KR20150142803A - 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법 - Google Patents

마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법 Download PDF

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Abstract

마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법이 개시된다. 본 발명은 마이크로웨이브를 이용하여 가열한 가열체를 통하여 유해가스를 제거할 수 있는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 산업 폐가스 정화방법은 산업 폐가스를 집진처리하는 집진단계, 집진된 산업 폐가스를 필터에 통과시켜 입자상 물질을 제거하는 단계, 입자상 물질이 제거된 산업 폐가스를 제거장치의 고온발열체에 관통시켜서, 휘발성유기화합물질을 열분해 제거하는 단계 및 상기 휘발성유기화합물질이 열분해 제거된 산업 폐가스를 가성소다 또는 암모니아가 투입된 집진기에 유입시켜 무기물질을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법 {Purifying method for industrial waste gas using microwave}
본 발명은 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마이크로웨이브를 이용하여 가열한 가열재를 통하여 유해가스를 제거할 수 있는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법에 관한 것이다.
일반적으로, 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds ; 이하 VOCs)은 지방족화합물(파라핀계, 올레핀계 탄화수소 등)과 방향족 화합물(벤젠, 톨루엔, 크실렌, 탄화수소 등), 암모니아, 알코올, 알데히드, 케톤, 에테르 등의 질소, 산소 원소를 포함하거나 클로로포름(Chloroform), 트리클로로에틸렌(Trichroloethylene) 등의 할로겐원소를 포함하는 화합물 등을 포함한 탄화수소의 총칭이다. VOCs는 대기 중에 배출되어 광화학 반응에 의해 광화학옥시던트를 생성하고 그로 인해 대기오염을 야기시켜 유무형 피해를 가져오는 것으로 알려져 있다.
VOCs를 경제적이고 효과적으로 제어하기 위해서는 적절한 방지기술의 선정이 중요하며, 회수/재사용 및 분해기술이 널리 알려져 있다. 배출되는 VOCs가 단일배출구에서 높은 농도로 배출되고 경제성이 있다면 회수 시설을 설치하는 것이 바람직하고, 단일물질이 아닌 혼합물질이나 유해물질인 경우 또는 회수가치가 없을 때에는 회수시설보다도 분해시설을 설치해야 된다.
VOCs의 회수방법으로는 흡착(adsorption), 세정(scrubbing), 저온응축(cryogenic condensation)이 있고, 분해방법으로는 열 소각(thermal oxidation), 촉매소각(catalytic oxidation), 생물여과(bio filtration) 기술이 있다.
종래 기술 중 한국등록특허 제10-1311269호에는 에너지 절감형 휘발성유기화합물 제거장치 및 이를 이용한 휘발성유기화합물 제거방법이 개시되어 있다.
일반적인 회수 방법 중 가장 많이 사용되고 있는 흡착법은 오염물질의 제거효율이 높고, 저농도 배출가스 제어가 쉬우며, 공정상 생성물의 회수가 가능하면서 공정변경 시 제어 및 대응이 우수하다는 장점이 있다. 그러나 흡착제 재생에서 발생되는 폐수, 재생횟수 증가에 따른 흡착능력 감소, 운전비 증가, 설치에 필요한 큰 대지 등의 단점을 갖고 있다. 흡착제의 흡착ㆍ재생방식은 온도차에 의한 TSA(thermal swing adsorption)방법을 사용하는데 열매체(steam, hot air)의 가열을 위한 장치를 준비해야 하고, 반응기의 국부적인 온도 편차를 줄이기 위해 고온에서 가열해야 하며, 재생 후 흡착제의 수분을 제거하기 위한 열소비 등 에너지 비용이 크다는 중요한 문제점을 안고 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 마이크로웨이브와 고열발열체를 접목하여 개발한 마이크로웨이브 장치를 이용하여 기존의 대기오염방지시설의 문제점인 과도한 전력사용억제와 장치의 유지보수 체계의 간소화를 동시에 달성시켜 대기오염방지시설의 경제성을 향상시키고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명의 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법은, 산업 폐가스를 집진처리하는 집진단계, 집진된 산업 폐가스를 필터에 통과시켜 입자상 물질을 제거하는 단계, 입자상 물질이 제거된 산업 폐가스를 제거장치의 고온발열체에 관통시켜서, 휘발성유기화합물질을 열분해 제거하는 단계 및 상기 휘발성유기화합물질이 열분해 제거된 산업 폐가스를 가성소다 또는 암모니아가 투입된 집진기에 유입시켜 무기물질을 제거하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법의 상기 열분해 제거하는 단계는 상기 고온발열체에 0.3 ~ 30 GHz의 마이크로웨이브를 조사하여 상기 고온발열체를 400 ~ 1000℃로 가열시켜서 상기 휘발성유기화합물질을 제거할 수 있다.
바람직하게는, 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법의 상기 휘발성유기화합물질은 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 에틸벤젠(ethyl benzene), 자일렌(xylene) 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법의 상기 제거장치는 산업 폐가스가 유입되는 유입구와 배출구가 구비된 반응 케이스, 상기 반응 케이스 내부에 설치되고 상기 산업 폐가스에 고온의 열원을 제공하는 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어진 고온발열체, 상기 고온발열체에 마이크로웨이브를 조사하여 고온발열체를 발열시키는 복수개의 마그네트론, 상기 반응 케이스의 유입구에 설치되어 상기 산업 폐가스의 유량을 조절하는 블로워, 상기 고온발열체 내부에 구비되며, 상기 산업 폐가스의 유통로에 설치되어 상기 유통로의 온도를 센싱하는 제1온도센서 및 상기 제1온도센서에 의해 감지된 온도를 매개로 상기 블로워를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법의 상기 반응 케이스는 상부에는 상기 마그네트론이 위치하고, 하부에는 상기 제어부가 위치할 수 있다.
바람직하게는, 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법의 상기 고온발열체는 플레이트 형상의 상하 수평부재와 그 사이에 설치되는 복수개의 수직부재로 구성되어, 상기 산업 폐가스의 유통로의 단면이 사각형을 이룰 수 있다.
바람직하게는, 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법의 상기 고온발열체의 외면에는 축열재 및 단열재가 더 구비할 수 있다.
바람직하게는, 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법의 상기 유입구에는 제2온도센서가, 상기 배출구에는 제3온도센서가 설치되고, 제2온도센서 및 제3온도센서의 온도 측정 결과는 상기 제어부로 수신되어, 상기 제어부가 상기 블로워를 제어할 수 있다.
바람직하게는, 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법의 상기 고온발열체는 원통형으로 배열되는 복수개의 가지관으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법의 상기 고온발열체는 상기 가지관을 통과한 가스가 서로 혼합되는 복수개의 혼합공간을 구비할 수 있다.
바람직하게는, 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법의 상기 혼합공간에는 팬이 구비될 수 있다.
바람직하게는, 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법의 상기 제거장치는 30분 이내에 700℃ 이상 온도가 상승할 수 있다.
바람직하게는, 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법은 산업 폐가스 내 휘발성유기화합물질의 제거율이 99.5% 이상일 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법은 산업폐가스 정화에 소요되는 가동 전력을 최소화하여 전력의 사용량을 절감하고, 가스 제거 설비의 유지 및 보수에 소요되는 인적, 물적 자원을 대폭 감소할 수 있다.
(2) 본 발명에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법은 유지관리비용이 과다 발생되는 축열식연소장치(RTO)의 가스, 촉매산화의 촉매, 흡착탑의 활성탄보다 비용을 절감 할 수 있으며 효율적으로 유해가스의 처리도 가능하다.
(3) 본 발명에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법은 도장설비, 소각로, 제철설비, 발전소 등 휘발성유기화합물질 및 악취 등이 발생하는 사업장에 활용 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치의 우측면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치의 좌측면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치의 정면도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 의한 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로웨이브에 의해 가열된 고온발열체의 각 온도별로 승온속도를 측정한 결과이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치의 휘발성유기화합물질 농도별 제거효율을 나타낸 도면이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이 일반적인 회수 방법 중 가장 많이 사용되고 있는 흡착법은 흡착제 재생에서 발생되는 폐수, 재생횟수 증가에 따른 흡착능력 감소, 운전비 증가, 설치에 필요한 큰 대지 등의 단점을 갖고 있다. 흡착제의 흡착ㆍ재생방식은 온도차에 의한 TSA(thermal swing adsorption)방법을 사용하는데 열매체(steam, hot air)의 가열을 위한 장치를 준비해야 하고, 반응기의 국부적인 온도 편차를 줄이기 위해 고온에서 가열해야 하며, 재생 후 흡착제의 수분을 제거하기 위한 열소비 등 에너지 비용이 크다는 중요한 문제점을 안고 있다.
이에 본 발명에서는 청구항 1의 구성, 산업 폐가스를 집진처리하는 집진단계, 집진된 산업 폐가스를 필터에 통과시켜 입자상 물질을 제거하는 단계, 입자상 물질이 제거된 산업 폐가스를 제거장치의 고온발열체에 관통시켜서, 휘발성유기화합물질을 열분해 제거하는 단계 및 상기 휘발성유기화합물질이 열분해 제거된 산업 폐가스를 가성소다 또는 암모니아가 투입된 집진기에 유입시켜 무기물질을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법을 통해 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해, 본 발명에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법은 산업 폐가스 정화에 소요되는 가동 전력을 최소화하여 전력의 사용량을 절감하고, 가스 제거 설비의 유지 및 보수에 소요되는 인적, 물적 자원을 대폭 감소할 수 있다. 또한, 유지관리비용이 과다 발생되는 축열식연소장치(RTO)의 가스, 촉매산화의 촉매, 흡착탑의 활성탄보다 비용을 절감할 수 있으며 효율적으로 유해가스의 처리도 가능하다. 게다가, 도장설비, 소각로, 제철설비, 발전소 등 휘발성유기화합물질 및 악취 등이 발생하는 사업장에 활용 가능하다.
먼저 본 발명에서 제공하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법은 집진단계로서 산업현장에서 발생된 산업 폐가스를 집진처리한다.
산업 폐가스는 유해물질인 휘발성유기화합물질(volatile organic compound, VOCs)를 포함할 수 있다. 휘발성유기화합물질은 지방족화합물(파라핀계, 올레핀계 탄화수소 등), 방향족 화합물(벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠 등), 암모니아, 알코올, 알데이드, 케톤, 에테르 등의 질소, 산소 원소를 포함하거나 클로로포름(Chloroform), 트리클로로에틸렌(Trichroloethylene) 등의 할로겐원소 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 에틸벤젠(ethyl benzene), 자일렌(xylene) 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.
다음으로, 집진된 산업 폐가스를 필터에 통과시켜 입자상 물질을 제거한다.
다음으로, 입자상 물질이 제거된 산업 폐가스를 제거장치의 고온발열체에 관통시켜서 휘발성유기화합물질을 열분해 제거한다. 이 때, 상기 고온발열체에 0.3 ~ 30 GHz, 바람직하게는 1 ~ 25 GHz의 마이크로웨이브를 조사하여 상기 고온발열체를 400 ~ 1000℃, 바람직하게는 600 ~ 1000℃, 더욱 바람직하게는 700 ~ 1000℃로 가열하여 상기 휘발성유기화합물질을 제거한다.
제거장치는 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질을 열분해하여 제거하는 장치로서 30분 이내에 700℃ 이상 온도가 상승될 수 있다. 이처럼, 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치는 비교적 짧은 시간에 고온의 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거 환경을 유지할 수 있다. 또한, 휘발성유기화합물질은 고온의 환경에서 제거되기 때문에, 이와 같은 짧은 승온속도는 마이크로웨이브의 승온에 대한 대기시간을 감소시켜 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치에 투입되는 전력소모에 직접적인 저감효과를 준다. 게다가, 제거장치가 700℃ 이상 온도가 상승될 때, 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질의 제거율이 99.5%, 바람직하게는 전부 제거될 수 있다.
마지막으로, 상기 휘발성유기화합물질이 열분해 제거된 산업 폐가스를 가성소다 또는 암모니아가 투입된 집진기에 유입시켜 무기물질을 제거한다.
이와 같은 과정을 통해서, 산업 폐가스는 휘발성유기화합물질과 무기물질이 제거된 가스가 되어 배출될 수 있다.
다음으로, 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질을 마이크로웨이브를 이용하여 열분해 제거하는 제거장치를 설명하는데, 제거장치는 다음과 같은 구성을 가질 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 반응 케이스(10), 고온 발열체(20), 마그네트론(30), 블로워(50)를 구비할 수 있다.
상기 반응 케이스(10)에는 유입관(11)과 배출관(12)이 연결되어 상기 산업 폐가스가 유입관(11)으로 유입된 다음 고열에 반응하여 제거된 다음 배출관(12)으로 배출될 수 있다.
상기 유입관(11)에는 블로워(50)가 연결되어 블로워(50)의 압력에 의해 산업 폐가스가 유통로(20a)를 이동하게 될 수 있다.
상기 블로워(50)에는 산업 폐가스가 수집되어 이동되는 수집관(11a)에 연결되고, 이를 흡입하여 유입관(11)을 통하여 반응 케이스(10)의 고온 발열체(20) 쪽으로 공급될 수 있다.
상기 고온 발열체(20)는 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어질 수 있다. 상기 고온 발열체(20)는 편편한 플레이트 형상의 상하부 플레이트(21)와 상기 상하부 플레이트(21) 사이에 수직 플레이트(22)가 수직으로 세워져 산업 폐가스의 유통로(20a)가 형성될 수 있다. 따라서, 상기 상하부 플레이트(21)와 수직 플레이트(22)에 의해 단면이 직사각형 형태의 산업 폐가스 유통로(20a)가 형성될 수 있다. 상기 고온 발열체(20)의 외면에는 보온재(23)가 채워지도록 구비되어 열효율을 극대화시킬 수 있다.
본 발명에서 사용된 실리콘 카바이드(Silicon Carbride, SiC)는 고순도의 탄화규소를 주원료로, 고온 재결정을 통하여 만들어진 봉 모양 혹은 관(pipe) 모양의 비금속 전기 발열체일 수 있다. 최대 발열체의 표면온도는 1,600 ℃ 까지 사용할 수 있다. 공업용으로 사용할 경우에는 500 ~ 1,600 ℃, 바람직하게는 600 ~ 1500 ℃사이의 로내 분위기에서 사용할 수 있으며, 진공인 경우에는 11,200 ℃(1/1000 Torr)까지 사용 가능할 수 있다. 단위면적당 발열량이 니크롬선 등의 금속발열체보다 5 ~ 10배 높으며 화학적으로는 안정되어 있고, 기체나 액체연료에 비해 대기오염, 소음공해가 없는 환경에 좋은 열원이다. 세라믹스의 가열, 범랑제품, 금속열처리, 유리공업의 온도 상승 시, 금속의 용해나 보온 시, 치과기공소와 실험실, 브레이징로에 사용될 수 있다.
상기 SiC 고온발열체는 소성시간이 1 ~ 3시간으로 신속성이 있고, 승온, 유지, 냉각이 자유로운 가열패턴이 있을 수 있다.
또한, SiC 고온 발열체는 경량 단열재를 사용했기 때문에 상용온도까지 약 2시간 내에 승온 가능한 급속승온이 가능하고, 밑판이 불필요하고 또한 얇은 두께의 세터를 사용하기 때문에 응답이 좋고 효율적이며 안정된 품질이 얻어지는 고효율을 가질 수 있다.
게다가, SiC 고온 발열체는 성형으로부터 소성, 회수에 이르기까지의 자동화 라인의 조립이 쉽고 컴퓨터의 조립에 의해 무인화 가능하여 전자동화가 가능하고, 전력 제어반은 로의 아래쪽에 설치되어 공간을 유효하게 이용할 수 있는 컴팩트한 설계가 가능하며, 로체가 유닛화 되어 증설이나 연장 등이 쉬워 유닛화가 또한 가능할 수 있다.
그리고, 전기로에서는 로내 분위기의 각종 조정이 가능하고, 탄화규소(SiC), 무라이트(수축이 적은 마찰 재료) 등이 적재적소에 사용이 가능할 수 있다.
상기 마그네트론(30)의 반응 케이스(10) 상부에 설치될 수 있다. 통상 복수개의 마그네트론(30)을 설치하되, 용량을 고려하여 설계될 수 있다.
상기 마그네트론(30)에 의해 발생되는 마이크로웨이브는 전자 에너지의 일종으로서 파장이 약 1 mm에서 1 m의 단위로 측정되는 전자파의 총칭이다. 주파수로는 300 MHz에서 300 GHz 사이를 마이크로웨이브로 규정하고 있다. 마이크로웨이브는 현재 사용되는 전파 중에서 파장이 짧고, 빛에 가까운 성질을 겸비하고 있다. 이러한 특성을 이용해서 원격탐지, 레이더, 네비게이션, 스펙트로스코피 등에 널리 응용되고 있다. 마이크로웨이브의 특징은 파장이 조사될 때 금속에 닿으면 완전히 반사되어서 영향을 미치지 않는다. 그러나 비금속인 유전체에 마이크로웨이브가 조사되면, 특성에 대응하여 전자파가 유전체의 내부로 침투하고, 고주파 전계와 자계를 가한다. 유전체의 내부는 양이온과 그 근방에 속박된 음이온, 전자가 서로 상쇄되어 있고, 전계가 “0”인 상태로 되어 있다. 내부에 강한 전계를 가하면 이온과 전자의 쌍이 전계의 방향으로 정렬되고, 전계가 역으로 바뀌면, 이온, 전자쌍의 방향도 역의 배열로 변한다. 이와 같이 분자 내에서 쌍극자의 회전이나 진동이 발생하고, 그 내부 마찰로부터 열이 방생하게 되는데 이러한 가열법을 마이크로웨이브 가열이라 한다. 본 발명에서는 이러한 가열 특성을 사용한다.
상기 블로워(50)는 통상의 블로워를 사용하는 바, 오염된 가스인 산업 폐가스를 흡입하여 상기 유입관(11)으로 유입되도록 압력을 제공할 수 있다. 물론 산업 폐가스는 상기 블로워(50)의 압력에 의해 유통로(20a)를 통과하여 배출관(12)를 통과하여 배출될 수 있다.
상기 블로워(50)의 작동은 패널로 장착된 제어부(40)에 의해 제어될 수 있다. 즉 제어부(40)의 판단에 따라 블로워(50)의 작동 on/off와 회전속도를 제어하여 유입되는 산업 폐가스의 양을 조절하게 된다.
한편, 본 발명의 제2실시예에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치가 도 3 내지 도 6에 도시되어 있다.
상기 제2실시예에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치는 반응 케이스(110)와, 상기 반응 케이스(110) 내부에 설치된 고온 발열체(120)와, 상기 고온 발열체(120)를 발열시키는 마그네트론(130)으로 구성될 수 있다.
상기 반응 케이스(10) 내부에는 고온 발열체(120)가 설치될 수 있다. 고온 발열체(120)는 제1실시예에서와 같이 그 단면을 직사각형으로 할 수도 있고, 원형으로 할 수도 있다. 여기서는 원형의 모양으로 구성하였다.
상기 고온 발열체(120)는 유통로(120a)를 갖는 원통형 파이프 형태로 구비되고, 그 외부에는 보온재(121)가 역시 원통형으로 설치될 수 있다.
도 3을 참고하면, 상기 고온 발열체(120)의 왼쪽에는 유입관(111)이 연결되어 있고, 오른쪽에는 배출관(112)이 연결되어 있다.
상기 유입관(111)은 블로워(150)에 연결되어 있고, 상기 블로워(150)는 제1실시예와 마찬가지로 휘발성유기화합물질 및 산업 폐가스를 이동시키는 압력을 제공하게 된다.
상기 반응 케이스(110) 상부에는 복수개의 마그네트론(130)이 설치되어, 상기 고온 발열체(120)를 마이크로웨이브 가열할 수 있다.
특히, 제2실시예에서는 상기 고온 발열체(120)의 유통로(120a)에 제1온도센서(160)가 설치되어 있고, 상기 유입관(111)에 제2온도센서(170)가 설치되며, 상기 배출관(112)에 제3온도센서(180)가 설치될 수 있다.
상기 제1, 2, 3 온도센서(160,170,180)는 그 감지된 측정 온도 값을 제어부(140)로 송신하고 상기 제어부(140)는 수신된 온도 값들을 연산하여 블로워(150)의 on/off와 회전속도를 제어하게 된다. 이렇게 감지된 온도 값을 따라 블로워(150)를 제어함으로써 산업 폐가스를 효율적으로 완전하게 제거할 수 있게 된다.
한편, 도 7에는 본 발명의 제3실시예에 의한 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 반응 케이스(210), 마그네트론(230), 블로워(250)의 구성은 제1실시예 및/또는 제2실시예와 동일하다. 차이점은 반응 케이스(210) 내부에 설치되는 고온 발열체(220)의 구성에 있다.
상기 고온 발열체(220)는 복수개의 가지관(220a)들이 원통형으로 일정 간격을 두고 배치되는 구성을 가지고, 중앙에는 팬(222)을 설치하기 위하여 가지관이 없는 공간인 중앙공간(220b)이 형성될 수 있다.
상기 가지관(220a)을 통과한 산업 폐가스가 서로 혼합되도록 혼합공간(220c)이 구비되어 있고, 그 다음 다시 가지관(220a)이 원통형 형태로 배열되어 설치되는 것이 반복되는 구조를 갖을 수 있다. 즉 가지관(220a)을 통과한 산업 폐가스가 상기 혼합공간(220c)에서 서로 혼합되어 열 교환이 이루어진 다음, 다시 가지관(220a)을 통과하고, 한 번 더 서로 혼합공간(220c)에서 섞이게 되는 흐름을 반복하도록 구성될 수 있는 것이다.
이러한 구성에 의해 통과하는 산업 폐가스의 온도편차가 줄어들어 확실한 제거효율을 보여줄 수 있다.
더불어, 모터(223)에 의해 구동되는 팬(222)이 혼합공간(220c)마다 설치되어 있기 때문에 더욱 온도편차를 줄여 반응을 진행할 수 있다.
또한, 상기 가시관(220a)의 외곽에는 단열재(224)가 설치되어 있고, 혼합공간(220c)의 외곽에는 축열재(225)가 설치될 수 있다. 이러한 단열재(224)와 축열재(225)의 구성은 서로 교체하거나 병합하여 이중으로 설치할 수도 있음은 물론이다.
상기 유입관(211)과 배출관(212), 그리고 고온 발열체(220) 내부에는 각각의 온도센서(260,270,280)가 설치되는 것은 전술한 제1실시예 및 제2실시예와 동일할 수 있다.
따라서 블로워(250)에 의해 유입관(211)을 통과한 산업 폐가스는 고온 발열체(220) 내부로 유입된 다음 가지관(220a)과 혼합공간(220c)을 통과하면서 독성이 제거될 수 있다. 그 다음 마지막으로 배출관(212)을 통과하여 배출될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 제1실시예 내지 제3실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
이하에서, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치가 비교적 짧은 시간에 고온의 휘발성유기화합물질 제거 환경을 유지하고, 이와 같은 짧은 승온속도는 승온에 대한 대기시간을 감소시켜 제거장치에 투입되는 전력소모를 저감시킬 뿐만 아니라 짧은 시간에 휘발성유기화학물질을 완전히 제거할 수 있는 점을 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위해서 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1. 온도별 고온발열체의 승온속도 실험
도 8은 본 발명의 상기 도 3 내지 도 6에 도시된 제2 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치를 이용하여 온도별 고온발열체의 승온속도를 측정한 결과이다. 도 8을 참조하면, 마그네크론(130)에 의해 발생되는 마이크로웨이브에 의해 가열되는 고온발열체(120)의 400℃, 500℃, 600℃, 700℃ 도달시간은 각각 18분, 20분, 24분, 25분이 소요되었다. 달리 말하면, 온도에 따른 승온속도는 22.2 ~ 22.7℃/min이며 온도가 상승할수록 승온온도 또한 상승하였다. 결론적으로, 고온 발열체(120)는 30분 이내에 700℃ 이상 온도가 상승될 수 있다. 이처럼, 본 발명의 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치는 비교적 짧은 시간에 고온의 휘발성유기화합물질 제거 환경을 유지할 수 있다. 또한, 휘발성유기화합물질는 고온의 환경에서 제거되기 때문에, 이와 같은 짧은 승온속도는 승온에 대한 대기시간을 감소시켜 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치에 투입되는 전력소모에 직접적인 저감효과를 줄 수 있다.
실시예 2. 휘발성유기화합물질의 농도별 제거효율
도 9는 본 발명의 상기 도 3 내지 도 6에 도시된 제2 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치를 이용하여 휘발성유기화합물질의 농도별 제거효율을 나타낸 그래프이다. 휘발성유기화합물질은 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene) 에틸벤젠(ethyl benzen), 자일렌(xylene)이 사용되었으며, 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치에 공기 5 L/min와 휘발성유기화합물질(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌) 가스 0.5 L/min을 흘려보냈고, 분해가 활발히 이루어지는 시간과 동일하게 샘플채취시간은 공급 후 120초로 고정해서 도출하였다. 휘발성유기화합물질의 농도는 10 ~ 50 ppm으로 고정하여 실시하였다.
도 9a를 참조하면, 600℃ 에서는 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 물질 대부분이 90% 이상의 제거효율을 보였고, 700℃ 에서는 모든 물질이 100% 제거되었다.
다음으로, 도 9b를 참조하면, 400℃ 에서는 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 물질이 40 ~ 60% 제거효율을 보였으며, 600℃ 에서는 모든 물질이 100% 제거되었다.
다음으로, 도 9c를 참조하면, 600℃ 에서는 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 물질이 70 ~ 99%의 제거효율을 보였고, 700℃ 에서는 모든 물질이 100% 제거되었다.
다음으로, 도 9d를 참조하면, 600℃ 에서는 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 물질이 90% 이상의 제거효율을 보였고, 700℃ 에서는 모든 물질이 100% 제거되었다.
마지막으로, 도 9e를 참조하면, 600℃ 에서는 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 물질이 80 ~ 90% 이상의 제거효율을 보였고, 700℃ 에서는 모든 물질이 100% 제거되었다.
결론적으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치는 700℃ 이상에서 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질을 99.5% 이상, 바람직하게는 모두 제거할 수 있었다.
이처럼, 본 발명의 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질 제거장치는 실시예 1처럼 비교적 짧은 시간에 고온의 휘발성유기화합물질 제거 환경을 유지할 수 있고, 제거장치에 투입되는 전력소모에 직접적인 저감효과를 줄 수 있을 뿐만 아니라 실시예 2처럼 산업 폐가스에 포함된 휘발성유기화합물질을 완전히 제거할 수 있다.
10, 110, 210 : 반응 케이스
11, 111, 211 : 유입관 12, 112, 212 : 배출관
20, 120, 220 : 고온 발열체 30, 130, 230 : 마그네트론
40, 140, 240 : 제어부 50, 150, 250 : 블로워

Claims (13)

  1. 산업 폐가스를 집진처리하는 집진단계;
    집진된 산업 폐가스를 필터에 통과시켜 입자상 물질을 제거하는 단계;
    입자상 물질이 제거된 산업 폐가스를 제거장치의 고온발열체에 관통시켜서, 휘발성유기화합물질을 열분해 제거하는 단계; 및
    상기 휘발성유기화합물질이 열분해 제거된 산업 폐가스를 가성소다 또는 암모니아가 투입된 집진기에 유입시켜 무기물질을 제거하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열분해 제거하는 단계는 상기 고온발열체에 0.3 ~ 30 GHz의 마이크로웨이브를 조사하여 상기 고온발열체를 400 ~ 1000℃로 가열시켜서 상기 휘발성유기화합물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 휘발성유기화합물질은 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 에틸벤젠(ethyl benzene), 자일렌(xylene) 중 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제거장치는
    산업 폐가스가 유입되는 유입구와 배출구가 구비된 반응 케이스;
    상기 반응 케이스 내부에 설치되고 상기 산업 폐가스에 고온의 열원을 제공하는 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어진 고온발열체;
    상기 고온발열체에 마이크로웨이브를 조사하여 고온발열체를 발열시키는 복수개의 마그네트론;
    상기 반응 케이스의 유입구에 설치되어 상기 산업 폐가스의 유량을 조절하는 블로워;
    상기 고온발열체 내부에 구비되며, 상기 산업 폐가스의 유통로에 설치되어 상기 유통로의 온도를 센싱하는 제1온도센서; 및
    상기 제1온도센서에 의해 감지된 온도를 매개로 상기 블로워를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반응 케이스는 상부에는 상기 마그네트론이 위치하고, 하부에는 상기 제어부가 위치한 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고온발열체는 플레이트 형상의 상하 수평부재와 그 사이에 설치되는 복수개의 수직부재로 구성되어, 상기 산업 폐가스의 유통로의 단면이 사각형을 이루는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 고온발열체의 외면에는 축열재 및 단열재가 더 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 유입구에는 제2온도센서가, 상기 배출구에는 제3온도센서가 설치되고, 제2온도센서 및 제3온도센서의 온도 측정 결과는 상기 제어부로 수신되어, 상기 제어부가 상기 블로워를 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 고온발열체는 원통형으로 배열되는 복수개의 가지관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고온발열체는 상기 가지관을 통과한 가스가 서로 혼합되는 복수개의 혼합공간을 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 혼합공간에는 팬이 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 제거장치는 30분 이내에 700℃ 이상 온도가 상승되는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    산업 폐가스 내 휘발성유기화합물질의 제거율이 99.5% 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 산업 폐가스 정화방법.
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