KR20170083265A - 벤트개념을 이용한 난분해성 유해가스 농축분리 시스템 및 및 이의 운전방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템 및 및 이의 운전방법 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과불화화합물을 포함하는 불활성가스를 상기 과불화화합물 선택성 흡착제가 충진된 복수의 흡착탑 중 어느 한 흡착탑으로 도입시켜 불활성가스를 배출시키면서 과불화화합물을 흡착시키는 흡착단계; 상기 흡착단계를 거친 상기 흡착탑의 공극에 존재하는 불활성가스를 감압을 통하여 배출하는 벤트단계; 상기 벤트단계가 완료된 상기 흡착탑의 압력을 병류감압하면서 얻어진 상기 불활성가스를 세정단계에 있는 흡착탑에 세정가스로 공급하는 퍼지공급 단계; 상기 퍼지공급 단계가 완료된 상기 흡착탑을 진공까지 향류감압하면서 흡착된 상기 과불화화합물가스를 탈착하는 탈착단계; 상기 탈착단계가 완료된 상기 흡착탑으로 퍼지공급 단계에서 얻어지는 상기 불활성가스를 이용하여 흡착된 상기 과불화화합물가스를 추가로 탈착하는 세정단계; 및 상기 흡착단계에서 분리된 불활성가스를 공급받아 상기 흡착탑을 가압하는 가압단계;를 포함하며, 상기 벤트단계에서 배출된 불활성가스는 상기 농축분리 시스템 후단에 연계되는 스크러버의 습식세정장치에 공급되는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템 및 및 이의 운전방법 에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 및 디스플레이 제조공정에 사용되고 배출되는 난분해성 처리가스(PFCs 계열 (CF4, C2F6, C2F4, SF6) 및 NF3) 및 화학공정에서 배출되는 여타 다양한 난분해성 유해가스를 소각시키기 위한 시스템에 구비되는 배가스 농축분리 시스템 및 이의 운전방법에 관한 것이다.
반도체 및 디스플레이 제조공정에서 많이 사용되는 PFCs 가스는 지구온난화를 유발하는 온실가스로서 온난화지수가 CO2대비 수천 내지 수만 배에 달하여 적절한 처리설비를 거쳐 대기 중으로 방출해야 한다.
일반적으로, 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 상에 박막을 형성하거나 또는 식각을 위해 사용되는 다양한 종류의 반응가스는 폭발성, 맹독성, 질식성으로 그대로 대기 중에 방출할 경우 인체에 유해할 뿐만 아니라 지구 온난화 및 환경 오염을 유발시키게 된다. 이에 따라, 반도체 설비의 배기 라인에는 난분해성 유해가스를 안전하게 분해 제거한 후 대기 중으로 배출시키기 위한 가스정화장치인 스크러버가 설치된다. 이들 난분해성 유해가스는 공정 내 음압을 유지하기 위해 사용되는 진공펌프의 작동유체인 질소(N2)와 함께 수백 내지 수천 ppm 이하의 농도로 희석된 후 스크러버로 유입되게 된다. 이하에서는 난분해성 유해가스를 불활성 가스로 희석된 상태를 폐가스라고 정의하도록 한다.
난분해성인 PFCs, SF6, NF3, CF4의 경우 1600℃, SF6는 1200℃, NF3는 800℃ 이상의 온도에서 열분해 된다고 알려져 있다. PFCs, SF6, NF3는 불소와 결합된 형태로 분해 처리 후 불소(F2) 및 불산(HF)의 형태로 배출되게 되는데 이들 역시 맹독성 폭발성의 가스로서 후 처리가 반드시 필요하며 일반적으로 물을 이용하여 세정 반응시킨 후 배출한다. 이러한 스크러버에 의한 폐가스의 처리방법으로는 현재 연소소각법, 촉매분해법, 열 프라즈마소각법, 전기분해법 등이 존재한다. 또한 이들 물질을 격막(membrane)으로 분리하는 격막 분리법, 및 가스의 비등점 차이를 이용하여 분리시키는 서브 제로 냉각분리법을 포함한다. 그러나, 분해법에서는, 완전한 분해가 곤란하고, 가스를 분해해서 배출하기 때문에 재활용하기 위해 회수할 수 없다는 단점이있다. 격막 분리법에서는, 배출가스 중의 질소가 분리될 수 있기는 하지만, 분자 크기가 비슷한 CF4 와 NF3 등의 사이에서의 분리가 곤란하다. 상기 방법에서는, 장치의 전체 크기가 증가되어 설치비용 및 운전비용이 증가하게 된다. 게다가, CF4 와 NF3 사이의 비등점 차이는 단지 1℃에 불과하기 때문에, 분리가 곤란하다는 제한 사항이 존재한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 한국 에너지기술연구원의 대한민국 등록특허 제1494623호에서는 난분해성 유해가스의 소각처리를 위한 연소 장치 및 그 연소장치를 이용한 소각방법 및 그 연소장치를 갖는 소각시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 폐가스를 소각시키기 위한 스크러버 시스템에 구비되는 연소장치에 있어서, 일단에 연료 유입부와, 폐가스유입부와, 산화제 유입부가 형성되고, 타단에폐가스가 소각된 배출가스가 배출되는 배출구가 형성된 연소기 몸체; 및 상기 연소기 몸체 내부에 구비되고, 세라믹 다공체로 구성되며 내부에 화염이 형성되어 상기 폐가스가 소각되는 세라믹 다공체 연소기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스의 소각처리를 위한 연소 장치를 제시하였다.
일본공개특허공보 제2002-035527호에서는 제조 공정으로부터 생기는 CF4, NF3를 포함한 PFC 가스를 함유하는 배가스를 흡착 장치로 일단 흡착한 후, 질소를 퍼지 가스로서 탈리시키는 구성이 개시되어 있다. 이것에 의해서 CF4, NF3가 농축된 이탈 가스를 얻고 이 이탈 가스를 크로마토 분리 장치에 공급해, 질소를 캐리어 가스로서 크로마토 분리하며 이것에 의해서, PFC 가스 중의 CF4, NF3를 분리할 수 있고 특히 흡착 장치에서 일단 농축하고 있기 때문에 크로마토 분리를 효과적으로 수행할 수 있으며 크로마토 분리해 얻은 CF4, NF3를 따로 농축함으로써, 고농도의 이들 가스를 얻어 제조 공정을 개시하고 있다.
일본공개특허공보 제2009-062295호에서는 반도체 또는 액정 제조 프로세스로 사용후의 퍼플루오로 카본 가스의 재이용을 가능하게 하는 퍼플루오로 카본 가스의 정제 방법으로 퍼플루오로 카본 가스에 대해서 불순분으로서 질소 가스를 함유하는 처리 대상 가스로부터, 상기 불순분인 질소 가스를 제올라이트 4 A에 흡착시킴으로써, 퍼플루오로 카본 가스를 분리 정제함으로써, 불순분인 질소를 효과적으로 흡착 제거해, 99.999％이상의 고순도의 퍼플루오로 카본 가스를 분리 정제하며 이것에 의해, 예를 들면 반도체 또는 액정 제조 프로세스 등으로부터 배출된 퍼플루오로 카본 가스의 고순도화에 의한 유효한 재이용 가능한 기술을 개시하고 있다.
일본공개특허공보 제2000-334249호에서는 희석제 가스와 불소계 화학 약품을 포함한 가스 흐름을 압축해, 상기 압축 가스흐름을, 투과흐름의 플럭스를 증가시켜 또 불소계 화학 약품의 투과에 비해 희석제 가스의 투과에 대한 막의 선택성을 증대시키는데 충분한 온도까지 가열해, 상기 가스 흐름을 선택성 투과막에 접촉시켜 희석제 가스의 풍부한 제2 투과흐름과 불소계 약품의 풍부한 불투과물을 얻고, 보다 투과 선택성의 1 또는 2 이상의 추가막에 상기 불투과물을 접촉시켜(e) 상기 제 2 투과흐름을(a)에 재활용해 당초의 가스 흐름과 혼합 압축해, 정제된 희석제 가스를 배기해, 추가로 부화한 불소계 약품흐름을 흡착 시스템에 통과해, 추가로 탈착해 불소계 화학 약품이 보다 부화한 흐름을 제품흐름으로 하는, 불소계 화학 약품을 분리 회수하는 방법을 개시하고 있다.
그러나 과불화화합물의 안정적인 처리를 위한 스크러버 소각방법을 이용한 분해법에 적용하기 위한 과불화화합물의 분리 농축을 위한 기술은 제시된 바가 없다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 난분해성 유해가스의 소각 처리를 위한 배가스 농축 분리 시스템에 있어서, 불활성 배가스에 포함된 과불화화합물을 분리 농축하여 후단에 연계된 소각처리를 위한 스크러버 연소기의 소각 효율을 향상시키기 위한 배가스 농축 분리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 후단에 연계된 과불화화합물을 소각처리하기 위한 연소시스템의 부하 조절에 문제점이 있는 종래 압력변동흡착 공정에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 복수의 압력변동흡착장치를 통해 과불화화합물을 포함하는 불활성가스 내에서 과불화화합물에 대한 흡착 선택성을 향상시키고 후단 연소시스템의 부하조절이 용이하게 하기 위한 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 농축 분리 시스템 및 그 운전방법이 제공됨에 발명의 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 다수의 흡착탑으로 이루어진 압력변동흡착장치에 있어, 과불화화합물을 농축 분리하기 위하여 각 흡착탑에 여러 가지 흡착제를 순차적으로 충진하고, 이를 이용한 압력변동흡착 공정의 과불화화합물의 농축 분리 방법이 사용됨으로써, 분리된 과불화화합물의 불활성가스내의 함량을 높여 후단 소각 스크러버 시스템의 연소장치에서 효율적으로 과불화화합물을 소각 제거할 수 있는 농축 분리 시스템을 구축하기 위한 압력변동흡착장치가 제공됨에 있다.
또한, 에너지 이용 효율을 증가시키고 고온의 화염을 형성시키기 위한 목적으로 열 교환기와 같은 추가 장치를 사용하지 않고 세라믹다공체 내부에서 연소가 이루어지도록 함으로써 다공체 자체의 전도 및 복사 열전달에 의해 열 재순환이 발생하게 되고 궁극적으로 초과 엔탈피의 고온 연소를 용이하게 달성할 수 있는 난분해성 유해가스의 소각처리를 위한 과불화화합물을 포함한 불활성가스를 분리 농축하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 난분해성 유해가스를 소각 처리하는데 있어서, 불활성 가스(주로 N2)로 과다 희석된 폐가스를 연료 및 산화제와 혼합한 후 다공체 내부로 공급하여 소각시키게 됨으로써, 내부 열 재순환에 의해 통상적인 연소기술로는 도달할 수 없는 초고온의 화염에 의해 소각되므로 폐가스의 처리 효율을 향상시킬 수 있으며 더불어 적은 양의 연료만으로도 처리가 가능하므로 에너지 이용 효율 또한 향상시킬 수 있는 과불화화합물을 포함한 불활성 가스 분리 농축 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 발명은 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법에 있어서, 과불화화합물을 포함하는 불활성가스를 상기 과불화화합물 선택성 흡착제가 충진된 복수의 흡착탑 중 어느 한 흡착탑으로 도입시켜 불활성가스를 배출시키면서 과불화화합물을 흡착시키는 흡착단계;상기 흡착단계를 거친 상기 흡착탑의 공극에 존재하는 불활성가스를 감압을 통하여 배출하는 벤트단계;상기 벤트단계가 완료된 상기 흡착탑의 압력을 병류감압하면서 얻어진 상기 불활성가스를 세정단계에 있는 흡착탑에 세정가스로 공급하는 퍼지공급 단계; 상기 퍼지공급 단계가 완료된 상기 흡착탑을 진공까지 향류감압하면서 흡착된 상기 과불화화합물가스를 탈착하는 탈착단계;상기 탈착단계가 완료된 상기 흡착탑으로 퍼지공급 단계에서 얻어지는 상기 불활성가스를 이용하여 흡착된 상기 과불화화합물가스를 추가로 탈착하는 세정단계; 및 상기 흡착단계에서 분리된 불활성가스를 공급받아 상기 흡착탑을 가압하는 가압단계;를 포함하며 상기 벤트단계에서 배출된 불활성가스는 상기 농축분리 시스템 후단에 연계되는 스크러버의 습식세정장치에 공급되는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법으로 달성되어 질 수 있다.
또한, 상기 과불화화합물은 조성 원소로서 C, N 및 S 중 어느 하나 이상의 원소를 포함하는 과불화화합물 중 하나 또는 2 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 과불화화합물은 CF4, NF3, C2F6, C3F6, SF6 및 CHF3 중 하나 또는 2 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡착제는 친수성 흡착제 중 어느 하나 또는 2 이상일 수 있다.
또한, 상기 친수성 흡착제는 활성탄소, 실리카겔, 제올라이트, 활성알루미나, 상업적으로 이용가능한 친수성 흡착제 중 어느 하나 또는 2 이상일 수 있다.
또한, 상기 흡착단계의 압력은 1기압 내지 15기압일 수 있다.
또한, 상기 벤트단계에서 상기 농축된 과불화화합물의 유량변화는 평균유량값의 15%이내일 수 있다.
또한, 상기 탈착단계의 압력은 0.01기압 내지 1기압 미만일 수 있다.
또한, 상기 탈착단계 및 세정단계를 거친 상기 농축된 과불화화합물을 포함하는 상기 세정가스는 배가스 농축분리 시스템의 후단에 연계된 스크러버의 소각장치에 공급될 수 있다.
또한, 상기 스크러버의 소각장치는 세라믹다공체의 내부에 화염이 형성되어 상기 농축된 과불화화합물을 소각시키는 소각장치일 수 있다.
본 발명은 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템에 있어서, 과불화화합물 선택성 흡착제가 충진되어 있으며 일련의 과불화화합물 분리하여 농축하는 과정을 서로 상이하게 수행하는 병렬로 연결된 2이상의 흡착탑; 상기 과불화화합물을 포함하는 불활성가스를 과불화화합물을 흡착하기 위한 흡착탑으로 이송하는 유입배관; 상기 과불화화합물이 흡착된 다음의 불활성가스를 벤트하여 상기 배가스 농축분리 시스템의 후단에 연계된 스크러버의 습식세정 영역에 공급하는 제1공급배관; 상기 탈착이 완료된 과불화화합물은 상기 배가스 농축분리 시스템의 후단에 연계된 스크러버의 소각장치에 투입되도록 하는 제2공급배관; 및 상기 각 흡착탑에 연결된 다수의 배관을 개폐하는 밸브로 이루어진 압력조절장치;를 포함하며 상기 벤트를 통하여 배출된 불활성가스는 상기 농축분리 시스템 후단에 연계되는 스크러버의 습식세정장치에 공급되는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템으로 달성될 수 있다.
또한, 상기 과불화화합물은 조성 원소로서 C, N 및 S 중 어느 하나 이상의 원소를 포함하는 과불화화합물 중 하나 또는 2 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 과불화화합물은 CF4, NF3, C2F6, C3F6, SF6 및 CHF3 중 하나 또는 2이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡착제는 친수성 흡착제 중 어느 하나 또는 2 이상일 수 있다.
또한, 상기 친수성 흡착제는 활성탄소, 실리카겔, 제올라이트, 활성알루미나, 상업적으로 이용가능한 친수성 흡착제 중 어느 하나 또는 2 이상일 수 있다.
또한, 상기 흡착탑의 흡착압력은 1기압 내지 15기압일 수 있다.
또한, 상기 벤트되는 상기 농축된 과불화화합물의 유량변화는 평균유량값의 15%이내일 수 있다.
또한, 상기 흡착탑의 탈착압력은 0.01기압 내지 1기압 미만일 수 있다.
또한, 상기 탈착을 거친 상기 농축된 과불화화합물을 포함하는 상기 세정가스는 배가스 농축분리 시스템의 후단에 연계된 스크러버의 소각장치에 공급될 수 있다.
또한, 상기 스크러버의 소각장치는 세라믹다공체의 내부에 화염이 형성되어 상기 농축된 과불화화합물을 소각시키는 소각장치일 수 있다.
본 발명에 따른 압력변동흡착장치 및 이를 이용한 과불화화합물의 농축 분리 방법은 불활성가스에 포함된 과불화화합물에 대한 흡착 선택성을 향상시킴과 아울러 상기 불활성가스의 함량을 낮춰 후단에 연계된 소각 스크러버 시스템의 연소장치의 연소부하를 저감시키고 안정적인 운전이 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 과불화화합물 분리 농축 공정 중 향류 감압 단계에서 최종 압력을 진공으로 유지시킴에 의해서 과불화화합물의 회수율을 향상시키고, 과불화화합물의 분리 농축을 위한 압력변동흡착장치의 크기를 줄일 수 있는 작용효과가 발휘된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 과불화화합물을 포함하는 불활성가스 분리 농축 시스템을 적용하므로써 난분해성 유해가스의 소각 처리를 위한 연소기 설계에 있어서 높은 처리 효율과 동시에 높은 에너지 이용 효율을 달성할 수 있고, 연료 사용량은 최소로 하면서도 모든 폐가스가 그것이 분해될 수 있는 고온까지 충분히 도달할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
또한, 열 교환기와 같은 추가 장치를 사용하지 않고 세라믹다공체 내부에서 연소가 이루어지도록 하면 다공체 자체의 전도 및 복사 열전달에 의해 열재순환이 발생하게 되고 궁극적으로 초과 엔탈피 연소를 용이하게 달성할 수 있는 효과를 갖는다.
그리고, 난분해성 유해가스를 소각 처리하는데 있어서, 불활성 가스로 과다 희석된 폐가스를 농축하여 공급하므로써 내부 열 재순환에 의해 통상적인 연소기술로는 도달할 수 없는 초고온의 화염에 의해 소각되므로 폐가스의 처리 효율을 향상시킬 수 있으며 더불어 적은 양의 연료만으로도 처리가 가능하므로 에너지 이용 효율 또한 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 본 발명의 일실시의 형태의 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 처리 시스템이다.
도 2는 본 발명의 일실시의 형태의 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 흡착 시스템이다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 흡착 시스템을 통해 농축되는 과불화화합물의 유량변화 그래프이다.
도 4는 본 발명의 비교예인 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 흡착 시스템을 통해 농축되는 과불화화합물의 유량변화 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 3탑식 흡착 시스템의 운전 절차이다.
도 6은 본 발명의 비교예인 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 일반적인 3탑식 흡착 시스템의 운전 절차이다.
도 7은 본 발명의 일실시예인 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 상온 10bar 운전조건의 흡착 시스템이다.
도 2는 본 발명의 일실시의 형태의 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 흡착 시스템이다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 흡착 시스템을 통해 농축되는 과불화화합물의 유량변화 그래프이다.
도 4는 본 발명의 비교예인 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 흡착 시스템을 통해 농축되는 과불화화합물의 유량변화 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 3탑식 흡착 시스템의 운전 절차이다.
도 6은 본 발명의 비교예인 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 일반적인 3탑식 흡착 시스템의 운전 절차이다.
도 7은 본 발명의 일실시예인 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 상온 10bar 운전조건의 흡착 시스템이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법에 있어서, 과불화화합물을 포함하는 불활성가스를 상기 과불화화합물 선택성 흡착제가 충진된 복수의 흡착탑 중 어느 한 흡착탑으로 도입시켜 불활성가스를 배출시키면서 과불화화합물을 흡착시키는 흡착단계; 상기 흡착단계를 거친 상기 흡착탑의 공극에 존재하는 불활성가스를 감압을 통하여 배출하는 벤트단계; 상기 벤트단계가 완료된 상기 흡착탑의 압력을 병류감압하면서 얻어진 상기 가스를 세정단계에 있는 흡착탑에 세정가스로 공급하는 퍼지공급 단계; 상기 퍼지공급 단계가 완료된 상기 흡착탑을 진공까지 향류감압하면서 흡착된 상기 과불화화합물가스를 탈착하는 탈착단계; 상기 탈착단계가 완료된 상기 흡착탑으로 퍼지공급 단계에서 얻어지는 상기 불활성가스를 이용하여 흡착된 상기 과불화화합물가스를 추가로 탈착하는 세정단계; 및 상기 흡착단계에서 분리된 불활성가스를 공급받아 상기 흡착탑을 가압하는 가압단계;를 포함하며 상기 벤트단계에서 배출된 불활성가스는 상기 농축분리 시스템 후단에 연계되는 스크러버의 습식세정장치에 공급되는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법을 제공한다. 상기 벤트단계는 과불화화합물의 평균 유량이 변화가 최소가 되도록 대기로 배출하는 하는 것을특징으로 한다. 상기 퍼지공급단계의 병류감압은 진공까지 감압할 수 있다. 상기 벤트단계에서 배출된 불활성가스는 선택적으로 상기 농축분리 시스템 후단에 연계되는 스크러버의 습식세정장치에 공급될 수 있다.
또한, 상기 과불화화합물은 조성 원소로서 C, N 및 S 중 어느 하나 이상의 원소를 포함하는 과불화화합물 중 하나 또는 2 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 과불화화합물은 CF4, NF3, C2F6, C3F6, SF6 및 CHF3 중 하나 또는 2 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡착제는 친수성 흡착제 중 어느 하나 또는 2 이상일 수 있다.
또한, 상기 친수성 흡착제는 활성탄소, 실리카겔, 제올라이트, 활성알루미나, 상업적으로 이용가능한 친수성 흡착제 중 어느 하나 또는 2 이상일 수 있다.
또한, 상기 흡착단계의 압력은 1기압 내지 15기압일 수 있다.
또한, 상기 벤트단계에서 상기 농축된 과불화화합물의 유량변화는 평균유량값의 15% 이내일 수 있다. 상기 벤트단계에서 불활성가스의 대기로 배출을 통해서 상기 농축된 과불화화합물의 유량변화는 평균유량값의 15% 이내로 할 수 있다. 바람직하게는 10% 이내일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 5% 이내로 할 수 있다. 상기 평균유량값의 보다 높으면 벤트단계의 유량의 변동성이 증가하여 공정의 안정적인 운전이 어려워 진다.
또한, 상기 탈착단계의 압력은 0.01기압 내지 1기압 미만일 수 있다.
또한, 상기 탈착단계 및 세정단계를 거친 상기 농축된 과불화화합물을 포함하는 상기 세정가스는 배가스 농축분리 시스템의 후단에 연계된 스크러버의 소각장치에 공급될 수 있다.
또한, 상기 스크러버의 소각장치는 세라믹다공체의 내부에 화염이 형성되어 상기 농축된 과불화화합물을 소각시키는 소각장치일 수 있다.
본 발명은 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템에 있어서, 과불화화합물 선택성 흡착제가 충진되어 있으며 일련의 과불화화합물 분리하여 농축하는 과정을 서로 상이하게 수행하는 병렬로 연결된 2 이상의 흡착탑; 상기 과불화화합물을 포함하는 불활성가스를 과불화화합물을 흡착하기 위한 흡착탑으로 이송하는 유입배관; 상기 과불화화합물이 흡착된 다음의 불활성가스를 벤트하여 상기 배가스 농축분리 시스템의 후단에 연계된 스크러버의 습식세정 영역에 공급하는 제1공급배관; 상기 탈착이 완료된 과불화화합물은 상기 배가스 농축분리 시스템의 후단에 연계된 스크러버의 소각장치에 투입되도록 하는 제2공급배관; 및 상기 각 흡착탑에 연결된 다수의 배관을 개폐하는 밸브로 이루어진 압력조절장치;를 포함하며 상기 벤트를 통하여 배출된 불활성가스는 상기 농축분리 시스템 후단에 연계되는 스크러버의 습식세정장치에 공급되는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템으로 달성될 수 있다.
또한, 상기 과불화화합물은 조성 원소로서 C, N 및 S 중 어느 하나 이상의 원소를 포함하는 과불화화합물 중 하나 또는 2 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 과불화화합물은 CF4, NF3, C2F6, C3F6, SF6 및 CHF3 중 하나 또는 2 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡착제는 친수성 흡착제 중 어느 하나 또는 2 이상일 수 있다.
또한, 상기 친수성 흡착제는 활성탄소, 실리카겔, 제올라이트, 활성알루미나, 상업적으로 이용가능한 친수성 흡착제 중 어느 하나 또는 2 이상일 수 있다.
또한, 상기 흡착탑의 흡착압력은 1기압 내지 15기압일 수 있다.
또한, 상기 벤트되는 상기 농축된 과불화화합물의 유량변화는 평균유량값의 15% 이내일 수 있다.
또한, 상기 흡착탑의 탈착압력은 0.01기압 내지 1기압 미만일 수 있다.
또한, 상기 탈착을 거친 상기 농축된 과불화화합물을 포함하는 상기 세정가스는 배가스 농축분리 시스템의 후단에 연계된 스크러버의 소각장치에 공급될 수 있다.
또한, 상기 스크러버의 소각장치는 세라믹다공체의 내부에 화염이 형성되어 상기 농축된 과불화화합물을 소각시키는 소각장치일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시의 형태의 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 처리 시스템이다. 상기 시스템을 통해서 농축된 과불화화합물을 포함하는 불활성가스를 처리하므로 후단의 습식 세정공정에 포함된 소각설비의 안정적인 운전이 가능해 진다.
도 2는 본 발명의 일실시의 형태의 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 흡착 시스템이다. 상기 흡착시스템의 구성을 통해 후단에 연계된 습식 세정시스템과의 공정 연계 및 이의 운전시 장치의 안정적인 운전이 가능하다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 흡착 시스템을 통해 농축되는 과불화화합물의 유량변화 그래프이다.
도 4는 본 발명의 비교예인 과불화화합물을 포함하는 불활성가스의 흡착 시스템을 통해 농축되는 과불화화합물의 유량변화 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예 이다. 도 5는 본 발명에 따른 가스 농축 장치 운전 사이클 구성도를 나타낸다. 1000ppm의 CF4가 함유된 질소를 유량 10L/min으로 활성탄이 충진된 흡착탑으로 주입하였다. 흡착 압력은 3기압이었고, 세정 탈착단계에서 최종 도달 압력은 0.1기압으로 조정하였다. Vent 단계에서는 흡착탑의 압력을 1기압까지 감압하였으며 PP 단계에서는 흡착탑의 압력을 0.3기압까지 감압하면서 세정가스를 공급하였다. PP가 종료된 후에는 0.1기압까지 향류 감압(blowdown)하였다. 향류감압이 흡착탑 3번에서 발생하는 세정공급가스(PP)로 세정을 일차 수행하고, 다시 흡착과정중에 얻어지는 고순도 질소 가스를 이용하여 탈착을 수행하였다. 세정탈착이 끝나면 고순도 질소로 축압하는 과정을 거쳤다. 이 때 진공펌프를 통하여 얻어지는 CF4가 농축된 가스의 유량 변화를 도 3에 나타내었다. 도 3에 보이듯이 유량은 최소 3.7L/min에서 최대 4.7L/min이었고 평균은 4.25L/min이었다. 흡착단계에서 배출되는 고순도 질소내의 CF4 농도는 38ppm으로 나타났으며, 농축된 CF4의 농도는 2054ppm으로 나타났다. 즉, 원료대비 2배 정도 농축되는 것으로 나타났다.
도 6은 본 발명의 비교예이다. 일반적인 3탑식 운전방법을 도 6에 나타내었다. 같은 원료를 이용하여 도 6의 구성으로 운전하였으며, 이 때 흡착압력 및 탈착 압력은 3기압과 0.1기압으로 설정하였다. 흡착단계 후 PP스텝에서 흡착탑의 압력은 3기압에서 1.3기압까지 감압하였다. 이 때 농축된 CF4의 유량변화를 도 4에 나타내었다. 도 4에 보이는 것처럼 유량의 변화가 상당히 큰 것을 알 수 있다. 평균 유량은 4.99 L/min 였으며, 흡착단계에서 배출되는 가스 중의 CF4 농도는 46ppm이었다. 부분 농축된 CF4의 농도는 약 1550ppm으로 나타났다. 도 3과 도 4를 통해 알 수 있는 것처럼, 본 발명의 공정구성은 농축성능은 그대로 유지하면서 유량의 변화를 줄일 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
1: 제조공정
2: 건식집진장치
3: 흡착장치
4: 연소기
5: 습식스크러버
100~103: 흡착탑
200: 유입배관
300: 제1배출관
400: 제2배출관
500: 진공펌프
600: 밸브
613, 616, 619: 진공밸브
614, 617, 620: 공급밸브
615, 618, 621: 제2탈착밸브
601, 605, 609: 회수밸브
602, 606, 610: 벤트밸브
603, 607, 611: 제1탈착밸브
604, 608, 612: 퍼지밸브
700: 과불화합물저장조
800: 불활성가스저장조
2: 건식집진장치
3: 흡착장치
4: 연소기
5: 습식스크러버
100~103: 흡착탑
200: 유입배관
300: 제1배출관
400: 제2배출관
500: 진공펌프
600: 밸브
613, 616, 619: 진공밸브
614, 617, 620: 공급밸브
615, 618, 621: 제2탈착밸브
601, 605, 609: 회수밸브
602, 606, 610: 벤트밸브
603, 607, 611: 제1탈착밸브
604, 608, 612: 퍼지밸브
700: 과불화합물저장조
800: 불활성가스저장조
Claims (20)
- 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법에 있어서,
과불화화합물을 포함하는 불활성가스를 상기 과불화화합물 선택성 흡착제가 충진된 복수의 흡착탑 중 어느 한 흡착탑으로 도입시켜 불활성가스를 배출시키면서 과불화화합물을 흡착시키는 흡착단계;
상기 흡착단계를 거친 상기 흡착탑의 공극에 존재하는 불활성가스를 감압을 통하여 배출하는 벤트단계;
상기 벤트단계가 완료된 상기 흡착탑의 압력을 병류감압하면서 얻어진 상기 불활성가스를 세정단계에 있는 흡착탑에 세정가스로 공급하는 퍼지공급 단계;
상기 퍼지공급 단계가 완료된 상기 흡착탑을 진공까지 향류감압하면서 흡착된 상기 과불화화합물가스를 탈착하는 탈착단계;
상기 탈착단계가 완료된 상기 흡착탑으로 퍼지공급 단계에서 얻어지는 상기 불활성가스를 이용하여 흡착된 상기 과불화화합물가스를 추가로 탈착하는 세정단계; 및
상기 흡착단계에서 분리된 불활성가스를 공급받아 상기 흡착탑을 가압하는 가압단계;를 포함하며,
상기 벤트단계에서 배출된 불활성가스는 상기 농축분리 시스템 후단에 연계되는 스크러버의 습식세정장치에 공급되는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법.
- 제1항에 있어서, 상기 과불화화합물은 조성 원소로서 C, N 및 S 중 어느 하나 이상의 원소를 포함하는 과불화화합물 중 하나 또는 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법.
- 제1항에 있어서, 상기 과불화화합물은 CF4, NF3, C2F6, C3F6, SF6 및 CHF3 중 하나 또는 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법.
- 제1항에 있어서, 상기 흡착제는 친수성 흡착제 중 어느 하나 또는 2 이상인 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법.
- 제2항에 있어서, 상기 친수성 흡착제는 활성탄소, 실리카겔, 제올라이트, 활성알루미나, 상업적으로 이용가능한 친수성 흡착제 중 어느 하나 또는 2 이상인 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법.
- 제1항에 있어서, 상기 흡착단계의 압력은 1기압 내지 15기압인 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법.
- 제1항에 있어서, 상기 벤트단계에서 상기 농축된 과불화화합물의 유량변화는 평균유량값의 15% 이내인 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법.
- 제1항에 있어서, 상기 탈착단계의 압력은 0.01기압 내지 1기압 미만인 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법.
- 제1항에 있어서, 상기 탈착단계 및 세정단계를 거친 상기 농축된 과불화화합물을 포함하는 상기 세정가스는 배가스 농축분리 시스템의 후단에 연계된 스크러버의 소각장치에 공급되는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법.
- 제9항에 있어서, 상기 스크러버의 소각장치는 세라믹다공체의 내부에 화염이 형성되어 상기 농축된 과불화화합물을 소각시키는 소각장치인 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템의 운전방법.
- 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템에 있어서,
과불화화합물 선택성 흡착제가 충진되어 있으며 일련의 과불화화합물 분리하여 농축하는 과정을 서로 상이하게 수행하는 병렬로 연결된 2 이상의 흡착탑;
상기 과불화화합물을 포함하는 불활성가스를 과불화화합물을 흡착하기 위한 흡착탑으로 이송하는 유입배관;
상기 과불화화합물이 흡착된 다음의 불활성가스를 벤트하여 상기 배가스 농축분리 시스템의 후단에 연계된 스크러버의 습식세정 영역에 공급하는 제1공급배관;
상기 탈착이 완료된 과불화화합물은 상기 배가스 농축분리 시스템의 후단에 연계된 스크러버의 소각장치에 투입되도록 하는 제2공급배관; 및
상기 각 흡착탑에 연결된 다수의 배관을 개폐하는 밸브로 이루어진 압력조절장치;를 포함하며,
상기 벤트를 통하여 배출된 불활성가스는 상기 농축분리 시스템 후단에 연계되는 스크러버의 습식세정장치에 공급되는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 과불화화합물은 조성 원소로서 C, N 및 S 중 어느 하나 이상의 원소를 포함하는 과불화화합물 중 하나 또는 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 과불화화합물은 CF4, NF3, C2F6, C3F6, SF6 및 CHF3 중 하나 또는 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 흡착제는 친수성 흡착제 중 어느 하나 또는 2 이상인 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 친수성 흡착제는 활성탄소, 실리카겔, 제올라이트, 활성알루미나, 상업적으로 이용가능한 친수성 흡착제 중 어느 하나 또는 2 이상인 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 흡착탑의 흡착압력은 1기압 내지 15기압인 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 벤트되는 상기 농축된 과불화화합물의 유량변화는 평균유량값의 15%이내인 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 흡착탑의 탈착압력은 0.01기압 내지 1기압 미만인것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 탈착을 거친 상기 농축된 과불화화합물을 포함하는 상기 세정가스는 배가스 농축분리 시스템의 후단에 연계된 스크러버의 소각장치에 공급되는 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템.
- 제19항에 있어서, 상기 스크러버의 소각장치는 세라믹다공체의 내부에 화염이 형성되어 상기 농축된 과불화화합물을 소각시키는 소각장치인 것을 특징으로 하는 난분해성 유해가스 소각처리를 위한 배가스 농축분리 시스템.
Priority Applications (1)
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| KR1020160002504A KR101843563B1 (ko) | 2016-01-08 | 2016-01-08 | 벤트개념을 이용한 난분해성 유해가스 농축분리 시스템 및 및 이의 운전방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160002504A KR101843563B1 (ko) | 2016-01-08 | 2016-01-08 | 벤트개념을 이용한 난분해성 유해가스 농축분리 시스템 및 및 이의 운전방법 |
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|---|---|
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| KR101843563B1 KR101843563B1 (ko) | 2018-04-03 |
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ID=59430664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200072794A (ko) | 2018-12-13 | 2020-06-23 | 이화여자대학교 산학협력단 | 습식 세정 장치 |
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