KR101518320B1 - 하이브리드형 유해가스 처리 시스템 - Google Patents

하이브리드형 유해가스 처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유해가스의 처리 효율을 높이기 위하여 서로 다른 유해가스 처리 방식을 결합한 하이브리드형 유해가스 처리 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하이브리드형 유해가스 처리 시스템은 이온교환필터를 이용하여 유해가스를 제거하는 이온교환 스크러버와, 흡착제를 이용하여 유해가스를 제거하는 흡착탑을 구비하고, 유해가스는 상기 이온교환 스크러버와 상기 흡착탑을 순차적으로 통과하는 것으로 구성되는 되는 것이다.
이와 같은 구성을 통하여, 본 발명에 따른 하이브리드형 유해가스 처리 시스템은 백연 및 황연을 현저하게 저감시키고 악취 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

하이브리드형 유해가스 처리 시스템{HYBRID SYSTEM FOR TREATING TOXIC GAS}
본 발명은 유해가스 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 악취 및 백연 등을 발생시키는 유해가스의 처리 효율을 높일 수 있는 하이브리드형 유해가스 처리 시스템에 관한 것이다.
반도체/LDC 제조 공정이나 산업현장에서 발생하는 유해가스 및 유독가스는 환경 오염의 원인이 되고 인체에 극히 해로운 것으로 알려져 있다. 이러한 유해가스 및 유독가스를 제거하는 방법으로는 습식 처리법과 건식 처리법이 있다.
습식 처리법은 유해가스와 세척액이 충전탑에서 서로 향류 방향으로 흐르면서 기-액 접촉을 통하여 유해가스를 중화시키거나 흡수하는 처리방법이다. 여기서 세척액은 일반적으로 NaOH 또는 KOH와 같은 염기성 수용액이다. 이러한 습식 처리법은 여러 가지 문제점을 내포하고 있다. 즉 유해가스 처리 장치가 반응 생성물로 막히게 되어 효율이 급격히 떨어지게 되고, 특히 최종 배출구에서는 시각적인 오염물질인 흰색의 연기(이하, '백연'이라 함) 및 황갈색의 연기(이하, '황연'이라 함)와, 악취를 발생시키는 유해가스를 배출하게 된다.
건식 처리법은 유해가스를 고온으로 열 분해하는 방법과 유해가스를 흡착하 여 제거하는 방법으로 구분된다.
고온으로 열 분해하는 방법은 히터를 이용한 간접가열방식과 LPG 등과 같은 가스를 이용한 직접가열방식으로 구분된다. 이러한 방법은 고농도의 가스를 처리하는데 적합하지만 히터 또는 LPG를 사용하여 고온으로 올리기 때문에 안전성에 문제가 있으며 외부로부터 열원을 사용하기 때문에 운전비가 많이 드는 문제점이 있다.
배기가스를 흡착하여 제거하는 방법은 흡착제를 이용하는 방식과 이온교환필터를 이용하는 방식이 있다. 흡착제를 이용한 흡착식 스크러버에는 유해가스를 제거하기 위하여 흡착제를 스크러버에 충전한다. 여기서 흡착제는 일반적으로 활성탄 또는 NaOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2와 같은 염기성 물질이 사용된다. 그러나 흡착제의 사용시간이 줄어들어 흡착제를 빈번하게 교체해야 하는 문제점이 있다.
이온교환필터를 이용한 이온교환 스크러버는 이온교환 방식에 의하여 유해가스를 제거한다. 이온교환필터는 흡착 및 재생을 반복함으로써 연속적으로 운전이 가능하고, 2차 유해물질을 발생시키지 않는다. 이온교환필터에 부착된 SO4 2-, NO3 -, OH- 등의 음이온 교환체는 유해가스와 이온 교환하게 된다. 그러나 악취발생의 원인이 되는 CH3COOH는 이온화도가 낮아서 분자상으로 존재하게 됨에 따라 완전히 제거되지 못하고, 황연 발생의 원인이 되는 NOX의 경우도 용해도가 낮아서 미량 재발생하게 되는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유해가스의 처리 효율을 높이기 위하여 서로 다른 유해가스 처리 방식을 결합한 하이브리드형 유해가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하이브리드형 유해가스 처리 시스템은 유해가스를 흡입/배출시키는 송풍팬;과 이온교환필터를 이용하여 유해가스를 제거하는 이온교환 스크러버;와 흡착제를 이용하여 유해가스를 제거하는 흡착탑;을 구비하고, 상기 송풍팬에 의해서 배출되는 유해가스는 상기 이온교환 스크러버와 상기 흡착탑을 순차적으로 통과하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡착탑에 충전되는 흡착제는 산성가스 또는 수분에 강성(强性)을 가지는 무기 흡착제인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무기흡착제는 산화알루미늄(Al2O3), 활성탄(active carbon), 규산(silica), 탄산아연(zinc carbonate) 등으로 조성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무기흡착제는 상기 산화알루미늄을 제올라이트(zeolite)로 대체하여 조성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무기흡착제는 상기 규산을 벤토나이트(bentonite) 또는 알루미나-실리카(Alumina Silica)로 대체하여 조성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이온교환필터는 이격되어 설치되는 상부케이스 및 하부케이스와, 상기 상부케이스와 상기 하부케이스 사이에 설치되는 이온교환봉을 구비하고, 상기 상부케이스에 공급되는 재생용액은 상기 이온교환봉을 통과한 후 상기 하부케이스로 회수되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이온교환봉은 상기 상부케이스 및 상기 하부케이스와 연통하는 아세틸봉과, 상기 아세틸봉에 부착되는 이온교환부직포를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡착탑은 그 내부에서 서로 이격되어 설치되는 다수의 베드를 구비하고, 상기 다수의 베드에는 상기 흡착제가 충전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡착탑 내부로 유입되는 유해가스가 상기 다수의 베드를 관통할 수 있도록 상기 다수의 베드에는 홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡착제를 교체할 수 있도록 상기 다수의 베드 하측에는 흡착제 배출부가 형성되고, 상기 다수의 베드 상측에는 흡착제 충전부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이온교환 스크러버와 상기 흡착탑은 분리된 챔버로 각각 독립적으로 형성된 하이브리드형 유해가스 처리 시스템.
또한, 상기 무기흡착제에 산화알루미늄(Al2O3): 활성탄(active carbon): 규산(silica): 탄산아연(zinc carbonate)의 조성 중량 비율은 40: 30: 20:10 를 특징으로 하는 하이브리드형 유해가스 처리 시스템.
상기 구성을 통하여, 본 발명에 따른 하이브리드형 유해가스 처리 시스템은 백연 및 황연을 현저하게 저감시키고 악취 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 유해가스가 이온교환 스크러버를 통과한 후 흡착탑을 통과하기 때문에 흡착제의 사용량과 비용을 줄일 수 있고, 흡착제의 빈번한 교체로 인한 반도에/LCD 공정의 조업 중단을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 하이브리드형 유해가스 처리 시스템의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드형 유해가스 처리 시스템의 설치 상태를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드형 유해가스 처리 시스템은 서로 다른 방식으로 유해가스를 처리하는 이온교환 스크러버(10)와 흡착탑(20)이 동시에 설치되는 시스템을 말한다. 여기서 이온교환 스크러버(10)는 이온교환필터를 이용하여 유해가스를 처리하고 흡착탑(20)은 흡착제를 이용하여 유해가스를 처리한다.
이온교환 스크러버(10)와 흡착탑(20) 사이에는 송풍팬(30)이 설치된다. 송풍팬(30)의 흡입력에 의해서 유해가스는 이온교환 스크러버(10)를 통과하고 송풍팬(30)의 배출력에 의해서 유해가스는 흡착탑(20)을 통과한다. 유해가스는 이온교환 스크러버(10)와 흡착탑(20)을 순차적으로 통과하면서 깨끗이 정화된 후 공기 중 으로 배출된다. 결국 본 발명에 따른 하이브리드형 유해가스 처리 시스템은 서로 다른 방식의 유해가서 처리 시스템을 함께 사용하여 종래 유해가스 처리 방법으로 제거하지 못한 백연 및 황연을 완전히 제거하고 악취를 발생시키는 유해가스를 완전히 제거할 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 이온교환필터를 나타낸 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이온교환 스크러버(10) 내부에는 다수의 이온교환필터(11)가 적층되어 설치된다. 이온교환 스크러버(10)는 이온교환필터(11)의 표면에 유해가스를 확산시켜 이온 교환 방식에 의해서 유해가스를 제거한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이온교환필터(11)는 상부케이스(12)와 하부케이스(13)가 서로 이격되어 설치된다. 상부케이스(12)와 하부케이스(13) 사이에는 다수의 이온교환봉(14)이 수직 방향으로 설치되는데, 이온교환봉(14)의 상측은 상부케이스(12)와 연통하고 이온교환봉(14)의 하측은 하부케이스(13)와 연통한다. 상부케이스(12)에 공급되는 재생용액은 이온교환봉(14)을 통과한 후 하부케이스(13)로 회수되고 상부케이스(12)로 다시 공급된다. 이처럼 순환하는 재생용액은 이온교환필터(11)를 재생시킬 수 있기 때문에 연속적으로 사용이 가능하다. 여기서 재생용액으로는 NaOH, H2SO4 등이 사용된다.
도 3은 본 발명에 따른 이온교환봉을 나타낸 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이온교환봉(14)은 막대기 형상으로 된 아세틸봉(15)을 구비하고, 아세틸봉(15)에는 음이온 교환체로 이루어진 이온교환부직 포(16)가 감겨지는 방식으로 부착된다. 여기서 음이온 교환체는 SO4 2-, NO3 -, Cl-, HCO3 -, OH- 등을 말한다. 음이온 교환체는 유해가스와 이온교환 하면서 유해가스 특히 산성가스를 제거한다. 음이온 교환체와 산성가스가 흡착 및 재생하는 원리는 다음과 같다.
흡착: ROH + HX --> RX + H20 (음이온 소모)
재생: RX + NaOH --> ROH + NaX (재생용액 사용)
이와 같은 이온 교환 방식에 의하는 경우 산성가스를 95% 이상 제거할 수 있다. 그러나 종래기술에서 언급한 바와 같이, 악취발생의 원인이 되는 CH3COOH는 이온화도가 낮아서 분자상으로 존재하게 됨에 따라 이온교환 방식으로는 완전히 제거할 수 없어서 미량 재발생하고, 황연 발생의 원인이 되는 NOX의 경우도 용해도가 낮아서 미량 재발생한다. 이하에서는 이처럼 완전히 제거되지 않은 유해가스를 이차적으로 제거하는 흡착탑에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 흡착탑의 정면을 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 흡착탑의 측면을 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 흡착탑(20)은 하측에 유해가스가 유입되는 유입구(21)를 구비하고, 상측에 정화된 가스를 공기 중으로 배출하는 배출구(22)를 구비한다. 흡착탑(20)에서는 유입구(21)로 유입되는 미량의 잔류가스(예 를 들면, CH3COOH, NOX 등)를 흡착제를 이용하여 제거한다.
흡착탑(20) 내부에는 흡착제(29)가 충전되는 다수의 베드(23)가 수직으로 세워져서 설치된다. 다수의 베드(23)는 서로 이격되어 설치됨으로써 서로 이웃하는 베드(23) 사이에는 유해가스가 유동할 수 있는 공간이 마련된다. 베드(23) 내부에는 무기 흡착제(29)가 충전된다. 무기 흡착제(29)는 산성 가스 또는 수분에 의해 응집되지 않기 때문에(즉, 무기 흡착제(29)는 산성 가스 또는 수분에 대해 강성(强性)을 가지기 때문에) 유해가스를 제거하기에 적절한 흡착제로 사용된다. 무기 흡착제(29)는 산화알루미늄(Al2O3), 활성탄(active carbon), 규산(silica), 탄산아연(zinc carbonate) 등을 복합적으로 섞어서 제조한다. 이때 산화알루미늄(Al2O3) : 활성탄(active carbon) : 규산(silica) : 탄산아연(zinc carbonate)의 조성 중량비율은 40 : 30 : 20 : 10 로 하여 제조된다. 물론 이와 같은 조성 비율에는 산술적으로 약간의 오차가 발생할 수 있는 것은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 해당하고, 이와 같은 오차가 본 발명을 실시하는데 장애가 되지 않는 것 또한 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 해당한다.
무기 흡착제(29)를 제조할 때 산화알루미늄(Al2O3)를 제올라이트(zeolite)로 대체하여 제조할 수 있으며, 규산을 벤토나이트(bentonite) 또는 알루미나-실리카(Alumina Silica)로 대체하여 제조할 수 있다.
도 4를 참고하면, 흡착탑(20) 내부는 좌측에서 우측으로 차례로 설치되는 제1베드(23a), 제2베드(23b), 제3베드(23c), 제4베드(23d), 제5베드(23e)를 구비한 다. 제2베드(23b)와 제3베드(23c) 사이 하단부에는 하부차단판(24)이 설치되고, 제4베드(23d)와 제5베드(23e) 사이 하단부에도 하부차단판(24)이 설치된다. 이와 더불어 제1베드(23a)와 제2베드(23b) 사이 상단부에는 상부차단판(25)이 설치되고, 제3베드(23c)와 제4베드(23d) 사이 상단부에는 상부차단판(25)이 설치된다.
유입구(21)를 통하여 유입되는 유해가스는 제1베드(23a)와 제2베드(23b)의 사이 공간과 제3베드(23c)와 제4베드(23d)의 사이 공간으로 유입된다. 이후 유해가스는 상승하면서 제1베드(23a) 내지 제5베드(23e)를 횡방향으로 관통하면서 제1베드(23a) 내지 제5베드(23e) 내에 충전되어 있는 흡착제(29)에 흡착되어 제거된다. 이후 유해성분이 제거된 가스는 제2베드(23b)와 제3베드(23c) 사이 공간과 제4베드(23d)와 제5베드(23e) 사이 공간으로 유출된 다음 배출구(22)를 통하여 공기 중으로 배출된다. 여기서 유해가스가 제1베드(23a) 내지 제5베드(23e)를 횡방향으로 관통할 수 있는 것은 도 5에 도시된 바와 같이 제1베드(23a) 내지 제5베드(23e)의 측면에는 다수의 홀(26)이 형성되어 있기 때문이다. 미량의 잔류가스(예를 들면, CH3COOH, NO2)가 흡착제와 화학 흡착하는 원리는 다음과 같다.
CH3COOH 제거: CH3COOH + MOH --> CH3COOM + H2O
NO2 제거: 2NO2 + 2MOH --> MNO3 + MNO2 + H2O
NO2 + MNO2 --> MNO3 + NO
2NO + O2 --> 2NO2
M: metal
이와 같은 화학 흡착을 하는 경우 2차 반응물이 없고, 미량의 잔류가스를 완전히 제거할 수 있다.
또한 도 1에 도시된 바와 같이, 유해가스는 이온교환 스크러버(10)에서 대부분 제거된 후 미량의 잔류가스만 흡착탑(20)에서 제거되므로 흡착제(29)의 사용 수명이 길어지게 되어 흡착제(29)를 빈번하게 교체하지 않아도 된다.
만약 흡착탑(20)를 오랫동안 운전하여 흡착제(29)를 교체해야 하는 경우 도 5에 도시된 바와 같이, 베드(23)의 하측에 설치된 흡착제 배출부(27)를 개방하고 흡착제(29)를 꺼낸 후 베드(23)의 상측에 설치된 흡착제 충전부(28)를 개방하고 새로운 흡착제를 베드(23) 내부로 충전시키면 된다.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드형 유해가스 처리 시스템과 종래 사용되던 유해가서 처리 시스템의 유해가스 제거 효율을 비교한 표이다.
실시예는 본 발명에 따른 하이브리드형 유해가스 처리 시스템을 이용하여 유해가스를 처리했을 때의 효율을 나타낸 것이다. 이 경우 산성가스의 제거 효율이 매우 높고 시각적 오염물질인 백연 및 황연의 발생을 방지하고 악취가 거의 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
비교예1은 종래 습식 처리법에 의하여 유해가스를 처리한 것이고, 비교예2는 이온교환 스크러버만을 이용하여 유해가스를 처리한 것이고, 비교예3는 흡착탑만을 이용하여 유해가스를 처리한 것이다.
실시예와 비교예1을 비교할 때 본 발명에 따른 하이브리드형 유해가스 처리 시스템이 종래의 습식 처리법에 비해서 현저한 효과를 갖고 있음을 알 수 있고, 실시예와 비교예2 또는 비교예3과 비교할 때 이온교환 스크러버 또는 흡착탑을 단독으로 사용하는 경우보다 본 발명처럼 이온교환 스크러버와 흡착탑을 동시에 사용하는 경우 유해가스를 제거하는 효율이 매우 높아지는 효과가 있음을 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드형 유해가스 처리 시스템의 설치 상태를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 이온교환필터를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 이온교환봉을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 흡착탑의 정면을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 흡착탑의 측면을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드형 유해가스 처리 시스템과 종래 사용되던 유해가서 처리 시스템의 유해가스 제거 효율을 비교한 표.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
10: 이온교환 스크러버 11: 이온교환필터
20: 흡착탑 29: 흡착제(무기 흡착제)
30: 송풍팬

Claims (12)

  1. 유해가스를 흡입/배출시키는 송풍팬;
    이온교환필터를 이용하여 유해가스를 제거하는 이온교환 스크러버 및
    흡착제를 이용하여 유해가스를 제거하는 흡착탑을 구비하되,
    상기 이온교환필터는,
    이격되어 설치되는 상부 및 하부케이스 및
    상기 상부케이스와 상기 하부케이스 사이에 설치되는 이온교환봉을 구비하고,
    상기 송풍팬에 의해서 흡입/배출되는 유해가스는 상기 이온교환 스크러버와 상기 흡착탑을 순차적으로 통과하고,
    상기 상부케이스에 공급되는 재생용액은 상기 이온교환봉을 통과한 후 상기 하부케이스로 회수되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유해가스 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡착탑에 충전되는 흡착제는 산성가스 또는 수분에 강성(强性)을 가지는 무기 흡착제인 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유해가스 처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 무기흡착제는 산화알루미늄(Al2O3), 활성탄(active carbon), 규산(silica) 및 탄산아연(zinc carbonate)으로 조성되는 것을 특징으로 하는 하이브리형 유해가스 처리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무기흡착제는 상기 산화알루미늄을 제올라이트(zeolite)로 대체하여 조 성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유해가스 처리 시스템.
  5. 제3항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 무기흡착제는 상기 규산을 벤토나이트(bentonite) 또는 알루미나-실리카(Alumina Silica)로 대체하여 조성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유해가스 처리 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이온교환봉은 상기 상부케이스 및 상기 하부케이스와 연통하는 아세틸봉과, 상기 아세틸봉에 부착되는 이온교환부직포를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유해가스 처리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 흡착탑은 그 내부에서 서로 이격되어 설치되는 다수의 베드를 구비하 고, 상기 다수의 베드에는 상기 흡착제가 충전되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유해가스 처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 흡착탑 내부로 유입되는 유해가스가 상기 다수의 베드를 관통할 수 있도록 상기 다수의 베드에는 다수의 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유해가스 처리 시스템.
  10. 유해가스를 흡입/배출시키는 송풍팬;
    이온교환필터를 이용하여 유해가스를 제거하는 이온교환 스크러버 및
    흡착제를 이용하여 유해가스를 제거하는 흡착탑을 포함하되,
    상기 흡착탑은 그 내부에서 서로 이격되어 설치되는 다수의 베드를 구비하고,
    상기 송풍팬에 의해서 흡입/배출되는 유해가스는 상기 이온교환 스크러버와 상기 흡착탑을 순차적으로 통과하고,
    상기 베드에 충전된 상기 흡착제를 교체할 수 있도록 상기 다수의 베드 하측에는 흡착제 배출부가 형성되고, 상기 다수의 베드 상측에는 흡착제 충전부가 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 유해가스 처리 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 이온교환 스크러버와 상기 흡착탑은 분리된 챔버로 각각 독립적으로 형성된 하이브리드형 유해가스 처리 시스템.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 무기흡착제의 산화알루미늄(Al2O3): 활성탄(active carbon): 규산(silica): 탄산아연(zinc carbonate)의 조성 중량 비율은 40: 30: 20:10 를 특징으로 하는 하이브리드형 유해가스 처리 시스템.
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