KR100801265B1 - 과불화화합물 분해시 발생하는 부생성물을 처리하는 배가스처리장치 및 방법 - Google Patents

과불화화합물 분해시 발생하는 부생성물을 처리하는 배가스처리장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배가스가 유입되는 배가스 유입구(2); 상기 배가스 유입구(2)에 연결설치되어 공기를 공급하는 공기 주입구(32); 상기 배가스 유입구(2)에 연결설치되어 배가스 유입구(2)로 유입된 배가스를 흡착처리하는 흡착층(14)이 구비된 흡착반응부(4); 상기 흡착반응부(4)에 연결설치되어 흡착반응부(4)로부터 배출되는 배가스가 유입되어 촉매처리되는 촉매층(18)이 구비된 촉매반응부(6); 상기 촉매반응부(6)로 유입되는 배가스의 이동경로에 연결설치되어 물을 공급하는 물 주입구(26); 상기 촉매반응부(6)에 연결설치되어 촉매반응부로부터 배출되는 부생성물이 포함된 배가스가 유입되어 정화처리되는 반응제층(19)이 구비된 반응제부(9); 및 상기 반응제부(9)에 연결설치되어 배가스가 배출되는 배가스 배출구(24)를 포함하는 반도체 제조공정에서 발생하는 배가스 처리장치에 관한 것이다.
배가스, 과불화화합물, 부생성물, 반응제, 촉매

Description

과불화화합물 분해시 발생하는 부생성물을 처리하는 배가스 처리장치 및 방법{Cleaning Apparatus of Exhaust Gas for Processing By-Products Generated during the Decomposition of Perfluorocompound and Method Thereof}
도 1은 본 발명에 따른 배가스 처리장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 배가스 처리장치의 일실시 양태를 나타내는 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2 : 배가스 유입구 4 : 흡착반응부
6 : 촉매반응부 8 : 분해반응부
9 : 반응제부 10 : 가열수단
12 : 필터부재 14 : 흡착층
16 : 분해반응부재 18 : 촉매층
19 : 반응제층 20 : 세정기
24 : 배출구 26 : 물 주입구
28 : 제 1 열교환기 28' : 제 2 열교환기
28" : 제 3 열교환기 32, 32' : 공기 주입구
본 발명은 반도체 또는 LCD 제조공정 중에 발생하는 배가스 및 배가스에 포함된 과불화화합물의 분해시 발생되는 부생성물을 처리하기 위한 배가스 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡착층이 구비된 흡착반응부, 촉매층이 구비된 촉매반응부 및 반응제층이 구비된 반응제부를 순차적으로 연결설치하여 배가스 처리장치를 구성한 후 상기 배가스 처리장치에 반도체 또는 LCD 제조공정에서 발생되는 배가스, 공기 및 물을 통과시켜 배가스에 포함된 오염물질을 처리하는 장치 및 처리방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정 중 에칭(Etching) 공정에서는 웨이퍼의 표면을 에칭하기 위하여 BCl3, Cl2, F2, HBr, HCl, HF 등의 산성가스 및 CF4, CHF3, C2F6, C3F8, C4F6, C4F8, C5F8, NF3, SF6 등과 같은 과불화화합물을 사용하고, 화학 증기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 공정 중 증착단계에서는 웨이퍼의 표면증착을 위하여 AsH3, NH3, PH3, SiH4, Si2H2Cl2 등과 같은 가스를 사용하며, 세정단계에서는 플라즈마 존재 하에서 NF3, C2F6, C3F8 등과 같은 과불화화합물을 사용하므로 이를 처리하기 위한 공정이 필수적으로 요구된다.
전술한 과불화화합물을 제거하기 위한 방법으로는 직접연소법, 간접히팅법, 플라즈마법, 촉매법 등이 있으며, 상기 직접연소법은 액화천연가스(LNG) 또는 수소의 연소시 발생하는 1,400 내지 1,600℃의 불꽃을 이용하여 과불화화합물을 산화시킴으로써 이산화탄소, 불소(F2) 및/또는 HF로 전환시켜 제거한다.
그러나 상기 직접연소법은 액화천연가스 또는 수소 등을 연료로 사용하기 때문에 액화천연가스 또는 수소 공급설비가 없는 기존의 FAB(Fabrication)에서 사용할 수 없을 뿐만 아니라, 화재 및 폭발 등의 문제에 대응하기 위한 안전 대책을 필요로 하며, 처리하고자 하는 과불화화합물이 1,400 내지 1,600℃의 고온에서 처리되므로 소요되는 운전비용이 증가한다는 문제점 등이 있고, 추가적으로 고온에서 연소시킴으로써 산성비, 광화학스모그의 원인이 되는 NOx가 발생되어 2차 대기오염을 발생시키는 문제점 등이 있다.
더욱이, 상기 직접연소법은 고온연소를 위하여 많은 양의 화석연료를 사용하기 때문에 지구온난화의 원인으로 알려진 이산화탄소를 다량 배출한다는 문제점이 있고, 과불화화합물을 효과적으로 처리하기 위해 넓은 범위에서 고온의 불꽃을 형성하여야 하지만, 이것이 어렵기 때문에 대용량의 과불화화합물을 함유한 배가스를 처리하는 것에 한계가 있다.
한편, 간접히팅법은 히터를 이용하여 간접적으로 반응기의 온도를 상승시킴으로써 직접연소법과 같이 과불화화합물을 산화시켜 제거하는 방식으로서, 일반적으로 1,100 내지 1,200℃의 온도범위에서 운전을 하기 때문에 CF4 등과 같은 난분해성 과불화화합물의 제거가 어려울 뿐만 아니라 고온 히팅으로 인해 히터의 수명이 단축되어 연속적인 조업이 곤란하다는 문제점이 있다.
플라즈마법은 RF(Radio Frequency) 또는 열 플라즈마를 이용하여 과불화화합물을 분해·제거하는 방법으로서, 플라즈마에 의하여 분해된 과불화화합물이 재결합하여 다른 종류의 과불화화합물로 전환될 수 있어 전체 과불화화합물의 제거효율이 낮을 뿐만 아니라, COF2 등과 같은 유독성 물질을 생성하는 문제점이 있고, 플라즈마 장치의 특성상 진공도가 높아 플라즈마의 활성화가 높은 반도체 제조장치와 펌프 사이에 설치하여 플라즈마 장치를 운전하는 것이 이상적이지만, 반응에 의해 생성된 불소 및 HF에 의한 펌프의 부식이 문제시 되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 진공도가 낮은 펌프 후단에 이를 사용할 수 있지만, 이러한 경우 플라즈마의 활성화가 문제되어 높은 제거효율을 얻을 수 없으며, 플라즈마 장치의 내구성에 대한 경험적 자료가 부족하여 연속운전을 필요로 하는 반도체 제조공정상의 특징을 고려하여 볼 때, 그 사용이 매우 제한적이라고 할 수 있다.
또한, 전술한 플라즈마법은 플라즈마 장치의 구성이 복잡하고 플라즈마의 안전성 확보가 곤란하기 때문에 고유량/고농도의 과불화화합물을 제거할 수 없는 문제점 등이 있다.
이에, 최근에는 직접연소법, 간접히팅법 및 플라즈마법의 문제점을 극복하기 위해 촉매를 이용한 과불화화합물의 제거방법이 대두되고 있다.
촉매를 이용한 과불화화합물의 제거방법은 상기 과불화화합물의 분해 활성화 에너지를 낮출 수 있어 CF4 등의 난분해성 과불화화합물을 800℃ 이하의 저온에서 제거할 수 있도록 하며, 촉매의 충전량에 따라 대용량 및/또는 고농도의 과불화화합물을 함유한 배가스를 처리할 수 있고, 지진 및/또는 단전 등에 의해 일시적으로 에너지가 공급되지 않더라도 촉매 또는 축열제의 축열작용으로 인해 일정시간 동안 과불화화합물을 제거할 수 있다.
그러나, 전술한 과불화화합물 처리방법은 과불화화합물 분해시 여러 가지 부생성물이 발생할 수 있다.
이러한 부생성물은 통상의 습식 세정기에서 H2O 또는 염기성화합물에 반응시켜 제거되지만, 표 1에 도시된 바와 같이 H2O에 대한 용해도가 낮은 일부 화합물의 경우 100% 제거되지 못하고 배출되며, 습식 세정기의 효율이 낮거나 운전조건이 적합하지 않은 경우 H2O에 대한 용해도가 상승하더라도 습식 세정기에서 완전히 제거되지 못하고 배출되는 문제점 등이 있다.
Figure 112006089001761-pat00001
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 과불화화합물이 포함된 배가스를 처리하는 배가스 처리장치 후단에 상기 배가스 처리시 발생하는 부생성물이 포함된 배가스를 정화처리하는 반응제층이 구비된 반응제부를 연결설치하여 반도체 또는 LCD 제조공정에서 발생되는 배가스에 포함된 오염물질을 처리하는 장치 및 처리방법을 제공하는데 기술적 과제가 있다.
한 가지 관점에서, 본 발명은 배가스가 유입되는 배가스 유입구; 상기 배가스 유입구에 연결설치되어 공기를 공급하는 공기 주입구; 상기 배가스 유입구에 연 결설치되어 배가스 유입구로 유입된 배가스를 흡착처리하는 흡착층이 구비된 흡착반응부; 상기 흡착반응부에 연결설치되어 흡착반응부로부터 배출되는 배가스가 유입되어 촉매처리되는 촉매층이 구비된 촉매반응부; 상기 촉매반응부로 유입되는 배가스의 이동경로에 연결설치되어 물을 공급하는 물 주입구; 상기 촉매반응부에 연결설치되어 촉매반응부로부터 배출되는 부생성물이 포함된 배가스가 유입되어 정화처리되는 반응제층이 구비된 반응제부; 및 상기 반응제부에 연결설치되어 배가스가 배출되는 배가스 배출구를 포함하는 반도체 제조공정에서 발생하는 배가스 처리장치를 제공한다.
또한, 필요에 따라 상기 흡착반응부와 상기 촉매반응부 사이에는 분해반응부가 더 포함된 배가스 처리장치를 제공한다.
다른 관점에서, 본 발명은 배가스 및 공기를 흡착층이 구비된 흡착반응부를 통과시켜 배가스에 포함된 과불화화합물을 처리하는 흡착 반응단계; 상기 흡착 반응단계를 통과한 배가스에 물을 주입한 뒤 촉매층을 통과시켜 배가스에 존재하는 미처리된 과불화화합물을 촉매처리하는 촉매 반응단계; 및 상기 촉매 반응단계를 통과한 배가스를 반응제층이 구비된 반응제부를 통과시켜 촉매처리시 발생하는 부생성물을 정화처리하는 정화 반응단계를 포함하는 반도체 제조공정에서 발생하는 배가스 처리방법을 제공한다.
또한, 필요에 따라 상기 흡착 반응단계와 상기 촉매 반응단계 사이에는 분해 반응단계가 더 포함된 배가스 처리방법을 제공한다.
본 발명에 따른 배가스는 BCl3, Cl2, F2, HBr, HCl, HF 등의 산성가스 또는 CF4, CHF3, C2F6, C3F8, C4F6, C4F8, C5F8, NF3, SF6 등의 과불화화합물 또는 AsH3, NH3, PH3, SiH4, Si2H2Cl2 또는 이들의 혼합물을 포함하는 배가스(배기가스)를 의미하는 것으로서, 전술한 물질을 포함하는 가스라면 어떠한 가스라도 본 발명에 따른 배가스에 해당될 것이며, 바람직하게는 반도체 제조공정 또는 LCD 제조공정 등에서 배출되는 배가스를 의미한다.
또한, 본 발명에 따른 배가스는 이를 처리하는 배가스 처리장치에서 단독으로 처리되는 것이 아니라 산소와 함께, 바람직하게는 촉매반응부에서 산소와 함께 반응하여 처리되므로, 상기 배가스 처리장치로 유입되는 배가스, 특히 상기 배가스 처리장치의 촉매반응부로 유입되는 배가스에는 필연적으로 산소를 포함하여야 하며, 통상적으로 산소만을 독립적으로 사용하는 것 보다 공기 중에 포함된 산소를 이용하여 처리하는 것이 경제적인 측면에서 보다 바람직하므로 본 발명에 따른 배가스 처리장치로 유입되는 가스, 특정적으로 배가스를 촉매처리하는 촉매반응부로 유입되는 배가스는 배가스 및 공기의 혼합물로 구성된다.
본 발명에 따른 배가스 유입구는 반도체 또는 LCD 제조공정 중에 발생하는 배가스를 유입하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 달성할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 내산성, 내알카리성 또는 내열성의 재질로 형성된 것이 좋다.
본 발명에 따른 흡착반응부는 유입되는 배가스 및 공기 중에 존재하는 과불화화합물, 바람직하게는 NF3, SF6와 BCl3, BF3, Br2, Cl2, COF2, F2, HBr, HCl, HF, SiCl4, SiF4, WF6 등의 산성가스 및 AsH3, NH3, PH3, SiH4, Si2H2Cl2 등의 증착가스 등을 흡착하여 제거하기 위한 것으로서, 전술한 물질을 흡착하여 제거할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 Ca(OH)2, CaO, CuO, FeO(OH), Fe2O3, Fe3O4, MnO2, Sr(OH)2, Sr2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 이루어진 흡착제가 충진된 형태, 더욱 바람직하게는 전술한 흡착제를 볼(Ball), 펠렛(Pellet), 타블렛(Tablet) 또는 허니컴(Honeycomb) 형태로 성형하여 충진한 형태로 사용되는 것이 좋다.
상기 흡착반응부는 상온에서 운전될 수도 있지만, 특정적으로 250 내지 500℃의 온도범위에서도 운전될 수 있는바, 특정 양태로서 배가스 중에 존재하는 산성가스 및/또는 증착가스 등을 제거하기 위해 흡착층에 이웃하도록 가열수단이 구비되어 상기 흡착층을 250 내지 500℃의 온도범위에서 유지하도록 구성할 수 있다.
여기서, 상온에서 운전한다는 의미는 상기 배가스 및 공기 중에 존재하는 NF3, SF6 등을 상기 흡착반응부에서 처리하지 않고 통과시키고, 그 후단에 연결설치된 촉매반응부의 촉매층에서 처리되도록 하는 것으로서, 상기 흡착반응부가 상온으로 유지되면 과불화화합물의 일종인 NF3, SF6를 제거하지 못하지만, 250 내지 500℃의 온도범위에서는 NF3, SF6 등을 처리할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 흡착반응부를 상온으로 유지시켜 NF3, SF6 등을 처리하지 않고 그 후단에 설치된 촉매반응부로 유입시킬 경우, 상기 촉매반응부에 구비된 촉매층에 의하여 NF3, SF6 등이 처리될 것이지만, 이러한 경우 상기 촉매반응부에서는 부생성물로서 F2, HF, H2S, H2SO4, NOx, SO2, SO2F2, SO3 등이 생성되어 추후 이를 처리하여야 한다.
필요에 따라, 본 발명에 따른 흡착반응부는 배가스에 포함된 입자상 물질 예를 들면 As, B, Ga, Ge, Si 등의 금속 및/또는 AsxOy, BxOy, Ga2O3, Ge2O3, PxOy, SiO2 등의 산화물을 제거하기 위한 필터부재를 더 구비할 수 있는바, 사용 가능한 필터부재로는 상기 입자상 물질을 제거할 수 있는 필터라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 당업계에서 통상적으로 사용되는 필터를 사용하는 것이 좋고, 특히 바람직하게는 다공성 필터를 사용하는 것이 좋다.
여기서, 상기 입자상 물질을 제거하기 위한 다공성 필터의 바람직한 양태는 입자상 물질의 축적에 따른 막힘 현상을 방지하기 위하여 비교적 공극율이 높은 것이 좋고, 제거효율을 증가시키기 위해 입자상 물질과의 유효 접촉면적이 넓은 것이 바람직한 바, 추천하기로는 세라믹 허니컴(Ceramic Honeycomb), 세라믹 폼(Ceramic Foam) 및 메탈릭 폼(Metallic Foam)이 좋지만 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 촉매반응부는 상기 흡착반응부에 연결설치되어 흡착반응부에서 처리된 배가스 중에 존재하는 오염물질, 예를 들면 과불화화합물을 이산화탄소, HF 및/또는 물 등으로 전환시켜 처리하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 달성할 수 있는 촉매가 충진된 것 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 당업계에서 통상적으로 사용하는 과불화화합물을 제거하기 위한 촉매를 사용하는 것이 좋고, 추천하기로는 감마알루미나, 세타알루미나, 예타알루미나 등의 알루미나, 보에마이트 또는 의보에마이트로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 담체에 갈륨 및 1A족 금속, 예를 들면 나트륨, 리튬, 칼륨 또는 이들의 혼합물을 추가로 담지시킨 촉매를 사용하는 것이 좋다.
이때, 상기 촉매를 구성하는 갈륨은 전체 촉매 중량당 1 내지 50중량%를 포함하며, 1A족 금속인 나트륨, 리튬, 칼륨 또는 이들의 혼합물은 전체 촉매 중량당 0.1 내지 5중량%를 포함하는 것이 좋다.
필요에 따라, 본 발명에 따른 촉매는 감마알루미나, 세타알루미나, 예타알루미나 등의 알루미나, 보에마이트 또는 의보에마이트로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 담체에 갈륨 및 1A족 금속인 나트륨, 리튬, 칼륨 또는 이들의 혼합물을 담지시킨 촉매를 황처리하여 제조할 수 있는바, 상기 촉매를 황처리하는 방법은 전술한 담체에 갈륨 내지 나트륨, 리튬, 칼륨 또는 이들의 혼합물을 담지시켜 제조한 촉매를 0.01 내지 1M 황산 수용액에 함침시킨 뒤 건조 및/또는 소성하거나 이산화황을 상기 촉매에 지속적으로 흘려준다.
본 발명에 따른 반응제부는 상기 촉매반응부와 연결설치되어 촉매반응부로부터 유입되는 배가스와 과불화화합물 분해시 발생하는 부생성물, 바람직하게는 CO, COF2, CO2, F2, HF, H2S, H2SO4, OF2, SO2, SO2F2, SO3 또는 이들의 혼합물 등을 제거 하기 위한 것으로서, 전술한 물질을 제거할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 Ba(OH)2, BaO, Ca(OH)2, CaO, FeO(OH), Fe2O3, Fe3O4, Mg(OH)2, MgO, Sr(OH)2, Sr2O3, ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 이루어진 반응제가 충진된 형태, 더욱 바람직하게는 전술한 반응제를 볼(Ball), 펠렛(Pellet), 타블렛(Tablet) 또는 허니컴(Honeycomb) 형태로 성형하여 충진한 형태로 사용되는 것이 좋다.
상기 반응제층은 상온에서 배가스를 통과시킬 경우 배가스에 포함된 H2O에 의해 반응제가 수분을 함유하여 제거성능을 발휘하지 못하게 되므로 부생성물을 제거하기 위해 반응제가 100 내지 500℃의 온도범위에서 배가스를 통과시켜야 되는 바, 특정 양태로서 배가스 중에 존재하는 부생성물을 제거하기 위해 반응제층에 이웃하도록 가열수단이 구비되어 상기 반응제층을 100 내지 500℃의 온도범위에서 유지하도록 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 배출구는 상기 반응제부와 연결설치되어 반응제부로부터 부생성물이 제거된 배가스를 외부로 배출하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 달성할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 내산성, 내알카리성, 내열성의 재질로 형성된 것이 좋다.
필요에 따라, 본 발명에 따른 배가스 처리장치는 흡착반응부와 촉매반응부 사이에 분해반응부재가 구비된 분해반응부를 연결설치하여 사용할 수 있는바, 상기 분해반응부재는 흡착반응부에서 미처 처리하지 못한 미처리 물질, 예를 들면 AsH3, PH3, SiCl4, SiF4, SiH4, SiH2Cl2 등이 촉매층에서 고체상 입자, 예를 들면 AsxOy, PxOy, SiO2 등의 입자로 전환되어 물리적으로 촉매의 기공을 막는 것을 방지하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 달성하기 위하여 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 AsH3, PH3, SiCl4, SiF4, SiH2Cl2 등이 포함된 배가스를 300 내지 550℃의 온도범위에서 가열하여 이들을 As, P, Si로 분해함으로써 필터상에 첨착시켜 처리하는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 특별히 한정되는 것은 아니며, 특히 바람직하게는 흡착반응부의 필터부재에서 사용된 다공성 필터를 사용하는 것이 좋다.
이때, 공기는 흡착반응부로 유입되는 배가스와 함께 유입되지 않고 분해반응부로 이동되는 배가스의 이동경로로 주입되어도 무방하며, 상기 분해반응부 내부에 구비된 분해반응부재의 주변에 가열수단이 이웃하도록 구비되어 상기 분해반응부재를 300 내지 550℃의 온도범위로 유지할 수 있다.
또한, 필요에 따라 반응제부 후단에 배가스 처리장치로부터 배출되는 공기에 포함된 미처리된 과불화화합물을 제거하기 위한 세정부를 더 설치하여 반응제부의 반응제층을 통과하며 처리된 공기 중에 존재하는 불소 및 HF를 세정할 수 있는바, 상기 세정부로 사용 가능한 것은 당업계에서 통상적으로 사용되는 세정장치라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 습식 세정기를 사용하는 것이 좋다. 이때, 상기 습식세정기는 그 내부에 물을 지속적으로 공급함으로써 처리된 공기 중에 존재하는 불소 및 HF 등을 세정할 수 있지만, 필요에 따라 염기성화합물 또는 물과 Ca(OH)2, NaOH 등의 염기성 화합물의 혼합물을 이용하여 오염물질을 처리할 수 있다.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 배가스 처리장치의 배가스 처리방법은 배가스 및 공기를 흡착층이 구비된 흡착반응부에 통과시켜 배가스에 존재하는 과불화화합물 등을 처리하는 흡착 반응단계; 상기 흡착 반응단계를 통과한 배가스 및 공기에 물을 주입한 뒤 촉매반응부를 통과시켜 배가스에 존재하는 미처리된 과불화화합물을 촉매처리하는 촉매 반응단계; 및 상기 촉매 반응단계를 통과한 배가스 및 공기를 반응제부를 통과시켜 배가스에 존재하는 부생성물을 정화처리하는 정화 반응단계를 포함한다.
이때, 상기 공기는 흡착반응부로 유입되는 배가스와 함께 유입되지 않고 촉매반응부로 이동되는 배가스의 이동경로로 주입되어도 무방하며, 상기 흡착 반응단계는 상온 또는 250 내지 500℃의 온도범위에서 수행되는 것이 좋고, 상기 촉매 반응단계는 400 내지 800℃의 온도범위에서 수행되는 것이 좋으며, 상기 정화 반응단계는 100 내지 500℃의 온도범위에서 수행되는 것이 좋다.
여기서, 상기 흡착 반응단계를 상온에서 수행하는 경우, 상기 배가스가 포함된 NF3 및 SF6 등이 흡착제에 흡착되지 않고 그 후단에 연결설치된 촉매반응부의 촉매층으로 유입되어 처리되도록 할 수 있다. 그러나 상기 촉매반응부에 구비된 촉매층에 의하여 NF3, SF6 등이 처리될 경우, 상기 촉매반응부에서는 부생성물로서 HF, H2S, H2SO4, NOx, SO2, SO2F2, SO3 등이 생성되어 추후 이를 처리하여야 한다.
반면, 상기 흡착 반응단계가 250 내지 500℃의 온도범위로 유지된다면, 상기 배가스에 포함된 NF3, SF6 등이 흡착반응부의 흡착층에 흡착되어 처리될 수 있다.
본 발명에 따른 배가스 처리방법은 특정양태로서, 상기 흡착 반응단계 및 촉매 반응단계 사이에 촉매층에서 고체상 입자로 전환될 수 있는 물질, 바람직하게는 미처리 물질을 입자상으로 전환시켜 처리하는 분해 반응단계를 더 포함할 수 있으며, 필요에 따라 상기 분해 반응단계로 유입되는 배가스에 공기가 주입될 수 있다.
다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 배가스 처리방법은 정화 반응단계 후단에 배가스 중에 존재하는 이산화탄소, 불소, HF 또는 물을 세정하는 세정단계를 더 포함할 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 배가스 처리장치는 흡착반응부, 촉매반응부 및 반응제부가 순차적으로 연결설치되어 구성될 경우를 일례로 하여 그 처리 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 ⅰ) 배가스 및 공기가 250 내지 500℃의 온도로 유지되는 필터부재 및 흡착제를 순차적으로 통과하며 상기 배가스에 존재하는 입자상 물질, NF3, SF6, 산성가스 및/또는 증착가스를 제거하는 흡착 반응단계;
ⅱ) 단계 ⅰ)에서 처리된 배가스의 이동경로에 물을 공급하여 혼합하는 단계;
ⅲ) 단계 ⅱ)에서 혼합된 물과 배가스 및 공기가 400 내지 800℃의 온도로 유지되는 촉매층을 통과하며 상기 물을 포함하는 배가스 혼합물에 존재하는 과불화화합물을 이산화탄소, 불소, HF 또는 물로 전환시키는 촉매 반응단계;
ⅳ) 단계 ⅲ)에서 처리된 배가스 및 ⅲ)에서 발생한 부생성물이 100 내지 500℃로 유지되는 반응제층을 통과하며 상기 배가스 상에 존재하는 부생성물 제거하는 정화 반응단계;
ⅴ) 정화 처리가 종료된 가스를 외부로 배출하는 단계를 포함한다.
필요에 따라, 상기 ⅰ)단계와 ⅱ) 단계 사이에는 ⅰ) 단계에서 처리된 배가스 및 공기가 300 내지 550℃의 온도로 유지되는 분해반응부재를 통과하며, 상기 처리된 배가스 중에 존재하는 촉매층에서 고체상 입자로 전환될 수 있는 물질을 입자상으로 전환시켜 제거하는 분해 반응단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 ⅳ) 단계 후단에는 ⅳ) 단계에서 처리된 배가스가 세정부를 통과하며 상기 처리된 배가스 중에 존재하는 이산화탄소, 불소, HF 또는 물을 세정하는 세정단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 세정단계는 구체적으로 습식세정을 통하여 수행될 수 있으며, 상기 습식세정을 이용하여 세정단계를 수행할 경우, 필요에 따라 습식세정의 후공정으로 처리된 공기 중에 포함된 미량의 HF 및 사용된 물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡착 반응단계와 상기 분해 반응단계 사이, 상기 촉매 반응단계와 상기 세정단계 사이 및 상기 세정단계와 상기 정화 반응단계 사이의 공기 이동 경로에 열교환기를 설치하여 열을 회수하고, 회수된 열을 각 이동경로에 설치되는 열교환기로 공급하여 가스를 예열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 설명은 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 배가스 처리장치를 나타내는 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 배가스 처리장치의 일실시 양태를 나타내는 구성도로서 함께 설명한다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배가스 처리장치는 거시적인 관점에서, 배가스 및 공기 중에 존재하는 입자상물질, 산성가스, 증착가스 등을 처리하는 흡착반응부(4); 배가스에 존재하는 과불화화합물을 처리하기 위한 촉매층(18)이 구비된 촉매반응부(6); 및 배가스에 존재하는 부생성물을 처리하기 위한 반응제부(9)로 구성되어 있으며, 보다 구체적으로는 배가스가 유입되는 배가스 유입구(2); 상기 배가스 유입구(2)에 연결설치되어 공기를 공급하는 공기 주입구(32); 상기 배가스 유입구(2)에 연결설치되어 배가스 유입구(2)로 유입된 배가스를 흡착처리하는 흡착층(14)이 구비된 흡착반응부(4); 상기 흡착반응부(4)에 연결설치되어 흡착반응부(4)로부터 배출되는 배가스가 유입되어 촉매처리되는 촉매층(18)이 구비된 촉매반응부(6); 상기 촉매반응부(6)로 유입되는 배가스의 이동경로에 연결설치되어 물을 공급하는 물 주입구(26); 상기 촉매반응부(6)에 연결설치되어 촉매반응부로부터 배출되는 부생성물이 포함된 배가스가 유입되어 정화처리되 는 반응제층(19)이 구비된 반응제부(9); 및 상기 반응제부(9)에 연결설치되어 배가스가 배출되는 배가스 배출구(24)를 포함하는 반도체 제조공정에서 발생하는 배가스 처리장치를 포함하여 구성된다.
필요에 따라, 본 발명에 따른 배가스 처리장치는 촉매반응부(6)에 충진된 촉매층(18)에서 고체상 입자로 전환될 수 있는 물질을 입자상으로 전환시켜 처리하는 분해반응부(8)가 상기 흡착반응부(4) 및 촉매반응부(6)의 사이에 연결설치될 수 있으며, 상기 반응제부(9)로부터 배출되는 물을 냉각시키고 배가스를 처리하는 세정부(20)가 상기 반응제부(9)의 후단에 연결설치될 수 있다.
본 발명에 따른 흡착반응부(4)는 배가스 및 공기 중에 존재하는 입자상물질 예를 들면, As, B, Ga, Ge, Si 등의 금속 및/또는 AsxOy, BxOy, Ga2O3, Ge2O3, PxOy, SiO2 등의 산화물 및/또는 실온에서 고체로 변화하는 물질인 AlCl3 등을 제거하기 위한 필터부재(12), 바람직하게는 다공성 필터부재(12) 및 NF3, SF6와 BCl3, BF3, Br2, Cl2, COF2, F2, HBr, HCl, HF, SiCl4, SiF4, WF6 등 산성가스 및 AsH3, NH3, PH3, SiH4, Si2H2Cl2 등의 증착가스 등을 흡착하여 제거하기 위한 흡착층(14)이 배가스 및 공기의 흐름방향에 대하여 순차적으로 연결설치되어 있고, 필요에 따라 상기 필터부재(12) 및 흡착층(14)과 이웃하도록 가열수단(6)이 구비되어 필터부재(12) 및 흡착층(14)의 온도를 250 내지 500℃로 유지할 수 있다.
이때, 상기 필터부재(12)를 흡착층(14)의 전방에 설치하는 것은 배가스 또는 배가스 및 공기 중에 존재하는 SiF4, WF6 등이 흡착제와 반응하여 입자상 물질인 SiO2 또는 WO3를 생성하지 못하도록 상기 SiF4, WF6 등을 제거하기 위해 사용되고, 공기를 배가스와 함께 흡착반응부(2)로 공급하는 것은 상기 배가스에 존재하는 SF6 등의 물질이 흡착층(14)을 구성하는 흡착제와 반응하여 생성되는 황 등의 부생성물이 배가스의 이동경로를 제공하는 관(미도시) 등에 축적되어 배가스 처리장치에 압력차를 발생시키는 것을 억제하기 위해 사용된다.
여기서, 상기 필터부재(12)의 하단에는 필요에 따라, 싸이클론 등을 설치하여 입자상 물질을 용이하게 제거할 수도 있고, 상기 흡착층(14)은 NF3, SF6와 산성가스 및/또는 증착가스 등을 흡착하여 제거할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 바람직하게는 Ca(OH)2, CaO, CuO, FeO(OH), Fe2O3, Fe3O4, MnO2, Sr(OH)2, Sr2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 볼, 펠렛, 타블렛 또는 허니컴 형태로 성형하여 사용하는 것이 좋다.
특히, 본 발명에 따른 흡착반응부(4)의 배가스 유입구(2)에는 필요에 따라 공기 흐름의 구동력을 제공하는 공기펌프(미도시)를 설치하여 배가스 처리시 발생하는 압력차를 상쇄할 수 있을 뿐만 아니라, 배가스 유입구(2)의 일측에 배가스 처리장치의 압력증가를 체크하기 위한 압력계를 함께 설치할 수도 있다.
한편, 상기 흡착반응부(4)로 유입되는 배가스 또는 공기에 SiH4 등의 실란이 포함되면 실란이 공기 주입구(32)로 공급되는 공기에 노출되어 발화 또는 폭발할 수 있으므로 상기 흡착반응부(4)에 실란이 유입되면 흡착반응부(4)로 공급되는 공기를 분해반응부(8) 또는 촉매반응부(6)로 직접 공급하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 촉매반응부(6)는 상기 흡착반응부(4), 보다 구체적으로는 흡착반응부(4)로부터 배출되는 배가스의 이동경로(미도시)에 연결설치되어 흡착반응부(4)로부터 배출되는 배가스 또는 배가스 및 공기 중에 존재하는 과불화화합물 등을 처리하기 위한 것으로서, 상기 흡착반응부(4)로부터 배출되는 배가스의 이동경로에 물을 공급하여 물과 배가스 및 공기를 혼합할 수 있도록 하는 물 주입구(26)가 별도로 설치되며, 필요에 따라 상기 물과 배가스 및 공기의 혼합물에 존재하는 과불화화합물을 제거하기 위한 촉매층(18) 및 상기 촉매층(18)과 이웃하게 구비되어 촉매층(18)의 온도를 400 내지 800℃로 유지하기 위한 가열수단(6)으로 구성된다.
여기서, 상기 촉매층(18)은 과불화화합물을 처리하기 위하여 사용되는 촉매가 충진된 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 바람직하게는 당업계에서 통상적으로 사용되는 촉매를 사용하는 것이 좋고, 특히 바람직하게는 감마알루미나, 세타알루미나, 예타알루미나 등의 알루미나, 보에마이트 또는 의보에마이트로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 담체에 갈륨이 전체 촉매 중량당 1 내지 50중량%, 1A족 금속인 나트륨, 리튬, 칼륨 또는 이들의 혼합물을 전체 촉매 중량당 0.1 내지 5중량% 함침된 촉매가 좋다.
상기 과불화화합물을 처리하는 촉매는 필요에 따라, 황처리하여 사용할 수 있는바, 상기 촉매를 황처리하는 방법은 촉매에 황을 처리하기 위해 사용되는 어떠한 처리방법이라도 무방하지만, 바람직하게는 전술한 감마알루미나, 세타알루미나, 예타알루미나 등의 알루미나, 보에마이트 또는 의보에마이트로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 담체에 갈륨이 전체 촉매 중량당 1 내지 50중량%, 1A족 금속인 나트륨, 리튬, 칼륨 또는 이들의 혼합물을 전체 촉매 중량당 0.1 내지 5중량% 함침한 촉매를 0.01 내지 1M 황산 수용액에 함침시킨 뒤 건조 및/또는 소성하는 방법 또는 이산화황을 상기 촉매에 지속적으로 흘려주는 방법을 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 반응제부(9)는 상기 촉매반응부(6), 보다 구체적으로는 촉매반응부(6)로부터 배출되는 배가스의 이동경로(미도시)에 연결설치되어 촉매반응부(6)로부터 배출되는 배가스 및 공기 중에 존재하는 부생성물 등을 처리하기 위한 것으로서, 상기 배가스에 존재하는 부생성물을 제거하기 위한 반응제층(19) 및 상기 반응제층(19)과 이웃하게 구비되어 반응제층(19)의 온도를 100 내지 500℃로 유지하기 위한 가열수단(10)으로 구성된다.
상기 반응제층(19)은 부생성물을 처리하기 위한 촉매반응부(6)로부터 유입되는 부생성물 예컨대, CO, COF2, CO2, F2, HF, H2S, H2SO4, OF2, SO2, SO2F2, SO3 등을 제거하기 위하여 Ba(OH)2, BaO, Ca(OH)2, CaO, FeO(OH), Fe2O3, Fe3O4, Mg(OH)2, MgO, Sr(OH)2, Sr2O3, ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 이 루어진 반응제가 충진된 것으로서, 볼, 펠렛, 타블렛 또는 허니컴 형태로 성형하여 사용되며, 상기 반응제는 다음의 반응식 1 내지 4와 같이 부생성물과 반응한다.
[반응식 1] 3HF + FeO(OH) → FeF3 + 2H2O
[반응식 2] 2HF + Sr(OH)2 → SrF2 + 2H2O
[반응식 3] 3SO2 + FeO(OH) → Fe2(SO4)3 + 1/2H2
[반응식 4] SO2 + Sr(OH)2 → SrSO4 + H2
필요에 따라, 본 발명에 따른 배가스 처리장치는 분해반응부(8)를 흡착반응부(4) 및 촉매반응부(6) 사이에 연결설치할 수 있는바, 상기 분해반응부(8)는 상기 흡착반응부(4)에서 미처 처리되지 못하고 배출되어 촉매층에서 고체상 입자, 예를 들면 AsxOy, PxOy, SiO2 등으로 전환될 수 있는 물질인 AsH3, PH3, SiCl4, SiF4, SiH4, SiH2Cl2 등을 처리할 수 있는 분해반응부재(16)가 구비되어 있고, 상기 분해반응부재(16)와 이웃하도록 가열수단(6)이 구비되어 분해반응부재(16)를 300 내지 550℃의 온도범위로 유지할 수 있다. 이때, 상기 분해반응부(8)로 유입되는 배가스의 이동경로에 공기를 공급하는 공기 주입구(32')를 연결설치하여 상기 촉매반응부로 흡입되는 배가스와 혼합시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배가스 처리장치는 필요에 따라, 반응제부(9) 후단에 세정부(20)를 연결설치할 수 있는바, 상기 세정부(20)는 상기 촉매반응부(6)로부터 배출되는 공기를 세정하는 것으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 세정장치라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 습식세정기를 사용하는 것이 좋다.
여기서, 상기 습식세정기에 사용되는 용액은 촉매반응부(6)에서 처리되며 생성된 HF, H2SO4 및 SOx 등을 제거하면서 물을 정화시킬 수 있는 알칼리 물질인 Ca(OH)2 또는 Na(OH)를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 습식세정기를 사용하여 세정부(20)를 구성할 경우 필요에 따라, 상기 습식세정기의 후단에 세정부(20)로부터 배출되는 공기 중에 포함된 미량의 HF 및 사용된 물을 처리하기 위한 트랩(미도시)을 더 설치할 수 있다.
필요에 따라, 본 발명에 따른 배가스 처리장치는 상기 흡착반응부(4)의 후단, 촉매반응부(6)의 후단 및 반응제부(9) 후단의 처리된 가스가 이동하는 경로에 제 1 열교환기(28), 제 2 열교환기(28') 및 제 3 열교환기(28")를 각각 설치하고, 설치된 상기 제 1 열교환기(28) 및 제 2 열교환기 및 제 3 열교환기(28")를 서로 연결설치하여 흡착반응부(4), 촉매반응부(6) 또는 반응제부(9)로부터 배출되는 가스의 열을 각각의 열교환기(28, 28', 28")로 회수하여 각각의 열교환기(28, 28', 28")에 연결설치된 다른 열교환기(28, 28', 28")로 열을 공급함으로써, 흡착반응부(4), 촉매반응부(6) 또는 반응제부(9)로 배출되는 가스를 예열시킬 수 있도록 구 성할 수 있다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 배가스 처리장치는 상기 흡착반응부(4)의 일측에 구비되는 배가스 유입구(2) 및 배가스 유입구(2)에 연결설치된 공기 주입구(32)를 통하여 배가스 또는 배가스 및 공기가 유입되고, 유입된 배가스 및 공기는 흡착반응부(4), 분해반응부(8), 촉매반응부(6), 반응제부(9) 및 세정부(20)를 순차적으로 통과한 후 상기 세정부(20)의 일측에 구비되는 배출구(24)를 통하여 처리된 공기가 배출되도록 구성된다.
여기서, 상기 공기 주입구(32)는 필요에 따라 분해반응부(8) 또는 촉매반응부(6)로 유입되는 배가스의 이동경로에 구비되어 공기를 배가스와 혼합시켜 분해반응부(8) 또는 촉매반응부(6)로 유입시킴으로써 흡착반응부(4)로 유입되는 배가스와 공기의 혼합을 생략할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 배가스 처리장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
특정 양태로서, 흡착반응부(4), 촉매반응부(6) 및 반응제부(9)로 구성된 본 발명에 따른 배가스 처리장치를 일례로 하여 그 작용을 설명하면, 먼저 반도체 제조공정 또는 LCD 제조공정 등에서 발생된 배가스를 공기와 혼합시킨, 예를 들면 산소와 배가스에 포함된 과불화화합물의 혼합비를 3:1로 혼합시킨 후 흡착반응부(4)의 일측에 구비된 유입구(2)를 통하여 상온 또는 250 내지 500℃로 유지되는 흡착반응부(4)의 내부로 유입시킨다.
그 다음, 상기 흡착반응부(4)로 유입된 배가스 및 공기는 상기 흡착반응부(4)에 구비된 흡착층(14)을 통과하며 NF3, SF6와 산성가스 및/또는 증착가스 등이 상기 흡착층(14)에 흡착되어 제거된다.
여기서, 상기 흡착반응부(4)의 흡착층(14)의 전단에 필터부재(12)를 설치한 경우, 상기 흡착반응부(4)로 유입된 배가스 및 공기는 필터부재(12)를 통과하며 배가스에 존재하는 입자상 물질이 제거된 후 상기 필터부재(12)에 연결설치된 흡착층(14)으로 유입된다.
그 다음, 상기 흡착층(14)에서 처리된 배가스 및 공기의 이동경로에 가수분해반응을 촉진시키기 위해 물을 주입, 바람직하게는 물/과불화화합물 몰비 1 내지 100, 바람직하게는 5 내지 50으로 주입한다.
그 다음, 상기 물과 혼합된 배가스 및 공기를 400 내지 800℃로 유지되는 촉매반응부(6)의 촉매층(18)을 통과시켜 상기 배가스 및 공기 중에 존재하는 과불화화합물을 이산화탄소, 불소, HF 및 물로 전환시켜 제거한다.
그 다음, 상기 촉매층(18)에서 처리된 배가스 및 부생성물이 100 내지 500 ℃로 유지되는 반응제부(9)의 반응제층(19)을 통과하며 CO, COF2, CO2, F2, HF, H2S, H2SO4, OF2, SO2, SO2F2, SO3 등이 반응제층(19)의 반응제와 반응하여 제거된 후 외부로 배출한다.
여기서, 상기 배가스와 혼합되는 공기는 흡착반응부(4)로 유입되는 배가스와 혼합되지 않고, 촉매반응부(6)로 유입되는 배가스와 혼합될 수 있다.
다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 배가스 처리장치가 흡착반응부(4), 분해반응부(8), 촉매반응부(6), 반응제부(9) 및 세정부(20)로 구성된 경우를 일례로 하여 그 작용을 설명하면, 반도체 제조공정 또는 LCD 제조공정 등에서 발생된 배가스를 공기와 혼합시킨 후 흡착반응부(4)의 일측에 구비된 유입구(2)를 통하여 상온 또는 250 내지 500℃로 유지되는 흡착반응부(4)의 내부로 유입시킨다.
그 다음, 상기 흡착반응부(4)로 유입된 배가스 및 공기는 상기 흡착반응부(4)에 구비된 필터부재(12)를 통과하며 배가스 또는 배가스 및 공기 중에 존재하는 입자상 물질이 제거된 후 상기 필터부재(12)에 연결설치된 흡착층(14)을 통과하며 NF3, SF6와 산성가스 및/또는 증착가스 등이 상기 흡착층(14)에 흡착되어 제거된다.
그 다음, 상기 흡착층(14)에서 처리된 배가스 및 공기는 300 내지 550℃로 유지되는 분해반응부(8)로 유입되어 상기 분해반응부(8)에 구비된 분해반응부재(16)를 통과하며 촉매층(18)에서 입자상 물질, 예를 들면 AsxOy, PxOy, SiO2 등으로 전환될 수 있는 물질인 AsH3, PH3, SiCl4, SiF4, SiH2Cl2 등이 제거된다.
그 다음, 상기 분해반응부(8)에서 처리된 배가스 및 공기의 이동경로에 물을 주입, 바람직하게는 물/과불화화합물 몰비 1 내지 100, 바람직하게는 5 내지 50으로 주입한다.
그 다음, 상기 물과 혼합된 배가스 및 공기를 400 내지 800℃로 유지되는 촉매반응부(6)의 촉매층(18)에 통과시켜 상기 배가스 또는 배가스 및 공기 중에 존재 하는 과불화화합물을 이산화탄소, 불소, HF 및 물로 전환시켜 제거한다.
그 다음, 상기 촉매반응부(6)에서 처리된 배가스 및 부생성물을 100 내지 500 ℃로 유지되는 반응제부(9)의 반응제층(19)에 통과시켜 CO, COF2, CO2, F2, HF, H2S, H2SO4, OF2, SO2, SO2F2, SO3 등의 부생성물을 반응제층(19)의 반응제와 반응시켜 제거한다.
그 다음, 상기 반응제부(9)에서 과불화화합물이 제거된 배가스는 세정부(20)로 유입되어 습식세정을 한다.
이때, 상기 습식세정의 경우 필요에 따라, 그 후단에 트랩을 설치하여 습식세정 시 처리하지 못한 미량의 HF 및 사용된 물을 제거한 후 처리된 배가스를 배출구(24)를 통하여 배출한다.
여기서, 상기 배가스와 혼합되는 공기는 흡착반응부(4)로 유입되는 배가스와 혼합되지 않고, 분해반응부(8) 또는 촉매반응부(6)로 유입되는 배가스와 혼합될 수 있다.
또한, 상기 흡착반응부(4)의 후단, 촉매반응부(6)의 후단 및 반응제부(9)의 후단의 가스 이동경로에 제 1 열교환기(28), 제 2 열교환기(28'), 제 3 열교환기(28")가 각각 설치되고, 설치된 상기 제 1 열교환기(28), 제 2 열교환기 및 제 3 열교환기(28")를 서로 연결설치하여 흡착반응부(4), 촉매반응부(6) 또는 반응제부(9)로부터 배출되는 가스의 열을 각각의 열교환기(28, 28', 28")로 회수하여 각각의 열교환기(28, 28', 28")에 연결설치된 다른 열교환기(28, 28', 28")로 열을 공급함으로써, 흡착반응부(4), 촉매반응부(6) 또는 반응제부(9)로부터 배출되는 가스를 예열시킬 수 있다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
<실시예1>
촉매의 제조.
탈이온교환수 20ml에 갈륨나이트레이트용액(Ga(NO3)3)[MCP, 영국] 22ml 및 나트륨나이트레이트(NaNO3) [Sigma-Aldrich, 미국] 3.5g을 첨가하여 함침용액을 만든 후 이를 알루미나[Sasol, 미국]에 갈륨 및 나트륨이 각각 알루미나 중량 대비 40중량% 및 1중량%로 함침한 뒤 24시간 동안 상온에서 건조시켜 촉매를 제조하였다.
그 다음, 상기 제조된 촉매를 20℃에서 4시간 동안 건조시킨 뒤 분당 10℃로 승온시켜 700℃에서 약 2시간 동안 소성하였다.
그 다음, 소성된 촉매를 0.2M 황산[덕산약품공업, 대한민국] 수용액 92ml에 함침시킨 뒤 24시간 동안 상온에서 건조시켰다.
그 다음, 상기 건조물을 20℃에서 4시간 동안 건조시킨 뒤 분당 10℃로 승온시켜 700℃에서 2시간 동안 소성하여 본 발명에 따른 황산처리된 촉매를 제조하였 다.
그 다음, 무기바인더로 알루미나졸[Alumina Sol 100, 니산화학(Nissan Chemical), 일본]을 사용하여 상기 알루미나졸을 알루미나 전체 중량 대비 5중량%로 혼합 및 반죽하여 타블렛(tablet) 형태의 촉매를 제조하였다.
반응제의 제조.
먼저, 수산화스트론튬(Sr(OH)2)[Sigma-Aldrich, 미국] 60g을 쿨링자켓이 설치된 건식볼밀에서 50 μm 이하의 입도로 분쇄한 후 같은 방법으로 입도를 분쇄한 수산화철 (FeO(OH)) [Sigma-Aldrich, 미국] 15 g을 혼합하여 30분동안 교반하였다.
그 다음, 탈이온교환수 20 ml에 무기바인더로 알루미나졸 [Alumina Sol 100, 니산케미칼 (Nissan Chemical), 일본] 5g을 혼합하여 10분동안 교반한 후 이를 반죽하여 펠렛(pellet) 형태로 압출성형하여 반응제를 제조하였다.
그 다음, 상기 제조된 반응제를 150℃에서 4시간동안 건조하였다.
<실시예 2>
실시예 1에 따라 제조된 촉매를 10 내지 14 메쉬(mesh)로 8cm3 만큼 충진하여 촉매층을 설치한 후 상기 촉매층의 외주면에 가열히터를 설치하여 촉매반응부를 구성하고, 상기 흡착반응부와 촉매반응부를 관으로 연결하였다.
그 다음, 상기 가스의 이동경로로 제공되는 관에 물을 공급할 수 있는 물 주입구를 설치한 후 미터링펌프[SP320D, 영린기기, 대한민국]를 물 주입구에 연결설치하여 물을 촉매반응기에 정량주입 하였다.
그 다음, 실시예 1에 따라 제조된 반응제를 10 내지 14 메쉬(mesh)로 32cm3 만큼 충전하여 반응제층을 설치한 후 상기 반응제층의 외주면에 가열히터를 설치하여 반응제부를 구성하고, 상기 촉매반응기와 반응제부를 관으로 연결하였다.
그 다음, 배가스를 포함하는 가스를 모사하기 위하여 CF4, SF6, N2 및 O2를 질량유속제어기[FC-260, Mykolis, 미국]를 이용하여 혼합한 후 다공성 필터로 공급하였다. 여기서, 상기 다공성 필터로 공급되는 배가스를 포함하는 모사가스의 성상, 촉매의 사용량 및 반응제의 사용량 등은 표 2로 나타냈으며, 촉매반응부의 온도는 약 700℃로, 반응제부의 온도는 약 300℃로 유지하였다.
한편, 반응제부로부터 배출되는 공기는 IR (I4001, MIDAC, 미국)에 10 cm 경로 길이 셀(path length cell)을 설치하여 조사하였고, GC-MS (5975i, Agilent, 미국)에 GS-GasPro (Agilent, 미국) 모세관 컬럼(capillary column)을 사용하여 분석하였다.
Figure 112006089001761-pat00002
<비교실시예 1>
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 반응제부를 제거하고 습식세정기를 설치하여 실험을 행하였다. 그 결과를 표 3으로 나타냈다.
Figure 112006089001761-pat00003
표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예의 부생성물은 전부 제거되었지만, 비교실시예의 부생성물은 습식 세정기를 통과하여도 전부 제거하지 못하였다.
이에, 실시예 2와 같이 부생성물 F2, HF, H2S, SO2은 300℃로 가열한 반응제층을 통과하면 전부 제거됨을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해하여야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 반도체 또는 LCD 제조공정 중에 발생하는 배가스, 배가스에 포함된 난분해성 과불화화합물 및 과불화화합물의 분해시 발생되는 부생성물 등을 800℃ 이하에서 제거할 수 있도록 하며, 촉매 및 반응제의 충전량에 따라 대용량 및/또는 고농도의 과불화화합물을 함유한 배가스를 처리할 수 있다.

Claims (14)

  1. 배가스가 유입되는 배가스 유입구; 상기 배가스 유입구에 연결설치되어 공기를 공급하는 공기 주입구; 상기 배가스 유입구에 연결설치되어 배가스 유입구로 유입된 배가스를 흡착처리하는 흡착층이 구비된 흡착반응부; 상기 흡착반응부에 연결설치되어 흡착반응부로부터 배출되는 배가스가 유입되어 촉매처리되는 촉매층이 구비된 촉매반응부; 상기 촉매반응부로 유입되는 배가스의 이동경로에 연결설치되어 물을 공급하는 물 주입구; 상기 촉매반응부에 연결설치되어 촉매반응부로부터 배출되는 부생성물이 포함된 배가스가 유입되어 정화처리되는 반응제층이 구비된 반응제부; 및 상기 반응제부에 연결설치되어 배가스가 배출되는 배가스 배출구를 포함하는 반도체 제조공정에서 발생하는 배가스 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 부생성물이 CO, COF2, CO2, F2, HF, H2S, H2SO4, OF2, SO2, SO2F2, SO3 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 배가스 처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 흡착반응부와 촉매반응부 사이에 구비되어 흡착반응부로부터 배출되는 배가스에 포함된 촉매반응부에서 고체상 입자로 처리되는 물질을 분해하는 분해반 응부가 더 설치된 것을 특징으로 하는 배가스 처리장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 분해반응부로 유입되는 배가스의 이동경로에 연결설치되어 공기를 공급하는 공기 주입구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 처리장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 반응제부에 연결설치되어 반응제부로부터 배출되는 공기에 포함된 미처리된 과불화화합물을 제거하기 위한 세정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 처리장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 분해반응부가 흡착반응부로부터 배출된 배가스 중에 포함된 촉매반응부에서 고체상 입자로 처리되는 물질을 제거하는 분해반응부재 및 상기 분해반응부재의 온도를 상승시키기 위하여 상기 분해반응부재와 이웃하도록 설치되는 가열수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 배가스 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 반응제층이 Ba(OH)2, BaO, Ca(OH)2, CaO, FeO(OH), Fe2O3, Fe3O4, Mg(OH)2, MgO, Sr(OH)2, Sr2O3, ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진 반응제가 충전된 것을 특징으로 하는 배가스 처리장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 흡착반응부, 촉매반응부, 반응제부가 흡착반응층, 촉매반응층, 반응제층에 이웃하도록 설치되는 가열수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 처리장치.
  9. 배가스 및 공기를 흡착층이 구비된 흡착반응부를 통과시켜 배가스에 포함된 과불화화합물을 처리하는 흡착 반응단계; 상기 흡착 반응단계를 통과한 배가스에 물을 주입한 뒤 촉매층을 통과시켜 배가스에 존재하는 미처리된 과불화화합물을 촉매처리하는 촉매 반응단계; 및 상기 촉매 반응단계를 통과한 배가스를 반응제층이 구비된 반응제부를 통과시켜 촉매처리시 발생하는 부생성물을 정화처리하는 정화 반응단계를 포함하는 반도체 제조공정에서 발생하는 배가스 처리방법.
  10. 제 9항에 있어서
    상기 흡착 반응단계가 상온 또는 250 내지 500℃의 온도범위로 유지되고, 상기 촉매 반응단계가 400 내지 800℃의 온도범위로 유지되며, 상기 정화 반응단계가 100 내지 500℃의 온도범위로 유지되는 것을 특징으로 하는 배가스 처리방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 흡착 반응단계 및 촉매 반응단계 사이에 촉매 반응단계에서 고체상 입자로 전환될 수 있는 물질을 입자상으로 전환시켜 제거하는 분해 반응단계를 더 포함하는 배가스 처리방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 정화 반응단계 후단에 배가스 중에 존재하는 이산화탄소, 불소, HF 또는 물을 세정하는 세정단계를 더 포함하는 배가스 처리방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    흡착 반응단계로부터 배출되는 가스, 촉매 반응단계로부터 배출되는 가스 및 정화 반응단계로부터 배출되는 가스의 이동경로에 열교환기를 설치하여 열을 회수하는 단계를 더 포함하는 배가스 처리방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 분해 반응단계가 300 내지 550℃의 온도범위로 유지되는 것을 특징으로 하는 배가스 처리방법.
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