KR101555875B1 - 전자빔을 이용한 육불화황의 처리방법 및 처리장치 - Google Patents

전자빔을 이용한 육불화황의 처리방법 및 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 육불화황의 처리방법 및 처리장치에 관한 것으로, 본 발명의 육불화황의 처리방법 및 처리장치는 저비용으로 안전하게 육불화황을 처리할 수 있는 매우 효과적인 방법과 장치다.

Description

전자빔을 이용한 육불화황의 처리방법 및 처리장치{Sulfur hexafluoride decomposition method using electron beam and its device}
본 발명은 육불화황의 처리방법 및 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사선을 이용한 육불화황의 처리방법 및 처리장치에 관한 것이다.
F, Cl, Br, I 등 할로겐 원소를 포함하는 화합물은 대부분 반응성이 강하여 살균, 유리공예, 사진필름 등 산업적으로 폭넓고 유용하게 활용되고 있다. 그러나 이 원소들을 포합한 화합물의 대부분은 독성이 강하므로 기체를 직접 흡입하거나 접촉하지 않도록 주의해야 한다.
특히 불소를 함유하는 기체 중에서 SF6, HFC, PFC는 기후변화협약(United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC) 및 교토의정서(Kyoto Protocol, 1997년 12월)에 명시한 6대 온실가스에 속하는 물질이며, 최근 NF3의 환경유해성도 논란이 되고 있다.
이들 가스의 용도는 중전기기의 절연가스, 반도체 에칭 및 냉매가스로 사용되고 있으며, SF6의 경우 온난화지수는 CO2에 비하여 23,900배에 이르며 약 3,000년의 수명을 가지고 있어 대기중으로 일단 방출되면 거의 영구적으로 지구의 온도를 상승시키는 역할을 하므로 지구온난화 방지를 위하여 국가별로 배출량을 제한하고 있어 처리가 요구된다.
현존하는 이들 불소화합물의 온난화가스 처리기술은 고온소각, 열분해, 촉매산화 및 플라즈마 처리법 등이 있으나 고온소각의 경우 SOx, NOx 등의 발생으로 2차 대기환경 문제가 유발되고, 열분해의 경우 에너지 소모가 크고 분해부산물로 인한 빠른 장치부식, 그리고 촉매의 피독, 플라즈마 분해법의 경우 높은 에너지 소모 및 낮은 분해율 등의 문제가 있어 산업적으로의 활용에 제한성이 있다.
일례로 한국등록특허 0860835호에 육불화황을 수분이 공급되지 않는 산소 조건하에서 처리하는 방법을 개시하고 있으나, 상기에서 언급한 문제점들을 가지고 있다.
특히 90% 이상의 고농도 불소화합가스의 경우 처리효율이 낮아서 보다 높은 효율을 가지면서도 경제적인 처리방법이 요구되고 있는 실정이다.
한국등록특허 0860835호
본 발명은 온난화 지수가 높은 육불화황을 안전하고 높은 효율로 처리하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 육불화황의 효율적이면서 경제적인 처리장치를 제공한다.
본 발명은 육불화황의 처리방법에 관한 것으로, 본 발명의 육불화황의 처리방법은,
a) 방사선 조사에 의해 육불화황과 수소를 반응시켜 황과 불화수소로 분해 및 전환시키는 단계; 및
b) 상기 단계의 불화수소를 금속이온 수용액에 주입하여 불소염을 형성시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속이온 수용액의 금속이온은 구체적으로 Li, K, Mg, Ca, Al, Ga, In에서 선택되는 하나 또는 둘이상의 금속이온일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방사선은 전자빔, 감마선 또는 이온빔일 수 있으며, 총조사선량이 100 내지 500KGy일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소는 상기 육불화황 1몰에 대하여 3 내지 6몰일 수 있다.
본 발명의 육불화황은 육불화황을 단열 또는 절연기체로 사용하는 공정 또는 장치에서 발생하는 것일 수 있다.
본 발명의 육불화황의 처리방법은 상기 b)단계에서 얻어진 불소염을 분리하여 회수하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 육불화황의 처리장치를 제공하는 것으로, 본 발명의 육불화황의 처리장치는,
육불화황과 수소가 유입되는 챔버;
상기 챔버에 유입된 육불화황과 수소를 황과 불화수소로 분해 및 전환시키는 방사선 조사장치;
상기 챔버로부터 유출되는 상기 황과 불화수소로부터 황을 회수하는 황 회수장치;및
상기 황회수장치로부터 유입되는 상기 불화수소를 회수 및 농축하는 불화수소 농축장치; 및
상기 농축장치의 불화수소 및 금속이온 수용액이 유입되어 불소염이 생성되는 불화수소 반응장치;를 포함한다.
본 발명의 육불화황 처리장치의 일 실시예에 따른 육불화황은 육불화황을 단열 또는 절연기체로 사용하는 공정 또는 장치에서 발생하는 것일 수 있다.
본 발명의 육불화황 처리장치의 일 실시예에 따른 상기 육불화황과 상기 수소를 혼합하여 상기 챔버로 유입시키도록 형성되는 가스혼합기를 더 포함할 수 있으며, 상기 챔버로의 유입 경로상에 마련되어, 다른 화합물의 유입을 방지하도록 형성되는 필터장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 육불화황 처리장치의 일 실시예에 따른 상기 챔버의 일측면에는 상기 방사선이 통과 가능한 윈도우가 형성되며, 상기 방사선 조사장치는 외부대기와 단절되도록 상기 윈도우를 덮도록 설치되는 것일 수 있다.
본 발명의 육불화황 처리장치의 일 실시예에 따른 상기 황 회수장치는 상기 챔버로부터의 유출 경로상에 마련되어 상기 황을 포집하도록 형성되며,
상기 불화수소 농축장치는 상기 황 회수장치와 연결되고, 상기 불화가스를 농축시켜 상기 불화수소 반응장치에 유입시키는 것일 수 있다.
본 발명의 육불화황 처리장치의 일 실시예에 따른 상기 불화수소 농축장치는 상기 불화수소 농축장치에 연결되어, 방사선에 의하여 반응하지 못하고 남은 수소 및 미분해 육불화황을 회수하도록 형성되는 수소 회수장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 수소회수장치는 상기 남은 수소 및 육불화황을 상기 챔버로 유입시키도록 형성될 수 있다.
본 발명의 육불화황 처리장치의 일 실시예에 따른 불화수소 반응장치는 상기 불화수소 농축장치와 연결되어, 상기 금속이온 수용액과 반응하여 불소염을 생성하는 반응부;
상기 반응부로부터의 유출 경로 상에 마련되어 상기 불소염을 회수하는 불소염 회수부;및
상기 반응부와 연결되어 금속이온을 공급하는 금속이온 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명의 육불화황 처리장치의 일 실시예에 따른 반응장치는 상기 금속이온수용액의 금속이온과 반응하지 못하고 남은 불화수소 가스를 회수하는 불화수소 회수라인을 더 포함할 수 있으며, 불화수소 회수라인은 상기 회수된 불화수소 가스를 상기 반응부로 유입시키도록 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 육불화황의 처리방법은 방사선을 이용하여 육불화황을 부가가치가 있는 황과 불화수소로 분해 및 전환하여 지구 온난화를 유발하는 온실가스 배출을 줄이면서도 이용가능한 물질을 생산하여 경제적인 측면과 환경적인 측면에서 매우 유용하다.
본 발명의 육불화황의 처리방법은 방사선을 이용하여 육불화황을 처리함으로써 특히 농도가 높은 육불화황을 높은 효율로 처리할 수 있어 매우 효과적이면서 경제적이다.
본 발명의 육불화황의 처리방법은 육불화황으로부터 얻어진 불화수소로부터 상업적으로 재활용가능한 불소염으로 제조하여 경제적인 이익창출을 기대할 수 있다.
본 발명의 육불화황의 처리방법은 온실화 지수가 높은 육불화황을 방사선과 금속이온수용액을 이용하여 종래와 달리 2차 대기오염을 발생시키지 않을 뿐만 아니라 재활용이 가능한 물질로 변환시켜 매우 경제적이고 친환경적인 방법이다.
또한 본 발명의 육불화황 처리장치는 육불화황이 유입되는 챔버 내에 수소가 함께 주입되어 전자빔 조사에 의해 부가가치가 있는 황과 불화수소로 분해 및 전환시키는 반응에 의하여 육불화황을 보다 효율적이고 경제적으로 처리할 수 있다.
또한, 수소는 육불화황이 황과 불화수소로 완전히 분해 및 전환될 수 있도록 일정량이상 주입되어 분해 효율을 향상시키도록 구성될 수 있으며, 반응하지 못하고 남은 수소 및 육불화황은 수소회수장치를 통하여 챔버로 유입시켜 재사용될 수 있도록 구성함으로써안전성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.
이러한 온실가스인 육불화황의 안정적인 처리 및 회수기술은 환경적인 측면에서, 각종 규제에 대한 대처 기술로 이용될 수 있다. 또한, 분해 효율이 우수하므로 타기술에 대비하여 에너지 저감 효과를 기대할 수 있다.
아울러, 경제/산업적 측면에서, 반도체 및 전자산업 공정뿐만 아니라 중전기기에서 발생하는 고농도의 육불화황을 부가가치가 있는 황과 불화수소로 분해 및 전환시키는 기술을 통하여, 경제적 이익 창출을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 육불화황 처리장치의 일예를 보인 개념도이며,
도 2는 본 발명의 육불화황 처리장치의 다른 일예를 보인 개념도이며,
도 3은 본 발명의 육불화황 처리 장치의 불화수소 반응장치의 일예를 보인 개념도이며,
도 4는 본 발명의 육불화황 처리 장치의 불화수소 반응장치의 다른 일예를 보인 개념도이며,
도 5는 본 발명의 육불화황 처리 장치의 불화수소 반응장치의 또 다른 일예를 보인 개념도이다.
본 발명은 안전하면서 처리효율과 경제성이 높은 육불화황의 처리방법에 관한 것으로 본 발명의 육불화황의 처리방법은,
a) 방사선 조사에 의해 육불화황과 수소를 반응시켜 황과 불화수소로 분해 및 전환시키는 단계; 및
b) 상기 단계의 불화수소를 금속이온 수용액에 주입하여 불소염을 형성시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 육불화황의 처리방법은 방사선을 사용하여 매우 경제적이면서 특히 고농도 육불화황의 분해효율이 매우 높은 장점을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방사선은 전자빔, 감마선 또는 이온빔일 수 있으며, 육불화황의 분해효율측면에서 바람직하게는 전자빔일 수 있다.
본 발명의 육불화황의 분해에 이용되는 방사선, 특히 전자빔은 일정한 방향을 갖는 전자의 흐름이며, 전자는 원자 또는 분자의 구성원소로서 원자핵의 약 1/1800의 질량과 음의 전하를 가진 소립자의 일종이다. 육불화황에 결합된 불소를 전자빔으로 분해하기 위해서는 먼저, 전자빔을 형성하기 위한 전자들을 만들어야 하는데, 전자는 전자총 (Electron Gun)에서 생성된다. 즉, 전자총의 Filament에 전류를 흘려 Filament를 가열시키면, Filament의 온도는 약 2700℃의 고온으로 상승되며, 이때 Filament에서 많은 수의 자유 전자가 방출된다. 생성된 자유전자들의 속도 즉, 에너지는 양극(Anode)에 걸린 전위차로 조절되며 대상물질 및 처리 목적에 따라 에너지를 조절하여 처리대상 물질에 조사(irradiation)한다.
전자빔가속기에서의 전자는 광속에 가깝게 가속되며, 가속된 전자들이 피조사 물질과 충돌하면 열에너지, 피조사 물질의 원자 또는 분자들의 이온화 에너지 및 여기 에너지로 변환된다. 전자는 작은 질량을 가지기 때문에 충돌시 적은 에너지만 소실되며, 에너지가 모두 소진될 때까지 연쇄적으로 수많은 충돌을 하게 된다. 1개의 전자로부터 연쇄작용으로 생성되는 총 전자 수는 수만 개에 이르며, 이와 같은 과정에서 이온, 라디칼, 여기상태의 분자 및 원자들이 생성되어 반응이 수초 내에 종료된다.
상업용으로 사용되는 전자빔가속기의 전자빔은 대개 100 KeV∼10 MeV의 에너지를 이용하며, 적외선(IR), 자외선(UV), χ-선 또는 γ-선에 비하여 에너지가 훨씬 높기 때문에 분해효율이 높을 뿐만 아니라 물체에 대한 투과 깊이도 커서 대량으로 처리가 가능하다. 특히 전자빔에 의한 분해반응은 상온, 상압에서 이루어지며, 반응부산물 및 폐기물의 발생이 거의 없는 공정이므로 청정기술이며, 처리 중 산화분해 반응이 전혀 일어나지 않으므로 친환경적인 기술에 해당된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 총조사선량이 100 내지500 KGy일 수 있으나, 육불화황의 효과적인 분해와 경제적인 측면에서 바람직하게는 100 내지 200 KGy일 수 있다.
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본 발명의 일 실시예에 따른 금속이온 수용액에 이온형태로 존재하는 금속은 한정이 있는 것은 아니나, 구체적으로 Li, K, Mg, Ca, Al, Ga, In에서 선택되는 하나 또는 둘이상일 수 있으며, 불산염 형성이 효과적이고 경제적인 측면에서 바람직하게는 Li, K, Mg, Ca에서 선택되는 하나 또는 둘이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 Mg, Ca에서 선택되는 하나 또는 둘일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속이온 수용액의 금속이온의 농도는 한정이 있는 것은 아니나, 경제적인 측면과 불화수소와 효과적으로 반응시키기위한 측면에서 바람직하게는 Ca일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소는 육불화황과 반응하여 황과 불화수소로 분해 및 전환시키는 것으로 하기 반응식으로 표시된다.
[반응식]
SF6(g) + 3H2(g) = 6HF(v) + S(s)
상기 반응식에서 보이는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 수소는 상기 육불화황 1몰에 대하여 3몰이상 일 수 있으며, 바람직하게는 3몰 내지 6몰일 수 있다.
본 발명의 육불화황은 육불화황을 단열 또는 절연기체로 사용하는 공정 또는 장치에서 발생하는 것일 수 있으며, 일례로 중전기기일 수 있으며, 본 발명의 중전기기는 당업자에게 자명하게 인식되는 범위에 해당되는 것으로 일례로 중량이 큰 송배전 설비를 통틀어 말할 수 있으며, 구체적으로 발전기, 전동기, 변압기 등을 들 수 있으며, 본 발명의 중전기기는 높은 농도의 육불화황을 가지는 변압기일 수 있다.
본 발명의 육불화황의 처리방법은 상기 b)단계에서 얻어진 불소염을 상업적으로 이용하기 위해 분리하여 회수하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 육불화황의 처리방법은 육불화황과 수소가 높은 에너지를 가진 방사선에 의해 황과 불화수소로 분해 및 전환되며, 이 때 형성된 황은 고체분말로 회수되고 불화수소는 금속이온 수용액으로 처리하여 불소염, 구체적으로 불수용성 불소염으로 회수된다.
따라서 본 발명의 육불화황의 처리방법은 저비용으로 온난화지수가 높은 육불화황을 안전하고 효과적으로 처리할 수 있는 매우 효율적인 방법이다.
나아가 본 발명의 육불화황을 처리하여 발생되는 황과 불소염은 상업적으로 재활용이 가능하여 매우 경제적이며 친환경적이다.
또한 본 발명은 육불화황의 처리장치를 제공하는 것으로, 본 발명의 육불화황의 처리장치는,
육불화황과 수소가 유입되는 챔버;
상기 챔버에 유입된 육불화황과 수소를 황과 불화수소로 분해시키는 방사선 조사장치;
상기 챔버로부터 유출되는 상기 황과 불화수소로부터 황을 회수하는 황 회수장치;및
상기 황 회수장치로부터 유입되는 상기 불화수소를 회수 및 농축하는 불화수소 농축장치; 및
상기 농축장치의 불화수소 및 금속이온 수용액이 유입되어 불소염이 생성되는 불화수소 반응장치;를 포함한다.
본 발명의 육불화황의 처리장치는 도면을 참조하여 이하에 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일ㆍ유사한 구성에 대해서는 동일ㆍ유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명과 관련된 육불화황 처리 시스템(100)의 일 예를 보인 개념도이다.
도 1을 참조하면, 육불화황 처리 시스템(100)은 챔버(110), 방사선 조사장치(120), 황회수장치( 131), 불화수소 농축장치(132) 및 불화수소 반응장치(133)를 포함한다.
본 발명에서 처리하고자 하는 육불화황(SF6)은 대표적인 난분해성 온실가스로서, 반도체 공정(예를 들어, 에칭 공정, 화학 증착 공정 등)을 포함한 다양한 산업활동을 통해 발생된다. 특히, 변압기 등의 중전기기(重電機器)에서는 고농도의 육불화황이 전체 발생가스 대비 약 80% 이상 발생하기도 한다.
챔버(110)는 내부에 육불화황과 수소(H2)가 흐를 수 있는 공간을 마련한다.
챔버(110)는 일방향으로 연장되는 긴 박스 형태로 형성되어, 육불화황과 수소가 챔버(110)로 유입되어 흘러가는 과정에서 방사선, 구체적으로 전자빔을 조사받도록 이루어질 수 있다.
구체적으로 챔버(110)는 챔버로 유입된 육불화황과 수소가 방사선 조사로 인해 황과 불화수소로 분해 및 전환될 수 있도록 방사선 조사장치가 일측면에 구비되어 육불화황과 수소가 챔버로 유입되어 흘러가는 과정에서 방사선을 조사받을 수 있다.
챔버(110)의 전단, 즉 챔버(110)로의 유입 경로 상에는 가스혼합기(140)가 구비되어, 육불화황과 수소를 일정한 농도로 혼합하여 챔버(110)로 유입시키도록 구성될 수 있다.
방사선 조사장치(120)는 챔버(110) 내부에 방사선 구체적으로 전자빔을 조사하여, 육불화황과 수소를 황(S)과 불화수소(HF)로 분해 및 전환시키도록 형성된다. 이때, 필요에 따라 육불화황과 수소는 챔버(110)내에 설치되는 촉매층(미도시)을 구비하여 분해율을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 분해 과정은 상기 반응식으로 표현될 수 있다.
상기 반응식에서 확인할 수 있듯이, 수소는, 육불화황이 황과 불화수소로 완전히 분해 및 전환될 수 있도록, 육불화황의 몰수의 최소 3배 이상의 몰수를 갖도록 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수소의 몰수가 육불화황의 몰수의 3배가 되지 않는다면, 육불화황의 일부는 분해되지 못하고 그대로 유출되게 되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 육불화황의 몰수의 최소 3배 이상의 몰수를 갖는 수소가 챔버(110)에 유입되어야 한다.
방사선 조사장치(120)는 조사량, 시간등을 조절가능한 제어부(미도시)가 존재할 수 있다.
챔버(110)의 일측면에는 전자빔이 통과 가능한 윈도우(111)가 형성된다. 윈도우(111)는, 예를 들어, 챔버(110)의 상단 개구부에 설치되는 티타늄 호일(titanium foil)이 될 수 있다. 전자빔 조사장치(120)는 윈도우(111)를 덮도록 설치되어 외부와 단절된 상태에서 챔버(110) 내부에 전자빔을 조사하도록 이루어진다.
황 회수장치는 챔버(110)로부터 유출되는 황과 불화수소를 회수하도록 구성된다. 이때의 황은 입자상일 수 있다. 황 회수장치(131)는 챔버(110)로부터의 유출 경로 상에 마련되어, 필터 등으로 황을 포집하도록 형성된다. 또한, 불화가스 농축장치(132)는 황 회수장치(131)의 후단에 연결되어, 불화가스를 농축시켜 회수하도록 형성된다.
전자빔에 의한 분해 과정을 거쳐 챔버(110)로부터 유출되는 황과 불화수소는각각 입자 상태 및 가스 상태로 발생된다. 따라서, 입자 상태인 황을 먼저 회수하고 이후 가스 상태인 불화수소 가스를 고농도로 농축한 후 회수할 수 있도록, 황 회수장치(131)는 불화수소 농축장치(132)보다 앞서 설치되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명과 관련된 육불화황 처리 시스템(200)의 다른 일 예를 보인 개념도이다.
도 2를 참조하면, 상기 육불화황의 처리 과정에서 황과 불화수소 이외의 부산물이 생성되지 않도록, 육불화황과 수소 이외에 다른 화합물은 챔버(210)로 유입되지 않도록 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 반도체 공정을 통하여 발생된 육불화황에는 반도체 공정에 이용되는 질소(N2) 가스가 포함될 수 있다. 질소 가스는 육불화황의 처리 과정에서 반응을 일으킬 수 있으므로 미리 제거되어야 한다.
이를 위하여, 챔버(210)로의 유입 경로 상에는 선택성 기체 멤브레인과 같은 필터장치(250)가 마련되어, 육불화황과 수소 이외에 다른 화합물의 챔버(210)로의 유입을 방지하도록 형성될 수 있다. 본 도면에서는 필터장치(250)가 가스혼합기(240)와 챔버(210) 사이에 배치된 것을 예시하고 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필터장치(250)는 가스혼합기(240)의 전단에 설치될 수도 있다.
가스혼합기(240)와 필터장치(250) 각각은 필요에 따라 가스량, 필터량등을 제어할 수 있은 제어부와 가스를 공급하도록 하는 펌프를 더 구비할 수 있다.
아울러, 수소가 충분히 유입되는 경우(수소의 몰수가 육불화황의 몰수의 3배를 초과하여 유입되는 경우), 방사선에 의하여 반응하지 못하고 남은 수소 및 미분해 육불화항은 황 및 불화수소와 함께 챔버(210)로부터 유출된다. 상기 남은 수소 및 미분해 육불화황을 회수하기 위하여, 불화수소 농축장치(232)에는 수소회수장치(233)가 연결될 수 있다.
상기 수소회수장치(234)를 통하여 회수된 수소 및 미분해 육불화황은 다시 챔버(210)로 유입되도록 구성될 수 있다. 본 도면에서는, 상기 남은 수소 및 미분해 육불화황이 필터장치(250)와 챔버(210) 사이의 경로로 유입되는 것을 예시하고 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 남은 수소는 가스혼합기(240)의 전단 또는 후단으로 유입되도록 구성될 수도 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 육불화황이 유입되는 챔버(110, 210)내에 수소가 함께 주입되어 전자빔 조사에 의해 부가가치가 있는 황과 불화수소로 분해 및 전환되도록 이루어지는바, 육불화황이 보다 효율적이고 경제적으로 처리될 수 있다.
또한, 수소는 육불화황이 황과 불화수소로 완전히 분해 및 전환될 수 있도록 일정량이상 주입되어 분해 효율을 향상시키도록 구성될 수 있으며, 반응하지 못하고 남은 수소 및 미분해 육불화황은 수소 회수장치(234)를 통하여 챔버(210)로 유입시켜 재사용될 수 있도록 구성함으로써 처리 효율이 향상될 수 있다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 육불화황 처리장치의 불화수소 반응장치의 일례를 나타낸 것으로 도 3을 참조하면 불화수소 반응장치는 상기 불화수소 농축장치와 연결되어, 상기 금속이온 수용액과 반응하여 불소염을 생성하는 반응부;
상기 반응부로부터의 유출 경로 상에 마련되어 상기 불소염을 회수하는 불소염 회수부;및
상기 반응부와 연결되어 금속이온을 공급하는 금속이온 공급부를 포함한다.
도 4를 참조하면 상기 금속이온 수용액의 금속이온과 반응하지 못하고 남은 불화수소 가스를 회수하여 불화수소 회수라인이 구비될 수 있으며, 이 불화수소 회수라인은 반응부에 연결되어 회수된 불화수소를 반응부로 유입시킬 수 있다.
도 5를 참조하면 상기 금속이온 수용액의 금속이온과 반응하지 못하고 남은 불화수소 가스를 회수하여 불화수소 회수라인을 통해 금속이온 공급부와 함께 반응부에 유입될 수도 있다.
도 3 내지 도 5의 불화수소 회수라인에 제어부를 설치하여 반응부내로 유입되는 불화수소를 제어할 수도 있다.
이러한 온실가스중의 하나인 육불화황의 안정적인 처리 및 회수기술은 환경적인 측면에서, 각종 규제에 대한 대처 기술로 이용될 수 있다. 또한, 분해 효율의 향상에 따른 에너지 저감 효과를 기대할 수 있다.
아울러, 경제/산업적 측면에서, 반도체 및 전자산업 공정뿐만 아니라 중전기
기에서 발생하는 고농도의 육불화황을 부가가치가 있는 황과 불화수소로 분해 및 전환하는 기술을 통하여, 경제적 이익 창출을 기대할 수 있다.
이상에서 설명한 육불화황 처리 시스템은 위에서 설명된 실시예들의 방법과구성에 한정되지 않는다. 본 발명은 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 다양하게 응용될 수 있다.
이하 본 발명의 육불화황의 처리방법에 대해 구체적인 일례를 들어 설명하나, 이는 본 발명의 청구범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
육불화황 10L을 수소 40L와 함께 50L/min속도로 전자빔 조사장치에 유입시켜 전자빔을 총조사선량 200KGy이 되도록 조사하였다.
이후 생성된 황과 불화수소를 황회수장치에 유입시켜 황 11g을 회수하였으며, 불화수소 농축장치에서 농축된 불화수소를 CaCl2 수용액을 포함하는 반응부를 가지는 불화수소 반응장치에 유입시킨 후 CaF2 90g을 얻었다.
본 발명에 따른 육불화황의 처리방법으로 육불화황의 분해로 80%이상의 수율로 황을 얻을 수 있었으며, 불소 또한 불소염의 형태로 90%이상을 회수하였다.
따라서 본 발명의 육불화황의 처리방법은 온실가스인 육불화황을 저비용으로 안전하게 처리함과 동시에 상기와 같이 회수된 황과 불소염은 산업적으로 재사용이 가능함으로써 매우 경제적이고 효율적인 처리방법임을 알 수 있다.
100: 육불화황 처리장치 110, 210: 챔버
111, 211: 원도우 120, 220: 방사선조사장치
131, 231: 황회수장치 132, 232: 불화수소 농축장치
133, 233: 불화수소 반응장치 233: 수소회수장치
140, 240: 가스혼합기 250: 필터장치

Claims (19)

  1. a) 방사선 조사에 의해 육불화황과 수소를 반응시켜 황과 불화수소로 분해 및 전환하는 단계;및
    b) 상기 단계에서 형성된 황을 분리하고, 수득된 불화수소를 금속이온 수용액에 주입하여 불용성의 불소금속염을 형성시키는 단계;를 포함하는 육불화황의 처리방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 금속이온은 Li, K, Mg, Ca, Al, Ga, In에서 선택되는 하나 또는 둘이상인 금속의 이온인 육불화황의 처리방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 방사선은 전자빔, 감마선 또는 이온빔인 육불화황의 처리방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 방사선은 총조사선량이 100 내지 500 KGy인 육불화황의 처리방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 수소는 상기 육불화황 1몰에 대하여 3 내지 6몰인 육불화황의 처리방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 육불화황은 육불화황을 단열 또는 절연기체로 사용하는 공정 또는 장치에서 발생하는 것인 육불화황의 처리방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 b)단계에서 얻어진 불소염을 분리하여 회수하는 단계;를 더 포함하는 육불화황의 처리방법.
  9. 육불화황과 수소가 유입되는 챔버;
    상기 챔버에 유입된 육불화황과 수소를 황과 불화수소로 분해 및 전환시키는 방사선 조사장치;
    상기 챔버로부터 유출되는 상기 황과 불화수소로부터 황을 회수하는 황 회수장치;및
    상기 황 회수장치로부터 유입되는 상기 불화수소를 회수 및 농축하는 불화수소 농축장치; 및
    상기 농축장치의 불화수소 및 금속이온수용액이 유입되어 불소금속염이 생성되는 불화수소 반응장치;를 포함하고, 상기 챔버의 일측면에 상기 방사선이 통과 가능한 티타늄 호일 윈도우가 형성되어 상기 방사선 조사장치가 상기 윈도우에 의해 덮히도록 설치되는 것인 육불화황 처리장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 육불화황은 육불화황을 단열 또는 절연기체로 사용하는 공정 또는 장치에서 발생하는 것인 육불화황 처리장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 육불화황과 상기 수소를 혼합하여 상기 챔버로 유입시키도록 형성되는 가스혼합기를 더 포함하는 육불화황 처리장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 챔버로의 유입 경로상에 마련되어, 다른 화합물의 유입을 방지하도록 형성되는 필터장치를 더 포함하는 육불화황 처리장치.
  13. 삭제
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 황 회수장치는 상기 챔버로부터의 유출 경로상에 마련되어 상기 황을 포집하도록 형성되며,
    상기 불화수소 농축장치는 상기 황 회수장치와 연결되고, 상기 불화수소를 농축시켜 상기 불화수소 반응장치에 유입시키는 것인 육불화황 처리장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 방사선에 의하여 반응하지 못하고, 상기 불화수소 농축장치로부터 유출되는 수소 및 육불화황을 회수하는 수소회수장치를 더 포함하는 육불화황 처리장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 수소회수장치는 상기 남은 수소 및 육불화황을 상기 챔버로 유입시키도록 형성되는 육불화황 처리장치.
  17. 제 9항에 있어서,
    상기 불화수소 반응장치는 상기 불화수소 농축장치와 연결되어, 상기 금속이온 수용액과 반응하여 불소염을 생성하는 반응부;
    상기 반응부로부터의 유출 경로 상에 마련되어 상기 불소염을 회수하는 불소염 회수부;및
    상기 반응부와 연결되어 금속이온을 공급하는 금속이온 공급부;를 포함하는 것인 육불화황 처리장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 불화수소 반응장치는 상기 금속이온 수용액과 반응하지 못하고 남은 불소가스를 회수하는 불소회수라인을 더 포함하는 것인 육불화황 처리장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 불소회수라인은 상기 회수된 불소가스를 상기 반응부로 유입시키도록 형성되는 것인 육불화황 처리장치.
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