KR20190085358A - An apparatus and a method for removing harmful fluoride by using aqueous methanol solution - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method which effectively removes harmful fluorine compounds such as perfluorocarbons, sulfur hexafluoride (SF_6), and nitrogen trifluoride (NF_3), discharged from semiconductor, solar cells, light emitting diodes and display manufacturing industries. The method for removing harmful fluorine compounds with a series of continuous processes comprises the steps of: efficiently recovering heat energy inside a continuous process to generate promotion gases containing hydrogen and steam in order to effectively remove the harmful fluorine compounds at a lower temperature; and promoting hydrogenation or hydrolysis of the harmful fluorine compounds by the promotion gases, and decomposing and converting the same into a simple fluorine compound capable of being easily removed in a follow-up step. According to the present invention, the present invention has a very high energy efficiency, does not need any external facilities for supplying fuels or promotion gases, and is implemented as an integrated small device which minimizes heat exchange capacities and the use of insulation members, thereby reducing investing costs and operating costs in terms of economic aspects, and expanding an application range in terms of industrial aspects.

Description

메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치 및 방법{An apparatus and a method for removing harmful fluoride by using aqueous methanol solution}[0001] The present invention relates to an apparatus and a method for removing harmful fluorine compounds using an aqueous methanol solution,

본 발명은 반도체, 태양전지, 발광다이오드, 디스플레이 제조산업에서 사용된 후 배출되는 과불화탄소류(perfluorocarbons), 육불화황(SF6), 삼불화질소(NF3)와 같은 유해한 불소화합물(harmful fluoride)을 효과적으로 제거하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the use of harmful fluoride compounds such as perfluorocarbons, SF 6 , and nitrogen trifluoride (NF 3 ), which are emitted after being used in semiconductors, solar cells, light emitting diodes, ) Effectively.

삼불화질소(NF3), 과불화탄소류(perfluorocarbons), 그리고 육불화황(SF6) 등의 불소화합물은 반도체, 태양전지, 발광다이오드(LED), 디스플레이 산업에서 사용되며, 주로 건식식각공정(dry etching process)의 공정가스(process gas)로, 혹은 화학기상증착(CVD: chemical vapor deposition) 후 챔버(chamber) 내부의 잔류물을 제거하는 세정가스(cleaning gas)로 사용된다. Fluorine compounds such as nitrogen trifluoride (NF 3 ), perfluorocarbons and sulfur hexafluoride (SF 6 ) are used in semiconductors, solar cells, light emitting diodes (LED) dry etching process or as a cleaning gas to remove residues in a chamber after chemical vapor deposition (CVD).

상기에서 언급한 불소화합물들은 그 자체로서 유해하거나 지구온난화 지수가 매우 높은 온실가스이기 때문에, 상기 공정에서 충분히 제거되지 않고 공정배출가스에 포함되어 배출될 경우 작업장 내외의 안전, 보건, 환경적인 문제를 초래할 수 있다.Since the above-mentioned fluorine compounds are harmful in themselves or are a greenhouse gas having a very high global warming index, if they are not sufficiently removed in the above process but are included in the process exhaust gas, they may cause safety, health and environmental problems .

상기의 유해한 불소화합물은 매우 안정한 구조를 가지고 있으므로, 그 자체로서는 쉽게 분해되지 않지만, 예를 들면, 불산 (HF), 불소기체 (F2), 혹은 불소산화물(fluorine oxides) 등과 같은 간단한 불소화합물들로 분해 및 전환한 후에는 비교적 쉽게 제거될 수 있다.Since the harmful fluorine compound has a very stable structure, it is not easily decomposed per se. However, simple fluorine compounds such as hydrofluoric acid (HF), fluorine gas (F 2 ) and fluorine oxides It can be relatively easily removed.

종래 알려진 유해한 불소화합물의 분해 및 전환의 방법으로는 연소법, 플라즈마 분해법, 접촉 열분해법, 촉매전환법 등이 있으나, 이들 종래 기술 중 일부는 에너지 효율이 매우 낮거나, 또 다른 일부는 유해한 불소화합물의 분해 및 전환이 매우 높은 온도에서 진행되어 낮은 에너지 효율을 극복하기 위해 대용량의 열회수부를 필요로 하고 과도한 단열자재를 사용할 필요가 있다. 또 다른 일부는 연료 또는 촉진가스를 공급하는 별도의 장치가 필요하기 때문에 설치의 제약이 따르는 문제점도 있다. Conventional known methods for decomposing and converting harmful fluorine compounds include a combustion method, a plasma decomposition method, a catalytic thermal decomposition method, a catalytic conversion method, and the like. However, some of these prior art technologies have a very low energy efficiency, Decomposition and conversion proceeds at a very high temperature, so that a large amount of heat recovery part is required to overcome low energy efficiency and it is necessary to use an excessive heat insulating material. Another problem is that installation is restricted because a separate device for supplying fuel or promoting gas is required.

일례로 연소법은 먼저 탄화수소류(hydrocarbons)의 연료를 연소하여 얻은 연소열로 공정배출가스의 온도를 800℃ 이상으로 가열한 후 유해한 불소화합물의 분해 및 전환 반응을 유도하여 간단한 불소화합물들로 전환하는 방법으로서, 이후의 배출가스에는 간단한 불소화합물 외에 일산화탄소와 NO, N2O, NO2 등의 질소산화물도 포함될 수 있다. 선행문헌(한국등록특허 제10-0527284호)은 불소화합물의 연소식 분해를 위해 고안된 버너에 대해 개시하고 있으며, 또 다른 선행문헌(한국공개특허 제10-2011-0095305호)은 연소반응부를 포함하는 연속된 장치의 구성 방법에 대해 개시하고 있다. For example, the combustion method is a method in which the combustion exhaust gas obtained by burning fuel of hydrocarbons first heats the process exhaust gas at a temperature of 800 ° C. or more, and then converts decomposition and conversion of harmful fluorine compounds into simple fluorine compounds And the following exhaust gas may contain carbon monoxide and nitrogen oxides such as NO, N 2 O, and NO 2 in addition to a simple fluorine compound. (Korean Patent No. 10-0527284) discloses a burner designed for combustion decomposition of a fluorine compound, and another prior art (Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0095305) The method comprising:

화학반응적인 측면에서 살펴본다면 연소법의 각 단계는 다음과 같이 설명될 수 있다. 먼저, 탄화수소류의 연소에 의해 수증기(H2O), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2)가 생성되는 단계이며, 상기의 생성물은 유해한 불소화합물의 분해 및 전환반응에 참여할 수 있다. 다음으로는, 고온에서 주반응인 산화반응과 부가반응이 함께 진행되는 단계로 아래의 반응식 1 내지 반응식 3이 주요 반응이다.In terms of chemical reactions, each stage of the combustion process can be explained as follows. First, water vapor (H 2 O), carbon monoxide (CO), and carbon dioxide (CO 2 ) are produced by combustion of hydrocarbons, and the product can participate in decomposition and conversion of harmful fluorine compounds. Next, the oxidation reaction and the addition reaction, which are the main reaction at the high temperature, proceed together, and the following reaction schemes 1 to 3 are the main reactions.

[반응식 1] 2NF3 + O2 → 2NO + 3F2 [Reaction 1] 2NF 3 + O 2 ? 2NO + 3F 2

[반응식 2] 2NF3 + 3H2O → NO + NO2+ 6HF [Reaction 2] 2NF 3 + 3H 2 O → NO + NO 2 + 6HF

[반응식 3] 2F2 + 2H2O → 4HF + O2 [Reaction Scheme 3] 2F 2 + 2H 2 O → 4HF + O 2

상기 반응 후 배출가스에 포함된 간단한 불소화합물 즉, HF 혹은 F2는 상기의 배출가스를 염기성 수용액에 통과시켜서 중화하거나 흡착제의 일종인 고체물질에 흡착, 흡수, 또는 고착시켜 제거할 수 있다. 상기 반응의 결과로 소량의 산소를 함유한 불소산화물이 함께 생성될 수도 있으나 이들 역시 상기에 기재한 방법의 응용으로 제거할 수 있다. 탄화수소류의 연소에 의해 생성된 일산화탄소는 별도의 산화촉매를 거쳐 이산화탄소로 전환시켜야 하며, 반응식 1과 반응식 2에 의해 생성된 NO와 NO의 추가 산화-환원과정에 의해 발생하는 NO2, N2O3 N2O 등의 질소산화물(NOx)은 별도의 촉매반응장치에서 선택적 촉매환원법으로 N2로 환원시켜야 한다. The simple fluorine compound contained in the exhaust gas after the reaction, that is, HF or F 2, can be neutralized by passing the above-mentioned exhaust gas through a basic aqueous solution or adsorbed, absorbed or fixed to a solid material, which is one kind of adsorbent. As a result of this reaction, fluorine oxides containing a small amount of oxygen may be produced together, but these can also be removed by the application of the method described above. Carbon monoxide generated by the combustion of hydrocarbons must be converted to carbon dioxide through a separate oxidation catalyst and NO 2 and N 2 O generated by the additional oxidation-reduction process of NO and NO produced by the reaction formulas 1 and 2 3 N 2 of nitrogen oxide (NOx) such as O are to be reduced to N 2 by selective catalytic reduction catalyst in a separate reactor.

과불화탄소류와 육불화황도 상기 반응식 1 내지 반응식 3과 유사한 방법으로 분해 및 전환될 수 있는데, 과불화탄소류의 분해 및 전환 후 배출가스에는 상기의 간단한 불소화합물 외에 상당한 양의 일산화탄소와 이산화탄소를 포함할 수 있고, 육불화황의 경우에는 이산화황(SO2) 또는 삼산화황(SO3)과 같은 황의 산화물 혹은 황산이 포함될 수 있다.Perfluorocarbons and sulfur hexafluoride can also be decomposed and converted in a similar manner to the above Reaction Schemes 1 to 3. In the exhaust gas after the decomposition and conversion of the perfluorocarbon gas, the exhaust gas contains a considerable amount of carbon monoxide and carbon dioxide And in the case of sulfur hexafluoride, an oxide of sulfur such as sulfur dioxide (SO 2 ) or sulfur trioxide (SO 3 ) or sulfuric acid may be included.

연소법의 또 다른 일례로, 유해한 불소화합물의 분해 및 전환에 필요한 열 에너지를 공급하기 위해 전기히터를 사용할 수도 있는데, 이러한 방법은 전기 가열식 연소법으로 알려져 있으며, 이때 반응식 2와 반응식 3을 원활하게 진행하기 위해서는 산소나 공기와 함께 수증기를 별도로 제공할 필요가 있다.As another example of the combustion method, an electric heater may be used to supply heat energy necessary for the decomposition and conversion of harmful fluorine compounds. This method is known as an electric heating combustion method. At this time, It is necessary to provide water vapor separately with oxygen or air.

또 다른 일례로 플라즈마 분해법은, 유해한 불소화합물이 포함된 공정배출가스와, 수소, 암모니아, 탄화수소, 산소 또는 이들이 하나 이상 포함된 혼합가스로 이루어진 촉진가스를 혼합한 후, 플라즈마 전극이 설치된 반응기에 도입하고, 전극에 고전압을 인가하여 형성된 플라즈마장(plasma field)에 상기의 혼합가스를 통과시켜, 유해한 불소화합물을 분해 및 전환하는 방법이다. 이러한 방법은 여러 선행문헌(한국등록특허 제10-0783793호, 한국등록특허 제10-1527507호)에 기재되어 있다. 유해한 불소화합물의 분해 및 전환의 결과물은 촉진가스의 종류와 조성에 따라 상이할 수 있으나, 산소를 촉진가스로 사용하는 경우에는 유해한 불소화합물의 분해 및 전환의 결과물은 상기에 기재된 연소법의 일례와 큰 차이를 보이지 않는다. 플라즈마 장치는 많은 양의 전력을 필요로 하고 입력 전력의 상당부분이 가스흐름이 아닌 전극 자체의 가열에 쓰이기 때문에, 전체 처리용량에 비해 필요한 에너지가 많아져서 에너지 효율이 매우 낮으므로 운영비가 많이 소요되는 단점이 있으며, 전극 침식에 의해 수명이 감소하는 단점이 있다. 또한, 희석가스로 사용되어 공정배출가스와 함께 유입되는 질소(N2)가 동시에 분해되어 N2O, NO 등의 다량의 질소화합물(NOx)이 발생한다는 문제점도 있다.As another example, the plasma decomposition method is a method in which a process exhaust gas containing a harmful fluorine compound and an accelerated gas composed of hydrogen, ammonia, hydrocarbon, oxygen, or a mixed gas containing at least one of them are introduced into a reactor equipped with a plasma electrode And passing the mixed gas through a plasma field formed by applying a high voltage to the electrode to decompose and convert harmful fluorine compounds. Such a method is described in various prior arts (Korean Patent No. 10-0783793, Korean Patent No. 10-1527507). The result of the decomposition and conversion of the harmful fluorine compound may be different depending on the type and composition of the promoted gas. However, when oxygen is used as the accelerating gas, the result of the decomposition and conversion of the harmful fluorine compound is as follows: There is no difference. Since a plasma device requires a large amount of power and a large portion of the input power is used for heating the electrode itself rather than the gas flow, the energy required for the entire processing capacity is increased, resulting in a very low energy efficiency. And there is a disadvantage that the lifetime is reduced due to electrode erosion. In addition, there is also a problem that nitrogen (N 2 ) introduced together with the process exhaust gas is used as a dilution gas and is simultaneously decomposed to generate a large amount of nitrogen compounds (NOx) such as N 2 O and NO.

또 다른 일례로 접촉 열분해법은 비교적 낮은 온도에서 유해한 불소화합물과 특정 성분으로 구성된 흡착제를 접촉시켜 분해 및 전환과 동시에 화학적으로 고착시키는 방법이다. 상기 과정 중에서 흡착제는 불소를 함유한 고형물로 변환하면서 고착성능이 저하되어, 흡착제를 주기적으로 교체하여 한다. 선행문헌(한국등록특허 제10-1178918호)은 흡착처리제로 철 산화물 또는 철(Fe)과, 알칼리금속 화합물 및 알칼리토금속 화합물을 포함하는 저온 흡착처리제를 200℃ 내지 600℃ 온도에서 불소화합물 가스와 접촉시키는 단계를 포함하는 불소화합물 가스의 처리방법에 대해 개시하고 있다.As another example, catalytic pyrolysis is a method in which a harmful fluorine compound and an adsorbent composed of a specific component are brought into contact with each other at a relatively low temperature to chemically fix the same at the time of decomposition and conversion. During the above process, the adsorbent is converted into a solid containing fluorine, and the fixing performance deteriorates, and the adsorbent is periodically replaced. The prior art (Korean Patent No. 10-1178918) discloses a low-temperature adsorption treatment agent containing iron oxide or iron (Fe), an alkali metal compound and an alkaline earth metal compound as an adsorption treatment agent at a temperature of 200 ° C to 600 ° C, And contacting the fluorine compound gas with the fluorine compound gas.

또 다른 일례로 촉매전환법은 촉매를 사용하여 공정배출가스에 포함된 유해 불소화합물을 보다 낮은 온도에서 분해 및 전환할 수 있으므로, 연소법에 비해 적은 에너지를 사용하면서도 대등한 효과를 얻을 수 있는 방법이다. 구체적으로, 상기 유해한 불소화합물은 800℃ 내지 1,200℃의 고온에서 산소에 의해 분해 및 전환되지만, 촉매를 사용하는 경우에는 산소 또는 공기를 함께 불어 넣어 500℃ 내지 900℃에서 분해 및 전환할 수 있다. 선행문헌(한국공개특허 제1999-045278호)에는 과불화탄소 및 SiF4를 포함하는 배출가스를 가열 후 알루미나 촉매 하에 분해하는 방법이 개시되어 있는데, 특히 비표면적이 150 m2/g 이하인 비기공성 알루미나를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다. 또 다른 선행문헌(한국등록특허 제10-0536479호)에는 다공성 알루미나에 전이금속이 담지된 과불화탄소 분해용 복합체 촉매에 대해 개시하고 있다. As another example, the catalytic conversion method can decompose and convert harmful fluorine compounds contained in the process exhaust gas at a lower temperature by using a catalyst, so that a comparable effect can be obtained while using less energy than the combustion method . Specifically, the harmful fluorine compound is decomposed and converted by oxygen at a high temperature of 800 ° C to 1,200 ° C, but when a catalyst is used, oxygen or air may be blown together to decompose and convert at 500 ° C to 900 ° C. A prior art document (Korean Patent Publication No. 1999-045278) discloses a method of decomposing an exhaust gas containing perfluorocarbon and SiF 4 under an alumina catalyst after heating. Specifically, a nonporous alumina having a specific surface area of 150 m 2 / g or less Is used. Another prior art (Korean Patent No. 10-0536479) discloses a composite catalyst for decomposing perfluorocarbons in which a transition metal is supported on porous alumina.

상기 방법을 통해 유해한 불소화합물의 분해 및 전환으로 생성되는 HF, F2, 또는 불소산화물은 강한 산성이거나 부식성이 매우 강한 기체로서 급격한 촉매 활성 손실을 초래할 수 있으므로, 산화활성이 우수하면서도 내산성 및 내부식성이 매우 강한 성분으로 촉매를 구성할 필요가 있다. 하지만, 많은 노력에도 불구하고 촉매 성능 저하의 문제점은 충분히 개선되지 않고 있어, 동 업계에서는 고가의 촉매를 주기적으로 교체하여 사용하고 있는 실정이며, 이후의 배출가스가 일산화탄소 또는 다량의 질소산화물을 포함하는 문제점 또한 쉽게 개선되지 않고 있다. HF, F 2 , or fluorine oxide produced by the decomposition and conversion of harmful fluorine compounds through the above method is a strong acidic or highly corrosive gas and may lead to a rapid catalytic activity loss. Therefore, it has excellent oxidation activity and corrosion resistance and corrosion resistance It is necessary to construct the catalyst with this very strong component. However, in spite of a lot of efforts, the problem of deterioration of the catalyst performance is not sufficiently improved, and in this industry, an expensive catalyst is periodically replaced and used, and the subsequent exhaust gas contains carbon monoxide or a large amount of nitrogen oxides Problems are also not easily improved.

최근에는 보다 낮은 온도에서 유해한 불소화합물을 효과적으로 제거하기 위한 방법으로 또 다른 촉진가스의 효과에 대한 연구를 심도있게 진행하고 있으며, 더욱 우수한 성능의 촉매를 개발하기 위해 활발한 연구가 진행 중이다. 선행문헌(Chem. Mater., 1995, 7, 683-687)에는 Ti, Si, Sn, 분말을 사용하여 NF3의 분해온도를 크게 낮춘 연구성과를 개시하고 있으며, 선행문헌(Catal. Comm., 2009, 7(3), 147-150)은 여러 금속의 인산염을 촉매로 사용하여 NF3의 가수분해온도를 크게 낮춘 연구의 결과를 기재하고 있다. 하지만, 상기 사례들은 실험실 규모의 연구 결과이며 실제 산업 현장에 성공적으로 적용하기 위해서는 앞서 기재한 방법들의 사례들과 마찬가지로 극복해야 할 많은 난관들이 존재한다.Recently, studies on the effect of another accelerating gas have been carried out in an attempt to effectively remove harmful fluorine compounds at a lower temperature, and active research is underway to develop a catalyst with higher performance. Commercially available catalysts such as Ti, Si, Sn, and powders have been used to reduce the decomposition temperature of NF 3 in the prior literature (Chem. Mater. 1995, 7, 683-687) 2009, 7 (3), 147-150) reports the results of a study that significantly reduced the hydrolysis temperature of NF 3 using various metal phosphates as catalysts. However, these examples are laboratory-scale studies and there are many challenges to be overcome in order to successfully apply them to actual industrial sites as well as the cases of the methods described above.

한국등록특허 제10-0527284호Korean Patent No. 10-0527284 한국공개특허 제10-2011-0095305호Korean Patent Publication No. 10-2011-0095305 한국등록특허 제10-0783793호Korea Patent No. 10-0783793 한국등록특허 제10-1527507호Korean Patent No. 10-1527507 한국등록특허 제10-1178918호Korean Patent No. 10-1178918 한국공개특허 제1999-0045278호Korean Patent Publication No. 1999-0045278 한국등록특허 제10-0536479호Korean Patent No. 10-0536479

Elizabeth Vileno 등, Chemistry of Materials, 1995, 7, 683-687Elizabeth Vileno et al., Chemistry of Materials, 1995, 7, 683-687 Takeshi Takubo 등, Catalysis Communications, 2009, 7(3), 147-150Takeshi Takubo et al., Catalysis Communications, 2009, 7 (3), 147-150

상기 설명된 종래 기술은, 보다 낮은 온도에서 유해한 불소화합물을 효과적으로 분해 및 전환할 수 있고, 보다 효과적인 방법으로 열에너지를 회수할 수 있어서 에너지 효율이 매우 높으며, 설치가 용이한 소형화된 일체형의 장치로 구현할 수 있는 일련의 연속공정을 제공하기 어려웠다.The above-described conventional technology can realize decomposition and conversion of harmful fluorine compounds at a lower temperature, can recover heat energy by a more effective method, and is realized as a compact, integrated device with high energy efficiency and easy installation It is difficult to provide a series of continuous processes that can be performed.

이에, 본 발명자는 반도체, 태양전지, 발광다이오드, 디스플레이 등의 제조 과정에서 배출되는 과불화탄소류, 삼불화질소, 육불화황 등의 유해한 불소화합물을 효과적이고 경제적인 방법으로 제거할 수 있는 방법을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과 연속공정 내에서 열에너지를 효과적으로 회수하여 에너지 효율이 매우 높으면서도 외부에서 촉진가스를 공급받을 필요가 없으므로 간단하면서도 소형인 일체형 장치로 구현될 수 있는 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the present inventor has proposed a method of effectively and economically removing harmful fluorine compounds such as perfluorocarbons, nitrogen trifluoride and sulfur hexafluoride which are emitted in the course of manufacturing semiconductors, solar cells, light emitting diodes and displays We have tried to develop our example. As a result, it is possible to effectively recover heat energy in the continuous process, so that the energy efficiency is very high and it is not necessary to supply the accelerated gas from the outside, so that the present invention can be realized as a simple and compact integrated device.

본 발명에 따른 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치는,An apparatus for removing harmful fluorine compounds using an aqueous methanol solution according to the present invention comprises:

(a) 메탄올 수용액으로부터 촉진가스를 생성하는 제2 반응부;(a) a second reaction unit for generating a promoted gas from an aqueous methanol solution;

(b) 촉진가스와 불순물이 제거된 공정배출가스를 혼합하는 혼합부;(b) a mixing section for mixing the accelerated gas and the process exhaust gas from which the impurities have been removed;

(c) 상기 혼합부를 통해 얻어진 혼합가스에 포함된 유해한 불소화합물을 간단한 불소화합물로 분해 및 전환하는 제1 반응부; 및(c) a first reaction part for decomposing and converting the harmful fluorine compound contained in the mixed gas obtained through the mixing part into a simple fluorine compound; And

(d) 상기 제1 반응부로부터 배출된 가스흐름으로부터 간단한 불소화합물을 제거하는 제2 정화부를 포함한다.(d) a second purifier for removing a simple fluorine compound from the gas flow discharged from the first reaction part.

상기 제2 반응부에는 연속공정 내의 열에너지를 회수하기 위한 제3 열교환부를 포함할 수 있다.The second reaction unit may include a third heat exchange unit for recovering thermal energy in the continuous process.

또한, 상기 제2 반응부는 메탄올의 수증기 개질반응으로 촉진가스를 생성하기 위한 촉매반응부를 포함한다.The second reaction unit includes a catalytic reaction unit for generating an accelerated gas by steam reforming reaction of methanol.

상기 혼합부 전에는 공정배출가스에 포함된 불순물을 사전 정화하는 제1 정화부를 추가로 포함할 수 있다.The mixing unit may further include a first purifying unit for pre-purifying impurities contained in the process exhaust gas.

상기 제2 정화부 후단에는 배출가스에 포함된 잔류 암모니아, 일산화탄소, 질소산화물(NOx)을 제거하는 제3 정화부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 제3 정화부가 잔류성분을 선택적으로 제거하는 촉매 또는 흡착제를 포함하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 제3 정화부는 활성탄과 제올라이트를 포함한다.The third purifier may further include a third purifier for removing residual ammonia, carbon monoxide, and nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas at a downstream end of the second purifier. Preferably, the third purifier includes a catalyst or an adsorbent for selectively removing the residual components. More preferably, the third purifier includes activated carbon and zeolite.

상기 제1 반응부는 수소화촉매, 가수분해촉매 또는 이들 모두를 포함하는 촉매반응부를 포함한다.The first reaction unit includes a hydrogenation catalyst, a hydrolysis catalyst, or a catalytic reaction unit including both of them.

상기 수소화촉매는 Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir 또는 이들의 하나 이상의 조합을 포함하는 금속, 합금, 산화물, 염 또는 이들 조합을 포함할 수 있다.The hydrogenation catalyst may include metals, alloys, oxides, salts, or combinations thereof, including Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir or combinations of one or more thereof.

상기 가수분해촉매는 Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir, Fe, Al, Si, Ti, Sn, Zn 또는 이들의 하나 이상의 조합을 포함하는 금속, 합금, 염, 산화물, 수산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.Wherein the hydrolysis catalyst is selected from the group consisting of a metal, an alloy, a salt, an oxide, a metal, a metal, a metal, a metal, , Hydroxides, or combinations thereof.

상기 제1 반응부는 혼합가스를 반응온도까지 예열하기 위한 예열부를 추가로 포함할 수 있다.The first reaction unit may further include a preheating unit for preheating the mixed gas to a reaction temperature.

상기 촉매반응부는 수소화촉매에 대한 가수분해촉매를 0.1 내지 10 중량비로 포함하는 것이 보다 바람직하다.It is more preferable that the catalytic reacting portion includes a hydrolysis catalyst for the hydrogenation catalyst in a weight ratio of 0.1 to 10.

본 발명에 따른 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법은,A method for removing harmful fluorine compounds using an aqueous methanol solution according to the present invention includes:

(a) 메탄올 수용액으로부터 촉진가스를 생성하는 제2 반응단계;(a) a second reaction step of producing a promoted gas from an aqueous methanol solution;

(b) 촉진가스와 불순물이 제거된 공정배출가스를 혼합하는 혼합단계;(b) a mixing step of mixing the promoted gas with the process exhaust gas from which the impurities have been removed;

(c) 상기 단계 (b)를 통해 얻어진 혼합가스에 포함된 유해한 불소화합물을 간단한 불소화합물로 분해 및 전환하는 제1 반응단계; 및(c) a first reaction step of decomposing and converting a harmful fluorine compound contained in the mixed gas obtained through the step (b) into a simple fluorine compound; And

(d) 상기 제1 반응단계(c)로부터 배출된 제1 반응가스로부터 간단한 불소화합물을 제거하는 제2 정화단계를 포함한다.(d) a second purifying step of removing a simple fluorine compound from the first reaction gas discharged from the first reaction step (c).

상기 제1반응단계(c) 전에는 공정배출가스에 포함된 불순물을 사전 정화하는 제1 정화단계(cc)를 추가로 포함할 수 있다.Before the first reaction step (c), a first purifying step (cc) for pre-purifying the impurities contained in the process exhaust gas may be further included.

상기 제2 정화단계(d) 또는 제1 정화단계(cc)는 건식법 또는 습식법을 사용하여 수행될 수 있다.The second purging step (d) or the first purging step ( cc ) may be carried out using a dry method or a wet method.

상기 제2 정화단계(d)에서 배출되는 제2 정화가스에 포함된 잔류 암모니아, 일산화탄소, 질소산화물(NOx)을 제거하는 제3 정화단계(e)를 추가로 포함할 수 있다.(E) for removing residual ammonia, carbon monoxide, and nitrogen oxides (NOx) contained in the second purifying gas discharged in the second purifying step (d).

상기 제3 정화단계(e)가 촉매방식 또는 흡착방식으로 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제3 정화단계(e)는 활성탄과 제올라이트를 사용하여 수행될 수 있다.The third purge step (e) may be carried out in a catalytic or adsorption manner. Preferably, the third purification step (e) may be carried out using activated carbon and zeolite.

상기 제2 반응단계(a)의 촉진가스는 메탄올의 수증기 개질반응을 통해 생성된다. 상기 메탄올의 수증기 개질반응은 연속공정 내의 열에너지를 회수하여 수행되는 것이 바람직하다.The promoting gas of the second reaction step (a) is produced through the steam reforming reaction of methanol. The steam reforming reaction of the methanol is preferably carried out by recovering thermal energy in the continuous process.

상기 제1 반응단계는 수소화촉매, 가수분해촉매 또는 이들 모두의 촉매반응으로 수행될 수 있다.The first reaction step may be performed by a hydrogenation catalyst, a hydrolysis catalyst, or a catalytic reaction of both.

상기 수소화촉매는 Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir 또는 이들의 하나 이상의 조합을 포함하는 금속, 합금, 산화물, 염 또는 이들 조합을 포함할 수 있다.The hydrogenation catalyst may include metals, alloys, oxides, salts, or combinations thereof, including Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir or combinations of one or more thereof.

상기 가수분해촉매는 Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir, Fe, Al, Si, Ti, Sn, Zn 또는 이들의 하나 이상의 조합을 포함하는 금속, 합금, 염, 산화물, 수산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 공간속도가 지나치게 높으면 전환율이 낮고, 공간속도가 지나치게 낮으면 촉매사용량이 많아지고 전열 면적이 커지므로 상기 제1 반응부의 공간속도(GHSV)는 100 내지 5000hr-1인 것이 바람직하다. Wherein the hydrolysis catalyst is selected from the group consisting of a metal, an alloy, a salt, an oxide, a metal, a metal, a metal, a metal, , Hydroxides, or combinations thereof. If the space velocity is excessively high, the conversion rate is low, and if the space velocity is too low, the amount of catalyst used increases and the heat transfer area becomes large The space velocity (GHSV) of the first reaction part is preferably 100 to 5000 hr < -1 >.

한편, 상기 제1 반응단계는 수소화촉매에 대한 가수분해촉매를 0.1 내지 10 중량비로 포함하여 수행되는 것이 보다 바람직하다.In the meantime, it is more preferable that the first reaction step includes a hydrolysis catalyst for the hydrogenation catalyst at a weight ratio of 0.1 to 10.

본 발명은 반도체, 태양전지, 발광다이오드, 디스플레이 제조산업에서 배출되는 과불화탄소류(perfluorocarbons), 육불화황(SF6), 삼불화질소(NF3)와 같은 유해한 불소화합물을 효과적으로 제거하는 방법에 관한 것으로서, 상기의 유해한 불소화합물을 보다 낮은 온도에서 효과적으로 제거할 수 있도록 연속공정 내부에서 열에너지를 효율적으로 회수하여 수소와 수증기를 포함하는 촉진가스를 발생시키는 단계, 그리고 상기의 촉진가스로 유해한 불소화합물의 수소화반응(hydrogenation) 또는 가수분해반응(hydrolysis)을 촉진시켜 후속 단계에서 제거가 용이한 간단한 불소화합물로 분해 및 전환시키는 단계를 포함하는 일련의 연속공정으로 구성된 유해한 불소화합물의 제거 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for effectively removing harmful fluorine compounds such as perfluorocarbons, sulfur hexafluoride (SF 6 ) and nitrogen trifluoride (NF 3 ) emitted from semiconductors, solar cells, light emitting diodes, The method comprising the steps of efficiently recovering thermal energy in a continuous process so as to effectively remove the harmful fluorine compound at a lower temperature to generate a promoted gas containing hydrogen and water vapor, To a simple fluorine compound which is easy to remove in a subsequent step by promoting the hydrogenation or hydrolysis of the fluorine compound in the subsequent step .

상기의 본 발명에 따르면, 에너지 효율이 매우 높고, 연료 또는 촉진가스의 공급을 위한 별도의 외부 시설이 필요하지 않고, 열교환 용량 및 단열 부재의 사용이 최소화된 일체형의 소형 장치로 구현할 수 있으므로, 경제적으로는 투자비 및 운영비가 절감되고 산업적으로는 적용 범위가 확대될 수 있다.According to the present invention, it is possible to realize an integrated type small-sized apparatus in which energy efficiency is very high, no separate external facility for supplying fuel or promoted gas is required, use of the heat exchange capacity and the heat insulating member is minimized, The investment and operation costs can be reduced and the scope of application can be expanded in the industry.

도 1은 본 발명에 따라 유해한 불소화합물을 제거하는 연속공정의 일예를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically shows an example of a continuous process for removing harmful fluorine compounds according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따라 중복되는 부가적인 설명은 아래에서 생락된다. 아래에서 참조되는 도면들에서는 축적비가 적용되지 않는다.In describing the embodiments, the same designations and the same names are used, and thus overlapping additional descriptions are omitted below. In the drawings referred to below, the accumulation ratio is not applied.

이하, 비교예와 실시예에서 제시한 열 에너지의 양과 열에너지의 효율은 공정의 운영에 요구되는 각종 계측기류, 컴프레셔 및 펌프류, 컨트롤러류 등의 구동에 필요한 전기 에너지와 기계적 마찰이나 방열에 손실되는 열 에너지를 제외한 정상상태의 운전에서 연속공정 내로 공급되는 열 에너지와 연속공정 내에서 회수되는 열 에너지만을 감안한 수치이다.The amount of thermal energy and the efficiency of thermal energy shown in the comparative examples and the examples are determined by the electrical energy required for driving various measuring instruments, compressors, pumps, controllers and the like required for the operation of the process, This is a numerical value considering only the heat energy supplied into the continuous process and the heat energy recovered in the continuous process in steady-state operation except energy.

이하에서는, 본 발명에 따른 방법을 중심으로 장치적 요소를 부가하여 보다 상세하게 설명한다.In the following, device elements will be added in more detail, focusing on the method according to the invention.

제1 정화단계(The first purification step ( cccc ): 공정배출가스로부터 불순물을 사전 정화하는 단계 ): Step of pre-purifying impurities from the process exhaust gas

본 발명의 단계(cc)는 공정배출가스에 포함된 HCl 또는 HF와 같은 산성 가스류, F2 또는 Cl2와 같은 부식성 가스류, SiF4와 같은 규소를 포함한 화합물 등의 불순물을 사전에 제거하는 단계로서, 후속 단계에서 초래될 수 있는 촉매의 비활성화, 장치 또는 배관의 부식, 열교환부의 표면 오염을 방지하는데 그 목적이 있다. 구체적으로, 공정배출가스는 도 1의 공정배출가스 공급부(101)를 통해 본 발명에 따른 연속공정으로 도입된다. 이후, 도 1의 제1 열교환부(131)에서 가열되어 도 1의 제1 정화부(111)로 도입된다. 제1 정화부에서는 상기의 불순물들이 건식법 혹은 습식법으로 제거될 수 있다. Step ( cc ) of the present invention can be carried out by previously removing impurities such as acidic gases such as HCl or HF, corrosive gases such as F 2 or Cl 2 and compounds containing silicon such as SiF 4 contained in the process exhaust gas The purpose of which is to prevent deactivation of the catalyst, corrosion of the apparatus or piping, surface contamination of the heat exchanging part, which may be caused in the subsequent step. Specifically, process exhaust gas is introduced into the continuous process according to the present invention through process exhaust gas supply 101 of FIG. Thereafter, it is heated by the first heat exchanger 131 of FIG. 1 and introduced into the first purifier 111 of FIG. In the first purifying part, the impurities can be removed by a dry method or a wet method.

상기 건식법은 공정배출가스에 포함된 불순물을 활성탄, 금속분말, 금속수산화물 또는 금속산화물 등의 고형의 흡착제에 흡착하거나 화학적으로 고착하여 제거하는 방법으로서, 흡착제와 내부에 흡착제를 포함하는 용기, 탱크 또는 탑으로 구성될 수 있다. 상기 흡착제는 분말, 특정한 형태의 성형품, 특정 지지체에 코팅된 형태일 수 있으며, 활성탄, 금속분말, 금속수산화물, 금속산화물 또는 이들의 조합으로 구성된 고형물일 수 있고, 경우에 따라서는 상기 고형물에 알칼리금속염 또는 알카리토금속염을 혼합하거나 첨착한 고형물일 수도 있다. 상기 금속수산화물과 금속산화물은 Al, Fe, Si, Ti 또는 이들 중 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있으며, 알칼리금속과 알칼리토금속은 주기율표 상의 1족과 2족을 포괄할 수 있다. 특수한 경우에는, 이온성 유기물의 금속염이나 유기금속 착체를 포함할 수도 있다. The dry method is a method for adsorbing or chemically sticking impurities contained in a process exhaust gas to a solid adsorbent such as activated carbon, metal powder, metal hydroxide or metal oxide to remove the impurities. The dry adsorption method includes a step of adsorbing the adsorbent, Lt; / RTI > tower. The adsorbent may be in the form of a powder, a molded product of a specific type, a specific support, and may be a solid composed of activated carbon, a metal powder, a metal hydroxide, a metal oxide or a combination thereof. In some cases, Or an alkaline earth metal salt or an impregnated solid. The metal hydroxide and the metal oxide may be composed of Al, Fe, Si, Ti or a combination of at least one of them, and the alkali metal and the alkaline earth metal may include Group 1 and Group 2 in the periodic table. In a special case, it may include a metal salt of an ionic organic substance or an organic metal complex.

상기 습식법은 기체의 용해도를 이용하여 제거하거나, 중화제가 녹아있는 수용액인 흡수액을 사용하여 중화 및 제거하는 방법으로서, 공정배출가스를 상기의 흡수액에 통과시키거나 흡수액을 공정배출가스에 분사하여 제거하는 방법이다. 상기 흡수액은 순수한 물, 알카리금속염이나 알카리토금속염이 녹아 있는 알카리성 수용액, 또는 친수성 유기화합물을 포함한 수용액일 수 있다. 상기 습식법을 구현하는 습식제거장치는 수조 또는 탑의 형태일 수 있는데, 내부에 충진물 또는 흡수액을 분무하는 노즐을 포함할 수 있다.The wet method is a method of neutralizing and removing by using an absorption liquid which is an aqueous solution in which a neutralizing agent is dissolved, by removing the solubility of the gas or passing the process exhaust gas through the absorption liquid or by spraying the absorption liquid onto the process exhaust gas Method. The absorbing solution may be an aqueous alkaline solution in which pure water, an alkali metal salt or an alkaline earth metal salt is dissolved, or an aqueous solution containing a hydrophilic organic compound. The wet scrubbing apparatus embodying the wet method may be in the form of a water tank or a tower, and may include a nozzle for spraying a filler or an absorbing liquid therein.

제1 정화부(111)의 정화효율은 온도가 높을수록 향상된다. 그러나, 온도가 지나치게 높으면 흡착제의 성능저하, 흡수용액의 증발, 과도한 단열재의 필요성 등의 문제점이 있을 수 있으므로, 실온 내지 80℃의 범위로 유지하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기의 온도를 유지하기 위해 필요한 열에너지는 도 1의 제 1 열교환부(131)을 통해 공급된다. The purifying efficiency of the first purifying unit 111 is improved as the temperature is higher. However, if the temperature is too high, there may be problems such as deterioration of the performance of the adsorbent, evaporation of the absorbent solution, necessity of excessive heat insulating material, and so, it is preferable to maintain the temperature in the range of room temperature to 80 ° C. In this case, the heat energy necessary to maintain the above temperature is supplied through the first heat exchanging unit 131 of FIG.

제 1 정화부(111)를 통과하는 가스흐름은 하향식일 수도 있고 상향식일 수도 있다. 제1 정화부(111)에서 정화된 후 각각의 불순물들의 농도는 제 1 반응부에 사용된 촉매의 피독을 방지하기 위해 0 내지 20ppm 이하로 유지하고, 더욱 바람직하게는 0 내지 5ppm 이하로 유지하는 것이 바람직하다. 단계(aa)의 방법은 흡수용액 또는 흡착제의 사용량을 줄여 장치의 소형화에 기여하고 운영 비용을 절감시키는 경제적 효과가 있다.The gas flow through the first purifier 111 may be top-down or bottom-up. The concentration of each impurity after being purified in the first purification section 111 is maintained at 0 to 20 ppm or less, more preferably 0 to 5 ppm or less, to prevent poisoning of the catalyst used in the first reaction section . The method of step (aa) has the economic effect of reducing the amount of absorption solution or adsorbent used, contributing to miniaturization of the apparatus and reducing operating costs.

제2 반응단계(a): 메탄올 수용액으로부터 수증기와 수소를 포함하는 촉진가스를 생성하는 단계Second reaction step (a): a step of producing an accelerated gas containing water vapor and hydrogen from an aqueous methanol solution

본 발명의 제2 반응단계(a)는 수증기와 기체상태의 메탄올로 구성된 혼합가스를 수증기 개질시켜 촉진가스를 생성하는 단계이다. 상기 촉진가스는 전환되지 않은 수증기, 반응 생성물인 수소와 이산화탄소를 포함한다. 수증기 개질반응의 원리는 아래 반응식 4와 같다.The second reaction step (a) of the present invention is a step of steam-reforming a mixed gas composed of water vapor and gaseous methanol to generate accelerated gas. The promoted gas includes unconverted water vapor, the reaction products hydrogen and carbon dioxide. The principle of the steam reforming reaction is shown in the following reaction formula (4).

[반응식 4] CH3OH(g) + H2O(g) → 3H2(g)+ CO2(g) ΔHO = +49.5KJ/mol???????? CH 3 OH (g) + H 2 O (g)? 3H 2 (g) + CO 2 (g) ? H 2 O = + 49.5 KJ / mol

도 1을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 도 1의 정량펌프(141)는 메탄올과 물이 특정 비율로 혼합된 수용액을 메탄올 수용액 공급부(102)를 통해 연속적으로 정량 공급한다. 상기의 메탄올 수용액은 도 1의 제4 열교환부(134)에서 기화되어 수증기와 기체상태의 메탄올로 구성된 혼합기체가 되고, 이후 도 1의 제2 반응부(122)의 입구 온도까지 추가로 가열된다. 이때, 열효율을 증진시키기 위해, 제2 반응부(122)와 제4 열교환부(134) 사이에 열교환부를 추가할 수도 있고, 별도의 가열 장치를 둘 수도 있다. 1, the metering pump 141 of FIG. 1 continuously and quantitatively supplies an aqueous solution containing methanol and water at a specific ratio through an aqueous methanol solution supply unit 102. The methanol aqueous solution is vaporized in the fourth heat exchanger 134 of FIG. 1 to be a mixed gas composed of water vapor and gaseous methanol, and then further heated to the inlet temperature of the second reaction unit 122 of FIG. 1 . At this time, a heat exchange unit may be added between the second reaction unit 122 and the fourth heat exchange unit 134, or a separate heating device may be provided to enhance the thermal efficiency.

반응기에 도입된 수증기와 메탄올의 혼합기체는 반응식 4와 같이 수증기 개질반응을 거쳐 수소와 이산화탄소로 전환된다. 메탄올의 전환율과 수소의 수율은 반응온도, 반응압력, 스팀 대 메탄올의 비와 같은 반응변수에 의해 달라질 수 있다. 상기 반응온도는 높을수록 좋으나 반응기의 재질 선정이나 단열재의 사용 부피 등의 경제적인 측면에서 180 내지 400의 범위가 적당하다. 상기 반응압력은 낮을수록 좋으나 대기압 이하의 압력을 유지하기 위해서는 별도의 진공 발생 장치를 필요로 하므로 실용적인 측면에서 대기압 내지 10기압(atm) 이하의 범위가 바람직하다. The mixed gas of water vapor and methanol introduced into the reactor is converted into hydrogen and carbon dioxide through steam reforming reaction as shown in Scheme 4. The conversion of methanol and the yield of hydrogen may vary depending on reaction variables such as reaction temperature, reaction pressure, and the ratio of steam to methanol. The higher the reaction temperature is, the better the range of 180 to 400 is suitable from the viewpoint of economic selection of the material of the reactor and the volume of use of the heat insulating material. The reaction pressure is preferably as low as possible, but a separate vacuum generating device is required to maintain the pressure below atmospheric pressure, and therefore, from a practical point of view, it is preferable that the pressure range is from atmospheric pressure to 10 atm or less.

수증기 개질반응의 공간속도(GHSV)는 표준조건(STP) 기준으로 100 내지 20,000 hr-1일 수 있으나, 공간속도가 지나치게 높으면 전환율이 낮고, 공간속도가 지나치게 낮으면 촉매사용량이 많아지고 전열 면적이 커지므로, 실용적으로는 500 내지 5000 hr-1 사이가 바람직하다. The space velocity (GHSV) of the steam reforming reaction may be 100 to 20,000 hr -1 on the basis of standard conditions (STP). However, if the space velocity is excessively high, the conversion rate is low. If the space velocity is too low, It is practically preferable to be 500 to 5000 hr < -1 >.

상기 수증기 개질 반응의 촉매로는 CuO, ZnO 및 Al2O3로 구성된 촉매를 사용하여도 무방하나, 상기 하나 이상의 촉매 성분을 포함하고, Ce 및/또는 La 계통의 희토류금속이나 Pt, Pd 및 Ru 계통의 귀금속을 포함한 촉매를 사용하면 더욱 효과적이다. As the catalyst for the steam reforming reaction, a catalyst composed of CuO, ZnO, and Al 2 O 3 may be used. However, it is preferable to use the Ce and / or La based rare earth metals, Pt, Pd and Ru It is more effective to use a catalyst containing a noble metal in the system.

상기 수증기 개질 반응은 흡열반응이므로 반응에 필요한 열을 신속하게 공급하는 것이 바람직하다. 반응에 필요한 열에너지는 별도의 가열장치를 사용하여 공급할 수도 있으나, 본 발명에서는 도 1의 제1 반응부(121)의 출구에서 배출된 공정배출가스로부터 열을 연속적으로 회수하여 제3 열교환부(133)를 통해 예열부와 촉매반응부로 구성된 제2 반응부(122)에 공급하였다. 수증기 개질반응에 필요한 열을 신속히 공급하기 위해 제2 반응부(122)와 제3 열교환부(133)는 특수한 형태로 고안할 수 있으며, 일 예로, 열교환부와 일체화된 예열부 및 촉매반응부로 구성할 수도 있다.Since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, it is preferable to rapidly supply the heat required for the reaction. The heat energy required for the reaction may be supplied using a separate heating device, but in the present invention, the heat is successively recovered from the process exhaust gas discharged from the outlet of the first reaction unit 121 of FIG. 1 and the third heat exchange unit 133 ) To the second reaction part 122 composed of the preheating part and the catalytic reaction part. The second reaction unit 122 and the third heat exchange unit 133 may be designed in a specific form in order to rapidly supply the heat required for the steam reforming reaction. For example, the preheating unit and the catalyst reaction unit integrated with the heat exchange unit You may.

혼합단계(b): 촉진가스와 불순물이 제거된 공정배출가스를 혼합하는 단계Mixing step (b): mixing the promoted gas with the process exhaust gas from which the impurities have been removed

본 발명의 혼합단계(b)는 제1 정화단계(aa)를 통해 불순물이 제거된 공정배출가스와 제2 반응단계(a)에서 생성된 촉진가스를 혼합하는 단계이다.The mixing step (b) of the present invention is a step of mixing the process exhaust gas from which the impurities have been removed through the first purifying step (aa) and the promoted gas generated in the second reaction step (a).

도 1을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 도 1의 제1 정화부(111)를 통과하여 각각의 불순물의 농도가 0 내지 20ppm의 범위까지 정화된 제1 정화부(111)의 출구가스는 제2 열교환부(132)에서 80 내지 250℃까지 가열되어 혼합부(142)로 도입된다. 이때 혼합부(142)의 또 다른 입구를 통해 도입되는 제2 반응단계(a)의 촉진가스와 균일하게 혼합되어 혼합가스를 생성한 후 출구를 통해 배출된다. 본 발명의 예시적 방법에서는, 상기 제1 정화부(111)의 출구가스와 상기 촉진가스를 균일하게 혼합하기 위해 인-라인 믹서를 사용하였으나, 동일한 목적을 달성하기 위해 당 업계에서 그 효과가 입증된 임의의 방법을 사용하여도 무방하다.1, the outlet gas of the first purifying section 111, which has passed through the first purifying section 111 of FIG. 1 and has been purified to a range of 0 to 20 ppm of each impurity, 2 heat exchanging part 132 to be introduced into the mixing part 142. And then mixed with the promoted gas of the second reaction step (a) introduced through another inlet of the mixing part 142 to produce a mixed gas and then discharged through the outlet. In the exemplary method of the present invention, an in-line mixer is used to uniformly mix the outlet gas of the first purifier 111 and the promoted gas. However, in order to achieve the same object, May be used.

제1 반응단계(c): 상기 혼합단계(b)에서 생성된 혼합가스에 포함된 유해한 불소화합물을 수소화반응 및/또는 가수분해반응을 통해 간단한 불소화합물로 분해 및 전환하는 단계A first reaction step (c): decomposing and converting a harmful fluorine compound contained in the mixed gas produced in the mixing step (b) into a simple fluorine compound through a hydrogenation reaction and / or a hydrolysis reaction

본 발명의 제1 반응단계(c)는 수소화반응 및/또는 가수분해반응을 촉진시켜 공정배출가스에 포함된 유해한 불소화합물을 분해 및 전환하는 단계이다. 예를 들어, 과불화탄소류의 하나인 CF4는 아래의 반응경로를 통해 보다 간단한 불소화합물로 분해 및 전환될 수 있다.The first reaction step (c) of the present invention promotes the hydrogenation reaction and / or the hydrolysis reaction to decompose and convert harmful fluorine compounds contained in the process exhaust gas. For example, one of the perfluorocarbons, CF 4 , can be decomposed and converted into the simpler fluorine compounds through the following reaction pathway.

[반응식 5] CF4 + 4H2 → CH4 + 4HF[Chemical formula 5] CF 4 + 4H 2 - > CH 4 + 4HF

[반응식 6] CF4 + 2H2 → CH4 + 2F2 ???????? CF 4 + 2H 2 ? CH 4 + 2F 2 ?????

[반응식 7] CF4 + 2H2O → CO2 + 4HF[Chemical formula 7] CF 4 + 2H 2 O? CO 2 + 4HF

[반응식 8] CF4 + H2O → CO + 2HF + F2 [Chemical Formula 8] CF 4 + H 2 O? CO + 2HF + F 2

상기의 반응식 5 내지 반응식 8에 따라 분해 및 전환되어 생성되는 HF와 F2 이외에 또 다른 반응의 경로로 COF2와 같은 탄소를 포함한 불소산화물이 생성될 수도 있다.In addition to HF and F 2 produced by decomposition and conversion according to the above Reaction Schemes 5 to 8, fluorine oxides containing carbon such as COF 2 may be generated as another reaction pathway.

또한, 유해한 불소화합물인 NF3는 아래의 반응경로를 통해 분해 및 전환될 수 있다.In addition, NF 3 , a harmful fluorine compound, can be decomposed and converted through the following reaction pathway.

[반응식 9] NF3 + 3H2 → NH3 + 3HF[Reaction Scheme 9] NF 3 + 3H 2 → NH 3 + 3HF

[반응식 10] NF3 + 2H2 → NH3 + HF + F2 [Formula 10] NF 3 + 2H 2 - > NH 3 + HF + F 2

[반응식 11] 2NF3 + 3H2O → NO + NO2 + 6HF[Reaction Scheme 11] 2NF 3 + 3H 2 O → NO + NO 2 + 6HF

[반응식 12] 2NF3 + 2H2O → 2NO + F2 + 2HF2NF 3 + 2H 2 O? 2NO + F 2 + 2HF

상기 CF4의 분해 및 전환의 경우와 유사하게, 질소를 포함한 불소산화물이 추가로 생성될 수도 있다. Similar to the case of decomposition and conversion of CF 4 , a fluorine oxide containing nitrogen may be further generated.

한편, 유해한 불소화합물인 SF6는 상기와 유사한 반응경로를 통해 SO2, SO3, 또는 황산과 간단한 불소화합물로 전환될 수 있다.On the other hand, the harmful fluorine compound SF 6 can be converted to SO 2 , SO 3 , or sulfuric acid and a simple fluorine compound via a reaction path similar to the above.

도 1을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 도 1의 혼합부(142)에서 배출된 혼합가스는 제1 반응부(121)로 도입된다. 상기 혼합가스는 수소화반응과 가수분해반응이 원활히 진행될 수 있도록, 예열부에서 반응온도 대비 0 내지 100 이하의 온도까지 가열된다. 1, the mixed gas discharged from the mixing portion 142 of FIG. The mixed gas is heated to a temperature of 0 to 100 or less of the reaction temperature in the preheating part so that the hydrogenation reaction and the hydrolysis reaction can proceed smoothly.

유해한 불소화합물의 분해 및 전환은 온도가 높을수록 신속하게 진행되나 실용적인 측면에서의 반응온도는 250 내지 600로 유지하는 것이 바람직하다. 구체적으로, NF3의 반응온도는 250 내지 600로, CF4를 포함한 과불화탄소류의 반응온도는 300 내지 600로, SF6의 반응온도는 350 내지 600로 유지하는 것이 바람직하다. 반응온도가 지나치게 낮을 경우 상기의 불소화합물의 분해 및 전환이 어렵고 600oC를 초과할 경우 단열재 및 열교환 비용이 지나치게 증가한다.The decomposition and conversion of harmful fluorine compounds proceeds rapidly as the temperature is higher, but it is preferable to keep the reaction temperature at 250 to 600 in terms of practical use. Specifically, the reaction temperature of NF 3 is preferably 250 to 600, the reaction temperature of the perfluorocarbon gas containing CF 4 is preferably 300 to 600, and the reaction temperature of SF 6 is preferably maintained at 350 to 600. If the reaction temperature is too low and the heat insulating material and the heat cost excessively increased if it exceeds 600 o C is difficult and degradation and conversion of the fluorine compounds.

제1 반응부(121)의 반응온도를 유지하기 필요한 열 에너지는 탄화수소류의 연료를 연소하여 공급할 수 있으나 보다 간편하게는 전기 가열식으로 공급할 수 있다. The thermal energy required to maintain the reaction temperature of the first reaction part 121 can be supplied by burning hydrocarbons fuel, but more conveniently by electric heating.

상기 유해한 불소화합물의 분해율 또는 전환율에 미치는 반응압력의 영향은 크지 않지만 촉매층 내의 체류시간을 증가시키고 압력손실에 대응하기 위해 반응 압력은 0.5 내지 10기압으로 유지해 주는 것이 좋다. 이를 위해 필요하다면, 도 1의 공정배출가스 도입부(101) 후단의 적절한 위치에 압축기와 같은 가압장치를 둘 수도 있고, 도 1의 제1 반응부(121) 후단과 배출부(103) 사이의 적절한 위치에 진공펌프와 같은 감압장치를 둘 수도 있다. The influence of the reaction pressure on the decomposition rate or conversion rate of the harmful fluorine compound is not great, but it is preferable to maintain the reaction pressure at 0.5 to 10 atm in order to increase the residence time in the catalyst layer and to cope with the pressure loss. If necessary, a pressurizing device, such as a compressor, may be provided at a proper position of the downstream end of the process exhaust gas inlet 101 of FIG. 1, and a suitable pressure device may be provided between the downstream end of the first reaction unit 121 and the discharge unit 103 A vacuum device, such as a vacuum pump, may be located at the location.

유해한 불소화합물을 충분히 분해 및 전환하기 위해서는 제2 반응부(122)에서 과량의 촉진가스를 발생시켜 제1 반응부(121)에 공급하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 유해한 불소화합물이 NF3인 경우에는 수소의 유량과 수증기의 유량의 합이 NF3의 유량 대비 0.5 내지 20배인 것이 바람직하지만, 많은 양의 촉진가스를 발생시키기 위해서는 이에 비례하여 많은 양의 열에너지가 필요하므로, 실용적인 측면에서는 0.5 내지 10배로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 유해한 불소화합물이 SF6인 경우에는 1.0 내지 20배인 것이 바람직하고, 유해한 불소화합물이 과불화탄소류인 경우는 과불화탄소류를 구성하는 탄소수에 따라 가변적이지만 0.5 내지 30배인 것이 바람직하다.In order to sufficiently decompose and convert the harmful fluorine compound, it is preferable to generate an excessive promoted gas in the second reaction part 122 and supply it to the first reaction part 121. For example, when the harmful fluorine compound is NF 3 , the sum of the flow rate of hydrogen and the flow rate of water vapor is preferably 0.5 to 20 times the flow rate of NF 3. However, in order to generate a large amount of promoted gas, , It is more preferable that the thermal energy is 0.5 to 10 times in terms of practical use. On the other hand, when the harmful fluorine compound is SF 6 , it is preferably 1.0 to 20 times, and when the harmful fluorine compound is perfluorocarbon, it is preferably 0.5 to 30 times, although it is variable depending on the number of carbon atoms constituting the perfluorocarbon.

제1 반응부(121)에 도입되는 혼합가스는 예열부를 거쳐 표준조건(STP) 기준으로 100 내지 5000hr-1의 공간속도(GHSV)로 수소화반응용 촉매와 가수분해반응용 촉매가 충진된 촉매층과 접촉한다. The mixed gas introduced into the first reaction unit 121 is passed through a preheating unit, a catalyst layer filled with a catalyst for hydrogenation reaction and a catalyst for hydrolysis reaction at a space velocity (GHSV) of 100 to 5000 hr -1 on a standard condition (STP) Contact.

상기 수소화반응용 촉매(이하, 수소화촉매)는 1) Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir 또는 이들의 하나 이상의 조합으로부터 선택된 금속, 합금 또는 산화물 상태인 활성성분, 2) 탄소나노튜브, 활성탄, 활성탄소섬유 등을 포함한 기공성 탄소소재 또는 Fe, Al, Si, Ti, Sn, Zn 및 이들의 하나 이상의 조합으로부터 선택된 금속, 합금, 또는 산화물 상태인 담체, 3) 주기율표의 1족 원소, 주기율표의 2족 원소, 희토류 금속, 인, 질소, 염소, 황 및 이들의 하나 이상의 조합으로부터 선택된 첨가제로 이루어질 수 있으나, 일반적으로 그 효과가 입증된 수소화촉매(hydrogenation catalysts)를 사용하여도 무방하다. The catalyst for hydrogenation reaction (hereinafter, referred to as a hydrogenation catalyst) comprises 1) an active component in a metal, alloy or oxide state selected from Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir, A porous carbon material including carbon nanotubes, activated carbon, activated carbon fibers or the like, or a metal, alloy or oxide state selected from Fe, Al, Si, Ti, Sn, Zn and a combination of at least one of them, 3) (S), Group 2 elements of the periodic table, Group 2 elements of the periodic table, rare earth metals, phosphorus, nitrogen, chlorine, sulfur and combinations of one or more of these. However, hydrogenation catalysts It is also acceptable.

상기 가수분해반응용 촉매(이하, 가수분해촉매)는 1) Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir, Fe, Al, Si, Ti, Sn, Zn 또는 이들의 하나 이상의 조합으로부터 선택된 금속, 합금, 인산, 질산, 황산 또는 탄산을 포함하는 금속염 또는 금속산화물이나 수산화물인 활성성분, 2) 탄소나노튜브, 활성탄, 활성탄소섬유 등을 포함한 기공성 탄소소재 또는 Fe, Al, Si, Ti, Sn, Zn 또는 이들의 하나 이상의 조합으로부터 선택된 금속, 합금, 인산, 질산, 황산 또는 탄산을 포함하는 금속염, 또는 금속산화물이나 수산화물인 담체, 3) 주기율표의 1족 원소, 주기율표의 2족 원소, 희토류 원소와 이들의 하나 이상의 조합으로부터 선택된 첨가제로 이루어질 수 있으나, 일반적으로 알려진 산촉매(acid catalysts)를 사용해도 무방하다.The catalyst for hydrolysis reaction (hereinafter referred to as " hydrolysis catalyst ") is a catalyst for hydrolysis reaction (hereinafter referred to as " hydrolysis catalyst " An active ingredient which is a metal salt or metal oxide or hydroxide selected from the group consisting of metal, alloy, phosphoric acid, nitric acid, sulfuric acid or carbonic acid; 2) a porous carbon material including carbon nanotubes, activated carbon, A metal salt selected from the group consisting of Si, Ti, Sn, Zn or a combination of at least one of them, an alloy, a metal salt containing phosphoric acid, nitric acid, sulfuric acid or carbonic acid or a metal oxide or a hydroxide; 3) a Group 1 element of the periodic table; Group elements, rare earth elements, and combinations of one or more of these, although commonly known acid catalysts may be used.

상기 수소화촉매와 가수분해촉매는 별도의 과정으로 각각 제조하여 반응기에 충진할 수 있고, 이때 각 촉매를 구분하여 반응기에 충진하거나 일정 비율로 혼합하여 반응기에 고르게 충진할 수도 있다. 또한, 상기 두 가지 촉매의 구성 성분을 적절히 조합하여 수소화반응과 가수분해반응에 모두에 효과적인 1종의 촉매로 제조한 후 반응기에 고르게 충진할 수도 있다. 상기 촉매는 분말 상태, 성형품, 특정한 지지체에 코팅한 형태로 사용할 수 있는데, 이때 수소화촉매에 대한 가수분해촉매의 중량비가 지나치게 낮을 경우 가수분해 및 전환 반응의 촉진이 어렵고 반대로 지나치게 높을 경우는 수소화 분해 및 전환 반응의 촉진이 어려울 수 있어, 수소화촉매에 대한 가수분해촉매의 중량비는 0.1 내지 10의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.The hydrogenation catalyst and the hydrolysis catalyst may be separately prepared and packed in the reactor. In this case, the respective catalysts may be separately packed in the reactor or may be mixed in a predetermined ratio to be charged evenly in the reactor. In addition, the components of the two catalysts may be appropriately combined to produce one kind of catalyst effective for both the hydrogenation reaction and the hydrolysis reaction, and the catalyst may be uniformly packed. If the weight ratio of the hydrolysis catalyst to the hydrogenation catalyst is too low, it is difficult to accelerate the hydrolysis and conversion reaction. On the other hand, when the weight ratio of the hydrolysis catalyst to the hydrogenation catalyst is excessively low, Promoting the conversion reaction may be difficult, and the weight ratio of the hydrolysis catalyst to the hydrogenation catalyst is preferably in the range of 0.1 to 10.

상기의 수소화촉매와 가수분해촉매는 유해한 불소화합물의 분해 및 전환 반응 이외에 일부 질소산화물의 환원반응, 일부 암모니아(NH3)의 분해 반응을 촉진할 수도 있다.The hydrogenation catalyst and the hydrolysis catalyst may accelerate the reduction reaction of some nitrogen oxides and the decomposition reaction of some ammonia (NH 3 ) in addition to the decomposition and conversion of harmful fluorine compounds.

상기 본 발명의 방법에 따른 제1 반응부에서 수소화반응과 가수분해반응으로 유해한 불소화합물 중 90 내지 100%가 분해 및 전환되었다.In the first reaction part according to the method of the present invention, 90 to 100% of the harmful fluorine compounds were decomposed and converted by the hydrogenation reaction and the hydrolysis reaction.

제2 정화단계(d): 상기 제1 반응단계(c)로부터의 배출가스에 포함된 간단한 불소화합물을 제거하는 정화 단계A second purification step (d): a purification step of removing a simple fluorine compound contained in the exhaust gas from the first reaction step (c)

본 발명의 일 구체예에서, 제2 정화단계(d)는 유해한 불소화합물의 분해 및 전환의 산물인 간단한 불소화합물, 예를 들어 HF, F2, COF2와 같은 불소화합물을 제거하는 단계이다.In one embodiment of the invention, the second purging step (d) is a step of removing a simple fluorine compound, for example a fluorine compound such as HF, F 2 or COF 2 , which is the product of decomposition and conversion of the harmful fluorine compound.

도 1을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 도 1의 제1 반응부(121)에서 배출되는 배출가스는 제3 열교환부(133)를 통해 제2 반응부(122)에서 필요로 하는 열에너지를 전달하고 1차 냉각된다. 이후, 연속적으로 설치된 제4 열교환부(134)를 통해 메탄올 수용액의 기화와 가열에 필요한 열에너지를 전달하고 2차 냉각되어 제2 정화부(112)로 유입된다. 상기 제2 정화부(112)에서는 간단한 불소화합물들을 건식법 또는 습식법으로 제거할 수 있다. 제2 정화부(112)의 흡착제 또는 흡수액을 포함하는 장치는 상기에 기재한 제1 정화부(111)와 동일한 방법으로 구성할 수 있다. 다만, 흡착제를 구성하는 금속, 금속수산화물 및/또는 금속산화물은 Al, Co, Fe, Mn, Ni, Si, Sn, Ti 또는 이들의 하나 이상의 조합으로부터 선택될 수 있다. 1, the exhaust gas discharged from the first reaction unit 121 of FIG. 1 transfers heat energy required by the second reaction unit 122 through the third heat exchange unit 133 Lt; / RTI > Thereafter, the thermal energy required for vaporization and heating of the methanol aqueous solution is transferred through the continuously installed fourth heat exchanging unit 134, and the cooled heat is transferred to the second purifying unit 112. In the second purifying part 112, simple fluorine compounds can be removed by a dry method or a wet method. The apparatus including the adsorbent or the absorbing solution of the second purifying unit 112 can be configured in the same manner as the first purifying unit 111 described above. However, the metal, metal hydroxide and / or metal oxide constituting the adsorbent may be selected from Al, Co, Fe, Mn, Ni, Si, Sn, Ti or a combination of at least one thereof.

상기 제2 정화부(112)의 제거효율은 온도가 높을수록 향상된다. 그러나, 온도가 지나치게 높을 경우 흡수액이 증발하거나 단열재를 과도하게 사용하여야 하는 문제점이 있으므로, 온도는 실온 내지 200℃의 범위로 유지하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 건식법의 경우 50℃ 내지 180℃, 습식법의 경우 50℃ 내지 80℃로 유지하는 것이 좋다. 제2 정화부(112)의 부수적인 효과로서 암모니아, 일산화탄소, 황산화물 또는 황산, 질소산화물(NOx)의 흡착 또는 흡수가 가능하다.The removal efficiency of the second purifier 112 is improved as the temperature is higher. However, when the temperature is excessively high, there is a problem that the absorbing liquid must evaporate or excessively use the heat insulating material. Therefore, it is preferable to maintain the temperature in the range of room temperature to 200 캜. It is more preferable to keep the temperature at 50 to 180 DEG C for the dry process and 50 to 80 DEG C for the wet process. As a side effect of the second purifying section 112, it is possible to adsorb or absorb ammonia, carbon monoxide, sulfur oxides, sulfuric acid, and nitrogen oxides (NOx).

상기 제2 정화부(112)를 통과하는 가스흐름은 하향식일 수도 있고 상향식일 수도 있는데, 상기의 간단한 불소화합물의 출구농도는 제3 정화부(113)의 촉매나 흡착제에 미치는 영향을 최소화할 수 있도록 0 내지 10ppm의 범위로 유지하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0 내지 1ppm의 범위로 유지한다. The gas flow passing through the second purifying part 112 may be either a top-down type or a bottom-up type. The outlet concentration of the simple fluorine compound may minimize the influence of the outlet of the third purifying part 113 on the catalyst and the adsorbent Preferably in the range of 0 to 10 ppm, more preferably in the range of 0 to 1 ppm.

제3 정화단계(e): 상기 제2 정화단계(d)의 배출가스에 포함된 잔류 암모니아, 일산화탄소, 질소산화물(NOx)을 제거하는 최종 정화 단계A third purifying step (e): a final purifying step of removing the residual ammonia, carbon monoxide, and nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas of the second purifying step (d)

본 발명의 제3 정화단계(e)는 유해한 불소화합물의 분해 및 전환 단계를 거쳐 간단한 불소화합물의 제거를 완료한 후 배출가스 내에 남아있는 잔류성분인 수소, 일산화탄소, 질소산화물, 암모니아, 탄화수소류, 황산화물류나 황산류를 선택적으로 제거하는 단계로서 촉매방식 또는 흡착방식을 사용할 수 있다. The third purifying step (e) of the present invention is a step of purifying the harmful fluorine compound through the step of decomposing and converting the harmful fluorine compound. After completion of the removal of the simple fluorine compound, the residual purifying step (e) As the step of selectively removing the sulfuric acid products or the sulfuric acid, a catalytic system or an adsorption system may be used.

상기 촉매방식은 일반적으로 잘 알려진 삼원촉매를 포함한 반응기, 저온 산화촉매를 포함한 장치와 이후 연속적으로 배치된 선택적 환원촉매를 포함한 장치의 조합을 사용할 수 있다. The catalyst system may be a combination of a reactor comprising a generally well-known three-way catalyst, a device comprising a low temperature oxidation catalyst and a device comprising a subsequently selectively arranged selective reduction catalyst.

상기 흡착방식은 활성탄, 금속분말, 금속수산화물 또는 금속산화물 등의 고형의 흡착제에 흡착하거나 화학적으로 고착하여 제거하는 방법으로서, 흡착제와 이를 포함하는 용기, 탱크 또는 탑의 형태일 수 있다. 상기 흡착제는 분말, 특정한 형태를 가지는 성형품, 특정 지지체에 코팅된 형태일 수 있으며, 활성탄, 금속분말, 금속수산화물, 금속산화물, 제올라이트 또는 상기 흡착제의 조합으로 구성된 고형물을 사용할 수 있다. 경우에 따라서는, 상기의 고형물에 알칼리금속염 또는 알카리토금속염을 혼합하거나 첨착하는 방법으로 추가할 수도 있다. 상기 금속수산화물과 금속산화물은 Al, Co, Fe, Mn, Ni, Si, Sn, Ti 또는 이들의 하나 이상의 조합으로부터 선택될 수 있으며, 알칼리금속과 알칼리토금속은 주기율표의 1족과 2족을 포괄한다. 한편, 이온성 유기물의 금속염이나 유기금속착체를 목적에 맞게 사용하는 것도 가능하다. 또한, 각각의 잔류성분의 농도가 각 성분의 배출 기준치 이하인 경우에는, 상기 제3 정화단계(e)를 생략하고 실시하여도 무방하다.The adsorption method is a method of adsorbing or chemically sticking to a solid adsorbent such as activated carbon, metal powder, metal hydroxide or metal oxide to remove the adsorbent, and may be in the form of an adsorbent and a vessel, a tank or a tower containing the adsorbent. The adsorbent may be in the form of a powder, a molded product having a specific shape, a specific support, or a solid material composed of a combination of activated carbon, metal powder, metal hydroxide, metal oxide, zeolite or the adsorbent. In some cases, the above solid matter may be added by a method of mixing or impregnating an alkali metal salt or an alkaline earth metal salt. The metal hydroxide and the metal oxide may be selected from Al, Co, Fe, Mn, Ni, Si, Sn, Ti or a combination of at least one of them. The alkali metal and the alkaline earth metal include Group 1 and Group 2 of the periodic table . On the other hand, it is also possible to use a metal salt of an ionic organic material or an organic metal complex in accordance with the purpose. When the concentration of each residual component is equal to or lower than the discharge reference value of each component, the third purification step (e) may be omitted.

본 발명의 효과는 아래의 비교예 및 실시예에 의해 보다 구체화 될 수 있다. 본 발명의 원리와 본 발명을 통해 구현될 기술은 해당 분야에 종사하는 당업자들에게 자명한 사소한 변형을 통해 타 유해성분의 제거에도 사용될 수 있으므로, 본 발명의 특정 실시예에 국한되지 않는다.The effects of the present invention can be further specified by the following Comparative Examples and Examples. The principles of the present invention and the techniques to be implemented through the present invention are not limited to the specific embodiments of the present invention, as they may be used for the removal of other harmful components through minor modifications apparent to those skilled in the art.

비교예Comparative Example 1: 유해한 불소화합물의 연소식 제거 방법 1: How to remove harmful fluorine compounds

화학기상증착(CVD) 챔버 크리닝 후 공정배출가스에 포함된 NF3를 제거하기 위해 1) 연소식 분해 및 전환부, 2) 냉각부, 3) 열교환부, 4) 정화부로 구성된 일련의 연속공정을 구성하였다. 공정배출가스는 분당 41.24 리터의 유량(표준조건, STP)으로 상기와 같이 구성된 연속공정의 내부로 도입되었다. 공정배출가스를 구성하는 각 성분의 함량은 표 1에 나타내었다.In order to remove the NF 3 contained in the process exhaust gas after the chemical vapor deposition (CVD) chamber cleaning, a series of continuous processes consisting of 1) a combustion decomposition and conversion section, 2) a cooling section, 3) a heat exchange section, and 4) Respectively. The process effluent gas was introduced into the continuous process configured as described above at a flow rate of 41.24 liters per minute (standard conditions, STP). The contents of each component constituting the process exhaust gas are shown in Table 1.

성분ingredient 함량 (%)content (%) NF3 (삼불화질소)NF 3 (nitrogen trifluoride) 1.01.0 HCl (염산)HCl (hydrochloric acid) 0.50.5 HF (불산)HF (hydrofluoric acid) 0.50.5 F2 (불소)F 2 (fluorine) 0.50.5 SiF4 (사불화규소)SiF 4 (silicon tetrafluoride) 0.50.5 N2 (질소)N 2 (nitrogen) 9797 합계Sum 100100

상기 표 1의 조성을 갖는 공정배출가스(S1-1)는 인-라인 믹서의 입구로 도입되고, 또 다른 입구로는 공기(S1-2)가 표준조건(STP) 기준으로 분당 20.6 리터의 유량으로 도입되어 믹서 내부에서 공정배출가스(S1-1)와 혼합된다. The process exhaust (S1-1) having the composition of Table 1 above is introduced into the inlet of the in-line mixer and at the other inlet the air (S1-2) is introduced at a flow rate of 20.6 liters per minute under standard conditions (STP) And mixed with the process exhaust gas (S1-1) in the mixer.

상기의 혼합가스(S1-3)는 쉘앤튜브(Shell and tube)형 열교환부의 저온부로 도입되어 350까지 가열된 후 예열기와 연소챔버로 구성된 연소식 분해 및 전환부의 입구로 도입되는데 예열기에서 700로 사전 예열된 후 연소챔버로 도입된다. 입상의 SiC가 충진되어 있는 연소챔버의 내부 온도는 800 유지하였다. 상기 예열기와 연소챔버의 가열에 필요한 열에너지는 전기히터로 공급하였다. 연소챔버 내에서 NF3는 주로 N2, 질소산화물(NOx) 및 F2로 분해 및 전환되었고, SiF4는 SiO2와 F2로 전환되었다. 연소챔버 출구에서 NF3의 농도는 약 0.1 부피%이었는데, 표준조건(STP) 기준의 출구 유량이 분당 62.41 리터임을 감안하면, NF3의 분해율 및 전환율의 합은 약 85%이었다. The mixed gas S1-3 is introduced into the low temperature portion of the shell and tube type heat exchanger, heated to 350, and then introduced into the inlet of the combustion type decomposition and conversion portion composed of the preheater and the combustion chamber. Preheated and then introduced into the combustion chamber. The internal temperature of the combustion chamber filled with granular SiC was maintained at 800. Thermal energy required for heating the preheater and the combustion chamber was supplied to the electric heater. In the combustion chamber, NF 3 was mainly decomposed and converted to N 2 , nitrogen oxides (NO x) and F 2 , and SiF 4 was converted to SiO 2 and F 2 . The concentration of NF 3 at the combustion chamber outlet was about 0.1% by volume, and the sum of the decomposition rate and the conversion rate of NF 3 was about 85%, considering that the outlet flow rate based on the standard conditions (STP) was 62.41 liters per minute.

상기 연소챔버의 출구로부터 배출된 연소가스(S1-4)는 500까지 냉각된 후 쉘앤튜브(shell and tube)형 열교환부의 고온부로 도입되어, 상기 혼합가스(S1-3)의 가열에 필요한 열 에너지를 공급하고 167로 냉각되어 습식정화부의 하단에 위치한 도입구로 유입된다. 성가 습식정화부는 원통형 컬럼 내부에 구형의 알루미나 볼로 구성된 충진층을 포함하고, 상단부에는 1 중량% NaOH 수용액을 지속적으로 분사하는 분사 노즐이 설치되어 있다. 상기 분사 노즐을 통해 분사된 NaOH 수용액은 알루미나 볼의 충진층을 따라 아래로 흘러내리며, 상향흐름인 습식정화부 내의 연소가스(S1-4)와 접촉한 후 하부에 설치된 저장조에 저장된다. 상기 분해 및 전환 후 연소가스(S1-4)에 포함되어 있던 HCl, HF, F2, 불소산화물, SiO2는 그 농도가 1ppm 이하까지 제거된다. The combustion gas S1-4 discharged from the outlet of the combustion chamber is cooled to 500 and then introduced into the high temperature section of the shell and tube type heat exchange section to generate heat energy necessary for heating the mixture gas S1-3 And cooled to 167 to be introduced into the introduction port located at the lower end of the wet purification section. The humidified purging section includes a filling layer composed of a spherical alumina ball inside a cylindrical column, and an injection nozzle for continuously spraying a 1 wt% NaOH aqueous solution is provided at an upper end. The NaOH aqueous solution injected through the injection nozzle flows down along the filling layer of the alumina balls and is contacted with the combustion gas (S1-4) in the upwardly flowing wet purification unit, and then stored in the storage tank provided below. The concentration of HCl, HF, F 2 , fluorine oxide, and SiO 2 contained in the combustion gas (S1-4) after the decomposition and conversion is removed to 1 ppm or less.

상기 습식정화부의 상단 출구로 배출된 정화가스(S1-5)는 작업장 외부로 배출되는데, 정화가스(S1-5)에 포함된 약 80ppm 농도의 질소산화물(NOx)은 별도로 제거하지 않았다. 상기 방법으로 NF3를 제거하기 위해 외부에서 공급된 열 에너지의 양은 시간당 304.3와트시(Wh)이고, 회수되지 않고 버려진 열 에너지의 양은 시간 당 299.5와트시(Wh)로 열 효율은 약 1.5%이었다.The purge gas (S1-5) discharged to the upper outlet of the wet purifier is discharged to the outside of the workplace. No nitrogen oxide (NOx) of about 80 ppm concentration contained in the purge gas (S1-5) is removed separately. The amount of externally supplied heat energy to remove NF 3 in this manner was 304.3 watts per hour (Wh), and the amount of heat energy that was not recovered and discarded was 299.5 watts per hour (Wh), with a thermal efficiency of about 1.5% .

비교예Comparative Example 2: 유해한 불소화합물의  2: Of harmful fluorine compounds 촉매식Catalytic 제거 방법 How to uninstall

공정배출가스에 포함된 NF3를 제거하기 위해 1) 사전 정화부, 2) 촉매식 분해 및 전환부, 3) 냉각부, 4) 열교환부, 5) 정화부로 구성된 일련의 연속공정을 구성하였다. 공정배출가스는 분당 41.24리터의 유량(표준조건, STP)으로 상기와 같이 구성된 연속공정의 내부로 도입되었다. 공정배출가스를 구성하는 각 성분의 함량은 비교예 1의 표 1과 동일하였다.In order to remove NF 3 contained in the process exhaust gas, a series of continuous processes consisting of 1) a pre-purification unit, 2) a catalytic decomposition and conversion unit, 3) a cooling unit, 4) a heat exchange unit, and 5) a purification unit. The process effluent gas was introduced into the continuous process configured as described above at a flow rate of 41.24 liters per minute (standard conditions, STP). The contents of the components constituting the process exhaust gas were the same as those in Table 1 of Comparative Example 1.

상기의 공정배출가스(S2-1)는 사전 정화부의 입구로 도입되었다. 사전 정화부는 흡착식이며, 평균 직경 3mm, 평균 길이 5mm인 원통형으로 성형된 철산화물에 5 중량%의 수산화칼륨 (KOH)을 함침하여 제조한 흡착제 40리터를 포함하는 원통형 용기(캐니스터)로 구성하였고, 흡착제의 교체 주기는 3개월로 예측하였다. 공정배출가스의 흐름은 상향식이고, 공정배출가스의 도입구와 흡착제의 충진층 사이에 빈 공간을 두어, 공정배출가스가 일정시간 체류한 후 흡착제와 고르게 접촉하면서 충진층을 통과할 수 있도록 제작하였다. 상기 흡착제 충진층에서 유발되는 압력강하를 고려하여 가스의 도입부 압력은 1.2 내지 1.5기압으로 유지하였다. 상기 흡착제의 충진층을 통과하며서 공정배출가스(S2-1)에 포함되었던 HCl, HF, F2, SiF4 가 제거되어, 사전 정화부의 출구를 통해 배출되는 정화가스(S2-2) 중 HCl, HF, F2, 그리고 SiF4의 출구농도는 각각 0 내지 1ppm 수준을 유지하였다. The process exhaust gas S2-1 was introduced into the inlet of the pre-purification section. The pre-purification section was composed of a cylindrical container (canister) containing 40 liters of an adsorbent prepared by impregnating 5 wt% potassium hydroxide (KOH) into a cylindrically shaped iron oxide having an average diameter of 3 mm and an average length of 5 mm, The replacement period of the adsorbent was estimated to be 3 months. The flow of the process exhaust gas is a bottom-up type, and an empty space is provided between the introduction port of the process exhaust gas and the filler layer of the adsorbent so that the process exhaust gas can pass through the filler layer evenly contacting with the adsorbent after staying for a predetermined time. The inlet pressure of the gas was maintained at 1.2 to 1.5 atm in consideration of the pressure drop caused in the adsorbent-packed bed. HCl, HF, F 2 , and SiF 4 contained in the process exhaust gas (S2-1) are removed while passing through the packed bed of the adsorbent to remove HCl, HF, F2, and SiF4 from the purge gas (S2-2) The outlet concentrations of HF, F 2 , and SiF 4 remained at 0 to 1 ppm, respectively.

상기 사전 정화부의 출구로부터 배출되는 정화가스(S2-2)는 인-라인 믹서의 입구로 도입되고, 또 다른 입구로 표준조건(STP) 기준으로 분당 10.3 리터의 유량을 갖는 공기(S2-3)가 유입되어, 인-라인 믹서 내부에서 정화가스(S2-2)와 균일하게 혼합된다. The purge gas S2-2 discharged from the outlet of the pre-purifier is introduced into the inlet of the in-line mixer and the air S2-3 having a flow rate of 10.3 liters per minute on the standard conditions (STP) And is uniformly mixed with the purge gas S2-2 in the in-line mixer.

상기 혼합가스(S2-4)는 쉘앤튜브(Shell and tube)형 열교환부의 저온부로 도입되어 350까지 가열된 후, 예열기와 촉매 반응기로 구성된 촉매 전환부의 입구로 도입된다. 상기 예열기에서 650까지 사전 예열된 혼합가스(S2-4)는, 표준조건(STP) 기준으로 2,500 hr-1의 공간속도로, 20 중량%의 NiO와 80 중량%의 Al2O3로 구성되고 평균 직경은 1.8 mm이며 평균길이는 4mm인 원통형의 촉매가 약 1.1 Kg 충진된 반응기로 도입되었다. 상기 예열을 위해 필요한 열에너지는 전기히터로 공급하였고, 촉매 반응기는 650의 반응온도와 1.2 내지 1.5 기압의 반응압력으로 유지시켰다. 상기 촉매 반응기 내에서 NF3의 일부는 N2, 질소산화물(NOx) 및 F2로 분해 및 전환되었다. 상기 촉매 반응기의 출구에서 NF3의 농도는 약 0.1 부피%로서, 표준조건(STP)기준으로 출구 유량이 분당 50.72 리터임을 감안하면 NF3의 전환율은 약 90%이었다. The mixed gas S2-4 is introduced into the low temperature portion of the shell and tube type heat exchanger, heated to 350, and then introduced into the inlet of the catalytic converter composed of the preheater and the catalytic reactor. The pre-preheated mixed gas (S2-4) in the preheater is composed of 20 wt% NiO and 80 wt% Al 2 O 3 at a space velocity of 2,500 hr -1 on a standard condition (STP) basis A cylindrical catalyst having an average diameter of 1.8 mm and an average length of 4 mm was introduced into the reactor filled with about 1.1 Kg. The heat energy required for the preheating was supplied by an electric heater, and the catalytic reactor was maintained at a reaction temperature of 650 and a reaction pressure of 1.2 to 1.5 atm. In the catalytic reactor, a portion of the NF 3 was decomposed and converted to N 2 , nitrogen oxides (NO x) and F 2 . The concentration of NF 3 at the outlet of the catalytic reactor was about 0.1% by volume, and the conversion rate of NF 3 was about 90% considering that the outlet flow rate was 50.72 liters per minute on the basis of standard conditions (STP).

상기 촉매 반응기의 출구에서 배출된 전환가스(S2-5)는 500까지 냉각된 후, 쉘앤튜브(Shell and tube)형 열교환부의 고온부로 도입되어 상기에 기재한 혼합가스(S2-4)를 가열하기 위해 필요한 열에너지를 공급하고 170로 냉각된 후, 습식 정화부의 하단에 위치한 입구로 도입된다. The converted gas S2-5 discharged from the outlet of the catalytic reactor is cooled to 500 and then introduced into the high temperature section of the shell and tube type heat exchange section to heat the mixed gas S2-4 described above And cooled to 170, and then introduced into the inlet located at the bottom of the wet cleaning section.

습식 정화부의 구성은 비교예 1과 동일하고, 분해 및 전환 후 전환가스(S2-5)에 포함되었던 HF, F2 및 불소산화물은 그 농도가 1ppm 이하까지 제거되었다. 습식 정화부의 상단 출구로 배출되는 정화가스(S2-6)는 작업장 외부로 배출되는데, 정화가스(S2-6)에 포함된 약 70ppm 농도의 질소산화물(NOx)은 별도로 제거하지 않았다. 상기의 방법으로 NF3의 제거를 위해 외부에서 공급된 열에너지의 양은 164.8 와트시(Wh)이었고, 실질적인 열회수는 없으므로 열효율은 0% 이다.The structure of the wet purifying portion was the same as that of Comparative Example 1, and HF, F 2, and fluorine oxides included in the conversion gas (S2-5) after decomposition and conversion were removed to a concentration of 1 ppm or less. The purge gas S2-6 discharged to the upper outlet of the wet purifier is discharged to the outside of the workplace, but the nitrogen oxide (NOx) contained in the purge gas S2-6 at a concentration of about 70 ppm has not been removed separately. The amount of heat energy supplied from the outside for the removal of NF 3 by the above method was 164.8 W (Wh), and since there is no substantial heat recovery, the thermal efficiency is 0%.

실시예Example 1: 본 발명에 의한 공정배출가스 중 NF 1: NF in process exhaust gas according to the present invention 33 의 제거 방법How to remove

도 1의 공정배출가스 도입부(101)를 통해 공정배출가스가 분당 41.24리터의 유량(표준조건)으로 본 발명의 연속공정으로 도입되었다. 공정배출가스를 구성하는 각 성분의 함량은 비교예 1의 표 1과 같다.Through the process exhaust gas inlet 101 of FIG. 1, process exhaust gas was introduced into the continuous process of the present invention at a flow rate of 41.24 liters per minute (standard conditions). The content of each component constituting the process exhaust gas is shown in Table 1 of Comparative Example 1.

도 1의 도입부(101)를 통해 도입된 공정배출가스는 제1 열교환부(131)를 통과하며 61.7℃로 가열된 후, 제1 정화부(111)로 도입된다. The process exhaust gas introduced through the inlet 101 of FIG. 1 passes through the first heat exchanger 131, is heated to 61.7 ° C., and then introduced into the first purifier 111.

제1 정화부(111)는 흡착식으로 구성하였다. 평균 직경 3mm, 평균 길이 5mm인 원통형으로 성형된 흡착제는 철산화물에 5 중량%의 수산화칼륨(KOH)을 함침하여 구성한 흡착제로서 40리터를 충진하였고, 흡착제의 교체 주기는 6개월로 예측하였다. 제1 정화부(111)는 상기 흡착제를 포함하는 원통형 용기(캐니스터)로 제작하였고 공정배출가스의 흐름은 상향식이었다. 제1 정화부(111)는 공정배출가스의 도입구와 흡착제 충진층 사이에 빈 공간을 두어, 가스흐름이 일정시간 체류한 후 흡착제와 고르게 접촉하면서 충진층을 통과하도록 하였다. 흡착제 충진층에서 유발되는 압력강하를 고려하여 가스 도입부의 압력은 1.2 내지 1.5기압으로 유지하였다. 흡착제의 충진층을 통과하며 공정배출가스에 포함된 HCl, HF, F2, SiF4 가 제거되어 제1 정화부(111)로부터 배출되는 제1 정화가스 중 HCl, HF, F2 및 SiF4의 출구농도는 각각 0 내지 1ppm 수준을 유지하였다.The first purifying part 111 is configured to be adsorbed. Cylindrically formed adsorbent having an average diameter of 3 mm and an average length of 5 mm was filled with 40 liters of an adsorbent composed of iron oxide impregnated with 5 wt% potassium hydroxide (KOH), and the replacement period of the adsorbent was estimated to be 6 months. The first purifier 111 was made of a cylindrical container (canister) containing the adsorbent, and the flow of the process exhaust gas was bottom-up. The first purifying part 111 has an empty space between the introduction port of the process exhaust gas and the adsorbent filling layer so that the gas flow is maintained in contact with the adsorbent for a predetermined time and passes through the filling layer. The pressure of the gas introduction part was maintained at 1.2 to 1.5 atm in consideration of the pressure drop caused in the adsorbent packing layer. Through the packed bed of the adsorbent and of the HCl, HF, F 2, SiF of 4 is removed first purge gas discharged from the first purification unit (111) HCl, HF, F 2 and SiF 4 involved in the process off-gas The outlet concentrations remained at 0 to 1 ppm levels, respectively.

제1 정화부(111)를 통과한 공정배출가스는 제2 열교환부(132)에 도입되어 출구온도 기준으로 150.6까지 가열된 후 혼합부(142)로 도입된다.The process exhaust gas that has passed through the first purification unit 111 is introduced into the second heat exchange unit 132, heated to 150.6 based on the outlet temperature, and then introduced into the mixing unit 142.

한편, 도 1의 메탄올과 물이 1:2.25의 중량비로 혼합된 수용액을 메탄올 수용액 공급부(102)로부터 정량펌프(141)에 의해 분당 1.277g의 유량으로 제4 열교환부(134)로 공급하였다. 상기 메탄올 수용액은 제4 열교환부(134) 내부에서 수증기와 메탄올의 혼합기체로 기화된 후, 180℃의 온도까지 추가로 가열되고 1.5기압으로 제2 반응부(122)로 도입된다. On the other hand, an aqueous solution in which the methanol and water in FIG. 1 were mixed at a weight ratio of 1: 2.25 was supplied from the methanol aqueous solution supply unit 102 to the fourth heat exchanging unit 134 at a flow rate of 1.277 g per minute by the metering pump 141. The methanol aqueous solution is vaporized into a mixed gas of water vapor and methanol in the fourth heat exchanging unit 134, and further heated to a temperature of 180 ° C and introduced into the second reaction unit 122 at 1.5 atm.

제2 반응부(122)에 도입된 메탄올과 수증기의 혼합기체는, 제2 반응부(122)에 포함된 예열부에서 반응온도인 220까지 추가적으로 가열되어, 제2 반응부(122)의 수증기 개질반응을 위한 촉매반응부로 유입되었다. 상기 혼합기체의 공간속도(GHSV)는 표준조건(STP) 기준으로 2,000 hr- 1 이었다. 상기 메탄올의 수증기 개질반응용 촉매로는 42중량%의 CuO, 42중량%의 ZnO, 10중량%의 Al2O3로 구성된 Cu/Zn/알루미나 촉매에 0.1중량%의 백금(Pt)을 첨가한 1 내지 2mm의 직경을 갖는 구형의 촉매를 사용하였다. 상기 촉매는 1.2Kg/l의 밀도를 가지며, 반응기에 49.5g을 충진하였다. 수증기 개질반응의 결과, 메탄올은 100% 전환되었고, 제2 반응부(122)로부터 배출되는 촉진가스의 조성은 아래 표 2와 같다. The mixed gas of methanol and water vapor introduced into the second reaction part 122 is further heated up to the reaction temperature 220 in the preheating part included in the second reaction part 122 so that the steam reforming of the second reaction part 122 Was introduced into the catalytic reaction part for reaction. The space velocity (GHSV) of 2,000 hr the mixture is based on standard conditions (STP) - 1. As the catalyst for the steam reforming reaction of methanol, 0.1 wt% of platinum (Pt) was added to a Cu / Zn / alumina catalyst composed of 42 wt% of CuO, 42 wt% of ZnO and 10 wt% of Al 2 O 3 A spherical catalyst having a diameter of 1 to 2 mm was used. The catalyst had a density of 1.2 Kg / l and filled the reactor with 49.5 g. As a result of the steam reforming reaction, the methanol was converted to 100%, and the composition of the promoted gas discharged from the second reaction part 122 is shown in Table 2 below.

성분ingredient 유량 (리터/분)Flow rate (liter / minute) 스팀 (H2O)Steam (H 2 O) 0.8250.825 수소 (H2)Hydrogen (H 2 ) 0.8250.825 이산화탄소 (CO2)Carbon dioxide (CO 2 ) 0.2750.275 합계Sum 1.9251.925

상기 제2 반응부(122)에서 필요로 하는 열에너지는 제1 반응부(121)에서 배출되는 고온의 제1 반응가스가 포함한 열에너지를 회수하여 공급되는데, 본 발명에서는 신속한 열전달과 장치의 간소화를 위해 제3 열교환부(133)는 별도의 열교환기를 사용하여 구현하지 않고 제1 반응부(121)와 제2 정화부(112)를 연결하는 배관의 내부 또는 외부에 제2 반응부(122)가 일체형으로 구성되도록 설계한 특수한 장치를 고안하여 사용하였다. 마찬가지로, 제4 열교환부(134)도 상기 제3 열교환부(133)와 유사하게 고안된 일체형의 특수한 장치를 사용함으로써 열효율의 증진과 장치의 간소화를 달성하였다.The thermal energy required by the second reaction unit 122 is recovered by supplying heat energy contained in the first reaction gas at a high temperature discharged from the first reaction unit 121. In the present invention, The third heat exchanging unit 133 may be constructed such that the second reaction unit 122 is integrated into the inside or outside of the pipe connecting the first reaction unit 121 and the second purification unit 112 without using a separate heat exchanger, And a special device was designed and used. Likewise, the fourth heat exchanging unit 134 also achieves the improvement of the thermal efficiency and the simplification of the apparatus by using a special integrated device designed similar to the third heat exchanging unit 133.

상기의 촉진가스는 혼합부(142)의 또 다른 입구로 도입된다. 본 실시예의 혼합부(142)는 2개의 입구와 1개의 출구를 갖는 인-라인 믹서로 구성하였고, 각각의 입구로 도입된 공정배출가스와 촉진가스는 균일하게 혼합되어 배출된 후, 제1 반응부(121)로 도입되었다.The promoted gas is introduced into another inlet of the mixing section 142. The mixing portion 142 of the present embodiment is constituted by an in-line mixer having two inlets and one outlet, and the process exhaust gas and the promoted gas introduced into the respective inlets are uniformly mixed and discharged, As shown in FIG.

제1 반응부(121)는 예열부와 촉매반응부로 구성되었고, 상기의 혼합가스는 예열부를 통과하며 300까지 가열된 후, 표준조건(STP) 기준으로 2,500 hr-1의 공간속도로 촉매가 충진된 촉매반응부로 도입되었다. 상기 예열을 위해 필요한 열에너지는 전기히터로 공급하였다. 상기 제1 반응부의 반응기는 300의 반응온도와 절대압력으로 1.2 내지 1.5 기압의 반응압력을 유지시켰다. 동일한 부피의 수소화촉매와 가수분해촉매를 잘 혼합하여 반응기에 고르게 충진하였으며, 두 촉매의 중량의 합은 0.86Kg 이었다.The first reaction part 121 is composed of a preheating part and a catalyst reaction part. The mixed gas is heated to 300 through the preheating part, and then the catalyst is charged at a space velocity of 2,500 hr -1 on the basis of standard conditions (STP) Lt; / RTI > The heat energy necessary for the preheating was supplied to the electric heater. The reactor of the first reactor maintained a reaction pressure of 1.2 to 1.5 atm at a reaction temperature of 300 and absolute pressure. A hydrogenation catalyst of the same volume and a hydrolysis catalyst were mixed well and filled evenly in the reactor. The sum of the weights of the two catalysts was 0.86 Kg.

상기 수소화촉매는 20 중량%의 NiO, 5 중량%의 MoO3, 5 중량%의 V2O5, 3 중량%의 CeO, 2 중량%의 K2CO3, 65 중량%의 Al2O3로 구성된 평균 직경 1.8mm, 평균길이 4mm의 원통형 고형물로 제조되었다. 상기 촉매는 별도의 전처리 장치에서 450℃에서 10%의 수소와 90%의 질소로 구성된 환원가스를 흘려주면서 환원 처리한 후, 상온에서 정화된 공기를 흘려주어 표면에 산소보호막을 형성하였다. 완성된 촉매의 비중은 0.8 Kg/L 이었다.The hydrogenation catalyst comprises 20 wt% of NiO, 5 wt% of MoO 3 , 5 wt% of V 2 O 5 , 3 wt% of CeO 2, 2 wt% of K 2 CO 3 , 65 wt% of Al 2 O 3 And a cylindrical solid having an average diameter of 1.8 mm and an average length of 4 mm. The catalyst was subjected to reduction treatment by flowing a reducing gas composed of 10% of hydrogen and 90% of nitrogen at 450 ° C. in a separate pretreatment apparatus, and then purified air was flowed at room temperature to form an oxygen protective film on the surface. The specific gravity of the finished catalyst was 0.8 Kg / L.

상기 가수분해촉매는 20 중량%의 인산니켈(nickel phosphate), 10 중량%의 인산바나듐(vanadium phosphate), 5 중량%의 SnO, 40 중량%의 SiO2, 25 중량%의 Al2O3로 구성된 평균 직경 1.8mm, 평균길이 4mm의 원통형 고형물로 제조되었고, 완성된 촉매의 비중은 0.9Kg/L 이었다.The hydrolysis catalyst is composed of 20 wt% nickel phosphate, 10 wt% vanadium phosphate, 5 wt% SnO, 40 wt% SiO 2 , 25 wt% Al 2 O 3 A cylindrical solid having an average diameter of 1.8 mm and an average length of 4 mm, and the specific gravity of the finished catalyst was 0.9 kg / L.

상기 제1 반응부(121)의 출구에서 NF3의 농도는 약 0.048 부피% 이었고, 출구에서의 배출 유량이 표준조건(STP) 기준으로 분당 약 43.05 리터임을 감안하면, 제1 반응부(121)에 도입된 혼합가스에 포함되었던 NF3 중 약 95%가 분해 및 전환되었음을 알 수 있다. Considering that the concentration of NF 3 at the outlet of the first reaction unit 121 was about 0.048 vol% and the discharge flow rate at the outlet was about 43.05 liters per minute on the basis of standard conditions (STP), the first reaction unit 121, And about 95% of the NF 3 contained in the mixed gas was decomposed and converted.

이외에 암모니아의 출구 농도는 0.045 부피%, 질소산화물(NOx)의 출구 농도는 약 0.034 부피% 인데, 이러한 수치는 이론적으로 계산된 수치보다 낮아 그 일부가 반응기 내부에서 분해되거나 환원되었음을 알 수 있다.In addition, the exit concentration of ammonia is 0.045% by volume and the exit concentration of nitrogen oxides (NOx) is about 0.034% by volume. These values are lower than theoretically calculated values, and some of them are decomposed or reduced inside the reactor.

상기 제1 반응부(121)에서 배출된 제1 반응가스는 분당 약 43리터의 유량으로 제3 열교환부(133)로 도입되어, 제2 반응부(122)에서 촉진가스의 예열과 수증기 개질반응에 필요한 열에너지를 공급하고 275로 냉각된 후, 제4 열교환부(134)로 도입된다. 이어서, 제4 열교환부(134)에서 메탄올-물 혼합용액의 기화 및 기화된 혼합기체의 가열에 필요한 열에너지를 공급하고 약 169의 온도로 냉각되어, 도 1의 제2 정화부(112)로 도입된다. The first reaction gas discharged from the first reaction unit 121 is introduced into the third heat exchange unit 133 at a flow rate of about 43 liters per minute and is supplied to the second reaction unit 122 through the preheating of the promoted gas and the steam reforming reaction And is then introduced into the fourth heat exchanging unit 134. The heat exchanging unit 134 is provided with a heat exchanger (not shown). Subsequently, the fourth heat exchanging unit 134 supplies the thermal energy required for vaporizing the methanol-water mixed solution and heating the vaporized mixed gas, and is cooled to a temperature of about 169 to be introduced into the second purifying unit 112 of FIG. 1 do.

상기 제2 정화부(112)는 흡착식으로 구성되었는데, 총 20L의 부피를 갖는 두 개의 서로 다른 흡착층을 포함하도록 구성하였다. 제1 반응가스와 먼저 접촉하는 제 1 흡착층은, 평균 직경 3mm, 평균 길이 5mm인 원통형의 철산화물에 5 중량%의 수산화칼륨(KOH)을 함침하여 구성된 흡착제를 15L 부피로 충진하여 구성하였다. 또한,, 제2 흡착층은 평균 입도가 3mm이고 KOH가 5중량%로 첨착된 활성탄과, 평균 직경이 3mm이고 3 중량%의 NiO를 포함하는 제올라이트 5A를 1:1의 부피로 혼합한 후, 총 5L 부피로 충진하여 구성하였다. 상기 제2 정화부(112)는 상기 제1 및 제2 흡착층을 포함하는 원통형 용기(캐니스터)로 제작하였고, 제1 반응가스의 흐름은 하향식이었다. The second purifying part 112 is configured to be adsorbed, and is configured to include two different adsorbing layers having a total volume of 20L. The first adsorption layer first contacting with the first reaction gas was constituted by filling a cylindrical iron oxide having an average diameter of 3 mm and an average length of 5 mm into a 15 L volume of an adsorbent composed of 5 wt% of potassium hydroxide (KOH) impregnated. The second adsorption layer was prepared by mixing activated carbon having an average particle size of 3 mm and impregnated with 5 wt% of KOH and zeolite 5A containing 3 wt% of NiO having an average diameter of 3 mm in a volume of 1: 1, The total volume was 5L. The second purging portion 112 was made of a cylindrical container (canister) including the first and second adsorption layers, and the flow of the first reaction gas was top down.

또한, 제1 반응가스의 도입부와 제1 흡착층의 사이에는 빈 공간을 두어, 가스가 일정시간 체류한 후 흡착제와 고르게 접촉하면서 충진층을 통과할 수 있도록 하였다. 상기 흡착제 충진층에서 유발되는 압력강하를 고려하여 가스 도입부의 압력은 1.2 내지 1.5기압으로 유지하였다. In addition, an empty space is provided between the inlet of the first reaction gas and the first adsorption layer so that the gas can stay in the adsorbent after passing through the adsorption layer for a predetermined period of time. The pressure of the gas inlet portion was maintained at 1.2 to 1.5 atm in consideration of the pressure drop caused in the adsorbent packing layer.

상기 제1 반응기체는 흡착제의 충진층을 통과하며 HF, F2, 불소산화물 등의 간단한 불소화합물들이 효과적으로 제거되어, 제2 정화부(112)에서 배출되는 제2 정화가스 중 상기 간단한 불소화합물의 출구농도는 각각 0 내지 1ppm 수준을 유지하였다. 또한, 암모니아와 질소산화물(NOx)의 흡착, 분해 또는 환원 반응도 동시에 진행되어, 암모니아의 출구 농도는 약 47ppm이었고, 질소산화물들의 출구 농도의 합은 약 35ppm 이었다. The first reactive gas passes through the filler layer of the adsorbent and the simple fluorine compounds such as HF, F 2 , and fluorine oxides are effectively removed, and the second reactive gas, which is discharged from the second purifier 112, The outlet concentrations remained at 0 to 1 ppm levels, respectively. Also, the adsorption, decomposition or reduction reaction of ammonia and nitrogen oxide (NOx) proceeded at the same time, and the outlet concentration of ammonia was about 47 ppm and the sum of the outlet concentrations of nitrogen oxides was about 35 ppm.

상기 제2 정화부(112)로부터 배출된 제2 정화가스는 표준조건(STP) 기준으로 분당 약 42.1리터의 유량으로 제2 열교환부(132)로 도입되어 열 에너지를 전달한 후 80로 냉각되고, 이어서, 제1 열교환부(131)로 도입되어 열에너지를 전달하고 40로 냉각되어 제3 정화부(113)로 도입되었다. The second purifying gas discharged from the second purifying unit 112 is introduced into the second heat exchanging unit 132 at a flow rate of about 42.1 liters per minute under standard conditions (STP) to transfer thermal energy, Then, the heat is transferred to the first heat exchanger 131, transferred to the third heat exchanger 131, cooled to 40, and introduced into the third purifier 113.

상기 제3 정화부(113)는 원통형 용기 내부에 5리터의 활성탄과 5리터의 제올라이트 5A를 상층과 하층으로 나누어 충진하여 구성하였고, 제2 정화가스는 상향식으로 흐른다. 상기 제3 정화부(113)의 출구에서 암모니아와 질소산화물(NOx)의 농도는 10ppm 이하로 검출되었고 제3 정화부(113)로부터 배출된 제3 정화가스는 배출부(103)를 통해 외부로 배출되었다. The third purging section 113 is constructed by filling 5 liters of activated carbon and 5 liters of zeolite 5A into upper and lower layers in a cylindrical container, and the second purifying gas flows downward. The concentration of ammonia and nitrogen oxides (NOx) at the outlet of the third purifying unit 113 is detected to be 10 ppm or less and the third purifying gas discharged from the third purifying unit 113 is discharged to the outside through the discharging unit 103 .

결국, 본 발명의 실시예 1에 따라 공정배출가스 중 95%의 NF3가 제거되었다. 상기 NF3 제거율을 달성하기 위해 시간당 약 67 와트시(Wh)의 열에너지가 공급되었고, 약 9와트시(Wh)의 열에너지가 외부로 배출되었으므로, 열효율은 약 86.4% 이었다. As a result, according to Example 1 of the present invention, 95% of NF 3 in the process exhaust gas was removed. In order to achieve the NF 3 removal rate, thermal energy of about 67 watts per hour (Wh) was supplied, and thermal energy of about 9 watts (Wh) was discharged to the outside, resulting in a thermal efficiency of about 86.4%.

상기 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 3에 따른 실험 결과를 아래의 표 3에 비교하여 정리하였다.The experimental results of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Example 3 are summarized in Table 3 below.

NF3 제거율(%)NF 3 Removal Rate (%) 분해 및 전환 온도 (oC)Decomposition and conversion temperature ( o C) 시간 당 열 에너지 공급량 (와트시, Wh)Thermal energy supply per hour (Watts, Wh) 열 효율 (%)Thermal efficiency (%) 비교 예 1Comparative Example 1 8585 800800 304304 1.51.5 비교 예 2Comparative Example 2 9090 600600 165165 00 실시 예 1Example 1 9595 300300 6767 86.486.4

101: 공정배출가스 공급부 102: 메탄올수용액 공급부
103: 배출부 141: 정량펌프
111: 제1 정화부 112: 제2 정화부
113: 제3 정화부 142: 혼합부
121: 제1 반응부 122: 제2 반응부
131: 제1 열교환부 132: 제2 열교환부
133: 제3 열교환부 134: 제4 열교환부
101: Process exhaust gas supply unit 102: Methanol aqueous solution supply unit
103: discharge part 141: metering pump
111: first purifier 112: second purifier
113: third purifying section 142: mixing section
121: first reaction part 122: second reaction part
131: first heat exchanger 132: second heat exchanger
133: third heat exchanger 134: fourth heat exchanger

Claims (25)

(a) 메탄올 수용액으로부터 촉진가스를 생성하는 제2 반응부;
(b) 촉진가스와 불순물이 제거된 공정배출가스를 혼합하는 혼합부;
(c) 상기 혼합부를 통해 얻어진 혼합가스에 포함된 유해한 불소화합물을 간단한 불소화합물로 분해 및 전환하는 제1 반응부; 및
(d) 상기 제1 반응부로부터 배출된 가스흐름으로부터 간단한 불소화합물을 제거하는 제2 정화부;를 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치.
(a) a second reaction unit for generating a promoted gas from an aqueous methanol solution;
(b) a mixing section for mixing the accelerated gas and the process exhaust gas from which the impurities have been removed;
(c) a first reaction part for decomposing and converting the harmful fluorine compound contained in the mixed gas obtained through the mixing part into a simple fluorine compound; And
(d) a second purifier for removing a simple fluorine compound from the gas flow discharged from the first reaction unit.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 반응부에는 연속공정 내의 열에너지를 회수하기 위한 제3 열교환부를 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치.The apparatus for removing harmful fluorine compounds according to claim 1, wherein the second reaction unit includes a third heat exchange unit for recovering thermal energy in a continuous process. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 반응부는 메탄올의 수증기 개질반응으로 촉진가스를 생성하기 위한 촉매반응부를 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치.The apparatus for removing harmful fluorine compounds according to claim 1, wherein the second reaction unit includes a catalytic reaction unit for generating an accelerated gas by steam reforming reaction of methanol. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합부 전에, 공정배출가스에 포함된 불순물을 사전 정화하는 제1 정화부를 추가로 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치.The apparatus of claim 1, further comprising a first purifier for pre-purifying impurities contained in the process exhaust gas prior to the mixing unit. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 정화부 후단에, 배출가스에 포함된 잔류 암모니아, 일산화탄소, 질소산화물(NOx)을 제거하는 제3 정화부를 추가로 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치.The method according to claim 1, further comprising a third purifying unit for removing residual ammonia, carbon monoxide, and nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas at a rear end of the second purifying unit, using a methanol aqueous solution to remove harmful fluorine compounds Device to remove. 제 5 항에 있어서, 상기 제3 정화부가 잔류성분을 선택적으로 제거하는 촉매 또는 흡착제를 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치.The apparatus according to claim 5, wherein the third purifier includes a catalyst or an adsorbent for selectively removing the residual components, using an aqueous methanol solution to remove harmful fluorine compounds. 제 6 항에 있어서, 상기 제3 정화부가 활성탄과 제올라이트를 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치.The apparatus according to claim 6, wherein the third purification section comprises activated carbon and zeolite, using an aqueous methanol solution to remove harmful fluorine compounds. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 반응부는 수소화촉매, 가수분해촉매 또는 이들 모두를 포함하는 촉매반응부를 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치.The apparatus of claim 1, wherein the first reaction unit includes a hydrogenation catalyst, a hydrolysis catalyst, or a catalytic reaction unit including both of the hydrogenation catalyst and the hydrolysis catalyst. 제 8 항에 있어서, 수소화촉매가 Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir 또는 이들의 하나 이상의 조합을 포함하는 금속, 합금, 산화물, 염 또는 이들 조합을 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치.The process of claim 8, wherein the hydrogenation catalyst is selected from the group consisting of metals, alloys, oxides, salts, or combinations thereof comprising Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir, An apparatus for removing harmful fluorine compounds using an aqueous solution. 제 8 항에 있어서, 가수분해촉매가 Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir, Fe, Al, Si, Ti, Sn, Zn 또는 이들의 하나 이상의 조합을 포함하는 금속, 합금, 염, 산화물, 수산화물 또는 이들의 조합을 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치.The method of claim 8, wherein the hydrolysis catalyst is selected from the group consisting of Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir, Fe, Al, Si, Ti, Sn, Zn, An apparatus for removing harmful fluorine compounds using an aqueous methanol solution, comprising an alloy, a salt, an oxide, a hydroxide or a combination thereof. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 반응부가 예열부를 추가로 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치.The apparatus for removing harmful fluorine compounds according to claim 8, further comprising an aqueous methanol solution, wherein the first reaction section further comprises a preheating section. 제 8 항에 있어서, 상기 촉매반응부가 수소화촉매에 대한 가수분해촉매를 0.1 내지 10 중량비로 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 장치.The apparatus for removing harmful fluorine compounds according to claim 8, wherein the catalytic reaction portion comprises a hydrolysis catalyst for the hydrogenation catalyst in a ratio of 0.1 to 10 by weight. (a) 메탄올 수용액으로부터 촉진가스를 생성하는 제2 반응단계;
(b) 촉진가스와 불순물이 제거된 공정배출가스를 혼합하는 혼합단계;
(c) 상기 단계 (b)를 통해 얻어진 혼합가스에 포함된 유해한 불소화합물을 간단한 불소화합물로 분해 및 전환하는 제1 반응단계; 및
(d) 상기 제1 반응단계(c)로부터 배출된 제1 반응가스로부터 간단한 불소화합물을 제거하는 제2 정화단계;를 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법.
(a) a second reaction step of producing a promoted gas from an aqueous methanol solution;
(b) a mixing step of mixing the promoted gas with the process exhaust gas from which the impurities have been removed;
(c) a first reaction step of decomposing and converting a harmful fluorine compound contained in the mixed gas obtained through the step (b) into a simple fluorine compound; And
(d) removing a simple fluorine compound from the first reaction gas discharged from the first reaction step (c).
제 13 항에 있어서, 상기 제1 반응단계(c) 전에, 공정배출가스에 포함된 불순물을 사전 정화하는 제1 정화단계(cc)를 추가로 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법.14. The method of claim 13, further comprising, prior to the first reaction step (c), removing a harmful fluorine compound using an aqueous methanol solution, further comprising a first purge step (cc) How to. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 제2 정화단계(d) 또는 제1 정화단계(cc)가 건식법 또는 습식법을 사용하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법.15. The method according to claim 13 or 14, wherein the second purification step (d) or the first purification step (cc) uses a dry or wet method to remove harmful fluorine compounds using an aqueous methanol solution. 제 13 항에 있어서, 상기 제2 정화단계(d)에서 배출되는 제2 정화가스에 포함된 잔류 암모니아, 일산화탄소, 질소산화물(NOx)을 제거하는 제3 정화단계(e)를 추가로 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법.14. The method of claim 13, further comprising a third purge step (e) for removing residual ammonia, carbon monoxide, nitrogen oxides (NOx) contained in the second purge gas discharged in the second purge step (d) A method for removing harmful fluorine compounds using an aqueous methanol solution. 제 16 항에 있어서, 상기 제3 정화단계(e)가 촉매방식 또는 흡착방식으로 수행되는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법.17. The method of claim 16, wherein the third purge step (e) is carried out in a catalytic or adsorption manner using a methanol aqueous solution. 제 17 항에 있어서, 상기 제3 정화단계(e)가 활성탄과 제올라이트를 사용하여 수행되는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법.18. The method of claim 17, wherein the third purge step (e) is carried out using activated carbon and zeolite, using a methanol aqueous solution to remove harmful fluorine compounds. 제 13 항에 있어서, 상기 제2 반응단계(a)의 촉진가스는 메탄올의 수증기 개질반응을 통해 생성되는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법.14. The method of claim 13, wherein the accelerated gas in the second reaction step (a) is produced through the steam reforming reaction of methanol, using a methanol aqueous solution to remove harmful fluorine compounds. 제 19 항에 있어서, 상기 메탄올의 수증기 개질반응이 연속공정 내의 열에너지를 회수하여 수행되는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법.20. The method of claim 19, wherein the steam reforming reaction of methanol is carried out by recovering thermal energy in a continuous process, wherein the harmful fluorine compound is removed using an aqueous methanol solution. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 반응부의 공간속도(GHSV)가 100 내지 5000hr-1인, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법.14. The method according to claim 13, wherein the first reaction part has a space velocity (GHSV) of 100 to 5000 hr < -1 > using an aqueous methanol solution to remove harmful fluorine compounds. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 반응단계가 수소화촉매, 가수분해촉매 또는 이들 모두의 촉매반응으로 수행되는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법.14. The method of claim 13, wherein the first reaction step is carried out with a hydrogenation catalyst, a hydrolysis catalyst, or a catalytic reaction of both, using a methanol aqueous solution to remove harmful fluorine compounds. 제 22 항에 있어서, 상기 수소화촉매가 Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir 또는 이들의 하나 이상의 조합을 포함하는 금속, 합금, 산화물, 염 또는 이들 조합을 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법.23. The method of claim 22, wherein the hydrogenation catalyst comprises a metal, an alloy, an oxide, a salt, or a combination thereof comprising Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir, A method for removing harmful fluorine compounds using an aqueous methanol solution. 제 22 항에 있어서, 상기 가수분해촉매가 Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir, Fe, Al, Si, Ti, Sn, Zn 또는 이들의 하나 이상의 조합을 포함하는 금속, 합금, 염, 산화물, 수산화물 또는 이들의 조합을 포함하는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법.The method of claim 22, wherein the hydrolysis catalyst is selected from the group consisting of Ni, Co, V, Mo, W, Pt, Pd, Ru, Ir, Fe, Al, Si, Ti, Sn, Zn, , An alloy, a salt, an oxide, a hydroxide, or a combination thereof, is used to remove the harmful fluorine compound. 제 22 항에 있어서, 상기 제1 반응단계가 수소화촉매에 대한 가수분해촉매를 0.1 내지 10 중량비로 포함하여 수행되는, 메탄올 수용액을 이용하여 유해한 불소화합물을 제거하는 방법.23. The method of claim 22, wherein the first reaction step comprises a hydrolysis catalyst to a hydrogenation catalyst in a ratio of from 0.1 to 10 by weight, wherein the harmful fluorine compound is removed using an aqueous methanol solution.
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