KR101420082B1 - Appratus for separating and enriching fluorinated gas, and the method for separating and enriching of fluorinated gas thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명은 불화가스 분리 및 농축장치 및 이를 이용한 불화가스 분리 및 농축방법에 관한 것으로, 상세하게는 불화가스 회수장치 및 불화가스 분리장치를 포함하는 불화가스 분리 및 농축장치에 있어서, 상기 불화가스 회수장치는 불화가스를 포함하는 혼합가스가 공급되는 가스공급부; 상기 가스공급부로부터 혼합가스가 주입되어 불화가스가 흡착되는 불화가스 흡착칼럼이 1 또는 그 이상 병렬 연결된 흡착부; 상기 흡착부와 연결되어 흡착된 불화가스를 회수하는 진공펌프; 및 상기 진공펌프에 의해 회수된 불화가스를 저장하는 저장탱크를 포함하고, 상기 불화가스 분리장치는 상기 불화가스 회수장치의 저장탱크를 포함하는 원료공급부; 상기 원료공급부로부터 혼합가스가 주입되는 주입구, 불화가스가 분리되는 분리막, 상기 분리막에서 불화가스와 분리된 비불화가스가 배출되는 투과구 및 상기 분리막에서 분리된 불화가스가 배출되는 배출구를 구비하여 혼합가스로부터 불화가스를 분리하는 분리막 모듈이 1 또는 그 이상 구비된 분리부; 및 상기 분리부의 배출구와 연결되되, 상기 분리부로부터 배출되는 불화가스의 유량을 제어하는 배출량 제어부를 포함하는 불화가스 분리 및 농축장치를 제공한다. 본 발명에 따른 불화가스 분리 및 농축장치는 공정의 폐가스로 배출되는 저압의 불화가스를 가압장치를 이용하지 않고 종래의 가압방식보다 더욱 높은 효율로 분리할 수 있다. The present invention relates to a fluorine gas separation and concentration apparatus and a fluorine gas separation and concentration method using the same, and more particularly, to a fluorine gas separation and concentration apparatus including a fluorine gas recovery apparatus and a fluorine gas separation apparatus, The apparatus includes: a gas supply unit to which a mixed gas containing fluorinated gas is supplied; An adsorption unit in which one or more fluorine gas adsorption columns in which a mixed gas is injected from the gas supply unit to adsorb fluoride gas are connected in parallel; A vacuum pump connected to the adsorption unit to recover adsorbed fluoride gas; And a storage tank for storing the fluorinated gas recovered by the vacuum pump, wherein the fluorinated gas separation unit comprises: a raw material supply unit including a storage tank of the fluorinated gas recovery unit; A separator for separating the fluorine gas from the raw material supply portion, a permeate for discharging the fluorinated gas separated from the fluorine gas and an outlet for discharging the fluorine gas separated from the separator, A separation part having one or more separation membrane modules for separating fluorinated gas from the gas; And a discharge control unit connected to an outlet of the separating unit and controlling a flow rate of the fluorinated gas discharged from the separating unit. The fluorine gas separation and concentration apparatus according to the present invention can separate the fluorine gas at a low pressure discharged into the waste gas of the process at a higher efficiency than the conventional pressurizing method without using the pressurizing device.
Description
본 발명은 불화가스 분리 및 농축장치, 및 이를 이용한 불화가스 분리 및 농축방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a fluorine gas separation and concentration apparatus, and a fluorine gas separation and concentration method using the same.
인류에게 지구 온난화 현상은 해결해야 할 큰 과제로써, 지구온난화를 촉진시키는 온실가스에 대해 큰 관심이 쏟아지고 있다. 이에 따라, 1994년 3월 브라질 리우에서 기후변화협약(UNFCC)이 체결되었으며, 세계 각 나라들에 온실가스 배출 저감대책을 수립, 보고, 이행해야 할 의무가 부과되었다. 1997년 12월 일본 교토에서는 구체적인 배출량 감축목표가 논의되어 선진국 38개국이 2008년에서 2012년까지 온실가스를 1990년 대비 평균 5.2 % 감축하기로 결정하였으며, 온실가스의 종류를 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFC), 육불화황(SF6) 등 6가지 물질로 분류하였다. 또한, 온실가스 감축 이행을 효과적으로 이행하기 위한 3대 메카니즘인 청정개발체계(CDM), 공동이행제도(JI), 배출권 거래제도(ET) 등의 경제적 수단을 도입 비준하여 시행하고 있다.Global warming is a big challenge for mankind, and there is great interest in greenhouse gases that promote global warming. Accordingly, the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) was signed in Rio in March 1994 and obligations have been imposed on countries around the world to establish, report and implement greenhouse gas emission reduction measures. December 1997 in Kyoto, Japan, discussed the goal reducing specific emissions developed countries 38 countries from 2008 to 2012 were determined greenhouse gas emissions to an average 5.2% reduction compared to 1990, carbon dioxide, a sort of greenhouse gases (CO 2), methane (CH 4 ), nitrous oxide (N 2 O), hydrogen fluoride (HFCs), perfluorocarbon (PFC) and sulfur hexafluoride (SF 6 ). It has also introduced and implemented economic measures such as Clean Development Mechanism (CDM), Joint Implementation System (JI), and Emission Trading System (ET), which are the three mechanisms for effectively implementing greenhouse gas reduction implementation.
우리나라도 2013년부터 온실가스 감축의무 대상국으로 지정될 예정이고, 이에 따라 발전, 정유, 석유화학, 시멘트, 제지, 자동차, 반도체, 도시가스, 디스플레이 등의 10대 업종이 탄소배출 감축 업종으로 우선 선정될 예정이며, 탄소배출 감축량은 1995년 대비 5.2 %의 감축의무를 부여받을 것으로 예측되어 범국가적, 기업적인 대응책 수립이 요구되고 있다.
Korea will also be designated as a target country for greenhouse gas reduction by 2013, and the top 10 industries such as power generation, oil refining, petrochemical, cement, paper, automobile, semiconductor, And the reduction of carbon emissions is expected to be 5.2% below the 1995 level, and it is required to establish national and enterprise countermeasures.
한편, 육불화황(SF6)은 프레온 가스의 대체물질로 개발돼 반도체 생산공정, 가스 차단기, 소화기, 고압 개폐장치, 중간압 개폐장치, 변압기, 가스 절연 라인 시스템, 혹은 계기용 변성기 등에 쓰이며, 특히 반도체 웨이퍼나 LCD 패널 등의 제조시 세척공정에서 사용되고 있는 물질이다. 육불화황(SF6)은 사용량이 세계적으로 증가하고 있는 인공적인 온실가스로 보통상태에서 불활성, 무취, 무독성 가스이고 500 ℃까지 분해되지 않는다. 또한, 육불화황은 지구 온난화에 미치는 영향력이 이산화탄소에 비해 약 23900배 이상 높은 것으로 알려져 있다.Sulfur hexafluoride (SF 6 ) has been developed as a substitute for freon gas and is used in semiconductor production processes, gas circuit breakers, fire extinguishers, high pressure switchgear, intermediate pressure switchgear, transformers, gas insulation line systems, In particular, it is a material used in cleaning processes in the manufacture of semiconductor wafers and LCD panels. Sulfur hexafluoride (SF 6 ) is an artificial greenhouse gas whose usage is increasing worldwide. It is an inert, odorless, non-toxic gas under normal conditions and does not decompose to 500 ° C. It is also known that sulfur hexafluoride has an impact on global warming about 23900 times higher than that of carbon dioxide.
과불화탄소(perfluorocarbon, PFC)는 화학적으로 매우 안정하고 거의 독성이 없는 물질이지만 지구 온난화를 일으키는 주요 온실 가스로서, 특히 CF4와 C2F6 등은 대기 중에서 무려 10,000 ~ 50,000년 동안 체류하면서 지표면의 온도를 상승시킨다. 과불화탄소의 지구 온난화지수는 이산화탄소보다 6000 ~ 25,000 배가 높은 온실가스로 알려져 있다. 또한, 과불화탄소 중 사불화탄소(CF4)는 알려진 분자 중에 가장 안정한 무극성 분자 화합물로서 분해처리가 매우 어렵고, 실제로 공정에 사용되는 과불화탄소의 사용 효율이 약 15 ~ 60 %정도임을 감안할 때 대기로 방출되는 과불화탄소로 인한 문제가 심각한 것을 알 수 있다.
Perfluorocarbon (PFC) is a chemically stable and almost non-toxic substance, but it is a major greenhouse gas causing global warming. Especially CF 4 and C 2 F 6 stay in the atmosphere for 10,000 to 50,000 years, Increase the temperature. The global warming index of perfluorocarbons is known to be 6,000 to 25,000 times higher than that of carbon dioxide. In addition, carbon tetrafluoride (CF 4 ) in perfluorocarbon is the most stable non-polar molecular compound among known molecules, and it is very difficult to decompose it. Considering that the use efficiency of perfluorocarbon used in the process is about 15 ~ 60% The problem with the overburden carbon is becoming serious.
상기 육불화황, 과불화탄소와 같은 불화가스를 처리하는 방법으로는 연소법(Combustion), 열분해법(Thermal distruction), 화학/촉매분해법(Chemical/catalytic distruction), 플라즈마 분해법(plasma distruction) 등 다양한 기술이 연구 개발되고 있다.Various techniques such as combustion, thermal distillation, chemical / catalytic distillation, and plasma distillation can be used to treat the fluorinated gas such as sulfur hexafluoride and perfluorocarbon gas. Research and development.
예를 들어, 대한민국공개특허 제10-1998-48707호에서는 과불화물(PFC) 및 SiF4가 함유된 배기 가스를 알루미나 촉매를 이용하여 분해하는 방법이 개시된 바 있고, For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-1998-48707 discloses a method for decomposing exhaust gas containing perfluoro (PFC) and SiF 4 by using an alumina catalyst,
대한민국등록특허 제10-0737941호에서는 2단 플라즈마 처리형 유해가스 처리장치가 개시된바 있으며, 플라즈마를 이용하여 PFC 계열의 가스를 분해하여 처리할 수 있다.Korean Patent No. 10-0737941 discloses a two-stage plasma treatment type noxious gas treatment apparatus, and it is possible to decompose and treat PFC gas using plasma.
그러나, 일반적으로 불화가스가 많이 사용되는 반도체, LCD공정에서 배출되는 불화가스는 높은 단위배출량 및 매우 낮은 농도(약 300 ~ 1000 ppm)로 생성되어 이로 인하여 처리공정 및 장치에 높은 부하가 작용하여 많은 에너지가 소비되는 문제가 있고, 처리장치의 대형화가 불가피하다는 문제가 있다.However, in general, fluorinated gas discharged from a semiconductor or LCD process, in which fluorinated gas is heavily used, is produced at a high unit discharge amount and a very low concentration (about 300 to 1000 ppm) There is a problem that energy is consumed, and there is a problem that the size of the processing apparatus is inevitable.
이러한 문제들을 해결하고, 나아가 전량 수입에 의존하고 있는 고가의 과불화탄소(CF4) 및 육불화황(SF6)을 분리/회수하고 농축하는 연구개발이 수행되고 있는 실정이다.
Research and development has been carried out to solve these problems and further to separate and recover the expensive perfluorocarbon (CF 4 ) and sulfur hexafluoride (SF 6 ), which are all dependent on imports.
분리·농축방법한편, 종래의 불화가스 처리방법을 대체하는 새로운 대체방법 중 하나로 분리막법이 개발되었다. 상기 분리막법은 불화가스와 기타 가스들의 분자직경 차이를 이용하여 분리막을 통해 불화가스를 분리 및 회수하는 방법으로,Separation and Concentration Method On the other hand, a separation membrane method has been developed as one of the alternative methods to replace conventional fluorinated gas treatment methods. The separation membrane method is a method for separating and recovering fluorinated gas through a separation membrane by using a difference in molecular diameter between fluorinated gas and other gases,
대한민국공개특허 제10-2008-0074225호에서는 육불화황 분리막 모듈 및 이를 이용한 육불화황 회수장치가 개시된 바 있으며, 육불화황 회수를 위한 추가 공정없이도 육불화황 분리막 모듈을 이용하여 높은 회수율로 육불화황을 회수할 수 있는 것으로 나타났다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2008-0074225 discloses a sulfur hexafluoride separator module and a sulfur hexafluoride recovery apparatus using the sulfur hexafluoride separation membrane module. In the present invention, a sulfur hexafluoride separation membrane module is used without any additional process for recovering sulfur hexafluoride, It was found that sulfur fluoride can be recovered.
불화가스가 사용되는 반도체 및 LCD 공정의 특성상 육불화황과 같은 불화가스가 포함되어 있는 폐가스의 최종 배출압력이 1 bar(gauge pressure) 미만의 음압이기 때문에, 이러한 폐가스를 유동시키기 위해서는 반도체 및 LCD 공정의 공정장비 중 블로워(blower) 전단에 가압장치가 설치되어야 한다. 그러나, 설치된 가압장치로 인하여 반도체 공정 또는 LCD 공정 중 스퍼터링(sputtering) 공정에 부하(load)가 걸리는 문제가 있다.
Since the final discharge pressure of the waste gas containing fluorinated gas such as sulfur hexafluoride is lower than 1 bar (gauge pressure) due to the characteristic of the semiconductor and LCD process in which fluorinated gas is used, in order to flow the waste gas, The pressure device must be installed at the front of the blower. However, there is a problem that a load is applied to a sputtering process in a semiconductor process or an LCD process due to the pressurizing device installed.
이에, 본 발명자들은 종래의 불화가스 처리방법을 대체하는 불화가스 분리방법을 연구하던 중, 진공펌프와 연결된 흡착칼럼을 이용하여 불화가스를 회수하고, 회수된 불화가스를 원료가스로 분리막 모듈에 공급함으로써 저압의 불화가스를 가압장치없이 분리 및 농축하는 불화가스 분리 및 농축 장치를 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
Therefore, the inventors of the present invention have been studying a fluorochemical gas separation method that replaces the conventional fluorochemical gas processing method, while recovering the fluorocarbon gas using an adsorption column connected to the vacuum pump, supplying the recovered fluorocarbon gas to the separation membrane module To thereby separate and concentrate the fluorine gas at a low pressure without using a pressurizing device, thereby completing the present invention.
본 발명의 목적은 불화가스 분리 및 농축장치, 및 이를 이용한 불화가스 분리 및 농축방법을 제공하는 데 있다.
An object of the present invention is to provide a fluorine gas separation and concentration apparatus, and a fluorine gas separation and concentration method using the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object,
불화가스 회수장치 및 불화가스 분리장치를 포함하는 불화가스 분리 및 농축장치에 있어서,In a fluorinated gas separation and concentration apparatus including a fluorinated gas recovery apparatus and a fluorinated gas separation apparatus,
상기 불화가스 회수장치는 The fluorinated gas recovery device
불화가스를 포함하는 혼합가스가 공급되는 가스공급부;A gas supply unit for supplying a mixed gas containing fluorinated gas;
상기 가스공급부로부터 혼합가스가 주입되어 불화가스가 흡착되는 불화가스 흡착칼럼이 1 또는 그 이상 병렬 연결된 흡착부;An adsorption unit in which one or more fluorine gas adsorption columns in which a mixed gas is injected from the gas supply unit to adsorb fluoride gas are connected in parallel;
상기 흡착부와 연결되어 흡착된 불화가스를 회수하는 진공펌프; 및A vacuum pump connected to the adsorption unit to recover adsorbed fluoride gas; And
상기 진공펌프에 의해 회수된 불화가스를 저장하는 저장탱크를 포함하고,And a storage tank for storing the fluorinated gas recovered by the vacuum pump,
상기 불화가스 분리장치는The fluorinated gas separation device
상기 불화가스 회수장치의 저장탱크를 포함하는 원료공급부;A raw material supply unit including a storage tank of the fluorinated gas recovery unit;
상기 원료공급부로부터 혼합가스가 주입되는 주입구, 불화가스가 분리되는 분리막, 상기 분리막에서 불화가스와 분리된 비불화가스가 배출되는 투과구 및 상기 분리막에서 분리된 불화가스가 배출되는 배출구를 구비하여 혼합가스로부터 불화가스를 분리하는 분리막 모듈이 1 또는 그 이상 구비된 분리부; 및 A separator for separating the fluorine gas from the raw material supply portion, a permeate for discharging the fluorinated gas separated from the fluorine gas and an outlet for discharging the fluorine gas separated from the separator, A separation part having one or more separation membrane modules for separating fluorinated gas from the gas; And
상기 분리부의 배출구와 연결되되, 상기 분리부로부터 배출되는 불화가스의 유량을 제어하는 배출량 제어부를 포함하는 불화가스 분리 및 농축장치를 제공한다.
And a discharge control unit connected to the discharge port of the separating unit and controlling the flow rate of the fluorinated gas discharged from the separating unit.
또한, 본 발명은 상기 불화가스 분리 및 농축장치로 불화가스를 포함하는 혼합가스를 주입하여 불화가스를 회수 및 분리하는 불화가스 분리 및 농축방법을 제공한다.
The present invention also provides a fluorochemical separation and concentration method for recovering and separating fluorinated gas by injecting a mixed gas containing fluorinated gas into the fluorinated gas separation and concentration apparatus.
본 발명에 따른 불화가스 분리 및 농축장치 및 이를 이용한 불화가스 농축방법은 공정의 폐가스로 배출되는 저압의 불화가스를 가압장치를 이용하지 않고 종래의 가압방식보다 더욱 높은 효율로 분리할 수 있다. 또한, 불화가스 분리 및 농축장치가 가압부를 포함하지 않음에 따라 불화가스가 배출되는 반도체 등의 소자 제조공정에 악영향을 주는 문제를 방지할 수 있다.
The fluorine gas separation and concentration apparatus and the fluorine gas concentration method using the same according to the present invention can separate the fluorine gas discharged at low pressure into the waste gas of the process at a higher efficiency than the conventional pressure method without using the pressure device. In addition, since the fluorine gas separation and concentration apparatus does not include the pressing portion, it is possible to prevent the problem that the fluorine gas is adversely affected in the manufacturing process of the device such as semiconductor.
도 1은 본 발명에 따른 불화가스 분리 및 농축장치에 있어서, 불화가스 회수장치를 나타낸 도면이고;
도 2는 본 발명에 따른 불화가스 분리 및 농축장치에 있어서, 불화가스 분리장치를 나타낸 도면이고;
도 3은 본 발명에 따른 불화가스 분리 및 농축장치 전체를 나타낸 도면이고;
도 4는 불화가스 회수장치에 이용된 흡착컬럼 사진이고;
도 5는 불화가스 분리장치에 이용된 중공사막 모듈 사진이고;
도 6은 실시예 1 및 2와, 비교예 1내지 3에서 회수된 불화가스의 농도 및 회수율을 분석한 그래프이다.1 is a view showing a fluorinated gas recovery apparatus in a fluorinated gas separation and concentration apparatus according to the present invention;
2 is a view showing a fluorinated gas separation apparatus in a fluorinated gas separation and concentration apparatus according to the present invention;
FIG. 3 is a view showing the entirety of the fluorine gas separation and concentration apparatus according to the present invention; FIG.
4 is a photograph of an adsorption column used in a fluorinated gas recovery apparatus;
5 is a photograph of a hollow fiber membrane module used in a fluorinated gas separation apparatus;
FIG. 6 is a graph showing the concentrations and recovery rates of fluorinated gas recovered in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3; FIG.
본 발명은 The present invention
불화가스 회수장치 및 불화가스 분리장치를 포함하는 불화가스 분리 및 농축장치에 있어서,In a fluorinated gas separation and concentration apparatus including a fluorinated gas recovery apparatus and a fluorinated gas separation apparatus,
상기 불화가스 회수장치는 The fluorinated gas recovery device
불화가스를 포함하는 혼합가스가 공급되는 가스공급부;A gas supply unit for supplying a mixed gas containing fluorinated gas;
상기 가스공급부로부터 혼합가스가 주입되어 불화가스가 흡착되는 불화가스 흡착칼럼이 1 또는 그 이상 병렬 연결된 흡착부;An adsorption unit in which one or more fluorine gas adsorption columns in which a mixed gas is injected from the gas supply unit to adsorb fluoride gas are connected in parallel;
상기 흡착부와 연결되어 흡착된 불화가스를 회수하는 진공펌프; 및A vacuum pump connected to the adsorption unit to recover adsorbed fluoride gas; And
상기 진공펌프에 의해 회수된 불화가스를 저장하는 저장탱크를 포함하고,And a storage tank for storing the fluorinated gas recovered by the vacuum pump,
상기 불화가스 분리장치는The fluorinated gas separation device
상기 불화가스 회수장치의 저장탱크를 포함하는 원료공급부;A raw material supply unit including a storage tank of the fluorinated gas recovery unit;
상기 원료공급부로부터 혼합가스가 주입되는 주입구, 불화가스가 분리되는 분리막, 상기 분리막에서 불화가스와 분리된 비불화가스가 배출되는 투과구 및 상기 분리막에서 분리된 불화가스가 배출되는 배출구를 구비하여 혼합가스로부터 불화가스를 분리하는 분리막 모듈이 1 또는 그 이상 구비된 분리부; 및 A separator for separating the fluorine gas from the raw material supply portion, a permeate for discharging the fluorinated gas separated from the fluorine gas and an outlet for discharging the fluorine gas separated from the separator, A separation part having one or more separation membrane modules for separating fluorinated gas from the gas; And
상기 분리부의 배출구와 연결되되, 상기 분리부로부터 배출되는 불화가스의 유량을 제어하는 배출량 제어부를 포함하는 불화가스 분리 및 농축장치를 제공한다.
And a discharge control unit connected to the discharge port of the separating unit and controlling the flow rate of the fluorinated gas discharged from the separating unit.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 불화가스 분리농축장치를 설명한다.
Hereinafter, a fluorinated gas separation and concentration apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 불화가스 분리 및 농축장치에 있어서, 불화가스 회수장치 및 불화가스 분리장치의 일예를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 불화가스 분리 및 농축장치 전체를 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 불화가스 분리 및 농축장치는 불화가스 회수장치 및 불화가스 분리장치를 포함하며, 도 1을 참조하면 상기 불화가스 회수장치는 불화가스를 포함하는 혼합가스가 공급되는 가스공급부(100), 상기 가스공급부로부터 혼합가스가 주입되어 불화가스가 흡착되는 불화가스 흡착칼럼(201), 상기 흡착칼럼에 흡착된 불화가스를 회수하는 진공펌프(300) 및 상기 진공펌프에 의해 회수된 불화가스를 저장하는 저장탱크(400)를 포함한다. 이때, 상기 불화가스 흡착칼럼은 1 또는 그 이상 병렬 연결되어 흡착부(200)를 구성할 수 있으며, 이를 통해 더욱 많은 양의 불화가스를 흡착할 수 있다. 1 and 2 are views showing an example of a fluorinated gas recovery apparatus and a fluorinated gas separation apparatus in the fluorinated gas separation and concentration apparatus according to the present invention. Fig. 1, the apparatus for recovering and introducing fluorinated gas includes a
상기 가스공급부(100)는 반도체 공정 또는 LCD 제조공정에서 폐가스로 배출되는 불화가스를 포함하는 혼합가스를 상기 불화가스 회수장치로 공급한다. 반도체 공정 또는 LCD 제조공정에서 육불화황(SF6), 사불화탄소(CF4) 등의 불화가스는 기판(웨이퍼)의 세척에 주로 사용되며, 저농도 및 저압의 폐가스로 배출된다. 이러한 불화가스는 온실가스로 작용하여 환경문제를 초래할 수 있고, 전량 수입에 의존하는 고가의 가스이기 때문에 회수장치가 요구되며, 상기 가스공급부(100)는 반도체 공정, LCD 제조공정으로부터 불화가스를 포함하는 혼합가스를 받아 불화가스를 흡착하는 흡착부(200)로 공급하는 역할을 수행한다. The
이때, 상기 불화가스 회수장치는 상기 가스공급부(100)로부터 공급되는 혼합가스의 유량을 제어하기 위한 유량제어장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 유입량제어장치는 질량 유량 제어기(mass flow controller, MFC)인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
In this case, the fluorinated gas recovery device may further include a flow rate control device for controlling the flow rate of the mixed gas supplied from the
상기 가스공급부(100)로부터 불화가스를 포함하는 혼합가스가 흡착부(200)로주입되고, 상기 흡착부(200)의 흡착칼럼(201)에서 불화가스만을 선택적으로 흡착한다. 상기 흡착부(200)는 1 또는 그 이상의 흡착칼럼(201)이 병렬로 연결되어 이루어지며, 처리해야하는 혼합가스의 유량에 따라 상기 흡착칼럼(201)의 수를 적절히 조절하여 흡착효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 흡착칼럼(201)은 불화가스를 흡착시키기 위하여, 불화가스를 흡착할 수 있는 흡착제를 포함하며, 상기 흡착제로는 활성탄 또는 제올라이트를 사용하는 것이 바람직하나, 혼합가스로부터 불화가스를 선택적으로 흡착할 수 있는 흡착제라면 이에 제한되는 것은 아니다.
A mixed gas containing fluorine gas is injected into the
한편, 상기 흡착부(200)로는 진공펌프(300)가 연결되며, 흡착부의 흡착칼럼(201)에서 불화가스의 흡착이 수행된 후, 상기 진공펌프(300)를 이용하여 흡착된 불화가스를 탈착시킨다. 이때, 1 또는 그 이상의 흡착칼럼(201)을 병렬로 다중연결시킴으로써 불화가스의 흡착 및 탈착을 교대로 수행할 수 있으며, 흡착이 수행된 흡착칼럼으로부터 불화가스를 탈착시킴과 동시에 또 다른 흡착칼럼에서는 불화가스의 흡착을 계속 수행하여, 불화가스의 흡착 및 탈착이 연속공정으로 수행되도록 하는 것이 바람직하다.A
이때, 불화가스의 회수효율을 더욱 향상시키기 위하여 불화가스의 흡착 및 탈착을 반복수행하는 것이 바람직하며, 이를 위해 본 발명에 따른 불화가스 회수장치는 흡착부 및 진공펌프 복수개가 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 불화가스의 회수율을 더욱 향상시키기 위하여 흡착부 및 진공펌프 복수개를 직렬로 연결하고, 불화가스의 흡착, 불화가스의 탈착을 수행한 후, 탈착된 불화가스를 다시 직렬연결된 다음 흡착부로 주입함으로써 불화가스의 흡착 및 탈착을 수행하며, 이 과정을 수차례 반복하여 불화가스의 회수효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
At this time, in order to further improve the recovery efficiency of the fluorinated gas, it is preferable that the adsorption and desorption of the fluorinated gas are repeatedly performed. To this end, the fluorinated gas recovery apparatus according to the present invention may be connected in series with the adsorption unit and a plurality of vacuum pumps. That is, in order to further improve the recovery rate of the fluorinated gas, a plurality of adsorption units and a plurality of vacuum pumps are connected in series, adsorption of the fluorinated gas and desorption of the fluorinated gas are performed, and then the desorbed fluorinated gas is again connected in series and then injected into the adsorption unit The adsorption and desorption of the fluorinated gas are carried out, and this process is repeated several times to further improve the recovery efficiency of the fluorinated gas.
상기 진공펌프(300)에 의해 흡착부(200)로부터 탈착된 불화가스는 저장탱크(400)에 저장되며, 상기 저장탱크에 저장된 불화가스를 더욱 농축하기 위하여 저장된 불화가스는 불화가스 분리장치의 원료(feed)로 공급된다.
The fluorinated gas desorbed from the
한편, 도 2를 참조하면, 불화가스 분리장치는 상기 불화가스 회수장치의 저장탱크를 포함하는 원료공급부(500), 상기 원료공급부(500)로부터 혼합가스가 주입되는 주입구(601), 불화가스가 분리되는 분리막(미도시), 상기 분리막에서 불화가스와 분리된 비불화가스가 배출되는 투과구(604) 및 상기 분리막에서 분리된 불화가스가 배출되는 배출구(603)를 구비하여 혼합가스로부터 불화가스를 분리하는 분리막 모듈(602)이 1 또는 그 이상 구비된 분리부(600) 및 상기 분리부의 배출구와 연결되되, 상기 분리부로부터 배출되는 불화가스의 유량을 제어하는 배출량 제어부(700)를 포함한다.
2, the apparatus for separating fluorinated gas includes a raw
상기 원료공급부(500)는 상기 불화가스 회수장치의 저장탱크를 포함하고, 상기 저장탱크에 저장된 불화가스를 분리부(600)로 공급한다. 상기 불화가스 회수장치의 저장탱크에는 흡착칼럼 및 진공펌프를 이용하여 불화가스만을 선택적으로 흡착한 후, 이를 탈착하여 회수된 불화가스가 저장된다. 이때, 상기 저장탱크에 저장된 불화가스를 더욱 농축하기 위하여, 상기 원료공급부(500)는 불화가스 분리장치의 분리부(600)로 상기 불화가스를 공급하고 이를 통해 불화가스를 더욱 고농도로 농축시킬 수 있다. 반도체 공정 또는 LCD 제조공정에서 폐가스로 배출되는 불화가스는 일반적으로 매우 낮은 농도(약 300 ~ 1000 ppm)로 배출되며, 이를 처리하기 위하여 종래의 분리 및 농축장치는 대규모 장치 및 시설이 요구되었으나, 본 발명에 따른 불화가스 분리 및 농축장치는 대규모 장치 및 시설이 요구되지 않아 공정비용이 절감되며, 고농도의 불화가스를 분리 및 농축할 수 있다. The raw
이때, 상기 불화가스 분리장치는 상기 원료공급부(500)로부터 공급되는 불화가스의 유량을 제어하기 위한 유량제어장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 유입량제어장치는 질량 유량 제어기(mass flow controller, MFC)인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The fluorine gas separating apparatus may further include a flow rate controller for controlling the flow rate of fluorine gas supplied from the
상기 분리부(600)로는 원료공급부(500)로부터 불화가스가 공급되고, 분리막 모듈(602)에서 불화가스의 분리가 수행된다. 상기 분리부(600)는 상기 원료공급부(500)로부터 불화가스가 공급되는 주입구(601), 불화가스가 분리되는 분리막(미도시), 불화가스가 분리된 비불화가스가 배출되는 투과구(604) 및 분리된 불화가스가 배출되는 배출구(603)를 구비하여 혼합가스로부터 불화가스를 분리하는 분리막 모듈(602)을 포함하고, 상기 분리부(600)는 1 또는 그 이상의 분리막 모듈로 이루어질 수 있으며, 대량의 불화가스를 분리하기 위하여, 상기 분리막 모듈은 1 또는 그 이상이 병렬 연결되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The fluoride gas is supplied to the
상기 분리막 모듈의 일단부에 위치한 주입구(601)로는 원료공급부(500)로부터 불화가스가 공급되고, 공급된 불화가스는 분리막 모듈(602)의 길이방향으로 진행하며 불화가스가 분리된다. 불화가스가 분리된 비불화가스들은 상기 주입구의 반대쪽에 구비된 투과구(604)를 통해 분리막 모듈로부터 배출되고, 분리된 불화가스는 배출구(603)를 통해 분리부(600)로부터 배출된다.A fluorine gas is supplied to the injection port (601) located at one end of the separation membrane module from the raw material supply part (500), and the supplied fluorine gas proceeds in the longitudinal direction of the separation membrane module (602) to separate the fluorine gas. The unfused gas from which the fluorinated gas has been separated is discharged from the separation membrane module through the
이때, 상기 분리막 모듈의 분리막은 중공사형 분리막(hollow fiber memmbrane)인 것이 바람직하다. 중공사형 분리막은 평막에 비하여 상대적으로 큰 막 면적을 가지는 모듈을 제조하기 용이하여 높은 분리효율을 나타낼 수 있다. 이때, 상기 중공사형 분리막은 불화가스에 대한 내화학성이 우수한 폴리설폰, 카본(carbon), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에스테르(polyester), 폴리에스터카보네이트(polyestercarbonate), 폴리에스터설폰(polyestersulfone), 폴리아미드(polyamide), 폴리페닐린(polyphenylene) 등의 재질인 것이 바람직하고, 표면이 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 코팅될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
At this time, the separation membrane of the separation membrane module is preferably a hollow fiber membrane. The hollow-fiber type separation membrane can easily produce a module having a relatively large membrane area as compared with a flat membrane, and can exhibit a high separation efficiency. At this time, the hollow-fiber type separator may be formed of polysulfone, carbon, polyimide, polycarbonate, polyester, polyestercarbonate, polyester or the like having excellent chemical resistance against fluorine gas. Polyestersulfone, polyamide, polyphenylene, and the like, and may be coated with polydimethylsiloxane (PDMS), but the present invention is not limited thereto.
상기 분리부(600)는 분리된 불화가스를 배출하는 배출구와 불화가스가 분리된 비불화가스들이 배출되는 투과구를 포함하며, 상기 배출구 및 투과구에는 가스크로마토그래피(gas chromatography, GC)가 각각 연결될 수 있다. 가스크로마토그래피로 배출구를 통해 배출되는 불화가스의 농도를 분석하여 불화가스의 농도를 더욱 높이기 위한 농축공정을 더욱 수행할 수 있다. 또한, 상기 투과구를 통과한 불화가스가 분리된 비불화가스들을 분석하여 대기 중으로 바로 배출하거나, 불화가스 분리를 더욱 수행할 수 있다.
The
상기 배출량 제어부(700)는 분리부(600)에서 분리되어 배출되는 불화가스의 유량을 제어하는 역할을 수행하고, 바람직하게는 질량 유량 제어기(mass flow controller, MFC)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 배출량 제어부(700)를 통해 배출구를 통해 배출되는 불화가스 배출량을 조절할 수 있고, 이와 동시에 분리부(600)로 유입되는 불화가스의 유량을 제어함으로써 불화가스가 분리부(600)에 머무르는 체류시간을 조절할 수 있다. 일반적으로, 분리막을 통해 불화가스의 분리를 수행하는 경우, 체류시간이 길수록 분리막을 투과하는 불화가스의 투과량도 증가할 수 있으나, 체류시간을 적절히 조절할 경우 분리된 가스의 농도 즉, 농축도는 향상된다. 따라서, 상기 배출량 제어부(700)를 통해 분리된 불화가스의 농도 및 분리속도(분리부를 통해 불화가스 분리가 수행되는 속도)를 조절할 수 있다.
The
상기 분리부(600)에서 불화가스가 분리되는 것은 불화가스와 혼합가스에 포함된 다른 가스들의 분자 직경 차이를 이용한다. 일례로 육불화황(SF6)의 분자 직경은 5.02 Å으로 질소(N2)의 분자직경 3.60 Å보다 큰 것을 알 수 있다. 이를 이용하여, 분리막 모듈을 설계하여 분리부를 제조함으로써 분리막을 통한 불화가스를 분리를 수행할 수 있다.
The separation of the fluorine gas from the
한편, 상기 불화가스 분리장치는 상기 분리부의 투과구와 연결되되, 상기 분리부 내부를 감압시키는 감압부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 감압부는 상기 분리부(300) 내부를 감압시켜 분리부의 분리막 모듈 내부로 불화가스가 주입 및 분리되도록 하는 구동력을 발생시키며, 이를 통해 가압장치를 이용하였던 종래의 분리막 공정보다 더욱 고농도의 불화가스를 분리할 수 있다. 이때, 상기 감압부는 진공펌프(Vacuum pump)를 포함하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며 상기 분리부(300) 내부를 감압할 수 있는 수단을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
The fluorinated gas separating apparatus may further include a decompression unit (not shown) connected to the permeate port of the separating unit and depressurizing the inside of the separating unit. The decompression unit generates a driving force for decompressing the inside of the
본 발명에 따른 불화가스 분리 및 농축장치는 흡착칼럼 및 진공펌프를 이용하여 불화가스를 회수한 후, 회수된 불화가스를 분리막을 이용하여 더욱 분리 및 농축함으로써 종래의 불화가스 분리장치보다 더욱 우수한 분리효율을 나타낼 수 있다.
The apparatus and method for separating and condensing fluorinated gas according to the present invention can recover the fluorinated gas using the adsorption column and the vacuum pump and further separate and concentrate the recovered fluorinated gas using the separation membrane, Efficiency can be shown.
또한, 본 발명은 상기 불화가스 분리 및 농축장치에 불화가스를 포함하는 혼합가스를 주입하는 불화가스의 분리 및 농축방법을 제공한다.
The present invention also provides a method for separating and concentrating fluorinated gas into which a mixed gas containing fluorinated gas is injected into the fluorinated gas separation and concentration apparatus.
상기 불화가스의 분리 및 농축방법은 흡착공정 및 분리막(예를 들어, 중공사막) 공정을 모두 수행할 수 있는 불화가스 분리 및 농축장치로 불화가스를 포함하는 혼합가스를 주입하여 불화가스를 분리·농축하며, 예를 들어 도 1 및 도 2의 도면에 도시한 불화가스 분리 및 농축장치를 이용하여 수행될 수 있다. The method for separating and concentrating the fluorinated gas is a method for separating and separating fluorinated gas by injecting a mixed gas containing fluorinated gas into a fluorinated gas separation and concentration apparatus capable of performing both an adsorption process and a separation membrane (e.g., hollow fiber membrane) process For example, by using the flue gas separation and concentration apparatus shown in the drawings of FIGS. 1 and 2.
본 발명에 따른 상기 분리 및 농축방법은, 공정의 폐가스로 배출되는 저압의 불화가스를 가압장치를 이용하지 않고 종래의 가압방식보다 더욱 높은 효율로 분리할 수 있으며, 가압부를 포함하지 않음에 따라 불화가스가 배출되는 반도체 등의 소자 제조공정에 악영향을 주는 문제를 방지할 수 있다.
The separation and concentration method according to the present invention can separate the fluorine gas at a low pressure discharged into the waste gas of the process at a higher efficiency than the conventional pressurizing method without using the pressurizing device. It is possible to prevent the problem of adversely affecting the manufacturing process of a device such as a semiconductor in which gas is discharged.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the following examples.
<실시예 1> 불화가스의 분리 및 농축 1≪ Example 1 > Separation and concentration of
도 1의 도면에 나타낸 바와 같이 불화가스 회수장치를 구성하였으며, 이때, 흡착칼럼에 충진되는 흡착제로는 pitch계 구형 활성탄(Beads shaped Activated Carbon, BAC)을 사용하였으며, 상기 활성탄을 아크릴컬럼(Ø10cm X 15cm)에 충진하여 흡착칼럼으로 사용하였다. 이때, 상기 활성탄의 사이즈는 약 24~40 mesh이고, 비표면적(BET surface area)은 약 1313 m2/g 이다. As shown in FIG. 1, a flue gas recovery apparatus was constructed in which pitch activated spherical activated carbon (BAC) was used as the adsorbent to be packed in the adsorption column, and the activated carbon was transferred to an acrylic column 15 cm) and used as an adsorption column. At this time, the size of the activated carbon is about 24 to 40 mesh and the BET surface area is about 1313 m 2 / g.
도 2의 도면에 나타낸 바와 같이 불화가스 분리장치를 구성하였으며, 이때다공성 폴리설폰 중공사막의 표면에 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)을 코팅한 비대칭형 분리막을 SUS 튜브( 3/8" 50 cm)에 충진시켜 유효 막면적이 0.13 cm2인 중공사막 분리막 모듈(module)을 제조하여 사용하였으며, 제조된 상기 분리막 모듈을 이용하여 불화가스 분리장치를 구성하였다.2, an asymmetric membrane obtained by coating polydimethylsiloxane (PDMS) on the surface of the porous polysulfone hollow fiber membrane was immersed in an SUS tube (3/8 "50 cm) And a hollow fiber membrane module having an effective membrane area of 0.13 cm 2 was manufactured and used. The fluorine gas separator was constructed using the membrane module thus prepared.
상기 불화가스 회수장치로 혼합가스(질소/육불화황(N2/SF6)=99.95/0.05 부피%)를 5000 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)의 유량으로 공급하여 혼합가스로부터 불화가스(육불화황)을 흡착한 후, 탈착하여 회수하여 저장탱크에 저장하였고, 상기 저장탱크에 저장된 불화가스를 상기 불화가스 분리장치로 300 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)의 유량으로 공급하여 불화가스를 분리 및 농축하였다. 이때, 분리막 모듈에서 배출되는 가스의 유량은 30 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)으로 제어하여 불화가스를 분리 및 농축하였다.
(Nitrogen / hexafluorosilicate (N 2 / SF 6 ) = 99.95 / 0.05% by volume) was supplied to the flue gas recovery apparatus at a flow rate of 5000 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute) Sulfur fluoride) was adsorbed, and the fluoride gas was desorbed and recovered and stored in a storage tank. The fluoride gas stored in the storage tank was supplied to the fluoride gas separator at a flow rate of 300 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute) And concentrated. At this time, the flow rate of the gas discharged from the membrane module was controlled to 30 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute) to separate and concentrate the fluorinated gas.
<실시예 2> 불화가스의 분리 및 농축 2≪ Example 2 > Separation and concentration of
상기 실시예 1에 있어서, 불화가스 분리장치의 분리막 모듈 투과구로 감압펌프를 연결하여 분리막 모듈의 내부 압력을 0.3 bar로 유지하며 불화가스를 분리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 불화가스를 분리 및 농축하였다.
Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1 except that the decompression pump was connected to the separation membrane module permeable port of the fluorinated gas separation device to maintain the internal pressure of the separation membrane module at 0.3 bar and the fluorinated gas was separated The fluorinated gas was separated and concentrated.
이때, 상기 실시예 1 및 2에서 사용된 불화가스 분리장치의 흡착컬럼 및 중공사막 모듈의 사진을 도 4 및 도 5에 나타내었다.
4 and 5 show photographs of the adsorption column and the hollow fiber membrane module of the fluorinated gas separation apparatus used in Examples 1 and 2, respectively.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
상기 실시예 1에 있어서, 불화가스 분리장치를 포함하지 않고, 불화가스 회수장치만을 이용하여 불화가스를 흡착한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1 except that fluorinated gas was not adsorbed by using only the fluorinated gas recovery device without the fluorinated gas separation device.
<비교예 2>≪ Comparative Example 2 &
상기 실시예 1에 있어서, 불화가스 회수장치를 포함하지 않고, 불화가스 분리장치만을 이용하여 불화가스를 분리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that the fluorinated gas recovery apparatus was not included and the fluorinated gas was separated using only the fluorinated gas separation apparatus.
<비교예 3> ≪ Comparative Example 3 &
상기 실시예 2에 있어서, 불화가스 회수장치를 포함하지 않고, 불화가스 분리장치만을 이용하여 불화가스를 분리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
Example 2 was carried out in the same manner as in Example 1, except that the fluorinated gas recovery apparatus was not included and the fluorinated gas was separated using only the fluorinated gas separation apparatus.
<실험예 1> 회수된 불화가스의 농도 및 회수율 분석<Experimental Example 1> Analysis of concentration and recovery of recovered fluorinated gas
상기 실시예 1 및 2와, 비교예 1 내지 3에서 분리농축된 불화가스의 농도 및 회수율을 분석하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. The concentrations and recovery rates of the fluorinated gas separated and concentrated in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were analyzed, and the results are shown in FIG.
도 6에 나타낸 바와 같이, 흡착 또는 분리막만을 이용하여 불화가스를 분리 농축한 비교예 1 내지 3의 경우 회수된 불화가스의 농도가 낮은 것을 알 수 있다. 반면, 실시예 1 및 2의 경우 비교예와 비교하여 약 8 내지 10 배의 고농도로 불화가스가 농축된 것을 알 수 있다. 나아가, 실시예 1 및 2의 경우, 비교예들과 비교하여 동등한 수준의 회수율을 나타낼 수 있어 본 발명에 따른 불화가스 분리 및 농축장치를 이용하여 불화가스를 고농도 및 높은 회수율로 회수할 수 있음을 확인하였다.
As shown in FIG. 6, it can be seen that the concentration of the fluorinated gas recovered in Comparative Examples 1 to 3, in which the fluorinated gas was separated and concentrated using only the adsorption or separation membrane, was low. On the other hand, in the case of Examples 1 and 2, it can be seen that the fluorine gas is concentrated at a high concentration of about 8 to 10 times as compared with the comparative example. Further, in the case of Examples 1 and 2, it is possible to show the same level of recovery as compared with the comparative examples, so that fluorine gas can be recovered at a high concentration and a high recovery rate by using the fluorine gas separation and concentration apparatus according to the present invention Respectively.
100 : 가스공급부
200 : 흡착부
201 : 흡착칼럼
300 : 진공펌프
400 : 저장탱크
500 : 원료공급부
600 : 분리부
601 : 주입구
602 : 분리막 모듈
603 : 배출구
604 : 투과구
700 : 배출량 제어부100: gas supply part
200:
201: adsorption column
300: Vacuum pump
400: Storage tank
500:
600:
601:
602: Membrane module
603: Outlet
604:
700: emission control section
Claims (10)
상기 불화가스 회수장치는
반도체 또는 LCD 제조공정부에 연결되어, 반도체 또는 LCD 제조공정에서 발생하는 불화가스를 포함하는 혼합가스가 공급되는 가스공급부;
상기 가스공급부로부터 혼합가스가 주입되어 불화가스가 흡착되는 불화가스 흡착칼럼이 1 또는 그 이상 병렬 연결된 흡착부;
상기 흡착부와 연결되어 흡착된 불화가스를 회수하는 진공펌프; 및
상기 진공펌프에 의해 회수된 불화가스를 저장하는 저장탱크를 포함하고,
상기 불화가스 분리장치는
상기 불화가스 회수장치의 저장탱크를 포함하는 원료공급부;
상기 원료공급부로부터 혼합가스가 주입되는 주입구, 불화가스가 분리되는 분리막, 상기 분리막에서 불화가스와 분리된 비불화가스가 배출되는 투과구 및 상기 분리막에서 분리된 불화가스가 배출되는 배출구를 구비하여 혼합가스로부터 불화가스를 분리하는 분리막 모듈이 1 또는 그 이상 구비된 분리부;
상기 분리부의 투과구와 연결되되, 상기 분리부 내부를 감압시키는 감압부; 및
상기 분리부의 배출구와 연결되되, 상기 분리부로부터 배출되는 불화가스의 유량을 제어하는 배출량 제어부를 포함하며,
상기 혼합가스의 주입과, 상기 불화가스의 분리 및 농축의 구동력은 상기 진공펌프 또는 감압부에 의해서만 발생하는 것을 특징으로 하는 불화가스 분리 및 농축장치.
In a fluorinated gas separation and concentration apparatus including a fluorinated gas recovery apparatus and a fluorinated gas separation apparatus,
The fluorinated gas recovery device
A gas supply unit connected to a semiconductor or LCD manufacturing unit and supplied with a mixed gas including fluorinated gas generated in a semiconductor or LCD manufacturing process;
An adsorption unit in which one or more fluorine gas adsorption columns in which a mixed gas is injected from the gas supply unit to adsorb fluoride gas are connected in parallel;
A vacuum pump connected to the adsorption unit to recover adsorbed fluoride gas; And
And a storage tank for storing the fluorinated gas recovered by the vacuum pump,
The fluorinated gas separation device
A raw material supply unit including a storage tank of the fluorinated gas recovery unit;
A separator for separating the fluorine gas from the raw material supply portion, a permeate for discharging the fluorinated gas separated from the fluorine gas and an outlet for discharging the fluorine gas separated from the separator, A separation part having one or more separation membrane modules for separating fluorinated gas from the gas;
A decompression unit connected to the transmission port of the separation unit and reducing the pressure inside the separation unit; And
And an emission control unit connected to an outlet of the separation unit and controlling a flow rate of the fluorinated gas discharged from the separation unit,
Wherein the driving force for injecting the mixed gas and for separating and concentrating the fluorinated gas is generated only by the vacuum pump or the decompression unit.
The apparatus for separating and condensing fluorinated gas according to claim 1, wherein the fluorinated gas adsorption column of the fluorinated gas recovery apparatus comprises activated carbon or zeolite.
The apparatus for separating and condensing fluorinated gas according to claim 1, wherein the separation membrane of the fluorinated gas separation apparatus is a hollow fiber membrane.
[5] The method of claim 3, wherein the hollow fiber separator is formed of a material selected from the group consisting of polysulfone, carbon, polyimide, polycarbonate, polyester, polyestercarbonate, polyestersulfone, , Polyamide, or polyphenylene. The apparatus for separating and condensing fluorinated gas according to claim 1,
The apparatus for separating and condensing fluorinated gas according to claim 1, wherein the fluorinated gas recovery device is connected in series with a suction part and a plurality of vacuum pumps in order to repeatedly perform adsorption and desorption of fluorinated gas.
The apparatus for separating and condensing fluorinated gas according to claim 1, wherein one or more of the separation membrane modules of the fluorinated gas separation apparatus are connected in parallel.
불화가스를 포함하는 혼합가스를 제 1 항에 따른 불화가스 회수 장치로 공급하여 불화가스를 흡착·분리한 후, 이를 회수하여 저장하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 분리 및 회수되어 저장된 불화가스를, 불화가스 분리장치로 공급하여 불화가스를 농축하는 단계(단계 2);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화가스 분리 및 농축방법.
A method for separating and concentrating fluorinated gas using a fluorinated gas separation and concentration apparatus according to claim 1,
Supplying a mixed gas containing a fluorinated gas to the fluorinated gas recovery apparatus according to claim 1 to adsorb and separate the fluorinated gas, recovering and storing the fluorinated gas (step 1); And
A step (step 2) of supplying the fluorinated gas separated and recovered and recovered in the step 1 to the fluorinated gas separation device to concentrate the fluorinated gas;
And separating the fluorinated gas.
The method of claim 8, wherein the fluorinated gas is sulfur hexafluoride (SF 6 ) or perfluorocarbon (PFC).
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998027008A1 (en) | 1996-12-18 | 1998-06-25 | Alliedsignal Inc. | Process for recovering sulfur hexafluoride |
| JP2003340230A (en) * | 2002-05-30 | 2003-12-02 | Nippon Sanso Corp | Membrane separation device |
| JP2005161187A (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Ube Ind Ltd | Gas separation and recovery device and separation and recovery method |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998027008A1 (en) | 1996-12-18 | 1998-06-25 | Alliedsignal Inc. | Process for recovering sulfur hexafluoride |
| KR100512294B1 (en) * | 1996-12-18 | 2005-09-05 | 알라이드시그날 인코포레이티드 | Process for recovering sulfur hexafluoride |
| JP2003340230A (en) * | 2002-05-30 | 2003-12-02 | Nippon Sanso Corp | Membrane separation device |
| JP2005161187A (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Ube Ind Ltd | Gas separation and recovery device and separation and recovery method |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11987781B2 (en) | 2020-07-02 | 2024-05-21 | Lg Chem, Ltd. | Gas collection device |
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