KR20210066279A - 증기투과장치, 투과증발장치, 및 하이브리드 voc 정제 장치. - Google Patents

증기투과장치, 투과증발장치, 및 하이브리드 voc 정제 장치. Download PDF

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KR20210066279A
KR20210066279A KR1020190155317A KR20190155317A KR20210066279A KR 20210066279 A KR20210066279 A KR 20210066279A KR 1020190155317 A KR1020190155317 A KR 1020190155317A KR 20190155317 A KR20190155317 A KR 20190155317A KR 20210066279 A KR20210066279 A KR 20210066279A
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김영득
김우승
박철우
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

하이브리드 VOC 정제 장치가 제공된다. 상기 하이브리드 VOC 정제 장치는 기상(Vapor phase)의 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC) 및 액상(Liquid phase)의 휘발성 유기화합물이 분리 보관되는 저장 탱크, 상기 저장 탱크로부터 공급된 상기 기상의 휘발성 유기화합물이 이동하는 제1 증기투과유로, 및 상기 기상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하는 제2 증기투과유로를 포함하는 증기투과모듈, 및 상기 저장 탱크로부터 공급된 상기 액상의 휘발성 유기화합물이 이동하는 제1 투과증발유로, 및 상기 액상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 휘발성 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하는 제2 투과증발유로를 포함하는 투과증발모듈을 포함할 수 있다.

Description

증기투과장치, 투과증발장치, 및 하이브리드 VOC 정제 장치. {Vapor permeation device, pervaporation device, and hybrid VOC purification device}
본 발명은 증기투과장치, 투과증발장치, 및 하이브리드 VOC 정제 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 휘발성 유기화합물로부터 고농축의 휘발성 유기화합물을 추출하는 증기투과장치, 투과증발장치, 및 하이브리드 VOC 정제 장치에 관련된 것이다.
휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds: VOC)는, 비점(끓는 점)이 낮아서 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물을 총칭하는 것으로서, 산업체에서 많이 사용되는 용매에서 화학 및 제약공장이나 플라스틱 건조공정에서 배출되는 유기가스에 이르기까지 매우 다양하며 끓는점이 낮은 액체연료, 파라핀, 올레핀, 방향족화합물 등 생활주변에서 흔히 사용하는 탄화수소류가 거의 해당된다.
VOC는 대기 중에서 질소산화물(NOx)과 함께 광화학반응으로 오존 등 광화학산화제를 생성하여 광화학스모그를 유발하기도 하고, 벤젠과 같은 물질은 발암성물질로서 인체에 매우 유해하며, 스티렌을 포함하여 대부분의 VOC는 악취를 일으키는 물질로 분류할 수 있다. 주유 배출원으로는 유기용제사용시설, 도장시설, 세탁소, 저유소, 주유소 및 각종 운송수단의 배기가스 등의 인위적 배출원과 나무과 같은 자연적 배출원이 있다. 이에 따라, 각종 분야에서 배출되는 VOC를 처리하기 위한 다양한 기술들이 연구 개발 되고 있다.
예를 들어, 대한민국 특허 공개 번호 10-2016-0132570(출원번호: 10-2015-0065253, 출원인: 주식회사 애니텍)에는, 원형 덕트에 연결된 복수의 유증기 회수 장치를 통해 VOCs를 흡착하는 단계, 상기 복수의 유증기 회수 장치에 구현된 유증기 회수 필터 및 매쉬 필터를 기반으로 상기 VOCs에 대한 필터링을 수행하는 단계, 및 상기 필터링된 VOCs를 상기 원형 덕트를 통해 이동시켜 외부로 배출하는 단계를 포함하는 유류 운반선 탱크 내부의 VOCs를 흡착하는 방법이 개시되어 있다. 이 밖에도 VOC의 처리와 관련된 다양한 기술들이 지속적으로 연구 개발되고 있다.
대한민국 특허 공개 번호 10-2016-0132570
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 액상의 VOC 및 기상의 VOC를 동시에 정제할 수 있는 증기투과장치, 투과증발장치, 및 하이브리드 VOC 정제 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, VOC의 정제 효율이 향상된 증기투과장치, 투과증발장치, 및 하이브리드 VOC 정제 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 막분리를 통한 간단한 공정으로 VOC를 정제할 수 있는 증기투과장치, 투과증발장치, 및 하이브리드 VOC 정제 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 하이브리드 VOC 정제 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 VOC 정제 장치는 기상(Vapor phase)의 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC) 및 액상(Liquid phase)의 휘발성 유기화합물이 함께 보관되되, 상(phase) 분리 상태로 저장되는 저장 탱크, 상기 저장 탱크로부터 공급된 상기 기상의 휘발성 유기화합물이 이동하는 제1 증기투과유로, 및 상기 기상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하는 제2 증기투과유로를 포함하는 증기투과모듈, 및 상기 저장 탱크로부터 공급된 상기 액상의 휘발성 유기화합물이 이동하는 제1 투과증발유로, 및 상기 액상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 휘발성 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하는 제2 투과증발유로를 포함하는 투과증발모듈을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 증기투과모듈은, 제1 내지 제3 증기투과모듈을 포함하되, 상기 제1 증기투과모듈은, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 상기 유체가 분리되고 남은 제1 농축 휘발성 유기화합물, 및 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 분리된 상기 유체로 정의되는 제1 증기투과유체를 생성하고, 상기 제2 증기투과모듈은, 상기 제1 증기투과모듈로부터 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물을 제공받아, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물로부터 상기 유체가 분리되고 남은 제2 농축 휘발성 유기화합물, 및 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물로부터 분리된 상기 유체로 정의되는 제2 증기투과유체를 생성하고, 상기 제3 증기투과모듈은, 상기 제1 증기투과모듈로부터 상기 제1 증기투과유체를 제공받아, 상기 제1 증기투과유체로부터 상기 유체가 분리되고 남은 제3 농축 휘발성 유기화합물, 및 상기 제1 증기투과유체로부터 분리된 상기 유체로 정의되는 제3 증기투과유체를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 증기투과유체, 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물, 및 상기 제3 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 저장 탱크로 회수되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 증기투과모듈로부터 배출된 상기 제2 증기투과유체가, 상기 저장 탱크로 회수되는 유로에 배치되는 제1 밸브, 상기 제3 증기투과모듈로부터 배출된 상기 제3 농축 휘발성 유기화합물이, 상기 저장 탱크로 회수되는 유로에 배치되는 제2 밸브, 상기 제2 증기투과모듈로부터 배출된 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물이, 상기 저장 탱크로 회수되는 유로에 배치되는 제3 밸브, 및 상기 제2 증기투과모듈로부터 배출된 상기 제2 농축 휘발성 유기화물이 저장되는 농축 저장 탱크와 상기 제2 증기투과모듈 사이에 배치되는 제4 밸브를 더 포함하되, 상기 제1 내지 제4 밸브를 제어하여, 상기 농축 저장 탱크로 제공되는 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물의 농도가 제어되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 투과증발모듈은, 상기 액상의 휘발성 유기화합물로부터 상기 유체가 분리되고 남은 제4 농축 휘발성 유기화합물, 및 상기 액상의 휘발성 유기화합물로부터 분리된 상기 유체로 정의되는 증발투과유체를 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물, 및 상기 증발투과유체는 상기 저장 탱크로 회수되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 투과증발모듈로부터 배출된 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물이 저장되는 농축 저장 탱크와, 상기 투과증발모듈 사이에 배치되는 제5 밸브를 더 포함하되, 상기 제5 밸브를 제어하여, 상기 농축 저장 탱크로 제공되는 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물의 농도가 제어되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 증기투과모듈, 및 상기 투과증발모듈은 각각 중공사막을 포함하되, 상기 제1 증기투과유로는 상기 중공사막의 내부에 정의되고, 상기 제1 투과증발유로는 상기 중공사막의 외부에 정의되는 것을 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 증기투과장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 증기투과장치는 기상의 휘발성 유기화합물이 이동하고, 복수의 중공사막을 포함하는 제1 증기투과유로, 및 상기 제1 증기투과유로 내를 이동하는 상기 기상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하고, 상기 복수의 중공사막을 둘러싸는 제2 증기투과유로를 포함하되, 상기 제1 증기투과유로에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 유량을 증가시켜, 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 질량에 대한 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 유체가 분리되고 남은 농축 휘발성 유기화합물의 질량의 비율을 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 증기투과장치는, 상기 제1 증기투과유로에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 농도를 증가시켜, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 유체가 분리되고 남은 농축 휘발성 유기화합물의 순도(purity)를 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 증기투과장치는, 상기 제1 증기투과유로에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 유량을 증가시켜, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 유체가 분리되고 남은 농축 휘발성 유기화합물의 순도(purity)를 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 투과증발장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 투과증발장치는 액상의 휘발성 유기화합물이 이동하고, 복수의 중공사막을 둘러싸는 제1 투과증발유로, 및 상기 제1 투과증발유로 내를 이동하는 상기 액상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 액상의 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하고, 상기 복수의 중공사막을 포함하는 제2 투과증발유로를 포함하되, 상기 제1 투과증발유로에 유입되는 상기 액상의 휘발성 유기화합물의 유량을 증가시켜, 상기 액상의 휘발성 유기화합물의 질량에 대한 상기 액상의 휘발성 유기화합물로부터 유체가 분리되고 남은 농축 휘발성 유기화합물의 질량의 비율을 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 투과증발장치는 상기 제1 투과증발유로에 유입되는 상기 액상의 휘발성 유기화합물의 온도를 증가시켜, 상기 액상의 휘발성 유기화합물로부터 유체가 분리되고 남은 농축 휘발성 유기화합물의 순도(purity)를 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 VOC 정제 장치는, 기상의 휘발성 유기화합물 및 상기 액상의 휘발성 유기화합물이 분리 보관되는 저장 탱크, 상기 저장 탱크로부터 공급된 상기 기상의 휘발성 유기화합물이 이동하는 제1 증기투과유로, 및 상기 기상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하는 제2 증기투과유로를 포함하는 증기투과모듈, 및 저장 탱크로부터 공급된 상기 액상의 휘발성 유기화합물이 이동하는 제1 투과증발유로, 및 상기 액상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 휘발성 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하는 제2 투과증발유로를 포함하는 투과증발모듈을 포함할 수 있다. 이에 따라, 액상의 VOC 및 기상의 VOC를 동시에 정제할 수 있는 하이브리드 VOC 정제 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 VOC 정제 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 VOC 정제 장치가 포함하는 증기투과모듈 및 투과증발모듈을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 T-T' 단면도이다.
도 4는 증기투과모듈 및 투과증기모듈에서 VOC가 정제되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 증기투과모듈의 특성을 평가하기 위한 공정 장치의 모식도 및 사진이다.
도 7 및 도 8은 투과증발모듈의 특성을 평가하기 위한 공정 장치의 모식도 및 사진이다.
도 9는 증기투과모듈 및 투과증발모듈의 외부 모습을 촬영한 사진이다.
도 10은 증기투과모듈의 단면을 확대하여 촬영한 사진이다.
도 11은 투과증발모듈의 단면을 확대하여 촬영한 사진이다.
도 12 및 도 13은 증기투과모듈에 유입되는 기상의 휘발성 유기화합물의 유량이 제어되는 경우, 증기투과모듈의 다양한 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14 및 도 15는 증기투과모듈에 유입되는 기상의 휘발성 유기화합물의 농도가 제어되는 경우, 증기투과모듈의 다양한 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 16은 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도가 제어되는 경우, 시간에 따른 농축 휘발성 유기화합물의 순도를 나타내는 그래프이다.
도 17은 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도가 제어되는 경우, 시간에 따른 휘발성 유기화합물의 투과유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 18은 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도가 제어되는 경우, 시간에 따른 물의 투과유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 19는 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도가 제어되는 경우, 투과증발모듈 내부를 흐르는 유체 전체의 투과유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 20은 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도가 제어되는 경우, 시간에 따른 액상의 휘발성 유기화합물의 회수율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 21은 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량이 제어되는 경우, 시간에 따른 농축 휘발성 유기화합물의 순도를 나타내는 그래프이다.
도 22는 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량이 제어되는 경우, 시간에 따른 휘발성 유기화합물의 투과유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 23은 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량이 제어되는 경우, 시간에 따른 물의 투과유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 24는 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량이 제어되는 경우, 시간에 따라 투과증발모듈 내부를 흐르는 유체 전체의 투과유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 25는 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량에 따른 액상의 휘발성 유기화합물의 회수율 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 VOC 정제 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 VOC 정제 장치가 포함하는 증기투과모듈 및 투과증발모듈을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 T-T' 단면도이고, 도 4는 증기투과모듈 및 투과증기모듈에서 VOC가 정제되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 VOC 정제 장치는, 제1 증기투과모듈(110), 제2 증기투과모듈(120), 제3 증기투과모듈(130), 투과증발모듈(200), 및 저장 탱크(300)를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다.
저장 탱크(300)
상기 저장 탱크(300)에는 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC)이 보관될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 휘발성 유기화합물은 기상(Vapor phase)의 휘발성 유기화합물, 및 액상(Liquid phase)의 휘발성 유기화합물로 존재할 수 있다. 상기 저장 탱크(300)는 상기 기상의 휘발성 유기화합물, 및 상기 액상의 휘발성 유기화합물을 분리하여 보관할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 저장 탱크(300)는, 제1 저장 탱크 유출구(300a), 제2 저장 탱크 유출구(300b), 제1 저장 탱크 유입구(300c), 제2 저장 탱크 유입구(300d), 및 제3 저장 탱크 유입구(300e)를 포함할 수 있다.
상기 제1 저장 탱크 유출구(300a)는 제1 기상 VOC 유로(11)와 연결될 수 있다. 상기 저장 탱크(300)는 상기 제1 저장 탱크 유출구(300a)를 통해, 상기 기상의 휘발성 유기화합물을 배출할 수 있다. 이에 따라, 상기 저장 탱크(300)로부터 유출된 상기 기상의 휘발성 유기화합물은, 상기 제1 기상 VOC유로(11)를 통해 이동될 수 있다.
상기 제2 저장 탱크 유출구(300b)는 제1 액상 VOC 유로(21)를 통해, 상기 액상의 휘발성 유기화합물을 배출할 수 있다. 이에 따라, 상기 저장 탱크(300)로부터 유출된 상기 액상의 휘발성 유기화합물은, 상기 제1 액상 VOC 유로(21)를 통해 이동될 수 있다.
상기 제1 저장 탱크 유입구(300c)는 제7 기상 VOC 유로(17)와 연결될 수 있다. 상기 제7 기상 VOC 유로(17)에는, 상기 저장 탱크(300)로부터 유출된 상기 기상의 휘발성 유기화합물이 이동될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 저장 탱크 유입구(300c)를 통해, 상기 저장 탱크(300)로부터 배출된 상기 기상의 휘발성 유기화합물이, 상기 저장 탱크(300)로 재유입 될 수 있다. 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 재유입에 대한 보다 구체적인 설명은 후술된다.
상기 제2 저장 탱크 유입구(300d)는 제4 액상 VOC 유로(24)와 연결될 수 있다. 상기 제4 액상 VOC 유로(24)에는, 후술되는 투과증발모듈(200)로부터 배출된 농축 휘발성 유기화합물이 이동될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 저장 탱크 유입구(300d)를 통해, 후술되는 투과증발모듈(200)로부터 배출된 농축 휘발성 유기화합물이, 상기 저장 탱크(300)로 유입될 수 있다. 상기 농축 휘발성 유기화합물의 유입에 대한 보다 구체적인 설명은 후술된다.
상기 제3 저장 탱크 유입구(300e)는 제3 액상 VOC 유로(23)와 연결될 수 있다. 상기 제3 액상 VOC 유로(23)에는, 후술되는 투과증발모듈(200)로부터 배출된 투과증발유체가 이동될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 저장 탱크 유입구(300e)를 통해, 후술되는 투과증발모듈(200)로부터 배출된 투과증발유체가, 상기 저장 탱크(300)로 유입될 수 있다. 상기 투과증발유체의 유입에 대한 보다 구체적인 설명은 후술된다.
제1 내지 제3 증기투과모듈(110, 120, 130)
상기 제1 증기투과모듈(110)은, 제1-1 증기투과유로(112) 및 제1-2 증기투과유로(114)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 증기투과모듈(110)은 복수의 중공사막을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1-1 증기투과유로(112)는 상기 중공사막의 내부로 정의될 수 있다. 반면, 상기 제1-2 증기투과유로(114)는 상기 중공사막의 외부로 정의될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 중공사막은 분리막(membrane)으로 형성될 수 있다.
상기 제1 증기투과모듈(110)은 상기 저장 탱크(300)로부터, 상기 기상의 휘발성 유기화합물을 제공받을 수 있다. 상기 제1 증기투과모듈(110)로 제공된 상기 기상의 휘발성 유기화합물은, 상기 제1-1 증기투과유로(112)를 통해 이동될 수 있다.
상기 제1-1 증기투과유로(112) 내에 상기 기상의 휘발성 유기화합물이 이동하는 경우, 상기 기상의 휘발성 유기화합물과 상기 제1-2 증기투과유로(114) 사이에 분압차가 발생될 수 있다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 유체가 분리될 수 있다. 예를 들어, 상기 유체는 물(water) 및 휘발성 유기화합물(VOC)을 포함할 수 있다. 상기 유체 내의 물의 함량은, 휘발성 유기화합물의 함량보다 현저하게 많을 수 있다. 즉, 분압차에 의하여 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 다량의 물이 분리될 수 있다.
이 경우, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 분리된 상기 유체는, 제1 증기투과유체로 정의될 수 있다. 반면, 상기 유체가 분리되고 남은 상기 기상의 휘발성 유기화합물은 제1 농축 휘발성 유기화합물로 정의될 수 있다.
다시 말해, 상기 제1 증기투과모듈(110)로 제공된 상기 기상의 휘발성 유기화합물은, 분압차에 의하여 상기 유체가 분리될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 증기투과유체 및 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물이 생성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 증기투과유체는, 상기 제1-1 증기투과유로(112)의 외벽을 투과하여 상기 제1-2 증기투과유로(114)로 이동될 수 있다. 반면, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물은 상기 제1-1 증기투과유로(112)에 잔존할 수 있다. 결과적으로, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제1-1 증기투과유로(112) 내를 이동할 수 있다. 반면, 상기 제1 증기투과유체는 상기 제1-2 증기투과유로(114) 내를 이동할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 증기투과모듈(110)은 제1-1 증기투과모듈 유입구(110a), 제1-1 증기투과모듈 유출구(110b), 및 제1-2 증기투과모듈 유출구(110c)를 포함할 수 있다.
상기 제1-1 증기투과모듈 유입구(110a)는 상기 제1 기상 VOC 유로(11)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 저장 탱크(300)로부터 배출된 상기 기상의 휘발성 유기화합물은, 상기 제1 기상 VOC 유로(11)를 통해 이동한 후, 상기 제1-1 증기투과모듈 유입구(110a)를 통해, 상기 제1 증기투과모듈(110) 내로 유입될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 기상 VOC 유로(11)에는 컴프래셔(C)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 저장 탱크(300)로부터 배출되어 상기 제1 증기투과모듈(110)로 제공되는, 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 유량이 제어될 수 있다.
상기 제1-1 증기투과모듈 유출구(110b)는 제2 기상 VOC 유로(12)와 연결될 수 있다. 상기 제1-1 증기투과모듈 유출구(110b)는 상기 제1 증기투과모듈(110)에서 생성된 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물을 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 증기투과모듈(110)에서 배출된 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제2 기상 VOC 유로(12)를 통해 이동될 수 있다.
상기 제1-2 증기투과모듈 유출구(110c)는 제3 기상 VOC 유로(13)와 연결될 수 있다. 상기 제1-2 증기투과모듈 유출구(110c)는 상기 제1 증기투과모듈(110)에서 생성된 상기 제1 증기투과유체를 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 증기투과모듈(110)에서 배출된 상기 제1 증기투과유체는, 상기 제3 기상 VOC 유로(13)를 통해 이동될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 증기투과모듈(110)에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 유량을 제어하여, 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 회수율(recovery)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 증기투과모듈(110)에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 유량을 증가시켜, 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 회수율을 증가시킬 수 있다. 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 회수율은, 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 질량에 대한 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물의 질량의 비율로 정의될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 증기투과모듈(110)에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 유량을 제어하여, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물의 순도(purity)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 증기투과모듈(110)에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 유량을 증가시켜, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물의 순도를 증가시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 증기투과모듈(110)에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 유량이 증가되는 경우, 상기 제1 증기투과유로(112) 내를 흐르는 상기 기상의 휘발성 유기화합물 중, 휘발성 유기화합물의 투과유속과 물의 투과유속이 모두 저하될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물의 순도 및 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 회수율이 증가될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 증기투과모듈(110)에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 농도를 제어하여, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물의 순도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 증기투과모듈(110)에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 농도를 증가시켜, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물의 순도를 증가시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 증기투과모듈(110)에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 농도가 증가되는 경우, 상기 제1 증기투과유로(112) 내를 흐르는 상기 기상의 휘발성 유기화합물 중, 휘발성 유기화합물의 투과유속은 증가하는 반면 물의 투과유속은 감소될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물의 순도가 증가될 수 있다.
상기 제2 증기투과모듈(120)은, 제2-1 증기투과유로(미도시) 및 제2-2 증기투과유로(미도시)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 증기투과모듈(120)은 복수의 중공사막을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제2-1 증기투과유로(미도시)는 상기 중공사막의 내부로 정의될 수 있다. 반면, 상기 제2-2 증기투과유로(미도시)는 상기 중공사막의 외부로 정의될 수 있다. 즉, 상기 제2 증기투과모듈(120)은, 도 2 내지 도 4에 도시된 상기 제1 증기투과모듈(110)과 동일한 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 증기투과모듈(120)은 상기 제1 증기투과모듈(110)로부터, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물을 제공받을 수 있다. 상기 제2 증기투과모듈(120)로 제공된 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제2-1 증기투과유로(미도시)를 통해 이동될 수 있다.
상기 제2-1 증기투과유로(미도시) 내에 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물이 이동하는 경우, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물과 상기 제2-2 증기투과유로(미도시) 사이에 분압차가 발생될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물로부터 유체가 분리될 수 있다. 예를 들어, 상기 유체는 물 및 휘발성 유기화합물을 포함할 수 있다. 상기 유체 내의 물의 함량은, 휘발성 유기화합물의 함량보다 현저하게 많을 수 있다. 즉, 분압차에 의하여 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물로부터 다량의 물이 분리될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물로부터 분리된 상기 유체는, 제2 증기투과유체로 정의될 수 있다. 반면, 상기 유체가 분리되고 남은 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물은 제2 농축 휘발성 유기화합물로 정의될 수 있다.
다시 말해, 상기 제2 증기투과모듈(120)로 제공된 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물은, 분압차에 의하여 상기 유체가 분리될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 증기투과유체 및 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물이 생성될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 증기투과유체는, 상기 제2-1 증기투과유로(미도시)의 외벽을 투과하여 상기 제2-2 증기투과유로(미도시)로 이동될 수 있다. 반면, 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물은 상기 제2-1 증기투과유로(미도시)에 잔존할 수 있다. 결과적으로, 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제2-1 증기투과유로(미도시) 내를 이동할 수 있다. 반면, 상기 제2 증기투과유체는 상기 제2-2 증기투과유로(미도시) 내를 이동할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 증기투과모듈(120)은 제2-1 증기투과모듈 유입구(120a), 제2-1 증기투과모듈 유출구(120b), 및 제2-2 증기투과모듈 유출구(120c)를 포함할 수 있다.
상기 제2-1 증기투과모듈 유입구(120a)는 상기 제2 기상 VOC 유로(12)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 증기투과모듈(110)로부터 배출된 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제2 기상 VOC 유로(12)를 통해 이동한 후, 상기 제2-1 증기투과모듈 유입구(120a)를 통해, 상기 제2 증기투과모듈(120) 내로 유입될 수 있다.
상기 제2-1 증기투과모듈 유출구(120b)는 제4 기상 VOC 유로(14)와 연결될 수 있다. 상기 제2-1 증기투과모듈 유출구(120b)는 상기 제2 증기투과모듈(120)에서 생성된 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물을 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 증기투과모듈(120)에서 배출된 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제4 기상 VOC 유로(14)를 통해 이동될 수 있다.
상기 제2-2 증기투과모듈 유출구(120c)는 제6 기상 VOC 유로(16)와 연결될 수 있다. 상기 제2-2 증기투과모듈 유출구(120c)는 상기 제2 증기투과모듈(120)에서 생성된 상기 제2 증기투과유체를 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 증기투과모듈(120)에서 배출된 상기 제2 증기투과유체는, 상기 제6 기상 VOC 유로(16)를 통해 이동될 수 있다.
상기 제3 증기투과모듈(130)은, 제3-1 증기투과유로(미도시) 및 제3-2 증기투과유로(미도시)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제3 증기투과모듈(1300은 복수의 중공사막을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제3-1 증기투과유로(미도시)는 상기 중공사막의 내부로 정의될 수 있다. 반면, 상기 제3-2 증기투과유로(미도시)는 상기 중공사막의 외부로 정의될 수 있다. 즉, 상기 제3 증기투과모듈(130)은, 도 2 내지 도 4에 도시된 상기 제1 증기투과모듈(110)과 동일한 구조를 가질 수 있다.
상기 제3 증기투과모듈(130)은 상기 제1 증기투과모듈(110)로부터, 상기 제1 증기투과유체를 제공받을 수 있다. 상기 제3 증기투과모듈(130)로 제공된 상기 제1 증기투과유체는, 상기 제3-1 증기투과유로(미도시)를 통해 이동될 수 있다.
상기 제3-1 증기투과유로(미도시) 내에 상기 제1 증기투과유체가 이동하는 경우, 상기 제1 증기투과유체와 상기 제3-2 증기투과유로(미도시) 사이에 분압차가 발생될리 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 증기투과유체로부터 유체가 분리될 수 있다. 예를 들어, 상기 유체는 물 및 휘발성 유기화합물을 포함할 수 있다. 상기 유체 내의 물의 함량은, 휘발성 유기화합물의 함량보다 현저하게 많을 수 있다. 즉, 분압차에 의하여 상기 제1 증기투과유체로부터 다량의 물이 분리될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 증기투과유체로부터 분리된 상기 유체는, 제3 증기투과유체로 정의될 수 있다. 반면, 상기 유체가 분리되고 남은 상기 제1 증기투과유체는 제3 농축 휘발성 유기화합물로 정의될 수 있다.
다시 말해, 상기 제3 증기투과모듈(130)로 제공된 상기 제1 증기투과유체는, 분압차에 의하여 상기 유체가 분리될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 증기투과유체 및 상기 제3 농축 휘발성 유기화합물이 생성될 수 있다. 이 경우, 상기 제3 증기투과유체는, 상기 제3-1 증기투과유로(미도시)의 외벽을 투과하여 상기 제3-2 증기투과유로(미도시)로 이동될 수 있다. 반면, 상기 제3 농축 휘발성 유기화합물은 상기 제3-1 증기투과유로(미도시)에 잔존할 수 있다. 결과적으로, 상기 제3 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제3-1 증기투과유로(미도시) 내를 이동할 수 있다. 반면, 상기 제3 증기투과유체는 상기 제3-2 증기투과유로(미도시) 내를 이동할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 증기투과모듈(130)은 제3-1 증기투과모듈 유입구(130a), 제3-1 증기투과모듈 유출구(130b), 및 제3-2 증기투과모듈 유출구(130c)를 포함할 수 있다.
상기 제3-1 증기투과모듈 유입구(130a)는 상기 제3 기상 VOC 유로(13)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 증기투과모듈(110)로부터 배출된 상기 제1 증기투과유체는, 상기 제3 기상 VOC 유로(13)를 통해 이동한 후, 상기 제3-1 증기투과모듈 유입구(130a)를 통해, 상기 제3 증기투과모듈(130) 내로 유입될 수 있다.
상기 제3-1 증기투과모듈 유출구(130b)는 제7 기상 VOC 유로(17)와 연결될 수 있다. 상기 제3-1 증기투과모듈 유출구(130b)는 상기 제3 증기투과모듈(130)에서 생성된 상기 제3 농축 휘발성 유기화합물을 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 증기투과모듈(130)에서 배출된 상기 제3 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제7 기상 VOC 유로(17)를 통해 이동될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 제7 기상 VOC 유로(17)는 상기 저장 탱크(300)가 포함하는 상기 제1 저장 탱크 유입구(300c)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 증기투과모듈(130)로부터 배출된 상기 제3 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 저장 탱크(300)로 제공될 수 있다.
또한, 상기 제7 기상 VOC 유로(17)는 상기 제6 기상 VOC 유로(16)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 증기투과모듈(120)로부터 배출된 상기 제2 증기투과유체는, 상기 제6 기상 VOC 유로(16) 및 상기 제7 기상 VOC 유로(17)를 통해 상기 저장 탱크(300)로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제7 기상 VOC 유로(17) 및 상기 제4 기상 VOC 유로(14)는, 제5 기상 VOC 유로(15)를 통해 연결될 수 있다. 즉, 상기 제7 기상 VOC 유로(17) 및 상기 제4 기상 VOC 유로(14) 사이에는 상기 제5 기상 VOC 유로(15)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 증기투과모듈(120)로부터 배출된 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제4 기상 VOC 유로(14) 및 상기 제5 기상 VOC 유로(15)를 통해 상기 제7 기상 VOC 유로(17)로 제공될 수 있다. 또한, 상기 제3 증기투과모듈(130)로부터 배출된 상기 제3 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제7 기상 VOC 유로(17) 및 상기 제5 기상 VOC 유로(15)를 통해 상기 제4 기상 VOC 유로(14)로 제공될 수 있다.
상기 제3-2 증기투과모듈 유출구(130c)는 제8 기상 VOC 유로(18)와 연결될 수 있다. 상기 제3-2 증기투과모듈 유출구(130c)는 상기 제3 증기투과모듈(130)에서 생성된 상기 제3 증기투과유체를 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 증기투과모듈(130)에서 배출된 상기 제3 증기투과유체는 상기 제8 기상 VOC 유로(18)를 통해 이동될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제8 기상 VOC 유로(18)에는 제1 펌프(P1)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 증기투과모듈(130)로부터 배출되는 상기 제3 증기투과유체의 유량이 제어될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 VOC 정제 장치는, 제 1 내지 제4 밸브(V1, V2, V3, V4), 및 농축 저장 탱크(400)를 더 포함할 수 있다. 상기 농축 저장 탱크(400)는 상기 제4 기상 VOC 유로(14)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 증기투과모듈로부터 배출된 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물은 상기 농축 저장 탱크(400)에 저장될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 밸브(V1)는 상기 제6 기상 VOC 유로(16)에 배치될 수 있다. 상기 제2 밸브(V2)는 상기 제7 기상 VOC 유로(17)에 배치될 수 있다. 상기 제3 밸브(V3)는 상기 제5 기상 VOC 유로(15)에 배치될 수 있다. 상기 제4 밸브(V4)는 상기 제2 증기투과모듈(120) 및 상기 농축 저장 탱크(400)를 연결하는 상기 제4 기상 VOC 유로(14)에 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 밸브(V1)는 상기 제2 증기투과모듈(120)에서 배출되어, 상기 제7 기상 VOC 유로(17)로 제공되는 상기 제2 증기투과유체를 제어할 수 있다. 상기 제2 밸브(V2)는 상기 제3 증기투과모듈(130)에서 배출되어, 상기 저장 탱크(130)로 회수되는 상기 제3 농축 휘발성 화합물을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 밸브(V2)는, 상기 제6 기상 VOC 유로(16) 및 상기 제7 기상 VOC 유로(17)가 연결되는 부분 이전에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제3 증기투과모듈(130)로부터 유출된 상기 제3 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제2 밸브(V2)를 통과한 후, 상기 제 6 기상 VOC 유로(16)를 통해 제공되는 상기 제2 증기투과유체와 혼합될 수 있다.
상기 제3 밸브(V3)는 상기 제2 증기투과모듈(120)에서 배출되어, 상기 제7 기상 VOC 유로(17)로 제공되는 상기 제2 농축 휘발성 화합물을 제어할 수 있다. 또한, 상기 제3 밸브(V3)는 상기 제3 증기투과모듈(130)에서 배출되어, 상기 제4 기상 VOC 유로(14)로 제공되는 상기 제3 농축 휘발성 화합물을 제어할 수 있다. 상기 제4 밸브(V4)는 상기 제2 증기투과모듈(120)에서 배출되어, 상기 농축 저장 탱크(400)로 제공되는 상기 제2 농축 휘발성 화합물을 제어할 수 있다.
즉, 상기 제3 밸브(V3)를 제어함에 따라, 상기 제2 농축 휘발성 화합물 및 상기 제3 농축 휘발성 화합물이 서로 혼합될 수 있다. 상기 제2 농축 휘발성 화합물 및 상기 제3 농축 휘발성 화합물이 혼합된 농축 휘발성 화합물은, 상기 제7 기상 VOC 유로(17)를 통해 상기 저장 탱크(300)로 회수되거나, 상기 제4 기상 VOC 유로(14)를 통해 상기 농축 저장 탱크(400)로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제4 밸브(V4)는 상기 제4 기상 VOC 유로(14) 및 상기 제5 기상 VOC 유로(15)가 연결되는 부분 이후에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제2 농축 휘발성 화합물 및 상기 제3 농축 휘발성 화합물이 혼합된 이후, 상기 제4 밸브(V4)에 의하여 제어될 수 있다.
또한, 상기 제5 기상 VOC 유로(15) 및 상기 제7 기상 VOC 유로(17)가 연결되는 부분은, 상기 제6 기상 VOC 유로(16) 및 상기 제7 기상 VOC 유로(17)가 연결되는 부분 이후에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 증기투과모듈(130)로부터 배출된 상기 제3 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제2 증기투과유체와 혼합된 후, 상기 제2 증기투과모듈(120)로부터 배출된 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물과 혼합될 수 있다.
결과적으로, 상기 제1 내지 제4 밸브(V1, V2, V3, V4)를 제어함에 따라, 상기 농축 저장 탱크(400)로 제공되는 상기 농축 휘발성 화합물의 농도가 제어될 수 있다. 즉, 상기 제1 내지 제4 밸브(V1, V2, V3, V4)를 제어함에 따라, 상기 기상의 휘발성 유기화합물이, 상기 저장 탱크(300), 상기 제1 증기투과모듈(110), 상기 제2 증기투과모듈(120), 및 상기 제3 증기투과모듈(130)을 반복하여 순환할 수 있다. 이 경우, 반복 순환의 횟수가 증가함에 따라, 상기 농축 휘발성 화합물의 농도가 증가될 수 있다.
투과증발모듈(200)
상기 투과증발모듈(200)은 제1 투과증발유로(미도시) 및 제2 투과증발유로(미도시)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 투과증발모듈(200)은 복수의 중공사막을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 투과증발유로(미도시)는 상기 중공사막의 내부로 정의될 수 있다. 반면, 상기 제2 투과증발유로(미도시)는 상기 중공사막의 외부로 정의될 수 있다. 즉, 상기 투과증발모듈(200)은, 도 2 내지 도 4에 도시된 상기 제1 증기투과모듈(110)과 동일한 구조를 가질 수 있다.
이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 투과증발유로(미도시)는 상기 중공사막의 외부로 정의될 수 있다. 반면, 상기 제2 투과증발유로(미도시)는 상기 중공사막의 내부로 정의될 수 있다.
상기 투과증발모듈(200)은 상기 저장 탱크(300)로부터, 상기 액상의 휘발성 유기화합물을 제공받을 수 있다. 상기 투과증발모듈(200)로 제공된 상기 액상의 휘발성 유기화합물은, 상기 제1 투과증발유로(미도시)를 통해 이동될 수 있다.
상기 제1 투과증발유로(미도시) 내에 상기 액상의 휘발성 유기화합물이 이동하는 경우, 상기 액상의 휘발성 유기화합물과 상기 제2 투과증발유로(미도시) 사이에 분압차가 발생될 수 있다. 이에 따라, 상기 액상의 휘발성 유기화합물로부터 유체가 분리될 수 있다. 예를 들어, 상기 유체는 물 및 휘발성 유기화합물을 포함할 수 있다. 상기 유체 내의 물의 함량은, 휘발성 유기화합물의 함량보다 현저하게 많을 수 있다. 즉, 분압차에 의하여 상기 액상의 휘발성 유기화합물로부터 다량의 물이 분리될 수 있다.
이 경우, 상기 액상의 휘발성 유기화합물로부터 분리된 상기 유체는, 투과증발유체로 정의될 수 있다. 반면, 상기 유체가 분리되고 남은 상기 액상의 휘발성 유기화합물은 제4 농축 휘발성 유기화합물로 정의될 수 있다.
다시 말해, 상기 투과증발모듈(200)로 제공된 상기 액상의 휘발성 유기화합물은, 분압차에 의하여 상기 유체가 분리될 수 있다. 이에 따라, 상기 투과증발유체 및 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물이 생성될 수 있다. 이 경우, 상기 투과증발유체는, 상기 제1 투과증발유로(미도시)의 외벽을 투과하여 상기 제2 투과증발유로(미도시)로 이동될 수 있다. 반면, 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물은 상기 제2 투과증발유로(미도시)에 잔존할 수 있다. 결과적으로, 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물은 상기 제1 투과증발유로(미도시) 내를 이동할 수 있다. 반면, 상기 투과증발유체는 상기 제2 투과증발유로(미도시) 내를 이동할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 투과증발모듈(200)은 제1 투과증발모듈 유입구(200a), 제1 투과증발모듈 유출구(200b), 및 제2 투과증발모듈 유출구(200c)를 포함할 수 있다.
상기 제1 투과증발모듈 유입구(200a)는 상기 제1 액상 VOC 유로(21)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 저장 탱크(300)로부터 배출된 상기 액상의 휘발성 유기화합물은, 상기 제1 액상 VOC 유로(21)를 통해 이동한 후, 상기 제1 투과증발모듈 유입구(200a)를 통해, 상기 투과증발모듈(200) 내로 유입될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 액상 VOC 유로(21)에는 제2 펌프(P2)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 저장 탱크(300)로부터 배출되어 상기 투과증발모듈(200)로 제공되는, 상기 액상의 휘발성 유기화합물의 유량이 제어될 수 있다.
상기 제1 투과증발모듈 유출구(200b)는 제2 액상 VOC 유로(22)와 연결될 수 있다. 상기 제1 투과증발모듈 유출구(200b)는 상기 투과증발모듈(200)에서 생성된 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물을 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 투과증발모듈(200)에서 배출된 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제2 액상 VOC 유로(22)를 통해 이동될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 액상 VOC 유로(22)는 상기 농축 저장 탱크(400)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 제2 액상 VOC 유로(22)를 통해 상기 투과증발모듈(200) 및 상기 농축 저장 탱크(400)가 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 투과증발모듈(200)로부터 배출된 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 농축 저장 탱크(400)에 저장될 수 있다.
상기 제2 투과증발모듈 유출구(200c)는 제3 액상 VOC 유로(23)와 연결될 수 있다. 상기 제2 투과증발모듈 유출구(200c)는 상기 투과증발모듈(200)에서 생성된 상기 투과증발유체를 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 투과증발모듈(200)에서 배출된 상기 투과증발유체는 상기 제3 액상 VOC 유로(23)를 통해 이동될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 액상 VOC 유로(23)는 상기 저장 탱크(300)와 연결될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 제3 액상 VOC 유로(23)는 상기 저장 탱크(300)가 포함하는 상기 제3 저장 탱크 유입구(300e)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 제3 액상 VOC 유로(23)를 통해 상기 투과증발모듈(200) 및 상기 저장 탱크(300)가 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 투과증발모듈(200)로부터 배출된 상기 투과증발유체는, 상기 저장 탱크(300)로 회수될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 액상 VOC 유로(23)에는 제3 펌프(P3)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 투과증발모듈(200)로부터 배출되어 상기 저장 탱크(300)로 제공되는 상기 투과증발유체의 유량이 제어될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 액상 VOC 유로(22) 및 상기 저장 탱크(300)는, 상기 제4 액상 VOC 유로(24)에 의하여 연결될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 제4 액상 VOC 유로(24)는 상기 저장 탱크(300)가 포함하는 상기 제2 저장 탱크 유입구(300d)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 투과증발모듈(200)로부터 배출된 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제4 액상 VOC 유로(24)를 통해 상기 저장 탱크(24)로 회수될 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 VOC 정제 장치는, 제5 밸브(V5)를 더 포함할 수 있다. 상기 제5 밸브(V5)는 상기 제2 액상 VOC 유로(22)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 제5 밸브(V5)는 상기 제2 액상 VOC 유로(22) 및 상기 제4 액상 VOC 유로(24)가 연결되는 부분 이후 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 투과증발모듈(200)로부터 배출되는 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 제5 밸브(V5)에 의하여 제어되어, 상기 농축 저장 탱크(400)에 저장되거나 상기 저장 탱크(300)로 회수될 수 있다.
결과적으로, 상기 제5 밸브(V5)를 제어함에 따라, 상기 농축 저장 탱크(400)로 제공되는 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물의 농도가 제어될 수 있다. 즉, 상기 제5 밸브(V5)를 제어함에 따라, 상기 액상의 휘발성 유기화합물이, 상기 저장 탱크(300) 미 상기 투과증발모듈(20)0을 반복하여 순환할 수 있다. 이 경우, 반복 순환의 횟수가 증가함에 따라, 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물의 농도가 증가될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 투과증발모듈(200)에 유입되는 상기 액상의 휘발성 유기화합물의 유량을 제어하여, 상기 액상의 휘발성 유기화합물의 회수율을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 투과증발모듈(200)에 유입되는 상기 액상의 휘발성 유기화합물의 유량을 증가시켜, 상기 액상의 휘발성 유기화합물의 회수율을 증가시킬 수 있다. 상기 액상의 휘발성 유기화합물의 회수율은, 상기 액상의 휘발성 유기화합물의 질량에 대한 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물의 질량의 비율로 정의될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 VOC 정제 장치는, 상기 기상의 휘발성 유기화합물 및 상기 액상의 휘발성 유기화합물이 분리 보관되는 상기 저장 탱크(300), 상기 저장 탱크(300)로부터 공급된 상기 기상의 휘발성 유기화합물이 이동하는 상기 제1 증기투과유로, 및 상기 기상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하는 상기 제2 증기투과유로를 포함하는 상기 증기투과모듈(110, 120, 130), 및 상기 저장 탱크(300)로부터 공급된 상기 액상의 휘발성 유기화합물이 이동하는 상기 제1 투과증발유로, 및 상기 액상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 휘발성 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하는 상기 제2 투과증발유로를 포함하는 상기 투과증발모듈(200)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 액상의 VOC 및 기상의 VOC를 동시에 정제할 수 있는 하이브리드 VOC 정제 장치가 제공될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 VOC 정제 장치가 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 VOC 정제 장치의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
도 5 및 도 6은 증기투과모듈의 특성을 평가하기 위한 공정 장치의 모식도 및 사진이고, 도 7 및 도 8은 투과증발모듈의 특성을 평가하기 위한 공정 장치의 모식도 및 사진이다.
증기투과모듈 특성 평가 장치 준비(도 5 및 도 6)
저장 탱크(Feed storage tank), 농축 휘발성 유기화합물 회수 모듈(Retentate-side cold trap), 및 증기투과유체 회수 모듈(Permeate-side cold trap)이 증기투과모듈(Membrane module)과 연결된 장치를 준비하였다.
저장 탱크는, 증기투과모듈로 제공되는 기상의 휘발성 유기화합물을 저장한다. 기상의 휘발성 유기화합물로서 IPA(Isopropyl Alcohol) 및 물(water)이 혼합된 화합물을 사용하였다. 저장 탱크와 증기투과모듈 사이에는, 공급되는 기상의 휘발성 유기화합물의 유량을 제어할 수 있는 시리즈 펌프(series pump), 온도 및 압력을 측정하기 위한 센서가 배치된다.
농축 휘발성 유기화합물 회수 모듈은, 증기투과모듈을 통해 생성된 농축 휘발성 유기화합물을 회수한다. 농축 휘발성 유기화합물 회수 모듈에는, 농축 휘발성 유기화합물의 질량을 측정하기 위한 전자 저울(Electronic balance)가 배치된다. 또한, 농축 휘발성 유기화합물 회수 모듈과 증기투과모듈 사이에는, 농축 휘발성 유기화합물의 온도 및 압력을 측정하기 위한 센서가 배치된다.
증기투과유체 회수 모듈은, 증기투과모듈을 통해 생성된 증기투과유체를 회수한다. 증기투과유체 회수 모듈과 증기투과모듈 사이에는, 증기투과유체의 온도 및 압력을 측정하기 위한 센서가 배치된다.
증기투과모듈은 폴리이미드(polyimide) 분리막(membrane)으로 형성된 복수의 중공사막을 포함하는 장치를 사용하였다.
투과증발모듈 특성 평가 장치 준비(도 7 및 도 8)
저장 탱크(Feed storage tank), 및 투과증발유체 회수 모듈(Permeate-side cold trap)이 투과증발모듈(Membrane module)과 연결된 장치를 준비하였다.
저장 탱크는, 투과증발모듈로 제공되는 액상의 휘발성 유기화합물을 저장한다. 액상의 휘발성 유기화합물로서 IPA(Isopropyl Alcohol) 및 물(water)이 혼합된 화합물을 사용하였다. 저장 탱크와 증기투과모듈 사이에는, 공급되는 기상의 휘발성 유기화합물의 유량을 제어할 수 있는 기어 펌프(gear pump), 온도 및 압력을 측정하기 위한 센서가 배치된다.
투과증발유체 회수 모듈은, 투과증발모듈을 통해 생성된 투과증발유체를 회수한다. 투과증발유체 회수 모듈과 투과증발모듈 사이에는, 투과증발유체의 온도 및 압력을 측정하기 위한 센서가 배치된다.
투과증발모듈은 제올라이트(zeolite) 분리막(membrane)으로 형성된 복수의 중공사막을 포함하는 장치를 사용하였다.
또한, 투과증발모듈 특성 평가 장치는, 투과증발모듈로부터 생성된 농축 휘발성 유기화합물이 저장 탱크로 회수되도록 구성하였고, 저장 탱크의 무게 측정을 위하여 저장 탱크 하부에 전자 저울(Electronic balance)를 배치하였다.
도 9는 증기투과모듈 및 투과증발모듈의 외부 모습을 촬영한 사진이고, 도 10은 증기투과모듈의 단면을 확대하여 촬영한 사진이고, 도 11은 투과증발모듈의 단면을 확대하여 촬영한 사진이다.
도 9의 (a)를 참조하면 증기투과모듈의 외부 모습을 일반 사진촬영하여 나타내었고, 도 9의 (b)를 참조하면 투과증발모듈의 외부 모습을 일반 사진촬영하여 나타내었다. 도 9의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 증기투과모듈 및 투과증발모듈 모두, 휘발성 유기화합물 유입구(Feed), 농축 휘발성 유기화합물 유출구(Retentate), 유체 유출구(Permeate)를 포함하는 것을 확인할 수 있었다.
도 10의 (a) 및 (b)를 참조하면, 증기투과모듈의 단면을 SEM(Scanning Electronic Microscopy) 촬영하여 나타내었고, 도 11의 (a) 및 (b)를 참조하면, 투과증발모듈의 단면을 SEM 촬영하여 나타내었다.
도 10 및 도 11을 통해 확인된 증기투과모듈과 투과증발모듈의 특성이 아래 <표 1>을 통해 정리된다.
구분 증기투과모듈 투과증발모듈
Membrane material Polyimide Zeolite
Inner diameter of shell(mm) 26 16
Inner diameter of membrane(mm) 0.20 8
Outer diameter of membrane(mm) 0.28 13
Membrane length(mm) 100 200
Membrane thickness(mm) 0.04 2.5
Number of fibers 850 1
도 12 및 도 13은 증기투과모듈에 유입되는 기상의 휘발성 유기화합물의 유량이 제어되는 경우, 증기투과모듈의 다양한 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 증기투과모듈에 유입되는 기상의 휘발성 유기화합물의 유량(Feed flow rate, Vf, l/min)을 0.0~0.6까지 제어한 후, 제어된 유량에 따른 농축 휘발성 유기화합물의 순도(purity, χIPA, wt%) 및 기상의 휘발성 유기화합물의 회수율(IPA recovery, ψIPA, %)을 측정하여 나타내었다. 농축 휘발성 유기화합물의 순도는, 농축 휘발성 유기화합물 내의 IPA 농도를 나타낸다. 또한, 기상의 휘발성 유기화합물의 회수율은, 기상의 휘발성 유기화합물의 질량에 대한 농축 휘발성 유기화합물의 질량의 비율로 나타내었다.
도 12에서 확인할 수 있듯이, 증기투과모듈에 유입되는 기상의 휘발성 유기화합물의 유량이 증가됨에 따라, 농축 휘발성 유기화합물의 순도 및 기상의 휘발성 유기화합물의 회수율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
도 13을 참조하면, 증기투과모듈에 유입되는 기상의 휘발성 유기화합물의 유량(Feed flow rate, Vf, l/min)을 0.0~0.6까지 제어한 후, 제어된 유량에 따라 증기투과모듈 내를 흐르는 휘발성 유기화합물의 투과유속(JIPA)변화와 물의 투과유속(Jwater) 변화를 나타내었다. JIPA 값 및 Jwater 값은 아래의 <식 1> 및 <식 2>를 통해 계산되었다. (투과유속, Permeate flux, J, kg/m2h)
<식 1>
JIPA=폴리이미드(polyimide) 분리막(memebrane)을 투과한 IPA의 질량/At
(t: 기상의 휘발성 유기화합물이 증기투과모듈을 통과하는 시간, A: 폴리이미드 분리막의 유효 면적)
<식 2>
Jwater= 폴리이미드(polyimide) 분리막(memebrane)을 투과한 물의 질량/At
(t: 기상의 휘발성 유기화합물이 증기투과모듈을 통과하는 시간, A: 폴리이미드 분리막의 유효 면적)
도 13에서 확인할 수 있듯이, 증기투과모듈에 유입되는 기상의 휘발성 유기화합물의 유량이 증가되는 경우, 휘발성 유기화합물의 투과유속(JIPA)는 감소하고, 물의 투과유속(Jwater)은 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
도 14 및 도 15는 증기투과모듈에 유입되는 기상의 휘발성 유기화합물의 농도가 제어되는 경우, 증기투과모듈의 다양한 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14를 참조하면, 증기투과모듈에 유입되는 기상의 휘발성 유기화합물의 농도(Feed concentration, XIPA, wt%)를 제어한 후, 제어된 농도에 따른 농축 휘발성 유기화합물의 순도(purity, χIPA, wt%) 및 기상의 휘발성 유기화합물의 회수율(IPA recovery, ψIPA, %)을 측정하여 나타내었다.
도 14에서 확인할 수 있듯이, 증기투과모듈에 유입되는 기상의 휘발성 유기화합물의 농도가 증가되는 경우, 농축 휘발성 유기화합물의 순도는 증가하고, 기상의 휘발성 유기화합물의 회수율은 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
도 15를 참조하면, 증기투과모듈에 유입되는 기상의 휘발성 유기화합물의 농도(Feed concentration, XIPA, wt%)를 제어한 후, 제어된 농도에 따라 증기투과모듈 내를 흐르는 휘발성 유기화합물의 투과유속(JIPA)변화와 물의 투과유속(Jwater) 변화를 나타내었다.
도 15에서 확인할 수 있듯이, 증기투과모듈에 유입되는 기상의 휘발성 유기화합물의 농도가 증가되는 경우, 휘발성 유기화합물의 투과유속(JIPA)은 증가하고, 물의 투과유속(Jwater)은 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
도 16은 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도가 제어되는 경우, 시간에 따른 농축 휘발성 유기화합물의 순도를 나타내는 그래프이다.
도 16을 참조하면, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도(Tf)를 50℃, 60℃, 및 70℃로 제어한 후, 시간에 따른 농축 휘발성 유기화합물의 순도(purity, χIPA, wt%)를 측정하여 나타내었다. 도 16에서 확인할 수 있듯이, 온도 및 시간이 증가함에 따라 농축 휘발성 유기화합물의 순도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
도 17은 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도가 제어되는 경우, 시간에 따른 휘발성 유기화합물의 투과유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 17을 참조하면, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도(Tf)를 50℃, 60℃, 및 70℃로 제어한 후, 시간에 따라 투과증발모듈 내부를 흐르는 휘발성 유기화합물의 투과유속(JIPA) 변화를 나타내었다.
도 17에서 확인할 수 있듯이, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도가 증가하는 경우, 휘발성 유기화합물의 투과유속이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 투입 시간 증가에 따른 휘발성 유기화합물의 투과유속은, 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
도 18은 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도가 제어되는 경우, 시간에 따른 물의 투과유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 18을 참조하면, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도(Tf)를 50℃, 60℃, 및 70℃로 제어한 후, 시간에 따라 투과증발모듈 내부를 흐르는 물의 투과유속(Jwater) 변화를 나타내었다.
도 18에서 확인할 수 있듯이, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도 및 시간이 증가함에 따라, 물의 투과유속이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
도 19는 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도가 제어되는 경우, 투과증발모듈 내부를 흐르는 유체 전체의 투과유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 19를 참조하면, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도(Tf)를 50℃, 60℃, 및 70℃로 제어한 후, 시간에 따라 투과증발모듈 내부를 흐르는 전체 유체의 투과유속(Jtot) 변화를 나타내었다.
도 19에서 확인할 수 있듯이, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도가 증가함에 따라, 전체 유체의 투과유속(Jtot)은 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 공급 시간이 증가함에 따라, 전체 유체의 투과유속(Jtot)은 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
도 20은 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도가 제어되는 경우, 시간에 따른 액상의 휘발성 유기화합물의 회수율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 20을 참조하면, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 온도(Tf)를 45℃~75℃로 제어한 후, 시간에 따른 액상의 휘발성 유기화합물의 회수율(IPA recovery, ψIPA, %)을 측정하여 나타내었다. 도 20에서 확인할 수 있듯이, 온도가 증가함에 따라 액상의 휘발성 유기화합물의 회수율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
도 21은 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량이 제어되는 경우, 시간에 따른 농축 휘발성 유기화합물의 순도를 나타내는 그래프이다.
도 21을 참조하면, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량(Vf)을 0.5 l/min, 0.75 l/min, 및 1.0 l/min으로 제어한 후, 각각의 유량으로 공급되는 경우에 대해, 시간에 따른 농축 휘발성 유기화합물의 순도 변화를 나타내었다. 도 21에서 확인할 수 있듯이, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량이 증가함에 따라, 농축 휘발성 유기화합물의 순도는 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
도 22는 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량이 제어되는 경우, 시간에 따른 휘발성 유기화합물의 투과유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 22를 참조하면, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량(Vf)을 0.5 l/min, 0.75 l/min, 및 1.0 l/min으로 제어한 후, 각각의 유량으로 공급되는 경우에 대해, 시간에 따른 휘발성 유기화합물의 투과유속을 측정하여 나타내었다. 도 22에서 확인할 수 있듯이, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량이 증가함에 따라, 휘발성 유기화합물의 투과도는 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
도 23은 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량이 제어되는 경우, 시간에 따른 물의 투과유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 23을 참조하면, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량(Vf)을 0.5 l/min, 0.75 l/min, 및 1.0 l/min으로 제어한 후, 각각의 유량으로 공급되는 경우에 대해, 시간에 따른 물의 투과유속을 측정하여 나타내었다. 도 23에서 확인할 수 있듯이, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량이 증가함에 따라, 물의 투과도는 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
도 24는 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량이 제어되는 경우, 시간에 따라 투과증발모듈 내부를 흐르는 유체 전체의 투과유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 24를 참조하면, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량(Vf)을 0.5 l/min, 0.75 l/min, 및 1.0 l/min으로 제어한 후, 각각의 유량으로 공급되는 경우에 대해, 시간에 따른 전체 유체의 투과유속을 측정하여 나타내었다. 도 24에서 확인할 수 있듯이, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량이 증가함에 따라, 전체 유체의 투과도는 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
도 25는 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량에 따른 액상의 휘발성 유기화합물의 회수율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 25를 참조하면, 투과증발모듈에 유입되는 액상의 휘발성 유기화합물의 유량을 0.4 l/min ~ 1.1 l/min으로 제어하고, 각각의 유량으로 공급되는 경우에 대해 액상의 휘발성 유기화합물의 회수율을 측정하여 나타내었다. 도 25에서 확인할 수 있듯이, 유량이 증가함에 따라, 액상의 휘발성 유기화합물의 회수율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
110: 제1 증기투과모듈
120: 제2 증기투과모듈
130: 제3 증기투과모듈
200: 투과증발모듈
300: 저장 탱크
400: 농축 저장 탱크

Claims (13)

  1. 기상(Vapor phase)의 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC) 및 액상(Liquid phase)의 휘발성 유기화합물이 함께 보관되되, 상(phase) 분리 상태로 저장되는 저장 탱크;
    상기 저장 탱크로부터 공급된 상기 기상의 휘발성 유기화합물이 이동하는 제1 증기투과유로, 및 상기 기상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하는 제2 증기투과유로를 포함하는 증기투과모듈; 및
    상기 저장 탱크로부터 공급된 상기 액상의 휘발성 유기화합물이 이동하는 제1 투과증발유로, 및 상기 액상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 휘발성 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하는 제2 투과증발유로를 포함하는 투과증발모듈을 포함하는 하이브리드 VOC 정제 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 증기투과모듈은, 제1 내지 제3 증기투과모듈을 포함하되,
    상기 제1 증기투과모듈은, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 상기 유체가 분리되고 남은 제1 농축 휘발성 유기화합물, 및 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 분리된 상기 유체로 정의되는 제1 증기투과유체를 생성하고,
    상기 제2 증기투과모듈은, 상기 제1 증기투과모듈로부터 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물을 제공받아, 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물로부터 상기 유체가 분리되고 남은 제2 농축 휘발성 유기화합물, 및 상기 제1 농축 휘발성 유기화합물로부터 분리된 상기 유체로 정의되는 제2 증기투과유체를 생성하고,
    상기 제3 증기투과모듈은, 상기 제1 증기투과모듈로부터 상기 제1 증기투과유체를 제공받아, 상기 제1 증기투과유체로부터 상기 유체가 분리되고 남은 제3 농축 휘발성 유기화합물, 및 상기 제1 증기투과유체로부터 분리된 상기 유체로 정의되는 제3 증기투과유체를 생성하는 것을 포함하는 하이브리드 VOC 정제 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 증기투과유체, 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물, 및 상기 제3 농축 휘발성 유기화합물은, 상기 저장 탱크로 회수되는 것을 포함하는 하이브리드 VOC 정제 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 증기투과모듈로부터 배출된 상기 제2 증기투과유체가, 상기 저장 탱크로 회수되는 유로에 배치되는 제1 밸브;
    상기 제3 증기투과모듈로부터 배출된 상기 제3 농축 휘발성 유기화합물이, 상기 저장 탱크로 회수되는 유로에 배치되는 제2 밸브;
    상기 제2 증기투과모듈로부터 배출된 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물이, 상기 저장 탱크로 회수되는 유로에 배치되는 제3 밸브; 및
    상기 제2 증기투과모듈로부터 배출된 상기 제2 농축 휘발성 유기화물이 저장되는 농축 저장 탱크와 상기 제2 증기투과모듈 사이에 배치되는 제4 밸브를 더 포함하되,
    상기 제1 내지 제4 밸브를 제어하여, 상기 농축 저장 탱크로 제공되는 상기 제2 농축 휘발성 유기화합물의 농도가 제어되는 것을 포함하는 하이브리드 VOC 정제 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 투과증발모듈은, 상기 액상의 휘발성 유기화합물로부터 상기 유체가 분리되고 남은 제4 농축 휘발성 유기화합물, 및 상기 액상의 휘발성 유기화합물로부터 분리된 상기 유체로 정의되는 증발투과유체를 생성하는 하이브리드 VOC 정제 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제4 농축 휘발성 유기화합물, 및 상기 증발투과유체는 상기 저장 탱크로 회수되는 것을 포함하는 하이브리드 VOC 정제 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 투과증발모듈로부터 배출된 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물이 저장되는 농축 저장 탱크와, 상기 투과증발모듈 사이에 배치되는 제5 밸브를 더 포함하되,
    상기 제5 밸브를 제어하여, 상기 농축 저장 탱크로 제공되는 상기 제4 농축 휘발성 유기화합물의 농도가 제어되는 것을 포함하는 하이브리드 VOC 정제 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 증기투과모듈, 및 상기 투과증발모듈은 각각 중공사막을 포함하되,
    상기 제1 증기투과유로는 상기 중공사막의 내부에 정의되고,
    상기 제1 투과증발유로는 상기 중공사막의 외부에 정의되는 것을 포함하는 하이브리드 VOC 정제 장치.
  9. 기상의 휘발성 유기화합물이 이동하고, 복수의 중공사막을 포함하는 제1 증기투과유로; 및
    상기 제1 증기투과유로 내를 이동하는 상기 기상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하고, 상기 복수의 중공사막을 둘러싸는 제2 증기투과유로를 포함하되,
    상기 제1 증기투과유로에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 유량을 증가시켜,
    상기 기상의 휘발성 유기화합물의 질량에 대한 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 유체가 분리되고 남은 농축 휘발성 유기화합물의 질량의 비율을 증가시키는 것을 포함하는 증기투과장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 증기투과유로에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 농도를 증가시켜, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 유체가 분리되고 남은 농축 휘발성 유기화합물의 순도(purity)를 증가시키는 것을 포함하는 증기투과장치.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 증기투과유로에 유입되는 상기 기상의 휘발성 유기화합물의 유량을 증가시켜, 상기 기상의 휘발성 유기화합물로부터 유체가 분리되고 남은 농축 휘발성 유기화합물의 순도(purity)를 증가시키는 것을 포함하는 증기투과장치.
  12. 액상의 휘발성 유기화합물이 이동하고, 복수의 중공사막을 둘러싸는 제1 투과증발유로; 및
    상기 제1 투과증발유로 내를 이동하는 상기 액상의 휘발성 유기화합물과의 분압차에 의하여, 상기 액상의 유기화합물로부터 분리된 유체가 이동하고, 상기 복수의 중공사막을 포함하는 제2 투과증발유로를 포함하되,
    상기 제1 투과증발유로에 유입되는 상기 액상의 휘발성 유기화합물의 유량을 증가시켜,
    상기 액상의 휘발성 유기화합물의 질량에 대한 상기 액상의 휘발성 유기화합물로부터 유체가 분리되고 남은 농축 휘발성 유기화합물의 질량의 비율을 증가시키는 것을 포함하는 투과증발장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 투과증발유로에 유입되는 상기 액상의 휘발성 유기화합물의 온도를 증가시켜, 상기 액상의 휘발성 유기화합물로부터 유체가 분리되고 남은 농축 휘발성 유기화합물의 순도(purity)를 증가시키는 것을 포함하는 증기투과장치.
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