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소개
휘발성 유기화합물(VOCs)은 전 세계 산업이 더 깨끗하고 지속 가능한 생산을 향해 나아가면서 주요한 환경적 관심사가 되었습니다. 이 화합물들은 화학 공정, 야금, 코팅, 인쇄 및 기타 많은 산업 분야에서 널리 발견되며 대기 질, 인체 건강 및 생태계 안정성에 상당한 위험을 초래합니다. 전 세계적으로 환경 규제가 강화됨에 따라 산업 현장에서는 배출량을 줄이고 규정 준수를 보장하기 위해 효율적인 VOC 제어 시스템을 도입해야 합니다.
본 기사에서는 주요 산업 분야에서 VOC가 발생하는 방식에 대한 심층적인 개요를 제공하고, 이를 처리하기 위한 가장 효과적인 기술들을 살펴봅니다. 석탄 화학 공정부터 인쇄 및 포장에 이르기까지 이러한 메커니즘을 이해하는 것은 환경적으로도 타당하고 경제적으로도 실현 가능한 솔루션을 설계하는 데 필수적입니다.
VOC란 무엇인가?
휘발성 유기 화합물(VOC)은 상온에서 높은 증기압을 가지는 탄소 기반 화학물질의 광범위한 분류이며, 공기 중으로 쉽게 증발할 수 있다. VOC는 일반적으로 상압에서 끓는점이 50°C 및 260°C 사이이거나, 주변 조건에서 포화 증기압이 133.32 Pa 를 초과하는 물질들을 포함한다.
일반적인 VOC 범주
화학 구조에 따라 VOC는 여덟 가지 주요 그룹으로 나뉜다:
알케인
방향족 탄화수소
알켄
할로겐화 탄화수소
에스터
알데히드
케톤
기타 유기 화합물
일반적인 휘발성 유기화합물(VOC) 예시
방향족 탄화수소: 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스티렌
지방족 탄화수소: 부탄, 휘발유 성분
할로겐화 탄화수소: 사염화탄소, 클로로포름
알코올 및 알데히드: 메탄올, 아세트알데히드, 아세톤
에스터: 에틸 아세테이트, 뷰틸 아세테이트
기타: 아세토니트릴, 아크릴로니트릴, 염소불화탄소
이러한 화합물은 연료 연소, 화학 반응, 용매 증발 및 다양한 산업 공정에서 발생한다. 휘발성 유기화합물(VOCs)은 높은 반응성과 독성을 지니고 있으므로 체계적인 관리가 필요하다.
휘발성 유기화합물(VOC) 배출의 주요 산업적 원천
1. 석탄 화학 산업에서의 VOC
석탄 화학 부문은 VOC 배출에 있어 가장 중요한 산업 분야 중 하나이다. VOC는 주로 다음 두 가지 공정에서 발생한다:
석탄 코킹
석탄 가스화를 통한 합성가스 생산
1.1 석탄 코킹 과정 중 휘발성 유기화합물(VOC) 배출
코킹은 석탄을 고온에서 가열하여 복잡한 유기 화합물이 휘발되는 과정을 포함한다. 배출은 주로 다음 두 단계에서 발생한다:
A. 석탄 투입 단계
원료석탄이 고온의 코크스 오븐에 투입될 때, 열린 표면과 접촉하면서 다음 성분들의 혼합물을 방출한다:
다환방향족탄화수소
타르 증기
유기 가스
이러한 오염물질은 작업장 위험 요인 및 환경 오염의 원인이 된다.
B. 코킹 부산물 회수 구역
주요 구역은 응축 장치, 탈황 장치, 황산암모늄 장치 및 조벤젠 장치를 포함합니다. 각각은 서로 다른 VOC 프로필을 발생시킵니다:
응축 구간
배출물: 암모니아, 황화수소, 나프탈렌, 혼합 VOC
발생원: 타르 탱크, 암모니아수 탱크, 배관, 수중 밀봉장치
특성: 고농도, 큰 농도 변동, 수분이 많은 가스
탈황 및 황산암모늄 구간
배출물: 황 함유 가스, 암모니아, 소량의 VOC
고농도의 암모니아가 지속적으로 배출됨
조벤젠 구간
배출물: 벤젠, 톨루엔, 자일렌
가스량은 적지만 농도는 매우 높음
폐수 처리 구역
배출물: 벤젠, 페놀, 황화물, 질소 유기 화합물
균형조, 사고조, 혐기조, 슬러지 처리시설에서 발생함
이러한 조합은 복잡한 성분 구성으로 인해 처리를 어렵게 만든다.
1.2 석탄 가스화 및 천연가스 생산에서의 휘발성유기화합물(VOCs)
석탄 가스화 공장은 다음 과정에서 휘발성유기화합물(VOC)이 포함된 배출가스를 생성한다:
저온 메탄올 세척
가스/액체 저장 탱크(호흡 손실)
폐수 처리
유류 저장 장치
A. 저온 메탄올 세정 미세가스
이 가스 흐름에는 다음이 포함됩니다:
메탄
에틸렌, 에테인
프로판, 프로필렌
메탄올 증기
재사용이 어려우며 일반적으로 RTO (축열식 열산화장치) 를 통해 완전 연소 처리합니다.
왜 RCO 대신 RTO를 사용하는가?
RCO 촉매는 황 중독에 취약하며 재생 능력이 제한적이므로, 석탄 화학 공정에서는 RTO가 더 견고하게 작동합니다.
B. 저장 탱크 호흡 손실
가스/액체 저장 탱크는 온도 및 압력 변화 시 황 화합물, 암모니아 및 휘발성유기화합물(VOCs)을 포함한 증기를 방출한다. 이러한 가스들도 열산화가 필요하다.
C. 폐수처리 VOCs
이 배출원은 주로 다음에서 발생한다:
예비 처리(오일 분리, 균질화, 산성화)
폭기조
슬러지 탈수실
농도는 크게 변동하며, 수분 함량이 높다.