JP2020110753A - Treatment equipment for and treatment method of gas including nitrogen oxide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一酸化窒素および二酸化窒素などの窒素酸化物を含むガスの処理装置、および処理方法に関し、特に、半導体処理装置の下流側に設置された排ガス処理装置から排出されるガスの処理装置、および処理方法に関する。 The present invention relates to a treatment apparatus and a treatment method for a gas containing nitrogen oxides such as nitric oxide and nitrogen dioxide, and particularly to a treatment apparatus for a gas discharged from an exhaust gas treatment apparatus installed on the downstream side of a semiconductor treatment apparatus. , And a processing method.
半導体デバイス、液晶パネル、LED等を製造する半導体製造プロセスにおいては、真空に排気されたプロセスチャンバ内にプロセスガスを導入してエッチング処理やCVD処理等の各種処理を行っている。また、プロセスチャンバおよびプロセスチャンバに接続されている排気系機器は、クリーニングガスを流すことにより、定期的に洗浄されている。これらプロセスガスやクリーニングガス等の排ガスは、シラン系ガス、ハロゲンガス、PFCガス等を含み、人体に悪影響を及ぼしたり、地球温暖化の原因になる等の地球環境に悪影響を及ぼすので、大気にそのまま放出することは好ましくない。 In a semiconductor manufacturing process for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal panel, an LED and the like, a process gas is introduced into a vacuum-exhausted process chamber to perform various kinds of processing such as etching and CVD. Further, the process chamber and the exhaust system equipment connected to the process chamber are regularly cleaned by flowing a cleaning gas. Exhaust gas such as process gas and cleaning gas contains silane-based gas, halogen gas, PFC gas, etc., and has an adverse effect on the human body and adversely affects the global environment such as causing global warming. It is not preferable to release it as it is.
そこで、これらの排ガスを半導体処理装置の下流側に設置された排ガス処理装置によって無害化処理を行った後に大気に放出している。このような排ガス処理装置の例としては、燃焼式排ガス処理装置、ヒータ式排ガス処理装置、プラズマ式排ガス処理装置、および触媒式排ガス処理装置などが挙げられる。 Therefore, these exhaust gases are detoxified by an exhaust gas treatment apparatus installed on the downstream side of the semiconductor processing apparatus and then released to the atmosphere. Examples of such an exhaust gas treatment device include a combustion type exhaust gas treatment device, a heater type exhaust gas treatment device, a plasma type exhaust gas treatment device, and a catalytic type exhaust gas treatment device.
これらの排ガス処理装置において、PFCなどの難分解性物質を高除去率で処理しようとする場合、温度を高くして処理を行っているため、窒素酸化物(以下、単に「NOx」と称する)の発生量が増加し、副生成物として排出されるNOxの量が多いという問題点がある。例えば、燃焼式排ガス処理装置に過剰な量の酸素を供給して、高温の火炎を形成すると、本来反応しにくい空気中の窒素と酸素が反応して窒素酸化物(「サーマルNOx」と称されることがある)が生成されたり、燃料由来の窒素化合物から窒素酸化物(「フューエルNOx」と称されることがある)が生成される。特に、排ガス処理装置に導入されるガスに、三フッ化窒素(NF3)、アンモニア(NH3)、アミン系化合物などの窒素含有化合物が含まれる場合は、排ガス処理装置から排出されるガスに含まれるNOx量が増大する。 In these exhaust gas treatment devices, when trying to treat a hardly decomposable substance such as PFC with a high removal rate, nitrogen oxides (hereinafter simply referred to as "NOx") are used because the treatment is performed at a high temperature. However, there is a problem in that the amount of NOx emitted increases and the amount of NOx discharged as a by-product increases. For example, when an excessive amount of oxygen is supplied to a combustion-type exhaust gas treatment device to form a high-temperature flame, nitrogen in the air, which is originally difficult to react, and oxygen react with each other to generate nitrogen oxides (called “thermal NOx”). And nitrogen oxides (sometimes referred to as "fuel NOx") are produced from fuel-derived nitrogen compounds. In particular, when the gas introduced into the exhaust gas treatment device contains nitrogen-containing compounds such as nitrogen trifluoride (NF 3 ), ammonia (NH 3 ), and amine compounds, the gas discharged from the exhaust gas treatment device is The amount of NOx contained increases.
近年では、環境問題の観点から、工場から排出されるNOx量の規制が厳しくなってきている。そのため、排ガス処理装置の下流側にNOx処理装置を設置して、工場から排出されるNOx量を大幅に低減する必要が生じてきた。 In recent years, from the viewpoint of environmental problems, regulations on the amount of NOx emitted from factories have become stricter. Therefore, it has become necessary to install a NOx treatment device downstream of the exhaust gas treatment device to significantly reduce the amount of NOx emitted from the factory.
従来のNOx処理装置は、触媒、アンモニアなどを用いる乾式処理装置と、水、アルカリ剤などを用いる湿式処理装置とに大別される。湿式処理装置の例としては、大量の水をNOxに接触させて、水にNOxを吸収させる装置、水酸化ナトリウム(NaOH)などのアルカリ剤を溶解させた水にNOxを吸収させる装置、過酸化水素水(H2O2)をNOxに接触させて、NOxを酸化する装置などが挙げられる。 Conventional NOx treatment devices are roughly classified into a dry treatment device that uses a catalyst, ammonia, and the like, and a wet treatment device that uses water, an alkaline agent, and the like. Examples of the wet treatment device are a device for contacting a large amount of water with NOx to absorb NOx in water, a device for absorbing NOx in water in which an alkaline agent such as sodium hydroxide (NaOH) is dissolved, and a peroxide. Examples include a device that oxidizes NOx by bringing hydrogen water (H 2 O 2 ) into contact with NOx.
従来の乾式処理装置の例としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)などの貴金属触媒を含む処理剤にNOxを接触させて酸化、分解する装置、還元剤としてのアンモニアをガスに添加した後で、該ガスを触媒により分解する選択接触還元(SCR;selective catalytic reduction)脱硝装置、オゾンガス(またはオゾン水)を排ガスに添加して、NOxに含まれる一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO2)に酸化し、その後、二酸化窒素を吸着剤に吸着させる装置などが挙げられる。 Examples of a conventional dry processing apparatus include an apparatus that oxidizes and decomposes NOx by bringing NOx into contact with a processing agent containing a noble metal catalyst such as platinum (Pt) or palladium (Pd), and after adding ammonia as a reducing agent to the gas. Then, a selective catalytic reduction (SCR) denitration device that decomposes the gas with a catalyst, ozone gas (or ozone water) is added to the exhaust gas, and nitric oxide (NO) contained in NOx is converted into nitrogen dioxide (NO). 2 ), and then adsorbing nitrogen dioxide to the adsorbent.
上記した湿式処理装置は、いずれも、NOxの処理効率が低いという問題を有している。さらに、湿式処理装置を用いてNOxを処理する場合は、この湿式処理装置から排出される大量の排水を処理するための排水処理装置が必要となる。湿式処理装置がアルカリ剤または過酸化水素水を用いる場合は、アルカリ剤または過酸化水素水の薬液供給装置も必要となる。そのため、工場に既設の排水処理装置および薬液供給装置がない場合は、上記湿式処理装置を工場に設置することが困難である。工場に既設の排水処理装置および薬液供給装置があっても、湿式処理装置を設置することによって、これら排水処理装置および薬液供給装置のランニングコストは上昇してしまう。 Each of the above-mentioned wet treatment devices has a problem that the treatment efficiency of NOx is low. Further, when NOx is treated using the wet treatment device, a wastewater treatment device for treating a large amount of wastewater discharged from the wet treatment device is required. When the wet treatment device uses an alkaline agent or hydrogen peroxide solution, a chemical solution supply device for the alkaline agent or hydrogen peroxide solution is also required. Therefore, if the factory does not have an existing waste water treatment device and chemical liquid supply device, it is difficult to install the wet treatment device in the factory. Even if the factory has an existing wastewater treatment device and chemical liquid supply device, installing the wet treatment device increases the running costs of these wastewater treatment device and chemical liquid supply device.
さらに、半導体処理装置が配置される工場では、水およびアルカリ剤を大量に使用する装置を嫌う傾向がある。そのため、半導体の製造者は、NOxを処理するために、湿式処理装置を積極的に採用しようとしない。 Furthermore, in a factory where semiconductor processing equipment is arranged, there is a tendency to dislike equipment that uses a large amount of water and alkaline agents. As a result, semiconductor manufacturers are reluctant to employ wet process equipment to treat NOx.
上記乾式処理装置は、高い処理効率を有するという利点と、水およびアルカリ剤を必要としないという利点を有している。そのため、半導体の製造者は、湿式処理装置よりも乾式処理装置を採用する傾向がある。加えて、既設の排水処理装置および薬液供給装置が設置されていない研究所などの比較的小規模な施設(または工場)のなかには、大量の水およびアルカリ剤を使用不可能な施設もある。この場合は、乾式処理装置を採用せざるを得ない。 The dry treatment apparatus has the advantages of high treatment efficiency and the advantage of not requiring water and alkaline agents. As a result, semiconductor manufacturers tend to prefer dry processing equipment to wet processing equipment. In addition, some relatively small-scale facilities (or factories) such as laboratories that do not have existing wastewater treatment equipment and chemical liquid supply equipment cannot use large amounts of water and alkaline agents. In this case, a dry processing device has to be adopted.
しかしながら、貴金属触媒を含む処理剤を用いる乾式処理装置では、処理剤がNOxと接触するにつれて劣化してしまうため、処理剤を定期的に交換する必要がある。特に、半導体処理装置の下流側に設置される排ガス処理装置の排ガスは、高濃度(例えば、500ppm以上の濃度)のNOxを含んでいるため、処理剤の寿命が比較的短くなる。貴金属触媒を含む処理剤は高価であり、処理剤を頻繁に交換すると、ランニングコストが大きく上昇してしまう。 However, in a dry processing apparatus that uses a treating agent containing a noble metal catalyst, the treating agent deteriorates as it comes into contact with NOx, so it is necessary to periodically replace the treating agent. In particular, since the exhaust gas of the exhaust gas processing device installed on the downstream side of the semiconductor processing device contains a high concentration (for example, a concentration of 500 ppm or more) of NOx, the life of the processing agent becomes relatively short. The treating agent containing the noble metal catalyst is expensive, and if the treating agent is frequently replaced, the running cost will increase significantly.
アンモニアを触媒として添加する乾式処理装置では、アンモニア自体が毒性物質であり、アンモニアの漏洩を厳重に防止する必要がある。さらに、アンモニアを供給するアンモニア供給装置と、乾式処理装置から排出される余剰アンモニアを処理する装置が必要であるため、やはりランニングコストが上昇してしまう。 In a dry treatment apparatus in which ammonia is added as a catalyst, ammonia itself is a toxic substance, and it is necessary to strictly prevent leakage of ammonia. Furthermore, since an ammonia supply device for supplying ammonia and a device for treating surplus ammonia discharged from the dry treatment device are required, the running cost also rises.
オゾンをガスに添加して、一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させる装置は、比較的低いコストで運転可能である。しかしながら、オゾン自体が非常に高い酸化力を有していることから、人体および環境に有害であるため、残留オゾンガスをそのまま大気に放出できない。したがって、この装置は、残留オゾンガスの分解装置を別途必要とするという問題点を有している。残留オゾンガスの分解装置は、例えば、酸化マンガンを含む処理剤が充填された処理槽を有し、残留オゾンガスを酸化マンガンに接触させることで分解する装置である。しかしながら、酸化マンガンが比較的高価な物質であるため、一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させる装置でもランニングコストは比較的高くなる。 Devices that add ozone to the gas to oxidize nitric oxide to nitrogen dioxide can be operated at relatively low cost. However, since ozone itself has a very high oxidizing power, it is harmful to the human body and the environment, so that the residual ozone gas cannot be directly emitted to the atmosphere. Therefore, this device has a problem that a separate device for decomposing residual ozone gas is required. The residual ozone gas decomposing device is, for example, a device that has a processing tank filled with a processing agent containing manganese oxide and decomposes the residual ozone gas by bringing the residual ozone gas into contact with manganese oxide. However, since manganese oxide is a relatively expensive substance, the running cost is relatively high even in an apparatus that oxidizes nitric oxide into nitrogen dioxide.
そこで、本発明は、比較的低コストで窒素酸化物を処理することが可能な処理装置、および処理方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a processing apparatus and a processing method capable of processing nitrogen oxides at a relatively low cost.
本発明者らは、残留オゾンの分解について鋭意研究した結果、以下の知見を得て、本発明を完成するに至った。すなわち、安価な合成ゼオライトにオゾンを接触させるだけで、オゾンを酸素に分解できるということを見いだした。この知見は、新規なものであり、塩素処理などの処理が施されていない合成ゼオライト単体でオゾンを処理する装置および方法は、未だ報告されていない。 As a result of earnest research on the decomposition of residual ozone, the present inventors have obtained the following knowledge and completed the present invention. That is, they have found that ozone can be decomposed into oxygen simply by contacting inexpensive synthetic zeolite with ozone. This finding is new, and an apparatus and method for treating ozone with a simple substance of synthetic zeolite that has not been subjected to treatment such as chlorine treatment has not been reported yet.
図1は、合成ゼオライトにオゾンを接触させるだけでオゾンを酸素に分解可能であるとの知見を得るために用いた実験機の模式図である。図1に示す実験機は、オゾン発生器101と、合成ゼオライトのみが充填された処理槽108と、を備えている。オゾン発生器101には、窒素ガスボンベ150および酸素ガスボンベ151から窒素および酸素がそれぞれ導入可能である。窒素ガスボンベ150からオゾン発生器101まで延びる導入ガスライン122の途中には、酸素ガスボンベ151から延びる酸素ガス供給ライン123が接続されている。酸素ガスボンベ151からオゾン発生器101に酸素を供給した状態で、オゾン発生器101を稼働させると、該オゾン発生器101はオゾンを生成する。
FIG. 1 is a schematic diagram of an experimental machine used to obtain the knowledge that ozone can be decomposed into oxygen simply by bringing the synthetic zeolite into contact with ozone. The experimental machine shown in FIG. 1 includes an
処理槽108は、オゾン発生器101から延びる連結ライン125を介してオゾン発生器101と連結されている。連結ライン125は、処理槽108の下部に設けられた処理槽入口に連結されており、オゾン発生器101を通った窒素および酸素、およびオゾン発生器101で酸素から生成されたオゾンは、連結ライン125を介して処理槽108に導入される。連結ライン125には、入口ポート120が設けられている。入口ポート120を介して、連結ライン125を流れるガスのサンプルを取り出すことができる。処理槽108の上部に設けられた処理槽出口には、排出ライン127が連結されており、排出ライン127には、出口ポート128が設けられている。出口ポート128を介して、排出ライン127を流れるガスのサンプルを取り出すことができる。図1に示す実験機を用いて行われた実験結果が表1に示される。
The
この実験では、最初に、窒素ガスボンベ150から窒素をオゾン発生器101および処理槽108に供給した。この場合、オゾン発生器101および処理槽108を流れるガスは、窒素のみである。オゾン発生器101は稼働させていないため、入口ポート120を介して取り出されたガスサンプルには、オゾンは含まれていない。
In this experiment, first, nitrogen was supplied from the
窒素の供給の開始(すなわち、実験の開始)から5分が経過した後で、酸素ガスボンベ151から酸素をさらにオゾン発生器101および処理槽108に供給した。この場合、オゾン発生器101および処理槽108を流れるガスは、窒素と酸素である。オゾン発生器101は稼働させていないため、入口ポート120を介して取り出されたガスサンプルには、オゾンは含まれていない。一方で、出口ポート128を介して取り出されたガスサンプルには、8.10〜8.13%の濃度を有する酸素が含まれていた。
Five minutes after the start of the supply of nitrogen (that is, the start of the experiment), oxygen was further supplied from the
酸素の供給を開始してから15分が経過した(すなわち、実験の開始から20分が経過した)後で、オゾン発生器101の稼働を開始した。オゾン発生器101を稼働させると、該オゾン発生器101に導入された酸素の一部からオゾンが生成される。したがって、入口ポート120を介して取り出されたガスサンプルには、224〜228g/Nm3のオゾン(表1の試験条件の列における「オゾン濃度」参照)が含まれていた。一方で、出口ポート128を介して取り出されたガスサンプルには、オゾンが含まれていなかった。さらに、出口ポート128を介して取り出されたガスサンプルに含まれる酸素の濃度は、オゾン発生器101の稼働を開始する前の酸素の濃度とほぼ同じである。合成ゼオライトがオゾンを分解できないならば、出口ポート128を介して取り出されたガスサンプルにオゾンが含まれるはずである。さらに、合成ゼオライトがオゾンを物理吸着しているのであれば、出口ポート128を介して取り出されたガスサンプルに含まれる酸素の濃度は、オゾン発生器101の稼働を開始する前の酸素の濃度よりも低くなるはずである。したがって、この実験結果から、合成ゼオライトがオゾンを酸素に分解していることがわかった。
After 15 minutes had passed since the supply of oxygen was started (that is, 20 minutes had passed since the start of the experiment), the operation of the
表2は、従来の乾式処理装置で一般的に用いられている無機吸着剤にオゾンを接触させて、オゾンが分解されるか否かを確認した実験結果を示す表である。 Table 2 is a table showing experimental results for confirming whether or not ozone is decomposed by bringing ozone into contact with an inorganic adsorbent generally used in a conventional dry treatment apparatus.
表2において、無機吸着剤A1およびA2は、性状が異なる疎水性ゼオライトであり、無機吸着剤B1乃至B3は、性状が異なる活性アルミナであり、無機吸着剤Cは、シリカゲルである。実験では、各吸着剤を石英製のカラムに所定量充填し、このカラムの下部からオゾンを含むガスを流して、カラム上部から排出される出口ガスに含まれるオゾンの濃度を測定した。カラムに導入されるガス中のオゾンの濃度は、0.40%に設定し、オゾンを含むガスの流量は、4.31L/minに設定した。カラムの直径は、29mmであり、長さは、500mmであった。同一の条件で、合成ゼオライトを充填したカラムにオゾンを含むガスを流して、出口ガスに含まれるオゾンの濃度も測定した。 In Table 2, the inorganic adsorbents A1 and A2 are hydrophobic zeolites having different properties, the inorganic adsorbents B1 to B3 are activated alumina having different properties, and the inorganic adsorbent C is silica gel. In the experiment, a predetermined amount of each adsorbent was packed in a quartz column, a gas containing ozone was caused to flow from the lower part of the column, and the concentration of ozone contained in the outlet gas discharged from the upper part of the column was measured. The concentration of ozone in the gas introduced into the column was set to 0.40%, and the flow rate of the gas containing ozone was set to 4.31 L/min. The column diameter was 29 mm and the length was 500 mm. Under the same conditions, a gas containing ozone was caused to flow through a column packed with synthetic zeolite, and the concentration of ozone contained in the outlet gas was also measured.
表2に示すように、いずれの無機吸着剤も、実験を開始してから2分後には、出口ガスに含まれるオゾンの濃度が1000ppmを超えている。これに対し、合成ゼオライトを充填したカラムから排出される出口ガスには、オゾンが含まれていなかった。したがって、合成ゼオライト以外の無機吸着剤では、オゾンを酸素に分解できないことがわかった。 As shown in Table 2, in any of the inorganic adsorbents, the concentration of ozone contained in the outlet gas exceeded 1000 ppm 2 minutes after the experiment was started. On the other hand, the outlet gas discharged from the column packed with the synthetic zeolite did not contain ozone. Therefore, it was found that ozone cannot be decomposed into oxygen with an inorganic adsorbent other than synthetic zeolite.
上記知見に鑑み、本発明の一態様は、窒素酸化物を含むガスの処理装置であって、合成ゼオライトが充填される処理槽と、前記処理槽の入口に連結され、前記ガスを前記処理槽に導入する入口ラインと、前記入口ラインに連結されるオゾン発生器と、を備え、前記オゾン発生器は、前記ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させるのに十分な量のオゾンを発生させ、前記合成ゼオライトは、前記一酸化窒素の酸化反応で消費されなかった余剰オゾンを分解し、かつ前記ガスに含まれる二酸化窒素を物理吸着することを特徴とする処理装置である。 In view of the above findings, one embodiment of the present invention is a treatment device for a gas containing nitrogen oxide, the treatment tank being filled with synthetic zeolite, and being connected to the inlet of the treatment tank, the gas is treated in the treatment tank. And an ozone generator connected to the inlet line, wherein the ozone generator produces sufficient amount of ozone to oxidize nitric oxide contained in the gas to nitrogen dioxide. The treatment device is characterized in that the synthetic zeolite decomposes excess ozone that has not been consumed in the oxidation reaction of nitric oxide and physically adsorbs nitrogen dioxide contained in the gas.
一態様では、前記処理槽に取り付けられたヒータをさらに備え、前記ヒータは、前記合成ゼオライトを所定の温度に加熱する。
一態様では、前記入口ラインに取り付けられたヒータをさらに備え、前記ヒータは、前記入口ラインを流れる前記ガスを所定の温度に加熱する。
一態様では、前記処理槽に取り付けられた熱交換器をさらに備え、前記熱交換器は、前記合成ゼオライトを所定の温度に加熱する。
一態様では、前記入口ラインに取り付けられた熱交換器をさらに備え、前記熱交換器は、前記入口ラインを流れる前記ガスを所定の温度に加熱する。
In one aspect, a heater further attached to the treatment tank is further provided, and the heater heats the synthetic zeolite to a predetermined temperature.
In one aspect, the heater further includes a heater attached to the inlet line, and the heater heats the gas flowing through the inlet line to a predetermined temperature.
In one aspect, a heat exchanger attached to the treatment tank is further provided, and the heat exchanger heats the synthetic zeolite to a predetermined temperature.
In one aspect, a heat exchanger attached to the inlet line is further provided, and the heat exchanger heats the gas flowing through the inlet line to a predetermined temperature.
本発明の他の態様は、窒素酸化物を含むガスの処理方法であって、前記ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化するのに十分な量のオゾンを、前記ガスに添加して、前記一酸化窒素を前記二酸化窒素に酸化し、前記一酸化窒素の酸化反応で消費されなかった余剰オゾンを、処理槽に充填された合成ゼオライトに接触させて分解し、前記ガスに含まれる二酸化窒素を、前記合成ゼオライトに物理吸着することを特徴とする処理方法である。 Another aspect of the present invention is a method for treating a gas containing nitrogen oxides, wherein ozone is added to the gas in an amount sufficient to oxidize nitric oxide contained in the gas to nitrogen dioxide. Oxidizing the nitric oxide to the nitrogen dioxide, and decomposing excess ozone that has not been consumed in the oxidation reaction of the nitric oxide by contacting it with the synthetic zeolite filled in the treatment tank to remove the dioxide contained in the gas. The treatment method is characterized in that nitrogen is physically adsorbed on the synthetic zeolite.
一態様では、前記合成ゼオライトをヒータによって所定の温度に加熱する。
一態様では、前記処理槽の入口に連結される入口ラインを流れる前記ガスを、ヒータによって所定の温度に加熱する。
一態様では、前記処理槽に取り付けられた熱交換器によって、前記合成ゼオライトを所定の温度に加熱する。
一態様では、前記処理槽の入口に連結される入口ラインを流れる前記ガスを、該入口ラインに取り付けられた熱交換器によって所定の温度に加熱する。
一態様では、前記熱交換器には、半導体処理装置の下流側に設置された排ガス処理装置から排出された高温の冷却水が供給される。
In one aspect, the synthetic zeolite is heated to a predetermined temperature by a heater.
In one aspect, the gas flowing through an inlet line connected to the inlet of the processing tank is heated to a predetermined temperature by a heater.
In one aspect, the synthetic zeolite is heated to a predetermined temperature by a heat exchanger attached to the treatment tank.
In one aspect, the gas flowing through an inlet line connected to the inlet of the processing tank is heated to a predetermined temperature by a heat exchanger attached to the inlet line.
In one aspect, the heat exchanger is supplied with high-temperature cooling water discharged from an exhaust gas processing apparatus installed on the downstream side of the semiconductor processing apparatus.
本発明によれば、一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させる反応で消費されなかった余剰オゾンは、合成ゼオライトにより酸素に分解されるとともに、二酸化窒素は、合成ゼオライトに物理吸着される。合成ゼオライトは、安価な物質(例えば、酸化マンガンよりも安価な物質)であるため、比較的低コストで窒素酸化物を処理することができる。 According to the present invention, surplus ozone not consumed in the reaction of oxidizing nitric oxide to nitrogen dioxide is decomposed into oxygen by the synthetic zeolite, and nitrogen dioxide is physically adsorbed on the synthetic zeolite. Since synthetic zeolite is an inexpensive substance (for example, a substance cheaper than manganese oxide), nitrogen oxide can be treated at a relatively low cost.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図2は、一実施形態に係る処理装置を示す模式図である。図2に示す処理装置100は、CVD装置、またはエッチング装置などの半導体処理装置200から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置300の下流側に設置されている。排ガス処理装置300は、例えば、燃焼式排ガス処理装置、ヒータ式排ガス処理装置、プラズマ式排ガス処理装置、または触媒式排ガス処理装置である。上述したように、これら排ガス処理装置300から排出されるガスは、一酸化窒素および二酸化窒素などのNOxを高濃度で含有している。例えば、排ガス処理装置300から排出される排ガスには、500ppm以上の濃度を有するNOxが含まれている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding components will be assigned the same reference numerals and overlapping description will be omitted.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a processing device according to one embodiment. The
図2に示すように、処理装置100は、合成ゼオライトが充填される処理槽8と、処理槽8から排ガス処理装置300まで延びる入口ライン5と、入口ライン5にオゾン供給ライン10を介して連結されるオゾン発生器1と、処理槽8から延びる排出ライン12と、を備えている。本実施形態では、処理槽8には、塩素処理、酸処理、水熱処理、および焼成処理などの各種処理が何ら施されていない合成ゼオライトのみが充填されている。このような合成ゼオライトは、例えば、X型合成ゼオライトである。X型合成ゼオライトは、各種産業で広く用いられており、市場で容易に入手可能である。オゾン供給ライン10は、入口ライン5の途中に連結され、オゾン発生器1によって生成されたオゾンは、オゾン供給ライン10を介して入口ライン5に導入される。
As shown in FIG. 2, the
入口ライン5の一方の端部は、排ガス処理装置300に連結され、該排ガス処理装置300から排出されたガスは、入口ライン5に導入される。入口ライン5の他方の端部は、処理槽8の下部に設けられた処理槽入口に連結され、入口ライン5を介して処理槽8に導入されたガスは、合成ゼオライトと接触しながら、処理槽8の上部に流れる。処理槽8の上部には、排出ライン12が連結される処理槽出口が設けられており、処理槽8を通ったガスは、排出ライン12を通って大気に放出される。
One end of the
オゾン発生器1は、乾燥空気または酸素などの原料ガスからオゾンを生成する装置である。原料ガスは、図示しない原料ガス供給源からオゾン発生器1に供給される。原料ガス供給源は、例えば、処理装置100が設置される工場内に設けられている乾燥空気供給源(例えば、工場内に設置された乾燥空気ライン)、またはオゾン発生器1に連結される酸素ガスボンベである。
The
オゾン供給ライン10は、連結点Cで入口ライン5に連結される。オゾン発生器1で発生されたオゾンは、オゾン供給ライン10を通って入口ライン5に導入され、入口ライン5を流れるガスと混合される。一実施形態では、連結点Cよりも下流側の入口ライン5に、ミキサー(図示せず)を配置して、該ミキサーによって、オゾンと入口ライン5を流れるガスを効率的に混合してもよい。
The
オゾン発生器1は、入口ライン5を流れるガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させるのに十分な量のオゾンを生成する。言い換えれば、オゾン発生器1は、入口ライン5を流れるガスに含まれる一酸化窒素の量に対して過剰な量のオゾンを発生させる。オゾン発生器1によって生成されたオゾンは、入口ライン5に導入され、入口ライン5内で、ガスに含まれる一酸化窒素のほぼ全量を二酸化窒素に酸化する。一酸化窒素の酸化反応に消費されなかった余剰オゾンは、入口ライン5を通って、処理槽8に導入される。
The
表3は、一酸化窒素を含むNOxにオゾンを接触させることにより、該一酸化窒素が二酸化窒素に酸化されることを確認した実験結果を示す表である。 Table 3 is a table showing the experimental results for confirming that nitric oxide is oxidized to nitrogen dioxide by bringing NOx containing nitric oxide into contact with ozone.
表3に結果が示される実験では、一酸化窒素を含むNOxをガス袋(具体的には、テドラーバッグ)に充填し、そのガス袋にオゾンを所定量添加して、その後のNOx濃度を測定した。表3に示す実験1では、20ppmの濃度を有する一酸化窒素と、155ppmの濃度を有する二酸化窒素とを含むガスに、オゾンが200ppmの濃度で含まれる窒素を添加した。オゾンを添加した後のガス袋内のガスの成分を分析したところ、一酸化窒素の濃度は、0.2ppm以下まで低減されていることがわかった。同様に、表3に示す実験2では、一酸化窒素を81ppm、二酸化窒素を1.7ppm含むガスに、オゾンが200ppmの濃度で含まれる窒素を添加した。オゾンを添加した後のガス袋内のガスの成分を分析したところ、一酸化窒素の濃度は、0.2ppm以下まで低減されていることがわかった。これら実験1,2から、ガスに含まれる一酸化窒素は、オゾンと接触するだけで、二酸化窒素に酸化されることがわかった。
In an experiment whose results are shown in Table 3, a gas bag (specifically, a Tedlar bag) was filled with NOx containing nitric oxide, a predetermined amount of ozone was added to the gas bag, and then the NOx concentration was measured. .. In
表4は、二酸化窒素を含むNOxを充填したガス袋(具体的には、テドラーバッグ)にオゾンを所定量注入した実験結果を示す表である。 Table 4 is a table showing experimental results obtained by injecting a predetermined amount of ozone into a gas bag (specifically, a Tedlar bag) filled with NOx containing nitrogen dioxide.
表4に結果が示される実験では、NOxが充填されたガス袋にオゾンを注入する前に、該ガス袋内のガスに含まれるNOxの濃度を検知管で確認した。検知管の測定では、ガス袋内のガスには、120ppmの濃度を有する二酸化窒素と、12ppmの濃度を有する一酸化窒素が含まれていた。さらに、窒素酸化物濃度計(NOx計)を用いて、ガス袋内のガスに含まれるNOxの濃度を測定した。NOx計の測定では、ガス袋内のガスには、155ppmの濃度を有する二酸化窒素と、20ppmの濃度を有する一酸化窒素が含まれていた。 In the experiment whose results are shown in Table 4, the concentration of NOx contained in the gas in the gas bag was confirmed with a detector tube before injecting ozone into the gas bag filled with NOx. According to the measurement by the detector tube, the gas in the gas bag contained nitrogen dioxide having a concentration of 120 ppm and nitric oxide having a concentration of 12 ppm. Furthermore, the concentration of NOx contained in the gas in the gas bag was measured using a nitrogen oxide concentration meter (NOx meter). As measured by the NOx meter, the gas in the gas bag contained nitrogen dioxide having a concentration of 155 ppm and nitric oxide having a concentration of 20 ppm.
このガス袋に、所定の濃度(具体的には、200ppmの濃度)を有するオゾンを注入した。オゾン注入後のガス袋内の一酸化窒素および二酸化窒素の各濃度を検知管を用いて測定したところ、一酸化窒素および二酸化窒素は検出されなかった。さらに、オゾン注入後のガス袋内の一酸化窒素および二酸化窒素の各濃度を窒素酸化物濃度計(NOx計)を用いて測定したところ、一酸化窒素の濃度は0.2ppmであり、二酸化窒素の濃度は14.8ppmであった。表4に結果が示される実験でも、オゾンを一酸化窒素に接触させるだけで、該一酸化窒素を二酸化窒素に酸化できることがわかった。 Ozone having a predetermined concentration (specifically, a concentration of 200 ppm) was injected into this gas bag. When the concentrations of nitric oxide and nitrogen dioxide in the gas bag after ozone injection were measured using a detector tube, nitric oxide and nitrogen dioxide were not detected. Furthermore, when the concentrations of nitric oxide and nitrogen dioxide in the gas bag after ozone injection were measured using a nitrogen oxide concentration meter (NOx meter), the concentration of nitric oxide was 0.2 ppm. Was 14.8 ppm. Also in the experiment whose results are shown in Table 4, it was found that the nitric oxide can be oxidized to nitric dioxide simply by contacting ozone with nitric oxide.
さらに、表4に結果が示される実験では、NOxが充填されたガス袋にオゾンを注入すると、二酸化窒素の濃度も大幅に低減されることがわかった。これは、オゾンが非常に高い酸化力を有していることによる。すなわち、オゾンは、その酸化力で、一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させ、さらに、二酸化窒素を硝酸態(NO3)にまで酸化させることができる。しかしながら、オゾンによって硝酸態まで酸化される二酸化窒素の量は、オゾンと二酸化窒素との接触時間、およびオゾンと二酸化窒素の混合比率などの処理条件によって変化する。そのため、NOxを含むガスにオゾンを接触させると、一酸化窒素は、二酸化窒素に酸化されるが、二酸化窒素は、処理条件次第で、硝酸態まで酸化されずにガス中に残存することがある。 Further, in the experiment whose results are shown in Table 4, it was found that when ozone was injected into the gas bag filled with NOx, the concentration of nitrogen dioxide was also significantly reduced. This is because ozone has a very high oxidizing power. That is, ozone can oxidize nitric oxide into nitrogen dioxide by its oxidizing power, and further oxidize nitrogen dioxide to nitric acid state (NO 3 ). However, the amount of nitrogen dioxide that is oxidized to the nitrate state by ozone changes depending on processing conditions such as the contact time between ozone and nitrogen dioxide and the mixing ratio of ozone and nitrogen dioxide. Therefore, when ozone is brought into contact with a gas containing NOx, nitric oxide is oxidized to nitrogen dioxide, but nitrogen dioxide may remain in the gas without being oxidized to nitric acid depending on the treatment conditions. ..
したがって、図2に示す処理装置100において、入口ライン5を流れるガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させるのに十分な量のオゾンをオゾン発生器1から入口ライン5に導入しても、処理槽8に到達するガスには二酸化窒素が含まれることがある。より具体的には、入口ライン5を流れるガスには、排ガス処理装置300から排出されるガスにもともと含まれる二酸化窒素と、オゾンによって一酸化窒素から酸化された二酸化窒素が含まれている。この二酸化窒素の一部は、オゾンとの接触により硝酸態まで酸化されずに、入口ライン5を流れるガス中に残存し、処理槽8に到達することがある。さらに、上述したように、オゾンによって硝酸態まで酸化される二酸化窒素の量は、オゾンと二酸化窒素との接触時間、およびオゾンと二酸化窒素の混合比率などの処理条件によって変化する。したがって、処理条件次第では、排ガス処理装置300から排出されるガスにもともと含まれる二酸化窒素と、オゾンによって一酸化窒素から酸化された二酸化窒素のほぼ全量が処理槽8に到達することもある。
Therefore, in the
しかしながら、入口ライン5を通って処理槽8に到達したガスに含まれる二酸化窒素は、処理槽8に充填される合成ゼオライトによって物理吸着される。したがって、処理槽8から排出されたガス、すなわち、排出ライン12を流れるガスには、一酸化窒素および二酸化窒素などの窒素酸化物が含まれない。さらに、表1に示す実験結果から明らかなように、処理槽8に充填される合成ゼオライトは、余剰オゾンを酸素に分解することができる。その結果、処理槽8から排出されたガスは、窒素酸化物およびオゾンを含まないので、そのまま、大気に放出することができる。
However, the nitrogen dioxide contained in the gas reaching the
図3は、図2に示す処理装置100を模した実験機を示す模式図である。図2に示す処理装置100に対応する構成要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an experimental machine imitating the
表1に結果が示される実験によって、合成ゼオライト単体でオゾンを酸素に分解できることが確認され、表3および表4に結果が示される実験によって、オゾンと接触した一酸化窒素は二酸化窒素に酸化されることが確認された。そこで、図3に示す実験機を用いて、一酸化窒素および二酸化窒素を含むガスが流れる配管にオゾンを添加することで、ガスに含まれる一酸化窒素が完全に二酸化窒素に酸化されるか否かを確認し、さらに、合成ゼオライトがオゾンを酸素に分解し、かつガスに含まれる二酸化窒素を完全に物理吸着できるか否かを確認する検証実験を行った。 The experiment whose results are shown in Table 1 confirmed that ozone could be decomposed into oxygen by the synthetic zeolite alone, and the experiments whose results were shown in Tables 3 and 4 oxidize nitric oxide in contact with ozone to nitrogen dioxide. It was confirmed that Therefore, by adding ozone to the pipe through which the gas containing nitric oxide and nitrogen dioxide flows using the experimental machine shown in FIG. 3, whether or not the nitric oxide contained in the gas is completely oxidized to nitrogen dioxide. Then, a verification experiment was conducted to confirm whether or not the synthetic zeolite decomposes ozone into oxygen and can completely physically adsorb nitrogen dioxide contained in the gas.
図3に示す実験機は、合成ゼオライトが充填された処理槽8と、オゾン発生器1と、処理槽8の入口に連結される入口ライン5と、処理槽8の出口に連結される排出ライン12と、オゾン発生器1から延びて入口ライン5の途中に連結されるオゾン供給ライン10と、を備える。入口ライン5の先端は、2つの分岐管5A,5Bに分岐しており、一方の分岐管5Aには、窒素ガスボンベ30が連結され、他方の分岐管5Bには、一酸化窒素および二酸化窒素を含むNOxが充填されたガスボンベ31が連結されている。オゾン発生器1には、酸素ボンベ33から延びる酸素供給ライン35が連結されており、オゾン発生器1でオゾンを生成するために用いられる酸素は、酸素ボンベ33から酸素供給ライン35を介してオゾン発生器1に供給される。
The experimental machine shown in FIG. 3 has a
分岐管5A,5Bには、それぞれ、流量調整器(例えば、マスフローメーター)38,39が配置されており、流量調整器38,39によって、処理槽8に導入されるガスに含まれるNOxの濃度を調整可能である。上述したように、排ガス処理装置300から排出されるガスには、NOxが、500ppm以上の高濃度で含まれることが想定される。そのため、この検証実験では、流量調整器38,39によって、窒素に含まれるNOxの濃度が1000ppm以上となるように、窒素およびNOxの流量が調整された。
Flow rate regulators (for example, mass flow meters) 38 and 39 are arranged in the
酸素供給ライン35にも、流量調整器(例えば、マスフローメーター)40が配置されており、この流量調整器40によって、オゾン発生器1に導入される酸素の量を調整可能である。オゾン発生器1で生成されるオゾンの量は、オゾン発生器1に導入される酸素量に応じて変化する。上述したように、オゾン発生器1は、入口ライン5を流れるガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させるのに十分な量のオゾン、すなわち、入口ライン5を流れるガスに含まれる一酸化窒素の量に対して過剰な量のオゾンを発生させる。本検証実験では、オゾン発生器1が発生するオゾンの量が5500ppmになるように、流量調整器40によって、オゾン発生器1に供給される酸素の量を調整した。
A flow rate adjuster (for example, a mass flow meter) 40 is also arranged in the
さらに、入口ライン5には、2つのサンプルポート43,45が設けられている。一方のサンプルポート43は、入口ライン5とオゾン供給ライン10との連結点Cよりも上流側に設けられ、他方のサンプルポート45は、連結点Cよりも下流側に設けられる。したがって、サンプルポート43を介して取り出されたサンプルガスは、オゾンが添加される前のガスであり、サンプルポート45を介して取り出されたサンプルガスは、オゾンが添加された後のガスである。以下に示す表5では、サンプルポート43を「入口ポート1」と記載し、サンプルポート45を「入口ポート2」と記載している。
Further, the
さらに、排出ライン12には、出口ポート48が設けられている。出口ポート48を介して取り出されたサンプルガスは、処理槽8を通過したガスである。
Further, the
表5は、図3に示す実験機を用いて行われた検証実験の結果を示す表である。 Table 5 is a table showing the results of verification experiments performed using the experimental machine shown in FIG.
表5に示す実験1乃至5では、NOxの濃度が、それぞれ、1000ppm、2000ppm、3000ppm、4000ppm、および5000ppmになるように、流量調整器38,39を用いて、窒素とNOxの流量を調整した。実験1乃至5で、サンプルポート43を介して取り出されたガスには、それぞれ、680ppm、1340ppm、2000ppm、2650ppm、および3350ppmの濃度の一酸化窒素が含まれていた。これらのガスに、オゾン発生器1によって生成されたオゾンを、5500ppmの濃度で添加した。オゾン添加後のガスは、サンプルポート45を介して取り出された。実験1乃至5で、サンプルポート45を介して取り出されたいずれのガスにも一酸化窒素は含まれておらず、二酸化窒素の濃度が上昇していた。これらの結果から、入口ライン5を流れるガスに、過剰量のオゾンを添加することで、該ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に完全に酸化できることがわかった。なお、入口ライン5に過剰量のオゾンを添加しても、入口ライン5を流れるガス中には、二酸化窒素が残存することがわかった。この二酸化窒素は、ガスボンベ31から供給されたガスにもともと含まれる二酸化窒素と、オゾンによって一酸化窒素から酸化された二酸化窒素とがオゾンによって硝酸態まで酸化されずに入口ライン5を流れるガス中に残存した二酸化窒素である。
In
実験1乃至5で、出口ポート48を介して取り出されたいずれのガスにも、オゾン、一酸化窒素、および二酸化窒素が含まれていないことが確認された。これらの結果から、オゾンは、処理槽8に充填される合成ゼオライトによって酸素に完全に分解され、二酸化窒素は、該合成ゼオライトによって完全に物理吸着されることがわかった。すなわち、図2に示す処理装置100によって、排ガス処理装置300から排出されるような、高濃度の窒素酸化物を含むガスを完全に処理できることがわかった。
In
このように、本実施形態に係る処理装置100によれば、排ガス処理装置300から排出され、窒素酸化物を高濃度で含むガスを処理することができる。具体的には、排ガス処理装置300から排出されるガスに含まれる一酸化窒素を完全に酸化させるのに必要な量よりも過剰な量のオゾンを、該ガスに添加することによって一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、一酸化窒素の酸化反応に消費されなかった余剰オゾンを、処理槽8に充填された合成ゼオライトによって酸素に分解するとともに、処理槽8に到達したガスに含まれる二酸化窒素を合成ゼオライトに物理吸着させる。このような構成により、窒素酸化物およびオゾンを含まないガスを、処理槽8から排出することができる。二酸化窒素は、合成ゼオライトに物理吸着されるため、処理槽8に充填される合成ゼオライトを定期的に交換する必要があるが、該合成ゼオライトは、安価な物質である。そのため、処理装置100のランニングコストを、従来のNOx処理装置と比べて大きく低減することができる。
As described above, according to the
図2に示すように、処理槽8の外面にヒータ15を取り付けてもよい。ヒータ15は、処理槽8に充填された合成ゼオライトを所定の温度に加熱するように構成されている。ヒータ15によって、合成ゼオライトを加熱することにより、オゾンの分解反応を促進することができる。一実施形態では、ヒータ15を、処理槽8に充填された合成ゼオライトの内部に配置してもよい。
As shown in FIG. 2, the
上述したように、図2に示す処理装置100は、排ガス処理装置300の下流側に設置され、排ガス処理装置300の排ガスに含まれるNOxを処理する装置である。排ガス処理装置300には、該排ガス処理装置300内で高温にされたガスに冷却するための冷却水が供給されることがある。冷却水は、排ガス処理装置300内で処理された高温のガスと接触して該ガスを冷却する。そのため、排ガス処理装置300から排出されるガスには、水分が含まれることがある。
As described above, the
本発明者らが合成ゼオライトによるオゾンの分解について鋭意研究した結果、処理槽8に導入されるガスに水分が含まれていると、合成ゼオライトのオゾン分解能力が低下することがわかった。さらに、処理槽8に導入されるガスに水分が含まれている場合でも、合成ゼオライトを所定の温度以上にまで加熱することによって、合成ゼオライトのオゾン分解能力を維持できることもわかった。
As a result of intensive studies by the present inventors on the decomposition of ozone by synthetic zeolite, it was found that the ozone decomposition ability of the synthetic zeolite decreases when the gas introduced into the
図4は、これらの知見を得るために用いた実験機の模式図である。より具体的には、図4は、ヒータによって処理槽に充填された合成ゼオライトを所定の温度まで加熱しつつ、水分を含むガスを該処理槽に導入したときの、合成ゼオライトのオゾン分解能力を調査した実験機を示す模式図である。図4に示す実験機において、図3に示す実験機に対応する構成要素には、同一の符号を付すことにより、その重複する説明を省略する。 FIG. 4 is a schematic diagram of an experimental machine used to obtain these findings. More specifically, FIG. 4 shows the ozone decomposing ability of synthetic zeolite when a gas containing water is introduced into the treatment tank while heating the synthetic zeolite filled in the treatment tank by a heater to a predetermined temperature. It is a schematic diagram which shows the experimental machine investigated. In the experimental machine shown in FIG. 4, the components corresponding to those of the experimental machine shown in FIG.
図4に示す実験機は、窒素ガスボンベ30から延びる窒素供給ライン201と、純水が蓄えられたタンク202とを有する。この実験機でも、処理槽8には合成ゼオライトのみが充填されており、この処理槽8の外面にはヒータ15が取り付けられている。ヒータ15は、処理槽8、および処理槽8に充填される合成ゼオライトを所定の温度まで加熱することができる。
The experimental machine shown in FIG. 4 has a
窒素ガスボンベ30から延びる窒素供給ライン201はタンク202に接続され、その先端は、タンク202に蓄えられた純水の液面よりも下方で開口している。さらに、窒素供給ライン201には、流量調整器(例えば、マスフローメータ)38が配置されている。流量調整器38によって、タンク202に供給される窒素の流量が調整される。処理槽8の入口から延びる入口ライン5もタンク202に接続されるが、入口ライン5の先端は、タンク202に蓄えられた純水の液面よりも上方で開口している。したがって、窒素供給ライン201からタンク202に供給された窒素は、タンク202内の純水と接触し、純水を含む窒素が入口ライン5に導入される。さらに、純水を含む窒素は、入口ライン5を通って処理槽8に供給される。
A
本実験機でも、入口ライン5には、オゾン供給ライン10を介してオゾン発生器1が連結されている。オゾン発生器1には、酸素ボンベ33から延びる酸素供給ライン35が連結されており、オゾン発生器1でオゾンを生成するために用いられる酸素は、酸素ボンベ33から酸素供給ライン35を介してオゾン発生器1に供給される。酸素供給ライン35には、流量調整器(例えば、マスフローメーター)40が配置されている。流量調整器40によって、オゾン発生器1に供給される酸素の流量が調整され、オゾン発生器1は、供給される酸素の量に応じて、オゾンを発生させる。オゾン発生器1によって生成されたオゾンは、連結点Cで入口ライン5に導入され、その結果、処理槽8には、純水を含む窒素とオゾンの混合流体が導入される。
Also in this experimental machine, the
表6は、図4に示す実験機を用いて行われた実験の結果を示す表である。 Table 6 is a table showing the results of the experiment performed using the experimental machine shown in FIG.
表6に結果が示される実験では、ヒータ15を稼働させずに処理槽8および合成ゼオライトの温度を室温に維持した実験1と、ヒータ15の制御温度を100℃、150℃、200℃、および250℃の温度に設定して、処理槽8をこの制御温度(すなわち、設定温度)まで加熱した実験2乃至5が行われた。実験1乃至5では、流量調整器38,40によって、処理槽8に導入されるオゾンの濃度が0.44−0.45%となるように、窒素およびオゾンの流量が調整された。さらに、実験1乃至5では、処理槽8に導入されるガスに含まれる水分量を、サンプルポート43を介して測定した。この水分量は、表6における試験条件の列で「水分導入量」と表されている。さらに、実験1乃至5では、排出ライン12に温度計205を配置し、この温度計205を用いて、排出ライン12を流れるガス(すなわち、処理槽8から排出されたガス)の温度を測定した。このガスの温度は、表6において、「出口ガス温度」と表されている。
In the experiment whose results are shown in Table 6,
表6の試験結果の列に示す「オゾン処理量」とは、合成ゼオライトのオゾン分解能力を示す指標値である。具体的には、「オゾン処理量」は、単位体積あたりの合成ゼオライトで分解可能なオゾンの量(堆積)を示した値である。本実験では、このオゾン処理量は、以下のように算出された。 The “ozone treatment amount” shown in the test result column of Table 6 is an index value indicating the ozone decomposing ability of the synthetic zeolite. Specifically, the “ozone treatment amount” is a value indicating the amount (deposition) of ozone that can be decomposed by the synthetic zeolite per unit volume. In this experiment, this ozone treatment amount was calculated as follows.
最初に、合成ゼオライトが充填された処理槽8に、所定の濃度(具体的には、0.44−0.45%の濃度)を有するように調整されたオゾンを導入しつつ、排出ライン12を流れるガス(すなわち、処理槽8から排出されたガス)に含まれるオゾンの濃度を測定した。このとき、オゾンの処理槽8への導入を開始してからの経過時間も測定している。この経過時間は、表6における試験結果の列で、「通ガス時間」と表されている。なお、表6における「通ガス時間」の列に記載される数値は、処理槽8の出口におけるオゾンの濃度がその許容値である0.05ppmを超えるまでの経過時間である。次いで、この経過時間に、オゾン発生器1で生成されたオゾンの流量を乗算して、処理槽8に導入されたオゾンの積算量を算出した。このオゾンの積算量は、表6における試験結果の列で「オゾン通ガス量」と表されている。次いで、このオゾンの積算量を、処理槽8に充填された合成ゼオライトの体積で除算することにより、上記オゾン処理量を算出した。
First, while introducing ozone adjusted to have a predetermined concentration (specifically, a concentration of 0.44-0.45%) into the
表6に示すように、処理槽8が室温である実験1、およびヒータ15の制御温度を100℃に設定した実験2では、オゾンの積算量が、それぞれ、5450mL、および8237mLに到達したときに、処理槽8から排出されたガスに含まれるオゾンの濃度が0.05ppmを超えた。これら実験1および2での「オゾン処理量」は、それぞれ、20.7L/Lと20.8L/Lであった。なお、実験1および実験2では、出口ガス温度は、それぞれ、30.9℃と55.0℃であった。
As shown in Table 6, in
実験1および2の結果は、処理槽8に導入されるガスに水分が含まれる場合は、処理槽8にある程度の量のガスが導入されると、合成ゼオライトのオゾン分解能力が低下することを示している。
The results of
これに対し、ヒータ15の制御温度を150℃、200℃、および250℃にそれぞれ設定した実験3乃至5では、経過時間が2000分を超えても、処理槽8の出口におけるオゾンの濃度が0.05ppmを超えなかった。そのため、表6の「オゾン通ガス量」には、実験を開始してから終了するまで(すなわち、処理槽8へのガスの導入を介してしてから停止するまで)のオゾンの積算量を記載した。表6の実験3乃至5のオゾン処理量も、オゾンの積算量に基づいて計算した便宜上の値を記載した。具体的には、実験3のオゾン処理量は、「434以上」と記載し、実験4のオゾン処理量は、「294以上」と記載し、実験5のオゾン処理量は、「317以上」と記載した。なお、実験3乃至5では、出口ガス温度は、それぞれ、75.5℃、92.8℃、および103.9℃であった。
In contrast, in Experiments 3 to 5 in which the control temperature of the
実験3乃至5の結果から、処理槽8を介して合成ゼオライトを加熱するヒータ15の制御温度を所定の温度以上に設定することにより、合成ゼオライトのオゾン分解能力が低下しないことがわかった。上記所定の温度は、例えば、処理槽8から排出されるガスの温度が75.5℃以上となるヒータ15の制御温度である。
From the results of Experiments 3 to 5, it was found that by setting the control temperature of the
同様の理由(すなわち、合成ゼオライトによるオゾンの分解反応の促進、および合成ゼオライトのオゾン分解能力の維持)から、処理槽8に導入されるガスの温度を増加させることが好ましい。そのため、処理装置100は、入口ライン5の外面に取り付けられたヒータ17(図2参照)を有していてもよい。ヒータ17によって、入口ライン5を流れて、処理槽8に導入されるガスを所定の温度に加熱することができる。
For the same reason (that is, promotion of ozone decomposition reaction by the synthetic zeolite and maintenance of ozone decomposing ability of the synthetic zeolite), it is preferable to increase the temperature of the gas introduced into the
図2に示す処理装置100は、2つのヒータ15,17を有しているが、本実施形態は、この例に限定されない。例えば、処理装置100は、ヒータ15,17のいずれか一方のみを有していてもよい。あるいは、処理装置100は、ヒータ15,17を有していなくてもよい。
The
図5は、別の実施形態に係る処理装置100を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図2に示す処理装置100の構成と同様であるため、その重複する説明を省略する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a
図4に示す処理装置100は、処理槽8の外面に取り付けられたヒータ15の代わりに、処理槽8に充填された合成ゼオライトと熱交換を行う熱交換器19を有している点で、図2に示す処理装置100と異なる。
The
上述したように、合成ゼオライトの温度を上昇させると、オゾンの分解反応を促進することができる。さらに、合成ゼオライトの温度を上昇させると、処理槽8に導入されるガスに水分が含まれていても、合成ゼオライトのオゾン分解能力を維持することができる。そのため、本実施形態では、排ガス処理装置300から放出される排熱を利用する熱交換器19を有する。熱交換器19は、処理槽8の外面に取り付けられている。
As described above, if the temperature of the synthetic zeolite is raised, the decomposition reaction of ozone can be promoted. Furthermore, by raising the temperature of the synthetic zeolite, the ozone decomposing ability of the synthetic zeolite can be maintained even if the gas introduced into the
上述したように、排ガス処理装置300内で高温にされたガスを冷却するために、排ガス処理装置300には、冷却水が供給される。冷却水は、排ガス処理装置300内で処理されたガスと熱交換を行い、高温となる。そこで、排ガス処理装置300から排出される高温の冷却水を、熱交換器19の加熱液として利用する。熱交換器19に供給された加熱液は、処理槽8を介して合成ゼオライトを所定の温度に加熱することができる。
As described above, cooling water is supplied to the exhaust
一実施形態では、ヒータ17の代わりに、入口ライン5の外面に熱交換器(図示せず)を取り付けてもよい。この熱交換器は、入口ライン5を流れるガスと熱交換を行い、該ガスの温度を所定の温度に加熱する。この熱交換器も、排ガス処理装置300から排出される高温の冷却水を加熱液として利用することができる。
In one embodiment, instead of the
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。 The above-described embodiments are described for the purpose of enabling a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above-described embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, but should be the broadest scope according to the technical idea defined by the claims.
1 処理装置
5 入口ライン
8 処理槽
10 オゾン供給ライン
12 排出ライン
15,17 ヒータ
19 熱交換器
100 処理装置
200 半導体処理装置
300 排ガス処理装置
DESCRIPTION OF
Claims (11)
合成ゼオライトが充填される処理槽と、
前記処理槽の入口に連結され、前記ガスを前記処理槽に導入する入口ラインと、
前記入口ラインに連結されるオゾン発生器と、を備え、
前記オゾン発生器は、前記ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させるのに十分な量のオゾンを発生させ、
前記合成ゼオライトは、前記一酸化窒素の酸化反応で消費されなかった余剰オゾンを分解し、かつ前記ガスに含まれる二酸化窒素を物理吸着することを特徴とする処理装置。 A processing device for a gas containing nitrogen oxides, comprising:
A treatment tank filled with synthetic zeolite,
An inlet line connected to the inlet of the processing tank for introducing the gas into the processing tank;
An ozone generator connected to the inlet line,
The ozone generator generates ozone in an amount sufficient to oxidize nitric oxide contained in the gas into nitrogen dioxide,
The treatment apparatus characterized in that the synthetic zeolite decomposes excess ozone not consumed in the oxidation reaction of the nitric oxide and physically adsorbs nitrogen dioxide contained in the gas.
前記ヒータは、前記合成ゼオライトを所定の温度に加熱することを特徴とする請求項1に記載の処理装置。 Further comprising a heater attached to the processing tank,
The processing device according to claim 1, wherein the heater heats the synthetic zeolite to a predetermined temperature.
前記ヒータは、前記入口ラインを流れる前記ガスを所定の温度に加熱することを特徴とする請求項1または2に記載の処理装置。 Further comprising a heater attached to the inlet line,
The processing apparatus according to claim 1, wherein the heater heats the gas flowing through the inlet line to a predetermined temperature.
前記熱交換器は、前記合成ゼオライトを所定の温度に加熱することを特徴とする請求項1に記載の処理装置。 Further comprising a heat exchanger attached to the processing tank,
The processing device according to claim 1, wherein the heat exchanger heats the synthetic zeolite to a predetermined temperature.
前記熱交換器は、前記入口ラインを流れる前記ガスを所定の温度に加熱することを特徴とする請求項1または4に記載の処理装置。 Further comprising a heat exchanger attached to the inlet line,
The said heat exchanger heats the said gas which flows through the said inlet line to predetermined temperature, The processing apparatus of Claim 1 or 4 characterized by the above-mentioned.
前記ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化するのに十分な量のオゾンを、前記ガスに添加して、前記一酸化窒素を前記二酸化窒素に酸化し、
前記一酸化窒素の酸化反応で消費されなかった余剰オゾンを、処理槽に充填された合成ゼオライトに接触させて分解し、
前記ガスに含まれる二酸化窒素を、前記合成ゼオライトに物理吸着することを特徴とする処理方法。 A method for treating a gas containing nitrogen oxides, comprising:
Ozone in an amount sufficient to oxidize the nitric oxide contained in the gas to nitrogen dioxide, is added to the gas to oxidize the nitric oxide to the nitrogen dioxide,
Excess ozone that was not consumed in the oxidation reaction of the nitric oxide, decomposed by contacting the synthetic zeolite filled in the treatment tank,
A treatment method comprising physically adsorbing nitrogen dioxide contained in the gas to the synthetic zeolite.
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