KR102382523B1 - 배기가스 처리 장치 및 배기가스 처리 방법 - Google Patents

배기가스 처리 장치 및 배기가스 처리 방법 Download PDF

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Abstract

배기가스 처리 장치 및 배기가스 처리 방법이 개시된다. 개시된 배기가스 처리 장치는 배기가스 중 유해물질을 농축시켜 제1 농축가스와 제1 고갈가스를 생성하도록 구성된 제1 로터, 상기 제1 로터의 후단에 설치되어 상기 제1 고갈가스를 추가로 농축시켜 제2 농축가스와 제2 고갈가스를 생성하도록 구성된 제2 로터, 상기 제1 로터의 후단에 설치되어 상기 제1 로터에서 배출된 상기 제1 농축가스를 처리하여 제1 처리가스를 생성하도록 구성된 촉매산화유닛 및 상기 촉매산화유닛의 후단에 설치되어 상기 제2 로터에서 배출된 상기 제2 농축가스를 공급받아 상기 촉매산화유닛에서 배출된 상기 제1 처리가스를 처리하여 제2 처리가스를 생성하도록 구성된 촉매환원유닛을 포함한다.

Description

배기가스 처리 장치 및 배기가스 처리 방법{Exhaust gas treatment apparatus and method}
배기가스 처리 장치 및 배기가스 처리 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 배기가스 제거성능이 우수한 배기가스 처리 장치 및 배기가스 처리 방법이 개시된다.
종래 반도체 공정에서 배출되는 VOC(volatile organic compound)는 농도에 따라 RTO(regenerative thermal oxidizer: 축열식 촉매산화) 또는 CO(catalyst oxidizer: 촉매환원)로 처리가 가능하고, NH3는 수용해성이 높고 암모늄 이온(NH4 +)으로 해리되는 특성 때문에 황산 등을 첨가한 중화 방식의 습식세정(wet scrubber) 공정을 통해 적은 세정수 사용만으로도 고효율의 제거가 가능하다.
반도체 생산 라인 중 일부 공정에서는 VOC와 NH3가 혼합된 배기가스가 배출되고 있으며, VOC는 물에 대한 용해도가 낮기 때문에 습식세정을 통해 처리할 경우 통상 NH3 처리에 필요한 양의 수십 배에 달하는 물이 필요하다. 반면에, NH3는 촉매산화 혹은 촉매산화로 처리할 경우, 일반 대기와 유사한 산소농도 조건(21%)에서는 산화되어 질소산화물(NOx) 및 N2O로 전환되는 문제가 있다.
본 발명의 일 구현예는 배기가스 제거성능이 우수한 배기가스 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 배기가스 제거성능이 우수한 배기가스 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
배기가스 중 유해물질을 농축시켜 제1 농축가스와 제1 고갈가스를 생성하도록 구성된 제1 로터;
상기 제1 로터의 후단에 설치되어 상기 제1 고갈가스를 추가로 농축시켜 제2 농축가스와 제2 고갈가스를 생성하도록 구성된 제2 로터;
상기 제1 로터의 후단에 설치되어 상기 제1 로터에서 배출된 상기 제1 농축가스를 처리하여 제1 처리가스를 생성하도록 구성된 촉매산화유닛; 및
상기 촉매산화유닛의 후단에 설치되어 상기 제2 로터에서 배출된 상기 제2 농축가스를 공급받아 상기 촉매산화유닛에서 배출된 상기 제1 처리가스를 처리하여 제2 처리가스를 생성하도록 구성된 촉매환원유닛을 포함하는 배기가스 처리 장치를 제공한다.
상기 유해물질은 VOC 및 NH3를 포함할 수 있다.
상기 제1 로터는 VOC 및 NH3 흡착제를 포함할 수 있다.
상기 제2 로터는 NH3 흡착제를 포함할 수 있다.
상기 촉매환원유닛에 환원제를 공급하도록 구성된 환원제 공급유닛을 포함하지 않을 수 있다.
상기 배기가스 처리 장치는 상기 촉매산화유닛과 상기 촉매환원유닛 사이에 배치된 열교환기 또는 히터를 더 포함할 수 있다.
상기 촉매환원유닛은 선택적 환원촉매 및 산화촉매를 포함할 수 있다.
상기 배기가스 처리 장치는 상기 촉매환원유닛의 후단에 설치되어 상기 제2 처리가스 및 상기 제2 고갈가스를 외부로 배출시키도록 구성된 스택을 더 포함할 수 있다.
상기 촉매산화유닛의 운전온도는 300℃ 이상일 수 있다.
상기 촉매환원유닛의 운전온도는 400~550℃일 수 있다.
상기 제1 로터로 공급되는 상기 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 상기 제1 농축가스로 들어가는 NH3 함량은 40~80중량부일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
배기가스 중 유해물질을 농축시켜 제1 농축가스와 제1 고갈가스를 생성하는 단계(S10);
상기 제1 고갈가스를 추가로 농축시켜 제2 농축가스와 제2 고갈가스를 생성하는 단계(S20);
상기 단계(S10)에서 생성된 상기 제1 농축가스를 촉매산화시켜 제1 처리가스를 생성하는 단계(S30); 및
상기 단계(S30)에서 생성된 상기 제1 처리가스를 상기 단계(S20)에서 생성된 상기 제2 농축가스의 존재하에 촉매환원시켜 제2 처리가스를 생성하는 단계(S40)를 포함하는 배기가스 처리 방법을 제공한다.
상기 단계(S10)는 제1 로터를 이용하여 수행되고, 상기 제1 로터는 VOC 및 NH3 흡착제를 포함할 수 있다.
상기 단계(S20)는 제2 로터를 이용하여 수행되고, 상기 제2 로터는 NH3 흡착제를 포함할 수 있다.
상기 단계(S30)는 300℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 단계(S40)는 400~550℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 단계(S10)에서 상기 배기가스에 함유된 NH3 함량 100중량부 중 상기 제1 농축가스로 들어가는 NH3 함량은 40~80중량부일 수 있다.
상기 배기가스 처리 방법은 상기 단계(S20)에서 얻어진 상기 제2 고갈가스 및 상기 단계(S40)에서 얻어진 상기 제2 처리가스를 외부로 배출시키는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 장치 및 배기가스 처리 방법은 VOC 및 NH3를 고효율로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 장치(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 명세서에서, "VOC(volatile organic compound)"란 통상적인 실온(20℃~25℃)에서 높은 증기압을 갖는 유기 화학물질을 의미한다.
또한 본 명세서에서, "배기가스(exhaust gas)"란 반도체 공정 등에서 배출되는 가스를 의미한다.
또한 본 명세서에서, "처리가스(treated gas)"란 배기가스가 촉매산화유닛 및/또는 촉매환원유닛으로 처리되어 정화된 가스를 의미한다.
또한 본 명세서에서, "촉매산화(catalytic oxidation)"란 촉매작용에 의해 배기가스 중의 탄화수소계 오염물(예를 들어, VOC) 및 암모니아(NH3)를 화학적으로 산화시키는 반응을 의미한다.
또한 본 명세서에서, "촉매환원(selective catalytic reduction)"이란 촉매 및 환원제를 이용하여 폐가스를 분해시키는 반응으로서, 촉매 및 환원제의 작용에 의해 피처리가스 중의 NOx 및 N2O 등을 환원시키는 반응을 의미한다.
또한 본 명세서에서, "전단부"란 처리가스의 흐름방향을 기준으로 상대적으로 역방향에 위치한 부분을 의미하고, "후단부"란 처리가스의 흐름방향을 기준으로 상대적으로 순방향에 위치한 부분을 의미한다.
또한 본 명세서에서, "산화" 및 "산화촉매"란 각각 VOC 및 NH3를 산화시키는 반응 및 촉매를 의미한다.
또한 본 명세서에서, "환원" 및 "환원촉매"란 각각 NOx 및 N2O 등을 환원시키는 반응 및 촉매를 의미한다.
또한 본 명세서에서, "농축가스(concentrated gas)"란 유해물질의 농도가 상대적으로 높은 가스를 의미하고, "고갈가스(depleted gas)"란 유해물질의 농도가 상대적으로 낮은 가스를 의미한다.
또한 본 명세서에서, "처리영역(treating area)"이란 유해물질을 흡착하는 영역을 의미한다.
또한 본 명세서에서, "재생영역(regenerating area)"이란 흡착된 유해물질을 가열하여 제거하는 영역을 의미한다.
또한 본 명세서에서, "퍼지영역(purging area)"이란 재생영역에 가해진 열이 처리영역으로 전달되지 않도록 냉각하는 영역을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 장치(100)는 제1 로터(110), 제2 로터(120), 촉매산화유닛(130) 및 촉매환원유닛(140)을 포함한다.
제1 로터(110)는 배기가스(EG) 중의 유해물질을 농축시켜 제1 농축가스와 제1 고갈가스를 생성하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 배기가스(EG) 중 일부는 배관(L11)을 따라 제1 로터(110)의 처리영역으로 공급되고 나머지 일부는 배관(L12)를 따라 퍼지영역으로 공급된다. 상기 처리영역은 배기가스(EG) 중 유해물질을 흡착하고, 상기 퍼지 영역은 냉각된다. 상기 처리영역을 통과한 배기가스는 제1 고갈가스가 되어 후술하는 제2 로터(120)로 공급된다. 제1 로터(110)는 연속적으로 회전하여 상기 처리영역이 재생영역으로 전환되고, 상기 재생영역에서는 상기 흡착된 유해물질이 탈착된다. 구체적으로, 상기 퍼지영역에서 배출된 배기가스가 히터나 열교환기에 의해 가열된 후 상기 재생영역으로 공급되어 상기 흡착된 유해물질을 탈착시킨다. 상기 탈착된 유해물질은, 상기 퍼지영역으로 공급된 후 상기 재생영역에서 배출된 배기가스와 함께, 제1 농축가스를 형성한 후 촉매산화유닛(130)으로 공급된다.
상기 유해물질은 VOC 및 NH3를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 로터(110)는 VOC 및 NH3 흡착제를 포함할 수 있다. 상기 VOC 및 NH3 흡착제는 VOC 흡착제와 NH3 흡착제가 소정 비율로 균일하게 혼합된 것일 수 있다.
상기 VOC 및 NH3 흡착제는 제올라이트, 활성탄, 활성탄소섬유 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 구체적으로, NH3는 친수성 작용기가 많은 제올라이트에 잘 흡착된다. VOC는 Si/Al 비율을 조절하여 제조한 소수성 제올라이트, 활성탄 및 활성탄소섬유 등의 물질에 잘 흡착된다. 반도체에서 배출되는 VOC의 주성분인 IPA(isopropyl alcohol)는 친수성과 소수성을 모두 가지기 때문에 제올라이트와 활성탄 둘 다에 잘 흡착되지만, NH3는 활성탄에는 잘 흡착되지 못한다. VOC 흡착용 제올라이트는 NH3를 포집하기에는 기공의 크기가 크지만 제올라이트의 기공크기가 4~9Å인 경우, NH3의 흡착이 매우 잘 된다. 제1 로터(110)는 주름(corrugation) 형상의 구조체에 제올라이트를 함침하여 제작될 수 있다. 하나의 구조체에 VOC 흡착용 제올라이트와 NH3 흡착용 제올라이트를 같이 함침하면 동시 농축기(즉, 제1 로터(110))를 제작할 수 있다. 또는, VOC 흡착용 제올라이트를 함침한 1단 구조체와 NH3 흡착용 제올라이트를 함침한 2단 구조체를 직렬로 연결하게 되면 VOC와 NH3를 분리해서 농축할 수 있다. 분리 농축 시스템에서, 직렬 구조의 앞부분에 위치하는 VOC 흡착용 1단 구조체에 사용되는 제올라이트는 NH3에 대한 흡착능도 약하게 보유하기 때문에, 1단 로터를 통과하는 가스는 대부분의 VOC와 일부 NH3가 제거되며, 2단 로터를 통과하는 가스는 잔여 NH3의 대부분이 제거된다. 로터(110, 120)의 제올라이트에 흡착된 오염 성분은 재생영역에서 200℃ 부근으로 가열된 배기가스에 의해 탈착되는데, 이때 배기가스의 양은 원래 처리되는 배기가스량의 농축비만큼 축소되고, 유해물질의 농도는 흡착효율과 농축배수를 곱한 값만큼 높아진다.
제1 로터(110)로 공급되는 상기 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 후술하는 상기 제1 농축가스로 들어간 후 촉매산화유닛(130)으로 공급되는 NH3 함량은 40~80중량부일 수 있다. 따라서, 제1 로터(110)로 공급되는 상기 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 상기 제1 고갈가스로 들어간 후 후술하는 제2 로터(120)로 공급되는 NH3 함량은 20~60중량부일 수 있다. 제1 로터(110)로 공급되는 상기 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 상기 제1 농축가스로 들어간 후 촉매산화유닛(130)으로 공급되는 NH3 함량 및 상기 제1 고갈가스로 들어간 후 제2 로터(120)로 공급되는 NH3 함량이 각각 상기 범위이내이면, 배기가스 처리효율이 향상될 수 있다.
제2 로터(120)는 제1 로터(110)의 후단에 설치되어 상기 제1 고갈가스를 추가로 농축시켜 제2 농축가스와 제2 고갈가스를 생성하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 고갈가스 중 일부는 배관(L21)을 따라 제2 로터(120)의 처리영역으로 공급되고 나머지 일부는 배관(L22)를 따라 퍼지영역으로 공급된다. 상기 처리영역은 상기 제1 고갈가스 중 유해물질을 흡착하고, 상기 퍼지 영역은 냉각된다. 상기 처리영역을 통과한 상기 제1 고갈가스는 제2 고갈가스가 되어 후술하는 스택(150)으로 공급된다. 제2 로터(120)는 연속적으로 회전하여 상기 처리영역이 재생영역으로 전환되고, 상기 재생영역에서는 상기 흡착된 유해물질이 탈착된다. 구체적으로, 상기 퍼지영역에서 배출된 배기가스가 히터나 열교환기에 의해 가열된 후 상기 재생영역으로 공급되어 상기 흡착된 유해물질을 탈착시킨다. 상기 탈착된 유해물질은, 상기 퍼지영역으로 공급된 후 상기 재생영역에서 배출된 배기가스와 함께, 제2 농축가스를 형성한 후 촉매환원유닛(140)으로 공급된다.
제2 로터(120)는 NH3 흡착제를 포함할 수 있다.
제2 로터(120)의 제조방법은 VOC 흡착제를 사용하지 않는다는 점을 제외하고는 제1 로터(110)와 동일하거나 유사하므로, 여기에서는 이에 대한 자세한 설명을 생략하기로 한다.
또한, 제2 로터(120)의 작동원리 및 기능은 VOC를 흡착하거나 탈착하지 않는다는 점을 제외하고는 제1 로터(110)와 동일하거나 유사하므로, 여기에서는 이에 대한 자세한 설명을 생략하기로 한다.
만일, 제1 로터(110) 및/또는 제2 로터(120)를 생략하고, 배기가스(EG)의 전량을 촉매산화유닛(130) 및 촉매환원유닛(140)으로 공급하게 되면, 촉매산화유닛(130) 및 촉매환원유닛(140)이 처리해야 할 배기가스 풍량이 대폭 늘어나 촉매산화유닛(130) 및 촉매환원유닛(140)의 크기가 대폭 증가되어야 하는 문제점이 있다. 본 발명에서는 제1 로터(110)에서 VOC 및 NH3를 농축하고 여기서 얻어진 소량의 제1 농축가스만을 촉매산화유닛(130)으로 공급하고, 제2 로터(120)에서 NH3를 농축하고 여기서 얻어진 소량의 제2 농축가스만을 촉매환원유닛(140)으로 공급하고, VOC 및 NH3가 결여된 대량의 제2 고갈가스를 스택(150)으로 공급하여 상기 문제점을 해결하였다.
촉매산화유닛(130)은 제1 로터(110)의 후단에 설치되어 제1 로터(110)에서 배출된 상기 제1 농축가스를 처리(즉, 촉매산화)하여 제1 처리가스를 생성하도록 구성될 수 있다.
또한, 촉매산화유닛(130)은 제1 산화촉매를 포함할 수 있다.
상기 산화촉매는 제올라이트 촉매, 다공성 알루미나에 담지된 금속 촉매 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 제올라이트　촉매는 구리(Cu), 백금(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 세슘(Cs) 및 갈륨(Ga) 중 하나 이상의 원소가 이온 교환된 것일 수 있다. 상기 다공성 알루미나에 담지된 금속　촉매는 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)으로부터 선택된 적어도 1종의 귀금속; 구리(Cu), 코발트(Co), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 은(Ag) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 전이금속; 이들의 혼합물; 또는 이들의 합금으로부터 제조된 것일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 촉매산화유닛(130)에서는 이것으로 유입된 제1 농축가스가 가열되고, 이 과정에서 상기 제1 농축가스에 함유된 VOC가 산화되어 CO2 및 CO로 전환되고, NH3가 산화되어 N2, NOx 및 N2O로 전환될 수 있다. 결과로서, NOx 및 N2O를 함유하는 제1 처리가스가 생성될 수 있다.
또한, 촉매산화유닛(130)의 운전온도는 300℃ 이상일 수 있다. 촉매산화유닛(130)의 운전온도가 상기 범위이내이면, 촉매 피독을 방지하여 배기가스 처리효율을 장시간 유지할 수 있다. 구체적으로, 촉매산화유닛(130)의 운전온도가 300℃ 미만인 경우, 산화촉매의 표면에 중합체가 성장하면서 촉매 활성점을 덮어 촉매 비활성화가 일어나게 된다. 또한 촉매산화유닛(130)의 운전온도가 900℃를 초과하는 경우, 산화촉매가 열화되어 망가지게 되어 본래의 기능을 상실하므로 촉매를 사용하는 의미(열산화 대비 낮은 운전온도. 즉, 낮은 운전비 및 설비비)가 없어지게 된다.
촉매산화유닛(130)에서 NH3의 산화에 의해 생성된 NOx 및 N2O는 각각 유해가스 및 온실가스이기 때문에 제거되어야 하는 물질이다. 촉매산화유닛(130) 후단의 열교환기 또는 전기히터를 거쳐 적절한 촉매 활성 온도(400~550℃)까지 온도 조절된 가스 중의 NOx 및 N2O는 상기 제2 농축가스에 함유된 NH3와 혼합되어 선택적 촉매환원반응(selective catalytic reduction)을 통해 N2로 전환된다. 구체적으로, 촉매환원유닛(140)은 촉매산화유닛(130)의 후단에 설치되어 제2 로터(120)에서 배출된 상기 제2 농축가스를 공급받아 촉매산화유닛(130)에서 배출된 상기 제1 처리가스를 처리하여 제2 처리가스를 생성하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 촉매환원유닛(140)은 NOx 및 N2O의 환원반응(즉, 촉매환원반응)이 일어나도록 구성될 수 있다. 결과로서, NOx 및 N2O를 함유하지 않거나 미량 함유하는 제2 처리가스가 생성될 수 있다. 또한, 상기 제2 처리가스는 일산화탄소를 더 포함할 수 있다.
또한, 촉매환원유닛(140)은 적어도 1종의 선택적 환원촉매(SCR 촉매)를 포함할 수 있다.
상기 선택적 환원촉매는 V2O5/WO3/TiO2, V/TiO2, V/W/TiO2, 제올라이트, 다공성 알루미나에 담지된 금속촉매, V/Ce/TiO2　또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 제올라이트　촉매는 구리(Cu), 백금(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 세슘(Cs), 갈륨(Ga) 중 하나 이상의 원소가 이온 교환된 것일 수 있다. 상기 다공성 알루미나에 담지된 금속　촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 아연(Zn), 은(Ag) 중 하나 이상의 금속이 다공성 알루미나에 담지된 것일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 촉매환원유닛(140)은 상기 선택적 환원촉매의 후단에 제2 산화촉매를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 산화촉매는 일산화탄소, 잔여 VOC 및 NH3를 산화시키는 역할을 수행한다.
또한, 상기 제2 산화촉매는 귀금속 촉매(Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Ag), 금속산화물 촉매(Cu, V, Co, Fe, Mn의 산화물), 제올라이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 촉매환원유닛(140)를 통과한 가스는 온도에 따라 열교환기를 거쳐 열회수되거나, 혹은 열회수를 하지 않은 상태로 제2 로터(120)에서 처리된 가스에 혼합되어 최종 배출구로 배출(즉, 스택(150)으로 공급)될 수 있다.
또한, 촉매환원유닛(140)의 운전온도는 400~550℃일 수 있다. 촉매환원유닛(140)의 운전온도가 상기 범위이내이면, 배기가스 처리효율이 향상될 수 있다.
또한, 배기가스 처리 장치(100)는 촉매환원유닛(140)에 별도의 환원제를 공급하도록 구성된 별도의 환원제 공급유닛을 포함하지 않을 수 있다.
또한, 배기가스 처리 장치(100)는 촉매산화유닛(130)과 촉매환원유닛(140) 사이에 배치된 열교환기 또는 히터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 열교환기는 촉매산화유닛(130)에서 배출된 제1 처리가스의 온도를 낮춰주는 역할을 수행한다.
또한, 배기가스 처리 장치(100)는 촉매환원유닛(140)의 후단에 설치되어 상기 제2 처리가스 및 상기 제2 고갈가스를 외부로 배출시키도록 구성된 스택(150)을 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 장치(100)는 VOC 및 NH3가 동시에 배출되고, 유기 실리콘이 미량 포함된 배기가스에서 VOC와 NH3를 고효율로 동시에 처리할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 방법은 배기가스 중 유해물질을 농축시켜 제1 농축가스와 제1 고갈가스를 생성하는 단계(S10), 상기 제1 고갈가스를 추가로 농축시켜 제2 농축가스와 제2 고갈가스를 생성하는 단계(S20), 상기 단계(S10)에서 생성된 상기 제1 농축가스를 촉매산화시켜 제1 처리가스를 생성하는 단계(S30) 및 상기 단계(S30)에서 생성된 상기 제1 처리가스를 상기 단계(S20)에서 생성된 상기 제2 농축가스의 존재하에 촉매환원시켜 제2 처리가스를 생성하는 단계(S40)를 포함한다.
상기 단계(S10)는 제1 로터를 이용하여 수행되고, 상기 제1 로터는 VOC 및 NH3 흡착제를 포함할 수 있다.
상기 단계(S20)는 제2 로터를 이용하여 수행되고, 상기 제2 로터는 NH3 흡착제를 포함할 수 있다.
상기 단계(S20)는 300℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 단계(S20)는 900℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 단계(S30)는 400~550℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 단계(S10)에서 상기 배기가스에 함유된 NH3 함량 100중량부 중 상기 제1 농축가스로 들어가는 NH3 함량은 40~80중량부일 수 있다.
상기 배기가스 처리 방법은 상기 단계(S20)에서 얻어진 상기 제2 고갈가스 및 상기 단계(S40)에서 얻어진 상기 제2 처리가스를 외부로 배출시키는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
상기 단계들(S10~S50)은 상술한 배기가스 처리 장치(100)를 사용하여 수행될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
제조예: 배기가스 처리 장치의 제조
도 1과 동일한 구성을 갖는 배기가스 처리장치를 제조하였다.
실시예 1: 배기가스 처리
상기 제조예에서 제조된 배기가스 처리장치내에 반도체 공정 모사 배기가스를 유입시켜 처리하였다. 배기가스 중의 VOC 농도는 부피 기준으로 200ppm(THC로 측정), NH3는 부피 기준으로 200ppm, 유기 실리콘의 농도는 부피 기준으로 2ppm이었다. 여기서, THC는 "total hydrocarbon"의 약어이다. 제1 로터는 이것으로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량이 70중량부가 되도록 제작되었다. 제1 로터에서 농축비는 15배이고, VOC 농축효율은 98%이고, NH3 농축효율은 70%이었다. 촉매산화유닛으로 유입되는 VOC 농도 및 NH3 농도는 각각 부피 기준으로 2,940ppm 및 2,100ppm이었다. 제2 로터에서 농축비는 15배이고, NH3 농축효율은 99.9%이었다. 촉매환원유닛으로 유입되는 NH3 농도는 부피 기준으로 960ppm이었다. 촉매산화유닛의 운전온도는 600℃이고, 촉매환원유닛의 운전온도는 500℃이었다.
실시예 2: 배기가스 처리
촉매산화유닛의 운전온도를 300℃로 변경하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 500℃로 유지하고, 제1 로터로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량을 70중량부로 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.
실시예 3: 배기가스 처리
촉매산화유닛의 운전온도를 900℃로 변경하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 500℃로 유지하고, 제1 로터로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량을 70중량부로 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.
실시예 4: 배기가스 처리
촉매산화유닛의 운전온도를 600℃로 유지하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 400℃로 변경하고, 제1 로터로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량을 70중량부로 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.
실시예 5: 배기가스 처리
촉매산화유닛의 운전온도를 600℃로 유지하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 550℃로 변경하고, 제1 로터로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량을 70중량부로 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.
실시예 6: 배기가스 처리
촉매산화유닛의 운전온도를 600℃로 유지하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 500℃로 유지하고, 제1 로터로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량을 40중량부로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다. 이 경우, 제1 로터에서 농축비는 15배이고, VOC 농축효율은 98%이고, NH3 농축효율은 40%이었다. 촉매산화유닛으로 유입되는 VOC 농도 및 NH3 농도는 각각 부피 기준으로 2,940ppm 및 1,200ppm이었다. 제2 로터에서 농축비는 15배이고, NH3 농축효율은 99.3%이었다. 촉매환원유닛으로 유입되는 NH3 농도는 부피 기준으로 1,910ppm이었다.
실시예 7: 배기가스 처리
촉매산화유닛의 운전온도를 600℃로 유지하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 500℃로 유지하고, 제1 로터로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량을 80중량부로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다. 이 경우, 제1 로터에서 농축비는 15배이고, VOC 농축효율은 98%이고, NH3 농축효율은 80%이었다. 촉매산화유닛으로 유입되는 VOC 농도 및 NH3 농도는 각각 부피 기준으로 2,940ppm 및 2,400ppm이었다. 제2 로터에서 농축비는 15배이고, NH3 농축효율은 99.9%이었다. 촉매환원유닛으로 유입되는 NH3 농도는 부피 기준으로 645ppm이었다.
비교예 1: 배기가스 처리
촉매산화유닛의 운전온도를 250℃로 변경하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 500℃로 유지하고, 제1 로터로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량을 70중량부로 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.
비교예 2: 배기가스 처리
촉매산화유닛의 운전온도를 950℃로 유지하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 500℃로 유지하고, 제1 로터로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량을 70중량부로 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.
비교예 3: 배기가스 처리
촉매산화유닛의 운전온도를 600℃로 유지하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 350℃로 변경하고, 제1 로터로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량을 70중량부로 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.
비교예 4: 배기가스 처리
촉매산화유닛의 운전온도를 600℃로 유지하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 600℃로 변경하고, 제1 로터로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량을 70중량부로 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.
비교예 5: 배기가스 처리
촉매산화유닛의 운전온도를 600℃로 유지하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 500℃로 유지하고, 제1 로터로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량을 30중량부로 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다. 이 경우, 제1 로터에서 농축비는 15배이고, VOC 농축효율은 98%이고, NH3 농축효율은 30%이었다. 촉매산화유닛으로 유입되는 VOC 농도 및 NH3 농도는 각각 부피 기준으로 2,940ppm 및 900ppm이었다. 제2 로터에서 농축비는 15배이고, NH3 농축효율은 99.1%이었다. 촉매환원유닛으로 유입되는 NH3 농도는 부피 기준으로 2,230ppm이었다.
비교예 6: 배기가스 처리
촉매산화유닛의 운전온도를 600℃로 유지하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 500℃로 유지하고, 제1 로터로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량을 90중량부로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다. 이 경우, 제1 로터에서 농축비는 15배이고, VOC 농축효율은 98%이고, NH3 농축효율은 90%이었다. 촉매산화유닛으로 유입되는 VOC 농도 및 NH3 농도는 각각 부피 기준으로 2,940ppm 및 2,700ppm이었다. 제2 로터에서 농축비는 15배이고, NH3 농축효율은 99.9%이었다. 촉매환원유닛으로 유입되는 NH3 농도는 부피 기준으로 323ppm이었다.
상기 실시예 1~7 및 비교예 1~6에 있어서 촉매산화유닛의 운전온도(T1), 촉매환원유닛의 운전온도(T2) 및 제1 로터로 공급되는 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 촉매산화유닛으로 들어가는 NH3 함량(R)을 정리하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6
T1
(℃)		 600 300 900 600 600 600 600 250 950 600 600 600 600
T2(℃) 500 500 500 400 550 500 500 500 500 350 600 500 500
R(중량부) 70 70 70 70 70 40 80 70 70 70 70 30 90
평가예 1: 배기가스 처리 장치의 유해물질 성능 평가
상기 실시예 1~7 및 비교예 1~6에서 실시한 배기가스 처리 결과로부터 배기가스 처리 장치의 유해물질 제거 성능을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 하기 표 2에 기재된 각 성분의 농도는 촉매환원유닛의 후단에서 채취한 가스 시료를 분석한 결과이다. 또한, 하기 표 2에서 각 성분의 농도는 부피 기준이다.
평가예 2: 배기가스 처리 장치의 유해물질 성능 평가
상기 실시예 1~7 및 비교예 1~6에서 배기가스 처리 종료 후 촉매산화유닛으로부터 산화촉매를 꺼내서 촉매 파괴 여부를 육안으로 관찰하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
VOC 농도(ppm) NH3 농도 (ppm) NOx 농도 (ppm) N2O 농도 (ppm) 산화촉매의 상태
실시예 1 0.9 3.5 2.6 1.1 양호
실시예 2 7.2 4.8 1.3 1.4 양호
실시예 3 0 3.3 1.1 1.2 양호
실시예 4 0.5 2.8 9.1 20.0 양호
실시예 5 0 0.9 11.0 0.4 양호
실시예 6 0.3 8.5 1.5 0.3 양호
실시예 7 0 0.1 1.2 0.2 양호
비교예 1 780 219 1.3 0.1 피독됨
비교예 2 0.2 3.8 1.0 1.1 열화됨
비교예 3 0.1 6.2 24.7 71.7 양호
비교예 4 0.4 0.7 87.9 0.2 양호
비교예 5 0.7 48.0 0.3 0.4 양호
비교예 6 0.3 0.1 225 1.1 양호
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1~7의 배기가스 처리 장치의 운전 결과, 촉매환원유닛의 후단에서 채취한 가스 시료는 VOC 농도, NH3 농도, NOx 농도 및 N2O 농도가 모두 낮았으며, 배기가스 처리 완료 후 촉매산화유닛에서 채취한 산화촉매의 상태도 양호한(피독되거나 열화되지 않음) 것으로 나타났다.
반면에, 비교예 1~6의 배기가스 처리 장치의 운전 결과, 촉매환원유닛의 후단에서 채취한 가스 시료는 VOC 농도, NH3 농도, NOx 농도 및 N2O 농도 중 적어도 하나가 높거나, 및/또는 배기가스 처리 완료 후 촉매산화유닛에서 채취한 산화촉매의 상태가 불량한(피독되거나 열화됨) 것으로 나타났다.
본 발명은 도면 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구현예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 배기가스 처리 장치 110: 제1 로터
120: 제2 로터 130: 촉매산화유닛
140: 촉매환원유닛 150: 스택

Claims (18)

  1. 배기가스 중 유해물질을 농축시켜 제1 농축가스와 제1 고갈가스를 생성하도록 구성된 제1 로터;
    상기 제1 로터의 후단에 설치되어 상기 제1 고갈가스를 추가로 농축시켜 제2 농축가스와 제2 고갈가스를 생성하도록 구성된 제2 로터;
    상기 제1 로터의 후단에 설치되어 상기 제1 로터에서 배출된 상기 제1 농축가스를 처리하여 제1 처리가스를 생성하도록 구성된 촉매산화유닛; 및
    상기 촉매산화유닛의 후단에 설치되어 상기 제2 로터에서 배출된 상기 제2 농축가스를 공급받아 상기 촉매산화유닛에서 배출된 상기 제1 처리가스를 처리하여 제2 처리가스를 생성하도록 구성된 촉매환원유닛을 포함하고,
    상기 촉매산화유닛의 운전온도는 300~900℃이고,
    상기 촉매환원유닛의 운전온도는 400~550℃이고,
    상기 제1 로터로 공급되는 상기 배기가스 중의 NH3 함량 100중량부 중 상기 제1 농축가스로 들어가는 NH3 함량은 40~80중량부인 배기가스 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유해물질은 VOC 및 NH3를 포함하는 배기가스 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 로터는 VOC 및 NH3 흡착제를 포함하는 배기가스 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 로터는 NH3 흡착제를 포함하는 배기가스 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 촉매환원유닛에 환원제를 공급하도록 구성된 환원제 공급유닛을 포함하지 않는 배기가스 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 촉매산화유닛과 상기 촉매환원유닛 사이에 배치된 열교환기 또는 히터를 더 포함하는 배기가스 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 촉매환원유닛은 선택적 환원촉매 및 산화촉매를 포함하는 배기가스 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 촉매환원유닛의 후단에 설치되어 상기 제2 처리가스 및 상기 제2 고갈가스를 외부로 배출시키도록 구성된 스택을 더 포함하는 배기가스 처리 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 배기가스 중 유해물질을 농축시켜 제1 농축가스와 제1 고갈가스를 생성하는 단계(S10);
    상기 제1 고갈가스를 추가로 농축시켜 제2 농축가스와 제2 고갈가스를 생성하는 단계(S20);
    상기 단계(S10)에서 생성된 상기 제1 농축가스를 촉매산화시켜 제1 처리가스를 생성하는 단계(S30); 및
    상기 단계(S30)에서 생성된 상기 제1 처리가스를 상기 단계(S20)에서 생성된 상기 제2 농축가스의 존재하에 촉매환원시켜 제2 처리가스를 생성하는 단계(S40)를 포함하고,
    상기 단계(S30)는 300~900℃의 온도에서 수행되고,
    상기 단계(S40)는 400~550℃의 온도에서 수행되고,
    상기 단계(S10)에서 상기 배기가스에 함유된 NH3 함량 100중량부 중 상기 제1 농축가스로 들어가는 NH3 함량은 40~80중량부인 배기가스 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단계(S10)는 제1 로터를 이용하여 수행되고, 상기 제1 로터는 VOC 및 NH3 흡착제를 포함하는 배기가스 처리 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 단계(S20)는 제2 로터를 이용하여 수행되고, 상기 제2 로터는 NH3 흡착제를 포함하는 배기가스 처리 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제12항에 있어서,
    상기 단계(S20)에서 얻어진 상기 제2 고갈가스 및 상기 단계(S40)에서 얻어진 상기 제2 처리가스를 외부로 배출시키는 단계(S50)를 더 포함하는 배기가스 처리 방법.
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