[논문]제올라이트 흡착농축 및 촉매연소를 이용한 인쇄공정에서 발생되는 저농도 대풍량 VOCs 가스 제거

박찬규; 유남종; 최보경; 고광백

doi:10.5322/jes.2009.18.3.283

제올라이트 흡착농축 및 촉매연소를 이용한 인쇄공정에서 발생되는 저농도 대풍량 VOCs 가스 제거
A Treatment of Low-leveled High-volume VOCs Emitted from Printing Process Using Concentrator with Zeolite Adsorptive Honey Rotor and Catalytic Combustion System 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.18 no.3, 2009년, pp.283 - 288

박찬규 (연세대학교 공과대학 토목환경공학과 환경공학연구실) , 유남종 ((주)일신종합환경) , 최보경 (연세대학교 공과대학 토목환경공학과 환경공학연구실) , 고광백 (연세대학교 공과대학 토목환경공학과 환경공학연구실)

Abstract ▼ AI-Helper

This is a study on the volatile organic compounds(VOCs) concentrator with zeolite adsorptive honey rotor and catalytic combustion system for abating VOCs emitted from printing industry. VOCs emitted from the printing industry is mainly caused by organic solvent of printing ink. The content of organic solvents in printing ink varies from 40% to 75% and its content in the gravure ink is higher than that in any other ink. The average concentrations of each VOCs are 139 ppm for toluene, 152.1 ppm for MEK, 256.9 ppm for methanol and 42.9 ppm for isopropyl alcohol. We used zeolite honeycomb for absorbent of VOCs concentrator and palladium for catalyst combustion system. This system abated over 96% of emitted total VOCs, 98% of toluene, 100% of MEK, 92% of methanol and, 100% of isopropyl alcohol. It is concluded that the low-leveled high-volume VOCs emitted from printing process were removed almost by concentrator with zeolite adsorptive honey rotor and catalytic combustion system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 현재 악취로서만 규제가 되고 있는 인쇄시설이 향후 VOCs배출시설로 규제될 경우를 고려하여 저농도/대풍량 VOCs을 제어할 수 있는 공정으로 기대되는 제올라이트 흡착농축 및 촉매 연소 시스템을 이용하여 그라비아 인쇄시설에서 발생하는 저농도/대풍량 VOCs의 처리효율을 평가하는 것이 본연구의 주요 목적이다.
본 연구에서는 흡착농축장치 및 촉매 연소 장치가 도장공정이나 주유소와 같은 비교적 오염물질의 농도가 높은 시설보다 저농도 대풍량의 VOCs를 발생하는 인쇄시설에 대한 처리효율을 평가하였다. 평가 결과에 따른 결론은 다음과 같다.

가설 설정

시행하는 것은 매우 어려운 일이다. 따라서 본연구에서는 실제로 현장에 설치되어 시스템의 처리효율을 대상으로 기술적인 평가를 실시하였으며, 평가에 포함된 각 처리시스템은 이미 설치, 운영되고 있는 시설이므로 설계당시 VOCs 배출가스의 처리에 가장 적합한 시스템으로 설계되었다고 가정하였다. 처리대상 오염물질은 그라비아 인쇄에서 발생된 VOCs 중 발생량이 높은 톨루엔 MEK, 메탄올, 이소프로필알코올에 대해서만 실험하였다.

제안 방법

본 연구에 사용된 장치는 휘발성 유기 용제 흡착 농축 장치와 열 교환식 촉매산화 연소장치를 조합하여서 저농도/대풍량의 VOCs 가스를 효과적으로 처리할 수 있도록 하였다. 그라비아 인쇄시설에서 발생하는 저농도/대풍량의 VOCs 가스를 zeolite honeycomb 흡착소자에 통과시키면 정화된 공기로 배기하는데, 이때 zeolite honeycomb에 흡착된 VOCs 가스는 촉매연소장치의 연소열에 의해 가열된 공기에 의해 연속적인 탈착이 이루어지게 된다.
수행하였다. 시료는 5일간 유입가스 및 본 공정 에 의해 처리 된 가스를 tinax, silicagel 및 charcoal로 구성된 Carbotrap 300 multi-bed glass tube 2-0382 흡착관을 이용하여 air sampler로 66 mL/min의 유속으로 30분간 흡착하여 채취하였다.
있다. 촉매 산화 연소방식에는 기기 내에 별도의 축열체를 내장하여 산화연소와 동시에 연소열을 90%이상 회수하는 RCO(regenerative catalyst oxidation) type과 축열체 대신 기기 후단에 열 교환기를 설치하여 폐열을 약 50-60% 정도 회수하여 공정상에 재투입하는 CCS(Catalytic Combustion System)방식이 있는데 본 연구에서는 CCS 방식을 채택하였다. 본 장치의 특징은 연소열을 회수하여 다시 활용하는 에너지 절감효과가 뛰어난 장치로서 금속담체에 palladium(Pd)을 함침 시켜 기존(세.

대상 데이터

본 연구는 경기도 안산시에 위치한 인쇄 사업장인 L사에 발생하는 VOCs를 제어하기 위하여 설치된 제올라이트 흡착장치 및 촉매연소시스템을 대상으로 수행하였다. 시료는 5일간 유입가스 및 본 공정 에 의해 처리 된 가스를 tinax, silicagel 및 charcoal로 구성된 Carbotrap 300 multi-bed glass tube 2-0382 흡착관을 이용하여 air sampler로 66 mL/min의 유속으로 30분간 흡착하여 채취하였다.
본 연구에 사용된 측정기기는 agilent 6890 gas chromatopraphy(GC)에 direct interfaces. 연결된 5973N MSD 이 며, 모든 시 료는 thermal tube desorber model 890(Supelco)를 사용하여 GC/MS에 주입하였다.
따라서 본연구에서는 실제로 현장에 설치되어 시스템의 처리효율을 대상으로 기술적인 평가를 실시하였으며, 평가에 포함된 각 처리시스템은 이미 설치, 운영되고 있는 시설이므로 설계당시 VOCs 배출가스의 처리에 가장 적합한 시스템으로 설계되었다고 가정하였다. 처리대상 오염물질은 그라비아 인쇄에서 발생된 VOCs 중 발생량이 높은 톨루엔 MEK, 메탄올, 이소프로필알코올에 대해서만 실험하였다. Fig.

성능/효과

1) 그라비아 인쇄공정에서 발생되는 VOCs는 인쇄용 잉크의 용제의 휘발에 의한 것으로 톨루엔, 메탄올, MEK등이 주성분을 이루었으며, 발생된 총 VOCs의 흡착농축장치에서의 농축율은 공탑속도 1.7 m/s, 유입온도 40℃, 흡착대두께 10 mm에서 평균 948%이 었으며 농축. 후 촉매 연소장치(촉매 : palladium, 연소농도: 250~400℃)의 처리효율은 최고 약 97%로서 매우 높았다.
2) 흡착농축장치 및 촉매 연소시스템에 의하여 그라비아 인쇄시설에서 배출되는 톨루엔의 약 98% 처리되었으며, MEK, 이소프로필 알콜 등은 약 100% 제거되었다. 메탄올도 91%를 넘는 우수한 처리 효과를 보여주었다.
4는 그라비 아 인쇄공정 에서 발생하는 VOCs 중에 비교적 높은 농도로 발생하는 톨루엔, MEK, 메탄올, 이소프로필 알콜의 유입 농도와 흡착농축 장치 및 촉매연소장치를 통하여 처리된 후 유출 농도를 나타낸 것이다. 그라비아 인쇄공정에서 발생된 톨루엔 139 mg/L가 흡착농축장치 및 촉매 연소장치에 유입된 후 제거되어 2.89 mg/L가 최종 유출되어 약 98%의 제거효율을 나타내었다. MEK와 이소프로필 알콜은 각각 약 152.
흡착제가 개별 block 단위로 구성되어있어, 설비의 장시간 정지 없이 교체나 재생 등이 간편하고, 열화정도에 따른 부분교체/재생이 가능하므로, 부분열화에 의해 흡착제 전체를 교체하지 않아도 되는 경제성 높은 구조이다. 내열, 내용제, 내마모, 내가스성 등에서 탁월한 성능을 나타내는 고가의 FPM(fluorinated rubber, 바이톤 고무)를 채용하여 가스에 의한 부식이나 가열 공기에 의한 변형, 회전 등 마찰에 의한 마모를 최소화함으로서 leak에 의한 효율저하나 sealing재의 노화에 따른 장치의 수명 단축을 최대한 억제하였다. Table 2는 흡착농축 장치의 운전조건을 나타낸다.
32 mg/L에 불과했다. 따라서 기존의 열소각법, 흡착법, 흡수법, 응축법 등 저농도의 VOCs 방출원에 적합하지 못한 공법에 비하여 제올라이트 흡착농축과 촉매연소를 이용한 혼합공법은 인쇄 작업장에서 배출하는 저농도/대풍량의 VOCs 제어에 매우 우수한 것으로 판단된다.
7 m/s, 유입온도 40℃, 흡착대두께 10 mm에서 평균 948%이 었으며 농축. 후 촉매 연소장치(촉매 : palladium, 연소농도: 250~400℃)의 처리효율은 최고 약 97%로서 매우 높았다.

후속연구

또한 처리효율이 낮고 촉매의 빈번한 재생과정이 필요하며 부차적인 2차 오염물질을 생성하는 많은 문제점을 안고 있다气 저농도/대풍량의 VOCs 처리를 위하여 제시되고 있는 방법 중 가장 실현이 가까운 방법으로 흡착과 촉매연소를 혼합한 공정이 제시되고 있다. 이 방법은 저농도의 VOCs를 흡착법으로 농축한 후에 열이나 촉매로 연소 처리하는 기술로서 저농도 VOCs 처리에 있어서 에너지 효율이나 제거 효율 측면에서 기존의 공정들보다 우수할 것으로 기대된다,

참고문헌 (7)

백세원, 김정랑, 임선기, 2003, 저농도 VOC 제거를 위한 금속 담지 소수성 Y 제올라이트상의 흡착 및 촉매산화반응에 관한 연구, 대한환경공학회 2003 춘계학술연구발표회 논문집, 639-642
최금찬, 조정구, 박석출, 김찬훈, 정찬훈, 2001, Nonthermal Plasma와 $TiO_2$ 광촉매 산화반응을 이용한 VOCs 처리, 대한환경공학회지, 23(12), 1997-2004
환경부, 2001, VOCs 배출억제,방지시설의 저감효율 및 농도기준 설정에 관한 연구, 90-162, 234-238
정규철, 홍성창, 2003, 광촉매 반응 시스템에서 오존을 이용한 VOC 및 악취 제거에 관한 연구, 한국공법화학회지, 14(5), 671-679
환경부, 2002, 휘발성 유기화합물 관리현황 및 저감계획, 12-20
최호춘, 김강윤, 안선희, 정규철, 1997, 일부 그라비아 인쇄업 근로자의 혼합 유기용제 노출농도, 한국산업위생학회지, 7(1), 71-85

원문보기 상세보기
차준석, 홍지형, 김대곤, 2001, 휘발설유기화합물질 배출저감을 위한 신기술 연구, 국립환경연구원보, 23, 82-87

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