KR102628487B1 - 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템 및 이를 이용한 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법 - Google Patents
반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템 및 이를 이용한 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 오존 나노 버블을 이용하여 반도체 공정에서 배출되는 배기가스를 처리할 수 있는 기술에 관한 것이다. 본 발명은 오존이 생성되는 오존 발생기, 오존이 유입되고 산성 배기가스가 유입되어 제1 반응물이 생성되는 오존 산화기, 오존 산화기에서 오존이 유입되어 오존 나노 버블이 생성되는 오존 나노 버블 발생기, 오존 나노 버블이 분사되는 제1 스프레이 장치, 제1 반응물이 유입되고 오존 나노 버블이 분사되며 알칼리 배기가스가 유입되어 제2 반응물이 생성되는 습식 중화기 및 제2 반응물을 제거하는 습식 전기 집진기를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오존 나노 버블을 이용하여 반도체 공정에서 배출되는 배기가스를 처리할 수 있는 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에 사용되는 가스는 유독성, 가연성 및 부식성 등 그 특성이 강한 것이 사용되고, 이러한 공정가스는 제조설비의 공정 과정에서 약 10% 정도만 반응에 참여하고 나머지 90% 정도가 미반응한 상태에서 제조설비로부터 배출된다.
이러한 유독성 폐가스들이 별도의 정화과정 없이 대기중에 그대로 방출될 경우 주변 제조설비의 손상과 심각한 환경오염 및 작업자의 안전사고를 초래하게 되므로 각 제조설비에는 배기덕트로 연결된 가스 배출라인 상에 배출가스를 안전한 상태로 분해 또는 정화시키는 스크러버가 설치된다.
스크러버는 공정가스의 성질 즉, 일반 공기와 접촉시 폭발적으로 반응하는 성질, 연소되는 성질, 가스처리제와 반응하는 성질 및 물에 용해되는 성질 등을 이용하는 것으로 크게 건식과 습식 및 건식과 습식을 병행하는 혼합식으로 구분된다.
습식 방식의 스크러버는 물에 용해되기 쉬운 가스를 표면적이 넓은 폴링(pall ring)의 표면에서 접촉반응에 의해 단독으로 처리하거나, 가연성 가스를 연소시킨 후에 발생되는 수용성 가스 및 분진을 세정 및 냉각하는 구조로써, 비교적 간단한 구성을 가지며 제작이 용이하고 대용량화 할 수 있다는 장점이 있다.
습식 방식의 스크러버에서는 순환 탱크에 새로운 물을 주기적으로 공급받아 일정 시간동안 수용성 가스 및 분진을 처리한 후 배기 배관을 통해 폐수를 배출시켜 폐수 처리장에서 중화 처리하거나 외부에 위탁하여 처리한다.
따라서, 수용성 가스의 처리효율을 높이고, 물사용량을 최소화할 수 있는 기술개발이 요구되어지고 있다.
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 오존 나노 버블을 이용하여 반도체 공정에서 배출되는 배기가스를 처리할 수 있는 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 오존 나노 버블의 브라운 운동으로 버블의 수중 잔류 시간이 길어지고 용해도가 향상되어 배기가스의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템은 오존이 생성되는 오존 발생기, 오존 발생기와 제1 오존 유입관으로 연결되어 오존이 유입되고 반도체 생산 설비와 산성 배기관으로 연결되어 반도체 생산 설비의 산성 가스가 사용되는 공정에서 배출된 산성 배기가스가 유입되어 제1 반응물이 생성되는 오존 산화기, 오존 발생기와 제2 오존 유입관으로 연결되고 물이 채워져 있으며 오존이 물로 유입되어 오존 나노 버블이 생성되는 오존 나노 버블 발생기, 오존 나노 버블 발생기에 연결되고 오존 나노 버블이 분사되는 제1 스프레이 장치, 오존 산화기와 오존 산화관으로 연결되어 제1 반응물이 유입되고 제1 스프레이 장치에서 오존 나노 버블이 분사되며 반도체 생산 설비와 알칼리 배기관으로 연결되어 반도체 생산 설비의 알칼리 가스가 사용되는 공정에서 배출된 알칼리 배기가스가 유입되어 제2 반응물이 생성되는 습식 중화기 및 제2 반응물이 입자화되어 입자화된 반응물로 유입되고 입자화된 반응물을 제거하는 습식 전기 집진기를 포함할 수 있다.
또한, 습식 중화기에서 생성된 제2 반응물이 입자화된 반응물로 제조되는 중화 반응물 입자화 장치 및 입자화된 반응물이 습식 전기 집진기로 분사되는 제2 스프레이 장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 오존 나노 버블은 3x108개수/ml ~ 5x108개수/ml이고, 오존 나노 버블의 입자 크기는 100 ~ 200nm이며, 오존 나노 버블의 농도는 PH 2 ~ 4일 수 있다.
또한, 오존 산화기에 유입되는 산성 배기가스는, 일산화질소(NO) 및 일산화황(SO)을 포함하고, 제1 반응물은 산성 배기가스가 오존과 반응하여 생성되는 이산화질소(NO2)를 포함할 수 있다.
또한, 습식 중화기에 유입되는 알칼리 배기가스는, 암모니아(NH3), 수산화칼륨(KOH) 및 수산화암모늄(NH4OH)을 포함하고, 제1 반응물, 오존 나노 버블 및 알칼리 배기가스가 반응하여 생성되는 제2 반응물은 질산염(-NO3)을 포함할 수 있다.
또한, 오존 발생기에서 오존 나노 버블 발생기로 공급되는 오존의 양은 오존 나노 버블 발생기에 채워진 물의 양의 1 ~ 5% 사이일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법은 오존 발생기에서 오존을 생성하는 단계, 오존 발생기와 제1 오존 유입관으로 연결되어 오존이 유입되고 반도체 생산 설비와 산성 배기관으로 연결되어 반도체 생산 설비의 산성 가스가 사용되는 공정에서 배출된 산성 배기가스가 유입되는 오존 산화기에서 제1 반응물을 생성하는 단계, 오존 발생기와 제2 오존 유입관으로 연결되고 물이 채워져 있으며 오존이 유입되는 오존 나노 버블 발생기에서 오존 나노 버블을 생성하는 단계, 오존 나노 버블 발생기에 연결되는 제1 스프레이 장치에서 오존 나노 버블을 분사하는 단계, 오존 산화기와 오존 산화관으로 연결되어 제1 반응물이 유입되고 제1 스프레이 장치에서 오존 나노 버블이 분사되며 반도체 생산 설비와 알칼리 배기관으로 연결되어 반도체 생산 설비의 알칼리 가스가 사용되는 공정에서 배출된 알칼리 배기가스가 유입되는 습식 중화기에서 제2 반응물을 생성하는 단계 및 제2 반응물이 입자화되어 입자화된 반응물로 유입되는 습식 전기 집진기에서 입자화된 반응물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 중화 반응물 입자화 장치에서 제2 반응물을 입자화된 반응물로 제조하는 단계 및 제2 스프레이 장치에서 입자화된 반응물을 습식 전기 집진기로 분사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템 및 방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명은 오존 나노 버블을 이용하여 반도체 공정에서 배출되는 배기가스를 처리할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 오존 나노 버블의 브라운 운동으로 버블의 수중 잔류 시간이 길어지고 용해도가 향상되어 배기가스의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 습식 전기 집진기에서 진행되는 입자화된 반응물의 제거 효율에 대한 실험 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 습식 전기 집진기에서 진행되는 입자화된 반응물의 제거 효율에 대한 실험 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템에 대하여 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템(100)은 오존 발생기(110), 오존 산화기(120), 오존 나노 버블 발생기(130), 제1 스프레이 장치(140), 습식 중화기(150) 및 습식 전기 집진기(160)를 포함할 수 있다.
오존 발생기(110)는 오존을 생성할 수 있다. 오존 발생기(110)에는 산소 탱크(미도시됨)가 연결되고 산소 탱크로부터 산소가 주입될 수 있다. 또한, 오존 발생기(110)에는 전원 장치(미도시됨)가 연결되고 전원 장치로부터 전원이 인가될 수 있다. 예를 들어, 인가되는 전원은 1000W ~ 1500W일 수 있다.
오존 발생기(110)는 전원 장치로부터 인가되는 전기를 이용한 코로나 방전(Corona discharge)을 통해 산소 탱크로부터 주입되는 산소에서 오존을 생성할 수 있다. 여기서 오존은 O3 분자식으로 표시될 수 있다.
오존 산화기(120)는 오존 발생기(110)와 제1 오존 유입관(1)으로 연결될 수 있다. 제1 오존 유입관(1)을 통해 오존 산화기(120)에는 오존 발생기(110)에서 생성된 오존이 유입될 수 있다.
오존 산화기(120)는 반도체 생산 설비(10)와 산성 배기관(2)으로 연결될 수 있다. 산성 배기관(2)을 통해 오존 산화기(120)에는 반도체 생산 설비의 산성 가스가 사용되는 공정에서 배출된 산성 배기가스가 유입될 수 있다. 산성 배기가스는 일산화질소(NO) 및 일산화황(SO)을 포함할 수 있다.
오존 산화기(120)에서는 오존 발생기(110)에서 유입된 오존과 반도체 생산 설비(10)에서 유입된 산성 배기가스가 반응하여 제1 반응물이 생성될 수 있다. 즉, 오존 산화기(120)는 오존과 산성 배기가스의 일산화질소가 반응하여 제1 반응물인 수용성의 이산화질소를 생성하고, 이와 관련된 반응식은 아래와 같다.
NO + O3 -> NO2 + O2
또한, 오존 산화기(120)는 오존과 산성 배기가스의 일산화황이 반응하여 제1 반응물인 수용성의 이산화황을 생성할 수 있다. 이때 일산화질소가 오존과 반응하여 이산화질소로 100% 산화되는 비율 대비 일산화황은 오존과 반응하여 이산화황으로 20 ~ 30% 산화될 수 있다.
오존 나노 버블 발생기(130)는 오존 발생기(110)와 제2 오존 유입관(3)으로 연결될 수 있다. 오존 나노 버블 발생기(130)에는 일정 용량의 물이 채워져 있으며, 오존 발생기(110)로부터 오존이 유입되면 오존이 물속에서 나노 버블화되어 오존 나노 버블이 생성될 수 있다. 여기서 오존 나노 버블은 물 내에서 20~30분 잔류될 수 있다.
오존 나노 버블은 물 내에서 브라운 운동(Brownian motion)하여 수중 잔류 시간이 길어지고 용해도가 향상될 수 있다. 오존 나노 버블은 3x108 ~ 5x108개수/ml이고, 오존 나노 버블의 입자 크기는 100 ~ 200nm이며, 오존 나노 버블의 농도는 PH 2 ~ 4일 수 있다.
오존 나노 버블 발생기(130)는 오존 나노 버블이 물에서 계속 잔류되도록 채워진 물 대비 오존 발생기(110)로부터 1 ~ 5% 이내의 오존을 지속적으로 공급받을 수 있다. 즉, 오존 발생기(110)에서 오존 나노 버블 발생기(130)로 공급되는 오존의 양은 오존 나노 버블 발생기(130)에 채워진 물의 양의 1 ~ 5% 사이일 수 있다.
제1 스프레이 장치(140)는 오존 나노 버블 발생기(130)에 연결되고 습식 중화기(150)로 오존 나노 버블을 분사할 수 있다. 제1 스프레이 장치(140)는 오존 나노 버블을 분사하기 위한 복수의 분사 노즐(미도시됨)을 포함할 수 있다. 복수의 분사 노즐은 각각의 분사각이 서로 중첩되도록 설치되어 습식 중화기(150)에서 오존 나노 버블이 제1 반응물과 접촉되는 면적이 증가되도록 할 수 있다.
습식 중화기(150)는 오존 산화기(120)와 오존 산화관(4)으로 연결되고, 오존 산화기(120)에서 제1 반응물이 유입될 수 있다. 또한, 습식 중화기(150)는 제1 스프레이 장치(140)에서 오존 나노 버블이 분사될 수 있다. 더불어, 습식 중화기(150)는 반도체 생산 설비(10)와 알칼리 배기관(5)으로 연결되어 반도체 생산 설비의 알칼리 가스가 사용되는 공정에서 배출된 알칼리 배기가스가 유입될 수 있다.
습식 중화기(150)는 오존 나노 버블이 분사되고 제1 반응물이 유입되는 제1 구역 및 알칼리 배기가스가 유입되는 제2 구역으로 구획될 수 있다.
제1 구역에서는 오존 나노 버블과 제1 반응물의 이산화질소가 반응하여 이산화질소가 제거되고 질산(HNO3)이 생성되며, 아래와 같은 반응식으로 나타낼 수 있다.
6NO2 + O3 + H2O → 6HNO3
제1 구역에서 생성된 질산(HNO3)은 제2 구역으로 유입될 수 있다.
한편, 제1 반응물에 포함된 이산화황(SO2)은 질산(HNO3)과 함께 제2 구역으로 유입될 수 있다.
제2 구역에는 제1 구역에서 생성된 질산(HNO3), 제1 반응물의 이산화황(SO2) 및 반도체 생산 설비(10)에서 폐가스로 배출되는 알칼리 배기가스인 암모니아(NH3), 수산화칼륨(KOH), 수산화암모늄(NH4OH)이 유입될 수 있다.
제2 구역에서는 질산(HNO3), 이산화황(SO2), 알칼리 배기가스인 암모니아(NH3), 수산화칼륨(KOH) 및 수산화암모늄(NH4OH)이 반응하여 제2 반응물을 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 구역에는 수산화나트륨(NaOH)이 더 첨가될 수 있으며, 수산화나트륨(NaOH)과 질산(HNO3) 및 이산화황(SO2)이 반응할 수 있다.
제2 반응물은 질산나트륨(NaNO3), 질산암모늄(NH4NO3), 질산칼륨(KNO3), 아황산나트륨(Na2SO3), 메타중아황산칼륨(K2S2O5) 형태로 생성되고, 아래와 같은 반응식으로 생성될 수 있다.
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
HNO3 + NH3 → NH4NO3
HNO3 + KOH → KNO3+H20
SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O
SO2 + 2KOH → K2S2O5 + H2O
제2 반응물은 물에 이온화된 상태 또는 퓸(fume) 형태로 생성될 수 있고, 백연 및 먼지 등을 더 포함할 수 있다.
종래의 습식 중화기는 별도의 중화제를 주입하여 제1 반응물을 처리했고, 단순히 주입되는 중화제와 제1 반응물의 접촉 면적이 작아 중화제와 제1 반응물의 반응 시간이 길어짐에 따라 반응기의 사이즈가 커져야 하고 중화제 사용이 많아지며 폐수량이 많아지는 문제가 있었다.
이러한 단점을 보완하고자 본 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템(100)에 의하면 중화제를 사용하지 않고도 오존 나노 버블 발생기(130)에서 생성된 오존 나노 버블을 제1 스프레이 장치(140)를 통해 습식 중화기(150)로 분사하여 오존 나노 버블과 제1 반응물의 접촉 면적을 증가시키고 오존 나노 버블과 제1 반응물의 반응 시간을 줄일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템(100)에 의하면 중화제를 대신하여 반도체 생산 설비(10)에서 폐가스로 배출되는 알칼리 배기가스를 재활용하고, 이에 따라 중화제 사용으로 인한 경제적 비용을 절감할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 습식 중화기(150)에서 오존 나노 버블과 제1 반응물이 반응하여 생성된 결과물이 중화제 역할로 사용되는 알칼리 배기가스와 반응하여 제2 반응물이 생성될 수 있다.
이에 따라 본 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템(100)에 의하면 제1 반응물의 제거 속도가 증가되고 반응기의 크기가 감소되며 습식 중화기(150)의 컴팩트화가 가능할 수 있다. 또한, 중화제의 미사용에 따른 경제적 비용을 절감할 수 있다.
습식 전기 집진기(160)는 습식 중화기(150)에서 생성된 제2 반응물이 물에 이온화된 상태 또는 퓸(fume) 형태로 입자화되어 입자화된 반응물로 유입될 수 있다.
습식 전기 집진기(160)는 전원을 공급받아 코로나 방전으로 전하를 발생시키고, 발생된 전하가 입자화된 반응물에 부착되도록 할 수 있다. 즉, 습식 전기 집진기(160)에서는 입자화된 반응물이 전하에 의해 대전 입자로 변환되고, 입자화된 반응물의 정전기력에 의해 입자화된 반응물이 집진판(미도시됨)에 집진될 수 있다.
여기서 집진판은 습식 전기 집진기(160)에 설치되고 입자화된 반응물과 다른 극성을 띌 수 있다. 집진판은 다른 극성을 띄는 입자화된 반응물을 끌어당겨 입자화된 반응물을 집진하여 제거할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법은 아래와 같은 순서를 포함할 수 있다.
오존 발생기(110)에서 오존을 생성한다(단계 S110).
오존 산화기(120)에서 오존 발생기(110)로부터 유입되는 오존과 반도체 생산 설비(10)로부터 유입되는 산성 배기가스가 반응하여 제1 반응물을 생성한다(단계 S120).
오존 나노 버블 발생기(130)에 채워진 물에 오존 발생기(110)에서 생성된 오존이 유입되어 오존 나노 버블을 생성한다(단계 S130).
제1 스프레이 장치(140)에서 오존 나노 버블을 습식 중화기(150)로 분사한다(단계 S140).
습식 중화기(150)에서 오존 산화기(120)로부터 유입되는 제1 반응물, 제1 스프레이 장치(140)에 의해 분사되는 오존 나노 버블 및 반도체 생산 설비(10)로부터 유입되는 알칼리 배기가스가 반응하여 제2 반응물을 생성한다(단계 S150).
습식 전기 집진기(160)로 제2 반응물이 입자회되어 입자화된 반응물로 유입되고, 습식 전기 집진기(160)에서 입자화된 반응물을 집진하여 제거한다(단계 S160).
아래에서는 오존 산화기(120)에서 일산화질소와 오존을 반응시킨 실험에 대한 실험 예 1과 습식 전기 집진기(160)에서 입자화된 반응물을 제거하는 실험에 대한 실험 예 2를 설명한다.
실험 예 1.
실험에 따르면, 일산화질소(NO)를 산화시키기 위한 오존(O3)과 일산화질소(NO)의 몰 비율을 1 ~ 2 내지로 주입하면 일산화질소(NO)는 1.5초 이내에 100% 산화되어 이산화질소(NO2)로 전환됨을 확인할 수 있다. 여기서 전환된 이산화질소(NO2)의 농도는 75 ~ 85 ppm으로 확인되었다.
일산화질소(NO)의 유입 농도는 처리 용량에 따라 100 ~ 500ppm으로 조절할 수 있다.
| 일산화질소(NO) 유입농도 (ppm) | 일산화질소(NO) 유출농도 (ppm) | 일산화질소(NO) 제거 효율 (%) | |
| 실시예1 | 100 | 0 | 100 |
| 실시예2 | 115 | 0 | 100 |
| 실시예3 | 110 | 0 | 100 |
실험 예 2.
도 3을 참고하면, 습식 전기 집진기(160)의 공탑 속도(superficial velocity)를 1 ~ 2 m/s의 조건으로 운전했으며 유속별로 입자화된 반응물의 제거 효율을 확인하였다. 동시에 습식 전기 집진부(160)에 인가되는 전류가 동일한 상태에서 유속의 변화 조건으로 입자화된 반응물의 제거 효율을 확인하였다.
실험 결과, 유속 1m/s에서 95 %이상의 제거 효율을 확인하였으며 유속이 빨라질수록 제거 효율이 낮아졌지만, 2배 빠른 유속 2m/s 에서도 90 % 이상의 제거 효율을 확인하였다.
| 유속 (m/s) |
동작 전류 (mA) | 동작 전압 (kV) |
유입 농도 (mg/m3) | 유출 농도 (mg/m3) | 제거 효율 (%) | |
| 실시예1 | 1 | 40 | 25 | 32 | 1.34 | 95.8 |
| 실시예2 | 1.5 | 40 | 21 | 30 | 2.02 | 93.2 |
| 실시예3 | 2 | 40 | 20 | 28 | 2.14 | 92.3 |
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템을 도시한 블록도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템(200)은 오존 발생기(210), 오존 산화기(220), 오존 나노 버블 발생기(230), 제1 스프레이 장치(240), 습식 중화기(250), 습식 전기 집진기(260), 중화 반응물 입자화 장치(270) 및 제2 스프레이 장치(280)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 오존 발생기(210), 오존 산화기(220), 오존 나노 버블 발생기(230), 제1 스프레이 장치(240), 습식 중화기(250) 및 습식 전기 집진기(260)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 오존 발생기(110), 오존 산화기(120), 오존 나노 버블 발생기(130), 제1 스프레이 장치(140), 습식 중화기(150) 및 습식 전기 집진기(160)와 동일하므로 상세한 설명은 생략하고, 상이한 구성에 대해서만 설명한다.
중화 반응물 입자화 장치(270)는 습식 중화기(250)에서 생성된 제2 반응물을 입자화된 반응물로 제조할 수 있다. 중화 반응물 입자화 장치(270)는 습식 중화기(250) 내에 포함될 수도 있으며, 별도로 구성될 수도 있다.
제2 스프레이 장치(280)는 중화 반응물 입자화 장치(270)에 연결되고 중화 반응물 입자화 장치(270)에서 생성된 입자화된 반응물을 습식 전기 집진기(250)로 분사할 수 있다. 제2 스프레이 장치(280)는 입자화된 반응물을 분사하기 위한 복수의 분사 노즐(미도시됨)을 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법은 아래와 같은 순서를 포함할 수 있다.
오존 발생기(210)에서 오존을 생성한다(단계 S210).
오존 산화기(220)에서 오존 발생기(210)로부터 유입되는 오존과 반도체 생산 설비(20)로부터 유입되는 산성 배기가스가 반응하여 제1 반응물을 생성한다(단계 S220).
오존 나노 버블 발생기(230)에 채워진 물에 오존 발생기(210)에서 생성된 오존이 유입되어 오존 나노 버블을 생성한다(단계 S230).
제1 스프레이 장치(240)에서 오존 나노 버블을 습식 중화기(250)로 분사한다(단계 S240).
습식 중화기(250)에서 오존 산화기(220)로부터 유입되는 제1 반응물, 제1 스프레이 장치(240)에 의해 분사되는 오존 나노 버블 및 반도체 생산 설비(20)로부터 유입되는 알칼리 배기가스가 반응하여 제2 반응물을 생성한다(단계 S250).
중화 반응물 입자화 장치(270)에서 제2 반응물을 입자화된 반응물로 제조한다(단계 S260).
제2 스프레이 장치(280)에서 입자화된 반응물을 습식 전기 집진기(260)로 분사한다(단계 S270).
습식 전기 집진기(260)로 입자화된 반응물로 유입되고, 습식 전기 집진기(260)에서 입자화된 반응물을 집진하여 제거한다(단계 S280).
상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템
110, 210: 오존 발생기
120, 220: 오존 산화기
130, 230: 오존 나노 버블 발생기
140, 240: 제1 스프레이 장치
150, 250: 습식 중화기
160, 260: 습식 전기 집진기
270: 중화 반응물 입자화 장치
280: 제2 스프레이 장치
10: 반도체 생산 설비
110, 210: 오존 발생기
120, 220: 오존 산화기
130, 230: 오존 나노 버블 발생기
140, 240: 제1 스프레이 장치
150, 250: 습식 중화기
160, 260: 습식 전기 집진기
270: 중화 반응물 입자화 장치
280: 제2 스프레이 장치
10: 반도체 생산 설비
Claims (8)
- 오존이 생성되는 오존 발생기;
상기 오존 발생기와 제1 오존 유입관으로 연결되어 상기 오존이 유입되고 반도체 생산 설비와 산성 배기관으로 연결되어 상기 반도체 생산 설비의 산성 가스가 사용되는 공정에서 배출된산성 배기가스가 유입되어 제1 반응물이 생성되는 오존 산화기;
상기 오존 발생기와 제2 오존 유입관으로 연결되고 물이 채워져 있으며 상기 오존이 상기 물로 유입되어 오존 나노 버블이 생성되는 오존 나노 버블 발생기;
상기 오존 나노 버블 발생기에 연결되고 상기 오존 나노 버블이 분사되는 제1 스프레이 장치;
상기 오존 산화기와 오존 산화관으로 연결되어 상기 제1 반응물이 유입되고 상기 제1 스프레이 장치에서 상기 오존 나노 버블이 분사되며 상기 반도체 생산 설비와 알칼리 배기관으로 연결되어 상기 반도체 생산 설비의 알칼리 가스가 사용되는 공정에서 배출된 알칼리 배기가스가 유입되어 제2 반응물이 생성되는 습식 중화기; 및
상기 제2 반응물이 입자화되어 입자화된 반응물로 유입되고 상기 입자화된 반응물을 제거하는 습식 전기 집진기를 포함하는 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 습식 중화기에서 생성된 상기 제2 반응물이 상기 입자화된 반응물로 제조되는 중화 반응물 입자화 장치; 및
상기 입자화된 반응물이 상기 습식 전기 집진기로 분사되는 제2 스프레이 장치를 더 포함하는 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 오존 나노 버블은 3x108개수/ml ~ 5x108개수/ml이고, 상기 오존 나노 버블의 입자 크기는 100 ~ 200nm이며, 상기 오존 나노 버블의 농도는 PH 2 ~ 4인 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 오존 산화기에 유입되는 상기 산성 배기가스는, 일산화질소(NO) 및 일산화황(SO)을 포함하고,
상기 제1 반응물은 상기 산성 배기가스가 상기 오존과 반응하여 생성되는 이산화질소(NO2) 및 일산화황(SO)을 포함하는 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 습식 중화기에 유입되는 상기 알칼리 배기가스는, 암모니아(NH3), 수산화칼륨(KOH) 및 수산화암모늄(NH4OH)을 포함하고,
상기 제1 반응물, 상기 오존 나노 버블 및 상기 알칼리 배기가스가 반응하여 생성되는 상기 제2 반응물은 질산염(-NO3)을 포함하는 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 오존 발생기에서 상기 오존 나노 버블 발생기로 공급되는 상기 오존의 양은 상기 오존 나노 버블 발생기에 채워진 물의 양의 1 ~ 5% 사이인 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템. - 오존 발생기에서 오존을 생성하는 단계;
상기 오존 발생기와 제1 오존 유입관으로 연결되어 상기 오존이 유입되고 반도체 생산 설비와 산성 배기관으로 연결되어 상기 반도체 생산 설비의 산성 가스가 사용되는 공정에서 배출된 산성 배기가스가 유입되는 오존 산화기에서 제1 반응물을 생성하는 단계;
상기 오존 발생기와 제2 오존 유입관으로 연결되고 물이 채워져 있으며 상기 오존이 유입되는 오존 나노 버블 발생기에서 오존 나노 버블을 생성하는 단계;
상기 오존 나노 버블 발생기에 연결되는 제1 스프레이 장치에서 상기 오존 나노 버블을 분사하는 단계;
상기 오존 산화기와 오존 산화관으로 연결되어 상기 제1 반응물이 유입되고 상기 제1 스프레이 장치에서 상기 오존 나노 버블이 분사되며 상기 반도체 생산 설비와 알칼리 배기관으로 연결되어 상기 반도체 생산 설비의 알칼리 가스가 사용되는 공정에서 배출된 알칼리 배기가스가 유입되는 습식 중화기에서 제2 반응물을 생성하는 단계; 및
상기 제2 반응물이 입자화되어 입자화된 반응물로 유입되는 습식 전기 집진기에서 상기 입자화된 반응물을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법. - 제7항에 있어서,
중화 반응물 입자화 장치에서 상기 제2 반응물을 상기 입자화된 반응물로 제조하는 단계; 및
제2 스프레이 장치에서 상기 입자화된 반응물을 상기 습식 전기 집진기로 분사하는 단계를 더 포함하는 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법.
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