WO2016117736A1 - 난분해성 유해가스의 처리공정 시스템 - Google Patents

난분해성 유해가스의 처리공정 시스템 Download PDF

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WO2016117736A1
WO2016117736A1 PCT/KR2015/000765 KR2015000765W WO2016117736A1 WO 2016117736 A1 WO2016117736 A1 WO 2016117736A1 KR 2015000765 W KR2015000765 W KR 2015000765W WO 2016117736 A1 WO2016117736 A1 WO 2016117736A1
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oxidant
gas
reaction
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unit
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PCT/KR2015/000765
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Inventor
정종국
이기용
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(주)글로벌스탠다드테크놀로지
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Definitions

  • the present invention relates to a flue gas treatment system for decomposing hardly decomposable waste gas contained in flue gas generated in a manufacturing process such as a semiconductor, a flat panel display (FPD), or a liquid crystal display (LCD).
  • a flue gas treatment system for decomposing hardly decomposable waste gas contained in flue gas generated in a manufacturing process such as a semiconductor, a flat panel display (FPD), or a liquid crystal display (LCD).
  • the oxidant is introduced into the heated hardly decomposable gas passing through the pre-heating zone for heating the hardly decomposable gas between the part and the oxidant input part, and the exhaust gas is decomposed using a plasma ignitor.
  • Demister for removing the fines of the first reaction waste gas through the exhaust gas pretreatment device, which consists of a dust collecting unit that aggregates and collects the byproduct powder by using an enemy, a cracker and an acid mixed with a catalyst and dielectric heating Flue gas treatment system composed of post wet scrubber to finally remove the material and flue gas treatment using the same It is about a method.
  • non-decomposable gas discharged include NF 3 , SF 6 , PF 6 , N 2 O, and the like, silane, TEOS, DCS, WF 6 , TiCl 4 , SiF 4, etc.
  • Very corrosive, toxic gases such as F 2 , HF, Cl 2 , HCl, ClF 3 , NH 3 , BCl 3 , B 2 H 4 , PH 3 and highly explosive silane, TEOS, DCS, WF 6 , NH 3 , H 2 , B 2 H 4 , CO and others, and oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), inert gases such as argon (Ar), helium (He), etc.
  • the direct oxidation process such as combustion
  • the adsorption method which melt
  • the plasma-based method is widely used to decompose and decompose difficult-decomposable waste gas.
  • the conventional plasma-decomposable gas-removing technology uses a very high temperature plasma torch, which emits several hundred LPM. Consumes dozens of kW of power to process waste gases. In the flat panel display (FPD) manufacturing process, the amount of exhaust gas increases to 2500 LPM in some cases. It is consumed.
  • FPD flat panel display
  • an object of the present invention is a flue gas treatment system and a flue gas treatment method using the apparatus for the treatment of hardly decomposable harmful gas, to increase the decomposition reactivity of the harmful gas,
  • An oxidant input unit for heating the waste gas in a pre-heating zone to increase the temperature, and injecting an oxidant to generate explosive gas and reactant byproduct powder in the gas to be treated; Oxidant reaction unit; And a plasma ignitor added to the reaction unit.
  • a reactor in which the reaction takes place; Quenching unit for lowering the temperature of the treated gas; Shear dust collector (scrubber) unit for collecting the reaction by-products; A demister for removing fine powder; A decomposition unit in which a catalyst and a dielectric heating are mixed; And it provides a exhaust gas treatment system consisting of a post wet scrubber (post wet scrubber) for finally removing the acidic material and the exhaust gas treatment method using the same.
  • a post wet scrubber post wet scrubber
  • another object of the present invention is to provide a non-explosive non-degradable exhaust gas pretreatment method by providing a continuous ignition using a plasma igniter to prevent the explosion risk of explosive harmful gas, catalyst and dielectric heating In order to provide a flue gas treatment system that can be operated at a relatively low temperature by mixing.
  • the present invention provides a treatment system for treating a hardly decomposable harmful gas, the exhaust gas inlet portion in which the exhaust gas is introduced; Oxidant input; A plasma ignitor; Reactor; Quenching unit; Shear scrubber portion; Dust removal unit (demister); Catalyst and dielectric thermal crackers; The rear end dust collecting unit; provides a treatment system for harmful gases comprising a.
  • a preheating zone may be further included between the exhaust gas inlet and the oxidant inlet.
  • the pre-heating zone portion may be maintained at a temperature of 100 °C to 600 °C.
  • the oxidant input unit may be added a safety device for suppressing the rapid oxidation reaction.
  • At least one oxidant selected from oxygen (O 2 ) or moisture may be added to the oxidant input unit.
  • the reaction unit may have a chamber structure.
  • the chamber may form a water film forming part to prevent the reaction powder from being blocked in the chamber.
  • the front end or rear end scrubber part may be a wet scrubber part.
  • One or more droplets selected from a spray nozzle, a fog jet nozzle, and a spray pyrolysis may be formed in front of the shear dust collector to aggregate the reaction by-products.
  • the plasma ignitor is composed of one or more plasma ignitors, the flame is composed of one or more selected from the longitudinal, transverse direction, it may overlap or form a parallel.
  • the mixed form of the oxidant mixing unit and the exhaust gas may be composed of one or more mixed forms selected from T form, swell (Swirl) form, or cyclic mixing.
  • the plasma ignition unit may be configured by replacing any one of an electric heater, a flammable gas igniter, a flammable liquid fuel igniter, a flammable solid fuel igniter, an ignition coil, an ignition plug, and a preheating plug.
  • the present invention provides a flue gas treatment method for decomposing difficult-decomposable harmful gas, comprising: supplying exhaust gas through an exhaust gas inlet installed at one end of a pretreatment apparatus; Heating the exhaust gas through a pre-heating zone; Injecting an oxidant into the heated exhaust gas; Reacting the oxidant and the exhaust gas inside the reactor; A cooling step of lowering the temperature of the reacted exhaust gas; Collecting by-products of the cooled flue-gas; Further removing the fine powder generated in the dust collecting unit; Decomposing waste gas by catalyst and dielectric heating; And using a wet current collector (wet scrubber) to treat an acidic substance.
  • a wet current collector wet scrubber
  • shear heat treatment (pre-heating zone) portion it may be heated to a temperature range of 100 °C to 600 °C.
  • the oxidant input unit may use a safety device to suppress the rapid oxidation reaction.
  • the safety device may utilize a plasma ignitor.
  • At least one oxidant selected from oxygen (O 2 ) or moisture may be added to the oxidizing agent.
  • the reaction unit may be reacted in a chamber (chamber) structure.
  • the reaction chamber may be formed of a water film forming unit to prevent the reaction powder from being clogged in the chamber.
  • the dust collecting unit may use a wet dust collecting unit.
  • a droplet may be formed using at least one selected from a spray nozzle, a fog jet nozzle, and an ultrasonic spray pyrolysis to aggregate and collect reaction by-products.
  • the waste gas is heated through preliminary heat treatment, and then the solid reaction by-products are agglomerated as a droplet by thermal decomposition through an oxidizing agent and waste gas and a plasma ignition unit.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an exhaust gas pretreatment apparatus of the present invention.
  • the present invention having the above characteristics in the treatment system for the hardly decomposable waste gas, in order to increase the pyrolysis rate and the pyrolysis rate through a pre-heating zone just before the waste gas supplied to the reactor is introduced, It is characterized by supplying the temperature of the waste gas heated to 100 °C to 600 °C.
  • the hardly decomposable waste gas is decomposed at a temperature of 900 ° C. or higher, but it is desirable to increase the reaction activity of the waste gas by providing a preliminary pretreatment section in order to increase the decomposition rate and the decomposition efficiency.
  • the present invention relates to a treatment system and a treatment method for treating a hardly decomposable gas, wherein the hardly decomposable waste gas is mainly generated in a semiconductor, FPD, and LCD manufacturing process.
  • One of the representative gases NF 3 , SF 6 , PF 6 , N 2 O, or a mixture thereof, which is mainly designated as a cause of warming, may be silane, TEOS, DCS, WF generated and released in the process.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a flue gas treatment system shown in accordance with a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an embodiment for a flue gas treatment method using the flue gas treatment system according to the present invention.
  • the preferred configuration and structure for the treatment of the exhaust gas is as follows.
  • the exhaust gas supply unit 10 the waste heat treatment unit 20, the oxidant input unit 30, the plasma igniter 40, the mixed-reaction unit 50, the reactor 60, the waste gas supplied along the pipe is supplied,
  • a pretreatment unit A1 composed of a cooler 70, a mist jet nozzle 80, a shear dust collector 90, a fine powder removal unit 100 for removing fine powder after pretreatment, and a decomposition unit in which a catalyst and dielectric heating are mixed ( 110, and a rear dust collector 120 for the final removal of acidic material.
  • the waste gas supplied through the supply unit 10 is heated while passing through the shear heat treatment unit 20, thereby increasing the pyrolysis reaction efficiency.
  • the shear heat treatment unit 20 is equipped with a plurality of heaters on the inside and the outside to directly contact the waste gas to increase the thermal efficiency, it is possible to increase the decomposition efficiency of the waste gas. That is, in the prior art, the waste gas was directly pyrolyzed by simply radiant heat, but in the present invention, the waste gas is heated in order to increase the pyrolysis efficiency, thereby increasing the decomposition efficiency and the decomposition rate.
  • the waste gas heated in the shear heat treatment unit 20 is preferably heated and maintained at a temperature of 100 °C to 600 °C.
  • the shear heat treatment unit 20 may use an independent heat source, or may be used for heating by recovering waste heat generated in the mixing-reaction unit 50 and the reactor 60. In terms of using efficient energy, it is preferable to use a hybrid form of waste heat recovered together with an independent heat source.
  • the oxidant is introduced into the heated waste gas through the oxidant input unit 30 and mixed with the oxidant and the waste gas in the mixed-reaction unit 50 which decomposes the waste gas using a flame through a plasma igniter.
  • the flame generated from the plasma igniter decomposes the preheated waste gas, and further improves the stability of the waste gas cracking treatment system by decomposing the waste gas having explosiveness in advance.
  • the plasma ignitor is preferably composed of one or more plasma ignition units in terms of thermal decomposition efficiency, and the flame generated in the ignition unit is composed of any one or more selected from the longitudinal and horizontal directions, so that the flames are parallel or overlapping. It is possible that this is possible and is also generated in the flow direction of the exhaust gas.
  • the plasma ignition unit may be configured by replacing any one of an electric heater, a flammable gas igniter, a flammable liquid fuel igniter, a flammable solid fuel igniter, an ignition coil, an ignition plug, and a preheating plug.
  • the oxidant input unit is to supply an oxidant or moisture that can promote oxidation.
  • the oxidant one or more selected from oxygen (O 2 ) and moisture may be used, and waste gas and fuel gas may be simultaneously supplied.
  • a gas having another flammability as the fuel gas and another gas which induces an oxidation reaction of the fuel as the oxidant may be applied, respectively, and the waste gas and the oxidant may be introduced sequentially or simultaneously with each other.
  • the mixed form of the oxidant mixing unit and the exhaust gas is preferably composed of one or more mixed forms selected from the T form, the swell (Swirl) form, or the cyclic form of the mixture.
  • the reactor 60 in which the waste gas mixed in the mixing-reaction unit 50 performs a full decomposition reaction is designed to form a water film therein in a structure of a chamber (chamber) where the gas can react.
  • the resulting solid reaction products can be prevented from accumulating inside the chamber.
  • the high temperature waste gas treated in this way passes the cooling unit 70 and lowers the temperature.
  • the cooling unit 70 may be installed in a water-cooled or air-cooled manner, and a cooling plate may be installed therein to form a flow path of the combustion gas.
  • the reacted waste gas cooled to a predetermined temperature may form droplets of at least one selected from a spray nozzle, a fog jet nozzle, and an ultrasonic pyrolysis machine before being supplied to the shear collector. Capable of agglomerating fine solid reaction products.
  • the solid reaction product generated in the reactor 60 and the acid by-products which are reaction by-products are collected in the shear dust collector 90.
  • the shear dust collector 90 may be equipped with a filter that can screen solid reaction byproducts, and may also be configured as a wet scrubber.
  • the waste gas cracker according to the present invention converts a fluorine-based gas into a by-product gas that is easily dissolved in water.
  • fluorine (F) is converted to hydrofluoric acid (HF), which is easily dissolved in water by bonding with hydrogen. Therefore, the shear dust collector 90 may simultaneously remove solid reaction by-products generated in the reactor and waste gas easily soluble in water.
  • the waste gas that has completed the pretreatment reaction (A1) further removes the fine dust remaining in the dust phase while passing through the fine powder removing unit 100.
  • Waste gas from which the fine powder is removed is finally decomposed in the decomposing unit 110 which is operated by mixing the catalyst and the dielectric heating.
  • Decomposition unit 110 shows a high decomposition efficiency even at a relatively low temperature since the decomposition by the catalytic reaction and the decomposition by heating the dielectric proceeds at the same time.
  • the waste gas finally decomposed in the decomposer 110 removes an acidic substance while passing through the rear dust collector 120.
  • the rear dust collector 120 may be configured of a wet scrubber.
  • the first step (S1) of supplying the flue gas into the pre-treatment apparatus for waste gas treatment Increasing the temperature of the waste gas through heating in the shear heat treatment unit (S2); Inducing a reaction by injecting an oxidant (S3) and inducing a reaction by using a plasma igniter (S4); Performing a combustion reaction in the reactor (S5); After the reaction, the waste gas passes through the cooler to cool (S6); And a pretreatment step A1, which is a step S7 for collecting the reaction product.
  • the type of oxidant is not particularly determined in the oxidant input step (S3) of adding the oxidant in the pretreatment step (A1), and as the oxidant, one or more selected from oxygen (O 2 ) and moisture (moisture) may be used. It is also possible to supply waste gas and fuel gas at the same time. Here, it is apparent that the gas having another flammability as the fuel gas and another gas inducing an oxidation reaction of the fuel as the oxidant may be applied, respectively, and the waste gas and the oxidant may be introduced sequentially or simultaneously with each other. .
  • the solid reaction byproduct and waste gas dissolved in water may be dissolved in water and separated.
  • the fine powder can be separated by flocculation into droplets.
  • the waste gas that has passed through the pretreatment step A1 is subjected to a step S8 of removing fine powder, which is a reaction product not collected in the collection part S7, and a step S9 of decomposing the catalyst and the dielectric by heating. Pyrolysis is possible due to the catalytic reaction and dielectric heating, and because the catalyst and the dielectric heating are used simultaneously, it has a high decomposition rate at a relatively low temperature compared to other decomposition methods.
  • step (S10) of treating the acid (acid) material to the treated waste gas is discharged.

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Abstract

본 발명은 반도체, 평판디스플레이(Flat Panal Display, FPD), 또는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD) 제조공정등에서 발생되는 배가스에 포함된 난분해성 폐가스를 분해처리하기 위한 배가스 처리시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 난분해성 유해가스의 공급되는 공급부; 유해가스의 분해 반응성을 증가시키기 위한 전단 열처리(pre-heating zone)부; 처리 대상 가스 중 폭발성 가스와 반응부산물 분말(powder)을 생성하기 위하여 산화제를 투입하기 위한 산화제 투입부; 산화제 반응부; 및 반응부에 부가된 플라즈마 점화(plasma ignitor)부; 본격적인 분해 반응이 이루어지는 반응기; 처리된 가스의 온도를 낮추기 위한 냉각(quenching)부; 부산물을 집진하기 위한 전단 집진(scrubber)부; 분진을 제거하기 위한 분진제거부(demister); 촉매와 유전체 가열을 통한 분해부; 후단 집진부를 포함하는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스의 처리시스템 및 이를 이용한 처리 방법에 관한 것이다.

Description

난분해성 유해가스의 처리공정 시스템
본 발명은 반도체, 평판디스플레이(FPD), 또는 액정표시장치(LCD)등의 제조공정에서 발생되는 배가스에 포함된 난분해성 폐가스를 분해처리하기 위한 배가스 처리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배가스 유입부와 산화제 투입부 사이에 난분해성 가스를 가열하는 전단 열처리부(pre-heating zone)를 통과한 가열된 난분해성 가스에 산화제를 투입하고 플라즈마 점화기(plasma ignitor)를 이용하여 배가스를 분해시키고, 액적을 이용하여 부산물 파우더를 응집하고 집진하는 집진부로 구성되는 배가스 전처리 장치를 통한 1차 반응 폐가스의 미분을 제거하기 위한 미분제거부(demister), 촉매와 유전체 가열을 혼합한 분해부 및 산(acid)성 물질을 최종적으로 제거하기 위한 후단 집진부(post wet scrubber)로 구성되는 배가스 처리시스템 및 이를 이용한 배가스 처리 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 공정 및 평판디스플레이(Flat Panal Display, FPD), 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD) 제조공정에서의 사용되거나, 또는 사용 후 부산물로 배출되는 폐가스가 환경 및 지구온난화에 크게 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다.
특히 배출되는 난분해성 가스의 종류로는 NF3, SF6, PF6, N2O등이 있고, 파우더 및 파우더 생성 가스인 실란(silane), TEOS, DCS, WF6, TiCl4, SiF4등이 있으며, 부식성이 매우 강하며, 독성 가스인 F2, HF, Cl2, HCl, ClF3, NH3, BCl3, B2H4, PH3 등과 폭발성이 매우 큰 실란(silane), TEOS, DCS, WF6, NH3, H2, B2H4, CO등과 그 외에도 산소(O2), 오존(O3), 불활성 가스인 아르곤(Ar), 헬륨(He)등을 포함하고 있으며, 또한 상기 제조공정의 세척공정에서 주로 사용되는 아세톤, 메탄올, 트리클로로에틸렌 등과 같은 다양한 종류의 유기용매에 따라 발생되는 다양한 종류의 유기 유해가스 역시 포함되어 배출되고 있는 실정이다. 이렇듯, 상기 공정에서 배출되는 다양한 종류의 폐가스는 자연상태에서 분해되는 기간이 수천에서 수만년에 이를 만큼 매우 안정된 화합물을 포함하고 있으며, 지구온난화 지수가 이산화탄소에 비해 수천에서 수만배에 이르기 때문에 각종 국제협약에서 이미 합의한 바대로 향후 배출이 엄격히 제한되고 있는 실정이다.
따라서 이들 폐가스들로 야기되는 대기 환경오염과 지구 온난화를 막기 위해 이들 기체를 분해하는 기술이 요구되고 있다. 일반적으로 이러한 난분해성 폐가스를 제거하기 위한 대표적인 공정으로는 연소와 같은 산화 공정(일본 공개특허공보 2006-17453호), 화학적인 흡착 공정(대한민국 공개특허공보 2003-0078949호, 및 플라즈마(일본 공개특허공보 2008-259953호)를 이용한 분해공정 등이 있다.
상기 연소와 같은 직접 산화 공정은 소정온도 이상으로 가열하여 분해하여 무해한 가스로 배출하거나, 가열한 후 다른 가스와의 혼합 반응시켜 파우더 형태로 석출하는 방법이 주로 이용되고 있고, 수용성 가스인 경우에는 물에 용해시켜 회수하여 배출하는 흡착법이 주로 이용되고 있다. 이 중 플라즈마를 이용한 방법이 난분해성 폐가스의 분해 제거에 많이 이용되고 있지만, 기존의 플라즈마를 이용한 난분해성 기체의 제거기술은 매우 높은 온도의 플라즈마 토치를 이용하는 기술로서 보통의 반도체 공정에서 배출되는 수백 LPM의 폐가스를 처리하기 위해 수십 kW의 전력을 소모하게 되는데, 평판디스플레이(Flat Panal Display, FPD) 제조공정에서는 경우에 따라 2500 LPM에 이르기까지 배출 가스의 양은 증가하게 되어, 많은 전력 소모가 필수 불가결하게 소모되는 실정이다.
상기의 폐가스 처리 방법들은 모두 난분해 가스를 가열하여 분해하는 과정을 거쳐야 하는데, 현재까지 사용하는 방식은 플라즈마 아크 토치를 사용하거나 히터를 사용하는 직접 가열 방식을 이용하고 있어, 상기 플라즈마 아크 토치는 화염으로 직접 폐가스를 가열하기 때문에 분해 효율이 높은 장점이 있는 반면, 고온과 플라즈마 방전에 의해 전극의 수명이 대단히 짧은 단점(대한민국 특허공보 10-0619237호)을 가지고 있으며, 히터를 사용하는 방식은 상대적으로 낮은 비용으로 가스를 처리할 수 있는 장점은 있지만, 히터에 의한 간접 가열 방식을 사용하기 때문에 폐가스의 고온 처리하기가 용이하지 않은 단점(대한민국 공개특허공보 2009-0041880호)을 가지고 있다. 특히 폐가스 중 PFCs등의 난분해성 가스는 통상 900℃ 이상의 온도에서 분해 가능하여, 직접 분해온도까지 가열하고 유지하기가 용이하지 않은 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 난분해성 유해가스의 처리를 위한 배가스 처리시스템 및 그 장치를 이용한 배가스 처리방법으로, 유해가스의 분해 반응성을 증가시키기 위해, 전단 열처리(pre-heating zone)부에서 폐가스를 가열하여 온도를 증가시키고, 처리 대상 가스 중 폭발성 가스와 반응부산물 분말(powder)을 생성하기 위하여 산화제를 투입하기 위한 산화제 투입부; 산화제 반응부; 및 반응부에 부가된 플라즈마 점화기(plasma ignitor); 반응이 이루어지는 반응기; 처리된 가스의 온도를 낮추기 위한 냉각(quenching)부; 반응부산물을 집진하기 위한 전단 집진(scrubber)부; 미분을 제거하기 위한 미분제거부(demister); 촉매와 유전체 가열을 혼합한 분해부; 및 산(acid)성 물질을 최종적으로 제거하기 위한 후단 집진부(post wet scrubber)로 구성되는 배가스 처리시스템 및 이를 이용한 배가스 처리 방법을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 폭발성 유해 가스의 폭발 위험을 방지하기 위해 플라즈마 점화기를 이용하여 연속적인 점화를 제공함으로써 폭발성이 없는 난분해성 배가스 전처리 방법을 제공함에 있고, 촉매와 유전체 가열을 혼합하여 상대적으로 저온에서 운전 가능한 배가스 처리시스템을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 난분해성 유해가스를 처리하기 위한 처리시스템에 있어서, 배가스가 유입되는 배가스 유입부; 산화제 투입부; 플라즈마 점화부(plasma ignitor); 반응기(reactor); 냉각(quenching)부; 전단 집진(scrubber)부; 분진제거부(demister); 촉매 및 유전체 가열 분해장치; 후단 집진부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스의 처리시스템을 제공한다.
상기 배가스 유입부와 산화제 투입부 사이에 전단 열처리(pre-heating zone)부를 더 포함할 수 있다.
상기 전단 열처리(pre-heating zone)부는 100℃ 내지 600℃의 온도로 유지될 수 있다.
상기 산화제 투입부는 급격한 산화반응을 억제하기 위한 안전장치가 부가될 수 있다.
상기 산화제 투입부에 산소(O2) 또는 수분(moisture) 중 선택되는 1종 이상의 산화제가 투입될 수 있다.
상기 반응부는 챔버(chamber) 구조일 수 있다.
상기 챔버(chamber)는 수막 형성부가 형성되어 반응생성된 파우더가 챔버내에서 막히는 것을 억제할 수 있다.
상기 전단 또는 후단 집진(scrubber)부는 습식 집진(wet scrubber)부일 수 있다.
상기 전단 집진부 전단에 스프레이(spray) 노즐, 안개(fog jet) 노즐, 초음파 분무기(spray pyrolysis) 중 선택된 하나 이상의 액적이 형성되어 반응 부산물을 응집할 수 있다.
상기 플라즈마 점화부(plasma ignitor)는 1개 이상의 플라즈마 점화부로 구성되며, 화염이 종·횡 방향 중 선택되는 어느 하나 이상으로 구성되며, 중첩되거나 또는 평행을 이룰 수 있다.
상기 산화제 혼합부 와 배가스의 혼합 형태는 T형태, 스웰(Swirl)형태, 또는 환형 혼합 중 선택되는 하나 이상의 혼합 형태로 구성될 수 있다.
상기 플라즈마 점화부는 전기히터, 가연성가스점화기, 가연성액체연료점화기, 가연성고체연료점화기, 점화코일, 점화플러그, 예열플러그 중 어느 하나로 대체하여 구성될 수 있다.
본 발명은 난분해성 유해가스를 분해하기 위한 배가스 처리방법에 있어서, 전처리 장치 일단에 설치된 배가스 유입부를 통하여 배가스를 공급하는 단계; 상기 배가스는 전단 열처리(pre-heating zone) 부를 통과하며 승온하는 단계; 승온된 배가스에 산화제가 투입되는 단계; 산화제와 배가스가 반응기 내부에서 반응하는 단계; 상기 반응된 배가스의 온도를 낮추는 냉각 단계; 냉각된 배가스의 부산물을 집진하는 단계; 집진부에서 발생된 미분을 추가로 제거 하는 단계; 촉매 및 유전체 가열로 폐가스를 분해하는 단계; 및 산(Acid)성 물질을 처리하기 위해 습식 집전부(wet scrubber)를 이용하는 단계;를 포함하는 유해가스의 처리 방법을 제공한다.
상기 배가스 유입부와 산화제 투입부 사이에 전단 열처리(pre-heating zone)부를 부가적으로 포함하고, 상기 배가스가 전단 열처리(Pre-Heating zone) 부를 통과하며 승온하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전단 열처리(pre-heating zone)부에서 100℃ 내지 600℃의 온도의 범위 승온할 수 있다.
상기 산화제 투입부는 급격한 산화반응을 억제하기 위한 안전장치를 사용할 수 있다.
상기 안전장치는 플라즈마 점화기(plasma ignitor)를 이용할 수 있다.
상기 산화제 투입단계에 산소(O2) 또는 수분(moisture) 중 선택되는 1종 이상의 산화제를 투입할 수 있다.
상기 반응부는 챔버(chamber) 구조에서 반응시킬 수 있다.
상기 반응부 챔버(chamber)는 수막 형성부가 형성되어 반응생성된 파우더가 챔버내에서 막히는 것이 억제될 수 있다.
상기 집진부는 습식 집진부를 이용할 수 있다.
상기 집진부 전단에 스프레이(spray) 노즐, 안개(fog jet) 노즐, 초음파 분무기(spray pyrolysis) 중 선택된 하나 이상을 이용하여 액적을 형성하여 반응 부산물을 응집하여 집진할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 배가스 처리시스템 및 처리 방법은, 폐가스를 예비 열처리를 통하여 가열 한 후 산화제와 폐가스의 혼합 반응 및 플라즈마 점화부를 통하여 열분해하여 생성된 고체반응부산물을 액적으로 응집하고, 전단 집진부에서 집진 처리하는 전처리부(A1)와 분진제거부, 분해반응부 및 후단 집진부로 구성되는 후처리부로 구성되어 있어, 전처리부(A1)에서 예비 열처리 및 플라즈마 점화부를 통한 분해반응성 증가 및 후처리부(B1)의 촉매 및 유도체 가열의 혼합 분해방식의 적용에 따른 분해 속도 및 분해효율을 증가시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 배가스 전처리 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 배가스 전처리 장치를 이용한 배가스 전처리 방법이다.
이하, 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명은 난분해성 폐가스를 처리시스템에 있어서, 반응기에 공급되는 폐가스가 유입되기 직전 전단 열처리(pre-heating zone)부를 지나, 열분해 속도 및 열분해율을 증가시키기 위해, 폐가스의 온도를 100℃ 내지 600℃로 가열하여 공급함을 특징으로 한다. 일반적으로 난분해성 폐가스가 900℃ 이상의 온도에서 분해 되어지나, 분해속도와 분해 효율을 높이기 위해 예비 전처리 구간을 두어 폐가스의 반응 활성도를 증가시키는 것이 바람직하다. 특히 본원 발명의 경우, 촉매와 유전체 가열을 혼합 방식을 적용함으로써 상대적으로 낮은 온도에서도 운전이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예의 설명에 앞서, 본 발명은 난분해성 가스를 처리하기 위한 처리시스템 및 처리 방법에 관한 것이며, 이때, 난분해성 폐가스로는 반도체, FPD, 및 LCD 제조공정에 주로 발생되며, 지구 온난화의 원인으로 주로 지목되는 대표적인 기체인 NF3, SF6, PF6, N2O 중 어느 하나, 또는 이들의 혼합체 일 수도 있고, 공정에서 발생되어 배출되는 실란(silane), TEOS, DCS, WF6, TiCl4, SiF4등이 있으며, 부식성이 매우 강한 독성을 가지는 F2, HF, Cl2, HCl, ClF3, NH3, BCl3, B2H4, PH3 등과 폭발성이 매우 큰 실란(silane), TEOS, DCS, WF6, NH3, H2, B2H4, CO등과 그 외에도 산소(O2), 오존(O3), 불활성 가스인 아르곤(Ar), 헬륨(He) 중 어느 하나, 또는 이들의 혼합체 일 수 있으나, 상기에서 언급되지 않은 다른 폐가스도 본 발명의 범주에 포함됨을 밝혀둔다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 도시된 배가스 처리시스템을 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 배가스 처리 시스템을 이용한 배가스 처리 방법을 위한 실시도이다.
본 발명에 따르면, 배가스의 처리를 위한 바람직한 구성 및 구조는 아래의 다음과 같다.
우선, 관을 따라 공급되는 폐가스가 공급되는 배가스 공급부(10), 전단 열처리부(20), 산화제 투입부(30), 플라즈마 점화기(40), 혼합-반응부(50), 반응기(60), 냉각기(70), 안개 제트 노즐(80), 전단 집진부(90)로 구성되는 전처리부(A1) 및 전처리 후에 미분을 제거하기 위한 미분제거부(100), 촉매와 유전체 가열을 혼합한 분해부(110), 및 산(acid)성 물질의 최종적인 제거를 위한 후단 집진부(120)로 구성된다.
먼저 공급부(10)를 통해 공급된 폐가스가 전단 열처리부(20)를 통과하며 가열되어, 열분해 반응 효율을 높일 수 있게 된다. 이때 상기 전단 열처리부(20)는 내측 및 외측에 복수의 히터를 장착해 폐가스가 직접 접하여 열효율을 높여, 폐가스의 분해효율을 높일 수 있게 된다. 즉, 종래에서는 단순히 복사열에 의해 폐가스를 직접 열분해하였으나, 본 발명에서는 열분해 효율을 높이기 위해 가열된 폐가스를 투입하여 분해효율 및 분해속도를 높이게 된다. 전단 열처리부(20)에서 가열되는 폐가스는 100℃ 내지 600℃의 온도로 가열되고 유지됨이 바람직하다.
상기 전단 열처리부(20)는 독립적인 열원을 이용할 수도 있고, 또한 혼합-반응부(50) 및 반응기(60)에서 발생되는 폐열을 회수하여 가열에 이용할 수도 있다. 효율적인 에너지를 이용하는 측면에는 독립적인 열원과 더불어 회수되는 폐열의 하이브리드 형태로 이용함이 바람직하다.
이렇게 가열된 폐가스에 산화제 투입부(30)를 통하여 산화제를 투입하고 플라즈마 점화기를 통한 화염을 이용하여 폐가스를 분해하는 혼합-반응부(50)에서 산화제와 폐기가스와 혼합된다. 또한 플라즈마 점화기에서 발생하는 화염은 예열된 폐가스를 분해하며, 또한 폭발성을 가지는 폐가스를 미리 분해함으로써 폐가스분해처리 시스템의 안정성을 향상시키게 된다. 상기 플라즈마 점화부(plasma ignitor)는 1개 이상의 플라즈마 점화부로 구성됨이 열분해 효율 측면에서 바람직하며, 점화부에서 발생되는 화염이 종·횡 방향 중 선택되는 어느 하나 이상으로 구성되어, 화염이 평행 또는 중첩이 가능하고, 또한 배가스의 흐름 방향으로 발생됨이 바람직하다. 상기 플라즈마 점화부는 전기히터, 가연성가스점화기, 가연성액체연료점화기, 가연성고체연료점화기, 점화코일, 점화플러그, 예열플러그 중 어느 하나로 대체하여 구성될 수 있다.
상기 산화제 투입부로는 산화를 촉진할 수 있는 산화제 또는 수분(moisture)를 공급하게 된다. 상기 산화제로는 산소(O2), 수분(moisture) 중 선택되는 1종 이상을 이용할 수 있으며, 폐가스와 연료 가스를 동시에 공급할 수도 있다. 여기서, 상기 연료 가스로서 다른 가연성을 가지는 가스와 또한 상기 산화제로서 상기 연료의 산화 반응을 유도하는 다른 기체가 각각 적용될 수 있음은 자명하며, 폐가스와 산화제는 상호 순차적, 또는 동시적으로 유입될 수 있다. 상기 산화제 혼합부와 배가스의 혼합 형태는 T형태, 스웰(Swirl)형태, 또는 환형형태의 혼합 중 선택되는 하나 이상의 혼합 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
혼합-반응부(50)에서 혼합된 폐가스가 본격적인 분해반응이 이루어지는 반응기(60)는 가스가 반응할 수 있는 챔버(chamber) 형태의 구조로 내부에는 수막이 형성되도록 설계가 가능하며, 반응에 의해 생성된 고체반응생성물(powder)이 챔버 내부에 쌓이는 것을 억제할 수 있다.
이렇게 처리된 고온의 폐가스는 냉각부(70)를 지나며 온도를 낮추게 된다. 냉각부(70)은 수냉식 및 공랭식으로 설치해도 무관하며, 연소 가스의 흐름 경로가 형성되도록 내부에 냉각 플레이트를 설치할 수도 있다.
이렇게 소정의 온도로 냉각된 반응된 폐가스는 전단 집진(scrubber)부에 공급되기 전단에 스프레이(spray) 노즐, 안개(fog jet) 노즐, 초음파 분무(spray pyrolysis)기 중 선택된 하나 이상의 액적을 형성할 수 있는 장치에 의해 미세 고체 반응 생성물을 응집하게 된다.
반응기(60)에서 발생된 고체반응생성물 및 반응 부산물인 산(acid)성 물질은 전단 집진부(90)에서 집진이 이루어진다. 전단 집진부(90)는 고체반응부산물을 스크리닝 할 수 있는 필터를 장착할 수 있고, 또한 습식 스크러버(wet scrubber)로 구성될 수 있다. 본 발명과 관련된 폐가스 분해장치는 불소 계열의 가스를 물에 용해되기 쉬운 부산물 가스로 변환시킨다. 일예로 불소(F)는 수소와 결합으로 물에 용해되기 쉬운 불화수소산(HF)로 변환된다. 따라서 전단 집진부(90)에는 반응기에서 반응생성된 고체반응부산물과 물에 용해되기 쉬운 폐가스를 동시에 제거할 수 있다.
전처리반응(A1)을 마친 폐가스는 추가로 미분 제거부(100)를 거치면서 분진상으로 남아 있는 미분을 제거하게 된다.
이렇게 미분이 제거된 폐가스는 촉매와 유전체 가열을 혼합하여 운전되는 분해부(110)에서 최종적으로 분해가 이루어지게 된다. 분해부(110)에는 촉매 반응에 의한 분해와 유전체 가열을 통한 분해가 동시에 진행됨으로써 상대적으로 낮은 온도에서도 높은 분해효율을 보인다.
분해부(110)에서 최종적으로 분해된 폐가스는 후단 집진부(120)를 지나면서 산(acid)성 물질을 제거하게 된다. 상기 후단 집진부(120)는 습식 스크러버(wet scrubber)로 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 배가스 처리시스템을 이용한 배가스 처리 방법을 살펴보면, 먼저 폐가스 처리를 위한 전처리 장치내로 배가스를 공급하는 단계(S1); 전단 열처리부에서 가열을 통하여 폐가스의 온도를 상승하는 단계(S2); 산화제를 투입하여 반응을 유도하는 단계(S3) 및 플라즈마 점화기를 이용하여 반응을 유도하는 단계(S4); 반응기 내부에서 연소반응을 수행하는 단계(S5); 반응후 폐가스가 냉각기를 통과하며 냉각하는 단계(S6); 및 반응 생성물을 포집하는 단계(S7)인 전처리 단계(A1)으로 구성된다.
상기 전처리 단계(A1) 중 산화제를 투입하는 산화제 투입단계(S3)에서 산화제의 종류는 특별히 정하여지지 않았으며, 상기 산화제로는 산소(O2), 수분(moisture) 중 선택되는 1종 이상을 이용할 수 있으며, 폐가스와 연료 가스를 동시에 공급할 수도 있다. 여기서, 상기 연료 가스로서 다른 가연성을 가지는 가스와 또한 상기 산화제로서 상기 연료의 산화 반응을 유도하는 다른 기체가 각각 적용될 수 있음은 자명하며, 폐가스와 산화제는 상호 순차적, 또는 동시적으로 유입할 수 있다.
반응 생성물을 집진하는 집진단계(S7)에서는 고체반응부산물 및 물에 용해되는 폐가스를 물에 용해시켜 분리할 수 있다. 상기 집진단계(S7) 전에 액적을 분사할 수 있는 장치인 스프레이(spray) 노즐, 안개(fog jet) 노즐, 초음파 분무(spray pyrolysis)기 중 선택된 하나 이상의 액적을 발생 장치를 이용하여 반응 후 생성된 미세분말을 액적으로 응집함으로써 분리할 수 있다.
전처리 단계(A1)를 거친 폐가스는 포집부(S7)에서 포집되지 않은 반응 생성물인 미분을 제거하는 단계(S8)을 수행하고, 촉매 및 유전체 가열로 분해하는 단계(S9)를 수행하여, 분해단계에는 촉매반응 및 유전체 가열로 인한 열분해가 가능하여, 촉매와 유전체 가열을 동시에 이용하기 때문에, 다른 분해방법에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 높은 분해율을 가지고 있다.
이렇게 처리된 폐가스에 산(acid)성 물질을 처리하는 단계(S10)를 진행 후 배출하게 된다.

Claims (22)

  1. 난분해성 유해가스를 처리하기 위한 처리시스템에 있어서, 배가스가 유입되는 배가스 유입부; 산화제 투입부; 플라즈마 점화부(plasma ignitor); 반응기(reactor); 냉각(quenching)부; 전단 집진(scrubber)부; 분진제거부(demister); 촉매 및 유전체 가열 분해장치; 후단 집진부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스의 처리시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배가스 유입부와 산화제 투입부 사이에 전단 열처리(pre-heating zone)부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전단 열처리(pre-heating zone)부는 100℃ 내지 600℃의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 유해가스의 처리시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 산화제 투입부는 급격한 산화반응을 억제하기 위한 안전장치가 부가된 것을 특징으로 하는 유해가스 처리시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 산화제 투입부에 산소(O2) 또는 수분(moisture) 중 선택되는 1종 이상의 산화제가 투입되는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반응부는 챔버(chamber) 구조인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 챔버(chamber)는 수막 형성부가 형성되어 반응생성된 파우더가 챔버내에서 막히는 것을 억제하는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전단 또는 후단 집진(scrubber)부는 습식 집진(wet scrubber)부임을 특징으로 하는 유해가스 처리시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전단 집진부 전단에 스프레이(spray) 노즐, 안개(fog jet) 노즐, 초음파 분무기(spray pyrolysis) 중 선택된 하나 이상의 액적이 형성되어 반응 부산물을 응집할 수 있는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 점화부(plasma ignitor)는 1개 이상의 플라즈마 점화부로 구성되며, 화염이 종·횡 방향 중 선택되는 어느 하나 이상으로 구성되며, 중첩되거나 또는 평행을 이루는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 산화제 혼합부와 배가스의 혼합 형태는 T형태, 스웰(Swirl)형태, 또는 환형 혼합 중 선택되는 하나 이상의 혼합 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 점화부는 전기히터, 가연성가스점화기, 가연성액체연료점화기, 가연성고체연료점화기, 점화코일, 점화플러그, 예열플러그 중 어느 하나로 대체하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리 시스템.
  13. 난분해성 유해가스를 분해하기 위한 배가스 처리방법에 있어서, 전처리 장치 일단에 설치된 배가스 유입부를 통하여 배가스를 공급하는 단계; 상기 배가스는 전단 열처리(pre-heating zone)부를 통과하며 승온하는 단계; 승온된 배가스에 산화제가 투입되는 단계; 산화제와 배가스가 반응기 내부에서 반응하는 단계; 상기 반응된 배가스의 온도를 낮추는 냉각 단계; 냉각된 배가스의 부산물을 집진하는 단계; 집진부에서 발생된 미분을 추가로 제거하는 단계; 촉매 및 유전체 가열로 폐가스를 분해하는 단계; 및 산(Acid)성 물질을 처리하기 위해 습식 집전부(wet scrubber)를 이용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스의 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 배가스 유입부와 산화제 투입부 사이에 전단 열처리(pre-heating zone)부를 부가적으로 포함하고, 상기 배가스가 전단 열처리(pre-heating zone)부를 통과하며 승온하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스의 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전단 열처리(pre-heating zone)부에서 100℃ 내지 600℃의 온도의 범위 승온하는 것을 특징으로 하는 유해가스의 처리 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 산화제 투입부는 급격한 산화반응을 억제하기 위한 안전장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 유해가스의 처리 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 안전장치는 플라즈마 점화기(plasma ignitor)를 이용하는 것을 특징으로 하는 유해가스의 처리 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 산화제 투입단계에 산소(O2) 또는 수분(moisture) 중 선택되는 1종 이상의 산화제를 투입하는 것을 특징으로 하는 유해가스의 처리 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 반응부는 챔버(chamber) 구조에서 반응시키는 것을 특징으로 하는 유해가스의 처리 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 반응부 챔버(chamber)는 수막 형성부가 형성되어 반응생성된 파우더가 챔버내에서 막히는 것이 억제되는 것을 특징으로 하는 유해가스의 처리 방법.
  21. 제13항에 있어서, 상기 집진부는 습식 집진부를 이용하는 것을 특징으로 하는 유해가스의 처리 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 집진부 전단에 스프레이(spray) 노즐, 안개(fog jet) 노즐, 초음파 분무기(spray pyrolysis) 중 선택된 하나 이상을 이용하여 액적을 형성하여 반응 부산물을 응집하여 집진하는 것을 특징으로 하는 유해가스의 처리 방법.
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