KR100238387B1 - Apparatus and method for purifying unreacted hazardous gases being discharged from chemical vapour deposition system - Google Patents

Apparatus and method for purifying unreacted hazardous gases being discharged from chemical vapour deposition system

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Abstract

화학 증착 시스템에서 배출되는 미반응 유독가스의 정화 장치에 있어서, 유기 화합물의 연소를 위한 니크롬선이 내장된 열분해 시스템과, 용해성 가스를 제거할 수 있는 향류 접촉식 물세척 시스템으로 이루어지며, 상기 열분해 시스템과 상기 물세척 시스템은 상호 연결되어 있는, 소형 화학 증착 시스템의 배기가스 처리에 적합한 다단식 배기가스 정화 장치, 및 이러한 장치를 사용한 배기가스 정화 방법이 개시되어 있다. 본 발명에 따라 특별한 구동 장치 없이도 복합 성분으로 이루어진 유기 화합물을 고효율로 처리하는 것이 가능하며, 열분해 시스템의 구성이 극히 간단하여 스위치의 개폐에 의해서도 장치의 작동이 가능하고, 장치가 소형이고 간단하므로 유지비가 저렴하다.An apparatus for purifying unreacted toxic gas discharged from a chemical vapor deposition system, comprising: a pyrolysis system having a nichrome wire for burning an organic compound, and a countercurrent contact water washing system capable of removing soluble gas. A system and a multistage exhaust gas purification apparatus suitable for the exhaust gas treatment of a small chemical vapor deposition system, which are interconnected with the water washing system, and an exhaust gas purification method using the apparatus are disclosed. According to the present invention, it is possible to treat organic compounds composed of complex components with high efficiency even without a special driving device, and the configuration of the pyrolysis system is extremely simple. Is cheaper.

Description

화학 증착 시스템에서 배출되는 미반응 유독가스의 정화 장치 및 방법Apparatus and method for purifying unreacted toxic gas emitted from chemical vapor deposition system

본 발명은 소형 화학 증착 시스템의 배기가스 처리에 적합한 배기가스 정화 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 화학 증착 시스템에서 배출되는 미반응 유독가스의 정화 장치에 있어서, 유기 화합물의 연소를 위한 니크롬선이 내장된 열분해 시스템과, 용해성 가스를 제거할 수 있는 향류 접촉식 물세척 시스템으로 이루어지며, 상기 열분해 시스템과 상기 물세척 시스템은 상호 연결되어 있는, 소형 화학 증착 시스템의 배기가스 처리에 적합한 다단식 배기가스 정화 장치, 및 이러한 장치를 사용한 배기가스 정화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus and method suitable for exhaust gas treatment of a small chemical vapor deposition system. More specifically, the apparatus for purifying unreacted toxic gas discharged from a chemical vapor deposition system includes a pyrolysis system having a nichrome wire for burning an organic compound, and a countercurrent contact water washing system capable of removing soluble gas. And, the pyrolysis system and the water washing system are interconnected, to a multi-stage exhaust gas purification apparatus suitable for exhaust gas treatment of a small chemical vapor deposition system, and to an exhaust gas purification method using the apparatus.

박막을 제조하기 위한 화학 증착법은 반도체 등의 전자 부품 및 기기, 광전 및 광 소자, 내마모성을 필요로 하는 절삭기 등과 같은 기기의 내구성 증대를 위한 코팅, 방식 코팅 등의 여러 분야에서 이용되고 있으며, 이와 같은 화학 증착법은 이들 첨단 제품의 수요 증대와 더불어 더욱 활발히 이용되고 있다.Chemical vapor deposition methods for manufacturing thin films are used in various fields such as coatings and anticorrosive coatings to increase durability of electronic components and devices such as semiconductors, photoelectric and optical devices, and cutting machines requiring wear resistance. Chemical vapor deposition is being used more actively with the increasing demand for these advanced products.

화학 증착법에 의한 박막 제조에 사용가능한 물질로는 금속, 비금속 원소, 각종 세라믹, 고분자 등을 들 수 있다. 대부분의 화학 증착 공정에서 박막의 성분이 되는 금속 성분의 원료는 액상 혹은 기상의 금속 유기 화합물 (Metallic Organic Compounds)로부터 출발된다. 이들 금속 유기 화합물은 상온에서 안정하여 보관 및 운송에 있어서 취급이 간편하므로, 그 사용량이 날로 증가되고 있는 실정이다. 그러나, 대부분의 주요 금속 유기 화합물기는 지방족 탄화수소 또는 알킬 할라이드와 금속간의 반응에 의해 얻어지는 독성이 강한 알킬기를 갖는 화합물이며, 알킬기는 비극성으로서 110 ∼ 200 ℃의 온도에서 분해되기 시작한다 (H.O. Pierson, "Handbook of Chemical Vapor Deposition Principles, Technology and Applications, Albuquerque, New Mexico, 1992, pp. 68-79 참조). 이들 알킬기는 증착 시스템내에서 열이나 플라즈마와 같은 에너지원에 의해 분해되어 금속은 기재에 증착되고 유기물은 반응 가스로 사용되는 수소, 암모니아 등과 같은 폭발성 가스나 악취가 나는 배기가스와 함께 장치 밖으로 빠져나간다. 이와 같이, 금속 유기 화합물과, 이를 사용한 증착 반응에서의 반응 생성물은 여러 종류의 화합물로 이루어져 있으며, 대부분 가연성이고 독성이 강한 유해 물질이므로 증착 반응후의 가스는 반드시 처리하여 배출해야만 한다.Examples of the material that can be used to manufacture the thin film by chemical vapor deposition include metals, nonmetal elements, various ceramics, and polymers. In most chemical vapor deposition processes, the raw material of the metal component, which is a component of the thin film, starts from the liquid or gaseous metal organic compounds. Since these metal organic compounds are stable at room temperature and are easy to handle in storage and transportation, their usage is increasing day by day. However, most of the major metal organic compound groups are compounds having toxic alkyl groups obtained by reaction between aliphatic hydrocarbons or alkyl halides and metals, and the alkyl groups are nonpolar and start to decompose at temperatures of 110 to 200 ° C. (HO Pierson, " Handbook of Chemical Vapor Deposition Principles, Technology and Applications, Albuquerque, New Mexico, 1992, pp. 68-79) These alkyl groups are decomposed by an energy source, such as heat or plasma, in a deposition system where metal is deposited on the substrate. The organics exit the device together with the explosive gas or odorous exhaust gas such as hydrogen, ammonia, etc., which are used as the reaction gas.As such, the metal organic compound and the reaction product in the deposition reaction using the same are composed of various kinds of compounds. Most of them are flammable and highly toxic. Response after the gas has to be discharged to treatment.

그러나, 종래에는 미반응 가스를 처리하는데 있어서 활성탄 등에 의한 흡착 ("흡착제의 성능평가 및 선정기준", 화학장치 (일본), 1986년 11월호, 제69-75 면; 및 "특집 화학장치의 트러블 방지와 개선: 흡착장치의 트러블 방지와 개선", 화학장치 (일본), 1988년 6월호, 제45-50 면 참조) 또는 연소 (노재식 외 7인, "대기오염 방지기술: 대기오염", 제308-313 면, 녹원출판사, 1988년; 및 첨단환경기술, 1995년, 10월호, 제74-75 면 참조)와 같은 방법이 사용되어 왔으며, 이러한 방법을 사용하는데는 여러가지 문제점이 있다. 일반적으로, 배기가스에는 여러가지의 유독 물질, 악취 물질, 폭발성 가스 등이 포함되어 있어 이들을 어느 한가지의 처리 기술만으로 처리하는데는 한계가 있다. 활성탄 흡착법은 효과는 우수하나, 흡착제의 가격이 고가인데다 흡착제의 교환 시점을 정확히 예측하기가 쉽지 않다. 일단 사용된 흡착제는 여러가지 오염물에 의해 오염되므로 재생이 쉽지 않을 뿐만 아니라 이의 폐기 처리는 매립에 의존할 수 밖에 없으므로, 2차적인 오염의 우려가 있다. 연소 방법은 대규모 배기가스를 처리하는 장치에서는 연소 시스템의 설치가 비교적 간편하나, 소규모 장치에서 발생하는 배기가스를 처리하기 위해 연소 시스템을 설치하기란 쉽지가 않다.However, conventionally, adsorption by activated carbon or the like in treating unreacted gas ("Adsorbent Performance Evaluation and Selection Criteria", Chemical Apparatus (Japan), Nov. 1986, pp. 69-75; and "Trouble of Specialty Chemical Apparatus") Prevention and Improvement: Preventing and Improving Adsorption of Trouble ", Chemical Equipment (Japan), June 1988, pages 45-50) or combustion (7), et al.," Air Pollution Prevention Technology: Air Pollution, " Pages 308-313, Nokwon Publishing Co., 1988; and Advanced Environmental Technologies, 1995, October, pp. 74-75) have been used, and there are several problems with this method. In general, the exhaust gas contains various toxic substances, odorous substances, explosive gases, and the like, and there is a limit in treating them with only one treatment technique. Activated carbon adsorption is effective, but the price of adsorbent is high and it is difficult to accurately predict the time of exchange of adsorbent. Once the used adsorbent is contaminated by various contaminants, not only is it easy to regenerate, but its disposal is inevitably dependent on landfill, which may cause secondary contamination. The combustion method is relatively easy to install in a large-scale exhaust gas treatment apparatus, but it is not easy to install a combustion system to treat exhaust gases generated in a small scale apparatus.

따라서, 본 발명자들은 이와 같은 종래의 방법들이 가지고 있는 한계를 극복하기 위해 예의 연구한 결과 본 발명에 이르렀다.Therefore, the present inventors have come to the present invention as a result of intensive studies to overcome the limitations of such conventional methods.

본 발명의 목적은 화학 증착 시스템에서 배출되는 미반응 유독가스 정화 장치에 있어서, 복합 성분으로 이루어진 유기 화합물을 고효율로 처리할 수 있고, 장치가 소형이고 간단하여서 유지비가 저렴한, 소형 화학 증착 시스템의 배기가스 처리에 적합한 배기가스 정화 장치, 및 이를 사용한 배기가스 정화 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is an unreacted toxic gas purification apparatus discharged from a chemical vapor deposition system, wherein an organic compound composed of complex components can be treated with high efficiency, and the apparatus is compact and simple, and thus, the maintenance cost is reduced. An exhaust gas purification apparatus suitable for gas treatment and an exhaust gas purification method using the same are provided.

도 1은 본 발명에 따른 화학 증착 시스템에서 배출되는 미반응 유독가스의 정화 장치의 일례를 도시한 개략도.1 is a schematic diagram showing an example of an apparatus for purifying unreacted toxic gas discharged from a chemical vapor deposition system according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 니크롬선이 내장된 열분해 시스템의 일례를 도시한 상세도.Figure 2 is a detailed view showing an example of a pyrolysis system containing nichrome wire according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 향류 접촉식 물세척 시스템의 일례를 도시한 상세도.Figure 3 is a detailed view showing an example of countercurrent contact water washing system according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

1 : 배기가스 유입관1: exhaust gas inlet pipe

2 : 니크롬선 가열기2: nichrome wire heater

3 : 시창3: sight glass

a : 체a: sieve

b : 연소 공기 유입구b: combustion air inlet

4 : 열분해 시스템4: pyrolysis system

5 : 가스 분산판5: gas dispersion plate

6 : 물 분무 노즐6: water spray nozzle

7 : 배수관7: drain pipe

8 : 물세척 시스템8: water washing system

9 : 처리된 배기가스 유출관9: treated exhaust gas outlet pipe

본 발명은 유기 화합물의 연소를 위한 니크롬선이 내장된 열분해 시스템과, 용해성 가스를 제거할 수 있는 물세척 시스템이 연결되어 있어 소형 화학 증착 시스템의 배기가스 처리에 적합한 다단식 배기가스 정화 장치 및 이러한 장치를 사용한 배기가스 정화 방법에 관한 것이다.The present invention is a multi-stage exhaust gas purification device suitable for exhaust gas treatment of a small chemical vapor deposition system, which is connected to a pyrolysis system having a nichrome wire for burning an organic compound, and a water washing system capable of removing soluble gas, and such a device. It relates to an exhaust gas purification method using.

구체적으로는, 본 발명은 배기가스 유입관, 연소 공기 유입구 및 니크롬선 가열기가 구비되어 있고, 배기가스 유입관 및 니크롬선 가열기는 배기가스가 배기가스 유입관을 통해서 열분해 시스템내로 유입되어 니크롬선 가열기의 전방에서 분사되도록 위치하는 것을 특징으로 하는, 미반응 유독 배기가스의 연속 열분해 장치에 관한 것이다.Specifically, the present invention is provided with an exhaust gas inlet tube, combustion air inlet and a nichrome wire heater, the exhaust gas inlet tube and the nichrome wire heater is the exhaust gas is introduced into the pyrolysis system through the exhaust gas inlet pipe to the nichrome wire heater It relates to a continuous pyrolysis apparatus of unreacted toxic exhaust gas, characterized in that positioned to be injected in front of the.

또한, 본 발명은 배기가스 유입관, 연소 공기 유입구 및 니크롬선 가열기가 구비되어 있고, 배기가스 유입관 및 니크롬선 가열기는 배기가스가 배기가스 유입관을 통해서 열분해 시스템내로 유입되어 니크롬선 가열기의 전방에서 분사되도록 위치하는 열분해 시스템, 및 상기 열분해 시스템으로부터의 연소가스를 도입하기 위한 연소가스 유입관, 가스 분산판, 물 분무 노즐 및 처리 용수를 배출하기 위한 U자형 배수관이 구비되어 있고, 가스 분산판에 의해 분산된 연소가스와 물 분무 노즐로부터 분무된 물이 향류식으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 물세척 시스템을 포함하고, 상기 열분해 시스템과 상기 물세척 시스템은 상호 연결되어 있는 미반응 유독 배기가스의 연속 정화 장치에 관한 것이다.In addition, the present invention is provided with an exhaust gas inlet tube, combustion air inlet and a nichrome wire heater, the exhaust gas inlet tube and the nichrome wire heater is the exhaust gas flows into the pyrolysis system through the exhaust gas inlet pipe to the front of the nichrome wire heater A pyrolysis system positioned to be injected at the gas inlet, and a flue gas inlet pipe for introducing combustion gas from the pyrolysis system, a gas dispersion plate, a water spray nozzle, and a U-shaped drain pipe for discharging the treatment water. And a water washing system in which the combustion gas dispersed by the water spray nozzle and the water sprayed from the water spray nozzle are in direct contact with each other, wherein the pyrolysis system and the water washing system are connected to each other. It relates to a continuous purification device.

본 발명의 또다른 일면은 미반응 유독 배기가스를 니크롬선 가열기가 내장된 상기 열분해 시스템내로 유입시켜 니크롬선 가열기의 전방에서 분사되도록 함으로써 배기가스를 니크롬선 가열기에 의한 직접 가열을 통해 열분해시키는 단계, 및 상기 열분해 시스템으로부터 배출되는 열분해된 연소가스를 가스 분산판 및 물 분무 노즐이 내장된 상기 물세척 시스템내로 유입시켜 가스 분산판에 의해 분산되도록 하여 분산된 연소가스와 물 분무 노즐로부터 분무된 물이 향류식으로 접촉하도록 함으로써 잔존하는 용해성 가스를 제거하는 단계를 포함하는, 미반응 유독 배기가스의 연속 정화 방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is the step of pyrolysing the exhaust gas through direct heating by the nichrome wire heater by injecting unreacted toxic exhaust gas into the pyrolysis system having a nichrome wire heater to be injected from the front of the nichrome wire heater, And the pyrolyzed combustion gas discharged from the pyrolysis system is introduced into the water washing system having a gas dispersion plate and a water spray nozzle to be dispersed by the gas dispersion plate, thereby dispersing the dispersed combustion gas and water sprayed from the water spray nozzle. A method of continuous purification of unreacted toxic exhaust gas, comprising the step of removing residual soluble gas by bringing it into countercurrent contact.

본 발명의 열분해 장치에는 추가로 장치내의 연소 과정을 관찰하기 위한 시창을 설치할 수도 있다.The pyrolysis apparatus of the present invention may further be provided with a sight glass for observing the combustion process in the apparatus.

이와 같은 본 발명의 장치를 사용하면, 화학 증착 시스템의 배기가스중의 유기 화합물은 열분해 시스템내의 가열된 니크롬선을 통과하면서 연소되어 99% 이상 무해화될 수 있으며, 잔존하는 용해성 가스는 물세척 시스템내에서 분무에 의한 물세척에 의해 용해 제거될 수 있다. 따라서, 본 발명의 특징은 본 발명의 배기가스 정화 장치를 사용하므로써, 특별한 구동 장치 없이도 복합 성분으로 이루어진 유기 화합물을 고효율로 처리하는 것이 가능하며, 열분해 시스템의 구성이 극히 간단하여 스위치의 개폐에 의해서도 장치의 작동이 가능하고, 장치가 소형이고 간단하므로 유지비가 저렴하다는 것이다.Using the apparatus of the present invention, the organic compound in the exhaust gas of the chemical vapor deposition system can be burned while passing through the heated nichrome wire in the pyrolysis system, and can be made more than 99% harmless, and the remaining soluble gas is washed with water. It can be dissolved and removed by washing with water in a spray. Therefore, the feature of the present invention is that by using the exhaust gas purification device of the present invention, it is possible to treat organic compounds composed of complex components with high efficiency without a special driving device, and the configuration of the pyrolysis system is extremely simple, so that the switch can be opened and closed. The operation of the device is possible and the maintenance cost is low because the device is compact and simple.

본 발명의 장치는 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있다.The apparatus of the present invention consists of the following components.

(1) 니크롬선이 내장된 유기물 열분해 시스템, 및(1) an organic material pyrolysis system containing nichrome wire, and

(2) 향류 접촉식 물세척 시스템.(2) Counter-current contact wash system.

이하, 도면을 참고로 하여 본 발명을 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 화학 증착 시스템에서 배출되는 미반응 유독가스의 정화 장치의 일례를 도시한 도면으로서, 본 발명의 열분해 시스템 (4)과 물세척 시스템 (8)이 상호 연결되어 있는, 다단식 배기가스 정화 장치가 도시되어 있다. 화학 증착 시스템에서 배출되는 미반응 유독가스는 니크롬선 가열기 (2)가 내장된 열분해 시스템 (4)으로 유입되며, 이와 같은 열분해 시스템 (4)의 일례가 도 2에 도시되어 있다. 열분해 시스템 (4)은 지름이 150 mm이고, 높이가 300 mm인 스테인레스스틸 재질의 원통형 관으로 구성되어 있으며, 배기가스는 지름이 6.35 mm (1/4 인치)인 스테인레스스틸 관으로 구성되는 배기가스 유입관 (1)을 통해서 열분해 시스템 (4)로 유입되어 니크롬선 가열기 (2)로부터 30 mm의 전방에서 분사된다. 이 때, 배기가스 유입관 (1)의 말단부에는 100 메쉬 정도의 스테인레스스틸 망으로 이루어진 체 (a)가 삽입되어, 배기가스 유입관 (1)을 통해 열분해 시스템 (4)로 유입되는 배기가스의 분산 및 이 배기가스와 니크롬선 가열기 (2)와의 접촉을 용이하게 할 수 있다. 한편, 연소 공기는 열분해 시스템 (4)의 하단부에 위치하는 직경이 5 mm인 연소 공기 유입구 (b)로 공급된다. 유입된 배기가스는 유입관 (1)의 말단부에 설치된 체 (a)를 통해 분사되어 가열된 니크롬선 가열기 (2)에 의해 대부분 연소되므로써 무해화된다. 이 때의 연소 과정은 지름이 25.4 mm (1 인치)인 시창 (3)을 통해서 관찰이 가능하다.1 is a view showing an example of an apparatus for purifying unreacted toxic gas discharged from a chemical vapor deposition system, in which a pyrolysis system 4 and a water washing system 8 of the present invention are interconnected. Is shown. The unreacted toxic gas discharged from the chemical vapor deposition system is introduced into a pyrolysis system 4 in which a nichrome wire heater 2 is incorporated. An example of such a pyrolysis system 4 is shown in FIG. The pyrolysis system (4) consists of a cylindrical tube made of stainless steel with a diameter of 150 mm and a height of 300 mm, and the exhaust consists of a stainless steel tube with a diameter of 6.35 mm (1/4 inch). It is introduced into the pyrolysis system 4 through the inlet pipe 1 and sprayed in front of the nichrome wire heater 2 30 mm. At this time, a sieve (a) made of a stainless steel mesh of about 100 mesh is inserted into the distal end of the exhaust gas inlet pipe 1, and the exhaust gas flowing into the pyrolysis system 4 through the exhaust gas inlet pipe 1 is inserted. Dispersion and the contact of this exhaust gas with the nichrome wire heater 2 can be made easy. On the other hand, combustion air is supplied to the combustion air inlet (b) having a diameter of 5 mm located at the lower end of the pyrolysis system (4). Inflowed exhaust gas is mostly harmless by being burned by the nichrome wire heater 2 heated by being injected through a sieve (a) provided at the distal end of the inflow pipe 1. At this time, the combustion process can be observed through the sight glass 3 having a diameter of 25.4 mm (1 inch).

이와 같이, 무해화된 연소가스는 상기 열분해 시스템 (4)와 상호 연결되어 있는 물세척 시스템 (8)로 유입된다. 물세척 시스템 (8)의 일례는 도 3에 도시되어 있다. 물세척 시스템 (8)은 지름이 2500 mm이고, 높이가 5000 mm인 플라스틱 재질의 원통형 관으로 구성되어 있다. 열분해 시스템 (4)에서 연소된 연소가스는 지름이 50.8 mm (2 인치)인 관을 통해서 물세척 시스템 (8)으로 유입된 후, 가스 분산판 (5)을 통해서 분산되어 물 분무 노즐 (6)로부터 분무되는 물과 향류식으로 접촉되어 잔존하는 용해성 가스가 제거된다. 사용된 처리 용수는 U자형 배수관 (7)을 통해 배출되며 배수관의 구조가 U자형으로 되어 있어 배기가스의 누출이 방지된다.As such, the harmless combustion gas enters the water washing system 8 which is interconnected with the pyrolysis system 4. An example of a water washing system 8 is shown in FIG. 3. The water washing system 8 consists of a cylindrical tube of plastic 2500 mm in diameter and 5000 mm in height. Combustion gas combusted in the pyrolysis system (4) enters the water washing system (8) through a 50.8 mm (2 inch) diameter pipe and is then dispersed through the gas distribution plate (5) to spray water spray nozzles (6). Countercurrent contact with the water sprayed from it removes the remaining soluble gas. The treated water used is discharged through the U-shaped drain pipe 7 and the drain pipe structure is U-shaped to prevent leakage of exhaust gas.

이하, 본 발명을 대표적인 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명의 실시양태를 예시하기 위한 것이며 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to representative examples, but these examples are only intended to illustrate embodiments of the present invention and do not limit the scope of the present invention.

<실시예 1><Example 1>

본 실시예에서는 트리에틸 보론 (Triethyl Boron, TEB)을 전구체로 사용하여 질화붕소 (Boron Nitride, BN)를 증착시키는 금속 유기 화학 증착 (Metallic Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD) 장치의 배기가스를 정화 처리하였다. 상기 화학 증착 시스템의 반응 조건은 TEB가 0.5∼1.5 cc/min, NH3가 20∼66 cc/min, 전구체의 동반 가스로 사용되는 H2가 10∼60 cc/min, 원료의 농도를 일정하게 유지시키기 위해 사용되는 Ar 가스가 40∼180 cc/min이었다. 질화붕소 (BN)의 증착 시스템은 반응 온도가 1,000 ∼ 1,100 ℃의 고온이기 때문에 반응물들은 증착 과정을 거치면서 그의 가스 조성도 변화된다. 4극자 질량 분광기 (Quadrupole Mass Spectrometer, QMS, 표 1 참조)를 사용하여 조사한 결과, 암모니아 가스는 고온에서 분해되어 NH2 +, NH+라디칼들이 발생하고, TEB는 H2와 결합하여 B2H6, C2H4와 같은 중간 생성물들을 발생시키는 것으로 나타났다. 반응 조건 중의 하나인 반응기 내부의 압력 변화에 따라 중간 생성물의 양도 변화되나 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 상기 반응 조건 및 반응물들에 따라 반응 장치로부터 배출되는 배기가스를 본 발명에 따른 장치에 통과시켰으며, 배기가스를 가스 크로마토그래피 (GC, 표 2 참조), 질량 분광기 (표 1 참조)를 이용하여 조사한 결과 미반응 TEB, NH3, H2가스들은 검출되지 않았으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. B2H6, C2H4와 같은 물질들은 반응기 출구에서는 검출되지 않는 것으로 보아 반응중에 중간체로서 존재하나 반응기 출구로 빠져나오기 전에 모두 소멸되는 것으로 사료되었다.In this embodiment, triethyl boron (TEB) is used as a precursor to purify the exhaust gas of a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus for depositing boron nitride (BN). . The reaction conditions of the chemical vapor deposition system are 0.5 to 1.5 cc / min of TEB, 20 to 66 cc / min of NH 3 , 10 to 60 cc / min of H 2 used as the precursor gas of the precursor, and the concentration of the raw material is constant. Ar gas used to hold was 40-180 cc / min. Since the deposition system of boron nitride (BN) has a high reaction temperature of 1,000 to 1,100 ° C, the reactants undergo a deposition process and their gas composition changes. Investigations using a quadrupole mass spectrometer (QMS, see Table 1) show that ammonia gas is decomposed at high temperatures to generate NH 2 + , NH + radicals, and TEB is combined with H 2 to B 2 H 6 , Intermediate products such as C 2 H 4 . As the pressure inside the reactor, which is one of the reaction conditions, the amount of the intermediate product was also changed, but there was no significant difference. According to the above reaction conditions and reactants, the exhaust gas discharged from the reaction apparatus was passed through the apparatus according to the present invention, and the exhaust gas was subjected to gas chromatography (GC, see Table 2) and mass spectrometer (see Table 1). As a result, unreacted TEB, NH 3 , H 2 gases were not detected, and the results are shown in Table 3 below. Materials such as B 2 H 6 and C 2 H 4 were not detected at the reactor outlet, so they existed as intermediates during the reaction but all disappeared before exiting the reactor outlet.

가스 크로마토그래피의 측정 조건Measurement conditions of gas chromatography 제조회사명Manufacturer Name Shimazu (일본)Shimazu (Japan) 모델명model name GC-8AGC-8A 검출기Detector TCD (Thermal Conductivity Detector)TCD (Thermal Conductivity Detector) 칼럼column Molecular Sieve 5A; Porapak QMolecular Sieve 5A; Porapak q 칼럼 온도Column temperature 120 ℃ (Molecular Sieve 5A); 80 ℃ (Porapak Q)120 ° C. (Molecular Sieve 5A); 80 ℃ (Porapak Q) 검출기 전류Detector current 90 mA90 mA

4극자 질량 분광기의 측정 조건Measurement conditions of quadrupole mass spectrometer 제조회사명Manufacturer Name Balzers (독일)Balzers (Germany) 모델명model name QMI 420QMI 420 검출기Detector SEM (Secondary Electron Multiplier)SEM (Secondary Electron Multiplier) 기기의 내압Internal pressure of the device 2 x 10-5mbar2 x 10 -5 mbar 주사 속도Scanning speed 10 msec10 msec 이온 전류Ion current E-08 ∼ E-13 AE-08 to E-13 A 검출기 전압Detector voltage 2,300 V2,300 V

TEB 화학 증착 시스템 배기가스의 처리 전후의 유해 성분 농도TEB Chemical Vapor Deposition System Hazardous Component Concentrations Before and After Treatment of Exhaust Gas 성분ingredient 반응기내 농도 (부피%)Reactor concentration (% by volume) 정화 처리 후 농도 (부피%)Concentration after purification (% by volume) TEBTEB 0.22 ∼ 2.20.22-2.2 검출되지 않음Not detected NH3 NH 3 8.8 ∼ 888.8 to 88 < 10 ppm<10 ppm H2 H 2 10 ∼ 3310 to 33 < 5 ppm<5 ppm

<실시예 2><Example 2>

본 실시예에서는 트리메틸 갈륨 (Trimethyl Gallium, TMG, (CH3)3Ga)을 전구체로 사용하여 질화갈륨 (Gallium Nitride, GaN)을 증착시키는 MOCVD 장치의 배기가스를 정화 처리하였다. 상기 화학 증착 시스템의 반응 조건은 TMG가 0.06∼0.1 cc/min, NH3가 800∼1500 cc/min, 전구체의 동반 가스로 사용되는 N2가 800∼1500 cc/min이었다. 질화갈륨 (GaN)의 증착 시스템은 반응 온도가 950 ∼ 1,020 ℃의 고온이기 때문에 반응물들은 증착 과정을 거치면서 그의 가스 조성도 변화된다. 4극자 질량 분광기 (표 2 참조)를 사용하여 조사한 결과, 암모니아 가스의 일부는 고온에서 분해되어 NH2 +, NH+라디칼들이 발생하지만 그의 대부분은 그대로 남아있으며, TMG는 발화성 가스로서 반응기내에서 거의 분해되어 본 발명에 따른 배기가스 정화 시스템으로 공급되기 전에 소멸되었다. 상기 반응 조건 및 반응물들에 따라 반응 장치로부터 배출되는 배기가스를 본 발명에 따른 장치에 통과시켰으며, 배기가스를 GC (표 1 참조) 및 질량 분광기 (표 2 참조)를 이용하여 조사한 결과 미반응 NH3가스는 검출되지 않았으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.In this embodiment, the exhaust gas of the MOCVD apparatus for depositing gallium nitride (Gallium Nitride, GaN) was purified using trimethyl gallium (TMG, (CH 3 ) 3 Ga) as a precursor. The reaction conditions of the chemical vapor deposition system were 0.06 to 0.1 cc / min for TMG, 800 to 1500 cc / min for NH 3 , and 800 to 1500 cc / min for N 2 used as a precursor gas of the precursor. Since the deposition system of gallium nitride (GaN) has a high reaction temperature of 950 to 1,020 ° C, the reactants undergo a deposition process and their gas composition changes. Investigations using a quadrupole mass spectrometer (see Table 2) show that some of the ammonia gas decomposes at high temperatures to generate NH 2 + , NH + radicals, but most of them remain, and TMG is a flammable gas that is almost It was decomposed and extinguished before being fed to the exhaust gas purification system according to the present invention. According to the reaction conditions and reactants, the exhaust gas discharged from the reaction apparatus was passed through the apparatus according to the present invention, and the exhaust gas was investigated using GC (see Table 1) and mass spectrometer (see Table 2). NH 3 gas was not detected, and the results are shown in Table 4 below.

TMG 화학 증착 시스템 배기가스의 처리 전후의 유해 성분 농도TMG Chemical Vapor Deposition System Hazardous Component Concentrations Before and After Exhaust Gas Treatment 성분ingredient 반응기내 농도 (부피%)Reactor concentration (% by volume) 정화 처리 후 농도 (부피%)Concentration after purification (% by volume) NH3 NH 3 35 ∼ 6535 to 65 < 10 ppm<10 ppm

본 발명에 따른 다단식 배기가스 정화 장치를 이용하면, 특별한 구동 장치 없이도 복합 성분으로 이루어진 유기 화합물을 고효율로 처리하는 것이 가능하며, 열분해 시스템의 구성이 극히 간단하여 스위치의 개폐에 의해서도 장치의 작동이 가능하고, 장치가 소형이고 간단하므로 유지비가 적게 든다.By using the multi-stage exhaust gas purifying apparatus according to the present invention, it is possible to treat organic compounds composed of complex components with high efficiency without a special driving device, and the configuration of the pyrolysis system is extremely simple, so that the apparatus can be operated by opening and closing the switch. In addition, since the device is small and simple, the maintenance cost is low.

Claims (5)

배기가스 유입관 (1), 연소 공기 유입구 (b) 및 니크롬선 가열기 (2)가 구비되어 있고, 배기가스 유입관 (1) 및 니크롬선 가열기 (2)는 배기가스가 배기가스 유입관 (1)을 통해서 열분해 시스템 (4)내로 유입되어 니크롬선 가열기 (2)의 전방에서 분사되도록 위치하는 것을 특징으로 하는, 미반응 유독 배기가스의 연속 열분해 장치 (4).The exhaust gas inlet pipe 1, the combustion air inlet port b, and the nichrome wire heater 2 are provided, and the exhaust gas inlet pipe 1 and the nichrome wire heater 2 are exhaust gas inlet pipes 1 Continuous pyrolysis apparatus (4) of unreacted toxic exhaust gas, characterized in that it is introduced into the pyrolysis system (4) and positioned to be injected in front of the nichrome wire heater (2). 제1항에 있어서, 배기가스 유입관 (1)의 말단부에 100 메쉬 정도의 스테인레스스틸 망으로 이루어진 체 (a)가 설치되어 있는 연속 열분해 장치 (4).The continuous pyrolysis apparatus (4) according to claim 1, wherein a sieve (a) made of a stainless steel mesh of about 100 mesh is provided at the distal end of the exhaust gas inlet pipe (1). 배기가스 유입관 (1), 연소 공기 유입구 (b) 및 니크롬선 가열기 (2)가 구비되어 있고, 배기가스 유입관 (1) 및 니크롬선 가열기 (2)는 배기가스가 배기가스 유입관 (1)을 통해서 열분해 시스템 (4)내로 유입되어 니크롬선 가열기 (2)의 전방에서 분사되도록 위치하는 열분해 시스템 (4), 및The exhaust gas inlet pipe 1, the combustion air inlet port b, and the nichrome wire heater 2 are provided, and the exhaust gas inlet pipe 1 and the nichrome wire heater 2 are exhaust gas inlet pipes 1 A pyrolysis system (4) which is introduced into the pyrolysis system (4) and positioned to be sprayed in front of the nichrome wire heater (2), and 상기 열분해 시스템 (4)으로부터의 연소가스를 도입하기 위한 연소가스 유입관, 가스 분산판 (5), 물 분무 노즐 (6) 및 처리 용수를 배출하기 위한 U자형 배수관 (7)이 구비되어 있고, 가스 분산판 (5)에 의해 분산된 연소가스와 물 분무 노즐 (6)로부터 분무된 물이 향류식으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 물세척 시스템 (8)A combustion gas inlet pipe for introducing combustion gas from the pyrolysis system 4, a gas distribution plate 5, a water spray nozzle 6, and a U-shaped drain pipe 7 for discharging the treatment water, Water washing system (8), characterized in that the combusted gas dispersed by the gas dispersion plate (5) and the water sprayed from the water spray nozzle (6) are in countercurrent contact. 을 포함하고, 상기 열분해 시스템과 상기 물세척 시스템은 상호 연결되어 있는 미반응 유독 배기가스의 연속 정화 장치.And the pyrolysis system and the water washing system are interconnected to each other. 제3항에 있어서, 열분해 시스템 (4)의 배기가스 유입관 (1)의 말단부에 100 메쉬 정도의 스테인레스스틸 망으로 이루어진 체 (a)가 설치되어 있는 연속 정화 장치.4. The continuous purifier according to claim 3, wherein a sieve (a) made of a stainless steel net of about 100 mesh is provided at the distal end of the exhaust gas inlet pipe (1) of the pyrolysis system (4). 미반응 유독 배기가스를 제3 또는 4항 기재의, 니크롬선 가열기 (2)가 내장된 열분해 시스템 (4)내로 유입시켜 니크롬선 가열기 (2)의 전방에서 분사되도록 함으로써 배기가스를 니크롬선 가열기 (2)에 의한 직접 가열을 통해 열분해시키는 단계, 및The unreacted toxic exhaust gas is introduced into the pyrolysis system 4 in which the nichrome wire heater 2 is built-in according to claim 3 or 4 so that the exhaust gas is injected in front of the nichrome wire heater 2 so as to discharge the exhaust gas. Pyrolysis through direct heating by 2), and 상기 열분해 시스템 (4)으로부터 배출되는 열분해된 연소가스를 제3 또는 4항 기재의, 가스 분산판 (5) 및 물 분무 노즐 (6)이 내장된 물세척 시스템 (8)으로 유입시켜 가스 분산판 (5)에 의해 분산되도록 하여 분산된 연소가스와 물 분무 노즐 (6)로부터 분무된 물이 향류식으로 접촉하도록 함으로써 잔존하는 용해성 가스를 제거하는 단계를 포함하는,The pyrolyzed combustion gas discharged from the pyrolysis system (4) is introduced into the water dispensing system (8) in which the gas dispersion plate (5) and the water spray nozzle (6) as described in claim 3 or 4 are incorporated. Dispersing by means of (5) to remove the remaining soluble gas by bringing the dispersed combustion gas into contact with the sprayed water from the water spray nozzle (6) in countercurrent. 미반응 유독 배기가스의 연속 정화 방법.Continuous purification of unreacted toxic exhaust gas.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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