대기환경플랜트

Air control Engineering Co., Ltd.

RTO (Regenerative Thermal Oxidizer)

제품소개

  • RTO(Regenerative Thermal Oxidizer)은 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds:VOCs)을 800℃의 고온에서 연소시켜 99%이상 제거하는 장치.
  • RTO는 세라믹 축열제를 이용해 VOCs이 연소할 때 발생 하는 열을 95%이상 회수하여 에너지로 활용하기 때문에 보조연료의 소비를 최소화할 수 있다.

Operating parameters for 99% Destruction

  • Temperature : 750 ~ 850 ℃ ( 300 ~ 350 ℃. With Catalyst)
  • Residence time : 0.5 ~ 1 sec
  • Turbulence : Re > 10,000
  • O2 농도 : 800℃에서 12% 이상

특징

  • 휘발성유기화합물의 제거효율이 98%이상으로 매우 높다.
  • 열에너지를 회수하여 에너지로 사용하기 때문에 운전비용이 저렴하다. (열회수율 95%이상)
  • 유입되는 휘발성유기화합물의 유기물 농도가 1.5~2g/Nm³이면 무연료 운전이 가능하다.
  • 유입농도가 높아서 열량이 많을 경우 폐열을 난방 등에 이용하여 연료비를 절감할 수 있다.
  • 장시간 운전해도 압력의 변동(흡입력)이 없다.
  • 장치의 내구성이 길고 잔고장이 적은 편이다.
  • 활성탄 흡착탑 등의 설비와 비교했을 때 부피가 적다.
  • 2차 대기공해요인이 적다. (NOx 발생이 적다)

적용 분야

  1. 1인쇄 및 코팅 산업
  2. 2도장 및 표면처리 분야
  3. 3석유화학 산업
  4. 4유기용제 사용 사업장

단점

  • 초기설비 도입비용이 흡착탑 등에 비해 높다.
  • 유입농도가 낮을 경우 연료비가 많이 든다.

배출농도에 따른 최적 VOCs 처리시스템

입구 THC 농도(ppm) 처리 방법 상세설명
~ 35 ~ 흡착 교환법 흡착제를 이용하여 흡착 후 포화되면 새 것으로 교체함
흡착 재생법 흡착 후 포화되면 열, 압력 등을 이용하여 흡착제를 재생
~ 350 ~ 농축기 + 직접 소각법 농축기로부터 농축, 탈착된 성분을 직접 소각함
축열 소각법(RTO) 농축기로부터 농축, 탈착된 성분을 축열식 소각기로 소각함
촉매 소각법(RCO) 농축기로부터 농축, 탈착된 성분을 촉매식 소각기로 소각함
~ 3,500 ~ 직접 소각법 (TO) 유입되는 성분을 직접 소각함
축열 소각법(RTO) 유입되는 성분을 축열식 소각기로 소각함
촉매 소각법(RCO) 유입되는 성분을 촉매식 소각기로 소각함
~ 35,000 희석 소각법 유입되는 성분을 폭발하한 농도로 희석하여 직접 소각함
농축 회수법 유입되는 성분을 흡착, 탈착(농축)한 후 냉각, 응축하여 회수함
> 35,000 응축 회수법 유입되는 성분을 냉각, 응축하여 회수함

VOC 처리시설의 특징 및 장단점

구분 특징 및 장점 단점 적용공정
직연식연소로 (TO)
  • 가스를 700~900℃에서 산화분해
  • 완전연소시 고효율(99%)가능
  • 타르, 분진의 허용성 높음
  • 낮은 초기투자비용
  • 불연성용제 적용 불가
  • 연소시 2차 공해발생 주의
  • 높은 운전비 (고온연소,보조연료多)
  • 열교환기 이용
  • 고온연소에따른 설비대형화
  • 풍량변화가 없는 공정 저/중풍량
  • 고농도 (LEL20~25%)
촉매산화장치 (CO)
  • 열교환기와 촉매를 이용
  • 가스를 300~450℃에서 산화분해
  • 낮은 운전비 (저온연소)
  • 저온연소에따른 COMPACT한설비
  • 전기열원 사용가능
  • 유기실리콘등 촉매독 주의필요
  • 주기적 촉매재생 필요
  • 촉매독없는 중/대풍량(1000CMM 이하)
  • 중간 농도 (LEL10~20%)
축열식연소로 (RTO)
  • 가스를 800~850℃에서 산화분해
  • 축열체에서 95%이상의 열회수
  • 열회수율 높아 운전비 저렴
  • 2차 공해요인이 적음
  • 불연성용제 적용 불가
  • 높은 초기투자비
  • 심한 풍량/농도변화에 적응곤란
  • 중풍량 ( 100CMM 이상)
  • 중간농도 (LEL10%)
축열촉매연소 (RCO)
  • 가스를 250~400℃에서 산화분해
  • 축열체에서 92%이상의 열회수
  • 열회수율 높아 운전비 저렴
  • 2차 공해요인이 적음
  • 유기실리콘등 촉매독 주의필요
  • 주기적 촉매재생 필요
  • 높은 초기투자비
  • 심한 풍량/농도변화에 적응곤란
  • 비교적 대풍량 (300CMM 이상)
  • 낮은 농도 (LEL4%)
흡착(농축) (ROTOR)
  • 풍량, 농도변화에 대응용이
  • 불연성, 가연성 모두 처리가능
  • 운전비 저렴
  • 타르, 분진의 허용성 높음
  • 폭발하한의 1/3~1/4이상 농축불가
  • 고비점물질, 분진, MIST등이 포함시 전처리필요
  • 흡착제 주기적 재생/교체 필요
  • 농축가스의 2차처리 필요 (산화/회수)
  • 대풍량저농도공정

Feature of VALVE-RTO

  • Rotary 회전방식은 Leak 가 발생할 경우 처리효율이 급격히 떨어지며 유지보수가 어렵기 때문에 에이스는 Valve 개폐 방식을 적용한다.

회전TYPE -> VALVE TYPE 장단점 비교

구분 DISK 회전 TYPE VALVE TYPE
장점
  • 구조가 비교적 간단하다.
  • 주물구조물로 제작되어 견고하다.
  • 가격이 다소 저렴하다.
  • 150~200℃ 고온에서 사용가능하다.
  • LEAK가 전혀없다.
  • 처리효율이 높다.
  • 250℃이상의 고온에도 사용이 가능하다.
  • 유지보수가 간단하다.(누구나 쉽게 보수가 가능하다.)
  • 압력손실이 적게 걸린다.
  • 밸브의 사용은 반영구적이다.
단점
  • 마모로 인한 고장시 보수가 안되므로 교체하여야 한다.
  • 운전기간이 길어질수록 마모로 인하여 처리효율이 낮아진다.
  • ROTARY가 일체형으로 MAKER외 보수가 불가하며 보수에 많은 시간이 필요하다.
  • 주물구조로 SEALING이 어려워 LEAK가많다.
  • ROTARY에서 압력손실이 높다.
  • 제어장치가 다소 복잡하다.
  • 비용이 다소 고가이다.
  • 액츄레이터의 SOL 의 주기적 보수 필요
보수주기
  • 1년 (PACKING 6개월이내)
  • 액추레이터 2년 보장
처리효율
  • 93~95%
  • 99%
  • Combustion Chamber Temp. (750℃~800℃)

PERFECT – Advantage of RTO

  • Excellent VOC removal efficiency(99~99.5%).
  • Sustainable processing efficiency rate
  • Robust design for temp. change and rotary sealing
  • Easy rotary self-maintenance
  • Operating even with some of valve malfunction
  • Controllable rotary size depending on air flow, operating with large air flow as well
  • Easy to operate & maintain
  • Good heat recovery rate due to large air distribution range
  • Power cost saving due to low pressure loss
  • Low cost for maintenance

RTO [VALVE ROTARY SYSTEM]

  • Combustion chamber, Floor structure & Distribution chamber are divided into fan-shaped 5 cells.
  • They perform pre-heating and heat-recovering for each sequentially changing 2 BED of cool or heat zone with rotary rotation.
  • For this moment, there is purge zone b/t cool & heat zone to prevent mixing raw gad and treated gas by holding raw gas
  • while transferring from cooling to heating.

VOCs combustion treatment process

VALVE TYPE RTO 사진

농축+RTO

농축 + RTO

  • 저농도 · 대풍량의 VOC함유공기를 농축기로 고농도 · 소풍량으로 농축시킨후 연소장치에서 산화분해한다.
  • 농축처리에 의해 연소장치가 소형이 되어 통합적으로 저 비용, 콤펙트화가 가능하다.
  • 농축처리에 의해 연소장치의 연료소비량이 저감가능하다.(농축장치의 재생열원은 연소배기를 이용)

농축기 CONCENTRATOR

  • 농축기 CONCENTRATOR는 배기가스처리에서 저농도, 대풍량의 VOCs 함유 가스를 고농도, 소풍량으로 농축시키는 장치로 RTO와 조합하여 VOCs를 효율적으로 처리한다.
  • 농축 Zeolite 는 Micro 세공(0.2~1.0nm)을 지닌 다공체로 분자진동의 작용을 발생시켜 마이크로 세공내에 흡착한다.
  • Zeolite 종류에 따라 그 흡착특성은 크게 변화됨

농축기 CONCENTRATOR 운전 설명

  1. 1VOCs 인입되어 흡착로터를 통과하면서 흡착된다. 흡착효율90~95%로 설계
  2. 2그 외의 클린한 공기는 스텍으로 배기됨.
  3. 3로터에 흡착된 VOCs은 로터의 구동에 따라 고열존(180℃~200℃)에서 열풍에 의해 분리 탈착됨.
  4. 4승온된 영역은 다시 되어 흡착능력을 회복함.
  5. 5탈착된 고농도가스는 RTO에서 연소 처리됨 (인입 VOC농도의 3배~20배 로 고농축화됨 )
  6. 6구동 모터로 인해 로터는 일정한 속도로 회전되어 흡착=>탈착=>냉각=>흡착 기능을 연속적으로 처리함.
  7. 7모터와 로터의 구동 연결 체인

특징

  1. 1Rotor 회전식은 구조가 Simple 하므로 유지보수가 편리함.
  2. 2VOCs를 연속적으로 농축처리 가능.
  3. 3저농도의 대풍량 처리에 적합하며, Running Cost를 절감.
  4. 4Rotor의 흡착제에 소수성 Zeolite를 사용하고 있으며, 불연성 소재임.
  5. 5다양한 종류의 용제（VOCs）처리가 가능.
  6. 63～20배까지 농축이 가능.

적용용도 예

  • 도장부스
  • 인쇄라인국소배기
  • 코팅존배기

대표적인 VOC별 적용표 1

성능 A:우수, B:양호, C:가능, D불가

VOC ROTOR LINEUP
HZ-AM HZ-BM HZ-XM
방향족 화합물
(Aromatic compounds)		 툴루엔(Toluene) B A B
자일렌(Xylene) A C A
트리메틸벤젠(Trimethyle benzene) A D A
스티렌(Styrene) D A D
케톤류
(Ketones)		 아세톤(Acetone) C B B
MEK B A A
MIBK B A A
시클로헥산온(Cyclohexanone) A C A
에스터 류
(Esters)		 초산에틸(Ethyl Acetate) B A A
초산부틸(Butyl Acetate) B A A
PGMEA B A A
알코올 류
(Alcohols)		 메탄올(Methanol) C C C
에탄올(Ethanol) C B C
IPA C B B
부탄올(Butanl) B A A
그외
(others)		 나프타(Naphtha) A~D A~D A~D
NMP A C B
DCM D B C

대표적인 VOC별 적용표 2

GROUP NAME VOC CONCENTRATION ROTOR
V-MAX
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅴ
Alphatic hydrocarbons n-Hexane ○ ○ ◎ ◎
Cyclohexane △ △ △ △
Alcohols Methanol × × △ ○
Ethanol △ ○ △ ◎
n-Propanol ○ ○ ○ ◎
Isopropanol (IPA) ○ ○ ○ ◎
n-Butanol ◎ ◎ ◎ ◎
Diacetone alcohol ◎ ◎ ◎ ◎
Ketones Acetone △ △ ○ ◎
Diacetone alcohol ○ ◎ ◎ ◎
Methyl ethyl ketone (MEK) ◎ ◎ ◎ ◎
Methyl isobutyl ketone (MIBK) ◎ ◎ ◎ ◎
Methyl amyl ketone (MAK) ◎ ◎ ◎ ◎
Methyl propyl ketone ◎ ◎ ◎ ◎
Cyclohexanone ◎ ◎ △ △
Esters Ethyl acetate ○ ○ ◎ ◎
n-Propyl acetate ○ ◎ ◎ ◎
n-Butyl acetate ◎ ◎ ◎ ◎
Methyl cellosolve acetate ◎ ◎ ○ ○
Ethyl cellosolve acetate ◎ ◎ ○ ○
Butyl cellosolve acetate ◎ ◎ ○ ○
Propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) ◎ ◎ ○ ○
Ethers Methyl cellosolve ◎ ◎ ◎ ◎
Cellosolve ◎ ◎ ○ ○
Butyl cellosolve ◎ ◎ ○ ○
Propylene glycol methyl ether (PGME) ◎ ◎ ◎ ◎
Aromatic hydrocarbons Benzene △ △ ○ ○
Toluene ○ ○ ○ ○
o-Xylene ◎ ◎ × ×
m-Xylene ◎ ◎ × ×
p-Xylene ◎ ◎ ○ ○
Styrene × × ◎ ◎
Ethyl benzene ◎ ◎ ○ ○
Chlorinatec hydrocarbons Dichloro methane × △ ○ ○
Trichloro ethane △ △ ○ ○
Others N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) ◎ ◎ ○ ◎
N,N-dimethylformamide (DMF) ○ ◎ ◎ ◎
N,N-dimethylacetamide (DMAC) ◎ ◎ ○ ○
Dimethylcarbonate (DMC) ○ ◎ ◎ ◎
Tetrahydrofuran (THF) ○ ○ ◎ ◎

Example of Valve Rotary replacement

< RTO 18,000 + Concentrator 90,000 m3/hr >

RTO의 시스템 설계 요소

검토사항 세부내용 설계방안
유입 THC 농도변화 고농도 유입 LEL 농도 이상 유입 시 폭발위험 흡착제(Zeolite)에 의한 Concentration Balancing (폭발방지 및 연료비 절감)
저농도 유입 열량부족으로 연료가스 과다소모
폭발, 화재 위험 THC 농도관리 THC농도가 LEL 농도 이상이 되면 폭발 및 화재가 발생함
  • IR방식의 온도센서와 THC 센서에 의한 가연성 가스 농도 감시
  • 25℃ LEL 농도에 25% 농도 이하로 관리
  • 고농도 유입 시 Fresh Air 도입, 경보 후 제어불능 시 Shut Down(Emergency Vent) 실행
  • 고농도 유입 시 연소실 온도제어(Hot By Pass, Cool By Pass System)
  • Re-start 시 외기에 의한 Purging 후 버너 점화
장치보호 폭발이 발생하더라도 과압, 역화 등의 현상을 억제하여 관련 장치들을 보호
  • 필요 개소에 폭압방산구 또는 Rupture Disk 설치
  • Wet Scrubber에 의한 시스템 역화 방지(Flame Arrester)
막힘문제
  • 유입되는 먼지 및 미스트, 타르 등에 의한 막힘 현상
  • 인력청소
  • 축열재 교체
  • Fine Filter에 의한 미세 입자상 물질 제거
  • Wet Scrubber에 의한 냉각, 응축 및 관성충돌에 의한 입자상 물질 제거
  • 최하단 축열재 단분리 적용(유지보수 용이)
  • Bake-out Sequence 실행(Off 후 실시, 연기 및 악취발생)
  • 고온 양압 Purge System, Pre-Heating 적용(상시 실시, 축열재 막힘 예방효과)
  • 상단 축열재 파손보호(승온 시 Burner Step 제어, Hot By Pass 비례제어)
성능 보증 연료소모량
  • 고농도 시 과열방지를 위한 비상배출
  • 저농도 시 열량부족으로 연료가스 과다 사용
  • 연료소모량은 입구농도와 열효율에 의해 달라짐
  • 흡착제 층에 의한 Concentration Balancing은 연료소모를 줄여줌
열효율 고객의 특별한 요구가 없으면 95% 이상 보증
  • 단열 및 축열재 보강
  • 고객요구 시 97%이상도 보증가능
  • 분리형 Rotary를 적용하여 편류예방
THC 처리효율 고객의 특별한 요구가 없으면 99% 이상 보증
  • 연소실 용적 및 연소실 온도 상승
  • 고온, 양압 Purge System, Pre-Heating 적용
  • RTO 재처리 System