Transcript 이온교환스크러버

에너지절감형 유해가스 및 악취
저감설비
(이온교환스크러버)
2014. 04
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
이온교환섬유의 흡.탈착반응
반 응 식
양이온교환섬유
[P-SO3]-H+
음이온교환섬유
[P-NR3]+OH-
염기성 가스일 경우
P-SO3H + NH3
P-SO3NH4
(흡착반응)
2P-SO3NH4 + H2SO4
2P-SO3H + (NH4)2SO4
(재생반응)
P-NR3OH + HCL
P-NR3CL
(흡착반응)
P-NR3CL + NaOH
P-NR3OH + NaCL
(재생반응)
산성 가스일 경우
이온교환스크러버의 흡.탈반응 “예”
1st. The IEF adsorption of waste gases. (input)
ABSORPTION
2nd NaOH or H2SO4 remove waste gases from IEF.
3rd repeat adsorption and refresh.
example
-NH3 gas
RH + NH3 → RNH4
2RNH4 + H2SO4 → 2RH + (NH4)2SO4
REMOVAL
: Adsorption
: Refresh
-HCl gas
R&-NOH- + HCl → R&-NCl + H2O
R&-NCl + NaOH → R&-NOH + NaCl(↓)
: Adsorption
: Refresh
-HF gas
R&-NOH- + HF → R&-NF + H2O
2R&-NF + NaOH → R&-NOH + NaF(↓)
: Adsorption
: Refresh
Refresh & Repeat
이온교환섬유의 특성
Ion exchange fiber : special resin + reaction radical
Type
Brand
name
Functional group
Exch. cap.
[equivalent]
Wetting capacity
[gH2O/gfiber]
Strong base
AA-1
-N+(CH3)3 Cl-
2.5 - 4.0
0.4 - 1.0
Strong acid
AK-1
-SO3H
2.5 - 4.0
0.5 - 2.0
Weak base
AAK-22
-NH2, =NH,COOH
2.5 - 5.0
1.0 - 2.0
Weak acid
AK-5
-COOH
4.0 - 6.0
0.8 - 2.0
음이온교환섬유 재생용액 : 알카리용액, Na2CO3, NaOH
양이온교환섬유 재생용액 : 산용액, NaCL, H2SO4
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
HCL 흡착량 (mmol NH3 /g)
<이온교환섬유의 HCL에 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 HCL 흡착량 및 이온교환섬유감소율>
7
HCL 흡착량(mmol/g)
6
HCL 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
이온교환스크러버의 구조적 특징 (1)
이온교환필터 구조
그릴
중앙판
이온교
환섬유
가스흐름
중앙판과 측면 그릴이 지그재그 형식으로 엇갈려
있어 필터내에서의압력손실
가스 체류시간을
증가시
: 150 mmAq
켜
오염물질 처리효율을 증가시킴
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
처리 성능(1)
단일가스 제거효율
*시험 TEST 결과
농 도(ppm)
항 목
효 율(%)
Inlet
Outlet
HCl(염화수소)
100
0.50
99
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
H2S(황화수소)
20.65
0.40
98
처리 성능(2)
악취가스 제거효율
*환경신기술 검증 결과
농 도(ppm)
항 목
효 율(%)
Inlet
Outlet
248.48
1.11
99
(CH3)3N(트리메틸아민)
0.04
0.01
82
H2S(황화수소)
17.01
0.08
99
CH3CHO(아세트알데히드)
-
-
CH3SH(메틸메르캅탄)
-
-
C8H8(스티렌)
-
-
NH3(암모니아)
- Non Detected
이온교환스크러버의 구조적 특징 (2)
이온교환스크러버
약액세정스크러버
중앙판
이온교환섬유
세정액
충진층
가스의 흐름
압력손실 : 20mmAq
가스의 흐름
압력손실 : 150 mmAq
압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.
구조적특징에 따른 전력사용량 비교
전력사용량
항목
비
이온교환스크러버
약액세정 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
약액
세정
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 (3)
이온교환스크러버
약액세정스크러버
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
약액세정 스크러버
초기충전량
7.4㎥
1㎥
교체주기
1개월
1일
월간사용량
7.4 ㎥
30 ㎥
* 절감요인 *
- 연속적인 분무(spray) 방식이 아닌 주기적인 분무 방식
- 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능
고
용수사용량에 따른 년간절감액 비교
구 분
용수사용량
연간용수량
연간용수비
이온교환
스크러버
8m3/월
24m3
48,840원/년
약액세정
스크러버
30m3/월
360m3
198,000원/년
비고
이온교환스크러버의 에너지 절감 효과
일반산업체
항
목
이온교환스크러버(60㎥/min)
약액세정스크러버(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%
처리방식에 따른 설비별 비교
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
99%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
불필요
필요
불필요
필요
필요
설치면적
적음
적음
적음
큼
큼
운전 및
유지관리
용이
용이
숙련된 운전기술
요함
용이
복잡
항 목
원 리
처리효율
폐수발생
전처리시설
(분진제거)
경제성 비교
일반산업체에서의 비교
항 목
이온교환스크러버
약액새정 스크러버
비 고
30m3/min
처리용량
오염물질 종류
H2S
10ppm , NH3
50ppm
초기투자비
용수 사용량
0.5T/월
15T/월
전력 사용량
2kwh
4kwh
유
지
관
리
비
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
3년사용
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
이온교환스크러버 [㈜엔코코]
(특허 10-2002-0025570)
이온교환수지를 이용하여 오염물질제거하며 재생액순환
펌프를 이용, 이온교환수지를 수용액에 잠기게 하여 세척
함으로써 수용액을 반복사용, 노즐을 사용하지 않아 고장
의 위험을 줄인 설비
무펌프 세정집진시설
(실용신안 20-0288575)
충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이
필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시
설
㈜엔코코
잠김방식
환경신기술 및 상용화 성공
기술 검증
환경신기술 검증
에너지절감 설비
환경신기술 인증 제82호
환경기술검증 제60호
에너지합리화 자금지원 대상설비
이온교환섬유를 이용한 악취 및 유해가스 제거기술
이온교환스크러버형 대기오염장지장치
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. 유해가스 및 악취의 제거효율이 우수(평균90%이상)
2. 재생액에 의한 필터의 반복 재사용 (3년이상)
3. 용수사용량 및 2차폐기물 발생이 거의 없음
- 폐수처리를 위한 후단설비가 불필요하다
- 2차 폐기물 발생이 거의 없고 처리가 간단하다
4. 별도의 구동장치가 없어 유지관리가 단순
* 적용사례
1. 반도체 공장
2. 음식물처리장,축산폐수처리장
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
㈜엔코코
감사합니다 !
http://www.encoco.co.kr