배출되는 오염물질은 주로 스프레이 페인트에서 생성되는 페인트 미스트와 유기 용제, 그리고 건조 휘발 과정에서 생성되는 유기 용제입니다. 페인트 미스트는 주로 공기 분무 방식의 용제 코팅 부분에서 발생하며, 그 조성은 사용되는 도료와 일치합니다. 유기 용제는 주로 도료 사용 과정에서 용제와 희석제에서 발생하며, 대부분 휘발성 배출물이며, 주요 오염물질은 자일렌, 벤젠, 톨루엔 등입니다. 따라서 도료 작업 시 배출되는 유해 폐가스의 주요 배출원은 스프레이 도장실, 건조실, 그리고 건조실입니다.
1. 자동차 생산라인의 폐가스 처리방법
1.1 건조공정에서 발생하는 유기성폐가스 처리방안
전기영동, 매체 코팅 및 표면 코팅 건조실에서 배출되는 가스는 고온 고농도의 폐가스에 속하며, 소각 방식에 적합합니다. 현재 건조 공정에서 일반적으로 사용되는 폐가스 처리 방법으로는 축열식 열 산화 기술(RTO), 축열식 촉매 연소 기술(RCO), 그리고 TNV 회수 열 소각 시스템이 있습니다.
1.1.1 열저장형 열산화 기술(RTO)
열 산화기(Regenerative Thermal Oxidizer, RTO)는 중저농도 휘발성 유기 폐가스를 처리하는 에너지 절약형 환경 보호 장치입니다. 대용량, 저농도 처리에 적합하며, 유기 폐가스 농도가 100ppm~20,000ppm 사이인 경우에 적합합니다. 운영비가 저렴하며, 유기 폐가스 농도가 450ppm 이상일 경우 보조 연료를 추가할 필요가 없습니다. 정화율도 높아 2층 RTO는 98% 이상, 3층 RTO는 99% 이상의 정화율을 달성할 수 있으며, NOx와 같은 2차 오염 물질이 발생하지 않습니다. 자동 제어 방식으로 작동이 간편하고 안전성이 높습니다.
축열 산화 장치는 중저농도 유기성 폐가스를 처리하기 위해 열 산화 방식을 채택하고, 세라믹 축열층 열교환기를 사용하여 열을 회수합니다. 이 장치는 세라믹 축열층, 자동 제어 밸브, 연소실 및 제어 시스템으로 구성됩니다. 주요 특징은 다음과 같습니다. 축열층 하단의 자동 제어 밸브는 흡기 주관 및 배기 주관에 각각 연결되며, 축열층으로 유입되는 유기성 폐가스를 세라믹 축열재로 예열하여 열을 흡수 및 방출함으로써 축열층에 저장됩니다. 일정 온도(760℃)로 예열된 유기성 폐가스는 연소실에서 연소되면서 산화되어 이산화탄소와 물을 생성하고 정화됩니다. 일반적인 2층 RTO 주요 구조는 연소실 1개, 세라믹 패킹층 2개, 스위칭 밸브 4개로 구성됩니다. 장치의 축열 세라믹 패킹층 열교환기는 95% 이상의 열 회수율을 극대화할 수 있으며, 유기성 폐가스를 처리할 때 연료를 전혀 사용하지 않거나 거의 사용하지 않습니다.
장점: 높은 유량과 낮은 농도의 유기성 폐가스를 처리할 때 운영 비용이 매우 낮습니다.
단점: 일회 투자 비용이 높고, 연소 온도가 높으며, 고농도의 유기성 폐가스 처리에 적합하지 않으며, 가동 부품이 많아 유지관리 작업이 더 많이 필요합니다.
1.1.2 열촉매연소기술(RCO)
재생 촉매 연소 장치(RCO)는 중·고농도(1000mg/m³~10000mg/m³) 유기성 폐가스 정화에 직접 적용됩니다. RCO 처리 기술은 특히 열 회수율에 대한 높은 요구 조건을 충족할 뿐만 아니라, 제품 종류에 따라 폐가스 조성이 자주 변하거나 농도 변동이 심하기 때문에 동일 생산 라인에도 적합합니다. 특히 기업의 열 에너지 회수 또는 간선 폐가스 건조 처리에 적합하며, 회수된 에너지는 간선 건조에 사용되어 에너지 절감 효과를 달성할 수 있습니다.
재생 촉매 연소 처리 기술은 전형적인 기체-고체상 반응으로, 실제로는 활성 산소종의 심층 산화입니다. 촉매 산화 과정에서 촉매 표면의 흡착은 반응물 분자를 촉매 표면에 농축시킵니다. 촉매는 활성화 에너지를 감소시켜 산화 반응을 촉진하고 산화 반응 속도를 향상시킵니다. 특정 촉매의 작용으로 유기물은 낮은 초기 온도(250~300℃)에서 무중력 산화 연소를 통해 생성되고, 이는 이산화탄소와 물로 분해되어 다량의 열에너지를 방출합니다.
RCO 장치는 주로 노 본체, 촉매 열 저장체, 연소 시스템, 자동 제어 시스템, 자동 밸브 및 기타 여러 시스템으로 구성됩니다. 산업 생산 공정에서 배출되는 유기 배기 가스는 유도 송풍기를 통해 장비의 회전 밸브로 유입되고, 유입 가스와 배출 가스는 회전 밸브를 통해 완전히 분리됩니다. 가스의 열 에너지 저장 및 열 교환은 촉매층의 촉매 산화에 의해 설정된 온도에 거의 도달합니다. 배기 가스는 가열 영역(전기 가열 또는 천연 가스 가열)을 통해 계속 가열되어 설정 온도를 유지합니다. 촉매층으로 유입되어 촉매 산화 반응을 완료합니다. 즉, 이 반응은 이산화탄소와 물을 생성하고, 원하는 처리 효과를 얻기 위해 많은 양의 열 에너지를 방출합니다. 산화에 의해 촉매화된 가스는 세라믹 재료층 2로 유입되고, 열 에너지는 회전 밸브를 통해 대기 중으로 방출됩니다. 정화 후, 정화 후의 배기 온도는 폐가스 처리 전 온도보다 약간 높습니다. 시스템은 연속 작동하며 자동으로 전환됩니다. 회전 밸브 작동을 통해 모든 세라믹 충전층이 가열, 냉각, 정화의 순환 단계를 완료하고, 열에너지를 회수할 수 있습니다.
장점: 간단한 공정 흐름, 소형 장비, 안정적인 작동; 높은 정화 효율, 일반적으로 98% 이상; 낮은 연소 온도; 낮은 일회용 투자, 낮은 운영 비용, 열 회수 효율은 일반적으로 85% 이상에 도달할 수 있음; 전체 공정에서 폐수가 발생하지 않으며 정화 과정에서 NOX 2차 오염이 발생하지 않음; RCO 정화 장비는 건조실과 함께 사용할 수 있으며 정화된 가스는 건조실에서 직접 재사용할 수 있어 에너지 절약 및 배출 감소 목적을 달성할 수 있음;
단점: 촉매연소장치는 끓는점이 낮은 유기성분과 회분함량이 낮은 유기폐가스 처리에만 적합하며, 기름연기 등 끈적끈적한 물질의 폐가스 처리에는 적합하지 않으며, 촉매를 독살해야 한다. 유기폐가스 농도가 20% 미만이다.
1.1.3TNV 재활용형 열소각 시스템
재활용형 열소각 시스템(독일어: Thermische Nachverbrennung TNV)은 가스 또는 연료를 직접 연소시켜 유기 용제가 포함된 폐가스를 가열하는 방식입니다. 고온에서 유기 용제 분자는 산화 분해되어 이산화탄소와 물로 분해됩니다. 고온의 연도 가스는 다단 열전달 장치를 통해 가열되어 생산 공정에 필요한 공기 또는 온수를 사용합니다. 유기 폐가스의 열에너지를 완전히 재활용하여 산화 분해함으로써 전체 시스템의 에너지 소비를 줄입니다. 따라서 TNV 시스템은 생산 공정에 많은 열에너지가 필요한 경우 유기 용제가 포함된 폐가스를 처리하는 효율적이고 이상적인 방법입니다. 새로운 전기영동 페인트 코팅 생산 라인에는 일반적으로 TNV 회수 열소각 시스템이 채택됩니다.
TNV 시스템은 폐가스 예열 및 소각 시스템, 순환 공기 가열 시스템, 그리고 신선 공기 열교환 시스템의 세 부분으로 구성됩니다. 이 시스템의 폐가스 소각 중앙 난방 장치는 TNV의 핵심 부분으로, 노 본체, 연소실, 열교환기, 버너, 그리고 주 연도 조절 밸브로 구성됩니다. 작동 과정은 다음과 같습니다. 고압 헤드 팬을 통해 건조실에서 배출된 유기성 폐가스는 폐가스 소각 중앙 난방 장치에 내장된 열교환기에 의해 예열된 후 연소실로 이동하고, 버너를 통해 고온(약 750℃)에서 산화 분해되어 이산화탄소와 물로 분해됩니다. 생성된 고온의 배기가스는 열교환기와 노 내부의 주 연도 가스관을 통해 배출됩니다. 배출된 배기가스는 건조실의 순환 공기를 가열하여 건조실에 필요한 열에너지를 공급합니다. 시스템 끝단에는 신선 공기 열전달 장치가 설치되어 시스템의 폐열을 회수하여 최종 회수합니다. 건조실에서 공급된 신선 공기는 배가스와 함께 가열되어 건조실로 보내집니다. 또한, 주 배가스 배관에는 전기 조절 밸브가 있어 장치 출구의 배가스 온도를 조절하며, 최종 배가스 온도는 약 160℃로 조절됩니다.
폐가스소각 중앙난방장치의 특징은 다음과 같습니다. 연소실 내 유기성 폐가스의 체류시간은 1~2초입니다. 유기성 폐가스의 분해율은 99% 이상입니다. 열 회수율은 76%에 도달할 수 있습니다. 버너 출력 조절 비율은 26:1, 최대 40:1에 도달할 수 있습니다.
단점: 저농도 유기성 폐가스를 처리할 경우 운영 비용이 더 많이 듭니다. 관형 열교환기는 연속 운전에만 사용되므로 수명이 길다.
1.2 분무도장실 및 건조실 유기성폐가스 처리 방안
분무 도장실과 건조실에서 배출되는 가스는 저농도, 대유량, 상온 폐가스이며, 주요 오염물질은 방향족 탄화수소, 알코올 에테르, 에스테르계 유기용매입니다. 현재 외국에서 더 성숙한 방법은 다음과 같습니다. 유기 폐가스 총량을 줄이기 위해 1차 유기 폐가스 농축법을 사용하고, 1차 흡착법(활성탄 또는 제올라이트를 흡착제로 사용)을 통해 저농도 상온 분무 도장 배기가스를 흡착한 후, 고온 가스 탈기법을 통해 촉매 연소 또는 재생 열 연소법을 사용하여 농축된 배기가스를 처리합니다.
1.2.1 활성탄 흡착-탈착 및 정제 장치
허니콤 활성탄을 흡착제로 사용하여 흡착 정화, 탈착 재생, VOC 농축 및 촉매 연소 원리를 결합합니다. 허니콤 활성탄 흡착을 통해 높은 공기량과 낮은 농도의 유기성 폐가스를 생성하여 공기 정화 효과를 달성합니다. 활성탄이 포화되면 열풍을 이용하여 활성탄을 재생합니다. 탈착된 농축 유기물은 촉매 연소층으로 보내져 촉매 연소됩니다. 유기물은 무해한 이산화탄소와 물로 산화됩니다. 연소된 고온 배기가스는 열교환기를 통해 차가운 공기를 가열합니다. 열교환 후 냉각 가스의 일부가 배출됩니다. 이는 허니콤 활성탄의 탈착 재생을 위한 부분으로, 폐열 활용 및 에너지 절감 효과를 달성합니다. 전체 장치는 프리필터, 흡착층, 촉매 연소층, 난연성, 관련 팬, 밸브 등으로 구성됩니다.
활성탄 흡착-탈착 정화 장치는 흡착과 촉매 연소의 두 가지 기본 원리에 따라 설계되었으며, 이중 가스 경로 연속 작동, 촉매 연소실, 두 개의 흡착층을 교대로 사용합니다. 먼저 유기성 폐가스를 활성탄에 흡착하고, 빠르게 포화되면 흡착을 멈춘 후, 열풍을 이용하여 활성탄에서 유기물을 제거하여 활성탄을 재생합니다. 유기물은 농축(원래 농도의 수십 배)되어 촉매 연소실로 보내져 이산화탄소와 수증기로 분해됩니다. 유기성 폐가스의 농도가 2000 PPm 이상에 도달하면, 외부 가열 없이 촉매층에서 자연 연소를 유지할 수 있습니다. 연소 배기가스의 일부는 대기로 배출되고, 대부분은 흡착층으로 보내져 활성탄을 재생합니다. 이를 통해 연소 및 흡착에 필요한 열에너지를 충족시켜 에너지 절약이라는 목적을 달성할 수 있습니다. 재생된 유기물은 다음 흡착층으로 유입될 수 있습니다. 탈착 시, 정화 작업은 또 다른 흡착층에 의해 수행될 수 있으며, 연속 작업과 간헐적 작업 모두에 적합합니다.
기술적 성능 및 특징: 안정적인 성능, 간단한 구조, 안전하고 신뢰성 있는 에너지 절약 및 노동력 절감, 2차 오염 없음. 이 장비는 면적이 작고 무게가 가벼워 대량 사용에 매우 적합합니다. 유기성 폐가스를 흡착하는 활성탄 층은 촉매 연소 후 폐가스를 이용하여 탈기 재생을 수행하고, 탈기된 가스는 외부 에너지 없이 촉매 연소실로 보내 정화되므로 에너지 절감 효과가 매우 큽니다. 단점은 활성탄의 수명이 짧고 운영 비용이 높다는 것입니다.
1.2.2 제올라이트 이송 휠 흡착-탈착 정제 장치
제올라이트의 주요 성분은 실리콘, 알루미늄이며, 흡착능이 우수하여 흡착제로 사용할 수 있습니다. 제올라이트 러너는 제올라이트 특유의 개구부 특성을 활용하여 유기 오염물질을 흡착 및 탈착함으로써 저농도 및 고농도 VOC 배출가스를 처리하여 후단 최종 처리 장비의 운영비를 절감할 수 있습니다. 이 장치의 특징은 다양한 유기 성분을 함유한 대유량, 저농도 처리에 적합합니다. 단점은 초기 투자 비용이 높다는 것입니다.
제올라이트 러너 흡착-정제 장치는 흡착 및 탈착 작업을 연속적으로 수행할 수 있는 가스 정화 장치입니다.제올라이트 휠의 양면은 특수 밀봉 장치에 의해 흡착 영역, 탈착(재생) 영역 및 냉각 영역의 세 영역으로 나뉩니다.시스템의 작동 프로세스는 다음과 같습니다.제올라이트 회전 휠은 저속으로 연속 회전하고 흡착 영역, 탈착(재생) 영역 및 냉각 영역을 순환합니다.저농도 및 강풍 용적의 배기 가스가 러너의 흡착 영역을 연속적으로 통과할 때 배기 가스의 VOC는 회전 휠의 제올라이트에 흡착되어 흡착 및 정제 후 직접 방출됩니다.휠에 흡착된 유기 용매는 휠의 회전과 함께 탈착(재생) 영역으로 보내집니다.그런 다음 소량의 공기량으로 가열된 공기가 탈착 영역을 연속적으로 통과합니다.휠에 흡착된 VOC는 탈착 영역에서 재생되고 VOC 배기 가스는 뜨거운 공기와 함께 배출됩니다. 냉각을 위한 냉각 영역으로 휠을 다시 흡착할 수 있으며, 회전하는 휠의 지속적인 회전으로 흡착, 탈착, 냉각 사이클이 수행되어 폐가스 처리의 지속적이고 안정적인 운영을 보장합니다.
제올라이트 러너 장치는 본질적으로 농축기이며, 유기 용제를 함유한 배기가스는 직접 배출 가능한 청정 공기와 고농도 유기 용제를 함유한 재순환 공기, 두 부분으로 나뉩니다. 직접 배출 가능한 청정 공기는 도장된 공조 환기 시스템에서 재순환될 수 있으며, 고농도 VOC 가스는 시스템에 유입되기 전 VOC 농도의 약 10배입니다. 농축된 가스는 TNV 회수 열소각 시스템(또는 기타 장비)을 통해 고온 소각 처리됩니다. 소각 과정에서 발생하는 열은 각각 건조실 가열과 제올라이트 탈거 가열에 사용되며, 이 열에너지를 최대한 활용하여 에너지 절감 및 배출 저감 효과를 달성합니다.
기술적 성능 및 특징: 구조가 간단하고, 유지 보수가 용이하며, 사용 수명이 길다. 흡수 및 제거 효율이 높고, 원래의 높은 풍량과 낮은 농도의 VOC 폐가스를 낮은 풍량과 높은 농도의 폐가스로 전환하여 백엔드 최종 처리 장비의 비용을 절감한다. 압력 강하가 극히 낮아 전력 에너지 소비를 크게 줄일 수 있다. 전체 시스템을 준비하고 모듈식으로 설계하여 공간 요구 사항을 최소화하고 연속적이고 무인 제어 모드를 제공한다. 국가 배출 기준을 달성할 수 있다. 흡착제는 불연성 제올라이트를 사용하여 안전하게 사용할 수 있다. 단점은 비용이 많이 들고 일회성 투자라는 것이다.
게시 시간: 2023년 1월 3일
