KR20210023217A - 플라즈마를 이용한 고농도 육불화황(sf6)의 분해 및 후처리 시스템 - Google Patents

플라즈마를 이용한 고농도 육불화황(sf6)의 분해 및 후처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 고농도 육불화황의 분해 및 후처리 시스템에 관한 것으로, 고농도 육불화황의 분해 및 후처리 시스템에 있어서, 상기 육불화항을 분해하는 분해부, 상기 분해부로부터 분해된 육불화황의 분해산물을 급속 냉각시키는 냉각부, 상기 냉각부로부터 공급받은 냉각된 분해산물을 후처리하는 후처리부, 상기 후처리부로부터 분해산물을 후처리 후 분해산물에 포함된 수증기를 회수하는 응축부 및 상기 응축부를 거친 분해산물의 응축되지 못한 수분을 흡수하고, 미 제거 된 분해산물을 흡착하여 배출하는 흡착부를 포함하는 육불화황 분해 및 후처리 시스템을 제공한다.

Description

플라즈마를 이용한 고농도 육불화황(SF6)의 분해 및 후처리 시스템{A system for decomposing high concentration sulphur hexafluoride(SF6) with plasma and post-processing the decomposed products}
본 발명은 고농도의 육불화황(SF6)의 분해 및 후처리 시스템에 관한 것이다.
육불화황(SF6)은 높은 절연 내압(공기의 약 3배), 높은 열차단 능력(공기의 약 10배) 및 높은 열전달 성능(공기의 약 2배)으로 인해 1960년 초 이후로 고압 및 중압 스위치기어, GIS(Gas Insulated Switchgear), 환상 주회로, 자동차단기, 변압기, 케이블 등의 전기설비에 성공적으로 사용되어 왔다.
또한 육불화황 가스는 알루미늄 생산, 마그네슘 제련, 반도체 생산, 평판 스크린 생산, 핵연료 주기, 소음 방지 창문, 타이어, 고성능 레이더, 기후 측정을 위한 추적용 가스, 발전소 파이프 내 및 군사적 응용을 포함해서 전기산업이 아닌 다른 분야에서도 널리 이용되고 있다. 하지만 전기산업 이외의 분야에서는 거의 1% 정도의 낮은 농도의 육불화황 가스를 사용하고, 전기산업에서는 고농도 혹은 거의 100%에 가까운 육불화황 가스를 사용하여 전기산업에서 국내 전체 육불화황 사용량의 약 80%를 사용하며, 육불화황을 밀폐된 계통 내에서 사용한다.
육불화황 가스는 지구온난화 계수(global warming potential, GWP)가 이산화탄소(CO2)의 23,900배로 매우 높고, 대기 중에서 분해되지 않고 남아있는 기간이 3,200년으로 장기간 대기 중에 잔존하기 때문에 육불화황을 대기 중에 배출하지 않고 재활용하는 것은 환경적으로 또한 경제적으로 중요하다. 따라서 대기 내의 방출을 방지하고, 개발, 설계, 생산, 서비스, 보수 및 회수 등의 일련의 과정에서 환경적으로 부합되게 관리해야 한다.
SF6 가스를 포함한 불화가스 및 SF6 기체 혼합물의 처리기술은 분해기술을 중심으로 연구되어 왔으며, 반도체 및 LCD 제조 공정 등 일부 제한된 공정에서는 상용화 단계에 이르고 있다. 대표적인 처리기술은 1,200℃ 이상의 고온을 이용한 열분해 기술, 촉매를 이용한 분해기술, 플라즈마를 이용한 분해기술, 촉매와 플라스마 기술을 융합한 플라스마-촉매 분해 기술이 알려져 있다.
연소법은 불화가스를 H2, 천연가스, LPG 등의 연료와 혼합하여 1,200 ℃ 이상에서 HF와 SO2로 분해하는 기술로 연소효율을 높이기 위해 산소를 혼입하여 사용하기도 하며, 연소법은 고온에서 운전이 이루어지므로 thermal NOx가 발생하며, 운전비용이 크고, 시스템의 내구성 및 안정성에서 문제가 있다는 단점을 가지고 있다. 하지만 현재 가장 상용화에 근접한 기술의 하나로 80~90% 수준의 분해가 가능하며 분해산물에 대한 후처리 공정이 추가로 요구된다.
촉매 분해법은 화학적 반응, 촉매 반응을 이용하여 열분해보다 낮은 온도 영역에서 불화가스를 분해하는 방법으로 에너지 소모량이 적고 장치가 소형으로 적용 가능하다는 장점이 있는 반면 분해산물에 의한 촉매 활성저하의 단점이 있다. 국내의 경우에는 전자산업에 적용 가능한 촉매 분해법을 개발하여 적용한 사례가 있으며, 고농도의 SF6를 분해하기 위해서는 분해산물에 의한 촉매의 내구성 확보, 교체 주기 등 운전조건에 대한 데이터가 확보가 필요하다. 그 외에도 최근에는 저농도의 SF6 처리에 전자빔을 이용한 기술 등이 알려져 있다.
플라즈마법은 플라즈마를 이용하여 불화가스를 분해한 후 후단가스 처리(분해산물 처리)하는 방법으로 전자산업에서는 이미 상용 단계에 이른 기술이다. 플라즈마법은 장치가 소형이며(전체 시스템 관점에서 보았을 때)저온에서 운전될 수 있다는 장점이 있다. 하지만 상용 기술은 전자산업에서 배출된 저농도 SF6를 대상으로 하고 있어 이 기술을 고농도의 SF6 분해에 적용하기 위해서는 분해산물에 대한 플라즈마 토치, 반응기 부식방지, 고농도 HF, SOx 등의 분해산물의 후처리, 플라즈마에 의해 생성된 라디칼들의 재결합 방지를 위한 기술개발이 필요하다. 더불어, 이러한 기술은 SF6 뿐만 아니라 다양한 불화가스 혼합물의 분해에도 활용할 수 있다. 특히 플라즈마 방식은 연소방식에서 사용한 LNG 또는 LPG 등의 연료를 사용하지 않고 전기만 사용하므로 연료에 의한 위험성이 없을 뿐만 아니라 부가적인 utility가 필요 없다는 매우 유리한 장점이 있다. 또한 촉매 산화방식의 주기적 촉매 교체에 따른 처리 비용 발생이 없어 경제적인 측면에서도 장점이 있으며, 촉매 산화방식에 비해 토치 및 반응기를 소형화할 수 있다는 장점이 있다.
한편, SF6의 분해 생성물인 HF와 SOx를 Ca(OH)2 또는 NaOH 등으로 처리할 경우, CaF2/CaSO4 혹은 NaF/Na2SO4와 같이 비교적 유해성이 적을 뿐 아니라 유용한 물질로 전환하여 처리할 수 있다. 결과적으로 대기로 방출되는 온실가스의 양을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 유용한 물질로 전환할 수 있으므로 환경 친화적이다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 육불화황의 정제과정 중 소모되는 에너지를 절감하고 정제과정에 소모되는 시간을 단축하는 육불화황 정제 시스템 및 육불화황 정제 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 상기 육불화황을 분해하는 분해부, 상기 분해부로부터 분해된 육불화황의 분해산물을 급속 냉각시키는 냉각부, 상기 냉각부로부터 공급받은 냉각된 분해산물을 후처리하는 후처리부, 상기 후처리부로부터 분해산물을 후처리 후 분해산물에 포함된 수증기를 회수하는 응축부 및 상기 응축부를 거친 분해산물의 응축되지 못한 수분을 흡수하고, 미 제거 된 분해산물을 흡착하여 배출하는 흡착을 포함하는 육불화황 분해 및 후처리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분해부는 분해 반응기를 포함하는 것으로, 상기 분해 반응기는 증산벽 반응기(transpiring wall reactor, TWR)이고, 상기 증산벽 반응기는 상기 육불화황을 분해하는 플라즈마 토치 및 상기 육불화황의 분해율을 향상시키도록 과열수증기를 공급하는 과열수증기 공급부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 과열수증기 공급부는 상기 플라즈마 토치의 주입부를 감싸도록 형성되는 제1 과열수증기 공급부 및 상기 육불화황의 분해산물이 상기 분해 반응기의 벽에 접촉하는 것을 방지하기 위하여 상기 증산벽 반응기의 측면에 위치하는 제2 과열수증기 공급부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각부는 상기 분해부인 분해 반응기 하부영역에 위치하고, 상기 냉각부는 분해산물에 냉각액을 분사하는 냉각액 분사노즐을 포함하며, 상기 분해산물이 상기 후처리부로 이동되는 수평배관을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각액 분사노즐은 상기 분해 반응기의 측면에 배치되어 1차 냉각액을 분사하는 1차 냉각액 분사노즐 및 상기 수평배관의 상측에 배치되어 2차 냉각액을 분사하는 2차 냉각액 분사노즐을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 후처리부는 습식흡수법을 이용하여 분해산물을 세정하는 흡수세정장치로, 상기 분해산물을 세정하는 세정부, 상기 세정부로 알칼리 흡수액 슬러리를 공급하는 알칼리 흡수액 슬러리 공급부, 상기 세정부에서 분해산물과 알칼리 흡수액 슬러리의 반응을 촉진하기 위하여 오존을 발생시키는 고 세정부로 발생시킨 오존을 공급하는 오존발생부 및 상기 분해산물과 알칼리 흡수액 슬러리의 반응에 의해 생성된 불용성 염이 포함된 용액의 염의 결정과 여액을 분리하는 고상분리부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 후처리부는 상기 세정부에서 세정되고 생성된 불용성 염을 저장하고 배출하는 불용성염 저장조를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 불용성염 저장조는 물이 포함되어 있는 것으로, 상기 불용성염 저장조의 수면 아래로 상기 분해 반응기의 일부가 잠겨 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 불용성염 저장조 내의 불용성염을 포함하는 용액의 pH를 측정하는 pH미터를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 알칼리 흡수액 슬러리 공급부는 알칼리 흡수액 슬러리를 제조하는 장치로, 상기 알칼리 흡수액 슬러리를 제조하여 상기 냉각부 및 상기 세정부로 공급하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고상분리부는 분리된 여액을 저장하는 여액저장탱크를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡착부는 미제거 된 수분 및 분해산물을 흡착하는 흡착탑 및 가스블로워를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡착탑은 활성 알루미나, 실라카 겔층을 포함하는 수분 제거층과 분자체 및 활성탄을 포함하는 분해산물 제거층을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 플라즈마 토치를 사용하여 고농도 육불화황을 분해하여 분해산물을 생성하는 육불화황 분해단계, 상기 육불화황 분해단계를 통하여 생성된 분해산물을 냉각하는 냉각단계, 상기 냉각된 분해산물을 세정하여 불용성염을 형성하는 후처리단계, 상기 후처리단계 이후 포함된 수분을 응축하는 응축단계 및 상기 응축단계를 통하여 제거되지 않은 수분 및 분해산물을 흡착하여 제거하는 흡착단계를 포함하는 육불화황 분해 및 후처리방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분해산물은 강산의 기체를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 육불화황을 분해하는 단계는 상기 분해산물로부터 반응기의 부식을 방지하기 위하여 플라즈마 토치의 주입부 및 반응기의 측면으로부터 과열수증기 및 비활성 기체를 동시에 공급하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분해산물을 냉각하는 단계는 상기 육불화황 분해단계를 통하여 생성된 고온의 분해산물에 냉각액을 분사하여 급속으로 냉각하는 단계로, 상기 제1차 냉각액 분사노즐을 이용하여 1차로 냉각하는 제1차 냉각단계 및 상기 제2차 냉각액 분사노즐을 이용하여 2차로 냉각하는 제2차 냉각단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각액은 알칼리 흡수액 슬러리일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 후처리단계는 상기 분해산물이 세정되며 생성된 불용성염이 불용성염 저장조로 이동하고, 상기 분해산물이 제거된 배가스가 응축부로 이동하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 불용성염 저장조로 이동된 불용성염의 결정화를 촉진하기 위하여 오존을 주입하고, 상기 오존주입을 통하여 결정화된 불용성염을 자동으로 배출하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 불용성염을 자동으로 배출하기기 위하여 상기 불용성염 저장조내의 불용성염을 포함하는 용액의 pH값을 실시간으로 모니터링하고, 상기 불용성염을 포함하는 용액의 pH값이 pH7 내지 pH14를 유지하지 못할 경우 상기 불용성염을 포함하는 용액을 고상분리기로 배출하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고상분리기로 배출된 용액은 불용성염의 결정 및 여액으로 분리되고, 상기 분리된 여액은 상기 여액저장탱크에 저장되며, 상기 여액저장탱크에 저장된 여액은 알칼리 흡수액 슬러리 제조장치로 이동되어 재사용 되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 고농도 육불화황(SF6)의 분해시스템 및 분해방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예들 중 적어도 한 개에 의하면, 부식을 최소화 할 수 있는 고농도 육불화황 분해 시스템 및 분해방법을 제공할 수 있다.
또한, 습식 후처리 장치를 사용하여 대기 중 방출 되는 유해 분해산물을 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 육불화황 분해 및 후처리 시스템에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 흡착탑의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 육불화황 분해 및 후처리 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 육불화황의 흐름에 따른 흡수제 분사 노즐 구성을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 알칼리 흡수액 슬러리를 이용하여 세정함에 따라 시간에 따른 분해산물 농도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 분해산물을 알칼리 흡수액 슬러리를 이용하여 세정한 후 알칼리 흡수액 슬러리를 이온 크로마토그래프를 분석한 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 고상분리 후 염의 결정 및 여액을 관찰한 이미지이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 육불화황 분해 및 후처리 시스템은 플라즈마를 이용하여 고농도의 육불화황을 분해 및 후처리하는 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 육불화황 분해 및 후처리 시스템에 대한 개략도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 육불화황 분해 및 후처리 시스템(100)은 분해부(200), 냉각부(300), 후처리부(400), 응축부(500) 및 흡착부(600)를 포함한다.
분해부(200)는 고농도의 육불화황을 분해하는 분해 반응기(210)를 포함하는 것으로, 육불화황을 분해에 따른 부식을 방지하기 위하여 상기 분해 반응기(210)는 증산벽 반응기(transpiring wall reactor, TWR)일 수 있다.
또한, 상기 증산벽 반응기는 상기 육뷸화황을 분해하는 플라즈마 토치(220) 및 상기 육불화황의 분해율을 향상시키도록 과열 수증기를 공급하는 과열수증기 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 상기 과열수증기 공급부는 스팀제너레이터(steam generator)를 사용할 수 있으며, 물을 수증기 또는 과열수증기로 바꾸어 공급할 수 있다.
이때, 상기 과열수증기 공급부는 상기 플라즈마 토치(220)의 주입부에 형성되는 제1과열수증기 공급부 및 상기 육불화황의 분해산물이 상기 증산벽 반응기의 벽에 접촉하는 것을 방지하기 위하여 상기 증산벽 반응기의 측면에 위치하는 제2과열수증기 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상세하게는 제1과열수증기 공급부는 플라즈마 토치의 매니폴드 및 소켓의 역할을 할 수 있도록, 주입부를 감싸도록 형성 될 수 있으며, 상기 제2과열수증기 공급부는 증산벽 반응기의 측면에 위치하는 것으로 일정 간격을 띄고 형성될 수 있다.
과열수증기를 제1과열수증기 공급부 및 제2과열수증기 공급부를 통하여 공급함으로써, 플라즈마에 의해 분해된 분해산물이 반응기의 벽에 닿아 반응기가 부식되는 것을 방지할 수 있다.
냉각부(300)는 상기 분해부(200)인 분해 반응기(210)의 하부영역에 위치하는 것으로, 상기 냉각부(300)는 제1냉각액 분사노즐(310), 수평배관(311) 및 제2냉각액 분사노즐(312)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 냉각부(300)의 하단은 상기 후처리부(400)의 불용성 염 저장조(430)에 잠기도록 형성될 수 있다. 다시 말해, 불용성 염 저장조(430)의 내부에는 물이 담겨져 있으며, 상기 냉각부(300)의 하단은 수면 아래로 잠기도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각부(300)의 하단이 상기 수면 아래로 잠기도록 형성됨으로써, 수밀(水密)의 역할을 수행하는 것으로, 냉각부(300)의 하단을 통하여 육불화황 분해산물이 상기 불용성 염 저장조(430)로 빠져나가는 것을 방지할 수 있고, 냉각부(300)에 설치된 제1냉각액 분사노즐(310)로 공급된 냉각수의 원활한 배출을 도모할 수 있다.
또한, 상기 분해가스의 냉각효율을 높이기 위하여 상기 제1냉각액 분사노즐(310) 및 제2냉각액 분사노즐(312)로부터 분사되는 냉각액의 분사각은 60ㅀ이상인 것이 바람직하다.
후처리부(400)는 습식흡수법을 이용하여 분해산물을 세정하는 흡수세정장치로, 세정부(410), 알칼리 흡수액 슬러리 공급부(420), 불용성 염 저장조(430), 오존발생부(440) 및 고상분리부(450)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저 상기 후처리부(400)는 투명한 PVC 등을 사용하여 내부 상황을 감시하는 것을 특징으로 한다. 상기 후처리부(400)는 알칼리 흡수액 슬러리 및 반응 생성물인 불용성 염 등의 고체가 존재하게 되는 것으로, 이러한 고체에 의해 내부의 막힘 현상이 일어날 수 있어 육안으로 감시할 필요가 있다. 이를 위하여 반응기 재질을 PVC 등의 투명/ 반투명 재질을 사용하는 것이 바람직하다
상기 세정부(410)는 상기 수평배관(311)과 연결되어 상기 냉각부(300)를 통해 공급된 육불화황 분해산물을 세정하는 장치로 흡수층(411) 및 흡수액 분사노즐(412)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상세하게는, 상기 수평배관(311)을 통과한 2차 냉각된 육불화황 분해산물이 흡수층(411)으로 이동되고, 세정부(410)의 상측에 설치된 흡수액 분사노즐(412)을 이용하여 흡수층(411)의 상부로 분사하게 된다.
이때, 흡수층(411)은 충진재로 충진되어 있는 것으로, 육불화황 분해산물과 흡수액과의 접촉 기회를 효과적으로 증가시키는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 상기 흡수층은 structure packing 및 random packing을 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서는 비 용해성 슬러리 입자에 의한 막힘 문제 등을 완화시키기 위하여 random packing을 사용할 수 있으며, random packing의 모양으로 pall ring, raschig ring등을 사용할 수 있으며, HF에 대한 내식성이 있는 PP(poly propylene) 또는 Teflon 재질을 사용할 수 있다.
또한, 상기 흡수액 분사노즐(412)의 분사각은 60ㅀ일 수 있다. 상부에서 분사되는 흡수액은 흡수층(411)의 빈공간에서 육불화황 분해가스와 접촉하여 세정이 되는데, 세정이 된 후 흡수층(411)의 충진재를 지나가면서도 세정을 하게 된다. 이에 따라, 도 4에 나타낸 모식도와 같이 흡수액을 60ㅀ의 분사각으로 분사함으로써 빈 공간 및 충진재 영역 모두 충분히 분사되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 알칼리 흡수액 슬러리 공급부(420)는 상기 알칼리 흡수액 슬러리를 제조하는 장치로, 상기 알칼리 흡수액 슬러리를 제조하여 상기 냉각부(300), 상기 세정부(400)로 공급할 수 있다.
상세하게는, 상기 냉각부(300)의 제1차분사노즐(310) 및 제2차분사노즐(312)로 공급되어 냉각액으로 사용될 수 있으며, 상기 세정부(400)의 흡수액 분사노즐(412)로 공급 되어 세정액으로 사용될 수 있다.
불용성 염 저장조(430)는 후처리부(400)의 하단에 위치하는 것으로, 세정부(410)로부터 세정에 따라 생성된 불용성 염의 결정화를 촉진하고, 슬러리 상태로 배출하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 불용성 염 저장조(430)는 일정 수위이상의 물이 채워져 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 불용성 염 저장조(430)는 결정화된 슬러리 상태의 불용성염이 쉽게 배출 될 수 있도록 불용성 염 저장조(430)의 내부에 경사각이 형성되어 있을 수 있다.
또한, 불용성 염 저장조(430)는 오존발생부(431)를 더 포함할 수 있다. 상기 오존발생부(431)는 오존을 생성하는 장치로, 생성된 오존을 불용성 염 저장조(430)에 주입함으로써, 불용성염의 결정화를 촉진 시킬 수 있다.
또한, 상기 결정화된 슬러리 상태의 불용성염을 자동으로 배출하기 위하여 pH 미터(432) 및 수위계(433)를 더 포함할 수 있다.
상세하게는, 상기 pH 미터(432)를 이용하여 결정화된 슬러리 상태의 불용성염의 pH를 측정하고, pH에 따라 결정화된 슬러리 상태의 불용성염을 배출하게 된다. 이때, 상기 수위계(433)를 이용하여 일정 수위이상 배출이 되면, 배출을 중지하고 불용성 염 저장조(430)에 물을 일정 수위이상 채워줄 수 있다.
상기 고상분리부(440)는 육불화황 분해산물 및 알칼리 흡수액 슬러리가 반응 후 생성 된 불용성염을 포함하는 용액을 고상분리기를 이용하여 불용성염의 결정 및 여액으로 분리하는 것으로, 상기 고상분리기는 침전조, 원심분리기, 필터 프레스(filter press) 등을 사용할 수 있다.
이때, 본 발명에서는 분리속도 및 효율이 우수한 필터 프레스를 사용하였으며, 이에 제한되는 것은 아니며, 우수한 효율로 분리할 수 있는 고상분리기를 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 고상분리부(440)는 여액저장탱크(450)를 더 포함할 수 있다. 상기 여액저장탱크(450)는 분리된 여액을 저장하는 것으로, 알칼리 흡수액 슬러리를 제조할 때 재사용하는 것을 특징으로 한다. 이때, 여액을 재사용함으로써 세정 후 배출되는 폐수의 양을 최소화 시킬 수 있다.
상기 응축부(500)는 상기 후처리부(400)로부터 육불화황 분해산물을 세정한 후 대부분의 분해산물이 제거된 배가스에 포함된 수증기를 회수하는 것으로, 상기 응축부(500)를 통하여 회수된 수증기는 후처리부(400)에서 재사용하는 것을 특징으로 한다.
이때 응축부(500)는 열교환기의 형태로 별도의 냉각기를 통하여 냉매를 공급받아 수분을 응축할 수 있다.
상기 흡착부(600)는 유해한 분해산물의 배출을 막기 위한 마지막 장치로, 상기 응축부(500)를 통하여 수분이 제거된 배가스를 공급받아 응축되지 못한 수분을 흡수하고, 미 제거된 분해산물을 흡착하여 배출하는 것을 특징으로 한다.
상세하게는 흡착부(600)는 흡착탑(610) 및 가스 블로워(620)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 흡착탑의 구성을 나타낸 개략도를 나타낸 것으로, 도 2를 참고하면, 상기 흡착탑(610)은 활성 알루미나, 실리카 겔층을 포함하는 수분 제거층(611) 및 분자체(613) 및 활성탄(614)을 포함하는 분해산물 제거층(612)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수분 제거층(611)은 상기 응축부(500)를 통하여 응축되지 못한 수분을 흡수하는 역할을 하며, 상기 분자체(613) 및 활성탄(614)을 포함하는 분해산물 제거층(612)은 미제거된 분해산물을 제거하는 역할을 한다.
이때 상기 분자체층(613)은 분자체-5A를 사용할 수 있는 것으로, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 가스 블로워(620)는 최종적으로 세정된 기체가 배출될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 가스 블로워(620)는 상기 육불화황 분해 및 후처리 시스템(100) 전체의 내부 압력을 음압으로 유지함으로써, 시스템 내부의 유해 분해산물이 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 육불화황 분해 및 후처리 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참고하면, 육불화황 분해 및 후처리 방법(S100)은 고농도 육불화황 분해단계(S110), 분해산물 냉각단계(S120), 냉각된 분해산물 후처리단계(S130), 수분응축단계(S140) 및 미제거된 수분 및 분해산물 흡착단계(S150)를 포함한다.
상기 고농도 육불화황 분해단계(S110)는 상기 분해반응기(210)의 플라즈마 토치(220)를 사용하여 고농도 육불화황을 분해하여 분해산물을 생성하는 단계를 의미하는 것으로, 상세하게는 플라즈마 토치(220)의 주입부 및 분해 반응기(210)의 측면을 통하여 과열수증기를 공급하여 분해하는 것을 특징으로 한다. 이때 생성되는 육불화황 분해산물은 강산의 기체로 SOx 및 HF를 포함한다.
일반적으로 육불화황은 황(S) 및 불소(F)로 분해되는 것으로, 상기 황(S) 및 불소(F)는 쉽게 재결합이 이루어져 재결합을 방지하기 위하여 물을 주입하게 된다. 물이 주입 될 경우, 육불화황은 SOx 및 HF의 강산의 분해산물을 생성하게 되는데, 액상의 물을 주입할 경우 수분이 많아 반응기의 부식성이 커지고, 육불화황의 분해반응성이 떨어지게 된다.
이에 따라, 본원발명은 200 ℃ 이하의 고온의 과열수증기를 공급함으로써, 분해 반응기(210) 내부를 건조한 상태로 유지할 수 있으며, 수용액 형태의 분해산물을 최소화하여 반응기의 부식성을 최소화 할 수 있다.
또한, 상기 분해단계(S110)에서 과량의 과열 수증기를 사용할 경우 후처리 시 급속 냉각이 필요하며, 급속 냉각을 위하여 과잉의 냉각 에너지가 사용될 수 있다. 이에, 이를 방지하기 위하여 상기 분해단계(S110)에서 과열수증기 공급 시 과열수증기와 함께 비활성 기체를 동시에 공급할 수 있다. 또한, 상기 분해 반응기(210)의 측면에서 공급되는 과열수증기는 모두 비활성기체로 대체 될 수 있다.
상기 분해산물 냉각단계(S120)는 육불화황 분해단계(S110)에서 분해된 육불화황 분해산물에 냉각액을 분사하여 급속으로 냉각하는 단계이다. 상세하게는, 상기 분해 반응기(210)로부터 분해된 고온의 분해산물이 분해 반응기(210)의 수직한 면을 따라 아래쪽으로 내려오면 측면에 배치되어 있던 1차 냉각액 분사노즐(310)을 통하여 냉각액이 분사되어 1차 냉각 될 수 있다. 또한, 1차 냉각 된 육불화황 분해산물은 수평배관(311)을 따라 세정부(400)로 이동하게 되는데, 이때 수평배관(311)의 상측에 배치되어 있는 2차 냉각액 분사노즐(312)을 이용하여 냉각액을 분사함으로써 2차 냉각하게 된다. 이때 사용되는 냉각액은 알칼리 흡수액 슬러리를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 2차 냉각을 통하여 고온의 육불화황 분해산물의 온도를 낮추어 흡수 제거율을 높일 수 있다. 이때, 냉각을 하지 않을 경우 분해산물의 흡수 제거율이 낮아지게 되고, 후처리부(400)의 재질이 변형 등의 문제가 발생할 수 있다.
냉각된 분해산물 후처리단계(S130)는 냉각된 분해산물을 세정하여 불용성염을 형성하는 것으로, 상기 냉각된 분해산물이 알칼리 흡수액 슬러리와 반응하여 불용성염을 생성하고, 상기 불용성 염은 후처리부(400)의 하단에 위치하는 불용성염 저장조(430)로 떨어지게 된다.
상세하게는, 육불화황 분해산물인 SOx 및 HF와 같은 산성 화합물을 알칼리 흡수액 슬러리와 반응하여 중화시켜 무해한 물질을 만드는 단계로, 상기 알칼리 흡수액 슬러리는 분해산물인 SOx 및 HF와 반응하여 중화시키기 위하여 NaOH 및 Ca(OH)2를 포함할 수 있으며, 상세하게는 Ca(OH)2를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, NaOH를 사용할 경우 Na2SO4 및 NaF가 생성될 수 있다. 하지만, 이는 물에 대한 용해도가 높아 수용액 상태에서 제거하는 것이 어려울 수 있다. 이에 따라, Ca(OH)2를 포함하는 알칼리 흡수액 슬러리를 사용함으로써, CaSO4, CaF2를 포함하는 불용성염을 생성하는 것이 바람직하다. 하기 표 1은 생성된 불용성염의 물에 대한 용해도를 나타낸다.
생성물 물에 대한 용해도 [20℃(g/L)]
Na2SO4 139
Na2SO3 270
CaSO4 2.1
CaSO3 0.043
또한, 냉각된 분해산물 후처리단계(S130)는 불용성 염 저장조(430)에 포함되어 있는 상기 불용성염의 결정화를 촉진하기 위하여 오존을 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상세하게는, 상기 육불화황의 분해산물 중 S는 완전히 산화되지 않는 것으로 상기 육불화황 분해단계(S110)에서 반응정도에 따라 다양한 황산화물이 형성 될 수 있다.
즉, 황산화물은 SOx의 형태로 존재하게 되는 것으로, SOx의 형태로 존재할 경우 알칼리 흡수액 슬러리와 반응하여 CaSO4 불용성 염을 효과적으로 형성하는 것이 어려울 수 있다.
이에 따라, 불용성 염 저장조(430)에 오존을 주입함으로써 SOx의 황산화물을 산화시켜 SO4 2+이온으로 만들고, 불용성 염 저장조(430) 내의 불용성염의 결정화를 촉진할 수 있으며, 상기 불용성 염은 CaSO4 일 수 있다.
또한, 상기 불용성 염 저장조(430)에 불용성염의 결정이 일정 양 이상 누적되면 자동으로 제어하여 배출하는 것을 특징으로 한다. 상세하게는 세정에 따라 생성된 불용성염을 포함하는 불용성 염 저장조(430)내의 용액의 pH값을 pH 미터(432)를 이용하여 실시간으로 모니터링하고, 일정 pH값에 도달하면 자동으로 불용성염을 배출하게 된다.
예를 들어, 상기 불용성염을 포함하는 용액의 pH값이 pH7 내지 pH14를 유지하도록 한다. 이때, pH값이 pH7 내지 pH14보다 낮아질 경우 상기 불용성염을 포함하는 용액을 고상분리기(440)로 배출하게 된다. 이때, 불용성 염 저장조(430) 내의 수위계(433)를 이용하여 일정 수위이상 배출이 되면, 배출을 중지하고 불용성 염 저장조(430)에 물을 일정 수위이상 채워줄 수 있다.
상기 불용성 염 저장조(430)로부터 상기 고상분리기(440)로 배출된 불용성염을 포함하는 용액은 불용성염의 결정 및 여액으로 분리되고, 상기 분리된 여액은 상기 여액저장탱크(450)로 저장되며, 상기 여액저장탱크(450)에 저장된 여액은 알칼리 흡수액 슬러리 제조장치(420)로 이동되어 재사용 될 수 있다.
한편, 세정부(410)에서 세정을 통해 분해산물이 제거 된 배가스는 수분응축단계(S140)를 통하여 배가스에 포함된 수증기를 회수하게 된다. 상기 배가스는 포화 수증기를 포함하는 것으로, 열교환기 형태의 응축부(500)를 통하여 포화 수증기를 회수하고, 상기 응축부(500)를 통하여 회수된 포화 수증기는 후처리부(400)에서 재사용할 수 있다.
상기 미 제거된 수분 및 분해산물 흡착단계(S150)는 상기 수분응축단계(S140)를 거쳐 이동 된 배가스의 제거되지 못한 수분을 흡수하고, 남아 있는 독성의 분해산물을 흡착하는 단계를 의미한다. 즉, 외부로 배출되기 전 수분 및 분해산물을 흡착함으로써 분해산물의 제거율을 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명을 실시예 및 실험예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1.
본 발명에 따른 플라즈마 분해장치에서 분해된 육불화황 가스의 모사를 위해 습식 세정 장치에 15 vol% SO2 혼합가스(N2 bal.)를 주입하여 20 wt% Ca(OH)2 흡수제를 50 L/min으로 순환시키면서 배출되는 배가스 내의 SO2 농도를 측정하였다.
실시예 2.
본 발명에 따른 플라즈마 분해장치에서 분해된 육불화황 가스의 모사를 위해 습식 세정 장치에 15 vol% SO2 혼합가스(N2 bal.)를 주입하여 20 wt% NaOH 흡수제를 50 L/min으로 순환시키면서 배출되는 배가스 내의 SO2 농도를 측정하였다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 알칼리 흡수액 슬러리를 이용하여 세정함에 따라 시간에 따른 분해산물 농도를 나타낸 그래프이다.
도 5(a)는 실시예1을 통하여 측정 된 SO2 농도에 대한 그래프로, 시간이 지남에 따라, SO2 농도가 0 ppm에 도달하는 것을 확인 할 수 있다. 이를 통하여 대부분의 SO2가 제거되었음을 확인 할 수 있다.
또한, 도 5(b)는 실시예 2를 통하여 측정 된 SO2 농도에 대한 그래프로, 도 5(a)와 마찬가지로 대부분의 SO2가 제거되었음을 확인 할 수 있다.
실시예 3.
상기 실시예 2의 세정방법을 이용하여 세정한 후 1차세정부에 포함되어 있는 알칼리 흡수액 슬러리의 이온 크로마토그래프를 분석하였다.
도 6은 실시예 3에 대한 이온 크로마토그래프 분석 결과이며, 표 2는 이에 대한 값을 나타낸 것이다.
Rer.time
(min)		 peak name Height
μS		 Area
μS*min		 Rel.area
%		 Amount
mg/kg		 Type
1 4.83 Cl- 0.035 0.011 4.86 0.009 BMB*
2 5.81 SO3 2- 0.674 0.117 51.86 n.a. BM*
3 6.21 SO4 2- 0.524 0.098 43.28 0.099 MB*
total 1.233 0.226 100 0.108
도 6 및 표 2를 참고하면, 흡수제 내에 SO3 2-와 SO4 2-상태로 공존함을 확인하였으며 SO2의 stripping 및 SO4 2-로 완전히 용해된 형태의 안정한 염을 생성하기 위해 1/2O2가 필요함을 알 수 있다.
이는 SO3 2-염과 SO4 2-염의 용해도 차이가 클 경우 SO3 2-의 산화를 통해 SO4 2- 결정상으로 형성시킴으로써 고상 염의 제거가 보다 효율적으로 이루어 질 수 있다. 특히, NaOH를 사용한 육불화황 분해가스 처리의 경우 생성되는 Na2SO4와 Na2SO3의 용해도 비교시 Na2SO4의 용해도가 낮아 산가스와 알칼리 용액의 반응 산물을 결정상으로 보다 용이하게 분리할 수 있어 운전상 편리성을 제공할 수 있다.
다만 Ca(OH)2를 사용하는 경우에는 용해도의 차이가 크지 않아 산화 공정의 효과가 낮아지지만 SO2의 stripping을 방지할 수 있는 효과를 거둘 수 있다.
이의 산화 공정은 공기를 공급하는 방식 등을 사용할 수 있으며 본 발명에서는 산화력이 우수한 오존을 공급하는 시스템을 구성하였다. 이를 통해 산소의 blowing 동력 절감 및 처리 가스의 유량을 낮게 유지할 수 있어서 장치가 compact해지는 장점을 가질 수 있다.
실시예 4.
4L/min의 속도로 육불화황이 플라즈마 분해 장치로 공급되어 전량 분해된다고 가정하고, 발생하는 4 L/min의 SO2와 24LPM의 HF가 20 wt% Ca(OH)2 흡수제와 반응하여 CaSO4와 CaF2로 전환되어 스크러버 내부에 잔류하는 경우를 모사한 것으로, 플라즈마 반응기에서 배출되는 SO2, HF 가스가 Ca(OH)2 흡수제와의 반응에 의해 생성되는 결정의 분리 및 여액 회수를 위하여 아래와 같이 Ca(OH)2 90.28 g을 1 L 물에 용해시켜 1.2 mol의 Ca(OH)2 슬러리를 제조하였다. 여기에, CaSO4??2H2O 93g을 1 L 물에 용해시켜 0.5 mol의 슬러리를 제조하고, CaF2 126.5g을 1 L 물에 용해시켜 1.6mol의 슬러리를 제조한 후 혼합하였다.
또한, 알칼리 용액 내 슬러리 상의 Ca(OH)2가 완전히 용해되어 고상의 Ca(OH)2가 존재하지 않는 시점을 필터 프레스로의 배출 시점으로 잡아, 알칼리 흡수액의 pH가 pH7 내지 pH14일때, 습식 세정 장치의 하단을 통해 필터 프레스로 슬러리를 습식 세정 장치의 수위의 하한선 까지 배출하였으며, 여액은 Ca(OH)2 슬러리를 제조하기 위한 용해액으로 사용하고 새로 제조된 Ca(OH)2 슬러리는 습식 세정 장치로 재공급함으로써 폐수를 발생하지 않는 공정으로 구성하였다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고상분리 후 염의 결정 및 여액을 관찰한 이미지이다.
도 7을 참고하면, 불용성 염이 여과되어 불용성염의 케이크가 만들어지는 것을 확인 할 수 있었으며, 이의 함수율은 19.6%인 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 필터 프레스를 통하여 여과 여액이 분리되는 것을 확인 할 수 있었다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
100: 육불화황 분해 및 후처리 시스템
200: 분해부
210: 분해 반응기
220: 플라즈마 토치
300: 냉각부
310: 1차 냉각액 분사노즐, 311: 수평배관, 312: 2차 냉각액 분사노즐
400: 후처리부
410: 세정부
420: 알칼리 흡수액 슬러리 공급부
430: 불용성염 저장조, 431: 오존발생부, 432: pH 미터
440: 고상분리부
450: 여액저장탱크
460: 2차세정부, 461: 흡수층, 462: 2차세정 분사노즐
500: 응축부
600: 흡착부
610:흡착탑, 611: 수분 제거층, 612: 분해산물 제거층. 613: 분자체, 614: 활성탄
620: 가스블로워

Claims (22)

  1. 고농도 육불화황의 분해 및 후처리 시스템에 있어서,
    상기 육불화항을 분해하는 분해부;
    상기 분해부로부터 분해된 육불화황의 분해산물을 급속 냉각시키는 냉각부;
    상기 냉각부로부터 공급받은 냉각된 분해산물을 후처리하는 후처리부;
    상기 후처리부로부터 분해산물을 후처리 후 분해산물에 포함된 수증기를 회수하는 응축부; 및
    상기 응축부를 거친 분해산물의 응축되지 못한 수분을 흡수하고, 미 제거 된 분해산물을 흡착하여 배출하는 흡착부;를 포함하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분해부는 분해 반응기를 포함하는 것으로,
    상기 분해 반응기는 증산벽 반응기(transpiring wall reactor, TWR)이고,
    상기 증산벽 반응기는 상기 육불화황을 분해하는 플라즈마 토치; 및
    상기 육불화황의 분해율을 향상시키도록 과열수증기를 공급하는 과열수증기 공급부;를 포함하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 과열수증기 공급부는 상기 플라즈마 토치의 주입부를 감싸도록 형성되는 제1 과열수증기 공급부; 및
    상기 육불화황의 분해산물이 상기 분해 반응기의 벽에 접촉하는 것을 방지하기 위하여 상기 증산벽 반응기의 측면에 위치하는 제2 과열수증기 공급부; 를 포함하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 분해부인 분해 반응기 하부영역에 위치하고,
    상기 냉각부는 분해산물에 냉각액을 분사하는 냉각액 분사노즐을 포함하며,
    상기 분해산물이 상기 후처리부로 이동되는 수평배관을 더 포함하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉각액 분사노즐은 상기 분해 반응기의 측면에 배치되어 1차 냉각액을 분사하는 1차 냉각액 분사노즐; 및
    상기 수평배관의 상측에 배치되어 2차 냉각액을 분사하는 2차 냉각액 분사노즐;을 포함하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 후처리부는 습식흡수법을 이용하여 분해산물을 세정하는 흡수세정장치로,
    상기 분해산물을 세정하는 세정부;
    상기 세정부로 알칼리 흡수액 슬러리를 공급하는 알칼리 흡수액 슬러리 공급부;
    상기 세정부에서 분해산물과 알칼리 흡수액 슬러리의 반응을 촉진하기 위하여 오존을 발생시키고 상기 세정부로 오존을 공급하는 오존발생부; 및
    상기 분해산물과 알칼리 흡수액 슬러리의 반응에 의해 생성된 불용성 염이 포함된 용액의 염의 결정과 여액을 분리하는 고상분리부;를 포함하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 후처리부는 상기 세정부에서 세정되고 생성된 불용성 염을 저장하고 배출하는 불용성염 저장조;를 더 포함하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 불용성염 저장조는 물이 포함되어 있는 것으로,
    상기 불용성염 저장조의 수면 아래로 상기 분해 반응기의 일부가 잠겨 있는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 불용성염 저장조 내의 불용성염을 포함하는 용액의 pH를 측정하는 pH미터;를 더 포함하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 알칼리 흡수액 슬러리 공급부는 알칼리 흡수액 슬러리를 제조하는 장치로,
    상기 알칼리 흡수액 슬러리를 제조하여 상기 냉각부 및 상기 세정부로 공급하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 시스템.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 고상분리부는 분리된 여액을 저장하는 여액저장탱크;를 더 포함하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 흡착부는 미제거 된 수분 및 분해산물을 흡착하는 흡착탑; 및
    가스블로워;를 더 포함하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 흡착탑은 활성 알루미나, 실라카 겔층을 포함하는 수분 제거층; 및
    분자체 및 활성탄을 포함하는 분해산물 제거층;을 포함하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 시스템.
  14. 플라즈마 토치를 사용하여 고농도 육불화황을 분해하여 분해산물을 생성하는 육불화황 분해단계;
    상기 육불화황 분해단계를 통하여 생성된 분해산물을 냉각하는 냉각단계:
    상기 냉각된 분해산물을 세정하여 불용성염을 형성하는 후처리단계:
    상기 세정단계 이후 포함된 배가스의 수분을 응축하는 응축단계; 및
    상기 응축단계를 통하여 제거되지 않은 수분 및 분해산물을 흡착하여 제거하는 흡착단계;를 포함하는,
    육불화황 분해 및 후처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 분해산물은 강산의 기체를 포함하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 육불화황을 분해하는 단계는 상기 분해산물로부터 반응기의 부식을 방지하기 위하여 플라즈마 토치의 주입부 및 반응기의 측면으로부터 과열수증기 및 비활성 기체를 동시에 공급하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 분해산물을 냉각하는 단계는 상기 육불화황 분해단계를 통하여 생성된 고온의 분해산물에 냉각액을 분사하여 급속으로 냉각하는 단계로,
    상기 제1차 냉각액 분사노즐을 이용하여 1차로 냉각하는 제1차 냉각단계; 및
    상기 제2차 냉각액 분사노즐을 이용하여 2차로 냉각하는 제2차 냉각단계; 를 포함하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 냉각액은 알칼리 흡수액 슬러리인 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 후처리단계는 상기 분해산물이 세정되며 생성된 불용성염이 불용성염 저장조로 이동하고,
    상기 분해산물이 제거된 배가스가 응축부로 이동하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 불용성염 저장조로 이동된 불용성염의 결정화를 촉진하기 위하여 오존을 주입하고,
    상기 오존주입을 통하여 결정화된 불용성염을 자동으로 배출하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 불용성염을 자동으로 배출하기기 위하여 상기 불용성염 저장조내의 불용성염을 포함하는 용액의 pH값을 실시간으로 모니터링하고,
    상기 불용성염을 포함하는 용액의 pH값이 pH7 내지 pH14를 유지하지 못할 경우 상기 불용성염을 포함하는 용액을 고상분리기로 배출하는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 고상분리기로 배출된 용액은 불용성염의 결정 및 여액으로 분리되고,
    상기 분리된 여액은 상기 여액저장탱크에 저장되며,
    상기 여액저장탱크에 저장 된 여액은 알칼리 흡수액 슬러리 제조장치로 이동되어 재사용 되는 것인,
    육불화황 분해 및 후처리 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100579663B1 (ko) * 2003-09-25 2006-05-15 대성산업가스 주식회사 육불화황을 고순도로 정제하는 정제장치 및 방법
KR100806011B1 (ko) * 2001-03-16 2008-02-26 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 과불화물의 처리 방법 및 그 처리 장치
KR100821452B1 (ko) * 1999-11-26 2008-04-10 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 Ｐｆｃ 가스의 처리 방법 및 처리 장치
KR20090075037A (ko) * 2008-01-03 2009-07-08 유니셈(주) 플라즈마 스크러버 및 유해가스 처리 방법
KR20100121968A (ko) * 2009-05-11 2010-11-19 주성호 스팀프라즈마를 이용한 악성오염물질 열분해처리장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100821452B1 (ko) * 1999-11-26 2008-04-10 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 Ｐｆｃ 가스의 처리 방법 및 처리 장치
KR100806011B1 (ko) * 2001-03-16 2008-02-26 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 과불화물의 처리 방법 및 그 처리 장치
KR100579663B1 (ko) * 2003-09-25 2006-05-15 대성산업가스 주식회사 육불화황을 고순도로 정제하는 정제장치 및 방법
KR20090075037A (ko) * 2008-01-03 2009-07-08 유니셈(주) 플라즈마 스크러버 및 유해가스 처리 방법
KR20100121968A (ko) * 2009-05-11 2010-11-19 주성호 스팀프라즈마를 이용한 악성오염물질 열분해처리장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220131730A (ko) * 2021-03-22 2022-09-29 한국전력공사 육불화황 분해 및 무해화 장치

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