JP2004044968A

JP2004044968A - ガス処理装置

Info

Publication number: JP2004044968A
Application number: JP2002205532A
Authority: JP
Inventors: Noboru Takarayama; 寳山　登; Kenji Kumagai; 熊谷　健志
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】構成を簡易にするとともに、払い落としによる圧力の変動を低減する。
【解決手段】被処理ガスを燃焼する燃焼器９から排出される排ガスをタンク室１１に導き複数のバグフィルタ１３を介して後流側に排出するガス処理装置１であって、この各バグフィルタは、排ガス中のシリカ粉を捕集する濾布２３と、排出側からこのバグフィルタに気体を流す逆洗手段２５、２６と、濾布２３を振動させる振動手段とをそれぞれ備え、逆洗手段２５、２６と振動手段を各ガス流路ごとに同期させて作動させることにより、濾布２３からシリカ粉を剥離するとともに剥離したシリカ粉を気体に乗せてタンク室１１に送ることができるので、シリカ粉を濾布２３から剥離させるために逆洗する気体の圧力を上げることなく、構成も簡易にすることができる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼器を備えたガス処理装置の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス処理装置は、酸化により固体粒子状の酸化物を生成するガス、例えば、半導体の製造プロセスで排出されるシラン系ガス（例えば、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６など）、を燃焼し、安定したシリカ粉（ＳｉＯ_２）としてから捕集して除害処理するものである。このガス処理装置は、シラン系ガスが導かれる燃焼器と、燃焼器の排ガスが導かれる捕集容器と、捕集容器から排出される排ガス中のシリカ粉を捕集する捕集手段であるバグフィルタとを備えて形成され、このバグフィルタに捕集されたシリカ粉は、ホッパ状の捕集容器に一旦滞留した後外部に排出されるようになっている。なお、シラン系ガスの酸化反応式を以下の（１）、（２）式に示す。
ＳｉＨ_４　＋　２Ｏ_２　＝　ＳｉＯ_２　＋　２Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　　　　　………（１）
Ｓｉ_２Ｈ_６　＋　３・１／２Ｏ_２　＝　２ＳｉＯ_２　＋　３Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　　………（２）
このように気相のシランガスから析出するシリカ粉の粒体は、微細な（例えば、粒径ｎｍ以下、嵩比重０．０５ｇ／ｃｃ）ため捕集が困難であり、例えば、スクラバなどの湿式方式を用いたものでは５０％程度の捕集率である。そこで、バグフィルタには、編み目が比較的小さく、かつ、編んだ布を幾重にも重ね合わせた濾布が用いられている。
【０００３】
このような濾布の目詰まりを防止するため、ガス処理装置は、例えば、排ガスの流れの下流側から濾布方向に例えば気体などの逆洗媒体を流す低圧逆洗式、排ガスの流れの下流側から濾布方向に比較的高圧の気体を瞬間的に噴射する高圧パルス逆洗式、あるいは濾布を振動させる加振式や打撃式などの払い落とし装置を備えている。
【０００４】
このような払い落とし装置を備えたガス処理装置は、通常、１つの捕集容器に複数の濾布を備え、それぞれの濾布の払い落とし装置を順番に作動させることで、ガス処理装置を連続的に運転させつつシリカ粉の払い落としができるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、低圧逆洗式の払い落とし装置は、濾布の裏面、すなわち、捕集物を捕集する面の裏面から気体を通流させ、濾布を通過する気体に乗せて捕集物を払い落とすものである。しかし、粒径が小さいシリカ粉は、濾布表面に密に堆積して層を形成してしまい、低圧逆洗式の払い落とし装置から逆流する気体が濾布を通過できず、払い落とすことができないという問題がある。
【０００６】
これに対して、逆流する気体の流量を増加させて圧力を上げれば濾布を通過させることができるが、逆流する気体が上流側の装置または機器類に圧力変動などの悪影響を与える場合があり好ましくない。
【０００７】
一方、高圧パルス逆洗式の払い落とし装置は、捕集物を捕集する面の裏面から比較的高圧の気体を瞬間的に（例えば、０．２秒間）噴射して、濾布に付着した捕集物を濾布から剥離させて吹き飛ばすものである。しかし、シリカ粉は非常に微細であるとともに、各濾布には捕集容器から常時排ガスが流れ込んでいるため、一旦剥離したシリカ粉が再び捕集されてしまい払い落とすことができないという問題がある。さらに、瞬間的であっても高圧の気体を逆流させることで上流側の装置または機器類に圧力変動などの悪影響を与える場合があり好ましくない。
【０００８】
他方、加振式及び打撃式の払い落とし装置は、振動または衝撃により捕集物を濾布から剥離させ、その捕集物の自重で落下させて払い落とすというものである。しかし、シリカ粉は微細であるため自重による落下には時間がかかり、高圧パルス逆洗式と同様に、一旦剥離したシリカ粉が再び捕集されてしまい払い落とすことができないという問題がある。
【０００９】
これに対して、複数の捕集容器を設け、それぞれの捕集容器ごとに払い落としを行い、かつ、その払い落とし運転中の捕集容器に排ガスを流入させないように制御することで濾布からシリカ粉を払い落とすことができる。しかし、このような複数の捕集容器を設ける構成では、設備や設備を設置するスペースが増大し、さらに、それぞれの捕集容器への排ガスの流入・停止を切り替えなければならず制御が煩雑になるため好ましくない。このため、簡易な構成で、かつ、払い落としによる圧力の変動を抑えた払い落とし装置が望まれている。
【００１０】
そこで、本発明は、構成を簡易にするとともに、払い落としによる圧力の変動を低減することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のガス処理装置は、被処理ガスを燃焼する燃焼器と、この燃焼器から排出される排ガス中の固体粒子を捕集する捕集手段と、排ガスの流れの逆方向に捕集手段に気体を流す逆洗手段と、捕集手段を振動させる振動手段とを備え、逆洗手段と振動手段を同期させて作動させることにより上記課題を解決する。
【００１２】
具体的にガス処理装置は、被処理ガスを燃焼する燃焼器から排出される排ガスを捕集容器に導き、この捕集容器内の排ガスを複数のガス流路を介して排出するガス処理装置であって、この各ガス流路は、排ガス中の固体粒子を捕集する捕集手段と、排ガスの排出側からこの捕集手段に気体を流す逆洗手段と、濾布を振動させる振動手段とをそれぞれ備え、逆洗手段と振動手段を各ガス流路ごとに同期させて作動させることを特徴とする。
【００１３】
このような構成とすることにより、濾布を振動させて濾布からシリカ粉を剥離するとともに、濾布から剥離したシリカ粉を排ガスの流れ方向の逆方向に気体に乗せて捕集容器内に送ることができる。これにより、構成を簡易にするとともに、払い落としによる圧力の変動を低減することができる。
【００１４】
この場合において、振動手段による振動とは、打撃（ノッカ）の衝撃による振動や加振（バイブレータ、シェイキング）による振動のことをいう。ここで、逆洗手段により逆流する気体の圧力は、通常の低圧逆洗時における気体圧力と同程度の圧力とし、燃焼器から排出される排ガスの圧力以上に設定する。
【００１５】
また、本発明のガス処理装置では、複数のガス流路は、捕集容器の上面に立設され下端が捕集容器内に連通する複数の筒体で形成され、捕集手段は、この筒体内に配置され下側が開口した袋状の濾布を備えて形成され、かつ、この濾布の開口の外縁を筒体の内面に連結する構成とすることができる。これにより、一方の濾布から払い落とされたシリカ粉が、他方の濾布に捕集されることを抑制することができる。
【００１６】
ところで、濾布で捕集したシリカ粉は、通常、払い落とし後、下部のホッパ状の捕集容器に滞留し、そのまま窒素などにより気流搬送で排出またはバキュームで抜出される。しかし、シリカ粉が完全反応したものでなく、未反応のままの状態（通常ＳｉｎＯｍと表す：ｎ、ｍは係数）であると、発熱反応を起こす場合がある。例えばＳｉＯであれば、次の（３）式のように完全反応に移ろうとする。
ＳｉＯ　＋　Ｏ　＝　ＳｉＯ_２　＋　ｈｅａｔ　　　　　　　　　　　　………（３）
このように、未反応のシリカ粉を貯め、周囲に酸素が存在すれば酸化反応が起こり、捕集容器内で発熱、温度上昇し燃焼する場合、または、捕集容器及びバグフィルタのメンテナンス時に点検口を開け、空気と触れたときに急激に酸化反応が進み燃焼する場合がある。
【００１７】
そこで、本発明のガス処理装置では、捕集容器の底部に水を滞留させる構成とすることを特徴とする。これにより、濾布から捕集容器に落ちたシリカ粉を捕集容器内の水に分散させることができ、安全に系外へ排出することができる。この場合において、捕集容器の天井から垂下し、下端が水面より上に位置する仕切り板を備え、仕切り板を各ガス流路が捕集容器に連通する部分をそれぞれ画成するように配置することで、一方の濾布から払い落とされたシリカ粉が、他方の濾布に捕集されることをより抑制することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガス処理装置の一実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。図１は、本発明を適用してなるガス処理装置の一実施形態のバグフィルタの概略構成を示した図である。図２は、本発明を適用してなるガス処理装置の一実施形態の概略構成を示した図である。図３は、本発明を適用してなるガス処理装置のシラン処理装置の概略構成を示した斜視図である。図４は、シラン処理装置の変形例の概略構成を示した斜視図である。図５は、シラン処理装置の払い落とし時の状態を示した断面図である。図６は、シラン処理装置の変形例の概略構成を示した一部断面図である。
【００１９】
本実施形態のガス処理装置１は、図２に示すように、シラン系ガス（例えば、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６など）を処理するシラン処理装置３を備え、さらに、シラン処理装置３の排出側にはＰＦＣガス（ＰｅｒＦｌｕｏｒＣｏｍｐｏｕｎｄ、例えば、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＮＦ_３、ＳＦ_６など）を分解するＰＦＣ分解炉５と、ＨＦ（フッ化水素）を吸収するＨＦ吸収塔７とを順次備えて形成されている。
【００２０】
シラン処理装置３は、燃焼器９と、捕集容器であるタンク室１１と、２つのバグフィルタ１３とを備えて構成されている。燃焼器９は下端が開口した筒型の容器１０で形成され、上端には、図示していない半導体製造プロセス（例えば、ＣＶＤ装置など）から排出されるシラン系ガスやＰＦＣガスが含まれた被処理ガスを燃焼器９内に導く被処理ガス入口１５と、パイロットバーナ１６が設けられている。容器１０の下端は、箱型に形成されたタンク室１１の上面に連結され、燃焼器９内とタンク室１１内とを連通している。また、燃焼器９の筒型の容器の側部には、冷却水通流口１７が設けられ、冷却水通流口１７を介して燃焼器９内を冷却水が通流できるようになっている。
【００２１】
バグフィルタ１３は、下端が開口した筒型の容器１９を備え、容器１９の上端には、容器１９内の雰囲気をＰＦＣ分解炉５に導くガス管路２１が連結されている。容器１９の下端は、箱型に形成されたタンク室１１の上面に連結され、バグフィルタ１３内とタンク室１１内とを連通することで、タンク室１１内のガスを後流側に導くガス流路を形成している。また、図１に示すように、容器１９内には、袋状の濾布２３が袋の開口を下にした格好で配置され、濾布２３が配置されている位置に相当する容器１９の側部には、逆洗用の気体を容器１９内に導く逆洗ガス管路２５が連結され、逆洗ガス管路２５にはバルブ２６がそれぞれ設けられている。また、濾布２３の袋の縁周は容器１９の内周面に連結され、タンク室１１内の排ガスが袋内に導かれるように形成されている。タンク室１１の下部には水が滞留されており、この水は、排水ポンプ２７により、循環あるいは系外に排出されるようになっている。
【００２２】
バグフィルタ１３内の雰囲気を導くガス管路２１は、ＰＦＣ分解炉５の流路切替機２９に接続されている。流路切替機２９は、冷却器３０、蓄熱器３１及びバーナ３２を順次備えてＰＦＣ燃焼炉３４に連通する流路３３、もしくは、冷却器４０、蓄熱器４１及びバーナ４２を順次備えてＰＦＣ燃焼炉３４に連通する流路４３のいずれか一方にガス管路２１を連結し、他方の流路はガス管路４５に連結する。また、ＰＦＣ燃焼炉３４は、ヒートアップバーナ３６を備えて構成されている。ガス管路４５は、ＨＦ吸収塔７に連結されＨＦ吸収塔７内の吸収部４７を介して大気中に排出され、ＨＦ吸収塔の底部に溜まった排水は排出されるようになっている。
【００２３】
次に、本実施形態の特徴点である逆洗手段及び振動手段について説明する。図１に示すように、バグフィルタ１３には、逆洗ガス管路２５を介して容器１９と濾布２３との間に逆洗用気体を流入させ、符号５０の矢印方向に逆洗用気体を流す逆洗手段と、濾布２３を叩いて符号５１の方向に振動させる図示していないノッカとが設けられている。また、バルブ２６と、ノッカとの動作を制御する図示していない制御装置を備えて形成されている。
【００２４】
このような構成のガス処理装置１の動作について説明する。まず、通常の運転時、燃焼器９は、パイロットバーナ１６で容器１０内を３００℃以上、望ましくは４００℃以上に予熱後に、図示していないＣＶＤ装置から被処理ガス入口１５を介して被処理ガスが供給される。これにより、被処理ガス中に含まれるシラン系ガスが燃焼しシリカ粉が生成される。ここで、燃焼器９は、パイロットバーナ１６を介して全体の空気比で２．０［−］以上になるように十分に空気を供給することで、完全に酸化させた親水性の白いシリカ粉を生成することができる。また、空気比を１．０〜２．０［−］でも親水性のシリカ粉が生成できるが、カップリングされているか、あるいは、未反応である茶色がかったシリカ粉であるため好ましくない。
【００２５】
このように生成されたシリカ粉を含んだ排ガスは、燃焼器９の下部からタンク室１１内へ流入する。排ガス中のシリカ粉の一部はタンク室１１内の水に分散し、排水ポンプ２７により水と一緒に外部に排出される。残りのシリカ粉は排ガスとともにバグフィルタ１３へ導かれ、濾布２３の袋内に流れ込み袋の内面側に捕集される。シリカ粉が捕集された排ガスは、濾布２３と容器１９との間を通流し、ガス管路２１に導かれ、図示していない燃焼用空気が混入され、ほぼ常温となり流路切換機２９に送られる。
【００２６】
流路切替機２９に導かれた排ガスは、流路３３もしくは流路４３のいずれかに流入する。例えば、流路３３に導かれた場合、排ガスは蓄熱器３１へ入り約８００℃まで予熱され、さらに主バーナ３２により助燃量（ＬＰＧ、Ｈ_２、都市ガスなど）が投入されＰＦＣ燃焼炉３４内を１０００℃以上の雰囲気（難燃性のＰＦＣがあるため１２００℃が望ましい）にし、ＰＦＣを燃焼・加水分解し除去する。分解されたガスは片方の主バーナ４２、蓄熱器４１を通り、蓄熱器４１で廃熱回収が行われる。その後、冷却管４０で排ガス温度を約２００℃以下とし、再度流路切換機２９へ入り、分解後の排ガスは吸収塔７でＰＦＣ分解後の副生成物ＨＦを除去し大気へ排出される。ここで、流路切換機２９は、蓄熱器４１に十分熱を貯えられる時間（約３０〜１２０秒）間隔で切換え動作を行う。切り換わると処理排ガスの流れは順に、蓄熱器４１、主バーナ４２、ＰＦＣ燃焼炉３４、主バーナ３２、蓄熱器３１、冷却管３０、流路切換機２９となる。この繰り返しにより、シランとＰＦＣの一括連続分解処理を行う。
【００２７】
次に、本実施形態の特徴部であるバグフィルタにおける払い落し運転時の制御装置の動作について説明する。まず、払い落し運転が開始されると、制御装置はいずれか一方のバグフィルタ１３のバルブ２６及びノッカを作動させ、他方のバグフィルタ１３のバルブ２６及び振動手段は停止させた状態を維持する。これにより、濾布２３の袋の内面側に付着したシリカ粉を剥離するとともに、濾布２３から剥離したシリカ粉を排ガスの流れ方向の逆方向に気体に乗せてタンク室１１内に送ることができる。この結果、簡易な構成でバグフィルタ１３内の濾布２３に付着したシリカ粉を払い落とすことができる。また、本実施の形態では、比較的圧力の高い高圧パルス逆洗式の払い落とし装置を用いないので、燃焼器９側の圧力変動を抑制することができる。
【００２８】
また、本実施の形態では、濾布２３を振動させる手段としてノッカを用いたが、これに限らず、濾布に衝撃や振動を与えるものであれば、例えば、加振式のバイブレータやシェイキングなど周知の払い落とし装置を用いることができる。
【００２９】
また、本実施の形態のシラン処理装置３は、図３に示すように、燃焼器９の横に２つのバグフィルタ１３を並べて配置したが、これに代えて、図４に示すように、燃焼器９を２つのバグフィルタ１３で挟むような配置にすることもできる。なお、図３及び図４に示すタンク室１１には、タンク室１１の天井から垂下し、下端が水面より上に位置する仕切り板５３を備え、仕切り板５３がバグフィルタ１３がタンク室１１に連結された部分をそれぞれ画成するように配置することで、図５に示すように、一方のバグフィルタから払い落とされたシリカ粉が、他方のバグフィルタに捕集されることを抑制することができる。なお、符号５４はシリカ粉の固体粒子を代表してしめしたものである。
【００３０】
また、本実施の形態では、各バグフィルタ１３ごとに容器１９を設けた構成としたが、図６に示すように、容器５５内を２つの部屋に分割して各部屋にそれぞれ濾布２３を配置する構成とすることもできる。また、本実施の形態では、バグフィルタ１３を２つ備えた構成としたが、これに限らず、いくつ設けた構成としてもよい。
【００３１】
また、本実施の形態では、半導体製造プロセスで発生するシラン系ガスを処理する例を挙げて説明したが、シリカ粉の製造および光ファイバ製造プロセスなどシラン系ガスが発生する場合であれば本発明を適用することができる。
【００３２】
このように、本実施形態によれば、被処理ガスを燃焼する燃焼器９から排出される排ガスをタンク室１１に導き、このタンク室１１内の排ガスを複数の筒状の容器１９を介して排出する場合において、逆洗手段と振動手段を各ガス流路ごとに同期させて作動させることで、捕集したシリカ粉を低圧逆洗と同時に衝撃により安定に払い落とし、下部のタンク室１１へ落下させるとともに、圧力変動も少なくすることができる。さらに、払い落とされたシリカ粉を安全に排出するためには、タンク室１１に入れた水とともに排出することができ安全に系外へ排出できる。また、本実施形態では、逆洗手段の逆洗媒体に気体を用いたがこれに限らず周知の逆洗媒体を用いることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、構成を簡易にするとともに、払い落としによる圧力の変動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなるガス処理装置の一実施形態のバグフィルタの概略構成を示した図である。
【図２】本発明を適用してなるガス処理装置の一実施形態の概略構成を示した図である。
【図３】本発明を適用してなるガス処理装置のシラン処理装置の概略構成を示した斜視図である。
【図４】シラン処理装置の変形例の概略構成を示した斜視図である。
【図５】シラン処理装置の払い落とし時を示した断面図である。
【図６】シラン処理装置の変形例の概略構成を示した一部断面図である。
【符号の説明】
１　ガス処理装置
９　燃焼器
１１　タンク室
１３　バグフィルタ
２３　濾布
２５、２６　逆洗手段

Claims

被処理ガスを燃焼する燃焼器と、該燃焼器から排出される排ガス中の固体粒子を捕集する捕集手段と、前記排ガスの流れの逆方向に前記捕集手段に逆洗媒体を流す逆洗手段と、前記捕集手段を振動させる振動手段とを備え、前記逆洗手段と前記振動手段を同期させて作動させるガス処理装置。
被処理ガスを燃焼する燃焼器から排出される排ガスを捕集容器に導き、該捕集容器内の前記排ガスを複数のガス流路を介して排出するガス処理装置であって、
該各ガス流路は、前記排ガス中の固体粒子を捕集する捕集手段と、前記排ガスの排出側から該捕集手段に逆洗媒体を流す逆洗手段と、前記濾布を振動させる振動手段とをそれぞれ備え、
前記逆洗手段と前記振動手段を前記各ガス流路ごとに同期させて作動させることを特徴とするガス処理装置。
前記複数のガス流路は、前記捕集容器の上面に立設され下端が前記捕集容器内に連通する複数の筒体で形成され、
前記捕集手段は、該筒体内に配置され下側が開口した袋状の濾布を備えて形成され、かつ、該濾布の開口の外縁を前記筒体の内面に連結してなることを特徴とする請求項２に記載のガス処理装置。
前記捕集容器は、底部に水が滞留することを特徴とする請求項２または３に記載のガス処理装置。
前記捕集容器の天井から垂下し、下端が前記水面より上に位置する仕切り板を備え、
前記仕切り板は、前記各ガス流路が前記捕集容器に連通する部分をそれぞれ画成することを特徴とする請求項４に記載のガス処理装置。