과제명

저온 활성탄 공동재생 시스템 적용을 위한 최적의 활성탄 선정 연구

연구기간

2011. 3 ~ 2011. 12 (10개월)

사업비

100백만원

성과산출부분

정책반영( ), 조사연구(○), 기술개발( ), 기타( )

연구목적

및 목표

○ 대규모 산업 단지인 시화/반월 산단 내의 활성탄 흡착탑 사용 업종은 활성탄 교체 주기 및 업체 특성에 적합한 활성탄 분류 및 선정 기준이 미비하여 활성탄 흡착탑과 활성탄의 규격화 및 공동관리가 필요함

○ 기존의 고온 재생 방식으로는 흡착탑의 규격화 및 공동관리가 어려워 저온 카트리지 탈착 방식을 적용 할 최적의 활성탄 선정이 시급한 실정임

○ 추후 진행 예정인 활성탄 흡착탑 공동관리 시스템에 사용될 활성탄의 스펙 및 특성 규명을 하여 저온 탈착에 적합한 활성탄을 선정하려 함

연구 내용 및 결과

[선행연구]

2007년도부터 시화/반월 산단의 활성탄 흡착탑의 문제점을 해결하기 위한 연구를 꾸준히     진행해 왔으며, 아래와 같은 연구과제의 성과로 인하여 “대기개선 특별 대책 로드맵” 중 활    성탄 공동처리(카트리지형) 시스템의 기초를 마련하였음

○ 1차 : 업종별 활성탄 흡착탑의 효율성 평가 연구

(기간 : ‘07.4 ~ ’08.1,  사업비 : 40백만원)

○ 2차 : 대기방지시설의 활성탄과 세정수의 적정한 교체주기 산정 및 관리 운영방안 연구

(기간 : ‘08.4 ~ ’09.1,  사업비 : 50백만원)

○ 3차 : VOCs 흡착시설에서 발생하는 폐활성탄으로부터 에너지자원의 회수방안 조사 연구

(기간 : ‘09.1 ~ ’09.12, 사업비 : 50백만원)

[연구내용]

○ 시화/반월 산단 활성탄 흡착탑 설치 및 가동 특성 조사

○ 제조업체별 재생 활성탄 탈착 및 감량 특성 검토

○ 각 업종별로 사용되는 활성탄의 특성 조사 (BET, TGA, 요오드가, 기공 분포 등)

○ VOCs 배출업체를 대상으로 한 활성탄 흡·탈착 실험(중국탄, C사, N사, P사 활성탄)

[연구 결과]

< 활성탄 탈착 설비 >		○ 활성탄 탈착 설비 제작 및 설치 ○ 대상 업체 - 폐드럼을 세척 및 가공하여 재가공 하는 업체 - 탈지 공정 후 사용된 유기용제를 열풍 건조시키면서 유기용제가 다량 배출 - 활성탄 흡착탑 용량 : 300 m3/min ○ 활성탄 탈착 조건 - 탈착온도 : 150 ~ 170 ℃(저온탈착) - 탈착 시간 : 약 15분 - 탈착 열풍 용량 : 10 ~ 13 m3/min

○ 주요 활성탄 탈착량 비교

활성탄		결과 값
		1차 A	1차 B	2차 B	3차 A	3차 B
N사	최대 농도(ppm)	677	401	281	1841	1208
	평균 농도(ppm)	661	253	193	1603	939
	활성탄 대비 탈착량(%)	1.5	1.6	1.1	9	5.27
C사	최대 농도(ppm)	1,032	670	1330	2299	1307
	평균 농도(ppm)	709	534	991	2080	1002
	활성탄 대비 탈착량(%)	4.0	3.4	6.8	11.7	6.2
P사	최대 농도(ppm)	164	441	825	1407	967
	평균 농도(ppm)	70	199	553	1181	783
	활성탄 대비 탈착량(%)	0.4	1.1	3.3	6.6	4.4
J사	최대 농도(ppm)	267	1149	1334	2280	1427
	평균 농도(ppm)	148	803	1025	1460	1138
	활성탄 대비 탈착량(%)	1.0*	5.3*	6.7*	7.2*	6.4*

- 1차 A와 B의 경우 대상업체에서 경비 절감을 위하여 용제를 메탄올을 사용하여 흡착능력이 급격히 떨어진 것으로 확인 되었으며, 정상적인 유기용제를 사용하여 흡착-저온탈착 과정을 진행 했을 경우 C사의 활성탄이 최대 11%의 탈착 효율을 보임

○ 주요 활성탄 탈착 후 요오드가 비교

요오드가 활성탄	신탄	1차		2차		3차
		A 탈착후	B 탈착후	A 탈착후	B 탈착후	A 탈착후	B 탈착후
N사	1090	850	610	640	570	540	760
C사	1050	860	660	790	800	590	710
P사	730	560	370	270	310	340	290
J사	660	620	640	630	550	720	790

- 요오드가는 활성탄의 흡착 능력을 간접적으로 확인 할 수 있는 지표로서 C사의 활성탄이 평균적으로 800 mg/g의 높은 수치를 보이고 있음

○ 주요 활성탄의 TGA 감량 비교

활성탄	신탄	1차 A		1차 B			2차 A			2차 B			3차 B
		흡착후	탈착후	흡착후	탈착후	감량	흡착후	탈착후	감량	흡착후	탈착후	감량	흡착후	탈착후	감량
N사	2	ND	10	28	15	13	25	12	13	35	23	12	24	18	6
C사	2		7	25	12	13	25	10	15	20	10	10	20	10	10
P사	5		10	18	8	10	17	12	5	17	13	4	16	15	1
J사	9		10	15	7	8	21	13	9	19	11	8	17	8	9

- 흡착 후 TGA 감량은 활성탄에 얼마만큼의 VOCs가 흡착되어 있는지를, 탈착 후 TGA

감량은 저온 탈착 후 활성탄에 남아있는 VOCs의 양을 간접적으로 알 수 있음

- C사의 활성탄이 활성탄 무게 대비 약 25%의 흡착능력을 보이고 저온탈착 시 약 10%의 VOCs가 탈착되는 것을 확인 할 수 있음

연구 성과 활용 실적

[연구성과]

○ “대기개선특별대책 로드맵”의 활성탄 공동처리 적용을 위한 최적의 활성탄 선정 연구는 로드맵 진행에 있어서 핵심적이고 과학적인 근거 자료를 제공하고, 효율적인 활성탄 흡착탑 관리·운영이 될 수 있도록 가이드라인을 제시함

○ 현재의 대기관리법, 악취방지법 상 문제가 제기되는 활성탄의 스펙 및 효율 부분에 있어서 과학적인 자료를 제시함으로써 정책적 판단을 하는데 기초자료로 활용

[연구활용실적]

○ 학술발표

- “활성탄 종류별 저온 재생 특성 분석”

(권순철, 한국화학공학회 학술대회, 2011.10.25 외 6건)

○ 논문게재

- “산업단지 휘발성 유기화합물 제거용 활성탄의 저온 탈착 반응 연구”

(박찬영, 한국 냄새환경학회지, 10(4), pp. 184~188 )

- “활성탄의 저온 재생 반응 특성 연구”

(권순철, 한국냄새환경학회지, 10(4), pp. 175~179 )

○ 환경적 효과

- 카트리지 활성탄 흡착탑과 적절한 활성탄을 사용하였을 시 THC(ppm) 기준

최대 50%이상의 제거 효율이 향상

기존시설(개선전)				개선시설(카트리지)
전단		후단(교체후)		전단		후단(10일 경과)
평균	최대	평균	최대	평균	최대	평균	최대
385	1,285	314(18%)	850	451	1,048	145(68%)	480

○ 사회적 효과

- 활성탄 흡착탑을 사용하는 업체의 환경 관리인과 방지시설업체 담당자 간담회 교육을 통하여 현재 사용되는 활성탄의 실태를 전파하여 좀 더 효율적이고 실질적인 활성탄 흡착탑 운영이 될 수 있도록 유도하여 산단의 대기 개선에 일조 함

- “대기개선대책 특별 대책 로드맵”의 활성탄 공동처리 부분에 핵심적인 근거 자료로 활용되어 향후 실행될 공동처리 시스템의 기초자료로 활용됨

○ 경제적 효과

- 향후 활성탄 공동처리 시스템이 실행될 시 연간 약 35억원의 경제적 효과 기대

- 폐 VOC를 에너지로 전환 (CDM 사업 병행)

구 분		경제적 비용	구분		경제적 비용
1	대기배출 용제회수 (CO2 저감비용)	6,856만원/년	4	활성탄 교체 비용 절감	10,000만원/년
2	폐기물 처리비용 절감	54,000만원/년	5	VOC 배출 사회적 비용저감	130,968만원/년
3	용제 판매수익	146,000만원/년	합계 (1~5번 항목)		347,824만원/년