KR20020083413A - 버너화염에 의한 고온분해용 voc 제거 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 도장부스와 같이 도장과 전조가 한 부스에서 교대로 작업하는 시설이나 건조 작업만 하는 건조로 시설에서 배출되는 휘발성 유기화합물 가스(VOC)를 고효율로 제거하고 저렴한 설비비에 별도의 운전비가 거의 없을 뿐만 아니라 또한 휘발성 유기 화합물 가스의 분해열을 회수하여 경제성이 우수한 시설로 구상의 핵심은 건조시 배출되는 VOC는 건조열을 공급하는 버너의 연소공기로 유입시켜 버너의 화염으로 연소 분해 제거하고,
자동차 도장부스의 경우에는 도장 작업시 VOC 제거를 위해 홉착탑이 설치되어 있는데 활성탄을 탈착 재생도 가능하도록 구성되어 있어 활성탄 교체비 절감도 이루어지도록 하였으며 탈착방식은 버너 연소 배가스에 함유된 고열의 폐열을 사용하여 탈착하고 탈착시 발생 VOC는 버너연소실로 유입시켜 연소 분해 제거하는 방식으로 구성되어 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면 자동차 도장부스의 경우 기존에는 제1도와 같이 단순히 홉착탑(5)만 설치하여 VOC를 제거하였는데 이는 지속적인 VOC 홉착으로 활성탄이 포화되어 주기적으로 교체해 주므로써 과대한 활성탄 교체비가 소요되는 문제점이 있어 왔고 또한 건조시에는 고온으로 인해 홉착탑에서 VOC를 제거해 주지 못하므로써 전체 VOC 제거 성능이 떨어지는 문제점이 있어 왔다.
이러한 문제점을 개선한 것이 제 2도에 나타낸 바와 같이 별도의 촉매 연소장치 (배기팬(6)의 1/10∼1/30용량)를 설치하여 건조시 배출되는 고온의 VOC를 촉매 분해 제거하고 또한 홉착탑(5)내 활성탄을 촉매연소장치 히터의 가열에 의해 발생된 열과 촉매 분해시 발생되는 열을 열 교환하여 발생한 열풍으로 탈착 재생 후 이 때 발생 하는 VOC를 촉매 분해 제거하므로써 활성탄 탈착을 동시에 행하여 제 1도의 문제점을 해결하였다.
그러나 제 2도 방식은 제1도에 비해 효율과 경제성이 우수 하지만 별도의 탈착 장치의 설치와 촉매 분해에 필요한 히터의 가열등 운전비가 소요되어 왔다.
이에 본 발명은 제 4도에 나타낸 방식으로 건조시 배출되는 VOC는 버너의 연소공기로 유입시켜 버너의 화염으로 연소분해 제거토록 발명하였고 탈착 공정은 버너 연소 배가스의 폐열을 이용하여 활성탄을 탈착 재생하고 탈착시 배출되는 VOC는 버너 연소실안으로 직접 넣어 버너 화염 주위의 고온가스에 의해 연소분해 제거 되도록 발명하였다. 이로서 첫째 별도의 탈착 장치 없이 활성탄을 재생하여 설비비를 매우 저렴하게 하였고 둘째 건조시 배출된 VOC와 탈착시 발생한 VOC를 고온의 화염을 이용하여 완전 연소 분해 제거 하므로써 고효율 제거가 가능케 하였으며 셋째 제 4도 방식의 경우에는 과대한 활성탄 교체비를 해결하였으며 탈착장치 운전비 자체도 1마력도 되지않는 탈착열풍팬의 동력비외에는 별도의 운전비가 필요치 않을 뿐만 아니라 VOC가 버너에서 연소 분해시 배출되는 다량의 열을 건조열로 사용되므로써 연료비 절감을 가능케하여 고효율 제거와 저렴한 설비비 및 운전비를 가진 경제성 있는 방식이다.
건조로의 경우에도 자동차 도장부스와 같은 방법으로 적용하였는데 오히려 도장작업이 없이 건조작업만 있어 시스템은 더 간단하다.
제 3도는 건조로의 종전 VOC 제거시설을 나타내었는데 여기에는 별도의 VOC 제거 시설인 활성탄 홉착탑이 설치되어 있어 설치에 따른 설비비와 제 1도와 마찬가지로 활성탄 교체에 따른 과대한 교체비 등 높은 운전비가 요구되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 제 5도에 나타낸 바와 같이 건조시 벤트로 배출되는 VOC를 버너 연소공기로 유입시켜 버너의 화염으로 연소 분해 제거토록 발명하였는데 이로서 첫째 별도의 VOC 처리시설 없이 VOC를 제거하였고 둘째 건조시 배출되는 VOC를 고온의 화염으로 완전 연소 분해 제거 하므로써 고효율 제거가 가능케 하였고 셋째 전술한 바와 같이 별도의 운전비가 거의 없을 뿐만 아니라 VOC 분해열을 건조열로 회수하므로써 연료비를 절감하여 고효율 제거와 저렴한 설비비 및 운전비를 가진 경제성 있는 방식이다.

Description

버너화염에 의한 고온분해용 VOC 제거 장치{omitted}
페인트 도장 부스 및 건조로 시설 등 여러 시설에서 배기되는 배기가스 중에는 톨루엔, 자일렌 등과 같은 휘발성 유기화합물가스(Volertile Organic Compound: 이하 VOC로 명명)가 함유된 채로 대기 중에 배출되므로써 대기오염을 야기하고 있다.
이러한 VOC로 인한 대기오염 방지를 위해 여러 방식의 정화시설이 사용되고 있으나 대부분 제 1도, 제 3도에 나타낸 바와 같이 가장 경제성이 있고 효율이 우수한 활성탄 홉착방식을 사용하고 있다.
그런데 활성탄은 VOC를 일정량 홉착하게 되면 포화상태가 되어 더 이상 홉착할 수 없는 특성 때문에 일정 기간마다 교체해주거나 최근에는 활성탄 교체에 따른 과대한 운전비를 방치하기 위해 제2도에 나타낸 바와 같이 열풍을 이용하여 탈착 재생 후 다시 홉착 사용하는 방식을 채택하고 있다. (제 2도 방식은 이미 본 발명자가 실용신안(0207663호) 등록 및 기술평가 획득)
본 발명은 도장과 건조가 한 부스에서 이루어지는 자동차 도장 부스나 건조만 하는 건조로에 적용하기 위해 발명된 것으로
자동차 도장부스의 경우 최근에 제 2도 방식과 유사한 열풍을 이용한 탈착 방식을 적용하였으나 제 4도, 제 5도에 나타낸 바와 같이 건조열 공급용 버너 배기가스의 폐열을 이용하여 탈착하고 탈착시 발생되는 VOC는 버너 연소실로 직접 넣어 VOC가 버너 화염 주위의 고온가스에 의해 연소분해 제거하므로써 종전과 달리 별도의 탈착 장치 없이 활성탄 탈착 재생이 가능하여 결과적으로 저렴한 시설비와 운전비로 VOC를 효과적으로 제거토록 한 것이고 건조로의 경우에도 건조시 발생하는 VOC를 바로 버너 연소공기로 사용하여 VOC가 버너 화염에 의해 연소 분해 하므로써 종전과 달리 별도의 VOC 제거장치(일반적으로 홉착탑) 없이 VOC를 제거하여 결과적으로 저렴한 시설비와 운전비로 VOC를 효과적으로 제거토록 한 것이다.
본 발명의 시스템을 설명하기 위해 사전 지식으로 활성탄 홉착방식과 촉매 연소방식에 대해 설명한다면 다음과 같다.
(1) 활성탄 홉착방식
활성탄은 많은 미세공과 넓은 표면적을 가지고 있어 벤젠, 톨루엔, 자일렌가스와 같이 분자량이 큰 VOC가 활성탄층을 통과하게 되면 미세공으로 유기가스분자가 반데르발스힘에 의해 유입되며 이 부위에서 포화 증기압이상의 고농도가 유지되므로써 응축된 상태로 홉착된다. 이러한 홉착특성은 VOC가 계속 홉착되어 포화상태가 되면 더 이상 홉착할 수 없는 제한적인 특성을 가지게 됨을 의미하며 이는 홉착탑내 투입된 활성탄이 모두 포화상태가 되면 더 이상 VOC를 제거해 줄 수 없기 때문에 새로운 활성탄으로 교체해주거나 탈착하여 재사용하여야 함을 의미한다.
활성탄의 탈착 재사용을 위한 탈착공정은 100 ℃ 이상의 열풍이나 스팀을 가하면 되는데 그 이유는 액상으로 활성탄 표면에 홉착되어있는 VOC가 비점 이상의 열풍이 가해져 증발 탈착되므로써 활성탄 미세공이 원래 상태로 복구되기 때문이다.
(2) 촉매연소방식
촉매는 백금, 파라듐등으로 이루어진 물질로 자기 자신은 직접 반응에 참여하지 않고 다만 반응물질의 활성화 에너지를 낮춰 반응을 촉진시켜 VOC의 연소산화온도 600 ∼ 800 ℃보다 훨씬 낮은 150 ∼ 350 ℃에서 연소산화가 가능하게 해줘 에너지 절감을 가능하게 하여 주는 물질이다. 촉매연소방식은 이러한 촉매를 사용하는 방식으로 연소분해가 가능한 150 ∼ 350 ℃로 승온시켜 촉매층을 통과시켜 연소분해하여 제거시키는 방식으로 반응식은 아래와 같다.
상기 반응식에서 보듯이 촉매층에서 VOC 분해시 자체 산화열에 의해 가스온도가 상승하며 상승정도는 VOC농도에 비례하는데 촉매층 유입온도가 250 ℃정도에 이르르면 자체 분해열로 촉매층을 통과하는 동안 가스온도 상승으로 분해 효율이 높아져 95%이상 고효율 처리가 가능하다
(3) 운전조건
(가) 자동차 도장부스
제 1도에서 보듯이 밀폐된 도장부스(1)에서 도장작업과 도장 후 건조작업을 하는데 도장작업은 작업자가 스프레이건을 사용하여 스프레이방식으로 행해지며 작업장 환경을 고려하여 급기팬 입구 댐퍼(301)를 열고 순환닥트 댐퍼(901)를 닫은 상태에서 급기팬(3)과 배기팬(6)을 가동하여 환기가 이루어지도록 구성되어 있다.
이때 배기 가스량은 작업환경 관계로 부스 크기가 클수록 커지나 자동차 도장부스의 경우 400㎥/분 정도의 배기 풍량이 요구된다.
대기오염물질로는 스프레이 도장시 비산되는 페인트 미스트와 도장작업동안 페인트 용제의 증발로 인한 VOC가 배기가스에 함유되어 배출된다.
도장작업 후 도장된 페인트 건조공정이 이루어지는데 건조온도는 통상 80℃에서 건조시킨다.
건조작업시에는 급기팬 입구 댐퍼(301)를 닫고 순환닥트 댐퍼(901)를 열어 놓은 상태에서 급기팬(3)을 가동하고 버너(401)를 가동하면 건조열풍이 부스로 유입되어 순환닥트(9)를 통하여 다시 버너 히팅열에 의해 가열 된 후 부스로 유입되는 순환건조방식으로 운전된다.
건조시 배출가스량은 순환되기 때문에 소량만이 연돌(7)로 배출되는데 배출량은 부스내 공기가 상온에서 80℃로 상승함에 따른 부피 팽창과 VOC증발량 정도가 배출된다.
(나) 건조로
건조로는 자동차 도장부스가 도장과 건조를 번갈아하는 것과 달리 건조작업만 하는 시설로 자동차 도장부스 건조작업 공정과 동일하며 VOC 발생과정도 동일하다.
제 3도에서 급기팬 입구 댐퍼(301)를 닫고 급기팬(3)을 가동하고 버너(401)를 가동하면 건조열풍이 부스로 유입되어 순환닥트를 통하여 다시 버너 히팅열에 의해 가열 된 후 부스로 유입되는 순환건조방식으로 운전된다.
건조시 배출가스량은 순환되게 때문에 소량만이 벤트(201)로 배출되는데 배출량은 부스내 공기가 상온에서 온도가 상승함에 따른 부피 팽창과 VOC증발량 정도가 배출된다.
(3) 종전 VOC 처리방식별 개요
(가) 자동차 도장부스의 경우
본 VOC 배출시설의 처리에 있어서 종전 기술로 처리가능한 방식을 다음과 같이 나타내었다.
1) 비탈착식 홉착방식(제 1도 방식)
제 3도에 나타난 바와 같이 가장 간단한 방식으로 단순한 용기에 활성탄을 충전한 후 이곳으로 VOC를 통과시켜 홉착 제거하는 방식으로 구조가 간단하고 일반적으로 설비비가 저렴하여 가장 많이 사용되는 방식이다.
그러나 이 방식은 다음 2가지 큰 문제점을 가지고 있는데
첫째, 탈착 재생장치가 없는 단순한 장치여서 VOC의 계속적인 홉착으로 포화상태가 되면 활성탄을 교체해 줘야하기 때문에 활성탄 교체비용이 과다한 문제점이있다.
1년에 약 5000ℓ의 페인트가 사용될 경우 용제증발량은 2500 ∼ 3000kg이므로 이 때 소요되는 활성탄양은 8500 ∼ 10000kg이고 이로 인한 교체 비용은 8,500,000 ∼ 10,000,000원 정도 소요된다.
둘째, 건조시 배출되는 VOC가 온도가 80℃로 온도가 높아 홉착탑에서 대부분 제거되지 않은 상태로 배출되기 때문에 전체 VOC 제거 성능이 떨어지는 문제점이 있다.
즉, 건조시에는 건조열로 인해 부스내 공기의 온도가 상온에서 80℃로 상승에 의한 부피팽창과 VOC증발 가스량 및 급기팬 입구댐퍼(301)에서 새어 들어온 공기로 인해 소량의 고농도의 가스가 연돌(7)로 배기되며 이때 VOC는 가스온도가 80℃로 높기 때문에 홉착탑(5)에서 전혀 제거되지 않은 채 배출된다.(참고로 활성탄 홉착은 40℃가 넘을 경우 홉착성능이 급격히 저하됨)
2) 1탑형 홉착 탈착 방식 홉착탑(제 2도 방식: 본 발명자가 이미 실용신안을 등록한 방식임 ;등록번호-제 0207663호)
본 방식은 상기 제 1도 방식의 문제점을 개선한 방식으로 건조시에는 활성탄 홉착 처리하고 건조시에는 건조시 VOC를 촉매연소 장치(8)에서 처리하며 촉매연소시 발생된 분해열을 이용하여 홉착탑(5)의 활성탄을 탈착 재생함과 동시에 탈착시 발생되는 VOC도 촉매연소 장치(8)에서 제거하는 방식이다.
이를 다시 상세하게 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 활성탄 홉착은 가스온도가 낮을수록 미세공에서 반데르발스힘에의해 미세공내로 유입된 VOC가스가 쉽게 과포화 상태로 되어 응축되어 활성탄 표면에 부착된다. 즉, 가스온도가 낮을수록 홉착이 잘 이루어진다. 그러나 가스온도가 상승하며 특히 40℃를 초과하게 되면 미세공내 VOC 포화증기압이 상승하여 VOC 응축이 잘 이루어지지 않게 때문에 홉착효율이 급격히 저하되기 시작하며 가스온도가 VOC 비점 이상에서는 홉착이 전혀 이루어지지 않을 뿐만 아니라 오히려 활성탄층에 기홉착된 VOC가 있는 경우 미세공 표면의 VOC가 증발하여 탈착과정이 이루어진다.
이점을 활용하여 제 2도와 같이 시스템을 구성할 경우 도장부스에서 건조되어 배기되는 다량의 VOC를 함유한 건조가스를 200℃까지 승온시켜 활성탄층을 통과시키면 건조가스에 함유된 VOC는 전혀 홉착되지 않고 오히려 도장시 홉착된 VOC를 탈착시켜 이때 발생된 VOC와 기건조가스에 함유된 VOC가 함께 연소촉매장치에서 처리하므로써 1대의 홉착탑으로 완벽한 처리가 가능하다.
이하, 첨부된 도면 제 2도 도면을 참조하여 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 2도에서 도장작업시에는 건조시 순환닥트의 개폐댐퍼(901)를 닫아 순환닥트가 차단된 상태에서 급기팬 입구댐퍼(301) 및 홉착탑 입구 개폐 댐퍼(501)와 출구 개폐 댐퍼(502)를 열고 건조가스 개폐 댐퍼(804)와 탈착열풍 개폐 댐퍼(805)를 닫은 상태에서 급기팬(3)과 배기팬(6)을 가동하면 급기 1차 필터로 외기가 유입되어 도장부스 실내를 환기시킨 후 홉착탑을 거쳐 연돌(7)로 배기된다.
이때 도장시 발생하는 페인트 미스트는 배기 1차필터와 배기 2차필터에서 제거되며 도장시 발생하는 VOC는 홉착탑(5)에서 제거된다.
건조작업시에는 건조시 순환닥트개폐댐퍼(901)를 열고 급기팬 입구개폐댐퍼(301), 홉착탑 입구개폐댐퍼(501)와 출구개폐댐퍼(502)를 닫고 건조가스 개폐댐퍼(804)와 탈착열풍 개폐댐퍼(805)를 열은 상태로 급기팬(3)과 탈착열풍팬(10) 및 촉매연소장치(8)의 히터를 가동시키면 건조열이 함유된 다량의 열풍은 부스상부로 유입되어 하단으로 배기되며 이후 건조시 순환닥트(9), 급기팬(3) 연소열 공급장치(4)를 거쳐 다시 부스로 유입으로 이루어지는 라인으로 순환하고 탈착열풍팬(10)의 홉입에 의해 건조시 배출 VOC를 함유한 건조배가스를 건조가스 배기관(801)을 통해 촉매연소 장치후단 열교환기의 열교환 튜브 외부를 거쳐 홉착탑내 활성탄을 거쳐 탈착열풍개폐댐퍼(805), 촉매연소장치(8)를 거쳐 열교환기의 열교환 튜브 내부를 거쳐 연돌(11)로 배기된다.
이때 건조시 배기된 가스가 VOC를 함유한 채로 홉착탑을 거쳐 촉매연소장치로 유입되면 촉매연소장치의 히터열에 의해 급격히 가스온도가 상승되어 촉매층에서 분해제거 된 후 열교환기를 통해 그 뒤로 새로 유입되는 공기를 가열시킨후 배출되고 새로 유입된 공기는 가열되어 온도가 높아지므로써 홉착층에서 탈착 과정을 수행하기 시작한다. 이러한 순환과정이 일정시간 경과하면 부스내 건조로 인해 발생된 VOC와 활성탄 탈착에 의해 발생된 VOC의 분해열로 히터 공급열에 의해 탈착열을 공급하면서 건조시 발생된 VOC와 탈착시 발생된 VOC를 동시에 촉매연소 제거시키는 과정이 반복되어 제 2도에 나타낸 온도상태로 평행상태를 유지하면서 가동하게 된다.
본 방식은 효율이 우수하고 활성탄 재생으로 운전비가 저렴할 뿐만 아니라건조시 별도 고효율처리로 성능이 좋아 지금까지 개발 된 방식 중 가장 적합한 방식이라 할 수 있다.
(나) 건조로의 경우
1) 비탈착식 홉착 방식(제 3도 방식)
건조로의 경우에도 제 3도에 나타낸 바와 같이 단순한 활성탄 홉착탑으로 처리하여 왔다.
다만 자동차 도장 부스와 달리 항시 고온 가스로 배출되게 때문에 캡식 후드(202)를 사용하여 벤트(201)로 배출되는 가스와 함께 주위 외기를 함께 홉인 하므로써 80℃의 고온 가스를 40℃ 이하로 낮춰 홉착탑에서 홉착 제거하도록 구성되어 있다.
그러나 본 방식의 경우에도 제 1도 방식과 마찬가지로 VOC의 지속적인 홉착으로 활성탄이 포화되어 계속 활성탄 교체에 따른 과대한 운전비 문제를 가지고 있다.
본 발명은 다음과 같은 기술적 과제를 고려 하였다.
(1) 일반 홉착탑에 탈착장치를 설치하여 활성탄 교체비 절감으로 운전비가 저렴한 방식의 적용
(2) 건조시에는 활성탄 홉착 방식이 아닌 고온 연소 방식을 채택하여 고효율 제거 하므로써 전체 제거 성능이 우수한 방식의 적용
(3) 건조시 연소 처리와 탈착 장치가 별도의 추가적인 시설 없이 기존시설에간단한 배관 시설정도로 가능케 하므로써 추가 설비비가 저렴한 방식의 발명
상기 (1)(2)항은 최근에 개발된 제2도 방식과 대동 소이 하나 본 발명의 핵심은 (3)항으로 본 발명의 기술적 과제라 할 수 있다.
제 1도는 자동차도장부스의 비탈착식 홉착 방식의 흐름도
제 2도는 자동차 도장부스의 촉매연소장치 탈착 장치가 부착된 홉착 방식의 흐름도
제 3도는 건조로의 비탈착식 홉착 방식의 흐름도
제 4도는 자동차 도장부스의 연소실 직접 주입형 탈착 장치가 부착된 홉착 방식의 흐름도
제 5도는 건조로의 연소공기 주입형 VOC 제거장치 흐름도
*도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명
1...도장부스 2...건조로
201...벤트 202...캡식 후드
3...급기팬 301...급기 입구 개폐 댐퍼
4...건조열 공급 열교환기 401...건조열 공급 버너
402...버너 연소가스 연돌 403...버너 연소 공기 홉입구 챔버
5...홉착탑 501...홉착탑 입구 개폐 댐퍼
502...홉착탑 출구 개폐 댐퍼 6...배기팬
7...배기 연돌 8...촉매연소장치(소용량)
801...건조가스 배기관 802...탈착 열풍 유입관
803...탈착 열풍 토출관 804...건조가스 개폐 댐퍼
805...탈착 열풍 개폐 댐퍼 806...연소실 주입관
9...건조열풍 순환닥트 901...건조열풍 순환닥트 개폐 댐퍼
10...탈착열풍팬(건조로의 경우:건조가스 배기팬)
11...건조가스 배기 연돌
본 발명은 자동차 도장부스와 같이 건조도 같이하는 시설과 건조만하는 시설에 적용되는 것으로 이러한 시설에는 건조열을 공급하는 버너시설이 갖추어져 있다.
자동차 도장부스의 경우에는 건조시 발생되는 VOC를 함유한 배기가스를 버너 연소 공기로 사용하여 버너 화염으로 연소분해 처리하고,
고온의 버너 배기 가스를 빼내어 여기에 함유된 폐열로 홉착탑의 활성탄을 탈착시키고 이때 배출되는 VOC를 함유한 열풍 가스를 버너연소실로 주입시켜 버너 화염 주위의 고온가스에 의해 연소분해 처리하도록 구성되어 있다. 여기에서 홉착탑 구조는 제한된 탈착열량으로 충분한 탈착이 이루어지도록 보온이 잘 되어 있는 여러개의 챔버를 병렬로 연결된 구조로 설계한다. 그리고 홉착제를 활성탄 뿐만아니라 탄소섬유로 짜여진 활성탄소메트를 사용할 수 있다.
자동차 도장부스와 달리 건조작업만 하는 건조로의 경우에는 건조시 발생되는 VOC를 함유한 배기가스를 버너 연소 공기로 사용하여 버너화염으로 연소분해 처리하도록 구성되어 있다.
전자는 별도의 탈착 장치 없이 건조 배가스 처리와 탈착을 동시에 수행할 수 있고 후자는 별도의 VOC 제거 장치 없이 VOC를 제거가 가능하다.
이하, 첨부된 도면 제4도와 제5도 도면을 참조하여 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 4도는 자동차 도장부스와 같이 한 부스에서 도장과 건조가 번갈아 작업하는 시설에 적용하는 방식으로 도장 작업시에는 건조시 순환닥트(9)의 개폐댐퍼(901)를 닫아 순환닥트가 차단 된 상태에서 급기팬 입구 개폐댐퍼(301) 및 홉착탑 입ㆍ출구개폐댐퍼(501A/B/C,502)를 열고 건조가스 개폐 댐퍼(804)와 탈착열풍 개폐 댐퍼(805A/B/C)를 닫은 상태에서 급기팬(3)과 배기팬(6)을 가동하면 급기 1차 필터로 외기가 유입되어 도장부스 실내를 환기 시킨후 홉착탑을 거쳐 연돌(7)로 배기된다.
이 때 도장시 발생하는 페인트 미스트는 배기 1차 필터와 배기 2차 필터에서 제거되며 도장시 발생하는 VOC는 홉착탑(5)에서 제거된다.
건조 작업시에는 건조시 순환닥트댐퍼(901)를 열고 급기팬 입구개폐댐퍼(301), 홉착탑 입구개폐댐퍼(501A/B/C)와 출구개폐댐퍼(502)를 닫고 탈착 열풍 개폐 댐퍼(805)를 처음에는 805A를 열고 두 번째 건조 작업시에는 805B, 세 번째 건조 작업시에는 805C를 열어 순차적으로 열은 상태로 급기팬(3)과 탈착열풍팬(10)을 가동시키면 건조열이 함유된 다량의 열풍은 부스상부로 유입되어 하단으로 배기 되며 이후 건조시 순환닥트(9), 급기팬(3) 연소열교환기(4)를 거쳐 다시 부스로 유입이 이루어져 계속 순환하고,
건조시 배출되는 VOC는 버너(401)와 연동된 건조가스 개폐 댐퍼(804)가 열려 버너 가동시 건조가스배기관(801)을 통해 버너 연소 공기 홉입구 챔버(403)로 유입되어 버너화염에 의해 연소 분해 제거되며,
활성탄 탈착은 탈착열풍팬(10)의 홉입에 의해 연소배가스 연돌(402)로부터 탈착열풍유입관(802)을 통해 나오는 250℃이상 열풍가스를 각 챔버별로 설치된 탈착열풍 개폐 댐퍼(850A/B/C) 순서대로 열어 홉착탑(5)의 각 챔버별로 순차적인 챔버내 활성탄층을 거쳐 탈착하며 탈착시 배출되는 VOC는 탈착열풍토출관(803)을 거쳐 연소실주입관(806)을 통해 건조열 공급 열교환기(4) 안에 위치한 연소실로 유입시켜 화염주위의 고온가스에 의해 연소 분해 제거된 후 연소가스 배기 연돌(402)로 배기된다.
참고로 제 4도 방식에서 여러개의 챔버로 구성한 이유를 좀더 구체적으로 설명하면 제 2도 방식은 운휴시 탈착하므로 충분한 탈착이 될 때까지 장시간(3시간 이상) 탈착장치를 가동하여 충분한 탈착열량을 공급할 수 있으나 제 4도 방식은 건조시간인 20∼40분 동안만 탈착이 이루어지므로 경우에 따라 탈착열량이 제한적이어서 부족할 수 있다.
즉 활성탄 탈착에 소요되는 탈착열량은 크게 VOC 증발에 소요되는 열량, 활성탄 가열에 소요되는 열량 및 케이싱등으로 빠져나가는 열손실로 나눌 수 있는데 첫 번째 것은 대략 10∼20%이고 두 번째가 약 60%, 세 번째가 20∼30%로 실제 VOC 자체 증발에 의한 탈착열량은 일부에 불과하다.
그러므로 제한된 탈착열량으로 충분한 탈착이 이루어지기 위해서는 활성탄 가열에 소요되는 열량과 열손실을 최소화할 필요가 있다.
활성탄 가열에 소요되는 열량은 활성탄양에 비례하는데 활성탄양은 VOC 홉착에 필요한 양과 요구되는 홉착효율을 유지하기 위한 홉착대 형성에 필요한 양을 합친 양이다.
예를들면 자동차 도장부스에서 첫째 1회 도장시 사용 페인트량 3 kg, VOC 배출량 2 kg 일 때 VOC 홉착에 필요한 활성탄양은 10 kg , 둘째 배기풍량 400 ㎥/분, 활성탄층 통과유속 1 m/초 일 때 90% 효율 유지시 필요한 홉착대 두께 0.05 m 일 경우 활성탄양은 170 kg (0.34 ㎥)이다.
여기에서 1회 도장후 탈착할 경우 활성탄양은 10 + 170 = 180 kg
3회 도장후 탈착할 경우 활성탄양은 30 + 170 = 200 kg
30회 도장후 탈착할 경우 활성탄양은 300 + 170 = 470 kg
이 필요하다.
현재 제 4도 방식에서 매번 건조시마다 탈착하므로 활성탄양은 180 kg 이다. 이 경우 대략 소요되는 탈착열량은 VOC 증발열량 200 kcal + 활성탄 가열열량 2500 kcal + 열손실 열량 1300 kcal = 약 4000 kcal 인데 반해 공급 가능한 탈착열량은 약 2000 kcal(건조시간 20분 기준시)로 부족함을 알 수 있다.
이러한 탈착열량의 부족 현상을 해결하기 위해 제 4도에 나타낸 홉착탑(5)처럼 충분히 보온된 여러개(통상 3개)의 독립된 챔버를 병렬로 설치하여 도장시에는 홉착탑 입.출구 개폐 댐퍼(501A/B/C,502)를 열어 배기공기가 모든 챔버를 통과하면서 홉착되지만 탈착시에는 입.출구 개폐 댐퍼(501A/B/C,502)가 모두 닫힌 상태에서 각 챔버마다 순차적으로 탈착 열풍 개폐 댐퍼(805A/B/C)를 순차적으로 열어 챔버 1개소만 탈착시킨다.
그렇다면 여러개의 챔버를 설치했을 경우 탈착열량이 적게 소요되는 이유를 예를 들어 나타내면 다음과 같다.
3개의 챔버를 설치했을 경우 각 챔버에서의 탈착은 3회 도장후 탈착이 이루어지므로 전체 활성탄량은 200 kg 챔버별 활성탄양은 67 kg으로 이때 탈착열량은 VOC 증발열량 200 kcal(200*회/3챔버) + 활성탄가열열량 830 kcal(2500/3) + 열손실 열량 200 kcal(충분한 보온) = 약 1230 kcal 로써 탈착공급열량 2000 kcal 보다 낮으므로 충분한 탈착이 가능하다.
제 5도에 나타낸 건조만 하는 건조로의 경우에는 자동차 도장부스 보다 더 간단한 데 그것은 활성탄 탈착 공정 없이 건조시 발생되는 VOC만 처리하면 되기 때문이다.
제 5도에서 초기 급기팬 입구개폐댐퍼(301)가 닫힌 상태에서 급기팬(3)을 가동하고 버너(401)를 가동하면 건조열이 공급되면서 건조공기가 순환하게 된다.
건조시 건조로내 공기의 온도 상승에 의한 부피 팽창과 VOC증발 및 급기팬 입구 댐퍼의 LEAK로 소량의 벤트가스가 벤트(201)로 빠져나가게 되는데 버너와 인터록으로 연결 된 건조배가스라인 댐퍼(804)가 열리고 동시에 건조가스 배기팬(10)이 가동되면서 벤트(201)로 배기되는 다량의 VOC 함유 가스를 버너 연소공기로 보내게 되고 버너연소 공기 챔버(403)로 들어간 VOC는 버너의 화염에 의해 연소 분해 제거된 상태로 연돌(402)로 배기 되도록 구성한 시설이다.
자동차 도장부스와 같이 도장과 건조를 교대로 한 곳에서 하는 시설 또는 건조로에서 발생하는 VOC를 처리하는 장치로 본 발명의 장치(제 4도, 제 5도)를 설치할 경우 기존방식에 비해 설비비와 운전비로 대변되는 경제성이 월등히 개선될 뿐만 아니라 VOC제거 효율도 고온의 화염에 연소 분해되므로 고효율 제거가 가능하다.
자동차 도장부스와 같이 도장과 건조를 교대로 하는 시설과 건조로 시설을 구분하여 효과를 기술하면 다음과 같다.
자동차 도장 부스의 경우
첫째, 제 1도에 나타낸 단순홉착탑의 경우에는 활성탄 교체에 따른 과대한 운전비를 절감키 위해 제 2도처럼 별도의 탈착장치를 설치하여 이러한 문제점을 해결하였으나 본 발명(제 4도)은 별도의 탈착장치 없이 탈착을 가능케 하므로써 설비비를 획기적으로 절감하는 효과가 있을 뿐만 아니라 기존의 제 2도 방식은 열교환기로 50%정도는 열회수를 하지만 나머지 열은 촉매연소 장치의 히터를 가동하여 공급하여 가열에 의한 동력비가 추가로 소요되지만 본 발명 방식인 제 4도의 경우에는 폐열을 이용하여 탈착하고 별도의 가열장치 없이 버너연소실에서 제거하므로써 운전비도 획기적으로 절감하는 효과가 있다.
둘째, 제 2도 방식의 촉매연소 방식도 촉매층 유입 온도를 높혀 90%이상 고효율 제거가 가능하나 본 발명 방식은 VOC가 연소공기로 유입되어 화염주위의 고온가스에 의해 연소되기 때문에 거의 완벽하게 CO2와 H2O로 분해되어 고효율(99%이상) 제거가 가능하여 제거효율을 높이는 효과가 있다.
셋째, 연소공기에 함유 된 VOC가 버너의 화염주위에서 연소 분해되면서 분해열을 발생하여 건조열로 사용되기 때문에 에너지 회수가 가능하다. 실제 이러한 VOC 분해열은 페인트 사용 용제를 태워서 생긴 열과 거의 같으므로 이러한 에너지 회수 효과는 매우 크며 이로 인한 버너 연료 사용비 절감비도 크다 할 수 있다.
건조로의 경우에는 제 3도처럼 홉착탑(5)과 같은 별도의 VOC제거 시설이 없이 간단한 배관으로 건조시 발생 VOC를 버너 연소 공기로 넣어 화염으로 연소 분해하므로 거의 별도의 설비비 없이 VOC를 고효율 제거하므로 설비비 및 운전비가 거의 없어 종전 제 3도 방식에 비해 설비비 및 운전비를 획기적으로 절감 효과가 있을 뿐만아니라 고온 화염에 의한 완벽한 분해로 제거 효율도 향상시키는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 자동차 도장 부스와 같이 도장과 건조가 한 부스에서 교대로 작업하는 시설에서 배출되는 휘발성 유기 가스(Volertile Organic Compound : VOC)를 제거하는데 적용하는 시설로 시스템을 구성함에 있어서 제4도에서
    배출시설로는 도장부스(1)와 급기 및 건조열 공급장치인 급기팬(3), 급기 입구 개폐 댐퍼(301), 건조열 공급 버너 (401)와 연소실, 건조열 공급 열교환기(4) , 버너연소가스연돌(402), 건조열풍 순환 닥트(9)와 순환닥트개폐 댐퍼(901)가 있고 배기 장치인 배기팬(6) 및 배기연돌(7)로 구성되어 있으며 ;
    휘발성유기화합물가스 제거장치로는 도장 작업시 휘발성유기화합물가스를 홉착 제거해주는 주장치로 본체 내부에 충분한 보온이 되어 있는 여러개의 챔버가 병렬로 배치되고 각 챔버마다 활성탄 또는 탄소섬유메트로 홉착제를 충진한 홉착탑(5)과 배기공기를 도장시에는 열어주고 건조시에는 닫아주는 챔버별 입구 개폐 댐퍼(501A/B/C) 및 출구 개폐댐퍼(502)가 설치되어 있으며 ;
    건조 작업시에는 활성탄 입.출구 개폐댐퍼(501A/B/C,502)가 닫히고 배기팬(6)이 정지된 상태에서
    건조 작업시 발생 휘발성유기화합물가스(VOC) 제거하는 장치로는 건조가스 배기 통로인 건조가스 배기관(801)과 버너와 전기적 인터록 장치로 연결되어 버너 가동시 건조가스를 통과하도록 열어주는 건조가스 개폐 댐퍼(804), 건조가스 배기관을 통해 유입된 휘발성유기화합물가스를 버너연소공기로 넣어 주는 버너 연소 공기 홉입구 챔버(403)와 연소 공기에 함유된 휘발성유기화합물가스를 연소시키는 버너(401)로 구성되어 있고;
    건조 작업시 홉착탑의 활성탄 탈착 재생장치로는 버너 연소 가스 연돌에서 배출되는 고온의 폐열가스를 홉인해 주는 탈착열풍팬(10), 탈착열풍 통로인 탈착 열풍 유입관(802)과 탈착 열풍을 각 챔버마다 순차적으로 챔버에 들어가도록 열어주는 탈착 열풍 개폐 댐퍼(805A/B/C), 고온의 폐열이 챔버내 위치한 활성탄 또는 탄소섬유매트에 이미 홉착되었던 휘발성유기화합물을 가열하여 탈착후 나온 휘발성유기화합물가스를 함유한 공기를 버너 연소실까지 보내는 탈착 열풍 토출관(803) 및 연소실 주입관(806)을 갖추고 고온의 화염에 의해 휘발성유기화합물가스를 연소 제거해 주는 버너연소실로 구성된 것을 특징으로 하는 버너 화염에 의한 고온분해형 VOC 제거 장치.
  2. 건조 작업만 하는 건조로 시설에서 배출되는 휘발성 유기가스(Volertile Organic Compound : VOC)를 제거하는데, 적용하는 시설로 시스템을 구성함에 있어서 제 5도에서
    배출시설로는 건조로(2)와 급기 및 건조열 공급 장치인 급기팬(3), 급기입구개폐 댐퍼(301), 건조열 공급버너(401), 건조열풍 순환닥트(9)와 배기 장치로 벤트(201)로 구성되어 있고 ;
    건조 작업시 건조열 공급장치와 건조시 배출되는 휘발성유기화합물가스(VOC) 제거 장치로는 벤트로 배출되는 건조가스를 홉인해 주는 건조가스 배기팬(10), 건조가스 배기 통로인 건조가스 배기관(801)과 건조작업시 버너와 전기적 인터록 장치로 연결되어 버너가동시 건조가스를 통과하도록 열어주는 건조가스 개폐 댐퍼(804), 건조가스 배기관을 통해 유입된 휘발성유기화합물가스를 버너연소공기로 넣어 주는 버너 연소공기 홉입구 챔버(403)와 연소공기에 함유된 휘발성유기화합물가스를 연소시키는 버너(401)로 구성된 것을 특징으로 하는 버너 화염에 의한 고온분해형 VOC 제거 장치.
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