KR100658953B1 - 폐가스 수처리장치 - Google Patents

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Abstract

업스트림으로 폐가스가 유입되어 1차 수처리되는 수처리탑과, 수처리탑의 후단에 연통되며 다운 스트림으로 유입되는 1차 수처리된 폐가스를 2차 수처리함과 동시에 수액을 분리하며 수분이 제거된 정제된 가스를 업스트림으로 배출하는 데미스터를 포함하는 폐가스 수처리장치가 개시된다.
보텍스 튜브, 냉각, 결로, 포집, 수분, 부식, 수처리

Description

폐가스 수처리장치{Apparatus for processing waste gas using water}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 수처리장치를 나타내는 구성도이다.
본 발명은 폐가스 수처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유입되는 폐가스를 2차에 걸쳐 수처리함으로써 처리효율을 향상시키고 정제된 배출가스에 포함된 수분 등의 액체성분을 제거하여 배기덕트가 부식되는 것을 방지하는 폐가스 수처리장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스는 산화, 식각, 증착 및 포토 공정 등 다양한 제조 공정을 거쳐서 제조되며, 이들 공정에는 유독성 화공 약품 및 화학 가스가 공급되어서 이용된다. 예를 들어 실란, 암모니아, 산화질소, 아르신, 포시핀, 디보론, 보론 트리클로라이드와 같은 화학 가스가 이용된다.
이들 화학가스들은 독성이 강해서 공정에 이용된 후 그대로 대기로 방출될 경우 인체에 치명적인 영향을 미치거나 자연발화에 따른 화재가 발생되거나 또는 환경문제를 발생시킬 가능성이 있다.
이러한 반도체 제조 공정에서 이용된 폐가스는 정제하기 위한 장치로 본 출원인에 의하여 특허출원 제2001-82603호에 "폐가스 처리장치"가 제안되어 있다.
이 출원은 건습식 폐가스 처리장치에 관한 것으로, 가열챔버와, 가열챔버에 연통되어 가열챔버로부터 생성되는 정제가스를 냉각시켜 정제가스에 포함된 액체성분을 포집하여 결로시키는 냉각유닛에 대해 개시되어 있다.
그러나, 냉각유닛의 구조를 보면, 보텍스 튜브의 냉각공기가 데미스터의 하부에 위치하여 상승하는 공기만을 냉각하고 있다. 따라서, 폐가스에 포함된 수분을 충분하게 제거하지 못하여 배기덕트를 부식시킬 가능성이 높다는 문제가 있다.
또한, 데미스터 내에 처리된 폐가스 내의 잔류하는 미세 분진을 제거할 장치가 없다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 폐가스에 포함된 수분을 충분히 제거하여 배기덕트의 부식을 방지할 수 있는 폐가스 수처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 정제된 폐가스에 잔류하는 미세 분진을 최종적으로 제거할 수 있는 폐가스 수처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적들과 특징 및 이점은 이하에 서술되는 본 발명의 바람직 한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면, 업스트림으로 폐가스가 유입되어 1차 수처리되는 수처리탑과, 수처리탑의 후단에 연통되며 다운 스트림으로 유입되는 1차 수처리된 폐가스를 2차 수처리함과 동시에 수액을 분리하며 수분이 제거된 정제된 가스를 업스트림으로 배출하는 데미스터를 포함하는 폐가스 수처리장치가 개시된다.
수처리탑은 진행통로를 연장하여 유입되는 폐가스의 미세 분진과 수용성 가스를 1차 처리하는 1차 패킹 스택; 패킹 스택 위에 설치되어 패킹 스택에 적체된 파우더를 제거하도록 물을 분사하는 스프레이 노즐; 및 배출 전에 폐가스에 포함된 수분의 상대습도를 높이기 위하여 쿨-에어를 공급하는 쿨-에어 분사노즐을 포함한다.
또한, 데미스터는 수처리탑으로부터 유입되는 폐가스에 포함된 수분의 입자크기를 증대시키고, 후기의 2차 패킹 스택에 적체된 파우더를 제거하도록 저온의 물을 분사하는 저온 물분사노즐; 저온 물분사 노즐을 거쳐 다운스트림으로 흐르는 폐가스의 미세 분진과 수용성 가스를 2차 처리하는 2차 패킹 스택; 및 2차 패킹 스택을 통과하여 업스트림으로 배출되는 폐가스의 습도를 저감하기 위하여 고온의 핫-에어를 공급하는 핫-에어 분사노즐을 포함하다.
쿨-에어와 핫-에어는 보텍스 튜브로부터 공급될 수 있다.
바람직하게, 데미스터는 몸체와 배출관이 동심상으로 중첩되어 폐가스는 싸 이클론 운동으로 회전하면서 다운스트림되며, 제 2 패킹 스택은 몸체와 배출관 사이에 원주방향으로 설치되고, 저온 물분사노즐은 배출관의 주위를 따라 복수개 설치된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 수처리장치를 나타내는 구성도이다.
본 발명의 폐가스 수처리장치는 크게 업스트림(upstream)으로 폐가스가 유입되어 1차 수처리되는 수처리탑(100)과, 수처리탑(100)의 후단에 연결관(140)을 통하여 연통되며 다운스트림(downstream)으로 유입되는 1차 수처리된 폐가스를 2차 수처리함과 동시에 수액을 분리하는 데미스터(200)를 포함한다.
수처리탑(100)은 패킹 스택(packing stack; 110)과, 스프레이 노즐(120) 및 쿨-에어 분사노즐(130)이 각각 폐가스의 진행방향으로 설치된다.
패킹 스택(110)은 유입되는 폐가스의 미세 분진과 수용성 가스를 처리하며, 수백개의 패킹들이 쌓여 패킹들 사이에 형성되는 유로를 최대한으로 길게 함으로써 폐가스가 진행하는 동안 그 위에 분사되는 물과 폐가스가 접촉하는 면적과 시간을 크게 하여 처리효율을 증대시킨다.
또한, 스프레이 노즐(120)은 패킹 스택(110) 위에 설치되어 패킹 스택(110)에 적체된 파우더를 제거하고 폐가스에 포함된 수용성 가스를 제거하도록 물을 분 사한다.
쿨-에어 분사노즐(130)은 보텍스 튜브(vortex tube; 300)의 쿨-에어 배출관(330)로부터 배출되는 쿨-에어를 폐가스에 분사하여 폐가스에 포함된 수분의 상대습도를 높인다.
바람직하게, 쿨-에어의 온도는 대략 -10℃ 정도일 수 있다.
잘 알려진 바와 같이, 보텍스 튜브(300)는 압축공기 공급관(340)으로 공급되는 압축공기를 이용하여 몸체(310)에서 쿨-에어와 핫-에어를 생산하여 각각 쿨-에어 배출관(330)과 핫-에어 공급관(320)을 통하여 배출하며, 이에 대한 자세한 원리에 대해서는 생략한다.
데미스터(200)는 저온 물분사노즐(220, 220a), 패킹 스택(230) 및 핫-에어 분사노즐(240)이 각각 폐가스의 진행방향으로 설치된다.
저온 물분사노즐(220, 220a)은 수처리탑(100)으로부터 유입되는 폐가스에 포함된 수분의 입자크기를 증대시키고, 패킹 스택(230)에 적체된 파우더를 제거하도록 저온의 물을 분사한다.
패킹 스택(230)은 저온 물분사 노즐(220, 220a)을 거쳐 다운스트림으로 흐르는 폐가스의 미세 분진과 수용성 가스를 처리한다.
또한, 데미스터(200)의 몸체(210)와 동심상으로 중첩되어 처리된 폐가스가 배출되는 배출관(250)의 말단에 설치되는 핫-에어 분사노즐(240)은 패킹 스택(230)을 통과하여 업스트림으로 배출되는 폐가스의 습도를 저감하기 위하여 고온의 핫-에어를 공급한다.
핫-에어 분사노즐(240)은 보텍스 튜브(300)의 핫-에어 배출관(320)에 연결된다.
이와 같은 구조를 갖는 폐가스 수처리장치의 동작을 설명한다.
폐가스가 수처리탑(100)의 유입구로부터 업스트립으로 유입되어 패킹 스택(110)을 통과하면서 폐가스의 미세 분진과 수용성 가스를 제거한다. 또한, 폐가스에 포함된 파우더가 증착된다.
수용성 가스로는 HCl, DCS(SiH2Cl2), NH3, ClF3, SiF4 , F2, HF, SiCl4, WF6, iCl4, NH4Cl, TDMAT(Ti[N(CH3)2]4), AlCl3, Cl2, TCA(C10H4Cl6O4), BCl3, HBr, SO2, B, BF3, TEOS((C2H5O)4Si), TiF4 등이 있을 수 있다.
패킹 스택(110)을 통과한 폐가스는 스프레이 노즐(120)로부터 분사되는 물에 의해 잔류하는 수용성 가스가 제거된다. 또한, 스프레이 노즐(120)로부터 분사되는 물은 패킹 스택(110)에 공급되어 패킹 스택(110)에 형성된 유로에 적체된 파우더를 포집하여 제거한다.
이어 쿨-에어 분사노즐(130)로부터 배출되는 쿨-에어를 만나면서 폐가스에 포함된 수분의 상대습도를 높여 입자상 수분의 포집성능을 향상시킨다.
이와 같이 1차로 수처리된 폐가스는 데미스터(200)에 유입되는데, 이 실시예에서는 데미스터(200)는 몸체(210)와 배출관(250)이 동심상으로 중첩되어 이루어지므로 폐가스는 싸이클론 운동으로 회전하면서 다운스트림된다.
저온 물분사노즐(220, 220a)에서 분산되는 저온의 물에 의해 유입되는 폐가스에 포함된 수용성 가스와 미세 분진을 포집한다. 또한, 폐가스에 포함된 미세 물방울이 물분사노즐(220, 220a)에서 분사되는 물방울과 결합하여 사이즈가 증대된다.
바람직하게, 물분사노즐(220, 220a)은 배출관(250) 주위로 복수개가 설치되어 폐가스와의 접촉 공간을 증가시킬 수 있다.
이어 폐가스는 몸체(210)와 배출관(250) 사이에 원주방향으로 설치된 패킹 스택(230)을 통과한다.
이때, 수용성 가스와 아직 잔류하는 미세 분진을 최종적으로 제거하며, 잔류하는 파우더가 패킹들 사이에 형성되는 유로에 증착되며, 물분사노즐(220, 22a)에 의해 분사되는 물에 의해 제거된다.
이와 같이 하여 최종적으로 수용성 가스와 미세 분진이 제거된 정제된 가스는 배출관(250)을 통하여 업스트림으로 배출되는데, 이 정제된 가스는 연속적이 s수처리에 의해 높은 습도를 갖고 있기 때문에 배기라인에 부식을 초래할 수 있다.
따라서, 배출되기 전에 핫-에어 분사노즐(240)을 통하여, 예를 들어, 60℃ 정도의 고온 건조공기를 분사하여 습도를 낮춘다.
한편, 수처리탑(100)과 데미스터(200)에서 처리되어 배출되는 폐수는 폐수처리조(400)에 집하되어 처리되며, 필요에 따라 리싸이클링된다.
[표 1]은 본 발명의 수처리장치와 특허출원 제2001-82603호에 개시된 데미스터를 이용하는 경우의 장치를 거쳐 처리된 후 덕트에서 가스를 응축시켜 수분을 포집한 양을 보여주는 표이다.
항목 종래의 처리장치 본 발명의 수처리장치
덕트에서 응축시킨 수분포집량(㎖) 65 25
시간당 응축된 수분 포집량(㎖) 21.7 8.3
배기온도(℃) 30 28
즉, 폐가스에 포함된 수분을 충분히 제거하여 배기덕트의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 연속적인 수처리를 통하여 폐가스의 처리효율을 향상시킬 수 있으며, 특히 미세 분진을 확실하게 제거할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 당업자의 수준에서 여러 가지의 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시예에 한정되어 해석되어서는 안되며, 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 수처리탑과 데미스터를 통하여 연속적인 수처리를 수행함으로써 폐가스의 처리효율을 향상시킬 수 있으며, 특히 수용성 가스와 미세 분진을 확실하게 제거할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 배출되기 전에 고온의 건조공기를 이용하여 처리함으로써 폐가스에 포함된 수분을 충분히 제거하여 배기라인의 배기덕트나 배관의 부식을 방지할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 업스트림으로 폐가스가 유입되어 1차 수처리되는 수처리탑과, 상기 수처리탑의 후단에 연통되며 다운 스트림으로 유입되는 1차 수처리된 폐가스를 2차 수처리함과 동시에 수액을 분리하며 수분이 제거된 정제된 가스를 업스트림으로 배출하는 데미스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 수처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수처리탑은
    진행통로를 연장하여 유입되는 폐가스의 미세 분진과 수용성 가스를 1차 처리하는 1차 패킹 스택;
    상기 패킹 스택 위에 설치되어 상기 패킹 스택에 적체된 파우더를 제거하도록 물을 분사하는 스프레이 노즐; 및
    배출 전에 상기 폐가스에 포함된 수분의 상대습도를 높이기 위하여 쿨-에어를 공급하는 쿨-에어 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 수처리장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 데미스터는
    상기 수처리탑으로부터 유입되는 폐가스에 포함된 수분의 입자크기를 증대시키고, 후기의 2차 패킹 스택에 적체된 파우더를 제거하도록 저온의 물을 분사하는 저온 물분사노즐;
    상기 저온 물분사 노즐을 거쳐 다운스트림으로 흐르는 폐가스의 미세 분진과 수용성 가스를 2차 처리하는 2차 패킹 스택; 및
    상기 2차 패킹 스택을 통과하여 업스트림으로 배출되는 폐가스의 습도를 저감하기 위하여 고온의 핫-에어를 공급하는 핫-에어 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 수처리장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 쿨-에어와 핫-에어는 보텍스 튜브로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 폐가스 수처리장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 데미스터는 몸체와 배출관이 동심상으로 중첩되어 상기 폐가스는 싸이클론 운동으로 회전하면서 다운스트림되며, 상기 제 2 패킹 스택은 상기 몸체와 배출관 사이에 원주방향으로 설치되고, 상기 저온 물분사노즐은 상기 배출관의 주위를 따라 복수개 설치되는 것을 특징으로 하는 폐가스 수처리장치.
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