JP2008036592A

JP2008036592A - プラズマガス処理方法および装置

Info

Publication number: JP2008036592A
Application number: JP2006217643A
Authority: JP
Inventors: Junichi Tamura; 順一田村; Hideo Iwama; 秀男岩間; Toshimoto Nishiguchi; 敏司西口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】プラズマ処理時の酸素不足を改善する。
【解決手段】２つの反応容器２、３を有し、一方の反応容器２に被処理ガスＡを導入して吸着剤により処理対象物質を吸着濃縮する。それと同時に、他方の反応容器３では吸着した処理対象物質をプラズマ処理によって無害化する。プラズマ処理によるＯ₃含有ガスＣは、Ｏ₃分解触媒１３を経て吸着濃縮を行っている反応容器２の上流側に送る。また、プラズマ処理を行う際のアシストガスとして、吸着濃縮している反応容器２から排出される処理済みガスＢの一部Ｂｄをプラズマ処理中の反応容器３に導入する。三方弁７、８により反応容器２、３における吸着工程とプラズマ処理工程を切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理ガスから揮発性化合物等を分離してプラズマ処理するためのプラズマガス処理方法および装置に関するものである。

近年、揮発性化合物等を含有するガスによる大気汚染、人体への影響が注目されている。そうした揮発性化合物等を含有する被処理ガスを処理する技術として、プラズマ放電、特に非平衡プラズマ放電によって揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）等を分解処理するプラズマガス処理方法および装置が提案されている。

従来のプラズマガス処理装置の中でも、効率良くガス処理を行える装置構成として、反応容器を２つ以上設けて、一方で吸着濃縮を行い、もう一方で吸着濃縮した処理対象物質をプラズマ処理する装置が開示されている（特許文献１および特許文献２参照）。このように構成することで、ガス処理能力を向上させている。
特許第３３６４１７８号公報特開２００５−２３０６２７号公報

しかしながら、上述した従来のガス処理装置では、酸素不足によりＶＯＣｓが完全酸化されず重合が起こり、装置内に付着してしまう。これを補うために酸素ガスを供給する場合は、別途ガス供給手段が必要となり、装置の大型化およびコストアップを招く。そこで、装置外部に存在する酸素を含むガス（環境ガス）を取り入れれば、装置大型化、コストアップは発生しないが、湿度変化、ＶＯＣｓの存在など装置外部のガス状態に影響され、安定した放電、処理能力が得られないといった未解決の課題があった。

本発明はプラズマ処理時の酸素不足を改善し、装置大型化等を招くことなく、また、外部環境の影響を受けることなく完全分解を促進し、安定した放電による処理能力向上を可能にするプラズマガス処理方法および装置を提供することを目的とするものである。

本発明のプラズマガス処理装置は、少なくとも２つの反応容器を有し、各反応容器において、吸着剤により処理対象物質を吸着する吸着処理と、前記吸着剤に吸着された処理対象物質をプラズマ処理するプラズマ処理を交互に行うように構成されたプラズマガス処理装置において、前記吸着処理中の一方の反応容器から排出される処理済みガスの一部を、他方の反応容器のプラズマ処理におけるアシストガスとして環流する環流手段を備えたことを特徴とする。

吸着処理中の反応容器から取り出される処理済みガスの一部を、プラズマ処理中の反応容器にアシストガスとして供給することで、プラズマ処理時の酸素不足を改善する。各反応容器の配管に環流手段を付加するだけですむため、装置の大型化や装置コストの上昇等を招くことなく、また、外部環境の影響を受けるおそれもない。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すプラズマガス処理装置１は、ＶＯＣｓ等の処理対象物質を含有している被処理ガスＡを吸着濃縮し、プラズマ処理するための吸着剤が充填された２つの反応容器２、３を備えている。

また、プラズマ処理する際の高電圧を印加する電源４と、反応容器２、３を交互に電源４に接続するための切換えスイッチ５、６を備えている。そして、被処理ガスＡを反応容器２、３に交互に供給するための入口側の三方弁７が設けられ、反応容器２、３の吸着工程において排出する処理済みガスＢは、出口側の三方弁８を介して取り出される。

反応容器２、３がプラズマ処理を行う際に排出するＯ₃含有ガスＣの流路には開閉弁１１、１２と、Ｏ₃含有ガスＣを処理するＯ₃分解触媒１３とを有する。また、Ｏ₃分解触媒１３からの排出ガスＤを反応容器２、３に導入する流路および開閉弁１４、１５を備えている。

さらに、吸着濃縮を行っている一方の反応容器２、３から排出される処理済みガスＢの一部Ｂｄをアシストガスとして、プラズマ処理中の他方の反応容器３、２に送るための環境手段である流路および開閉弁１６、１７を備えている。

上述した装置では、Ｏ₃分解触媒が配設される構成を採っているが、Ｏ₃分解触媒が配設されない構成でも良い。ただし、Ｏ₃分解触媒が配設されることで、Ｏ₃含有ガスを外部に排出することを抑制し、且つＯ₃含有ガスを処理対象物質の吸着濃縮に利用して酸化分解を促進することができるので好ましい。

以上のように構成されたプラズマガス処理装置１について、処理対象物質を含有している被処理ガスＡを処理する動作を説明する。

プラズマガス処理装置１において、被処理ガスＡは、三方弁７により、例えば反応容器２へと導入され、反応容器２内に充填されている吸着剤により吸着濃縮処理され、処理済みガスＢとして三方弁８を経て系外へ排出される。また、処理済みガスＢの一部Ｂｄを、開閉弁１７を開放することにより反応容器３へ供給する。反応容器３においては、前工程で吸着剤に吸着濃縮された処理対象物質を、電源４より切換えスイッチ６を介して印加される高電圧によりプラズマを発生させてプラズマ処理する。プラズマ処理中の反応容器３から排出されるＯ₃含有ガスＣは開閉弁１２、１４を開放することにより、Ｏ₃分解触媒１３からの排出ガスＤとして吸着濃縮処理を行っている反応容器２の上流側に導入する。

すなわちＯ₃分解触媒１３は、プラズマ処理を行っている反応容器３から発生したＯ₃含有ガスＣを分解処理し、その排出ガスＤを反応容器２へ供給する。このとき開閉弁１１、１５、１６は閉じている。

上記の処理を一定時間行った後、三方弁７、８を切換えて被処理ガスＡを反応容器３へ導入することにより、反応容器３で吸着濃縮を開始する。これと同時に開閉弁１２、１４、１７を閉じ、開閉弁１１、１５、１６を開放する。これにより処理済みガスＢの一部Ｂｄを反応容器２へ導入し、電源４の切換えスイッチ５、６を切換えて、反応容器２へ高電圧を印加することによって反応容器２内でプラズマ処理を行う。Ｏ₃含有ガスＣは反応容器２からＯ₃分解触媒１３へ導入され、その排出ガスＤは反応容器３の上流側に導入される。

以上の動作を繰り返すことにより、吸着濃縮処理の処理対象物質を系外に排出することなくプラズマによって分解処理する。

吸着濃縮を行っている反応容器２、３の一方から排出される処理済みガスＢは、ＶＯＣｓ等をほとんど含まず、温度や湿度も安定したガスである。従って、処理済みガスＢの一部Ｂｄをプラズマ処理を行っている他方の反応容器に供給することにより、放電を安定化し、プラズマ処理能力の向上を図ることができる。

本発明のプラズマガス処理装置の反応容器として用いるプラズマ放電リアクターは、例えば揮発性有機化合物、あるいは臭気成分等を含むガスを処理する装置であり、工場、研究施設、ホテル、病院、家屋などの施設において利用することができる。このプラズマ放電リアクターは、第１の電極と第２の電極との間において発生する放電によって、吸着剤に吸着した処理対象物質を処理することができる。

吸着剤は、導電性物質でなければ特に限定はなく、例えばゼオライト、アルミナ、チタニアなどがある。

吸着剤の形状は、例えば球状、ペレット状、三次元網目状、ハニカム状、コルゲート状になっているものがある。

放電の開始電圧を抑えるために、電極間に誘電体を充填してもよく、充填方法としては吸着剤と混合、誘電体表面に吸着剤をコーティングしたものを充填する方法がある。

処理能力を上げるために、吸着剤表面に触媒を担持してもよく、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｐｄなどがある。

プラズマ放電リアクターにおいて放電を発生させるための電源の波形は特に限定はなく、例えば正弦波、矩形波、三角波、パルス波、直流パルスなどがある。

本発明のプラズマガス処理装置は、処理対象物質を含有している被処理ガスを吸着濃縮し、プラズマによって分解処理する装置であって、吸着工程より排出されたガス（処理済みガス）の一部をプラズマ処理工程に流通する経路を備えている。吸着工程より排出されるガスはＶＯＣｓ等をほとんど含まず、温湿度も安定していることから、プラズマ処理工程におけるアシストガスとして利用することで、安定した放電、安定した処理能力を得ることが可能になる。

ここで処理対象物質としては、例えば、揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）、窒素酸化物、悪臭物質等が挙げられるが、これらの物質に限定されず、あらゆるガス状物質を対象としている。

図１に示したプラズマガス処理装置１を用いて、処理対象物質の処理率を求めた。反応容器２、３は、図２に示すプラズマ放電リアクター２０をそれぞれ用いた。高電圧印加電極２１は直径φ１ｍｍのロッド棒タングステン、接地電極２２としては、ＳＵＳメッシュを使用した。バリヤ材２３としては、石英ガラスによって内径１１ｍｍ、外径１３ｍｍの筒状に形成したものを使用した。

充填材２４は、疎水性ゼオライトφ３ｍｍペレットを使用した。ここで用いた疎水性ゼオライトとは、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃モル比が１０００以上のゼオライトである。

被処理ガスＡとしては、８０ｐｐｍのトルエン、湿度２５％を含有するＡｉｒ（通常の窒素と酸素を主成分とする空気）を用い、流量１Ｌ／ｍｉｎで反応容器２内に流入させ吸着濃縮を３０分間行った。次いで、すでに前記条件で吸着濃縮を３０分間行った反応容器３へ処理済みガスＢの一部Ｂｄを流量５０ｃｃ／ｍｉｎで供給し、高電圧印加電極２１と接地電極２２との間に電源４からの電圧を印加してプラズマ放電を生起させて、プラズマ処理を２０分間行った。このときの電力は１．０Ｗとした。

反応容器２における３０分間トルエン吸着量と、吸着濃縮３０分のときのトルエン吸着率と、反応容器３におけるプラズマ処理によって脱離するトルエン量と、プラズマ処理終了後容器内に残存するトルエン量とを測定した結果を末尾の表１に示す。

表１より、吸着濃縮により９８．８％の吸着効率で９．１１ｍｇ吸着し、プラズマ処理により０．０２０ｍｇ脱離、２．０５ｍｇ残存していたことから、処理対象物質であるトルエンを７．０４ｍｇ処理したことがわかる。

（比較例）
図３に示すように、プラズマ処理中の反応容器２、３に、装置外部から、開閉弁１８、１９を介して環境ガスを取り込む流路が設けられているプラズマガス処理装置を用いた。

上記実施例と同様に吸着濃縮を３０分間行った反応容器３へ開閉弁１９を介して湿度７５％を含有するＡｉｒを流量５０ｃ／ｍｉｎで供給した以外は、実施例と同一条件でプラズマガス処理を行った。３０分間トルエン吸着量と、吸着濃縮３０分のときのトルエン吸着率と、反応容器３からプラズマ処理を行った際に脱離するトルエン量と、プラズマ処理終了後容器内に残存するトルエン量とを測定した結果を表１に示す。

本比較例では、吸着濃縮により９８％以上の吸着効率で９．５３ｍｇ吸着し、プラズマ処理により０．０４５ｍｇ脱離、５．３７ｍｇ残存していたことから、４．１２ｍｇのトルエンを処理したことがわかる。

上記実施例では吸着率９８％、処理率７７％を得ることができたが、比較例では、実施例と比較して吸着能力は同等であったが、処理能力が低く、４３％程度の処理率にとどまった。

一実施例によるプラズマガス処理装置を示す模式図である。図１の反応容器として用いるプラズマ放電リアクターの構成を示す模式図である。比較例によるプラズマガス処理装置を示す模式図である。

符号の説明

１プラズマガス処理装置
２、３反応容器
４電源
５、６切換えスイッチ
７、８三方弁
１１、１２、１４〜１７開閉弁
１３Ｏ₃分解触媒

Claims

少なくとも２つの反応容器を有し、各反応容器において、吸着剤により処理対象物質を吸着する吸着処理と、前記吸着剤に吸着された処理対象物質をプラズマ処理するプラズマ処理を交互に行うように構成されたプラズマガス処理装置において、前記吸着処理中の一方の反応容器から排出される処理済みガスの一部を、他方の反応容器のプラズマ処理におけるアシストガスとして環流する環流手段を備えたことを特徴とするプラズマガス処理装置。
少なくとも２つの反応容器を用いて、各反応容器に充填された吸着剤により処理対象物質を吸着する吸着工程と、前記吸着剤に吸着された処理対象物質をプラズマによって処理するプラズマ処理工程と、を交互に行うプラズマガス処理方法において、
一方の反応容器の前記吸着工程において排出される処理済みガスの一部を、他方の反応容器の前記プラズマ処理工程におけるアシストガスとして環流することを特徴とするプラズマガス処理方法。