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정아 삼
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1 - J. Korean Ind. Eng. Chem., Vol. 19, No. 1, February 2008, 정순관 박영옥 한국에너기술연구원 Zero Emission 연구센터 (2007 년 10 월 25 일접수, 2007 년 12 월 12 일채택 ) Study of Catalytic Filter on the Removal of Dust and HVOC Soon Kwan Jeong and Young Ok Park Zero Emission Research Center, Korea Institute of Energy Research, Daejeon , Korea (Received October 25, 2007; accepted December 12, 2007) 촉매와필터가결합된촉매필터는먼지와가스상물질을동시에제거할수있으며이로인해운영비와설치공간의감소가가능한다기능반응시스템으로다양한환경분야에적용이가능하다. 본연구는실험실규모반응시스템에서촉매필터를이용한먼지와할로겐휘발성유기화합물 (halogenated volatile organic compound, 1,2-dichlorobenzene) 제거연구를수행하였다. 촉매필터는저온활성이우수한매그린사의 WO 3-V 2O 5/TiO 2 촉매와 250 이하에서사용가능한 P-84 를이용하여제조하였다. 온도, 면속도, 먼지농도와같은다양한변수조절을통한촉매필터의촉매활성과먼지제거효율을평가하였다. 촉매활성은온도와촉매담지량에따라증가하였다. 먼지제거효율은면속도에가장많은영향을받는것으로나타났다. 시간에따른필터의차압변화평가결과 virgin 필터의경우탈진간격은급격한감소를보였으며, 잔류압력감소는거의변하지않았다. 촉매필터의경우전단에고착된나노섬유의미끄럼특성에의하여차압증가폭이낮게나타났다. 촉매필터는 1 m/min, 210 에서 99.98% 이상의탈진효율과 90% 이상의 1,2-DCB 제거효율을나타냈다. Catalytic filter is capable of performing shallow bed dust filtration plus a catalytic reaction, promoted by a catalyst deposited in its inner structure. Such a feature may allow potential cost and space reduction in several environmental applications. Dust filtration and halogenated volatile organic compound (1,2-dichlorobenzene) destruction were carried out in a lab-scale reactor. WO 3-V 2O 5/TiO 2 supplied by MaGreen, which showed high catalytic acitivity at low temperature, was used as a catalyst. P-84 that can be operated under 250 was used as a felt. The catalytic activity and filtration efficiency of catalytic filters were investigated under the operating conditions, including temperature, face velocity, and dust concentration. The catalytic activity of catalytic filter increased with increasing temperature and the amount of catalyst loaded. The test results showed that the filtration efficiency was primarily affected by the face velocity. Pressure drop variations as a function of time were investigated for a variety of conditions. In case of virgin filter, a dramatic decrease in the pulse interval and a slightly increase in the base line pressure drop were observed. A relatively slow pressure drop build-up was recorded for the catalytic filter due to smooth and slippery surface characteristics of nanofiber. The catalytic filter indicated that high filtration efficiency over 99.98% and high catalytic activity over 90% at 1 m/min and 210. Keywords: catalytic filter, dust, halogenated volatile organic compound, nanofiber 1) 1. 서론 경제활동의증가로인한각종산업 생활 특정폐기물의양은지속적으로증가하고있다. 이러한폐기물을처리하는데있어가장간편한방법으로매립을들수있으나침출수, 토양오염등 2차오염의문제점이있다. 또한한국, 일본, 유럽과같은인구과밀지역에서는매립지부족으로인하여다른형태로의적절한처리법을필요로한다. 국내에서도폐기물의부피감량측면에서가장효과적인소각방법에관심을갖게되었으며, 생활폐기물의경우소각에의한처리는 1999년 10.3% 에서 2005년 16.0% 로증가하였으며 2011년에는 23% 로확대할계획이다 [1]. 소각기술은기존화석연료의연소과정에대한많은기술이축적된상태로이를 교신저자 ( jeongsk@kier.re.kr) 폐기물분야에확장적용하였기때문에큰기술적어려움이없는것으로평가되나소각시생성되는먼지및다이옥신의폐해로인하여가동중인소각시스템의운전및신규건설에많은어려움이따르고있다. 소각시설에서발생하는대기오염물을처리하는방법은먼지의경우전기집진기및여과집진기가운영되고있으며, 다이옥신의경우활성탄에의한흡착방법, SCR (Selective Catalytic Reduction) 촉매를이용한촉매산화방법등이이용되고있다. 이러한개별공정을통한대기오염물제어는규제치를만족하는수준이나에너지절약, 설치공간의축소, 설치비및조업비용의절감등을위한새로운형태의반응기를개발하는많은연구가진행중이다. 여러개의반응기를통한대기오염물제거를하나의다기능반응기를통하여얻을수있다면상기에서언급한다양한장점을얻을수있으며이러한다기능반응기중의하나가촉매필터이다. 80

2 81 촉매필터를이용한분진및다이옥신동시제거상용화공정중가장성공적인곳은벨기에에있는 IVRO 도시쓰레기소각로에설치된공정이다. 이소각로는 1976년에설치되어시간당 ton의쓰레기처리용량을가지고있으며전체공정은보일러-전기집진기-건식석회공정-백하우스의공정으로설치되어있다. 1996년벨기에에서다이옥신및퓨란류의규제가강화되면서초기에는 온도영역에서활성탄을주입하는공정을택하였으나, 상기온도에서는장치후단에있는여과포의화재위험이존재한다. 따라서화재와이로인한조업중단을막기위한새로운대안이촉매필터를이용한먼지및다이옥신동시제거이다. 이곳에사용된촉매필터는미국 GORE-TEX사의 REMEDIA TM 촉매필터시스템으로전단에 e-ptfe 멤브레인층을설치하여먼지를제거하며촉매층은 e-ptfe 섬유에촉매를고착시킨후니들펀칭 (Needle punching) 한제품을사용하였으며, 먼지제거효율 99.95% 다이옥신제거효율 99% 이상의결과를얻었다 [2]. 휘발성유기화합물의제거에사용되는촉매필터는부직포혹은세라믹필터모두사용될수있으나현재까지연구된결과들은주로세라믹필터를사용한경우가주류를이루고있다. Saracco와 Specchia는 [3] α- Al 2O 3 필터에 γ-al 2O 3 층을일명 nitrate-urea method 를통하여적층시킨후활성금속인 Pt는담지법에의해첨가하는방법으로촉매필터를제조하였으며나프탈렌, 프로필렌, 프로판, 메탄에대한제거실험을수행하였다. 여러반응물중고정층반응기에서유사한촉매를통한나프탈렌제거실험을수행한 Carno 등의 [4] 결과와비교하면다음과같다. Carno 등은고정층반응기를이용하여공간속도 hr -1 인조건에서 light-off 온도는 150 로나타났으며, 200 에서 90% 보다낮은전환율을보였다. 그러나촉매필터를사용할경우공간속도로환산하면 hr -1 나타내었으나 light-off 온도는 150 이하로나타났으며, 200 에서도 96% 의높은전환율을얻었다. 이러한결과는촉매필터의작은기공크기로인한기-고접촉효율이우수하기때문으로사료되나실공정에서압력손실의영향으로사용하기어려운고정층반응기보다더많은압력손실을유발하는촉매필터의반응효율이약간증가한것으로촉매필터가더우수한시스템이라고판단하기는어렵다. 따라서반응효율외에반응시스템에부하되는압력손실의영향을동시에파악하는연구가동시에진행되어야한다고본다. 석탄화력발전소에서발생하는먼지및질소산화물동시제거연구는미국 DOE 지원으로 North Dakota 대학, Owens-Corning Fibergalss사 (OCF), Raytheon 엔지니어링사가공동으로수행하였으며 NOx 전환율 80%, 집진효율은 99.96% 의효율을얻었다 [5]. 이러한촉매필터개발에서가장중요한개발분야는저온활성촉매와저압력손실필터개발이다. 기존에개발된다이옥신제거촉매는주로질소산화물을제거하기위한 SCR용촉매를이용하였으나이의최적반응온도가 250 이상으로촉매필터에사용되는부직포의내열온도를초과한것으로실공정에서의사용이불가능하다. 따라서 poly imide 계열의부직포의연속사용가능온도인 230 이하의온도에서우수한활성을보이는다이옥신제거촉매개발이필수적이다. 본연구에서는촉매의산화가조절을통한저온활성이우수한 ( 주 ) 매그린의촉매를사용하였다 [6]. 기존의여과포는먼지집진후탈착시먼지의유리율이낮아여과포에부하되는초기압력손실이지속적으로증가하며, 이는잦은탈진을유발하게된다. 따라서초기압력손실을작게유지할수있는촉매개발이요구된다. 본논문에서는 poly imide 계열의상용부직포에저온활성촉매의담지및전기방사법으로제조한나노섬유 [7] 부착을통한촉매필터제조와제조된촉매필터를이용한먼지및 HVOC (Halogenated Volatile Or- ganic Compound) 에대한동시제거특성을평가하였다. 2. 실험방법 2.1. 촉매필터제조본연구에사용된촉매는상용화되어있는매그린사의다이옥신제거촉매를사용하였다. 이촉매는 WO 3-V 2O 5/TiO 2 를기본으로저온활성을증진시키기위하여촉매의산화가를비양론적으로조절한촉매이다. 촉매필터의제조에사용되는기존의촉매담지방법인 dipping, spray, CVD, PVD 방법은촉매가필터표면에만담지되기때문에가스상물질제거효율이감소하는단점이있다. 따라서본연구에서는필터의내부까지촉매가충진되도록진공- 담지법을이용하였다. 이방법은장치의상단에촉매와바인더를 mixing한슬러지상태의촉매용액을일정량채우고하단의 vacuum pump를이용하여물리적으로촉매가필터를통과하여내부까지침투하도록하였으며필터위에 400 mesh screen을얹어서촉매가필터에고르게담지되도록하였다. 촉매를담지시키기위해사용된바인더로는 Ludox AS 40을사용하였다. Ludox는미국그레이스사에서생산하고 ( 주 ) 유니켐에서판매하는매우작은실리카입자로된수용성콜로이달실리카로콜로이드의특성으로인해 Ludox의입자들은특이하게큰표면적을구성하고있는데이로인해독특한특성과폭넓은용도를가지고있다. 이중에서특히 Ludox AS는콜로이드용액의안정화를위해일반적으로사용되는 Sodium Hydroxide 대신 Ammonium Hydroxide를사용하기때문에초고온용도나촉매용도같이 Sodium이적합하지않는곳에사용하는바인더이다. 촉매가담지된필터는공기중에서일단건조시킨후 oven에넣어수분을증발시켰으며, 이때담지된촉매가조각나는것을방지하기위해최초 2 /min으로온도를증가시키며 80 에서 3 h 동안수분을충분히건조시킨후다시 2 /min으로 230 까지올려서 3 h 동안소성시켰다. 더많은촉매를담지하기위해서는코팅의횟수를증가시켜야만하는데그러기위해촉매필터를 oven에서 80 로수분을건조시킨후다시촉매용액을만들어담지과정을반복하여마지막에 230 에서소성시켰다 실험장치및방법본연구에서는촉매필터의먼지및 1,2-dicWorobenzene (1,2-DCB) 동시처리를위한두종류의반응기를제작하여실험하였다. 1,2-DCB 제거효율평가를위한장치는다음 Figure 1과같다. 반응장치는크게가스주입부, 반응부, 분석부의세부분으로나뉘어져있다. 반응기에공급되는가스는 O 2, N 2 의각실린더로부터 MFC (Mass Flow Controller, Brooks Co.) 를사용하여유량을공급하였으며, 1,2-DCB는질소가스를운송가스로하여일정온도에서기화시켜사용하였다. 가스공급관은전체에걸쳐스테인레스관으로제조하였으며, 1,2-DCB의유로내흡착을방지하기위하여 heating band를통하여 150 로일정하게유지하였다. 반응기는내경 55 mm, 길이 90 cm의수평형반응기로서온도조절은촉매필터전단에설치된 K-type 열전대를이용한 PID 온도제어기를이용하여조절하였다. 반응물의전환율은 gas chromatography (HP-6890N) 를이용하였으며, 검출기는염소화합물의분석이용이한전자포획검출기 (ECD : Electron Capture Detector, HP) 를사용하였다. 먼지및 1,2-DCB 동시처리용반응장치는먼지및가스주입부, 탈진시스템을갖춘집진부, 제어부및측정부로구성되어있다. 가스주입은 1,2-DCB 평가용장치와동일하게 MFC를이용하여주입하였으며, 먼지주입은 Topas 사의 solid disperser (SAG 410) 를이용하여원하는농도로조절하여주입하였다. 이때사용된먼지는석탄화력발전소에서배출 J. Korean Ind. Eng. Chem., Vol. 19, No. 1, 2008

3 82 정순관 박영옥 Figure 1. Experimental apparatus for the removal of 1,2-DCB. 된먼지를포집한것으로주성분은 Si, Al이며평균입자크기는 2.65 µm 로나타났다. 주반응기는공급된유체와먼지가충분히혼합될수있도록높이 3.5 m, 내경 319 mm의스테인레스스틸 (sus 316) 로구성되어있으며, 촉매필터가설치된부분은주반응기와수직한형태로설치되어있으며내경은 129 mm이다. 모든실험과정에서필터부의선속도를주반응기의선속도보다 2배크게유지함으로써원하는농도의먼지가필터부로유입되도록하였다. 집진및탈진시스템은실시간으로압력감소를측정하는차압계와 reverse pulse jet 시스템으로구성되어있다. 필터전후단에부하되는압력감소가미리설정해놓은값 ( 본연구에서는 100 mmh 2O) 에도달할경우제어부에서 solenoid 밸브를개방함으로써탈진이일어나게된다 (pressure : 2 kg f/cm 2, pulsing time : 50 ms) 1,2-DCB 제거효율은상기의 GC를이용하였으며, 집진효율은 µm 영역의입자분석에우수한성능을보이는 TSI사의입도분석기 (aerodynamic particle sizer 3010) 를사용하였다. 제어부에서는시간에따른차압자료를받아설정해놓은최고차압에도달할경우탈진을하는것과동시에시간에따른차압의변화, pulsing interval time, residual pressure drop, 1,2-DCB 및먼지제거효율을실시간으로측정하였다. 3. 결과및고찰 3.1. 촉매필터특성촉매필터를이용한먼지및 HVOC 제거시장기간의사용에따른많은탈진과정이수행된다. 따라서고착된촉매가여과포와강하게결합될수있도록하여야하며본연구에서는화학적바인더를사용하였다. 또한사용된바인더가촉매활성점을막아촉매활성이감소하는것을최소로할필요가있다. 본연구에서는다양한바인더를대상으로촉매필터제조및활성시험을수행하였으며, 이러한바인더중 Si 계열의바인더가우수한촉매고착및가장낮은촉매활성저하를보여촉매필터제조시사용한바인더로채택하였다. 상기바인더를이용하여제조한촉매필터의촉매고착력을평가한자료는 Figure 2와같다. 실험조건은면속도 1 m/min, 탈진압력 2 Figure 2. The results of adhesion test of catalytic filter (pulsing pressure: 2 kg f/cm 2, pulsing interval: 5 sec). kg f/cm 2, 탈진시간 50 ms, 탈진간격 5 sec로하여일정회수의탈진후각필터의무게를측정하는방법으로수행하였다. 일반적으로 bag 필터를사용하는집진시스템의경우탈진압력이약 5 7 kg f/cm 2 를나타내나이는 bag 필터 ( 직경 156 mm, 길이 3000 mm) 전체에부하되는압력이며, 본연구에서는직경 129 mm의필터에 2 kg f/cm 2 의압력이바로전달됨에따라상기조건이실공정보다가혹한조건임을알수있다. 결과에서나타난것과같이바인더의양이증가함에따라고착된촉매가탈리되는양이감소하였다. 또한초기탈진시상대적으로결합력이약한촉매의손실이많고약 1000회이상탈진할경우바인더양이 1 wt% 인것을제외하면더이상의촉매탈리현상이일어나지않았다. 촉매필터의경우 10000회탈진할경우에도탈리되는촉매의양은 2.6% 보다낮은값을보였으며이는촉매와필터가강하게고착되어있음을의미한다. 촉매필터의사용에있어중요한조업인자중의하나가촉매필터에부하되는압력손실이다. 초기압력손실이높을경우작업장의조건에따라미리설정된최대압력손실에빠르게도달하게되며이는잦은탈진을유발한다. 결국촉매필터의내구성을감소시키는결과를초래하게된다. 또 공업화학, 제 19 권제 1 호, 2008

83 Figure 3. Effect of catalyst loaded on the fiber and face velocity on pressure drop build-up. Figure 5. Effect of face velocity on 1,2-DCB removal efficiency of catalytic filter at 210. Figure 4.

4 83 Figure 3. Effect of catalyst loaded on the fiber and face velocity on pressure drop build-up. Figure 5. Effect of face velocity on 1,2-DCB removal efficiency of catalytic filter at 210. Figure 4. Effect of temperature and the amount of catalyst loading on the removal efficiency of 1,2-DCB (1,2-DCB: 16 ppm, V f: 1 m/min). 한전체적인운영비의증가를가져온다. 촉매필터에고착된촉매량을달리한필터의 face velocity에따른압력손실을측정하였으며이에대한결과는 Figure 3과같다. 그림에서와같이 face velocity와촉매담지량이증가함에따라압력손실이증가함을알수있다. 촉매필터에고착된촉매의양이많거나일부분에집중되어있을경우 face velocity의증가에따라압력손실은지수함수적으로증가한다. 그러나본연구에서제조한촉매필터의경우선형적인압력손실증가를보이고있다. 이것은촉매가필터의단섬유에고르게고착되어있다는것을반증하는자료이다 ,2-Dichlorobenzene 제거 촉매필터를이용한 1,2-DCB 제거효율에가장큰영향을미치는중요변수는촉매담지량과반응온도이다. 다음 Figure 4는이러한변수에대한 1,2-DCB 제거효율을나타낸것이다. 그림에서와같이온도와촉매담지량이증가할수록반응효율이증가함을알수있다. 반응효율은고정층반응기에서의결과에비해약 7 8% 낮은값을보이고있다. 그러나촉매필터의두께가 2.3 mm로작아촉매와반응물과의표면적인기-고접촉시간을비교해보면촉매필터의경우가약 1/10로작게나타난다. 그럼에도불구하고전체온도범위에서 80% 이상의우수한전환율을보였다. 이는촉매필터의모재인필터 (P-84) 의랜덤한경로구성으로표면적 인기-고접촉시간보다실제기-고접촉시간이크다는것다는것을의미하며, 반응물이미세한이동경로들통해촉매와접촉하므로외부물질전달저항이존재하지않기때문으로사료된다. 촉매필터는촉매의부피를기준으로한공간속도를고려하는다른반응시스템과는달리필터면에부하되는유체의면속도를기준으로한다. 동일조건에서면속도를크게할수있는것은주어진반응시스템에서사용되는필터의양이작다는것을의미한다. 따라서가능한조건에서면속도를크게하는것이유리하나큰면속도는압력손실의증가를가져오기때문에최적면속도가존재한다. 현재상용화되어있는공정의면속도는대부분 m/min로조업되고있으며, 촉매필터분야에서가장선도적인연구를수행하고있는 GORE 사의경우약 0.6 m/min의면속도에서조업을하고있다. Figure 5는 210, 촉매담지량 0.18 g/cm 2 인조건에서면속도에따른 1,2-DCB 전환율을나타낸것이다. 그림에서와같이면속도가증가함에따라선형적으로전환율이감소함을알수있다. 이는면속도가증가할수록상대적인기-고접촉시간이감소함에따라나타나는현상이다. 상기의결과와 Figure 3의압력손실을고려해보면면속도를작게하는것이높은전환율을얻을수있으나많은필터가필요하고이에따른 bag house의크기역시증가한다. 이것은촉매필터의장점중의하나인설치공간의축소에배치되는결과이다. 본연구결과에서는 1,2-DCB 전환율 90% 이상, 압력손실 20 mmh 2O 이하인 1 m/min의면속도가최적조건으로판단되며향후연구는이러한면속도를기준으로수행하였다 먼지제거특성필터를이용한먼지제거는다음과같이나타낼수있다. 먼지의여과가진행되는동안필터위에고체상의입자가계속쌓여분진층이형성되고형성된분진층은또다른입자와고정층을이룸으로써추가적인여과기능을수행한다. 일정한정도의여과가진행됨에따라필터의고유특성을넘어오히려분진층이여과공정전체를지배하는분진여과 (dust cake filtration) 효과가나타난다. 분진층은궁극적인분진여과성능을좌우하며필터의구조, 분진의특성 ( 크기, 형태, 입자간의상호작용 ), 여과운전조건 ( 여과속도, 분진농도, 여과온도 ) 등에의해영향을받는다. 특히필터의표면구조나기공크기는여과초기단계의분진층의구조를결정하며, 초기분진층은여과가진행됨에따라뒤이은분진층형성및여과메커니즘에영향을끼치므로궁극적으로는처음필터의구조가분진여과과정 J. Korean Ind. Eng. Chem., Vol. 19, No. 1, 2008

5 84 정순관 박영옥 Figure 6. The change of pressure drop build-up of virgin filter as a function of time (temp. : 210, V f : 1.0 m/min, dust conc. (g/nm 3 ) : (a) 10, (b) 20, (c) 30). Figure 7. The change of pressure drop build-up of catalytic filter (filter + catalyst) as a function of time (temp. : 210, V f : 1.0 m/min, dust conc. 20 g/nm 3 ). 을지배하는요인이된다 [8,9]. 본연구에서는촉매필터의여과특성을파악하기위하여먼지제거시시간에따른압력변화, cleaning time interval, residual pressure drop을 virgin 필터와 2종류의촉매필터에 ( 촉매 + 필터, 나노섬유 + 촉매 + 필터 ) 대하여먼지농도및여과속도를달리하여측정하였다. 다음 Figure 6은 virgin 필터에대한시간에따른압력손실변화를나타낸결과이다. 본연구에서는최대압력손실을 100 mmh 2O로하였으며, 실험측정시간은 500 min으로하였다. virgin 필터의초기압력손실은여과속도 1 m/min에서약 7 9 mmh 2O로나타났으며시간에따라압력손실이선행적으로증가하는경향을보였다. 투입되는먼지농도를증가시킴에따라최대압력손실에도달하는시간이급격히감소하여잦은탈진을수행하였다. 배가스에함유된분진농도는분진층의형성속도및분진층의형성구조와관련하여분진층의모세관분포및공극률에도영향을준다. 따라서분진농도가증가함에따라필터표면에생성되는분진층의속도가증가하고필터표면에생성된분진층이계속해서유입되는분진에의해밀도가증가하는현상을보인것으로사료된다. 즉유입되는분진의양이많을수록분진간의인력에의해가교를형성하며이는압력손실을빠르게증가시키는요인으로작용한다. 탈진후필터에존재하는잔류압력손실도필터의성능을평가하는기준중하나이다. 잔류압력손실이작다는것은먼지여과시필터내부에침투하여탈진시유리되지않는먼지양이작다는것을의미하며이것은장기간사용에있어필터의수명이증대되는효과를가져온다. 잔류압력손실의경우시간에따라약간증가하는경향을보였으나먼지농도의변화에대해서는상관관계가나타나지않았다. 다음 Figure 7은상용필터에촉매만을 (P-84 + 촉매 ) 담지시켜상기와동일한실험을한결과이다. 촉매가담지됨에따라필터의기공이상대적으로감소하여 virgin 필터보다설정해놓은최고압력에도달하는시간이빠르며탈진주기도잦음을알수있다. Figure 8은동일한실험조건에서상기 Figure 7의촉매필터전단에나노섬유를부착한필터에대한시간에따른압력손실의변화를나타낸그림이다. 촉매필터의초기압력감소는약 mmh 2O 정도로 virgin 필터보다약 3 4배크게나타난다. 따라서동일한최대압력손실에도달하는시간은촉매필터가더 Figure 8. The change of pressure drop build-up of catalytic filter (nano-fiber + filter + catalyst) as a function of time (temp. : 210, V f : 1.0 m/min). 작게나타날것으로예측할수있다. 그러나결과에서와같이최대압력손실인 100 mmh 2O에도달하는시간은촉매필터의경우가더긴것으로나타났다. 이것은촉매필터의표면구조에기인한것으로촉매필터전단에설치된멤브레인의특성상먼지를잘미끄러뜨리며이는분진층이생성되는현상을저해한다. 즉분진층이형성된후이분진층이시간에따라더 dense 해지는것에의해압력감소가증가하나촉매필터의경우생성된분진층들이떨어져나가기쉬워 virgin 필터보다낮은압력손실값을보이는것으로예측된다. Figure 9는위의세가지필터에대한먼지제거효율을나타낸것이다. 집진효율은촉매필터 ( 나노섬유 + 촉매 + 필터 ) > virgin 필터 > 촉매필터 ( 촉매 + 필터 ) > virgin 필터순으로나타났다. virgin 필터가가장낮은집진효율을보일것으로예상되었으나촉매만담지한경우가가장 공업화학, 제 19 권제 1 호, 2008

6 85 필터에대하여시간에따른집진효율을실시간으로측정하였으며, 탈진의영향을알아보기위하여각탈진이수행된후 5 sec 후에집진효율을측정하였다. 이에대한결과는 Figure 10과같다. Virgin 필터의경우상기에서언급한것과같이탈진후에급격한집진효율감소를보이고있다. 촉매필터의경우는탈진에의한집진효율감소는보이지않고있다. 이는촉매필터전단에부착된멤브레인이많은작은기공을가지고있으며, 필터에비해신축성이뛰어나탈진시기공의팽창이 virgin 필터보다작고팽창후수축이빠르기때문으로사료된다. 4. 결론 Figure 9. Dust removal efficiency of filters. Figure 10. The change of dust removal efficiency as a function of time (temp: 210, dust: 20 g/nm 3 ). 낮은집진효율을보였다. 촉매와필터만이존재하는촉매필터의경우초기압력감소값이크고, 주어진최대압력감소값까지도달하는시간이짧아충분한분진층을형성하지못하기때문으로사료된다. 나노섬유로전단에멤브레인층을형성한경우 99.98% 이상의가장우수한집진효율을보였다. 따라서먼지에의한촉매의피독방지와집진효율을증대를위해서는전단에반드시먼지를제거할수있는멤브레인층을두어야하며이는 Figure 8과같이탈진간격의증가를부가적으로얻을수있다. 각공정에서설정해놓은최대압력손실에도달하면필터표면에부착된먼지층을제거하기위하여 reverse pulse jet에의한탈진작업을수행하게된다. 탈진압력및 cleaning 시간은사용되는필터의재질, 제거되는입자의특성에따라달라지나통상 5 7 kg f/cm 2 를사용한다. 이러한고압가스에의한탈진시먼지층의탈진외에필터기공의확장및필터전반에큰압력차가존재한다. 따라서탈진후에부유되어있는분진과유입되는분진이빠른속도로필터를통과하게되며, 이에따라탈진후먼지제거효율이급격히감소하게된다. 본연구에서는 virgin 필터와촉매 소각로에서발생하는먼지및 HVOC를동시에제거하기위한저온나노촉매담지나노섬유촉매필터개발에관한연구를수행하였으며, 촉매담지량, 반응온도, 면속도, 먼지농도등다양한변수연구를통하여다음과같은결론을도출하였다. 진공-담지방법을이용하여촉매가필터내부에고르게분포될수있도록제조하였으며, 10000회의탈진시험결과촉매탈리량이 3% 이하로낮게나타났다. 촉매필터전반에부하되는압력감소는촉매담지량과면속도증가에따라선형적으로증가하였다. 1,2-DCB 전환율은온도가증가하고촉매담지량이증가할수록증가하였으나, 고정층시험결과보다는약 6 7% 작게나타났다. 촉매필터의두께는 2 mm 전후로촉매반응에필요한기-고접촉시간이고정층반응기에비해 1/10로작음에도불구하고거의유사한전환율을보인것은촉매필터의우수한물질전달효과때문으로판단된다. 전단에나노섬유가고착된촉매필터의경우나노섬유의미끄럼특성에의해압력감소생성시간이감소하였으며, 탈진시집진효율의변화가나타나지않았다. 본연구에서제조된촉매필터는여과속도 1 m/min, 온도 210 이상에서 90% 이상의 1,2-DCB 제거효율과 99.98% 이상의높은집진효율을나타내었다. 참고문헌 1. Environmental White Book of 2007 Published by MOE, Ministry of Environment (2007). 2. J. L. Bonte, K. J. Fritsky, M. A. Plinke, and M. Wilken, Waste Management, 22, 421 (2002). 3. G. Saracco and V. Specchia, Chem. Eng. Sci., 55, 897 (2000). 4. J. Carno, M. Berg, and S. Jaras, Fuel, 75, 959 (1996). 5. G. F. Weber, G. E. Duhan, D. L. Laudal, S. R. Ness, and G. L. Schelkoph, DOE Report, DE-AC22-90PC90361, Aug. (1994). 6. J. Y. Lee, Ph. D. Dissertation, Korea University, Seoul, Korea (2003). 7. H. S. Park and Y. O. Park, Korean J. of Chem. Eng., 22, 165 (2005). 8. G. Saracco and M. Laura, Ind. & Res. Chem. Eng., 34, 1471 (1995). 9. S. H. Lee, K. M. Lee, and Y. M. Jo, J. Korean Soc. for Atm. Environ. 20, 371 (2004). J. Korean Ind. Eng. Chem., Vol. 19, No. 1, 2008

Microsoft Word - Fume CollectorÀÇ ÀÌÇØ.doc

Microsoft Word - Fume CollectorÀÇ ÀÌÇØ.doc FUME COLLECTOR FUME 포집원리 Fume이란것은어떤물질이연소, 승화증발할때일단고온상태에서기체분자가된채또는화학반응으로새로운물질이생성되어콜로이드상태로되는데일종의물리화학반응과정에의해서생성되는고체상의물질을말한다. 보통직경은 1µ 이하의것이많으며활발한 Brown운동과대단히응집하기쉬운성질을갖고있다. 일반적으로미세한분진의경우에는집진효율및경제성이우수하고폐수등의