JP2010194495A - オゾン混合物の排出方法および排出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】予め液化CClF3が貯えられた受液槽10に液化オゾンと液化CF4との混合液体を流入させ、受液槽内で液化CClF3と液化オゾンと液化CF4との混合物とし、この混合物を徐々に加熱して気化させて混合気体とし、この混合気体をオゾン分解槽13に導入し、酸素とCClF3ガスとCF4ガスとの混合気体を第1の蒸留塔14に送って、酸素を分離したのち、第1の蒸留塔からのCClF3ガスとCF4ガスとを第2の蒸留塔15に送って、CClF3とCF4とに分離する。
【選択図】図1
Description
また、停電、断水などが発生した場合には、前記混合液体を保冷槽に自然流下させて移送し貯留する方策も考えられるが、この方法でも長期の貯留では侵入熱によってテトラフルオロメタンが気化してオゾンが濃縮する危険性がある。
オゾンを安全に取り扱うための従来技術として、例えば米国特許第3400024号公報には、オゾン−酸素混合ガスにテトラフルオロメタンなどの不活性ガスをモル比で5%添加することにより、オゾンの爆発下限濃度を14.3vol%から19vol%に引き上げられること、−180℃におけるオゾン−酸素混合液にテトラフルオロメタンを重量比で約1%混合することで前記混合液に部分分解を抑制し安定化できることが開示されている。
請求項1にかかる発明は、オゾン混合物を使用するプロセスにおいてオゾン混合物を系外に安全に排出する方法であって、
予め液化高沸点不活性ガスが貯えられた受液槽に液化オゾンと液化低沸点不活性ガスとの混合液体を流入させ、受液槽内で液化高沸点不活性ガスと液化オゾンと液化低沸点不活性ガスとの混合物とし、この混合物を徐々に加熱して気化させて混合気体とし、この混合気体をオゾン分解槽に導入してオゾンを分解して酸素とし、酸素と高沸点不活性ガスと低沸点不活性ガスとの混合気体を第1の蒸留塔に送って、酸素を分離したのちこれを系外に排出し、第1の蒸留塔からの高沸点不活性ガスと低沸点不活性ガスとを第2の蒸留塔に送って、高沸点不活性ガスと低沸点不活性ガスとに分離することによりオゾン混合物を系外に排出し、
前記低沸点不活性ガスがオゾンより沸点が低い不活性ガスであり、高沸点不活性ガスがオゾンより沸点が高く、かつオゾンの沸点より融点が低い不活性ガスであることを特徴とするオゾン混合物の排出方法である。
請求項3にかかる発明は、低沸点不活性ガスがテトラフルオロメタン、クリプトン、アルゴンのいずれかであり、高沸点不活性ガスがキセノン、トリフルオロメタン、ブロモトリフルオロメタン、ジクロロフルオロメタン、クロロジフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、クロロトリフルオロメタンのいずれかであることを特徴とする請求項1または2記載のオゾン混合物の排出方法である。
温度調節機能を備えた受液槽と、オゾン分解槽と、第1の蒸留塔と、第2の蒸留塔を具備し、
前記受液槽は、予め液化高沸点不活性ガスが貯えられ、要時に液化オゾンと液化低沸点不活性ガスとの混合液体を受け入れ、オゾンと液化高沸点不活性ガスと液化低沸点不活性ガスとの混合液を前記温度調節機能により加熱して気化し混合気体とするものであり、
前記オゾン分解槽は、前記受液槽からの混合気体を受け入れて、混合気体中のオゾンを分解して酸素ガスとするものであり、
前記第1の蒸留塔は、オゾン分解槽からの酸素ガスと高沸点不活性ガスと低沸点不活性ガスとを受け入れて、酸素ガスと高沸点不活性ガスおよび低沸点不活性ガスとに分離するものであり、
前記第2の蒸留塔は、第1の蒸留塔からの高沸点不活性ガスと低沸点不活性ガスとを受け入れて、高沸点不活性ガスと低沸点不活性ガスとに分離するものであり、
前記低沸点不活性ガスがオゾンより沸点が低い不活性ガスであり、高沸点不活性ガスがオゾンより沸点が高く、かつオゾンの沸点より融点が低い不活性ガスであることを特徴とするオゾン混合物の排出装置である。
請求項6にかかる発明は、低沸点不活性ガスがテトラフルオロメタン、クリプトン、アルゴンのいずれかであり、高沸点不活性ガスがキセノン、トリフルオロメタン、ブロモトリフルオロメタン、ジクロロフルオロメタン、クロロジフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、クロロトリフルオロメタンのいずれかであることを特徴とする請求項4または5記載のオゾン混合物の排出装置である。
一方、液相においては、オゾンが気化する条件においても、液化高沸点不活性ガスが液相に多く残るため液相中のオゾン濃度が爆発下限値を越えることがない。
さらに、高沸点不活性ガスおよび低沸点不活性ガスをすべて回収再使用できるので、地球温暖化ガス排出量を最低レベルに抑えることができる。
ここでの低沸点不活性ガスとは、オゾンより沸点が低い不活性ガスであり、具体的にはテトラフルオロメタン(CF4)、クリプトン(Kr)、アルゴン(Ar)のいずれか1種または2種以上の混合物である。
また、高沸点不活性ガスとは、オゾンより沸点が高く、かつオゾンの沸点より融点が低い不活性ガスであり、具体的にはキセノン(Xe)、トリフルオロメタン(CHF3)、ブロモトリフルオロメタン(CBrF3)、ジクロロフルオロメタン(CHCl2F)、クロロジフルオロメタン(CHClF2)、ジクロロジフルオロメタン(CCl2F2)、クロロトリフルオロメタン(CClF3)のいずれか1種または2種以上の混合物である。
表1に、オゾンおよびこれらの不活性ガスの沸点と融点を示す。
また、この例では、低沸点不活性ガスとしてテトラフルオロメタン(CF4)を、高沸点不活性ガスとしてクロロトリフルオロメタン(CClF3)を用いた形態を説明する。
高純酸素ガスが管1からオゾナイザー2に導入され、例えば無声放電によって、その一部がオゾンガスに変換される。オゾンと酸素との混合ガスには、管3からのテトラフルオロメタンが添加されたのち、熱交換器4に送られ、冷却されて蒸留塔5に送られる。蒸留塔5では、酸素ガスがその塔頂から排出され、塔底にはオゾンとテトラフルオロメタンとの混合液体が溜まる。この混合液体中のオゾン濃度は通常10容量%程度、テトラフルオロメタン濃度は90容量%程度である。
光セル6から導出されたオゾンと酸素とテトラフルオロメタンとの混合ガスは、熱交換器7に送られて冷却され、蒸留塔8に導入される。
受液槽10には、温度150K程度に保った液化クロロトリフルオロメタンガスが予め貯留されている。受液槽10に流下したオゾンとテトラフルオロメタンとの混合液化ガスは液化クロロトリフルオロメタンガスと混合し、三成分の混合液となって貯留される。
この三成分の混合液中のオゾン濃度は通常5容量%程度、テトラフルオロメタン濃度は45容量%程度、クロロトリフルオロメタン濃度は、50容量%程度とされる。
ついで、オゾンが気化し、さらにクロロトリフルオロメタンが気化するが、気相においてもオゾン以外にテトラフルオロメタンとクロロトリフルオロメタンが存在するので、やはり爆発下限値を超えることはない。
この場合には、侵入熱によって、受液槽10内の混合液の温度を140K以下に保つことができなる事態が生じ、液化ガスの蒸発量が増加する。
しかし、テトラフルオロメタンとオゾンとの混合ガスが優先的に気化するので、液相および気相においてオゾンが濃縮してその爆発下限値を越えることはない。
気化したガスはオゾン分解槽13を経て大気放出される。
図1に示す装置において、受液槽10として、容量約300リットルで内部にクロロトリフルオロメタン約100リットルを140Kに保って貯留したものを用いた。
緊急時を想定して、蒸留塔5の塔底に溜まっているオゾンとテトラフルオロメタンとの混合液体約100リットルを緊急開放弁9を開放して受液槽10に流下させた。この混合液体中のオゾン濃度は10容量%、テトラフルオロメタン濃度は90容量%であった。
オゾン分解槽13からのガスを第1の蒸留塔14に送り、酸素ガスとテトラフルオロメタンおよびクロロトリフルオロメタンの混合液体とに分離し、このテトラフルオロメタンとクロロトリフルオロメタンの混合液体をさらに第2の蒸留塔15にて、テトラフルオロメタンとクロロトリフルオロメタンとに分離し、それぞれを再利用するために別途貯留槽に送った。
この処理に際して、受液槽10中の液相のオゾン濃度を連続的に測定した結果を図2に示す。
図2に示すように、受液槽10中のオゾン濃度は、初期状態でクロロトリフルオロメタンにより希釈されるうえに、テトラフルオロメタンの蒸発によるオゾン濃縮もわずかである。
さらに、高沸点不活性ガスおよび低沸点不活性ガスをすべて回収再使用できるので、地球温暖化ガス排出量を最低レベルに抑えることができる。
Claims (6)
- オゾン混合物を使用するプロセスにおいてオゾン混合物を系外に安全に排出する方法であって、
予め液化高沸点不活性ガスが貯えられた受液槽に液化オゾンと液化低沸点不活性ガスとの混合液体を流入させ、受液槽内で液化高沸点不活性ガスと液化オゾンと液化低沸点不活性ガスとの混合物とし、この混合物を徐々に加熱して気化させて混合気体とし、この混合気体をオゾン分解槽に導入してオゾンを分解して酸素とし、酸素と高沸点不活性ガスと低沸点不活性ガスとの混合気体を第1の蒸留塔に送って、酸素を分離したのちこれを系外に排出し、第1の蒸留塔からの高沸点不活性ガスと低沸点不活性ガスとを第2の蒸留塔に送って、高沸点不活性ガスと低沸点不活性ガスとに分離することによりオゾン混合物を系外に排出し、
前記低沸点不活性ガスがオゾンより沸点が低い不活性ガスであり、高沸点不活性ガスがオゾンより沸点が高く、かつオゾンの沸点より融点が低い不活性ガスであることを特徴とするオゾン混合物の排出方法。 - 前記第2の蒸留塔から高沸点不活性ガスを抜き出して液化して液化高沸点不活性ガスとし、これを前記受液槽に返送することを特徴とする請求項1記載のオゾン混合物の排出方法。
- 低沸点不活性ガスがテトラフルオロメタン、クリプトン、アルゴンのいずれかであり、高沸点不活性ガスがキセノン、トリフルオロメタン、ブロモトリフルオロメタン、ジクロロフルオロメタン、クロロジフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、クロロトリフルオロメタンのいずれかであることを特徴とする請求項1または2記載のオゾン混合物の排出方法。
- オゾン混合物を使用する装置からオゾン混合物を系外に安全に排出する装置であって、 温度調節機能を備えた受液槽と、オゾン分解槽と、第1の蒸留塔と、第2の蒸留塔を具備し、
前記受液槽は、予め液化高沸点不活性ガスが貯えられ、要時に液化オゾンと液化低沸点不活性ガスとの混合液体を受け入れ、オゾンと液化高沸点不活性ガスと液化低沸点不活性ガスとの混合液を前記温度調節機能により加熱して気化し混合気体とするものであり、
前記オゾン分解槽は、前記受液槽からの混合気体を受け入れて、混合気体中のオゾンを分解して酸素ガスとするものであり、
前記第1の蒸留塔は、オゾン分解槽からの酸素ガスと高沸点不活性ガスと低沸点不活性ガスとを受け入れて、酸素ガスと高沸点不活性ガスおよび低沸点不活性ガスとに分離するものであり、
前記第2の蒸留塔は、第1の蒸留塔からの高沸点不活性ガスと低沸点不活性ガスとを受け入れて、高沸点不活性ガスと低沸点不活性ガスとに分離するものであり、
前記低沸点不活性ガスがオゾンより沸点が低い不活性ガスであり、高沸点不活性ガスがオゾンより沸点が高く、かつオゾンの沸点より融点が低い不活性ガスであることを特徴とするオゾン混合物の排出装置。 - 前記第2の蒸留塔から高沸点不活性ガスを抜き出して液化して液化高沸点不活性ガスとし、これを前記受液槽に返送する経路をさらに備えたことを特徴とする請求項4記載のオゾン混合物の排出装置。
- 低沸点不活性ガスがテトラフルオロメタン、クリプトン、アルゴンのいずれかであり、高沸点不活性ガスがキセノン、トリフルオロメタン、ブロモトリフルオロメタン、ジクロロフルオロメタン、クロロジフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、クロロトリフルオロメタンのいずれかであることを特徴とする請求項4または5記載のオゾン混合物の排出装置。
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