KR100972103B1 - 열경화성 고형분 물질을 포함하는 고농도 폐 ｐｇｍｅａ 유기용제의 회수방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막증발기(Thin Film Evaporator) 또는 중공 스크류형 건조기(List Dryer)로는 고형분이 많이 포함된 폐액에서 유기 용제를 회수시 고형분 중 열경화성 물질 때문에 액체가 증발한 후 전열면에 고체가 경화 부착되어 구동부에 저항 및 과부하를 야기함에 따라 액체 회수가 힘든 안료 및 열경화성 물질이 25% 이상 포함되어 있는 포토레지스트가 포함된 고농축 폐 PGMEA(Propylene Glycol Monomethylethylether Acetate) 폐유기용제를 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 진공 운전되는 복식 드럼형 건조기로 유효 성분을 회수한다. 복식 드럼형 진공 건조기는 처리량은 적고 고형분이 많은 식품 산업에 주로 사용되고 화학품으로는 폴리아크릴아미드, 가성 벤조에이트, 페인트회사 폐용제 회수, 기타 여러 종류의 아세테이트류 공정에 사용된다. 포토레지스트는 경화성 물질로 일반 증류탑 리보일러에서도 튜브면에 고착되어서 고농도로 농축할 수 없는 한계점이 있다. 따라서 증류탑에서 75% 정도 유기용제를 회수하고 증류탑 하부로 농축된 포토레지스트를 진공 복식 드럼건조기를 사용하여 농축된 폐유기용제내에 함유된 안료 및 포토레지스트와 같은 열경화성 고형분을 공정 장애를 최소화하여 제거함으로써 유기용제의 정제 효율을 높일 수 있다.

열경화성 고형분, 폐 PGMEA 유기용제 회수

Description

열경화성 고형분 물질을 포함하는 고농도 폐 ＰＧＭＥＡ 유기용제의 회수방법 및 장치{Collection method of high concentration used PGMEA organic solvent and apparatus thereof}

본 발명은 TFT-LCD 디스플레이장치 제조공정 중 칼라필터 제조 공정에서 발생하는 폐유기용제에서 안료 및 포토레지스트 증발시 고형화되는 각종 불순물을 제거하여 재사용이 가능토록 유기용제의 재생공정에 있어서 증류탑에서 1차로 유효 성분을 회수하고 2차적으로 배출 폐기되는 고농도 폐용액에서 유기용제를 회수할 수 있도록 하는 폐유기용제의 회수방법 및 장치에 관한 것이다.

TFT-LCD 디스플레이 장치의 색상 구현을 위한 칼라필터 제조공정에서는 포토리소그래피(Photolithography)가 이용되고 있는데, 이는 안료 및 감광성 물질인 포토레지스트가 도포되어 삼원색인 적색, 청색, 녹색을 각각 공정마다 마스크를 통해 빛을 조사하여 마스크의 칼라 패턴을 기판(Substrate)으로 전사하는 공정을 말한다.

칼라 색상 구현에 사용되는 포토레지스트는 삼원색 안료, 안료분산제, 바인 더인 가교성 수지류, 가교제, 가교중합 개시제 및 이들 성분을 녹여주는 특수 용제로 구성되어 있다. 그런데 안료 및 포토레지스트 도포 공정에서 색상을 바꿀 때 마다 노즐을 청소해야 되고, 칼라필터에서 노광처리시 원하지 않는 포토레지스트의 세척 제거에 이용되는 것이 유기용제(PGMEA, Propylene Glycol Monomethylether Acetate)인데, 이 세척제에 의하여 오히려 포토레지스트 성분이 함유되며 TFT-LCD 제조회사에서는 폐액으로 발생되어 외부로 반출된다.

최근에는 원가 절감을 위해 이러한 고가 용제를 재생 회수하여 사용하는 것이 일반적 추세이다.

폐유기용제의 재생은 통상 일차적으로 증류탑에서 비점 차이를 이용한 다단 증류를 이용하게 되는데, 증류 공정 은열을 이용하여 폐유기용제를 리보일러에서 증발시키는 공정이 필수적이다. 증류 공정에서 문제되는 것은 폐유기용제 내에 포함된 컬러 필터 제조시 세척용으로 사용되어 폐기되는 유기용제인데, 이 유기용제에는 포토리소그래피 과정에서 가교가 일어나기 전 상태의 포토레지스트를 세척해내므로 제조공정에서 발생하는 폐유기용제에는 가교되지 않은 가교성 성분이 함유되게 된다. 또한 증류탑 증류에 의한 재생공정에서 리보일러에서 열을 받으면 열전달이 표면에서 일어나 점차 가교도가 높아짐에 따라 가교체는 리보일러 튜브면은 물론, 배관 등에 열경화성으로 고착된다. 따라서 가능한 가교 현상의 최소화를 위해 열원으로 스팀을 사용하며 강제 순환형 리보일러를 이용하고 진공 저온에서 증류를 행한다.

본 발명의 목적은 칼라필터 제조공정에서 발생하는 열전달용 리보일러 가동에 영향을 최소화하면서 1차 증류탑에서 증류탑 하부로 배출되어 폐기되는 고형분이 많이 포함된 고점도 폐 PGMEA 용제로부터 안료 및 포토레지스트 성분만을 건조시킨 후 고체 케이크로 분리하여 유기용제 회수율을 최대화 할 수 있도록 한 건조 처리 공정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열경화성 고형분 물질을 포함하는 고농도 폐 PGMEA 유기용제의 회수방법은, 내부에 상호 반대 방향으로 저속 회전하는 2개의 실린더형의 가열드럼과, 이들 드럼 각 표면에 위치된 나이프가 설치된 복식 드럼형 증발건조기를 이용한다.

본 발명은 고농축 안료 및 포토레지스트 성분을 포함하는 페유기용제를 예열하여 특정 유량계로 연속 계량하여 원료를 공급하고 드럼 사이의 액체 레벨(Pool Level)을 형성하여 증발 잠열을 스팀 열원으로부터 얻어 증발시키고 드럼 간격을 조절하여 가열 드럼 표면에 박막이 형성되도록 하고 드럼에 부착된 고체 케이크 박막을 건조시킨다. 이 같이 건조된 케이크 박막은 나이프에 의해서 연속적으로 박리된다. 박리시 발생되는 미세분진은 증기와 함께 동반되어 배출되며 이들 미세 분진을 사이클론에서 집진 분리 후 응축기에서 응축 회수하고, 건조되어 드럼 표면에 부착된 고형분 케이크는 일정 압력으로 조절되는 나이프로 연속 박리시켜 고형분 케이크 호퍼로 연속 배출하는 것을 특징으로 한다. 이때, 케이크 박리 상태와 건조 상태는 내부 운전 조건 최적화를 원격 감시하여 공정 이상 발생을 조기에 발견하도록 CCTV를 설치하여 관찰한다.

본 발명에 의한 열경화성 고형분 물질을 포함하는 고농도 폐유기용제의 회수방법은, 공급액은 질량 유량계를 통하여 예열기를 통과하여 예열되고 예열기 자체의 열경화성 고형분의 튜브 침착을 방지하고 전열 효율 상승을 위해 순환 펌프가 연속 운전된다. 예열된 고농도 유기 용제는 드럼 내부에 좌우로 움직이면서 분배하는 장치에 의해 가열되는 드럼 표면에 골고루 뿌려진다. 2개의 드럼에 분배된 원료는 드럼 표면에서 가열되면서 드럼 사이에 형성되는 풀(Pool)에서 액체는 증발되고 고형분은 드럼에 얇은 막으로 부착되어 드럼 회전에 의해 건조된다. 이후 회전하는 드럼 표면상에 위치된 나이프가 부착된 드럼형 증발 건조기에서 고형분은 케이크 상태로 박리되어 연속적으로 케이크 호퍼로 수집되어진다. 한편 드럼에서 증발된 유기 용제 증기는 동반된 미세 분진이 사이클론 집진기에서 제거된 후 증기만 응축기에서 액화되는 방법으로 유기 용제가 회수된다. 드럼에는 포화 스팀 증기를 사용하여 증발 및 건조 열을 공급하고, 진공드럼 건조기, 사이클론, 응축기는 진공 펌프에 의해 진공 상태로 운전된다.

본 발명의 열경화성 고형분 물질을 포함하는 고농도 폐 PGMEA 유기용제의 회 수방법에 따르면, 복식 드럼형 증발건조기를 이용하여 칼라필터 공정에서 발생되는 폐 PGMEA 유기용제를 재생 처리하는 공정에 있어 1차 증류탑 회수 공정에서 폐기물로 발생되는 고농도 폐액에서 효율적으로 유효성분을 회수할 수 있다.

또한 안료와 포토레지스트의 특성상 유사 증발 건조기로는 유효 성분 회수가 어려우나, 건조 전열면을 가진 드럼의 저속 회전 특성과 고형분 케이크를 박리 제거하는 나이프의 유효 접촉면의 특성에 따라 고형분 제거와 유효 성분의 용이한 분리가 가능하여 유기용제 회수율을 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 복식 드럼형 증발 건조기의 구성도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 발생 분진을 응축기 이전 단계에서 잡아주는 도 1의 사이클론 집진기의 개략도이다.

본 발명에 따른 증발건조기는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 투입되는 고농도 폐유기용제를 연속 계량하는 질량 유량계(12); 상기 투입된 폐유기용제를 좌우 이동하면서 원통형 가열드럼(4)에 적절하게 분배하는 공급액분배기(2); 상기 투입된 드럼(4)에 분배 공급된 폐유기용제를 일정온도로 예열하도록 열을 발생하는 예열기(3); 상기 예열기(3)에 의해 예열되는 드럼(4)에서 건조되어 표면에 부착된 고형분 케이크를 일정 압력으로 조절되는 나이프로 연속 박리시키면 이를 저장하는 호퍼(5); 상기 예열되는 드럼(4)으로부터 발생된 증기를 배출하는 증기 배출구(6); 배출구(6)로부터의 증기에 동반되는 상기 드럼(4)에 부착된 고형분의 케이크 박리시 발생되는 미세 분진을 집진하는 사이클론 집진기(7); 상기 사이클론 집진기(7)에서 집진된 미세 분진을 제외한 증기를 응축하는 응축기(8); 상기 응축기(8)에서 응축된 증기를 수용하는 리시버(9); 및 상기 리시버(9)에 수용된 응축 증기를 펌핑하여 외부로 배출하는 진공펌프(10)로 구성된다.

미설명부호 11은 스크류 컨베이어, 12는 질량 유량계이다.

케이크 박리 상태와 건조 상태는 내부 운전 조건 최적화를 원격 감시하여 공정 이상 발생을 조기에 발견하도록 CCTV(도시 생략)를 설치하여 관찰한다.

상기 가열드럼(4)은 폐유기용제 공급액의 농도 및 건조도에 따라 속도 조절이 가능한 회전 실린더형 드럼으로 예열기(3)로부터 드럼(4) 내부로 유입되는 스팀에 의해 표면이 가열된다. 유입되는 스팀의 압력은 증발 건조도에 맞추어 자동 조절된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 복식 드럼형 증발건조기를 이용한 고농도 유기용제와 안료 및 포토레지스트 분리과정을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 드럼형 증발건조기의 고농도 유기용제는 도 1의 A 지점에서 가열드럼(4) 표면에 묻게 되어 일부 유막을 형성하는 반면, 대부분은 B 지점 풀(Pool)에서 예열기(3)로부터의 증발 잠열을 얻어 증발되고 드럼(4) 표면으로부터의 열에 의해 과열 증기로 변환되어 배출구(6)를 통해 배출된다. 이때, 이 증기에 함유된 미세 먼지는 사이클론 집진기(7)에서 집진되고 증기는 응축기(8)에서 응축되어 리시버(9)에 수용되었다가 진공펌프(10)에 의해 외부로 배출된다.

한편 상기 드럼(4)에서 건조되어 고착된 고형분은 B 지점에서 나이프(도시 생략)가 부착된 C 지점 까지 이동되면서 건조 완료되어 C 지점에서 박리가 일어난다. 이때 충분한 건조가 되지 않으면 드럼(4)에 부착된 고형분이 잘 박리되지 않아 이러한 상태에서 드럼(4)이 회전하면 드럼 면에서의 전열 효율이 악화되게 된다.

따라서 이러한 고형분은 나이프에서 분리되어 호퍼(5)에 저장된다.

드럼(4)의 회전 속도, 드럼 내 스팀 압력, 진공도, 용제 공급량, 나이프 상태, 드럼 간격과 예열 온도 등이 본 진공 드럼 증발 건조기의 성능을 좌우하는 주요 운전 파라미터들이다.

드럼(4)의 회전속도는 일반적으로 0.3 ~ 5rpm의 범위가 바람직하며, 고형분 케이크의 건조도및 액체 회수율에 따라 회전속도를 가변할 수 있다.

이하, 실시예를 설명하고자 한다.

실시예 1

칼라필터 공정에서 배출된 폐유기용제(PGMEA)에 포함된 안료 및 열경화성 포토레지스트 등 고형분을 일차적으로 증류탑에서 증류하여 회수하고 리보일러에서 배출된 고농도 스라지성 배출물을 3회 분석하여 그 성상을 표 1에 정리하였다. 폐액을 증발 접시에 담아서 비휘발성 증발 잔사를 확인하고 회수 가능량을 확인하였다.

성 분		함량(중량％)			비고
		S-1	S-2	S-3
유기용제	PGMEA	65	60	58	주 유기용제
	불순물	13	15	16
스라지	안료 및 포토레지스트	22	25	26	고형분
합 계		100	100	100

실시예 2

예열기에서의 최적 예열 온도는, 온도를 많이 높이면 예열기에서 순환시켜도 튜브면에서 스케일이 발생하여 열전달 문제가 발생하고, 너무 낮게 하면 진공 드럼증발기내의 풀(Pool)에서 액체가 드럼 사이로 흘러 케이크 건도가 나빠져 케이크 처리시 취급성이 어렵고 회수율이 감소한다는 점과, 드럼 표면에서도 일정 부분이 증발하고 풀(Pool)에서 대부분 증발되어야 드럼에 고형분의 막이 잘 형성된다는 점을 감안하여 80 ~ 90℃ 사이가 바람직하며, 이 온도는 예열기에서의 고착도 방지하고 진공드럼 건조기 운전 조건도 양호하게 한다.

예열온도(℃)	드럼사이 누설 여부	예열기 장애여부	케이크 습도(중량％)
60	○	×	90 ~ 100
70	△	×	75 ~ 65
80	×	×	45 ~ 50
90	×	×	45 ~ 50
100	×	○	45 ~ 50

실시예 3

실시예 2에 사용된 드럼증발기는 복식 드럼을 사용하였으며 드럼 가열원으로 포화 5기압 스팀을 사용하고 가열온도는 150℃, 진공은 -730mmHg, 드럼의 회전속도는 2rpm, 드럼 간격은 1.5mm의 조건으로 운전하였다. 진공드럼 건조기는 케이크를 드럼에서 박리시켜주는 나이프의 날 끝 상태에 따라서도 박리성이 좌우되며 용제 회수율의 차이가 발생하는데 이 경우 새로 제작된 나이프를 장착하여 사용하였다.

실시예 4

진공으로 운전되고 증발량이 75% 이상이 되어 드럼에서 고형분 케이크가 박리될 때 발생되는 미세 분진이 증기와 동반되어 배출된다. 동반 배출된 분진을 전단에서 제거하지 않으면 3일 정도 운전 후 응축기 튜브면에 고착되어 응축 불량이 발생하게 되고, 응축 온도가 상승하면 진공펌프로 증기가 배출되어 회수율도 감소하고 시스템 내 진공도도 나빠지므로 분진 유입 방지를 위해 325 메쉬 보다 큰 입자를 중력의 힘으로 침전시키는 사이클론 집진기를 사용하였다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 복식 드럼형 증발 건조기의 구성도.

도2는 본 발명의 실시예에 따라 발생 분진을 응축기 이전 단계에서 제거하는 사이클론 집진기의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 명칭 *

1 : 질량 유량계 2 : 예열기

3 : 공급액 분배기 4 : 드럼

5 : 사이클론 집진기 6 : 응축기

7 : 리시버 8 : 왕복식 스크류 콘베이어

9 : 케이크 호퍼 10: 진공펌프

C: 나이프(Knife)

Claims (6)

1. 질량 유량계로 연속 계량하여 폐유기용제를 공급하는 단계;

   고농축 안료 및 포토레지스트 성분을 포함하는 상기 폐유기용제를 열경화가 발생되지 않도록 80℃~90℃로 예열하는 단계;

   0.3~5rpm으로 저속회전하고, 간격은 0.5~3mm인 드럼 사이의 액체 레벨을 형성하고, 드럼간 간격을 조절하여 가열 드럼 표면에 박막을 형성시켜 상기 폐유기용제를 증발시키는 단계;

   상기 증발되는 증기와 함께 동반되는 미세 분진을 집진한 후 증기를 응축기에서 응축 회수하는 단계; 및

   상기 드럼에 건조되어 부착된 고형분 케이크를 박리하여 호퍼로 배출하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열결화성 고형분 물질을 포함하는 고농도 폐 PGMEA 유기용제의 회수방법.
2. 투입되는 고농도 폐유기용제를 연속 계량하는 질량 유량계;

   상기 투입되는 폐유기용제를 좌우 이동하면서 원통형 드럼(4)에 분배하는 공급액분배기(2);

   상기 공급액분배기(2)를 통해 드럼(4)에 분배 투입된 폐유기용제를 일정온도로 예열하기 위한 열을 발생하는 예열기(3);

   상기 예열기(3)에 의해 건조되어 드럼(4)의 표면에 부착된 고형분 케이크를 일정 압력으로 조절되는 나이프로 연속 박리시키면 이를 저장하는 호퍼(5);

   상기 예열기(3)에 의해 예열되는 드럼(4)으로부터 발생된 증기를 배출하는 증기 배출구(6);

   상기 증기 배출구(6)로부터의 증기와 상기 드럼(4)에 부착된 고형분의 케이크 박리시 발생되는 미세 분진을 집진하는 사이클론 집진기(7);

   상기 사이클론 집진기(7)에서 집진되어 미세 분진이 제거된 증기를 응축하는 응축기(8);

   상기 응축기(8)에서 응축된 증기를 수용하는 리시버(9); 및

   상기 리시버(9)에 수용된 응축 증기를 펌핑하여 외부로 배출하는 진공펌프(10)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열경화성 고형분 물질을 포함하는 고농도 폐 PGMEA 유기용제의 회수장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 폐유기용제는 예열기 튜브에 열경화가 발생되지 않도록 80℃~90℃의 예열온도로 예열기(3)내에서 순환시키는 것을 특징으로 하는 열경화성 고형분 물질을 포함하는 고농도 폐 PGMEA 유기용제의 회수장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 드럼(4)은 0.3 ~ 5rpm으로 저속 회전하고, 각 드럼 간격은 0.5 ~ 3mm 인 것을 특징으로 하는 열경화성 고형분 물질을 포함하는 고농도 폐 PGMEA 유기용제의 회수장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 질량 유량계(12)는 코리오리스(Coriolis) 힘을 응용하는 것을 특징으로 하는 열경화성 고형분 물질을 포함하는 고농도 폐 PGMEA 유기용제의 회수 장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 드럼(4)으로부터의 고형분 케이크의 박리 상태가 확인되도록 CCTV가 구성된 것을 특징으로 하는 열경화성 고형분 물질을 포함하는 고농도 폐 PGMEA 유기용제의 회수장치.

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