[논문]VOC 제거용 성형 활성탄의 흡탈착 반복실험

박현설; 임경수; 이시훈

문제 정의

본 연구는 중소기업청 산학연 공동기술개발사업의 지원을 받아 수행되었으며 이에 감사의 뜻을 전하는 바이다.
즉, 일정기간 VOC를 흡착한 후, 이를 탈착시키고 고농도의 VOC는 산화 처리하는 기술이 적용되고 있다. 본 연구에서는 국내 대부분의 업체에서 선호하고 있는 활성탄 흡착제를 이용하여 VOC 농축산화기술을 개발하기 위한 일환으로, 고온의 공기를 이용한 활성탄의 VOC 흡탈착 반복실험을 수행하였으며, 활성탄의 재생성능을 분석하였다.

제안 방법

결과에서 보듯이 재생횟수에 관계없이 안정적인 흡착제 재생과 톨루엔 탈착이 이루어지고 있음을 알 수 있었다. 15번째 톨루엔에 대한 흡착이 끝난 후, 16번째부터 24번째까지는 동일한 활성탄에 대해 톨루엔 -IPA-EA 혼합성분에 대한 흡착-탈착이 이루어졌으며, 25번째부터는 다시 톨루엔에 대한 흡탈착 실험이 수행되었다. 이러한 결과를 토대로 본 연구에 사용된 활성탄의 경우 톨루엔 흡착에 대해서는 재생횟수에 관계없이 지속적으로 우수한 흡착성능을 유지함을 확인할 수 있었다.
이렇게 재생된 흡착탑은 다시 흡착과 재생과정을 반복하여, 흡착제를 반복 재생하였을 경우의 흡착성능 및 재생성능의 변화를 분석하였다. 본 연구에서는 <t4mm 활성탄을 흡착 재생 반복실험 흡착제로 선정하였으며, 총 39회 흡착 및 재생 반복실험을 통해 그 성능 변화를 살펴보았다.
본 연구에서는 활성탄 재생방법으로서 고온의 공기를 이용한 방법을 적용하였다. 공기를 일정한 온도로 승온한 후 이를 VOC가 흡착된 흡착장치를 통과시켜, 흡착된 VOC에 탈착에너지를 제공함으로써 VOO 홉착제로부터 탈리시켜 제거하는 방식이다.
냉각이 완료되면 흡착탑을 장치로부터 떼어내어 그 무게를 측정하고, 흡착종료후의 흡착탑 무게와 재생 및 냉각 종료 후의 흡착탑 무게의 차이가 탈착된 VOC의 양이 된다. 이렇게 재생된 흡착탑은 다시 흡착과 재생과정을 반복하여, 흡착제를 반복 재생하였을 경우의 흡착성능 및 재생성능의 변화를 분석하였다. 본 연구에서는 <t4mm 활성탄을 흡착 재생 반복실험 흡착제로 선정하였으며, 총 39회 흡착 및 재생 반복실험을 통해 그 성능 변화를 살펴보았다.
배출농도의 감소율이 일정한 정도에 이르면 재생과정을 종료하는데 이때의 배출농도는 약 3, 000ppm 정도의 값을 보였다. 재생과정 종료는 유입 공기가 전기히터를 통과하지 않고 상온의 상태로 흡착탑에 유입될 수 있도록 조작하였다. 이 과정을 냉각과정이라 하며 냉각과정의 종료는 배출구의 온도가 30℃ 정도 되었을 때 이루어진다.
흡착 무게 측정이 끝나면, 흡착탑은 그 상태로 다시 실험 장치에 장착되고 흡착제 재생과정에 들어가며, 흡착제 재생은 유입 공기를 일정온도로 유지해야 하는데, 본 연구에서는 흡착탑 유입부에서의 공기온도가 150笆로 유지되도록 전기히터를 제어하였다. 재생과정에서는 흡착탑 입출구 및 중간부의 온도변화와 출구에서의 VOC 농도를 측정하였다. VOC 농도는 최대 150, 000pppm 정도까지 증가하였으며, 시간이 지남에 따라 점점 감소하였다.
흡착이 종료되면 흡착탑을 장치로부터 떼어내어 전자저울을 이용하여 무게를 측정하였으며 흡착된 용제의 량은 흡착 전후의 흡착제 무게의 차이로 계산하였다. 흡착 무게 측정이 끝나면, 흡착탑은 그 상태로 다시 실험 장치에 장착되고 흡착제 재생과정에 들어가며, 흡착제 재생은 유입 공기를 일정온도로 유지해야 하는데, 본 연구에서는 흡착탑 유입부에서의 공기온도가 150笆로 유지되도록 전기히터를 제어하였다. 재생과정에서는 흡착탑 입출구 및 중간부의 온도변화와 출구에서의 VOC 농도를 측정하였다.
무게 측정후 실험 장치에 흡착탑을 장착하고 흡착 종료는 배출구에서의 VOC 농도가 THC 기준으로 lOOppm에 도달했을 때 이루어진다. 흡착이 종료되면 흡착탑을 장치로부터 떼어내어 전자저울을 이용하여 무게를 측정하였으며 흡착된 용제의 량은 흡착 전후의 흡착제 무게의 차이로 계산하였다. 흡착 무게 측정이 끝나면, 흡착탑은 그 상태로 다시 실험 장치에 장착되고 흡착제 재생과정에 들어가며, 흡착제 재생은 유입 공기를 일정온도로 유지해야 하는데, 본 연구에서는 흡착탑 유입부에서의 공기온도가 150笆로 유지되도록 전기히터를 제어하였다.

대상 데이터

그림 1은 활성탄 흡착 및 재생 실험 장치의 구성도이다. 유입기체는 압축공기를, 흡착유량은 고정값으로 1, 861pm을 사용하였으며 용제를 일정량으로 공급하기 위해 HPLC 정량펌프가 사용되었다. 흡착탑은 직경 100mm, 길이 500mm의 STS304 재질의 배관을 이용하여 제작되었으며, 흡착제 재생시 열손실을 막을 수 있도록 개폐식 단열장치가 구비되었다.
유입기체는 압축공기를, 흡착유량은 고정값으로 1, 861pm을 사용하였으며 용제를 일정량으로 공급하기 위해 HPLC 정량펌프가 사용되었다. 흡착탑은 직경 100mm, 길이 500mm의 STS304 재질의 배관을 이용하여 제작되었으며, 흡착제 재생시 열손실을 막을 수 있도록 개폐식 단열장치가 구비되었다. 홉 착시 공탑속도는 0.

성능/효과

47%의 높은 값을 보여준다. 결과에서 보듯이 재생횟수에 관계없이 안정적인 흡착제 재생과 톨루엔 탈착이 이루어지고 있음을 알 수 있었다. 15번째 톨루엔에 대한 흡착이 끝난 후, 16번째부터 24번째까지는 동일한 활성탄에 대해 톨루엔 -IPA-EA 혼합성분에 대한 흡착-탈착이 이루어졌으며, 25번째부터는 다시 톨루엔에 대한 흡탈착 실험이 수행되었다.
VOC 농도는 최대 150, 000pppm 정도까지 증가하였으며, 시간이 지남에 따라 점점 감소하였다. 배출농도의 감소율이 일정한 정도에 이르면 재생과정을 종료하는데 이때의 배출농도는 약 3, 000ppm 정도의 값을 보였다. 재생과정 종료는 유입 공기가 전기히터를 통과하지 않고 상온의 상태로 흡착탑에 유입될 수 있도록 조작하였다.
재생율은 흡착된 톨루엔 양에 대한 탈착된 톨루엔 양의 비를 나타낸 것이다. 본 연구에 사용된 활성탄의 톨루엔 탈착율을 1회부터 30회까지 평균하여 구하면 약 99.47%의 높은 값을 보여준다. 결과에서 보듯이 재생횟수에 관계없이 안정적인 흡착제 재생과 톨루엔 탈착이 이루어지고 있음을 알 수 있었다.
15번째 톨루엔에 대한 흡착이 끝난 후, 16번째부터 24번째까지는 동일한 활성탄에 대해 톨루엔 -IPA-EA 혼합성분에 대한 흡착-탈착이 이루어졌으며, 25번째부터는 다시 톨루엔에 대한 흡탈착 실험이 수행되었다. 이러한 결과를 토대로 본 연구에 사용된 활성탄의 경우 톨루엔 흡착에 대해서는 재생횟수에 관계없이 지속적으로 우수한 흡착성능을 유지함을 확인할 수 있었다.

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