KR100417720B1 - 유해물질의연소분해방법및장치 - Google Patents

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Abstract

유해 물질의 연소 분해 방법은, 적어도 하나의 유해 물질을 포함하며 연료 가스가 첨가된 가스 스트림을 유공 가스 버너의 출구면에 의해 측방으로 둘러싸인 연소 영역내로 투입하는 단계와, 상기 출구면에서 연소되도록 유공 가스 버너로 연료 가스 및 공기를 동시에 공급하는 단계와, 발생된 연소 생성물 스트림을 연소 영역으로 부터 배출하는 단계를 포함하며, 상기 유공 가스 버너로 공급된 연료 가스의 양은 BTU 기준에 따라 첨가된 연료 가스의 양보다 많으며, 공기의 양은 연소 영역에 들어가는 모든 연소물의 화학량론적 요구량보다 많다.

Description

유해 물질의 연소 분해 방법 및 장치
본 발명은 유해 물질, 특히 플루오르카본과 같은 지구 온난화(global-warming) 및 공기 오염의 요인인 할로겐 화합물과, 실란과 같이 산화시 분진을 형성하는 물질을 연소 분해(combustive destruction)시킴으로써 폐기처리하는 것에 관한 것이다.
6 플루오르에탄(C2F6) 및 4 플루오르메탄(CF4)과 같은 플루오르카본 가스는 대기중으로 방출될 때 수명이 매우 길어지는 지구를 온난화시키는 화합물이다. 이들 가스들 뿐만 아니라 3 플루오르화 질소(NF3) 및 6 플루오르화 황(SF6)과 같은 다른 플루오르화 가스가 반도체 제조시 실리콘 웨이퍼의 에칭, 개조 및 구성중에 그리고 이 공정에 사용된 기계의 세척중에 이용된다. 또한, 공기에 노출될 때 발화하는 실란(SiH4)과 같은 수소화물이 실리콘 웨이퍼의 제조 공정에 이용된다. 플루오르화 가스 및 수소화물과 분진 물질은 질소와 함께 때때로 동시에 또는 순차적으로 장치로부터 일소된다.
현재의 관행에 따르면, 유해 가스를 함유한 질소 스트림(stream)은 전기 가열 또는 가스 점화(gas firing)를 이용하여 열분해(thermal destruction)된다. 그러나, 유해 가스를 완전히 분해하는 데에는 많은 열 에너지가 소비된다. 스트림과 수소를 혼합하여 연소시키는 다른 현재의 기술은 고가의 수소를 다량 사용해야 하기 때문에 만족스럽지 못하다.
몇몇 특허들이 다른 절차를 제안하고 있지만, 비용이 많이 들고 만족스럽지 못한 이들 폐기처리 방법이 사용되는 것은 중요하다. 예를 들면, 미국 특허 제 4,627,388 호는, 화염 전면을 포함하는 실질적인 길이의 내화물이 라이닝된 연소실을 필요로 하는 수평 점화 튜브 보일러내에서 거의 단열 조건에서 할로겐화 탄화수소 폐기물을 연소시키는 것을 개시한다. 미국 특허 제 4,206,711 호는 액체 폐기물이 상부로부터 하방으로 분무되는 동시에, 연소실 벽의 수개의 수평한 화염 방사형 버너가 분무된 폐기물을 완전히 에워싸는 화염을 제공하는 수직 연소실의 사용을 개시한다.
미국 특허 제 4,828,481 호는 그 사이에서 연소가 수행되는 두개의 대향 다공성 판을 포함하는 연소실을 제안함으로써 전술한 특허들의 대형의 고가 장비를 제거하는 것을 개시한다. 가스 연료, 공기 및 폐증기의 혼합물은 하나의 다공성 판을 통해 이송되어 연소실내에서 연소되며, 연소 생성물은 다른 다공성 판을 통해 배출된다. 그러나, 폐기물은 입자가 없어야 하며 그렇지 않으면, 입구 다공성 판이 막힐 것이다. 폐기물내에 입자가 없더라도 매연 또는 실리카(실란이 폐기물내에 있는 경우)와 같은 입자가 연소중에 형성되어, 출구 다공성 판을 막을 수 있는 실제의 위험이 있다. 따라서, 실용적인 폐기처리 시스템에 대한 필요성이 여전히 요구되고 있다.
공업적 실행에서, 하나 또는 그 이상의 할로겐 화합물을 수반하는 가스상 스트림은 산화시 동시에 또는 순차적으로 분진을 형성하는 물질을 포함할 수도 있다. 할로겐 화합물, 특히 반도체 산업에 이용되는 플루오르카본과 보통 관련된 분진 형성 물질의 실 예는 공기중에서 실리카로 산화되는 실란 및 종종 사용되는, 불쾌한 점성 산화물(As2O3)로 산화하는 수소화물 아르신(AsH3)이 있다.
반도체 산업의 플루오르화 가스외에, 다른 산업 공기 오염 물질은 4 염화탄소, 3 염화 에틸렌, 클로로 벤젠 및 염화 비닐과 같은 염화 탄화수소를 들 수 있다. 냉장 산업에서는 냉매 가스로서 클로로플루오르하이드로카본이 오랫동안 선호되어 왔지만, 이들 가스는 이제 단계적으로 사용 금지되고 있다. 이와 같은 모든 할로겐 화합물의 폐기처리에 만족할 만한 시스템이 여전히 요구되고 있다.
본 발명은 산화시 할로겐 화합물 및/또는 분진을 형성하는 물질을 연소 분해하기 위한 간단하고 경제적인 시스템의 제공에 관한 것이며, 또한 공기 오염물, 즉 연소중에 통상적으로 형성되는 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO) 및 비연소 탄화수소의 형성을 억제하며 유해 물질을 완전 연소 분해시킬 수 있는 장치 및 방법의 제공에 관한 것이다.
본 발명의 중요한 목적은 구조 및 작동이 간단하고 경제적인 장치를 이용하는 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 따르면, 적어도 하나의 유해 물질과 연료 가스가 첨가된 가스 스트림을 유공(foraminous) 가스 버너의 출구면에 의해 측방으로 둘러싸인 연소 영역내로 분사시키는 단계와, 상기 출구면에서 연소되도록 유공 가스 버너로 연료 가스 및 공기를 동시에 공급하는 단계와, 합성 연소 생성물 스트림을 연소 영역으로부터 배출하는 단계를 포함하며, 상기 유공 가스 버너에 공급된 연료 가스량은 BTU 기준으로 첨가된 연료 가스량보다 많으며, 공기량은 연소 영역에 들어가는 모든 연소물의 화학량론적 요구량을 초과하는, 유해 물질의 연소 분해 방법이 제공된다. 일반적으로, 가스 스트림 주입은 연소 영역의 상부에서 그리고 배출은영역의 하부에서 이루어질 것이다.
본 발명의 방법에 있어서, 유해한(다루기 힘든) 물질, 특히 할로겐 화합물 및 산화시 분진을 형성하는 물질은, 유해 물질을 함유한 스트림과 연료 가스를 혼합하는 단계와, 연소 영역을 둘러싼 유공 가스 버너(foramious gas burner)의 출구면상에서 연료 및 과잉 공기 혼합물을 비화염(flamless) 연소시킴으로써 적어도 1,038℃(1,900°F)의 온도로 유지되는 연소 분해 영역내로 혼합물을 주입하는 단계로 구성된 방법에 따른 연소에 의해 완전히(적어도 95%) 분해된다. 유공 버너를 통과한 초과 공기는 버너로 공급된 공기 뿐만아니라 연소 분해 영역으로 직접 주입된 혼합물내의 모든 가연성 물질을 소비하기에 충분하다. 다음에, 연소 영역을 빠져나가는 생성 가스 스트림내에 유리 산소가 잔류하도록 과잉 공기는 충분해야 한다. 일반적으로, 유해 물질을 거의 완전히(적어도 95%) 연소시키기 위해서, 과잉 공기량은 연소 영역에 들어가는 모든 가연성 물질을 연소시키는데 필요한 화학량론적 요구량보다 적어도 10% 많아야 한다.
대부분의 경우에, 유공 가스 버너에 공급될 수 있고 연소 영역내로 주입된 유해 물질을 함유한 가스 스트림과 개별 혼합할 수 있는 천연 가스는 가장 비용이 저렴한 연료이다. 다른 탄화 수소 및 수소가 연료로 이용될 수 있지만, 이들은 천연 가스가 사용될 수 없는 곳에서만 사용된다.
본 발명의 제 2 특징에 따르면, 유해 물질의 연소 분해 장치로서, 유공 가스 버너의 출구면에 의해 측방으로 둘러싸이고 개방 바닥부를 갖는 연소실과, 적어도 하나의 유해 물질을 함유한 가스 스트림을 연소실내로 직접 주입하기 위한 수단과,상기 연소실 아래에서 연소실과 유체 연통하는 냉각 칼럼과, 상기 칼럼의 벽의 내부면에 물이 흘러내리게 유지하는 수단과, 칼럼의 바닥에 결합된 가스-액체 분리기를 포함하는 유해 물질의 연소 분해 장치가 제공된다.
본 발명에 따라 사용된 유공 가스 버너는 두개의 기본 형태, 즉 다공성(porous) 섬유층 및 천공판을 포함한다. 다공성 섬유층 형태는 광물 형태나 금속 형태인 비연소성 섬유의 다공성 밀착층을 포함한다. 미국 특허 제 3,179,156 호는 섬유를 서로 그리고 스크린에 대해 상호결합하는 결합제를 포함한 섬유의 수성 현탁액을 스크린 형태의 알루미나-실리카 섬유에 점착시키는 것이 기재되어 있다.
세라믹 섬유로 제조된 기본 다공성 섬유 버너는 미국 특허 제 3,383,159 호에 개시된 알루미늄 분말 또는 미국 특허 제 4,746,287 호에 개시된 알루미늄 합금 분말을 소량 포함한다. 미국 특허 제 3,173,470 호는 금속 섬유층이 소결(sintering)에 의해 접착된 다공성 섬유 버너를 개시한다. 금속 섬유 및 세라믹 섬유의 혼합물로 제조된, 최근에 개발된 하이브리드 섬유 버너는 미합중국 특허 제 5,326,631 호에 개시되어 있다.
유공 가스 버너로 형성된 천공판 형태가 많은 특허에 기재되어 있다. 미국 특허 제 2,775,294 호는 천공판 버너의 초기 예를 기재하고 있다. 이런 버너의 다른 형태는 미국 특허 제 3,683,058호 및 제 3,954,387호에 기재되어 있다.
이러한 모든 유공 가스 버너 뿐만아니라 상기 특허 및 기술 공보 전반에 기재된 그 변형예들은 본 발명의 목적을 위해 사용될 수 있다.
비화염 연소가 이뤄지는 유공 버너의 출구면은, 유해 물질을 함유한 가스 스트림 및 첨가된 연료가 주입되는 연소 분해 영역을 둘러싼다. 결과적인 버너의 백열 출구면은 연소 분해 영역을 적어도 1,038℃(1,900°F)의 온도로 유지하도록 적외선을 방출한다. 버너는 많은 부품으로 모듈 형태로 제조되거나 일체식 구조체로 제조될 수도 있다.
과잉 공기와 함께 유공 버너로 공급된 연료 가스는 버너의 출구면에서 비화염 연소에 의해 소비되며, 상기 출구면으로부터 외부로 유동하는 연소 생성물 가스는 예컨대 연소 분해 영역내에 주입된 아르신과 같은 수소화물 때문에 연소 분해 영역에 들어가거나 그 내에에서 형성된 분진 물질의 침전을 방지한다. 어떤 버너의 출구에 분진 물질이 침전되는 것은 문제이며, 이 분진 물질이, 연소 분해 영역 내로 주입된 스트림에 아르신이 있는 경우에 형성되는 As2O3와 같은 점성 물질일 경우 더욱 심각하다.
본 발명의 성공적인 수행을 위해 연소 분해 영역내에 분진 물질이 침전되는 것을 방지하는 유공 버너를 선택하는 것은 필수적이다.
유공 버너에 공급된 연료 가스의 비화염 표면 연소와 달리, 연소 분해 영역 내로 각각 주입된 스트림의 가연성 물질은 확산 화염으로 연소한다. 주입된 스트림내의 가연성 물질을 연소시키데 필요한 공기는 별도로 다공성 섬유 버너를 통해 각각 연소 영역으로 공급되기 때문에, 유공 버너의 출구면을 빠져나온 과잉 공기가 폐 가연성 물질과 보다 급속히 반응하도록 이 스트림을 몇몇 작은 스트림 형태로신중하게 주입해야 한다. 분명히, 스트림을 몇개로 분할시켰을 때 공기가 모든 가연성 물질에 도달하는데 걸리는 시간보다 큰 직경의 스트림내의 모든 가연성 물질에 공기가 도달하는데 걸리는 시간이 길다. 다른 방법으로 설명하면, 몇 개의 소형 스트림은 몇 개의 소형 스트림 전체 체적과 동일한 체적을 가진 단일 체적의 화염보다 길이가 짧을 것이다.
연소 분해 영역을 빠져나가는 연소 생성물 스트림은 두가지 이유, 즉 일반적으로 연소 영역에 공급된 할로겐 화합물의 적어도 95% 가 분해되며 그리고 NOx, CO 및 UHC 의 형성이 매우 낮은 수치로 억제되는 점에서 주목할 만 하다. 플루오르 및 염소가 연소 영역에 공급된 할로겐 화합물에 존재하였던 범위까지 연소 생성물 스트림은 HF 및 HCl를 함유할 것이다. 실란 및 아르신과 같은 수소화물이 연소 영역내로 유입되는 스트림내에 존재하는 범위까지 연소 생성물 스트림내에 산소 입자가 존재할 것이다. 또한, 생성물 스트림은 연소 영역내로 공급되는 폐 스트림내의 비연소성 입자를 함유할 것이다.
연소 생성물 스트림은 HF, HCl 및 그 내부의 분진 물질 뿐만아니라, SF6이 할로겐 화합물의 스트림내에 존재하는 경우에는 이산화황을 포획하도록 냉각 및 제거된다. HF와 HCl의 포획물을 간단하고 효과적으로 냉각 및 포획하는 방법은 연소 영역으로부터 물이 내부면 전체에 흘러 칼럼내로 생성물 스트림을 직접 방출하는 것이다. 연소 분해 영역으로부터 방출된 생성물 스트림내로 물을 분무하는 것도 또한 효과적이다. 따라서, 급냉 생성물 스트림은 공지된 형태의 세정기를 통과한다.세정된 가스는 환경보호적 가스로 대기중에 배출된다.
본 발명의 설명 및 이해를 용이하게 하기 위해서, 예로서 도시한 도면을 참조하여 설명한다.
도면을 참조하면, 제 1 도는 대표적 팬형(pan-type)의 다공성 섬유층 버너(10)를 가로로 절단한 단면도이다. 금속 팬(11)은 측벽(12) 및 이 측벽(12)의 단부(14)에 용접된 스크린(13)을 갖고 있다. 세라믹 섬유의 다공성 층(15)은 스크린(13)상에 위치되어 스크린(13)에 부착된다. 다공성 층(15)은 출구면을 제공하며, 이 출구면에서 연료 가스 및 공기의 혼합물은 가시적인 화염이 없이 연소되어 복사된다. 연료 가스-공기 혼합물은 금속 팬(11)에 결합된 파이프(16)를 통해 버너(10)로 공급된다.
제 2 도는 제 1 도에 도시한 유형의 네개의 다공성 표면 버너(10)를 정사각형 단열 연소 영역(21)을 형성하도록 배열한 본 발명을 실시하기에 유용한 노(20)를 도시한 것이다. 각쌍의 버너(10)는 서로 직각으로 설치되며, 내화성 기둥(22)은 연소 생성물이 인접 버너(10)의 수직(제 2 도에서는 평면) 접합 라인(23)을 따라 누설되지 않도록 인접 버너(10)의 측벽(12)에 결합된다. 이런 배열에 의해 네개의 버너(10)는 버너(10)의 출구면(15)에 의해 둘러싸인 연소 분해 영역(21)을 구비한 내부 연소 노로서 작동한다. 제 2 도는 본 발명에 적당한 노가 모듈 버너(10)로 형성될 수 있음을 보여주고 있다.
할로겐 화합물 및/또는 분진 형성 물질 및 첨가된 연료 가스를 함유한 폐 스트림(stream)은 다공성 섬유층(15)을 빠져나온 과잉 공기가 유해 성분을 연소 분해하는 연소 영역(21)내로 하방 유동하는 소형 스트림으로서 다중 개구(25)를 통해 노(20)의 상부로 들어간다. 노(20)의 하단부는 상술한 바와 같이 연소 영역(21)으로부터 유동하는 연소 생성물 스트립내의 HF, HCI, SO2및 입자를 포획하도록 냉각수 칼럼(column)을 향해 개방 및 결합된다.
제 3도에 도시한 양호한 노(30)는 할로겐 화합물 및/또는 분진 형성 물질과 탄화수소 가스가 첨가된 폐 스트림을 연소 영역(31)으로 공급하고, 연소 영역으로부터 발생한 연소 생성물 스트림을 처리하기 위한 바람직한 보조 기구가 제공된다. 노(30)는 대향 단부에 플랜지(33, 34)를 구비한 원통형 강철 쉘(32)로 형성된다. 바닥 플랜지(34)는 쉘(32)로부터 내외측으로 연장된다. 그 상부가 스크린(36)에 결합되며 그 내부 스크린(37)이 플랜지(34)에 결합된 원통형 금속 스크린(35)은 쉘(30)내에서 이격되어 동심으로 유지된다. 용접부(35A)는 스크린(35)을 플랜지(34)의 내부 가장자리에 고정한다. 다수의 튜브(38)는 상부 스크린(36)을 통해 연장되며 상부 스크린(36)에 용접된다. 스크린(35, 36, 37)의 모든 내부면은 세라믹 및/또는 금속 섬유의 접착 다공성 층(39)을 갖고 있다. 혼합물이 다공성 섬유층(39)을 통해 유동하며 연소시에 섬유층(39)의 출구면에서 비화염 연소를 유지하도록 쉘(32)은 연료 가스 및 과잉 공기의 혼합물을 스크린(35, 36) 둘레의 공간으로 도입하기 위해 하나 또는 그 이상의 파이프(40)를 갖는다.
상부 플랜지(33)에 의해 지지되며 볼트(도시하지 않음)에 의해 상부 플랜지(33)에 부착된 강철판(41)은 튜브(38) 갯수 만큼의 튜브(42)를 지지한다. 튜브(42)의 직경은 튜브(38)의 직경보다 작으며, 튜브(42)의 길이는 튜브(42)의 하단부가 튜브(38)의 하단부에 도달할 수 있게 충분히 길다. 강철판(41)을 통해 수직으로 연장하며 강철판에 용접되는 튜브(42)의 간격은 강철판(41)이 쉘(32)의 플랜지(33)상에 위치될 때 각각의 튜브(42)가 튜브(38)를 통해 활주될 수 있게 정확하게 배치해야 한다. 동심 튜브(38, 42) 사이의 간극을 통한 스크린(36)상의 공간으로부터의 가스 공기 혼합물의 누설은 대체로 허용될 수 있다. 그러나, 필요하다면, 이 누설은 튜브(42)가 튜브(38)내에 완전히 삽입될 때, 튜브(38)의 상단부에 설치된 각 튜브(42)상의 탄성중합체 링(43)에 의해 쉽게 방지될 수 있다.
연소 영역(31)의 바닥 개방 단부가 그 상단부에서 환형 트로프(51; trough)를 구비한 칼럼(50)과 정렬되도록 노(30)는 냉각수 칼럼(50)에 결합된다. 물은 파이프(52)를 통해 트로프(51)로 공급되며, 물이 칼럼(50)의 상단부를 넘쳐 흘러 칼럼(50)의 내부면을 따라 연속적으로 흐름으로써, 영역(31)을 벗어나는 연소 생성물 스트림을 냉각시키며 이 스트림내의 입자가 칼럼(50)의 내부면에 부착하는 것을 방지한다. 가스 스트림 및 물은 칼럼(50)의 바닥 단부로부터 분진 물질과 HF, HCl 및 SO2와 같은 수용성 화합물을 함유한 물을 회수하기 위한 배수 파이프(55)을 구비한 분리기(54)내로 배출된다. 냉각된 가스 스트림은 파이프(56)를 통해 분리기(54)로부터 빠져나오며, 분리기(54)를 빠져나온 가스 스트림내에 잔류하는 수용성 화합물을 포획하도록 공지된 형태의 세정기(scrubber; 도시하지 않음)를 통과시킨다. 세정된 가스는 환경보호적 가스로 대기중으로 배출될 수도 있다.
사용시에, 할로겐 화합물 및/또는 분진 형성 물질을 포함하는 폐 스트림이 튜브(44)로 공급되고 연료 가스가 튜브(44)를 통해 스트림에 첨가된다. 생성된 혼합물은 튜브(42)를 따라 연소 영역(31)내로 유동하며, 연소 영역(31)에서의 가연성 물질은 다공성 섬유층(39)을 통해 공급된 과잉 공기와 접촉시에 튜브(42)의 바닥 단부로부터 주입되는 개별 화염으로 소모된다.
실험은 제 3 도에서 노(30)의 스크린(35) 및 다공성 섬유층(39)으로 도시한 바와 같이 다공성 세라믹 섬유 버너가 둘러싼 원통형 연소 영역[직경이 7.62cm(3인치) 및 길이가 30.48cm(12인치)]을 구비한 노로 실시하였다. C2F6을 8 체적% 함유한 질소 스트림을 분당 20 리터의 속도로 연소영역으로 주입하였으며, 천연 가스 및 과잉 공기는 버너 표면의 제곱피트당 42,000 BTU(영국 열량 단위)/시간의 속도로 표면 연소를 실행하도록 다공성 섬유 버너를 통과하였다. 버너로 공급된 과잉 공기는 동시에 버너로 공급된 천연 가스의 화학량론적 요구량보다 61%가 많았다. 연소 생성물 가스중 산소는 11.3 체적%가 잔류했다. 이 생성물 가스의 분석에 의해 노내로 주입된 C2F6중 단지 56%만이 분해된 것으로 나타났다.
그러나, 다른 실험은 천연 가스 12 체적%(분당 2.4 리터)가 C2F6를 함유한 질소 스트림과 혼합된 것을 제외하고는 상술한 실험과 동일하게 실시하였다. 이 경우에, 버너로 공급된 과잉 공기는 질소 스트림과 혼합된 천연 가스를 연소시켜 연소 생성물 가스내의 잔류 산소가 7.4 체적%로 떨어졌다. 생성물 가스를 분석한 결과 C2F6의 99%가 분해되었다.
다른 실험에서, 버너는 61%의 과잉 공기를 제곱 피트당 44,000 BTU/시간의 속도로 연소시켰으며, C2F6을 4 체적%함유한 질소 유량은 분당 40 리터로 2배 증가시켰다. 한 실험에서, 천연 가스가 분당 2.4 리터(6 체적%)의 속도로 폐 질소 스트림에 첨가되었다. 연소 생성물 가스는 7.1 체적%의 잔류 산소를 함유하였다. 단지 C2F6의 60%만이 분해되었다. 천연 가스의 첨가를 분당 4.7 리터(체적으로 11.8%)로 증가시킴으로써, C2F6의 분해는 96%로 상승되었으며, 이것은 보다 성가시고 비용이 많이 드는 현재의 방법과 비교할 때 상당히 만족스러운 결과다. 연소 생성물 가스내의 잔류 산소는 4.4 체적%로 떨어졌다.
다른 실험에서, C2F6을 2 체적% 함유한 질소의 공급이 분당 80 리터로 4배 증가했으며, 버너는 과잉 공기 61%로 제곱피트당 58,000 BTU/시간의 속도로 점화되었다. 질소 스트림에 첨가된 천연 가스는 8.9 체적%(이전의 실험에서 12%)이었다. 연소 생성물 가스는 3.5 체적%의 잔류 산소가 함유되었다. C2F6가 99%분해되었다.
처음의 두 실험은 연소 분해 영역내로 주입된 폐 스트림과 혼합되는 연료 가스를 공급해야 할 필요성을 나타내었다. 두 번째 쌍의 실험은 폐 스트림과 혼합되는 연료 가스량을 증가시키는 것이 할로겐 화합물의 연소 분해를 증가시키는 것을 보여준다. 마지막에 설명한 실험은 저 농도(2 체적)의 C2F6을 갖는 폐 스트림을 빠른 속도(분당 80리터)로 연소 영역을 통과시켰을 때 플루오르카본이 99% 분해될 수 있음을 보여준다. 상기 실험들은 다양한 C2F6농도의 폐 스트림을 광범위한 유동 속도로 유공 가스 버너의 복사면으로 둘러싸인 연소 영역내에서 처리할 수 있음을 증명했다.
상기 실험들은 각 실험에서 이뤄지는 C2F6분해를 퍼센트로 결정하여 연소 생성물 가스의 분석을 용이하게 하도록 실란 및 아르신과 같은 분진 형성 물질이 없는 C2F6로 실시했다. 실란이 연소 분해 영역에 들어갔을 경우를 설정하도록 실란을 분당 40 리터의 속도로 연소 영역에 주입되는 질소 스트림에 첨가시키는 실험을 실행했다. 이 실란은 1.5시간 동안은 분당 0.22 리터로 첨가되었으며, 다음 1.5시간 동안은 분당 0.31 리터로 증가시켰다. 실란을 함유한 폐 스트림에 천연 가스를 분당 4.7 리터의 속도로 첨가했다. 다른 실험에서, 유공 버너는 61%의 과잉 공기를 제곱피트당 44,000 BTU/시간의 속도로 연소시켰다. 실란은 완전히 분해되었으며, 결과적인 실리카 입자는 연소 분해 영역내에서 발생되지 않았다.
다른 실험은 CF4만을 함유한 폐 스트림 그리고 C2F6과 실란을 혼합한 폐 스트림에 대해 실시했다. 플루오르 카본 및 실란의 바람직한 분해가 다시 성취되었다. 할로겐 화합물 및/또는 분진 형성 물질의 연소 분해의 효율은 주입 속도가 광범위하게 변경될 때 해로운 물질을 함유한 폐 스트림에 첨가되고 유공 버너에 공급되는 연료 가스양을 간단히 조정함으로 달성될 수 있다.
또한, 간단한 실험에 의해서 어떤 폐 스트림에 대해서 내분해성 할로겐 화합물을 95% 이상 분해시킬 수 있는 조건을 선택할 수 있는 가이드라인이 제공된다. 유공 버너에 공급되는 연료 가스는 버너 표면의 제곱피트당 적어도 25,000 BTU/시간의 속도로 공급되어야 한다. 연소 공기는 버너에 공급된 연료 가스 및 연소 분해 영역내로 주입된 모든 가연성 물질의 화학량론적 요구량을 초과하는 양이 버너에 단독으로 공급되며, 유공 버너에 공급된 연료 가스에 비해 적어도 50% 초과한 다량의 공기가 특정 폐 스트림에 대한 최적 조건을 찾는데 양호한 개시 수준이 된다.
유공 버너에 공급되는 BTU 기준의 연료 가스량은 폐 스트립과 혼합된 연료 가스량보다 항상 많다. 버너 연료 가스 대 폐 스트림 연료 가스의 비율은 2:1 내지 5:1의 범위이며, 고 비율은 낮은 속도로 폐 스트림을 처리하는데 적합하며, 저 비율은 빠른 속도로 폐 스트림을 처리하도록 적합하다. 이들 가이드라인은 분진 폐 스트림을 처리하기 위한 초기 조건의 선택 및 99% 와 같은 소망의 높은 수준의 분해 효과를 얻기 위한 초기 조건의 선택을 용이하게 한다.
본 발명은 노를 단순하고 작게 할 수 있을 뿐만 아니라 할로겐 화합물 및/또는 실란 및 아르신과 같은 분진 형성 물질을 99% 분해할 수 있도록 작동을 단순화하며 연료 소비를 줄이고, 연소 영역내에서 SiO2및 As2O3와 같은 분진의 침전 및 축적을 방지한다.
제 1 도는 직사각형 팬형의 다공성(porous) 섬유층 버너의 단면도.
제 2 도는 제 1 도의 버너가 본 발명을 실시하기 위한 수직 노를 형성하도록 배열된 것을 도시한 도식적인 수평 단면도.
제 3 도는 가스 유출물을 노에 공급하여 처리하기 위한 바람직한 기구와 관련해 도시한 양호한 형태의 노의 도식적 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 버너 11 :금속 팬
13 : 스크린 20, 30 : 노
21 : 연소 영역 25 : 개구
35, 36, 37 : 스크린 41 : 강철 판
54 : 분리기

Claims (3)

  1. 유해 물질의 연소 분해 방법에 있어서,
    적어도 하나의 유해 물질과 첨가된 연료 가스를 함유한 가스 스트림을 측방이 유공(foraminous) 가스 버너의 출구면으로 둘러싸인 연소 영역내로 주입하는 단계와, 상기 출구면에서 연소시키기 위해 상기 유공 가스 버너에 상기 연료 가스 및 공기를 공급하는 단계로서, 상기 유공 가스 버너로 공급된 연료 가스량은, BTU 기준으로, 상기 첨가된 연료 가스량보다 많으며, 상기 공기량은 연소 영역에 들어가는 모든 가연성 물질의 화학량론적 필요량보다 많은, 연료 가스 및 공기 공급 단계와, 발생된 연소 생성물 스트림을 상기 연소 영역으로부터 배출하는 단계를 포함하는 연소 분해 방법.
  2. 유해 물질의 연소 분해 장치에 있어서,
    측방이 유공 가스 버너의 출구면으로 둘러싸여 있고, 개방 바닥부를 갖는 연소실과, 적어도 하나의 유해 물질을 함유한 가스 스트림을 연소실내로 직접 주입하기 위한 수단과, 상기 연소실의 하방에서 상기 연소실과 유체 연통하는 냉각 칼럼과, 상기 칼럼의 벽의 내부면에서 하방으로의 물의 흐름을 유지하는 수단과, 상기 칼럼의 바닥에 결합된 기액 분리기를 포함하는 연소 분해 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유공 가스 버너는 세라믹 섬유, 금속 섬유 또는 그 혼합물의 다공성 층을 구비하며, 상기 연료 가스는 천연 가스이며, 상기 가스 스트림은 플루오르카본, 수소화물 또는 그 혼합물을 함유하는 연소 분해 방법.
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