저농도 SF6 가스 분리 및 회수를 위한 하이브리드 시스템(흡착-분리막) 연구

Abstract

지구온난화의 주된 원인으로는 이산화탄소, 메탄, 산화질소, 수불화탄소류, 과불화탄소류, 육불화황으로 6대 온실가스가 주목되고 있으며, 지구 온난화로 인해 기후변화에 대응하여 국제적으로 온실가스 감축이 요구되고 있다. 특히 반도체 및 디스플레이 산업에서 에칭 및 세정가스로 사용되는 SF6가스는 지구온난화에 대한 영향 지수(GWP)가 23,600으로 매우 높아 배출 감축기술의 개발이 필요하다. 특히 반도체 및 디스플레이 산업에서 배출되는 SF6의 가스는 높은 유량과 희박 농도로 배출되며, 효율적인 처리 및 재이용을 위해 SF6의 분리 및 회수 기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 반도체 및 디스플레이 산업에서 배출되는 저농도 SF6 폐가스의 효율적인 분리 및 회수를 위하여 기존 분리막 위주의 SF6를 회수하는 방법을 보완하고, 기존 설치된 제조공정과의 부하를 최소화할 수 있는 감압방식의 분리막 공정과 VSA방식의 흡착공정을 연계한 하이브리드 공정을 연구하고자 하였다. 폴리설폰을 기반으로 한 중공사 분리막을 이용한 분리막 공정은 공급 압력에 따라 SF6의 농축 및 회수특성을 측정한 결과 낮은 압력에서 높은 회수특성을 갖는 것을 확인하였으며, 구형활성탄을 이용한 흡착공정은 경쟁 평형 흡착식에 따라 분압에 의한 흡착 및 탈착이 진행됨을 파과곡선을 통해 확인하였다. 분리막과 흡착공정을 연계한 하이브리드 공정은 기존 분리막 위주의 시리즈 모델 M에 흡착공정을 연계한 공정으로 약 2000ppm의 SF6 가스가 포함된 SF6/N2 혼합가스로부터 90% 회수성능을 가질 수 있도록 최적화하였다. 분리막이 시리즈로 연결된 분리막을 cascade로 연결된 모델 MR로부터 흡착공정이 연계된 하이브리드 공정인 MRAR은 기존 분리막 위주의 시리즈 모델 M에 대비하여 약 20배 농축 성능을 갖는 것을 확인하였다.