배출되는 오염물질은 주로 스프레이 도장 시 발생하는 페인트 미스트와 유기 용제, 그리고 건조 과정에서 휘발되는 유기 용제입니다. 페인트 미스트는 주로 에어 스프레이 도장 시 용제 코팅 부분에서 발생하며, 사용된 코팅제의 성분과 유사합니다. 유기 용제는 주로 코팅제 사용 과정에서 사용되는 용제와 희석제에서 발생하며, 대부분 휘발성 가스로, 주요 오염물질은 자일렌, 벤젠, 톨루엔 등입니다. 따라서 코팅 공정에서 배출되는 유해 폐가스의 주요 발생원은 스프레이 도장실, 건조실 및 건식실입니다.
1. 자동차 생산 라인의 폐가스 처리 방법
1.1 건조 공정 중 유기 폐가스 처리 방안
전기영동, 중간 코팅 및 표면 코팅 건조실에서 배출되는 가스는 고온 고농도 폐가스에 해당하며, 소각 방법에 적합하다. 현재 건조 공정에서 일반적으로 사용되는 폐가스 처리 방법으로는 재생 열산화 기술(RTO), 재생 촉매 연소 기술(RCO) 및 TNV 회수 열 소각 시스템 등이 있다.
1.1.1 열 저장형 열 산화 기술(RTO)
재생열산화기(RTO)는 중저농도 휘발성 유기 폐가스를 처리하는 에너지 절약형 친환경 장치입니다. 대용량 저농도 유기 폐가스 처리에 적합하며, 유기 폐가스 농도가 100ppm~20,000ppm 사이인 경우에 특히 효과적입니다. 운영 비용이 저렴하고, 유기 폐가스 농도가 450ppm 이상일 경우 보조 연료를 추가할 필요가 없습니다. 정화율이 높아 2단식 RTO는 98% 이상, 3단식 RTO는 99% 이상의 정화율을 달성할 수 있으며, NOx와 같은 2차 오염 물질이 발생하지 않습니다. 자동 제어 방식으로 작동이 간편하고 안전성이 높습니다.
재생열산화 장치는 열산화 방식을 이용하여 중저농도 유기폐기를 처리하고, 세라믹 축열층 열교환기를 사용하여 열을 회수합니다. 이 장치는 세라믹 축열층, 자동 제어 밸브, 연소실 및 제어 시스템으로 구성됩니다. 주요 특징은 다음과 같습니다. 축열층 하단에 위치한 자동 제어 밸브는 흡입 주 배관 및 배출 주 배관에 각각 연결되어 있습니다. 축열층은 유입되는 유기폐기를 세라믹 축열재로 예열하여 열을 흡수 및 방출하는 방식으로 열을 저장합니다. 일정 온도(760℃)까지 예열된 유기폐기는 연소실에서 연소되어 이산화탄소와 물을 생성하며 정화됩니다. 일반적인 2층 RTO 주 구조는 연소실 1개, 세라믹 충전층 2개, 전환 밸브 4개로 구성됩니다. 이 장치의 재생형 세라믹 충전층 열교환기는 95% 이상의 열 회수율을 제공하며, 유기폐기물 처리 시 연료를 거의 또는 전혀 사용하지 않습니다.
장점: 유기성 폐가스의 유량은 많고 농도는 낮은 경우, 운영 비용이 매우 저렴합니다.
단점: 초기 투자 비용이 높고, 연소 온도가 높으며, 고농도 유기 폐가스 처리에 적합하지 않고, 움직이는 부품이 많아 유지 보수 작업이 더 많이 필요하다.
1.1.2 열 촉매 연소 기술(RCO)
재생 촉매 연소 장치(재생 촉매 산화기, RCO)는 중고농도(1000mg/m³~10000mg/m³) 유기 폐가스 정화에 직접 적용됩니다. RCO 처리 기술은 특히 높은 열 회수율이 요구되는 환경에 적합하며, 동일 생산 라인 내에서도 제품 종류에 따라 폐가스 성분이 자주 변하거나 농도가 크게 변동하는 경우에 특히 유용합니다. 열에너지 회수가 필요한 기업이나 건조 라인 폐가스 처리에 적합하며, 회수된 에너지를 건조 라인에 활용하여 에너지 절약을 실현할 수 있습니다.
재생 촉매 연소 처리 기술은 전형적인 기체-고체 상 반응으로, 실제로 반응성 산소종의 심층 산화 반응입니다. 촉매 산화 과정에서 촉매 표면의 흡착으로 인해 반응물 분자가 촉매 표면에 농축됩니다. 촉매는 활성화 에너지를 감소시켜 산화 반응을 촉진하고 반응 속도를 향상시킵니다. 특정 촉매의 작용으로 유기물은 낮은 시작 온도(250~300℃)에서 에너지 손실 없이 산화 연소되어 이산화탄소와 물로 분해되고, 이 과정에서 막대한 열에너지를 방출합니다.
RCO 장치는 주로 노 본체, 촉매 축열체, 연소 시스템, 자동 제어 시스템, 자동 밸브 및 기타 여러 시스템으로 구성됩니다. 산업 생산 공정에서 배출되는 유기 배기가스는 유도 통풍 팬을 통해 장비의 회전 밸브로 유입되고, 회전 밸브를 통해 유입 가스와 배출 가스가 완전히 분리됩니다. 가스의 열에너지 저장 및 열교환을 통해 촉매층의 촉매 산화 반응으로 설정된 온도에 거의 도달합니다. 배기가스는 가열 영역(전기 가열 또는 천연가스 가열)을 통해 계속 가열되어 설정 온도를 유지합니다. 이후 촉매층으로 유입되어 촉매 산화 반응을 완료합니다. 이 반응을 통해 이산화탄소와 물이 생성되고 많은 열에너지가 방출되어 원하는 처리 효과를 얻습니다. 산화 반응으로 촉매화된 가스는 세라믹 재료층 2로 유입되고, 열에너지는 회전 밸브를 통해 대기 중으로 배출됩니다. 정화 후 배기가스 온도는 폐가스 처리 전 온도보다 약간 높은 수준입니다. 이 시스템은 지속적으로 작동하며 자동으로 전환됩니다. 회전 밸브 작동을 통해 모든 세라믹 충전층이 가열, 냉각 및 정화의 사이클 단계를 완료하고 열에너지를 회수할 수 있습니다.
장점: 간단한 공정 흐름, 소형 장비, 안정적인 작동; 높은 정화 효율(일반적으로 98% 이상); 낮은 연소 온도; 낮은 초기 투자 비용, 낮은 운영 비용, 열 회수 효율(일반적으로 85% 이상); 전체 공정에서 폐수 발생 없음, 정화 공정에서 NOx 2차 오염 물질 발생 없음; RCO 정화 장비는 건조실과 함께 사용할 수 있으며, 정화된 가스를 건조실에서 직접 재사용하여 에너지 절약 및 배출량 감소 효과를 얻을 수 있습니다.
단점: 촉매 연소 장치는 끓는점이 낮은 유기 성분과 낮은 회분 함량을 가진 유기 폐가스 처리에만 적합하며, 기름 연기와 같은 점착성 물질이 포함된 폐가스 처리에는 적합하지 않고 촉매가 중독될 수 있습니다. 또한 유기 폐가스의 농도가 20% 미만이어야 합니다.
1.1.3TNV 재활용형 열 소각 시스템
재활용형 열 소각 시스템(독일어: Thermische Nachverbrennung, TNV)은 가스 또는 연료를 직접 연소시켜 유기 용매를 함유한 폐가스를 가열하는 시스템입니다. 고온에서 유기 용매 분자는 산화 분해되어 이산화탄소와 물로 변환됩니다. 생성된 고온의 연소 가스는 다단계 열전달 장치를 통해 공기 또는 온수를 공급하는 생산 공정에 사용되어, 유기 폐가스의 산화 분해에 필요한 열에너지를 완전히 재활용함으로써 시스템 전체의 에너지 소비를 절감합니다. 따라서 TNV 시스템은 생산 공정에 많은 열에너지가 필요한 경우 유기 용매를 함유한 폐가스를 처리하는 효율적이고 이상적인 방법입니다. 새로운 전기영동 도료 코팅 생산 라인에는 일반적으로 TNV 회수 열 소각 시스템이 적용됩니다.
TNV 시스템은 폐가스 예열 및 소각 시스템, 순환 공기 가열 시스템, 그리고 신선 공기 열교환 시스템의 세 부분으로 구성됩니다. 시스템의 핵심인 폐가스 소각 중앙 가열 장치는 노 본체, 연소실, 열교환기, 버너 및 주 배기가스 조절 밸브로 이루어져 있습니다. 작동 과정은 다음과 같습니다. 고압 팬으로 건조실에서 유입된 유기 폐가스는 폐가스 소각 중앙 가열 장치 내 열교환기에서 예열된 후 연소실로 이동하고, 버너를 통해 고온(약 750℃)으로 가열되어 유기 폐가스가 산화 분해됩니다. 이때 유기 폐가스는 이산화탄소와 물로 분해됩니다. 생성된 고온의 배기가스는 열교환기와 노 내부의 주 배기가스를 통해 배출됩니다. 배출된 배기가스는 건조실의 순환 공기를 가열하여 건조실에 필요한 열에너지를 공급합니다. 시스템 말단에는 시스템의 폐열을 회수하여 최종적으로 활용하기 위한 신선 공기 열전달 장치가 설치되어 있습니다. 건조실에서 공급되는 신선 공기는 연소 가스로 가열된 후 건조실로 보내집니다. 또한, 주 연소 가스 배관에는 전기 조절 밸브가 설치되어 있어 장치 출구에서의 연소 가스 온도를 조절할 수 있으며, 최종 배출되는 연소 가스의 온도를 약 160℃로 제어할 수 있습니다.
폐가스 소각 중앙 난방 장치의 특징은 다음과 같습니다. 연소실 내 유기 폐가스의 체류 시간은 1~2초이며, 유기 폐가스의 분해율은 99% 이상이고, 열 회수율은 76%에 달하며, 버너 출력 조절 비율은 26:1에서 최대 40:1까지 가능합니다.
단점: 저농도 유기 폐가스를 처리할 경우 운영 비용이 더 높습니다. 관형 열교환기는 연속 운전만 가능하며 수명이 깁니다.
1.2 스프레이 페인트실 및 건조실의 유기 폐가스 처리 방안
스프레이 페인트실과 건조실에서 배출되는 가스는 저농도, 대량 유량의 상온 폐가스이며, 주요 오염물질은 방향족 탄화수소, 알코올 에테르 및 에스테르 유기 용매입니다. 현재 해외에서 널리 사용되는 성숙한 방법은 다음과 같습니다. 먼저 유기 폐가스를 농축하여 유기 폐가스의 총량을 줄이고, 활성탄이나 제올라이트와 같은 흡착제를 이용하여 저농도의 상온 스프레이 페인트 배기가스를 흡착한 후, 고온 가스 탈기 공정을 거쳐 농축된 배기가스를 촉매 연소 또는 재생 열 연소법으로 처리하는 것입니다.
1.2.1 활성탄 흡착-탈착 및 정화 장치
벌집형 활성탄을 흡착제로 사용하여 흡착 정화, 탈착 재생, VOC 농축 및 촉매 연소 원리를 결합함으로써, 대량의 공기와 저농도의 유기 폐가스를 벌집형 활성탄 흡착을 통해 흡착시켜 공기 정화를 달성합니다. 활성탄이 포화되면 고온의 공기를 이용하여 활성탄을 재생하고, 탈착된 고농도 유기물은 촉매 연소층으로 보내져 촉매 연소됩니다. 유기물은 무해한 이산화탄소와 물로 산화되고, 연소된 고온 배기가스는 열교환기를 통해 저온의 공기를 가열합니다. 열교환 후 배출되는 냉각 가스의 일부는 벌집형 활성탄의 탈착 재생에 사용되어 폐열을 활용하고 에너지를 절약합니다. 전체 장치는 프리필터, 흡착층, 촉매 연소층, 난연제, 관련 팬, 밸브 등으로 구성됩니다.
활성탄 흡착-탈착 정화 장치는 흡착과 촉매 연소라는 두 가지 기본 원리에 따라 설계되었으며, 이중 가스 경로 연속 작동 방식을 채택하고 촉매 연소실과 두 개의 흡착층을 교대로 사용합니다. 먼저 유기 폐가스를 활성탄에 흡착시키고, 포화 상태에 도달하면 흡착을 중단합니다. 그런 다음 고온 공기 흐름을 이용하여 활성탄에서 유기물을 제거하고 활성탄을 재생합니다. 이때 농축된 유기물(원래 농도보다 수십 배 높은 농도)은 촉매 연소실로 보내져 촉매 연소를 통해 이산화탄소와 수증기로 분해되어 배출됩니다. 유기 폐가스의 농도가 2000ppm을 초과하면 외부 가열 없이 촉매층 내에서 자연 연소가 지속됩니다. 연소 배기가스의 일부는 대기 중으로 배출되고, 대부분은 활성탄 재생을 위해 흡착층으로 보내집니다. 이러한 방식으로 연소 및 흡착에 필요한 열에너지를 공급하여 에너지 절약을 실현할 수 있습니다. 재생된 활성탄은 다음 흡착 공정에 투입됩니다. 탈착 과정에서 정제 작업은 연속 운전과 간헐 운전 모두에 적합한 다른 흡착층을 이용하여 수행할 수 있습니다.
기술적 성능 및 특징: 안정적인 성능, 간단한 구조, 안전하고 신뢰할 수 있으며, 에너지 및 노동력을 절감하고 2차 오염이 발생하지 않습니다. 장비는 차지하는 공간이 작고 무게가 가벼워 대용량 처리에 매우 적합합니다. 유기 폐가스를 흡착하는 활성탄층은 촉매 연소 후 폐가스를 이용하여 탈기 재생을 수행하고, 탈기 가스를 촉매 연소실로 보내 정화합니다. 외부 에너지 공급이 필요 없어 에너지 절감 효과가 뛰어납니다. 단점으로는 활성탄 소모량이 많고 운영 비용이 높다는 점입니다.
1.2.2 제올라이트 이송 휠 흡착-탈착 정제 장치
제올라이트의 주요 구성 성분은 실리콘과 알루미늄이며, 흡착 능력을 가지고 있어 흡착제로 사용될 수 있습니다. 제올라이트 러너는 제올라이트의 특정한 기공 구조와 유기 오염 물질에 대한 흡착 및 탈착 능력을 활용하여 저농도 및 고농도의 VOC 배출가스를 처리함으로써 후처리 설비의 운영 비용을 절감할 수 있습니다. 이러한 장치는 유량이 많고 농도가 낮으며 다양한 유기 성분을 함유하는 오염 물질 처리에 적합합니다. 단점은 초기 투자 비용이 높다는 것입니다.
제올라이트 러너 흡착-정화 장치는 흡착 및 탈착 작업을 연속적으로 수행할 수 있는 가스 정화 장치입니다. 제올라이트 휠의 양쪽은 특수 밀봉 장치에 의해 흡착 영역, 탈착(재생) 영역, 냉각 영역의 세 부분으로 나뉩니다. 시스템의 작동 과정은 다음과 같습니다. 제올라이트 회전 휠이 저속으로 연속적으로 회전하면서 흡착 영역, 탈착(재생) 영역, 냉각 영역을 순환합니다. 저농도, 저용량의 배기가스가 러너의 흡착 영역을 연속적으로 통과할 때, 배기가스 중 VOC는 회전 휠의 제올라이트에 흡착되어 흡착 및 정화 과정을 거쳐 바로 배출됩니다. 휠에 흡착된 유기 용매는 휠의 회전과 함께 탈착(재생) 영역으로 이동합니다. 그런 다음 소량의 가열된 공기가 탈착 영역을 연속적으로 통과하면서 휠에 흡착된 VOC가 탈착 영역에서 재생됩니다. VOC가 제거된 배기가스는 가열된 공기와 함께 배출됩니다. 냉각 영역으로 이동하는 휠은 냉각 후 재흡착이 가능하며, 회전 휠의 지속적인 회전으로 흡착, 탈착 및 냉각 사이클이 수행되어 폐가스 처리의 지속적이고 안정적인 작동을 보장합니다.
제올라이트 러너 장치는 본질적으로 농축 장치이며, 유기 용매를 함유한 배기가스는 두 부분으로 나뉩니다. 하나는 직접 배출 가능한 깨끗한 공기이고, 다른 하나는 유기 용매 농도가 높은 재순환 공기입니다. 직접 배출 가능한 깨끗한 공기는 도장면의 공조 환기 시스템에 재순환될 수 있으며, 고농도의 VOC 가스는 시스템 유입 전 VOC 농도의 약 10배에 달합니다. 농축 가스는 TNV 회수 열 소각 시스템(또는 기타 장비)을 통해 고온 소각 처리됩니다. 소각 과정에서 발생하는 열은 각각 건조실 난방과 제올라이트 탈기 가열에 사용되어 열에너지를 최대한 활용함으로써 에너지 절약 및 배출물 저감 효과를 얻습니다.
기술적 성능 및 특징: 간단한 구조, 손쉬운 유지보수, 긴 수명; 높은 흡착 및 탈착 효율로 기존의 풍속이 높고 농도가 낮은 VOC 폐가스를 풍속이 낮고 농도가 높은 폐가스로 전환하여 후처리 설비 비용을 절감합니다. 극도로 낮은 압력 강하로 전력 에너지 소비를 크게 줄일 수 있습니다. 전체 시스템 준비 및 모듈식 설계로 최소한의 공간만 차지하며, 연속 및 무인 제어 모드를 제공합니다. 국가 배출 기준을 충족할 수 있습니다. 흡착제로 불연성 제올라이트를 사용하여 안전성이 높습니다. 단점은 초기 투자 비용이 높다는 것입니다.
게시 시간: 2023년 1월 3일
