KR102382524B1 - Exhaust gas treatment apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
배기가스 처리 장치 및 배기가스 처리 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 배기가스 제거성능이 우수한 배기가스 처리 장치 및 배기가스 처리 방법이 개시된다.An exhaust gas treatment apparatus and an exhaust gas treatment method are disclosed. More specifically, an exhaust gas treatment apparatus and an exhaust gas treatment method excellent in exhaust gas removal performance are disclosed.
종래 반도체 공정에서 배출되는 VOC(volatile organic compound)는 농도에 따라 RTO(regenerative thermal oxidizer: 축열식 열산화) 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.VOC (volatile organic compound) emitted from conventional semiconductor processes can be treated with RTO (regenerative thermal oxidizer) or CO (catalyst oxidizer: catalytic reduction) depending on the concentration, and NH 3 has high water solubility and ammonium ion Due to its dissociation into (NH 4 + ), it is possible to efficiently remove it using a small amount of washing water through a neutralized wet scrubber process with the addition of sulfuric acid, etc.
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 열산화 혹은 촉매산화로 처리할 경우, 일반 대기와 유사한 산소농도 조건(21%)에서는 산화되어 질소산화물(NOx) 및 N2O로 전환되는 문제가 있다.Exhaust gas mixed with VOC and NH 3 is emitted from some processes in the semiconductor production line, and since VOC has low solubility in water, when treated through wet cleaning, water tens of times the amount normally required for NH 3 treatment I need this. On the other hand, when NH 3 is treated by thermal oxidation or catalytic oxidation, it is oxidized under oxygen concentration conditions (21%) similar to that of the general atmosphere and converted into nitrogen oxides (NOx) and N 2 O.
한편, 반도체 공정의 VOC 또는 NH3가 배출되는 배기에는 유기 실리콘 물질이 미량 포함되어 있다. 유기 실리콘 물질은 통상적인 RTO의 처리 온도에서는 겔(gel) 형태로 전환되어 축열재의 막힘을 유발하며, 촉매에 직접 유입될 경우 촉매 표면에서 산화 실리콘(SiO2) 형태로 전환되어 촉매 활성을 저하시키는 문제가 있다.On the other hand, the exhaust from which VOC or NH 3 of the semiconductor process is discharged contains a trace amount of organic silicon material. The organosilicon material is converted into a gel form at the treatment temperature of conventional RTO, causing clogging of the heat storage material, and when directly introduced into the catalyst, it is converted to the form of silicon oxide (SiO 2 ) on the catalyst surface to lower the catalyst activity. there is a problem.
본 발명의 일 구현예는 배기가스 제거성능이 우수한 배기가스 처리 장치를 제공한다.One embodiment of the present invention provides an exhaust gas treatment apparatus having excellent exhaust gas removal performance.
본 발명의 다른 구현예는 배기가스 제거성능이 우수한 배기가스 처리 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides an exhaust gas treatment method having excellent exhaust gas removal performance.
본 발명의 일 측면은,One aspect of the present invention is
배기가스 중 유해물질을 농축시켜 농축가스와 고갈가스를 생성하도록 구성된 로터;a rotor configured to concentrate harmful substances in exhaust gas to generate concentrated gas and depleted gas;
상기 로터의 후단에 설치되어 상기 농축가스를 처리하여 제1 처리가스를 생성하도록 구성된 열산화유닛; 및a thermal oxidation unit installed at the rear end of the rotor and configured to process the concentrated gas to generate a first processing gas; and
상기 열산화유닛의 후단에 설치되어 상기 제1 처리가스를 처리하여 제2 처리가스를 생성하도록 구성된 촉매환원유닛을 포함하는 배기가스 처리 장치를 제공한다.and a catalytic reduction unit installed at a rear end of the thermal oxidation unit to process the first process gas to generate a second process gas.
상기 유해물질은 VOC, NH3 및 유기 실리콘을 포함할 수 있다.The hazardous material may include VOC, NH 3 and organic silicon.
상기 로터는 VOC 및 NH3 흡착제를 포함할 수 있다.The rotor may include VOC and NH 3 adsorbents.
상기 배기가스 처리 장치는 상기 촉매환원유닛에 환원제를 공급하도록 구성된 환원제 공급유닛을 더 포함할 수 있다.The exhaust gas treatment apparatus may further include a reducing agent supply unit configured to supply a reducing agent to the catalytic reduction unit.
상기 배기가스 처리 장치는 상기 열산화유닛과 상기 촉매환원유닛 사이에 배치된 열교환기를 더 포함할 수 있다.The exhaust gas treatment apparatus may further include a heat exchanger disposed between the thermal oxidation unit and the catalytic reduction unit.
상기 촉매환원유닛은 선택적 환원촉매 및 산화촉매를 포함할 수 있다.The catalytic reduction unit may include a selective reduction catalyst and an oxidation catalyst.
상기 배기가스 처리 장치는 상기 촉매환원유닛의 후단에 설치되어 상기 제2 처리가스 및 상기 고갈가스를 외부로 배출시키도록 구성된 스택을 더 포함할 수 있다.The exhaust gas treatment apparatus may further include a stack installed at a rear end of the catalytic reduction unit to discharge the second processing gas and the depleted gas to the outside.
상기 열산화유닛의 운전온도는 760~800℃일 수 있다.The operating temperature of the thermal oxidation unit may be 760 ~ 800 ℃.
상기 촉매환원유닛의 운전온도는 450~550℃일 수 있다.The operating temperature of the catalytic reduction unit may be 450 ~ 550 ℃.
본 발명의 다른 측면은,Another aspect of the present invention is
배기가스 중 유해물질을 농축시켜 농축가스와 고갈가스를 생성하는 단계(S10);Concentrating harmful substances in the exhaust gas to generate a concentrated gas and a depleted gas (S10);
상기 농축가스를 열산화시켜 제1 처리가스를 생성하는 단계(S20); 및generating a first processing gas by thermally oxidizing the concentrated gas (S20); and
상기 제1 처리가스를 촉매환원시켜 제2 처리가스를 생성하는 단계(S30)를 포함하는 배기가스 처리 방법을 제공한다.It provides an exhaust gas treatment method comprising the step (S30) of generating a second process gas by catalytic reduction of the first process gas.
상기 단계(S10)는 로터를 이용하여 수행되고, 상기 로터는 VOC 및 NH3 흡착제를 포함할 수 있다.The step (S10) is performed using a rotor, the rotor may include VOC and NH 3 adsorbent.
상기 단계(S20)는 760~800℃의 온도에서 수행될 수 있다.The step (S20) may be performed at a temperature of 760 ~ 800 ℃.
상기 단계(S30)는 450~550℃의 온도에서 수행될 수 있다.The step (S30) may be performed at a temperature of 450 ~ 550 ℃.
상기 배기가스 처리 방법은 상기 단계(S10)에서 얻어진 상기 고갈가스 및 상기 단계(S30)에서 얻어진 상기 제2 처리가스를 외부로 배출시키는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.The exhaust gas treatment method may further include a step (S40) of discharging the exhaust gas obtained in the step (S10) and the second treatment gas obtained in the step (S30) to the outside.
본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 장치 및 배기가스 처리 방법은 VOC, NH3 및 유기 실리콘을 고효율로 제거할 수 있다.The exhaust gas treatment apparatus and the exhaust gas treatment method according to an exemplary embodiment of the present invention can remove VOC, NH 3 and organic silicon with high efficiency.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 반응전의 촉매 상태, 필터 상태 및 필터의 SEM 이미지를 비교예 1의 배기가스 처리 후의 촉매 상태, 필터 상태 및 필터의 SEM 이미지와 비교한 사진들이다.1 is a view schematically showing an exhaust gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph comparing the catalyst state, filter state, and SEM image of the filter before reaction with the SEM image of the catalyst state, filter state, and filter after exhaust gas treatment of Comparative Example 1. FIG.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, an exhaust gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 장치(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing an exhaust
본 명세서에서, "VOC(volatile organic compound)"란 통상적인 실온(20℃~25℃)에서 높은 증기압을 갖는 유기 화학물질을 의미한다.As used herein, "volatile organic compound (VOC)" refers to an organic chemical having a high vapor pressure at normal room temperature (20° C. to 25° C.).
또한 본 명세서에서, "배기가스(exhaust gas)"란 반도체 공정 등에서 배출되는 가스를 의미한다.Also, in this specification, the term “exhaust gas” refers to a gas discharged from a semiconductor process or the like.
또한 본 명세서에서, "처리가스(treated gas)"란 배기가스가 열산화유닛 및/또는 촉매환원유닛으로 처리되어 정화된 가스를 의미한다.In addition, in this specification, "treated gas" means a gas purified by treating exhaust gas with a thermal oxidation unit and/or a catalytic reduction unit.
또한 본 명세서에서, "열산화(thermal oxidation)"란 촉매환원 대비 상대적으로 고온에서 배기가스를 분해시키는 반응으로서, 열 연소(thermal combustion)에 의해 배기가스 중의 탄화수소계 오염물(예를 들어, VOC) 및 암모니아(NH3)를 화학적으로 산화시키는 반응을 의미한다.In addition, as used herein, "thermal oxidation" is a reaction that decomposes exhaust gas at a relatively high temperature compared to catalytic reduction, and hydrocarbon-based pollutants (eg, VOC) in exhaust gas by thermal combustion. And ammonia (NH 3 ) It refers to a reaction of chemically oxidizing.
또한 본 명세서에서, "촉매환원(selective catalytic reduction)"이란 열산화 대비 상대적으로 저온에서 촉매 및 환원제를 이용하여 폐가스를 분해시키는 반응으로서, 촉매 및 환원제의 작용에 의해 피처리가스 중의 NOx 및 N2O 등을 환원시키는 반응을 의미한다.In addition, in the present specification, "catalytic reduction (selective catalytic reduction)" is a reaction in which waste gas is decomposed using a catalyst and a reducing agent at a relatively low temperature compared to thermal oxidation, and NOx and N 2 in the gas to be treated by the action of the catalyst and the reducing agent It refers to a reaction that reduces O and the like.
또한 본 명세서에서, "전단부"란 처리가스의 흐름방향을 기준으로 상대적으로 역방향에 위치한 부분을 의미하고, "후단부"란 처리가스의 흐름방향을 기준으로 상대적으로 순방향에 위치한 부분을 의미한다.In addition, in this specification, "front end" means a portion located in a relatively reverse direction with respect to the flow direction of the processing gas, and "rear end" means a portion located in a relatively forward direction with respect to the flow direction of the processing gas. .
또한 본 명세서에서, "산화" 및 "산화촉매"란 각각 VOC 및 NH3를 산화시키는 반응 및 촉매를 의미한다.Also, in this specification, "oxidation" and "oxidation catalyst" refer to a reaction and a catalyst for oxidizing VOC and NH 3 , respectively.
또한 본 명세서에서, "농축가스(concentrated gas)"란 유해물질의 농도가 상대적으로 높은 가스를 의미하고, "고갈가스(depleted gas)"란 유해물질의 농도가 상대적으로 낮은 가스를 의미한다.In addition, in the present specification, "concentrated gas" means a gas having a relatively high concentration of harmful substances, and "depleted gas" means a gas having a relatively low concentration of harmful substances.
또한 본 명세서에서, "처리영역(treating area)"이란 유해물질을 흡착하는 영역을 의미한다.Also, in this specification, the term “treating area” refers to an area adsorbing harmful substances.
또한 본 명세서에서, "재생영역(regenerating area)"이란 흡착된 유해물질을 가열하여 제거하는 영역을 의미한다.Also, in this specification, the term "regenerating area" means an area in which adsorbed harmful substances are heated and removed.
또한 본 명세서에서, "퍼지영역(purging area)"이란 재생영역에 가해진 열이 처리영역으로 전달되지 않도록 냉각하는 영역을 의미한다.Also, in this specification, the term “purging area” refers to an area in which heat applied to the regeneration area is cooled so that the heat is not transferred to the treatment area.
본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 장치(100)는 로터(110), 열산화유닛(120) 및 촉매환원유닛(130)을 포함한다.The exhaust
로터(110)는 배기가스(EG) 중의 유해물질을 농축시켜 농축가스와 고갈가스를 생성하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 배기가스(EG) 중 일부는 배관(L1)을 따라 로터(110)의 처리영역으로 공급되고 나머지 일부는 배관(L2)를 따라 퍼지영역으로 공급된다. 상기 처리영역은 배기가스(EG) 중 유해물질을 흡착하고, 상기 퍼지 영역은 냉각된다. 상기 처리영역을 통과한 배기가스는 고갈가스가 되어 후술하는 스택(150)으로 공급된다. 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, 농축가스를 형성한 후 열산화유닛(120)으로 공급된다.The
상기 유해물질은 VOC, NH3 및 유기 실리콘을 포함할 수 있다. 이 경우, 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. 또한, 상기 VOC 및 NH3 흡착제는 VOC 및 NH3뿐만 아니라 유기 실리콘도 흡착할 수 있다.The hazardous material may include VOC, NH 3 and organic silicon. In this case, the
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. 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, 로터(110))를 제작할 수 있다. 로터(110)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.The VOC and NH 3 adsorbent may include zeolite, activated carbon, activated carbon fiber, or a combination thereof. Specifically, NH 3 is well adsorbed to zeolite having many hydrophilic functional groups. VOC is well adsorbed on materials such as hydrophobic zeolite, activated carbon, and activated carbon fiber prepared by controlling the Si/Al ratio. IPA (isopropyl alcohol), the main component of VOC emitted from semiconductors, has both hydrophilicity and hydrophobicity, so it is well adsorbed to both zeolite and activated carbon, but NH 3 is poorly adsorbed to activated carbon. The zeolite for VOC adsorption has a large pore size to collect NH 3 , but when the pore size of the zeolite is 4 to 9 Å, NH 3 adsorption is very good. The
열산화유닛(120)은 로터(110)의 후단에 설치되어 상기 농축가스를 처리(즉, 열산화)하여 제1 처리가스를 생성하도록 구성될 수 있다. The
예를 들어, 열산화유닛(120)은 가스버너를 구비할 수 있다. 상기 가스버너는 연료 및 공기를 별도로 공급받아, 열산화유닛(120) 내에서 상기 연료와 공기의 연소 반응을 일으키는 역할을 수행한다. 상기 연료는 액화 천연 가스(LNG)일 수 있다. 상기 연소 반응에 의해 열산화유닛(120) 내로 유입된 농축가스가 가열되고, 이 과정에서 상기 농축가스에 함유된 VOC가 산화되어 CO2 및 CO로 전환되고, NH3가 산화되어 N2, NOx 및 N2O로 전환되고, 유기 실리콘이 산화되어 분말 형태의 SiO2로 전환될 수 있다. 결과로서, NOx, N2O 및 SiO2를 함유하는 제1 처리가스가 생성될 수 있다.For example, the
또한, 열산화유닛(120)의 운전온도는 760~800℃일 수 있다. 열산화유닛(120)의 운전온도가 상기 범위이내이면, 촉매 피독을 방지하여 배기가스 처리효율을 장시간 유지할 수 있다. 구체적으로, 열산화유닛(120)의 운전온도가 760℃ 미만인 경우, 유기 실리콘 및 VOC가 불완전 연소된 상태로 후단 촉매환원유닛(130)으로 유입되어, 촉매 표면에서 산화 또는 중합되면서 피독에 의한 성능 저하를 일으킨다. 또한 열산화유닛(120)의 운전온도가 800℃를 초과하는 경우, 유기 실리콘이 끈적끈적한 겔(gel) 형태로 전환되어, 후단 열교환기 및 촉매에 달라붙어 열교환 효율 저하 및 촉매 막힘 문제를 유발한다.In addition, the operating temperature of the
열산화유닛(120)에서 NH3의 산화에 의해 생성된 NOx 및 N2O는 각각 유해가스 및 온실가스이기 때문에 제거되어야 하는 물질이다. 열산화유닛(120) 후단의 열교환기를 거쳐 적절한 촉매 활성 온도(450~550℃)까지 냉각된 가스 중의 NOx 및 N2O는 환원제와 혼합되어 선택적 촉매환원반응(selective catalytic reduction)을 통해 N2로 전환된다. 구체적으로, 촉매환원유닛(130)은 열산화유닛(120)의 후단에 설치되어 상기 제1 처리가스를 처리하여 제2 처리가스를 생성하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 촉매환원유닛(130)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.NOx and N 2 O generated by the oxidation of NH 3 in the
또한, 촉매환원유닛(130)은 적어도 1종의 선택적 환원촉매(SCR 촉매)를 포함할 수 있다.In addition, the
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.The selective reduction catalyst includes V 2 O 5 /WO 3 /TiO 2 , V/TiO 2 , V/W/TiO 2 , zeolite, a metal catalyst supported on porous alumina, V/Ce/TiO 2 or a combination thereof. can do. The zeolite catalyst is one of copper (Cu), platinum (Pt), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), cesium (Cs), and gallium (Ga) The above elements may be ion-exchanged. The metal catalyst supported on the porous alumina is platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), ruthenium (Ru), tungsten (W), chromium (Cr), manganese (Mn), iron At least one metal among (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn), and silver (Ag) may be supported on porous alumina. However, the present invention is not limited thereto.
또한, 촉매환원유닛(130)은 상기 선택적 환원촉매의 후단에 산화촉매를 더 포함할 수 있다.In addition, the
상기 산화촉매는 일산화탄소, 잔여 VOC 및 NH3를 산화시키는 역할을 수행한다.The oxidation catalyst serves to oxidize carbon monoxide, residual VOC and NH 3 .
또한, 상기 산화촉매는 귀금속 촉매(Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Ag), 금속산화물 촉매(Cu, V, Co, Fe, Mn의 산화물), 제올라이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.In addition, the oxidation catalyst may include a noble metal catalyst (Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Ag), a metal oxide catalyst (oxides of Cu, V, Co, Fe, Mn), zeolite, or a combination thereof.
또한, 촉매환원유닛(130)를 통과한 가스는 온도에 따라 열교환기를 거쳐 열회수되거나, 혹은 열회수를 하지 않은 상태로 로터(110)에서 처리된 가스에 혼합되어 최종 배출구로 배출(즉, 스택(150)으로 공급)될 수 있다.In addition, the gas that has passed through the
또한, 촉매환원유닛(130)의 운전온도는 450~550℃일 수 있다. 촉매환원유닛(130)의 운전온도가 상기 범위이내이면, 배기가스 처리효율이 향상될 수 있다.In addition, the operating temperature of the
또한, 배기가스 처리 장치(100)는 촉매환원유닛(130)에 환원제를 공급하도록 구성된 환원제 공급유닛(140)을 더 포함할 수 있다.In addition, the exhaust
상기 환원제는 NH3, 요소수 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The reducing agent may include NH 3 , urea water, or a combination thereof.
또한, 배기가스 처리 장치(100)는 열산화유닛(120)과 촉매환원유닛(130) 사이에 배치된 열교환기(미도시)를 더 포함할 수 있다.In addition, the exhaust
상기 열교환기는 열산화유닛(120)에서 배출된 제1 처리가스의 온도를 낮춰주는 역할을 수행한다.The heat exchanger serves to lower the temperature of the first processing gas discharged from the
또한, 배기가스 처리 장치(100)는 촉매환원유닛(130)의 후단에 설치되어 상기 제2 처리가스 및 상기 고갈가스를 외부로 배출시키도록 구성된 스택(150)을 더 포함할 수 있다.In addition, the exhaust
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. The exhaust
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, an exhaust gas treatment method according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 처리 방법은 배기가스 중 유해가스를 농축시켜 농축가스와 고갈가스를 생성하는 단계(S10), 상기 농축가스를 열산화시켜 제1 처리가스를 생성하는 단계(S20) 및 상기 제1 처리가스를 촉매환원시켜 제2 처리가스를 생성하는 단계(S30)를 포함한다.The exhaust gas treatment method according to an embodiment of the present invention includes the steps of concentrating harmful gas in exhaust gas to generate concentrated gas and depleted gas (S10), thermally oxidizing the concentrated gas to generate a first processing gas ( S20) and generating a second process gas by catalytic reduction of the first process gas (S30).
상기 단계(S10)는 로터를 이용하여 수행되고, 상기 로터는 VOC 및 NH3 흡착제를 포함할 수 있다.The step (S10) is performed using a rotor, the rotor may include VOC and NH 3 adsorbent.
상기 단계(S20)는 760~800℃의 온도에서 수행될 수 있다.The step (S20) may be performed at a temperature of 760 ~ 800 ℃.
또한, 상기 단계(S30)는 450~550℃의 온도에서 수행될 수 있다.In addition, the step (S30) may be performed at a temperature of 450 ~ 550 ℃.
상기 배기가스 처리 방법은 상기 단계(S10)에서 얻어진 상기 고갈가스 및 상기 단계(S30)에서 얻어진 상기 제2 처리가스를 외부로 배출시키는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.The exhaust gas treatment method may further include a step (S40) of discharging the exhaust gas obtained in the step (S10) and the second treatment gas obtained in the step (S30) to the outside.
상기 단계들(S10~S40)은 상술한 배기가스 처리 장치(100)를 사용하여 수행될 수 있다.The steps S10 to S40 may be performed using the exhaust
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the following examples, but the present invention is not limited only to the following examples.
제조예: 배기가스 처리 장치의 제조Manufacturing example: manufacturing of exhaust gas treatment device
도 1과 동일한 구성을 갖는 배기가스 처리장치를 제조하였다.An exhaust gas treatment apparatus having the same configuration as that of FIG. 1 was manufactured.
실시예 1: 배기가스 처리Example 1: Exhaust Gas Treatment
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. 로터에서 농축비는 15배이고, VOC 농축효율은 98%이고, NH3 농축효율은 97.5%이었다. 열산화 유닛으로 유입되는 VOC 농도 및 NH3 농도는 각각 부피 기준으로 2,940ppm(=200*15*0.98) 및 2,925ppm(=200*15*0.975)이었다. 열산화유닛의 운전온도는 780℃이고, 촉매환원유닛의 운전온도는 500℃이었다.The semiconductor process simulation exhaust gas was introduced into the exhaust gas processing apparatus manufactured in the above production example and treated. The concentration of VOC in the exhaust gas was 200 ppm by volume (measured in THC), NH 3 was 200 ppm by volume, and the concentration of organic silicon was 2 ppm by volume. Here, THC is an abbreviation for "total hydrocarbon". In the rotor, the concentration ratio was 15 times, the VOC concentration efficiency was 98%, and the NH 3 concentration efficiency was 97.5%. The VOC concentration and NH 3 concentration flowing into the thermal oxidation unit were 2,940 ppm (=200*15*0.98) and 2,925 ppm (=200*15*0.975) by volume, respectively. The operating temperature of the thermal oxidation unit was 780°C, and the operating temperature of the catalytic reduction unit was 500°C.
실시예 2: 배기가스 처리Example 2: Exhaust Gas Treatment
열산화유닛의 운전온도를 760℃로 변경하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 500℃로 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.The same exhaust gas as in Example 1 was treated in the same manner as in Example 1, except that the operating temperature of the thermal oxidation unit was changed to 760°C and the operating temperature of the catalytic reduction unit was maintained at 500°C.
실시예 3: 배기가스 처리Example 3: Exhaust Gas Treatment
열산화유닛의 운전온도를 800℃로 변경하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 500℃로 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.The same exhaust gas as in Example 1 was treated in the same manner as in Example 1, except that the operating temperature of the thermal oxidation unit was changed to 800°C and the operating temperature of the catalytic reduction unit was maintained at 500°C.
실시예 4: 배기가스 처리Example 4: Exhaust Gas Treatment
열산화유닛의 운전온도를 780℃로 유지하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 450℃로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.The same exhaust gas as in Example 1 was treated in the same manner as in Example 1, except that the operating temperature of the thermal oxidation unit was maintained at 780°C and the operating temperature of the catalytic reduction unit was changed to 450°C.
실시예 5: 배기가스 처리Example 5: Exhaust Gas Treatment
열산화유닛의 운전온도를 780℃로 유지하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 550℃로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.The same exhaust gas as in Example 1 was treated in the same manner as in Example 1, except that the operating temperature of the thermal oxidation unit was maintained at 780°C and the operating temperature of the catalytic reduction unit was changed to 550°C.
비교예 1: 배기가스 처리Comparative Example 1: Exhaust gas treatment
열산화유닛의 운전온도를 750℃로 변경하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 500℃로 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.The same exhaust gas as in Example 1 was treated in the same manner as in Example 1, except that the operating temperature of the thermal oxidation unit was changed to 750°C and the operating temperature of the catalytic reduction unit was maintained at 500°C.
비교예 2: 배기가스 처리Comparative Example 2: Exhaust gas treatment
열산화유닛의 운전온도를 810℃로 변경하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 500℃로 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.The same exhaust gas as in Example 1 was treated in the same manner as in Example 1, except that the operating temperature of the thermal oxidation unit was changed to 810°C and the operating temperature of the catalytic reduction unit was maintained at 500°C.
비교예 3: 배기가스 처리Comparative Example 3: Exhaust gas treatment
열산화유닛의 운전온도를 780℃로 유지하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 400℃로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.The same exhaust gas as in Example 1 was treated in the same manner as in Example 1, except that the operating temperature of the thermal oxidation unit was maintained at 780°C and the operating temperature of the catalytic reduction unit was changed to 400°C.
비교예 4: 배기가스 처리Comparative Example 4: Exhaust gas treatment
열산화유닛의 운전온도를 780℃로 유지하고, 촉매환원유닛의 운전온도를 600℃로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 배기가스를 동일한 방법으로 처리하였다.The same exhaust gas as in Example 1 was treated in the same manner as in Example 1, except that the operating temperature of the thermal oxidation unit was maintained at 780°C and the operating temperature of the catalytic reduction unit was changed to 600°C.
상기 실시예 1~5 및 비교예 1~4에 있어서 열산화유닛의 운전온도(T1) 및 촉매환원유닛의 운전온도(T2)를 정리하여 하기 표 1에 나타내었다.The operating temperature (T1) of the thermal oxidation unit and the operating temperature (T2) of the catalytic reduction unit in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 are summarized and shown in Table 1 below.
(℃)T1
(℃)
평가예: 배기가스 처리 장치의 유해물질 성능 평가Evaluation example: Performance evaluation of hazardous substances in exhaust gas treatment equipment
<유해물질 제거 성능 평가><Hazardous substance removal performance evaluation>
상기 실시예 1~5 및 비교예 1~4에서 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.From the exhaust gas treatment results performed in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, the harmful substances removal performance of the exhaust gas treatment apparatus was evaluated, and the results are shown in Table 2 below. The concentration of each component shown in Table 2 below is a result of analyzing a gas sample collected from the rear end of the catalytic reduction unit. In addition, in Table 2 below, the concentration of each component is based on volume.
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1~5의 배기가스 처리 장치의 운전 결과, 촉매환원유닛의 후단에서 채취한 가스 시료는 VOC 농도, NH3 농도, NOx 농도 및 N2O 농도가 모두 낮은 것으로 나타났다.Referring to Table 2, as a result of the operation of the exhaust gas treatment apparatus of Examples 1 to 5, the gas sample collected from the rear end of the catalytic reduction unit has low VOC concentration, NH 3 concentration, NOx concentration, and N 2 O concentration. appear.
반면에, 비교예 1~4의 배기가스 처리 장치의 운전 결과, 촉매환원유닛의 후단에서 채취한 가스 시료는 VOC 농도는 낮았지만, NH3 농도, NOx 농도 및 N2O 농도 중 적어도 하나가 높은 것으로 나타났다.On the other hand, as a result of the operation of the exhaust gas treatment apparatus of Comparative Examples 1 to 4, the gas sample collected from the rear end of the catalytic reduction unit had a low VOC concentration, but at least one of NH 3 concentration, NOx concentration, and N 2 O concentration was high. appear.
<촉매 피독 평가><Evaluation of catalyst poisoning>
비교예 1의 경우 촉매환원유닛에 충전하기 전의 촉매와 배기가스 처리 후 촉매환원유닛에서 빼낸 촉매 상태, 새 필터와 촉매환원유닛 유입 직전의 가스를 빼내어 통과시킨 후의 필터 상태, 그리고 각각의 경우의 필터의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 사진들을 도 2에 나타내었다.In the case of Comparative Example 1, the state of the catalyst removed from the catalytic reduction unit after the catalyst and exhaust gas treatment before charging in the catalytic reduction unit, the state of the new filter and the filter state after passing the gas immediately before the introduction of the catalytic reduction unit, and the filter in each case The photos showing the scanning electron microscope (SEM) image of the are shown in FIG.
도 2를 참조하면, 배기가스 처리 후 촉매환원유닛에서 빼낸 촉매가 흑색으로 착색되어 피독된 것을 확인할 수 있고, 필터에서 검출된 갈색 물질이 촉매 피독의 원인 물질이라고 추정할 수 있다.Referring to FIG. 2 , it can be confirmed that the catalyst taken out from the catalyst reduction unit after exhaust gas treatment is poisoned by being colored black, and it can be estimated that the brown material detected in the filter is the causative agent of catalyst poisoning.
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.Although the present invention has been described with reference to the drawings and embodiments, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
100: 배기가스 처리 장치 110: 로터
120: 열산화유닛 130: 촉매환원유닛
140: 환원제 공급유닛 150: 스택100: exhaust gas treatment device 110: rotor
120: thermal oxidation unit 130: catalytic reduction unit
140: reducing agent supply unit 150: stack
Claims (14)
상기 로터의 후단에 설치되어 상기 농축가스를 처리하여 제1 처리가스를 생성하도록 구성된 열산화유닛; 및
상기 열산화유닛의 후단에 설치되어 상기 제1 처리가스를 처리하여 제2 처리가스를 생성하도록 구성된 촉매환원유닛을 포함하고,
상기 유해물질은 VOC, NH3 및 유기 실리콘을 포함하고,
상기 열산화유닛의 운전온도는 760~800℃이고,
상기 촉매환원유닛의 운전온도는 450~550℃인 배기가스 처리 장치.a rotor configured to concentrate harmful substances in exhaust gas to generate concentrated gas and depleted gas;
a thermal oxidation unit installed at the rear end of the rotor and configured to process the concentrated gas to generate a first processing gas; and
and a catalytic reduction unit installed at a rear end of the thermal oxidation unit to process the first process gas to generate a second process gas,
The harmful substances include VOC, NH 3 and organic silicon,
The operating temperature of the thermal oxidation unit is 760 ~ 800 ℃,
The operating temperature of the catalytic reduction unit is an exhaust gas treatment device of 450 ~ 550 ℃.
상기 로터는 VOC 및 NH3 흡착제를 포함하는 배기가스 처리 장치.According to claim 1,
The rotor is an exhaust gas treatment device comprising a VOC and NH 3 adsorbent.
상기 촉매환원유닛에 환원제를 공급하도록 구성된 환원제 공급유닛을 더 포함하는 배기가스 처리 장치.According to claim 1,
The exhaust gas treatment apparatus further comprising a reducing agent supply unit configured to supply a reducing agent to the catalytic reduction unit.
상기 열산화유닛과 상기 촉매환원유닛 사이에 배치된 열교환기를 더 포함하는 배기가스 처리 장치.According to claim 1,
The exhaust gas treatment apparatus further comprising a heat exchanger disposed between the thermal oxidation unit and the catalytic reduction unit.
상기 촉매환원유닛은 선택적 환원촉매 및 산화촉매를 포함하는 배기가스 처리 장치.According to claim 1,
The catalytic reduction unit is an exhaust gas treatment device comprising a selective reduction catalyst and an oxidation catalyst.
상기 촉매환원유닛의 후단에 설치되어 상기 제2 처리가스 및 상기 고갈가스를 외부로 배출시키도록 구성된 스택을 더 포함하는 배기가스 처리 장치.According to claim 1,
and a stack installed at a rear end of the catalytic reduction unit to discharge the second process gas and the depleted gas to the outside.
상기 농축가스를 열산화시켜 제1 처리가스를 생성하는 단계(S20); 및
상기 제1 처리가스를 촉매환원시켜 제2 처리가스를 생성하는 단계(S30)를 포함하고,
상기 유해물질은 VOC, NH3 및 유기 실리콘을 포함하고,
상기 단계(S20)는 760~800℃의 온도에서 수행되고,
상기 단계(S30)는 450~550℃의 온도에서 수행되는 배기가스 처리 방법.Concentrating harmful substances in the exhaust gas to generate a concentrated gas and a depleted gas (S10);
generating a first processing gas by thermally oxidizing the concentrated gas (S20); and
and generating a second process gas by catalytic reduction of the first process gas (S30);
The harmful substances include VOC, NH 3 and organic silicon,
The step (S20) is performed at a temperature of 760 ~ 800 ℃,
The step (S30) is an exhaust gas treatment method performed at a temperature of 450 ~ 550 ℃.
상기 단계(S10)는 로터를 이용하여 수행되고, 상기 로터는 VOC 및 NH3 흡착제를 포함하는 배기가스 처리 방법.11. The method of claim 10,
The step (S10) is performed using a rotor, the rotor is an exhaust gas treatment method comprising a VOC and NH 3 adsorbent.
상기 단계(S10)에서 얻어진 상기 고갈가스 및 상기 단계(S30)에서 얻어진 상기 제2 처리가스를 외부로 배출시키는 단계(S40)를 더 포함하는 배기가스 처리 방법.11. The method of claim 10,
The exhaust gas treatment method further comprising the step (S40) of discharging the exhaust gas obtained in the step (S10) and the second processing gas obtained in the step (S30) to the outside.
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