KR20120046952A - 습식 스크러버와 촉매 반응 스크러버를 이용한 엘이디 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED 제조공정에서 사용되는 유독성, 가연성가스 등의 공정가스를 배출하는데 있어서, 1 단계 습식 스크러버와 2 단계 촉매 반응 스크러버를 통과시켜 배출가스에 의한 환경오염 및 안전사고를 방지하기 위한 습식 스크러버와 촉매 칼럼을 이용한 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법 및 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED 제조공정에서 배출되는 배출가스 중에서 유독성, 가연성가스 등의 물질 중에서 암모니아 가스를 제거하는 습식 스크러버와 수소를 연소시켜 제거하는 촉매 반응 스크러버를 통과시켜 배출가스에 의한 환경오염 및 안전사고를 방지하기 위한 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 LED 제조설비에서 LED를 생산하기 위해서는 사파이어 웨이퍼에 공정 가스를 화학기상증착하여 제조되는데, 이때 사용되는 공정 가스로는 암모니아, 수소, 실란, 유기금속화합물 및 질소 등 이다.
이들 공정가스가 별도의 정화과정이 없이 외부로 유출될 경우 심각한 환경오염과 안전사고를 초래하게 됨으로 각 제조 설비마다 배출되는 배출가스를 처리하기 위한 스크러버가 설치된다.
LED 제조공정 중 배출되는 배출가스 처리하기 위한 스크러버는 열을 이용해 가연성 가스인 수소, 실란과 유독성 가스인 암모니아를 연소시키고, 연소 시 발생하는 열량을 제거하면서, 미반응 가스 및 2차 생성물을 처리하기 위한 습식 스크러버를 통과하도록 구성되어져 있다.
스크러버에 열을 가하는 방식은 챔버 내에서 연소 불꽃을 태워서 직접 가열 연소하는 Burn 방식과, 챔버 외벽면의 히터를 이용해 간접 가열 연소하는 Heat방식의 두 가지로 나눌 수 있다.
직접 가열 연소하는 Burn 방식에 사용되는 연료는 LPG 또는 LNG를 이용하며, 불꽃이 발생하여 가스를 연소시키는 부분의 온도는 대략 700~800℃를 유지하도록 구성한다.
간접 가열 연소하는 Heat 방식에서는 챔버 외벽에 부착되어 있는 전기히터를 가동하여 챔버 내부의 온도를 대략 1000℃부근으로 유지하도록 하여 수소와 암모니아를 태우도록 하고 있다.
Burn 또는 Heat 방식에 의해 연소된 가스는 연소실에서 500℃이상의 고온으로 챔버를 빠져 나오는데, 연소가스의 온도를 낮추고, 연소가스 중에 포함되어 있는 미반응 암모니아, 암모니아와 산소가 반응하여 발생할 수 있는 NO(이하, "일산화질소"), NO2(이하, "이산화질소") 등을 처리하기 위하여 습식 스크러버를 사용하고 있다.
상기와 같은 방법으로 LED 제조공정의 배출가스를 처리하는 스크러버는 가열 챔버의 온도가 지나치게 높을 뿐만 아니라, 높은 온도를 유지하기 위해 많은 열량이 소모되는 문제점 및 가열 챔버에서 발생하는 부생성물을 처리하고, 고온의 배출가스를 냉각하기 위해 대량의 물이 사용됨으로써 대량의 폐수가 발생한다는 문제점이 있다.
또한, 챔버의 온도를 높이기 위한 에너지 비용을 지불하고 다시 고온의 가스를 냉각시키기 위한 별도의 에너지 비용을 지불함으로써 비용이 배가되고, 대량의 폐수를 처리하기 위한 비용이 추가적으로 발생함으로써 LED 제조원가를 높이는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 기존의 LED 제조공정 배출가스 처리 스크러버의 사용하는 방식과는 달리 암모니아 가스를 흡수 또는 중화제로 중화 처리하여 재판매하여 폐수 처리 비용을 절감하고, 수소의 처리는 촉매를 이용하여 저온에서 연소시킴으로써 배출가스 처리에 소요되는 에너지 비용을 절감하는데 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 기존의 스크러버와는 다르게 습식 스크러버를 1단계로 하고, 가연성 가스를 연소하는 촉매 반응 스크러버를 2단계로 구성하여 상기 두 단계로 이루어진 스크러버를 이용하여 LED 제조설비에서 나오는 배출 가스를 비교적 낮은 온도에서 폐수를 발생시키지 않고 처리하므로 LED 제조 제조단가를 낮추고 안전성을 향상시키는데 있다.
본 발명 과제의 해결 수단은 LED 제조설비에서 LED 생산 시에 거치는 화학기상증착 방법을 사용하는 사파이어 웨이퍼 공정 중에 사용되는 암모니아 가스와 수소를 포함한 혼합가스를 처리하기 위하여 1 단계 습식 스크러버를 통과시켜 암모니아를 제거하는 단계와, 2 단계 촉매 반응 스크러버를 통과시켜 수소를 제거 처리할 수 있는 단계로 이루어진 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 배출가스 중에서 암모니아를 제거 처리하기 위한 습식 스크러버와, 배출가스 중에서 수소를 연소시켜 제거하기 위한 촉매 반응 스크러버로 이루어진 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 다수의 MOCVD LED칩 제조 장비로부터 배출되는 배출가스 라인을 한 개의 통합라인으로 합하고, 한 개로 만든 통합라인으로부터 나오는 배출가스를 하나의 버퍼탱크에 저장하고, 습식 스크러버의 상부로 물, 순수 또는 중화액을 주입하여 배출가스와 반응시켜 암모니아가스를 흡수 또는 중화시켜 제거하는 공정으로 이루어진 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 배출가스를 습식 스크러버 하부로 유입시키고, 습식 스크러버 내부에는 냉각을 위한 열교환기가 설치되며, 습식 스크러버 상부의 온도는 상기 열교환기를 이용하여 -30℃내지 30℃사이구간에서 유지하며, 습식 스크러버 하부의 온도는 -30℃내지 30℃사이구간으로 유지하도록 구성된 LED 제조공정에서 발생되는 배출가스 처리방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 촉매 반응을 위한 촉매 담지체로는 활성탄, 규조토, 제올라이트 및 알루미나 중에서 하나를 선택하고, Ag(NO3), Pd(NO3), Pt(NO3) 금속용액 중에서 하나를 선택하여 상기 촉매 담지체를 함침시켜 건조 및 소성시켜 제조한 촉매로 사용하여 LED 제조공정에서 발생되는 배출가스 처리방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 암모니아 가스를 물 또는 중화제인 황산을 이용하여 제거하고, 수소는 촉매로 연소하여 제거하므로 폐수 발생을 줄일 수 있고, 중화반응에 의해 발생하는 황산암모늄은 다시 수집하여 비료 등의 원료로 재판매함으로써 부가적인 수익을 얻을 수 있으므로 폐수 처리 비용을 크게 절감할 수 있는 유리한 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 기존의 스크러버와는 달리 상온에서 반응을 진행하므로 에너지 비용을 줄일 수 있고, 기존의 장치에서 문제가 되었던 고온의 가스를 식혀주면서 발생하는 냉각 폐수를 획기적으로 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 습식 스크러버와 촉매 반응 스크러버를 이용한 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 습식 스크러버와 촉매 반응 스크러버를 이용한 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치의 하나의 실시 예를 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 배출가스 입구 12 : 중화제 탱크
13 : 순환펌프 14 : 습식 스크러버 컬럼
15 : 촉매 반응 스크러버 컬럼 16 : 산소 또는 공기 투입구
17 : 냉각코일 18 : 응축수 탱크
19 : 배출가스 출구 20 : 레벨계
21 : 폐액배출구 22 : 암모니아 센서
23 : 냉각수 출구 24 : 냉각수 입구
25 : 수소센서 26 : 응축수 배출구
도 2는 본 발명에 따른 습식 스크러버와 촉매 반응 스크러버를 이용한 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치의 하나의 실시 예를 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 배출가스 입구 12 : 중화제 탱크
13 : 순환펌프 14 : 습식 스크러버 컬럼
15 : 촉매 반응 스크러버 컬럼 16 : 산소 또는 공기 투입구
17 : 냉각코일 18 : 응축수 탱크
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23 : 냉각수 출구 24 : 냉각수 입구
25 : 수소센서 26 : 응축수 배출구
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 살펴본다. 본 발명의 LED 제조 공정 중 발생하는 배출가스를 처리하기 위한 습식 스크러버와 촉매 반응 스크러버를 사용하므로 배출가스 처리에 소요되는 에너지 비용과 LED 제조 단가를 획기적으로 줄이고, 안전성 및 장치의 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성하는데 있다. 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 살펴본다.
<실시 예>
<실시 예1>
본 발명에 따른 구체적인 실시 예1을 도면에 기초하여 살펴본다. 본 발명에 따른 습식 스크러버와 촉매 반응 스크러버를 이용한 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 장치의 구성은 도1에서와 같이 2 단계로 구성되어 있고, 각 단계별 구성된 기술적 구성을 구체적으로 살펴본다.
본 발명에 따른 습식 스크러버와 촉매 반응 스크러버를 이용한 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법은 크게 2단계로 구성되며, 1단계는 습식 스크러버를 이용하여 암모니아 가스를 제거 처리하는 단계이고, 2단계는 촉매 반응 스크러버를 이용하여 수소를 제거 처리하는 단계이다.
LED 제조공정 중에 배출되는 배출가스의 성분에 대하여 살펴본다. LED 제조 설비의 챔버에 투입한 후, 사용이 완료된 가스는 제조 설비 후단의 진공펌프에 의해서 챔버에서 배출되는데, 진공펌프에 의해 배출된 가스는 질소에 의해 희석되어 본 발명에 따라 설치된 습식 스크러버로 투입되게 된다.
도 1에서, 습식 스크러버로 들어가기 전의 배출가스의 조성비는 부피비로 일반적으로 암모니아 20%, 수소 40%, 질소 40% 및 기타 가스 1% 미만으로 알려져 있다.
상기한 바와 같은 다양한 조성을 가진 혼합된 배출가스는 1단계인 암모니아 가스 제거단계에 투입되며, 본 발명에 따른 1단계 암모니아 가스 처리 단계의 기술적 구성을 살펴본다.
1단계 암모니아 가스 처리 단계는 암모니아 가스와 중화액이 접촉하는 충진물이 충진된 습식 스크러버, 황산용액과 같은 중화액이 담기는 하부 탱크, 중화액을 순환시켜 주는 순환펌프로 구성되어 있다.
LED 장비에서 배출되는 배출가스는 중화액이 담겨있는 하부 탱크로 버블링시켜 투입하면서 1차로 암모니아 가스를 제거하는 단계를 거치고, 탱크에서 제거되지 않은 암모니아 가스는 상부 칼럼으로 흐르게 된다.
상부 칼럼에는 하부 탱크의 중화액을 펌프를 이용해 칼럼 상부로 이송하여 칼럼 내부에 중화액을 뿌려주어 중화액이 중력에 의해 하부 탱크로 흐르면서 암모니아 가스를 제거하도록 구성되어 있다.
상기 칼럼 내부에 뿌려주는 중화액은 물, 순수, 황산, 질산 및 염산 용액 중 하나 또는 둘 이상을 선택하여 혼합 사용하도록 구성되어 있다.
습식 스크러버의 하부 탱크에서 올라오는 암모니아 가스와 칼럼 상부에서 내려오는 중화액이 칼럼 내부의 충진물을 통과하면서 중화반응이 진행되어 암모니아 가스를 제거하는 단계를 포함한다.
상기 암모니아 가스를 제거하기 위해 사용되는 중화액은 황산, 염산 또는 질산을 물에 희석하여 사용하며, 중화액의 pH는 반응효율을 높이기 위하여 pH 센서를 이용하여 pH4내지 pH5 사이에서 유지되도록 하는 것이 바람직하고, 중화반응에 의해 생성된 황산암모늄 용액의 pH는 6내지 7 사이를 유지하도록 하여 배출한다. 암모니아 가스와 황산의 중화 반응식은 식(1)과 같다.
2NH3 + H2SO4 -> (NH4)SO4 (1)
상기 반응식에 의해 LED 제조 장비에서 배출되는 암모니아 가스, 수소 및 질소의 혼합가스 중 암모니아 가스가 제거되고, 반응하지 않은 수소와 질소는 2단계의 촉매 반응 스크러버로 투입된다.
상기 1단계 습식 스크러버를 통과하여 암모니아 가스가 제거된 수소와 질소가 혼합된 가스는 2단계 촉매 반응 스크러버로 투입하는 단계를 거친다.
상기 2단계 촉매 반응 스크러버에서는 촉매를 이용해 수소를 공기 또는 산소와 함께 연소시켜 수증기로 만들어서 수소를 제거하고 질소만 배출구를 통해서 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
즉, 상기 2단계 촉매 반응 스크러버에서 촉매를 이용해 수소를 공기 또는 산소와 함께 연소시켜 수증기로 만들어서 수소를 제거하고 질소만 외부로 배출하는 단계를 거친다.
상기 2단계 촉매 반응 스크러버는 촉매가 충진되어 있는 반응칼럼, 스크러버 내부의 온도를 조절하기 위한 냉각 코일, 반응시 발생하는 수분을 모아두기 위한 응축 탱크 및 가스의 흐름을 원활하게 하는 블로워 등으로 구성되어 있다.
1단계 암모니아 가스 제거를 위한 습식 스크러버에서 배출된 수소와 질소의 혼합가스는 촉매 반응 스크러버의 상부로 유입되어 촉매 반응 스크러버에 충진된 촉매와 접촉하게 되고, 수소를 태우기 위해 필요한 공기 또는 산소는 안전성을 위하여 촉매 반응 스크러버의 상부 일측에 배관을 연결하여 내부에 충진된 촉매 근처 또는 촉매 층 내부에 배출구를 두어 수소와 산소가 촉매 없이 만나 반응하는 것을 방지하도록 구성되어 있다.
촉매를 이용해 수소와 공기 또는 산소를 반응시킬 때에는 상온에서 연소반응이 일어나므로 별도의 가열이 필요하지 않으며, 수소의 연소반응 시에 발생하는 열로 인하여 반응기 온도가 상승하게 된다.
따라서 반응기의 온도가 지속적으로 상승하는 것을 방지하기 위하여 촉매 반응 스크러버의 일측에 촉매층을 냉각시키기 위한 촉매층 냉각 코일을 설치하고, 냉각 코일 내부로 냉각수를 주입하여 반응열을 낮추도록 구성하는 것이 바람직하다.
수소가 산소와 결합하면 수분이 발생하게 되는데, 그에 대한 반응식은 식 (2)과 같다.
2H2 + O2 = 2H2O (2)
상기 반응식 (2)에서, 수소가 산소와 반응하여 수분이 발생하게 된다. 따라서, 촉매 반응 스크러버 하부에 수분을 응축하여 모아둘 수 있는 수분 응축 탱크를 구비하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 반응식은 발열반응으로 급격하게 진행되므로, 반응속도를 조절하는 것이 바람직하다. 반응속도를 조절하는 방법은 촉매를 사용하는 방법과 불활성가스를 투입하는 방법으로 이룰 수 있으며, 본 발명에서는 촉매를 사용하여 반응속도를 조절하는 방법을 제공한다.
반응속도 조절을 위한 촉매는 촉매 담지체의 종류에 따라 활성도, 활성화 주기 등이 달라질 수 있다.
상기 촉매를 제조하기 위한 주요 담지체로는 활성탄, 규조토, 제올라이트 및 알루미나 중에서 하나를 선택하여 사용할 수 있으며, Ag(NO3), Pd(NO3), Pt(NO3) 금속용액 중에서 하나를 선택하여 상기 선택된 담지체에 함침시켜 건조 및 소성시켜 촉매로 사용한다.
상기 촉매 반응 스크러버를 통과한 수소와 질소의 혼합가스는 수소가 대부분 제거되고, 질소와 잉여 산소 및 일부 수증기가 배출 배관을 통하여 외부로 배출되므로, LED 제조 설비에서 배출되는 암모니아, 수소와 같은 유독성, 가연성 가스가 대기 중으로 방출되는 것을 방지함으로써 환경오염과 안전사고를 예방할 수 있다.
<실시 예2>
본 발명에 따른 구체적인 실시 예2를 도면에 기초하여 살펴본다. 도 2는 본 발명에 따른 습식 스크러버와 촉매 반응 스크러버를 이용한 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치의 하나의 실시 예를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 장치의 구성은 도 2에서와 같이 구성되어 있고, 각각의 기술적 구성을 구체적으로 살펴본다.
본 발명에 따른 LED 제조 공정 배출가스 처리용 스크러버 장치는 크게 습식 스크러버에서 암모니아 가스를 제거 처리하고, 암모니아 가스가 제거된 배출가스를 촉매 반응 스크러버를 이용하여 수소를 제거 처리하도록 구성되어 있다.
상기한 바와 같은 다양한 조성을 가진 혼합된 배출가스는 암모니아 가스의 제거를 위하여 습식 스크러버로 투입되며, 본 발명에 따른 암모니아 가스를 제거 처리하는 기술적 구성을 살펴본다.
암모니아 가스를 처리하기 위한 습식 스크러버는 암모니아 가스와 중화액이 접촉하는 충진물이 충진된 칼럼, 중화액이 담기는 하부 탱크, 중화액을 순환시켜주는 순환 펌프로 구성되어 있다.
LED 장비에서 배출되는 배출가스는 중화액이 담겨있는 하부 탱크로 버블링시켜 투입하면서 1차로 암모니아 가스를 제거하고, 탱크에서 제거되지 않은 암모니아 가스는 상부 칼럼으로 흐르게 된다.
상부 칼럼에는 하부 탱크의 중화액을 펌프를 이용해 칼럼 상부로 이송하여 칼럼 내부에 중화액을 뿌려주어 중화액이 중력에 의해 하부 탱크로 흐르도록 구성되어 있다.
상기 습식 스크러버 내부에는 냉각을 위한 열교환기가 설치되며, 습식 스크러버 상부의 온도는 상기 열교환기를 이용하여 -30℃내지 30℃사이에서 설정된 온도를 유지하며, 습식 스크러버 하부의 온도는 -30℃내지 30℃사이에서 설정된 온도로 유지하도록 구성되어 있다.
LED 제조공정 중에 배출되는 배출가스에 포함된 암모니아의 농축농도에 따라 습식 스크러버 상부로 들어오는 물 또는 중화액의 양을 서로 달리하며, 고농도의 암모니아수를 만들 경우에는 소량의 물 또는 중화액을 주입하고, 암모니아 가스만을 제거 위하여서는 많은 양의 물 또는 중화액이 주입되도록 구성할 수 있다.
상기 암모니아 가스를 제거하기 위해 사용되는 중화액은 황산, 염산 및 질산 중에서 하나 또는 둘 이상을 선택하고, 물에 희석하여 사용하는데 중화액의 pH는 반응효율을 높이기 위하여 pH 센서와 연동시켜 pH 4내지 pH 5사이에서 유지하도록 하는 것이 바람직하고, 중화반응에 의해 생성된 황산암모늄 용액의 pH는 6내지 7 사이에서 유지하도록 하여 배출한다. 암모니아 가스와 황산의 중화 반응식은 식(1)과 같다.
2NH3 + H2SO4 -> (NH4)SO4 (1)
상기 반응식에 의해 LED 제조 장비에서 배출되는 암모니아 가스, 수소 가스 및 질소의 혼합가스 중 암모니아 가스가 제거되고, 반응하지 않은 수소와 질소는 다음단의 촉매 반응 스크러버로 투입된다.
상기 습식 스크러버를 통과하면서 암모니아가 제거되고, 수소와 질소가 혼합된 가스는 다음단의 촉매 반응 스크러버로 투입되도록 구성되어 있다.
상기 촉매 반응 스크러버에서는 촉매를 이용해 수소를 공기 또는 산소와 함께 연소시켜 수증기를 만들어서 수소를 제거하고 질소만 외부로 배출하도록 구성되어 있다.
상기 촉매 반응 스크러버는 촉매가 충진되어 있는 반응칼럼, 스크러버 내부의 온도를 조절하기 위한 냉각 코일, 반응시 발생하는 수분을 모아두기 위한 응축 탱크 및 가스의 흐름을 원활하게 하는 블로워 등으로 구성되어 있다.
상기 암모니아 가스 제거를 위한 습식 스크러버에서 배출된 수소와 질소의 혼합가스는 촉매 반응 스크러버의 상부로 유입되어 촉매 칼럼의 촉매와 접촉하게 되고, 수소를 태우기 위해 필요한 공기는 안전성을 확보하기 위하여 촉매 반응 스크러버의 상부 일측에 배관을 연결하여 촉매 근처 또는 촉매 층 내부에 배출구를 두어 수소와 산소가 촉매 없이 만나 반응하는 것을 방지하도록 구성되어 있다.
촉매를 이용해 수소와 산소를 반응시킬 때에는 상온에서 연소반응이 일어나므로 별도의 가열이 필요하지 않으며, 수소의 연소반응에 의한 발열로 인하여 촉매 반응 스크러버의 내부 온도가 상승하게 된다.
따라서 촉매 반응 스크러버의 온도가 지속적으로 상승하는 것을 방지하기 위하여 촉매 반응 스크러버의 일측에 촉매층을 냉각시키기 위한 촉매층에 냉각 코일을 설치하고, 냉각 코일 내부로 냉각수를 주입하여 반응열을 낮출 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
수소가 산소와 결합하면 수분이 발생하게 되는데, 그에 대한 반응식은 식 (2)과 같다.
2H2 + O2 = 2H2O (2)
상기 반응식 (2)에서, 수소가 산소와 반응하여 수분이 발생하게 된다. 따라서, 촉매 반응 스크러버 하부에 수분을 응축하여 모아둘 수 있는 수분 응축 탱크를 구비하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 반응식은 발열반응으로 급격하게 진행되므로, 반응속도를 조절하는 것이 바람직하다. 반응속도를 조절하는 방법은 촉매를 사용하는 방법과 불활성가스를 다량 투입하는 방법으로 이룰 수 있으며, 본 발명에서는 촉매를 사용하여 반응속도를 조절하는 방법을 제공한다.
반응속도 조절을 위한 촉매는 촉매 담지체의 종류에 따라 활성도, 활성화 주기 등이 달라질 수 있다.
상기 촉매를 제조하기 위한 주요 담지체로는 활성탄, 규조토, 제올라이트 및 알루미나 중에서 하나를 선택하여 사용할 수 있으며, Ag(NO3), Pd(NO3), Pt(NO3) 금속용액 중에서 하나 또는 둘 이상을 혼합 사용하여 상기 선택된 담지체에 함침시켜 건조 및 소성시켜 촉매로 사용한다.
상기 촉매 반응 스크러버의 칼럼을 통과한 수소와 질소의 혼합가스는 수소가 대부분 제거되고, 질소와 잉여 산소 및 일부 수증기가 배출 배관을 통하여 외부로 배출되므로, LED 제조 설비에서 배출되는 암모니아, 수소와 같은 유독성, 가연성 가스가 대기 중으로 방출되는 것을 방지함으로써 환경오염과 안전사고를 예방할 수 있다.
상기 습식 스크러버 및 촉매 반응 스크러버의 일측에는 수소 및 암모니아 농도를 확인하기 위하여 수소센서 및 암모니아 센서가 부착 설치되어 있다.
<실시 예3>
실시 예 3은 상기 실시 예1 및 실시 예2에 기초하여 습식 스크러버와 촉매 반응 스크러버를 이용한 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법 및 장치를 이용하여 실시한 실험 결과를 나타낸 것이다.
본 발명의 구체적인 실시 예 3을 도면에 기초하여 살펴본다. 도 2에서와 같이 전체공정은 2단계로 구성되어 있으며, 1단계 공정인 습식 스크러버는 순환펌프를 사용하여 황산용액(10w/w% 농도)을 순환시키면 중화제와 암모니아 가스가 중화반응을 일으켜 배출가스 중에 암모니아 가스를 제거하도록 구성되어 있다.
촉매 반응 스크러버는 촉매(Pd) 존재 하에서 배출가스 중에 수소를 제거하는 단계로서 공기를 주입하여 수소와 연소반응을 발생시켜 수소를 제거하도록 구성되어 있다.
1단계 공정인 촉매 반응 스크러버에서 암모니아가 제거되는지 알아보기 위해 실험을 실시하였다. 배출가스의 조성은 암모니아(40~100LPM), 수소(60~180LPM) 및 질소(100~200LPM)이다.
배출 가스는 도 2의 배출가스입구(11)를 통하여 투입하였으며, 배출가스입구(11)는 황산탱크(12)의 액면 아래에 위치하도록 설치하여 배출가스가 황산용액 내부에서 버블링된 후, 습식 스크러버(14)로 이동되도록 구성되어 있다. 컬럼의 크기는 직경 200mm, 길이 1000mm이다.
황산용액은 순환펌프(13)를 이용하여 순환시킨다. 배출가스와 황산용액의 접촉면적을 넓히기 위해 습식 스크러버(14) 내부에 충진제로 폴(Pall)링을 채웠다.
황산 탱크 내부에 pH 메터(meter)를 설치하여 pH가 6내지 7 사이의 설정 값 이상이 되면 자동으로 황산이 투입되도록 구성한다. 또한 황산 액위를 레벨계로 측정하여 설정 값 이상이 되면 자동으로 배출되도록 구성한다.
상기와 같이 실험장치를 세팅하여 실험하였을 때, 실험 결과는 표 1과 같이 암모니아가 99.9%이상 제거된 것을 볼 수 있다. 분석은 FT-IR 분석기를 사용하여 측정하였다.
표 1은 1단계 습식 스크러버를 통과한 가스 중 암모니아 농도를 측정한 값을 나타낸 것이다.
가스성분 | 투입 유량(LPM) | 배출량(ppm) |
암모니아 | 40 | 326 |
60 | 431 | |
80 | 545 | |
100 | 789 |
1단계 습식 스크러버를 통과한 배출가스는 2단계 촉매 스크러버(15)의 상부로 유입되게 한다. 촉매 스크러버의 크기는 직경 150mm, 길이 600mm이다. 배출가스 중에 있는 수소를 공기 또는 산소와 반응 연소시켜 제거하게 되는데, 공기 또는 산소의 투입구(16)는 따로 설치하며 투입구의 끝단은 촉매층 내부로 20mm 삽입하여 설치하였다. 촉매는 알루미나에 팔라듐(Pd)을 담지시켜 제조하였다.
촉매층에는 냉각수가 흐르는 냉각코일(17)을 설치하여 촉매층의 온도를 제어하고 반응시 생성되는 수증기를 응축시키도록 한다. 응축된 수증기는 응축탱크(18)에 모이고, 나머지 가스는 배출구(19)를 통하여 배출된다.
배출구에서 나오는 가스 중 수소 농도를 측정하기 위하여 배출구 일측에 수소 센서를 설치하였다. 상기와 같이 2단계 촉매 반응 스크러버에서 나오는 가스를 연소시킨 후 배출되는 가스 중 수소의 농도를 측정한 결과 아래 표와 같이 수소가 연소됨을 알 수 있다. 분석은 자동 흡입형 수소 센서를 사용하여 측정하였다.
표 2는 2단계 촉매 반응 스크러버를 통과한 가스 중 수소 농도를 나타낸 것이다.
가스성분 | 투입 유량(LPM) | 배출량(ppm) |
수 소 | 60 | 21 |
100 | 33 | |
140 | 37 | |
180 | 51 |
본 발명은 LED제조공정에서 이들 가스 중에 암모니아가스의 처리에 관한 것이며, 암모니아 가스를 흡수 탑을 이용해서 물에 흡수시켜 암모니아수로 만든 후 정화필터를 거쳐서 정화시켜 제품으로 제조하고, 흡수되지 않고 배출되는 미량의 암모니아를 황산 등으로 중화 처리함으로써 폐수 발생을 최소화할 수 있는 LED 제조공정에서 발생되는 배출가스 처리방법 및 장치를 제공하여 유지 및 설치비용을 크게 절감할 수 있음으로써 산업상 이용가능성이 매우 높다.
Claims (20)
- LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법에 있어서,
습식 스크러버를 사용하여 배출가스 중에서 암모니아를 제거 처리하는 단계; 및
촉매 반응 스크러버를 이용하여 배출가스 중에서 수소를 연소시켜 제거하는 단계로 이루어진 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 습식 스크러버에서 암모니아를 처리하는 단계는 습식 스크러버의 하부 탱크에서 올라오는 암모니아 가스와 칼럼 상부에서 내려오는 중화액이 칼럼 내부의 충진물을 통과하면서 중화반응이 진행되어 암모니아 가스를 제거함을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 습식 스크러버에서 암모니아를 처리하는 단계는 습식 스크러버의 충진물에 뿌러주는 중화액을 물, 순수, 황산, 질산, 염산 중 하나를 선택하거나 2 이상을 선택하여 혼합 사용함을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 촉매 반응 스크러버를 이용하여 배출가스 중에서 수소를 처리하는 단계는 공기 또는 산소를 별도의 주입구로 투입하며, 촉매로 Pd 혹은 Pt를 주성분으로 구성됨을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법. - 청구항 1내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촉매 반응 스크러버의 내부 혹은 외부 일측에는 수소 연소 반응에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 수냉식 코일이 감겨있어 내부 열을 냉각시키도록 구성된 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 습식 스크러버 및 촉매 반응 스크러버의 일측에는 암모니아 및 수소 농도를 확인하기 위하여 암모니아 센서 및 수소센서가 부착 설치됨을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 습식 스크러버에는 레벨계가 부착되어 암모니아 가스를 제거하기 위하여 뿌려지고, 이로 인해 발생되는 폐액을 배출시키도록 제작됨을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 촉매 반응 스크러버의 내부 일측에는 온도센서가 부착되어 냉각수 유량을 조절하도록 구성됨을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 촉매 반응 스크러버에 충진되는 충진물은 담지체로 활성탄, 규조토, 제올라이트 및 알루미나 중에서 하나를 선택하여 사용하고,
상기 담지체를 Ag(NO3), Pd(NO3) 및 Pt(NO3) 금속 용액 중 하나를 선택하여 상기 선택된 담지체를 함침시킨 후 건조 및 소성시켜서 제조됨을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법. - LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치에 있어서,
배출가스 중에서 암모니아 가스를 제거 처리하기 위한 습식 스크러버; 및
배출가스 중에서 수소를 연소시켜 제거하기 위한 촉매 반응 스크러버로 이루어진 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 습식 스크러버는 하부 탱크에서 올라오는 암모니아 가스와 칼럼 상부에서 내려오는 중화액이 칼럼 내부의 충진물을 통과하면서 중화반응이 진행되어 암모니아 가스를 제거함을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치. - 청구항 11에 있어서,
상기 습식 스크러버는 습식 스크러버의 충진물에 뿌러주는 중화액으로 물, 황산, 질산, 염산 중 하나를 선택하거나 2 가지 이상을 혼합 사용함을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 촉매 반응 스크러버는 공기 또는 산소를 별도의 주입구로 투입하며, 촉매로 Pd 혹은 Pt를 주성분으로 이루어짐을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치. - 청구항 10내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촉매 반응 스크러버의 외부 일측에는 수소 연소 반응에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 수냉식 코일이 감겨있어 내부 열을 냉각시키도록 구성된 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 습식 스크러버 및 촉매 반응 스크러버의 일측에는 암모니아 및 수소 농도를 확인하기 위하여 암모니아 센서 및 수소센서가 부착 설치됨을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 습식 스크러버에는 레벨계가 부착되어 암모니아 가스를 제거하기 위하여 중화액이 뿌려지고, 이로 인해 발생되는 폐액을 배출시키도록 제작됨을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 촉매 반응 스크러버의 내부 일측에는 온도센서가 부착되어 냉각수 유량을 조절하도록 구성됨을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 촉매 반응 스크러버에 충진되는 충진물은 담지체로 활성탄, 규조토, 제올라이트 및 알루미나 중에서 하나를 선택하여 사용하고,
상기 담지체를 Ag(NO3), Pd(NO3) 및 Pt(NO3) 금속용액 중 하나를 선택 사용하여 상기 선택된 담지체에 함침시킨 후 건조 및 소성시켜서 제조됨을 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 촉매 반응 스크러버로 수소를 태우기 위해 필요한 공기 또는 산소는 안전성을 위하여 촉매 반응 스크러버의 상부 일측에 배관을 연결하여 내부에 충진된 촉매에 인접하게 또는 촉매 층 내부에 배출구를 두어 수소와 산소가 촉매 없이 만나 반응하는 것을 방지하도록 구성함을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 습식 스크러버 내부에는 냉각을 위한 열교환기가 설치되며, 습식 스크러버 상부의 온도는 상기 열교환기를 이용하여 -30℃내지 30℃사이에서 설정된 온도를 유지하며, 습식 스크러버 하부의 온도는 -30℃내지 30℃사이에서 설정된 온도를 유지하도록 구성함을 특징으로 하는 LED 제조공정 배출가스의 연속 제거 장치.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100108520A KR101211625B1 (ko) | 2010-11-03 | 2010-11-03 | 습식 스크러버와 촉매 반응 스크러버를 이용한 엘이디 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법 및 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100108520A KR101211625B1 (ko) | 2010-11-03 | 2010-11-03 | 습식 스크러버와 촉매 반응 스크러버를 이용한 엘이디 제조공정 배출가스의 연속 제거 방법 및 장치 |
Publications (2)
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