KR20150123352A - 휘발성 유기화합물 처리장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단위 공장에서 발생되는 휘발성 유기화합물의 흡착, 냉각, 탈착을 연속적으로 수행하여 이를 에너지화함과 동시에 연소기 효율을 높일 수 있는 휘발성 유기화합물 처리장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 휘발성 유기화합물 처리장치는 저온 가열 방식으로 흡착제를 재생하여 이의 손실을 최소화할 수 있다.
본 발명은 연소장치와 휘발성 유기화합물의 처리장치를 하나의 시스템으로 결합시켜 대기환경 개선뿐만 아니라 에너지 효율을 극대화시킬 수 있다.
본 발명은 흡착, 냉각 및 탈착 및 연소공정이 연속적으로 수행될 수 있어 흡착제의 보관 및 이동이 필요 없고, 또한, 연소기에 가열공기와 휘발성 유기화합물을 보조 연료로 제공하므로 경제적이며 효율적이다.

Description

휘발성 유기화합물 처리장치 및 방법{Equipment and method for processing volatile organic compound}
본 발명은 휘발성 유기화합물 처리장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 공장에서 발생되는 휘발성 유기화합물의 흡착, 냉각, 탈착을 연속적으로 수행하여 이를 에너지화 함과 동시에 연소기 효율을 높일 수 있는 휘발성 유기화합물 처리장치 및 방법에 관한 것이다.
휘발성 유기화합물은 중금속과 함께 특정 대기유해물질에 속하는 물질이다. 이를 HAPs (Hazardous Air Pollutants)라 하는데 미국에서는 189개 물질을, 국내에서는 가장 많이 사용하고 있는 휘발성 유기화합물인 톨루엔을 포함하여 48개 물질을 선정하여 규제하고 있다.
기존에 휘발성 유기화합물을 처리하는 기술로는 열산화, 촉매산화, 농축산화, 미생물처리 방법이 있다. 열산화 처리기술은 열회수 방법에 따라 크게 열회수산화 (recuperative thermal oxidation), 열재생산화 (regenerative thermal oxidation)로 나누어진다.
촉매산화 역시 열회수 방법에 따라 두 가지 형태 (recuperative/ regenerative catalytic oxidation)로 나누어진다. 이들 기술들은 열을 사용하므로 운전이 연속적으로 이루어지는 대형공장에 적합하다.
농축산화는 활성탄이나 지올라이트를 이용한 농축과 농축된 휘발성 유기화합물의 산화이다. 미생물을 이용한 처리는 배출 휘발성 유기화합물을 미생물을 담지한 필터에 용액을 통과시켜 처리하는 기술이다.
한편, 대체로 단위공장에서 발생되는 휘발성 유기화합물 배출 특성은 풍량 100~300 m3/min 이상, 주요 휘발성 유기화합물은 톨루엔, 이소프로필알콜, 메틸에틸케톤 등이며 농도는 100~300 ppm, 운전시간은 약 4 - 10시간/일 이상이다.
현재, 휘발성 유기화합물을 처리하는 기술은 주로 활성탄을 이용한 흡착과 흡착된 활성탄을 재생업체에서 재생하는 것이다. 활성탄과 같은 흡착제를 사용하여 휘발성 유기화합물을 흡착하여 처리하고 흡착이 완료된 흡착제는 수거하여 900℃이상의 고온에서 탈착하고, 스팀으로 재생 (re-activation)하여 다시 중소기업에 공급한다. 이때 약 15 - 30%의 흡착제의 손실이 발생하며 흡착한 휘발성 유기화합물은 재생 시에 에너지의 일부로 사용된다.
대부분의 기업들은 휘발성 유기화합물의 배출기준을 초과한 상태에서도 경제적인 이유로 흡착제를 교체하지 않고 운전하는 일이 빈번하여 실질적인 환경개선 효과가 미미한 형편이다. 따라서 휘발성 유기화합물에 의한 대기환경개선을 위해서는 관리가 절실하다.
한국 출원 10-2011-78438에는 휘발성 유기화합물의 탈착장치가 개시되어 있다. 상기 출원 특허의 탈착장치는 다수의 중소기업들로부터 개별적으로 수거한 흡착제를 탈착하는 장치로서, 이러한 흡착제 수거 시스템은 흡착제의 보관과 운송이 요구된다.
본 발명은 단위공장에서 발생되는 휘발성 유기화합물을 처리하여 대기환경 개선은 물론 이를 에너지화하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 단위공장에서 발생되는 휘발성 유기화합물을 연소기의 에너지원으로 사용하는 고효율 연소시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 흡착제의 보관 및 이동이 필요 없도록 휘발성 유기화합물의 흡착, 냉각, 탈착 및 연소공정이 연속적으로 수행될 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 휘발성 유기화합물 처리장치와 연소기를 유기적으로 결합하여 에너지 효율을 극대화하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 에너지 소모가 많고 자체 에너지 활용도가 낮은 산화처리 기술을 대체하는 휘발성 유기화합물 처리 장치 및 에너지 전환 방법을 제공한다.
본 발명의 하나의 양상은
공정 중 발생되는 휘발성 유기화합물을 흡착 및 탈착하는 농축부 ;
상기 농축부에 공기를 주입하여 농축부를 냉각하고, 상기 농축부에 저온 가열 공기를 주입하여 휘발성 유기화합물을 탈착시키는 냉각 및 탈착부 ; 및 상기 탈착된 휘발성 유기화합물과 상기 저온 가열공기의 혼합가스를 보조연료 및 공기 공급원으로 사용하는 연소장치를 포함하는 휘발성 유기화합물 처리장치에 관계한다.
다른 양상에서, 본 발명은
(1) 공정 중 발생되는 휘발성 유기화합물을 제 1 농축탑으로 흡착하는 단계 ; (2) 상기 농축탑에 공기를 주입하여 제 2 농축탑을 냉각하는 단계 ; (3) 상기 농축탑에서 유출되는 공기를 열교환기를 이용해 승온시킨 후 이를 제 3 농축탑으로 공급하여 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈착시키는 단계 ; 및 (4) 상기 제 3 농축탑에서 유출되는 공기 및 휘발성 유기화합물의 혼합가스를 연소장치로 공급하여 보조연료로 사용하는 연소단계를 포함하되, 상기 방법은 상기 (1)내지 (3)의 흡착, 냉각 및 탈착 단계를 동시에 연속공정으로 수행하는 휘발성 유기화합물의 처리방법에 관계한다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 본 발명의 하나의 양상은
연소기 ;
상기 연소기로부터 배출되는 폐열로 물을 가열하는 제 1 열교환기 ;
상기 제 1 열교환기에서 발생된 스팀으로 전기를 발생하는 ORC ;
공정 중 발생되는 휘발성 유기화합물을 흡착 및 탈착하는 농축부 ; 및
상기 제 1 열교환기 후단의 폐열로 공기를 가열하여 상기 농축부에 제공하는 제 2 열교환기를 포함하되,
상기 제 2 열교환기에서 가열된 공기는 상기 농축부에 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈착하고, 상기 탈착된 휘발성 유기화합물은 상기 연소기에 보조연료로 제공되고, 상기 유기화합물의 탈착에 사용된 상기 가열공기는 상기 연소기의 공기공급원으로 제공되는 연소 시스템에 관계한다.
본 발명에 의한 휘발성 유기화합물 처리장치는 저온 가열 방식으로 흡착제를 재생하여 이의 손실을 최소화할 수 있다.
본 발명은 연소장치와 휘발성 유기화합물의 처리장치를 하나의 시스템으로 결합시켜 대기환경 개선뿐만 아니라 에너지 효율을 극대화시킬 수 있다.
본 발명은 흡착, 냉각 및 탈착 및 연소공정이 연속적으로 수행될 수 있어 흡착제의 보관 및 이동이 필요 없고, 또한, 연소기에 가열공기와 휘발성 유기화합물을 보조 연료로 제공하므로 경제적이며 효율적이다.
본 발명은 연소기에서 배출되는 폐열로 휘발성 유기화합물을 탈착하고, 탈착된 휘발성 유기화합물과 가열 공기를 연소기의 보조연료 및 공기공급원으로 사용하므로 고효율의 연소시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일구현예에 의한 휘발성 유기화합물 처리장치를 나타내는 개략도이다.
도 2 내지 도 4는 3개의 농축탑에서 흡착, 냉각 및 탈착이 연속적으로 수행되는 것을 보여주는 개략도이다.
도 5는 도 1의 장치에 열교환기가 추가된 것을 보여주는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일구현예에 의한 연소시스템을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일구현예에 의한 폐열 및 휘발성 유기화합물 처리방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일 구현예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일구현예에 의한 휘발성 유기화합물 처리장치를 나타내는 개략도이다. 도 2 내지 도 4는 도 1 장치의 작동을 나타내는 개략도이다. 본 발명의 일구현예에 의한 탈착장치를 나타내는 개략 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일구현예 따른 휘발성 유기화합물 처리장치는 농축부(10), 냉각 및 탈착장치(20) 및 연소장치(30)를 포함한다.
본 발명은 연소장치(30)와 휘발성 유기화합물의 처리장치(10, 20)를 하나의 시스템으로 결합시켜 대기오염 방지 및 연소기의 연소 효율을 높인다.
상기 농축부(10)는 공정 중 발생되는 휘발성 유기화합물을 흡착하는 장치이다. 또한, 상기 농축부(10)는 휘발성 유기화합물을 소정 농도로 농축한 후 냉각 및 탈착을 한다.
상기 농축부(10)는 3개 이상의 농축탑을 포함할 수 있다.
상기 농축부(10)는 3개 이상의 농축탑(11, 12, 13)을 포함하여 휘발성 유기화합물의 흡착, 냉각 및 탈착을 동시에 수행할 수 있다. 즉, 어느 하나 이상의 농축탑에서는 휘발성 유기화합물이 흡착되고, 다른 어느 하나 이상의 농축탑은 냉각되고, 및 또 다른 어느 하나 이상의 농축탑은 휘발성 유기화합물이 탈착될 수 있다.
상기 각각의 농축탑(11, 12, 13)은 흡착, 냉각 및 탈착이 소정 조건에 따라 순차로 수행될 수 있다.
상기 농축탑(11, 12, 13)은 공지된 휘발성 유기화합물 흡착 장치를 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 농축탑(11, 12, 13)은 내부에 활성탄 등 흡착제를 구비하여 휘발성 유기화합물을 흡착할 수 있다. 상기 농축탑은 흡착제가 설치되는 영역의 단면이 입구 및 출구보다 큰 것이 바람직하다.
도 2를 참고하면, 농축탑 11은 흡착을 수행하고, 농축탑 12는 외부 공기에 의해 냉각되고, 농축탑 13은 저온 가열 공기에 의해 휘발성 유기화합물을 탈착한다.
도 3을 참고하면, 농축탑 11은 외부 공기에 의해 냉각되고, 농축탑 12는 휘발성 유기화합물을 탈착하고, 농축탑 13은 휘발성 유기화합물을 흡착한다.
도 4를 참고하면, 농축탑 11은 탈착을 수행하고, 농축탑 12는 휘발성 유기화합물을 흡착하고, 농축탑 13은 외부 공기에 의해 냉각된다.
도 2 내지 도 4과 같이, 본 발명의 농축탑(11, 12, 13)은 흡착된 휘발성 유기화합물의 농도, 가동 시간, 휘발성 유기화합물 주입량 등 조건에 따라 흡착에서 냉각, 냉각에서 탈착, 탈착에서 흡착 공정으로 전환될 수 있다.
상기 냉각 및 탈착부(20)는 상기 농축부에 공기를 주입하여 농축부를 냉각하고, 상기 농축부에 저온 가열 공기를 주입하여 휘발성 유기화합물을 탈착시킨다.
도 2를 참고하면, 상기 냉각 및 탈착부(20)는 상기 농축부에 공기를 주입하는 공기 공급장치(21) 및 상기 농축부에서 가열되어 배출되는 공기의 온도를 100 ~ 200 ℃로 승온시키는 열교환기(22)를 포함한다.
상기 공기공급 장치(21)는 송풍기 등을 사용할 수 있고, 주입된 공기에 의해 농축탑(12) 내부가 냉각되며, 반대로 상기 주입 공기는 예열된다.
상기 열교환기(22)는 상기 연소장치(10)에서 발생되는 폐열을 에너지원으로 할 수 있다. 상기 열교환기(22)는 상기 폐열을 이용하여 상기 농축탑(12)부에서 배출되는 공기를 가열하고, 가열된 저온 가열공기를 농축탑(13)에 제공한다.
상기 저온 가열 공기는 종래 활성탄 재생에서 사용되어지는 탈착온도인 900 ~ 1,000 ℃보다 상대적으로 저온인 공기를 나타낸다.
상기 열교환기(22)는 상기 저온 가열공기의 온도를 100 ~ 200 ℃, 바람직하게는 150 ~ 200 ℃로 조절하여 농축탑(13)에 제공하여 휘발성 유기화합물을 탈착한다.
상기 냉각 및 탈착장치(20)는 농축탑(13)에 공급하는 상기 저온 가열 공기량의 주입량을 제어하여 상기 휘발성 유기화합물의 농도를 폭발하한농도 (LEL: Lower Explosion Limit)의 50% 미만으로 조절할 수 있다.
상기 연소장치(30)는 탈착된 휘발성 유기화합물과 상기 저온 가열공기의 혼합가스를 보조연료 및 공기 공급원으로 사용한다.
상기 연소장치(30)는 주연료 공급부(31), 제 1 공기 공급부(32) 및 버너(미도시)를 포함하고, 상기 제 1 공기 공급부에는 상기 혼합가스가 주입될 수 있다.
본 발명에서는 상기 농축탑(13)를 통해 배출되는 휘발성 유기화합물과 저온 가열공기를 '혼합가스'로 나타낸다. 상기 혼합가스는 이송배관을 통해 연소장치(30)로 보내지며, 여기서 상기 혼합가스는 상기 연소장치의 연소용 공기 공급원이 될 수 있다. 즉, 상기 혼합가스 중 대부분(예를 들면, 휘발성 유기화합물의 농도가 0.3%로 배출되면 공기의 농도는 99.7%임)을 차지하는 저온 가열공기가 연소장치(30)에 공급되므로 상기 연소장치는 별도의 공기 공급원이 필요치 않거나 일부를 대체할 수 있다.
상기 혼합가스는 상기 연소장치 표면과 접촉하여 열교환된 후 상기 연소장치로 공급될 수 있다. 연소장치와의 열교환은 공지된 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 상기 혼합가스를 이송하는 배관을 상기 연소장치 표면을 따라 코일식으로 형성하거나 상기 연소장치 표면 상에 혼합가스가 소정 시간 체류할 수 있는 공간을 형성할 수 있다.
본 발명에서는 상기 혼합가스 중 휘발성 유기화합물은 연소장치의 보조연료로 사용된다. 상기 연소장치의 주연료는 메탄가스, 프로판 가스 등이 될 수 있다.
상기 연소장치의 보조연료로 사용되는 휘발성 유기화합물은 약 6,500-10,000 kcal/Kg 정도의 발열량을 나타내므로 연료로 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 휘발성 유기화합물을 폭발하한까지 농축하는 경우 150 kcal/m3의 에너지를 갖는 가스를 만들 수 있어 에너지화가 가능하다.
상기 연소장치(30)는 외부 공기를 버너에 직접 공급하는 제 2 공기 공급부(33) 및 상기 제 1 공기 공급부 내의 공기 유량 및 휘발성 유기화합물의 농도를 측정하는 감지부(미도시)를 추가로 구비할 수 있다. 상기 연소장치(30)는 상기 감지부에 의해 측정된 공기 유량, 휘발성 유기화합물의 농도와 주연료 공급부에 주입되는 연료의 양에 따라 상기 제 2 공기 공급부에 주입되는 공기 유량을 제어할 수 있다.
본 발명의 장치는 상기 연소장치(30)과 열교환기(22) 사이에 열교환기(40)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 열교환기(40)는 다양한 용도로 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 열교환기(40)는 상기 연소장치에서 배출되는 고온의 폐열을 이용하여 물을 스팀으로 변환시킬 수 있다.
상기 열교환기(40) 후단에는 상기 제 1 열교환기에서 발생된 스팀으로 전기를 발생하는 ORC(유기랭킨사이클, Organic Rankine Cycle)(50)을 포함할 수 있다.
상기 ORC(50) 후단에는 배출되는 스팀을 수용하는 수축조(미도시)를 구비하고, 상기 수축조 후단에는 스팀을 열원으로 사용하는 난방기, 냉방기 또는 서브 ORC가 연결될 수 있다.
다른 양상에서 본 발명은 휘발성 유기화합물의 흡착, 냉각 및 탈착 공정과 연소공정을 연속공정으로 수행한다.
본 발명의 방법은 휘발성 유기화합물을 처리하는 단계 및 상기 휘발성 유기화합물을 연소기에서 연소하는 공정을 포함한다.
상기 휘발성 유기화합물을 처리하는 단계는 흡착, 냉각 및 탈착단계를 포함한다. 상기 처리 단계는 흡착, 냉각 및 탈착 단계를 동시에 연속공정으로 수행한다.
상기 흡착단계는 공정 중 발생되는 휘발성 유기화합물을 제 1 농축탑으로 흡착하는 단계이다.
상기 냉각단계는 공기를 주입하여 제 2 농축탑을 냉각하는 단계이다.
상기 탈착단계는 상기 제 2 농축탑에서 유출되는 공기를 열교환기를 이용해 승온시킨 후 이를 제 3 농축탑으로 공급하여 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈착시키는 단계이다.
상기 제 1 농축탑 내지 제 3 농축탑은 각각 하나 이상의 농축탑으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 농축탑 내지 제 3 농축탑은 각각 상기 흡착 단계, 냉각 단계 및 탈착 단계를 소정 조건에 따라 순차로 전환하여 수행할 수 있다.
상기 방법은 흡착 농도, 반응온도, 휘발성 유기화합물의 공급량 등의 조건을 고려하여 흡착에서 냉각, 냉각에서 탈착, 탈착에서 흡착 단계로 공정을 전환시킬 수 있다.
상기 방법은 앞에서 상술한 유기화합물의 처리 장치를 참고할 수 있다.
다른 양상에서 본 발명은
3개 이상의 농축탑을 포함하여 휘발성 유기화합물이 흡착 및 탈착되는 농축부 ; 상기 농축부에 공기를 주입하여 농축부를 냉각하고, 상기 농축부에 저온 가열 공기를 주입하여 휘발성 유기화합물을 탈착시키는 냉각 및 탈착부를 포함하되,
어느 하나 이상의 농축탑에서는 휘발성 유기화합물이 흡착되고, 다른 어느 하나 이상의 농축탑은 냉각되고, 및 또 다른 어느 하나 이상의 농축탑은 휘발성 유기화합물이 탈착되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리장치에 관계한다.
상기 농축부는 휘발성 유기화합물의 흡착, 냉각 및 탈착을 동시에 수행한다.
상기 농축부에 대해서는 앞에서 상술한 상기 휘발성 유기화합물 처리장치의 농축부를 참고할 수 있다.
다른 양상에서, 본 발명은 고효율 연소시스템에 관계한다.
도 6은 본 발명의 일구현예에 의한 고효율 연소시스템을 나타낸다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일구현예 따른 연소시스템은 연소기(110), 제 1 열교환기(120), ORC(130), 농축부(140) 및 제 2 열교환기(150)를 포함한다.
본 발명은 연소기(110)와 휘발성 유기화합물의 처리장치(140)를 하나의 시스템으로 결합시켜 대기오염 방지 및 연소기의 연소 효율을 높인다.
상기 연소기(110)는 탈착된 휘발성 유기화합물을 보조연료로 사용할 수 있다. 또한, 유기화합물의 탈착에 사용된 가열공기는 상기 연소기의 공기공급원으로 제공될 수 있다.
상기 연소기(110)는 주연료 공급부(131), 제 1 공기 공급부(132) 및 버너(미도시)를 포함하고, 상기 제 1 공기 공급부에는 상기 농축부에서 배출되는 가열공기 및 탈착된 휘발성 유기화합물이 주입될 수 있다.
본 발명에서는 상기 농축부(140)를 통해 배출되는 휘발성 유기화합물과 가열공기를 '혼합가스'로 나타낸다. 상기 혼합가스는 이송배관을 통해 연소기(110)로 보내진다. 상기 혼합가스 중 대부분(예를 들면, 휘발성 유기화합물의 농도가 0.3%로 배출되면 공기의 농도는 99.7%임)을 차지하는 가열공기가 연소기(110)에 공급되므로 상기 연소기는 별도의 공기 공급원이 필요치 않거나 일부를 대체할 수 있다.
상기 혼합가스는 상기 연소기 표면과 접촉하여 열교환된 후 상기 연소기로 공급될 수 있다. 연소기와의 열교환은 공지된 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 상기 혼합가스를 이송하는 배관을 상기 연소기 표면을 따라 코일식으로 형성하거나 상기 연소기 표면상에 혼합가스가 소정 시간 체류할 수 있는 공간을 형성할 수 있다.
상기 탈착된 휘발성 유기화합물은 연소기의 보조연료로 사용된다. 상기 연소기의 주연료는 메탄가스, 프로판 가스 등이 될 수 있다.
상기 연소기의 보조연료로 사용되는 휘발성 유기화합물은 약 6,500~10,000 kcal/Kg 정도의 발열량을 나타내므로 연료로 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 휘발성 유기화합물을 폭발하한까지 농축하는 경우 150 kcal/m3의 에너지를 갖는 가스를 만들 수 있어 에너지화가 가능하다.
상기 연소기(110)는 외부 공기를 버너에 직접 공급하는 제 2 공기 공급부(113) 및 상기 제 1 공기 공급부 내의 공기 유량 및 휘발성 유기화합물의 농도를 측정하는 감지부(미도시)를 추가로 구비할 수 있다. 상기 연소기(110)는 상기 감지부에 의해 측정된 공기 유량, 휘발성 유기화합물의 농도와 주연료 공급부에 주입되는 연료의 양에 따라 상기 제 2 공기 공급부에 주입되는 공기 유량을 제어할 수 있다.
상기 제 1 열교환기(120)는 상기 연소기로부터 배출되는 폐열로 물을 가열하여 스팀을 발생시킨다.
상기 제 1 열교환기(120) 후단에는 상기 제 1 열교환기에서 발생된 스팀으로 전기를 발생하는 ORC(유기랭킨사이클, Organic Rankine Cycle)(130)을 포함할 수 있다. 상기 ORC 시스템은 공지된 시스템을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 상기 ORC 시스템은 증발기, 터빈, 응축기 및 펌프 순으로 사이클이 구성되고, 상기 증발기 전 후방에 각각 예열기와 과열기가 구비될 수 있다. ORC는 유기매체를 작동유체로 사용하는 랭킨사이클(Rankin Cycle)로서 비교적 저온의 온도 범위 (60 ～ 200 ℃)의 열원을 회수하여 전기를 생산할 수 있게 된다.
상기 ORC(130) 시스템 후단에는 배출되는 스팀을 수용하는 수축조(31)를 구비하고, 상기 수축조 후단에는 스팀을 열원으로 사용하는 난방기, 냉방기 또는 서브 ORC가 연결될 수 있다.
상기 농축부(140)는 공정 중 발생되는 휘발성 유기화합물을 흡착하는 장치이다. 또한, 상기 농축부(140)는 휘발성 유기화합물을 소정 농도로 농축한 후 냉각 및 탈착을 한다.
상기 농축부(140)는 3개 이상의 농축탑을 포함할 수 있다.
상기 농축부(140)는 3개 이상의 농축탑(141, 142, 143)을 포함하여 휘발성 유기화합물의 흡착, 냉각 및 탈착을 동시에 수행할 수 있다. 즉, 어느 하나 이상의 농축탑에서는 휘발성 유기화합물이 흡착되고, 다른 어느 하나 이상의 농축탑은 냉각되고, 및 또 다른 어느 하나 이상의 농축탑은 휘발성 유기화합물이 탈착될 수 있다.
상기 각각의 농축탑(141, 142, 143)은 흡착, 냉각 및 탈착이 소정 조건에 따라 순차로 수행될 수 있다.
상기 농축탑(141, 142, 143)은 공지된 휘발성 유기화합물 흡착 장치를 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 농축탑(141, 142, 143)은 내부에 활성탄 등 흡착제를 구비하여 휘발성 유기화합물을 흡착할 수 있다. 상기 농축탑은 흡착제가 설치되는 영역의 단면이 입구 및 출구보다 큰 것이 바람직하다.
도 6을 참고하면, 농축탑 43은 흡착을 수행하고, 농축탑 42는 가열 공기에 의해 휘발성 유기화합물을 탈착하고, 농축탑 41은 외부 공기에 의해 냉각된다.
본 발명의 농축탑(41, 42, 43)은 흡착된 휘발성 유기화합물의 농도, 가동 시간, 휘발성 유기화합물 주입량 등 조건에 따라 흡착에서 냉각, 냉각에서 탈착, 탈착에서 흡착 공정으로 전환될 수 있다.
상기 제 2 열교환기(50)는 상기 제 1 열교환기 후단의 폐열로 공기를 가열하여 상기 농축부에 제공한다.
상기 제 2 열교환기에서는 공기의 온도를 100 ~ 200 ℃로 승온시킬 수 있다.
상기 공기는 흡착 완료된 농축탑에 주입되어 예열된 후 상기 2 열교환기(150)에 제공될 수 있다.
상기 공기는 공기공급 장치, 예를 들면, 송풍기를 이용하여 흡착이 완료된 농축탑(141)에 주입되고, 그 결과 농축탑(141) 내부는 냉각되고 반대로 상기 주입 공기는 예열된다.
상기 제 2 열교환기(150)에서 가열된 공기는 상기 농축부에 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈착하고, 상기 탈착된 휘발성 유기화합물은 상기 연소기에 보조연료로 제공된다. 또한, 상기 유기화합물의 탈착에 사용된 상기 가열공기는 상기 연소기의 공기공급원으로 제공된다.
본 발명은 휘발성 유기화합물의 흡착, 냉각, 탈착 장치와 상기 탈착단계에서 배출되는 혼합가스를 연소기에 공급하여 연소시키는 단계가 연속공정으로 수행되므로 고효율의 연소시스템을 제공한다. 또한, 본 발명은 연소기에서 발생되는 폐열을 최대한 회수하는 시스템을 제공한다.
도 7는 본 발명의 일구현예에 의한 폐열 및 휘발성 유기화합물 처리방법을 나타내는 순서도이다. 도 7를 참고하면, 본 발명은 연소기 후단에서 배출되는 폐열을 이용해 전기를 생산하는 단계(S10), 공기를 가열하는 단계(S20), 휘발성 유기화합물을 탈착하는 단계(S30) 및 탈착단계에서 발생되는 혼합가스를 연소기 보조원료 및 공기공급원으로 사용하는 단계(S40)가 연속공정으로 수행된다.
상기 전기를 발생하는 단계(S10)는 연소기에서 발생되는 폐열을 제 1 열교환기에 주입하여 물을 스팀화하는 단계 및 상기 스팀으로 전기를 발생하는 단계를 포함한다.
예를 들면, 상기 연소기(110)에서 발생되는 폐열의 온도가 약 850 ℃ 정도이면 제 1 열교환기(120)를 이용하여 물을 증기화할 수 있다. 이어서, 발생된 스팀은 발전기, 예를 들면, ORC(130)를 구동시켜 전기를 생산할 수 있다.
상기 공기가열 단계(S20)는 상기 제 1 열교환기에서 배출되는 폐열로 제 2 열교환기에서 공기를 가열한다.
예를 들면, 상기 제 1 열교환기 후단에 배출되는 폐열 온도가 350 ~ 400 ℃ 범위일 수 있으며, 이를 이용해 상기 제 2 열교환기에서 공기를 를 100 ~ 200 ℃로 승온시킬 수 있다.
상기 휘발성 유기화합물 탈착단계(S30)는 상기 제 2 열교환기에서 가열된 공기를 휘발성 유기화합물의 농축부, 도 1에서는 농축탑 42에 제공하여 탈착한다.
상기 농축부는 3개 이상의 농축탑(141, 142, 143)을 포함하여 휘발성 유기화합물의 흡착, 냉각 및 탈착을 동시에 수행할 수 있다.
도 6을 참고하면, 상기 흡착단계는 공정 중 발생되는 휘발성 유기화합물을 어느 하나의 농축탑(143)으로 흡착하는 단계이다.
상기 냉각단계는 공기를 주입하여 어느 하나의 농축탑(141)을 냉각하는 단계이다.
상기 탈착단계는 상기 농축탑(141)에서 유출되는 공기를 열교환기를 이용해 승온시킨 후 이를 어느 하나의 농축탑(142)으로 공급하여 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈착시키는 단계이다.
상기 제 1 농축탑 내지 제 3 농축탑은 각각 하나 이상의 농축탑으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 농축탑 내지 제 3 농축탑은 각각 상기 흡착 단계, 냉각 단계 및 탈착 단계를 소정 조건에 따라 순차로 전환하여 수행할 수 있다.
상기 방법은 흡착 농도, 반응온도, 휘발성 유기화합물의 공급량 등의 조건을 고려하여 흡착에서 냉각, 냉각에서 탈착, 탈착에서 흡착 단계로 공정을 전환시킬 수 있다.
상기 혼합가스 제공단계(S40)는 상기 농축부에서 배출되는 상기 가열공기와 탈착된 휘발성 유기화합물의 혼합가스를 상기 연소기에 보조연료 및 공기공급원으로 제공한다.
본 발명은 휘발성 유기화합물의 흡착, 냉각, 탈착 단계와 상기 탈착단계에서 배출되는 혼합가스를 연소기에 공급하여 연소시키는 단계가 연속공정으로 수행되므로 효율적이다.
상기 방법은 앞에서 상술한 연소 시스템을 참고할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 예로 들어 상세하게 설명하였으나, 이러한 설명은 단순히 본 발명의 예시적인 실시예를 설명 및 개시하는 것이다. 당업자는 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어남이 없이 상기 설명 및 첨부 도면으로부터 다양한 변경, 수정 및 변형예가 가능함을 용이하게 인식할 것이다.
10 : 농축부 20 : 냉각 및 탈착 장치
30 : 연소장치 11, 12, 13 : 농축탑
21 : 공기공급 자치 22 : 열교환기
40 : 열교환기 50 : ORC(유기랭킨 사이클)

Claims (20)

  1. 공정 중 발생되는 휘발성 유기화합물을 흡착 및 탈착하는 농축부 ;
    상기 농축부에 공기를 주입하여 농축부를 냉각하고, 상기 농축부에 저온 가열 공기를 주입하여 휘발성 유기화합물을 탈착시키는 냉각 및 탈착부 ; 및
    상기 탈착된 휘발성 유기화합물과 상기 저온 가열공기의 혼합가스를보조연료 및 공기 공급원으로 사용하는 연소장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 농축부는 3개 이상의 농축탑을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 농축부는 휘발성 유기화합물의 흡착, 냉각 및 탈착을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리장치.
  4. 제 2항에 있어서, 어느 하나 이상의 농축탑에서는 휘발성 유기화합물이 흡착되고, 다른 어느 하나 이상의 농축탑은 냉각되고, 및 또 다른 어느 하나 이상의 농축탑은 휘발성 유기화합물이 탈착되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 각각의 농축탑은 흡착, 냉각 및 탈착이 소정 조건에 따라 순차로 수행되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 냉각 및 탈착부는 상기 농축부에 공기를 주입하는 송풍기 및 상기 농축부에서 가열되어 배출되는 공기의 온도를 100~200℃로 승온시키는 열교환기를 포함하고,
    상기 열교환기는 상기 연소장치에서 발생되는 폐열을 에너지원으로 하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 연소장치는 주연료 공급부, 제 1 공기 공급부 및 버너를 포함하고, 상기 제 1 공기 공급부에는 상기 혼합가스가 주입되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 혼합가스는 상기 연소장치 표면과 접촉하여 열교환된 후 상기 연소장치로 공급되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 냉각 및 탈착장치는 상기 저온 가열 공기량의 주입량을 제어하여 상기 휘발성 유기화합물의 농도를 폭발하한농도(LEL: Lower Explosion Limit)의 50% 미만으로 조절하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리장치.
  10. 3개 이상의 농축탑을 포함하여 휘발성 유기화합물이 흡착 및 탈착되는 농축부 ;
    상기 농축부에 공기를 주입하여 농축부를 냉각하고, 상기 농축부에 저온 가열 공기를 주입하여 휘발성 유기화합물을 탈착시키는 냉각 및 탈착부를 포함하되,
    어느 하나 이상의 농축탑에서는 휘발성 유기화합물이 흡착되고, 다른 어느 하나 이상의 농축탑은 냉각되고, 및 또 다른 어느 하나 이상의 농축탑은 휘발성 유기화합물이 탈착되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리장치.
  11. (1) 공정 중 발생되는 휘발성 유기화합물을 제 1 농축탑으로 흡착하는 단계 ;
    (2) 공기를 주입하여 제 2 농축탑을 냉각하는 단계 ;
    (3) 상기 제 2 농축탑에서 유출되는 공기를 열교환기를 이용해 승온시킨 후 이를 제 3 농축탑으로 공급하여 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈착시키는 단계 ;
    (4) 상기 제 3 농축탑에서 유출되는 공기 및 휘발성 유기화합물의 혼합가스를 연소장치로 공급하여 보조연료로 사용하는 연소단계를 포함하되,
    상기 방법은 상기 (1)내지 (3)의 흡착, 냉각 및 탈착 단계를 동시에 연속공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물의 처리방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제 1 농축탑 내지 제 3 농축탑은 각각 상기 흡착 단계, 냉각 단계 및 탈착 단계를 소정 조건에 따라 순차로 수행하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 조건은 흡착 농도, 반응온도, 휘발성 유기화합물의 공급량을 고려하여 흡착에서 냉각, 냉각에서 탈착, 탈착에서 흡착 단계로 전환시키는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 처리방법.
  14. 연소기 ;
    상기 연소기로부터 배출되는 폐열로 물을 가열하는 제 1 열교환기 ;
    상기 제 1 열교환기에서 발생된 스팀으로 전기를 발생하는 ORC ;
    공정 중 발생되는 휘발성 유기화합물을 흡착 및 탈착하는 농축부 ; 및
    상기 제 1 열교환기 후단의 폐열로 공기를 가열하여 상기 농축부에 제공하는 제 2 열교환기를 포함하되,
    상기 제 2 열교환기에서 가열된 공기는 상기 농축부에 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈착하고, 상기 탈착된 휘발성 유기화합물은 상기 연소기에 보조연료로 제공되고, 상기 유기화합물의 탈착에 사용된 상기 가열공기는 상기 연소기의 공기공급원으로 제공되는 것을 특징으로 하는 연소 시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 연소기는 ORC 후단으로 배출되는 스팀을 수용하는 수축조를 구비하고, 상기 수축조 후단에는 스팀을 열원으로 사용하는 난방기, 냉반기 또는 서브 ORC를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 시스템.
  16. 제 14에 있어서, 상기 농축부는 3개 이상의 농축탑을 포함하여 휘발성 유기화합물의 흡착, 냉각 및 탈착을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 연소 시스템.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 공기는 흡착완료된 농축탑에 주입되어 예열된 후 2 열교환기에 제공되는 것을 특징으로 하는 연소 시스템.
  18. 제 14에 있어서, 상기 제 2 열교환기에서 가열된 공기는 100~200℃의 온도 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 연소 시스템.
  19. 제 14항에 있어서, 상기 연소기는 주연료 공급부, 제 1 공기 공급부 및 버너를 포함하고, 상기 제 1 공기 공급부에는 상기 농축부에서 배출되는 가열공기 및 탈착된 휘발성 유기화합물이 주입되는 것을 특징으로 하는 연소 시스템.
  20. 제 14항에 있어서, 상기 농축부에서 배출되는 가열공기 및 탈착된 휘발성 유기화합물의 혼합가스는 상기 연소기 표면과 접촉하여 열교환된 후 상기 연소기로 공급되는 것을 특징으로 하는 연소 시스템.
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