KR20070009797A

KR20070009797A - 유해가스 연소분해 장치

Info

Publication number: KR20070009797A
Application number: KR1020050063688A
Authority: KR
Inventors: 손원수
Original assignee: (주)세미안테크놀러지
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2007-01-19

Abstract

이 발명은 LPG 또는 LNG와 공기를 혼합한 혼합가스를 열원으로 하여 유해가스를 비롯하여 지구온난화 가스까지 처리하는 유해가스 연소분해 장치에 관한 것으로서, 반응기와, LNG(Liquefied Natural Gas) 또는 LPG(Liquefied Petroleum Gas)와 공기를 혼합한 혼합가스를 반응기의 일측으로 공급하는 수단과, 반응기의 내측면과 일정 간격을 두고 그 내부에 설치되며 다수의 구멍을 갖도록 메탈 화이바(metal-fiber)로 제작된 다공성 챔버와, 다공성 챔버의 구멍들을 통해 다공성 챔버의 외측에서 내부로 공급되는 혼합가스를 점화시키는 점화수단, 및 반응기에서 산화반응 후 유동하는 폐기가스에 물을 분사하여 냉각하고 세정하는 수단을 포함한다. 이 발명은 LPG 또는 LNG와 공기를 혼합한 혼합가스를 그 열원으로 하여 메탈 화이바로 제작된 다공성 챔버의 외측에서 내부로 공급하여 유해가스를 고온에서 산화분해 시킴으로써, 서로 간에 결합력이 강한 유해가스를 비롯하여 지구온난화 가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

Description

유해가스 연소분해 장치{BURNING-TYPE SCRUBBER FOR TREATING WASTE GAS}

도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 유해가스 연소분해 장치의 구성관계를 도시한 상세도이고,

도 2는 도 1에 도시된 다공성 챔버 내부로 혼합가스와 폐기가스가 공급되는 형태를 도시한 개략도이며,

도 3은 도 2에 도시된 다공성 챔버의 두께방향으로의 가스온도 분포를 도시한 개념도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

110 : 반응기 111 : 유입관

120 : 혼합가스 공급수단 121 : 혼합기

122 : 블로워 130 : 다공성 챔버

140 : 점화수단 150 : 냉각수단

160 : 제1 세정수단 170 : 제2 세정수단

180 : 수분제거수단 190 : 회수탱크

이 발명은 전자장비 및 반도체 제조 산업에서 발생하는 유해가스를 함유하는 폐기가스를 처리하는 연소분해 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 LPG 또는 LNG와 공기를 혼합한 혼합가스를 열원으로 하여 유해가스를 비롯하여 지구온난화 가스까지 처리하는 유해가스 연소분해 장치에 관한 것이다.

전자장치 및 반도체 제조산업에서는 아르신(AsH₃ ; 수소화비소), 포스핀(PH₃), 디보란(B₂H₆) 및 모노실란(SiH₄)으로 대표되는 가스 상태의 유해물질을 포함하는 폐기가스가 반도체 제조공정의 여러 단계에서 발생한다. 이러한 폐기가스는 인체에 매우 유해하기 때문에, 대기 중으로 폐기가스를 방출하기에 앞서 폐기가스에 포함된 유해물질의 완벽한 제거가 반드시 이루어져야 한다. 이러한 유해물질을 효과적으로 제거 또는 중화시키기 위한 방법으로는 연소, 습식(wetting) 및 흡착방법과 같은 다양한 방법들이 공지되어 있다.

이들 방법 중에서, 습식 및 흡착방법은 그 사용법이 쉬워 폐기가스를 해독처리 하는데 많이 사용되는 기술로서, 이 때 흡착제에 흡착되거나 물에 수용된 폐기가스는 제조 시스템으로부터 안전하게 방출된다. 그러나 습식 및 흡착방법에 있어서, 물과 흡착제는 유해물질을 포함하고 있기 때문에 이러한 유해물질을 제독하기 위해 정교한 2차 처리장치로 반송되어야만 한다. 또한, 작업 중에 물 및 흡착제를 여러 번 교체하거나 활성화시켜야만 한다.

연소방법은 800℃ 정도의 고온에서 폐기가스 내의 유해물질을 산화분해 시키는 기술로서, 가스 상태의 유해물질을 산화물 형태의 고형 미세입자들로 변환하여 제거한다. 가스 상태의 유해물질들 중에서, 아르신(Arsine)은 산화 방법에 따라 산화비소(Arsenic oxide ; As₂O₃, As₂O₅)로, 포스핀(Phosphine)은 오산화인(Phorphorus pentoxide ; P₂O₅5)로, 실란은 산화규소(SiO, SiO₂)로 산화 변환된다. 산화된 이들 고형물질들은 대부분 연소로로부터 방출되지만 일부는 연소로의 히터외부면과 벽면에 부착된다. 이렇게 고형물질들이 연소로의 히터 외부면에 부착되면, 히터의 열효율이 떨어지게 되어 연소로에서 폐기가스의 적절한 산화연소가 이루어 지지 않는다. 따라서 히터 외부면을 정기적으로 세정해 주어야 하는 불편함이 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위한 기술로는 이 출원인에 의해 출원되어 대한민국 공개특허공보 제2004-0020238호에 공지된 폐기가스 처리를 위한 연소식 처리장치가 있다. 이 기술은 반응기 외부관 내에 알루미나(Al₂O₂)와 같은 세라믹 재질로 구성된 다공성 챔버를 배치하되, 폐기가스의 산화연소에 필요한 열을 발생시키는 히터를 감싸도록 배치 구성하였다. 이 기술은 폐기가스를 다공성 챔버의 내부로 공급하고, 공기를 다공성 챔버에 형성된 다수의 구멍을 통해 외측에서 내부로 공급함으로써, 연소시에 발생하는 고형물질이 히터의 표면에 부착되는 것을 방지하도록 구성하였다.

그러나 이 기술은 이 분야에서 일반적으로 채택하고 있는 히터를 그 열원으 로 하기 때문에, 가열에 한계가 있다. 따라서 서로 간에 결합력이 강한 유해가스를 비롯하여 지구온난화 가스를 산화분해 시켜 제거하는 데 어려움이 있다. 또한, 이 기술은 다공성 챔버를 세라믹으로 구성하기 때문에, 생산원가가 높고 제작에 어려움이 있을 뿐만 아니라 열화로 인해 크랙(crack)이 발생하는 등 파손의 우려가 있다.

이 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, LPG 또는 LNG와 공기를 혼합한 혼합가스를 그 열원으로 하여 메탈 화이바로 제작된 다공성 챔버의 외측에서 내부로 공급하여 유해가스를 고온에서 산화분해 시킴으로써, 서로 간에 결합력이 강한 유해가스를 비롯하여 지구온난화 가스를 효율적으로 제거하는 유해가스 연소분해 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이 발명은 반응기와, LNG(Liquefied Natural Gas) 또는 LPG(Liquefied Petroleum Gas)와 공기를 혼합한 혼합가스를 반응기의 일측으로 공급하는 수단과, 반응기의 내측면과 일정 간격을 두고 그 내부에 설치되며 다수의 구멍을 갖도록 메탈 화이바(metal-fiber)로 제작된 다공성 챔버와, 다공성 챔버의 구멍들을 통해 다공성 챔버의 외측에서 내부로 공급되는 혼합가스를 점화시키는 점화수단, 및 반응기에서 산화반응 후 유동하는 폐기가스에 물을 분사하여 냉각하고 세정하는 수단을 포함한다.

이 발명의 다공성 챔버는 3~4㎜의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 다공성 챔버의 구멍 직경이 60~150㎛인 것이 더욱 바람직하다.

아래에서, 이 발명에 따른 유해가스 연소분해 장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 유해가스 연소분해 장치의 구성관계를 도시한 상세도이고, 도 2는 도 1에 도시된 다공성 챔버 내부로 혼합가스와 폐기가스가 공급되는 형태를 도시한 개략도이며, 도 3은 도 2에 도시된 다공성 챔버의 두께방향으로의 가스온도 분포를 도시한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 유해가스 연소분해 장치는 폐기가스를 공급받아 그곳에 함유된 유해가스를 산화반응시킬 수 있는 공간을 갖는 반응기(110)와, LNG(Liquefied Natural Gas) 또는 LPG(Liquefied Petroleum Gas)와 공기를 혼합한 혼합가스를 반응기의 일측으로 공급하는 혼합가스 공급수단(120)과, 반응기의 내측면과 일정 간격을 두고 그 내부에 설치되어 혼합가스를 균일하게 내부쪽으로 공급하는 다공성 챔버(130)와, 다공성 챔버의 내부로 공급되는 혼합가스를 점화시키는 점화수단(140)과, 반응기의 하단에 결합되어 산화반응 후 유동하는 폐기가스에 물을 분사하여 냉각하는 냉각수단(150)과, 냉각된 폐기가스에 물을 분사하여 산화반응에 의해 생성된 고형물질을 순차적으로 제거하는 세정수단과, 세정가스에 포함된 수분을 제거한 후 대기로 배기하는 수분제거수단(180), 및 세정수단의 하단에 결합되어 냉각 및 세정시에 세정가스에서 분리된 고형물질이 포함된 물 을 회수하는 회수탱크(190)로 구성된다.

반응기(110)는 일반적인 반응기와 동일 유사하게 일정 내부 용적을 갖도록 구성된 것으로서, 그 상단에는 유해가스를 함유한 폐기가스가 유입되는 다수의 유입관(111)이 설치되고, 유입관(111)의 일측에는 혼합가스를 점화시키는 점화수단이 설치된다.

혼합가스 공급수단(120)은 그 일단이 반응기(110)의 일측에 연통하여 설치되는 것으로서, LNG 또는 LPG와 공기를 혼합하는 혼합기(121)와, 혼합기(121)에서 혼합된 혼합가스를 반응기(110)로 공급하는 블로워(122)로 구성된다.

다공성 챔버(130)는 반응기(110)의 일측으로 공급되는 혼합가스를 균일하게 내부쪽으로 공급하는 것으로서, 균일한 크기의 구멍을 다수개 갖도록 구성된다. 또한, 다공성 챔버(130)는 도 2와 같이 그 구멍들을 통해 혼합가스(N₂+0₂, LNG 또는 LPG)가 그 외측에서 내부로 연속적으로 공급되기 때문에, 산화반응시에 생성되는 고형물질이 그 표면에 부착되는 것을 예방하는 역할도 한다. 이러한 다공성 챔버(130)는 반응기(110)의 내측면과 일정 간격을 두고 그 내부에 설치될 수 있도록 반응기(110)보다 작게 구성된다. 또한, 다공성 챔버(130)는 반응기(110)에 대응하는 형상으로 구성된다.

이 실시예의 다공성 챔버(130)는 재질의 특성상 내열성이 우수하고 그 제작공정이 용이한 메탈 화이바(metal-fiber)로 구성된다. 메탈 화이바로 다공성 챔버(130)를 구성할 경우에는 그 기공율을 세라믹 재질로 구성하는 것 보다 크게 향상 시킬 수 있다. 예를 들어, 다공성 챔버를 세라믹 재질로 구성할 경우에는 그 기공율이 대략 40%정도이지만, 메탈 화이바로 구성할 경우에는 그 기공율이 대략 60~70%정도이다. 따라서 이 실시예와 같이 메탈 화이바로 다공성 챔버(130)를 구성함으로써 반응기(110)내의 화염온도를 더욱 높일 수 있다.

이 실시예의 다공성 챔버(130)는 도 3과 같은 두께방향의 온도분포를 갖는다. 즉, 다공성 챔버(130)는 외측에서 일정 두께까지는 거의 동일한 온도를 분포를 갖다가 그 이후에는 점진적으로 증가하여 내측면에서 가장 높은 온도분포를 갖는다. 이 발명은 LNG 또는 LPG와 공기를 혼합한 혼합가스를 그 열원으로 하기 때문에 다공성 챔버(130)의 내측면과 그 인접부위의 온도가 대략 800~850℃까지 고온으로 상승한다. 따라서 이 발명에서는 서로 간에 결합력이 강한 유해가스를 비롯하여 지구온난화 가스를 고온의 열로 다공성 챔버(130)의 내측면과 그 인접부위에서 표면 산소반응시켜 제거한다.

또한, 이 실시예의 다공성 챔버(130)는 그 두께를 3~4㎜로 구성하고, 각 구멍의 직경을 60~150㎛로 형성하는 것이 바람직하다. 그 두께를 3㎜ 미만으로 구성할 경우에는 구조적 안정성을 갖지 못하고, 4㎜ 초과할 경우에는 이종재료를 이용함에 따른 제조상의 문제점이 발생한다. 또한, 그 구멍을 60㎛ 미만으로 형성할 경우에는 기공율이 낮아지기 때문에 혼합가스를 공급하는 공급압력이 높아지는 단점이 발생하고, 150㎛ 초과할 경우에는 공급되는 혼합가스의 입자가 커지기 때문에 불꽃이 붙지 않는 문제점이 발생한다.

점화수단(140)은 다공성 챔버(130)의 내부로 공급되는 혼합가스에 불꽃을 제 공하여 점화시키는 것으로서, LNG 또는 LPG와 공기를 별도로 공급받아 점화된 상태를 연속적으로 유지하도록 구성된다.

냉각수단(150)은 반응기(110)의 하단에 결합되어 산화반응 후 유동하는 폐기가스에 물을 분사하여 냉각하는 것으로서, 산화반응에 의해 생성된 고형물질을 일부 제거하는 기능도 한다. 또한, 냉각수단(150)은 물을 분사함으로써 고형물질이 내벽에 부착되는 것을 방지하는 역할도 있다.

세정수단은 냉각수단(150)의 하단에 결합되어 냉각된 후 유동하는 폐기가스에 직교방향으로 물을 분사하여 고형물질을 1차 세정하여 제거하는 제1 세정수단(160)과, 제1 세정수단(160)의 일단에 직교방향으로 설치되어 1차 세정된 세정가스에 물을 분사하여 고형물질을 2차 세정하여 제거하는 제2 세정수단(170)으로 구성된다. 이 때, 제1 세정수단(160)은 물을 수평방향으로 1단 분사하여 저효율 습식 처리기능을 하는 것으로서, 물을 분사함으로써 냉각하는 냉각기능과, 고형물질이 내벽에 부착되는 것을 방지하는 부착방지기능도 한다. 제2 세정수단(170)은 물을 수직방향으로 2단 분사하여 고효율 습식 처리기능을 하는 것으로서, 최종 냉각기능 및 고형물질의 부착방지기능도 한다.

수분제거수단(180)은 세정가스에 포함된 수분을 포획하여 제거한 후 세정가스만을 대기로 배기하는 것으로서, 제2 세정수단(170)에서 제거하지 못한 고형물질을 포획하여 제거하는 기능도 한다.

회수탱크(190)는 제2 세정수단(170)의 하단에 결합되어 냉각 및 세정시에 세정가스에서 분리된 고형물질이 포함된 물을 회수한다. 회수탱크(190)에 회수된 물 의 일부분은 제2 세정수단(170)에 다시 공급되어 분사되고, 일부분은 방출수로 배출된다.

이 발명의 유해가스 연소분해 장치는 LPG 또는 LNG와 공기를 혼합한 혼합가스를 그 열원으로 하여 메탈 화이바로 제작된 다공성 챔버의 외측에서 내부로 공급하여 유해가스를 고온에서 산화분해 시킴으로써, 서로 간에 결합력이 강한 유해가스를 비롯하여 지구온난화 가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

이상에서 이 발명의 유해가스 연소분해 장치에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

반응기,

LNG(Liquefied Natural Gas) 또는 LPG(Liquefied Petroleum Gas)와 공기를 혼합한 혼합가스를 반응기의 일측으로 공급하는 수단,

상기 반응기의 내측면과 일정 간격을 두고 그 내부에 설치되며 다수의 구멍을 갖도록 메탈 화이바(metal-fiber)로 제작된 다공성 챔버,

상기 다공성 챔버의 구멍들을 통해 상기 다공성 챔버의 외측에서 내부로 공급되는 상기 혼합가스를 점화시키는 점화수단, 및

상기 반응기에서 산화반응 후 유동하는 폐기가스에 물을 분사하여 냉각하고 세정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스 연소분해 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 다공성 챔버는 3~4㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유해가스 연소분해 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 다공성 챔버의 구멍은 그 직경이 60~150㎛인 것을 특징으로 하는 유해가스 연소분해 장치.