분무하여 그의 습도를 증가시키고 그리고 상기 배출가스 흐름을 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 응축물로 냉각 및 응축시키고 그리고 현탁된 입자를 세척하기 위한 극저온 가습기; 상기 배출가스 통로 내에 배치되고 그리고 상기 극저온 가습기 아래에 위치되어 상기 극저온 가습기로부터 강하되는 상기 응축물을 수집하고 그리고 상기 강하된 응축물을 냉각기(cooler)로 냉각시키고 그리고 계속해서 상기 가습기로 다시 이송시켜 순환 분무시키기 위한 수집탱크; 상기 배출가스 통로 내에 배치되어 상기 응축기를 통과하는 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도를 검출하기 위한 제2 이슬점 온도 검출기; 및 상기 제1 이슬점 온도 검출기, 상기 냉각기 및 상기 제2 이슬점 온도 검출기에 연결되어 상기 제2 이슬점 온도 검출기에 의하여 검출된 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도를 콘트롤러에로 공급하여 상기 냉각기의 응축 수준 및 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도가 상기 제1 이슬점 온도 검출기에 의해 검출된 상기 기준 온도에 근접되도록 제어하기 위한 콘트롤러를 포함하는 배출가스 흐름 중에 포함된 휘발성 유기 화합물을 처리하는 장치를 포함한다.
본 발명은 상기 배출가스 통로 내에 배치되고 그리고 상기 가습기의 상류 말단에 위치되는 사전-냉각기(pre-cooler)를 더 포함한다.
도 1은 휘발성 유기 화합물의 처리를 위한 통상의 장치의 구조적인 모식도이고;
도 2는 본 발명에 따른 제1 구체예의 구조적인 모식도이고;
도 3은 본 발명에 따른 제2 구체예의 구조적인 모식도이고; 그리고
도 4는 본 발명에 따른 습도 선도(psychrometric chart)에서의 습도 변화의 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 상기 제1 구체예는 제1 이슬점 온도 검출기(21), 가습기(22), 응축기(23), 수집탱크(24), 제2 이슬점 온도 검출기(25) 및 콘트롤러(26)를 포함한다.
상기 제1 이슬점 온도 검출기(21)는 기준 온도로서 상기 미처리된 공기흐름의 이슬점 온도를 검출하도록 배출가스 통로(20)의 입구에 배치된다. 대기의 이슬점 온도는 습구 온도계(wet-bulb thermometer) 또는 상대 습도계(relative hygrometer)와 병치된 건구 온도계(dry-bulb thermometer)에 의해 검출될 수 있다. 상기 가습기(22)는 상기 배출가스 전체에 걸쳐 미분무수를 분무하여 배출가스의 습도를 증가시키고 그리고 현탁된 입자들을 세척하도록 하도록 상기 배출가스 통로(20) 내에 배치된다. 상기 응축기(23)는 상기 가습된 배출가스를 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 응축물로 응축시키도록 상기 배출가스 통로(20) 내에 배치되고 그리고 상기 가습기(22)의 하류 말단에 위치된다. 상기 수집탱크(24)는 상기 가습기(22) 및 상기 응축기(23)으로부터 강하되는 상기 응축물을 수집하도록 상기 배출가스 통로(20) 내에 배치되고 그리고 상기 가습기(22)와 상기 응축기(23) 아래에 위치되며, 상기 강하된 응축물은 순환 분무를 위하여 순환펌프(241)에 의하여 상기 가습기(22)에로 다시 이송된다. 상기 제2 이슬점 온도 검출기(25)는 상기 응축기(23)를 통하여 통과하는 상기 응축된 배출가스의 이슬점 온도를 검출하도록 상기 배출가스 통로(20) 내에 배치된다. 상기 응축된 배출가스의 상기 이슬점 온도는 습구 온도계 또는 상대 습도계와 병치된 건구 온도계에 의해 검출될 수 있다. 상기 콘트롤러(26)는 상기 제1 이슬점 온도 검출기(21), 상기 응축기(23) 및 상기 제2 이슬점 온도 검출기(25)에 연결되어 상기 제2 이슬점 온도 검출기(25)에 의하여 검출된 상기 응축된 배출가스의 이슬점 온도를 콘트롤러(26)에로 공급하여 상기 응축기(23)의 응축 수준 및 상기 처리된 배출가스의 이슬점 온도가 상기 제1 이슬점 온도 검출기(21)에 의해 검출된 상기 기준 온도에 근접되도록 제어하도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 구체예는 제1 이슬점 온도 검출기(21), 극저온 가습기(28), 수집탱크(24a), 제2 이슬점 온도 검출기(25) 및 콘트롤러(26a)를 포함한다.
상기 제1 이슬점 온도 검출기(21)는 기준 온도로서 상기 미처리된 공기흐름의 이슬점 온도를 검출하도록 배출가스 통로(20)의 입구에 배치된다. 대기의 이슬점 온도는 습구 온도계 또는 상대 습도계와 병치된 건구 온도계에 의해 검출될 수 있다. 상기 극저온 가습기(28)는 상기 배출가스 전체에 걸쳐 미분무수를 분무하여 배출가스의 습도를 증가시키고 그리고 가습된 배출가스를 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 응축물로 냉각시키고 그리고 응축시키도록 상기 배출가스 통로(20) 내에 배치된다. 게다가, 상기 극저온 가습기(28)에 의하여 상기 현탁된 입자들이 세척될 수 있다. 상기 수집탱크(24a)는 상기 극저온 가습기(28)로부터 강하되는 상기 응축물을 수집하도록 상기 배출가스 통로(20) 내에 배치되고 그리고 상기 극저온 가습기(28) 아래에 위치되며, 상기 강하된 응축물은 냉각기(29)에 의하여 냉각되고 그리고 계속해서 순환 분무를 위하여 순환펌프(241)에 의하여 상기 극저온 가습기(28)에로 다시 이송된다. 상기 응축된 배출가스의 상기 이슬점 온도는 습구 온도계 또는 상대 습도계와 병치된 건구 온도계에 의해 검출될 수 있다. 상기 콘트롤러(26a)는 상기 제1 이슬점 온도 검출기(21), 상기 냉각기(29) 및 상기 제2 이슬점 온도 검출기(25)에 연결되어 상기 제2 이슬점 온도 검출기(25)에 의하여 검출된 상기 응축된 배출가스의 이슬점 온도를 콘트롤러(26a)에로 공급하여 상기 냉각기(29)의 응축 수준 및 상기 응축된 배출가스의 이슬점 온도가 상기 제1 이슬점 온도 검출기(21)에 의해 검출된 상기 기준 온도에 근접되도록 제어하도록 한다.
상기 미처리된 배출가스의 온도가 너무 높은 경우, 사전-냉각기(27)가 상기 배출가스 통로(20) 내에 배치되고 그리고 상기 가습기(22) 또는 상기 극저온 가습기(28)의 상향 단부에 배치되어 상기 응축기(23) 또는 상기 극저온 가습기(28)의 부하를 감소시키도록 할 수 있다.
도 4는 습도 선도를 나타내고 그리고 상기 습도 선도의 수평축은 상기 건구 온도를 나타내고; 상기 습도 선도의 수직축은 습도비를 나타내고; 곡선은 상대습도 포화선(relative humidity saturation line)이다. 본 발명은 제1 이슬점 온도 검출기(21)를 사용하여 기준 온도로서 상기 미처리된 공기흐름의 이슬점 온도를 검출하고 그리고 상기 습도 선도 내에 나타낸 지점 A는 상기 미처리된 공기흐름의 습도를 나타낸다. 계속해서 본 발명은 상기 가습기(22) 또는 상기 극저온 가습기(28)을 사용하여 상기 배출가스 전체에 걸쳐 미분무수를 분무하여 습도를 증가시키고 그리고 상기 습도 선도 내에 나타낸 지점 B는 상기 가습된 배출가스의 습도를 나타내고 그리고 지점 B는 대개는 상기 상대 습도 포화선 상에 위치된다. 마지막으로 본 발명은 상기 응축기(23) 또는 상기 극저온 가습기(28)를 사용하여 상기 가습된 배출가스를 응축시키고, 상기 제2 이슬점 온도 검출기(25)를 사용하여 상기 응축된 배출가스의 이슬점 온도를 검출하고 그리고 상기 콘트롤러(26, 26a)를 사용하여 상기 응축된 배출가스의 상기 이슬점 온도가 상기 제1 이슬점 온도 검출기(21)에 의해 검출된 상기 기준 온도에 근접되도록 제어하고 그리고 상기 습도 선도 내에 나타낸 지점 C는 상기 응축된 배출가스의 습도를 나타낸다. 따라서, 상기 배출가스의 습도는 지점 A로부터 지점 B까지 가습되고 그리고 지점 C까지 탈수되고 그리고 상기 습도 선도 내의 지점 A 및 지점 C가 수직축에 대하여 등고의 위치를 갖기 때문에, 상기 배출가스의 습도비는 본 발명의 처리-이전 및 처리-이후를 통하여 거의 변하지 않는다.
따라서, 상기 배출가스의 변하지 않는 습도비로 인하여 상기 수집탱크(24, 24a)에 의하여 수집된 상기 응축물은 순환 분무 이후 증가하지도 않고 감소하지도 않아 폐수가 거의 생성되지 않는다. 게다가, 상기 응축물은 상기 순환 분무 이후 점점 더 많은 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하여 고농도의 휘발성 유기 화합물을 수반하는 상기 응축물이 순환 분무에 의하여 재순환되고 그리고 재사용될 수 있다.

Claims (8)

  1. a) 기준 온도로서 미처리된 공기흐름의 이슬점 온도를 검출하는 미처리된 공기흐름 이슬점 온도 검출 단계;
    b) 상기 배출가스 흐름 전체에 걸쳐 미분무수를 분무하여 그의 습도를 증가시키고 그리고 상기 배출가스 흐름을 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 응축물로 응축시키는 가습 및 응축 처리 단계;
    c) 상기 가습 및 응축 처리 단계 이후에 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도를 검출하는 처리된 배출가스 흐름 이슬점 온도 검출 단계;
    d) 상기 가습 및 응축 처리 단계로부터의 강하된 응축물을 수집하고 그리고 계속해서 상기 강하된 응축물을 순환 분무를 위하여 다시 상기 가습 및 응축 처리 단계에로 이송시키는 수집 단계; 및
    f) 상기 처리된 배출가스 흐름의 상기 이슬점 온도가 상기 기준 온도에 근접되도록 제어하는 제어 단계;
    를 포함하는 배출가스 흐름 중에 포함된 휘발성 유기 화합물들(VOC's)을 처리하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가습 및 응축 처리 단계가 냉각된 미분무수를 분무하는 것에 의하여 상기 가습과 상기 응축이 동시에 수행되는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가습 및 응축 처리 단계가 먼저 단계 a)의 상기 기준 온도에 근접하는 온도에서 미분무수를 분무하는 것에 의하여 먼저 수행되고, 계속해서 응축을 수행하는 것에 의하여 수행되는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 가습 및 응축 처리 단계 이전에 사전-냉각 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 배출가스 통로의 입구에 배치되어 기준 온도로서 미처리된 공기흐름의 이슬점 온도를 검출하기 위한 제1 이슬점 온도 검출기;
    상기 배출가스 통로 내에 배치되어 상기 배출가스 흐름의 전체에 걸쳐 미분무수를 분무하여 그의 습도를 증가시키기 위한 가습기;
    상기 배출가스 통로 내에 배치되고 그리고 상기 배출가스 흐름의 하류 말단에 위치되어 상기 배출가스 흐름을 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 응축물로 응축시키기 위한 응축기;
    상기 배출가스 통로 내에 배치되고 그리고 상기 가습기 및 상기 응축기 아래에 위치되어 상기 가습기 및 상기 응축기로부터 강하되는 상기 응축물을 수집하고 그리고 상기 강하된 응축물을 상기 가습기로 다시 이송시켜 순환 분무시키기 위한 수집탱크;
    상기 배출가스 통로 내에 배치되어 상기 응축기를 통과하는 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도를 검출하기 위한 제2 이슬점 온도 검출기; 및
    상기 제1 이슬점 온도 검출기, 상기 응축기 및 상기 제2 이슬점 온도 검출기에 연결되어 상기 제2 이슬점 온도 검출기에 의하여 검출된 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도를 콘트롤러에로 공급하여 상기 응축기의 응축 수준 및 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도가 상기 제1 이슬점 온도 검출기에 의해 검출된 상기 기준 온도에 근접되도록 제어하기 위한 콘트롤러;
    를 포함하는 배출가스 흐름 중에 포함된 휘발성 유기 화합물들(VOC's)을 처리하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배출가스 통로 내에 배치되고 그리고 상기 가습기의 상류 말단에 위치되는 사전-냉각기를 더 포함하는 장치.
  7. 배출가스 통로의 입구에 배치되어 기준 온도로서 미처리된 공기흐름의 이슬점 온도를 검출하기 위한 제1 이슬점 온도 검출기;
    상기 배출가스 통로 내에 배치되어 상기 배출가스 흐름의 전체에 걸쳐 미분무수를 분무하여 그의 습도를 증가시키고 그리고 상기 배출가스 흐름을 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 응축물로 냉각 및 응축시키기 위한 극저온 가습기;
    상기 배출가스 통로 내에 배치되고 그리고 상기 극저온 가습기 아래에 위치되어 상기 극저온 가습기로부터 강하되는 상기 응축물을 수집하고 그리고 상기 강하된 응축물을 냉각기로 냉각시키고 그리고 계속해서 상기 가습기로 다시 이송시켜 순환 분무시키기 위한 수집탱크;
    상기 배출가스 통로 내에 배치되어 상기 응축기를 통과하는 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도를 검출하기 위한 제2 이슬점 온도 검출기; 및
    상기 제1 이슬점 온도 검출기, 상기 냉각기 및 상기 제2 이슬점 온도 검출기에 연결되어 상기 제2 이슬점 온도 검출기에 의하여 검출된 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도를 콘트롤러에로 공급하여 상기 냉각기의 응축 수준 및 상기 처리된 배출가스 흐름의 이슬점 온도가 상기 제1 이슬점 온도 검출기에 의해 검출된 상기 기준 온도에 근접되도록 제어하기 위한 콘트롤러;
    를 포함하는 배출가스 흐름 중에 포함된 휘발성 유기 화합물들(VOC's)을 처리하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배출가스 통로 내에 배치되고 그리고 상기 가습기의 상류 말단에 위치되는 사전-냉각기를 더 포함하는 장치.
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