WO2010150966A1 - 폐가스에 포함된 암모니아를 제거하기 위한 가스 스크러버 - Google Patents

폐가스에 포함된 암모니아를 제거하기 위한 가스 스크러버 Download PDF

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WO2010150966A1
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combustion
ammonia
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gas
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오수관
김봉수
고준호
이춘성
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주식회사 코캣
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Definitions

  • the present invention relates to a gas scrubber, and more particularly, a waste gas containing ammonia generated during semiconductor, LED, LCD or / solar cell manufacturing process is completely treated by pyrolysis and combustion method to atmosphere the harmless gas without generating waste water. It relates to a gas scrubber to be discharged to the.
  • semiconductors, LEDs, LCDs, and / or solar cells have a high temperature using a gas such as hydrogen (H 2 ) group, a silane (SiH 4 ) -based gas such as monosilane, disilane, and ammonia (NH 3 ).
  • a gas such as hydrogen (H 2 ) group, a silane (SiH 4 ) -based gas such as monosilane, disilane, and ammonia (NH 3 ).
  • the ignition gas generated by the combustion of hydrogen group, silane-based gas and ammonia, and the waste gas such as toxic gas contained in it are discharged without filtration into the atmosphere without human filtration and air pollution.
  • various types of treatment methods have been provided.
  • Representative of the above-mentioned treatment method is a method using a dry or wet scrubber, etc., if necessary, by providing a separate filter or adsorption layer, etc. before and after the scrubber can increase the treatment efficiency.
  • a gas scrubber is usually composed of a pre-wet, a heater or a burner, and a main wet, so that the ammonia soluble in water in the prewet It dissolves and removes and supplies waste gas from which ammonia has been removed to a heater or burner to pyrolyze hydrogen and silane contained in the waste gas.
  • a heater providing the combustion gas to combust the ignitable gas
  • discharging the unburned toxic gas to the adsorption device discharging the unburned toxic gas to the adsorption device, and passing the toxic gas through the adsorbent of the adsorption device to purify it by physical or chemical adsorption.
  • Korean Patent Publication No. 2003-0064157 discloses a small-scale gas scrubber that simultaneously removes hydrogen sulfide and ammonia generated at medium / low concentration and low flow rate by using activated carbon and molecular sieve simultaneously as an adsorbent.
  • No. 2004-0070753 discloses a gas scrubber as a gas cleaning device for a semiconductor process which prevents harmful gas from being discharged from a process of purifying waste gas discharged from semiconductor production equipment and then discharging it to the atmosphere.
  • the combustion temperature of the ammonia is usually about 1,100 °C or more, in order to meet this combustion temperature, it is necessary to continuously consume energy to maintain the temperature of the reactor for combustion at 1,100 °C or more.
  • the ammonia can be converted to nitrogen and hydrogen at a temperature of 700 to 1000 °C, preferably 750 to 950 °C bar, the conversion rate of the ammonia is converted to nitrogen and hydrogen is proportional to the temperature.
  • the device may explode or malfunction, causing untreated waste gas to be discharged to the outside.
  • the present invention has a problem to solve the ammonia or ammonia and hydrogen mixture contained in the waste gas to pyrolysis and combustion treatment without generating waste water.
  • the present invention is derived to solve the above problems,
  • a pyrolysis unit for heating a waste gas containing ammonia to decompose some or all of the ammonia contained in the waste gas into nitrogen and hydrogen; And it provides a gas scrubber comprising a combustion unit for injecting and burning air into the waste gas passing through the pyrolysis unit.
  • the present invention includes a pyrolysis section for decomposing ammonia into nitrogen and hydrogen, and a combustion section for supplying air to the decomposed hydrogen for combustion to the inner tube and the outer tube of the double pipe, respectively, so that the heat of combustion combusted in the combustion section is It can be used as heat energy needed.
  • the heating temperature of the pyrolysis section for decomposing the ammonia into nitrogen and hydrogen is 700 to 1,000 °C
  • the combustion temperature of the combustion section is 900 to 1,200 °C.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a gas scrubber according to the present invention.
  • the gas scrubber heats a waste gas including ammonia or ammonia and a hydrogen mixture to decompose some or all of the ammonia contained in the waste gas into nitrogen and hydrogen.
  • a combustion unit 8 for injecting air into the waste gas passing through the pyrolysis unit 6 to combust it.
  • the gas scrubber may be further provided with a wet scrubber (not shown) connected to one side of the combustion unit 8 and passing through the combustion unit 8 to supply water to the treated waste gas to reduce the temperature of the waste gas.
  • a wet scrubber (not shown) connected to one side of the combustion unit 8 and passing through the combustion unit 8 to supply water to the treated waste gas to reduce the temperature of the waste gas.
  • Gas scrubber according to the present invention is any device for treating the waste gas containing ammonia, hydrogen, monosilane, etc. generated during the semiconductor, LED, LCD or / and solar cell manufacturing process, any device corresponds to the gas scrubber of the present invention
  • a device capable of treating the ammonia or the ammonia and hydrogen mixture contained in the waste gas by pyrolysis after combustion, and more preferably a wet method after treating the ammonia or the ammonia and hydrogen mixture contained in the waste gas by thermal decomposition after combustion By air-cooled or water-cooled cooling means, specifically means a device configured to discharge the treated gas, that is, harmless process gas to the atmosphere by reducing the temperature through a heat exchanger.
  • the waste gas may be discharged in a state in which ammonia generated according to the LED, LCD or / and solar cell manufacturing process is included alone or discharged containing both ammonia and hydrogen, the ammonia is pyrolysis of the pyrolysis unit (6) It is converted to nitrogen and hydrogen at the time, and converted to water, nitrogen and some nitrogen oxides at the combustion of the combustion section 8 and processed.
  • the pyrolysis unit 6 is for heating a waste gas containing ammonia or ammonia and hydrogen mixture, for example, at 700 to 1,000 ° C. to convert some or all of the ammonia contained in the waste gas into nitrogen and hydrogen.
  • a waste gas containing ammonia or ammonia and hydrogen mixture for example, at 700 to 1,000 ° C. to convert some or all of the ammonia contained in the waste gas into nitrogen and hydrogen.
  • the conventional pyrolysis section 6 for this purpose it is not particularly limited.
  • the pyrolysis unit 6 is operated under anoxic conditions so that ammonia is reduced during pyrolysis and hydrogen is not burned, and if the material can withstand high heat of the pyrolysis unit 6, for example, high temperature of 700 ° C. or higher.
  • the material is not particularly limited, but preferably STS310S or Inconel material is used.
  • the pyrolysis unit 6 may be connected to the heating means 16 that can heat the pyrolysis unit 6 on the outer peripheral surface thereof.
  • Combustion unit 8 is connected to the pyrolysis unit 6 to inject air into the waste gas passing through the pyrolysis unit 6 to combust, and if the combustion unit 8 for this purpose in particular It is not limited.
  • the combustion section 8 burns the ammonia contained in the waste gas, preferably the waste gas in the temperature range of 900 to 1,200 °C. Therefore, the combustion unit 8 is preferably made of a material that can withstand the aforementioned high temperature, preferably STS310S or Inconel.
  • An air injection unit 10 connected to one side of the combustion unit 8 so that external air flows into the combustion unit 8;
  • a blocking unit 12 connected adjacent to the air inlet unit 10 to prevent ammonia flowing from the outer tube of the pyrolysis unit 6 from being contacted with the waste gas and air converted into nitrogen and hydrogen;
  • Heating means 16 connected to the outer circumferential surface of the reactor 18 to heat the outer tube of the reactor 18;
  • One side of the combustion unit 8 may be configured to include an outlet (4) for exhausting the waste gas burned.
  • Inlet 2 according to the present invention is a waste gas containing ammonia or ammonia and hydrogen mixture is introduced.
  • Reactor 18 is to provide a place for treating ammonia contained in the waste gas, one tube is configured in the form of a double tube inserted into the other tube, the outer tube of the double tube includes ammonia
  • the waste gas is composed of a pyrolysis section 6 in which ammonia is converted into nitrogen and hydrogen, and a combustion section 8 in which a waste gas containing ammonia, nitrogen and hydrogen flows into and combusts.
  • the pyrolysis unit 6 is heated to 700 to 1,000 °C ammonia or a waste gas containing ammonia and hydrogen mixture to reduce some or all of the ammonia contained in the waste gas to convert to nitrogen and hydrogen.
  • combustion unit 8 injects air into the waste gas that has passed through the pyrolysis unit 6 to combust and process ammonia contained in the waste gas at a temperature range of 900 to 1,200 ° C.
  • the pyrolysis section 6 and the combustion section 8 are respectively formed in the outer tube and the inner tube of the double tube-shaped reactor 18 so that the heat of combustion of the combustion section 8 through the inner tube pyrolysis section 6 As can be heat transfer.
  • the double pipe constituting the pyrolysis section 6 and the combustion section 8 may be any material as long as it can withstand high heat, for example, 700 to 1,200 ° C., but it is recommended that STS310S or Inconel material be used. good.
  • the air injection unit 10 according to the present invention is provided for the combustion of ammonia, hydrogen gas and the like made in the combustion unit 8, and is not particularly limited as long as it is a conventional air injection unit 10 in the art for this purpose. Do not.
  • the blocking part 12 has air discharged from the pyrolysis part 6, in particular, hydrogen at the inlet into which the ammonia-converted hydrogen and / or hydrogen contained in the initial waste gas flows into the combustion part 8. It is for preventing the combustion and the specific explosion in contact with the, and is not particularly limited as long as the blocking portion 12 for this purpose, preferably connected adjacent to the air injection portion 10 of the combustion portion (8). It is good to be installed.
  • the blocking unit 12 is to block the contact of the waste gas and air flowing from the outer tube (pyrolysis unit) of the reactor 18 made of a double tube form, along the longitudinal direction of the double tube of the combustion unit 8 It is good to be formed vertically by a predetermined length from the upper one side.
  • one side of the combustion unit 8 of the gas scrubber according to the present invention may further include a nitrogen injection port 14 for injecting nitrogen.
  • the nitrogen inlet 14 is the nitrogen inlet 14 in order to prevent the temperature of the pyrolysis unit 6 from rising sharply due to the reaction heat generated by the combustion, the specific explosion of hydrogen contained in the waste gas.
  • nitrogen which is an inert gas into the furnace.
  • the heating means 16 is connected to the outer circumferential surface of the reactor 18 to heat the outer tube, that is, the pyrolysis section 6 of the reactor 18, preferably a temperature at which pyrolysis of ammonia, eg For example, for heating to a temperature of 700 to 1,000 °C, if the conventional heating means 16 in the art for this purpose is not particularly limited.
  • gas scrubber according to the present invention may further be provided with a baffle 20 to be adjacent to the air injection unit 10 provided in the combustion unit 8.
  • the baffle 20 is installed adjacent to the air inlet 10 so that the air flowing into the combustion unit 8 of the reactor 18 through the air inlet 10 is not locally injected,
  • any conventional baffle 20 in the art for this purpose may be used.
  • the cooling means for cooling the waste gas discharged through the outlet 14, for example, cooling such as a wet scrubber or air-cooled or water-cooled heat exchanger Means may be provided to cool the waste gas discharged from the discharge port 14 to be discharged to the atmosphere.
  • the wet scrubber and the air-cooled or water-cooled heat exchanger is not particularly limited as long as the wet scrubber and heat exchanger commonly used in the art.
  • a waste gas containing ammonia or ammonia and hydrogen mixtures generated during a semiconductor, LED, LCD, and / or solar cell manufacturing process is introduced into the inlet port 2 to form an outer tube, that is, a pyrolysis unit (18). 6) flows into.
  • the pyrolysis unit 6 is heated to 700 to 1,000 °C by the heating means 16 to convert some or all of the ammonia contained in the waste gas into nitrogen and hydrogen.
  • the waste gas containing the gas converted into nitrogen and hydrogen is introduced into the inner tube, that is, the combustion section 8 of the reactor 18 in the form of a double tube.
  • the ammonia is combusted at a temperature of 900 to 1,200 ° C. by injecting air into the waste gas introduced into the combustion unit 8 through the air injection unit 10 to explode hydrogen.
  • the combustion waste gas is discharged to the discharge port 4 provided on one side of the combustion section (8).
  • cooling means such as a wet scrubber or a water-cooled or air-cooled heat exchanger may be installed at one side of the discharge port 4 to cool and discharge the hot waste gas.
  • the present invention has the effect of pyrolysis and combustion treatment of ammonia or ammonia and hydrogen mixture contained in the waste gas without generating waste water.
  • the present invention has the effect of easily heat-exchanging the thermal energy of the combustion section generated during the combustion treatment of ammonia to the pyrolysis section.
  • the present invention has the effect of reducing the amount of nitrogen oxide generated during combustion by initially reducing the amount of ammonia for combustion by pyrolysis and combustion after ammonia.
  • FIG. 1 is a block diagram of a gas scrubber according to the present invention.
  • an Inconel tube having a diameter of 100 A is placed in a tube of SUS310S material having a diameter of 125 A to prepare a reactor in the form of a double tube, and a heater as a heating means on the outer circumferential surface of the reactor.
  • a heater as a heating means on the outer circumferential surface of the reactor.
  • [Ceramic Mold Heater] was installed to control the internal temperature of the pipe located on the outside of the reactor, that is, the outer tube to 700 to 1,000 ° C.
  • ammonia gas was injected into the outer tube of the double tube as a processing gas, and the ammonia was thermally decomposed into nitrogen and hydrogen while the temperature inside thereof was changed to 750 to 1,000 ⁇ ⁇ .
  • the pyrolyzed gas was then introduced into a tube located inside the double tube, ie the inner tube.
  • the ammonia concentration of the incoming ammonia gas and the discharged combustion gas was measured by FT-IR (MIDAC), and the temperature inside the inner tube and the outer tube was measured using a thermocouple.
  • the removal rate of Example 1 was 99.4%, and in all examples except this, the removal rate was 99.9%.
  • the removal rate was 99.9%.

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Abstract

본 발명은 암모니아를 포함하는 폐가스를 가열하여 폐가스에 포함된 암모니아의 일부 또는 전부를 질소 및 수소로 분해시키는 열분해부; 및 상기 열분해부를 통과한 폐가스에 공기를 주입하여 연소시키는 연소부를 포함하는 가스 스크러버에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 폐가스에 포함된 암모니아 또는 암모니아와 수소 혼합물을 폐수 발생 없이 열분해 및 연소처리할 수 있고, 암모니아의 연소처리시 발생되는 연소부의 열에너지를 용이하게 열분해부로 열교환하는 효과가 있다.

Description

폐가스에 포함된 암모니아를 제거하기 위한 가스 스크러버
본 발명은 가스 스크러버에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체, LED, LCD 또는/및 태양전지 제조공정시 발생하는 암모니아를 포함하는 폐가스를 열분해 및 연소방식으로 완전히 처리하여 폐수의 발생 없이 무해가스를 대기로 배출시킬 수 있도록 하는 가스 스크러버에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체, LED, LCD 또는/및 태양전지 등은 수소(H2) 그룹 등의 가스와 모노실란, 디실란 등의 실란(SiH4)계 가스 및 암모니아(NH3) 등을 이용하여 고온에서 제조되는 것으로, 이러한 제조공정시 수소 그룹, 실란계 가스 및 암모니아 등이 연소되면서 발생되는 발화성가스와 이에 함유된 유독가스(Toxic gas)등의 폐가스가 대기로 여과 없이 배출됨에 따라 인체 및 대기오염에 상당한 악영향을 미치는 문제점이 대두되는 바, 이와 같은 발화성가스 및 유독가스 등의 폐가스를 처리하기 위하여 종래에는 다양한 형태의 처리방법이 제공되었다.
전술한 처리방법으로서 대표적인 것으로는 건식 또는 습식 스크러버 등을 이용하는 방법이 있으며, 필요에 따라 상기 스크러버의 전/후에 별도의 필터 또는 흡착층 등을 구비시켜 처리효율을 증가시킬 수 있다.
특히, 스크러버의 일례로서 가스 스크러버는 통상적으로 프리웨트(pre-wet), 히터(heater) 또는 버너(Brner), 및 메인웨트(main wet)으로 구성되어, 상기 프리웨트에서 물에 잘 녹는 암모니아를 용해시켜 제거하고, 암모니아가 제거된 폐가스를 히터 또는 버너로 공급하여 폐가스에 포함된 수소 및 실란 등을 열분해 처리한다.
그러나 전술한 가스 스크러버의 경우 프리웨트에서 암모니아가 물에 용해되어 처리되므로 2차적인 오염물인 폐수를 처리하기 위한 별도의 장치 또는 공정을 필요로 하는 문제점이 있다.
한편, 폐가스를 처리하기 위한 다른 일례로서, 버닝방식과 흡착방식을 혼합한 가스 스크러버를 구비한 후 인입관을 통해 버닝장치의 버닝챔버 내부로 배기가스를 토출시키는 단계와 고온의 열(500 내지 800 ℃)을 제공하는 히터 사이로 배기가스를 통과시켜 발화성가스를 연소시키는 단계와, 연소되지 않은 유독가스를 흡착장치로 토출시키는 단계 및 유독가스를 흡착장치의 흡착제로 통과시켜 물리 또는 화학흡착으로 정화시키는 방법이 있으나, 이 또한 흡착장치에 흡착된 유독가스 등을 별도로 처리하여야 하는 문제점이 있다.
이러한 일례로서, 대한민국특허공개 특2003-0064157호에는 활성탄과 분자체를 흡착제로 동시에 사용하여 중/저농도, 저유량으로 발생하는 황화수소 및 암모니아를 동시에 제거하는 소규모 가스 스크러버가 개시되어 있고, 대한민국특허공개 제2004-0070753호에는 반도체 생산 장비에서 배출되는 폐가스를 정화시킨 후 대기로 방출하는 공정에서 유해가스가 배출되는 것을 방지한 반도체 공정용 가스세정장치로서 가스 스크러버가 개시되어 있다.
하지만, 전술한 종래 기술은 폐가스에 포함된 암모니아를 제거하기 위해 물 또는 흡착제를 이용하는 것으로서 추가적인 2차 오염원이 발생하는 것을 방지할 수 없는 문제점이 있다.
이에, 암모니아 등을 포함하는 폐가스를 처리하기 위한 방법으로서, 추가적인 별도의 처리공정을 필요로 하지 않는 연소방법을 고려할 수 있는바, 이러한 경우 폐가스에 포함된 암모니아의 연소온도가 중요한 변수가 될 수 있다.
특히, 상기 암모니아의 연소온도는 통상 약 1,100℃ 이상 인바, 이러한 연소온도를 충족시키기 위해 연소를 위한 반응기의 온도를 1,100℃ 이상으로 유지하기 위한 에너지를 지속적으로 소비하여야 한다.
한편, 상기 암모니아는 700 내지 1000℃의 온도, 바람직하게는 750 내지 950℃의 온도범위에서 질소 및 수소로 전환될 수 있는바, 상기 암모니아가 질소 및 수소로 전환되는 전환율은 온도에 비례하게 된다.
그러므로 암모니아를 연소시켜 제거할 경우, 연소열에 의해 일부 암모니아가 질소 및 수소로 전환되는 열분해가 함께 발생할 수 있고, 이러한 열분해로 인해 발생한 수소가 연소시 폭발하며 반응기의 온도를 지속적으로 상승시키는 문제점이 있다.
또한, 고열로 유지되는 반응기에서 이루어지는 열분해시 수소로 인하여 급격히 온도가 상승하는 경우, 이를 적절히 제어하지 못하면 장치가 폭발하거나 오작동하여 처리되지 않은 폐가스가 외부로 배출되는 문제를 발생시킬 수 있다.
나아가, 폐가스에 포함된 암모니아를 연소하는 반응기의 온도를 암모니아가 연소될 수 있는 약 1,100℃ 이상으로 유지시키기 위해 버너를 사용할 경우, 연소 화염으로부터 발생하는 질소산화물(Thermal NOx) 등이 발생하여 추가적인 대기오염이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 폐가스에 포함된 암모니아 또는 암모니아와 수소 혼합물을 폐수의 발생 없이 열분해 및 연소 처리하고자 하는 것에 해결하고자 하는 과제가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서,
암모니아를 포함하는 폐가스를 가열하여 폐가스에 포함된 암모니아의 일부 또는 전부를 질소 및 수소로 분해시키는 열분해부; 및 상기 열분해부를 통과한 폐가스에 공기를 주입하여 연소시키는 연소부를 포함하는 가스 스크러버를 제공한다.
특히, 본 발명은 암모니아를 질소와 수소로 분해하는 열분해부와 분해된 수소에 공기를 공급하여 연소시키는 연소부를 이중관의 내측관 및 외측관에 각각 구비시켜, 연소부에서 연소되는 연소열을 열분해부에서 필요로 하는 열에너지로 활용할 수 있도록 한다.
여기서, 상기 암모니아를 질소 및 수소로 분해시키기 위한 열분해부의 가열온도는 700 내지 1,000℃이며, 상기 연소부의 연소온도는 900 내지 1,200℃이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 설명은 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 스크러버의 구성도로서 함께 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 스크러버는 암모니아 또는 암모나이와 수소 혼합물을 포함하는 폐가스를 가열하여 폐가스에 포함된 암모니아의 일부 또는 전부를 질소 및 수소로 분해시키는 열분해부(6); 및 상기 열분해부(6)를 통과한 폐가스에 공기를 주입하여 연소시키는 연소부(8)를 포함한다.
여기서, 상기 가스 스크러버는 연소부(8)의 일측에 연결설치되어 연소부(8)를 통과하며 처리된 폐가스에 물을 공급하여 폐가스의 온도를 감소시키는 습식 스크러버(미도시)를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 스크러버는 반도체, LED, LCD 또는/및 태양전지 제조공정시 발생하는 암모니아, 수소, 모노실란 등을 포함하는 폐가스를 처리하기 위한 장치라면, 어떠한 장치라도 본 발명의 가스 스크러버에 해당되지만, 바람직하게는 폐가스에 포함된 암모니아 또는 암모니아와 수소 혼합물을 열분해 후 연소시켜 처리할 수 있는 장치, 보다 바람직하게는 폐가스에 포함된 암모니아 또는 암모니아와 수소 혼합물을 열분해 후 연소시켜 처리한 후 습식방식이나 공랭식 또는 수냉식 냉각수단, 특정적으로 열교환기 등을 통해 온도를 감소시켜 처리한 가스, 즉 무해한 처리가스를 대기로 배출시킬 수 있도록 구성된 장치를 의미한다.
여기서, 상기 폐가스는 LED, LCD 또는/및 태양전지 제조공정에 따라 발생한 암모니아가 단독으로 포함되어 배출되거나 암모니아 및 수소 모두를 포함하는 상태로 배출될 수 있으며, 상기 암모니아는 열분해부(6)의 열분해시 질소 및 수소로 전환되고, 연소부(8)의 연소시 물, 질소 및 일부 질소산화물로 전환되어 처리된다.
본 발명에 따른 열분해부(6)는 암모니아 또는 암모니아와 수소 혼합물을 포함하는 폐가스를 가열, 예를 들면 700 내지 1,000℃로 가열하여 폐가스에 포함된 암모니아의 일부 또는 전부를 질소 및 수소로 전환하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위한 통상적인 열분해부(6)라면 특별히 한정되지 않는다.
이때, 상기 열분해부(6)는 무산소 조건으로 운전되어 열분해시 암모니아가 환원되며 발생한 수소가 연소되지 않도록 하며, 상기 열분해부(6)의 고열, 예를 들면 700℃ 이상의 고열에서 견딜 수 있는 재질이라면 그 재질은 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 STS310S 또는 인코넬 재질을 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 열분해부(6)의 온도에 비례하여 암모니아가 질소 및 수소로 전환되는 전환율이 증가한다.
특정적으로, 상기 열분해부(6)는 그 외주면에 열분해부(6)를 가열할 수 있는 가열수단(16)이 연결설치될 수 있다.
본 발명에 따른 연소부(8)는 상기 열분해부(6)에 연결설치되어 열분해부(6)를 통과한 폐가스에 공기를 주입하여 연소시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위한 연소부(8)라면 특별히 한정되지 않는다.
특히, 상기 연소부(8)는 900 내지 1,200℃의 온도범위에서 폐가스, 바람직하게는 폐가스에 포함된 암모니아를 연소시킨다. 따라서 상기 연소부(8)는 전술한 고열에서 견딜 수 있는 재질, 바람직하게는 STS310S 또는 인코넬 재질로 이루어지는 것이 좋다.
특정 양태로서, 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 가스 스크러버는
암모니아 또는 암모니아와 수소 혼합물을 포함하는 폐가스가 유입되는 유입구(2);
상기 유입구(2)에 연결설치되는 동시에 하나의 관이 다른 관의 내부에 삽입된 이중관 형태로 구성되어, 상기 이중관의 외측관으로 암모니아를 포함하는 폐가스가 이동하며 암모니아가 질소 및 수소로 전환되는 열분해부(6) 및 그 내측관으로 상기 암모니아가 질소 및 수소로 전환된 폐가스가 유입되어 연소되며 이동하는 연소부(8)가 구비된 반응기(18);
상기 연소부(8)의 일측에 연결설치되어 외부의 공기가 연소부(8) 내부로 유입되도록 하는 공기 주입부(10);
상기 공기 주입부(10)와 이웃하게 연결설치되어 열분해부(6)의 외측관으로부터 유입되는 암모니아가 질소 및 수소로 전환된 폐가스와 공기가 서로 접촉하는 것을 방지하는 차단부(12);
상기 반응기(18)의 외주면에 연결설치되어 반응기(18)의 외측관을 가열하는 가열수단(16); 및
상기 연소부(8)의 일측에 구비되어 연소된 폐가스가 배출되는 배출구(4)를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 유입구(2)는 암모니아 또는 암모니아와 수소 혼합물을 포함하는 폐가스가 유입된다.
본 발명에 따른 반응기(18)는 폐가스에 포함된 암모니아를 처리하기 위한 장소를 제공하는 것으로서, 하나의 관이 다른 관의 내부에 삽입된 이중관 형태로 구성되어, 상기 이중관의 외측관으로 암모니아를 포함하는 폐가스가 이동하며 암모니아가 질소 및 수소로 전환되는 열분해부(6) 및 그 내측관으로 암모니아, 질소 및 수소를 포함하는 폐가스가 유입되어 연소되며 이동하는 연소부(8)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 열분해부(6)는 암모니아 또는 암모니아와 수소 혼합물을 포함하는 폐가스를 700 내지 1,000℃로 가열하여 폐가스에 포함된 암모니아의 일부 또는 전부를 환원시켜 질소 및 수소로 전환한다.
또한, 상기 연소부(8)는 상기 열분해부(6)를 통과한 폐가스에 공기를 주입하여 900 내지 1,200℃의 온도범위에서 폐가스에 포함된 암모니아를 연소시켜 처리한다.
이때, 상기 열분해부(6) 및 연소부(8)는 각각 이중관 형상의 반응기(18)의 외측관 및 내측관에 각각 형성되어 연소부(8)의 연소열이 내측관을 통해 열분해부(6)로 열전달 될 수 있다.
한편, 상기 열분해부(6) 및 연소부(8)를 구성하는 이중관은 고열, 예를 들면 700 내지 1,200℃의 고열에서 견딜 수 있는 재질이라면 어떠한 재질이라도 무방하지만, 추천하기로는 STS310S 또는 인코넬 재질이 좋다.
본 발명에 따른 공기 주입부(10)는 연소부(8)에서 이루어지는 암모니아 및 수소 가스 등의 연소를 위해 제공되는 것으로서, 이러한 목적을 위한 당업계의 통상적인 공기 주입부(10)라면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 차단부(12)는 상기 열분해부(6)로부터 배출되는 수소, 특정적으로 암모니아가 전환된 수소 및/또는 초기 폐가스에 포함된 수소가 연소부(8)로 유입되는 초입에서 공기와 접촉하여 연소, 특정적으로 폭발하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위한 차단부(12)라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 연소부(8)의 공기 주입부(10)와 이웃하게 연결설치되는 것이 좋다.
특히, 상기 차단부(12)는 이중관 형태로 이루어진 반응기(18)의 외측관(열분해부)으로부터 유입되는 폐가스와 공기의 접촉을 차단하기 위해, 상기 이중관의 길이방향을 따라 연소부(8)의 상부 일측으로부터 일정 길이만큼 수직으로 형성되는 것이 좋다.
필요에 따라, 본 발명에 따른 가스 스크러버의 연소부(8)의 일측에는 질소를 주입하기 위한 질소 주입구(14)를 추가로 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 질소 주입구(14)는 폐가스에 포함된 수소가 연소, 특정적으로 폭발하며 발생하는 반응열로 인하여 열분해부(6) 내부의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지하기 위해, 상기 질소 주입구(14)로 불활성 가스인 질소를 주입하여 수소를 포함하는 폐가스의 수소 농도를 감소시키기 위한 것이다.
본 발명에 따른 가열수단(16)은 상기 반응기(18)의 외주면에 연결설치되어 반응기(18)의 외측관, 즉 열분해부(6)를 가열, 바람직하게는 암모니아를 열분해 할 수 있는 온도, 예를 들면 700 내지 1,000℃의 온도로 가열하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위한 당업계의 통상적인 가열수단(16)이라면 특별히 한정되지 않는다.
특정적으로 본 발명에 따른 가스 스크러버는 상기 연소부(8)에 구비되는 공기 주입부(10)와 이웃하도록 배플(20)이 더 구비될 수 있다.
이때, 상기 배플(baffle, 20)은 공기 주입구(10)와 이웃하게 설치되어 공기 주입구(10)를 통해 반응기(18)의 연소부(8)로 유입되는 공기가 국지적으로 분사되지 않고, 연소부(8)에 고르게 분사되도록 하는 것으로서, 이러한 목적을 위한 당업계의 통상적인 배플(20)이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
특정적으로, 본 발명에 따른 가스 스크러버의 배출구(14)의 일측에는 배출구(14)를 통해 배출되는 폐가스를 냉각시키기 위한 냉각수단(미도시), 예컨대 습식 스크러버나 공냉식 또는 수냉식 열교환기 등의 냉각수단이 구비되어, 배출구(14)로부터 배출되는 폐가스를 냉각시켜 대기로 배출할 수 있도록 할 수 있다.
이때, 상기 습식 스크러버 및 공랭식 또는 수냉식 열교환기는 당업계에서 통상적으로 사용되는 습식 스크러버 및 열교환기라면 특별히 한정되지 않는다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 가스 스크러버의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저 반도체, LED, LCD 또는/및 태양전지 제조공정시 발생하는 암모니아 또는 암모니아와 수소 혼합물을 포함하는 폐가스를 유입구(2)로 유입되어 이중관 형태로 이루어진 반응기(18)의 외측관, 즉 열분해부(6)로 유입된다.
이때, 상기 열분해부(6)는 가열수단(16)에 의해 700 내지 1,000℃로 가열되어 폐가스에 포함된 암모니아의 일부 또는 전부를 질소 및 수소로 전환시킨다.
그 다음, 상기 질소 및 수소로 전환된 가스를 포함하는 폐가스는 이중관 형태로 이루어진 반응기(18)의 내측관, 즉 연소부(8)로 유입된다.
이때, 연소부(8)로 유입된 폐가스에 공기 주입부(10)를 통해 공기를 주입하여 수소를 폭발시킴으로써 900 내지 1,200℃의 온도에서 암모니아를 연소처리한다.
그 다음, 연소처리된 폐가스는 상기 연소부(8)에 일측에 구비된 배출구(4)로 배출된다.
여기서, 상기 배출구(4)의 일측에 습식 스크러버나 수냉식 또는 공랭식 열교환기 등의 냉각수단을 설치하여 고온의 폐가스를 냉각배출할 수 있다.
본 발명은 폐가스에 포함된 암모니아 또는 암모니아와 수소 혼합물을 폐수 발생 없이 열분해 및 연소 처리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 암모니아의 연소처리시 발생되는 연소부의 열에너지를 용이하게 열분해부로 열교환하는 효과가 있다.
특히, 본 발명은 암모니아를 열분해 한 후 연소시킴으로써 연소를 위한 암모니아의 양을 초기에 감소시켜 연소시 발생하는 질소산화물의 발생양을 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 스크러버의 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2 : 유입구 4 : 배출구
6 : 열분해부 8 : 연소부
10 : 공기 주입부 12 : 차단부
14 : 질소 주입부 16 : 가열수단
18 : 반응기 20 : 배플
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
<실시예 1 내지 실시예 5>
도 1에 도시된 바와 같이, 125A의 직경을 갖는 SUS310S 재질의 관속에 100A의 직경을 갖는 인코넬(Inconel) 재질의 관을 위치시켜 이중관 형태로 반응기를 제조한 후 상기 반응기의 외주면에 가열수단으로서 히터[세라믹몰드히터]를 설치하여 상기 반응기의 외측에 위치하는 관, 즉 외측관의 내부 온도를 700 내지 1,000℃로 조절할 수 있도록 하였다.
그 다음, 이중관의 외측관 내부로 처리가스로써, 암모니아 가스를 주입하고, 그 내부의 온도를 750 내지 1,000℃로 변화시켜가며 암모니아를 질소 및 수소로 열분해하였다.
그 다음, 상기 열분해된 가스를 이중관의 내측에 위치하는 관, 즉 내측관으로 유입시켰다.
이때, 상기 내측관으로 유입되는 열분해 가스에 공기를 함께 분사하여 열분해 가스에 포함된 수소가스를 폭발시켜 암모니아를 연소시켰다.
그 다음, 연소된 가스는 후단에 연결설치되는 습식 스크러버[KOCAT, 한국]를 이용하여 냉각 배출하였다.
그 다음, 유입되는 암모니아 가스 및 배출되는 연소가스의 암모니아 농도를 FT-IR(MIDAC)으로 측정하고, 상기 내측관 및 외측관 내부의 온도를 써머커플을 이용하여 측정하였다.
그 처리조건 및 결과를 표 1로 나타냈다.
표 1
Figure PCTKR2010001489-appb-T000001
표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 5의 열분해부 온도가 증가할수록 암모니아의 제거율이 함께 증가하고, NO의 발생량이 감소하는 것을 알 수 있었다.
이때, 실시예 1의 제거율은 99.4% 였으며, 이를 제외한 모든 실시예에서 제거율은 99.9% 였다
<실시예 6 내지 실시예 10>
실시예 1 내지 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하되, 표 2에 나타낸 바와 같이 유입가스로서 암모니아 및 수소를 함께 공급하였다.
그 처리조건 및 결과를 표 2로 나타냈다.
표 2
Figure PCTKR2010001489-appb-T000002
표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 6 내지 실시예 10의 열분해부 온도가 증가할수록 암모니아의 제거율이 함께 증가하고, NO의 발생량이 감소하는 것을 알 수 있었다.
이때, 모든 실시예에서 제거율은 99.9% 였다.
<비교예 1 내지 비교예 5>
실시예 1 내지 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하되, 이중관형 반응기 대신 125A의 직경을 갖는 Inconel재질의 관을 반응기로서 단독 사용하고, 반응기의 입구에 처리가스와 함께 공기를 주입하였다.
그 처리조건 및 결과를 표 3으로 나타냈다.
표 3
Figure PCTKR2010001489-appb-T000003
표 3에 나타난 바와 같이, 비교예 1 내지 비교예 5의 열분해부 온도가 증가할수록 암모니아의 제거율이 함께 증가하였지만, 암모니아 제거율을 65 내지 78%인 것으로 나타났다.
<비교예 6 내지 비교예 10>
비교예 1 내지 비교예 5와 동일한 방법으로 실시하되, 표 4에 나타낸 바와 같이 유입가스로서 암모니아 및 수소를 함께 공급하였다.
그 처리조건 및 결과를 표 4로 나타냈다.
표 4
Figure PCTKR2010001489-appb-T000004
표 4에 나타난 바와 같이, 비교예 6 내지 비교예 10의 열분해부 온도가 증가할수록 암모니아의 제거율이 함께 증가하였지만, 암모니아 제거율을 99% 이상인 것으로 나타났다.
비교예 1 내지 비교예 10에 나타난 바와 같이, 폐가스에 암모니아만이 포함될 경우 암모니아의 제거율이 낮았지만, 암모니아와 수소 혼합물을 처리할 경우에는 암모니아 제거율이 99% 이상인 것으로 나타났다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 암모니아를 포함하는 폐가스를 가열하여 폐가스에 포함된 암모니아의 일부 또는 전부를 질소 및 수소로 분해시키는 열분해부; 및
    상기 열분해부를 통과한 폐가스에 공기를 주입하여 연소시키는 연소부를 포함하는 가스 스크러버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐가스가 수소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스크러버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열분해부의 폐가스 가열온도는 700 내지 1,000℃인 것을 특징으로 하는 가스 스크러버.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연소부의 온도는 900 내지 1,200℃인 것을 특징으로 하는 가스 스크러버.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열분해부와 연소부가 서로 접촉되도록 연결설치되어 상기 연소부의 연소열이 열분해부로 전달되는 것을 특징으로 하는 가스 스크러버.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스 스크러버가
    암모니아를 포함하는 폐가스가 유입되는 유입구;
    상기 유입구에 연결설치되는 동시에 하나의 관이 다른 관의 내부에 삽입된 이중관 형태로 구성되어, 상기 이중관의 외측관으로 암모니아를 포함하는 폐가스가 이동하며 암모니아가 질소 및 수소로 전환되는 열분해부 및 그 내측관으로 상기 암모니아가 질소 및 수소로 전환된 폐가스가 유입되어 연소되며 이동하는 연소부가 구비된 반응기;
    상기 연소부의 일측에 연결설치되어 외부의 공기가 연소부 내부로 유입되도록 하는 공기 주입부;
    상기 공기 주입부와 이웃하게 연결설치되어 열분해부의 외측관으로부터 유입되는 암모니아가 질소 및 수소로 전환된 폐가스와 공기가 서로 접촉하는 것을 방지하는 차단부;
    상기 반응기의 외주면에 연결설치되어 반응기의 외측관을 가열하는 가열수단; 및
    상기 연소부의 일측에 구비되어 연소된 폐가스가 배출되는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스크러버.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반응기의 연소부 일측에 질소 주입구가 더 구비된 것을 특징으로 하는 가스 스크러버.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 공기 주입부와 이웃하도록 배플이 구비된 것을 특징으로 하는 가스 스크러버.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 배출구의 일측에 배출구를 통해 배출되는 폐가스를 냉각시킬 수 있는 냉각수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 가스 스크러버.
  10. 암모니아를 포함하는 폐가스를 가열하여 폐가스에 포함된 암모니아의 일부 또는 전부를 질소 및 수소로 분해시키는 분해단계; 및
    상기 열분해부를 통과한 폐가스에 공기를 주입하여 수소를 연소시킴으로써 폐가스를 연소시키는 연소단계를 포함하는 폐가스 처리방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폐가스가 수소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 분해단계의 가열온도가 700 내지 1,000℃인 것을 특징으로 하는 폐가스 처리방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 연소단계의 연소온도가 900 내지 1,200℃인 것을 특징으로 하는 폐가스 처리방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 연소부의 연소열을 분해단계의 분해열로 제공하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 연소단계의 후단으로 연소된 폐가스를 냉각시키는 냉각단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리 방법.
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