KR100986675B1 - 복합 오염 물질 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

세정액에 오염 물질을 흡수, 용매에 불소 화합물 용해, 촉매에 의한 산화, 플라스마 반응에 의한 오염 물질의 제거, 요소 수에 의한 질소 산화물, 황산화물 흡수, 세정액에 의한 세정 방식으로 불소 화합물, 휘발성 유기 화합물(VOCS), 악취 물질 등의 오염 물질을 처리하는 장치가 제공된다. 전처리 수단은 처리할 복합 오염 물질에 함유된 분진 및 친수성 물질을 세정 수로 용해 처리하여 제거하고, 상기 복합 오염 물질에 함유된 HFC 화합물을 불소 화합물 용해용 용매로 용해 처리하여 제거한다. 유전 가열 수단은 상기 전처리 수단에 의해 처리된 상기 복합 오염 물질을 유전 가열에 의해 열 분해하여 상기 복합 오염 물질에 함유된 휘발성 유기 화합물을 제거한다. 플라즈마 수단은 상기 유전 가열 수단으로부터의 상기 복합 오염 물질을 플라즈마 반응시켜 상기 복합 오염 물질에 함유된 과불화 화합물을 제거한다.
Figure R1020090007892
복합 오염 물질

Description

복합 오염 물질 처리 장치{Complex pollutant processing apparatus}
본 발명은 복합 오염 물질 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불소 화합물(PFCS), 휘발성 유기 화합물(VOCS), 총탄화수소(THC), 악취 물질, 질소산화물(NOx) 등의 오염 물질을 처리하는 장치에 관한 것이다.
21세기에 사는 인류에게 지구 온난화 현상은 해결해야 할 큰 과제임에 따라 온실 가스가 지구 환경에 미치는 영향에 대한 관심이 높아지고 있다. 온실 가스가 기후 변화에 가장 큰 원인이라고 세계 각 국의 지도자가 인식하고 1994년 3월 브라질 리우에서 기후 변화 협약(UNFCC)을 체결하였으며 각 국은 배출 저감 대책을 수립, 보고 이행해야할 의무가 부가되었고, 구체적 배출량 감축 목표는 1997년 12월 일본 교토에서 다시 논의하여 선진국 38개국은 2008년에서 2012년까지 온실 가스를 90년 대비 평균 5.2% 감축하기로 결정하였고, 온실 가스 감축 이행을 효과적으로 이행하기 위한 3대 메카니즘인 청정 개발 체계(CDM) 공동 이행 제도(JI), 배출권 거래 제도(ET) 등 경제적 수단을 도입 비준하여 시행하고 있으며 우리 나라도 2013년 부터는 온실 가스 감축 의무 대상국으로 지정될 예정이며, 발전, 정유, 석유 화학, 시멘트, 제지, 자동차, 반도체, 도시 가스, 디스플레이 등 10대 업종이 우선 선정될 예정이고 국가의 탄소 배출 감축량은 1995년 평균 5.2%의 감축 의무를 부여 받을 것으로 예측되어 범국가적, 기업적 대응책 수립이 요구되고 있다. 특히 지구 온난화 표준 물질인 이산화탄소의 온난화 지수(GWP)가 1인데 비하여 과불화 탄소군 중 육불화황(SF6): 23900, CF4:6500, C2F6:9200, C3F8: 7000, CHF3: 8700으로 지구 온난화 지수가 매우 높을 뿐만 아니라 제거 효율(DRE: Destruction and removal efficiency)도 90% 이상을 요구하고 있다.
특히, 2008년도는 유가 급 상승 및 미국발 경제 위기가 전 세계로 확산됨에 따라 경제 위기 타개책으로 저 탄소, 신 재생 에너지 개발이 새로운 성장 동력원으로 부각되면서 각국은 연구 개발을 통한 기술을 선점하기 위하여 모든 노력을 다하고 있다.
우리 나라도 저 탄소 녹색 성장의 정책을 수립 정부 기업 학계에서 저 탄소, 신 재생 에너지 개발에 전념하고 있다. 불소 화합물(HFCS), 휘발성 유기 화합물(VOCS) 등의 물질을 처리하는 종래 기술인 소각 처리 장치(RTO: Relative thermal oxidizer) 소각실을 세라믹 벽돌로 메디아 층을 구성하고 인접하여 Retention 챔버를 만들어 액화 천연 가스(LNG)를 연소시켜 연소열로 승온된 메디아 층에서 유입된 오염 가스를 예열하고 Retention 챔버 내를 800℃ 이상 가열하여 세라믹 벽돌에서 방출되는 원 적외선과 내부 축열된 열에 의해 연소(소각)하는 방식이지만, 이는 일반 악취 물질 및 휘발성 유기 화합물(VOCS)은 제거하지만, 불소 화합물의 제거 효율을 낮고, 제거 과정 중 불산(HF), 염소(Cl2) 등의 부식성 가스가 발생되어 장치 부식은 물론 대기질을 2차 오염시킨다. 또한 일반 악취 물질, 휘발성 유기 화합물(VOCS)을 제거하기 위하여 오존을 이용한 산화 반응 및 플라즈마 반응을 이용한 방법도 아직은 기초 연구 단계이므로 제거 효율도 오존과 혼합율이 높고 플라즈마 발생량도 충분해야 적정 효율을 기대할 수 있고 플라즈마 방전 사각 지대가 존재 시 처리 효율이 저하된다. 오염 가스의 안정적 고효율 처리에는 한계가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 세정액에 오염 물질을 흡수, 용매에 불소 화합물 용해 촉매에 의한 산화 플라즈마 반응에 의한 오염 물질의 제거, 요소 수에 의한 질소 산화물, 황산화물 흡수, 세정액에 의한 세정 방식으로 수소 불화 탄소 화합물(HFCS) 및 과불화 탄소 화합물(PFCS)과 같은 오염성 불소 화합물, 휘발성 유기 화합물(VOCS), 악취 물질 등의 오염 물질을 처리하는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 복합 오염 물질 처리 장치는 처리할 복합 오염 물질에 함유된 분진 및 친수성 물질을 세정 수로 용해 처리하여 제거하고, 상기 복합 오염 물질에 함유된 수소 불화 탄소 화합물을 불소 화합물 용해용 용매로 용해 처리하여 제거하는 전처리 수단; 상기 전처리 수단에 의해 처리된 상기 복합 오염 물질을 유전 가열에 의해 열 분해하여 상기 복합 오염 물질에 함유된 과불화탄소 화합물, 휘발성 유기 화합물, 및 악취 물질을 제거하는 유전 가열 수단; 및 상기 유전 가열 수단으로부터의 상기 복합 오염 물질을 플라즈마 반응시켜 상기 복합 오염 물질에 남은 과불화탄소 화합물, 휘발성 유기 화합물, 및 악취 물질을 추가로 제거하는 플라즈마 수단을 포함하고,
상기 유전 가열 수단은 상기 전처리 수단으로부터의 상기 복합 오염 물질을 수용하는 가열실; 상기 가열실 내에 흡착제가 충진되어 상기 가열실 내에 유입된 상기 복합 오염 물질에 대한 열 분해가 용이하도록 상기 복합 오염 물질을 흡착하는 흡착제 층; 상기 흡착제 층의 흡착제에 부착된 상기 복합 오염 물질에 포함된 상기 과불화탄소 화합물, 휘발성 유기 화합물, 및 악취 물질을 열 분해하여 제거하기 위한 마이크로웨이브를 발생하는 마그네트론; 상기 마그네트론에 의해 발생된 상기 마이크로웨이브를 상기 가열실로 유도하는 도파관; 상기 마그네트론을 구동하기 위한 전원을 제공하는 전원부; 및 상기 흡착제 층의 외측에 가열실 내벽에 접속하도록 설치되어 담지된 촉매의 작용에 의해 상기 가열실 내에 유입된 상기 복합 오염 물질이 탈수소 작용, 수소 처리 작용, 및 산화 작용하도록 하는 적어도 하나의 담체를 포함하고,
상기 플라즈마 수단은 상기 가열실의 상단에 상기 가열실과 일체형으로 형성되어 상기 유전 가열 수단으로부터의 상기 복합 오염 물질을 공급받아 상기 복합 오염 물질에 남은 상기 과불화탄소 화합물, 휘발성 유기 화합물, 및 악취 물질을 플라즈마 처리후 배출하는 플라즈마 반응실; 상기 플라즈마 반응실의 외벽에 부착되어 고전압을 각각 인가받는 적어도 하나의 외부 전극; 상기 플라즈마 반응실의 내부에 상기 적어도 하나의 외부 전극에 대향하도록 설치되는 적어도 하나의 중앙 전극; 상기 플라즈마 반응실의 외부에 설치되어 상기 적어도 하나의 외부 전극과 상기 적어도 하나의 중앙 전극 사이의 상기 플라즈마 반응실 내에 코로나 방전에 의한 플라즈마를 발생시키기 위하여 고전압 펄스를 발생하고 상기 적어도 하나의 외부 전극으로 인가하는 적어도 하나의 고전압 발생기를 포함하고,
상기 플라즈마 수단은 상기 플라즈마 반응실을 2개 부분으로 병렬로 구분하여 제1 및 제2 반응실을 형성하는 파티션을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 담체가 상기 파티션의 아래에 수직으로 설치되어 상기 유전 가열 수단의 상기 가열실을 2개 부분으로 병렬로 구획하는 제1 및 제2 가열실을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 일반적인 종래 기술로 제거하기 어려운 불소 화합물, 휘발성 유기 화합물, 총탄화수소, 악취 물질, 질소 산화물, 황산화물 등의 복합 오염 물질을 처리할 수 있으며, 종래의 각종 정화 장치와 비교해 볼 때, 같은 규모의 시 설로 오염 가스를 대량 정화할 수 있을 뿐만 아니라, 지구 온난화 지수가 매우 높은 육불화황 등도 정화할 수 있다.
이하, 첨부된 예시 도면에 의거하여 본 발명의 실시예에 따른 복합 오염 물질 처리 장치를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합 오염 물질 처리 장치의 구성을 나타낸 개략도이다. 본 발명의 실시예에 따른 복합 오염 물질 처리 장치는 전처리 수단(100), 유전 가열 수단(200), 및 플라즈마 수단(300)을 포함한다.
전처리 수단(100)은 처리할 복합 오염 물질에 함유된 분진 및 친수성 물질을 세정 수로 용해 처리하여 제거하고, 상기 복합 오염 물질에 함유된 수소 불화 탄소 화합물(HFCS)을 불소 화합물 용해용 용매로 용해 처리하여 제거한다. 상기 불소 화합물 용해용 용매는 디메틸 술폭사이드(di-methy sulfoxide:DMSO)인 것이 바람직하다. 도 2는 도 1에 도시된 3단으로 구획된 전처리 수단(100)을 나타낸 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 제1 용해조(114)의 일예를 나타낸 확대 단면도이다. 도 4는 도 3에 도시된 제1 산기관(113)의 일예를 나타낸 확대 사시도이다.
상기 전처리 수단(100)은 상기 복합 오염 물질 및 플라즈마 반응에서 상기 복합 오염 물질에 포함된 상기 수소 불화 탄소 화합물의 제거에 필요한 가수 작용을 위한 세정수를 수용하는 제1 용해조(114); 상기 제1 용해조(114)의 바닥면에 설치되어 상기 복합 오염 물질이 내부에 형성된 직경 1 mm 내지 3mm의 미세 기공 속으로 통과하도록 하는 제1 산기관(113); 상기 제1 용해조(114)의 상단에 상기 제1 용해조(114)와 연통하도록 설치되어 상기 제1 용해조(114)로부터의 상기 복합 오염 물질 및 불소 화합물 용해용 용매를 수용하는 제2 용해조(121); 용해율을 향상시키기 위하여 상기 제2 용해조(121)의 바닥면에 설치되어 상기 제1 용해조(114)로부터의 상기 복합 오염 물질이 내부에 형성된 직경 1 mm 내지 3mm의 미세 기공 속으로 통과하도록 하는 제2 산기관(120); 및 불소 화합물을 함유한 복합 오염 물질을 제1 유로(112) 및 상기 제1 산기관(113)을 통하여 상기 제1 용해조(114)로 분무시켜 상기 복합 오염 물질에 함유된 분진 및 친수성 물질이 상기 세정수에 용해되는 방식으로 제거하고, 상기 분진 및 친수성 오염물질이 일부 제거된 복합 오염 물질을 제2 유로(119) 및 상기 제2 산기관(120)을 통하여 상기 제2 용해조(121)로 분무하여 상기 복합 오염 물질에 함유된 수소 불화 탄소 화합물(HFCS)을 용해하는 방식으로 제거하는 흡출 수단(111)을 포함한다. 상기 제2 산기관(120)은 상기 제1 산기관(113)과 동일한 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 용해조(114)에 수용되는 세정수는 상기 플라즈마 수단(300)에 의한 플라즈마 반응에서 상기 복합 오염 가스에 포함된 불소 화합물의 제거에 필요한 가수 작용을 한다.
상기 전처리 수단(100)은 상기 제1 용해조(114)로부터 제1 배출관(115)를 통하여 배출된 상기 세정수를 저장하는 제1 저장 탱크(116); 상기 세정수를 제1 공급관(118)을 통하여 상기 제1 용해조(114)로 공급하거나 상기 제1 저장 탱크(116)에 저장된 상기 배출된 세정수를 상기 제1 공급관(118)을 통하여 상기 제1 용해조(114)로 공급하는 제1 순환 펌프(117); 상기 제2 용해조(121)로부터 내통(3002)을 통하여 배출된 상기 불소 화합물 용해용 용매를 저장하는 제2 저장 탱크(122); 상기 불소 화합물 용해용 용매를 제2 공급관(124)을 통하여 상기 제2 용해조(121) 로 공급하거나 상기 제2 저장 탱크(122)에 저장된 상기 배출된 상기 불소 화합물 용해용 용매를 상기 제2 공급관(124)을 통하여 상기 제2 용해조(121)로 공급하는 제2 순환 펌프(123); 및 상기 제2 용해조(121)의 내부 상단에 설치되어 상기 제1 용해조(114) 및 상기 제2 용해조(121) 내에서 용해 처리된 상기 복합 오염 물질을 통과하도록 하여 상기 복합 오염 물질에 포함된 수분을 제거하는 제1 데미스터(126)를 더 포함한다.
상기 전처리 수단(100)의 중단부에는 반도체 제조 공정중 발생되는 SiH4, SiH2Cl2, PH3, NH3, B2H6, SF6, TEOS, N2O, HCl, HBr, AsH3 등의 불소 화합물(PFCS)와
제약, 페인트 제조 중에 발생하는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 아세트알데히드, 메칠 에칠케톤, 또는 동물 사료 제조 중에 발생하는 NH3, H2S, 메칠 멀캅탄, 아세트 알데히드, 트리메틸 아민, 발레르 산 등의 복합 오염 물질을 흡출 수단(111)이 가동하여 제1 유로(112)를 경유 제1 산기관(113)을 통하여 세정수 속에 분무되면 분진 및 친수성 물질 등은 세정 수 속에 용해되어 제거되는데, 그 반응식은 다음 화학식 1과 같다.
NH3 + H2O → NH40H
SiH2 + 2H2O → 2HCl + SiO2
SiF4 + 2H2O → 4HF + SiO2
WF6 + 3H2O → 6HF + WO3
TEOS + 2H2O → 4C2 + 5OH + SiO2
세정액 속에 친수성 오염 물질의 계속된 용해는 세정수의 농도가 높아져 용해율이 저하될 수 있는데, 용해율이 저하되는 것을 방지하기 위하여 제1 저장 탱크(116)에 저장된 세정수를 제1 순환 펌프(117) 및 제1 공급관(118)을 통하여 제1 용해조(114)에 공급하고, 제1 배출관(115)으로 회수하여 세정수의 농도를 일정하게 유지시킨다.
전처리 수단(100)의 제1 용해조(114)에서 친수성 오염 물질이 일부 제거된 오염 가스는 제2 유로(119)를 통하여 제2 용해조(121)의 바닥에 설치된 직경 1 mm ~ 3 mm의 미세 기공이 타공된 제2 산기관(120)을 통하여 용매 디메틸 술폭사이드(di-methy sulfoxide:DMSO) 내에 분무되면 불소 화합물(HFCS)의 일부가 용해되어 제거된다. C2HF5, CHF3 등의 불소 화합물이 용매 DMSO에 용해된다.
용매 DMSO 충진층인 제2 용해조(121)에서 C2HF5, CHF3 등의 불소 화합물이 계속 용해되면, 용매의 농도가 높아져 용해도가 저하될 수 있어 용해도가 저하되는 것을 예방하기 위하여 제2 저장 탱크(122)에 저장된 용매 DMSO를 제2 순환 펌프(123)을 이용 용매를 제2 공급관(124)를 통하여 제2 용해조(121)에 공급하고 제2배출관(125)를 통하여 회수되어 제2 용해조(121)에 용매 DMSO의 농도를 일정하게 유지시킨다.
상기 제2 용해조(121)에 불소 화합물의 일부가 제거된 복합 오염 물질은 제1 데미스터(126)에서 큰 입경의 수증기, 즉 수분이 제거된 후, 열 교환 수단(400)으로 유입된다.
유전 가열 수단(200)은 상기 전처리 수단(100)에 의해 처리된 상기 복합 오염 물질을 유전 가열에 의해 열 분해하여 상기 복합 오염 물질에 함유된 과불화탄소 화합물(PFCS), 휘발성 유기 화합물, 및 악취 물질을 제거한다.
도 5는 도 1에 도시된 유전 가열 수단, 오존 발생 수단, 플라즈마 수단을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 6은 도 5에 도시된 유전 가열 수단의 각 구성 요소들을 나타낸 상세도이다.
상기 유전 가열 수단(200)은 상기 전처리 수단(100)으로부터의 상기 복합 오염 물질을 수용하는 가열실(5100); 상기 가열실(5100) 내에 흡착제가 충진되어 상기 가열실(5100) 내에 유입된 상기 복합 오염 물질에 대한 열 분해가 용이하도록 상기 복합 오염 물질을 흡착하는 흡착제 층(306); 상기 흡착제 층(306)의 흡착제에 부착된 상기 복합 오염 물질에 포함된 상기 과불화탄소 화합물(PFCS), 상기 휘발성 유기 화합물, 및 악취 물질을 열 분해하여 제거하기 위한 마이크로웨이브를 발생하는 마그네트론(309); 상기 마그네트론(309)에 의해 발생된 상기 마이크로웨이브를 상기 가열실로 유도하는 도파관(307); 상기 마그네트론(309)을 구동하기 위한 전원을 제공하는 전원부(6100); 및 상기 흡착제 층(306)의 외측에 가열실 내벽에 접속하도록 설치되어 담지된 촉매의 작용에 의해 상기 가열실(5100) 내에 유입된 상기 복합 오염 물질이 탈수소 작용, 수소 처리 작용, 및 산화 작용하도록 하는 적어도 하나의 담체(304)를 포함한다.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 담체를 확대 도시한 확대 사시도이다.
상기 가열실(5100)은 내벽은 축열 효과가 뛰어나고 원 적외선 방출량이 많은 내화재 산화물인 세라믹, bauxite 등의 담체(304)에 백금, 파라듐, 코발트 디옥사이드 크롬 알루미나 및 탈수소 반응에 효과가 있는 Cr2O3-Al2O3, Fe2O3, Cr2O3, K2CO3, ZnO 촉매(305)를 담지 또는 탈수소 반응 효과가 있는 SiO2 내 V2O5+K2SO4 90%, Pt +10% Rn wiregauze, Ag 또는 F2O3 - MoO3, Cu2O, Pt reactions of synthesis gas의 ZnO Cr2O3, CuO - ZnO 등의 촉매(305)에 SiO2-Al2O3, Ni-Mo/Al2O3 내 Al2O3, 제올라이트 등의 조 촉매를 1종 이상 담지시켜 공정 오염 가스를 탈수소 작용, 수소 처리 작용, 산화 작용하도록 축조되었다.
상기 흡착제 층(306)의 흡착제는 제올라이트를 포함한다.
마이크로웨이브라는 용어는 주파수 300 MHz ~ 30 GHz의 교류의 범위에 불혀진 통칭이며, 교류는 정현파를 가지는 특성으로 마이크로웨이브에서는 1초간 3억에서 300억 회나 전류의 방향이 바뀐다.
마이크로웨이브의 파장은 10 mm ~ 1000 mm에 이르므로, 센치파라 부르며, 전파로서 이용하고 있는 파 중에서 파장이 짧은 부류에 속한다.
마이크로웨이브를 물질을 가열하거나 건조하는 수단으로 불, 열풍, 증기, 전열에 의한 적외선 등이 이용되고 있다. 이들을 물체 외측으로부터 열을 가하여 물체의 표면을 가열하고 그 물체의 열 전에 의하여 서서히 내부까지 가열하는 방법을 외부 가열이라 하고, 높은 주파수를 갖는 전계를 이용한 유전 가열과 더 높은 주파 수의 전자파를 이용하는 마이크로웨이브 가열에 있어서 피 가열물 자체와 발열체가 되어 물질의 내부에서 가열이 이루어지기 때문에 내부 가열이라 한다.
이러한 내부 가열의 경우, 물체의 외부에 있어서 산란하는 여분의 열이 거의 없고 원리적으로 아주 효율이 좋은 가열을 할 수 있다. 마이크로웨이브 가열에는 피 가열체가 외부 열원 없이 발열하는 특색이 있어 큰 물체에서도 표면 및 내부를 거의 동시에 가열할 수 있기 때문에, 가열물의 품질을 손상하지 않고 단시간에 가열, 건조 처리가 가능하다.
또한, 열 효율을 살펴보면, 마이크로웨이브는 오븐 속에 넣어 둔 피 가열물에만 흡수되고 주위의 벽(금속)과 주위 벽과 공기를 가열하지 않기 때문에, 당연히 열 효율이 높다는 것에 착안하여 과불화탄소 화합물(PFCS), 휘발성 유기 화합물(VOCS), 총 탄화수소(THC), 악취 물질이 흡착된 흡착제만 가열하여 분해시킨다.
흡착이란 유체 분자가 고체 표면에 부착되는 현상이다. 일반적으로 불소 화합물(PFCS)을 함유한 오염 가스는 1000℃ 이상 흡착제 가열 및 가수가 되어야 분해가 잘 되고, 유기 화합물을 함유한 오염 가스는 온도가 낮고, 상온 부근에 에너지 소비량이 비교적 적은 흡착법이 전체적으로 경제적일 수 있다.
도파관(307) 주위에 충진되는 천연 제올라이트는 상기 흡착제 층(306)을 구성하는 흡착제로서 유전 상수, 손실 탄젠트가 낮고 공극이 커서 유전 특성이 양호하고, 수분이 증가할수록 증가되어 오염 물질의 분해 효과가 더욱 향상된다.
이렇게 하여 유전 가열실에 유입된 과불화탄소 화합물(PFCS), 휘발성 유기 화합물(VOCS), 총 탄화수소(THC), 악취 물질 등이 함유된 오염 가스는 내벽의 담체(304)에 담지된 촉매 작용, 및 충진된 천연 제올라이트에 흡착, 유전 가열에 의한 흡착된 오염 물질 가열 분해 및 전처리 수단(100)의 제2 용해조(121)에서 유입된 수분에 의해 제거된다. 예를 들면, 과불화탄소 화합물(PFCS)의 경우 다음의 화학식 2와 같다.
CF4 + 2H2O → CO2 + 4HF
2CHF3 + 2H2O + O2 → 2CO2 + 6HF
Cl2 + H20 → 2HCl + 0.5O2
F2 + H2O → 2HF + 0.5O2
2NF3 + 3H2O → NO + NO2 + 6HF
C2F6 + 3H2O + 1/2 O2 → 2CO2 + 6HF
C3F8 + 4H2O + O2 → 3CO2 + 8HF
SiH4 + O2 → SiO2 + 2H2O
TEOS + O2 → SiO2 + CO2 + H2O
2PH3 + 4O2 → P2O5 + 3H2O
휘발성 유기 화합물의 경우 다음 화학식 3과 같다.
C6H6 + 7 1/2 O2 → 6CO2 + 3H2O
본 발명의 실시예에 따른 복합 오염 처리 장치는 오존을 상기 가열실(5100) 내로 분무시켜 상기 유전 가열 수단(200)에 의해 가열 처리된 상기 복합 오염 물질와 혼합하여 산화 반응을 일으키도록 하는 오존 발생 수단(250)을 더 포함한다.
도 8은 도 1에 도시된 오존 발생 수단(250)의 일예를 나타낸 도면이다. 상기 오존 발생 수단(250)은 흡출 수단(315)으로부터의 공기를 기초로 하여 오존 생성용 산소를 생성하는 산소 발생기(314); 고전압을 발생하는 고전압 발생기(313); 상기 고전압 발생기(313)로부터의 상기 고전압에 따라 상기 산소 발생기(314)로부터 유입된 오존 생성용 산소를 방전시켜 오존을 생성하는 고압 방전관(312); 및 일부가 상기 유전 가열 수단(200)과 상기 플라즈마 수단(300) 사이의 상기 가열실(5100) 내부를 관통하고 다른 부분은 상기 가열실(5100) 외부에 설치되어 상기 고압 방전관(312)으로부터의 상기 오존을 다수의 분사 노즐(310)을 통하여 상기 유전 가열 수단(200)에 의해 가열 처리된 상기 복합 오염 물질이 위치한 상기 가열실(5100) 내로 공급하는 오존 공급관(311)을 포함한다.
촉매 작용 및 흡착제에 흡착, 유전 가열에 의해 오염 물질이 촉매 산화 및 열 분해하여 제거되고 이어 유전 가열실에 수직으로 접한 전실 상부에 설치된 노즐(310)에서 흡출 수단(315)에서 외부 공기가 흡입되고 내부에 제올라이트가 충진되어 유입된 공기 중 질소를 제올라이트에 흡착 제거하여 산소를 생성하는 산소 발 생기(314)를 거쳐 고전압 발생기(316)에서 생성된 15000 ~ 18000V의 고전압을 고압 방전판(312)에 공급하여 유입된 산소를 방전시켜 생성된 오존을 분무하여 유입된 공정 오염 가스와 혼합하여 산화 반응을 일으킨다.
반응식은, 오존과 아크롤레인과의 반응은 아래 화학식 4과 같다.
3CH2CHCHO + O3 → 3CH2CHCOOH
CH2CHCHO + H2O → CH2CHCOOH + HO
오존과 포름알데히드의 반응은 아래 화학식 5와 같이 표현된다.
3HCHO + O3 → 3HCOOH
HCHO + H2O → HCOOH + HO
오존과 가성소다 및 아크롤레인의 반응은 아래 화학식 6으로 표현된다.
3CH2CHCHO + O3 → 3CH2CHCOOH
CH2CHCHO + H2O → CH2CHCOOH + HO
CH2CHCOOH + NaOH → CH2CHCOONa + H2O
오존과 가성소다 및 포름알데히드의 반응은 아래 화학식 7로 표현된다.
3HCHO + O3 → 3HCOOH
HCHO + H2O → HCOOH + HO
HCOOH + NaOH → HCOONa + H2O
플라즈마 수단(300)은 상기 유전 가열 수단(200)으로부터의 상기 복합 오염 물질을 플라즈마 반응시켜 상기 복합 오염 물질에 남은 과불화탄소 화합물, 휘발성 유기 화합물, 및 악취 물질을 추가로 제거한다. 도 9는 도 1 및 도 5에 도시된 플라즈마 수단의 일예을 나타낸 단면도이다.
상기 플라즈마 수단(300)은 상기 가열실(5100)의 상단에 상기 가열실(5100)과 일체형으로 형성되어 상기 유전 가열 수단(200) 및 상기 오존 발생 수단(250)으로부터의 상기 복합 오염 물질을 공급받아 상기 복합 오염 물질에 남은 과불화탄소 화합물, 휘발성 유기 화합물, 및 악취 물질을 플라즈마 처리후 배출하는 플라즈마 반응실(5200); 상기 플라즈마 반응실(5200)의 외벽에 부착되어 고전압을 각각 인가받는 적어도 하나의 외부 전극(318); 상기 플라즈마 반응실(5200) 내부에 상기 적어도 하나의 외부 전극(318)에 대향하도록 설치되는 적어도 하나의 중앙 전극(319); 상기 플라즈마 반응실(5200)의 외부에 설치되어 상기 적어도 하나의 외부 전극과 상기 적어도 하나의 중앙 전극(319) 사이의 상기 플라즈마 반응실(5200) 내에 코로나 방전에 의한 플라즈마를 발생시키기 위하여 고전압 펄스를 발생하고 상기 적어도 하나의 외부 전극(318)으로 인가하는 적어도 하나의 고전압 발생기(316)를 포함한다.
상기 플라즈마 수단(300)은 상기 플라즈마 반응실(5200)을 2개 부분으로 구 분하여 제1 및 제2 플라즈마 반응실(5202 및 5204)을 형성하는 파티션(930)을 더 포함한다.
상기 적어도 하나의 담체(304)가 상기 파티션의 아래에 수직으로 설치되어 상기 가열실을 2개 부분으로 구획하는 제1 및 제2 가열실(5102 및 5104)을 형성한다.
본 발명의 복합 오염 처리 장치는 상기 전처리 수단(100)으로부터의 상기 복합 오염 물질을 공급받는 공급관(301); 상기 공급관(301)으로부터 분기되어 상기 제1 및 제2 가열실(5102 및 5104)과 각각 연통하여 상기 공급관(310)으로부터의 상기 복합 오염 물질을 상기 제1 및 제2 가열실(5102 및 5104)로 공급하는 제1 및 제2 분기관(5300 및 5400); 상기 제1 및 제2 분기관(5300 및 5400)의 내부 통로에 각각 배치되어 상기 제1 및 제2 분기관(5300 및 5400)을 각각 개폐하는 제1 및 제2 솔레노이드 밸브(303); 상기 공급관(301)과 상기 제1 및 제2 분기관(5300 및 5400)의 접속 위치에 배치되어 상기 공급관(301)으로부터의 상기 복합 오염 물질이 방향을 전환하여, 즉 상기 제1 분기관(5300) 또는 제2 분기관(5400)으로 선택적으로 분기하는 선택 밸브(302)를 포함한다. 유전 가열 수단(200)의 입구에 제1 및 제2 솔레노이드 밸브(303)를 설치한 목적은 유전 가열시 출입구는 마이크로웨이브의 누설이 많기 때문에 누설을 방지하기 위하여 밀폐 구조로 하기 위해서이다.
플라즈마는 고체, 액체, 기체에 이은 물질의 4번째 상으로 기체의 일부가 전이되어 고 반응성을 띄는 이온, 전자, 중성 입자로 구성되어 있고, 전체적으로 전기적 중성이나 외부 자기장의 영향을 받는 전도성 기체이다. 이러한 플라즈마는 고 온 플라즈마 및 저온 플라즈마로 분류된다. 고온 플라즈마는 상압에서 높은 에너지를 가하여 발생시키므로 이온화 정도가 높고 구성 요소들이 열역학적으로 평형 상태에 있으며, 평균 온도가 수만 ℃에 이른다. 고온 플라즈마는 용접, 열 분해나 유리 질화를 이용하는 폐기물 처리, 표면 코팅, 박막 합성, 핵 융합의 개발 등에 주로 쓰인다. 반면에 고온 플라즈마는 플라즈마 에너지가 기체를 전체적으로 가열하게 되므로 대상으로 하는 분자를 소각하여 파괴하게 하는 것으로, 고체나 액체의 유독성 쓰레기나 방사성 물질과 같은 폐기물들의 처리에 이용될 수 있다.
저온 플라즈마는 저압에서 적은 에너지를 가하여 발생시키므로 상대적으로 이온화 정도가 크지 않고 구성 요소들이 열역학적으로 평형을 이루고 있지 않으며, 평균 온도가 상온보다 약간 높아서 저압 상태가 기체나 유기증기들을 전기적으로 방전시키기 쉽다. 저온 플라즈마는 재료 합성, 강의 표면 처리, 강의 박막 처리, 반도체 표시 소자, 고분자 중합 등에 주로 이용되고 있다. 저온 플라즈마를 이용한 방법은 선택적 에너지 흡수성과 여러 오염 물질들의 동시 제거 능력 때문에 대기 오염 물질 제거를 위한 가장 적당한 기술이라 말할 수 있다.
플라즈마에서의 에너지는 거의 전적으로 주위 가스를 분해시키고 이온화시키는데 사용되어 유해 물질을 분해하는 라디칼들을 생성하게 된다.
방향족 화합물 중 분자 내에 벤젠 고리를 가지고 있는 물질은 벤젠, 톨루엔 등이 있으며, 대부분 휘발성 유기 화합물의 경우 유전 상수 기준 1 ~ 10이며, 그 중에서 톨루엔과 같은 방향족 화합물은 공명 안정화로 인해 일반적인 저온 플라즈마 기술로 분해하기가 매우 어렵고 분해를 위해서는 많은 에너지가 소모된다.
제거하려는 오염 물질 중 함유된 불소 화합물(PFCS) 및 휘발성 유기 화합물(VOCS)의 경우 불소 화합물(PFCS)은 1000℃ 이상, 휘발성 유기 화합물(VOCS)은 800 ℃ 이상에서 일반적으로 열 분해되기 때문에, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 플라즈마 수단(300)의 전단에 유전 가열 수단(200)을 두고, 내부 벽체에는 세라믹, bauxite 등의 담체(304)에 백금, 파라듐, 크롬 알루미나, 이산화코발트 등의 촉매(305)를 담지시켜 내벽을 축조하며, 중앙에는 도파관 또는 마그네트론 등의 유전 가열 장치를 설치하고, 내벽과 도파관 또는 마그네트론 사이에 큰 입경의 제올라이트를 채운다. 마그네트론에서 마이크로웨이브 형태의 전자파를 발생시켜 제올라이트 및 내벽의 촉매 물질 등을 유전 가열시키면 낮은 온도에서 촉매 반응 및 열 분해가 일어나 오염 물질을 저 전위 에너지로 제거할 수 있고, 유전 가열 장치 내 조절 장치가 내장되어 있어 오염 가스별 제거 선택율이 높다. 플라즈마 발생 장치도 저온용, 고온용으로 직렬 설치하여 오염 가스별 선택도를 높게 한다. 플라즈마 반응을 설명하면, 다음 화학식 8로 표현된다.
O3 + 플라즈마 ↔ O* + O3
O* + H2O ↔ OH-
불소 화합물(PFCS)의 제거는 다음 화학식 9로 표현된다.
C3F8 + 4H2O + O2 → 3CO2 + 8HF
2NF3 + 3H2O → NO + NO2 + 6HF
2CHF3 + 2H2O + O2 → 2CO2 + 6HF
F2 + H2O → 2HF + 0.5O2
CHF4 + 2H2O → CO2 + 4HF
휘발성 유기 화합물(VOCS)의 제거는 다음 화학식 10으로 표현된다.
C6H6 + 7 1/2 O2 → 6CO2 + 3H2O
C6H5OH + 7O2 → 6CO2 + 3H2O
CH3COCH3 + 4O2 → 3CO2 + 3H2O
CH3CHO + 2 1/2 O2 → 2CO2 + 2H2O
악취 물질의 제거는 다음 화학식 11로 표현된다.
H2S + O3 /플라즈마, 촉매 → H2 + S
CH3SH + O3 /플라즈마, 촉매 → CO2 + H2O + S
HCHO + O3 /플라즈마, 촉매 → CO2 + H2O
CH3NH2 + O3 /플라즈마, 촉매 → CO2 + N2 + H2O
이렇게, 저, 고온 플라즈마 반응에서 불소 화합물(PFCS), 휘발성 유기 화합물(VOCS), 악취 물질 등이 제거된 복합 오염 물질은 세정수에 용해가 용이한 수증기, HF, S 등의 가스로 분해되고 일부 질소 화화물(NOX) 등이 포함되어 후처리 수단(400)의 제3 용해조(404)로 유입된다.
본 발명의 복합 오염 처리 장치는 상기 전처리 수단(100)으로부터의 저온의 복합 오염 물질을 튜브(202)를 통하여 하부에서 상부로 흘리고 상기 플라즈마 수단(300)으로부터의 고온의 복합 오염 물질을 상부에서 상기 튜브(202)를 통하여 하부로 흘리는 대향류 열교환 방식으로 간접 가열하는 열 교환 수단(200)을 더 포함한다.
도 10은 도 1에 도시된 열 교환 수단의 일예인 셀 및 튜브 방식 열교환 수단을 나타낸 단면도이다.
상기 열 교환 수단(200)은 입형 셀 및 튜브 형식으로 내부에 튜브(202)가 형성되어 있고, 제1 배출관(127)을 통하여 상기 전처리 수단(100)으로부터 전달된 저온의 상기 복합 오염 물질을 내부로 유입하는 제1 유입구(201)가 일측의 하부에 형성되고, 상기 튜브(200)를 통과한 상기 저온의 복합 오염 물질을 상기 유전 가열 수단(200)으로 배출하는 제1 배출구(204)가 상기 일측의 반대측의 상부에 형성되고, 상기 플라즈마 수단(300)으로부터의 고온의 복합 오염 물질을 내부로 유입하는 제2 유입구(205)이 상단에 형성되어 있고, 상기 튜브(202)를 통과한 상기 고온의 복합 오염 물질이 배출하는 제2 배출구(207)가 형성되어 있는 밀폐 용기이다.
열 교환 수단(400)은 원통형의 셀 및 튜브 형식으로 되어 있으며, 전처리 수단(100)에서 유입된 복합 오염 물질은 제1 유입구(201)로 유입되어 셀 하부에서 내부로 유입되어 셀 상부 토출구까지 상승되어 제1 배출구(204)로 토출되어 유전 가열 수단(200)으로 유입되고, 플라즈마 수단(300)에서 토출된 고온의 복합 오염 물질은 열 교환 수단(200)의 제2 유입구(205)로 유입되어 튜브(202)를 통해 상부에서 하부로 고온 복합 오염 물질이 흘러 가는 동안 튜브(202) 내부에서 대류, 전도 형태로 셀 내부(206)로 열 전달이 이루어지고, 튜브(202) 외측에 열 전달 효율을 향상시키기 위한 하부 핀(203)을 통해서도 대류, 전도, 전도 방식으로 열 전달이 이루어져 셀 내부의 저온 공정 가스인 복합 오염 물질을 가열시킨다.
이러한 열 전달 과정을 거치는 동안 고온의 복합 오염 물질은 냉각되어 열 교환 수단(400) 하부의 제2 배출구(207)로 토출되어 후처리 수단(500)으로 유입된다.
열 교환 수단(400)에서 전처리 수단(100)으로부터 유입된 저온 복합 오염 가스가 플라즈마 수단(300)에서 유입된 고온 복합 오염 물질과 셀 및 튜브 형식의 열 교환 수단(200) 내부에서 간접 열 교환하여 가열 및 수증기가 건도가 향상된 습증기로 변화되는 과정을 다음과 같다.
튜브(202), 외부 하부 핀에서의 열 통과율은 아래 수학식 1로 표현된다.
Hc = KA(tr-t0)
여기서, Hc는 전열량(kcal/h), K는 튜브 내의 열 통과율(kcal/m2h℃), A는 튜브, 하부 핀의 외 표면적(m2), tr은 튜브 내부 고온 오염 물질의 온도, t0은 셀 내부의 저온 오염 물질의 온도이다.
고온 복합 오염 물질에서 튜브 측으로의 전달 열량은 아래 수학식 2로 표현된다.
H1 = α1 A(trr)
(1/α1)H1 = A(trr)
여기서, tr은 튜브 내부 고온 오염 물질의 온도이고, τr은 튜브 외측 저온 복합 오염 물질 온도이다.
Figure 112009006292563-pat00001
여기서, AP는 튜브 만의 외 표면적(m2), Af는 핀 만의 외 표면적(m2), φ는 핀의 효율, υ은 핀과 튜브 접착부 열 저항이고, α1 및 α0는 열 통과율(kcal/m2h℃)이다.
튜브 외측 표면에서 셀 내부로 방산하는 열량은 수학식 4로 표현된다.
H2 = α0 A(τ0-to)
(1/α0)H2 = A(τ0-to)
여기서, α0은 열 전달율(kcal/m2h℃), τ0는 튜브 외측 온도(℃), 및 to는 셀 내부 온도(℃)이다.
열 교환 수단(400)에서 간접 열 교환하여 가열되고, 습증기를 함유한 공정 오염 가스는 공급관(301)를 통하여 선택 밸브(302) 및 솔레노이드 밸브(303)를 경유하여 병렬 설치된 유전 가열 수단(200), 플라즈마 수단(300) 등으로 유입되는데 유전 가열 수단(200), 플라즈마 수단(300)을 병렬 설치한 목적은 유전 가열 수단(200) 및 플라즈마 수단(300)에서의 과열에 의한 과부하를 방지하고 장치의 내구성을 높게 하기 위함이고, 또한 하나의 쳄버에서 방열-오염가스 퍼지-가열을 반복할 수 있기 때문에 최소한의 설치 면적과 처리 효율을 향상시킨다.
본 발명에 따른 복합 오염 처리 장치는 상기 플라즈마 수단(300)에 의한 플라즈마 반응 중 생성되는 오염성 반응 생성물을 용해 처리하여 제거하는 후처리 수 단(400)을 더 포함한다. 상기 오염성 반응 생성물은 질소 산화물 및 연소 생성물 중의 적어도 하나를 포함한다.
도 11은 도 1에 도시된 3단으로 구획된 후 처리 수단을 나타낸 단면도이다. 상기 후처리 수단(500)은 외형은 원통형으로 3단으로 구성되는데, 중단부에는 흡출 수단(401), 제1 유로(402), 제3 산기관(403), 및 제3 용해조(404)이 설치되고, 상단부에는 제올라이트 층(411), 분사 노즐(412), 제2 데미스터(419), 제4 용해조(1100)가 설치되고, 하단부에는 제3 저장 탱크(406), 제1 솔레노이드 밸브(407), 제3 순환 펌프(408), 제1 공급관(409), 제4 저장 탱크(413), 제2 공급관(415), 제2 솔레노이드 밸브(414), 제4 순환 펌프(416)가 설치된다. 상기 제3 산기관(403)은 도 2 및 도 3에 도시된 상기 전처리 수단(100)의 제1 산기관(113)과 동일한 구조를 가질 수 있다.
상기 후처리 수단(500)은 상기 플라즈마 수단(300)으로부터의 상기 복합 오염 물질 및 요소수를 수용하는 제3 용해조(404); 상기 제3 용해조(404)의 바닥면에 설치되어 상기 플라즈마 수단(300)으로부터의 상기 복합 오염 물질이 내부에 형성된 직경 1 mm 내지 3mm의 미세 기공 속으로 통과하도록 하는 제3 산기관(403); 상기 제3 용해조(404)의 상단에 상기 제3 용해조(404)와 연통하도록 설치되어 상기 제3 용해조(404)로부터의 상기 복합 오염 물질 및 상기 세정수를 수용하는 제4 용해조(1100); 상기 제4 용해조(1100) 내에 제올라이트가 충진되고 상기 제4 용해조(1100)에 유입된 상기 복합 오염 물질이 내부에 형성된 미세 기공 속으로 통과하도록 하는 제올라이트 층(411); 상기 제4 용해조(1100)의 바닥면에 설치되어 상기 제4 용해조(1100)로부터의 상기 복합 오염 물질이 내부에 형성된 미세 기공 속으로 통과하도록 하는 제4 산기관(421); 및 상기 플라즈마 수단(322)으로부터의 상기 플라즈마 처리된 복합 오염 물질을 상기 제3 산기관(403)을 통하여 상기 제3 용해조(404)로 분무시켜 상기 복합 오염 물질에 함유된 오염성 반응 생성물이 상기 요소수에 용해되는 방식으로 제거하는 흡출 수단(401)을 포함한다.
후처리 수단(500)은
상기 제3 용해조(404)로부터 배출관(405)를 통하여 배출된 상기 요소수를 저장하는 제3 저장 탱크(406); 상기 요소수를 제1 공급관(409)을 통하여 상기 제3 용해조(404)로 공급하거나 상기 제3 저장 탱크(406)에 저장된 상기 배출된 요소수를 상기 제1 공급관(409)을 통하여 상기 제3 용해조(404)로 회수하는 제1 순환 펌프(408); 상기 제4 용해조(1100)로부터 내통(1200)을 통하여 배출된 상기 세정수를 저장하는 제4 저장 탱크(413); 상기 세정수를 제2 공급관(415)을 상기 제4 용해조(1100)로 공급하거나 상기 제4 저장 탱크(413)에 저장된 상기 배출된 세정수를 제2 공급관(415)을 통하여 상기 제4 용해조(1100)로 공급함으로써 기액 접촉으로 상기 제4 용해조(1100)로 공급된 상기 복합 오염 물질을 세정하는 제4 순환 펌프(416); 및 상기 제4 용해조(1100)의 내부 상단에 설치되어 상기 제4 용해조(1100) 내에서 용해 처리된 복합 오염 물질을 통과하도록 하여 상기 복합 오염 물질에 포함된 수분을 제거하는 제2 데미스터(419)를 더 포함한다.
플라즈마 수단(300)에서 질소 산화물, 미량의 불소 화합물, 수증기, 황 등이 함유된 오염 가스는 흡출 수단(401)에 의하여 흡입되고 제1 유로(402)를 경유, 제3 용해조(404)의 바닥에 설치된 제3 산기관(403)을 통하여 요소수 내로 분무되면 요소수와 반응하여 제거된다. 이 경우, 질소 화화물(NOX) 흡수에 의한 화학 반응은 다음 화학식 12로 표현된다.
2NO2 + H2O ↔ HNO3 + HNO2
2HNO2 ↔ H2O + NO + NO2
3HNO2 ↔ H2O + 2NO + HNO2
3NO2 + H2O ↔ 2HNO2 + NO
SOX 처리 공법은 다음 화학식 13으로 표현된다.
S + O2 → SO2
SO2 + 1/2 O2 → SO3
SO3 + H2O → H2SO4
SO2 + 2NaOH → H2O + Na2SO3
SO2 + Na2SO3 + H2O → 2NaSOH3
불소 화합물은 다음 화학식 14로 표현된다.
HF + H2O → HF(Aq)
HCl + H2O → HCl(Aq)
P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O
제3 용해조(404)에서 질소 산화물(NOx), 약간의 황산화물(SOx), 불소화합물(PFCS) 등이 용해되면 용액의 농도가 높아져 용해율이 감소될 수 있기 때문에, 제3 저장 탱크(406)에 저장된 깨끗한 요소수를 제1 솔레노이드 밸브(407) 및 제1 공급관(409)를 통해 흡입하고 제3 순환 펌프(408)에서 가압하여 제1 공급관(409)을 이용 제3 용해조(404)에 공급하고 오염된 요소수는 제1 배출관(405)을 통해 제3 저장 탱크(406)로 회수된다.
제4 저장 탱크(413)에서 정화된 오염 물질은 유로(417)를 통해 제4 용해조(1100)에 유입되고 내부에 제올라이트로 충진된 제올라이트 층(416)을 통과하는 동안 상기 제4 저장 탱크(413)에 저장된 세정수가 제2 솔레노이드 밸브(414) 및 공급관(415)을 통해 제4 순환 펌프(416)에 유입 가압되어 토출관(414)을 통해 분무 노즐(도시안됨)로 분사되면 기액 접촉으로 다시 한번 오염 물질은 정화되고, 미세 그물 구조의 제2 데미스터(419)를 통해 수분이 제거된 후, 전실을 경유 최종 배출구(420)를 통해 대기로 배출된다.
제4 용해조(1100)에서 세정된 폐수는 내통(1200)을 통해 제4 저장 탱크(413)으로 회수된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
본 발명에 따른 복합 오염 물질 처리 장치는 대기 오염 방지 시설, 악취 방지 시설, 지구 온난화 물질 제거용으로 산업계 전반에 걸쳐 광범위하게 사용될 수 있으며, 감축된 온실 가스만큼 청정 개발 체제(CDM: Clean Development Mechanism)를 구축하여 탄소 배출권 거래(EU ETS) 사업도 가능하여 오염 물질 처리의 손실 비용에서 기업의 이익을 주는 부가 가치 창출 및 저 탄소 녹색 성장 정책에도 이바지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합 오염 물질 처리 장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 3단으로 구획된 전처리 수단을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 용해조의 일예를 나타낸 확대 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1 산기관의 일예를 나타낸 확대 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 유전 가열 수단, 오존 발생 수단, 플라즈마 수단을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 유전 가열 수단의 각 구성 요소들을 나타낸 상세도이다.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 담체를 확대 도시한 확대 사시도이다.
도 8은 도 1에 도시된 오존 발생 수단의 일예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 1 및 도 5에 도시된 플라즈마 수단의 일예을 나타낸 단면도이다.
도 10은 도 1에 도시된 열 교환 수단의 일예인 셀 및 튜브 방식 열교환 수단을 나타낸 단면도이다.
도 11은 도 1에 도시된 3단으로 구획된 후 처리 용해 수단을 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 전처리 수단 111: 흡출 수단
112: 제1 유로 113: 제1 산기관
114: 제1 용해조 115: 세정수 배출관
116: 제1 저장 탱크 117: 제1 순환 펌프
118: 제1 공급관 119: 제2 유로
120: 제2 산기관 121: 제2 용해조
122: 제2 저장 탱크 123: 제2 순환 펌프
124: 제2 공급관 125: 제2 배출관
126: 제1 데미스터 127: 제1 배출관
200: 유전 가열 수단 201: 제1 유입구
202: 튜브 203: 하부 핀
204: 제1 배출구 205: 제2 유입구
206: 셀 내부 207: 제2 배출구
300: 플라즈마 수단 301: 공급관
302: 선택 밸브 303: 솔레노이드 밸브
304: 담체 305: 촉매
306: 흡착제 층 307: 도파관
308: 가이드 관 309: 마그네트론
310: 오존 분사 노즐 311: 오존 공급관
312: 고압 방전판 313: 고전압 발생기
314: 산소 발생기 315: 흡출 수단
316: 고전압 발생기 317: 고압 전선
318: 외부 전극 319: 중앙 전극
320: 솔레노이드 밸브 321: 선택 밸브
322: 배출관 400: 열 교환 수단
401: 흡출 수단 402: 제1 유로
403: 제3 산기관 404: 제3 용해조
405: 제1 배출관 406: 제3 저장 탱크
407: 제1 솔레노이드 밸브 408: 제3 순환 펌프
409: 제1 공급관 410: 제2 유로
411: 제올라이트 층 412: 세정수 분사 노즐
413: 제4 저장 탱크 414: 제2 솔레노이드 밸브
415: 제2 공급관 416: 제4 순환 펌프
417: 세정수 관 418: 세정수 배출관
419: 제2 데미스터 420: 최종 배출구
500: 후 처리 수단 1100: 제4 용해조
1200: 내통 3002: 내통
5100: 가열실 5102: 제1 가열실
5104: 제2 가열실 5200: 플라즈마 반응실
5202: 제1 플라즈마 반응실 5204: 제2 플라즈마 반응실
5300: 제1 분기관 5400: 제2 분기관
6100: 전원부

Claims (17)

  1. 처리할 복합 오염 물질에 함유된 분진 및 친수성 물질을 세정 수로 용해 처리하여 제거하고, 상기 복합 오염 물질에 함유된 수소 불화 탄소 화합물을 불소 화합물 용해용 용매로 용해 처리하여 제거하는 전처리 수단;
    상기 전처리 수단에 의해 처리된 상기 복합 오염 물질을 유전 가열에 의해 열 분해하여 상기 복합 오염 물질에 함유된 과불화탄소 화합물, 휘발성 유기 화합물, 및 악취 물질을 제거하는 유전 가열 수단; 및
    상기 유전 가열 수단으로부터의 상기 복합 오염 물질을 플라즈마 반응시켜 상기 복합 오염 물질에 남은 과불화탄소 화합물, 휘발성 유기 화합물, 및 악취 물질을 추가로 제거하는 플라즈마 수단을 포함하고,
    상기 유전 가열 수단은
    상기 전처리 수단으로부터의 상기 복합 오염 물질을 수용하는 가열실;
    상기 가열실 내에 흡착제가 충진되어 상기 가열실 내에 유입된 상기 복합 오염 물질에 대한 열 분해가 용이하도록 상기 복합 오염 물질을 흡착하는 흡착제 층;
    상기 흡착제 층의 흡착제에 부착된 상기 복합 오염 물질에 포함된 상기 과불화탄소 화합물, 상기 휘발성 유기 화합물, 및 상기 악취 물질을 열 분해하여 제거하기 위한 마이크로웨이브를 발생하는 마그네트론;
    상기 마그네트론에 의해 발생된 상기 마이크로웨이브를 상기 가열실로 유도하는 도파관;
    상기 마그네트론을 구동하기 위한 전원을 제공하는 전원부; 및
    상기 흡착제 층의 외측에 가열실 내벽에 접속하도록 설치되어 담지된 촉매의 작용에 의해 상기 가열실 내에 유입된 상기 복합 오염 물질이 탈수소 작용, 수소 처리 작용, 및 산화 작용하도록 하는 적어도 하나의 담체를 포함하고,
    상기 플라즈마 수단은
    상기 가열실의 상단에 상기 가열실과 일체형으로 형성되어 상기 유전 가열 수단으로부터의 상기 복합 오염 물질을 공급받아 상기 복합 오염 물질에 남은 상기 과불화탄소 화합물, 상기 휘발성 유기 화합물, 및 상기 악취 물질을 플라즈마 처리후 배출하는 플라즈마 반응실;
    상기 플라즈마 반응실의 외벽에 부착되어 고전압을 각각 인가받는 적어도 하나의 외부 전극;
    상기 플라즈마 반응실의 내부에 상기 적어도 하나의 외부 전극에 대향하도록 설치되는 적어도 하나의 중앙 전극;
    상기 플라즈마 반응실의 외부에 설치되어 상기 적어도 하나의 외부 전극과 상기 적어도 하나의 중앙 전극 사이의 상기 플라즈마 반응실 내에 코로나 방전에 의한 플라즈마를 발생시키기 위하여 고전압 펄스를 발생하고 상기 적어도 하나의 외부 전극으로 인가하는 적어도 하나의 고전압 발생기를 포함하고,
    상기 플라즈마 수단은 상기 플라즈마 반응실을 2개 부분으로 병렬로 구분하여 제1 및 제2 반응실을 형성하는 파티션을 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 담체가 상기 파티션의 아래에 수직으로 설치되어 상기 유전 가열 수단의 상기 가열실을 2개 부분으로 병렬로 구획하는 제1 및 제2 가열실을 형성하는 복합 오염 물질 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 불소 화합물 용해용 용매는 디메틸 술폭사이드(di-methy sulfoxide:DMSO)인 복합 오염 물질 처리 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 전처리 수단은
    상기 복합 오염 물질 및 플라즈마 반응에서 상기 복합 오염 물질에 포함된 상기 수소 불화 탄소 화합물의 제거에 필요한 가수 작용을 위한 세정수를 수용하는 제1 용해조;
    상기 제1 용해조의 바닥면에 설치되어 상기 복합 오염 물질이 내부에 형성된 미세 기공 속으로 통과하도록 하는 제1 산기관;
    상기 제1 용해조 상단에 상기 제1 용해조와 연통하도록 설치되어 상기 제1 용해조로부터의 상기 복합 오염 물질 및 불소 화합물 용해용 용매를 수용하는 제2 용해조;
    상기 제2 용해조의 바닥면에 설치되어 상기 제1 용해조로부터의 상기 복합 오염 물질이 내부에 형성된 미세 기공 속으로 통과하도록 하는 제2 산기관; 및
    불소 화합물을 함유한 복합 오염 물질을 상기 제1 산기관을 통하여 상기 제1 용해조로 분무시켜 상기 복합 오염 물질에 함유된 분진 및 친수성 물질이 상기 세정수에 용해되는 방식으로 제거하고, 상기 분진 및 친수성 오염물질이 일부 제거된 복합 오염 물질을 상기 제2 산기관을 통하여 상기 제2 용해조로 분무하여 상기 복합 오염 물질에 함유된 수소 불화 탄소 화합물을 용해하는 방식으로 제거하는 흡출 수단을 포함하는 복합 오염 물질 처리 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 전처리 수단은
    상기 제1 용해조로부터 배출된 상기 세정수를 저장하는 제1 저장 탱크;
    상기 세정수를 제1 공급관을 통하여 상기 제1 용해조로 공급하거나 상기 제1 저장 탱크에 저장된 상기 배출된 세정수를 상기 제1 공급관을 통하여 상기 제1 용해조로 공급하는 제1 순환 펌프;
    상기 제2 용해조로부터 배출된 상기 불소 화합물 용해용 용매를 저장하는 제2 저장 탱크;
    상기 불소 화합물 용해용 용매를 제2 공급관을 통하여 상기 제2 용해조로 공급하거나 상기 제2 저장 탱크에 저장된 상기 배출된 상기 불소 화합물 용해용 용매를 상기 제2 공급관을 통하여 상기 제2 용해조로 공급하는 제2 순환 펌프; 및
    상기 제1 용해조의 내부 상단에 설치되어 상기 전처리 수단에 의해 용해 처리된 복합 오염 물질을 통과하도록 하여 상기 복합 오염 물질에 포함된 수분을 제거하는 제1 데미스터를 더 포함하는 복합 오염 물질 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서, 상기 흡착제 층의 흡착제는 제올라이트를 포함하는 복합 오염 물질 처리 장치.
  8. 제1 항에 있어서, 오존을 상기 가열실 내로 분무시켜 상기 유전 가열 수단에 의해 가열 처리된 상기 복합 오염 물질와 혼합하여 산화 반응을 일으키도록 하는 오존 발생 수단을 더 포함하는 복합 오염 물질 처리 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 오존 발생 수단은
    오존 생성용 산소 및 고전압을 각각 생성하는 산소 발생기 및 고전압 발생기;
    상기 고전압 발생기로부터의 상기 고전압에 따라 상기 산소 발생기로부터 유입된 오존 생성용 산소를 방전시켜 오존을 생성하는 고압 방전관; 및
    일부가 상기 유전 가열 수단과 상기 플라즈마 수단 사이의 상기 가열실 내부를 관통하고 다른 부분은 상기 가열실 외부에 설치되어 상기 고압 방전관으로부터의 상기 오존을 다수의 분사 노즐을 통하여 상기 유전 가열 수단에 의해 가열 처리된 상기 복합 오염 물질이 위치한 상기 가열실 내로 공급하는 오존 공급관을 포함하는 복합 오염 물질 처리 장치.
  10. 삭제
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 전처리 수단으로부터의 상기 복합 오염 물질을 공급받는 공급관;
    상기 공급관으로부터 분기되어 상기 제1 및 제2 가열실과 각각 연통하여 상기 공급관으로부터의 상기 복합 오염 물질을 상기 제1 및 제2 가열실로 공급하는 제1 및 제2 분기관;
    상기 제1 및 제2 분기관의 내부 통로에 각각 배치되어 상기 제1 및 제2 분기관을 각각 개폐하는 제1 및 제2 솔레노이드 밸브; 및
    상기 공급관과 상기 제1 및 제2 분기관의 접속 위치에 배치되어 상기 공급관으로부터의 상기 복합 오염 물질을 상기 제1 분기관 또는 제2 분기관으로 선택적으로 분기하는 선택 밸브를 더 포함하는 복합 오염 물질 처리 장치.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 전처리 수단으로부터의 저온의 복합 오염 물질을 튜브를 통하여 하부에서 상부로 흘리고 상기 플라즈마 수단으로부터의 고온의 복합 오염 물질을 상부에서 상기 튜브를 통하여 하부로 흘리는 대향류 열교환 방식으로 간접 가열하는 열 교환 수단을 더 포함하는 복합 오염 물질 처리 장치.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 열 교환 수단은 입형 셀 및 튜브 형식으로 내부에 튜브가 형성되어 있고, 제1 배출관을 통하여 상기 전처리 수단으로부터 전달된 저온의 상기 복합 오염 물질을 내부로 유입하는 제1 유입구가 일측의 하부에 형성되고, 상기 튜브를 통과한 상기 저온의 복합 오염 물질을 상기 유전 가열 수단으로 배출하는 제1 배출구가 상기 일측의 반대측의 상부에 형성되고, 상기 플라즈마 수단으로부터의 고온의 복합 오염 물질을 내부로 유입하는 제2 유입구이 상단에 형성되어 있고, 상기 튜브를 통과한 상기 고온의 복합 오염 물질이 배출하는 제2 배출구가 형성되어 있는 밀폐 용기인 복합 오염 물질 처리 장치.
  14. 제1 항에 있어서, 상기 플라즈마 수단에 의한 플라즈마 반응 중 생성되는 오염성 반응 생성물을 용해 처리하여 제거하는 후처리 수단을 더 포함하는 복합 오염 물질 처리 장치.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 오염성 반응 생성물은 질소 산화물 및 연소 생성물 중의 적어도 하나를 포함하는 복합 오염 물질 처리 장치.
  16. 제14 항에 있어서, 상기 후처리 수단은
    상기 플라즈마 수단으로부터의 상기 복합 오염 물질 및 요소수를 수용하는 제3 용해조;
    상기 제3 용해조의 바닥면에 설치되어 상기 플라즈마 수단으로부터의 상기 복합 오염 물질이 내부에 형성된 미세 기공 속으로 통과하도록 하는 제3 산기관;
    상기 제3 용해조 상단에 상기 제3 용해조와 연통하도록 설치되어 상기 제3 용해조로부터의 상기 복합 오염 물질 및 상기 세정수를 수용하는 제4 용해조;
    상기 제4 용해조 내에 제올라이트가 충진되고 상기 제4 용해조에 유입된 상기 복합 오염 물질이 내부에 형성된 미세 기공 속으로 통과하도록 하는 제올라이트 층;
    상기 제4 용해조의 바닥면에 설치되어 상기 제3 용해조로부터의 상기 복합 오염 물질이 내부에 형성된 미세 기공 속으로 통과하도록 하는 제4 산기관; 및
    상기 플라즈마 수단으로부터의 상기 플라즈마 처리된 복합 오염 물질을 상기 제3 산기관을 통하여 상기 제3 용해조로 분무시켜 상기 복합 오염 물질에 함유된 오염성 반응 생성물이 상기 요소수에 용해되는 방식으로 제거하는 흡출 수단을 포함하는 복합 오염 물질 처리 장치.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 후처리 수단은
    상기 제3 용해조로부터 배출된 상기 요소수를 저장하는 제3 저장 탱크;
    상기 요소수를 제1 공급관을 통하여 상기 제3 용해조로 공급하거나 상기 제3 저장 탱크에 저장된 상기 배출된 요소수를 상기 제1 공급관을 통하여 상기 제3 용해조로 회수하는 제3 순환 펌프;
    상기 제4 용해조로부터 배출된 상기 세정수를 저장하는 제4 저장 탱크;
    상기 세정수를 제2 공급관을 상기 제4 용해조로 공급하거나 상기 제4 저장 탱크에 저장된 상기 배출된 세정수을 제2 공급관을 통하여 상기 제4 용해조로 공급함으로써 기액 접촉으로 상기 제4 용해조로 공급된 상기 복합 오염 물질을 세정하는 제4 순환 펌프; 및
    상기 제4 용해조의 내부 상단에 설치되어 상기 후처리 수단에 의해 용해 처리된 복합 오염 물질을 통과하도록 하여 상기 복합 오염 물질에 포함된 수분을 제거하는 제2 데미스터를 더 포함하는 복합 오염 물질 처리 장치.
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