JP3143792B2 - アンモニア含有排ガスの除害方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンモニア含有排
ガスの除害方法に関し、詳しくは、半導体製造装置やＬ
ＣＤ製造装置等から排出されるアンモニア含有排ガス、
特に、アンモニアを比較的高濃度で含むとともに、他の
有害成分としてモノシランやジクロルシラン等のケイ素
化合物や、トリメチルガリウム等の有機金属化合物を微
量に含んでいる排ガスの除害処理を行うための方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
製造装置やＬＣＤ製造装置等から排出されるアンモニア
含有排ガスの除害処理を行う装置として、排ガス中のア
ンモニアを除く有害成分を除去する除去剤を充填した充
填筒と、該充填筒から導出した排ガスに酸素含有ガスを
添加する酸素導入部と、添加した酸素とアンモニアとを
反応させてアンモニアを窒素と水とに分解する酸化触媒
を充填したアンモニア分解筒とを備えたものが知られて
いる。このような除害装置は、除害運転停止時、すなわ
ち排ガスの除害処理を行わないときには、装置内を窒素
ガスでパージした状態にしておくことが保安上好まし
い。

【０００３】しかし、前記充填筒内の除去剤に多量のア
ンモニアが物理吸着していると、除害運転停止時の窒素
パージの際に、除去剤から脱着したアンモニアが窒素ガ
スに同伴されて装置から流出することがあった。

【０００４】このため、除害運転停止時にも前記アンモ
ニア分解筒を運転しておくことが行われているが、アン
モニア分解筒を所定温度に保持するためのエネルギーが
必要であり、また、酸化触媒の劣化を早めることにもな
る。

【０００５】一方、このような除害装置には、充填筒や
アンモニア分解筒に異常が発生したときのために、緊急
用の除害手段が付設されているので、この緊急用の除害
手段を使用してアンモニアの流出を防止することもでき
るが、緊急用として使用するための除害剤が消耗し、緊
急時に使用できなくなるおそれがあるため、保安上の点
から好ましいものではない。

【０００６】そこで本発明は、除害運転停止時において
もアンモニアの流出を防止することができるアンモニア
含有排ガスの除害方法を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、排ガス中のアンモニア以外の有害成
分を除去する除去剤を充填した充填筒と、前記充填筒の
入口弁の上流と出口弁の下流とをバイパス弁を介して接
続するパージガスを通すバイパス経路とを設けるととも
に、前記充填筒から導出した排ガスに酸素含有ガスを添
加する酸素導入部と、添加した酸素とアンモニアとを反
応させてアンモニアを窒素と水とに分解する酸化触媒を
充填したアンモニア分解筒とを備えた除害装置によって
アンモニア含有排ガスの除害を行う方法であって、前記
アンモニア分解筒の運転停止時に、前記充填筒の入口弁
及び出口弁を閉じるとともに前記バイパス弁を開いて、
パージガスを、前記充填筒を通さずに前記バイパス経路
を通して前記アンモニア分解筒に流すことを特徴として
いる。

【０００８】また、第２の方法は、第１の方法における
バイパス経路に、排ガス中の有害成分を除去する除去剤
を充填した補助充填筒を設けたことを特徴としている。

【０００９】さらに、第３の方法は、排ガス中のアンモ
ニア以外の有害成分を除去する除去剤を充填した複数の
充填筒を切換運転可能に並列に設けるとともに、該充填
筒から導出した排ガスに酸素含有ガスを添加する酸素導
入部と、添加した酸素とアンモニアとを反応させてアン
モニアを窒素と水とに分解する酸化触媒を充填したアン
モニア分解筒とを備えた除害装置によってアンモニア含
有排ガスの除害を行う方法であって、前記アンモニア分
解筒の運転停止時に、前記充填筒に導入する排ガスの経
路を、運転中の充填筒から未使用の充填筒に切換えるこ
とを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のアンモニア含有
排ガスの除害方法を適用した第１形態例を示す系統図で
ある。この除害装置は、排ガス中のアンモニア以外の有
害成分を除去する除去剤を充填した充填筒１と、該充填
筒１から導出した排ガスに酸素含有ガスを添加する酸素
導入部２と、添加した酸素とアンモニアとを反応させて
アンモニアを窒素と水とに分解する酸化触媒を充填した
アンモニア分解筒３と、充填筒１に異常が発生したとき
に使用する緊急用除害筒４と、アンモニア分解筒３に異
常が発生したときに使用する緊急用アンモニア除害筒５
と、充填筒１の入口部に設けた入口弁１ａの上流と出口
部に設けた出口弁１ｂの下流とをバイパス弁６を介して
接続するパージガスを通すバイパス経路７とを備えてい
る。

【００１１】なお、図示は省略するが、前記アンモニア
分解筒３、緊急用除害筒４、緊急用アンモニア除害筒５
にも、入口弁及び出口弁がそれぞれ設けられており、通
常運転時と緊急時とで切換開閉される。また、酸素導入
部２にも導入弁が設けられており、アンモニア分解筒３
には、酸化触媒を所定温度に保持するための加熱手段が
設けられている。さらに、各弁には、自動弁、手動弁の
いずれでも用いることができる。

【００１２】通常の除害運転は、充填筒１の入口弁１ａ
及び出口弁１ｂを開とし、バイパス弁６を閉とした状態
で行われる。すなわち、入口経路８から流入するアンモ
ニア含有排ガスは、入口弁１ａを通って充填筒１に導入
され、該充填筒１内に充填されている除去剤によってア
ンモニア以外の有害成分が排ガスから除去される。充填
筒１から出口弁１ｂを通って流出した排ガスは、酸素導
入部２から導入される酸素含有ガスと混合してアンモニ
ア分解筒３に導入され、該アンモニア分解筒３内に充填
されている酸化触媒によって酸素とアンモニアとが反応
し、無害な窒素と水とに分解してアンモニアが除去さ
れ、これによって排ガス中の有害成分が除去されたガス
がアンモニア分解筒３から出口経路９に流出する。

【００１３】なお、充填筒１に充填する除去剤は、アン
モニア以外の有害成分を吸着により除去するもの、ある
いは、化学反応により有害成分を無害な物質で、かつ、
アンモニア分解筒３での酸化触媒によるアンモニア分解
反応に悪影響を与えない物質に変換するものならば、排
ガス中に含まれる有害成分に応じて適宜選択することが
でき、例えば、水酸化銅，水酸化カルシウム，水酸化ナ
トリウム，酸化鉄，酸化マンガン等を反応主成分とした
ものを用いることができる。

【００１４】また、酸素導入部２から導入する酸素含有
ガスは、アンモニアの分解反応に必要十分な酸素を供給
できるものならばよく、排ガス中のアンモニア含有量に
応じて任意の組成のガスを使用することができ、純酸素
でもよく、空気でもよい。さらに、アンモニア分解筒３
内に充填する酸化触媒も、適当なものを用いることがで
き、例えば、酸化銅，酸化クロム，酸化マンガン，酸化
鉄等の金属酸化物や複合酸化物、あるいは、パラジウ
ム，白金のような単体を主成分とするものを使用するこ
とができる。

【００１５】半導体製造装置等の運転停止により除害装
置の運転を停止するときには、パージガスの導入によっ
て半導体製造装置等から入口経路８に至る配管内の排ガ
スがパージされ、排ガス中の有害成分の除害処理が終了
した後、充填筒１の入口弁１ａ及び出口弁１ｂを閉じる
とともにバイパス弁６を開き、入口経路８から流入する
ガス（パージガス）を、充填筒１を通さずにバイパス経
路７を通してアンモニア分解筒３に流すようにすること
によって行われる。

【００１６】このように、除害装置内に流通させるパー
ジガスを、充填筒１を通さずにバイパス経路７を通すよ
うにしたことにより、充填筒１内の除去剤に物理吸着し
ていたアンモニアが除去剤から脱着しても、入口弁１ａ
と出口弁１ｂとの間に封じ込められた状態になるため、
出口経路９から流出するガス中にアンモニアが同伴され
ることがなくなる。なお、停止中に除去剤から脱着した
充填筒１内のアンモニアは、除害運転の際にアンモニア
分解筒３に送られて分解される。

【００１７】図２は、本発明のアンモニア含有排ガスの
除害方法を適用した第２形態例を示す系統図である。な
お、以下の説明において、前記第１形態例の構成要素と
同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省
略する。

【００１８】本形態例に示す除害装置は、バイパス経路
７に、前記充填筒１より小型の補助充填筒１０を設けた
ものである。この補助充填筒１０は、前記充填筒１に充
填された除去剤と同じ除去剤、あるいは、アンモニアを
含む有害成分全体を吸着あるいは分解する能力を有する
除去剤を筒内に充填したものであって、補助充填筒１０
の入口部及び出口部には、バイパス入口弁６ａとバイパ
ス出口弁６ｂとがそれぞれ設けられている。

【００１９】このように、バイパス経路７に補助充填筒
１０を設けることにより、充填筒１からのアンモニアの
流出を防止できるとともに、配管内に残留した有害成分
がバイパス経路７を流れたとしても、補助充填筒１０内
に充填した除去剤によって除去することができるので、
有害成分が外部に流出することを、より確実に防止する
ことができる。

【００２０】なお、この補助充填筒１０にガスが流れる
のは、半導体製造装置等の運転停止後にパージガスが導
入されてからであるため、有害成分の流入量は僅かであ
り、除去剤の充填量が少なくても十分な効果が得られ
る。また、第１形態例では、配管内の排ガスを完全にパ
ージしてからバイパス経路７への切換えを行う必要があ
るが、本形態例では、ある程度の排ガスをパージした時
点で切換えることができるので、除害運転を終了する際
の所要時間を短縮することができる。

【００２１】図３は、本発明のアンモニア含有排ガスの
除害方法を適用した第３形態例を示す系統図である。こ
の除害装置は、排ガス中のアンモニア以外の有害成分を
除去する除去剤を充填した二つの充填筒１，１１を切換
運転可能に並列に設けたものであって、入口弁１ａ，１
１ａと出口弁１ｂ，１１ｂとが切換開閉されることによ
り、充填筒１，１１のいずれか一方が、有害成分の除去
運転を行うように形成されている。

【００２２】このように、複数の充填筒を設けた除害装
置では、一方の充填筒が限界に達したら、他方の充填筒
による有害成分の除去運転を開始するとともに、限界に
達した充填筒を直ちに交換するようにしているため、通
常の運転状態では、いずれか一方の充填筒は、未使用の
状態になっている。すなわち、一方の充填筒１が使用中
の場合は、他方の充填筒１１は未使用の状態であり、除
害装置の運転中は、入口弁１ａ及び出口弁１ｂが開、入
口弁１１ａ及び出口弁１１ｂが閉となっている。

【００２３】したがって、除害装置の運転を終了すると
きに、入口弁１ａ及び出口弁１ｂを閉、入口弁１１ａ及
び出口弁１１ｂを開とすることにより、パージガスは未
使用状態の充填筒１１を流れることになり、使用中の充
填筒１は、入口弁１ａ及び出口弁１ｂの間に封じられた
状態になるので、充填筒１内の除去剤から脱着したアン
モニアが外部に流出することはない。

【００２４】なお、この場合も、未使用の充填筒１１に
流入する有害成分量は極僅かであるから、充填筒１１内
の除去剤が劣化することはほとんどなく、通常の除去運
転の切換えは全く問題なく行うことができる。

【００２５】

【実施例】実施例１ 内径４３ｍｍ，長さ６９０ｍｍのステンレス製カラム内
に、酸化鉄及び酸化マンガンを反応主成分とする除去剤
を充填高さ１００ｍｍで充填し、その上に水酸化第二銅
を主成分とする除去剤を充填高さ２００ｍｍで充填し
た。これをモノシラン，ジクロルシラン等のケイ素化合
物や有機金属化合物を除去するための充填筒とした。ま
た、内径４３ｍｍ，長さ７９０ｍｍのステンレス製カラ
ム内に、日産ガードラー触媒（株）製の触媒Ｎ−１５０
（主成分：鉄４０重量％，マンガン２２重量％）を充填
高さ３００ｍｍに充填してアンモニア分解筒とした。こ
のアンモニア分解筒の周囲に電気環状炉を据付けるとと
もに、触媒中心部に熱電対を挿入し、充填筒とアンモニ
ア分解筒とを、酸素導入部となる空気供給用分岐管を備
えた配管で接続した。さらに、図１に示すように、前記
カラムの両側に入口弁及び出口弁をそれぞれ設けるとと
もに、入口弁の上流側と出口弁の下流側とを、バイパス
弁を有するバイパス経路で接続した。

【００２６】電気環状炉を作動させて触媒の温度を２０
０℃に保持するとともに、空気供給用分岐管から空気を
毎分８６．０リットルで供給し、バイパス弁を閉、入口
弁及び出口弁を開とした状態で、窒素中に、アンモニア
１０．０％，モノシランやジクロルシラン等のケイ素化
合物０．１％，トリメチルガリウム０．０１％を混合し
た試験ガスを毎分８７１ミリリットルの割合で充填筒に
導入した。このときの空筒線速度は、前段の充填筒では
毎秒１．０ｃｍ、後段のアンモニア分解筒では毎秒約１
０ｃｍとなる。また、アンモニア分解筒に流入するガス
中のアンモニア濃度は、空気により希釈されて約１００
０ｐｐｍになっている。

【００２７】後段のアンモニア分解筒から導出されるガ
スを２０分毎にサンプリングし、アンモニアをアンモニ
アガス検知警報器（バイオニクス機器（株）製：ＴＧ−
２４００ＢＡ，検出限界７．５ｐｐｍ）で、モノシラン
を定電位電解式検出器付ガスクロマトグラフ（（株）ガ
ステック製：ＧＧＣ−０１，検出限界０．０１ｐｐｍ）
で、ジクロルシランをガス検知警報器（バイオニクス機
器（株）製：ＴＧ−３４００ＴＡ，検出限界１．５ｐｐ
ｍ）で、窒素酸化物（ＮＯ＋ＮＯ_２）を窒素酸化物検知
管（（株）ガステック製：１１Ｌ，検出限界０．０４ｐ
ｐｍ）で、二酸化窒素を二酸化窒素検知管（（株）ガス
テック製：９Ｌ，検出限界０．５ｐｐｍ）で、それぞれ
測定した。この結果、いずれも許容濃度未満であった。
また、アンモニア分解筒の出口ガスを５％硝酸水溶液に
バブリングさせ、この水溶液中のガリウムをＩＣＰ分析
装置（日本ジャーレルアッシュ（株）製：ＩＣＡＰ−５
７５II，検出限界０．０４ｍｇ／リットル）で測定し
た。この測定を６０分毎に行ったが、いずれもガリウム
は検出されなかった。

【００２８】８時間後に試験ガスの導入を停止し、電気
環状炉の作動及び空気供給用分岐管からの空気の導入は
継続したまま、窒素ガスを導入して系内のパージを行っ
た。３０分後に、電気環状炉の電源を切り、空気の導入
を停止するとともに、充填筒の入口弁及び出口弁を閉じ
てバイパス弁を閉き、窒素ガス（パージガス）がバイパ
ス経路を流れるようにした。この間、アンモニアの測定
を連続的に行ったが、検出限界未満であった。

【００２９】実施例２ 図２に示すように、バイパス経路に補助充填筒を設け
た。この補助充填筒は、内径２８．４ｍｍ、長さ６９０
ｍｍのステンレス製であり、その内部には、水酸化第二
銅を主成分とする除去剤を充填高さ４００ｍｍで充填し
た。これ以外は、実施例１と同様にして除害運転から運
転停止に至る操作を行ったが、その期間中、アンモニア
等の有害成分の流出量は、いずれも許容濃度未満であっ
た。

【００３０】実施例３ 図３に示すように、実施例１と同じ充填筒を２基切換運
転可能に設けた装置において、実施例１と同様の操作を
行い、窒素パージ開始から３０分経過後に電気環状炉の
電源を切り、空気の導入を停止するとともに、ガスの経
路を他方（未使用）の充填筒側に切換えた。この間、ア
ンモニア等の有害成分の流出量は、いずれも許容濃度未
満であった。

【００３１】比較例 実施例１において、窒素パージ開始から３０分経過後
に、ガスの経路をバイパス経路に切換えることなく、充
填筒を通るようにしたまま、アンモニア分解筒の電気環
状炉の電源を切り、空気の導入を停止した。その結果、
アンモニア分解筒から流出するガス中に７５ｐｐｍ以上
のアンモニアが測定された。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
除害装置の運転停止時に装置内を窒素ガスでパージした
状態にしておいても、充填筒内の除去剤から脱着したア
ンモニアが外部に流出することがなく、また、緊急用の
除害手段には全く影響を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のアンモニア含有排ガスの除害方法を
適用した第１形態例を示す系統図

【図２】 同じく、第２形態例を示す系統図

【図３】 同じく、第３形態例を示す系統図

【符号の説明】

１，１１…充填筒、１ａ，１１ａ…入口弁、１ｂ，１１
ｂ…出口弁、２…酸素導入部、３…アンモニア分解筒、
４…緊急用除害筒、５…緊急用アンモニア除害筒、６…
バイパス弁、６ａ…バイパス入口弁、６ｂ…バイパス出
口弁、７…バイパス経路、８…入口経路、９…出口経
路、１０…補助充填筒、１１…充填筒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 文誉 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素 株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−150320（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−9964（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 53/34,53/58 B01D 53/86 - 53/90

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排ガス中のアンモニア以外の有害成分を
   除去する除去剤を充填した充填筒と、前記充填筒の入口
   弁の上流と出口弁の下流とをバイパス弁を介して接続す
   るパージガスを通すバイパス経路とを設けるとともに、
   前記充填筒から導出した排ガスに酸素含有ガスを添加す
   る酸素導入部と、添加した酸素とアンモニアとを反応さ
   せてアンモニアを窒素と水とに分解する酸化触媒を充填
   したアンモニア分解筒とを備えた除害装置によってアン
   モニア含有排ガスの除害を行う方法であって、前記アン
   モニア分解筒の運転停止時に、前記充填筒の入口弁及び
   出口弁を閉じるとともに前記バイパス弁を開いて、パー
   ジガスを、前記充填筒を通さずに前記バイパス経路を通
   して前記アンモニア分解筒に流すことを特徴とするアン
   モニア含有排ガスの除害方法。
2. 【請求項２】 前記バイパス経路に、前記排ガス中の有
   害成分を除去する除去剤を充填した補助充填筒を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載のアンモニア含有排ガス
   の除害方法。
3. 【請求項３】 排ガス中のアンモニア以外の有害成分を
   除去する除去剤を充填した複数の充填筒を切換運転可能
   に並列に設けるとともに、該充填筒から導出した排ガス
   に酸素含有ガスを添加する酸素導入部と、添加した酸素
   とアンモニアとを反応させてアンモニアを窒素と水とに
   分解する酸化触媒を充填したアンモニア分解筒とを備え
   た除害装置によってアンモニア含有排ガスの除害を行う
   方法であって、前記アンモニア分解筒の運転停止時に、
   前記充填筒に導入する排ガスの経路を、運転中の充填筒
   から未使用の充填筒に切換えることを特徴とするアンモ
   ニア含有排ガスの除害方法。