초록 ▼

연구개발 결과
• 전자산업 공정에서 발생하는 과불화탄소(PFCs) 중 삼불화질소(NF3)는 인체에 매우 유독하며 대기 중으로 배출 시 강력한 온실효과를 나타내는 지구 온난화 가스이다.
• 따라서, 이를 처리하기 위해 연소식, 플라즈마식, 전기히터식, 흡착(촉매)식 등의 기술이 적용된 스크러버들이 운영 중에 있으나 각각의 기술로는 한계가 있기 때문에 여러 가지 기술이 복합된 하이브리드 스크러버 기술 개발이 필요한 시점이다.
• 이에 따라, 본 연구는 고효율 전자빔, 무산소 복사열 반응기, 사이클론(cyclone)을 결

연구개발 결과
• 전자산업 공정에서 발생하는 과불화탄소(PFCs) 중 삼불화질소(NF3)는 인체에 매우 유독하며 대기 중으로 배출 시 강력한 온실효과를 나타내는 지구 온난화 가스이다.
• 따라서, 이를 처리하기 위해 연소식, 플라즈마식, 전기히터식, 흡착(촉매)식 등의 기술이 적용된 스크러버들이 운영 중에 있으나 각각의 기술로는 한계가 있기 때문에 여러 가지 기술이 복합된 하이브리드 스크러버 기술 개발이 필요한 시점이다.
• 이에 따라, 본 연구는 고효율 전자빔, 무산소 복사열 반응기, 사이클론(cyclone)을 결합한 하이브리드 시스템(Hybrid system)을 개발하는데 목적을 두고 있다.
• 한국원자력연구원의 고효율 전자빔 가속기와 씨에스케이(주)의 저NOx 무산소 복사열 반응기, 평택대학교의 싸이클론을 결합한 하이브리드 시스템(Hybrid system)을 구축한 후 공정 모사 가스로 N2 2,000 L.min, NF3 5,000 ~ 2,000 ppm을 주입하여 하이브리드 시스템(Hybrid system)의 NF3 분해율 및 NF3 분해 시 필연적으로 발생하는 HF 등의 분해율을 확인한 결과 NF3 및 HF 모두 99 % 이상의 처리효율을 보였다.
• 또한 NOx 저감을 구현하기 위하여 O₃을 사용하여 공정 중 발생하는 NO를 NO₂로 산화시킨 후, 세정식 스크러버를 이용하여 NO₂를 물에 녹여 저감하는 방법을 사용하였다. 그 결과 O₃를 사용하였을 경우, 약 90 % 이상의 NOx 저감 효과를 얻을 수 있었다. (400 ppm에서 20 ppm 이하로 감소)
• 이러한 실험 결과를 바탕으로 20,000 L/min 급 무산소 복사열 반응기 설계 인자를 구축하여 최적 설계를 진행하였다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
• The Hybrid system is consisted high efficiency electron beam at The Korea Atomic Energy Research Institute's, HTR (High-uniformity and Thermal recovery and storage Reactor) at CSK Inc. and a multi cyclone applied fully new concept of Pyeongtaek University. And Destruction and removal

Ⅳ. Results
• The Hybrid system is consisted high efficiency electron beam at The Korea Atomic Energy Research Institute's, HTR (High-uniformity and Thermal recovery and storage Reactor) at CSK Inc. and a multi cyclone applied fully new concept of Pyeongtaek University. And Destruction and removal efficiency of NF₃ and its By-products were measured in the hybrid system.
• The NF₃ was decomposed in electron beam reactor partially and un-treated gas, effluent from electron beam, flow in to the HTR and then significant destroyed. Also the new concept multi cyclone was applied as a post-treatment process for removal of fine particle in semiconductor manufacturing process emitted.
• The removal efficiency of NF₃ in the Electron Beam Reactor was measured 85 ~ 90 % in any tested range of NF₃ concentration from 5,000 to 20,000 ppm in N₂ flow rate of 2,000 L/min. And CO and NOx did not detected in any case due to electron beam reactor must be operated in anaerobic or anoxic conditions.
• The effluent gas form electronic beam reactor, un-treated NF₃ gas, was measured from several hundred ppm where is outlet sampling port of electron beam reactor. And then it was decomposed in HTR more 99.9%.
• As a result, the hybrid system can be destroy 99 % of NF₃ also shown a CO emission free. But concentration of NOx was measured approximately 400 ppm, unfortunately.
• Why was the NOx produced in HTR with NF₃ destroyed even if the anaerobic status. Because NOx formation could be guessed 3 steps under anaerobic conditions. First, NF₃ was decomposed with pyrolysis reaction to F₂ and N₂ molecule. Second, Produced F₂ etched the Al2O3 surface (Thermal Energy Storage Material) and then was created Al₂F₃ powder and O₂. Third, N₂ and O₂ were transfer to NOx promptly.
• So for the reduction of NOx emission (less than 20 ppm), the oxidation method was applied using O₃ supplied. A NO₂ among to NOx, is more easy dissolved into the water better then NO, thus NO to NO₂ using O₃ which is pretty strong oxidant. As a results, NOx was reduced more than 95 % compare with O₃ did not applied, and then 20 ppm of NOx emitted in exhaust outlet sampling port.
• Consequently, the optimal design of 20,000 L/min scale HTR was obtained through the various parameters and experimental results regarding 5,000L/min pilot scale reactor.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약서 ... 4
• 요약문 ... 7
• SUMMARY ... 11
• 목 차 ... 15
• 표 목 차 ... 19
• 그 림 목 차 ... 21
• 제 1 장 서 론 ... 27
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 29
• 1. 연구개발의 중요성(필요성) ... 29
• 가. 연구개발의 개요 ... 29
• 나. 기존 전자산업 공정 적용기술 ... 34
• 다. Hybrid 기술 개발의 필요성 ... 38
• 2. 연구개발의 국내외 현황 ... 41
• 가. 시장 동향 ... 41
• 나. 연구개발 및 특허동향 ... 43
• 3. 연구개발 대상 기술의 차별성 ... 45
• 가. 기술의 차별성 ... 45
• 나. 주관연구기관의 기술 보유 현황 ... 46
• 제2절 연구개발의 목표 및 추진전략 ... 47
• 1. 연구개발의 목표 ... 47
• 가. 연구개발의 최종목표 ... 47
• 나. 연구개발의 연차별 목표 ... 49
• 2. 연구개발의 추진전략 체계 및 연구수행방법 ... 50
• 가. 연구개발의 추진전략 ... 50
• 나. 연차별 추진체계 ... 51
• 다. 연차별 연구수행방법 ... 52
• 제 2 장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 57
• 제1절 5,000 L/min 급 파일럿 스케일 반응기 설계인자 도출 및 설계 ... 59
• 1. HSC Chemistry 산출방식을 이용한 화학적 메카니즘 분석 ... 59
• 가. HSC chemistry ... 59
• 2. NF3 열분해를 위한 실험장치 구성 ... 60
• 가. 튜브 전기로 실험(Tube furnace test) ... 60
• 나. 실험 방식(Experimental set-up) ... 61
• 다. 튜브 전기로(Tube furnace) 내부 온도 분포 ... 62
• 라. NF3 열분해 특성파악을 위한 분석 장비 ... 62
• 3. NF3 열분해 특성 ... 64
• 가. 온도 변화에 따른 NF3 열분해 특성 ... 64
• 나. 활성가스(Additive gas) 종류에 따른 NF3 열분해 특성 ... 64
• 다. NF3 열분해에 따른 CO, NOx 발생량 ... 65
• 4. 파일럿 스케일(Pilot scale) 반응기 설계인자 도출 ... 67
• 가. 복사열 반응기 내화재 두께 ... 67
• 나. 열 재생(Thermal Regeneration)을 위한 반응기 단열재 및 축열재 선정 ... 69
• 다. 세정식 스크러버 ... 75
• 제2절 5,000 L/min 급 파일럿 스케일 반응기 제작 및 성능 평가 ... 80
• 1. 무산소 복사열 반응기 제작 ... 80
• 가. 반응기 제작 ... 80
• 나. 가스 공급 장치 제작 ... 82
• 다. 세정식 스크러버 제작 ... 83
• 2. 5,000 L/min 급 무산소 반응기 운전 및 결과 ... 84
• 가. 5,000 L/min 급 무산소 반응기의 운전 ... 84
• 나. 5,000 L/min 급 무산소 반응기의 NF3 분해율 실험 결과 ... 87
• 다. 5,000 L/min 급 무산소 반응기의 산성가스 처리 및 2차 분산물 처리 ... 94
• 3. 5,000 L/min 급 무산소 반응기의 운전 매뉴얼(Manual) ... 98
• 제3절 5,000 L/min 급 파일럿 스케일 Full system integration ... 100
• 1. 5,000 L/min 급 Super capacity full system의 결합 ... 100
• 가. 협약 변경 ... 100
• 나. 하이브리드 시스템 결합(Hybrid system integration) ... 100
• 다. 실험 방식(Experimental set-up) ... 100
• 2. 5,000 L/min 급 Super capacity full system의 운전 및 결과 ... 103
• 가. 고효율 전자빔의 NF3 분해 성능 ... 103
• 나. 과불화 탄소(PFCs)의 분해 시 전자빔 반응기의 필요성 ... 111
• 제4절 5,000 L/min 급 파일럿 스케일 Full system 최적 운전 조건 ... 113
• 1. 배관 및 흐름 경로(Flow path) 구성 ... 113
• 가. 각 처리장치 간의 연결배관 구상도 ... 113
• 2. 각 부 연계를 통한 자동화 시스템(Automation system) 설계 ... 116
• 가. 하이브리드 시스템(Hybrid system) 구동 순서(sequence) ... 116
• 3. 안전 잠금장치(Safety interlock) 구성 및 자동화 프로그램 제작 ... 117
• 가. 잠금장치(Interlock) 구성을 위한 고려사항 ... 117
• 나. 하이브리드 시스템 잠금장치 목록(Hybrid system Interlock list) ... 118
• 제5절 20,000 L/min 급 파일럿 스케일 Full system 최적 운전 조건 ... 120
• 1. 설계인자 도출 및 기초 설계 ... 120
• 가. Honeycomb 종류 및 개수 산정 ... 120
• 나. 전기 히터(Heater) 산정 ... 122
• 다. 20,000 L/min 급 무산소 복사열 반응기 개념(Concept) ... 125
• 2. 수치해석을 통한 흐름 경로(Flow pathway) 구성 ... 126
• 제6절 하이브리드 시스템(Hybrid system)의 경제성 평가 ... 129
• 1. PFCs 처리 방법 간의 운영비 비교 ... 129
• 가. 촉매 및 흡수제, 흡착제를 이용한 처리 시설의 운영비 ... 129
• 나. 하이브리드 시스템(Hybrid system) 을 이용한 처리시설의 운영비 ... 129
• 다. 하이브리드 시스템(Hybrid system) 의 경제성 평가 ... 130
• 제 3 장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 135
• 제1절 연도별 연구개발 목표의 달성도 ... 137
• 1. 1차년도 연구개발 목표의 달성도 ... 137
• 2. 2차년도 연구개발 목표의 달성도 ... 137
• 3. 3차년도 연구개발 목표의 달성도 ... 138
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도(환경적 성과 포함) ... 139
• 1. 각 분야별 기술발전 기여도 ... 139
• 제 4 장 연구개발결과의 활용계획 ... 143
• 제1절 연구개발 결과의 활용계획 ... 145
• 1. 연구성과 활용계획 ... 145
• 2. 과학기술적 성과 달성 계획 ... 147
• 3. 국체 협력 계획 ... 148
• 4. 인력활용 양성 계획 ... 149
• 5. 공공적 성과달성 계획 ... 149
• 제2절 NTIS에 등록한 연구시설 장비현황 ... 151
• 제 5 장 참고문헌 ... 155
• 1. 국내문헌 ... 157
• 2. 국외문헌 ... 157
• 끝페이지 ... 163