JP2007021290A - 排ガスの処理方法および処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ分解反応に不可欠な酸素と水素との供給が簡便に行え、しかもプラズマ分解反応が安定して十分に進行し、PFCを効率よく分解、除去できるようにする。
【解決手段】PFCを含んだ排ガスを前処理スクラバー1に導入し散水ノズル4から散水して排ガスに水分を添加し、この排ガスをプラズマ処理部7の反応室9においてプラズマ分解反応する。水分の添加量をプラズマ分解反応に必要な量とするため、散水の温度を調節して、十分な量の水分が添加できるようにする。散水用の水として、水冷ジャケット92からの冷却水を利用することが好ましい。
【選択図】図1
【解決手段】PFCを含んだ排ガスを前処理スクラバー1に導入し散水ノズル4から散水して排ガスに水分を添加し、この排ガスをプラズマ処理部7の反応室9においてプラズマ分解反応する。水分の添加量をプラズマ分解反応に必要な量とするため、散水の温度を調節して、十分な量の水分が添加できるようにする。散水用の水として、水冷ジャケット92からの冷却水を利用することが好ましい。
【選択図】図1
Description
この発明は、半導体、液晶表示装置などを製造する際に排出される排ガス中のパーフルオロコンパウンド(以下、PFCと略記する)を分解する排ガス処理方法および処理装置に関する。
この種の排ガスには、PFCと総称される物質が含まれ、このPFCはCF4、CHF3、C2F6、NF3、SF6、SiF4などのフッ素化合物を言い、これら化合物を分解して無害化する必要がある。
この分解処理には、色々の処理方法が提案されているが、そのなかにプラズマ分解方式がある。
この分解処理には、色々の処理方法が提案されているが、そのなかにプラズマ分解方式がある。
特開2003−10638号公報には、プラズマ分解方式による排ガス処理装置が開示されている。
この処理装置は、排ガスに散水して排ガス中のHF、SiF4などの水溶性成分、粉塵などを除去する前処理スクラバーと、この前処理スクラバーからの排ガス中のPFCを分解するプラズマ処理塔を備えたものであって、プラズマ処理塔の入口部分に、PFCのプラズマ分解反応に必要な酸素、水素を供給する目的で、空気および水蒸気を導入するようになっている。
この処理装置は、排ガスに散水して排ガス中のHF、SiF4などの水溶性成分、粉塵などを除去する前処理スクラバーと、この前処理スクラバーからの排ガス中のPFCを分解するプラズマ処理塔を備えたものであって、プラズマ処理塔の入口部分に、PFCのプラズマ分解反応に必要な酸素、水素を供給する目的で、空気および水蒸気を導入するようになっている。
この処理装置では、前処理スクラバーにおいて水洗された排ガスに空気および水分が添加されたうえ、プラズマ処理塔内にて排ガス中のPFCがプラズマ雰囲気中で酸素、水素と反応し、熱分解反応、還元反応等によって分解されるようになっている。
しかしながら、この先行発明にあっては、空気および水分を分解反応に必要な量、安定して供給するための供給設備が必要であること、プラズマ処理塔の入口付近で空気、水分を供給するため、排ガスとの混合が不十分な状態でプラズマ分解反応に供され、さらには放電の安定性が損なわれ、分解反応が十分に進行しない恐れがあった。
特開2003−10638号公報
よって、本発明における課題は、プラズマ分解反応に不可欠な酸素と水素との供給が簡便に行え、しかもプラズマ分解反応が安定して十分に進行し、PFCを効率よく分解、除去できるようにすることにある。
かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、排ガスに散水して水分を添加し、この排ガスをプラズマ処理して排ガス中のパーフルオロコンパウンドを分解する方法であって、
排ガスに添加する水分量の調整を、散水する水の温度の調節によって行うことを特徴とする排ガスの処理方法である。
請求項1にかかる発明は、排ガスに散水して水分を添加し、この排ガスをプラズマ処理して排ガス中のパーフルオロコンパウンドを分解する方法であって、
排ガスに添加する水分量の調整を、散水する水の温度の調節によって行うことを特徴とする排ガスの処理方法である。
請求項2にかかる発明は、散水する水として、プラズマ処理装置の冷却水を利用することを特徴とする請求項1記載の排ガスの処理方法である。
請求項3にかかる発明は、排ガスに散水して水分を添加する前処理スクラバーと、この前処理スクラバーからの水分を含む排ガスをプラズマ処理して排ガス中のパーフルオロコンパウンドを分解するプラズマ処理部と、前記前処理スクラバーでの水分添加量を調整する水分添加量調整部を備え、
水分添加量調整部が、散水の温度を調節するものであることを特徴とする排ガス処理装置である。
水分添加量調整部が、散水の温度を調節するものであることを特徴とする排ガス処理装置である。
請求項4にかかる発明は、散水する水として、プラズマ処理部の冷却水を利用することを特徴とする請求項3記載の排ガスの処理装置である。
本発明によれば、前処理スクラバーにおいて、次段のプラズマ処理部で分解に必要な酸素、水素を水分(水蒸気)の状態で供給できる。また、その供給量の調整も散水する水の温度を変化させるだけで可能になる。
このため、装置が簡便化されるとともに、排ガスと水分とがよく混合した状態でプラズマ分解反応を受けることになり、プラズマ分解反応が十分に進行し、排ガス中のPFCを効率よく分解できる。
このため、装置が簡便化されるとともに、排ガスと水分とがよく混合した状態でプラズマ分解反応を受けることになり、プラズマ分解反応が十分に進行し、排ガス中のPFCを効率よく分解できる。
図1は、本発明の排ガス処理装置の一例を示すもので、図中符号1は、前処理スクラバーを示す。
この前処理スクラバー1は、筒状の塔であって、その内部には気液接触のための充填材2が充填されている。また、これの底部には、排ガスを内部に導入するための導入管3が設けられ、充填材2の上方には、散水用の散水ノズル4が配置され、この散水ノズル4から充填材2に向けて、管5から導かれた水が散水されるようになっている。
この前処理スクラバー1は、筒状の塔であって、その内部には気液接触のための充填材2が充填されている。また、これの底部には、排ガスを内部に導入するための導入管3が設けられ、充填材2の上方には、散水用の散水ノズル4が配置され、この散水ノズル4から充填材2に向けて、管5から導かれた水が散水されるようになっている。
さらに、前処理スクラバー1の上部には、ここから排ガスを導出するための導出管6の一端が接続されている。
導出管6の他端は、プラズマ処理部7の上部に接続され、前処理スクラバー1を出た排ガスがこのプラズマ処理部7に送り込まれるようになっている。
導出管6の他端は、プラズマ処理部7の上部に接続され、前処理スクラバー1を出た排ガスがこのプラズマ処理部7に送り込まれるようになっている。
プラズマ処理部7は、プラズマ発生室8と反応室9と冷却室10とから概略構成されている。
プラズマ発生室8は、その内部にプラズマを発生させるもので、平行平板型プラズマ発生装置などの周知のプラズマ発生装置(図示略)を備えており、導出パイプ6からの排ガスがこのプラズマ発生室8に導入されるようになっている。
プラズマ発生室8は、その内部にプラズマを発生させるもので、平行平板型プラズマ発生装置などの周知のプラズマ発生装置(図示略)を備えており、導出パイプ6からの排ガスがこのプラズマ発生室8に導入されるようになっている。
プラズマ発生室8の下部には、これに連続して反応室9が設けられている。この反応室9には、耐熱性、耐食性に富むセラミックスなどからなる円筒状の反応管91が備えられ、この反応管91内部には、上部のプラズマ発生室8から流下したプラズマによって、プラズマ雰囲気が形成され、この雰囲気中において、排ガス中のPFCが酸化反応、還元反応などのプラズマ分解反応を受け、分解されるようになっている。
また、反応管91の外周には、この反応管91を冷却する水冷ジャケット92が反応管91を覆うようにして設けられている。この水冷ジャケット92には、管93からの冷却水が送り込まれ、冷却後の加温された冷却水が管94から導出されるようになっている。
反応室9の下部には、これに連続して冷却室10が設けられている。この冷却室10は、プラズマ分解反応後の排ガスに水を噴射してこれを冷却するとともに分解後の排ガス中の水溶性成分を溶解して除去するものであって、円筒状の筒体101の内周面に冷却用の水を噴射する複数のノズル102、102・・が設けられている。
冷却室10の底部には、排水管11が設けられ、ここから冷却後の排水が系外に排出されるようになっている。また、冷却室10の下部には、排気管12が設けられ、ここから処理後の排ガスが系外に排出されるようになっている。
また、図中符号21は、水分添加量調整部を示す。この水分添加量調整部21は、前処理スクラバー1において、散水ノズル4からの散水の水温を調節し、前処理スクラバー1において排ガスに添加する水蒸気量(加湿量)を調節し、次段でのプラズマ分解反応の際に必要とされる酸素、水素を排ガス中のPFCの種類、量に応じて、十分に添加できるようにするものである。
この例での水分添加量調整部21には、管5に流す水の温度を調整する温度調節器が用いられている。この温度調節器は、管22から流入する水道水などの水を加熱または冷却して、所定の温度の水として管5から散水ノズル4に供給する。この温度調節器での設定する水温については、別途説明する。
次に、この例の排ガス処理装置を用いた排ガス処理方法について説明する。
PFCを含む排ガスは、導入管3から、前処理スクラバー1に送り込まれ、充填材2内の空隙を上昇する。この時、排ガスは、散水ノズル4から散水される所定温度の水と気液接触して、水分が添加された状態となって、導出管6を経てプラズマ反応部7に送り込まれる。
PFCを含む排ガスは、導入管3から、前処理スクラバー1に送り込まれ、充填材2内の空隙を上昇する。この時、排ガスは、散水ノズル4から散水される所定温度の水と気液接触して、水分が添加された状態となって、導出管6を経てプラズマ反応部7に送り込まれる。
プラズマ反応部7では、プラズマ発生室8においてプラズマが発生し、これが反応室9に流れ、ここに流入した排ガスが、例えば以下の反応式で示されるプラズマ分解反応を受け、これに含まれているPFCが分解される。
CF4+2H2O→CO2+4HF ・・・(1)
C2F6+3H2O+1/2O2→2CO2+6HF ・・・(2)
分解処理を受けた排ガスは、ついで冷却室10において冷却され、排気管12から排出される。
CF4+2H2O→CO2+4HF ・・・(1)
C2F6+3H2O+1/2O2→2CO2+6HF ・・・(2)
分解処理を受けた排ガスは、ついで冷却室10において冷却され、排気管12から排出される。
この一連の処理において、水分添加量調整部21で設定される水温は、以下のようにして定められる。
まず、排ガス中に含まれるPFCの種類、その濃度、随伴ガスの種類、その流量から上記反応式を用いるなどして、プラズマ分解反応に必要な酸素と水素との量を算出する。ついで、この酸素と水素との量から、必要な水分量を算出し、この水分量を排ガスに与えることができる散水の水温を定める。
まず、排ガス中に含まれるPFCの種類、その濃度、随伴ガスの種類、その流量から上記反応式を用いるなどして、プラズマ分解反応に必要な酸素と水素との量を算出する。ついで、この酸素と水素との量から、必要な水分量を算出し、この水分量を排ガスに与えることができる散水の水温を定める。
すなわち、散水温度を定めると、その温度における処理対象ガス中の飽和水分量が定まり、これから添加すべき水分量が求まるからである。
例えば、排ガスがCF42%、窒素流量80l/分であるとすると、必要な水分量は約4%となり、空気中の飽和水蒸気圧曲線から散水温度を35℃と算出する。
例えば、排ガスがCF42%、窒素流量80l/分であるとすると、必要な水分量は約4%となり、空気中の飽和水蒸気圧曲線から散水温度を35℃と算出する。
このように算出した水温の水が得られるように、水分添加量調整部21をなす温度調節器が作動し、例えば35℃の水が散水ノズル4から散水される。
そして、前処理スクラバー1の散水ノズル4から、水温35℃の水を散水すると、排ガスにはこの温度での飽和水蒸気圧となる4%の水分(水蒸気)が添加されることになる。
そして、前処理スクラバー1の散水ノズル4から、水温35℃の水を散水すると、排ガスにはこの温度での飽和水蒸気圧となる4%の水分(水蒸気)が添加されることになる。
このように、本発明では、散水ノズル4からの散水量を調整するのではなく、散水温度を調整することで、その温度での飽和水蒸気量に相当する水分を添加するのである。これにより、排ガスには、これに含まれるPFCを分解するのに十分な水分(水蒸気)が添加されることになる。
図2は、この発明の排ガス処理装置の他の例を示すもので、図1に示したものと同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
この例の装置では、水冷ジャケット92から排出される加温された冷却水を散水ノズル4から散水する水に利用するものである。
この例の装置では、水冷ジャケット92から排出される加温された冷却水を散水ノズル4から散水する水に利用するものである。
散水ノズル4から散水される水の温度は、通常20℃以上であるので、先の例では加熱のためのエネルギーが必要である。一方、水冷ジャケット92から排出される冷却水は、20℃以上加温され、40℃以上で排出されるため、この冷却水を用いれば、エネルギーコストを削減できる。
この例では、上記管94は、管5に接続されており、水冷ジャケット92からの冷却後の冷却水が管94から管5に流れるようになっている。また、管94には、弁13を介してベント管14が接続され、管94を流れる冷却水の一部がベント管14から系外に排出されるようにもなっている。
さらに、管5には、弁15を介して管16が接続されており、この管16は、図示しない上水道など水源に接続され、管16、弁15を経て、水道水などの水が管5に送り込まれるようになっている。これにより、水冷ジャケット92からの冷却後の冷却水と水道水などの外部からの水とが混合されて管5に送られ、散水ノズル4から散水されるようになっている。なお、弁13および弁15は、その開度が調整できる流量調整弁である。
また、図2中、破線で囲った部分が、この例での水分添加量調整部21となる。先の例と同様に、散水ノズル4から散水される水の温度が定められると、弁13、弁15の開度を適宜調節し、冷却水と外部からの水との混合水の温度が設定温度となるようにする。冷却水の温度によっては、外部からの水を混合する必要がない時もある。これにより、先の例と同様に、排ガスには、これに含まれるPFCを分解するのに十分な水分(水蒸気)が添加されることになる。
ところで、この例では、反応室9の反応管91の寸法、材質、水冷ジャケット92の寸法、材質が定まっており、水冷ジャケット92に流入する冷却水の流量と処理ガス量を一定とすると、冷却水の水冷ジャケット92での昇温度合は、プラズマ発生のための入力電力量に比例することになる。また、冷却水量と入力電力量を一定とすれば、冷却水の昇温度合いは処理ガス量に反比例することになる。さらに、管93に弁を取り付け、冷却ジャケット92に入る冷却水量を調整できるようにし、処理ガス量と入力電力量を一定とすれば、冷却水の昇温度合いは冷却水の流入水量に反比例することになる。
また、水冷ジャケット92からの加温された冷却水を所定の設定温度として直接散水ノズル4から散水することを前提とすれば、プラズマ発生に要する電力を調節することで、散水ノズル4から散水される水の温度を調節し、所定の設定温度とすることもできる。
このプラズマ発生に要する電力を調節して散水水温を調整する方法も、本発明の処理方法に包含される。
このプラズマ発生に要する電力を調節して散水水温を調整する方法も、本発明の処理方法に包含される。
以下、具体例を示す。
[比較例]
−供給水温度調整なしでのCF4分解性能比較−
図3に、排ガス処理装置において、前処理スクラバー1の散水ノズル4への供給水温度を調整せずに、CF4濃度1〜2%/N2流量80L/minを処理した結果を示す。
[比較例]
−供給水温度調整なしでのCF4分解性能比較−
図3に、排ガス処理装置において、前処理スクラバー1の散水ノズル4への供給水温度を調整せずに、CF4濃度1〜2%/N2流量80L/minを処理した結果を示す。
このとき、反応に必要な水分量はCF4濃度の2倍以上となる。このときの供給水の温度は、通常の20℃前後としており、空気の飽和曲線から処理ガスに含まれる水分量は約1.5%となる。CF4濃度の増加に伴い、必要水分量が不足し分解率が低下しているのがわかる。
[実施例1]
−供給水温度を調整した場合のCF4分解性能比較−
図4に、本発明による前処理スクラバー1の散水ノズル4から散水される供給水温度を調整して、CF4濃度1〜2%/N2流量80L/minを処理した結果を示す。
−供給水温度を調整した場合のCF4分解性能比較−
図4に、本発明による前処理スクラバー1の散水ノズル4から散水される供給水温度を調整して、CF4濃度1〜2%/N2流量80L/minを処理した結果を示す。
反応に使用する最大必要水分量は約4%であるので空気の飽和曲線から水温を35℃とし、処理ガスに含まれる水分量を約4.8%となるようにした。CF4濃度が増加しても分解率が低下せず、必要水分量が十分に添加されていることがわかる。
[実施例2]
−水冷ジャケットからの冷却水を利用し温度調整を行った場合のC2F6分解性能比較およびCF4分解性能比較−
図5に、本発明による冷却水を利用して前処理スクラバー1の散水ノズル4から散水される供給水温度を調整して、C2F6濃度1.5%/N2流量80L/minを処理した結果を示す。
−水冷ジャケットからの冷却水を利用し温度調整を行った場合のC2F6分解性能比較およびCF4分解性能比較−
図5に、本発明による冷却水を利用して前処理スクラバー1の散水ノズル4から散水される供給水温度を調整して、C2F6濃度1.5%/N2流量80L/minを処理した結果を示す。
反応に使用する最大必要水分量は約5%であるので、空気の飽和曲線から供給水温度を42℃以上にする必要がある。
図2に示した装置では、プラズマ発生に要する電力Pを6.0kW、冷却水量を1.0L/minとすると、水冷ジャケット92において25℃加温されるため、水冷ジャケット92に供給する水の温度が17℃以上であれば、条件を満たすことがわかる。
また、水冷ジャケット92から排出される冷却水に水道水を混合し、供給水の温度を下げた場合は必要水分が添加されず、分解性能が低下しているのがわかる。
図2に示した装置では、プラズマ発生に要する電力Pを6.0kW、冷却水量を1.0L/minとすると、水冷ジャケット92において25℃加温されるため、水冷ジャケット92に供給する水の温度が17℃以上であれば、条件を満たすことがわかる。
また、水冷ジャケット92から排出される冷却水に水道水を混合し、供給水の温度を下げた場合は必要水分が添加されず、分解性能が低下しているのがわかる。
図6に、上記と同様にして、CF4濃度2.0%/N2流量80および60L/minを処理した結果を示す。反応に使用する必要水分量は約4%であるので、空気の飽和曲線から供給水温度を35℃以上にする必要がある。水冷ジャケット91に入る冷却水の温度を17℃と想定すると、水冷ジャケット92での温度上昇は20℃以上必要となる。
図2に示した装置において、冷却水量を1.0L/minとすると、必要なプラズマ発生に要する電力は、N2流量80L/minの時で6.0kW、N2流量60L/minの時で4.5kWとなる。
このことから処理流量によってプラズマ発生に要する電力を下げることができることがわかる。
このことから処理流量によってプラズマ発生に要する電力を下げることができることがわかる。
1・・前処理スクラバー、4・・散水ノズル、7・・プラズマ処理部、21・・水分添加量調整装置。92・・水冷ジャケット
Claims (4)
- 排ガスに散水して水分を添加し、この排ガスをプラズマ処理して排ガス中のパーフルオロコンパウンドを分解する方法であって、
排ガスに添加する水分量の調整を、散水する水の温度の調節によって行うことを特徴とする排ガスの処理方法。 - 散水する水として、プラズマ処理装置の冷却水を利用することを特徴とする請求項1記載の排ガスの処理方法。
- 排ガスに散水して水分を添加する前処理スクラバーと、この前処理スクラバーからの水分を含む排ガスをプラズマ処理して排ガス中のパーフルオロコンパウンドを分解するプラズマ処理部と、前記前処理スクラバーでの水分添加量を調整する水分添加量調整部を備え、
水分添加量調整部が、散水の温度を調節するものであることを特徴とする排ガスの処理装置。 - 散水する水として、プラズマ処理部の冷却水を利用することを特徴とする請求項3記載の排ガスの処理装置。
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