KR20210151448A - 독성가스 스크러버 성능평가 시스템 및 이를 이용한 독성가스 스크러버 성능 평가 방법 - Google Patents

독성가스 스크러버 성능평가 시스템 및 이를 이용한 독성가스 스크러버 성능 평가 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210151448A
KR20210151448A KR1020200068294A KR20200068294A KR20210151448A KR 20210151448 A KR20210151448 A KR 20210151448A KR 1020200068294 A KR1020200068294 A KR 1020200068294A KR 20200068294 A KR20200068294 A KR 20200068294A KR 20210151448 A KR20210151448 A KR 20210151448A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
scrubber
concentration
flow rate
performance evaluation
Prior art date
Application number
KR1020200068294A
Other languages
English (en)
Inventor
허영택
박종곤
장성수
서린교
조현일
남궁윤진
Original Assignee
한국가스안전공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국가스안전공사 filed Critical 한국가스안전공사
Priority to KR1020200068294A priority Critical patent/KR20210151448A/ko
Publication of KR20210151448A publication Critical patent/KR20210151448A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2247—Sampling from a flowing stream of gas
    • G01N1/2258—Sampling from a flowing stream of gas in a stack or chimney
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/24—Suction devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
    • G01N30/72—Mass spectrometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
    • G01N30/74—Optical detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
    • G01N30/74—Optical detectors
    • G01N2030/743—FTIR

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 독성가스 스크러버 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 독성가스 스크러버 성능 평가 방법은, 스크러버를 통해 독성가스 저감효율에 대해서 측정 오류를 최소화 하여 정확한 데이터가 반영될 수 있으며, 독성가스가 포함된 가스가 대기로 방출되는 것을 방지하여 가스 사고를 선제적으로 예방할 수 있도록 한다.

Description

독성가스 스크러버 성능평가 시스템 및 이를 이용한 독성가스 스크러버 성능 평가 방법{PERFORMANCE EVALUATION SYSTEM FOR SCRUBBER AND METHOD OF PERFORMANCE EVALUATION}
본 발명은 독성가스 스크러버 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 독성가스 스크러버 성능 평가 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체, LCD 등의 산업 시설에서 사용하는 독성가스를 처리하기 위한 독성가스 스크러버 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 독성가스 스크러버 성능 평가 방법에 관한 것이다.
이하에서 기술되는 내용은 본 발명의 실시 예와 관련되는 배경 정보를 제공할 목적으로 기재된 것일 뿐이고, 기술되는 내용들이 당연하게 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 반도체, LED, LCD 제조공정에서 사용되는 가스는 매우 다양하며, 독성가스 및 NF3, F-gas와 같은 온실가스 등이 이용되고 있다. 전자산업 분야의 제조공정에서 사용되는 다양한 가스 성분들은 스크러버 장치(열분해, 연소, 플라즈마 방식 등)에 의해 처리되고 무해한 성분의 가스는 최종 배출된다.
기존의 기술은 크게 건식과 습식 기술로 구분되며, 필요에 따라 별도의 필터 및 흡착장치를 추가될 수도 있다. 일반적인 구성방식은 Main 처리장치(Heater, Burner, Plasma)와 전/후에 부수적인 처리장치를 추가하여 구성되며, 구체적인 구성방식은 처리시험가스의 종류와 성분에 따라 다양할 수 있다.
한편, 기존 스크러버 처리효율 성능평가 방법으로, "반도체 & 디스플레이 업종에서 사용되는 온실가스 저감시설의 처리효율 측정방법 가이드라인”은 온실가스에 대한 처리효율 측정이 목적이기 때문에, 맹독성을 취급하는 반도체 및 디스플레이 업종의 특성이 반영되지 않아 정확한 데이터를 얻을 수 없다.
또한, 분석기를 통해 측정된 가스는 대기방출로 인한 위험성이 있으며, 분석을 위해 샘플링 된 맹독성가스의 유량변화로 인한 스크러버 처리효율 측정의 신뢰도에 문제점이 있다.
한편, 전술한 선행기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명의 일 과제는, 독성가스를 취급하는 반도체 및 디스플레이 공정의 특성이 반영되어 독성가스 저감 효율에 대해서는 정확한 데이터가 반영된 스크러버 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 스크러버 성능 평가 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 과제는 샘플링하여 분석된 독성가스를 스크러버 전단으로 리턴시켜 독성가스가 대기로 방출되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 다른 과제는 각종 공정에서 사용하는 맹독성가스 스크러버에 대한 성능평가 및 저감효율을 측정하는 스크러버 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 스크러버 성능 평가 방법이 제공되도록 한다.
또한 본 발명의 다른 과제는, 전자 산업 분야 공정에서 발생한 다양한 부 생성물을 저감시키기 위한 스크러버 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 스크러버 성능 평가 방법을 제공할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 다른 과제는 독성가스의 저감 효율 데이터 및 스크러버의 유량 변화 최소화를 통해 측정의 신뢰도가 반영된 스크러버 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 스크러버 성능 평가 방법을 제공할 수 있도록 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 스크러버 성능 평가 방법은, 유량 측정을 위한 추적가스, 시험가스 및 바탕 가스가 혼합기에 유입되고, 혼합 가스를 샘플링하여 농도 및 유량을 분석하고, 분석된 가스를 스크러버(Scrubber) 전단(前端)으로 바이패스(by pass)하고, 분석된 가스를 상기 샘플링 가스가 제거된 혼합 가스에 재 혼합하여 전체 가스 총량을 스크러버로 유입하여 처리한 뒤, 스크러버 후단(後端)의 배출구에서 처리된 가스의 농도 및 유량을 분석하는 과정으로 이루어질 수 있다.
즉, 독성가스 등의 유해가스를 분석한 후, 스크러버 전단으로 리턴되도록 한다. 이로 인해, 분석된 가스가 그대로 대기로 방출되는 것을 막아 독성가스에 의한 사고와 대기오염을 최소화할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 시험가스를 처리하여 배출하는 스크러버 성능 평가 시스템은, 추적가스, 시험가스 및 바탕 가스가 유입되는 가스 유입부, 추적가스, 시험가스 및 바탕 가스를 혼합하는 가스 혼합부, 혼합 가스를 샘플링하여 가스의 농도 및 유량을 분석하는 제1 분석부, 분석된 가스를 샘플링 가스가 제거된 혼합 가스에 재 혼합하여 전체 가스 총량이 유입, 처리되는 스크러버, 스크러버 후단(後端)의 배출구에서 처리된 가스의 농도 및 유량을 분석하는 제2 분석부를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 샘플링 가스는 분석기를 거쳐 스크러버 전단으로 바이패스되도록 구성된다. 즉, 제1 분석부에서 분석된 가스는 스크러버 전단으로 바이패스되도록 구성되고, 스크러버에는 전체 총량의 가스가 유입, 처리되도록 하여 전체 가스 총량을 유지하도록 하는 것이다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 설명된 스크러버 성능 평가 시스템 및 스크러버 성능 평가 방법에 따르면, 가스 혼합부에서 샘플링 가스의 유량 및 농도를 측정한다. 이후, 측정된 가스를 스크러버 전단으로 바이패스(by pass) 한 후, 샘플링 가스가 제거되고 저감 처리가 이루어지지 않은 혼합 가스와 혼합하여 구성된 전체 총량의 가스를 스크러버에 유입, 처리하도록 한다.
즉, 샘플링 가스를 분석한 후 대기로 방출하지 않고, 다시 스크러버 전단으로 리턴하여 측정함으로써 유해가스 분석을 위한 시스템에 유입되는 가스의 유량을 변화하지 않고 스크러버 처리가 가능해질 수 있다.
특히, 샘플링 가스가 분석 후 저감 처리 되지 않고 대기 중으로 배출되는 것으로 방지하여 유해가스의 대기 노출을 최소화하게 된다.
또한, 스크러버 효율 및 성능 측정을 위해 전체 가스 총량 변화 없이 스크러빙이 이루어짐으로써, 가스 유량 변화가 최소화될 수 있으며, 이로 인해 스크러버의 유해가스 저감 효율 측정의 신뢰성이 향상될 수 있게 된다.
더욱이, 스크러버를 통해 독성가스 등의 유해가스를 저감 처리하도록 함으로써, 유해가스가 대기 중으로 배출되는 것을 방지 및 최소화 할 수 있게 된다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 독성가스 스크러버 성능 평가 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 독성가스 스크러버 성능 평가 시스템의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 독성가스 스크러버 성능 평가 시스템에서 사용되는 배관을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 독성가스 스크러버 성능 평가 시스템의 추적가스와 시험가스의 교정 기준을 도시한 그래프이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 독성가스 스크러버 평가 시스템을 이용하여 유입 가스 유량에 따른 시험가스 저감 효율을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 독성가스 스크러버 성능 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다. 이하 실시 예에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 직접적인 관계가 없는 부분을 생략하지만, 본 발명의 사상이 적용된 장치 또는 시스템을 구현함에 있어서, 이와 같이 생략된 구성이 불필요함을 의미하는 것은 아니다. 아울러, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 되며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 이하의 설명에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 설명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 독성가스 스크러버 성능 평가 시스템의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 독성가스 스크러버 성능 평가 시스템의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도면을 참조하면, 독성가스 스크러버 성능 평가 시스템(100)은, 가스 유입부(110), 가스 혼합부(120), 분석부(170), 스크러버(160) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
우선, 가스 유입부(110)로 유입되는 가스는, 예를 들어 스크러버(160)로 유입되는 가스 전체의 유입 유량을 결정하는 추적가스, 스크러버(160)에서 처리되는 독성가스 등의 유해가스로 이루어진 시험가스, 그리고 시험가스의 혼합하여 농도를 조절하는 바탕 가스로 이루어질 수 있다.
여기서, 추적가스와 시험가스 및 바탕 가스는 다양한 가스가 사용될 수 있지만 구체적인 예로, 추적가스는 시험가스와 화학 합성 반응이 이루어지지 않는 대표적인 비활성 원소인 크립톤(Kr) 가스, 헬륨(He) 가스 등이 사용될 수 있고, 시험가스로는 각종 독성가스가 사용될 수 있다.
여기서, 독성가스란, 반도체, 디스플레이 등의 산업에서 사용하고 있는 가스 중 고압가스 안전관리법 시행규칙 제2조제1항제2호에 의하여 지정가스 31종 및 허용농도(LC 50)가 5000ppm 이하인 가스를 의미한다.
지정 가스는 아르신, 모노실란, 일산화탄소, 포스핀, 일산화질소, 염화수소, 삼염화붕소, 암모니아 등을 의미할 수 있다.
바탕 가스로는 시험가스와 화학 합성 반응이 이루어지지 않는 대표적인 비활성 가스, 질소(N2) 등의 가스가 사용될 수 있다.
또한, 가스 유입부(110)는 각각의 가스가 저장된 시험가스 저장부(1), 바탕 가스 저장부(2), 추척 가스 저장부(3)와 연결된 가스 배관이 체결될 수 있다. 각 가스별로 독립적인 포트들로 이루어져 있으며, 각 포트들은 기체인 가스의 유량 조절에 적합한 질량 유량계(MFC; Mass Flow Controller)를 이용하여 가스 유입을 조절할 수 있다.
가스 유입부(110)는 유입되는 가스의 종류, 유량, 농도 등에 따라 추가의 가스 저장부가 연결될 수 있으며, 이를 위해 별도의 조절 밸브를 포함하는 스페어 포트를 포함할 수 있다.
가스 저장부들마다 개별 조절 밸브를 구비한 포트를 연결하게 되면, 밸브 조절에 따라 가스 전체 유입유량 및 각 가스의 농도를 다르게 설정하여 스크러버의 성능을 평가할 수 있으므로 생산 라인별로 달라지는 조건들을 예상하여, 각 조건 별로 스크러버의 저감 효율이 달라지는 것을 판단하여, 스크러버의 성능을 보다 정확하고 객관적으로 판단할 수 있게 된다.
가스 혼합부(120)는 가스 유입부(110)로 유입된 가스를 혼합하는 구성이다. 이렇게 혼합 가스는 샘플링하여 분석부(170)의 제1 분석부(172)로 유입되고, 유입된 가스의 농도를 측정하여 가스의 유량을 산출할 수 있다.
샘플링 가스를 분석할 때, 사중극자 질량 분석기(QMS: Quadrupole Mass Spectrometer) 및 적외선분광분석기(FT-IR: Fourier transform infrared spectroscopy)로 분석함에 따라 유입 및 배출되는 혼합 가스의 총량 등을 분석할 수 있다.
구체적으로 제1 사중극자 질량 분석기(QMS: Quadrupole Mass Spectrometer)에서 샘플링 된 추적가스 농도를 측정 하여 계산 값으로 가스의 유량을 산출 할 수 있으며, 제1 적외선분광분석기(FT-IR: Fourier transform infrared spectroscopy)에서는 샘플링 된 독성가스 등의 유해가스 농도를 측정할 수 있다.
이때, 추적가스와 유해가스 농도는 실시간으로 연속 측정할 수 있도록 구성될 수 있다. 이렇게 측정되는 유해가스와 추적가스 농도에 의해 가스유입부(110)로 유입되는 유량과 배출되는 유량의 변화를 확인할 수 있다.
제1 분석부(172)에서 분석이 이루어진 샘플링 가스는 스크러버(160) 전단으로 바이패스(by pass)하고, 바이패스된 가스와 혼합기를 통해 유입되는 가스가 재 혼합되어 전체 총량의 가스가 스크러버(160)로 유입될 수 있다.
전체 총량의 가스가 유입되는 스크러버(160)는 독성가스 등의 유해가스를 저감하는 장치이고, 바이패스된 샘플링 가스가 나머지 가스와 혼합되므로 스크러버(160)에서는 전체 총량의 가스의 유해가스를 저감 처리할 수 있는 것이다.
즉, 제1 분석부(172)에서 샘플링 가스가 제거된 나머지 가스만 저감하는 것이 아닌 전체 가스 총량 내의 유해가스를 저감하게 되므로 가스 유량의 변화를 최소화하는 것이다. 이로써, 전체 가스 처리 성능과 효율을 보다 정확하게 측정할 수 있고, 가스 저감 효율의 오차를 최소화하여 유해가스 저감 효율의 신뢰성을 향상할 수 있게 된다.
이때, 스크러버(160)는 독성가스 등의 유해가스를 처리하도록 한다.
스크러버(160)에서 처리된 가스는 분석부(170)의 제2 분석부(174)를 통해 사중극자 질량 분석기(QMS: Quadrupole Mass Spectrometer)와 적외선분광분석기(FT-IR: Fourier transform infrared spectroscopy)를 이용하여, 실시간으로 연속 측정하여 농도를 분석할 수 있다.
이러한 구성의 스크러버 성능 평가 시스템(100)에 따르면, 스크러버(160) 전단으로 바이패스(by pass)하고, 바이패스된 가스와 혼합기를 통해 유입되는 가스가 재 혼합된다. 즉, 가스 혼합부(120)에서 샘플링 가스의 농도를 분석하여, 추출된 계산값으로 가스의 유량을 산출한 뒤, 샘플링 가스를 스크러버(160) 전단으로 리턴(return) 하여 샘플링 가스가 제거되고 저감 처리가 이루어지지 않은 혼합 가스와 재 혼합한 뒤, 전체 총량의 가스를 스크러버(160)에 유입, 처리하도록 한다. 이후, 스크러버(160) 후단에서 처리된 가스의 농도를 분석하여 전체 가스의 유량을 산출할 수 있도록 한다.
이와 같이, 전체 가스의 총량 변화 없이 스크러버(160)에서 스크러빙이 되도록 하여 스크러버(160)의 유해가스 저감 효율 측정의 신뢰성이 향상될 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 샘플링 가스가 분석 후 저감 처리 되지 않고 대기 중으로 배출되는 것으로 방지하여 유해가스의 대기 노출을 최소화할 수 있게 된다.
특히 스크러버(160)를 통해 독성가스를 저감 처리하도록 함으로써, 독성가스가 대기 중으로 배출되는 것을 방지할 수 있게 된다.
다시 도면을 참고하면, 스크러버 성능 평가 시스템(100)은 오염방지 필터(140)를 더 포함한다. 오염방지 필터(140)는 스크러버 성능 평가 시스템(100)에 유입되는 오염물질과 수분을 제거 하여 측정 장비를 보호 할 수 있다.
또한 스크러버 성능 평가 시스템(100)은 연소가스분석기(180)를 더 포함한다. 스크러버(160)는 시험가스 저감 효율이 높을수록 연소 시 생성되는 부산물도 증가하는 것으로 알려 있다. 연소가스분석기(180)란, 스크러버(160)후단에서 NOx와 같은 질소산화물과 SOx와 같은 황산화물 등 연료 및 연소과정에서 생성되는 부산물(by-product)을 실시간으로 측정하는 장비이다. 한편, 연소가스분석기(180)는 스크러버(160)로 유입되는 혼합 가스 이외 일산화탄소(CO) 배출 여부도 실시간으로 측정할 수 있다. 일산화탄소는 무색, 무취의 유해가스로 부산물로 생성 시 인체에 악영향 발생할 수 있다. 이러한 일산화탄소를 감지함으로써, 스크러버(160)를 걸쳐 배출되는 유해가스를 알려 대기 중으로 독성가스가 배출되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한 스크러버 성능 평가 시스템(100)은 메모리(150)를 더 포함한다. 메모리(150)는 제1 분석부(172) 및 제2 분석부(174)에서 측정하는 추적가스 및 독성가스를 측정하기 위한 교정 기준 정보 등이 저장될 수 있다. 또한, 메모리(150)에는 기 저장된 교정 기준에 따라 제1 분석부(172) 및 제2 분석부(174)에서 추적가스와 시험가스 농도를 측정할 수 있도록 스크러버 성능 평가 시스템을 동작시키는 동작 명령이 저장될 수도 있다.
프로세서(190)는 스크러버 성능 평가 시스템의 적어도 하나의 실행 가능한 동작을 결정할 수 있는 구성이다. 이를 위해, 프로세서(190)는 스크러버 성능 평가 시스템에서 독성가스 등의 유해가스를 저감하기 위해 교정 기준에 대한 데이터를 요청, 검색, 수신 또는 활용할 수 있고, 상기 적어도 하나의 실행 가능한 동작 중 예측되는 동작이나, 바람직한 것으로 판단되는 동작을 실행하도록 스크러버 성능 평가 시스템과 통신 연결된 서버를 제어할 수도 있다.
도 3 및 도 4는 도 1의 스크러버 성능 평가 시스템에서 사용되는 배관을 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참고하면, 스크러버 성능 평가 시스템(100)의 가스 혼합부(120)와 스크러버(160) 사이에는 혼합 가스가 이동하는 배관이 설치될 수 있다. 이때, 배관 표면에는 혼합 가스의 파우더(powder)화를 방지할 수 있는 히팅자켓(H)이 설치될 수 있다.
파우더화는, 반도체 및 기타 제조공정 중 가스가 배출되는데 이때 온도차가 있는 곳에 가스가 파우더(Powder)로 응고되면서 공정불량을 유발하게 되는 현상을 의미한다.
파우더화에 의해 배관 내부 온도 저하에 의해 일부 독성가스가 배관 내부에 흡착될 수 있다. 이 경우, 가스의 농도, 유량을 제어하는데 어려움이 발생하게 된다.
이를 방지하기 위해 가스 혼합부(120)와 스크러버(160) 사이에는 혼합 가스가 이동하는 배관 표면에 히팅자켓(Heating Jacket)(H)을 설치하여 혼합 가스가 스크러버(160)의 전단까지 원활하게 보온이 유지될 수 있도록 하는 것이다(도 4의 (a) 및 (b) 참고).
이러한 히팅자켓(H)은 배관 내부 온도를 유지할 수 있는 단열재 제품으로 구성될 수 있으며, 히팅자켓(H)의 재질, 구성 등은 조건에 따라 변경될 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 1의 스크러버 성능 평가 시스템의 추적가스와 시험가스의 교정 기준을 도시한 그래프이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스크러버 평가 시스템을 이용하여 유입 가스 유량에 따른 시험가스 저감 효율을 도시한 그래프이다.
우선, 스크러버 성능 평가 시스템(100)에서 추적가스 및 시험가스의 농도를 측정하기 위한 분석부(170)의 교정 기준으로 2차 표준물질 이상을 이용하여 복수의 교정점(calibration point)을 측정한 후 교정 곡선을 작성하여 제1 분석부(172) 및 제2 분석부(174)의 교정 여부를 판단하는 기준이라고 할 수 있다.
이때, 교정 기준은 UNFCCC LCD 산업 SF6 저감 관련 CMM사업 승인 방법론인 AM0078(Point of Use Abatement Device to Reduce SF6 Emissions in LCD Manufacturing Operations)에서 사용되고 있는 방법이다.
교정 기준을 위한 교정 절차는 다음과 같다. 교정부(130) 내 유량제어기의 유량을 제어하여 조정하여 가장 높은 농도의 교정점은 희석되지 않은 표준물질의 농도로 한다. 그 이하 교정점의 농도는 희석가스(Balance Gas N2, 5N)의 유량을 높여가며 균등하게 낮춰 8점을 측정하여 직선성에 대한 교정을 실시한다.
만약, 5점 교정점으로 측정하여도, 상관계수(R2) 0.98 이상을 충족하면 사용 가능하다.
교정점 별로 측정 데이터는 최소 20점 이상의 측정 평균값을 사용한다. 직선성 교정이 종료되면 교정곡선의 정중앙 농도를 5회 이상 반복 측정하여 상대오차(σ) ±5% 미만이 되도록 한다.
이때, 교정 곡선 농도범위는 실제 측정하고자 하는 농도가 교정 곡선 농도 범위 내에서 측정 될 수 있도록 한다. 한편, 기준 미달 시 재 교정을 실시할 수 있다. 모든 측정의 결과 값은 교정 곡선에 대입하여 계산된 값만을 인정 하게 된다.
다시 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 사중극자 질량 분석기(QMS: Quadrupole Mass Spectrometer) 및 적외선분광분석기(FTIR: Fourier transform infrared spectroscopy)로 이루어진 제1 분석부(172) 및 제2 분석부(174)의 교정 기준은 (식 1) 및 (식 2)에 의해 결정될 수 있다.
Figure pat00001
(식 1)
이때, I = 유량제어기를 이용하여 정한 교정 대상 표준가스의 농도이고,
Ii = QMS와 FT-IR을 이용하여 측정한 교정 시험가스 농도이며,
n = 교정 곡선을 제작하기 위해 측정한 교정점 수라고 정의할 수 있다.
Figure pat00002
(식 2)
이때, Xi = 각 교정점에서의 교정 장치 제어에 의해 산출된 교정시험가스 농도이고,
X = 전체 교정점 농도 평균값이며,
yi = 각 교정점에서의 QMS와 FT-IR을 이용하여 측정된 교정 시험가스 농도이고,
y = QMS와 FT-IR을 이용하여 측정된 전체 교정점 평균 측정 신호값이며,
n = 교정 곡선을 제작하기 위해 측정 교정점 수로 정의될 수 있다.
이러한 조건에 의해 결정된 제1 분석부(172) 및 제2 분석부(174)의 교정 기준은 (1) 기울기 상대오차(σ) 상하 5퍼센트 미만(σ < ± 5%)과, (2) 상관계수(R2) 0.98 초과 인 경우에 교정이 이루어진 것으로 판단할 수 있다.
이러한 교정 기준에 따라 교정이 이루어진 제1 분석부(172) 및 제2 분석부(174)를 통해 측정된 시험가스 저감 효율을 도 7 및 도 8를 이용하여 살펴보기로 한다. 이때 도 7 및 도 8에 도시된 그래프는 서로 다른 스크러버 처리 시스템(A, B)인 경우를 예를 들기로 한다.
도면을 살펴보면, 도 7의 (a-1) 및 도 8의 (b-1)의 경우 유입되는 가스의 유량이 100LPM이고 기존의 저감효율 시험방법으로 시험가스를 처리하는 경우, 전 구간에서 저감 효율이 99.9%로 제조사 기준을 만족하는 것으로 나타났으나 본 실시예가 적용되어 혼합 가스를 저감 처리하는 경우, 종래의 조건으로 적용된 처리 효율보다 저감 효율이 저하되어 제조사에서 제시하고 있는 저감효율 기준을 만족하지 못하고 있다.
본 발명의 실시예로 구성된 스크러버(160)를 통해 시험가스를 저감하는 경우, 가스농도가 500ppm에서 2.8%(가스농도 기준 5ppm), 10,000ppm에서 3.7%(가스농도 기준 146ppm) 측정 효율 차이가 발생하고(도 7의 (a-1) 참고), 가스 농도가 500ppm에서 2.1%(가스농도 기준 4ppm), 10,000ppm에서 3.4%(가스농도 기준 135ppm) 측정 효율 차이가 발생하는 것을 알 수 있다(도 8의 (b-1) 참고).
이와 유사하게, 도 7의 (a-2) 및 도 8의 (b-2)의 경우 유입되는 가스의 유량이 200LPM인 경우 저감 효율과 도 7의 (a-3) 및 도 8의 (b-3)의 경우 유입되는 가스의 유량이 300LPM인 경우 저감 효율을 확인하여도 기존의 시험가스를 처리하는 경우, 저감 효율이 전 구간에서 저감 효율이 99.9%인 것으로 나타나지만, 본 실시예를 적용하여 혼합 가스를 스크러버(160)를 통해 저감 처리하는 경우, 저감 효율이 저하되는 것을 알 수 있다.
데이터 수치를 통해 저감효율의 차이가 발생한다는 것을 알 수 있으며, 이러한 차이는 입구측 유량 및 가스농도 측정을 위해 사중극자 질량 분석기(QMS: Quadrupole Mass Spectrometer) 및 적외선분광분석기(FTIR: Fourier transform infrared spectroscopy)를 통과하여 빠져나가는 가스유량에 기인한 것으로 나타났다.
이것으로 보았을 때, 기존방법 측정값에 오류가 있으며, 스크러버를 1차용으로 사용할 경우 안전상에 문제를 유발할 수 있다는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 종래 시스템을 이용하여 유해가스가 혼합 가스를 스크러빙 하는 경우, 혼합 가스에서 샘플링 가스를 제외한 나머지 가스를 스크러빙하기 때문이다. 즉, 샘플링 가스를 제외한 나머지 가스가 포함하는 유해가스 농도와 전체 가스가 포함하는 유해가스 농도가 다를 수 있다. 이를 고려하지 않고, 종래 시스템에서는 샘플링 가스를 제외하고 나머지 가스를 스크러빙하기 때문에 가스 저감 효율이 높게 측정될 수 있다.
이와 다르게, 본 발명의 실시예에서는 샘플링 가스를 남아있는 가스에 재혼합한 뒤 스크러빙을 실행하므로 전체 가스에 포함되는 유해가스의 유량이 변하지 않고 스크러빙된다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 유해가스의 유량이 변화되지 않은 상태로 스크러빙 되므로 측정오류를 최소화 할 수 있으며 기존방법이 사고와 위험성이 잠재하는 독성가스 스크러버의 가스 저감 효율에는 적합하지 않기 때문에 본 대안을 적용하는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스크러버 성능 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도면을 참고하면, 유입부(110)로 주입되는 추적가스, 바탕 가스 시험가스를 가스 혼합부(120)에서 혼합한다(단계 S110).
혼합 가스를 샘플링하고, 사중극자 질량 분석기(QMS: Quadrupole Mass Spectrometer) 및 적외선분광분석기(FT-IR: Fourier transform infrared spectroscopy)를 이용하여 샘플링 된 추적가스의 농도 및 유량과 시험가스의 농도을 동시에 실시간 및 연속적으로 측정한 뒤(단계 S121), 추적가스의 유량을 계산하여 가스의 체적유량을 산출할 수 있다(단계 S123).
이후, 샘플링 가스를 스크러버(160) 전단으로 바이패스하고, 나머지 가스와 재 혼합하여 전체 가스를 스크러버(160)로 유입되어 처리될 수 있도록 한다(단계 S130, S140).
즉, 스크러버(160)는 전체 총량의 가스를 처리하는 것이다. 이로써, 스크러버(160)에서는 전체 총량의 가스의 유해가스를 저감 처리할 수 있게 된다.
구체적으로, 종래에는 샘플링 가스가 그대로 대기로 방출되도록 구성된다. 이로 인해, 샘플링 가스에 남아 있는 독성가스가 대기 중으로 방출되어 인체에 유해한 영향을 끼치게 되는 문제가 있었다.
이와 다르게 본 발명의 실시예에서는 샘플링 가스를 바이패스하여 샘플링되지 않은 나머지 가스와 혼합한 뒤 스크러빙 하도록 함으로써, 대기 중으로 독성가스가 방출되는 것을 방지할 수 있는 것이다.
또한, 전체 가스 총량 내의 유해가스를 저감하게 되므로 가스 유량의 변화를 최소화하는 것이다. 이로써, 전체 가스 처리 성능, 효율을 보다 정확하게 측정할 수 있고, 가스 저감 효율의 오차를 최소화하여 유해가스 저감 효율의 신뢰성을 향상할 수 있게 된다.
스크러버(160)에서 처리된 가스는 스크러버(160) 후단에서 농도 및 유량을 측정하게 된다(단계 S150).
스크러버(160) 후단에서 제2 분석부(174)를 통해 스크러버로 처리된 추적가스의 농도 및 유량과 시험가스의 농도를 측정하고, 측정값을 통해 배출되는 가스의 체적유량을 산출할 수 있다(단계 S152, S153).
이때에도, 사중극자 질량 분석기(QMS: Quadrupole Mass Spectrometer)에서 스크러버로 처리된 가스의 추적가스 농도를 측정하여 유량을 산출할 수 있고, 적외선분광분석기(FT-IR: Fourier transform infrared spectroscopy)에서 스크러버로 처리된 독성가스 등 유해가스 농도를 측정하여 가스의 체적유량을 산출할 수 있다.
이때, 연소가스분석기(180)를 이용하여 스크러버(160)로 유입되는 NOx와 같은 질소산화물과 SOx(황산화물) 등 연료 및 연소과정에서 생성되는 부산물(by-product)을 실시간으로 측정할 수 있다(단계 S154).
한편, 가스를 혼합하기 전에 혼합 가스가 교정 기준에 부합하는지 분석할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 교정 기준에 부합하는지 여부는 교정부를 통해 이루어지게 되며, 교정 기준을 위한 교정 절차에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이상 설명된 본 발명의 실시 예에 대한 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 시험가스를 처리하여 배출하는 독성가스 스크러버 성능 평가 방법으로서,
    유량 측정을 위한 추적가스, 시험가스 및 바탕 가스가 유입되는 단계;
    혼합 가스를 샘플링 하여 농도 및 유량을 분석하는 단계;
    분석된 가스를 스크러버(Scrubber) 전단(前端)으로 바이패스(by pass) 처리하는 단계;
    분석된 가스를 상기 샘플링 가스가 제거된 혼합 가스에 재 혼합하여 전체 가스 총량을 상기 스크러버로 유입하여 처리하는 단계; 및
    상기 스크러버 후단(後端)의 배출구에서 처리된 가스의 농도 및 유량을 분석하는 단계;
    독성가스 스크러버 성능 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합되어 샘플링 가스의 농도 및 유량을 분석하는 단계는,
    상기 혼합되어 샘플링 가스에서 상기 추적가스 및 시험가스 농도 및 유량을 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 추적가스 농도 및 유량과 상기 시험가스의 농도 측정은 동시에 이루어지는,
    독성가스 스크러버 성능 평가 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 혼합되어 샘플링 가스에서 상기 추적가스 및 시험가스 농도 및 유량을 측정하는 단계는,
    상기 혼합되어 샘플링 가스에서 상기 추적가스 농도 및 유량을 제1 사중극자 질량 분석기(QMS: Quadrupole Mass Spectrometer)를 통해 측정하는 단계, 및
    상기 시험가스의 농도를 제1 적외선 분광 분석기(FT-IR: Fourier transform infrared spectroscopy)를 통해 측정하는 단계를 포함하는,
    독성가스 스크러버 성능 평가 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스크러버 후단(後端)의 배출구에서 처리된 가스의 농도 및 유량을 분석하는 단계는,
    상기 처리된 가스에서 상기 추적가스 농도 및 유량과 상기 시험가스의 농도를 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 추적가스 농도 및 유량과 상기 시험가스의 농도 측정은 동시에 이루어지는,
    독성가스 스크러버 성능 평가 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 처리된 가스에서 상기 추적가스 농도 및 유량과 상기 시험가스의 농도를 측정하는 단계는,
    상기 혼합되어 샘플링 가스에서 상기 추적가스 농도 및 유량을 제2 사중극자 질량 분석기(QMS: Quadrupole Mass Spectrometer)를 통해 측정하는 단계, 및
    상기 시험가스의 농도를 제2 적외선 분광 분석기(FT-IR: Fourier transform infrared spectroscopy)를 통해 측정하는 단계를 포함하는,
    독성가스 스크러버 성능 평가 방법.
  6. 시험가스를 처리하여 배출하는 스크러버 성능 평가 시스템으로서,
    추적가스, 시험가스 및 바탕 가스가 유입되는 가스 유입부;
    상기 추적가스, 상기 시험가스 및 상기 바탕 가스를 혼합하는 가스 혼합부;
    혼합되어 샘플링 가스의 농도 및 유량을 분석하는 제1 분석부;
    분석된 가스를 상기 샘플링 가스가 제거된 혼합 가스에 재 혼합한 전체 가스 총량이 유입되어 처리되는 스크러버; 및
    상기 스크러버 후단(後端)의 배출구에서 처리된 가스의 농도 및 유량을 분석하는 제2 분석부를 포함하고,
    상기 분석된 샘플링 가스는 상기 스크러버 전단으로 바이패스되도록 구성된,
    독성가스 스크러버 성능 평가 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 분석부는,
    상기 혼합된 샘플링 가스에서 상기 추적가스 농도 및 유량과 상기 시험가스의 농도를 동시에 측정하도록 구성된,
    독성가스 스크러버 성능 평가 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 분석부는,
    상기 스크러버로 처리된 가스에서 상기 추적가스 농도 및 유량과 상기 시험가스의 농도를 동시에 측정하도록 구성된,
    독성가스 스크러버 성능 평가 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 혼합 가스가 이동하는 배관을 더 포함하고,
    상기 배관 표면에는 상기 혼합 가스의 파우더(powder)화를 방지하는 히팅자켓이 설치된,
    독성가스 스크러버 성능 평가 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스크러버로 유입되는 상기 혼합 가스의 연소 과정에서 생성되는 부산물(by-product)을 실시간으로 측정하는 연소가스분석기를 더 포함하는,
    독성가스 스크러버 성능 평가 시스템.
KR1020200068294A 2020-06-05 2020-06-05 독성가스 스크러버 성능평가 시스템 및 이를 이용한 독성가스 스크러버 성능 평가 방법 KR20210151448A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200068294A KR20210151448A (ko) 2020-06-05 2020-06-05 독성가스 스크러버 성능평가 시스템 및 이를 이용한 독성가스 스크러버 성능 평가 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200068294A KR20210151448A (ko) 2020-06-05 2020-06-05 독성가스 스크러버 성능평가 시스템 및 이를 이용한 독성가스 스크러버 성능 평가 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210151448A true KR20210151448A (ko) 2021-12-14

Family

ID=78935175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200068294A KR20210151448A (ko) 2020-06-05 2020-06-05 독성가스 스크러버 성능평가 시스템 및 이를 이용한 독성가스 스크러버 성능 평가 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210151448A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102654407B1 (ko) * 2023-10-18 2024-04-04 대한민국 가스 측정기의 성능 평가를 위한 테스트 가스 농도 조절 방법
KR102654408B1 (ko) * 2023-10-18 2024-04-04 대한민국 가스 측정기 성능 평가 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102654407B1 (ko) * 2023-10-18 2024-04-04 대한민국 가스 측정기의 성능 평가를 위한 테스트 가스 농도 조절 방법
KR102654408B1 (ko) * 2023-10-18 2024-04-04 대한민국 가스 측정기 성능 평가 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20210151448A (ko) 독성가스 스크러버 성능평가 시스템 및 이를 이용한 독성가스 스크러버 성능 평가 방법
KR0163608B1 (ko) 극고순도의 기체분석용 측정장치
Sobanski et al. A five-channel cavity ring-down spectrometer for the detection of NO 2, NO 3, N 2 O 5, total peroxy nitrates and total alkyl nitrates
US20090018688A1 (en) Methods and systems for designing and validating operation of abatement systems
JP7169339B2 (ja) 排気ガスの気体種の濃度を光学的に測定する方法及びシステム
Petzold et al. Intercomparison of a Cavity Attenuated Phase Shift-based extinction monitor (CAPS PMex) with an integrating nephelometer and a filter-based absorption monitor
CN1253624A (zh) 遥测废气的方法及装置
JP2001165827A (ja) 排ガス分析システム
Gerboles et al. Assessment of uncertainty of NO 2 measurements by the chemiluminescence method and discussion of the quality objective of the NO 2 European Directive
KR101842799B1 (ko) Ndir의 보정계수 산출방법 및 산출된 보정계수를 이용한 ndir의 가스농도 측정방법
US20160363571A1 (en) Simulation system for simulating particulate matter emissions of an engine
CN109425489A (zh) 排气分析装置、排气分析方法和存储介质
de Krom et al. Comparability of calibration strategies for measuring mercury concentrations in gas emission sources and the atmosphere
JP4550645B2 (ja) 車両搭載型排気ガス分析装置
Bedjanian et al. Kinetic study of the reaction of BrO radicals with dimethylsulfide
CN116183500A (zh) 一种大气污染物检测系统和检测方法
Adachi Emission measurement techniques for advanced powertrains
Glasson et al. Investigation of background radical sources in a teflon-film irradiation chamber
JP2001099781A (ja) 赤外吸収法によるガス分析における共存ガス影響の補正方法
JP2018091783A (ja) ガス成分濃度の分析方法、排ガスの回収方法、ガス成分濃度の分析装置及び排ガスの回収設備
Li et al. Ammonia Measurement Investigation Using Quantum Cascade Laser and Two Different Fourier Transform Infrared Spectroscopy Methods
JPH11344425A (ja) ガストレース法を用いた内燃機関の排ガス分析装置
Hara et al. Development of nitrogen components analyzer utilizing quantum cascade laser
JP3244415B2 (ja) 硫黄酸化物から二酸化硫黄ガスへの変換装置における変換効率検査装置
Li et al. UV-absorption-based measurements of ozone and mercury: an investigation on their mutual interferences

Legal Events

Date Code Title Description
E601 Decision to refuse application