KR100827568B1

KR100827568B1 - 휘발성 유기화합물 회수장치

Info

Publication number: KR100827568B1
Application number: KR1020070069055A
Authority: KR
Inventors: 이진식; 이석춘; 이진홍
Original assignee: 이진식; 이석춘; 이진홍
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2008-05-07

Abstract

본 발명은 휘발성 유기화합물 회수장치에 관한 것이다. 이는 기체상태의 휘발성 유기화합물을 받아들이는 1차회수탑과; 상기 1차회수탑내의 휘발성 유기화합물을 냉각하여 응축시키는 제 1냉각부와; 상기 1차회수탑에 연결되며 1차회수탑에서 응축되지 않은 휘발성 유기화합물을 받아들이는 2차회수탑과; 상기 2차회수탑에 유입된 휘발성 유기화합물을 1차회수탑보다 상대적으로 낮은 온도로 냉각하여 1차회수탑에서 응축되지 않았던 휘발성 유기화합물을 응축시키는 제 2냉각부와; 상기 제 2냉각부에 의한 응축과정을 마친 기체를 분석하여 휘발성 유기화합물의 농도를 체크하는 분석기와; 상기 분석기를 이용한 분석결과 휘발성 유기화합물의 농도가 허용치 이상일 경우 기체를 2차회수탑으로 다시 보내는 회수부를 포함하는 구성을 갖는다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 처리할 휘발성 유기화합물이, 서로 다른 온도로 유지되는 다수의 회수탑을 통과하며 응축도록 함으로써 처리속도가 빠르고, 또한 농도가 낮아 응축되지 않은 휘발성 유기화합물은 회수탑 외부에서 압축한 후 다시 회수탑으로 보내어 응축시키므로 그만큼 응축효율이 높으며, 특히 기체내의 휘발성 유기화합물 농도가 허용치 이하가 될 때까지 기체를 순환시키며 압축과 냉각을 반복하므로 완벽한 처리가 가능하다.

Description

휘발성 유기화합물 회수장치{Apparatus for recovering Volatile Organic Compounds}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 회수장치의 전체적인 구성 및 작동 메카니즘을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

10:휘발성 유기화합물 배출원 12:1차회수탑

14:저장용기 16:2차회수탑

18:저장용기 20:제 1냉각부

22:제 2냉각부 24:분석기

26:압력측정기 28:필터

30:제어부 32:제 1펌프

34:제 2펌프 36:압축용기

38a,38b:3방밸브 40:제 1파이프

42:제 2파이프 44:배출파이프

46:회수파이프 50:리턴파이프

본 발명은 휘발성 유기화합물 회수장치에 관한 것이다.

휘발성 유기화합물은(Volatile Organic Compounds, VOC) 대기 중으로 쉽게 증발되고, 대기 중에서 질소산화물과 공존하는 경우 태양광의 작용에 의해 광화학반응을 일으켜 오존 및 팬(PAN:퍼옥시아세틸나이트레이트) 등 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학스모그를 유발하는 물질이다. 이는 명백히 대기를 오염시키는 오염물질이며 발암성을 가진 독성 화학물질로서 광화학 산화물의 전구물질이기도 하다.

이러한 휘발성 유기화합물은 우리 주변의 각종 유기용제와 액체연료 또는 공장에서 주로 사용하는 공업용 용매나 화학공정에서 배출되는 유기가스 등 그 종류가 매우 다양해 그만큼 범위를 명확히 구분하기가 어렵다.

한편, 현재 적용되고 있는 휘발성 유기화합물의 처리방법은 제거방법과 회수방법이 있다.

상기 제거방법은 처리할 휘발성 유기화합물의 성질상 회수가 불가능하거나, 또는 회수는 할 수 있으나 악취나 독성이 많아 회수의 필요성이 없는 경우에 사용된다. 상기 제거방법은 포집된 휘발성 유기화합물을 공기와 보조연료와 함께 산화촉매층에서 연소시키는 공정을 포함한다. 그러나 이 방법은 시설의 설치나 운전의 비용이 높고 특히 NOx나 SOx 등의 2차 오염을 발생한다는 문제를 갖는다.

또한 상기 회수방법은 경제성이 중요한 선택 기준인데, 활성탄을 이용한 흡착과 응축기술이 주로 활용되고 있다.

사실 휘발성 유기화합물의 처리기술로서, 흡착제가 충진된 충진탑을 이용하는 방법이 가장 먼저 개발되었다. 그러나 상기 흡착제를 이용한 방법은 휘발성 유기화합물의 제거효율은 나름대로 우수하지만, 흡착제의 재활용이 어려워 운전비용이 많이 들고, 또한 흡착제에 의한 2차 오염의 발생 위험이 있다는 문제가 있다.

최근에 분리막을 이용한 처리기술이나 미생물을 이용하여 휘발성 유기화합물을 이산화탄소와 물 및 광물염으로 전환시키는 기술 등이 제안되고 있으나, 이는 초기 설치비용이 막대하며 또한 휘발성 유기화합물의 종류에 따라 처리 효율이 일정하지 않다는 단점을 갖는다.

또한 휘발성 유기화합물을 응축 처리하는 응축기술이 개발되기도 하였으나, 이는 일정 농도 이하에서는 그 기능이 현저히 저하하거나 아예 작동이 불가능하므로, 적용할 수 있는 농도범위가 극히 제한된다는 한계가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 처리할 휘발성 유기화합물이, 서로 다른 온도로 유지되는 다수의 회수탑을 통과하며 응축되도록 함으로써 처리속도가 빠르고, 또한 농도가 낮아 응축되지 않은 휘발성 유기화합물은 회수탑 외부에서 압축한 후 다시 회수탑으로 보내어 응축시키므로 그만큼 응축효율이 높으며, 특히 기체내의 휘발성 유기화합물 농도가 허용치 이하가 될 때까지 기체를 순환시키며 압축과 냉각을 반복하므로 완벽한 처리가 가능한 휘발성 유기화합물 회수장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 휘발성 유기화합물 배출원으로부터 배출된 기체상태의 휘발성 유기화합물을 그 내부에 받아들이는 1차회수탑과; 상기 1차회수탑내의 휘발성 유기화합물을 소정 온도로 냉각하여 응축시키는 제 1냉각부와; 상기 1차회수탑에 연결되며 1차회수탑에서 응축되지 않은 휘발성 유기화합물을 받아들이는 2차회수탑과; 상기 2차회수탑에 유입된 휘발성 유기화합물을 냉각하되 1차회수탑보다 상대적으로 낮은 온도로 냉각하여 1차회수탑에서 응축되지 않았던 휘발성 유기화합물을 응축시키는 제 2냉각부와; 상기 제 2냉각부에 의한 응축과정을 마친 기체를 분석하여 그 내부에 포함된 휘발성 유기화합물의 농도를 체크하는 분석기와; 상기 분석기를 이용한 분석결과 휘발성 유기화합물의 농도가 허용치 이하일 경우 해당 기체를 대기로 방출하고, 허용치 이상일 경우 기체를 2차회수탑으로 다시 보내는 회수부와; 상기 제 1,2냉각부와 분석기와 회수부의 동작을 제어하는 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분석기는, 2차회수탑에 장착되며 2차회수탑의 외부로 연장된 배출파이프에 설치되어, 2차회수탑으로부터 배출되는 기체를 분석하고 그 결과를 제어부에 전송하며, 상기 회수부는; 상기 배출파이프에 설치되며 제어부에 의해 제어되는 3방밸브와, 상기 3방밸브를 통해 배출파이프에 접속되고 상기 2차회수탑의 내부로 연장되는 회수파이프와, 상기 회수파이프에 설치되며, 기체의 농도가 허용치 보다 높을 경우 제어부에 의해 제어된 3방밸브를 거쳐 회수파이프로 유입한 기체를 압축하여 기체가 압축된 상태로 2차회수탑으로 이동하게 하는 압축펌핑수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 3방밸브는 기체의 농도가 허용치 이하일 경우 기체가 배출파이프를 통해 대기중으로 배출되게 하고, 허용치 이상일 경우 상기 회수파이프로 유동하게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축펌핑수단은; 상기 회수파이프에 설치되고 상기 3방밸브를 통과한 기체를 강제 유동시키는 하나 이상의 펌프와, 상기 펌프에 의해 유동하는 기체를 임시 수용하는 압축용기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회수파이프에는, 제어부에 의해 제어되는 3방밸브를 통해 회수파이프에 접속되고 3방밸브의 동작시 회수파이프 내의 기체를 받아 상기 휘발성 유기화합물 배출원으로 보내는 리턴파이프가 연결된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 회수장치는, 휘발성 유기화합물 배출원(10)으로부터 배출되는 기체상태의 휘발성 유기화합물을 제 1파이프(40)를 통해 그 내부에 받아들이는 1차회수탑(12)과, 상기 1차회수탑(12)에 수용된 휘발성 유기화합물을 소정온도로 냉각하여 응축시키는 제 1냉각부(20)와, 제 2파이프(42)를 통해 1차회수탑(12)에 연결되며 1차회수탑(12)에서 응축되지 않은 기체를 받아들이는 2차회수탑(16)과, 상기 2차회수탑(16) 내부의 기체를 냉각하여 응축시키는 제 2냉각부(22)와, 상기 2차회수탑(16)에 고정되며 2차회수탑(16)의 내 부와 외부를 연통시키는 배출파이프(44)에 설치되는 3방밸브(38a)와, 상기 3방밸브(38a)를 통해 배출파이프(44)에 접속되며 길이방향으로 연장되고 그 연장단부가 상기 2차회수탑(16)의 내부로 삽입 고정되는 회수파이프(46)와, 다른 3방밸브(38b)를 통해 회수파이프(46)에 접속되고 그 단부는 휘발성유기화합물 배출원(10)에 연결되는 리턴파이프(50)와 제어부(30)를 포함한다.

상기 휘발성유기화합물 배출원(10)은, 휘발성 유기화합물을 발생시키는 장치로서 예컨대 여러 유기용제를 사용하는 반응탑이나 건조기가 될 수 있다. 상기 휘발성유기화합물 배출원(10)에서 발생하는 휘발성유기화합물은 기체 상태이다.

상기 1차회수탑(12)은 그 내부에서 기체상태의 휘발성 유기화합물의 응축반응이 진행되는 밀폐공간으로서, 제어부(30)의 동작에 의해 밸브(s1)가 개방되면 제 1파이프(40)를 통해 휘발성유기화합물을 전달받는다.

상기 1차회수탑(12)으로 이동한 휘발성유기화합물은 제 1냉각부(20)의 동작에 의해 냉각된다. 상기 제 1냉각부(20)는 통상의 냉각장치로서 제어부(30)에 의해 제어되며 냉각온도를 조절할 수 있다. 상기 제 1냉각부(20)의 냉각온도는 휘발성유기화합물의 종류에 따라 달라지며 예컨대 -20℃ 내지 상온의 범위까지 조절할 수 있다. 따라서 응축온도가 -20℃ 내지 상온 사이에 포함되는 휘발성유기화합물은 상기 제 1냉각부(20)의 동작에 의해 응축된 후 저장용기(14)로 회수될 수 있는 것이다.

상기 2차회수탑(16)은 1차회수탑(12)에서 응축과정을 마친 후 남아있는 기체를 제 2파이프(42)를 통해 그 내부에 받아들인다. 상기한 바와같이 -20℃ 내지 상 온 범위내에서 응축 가능한 휘발성 유기화합물은, 1차회수탑(12)에서 응축과정을 통해 이미 회수되었으므로, 2차회수탑(16)에서 -20℃보다 낮은 온도환경을 제공하여 잔여 휘발성유기화합물을 제거하는 것이다.

상기 제 2냉각부(22)는 2차회수탑(16)을 냉각하는 역할을 한다. 상기 2차냉각부(22)는 -35℃ 내지 -55℃ 정도의 온도를 제공하여, 1차회수탑(12)에서 응축되지 않고 건너온 대부분의 휘발성유기화합물을 응축시킨다. 상기 2차회수탑(16)에서 응축된 휘발성 유기화합물은 2차회수탑(16)에 연결되어 있는 저장용기(18)에 모여 임시 보관된다. 상기 저장용기(14,18)에 저장된 액체상태의 휘발성유기화합물은 그대로 또는 별도의 정제과정을 거친 후 재활용된다.

한편, 상기 배출파이프(44)는 2차회수탑(16)의 내부와 외부를 연통시키는 파이프로서, 그 중간에 분석기(24)와 3방밸브(38a)를 갖는다. 상기 배출파이프(44)는 2차회수탑(16)에서 응축과정을 마치고 남은 기체를 2차회수탑(16) 외부로 배출하는 파이프이다.

상기 분석기(24)는 배출파이프(44)를 통해 빠져나가는 기체 내에 잔류할 수 있는 휘발성유기화합물의 농도를 체크하는 역할을 한다. 상기 분석기(24)는 제어부(30)와 접속되어 체크한 내용을 제어부(30)로 전달함으로써 제어부(30)가 적절한 제어동작을 하도록 한다.

상기 3방밸브(38a)는 분석기(24)를 통과한 기체를 화살표 a방향으로 보내거나 b방향으로 유도하는 역할을 한다. 상기 3방밸브(38a)는 제어부(30)의 제어신호에 의해 동작하여, 기체내의 농도가 허용치보다 높을 경우에는 기체를 화살표 a방 향으로 보내고, 허용치보다 낮을 때에는 화살표 b방향으로 보낸다.

화살표 b방향으로 유도된 기체는 대기로 방출되고, 화살표 a 방향으로 흐르는 기체는 압축된 후 다시 2차회수탑(16)으로 돌아온다.

상기 3방밸브(38a)에는 회수파이프(46)가 연결된다. 상기 회수파이프(46)는 소정 경로를 따라 연장된 후 2차회수탑(16)의 내부로 삽입 고정되어, 상기 화살표 b방향으로 유도된 (허용치 이상의 농도를 갖는) 기체를 2차회수탑(16)으로 다시 보낸다.

상기 회수파이프(46)의 중간에는 압력측정기(26)와 필터(28)와 제 1,2펌프(32,34)와 압축용기(36)가 설치되어 있다.

상기 압력측정기(26)는 2차회수탑(16)과 회수파이프(46) 및 압축용기(36) 내부의 압력을 체크하고 그 내용을 제어부(30)에 전달하여, 제어부(30)로 하여금 현재 압력에 따른 적절한 제어동작을 하도록 한다. 예컨대 2차회수탑(16) 내부의 압력을 조절할 필요가 있을 때, 3방밸브(38a)를 전환하게 하여 기체를 화살표 a방향으로 보내어 압축용기(36)에 임시 저장한다거나 하는 등의 동작을 하게 하는 것이다.

또한 상기 필터(28)는 화살표 a방향으로 이동하는 기체내의 불순물을 제거하는 역할을 한다.

상기 제 1,2펌프(32)는, 회수장치의 초기 가동시 또는 운전 중 휘발성유기화합물의 발생량을 조절하기 위해 사용된다. 즉, 2차회수탑(16) 내부의 압력을 낮게 유지함으로써, 1차회수탑(12) 내부의 기체가 2차회수탑(16)으로, 휘발성유기화합물 배출원(10)에서 발생하는 휘발성유기화합물이 1차회수탑(12)으로 보다 신속히 넘어올 수 있게 하는 것이다.

상기 제 1펌프(32)와 제 2펌프(34)의 사이에는 3방밸브(38b)통해 리턴파이프(50)가 접속된다. 상기 리턴파이프(50)는 상기 3방밸브(38b)에 접속한 상태로 연장되어 상기 휘발성유기화합물 배출원(10)에 연결된 파이프이다.

상기 3방밸브(38b)는 제어부(30)에 의해 제어된다. 상기 3방밸브(38b)의 동작에 의해 회수파이프(46)를 흐르던 기체가 화살표 d방향을 따라 리턴파이프(50)로 이동하거나 화살표 c방향으로 흐를 수 있다.

상기 화살표 c방향으로 흐르는 기체는 제 2펌프(34)를 거쳐 압축용기(36)에 임시 수용된다. 상기 압축용기(36)는 공지의 압축장치를 포함하며 기체를 압축한다. 상기 압축용기(36)에 저장된 기체는 원하는 압력에 도달하여 제어부(30)가 밸브(s2)를 개방하는 순간 2차회수탑(16)으로 보내어진다. 공지의 사실과 같이 같은 온도라 하더라도 압력이 높아질수록 응축이 잘 이루어지므로, 상기와 같이 압축용기(36)에서 압축된 기체는 2차회수탑(16)으로 이동하여 추가적으로 응축된다.

화살표 c방향을 따라 2차회수탑(16)으로 되돌아가 두 번째로 응축된 후의 남은 기체는 (첫 응축과정을 마친 기체와 혼합된 상태로) 배출파이프(44)를 통해 분석기(24)로 보내어진다. 상기 분석기(24)는 기체내의 휘발성 유기화합물의 농도를 체크하여 농도가 허용치 이하일 경우 대기로 방출하고, 허용치 이상일 경우 제어부(30)로 하여금 화살표 a방향으로 이동하게 한다.

상기 휘발성유기화합물 배출원(10)에서 발생하는 기체상태의 휘발성 유기화 합물은, 분석기(24)에 설정되어 있는 허용치 상기 이하의 농도가 될 때까지 상기 과정을 반복한다. 따라서 허용치 이상의 기체가 대기로 방출될 염려가 없다.

한편, 상기 3방밸브(38b)는, 2차회수탑(16)과 압축용기(36) 내부의 압력이 필요 이상으로 높을 경우, 제어부(30)에 의해 작동되어 화살표 c방향으로 흐르던 회수파이프(46) 내의 기체를 화살표 d방향으로 유도한다. 화살표 d방향으로 유도된 기체는 리턴파이프(50)를 거쳐 휘발성유기화합물 배출원(10)으로 돌아간다. 상기 배출원(10)으로 돌아간 기체는 다른 휘발성유기화합물과 혼합된 상태로 제 1파이프(40)를 통해 1차회수탑(12)으로 이동하여 상기한 과정을 거친다.

상기 리턴파이프(50)에도 압력측정기(26)가 설치되어 있다. 상기 압력측정기(26)는 휘발성유기화합물 배출원(10)으로 이동하는 기체의 압력을 체크한다. 상기 압력측정기(26)에 의해 측정된 압력정보는 제어부(30)에 전달되어, 필요할 경우 제어부(30)로 하여금 3방밸브(38b)를 다시 동작시켜 유로를 화살표 c방향으로 다시 전환하게 한다.

결국 상기한 바와같이 이루어지는 본 실시예의 휘발성유기화합물 회수장치는, 휘발성유기화합물 배출원(10)에서 발생한 휘발성유기화합물을 냉각 응축시켜 회수하되, 냉각 응축되지 않은 휘발성유기화합물은 압력을 가하여 응축시킴으로써 그만큼 회수율이 높고, 또한 휘발성유기화합물이 포함되어 있는 기체를 허용 농도보다 낮아질 때 까지 순환시키므로 처리 효율이 높다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지 식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 휘발성 유기화합물 회수장치는, 처리할 휘발성 유기화합물이 서로 다른 온도로 유지되는 다수의 회수탑을 통과하며 응축되도록 함으로써 처리속도가 빠르고, 또한 농도가 낮아 응축되지 않은 휘발성 유기화합물은 회수탑 외부에서 압축한 후 다시 회수탑으로 보내어 응축시키므로 그만큼 응축효율이 높으며, 특히 기체내의 휘발성 유기화합물 농도가 허용치 이하가 될 때까지 기체를 순환시키며 압축과 냉각을 반복하므로 완벽한 처리가 가능하다.

Claims

휘발성 유기화합물 배출원으로부터 배출된 기체상태의 휘발성 유기화합물을 그 내부에 받아들이는 1차회수탑과;

상기 1차회수탑내의 휘발성 유기화합물을 소정 온도로 냉각하여 응축시키는 제 1냉각부와;

상기 1차회수탑에 연결되며 1차회수탑에서 응축되지 않은 휘발성 유기화합물을 받아들이는 2차회수탑과;

상기 2차회수탑에 유입된 휘발성 유기화합물을 냉각하되 1차회수탑보다 상대적으로 낮은 온도로 냉각하여 1차회수탑에서 응축되지 않았던 휘발성 유기화합물을 응축시키는 제 2냉각부와;

상기 제 2냉각부에 의한 응축과정을 마친 기체를 분석하여 그 내부에 포함된 휘발성 유기화합물의 농도를 체크하는 분석기와;

상기 분석기를 이용한 분석결과 휘발성 유기화합물의 농도가 허용치 이하일 경우 해당 기체를 대기로 방출하고, 허용치 이상일 경우 기체를 2차회수탑으로 다시 보내는 회수부와;

상기 제 1,2냉각부와 분석기와 회수부의 동작을 제어하는 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 회수장치.
제 1항에 있어서,

상기 분석기는, 2차회수탑에 장착되며 2차회수탑의 외부로 연장된 배출파이프에 설치되어, 2차회수탑으로부터 배출되는 기체를 분석하고 그 결과를 제어부에 전송하며,

상기 회수부는;

상기 배출파이프에 설치되며 제어부에 의해 제어되는 3방밸브와,

상기 3방밸브를 통해 배출파이프에 접속되고 상기 2차회수탑의 내부로 연장되는 회수파이프와,

상기 회수파이프에 설치되며, 기체의 농도가 허용치보다 높을 경우 제어부에 의해 제어된 3방밸브를 거쳐 회수파이프로 유입한 기체를 압축하여 기체가 압축된 상태로 2차회수탑으로 이동하게 하는 압축펌핑수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 회수장치.
제 2항에 있어서,

상기 3방밸브는 기체의 농도가 허용치 이하일 경우 기체가 배출파이프를 통해 대기중으로 배출되게 하고, 허용치 이상일 경우 상기 회수파이프로 유동하게 하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 회수장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 압축펌핑수단은;

상기 회수파이프에 설치되고 상기 3방밸브를 통과한 기체를 강제 유동시키는 하나 이상의 펌프와,

상기 펌프에 의해 유동하는 기체를 임시 수용하는 압축용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 회수장치.
제 2항에 있어서,

상기 회수파이프에는, 제어부에 의해 제어되는 3방밸브를 통해 회수파이프에 접속되고 3방밸브의 동작시 회수파이프 내의 기체를 받아 상기 휘발성 유기화합물 배출원으로 보내는 리턴파이프가 연결된 것을 특징으로 하는 휘발성 유기화합물 회수장치.