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KR101514195B1 - 에너지 저감형 DBD Plasma NOx저감장치 - Google Patents

에너지 저감형 DBD Plasma NOx저감장치 Download PDF

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KR101514195B1
KR101514195B1 KR1020150035697A KR20150035697A KR101514195B1 KR 101514195 B1 KR101514195 B1 KR 101514195B1 KR 1020150035697 A KR1020150035697 A KR 1020150035697A KR 20150035697 A KR20150035697 A KR 20150035697A KR 101514195 B1 KR101514195 B1 KR 101514195B1
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plasma
nitrogen oxide
saving type
oxide reduction
gas
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윤종필
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주식회사 에코에너젠
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Abstract

유전체 장벽 방전 플라즈마를 이용한 질소산화물 저감장치가 개시된다. 본 플라즈마 질소산화물 저감장치는 연소부, 습식 처리부 및 플라즈마 산화부를 하우징 내에 배치하여 플라즈마 질소산화물 저감장치의 최종배출구에서 배출되는 질소산화물 형태를 NO2로 한정되게 배출하고, 배출된 질소산화물은 최종 배기단에서 환원제로 운전되는 습식 스크러버에서 최종 처리된다.

Description

에너지 저감형 DBD Plasma NOx저감장치{Energy-Saving Type Dielectric Barrier Discharge Plasma NOx Reduction Equipment}
본 발명은 폐가스 처리 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질소산화물(NOx) 및 기타 오염물을 포함하는 폐가스에 대한 효율적인 처리가 가능한 에너지 저감형 DBD 플라즈마 질소산화물 저감장치에 관한 것이다.
급속한 산업화의 진행과 함께 인간의 욕구 충족을 위한 산업 활동에는 에너지라는 기초적인 수단이 바탕이 되고 있다. 그러나 에너지 이용이 증대됨에 따라 환경 공해의 발생이 불가피 하게 되었을 뿐 아니라 그 정도가 확대되고 있다. 에너지원의 대부분을 차지하는 석유, 석탄, 천연가스 등 화석연료의 연소 과정에서 대기 오염 물질이 불가피 하게 배출되고 있기 때문에, 향후 지속 가능한 성장을 위해 경제성장과 환경보전의 조화는 반드시 이루어 내야 하는 전 인류의 숙명으로 다가 오고 있다.
에너지 사용으로 인한 대기 오염은 파급범위와 대응 범위에 따라 국지적 오염과 국제적 오염 문제로 대별된다. 황산화물과 질소산화물 등은 산성비, 동식물에 대한 피해의 범위가 비교적 국지적인 반면, 이산화탄소, NOx 등의 온실 가스는 지구 온난화 현상과 관련하여 국제적 논의의 대상이 되고 있다.
무분별한 성장 위주의 경제 운영으로 인해 국내 대도시와 공단 주위의 대기 오염은 이미 심각한 상태에 이르고 있으며, 경제 성장에 따른 소득의 향상으로 국내 대기오염과 전 세계적으로 귀추가 집중되어 이미 여러 가지 규제가 실행되고 있는 지구온난화 방지에 대한 방법론의 제시와 에너지 이용에 따른 대기 오염 물질의 전망이 중요한 과제가 되고 있다.
현재 반도체 디스플레이 관련 수요증가에 따라 불소화합물의 사용이 날로 증가 하고 있는 시점에서 반도체 공정 가스 처리 후 발생되는 2차 오염물질(NOx) 다량 배출로 인한 총량 규제대응 문제와 현재 NOx를 처리하는 기술은 촉매적 방법이 주를 이루고 있으나 운전 중 과도한 에너지의 사용으로 인하여 대체 기술의 확보가 요구되는 상황으로 기존 문제를 해결 할 대체 기술이 필요한 실정이다.
한국특허공개 10-2011-0065985
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 플라즈마 질소산화물 저감장치의 하우징 내에 연소부, 습식 처리부 및 플라즈마 산화부를 순차적으로 배치하여 최종배출구에서의 질소산화물의 형태를 NO2로 한정되게 배출시킴으로써 질소산화물을 효과적으로 처리할 수 있는 질소산화물 저감형 플라즈마 산화장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 폐가스를 처리하는 에너지 저감형 DBD 플라즈마 질소산화물 저감장치를 제공하며, 이는: 상기 폐가스를 연소 처리하는 연소부; 상기 연소부로부터 연소처리 된 가스를 전달받아 습식 처리하는 습식 처리부; 상기 습식 처리부를 통과한 가스에 포함된 질소산화물을 처리하기 위한 플라즈마 가스를 투입하도록 배치되는 플라즈마 산화부;를 포함한다.
하우징;을 더 포함하고, 상기 연소부, 습식 처리부 및 상기 플라즈마 산화부는 상기 하우징 내에 배치될 수 있다.
상기 플라즈마 가스에 의해 처리된 상기 질소산화물을 상기 하우징 외부로 배출시키는 메인 배출관;을 더 포함하고, 상기 플라즈마 산화부는 상기 하우징 내에서 상기 메인 배출관에 연결된 연결통로와 연결되어 장착될 수 있다.
상기 플라즈마 가스는 상기 플라즈마 산화부의 플라즈마 방전을 통해 생성되는 O3 가스일 수 있다.
상기 질소산화물은 상기 플라즈마 산화부에서 생성된 O3와 산화 반응하여 NO2로 변환될 수 있다.
상기 배출된 NO2는 후속 처리 공정인 습식 처리 공정에서 환원반응을 통해 처리될 수 있다.
상기 플라즈마 산화부는, 봉 형상의 내부전극; 상기 내부전극을 둘러싼 유전체; 및 상기 유전체 외부에 코일 형태로 삽입 장착된 외부전극;을 포함하고, 상기 내부전극과 외부전극에는 플라즈마를 발생시키기 위한 교류 전원이 인가될 수 있다.
상기 외부전극 표면은 용사로 코팅될 수 있다.
상기 유전체 외면과 상기 외부전극 외면은 동일 높이로 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 산화부는 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge, DBD)플라즈마를 이용하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 질소산화물 저감장치는 연소부 및 습식 처리부 를 통과한 가스에 포함된 질소산화물을 처리하기 위해 플라즈마 가스를 투입하도록 배치된 플라즈마 산화부를 하우징 내에 함께 배치함으로써 플라즈마 산화물 저감장치의 최종배출구에서 질소산화물 형태를 NO2로 한정되게 배출할 수 있다. 또한, 별도의 추가 설비없이 코일형 전극으로 형성된 플라즈마 산화부의 유전체 장벽 방전 플라즈마를 방전하여 질소산화물을 처리함으로써 설비에 공급되는 에너지를 절감할 수 있다.
이러한 플라즈마 산화부는 내부전극, 내부전극을 둘러싼 유전체 및 유전체 외부에 코일 형태로 삽입 장착된 외부전극을 포함하며, 외부전극 표면은 용사로 코팅되어 유전체 외면과 외부전극 외면의 높이를 동일하게 형성함으로써 Dust들이 전극 사이에 붙는 것을 방지할 수 있고, 유전체와 전극 사이의 간극에서 발생되는 발열이나 아크가 발생되는 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 산화부가 적용된 가스 정화 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 플라즈마 산화부가 적용된 플라즈마 질소산화물 저감장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 산화부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 플라즈마 산화부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 플라즈마 산화부를 설명하기 위한 확대도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
일반적으로 질소 산화물은 화력발전소와 같은 고정 발생원과 자동차와 같은 이동 발생원에 의해 발생하게 되는데 반도체 공정에서 발생되는 질소 산화물은 각종 유해 가스들을 대기로 방출하기 전 안전하게 처리 하는 과정에서 거치게 되는 스크러버내 연소 과정에서 연소 시 고온에 의해 질소와 산소가 반응하여 생성 된다.
NO는 대기로 배출되어 대기중의 O3, O2, 수분 등에 의하여 NO2, NO3, N2O4, 등으로 산화되는데 이들 중 대부분은 NO2이며, 공기중에 에어로졸 상태로 녹아서 산성비가 되거나 태양광선에 의하여 광화학 스모그를 형성한다. 이들로 인한 피해는 매우 광범위 하여 인체에 있어서는 주로 호흡기 질환을 유발 시키고 눈을 자극시켜 시각장애를 일으키며, 금속재료를 부식시키거나 식물의 성장에도 크게 영향을 미친다.
반도체 공정중 사용되는 SiH4, NF3등의 유해가스를 처리하는 공정으로 열적처리장치를 사용하는데, 이러한 열적처리장치의 종류로는 연료식, 전기 히터식, 플라즈마식이 있다. 이들 방식은 처리과정 중 O2, H2O등과 N2의 반응에 의해 다량의 질소산화물(NO, NO2)등을 발생시킨다. 특히, 연료식과 플라즈마식의 경우 운전온도가 높은 특징으로 질소산화물 중 NO의 비율이 높게 발생시킨다.
또 다른 발생원으로는 반도체 공정 중 사용되는 가스 중 NH3와 NF3는 분해 또는 화학반응 과정 중 NH3 와 NF3로부터 분해된 질소인자(N+)가 대기중의 O2 또는 H2O와 반응하여 질소산화물(대부분NO)을 다량으로 발생시킨다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 산화부가 적용된 가스 정화 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 플라즈마 산화부가 적용된 플라즈마 질소산화물 저감장치를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 질소산화물을 포함하는 폐가스를 처리하기 위한 가스 정화 시스템은 메인 프로세스 장비(100)에서 사용된 폐가스를 진공펌프(200)를 통해 플라즈마 산화부(330)가 적용된 플라즈마 질소산화물 저감장치(300)에 인입하고, 인입된 폐가스는 플라즈마 질소산화물 저감장치(300)에 의해 처리된 후 후속 공정인 습식 스크러버(400)를 거쳐 팬(500)을 통해 대기로 방출되는 프로세스를 갖는다.
여기서 본 발명에 따른 플라즈마 산화부(330)가 적용된 플라즈마 질소산화물 저감장치(300)는 폐가스를 처리하기 위해 일반적으로 사용되어지는 열적처리장치인 POU(Point Of Use) 스크러버일 수 있다. 종래의 POU 스크러버 내에는 연소부(310)와 습식 처리부(320)가 포함될 수 있으나, 본 발명에 따른 플라즈마 질소산화물 저감장치(300)는 하우징(301) 내에 연소부(310)와 습식 처리부(320) 외에 습식 처리부(320)를 통과한 가스에 포함된 질소산화물을 처리하기 위한 플라즈마 가스를 투입하도록 플라즈마 산화부(330)가 배치 될 수 있다.
도 2에서와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 질소산화물 저감장치(300)의 연소부(310)는 상부에 유입관(311)이 연결되어, 이 유입관(311)을 통하여 반도체 제조 등에 사용된 폐가스가 하우징(301) 내로 유입될 수 있다. 하우징(301) 내로 유입된 폐가스는 연소부(310)에 의해 연소 처리되며, 연소 처리된 폐가스는 연소부(310) 하부에 단면적이 점진적으로 좁아지게 형성된 배출관(312)에 의해 습식 처리부(320)로 배출된다.
연소부(310)에서는 유해한 성분의 폐가스를 화염 사이로 통과시키면서 폐가스를 처리하는 방식이며, 연소의 효율을 높이기 위해 O2 및 CH4가 연소부(301) 상부에 마련된 연소 가스주입구(313)를 통해 주입될 수 있다.
하지만 처리과정 중 O2, H2O등과 N2의 반응에 의해 다량의 질소산화물(NO, NO2)등을 발생시키며, 특히 연소 과정에서 연소시 운전온도가 높은 특징으로 질소산화물 중 NO의 비율이 높게 발생된다.
연소부(310)에서 처리된 폐가스는 2차 부산물의 퇴적과 수용성 가스들의 용해 및 고온의 연소가스를 냉각하기 위해 습식 처리부(320)를 통과하게 된다.
습식 처리부(320)는 연소부(310)로부터 연소처리 된 가스를 전달받아 습식 처리하기 위해 제1 분사노즐(321), 제2 분사노즐(322), 습식 수조(323), 유량조정장치(324), 펌프(325), 물공급 배관(326)을 포함할 수 있다.
습식 처리부(320)는 연소부(310)내에서 발생되는 수용성 폐가스와 이산화규소(SiO2) 파우더 등을 분사노즐(321,322)의 분무를 통해 흡착 및 용해시키고, 습식 수조(323)를 이용하여 연소부(310) 및 분사노즐(321,322)에서 배출되는 처리물질들을 저장하고 배출시킨다. 제1 분사노즐(321)과 제2 분사노즐(322)은 습식 수조(323) 상부에 설치되는 것이 바람직하다.
제1 분사노즐(321)과 제2 분사노즐(322)은 습식 수조(323)로부터 물을 공급받기 위해 물공급 배관(326)에 연결되며, 하우징(301)내의 하부에 장착된 습식 수조(323)의 물을 상부의 분사노즐(321,322)에 공급하기 위해 습식 수조(323)와 물공급 배관(326) 사이에 펌프(325)가 장착될 수 있다. 또한 습식 수조(323)와 펌프(325) 사이에는 분사노즐(321,322)이 분사하는 물의 양을 조절하기 위한 유량조정장치(324)가 장착될 수 있다.
이렇듯 습식 처리부(320)에는 습식 수조(323), 유량조정장치(324), 펌프(325) 및 물공급 배관(326)이 협동함으로써 일정한 온도의 물이 습식 처리부(320)내에 지속적으로 순환될 수 있도록 물 순환수단으로서 기능하고 있다.
습식 처리부(320) 후단에는 처리된 폐가스를 하우징(301) 외부로 배출하여 후 처리 공정을 위한 장치에 배출될 수 있도록 메인 배출관(327)이 더 포함될 수 있다.
메인 배출관(327)은 하우징(301) 내부에서 외부로 연장되어 형성되어 있으며, 메인 배출관(327)중 하우징(301) 내부에 형성된 메인 배출관(327)에는 메인 배출관(327)에 연결된 연결통로(328)에 의해 플라즈마 산화부(330)와 연결될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 플라즈마 산화부(330)는 플라즈마 질소산화물 저감장치(300)의 하우징(301) 내에서 연소부(310) 및 습식 처리부(320)와 함께 배치되어 전체적인 하나의 스크러버 설비로 형성될 수 있다.
또한 플라즈마 산화부(330) 하부에는 플라즈마 산화부(330)에 교류 전원을 인가하는 교류 전원 공급부(340)가 더 포함될 수 있다.
이렇듯 플라즈마 산화부(330)를 플라즈마 질소산화물 저감장치(300) 내의 최 후단인 메인 배출관(327)에 배치시킴으로써 최종적으로 메인 배출관(327)을 통해 하우징(301) 외부로 배출되는 질소산화물(NO) 형태를 NO2로 한정되어 배출되게 할 수 있다.
즉, 플라즈마 산화부(330)에서 플라즈마 방전을 통해 생성되는 O3와 연소 과정에서 연소시 발생되는 질소산화물(NO)이 산화 반응하여 NO2로 변환되고, 변화된 NO2는 메인 배출관을 통해 하우징(301) 외부로 배출되며, 하우징(301) 외부로 배출된 NO2는 후속 처리 공정인 습식 처리 공정의 환원반응을 통해 효과적으로 질소산화물을 처리할 수 있다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 산화부를 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 플라즈마 산화부를 설명하기 위한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 플라즈마 산화부를 설명하기 위한 확대도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 플라즈마 산화부(330)는 내부전극(331), 유전체(332), 외부전극(333)을 포함할 수 있다.
내부전극(331)은 내부가 비어있는 봉 형상을 갖으며 전류가 통할 수 있도록 전도체 물질로 형성될 수 있다. 플라즈마 방전을 위한 방전가스는 내부전극(331) 하부의 반응가스 인입구(336)를 통해 인입되며, 플라즈마 방전을 통해 생성된 플라즈마 가스는 내부전극(331) 상부의 플라즈마 가스 배출구(337)를 통해 배출될 수 있다. 바람직하게는 플라즈마 방전을 위한 방전가스는 O2일 수 있고, 플라즈마 방전을 통해 생성된 플라즈마 가스는 O3일 수 있다.
유전체(332)는 내부전극(331) 일단의 소정거리부터 타단의 소정거리까지를 둘러싸고 있으며, 내부전극(331)과 동일한 봉 형상을 갖는다. 유전체(332)는 내부전극(331)과 외부전극(333) 사이에 배치되어 전극에 인가되는 고전압에 의해 전극 사이에서 발생되는 아킹등을 방지한다.
외부전극(333)은 코일 형태로 된 코일형 전극구조로 형성될 수 있으며, 유전체(332) 외면에 삽입 장착될 수 있다. 코일간 간격은 동일 간격으로 하여 삽입될 수 있으며, 코일의 단면은 코일을 유전체(332)에 삽입했을 때 유전체(332)에 형성된 홈과 코일간의 간격이 발생되지 않도록 하고, 유전체 외면(334)과 외부전극 외면(335)의 높이를 같게 배치될 수 있도록 사각형상을 가질 수 있다. 하지만 코일 단면의 형태는 사용자에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
내부전극(331)과 외부전극(333)에는 플라즈마 산화부(330)의 하부에 장착된 교류 전원 공급부(340)에 의해 교류 전원이 인가된다. 예를 들어 내부전극(331)에 전압을 인가하고 외부전극(333)은 접지되거나 내부전극(331)과 외부전극(333)의 극성을 바꿀 수도 있으며 교류 전원 공급부(340)에 따라서는 두 전극 모두에 고전압을 인가될 수도 있다. 즉, 내부전극(331)과 외부전극(333) 중 어느 한 쪽을 고전압()으로 인가시키고 다른 한쪽을 접지시키거나, 내부전극(331)과 외부전극(333) 어느 한 쪽에 +전극을 인가시킨다면 다른 한 쪽에는 -전극이 인가될 수 있다.
또한, 내부전극(331)과 외부전극(333)은 금속을 포함하는 전도성 물질로서 내식성이 강한 알루미늄(Al), 스테인레스 강(STS), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구리(Cu), 텅스텐(W), 백금(Pt) 중의 어느 하나의 재질이거나 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 바람직하게는 가공성과 내식성이 좋은 니켈을 주성분으로 하는 하스텔로이(Hastelloy) 합금이 적용될 수 있다.
유전체(332)는 유전상수가 높은 산화물 계열의 세라믹인 MgO, Al2O3, TiO2, SiO2 중의 어느 하나의 재질이 적용될 수 있다.
코일 형태로 된 외부전극(333)은 전극 표면을 용사로 코팅하여 유전체(332) 외부에 삽입 장착될 수 있다. 또한, 유전체(332)에 삽입한 외부전극 외면(335)이 유전체 외면(334)과 동일 높이가 되도록 배치될 수 있다.
이렇듯 외부전극(333) 표면을 용사로 코팅하고 외부전극 외면(335)을 유전체 외면(334)과 동일 높이가 되도록 배치함으로써 Dust들이 전극 사이에 붙는 것을 방지할 수 있고, 유전체(332)와 전극 사이의 간극에서 발생되는 발열이나 아크가 발생되는 문제를 해결할 수 있다.
플라즈마 산화부(330)는 사용자에 따라 다양한 크기로 구현될 수 있으나, 본 발명에 따른 바람직한 내부전극(331)의 크기는 일단부터 타단까지의 높이를 1.5m로 하고, 유전체(332)는 일단부터 타단까지의 높이를 1.2m로 한다. 또한 코일 형태의 외부전극(333)은 코일이 시작되는 일단에서부터 코일 끝의 타단까지의 높이를 0.95m로 한다. 코일과 유전체(332)의 두께는 도 4에서와 같이 각각 2mm와 7mm로 한다.
이러한 코일형 전극구조를 이용한 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge, DBD) 플라즈마 장치는 고주파수, 고전압이 인가되어 두 전극 사이에 발생하는 전기장(Electric field)에 추가적으로 패러데이의 전자기 유도법칙(Faraday's Law of Induction)에 의한 유도전기장이 형성되도록 하여 전기장의 세기가 극대화되도록 함으로써 전력의 소모를 현저히 줄이고 우수한 특성의 플라즈마가 발생될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 산화부(330)는 유전체 장벽 방전 플라즈마를 이용하여 플라즈마를 발생시키고, 이러한 플라즈마 발생에 의해 O2를 O3로 변환하여 연결통로(328)를 통해 메인 배출관(327)으로 O3를 배출한다. 이렇게 메인 배출관(327)으로 배출된 O3는 메인 배출관(327) 내부에 존재하는 오염물질과 산화 및 이온화 처리를 수행한다. 예를 들어 NO와 CO는 NO2와 CO2로 산화 처리되고, THC는 산화 및 이온화 되며, HF나 Dust는 조대화 된다.
따라서 본 발명에 따른 플라즈마 산화부(330)에서 발생되는 플라즈마에 의해 플라즈마 질소산화물 저감장치(300) 내에서 연소과정 중 발생되는 질소산화물을 플라즈마 방전을 통해 발생된 O3와 산화 반응하여 처리함으로써 플라즈마 질소산화물 저감장치(300)의 최종배출구에서의 질소산화물 형태를 NO2로 한정되게 배출할 수 있다.
이러한 플라즈마 산화부(330)에 의해 질소산화물이 산화 처리되는 반응 메커니즘은 아래와 같다.
NO + O3 => NO2- + O2
플라즈마 산화부(330)에 의해 산화처리 되어 메인 배출관(327)을 통해 NO2로 배출된 질소산화물은 도 1에서와 같이 후속 처리 공정인 습식 스크러버(400)의 습식 처리 공정에서 환원반응을 통해 최종 처리된다. 또한 습식 스크러버(400)에서는 질소산화물 외에도 전처리 과정에서 이온화된 THC의 흡수, 전처리 과정의 잔여 O3의 환원, HF등이 처리된다.
이러한 습식 스크러버(400)에 의해 환원 처리되는 주요 반응 메커니즘은 아래와 같다.
NO2 + (Na2S + ) = N2 + Na2SO4
이렇듯, 플라즈마 질소산화물 저감장치(300) 내의 연소 과정중 발생되는 질소산화물을 플라즈마 산화부(330)에 의한 산화과정과 습식 스크러버(400)의 환원과정을 통해 효과적으로 질소산화물을 처리할 수 있다.
<실험예1>
본 발명의 플라즈마 산화부가 장착된 설비의 질소산화물 처리 성능을 평가하기 위하여, 질소산화물이 본 플라즈마 산화부의 플라즈마 방전에 의해 NO2로 전환되는 전환 효율 테스트를 실시하였다.
표 1과 표 2는 본 발명의 플라즈마 산화부가 장착된 설비에 대하여 실시한 테스트 자료들이다.
본 실험예1에 따른 조건은 산화 Stage의 플라즈마 O3 농도를 40ppm으로 하고, 기준 풍량을 2CMM로 설정했다. 공탑속도 1m/s, 체류시간 2sec 조건일 때 플라즈마 OFF시와 플라즈마 ON시의 질소산화물의 NO2전환 효율은 표 1과 같으며, 시간 변화에 따른 산화율 테스트 결과는 표 2와 같다.
플라즈마 OFF(ppm) 플라즈마 ON(ppm) 효율
NO 45 NO 7 84%
NO2 22 NO2 55
NOx 67 NOx 62
O3 40 O3 1.4
TIME 플라즈마 OFF
(ppm)		 플라즈마(O3) ON
(ppm)		 NO2 전환 효율
NO NO2 NO NO2
0.1min 45 22 8 55 82%
0.5min 45 22 7 55 84%
10min 48 22 7 55 85%
15min 48 22 7 55 85%
20min 45 22 7 55 84%
25min 43 22 7 55 84%
30min 43 22 7 55 84%
35min 46 22 7 55 85%
40min 47 22 7 55 85%
45min 48 22 7 55 85%
50min 45 22 7 55 84%
55min 46 22 7 55 85%
60min 47 22 7 55 85%
65min 45 22 7 55 84%
70min 46 22 7 55 85%
75min 46 22 7 55 85%
80min 45 22 7 55 84%
90min 50 22 7 55 86%
100min 47 22 7 55 85%
110min 43 22 7 55 84%
120min 45 22 7 55 84%
표 1과 표 2에서와 같이 플라즈마의 에너지 인가에 따라서 질소산화물이 효과적으로 NO2로 전환됨을 확인 할 수 있다.
<실험예2>
설험예2에서는 본 발명의 플라즈마 산화부가 장착된 설비의 질소산화물 처리 성능을 평가하기 위하여, 80분 연속가동 후 질소산화물이 본 플라즈마 산화부의 플라즈마 방전에 의해 NO2로 전환되는 전환 효율 테스트를 실시하였다.
표 3 내지 표 6은 본 발명의 플라즈마 산화부가 장착된 설비에 대하여 실시한 실험예2의 테스트 자료들이다.
본 실험예2에 따른 조건은 산화 Stage의 플라즈마 O3 농도를 40ppm, 기준 풍량을 2CMM으로 실험예1의 조건과 동일하며, 공탑속도 1m/s로 하고 체류시간을 변경하며 실험예1과 동일한 방법으로 테스트를 실시하였다.
조건 공탑속도 : 1m/s, 체류시간 : 2sec
플라즈마 OFF(ppm) 플라즈마 ON(ppm) 효율
NO 46 NO 2 96%
NO2 26 NO2 68
NOx 72 NOx 70
O3 40 O3 1.38
조건 공탑속도 : 1m/s, 체류시간 : 1.5sec
플라즈마 OFF(ppm) 플라즈마 ON(ppm) 효율
NO 45 NO 2 96%
NO2 26 NO2 68
NOx 71 NOx 70
O3 40 O3 1.38
조건 공탑속도 : 1m/s, 체류시간 : 1sec
플라즈마 OFF(ppm) 플라즈마 ON(ppm) 효율
NO 45 NO 2 96%
NO2 26 NO2 68
NOx 71 NOx 70
O3 40 O3 1.38
조건 공탑속도 : 1m/s, 체류시간 : 0.5sec
플라즈마 OFF(ppm) 플라즈마 ON(ppm) 효율
NO 43 NO 2 95%
NO2 26 NO2 68
NOx 69 NOx 70
O3 40 O3 1.38
표 3 내지 표 6에서와 같이 체류시간 0.5~2sec 까지 측정한 결과 모두 95% 이상의 처리효율을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이 플라즈마 질소산화물 저감장치(300)는 폐가스를 연소 처리하는 연소부(310), 연소부(310)로부터 연소처리 된 가스를 전달받아 습식 처리하는 습식 처리부(320) 및 습식 처리부(320)를 통과한 가스에 포함된 질소산화물을 처리하기 위해 플라즈마 가스를 투입하도록 배치된 플라즈마 산화부(330)를 하우징(301) 내에 함께 배치함으로써 플라즈마 질소산화물 저감장치(300)의 최종배출구에서 질소산화물 형태를 NO2로 한정되게 배출할 수 있다. 또한, 별도의 추가 설비없이 코일형 전극으로 형성된 플라즈마 산화부(330)의 유전체 장벽 방전 플라즈마를 방전하여 질소산화물을 처리함으로써 설비에 공급되는 에너지를 절감할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
300 : 플라즈마 질소산화물 저감장치 301 : 하우징
310 : 연소부 320 : 습식 처리부
330 : 플라즈마 산화부 331 : 내부전극
332 : 유전체 333 : 외부전극
334 : 유전체 외면 335 : 외부전극 외면
336 : 반응가스 인입구 337 : 플라즈마 가스 배출구
340 : 교류 전원 공급부

Claims (10)

  1. 폐가스를 처리하는 에너지 저감형 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마 질소산화물 저감장치에 있어서:
    상기 폐가스를 연소 처리하는 연소부;
    상기 연소부로부터 연소처리 된 가스를 전달받아 습식 처리하는 습식 처리부;
    상기 습식 처리부를 통과한 가스에 포함된 질소산화물을 처리하기 위한 플라즈마 가스를 투입하도록 배치되는 플라즈마 산화부;를 포함하는,
    에너지 저감형 DBD 플라즈마 질소산화물 저감장치.
  2. 제1항에 있어서,
    하우징;을 더 포함하고,
    상기 연소부, 습식 처리부 및 상기 플라즈마 산화부는 상기 하우징 내에 배치되는 것인,
    에너지 저감형 DBD 플라즈마 질소산화물 저감장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스에 의해 처리된 상기 질소산화물을 상기 하우징 외부로 배출시키는 메인 배출관;을 더 포함하고,
    상기 플라즈마 산화부는 상기 하우징 내에서 상기 메인 배출관에 연결된 연결통로와 연결되어 장착되는 것인,
    에너지 저감형 DBD 플라즈마 질소산화물 저감장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스는 상기 플라즈마 산화부의 플라즈마 방전을 통해 생성되는 O3 가스인 것인,
    에너지 저감형 DBD 플라즈마 질소산화물 저감장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 질소산화물은 상기 플라즈마 산화부에서 생성된 O3와 산화 반응하여 NO2로 변환되는 것인,
    에너지 저감형 DBD 플라즈마 질소산화물 저감장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변환된 NO2는 후속 처리 공정인 습식 처리 공정에서 환원반응을 통해 처리되는 것인,
    에너지 저감형 DBD 플라즈마 질소산화물 저감장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 산화부는,
    봉 형상의 내부전극;
    상기 내부전극을 둘러싼 유전체; 및
    상기 유전체 외부에 코일 형태로 삽입 장착된 외부전극;을 포함하고,
    상기 내부전극과 외부전극에는 플라즈마를 발생시키기 위한 교류 전원이 인가되는 것인,
    에너지 저감형 DBD 플라즈마 질소산화물 저감장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 외부전극 표면은 용사로 코팅된 것인,
    에너지 저감형 DBD 플라즈마 질소산화물 저감장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 유전체 외면과 상기 외부전극 외면은 동일 높이로 형성된 것인,
    에너지 저감형 DBD 플라즈마 질소산화물 저감장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 산화부는 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge, DBD)플라즈마를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 것인,
    에너지 저감형 DBD 플라즈마 질소산화물 저감장치.
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