JP2014188497A - Detoxification treatment apparatus and detoxification treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被処理ガス中の有害ガス成分を除害する、無害化処理装置及び無害化処理方法に関するものである。 The present invention relates to a detoxification treatment apparatus and a detoxification treatment method for detoxifying harmful gas components in a gas to be treated.
冷媒ガスや半導体製造プロセスガスとして、クロロフルオロカーボン(=CFC/CCl2F2、C2F5Clなど)、ハイドロクロロフルオロカーボン(=HCFC/CHClF2、CH3CClF2など)、ハイドロフルオロカーボン(=HFC/CH2F2、C2HF5など)、ハロン(CBrClF2、CBrF3など)、パーフルオロカーボン(CF4、C2F6など)、CCl4、CH3Cl、SF6、NF3等が広く使用されている。 As refrigerant gas or semiconductor manufacturing process gas, chlorofluorocarbon (= CFC / CCl 2 F 2 , C 2 F 5 Cl, etc.), hydrochlorofluorocarbon (= HCFC / CHClF 2 , CH 3 CClF 2 etc.), hydrofluorocarbon (= HFC) / CH 2 F 2 , C 2 HF 5 etc.), halon (CBrClF 2 , CBrF 3 etc.), perfluorocarbon (CF 4 , C 2 F 6 etc.), CCl 4 , CH 3 Cl, SF 6 , NF 3 etc. Widely used.
これらのガスは、工業上重要なガスである一方で、オゾン層破壊や地球温暖化の原因物質、毒性ガスでもあるため、大気放出を極力抑制することが求められている。例えば、自動車やクーラーなどが経年劣化などの理由で廃棄される際には、使用された冷媒ガスの回収と無害化処理が行われる。 While these gases are industrially important gases, they are also a cause substance of ozone layer destruction and global warming, and toxic gases, so that it is required to suppress atmospheric emissions as much as possible. For example, when a car, a cooler, or the like is discarded due to aging or the like, the used refrigerant gas is collected and detoxified.
また、これらのガスは、ハロゲン原子(F、Cl、Brなど)を含有することを特徴としており、原子間結合エネルギーが比較的大きく、安定な分子である。従って、その無害化処理にあたっては、燃焼、高温、プラズマあるいは光などのエネルギーを与えて分解するとともに、水やアルカリ化合物などでハロゲン原子を化学反応処理する必要がある。 In addition, these gases are characterized by containing halogen atoms (F, Cl, Br, etc.), and have a relatively large interatomic bond energy and are stable molecules. Therefore, in the detoxification treatment, it is necessary to decompose by applying energy such as combustion, high temperature, plasma or light, and to chemically react halogen atoms with water or an alkali compound.
具体的には、例えば、半導体製造装置のプロセス排ガスの場合であれば、乾式除害装置(触媒+吸着剤)や、燃焼またはプラズマによる分解装置(分解部)と湿式スクラバー装置との併用などが用いられている。ここで、湿式スクラバー装置とは、被処理ガスに噴霧状の水を吹き付ける装置であり、分解部で高温化したガスの冷却、分解生成したハロゲン原子などの不安定な水溶性物質の除去、などを目的として使用される。 Specifically, for example, in the case of process exhaust gas from a semiconductor manufacturing apparatus, a dry-type abatement apparatus (catalyst + adsorbent), a combustion or plasma decomposition apparatus (decomposition unit) and a wet scrubber apparatus may be used. It is used. Here, the wet scrubber device is a device that sprays sprayed water onto the gas to be treated, such as cooling of the gas heated to a high temperature in the decomposition section, removing unstable water-soluble substances such as halogen atoms generated by decomposition, etc. Used for the purpose.
ところで、一般的に、CF4、C2F6、SF6などの非常に安定な分子を無害化処理する場合には、比較的高い除害性能が得られる後者の手段(すなわち、分解装置と湿式スクラバー装置との併用)が活用されている。 By the way, generally, when detoxifying extremely stable molecules such as CF 4 , C 2 F 6 , and SF 6 , the latter means (that is, a decomposition device and Combined use with wet scrubber equipment).
しかしながら、分解部で生成された不安定なハロゲン原子は、周辺に存在するカーボンなどと容易に反応するため、分解部と湿式スクラバー部との距離が離れていると、CF4、C2F6、SF6などを容易に再生成し、期待する除害効率が得られないという課題があった。その対策として、特許文献1から3に開示されているように、分解部と湿式スクラバー部との距離を近接させる構成が報告されている。 However, unstable halogen atoms generated in the decomposition part easily react with carbon or the like present in the vicinity, so that if the distance between the decomposition part and the wet scrubber part is large, CF 4 , C 2 F 6 , SF 6 and the like were easily regenerated, and there was a problem that the expected removal efficiency could not be obtained. As countermeasures, as disclosed in Patent Documents 1 to 3, a configuration in which the distance between the disassembling part and the wet scrubber part is reported is reported.
具体的には、特許文献1は、半導体製造装置の排気ガス中のシランやフッ素化物を分解除去する燃焼式排ガス処理装置に関する発明である。この特許文献1には、1000℃程度の燃焼炉で被除去成分を分解する分解部と、シャワーノズルから霧状の水を散布する湿式スクラバー部とを、同一装置内に設ける構成が示されている。 Specifically, Patent Document 1 is an invention related to a combustion exhaust gas treatment apparatus that decomposes and removes silane and fluorinated substances in exhaust gas of a semiconductor manufacturing apparatus. This Patent Document 1 shows a configuration in which a decomposition unit that decomposes a component to be removed in a combustion furnace of about 1000 ° C. and a wet scrubber unit that sprays mist-like water from a shower nozzle are provided in the same apparatus. Yes.
また、特許文献2は、工業プロセスから排出されたシランやPFCを分解除去する大気圧プラズマ式ガス処理装置に関する発明である。この特許文献2には、大気圧プラズマ生成部で被除去成分を分解する分解部と、分解生成した水溶性成分および固形成分を処理する後段湿式スクラバーとを、同一装置内に設ける構成が示されている。
図4に、分解処理と湿式スクラバー処理とを同一の装置内で処理する従来の無害化処理装置101を示す。特許文献1及び特許文献2のように、従来別々の装置で行っていた分解処理と湿式スクラバー処理とを、図4に示すように同一の装置内で処理できる構成にすることで、CF4などの副生成を予防する効果があることは出願人らの研究でも明らかになっている。一方で、上述の燃焼部や大気圧プラズマ部は、1000℃近い高温になるため、湿式スクラバーを近接させるには限界があり、装置が大型化してしまうという課題があった。
FIG. 4 shows a conventional
また、特許文献3は、活性種の寿命を考慮して、プラズマ部で生成された活性種が失活する前に安定化処理することを目的とした発明である。この特許文献3には、プラズマ発生装置と多孔質酸化カルシウム剤充填筒とを直列に配置して、被処理ガスを100〜5000Pa程度の減圧条件で通気する除害装置、並びにプラズマ発生装置で被処理ガスをプラズマ化するとともに、プラズマ部で分解生成された不安定なフッ素成分を多孔質酸化カルシウムとの化学反応で除去する除害方法が開示されている。
特許文献3に開示された方法では、減圧雰囲気下での処理が重要であるため、湿式スクラバーの代わりに多孔質酸化カルシウム剤を使用している。しかしながら、特許文献3に開示された方法では、排気量の大きなドライポンプが必要であるといった課題や、多孔質酸化カルシウム剤の交換に手間がかかるといった課題が依然として残っていた。
In the method disclosed in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、被処理ガス中の有害ガス成分を高効率で分解除去可能であるとともに、小型化が可能な無害化処理装置及び無害化処理方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a detoxification processing apparatus and a detoxification processing method that can decompose and remove harmful gas components in a gas to be treated with high efficiency and can be downsized. The issue is to provide.
上述したように、高い除害効率を維持するとともに副生成物の生成を抑制するためには、有害ガス成分の分解部と湿式スクラバー部とを近接させることが有効である。そこで、本願発明者らは、鋭意検討した結果、被処理ガスをプラズマ状態としたまま、溶液(水あるいはアルカリ溶液)の中を通過させて回収(除去)する方法を見出して、本発明を完成させた。 As described above, in order to maintain a high detoxification efficiency and suppress the production of by-products, it is effective to bring the decomposition part of the harmful gas component and the wet scrubber part close to each other. Accordingly, as a result of intensive studies, the inventors of the present application have found a method of collecting (removing) the gas to be processed through a solution (water or alkaline solution) while maintaining the plasma state, and completed the present invention. I let you.
すなわち、本発明は、以下の構成を備える。
請求項1に係る発明は、有害ガス成分を含有する被処理ガス中から前記有害ガス成分を除去して無害化する装置であって、
気密な内部空間内に、被処理ガス中の有害ガス成分を溶存させる溶液を貯留する溶液貯留槽と、
前記溶液貯留槽の底部側に設けられ、被処理ガスを気泡として前記溶液中に導入するガス導入孔と、
前記ガス導入孔に前記被処理ガスを供給する被処理ガス供給経路と、
前記ガス導入孔で前記被処理ガスをプラズマ化するプラズマ発生手段と、
前記溶液貯留槽の上部側に設けられ、前記有害成分が除去された気体成分を当該溶液貯留槽の外側に排出するガス排出口と、を備える、無害化処理装置である。
That is, the present invention has the following configuration.
The invention according to claim 1 is an apparatus for removing and detoxifying the harmful gas component from the gas to be treated containing the harmful gas component,
A solution storage tank for storing a solution for dissolving harmful gas components in the gas to be treated in an airtight internal space;
A gas introduction hole provided on the bottom side of the solution storage tank and introducing the gas to be treated into the solution as bubbles;
A processing gas supply path for supplying the processing gas to the gas introduction hole;
Plasma generating means for converting the gas to be processed into plasma through the gas introduction hole;
It is a detoxification processing apparatus provided with the gas discharge port provided in the upper part side of the said solution storage tank, and discharging | emitting the gas component from which the said harmful component was removed to the outer side of the said solution storage tank.
請求項2に係る発明は、前記ガス導入孔の孔径が、0.01〜2.0mmの範囲である、請求項1に記載の無害化処理装置である。
The invention according to
請求項3に係る発明は、前記プラズマ発生手段が、高電圧電源と、高電圧電極と、接地電極と、を有し、
前記高電圧電極と前記接地電極とが前記ガス導入孔を挟んで対向配置されている、請求項1又は2に記載の無害化処理装置である。
The invention according to
3. The detoxification processing apparatus according to claim 1, wherein the high voltage electrode and the ground electrode are disposed to face each other with the gas introduction hole interposed therebetween.
請求項4に係る発明は、前記高電圧電源が、高周波電源であり、
前記高周波電源の周波数をf(単位Hz)、前記ガス導入孔の半径をr(単位μm)とした際に、下記式(1)の関係を満たす、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の無害化処理装置である。
f<1×1014×r−2 ・・・(1)
In the invention according to
The frequency of the high frequency power supply is f (unit Hz), and the radius of the gas introduction hole is r (unit μm), the relationship of the following formula (1) is satisfied. It is a detoxification processing apparatus of description.
f <1 × 10 14 × r −2 (1)
請求項5に係る発明は、有害ガス成分を含有する被処理ガス中から前記有害ガス成分を除去して無害化する方法であって、
狭小な空間に被処理ガスを供給し、前記空間において前記被処理ガスをプラズマ状態とする、第1ステップと、
前記被処理ガス中の有害ガス成分をプラズマ状態としたまま、溶液の中を気泡状態で通過させて、前記有害ガス成分を前記溶液に溶存させる、第2ステップと、
前記有害成分が除去された気体成分を前記溶液から取り出す、第3ステップと、を含む、無害化処理方法である。
The invention according to
A first step of supplying a gas to be processed into a narrow space, and bringing the gas to be processed into a plasma state in the space;
A second step of allowing the harmful gas component in the gas to be treated to pass through the solution in a bubble state while keeping the harmful gas component in the plasma state, and dissolving the harmful gas component in the solution;
A third step of removing the gaseous component from which the harmful component has been removed from the solution.
本発明によれば、プラズマ発生手段により、ガス導入孔において被処理ガスをプラズマ化するため、少ないエネルギーで、被処理ガス中の有害ガス成分を少量ずつ確実に分解してプラズマ化することができる。
また、上記ガス導入孔が溶液貯留槽の底部側に設けられており、プラズマ化された被処理ガスを気泡として上記溶液貯留槽内の溶液中に直ぐに導入するため、プラズマ化された有害ガス成分が副生成物を生成することを抑制することができる。したがって、被処理ガス中の有害ガス成分を溶液中に溶存させて確実に除去することができる。
さらに、被処理ガスを分解するガス導入孔と被処理ガス中の有害成分を除去する溶液貯留槽とを近接させて設けているため、被処理ガス中の有害ガス成分を高効率で分解除去できるとともに、小型化が可能な無害化処理装置及び無害化処理方法を提供することができる。
According to the present invention, since the gas to be processed is converted into plasma in the gas introduction hole by the plasma generating means, the harmful gas component in the gas to be processed can be reliably decomposed and converted into plasma with a small amount of energy. .
Further, the gas introduction hole is provided on the bottom side of the solution storage tank, and the plasma-treated gas is immediately introduced into the solution in the solution storage tank as bubbles, so that the plasma-generated harmful gas component Can suppress generation of by-products. Therefore, harmful gas components in the gas to be treated can be dissolved in the solution and reliably removed.
Furthermore, since the gas introduction hole for decomposing the gas to be treated and the solution storage tank for removing the harmful components in the gas to be treated are provided close to each other, the harmful gas components in the gas to be treated can be decomposed and removed with high efficiency. In addition, a detoxification processing apparatus and a detoxification processing method that can be reduced in size can be provided.
以下、本発明を適用した一実施形態である無害化処理装置について、これを用いた無害化処理方法とあわせて、図面を用いて詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, a detoxification processing apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings together with a detoxification processing method using the same.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
<第1の実施形態>
先ず、本発明を適用した一実施形態である無害化処理装置の構成について、図1を参照しながら説明する。図1に示すように、本実施形態の無害化処理装置1は、有害ガス成分を含有する被処理ガス中から有害ガス成分を除去して無害化する装置であって、溶液貯留槽2と、上記溶液貯留槽2の底面2aに設けられたガス導入孔3と、上記溶液貯留槽2の上面2bに設けられたガス排出口4と、上記ガス導入孔3に被処理ガスを供給する被処理ガス供給経路5と、上記ガス導入孔3で被処理ガスをプラズマ化するプラズマ発生手段6と、を備えて、概略構成されている。
<First Embodiment>
First, the configuration of a detoxification processing apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the detoxification processing apparatus 1 of the present embodiment is an apparatus that removes harmful gas components from the gas to be treated containing harmful gas components and renders them harmless. A
本実施形態の無害化処理装置1は、有害ガス成分を含有する被処理ガスを処理対象とするものである。被処理ガスとしては、特に限定されるものではないが、具体的には、プラズマエッチング装置等の半導体製造装置を真空排気するドライポンプからの排出ガス、自動車やエアコン等の使用済み冷媒充填容器内の残存ガス、使用済み高圧ガス容器内の残存ガス等を例示することができる。 The detoxification processing apparatus 1 of the present embodiment is intended for processing a gas to be processed that contains harmful gas components. The gas to be treated is not particularly limited. Specifically, the exhaust gas from a dry pump that evacuates a semiconductor manufacturing apparatus such as a plasma etching apparatus, a used refrigerant filled container such as an automobile or an air conditioner. Residual gas, residual gas in a used high-pressure gas container, and the like.
被処理ガス中の有害ガス成分は、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ドライポンプからの排出ガスに含まれる、パーフルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス及びこれらが分解した副生成ガス等が挙げられる。また、使用済み冷媒充填容器内の残存ガスに含まれる、クロロフルオロカーボンやハイドロクロロフルオロカーボン等も有害ガス成分として挙げられる。 Although the harmful gas component in the gas to be treated is not particularly limited, specifically, for example, perfluorocarbon gas, hydrofluorocarbon gas, and by-products obtained by decomposition of these contained in the exhaust gas from the dry pump. Gas etc. are mentioned. Moreover, chlorofluorocarbon, hydrochlorofluorocarbon, etc. contained in the residual gas in a used refrigerant | coolant filling container are mentioned as a noxious gas component.
なお、被処理ガス中には、有害ガス成分以外の他の成分が含まれていてもよい。上記他の成分としては、具体的には、例えば、ドライポンプ部で追加される希釈用窒素ガスや、腐食防止用窒素ガス等が挙げられる。 Note that the gas to be treated may contain components other than harmful gas components. Specific examples of the other components include nitrogen gas for dilution added in the dry pump section, nitrogen gas for corrosion prevention, and the like.
溶液貯留槽2は、気密な内部空間を有し、その内部空間内に被処理ガス中の有害ガス成分を溶存させる溶液を貯留する、筒状の容器である。溶液貯留槽2としては、図1に示すように、底面2aと上面2bと外周面2cとから構成される円筒状の容器を例示することができるが、特にこの構成に限定されるものではない。例えば、図1に示す底面2a、上面2bは、平面で構成されているが、曲面で構成されていてもよい。
The
溶液貯留槽2の大きさ(容積)は、特に限定されるものではなく、被処理ガスの処理量や所望の処理能力、設置するスペースの大きさ等によって適宜選択することが可能である。
また、溶液貯留槽2の材質は、耐食性を有する材質であれば、特に限定されるものではない。好ましい材質としては、例えば、SUS316L、ハステロイ、チタンなどの耐食性金属、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)などのフッ素樹脂が挙げられる。
The size (volume) of the
Moreover, the material of the
溶液貯留槽2の内部空間内に貯留する溶液は、被処理ガス中に含まれる有害ガス成分を溶存させることが可能な液体であれば、特に限定されるものではない。すなわち、有害ガス成分の種類に応じて、適宜選択することが好ましい。特に、有害ガス成分がフッ素原子(F)、塩素原子(Cl)、ブロム原子(Br)及びヨウ素原子(I)のいずれか一つ以上の原子を含む場合には、水(H2O)等の中性溶液や、水酸化バリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム溶液、水酸化カルシウム水溶液及びアンモニア水等のアルカリ性溶液を選択することが好ましい。
The solution stored in the internal space of the
溶液貯留槽2の内部空間内への溶液の貯留量は、特に限定されるものではなく、被処理ガスの処理量や、溶液貯留槽の容積等に応じて、適宜選択することが可能である。ここで、溶液貯留槽2は、内部空間内を全て溶液で満たすのではなく、図1に示すように、溶液からなる溶液層2Aの上方に、気体層2Bが設けられるようにすることが好ましい。溶解貯留槽2の内部空間内に気体層2Bを設けることにより、溶液層2Aを通過した気体成分を溶解貯留槽2の外側に排出する前に、気体層2Bに留めることができる。このため、溶液層2Aにおいて被処理ガス中の有害ガス成分の除去が不十分であった場合でも、溶解貯留槽2の外側に直接排出されることを防ぐことができる。
The storage amount of the solution in the internal space of the
ガス導入孔3は、被処理ガスを気泡Pとして溶液貯留槽2内の溶液中に導入するために、溶液貯留槽2の底面2aに設けられた狭小な空間を有する開口部である。このガス導入孔3の溶液貯留槽2内の溶液層2Aに面した部分の形状(すなわち、開口面の形状)は、特に限定されるものではないが、被処理ガスを均一な大きさの気泡Pとするために円形とすることが好ましい。また、底面2aを構成する部材にある程度の厚さがある場合には、この底面2aを貫通する貫通孔内の空間を含めて、ガス導入孔3という。さらに、底面2aを貫通する貫通孔と連続するように、絶縁板7及び電極6A,6Bを貫通する開口部が設けられている場合には、これらの開口部内の空間も含めて、ガス導入孔3という。
The
また、ガス導入孔3の孔径(直径)は、溶液中での気泡Pの挙動、気液界面反応、プラズマ放電条件を勘案し、最適な装置条件を選択することができる。具体的には、ガス導入孔3の孔径は0.01〜2.0mmの範囲とすることが好ましく、0.1〜0.5mmの範囲とすることがより好ましい。
Moreover, the hole diameter (diameter) of the
ここで、ガス導入孔3の孔径を0.01mm未満にすると、パッシェンの法則からも明らかなように、電源電圧を非常に高くすることが求められ、装置設計が困難になるために好ましくない。一方、孔径を2.0mm超にすると、表面張力が不足して溶液がガス導入孔3内に垂れてきて、溶液を保持できなくなるだけでなく、電極部6A,6Bが濡れて漏電したり、電極が劣化したりするおそれがあるため、好ましくない。
Here, if the hole diameter of the
ガス導入孔3は、図1に示すように、溶液貯留槽2の底面2aの中央に設けられているため、溶液中での気泡Pの挙動は安定し、溶液層2Aの高さ方向の全域で十分に気液界面反応をさせることができる。ここで、ガス導入孔3の位置は、一例であって、被処理ガスを気泡Pとして溶液貯留槽2内の溶液中に導入することができる位置であれば、これに限定されるものではない。ガス導入孔3の位置は、具体的には、溶液層2Aが存在する高さまで設けることが可能であるが、溶液中の移動距離を確保させるために溶液貯留槽2の下部側に設けることが好ましく、底面に設けることがより好ましい。
As shown in FIG. 1, since the
また、ガス導入孔3は、図1には、底面2aに一つ設けた例が示されているが、これに限定されるものではなく、複数設けてもよい。ガス導入孔3を複数設けることによって、被処理ガスの無害化処理の効率を向上させることができる。また、ガス導入孔3を複数設ける場合には、溶液中での気泡Pの挙動や気液界面反応の効率等を考慮したレイアウト(間隔、配置)を適宜選択することが好ましい。
Moreover, although the example which provided one
ガス排出口4は、被処理ガス中に含まれる有害ガス成分を除去した後の無害化された気体成分を溶液貯留槽2の外側に排出するために、溶液貯留槽2の上面2bに設けられた排気口である。このように、溶液貯留槽2の下部側にガス導入孔3が、上部側にガス排出口3がそれぞれ設けられているため、無害化処理装置1は、ガス導入孔3から被処理ガスを気泡状態で溶液貯留槽2内の溶液中に導入し、ガス排出口4から有害ガス成分が除去された気体成分を溶液貯留槽2の外側に排出することができる。
The
なお、図1中に示すガス排出口4の位置は、一例であって、無害化された上記気体成分を溶液貯留槽2の外側に排出できる位置であれば、これに限定されるものではない。ガス排出口4の位置は、具体的には溶液貯留槽2の上部側であって、溶液貯留槽2内の気体層2Bと連通される位置に設けることが好ましい。また、ガス排出口4の大きさ、ガス排出口4の設置数は、特に限定されるものではなく、適宜選択してもよい。さらに、ガス排出口4には、開閉弁を設けてもよい。
In addition, the position of the
被処理ガス供給経路5は、ガス導入孔3に被処理ガスを供給するために、被処理ガスの発生源からガス導入孔3の間にわたって設けられている。これにより、被処理ガスの発生源にて生成した被処理ガスは、被処理ガス供給経路5を経由してガス導入孔3に送通され、ガス導入孔3を介して溶液貯留槽2内の溶液中に導入される。
The
被処理ガス供給経路5は、図1に示すように、被処理ガス供給管5Aと、被処理ガス貯留槽5Bと、から概略構成されている。
As illustrated in FIG. 1, the
被処理ガス供給管5Aは、図示略の被処理ガスの供給源と被処理ガス貯留槽5Bとの間にわたって設けられており、被処理ガス発生源から被処理ガスを被処理ガス貯留槽5B内に供給する経路である。被処理ガス供給管5Aの材質は、被処理ガスによって腐食しない材質であれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、SUS316L、ハステロイ、チタンなどの耐食性金属、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)などのフッ素樹脂を用いることができる。
The to-be-treated
また、被処理ガス供給管5Aには、流量調整バルブ5aが設けられており、被処理ガス貯留槽5B、あるいはガス導入孔3に供給する被処理ガスの流量を調整可能とされている。ここで、被処理ガスの流量については、水中での気泡の挙動、気液界面反応、プラズマ放電条件を勘案し、最適な装置条件を選択することができる。具体的には、例えば、ガス導入孔3の一つ当たりの被処理ガスの流量が、1〜1000ml/minの範囲となるように調整することが好ましい。半導体製造に使われるエッチング装置を例にすると、プロセスガス流量が数十ml/minであり、プロセスチャンバを真空排気するポンプの下流側では少なくとも1000ml/minを超えるガスが排出される。つまり、1つのガス導入孔当たりの被処理ガス流量が1ml/min未満の場合、ガス導入孔を1000個以上設ける必要があることを意味し、装置の大型化やプラズマ発生手段の複雑化を招いてしまう。一方、1000ml/minを超える被処理ガスを1つのガス導入孔で処理する場合、ガス導入孔の直径が0.2mmであっても、ガス導入孔を通過する被処理ガスの平均流速が500m/sを超えるため、安定なプラズマ放電および十分な気液接触をさせることが困難になる。
Further, the
被処理ガス貯留槽5Bは、図1に示すように、溶液貯留槽2の下方であって、ガス導入孔3と被処理ガス供給管5Aとの間に設けられている。また、被処理ガス貯留槽5B内の空間とガス導入孔3内の空間とは連通されている。これにより、被処理ガス貯留槽5B内に貯留された被処理ガスを、ガス導入孔3を介して、溶液貯留槽2の下方から溶液層2A(溶液中)に導入することができる。
As shown in FIG. 1, the
被処理ガス貯留槽5Bは、気密な内部空間を有し、その内部空間内に被処理ガスを貯留する筒状の容器である。また、被処理ガス貯留槽5Bの形状は特に限定されるものではないが、図1に示すように、溶液貯留槽2の底面2aを上面として共有する形状とすることが好ましい。このような構成とすることにより、例えば、ガス導入孔3を溶液貯留槽2の底面2aに複数設けた場合であっても、これらの全てのガス導入孔3に同時に被処理ガスを供給することができる。
The
被処理ガス貯留槽5Bの大きさ(容積)は、特に限定されるものではなく、被処理ガスの処理量や所望の処理能力、設置するスペースの大きさ等によって適宜選択することが可能である。また、被処理ガス貯留槽5Bの材質は、耐食性を有する材質であれば、特に限定されるものではない。好ましい材質としては、例えば、SUS316L、ハステロイ、チタンなどの耐食性金属、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)などのフッ素樹脂を用いることができる。
The size (volume) of the
なお、被処理ガス供給経路5の構成は、一例であって、これに限定されるものではない。例えば、被処理ガス供給管5Aに図示略の水槽を設けて、この水槽内で被処理ガスをバブリングしてからガス導入孔3に供給する構成としてもよい。これにより、被処理ガスをガス導入孔3に供給する前に加湿することができるため、ガス導入孔3でプラズマ化された際に、バブリング同伴された水(H2O)に含まれる水素原子が、被処理ガス中に含まれるハロゲン原子と容易に衝突し、不純物の除去効率を高めることができる。
In addition, the structure of the to-be-processed gas supply path |
また、被処理ガス供給経路5は、被処理ガス供給管5Aのみで構成してもよい。被処理ガス貯留槽5Bを省略して、被処理ガス供給管5Aの先端を直接ガス導入孔3に接続することにより、無害化処理装置1をより小型化することができる。
Further, the
プラズマ発生手段6は、ガス導入孔3において被処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ装置である。本実施形態の無害化処理装置1では、プラズマ発生手段は、図1に示すように、高電圧電極6Aと、接地電極6Bと、高電圧電源6Cと、を有して概略構成されている。
The plasma generating means 6 is a plasma apparatus for converting the gas to be processed into plasma in the
高電圧電極6Aと設置電極6Bとは、図1に示すように、ガス導入孔3を挟んで対向配置されている。このように配置された高電圧電極6Aと設置電極6Bとの間で放電させることにより、ガス導入孔3において被処理ガスをプラズマ化することができる。換言すると、ガス導入孔3がプラズマ放電部となり、ガス導入孔3の狭小な空間において被処理ガス中の有害ガス成分が分解される。
As shown in FIG. 1, the
また、高電圧電極6A及び設置電極6Bは、放電部となる部分以外の表面が、石英、アルミナ(Al2O3)、セラミックスといった素材の絶縁部材によって保護されている。具体的には、図1に示すように、高圧電極6Aと設置電極6Bとは、一対の絶縁板7,7によって上下から挟み込まれて周囲を被覆されており、ガス導入孔3内においてのみ、電極が露出されている。これにより、被処理ガス貯留槽5B内の被処理ガスと電極6A,6Bとは接触することがなく、ガス導入孔3に供給された被処理ガスのみプラズマ化される。このように、ガス導入孔3の狭小な空間のみをプラズマ放電部として、プラズマ処理する領域を限定しているので、ガス導入孔3に供給された被処理ガス中の有害ガス成分を確実にプラズマ状態とすることができる。
In addition, the surfaces of the
高電圧電源6Cの種類としては、特に限定されるものではなく、直流電源および交流電源のいずれも用いることができる。また、高電圧電源6Cの種類に応じて、高電圧電極6A及び設置電極6Bの電極形状を選択してもよいし、整合回路を設けてもよい。
The type of the high
高電圧電源6Cの出力は、電源周波数、電極間距離及び被処理ガス流量等の条件によって異なるが、ガス導入孔3(すなわち、放電部)一つ当たりの出力が、1W〜500Wの範囲で設定することが望ましい。ここで、電源出力が低すぎると十分な分解効率を得られないために好ましくない。一方、電源出力が高すぎると放電部(すなわち、ガス導入孔3)が高温となり、電極の劣化や溶液の過度な蒸発を招いてしまうために好ましくない。
The output of the high
ところで、被処理ガスに含有される有害ガス成分が、例えば、パーフルオロカーボン等の特に難分解性の成分である場合には、この難分解性の有害ガス成分を分解するために高密度プラズマを生成する必要が生じる。このような高密度プラズマとしては、具体的には、プラズマ密度が1×109(個/cm3)以上であることが求められる。また、電源の周波数が高いほど、電磁波がプラズマ内に侵入できる深さ(表皮深さ)が小さくなることが知られており、プラズマ密度が高いほどその影響は顕著であることも知られている。 By the way, when the harmful gas component contained in the gas to be treated is a particularly difficult-to-decompose component such as perfluorocarbon, high-density plasma is generated to decompose the hardly-decomposable harmful gas component. Need to do. Specifically, such high-density plasma is required to have a plasma density of 1 × 10 9 (pieces / cm 3 ) or more. It is also known that the higher the frequency of the power supply, the smaller the depth (skin depth) at which electromagnetic waves can penetrate into the plasma, and the higher the plasma density, the more prominent the effect is. .
そこで、本実施形態の無害化処理装置1では、高電圧電源6Cが高周波電源であり、プラズマ密度が1×109(個/cm3)以上の高密度プラズマが求められる場合には、その周波数をf(単位Hz)、ガス導入孔3の直径をr(単位μm)とした際に、下記式(1)の関係を満たす周波数fを選択することを特徴とする。
f<1×1014×r−2 ・・・(1)
Therefore, in the detoxification processing apparatus 1 of the present embodiment, when the high
f <1 × 10 14 × r −2 (1)
高電圧電源6Cの電源周波数を上記式(1)の関係を満たす周波数fとすることにより、ガス導入孔3の孔径(すなわち、放電部の電極間距離)rに対して、プラズマ密度が1×109(個/cm3)以上の高密度プラズマが生成されていても、十分な電磁波を供給し続けることができる。
By setting the power supply frequency of the high
なお、本実施形態の無害化処理装置1では、ガス導入孔3が有害ガス成分の分解部を構成し、溶液貯留槽2が有害ガス成分の回収(除去)部を構成することになる。
In the detoxification processing apparatus 1 of the present embodiment, the
次に、上述した無害化処理装置1を用いた本実施形態の無害化処理方法について、図1を参照しながら説明する。
本実施形態の無害化処理方法は、狭小な空間に被処理ガスを供給し、上記空間において被処理ガスをプラズマ状態とする段階(第1ステップ)と、被処理ガス中の有害ガス成分をプラズマ状態としたまま、溶液の中を気泡状態で通過させて、上記有害ガス成分を上記溶液に溶存させる段階(第2ステップ)と、有害成分が除去された気体成分を上記溶液から取り出す段階(第3ステップ)と、を含んで、概略構成されている。
Next, the detoxification processing method of this embodiment using the above-described detoxification processing apparatus 1 will be described with reference to FIG.
The detoxification treatment method of the present embodiment includes a stage (first step) in which a gas to be treated is supplied to a narrow space and the gas to be treated is brought into a plasma state in the space (first step), and harmful gas components in the gas to be treated are plasma. A state in which the harmful gas component is dissolved in the solution by passing through the solution in a bubble state (second step), and a step of removing the gaseous component from which the harmful component has been removed (second step). 3 steps).
具体的には、先ず、図示略の被処理ガス発生源にて生成した被処理ガスを、被処理ガス供給経路5を経由してガス導入孔3に供給する。このとき、流量調整バルブ5aの開度を調整することにより、ガス導入孔3の一つ当たりの被処理ガスの流量が、1〜1000ml/minの範囲となるように調整する。
Specifically, first, a gas to be processed generated by a gas source to be processed (not shown) is supplied to the
また、被処理ガスの供給を開始すると同時に、プラズマ発生手段6の高電圧電源6Cの電源を入れて、ガス導入孔3を挟んで対向配置された高電圧電極6Aと設置電極6Bとの間で放電させる。これにより、ガス導入孔3がプラズマ放電部となり、ガス導入孔3の狭小な空間において被処理ガス中の有害ガス成分が分解される(すなわち、被処理ガスがプラズマ状態となる)。この際、高電圧電源6Cの出力は、ガス導入孔3(すなわち、放電部)一つ当たりの出力が、1W〜500Wの範囲に設定する。
At the same time as the supply of the gas to be processed is started, the high-
次に、被処理ガス中の有害ガス成分をプラズマ状態としたまま、ガス導入孔3から溶液貯留槽2B内の溶液中に気泡状態で導入する。溶液中に導入された気泡状態の被処理ガスは、溶液と気液接触する。そして、気液接触を繰り返して溶液層2A内を上昇していく間に、被処理ガス中の有害ガス成分が溶液中に溶存されるため、被処理ガス中の有害ガス成分が除害されて無害化される。
Next, the harmful gas component in the gas to be treated is introduced into the solution in the
ここで、有害ガス成分はプラズマ状態で直ちに溶液中に導入されるため、分解された有害ガス成分が再結合等することなく、溶液中に効果的に吸収される。 Here, since the harmful gas component is immediately introduced into the solution in a plasma state, the decomposed harmful gas component is effectively absorbed into the solution without recombination.
次に、溶液層2Aを通過することにより、有害成分が除去された気体成分(すなわち、無害化された被処理ガス)は、溶液層2Aの上方に設けられた気体層2B内に排出されて当該気体層2Bを構成する。次いで、有害成分が除去された気体成分を含んで構成される気体層2Bをガス排出口4から溶液貯留槽2の外側に排出する。
Next, the gas component from which harmful components have been removed by passing through the
以上説明したように、本実施形態の無害化処理装置1及び無害化処理方法によれば、プラズマ発生手段6により、ガス導入孔3において被処理ガスをプラズマ化するため、被処理ガス中の有害ガス成分を少量ずつ確実に分解してプラズマ化することができる。また、上記ガス導入孔3が溶液貯留槽2の底面2aに設けられており、プラズマ化された被処理ガスを気泡Pとして上記溶液貯留槽2内の溶液中にすぐに導入することができるため、副生成物等が生成することなく、被処理ガス中の有害ガス成分を溶液中に溶存させて確実に除去することができる。
As described above, according to the detoxification processing apparatus 1 and the detoxification processing method of the present embodiment, the plasma generating means 6 converts the gas to be processed into plasma in the
本実施形態の無害化処理装置1及び無害化処理方法によれば、被処理ガスを分解するガス導入孔3(分解部)と被処理ガス中の有害成分を除去する溶液貯留槽2(除去、回収部)とを近接して設置するため、被処理ガス中の有害ガス成分を高効率で分解除去できるとともに、小型化が可能である。 According to the detoxification treatment apparatus 1 and the detoxification treatment method of the present embodiment, a gas introduction hole 3 (decomposition part) for decomposing the gas to be treated and a solution storage tank 2 (removal, Since the recovery unit) is installed in the vicinity, harmful gas components in the gas to be treated can be decomposed and removed with high efficiency, and the size can be reduced.
<第2の実施形態>
次に、本発明を適用した第2の実施形態について説明する。本実施形態では、第1の実施形態の無害化処理装置1及び無害化処理方法とは異なる構成となっている。このため、図2を用いて本実施形態の無害化処理装置及び無害化処理方法について説明する。したがって、本実施形態の無害化処理装及び無害化処理方法については、第1の実施形態と同一の構成部分については同じ符号を付すると共に説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment to which the present invention is applied will be described. In the present embodiment, the detoxification processing apparatus 1 and the detoxification processing method of the first embodiment have different configurations. Therefore, the detoxification processing apparatus and the detoxification processing method of this embodiment will be described with reference to FIG. Therefore, regarding the detoxification processing apparatus and the detoxification processing method of the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態の無害化処理装置21は、図2に示すように、第1実施形態の除害装置1の構成に、除害性能監視モニタ8と、ガス流量制御器9とを加えた構成となっている。
As shown in FIG. 2, the
除害性能監視モニタ8は、無害化処理後のガス中(気体中)に含まれる有害ガス成分の濃度を監視するために、溶液貯留槽2に設けられている。具体的には、除害性能監視モニタ8は、溶液貯留槽2内の気体層2B中の成分を連続的又は間欠的に測定、分析し、気体層2B中に残存する有害ガス成分濃度が基準値以下であるかを監視する。これによって、高電圧電源6Cの出力が十分であるか不十分化であるかをリアルタイムで判断することができる。さらには、無害化処理が不十分な気体成分の、装置外部への放出を防ぐことができる。
The detoxification performance monitor 8 is provided in the
また、除害性能監視モニタ8は、回線TL1によって高電圧電源6Cと電気的に接続されているため、除害性能監視モニタ8から回線TL1を介して、高電圧電源6Cに出力信号を送ることができる。本実施形態の無害化処理装置21によれば、除害性能監視モニタ8の指示値に連動して、高電圧電源6Cの出力を制御することによって、被処理ガスの無害化処理を確実に行うとともに、消費電力の最適化を図ることも可能である。
Since the abatement performance monitoring monitor 8 is electrically connected to the high
ガス流量制御器9は、ガス導入孔3における被処理ガスの流量を安定させるために、被処理ガス供給経路5に設けられている。ガス流量制御器9の位置は特に限定されるものではないが、被処理ガス供給管5Aに設けることが好ましく、流量調整バルブ5aの一次側(上流側)に設けることがより好ましい。
The gas flow rate controller 9 is provided in the processing
また、ガス流量制御器9は、図2に示すように、回線TL2によって除害性能監視モニタ8と電気的に接続されており、除害性能監視モニタ8から回線TL2を介して制御信号を受け取ることができる。本実施形態の無害化処理装置21によれば、除害性能監視モニタ8とガス流量制御器9とを連動させて、ガス導入孔3における被処理ガスの流量を調整することができるため、除害性能を安定化させることができる。
Further, as shown in FIG. 2, the gas flow rate controller 9 is electrically connected to the abatement performance monitoring monitor 8 via a line TL2, and receives a control signal from the abatement performance monitoring monitor 8 via the line TL2. be able to. According to the
<第3の実施形態>
次に、本発明を適用した第3の実施形態について説明する。本実施形態では、第1の実施形態の無害化処理装置1及び無害化処理方法とは異なる構成となっている。このため、図3を用いて本実施形態の無害化処理装置及び無害化処理方法について説明する。したがって、本実施形態の無害化処理装及び無害化処理方法については、第1の実施形態と同一の構成部分については同じ符号を付すると共に説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment to which the present invention is applied will be described. In the present embodiment, the detoxification processing apparatus 1 and the detoxification processing method of the first embodiment have different configurations. Therefore, the detoxification processing apparatus and the detoxification processing method of this embodiment will be described with reference to FIG. Therefore, regarding the detoxification processing apparatus and the detoxification processing method of the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
ところで、無害化処理装置では、無害化処理を行うことで、溶液中に有害ガス成分の一部が溶存する。例えば、パーフルオロカーボンを無害化処理した場合には、溶液中にフッ素が溶け込んでいく。そして、溶液中の溶存フッ素濃度が高くなると、溶液の有害ガス成分処理能力が低下するため、溶液を定期的に全量入れ替えるか、適宜少量ずつ置換させるか、を行う必要がある。 By the way, in a detoxification processing apparatus, a part of harmful gas component dissolves in a solution by performing a detoxification process. For example, when perfluorocarbon is detoxified, fluorine dissolves in the solution. When the concentration of dissolved fluorine in the solution increases, the ability of the solution to treat harmful gas components decreases. Therefore, it is necessary to periodically replace the entire amount of the solution or to replace it by small amounts as appropriate.
そこで、本実施形態の無害化処理装置31は、図3に示すように、第1実施形態の除害装置1を構成する溶液貯留槽2に換えて、溶液追加口10A及び溶液排出口10Bを有する溶液貯留槽32と、有害成分溶存濃度監視モニタ11と、溶液追加量制御器12と、を備えた構成となっている。これにより、有害ガス成分の処理能力が低下した溶液を適宜少量ずつ置換させること可能となっている。
Therefore, as shown in FIG. 3, the
溶液貯留槽32には、有害ガス成分が溶存することにより処理能力が低下した溶液を適宜少量ずつ更新するために、新しい溶液を溶液貯留槽32に供給する溶液追加口10Aと、処理能力が低下した溶液の一部を溶液貯留槽32から排出する溶液排出口10Bと、が設けられている。ここで、溶液追加口10Aは、溶液貯留槽32の側面32cの下部側に設けられており、溶液排出口10Bは、側面32cの上部側に設けられている。また、溶液追加口10Aには、溶液供給経路13が接続されている。
The
なお、溶液排出口10Bを設けることにより、溶液貯留槽32の内部空間は、溶液排出口10Bが設けられた高さ未満が溶液層32Aとなり、溶液排出口10Bが設けられた高さ以上が気体層32Bとなる。
In addition, by providing the
有害成分溶存濃度監視モニタ11は、溶液中に溶存した有害成分の濃度を監視するために、溶液貯留槽32に設けられている。具体的には、有害成分溶存濃度監視モニタ11は、溶液貯留槽32内の液体層32A中の成分を連続的又は間欠的に測定、分析する。これによって、溶液入れ替え時期を判断することが可能となる。
The harmful component dissolved concentration monitoring monitor 11 is provided in the
溶液追加量制御器12は、溶液供給経路13に設けられている。また、溶液追加量制御器12は、図3に示すように、回線TL3によって有害成分溶存濃度監視モニタ11と電気的に接続されており、有害成分溶存濃度監視モニタ11から回線TL3を介して制御信号を受け取ることができる。本実施形態の無害化処理装置31によれば、有害成分溶存濃度監視モニタ11と、これに連動する溶液追加量制御器12とを備えているため、溶液貯留槽32内の溶液を随時少量ずつ置換させる場合であっても、適切な置換を行うことが可能となる。
The solution
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した第2実施形態の無害化処理装置21において、ガス排出口4に、除害性能監視モニタ8の指示値に連動して動作するガス排出経路切替手段が設けられていてもよい。これにより、除害性能監視モニタ8によって無害化処理後の気体層2B中に残存する有害ガス成分濃度が基準値を超えたことを検出した際に、ガス排出経路を切り替えることができるため、当該気体成分の装置外部への放出を確実に防ぐことができる。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the
また、上述した第1〜第3実施形態の無害化処理装置1,21,31の下流側(二次側)に、1以上の無害化処理装置を設ける構成としてもよい。このように、2以上の無害化処理装置を直列に接続して、前段の無害化処理装置によって無害化処理されたガス(気体)を新たな被処理ガスとし、再度、後段の無害化処理装置によって無害化処理することにより、被処理ガスに含有する有害ガス成分をより確実に除害することができる。なお、前段及び後段の無害化処理装置としては、上述した第1〜第3実施形態の無害化処理装置1,21,31のいずれの装置を適用してもよい。
Moreover, it is good also as a structure which provides one or more detoxification processing apparatuses in the downstream (secondary side) of the
なお、本発明の上記第1〜第3実施形態では、溶液貯留槽2,32と被処理ガス貯留槽5Bとを別の部材で構成する例を説明したが、これに限定されるものではなく、溶液貯留槽2,32と被処理ガス貯留槽5Bとが一体化した、一つの部材で構成してもよい。
In addition, in the said 1st-3rd embodiment of this invention, although the
ここで、溶液貯留槽と被処理ガス貯留槽とを別部材で構成する場合と、一部材で構成する場合との対応について、第1実施形態の無害化処理装置1を例にして説明する。具体的には、先ず、溶液貯留槽2と被処理ガス貯留槽5Bとが一体化した水槽等の容器を無害化処理装置本体(以下、単に「本体」という)とする。この本体の内部には、本体の内部空間を上下に分割された2つの空間とするための仕切り部材が設けられており、この仕切り部材が、溶液貯留槽2の底面2aに対応する。
Here, correspondence between the case where the solution storage tank and the gas storage tank to be processed are configured as separate members and the case where the solution storage tank and the gas storage tank are configured as one member will be described by taking the harmless treatment apparatus 1 of the first embodiment as an example. Specifically, first, a container such as a water tank in which the
本体の内部空間のうち、上部空間には溶液層と気体層とが設けられ、この上部空間が溶液貯留槽2の内部空間に対応する。一方、下部空間は被処理ガス層となり、この下部空間が被処理ガス貯留槽5Bの内部空間に対応する。そして、上記仕切り部材には、上部空間と下部空間とを連通するように孔が設けられ、この孔が、第1実施形態の無害化処理装置1のガス導入孔3に対応する。また、本体の下部側にはガス導入口が設けられ、このガス導入口が、第1実施形態における被処理ガス貯留槽5Bと被処理ガス供給管5Aとの接続部に対応する。さらに、本体の上部側には、第1実施形態におけるガス排出口4に対応するガス排出口が設けられる。
Of the internal space of the main body, an upper space is provided with a solution layer and a gas layer, and this upper space corresponds to the internal space of the
したがって、溶液貯留槽2と被処理ガス貯留槽5Bとが一体化した無害化処理装置本体を有する無害化処理装置では、ガス供給口から本体の下部に被処理ガスが供給され、本体によって被処理ガス中の有害ガス成分が除害される。そして、無害化された被処理ガスが、本体の上部に設けられたガス排出口から本体の外側へと排出される。
Therefore, in the detoxification processing apparatus having the detoxification processing apparatus main body in which the
以下に、具体的な実施例を示す。
(実施例1)
図1に示す構成の無害化処理装置を用い、ヘリウム(He)中に三フッ化窒素(NF3)を1%含むガスを被処理ガスとして、三フッ化窒素を分解処理する実験を行った。なお、無害化処理装置のガス導入孔の直径は0.3mm、放電のための電源は24V直流電源とした。また、溶液は純水とし、ガス導入孔から水面までの高さは20cmとした。
Specific examples are shown below.
Example 1
An experiment for decomposing nitrogen trifluoride was performed using a detoxification apparatus having the configuration shown in FIG. 1 and using a gas containing 1% of nitrogen trifluoride (NF 3) in helium (He) as a gas to be processed. In addition, the diameter of the gas introduction hole of the detoxification processing apparatus was 0.3 mm, and the power source for discharge was a 24V DC power source. The solution was pure water, and the height from the gas introduction hole to the water surface was 20 cm.
被処理ガスの流量:200sccm、電源出力:50Wの条件で放電させた際のプラズマ状態は良好であり、三フッ化窒素の分解効率は41%であった。
ここで、分解効率は、下記式によって算出した。
(分解効率)=100−[(溶液を通過した被分解成分の流量)÷(ガス導入孔を通過した被分解成分の流量)]×100
The plasma state was good when discharged under the conditions of the flow rate of the gas to be treated: 200 sccm and the power output: 50 W, and the decomposition efficiency of nitrogen trifluoride was 41%.
Here, the decomposition efficiency was calculated by the following equation.
(Decomposition efficiency) = 100 − [(flow rate of component to be decomposed after passing through the solution) ÷ (flow rate of component to be decomposed through the gas introduction hole)] × 100
一方、被処理ガスの流量を100sccmおよび500sccmにした際の分解効率は、それぞれ49%および27%であった。これにより、被処理ガスの流量が多いほど分解効率が低くなることを確認した。
同様に、被処理ガスの流量を200sccmとしたまま、電源出力を30Wおよび500Wとした際の分解効率は、それぞれ25%および60%であった。ただし、電源出力を500Wとした条件の場合には、放電部の温度上昇が原因で、分解処理時間とともに水の量が減少しており、適宜水を追加する必要があった。
On the other hand, the decomposition efficiencies when the flow rate of the gas to be treated was 100 sccm and 500 sccm were 49% and 27%, respectively. As a result, it was confirmed that the decomposition efficiency decreases as the flow rate of the gas to be processed increases.
Similarly, the decomposition efficiencies when the power supply output was 30 W and 500 W while the flow rate of the gas to be processed was 200 sccm were 25% and 60%, respectively. However, under the condition where the power output is 500 W, the amount of water decreases with the decomposition treatment time due to the temperature rise of the discharge part, and it is necessary to add water appropriately.
また、被処理ガスの流量:200sccm、電源出力:50Wの条件で放電させ、溶液を通過した無害化処理後のガスを回収し、再度、同じ条件でガス導入孔から回収したガスを導入したところ、分解効率は55%であった。本結果は、2段階の無害化処理が、トータル分解効率を73%(1段階だけの場合は41%)に向上させたことを意味しており、除害効率改善に非常に有効であることを確認した。 In addition, when the gas to be treated was discharged under the conditions of 200 sccm and power output: 50 W, the detoxified gas that passed through the solution was recovered, and the gas recovered from the gas introduction hole was again introduced under the same conditions. The decomposition efficiency was 55%. This result means that the two-step detoxification process has improved the total decomposition efficiency to 73% (41% in the case of only one step) and is very effective in improving the removal efficiency. It was confirmed.
(実施例2)
図1に示す構成の無害化処理装置を用い、アルゴン中に六フッ化エタン(C2F6)を0.5%含むガスを被処理ガスとし、六フッ化エタンを分解処理する実験を行った。なお、ガス導入孔の直径は0.2mm、放電のための電源は2MHz高周波電源とした。また、溶液は純水とし、ガス導入孔から水面までの高さは10cmとした。
(Example 2)
Using the detoxification processing apparatus having the configuration shown in FIG. 1, an experiment was conducted in which a gas containing 0.5% ethane hexafluoride (C 2 F 6 ) in argon was used as a gas to be processed and ethane hexafluoride was decomposed. It was. The diameter of the gas introduction hole was 0.2 mm, and the power source for discharge was a 2 MHz high frequency power source. The solution was pure water, and the height from the gas introduction hole to the water surface was 10 cm.
被処理ガスの流量:100sccm、電源出力:100Wの条件で放電させた際のプラズマ状態は良好であり、六フッ化エタンの分解効率は30%であった。 The plasma state was good when discharged under the conditions of the flow rate of the gas to be treated: 100 sccm and the power output: 100 W, and the decomposition efficiency of hexafluoroethane was 30%.
ここで、被処理ガスを、図1中に示されない水槽の中でバブリングさせ、加湿した状態でガス導入孔に導入すると、上述した同条件での六フッ化エタンの分解効率は45%となった。更に電源出力を300Wとした条件では、分解効率は55%となった。 Here, when the gas to be treated is bubbled in a water tank not shown in FIG. 1 and is introduced into the gas introduction hole in a humidified state, the decomposition efficiency of hexafluoroethane under the same conditions described above becomes 45%. It was. Furthermore, the decomposition efficiency was 55% under the condition where the power output was 300 W.
(実施例3)
図1に示す構成の無害化処理装置を用い、窒素中に塩化メチル(CH3Cl)を10%含むガスを被処理ガスとし、塩化メチルを分解処理する実験を行った。なお、ガス導入孔の直径は0.05mmとし、放電のための電源は2.45GHzマイクロ波電源とした。また、マイクロ波の供給にあたっては、銅線での給電では表皮効果に伴う送電ロスが多いため、導波路を使用した。また、溶液は純水とし、ガス導入孔から水面までの高さは10cmとした。
(Example 3)
Using the detoxification treatment apparatus having the configuration shown in FIG. 1, an experiment was conducted in which methyl chloride was decomposed using a gas containing 10% of methyl chloride (CH 3 Cl) in nitrogen as the gas to be treated. The diameter of the gas introduction hole was 0.05 mm, and the power source for discharge was a 2.45 GHz microwave power source. In addition, when supplying microwaves, waveguides were used because there are many power transmission losses due to the skin effect when feeding with copper wires. The solution was pure water, and the height from the gas introduction hole to the water surface was 10 cm.
被処理ガスの流量:50sccm、電源出力:300Wの条件で放電させた際のプラズマ状態は良好であり、塩化メチルの分解効率は75%であった。 The plasma state was good when discharged under the conditions of the flow rate of the gas to be treated: 50 sccm and the power output: 300 W, and the decomposition efficiency of methyl chloride was 75%.
ここで、ガス導入孔の直径のみを変えて、分解効率の変化を確認した。ガス導入孔の直径を0.1mmおよび0.2mmとした場合には、分解効率が70〜75%であった。これに対して、ガス導入孔の直径を0.4mm、0.5mmと大きくした場合には、分解効率が徐々に低下し、0.5mmの条件では分解効率が60%となった。 Here, only the diameter of the gas introduction hole was changed, and the change in decomposition efficiency was confirmed. When the diameter of the gas introduction hole was 0.1 mm and 0.2 mm, the decomposition efficiency was 70 to 75%. On the other hand, when the diameter of the gas introduction hole was increased to 0.4 mm and 0.5 mm, the decomposition efficiency gradually decreased, and the decomposition efficiency was 60% under the condition of 0.5 mm.
1,21,31・・・無害化処理装置
2,32・・・溶液貯留槽
2a,32a・・・底面
2b,32b・・・上面
3・・・ガス導入孔
4・・・ガス排出口
5・・・被処理ガス供給手段
5A・・・被処理ガス供給管
5B・・・被処理ガス供給槽
6・・・プラズマ発生手段
6A・・・高電圧電極
6B・・・接地電極
6C・・・高電圧電源
7・・・絶縁板(絶縁部材)
8・・・除害性能監視モニタ
9・・・ガス流量制御器
10A・・・溶液追加口
10B・・・溶液排出口
11・・・有害成分溶存濃度監視モニタ
12・・・溶液追加量制御器
1, 21, 31 ...
8 ... Detoxification performance monitoring monitor 9 ... Gas
Claims (5)
気密な内部空間内に、被処理ガス中の有害ガス成分を溶存させる溶液を貯留する溶液貯留槽と、
前記溶液貯留槽の底部側に設けられ、被処理ガスを気泡として前記溶液中に導入するガス導入孔と、
前記ガス導入孔に前記被処理ガスを供給する被処理ガス供給経路と、
前記ガス導入孔で前記被処理ガスをプラズマ化するプラズマ発生手段と、
前記溶液貯留槽の上部側に設けられ、前記有害成分が除去された気体成分を当該溶液貯留槽の外側に排出するガス排出口と、を備える、無害化処理装置。 An apparatus for removing the harmful gas component from the gas to be treated containing the harmful gas component to render it harmless,
A solution storage tank for storing a solution for dissolving harmful gas components in the gas to be treated in an airtight internal space;
A gas introduction hole provided on the bottom side of the solution storage tank and introducing the gas to be treated into the solution as bubbles;
A processing gas supply path for supplying the processing gas to the gas introduction hole;
Plasma generating means for converting the gas to be processed into plasma through the gas introduction hole;
A detoxification treatment apparatus comprising: a gas discharge port provided on an upper side of the solution storage tank and configured to discharge a gas component from which the harmful components have been removed to the outside of the solution storage tank.
前記高電圧電極と前記接地電極とが前記ガス導入孔を挟んで対向配置されている、請求項1又は2に記載の無害化処理装置。 The plasma generating means has a high voltage power source, a high voltage electrode, and a ground electrode,
The harmless treatment apparatus according to claim 1 or 2, wherein the high-voltage electrode and the ground electrode are disposed to face each other with the gas introduction hole interposed therebetween.
前記高周波電源の周波数をf(単位Hz)、前記ガス導入孔の直径をr(単位μm)とした際に、下記式(1)の関係を満たす、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の無害化処理装置。
f<1×1014×r−2 ・・・(1) The high-voltage power supply is a high-frequency power supply;
The frequency of the high frequency power supply is f (unit Hz), and the diameter of the gas introduction hole is r (unit μm), the relationship of the following formula (1) is satisfied. Detoxification processing apparatus as described.
f <1 × 10 14 × r −2 (1)
狭小な空間に被処理ガスを供給し、前記空間において前記被処理ガスをプラズマ状態とする、第1ステップと、
前記被処理ガス中の有害ガス成分をプラズマ状態としたまま、溶液の中を気泡状態で通過させて、前記有害ガス成分を前記溶液に溶存させる、第2ステップと、
前記有害成分が除去された気体成分を前記溶液から取り出す、第3ステップと、を含む、無害化処理方法。 A method of removing the harmful gas component from the gas to be treated containing the harmful gas component and detoxifying the gas,
A first step of supplying a gas to be processed into a narrow space, and bringing the gas to be processed into a plasma state in the space;
A second step of allowing the harmful gas component in the gas to be treated to pass through the solution in a bubble state while keeping the harmful gas component in the plasma state, and dissolving the harmful gas component in the solution;
A third step of removing the gaseous component from which the harmful component has been removed from the solution;
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WO2017210878A1 (en) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | 赵兵 | Aqueous dissolution dust-removing apparatus |
CN109316917A (en) * | 2018-11-13 | 2019-02-12 | 西安交通大学 | A kind of integrated methane desulfurizer and method |
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2013
- 2013-03-28 JP JP2013069030A patent/JP2014188497A/en active Pending
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