에너지절감형 유해가스 및 악취 저감설비 ( 이온교환스크러버 ) 발표자 : 김동원

오염 / 유해물질 / 폐수 발생 에너지와 오염 에너지 과소비 업종 연료 식품 화섬 요업 제지 화공 석유화학 금속 / 철강 전기 / 전자 발전 전력 용수

오염 / 유해물질 제거 에너지 소비형에너지 절감형 에너지 보존형 - 초창기 오염 / 유해물질, 제거효율 등 1 차적 목적을 강조 - 1 차적 목적 ( 기술적 문제 ) 일부 해소 - 에너지 절감형 설비 필요 - 기술적인 문제 완전 해소 - 에너지 고갈없이 재사용이 가능

대기오염방지장치 용수사용량 전력사용량전력사용량 이온교환 스크러버 흡착스크러버 축열식촉매소각로 바이오필터 약액스크러버 세정식스크러버 에너지소비형 에너지절감형 ? 에너지보존형 광촉매스크러버

이온교환스크러버의 반응원리 반응 메카니즘 H H H H OH ADSORPTIONREGENERATIO N H H H H OH + 염화합물 H H H H OH DESORPTION H 2 SO 4 NaOH POLLUTANT 유해가스 종류에 따른 섬유적용 산성가스 (H 2 S, SOx, CH 3 SH, HCl, HF, NOx) 염기성가스 (NH 3, (CH 3 ) 3 N) 음이온교환섬유 적용 양이온교환섬유 적용

이온교환섬유의 흡. 탈착반응 반 응 식 양이온교환섬유 [P-SO 3 ] - H + 음이온교환섬유 [P-NR 3 ] + OH - 염기성 가스일 경우 P-SO 3 H + NH 3 P-SO 3 NH 4 2P-SO 3 NH 4 + H 2 SO 4 2P-SO 3 H + (NH 4 ) 2 SO 4 ( 흡착반응 ) ( 재생반응 ) 산성 가스일 경우 P-NR 3 OH + HCLP-NR 3 CL P-NR 3 CL + NaOHP-NR 3 OH + NaCL ( 흡착반응 ) ( 재생반응 )

이온교환스크러버의 흡. 탈반응 “ 예 ” 1 st. The IEF adsorption of waste gases. (input) 2 nd NaOH or H 2 SO 4 remove waste gases from IEF. 3 rd repeat adsorption and refresh. example -NH 3 gas RH + NH 3 → RNH 4 : Adsorption 2RNH 4 + H 2 SO 4 → 2RH + (NH 4 ) 2 SO 4 : Refresh -HCl gas R&-NOH- + HCl → R&-NCl + H 2 O : Adsorption R&-NCl + NaOH → R&-NOH + NaCl(↓) : Refresh -HF gas R&-NOH- + HF → R&-NF + H 2 O : Adsorption 2R&-NF + NaOH → R&-NOH + NaF(↓) : Refresh ABSORPTION REMOVAL Refresh & Repeat

이온교환섬유의 특성 Ion exchange fiber : special resin + reaction radical Type Brand name Functional group Exch. cap. [equivalent] Wetting capacity [gH 2 O/gfiber] Strong baseAA-1-N + (CH 3 ) 3 Cl Strong acidAK-1-SO 3 H Weak baseAAK-22-NH 2, =NH,-COOH Weak acidAK-5-COOH 음이온교환섬유 재생용액 : 알카리용액, Na 2 CO 3, NaOH 양이온교환섬유 재생용액 : 산용액, NaCL, H 2 SO 4

이온교환섬유의 제조 방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성시 켜 ( 그라프트 중합 ) 양이온 또는 음이온을 교환할 수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제 양이온교환섬유 제조법 PP 부직포스틸렌 그라프트 ( 중합 ) 반응 Sulfonation 반응 음이온교환섬유 제조법 PP 부직포스틸렌 그라프트 ( 중합 ) 반응 Chloromethylation Amination 반응

이온교환섬유의 특징 (1) 물리화학적 흡착으로 높은 흡착성능 가짐 ( 기존의 물리적 흡착제의 2~4 배 ) 참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀 이온교환섬유활성탄실리카겔탄소섬유 암모니아 흡착량 (mg NH 3 /g) 이온교환섬유실리카겔활성탄탄소섬유 황화수소 흡착량 (mg H 2 S /g)

참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀 물리적 흡착량 화학적 흡착량 총 흡착량 흡착시간 (min) HCL 흡착량 (mmol NH 3 /g)

이온교환섬유의 특징 (2) 여러번 재생 ( 탈착 ) 사용시 흡착성능이 변하지 않음 HCL 흡착 이온교환섬유의 무게감소량 HCL 흡착량 (mmol/g) 이온교환섬유 무게감소량 (%) 재생횟수 참고자료 : 한국원자력 연구소 동위원소방사선응용연구팀

이온교환스크러버의 구조적 특징 (1) 압력손실 : 150 mmAq 이온교환필터 구조 중앙판 이온교 환섬유 가스흐름 그릴 중앙판과 측면 그릴이 지그재그 형식으로 엇갈려 있어 필터내에서의 가스 체류시간을 증가 시 켜 오염물질 처리효율을 증가 시킴

처리 FLOW 재생액 공급펌프 재생액 저장탱크 NaOH 재생액 / 염화합물 음이온필터 대기 GAS INLET 양이온필터 재생액 분리판 기액 분리기 재생액 저장탱크 H 2 SO 4 재생액 공급펌프 재생액 / 염화합물

GAS INLET GAS OUTLET 재생액 순환펌프 음이온교환 스크러버 STACK 양이온교환 스크러버 이온교환스크러버의 구조

처리 성능 (1) 단일가스 제거효율 항 목 농 도 (ppm) 효 율 (%) InletOutlet HCl( 염화수소 ) NH 3 ( 암모니아 ) SO 2 ( 이산화황 ) BCl 3 ( 삼염화붕소 ) HF( 불화수소 ) H 2 S( 황화수소 ) * 시험 TEST 결과

처리 성능 (2) 악취가스 제거효율 항 목 농 도 (ppm) 효 율 (%) InletOutlet NH 3 ( 암모니아 ) (CH 3 ) 3 N( 트리메틸아민 ) H 2 S( 황화수소 ) CH 3 CHO( 아세트알데히드 ) -- CH 3 SH( 메틸메르캅탄 ) -- C 8 H 8 ( 스티렌 ) -- * 환경신기술 검증 결과 - Non Detected

이온교환스크러버의 구조적 특징 (2) 이온교환스크러버 이온교환섬유 가스의 흐름 중앙판 압력손실 : 20mmAq 세정액 가스의 흐름 충진층 압력손실 : 150 mmAq 약액세정스크러버 압력손실이 작을수록 동력비가 절감된다.

구조적특징에 따른 전력사용량 비교 항 목항 목 전 력 사 용 량전 력 사 용 량 비 고 이온교환스크러버약액세정 스크러버 I.D Fan1.9 kW3.75kW Pump1.84kW2.1kW 합 계합 계 3.74 kW5.85kW * 절 감 요 인 * - 압력손실의 상대적인 차이 ( ≒ 130mmAq) 로 I.D Fan 의 소형화 가능 - Pump 의 가동시간 (14 분 / 시간당 ) 이 간헐적이고 이송에 필요한 최소용량으로 Pump 동력비 절감

구 분 전 력 사 용전 력 사 용 년간전력비 펌프팬 약품이송펌프 이온 교환 스크 러버 사용동력 1.84kWh1.9kWh- 연간전력량 15,897.6kW16,416kW- 연간전력비 874,368 원 902,880 원 - 1,772,248 원 약액 세정 스크 러버 사용동력 1.9kWh3.75kWh0.2kWh 연간전력량 16,416kW32,400kW1,728kW 연간전력비 902,880 원 1,782,000 원 95,040 원 2,779,920 원 전력사용량에 따른 년간절감액 비교

이온교환스크러버약액세정스크러버 데미스터 충진층 세정액 공급펌프 연속적 운전 세정액의 재사용없이 지속적인 공급으로 용수사용량 증가 용수사용량 : 8m 3 / 월용수사용량 : 30m 3 / 월 재생액 공급펌프 세정액 Drain 이온교환스크러버 구조적 특징 (3)

항 목항 목 용 수 사 용 량용 수 사 용 량 비 고 이온교환스크러버약액세정 스크러버 초기충전량 7.4 ㎥ 1 ㎥ 교 체 주 기교 체 주 기 1 개월 1일1일 월간사용량 7.4 ㎥ 30 ㎥ * 절 감 요 인 * - 연속적인 분무 (spray) 방식이 아닌 주기적인 분무 방식 - 반복재생기능에 의해 세정액의 재사용 가능 구조적특징에 따른 용수사용량 비교

용수사용량에 따른 년간절감액 비교 구 분용수사용량연간용수량연간용수비비 고비 고 이온교환 스크러버 8m 3 / 월 24m 3 48,840 원 / 년 약액세정 스크러버 30m 3 / 월 360m 3 198,000 원 / 년

이온교환스크러버의 에너지 절감 효과 항 목이온교환스크러버 (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% 일반산업체

처리방식에 따른 설비별 비교 항 목이온교환스크러버활성탄흡착탑약액세정스크러버바이오필터축열식연소장치 원 리 이온교환섬유의 흡 착및 탈착반응에 의 해 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 처리효율 95% 이상 99% 이상 70~80% 95% 이상 초기투자비적음 큼큼 유지관리비적음 많음적음많음 폐수발생약간 발생없슴많이 발생없슴 전처리시설 ( 분진제거 ) 불필요필요불필요필요 설치면적적음 큼큼 운전 및 유지관리 용이 숙련된 운전기술 요함 용이복잡 배가스처리설비 비교표

경제성 비교 일반산업체에서의 비교 항 목이온교환스크러버약액새정 스크러버비 고 처리용량 30m 3 /min 오염물질 종류 H 2 S 10ppm, NH 3 50ppm 초기투자비 용수 사용량 0.5T/ 월 15T/ 월 전력 사용량 2kwh4kwh 유지관리비유지관리비 용수 사용비용 550 원 / 월 8,250 원 / 월 550 원 /T 폐수 처리비용 40,000 원 / 월 1,200,000 원 / 월 80,000 원 /T 약품 사용비용 54,000 원 / 월 142,600 원 / 월 전 력 비 72,000 원 / 월 144,000 원 / 월 50 원 /kWh 이온수지교체비 60,000 원 / 월 - 3 년사용 계 226,550 원 / 월 1,494,850 원 / 월

( 천원 ) (월)(월) 설비교체시 투자비 회수시점 약액세정스크러버 이온교환스크러버 20 투자비 회수시점

국내 관련기술 현황 기술현황 이온교환스크러버 [ ㈜엔코코 ] ( 특허 ) 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 ) 충진재의 하부를 세정액에 침수되게 설치, 별도의 노즐이 필요없어 노즐 막힘에 의한 효율저하가 없는 세정집진시 설 ㈜엔코코 잠김방식 환경신기술 및 상용화 성공

기술 검증 환경신기술 검증에너지절감 설비 환경신기술 인증 제 82 호 환경기술검증 제 60 호 이온교환섬유를 이용한 악취 및 유해가스 제거기술 에너지합리화 자금지원 대상설비 이온교환스크러버형 대기오염장지장치

국외 관련기술 현황 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 기술현황 ガス流からの硫化水素除去方法 ( 특허 평 ) 내부공간을 두챔버로 구획하여 교대로 이온교환필터에 의 해 가스를 흡착제거하며 각 챔버내의 필터는 노즐을 사용 하여 분사시킴으로서 재생시키는 설비 排ガス吸收裝置および氣 處理方法 ( 특허 평 ) 하우징 내부의 이온교환수지층을 격벽을 이용하여 여러 개로 분리하고 재생액을 노즐을 사용하여 분사시킴으로써 수지의 일부분씩 재생하는 설비

결 론 1. 유해가스 및 악취의 제거효율이 우수 ( 평균 90% 이상 ) 3. 용수사용량 및 2 차폐기물 발생이 거의 없음 - 폐수처리를 위한 후단설비가 불필요하다 - 2 차 폐기물 발생이 거의 없고 처리가 간단하다 4. 별도의 구동장치가 없어 유지관리가 단순 * 적용사례 1. 반도체 공장 2. 음식물처리장, 축산폐수처리장 2. 재생액에 의한 필터의 반복 재사용 (3 년이상 )

이온교환스크러버의 적용분야 일반 산업체 제지, 담배제품제조 / 가공시설 비금속 광물제품 제조시설 석유 및 석탄제품 제조시설 화학제품제조 / 가공시설 금속제품제조 / 가공시설 식품제조시설 반도체 공장 환경기초 시설 악취 및 VOC 배출업체 반도체 제조시설 축산분뇨처리장 음식물 처리 및 건조시설 하수 및 폐수처리장

감사합니다 ! ㈜엔코코