KR100284324B1

KR100284324B1 - 건습식 폐가스 처리장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100284324B1
Application number: KR1019980051414A
Authority: KR
Inventors: 김경균
Original assignee: 김경균; 유니셈주식회사
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2001-03-02
Also published as: KR19990014631A

Abstract

폐가스를 공기와 혼합한 후 소정 온도로 가열하여 산화시키고, 산화되지 않은 미반응 가스를 용해시키는 용매에 반응시켜 미반응 폐가스를 처리하는 건습식(burn - wet type) 폐가스 처리장치 및 방법이 개시되고 있는 바, 본 발명에 의하면 고온에 의한 산화 등 건식 처리 방법에 의하여 처리되지 않는 폐가스를 습식 처리함으로써 인체 및 생태계에 심각한 피해를 주는 폐가스가 대기중으로 방출되는 것을 방지하며, 2 개로 나뉘어 있던 설비를 하나로 통합함으로써 설비 운용 효율을 크게 증대시킨다.

Description

건습식 폐가스 처리장치 및 그 방법

본 발명은 폐가스 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐가스를 공기와 혼합한 후 소정 온도로 가열하여 산화시키고 산화되지 않은 미반응 가스는 미반응 가스와 강렬하게 반응하는 용매에 반응시켜 폐가스를 처리하는 건습식(burn - wet type) 폐가스 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근들어 급속히 진전되는 산업화에 따라서 컴퓨터 산업, 정보 산업, 전자 산업의 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 이들 산업은 공통적으로 보다 작으면서도 강력한 기능을 갖는 제품을 개발하는데 주력하고 있다.

이처럼 보다 작으면서도 강력한 제품을 개발하기 위해서는 무엇보다도 집적도가 높으면서도 처리속도가 높은 반도체 제품을 필수적으로 필요로 하는 바, 이와 같은 측면에서 반도체 산업은 타 산업의 근간을 이루고 있음을 알 수 있다.

반도체 산업에 의하여 제조되는 반도체 제품은 나름대로 독특한 제조 공정을 갖고 있는데, 대표적인 공정으로는 순수 실리콘 웨이퍼에 각종 원소를 첨가하여 성질을 바꾸는 공정과, 순수 실리콘 웨이퍼의 상면에 필요로하는 박막 패턴을 형성하는 공정으로 분류될 수 있다.

이들 공정중 대표적으로 실리콘 웨이퍼의 상면에 박막 패턴을 형성하는 공정들은 주로 유독성 화공 약품 및 화학 가스를 필요로 한다. 예를 들어 반도체 공정에 사용되는 화학 가스로는 공기와 반응하여 점화되는 실란, 암모니아, 산화질소, 아르신, 포스핀, 디보론, 보론, 트리클로라이드 등이 사용되고 있다.

이들 화학 가스들은 독성이 매우 강해 작업자의 신체와 직접 접촉 또는 소량이라도 흡입될 경우 매우 치명적인 신체 상해를 유발시키며, 특히 실란가스는 대기중에서 자연발화 발화됨으로 대기중으로 무단 방출될 경우 대규모 화재의 위험이 매우 높다.

이와 같이 인체 및 생태계에 매우 유해한 화학 가스는 실제 반도체 공정에는 매우 미량만이 사용되고, 대부분의 미반응 화학 가스 및 화학 반응 과정에서 생성된 반응 가스는 폐가스로 배출된다. 이때, 폐가스는 앞서 언급한 바와 같이 인체에 매우 유해함으로 직접 대기중으로 방출될 수 없고 반드시 재처리된 후 법적 환경 기준치를 만족한 무해 가스만이 대기중으로 방출된다.

이와 같이 폐가스를 처리하는 종래 장치로는 전체적으로 보아 건식 폐가스 처리장치와 습식 폐가스 처리장치가 개발된 바 있다.

습식 폐가스 처리장치는 수용성을 갖는 폐가스가 용매를 통과하거나 폐가스에 용매를 분사하여 폐가스를 처리하며, 건식 폐가스 처리장치는 대한민국 특허 제 97-20643호, 대한민국 특허 제 20643호, 대한민국 특허 제 97-51478호에 개시된 바와 같이 반도체 공정 설비로부터 공급된 폐가스, 폐가스를 산화시키기 위한 공기, 공기와 폐가스의 급격한 폭발을 방지하는 불활성 가스를 공급받아 소정 온도로 가열하여 산화시켜 혼합 기체를 고체상의 폴리머로 상변화시키고, 고온의 미립 폴리머를 급격히 냉각시켜 폴리머 끼리 응축되도록 하여 폴리머 입자 크기 및 중량을 증가시킨 상태에서 포집통에 피착되도록 한다. 피착된 폴리머는 스크래퍼에 의하여 긁어져 덩어리 상태로 포집통으로부터 제거된 후, 폴리머는 곧바로 폴리머 수거통으로 수거되고 폴리머 수거통으로 수거되지 않고 부유된 잔여 미세 폴리머는 집진 장치로 유도되어 집진된 후, 필터를 통과하면서 완전히 제거된다.

그러나, 여러 가지 종류의 혼합 가스, 예를 들어 수용성이 아닌 화학가스와 수용성인 화학가스를 혼합하여 반도체 공정에 사용하는 경우나 가열에 의하여 분해 또는 산화되는 화학가스와 가열에 의해서 분해되지 않는 화학가스를 혼합하여 반도체 공정에 사용하는 경우에는 앞서 언급한 건식 폐가스 처리 장치 또는 습식 폐가스 처리 장치에서 한번에 처리되지 못하고 적어도 2 번 이상에 걸쳐 폐가스 처리 공정을 수행하여 폐가스 처리 시간이 지연되고 설비 비용이 증가되는 문제점이 있다.

다른 문제점으로 건식 폐가스 처리 장치는 포집통으로부터 제거된 폴리머가 덩어리 상태로 폴리머 수거통과 연통된 배관을 막히게 하여 폐가스 처리장치의 클리닝이 빈번해지는 문제점이 있다.

또다른 문제점으로 건식 폐가스 처리 장치는 집진된 폴리머를 제거하기 위해서는 주기적으로 필터가 장착된 필터 유닛을 분해-클리닝-조립하여야 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 단일 폐가스 처리장치에서 폐가스의 건식, 습식 처리가 모두 이루어지도록 하여 한번의 폐가스 처리 공정에 의하여 폐가스의 처리가 종료되도록 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 폐가스가 산화되면서 생성된 고체 폴리머에 의하여 배관이 막히는 것을 방지함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 폴리머를 집진하는 필터 부재가 충진된 필터 유닛에 폐가스와 반응되는 용매를 분사하여 필터 부재에 집진된 미세 폴리머는 용매에 의하여 드레인 탱크로 유입되도록 하고, 폴리머와 함께 이동된 미반응 잔류 폐가스는 용매에 의하여 반응되시켜 미반응 잔류 폐가스가 처리되지 않고 후속 공정으로 배출되는 것을 방지함에 있다.

본 발명의 또다른 목적들은 본 발명의 상세한 설명에서 보다 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 건습식 폐가스 처리장치의 전체 구성을 도시한 개념도.

도 2는 본 발명에 의한 폐가스 건식 처리 유닛을 분해 도시한 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 폴리머 제거 유닛을 도시한 사시도.

도 4는 도 3의 A-A 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 폴리머 제거 유닛의 스크래이퍼 지지유닛의 단면도.

도 6은 본 발명에 의한 분리 유닛의 측면도.

도 7은 도 6의 원내 확대도.

도 8은 본 발명에 의한 드레인 유닛을 도시한 사시도.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 건습식 폐가스 처리장치 및 방법은, 폐가스-공기-불활성가스로 구성된 혼합 가스가 기상을 갖기 때문에 취급 및 처리가 힘듬으로 혼합 가스를 일차적으로 상변환, 즉 폐가스를 산화시켜 기상에서 미세 입도를 갖는 고체 폴리머로 상변환시키고 상변환된 미세 폴리머를 냉각시켜 포집통에 폴리머들이 피착되어 폴리머 덩어리를 형성시키고, 포집통에 피착된 폴리머 덩어리를 긁어 제거함과 동시에 폴리머 덩어리에 다량의 물을 분사하여 폴리머 덩어리가 물과 혼합되어 페이스트(paste) 상태가 되도록 하는데, 이처럼 폴리머 덩어리를 페이스트 상태로 만듬으로써 페이스트 상태의 폴리머는 중력 방향으로 이동되어 드레인 탱크에 수집되고, 미반응 폐가스와 포집통에 피착되지 않고 부유 상태인 미세 폴리머들은 폐가스 복합 처리 유닛으로 유입되어 미반응 폐가스는 습식 처리되고 폴리머는 필터에 의하여 필터링되어 결국 무해한 정제 가스만이 배기된다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해서 페이스트 상태의 폴리머가 배관의 굴곡진 부분에 적층되어 배관을 막지 않토록 배관의 굴곡 부분에는 페이스트 상태의 폴리머에 유체를 고압 분사하는 폴리머 제거 유닛이 설치된다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해서 선택적으로 드레인 탱크의 저면에는 소정 기체가 노즐을 통하여 공급되어 폴리머가 드레인 탱크의 저면에 층적되어 고형화되는 것을 방지하는 버블러가 설치된다.

이하, 본 발명에 의한 건습식 폐가스 처리장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 1은 본 발명에 의한 건습식 폐가스 처리장치의 개념도로 건습식 폐가스 처리장치(600)는 전체적으로 보아 폐가스 건식 처리 유닛(100), 폴리머 제거 유닛(200), 분리 유닛(300) 및 폐가스 복합 처리 유닛(400), 드레인 유닛(500)으로 구성된다.

구체적으로, 폐가스 건식 처리 유닛(100)은 폐가스를 공급받아 고체 폴리머(polymer)로 상변환하는 역할을 한다.

이와 같은 역할을 하는 폐가스 건식 처리 유닛(100)의 내부에는 폴리머 제거 유닛(200)이 설치되는데, 폴리머 제거 유닛(200)은 폐가스 건식 처리 유닛(100)에 의하여 폐가스가 고체 폴리머로 상변환되면서 폐가스 건식 처리 유닛(100)의 내벽에 피착되는 폴리머를 제거함과 동시에 내벽으로부터 제거된 폴리머 및 내벽에 피착되지 않은 부유 폴리머에 액체, 예를 들어 물을 혼합하여 폴리머가 묽은 페이스트(paste) 상태가 되도록 한다.

이처럼 폴리머에 액체를 가하여 페이스트 상태를 만드는 것은 폐가스 건식 처리 유닛(100)에서 형성된 고체-액체 혼합물인 폴리머 페이스트, 기체인 미반응 폐가스류, 기체-고체 혼합기인 폐가스-폴리머 혼합기를 독특한 상(state)의 성질을 이용하여 분리함과 동시에 덩어리 폴리머가 배관이 빈번하게 막히는 것을 방지하기 위함이다.

이들 상을 각각 분리하기 위하여 폴리머 제거 유닛(200)에는 분리 유닛(300)이 연결되는데, 분리 유닛(300)에 의하여 고체-액체 혼합물인 폴리머 페이스트는 중력 방향으로 이동되어 드레인 유닛(500)으로 유입되도록 하고, 나머지 미반응 폐가스 및 폐가스-폴리머 혼합기는 폐가스 복합 처리 유닛(400)으로 분리 유입된다.

분리 유닛(300)의 상단부에는 폴리머 페이스트와 폐가스-폴리머 혼합기중 폐가스-폴리머 혼합기가 유입되도록 폐가스 복합 처리 유닛(400)이 설치되고, 분리 유닛(300)의 하단부에는 폴리머 페이스트가 유입되는 배관이 연결되며, 배관은 드레인 유닛(500)에 결합된다.

앞서 언급한 폐가스 건식 처리 유닛(100), 폴리머 제거 유닛(200), 분리 유닛(300), 폐가스 복합 처리 유닛(400), 드레인 유닛(500)의 보다 구체적인 설명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 폐가스 건식 처리 유닛(100)은 공정설비(미도시)의 폐가스 배출구(미도시)와 연통되어 폐가스, 폐가스를 산화시키기 위한 공기, 폐가스와 공기의 급격한 폭발을 방지하기 위한 불활성 가스가 공급되어 혼합되는 매니폴더(10)와, 가열 챔버(60)로 구성된다.

가열 챔버(60)는 매니폴더(10)에 기밀하게 연통되는 바, 가열 챔버(60)는 전체적으로 보아 히터(20), 인너 튜브(30,35), 아웃터 튜브(40)로 구성된다.

히터(20)는 열선(22)이 내장된 원통 형상으로, 히터(20) 내부 온도는 폐가스가 산화 가능한 온도 이상으로 가열된다.

히터(20)의 내측면으로는 앞서 설명한 매니폴더(10)로부터 공급된 폐가스가 통과되면서 산화 반응되는 인너 튜브(30,35)가 삽입된다.

인너 튜브(30,35)는 일측 단부에 플랜지(33)가 형성된 상부 인너 튜브(30), 상부 인너 튜브(30)의 타측 단부(30a)에 일측 단부(35a)가 맞대기 이음되며 타측 단부에 플랜지(34)가 형성된 하부 인너 튜브(35)로 구성된다.

여기서, 상부 인너 튜브(30)와 하부 인너 튜브(35)가 소켓 방식으로 억지끼워맞춤된 상태에서 고온의 열이 상, 하부 인너 튜브(30,35)에 반복적으로 가해질 경우 수리 및 교체를 위해 상부 인너 튜브(30)와 하부 인너 튜브(35)를 분리할 필요가 있을 때, 분리가 어렵기 때문에 상부 인너 튜브(30)와 하부 인너 튜브(35)는 공차 관리를 통해 단부(30a,35a)들이 서로 맞닿아 있도록 한다.

히터(20)의 외측면으로는 히터(20)에서 발생한 고온의 열이 다른 장치에 영향을 미치지 안토록 냉각수가 외주면에 흐르는 냉각 코일(42)이 감겨진 아웃터 튜브(40)가 삽입되는데, 아웃터 튜브(40)의 상하 양단부에는 매니폴더(10)와 폴리머 제거 유닛(200)에 결합되기 위한 플랜지(40a,40b)가 형성된다.

보다 구체적으로, 매니폴더(10)-상부 인너 튜브 플랜지(33)-아웃터 튜브(40)의 상부 플랜지(40a)는 기밀하게 결합되고, 하부 인너튜브 플랜지(34)-아웃터 튜브(40)의 하부 플랜지(40b)-폴리머 제거 유닛(200)은 상호 기밀하게 결합된다.

도 1 또는 도 3과 도 4를 참조하여 앞서 언급한 폴리머 제거 유닛(200)을 보다 구체적으로 설명하면, 폴리머 제거 유닛(200)은 플랜지(210)가 일측단부에 형성되고 양단이 개구된 원통형 형상인 하우징(220), 스크래이퍼(230), 스크래이퍼 지지유닛(240), 스크래이퍼 구동 유닛(250), 액체 분사 유닛(260)으로 구성된다.

보다 구체적으로 하우징(220)에는 하우징(220)의 내측면으로부터 하우징(220) 중심을 향해 연장된 지지봉(225)에 의하여 스크래이퍼 지지유닛(240)이 고정된다.

스크래이퍼 지지유닛(240)은 도 5의 단면도에 도시된 바와 같이 양단부가 관통되어 관통공이 형성되고, 관통공의 양단부를 소정 깊이 보링(boring) 가공하여 베어링 수납턱(242a)이 형성된 원통 형상의 지지유닛 하우징(242), 지지유닛 하우징(242)의 양단부에 형성된 베어링 수납턱(242a)에 삽입된 한 쌍의 베어링(244), 베어링(244)의 이탈을 방지하기 위하여 지지유닛 하우징(242)의 양단부에 덮혀져 지지유닛 하우징(242)에 고정되는 하우징 커버(246)로 구성된다.

미설명 도면부호 247은 베어링(244) 간격을 일정하게 유지시켜주는 스페이서, 248은 앞서 언급한 지지봉(225)과 결합되는 결합홈이다.

스크래이퍼 지지유닛(240)이 지지봉(225)에 의하여 지지유닛 하우징(242)에 고정되면, 스크래이퍼 지지유닛(240)에는 스크래이퍼 구동 유닛(250)이 다시 결합된다.

스크래이퍼 구동 유닛(250)은 첨부된 도 4, 도 5에 도시된 바와 같이 모터(252), 모터(252)에서 발생한 동력의 방향을 전환시켜주는 베벨기어쌍(253) 및 베벨기어쌍(253)중 어느 하나와 결합되는 샤프트(254)로 구성된다.

모터(252)는 모터(252)의 회전축(252a)이 앞서 언급한 하우징(220)의 외주면을 관통하도록 설치되고 모터(252)의 몸체는 하우징(220)의 외주면에 고정된다.

베벨기어쌍(253)중 어느 하나의 베벨기어(253a)는 모터(252)의 회전축(252a)에 결합되어 설치되고, 나머지 베벨기어(253b)는 도 5에 도시된 바와 같이 중공(254a)이 형성된 샤프트(254)에 결합된다.

구체적으로, 샤프트(254)의 외주면이 지지유닛 하우징(242)의 내측에 설치된 베어링(244)의 내륜에 억지끼워맞춤된 후, 샤프트(254)의 단부에는 베벨기어(253b)가 결합되고, 베벨기어(253b) 및 모터(252)의 회전축(252a)에 결합된 베벨기어(253b)는 서로 직교된 상태로 치차 결합된다.

이와 같이 구성된 스크래이퍼 구동 유닛(250)의 샤프트(254)의 단부에는 모터(252)의 회전에 따라서 소정 방향으로 회전되는 스크래이퍼(230)가 설치된다.

스크래이퍼(230)는 다양한 형상이 있을 수 있지만 앞서 언급한 인너 튜브(30,35)의 내측면을 긁으면서 회전하도록 일정 길이를 갖는 로드를 동일한 방향으로 4 번 절곡한 형상으로, 스크래이퍼(230)의 양단부는 샤프트(254)에 용접, 나사 체결 등의 방법으로 고정시키는 것이 무방하다.

이와 같이 스크래이퍼(230)-스크래이퍼 구동 유닛(250)-스크래이퍼 지지유닛(240)에 의하여 인너 튜브(30,35)의 내측벽에 피착된 폴리머를 스크래이퍼(230)가 회전하면서 제거할 때, 폴리머는 인너 튜브(30,35)의 내측벽으로부터 큰 덩어리 형태를 갖으면서 중력방향으로 낙하 되는데, 낙하되는 폴리머에는 액체 예를 들어 물이 분사된다.

낙하되는 폴리머에 고압의 물을 분사하기 위해서는 첨부된 도 4에 도시된 바와 같이 액체 분사 유닛(260)을 필요로 한다.

액체 분사 유닛(260)은 스크래이퍼 구동 유닛(250)의 샤프트(254)에 형성된 중공(254a)을 통하여 외부로부터 물이 공급되도록 중공(245a)를 관통한 물 배관(262), 샤프트(254)를 관통한 물 배관(262)의 단부에 용접 등의 방법으로 결합된 분사노즐(266), 분사노즐(266)에 설치되어 분사노즐(266)으로부터 분사된 물을 지정된 방향으로 전환시킴과 동시에 고압으로 분사되도록 하는 분사노즐 캡(267)으로 구성된다.

보다 구체적으로, 분사노즐(266)은 전체적으로 보아 뽀족한 단부 부분이 잘려지고 잘려진 단부의 직경과 동일한 원통이 형성된 원뿔 형상의 노즐 몸체(266a), 노즐 몸체(266a)에 형성되어 물 배관(262)으로부터 공급된 물이 강하게 분사되도록 노즐공(266b)으로 구성되며, 노즐공(266b)의 상부에는 수나사부가 형성된다.

분사노즐(266)의 수나사부에는 우산 형태를 갖는 분사노즐 캡 커버(267a), 분사노즐 캡 커버(267a)의 내측면 꼭지 부분에 형성되어 분사노즐(266)의 수나사부와 결합되는 암나사부로 구성된 분사노즐 캡(267)이 결합된다.

분사노즐 캡(267)은 노즐공(266b)로부터 분사된 물이 항상 일정 방향으로 분사되도록함과 동시에 물이 강한 분사 압력으로 분사되도록 하는 역할을 한다.

이와 같이 구성된 액체 분사 유닛(260)에 의하여 분사된 물은 스크래이퍼(230)에 의하여 긁혀진 폴리머와 혼합되면서, 물과 폴리머는 혼합되어 묽은 폴리머 페이스트 상태가 되고, 폴리머 페이스트는 폴리머 제거 유닛(200)과 연통된 분리 유닛(300)으로 유입된다.

분리 유닛(300)은 폴리머 제거 유닛(200)의 액체 분사 유닛(260)에 의하여 형성된 고체-액체 혼합물인 폴리머 페이스트, 인너 튜브(30,35)의 내측면에 피착되지 않고 부유하고 있는 상태인 부유 폴리머, 폐가스 건식 처리 유닛(100)에서 반응하지 않거나 반응이 일어나지 않은 기체 상태의 미반응 폐가스를 분리하기 위하여 설치된다.

이와 같은 역할을 하는 분리 유닛(300)은 도 1 또는 도 6에 도시된 바와 같이 폴리머 제거 유닛(200)과 연결되는 리테이너(310), 수평에 대하여 중력 방향으로 소정 각도 기울어지도록 리테이너(310)의 하단에 연통된 제 1 배관(320), 제 1 배관(320)에 대하여 중력 방향 개구가 형성되도록 연통된 제 2 배관(330) 및 제 1 배관(320)에 형성된 폴리머 페이스트 제거용 노즐(340)으로 구성된다.

제 1 배관(320)은 수평에 대하여 약 15°정도 하방으로 기울어져 폴리머 페이스트가 중력에 의하여 흘러 내려가도록 하는데, 제 1 배관(320)으로는 폴리머 페이스트-부유된 폴리머-미반응 반응가스가 모두 혼합된 상태로 통과된다.

이처럼 각 상이 혼합된 상태로 제 1 배관(320)을 통과한 후, 제 2 배관(330)에 도달하면 폴리머 페이스트는 부유된 폴리머 및 미반응 반응가스 혼합기로부터 분리되는데, 이는 폴리머 페이스트가 부유된 폴리머 및 미반응 반응가스보다 매우 무거운 성질을 이용한 것이다.

이때, 폴리머 제거 유닛(200)으로부터 중력 방향으로 떨어지는 폴리머 페이스트가 수평에 대하여 15°기울어진 제 1 배관(320)으로 다량 유입되면서 제 1 배관(320) 입구에는 많은 폴리머 페이스트가 쌓여 제 1 배관(320)의 입구가 빈번하게 막히는 경우가 발생한다.

이처럼 제 1 배관(320)의 입구를 막는 폴리머 페이스트를 제거하기 위하여 첨부된 도 6, 도 7에 도시된 바와 같이 제 1 배관(320)의 입구에는 폴리머 페이스트가 흘러가는 방향으로 고압의 유체 예를 들어, 공기, 물 등을 분사하는 폴리머 페이스트 제거용 분사 노즐 포트(342)가 형성되고, 폴리머 페이스트 제거용 분사 노즐 포트(342)에는 폴리머 페이스트 제거용 분사 노즐(340)이 설치된다.

이와 같이 분리 유닛(300)에 의하여 분리된 폴리머 페이스트, 미반응 반응 가스 및 부유된 미세 폴리머중 미반응 반응 가스 및 부유된 미세 폴리머는 제 2 배관(330)중 상단부에 설치된 폐가스 복합 처리 유닛(400)으로 유입되고, 하단부에는 드레인 유닛(500)과 연통된 공통 배관(350)이 설치된다.

설명의 편의상 폐가스 복합 처리 유닛(400)의 구성을 먼저 설명하고, 드레인 유닛(500)을 나중에 설명하기로 한다.

첨부된 도 1을 참조하면, 폐가스 복합 처리 유닛(400)에서는 미반응 폐가스의 2차 화학 반응 및 미반응 폐가스에 섞여 이송된 미세 폴리머의 집진이 수행된다.

이를 구현하기 위하여 폐가스 복합 처리 유닛(400)은 통체(410), 바람직하게 복수개가 연통되도록 조립된 통체(410)의 외측면을 관통하는 포트(420)를 형성하고 포트(420)에 미반응 폐가스를 용해시키는 용매가 공급되는 용매 공급관(430)을 결합하고 용매 공급관(430)의 단부에 용매 분사 노즐(440)을 형성하여 통체(410)에 공급된 미반응 폐가스를 습식 처리한다.

이때, 일실시예로 용매 분사 노즐(440)은 소정 간격을 갖도록 3 개가 설치되는데, 이들중 가장 하부에 위치한 용매 분사 노즐(440)은 상시 용매가 분사되고, 나머지 용매 분사 노즐(440)은 소정 시간 간격을 갖으면서 용매를 분사하는 바, 이때, 소정 시간 간격은 폐가스가 용매에 녹는 정도인 용해도 표에 의하여 구해지며, 이처럼 소정 시간 간격을 갖고 용매 분사 노즐(440)에서 용매를 분사하는 것은 폐가스가 용해된 용매가 외부로 배기되지 않토록 하기 위함이다.

이와 같이 분리 유닛(300)의 제 2 배관(330)을 통하여 공급된 미반응 폐가스는 용매에 의하여 처리되었지만, 미반응 폐가스와 함께 이동된 미세 폴리머도 처리되어야 함으로 이를 위해서 통체(410)의 내부에는 필터 부재(450), 예를 들어, 원통에 관통공을 형성하거나 플레이트를 십자형으로 연결한 형상을 갖음으로 폴리머가 피착되는 필터 부재(450)가 다량 충진된다.

통체(410)의 상단부는 통체(410)의 내부에 부압(-)이 걸리도록 블로워(blower;460)가 설치되는 것이 바람직하다.

이처럼 미반응 폐가스를 용해하여 처리함과 동시에 미세 폴리머를 집진하기 위하여 통체(410) 내부로 분사된 용매는 분리 유닛(300)의 제 2 배관(330)을 통과한 후, 공통 배관(350)을 거쳐 드레인 유닛(500)으로 이동된다.

드레인 유닛(500)에서는 고체 상태의 폴리머와 액체 상태의 물 및 용매를 분리하여 배출하여야 한다.

이를 위하여, 첨부된 도 8을 참조하면 드레인 유닛(500)은 소정 용량을 갖는 드레인 탱크(510), 액체 배출구(520), 액체 배출구(520)로 고체 상태의 폴리머가 함께 배출되는 것을 방지하는 복수개의 필터(530), 액체 배출구(520)에 연통되어 액체가 액체 배출구(520)로부터 배출되도록 하는 배출관(540) 및 배출관(540)에 연통된 적어도 1 개 이상의 펌프(550), 액체의 수위를 감지하여 펌프(550)가 작동되도록 하는 수위 감지 센서(560) 및 비중이 물보다 무거운 폴리머가 드레인 탱크(510) 바닥에 층적되는 것을 방지하는 버블러(560)로 구성된다.

구체적으로, 드레인 탱크(510)는 필터(530)에 의하여 2 개의 구역으로 구획되는 바, 일측 구역에는 공통 배관(350)이 연통되어 폴리머 페이스트와 용매 및 물이 섞여 매우 혼탁한 액체가 수납되고, 타측 구역에는 필터(530)를 통과한 정제된 액체만이 배출되도록 마련된 정화된 액체가 수납된다.

이때, 드레인 탱크(510)의 수위를 정확하게 인식하지 못하여 펌프(550)가 정상적으로 작동되지 못할 경우, 폴리머 제거 유닛(200)과 폐가스 복합 처리 장치(400)에서 지속적으로 공급되는 물 또는 용매에 의하여 드레인 탱크(510)로부터 액체가 오버플로우되어 공통 배관(350)을 따라서 역류되면서 공통 배관(350)에 연통된 분리 유닛(300)은 물론 폴리머 제거 유닛(200), 복합 처리 유닛(400)으로 물 또는 용매가 역류되면서 대규모 설비 불량이 발생하게된다.

이와 같은 이유로 드레인 탱크(510)의 수위를 정확하게 감지할 필요가 있는 바, 이를 위하여 드레인 탱크(510)에는 바람직하게 2 종류 이상의 수위감지 센서(560,570)가 설치됨과 동시에 안전장치로 물 또는 용매가 역류되는가를 감지하는 역류 감지 센서 360, 370이 설치되는 것이 바람직하다.

수위감지 센서로는 액체가 일정 수위 이상 수납되었을 때, 발진 주파수의 변화를 감지하는 정전용량 센서(560) 또는 불활성가스 레벨 센서(570)가 모두 사용되거나 선택적으로 어느 하나가 사용될 수 있다.

불활성가스 레벨 센서(570)는 드레인 탱크(510)의 기저면을 기준으로 기저면으로부터 점차 거리가 멀어지도록 설치됨과 동시에 수면에 대하여 수직으로 설치되는 수위 감지 배관(571), 수위 감지 배관(571)의 압력을 감지하는 압력 감지 센서(572)로 구성된다.

압력 감지 센서(572)는 드레인 탱크(510)의 수위가 점차 높아져 수위 감지 배관(571)중 어느 하나가 잠기게 되었을 때, 수위 감지 배관(571) 내부의 압력 변화를 감지하고 이를 통하여 드레인 탱크(510)의 수위를 감지한다.

한편, 드레인 탱크(510)의 기저면에는 물보다 비중이 큰 폴리머가 기저면에 적층되어 고형화되는 것을 방지하는 버블러(bubbler;560)가 설치되는데, 버블러(560)는 드레인 탱크(510)의 기저면에 소정 형상을 갖도록 배치되며, 단부가 폐쇄된 버블 배관(561), 버블 배관(561)에 형성된 복수개의 버블 노즐(562), 버블 배관(561)과 연통되어 버블 배관(561)에 불활성 가스를 공급하는 불활성가스 공급장치(미도시)로 구성된다. 불활성가스로는 질소(N₂)가스를 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 건습식 폐가스 처리장치에 의한 폐가스 처리 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 공정 설비(미도시)로부터 공정 진행중 발생한 폐가스가 공정 설비의 배기관(미도시)을 따라 본 발명에 의한 건습식 폐가스 처리장치의 매니폴더(10)로 유입되면, 매니폴더(10)에서는 폐가스를 산화시키기 위하여 공기, 폐가스와 공기가 혼합됨과 동시에 급격한 산화 즉, 폭발이 발생하는 것을 방지하기 위하여 폐가스, 공기 이외에 불활성 가스가 추가로 공급된다.

매니폴더(10)로부터 폐가스-공기-불활성가스가 혼합된 혼합기는 고온 환경인 폐가스 건식 처리 유닛(100)으로 유입되면서 점차 가열되다 일정 온도에 도달하여 폐가스의 산화 조건이 형성되면, 폐가스와 공기는 화학반응하여 미립자 형태의 폴리머가 생성되고, 생성된 폴리머는 폐가스 건식 처리 유닛(100)의 인너 튜브(30,35)의 내측면에 고체 덩어리 형태로 피착된다.

이처럼 폐가스 건식 처리 유닛(100)의 인너 튜브(30,35) 내측면에 피착되는 고체 덩어리 형상의 폴리머는 폴리머 제거 유닛(200)의 회전하는 스크래이퍼(230)에 의하여 제거됨과 동시에 액체 분사 장치(230)에 의하여 분사된 물과 혼합되면서 고체-액체 혼합물인 묽은 폴리머 페이스트가 형성된다.

이후, 묽은 폴리머 페이스트는 폐가스 건식 처리 유닛(100)에서 반응하지 않거나 미처 반응되지 않은 미반응 폐가스, 미세 폴리머와 혼합된 상태로 분리 유닛(300)의 제 1 배관(320)으로 유입되는데, 제 1 배관(320)으로부터 미반응 폐가스 - 폴리머 페이스트 - 미세 폴리머가 혼합되어 제 2 배관(330)으로 유입된 후, 제 2 배관(330)에서 혼합된 폴리머 페이스트, 미반응 폐가스 및 미세 폴리머는 분리된다.

분리된 폴리머 페이스트는 공통 배관(350)을 따라 드레인 유닛(500)으로 유입되고, 미반응 폐가스 및 미세 폴리머는 폐가스 복합 처리 유닛(400)으로 유입되어 용매 공급관(430) 및 용매 분사 노즐(440)을 통하여 분사된 용매에 의하여 미반응 폐가스는 용해되고, 미세 폴리머는 필터부재(450)에 의하여 집진된다.

이후, 미반응 폐가스가 용해된 용매는 필터부재(450)에 집진된 폴리머와 함께 공통 배관(320)을 통하여 드레인 유닛(500)의 드레인 탱크(510)으로 유입되고, 드레인 탱크(510)에 유입된 물, 용매 및 폴리머 혼합물중 폴리머는 필터(530를 통하여 필터링되고, 폴리머를 제외한 물, 용매는 후속 공정으로 배출된다.

이때, 드레인 탱크(510)에는 현재 물 및 용매에 의한 수위를 판단하여 물 및 용매의 수위가 일정 수위 이상일 경우 펌프(550)를 작동시켜 드레인 탱크(510)의 수위를 일정 수위 이하로 낮추어 드레인 탱크(510)로부터 물 및 용매가 역류되어 폐가스 건식 처리 유닛 또는 복합 처리 유닛 내부로 유입되지 않토록 한다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 고온에 의한 산화 등 건식 처리 방법에 의하여 처리되지 않는 폐가스를 습식 처리함으로써 인체 및 생태계에 심각한 피해를 주는 폐가스가 대기중으로 방출되는 것을 방지하며, 2 개로 나뉘어 있던 설비를 하나로 통합함으로써 설비 운용 효율을 크게 증대시키는 효과가 있다.

Claims

폐가스, 상기 폐가스를 산화시키기 위한 공기, 불활성가스를 공급받아 소정 온도에서 산화시켜 폴리머를 생성시키는 폐가스 건식 처리 유닛과;

상기 폐가스 건식 처리 유닛에 피착된 상기 폴리머를 제거 후 상기 폴리머에 액체를 혼합하여 폴리머 페이스트를 형성하는 폴리머 제거 유닛과;

상기 폴리머 제거 유닛과 연통되며, 상기 폴리머 제거 유닛으로부터 생성된 상기 폴리머 페이스트, 상기 폐가스 건식 처리 유닛에서 처리되지 않은 미반응 폐가스 및 상기 부유 폴리머를 다른 처리 경로로 분리시키는 분리 유닛과;

상기 분리 유닛에 의하여 분리된 상기 미반응 폐가스 및 부유 폴리머를 공급받아 소정 용매를 분사하여 상기 미반응 폐가스는 상기 용매에 용해되도록 하고, 상기 부유 폴리머는 필터부재에 의하여 집진되도록 하는 폐가스 복합 처리 유닛과;

상기 폴리머 페이스트, 미반응 폐가스 처리과정에서 상기 필터부재에 집진된 폴리머가 혼합된 상기 용매를 수거하는 드레인 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 1 항에 있어서, 상기 폐가스 건식 처리 유닛은

상기 폐가스, 공기, 불활성가스로 구성된 혼합기를 형성시키는 매니폴더와;

상기 매니폴더와 결합되어 상기 혼합기가 유입되는 상부 인너 튜브와;

상기 상부 인너 튜브의 외측면에 삽입되는 히터와;

상기 히터 외측면에 삽입되며 상기 상부 인너 튜브와 일측 단부가 결합되고 외주면에 냉각 튜브가 감겨진 아웃터 튜브와;

상기 상부 인너 튜브의 단부와 맞닿토록 상기 아웃터 튜브에 삽입되어 결합되는 하부 인너 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 1 항에 있어서, 폴리머 제거 유닛은

상기 폐가스 건식 처리 유닛에 결합되는 통체 형상의 하우징과;

상기 하우징의 내측면에 결합되는 스크래이퍼 지지유닛과;

상기 스크래이퍼 지지유닛에 회전 가능하게 지지되는 스크래이퍼 구동유닛과;

상기 스크래이퍼 구동유닛에 결합되어 회전하면서 상기 폐가스 건식 처리 유닛에 피착된 상기 폴리머를 긁어 제거하는 스크래이퍼와;

상기 스크래이퍼에 긁혀 제거된 상기 폴리머에 물을 분사하는 액체 분사 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 3 항에 있어서, 스크래이퍼 지지유닛은

소정 직경을 갖는 관통공이 형성되고, 상기 관통공의 양쪽 입구 직경이 상기 관통공의 직경보다 더 크도록 가공되며, 외측면에 소정 깊이의 결합홈이 형성된 지지유닛 하우징과;

상기 지지유닛 하우징의 상기 관통공을 통해 삽입된 한 쌍의 베어링과;

상기 베어링이 이탈되는 것을 방지하기 위하여 상기 지지유닛 하우징에 결합되는 하우징 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 3 항에 있어서, 상기 스크래이퍼 구동유닛은

회전축이 상기 하우징을 관통하도록 상기 하우징에 설치된 모터와;

중공이 형성되며, 상기 스크래이퍼 지지유닛에 대하여 회전 가능하게 결합된 샤프트와;

상기 회전축과 상기 샤프트의 단부에 설치되며 치차 결합된 베벨기어쌍을 포함하는 것을 특징으로하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 5 항에 있어서, 상기 스크래이퍼는 소정 길이를 갖는 로드를 동일한 방향으로 4 번 절곡한 형상으로, 양단부는 상기 샤프트에 결합되는 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 5 항에 있어서, 상기 액체 분사 유닛은

상기 하우징의 내부로 삽입된 후, 상기 샤프트의 중공을 관통한 액체 공급 배관과;

상기 액체 공급 배관의 단부에 설치된 분사 노즐과;

상기 분사 노즐로부터 분사된 상기 액체의 방향을 일정하게 바꾸어주는 분사 노즐 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 7 항에 있어서, 상기 분사 노즐은

원뿔 형상으로 꼭지 부분이 절단되고, 절단된 부분에 직경이 동일하고 소정 높이를 갖는 원통 형상이 형성된 노즐 몸체와;

상기 노즐 몸체중 상기 원통의 원주면에서 상기 액체 공급 배관으로부터 공급된 물이 분사되도록 가공된 노즐공과;

상기 노즐 몸체중 상기 원통의 원주면에 형성된 상기 노즐공을 제외한 부분에 형성된 수나사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 8 항에 있어서, 상기 분사 노즐 캡은 속이 빈 원뿔 형상의 노즐 캡 커버와;

상기 노즐 캡 커버 내측 꼭지 부분에 형성되며 상기 수나사부와 결합되는 암나사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 1 항에 있어서, 상기 분리 유닛은

상기 폴리머 페이스트, 상기 미반응 폐가스, 상기 미세 폴리머가 모두 혼합되어 이송되는 제 1 배관과;

상기 제 1 배관과 결합되어 상기 미반응 폐가스 및 미세 부유 폴리머는 중력 반대 방향으로 이동토록 하고, 상기 폴리머 페이스트는 중력 방향으로 이동토록 양단부가 개구된 제 2 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 10 항에 있어서, 상기 분리 유닛의 상기 제 1 배관과 상기 제 2 배관에는 액체 감지 센서가 설치된 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 10 항에 있어서, 상기 제 1 배관중 꺽어진 곳에는 상기 폴리머 페이스트를 밀어내도록 유체를 분사하는 폴리머 페이스트 제거용 분사 노즐 포트가 형성되고 상기 폴리머 페이스트 제거용 분사 노즐 포트에는 폴리머 페이스트 제거용 분사 노즐이 설치되는 것을 특징으로 하는 폐가스 건식 처리장치.
제 1 항에 있어서, 복합 처리 유닛은

통체와;

상기 통체의 내부로 관통된 용매 공급관의 단부에 설치된 용매 분사 노즐과;

상기 통체의 내부에 충진된 필터 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 13 항에 있어서, 상기 필터 부재는 원통 형상으로 원통의 외주면에 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 14 항에 있어서, 상기 용매 분사 노즐은 적어도 1 개 이상으로 상기 용매 분사 노즐중 중력 방향으로 가장 하부에 위치한 용매 분사 노즐은 상기 용매를 상시 분사하고, 나머지 용매 분사 노즐은 소정 시간 간격으로 상기 용매를 분사하는 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 1 항에 있어서, 상기 드레인 유닛은

상기 분리 유닛에 설치된 공통 배관에 의하여 상기 폴리머 페이스트, 상기 용매가 수거되는 드레인 탱크와;

상기 폴리머와 상기 용매 및 물이 섞인 혼합액으로부터 용매, 물만을 필터링하는 필터와;

상기 드레인 탱크의 수위를 감지하는 수위 감지 센서와;

상기 수위 감지 센서 신호에 의하여 상기 드레인 탱크로부터 상기 용매 및 물을 배출시키는 펌프와;

상기 드레인 탱크의 기저면에 설치된 버블러를 포함하는 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 16 항에 있어서, 상기 수위 감지 센서는 정전용량 센서, 불활성 가스 레벨 센서인 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 16 항에 있어서, 상기 버블러는

상기 드레인 탱크의 기저면에 설치되며 일측 단부가 폐쇄된 버블 배관과;

상기 버블 배관상에 형성된 적어도 1 개 이상의 버블 노즐과;

상기 버블 배관에 불활성 가스를 공급하는 불활성 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 건습식 폐가스 처리장치.
제 1 용기에 폐가스, 공기, 불활성 가스를 공급받아 소정 온도로 가열하여 폴리머를 생성하는 건식 처리 단계와;

상기 제 1 용기에 피착된 폴리머를 긁은 후, 상기 폴리머에 제 1 액체를 분사하여 제거하는 단계와;

상기 제 1 액체와 혼합된 폴리머를 미반응된 상기 폐가스 및 분진 형태로 존재하는 미세 폴리머로부터 분리하는 단계와;

필터가 충진된 제 2 용기에 미반응된 상기 폐가스 및 상기 미세 폴리머를 공급하고 상기 제 2 용기 내부에 미반응된 상기 폐가스와 반응하는 제 2 액체를 분사하여 상기 폐가스와 상기 미세 폴리머를 처리하는 습식 처리 단계와;

상기 제 1 액체와 혼합된 상기 폴리머와, 상기 미세 폴리머가 혼합된 상기 제 2 액체를 공급받아 필터링하는 단계를 포함하는 건습식 폐가스 처리 방법.