JP2008136935A - Selective treatment method of trifluoromethane, treatment unit and sample treatment system using it - Google Patents

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輝政 小浦
Masahiro Kimoto
雅裕 木本
Kazuo Yokoki
和夫 横木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for simply, efficiently and selectively treating CHF<SB>3</SB>from a sample containing CHF<SB>3</SB>, a treatment unit and sample treatment system using it. <P>SOLUTION: In this CHF<SB>3</SB>treatment method using the selective adsorbing function of an adsorbent based on aluminum oxide, the CHF<SB>3</SB>-containing sample is treated in steps using at least two kinds of adsorbents and a reagent based on synthetic zeolite is used in a previous stage while a reagent based on aluminum oxide is used in a post stage. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、トリフルオロメタンの選択的処理方法、処理ユニットおよび該処理ユニットを用いた試料処理システムに関する。   The present invention relates to a method for selectively processing trifluoromethane, a processing unit, and a sample processing system using the processing unit.

プラズマエッチングプロセス等半導体製造プロセスにおいては、排ガスとして水分、二酸化炭素(CO)およびトリフルオロメタン(CHF)、CF、C、C等のフルオロカーボン(FC)などが排出される。このうち、CHFは地球温暖化ガスの一つであるため、様々な処理方法により分解・変性して大気に放出する必要がある。一般的に、CHFを含むこれらのFCを無害化する技術として燃焼法やプラズマ法などが利用されている。また、マイクロ波によるFCの分解方法も提案されている。
(1)燃焼法とは、FCを含むガスを高温で燃焼させ、FCをCOやフッ化水素(HF)に変換し処理する方法である。
(2)プラズマ法とは、コロナ放電や無声放電を利用し、放電プラズマによってFCを他の物質に分解処理する方法であって、具体的には、FCを含む試料をコロナ放電に暴露させる一方、分解されるFCより高いイオン化ポテンシャルをもつキャリヤーガスに共存させて分解する方法が提案されている。キャリヤーガスには、酸素や水素あるいは水が含まれている(例えば特許文献1参照)。
(3)マイクロ波によるFCの分解方法とは、アプリケータ内でマイクロ波をあててマグネタイトを発熱させ、この発熱状態にあるマグネタイトにFCを接触させることによってFCを分解する方法である(例えば特許文献2参照)。
In semiconductor manufacturing processes such as a plasma etching process, water, carbon dioxide (CO 2 ), trifluoromethane (CHF 3 ), fluorocarbon (FC) such as CF 4 , C 2 F 6 , and C 2 F 4 are discharged as exhaust gas. The Among these, since CHF 3 is one of the global warming gases, it needs to be decomposed and modified by various treatment methods and released to the atmosphere. In general, a combustion method or a plasma method is used as a technique for detoxifying these FCs including CHF 3 . Also, a method for decomposing FC using microwaves has been proposed.
(1) The combustion method is a method in which a gas containing FC is burned at a high temperature, and the FC is converted to CO 2 or hydrogen fluoride (HF) to be processed.
(2) The plasma method is a method in which corona discharge or silent discharge is used to decompose FC into other substances by discharge plasma. Specifically, a sample containing FC is exposed to corona discharge. A method of decomposing in the presence of a carrier gas having an ionization potential higher than that of FC to be decomposed has been proposed. The carrier gas contains oxygen, hydrogen or water (see, for example, Patent Document 1).
(3) The method for decomposing FC using microwaves is a method for decomposing FC by applying microwaves in an applicator to heat the magnetite and bringing the FC into contact with the magnetite in the heat generation state (for example, patents). Reference 2).

一方、FCを回収する技術についても検討され、いくつか提案されている。例えば、以下のような吸着剤を使用した回収技術が提案されている。
(4)吸着剤として活性炭を使用したパーフルオロカーボン,ハイドロフルオロカーボン等の回収技術が開示されている(例えば特許文献3参照)。
(5)ハイドロフルオロカーボン等の冷媒を種々の吸着材に吸着,脱着させて熱サイクルに利用する吸着式ヒートポンプの技術が開示されている(例えば特許文献4参照)。
On the other hand, technologies for recovering FC have also been studied and several proposals have been made. For example, a collection technique using the following adsorbent has been proposed.
(4) Techniques for recovering perfluorocarbon, hydrofluorocarbon, etc. using activated carbon as an adsorbent have been disclosed (see, for example, Patent Document 3).
(5) A technique of an adsorption heat pump in which a refrigerant such as hydrofluorocarbon is adsorbed and desorbed on various adsorbents and used for a heat cycle is disclosed (for example, see Patent Document 4).

特開平8−323147号公報JP-A-8-323147 特開平6−293501号公報JP-A-6-293501 特開2000−117052号公報JP 2000-117052 A 特開2000−35256号公報JP 2000-35256 A

しかしながら、上記処理方法の適用には、以下のような課題が生じることがあった。
(1)燃焼法では、同時に窒素酸化物(NOx)も発生するため、このNOxの処理にさらなる施策が必要となる。さらに、HFについても水等による処理を実施するため、この処理水は強酸性を示すことから中和処理等が必要となる。また、燃焼用の原料ガスとして大量の空気が使用され、こうしたガスを高温にするために必要となるエネルギーは多大であり、燃焼装置出口排ガスの処理も大掛かりな機構が必要となる。
(2)プラズマ法では、FCをプラズマにより分解するためプラズマ発生に必要となるエネルギーは大きい。また、FC等の完全な除去は難しく、さらに入口のFC濃度によってFCの除去効率が大きく異なるという課題があり、適用は難しい。
(3)マイクロ波によるFCの分解方法では、高価なマイクロ波発生装置を必要とし、かつ反応容器もマイクロ波がよく透過する耐熱材質に制限されるという問題があった。マイクロ波がよく透過する耐熱材料にはセラミックス系のものがあるが、これらはフッ素と反応して材質が劣化するものが多い。従って、工業的に安価にかつ安定してFCの分解を行うには、いま一つ問題があった。
(4)活性炭を吸着剤とした場合、CF,C等の回収が可能であるとの開示はあったが、CHFの除去や回収については開示されておらず不明である。また、FC全体としての回収を意図したものであり、分別して回収するものではなく、特に活性炭を吸着剤とする場合には、CF,C等が混在する試料からCHFを選択的に除去や回収をすることは、本発明者の実証においても不可能であった。
(5)吸着式ヒートポンプの技術においては、冷媒として使用するFCを対象とするものであり、他の成分との選択的回収を必要とせず、FCの濃度は約100%であり、低濃度での選択的除去や回収を目的とする技術に適用することはできない。
However, application of the above processing method sometimes has the following problems.
(1) In the combustion method, nitrogen oxide (NOx) is also generated at the same time, and therefore further measures are required for the treatment of this NOx. Furthermore, since HF is also treated with water or the like, the treated water exhibits strong acidity, and thus neutralization is required. In addition, a large amount of air is used as a raw material gas for combustion, and a large amount of energy is required to increase the temperature of such a gas, and a large-scale mechanism is required for the treatment of exhaust gas at the outlet of the combustion apparatus.
(2) In the plasma method, since FC is decomposed by plasma, energy required for plasma generation is large. In addition, it is difficult to completely remove FC and the like, and there is a problem that the FC removal efficiency varies greatly depending on the FC concentration at the inlet, so that it is difficult to apply.
(3) The method for decomposing FC using microwaves has a problem that an expensive microwave generator is required and the reaction vessel is limited to a heat-resistant material that allows microwaves to permeate well. Some heat-resistant materials that transmit microwaves well are ceramics. However, these materials often deteriorate when they react with fluorine. Accordingly, there is another problem in industrially cheap and stable FC decomposition.
(4) When activated carbon is used as an adsorbent, it has been disclosed that CF 4 , C 2 F 6 and the like can be recovered, but removal and recovery of CHF 3 are not disclosed and are unknown. Also, it is intended to recover the entire FC, and is not collected separately. In particular, when activated carbon is used as the adsorbent, CHF 3 is selected from a sample containing CF 4 , C 2 F 6, etc. It has been impossible even in the demonstration of the present inventor to remove and collect automatically.
(5) The adsorption heat pump technology targets FC used as a refrigerant, does not require selective recovery with other components, and the concentration of FC is about 100%, which is low. It cannot be applied to technologies intended for selective removal and recovery of

上記のように、FCの除去方法や回収方法には様々な方法があるが、CHFの選択的除去や回収については、そうした観点に主眼を置いていないため、その選択的除去や回収のレベルは不完全であった。一方、他のFC成分に影響を与えずに選択的に除去や回収をすることは、同様に他のFC成分の回収や再利用あるいは資源の有効活用による環境保全への寄与を可能とすることから、こうした観点からのCHFの選択的除去の要請が強くあった。 As described above, there are various FC removal methods and recovery methods. However, selective removal and recovery of CHF 3 is not focused on this point of view, and the level of selective removal and recovery is therefore not considered. Was incomplete. On the other hand, selective removal and recovery without affecting other FC components can also contribute to environmental conservation by recovery and reuse of other FC components or effective use of resources. Therefore, there has been a strong demand for selective removal of CHF 3 from such a viewpoint.

本発明の目的は、CHFを簡便な方法により選択的に除去や回収する技術を提供すること、つまり、少なくとも水分、CO、CHFおよび飽和結合からなるFC(以下「飽和FC」という。)あるいは不飽和からなるFC(以下「不飽和FC」という。)を含む試料から、簡便で、効率よく、かつ選択的にCHFを処理する方法、処理ユニットおよび該処理ユニットを用いた試料処理システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a technique for selectively removing and recovering CHF 3 by a simple method, that is, FC comprising at least moisture, CO 2 , CHF 3 and a saturated bond (hereinafter referred to as “saturated FC”). ) Or an unsaturated FC (hereinafter referred to as “unsaturated FC”), a method, a processing unit, and a sample processing using the processing unit for processing CHF 3 easily, efficiently and selectively. Is to provide a system.

なお、ここで、「処理」とは、試料中から化学的あるいは物理的に除去や回収すること、さらには他の物質への可逆的な変換などを含む広い概念であり、除去や回収に限定されるものではない。   Here, “treatment” is a broad concept including chemical or physical removal or recovery from a sample, and reversible conversion to other substances, and is limited to removal and recovery. Is not to be done.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下に示すCHFの選択的処理方法、処理ユニットおよび該処理ユニットを用いた試料処理システムによって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above object can be achieved by the following selective processing method for CHF 3 , a processing unit, and a sample processing system using the processing unit. The headline and the present invention have been completed.

本発明は、試料中のトリフルオロメタンを選択的に処理する方法であって、酸化アルミニウムを主剤とする吸着剤の選択的吸着機能を利用することを特徴とする。   The present invention is a method for selectively treating trifluoromethane in a sample, and is characterized by utilizing a selective adsorption function of an adsorbent mainly composed of aluminum oxide.

CHFの選択的な除去や回収等の処理においては、従前の一般的なFCの除去の方法の適用はできないことは、上記の通りであった。本発明者は、種々の物理的あるいは化学的手法によって、CHFの選択的な処理方法を検証した結果、酸化アルミニウムを主剤とする吸着剤が選択的吸着機能を有し、FC等が共存する試料に対しても適用することが可能であることを見出した。 As described above, in the process of selective removal and recovery of CHF 3 , the conventional general FC removal method cannot be applied. As a result of verifying the selective treatment method of CHF 3 by various physical or chemical techniques, the present inventor has found that an adsorbent mainly composed of aluminum oxide has a selective adsorption function, and FC and the like coexist. It was found that it can be applied to a sample.

つまり、CHFの回収には物理的吸着を用いた方法が好ましく、具体的な吸着剤の選定においては、後述するように、1つには、静的な吸着特性の把握として、吸着等温線を基に、特定の吸着剤に対する特定物質の吸着能力および選択性の検証を行った。酸化アルミニウムを含む種々の吸着剤について、CHFを含む種々の成分に対する吸着等温線を取得した。また、こうした静的な吸着特性に加え、(a)静的な吸着容量が大きな成分であっても、吸着速度が遅い場合には、動的な吸着量は小さくなること、および(b)共存する成分が種々ある場合には、他の成分の競合吸着によって、動的な吸着能力が小さくなることから、特定の吸着剤に対する特定物質の動的な吸着特性を検証した。本発明においては、このようないくつかの観点から検証した結果、水分、COおよびCHF、CF、C等のFCなどを含む試料におけるCHFに対する選択的吸着機能は、酸化アルミニウムが最も優れており、かつ実用に耐える選択性を有することを実証した。 That is, a method using physical adsorption is preferable for the recovery of CHF 3. In selecting a specific adsorbent, as will be described later, one of the adsorption isotherms is to grasp static adsorption characteristics. Based on this, the adsorption ability and selectivity of a specific substance for a specific adsorbent were verified. For various adsorbents including aluminum oxide, adsorption isotherms for various components including CHF 3 were obtained. In addition to such static adsorption characteristics, (a) even if the static adsorption capacity is a large component, if the adsorption rate is slow, the dynamic adsorption amount becomes small, and (b) coexistence In the case where there are various components to be absorbed, the dynamic adsorption ability is reduced by competitive adsorption of other components, so the dynamic adsorption characteristics of a specific substance with respect to a specific adsorbent were verified. In the present invention, as a result of verification from several viewpoints as described above, the selective adsorption function for CHF 3 in a sample containing moisture, CO 2 and FC such as CHF 3 , CF 4 , C 2 F 6, etc. is oxidized. It has been demonstrated that aluminum is the best and has the selectivity to withstand practical use.

また、酸化アルミニウムによるCHFの可逆的物理吸着によって、該吸着剤からのCHFの脱離によるCHFの選択的濃縮操作も可能となり、CHFの個別回収も可能となった。従って、CHFを簡便で効率よく、かつ選択的に除去や回収する方法を提供することが可能となった。 Further, by reversible physical adsorption of CHF 3 by aluminum oxide, selective enrichment operations CHF 3 by desorption of CHF 3 from the adsorbent becomes possible became possible separate recovery of CHF 3. Therefore, it has become possible to provide a method for removing and recovering CHF 3 simply, efficiently, and selectively.

本発明は、上記トリフルオロメタンの選択的処理方法であって、前記試料が、少なくとも水分、二酸化炭素、トリフルオロメタンおよび他の飽和結合あるいは不飽和結合からなるフルオロカーボンを含むものであって、
前記吸着剤として、2種類以上の吸着剤を用いて段階的に処理し、前段の1つに合成ゼオライトを主剤とする試剤を用い、後段に酸化アルミニウムを主剤とする試剤を用いることを特徴とする。
The present invention is the above-described method for selectively treating trifluoromethane, wherein the sample contains at least moisture, carbon dioxide, trifluoromethane, and a fluorocarbon composed of other saturated or unsaturated bonds,
The adsorbent is characterized by using two or more kinds of adsorbents in stages, using a reagent mainly composed of synthetic zeolite in one of the preceding stages, and using a reagent mainly composed of aluminum oxide in the subsequent stage. To do.

酸化アルミニウムは、吸着剤としてCHFに対する選択性を有することから、水分、COおよびCF、C等のFCなどを含む試料であっても、CHFを他の共存成分に殆んど影響を与えずに除去することができる。しかしながら、試料には、CHFと比較して数倍〜数十倍の濃度の水分やCOを含むことがあることから、酸化アルミニウムでのCHFとの競合吸着を生じることがあり、特にCHFの回収を図るときには、吸着剤から脱離したガスからさらにこうした不純物を除去する必要がある。本発明においては、吸着剤として、前段に合成ゼオライトを設けて水分やCOを選択的に除去することによって、後段の酸化アルミニウムでの競合吸着を防止し、さらにCHFの選択的吸着能力を高めることが可能となった。従って、CHFをさらに効率よく、かつ選択的に除去や回収することが可能となった。 Aluminum oxide,殆since it has a selectivity, moisture, be a sample, including CO 2 and CF 4, C 2 F 6, etc. FC, the CHF 3 to other coexisting components for CHF 3 as an adsorbent It can be removed without any effect. However, the sample, since compared to the CHF 3 may include water and CO 2 several times to several tens times the concentration, can cause conflicts adsorption and CHF 3 of aluminum oxide, in particular When recovering CHF 3 , it is necessary to further remove such impurities from the gas desorbed from the adsorbent. In the present invention, a synthetic zeolite is provided as an adsorbent in the former stage to selectively remove moisture and CO 2 , thereby preventing competitive adsorption with the aluminum oxide in the latter stage and further increasing the selective adsorption capacity of CHF 3. It became possible to increase. Therefore, CHF 3 can be removed and recovered more efficiently and selectively.

本発明は、上記トリフルオロメタンの選択的処理方法であって、前記処理によってトリフルオロメタンを選択的に吸着させた前記吸着剤を、加熱することによって吸着したトリフルオロメタンを脱着させた後、該トリフルオロメタンをその標準沸点より低温条件下において凝縮液化させることによって回収することを特徴とする。   The present invention is a method for selectively treating trifluoromethane, wherein the adsorbent that has selectively adsorbed trifluoromethane by the treatment is desorbed by heating the trifluoromethane adsorbed, and then the trifluoromethane is adsorbed. Is recovered by condensing and liquefying at a temperature lower than its normal boiling point.

酸化アルミニウムを主剤とする吸着剤のCHFに対する選択的吸着機能を利用することによって、試料中のCHFを効率よくかつ選択的に除去することができると同時に、純度の高いCHFを吸着剤に吸蔵することができる。しかしながら、上記のように、0.01〜0.1%程度という低濃度のCHFを含む試料からCHFを回収する場合においては、試料中に略同濃度の不純物を含むことから1段階の処理操作あるいは同種の複数段の処理操作によって、99%を超える高純度のCHFまで濃縮することは困難である。本発明においては、第1段階の吸着剤による吸着および該吸着剤からの脱離による選択的な濃縮に加え、低温液化凝縮分離による第2段階の凝縮操作を施すことによって、初めて高純度のCHFを効率よく安定的に回収することが可能となった。このときの液化温度は、CHFの標準沸点である−82.1℃を下回る−90〜−120℃が必要条件としなる。ここで、−90℃以下を「低温」といい、99%以上を「高純度」という。 By utilizing selective adsorption function for CHF 3 adsorbent that a main agent of aluminum oxide, and at the same time it is possible to remove the CHF 3 in a sample efficiently and selectively, with high purity CHF 3 adsorbent Can be occluded. However, as described above, when recovering CHF 3 from a sample containing CHF 3 at a low concentration of about 0.01 to 0.1%, since the sample contains impurities at substantially the same concentration, it is a one-step process. It is difficult to concentrate to CHF 3 having a purity of more than 99% by a processing operation or the same type of multi-stage processing operation. In the present invention, in addition to the selective concentration by adsorption and desorption from the first stage adsorbent, the second stage condensation operation by low-temperature liquefaction condensation separation is performed for the first time. 3 can be recovered efficiently and stably. The liquefaction temperature at this time is required to be −90 to −120 ° C., which is lower than −82.1 ° C. which is the standard boiling point of CHF 3 . Here, −90 ° C. or lower is referred to as “low temperature”, and 99% or higher is referred to as “high purity”.

本発明は、上記トリフルオロメタンの選択的処理方法であって、前記吸着剤に吸着したトリフルオロメタンの脱着温度を250℃以上とすることを特徴とする。   The present invention is the above selective treatment method of trifluoromethane, characterized in that the desorption temperature of trifluoromethane adsorbed on the adsorbent is 250 ° C. or higher.

CHFの回収実務においては、如何に選択的に吸着剤に吸蔵させるか、と同時に吸着したCHFを如何に効率よく脱着させるかが重要である。吸着剤によっては、吸着特性と脱着特性が大きく異なることがあり、CHFの脱着においては、より高い脱離エネルギーを付加する必要があること等を考慮し、具体的な最適温度を検証した結果、後述するように、脱着温度を250℃以上とすることが好ましいことが実証された。こうした条件を確保することによって、後段での低温凝縮処理と相俟って高純度のCHFを効率よく安定的に回収することが可能となった。 In the practice of CHF 3 recovery, it is important how to selectively store the adsorbent in the adsorbent and how to efficiently desorb the adsorbed CHF 3 at the same time. Depending on the adsorbent, the adsorption characteristics and desorption characteristics may differ greatly, and in the desorption of CHF 3 , the specific optimum temperature has been verified in consideration of the need to add higher desorption energy. As described later, it has been proved that the desorption temperature is preferably 250 ° C. or higher. By ensuring these conditions, it became possible to recover CHF 3 of high purity efficiently and stably in combination with the low-temperature condensation treatment in the subsequent stage.

本発明は、上記吸着剤を充填する、トリフルオロメタンの処理ユニットであって、
(1)該処理ユニット内部に設けられ、試料導入部および試料供出部を有する空間部、
(2)該空間部を加熱する加熱部、
(3)前記空間部の中央に配設された、吸着剤を充填する充填部、
(4)前記空間部を前記充填部と接する2つ以上の空間に分け、各部を流通可能に仕切るガイド部、
(5)一端が前記試料導入部あるいは試料供出部のいずれかに接続されるとともに、前記充填部内において螺旋状に巻回され、前記ガイド部を介して前記充填部の外部に他端が配設された流路、
を有することを特徴とする。
The present invention is a trifluoromethane treatment unit filled with the adsorbent,
(1) A space provided inside the processing unit and having a sample introduction part and a sample delivery part,
(2) a heating part for heating the space part,
(3) a filling portion disposed in the center of the space portion and filled with an adsorbent;
(4) A guide part that divides the space part into two or more spaces in contact with the filling part, and partitions each part so as to be circulated.
(5) One end is connected to either the sample introduction part or the sample delivery part, and is spirally wound in the filling part, and the other end is disposed outside the filling part via the guide part. Flow path,
It is characterized by having.

CHFの吸着効率を維持するためには、低温条件(吸着ユニット環境雰囲気温度以下)で処理することが好ましいと同時に、吸着熱を如何に排除するかが重要である。一方、CHFの脱着効率を維持するためには、高温条件を確保する必要がある。また吸着剤の多くが、常態として粉状物あるいは微粒子状物であることから、如何に均等かつ効率的に吸脱着条件を確保するかが重要である。本発明者は、こうした機能を確保するために、吸着剤の充填層内部に螺旋状管路を挿入し、該管路と吸着剤との熱交換機能を有した処理ユニットを構成した。また、ガイド部によって仕切られた充填層と接する空間からガイド部を介して試料を充填層に導入あるいは導出することによって、熱交換機能を有効に生かし、かつ均一に吸着剤と接触可能な機能を有した処理ユニットを構成することができる。つまり、吸着処理操作時には、充填層を通過した試料を螺旋状管路によって吸着熱を奪いながら導出することができ、脱着処理操作時には、螺旋状管路によって予熱された試料を充填層に導入することができる。また、試料を充填層と接する空間において一旦拡散した状態でガイド部を介して充填層に導入することによって、均一に吸着剤と接触することが可能となる。このような熱交換機能と拡散機能を有した処理ユニットを構成することによって、CHFを効率的に吸着、濃縮、脱着させることができる。 In order to maintain the adsorption efficiency of CHF 3 , it is preferable to perform the treatment under a low temperature condition (adsorption unit ambient atmosphere temperature or lower), and at the same time, how to eliminate the heat of adsorption is important. On the other hand, in order to maintain the CHF 3 desorption efficiency, it is necessary to ensure a high temperature condition. Further, since most of the adsorbents are normally powder or fine particles, it is important how to ensure the adsorption and desorption conditions equally and efficiently. In order to ensure such a function, the present inventor inserted a spiral pipe line into the adsorbent packed bed, and configured a processing unit having a heat exchange function between the pipe line and the adsorbent. In addition, by introducing or deriving the sample from the space in contact with the packed bed partitioned by the guide section through the guide section to the packed bed, the heat exchange function can be effectively utilized and the function capable of contacting the adsorbent uniformly. It is possible to configure a processing unit having the same. In other words, during the adsorption treatment operation, the sample that has passed through the packed bed can be derived while taking heat of adsorption through the spiral conduit, and during the desorption treatment operation, the sample preheated by the spiral conduit is introduced into the packed bed. be able to. In addition, the sample can be uniformly contacted with the adsorbent by introducing the sample into the packed bed through the guide portion once diffused in the space in contact with the packed bed. By configuring such a processing unit having a heat exchange function and a diffusion function, CHF 3 can be efficiently adsorbed, concentrated and desorbed.

本発明は、上記処理ユニットを用いた試料処理システムであって、
(1)少なくとも水分、二酸化炭素、トリフルオロメタンおよび他の飽和結合あるいは不飽和結合からなるフルオロカーボンを含む試料を、前記処理ユニットに導入し、トリフルオロメタンを選択的に吸着させる処理操作、(2)吸着したトリフルオロメタンを脱着させる処理操作、(3)該トリフルオロメタンをその沸点より低温条件下において凝縮液化させることによって回収する処理操作、を有することを特徴とする。
The present invention is a sample processing system using the above processing unit,
(1) A processing operation for introducing a sample containing at least moisture, carbon dioxide, trifluoromethane and other saturated or unsaturated fluorocarbons into the processing unit and selectively adsorbing trifluoromethane, (2) Adsorption A treatment operation for desorbing the trifluoromethane, and (3) a treatment operation for recovering the trifluoromethane by condensing and liquefying the trifluoromethane under a temperature lower than its boiling point.

上記のように、0.01〜0.1%程度という低濃度のCHFを含む試料から高純度のCHFを回収する場合においては、試料中にほぼ同濃度の不純物を含むことから、選択性の高い吸着処理操作によっても、99%を超える高純度のCHFまで濃縮することは困難である。本発明においては、吸着剤による選択的吸着処理操作および該吸着剤からの脱離による選択的な濃縮処理操作に加え、低温液化凝縮分離による凝縮操作を施すことによって、初めて高純度のCHFを効率よく安定的に回収することが可能となった。このように、上記処理ユニットの高い機能性を利用するとともに、さらに高度の濃縮処理との組合せによって、試料中のCHFをさらに効率よくかつ選択的に吸着、濃縮、脱着させることができる。 As described above, when high-purity CHF 3 is collected from a sample containing CHF 3 at a low concentration of about 0.01 to 0.1%, the sample contains almost the same concentration of impurities. It is difficult to concentrate to CHF 3 having a high purity exceeding 99% even by an adsorption treatment operation having high properties. In the present invention, high-purity CHF 3 is produced for the first time by performing a condensation operation by a low-temperature liquefaction condensation separation in addition to a selective adsorption treatment operation by an adsorbent and a selective concentration treatment operation by desorption from the adsorbent. It became possible to recover efficiently and stably. Thus, CHF 3 in the sample can be adsorbed, concentrated, and desorbed more efficiently and selectively by utilizing the high functionality of the processing unit and combining with a higher concentration process.

以上のように、本発明によれば、CHFを含む試料から、簡便で、効率よく、かつ選択的にCHFを除去あるいは回収する方法、処理ユニットおよび該処理ユニットを用いた試料処理システムを提供することができる。特に、半導体製造プロセスの排ガスのように、水分、COおよびFCを含む試料からCHFを簡便な方法により選択的に除去あるいは回収する技術を提供することが可能となる。また、回収、精製されたCHFは、再度半導体製造プロセスにおいて使用することが可能であり、地球温暖化ガスであるCHFの排出削減に貢献することができる。 As described above, according to the present invention, a sample containing CHF 3, a simple, efficient, and selective method for removing or recovering the CHF 3, the sample processing system using the processing unit and the processing unit Can be provided. In particular, it is possible to provide a technique for selectively removing or recovering CHF 3 from a sample containing moisture, CO 2 and FC, such as exhaust gas in a semiconductor manufacturing process, by a simple method. Further, the recovered and purified CHF 3 can be used again in the semiconductor manufacturing process, and can contribute to the reduction of emission of CHF 3 which is a global warming gas.

以下、本発明の実施の形態について、説明する。
本発明は、CHFを含む試料について、酸化アルミニウムを主剤とする吸着剤の選択的吸着機能を利用し、CHFを選択的に除去あるいは回収する方法であり、これに用いる処理ユニットおよび試料処理システムである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The present invention is, for samples containing CHF 3, utilizing selective adsorption function of the adsorbent that a main agent of aluminum oxide, a method for selectively removing or recovering the CHF 3, the processing unit used in this and sample processing System.

具体的には、例えば、プラズマエッチング等の半導体製造プロセス排ガスのように、水分、CO、CHF、CF、C、C等が含まれる試料からCHFを選択的に吸着し、除去あるいは回収する方法であり、これに用いる処理ユニットおよび試料処理システムである。ただし、半導体製造プロセスなどにおいては、プロセス直後のガスを試料とする場合と、排ガス処理(除害処理)前あるいは処理後のガスを試料とする場合によって、CHFの濃度あるいはその他の成分や濃度が大きく変化するが、高濃度の場合には、本システム導入前に不活性ガス(本システムで除去処理可能なガスが好ましい。)による希釈処理を行うことによって、本システムの機能を適切に利用することができる。 Specifically, for example, CHF 3 is selectively selected from a sample containing moisture, CO 2 , CHF 3 , CF 4 , C 2 F 6 , C 2 F 4 , and the like, such as a semiconductor manufacturing process exhaust gas such as plasma etching. A processing unit and a sample processing system used for this method. However, in a semiconductor manufacturing process or the like, the concentration of CHF 3 or other components or concentrations depends on whether the gas immediately after the process is used as a sample and the gas before or after the exhaust gas treatment (detoxification treatment). However, if the concentration is high, the system function can be used appropriately by diluting with an inert gas (preferably a gas that can be removed by this system) before introducing this system. can do.

ここで、酸化アルミニウム(Al)を主剤とする試剤とは、通常に使用されるα−アルミナやγ−アルミナ(活性アルミナ)そのものや、シリカアルミナやアルミナセラッミクスなどのような酸化アルミニウム混合物などを含む化合物をいう。また、これらの化合物を混合して使用することも好適である。粉状や粒状等形状は問わないが、処理ガスの圧力損失や後段での処理の負荷を考慮すると、粒状体あるいは粉状体をバインドした粒状体等が好ましく、また表面積を大きくして吸着活性を確保することが好ましい。 Here, the reagent mainly composed of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is a commonly used α-alumina or γ-alumina (activated alumina) itself, aluminum oxide such as silica alumina or alumina ceramics. A compound containing a mixture or the like. It is also suitable to use a mixture of these compounds. Any shape, such as powder or granule, is acceptable, but considering the pressure loss of the processing gas and the processing load in the subsequent stage, the granule or the granule bound with the powder is preferable, and the surface area is increased to increase the adsorption activity. Is preferably ensured.

以下、吸着剤の選択的吸着機能に関する検証事項と吸着剤の選定、こうした吸着特性をさらに効率的に利用できるようにしたCHFの処理ユニットの構成およびその吸着効率と選択性、およびこれを用いた試料処理システムについて詳述する。 Below, the verification items regarding the selective adsorption function of the adsorbent and the selection of the adsorbent, the configuration of the CHF 3 treatment unit that can make more efficient use of these adsorption characteristics, the adsorption efficiency and selectivity, and the use thereof will be described. The sample processing system that has been used will be described in detail.

<吸着剤の選択的吸着機能の把握と吸着剤の選定>
吸着剤の選定においては、吸着剤と被吸着物質との静的な吸着特性および動的な吸着特性を把握する必要がある。つまり、静的な吸着特性としては、吸着等温線を基に、特定の吸着剤に対する特定物質の吸着能力および選択性を把握し、動的な吸着特性としては、実際の使用条件に近い温度、圧力や線速を設定し、このときの吸着剤に対する特定物質の吸着能力および選択性を把握することができる。
<Understanding of selective adsorption function of adsorbent and selection of adsorbent>
In selecting the adsorbent, it is necessary to grasp the static adsorption characteristics and the dynamic adsorption characteristics of the adsorbent and the substance to be adsorbed. That is, as static adsorption characteristics, based on the adsorption isotherm, grasp the adsorption capacity and selectivity of a specific substance for a specific adsorbent, and as dynamic adsorption characteristics, a temperature close to the actual use conditions, The pressure and linear velocity can be set, and the adsorption ability and selectivity of the specific substance for the adsorbent at this time can be grasped.

(1)静的な吸着特性の把握
吸着剤と被吸着物質との静的な吸着特性を把握するためには、CHFに対する吸着等温線を検証する必要がある。一般には、図1に例示するような、IUPACの吸着等温線(Pure Appl.Chem.,57,603(1985))として6つのパターンが知られている。本発明のように0.01〜0.1%程度という低濃度のCHFに対しては、図1における(I),(II),(IV)あるいは(VI)のように、相対圧の低い条件においても吸着量の大きな特性を有する吸着剤が好ましい。水分やCOのような一般的に知られた物質ではないことから、活性アルミナ,シリカゲル,合成ゼオライト,活性炭など吸着剤の各々に対するCHFの吸着特性を比較した。
(1) Grasping static adsorption characteristics In order to grasp the static adsorption characteristics of the adsorbent and the substance to be adsorbed, it is necessary to verify the adsorption isotherm for CHF 3 . In general, six patterns are known as IUPAC adsorption isotherms (Pure Appl. Chem., 57, 603 (1985)) as illustrated in FIG. For a low concentration of CHF 3 of about 0.01 to 0.1% as in the present invention, the relative pressure is reduced as shown in (I), (II), (IV) or (VI) in FIG. An adsorbent having a large adsorption amount property even under low conditions is preferable. Since it is not a generally known substance such as moisture or CO 2 , the adsorption characteristics of CHF 3 on each of adsorbents such as activated alumina, silica gel, synthetic zeolite, activated carbon and the like were compared.

具体的には、活性アルミナ,合成ゼオライト(4A)および活性炭に対する、CF、窒素(N)、CO、CHF、酸素(O)の吸着等温線を、図2〜4に示す。
(1−1)図2に示すように、活性アルミナの各種物質に対する静的吸着特性は、COおよびCHFの選択性があった。COに対する選択性から生じる吸着競合についての解析および対応については、後述する。
(1−2)図3に示すように、合成ゼオライト(4A)の各種物質に対する静的吸着特性は、CHFに対する選択性はほとんどなかった。
(1−3)同様に、活性炭の各種物質に対する静的吸着特性は、図4に示すように、CHFに対する選択性はなかった。
(1−4)シリカゲルについても同様にCHFに対する選択性はなかった(図示せず)。
(1−5)以上から、吸着剤の静的吸着特性から、活性アルミナのCHFに対する選択的吸着機能を推認することができる。
Specifically, adsorption isotherms of CF 4 , nitrogen (N 2 ), CO 2 , CHF 3 , and oxygen (O 2 ) with respect to activated alumina, synthetic zeolite (4A) and activated carbon are shown in FIGS.
(1-1) As shown in FIG. 2, the static adsorption characteristics of activated alumina with respect to various substances have selectivity for CO 2 and CHF 3 . The analysis and response to adsorption competition resulting from selectivity for CO 2 will be described later.
(1-2) As shown in FIG. 3, the static adsorption characteristics of the synthetic zeolite (4A) for various substances had little selectivity for CHF 3 .
(1-3) Similarly, as shown in FIG. 4, the static adsorption characteristics of activated carbon with respect to various substances have no selectivity for CHF 3 .
(1-4) Similarly, silica gel was not selective for CHF 3 (not shown).
(1-5) From the above, the selective adsorption function of activated alumina for CHF 3 can be inferred from the static adsorption characteristics of the adsorbent.

(2)動的な吸着特性の把握
吸着剤と被吸着物質との動的な吸着特性を把握するためには、実際の使用条件に近い条件下における吸着剤に対するCHFの吸着能力および選択性を検証する必要がある。下記の実施例では、活性アルミナ,シリカゲル,合成ゼオライト,活性炭などの吸着剤について実証結果を示す。
(2) Grasping the dynamic adsorption characteristics To grasp the dynamic adsorption characteristics of the adsorbent and the adsorbed substance, the adsorption capacity and selectivity of CHF 3 for the adsorbent under conditions close to the actual use conditions. Need to be verified. In the following examples, demonstration results are shown for adsorbents such as activated alumina, silica gel, synthetic zeolite, and activated carbon.

〔実施例1〕
実際にCHFの動的吸着特性を、図5に示す装置を用いて検証した。
(a)使用した吸着ユニット
内径33mm,長さ150mmのステンレス製の吸着筒に直径約2mmのビーズ状の活性アルミナ,シリカゲル,合成ゼオライト(4A)を充填し、また同様の吸着筒に破片状の活性炭を充填し、各々処理ユニット20とした。
(b)実験条件
(b−1)図5に示す装置に、吸着ユニット20をセットし、該吸着ユニット20に電気ヒータ20aを装着し、吸着ユニット20上方からNを流通させ、電気ヒータ20aにより吸着ユニット20を250℃に昇温した後、5Hrその温度を保持した。5Hr経過後、電気ヒータ20aをOFFにし、Nを流通させた状態で吸着ユニット20の冷却を行い、各吸着ユニット20の再生操作を実施した。
(b−2)再生後、0.1%CHF/Nバランスの標準ガス21を、減圧弁22により調圧し、マスフローコントローラ(堀場エステック社製、型式:SEC−4400MC−MK3)23により流量を調整し、コンプレッサ24を用いて圧力100kPaを調整した上で、操作温度300Kに維持された各処理ユニット20へ導入した。
(b−3)各吸着ユニット20出口のガス濃度を、フーリエ変換赤外分光測定装置(FT−IR、MIDAC社製、型式:Mシリーズ)25により計測し、CHFの破過をモニターすることにより、各種吸着剤の動的吸着特性(吸着量)を明らかにした。
(c)実験結果
実験結果を、下表1に示す。活性アルミナが、他の吸着剤と比較して非常に高い動的吸着能力を有することが判った。
[Example 1]
Actually, the dynamic adsorption characteristics of CHF 3 were verified using the apparatus shown in FIG.
(A) Adsorption unit used A stainless steel adsorption cylinder having an inner diameter of 33 mm and a length of 150 mm was filled with bead-like activated alumina, silica gel, and synthetic zeolite (4A) having a diameter of about 2 mm, and the same adsorption cylinder was broken. The activated carbon was filled, and each processing unit 20 was obtained.
(B) the apparatus shown in experimental conditions (b-1) 5, sets the adsorption unit 20, an electric heater 20a attached to the adsorption unit 20, it is passed through the N 2 from the upper adsorption unit 20, the electric heaters 20a Then, the temperature of the adsorption unit 20 was raised to 250 ° C., and the temperature was maintained for 5 hours. After 5 hours passed, the electric heater 20a was turned off, and the adsorption units 20 were cooled in a state where N 2 was circulated, and a regeneration operation for each adsorption unit 20 was performed.
(B-2) After regeneration, a standard gas 21 of 0.1% CHF 3 / N 2 balance is regulated by a pressure reducing valve 22 and flowed by a mass flow controller (manufactured by HORIBA STEC, model: SEC-4400MC-MK3) 23. The pressure was adjusted to 100 kPa using the compressor 24 and then introduced into each processing unit 20 maintained at an operating temperature of 300K.
(B-3) The gas concentration at the outlet of each adsorption unit 20 is measured by a Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR, manufactured by MIDAC, model: M series) 25, and the breakthrough of CHF 3 is monitored. Clarified the dynamic adsorption characteristics (adsorption amount) of various adsorbents.
(C) Experimental results The experimental results are shown in Table 1 below. It has been found that activated alumina has a very high dynamic adsorption capacity compared to other adsorbents.

Figure 2008136935
Figure 2008136935

(3)吸着剤の選定
以上のように、静的な吸着特性および動的な吸着特性のいずれの面においても、活性アルミナ(酸化アルミニウム)が、CHFに対する優れた選択的吸着機能を有することから、これを吸着剤として選択した。
(3) Selection of adsorbent As described above, activated alumina (aluminum oxide) has an excellent selective adsorption function for CHF 3 in both aspects of static adsorption characteristics and dynamic adsorption characteristics. This was selected as the adsorbent.

(4)酸化アルミニウムの再生処理における温度特性
吸着剤(酸化アルミニウム)のCHFに対する安定な吸着能力を確保するためには、吸着剤の十分な再生処理が必要となる。吸着剤の再生処理には、上記〔実施例1〕のように、吸着剤を所定時間パージするとともに、パージ時に所定温度以上の高温状態を維持する必要がある。従って、CHFに対する吸着剤の再生処理における温度特性、つまり、再生処理温度に対する再生後の動的な吸着特性を把握する必要がある。下記の実施例では、活性アルミナについての実証結果を示す。
(4) Temperature characteristics in regeneration treatment of aluminum oxide In order to secure a stable adsorption ability of the adsorbent (aluminum oxide) to CHF 3 , a sufficient regeneration treatment of the adsorbent is required. In the regeneration process of the adsorbent, it is necessary to purge the adsorbent for a predetermined time as in [Example 1] and to maintain a high temperature state equal to or higher than the predetermined temperature during the purge. Therefore, it is necessary to grasp the temperature characteristic in the regeneration process of the adsorbent for CHF 3 , that is, the dynamic adsorption characteristic after regeneration with respect to the regeneration process temperature. In the examples below, demonstration results for activated alumina are shown.

〔実施例2〕
(a)使用した吸着ユニット
内径33mm,長さ150mmのステンレス製の吸着筒に直径約2mmのビーズ状の活性アルミナを充填した。
(b)実験条件
(b−1)処理ユニット10の再生処理操作を行った。図5に示す装置に、吸着ユニット20をセットし、該吸着ユニット20に電気ヒータ20aを装着し、吸着ユニット20にNを流通させ、電気ヒータ20aにより吸着ユニット20を設定温度に昇温させた後、5Hrその温度を保持した。5Hr経過後、電気ヒータ20aをOFFにし、Nを流通させた状態で吸着ユニット20の冷却を行った。設定温度は、150℃、200℃、250℃、300℃とした。
(b−2)再生後、0.1%CHF/Nバランスの標準ガス21を、減圧弁22により調圧し、実施例1と同様マスフローコントローラ23により流量を調整し、コンプレッサ24を用いて線速0.5cm/sec,圧力0.3MPaGを調整した上で、操作温度300Kに維持された処理ユニット20へ導入した。
(b−3)吸着ユニット20出口のガス濃度を、実施例1と同様FT−IR25により計測し、CHFの破過をモニターすることにより、各設定温度での吸着剤の動的吸着特性を明らかにした。
(c)実験結果
実験結果を、図6に示す。100%の吸着処理が、150℃の再生処理では数分程度、同じく200℃では10分程度しか維持できず、250℃以上において約20分維持することができ、かつその経時特性が安定した。従って、吸着剤の再生処理温度を250℃以上とすることが好ましいことが判った。また、実動状態においては、吸着剤の再生は吸着したCHFの脱着操作つまり回収操作を意味することから、脱着温度を250℃以上とすることによって、高い脱着効率つまり回収効率を確保することができることが判った。
[Example 2]
(A) Adsorption unit used A stainless steel adsorption cylinder having an inner diameter of 33 mm and a length of 150 mm was filled with bead-like activated alumina having a diameter of about 2 mm.
(B) Experimental conditions (b-1) The regeneration processing operation of the processing unit 10 was performed. The adsorption unit 20 is set in the apparatus shown in FIG. 5, the electric heater 20a is attached to the adsorption unit 20, N 2 is circulated through the adsorption unit 20, and the adsorption unit 20 is heated to a set temperature by the electric heater 20a. After that, the temperature was maintained for 5 hours. After 5 hours had passed, the electric heater 20a was turned off, and the adsorption unit 20 was cooled in a state where N 2 was circulated. The set temperatures were 150 ° C., 200 ° C., 250 ° C., and 300 ° C.
(B-2) After regeneration, the standard gas 21 of 0.1% CHF 3 / N 2 balance is adjusted by the pressure reducing valve 22, the flow rate is adjusted by the mass flow controller 23 as in Example 1, and the compressor 24 is used. After adjusting the linear speed of 0.5 cm / sec and the pressure of 0.3 MPaG, it was introduced into the processing unit 20 maintained at an operating temperature of 300K.
(B-3) The gas concentration at the outlet of the adsorption unit 20 is measured by FT-IR25 as in Example 1, and the breakthrough of CHF 3 is monitored to determine the dynamic adsorption characteristics of the adsorbent at each set temperature. Revealed.
(C) Experimental results The experimental results are shown in FIG. The adsorption treatment of 100% can be maintained for about several minutes at 150 ° C. regeneration treatment, and can be maintained for only about 10 minutes at 200 ° C., and can be maintained for about 20 minutes at 250 ° C. or more. Therefore, it was found that the adsorbent regeneration treatment temperature is preferably 250 ° C. or higher. In actual operation, the regeneration of the adsorbent means the desorption operation of the adsorbed CHF 3 , that is, the recovery operation. Therefore, by setting the desorption temperature to 250 ° C. or higher, high desorption efficiency, that is, recovery efficiency is ensured. I found out that

<CHFの処理ユニット>
酸化アルミニウムを吸着剤とするCHFの処理ユニット(以下「処理ユニット」という。)は、CHFの吸着効率を確保するための低温条件の維持と同時に、吸着熱を如何に排除するかが重要であり、CHFの脱着効率を確保するための高温状態の維持・確保が必要である。また、吸着剤の多くが、常態として粒状体あるいは微粒子状物であることから、如何に均等かつ効率的に吸脱着条件を確保するかが重要である。本発明に係る処理ユニットは、こうした機能を確保するために、以下のような熱交換機能とガスの拡散機能の両方を備える構成とした。
<Processing unit of CHF 3 >
The CHF 3 processing unit (hereinafter referred to as “processing unit”) that uses aluminum oxide as an adsorbent is important in how to eliminate heat of adsorption while maintaining low temperature conditions to ensure CHF 3 adsorption efficiency. Therefore, it is necessary to maintain and secure a high temperature state in order to secure the CHF 3 desorption efficiency. In addition, since most of the adsorbents are normally in the form of granules or fine particles, it is important how to ensure adsorption and desorption conditions uniformly and efficiently. In order to ensure such a function, the processing unit according to the present invention is configured to have both the following heat exchange function and gas diffusion function.

具体的には、図7(A)〜(D)に例示するように、試料導入部1および試料供出部2を有し、内部に吸着剤3を充填する充填層4を設けた空間部5を有するとともに、充填層4内部に螺旋状管路(熱交換流路)6を挿入することにより熱交換機能を有した処理ユニット10を構成した。これによって、順方向(吸着操作)における試料ガスによる吸着熱の放出、および逆方向(パージ操作)におけるパージガスの予熱が可能となった。また、螺旋状管路6の他端を拡散部7aまたは7bに配設し、充填層4を流通可能に仕切るガイド部8aまたは8bを介して、充填層4と相互に流通することによって、均一に吸着剤3を接触可能なガス流を形成することができる。このとき、必要な場合には、ガイド部8aまたは8bにフィルタを設ける、あるいはガイド部8aまたは8b自体を、焼結材等フィルタ機能を有する素材で構成することも好適である。また、空間部5の周囲には、処理ユニット10を加熱するための電気ヒータ9を配設し、吸着処理後の吸着剤の再生時あるいは吸着したCHFの回収時に利用する。 Specifically, as illustrated in FIGS. 7A to 7D, a space portion 5 having a sample introduction portion 1 and a sample delivery portion 2 and provided with a packed layer 4 filled with an adsorbent 3 therein. In addition, a processing unit 10 having a heat exchange function was configured by inserting a spiral pipe (heat exchange channel) 6 into the packed bed 4. This makes it possible to release heat of adsorption by the sample gas in the forward direction (adsorption operation) and to preheat the purge gas in the reverse direction (purge operation). Further, the other end of the spiral duct 6 is disposed in the diffusing section 7a or 7b, and is distributed uniformly with the packed bed 4 through the guide section 8a or 8b that partitions the packed bed 4 so as to flow. A gas flow capable of contacting the adsorbent 3 can be formed. At this time, if necessary, it is also preferable to provide a filter in the guide portion 8a or 8b, or to configure the guide portion 8a or 8b itself with a material having a filter function such as a sintered material. In addition, an electric heater 9 for heating the processing unit 10 is provided around the space portion 5 and is used when the adsorbent is regenerated after the adsorption process or when the adsorbed CHF 3 is collected.

図7(A)は、吸着処理操作を行う場合を例示する。CHFを含む試料を処理ユニット10の試料導入部1から導入すると、試料は、まず、拡散部7aにおいて緩衝された後、ガイド部8aを介して充填層4に導入され、充填されている酸化アルミニウムの吸着剤3と接触することによりCHFを吸着処理することができる。このとき、充填層4は低温ほど吸着能力が高い一方、試料中に水分が含まれる場合には凝縮する可能性があることから、処理ユニット10の環境温度あるいは試料条件に対応した温度に調整することが好ましい。CHFが除去された試料は、ガイド部8bを介して拡散部7bに導入され、螺旋状管路6を介して試料供出部2から供出される。このとき、充填層4において発生した吸着熱が螺旋状管路6を介して試料に伝達され、ともに処理ユニット外部へ供出される。 FIG. 7A illustrates a case where an adsorption processing operation is performed. When a sample containing CHF 3 is introduced from the sample introduction unit 1 of the processing unit 10, the sample is first buffered in the diffusion unit 7a, and then introduced into the packed layer 4 through the guide unit 8a and filled with oxidation. The CHF 3 can be adsorbed by contact with the aluminum adsorbent 3. At this time, the packed bed 4 has a higher adsorption capability as the temperature is lower, and may condense when moisture is contained in the sample. Therefore, the packed bed 4 is adjusted to a temperature corresponding to the environmental temperature of the processing unit 10 or the sample conditions. It is preferable. The sample from which CHF 3 has been removed is introduced into the diffusion part 7b via the guide part 8b, and is delivered from the sample delivery part 2 via the spiral conduit 6. At this time, the heat of adsorption generated in the packed bed 4 is transmitted to the sample through the spiral duct 6 and is delivered to the outside of the processing unit.

図7(B)は、脱着処理操作を行う場合を例示する。試料の導入を停止した状態で、処理ユニット10を電気ヒータ9により加熱する。加熱温度は、後述するように250℃以上が好適である。加熱状態が安定すると、パージガス(例えばN)を、処理ユニット10の試料供出部2から導入する。パージガスは、熱交換流路6を流通した後、拡散部7bにおいて緩衝され、ガイド部8bを介して充填層4に導入される。熱交換流路6において予熱されたパージガスは、その温度を上昇され、その後加熱されている吸着剤3と接触することにより、吸着剤3に吸着されているCHFを効率よく脱着処理することができる。高濃度のCHFを含むパージガスは、試料導入部1から供出される。 FIG. 7B illustrates a case where a desorption processing operation is performed. The processing unit 10 is heated by the electric heater 9 in a state where the introduction of the sample is stopped. As described later, the heating temperature is preferably 250 ° C. or higher. When the heating state is stabilized, a purge gas (for example, N 2 ) is introduced from the sample delivery unit 2 of the processing unit 10. After flowing through the heat exchange flow path 6, the purge gas is buffered in the diffusion part 7b and introduced into the packed bed 4 through the guide part 8b. The purge gas preheated in the heat exchange flow path 6 is raised in temperature, and then contacted with the heated adsorbent 3, thereby efficiently desorbing the CHF 3 adsorbed on the adsorbent 3. it can. A purge gas containing a high concentration of CHF 3 is supplied from the sample introduction unit 1.

また、図7(C)のように、試料導入部1と試料供出部2が同方向に配設され、取り合いを容易にした構成や、図7(D)のように、二重の螺旋状管路6を形成することにより高い熱交換機能を確保することが可能な構成とすることも可能である。   Further, as shown in FIG. 7C, the sample introduction part 1 and the sample delivery part 2 are arranged in the same direction to facilitate the connection, and as shown in FIG. It is also possible to adopt a configuration capable of ensuring a high heat exchange function by forming the pipe line 6.

以上のように、処理ユニット10は、CHFの吸着、濃縮、脱離という物質移動の効率的な処理操作を可能にするとともに、吸着操作時の吸着熱の放出、パージ操作時のパージガスの予熱というエネルギー移動の効率的な処理操作を可能にする。 As described above, the processing unit 10 enables efficient processing operation of mass transfer such as adsorption, concentration, and desorption of CHF 3 , release of heat of adsorption during the adsorption operation, and preheating of the purge gas during the purge operation. It enables efficient processing operations for energy transfer.

処理ユニット10に導入する試料は、0.1〜2.0cm/s好ましくは0.2〜0.5cm/sの線速が好適である。また、処理ユニット10内の圧力は、少なくとも0MpaGを保持し、それ以上であることが好ましい。処理ユニット10の材質については、ニッケル材,ステンレス材等の金属材を使用することができるが、ステンレス材が好ましく、より好ましくはステンレス316材が好適である。   The sample introduced into the processing unit 10 has a linear velocity of 0.1 to 2.0 cm / s, preferably 0.2 to 0.5 cm / s. Moreover, it is preferable that the pressure in the processing unit 10 keeps at least 0 MpaG and is higher. As for the material of the processing unit 10, a metal material such as a nickel material or a stainless material can be used, but a stainless material is preferable, and a stainless steel 316 material is more preferable.

ここで、処理ユニットとして実用するに際しては、2種類以上の吸着剤を用いて段階的に処理し、前段の1つに合成ゼオライトを主剤とする試剤を用い、後段に酸化アルミニウ
ムを主剤とする試剤を用いることが好適である。CHFを含む試料の中には、その数倍〜数十倍の濃度の水分やCOを含むことがあることから、吸着剤としての選択性が高くても、それを超える共存成分の存在は、酸化アルミニウムでのCHFとの競合吸着を生じることがあり、特にCHFの回収を図るときには、吸着剤から脱離したガスからさらにこうした不純物を除去する必要がある。そこで、水分やCOを選択的に除去する手段として合成ゼオライトを前段に設けることによって、酸化アルミニウムでの競合吸着を防止し、さらにCHFの選択的吸着能力を高めることが可能となる。ここで、前段の合成ゼオライトと後段の酸化アルミニウムを一体の処理ユニットとすることが可能であるが、CHFの選択的回収を行う場合は、別々の処理部で構成する方が処理操作上好ましい。
Here, when put into practical use as a processing unit, it is processed stepwise using two or more kinds of adsorbents, a reagent mainly composed of synthetic zeolite is used in one of the front stages, and a reagent mainly composed of aluminum oxide in the subsequent stage. Is preferably used. Samples containing CHF 3 may contain several times to several tens of times the concentration of moisture and CO 2 , so even if the selectivity as an adsorbent is high, the presence of coexisting components exceeding it May cause competitive adsorption of aluminum oxide with CHF 3, and particularly when recovering CHF 3 , it is necessary to further remove such impurities from the gas desorbed from the adsorbent. Therefore, by providing synthetic zeolite as a means for selectively removing moisture and CO 2 , competitive adsorption with aluminum oxide can be prevented, and further, the selective adsorption capacity of CHF 3 can be enhanced. Here, it is possible to make the synthetic zeolite in the former stage and the aluminum oxide in the latter stage as an integral processing unit. However, when selective recovery of CHF 3 is performed, it is preferable in terms of processing operation to configure with separate processing units. .

<上記処理ユニットを用いた試料処理システム>
上記処理ユニットは、種々の成分が共存する試料からCHFを選択的にかつ効率的に吸着し除去する機能を有している。こうした機能は、(1)半導体製造プロセスの排ガスのように少なくとも水分、COおよびFCを含む試料に対して、排ガスの無害化のみならず、他の成分を回収する場合において非常に有用な手段となる。また、(2)こうして吸着されたCHFは、可逆的物理吸着によって、該吸着剤からのCHFの脱離によるCHFの選択的濃縮操作も可能となり、CHFの個別回収も可能となる。以下、上記処理ユニットを用いた試料処理システムにおけるこの2つの機能について詳述する。
<Sample processing system using the above processing unit>
The processing unit has a function of selectively and efficiently adsorbing and removing CHF 3 from a sample in which various components coexist. Such a function is (1) not only detoxification of exhaust gas but also other useful components for recovering other components to a sample containing at least moisture, CO 2 and FC, such as exhaust gas of a semiconductor manufacturing process. It becomes. Further, the CHF 3, which is thus adsorbed (2), by reversible physical adsorption, selective enrichment operations CHF 3 by desorption of CHF 3 from the adsorbent becomes possible, it becomes possible separate recovery of CHF 3 . Hereinafter, these two functions in the sample processing system using the processing unit will be described in detail.

(1)CHFの選択的除去機能
CHFの選択的除去機能については、具体的に、酸化アルミニウムを吸着剤とする処理ユニットを用いた、以下の3つの処理システムにおける実施例について報告する。ここでは、試料中の水分とCOおよびCHFを吸着除去する第1吸着手段A1、主として飽和FCを分離除去するガス分離膜モジュールからなるガス分離手段A2、希ガス成分を吸着濃縮する第2吸着手段A3、不飽和FCと反応する反応剤が充填された反応手段A4のいずれかから構成される。第1吸着手段A1は、前段に細孔径4Å以下の合成ゼオライトを用いた処理部を設け、後段に上記処理ユニットを設けた場合を設定している。
(1) for selective removal capabilities of selective removal capabilities CHF 3 of CHF 3 is specifically, aluminum oxide using the processing unit to the adsorbent, report on examples in the following three processing systems. Here, the first adsorbing means A1 for adsorbing and removing moisture and CO 2 and CHF 3 in the sample, the gas separating means A2 mainly comprising a gas separation membrane module for separating and removing saturated FC, and the second adsorbing and concentrating rare gas components. The adsorbing means A3 and the reaction means A4 filled with a reactive agent that reacts with the unsaturated FC are included. The first adsorbing means A1 has a case where a processing unit using a synthetic zeolite having a pore diameter of 4 mm or less is provided in the previous stage and the processing unit is provided in the subsequent stage.

〔実施例3〕
(a)試料条件
テストガスとして、希ガス(Xe),水分,COが0.3%,3.1%,0.3%、およびFCとしてCF濃度1000ppm,CHF濃度100ppm,C濃度200ppm,C濃度500ppmの窒素バランスガスとし、流量を25slmに設定した。
(b)実験に用いた試料処理システム
図8に例示するように、第1吸着手段A1によって、水分とCOおよびCHFを除去し、ガス分離膜モジュールからなるガス分離手段A2によって、主として飽和FCを除去し、第2吸着手段A3によって、希ガス成分を濃縮除去する。精製された試料は、さらにいくつかの処理手段によって、精製され、排出される。このときの第1吸着手段A1の入口および出口の試料組成を測定した。測定には、FT−IR(MIDAC社製、型式:Mシリーズ、およびThermo−Nicolet社製、型式:AVATAR)を使用した。
(c)実験結果
下表2のように、CF、C、Cという他の成分に影響を及ぼすことなくCHFを選択的に除去することができ、かつCOも検出限界レベルまで除去することができた。
Example 3
(A) Sample conditions As test gas, rare gas (Xe), moisture, CO 2 is 0.3%, 3.1%, 0.3%, and FC is CF 4 concentration 1000 ppm, CHF 3 concentration 100 ppm, C 2 F 6 concentration 200 ppm, a nitrogen balance gas of C 2 F 4 concentration 500 ppm, was set flow rate 25 slm.
(B) Sample processing system used in the experiment As illustrated in FIG. 8, moisture, CO 2 and CHF 3 are removed by the first adsorption means A1, and mainly saturated by the gas separation means A2 comprising a gas separation membrane module. FC is removed, and the rare gas component is concentrated and removed by the second adsorption means A3. The purified sample is further purified and discharged by some processing means. The sample composition at the inlet and outlet of the first adsorption means A1 at this time was measured. For the measurement, FT-IR (manufactured by MIDAC, model: M series, and Thermo-Nicolet, model: AVATAR) was used.
(C) Experimental results As shown in Table 2 below, CHF 3 can be selectively removed without affecting other components such as CF 4 , C 2 F 6 , and C 2 F 4 , and CO 2 It was possible to remove to the detection limit level.

Figure 2008136935
(単位:ppm)
Figure 2008136935
(Unit: ppm)

〔実施例4〕
(a)試料条件
テストガスとして、水分を含まないこと以外は、実施例3と同様に設定した。
(b)実験に用いた試料処理システム
図9に例示するように、最初にガス分離膜モジュールからなるガス分離手段A2によって、主として飽和FCを除去し、その後第1吸着手段A1によって、水分とCOを除去し、第2吸着手段A3によって、希ガス成分を濃縮する。精製された試料は、さらにいくつかの処理手段によって、精製され、排出される。このときの第1吸着手段A1の入口および出口の試料組成を測定した。測定には、実施例3と同様FT−IRを使用した。
(c)実験結果
上表2のように、第1吸着手段A1の入口においては、CHFやCOの濃度が高く、既にCFやCが除去されているという点において、実施例3と相違する点があったが、Cという他の成分に影響を及ぼすことなくCHFを選択的に除去することができ、かつCOも検出限界レベルまで除去することができた。
Example 4
(A) Sample conditions The test gas was set in the same manner as in Example 3 except that it did not contain moisture.
(B) Sample processing system used in the experiment As illustrated in FIG. 9, first, saturated FC is mainly removed by the gas separation means A2 including the gas separation membrane module, and then moisture and CO are removed by the first adsorption means A1. 2 is removed, and the rare gas component is concentrated by the second adsorption means A3. The purified sample is further purified and discharged by some processing means. The sample composition at the inlet and outlet of the first adsorption means A1 at this time was measured. For the measurement, FT-IR was used as in Example 3.
(C) Experimental results As shown in Table 2 above, in the point that the concentration of CHF 3 and CO 2 is high and CF 4 and C 2 F 6 have already been removed at the inlet of the first adsorption means A1. Although there was a difference from Example 3, CHF 3 can be selectively removed without affecting other components of C 2 F 4 , and CO 2 can also be removed to the detection limit level. It was.

〔実施例5〕
(a)試料条件
テストガスとして、水分およびCを含まないこと以外は、実施例3と同様に設定した。
(b)実験に用いた試料処理システム
図10に例示するように、最初に反応剤が充填された反応手段A4によって、不飽和FCを除去し、その後第1吸着手段A1によって、水分とCOおよびCHFを除去し、ガス分離膜モジュールからなるガス分離手段A2によって、主として飽和FCを除去し、第2吸着手段A3によって希ガス成分を濃縮する。精製された試料は、さらにいくつかの処理手段によって、精製され、排出される。このときの第1吸着手段A1の入口および出口の試料組成を測定した。測定には、実施例3と同様FT−IRを使用した。
(c)実験結果
上表2のように、CFという他の成分に影響を及ぼすことなくCHFを選択的に除去することができた。また水分とCOについては検出限界レベルまで除去することができた。
Example 5
(A) Sample conditions The test gas was set in the same manner as in Example 3 except that it did not contain moisture and C 2 F 6 .
(B) Sample processing system used in the experiment As illustrated in FIG. 10, unsaturated FC is first removed by the reaction means A4 filled with the reactants, and then moisture and CO 2 are removed by the first adsorption means A1. The CHF 3 is removed, the saturated FC is mainly removed by the gas separation means A2 including the gas separation membrane module, and the rare gas component is concentrated by the second adsorption means A3. The purified sample is further purified and discharged by some processing means. The sample composition at the inlet and outlet of the first adsorption means A1 at this time was measured. For the measurement, FT-IR was used as in Example 3.
(C) Experimental Results As shown in Table 2 above, CHF 3 could be selectively removed without affecting other components such as CF 4 . In addition, moisture and CO 2 could be removed to the detection limit level.

(2)CHFの選択的濃縮回収機能
CHFの選択的濃縮回収機能については、上記(1)の処理ユニットによる選択的吸着処理操作を行った後、処理ユニットを加熱状態でパージして吸着したCHFを脱着させる処理操作を行い、該CHFを低温条件下において凝縮液化させて回収する処理操作を行うことによって、構成することができる。
(2) for selective enrichment collection function of selective enrichment collection function CHF 3 of CHF 3, after performing the selective adsorption treatment manipulation by the processing unit of the (1) by purging a processing unit in a heated state adsorption It can be configured by performing a treatment operation for desorbing the CHF 3 and condensing and recovering the CHF 3 under a low temperature condition.

具体的に、本発明に係るCHFを回収する試料処理システムを図11に例示する。ビーズ状あるいはペレット状等に形成された活性アルミナが充填された処理ユニット10から脱着されたガスが、同様にビーズ状あるいはペレット状等に形成された合成ゼオライトが充填された吸着筒11を介して、液体窒素等の冷熱源を使用してCHFの標準沸点(−82.1℃)以下に冷却された凝縮器12に導入され、凝縮液化させて回収される。このとき、活性アルミナは、除湿等に使用される一般的なものである。また、合成ゼオライトは、3〜10Å程度の細孔径のものを使用することが可能であるが、好ましくは細孔径が4Å程度を使用することが好ましい。凝縮器12は、アルミニウム材,銅材,ステンレス材等が使用できるが、ガス状CHFを液化するために熱伝導の良いアルミニウム材を使用するのが好ましい。 Specifically, FIG. 11 illustrates a sample processing system for recovering CHF 3 according to the present invention. The gas desorbed from the processing unit 10 filled with activated alumina formed in the form of beads or pellets is similarly passed through the adsorption cylinder 11 filled with synthetic zeolite formed in the form of beads or pellets. Then, it is introduced into the condenser 12 cooled to a standard boiling point (−82.1 ° C.) or less of CHF 3 using a cold heat source such as liquid nitrogen, and condensed and liquefied to be recovered. At this time, the activated alumina is a general one used for dehumidification and the like. Synthetic zeolite having a pore diameter of about 3 to 10 mm can be used, but preferably a pore diameter of about 4 mm is used. The condenser 12 can be made of an aluminum material, a copper material, a stainless steel material, or the like, but it is preferable to use an aluminum material having good thermal conductivity in order to liquefy gaseous CHF 3 .

また、処理ユニット10および吸着筒11は、使用前に、電気ヒータ等で加熱した状態で、N等の不活性ガスを流通させて、各吸着剤の初期再生を実施することが好ましい。この時の再生温度は、上記のように250℃以上が好ましく、再生時間は1Hr以上好ましくは5Hr以上である。流通する不活性ガスの線速は、1cm/s以上好ましくは2cm/s以上である。処理ユニット10および吸着筒11は、連続稼動が可能なように、各々2筒以上用意することが好ましい。 In addition, it is preferable that the processing unit 10 and the adsorption cylinder 11 perform initial regeneration of each adsorbent by circulating an inert gas such as N 2 while being heated by an electric heater or the like before use. The regeneration temperature at this time is preferably 250 ° C. or more as described above, and the regeneration time is 1 Hr or more, preferably 5 Hr or more. The linear velocity of the flowing inert gas is 1 cm / s or more, preferably 2 cm / s or more. It is preferable to prepare two or more processing units 10 and adsorption cylinders 11 so that continuous operation is possible.

次に、半導体製造工程から排出される排ガス(試料)からのCHFの吸着処理から、順次その操作を説明する。
(2−1)試料は、マスフローコントローラ13およびコンプレッサ14によって、その流量および圧力が調整されて処理ユニット10に導入される。処理ユニット10では、試料中のCHFが主に吸着される。この時排ガス中に水分やCOが含まれている場合は、これらも吸着されるが、その他の排ガス成分は吸着されない。この時の処理ユニット10の圧力は、0〜0.9MPaGの範囲で、好ましくは0.2〜0.5MPaGである。また、流通するガスの線速は、0.1〜2.0cm/sで、好ましくは0.5〜1.0cm/sに調整する。
(2−2)CHFが処理ユニット10を破過する前に、もう一方の処理ユニット10切り替える。その後、CHFが吸着した処理ユニット10を不活性ガスと電気ヒータによる加熱再生をする。加熱温度は、250〜350℃である。
(2−3)次に、この再生ガスは、マスフローコントローラ15およびコンプレッサ16によって、その流量および圧力が調整されて吸着筒11に導入される。吸着筒11では、再生ガス中の水分とCOが吸着され、再生ガスから分離される。この時の吸着筒11の圧力は0〜0.9MPaGの範囲で、好ましくは0.2〜0.5MPaGである。また、流通するガスの線速は0.1〜2.0cm/sで、好ましくは0.5〜1.0cm/sに調整する。
(2−4)吸着筒11を通過した再生ガスは、−82.1℃以下に冷却された凝縮器12に導入される。この再生ガスは、不活性ガスとCHFから構成されるため、凝縮器12に導入すると、CHFのみが液化凝縮し、不活性ガスは凝縮器12から排出される。また、液化凝縮したCHFは液相から取り出すことにより精製される。
(2−5)処理ユニット10の再生が終了すれば、吸着筒11の再生を不活性ガスと電気ヒータにより実施する。この時の再生温度は、250〜350℃である。
(2−6)このようにして、半導体製造プロセスから排出されるCHFは、簡便な操作により回収・精製することができ、さらにこの回収精製したCHFは、再度半導体製造プロセスに使用することが可能となる。
Next, the operation will be described sequentially from the CHF 3 adsorption treatment from the exhaust gas (sample) discharged from the semiconductor manufacturing process.
(2-1) The sample is introduced into the processing unit 10 with its flow rate and pressure adjusted by the mass flow controller 13 and the compressor 14. In the processing unit 10, CHF 3 in the sample is mainly adsorbed. At this time, if moisture or CO 2 is contained in the exhaust gas, these are also adsorbed, but other exhaust gas components are not adsorbed. The pressure of the processing unit 10 at this time is in the range of 0 to 0.9 MPaG, preferably 0.2 to 0.5 MPaG. Moreover, the linear velocity of the flowing gas is adjusted to 0.1 to 2.0 cm / s, preferably 0.5 to 1.0 cm / s.
(2-2) Before the CHF 3 breaks through the processing unit 10, the other processing unit 10 is switched. Thereafter, the processing unit 10 on which the CHF 3 is adsorbed is regenerated by heating with an inert gas and an electric heater. The heating temperature is 250 to 350 ° C.
(2-3) Next, the regeneration gas is introduced into the adsorption cylinder 11 with the flow rate and pressure adjusted by the mass flow controller 15 and the compressor 16. In the adsorption cylinder 11, moisture and CO 2 in the regeneration gas are adsorbed and separated from the regeneration gas. The pressure of the adsorption cylinder 11 at this time is in the range of 0 to 0.9 MPaG, preferably 0.2 to 0.5 MPaG. Moreover, the linear velocity of the flowing gas is 0.1 to 2.0 cm / s, preferably 0.5 to 1.0 cm / s.
(2-4) The regeneration gas that has passed through the adsorption cylinder 11 is introduced into the condenser 12 cooled to -82.1 ° C or lower. Since this regeneration gas is composed of an inert gas and CHF 3 , when introduced into the condenser 12, only CHF 3 is liquefied and condensed, and the inert gas is discharged from the condenser 12. The liquefied and condensed CHF 3 is purified by taking it out of the liquid phase.
(2-5) When regeneration of the processing unit 10 is completed, regeneration of the adsorption cylinder 11 is performed with an inert gas and an electric heater. The regeneration temperature at this time is 250 to 350 ° C.
(2-6) In this way, CHF 3 discharged from the semiconductor manufacturing process can be recovered and purified by a simple operation, and the recovered and purified CHF 3 can be used again in the semiconductor manufacturing process. Is possible.

次に、具体的に、酸化アルミニウムを吸着剤とする処理ユニットを用いた、以下の3つの試料処理システムにおける実施例について報告する。   Next, specific examples of the following three sample processing systems using a processing unit using aluminum oxide as an adsorbent will be reported.

〔実施例6〕
図12に例示するように、1つの処理ユニット10を用いて実験した。
(a)使用した処理ユニット
内径33mm,長さ150mmのステンレス製の吸着筒に直径約2mmのビーズ状の活性アルミナを充填した。
(b)実験条件
(b−1)予め処理ユニット10の再生処理操作を行った。処理ユニット10にNを流通させて250℃に昇温した後5Hrその温度を保持した。5Hr経過後加熱を停止し、Nを流通させた状態で吸着筒の冷却を行った。なお、この時のNの線速は2.0cm/sである。なお、昇温は2段階に分けて行うことが好ましい。つまり、第一昇温として100℃とし、100℃到達後1Hr以上その温度を保持した後、第二昇温として250℃までの昇温を実施した。
(b−2)次に、処理ユニット10へのCHFの吸着処理操作を行った。マスフローコントローラ13とコンプレッサ14を用いて流量および圧力を調整し、0.1%CHF/Nバランスの標準ガス17を処理ユニット10に導入した。処理ユニット10の圧力を0.3MPaG,導入ガスの線速を0.5cm/sに調整し、CHFを吸着させた。
(b−3)その後、標準ガスの供給を停止し、吸着筒圧力が0MPaGになるまで吸着筒内ガスを放出した。なお、この時の放出ガスを実施例1と同様FT−IRにより計測したが、放出ガス中のCHF濃度は1ppm以下であった。
(b−4)次に、CHFの脱着処理操作を行った。処理ユニット10を、電気ヒータにより250℃まで昇温し、Nガスをこの処理ユニット10へ導入した。
(b−5)同時に、CHFの凝縮回収処理操作を行った。予め内容積0.3Lのアルミニウム製の凝縮器12を、液体窒素を用いて−90℃に冷却しておく。処理ユニット10から排出されたNガスは凝縮器12へ導入され、CHFが液化する。なお、この時のNガス線速は1.0cm/sである。
(c)実験結果
この時のCHFの回収精製率を[導入CHF量]/[液化CHF量]で定義すると、0.95以上であった。
Example 6
As illustrated in FIG. 12, an experiment was performed using one processing unit 10.
(A) Used treatment unit A stainless steel adsorption cylinder having an inner diameter of 33 mm and a length of 150 mm was filled with bead-like activated alumina having a diameter of about 2 mm.
(B) Experimental condition (b-1) The regeneration processing operation of the processing unit 10 was performed in advance. N 2 was passed through the processing unit 10 and the temperature was raised to 250 ° C., and then the temperature was maintained for 5 hours. Heating was stopped after 5 hours had elapsed, and the adsorption cylinder was cooled while N 2 was circulated. Note that the N 2 linear velocity at this time is 2.0 cm / s. Note that the temperature rise is preferably performed in two stages. That is, the first temperature rise was 100 ° C., and after reaching 100 ° C., the temperature was maintained for 1 hour or more, and then the second temperature rise was raised to 250 ° C.
(B-2) Next, the CHF 3 adsorption processing operation to the processing unit 10 was performed. The flow rate and pressure were adjusted using the mass flow controller 13 and the compressor 14, and a standard gas 17 having a 0.1% CHF 3 / N 2 balance was introduced into the processing unit 10. The pressure of the processing unit 10 was adjusted to 0.3 MPaG, the linear velocity of the introduced gas was adjusted to 0.5 cm / s, and CHF 3 was adsorbed.
(B-3) Thereafter, the supply of the standard gas was stopped, and the gas in the adsorption cylinder was released until the adsorption cylinder pressure became 0 MPaG. Although the release gas when this was measured by similar FT-IR as in Example 1, CHF 3 concentration in the discharged gas was 1ppm or less.
(B-4) Next, the CHF 3 desorption treatment operation was performed. The processing unit 10 was heated to 250 ° C. with an electric heater, and N 2 gas was introduced into the processing unit 10.
(B-5) At the same time, a CHF 3 condensation recovery treatment operation was performed. An aluminum condenser 12 having an internal volume of 0.3 L is previously cooled to −90 ° C. using liquid nitrogen. The N 2 gas discharged from the processing unit 10 is introduced into the condenser 12, and CHF 3 is liquefied. Note that the N 2 gas linear velocity at this time is 1.0 cm / s.
(C) Experimental Results When the recovery and purification rate of CHF 3 at this time was defined by [introduced CHF 3 amount] / [liquefied CHF 3 amount], it was 0.95 or more.

〔実施例7〕
図13に例示するように、吸着筒11を処理ユニット10と凝縮器12の間に配置し、実験した。
(a)使用した処理ユニットおよび吸着筒
処理ユニット10は、上記〔実施例6〕と同様のものを使用し、吸着筒11は、内径33mm,長さ150mmのステンレス製の吸着筒に直径約2mmのビーズ状のゼオライト(細孔径4Å)を充填した。
(b)実験条件
(b−1)上記〔実施例6〕と同様の方法で、初期再生を実施した。
(b−2)次に、処理ユニット10へのCHFの吸着処理操作を行った。水分,CO,CHF,CF,C各0.1%/Nバランスを組成とする試料を、処理ユニット10に導入した。処理ユニット10においては、CHFが吸着するとともに、CHF以外に水分およびCOも吸着された。
(b−3)次に、CHFの脱着処理操作を行った。処理ユニット10を、上記〔実施例6〕と同様の方法でパージし、パージガスを吸着筒11に導入した。このパージガスには水分やCOおよびCHFが含まれており、吸着筒11において水分およびCOが吸着除去される。
(b−4)その後CHFの凝縮回収処理操作を行った。吸着筒11を排出するガスは冷却された凝縮器12に導入され、ここでCHFが液化する。
(b−5)なお、以上の操作において、処理ユニット10および吸着筒11の圧力および線速,凝縮器12の冷却温度は、実施例1と同様である。
(c)実験結果
この時のCHFの回収精製率は0.95以上であった。
Example 7
As illustrated in FIG. 13, the adsorption cylinder 11 was placed between the processing unit 10 and the condenser 12 for experiments.
(A) Used treatment unit and adsorption cylinder The treatment unit 10 used is the same as in the above [Example 6], and the adsorption cylinder 11 is a stainless steel adsorption cylinder having an inner diameter of 33 mm and a length of 150 mm. Bead-shaped zeolite (pore diameter: 4 mm).
(B) Experimental conditions (b-1) Initial regeneration was performed in the same manner as in [Example 6] above.
(B-2) Next, the CHF 3 adsorption processing operation to the processing unit 10 was performed. A sample having a composition of water, CO 2 , CHF 3 , CF 4 , C 2 F 6 0.1% / N 2 balance was introduced into the processing unit 10. In the processing unit 10, CHF 3 was adsorbed, and moisture and CO 2 were adsorbed in addition to CHF 3 .
(B-3) Next, the CHF 3 desorption treatment operation was performed. The processing unit 10 was purged in the same manner as in [Example 6] above, and purge gas was introduced into the adsorption cylinder 11. This purge gas contains moisture, CO 2 and CHF 3 , and moisture and CO 2 are adsorbed and removed in the adsorption cylinder 11.
(B-4) Thereafter, a CHF 3 condensation and recovery treatment operation was performed. The gas discharged from the adsorption cylinder 11 is introduced into the cooled condenser 12, where CHF 3 is liquefied.
(B-5) In the above operation, the pressure and linear velocity of the processing unit 10 and the adsorption cylinder 11 and the cooling temperature of the condenser 12 are the same as those in the first embodiment.
(C) Experimental result The recovery and purification rate of CHF 3 at this time was 0.95 or more.

〔実施例8〕
上記〔実施例6〕および〔実施例7〕と同様の実験において、処理ユニット10に導入するガス中のCHF濃度を0.01%及び1.0%に変更して実施した。その結果は、上記〔実施例6〕および〔実施例7〕の結果と同等であった。
Example 8
In the same experiment as [Example 6] and [Example 7], the CHF 3 concentration in the gas introduced into the processing unit 10 was changed to 0.01% and 1.0%. The results were equivalent to the results of [Example 6] and [Example 7] above.

以上のように、上記試料処理システムによれば、CHFを含む試料から、簡便で、効率よく、かつ選択的にCHFを除去あるいは回収することができることを実証した。 As described above, according to the sample processing system, from a sample containing CHF 3, a simple, efficient, and have demonstrated that it is possible to selectively remove or recover the CHF 3.

以上のように、本発明に係るCHFの選択的処理ユニットおよびこれを用いた試料処理システムは、例えば半導体製造プロセス排ガス中の水分やCOおよび種々のFCが含まれる試料から、CHFを機能的に除去あるいは回収する場合のみならず、高純度な希ガスあるいは特定の他の成分を回収精製する場合にも適用可能である。 As described above, the CHF 3 selective processing unit and the sample processing system using the CHF 3 according to the present invention, for example, remove CHF 3 from a sample containing moisture, CO 2 and various FCs in a semiconductor manufacturing process exhaust gas. The present invention is applicable not only when functionally removed or recovered, but also when recovering and purifying high-purity rare gases or specific other components.

IUPACの吸着等温線を示す概略図。Schematic showing the IUPAC adsorption isotherm. 活性アルミナの各種物質に対する静的吸着特性を例示する概略図。Schematic which illustrates the static adsorption characteristic with respect to various substances of activated alumina. 合成ゼオライト(4A)の各種物質に対する静的吸着特性を例示する概略図。Schematic which illustrates the static adsorption characteristic with respect to various substances of a synthetic zeolite (4A). 活性炭の各種物質に対する静的吸着特性を例示する概略図。Schematic which illustrates the static adsorption characteristic with respect to various substances of activated carbon. CHFの動的吸着特性を実証するための装置を例示する概略図。Schematic illustrating an apparatus for demonstrating the dynamic adsorption properties of CHF 3 . CHFの動的吸着特性を例示する概略図。Schematic illustrating the dynamic adsorption properties of CHF 3. 本発明に係るCHFの処理ユニットを例示する概略図。Schematic illustrating the processing unit of CHF 3 according to the present invention. CHFの選択的除去機能を実証するための装置を例示する概略図。Schematic illustrating an apparatus for demonstrating the selective removal function of CHF 3 . CHFの選択的除去機能を実証するための装置を例示する概略図。Schematic illustrating an apparatus for demonstrating the selective removal function of CHF 3 . CHFの選択的除去機能を実証するための装置を例示する概略図。Schematic illustrating an apparatus for demonstrating the selective removal function of CHF 3 . 本発明に係るCHFを回収する試料処理システムを例示する概略図。Schematic diagram illustrating a sample processing system for recovering CHF 3 according to the present invention. 本発明に係る試料処理システム(実施例6)を例示する概略図。Schematic which illustrates the sample processing system (Example 6) which concerns on this invention. 本発明に係る試料処理システム(実施例7)を例示する概略図。Schematic which illustrates the sample processing system (Example 7) which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 試料導入部
2 試料供出部
3 吸着剤
4 充填層
5 空間部
6 螺旋状管路(熱交換流路)
7a,7b 拡散部
8a,8b ガイド部
9 電気ヒータ
10 処理ユニット
11 吸着筒
12 凝縮器
13,15 マスフローコントローラ
14,16 コンプレッサ
17 標準ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample introduction part 2 Sample delivery part 3 Adsorbent 4 Packing layer 5 Space part 6 Spiral pipe line (heat exchange flow path)
7a, 7b Diffusion section 8a, 8b Guide section 9 Electric heater 10 Processing unit 11 Adsorption cylinder 12 Condenser 13, 15 Mass flow controller 14, 16 Compressor 17 Standard gas

Claims (6)

試料中のトリフルオロメタンを選択的に処理する方法であって、酸化アルミニウムを主剤とする吸着剤の選択的吸着機能を利用することを特徴とするトリフルオロメタンの選択的処理方法。   A method for selectively treating trifluoromethane in a sample, wherein the selective adsorption function of an adsorbent mainly composed of aluminum oxide is used. 前記試料が、少なくとも水分、二酸化炭素、トリフルオロメタンおよび他の飽和結合あるいは不飽和結合からなるフルオロカーボンを含むものであって、
前記吸着剤として、2種類以上の吸着剤を用いて段階的に処理し、前段の1つに合成ゼオライトを主剤とする試剤を用い、後段に酸化アルミニウムを主剤とする試剤を用いることを特徴とする請求項1記載のトリフルオロメタンの選択的処理方法。
The sample contains at least moisture, carbon dioxide, trifluoromethane and other saturated or unsaturated fluorocarbons,
The adsorbent is characterized by using two or more kinds of adsorbents in stages, using a reagent mainly composed of synthetic zeolite in one of the preceding stages, and using a reagent mainly composed of aluminum oxide in the subsequent stage. The method for selectively treating trifluoromethane according to claim 1.
前記処理によってトリフルオロメタンを選択的に吸着させた前記吸着剤を、加熱することによって吸着したトリフルオロメタンを脱着させた後、該トリフルオロメタンをその標準沸点より低温条件下において凝縮液化させることによって回収することを特徴とする請求項1または2記載のトリフルオロメタンの選択的処理方法。   The adsorbent that has selectively adsorbed trifluoromethane by the treatment is recovered by desorbing the adsorbed trifluoromethane by heating, and then condensing and liquefying the trifluoromethane at a temperature lower than its normal boiling point. The method for selectively treating trifluoromethane according to claim 1 or 2, wherein: 前記吸着剤に吸着したトリフルオロメタンの脱着温度を250℃以上とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のトリフルオロメタンの選択的処理方法。   The method for selectively treating trifluoromethane according to any one of claims 1 to 3, wherein a desorption temperature of trifluoromethane adsorbed on the adsorbent is 250 ° C or higher. 請求項1〜4のいずれかに係る吸着剤を充填する処理ユニットであって、
(1)該処理ユニット内部に設けられ、試料導入部および試料供出部を有する空間部、
(2)該空間部を加熱する加熱部、
(3)前記空間部の中央に配設された、吸着剤を充填する充填部、
(4)前記空間部を前記充填部と接する2つ以上の空間に分け、各部を流通可能に仕切るガイド部、
(5)一端が前記試料導入部あるいは試料供出部のいずれかに接続されるとともに、前記充填部内において螺旋状に巻回され、前記ガイド部を介して前記充填部の外部に他端が配設された流路、
を有することを特徴とするトリフルオロメタンの処理ユニット。
A processing unit filled with the adsorbent according to any one of claims 1 to 4,
(1) A space provided inside the processing unit and having a sample introduction part and a sample delivery part,
(2) a heating part for heating the space part,
(3) a filling portion disposed in the center of the space portion and filled with an adsorbent;
(4) A guide part that divides the space part into two or more spaces in contact with the filling part, and partitions each part so as to be circulated.
(5) One end is connected to either the sample introduction part or the sample delivery part, and is spirally wound in the filling part, and the other end is disposed outside the filling part via the guide part. Flow path,
A processing unit for trifluoromethane, comprising:
請求項5に係る処理ユニットを用いた試料処理システムであって、
(1)少なくとも水分、二酸化炭素、トリフルオロメタンおよび他の飽和結合あるいは不飽和結合からなるフルオロカーボンを含む試料を、前記処理ユニットに導入し、トリフルオロメタンを選択的に吸着させる処理操作、
(2)吸着したトリフルオロメタンを脱着させる処理操作、
(3)該トリフルオロメタンをその沸点より低温条件下において凝縮液化させることによって回収する処理操作、
を有することを特徴とする試料処理システム。
A sample processing system using the processing unit according to claim 5,
(1) A processing operation for introducing a sample containing at least water, carbon dioxide, trifluoromethane, and a fluorocarbon composed of other saturated or unsaturated bonds into the processing unit and selectively adsorbing trifluoromethane.
(2) Treatment operation for desorbing adsorbed trifluoromethane,
(3) A processing operation for recovering the trifluoromethane by condensing it under a condition lower than its boiling point.
A sample processing system comprising:
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JP2011526882A (en) * 2008-07-04 2011-10-20 ザ サウス アフリカン ニュークリア エナジー コーポレイション リミテッド Gaseous component recovery method for recovering a gaseous component from a mixture of gaseous compounds
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