JP3390788B2 - 高周波誘導熱プラズマ発生方法および有機ハロゲン化合物の分解方法 - Google Patents
高周波誘導熱プラズマ発生方法および有機ハロゲン化合物の分解方法Info
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Description
スを供給し、管の外側に配置した誘導コイルに高周波を
供給することにより管内にプラズマを発生させるように
した高周波誘導プラズマ装置を用いたプラズマ発生方法
およびそれを用いた有機ハロゲン化合物の分解方法に関
する。
響を及ぼすフロンなどの有機ハロゲン化合物を分解する
技術として高周波誘導熱プラズマが注目されている。こ
の技術では、1万度以上の高温の熱プラズマ中にフロン
などを供給し、熱によりフロンを分解するものである。
フロンなどの被分解物質は熱により原子,分子状態に分
解されるが、それらは冷却過程で再び化合し、元の物質
の状態に戻ってしまう。そのため、熱プラズマ中に酸素
や水素を供給し、原子,分子あるいはイオンに分解させ
同一空間に存在する分解させたフロント反応させ環境に
影響のない炭酸ガスや酸性ガスの状態にし、さらには中
和などの処理を行って環境に放出する必要がある。
水素そのものを供給すると、プラズマ発生装置が爆発す
る危険性が生じる。そのため、プラズマ中に被分解物質
と共に水を供給し、水をプラズマの熱で分解し、酸素や
水素を作り出すようにしている。
周波誘導熱プラズマは、最初周囲に高周波誘導コイルが
巻回された絶縁性物質で形成された管の中にアルゴンガ
スなどを供給し、コイルに高周波を印加することによっ
てアルゴンガスブラズマを形成するようにしている。そ
して、このアルゴンガスプラズマ中にフロンなどの被分
解物質と水とを供給し、被分解物質を熱分解させるよう
にしている。この方式は非常に安定なフロンなどを確実
に分解できる優れた方式であるが、高価なアルゴンガス
を継続的に管内に供給せねばならず、分解に伴うランニ
ングコストが馬鹿にならない。
もので、その目的は、高価なアルゴンガスなどの消費量
を極端に少なくできる高周波誘導熱プラズマ発生方法お
よび有機ハロゲン化合物の分解方法を実現するにある。
導熱プラズマ発生方法は、プラズマ発生用ガスが一端か
ら供給される管と、管の外側に配置された高周波誘導コ
イルとを備え、管内でプラズマを発生させるようにした
高周波誘導熱プラズマ装置において、最初に第1のプラ
ズマガスを管内に供給してプラズマを発生させ、第1の
プラズマガスの量を少なくさせつつそれに代えて水蒸気
を供給すると共に、水蒸気の量を増加させる際に誘導コ
イルに供給する高周波電力を増加させ、第1のプラズマ
ガスよりも水蒸気が過剰のプラズマを生成するようにし
たことを特徴としている。
の分解方法は、上記プラズマ発生方法によって生成され
たプラズマ中に分解すべき有機ハロゲン化合物を供給す
ることを特徴としている。
は、最初に第1のプラズマガスのプラズマを生成し、そ
の後、第1のプラズマガスと水蒸気を置換すると共に高
周波電力を増加させ、第1のプラズマガスよりも水蒸気
が過剰のプラズマを生成する。また、このようにして生
成されたプラズマに有機ハロゲン化合物を供給して分解
する。
に説明する。図1は高周波誘導プラズマ装置1を用いた
フロンなどの有機ハロゲン化合物の分解処理装置を示し
ており、高周波誘導熱プラズマ装置1はセラミック製の
円筒状の管2、その上部に設けられたガスリング3、管
2の周囲に巻回された誘導コイル4、管2の下部に接続
された耐熱,耐腐食性レンガで形成されたチャンバー5
より構成されている。ガスリング3の外周部分にはリン
グ状の通路6が設けられており、通路6は孔7に連通し
ている。
に示す。管2は2重管構造となっており、その中間部に
は冷却水が流される。ガスリング3は、ベース部分3a
とキャップ3bとより構成されているが、キャップ3b
は耐腐食性で熱の良伝導体でヒートショックに耐え、誘
電率の低い例えば、金,白金,ジルコニウム,窒化珪素
などで形成されている。また、キャップ3bは薄肉構造
となっており、その内側の一部Sにネジが切られてお
り、ベース3aに対してネジ止めされている。図中Oは
オーリングシールである。
間は冷却媒体の通路3cとなっており、通路3cには入
口通路3dから熱媒体油や100℃以上の加圧温水など
の媒体が供給され、出口通路3eからその媒体は排出さ
れる構造となっている。この加圧温水や熱媒体油は後述
するがガスリングを介して供給される水蒸気に対しては
加熱の働きをし、管2内のプラズマに対しては冷却の働
きをする。
バルブ9,流量計10,バルブ11を介してアルゴンガ
スボンベ12に接続されている。また、配管8はバルブ
13,流量計14,バルブ15を介して水蒸気ボイラー
16に接続されている。なお、バルブ9と流量計10と
の間、および、バルブ13と流量計14との間には、そ
れぞれ圧力計17,18が接続されている。また、流量
計14とバルブ15との間はバルブ19を介して大気に
解放できるように構成されている。さらに、前記配管8
は、バルブ20を介して分解すべきフロンが入れられた
フロン容器21に接続されている。フロン容器21は温
水バス22中に入れられている。なお、各バルブは制御
装置23によって制御され、また、流量計10,14や
圧力計17,18の出力は制御装置23に供給される。
管8のほとんどすべて、および各バルブ部分にはヒータ
ー24が設けられている。このヒーター24は、例え
ば、内部に熱媒体油や加圧温水が流されるパイプであ
る。配管8のプラズマ装置1に接近した部分にはスーパ
ーヒーター25が設けられている。
が入れられた容器27に連通しているが、この容器27
は、排気管28を介して図示していない真空ポンプによ
って排気できるように構成されている。29は、ガスリ
ング3とチャンバー5の上部に設けられている導電部材
(図示せず)との間に接続された高電圧発生装置であ
る。また、30は、チャンバー5の側部に設けられた観
察窓であり、この観察窓から管2とチャンバー5内部で
発生したプラズマの形状が観察される。このような構成
の動作を次に説明する。
気とフロン容器21中のフロンを、配管8やガスリング
3を通して管2内に供給する際、それらがガスリング3
や配管8内で凝縮しないように予めそれらを凝縮温度よ
りも十分高温に加熱しておく。次にバルブ9,13,2
0を全て閉じておき、容器27を介してチャンバー5内
部を200Torr程度に減圧する。チャンバー5内の圧力
が一定になった後、バルブ9を開き、点火用アルゴンを
ガスボンベ12から配管8,ガスリング3の孔7と通路
6を介して管2内に導入する。その後、図示していない
高周波発振機より誘導コイル4に高周波電流を流し、管
2内に強磁場を供給する。この際、高周波出力は20k
W程度とされる。
ー5の上部に設けられている導電部材(図示せず)との
間に高電圧発生装置29より初期トリガーを印加し、ア
ルゴンガスを励起し、プラズマを起動する。この時、圧
力計17の値と流量計10の値は制御装置23に供給さ
れている。制御装置23は、2種の値に基づき所望の流
量と圧力のアルゴンガスがチャンバー5内に供給される
ようにバルブ9とバルブ11を制御する。なお、アルゴ
ンガスの圧力は、バルブ11によって制御でき、流量は
バルブ9によって制御できる。
上昇させると同時に、バルブ13を開き、水蒸気ボイラ
ー16からの水蒸気を配管8中に供給し、管2内に水蒸
気を供給する。この水蒸気の供給とは逆にバルブ9を徐
々に閉め、最終的にアルゴンガスを水蒸気に置換し、完
全にバルブ9を閉じる。この結果、管2内に100%の
水蒸気プラズマPを発生させることができる。この時、
圧力計18の値と流量計14の値は制御装置23に供給
されている。制御装置23は、2種の値に基づき所望の
流量と圧力の水蒸気がチャンバー5内に供給されるよう
にバルブ13とバルブ15を制御する。なお、水蒸気の
圧力は、バルブ15によって制御でき、流量はバルブ1
3によって制御できる。また、アルゴンガスを水蒸気に
置換することにともない、高周波電力は、アルゴンガス
100%時の20kWから70〜150kW程度に増加
させられる。
なった段階でバルブ20を開き、フロン容器21から徐
々にフロンを配管8内へ供給し、水蒸気と混合させなが
ら管2内のプラズマP中に供給する。フロンと水蒸気
は、一万度もの熱プラズマにより原子・分子状に分解さ
れ、そして、冷却過程において炭酸ガスや酸性ガスに変
換される。その後、炭酸ガスはそのまま排出し、酸性ガ
スは容器27のアルカリ水溶液26と中和させて食塩な
どの無公害な物質に変え、排水するかフッ素などを回収
して再利用が図られる。なお、このような反応は次式
(分解対象物質はフロン12)によって表される。
+2NaF ところで、水蒸気ボイラー16からの水蒸気の供給開始
時には、ボイラー16からの水蒸気には比較的多くのミ
スト(霧状のもの)が混入しており、このミストは配管
8内部を濡らす。そしてこのミストは管2内に入り込み
生成しているプラズマを消してしまう。水蒸気ボイラー
16からのミストは最初の数分間に多く発生するので、
最初の数分間はバルブ19を開けて水蒸気を全て大気に
放出し、その後バルブ19を閉じて配管8に水蒸気を供
給するように制御している。また、配管8や各バルブ,
ガスリング部分でミストが発生しないようにヒーター2
4によってそれらの部分は常に加熱されている。さら
に、プラズマ装置1に近い配管部分にはスーパーヒータ
ー25が設けられ、この部分でミストが混入していても
高い加熱温度により完全に水蒸気化するようにしてい
る。
蒸気100%プラズマの状態にプラズマガスを置換した
際の最低高周波電力を実験で確認した結果を示してい
る。この最低高周波電力は、プラズマの発生を維持でき
る最低の電力であり、実際にはそれを越える電力が投入
される。図のグラフの横軸が水蒸気の供給量(l/mi
n)であり、縦軸が高周波プレート電力(kW)であ
る。図のグラフで実線Aがプラズマガスの供給量がトー
タルで200l/minの場合で、A1点が100%ア
ルゴンプラズマすなわちアルゴン200l/minの状
態、A2点がアルゴンガスが100lで水蒸気が100
lの場合、A3点が完全に水蒸気100%、すなわち、
水蒸気の供給量が200lの場合である。また、点線B
はプラズマガスの供給量がトータルで300l/min
の場合で、B1点が100%アルゴンプラズマの状態、
B2点がアルゴンガスが150lで水蒸気が150lの
場合、B3点が完全に水蒸気100%、すなわち、水蒸
気の供給量が300lの場合である。さらに、一点鎖線
Cはプラズマガスの供給量がトータルで400l/mi
nの場合で、C2点がアルゴンガスが200lで水蒸気
が200lの場合、C3点が完全に水蒸気100%、す
なわち、水蒸気の供給量が400lの場合である。図3
に示したとおり、A,B,Cいずれの場合も水蒸気10
0%のプラズマを安定に発生させることができる。
はこの実施例に限定されない。例えば、プラズマの着火
の際にアルゴンガスを供給するようにしたが、プラズマ
の着火ができれば、他のガスでも良い。また、本発明に
基づくプラズマ発生方法は、有機ハロゲン化合物の分解
の用途以外にも使用することができる。また、上記実施
例では、最終的に水蒸気100%のプラズマを生成させ
たが、アルゴンガスに較べ水蒸気が過剰な状態で使用す
れば良い。また、反応を促進するために、H2,O2 な
どのガスを加える場合は、配管8へ弁を介してH2 ,O
2 などのガスボンベを接続して供給すれば良い。
法は、最初に第1のプラズマガスのプラズマを生成し、
その後、第1のプラズマガスと水蒸気を置換すると共に
高周波電力を増加させ、第1のプラズマガスよりも水蒸
気が過剰のプラズマを生成し、また、このようにして生
成させたプラズマに有機ハロゲン化合物を供給して分解
するようにしたので、高価なアルゴンガスなどの不活性
ガスを節約できるので、プラズマ発生に伴うランニング
コストを著しく低減することができる。
導熱プラズマ装置を用いた有機ハロゲン化合物の分解シ
ステムを示す図である。
用いられたガスリングの一部詳細図である。
の量と高周波プレート電力との関係を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 プラズマ発生用ガスが一端から供給され
る管と、管の外側に配置された高周波誘導コイルとを備
え、管内でプラズマを発生させるようにした高周波誘導
熱プラズマ装置における高周波誘導プラズマ発生方法で
あって、最初に第1のプラズマガスを管内に供給してプ
ラズマを発生させ、第1のプラズマガスの量を少なくさ
せつつそれに代えて水蒸気を供給すると共に、水蒸気の
量を増加させる際に誘導コイルに供給する高周波電力を
増加させ、第1のプラズマガスよりも水蒸気が過剰のプ
ラズマを生成するようにした高周波誘導熱プラズマ発生
方法。 - 【請求項2】 プラズマ発生用ガスが一端から供給され
る管と、管の外側に配置された高周波誘導コイルとを備
え、管内でプラズマを発生させるようにした高周波誘導
熱プラズマ装置を用いた有機ハロゲン化合物の分解方法
であって、最初に第1のプラズマガスを管内に供給して
プラズマを発生させ、第1のプラズマガスの量を少なく
させつつそれに代えて水蒸気を供給すると共に、水蒸気
の量を増加させる際に誘導コイルに供給する高周波電力
を増加させ、第1のプラズマガスよりも水蒸気が過剰の
プラズマを生成し、生成されたプラズマ中に有機ハロゲ
ン化合物を供給するようにした有機ハロゲン化合物の分
解方法。
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP22751793A Expired - Lifetime JP3390788B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 高周波誘導熱プラズマ発生方法および有機ハロゲン化合物の分解方法 |
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-
1993
- 1993-09-13 JP JP22751793A patent/JP3390788B2/ja not_active Expired - Lifetime
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