KR20180051343A - 촉매 연소를 이용한 과불화 화합물 처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

촉매 연소를 이용한 과불화 화합물 처리 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

촉매 연소를 이용한 과불화 화합물 처리 방법 및 그 장치가 제공된다. 이 장치는, 제1 촉매로 유입된 연료 및 공기의 혼합가스에 대해, 촉매 연소를 수행하여열을 발생시키는 촉매 연소기, 상기 촉매 연소기의 후단에 설치되고, 외부로부터 유입된 과불화 화합물(Perfluorinated Chemicals, PFCs)과 제2 촉매 간에 상기 촉매 연소에 따른 열을 이용한 촉매 접촉 분해 반응 또는 가수 분해 반응을 통하여 상기 과불화 화합물(PFCs)을 제거하는 과불화 화합물(PFCs) 처리부, 외부로부터 유입된 공기를 상기 촉매 연소기로 공급하는 공기 공급부, 그리고 외부로부터 유입된 상기 과불화 화합물(PFCs)을 포함하는 배출가스를 상기 과불화 화합물(PFCs) 처리부로 공급하는 배출가스 공급부를 포함한다.

Description

촉매 연소를 이용한 과불화 화합물 처리 장치 및 그 방법{REMOVING APPARATUS OF PERFLUORINATED COMPOUNDS USING CATALYTIC COMBUSTOR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 촉매 연소를 이용한 과불화 화합물(Perfluorinated Chemicals, PFCs) 처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
반도체 식각 및 박막 공정에서 사용하는 세정가스는 대부분 과불화 화합물(PFCs)로서 기후 변화 대응을 위한 온실가스 규제 대상이다. 과불화 화합물(PFC)은 사불화탄소(CF4), 플루오로포름(CHF3), 헥사플루오로에탄(C2F6), 디플로로메탄(CH2F2), 옥타플루오로프로판(C3F8), 옥타플루오로시클로부탄(C4F8), 플루오로펜텐(C5F8), 육불화황(SF6) 및 삼불화질소(NF3) 등의 탄소와 불소, 탄소와 수소와 불소, 황과 불소 및 질소와 불소의 화합물의 총칭이다.
과불화 화합물(PFCs)은 지구 온난화 지수(Global Warming Potential, GWP)가 상당히 높다. 예를들어, 과불화 화합물(PFCs)의 일종인 삼불화질소(Nitrogen Trifluoride, NF3)의 수명이 740년이다. 그런데, 삼불화질소(NF3)의 지구 온난화 지수(GWP)는 수명이 200년인 이산화탄소(CO2)의 지구 온난화 지수(GWP)에 비해 약 8,000배 이상으로 상당히 높다. 따라서, 과불화 화합물(PFCs)은 대기권에서 체류시간이 길기 때문에 지구 온난화에 미치는 영향이 높아 유엔 산하 기후 변화에 관한 국제협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)는 강력한 규제를 요구하고 있다.
반도체 공정 후단에서 배기되는 과불화 화합물(PFCs)은 폭발성, 반응성, 맹독성, 부식성의 특성이 있어 안전 및 대기오염방지 측면에서 공정 배기 계통에서 즉시 처리해야 한다.
과불화 화합물(PFCs)의 대기 방출 억제책으로서, 다양한 제해(분해) 방법이 검토되고 있으며, 연소 가스 중에서 연소시키는 연소법, 촉매를 사용한 촉매법 및 플라즈마를 사용한 플라즈마법 등이 있다.
그러나, 과불화 화합물(PFCs)은 분해하기 어려운 안정된 물질이기 때문에, 분해하기 위해서는 과불화 화합물(PFCs)을 포함하는 배출가스를 고온으로 할 필요가 있다. 예를 들어, CF4를 분해하는 경우, 연소법에서는 약 1200℃ 이상, 촉매법에서는 약 700 내지 800℃가 필요하다.
과불화 화합물(PFCs)은 기상에서 600℃ ~ 900℃에서 열분해하여 N2와 F2로 변화하기도 하고, 촉매 반응에서는 400℃ ~ 500 ℃에서 분해되는 특성을 가지고 있다. 이 촉매 반응 온도 영역에서 반도체 공정에서 나오는 과불화 화합물(PFCs)을 포함한 배출가스를 통과하여 처리하는 기술이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 저공해 촉매 연소 기술을 이용하여 연소 가스의 온도를 약 900℃까지 높이고, 촉매 연소 후단에 과불화 화합물(PFCs)을 공급하여 과불화 화합물(PFCs)의 촉매 반응 온도(400 ~ 500℃)에서 정화 처리하고, 정화 처리하는 공정에서 생성된 질소 산화물(NOx)을 처리하는 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치는 제1 촉매로 유입된 연료 및 공기의 혼합가스에 대해, 촉매 연소를 수행하여 열을 발생시키는 촉매 연소기, 상기 촉매 연소기의 후단에 설치되고, 외부로부터 유입된 과불화 화합물(Perfluorinated Chemicals, PFCs)과 제2 촉매 간에 상기 촉매 연소에 따른 열을 이용한 촉매 접촉 분해 반응 또는 가수 분해 반응을 통하여 상기 과불화 화합물(PFCs)을 제거하는 과불화 화합물(PFCs) 처리부, 외부로부터 유입된 공기를 상기 촉매 연소기로 공급하는 공기 공급부, 그리고 외부로부터 유입된 상기 과불화 화합물(PFCs)을 포함하는 배출가스를 상기 과불화 화합물(PFCs) 처리부로 공급하는 배출가스 공급부를 포함한다.
또한, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치는 상기 과불화 화합물(PFCs) 처리부의 후단에 설치되고, 외부로부터 유입되는암모니아 또는 우레아와, 상기 촉매 접촉 분해 반응 또는 상기 가수 분해 반응에 따른 질소산화물을 제3 촉매와 접촉시켜 선택적 환원 촉매 반응을 통해 상기 질소산화물을 제거하는 질소산화물 처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 촉매는, 상기 혼합가스와 저온에서 산화 반응이 이루어지는 촉매 물질로 코팅되고, 상기 제2 촉매는, 금속산화물, 알루미나 및 이산화티탄 중 적어도 하나의 촉매 물질로 코팅되며, 상기 제3 촉매는, 저온 활성도가 높은 구리-제올라이트(Cu-Zeolite)에 세륨(Ce) 또는 니오븀(Nb)을 첨가한 촉매를 포함할 수 있다.
또한, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치는 소정의 형상을 가지고, 내부에 상기 촉매 연소기, 상기 과불화 화합물(PFCs) 처리부, 상기 공기 공급부, 상기 배출가스 공급부 및 상기 질소산화불 처리부의 전부 또는 일부를 포함하는 케이스, 그리고
상기 케이스의 전부 또는 일부에 형성된 단열재를 더 포함할 수 있다.
상기 과불화 화합물(PFCs) 처리부는, 상기 제2 촉매가 고정되고, 상기 케이스에 착탈이 가능하도록 결합되는 구조로 이루어진 고정부를 포함할 수 있다.
상기 과불화 화합물(PFCs) 처리부는, 상기 제1 촉매의 후단에 설치되고, 상기 과불화 화합물(PFCs)을 포함하는 배출가스를 균일하게 분배하는 배출가스 분배기, 그리고 상기 배출가스 분배기로부터 유입된 상기 배출가스와 상기 촉매 접촉 분해 반응 또는 가수 분해 반응이 수행되는 적어도 하나의 상기 제2 촉매를 포함하고, 상기 배출가스 분배기는, 상기 배출가스를 분사하기 위한 구멍인 노즐경이 적어도 하나 생성된 복수개의 노즐을 포함할 수 있다.
상기 복수개의 노즐은, 외부로부터 상기 배출가스를 공급받기 위한 공급부가 적어도 하나 형성된 중심부로부터 방사상으로 형성될 수 있다.
상기 노즐경은, 상기 복수개의 노즐 각각에서 상기 중심부에 가까울수록 직경이 크게 형성될 수 있다.
상기 노즐경은, 상기 복수개의 노즐 각각을 수평으로 세운 상태에서, 수평 지점인 0도와 직각을 이루는 지점인 90도 사이에 형성될 수 있다.
상기 공기 공급부는, 공기 공급량을 조절하기 위한 공기 유량 조절변, 공기의 흐름량 및 방향을 조절하기 위한 공기 공급 삼방변, 그리고 상기 공기 유량 조절변 및 상기 공기 공급 삼방변 사이에 연결되고, 상기 공기 공급 삼방변을 통해 외부로부터 유입되는 공기를 상기 공기 유량 조절변으로 전달하는 공기 공급관을 포함하고, 상기 촉매 연소기는, 연료의 유량을 측정하는 질량 유량계 및 상기 연료의 유량을 조절하기 위한 밸브를 포함하는 연료량 조절변, 상기 연료량 조절변 및 상기 공기 유량 조절변을 통해 각각 유입되는 연료 및 공기를 혼합한 혼합가스를 생성하는 혼합기, 상기 혼합기의 후단에 위치하여 상기 혼합가스를 상기 제1 촉매에 균일하게 유입되도록 분배하는 혼합가스 분배기, 상기 혼합가스 분배기의 후단에 위치하여 상기 혼합가스를 착화시키는 점화기, 그리고 상기 점화기 뒤에 위치하여 상기 착화된 혼합가스와 반응하여 완전 연소로 인한 열을 발생시키는 상기 제1 촉매를 포함할 수 있다.
상기 공기 유량 조절변 및 상기 연료량 조절변은, 과불화 화합물(PFCs)의 처리에 필요한 열원의 온도를 획득하기 위한 공기와 연료의 질량비가 되도록 공기의 유량 및 연료의 유량을 각각 조절할 수 있다.
상기 배출가스 공급부는, 외부로부터 공급되는 상기 배출가스의 공급 흐름량 및 방향을 조절하는 배출가스 공급 삼방변, 상기 공기 공급 삼방변 및 상기 배출가스 공급 삼방변과 연결되고, 상기 공기를 예열하거나 또는 상기 배출가스로부터 배기열을 회수하는 열교환을 수행하는 이중 열 교환기, 그리고 상기 공급 삼방변과 상기 배기가스 분배기에 연결되는 제1 공급관 및 상기 이중 열교환기와 상기 배기가스 분배기에 연결되는 배기가스 공급관을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 과불화 화합물(PFCs) 처리 방법은 제1 촉매로 유입된 연료 및 공기의 혼합가스에 대해, 촉매 연소를 수행하는 단계, 그리고 상기 촉매 연소를 통해 발생된 열을 이용하고, 제2 촉매와 외부로부터 유입된 과불화 화합물(Perfluorinated Chemicals, PFCs) 간에 촉매 접촉 분해 반응 또는 가수 분해 반응을 통하여 상기 과불화 화합물(PFCs)을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 제거하는 단계 이후, 상기 촉매 접촉 분해 반응 또는 상기 가수 분해 반응에 따라 생성된 부산물인 질소산화물을 암모니아 또는 우레아와 혼합하여 제3 촉매와 접촉시켜 선택적 환원 촉매 반응을 통해 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 촉매 연소는, 최저 온도가 400℃이고, 최고 온도가 900℃인 촉매 반응 온도 범위에서 이루어지는 중온 촉매 연소일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 중온 영역대의 초저공해 촉매 연소에 탄화수소계 연료를 이용하여 배출 가스 온도 약 900℃를 얻고, 여기에 과불화 화합물(PFCs)을 포함한 혼합가스를 혼합하여 과불화 화합물(PFCs)을 포함한 유해 배출가스의 촉매 반응온도 400-500℃를 유지하여 촉매 접촉 반응에 의해 과불화 화합물(PFCs)을 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 연소를 이용한 과불화 화합물(PFCs) 처리 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉매 연소에서 촉매층 내부의 온도 분포를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구리-제올라이트(Cu-Zeolite), 세륨(cerium, Ce), 니오븀(niobium, Nb) 촉매의 질소산화물(Nox) 환원 특성(Total gas flow rate)을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 촉매 연소를 이용한 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치의 개략적인 블록도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 촉매 연소를 이용한 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치의 구성도이다.
도 6a는 본 발명의 한 실시예에 따른 과불화화합물(PFCs) 전용 처리 촉매의 결합 구조를 나타낸다.
도 6b는 본 발명의 한 실시예에 따른 과불화화합물(PFCs) 전용 처리 촉매의 결합 구조를 확대한 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 배출가스 분배기의 형상을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배출가스 분배기의 형상을 도시한 단면도이다.
도 9는 도 8의 P1을 확대한 도면이다.
도 10a는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐경(201c)들의 위치가 0도에 형성된 경우, 중심부의 속도 분포를 나타낸다.
도 10b는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐경(201c)의 위치가 0도에 형성된 경우, 중심부로부터 1mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타낸다.
도 10c는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐경(201c)의 위치가 0도에 형성된 경우, 중심부로부터 31mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타낸다.
도 11은 도 10의 실시예에 따른 속도 벡터를 나타낸다.
도 12a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐경(201b)들의 위치가 45도에 형성된 경우, 중심부의 속도 분포를 나타낸다.
도 12b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐경(201b)들의 위치가 45도에 형성된 경우, 중심부로부터 1mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타낸다.
도 12c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐경(201b)들의 위치가 45도에 형성된 경우, 중심부로부터 31mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타낸다.
도 13은 도 12의 실시예에 따른 속도 벡터를 나타낸다.
도 14a는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐경의 중심부의 속도 분포를 나타낸다.
도 14b는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐경의 중심부로부터 1mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타낸다.
도 14c는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐경의 중심부로부터 31mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타낸다.
도 15는 도 14의 실시예에 따른 속도 벡터를 나타낸다.
도 16a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐경의 중심부의 속도 분포를 나타낸다.
도 16b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐경의 중심부로부터 1mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타낸다.
도 16c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐경의 중심부로부터 31mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타낸다.
도 17은 도 16의 실시예에 따른 속도 벡터를 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 촉매 연소를 이용한 과불화 화합물(PFCs) 처리 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 연소를 이용한 과불화 화합물(PFCs) 처리 방법을 개략적으로 나타내고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉매 연소에서 촉매층 내부의 온도 분포를 나타내며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구리-제올라이트(Cu-Zeolite), 세륨(cerium, Ce), 니오븀(niobium, Nb) 촉매의 질소산화물(NOx) 환원 특성(Total gas flow rate)을 나타낸 그래프이다.
도 1을 참고하면, 과불화 화합물(PFCs) 처리 방법은 촉매 연소 단계(S101), 접촉 촉매 반응에 의한 과불화 화합물(PFCs) 처리 단계(S103) 및 선택적 촉매 환원 반응에 의한 후처리 단계(S105)를 포함한다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 과불화 화합물(PFCs) 처리 방법은 서로 다른 역할을 하는 촉매들을 이용한다. 촉매 연소 단계(S101)에서는 연소용 촉매를 이용한다. 과불화 화합물(PFCs) 처리 단계(S103)에서는 과불화 화합물(PFCs) 처리를 위한 전용 처리 촉매를 이용한다. 후처리 단계(S105)에서는 과불화 화합물(PFCs) 처리로 인하여 발생하는 질소산화물(NOx)을 처리하기 위한 선택적 환원 촉매를 사용한다.
다양한 종류의 과불화 화합물(PFCs) 중에서 삼불화질소(NF3)를 예로 설명한다. 삼불화질소(NF3)는 화학 기상 증착이나 에칭 공정에서 다량 사용되는 물질로 알려져 있으며, 대략 600℃~800℃의 고온으로 처리하거나 촉매 반응에 의해 처리되어야 한다. 이러한 삼불화질소(NF3)의 열분해 반응은 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
촉매 연소 장치에서 삼불화질소(NF3)를 혼합하여 연소시키면, 반응 온도도 600℃ ~ 800℃로 쉽게 반응시킬 수 있다. 하지만, 연소용 촉매에 사용하는 귀금속, 예를들면, 백금(PlaTinum, Pt) 등은 불소(F)와 화합하여 휘발하는 특성이 있다. 따라서, 삼불화질소(NF3)를 촉매 연소 장치에서 직접 정화 처리할 수 없다.
본 발명의 실시예에서 촉매 연소 단계(S101)는 접촉 촉매 반응(S103)에 필요한 초저공해의 열원으로써 사용되고, 삼불화질소(NF3)는 촉매 연소 이후, 별도의 전용 처리 촉매를 통해 처리된다.
중온 촉매 연소의 경우, 연소용 촉매가 백금(Pt 3.55wt%)일 경우, 촉매 반응 온도는 400℃ ~ 900℃이다. 도 2는 촉매 연소(공기과잉율=3.0, SV=20,000 1/h)에서 촉매층 내부의 온도 분포를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 네가지 촉매(A, B, C, D) 축방향 거리 별로 내부 온도를 나타낸다. 이때, 모든 촉매(A, B, C, D)는 촉매 전체층에서 온도가 600℃ ~ 900℃를 유지하고 있다. 이러한 온도 범위는 삼불화질소(NF3)의 접촉 촉매 반응을 위한 온도인 350℃ ~ 500℃의 에너지원으로 사용 가능함을 나타낸다. 따라서, 촉매 연소 단계(S101)에서는 중온 촉매 연소가 사용된다.
여기서, 네가지 촉매의 촉매 사양을 다음 표 1을 통해 나타내었다.
촉매 유형 촉매블록 길이(mm) 블록별 촉매 Pt 로딩량(g/L)
A 80 0.71
B 20/30/20 0.71/1.065/0.71
C 40/40 0.71/1.065
D 20/30/30 0.355/0.71/0.71
또한, 촉매 연소에 사용 가능한 연료는 탄화수소계 연료를 다양하게 사용 가능하다. 예를 들어, C3H8의 경우 촉매 연소 범위가 λ=3.0에서 SV(space velocity)=30,000 1/h까지 안정된 연소가 가능하다. 여기서, SV는 수학식 2와 같이 연산된다.
Figure pat00002
과불화 화합물(PFCs)을 포함한 유해 배출가스의 공급 유량은 이 SV 값에 의존한다. 예를 들어, 연소용 촉매 체적 1.0L, SV=30,000 1/h, 공기비=3, 입구온도= 대기온도의 경우, 배출가스 유량은 300 L/min, 배출가스 온도는 약 700℃를 유지한다. 여기서, 과불화화합물(PFCs)을 포함한 유해 배출가스(온도 200℃)의 처리용 촉매 2L, SV=30,000 1/h 이내, 500℃에서 처리(기준점)한다면, 처리 가능한 유량은 약 200 L/min 이다. 일반적으로, 반도체 생산 세정 공정에서 처리해야할 가스 유량은 약 200 L/min 이상이다.
다음, 과불화화합물(PFCs) 처리 단계(S103)에서 예를들면, 삼불화질소(NF3) 처리를 위한 전용 처리 촉매로서, 일산화탄소(carbon moNOxide, Co), 갈륨(gallium, Ga), 니켈(Nickel, Ni), 아연(zinc, Zn), 세륨(cerium, Ce), 철(Iron, Fe) 등과 같은 금속 산화물, 알루미나(Alumina), 이산화티탄(titanium dioxide, TiO2) 등의 복합 촉매가 사용될 수 있다. 이때, 삼불화질소(NF3)의 분해 반응 온도는 350℃ ~ 500℃ 범위이다.
삼불화질소(NF3)를 일산화탄소(Co) 촉매와 접속시켜 수학식 3과 같은 촉매 접촉 분해 반응 혹은 수학식 4와 같은 가수 분해 반응이 이루어진다.
Figure pat00003
Figure pat00004
이때, 필수적으로 일산화질소(Nitric Oxide, NO) 또는 이산화질소(Nitrogen dioxide, NO2)가 발생한다. 온도 범위 600℃ ~ 900℃에서 생성되는 일산화질소(NO)의 농도는 '젤도비치 NO 생성 메커니즘'에 따르면 0 ppm(parts per million)이다.
촉매 연소 배기 중 측정한 총탄화수소(total hydrocarbon, THC), 일산화탄소(carbon moNOxide, CO), 질소산화물질(NOx)의 농도가 0 ppm이다. '젤도비치 NO 생성 메커니즘'에 따르면 NO 농도는 다음 표 2와 같다.
Temp(K) NO(ppm)
1700 2.0
1800 18.5
1900 133.1
2000 786.7
2100 3,926.6
2200 16,932.6
이처럼, 질소산화물(NOx)이 많이 배출되면 공해 문제가 발생하므로 이를 제거시키기 위해, 선택적 촉매 환원 반응에 의한 후처리 단계(S105)가 수행된다. 수학식 2, 3에서 질소산화물(NOx)은 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2)가 동일 질량으로 배출된다. 이러한 질소산화물(NOx)의 암모니아(NH3)에 의한 선택적 촉매 환원 반응은 수학식 5와 같다.
Figure pat00005
이때, 암모니아 선택적 환원 촉매는 도 3에 보인 바와 같이 저온 활성도가높은 구리-제올라이트(Cu-Zeolite)에 세륨(Ce), 니오븀(Nb)을 첨가한 촉매를 사용한다.
이와 같이, 중온 영역(400℃ ~ 900℃)대의 초저공해 촉매연소에 탄화수소계 연료를 이용하여 약 900℃의 열을 획득하고, 이러한 열을 이용하여 과불화 화합물(PFCs)을 포함한 배출가스의 촉매 반응온도 400℃ ~ 500℃를 유지하여 촉매 접촉 반응에 의해 과불화 화합물(PFCs)을 처리할 수 있다.
이제, 지금까지 설명한 과불화 화합물(PFCs) 처리 방법을 수행하는 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 촉매 연소를 이용한 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치의 개략적인 블록도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 촉매 연소를 이용한 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치의 구성도이며, 도 6a는 본 발명의 한 실시예에 따른 과불화화합물(PFCs) 전용 처리 촉매의 결합 구조를 나타내고, 도 6b는 본 발명의 한 실시예에 따른 과불화화합물(PFCs) 전용 처리 촉매의 결합 구조를 확대한 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치(1)는 촉매 연소기(100), 과불화 화합물(PFCs) 처리부(200), 질소산화물 처리부(300), 공기공급부(400) 및 배출가스 공급부(500)를 포함한다.
촉매 연소기(100)는 연료와 공기를 촉매 연소시킨다. 과불화 화합물(PFCs)은 분해하기 어려운 안정된 물질이기 때문에, 분해하기 위해서는 과불화 화합물(PFCs)을 포함하는 배출가스를 고온으로 할 필요가 있다. 예를 들어, 촉매법에서는 약 600℃ ~ 800℃가 필요하다. 촉매 연소기(100)는 과불화 화합물(PFCs) 분해에 필요한 열을 발생시킨다. 도 5를 참조하면, 촉매 연소기(100)는 연료통(101), 연료량 조절변(103), 혼합기(105), 혼합가스 분배기(107), 점화기(109) 및 연소용 촉매(111)를 포함한다.
연료통(101)은 가스 연료를 저장한다. 연료통(101)은 일단에 연료량 조절변(103)이 설치된다.
연료량 조절변(103)은 연료통(101)의 연료 공급량을 조절한다. 연료량 조절변(103)은 질량 유량계 및 밸브로 구성된다. 질량 유량계에서 연료의 유량이 측정되고, 밸브에 의해 연료의 유량이 조절된다.
혼합기(105)는 연료량 조절변(103)으로부터 공급되는 연료와, 공기 유량 조절변(407)으로부터 공급되는 공기를 혼합한 혼합가스(fuel-air mixture)를 생성한다. 또한, 혼합기(105)는 연료와 연료를 혼합할 수도 있다.
혼합기(105)는 연료와 공기의 혼합가스를 혼합가스 분배기(107)로 공급한다. 혼합기(105)는 내부에 연료와 공기가 잘 혼합할 수 있도록 다양한 형태로 형성되는 혼합 보조부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 예를들면, 혼합기(105) 내부에 날개 형상 또는 스크류 형상의 혼합 보조부를 구비할 수 있고, 금속망을 추가할 수도 있다.
혼합가스 분배기(107)는 혼합기(105)가 배출하는 혼합가스가 연소용 촉매(111)에 균일하게 유입되도록 유도한다. 이때, 혼합가스 분배기(107)는 혼합가스를 균일하게 분배할 수 있는 구성이라면, 어떠한 구성이라도 사용될 수 있다. 예를들면, 혼합가스를 균일하게 분사할 수 있도록 구성된 복수개의 노즐을 포함할 수 있다. 혼합가스 분배기(107)는 불연성 물질로서, 예를들면, 다공성 세라믹이나 금속성 재질일 수 있다.
점화기(109)는 케이스(600)의 내부 공간에 설치되고, 혼합가스 분배기(107)와 연소용 촉매(111) 사이에 위치한다. 점화기(109)는 혼합가스 분배기(107)로부터 분배되는 혼합가스를 착화시킴으로써, 연소용 촉매(111)에서 혼합가스의 지속적인 연소 반응을 일으키게 한다.
점화기(109)는 허니콤 세라믹 담체에 촉매를 코팅하여 전열선(예, 니크롬선)을 셀 사이로 지그재그로 끼워넣어 열이 고루 분포할 수 있도록 형성된 구조일 수 있다. 이러한 점화기(109)는 점화시만 소정의 전력을 공급하여 착화함으로써, 혼합가스가 착화 온도까지 올라간 후에 전력 공급을 중단할 수 있다.
연소용 촉매(111)는 혼합가스 분배기(107)의 후단에 위치한다. 연소용 촉매(111)는 착화된 혼합가스와 반응하여 완전 연소로 인한 열을 발생시킨다. 연소용 촉매(111)는 귀금속(Pt, Pd, Rh 등)과 각종 금속 산화물 촉매가 이용될 수 있다. 연소용 촉매(111)는 촉매 연소에 의해 연료와 공기를 저온에서 산화 반응시키기 위해 감마 알루미나에 귀금속(Pt, Pd, Rh 등) 또는 각종 금속 산화물로 구성된 촉매 물질이 코팅될 수 있다. 연소용 촉매(111)는 실제 연료 C3H8과, 공기과잉율=3의 촉매 연소 결과 배출가스 중 HC, CO, NO 농도는 0 ppm으로 저공해성이 확인되었다.
과불화 화합물(PFCs) 처리부(200)는 과불화 화합물(PFCs)에 대해, 과불화 화합물(PFCs) 처리 촉매를 사용하여 접촉 분해 반응 또는 가수 분해 반응을 수행한다. 이때, 촉매 연소기(100)에서 발생된 열을 이용한다. 도 5를 참조하면, 과불화 화합물(PFCs) 처리부(200)는 배출가스 분배기(201), 과불화 화합물(PFCs) 처리 촉매(203) 및 고정부(205)를 포함한다.
배출가스 분배기(201)는 배출가스 공급관(507)과 연결되어, 배출가스 공급관(507)으로부터 공급되는 배출가스를 균일하게 분배한다. 여기서, 배출가스는 과불화 화합물을 포함한다. 배출가스 분배기(201)는 케이스(600)의 내부 공간에 설치되는데, 연소용 촉매(111)의 후단에 위치한다. 이러한 배출가스 분배기(201)의 구체적인 구성은 도 7 ~ 도 15를 참고하여 후술한다.
과불화 화합물(PFCs) 처리 촉매(203)는 금속 산화물, 알루미나, 이산화티탄(TiO2) 등의 복합 촉매가 사용될 수 있다. 이때, 과불화 화합물(PFCs)의 분해 반응 온도는 350℃ ~ 500℃ 범위이다.
과불화 화합물(PFCs) 처리 촉매(203), 예를 들어 코발트 옥사이드(CoO4) 촉매와 삼불화질소(NF3)의 반응예는 수학식 6과 같다.
Figure pat00006
즉, 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2)를 배출하고, 삼불화질소(NF3)는 촉매(CoO4)와 흡착 반응하여 코발트플루오리드(CoF2)로 쌓이게 된다. 따라서, 과불화 화합물(PFCs) 처리 촉매의 내구(耐久) 시간이 수십 시간으로 짧다.
과불화 화합물(PFCs) 처리 촉매(203)는 고정부(205)에 의해 케이스(600)와는 별도로 고정하여 쉽게 교체할 수 있도록 구성된다. 예를들면, 고정부(205)는 플랜지(flange) 형태일 수 있다.
도 6a를 참조하면, 고정부(205)는 케이스(600)로부터 분리가 가능하다. 도 6b를 참조하면, 고정부(205)는 케이스(600)와 결합되는데, 결합 방식은 다양한 방식이 채택될 수 있다. 예를들면, 볼트 결합, 끼움 결합 등이 사용될 수 있다. 고정부(205)는 케이스(600)와 착탈이 가능하도록 결합된다.
질소산화물(NOx) 처리부(300)는 과불화 화합물(PFCs) 처리부(200)로부터 배출되는 질소산화물(NOx)을 암모니아 선택적 환원 촉매와 반응시켜 제거한다. 도 5를 참조하면, 질소산화물(NOx) 처리부(300)는 선택적 환원 촉매(301), 암모니아 공급통(303), 암모니아 유량 조절변(305) 및 암모니아 분배기(307)를 포함한다.
선택적 환원 촉매(301)는 수학식 5에서 설명한 바와 같이, 저온 활성도가 높은 구리-제올라이트(Cu-Zeolite)에 세륨(Ce), 니오븀(Nb)을 첨가한 촉매를 사용할 수 있다.
암모니아 선택적 환원 촉매(301)에 필요한 암모니아는 암모니아 공급통(303)을 통해 가스 상태로 공급되거나 액체 상태인 우레아 상태로 공급될 수 있다. 이때, 우레아 상태로 공급될 경우, 분사기와 분무 시스템이 별도로 필요하다.
암모니아 유량 조절변(305)은 암모니아 또는 우레아의 공급량을 조절한다. 암모니아 유량 조절변(305)은 질량 유량계 및 밸브로 구성된다. 질량 유량계에서 암모니아 또는 우레아의 유량이 측정되고, 밸브에 의해 암모니아 또는 우레아의 유량이 조절된다.
암모니아 분배기(307)는 암모니아 또는 우레아를 선택적 환원 촉매(301)로 분사 및 분배한다.
공기공급부(400)는 촉매 연소를 위한 공기 공급 수단으로서, 도 5를 참조하면, 공기 공급 삼방변(401), 공기 공급구(403), 공기 공급관(405) 및 공기 유량 조절변(407)을 포함한다.
공기 공급 삼방변(401)은 공기 공급구(403), 공기 공급관(405) 및 이중 열 교환기(501)와 연결된다. 공기 공급 삼방변(401)은 공기의 흐름량 및 방향을 조절한다.
공기 공급 삼방변(401)은 공기 공급구(403)을 통해 유입되는 공기를 이중 열 교환기(501)를 통과시켜 가열시킨 후, 단열된 공기 공급관(405)을 통해 공기 유량 조절변(407)으로 공급한다. 만약, 공기의 예열이 불필요할 경우에는 공기 공급 삼방변(401)은 공기 공급구(403)를 통해 유입되는 공기를 바로 공기 공급관(405)을 통해 공기 유량 조절변(407)으로 공급한다.
공기 공급구(403)는 외부로부터 공기가 유입되도록 개방된다.
공기 공급관(405)은 공기 공급 삼방변(401) 및 공기 유량 조절변(407)과 연결된다. 공기 공급관(405)은 이중 열 교환기(501)를 통과하여 가열된 공기가 공기 공급관(405)을 통과할 때, 외부로 열을 빼앗기지 않도록 단열 소재로 이루어질 수 있다.
공기 유량 조절변(407)은 공기 공급량을 조절한다. 공기 유량 조절변(407)은 질량 유량계 및 밸브로 구성된다. 질량 유량계에서 공기의 유량이 측정되고, 밸브에 의해 공기의 유량이 조절된다.
공기 유량 조절변(407)은 연료량 조절변(103)과 함께, 과불화 화합물(PFCs) 처리에 필요한 열원을 초저공해 상태로 얻을 수 있도록 과잉공기비를 조절한다. 즉, 과불화 화합물(PFCs)의 처리에 필요한 열원의 온도(900℃)를 획득하기 위한 공기와 연료의 질량비가 되도록 공기의 유량 및 연료의 유량을 각각 조절한다. 이때, 공기 유량 조절변(407) 및 연료량 조절변(103)은 제어 프로그램이 탑재된 제어 장치(미도시)의 제어에 따를 수 있다.
배출가스 공급부(500)는 처리 대상인 과불화 화합물(PFCs)을 공급하는 수단으로서, 도 5를 참조하면, 이중 열교환기(501), 배출가스 공급 삼방변(503), 배출가스 공급구(505) 및 배출가스 공급관(507)을 포함한다.
이중 열교환기(501)는 예열된 공기가 유동되는 공기 예열관 및 과불화 화합물(PFCs)이 유동되는 과불화 화합물(PFCs) 예열관이 내부에 독립적으로 형성되어, 예열될 공기와 과불화 화합물(PFCs)이 서로 섞이지 않으면서 열교환될 수 있다. 이때, 공기 예열관과 과불화 화합물(PFCs) 예열관은 전열 면적을 넓히기 위해 전열핀이 설치된 구조이다.
과불화 화합물(PFCs) 처리가 끝난 300℃ ~ 400℃의 배출가스는 촉매 연소용 공기 및 과불화 화합물(PFCs)의 혼합기가 통과하는 이중 교환기(501)에 공급되어, 배출가스가 가진 폐열을 재사용할 수 있다. 따라서, 촉매연소용 에너지 및 과불화 화합물(PFCs) 혼합기의 촉매 반응에 필요한 에너지를 최소화할 수 있다.
배출가스 공급 삼방변(503)은 이중 열교환기(501), 배출가스 공급구(505) 및 배출가스 공급관(507)과 연결된다. 배출가스 공급 삼방변(503)은 과불화 화합물(PFCs)의 공급 흐름량 및 방향을 조절한다.
배출가스 공급구(505)로부터 공급되는 과불화 화합물(PFCs)이 예열이 필요할 경우, 배출가스 공급 삼방변(503)에 의하여 이중 열교환기(501)를 통과하여 예열된다. 그리고 배출가스 공급관(507)을 통해 배출가스 분배기(201)로 투입된다. 이와 같이, 과불화 화합물(PFCs)을 이중 열 교환기(501)를 통과시켜 배기열을 회수하므로, 에너지 절약을 도모하고, 배출가스 처리 용량을 증대시킬 수 있다.
다만, 배출가스에 강한 발화성을 가진 물질이 포함된 경우, 이중 열 교환기(501)를 통과시키지 않고 배출가스 공급 삼방변(503)에 의하여 바로 배출가스 공급관(507)을 통해 배출가스 분배기(201)로 투입될 수 있다.
이와 같이, 과불화 화합물(PFCs)은 이중 열 교환기(501)로 들어가 예열된 후, 배출가스 분배기(201)로 공급되고, 이후, 과불화 화합물(PFCs) 처리 촉매(203)로 균일하게 공급되어 정화처리된다.
케이스(600)는 촉매들(111, 203, 301)을 고정한다. 단열재(700)는 케이스(600)의 외부에 위치하고, 연소용 촉매(111)의 연소로 인하여 발생한 열이 외부로 손실되는 것을 방지 또는 차단한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배출가스 분배기(201)의 구성에 대하여 설명하면, 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 배출가스 분배기의 형상을 도시한 사시도이며, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배출가스 분배기의 형상을 도시한 단면도이고, 도 9는 도 8의 일부(P2)를 확대한 도면이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 배출가스 분배기(201)는 공급부(201a) 2개가 뒷면에서 배출가스 분배기(201)의 중심(P1)으로 과불화 화합물(PFCs)을 포함하는 배출가스를 공급하게 되어 있다. 공급된 배출가스는 중심(P1)에서 복수개의 노즐(201b) 각각으로 공급된다.
도 8을 참조하면, 각 노즐(201b)에는 배출가스를 분사할 적어도 하나의 노즐경(201c)이 각각 형성되어 있다. 복수개의 노즐(201b)은 예를들면, 4개 이상일 수 있다.
도 9를 참조하면, 각 노즐(201b)에 형성된 노즐경(201c)은 0도 노즐 위치보다 크고, 90도 보다 작은 각도를 갖는 범위(0도 < p < 90도)의 위치에 형성된다.
또한, 노즐경(201c)의 크기는 중심부(P1)에 가까울수록 직경이 크고, 외부를 향할수록 직경을 작게 구성한다. 즉, 노즐경(201c)의 크기는 a>b>c>d 순서대로 크다.
이어서 본 발명의 실시예에 따른 좀 더 균일한 분배를 위한 배출가스 분배기(201)의 구성을 갖기 위해 실시한 실험예를 설명한다.
[실험예 1]
먼저, 실험예 1에서는 노즐경(201b)들의 위치가 형성된 각도를 달리하였다. 즉, 도 10 및 도 11은 노즐경(201b)들의 위치를 0도에 형성한 예시이고, 도 12 및 도 13은 노즐경(201b)들의 위치를 45 도에 형성한 예시이다. 세부적으로, 도 10a는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐경(201c)들의 위치가 0도에 형성된 경우, 중심부의 속도 분포를 나타내고, 도 10b는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐경(201c)의 위치가 0도에 형성된 경우, 중심부로부터 1mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타내며, 도 10c는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐경(201c)의 위치가 0도에 형성된 경우, 중심부로부터 31mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타내고, 도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 속도 벡터를 나타내며, 도 12a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐경(201b)들의 위치가 45도에 형성된 경우, 중심부의 속도 분포를 나타내고, 도 12b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐경(201b)들의 위치가 45도에 형성된 경우, 중심부로부터 1mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타내며, 도 12c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐경(201b)들의 위치가 45도에 형성된 경우, 중심부로부터 31mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타내고, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 속도 벡터를 나타낸다.
이때, 도 10b와 도 12b, 도 10c와 도 12c를 각각 비교해보면, 노즐경(201c)이 45도 위치에 형성된 경우가, 0도 위치에 형성한 경우보다 속도 분포가 중심부로 더 빨리 향하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 11과 도 13을 비교해보면, 속도 벡터가 노즐경(201c)을 45도에 형성된 경우가 0도 위치에 형성된 경우보다, 속도의 방향은 중심부로 향하고 속도 빠르기도 균일하게 중심부로 향하고 있음을 알 수 있다.
이러한 결과에 따르면, 노즐경(201c)의 위치는 0도보다 45도 위치에 형성하는 것이 바람직함을 알 수 있다. 즉, 노즐경(201c)의 위치는 0도와 90도 사이에서 선택된 각도를 형성하도록 배치될 수 있다.
[실험예 2]
다음, 실험예 2에서는 노즐경(201b)들을 45도 위치에 형성하고, 크기를 달리하였다. 이때, 노즐경(201b)들은 각 노즐(201b)에 4개를 형성하였다.
한 실시예에 따르면, 도 9에서 4개의 노즐경(201b)의 크기는 a=1.5mm, b==1.8mm, c=1.8mm, d=2.0mm이다. 즉, 중심부(P1)에서 멀어질수록 노즐경(201b)의 직경을 크게 형성하였다.
다른 실시예에 따르면, 도 9에서 4개의 노즐경(201b)의 크기는 a=1.8mm, b=1.5mm, c=1.2mm, d=0.9mm이다. 즉, 중심부(P1)에서 가까울수록 노즐경(201b)의 직경을 크게 형성하였다. 세부적으로, 도 14a는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐경의 중심부의 속도 분포를 나타내고, 도 14b는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐경의 중심부로부터 1mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타내며, 도 14c는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐경의 중심부로부터 31mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타내고, 도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 속도 벡터를 나타내고, 도 16a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐경의 중심부의 속도 분포를 나타내고, 도 16b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐경의 중심부로부터 1mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타내며, 도 16c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐경의 중심부로부터 31mm 떨어진 지점의 속도 분포를 나타내고, 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 속도 벡터를 나타낸다.
도 14a, b, c는 중심부(P1)에 가까운 노즐경(201b)의 크기가 가장 작고, 외부로 향하여 갈수록 커진다. 반면, 도 16a, b, c는 중심부(P1)에 가까운 노즐경(201b)의 크기가 가장 크고, 외부로 향하여 갈수록 작아진다.
이때, 도 16a, b, c의 속도 분포가 도 14a, b, c의 속도 분포에 비해 중심으로 향하여 전체적으로 균일한 배출가스 분배가 이루어지는 것을 알 수 있다.
또한, 도 15와 도 17을 비교해보면, 도 15의 속도 분포는 배출가스의 흐름이 외부로 빠르게 흐르고 중심부(P1)로 향하는 흐름의 속도는 느린 것을 나타낸다. 반면, 도 17의 속도 분포는 속도 벡터의 크기가 보다 균일하고 중심부(P1)로 향하여 보다 균일한 배출가스 분배를 시키고 있음을 알 수 있다.
이러한 결과에 따르면, 노즐경(201c)의 크기는 중심부(P1)에 가까울수록 크고, 외부로 향할수록 작게 형성하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
이상 기술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 촉매 연소 중 중온 영역 대의 촉매 연소 기술을 사용하고, 가스 연료의 연소 온도를 약 900℃로 유지하면서 연소 배출가스를 제로화(NOx=0, HC=0, CO=0 ppm) 상태에서 과불화화합물(PFCs)을 포함한 유해 배출가스와 혼합하여 과불화화합물(PFCs) 처리용 전용 촉매의 온도를 400-500℃를 유지하여 과불화화합물(PFCs)을 촉매반응에 의해 처리한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 과불화 화합물 처리 장치
100 : 촉매 연소기
101 : 연료통
103 : 연료량 조절변
105 : 혼합기
107 : 혼합가스 분배기
109 : 점화기
111 : 연소용 촉매
200 : 과불화 화합물(PFCs) 처리부
201 : 배출가스 분배기
203 : 과불화 화합물(PFCs) 처리 촉매
205 : 고정부
300 : 질소산화물(NOx) 처리부
301 : 선택적 환원 촉매
303 : 암모니아 공급통
305 : 암모니아 유량 조절변
307 : 암모니아 분배기
400 : 공기공급부
401 : 공기 공급 삼방변
403 : 공기 공급구
405 : 공기 공급관
407 : 공기 유량 조절변
500 : 배출가스 공급부
501 : 이중 열교환기
503 : 배출가스 공급 삼방변
505 : 배출가스 공급구
507 : 배출가스 공급관

Claims (15)

  1. 제1 촉매로 유입된 연료 및 공기의 혼합가스에 대해, 촉매 연소를 수행하여열을 발생시키는 촉매 연소기,
    상기 촉매 연소기의 후단에 설치되고, 외부로부터 유입된 과불화 화합물(Perfluorinated Chemicals, PFCs)과 제2 촉매 간에 상기 촉매 연소에 따른 열을 이용한 촉매 접촉 분해 반응 또는 가수 분해 반응을 통하여 상기 과불화 화합물(PFCs)을 제거하는 과불화 화합물(PFCs) 처리부,
    외부로부터 유입된 공기를 상기 촉매 연소기로 공급하는 공기 공급부, 그리고
    외부로부터 유입된 상기 과불화 화합물(PFCs)을 포함하는 배출가스를 상기 과불화 화합물(PFCs) 처리부로 공급하는 배출가스 공급부
    를 포함하는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 과불화 화합물(PFCs) 처리부의 후단에 설치되고, 외부로부터 유입되는암모니아 또는 우레아와, 상기 촉매 접촉 분해 반응 또는 상기 가수 분해 반응에 따른 질소산화물을 제3 촉매와 접촉시켜 선택적 환원 촉매 반응을 통해 상기 질소산화물을 제거하는 질소산화물 처리부
    를 더 포함하는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 촉매는, 상기 혼합가스와 저온에서 산화 반응이 이루어지는 촉매 물질로 코팅되고,
    상기 제2 촉매는, 금속산화물, 알루미나 및 이산화티탄 중 적어도 하나의 촉매 물질로 코팅되며,
    상기 제3 촉매는, 저온 활성도가 높은 구리-제올라이트(Cu-Zeolite)에 세륨(Ce) 또는 니오븀(Nb)을 첨가한 촉매를 포함하는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치.
  4. 제2항에서,
    소정의 형상을 가지고, 내부에 상기 촉매 연소기, 상기 과불화 화합물(PFCs) 처리부, 상기 공기 공급부, 상기 배출가스 공급부 및 상기 질소산화불 처리부의 전부 또는 일부를 포함하는 케이스, 그리고
    상기 케이스의 전부 또는 일부에 형성된 단열재
    를 더 포함하는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 과불화 화합물(PFCs) 처리부는,
    상기 제2 촉매가 고정되고, 상기 케이스에 착탈이 가능하도록 결합되는 구조로 이루어진 고정부
    를 포함하는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치.
  6. 제2항에서,
    상기 과불화 화합물(PFCs) 처리부는,
    상기 제1 촉매의 후단에 설치되고, 상기 과불화 화합물(PFCs)을 포함하는 배출가스를 균일하게 분배하는 배출가스 분배기, 그리고
    상기 배출가스 분배기로부터 유입된 상기 배출가스와 상기 촉매 접촉 분해 반응 또는 가수 분해 반응이 수행되는 적어도 하나의 상기 제2 촉매를 포함하고,
    상기 배출가스 분배기는,
    상기 배출가스를 분사하기 위한 구멍인 노즐경이 적어도 하나 생성된 복수개의 노즐을 포함하는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 복수개의 노즐은,
    외부로부터 상기 배출가스를 공급받기 위한 공급부가 적어도 하나 형성된 중심부로부터 방사상으로 형성되는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 노즐경은,
    상기 복수개의 노즐 각각에서 상기 중심부에 가까울수록 직경이 크게 형성되는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치.
  9. 제7항에서,
    상기 노즐경은,
    상기 복수개의 노즐 각각을 수평으로 세운 상태에서, 수평 지점인 0도와 직각을 이루는 지점인 90도 사이에 형성되는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치.
  10. 제6항에서,
    상기 공기 공급부는,
    공기 공급량을 조절하기 위한 공기 유량 조절변,
    공기의 흐름량 및 방향을 조절하기 위한 공기 공급 삼방변, 그리고
    상기 공기 유량 조절변 및 상기 공기 공급 삼방변 사이에 연결되고, 상기 공기 공급 삼방변을 통해 외부로부터 유입되는 공기를 상기 공기 유량 조절변으로 전달하는 공기 공급관을 포함하고,
    상기 촉매 연소기는,
    연료의 유량을 측정하는 질량 유량계 및 상기 연료의 유량을 조절하기 위한 밸브를 포함하는 연료량 조절변,
    상기 연료량 조절변 및 상기 공기 유량 조절변을 통해 각각 유입되는 연료 및 공기를 혼합한 혼합가스를 생성하는 혼합기,
    상기 혼합기의 후단에 위치하여 상기 혼합가스를 상기 제1 촉매에 균일하게 유입되도록 분배하는 혼합가스 분배기,
    상기 혼합가스 분배기의 후단에 위치하여 상기 혼합가스를 착화시키는 점화기, 그리고
    상기 점화기 뒤에 위치하여 상기 착화된 혼합가스와 반응하여 완전 연소로 인한 열을 발생시키는 상기 제1 촉매
    를 포함하는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 공기 유량 조절변 및 상기 연료량 조절변은,
    과불화 화합물(PFCs)의 처리에 필요한 열원의 온도를 획득하기 위한 공기와 연료의 질량비가 되도록 공기의 유량 및 연료의 유량을 각각 조절하는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치.
  12. 제10항에서,
    상기 배출가스 공급부는,
    외부로부터 공급되는 상기 배출가스의 공급 흐름량 및 방향을 조절하는 배출가스 공급 삼방변,
    상기 공기 공급 삼방변 및 상기 배출가스 공급 삼방변과 연결되고, 상기 공기를 예열하거나 또는 상기 배출가스로부터 배기열을 회수하는 열교환을 수행하는 이중 열 교환기, 그리고
    상기 공급 삼방변과 상기 배기가스 분배기에 연결되는 제1 공급관 및 상기 이중 열교환기와 상기 배기가스 분배기에 연결되는 배기가스 공급관
    을 포함하는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 장치.
  13. 제1 촉매로 유입된 연료 및 공기의 혼합가스에 대해, 촉매 연소를 수행하는 단계, 그리고
    상기 촉매 연소를 통해 발생된 열을 이용하고, 제2 촉매와 외부로부터 유입된 과불화 화합물(Perfluorinated Chemicals, PFCs) 간에 촉매 접촉 분해 반응 또는 가수 분해 반응을 통하여 상기 과불화 화합물(PFCs)을 제거하는 단계
    를 포함하는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 제거하는 단계 이후,
    상기 촉매 접촉 분해 반응 또는 상기 가수 분해 반응에 따라 생성된 부산물인 질소산화물을 암모니아 또는 우레아와 혼합하여 제3 촉매와 접촉시켜 선택적 환원 촉매 반응을 통해 제거하는 단계
    를 더 포함하는, 과불화 화합물(PFCs) 처리 방법.
  15. 제13항에서,
    상기 촉매 연소는,
    최저 온도가 400℃이고, 최고 온도가 900℃인 촉매 반응 온도 범위에서 이루어지는 중온 촉매 연소인, 과불화 화합물(PFCs) 처리 방법.
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