KR101505732B1 - 질소산화물 및 미세물질 동시 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

질소산화물 및 미세입자를 포함하는 폐가스의 처리 시스템이 개시된다. 이러한 가스 처리 시스템 질소산화물과 미세입자를 포함하는 폐가스에 플라즈마 방전을 인가하여 플라즈마를 생성하도록 배치되는 플라즈마부와, 플라즈마 방전부를 통과한 폐가스 중 수용성 물질을 제거하는 습식처리부와, 습식처리부를 통과한 폐가스에 대하여 집진처리를 수행하는 집진부를 포함한다. 이러한 가스 처리 시스템은 효율적으로 부생성물을 최소화하면서 질소산화물과 미세입자를 동시에 처리할 수 있다.

Description

질소산화물 및 미세물질 동시 처리 시스템{SYSTEM FOR TREAT NITROGEN OXIDE AND PARTICLE MATERIAL AT COMBINED STATION}
본 발명은 폐가스 처리 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질소산화물과 미세물질을 동시에 처리할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 등에 사용된 후 배출되는 폐가스는 는 대부분 유해물질을 포함하고 있기 때문에, 적절한 처리를 통해 정화한 후 배출되고 있다. 예를 들어 가스 스크러버와같이 폐가스를 플라즈마 또는 연소하거나 습식처리를 통해 폐가스 중에 유해성분을 제거한다.
이러한 폐가스에는 다양한 유해물질을 포함하기 때문에, 여러 과정을 통해 처리하지 않으면 완전한 처리가 이루어지지 않게 된다. 따라서 기존에는 여러 종류의 가스 처리장치를 준비하고 있다. 더구나 근래 들어 환경에 대한 관심이 높아지면서 규제가 한층 강화되기 때문에 많은 현장에서는 기존의 처리 장치들 외에 추가적인 장치를 부설하고 있다.
이와 같이 복합적인 유해물질을 포함하는 폐가스에는 동시에 처리하기가 어려운 조합이 있는데, 그 중 하나가 NOX와 미세물질(particle material)이다. 이들 질소산화물과 미세물질을 포함하는 폐가스를 처리하는 전통적인 방식으로는, 각각 처리 타깃 가스가 정해진 개별적인 장치로 가스를 이송하면서 처리하는 것이었다. 그러나 이는 장치들이 차지하는 점유면적이 커지게 되어 경제적이지 못하다.
그런가 하면, 자동차 매연과 같이 질소산화물과 미세물질을 포함하는 폐가스를 처리하기 위해 촉매를 이용하는 복합처리 장치가 제안된 바 있다. 그러나, 이러한 촉매를 이용하는 처리 시스템은 과도한 에너지가 사용되기 때문에 자동차 매연과 같이 소량의 폐가스를 처리하는데 적용할 수는 있으나, 반도체 제조 공정과 같이 대규모 시설에는 적용하기 어렵다.
최근에는 스마트폰, 스마트패드, 대형 디스플레이 등이 주력 생산 제품으로 떠오르면서 지속적으로 제조설비의 확대가 이루어지고 있다. 그만큼 배출되는 폐가스의 양이 늘어나고 있기 때문에 질소산화물과 미세물질을 동시에 처리할 수 있는 시스템 역시 대용량 처리가 필요하다.
한국특허공개 10-2011-0065985
본 발명은 질소산화물과 미세입자를 포함하는 가스를 동시에 처리할 수 있는 가스 처리 시스템을 제공한다.
본 발명은 질소산화물과 미세입자의 처리를 동시에 수행하면서도 부생물의 발생을 최소화할 수 있는 가스 처리 시스템을 제공한다.
본 발명은 경제적으로 질소산화물과 미세입자의 처리를 수행할 수 있는 가스 처리 시스템을 제공한다.
본 발명은 질소산화물 및 미세입자를 포함하는 폐가스 처리 시스템을 제공하며, 이 시스템은: 질소산화물과 미세입자를 포함하는 폐가스에 플라즈마 방전을 인가하여 플라즈마를 생성하도록 배치되는 플라즈마부; 상기 플라즈마 방전부를 통과한 폐가스 중 수용성 물질을 제거하는 습식처리부; 및 상기 습식처리부를 통과한 폐가스에 대하여 집진처리를 수행하는 집진부;를 포함한다.
상기 플라즈마부 전에 폐가스에 소정 산화제를 포함하는 용액을 분사하는 산화처리부를 더 포함한다.
상기 산화처리부는 상기 질소산화물 중 적어도 일부분을 이온화시킨다.
상기 산화제는 NaOCl를 포함할 수 있고, 상기 이온화되는 질소산화물은 NO에서 NO2 +로 변환되는 것을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마부는: 봉 형상의 방전극; 판 형상의 집진극; 및 상기 집진극에 표면에 수막을 형성하도록 물을 분무하는 제1물분사장치;를 포함한다.
상기 집진처리부는 직류전압이 인가되고, 대면하면서 교번적으로 배열된 각각 하나 이상의 양극 집진판과 음극 집진판을 포함한다.
본 발명에 따르면, 질소산화물과 미세물질을 동시에 처리할 수 있는 정화시스템이 제공된다. 이러한 시스템에서는 폐가스가 산화처리, 플라즈마처리, 환원처리, 및 전기 집진의 과정을 순차적으로 통과하면서 다양한 처리 타깃 물질, 특히 질소산화물과 미세물질이 효과적으로 처리된다. 더구나 본 발명의 처리 시스템은 산화처리, 플라즈마처리, 및 환원처리를 이용하기 때문에 다량의 질소산화물 및 미세입자가 이온화 또는 활성화되어 플라즈마 집진, 수용성 물질 처리, 전기집진 과정을 거리면서 질소산화물(NOx)이나 미세입자들이 거의 완벽하게 처리된다. 또한 본 발명의 시스템은 부생물이 최소화될 수 있고, 그에 따라 별도의 처리가 부가될 필요가 없어서 경제적이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질소산화물 및 미세입자 동시 처리 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질소산화물 및 미세입자 동시 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질소산화물 및 미세입자 동시 처리 시스템에 채용된 플라즈마부를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질소산화물 및 미세입자 동시 처리 시스템에 채용된 집진부를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
먼저 간략히 설명하면, 본 발명은 반도체 제조공정 등에서 발생하는 폐가스를 처리하는 기술에 관한 것으로서, 산화, 플라즈마처리, 환원, 및 집진의 단계를 순차적으로 통과함으로써 미세물질(파티클)과 질소산화물을 모두 처리할 수 있는 시스템을 제공한다. 이와 같이, 산화, 플라즈마처리, 환원과 집진을 연속적으로 수행하게 되면 산화 및 플라즈마처리에 의해 더 많은 입자나 가스를 하전시킬 수 있어서 후속 습식처리나 집진처리에서 효과가 배가된다. 또한 이들 각 단계를 처리하는 장치를 하나의 시스템으로 구성함으로써 전체 장치들이 차지하는 공간을 최소화할 수 있게 된다. 질소산화물은 질소와 산소의 결합상태에 따라 여러 종류의 화합물이 존재하는 것으로 알려지고 있다. 연료의 연소에 의해 발생하는 것은 대부분이 NO와 NO2이며 일반적으로 질소산화물(NOx)이라고 한다. NO는 무색, 무취의 기체이고 물에는 거의 녹지 않는다. NO2는 NO가 대기중에서 산화되어 생성되고, 수분과 결합하여 질산(HNO3)으로 변화된다. NO2의 생성반응은 풍속, 일사량, 기온 등의 기상조건 및 오염물질 등에 의해 영향을 받는다. NO2는 NO보다도 수용성이고, 농도가 높은 경우에는 적갈색을 띠고 취기가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질소산화물 및 미세입자 동시 처리 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질소산화물 및 미세입자 동시 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3a 및 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질소산화물 및 미세입자 동시 처리 시스템에 채용된 플라즈마부를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질소산화물 및 미세입자 동시 처리 시스템에 채용된 집진부를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 시스템은 산화처리부(10), 플라즈마부(20), 습식처리부(30), 및 집진부(40)를 포함한다. 이와 같은 시스템에서 바람직하게는 처리될 폐가스가 순차적으로 통과하면서 각 단계에서 정해진 물질들이 제거된 후 배기된다.
산화처리부(10)는 충전물질(110)이 채워진 산화조일 수 있다. 실리카겔, 알루미나, 합성제올라이트 등과 같은 흡착형 충전물질이나 규조토, 내화벽돌, 유리 석영, 합성수지와 같은 분배형 충전물질일 수 있다.
예컨대 반도체 제조공정에서 사용된 공정가스와 같은 폐가스가 최초 산화처리부(10)로 도입되어 미세물질(파티클)의 하전 및 NOx의 여기화가 이루어진다. 이러한 폐가스는 예를 들어 대략 25℃ 정도에서 산화처리부(10)로 도입될 수 있다.
산화처리부(10)는 산화조 내부로 산화제와 같은 케미컬을 분사하는 제1케미컬 분사장치(120)가 구비된다. 분사되는 산화제로는 예를 들어 NaOCl일 수 있다. 이러한 산화제는 불안정한 상태이기 때문에, 폐가스에 포함된 질소산화물 중에서 일부를 산화시키게 된다. 예를 들어 질소산화물에 포함된 NO나 NO2 중에서 NO2의 경우에는 그냥 통과하지만 NO는 아래와 같이 이온화된다.
NO → NO2 +
산화처리부(10)를 통과한 폐가스는 연이어 플라즈마부(20)로 도입된다.
플라즈마부(20)에서는 펄스 방전에 의해 플라즈마가 발생된다. 플라즈마부(20)는 도 3a 및 3b에 도시한 바와 같이 코로나 방전 장치를 채용한다. 이를테면, 봉 형상의 방전극(210)과, 판 형상의 집진극(220)을 포함한다. 또한 방전극(210)을 사이에 두고 집진극(220)과 대면하도록 배치되고 접지된 집진판(230)을 더 포함할 수 있다. 또한 바람직하게는 집진극(220)과 집진판(230)의 표면에 수막을 형성할 수 있다. 이를 위해, 집진극(220)과 집진판(230)의 표면을 향해 물을 분무하는 제1물분사장치(240)를 더 포함한다. 이러한 제1물분사장치(240)는 바람직하게는 각각 미세한 미스트를 분사함으로서 각각의 표면에 수막을 형성함과 동시에 플라즈마 방전에 의해 미스트가 하전될 수 있다.
이러한 플라즈마부(20)의 방전극(210)과 집진극(220)에 고전압의 펄스 전원을 인가하면 상술한 바와 같이 미스트의 하전 및 가스 분해 변환이 발생하며, 그 중 질소산화물의 변화는 예를 들어 아래와 같다.
NO → NO2
NO2 → NO2 +
이러한 질소산화물의 변화는 후속하는 습칙 처리 공정에서 효율을 증가시킨다.
다시 도 1 및 도 2로 돌아와서, 플라즈마부(20)를 통과한 폐가스들은 계속하여 습식처리부(30)로 도입된다. 습식처리부(30)는 폐가스 중 수용성 성분들을 물에 용해시켜서 처리한다.
이러한 습식처리부(30)는 충전물질(310)이 채워진 환원조일 수 있다. 습식처리부(30)의 충전물질(310)도 상술한 산화조에서와 마찬가지로 실리카겔, 알루미나, 합성제올라이트 등과 같은 흡착형 충전물질이나 규조토, 내화벽돌, 유리 석영, 합성수지와 같은 분배형 충전물질일 수 있다.
습식처리부(30)에서는 환원제와 같은 케미컬을 분사하는 제2케미컬 분사장치(320)를 더 구비할 수 있다.
습식처리부(30)를 통과한 폐가스는 이제 집진부(40)로 도입된다. 집진부(40)는 예를 들어 습식전기집진 방식을 채용할 수 있다. 이는 도시한 바와 같이 대면하면서 교번적으로 배열된 각각 하나 이상의 양극 집진판(410)과 음극 집진판(420)을 포함한다. 이들 양극 집진판(410)과 음극 집진판(420)에는 직류의 고전압이 인가된다. 또한, 양극 집진판(410)과 음극 집진판(420)으로 물을 분사하는 제2물분사장치(430)가 더 포함될 수 있다. 이렇게 분사된 물들은 양극 집진판(410)과 음극 집진판(420) 표면에 수막을 형성하게 된다.
이와 같은 집진부(40)에서는 도 4에 도시한 바와 같이 플라즈마부(20)에서 하전된 입자들이 강한 전위차를 가진 평행한 두 전계 사이에서 집진판으로 포집되면서 제거된다. 이때, 제2물분사장치(430)로부터 분사된 물에 의해 집진판 표면으로부터 씻겨 내려가게 된다. 이러한 집진부(40)에서는 주로 더스트(dust), 미스트(mist), 및 플라즈마부(20)에서 하전된 입자들이 처리되게 된다. 이 과정에서 NOX의 50% 이상이 처리될 수 있다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
10: 산화처리부 20: 플라즈마부
30: 습식처리부 40: 집진부
110, 310: 충전물질 120: 제1케미컬 분사장치
210: 방전극 220: 집진극
230: 집진판 240: 제1물분사장치
320: 제2케미컬 분사장치 410: 양극 집진판
420: 음극 집진판 430: 제2물분사장치

Claims (6)

  1. 질소산화물 및 미세입자를 포함하는 폐가스 처리 시스템으로서:
    질소산화물과 미세입자를 포함하는 폐가스에 소정 산화제를 포함하는 용액을 분사하여, 상기 질소산화물 중 적어도 일부를 산화시키는 산화처리부;
    봉 형상의 방전극과 판 형상의 집진극과 상기 집진극에 표면에 수막을 형성하도록 물을 분무하는 물분사장치를 포함하고, 상기 물분사장치가 상기 폐가스에 각각 미세한 미스트를 분사하고 상기 방전극과 상기 집진극에 고전압의 펄스 전원을 인가하여, 상기 미스트의 하전 및 가스 분해 변환을 발생시키는 플라즈마부;
    상기 플라즈마 방전부를 통과한 폐가스 중 수용성 물질을 제거하는 습식처리부; 및
    직류전압이 인가되고 대면하면서 교번적으로 배열된 각각 하나 이상의 양극 집진판과 음극 집진판을 포함하고, 상기 습식처리부를 통과한 폐가스에 대하여 집진처리를 수행하는 집진부;를 포함하는,
    질소산화물 및 미세입자 동시 처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화제는 NaOCl를 포함하고,
    상기 질소산화물의 일부는 NO에서 NO2 +로 변환되는 것을 포함하는 것인,
    질소산화물 및 미세입자 동시 처리 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
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