[논문]아세톤 회수를 위한 HVRS 공정의 흡착제 선정

안창덕; 김흥익; 나영수; 윤영삼

문제 정의

결국 환경적 측면과 에너지적 관점에서 연구되어야 할 분야는 재회수이다. 본 연구의 목적은 휘발성 유기용제 회수를 위한 공정을 개발하기 앞서 유기용제 회수를 위한 효율적인 흡착제를 선정하고자 하였다.

제안 방법

그림 2는 각 흡착제 20g에 대해 아세톤 유입 평균 농도 2, 500 ppm(v/v)을 유속 10L/min으로 유입시키면서 초기 유입 농도에 대한 유출 농도의 백분율로 도시한 것으로써 아세톤의 검출은 GC (영린 600D, TCD, Porapak Q 6ft)로써 확인하였다. 파과시간은 COSMO 3A가 약 14초, ZEOA가 약 16초로써 큰 차이를 나타내지 않았으나, 파과시 농도비는 COSMO 3A가 72%로써 ZEOA 50%에 비해 높으므로 실제 흡착되는 아세톤의 량이 ZEOA가 많음을 알 수 있었다.
본 연구를 위해 개발된 휘발성 유기용제 회수 공정은 수분 제거장치, 유기화합물 홉탈착장치, 옹축 추출장치 및 공기 가열장치로 구성된 HVRS(Hybrid VOC Recovery System)라 명명된 공정을 사용하였다. 본 장치는 수분제거 장치에서 휘발성 유기물에 포함된 수분을 제거하고 흡착공정에서 휘발성 유기물을 흡착시킨 후 탈착, 응축시켜 휘발성 유기물을 회수할 수 있도록 하였다. 탈착공정은 공기가열 장치에서 나오는 공기의 일부를 수분제거장치로 공급하여 흡착된 수분을 탈착시킨 후 배출하고, 또 다른 일부는 흡착장치로 공급하여 흡착된 휘발성 유기물을 탈착시킨다.
그림 3은 수분홉착 공정에 사용될 흡착제를 선정하기 위해 아세톤의 홈착시 가장 파과시간이 짧은 COSMO 3A, 4A, ZEOA, ZEOB를 사용하여 수분 흡착 실험을 수행한 것이다. 초기 대기 중의 수분농도 약 11.5 mg/L를 흡착제 10g에 10L/min으로 유입시키면서 출구의 H₂O 농도를 측정하였다. 수분에 대한 파과시간은 COSMO 계열이 ZEOA, ZEOB 계열에 비해 짧게 나타났으며, ZEOA가 ZEOB에 비해 포화시간이 짧았으며, 반옹시간 2000초까지는 ZEOA가 ZEOB에 비해 홉착능이 우수한 것을 알 수 있었다.

대상 데이터

본 연구를 위해 개발된 휘발성 유기용제 회수 공정은 수분 제거장치, 유기화합물 홉탈착장치, 옹축 추출장치 및 공기 가열장치로 구성된 HVRS(Hybrid VOC Recovery System)라 명명된 공정을 사용하였다. 본 장치는 수분제거 장치에서 휘발성 유기물에 포함된 수분을 제거하고 흡착공정에서 휘발성 유기물을 흡착시킨 후 탈착, 응축시켜 휘발성 유기물을 회수할 수 있도록 하였다.
탈착공정은 공기가열 장치에서 나오는 공기의 일부를 수분제거장치로 공급하여 흡착된 수분을 탈착시킨 후 배출하고, 또 다른 일부는 흡착장치로 공급하여 흡착된 휘발성 유기물을 탈착시킨다. 본 연구에 사용된 시험용 수분제거 공정은 처리량 80L/min, 운전온도 -10 ~ 35도, 유기용제로써 아세톤을 사용하였다.
본 연구에서 수분제거 장치와 휘발성 유기물 제거 장치에 사용된 홉착제는 제오라이트 계열 4종, 활성알루미나 계열 2종, 활성알루미나와 실리카 혼합 계열 1종, 제오라이트와 활성탄 혼합계열 1종, 활성탄 1종을 선정하였다.

성능/효과

파과시간은 COSMO 3A가 약 14초, ZEOA가 약 16초로써 큰 차이를 나타내지 않았으나, 파과시 농도비는 COSMO 3A가 72%로써 ZEOA 50%에 비해 높으므로 실제 흡착되는 아세톤의 량이 ZEOA가 많음을 알 수 있었다. 그러나 출구의 아세톤 농도와 입구의 아세톤농도가 같아지는 흡착포화시간은 ZEOA가 약 90초로써 COSMO 3A의 약 160초에 비해 매우 짧게 나타났다. 이러한 결과는 수분 제거 공정의 홉착과 탈착의 순환 시간을 짧게 할 경우 COSMO 3A가 효과적인 반면, 순환시간을 길게 할 경우는 ZEOA가 더 효과적일 것이라 사료된다.
이러한 결과는 수분 제거 공정의 홉착과 탈착의 순환 시간을 짧게 할 경우 COSMO 3A가 효과적인 반면, 순환시간을 길게 할 경우는 ZEOA가 더 효과적일 것이라 사료된다. 그리고 아세톤홉착시 파과 되었을 때 제오라이트 계열이 전반적으로 출구에서 아세톤의 농도가 높았으며, 실리카겔과 활성탄은 유출구에서 아세톤이 일정 시간 검출되지 않았다. 이러한 결과에서 실리카겔과 활성탄을 제외한 제오라이트 계열과 활성 알루미나 계열 그리고 활성할 루미나와 실리카흔합 계열은 본 연구의 조건에서 완전 흡착이 일어나지 않음을 알 수 있었고, HVRS 공정의 후단에 위치할 유기휘발화합물의 흡착 제거탑에는 아세톤의 흡착력이 우수한 활성탄을 사용하는 것이 적합하리라 사료되었다.
5 mg/L를 흡착제 10g에 10L/min으로 유입시키면서 출구의 H₂O 농도를 측정하였다. 수분에 대한 파과시간은 COSMO 계열이 ZEOA, ZEOB 계열에 비해 짧게 나타났으며, ZEOA가 ZEOB에 비해 포화시간이 짧았으며, 반옹시간 2000초까지는 ZEOA가 ZEOB에 비해 홉착능이 우수한 것을 알 수 있었다. 이것으로 보아 수분 흡착과 탈착의 순환공정에서 짧은 운전은 ZEOA가 적합하며, 보다 긴 시간의 순환 운전은 ZEOB가 적합함을 알 수 있었다.
수분에 대한 파과시간은 COSMO 계열이 ZEOA, ZEOB 계열에 비해 짧게 나타났으며, ZEOA가 ZEOB에 비해 포화시간이 짧았으며, 반옹시간 2000초까지는 ZEOA가 ZEOB에 비해 홉착능이 우수한 것을 알 수 있었다. 이것으로 보아 수분 흡착과 탈착의 순환공정에서 짧은 운전은 ZEOA가 적합하며, 보다 긴 시간의 순환 운전은 ZEOB가 적합함을 알 수 있었다.
그러나 출구의 아세톤 농도와 입구의 아세톤농도가 같아지는 흡착포화시간은 ZEOA가 약 90초로써 COSMO 3A의 약 160초에 비해 매우 짧게 나타났다. 이러한 결과는 수분 제거 공정의 홉착과 탈착의 순환 시간을 짧게 할 경우 COSMO 3A가 효과적인 반면, 순환시간을 길게 할 경우는 ZEOA가 더 효과적일 것이라 사료된다. 그리고 아세톤홉착시 파과 되었을 때 제오라이트 계열이 전반적으로 출구에서 아세톤의 농도가 높았으며, 실리카겔과 활성탄은 유출구에서 아세톤이 일정 시간 검출되지 않았다.
그리고 아세톤홉착시 파과 되었을 때 제오라이트 계열이 전반적으로 출구에서 아세톤의 농도가 높았으며, 실리카겔과 활성탄은 유출구에서 아세톤이 일정 시간 검출되지 않았다. 이러한 결과에서 실리카겔과 활성탄을 제외한 제오라이트 계열과 활성 알루미나 계열 그리고 활성할 루미나와 실리카흔합 계열은 본 연구의 조건에서 완전 흡착이 일어나지 않음을 알 수 있었고, HVRS 공정의 후단에 위치할 유기휘발화합물의 흡착 제거탑에는 아세톤의 흡착력이 우수한 활성탄을 사용하는 것이 적합하리라 사료되었다. 그림 3은 수분홉착 공정에 사용될 흡착제를 선정하기 위해 아세톤의 홈착시 가장 파과시간이 짧은 COSMO 3A, 4A, ZEOA, ZEOB를 사용하여 수분 흡착 실험을 수행한 것이다.
그림 2는 각 흡착제 20g에 대해 아세톤 유입 평균 농도 2, 500 ppm(v/v)을 유속 10L/min으로 유입시키면서 초기 유입 농도에 대한 유출 농도의 백분율로 도시한 것으로써 아세톤의 검출은 GC (영린 600D, TCD, Porapak Q 6ft)로써 확인하였다. 파과시간은 COSMO 3A가 약 14초, ZEOA가 약 16초로써 큰 차이를 나타내지 않았으나, 파과시 농도비는 COSMO 3A가 72%로써 ZEOA 50%에 비해 높으므로 실제 흡착되는 아세톤의 량이 ZEOA가 많음을 알 수 있었다. 그러나 출구의 아세톤 농도와 입구의 아세톤농도가 같아지는 흡착포화시간은 ZEOA가 약 90초로써 COSMO 3A의 약 160초에 비해 매우 짧게 나타났다.

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