JP2003170020A

JP2003170020A - 排ガス処理装置

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Publication number: JP2003170020A
Application number: JP2001370575A
Authority: JP
Inventors: Masami Sakaguchi; 正美坂口; Shuji Nagano; 修次永野; Hitohide Oshima; 仁英大嶋; Tatsuo Koyama; 辰雄小山
Original assignee: Kyocera Corp; Taiyo Toyo Sanso Co Ltd
Current assignee: Kyocera Corp; Taiyo Toyo Sanso Co Ltd
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2003-06-17
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: JP3939542B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体製造装置等から排出される排ガスを効
率よく効果的に無害化処理することができる排ガス処理
装置を提供する。【解決手段】バルクガス、パーフルオロ化合物ガス及
び酸性ガスを含む排ガス１を無害化処理する排ガス処理
装置は、排ガス１に含まれる酸性ガスを除去する湿式ス
クラバー２と、スクラバー２を通過した排ガスたる一次
処理ガス１１を過熱する過熱装置５と、過熱された一次
処理ガス１１からセラミックフィルタ３１によりバルク
ガス１２を分離除去する分離フィルタ装置３と、分離フ
ィルタ装置３を通過した排ガスであってバルクガス１２
を分離除去された二次処理ガス１３を熱分解して無害化
する無害化装置４と、分離フィルタ装置３で分離された
バルクガス１２を精製した上でバルクガス回収部６１に
回収するバルクガス回収装置６とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
から排出される排ガスであってバルクガス及びパーフル
オロ化合物ガス（ＰｅｒＦｌｕｏｒｏＣｏｍｐｏｕ
ｎｄＧａｓｅｓ）を含む排ガスを無害化処理する排ガ
ス処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置にあっては、種々のパー
フルオロ化合物ガスが使用されている。例えば、ドライ
エッチング工程においてはエッチングガスとしてＣＦ₄
等が使用されており、ＣＶＤ工程においてはクリーニン
グガスとしてＣ₂Ｆ₆等が使用されている。

【０００３】而して、かかるパーフルオロ化合物ガスの
未反応分は、キャリアガス，パージガス等として使用さ
れたＮ₂，Ａｒ，Ｈｅ等のバルクガスと共に、半導体製
造装置から排ガスとして排出される。

【０００４】ところで、排ガスに含まれるパーフルオロ
化合物ガスは、バルクガスに比して極く微量であり、人
体に無害なものであるが、ＣＯ₂等に比して温暖化係数
が極めて大きい（例えば、温暖化係数はＣＯ₂に対して
ＣＦ₄は６５００倍、Ｃ₂Ｆ₆は９２００倍またＳＦ₆は２
３９００倍である）ことから、かかる排ガスはそのまま
大気に放出させることは好ましくない。

【０００５】そこで、従来からも、半導体製造装置から
排出される排ガスを燃焼装置により燃焼させて、これに
含まれるパーフルオロ化合物ガスを熱分解による無害化
させることが行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、排ガスには窒
素ガス等の不活性なバルクガスが大量に含まれているた
め、半導体製造装置から排出された排ガスをそのまま燃
焼させた場合には、燃料消費量が多くなり、燃焼装置も
必要以上に大型化して、ランニングコスト，イニシャル
コストが大幅に高騰する等の問題があった。

【０００７】また、パーフルオロ化合物ガスのように半
導体製造プロセスに必要な原料ガスではないが、当該プ
ロセスにおいてＨＦ，ＳｉＦ₄，ＳｉＨＦ₃等の酸性ガス
が副生し、排ガスに含まれることがある。したがって、
かかる酸性ガスを含む排ガスを燃焼装置に導入させた場
合、装置部品が腐食する虞れがあり、燃焼装置の耐久性
を低下させる問題がある。

【０００８】本発明は、このような問題を生じることな
く、半導体製造装置等から排出される排ガスを効率よく
効果的に無害化処理することができる排ガス処理装置を
提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、バルクガス及
びパーフルオロ化合物ガスを含む排ガスを無害化処理す
る排ガス処理装置であって、特に、上記した目的を達成
すべく、排ガスを前処理するスクラバーと、スクラバー
を通過した排ガスたる一次処理ガスからバルクガスを分
離除去する分離フィルタ装置と、分離フィルタ装置を通
過した排ガスであってバルクガスを分離除去された二次
処理ガスを熱分解して無害化する無害化装置と、分離フ
ィルタ装置で分離されたバルクガスを回収するバルクガ
ス回収装置とを具備することを特徴とする排ガス処理装
置を提案するものである。

【００１０】かかる排ガス処理装置にあっては、バルク
ガス回収装置を、分離フィルタ装置から排出されたバル
クガスをこれに同伴するパーフルオロ化合物ガスを分離
除去して精製すると共に当該分離除去ガスを分離フィル
タ装置の一次処理ガス導入側に返戻するバルクガス精製
装置を具備するものとしておくことが好ましい。バルク
ガス精製装置としては、分離フィルタ装置から排出され
たバルクガスに同伴する不純物を活性炭により吸着除去
するもの、又はパーフルオロ化合物ガスより分子径の小
さなガスを透過するセラミックフィルタを具備するもの
が使用される。

【００１１】また、分離フィルタ装置は、パーフルオロ
化合物ガスより分子径の小さなガスを透過するセラミッ
クフィルタを具備するものであることが好ましい。セラ
ミックフィルタとしては、セラミック製の多孔質支持体
と、その少なくとも一方の表面に多数の細孔を有するＳ
ｉとＺｒとを含有する非晶質の酸化物からなる分離膜と
を具備するものを使用することが好ましい。かかるセラ
ミックフィルタは、上記したバルクガス精製装置におい
て使用するセラミックフィルタとしても使用される。

【００１２】また、スクラバーは、排ガスにバルクガ
ス，パーフルオロ化合物ガス以外の不純物（例えば、Ｈ
Ｆ等の酸性ガス又はＳｉＯ₂微粉末，塵埃等の微粒固形
分）が含まれている場合に、これらを除去する（前処
理）ものであり、一般に湿式のものを使用ことが好まし
い。かかる湿式スクラバーを使用する場合には、スクラ
バーから分離フィルタ装置に至る一次処理ガス路に、一
次処理ガスを過熱する過熱装置を配置しておくことが好
ましい。過熱装置としては、その主熱源として無害化装
置の廃熱を利用する熱交換器を使用することが好まし
い。

【００１３】さらに、無害化装置としては、二次処理ガ
スを燃料バーナにより燃焼させて分解させる燃焼式のも
の又は二次処理ガスを加熱した上で触媒により分解させ
る触媒燃焼式のものを使用することが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図５に基づいて具体的に説明する。

【００１５】図１は本発明に係る排ガス処理装置の実施
の形態を示したもので、この実施の形態における排ガス
処理装置は、半導体製造プロセスから排出される排ガス
１を無害化処理するためのものであり、スクラバー２と
分離フィルタ装置３と無害化装置４と過熱装置５とバル
クガス回収装置６とを具備する。

【００１６】半導体製造プロセスから排出される排ガス
１は、大量のバルクガス（Ｎ₂，Ａｒ，Ｈｅ等）、微量
のパーフルオロ化合物ガス（ＣＦ₄，Ｃ₂Ｆ₆，Ｃ₃Ｆ₈，
Ｃ₄Ｆ ₁₀等のパーフルオロカーボン（Ｐｅｒｆｌｕｏｒ
ｏＣａｒｂｏｎ）又はＣＨＦ ₃，ＣＨ₂Ｆ₂，ＳＦ₆，Ｎ
Ｆ₃等の有機系，無機系フッ素化合物ガスであり、以下
「ＰＦＣガス」という）及び半導体製造プロセスで副生
される酸性ガス（ＨＦ，ＳｉＦ₄，ＳｉＨＦ₃等）を含む
ものである。

【００１７】スクラバー２は、図１に示す如く、半導体
製造装置の排気路７から導入された排ガス１に水又はア
ルカリ水２１をスプレーするように構成された湿式のも
のであり、排ガス１をスプレー水２１と接触させること
により、排ガス１に含まれる酸性ガスを溶解除去（スプ
レー水２１として水を使用した場合）又は中和除去（ス
プレー水２１としてアルカリ水を使用した場合）する。
ところで、ＣＶＤ装置において反応ガスとしてＳｉＨ₄
を使用する場合、スクラバー２に導入される排ガス１に
はＳｉＨ₄の酸化物であるＳｉＯ₂の微粉末が同伴される
ことがあり、排気路７を含む配管系において塵埃が排ガ
ス１に混入することがあるが、このような微粒固形分
（ＳｉＯ₂の微粉末等）が排ガス１に含まれる場合に
は、かかる微粒固形分もスプレー水２１との接触により
排ガス１から除去されることになる。酸性ガス及び微粒
固形分を除去された排ガスたる一次処理ガス１１は、ス
クラバー２から一次処理ガス路８を経て分離フィルタ装
置３に導入される。

【００１８】分離フィルタ装置３は、図１に示す如く、
セラミックフィルタ３１により一次処理ガス１１からバ
ルクガス１２を分離除去するものである。セラミックフ
ィルタ３１としては、特開２０００−６２２４１号公報
に開示される如く、セラミックス製の多孔質支持体の少
なくとも一方の表面に、多数の細孔（平均孔径２．５〜
１０Å）を有するＳｉとＺｒとを含有する非晶質の酸化
物からなる分離膜を被着形成して、分離膜の一方の表面
に一次処理ガスを接触させることにより、ＰＦＣガスよ
り分子径の小さなバルクガスが選択的に分離膜の他方の
表面へ透過するように構成されたものが最適する。この
例では、分離フィルタ装置３は、図２に示す如く、装置
内部に一対の仕切壁３２，３３により区画された３室３
４，３５，３６を形成すると共に、両仕切壁３２，３３
に上記構成をなす多数の円筒状のセラミックフィルタ３
１…を貫通固定してなる。仕切壁３２，３３間に形成さ
れたガス透過室３６は、その両側のガス導入室３４及び
ガス導出室３５より低圧に保持されており、ガス導入室
３４には一次処理ガス路８が接続されている。各セラミ
ックフィルタ３１は内径を２ｍｍ程度とした円筒形状を
なすものであり、図３に示す如く、α−アルミナ質のセ
ラミックスで円筒形状に構成した多孔質支持体３１ａの
外周面又は内周面に、γ−アルミナ質セラミックスから
なる通気性を有する中間層３１ｃを形成した上で、上記
分離膜３１ｂを被着させてなる。

【００１９】而して、かかる分離フィルタ装置３によれ
ば、一次処理ガス路８から導入室３４に導入された一次
処理ガス１１が各セラミックフィルタ３１内を通過して
ガス導出室３５へと流動する間において、一次処理ガス
１１に含まれるバルクガス１２が各セラミックフィルタ
３１の分離膜３１ｂからガス透過室３６に透過して分離
除去される。バルクガス１２を分離除去された排ガスた
る二次処理ガス１３は、ガス導出室３５から二次処理ガ
ス路９を経て無害化装置に導入される。

【００２０】無害化装置４は、図１に示す如く、二次処
理ガス路９から導入された二次処理ガス１３を燃焼バー
ナにより燃焼，熱分解させて無害化する燃焼式のもので
ある。この例では、無害化装置４として、特開２００１
−２８０６２９公報に開示されたものを使用している。
この無害化装置４は、図４及び図５に示す如く、外筒４
２及び内筒４３からなる燃焼筒４１と、上端部を内筒４
３の底部中心に取付けた燃焼バーナ４４と、内筒４３内
の底部側領域に支燃性ガス４５ａを導入する支燃性ガス
導入路４５とを具備する。内筒４３は複数の円筒状部材
４３ａ…を若干の隙間４３ｂ…を有する状態で上下に齟
齬させてなり、外筒４２の下部から導入された二次燃焼
空気４６が、内外筒４２，４３間を通過して上記隙間４
３ｂ…から内筒４３に供給されるようになっている。燃
焼バーナ４４は、上面に環状をなして等間隔に並列する
複数のノズル口４４ａを形成すると共に、ノズル口群４
４ａで囲繞されるバーナ上面領域に開口する被燃焼ガス
流路４４ｂとこれを同心状に囲繞してノズル口４４ａ…
に連通する燃料ガス供給路４４ｃとを具備する。被燃焼
ガス流路４４ｂは、二次処理ガス路９に接続されてい
て、分離フィルタ装置３を通過した二次処理ガス１３を
内筒４３内に導入する。燃料ガス供給路４４ｃは、被燃
焼ガス流路４４ｂの開口部を同心状に囲繞するノズル口
群４４ａから燃料ガス（メタン，プロパン，ブタン，エ
チレン，天然ガス，都市ガス或いはこれらの混合ガスが
使用される）４４ｄを噴出させる。バーナ４４には、図
示しない着火器が付設されていて、ノズル口４４ａから
噴出された燃料ガス４４ｄを着火する。ノズル口４４ａ
の形成面は、図５に示す如く傾斜面とされていて、ノズ
ル口４４ａから噴出された燃料ガス４４ｄによる火炎４
４ｅが被燃焼ガス流路４４ｂからの噴出ガス（二次処理
ガス）１３に向くように工夫されている。なお、ノズル
口４４ａの形成面の傾斜角βは、通常、火炎４４ｅの安
定性等を考慮して３０度程度に設定しておくことが好ま
しい。支燃性ガス導入路４５は、被燃焼ガス流路４４ｂ
からの噴出ガス１３に対して所定角度θ（通常、６０〜
９０度）をなして支燃性ガス４５ａを噴出する。支燃性
ガス４５ａとしては、大気圧以上の圧力（通常、１．５
×１０⁵Ｐａ程度）の圧縮空気、圧縮酸素富化空気、圧
縮酸素が使用される。

【００２１】而して、かかる無害化装置４によれば、被
燃焼ガス流路４４ｂから内筒４３に導入された二次処理
ガス１３が８００〜１５００℃の火炎４４ｅにより燃焼
され熱分解されて、ＰＦＣガスを含む二次処理ガス１３
が無害化される。このとき、火炎４４ｅが二次処理ガス
１３に向けて形成されることから、二次処理ガス１３が
火炎４４ｅに直接接触することになり、二次処理ガス１
３の燃焼が効果的に行われる。さらに、火炎４４ｅの外
周から大気圧以上の支燃性ガス４５ａが供給されること
により、火炎４４ｅの燃焼が促進され、二次処理ガス１
３中の難燃性ＰＦＣガスも確実に燃焼分解される。な
お、燃焼ガス（廃ガス）１４は、燃焼筒４１の上部排気
口４１ａから廃ガス路１０へと排出される。

【００２２】過熱装置５は、図１に示す如く、一次処理
ガス路８に配置されており、湿式スクラバー２を通過し
た一次処理ガス１１を過熱して、スプレー水２１との接
触により一次処理ガス１１に含まれる水分（水滴）を気
化，除去するものである。すなわち、過熱装置５は、一
次処理ガス１１を１００℃以上（一般に、１００〜５０
０℃）に過熱することによって、水滴を気化して水蒸気
となすものである。この例では、過熱装置５の主熱源と
して、無害化装置４から排出される廃熱を利用してい
る。すなわち、過熱装置５を、無害化装置４の廃ガス路
１０に設けた熱交換器で構成して、一次処理ガス１１を
廃ガス１４との熱交換により過熱するように工夫してあ
る（廃ガス１４からの熱回収を行い得ない運転開始時等
にあっては、電気ヒータ等の補助熱源により一次処理ガ
ス１１を過熱する）。なお、過熱装置５は、後述する如
くセラミックフィルタ３１の機能（透過機能）を阻害す
る水滴を気化，除去するものであり、一次処理ガス１１
を乾燥させるものではない。

【００２３】バルクガス回収装置６は、図１に示す如
く、分離フィルタ装置３のガス透過室３６から適宜のバ
ルクガス回収部６１に至るバルクガス回収路６２を設け
て、分離フィルタ装置３で分離されたバルクガス１２を
バルクガス回収部６１に回収して再利用するようになっ
ている。ここに、バルクガス回収部６１とは、バルクガ
ス１２を再利用すべき装置，機器又はその一部であり、
例えばバルクガス１２を無害化装置４のパージガスとし
て使用する場合には当該無害化装置４がバルクガス回収
部６１となる。ところで、分離フィルタ装置３で分離さ
れるバルクガス１２には、ＰＦＣガス，ＣＯ，ＣＯ₂，
水分等のバルクガスの再利用に弊害となる不純物が同伴
されてくる虞れがある。そこで、バルクガス回収装置６
にあっては、バルクガス回収路６２に上記不純物を分離
除去するバルクガス精製装置６３を配置してある。バル
クガス精製装置６３としては、例えば、分離フィルタ装
置３のガス透過室３６から排出されたバルクガス１２に
同伴する上記不純物を活性炭６３ａにより吸着除去する
もの又は上記したセラミックフィルタ３１と同一構造を
なすセラミックフィルタ６３ｂによりバルクガスとＰＦ
Ｃガス等の不純物とを分離するものが使用される。すな
わち、前者のものでは、活性炭６３ａを充填した１対の
吸着塔を設けて、両吸着塔を交互に吸着工程と再生工程
（脱着工程）とに切り替えるように構成される。そし
て、吸着工程にある吸着塔に分離装置３からバルクガス
１２を供給して、これに含まれる不純物を活性炭６３ａ
により吸着除去し、不純物を除去されたバルクガス（精
製バルクガス）１２ａをバルクガス回収部６１に供給す
る。一方、再生工程にある吸着塔においては、パージガ
スの供給等により活性炭６３ａからこれに吸着された不
純物を離脱させると共に、その不純物１２ｃを返戻路６
４から一次処理ガス路８に返戻して、一次処理ガス１１
に混合させる。また、後者のものでは、分離フィルタ装
置３と同様に、セラミックフィルタ６３ｂを透過したバ
ルクガス（精製バルクガス）１２ａがバルクガス回収部
６１に供給されると共に、セラミックフィルタ６３ｂを
透過しない不純物１２ｃを返戻路６４から一次処理ガス
路８に返戻して、一次処理ガス１１に混合させる。但
し、後者のものでは、分離フィルタ装置３におけると同
様に、セラミックフィルタ６３ｂを透過したバルクガス
１２ａに、極く微量ではあるが、ＰＦＣガスが同伴され
る虞れがある。したがって、バルクガス１２の精製をよ
り高精度に行うためには、バルクガス精製装置６３とし
て前者の活性炭吸着方式のものを使用することが好まし
い。なお、返戻路６４は、一次処理ガス路８における過
熱装置５の上流側部分に接続されている。

【００２４】以上のように構成された排ガス処理装置に
よれば、排ガス１に含まれるＰＦＣガスを効果的に無害
化処理することができ、且つ排ガス１に大量に含まれる
バルクガスを有効利用することができる。

【００２５】すなわち、排ガス１は、湿式スクラバー２
により酸性ガス及び微粒固形分（ＳｉＯ₂等）を除去さ
れた上で、分離フィルタ装置３及び無害化装置４に導入
されることから、酸性ガスによる装置部品の腐食や微粒
固形分によるセラミックフィルタ３１の目詰まりを生じ
ることなく、各装置３，４による処理が良好に行われ
る。

【００２６】また、分離フィルタ装置３に導入される一
次処理ガス１１は、過熱装置５により１００℃以上に過
熱されて、スプレー水２１との接触により発生する水滴
を気化されたものであるから、水滴によりセラミックフ
ィルタ３１による透過機能を著しく低下するようなこと
がなく、バルクガス１２の分離を良好に行われる。しか
も、一次処理ガス１１は過熱装置５による１００℃以上
に加熱されたものであるから、セラミックフィルタ３１
におけるガス透過作用がガス分子運動の活発化により効
果的に行われる。かかる分子運動の活発化によるガス透
過作用の向上度は、分離フィルタ装置３に導入される一
次処理ガス１１が高温となるに従って高くなる。したが
って、過熱装置５による一次処理ガス１１の加熱温度
は、分離フィルタ装置３の耐熱範囲（一般に、１００〜
５００℃程度）において、可及的に高くなるようにして
おくことが好ましい。なお、耐熱性がセラミックフィル
タに比して劣る有機膜フィルタを使用した場合には、こ
のような一次処理ガス１１の過熱ないし加熱は行い得
ず、上記した作用効果は奏し得ない。

【００２７】また、過熱装置５の主熱源として、無害化
装置４から排出される廃熱を回収，利用するようにして
いることから、排ガス処理装置全体としてのランニング
コストを低減させることができる。

【００２８】そして、排ガス１を、ＰＦＣガスを分離フ
ィルタ装置３で濃縮させた二次処理ガス１３として、無
害化装置４に導入させるから、ＰＦＣガスが大量のバル
クガスで希釈された排ガス１をそのまま無害化装置４に
導入させる場合に比して、ＰＦＣガスの燃焼分解に必要
な燃料消費量を大幅に低減させることができ、ランニン
グコストの低減及び無害化処理装置４の小型化を図るこ
とができる。

【００２９】また、分離フィルタ装置３で分離されたバ
ルクガス１２を、更にバルクガス精製装置６３で精製し
た上で、回収するようにしたから、排ガス１に大量に含
まれるバルクガスを有効に再利用することができる。

【００３０】ところで、上記した分離フィルタ装置３及
び無害化装置４による排ガス１の処理効果は、次のよう
な実験により確認された。

【００３１】（実験１）ＣＦ₄：１％，Ｎ₂：９９％の
混合ガスを表１に示す条件で上記分離フィルタ装置３の
ガス導入室３４に導入させて、ガス導出室３５から導出
される濃縮ガスの流量及びＣＦ₄濃度を膜流量計及びガ
スクロマトグラフィーにより測定すると共に、バルクガ
スの回収率を算出した。なお、混合ガスは大気圧，２０
０℃とし、ガス透過室３６は−０．０９ＭＰａに減圧し
た。その結果は表１に示す通りであった。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１から理解されるように、上記したセラ
ミックフィルタ３１を使用し且つ一次処理ガス１１を過
熱装置５により１００℃以上に加熱することにより、Ｐ
ＦＣガスを効果的に濃縮できることが確認された。

【００３４】（実験２）上記セラミックフィルタ３１
をヘリウム雰囲気３５０℃で前処理し、ＣＨＦ₃：０．
５気圧，Ｎ₂：０．５気圧の混合ガス（１００ｃｃ／ｍ
ｉｎ）をガス導入室３４に導入して、ガス透過室３６か
ら排出されるガスの流量を膜流量計により測定すると共
に、当該ガスにおけるＣＨＦ₃濃度及びＮ₂濃度を夫々ガ
スクロマトグラフィーにより測定した。なお、実験１と
同様に、混合ガスは大気圧，２００℃とし、ガス透過室
３６は−０．０９ＭＰａに減圧した。そして、これらの
測定値に基いて透過率＝透過量／（フィルタ面積×差圧
×時間）からＣＨＦ₃及びＮ₂の透過率を求めた。さら
に、ＣＨＦ₃の透過係数比（Ｎ₂の透過率／ＣＨＦ₃の透
過率）を求めた。その結果は表２に示す通りであった。

【００３５】

【表２】

【００３６】（実験３）上記セラミックフィルタ３１
をヘリウム雰囲気３５０℃で前処理し、ＳＦ₆：０．５
気圧，Ｎ₂：０．５気圧の混合ガス（１００ｃｃ／ｍｉ
ｎ）をガス導入室３４に導入して、ガス透過室３６から
排出されるガスの流量を膜流量計により測定すると共
に、当該ガスにおけるＳＦ₆濃度及びＮ₂濃度を夫々ガス
クロマトグラフィーにより測定した。なお、実験１，２
と同様に、混合ガスは大気圧，２００℃とし、ガス透過
室３６は−０．０９ＭＰａに減圧した。そして、これら
の測定値に基いて透過率＝透過量／（フィルタ面積×差
圧×時間）からＳＦ ₆及びＮ₂の透過率を求めた。さら
に、ＳＦ₆の透過係数比（Ｎ₂の透過率／ＳＦ₆の透過
率）を求めた。その結果は表３に示す通りであった。

【００３７】

【表３】

【００３８】表２及び表３から明らかなように、セラミ
ックフィルタ３１（分離膜３１ｂ）の細孔による透過率
制御によりＮ₂ガスとＰＦＣガス（ＣＨＦ₃又はＳＦ₆）
との分離において高い選択性を有することが確認され
た。

【００３９】（実験４）上記した無害化装置４におけ
るＣＦ₄濃度変化による分解効率への影響を確認した。
すなわち、被燃焼ガス流路４４ｂから内筒４３にＮ₂，
ＣＦ₄の混合ガスを導入させると共に、燃料ガス供給路
４４ｃからプロパンガスを供給して、混合ガスを燃焼さ
せた。そして、混合ガスの導入量を一定（５０Ｌ／ｍｉ
ｎ）に保持した状態で、導入させる混合ガスのＣＦ₄濃
度を０〜９％の範囲で変化させて、燃焼筒４１から排出
される廃ガスのＣＦ₄濃度を測定した。導入させる混合
ガス及び廃ガスのＣＦ₄濃度はＦＴＩＲ（フーリェ変換
赤外分光計）で測定し、その測定値から分解率（（混合
ガスのＣＦ₄濃度／廃ガスのＣＦ₄濃度）×１００）を求
めた。その結果は図６に示す通りであった。

【００４０】図６から明らかなように、上記構造の無害
化装置４によれば、ＰＦＣガス濃度（ＣＦ₄濃度）に拘
わらずほぼ一定の分解率を確保することができ、分離フ
ィルタ装置３によるＰＦＣガスの濃縮に適した無害化処
理（ＰＦＣガスの分解処理）を行い得ることが理解され
る。

【００４１】（実験５）実験４と同一の燃焼条件にお
いて、Ｎ₂，ＣＦ₄の混合ガスを上記無害化装置４で燃焼
させた。そして、混合ガスにおけるＣＦ₄量を一定（１
Ｌ／ｍｉｎ）としてＮ₂量を１００〜６００Ｌ／ｍｉｎ
の範囲で変化させつつ、実験４と同様にして分解率を求
めた。その結果は図７に示す通りである。

【００４２】ところで、実験１から理解されるように、
上記した分離フィルタ装置３によるＮ₂，ＣＦ₄の混合ガ
スの分離能力つまりＮ₂の除去率は約２５％である（表
１に示す如く、１％のＣＦ₄は約４％まで濃縮される）
から、Ｎ₂量を６００Ｌ／ｍｉｎとする混合ガスを分離
フィルタ装置３で処理するとすれば、無害化装置４に導
入される混合ガスのＮ₂量は約１５０Ｌ／ｍｉｎに低減
されることになるはずである。そして、図７から理解さ
れるように、Ｎ₂量が約１５０Ｌ／ｍｉｎ以下であると
きは、分解率が９８％で安定しているが、Ｎ₂量が増加
するに従って分解率は急激に低下している。したがっ
て、これらのことから、排ガスを分離フィルタ装置３に
より処理（ＰＦＣガスの濃縮）した上で無害化装置４に
よる処理（ＰＦＣガスの燃焼）を行うことにより、排ガ
スをそのまま燃焼処理する場合に比して、極めて効率の
良い無害化処理を行いうることが理解される。なお、図
７に示す実験５の結果は、分離フィルタ装置３によるＰ
ＦＣガスの濃縮度と無害化装置４による分解率との関係
を間接的に示すものである。

【００４３】（実験６）上記した排ガス処理装置を使
用して６００Ｌ／ｍｉｎの排ガス１を無害化処理して、
無害化装置４から排出される廃ガスのＰＦＣ濃度を測定
した。また、この排ガス処理装置の無害化装置４と同一
構成をなす複数台の無害化装置を並列使用して、同一性
状，流量の排ガス１を無害化処理した。その結果、無害
化装置のみにより排ガス１を処理した場合、廃ガスのＰ
ＦＣ濃度が排ガス処理装置を使用した場合と同等となる
には、３台の無害化装置が必要であった。そして、排ガ
ス処理装置を使用した場合の設置スペース、イニシャル
コスト及びランニングコストは、夫々、３台の無害化装
置を使用した場合の９０％、８０％及び５０％であっ
た。このことから、本発明の排ガス処理装置によれば、
設置スペース、イニシャルコスト及びランニングコスト
の低減を図りつつ良好なＰＦＣガスの無害化処理を行い
得ることが理解される。

【００４４】なお、本発明は上記した実施の形態に限定
されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範
囲において適宜に改良，変更することができる。例え
ば、無害化装置４として、特開平１１−３１９４８５号
公報に開示される如く、二次処理ガスを加熱した上で触
媒により分解させる触媒燃焼式のものを使用することが
できる。また、分離フィルタ装置３における分離膜３１
ｂの水分吸着による性能低下を抑制する為には、図８に
示す如く、過熱装置５の前段（上流側）に、水分を除去
する為の冷凍式、加圧式、膜分離方式等による方式によ
り、湿式スクラバー２を通過した一次処理ガス１１中の
水分を予め除去する水分除去装置５１を設けておくこと
がより好ましい。なお、図８に示す排ガス処理における
水分除去装置５１以外の構成は、上記した実施の形態に
おける排ガス処理装置におけると同一である。また、本
発明は、上記した如くバルクガス，ＰＦＣガスに加えて
酸性ガス及びＳｉＯ₂微粉末が含まれる排ガスのみなら
ず、酸性ガスを含まない排ガスやＳｉＯ₂微粉末を含ま
ない排ガスを無害化処理する場合にも当然に適用するこ
とができる。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明からも容易に理解されるよう
に、本発明の排ガス処理装置によれば、ＰＦＣガスを含
む排ガスを冒頭で述べた問題を生じることなく効率良く
経済的に無害化処理することができ、しかも排ガスに大
量に含まれるバルクガスを効果的に回収，再利用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排ガス処理装置の実施の形態を示
す系統図である。

【図２】分離フィルタ装置の一例を示す断面図である。

【図３】図２のIII −III 線に沿う要部の断面図であ
る。

【図４】無害化装置の一例を示す断面図である。

【図５】図４の要部を拡大して示す詳細図である。

【図６】実験４で求めた分解率と濃度との関係を示す曲
線図である。

【図７】実験５で求めた分解率と濃度との関係を示す曲
線図である。

【図８】排ガス処理装置の変形例を示す図１相当の系統
図である。

【符号の説明】

１…排ガス、２…スクラバー、３…分離フィルタ装置、
４…無害化装置、５…過熱装置、６…バルクガス回収装
置、７…排気路、８…一次処理ガス路、９…二次処理ガ
ス路、１０…廃ガス路、１１…一次処理ガス、１２…バ
ルクガス、１２ａ…バルクガス（精製バルクガス）、１
２ｃ…不純物、１３…二次処理ガス、１４…廃ガス、２
１…スプレー水、３１…セラミックフィルタ、３１ａ…
多孔質支持体、３１ｂ…分離膜、３１ｃ…中間層、３４
…ガス導入室、３５…ガス導出室、３６…ガス透過室、
４１…燃焼筒、４２…外筒、４３…内筒、４４…燃焼バ
ーナ、６１…バルクガス回収部、６２…バルクガス回収
路、６３…バルクガス精製装置、６３ａ…活性炭、６３
ｂ…セラミックフィルタ、６４…返戻路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ // Ｆ２３Ｊ 15/04 Ｆ２３Ｊ 15/00 Ｅ (72)発明者永野修次大阪府大阪市西区靭本町２丁目４番11号大陽東洋酸素株式会社内 (72)発明者大嶋仁英鹿児島県国分市山下町１番４号京セラ株式会社総合研究所内 (72)発明者小山辰雄滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の６京セラ株式会社八日市工場内Ｆターム(参考） 3K070 DA37 4D002 AA22 AB01 AC10 BA02 BA05 EA01 EA02 4D006 GA41 KA01 KA72 KB12 KB19 MA09 MB04 MC03 PB19 PC01 5F004 BC02 DA01 DA02 DA03 DA15 DA16 DA17 DA18 DA20 5F045 EG07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バルクガス及びパーフルオロ化合物ガス
を含む排ガスを無害化処理する排ガス処理装置であっ
て、排ガスを前処理するスクラバーと、スクラバーを通
過した排ガスたる一次処理ガスからバルクガスを分離除
去する分離フィルタ装置と、分離フィルタ装置を通過し
た排ガスであってバルクガスを分離除去された二次処理
ガスを熱分解して無害化する無害化装置と、分離フィル
タ装置で分離されたバルクガスを回収するバルクガス回
収装置とを具備することを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】バルクガス回収装置が、分離フィルタ装
置から排出されたバルクガスをこれに同伴するパーフル
オロ化合物ガスを分離除去して精製すると共に当該分離
除去ガスを分離フィルタ装置の一次処理ガス導入側に返
戻するバルクガス精製装置を具備するものであることを
特徴とする、請求項１に記載する排ガス処理装置。
【請求項３】バルクガス精製装置が、分離フィルタ装
置から排出されたバルクガスに同伴する不純物を活性炭
により吸着除去するものであることを特徴とする、請求
項２に記載する排ガス処理装置。
【請求項４】バルクガス精製装置が、パーフルオロ化
合物ガスより分子径の小さなガスを透過するセラミック
フィルタを具備するものであることを特徴とする、請求
項２に記載する排ガス処理装置。
【請求項５】分離フィルタ装置が、パーフルオロ化合
物ガスより分子径の小さなガスを透過するセラミックフ
ィルタを具備するものであることを特徴とする、請求項
１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載する排ガス
処理装置。
【請求項６】セラミックフィルタが、セラミック製の
多孔質支持体と、その少なくとも一方の表面に多数の細
孔を有するＳｉとＺｒとを含有する非晶質の酸化物から
なる分離膜とを具備するものであることを特徴とする、
請求項４又は請求項５に記載する排ガス処理装置。
【請求項７】スクラバーが湿式のものであり、スクラ
バーから分離フィルタ装置に至る一次処理ガス路には、
一次処理ガスを過熱する過熱装置が配置されていること
を特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３、請求項
４、請求項５又は請求項６に記載する排ガス処理装置。
【請求項８】過熱装置が、その主熱源として無害化装
置の廃熱を利用する熱交換器であることを特徴とする、
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、
請求項６又は請求項７に記載する排ガス処理装置。
【請求項９】無害化装置が、二次処理ガスを燃料バー
ナにより燃焼させて分解させる燃焼式のもの又は二次処
理ガスを加熱した上で触媒により分解させる触媒燃焼式
のものであることを特徴とする、請求項１、請求項２、
請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７又
は請求項８に記載する排ガス処理装置。