열적 안정성 확보를 위한 유동층 촉매반응기와 회전 아크 결합 CF4 제거 스크러버 연구 (Fluidized-Bed Reactor Combined with Rotating Arc and Catalyst for Thermally Stable CF4 Removal)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 49권 / 1호 / 43 ~ 53페이지
· 저자명 : 조성권, 조동현, 강우석

초록

반도체 공정에 사용되는 사불화탄소(CF4)는 지구 온난화 지수가 높고 안정적인 물질로 제거에 많은 에너지를 요구한다. 이를 위해, 플라즈마와 고정층 촉매를 결합한 스크러버 기술이 개발된 바 있으나 플라즈마 열에 의한 촉매 내구성 문제가 존재한다. 열적 안정성을 향상시키고자 이 연구에서는 유동층 촉매반응기를 적용한 CF4 제거 기술에 대한 연구를 수행하였다. 고정층과 유동층 촉매반응기에 대한 반응기 내부 온도분포와 CF4 제거율을 확인하고, 에너지 효율을 분석하였다. 그 결과, 회전 아크-유동층 촉매 반응기 조합은 촉매 비활성화 없이 공간적으로 안정적인 온도분포를 확인할 수 있었다. 또한, CF4 제거율과 에너지 효율은 각각 91%와 28.0 g/kWh이었으며, 에너지 효율은 기존 플라즈마 단독으로 적용된 스크러버 성능 대비 약 2.8배 높은 결과를 확인하였다. 따라서 유동층 반응기를 적용하여 높은 열적 안정성을 확보한 플라즈마-촉매 방식의 스크러버 개발을 기대할 수 있다.

영어초록

Tetrafluoromethane (CF4) has a high global warming potential, and its removal requires high energy consumption owing to its high stability. A scrubber combining a rotating arc and catalyst for hydrolysis for CF4 removal has been studied but problems with catalyst durability due to plasma heat still exist. In this study, we proposed a fluidized-bed reactor to obtain a higher heat distribution than a fixed-bed reactor and avoid catalyst deactivation problem caused by local hot-spot phenomenon. By comparing fixed-bed and fluidzied-bed reactors, we confirmed that the rotating arc–catalyst in fluidized-bed reactor combination achieved a spatially stable temperature distribution without catalyst deactivation. Moreover, the destruction and removal efficiency and energy efficiency of CF4 removal during experiments of the combination were 91% and 28.0 g/kWh, respectively. The energy efficiency was ~2.8 times higher than that obtained using a rotating arc alone. Therefore, the proposed method is an energy-efficient strategy for developing novel scrubber systems with high energy efficiency and high durability.

참고자료

· 없음