KR102031984B1 - 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법 및 장치 - Google Patents

플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법 및 장치

Info

Publication number
KR102031984B1
KR102031984B1 KR1020180081616A KR20180081616A KR102031984B1 KR 102031984 B1 KR102031984 B1 KR 102031984B1 KR 1020180081616 A KR1020180081616 A KR 1020180081616A KR 20180081616 A KR20180081616 A KR 20180081616A KR 102031984 B1 KR102031984 B1 KR 102031984B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
conversion
gas
target gas
plasma
supplying
Prior art date
Application number
KR1020180081616A
Other languages
English (en)
Inventor
백광현
주원태
장윤상
Original Assignee
(주)플라즈닉스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)플라즈닉스 filed Critical (주)플라즈닉스
Priority to KR1020180081616A priority Critical patent/KR102031984B1/ko
Priority to US17/259,660 priority patent/US20210394117A1/en
Priority to PCT/KR2019/008569 priority patent/WO2020013630A1/ko
Priority to EP19833894.9A priority patent/EP3821969A4/en
Priority to JP2021524953A priority patent/JP7217056B2/ja
Priority to CN201980059619.0A priority patent/CN112672810A/zh
Application granted granted Critical
Publication of KR102031984B1 publication Critical patent/KR102031984B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/343—Heat recovery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/54—Nitrogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/68—Halogens or halogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/68—Halogens or halogen compounds
    • B01D53/70—Organic halogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32816—Pressure
    • H01J37/32834—Exhausting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32816—Pressure
    • H01J37/32834—Exhausting
    • H01J37/32844—Treating effluent gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/3288—Maintenance
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/48—Generating plasma using an arc
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/48—Generating plasma using an arc
    • H05H1/482—Arrangements to provide gliding arc discharges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/10—Oxidants
    • B01D2251/102—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/202—Hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/20—Halogens or halogen compounds
    • B01D2257/204—Inorganic halogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/20—Halogens or halogen compounds
    • B01D2257/206—Organic halogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/20—Halogens or halogen compounds
    • B01D2257/206—Organic halogen compounds
    • B01D2257/2066—Fluorine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
    • B01D2259/818—Employing electrical discharges or the generation of a plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2245/00—Applications of plasma devices
    • H05H2245/80—Burners or furnaces for heat generation, for fuel combustion or for incineration of wastes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/30—Capture or disposal of greenhouse gases of perfluorocarbons [PFC], hydrofluorocarbons [HFC] or sulfur hexafluoride [SF6]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

본 발명은 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 종래 방법은 난변환성 대상기체를 함유하는 배출기체를 처리함에 있어 높은 대상기체의 변환율이 요구되거나 대량의 배출기체 처리시 과도한 에너지의 소모와 이에 따른 구성 부품의 수명단축으로 인해 어려움이 있다.
본 발명은 대상기체의 변환이 이루어지는 변환영역에 플라즈마를 생성시키는 단계; 1차 이온화 에너지가 10eV 이하인 원소로서 대상기체의 변환을 촉진시키는 변환촉진원소를 함유하는 변환촉진제를 변환영역에 공급하는 단계; 대상기체의 해리생성물과 결합하여 대상기체로의 재결합을 억제하고 변환생성물로 변환시키는 변환제를 변환영역에 공급하는 단계; 배출기체를 변환영역에 공급하는 단계를 포함하는 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법과 이를 구현하는 장치를 제공한다. 본 발명으로 인해 대상기체 함유 배출기체를 처리함에 있어 대상기체의 변환율을 높이고 처리 과정에서 필요한 에너지의 소모량을 줄일 수 있다. 또한 이로 인해 처리 장치의 유지 비용을 줄이고 수명을 향상시킬 수 있으며 보다 용이하게 대용량의 처리장치를 구현하는 것이 가능하다. 본 발명은 유해한 물질의 제거 공정 뿐만 아니라 개질, 가스화, GTL(Gas to Liquid), 중합 등 유용한 물질의 합성 공정에도 적용될 수 있다.

Description

플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법 및 장치{Method and apparatus for treating object gas-containing effluent gas}
본 발명은 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것으로 배출기체에 함유된 대상기체의 변환율을 높이고 이러한 과정에서 필요한 에너지의 소모를 줄이는 것에 관한 것이다.
현재 다양한 종류의 유해 기체가 여러 산업 분야의 제조 공정에서 배출되고 있다. 특히 반도체, 평판디스플레이, 발광다이오드, 태양전지 등의 제조 공정에서는 공정 후 배출기체에 지구 온난화 기체, 오존층 파괴 기체, 독성 기체, 폭발성 기체, 발화성 기체 등 인체 및 환경에 유해한 다량의 기체가 함유되어 있는데 이러한 유해한 기체는 다른 물질로 적절히 변환시켜 처리함으로서 배출량을 저감하여야 한다. 변환의 대상이 되는 기체(이하 대상기체) 중 특히 CF4, C2F6, C3F8 등의 과불화화합물(Perfluorocompounds)과 SF6, NF3 등은 반도체, 평판디스플레이 등의 산업 분야에서 에칭, 화학적기상증착 공정이나 이러한 공정에 사용된 챔버의 세정에 많이 사용되는 대표적인 지구 온난화 기체이며 이 중 특히 과불화화합물이나 SF6 등은 구성 원자 간의 높은 결합력으로 인해 변환이 어렵다. 현재 이러한 공정에서 대상기체 함유 배출기체 처리를 위해 전열히터, 연소, 촉매, 열플라즈마 등의 방법이 상용화 되어 있다.
전열히터를 사용하는 방법은 비교적 간단하게 배출기체를 처리할 수 있는 장점은 있지만 에너지 소모가 과다하고 대략 1300℃ 이상의 고온은 달성이 어려워 배출기체 중에 과불화화합물 등의 난변환성 대상기체가 함유되어 있는 경우에는 적용이 용이하지 않은 단점이 있다. LNG, LPG 등의 연료와 산소 등의 산화제와의 화학 반응에 의해 발생되는 고온의 화염을 이용하는 연소 방법은 전열히터 방법에 비해 높은 온도를 얻을 수 있어 유리하지만 연료 사용량이 많고 연료 관련 유틸리티 설치 및 운영에 많은 비용 및 번거로움이 따르고 다량의 질소산화물이 발생하는 문제점이 있다. 또한 배출기체의 유량, 종류, 성분 등의 변화에 따라 처리 분위기의 온도가 변화하거나 심한 경우 화염이 소실되는 등의 문제점이 있다. 고체 상의 촉매를 이용하는 방법의 경우 비교적 낮은 온도에서 배출기체의 처리가 가능하여 에너지 사용량을 줄일 수 있지만 촉매의 피독 혹은 열화 등의 현상에 의해 빈번히 교체해 주어야 하므로 연속 운전을 저해하고 유지비를 상승시키는 단점이 있다. 열플라즈마를 이용하는 방법의 경우 최대 10,000℃ 가량의 플라즈마를 형성시켜 배출기체를 처리하는 방법이므로 난변환성 대상기체가 함유되어 있어도 쉽게 변환 처리가 가능하고 외부 전력에 의해 처리 환경을 조절하므로 배출기체의 공급 조건이 변화하여도 안정적인 운전이 가능한 장점이 있어 근래에 CF4 등의 난변환성 대상기체를 함유하는 배출기체의 처리에 많이 이용되고 있다. 그러나 종래의 열플라즈마를 이용한 배출기체 처리 방법에서 대상기체의 높은 변환율을 얻기 위해 높은 온도의 플라즈마 생성이 필요하고 이에 따라 많은 전력이 소모된다. 많은 경우에 있어 대상기체는 다량의 질소, 공기 등과 혼합된 상태로 배출되는데, 예를 들어 반도체 제조 공정에서의 경우 대상기체가 수백 slpm(standard liter per minute)의 질소와 혼합되어 배출되고 특히 평판디스플레이 제조 공정에서는 경우에 따라 수천 slpm에 이르기까지 혼합되는 기체의 양이 증가하게 되어 대상기체 함유 배출기체의 처리에 많은 전력이 필수 불가결하게 요구되는 상황이다. 또한 열플라즈마를 고전력으로 동작함에 따라 전력 소모 이외에도 플라즈마 발생 장치의 구성 부품(예, 전극)의 수명이 짧아지게 되어 자주 교체해 주어야 하므로 운전 중지 횟수가 증가하고 유지 비용이 상승하는 단점이 있다.
KR 1020180001552 A
본 발명은 상기와 같은 종래 방법의 문제점을 극복하여 대상기체의 변환율을 높이고 이러한 과정에서 필요한 에너지의 소모를 줄이는 것에 관한 것이다. 또한 이로 인해 처리 장치의 유지 비용을 줄이고 수명을 향상시키며 보다 용이하게 대용량의 처리장치를 구현할 수 있도록 하는 것이다.
전자는 기체 분자와 다양한 방식으로 상호작용하는데 전자 충돌에 의한 기체 분자의 해리는 이러한 상호작용 중의 하나이다. 기체의 변환에 있어 초기 단계는 기체 분자의 결합을 끊어 원자, 이온, 활성종 등 더 작은 입자로 분리시키는 해리 과정이며 이러한 해리 과정에 있어서 전자가 중요한 역할을 담당할 수 있다. 전자는 원자 혹은 분자 상태의 중성입자가 이온화될 때 생성되는데 Saha 방정식에 의하면 대기압, 상온의 공기에서 전자 밀도는 중성입자 밀도에 비해 10-122 가량으로 매우 낮으며 기체의 온도를 증가시킴에 따라 전자 밀도는 증가한다. "하전입자와 중성입자로 구성되어 집합적으로 거동하는 준중성의 기체"로 정의되는 플라즈마는 이러한 전자를 풍부하게 포함한다. 하전입자는 중성입자의 이온화 및 전자부착에 의해 생성되며 전자, 양이온, 음이온이 여기에 해당하고 중성입자는 기저상태, 여기상태로 존재할 수 있다. 플라즈마는 이러한 구성 입자들의 온도 및 열적 평형상태에 따라 크게 비평형 플라즈마와 국소평형 플라즈마로 구분할 수 있으며 전자의 온도가 이온, 중성입자 등 무거운 입자의 온도에 비해 매우 높은 비평형 플라즈마는 저온 플라즈마로도 불리우며 글로우 방전, 유전체 장벽 방전, 코로나 방전 등에 의해 생성된 플라즈마가 비평형 플라즈마의 예이다. 전자와 무거운 입자의 온도가 거의 비슷한 국소평형 플라즈마는 열플라즈마로도 불리우며 아크 방전, 열 고주파 방전 등에 의해 생성된 플라즈마가 국소평형 플라즈마의 예이다. 글라이딩 아크 방전, 마이크로웨이브 방전에 의해 생성된 플라즈마는 이들의 중간 영역에 위치하고 있다고 볼 수 있다. 이러한 전자기장의 효과에 의해 생성되는 플라즈마 이외에 연소 화염이나 가열된 기체 등 상당량의 하전입자를 포함하고 있는 경우도 광의의 플라즈마라고 할 수 있다.
원자 혹은 분자 상태의 중성입자를 이온화시켜 전자를 생성시키기 위해 필요한 에너지를 이온화 에너지라고 하며 1차 이온화 에너지는 중성입자로부터 첫번째 전자를 떼어내기 위해 필요한 에너지이다. 이온화 에너지는 원자 혹은 분자의 크기, 전자배치 등에 의해 결정되며 이온화 에너지가 낮은 물질일수록 전자를 쉽게 생성시킬 수 있다. 편리성으로 인해 플라즈마는 대부분 아르곤, 헬륨 등의 불활성 기체나 질소, 산소, 수소, 수증기 등 대기압, 상온의 조건에서 기체 상태로 존재하는 물질로부터 생성되지만 이들의 1차 이온화 에너지는 10eV 이상으로 높은 편이다. 이와 같은 플라즈마에 이온화 에너지가 낮은 물질을 첨가하면 전자 밀도가 증가되고 전자 온도를 변화시킬 수 있다고 알려져 있으나 자기유체발전 등 극히 일부분의 연구에만 활용되고 있다. 1차 이온화 에너지가 낮은 원소로는 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 등의 알칼리 금속, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등의 알칼리 토금속, 철, 니켈, 구리 등의 전이금속, 알루미늄 등이 있다.
본 발명은 상기의 두 가지 사실, 즉 1) 기체 변환의 초기에 전자가 중요한 역할을 담당할 수 있다는 점과 2) 플라즈마에 1차 이온화 에너지가 낮은 원소를 첨가시킴에 따라 전자의 밀도(혹은 전자의 온도까지)를 높일 수 있다는 점에 착안하여 고안되었다.
연구 결과 플라즈마 상에서의 대상기체 변환시 대상기체의 해리생성물과 결합하여 대상기체로의 재결합을 억제하고 변환생성물로 변환시키는 작용을 하는 물질(이하 변환제, 물, 수소, 산소, 탄화수소 등)이 플라즈마에 포함되어 있는 경우 1차 이온화 에너지가 10eV 이하인 원소(이하 변환촉진원소)를 플라즈마에 첨가하면 이들은 미량으로도 반복적, 연속적으로 작용하여 대상기체의 변환율을 획기적으로 상승시키는 역할을 함을 확인하였다.
본 발명에서의 변환율 상승은 변환촉진원소가 대상기체와 직접적으로 화학결합하여 이를 변환시키기 때문이 아니라 변환촉진원소가 전자 밀도 혹은 전자 온도를 증가시켜 대상기체 분자의 해리를 가속화하여 전체 변환이 촉진되기 때문으로 예상된다. 촉매작용은 촉매라고 하는 부가적인 물질의 참여로 인해 특정 반응의 속도를 증가시키는 것으로서 원리적으로 촉매는 반응에 직접 참여하여 변환, 소모되지 않기 때문에 반복적, 연속적으로 작용하며 이로 인해 화학양론에 비해 아주 작은 양으로도 큰 효과를 나타낸다. 본 발명에서의 변환촉진원소는 이와 같은 촉매의 역할을 수행함이 확인되었다.
연구 결과 변환촉진원소의 1차 이온화 에너지가 낮을수록 높은 변환율 상승 효과를 얻을 수 있고 특히 알칼리금속, 알칼리토금속을 변환촉진원소로 사용하는 경우 더욱 높은 효과를 나타냄을 확인하였다. 여러 종류의 변환촉진원소를 함께 사용하는 것도 물론 가능하다. 변환촉진원소의 효과는 변환촉진원소의 1차 이온화 에너지 이외에 대상기체의 변환이 이루어지는 영역(이하 변환영역)에서의 변환촉진원소의 몰분율에 크게 영향을 받으며 0.1~10,000ppm이 바람직함을 확인하였다. 0.1ppm 미만에서는 변환촉진원소를 첨가하지 않은 경우에 비해 대상기체의 변환율 상승 효과가 미미하고 10,000ppm을 초과하는 경우에는 그보다 낮은 몰분율에서의 경우에 비해 변환율 상승 효과는 크지 않지만 다량의 변환촉진원소가 필요하여 큰 장점이 없다. 변환촉진원소의 몰분율은 더욱 바람직하게는 1~1,000ppm이다.
변환제의 경우 대상기체와 화학결합하여 이를 변환생성물로 변환시키는 역할을 해야 하므로 해당 반응의 화학양론에 의해 결정되는 양 이상을 공급하는 것이 바람직하다. 이보다 적은 양의 변환제가 공급되면 변환촉진원소가 대상기체와 화학결합을 할 수 있는 경우 변환촉진원소의 일부가 변환제의 역할을 담당하게 되어 촉매의 역할이 저하되고 화학결합을 하지 않는 경우 변환제의 양이 불충분하여 바람직하지 않다.
종래의 대상기체 함유 배출기체 처리 방법에서는 전력 혹은 연소를 위한 연료의 공급률을 낮추는 등 에너지 공급량을 줄일 경우 대상기체의 변환율이 급격이 저하하게 되지만 본 발명에서의 방법을 적용하면 낮은 에너지 공급 및 이로 인한 낮은 온도에서도 높은 대상기체의 변환율을 유지할 수 있다. 즉 변환촉진원소의 촉매 작용으로 인하여 변환에 필요한 온도를 낮출 수 있는 것이다.
본 발명의 효과는 전자기장에 의해 생성되는 플라즈마에서 뿐만 아니라 연소 화염 및 전열히터에 의해 가열된 기체 혹은 이들의 혼합 분위기에서도 동일하게 작용함을 확인하였으며 본 발명에서 기술하는 플라즈마는 이러한 광의의 플라즈마를 지칭한다.
플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법으로서 대상기체의 변환이 이루어지는 변환영역에 플라즈마를 생성시키는 단계; 1차 이온화 에너지가 10eV 이하인 원소로서 대상기체의 변환을 촉진시키는 변환촉진원소를 함유하는 변환촉진제를 변환영역에 공급하는 단계; 대상기체의 해리생성물과 결합하여 대상기체로의 재결합을 억제하고 변환생성물로 변환시키는 변환제를 변환영역에 공급하는 단계; 배출기체를 변환영역에 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
삭제
변환촉진원소의 과급비가 1 이하인 것일 수 있다.
변환제의 과급비가 1 이상일 수 있다.
변환영역 내에서 변환촉진원소의 몰분율이 0.1~10,000ppm인 것일 수 있다.
변환영역 내에서 변환촉진원소의 몰분율이 1~1,000ppm인 것일 수 있다.
변환촉진원소는 알칼리금속과 알칼리토금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
변환촉진원소는 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
변환촉진제는 금속, 화합물, 합금, 금속간 화합물, 광물로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
화합물은 Hydroxide, Nitrate, Nitrite, Carbonate, Hydrogen carbonate, Percarbonate, Acetate, Formate, Fluoride, Chloride, Chlorate, Chlorite, Hypochlorite, Bromide, Borohydride, Phosphate, Phosphite, Hypophosphite, Phthalate, Sulfate, Sulfide, Dithionite, Sulfamate, Oxalate, Oxide, Isopropoxide인 것일 수 있다.
변환제는 수소, 산소, 질소, 탄소 중 적어도 어느 하나를 변환제의 구성원소로 포함하는 것일 수 있다.
변환제는 물, 수소, 산소, 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것일 수 있다.
변환촉진제를 액상의 변환제에 용해시킨 용액을 공급원료로 사용하는 것일 수 있다.
액상의 변환제는 물일 수 있다.
배출기체를 변환영역에 공급하기 이전에 예열하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
변환영역 통과 후 물질에 남아 있는 폐열을 열교환 방식으로 회수하여 예열하는 것일 수 있다.
대상기체는 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것일 수 있다.
대상기체는 CF4, C2F6, CHF3, C3F8, C4F6, C4F8, NF3 및 SF6 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
플라즈마는 열플라즈마, 연소화염, 비평형플라즈마, 가열된 기체 중 어느 하나 혹은 그들의 혼합인 것일 수 있다.
플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치에 있어서, 대상기체의 변환이 이루어지는 변환영역을 포함하는 본체; 변환영역에 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 생성수단; 1차 이온화 에너지가 10eV 이하인 원소로서 대상기체의 변환을 촉진시키는 변환촉진원소를 함유하는 변환촉진제를 변환영역에 공급하는 변환촉진제 공급수단; 대상기체의 해리생성물과 결합하여 대상기체로의 재결합을 억제하고 변환생성물로 변환시키는 변환제를 변환영역에 공급하는 변환제 공급수단; 배출기체를 변환영역에 공급하는 배출기체 공급수단으로 구성되는 것일 수 있다.
변환영역 내에서 변환촉진원소의 몰분율이 0.1~10,000ppm인 것일 수 있다.
변환영역 통과 후 물질에 남아 있는 폐열을 회수하고 이를 이용하여 배출기체를 변환영역에 공급하기 전에 예열하기 위한 열교환기를 더 포함하는 것일 수 있다.
변환촉진제를 액상의 변환제에 용해시킨 용액을 공급원료로 사용하는 것일 수 있다.
변환촉진제, 변환제 중 적어도 어느 하나를 변환영역의 열로 직접 기화시키는 것일 수 있다.
변환촉진제, 변환제 중 적어도 어느 하나를 변환영역에 공급하기 전에 기화시키는 수단을 더 구비하는 것일 수 있다.
변환촉진제, 변환제 중 적어도 어느 하나를 플라즈마 생성수단 내부의 고온 영역을 통과시킨 후 변환영역으로 공급하는 것일 수 있다.
기화 혹은 활성화를 돕기 위해 변환촉진제, 변환제 중 적어도 어느 하나를 에어로졸로 만드는 수단을 더 구비하는 것일 수 있다.
에어로졸로 만드는 수단은 아토마이저인 것일 수 있다.
아토마이저는 출구에 경사면을 갖는 격리부를 구비하는 것일 수 있다.
아토마이저의 외부가 냉각제에 의해 냉각되는 것일 수 있다.
변환촉진제를 기화부에 미리 장입하고 변환촉진제의 온도와 이송기체의 유량으로 변환영역으로의 공급률을 조절하는 것일 수 있다.
플라즈마 생성수단은 열플라즈마 생성수단, 연소버너, 비평형플라즈마 생성수단, 전열히터로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것일 수 있다.
열플라즈마 생성수단은 직류 열플라즈마 토치인 것일 수 있다.
본 발명으로 인해 대상기체 함유 배출기체를 처리함에 있어 대상기체의 변환율을 높이고 처리 과정에서 필요한 에너지의 소모량을 줄일 수 있다. 또한 이로 인해 처리 장치의 유지 비용을 줄이고 수명을 향상시킬 수 있으며 보다 용이하게 대용량의 처리장치를 구현하는 것이 가능하다. 본 발명은 유해한 물질의 제거 공정 뿐만 아니라 개질, 가스화, GTL(Gas to Liquid), 중합 등 유용한 물질의 합성 공정에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치의 개념도이다.
도 1a는 (a) 기존의 아토마이저 및 (b) 본 발명의 일 실시예에 따른 아토마이저의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치의 개념도이다.
도 5는 변환촉진원소의 1차이온화 에너지에 따른 CF4의 변환율이다.
도 6은 변환촉진원소(K)의 몰분율에 따른 CF4의 변환율이다.
도 7은 변환제(물)의 유무에 따른 CF4의 변환율이다.
도 8은 변환제(물)의 과급비에 따른 CF4의 변환율이다.
도 9는 변환촉진원소의 유무 및 예열(TMIX)에 따른 CF4의 변환율이다.
가장 높은 수준의 결합 해리 에너지(CF3-F, 5.7eV)로 인해 대표적인 난변환성 대상기체인 CF4를 예로 들어 본 발명의 작용에 대해 상세히 설명한다. 기체 변환의 초기에 전자가 중요한 역할을 담당할 수 있다는 점과 플라즈마에 1차 이온화 에너지가 낮은 원소를 첨가시킴에 따라 전자의 밀도(혹은 전자의 온도까지)를 높일 수 있다는 점은 대상기체의 종류에 상관없이 공통적으로 적용될 수 있으므로 본 발명의 작용은 CF4에 국한되는 것은 아니며 다른 대상기체에도 동일하게 적용될 수 있다. 실시예에 CF4 이외의 여러 대상기체를 대상으로 한 본 발명의 효과를 기술하였다.
CF4에 있어서의 해리, 재결합 및 해리생성물의 변환 반응의 몇 가지 예와 물을 변환제로 사용하여 CF4를 변환시키는 경우의 전체 변환 반응은 아래와 같다. CF4 변환의 초기 단계는 해리 과정이며 CF4 분자를 CFi (i=1,2,3) 활성종 및 불소 원자, 분자 혹은 이온 등으로 해리시키는 과정에서 전자가 핵심적 역할을 담당할 것으로 예상한다. 변환촉진원소는 전자의 밀도를 증가시켜 CF4 분자의 해리를 가속화시킴으로 인해 전체 변환 반응을 촉진시키는 역할을 수행하는 것으로 예상된다. 해리생성물인 CFi 활성종 및 불소 원자, 분자 혹은 이온들은 재결합하여 다시 CF4를 생성하기도 하는데 물, 수소, 산소, 탄화수소 등의 변환제를 첨가하면 이들 혹은 이들의 구성성분이 해리생성물과 결합하여 CF4로의 재결합을 억제하고 HF, COF2, CO2 등의 안정한 변환생성물로 변환되도록 함으로써 효과적인 변환이 이루어질 수 있다. 변환시키고자하는 대상기체의 종류 및 이러한 변환으로부터 얻고자 하는 변환생성물에 따라 여러 종류의 변환제를 사용할 수 있으며 대표적으로 수소, 산소, 질소, 탄소 등의 원소를 구성원소로 포함하는 물질이 변환제로 사용될 수 있다.
해리
CF4 + e → CF3 + F + e
CF3 + e → CF2 + F + e
CF2 + e → CF + F + e
CF4 + e → CF2 + 2F + e
CF4 + e → CF + F + F2 + e
CF4 + e → CF3 + F-
CF4 + e → CF3 + + F + 2e
재결합
CF3 + F → CF4
CF3 + F- → CF4 + e
CF3 + F2 → CF4 + F
삭제
해리생성물의 변환
CF3 + H → CF2 + HF
CF3 + O → COF2 + F
CF3 + OH → COF2 + HF
CF2 + H → CF + HF
CF2 + O → CO + 2F
CF2 + O → COF + F
CF2 + O2 → COF2 + O → CO2 + F2
CF2 + OH → COF + HF
CF + H → C + HF
CF + O → CO + F
F + H2 → HF + H
C + O2 → CO2
전체 변환 반응
CF4 + 2H2O = 4HF + CO2 (1)
표 1은 본 발명에서 주장하는 변환 조건 및 결과의 예로서 변환영역으로 공급되는 각 구성물의 공급률, 몰분율, 여러 온도, 변환율 및 소모전력을 나타내고 있다.
금속 상태로 존재하는 변환촉진원소는 폭발성이 있거나 고가인 것들이 많아 이를 직접 사용하기에 어려운 점이 있다. 연구 결과 화합물, 합금, 금속간 화합물, 광물 등 변환촉진원소를 함유하는 어떠한 물질을 변환촉진원소의 원료(이하 변환촉진제)로 사용하더라도 본 발명의 특징을 구현할 수 있음이 확인되었으며 이는 변환촉진제가 변환영역 내에서 변환촉진원소와 이외의 물질로 분해될 수 있기 때문으로 예상된다. 변환촉진제로 사용될 수 있는 화합물의 예로는 Hydroxide, Nitrate, Nitrite, Carbonate, Hydrogen carbonate, Percarbonate, Acetate, Formate, Fluoride, Chloride, Chlorate, Chlorite, Hypochlorite, Bromide, Borohydride, Phosphate, Phosphite, Hypophosphite, Phthalate, Sulfate, Sulfide, Dithionite, Sulfamate, Oxalate, Oxide, Isopropoxide 등이 있으며 광물의 예로는 Feldspar, Mica, Muscovite, Cryolite 등이 있으나 이에 국한되는 것은 아니다. 변환촉진제에는 변환촉진원소 이외에 대상기체의 해리생성물과 결합할 수 있는 H, O 등도 함유되어 있는데 소량의 변환촉진제를 사용하는 경우 별도로 공급되는 변환제에 비해 그 양이 매우 적어 영향은 크지 않다.
몰분율은 변환영역으로 공급되어 변환영역의 분위기를 형성하는 전체 구성물, 예를 들어 대상기체, 희석기체, 플라즈마 형성기체, 변환제, 변환촉진제의 전체 몰 수 중 해당 구성물의 몰 수를 백만분율(ppm)로 나타낸 것이다. 앞의 구성물들은 변환영역에서 해리되어 몰 수가 증가할 수 있으며 이러한 해리 이후의 상태를 몰분율 산정에 적용하면 해리 정도를 실측하여야 하는 등 번거로움이 있다. 편의성과 명확성을 위해 본 발명에서는 각 구성물의 공급시의 상태를 적용하여 몰분율을 산정한다. 예를 들어 1몰의 CF4는 해리에 의해 최대 5몰까지 증가할 수 있으나 몰분율 산정시에는 1몰을 적용한다. 변환촉진원소의 몰분율은 변환촉진제의 몰분율에 변환촉진제 분자가 함유하는 변환촉진원소의 수를 곱하여 산정한다. 예를 들어 변환촉진제, K2CO3의 몰분율이 100ppm이면 변환촉진원소, 칼륨의 몰분율은 200ppm이다.
표 1에서 변환촉진원소인 칼륨의 몰분율은 100ppm으로 매우 낮지만 Saha 방정식에 의하면 1500℃의 질소에서 전자 밀도는 칼륨 첨가 전 6.1 x 104 m-3에서 100ppm 칼륨 첨가 후 1.9 x 1017 m-3으로 급격히 증가하여 해리가 가속화되고 변환이 촉진되는 것으로 예상된다.
변환촉진원소 및 변환제 과급비(excess ratio)는 변환촉진원소 및 변환제가 대상기체의 해리생성물과 화학결합을 하여 대상기체를 변환시키는 반응에 있어 화학양론에 의해 필요한 변환촉진원소 및 변환제 몰 수에 대비하여 실제 변환영역에 공급된 몰 수의 비로 정의하였다. 칼륨은 아래의 식(2)에서와 같이 변환제로 작용하여 CF4의 해리생성물과 직접 결합하여 이를 변환시키는 역할을 할 수도 있으나 이러한 경우 CF4 1몰을 변환시키는데 있어 4몰의 K가 필요하여 경제적이지 않을 뿐만 아니라 촉매의 역할이 저하되고 다량의 고상 변환생성물이 형성되어 변환장치의 안정적인 운전 및 변환생성물의 처분에도 어려움이 따른다. 표 1에서의 변환촉진원소 과급비 0.008은 식(2)의 화학양론에 의해 필요한 칼륨의 몰 수에 비해 약 1/130 만이 공급됨을 의미한다.
CF4 + 4K = 4KF + C (2)
변환제 과급비 1.2는 식(1)의 화학양론에 의해 필요한 양보다 20% 많은 물이 공급된다는 의미이다. 변환촉진원소가 촉매의 역할을 담당하기 위해서는 별도의 변환제가 존재하여 대상기체의 해리생성물과 화학결합 해야 하므로 이러한 별도의 변환제는 해당 반응의 화학양론에 의해 필요한 양 이상을 공급하는 것이 바람직하다.
TA는 변환영역에 공급되기 전 배출기체의 예열온도로서 실제 측정값이다. TMIX는 변환영역의 평균적인 온도를 대략적으로 유추하기 위해 고안한 값이다. 표 1에서는 질소로 희석된 CF4가 예열된 후 열플라즈마 토치에 의해 생성된 질소 플라즈마와 단열 상태로 균일하게 혼합되었다고 가정하여 산정하였다. TA가 높을수록 동일한 전력 소모 하에서도 TMIX를 높일 수 있으며 연구 결과 TMIX가 높을수록 변환촉진원소에 의한 대상기체의 변환율 상승효과도 커짐을 확인하였다.
변환촉진원소의 작용만으로도 배출기체의 처리에 있어 에너지 소모를 절감시킬 수 있으나 이를 더욱더 줄이기 위해서는 변환영역 통과 후 물질에 남아 있는 폐열을 열교환기를 통해 회수하고 이를 이용하여 배출기체를 변환영역에 공급하기 전에 예열하는 것이 바람직하며 열전도도가 높은 수소, 헬륨 등의 물질을 첨가하면 예열효과를 높일 수 있다. 이 외에 처리장치를 단열하여 외부로의 열손실을 줄이는 것도 에너지 소모량 절감에 있어 바람직하다.
변환율은 변환 전 대상기체의 몰 수 대비 변환된 몰 수의 비율로 정의하며 가스 크로마토그래피 혹은 푸리에변환적외선분광법으로 측정한다. 소요전력은 열플라즈마 토치에 공급된 전력이다.
표 1에서는 변환촉진제로 KOH를 예시하고 있지만 이를 대신하여 KF를 사용하는 경우에도 거의 동일한 변환율 상승효과를 얻을 수 있는데 이로부터 변환촉진원소인 칼륨이 식(2)에서와 같은 변환제의 역할을 수행함이 아니라 촉매의 역할을 수행함을 다시 한번 확인할 수 있다. 대상기체의 변환에 있어 변환제 없이 변환촉진원소만을 첨가하면 변환촉진원소가 해리생성물과 화학결합을 하지 않는 경우 해리생성물의 재결합을 억제할 수 없고 변환생성물로의 변환이 어려우므로 대상기체의 변환이 매우 어렵고 변환촉진원소가 해리생성물과 화학결합을 할 수 있는 경우 촉매의 역할 대신 변환제의 역할을 담당해야 하므로 본 발명에서와 같은 높은 변환율을 얻기 어렵고 소요량이 매우 많아지게 된다.
삭제
고상의 변환촉진제를 액상의 물질에 용해시킨 용액을 공급원료로 사용할 수도 있으며 액상의 물질이 변환제라면 변환촉진원소와 변환제를 함께 공급할 수 있어 편리하다. 많은 고상의 변환촉진제가 물, 알코올 등 변환제로 사용 가능한 액상의 물질에 대해 용해도가 높으므로 용액의 농도를 적절히 조절하여 액체정량펌프 등으로 공급하면 변환촉진원소와 변환제의 공급률을 간편하게 조절할 수 있다.
변환촉진제나 변환제가 고상 혹은 액상인 경우 이들이 변환영역 내에서 원활히 작용하게 하기 위해서는 이들을 먼저 기화시키는 과정이 필요하다. 이들을 변환영역에 직접 공급하여 이 영역의 열로 직접 기화시키는 방법, 처리장치 내 변환영역 이외 영역의 열로 기화시킨 후 변환영역으로 이송시키는 방법, 외부의 별도 열원을 이용하여 기화시킨 후 변환영역으로 이송시키는 방법 등이 있다. 변환영역에 직접 공급하는 것이 가장 간편하지만 기화가 불충분하거나 변환영역의 온도를 낮출 수 있다. 변환영역으로부터 이격된 곳에서 기화시키고 변환영역으로 이송시키는 경우 변환효과 면에서는 우수하지만 변환촉진제의 경우 이송 과정에서 벽면 부착에 의한 손실이 발생할 수 있다. 그러므로 가급적 변환영역 가까운 곳에서 충분히 기화될 수 있도록 한 후 변환영역에 공급하는 것이 바람직하다. 변환제로 사용될 수 있는 물(H2O), 수소(H2), 산소(O2), 탄화수소 등은 자체로 대상기체의 해리생성물과 반응할 수도 있지만 수소원자(H), 산소원자(O), 하이드록시기(OH) 혹은 이들의 이온 형태로 반응하는 것이 더 유리하므로 변환제를 플라즈마 생성수단 내부의 고온 영역을 통과시킨 후 변환영역으로 공급하면 변환제의 기화는 물론 이러한 활성화까지 가능하여 유리하다. 변환촉진제 역시 이러한 방법을 통해 변환영역에 공급할 경우 변환촉진원소의 이온화를 보다 증가시킬 수 있어 유리하다. 이를 위해 변환제나 변환촉진제를 플라즈마 생성수단의 원료 자체로 사용하거나 기존원료(열플라즈마 토치의 경우 질소, 아르곤 등의 플라즈마 형성기체, 연소버너의 경우 연료 혹은 산화제)에 일부 혼합시켜 사용할 수 있다. 스팀 플라즈마 토치, LPG/LNG 버너 등은 이러한 방식을 이용하여 변환제를 활성화시키는 좋은 예이다.
변환촉진제나 변환제를 에어로졸화하여 미세한 액적이나 입경이 작은 분말로 만들면 비표면적이 증가하여 기화 및 활성화가 용이해지므로 이를 위해 아토마이저 혹은 분말 분산기구 등을 이용할 수 있다. 변환제는 대상기체 주변에 균일하게 존재하는 것이 바람직하며 이를 위해서 이들을 배출기체에 미리 균일하게 혼합시킨 후 변환영역으로 이송시킬 수도 있다.
변환촉진제 및 변환제의 공급률은 질량 유량계, 액체 펌프, 분말공급기 등 별도의 정량 공급기구로 조절할 수 있으나 이러한 물질이 액상 혹은 고상인 경우 이들의 온도와 이송기체의 유량을 변화시킴에 따라 조절할 수도 있다. 본 발명의 특성상 변환촉진제는 소모량이 매우 적으므로 장시간 사용할 수 있는 양을 변환장치의 외부 혹은 내부의 일정 공간에 미리 장입해 두고 후자의 방법으로 공급하면 별도의 정량 공급기구 없이 간편하게 공급할 수 있다. 변환장치 내부의 고온부에 장입하면 별도의 열원이 필요 없어 더욱 간편하다.
이하 실시예에 근거하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치의 개념도이다. 배출기체 처리장치(10)는 크게 본체(20), 플라즈마 생성수단(40), 열교환기(30) 및 가이드(35), 수조(50), 습식 스크러버(60), 아토마이저(M10)로 구성된다. 본체(20)의 외부는 단열되어 있다.
배출기체(A)는 배출기체 도입구(21)를 통해 유입된다. 정량 공급기구(N2)로 공급률이 조절되는 변환제(N)는 배출기체 도입구(21)에 설치된 변환제 공급구(22)를 통하여 주입된 후 배출기체(A)와 혼합되고 이러한 혼합물은 4단의 직렬 열교환기(30)에서 변환영역 통과 후 물질(45)에 남아 있는 폐열을 회수하여 예열된다. 이후 상기 혼합물은 선회류 발생기구(32)에 의해 원주방향으로 균일하게 선회하며 가이드(35)를 통과하여 더욱 예열된 후 변환영역(R)으로 공급된다. 가이드 끝부분에는 상기 혼합물의 예열온도, TA 측정을 위한 열전대(36)가 설치되어 있다.
플라즈마 생성수단(40)으로서 변환영역(R) 상부에 설치된 직류 열플라즈마 토치는 직류 전원을 이용하여 토치 내부의 음극과 양극 사이에 고온의 아크 방전을 일으켜 플라즈마 형성기체(43)인 질소를 플라즈마화한 후 제트(P) 형태로 변환영역(R)으로 분출시키는 역할을 한다.
화합물인 변환촉진제(M1)를 물에 용해시킨 후 이를 주사기 펌프 혹은 연동펌프 등의 정량 공급기구(M2)를 통해 플라즈마 생성수단(40)의 출구 측면에 설치된 아토마이저(M10)에 공급한다. 수용액 상태의 변환촉진제는 아토마이저(M10) 출구의 미세 간극(M12)에서 아토마이징 기체(M11)인 미량의 질소에 의해 미세한 액적으로 에어로졸화된 후 변환영역의 열로 기화되어 변환촉진원소(M)와 변환제(N)를 변환영역(R)에 공급한다. 연구결과 종래 방식의 아토마이저를 사용하면(도 1a의 (a)) 장시간 운전시 간극(M12)에 고상의 물질로 인한 막힘이 발생하는 경우가 많지만 아토마이저 출구에 경사면을 갖는 격리부(M13)를 두어 외부 기체 흐름과 간극(M12)을 격리시켜 간극 주변에서의 흐름을 일정하게 유지시키고 아토마이저 외부를 냉각제(M14)인 물로 냉각하면 (도 1a의 (b)) 이러한 막힘 현상이 현저히 줄어들게 됨을 확인하였다.
변환촉진제의 공급률 및 변환영역(R) 내 변환촉진원소(M)의 몰분율은 정량 공급기구(M2)에 의해 조절되는 수용액 공급률과 수용액 중 변환촉진제(M1)의 농도를 조절함으로서 가변시킬 수 있다.
변환제의 총 공급률은 변환제 공급구(22)에 공급된 변환제(N)와 수용액에 포함된 변환제(N)의 공급률의 합으로 결정된다.
변환영역(R)에 공급된 배출기체(A) 중의 대상기체는 플라즈마 제트(P), 변환촉진원소(M) 및 변환제(N)의 작용으로 변환되고 변환영역 통과 후 물질(45)은 열교환기(30)를 통해 배출기체(A)와 변환제를 포함하는 상기 혼합물을 예열시킨 후 냉각되고 이후 수조(50) 및 습식 스크러버(60)를 통과하여 HF, KF 등의 변환생성물이 제거된 후 배기구(63)를 통해 배기된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치의 개념도이다. 본체(20) 외부에 위치한 기화부(M20)에 변환촉진제(M1)로 칼륨 금속을 장입하고 열전대(M22)에 의해 기화부(M20) 내 용융된 칼륨의 온도를 제어하는 외부 기화열원(M24)으로 기화시킨 후 이송기체(M21)로 질소를 이용하여 변환촉진원소 공급구(M23)를 통해 변환영역(R)으로 이송시키는 점을 제외하면 도 1과 동일하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치의 개념도이다. 변환촉진제(M1)로 KNO3 수용액을 정량 공급기구(M2)를 통해 변환영역(R) 주변에 위치한 기화부(M20)에 공급하여 변환영역(R) 주변의 열로 기화시킨 후 변환촉진원소 공급구(M23)를 통해 변환영역(R)에 공급하는 점을 제외하면 도 1과 동일하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치의 개념도이다. 변환영역(R) 주변에 위치한 기화부(M20) 내에 변환촉진제(M1)로 KNO3를 장시간 운전 가능하도록 미리 충분히 장입한 후 변환영역(R) 주변의 열로 용융, 기화시키고 열전대(M22)에 의해 기화부(M20) 내 용융된 KNO3의 온도를 모니터링하며 이송기체(M21)로 질소를 이용하여 변환촉진원소 공급구(M23)를 통해 변환영역(R)으로 이송시키는 점을 제외하면 도 1과 동일하다.
표 2 내지 6은 도 1 내지 도 4의 직류 열플라즈마 토치를 이용한 처리장치와 연소버너, 글라이딩 아크, 전열히터를 이용한 처리장치에서의 변환 조건과 변환 결과이다.

삭제
비교예 2 및 실시예 1~8로부터 변환촉진원소가 첨가됨에 따라 CF4의 변환율이 상승하며 첨가되는 변환촉진원소의 1차 이온화 에너지가 낮을수록 변환율 상승효과는 더욱 커지는 것을 알 수 있다. 변환촉진원소의 몰분율은 100ppm으로 매우 낮으며 변환촉진원소 과급비가 1보다 매우 낮아 촉매와 같은 역할을 수행하고 있음이 확인되며 변환제 과급비 2는 변환에 필요한 양에 비해 2배의 변환제가 충분히 공급됨을 의미한다. 변환촉진원소가 첨가되지 않은 경우에는 질소의 1차 이온화 에너지를 표시하였다. 변환촉진원소의 1차 이온화 에너지 감소에 따른 변환율 상승 경향은 도 5와 같다.
비교예 3~5 및 실시예 9~26으로부터 변환촉진원소는 0.1ppm의 매우 낮은 몰분율에서부터 효과를 발휘함을 알 수 있으며 변환촉진원소의 몰분율이 증가함에 따라 CF4의 변환율도 높아짐을 알 수 있다. CF4의 몰분율이 증가할수록 동일한 변환율을 얻기 위해 변환촉진원소의 몰분율도 증가해야 하는데 이는 CF4 내의 불소가 전자친화력이 커 전자를 포획하여 음이온이 되려는 경향이 강하여 변환촉진원소에 의해 생성된 전자를 소모하는 역할을 하기 때문으로 예상된다. 이 경우에도 변환촉진원소 과급비는 1보다 매우 작다. 도 6은 변환촉진원소의 몰분율 증가에 따른 CF4의 변환율 상승 경향이다. 도 6은 공급 전력을 고정시킨 상태에서의 결과이므로 CF4의 몰분율이 높은 경우 변환율을 더욱 높이기 위해서는 열플라즈마 토치로의 공급전력을 약간 증가시키면 된다.
실시예 27~39, 비교예 6~11로부터 변환촉진원소를 첨가하더라도 변환제가 없으면 변환촉진원소가 촉매의 역할을 담당하지 못하고 변환제의 역할을 담당하여 높은 변환율을 얻기 어려우며 변환제를 첨가하는 경우 변환제 과급비가 1 이상이 되도록 공급하는 것이 바람직함을 알 수 있다. 도 7,8은 변환제의 유무 및 변환제 과급비에 따른 CF4의 변환율이다.
비교예 12, 실시예 40~48은 변환촉진원소 K를 함유하는 Hydroxide, Nitrate, Carbonate, Hydrogen Carbonate, Fluoride, Chloride, Bromide, Acetate, Phosphate 화합물을 변환촉진제로 사용한 경우로 어떠한 화합물을 사용하더라도 거의 동일한 분해율 상승효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
비교예 13~14, 실시예 49로부터 변환제로 물 대신 수소를 사용하는 경우에 있어서도 우수한 변환율을 얻을 수 있음을 알 수 있다(변환촉진원소의 원료로 수용액을 사용하여 미량의 물이 첨가되었다).
비교예 15~20, 실시예 50~55로부터 변환촉진원소의 작용으로 인해 대상기체의 변환에 필요한 온도를 낮출 수 있으며 대상기체를 함유하는 배출기체를 예열하면 변환촉진원소의 효과가 더 커짐을 알 수 있다. 도 9는 변환촉진원소의 유무 및 예열에 따른 CF4의 변환율이다.
실시예 56~58로부터 본 발명은 대량의 배출기체 처리에 있어서도 우수한 효과를 보임을 알 수 있고 실시예 59로부터 정량 공급기구나 별도의 기화 열원 없이 간편하게 변환촉진원소를 공급하는 것도 가능함을 알 수 있으며 비교예 21~22, 실시예 60~61로부터 본 발명은 CF4 이외의 여러 대상기체에도 적용 가능함을 알 수 있다
비교예 1, 실시예 33으로부터 본 발명으로 인해 획기적인 전력 소모량 절감이 가능함을 알 수 있다.
비교예 23~26, 실시예 62~66으로부터 열플라즈마 이외의 여러 플라즈마에 대해서도 본 발명의 효과를 달성할 수 있음을 알 수 있다. 연소버너를 사용한 실시예에 있어 연료로 LPG 2.0slpm, 산화제로 산소 12.4slpm을 사용하였고 글라이딩 아크를 사용한 실시예에 있어 주파수 50kHz, 유지시간 5us, 7.2kV의 전압을 인가하였다.
A : 배출기체 M : 변환촉진원소
M1 : 변환촉진제 M2 : 정량 공급기구
M10 : 아토마이저 M11 : 아토마이징 기체
M12 : 간극 M13 : 격리부
M14 : 냉각제 M20 : 기화부
M21 : 이송기체 M22 : 열전대
M23 : 변환촉진원소 공급구 M24 : 외부 기화열원
N : 변환제 N2 : 정량 공급기구
P : 플라즈마 제트 R : 변환영역
10 : 배출기체 처리장치 20 : 본체
21 : 배출기체 도입구 22 : 변환제 공급구
30 : 열교환기 31 : 격벽
32 : 선회류 발생기구 35 : 가이드
36 : 열전대 40 : 플라즈마 생성수단
43 : 플라즈마 형성기체 45 : 변환영역 통과 후 물질
50 : 수조 60 : 습식 스크러버
61 : 스프레이 노즐 62 : 충진재
63 : 배기구

Claims (32)

  1. 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법에 있어서,
    대상기체의 변환이 이루어지는 변환영역에 플라즈마를 생성시키는 단계;
    1차 이온화 에너지가 10eV 이하인 원소로서 대상기체의 변환을 촉진시키는 변환촉진원소를 함유하는 변환촉진제를 변환영역에 공급하는 단계;
    대상기체의 해리생성물과 결합하여 대상기체로의 재결합을 억제하고 변환생성물로 변환시키는 변환제를 변환영역에 공급하는 단계;
    배출기체를 변환영역에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  2. 제1항에 있어서 변환촉진원소의 과급비가 1 이하인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  3. 제1항에 있어서 변환제의 과급비가 1 이상인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  4. 제1항에 있어서 변환영역 내에서 변환촉진원소의 몰분율이 0.1~10,000ppm인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  5. 제1항에 있어서 변환영역 내에서 변환촉진원소의 몰분율이 1~1,000ppm인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  6. 제1항에 있어서 변환촉진원소는 알칼리금속과 알칼리토금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  7. 제1항에 있어서 변환촉진원소는 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  8. 제1항에 있어서 변환촉진제는 금속, 화합물, 합금, 금속간 화합물, 광물로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  9. 제8항에 있어서 화합물은 Hydroxide, Nitrate, Nitrite, Carbonate, Hydrogen carbonate, Percarbonate, Acetate, Formate, Fluoride, Chloride, Chlorate, Chlorite, Hypochlorite, Bromide, Borohydride, Phosphate, Phosphite, Hypophosphite, Phthalate, Sulfate, Sulfide, Dithionite, Sulfamate, Oxalate, Oxide, Isopropoxide 로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법..
  10. 제1항에 있어서 변환제는 수소, 산소, 질소, 탄소 중 적어도 어느 하나를 변환제의 구성원소로 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  11. 제1항에 있어서 변환제는 물, 수소, 산소, 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  12. 제1항에 있어서 변환촉진제를 액상의 변환제에 용해시킨 용액을 공급원료로 사용하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  13. 제12항에 있어서 액상의 변환제는 물인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  14. 제1항에 있어서 배출기체를 변환영역에 공급하기 이전에 예열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  15. 제14항에 있어서 변환영역 통과 후 물질에 남아 있는 폐열을 열교환 방식으로 회수하여 예열하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  16. 제1항에 있어서 대상기체는 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  17. 제1항에 있어서 대상기체는 CF4, C2F6, CHF3, C3F8, C4F6, C4F8, NF3 및 SF6 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  18. 제1항에 있어서 플라즈마는 열플라즈마, 연소화염, 비평형플라즈마, 가열된 기체 중 어느 하나 혹은 그들의 혼합인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법.
  19. 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치에 있어서,
    대상기체의 변환이 이루어지는 변환영역을 포함하는 본체;
    변환영역에 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 생성수단;
    1차 이온화 에너지가 10eV 이하인 원소로서 대상기체의 변환을 촉진시키는 변환촉진원소를 함유하는 변환촉진제를 변환영역에 공급하는 변환촉진제 공급수단;
    대상기체의 해리생성물과 결합하여 대상기체로의 재결합을 억제하고 변환생성물로 변환시키는 변환제를 변환영역에 공급하는 변환제 공급수단;
    배출기체를 변환영역에 공급하는 배출기체 공급수단 으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치.
  20. 제19항에 있어서 변환영역 내에서 변환촉진원소의 몰분율이 0.1~10,000ppm인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치.
  21. 제19항에 있어서 변환영역 통과 후 물질에 남아 있는 폐열을 회수하고 이를 이용하여 배출기체를 변환영역에 공급하기 전에 예열하기 위한 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치.
  22. 제19항에 있어서 변환촉진제를 액상의 변환제에 용해시킨 용액을 공급원료로 사용하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치.
  23. 제19항에 있어서 변환촉진제, 변환제 중 적어도 어느 하나를 변환영역의 열로 직접 기화시키는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치
  24. 제19항에 있어서 변환촉진제, 변환제 중 적어도 어느 하나를 변환영역에 공급하기 전에 기화시키는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치.
  25. 제19항에 있어서 변환촉진제, 변환제 중 적어도 어느 하나를 플라즈마 생성수단 내부의 고온 영역을 통과시킨 후 변환영역으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 하나의 항에 있어서 기화 혹은 활성화를 돕기 위해 변환촉진제, 변환제 중 적어도 어느 하나를 에어로졸로 만드는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치.

  27. 제26항에 있어서 에어로졸로 만드는 수단은 아토마이저인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치.
  28. 제27항에 있어서 아토마이저는 출구에 경사면을 갖는 격리부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치.
  29. 제27항에 있어서 아토마이저의 외부가 냉각제에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치.
  30. 제19항에 있어서 변환촉진제를 기화부에 미리 장입하고 변환촉진제의 온도와 이송기체의 유량으로 변환영역으로의 공급률을 조절하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치.
  31. 제19항에 있어서 플라즈마 생성수단은 열플라즈마 생성수단, 연소버너, 비평형플라즈마 생성수단, 전열히터로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치.
  32. 제19항에 있어서 열플라즈마 생성수단은 직류 열플라즈마 토치인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 장치.
KR1020180081616A 2018-07-13 2018-07-13 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법 및 장치 KR102031984B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180081616A KR102031984B1 (ko) 2018-07-13 2018-07-13 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법 및 장치
US17/259,660 US20210394117A1 (en) 2018-07-13 2019-07-11 Method and apparatus for treating discharge gas containing target gas in plasma state
PCT/KR2019/008569 WO2020013630A1 (ko) 2018-07-13 2019-07-11 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법 및 장치
EP19833894.9A EP3821969A4 (en) 2018-07-13 2019-07-11 METHOD AND APPARATUS FOR TREATING FLASH GAS CONTAINING TARGET GAS IN A PLASMA STATE
JP2021524953A JP7217056B2 (ja) 2018-07-13 2019-07-11 プラズマ相で対象ガス含有排出ガスを処理する方法及び装置
CN201980059619.0A CN112672810A (zh) 2018-07-13 2019-07-11 在等离子体相处理含有目标气体的排放气体的方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180081616A KR102031984B1 (ko) 2018-07-13 2018-07-13 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법 및 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102031984B1 true KR102031984B1 (ko) 2019-10-14

Family

ID=68171932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180081616A KR102031984B1 (ko) 2018-07-13 2018-07-13 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법 및 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210394117A1 (ko)
EP (1) EP3821969A4 (ko)
JP (1) JP7217056B2 (ko)
KR (1) KR102031984B1 (ko)
CN (1) CN112672810A (ko)
WO (1) WO2020013630A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2600691A (en) * 2020-11-02 2022-05-11 Edwards Ltd Plasma abatement
CN114288961A (zh) * 2021-12-08 2022-04-08 核工业西南物理研究院 一种热等离子体还原氟化物的装置及方法
CN115554823B (zh) * 2022-06-16 2023-08-04 西安交通大学 基于热等离子体的六氟化硫降解装置
CN115475499B (zh) * 2022-06-16 2023-08-04 西安交通大学 用于六氟化硫降解的热等离子体处理方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07213859A (ja) * 1994-02-09 1995-08-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排ガス処理装置
KR20030059102A (ko) * 2000-08-17 2003-07-07 액센투스 피엘씨 엔진 배기 가스로부터 질소 산화물을 제거하는 장치 및 방법
KR20160090658A (ko) * 2015-01-22 2016-08-01 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 난분해성 유해가스의 처리공정 시스템
KR20180001552A (ko) 2015-11-05 2018-01-04 한국기계연구원 플라즈마-촉매 방식의 스크러버

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04265113A (ja) * 1991-02-20 1992-09-21 Mitsui Toatsu Chem Inc フッ素系ガスの処理法
JPH07110985B2 (ja) * 1991-05-27 1995-11-29 秩父小野田株式会社 プラズマ溶射方法及びその装置
JPH0866758A (ja) * 1994-08-29 1996-03-12 Kobe Steel Ltd 噴霧堆積法
JP3713333B2 (ja) * 1996-07-04 2005-11-09 同和鉱業株式会社 弗化炭素類の分解法
FR2751565B1 (fr) * 1996-07-26 1998-09-04 Air Liquide Procede et installation de traitement de gaz perfluores et hydrofluorocarbones en vue de leur destruction
JPH1176740A (ja) * 1997-09-05 1999-03-23 Mitsui Chem Inc 有機フッ素系排ガスの分解処理方法及び分解処理装置
JP3491276B2 (ja) * 1999-09-02 2004-01-26 独立行政法人放射線医学総合研究所 希ガス回収方法
JP2006524339A (ja) * 2003-04-15 2006-10-26 ブラックライト パワー インコーポレーティド 低エネルギー水素種を生成するためのプラズマ反応炉およびプロセス
US20060022641A1 (en) * 2004-05-24 2006-02-02 Scalpel Drive Innovation, Llc System, apparatus, and method for increasing particle density and energy by creating a controlled plasma environment into a gaseous media
FR2872506B1 (fr) * 2004-06-30 2007-02-02 Air Liquide Procede de preparation d'un gaz ou melange de gaz contenant du fluor moleculaire
KR100822048B1 (ko) * 2006-06-07 2008-04-15 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 플라즈마 토치를 이용한 폐가스 처리장치
TW200829325A (en) * 2007-01-15 2008-07-16 Kanken Techno Co Ltd Apparatus and method for processing gas
KR101003731B1 (ko) * 2008-01-07 2011-01-13 (주) 플라즈닉스 아크 플라즈마 불꽃을 이용한 기체상 물질의 전환 및처리기
JP2010142749A (ja) * 2008-12-19 2010-07-01 Kanken Techno Co Ltd ガス処理装置
US8529855B2 (en) * 2010-05-26 2013-09-10 Ecospec Global Technology Pte Ltd. Methods and system for removing gas components from flue gas
CN107073392B (zh) * 2014-10-06 2020-08-25 北京康肯环保设备有限公司 废气处理装置
CN107004563A (zh) * 2014-12-16 2017-08-01 应用材料公司 使用水蒸气连同氢气或含氢气体的等离子体减量

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07213859A (ja) * 1994-02-09 1995-08-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排ガス処理装置
KR20030059102A (ko) * 2000-08-17 2003-07-07 액센투스 피엘씨 엔진 배기 가스로부터 질소 산화물을 제거하는 장치 및 방법
KR20160090658A (ko) * 2015-01-22 2016-08-01 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 난분해성 유해가스의 처리공정 시스템
KR20180001552A (ko) 2015-11-05 2018-01-04 한국기계연구원 플라즈마-촉매 방식의 스크러버

Also Published As

Publication number Publication date
US20210394117A1 (en) 2021-12-23
EP3821969A4 (en) 2022-07-06
WO2020013630A1 (ko) 2020-01-16
CN112672810A (zh) 2021-04-16
JP7217056B2 (ja) 2023-02-02
EP3821969A1 (en) 2021-05-19
JP2021529664A (ja) 2021-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102031984B1 (ko) 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법 및 장치
Cormier et al. Syngas production via methane steam reforming with oxygen: plasma reactors versus chemical reactors
CN101972621B (zh) 等离子体反应器
US5015349A (en) Low power density microwave discharge plasma excitation energy induced chemical reactions
CA2002616C (en) Method and apparatus for decomposing halogenated organic compound
US7943204B2 (en) Boron ion implantation using alternative fluorinated boron precursors, and formation of large boron hydrides for implantation
Amin Co-generation of synthesis gas and C2+ hydrocarbons from methane and carbon dioxide in a hybrid catalytic-plasma reactor: A review
US6372156B1 (en) Methods of chemically converting first materials to second materials utilizing hybrid-plasma systems
Jasiński et al. Production of hydrogen via conversion of hydrocarbons using a microwave plasma
US5187344A (en) Apparatus for decomposing halogenated organic compound
Kheirollahivash et al. Hydrogen production from methane decomposition using a mobile and elongating arc plasma reactor
Schmidt-Szałowski et al. Hybrid plasma-catalytic systems for converting substances of high stability, greenhouse gases and VOC
US6022456A (en) Apparatus and method for generating ozone
KR20080032089A (ko) 기체 폐기물의 플라즈마 처리 방법
KR101322052B1 (ko) 나노미립자 란탄족-붕소 화합물 또는 나노미립자 란탄족-붕소 화합물을 포함하는 고체 혼합물의 제조 방법
US3733387A (en) Preparation of finely particulate silicon dioxide
Zou et al. Utilization of carbon dioxide through nonthermal plasma approaches
KR101869447B1 (ko) 열 플라즈마 시스템을 구비한 비이산화탄소(non-CO2) 온실가스 처리 시멘트 소성설비 및 그를 이용한 비이산화탄소(non-CO2) 온실가스 처리방법
KR20210041416A (ko) 플라즈마 상에서 대상기체 함유 배출기체를 처리하는 방법 및 장치
Lin et al. Reforming of CH 4 and CO 2 by combination of alternating current-driven nonthermal arc plasma and catalyst
CN1980859A (zh) 制备含有分子氟的气体或气体混合物的方法
Alekseev et al. Synthesis of titanium carbonitride nanopowder by titanium tetrachloride treatment in hydrocarbon-air plasma
Zhu et al. “Beyond-thermal-equilibrium” conversion of methane to acetylene and hydrogen under pulsed corona discharge
Ibberson et al. Plasma chemical and process engineering
Machmud et al. Review on applying plasma and catalysis for abating the emissions of fluorinated compounds

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant