In this study, the low-temperature vacuum swing adsorption (low temp. VSA) process was applied to the activated carbon adsorption tower for treatment of volatile organic compounds (VOCs) to extend the replacement period of the adsorbent and to solve the difficulties of operation management. A practical application study was performed based on continuous operation in the field. The VSA process removes the adsorbate by reducing the pressure at a relatively low temperature (90℃ or less) to compensate for the disadvantages of the conventional thermal swing adsorption (TSA) process. A pilot scale VSA process with a size of 30 m and 2 min−1 was applied to the small scale painting plant, which is the main source of VOCs, and subject to 100 adsorption/desorption cycles. After the sampling of activated carbon every 20 cycles, the specific surface area and derivative thermogravimetric analysis (DTA) analysis were investigated to analyze the change of activated carbon characteristics with increasing cycles. During 100 continuous cycles, toluene gas was arbitrarily supplied to the pilot VSA process to compare toluene adsorption capacity with respect to raw activated carbon. More than 99% of the VOCs emitted from the paint plant were adsorbed and removed during the operation of the VSA process. The increase in cycle did not affect the specific surface area and micropores of activated carbon. However, the physical adsorption amount of the non-desorbed adsorbate remaining in the micropores tends to increase; therefore, it is considered that the effective adsorption amount decreases as the number of regeneration increases. As a result of the toluene adsorption test of the pilot plant after 100 consecutive cycles, 91% removal efficiency relative to the raw activated carbon was maintained. Thus, stable application of low-temperature VSA equipment is feasible in field application.

휘발성 유기화합물(VOCs)은 유기용매를 주로 사용하는 산업공정에서 배출되는 일반적인 대기오염물질 중 하나로 그 물질 자체가 독성 및 발암성을 지니기도 하고 오존 생성의 전구체로 작용하기도 하여 인체 건강과 환경에 부정적인 영향을 주고 있다. 또한 최근 초미세먼지 2차생성에 기여하고 있음이 알려짐에 따라 VOCs 저감에 대한 국제적인 관심은 더욱 높아지고 있는 실정이다. 중소규모 사업장에서는 VOCs 처리를 위해 주로 활성탄 흡착탑을 이용하고 있으며 활성탄의 짧은 파과점으로 일정기간 사용 후 교체가 필요하지만, 교체 비용 부담에 따른 적절한 유지관리가 미흡하여 VOCs가 직접 대기로 방출되는 문제가 발생되고 있다. 따라서 본 연구에서는 활성탄 파과 후 현장에서 재생이 가능한 흡탈착 공정에 대하여 연구를 수행하였다. 기존 재생 공정인 열탈착(TSA) 공정은 에너지 비용이 많이 소요되며 수분 또는 고온 가스를 사용해야하므로 재생 시간이 길고 부대시설이 필요한 단점이 있어 현장에서 흡착 후 직접 재생하기에는 다소 무리가 따른다. 저온 감압탈착(VSA) 공정은 상대적으로 저온(80∼90℃)에서 진공펌프를 이용하여 탈착하는 방식으로 감압시에 VOCs가 휘발하는 온도가 낮아지므로 상대적으로 낮은 온도에서 탈착이 가능하다. 이에 따라 현장에서 자체재생 가능한 탈착 방법으로 저온 VSA 기술을 적용하였으며, 30 CMM급 흡탈착 시스템을 제작하여 실제 도장 공장의 배출가스에 대한 현장 적용성 연구를 수행하였다. 또한 저온 VSA 공정을 통해 배출되는 탈착가스는 재생시 캐리어가스 유량이 상대적으로 적어 고농도로 배출되므로 회수하여 유기용매로 재활용할 경우 원료 절감에 따른 경제적 효과가 매우 크다. 따라서 VOCs를 회수하기 위한 방법으로 기액 접촉 효율이 높은 용매 직접접촉식 응축 방식을 적용하였으며, 30 LPM 직접접촉식 회수장치를 제작하고 실 탈착가스를 이용한 회수실험을 수행함으로써 본 기술에 대한 현장 적용 가능성에 대하여 평가해보고자 하였다.