JP3001522B1 - 排気ガス処理方法および処理装置 - Google Patents

排気ガス処理方法および処理装置

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JP3001522B1 JP10241104A JP24110498A JP3001522B1 JP 3001522 B1 JP3001522 B1 JP 3001522B1 JP 10241104 A JP10241104 A JP 10241104A JP 24110498 A JP24110498 A JP 24110498A JP 3001522 B1 JP3001522 B1 JP 3001522B1
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    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/68Halogens or halogen compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Abstract

【要約】 【課題】 火炎加水分解法による合成石英の製造に際
し、製造装置から排出される高温の排気ガス中に含まれ
る塩化水素を充填塔を用いて、吸収、中和処理を行う場
合に、該充填塔内の充填物として、ポリプロピレン製や
ポリエチレン製等の安価な合成樹脂製のものが使用で
き、安定した操業が可能となる排気ガスの処理方法およ
び処理装置を提供する。 【解決手段】 火炎加水分解法による合成石英の製造に
際し、製造装置より排出される高温の排気ガス中に含ま
れる塩化水素を、充填塔を用いて吸収および/または中
和する排気ガスの処理方法において、該充填塔内の充填
層を排気ガスが通過する前に、冷却媒体、特に水または
塩化水素の処理液と接触させて排気ガス温度を降下させ
ることを特徴とする排気ガスの処理方法および処理装
置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、火炎加水分解法に
よる合成石英の製造に際し、製造装置より排出される高
温の塩化水素を含む排気ガスの処理技術に関するもので
あり、特に排気ガス中の塩化水素を充填塔を用いて吸収
・中和処理する場合に、充填物を保護すると共に、塩化
水素の吸収効率を高める排気ガスの処理方法と処理装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】水素を酸素で燃焼させた火炎の中でテト
ラクロロシランやトリクロロアルキルシラン等を気相で
加水分解して合成石英を製造するいわゆる火炎加水分解
法は広く一般に知られている。この方法によって工業的
に合成石英を製造する場合、通常、バッチ工程を繰り返
すため、酸水素火炎は、点火、消火を繰り返す場合が多
く、それに伴って、排気ガス温度は室温から200℃を
越える温度まで変動するが、操業中は100℃を越える
高温となっている場合が多い。
【0003】そしてこの排気ガス中の塩化水素は、地球
環境保護、廃棄物削減の観点から、水を用いて吸収させ
たり、アルカリ水溶液で中和処理して大気中に放出しな
いようにする必要がある。
【0004】この排気ガス中の塩化水素を吸収・中和処
理する場合、通常充填塔を使用することが多い。そして
この充填塔において、気液接触効率を高める充填層に使
用される充填物は、排気ガス中の塩化水素が水に溶解し
て生成する塩酸に対する耐食性を有する必要があり、耐
酸性材料を用いる必要がある。一般的には、ポリプロピ
レン製やポリエチレン製の充填物が挙げられるが、これ
らプラスチック製の充填物に直接前記の排気ガスを通す
と、排気ガスが高温であるために、充填物が変形した
り、極端な場合には溶融して使用不可能になる等の問題
があった。
【0005】また、充填物としてセラミックス製や、タ
ンタル等の耐酸性貴金属を使用すると上記のような問題
は回避できるが、非常に高価であるため、建設費に多大
なコストが必要となり、工業的に使用するのには不適切
である等の問題があった。さらに、排気ガス中の塩化水
素を水で吸収させる場合に、充填層を排気ガスが通過す
る際、排気ガスが高温であると、水に対する塩化水素の
溶解度は高温になるほど低くなるため、塩化水素の水に
対する吸収率が低下するという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、こ
のような問題点に鑑みなされたもので、火炎加水分解法
による合成石英の製造に際し、製造装置から排出される
高温の排気ガス中に含まれる塩化水素を充填塔を用い
て、吸収・中和処理を行う場合に、該充填塔内の充填物
として、ポリプロピレン製やポリエチレン製等の安価な
合成樹脂製のものを使用できると共に塩化水素の水に対
する吸収率や吸収速度を高めることができる排気ガス処
理方法と処理装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項1に記載した発明は、火炎加水分解
法による合成石英の製造に際し、製造装置より排出され
る高温の排気ガス中に含まれる塩化水素を、充填塔を用
いて吸収および/または中和する排気ガスの処理方法に
おいて、該充填塔内の充填層を排気ガスが通過する前
に、冷却媒体と気液接触させて排気ガス温度を降下させ
ることを特徴とする排気ガス処理方法である。
【0008】このように、火炎加水分解反応により合成
石英製造装置から排出される高温の塩化水素を、充填塔
の充填層を通過する前に、冷却媒体と接触させて排気ガ
ス温度を降下させれば、充填層の充填物が前述のような
プラスチック製であっても変形、溶融等の事故を起こす
ことはなくなり、安全性の高い運転が可能となる。
【0009】そして、本発明の請求項2に記載した発明
は、火炎加水分解法による合成石英の製造に際し、製造
装置より排出される高温の排気ガス中に含まれる塩化水
素を、充填塔を用いて吸収および/または中和する排気
ガスの処理方法において、該充填塔内の充填層を排気ガ
スが通過する前に、水または塩化水素の処理液と接触さ
せて排気ガス温度を降下させることを特徴とする排気ガ
ス処理方法である。
【0010】このように、火炎加水分解反応により合成
石英製造装置から排出される高温の塩化水素を、充填塔
の充填層を通過する前に、水または塩化水素の処理液と
接触させて排気ガス温度を降下させれば、充填層の充填
物が前述のようなプラスチック製であっても変形、溶融
等の事故を起こさないで保護することができ、安全性の
高い運転が可能となる。また、塩化水素の吸収液に水を
使用した場合には、吸収率や吸収速度を高めることがで
き、排気ガス処理能力の向上を図ることができる。
【0011】この場合、請求項3に記載したように、前
記充填塔内の充填層の下部において、水または塩化水素
の処理液を散水することによって、排気ガス温度を降下
させることが望ましい。このようにすると、高温の排気
ガスを効率よく降温させることができ、プラスチック製
充填物を安全に保護することができる。また、この充填
層の下部散水と共に通常は充填層上部の上部散水が行わ
れているので、二段階吸収となり、吸収効率をより一層
向上させることができる。
【0012】そしてこの場合、請求項4に記載したよう
に、充填塔内の充填層を通過する時の排気ガスの温度を
60℃以下とすることが好ましい。このような低温にす
ると、特に塩化水素の吸収液に水を使用した場合には、
吸収率や吸収速度を高めることができ、排気ガス処理能
力の向上を図ることができる。また、充填層をプラスチ
ック製充填物とした場合であってもその保護は、より一
層確実なものとなる。
【0013】次に、本発明の請求項5に記載した発明
は、火炎加水分解法による合成石英の製造装置に接続さ
れ、高温の排気ガス中に含まれる塩化水素を吸収および
/または中和する排気ガス処理装置の充填塔において、
充填塔内の充填層の下部で、排気ガスと冷却媒体とを気
液接触させる構造を有することを特徴とする排気ガス処
理装置である。
【0014】このような装置とすれば、充填層直下に流
入する排気ガス温度を著しく降下させることができるの
で、たとえ充填層をプラスチック製充填物としても変
形、溶融等の損傷を受けることは殆どなくなり安全性の
高い運転ができる装置となる。
【0015】さらに、本発明の請求項6に記載した発明
は、火炎加水分解法による合成石英の製造装置に接続さ
れ、高温の排気ガス中に含まれる塩化水素を吸収および
/または中和する排気ガス処理装置の充填塔において、
充填塔内の充填層の下部で、排気ガスと水または塩化水
素の処理液とを気液接触させる構造を有することを特徴
とする排気ガス処理装置である。
【0016】このような装置とすれば、充填層直下に流
入する排気ガス温度を著しく降下させることができるの
で、例え充填層をプラスチック製充填物としても変形、
溶融等の損傷を受けることは殆どなくなり安全性の高い
運転ができる装置となる。また、このように排気ガス温
度を低下させると、特に塩化水素の吸収液に水を使用し
た場合には、吸収率や吸収速度を高め、排気ガス処理能
力を増強した装置となる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付した図面に基づいて、冷却媒体として水または塩
化水素の処理液を使用した場合を中心に具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。ここ
で、図1は本発明の排気ガス処理装置の構成例を示す概
要図である。
【0018】本発明の火炎加水分解法による合成石英製
造装置に接続される排気ガス処理装置は、例えば図1に
示すように、設置されている複数台の合成石英製造装置
1…の各排気管4が接続されている排気ファン6と、排
気ガスを処理する充填塔7と吸収液を塔内に循環させる
吸収液循環ポンプ9を具備している。
【0019】合成石英製造装置1は、出発基材としての
石英基材が挿入されるチャンバと、このチャンバ内を排
気する排気管4と、前記石英基材に先端を向けて配置さ
れるバーナ2を備えており、このバーナ2に、合成石英
の原料となるテトラクロロシラン(四塩化ケイ素、Si
Cl4 )、トリクロロアルキルシラン等の原料ラインと
か、H2 ガス、O2 ガス等の燃料ガスラインが接続され
ている。
【0020】そしてこのような装置により、石英基材を
回転させつつターゲット部に向けてバーナ2から原料と
ガスを吹き付け、酸水素火炎加水分解反応を起こさせて
ターゲット部の表面にすす状の反応生成物(SiO2
を堆積させてゆくことにより合成石英母材3を製造す
る。
【0021】この火炎加水分解反応によって、合成石英
製造装置1から塩化水素を含む排気ガスが発生する。こ
の排気ガス中に含まれる粉体を除去するために、集塵装
置16を通過させた後、除害を目的として、吸収および
/または中和処理装置へ送られる方法が通常用いられ
る。集塵装置16としては、湿式集塵機やバグフィルタ
ー等の乾式集塵機を用いることができる。また、この排
気ガスを吸収および/または中和処理するために、充填
塔(吸収塔)7を用いる方法が一般的である。充填塔7
へ排気ガスを送る方法としては、合成石英製造装置1の
排気管4を通って集塵装置16を通した後、排気ファン
6を用いて充填塔7へ押し込む方法、あるいは充填塔7
の下流に排気ファンを設置して吸い込む方法(不図示)
があるが、そのいずれでもよい。
【0022】充填塔7は塔内に気液接触効率を高めるい
わゆる充填物を積み重ねた充填層8を設けて、該充填層
8の上部から水または塩化水素の処理液(以下、水を含
めて吸収液ということがある)を上部散水装置13から
噴霧する。この時、該充填層8の下部からは塩化水素を
含む排気ガスが導入され、充填物を介して吸収液と排気
ガスは交流接触し、排気ガス中の塩化水素は吸収液に吸
収されて塔底に溜り、脱塩化水素ガスは塔頂より大気中
に放出される。塔底に溜った吸収液は、吸収液循環ポン
プ9により上部液供給管12を経て上部散水装置13に
送られ、再びスプレーされる。このように吸収液は循環
してある濃度に達するまで塩化水素を吸収し、循環系の
途中から少しづつ排出される。新吸収液または水は、排
水量に見合う量が吸収液供給管15を通して供給され
る。
【0023】本発明では、上記充填塔の構成、運転方法
に加えて、充填塔7の充填層8に排気ガスを通す前に、
高温の排気ガスと水または排気ガス中に含まれる塩化水
素を吸収または中和した処理液とを気液接触させて排気
ガスの温度を降下させ、例えばポリプロピレン製やポリ
エチレン製の充填物8が高温の排気ガスによって変形し
たり溶融したりする事故を防止している。
【0024】この気液接触させる方法としては、スプレ
ーノズルや分散板によって排気ガス中に吸収液を散水す
る方法、泡鐘板等を用いて液中に排気ガスをバブリング
する方法等が挙げられるが、スプレーノズルによる噴霧
がより効果的で好ましい。そして、この気液接触を行う
場所は、充填塔の上流側に別途設けた冷却塔において行
ってもよいし、図1に示した本実施形態のように、充填
塔7内で充填層8の直下に下部散水装置11を設け、下
部液供給管10から吸収液を送液し、スプレーすればよ
い。このようにすれば、散水塔と冷却塔を1つの塔で共
通化することが可能となるし、充填層8に吸収または中
和処理の目的で散水するための上部散水装置13と配管
(下部液供給管10と上部液供給管12)や吸収液循環
ポンプ9を共通化することも可能である。
【0025】高温の排気ガスと接触し冷却するための吸
収液は、塔外部から吸収液供給管15を通して新しく供
給する水または吸収液でも良いが、吸収液循環ポンプ9
を用いて、冷却や吸収、中和に用いた液をそのまま循環
使用してもよい。この気液接触操作によって、充填層8
に入る前の高温の排気ガス温度を110℃を下回る温度
にまで冷却すれば、安価なポリプロピレン製やポリエチ
レン製のプラスチック製充填物を用いても、変形、溶融
することはなく、安全性が確保され、連続して吸収、中
和処理操作が可能となる。
【0026】さらに、高温の排気ガス中の塩化水素を水
によって吸収する操作を実施する場合には、この気液接
触操作によって、排気ガス温度を60℃以下とすること
によって、より吸収効率を高め、吸収速度を加速するこ
とが可能となると共にプラスチック製充填物の保護はよ
り一層確実なものとなる。
【0027】充填塔7によって吸収または中和処理を終
えた排気ガスは、塩化水素の含有量が大気に放出しても
よいレベルにまで低減していれば、そのまま大気放出す
ればよいが、塩化水素含有量が十分低減できない場合
は、再度吸収塔や中和塔を通して処理することによって
大気放出可能なレベルにまで塩化水素濃度を下げること
が可能である。
【0028】そして充填塔7における処理によって所望
の濃度に達した処理液は、吸収液循環ポンプ9の吐出側
に設けた吸収液排出管14から排出するか、あるいは塔
本体から別途設けた吸収液排出用ポンプ(図示せず)に
よって排出することが可能である。また、塔から処理液
を排出した後は、塔内の液が減るため、水または新吸収
液を補給すればよいが、この補給は、塔本体に直接供給
しても良いし、散水用の配管に吸収液供給管15を通し
て供給することも可能である。
【0029】
【実施例】次に、本発明の実施例及び比較例を挙げて、
本発明を具体的に説明するが、これらは本発明を限定す
るものではない。 (実施例1)図1に示す装置を用い、合成石英製造工程
から排出される排気ガス中の塩化水素を吸収した。
【0030】合成石英製造装置1内のバーナ2で、テト
ラクロロシランを酸水素火炎中で気相加水分解して合成
石英母材3を製造した。合成石英製造装置1と同型の合
成石英製造装置1…は複数台同時に稼働しており、各排
気管4を流れる排気ガス量は、合計で300Nm3 /m
inであった。この時、排気ガスの温度は170℃で、
排気ガス中に含まれる塩化水素は4800ppmであっ
た。
【0031】この排気ガスを集塵装置(バグフィルタ
ー)16を通した後、排気ファン6によって排気ガス処
理装置5の充填塔(塩化水素吸収塔)7へ送風した。充
填塔7は、直径2.6m、高さ16mで耐熱FRP製の
ものを用いた。充填物はポリプロピレン製のテラレット
S−2型(日鉄化工機(株)製商品名)を塔の中間にあ
る充填層8に充填した。そして、この充填層8に吸収液
を散水するため、塔の上部に複数のスプレーノズルを付
けた上部散水装置13を設けた。また、排気ガスが充填
層8を通過する前に冷却しておくために、充填層8の下
部に複数のスプレーノズルを付けた下部散水装置11を
設けた。さらに、上部散水装置13と下部散水装置11
には、吸収液循環ポンプ9を用いて、夫々40m3 /h
our、80m3 /hourの流量で塔内部の液を循環
した。
【0032】搭内の充填層8直下に設けた温度計で排気
ガスの温度を計測したところ、53℃であった。充填塔
7から排出される排液中の塩酸濃度が15%となるよう
に、塔内液の排出と水の供給を制御し、約4000時間
運転を継続した。この間、充填塔7の運転は安定してい
たが、合成石英製造装置1…から排出される排気ガス温
度はバッチ工程の繰り返しのため、75〜190℃の間
で変動した。また、この間塔内の温度計で計測した充填
層8手前の排気ガス温度は45〜55℃の間で変動し
た。また、塩化水素の吸収率は平均で85%であった。
4000時間の運転継続後、塔内部液を全て抜き、充填
物の点検を実施したところ、充填物は運転前に投入した
形状と全く同じ状態で変形等は一切見られなかった。
【0033】(実施例2)実施例1と同形式の装置で合
成石英製造装置1…から排出される排気ガス中の塩化水
素を吸収した。但し、各排気管4を流れる排気ガス量
は、合計で150Nm3 /minで、排気ガスの温度は
170℃、排気ガス中に含まれる塩化水素は3000p
pmであった。また、充填塔(塩化水素吸収塔)7は、
直径1.5m、高さ6mで、塔上部散水装置13と塔下
部散水装置11に流した吸収液の流量は、夫々15m3
/hour、30m3 /hourであった。
【0034】搭内の充填層8の手前に設けた温度計で排
気ガスの温度を計測したところ、67℃であった。塔か
ら排出される排液中の塩酸濃度が15%となるように、
塔内液の排出量と水の供給量を制御し、約4000時間
運転を継続した。この間、充填塔7の運転は安定してい
たが、合成石英製造装置1…から排出される排気ガス温
度はバッチ工程の繰り返しのため、75〜190℃の間
で変動した。また、この間塔内の温度計で計測した充填
層8手前の排気ガス温度は60〜70℃の間で変動し
た。また、塩化水素の吸収率は平均で55%であった。
4000時間の運転継続後、塔内部液を全て抜き、充填
物の点検を実施したところ、充填物は運転前に投入した
形状と全く同じ状態で変形等は一切見られなかった。
【0035】(比較例)充填塔7の下部散水装置11の
スプレーノズルからの吸収液の散水循環を停止した以外
は、実施例2と同様の装置、同様の条件で運転を行っ
た。運転開始後、約1時間経過したところで、排気ガス
が流れなくなったため、充填塔を点検したところ、充填
物が溶融し、充填塔を閉塞していた。
【0036】尚、本発明は、上記実施形態に限定される
ものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の
特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一
な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかな
るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0037】例えば、冷却媒体を水または塩化水素の処
理液とした場合を中心に説明したが、他の冷却媒体、例
えば液化ガス系冷媒を用いる等、排気ガス温度を降下で
きる方法であれば、いずれでもよい。
【0038】また、本発明が適用される火炎加水分解法
による合成石英の製造については、この合成石英の使用
目的は問われないのであって、光ファイバ母材の製造装
置であろうが、レンズ、フォトマスク等の製造のための
ものであろうが、本発明は適用し得ることは言うまでも
ない。
【0039】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、火炎加水
分解法による合成石英の製造に際し、製造装置から排出
される高温の排気ガス中に含まれる塩化水素を充填塔を
用いて、吸収、中和処理を行う場合に、該充填塔内の充
填物として、ポリプロピレン製やポリエチレン製等の安
価で耐食性の高い合成樹脂製のものが使用可能となり、
運転中の充填物の変形、溶融等の危険性を回避できるの
で、安全性の高い連続運転が可能となると共に、排気ガ
ス処理装置の建設費が低減でき、ひいては合成石英のコ
ストダウンを図ることができる。さらに、排気ガス中の
塩化水素を充填塔を用いて水に吸収させる場合に、塩化
水素の水への吸収率や吸収速度を高めることができ、排
気ガス処理能力の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排気ガス処理装置に係り、合成石英製
造装置に接続した場合の構成例を示す概要図である。
【符号の説明】
1…合成石英製造装置、2…バーナ、3…合成石英母
材、4…排気管、5…排気ガス処理装置、6…排気ファ
ン、7…充填塔(吸収塔)、8…充填層(充填物)、9
…吸収液循環ポンプ、10…下部液供給管、11…下部
散水装置、12…上部液供給管、13…上部散水装置、
14…吸収液排出管、15…吸収液供給管、16…集塵
装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平沢 秀夫 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越 化学工業株式会社 精密機能材料研究所 内 (56)参考文献 特開 昭63−159201(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 8/04 C03B 20/00 B01D 53/34

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 火炎加水分解法による合成石英の製造に
    際し、製造装置より排出される高温の排気ガス中に含ま
    れる塩化水素を、充填塔を用いて吸収および/または中
    和する排気ガスの処理方法において、該充填塔内の充填
    層を排気ガスが通過する前に、冷却媒体と気液接触させ
    て排気ガス温度を降下させることを特徴とする排気ガス
    処理方法。
  2. 【請求項2】 火炎加水分解法による合成石英の製造に
    際し、製造装置より排出される高温の排気ガス中に含ま
    れる塩化水素を、充填塔を用いて吸収および/または中
    和する排気ガスの処理方法において、該充填塔内の充填
    層を排気ガスが通過する前に、水または塩化水素の処理
    液と接触させて排気ガス温度を降下させることを特徴と
    する排気ガス処理方法。
  3. 【請求項3】 前記充填塔内の充填層の下部において、
    水または塩化水素の処理液を散水することによって、排
    気ガス温度を降下させることを特徴とする請求項2に記
    載の排気ガス処理方法。
  4. 【請求項4】 充填塔内の充填層を通過する時の排気ガ
    スの温度を60℃以下とすることを特徴とする請求項1
    ないし請求項3のいずれか1項に記載した排気ガス処理
    方法。
  5. 【請求項5】 火炎加水分解法による合成石英の製造装
    置に接続され、高温の排気ガス中に含まれる塩化水素を
    吸収および/または中和する排気ガス処理装置の充填塔
    において、充填塔内の充填層の下部で、排気ガスと冷却
    媒体とを気液接触させる構造を有することを特徴とする
    排気ガス処理装置。
  6. 【請求項6】 火炎加水分解法による合成石英の製造装
    置に接続され、高温の排気ガス中に含まれる塩化水素を
    吸収および/または中和する排気ガス処理装置の充填塔
    において、充填塔内の充填層の下部で、排気ガスと水ま
    たは塩化水素の処理液とを気液接触させる構造を有する
    ことを特徴とする排気ガス処理装置。
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