KR20050040176A - Perfluorinated compounds scrubbing system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조공정상의 에칭, 화학증착(CVD) 및 장비 세정용으로 쓰이는 가스인 함불소 화합물을 함유하고 있는 배출가스의 함불소 화합물 처리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fluorine-containing compound treatment system for exhaust gases containing fluorine-containing compounds, which are gases used for etching, chemical vapor deposition (CVD) and equipment cleaning in semiconductor manufacturing processes.
본 발명은 필터, 분리막(membrane)을 이용한 산소부화장치, 가스혼합실, 이중관형 연소실, 배기 처리장치 및 온도, 유량 등을 제어하는 전자 제어장치 등의 주요 부품으로 구성되며,The present invention is composed of a main component such as a filter, an oxygen incubator using a membrane, a gas mixing chamber, a double tube combustion chamber, an exhaust treatment device and an electronic control device for controlling temperature, flow rate, and the like.
연료와 공기 및 연료와 함불소 화합물 가스를 예혼합실에서 미리 혼합하여 분리막을 이용하여 공기 중의 산소의 농도를 증가시켜 연소용 공기로 이용하여 화염의 온도를 최소 1300 ℃ 이상으로 상승시켜 효율적인 고온 화염을 유도하고, 연소실의 구조를 외관과 내관으로 구성된 이중관형 연소실로 형성함으로써 화염의 체류시간을 연장하여 함불소 화합물 가스의 분해율을 극대화할 수 있고, 배기 가스 출구 부분에 촉매를 부착하여 다량의 질소 산화물(NOx)을 환원시켜 질소 산화물의 배출 농도를 최소화할 수 있는 효과가 있다. Fuel and air and fuel and fluorine-containing gas are mixed in advance in the pre-mixing chamber to increase the concentration of oxygen in the air by using a membrane and use it as combustion air to raise the flame temperature to at least 1300 ℃. By inducing the structure of the combustion chamber into a double-tubular combustion chamber consisting of an outer tube and an inner tube, the residence time of the flame can be extended to maximize the decomposition rate of the fluorine-containing compound gas, and a catalyst is attached to the exhaust gas outlet to provide a large amount of nitrogen. Reducing the oxide (NOx) has the effect of minimizing the emission concentration of nitrogen oxides.
Description
본 발명은 반도체 제조공정상의 에칭, 화학증착(CVD) 및 장비 세정용으로 쓰이는 가스인 함불소 화합물을 함유하고 있는 배출가스의 함불소 화합물 처리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fluorine-containing compound treatment system for exhaust gases containing fluorine-containing compounds, which are gases used for etching, chemical vapor deposition (CVD) and equipment cleaning in semiconductor manufacturing processes.
함불소 화합물(Perfluorinated compounds)은 반도체 제조공정상의 에칭, 화학증착(CVD) 및 장비 세정용으로 쓰이는 가스이다. 대표적인 함불소 화합물 가스로는 CF4, C2F6, C3F8, CHF3, NF3 및 SF6 등을 들 수 있다. 이러한 함불소 화합물(PFC)은 지구의 온실 효과를 발생시켜 지구 온난화 현상을 유발하는 가스로 알려져 있다. 이들 가스의 지구 온난화 지수(GWP)는 이산화탄소와 비교하여 약 6,000배에서 24,000배 이상 높은 매우 안정된 화합물이다.Perfluorinated compounds are gases used for etching, chemical vapor deposition (CVD) and equipment cleaning in semiconductor manufacturing processes. Representative fluorine-containing compound gases include CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , CHF 3 , NF 3 , SF 6 , and the like. This fluorine-containing compound (PFC) is known as a gas that causes the global greenhouse effect by causing the global greenhouse effect. The global warming index (GWP) of these gases is a very stable compound that is about 6,000 to 24,000 times higher than carbon dioxide.
따라서, 세계 각국은 이러한 함불소 화합물 가스 배출량의 자발적 감축에 합의하여, 종래에는 처리하지 않고 배출시키던 것을 본 발명과 같은 제거 장치를 통한 함불소 화합물 가스의 배출량의 감축이 불가피하게 되었다. 기존의 일반적인 반도체 제조 공정의 유해 가스의 처리 방법으로는 전기 열선을 이용한 고온로에 유해 가스를 흘려 보내 처리하는 방식을 들 수 있는데 이는 막대한 전기 비용과 고온 유지의 한계 온도로 인하여 함불소 화합물 가스의 처리에는 적용되지 못하고 기타 상대적으로 덜 안정된 HFC 등의 화합물의 처리에 일부 적용되고 있다. 그리고, 연소 기술에 의한 함불소 화합물의 처리 기술은 특별한 설계 기술이 적용되어야 가능하다. 즉, 보일러 등 타제품에 적용되는 연소기의 경우 화염 온도가 함불소 화합물 가스를 처리할 정도로 높지 않으며, 수소의 첨가는 손쉬운 방법이나 보관 및 사용의 위험성 등으로 반도체 제조 공장에서는 사용을 무척 꺼리고 있어 적용이 불가능한 입장이다. 따라서, 본 발명과 같이 장치 내에 부착되어있고 사용의 안전성 및 편의성이 보장된 분리막형 산소부화 장치의 적용이 최선의 방법이라 할 수 있다.Accordingly, countries around the world have agreed to voluntarily reduce the amount of fluorine-containing compound gas discharge, and it is inevitable to reduce the amount of fluorine-containing compound gas discharged through the removal device like the present invention, which was discharged without treatment. Conventional methods of treating harmful gases in semiconductor manufacturing processes include sending harmful gases to high-temperature furnaces using electric heating wires. Some applications have been applied to the treatment of compounds such as HFC that are not applicable to treatment and are relatively less stable. In addition, the treatment technology of the fluorine-containing compound by the combustion technique is possible to apply a special design technique. In other words, in the case of combustors applied to other products such as boilers, the flame temperature is not high enough to process fluorine-containing gas, and the addition of hydrogen is very reluctant to use in semiconductor manufacturing plants due to the easy method or the risk of storage and use. It is impossible. Therefore, the application of the membrane-type oxygen enrichment apparatus, which is attached to the apparatus and ensures the safety and convenience of use as in the present invention, may be considered the best method.
다른 방식으로는 흡착제나 분리막을 이용한 배출 가스 중의 함불소 화합물 가스의 분리, 회수 기술이 있으나 기술적인 한계 및 분리 효율의 저하 등의 문제점을 안고 있어 실용화 되지 못하고 있으며 향후에도 당분간은 상용화되기 힘든 기술이다.Other methods include the separation and recovery of fluorine-containing compound gas in the off-gas using adsorbents or membranes, but they are not practical due to technical limitations and deterioration of separation efficiency. .
따라서, 이러한 함불소 화합물을 처리하기에 가장 적합한 기술은 연소처리 기술인데 이러한 함불소 화합물 가스를 연소처리하기 위해서는 특수한 고온 연소기술 및 연소기 내에 함불소 화합물이 화염과 오랫동안 접촉할 수 있는 체류 시간 증대 기술이 관건이다. Therefore, the most suitable technique for treating such fluorine-containing compounds is combustion treatment technology. In order to combust the fluorine-containing gas, a special high-temperature combustion technique and a technology for increasing residence time in which the fluorine-containing compound can be in contact with the flame for a long time are used. This is the key.
앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 연료와 공기 및 연료와 함불소 화합물 가스를 예혼합실에서 미리 혼합하고 산소부화 장치(20)에서 기체분리막을 이용하여 공기 중의 산소의 농도를 증가시킨 가스를 연소용 공기로 이용하여 화염의 온도를 최소 1300 ℃ 이상으로 상승시켜 효율적인 고온 화염을 유도하고, 연소실의 구조를 외관과 내관으로 구성된 이중관형 연소실로 형성하여 화염의 체류시간을 연장하여 함불소 화합물 가스의 분해율을 극대화하는 것이다. An object of the present invention for solving the problems of the prior art as described above is to pre-mix fuel and air and fuel and fluorine-compound gas in the pre-mixing chamber and oxygen in the air by using a gas separation membrane in the oxygen enrichment apparatus 20 Using the gas with increased concentration as the combustion air, the flame temperature is raised to at least 1300 ℃ to induce efficient high temperature flame, and the structure of the combustion chamber is formed into a double-tubular combustion chamber composed of the exterior and the inner tube so that the residence time of the flame is increased. To maximize the decomposition rate of the fluorine-containing gas.
본 발명의 또 다른 목적은 배기 가스 출구 부분에 촉매를 부착하여 다량의 질소 산화물(NOx)을 환원시켜 질소 산화물의 배출 농도를 최소화하는 것이다. Still another object of the present invention is to reduce the amount of nitrogen oxide (NOx) by attaching a catalyst to the exhaust gas outlet part to reduce a large amount of nitrogen oxide (NOx).
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 함불소 화합물 처리 시스템은, 외부의 공기를 흡입하여 산소의 농도를 높여 배출할 수 있는 산소부화 장치와; 가스 연료를 공급할 수 있는 가스연료 공급원과; 상기 가스연료 공급원으로부터 공급되는 연료와 상기 산소부화 장치로부터 배출되는 높은 농도의 산소를 함유하는 부화 공기를 혼합할 수 있는 연료-공기 예혼합실과, 상기 가스연료 공급원으로부터 공급되는 연료와 함불소 화합물이 함유되어 배출되는 가스를 혼합할 수 있는 연료-함불소 화합물 예혼합실을 포함하는 예혼합 장치와; 외관의 외측면의 상부에 상기 연료-공기 예혼합실로부터 배출되는 연료-공기 혼합 기체가 주입될 수 있고 상기 외관의 외측면에 대해 경사진 적어도 하나 이상의 가스연료-공기 주입구를 형성하고, 외관의 상면에 상기 연료-함불소 화합물 예혼합실로부터 배출되는 연료-함불소 화합물이 주입될 수 있는 적어도 하나 이상의 연료-함불소 화합물 주입구를 형성한 외관과, 내벽에 설치된 하나 이상의 버너를 가지며 내부의 상부에 촉매를 설치하고 내부에 하니콤 형상의 물질을 설치한 내관을 포함하는 연소실과; 상기 연소실로부터 나오는 배기가스를 냉각시킨 후 유해 성분을 물에 용해시켜 처리할 수 있는 배기처리 장치와; 상기 산소부화 장치로부터 나오는 공기 및 가스연료 공급원으로부터 나오는 연료의 조절과 상기 연소실 내 화염 온도의 감시 및 제어를 수행할 수 있는 전자제어장치를 포함한다.The fluorine-containing compound treatment system of the present invention for achieving the above object, the oxygen enrichment device that can be discharged by increasing the concentration of oxygen by sucking the outside air; A gas fuel supply source capable of supplying gas fuel; A fuel-air premixing chamber capable of mixing fuel supplied from the gaseous fuel source and enriched air containing a high concentration of oxygen discharged from the oxygen enrichment apparatus, and fuel and fluorine-containing compounds supplied from the gaseous fuel source A premixing apparatus including a fuel-fluorine compound premixing chamber capable of mixing the contained and discharged gases; The fuel-air mixed gas discharged from the fuel-air premixing chamber may be injected into the upper portion of the outer side surface of the outer shell to form at least one gas fuel-air inlet inclined with respect to the outer side surface of the outer shell. An upper portion having an outer surface having at least one fuel-fluorine compound inlet through which the fuel-fluorine compound discharged from the fuel-fluorine compound premixing chamber can be injected, and at least one burner mounted on an inner wall thereof; A combustion chamber including an inner tube having a catalyst installed therein and a honeycomb-shaped material disposed therein; An exhaust gas treatment apparatus capable of cooling the exhaust gas emitted from the combustion chamber and dissolving harmful components in water to treat the exhaust gas; And an electronic controller capable of controlling the fuel from the air and gaseous fuel source from the oxygen enrichment device and monitoring and controlling the flame temperature in the combustion chamber.
또한, 상기 예혼합 장치의 연료-함불소 화합물 예혼합실로 함불소 화합물 가스를 보내기 전에 필터를 더 설치하여 함불소 화합물이 함유된 배출 가스의 이물질을 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, before the fluorine-containing compound gas is sent to the fuel-fluorine compound pre-mixing chamber of the pre-mixing device, a filter may be further installed to remove foreign substances in the exhaust gas containing the fluorine-containing compound.
그리고, 상기 연료-함불소 화합물 주입구는 외관의 상면에 일정 간격으로 4개 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. In addition, the fuel-fluorine compound inlet is characterized in that four are formed at regular intervals on the upper surface of the appearance.
한편, 상기 가스연료-공기 주입구는 외관의 외측면의 상부에 일정 간격으로 2개 또는 4개 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the gas fuel-air inlet is characterized in that two or four are formed at regular intervals on the upper side of the outer surface of the appearance.
또한, 상기 외관의 외측면에 대해 경사진 적어도 하나 이상의 가스연료-공기 주입구의 경사 각도는 10°인 것을 특징으로 한다.In addition, the inclination angle of the at least one gas fuel-air inlet inclined with respect to the outer surface of the appearance is characterized in that 10 °.
아울러, 상기 하니콤 형상의 물질은 상기 연소실의 내관의 내벽 내부의 상부와 하부 중 적어도 한 곳에 설치될 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the honeycomb-like material may be installed in at least one of the upper and lower portions of the inner wall of the inner tube of the combustion chamber.
그리고, 상기 하니콤 형상의 물질은 금속 망 또는 세라믹 망인 것을 특징으로 한다.And, the honeycomb material is characterized in that the metal mesh or ceramic mesh.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 이하에서 설명될 도 1 내지 도 5에서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention in more detail. Like reference numerals denote like elements in FIGS. 1 to 5 to be described below.
도 1은 본 발명에 따른 산소부화 방식을 이용한 함불소 화합물 처리 시스템의 구성을 보여주는 회로적인 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 함불소 화합물 처리 시스템의 연소실의 상면도이며, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다. 1 is a circuit block diagram showing a configuration of a fluorine-containing compound processing system using an oxygen enrichment method according to the present invention, Figure 2 is a top view of the combustion chamber of the fluorine-containing compound processing system according to an embodiment of the present invention, 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이 본 발명의 함불소 화합물 처리 시스템은, 외부의 공기를 흡입하여 산소의 농도를 높여 줄 수 있는 산소부화 장치(20)와; 가스 연료를 공급할 수 있는 가스연료 공급원(40)과; 상기 가스연료 공급원(40)으로부터 공급되는 연료와 상기 산소부화 장치(20)로부터 배출되는 높은 농도의 산소를 함유하는 산소 부화 공기를 혼합할 수 있는 연료-공기 예혼합실과, 상기 가스연료 공급원(40)으로부터 공급되는 연료와 함불소 화합물이 함유되어 배출되는 가스를 혼합할 수 있는 연료-함불소 화합물 예혼합실을 포함하는 예혼합 장치(30)와; 외측면의 상부에 상기 연료-공기 예혼합실로부터 배출되는 연료-공기 혼합 기체가 주입될 수 있는 적어도 하나 이상의 경사진 가스연료-공기 주입구(52)를 형성하고 상면에 상기 연료-함불소 화합물 예혼합실로부터 배출되는 연료-함불소 화합물이 주입될 수 있는 적어도 하나 이상의 경사진 연료-함불소 화합물 주입구(51)를 형성한 외관(56)과, 내벽(57')에 설치된 하나 이상의 버너(55)를 가지며 내부의 상부에 촉매(54)를 설치하고 내부에 하니콤 형상의 물질(53)을 설치한 내관(57)을 포함하는 연소실(50)과; 상기 연소실(50)로부터 나오는 배기가스를 냉각시킨 후 유해 성분을 물에 용해시켜 처리할 수 있는 배기처리 장치(60)와; 상기 산소부화 장치(20)로부터 나오는 공기 및 가스연료 공급원(40)으로부터 나오는 연료의 조절과 상기 연소실(50) 내 화염 온도의 감시 및 제어를 수행할 수 있는 전자제어장치(70)를 포함한다. 1 to 3, the fluorine-containing compound treatment system of the present invention, the oxygen enrichment device 20 that can increase the concentration of oxygen by sucking the outside air; A gas fuel supply source 40 capable of supplying gas fuel; A fuel-air premixing chamber capable of mixing the fuel supplied from the gaseous fuel source 40 and the oxygen enriched air containing high concentration of oxygen discharged from the oxygen enrichment apparatus 20, and the gaseous fuel source 40 A pre-mixing device 30 including a fuel-fluorine compound premixing chamber capable of mixing the fuel supplied from the gas and the gas discharged by containing the fluorine-containing compound; At least one inclined gaseous fuel-air inlet 52 through which the fuel-air mixture gas discharged from the fuel-air premixing chamber can be injected is formed on the upper side of the fuel-air fluorine compound example At least one burner 55 provided on the inner wall 57 'and an exterior 56 having at least one inclined fuel-fluorine compound inlet 51 through which the fuel-fluorine compound discharged from the mixing chamber can be injected. A combustion chamber (50) having an inner tube (57) having an inner portion (57) and having a catalyst (54) installed thereon and a honeycomb-like material (53) therein; An exhaust gas treatment device 60 capable of cooling the exhaust gas from the combustion chamber 50 and then dissolving the hazardous component in water to treat the exhaust gas; And an electronic controller 70 capable of controlling the fuel from the air and gas fuel source 40 coming from the oxygen enrichment device 20 and monitoring and controlling the flame temperature in the combustion chamber 50.
그리고 상기 예혼합 장치(30)의 연료-함불소 화합물 예혼합실로 함불소 화합물 가스를 보내기 전에 필터(10)를 더 설치하여 함불소 화합물이 함유된 배출 가스의 이물질을 제거할 수 있는데 이 필터(10)로 프리필터, 카본 필터, HEPA 필터, 광촉매 필터, 또는 나노실버 필터를 사용할 수 있으며, 필요에 따라서는 설치하지 않을 수도 있다. And before sending the fluorine-containing compound gas to the fuel-fluorine compound pre-mixing chamber of the pre-mixing device 30, the filter 10 may be further installed to remove foreign substances in the exhaust gas containing the fluorine-containing compound. 10) a prefilter, a carbon filter, a HEPA filter, a photocatalyst filter, or a nanosilver filter may be used and may not be installed if necessary.
상기 산소부화 장치(20)는 내부에 기체분리막을 설치하고 있는데 이 기체분리막은 외부로부터의 흡입 공기의 산소의 농도를 높여 배출할 수 있는 것이라면 제올라이트, 평막형 또는 중공사막형 멤브레인(membrane) 등을 포함하여 어떤 형태의 것이라도 무방하며, 기체분리막을 제조하는 것과 그 원료 물질로서 사용되는 것 등은 이미 잘 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. The oxygen enrichment device 20 is provided with a gas separation membrane therein, the gas separation membrane is a zeolite, flat membrane or hollow fiber membrane (membrane), etc., if the gas separation membrane can be discharged by increasing the concentration of oxygen from the intake air from the outside It may be of any type, including, and the production of a gas separation membrane and used as its raw material is well known, so a detailed description thereof will be omitted.
그리고, 상기 가스연료 공급원(40)의 가스연료는 연소실 내에서 착화시 고온의 화염을 발생할 수 있는 것이라면 어떤 종류의 것이라도 사용할 수 있지만, 경제성 등의 측면을 고려할 때 LPG 또는 LNG를 사용하는 것이 바람직하다.The gas fuel of the gas fuel source 40 may be any kind of gas as long as it can generate a high temperature flame when it is ignited in a combustion chamber, but LPG or LNG is preferably used in consideration of economical aspects. Do.
상기 예혼합 장치(30)는 연료-공기 예혼합실과 연료-함불소 화합물 예혼합실의 두 예혼합실로 나뉘어 구성되어 있는데, 연료-공기 예혼합실에서는 가스연료 공급원(40)으로부터 공급되는 연료와 상기 산소부화 장치(20)로부터 배출되는 높은 농도의 산소를 함유하는 산소 부화 공기를 혼합하여 연소실의 연료-공기 주입구(52)로 보내고, 연료-함불소 화합물 예혼합실에서는 상기 가스연료 공급원(40)으로부터 공급되는 연료와 함불소 화합물이 함유되어 배출되는 가스를 혼합하여 연소실의 연료-함불소 화합물 주입구(51)로 주입할 수 있도록 되어 있다. The premixing device 30 is divided into two premixing chambers, a fuel-air premixing chamber and a fuel-fluorine compound premixing chamber. In the fuel-air premixing chamber, the fuel supplied from the gas fuel source 40 The oxygen enriched air containing the high concentration of oxygen discharged from the oxygen enrichment device 20 is mixed and sent to the fuel-air inlet 52 of the combustion chamber, and the gas fuel source 40 is supplied in the fuel-fluorine compound premixing chamber. Fuel and the fluorine-containing compound and the gas discharged are mixed and injected into the fuel-fluorine compound inlet 51 of the combustion chamber.
상기 연소실(50)의 외관(56)의 상면에는 연료-함불소 화합물 주입구(51)가 일정 간격으로 4개 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나 이에 제한되지는 않으며 하나 이상 다수개로 형성될 수 있다. Although four fuel-fluorine compound inlets 51 are formed on the upper surface of the exterior 56 of the combustion chamber 50 at a predetermined interval, the present invention is not limited thereto and may be formed in one or more.
또한, 연소실(50)의 외관(56)의 외측면의 상부에 연료-공기 주입구(52)는 상기 외관(56)의 외측면에 대해 경사지게 형성되고 또한 일정 간격으로 2개 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나 하나 이상 다수개로 형성할 수 있으며, 예컨대 도 4의 본 발명의 다른 실시예에 따른 함불소 화합물 처리 시스템의 연소실의 상면도에서 보는 바와 같이 4개를 형성할 수 있다.In addition, the fuel-air inlet 52 is shown to be inclined with respect to the outer surface of the outer surface 56 and two at regular intervals on the upper side of the outer surface 56 of the combustion chamber 50. However, one or more can be formed, for example, as shown in the top view of the combustion chamber of the fluorine-containing compound treatment system according to another embodiment of FIG.
상기 연소실(50)의 외관(56)의 외측면의 상부에는 가스연료-공기 주입구(52)를 상기 외관(56)의 외측면에 대해 경사지게 형성하는데, 그 경사 각도는 10°가 되는 것이 바람직하나 이에 제한되지는 않는다.The gas fuel-air inlet 52 is formed to be inclined with respect to the outer surface of the outer shell 56 at an upper portion of the outer surface of the outer shell 56 of the combustion chamber 50, but the inclination angle is preferably 10 °. It is not limited to this.
한편, 위와 같이 가스연료-공기 주입구(52)를 연소실(50)의 외관(56)의 외측면에 대해 경사지게 형성하는 이유는 상기 주입구(52)를 통해 일정 유속으로 경사지게 주입됨으로써 가스연료-공기가 연소실 내관(57)의 외측면을 따라 나선형으로 회전하면서 하향 이동할 수 있도록 하기 위해서이다. 이때 이와 같이 하향 이동하는 가스연료-공기는 가스 연료-함불소 화합물 주입구(51)로부터 주입되는 가스연료-함불소 화합물과 섞여 아래로 이동하는데 버너(55)에 의한 점화시 나선형 모양의 화염을 형성하면서 하향 이동할 수 있게 되며 다시 이 화염은 연소실의 내관 입구(58)를 통해 내관의 안으로 진입할 수 있게 된다. On the other hand, the reason for forming the gas fuel-air inlet 52 inclined with respect to the outer surface of the outer surface 56 of the combustion chamber 50 as described above is that the gas fuel-air is inclined at a constant flow rate through the inlet 52 This is to allow downward movement while rotating helically along the outer surface of the combustion chamber inner tube 57. At this time, the gas fuel-air moving downward in this way is mixed with the gas fuel-fluorine compound injected from the gas fuel-fluorine compound inlet 51 and moves downward to form a spiral flame upon ignition by the burner 55. It can move downward while the flame can enter the inner tube through the inner tube inlet 58 of the combustion chamber.
도 3을 참조하면, 하니콤(honeycomb) 형상의 물질(53)은 화염의 온도 및 복사열을 증진시키기 위한 것으로서 상기 연소실(50)의 내관(57)의 내벽(57')의 하부에 설치되어 있는 것으로 도시되어 있으나 이에 제한되지는 않으며 상부에 설치될 수도 있고 상부와 하부 모두에 설치될 수도 있다. 그리고 하니콤(honeycomb) 형상의 물질(53)은 금속 망 또는 세라믹 망으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the honeycomb-shaped material 53 is provided on the lower portion of the inner wall 57 ′ of the inner tube 57 of the combustion chamber 50 to enhance flame temperature and radiant heat. Although illustrated as being limited thereto, the present invention may be installed at the upper side or may be installed at both the upper side and the lower side. The honeycomb-shaped material 53 may be formed of a metal mesh or a ceramic mesh.
상기 내관(57) 내부의 상부에는 촉매(54)가 설치되어 있는데 이는 가스연료-공기와 가스연료-함불소 화합물이 서로 섞여 화염의 이동을 따라 흐르면서 연소에 의해 함불소 화합물을 분해하고 나서 이에 따른 부산물 중 하나인 질소 산화물(NOx)을 내관 출구(59)로 배출하기 전에 환원시켜 질소 산화물의 배출 농도를 최소화하기 위한 것이다.A catalyst 54 is installed at an upper portion of the inner tube 57, and gas fuel-air and gas fuel-fluorine compounds are mixed with each other and flow along the movement of the flame to decompose the fluorine-containing compounds by combustion. Nitrogen oxide (NOx), which is one of the by-products, is reduced before discharge to the inner tube outlet 59 to minimize the concentration of nitrogen oxides.
상기 배기처리 장치(60)는 연소실(50)로부터 나오는 배기가스를 냉각시킨 후 유해 성분을 물에 용해시켜 처리할 수 있는 것이라면 어떤 형태의 것이라도 무방하다.The exhaust treatment apparatus 60 may be of any type as long as it can cool the exhaust gas from the combustion chamber 50 and dissolve the harmful components in water.
상기 전자제어장치(70)는 산소부화 장치(20)로부터 나오는 공기 및 가스연료 공급원(40)으로부터 나오는 연료의 조절과 상기 연소실(50) 내 화염 온도의 감시 및 제어를 수행할 수 있도록 되어 있는데, 여기에서 연료-공기 예혼합실로 공급되는 연료와 연료-함불소 화합물 예혼합실로 공급되는 연료를 각각 별도로 제어할 수 있다. The electronic controller 70 is capable of controlling the air from the oxygen enrichment device 20 and the fuel from the gas fuel supply source 40 and monitoring and controlling the flame temperature in the combustion chamber 50. Herein, the fuel supplied to the fuel-air premixing chamber and the fuel supplied to the fuel-fluorine compound premixing chamber may be separately controlled.
도 5는 본 발명의 산소부화 방식을 이용한 함불소 화합물 처리 방법을 단계별로 도시하는 도면이다.5 is a step-by-step diagram illustrating a fluorine-containing compound treatment method using the oxygen enrichment method of the present invention.
위에서 설명한 본 발명에 따른 함불소 화합물 처리 장치의 구성에 대한 설명과 도 5를 참조하여 함불소 화합물을 처리하는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다. Referring to the description of the configuration of the fluorine-containing compound processing apparatus according to the present invention described above and the process of treating the fluorine-containing compound with reference to FIG.
우선, 가스연료 공급원(40)을 통해 가스연료를 각각 예혼합 장치(30)의 두 예혼합실로 공급한다. First, gas fuel is supplied to the two premixing chambers of the premixing device 30 through the gas fuel supply source 40, respectively.
이와는 별도로, 함불소 화합물이 함유된 배출 가스에 함유된 고체 성분을 제거하기 위해 상기 배출 가스를 필터(10)에 의해 여과하여 배출시킨다.Separately, the exhaust gas is filtered off by the filter 10 to remove the solid component contained in the exhaust gas containing the fluorine-containing compound.
이어서, 필터(10)를 통과한 상기 배출 가스는 관을 통해 예혼합 장치(30)의 연료-함불소 화합물 예혼합실로 보내지고 여기서 미량의 LNG 나 LPG 등의 가스연료와 혼합되어 함불소 화합물과 가스연료의 혼합 기체가 만들어진다. Subsequently, the exhaust gas which has passed through the filter 10 is sent to the fuel-fluorine compound premixing chamber of the premixing device 30 through a tube, where it is mixed with a small amount of gas fuel such as LNG or LPG and mixed with a fluorine-containing compound. A mixed gas of gaseous fuel is produced.
한편, 공기(Air)는 공기 흡입관을 통해 산소 부화장치(20)로 보내지며, 높은 농도의 산소가 함유된, 즉 산소가 부화된 공기는 연료-공기 예혼합실으로 보내져서 가스연료와 혼합되어 연료와 공기의 혼합기체가 만들어진다.On the other hand, the air (Air) is sent to the oxygen incubator 20 through the air intake pipe, the air containing a high concentration of oxygen, that is oxygen enriched is sent to the fuel-air premixing chamber and mixed with the gaseous fuel A mixture of fuel and air is produced.
이와 같이 준비된 2가지의 혼합기체는 각각 연료-공기 주입관(52)과 연료-함불소 화합물 주입관(51)을 통해 연소실(50)로 보내진다. 연소실(50)에서는 연료-공기 혼합기체에 착화하여 고온의 화염을 형성하고 연료-함불소 화합물 혼합기체는 연소실 상단에서 연소실 내에 골고루 주입하기위해 2개 또는 4개의 연료-함불소 화합물 주입관(51)으로 나누어져서 연소실 안으로 보내진다. 연료-공기 혼합기체는 2개의 연료-공기 주입관(52)으로부터 경사지게 주입되어 연소실(50) 내에 내관(57)의 접선 방향을 따라 경사지게 연소실 측면 상부로부터 주입되고 착화기로 화염을 형성한다. 형성된 화염 및 함불소 화합물 가스는 연소실(50)의 외관(56)의 내벽과 내관(57) 사이의 통로를 따라 나선형 모양의 화염이 형성되어 상부에서 하부로 화염이 내려가며, 외관(56) 하단에 도착한 화염은 내관(57)으로 진입한다. 내관(57)에서는 상부와 하부 중 적어도 하나에 금속망을 설치하여 복사 열전달을 촉진하고 내관의 내벽(57')에 중앙으로 향하는 내부 화염 버너를 설치하여 화염의 고온 상태를 유지시킨다. 이러한 과정 중 함불소 화합물 가스는 화염의 흐름을 따라 같이 흐르면서 장시간의 체류 시간 동안 반응하여 완전 분해되며, 반응 후의 배기가스는 내관 출구(59)를 통해 연소실 밖으로 보내진다.The two mixed gases thus prepared are sent to the combustion chamber 50 through the fuel-air injection pipe 52 and the fuel-fluorine compound injection pipe 51, respectively. In the combustion chamber 50, the fuel-air mixture gas is complexed to form a high temperature flame, and the fuel-fluorine compound mixture gas is injected at two or four fuel-fluorine compound injection tubes 51 evenly to be injected into the combustion chamber at the top of the combustion chamber. Divided into) and sent into the combustion chamber. The fuel-air mixture gas is injected obliquely from two fuel-air injection pipes 52 to be injected from the upper side of the combustion chamber inclined along the tangential direction of the inner tube 57 in the combustion chamber 50 and forms a flame with the igniter. The flame and the fluorine-containing compound gas are formed in a spiral flame along a passage between the inner wall of the outer casing 56 and the inner tube 57 of the combustion chamber 50 so that the flame descends from the upper part to the lower part. The flame arrived at enters the inner tube (57). In the inner tube 57, a metal mesh is installed on at least one of the upper part and the lower part to promote radiant heat transfer, and an inner flame burner directed to the center is installed on the inner wall 57 'of the inner tube to maintain a high temperature state of the flame. During this process, the fluorine-containing gas reacts for a long residence time while flowing together along the flow of the flame to be completely decomposed, and the exhaust gas after the reaction is sent out of the combustion chamber through the inner tube outlet 59.
이어서, 함불소 화합물이 고온에서 분해됨에 따른 부산물인 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O), 불산(HF) 등으로 구성된 배기가스는 배기가스 처리장치로 보내진다.Subsequently, the exhaust gas composed of carbon dioxide (CO 2 ), water vapor (H 2 O), hydrofluoric acid (HF), and the like, which are by-products of the decomposition of the fluorine-containing compound at a high temperature, is sent to the exhaust gas treating apparatus.
상기 배기가스 처리장치에서는 우선 배기가스를 냉각시킨 후 배기가스 중의 유해 성분을 물에 용해시켜 처리한다. In the exhaust gas treating apparatus, first, the exhaust gas is cooled, and then harmful components in the exhaust gas are dissolved and treated in water.
이러한 일련의 처리과정에서, 공기 및 연료의 조절, 화염온도의 감시 및 제어 등은 제어장치를 통해 처리한다. In this series of processes, the control of air and fuel, the monitoring and control of flame temperatures, etc., are handled through control devices.
본 발명에 관한 장치를 제작하여 예비 실험을 수행한 결과 함불소 화합물 가스 중 C2F6를 질소 가스에 희석하여 함불소 화합물 가스의 제거율을 측정한 결과 최고 99%의 제거율을 나타냄을 확인하여, 본 장치의 함불소 화합물의 무해화 처리 가능성을 실증하였다.As a result of preparing a device according to the present invention and performing a preliminary experiment, C 2 F 6 in the fluorine-containing compound gas was diluted with nitrogen gas, and the removal rate of the fluorine-containing compound gas was measured to confirm that the removal rate was 99%. It demonstrated the possibility of the detoxification treatment of the fluorine-containing compound of this apparatus.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. As described above, those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, it is to be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the appended claims and their equivalents, rather than the detailed description, are included in the scope of the present invention.
이상에서 상술한 바와 같은 구성에 따른 본 발명은 연료와 공기 및 연료와 함불소 화합물 가스를 예혼합실에서 미리 혼합하여 분리막을 이용하여 공기 중의 산소의 농도를 증가시켜 연소용 공기로 이용하여 화염의 온도를 최소 1300 ℃ 이상으로 상승시켜 효율적인 고온 화염을 유도하고, 연소실의 구조를 외관과 내관으로 구성된 이중관형 연소실로 형성함으로써 화염의 체류시간을 연장하여 함불소 화합물 가스의 분해율을 극대화할 수 있는 효과가 있다. The present invention according to the configuration as described above in the fuel and air and the fuel and the fluorine-containing compound gas in advance in the pre-mixing chamber to increase the concentration of oxygen in the air by using a separation membrane of the flame using the air for combustion Increase the temperature to at least 1300 ℃ to induce efficient high temperature flame, and by forming the structure of the combustion chamber into a double-tubular combustion chamber consisting of the appearance and inner tube to extend the residence time of the flame to maximize the decomposition rate of the fluorine-containing gas There is.
또한, 본 발명은 배기 가스 출구 부분에 촉매를 부착하여 다량의 질소 산화물(NOx)을 환원시켜 질소 산화물의 배출 농도를 최소화할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of minimizing the emission concentration of nitrogen oxides by reducing a large amount of nitrogen oxides (NOx) by attaching a catalyst to the exhaust gas outlet portion.
도 1은 본 발명에 따른 산소부화 방식을 이용한 함불소 화합물 처리 시스템의 구성을 보여주는 회로적인 블록도이고;1 is a circuit block diagram showing the configuration of a fluorine-containing compound processing system using an oxygen enrichment method according to the present invention;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 함불소 화합물 처리 시스템의 연소실의 상면도이고; 2 is a top view of a combustion chamber of a fluorine-containing compound treatment system according to an embodiment of the present invention;
도 3은 도 2의 A-A선 단면도이며;3 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 2;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 함불소 화합물 처리 시스템의 연소실의 상면도이고;4 is a top view of a combustion chamber of a fluorine-containing compound treatment system according to another embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 산소부화 방식을 이용한 함불소 화합물 처리 방법을 처리 단계별로 도시하는 도면이다.5 is a view showing step by step treatment of the fluorine-containing compound treatment method using the oxygen enrichment method of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* * Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10 : 필터 20 : 산소부화 장치10 filter 20 oxygen incubator
30 : 예혼합 장치 40 : 가스연료 공급원30: premixing device 40: gas fuel supply source
50 : 연소실 51 : 연료-함불소 화합물 주입구50: combustion chamber 51: fuel-fluorine compound inlet
52 : 연료-공기 주입구 53 : 금속망(또는 하니컴 형상의 물질)52 fuel-air inlet 53 metal mesh (or honeycomb-like material)
54 : 촉매 55 : 버너54: catalyst 55: burner
56 : 연소실 외관 57 : 연소실 내관56: combustion chamber appearance 57: combustion chamber inner tube
57' : 연소실 내관의 내벽 58 : 내관 입구57 ': inner wall of combustion chamber inner pipe 58: inner pipe entrance
59 : 내관 출구 60 : 배기처리 장치59: internal pipe outlet 60: exhaust treatment device
70 : 전자제어 장치70: electronic control device
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100844531B1 (en) * | 2007-05-28 | 2008-07-08 | 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 | Device for purifying exhausted gas |
| KR20200017232A (en) | 2018-08-08 | 2020-02-18 | 한국가스안전공사 | Processing system for industrial gases comprising fluorine gas and method for treating fluorine gas using thereof |
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2003
- 2003-10-27 KR KR1020030075256A patent/KR20050040176A/en not_active Application Discontinuation
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