Slide 1

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


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에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 3

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 4

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 5

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 6

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 7

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 8

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 9

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 10

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 11

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
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에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 13

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 14

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 15

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 16

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
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에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 18

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 19

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 20

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 21

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 22

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 23

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 24

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 25

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 26

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


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에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 28

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 29

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 30

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr


Slide 31

에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
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에너지절감형 대기오염방지장치

(이온교환스크러버)

2002. 11

발표자 : 김동원

에너지와 오염

에너지 과소비 업종

식품

연료

화섬
요업
제지
화공

전력

석유화학
금속/철강
전기/전자
발전

용수

오염
/유해물질/
폐수
발생

오염/유해물질 제거

에너지 소비형

-초창기
오염/유해물질,
제거효율 등
1차적 목적을 강조

에너지 절감형

에너지 보존형

- 1차적 목적
(기술적 문제)
일부 해소

- 기술적인 문제
완전 해소

- 에너지 절감형
설비 필요

- 에너지 고갈없이
재사용이 가능

대기오염방지장치

축열식촉매소각로
약액스크러버

흡착스크러버

전

에너지소비형

세정식스크러버

력

사

바이오필터

용
이온교환
스크러버

량

에너지절감형

광촉매스크러버

?
에너지보존형

용수사용량

이온교환스크러버의 반응원리
반응 메카니즘
H2SO4

POLLUTANT

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

OH

H

OH

ADSORPTION

NaOH

H

OH

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

DESORPTION

+ 염화합물

REGENERATION

유해가스 종류에 따른 섬유적용

염기성가스(NH3, (CH3)3N)

양이온교환섬유 적용

산성가스(H2S, SOx, CH3SH, HCl, HF, NOx)

음이온교환섬유 적용

처리 FLOW

GAS
INLET

재생액
분리판

음이온필터

재생액/
염화합물

NaOH
재생액
공급펌프

재생액
저장탱크

양이온필터

재생액/
염화합물

H2SO4
재생액
저장탱크

재생액
공급펌프

기액
분리기

대기

이온교환스크러버의 구조
GAS OUTLET

STACK

양이온교환
스크러버

GAS INLET
음이온교환
스크러버

재생액
순환펌프

이온교환섬유의 제조

방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성
시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할
수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제
양이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Sulfonation 반응

음이온교환섬유 제조법
PP부직포

스틸렌 그라프트(중합)반응

Chloromethylation

Amination 반응

이온교환섬유의 특징(1)
물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐
(기존의 물리적 흡착제의 2~4배)
<각종 흡착제의 흡착능력 비교>
100

160

80

황화수소 흡착량 (mg H2S /g)

암모니아 흡착량 (mg NH3 /g)

140

60

40

20

0

120

100

80

60

40

20

0

이온교환섬유 활성탄

실리카겔

탄소섬유

이온교환섬유 실리카겔

활성탄

탄소섬유

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

암모니아 흡착량 (mmol NH3 /g)

<이온교환섬유의 암모니아에 대한 화학 및 물리 흡착능력>

물리적 흡착량
화학적 흡착량
총 흡착량

흡착시간(min)
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환섬유의 특징(2)
여러번 재생(탈착) 사용시 흡착성능이 변하지 않음
<재생횟수에 따른 암모니아 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7

암모니아 흡착량(mmol/g)

6

암모니아 흡착

99

5

98

4

3

이온교환섬유의
무게감소량

2

97

이온교환섬유 무게감소량 (%)

100

96

1

10
0
0

2

4

6

8

10

재생횟수
참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*자체 TEST 결과
농 도(ppm)

항 목

효 율(%)

Inlet

Outlet

HCl(염화수소)

100

0.50

99.5

NH3(암모니아)

19.42

0.20

99

SO2(이산화황)

100

7.00

93

BCl3(삼염화붕소)

50

2.00

96

HF(불화수소)

11.24

0.14

98.8

H2S(황화수소)

20.65

0.40

98

NO2(이산화질소)

20.12

0.60

97

처리 성능(2)
혼합가스 제거효율
*음식물 쓰레기 처리설비 TEST 결과
항 목

농 도(ppm)

효 율(%)

Inlet

Outlet

NH3(암모니아)

8.00

0.16

98

(CH3)3N(트리메틸아민)

0.80

0.02

98

H2S(황화수소)

0.90

0.05

95

CH3CHO(아세트알데히드)

5.00

0.25

95

CH3SH(메틸메르캅탄)

1.00

0.03

97

C8H8(스티렌)

4.00

1.12

72

HCHO(포름알데히드)

6.50

1.63

75

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환스크러버

세정식스크러버
중앙판

이온교환섬유

세정액
가스와
세정액의
흐름이
반대
충진층

가스의 흐름

압력손실 : 20mmAq

가스의 흐름

압력손실 : 150 mmAq

압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교

전력사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

I.D Fan

1.9 kW

3.75kW

Pump

1.84kW

2.1kW

합계

3.74 kW

5.85kW

* 절감요인 *
- 압력손실의 상대적인 차이(≒ 130mmAq)로 I.D Fan의 소형화 가능
- Pump의 가동시간(14분/시간당)이 간헐적이고
이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

고

전력사용량에 따른 년간절감액 비교

전력사용
구

이온
교환
스크
러버
세정식
스크
러버

분

년간전력비
펌프

팬

약품이송펌프

사용동력

1.84kWh

1.9kWh

-

연간전력량

15,897.6kW

16,416kW

-

연간전력비

874,368원

902,880원

-

사용동력

1.9kWh

3.75kWh

0.2kWh

연간전력량

16,416kW

32,400kW

1,728kW

연간전력비

902,880원

1,782,000원

95,040원

1,772,248원

2,779,920원

이온교환스크러버 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버

세정식스크러버

데미스터

연속적
운전

충진층

재생액
공급펌프

용수사용량 : 8m3/월

세정액
Drain

세정액
공급펌프

용수사용량 : 30m3/월

세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가

구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량
항목

비
이온교환스크러버

세정식 스크러버

초기충전량

7.4㎥

1㎥

교체주기

1개월

1일

월간사용량

7.4 ㎥

30 ㎥

고

* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 잠김(wet thoroughly) 방식으로
폐수배출을 최소화
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능

용수사용량에 따른 년간절감액 비교

구 분

용수사용량

연간용수량

연간용수비

이온교환
스크러버

8m3/월

24m3

48,840원/년

세정식
스크러버

30m3/월

360m3

198,000원/년

비고

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항

목

이온교환스크러버(60㎥/min)

세정식스크러버(60㎥/min)

절감율

전력 사용량

32,313.6 Kw/년

50,544 Kw/년

36%

용수 사용량

88.8 톤/년

360 톤/년

75.3%

이온교환스크러버(2㎥/min)

세정식스크러버(566 ℓ/min)

절감율

전력 사용량

2,400 Kw/년

9,600 Kw/년

75 %

용수 사용량

48 톤/년

5,160 톤/년

99 %

반도체공장
항

목

에너지 절감 “실제 예”

용수 150~650ton/mon → 1ton/mon
전력 800kw/mon → 200kw/mon

용수 432ton/mon → 1ton/mon

전력 800kw/mon → 200kw/mon

처리 성능(3)
배가스처리설비 비교표
이온교환스크러버

활성탄흡착탑

약액세정스크러버

바이오필터

축열식연소장치

이온교환섬유의 흡
착및 탈착반응에
의해 오염물질을
제거

활성탄의 미세 공
극의 흡착력을 이
용하여 물리적으
로 제거

오염물질을 산 또
는 알카리 등의약
액과 반응시켜 산
화 및 중화제거

메디아층에 충진
된 미생물을 이용
한 생물학적 탈취
방식

축열재에 축열된
열로 오염가스를
승온시켜 고온에
서 연소하여 제거

95%이상

70%이상

70~80%

95%이상

95%이상

초기투자비

적음

적음

적음

큼

큼

유지관리비

적음

적음

많음

적음

많음

약간 발생

없슴

많이 발생

없슴

없슴

전처리시설
(분진제거)

필요

필요

불필요

필요

불필요

설치면적

적음

적음

적음

큼

큼

운전 및
유지관리

용이

용이

숙련된 운전기술
요함

용이

복잡

항 목

원 리

처리효율

폐수발생

경제성 비교(1)
반도체 공장에서의 비교
*H반도체 공장예
항 목

이온교환스크러버

처리용량

비 고

500L/min

오염물질 종류
처리효율

WET 스크러버

HCl
15000ppm →

41ppm

99.7%

초기투자비

20,000,000원

20,000,000원

1대당

용수 사용량

1T/월

430T/월

1대당

용수 사용비용
유
지 폐수 처리비용
관 약품 사용비용
리 이온수지교체비
비
계

700원/월

301,000원/월

700원/T.대

1,450원/월

623,500원/월

1450원/T.대

50,000원/월

-

5,000원/월

-

57,150원/월

924,500원/월

5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
45,000
40,000

WET스크러버
35,000

유지관리비

30,000

투자비
회수시점

25,000
20,000

이온교환스크러버

15,000
10,000
5,000
0
0

1

5

10

15

20

23 25

사용기간

30

35

40

45

(월)

경제성 비교(2)
일반산업체에서의 비교
항 목

이온교환스크러버

약액새정 스크러버

30m3/min

처리용량
오염물질 종류

H2S

10ppm , NH3

50ppm

초기투자비

25,000,000원

25,000,000원

용수 사용량

0.5T/월

15T/월

전력 사용량

2kwh

4kwh

유
지
관
리
비

비 고

용수 사용비용

550원/월

8,250원/월

폐수 처리비용

40,000원/월

1,200,000원/월

약품 사용비용

54,000원/월

142,600원/월

전

72,000원/월

144,000원/월

력

비

이온수지교체비

60,000원/월

계

226,550원/월

1,494,850원/월

550원/T
80,000원/T

50원/kWh
5년사용

설비교체시 투자비 회수시점
(천원)
80,000
70,000

약액세정스크러버
60,000

유지관리비

50,000
40,000

투자비
회수시점

30,000

이온교환스크러버
20,000
10,000
0
0

1

5

10

15

20
20
사용기간

25

30

35

40

45 (월)

국내 관련기술 현황
기술현황

무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)

이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설

배기가스 처리용 가스 스크러버
(특허 10-0333930)

이온교환필터를 사용하여 오염물질을 제거하며 장치내에
재생용액을 저장하여 노즐을 사용하여 분사시킴으로서
재생시키는 설비

이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)

상용화 현황
㈜S온텍

노즐에 의한 분사방식

㈜엔코코

잠김방식

제거효율 및 재생문
제로 상용화 미흡
상용화 성공

국외 관련기술 현황
기술현황
내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에
의해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사
용하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비

ガス流からの硫化水素除去方法
(특허 평2-229526)

排ガス吸收裝置および氣 處理方法
(특허 평11-262619)

하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러
개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로
써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

상용화 현황
- 일본 도시바 플랜트 건설 : • 이온교환섬유를 이용한 [드라이 가스 스크러버] 개발
• 일반산업체 및 반도체 공장에 수 만대의 보급실적
• 에너지 절약진단(TPK-ESCO) 사업에 적용하여 산업시설
투자에 따른 에너지 절감으로 경쟁력 강화

결 론

1. 이온교환섬유의 탁월한 물리화학적 흡착능력으로 산성 및 염기
성 유해가스의 제거효율이 우수(95%이상)
2. 용수 및 전력사용량이 습식 스크러버에 비해 월등히 적음
- 용수사용량 : 반도체공정 1/400, 일반산업체 1/30
- 전력사용량 : 일반산업체 1/2
3. 유지관리비가 저렴하므로 설비교체시 2-3년안에 투자비용 회수
* 적용사례
1. 대만 UMC 반도체 공장
2. 일본 DOSHIBA내 반도체 공장 및 일반 산업시설

이온교환스크러버의 적용분야
식품제조시설
금속제품제조/가공시설

일반
산업체

화학제품제조/가공시설
석유 및 석탄제품 제조시설
비금속 광물제품 제조시설
제지, 담배제품제조/가공시설
악취 및 VOC 배출업체

반도체
공장

반도체 제조시설

하수 및 폐수처리장

환경기초
시설

음식물 처리 및 건조시설
축산분뇨처리장

이온교환스크러버의 보급시
기대효과
기대효과
1. 에너지 절감에 따른 산업 경쟁력 강화
연도별

보급가능대수

전력절감액 추정
(백만원)

용수절감액추정
(백만원)

총절감액추정
(백만원)

2003년

5,931

5,939

1,089

7,028

2004년

13,314

13,342

2,397

15,739

2005년

29,531

29,604

5,261

34,865

2. 연료 및 물 부족 국가의 에너지 절약대책에 효과적으로 기여
3. 진보적 설비로 기술수출효과가 커 수출액 증대에 기여
4. 환경오염방지로 기후변화협약에 일조

㈜엔코코

감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr