KR100879800B1 - 폐가스 처리용 스크러버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조공정 및 화학공정 등에서 사용된 후 배출되는 유독성 폐가스를 효율적으로 연소시켜 처리하기 위한 폐가스 처리용 스크러버에 관한 것이다.

본 발명의 폐가스 처리용 스크러버는, 히팅 쳄버 및 연소 쳄버를 포함하고, 히팅 쳄버는 폐가스가 유입되는 다수의 폐가스 유입관, 폐가스 유입관에 설치되어 폐가스에 섞여서 연료가 공급되는 연료 공급부, 폐가스에 섞여진 연료를 예열하는 히터를 포함하고, 연소쳄버는 히팅 쳄버에서 예열된 연료 및 폐가스가 유입되며, 내부 공간에 화염을 발생시키는 연료 점화 포트, 산소를 공급하는 산소 공급부를 포함한다.

스크러버, 예열, 예혼합, 산화, 연소, 폐가스

Description

폐가스 처리용 스크러버{Hybrid gas scrubber}

도 1은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 스크러버의 사시도이다.

도 2는 도 1의 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명에 적용되는 노즐의 구조를 상세하게 도시한 도면이다.

본 발명은 폐가스 처리용 스크러버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 제조공정 또는 화학공정 등에서 사용된 후 배출되는 유독성 폐가스를 연소시켜 처리하기 위한 폐가스 처리용 스크러버에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조공정이나 화학공정에서 배출되는 폐가스, 특히, C₂F₄, CF₄, C₃F₈, NF₃, SF₆과 같은 과불화화합물(PFC; Per Fluoro Compound)가스는 유독성, 폭발성, 및 부식성이 강하기 때문에 인체에 유해할 뿐 만 아니라, 정화되지 않고 바로 대기 중으로 배출할 경우에는 심각한 환경오염을 유발할 수 있다. 따라서 반도체 제조공정이나 화학공정에서 배출되는 폐가스는, 유해 성분의 함량을 허용 농도 이하로 낮추는 무해화 처리과정을 거쳐서 대기 중으로 배출시켜야 한다. 이러한 폐가스의 무해화 처리에는 산화방법, 촉매산화법, 플라즈마 분해방법, 약제 처리 방법, 흡착제거방법, 저온 냉동법 등 다양한 폐가스 처리용 스크러버(Gas scrubber)가 사용되고 있다. 특히, 산화방법으로 이루어지는 폐가스 처리 장치는, 일 예로, 폐가스가 연소실로 유입되도록 하고 연소실로 유입된 폐가스에 산화원료로서 LPG 등을 사용하여 화염을 방사시켜 폐가스를 분해시키는 것이다.

그러나 이러한 폐가스 처리를 위한 연소 장치의 구조는 연소실 내에 존재하는 폐가스의 전영역(全領域)에 고온(800℃ ~ 1,200℃)의 화염대(Flame zone)가 골고루 퍼져 있는 상태로 되어야 폐가스의 산화 효율이 증대될 수 있다. 그러나 연소실 내에서 화염대(Flame zone)가 화염의 유동 방향을 따라 연소실의 중앙 부분에만 집중적으로 형성되면서 폐가스와 고온의 화염이 접촉하는 부분이 줄어들어 폐가스의 산화 반응율이 줄어들어 폐가스 처리 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 제조공정이나 화학공정 등에서 배출되는 과불화화합물의 분해 효율을 높여 폐가스 처리 효율을 증대시키는 폐가스 처리용 스크러버를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 폐가스가 유입되는 다수의 폐가스 유입관, 상기 폐가스 유입관에 설치되어 상기 폐가스에 섞여서 연료가 공급되는 연료 공급부, 상기 폐가스에 섞여진 상기 연료를 예열하는 히터를 포함하는 히팅 쳄버;

상기 히팅 쳄버에서 예열된 상기 연료 및 상기 폐가스가 유입되며, 내부 공간에 화염을 발생시키는 연료 점화 포트, 산소를 공급하는 산소 공급부를 포함하는 연소 쳄버;

를 포함하는 폐가스 처리용 스크러버를 제공한다.

상기 연소 쳄버는 내벽에 일정한 간격이 띄워져 격벽이 제공되어 상기 연소 쳄버와 상기 격벽 사이에 산소 공급 통로를 이루고, 산소를 분사하는 다수의 산소 분사 구멍이 상기 격벽에 제공되는 것이 바람직하다.

상기 산소 분사 구멍들은 복수의 열을 이루어 배치되고 상기 격벽의 전 영역에 제공되는 것이 바람직하다.

상기 연소 쳄버에는 연소된 폐가스에 포함된 수용성 가스를 유체와 접촉시켜 정화하는 습식 쳄버가 하부에 결합되는 것이 바람직하다.

상기 연소 쳄버는 상기 히팅 쳄버의 하부에 결합되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1을 분해하여 도시한 분해 사시도로, 폐가스 처리용 스크러버를 도시하고 있다. 본 발명의 실시 예로 설명하는 폐가스 처리용 스크러버는, 히팅 쳄버(1), 연소 쳄버(3), 그리고 습식 쳄버(5)를 포함한다.

히팅 쳄버(1)는 폐가스와 연료가 혼합되어 예열되도록 하는 것이다. 이러한 히팅 쳄버(1)는 폐가스가 유입되는 폐가스 유입관(11), 연료 공급부(13), 히터부(15)를 포함한다. 히팅 쳄버(1)는 내부에 공간이 제공된 사각 박스 형태로 이루어질 수 있으며, 상부측에 폐가스 유입관(11)들이 제공된다. 그리고 이 폐가스 유입관(11)에는 LNG 등의 메인 연료가 폐가스와 함께 섞이도록 유입되는 연료 공급부(13)가 제공된다. 본 발명의 실시 예에서 이러한 연료 공급부(13)는 폐가스 유입관(11)에 제공되는 구조를 도시하여 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 히팅 쳄버(1)에 제공되어 히팅 쳄버(1)의 내부로 연료가 유입될 수 있는 구조면 어떠한 구조도 가능하다. 이러한 연료 공급부(13)는 통상의 연료 공급장치(도시생략)와 연결되어 연료를 히팅 쳄버(1) 내부로 공급할 수 있다. 히터부(15)는 히팅 쳄버(1)의 내부에 다수가 배치되어 폐가스와 히팅 쳄버(1)의 내부로 유입된 연료를 예열하는 역할을 한다. 이러한 히터부(1)는 통상의 전기 히터로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 히팅 쳄버(1)는 폐가스 유입관(11)들을 통하여 유입되는 폐가스와 연료 공급부(13)를 통하여 유입되는 연료가 골고루 섞여지면서 혼합되고, 히터부(15)에 의하여 혼합된 폐가스 및 연료가 예열되도록 하는 것이다. 특히 히터부(15)는 다수의 전기 히터가 히팅 쳄버(1)의 내부에 가로질러 설치되므로 히팅 쳄버(1)의 내부로 유입되는 폐가스 및 연료가 이 전기 히터(1)들에 부딪치면서 예열이 이루어짐과 동시에 이동 방향이 바뀌어 더욱 균일하게 섞이게 되는 것이다.

연소 쳄버(3)는 히팅 쳄버(1)를 지나온 폐가스 및 연료를 연소시키는 것이다. 연소 쳄버(3)는 내부에 공간이 제공된 대략 사각 박스 형태로 이루어지며 히팅 쳄버(1)의 하부에 결합되는 것이 바람직하다. 연소 쳄버(3)는 연료 점화 포트(31) 및 산소 공급부(33), 그리고 산소 공급부(33)에 산소를 전달하는 산소 전달 포트(45)를 포함한다. 연료 점화 포트(31)는 히팅 쳄버(1)에서 폐가스와 혼합되어 예열된 연료를 산소 공급부(33)를 통하여 유입된 산소와 함께 점화시키는 장치이다. 이러한 연료 점화 포트(31)는 화염대(Flame zone)의 영역을 크게 할 수 있는 것이면 어느 것이나 가능하며, 통상의 점화 장치가 사용될 수 있다. 산소 공급부(33)는 연소 쳄버(3)의 내벽에 일정한 공간이 띄워지는 위치에 격벽(35)이 결합된다. 그리고 격벽(35)과 연소 쳄버(3)의 내벽 사이에 띄워진 공간은, 산소 공급통로(37)가 되는 것이다. 그리고 산소 공급부(33)는 상술한 격벽(35)에 다수의 산소 분사 구멍(39)이 제공된다. 즉, 산소 공급부(33)는 연소 쳄버(3)의 내벽에 일정한 공간이 띄워지는 위치에 격벽(35)이 설치되고 이 격벽과 연소 쳄버(3)의 내벽이 이루는 공간이 산소 공급 통로(37)가 되며 격벽(35)에는 산소 공급 통로(37)를 통하여 공급된 산소가 분사되는 산소 분사 구멍(39)들이 제공되는 것이다. 산소 공급 통로(37)는 연소 쳄버(3)의 내벽 전영역(모든 내벽면)에 제공되는 것이 바람직하다. 그리고 산소 분사 구멍(39)들은 여러 줄로 이루어지며 사방의 격벽(35)에 모두 제공되는 것이 바람직하다. 이러한 산소 분사 구멍(39)은 이미 히팅 쳄버(1)를 지나오면서 혼합되는 것과 동시에 예열된 상태의 폐가스 및 연료에 접촉 면적을 늘이면서 산소가 공급되도록 하는 것이다. 이러한 히팅 쳄버(3)의 구조는 연료 점화 포트(31)를 통하여 화염이 발생하는 경우 화염의 면적을 넓히면서도 또한 균일하게 목표하는 온도로 폐가스가 연소될 수 있는 것이다.

한편, 상술한 연소 쳄버(3)는 그 하단부에 습식 쳄버(5)가 결합된다. 습식 쳄버(5)는 연소 쳄버(3)에서 연소된 폐가스를 유체(물)와 접촉시켜 정화하는 것이다. 즉, 본 발명의 실시 예는 상측에 히팅 쳄버(1)가 배치되고, 히팅 쳄버(1)의 하부에 연소 쳄버(3)가 배치되며, 연소 쳄버(3)의 하부에 습식 쳄버(5)가 배치되는 것이 바람직하다. 습식 쳄버(5)는 폐가스와 물의 접촉 면적을 넓히는 워터 스프레이(51), 그리고 정화된 폐가스를 배출할 수 있는 배기 파이프가 제공될 수 있다. 이러한 습식 쳄버(5)는 통상의 장치가 사용될 수 있는 것이다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시 예의 폐가스 처리용 스크러버를 통하여 폐가스가 정화되는 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

반도체 제조 공정 또는 화학 공정의 장치에서 발생된 폐가스가 폐가스 유입관(11)을 통하여 히팅 쳄버(1)의 내부로 유입된다. 이와 동시에 연료 공급부(13)로 LNG 등의 폐가스 연소를 위한 연료가 히팅 쳄버(1)의 내부로 공급된다. 히팅 쳄버(1)의 내부로 유입되는 폐가스 및 연료는, 히팅 쳄버(1)의 내부로 유입되는 과정에서 서로 충분히 혼합된다. 그리고 히터부(15)는 혼합된 폐가스와 연료를 일정한 온도 이상으로 올린다. 이와 같이 폐가스와 연료는 혼합된 상태에서 히터부(15)에 의하여 예열되는 것이다. 이러한 과정을 통하여 폐가스와 연료는 충분히 혼합되어 폐가스와 연료는 이동되는 과정에서 균일하게 섞여지고, 동시에 연소되기에 적합한 온도로 예열이 이루어지는 것이다. 이러한 폐가스와 연료가 혼합되어 예열된 상태의 폐가스(이하에서 '혼합 및 예열 폐가스'라고 함)가 연소 쳄버(3)의 내부로 이동되는 것이다. 이때 연소 쳄버(3)의 내부로 유입된 혼합 및 예열 폐가스에 산소 공 급부(33)를 통하여 공급되는 산소가 다시 혼합되는 것이다. 산소 공급부(33)를 통하여 공급되는 산소는 격벽(35)에 제공된 산소 분사 구멍(39)들이 격벽(35)의 전영역에 배치되므로 연소 쳄버(3)의 내부에 골고루 분산되면서 분사가 이루어지는 것이다. 이러한 산소와 혼합 및 예열 폐가스가 서로 균일하게 혼합된 상태에서 연료 점화 포트(31)에 의하여 점화되면서 화염이 발생되면 일정한 온도 이상으로 균일한 화염이 형성되면서 폐가스의 연소가 이루어지는 것이다. 즉, 폐가스와 연료가 균일하게 혼합됨과 동시에 연소되기에 적합한 온도로 예열되어 있는 상태에서 넓은 영역에 산소가 균일하게 공급되는 것에 의하여 일정한 온도 이상으로 균일한 화염이 연소 쳄버(3)의 내부의 전영역에서 일어나게 된다. 따라서 본 발명의 실시 예는 폐가스의 연소 효율을 극대화시킬 수 있는 것이다. 이와 같이 폐가스의 연소 효율이 극대화된 상태에서 연소된 폐가스는 습식 쳄버(5)로 이동된다. 이때 습식 쳄버(5)의 워터 스프레이(51)에 의하여 분사되는 물에 연소된 폐가스가 접촉되면서 수용성 가스가 접촉되어 정화가 이루어지는 것이다. 이와 같이 정화된 폐가스는 배기 파이프(53)를 따라 외부로 배출된다. 본 발명의 실시 예는 과불화화합물 등의 폐가스 연소 효율을 극대화시킴으로서 폐가스의 처리 효율을 현저하게 증대시킬 수 있는 것이다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명은 반도체 제조공정이나 화학공정 등에서 배출되는 과불화화합물에 연료가 골고루 섞인 상태에서 예열이 이루어지고, 이러한 상태에서 산소를 공급하여 연소시킴으로서 연소 쳄버의 전 영역에서 고른 온도 분포가 이루어지도록 하여 과불화화합물의 연소 효율을 향상시켜 폐가스의 처리 효율을 증대시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 폐가스 및 연료를 혼합하여 예열하는 히팅 쳄버, 그리고 상기 히팅 쳄버를 통과한 폐가스를 연소시키는 연소 쳄버를 포함하며,

   상기 히팅 쳄버는

   폐가스가 유입되는 다수의 폐가스 유입관,

   상기 폐가스 유입관 또는 상기 히팅 쳄버에 설치되어 상기 히팅 쳄버의 내부로 연료가 공급되는 연료 공급부,

   상기 폐가스 및 상기 연료를 예열하는 히터를 포함하고,

   상기 연소 쳄버는

   상기 히팅 쳄버에서 예열된 상기 연료 및 상기 폐가스가 유입되며,

   내부 공간에 화염을 발생시키는 연료 점화 포트,

   산소를 공급하는 산소 공급부를 포함하며,

   상기 산소 공급부는

   상기 연소 쳄버의 내벽에 일정한 간격이 띄워져 격벽이 제공되어 상기 연소 쳄버의 내벽과 상기 격벽 사이가 산소 공급 통로를 이루고, 상기 산소 공급 통로를 통하여 유입된 산소를 분사하는 다수의 산소 분사 구멍이 상기 격벽에 제공되는 폐가스 처리용 스크러버.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 산소 분사 구멍들은

   복수의 열을 이루어 배치되고 상기 격벽의 전 영역에 제공되는 폐가스 처리용 스크러버.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 연소 쳄버에는

   연소된 폐가스에 포함된 수용성 가스를 유체와 접촉시켜 정화하는 습식 쳄버가 하부에 결합되는 폐가스 처리용 스크러버.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 연소 쳄버는

   상기 히팅 쳄버의 하부에 결합되는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리용 스크러버.

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