JP2008161863A - 半導体の製造において生成された排ガスの排ガス軽減方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】半導体の製造において生成された有害ガスおよび微粒子を含む排ガスを軽減する排ガス軽減方法およびシステムを提供すること。
【解決手段】まず、複数の顆粒体を提供し、顆粒体を反応温度に加熱する。次いで、有害ガスが分解して熱分解ガスを形成し、微粒子が顆粒体によって停滞されてろ過されるように、排ガスを導入して顆粒体と接触させる。顆粒体および微粒子を除去し、次いで顆粒を微粒子から分離する。一方、微粒子から分離された顆粒体と接触するように熱分解ガスを導入し、それにより顆粒体をリサイクルおよび再使用し、顆粒は、反応温度に加熱され、再び排ガスと接触するように導入される。最後に、分解ガスを除去するために、分解ガスをウォータースクラバープロセスに導入する。
【選択図】図２

Description

本発明は、排ガスの軽減に関する。より具体的には、本発明は、半導体の製造中に生成される有害ガスおよび微粒子を含む排ガスの排ガス軽減方法およびシステムに関する。

様々な化学剤が半導体の製造において使用され、排ガスが、半導体の製造中に生成される。一般的に、排ガスは有害な排ガスおよび微粒子を含む。排ガスの種は、製造プロセスによって異なり、たとえば、温室効果ガスとなるＮＦ₃、ＳＦ₆、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、およびＣＦ₄などのフッ化物、ＳｉＨ₄およびＳｉＣｌ₂Ｈ₂などの可燃性ガス、ＡｓＨ₃およびＰＨ₃などの有害ガス、ならびにＣｌ₂、Ｆ₂、ＨＣｌ、およびＨＦなどの酸性ガスである。

従来の技術において使用される排ガス軽減方法には、水洗浄、燃焼、電気加熱、乾式洗浄、水洗浄での高温触媒作用などがある。水洗浄方法は、排ガスを水に導入、または排ガスを水ミストと混合して、排ガスの可溶性成分を水に溶解させる。しかし、水洗浄方法は、可溶性成分にのみ適用可能であり、小さい微粒子直径を有する微粒子に対して不十分なろ過効果を有し、それにより、少なくとも１つの他の軽減方法が、水洗浄と共に使用されることが必要である。さらに、水洗浄方法は、大量の水消費を必要とする。

ＪＰ２０００３４２９３１、ＪＰ２００１２４８８２１、ＪＰ２００１１６５４２２、またはＷＯ０２１０１２９３などにおいて開示されている燃焼方法は、排ガスが熱分解するように高温を提供する。しかし、燃焼は制御が困難であり、爆発する可能性があるため、燃焼方法は広範に使用することができない。

燃焼方法の欠点を考慮し、制御可能な反応温度を提供する電気加熱方法が提供され、たとえば、ＪＰ１１３１９４８５、ＵＳ６０６３３５３、ＷＯ００７４８２１、ＵＳ６２２１３２３、およびＥＰ１０８０７７５において開示されている。しかし、電気加熱方法の動作温度は、電気加熱要素によって限定される。ガスが電気加熱要素を迅速に通過する環境下では、ガスの保持時間は不十分であり、したがって熱分解および化学反応は不十分になる。電気加熱要素を通過するガスの流量が減少する場合、電気加熱方法の効率および能力も低下する。さらに、電気加熱方法の電力消費および費用は、非常に高い。電気加熱方法の低温または不十分な効率を考慮し、プラズマ熱破壊が、一部の領域において高温を迅速に生成するためにさらに提供され、たとえばＪＰ９２４８４２４、ＥＰ０７８１５９９、ＪＰ２００４１０６９７、ＵＳ６１３６２１４、ＵＳ２００３１１６５４１、ＪＰ２００１３００２９８、およびＪＰ２００５２０５３３０において開示されている。しかし、電力消費が高いという問題を克服することはできず、プラズマを生成するために高電圧を使用する場合、追加の変圧装置が必要であるため、プラズマ熱破壊の機器の費用は非常に高い。

さらに、燃焼、電気加熱、およびプラズマ熱破壊のすべての方法は、高温のガスを生じ、微粒子も高温に加熱される。高温の微粒子は、フィルター装置を損傷する。たとえば、微粒子をフィルターバッグでろ過する方法では、高温熱分解ガスおよび微粒子が、フィルターバッグを燃焼させる可能性がある。サイクロン分離装置または静電微粒子収集器では、フィルター材料の燃焼は回避されるが、微粒子が微粒子爆発を起こす可能性がある。したがって、燃焼、電気加熱、およびプラズマ熱破壊の方法では、微粒子を熱分解ガスからさらに分離するために、冷却期間が必要である。

乾式洗浄および高温触媒作用の方法は、小規模な廃棄物軽減能力を有するため、他の方法の軽減能力を向上させるために使用される。さらに、乾式洗浄および高温触媒において使用される材料は、微粒子によって容易に汚染されて非活性化され、したがってその適用は限定される。

半導体の製造において生成される廃棄物を軽減するために、効率を向上させ、かつエネルギー消費を低減する、廃棄物の軽減方法およびシステムを提供する。

本発明の１つは、排ガスの有害ガスおよび微粒子を分離し、排ガスを軽減するための廃棄物軽減方法を提供する。この方法によれば、まず、複数の顆粒体を提供し、有害ガスが分解する反応温度に顆粒体を加熱する。次に、顆粒体と接触するように排ガスを導入し、排ガスの有害ガスは分解して熱分解ガスを生成し、排ガスの微粒子は、顆粒体によって停滞されてろ過される。顆粒体および微粒子を除去し、顆粒体を微粒子から分離する。次いで、微粒子から分離された顆粒体と接触するように熱分解ガスを導入し、それにより、顆粒体をリサイクルして再使用するために顆粒体の温度を上昇させる。最後に、熱分解ガスを水に溶解させるために、熱分解ガスを水洗浄プロセスに導入する。このようにして、排ガスの微粒子は除去され、有害ガスの有害成分は、熱分解され、次いで水洗浄によって軽減され、清浄な排気ガスが放出される。

本発明の他の１つは、有害ガスおよび微粒子を含む排ガスを軽減する排ガス軽減システムをさらに提供する。このシステムは、複数の顆粒体、熱反応装置、微粒子分離装置、熱回収・貯蔵装置、ならびにウォータースクラバーを含む。熱反応装置は、顆粒体を収容および加熱するために提供され、排ガスは、顆粒体と接触するように熱反応装置に導入され、それにより排ガスの有害ガスは分解して熱分解ガスを形成し、排ガスの微粒子は、顆粒体によって停滞されろ過される。微粒子分離装置は、微粒子および顆粒を熱反応装置から受け取り、顆粒体を微粒子から分離するために提供される。熱回収・貯蔵装置は、顆粒体を微粒子分離装置から受け取り、かつ熱分解ガスを熱反応装置から受け取るために提供され、熱分解ガスと顆粒体の間の熱交換が行われ、顆粒体は熱反応装置に移動される。ウォータースクラバーは、熱分解ガスを受け取り、かつ水洗浄するために熱回収・貯蔵装置に接続されるため、熱分解で不完全に熱分解した成分を水に溶解させる。

本発明によれば、有害ガスおよび微粒子は、熱反応段階において互いから分離され、有害ガスが熱分解する時間は延長され、それにより、熱分解効率が向上する。一方、熱分解は、システムを事前に加熱し、それにより全体的なエネルギー消費を減少させるために使用することができる。

本発明の適用可能性のさらなる範囲が、以下において与えられる詳細な記述から明らかになるであろう。しかし、詳細な記述および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示すが、本発明の精神および範囲内の様々な変更および修正がこの詳細な記述から当業者には明らかになるので、例示としてのみ与えられることを理解されたい。

本発明は、単に例示として以下で本明細書において与えられ、したがって本発明の限定的な詳細な記述から完全に理解される。

図１を参照すると、半導体において生成される排ガスを軽減する排ガス軽減方法が提供され、排ガスは、有害ガスおよび微粒子を含む。この方法は、有害ガスと微粒子を分離し、かつ有害ガスを軽減するために提供される。

この方法によれば、まず、顆粒体を提供し、顆粒体を熱反応帯に配置し、有害ガスが熱により分解して熱分解ガスを形成する反応温度に顆粒体を加熱する（Ｓ１１０）。反応温度は、有害ガスが分解して熱分解ガスを形成する温度である。一般的に、そのような反応温度は、４００℃から７００℃である、すなわち、排ガスの有害ガスのほとんどが分解する。有害ガスの種は、製造プロセスによって異なり、たとえば、温室効果ガスとなるＮＦ₃、ＳＦ₆、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、およびＣＦ₄などのフッ素、ＳｉＨ₄、およびＳｉＣｌ₂Ｈ₂などの燃焼ガス、ＡｓＨ₃、およびＰＨ₃などの有害ガス、ならびにＣｌ₂、Ｆ₂、ＨＣｌ、およびＨＦなどの酸性ガスである。さらに、顆粒体は、静的顆粒ベッドフィルターを形成するように熱反応帯において累積させることができ、または、移動顆粒ベッドフィルターを形成するように累積させて連続的に移動することができる。

次に顆粒ベッドフィルターを通過させることによって、顆粒体と接触するように排ガスを熱反応帯に導入する（Ｓ１２０）。熱反応帯および顆粒体の温度を反応温度に上昇させる。排ガスが顆粒体と接触するとき、排ガスは加熱され、次いで、有害ガスは分解し、または顆粒体の成分と反応し、それにより無害な物質を形成する。一方、微粒子は、顆粒体によって停滞されてろ過される。排ガスが顆粒体を通過した後、熱分解ガスまたは有害ガスのみが、排ガスに残される。顆粒体の間の溝により、有害ガスが微粒子を通過することが可能であり、かつろ過することが可能である。顆粒体の表面は、有害ガスを加熱するために熱交換するための大きな接触面積を有害ガスに提供する。顆粒体は、高い熱能力、高い温度抵抗、触媒特性、化学反応性、および小口径であるという特徴を必要とする。

次いで、顆粒体および微粒子を熱反応帯から除去し、顆粒体を微粒子から分離し、微粒子をろ過および収集する（Ｓ１３０）。熱分解ガスを熱反応帯から導入し、微粒子から分離された顆粒体と接触させて加熱し（Ｓ１４０）、それにより顆粒体をリサイクルおよび再使用する。熱交換が熱分解ガスと顆粒体の間で行われるとき、熱分解ガスの温度は減少し熱分解ガスは連続的に分解する。一方、顆粒体の温度は上昇して、顆粒体を事前加熱する。次いで、熱分解ガスによって加熱された顆粒体を熱反応帯の中に移動させる（Ｓ１４１）。熱分解ガスの温度は、熱交換のために減少するが、熱分解ガスに含まれる有害ガスが分解する時間は長くなり、それにより、熱分解率は増大する。一方、顆粒体は事前に加熱され、熱反応帯の顆粒体を加熱するために必要なエネルギーを減少させる。

熱分解ガスの温度は、顆粒体との熱交換により下がり、一方、有害ガスの一部は分解されていない。この時点で、熱分解ガスをウォータースクラバープロセスに導入し（Ｓ１５０）、熱分解ガスおよび有害ガスは、それらを水に導入する、または水ミストをそられに噴霧することにより水に溶解し、それにより、排ガスの軽減を完了する（Ｓ１６０）。

さらに、排ガスが導入され顆粒体と接触する前に、排ガスを前置ウォータースクラバープロセスに導入することができ（Ｓ１７０）、排ガスの有害ガスの可溶成分の一部を事前に水に溶解させ、廃棄物の有害ガスおよび微粒子の含有量を低減し、軽減効率を向上させる。

本発明の方法によれば、反応温度は下がり、微粒子のろ過率は向上する。３０００Ｐ．Ｐ．Ｍシリカン（ＳｉＨ₄）の有害ガス成分および１μｍの平均直径の微粒子を含む排ガスを例に取ると、方法は、１ｍｍから４ｍｍの平均直径を有する顆粒体を使用し、各顆粒体の材料は、酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む。顆粒体は、広い接触面積、有害ガスと反応する乾式スクラバとしての熱能力、および有害ガスの反応温度を下げる触媒を提供する。ＳｉＨ₄および微粒子を顆粒体に導入し、顆粒体のＣａＯは、ＳｉＨ₄の熱分解の触媒として作用する。したがって、ＳｉＨ₄は、単に３５０℃の温度に加熱されることによって、酸素ガス（Ｏ₂）と反応してシリカ（ＳｉＯ₂）および水を形成する。さらに、９９％を超える微粒子が、顆粒体によってろ過される。また、顆粒体は、微粒子から分離された後、リサイクルして再び再使用することができる。同じ廃棄物が電気加熱によって軽減される場合、ＳｉＨ₄は、効率的に分解するために８５０℃に加熱されなければならず、微粒子は、追加のプロセスによって除去されなければならない。しかし、微粒子が水洗浄プロセスに２回導入される場合でも、１μｍの平均直径を有する微粒子のろ過率は、依然として８１％未満である。

有害ガスの成分が１５０００Ｐ．Ｐ．Ｍの六フッ化硫黄（ＳＦ₆）などのフッ化物である場合、有害ガスは、１２００℃以上に加熱されるまで分解せず、これは、ガスを冷却するためにより長い時間期間が必要であることを意味する。本発明の方法は、加熱された顆粒体と接触するようにＳＦ₆を導入し、顆粒の酸化カルシウムは、乾式スクラバとして作用し、ＳＦ₆を吸収してＳＦ₆と反応し、８００℃より低い反応温度でフッ化カルシウム（ＣａＦ₂）および硫黄カルシウム（ＣａＳ）を形成することができる。実際には、４００℃と６００℃の間の温度において、９９．５％を超えるフッ化物を軽減することができる。一方、顆粒体は、依然として微粒子を有効にろ過することができ、微粒子から分離された後、リサイクルすることができる。

図２および図３を参照すると、排ガス軽減システム２００が提供される。システム２００は、有害ガス３１０および微粒子３２０を含む排ガス３００を軽減するために提供される。システム２００は、複数の顆粒体２１０、熱反応装置２２０、搬送装置２３０、微粒子分離装置２４０、熱回収・貯蔵装置２５０、ウォータースクラバー２６０、および前置ウォータースクラバー２７０を含む。

排ガス３００は、まず、前置スクラバ・プロセスを実施するために、排ガス３００を水の中に導入する、または水ミストを排ガス３００に噴霧するように、前置ウォータースクラバー２７０の中に導入される。前置スクラバ２７０は、有害ガス３１０の成分の一部を事前に水に溶解させるために提供され、微粒子３２０の一部を除去し、排ガスにおける有害ガス３１０および微粒子３２０の量を減少させ、それによって、システムの負荷を低減し、システム２００の効率および容量を向上させる。

顆粒体２１０は、排ガス３００の微粒子３２０を停滞させてろ過するためのフィルター材料として作用するために提供される。一方、顆粒体２１０はまた、高温に加熱された後に熱を連続的に放出し、それにより２１０顆粒体２１０周辺の温度を維持するために、熱能力をも提供する。さらに、顆粒体２１０は、排ガス３００が顆粒体２１０の間の溝を通過するときに接触する広い接触面積を提供する。顆粒体の材料は、排ガスの熱分解を促進する触媒として作用する材料を得るために、または低温において排ガスと反応する乾式スクラバとして作用する材料を得るために、排ガスの成分に応じて選択される。代替として、高温において有害ガス３１０の腐食に耐えることができる材料を、顆粒体２１０を形成するために直接選択することができる。触媒または乾式スクラバとして作用する上記の材料は、顆粒体全体を形成するために使用することができ、または顆粒体において追加することができる。たとえば、ＳｉＨ₄およびＳＦ₆を含む排ガスにおける有害ガス３１０、ならびに１μｍの平均直径を有する微粒子に関して、顆粒体２１０の平均直径は、微粒子３２０を停滞させてろ過するために、１ｍｍと４ｍｍの範囲である。顆粒体２１０の材料は、ＣａＯを含む。顆粒体２１０は、４００℃から７００℃の温度に加熱され、有害ガス３１０と接触して有害ガス３１０を加熱するように、広い接触面積を有する。

ＣａＯは、有害ガス３１０の反応を促進する乾式スクラバまたは触媒として作用する。ＳｉＨ₄、およびＳＦ₆の排ガス３１０について、ＣａＯは、ＳｉＨ₄の熱分解の触媒として作用し、ＳｉＨ₄とＯ₂の反応温度を８５０℃から３５０℃に下げる。同時に、ＣａＯは、ＳＦ₆の乾式スクラバとして作用し、ＳＦ₆と反応して、容易にろ過することができる可溶性成分または固体成分を形成し、これは、ＳＦ₆を直接加熱することによって必要とされる１２００℃の温度よりはるかに低い４００℃から６００℃の温度において達成することができる。熱分解の反応式は、以下の通りである。
４ＣａＯ＋ＳＦ₆＋ＳｉＨ₄＋２Ｏ₂→３ＣａＦ₂＋ＣａＳ＋ＳｉＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋２Ｏ₂

顆粒体２１０の材料は、ＣａＯに限定されず、触媒または乾式スクラバとして使用されるように有害ガス３０１の成分に応じて選択される。顆粒体２１０の平均直径は、微粒子３２０の平均直径に応じて決定される。

熱反応装置２２０は、ホッパー２２１および流れ偏向器２２３を含む。熱反応帯２２２が、ホッパー２２１の内部において画定され、ホッパー２２１は、その上部に入り口２２１ａを有し、かつホッパー２２１の底部に出口２２１ｂを有する。熱反応帯２２２は、顆粒体２１０を収容するために提供され、顆粒体２１０は、入り口２２１ａを経て配置され、熱反応帯２２２の外部（すなわち、ホッパー２２１の外部）と反応するように出口２２１ｂに向かって連続的に移動される。顆粒体２１０は累積され、熱反応装置２２０のホッパー２２１において移動して、移動顆粒ベッドフィルターを形成する。より多くの通気管２２４の１つが、ホッパー２２１の一方の側および前置スクラバ２７０に接続される。通気管２２４は、排ガス３００をホッパー２２１の熱反応帯２２２に導入するために使用され、それにより、排ガス３１０は、顆粒体２１０によって形成された移動顆粒ベッドフィルターを経て顆粒体２１０と接触する。排ガス３００が通過するとき、微粒子３２０は、顆粒体２１０によって停滞されてろ過され、微粒子３２０と混合された顆粒体２１０は、出口２２１ｂを通って熱反応帯２２２を出る。流れ偏向器２２３は、ホッパー２２１に配置され、顆粒体２１０の移動経路上に配置される。顆粒体２１０が出口２２１ｂに向かって下方に移動するとき、移動顆粒体２１０の流れ場は、顆粒体２１０が停滞されるのを防ぐように、偏向されて改善される。電気加熱バーなどの加熱装置２９０が、熱反応帯２２２および顆粒体２１０を加熱するために、流れ偏向器２２３に配置される。

排ガス３００の有害ガス３１０は、熱反応帯２２２において４００℃から８００℃の温度に加熱され、熱分解して熱分解ガスを形成する。たとえば、高温下において、アルシン（ＡｓＨ₃）の有害ガスは、Ｏ₂と反応して、安定酸化物（Ａｓ₂Ｏ₃）および水蒸気（３Ｈ₂Ｏ）を含む熱分解ガス３３０を形成し、反応式は以下の通りである。
ＡｓＨ₃（ｇ）＋３Ｏ₂（ｇ）→Ａｓ₂Ｏ₃＋３Ｈ₂Ｏ

たとえば、高温下において、ＳｉＨ₄ｌは、Ｏ₂と反応して、安定酸化物（ＳｉＯ₂）および水蒸気（Ｈ２Ｏ）を形成し、反応式は以下の通りである。
ＳｉＨ₄（ｇ）＋２Ｏ₂（ｇ）→ＳｉＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ

上記の反応は、高温において行われ、顆粒体２１０は、反応が行われる温度を維持することが可能である熱能力として作用する。一方、有害ガス３１０の流れ速度は、顆粒体２１０によって形成された移動顆粒ベッドフィルターによって低下し、したがって、有害ガス３１０が顆粒体２１０と接触して加熱される時間期間は長くなる。

微粒子３２０は顆粒体２１０によってろ過されるので、微粒子３２０は、顆粒体２１０と共に出口２２１ｂに向かって移動し、ホッパー２２１を出る。搬送装置２３０は、ホッパー２２１を出る微粒子３２０と混合された顆粒体２１０を受け取り、搬送するために、ホッパー２２１の出口２２１ｂに接続される。

微粒子分離装置２４０は、微粒子３２０および顆粒体２１０を熱反応２２０の熱反応帯２２２から受け取り、顆粒体２１０を微粒子３２０から分離するために、搬送装置２３０に接続される。微粒子分離装置２４０は、重量差によって微粒子３２０および顆粒体２１０を互いから分離する重力分離器またはサイクロン分離器とすることができる。微粒子分離装置２４０はまた、微粒子３２０および顆粒体２１０を微粒子の直径差によって分離する網目スクリーンとすることもできる。分離後の微粒子３２０は、空気流によって、除去される微粒子３２０を収集するためのフィルターバッグなどの微粒子収集装置２８０に移動される。顆粒体２１０は、リサイクルおよび再使用されるために熱回収・貯蔵装置２５０に搬送される。有害ガス３１０が顆粒体２１０を通過する際、顆粒体２１０の熱は、有害ガス３１０によって吸収され、出口２２１ｂに向かって移動する顆粒体２１０の温度は、大きく下がる。一方、熱反応帯２２２のＯ₂のほとんどは、有害ガス３１０によって消費されており、微粒子３２０の粉塵爆発は回避することができる。一方、微粒子３２０の温度は、搬送されて分離される際、さらに下がり、微粒子収集装置２８０が焼失するのを防止する。

熱回収・貯蔵装置２５０は、熱反応装置２２０および微粒子分離装置２４０に接続され、微粒子分離装置２４０によって分離された顆粒体２１０を受け取るために提供される。また熱反応装置２２０は、熱反応帯２２２において形成された熱分解ガス３３０を受け取る。

顆粒体２１０および熱分解ガス３３０は、共に熱回収・貯蔵装置２５０に配置され、それにより、顆粒体２１０と熱分解ガス３３０の間の熱交換が行われ、したがって、熱分解ガス３３０の温度を下げながら、顆粒体２１０の温度を上昇させる。一方、熱分解ガス３３０は、次の処理手続きに導入されるために減速されるため、熱分解ガス３３０は、熱回収・貯蔵装置２５０において連続的に熱分解し、有害ガス３１０の熱分解率は増大する。熱交換の終了後、顆粒体２１０は、再びホッパー２２１にリサイクルされる。顆粒体２１０の温度は上昇しているので、顆粒体２１０を加熱するエネルギー消費は減少する。さらに熱分解して冷却された後、熱分解ガス３３０は、追加の冷却装置またはバッファ貯蔵機器を必要とせずに、次の処理手続きに導入される。

ウォータースクラバー２６０は、熱分解ガス３３０を受け取り、水洗浄するために、熱回収・貯蔵装置２５０に接続される。ウォータースクラバー２６０において、熱分解ガス３３０は水に導入され、または、水ミストが熱分解ガス３３０に噴霧され、それにより、成分、具体的には、熱分解ガス３３０において完全に熱分解していない成分、または容易に熱分解されない成分を水に溶解させる。一方、熱分解において生成された酸化物も水に溶解され、それにより、熱分解ガス３３０の有害ガス３１０の残留量が放出されるのを最小限に抑える。

図４および図５を参照すると、第２実施形態の排ガス軽減システム２００が提供される。システム２００は、複数の顆粒体２１０、熱反応装置２２０、搬送装置２３０、微粒子分離装置２４０、熱回収・貯蔵装置２５０、ウォータースクラバー２６０、および前置ウォータースクラバー２７０を含む。前置ウォータースクラバー２７０は、排ガス３００を事前に水洗浄するために使用され、排ガス３００は、顆粒体２１０と接触するように熱反応装置２２０に導入される。排ガス３００の有害ガス３１０は、顆粒体２１０を通過して顆粒体２１０と接触し、それにより加熱され熱分解ガスを形成する。微粒子３２０が顆粒体２１０によってろ過される間、微粒子３２０を含む顆粒体２１０は、搬送装置２３０に移動され、次いで微粒子分離装置２４０に搬送され、それにより、微粒子３２０と顆粒体２１０を分離する。微粒子３２０は、微粒子収集装置２８０によって収集され、微粒子３２０から分離された顆粒体２１０は、熱回収・貯蔵装置２５０に搬送され、熱反応装置２２０においてリサイクルおよび再使用される。熱反応装置２２０において有害ガス３１０によって形成された熱分解ガスも、熱回収・貯蔵装置２５０に導入され、顆粒体２１０と熱交換し、リサイクルされる顆粒体２１０を事前に加熱する。

図４および図５を参照すると、熱反応装置２２０は、複数のホッパー２２１を含み、各ホッパー２２１の入口は、上記の他のホッパー２２１ｅの出口に接続され、それにより、上記のホッパー２２１は、顆粒体２１０を受け取る。上部のホッパー２２１は、リサイクルされた顆粒体２１０を受け取るために、加熱した回収・貯蔵装置２５０に接続される。各ホッパー２２１は、顆粒体２１０が下方に移動しているとき、流れ場を改善し、それにより顆粒体２１０が停滞されることを回避するために、顆粒体２０１の移動経路に配置された流れ偏向器を有する。複数のホッパー２２１の組合わせは、微粒子３２０をろ過する効果を向上させ、有害ガス３１０が顆粒体２１０と接触し、顆粒体によって加熱される時間期間を延長し、それにより、有害ガス３１０の熱分解率を向上させることができる。

各ホッパー２２１は、一方の側に空気吸入口２２１ｃを有し、かつ他方の側に空気吐き出し口２２１ｄを有する。熱反応装置２２０は、空気吸入口フード２２５および空気吐き出し口フード２２６をさらに有する。空気吸入口フード２２５は、各ホッパー２２１の空気吸入口２２１ｃを覆い、排ガス３００を空気吸入口２２１ｃを介して各ホッパー２２１に導入するために、前置ウォータースクラバー２７０に接続され、排ガス３００は、各ホッパー２２１において顆粒体２１０と接触する。空気吐き出し口フード２２６は、各ホッパー２２１の空気吐き出し口２２１ｄを覆い、排ガス３００の有害ガス３１０によって形成された熱分解ガスを受け取り、それを空気吐き出し口２２１ｄを介して熱回収・貯蔵装置２５０に導入するために、熱回収・貯蔵装置２５０に接続され、それにより、熱分解ガスは、微粒子３２０から分離された顆粒体２１０と熱交換する。顆粒体２１０が連続的に下方に移動する間、異なるホッパー２２１の微粒子３２０は連続的に移動し、それにより微粒子３２０のろ過効率を向上させ、微粒子３２０の不完全ろ過を回避する。

本発明は以上のように記述されたが、本発明は、多くの方法において変更することが可能であることが明らかであろう。そのような変更は、本発明の精神および範囲からの逸脱とはみなされず、すべてのそのような修正は、当業者には明らかなように、請求項の範囲内に含まれることを意図する。

本発明の排ガス軽減方法のフローチャートである。 本発明の排ガス軽減システムのブロック図である。 本発明の第１実施形態のシステムの概略図である。 本発明の第２実施形態のシステムの概略図である。 本発明の第２実施形態のシステムの一部の断面図である。

Claims (29)

1. 有害ガスおよび微粒子を含む排ガスを軽減する排ガス軽減方法であって、
   複数の顆粒体を提供し、前記顆粒体を反応温度に加熱するステップと、
   前記排ガスを前記顆粒体と接触するように導入し、前記排ガスの前記有害ガスが熱分解して熱分解ガスを形成し、前記排ガスの前記微粒子が、前記顆粒体によって停滞されてろ過されるステップと、
   前記顆粒体および前記微粒子を除去し、前記顆粒体を前記微粒子から分離するステップと、
   前記顆粒体をリサイクルおよび再使用するために、前記微粒子から分離された前記顆粒体と接触するように前記熱分解ガスを導入するステップと、
   前記分解ガスをウォータースクラバープロセスに導入するステップと、を含む方法。
2. 前記顆粒体を累積して移動させ、移動顆粒ベッドフィルターを形成することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記反応温度が、４００℃から７００℃である、請求項１に記載の方法。
4. 前記有害ガスが、ＮＦ₃、ＳＦ₆、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、およびＣＦ₄からなる群から選択されるフッ化物である、請求項１に記載の方法。
5. 前記有害ガスが、ＳｉＨ₄およびＳｉＣｌ₂Ｈ₂からなる群から選択される可燃性ガスである、請求項１に記載の方法。
6. 前記有害ガスが、ＡｓＨ₃およびＰＨ₃からなる群から選択される有毒ガスである、請求項１に記載の方法。
7. 前記有害ガスが、Ｃｌ₂、Ｆ₂、ＨＣｌ、およびＨＦからなる群から選択される酸性ガスである、請求項１に記載の方法。
8. 前記スクラバ・プロセスのステップが、前記熱分解ガスを水に導入することを備える、請求項１に記載の方法。
9. 前記スクラバ・プロセスのステップが、水ミストを前記熱分解ガスに噴霧することを備える、請求項１に記載の方法。
10. 前記顆粒体と接触させるために廃棄物を導入する前に、前記排ガスを前置スクラバ・プロセスに導入するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記顆粒体のそれぞれの材料が、酸化カルシウムを備える、請求項１に記載の方法。
12. 前記顆粒体のそれぞれの直径が、１から４ミリメートルである、請求項１に記載の方法。
13. 有害ガスおよび微粒子を含む排ガスを軽減するための排ガス軽減システムであって、
    複数の顆粒体と、
    前記顆粒体を収容し加熱するための熱反応装置であって、前記排ガスが、前記顆粒体と接触するように前記熱反応装置に導入され、前記排ガスの前記有害ガスが、分解して熱分解ガスを形成し、前記排ガスの前記微粒子が、前記顆粒体によって停滞されてろ過される、熱反応装置と、
    前記微粒子および前記顆粒体を前記熱反応装置から受け取り、前記顆粒体を前記微粒子から分離するための微粒子分離装置と、
    前記顆粒体を受け取り、前記微粒子分離装置によって分離された前記顆粒体を受け取り、前記熱反応装置から前記熱分解ガスを受け取るための熱回収・貯蔵装置であって、前記熱分解ガスと前記顆粒体の間の熱交換が行われ、前記顆粒体が前記熱反応装置に移動される、熱回収・貯蔵装置と、
    前記熱回収・貯蔵装置に接続され、前記熱分解ガスを受け取り、水洗浄し、それにより前記熱分解ガスを水に溶解させるためのウォータースクラバーと、を備えるシステム。
14. 前記排ガスを水洗浄する前置ウォータースクラバーをさらに備え、前記排ガスが、前記熱反応装置に導入される前に前記前置ウォータースクラバーに導入される、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記顆粒体のそれぞれの直径が、１から４ミリメートルである、請求項１３に記載のシステム。
16. 前記顆粒体のそれぞれの材料が、酸化カルシウムを備える、請求項１３に記載のシステム。
17. 前記顆粒体が、４００℃から７００℃の温度である、請求項１に記載のシステム。
18. 前記顆粒体が、前記熱反応装置において累積されて移動され、移動顆粒ベッドフィルターを形成する、請求項１３に記載のシステム。
19. 前記熱反応装置が、ホッパーを含み、熱反応帯が、前記顆粒体を収容するために前記ホッパーの内部において画定される、請求項１３に記載のシステム。
20. 前記ホッパーが、入口および出口を有し、前記顆粒体が、前記入口を経て前記ホッパーの中に移動され、前記出口を経て前記ホッパーの外部に到達するように連続的に移動される、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記熱反応装置が、移動するときに前記顆粒体の流れ場を偏向させるために、前記ホッパーに配置された流れ偏向器をさらに備える、請求項１９に記載のシステム。
22. 前記流れ偏向器に配置された加熱装置をさらに備える、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記排ガスを前記ホッパーに導入するために、前記ホッパーに接続された少なくとも１つの通気管をさらに備える、請求項１９に記載のシステム。
24. 前記熱反応装置が、互いに接続された複数のホッパーを備え、前記顆粒体が、前記ホッパーにおいて累積されて連続的に移動される、請求項１３に記載のシステム。
25. 各ホッパーが、前記排ガスを各ホッパーに導入するための空気吸入口を有し、各ホッパーが、前記熱分解ガスを前記熱回収・貯蔵装置に導入するための空気吐き出し口を有する、請求項２４に記載のシステム。
26. 各ホッパーの前記空気吸入口を経て前記排ガスを各ホッパーに導入するための、各ホッパーの空気吸入口を覆う入口フードをさらに備える、請求項２４に記載のシステム。
27. 各ホッパーの前記空気吐き出し口を経て前記熱分解ガスを前記熱回収・貯蔵装置に導入するための、各ホッパーの空気吐き出し口を覆い、前記熱回収・貯蔵装置に接続された出口フードをさらに備える、請求項２５に記載のシステム。
28. ろ過された微粒子と混合された前記顆粒体を受け取り、それらを前記微粒子分離装置に搬送するための、前記熱反応装置に接続された搬送装置をさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
29. 前記微粒子分離装置が、重力分離器、サイクロン分離器、および網目スクリーンである、請求項１３に記載のシステム。

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