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대기개선융자안내

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연구과제명 시화, 반월공단내 비연속적으로 배출되는 VOC의 효율적 저감 기술 개발
연구책임자 한현식(희성엥겔하드(주))
사업년도 2004년
사업구분 대기환경
제목
시화, 반월공단내 비연속적으로 배출되는 VOC의 효율적 저감 기술 개발
연구의 목적 및 필요성
시화, 반월공단 내 VOC 배출업체들의 대부분이 전반적인 경영상황이 영세하고, 조업조건이 batch식(비연속적인 VOC 배출)이며, 환경 관련업무 전담자 부재로 인한 설비 관리 소홀등과 같은 상황에서 정부에서는 2005년부터 배출규제를 강화 단속을 예고하고 있다. 더욱이 많은 업체들이 가동 중인 활성탄을 이용한 흡착설비로는 다가오는 규제 만족이 거의 어려운 형편이다. 뿐만 아니라 흡착설비를 대체하기 위해 현재 보편적으로 보급되고 있는 환경방지설비(CTO, RTO)들은 비연속적인 조업 조건 특성 상, 높은 운전비용 및 설비 운용상의 어려움을 안고 있다. 이와 같은 상황에서 비연속적으로 배출되는 VOC 공정에 적합하고, 2005년에 강화되는 환경규제에 대처할 수 있으며 운전비, 설비 비용에 있어 경제성이 있는 VOC 저감 system 기술 개발을 절실히 요구하고 있다.
연구의 내용 및 범위
시화, 반월공단내 비연속적으로 배출되는 VOC의 효율적 저감 기술 개발은 적용대상 업체의 발생 VOC의 종류, 배출농도 및 배출경향을 파악하는 것이 선행되어야하고, 다음으로 적용업체의 발생 VOC에 대한 최적의 흡.탈착제 선정과 저온 산화 능력을 가지는 VOC의 촉매 개발이 이루어져야 한다. 그 다음에는 선정된 흡.탈착제와 VOC 촉매의 최적운전을 위한 연구가 필요하다. 마지막으로 대상 업체에 실증 장치를 설치하고 운전하면서 배출 VOC 저감 및 운전비 저감 효율을 검증하게 될 것 이다.
연구결과
1. 적용대상 업체의 VOC 배출 경향
본 과제물의 적용업체는 시화공단 1마 309호에서 조업 중인 청우화학으로 주생산품은 그라비아 잉크이며 현재 활성탄을 이용한 흡착탑을 환경방지시설로 사용 중이다.
대기중에 배출되는 주요 VOC 성분은 MEK, cyclohexane, toluene으로 조업 시간동안만 배출되는 전형적인 비연속적인 VOC 배출 특성을 보이며, 조업시간의 평균적인 VOC 배출농도는 유량 200m3/min당 약 1,500ppm정도로 본 과제에서는 다음 조건을 기준으로 하였다.

VOC
Cyclohexane
Toluene
MEK
구성비
59%
3%
38%
100%
㎥/min
0.034
0.002
0.022
0.057
g/min
115.60
6.44
63.80
185.83

2. 흡.탈착제의 선정
Zeolite, 알루미나, 활성탄등 흡착제로 사용되고 있는 모든 type의 물질을 평가하였으나, 본 과제를 위한 흡착제로써는 zeolite가 적당하다. Zeolite는 구조에 따라 VOC 성분별 흡착량이 크게 다른 특성을 보이고 있고, 같은 구조를 가지는 Zeolite라도 VOC 성분에 대해 다른 흡착량을 보이고 있는데, 본 과제에 사용될 흡착제는 VOC MEK에 대해서는 ZA1, cyclohexane, toluene에 대해서는 ZC1이 최적의 흡착제임을 알 수 있었다.
선정된 흡착제에 대한 탈착평가에서는 두 흡착제 모두 55℃부근에서 탈착이 시작되고, pore size가 큰 ZC1의 경우 100℃, ZA1은 120℃ 부근에서 주된 탈착이 일어났으며, 흡착세기가 큰 MEK-ZA1은 180℃도 이상까지 승온해야 탈착이 완료됨을 알 수 있었다. 탈착 특성 실험을 통해 탈착 시 온도를 조절하여 촉매 산화 장치를 위해 충분하게 controlled desorption을 달성할 수 있을 것으로 판단된다.
또한 탈착 후 재흡착 시험으로 선정된 흡착제는 흡-탈착 순환으로부터 흡착량 변화가 거의 없는 결과를 보였다.

3. 저온 산화 촉매의 개발
VOC 촉매는 일반 상업화되어 있는 촉매를 기준으로 해서 초기 상태 산화 개시 온도 하락과 촉매 열화 후 활성 유지도 측면을 고려하여 설계, 제조, 평가하였다. 초기 활성과 열화 후 활성을 고려하여 HAU-V3로 선정하였다.

4. 흡,탈착제와 촉매산화의 최적화
부분적으로 도출된 결과를 바탕으로 조합적으로 최적의 효율을 얻기 위해 적용 system(SCTOTM)의 구성은 3개의 흡착탑과 촉매소각장치로 구성하였으며, 흡착은 흡착-재생이 교대로 이루어지도록 하였으며, 탈착 및 촉매산화를 위한 유량은 15m3/min으로 결정하여 고농도의 VOC 농도를 발생시켜 충분한 열원을 가지도록 하였고, 또한 촉매소각에 의한 발열온도를 최대한 활용(촉매 소각 및 탈착을 위한 보조 열원이 필요없도록)하기 위하여 controlled desorption이 가능하도록 탈착정도를 조절할 수 있도록 하였다.
또한 SCTOTM 장치의 흡착-탈착 교체 등 자동운전을 위해 Closed-loop system을 가능하게 하기 위해 저가형 HC 검출기를 개발하였다.

5. SCTOTM System 및 운전
대부분의 영세업체에 환경설비를 설치를 위한 공간이 부족하기 때문에 최대한 compact하고, 고효율의 성능을 가질 수 있도록 시공하였고, SCTOTM의 운전은 저농도로 유입되는 VOC의 흡착, 흡착 완료 후 탈착(고농도 농축 VOC 농도로 탈착), 농축 탈착 VOC의 촉매연소로 운전된다.

6. 경제성 평가
유입되는 저농도 VOC의 농축화에 의한 고농도 VOC의 촉매소각으로 인해 보조열원이 별도로 필요없는 SCTOTM는 기존 환경방지시설 RTO, CTO에 비해 운전비, 초기 투자비를 감안할 때 상당한 경쟁력을 가질 수 있다.
연구결과의 활용계획
본 연구과제가 성공적으로 수행된다면, 시화, 반월공단내 비연속적 VOC 배출업체에 최적화된 대기오염방지시설로 기술 활용이 가능할 것으로 예상된다. 2005년 강화되는 환경규제에 대응할 수 없을 것으로 판단되는 활성탄을 이용한 흡착탑을 대체할 수 있는, 저운전비, 고효율의 VOC 저감 신기술로 활용될 수 있을 것이다.
   
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