KR20100121968A - Non-incineration pyrolysis treatment system using steam plasma for pollution materials - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스팀프라즈마를 이용한 악성오염물질 열분해처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 긴 타입인 프라즈마 토치(plasma torch) 내부 프라즈마 생성실, 악성오염물질의 혼합실 및 반응실에 스팀공급관에서 나오는 스팀(수증기)을 보내어 악성오염물질의 혼합실 및 반응실에서 수증기는 산소와 수소와 반응되고 수소(H)와 오에치기(OH기)로 분해되어서 혼합실에 주입되는 악성오염물질들이 산소(O2) 불화수소(hydrogenfluorede) 이산화탄소(CO2)등의 안정된 가스로 원활하게 정화시키도록 함과 동시에 배기가스 저장탱크 내에 고인물을 펌프로 반응실에 공급분사되게 하여 급속냉각시킴으로써 악성오염물질이 다이옥신(dioxin) 및 독가스로 환원되어짐을 방지토록 하고 또 처리된 가스배기실의 가스는 펌프로 가스배기통의 살수기 하부에 공급분사되게 하여 산성물질들을 제거 배출되도록 한 스팀플라즈마를 이용한 악성오염물질 열분해처리장치를 제공하고자 하는 것이다.The present invention relates to a pyrolysis treatment apparatus for malignant pollutants using steam plasma, and more particularly, a steam coming from a steam supply pipe to a plasma generation chamber, a mixture chamber of malignant pollutants, and a reaction chamber of a long type plasma torch. By sending (steam), in the mixing chamber and reaction chamber of malignant pollutants, water vapor reacts with oxygen and hydrogen, is decomposed into hydrogen (H) and Oechi (OH group), and the malignant pollutants injected into the mixing chamber are oxygen (O 2). The malignant pollutants are dioxin by rapidly cooling by purifying the solids in the exhaust gas storage tank by pumping them into a stable gas such as hydrogen fluoride carbon dioxide (CO 2 ) and pumping them. ) And the gas in the treated gas exhaust chamber is sprayed to the lower part of the water distributor of the gas exhaust tank by the pump. W is one to provide the malicious contamination thermal decomposition treatment apparatus using a steam plasma discharge for removal of acidic material.
현대산업에서 발생되는 대기중의 오염물질 중 악성유독가스 등의 유해가스들은 처리하기에 매우 까다롭다 따라서 이들을 처리하기 위하여 특수한 프라즈마(plasma) 기술을 요구한다.Among the pollutants in the air generated by modern industry, harmful gases such as malignant toxic gases are very difficult to deal with and therefore require special plasma technology to treat them.
일반적으로, 공지된 질소가스 사용기술은 음극과 양극인 전극으로 된 프라즈마 토치(plasma torch)의 마모가 적고 오래 사용할 수 있어 많이 이용되고 있으나, 질소의 안정화된 성질로 인하여 오염물질의 처리가 완전하지 못하고 한계가 있어 왔다. 이는 독가스 등의 유해가스를 처리하기 위하여 고온열 분해처리 단계가 필요하고 여기에 산화수소기(OH-radicals)를 투입하여 독가스를 분해시켜서 불화수소, 염화수소, 이산화탄소(CO2)등으로 안정화시켜 처리하여야 하나, 질소가스프라즈마 처리시설로는 악성오염물질처리가 완전하지 못하고 제한적인 단점이 있어왔다.In general, the known nitrogen gas use technology has been widely used because the plasma torch of the anode and the cathode which are the cathode and the anode can be used for a long time, but due to the stabilized nature of nitrogen, the treatment of pollutants is not complete. There has been a limit. This requires a high temperature pyrolysis step to treat harmful gases such as poison gas, and decomposes poison gas by adding hydrogen oxide groups (OH-radicals) to stabilize it with hydrogen fluoride, hydrogen chloride, and carbon dioxide (CO 2 ). However, the treatment of malignant pollutants in the nitrogen gas plasma treatment facility has not been completed and there are limitations.
이외에도 국내 공개특허공보 공개번호 97-2102 출원번호 95-17246으로 프라즈마에 의한 산업폐기 악성기체 및 폐유와 폐기고체의 소각장치로 공개된바 있다.In addition, Korean Laid-Open Patent Publication No. 97-2102 Application No. 95-17246 has been disclosed as an incinerator of malignant gas and waste oil and waste solid by industrial plasma.
이는 프라즈마 토치로 구성시킨 반응실에 산소(O2)암모니아의 연속촉매제를 주입시키는 주입관을 연결설치한 것으로 되어 있으나, 반응실에 산소를 공급하여 오염악성물질을 태우는 것으로 이는 산소와 반응하는 오염악성물질만 산화처리되기 때문에 처리효율이 낮고, 마이너스(-)기를 띤 오염물질인 염소기, 불화기 등과 같은 것은 처리가 어렵고 한계가 있는 문제점이 있으며 처리하는 비용도 고가로 되는 단점이 있었다.It is connected to the injection tube that injects the continuous catalyst of oxygen (O 2 ) ammonia into the reaction chamber composed of plasma torch, but it supplies oxygen to the reaction chamber to burn contaminated malignant substance. Since only the material is oxidized, the treatment efficiency is low, and the negative (-) group of pollutants such as chlorine and fluorinated, etc. are difficult to process and have limitations, and the cost of treatment is expensive.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 프라즈마 토치(plasma torch) 내부는 파라즈마 생성실, 프라즈마와 악성오염물질이 혼합하는 악성오염물질의 혼합실 및 반응실로 위에서 아래로 점차적으로 연결구성시키므로 프라즈마 생성실에 투입된 수증기는 산소와 수소와 반응되고 수소(H)와 오에치기(OH기)로 분해되어서 악성오염물질을 수소(H)는 마이너스(-)기 오염물질과 반응하고 오에치기(OH기)는 플러스(+)기 오염물질과 반응하여 안정화시키도록 하므로 악성오염물질의 열분해처리가 원활하고 효율적으로 이루어지도록 할 목적에 있다.Therefore, the object of the present invention was devised to solve the above conventional problems, the plasma torch (plasma torch) inside the plasma generating chamber, the mixing chamber and reaction chamber of malignant pollutants mixed with plasma and malignant pollutants As it gradually connects from top to bottom, the water vapor introduced into the plasma generating chamber reacts with oxygen and hydrogen, and is decomposed into hydrogen (H) and Oechi (OH group), so that hydrogen (H) is negatively polluted. It reacts with the substance and the Oechi (OH group) reacts with the positive (+) group pollutant to stabilize, so that the pyrolysis treatment of the malignant pollutant is made smoothly and efficiently.
또한, 본 발명의 다른 목적은 프라즈마 토치부의 반응실에는 물분사관을 설치하여 배기가스 저장탱크 내의 냉수를 펌프로 공급시켜서 프라즈마 반응실에서 나온 미처리된 대기중의 오염물질들을 물분사관에서 나오는 물분무 분사로 급속 냉각시키도록 하므로 다이옥신(dioxin) 독가스(furans)가 만들어지는 것을 방지하게 하여 처리기능을 높이도록 할 목적에 있다.In addition, another object of the present invention is to install a water spray pipe in the reaction chamber of the plasma torch unit by supplying the cold water in the exhaust gas storage tank to the pump to spray untreated air pollutants from the plasma reaction chamber from the water spray pipe The purpose of the present invention is to provide rapid cooling, thereby preventing the formation of dioxin poisons (furans) and improving the treatment function.
또 다른 본 발명의 목적은 반응실에서 나온 산성물질들은 가스배출실에서 순환관을 통해 배기가스통 내로 공급시켜 살수기로 분무 살수처리하도록 하므로 잔존할 수 있는 암모니아 등 산성물질들이 제거처리되어 배기관을 통해 배기되게 하므로 배기가스를 한층 안전하게 처리하도록 할 목적에 있다.Another object of the present invention is to supply the acidic substances from the reaction chamber through the circulation pipe from the gas discharge chamber into the exhaust gas tank to spray spraying treatment with the sprayer, so that the remaining acidic substances such as ammonia can be removed and exhausted through the exhaust pipe. The purpose of the present invention is to make the exhaust gas safer.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 긴 타입인 프라즈마 토치 양극(+)몸체 내부에 프라즈마 생성실 악성오염물질의 혼합실 및 반응실로 구성하고, 프라즈마 생성실 상부에 음극(-)봉과 그 하부위치에 알곤가스 배출관 및 스팀공급관을 결합구성하고, 반응실에는 배기가스 저장탱크의 냉수를 펌프로 공급분사시키도록 하는 물분사관을 연결설치하여 반응실내에 물분사하도록 하고, 또 배기가스 저장탱크 상부에 연결설치한 배기가스통 내부에는 가스배출실의 배출가스를 펌프로 공급분사시키도록 하는 가스분사관을 연결설치하여 그 상부의 살수기로서 산성물질등을 살수 제거하도록 구성하므로 저가로 운전할 수 있는 새로운 타입의 스팀프라즈마를 이용한 악성오염물질 열분해처리장치를 제공할 수가 있다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a mixture chamber and a reaction chamber of plasma generating chamber malignant contaminants in a long body of the plasma torch anode (+) body, and a cathode (-) rod and a lower position on the plasma generating chamber. The argon gas discharge pipe and the steam supply pipe are combined, and the reaction chamber is connected with a water spray pipe for supplying and spraying the cold water of the exhaust gas storage tank to the pump to spray water into the reaction chamber, and to the upper portion of the exhaust gas storage tank. Inside the connected exhaust gas cylinder, a gas injection pipe is installed to supply and discharge the exhaust gas from the gas discharge chamber with a pump. It is possible to provide a pyrolysis treatment apparatus for malignant pollutants using steam plasma.
상술한 바와 같이, 본 발명의 스팀프라즈마를 이용한 악성오염물질 열분해처리장치는 프라즈마 토치양극(+)몸체 1 내부에 프라즈마 생성실 2 악성오염물질의 혼합실 2' 및 반응실 2"로 구성되어서 위에서 아래로 점차적인 구조를 구성하고 있을 뿐 아니라 프라즈마 토치부(16)에 전기장치의 직류전기를 공급하고 여기에 스팀을 공급함으로써 원활한 고온 프라즈마 퓨름(plasma plume)을 생성시킬 수 있고 프라즈마 생성실 2 상부에 배치한 음극(-)봉 3과 그 하부위치에 알곤가스등을 배출하는 알곤가스배출관 4 및 스팀공급관 5을 두어 알곤가스통 4'으로 부터 공급받은 알 곤가스 등이 음극봉 3 하부에서 시동시 계속 유출되므로 스팀발생기 5'로 부터 공급케 된 스팀공급관 5으로부터 배출되는 스팀(수증기)과 프라즈마의 고온으로 인해 심한 부식방지와 변형됨이 없어 안전가동이 가능하고, 오래 사용될 수가 있고, 스팀발생기 5'로 부터 공급되어진 스팀공급관 5에서 배출된 스팀(수증기)은 프라즈마 생성실 2에서 직류전기로 고온스팀프라즈마를 발생시키고 또 악성오염물질 주입관(9)을 통해 주입된 대기중의 악성오염 물질과 상기의 고온스팀 프라즈마는 혼합실 2'에서 연속적으로 잘 혼합되어지게 된다. 또 반응실 2"'로 배출되면서 스팀(수증기)은 산소와 수소와 반응되고 수소(H)와 오에치기(OH기)로 분해되어서 악성오염물질을 수소(H)는 마이너스(-)기 오염물질과 반응하여 안정화시키고 오에치기(OH기)는 플러스(+)기 오염물질과 반응하여 안정화시키므로 악성오염물질의 열분해처리가 원활하고 효율적으로 이루어지는 효과가 있다.As described above, the apparatus for pyrolysis of malignant pollutants using the steam plasma of the present invention is composed of a mixture chamber 2 'and a reaction chamber 2' of a
또한 본 발명은 위에서 반응하여 분해처리된 배출가스는 가스배출실 12과 반응실 2"'간에 설치한 펌프 10와 연결관으로 이루어진 물분사관 7을 통하여 배기가스 저장탱크 6 내의 냉수를 펌프 10로 순환시켜 물분사관 7에서 물분사 하도록 한 구성이므로 반응실 2 내에서의 반응작용시에 생성될 수 있는 다이옥신(dioxin)과 퓨렌(furans)등의 독가스들이 재생성됨을 물분사 처리로 급속 냉각시켜 처리하도록 하는 구성이므로 악성오염물질 열분해처리를 완전하고 효율적으로 처리할 수 있는 효과가 있다. 또한 배기가스통 11 내부에 반응실 2" 하부에 구성시킨 가스배출실 12의 배출가스를 순환관 13으로 되돌려서 분사하도록 하는 가스분사관 8을 설치하여 결합구성하므로 그의 상부 살수기 14로 살수와 분사처리로 산성물질들을 한번 더 살수처리로 제거와 배출가스의 온도조절 배출가스 중에 잔존할 수 있는 암모니아 등 물에 잘 흡수되는 가스등이 처리 되도록 하므로 보다 안전한 처리를 기할 수 있는 효과가 있고 저가로 운전실시 할 수 있는 이점도 있다.In addition, the present invention is the exhaust gas reacted and decomposed above the circulation of cold water in the exhaust
처리효율Processing efficiency
본 발명의 스팀프라즈마를 이용한 악성오염물질 열분해처리장치를 사용하여 반도체 생산과정에서 발생되는 악성오염가스를 처리한 결과 아래와 같은 양호한 결과를 얻었다.The malignant pollutant gas generated in the semiconductor production process using the malignant pollutant pyrolysis treatment apparatus using the steam plasma of the present invention obtained the following good results.
총 투입된 악성 오염 가스량 : 288.5 SLMTotal amount of malicious polluted gas injected: 288.5 SLM
프라즈마 토치부 전기사용량 : 16kwPlasma Torch Power Consumption: 16kw
스팀공급량 : 1시간당 1㎥Steam supply: 1㎥ per hour
알곤가스공급량 : 0.7ℓ/mArgon Gas Supply: 0.7ℓ / m
처리결과Processing result
가스종류
Type of gas
실헌전후 오염물질(PPM)
Post-Constitutional Pollutants (PPM)
처리효율(%)
Processing efficiency (%)
투입구
Slot
배출구
outlet
SP6
C2F6
CF4
HF
HCℓ
SP6
C 2 F 6
CF 4
HF
HCℓ
1674
1294
416
210
324
1674
1294
416
210
324
3.28
1.81
4.49
0.16
0.01
3.28
1.81
4.49
0.16
0.01
99.74
99.80
98.35
99.70
99.99
99.74
99.80
98.35
99.70
99.99
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시 예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않기 위하여 생략한다.First, in the drawings, the same components or parts are to be noted that the same reference numerals as possible. In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order not to obscure the subject matter of the present invention.
도 1은 본 발명의 프라즈마 토치부를 확대한 단면도이고, 도 2는 본 발명에 있어 알곤가스 배출관과 음극봉 부분의 평단면도이며, 도 3은 본 발명에 있어 스팀공급관 부분의 평단면도이고, 도 4는 본 발명의 전체구성을 보인 단면도이다.Figure 1 is an enlarged cross-sectional view of the plasma torch portion of the present invention, Figure 2 is a plan sectional view of the argon gas discharge pipe and the cathode rod portion in the present invention, Figure 3 is a plan sectional view of the steam supply pipe portion in the present invention, Figure 4 Is a cross-sectional view showing the overall configuration of the present invention.
본 발명은 긴 타입인 프라즈마 토치(plrasma torch) 양극(+)몸체 1 내부에 프라즈마 생성실 2 악성오염물질의 혼합실 2' 및 악성오염 물질과 고온 프라즈마와 반응하는 반응실 2"로 구성하고 있다. 또한, 프라즈마 생성실 2 공간의 상부에는 음극(-)봉 3과 그 하부위치에 알곤가스통 4'으로 부터 알곤가스가 공급되도록 연결된 음극봉 3 및 프라즈마 생성실 2 내면보호를 위한 알곤가스배출관 4이 설치되고 또 스팀발생기 5'로 부터 스팀(수증기)을 공급받도록 연결된 스팀공급관 5이 같이 결합구성된다.The present invention is composed of a long chamber type plasma torch anode (+)
위의 알곤가스배출관 4에서는 알곤가스가 가동중에 계속 배출되므로 가동시 스팀으로 인한 음극(-)봉 3 및 프라즈마 생성실(2) 내의 심한부식과 변형됨을 방지하고 안전처리할 수 있게 구성하였다.In the above argon
또한, 프라즈마 토치양극(+)몸체 1의 체내에는 물(water)을 순환시켜 연속냉각시켜 주도록 하는 통상의 물냉각수조 15가 형성되어서 프라즈마 토치양극(+)몸체 1와 음극(-)봉(3)으로 이루어진 프라즈마 토치부 16에 도시하지 않은 전기장치로 직류전기를 공급해주므로 고온(2000℃ 이상) 발생에 의한 몸체를 냉각시켜 주도록 하였다.In addition, the plasma torch anode (+)
본 발명의 장치 하부의 배기가스 저장탱크 6 위에는 배기가스통 11과 펌프 10"로 배기하게 된 배기관 17이 연결구성되고 또 배기가스통 11 하부측에 배기가스통 11 하부와 서로 연통할 수 있게 가스배출실 12을 구성하여 반응실 2"에서 열분해의 반응으로 분해가스가 가스배출실 12로 배기되도록 하고 또 가스배출실 12의 배출가스는 순환관 13을 통해 펌프 10'로서 배기가스통 11내의 가스분사관 8에서 분출되도록 하고 또 그 상위 살수기 14의 살수작용에 의하여 가스분사관 8에서 나오는 분해가스에 물분부 및 살수로 인하여 배출가스의 온도조절 및 배출가스 중의 잔존 및 살수로 인하여 배출가스의 온도조절 및 배출가스 중의 잔존할 수 있는 암모니아 등 산성물질들이 살수처리되어지도록 구성하였다.On the exhaust
배기관 17에 설치된 펌프 10"는 배기가스통 11내의 처리된 배출가스를 배출시키기 위한 것이다.The
또한, 악성오염물질의 혼합실 2'에는 악성오염물질 주입관 9이 외부에서부터 내부로 연결설치되어 있고 악성오염물을 주입하여 처리하도록 구성한다.In addition, the malignant
이러한 본 발명은 상기에서와 같이 프라즈마 토치양극(+)몸체 1와 음극(-)봉 3으로 이루어진 프라즈마 토치부 16에 통상의 방법으로 도시하지 않은 전기장치로 직류전기를 공급해주므로 고온(2000℃ 이상)이 발생할 뿐 아니라 스팀발생기 5'로 부터 공급받은 스팀은 스팀공급관 5을 통해 나오므로 프라즈마 생성실 2에는 고온의 스팀프라즈마가 발생케된다. 이때 악성오염물질 주입관 9으로 대기중 및 특정장소에서 발생된 악성오염물질을 주입시키면 악성오염물질의 혼합실 2'에서는 위에서 발생된 고온의 스팀프라즈마와 혼합을 이룬다. 즉 스팀(수증기)은 산소와 수소와 반응되고 수소(H)와 오에치기(OH기)로 분해되어서 반응실 2"에서는 악성오염물질들이 불화수소(hydrogen fluoride)나 이산화탄소(CO2)등의 안정된 가스로 정화시키게 된다. 이러한 반응은 독가스 및 독가스 성분이 들어있는 악성오염물질 가스를 처리하기 위해서 산소와 수소 및 오에치기(OH기)가 필요로 하고 고온 2000℃ 이상의 스팀프라즈마 화염에 처리하여야할 유해가스인 악성오염물질을 넣어줌으로써 독가스나 독가스성분들의 고분자물질이 단분자물질로 분해되고 산소와 수소(hydrogen)가 결합하여 일산화탄소, 이산화탄소, 염화수소 및 불화수소가 생성케된다. 이 생성된 가스들은 다이옥신(dioxin)과 퓨렌(furans) 그 외의 독가스로 재생되어지는 것을 막기 위하여 배기가스 저장탱크 6와 반응실 2"간에 연결설치한 연결관으로 연결되어진 물분사관 7을 이용한 물분사로서 급속히 냉각시켜 처리를 거듭 실시하므로 완전한 분해처리가 이루어진다.The present invention is a high-temperature (2000 ℃ or more) by supplying a direct current (not shown) to the electric device not shown in the conventional method to the
위에서 처리된 배출가스가 가스배출실 12내로 배출저장될 때는 가스배출실 12과 배기가스통 11간에 연결설치한 순환관 13과 가스분사관 8을 통해 위에서 실시된 처리가스를 배기가스통 11에 보내지면 배기가스통 11 내에서 다시 살수기 14의 물살수로 분무 및 살수처리되어지고 배기관 17의 펌프 10"에 의하여 대기중에 배기된다. When the discharged gas treated above is discharged into the
이상과 같이 본 발명은 대기중의 유해독가스 또는 악성유해가스 발생장소에서 악성오염물질을 고온 스팀프라즈마에 의거한 열분해처리를 원활하고 연속적으로 작업실시할 수 있어 처리효율이 우수하고 적은 작업비용으로 운전할 수가 있다.As described above, the present invention can smoothly and continuously carry out pyrolysis treatment based on high temperature steam plasma at malignant pollutants in the place of harmful poisonous gas or malignant harmful gas in the air, so that the treatment efficiency is excellent and the operation cost is low. There is a number.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
도 1은 본 발명의 프라즈마 토치부를 확대한 단면도.1 is an enlarged cross-sectional view of a plasma torch portion of the present invention.
도 2는 본 발명에 있어 알곤가스 배출관과 음극봉 부분의 평단면도.Figure 2 is a plan sectional view of the argon gas discharge pipe and the cathode rod portion in the present invention.
도 3은 본 발명에 있어 스팀공급관 부분의 평단면도.Figure 3 is a plan sectional view of a steam supply pipe portion in the present invention.
도 4는 본 발명의 전체구성을 보인 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 프라즈마 토치 양극(+)몸체 2 : 프라즈마 생성실1: plasma torch anode (+) body 2: plasma generating chamber
2' : 악성오염물질의 혼합실 2" : 반응실2 ': Mixing chamber of
9 : 악성오염물질 주입관 3 : 음극(-)봉9: malignant pollutant injection pipe 3: cathode (-) rod
4 : 알곤가스 배출관 5 : 스팀공급관4: argon gas discharge pipe 5: steam supply pipe
6 : 배기가스 저장탱크 7 : 물분사관6: exhaust gas storage tank 7: water spray pipe
8 : 가스분사관 10, 10', 10" : 펌프8:
11 : 배기가스통 12 : 가스배출실11: exhaust gas cylinder 12: gas discharge chamber
13 : 순환관13: circulation tube
Claims (1)
Priority Applications (1)
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