VOC 폐가스 처리 솔루션
2024년 10월 30일

VOC 폐가스 처리 시스템 솔루션 상세 정보
급속한 경제 발전과 함께 휘발성 유기 화합물(VOC)이 대량으로 발생하고 있으며, 최근 몇 년 동안 VOC는 대기 오염의 주요 원인 중 하나로 자리매김하여 인간 건강과 생태계 균형에 큰 위협을 가하고 있습니다. 이에 따라 VOC 관리 문제는 사회적으로 큰 관심을 받고 있습니다.
기존의 단일 단말 공기 처리 기술을 기반으로, 대용량 폐공기 및 저농도 VOC에 적합한 흡착 농축-촉매 연소 복합 기술의 원리, 공정 흐름, 연구 현황 및 개발 전망에 대해 상세히 논의한다.
VOC 가스는 주로 대기에 해를 끼칩니다.
(1) 일부는 독성이 있고 발암성이 있으며 인간의 건강을 위협합니다.
(2) VOC에 포함된 탄화수소와 질소산화물은 자외선의 작용으로 오존을 생성하기 위해 반응하여 대기 광화학 스모그 현상을 일으키고 인간의 건강과 식물 성장을 위협할 수 있습니다.
(3) 대기 중 2차 에어로졸 형성에 참여합니다. 2차 에어로졸의 대부분은 미세 입자로, 쉽게 가라앉지 않습니다. 이들은 대기 중에 더 오래 머무를 수 있고 빛에 대한 강한 산란력을 가지고 있어 대기 가시성을 크게 감소시킬 수 있습니다.
현재 많은 도시의 대기 환경은 지역적인 미세먼지, 오존, 산성비 등 세 가지 복합적인 대기 오염 특성을 보이고 있으며, 휘발성 유기화합물(VOC)은 이러한 오염을 증폭시키는 가장 중요한 요인 중 하나입니다.
VOC 가스 공통 처리 기술:

VOC 관리의 필요성이 대두되었으며, 현재의 VOC 가스 처리 기술은 크게 두 가지 범주로 나뉩니다.
(1) 발생원 제어란 구체적으로 생산 단계에서의 VOC 배출을 예방 또는 감소시키는 조치를 말하며, 이는 유기 폐가스 오염을 제어하는 가장 좋은 방법입니다. 그러나 기술 수준의 한계로 인해 다양한 농도의 유기 배기가스가 환경으로 배출되거나 누출되는 것은 불가피하며, 이는 달성하기 어렵습니다.
(2) 생산 종료 시 VOC 가스의 제어 및 제거 관리 방법은 재활용 기술과 파괴 기술의 두 가지 범주로 나눌 수 있다.
회수 기술: VOC 가스를 비파괴적인 물리적 방법으로 회수하는 기술로, 주로 활성탄 흡착법, 응축법, 막 처리법 등이 있습니다. 이러한 방법은 VOC 배출을 효과적으로 제어할 뿐만 아니라, 재활용을 통해 자원을 절약하고 경제적 이익을 창출할 수 있어 점점 더 주목받고 있습니다.
파괴 기술: 즉, 화학적 또는 생물학적 반응 과정을 통해 VOC 폐가스를 산화 분해하여 무독성 또는 저독성 물질로 만드는 파괴 방법으로, 주요 기술로는 연소, 광촉매 분해, 플라즈마 기술, 생분해 등이 있습니다.
VOCs 폐가스 처리 기술은 특정 상황 및 VOCs 폐가스 배출 요구사항에 따라 적절한 공정을 선택하는 단일 처리 공정입니다. VOCs는 종류가 다양하고 구성 성분이 복잡하며 특성이 제각각이기 때문에, 단일 정화 기술만으로는 규제 요구사항을 충족하기 어렵고 경제성도 떨어지는 경우가 많습니다. 다양한 단위 처리 기술의 장점을 결합한 복합 처리 공정은 배출 요구사항을 충족할 뿐만 아니라 설비 운영 비용도 절감할 수 있습니다.
제올라이트 로터 농축 + 촉매 연소 시스템의 핵심 기술:
VOC 가스 처리에 사용되는 최초의 기술은 흡착법이며, 그중에서도 가장 흔하고 대표적인 것은 활성탄 흡착법입니다. 활성탄 흡착법은 할로겐, 연기, 벤젠 등의 VOC 가스 흡착 및 처리 분야에서 산업계에 널리 사용되고 있습니다. 흡착법의 주요 원리는 비표면적이 큰 다공성 물질을 흡착제로 사용하는 것입니다. VOC 가스가 흡착제를 통과할 때, 흡착제의 넓은 비표면적 덕분에 VOC 분자들이 흡착제의 미세 기공 내부에 흡착되어 가스 정화 효과를 얻습니다. 최근에는 제올라이트 휠 로터 농축기(XPC)와 촉매 연소 기술을 결합한 새로운 고효율 VOC 흡착 처리 기술이 해외에서 널리 사용되고 있습니다.
(1) 흡착제의 종류
흡착 소재는 휠 기술의 핵심이며, 일반적으로 활성탄과 제올라이트 분자체가 사용됩니다. 활성탄은 미세 기공이 풍부하고 비표면적이 넓어 흡착력이 강하고 흡착 속도가 빠르기 때문에 휠 기술에 널리 사용됩니다. 폐가스 처리용 흡착제로 활성탄을 사용할 경우 흡착 용량이 크고 가격이 저렴하다는 장점이 있지만, 기공이 쉽게 막히고 활성탄 자체에 가연성이 있어 탈착 시 화재 발생 위험이 있어 안전 생산 요건을 충족하지 못하고 실제 적용에 영향을 미칠 수 있습니다.
제올라이트 분자체는 결정질 알루미늄 규산염 금속염의 특정한 골격 구조를 가진 수화물 물질의 일종입니다. 일반적인 화학식은 다음과 같습니다.
[ (A102) x - (SiO2)y] - zH20o
여기서 M은 양이온, m은 원자가 상태의 수, z는 수화 수를 나타내며, x와 만은 정수입니다. 구조가 활성화되면 A의 머리 부분에 있는 물이 사라지고 나머지 구성 요소들이 이동하여 3~10Å의 개구부를 가진 케이지 구조를 형성합니다.
제올라이트 분자체의 선택적 흡착 능력은 주로 규칙적인 구조에 기인합니다. 제올라이트 분자체의 기공 배열 규칙과 균일한 분포로 인해 흡착 선택성이 결정되는데, 이는 주로 제올라이트 기공 크기가 다르기 때문입니다. 일반적으로 분자 동역학 직경이 분자체 기공 크기보다 작은 분자만 분자체에 흡착됩니다.
분자체는 종류에 따라 골격 구조와 기공 크기에 큰 차이가 있으며, 분자체의 골격 구조는 일정 범위 내에서 가변성을 가지므로 분자 동역학 직경이 기공 크기보다 약간 큰 분자도 흡착될 수 있지만, 흡착 속도와 흡착 용량은 크게 감소합니다.
제올라이트 분자체는 구조 내에 양이온이 존재하고 골격 구조가 음전하를 띠고 있기 때문에 극성을 지닌 분자체입니다. 제올라이트 분자체의 양이온은 강한 양전하를 띠는 전기장을 생성하여, 분극된 후 정전기적 유도에 의해 극성 분자 또는 분극 가능한 분자의 음전하 중심을 끌어당깁니다.

따라서 제올라이트 분자체는 극성이 강하거나 쉽게 분극화되지만 운동 직경이 기공 크기보다 약간 큰 분자를 흡착할 수 있습니다. 분자체는 특수한 기공 구조를 가지고 있어 고온 저압 조건에서도 흡착 능력을 발휘할 수 있는 특수한 성능을 보입니다. 현재 흡착에 주로 사용되는 분자체 종류로는 13X, NaY, 머서라이트, ZSM-5 등이 있습니다.
제올라이트 휠 원리 소개
본 연구는 무기 결합 방식을 이용하여 가공된 골판지 및 평판 세라믹 섬유 종이로 벌집형 바퀴를 만들고, 바퀴의 채널에 수분 흡수성 제올라이트를 도포하면 흡착 바퀴가 된다는 결론을 내렸으며, 실험 결과 이 흡착 바퀴가 VOC 정화 처리에 매우 효과적임을 입증했습니다.
제올라이트 러너의 농축 구역은 처리 구역, 재생 구역, 냉각 구역의 세 부분으로 나눌 수 있습니다. 농축 러너는 각 구역에서 연속적으로 작동합니다. VOC 유기 폐가스는 사전 필터를 통과한 후 농축 러너 장치의 처리 구역을 통과합니다.
처리 영역 내의 VOC는 흡착제에 의한 흡착으로 제거되며, 정화된 공기는 농축 러너의 처리 영역에서 배출됩니다. 농축 러너에 흡착된 유기 폐가스 VOC는 재생 영역에서 열풍 처리를 통해 탈착 및 5~15배 농축됩니다.
집중된 러너는 냉각 구역에서 냉각되고, 냉각 구역을 통과하는 공기는 가열되어 재순환 공기로 사용되어 정화 및 에너지 절약 효과를 얻습니다.
촉매 산화 공정:
촉매 연소 공정은 촉매 연소 장치에서 수행됩니다. 유기 폐가스는 열교환기를 통해 200~400°C로 예열된 후 연소실로 유입됩니다. 촉매층을 통과하면서 가스 혼합물 내의 탄화수소 분자와 산소 분자는 촉매 표면에 흡착되어 각각 활성화됩니다. 표면 흡착으로 인해 반응의 활성화 에너지가 감소하므로, 탄화수소는 낮은 온도에서 산소 분자와 함께 빠르게 산화되어 이산화탄소와 물을 생성합니다.
제올라이트 로터 흡착 농축 - 촉매 연소 공정:

제올라이트 휠 농축 촉매 연소 기술의 기본 개념은 산업 폐가스 중 농도가 낮고 공기량이 많은 VOC를 흡착 분리법으로 분리 및 농축하고, 농축 후 농도가 높고 공기량이 적은 오염된 공기를 연소법으로 분해 및 정화하는 것입니다. 이는 일반적으로 흡착 분리 농축 + 연소 분해 및 정화법으로 알려져 있습니다.
벌집 구조의 흡착 러너는 흡착, 재생 및 냉각 구역으로 나뉜 쉘 내부에 설치되어 있으며, 속도 조절 모터의 구동 하에 시속 3~8회전의 속도로 저속 회전합니다.
흡착, 재생 및 냉각의 세 영역은 각각 처리 공기, 냉각 공기 및 재생 공기 통로와 연결되어 있습니다. 또한, 공기 통로와 흡착 러너의 둘레 및 각 영역 사이의 쉘, 칸막이판과 흡착 러너, 흡착 러너의 둘레 및 쉘 사이에는 공기 누출을 방지하기 위해 고온 및 내용제성 불소 고무 밀봉재가 장착되어 있습니다.
1번 팬은 배기가스를 포함한 VOC를 러너의 흡착 영역인 영역 a를 통해 이동시킵니다. 러너에는 목적에 따라 다양한 흡착 재료를 채울 수 있습니다. 흡착된 VOC는 러너의 회전과 함께 탈착을 위해 영역 b로 이동합니다. 열전달 경로 1을 통해 흐르는 고온의 공기는 러너에 흡착된 VOC를 탈착시키고, 열전달 경로 2를 통해 점화 온도에 도달한 후 촉매 연소실로 들어가 촉매 산화 반응을 일으킵니다. 탈착 후 러너에 다시 흡착이 필요하므로, 탈착 영역 옆에 냉각 영역 c를 설치하여 공기로 냉각하고, 냉각된 따뜻한 공기는 열전달 경로 1을 통해 다시 뜨거운 공기가 되어 탈착에 이용됩니다.
현재 반도체, LCD 패널, 인쇄, 코팅 등 다양한 산업 생산 분야에서는 고정된 생산 공정에서 세척제, 포토레지스트, 박리액, 희석제 등으로 유기 용매를 다량 사용합니다. 이 과정에서 대량의 유기 폐가스가 발생하는데, 이 폐가스는 부피가 크고 농도가 낮아 휘발성 유기화합물(VOC) 성분을 함유하고 있습니다. 이러한 폐가스를 효율적으로 처리하기 위해서는 제올라이트 로터 흡착 농축법이 현재 가장 효과적인 처리 방법입니다.
제올라이트 회전 농축 + 촉매 연소 시스템의 적용 범위:
제올라이트 회전 농축 및 촉매 연소 시스템은 광범위한 산업 분야와 배기가스 처리 조건에 적용 범위가 넓습니다. 이 혁신적인 기술은 주로 저농도 및 대용량 공기 처리 조건의 폐가스 처리에 사용되며, 다양한 산업 분야에 적합합니다.

제올라이트 로터 농축기의 주요 장점 중 하나는 S, N, Cl, F 등의 할로겐 원소를 포함하지 않는 폐가스를 처리할 수 있다는 점입니다. 이러한 성분이 존재할 경우, 연소 전 전처리 단계에서 처리하여 연소 후 새로운 배기가스 성분이 생성되지 않도록 할 수 있습니다.
또한, 이 시스템을 이용하여 효과적으로 처리하기 위해서는 배기가스의 끓는점이 너무 높아서는 안 됩니다. 끓는점이 300°C를 초과하고 고온의 공기에 노출될 경우, 제올라이트 분자체에 흡착된 유기 폐가스가 오랫동안 탈착되지 않아 처리 효율에 영향을 미칩니다.
이 첨단 기술은 화학 공장, 도장 시설, 제약 회사, 전자 공장, 가구 제조업체, 포장 및 인쇄 회사 등 다양한 산업 분야에 적합합니다. 이러한 다양한 산업 분야에서 발생하는 유기 용제 및 유기 폐가스를 효과적으로 처리하여 폐가스 처리 공정 개선을 원하는 기업들에게 다재다능하고 가치 있는 솔루션을 제공합니다.
특히, 폐가스는 제올라이트에 흡착 및 탈착될 수 있으므로 처리에 적합한 물질입니다. 그러나 배기가스에 S, N, Cl, F 등의 성분이 포함되어 있으면 연소 후 2차 오염물질이 생성되므로 촉매 연소 처리에는 적합하지 않습니다.
요약하자면, 제올라이트 회전 농축 및 촉매 연소 시스템은 다양한 산업 분야에서 VOC 폐가스 처리를 위한 안정적이고 효율적인 솔루션을 제공하며, 폭넓은 응용 분야를 가지고 있습니다. 특히 높은 공기량과 낮은 농도를 처리할 수 있는 능력은 배기가스 처리 공정 개선에 있어 매우 유용한 자산입니다.





