JP3606574B1

JP3606574B1 - Method and apparatus for treating organohalogen compounds

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Publication number: JP3606574B1
Application number: JP2003176153A
Authority: JP
Inventors: 煕濬金; 亘南
Original assignee: 煕濬金
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP2005007341A

Abstract

【課題】小型の装置で有機ハロゲン化合物を効率よく完全に分解する方法と装置を提供する。
【解決手段】ＰＦＣ等の有機ハロゲン化合物をプロパンガス等の可燃物質と酸素または酸素含有気体とを混合し、得られる混合物をバーナー３１で火炎ラジカル反応させ、反応中の混合物を熱プラズマ装置４０でプラズマ処理しつつ活性アルミナ又は２酸化チタン等の触媒層３２に接触させ有機ハロゲン化合物を分解したことを特徴とする有機ハロゲン化合物の分解方法である。
【選択図】図１A method and apparatus for efficiently and completely decomposing an organic halogen compound with a small apparatus.
An organic halogen compound such as PFC is mixed with a flammable material such as propane gas and oxygen or an oxygen-containing gas, and the resulting mixture is subjected to a flame radical reaction with a burner 31. An organic halogen compound decomposition method characterized by decomposing an organic halogen compound by bringing it into contact with a catalyst layer 32 such as activated alumina or titanium dioxide while performing plasma treatment.
[Selection] Figure 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フロン等の有機ハロゲン化合物を可燃物質の火炎ラジカル反応と触媒層に接触させるとともにプラズマ処理をして分解し、無害化する有機ハロゲン化合物の分解方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年オゾン層を破壊する物質としてフロンが注目されフロンガスを回収して分解する技術が研究開発されている。フロンのみならずパーフロロカーボン（ＰＦＣ）、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）等の有機ハロゲン化合物についても無害化処理が必要となっている。
しかしながら、これらの有機ハロゲン化合物は通常では不燃性で安定した化合物であり、地球環境の保護のためにフロン等の有機ハロゲン化合物を分解処理方法が必要とされ、研究されている。
【０００３】
パーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）、フロン等の有機ハロゲン化合物を分解処理する方法としては、燃焼分解法、プラズマ分解法、触媒分解法がある。
燃焼分解法は、火炎中に有機ハロゲン化合物を少量ずつ吹き込み高温で分解する方法である。この場合は、フロン等の有機ハロゲン化合物の燃焼反応は吸熱反応であり分解するためには燃焼反応のための燃料が多く必要であり、装置も大型化して、可燃気体の割合に比べ処理量が少なく効率的ではなかった。また、パーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）は燃焼では分解できなかった。
【０００４】
プラズマ分解法は、放電電極と誘導電極とを誘電体を解して互いに配置して、これらの電極間に高圧のパルス電圧を印加することにより電極間に放電を生じさせ、そこを通過する有機ハロゲン化合物を分解するもの（例えば、特許文献１参照。）と、アークプラズマ分解するものがある。しかしながら、図５に示すようにパーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）の場合は、完全に分解しようとすると、投入電力が大きくなり、処理コストが増加するとともに、投入電力をどんなに大きくしても分解率が９０％を若干超える程度で不十分であり、投入電力を少なくすると分解率が４０％まで低下していた。
【０００５】
触媒分解法は、触媒層に分解する有機ハロゲン化合物を接触させて分解するものである（例えば、特許文献２参照。）。この場合は、分解時間が長く、１０時間以上もかかる場合があり、処理効率が不十分であった。また、触媒の反応活性の維持と触媒寿命の維持に問題があった。また、有機ハロゲンの各成分には分解処理可能なものと不可能なものとがあり、実際に分解処理をする場合に問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−３２２７１８号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開２０００−１５０６０号公報（第４−５頁、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、小型の装置で有機ハロゲン化合物を一つの装置で成分に関係なく、効率よく完全に分解する方法と装置を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の本発明は、有機ハロゲン化合物を可燃物質と酸素または酸素含有気体とを混合し、得られる混合物を火炎ラジカル反応させ、火炎ラジカル反応中の混合物質をプラズマ処理しつつ触媒層に接触させ、有機ハロゲン化合物を分解したことを特徴とする有機ハロゲン化合物の分解方法である。
【０００９】
請求項１の本発明においては、有機ハロゲン化合物を可燃物質と酸素または酸素含有気体とを混合し、得られる混合を火炎ラジカル反応させるため、効率よく火炎ラジカル反応、分解することができる。火炎ラジカル反応効率を向上するためには各物質の混合が十分になされることが望ましい。
有機ハロゲン化合物としては、例えばクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）やハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）等のフロン、パーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）等がある。
【００１０】
可燃気体としては、水素、メタン、エタン、プロパン、エチレンおよび天然ガス等を使用することができる。また、可燃液体としては、灯油、重油、ガソリン、エタノール、メタノール等を使用できる。
酸素または酸素含有気体としては、酸素のみならず空気や酸素含有量を増加させた空気を使用することができる。
さらに、混合物質の火炎ラジカル反応のみでは完全に有機ハロゲン化合物を分解することができなく、火炎ラジカル反応中の混合物質をプラズマ処理するため、高温の混合物質である反応物質はプラズマ処理でき、反応物質がプラズマ化されやすく、プラズマ処理を効率的に行うことができる。ここで高温の反応物質は気体となり、この反応気体をそのままプラズマ処理しつつ触媒層に接触させ分解したため、触媒層には活性化された高温の反応気体が接触するため、触媒層での反応が促進される。このため、触媒層を通過した有機ハロゲン化合物の反応物質は、完全に分解されることができる。
【００１１】
上記課題を解決するために請求項２の本発明は、有機ハロゲン化合物は、フッ素を含む有機ハロゲン化合物であり、可燃物質は混合時に気体又は液体の炭化水素である有機ハロゲン化合物の分解方法である。
【００１２】
請求項２の本発明においては、処理する有機ハロゲン化合物は、フッ素を含む有機ハロゲン化合物である。フッ素を含む有機ハロゲン化合物には、フロン、代替フロン類、パーフルオロカーボン（ＰＦＣ）等があり、これらは、オゾン層を破壊したり、地球温暖化の原因となったりするため、分解処理が必要である。
可燃物質は混合時に気体又は液体の炭化水素であるため、処理する有機ハロゲン化合物とどの様な割合にも容易に混合することができ、効率的かつ、大量に処理をすることができる。また、炭化水素であるため、反応カロリーが大きく、火炎ラジカル反応時に高温を発生することができ、処理効率をあげることができる。
【００１３】
上記課題を解決するために請求項３の本発明は、混合物質の有機ハロゲン化合物は、パーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）であり、炭化水素は、プロパンガスである有機ハロゲン化合物の分解方法である。
【００１４】
請求項３の本発明においては、混合気体の有機ハロゲン化合物は、パーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）であり、炭化水素は、プロパンガスである。混合気体は安定なパーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）に反応性が高いプロパンガスの混合物であるため、火炎ラジカル反応が高温のため容易に、パーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）を分解することができる。
【００１５】
上記課題を解決するために請求項４の本発明は、触媒層は、活性アルミナ又は２酸化チタン（ＴｉＯ_２）にニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、りん（Ｐ）の中から選ばれた少なくとも一種を担持している有機ハロゲン化合物の分解方法である。
【００１６】
請求項４の本発明においては、触媒層が活性アルミナ又は２酸化チタン（ＴｉＯ_２）である。活性アルミナ又は２酸化チタン（ＴｉＯ_２）は多孔質であり、分解反応をするための有機ハロゲン化合物の反応気体との接触面積が大きく、反応を効率的に行うことができる。
活性アルミナ又は２酸化チタン（ＴｉＯ_２）は、反応気体の流通をよくして、効率を上げるために、粒状のもの、球状のもの、あるいは円筒状のもの等を用いることができる。
活性アルミナ又は２酸化チタン（ＴｉＯ_２）にニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、リン（Ｐ）の中から選ばれた少なくとも一種を担持させたため、活性アルミナ又は２酸化チタン（ＴｉＯ_２）の触媒活性を向上させることができる。上記の金属を担持させたため、活性アルミナ又は２酸化チタン（ＴｉＯ_２）を高温領域で使用することができ、反応を効率的に行うことができる。
【００１７】
上記課題を解決するために請求項５の本発明は、有機ハロゲン化合物を可燃物質と酸素または酸素含有気体とを混合し、得られる混合物を火炎ラジカル反応させ有機ハロゲン化合物を処理する装置において、有機ハロゲン化合物を可燃物質と酸素または酸素含有気体をそれぞれ所望の割合で混合する混合部と、混合部で混合された混合物を火炎ラジカル反応させるバーナー及びバーナーで火炎ラジカル反応された反応気体を接触させる触媒層とを内部に有する反応塔と、反応塔の外周にアース電極を設け、反応塔の内部に放電電極を設けたプラズマ装置とを有する有機ハロゲン化合物処理装置である。
【００１８】
請求項５の本発明においては、有機ハロゲン化合物を可燃物質と酸素または酸素含有気体とを混合し、得られる混合物を火炎ラジカル反応させ有機ハロゲン化合物を処理する装置において、有機ハロゲン化合物を可燃物質と、酸素または酸素含有気体をそれぞれ所望の割合で混合する混合部を有しているため、火炎ラジカル反応前に有機ハロゲン化合物を可燃物質と酸素または酸素含有気体を十分に混合することができ、効率的な火炎ラジカル反応をすることができる。さらに、火炎ラジカル反応前に混合するため所望の混合比率で確実に混合することができ、火炎ラジカル反応させることができる。
【００１９】
混合部で混合された混合物質を火炎ラジカル反応させるバーナー及びバーナーで火炎ラジカル反応され気体となった反応気体を接触させる触媒層とを内部に有する反応塔を有しており、バーナーで火炎ラジカル反応された可燃物質の熱によってフロン等の有機ハロゲン化合物が分解するとともに、バーナーと同じ反応塔に設けた触媒層に火炎ラジカル反応ガスが導入され、触媒層で高温の火炎ラジカル反応された反応気体がさらに分解される。
反応塔の外周にアース電極を設け、反応塔の内部に放電電極を設けたプラズマ装置を設けたため、アース電極と放電電極の間に高圧のパルス電圧を印加して放電を起こして、反応塔内の火炎ラジカル反応ガスをプラズマ処理することができ、完全に有機ハロゲン化合物を分解処理することができる。
特にプラズマ装置をバーナーの反応部分と触媒層の両方の部分に設けた場合は、一層完全な処理ができるが、どちらか一方のみにプラズマ装置を設けてもよい。
【００２０】
上記課題を解決するために請求項６の本発明は、反応塔の触媒層を通過した反応気体に対し、アルカリ性水溶液を噴射して反応気体を無害化処理する洗浄装置を有する有機ハロゲン化合物処理装置である。
【００２１】
請求項６の本発明においては、反応塔の触媒層を通過した反応気体に対し、アルカリ性水溶液を噴射して反応気体を無害化処理する洗浄装置を有するため、有機ハロゲン化合物が分解して生成した、フッ化水素（ＨＦ）や塩化水素（ＨＣｌ）等のハロゲン化水素を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、塩化カルシュウム（ＣａＣｌ_２）、水酸化カルシュウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）等のアルカリ性水溶液で吸収し、中和して無害化処理することができる。
このとき、無害化処理されたフッ化水素（ＨＦ）は、例えば溶解度の低いフッ化カルシュウム（ＣａＦ_２）として沈殿させ回収することができ、塩化水素（ＨＣｌ）は塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）として回収することができる。
【００２２】
このため、反応気体は、無害な炭酸ガス（ＣＯ_２）や、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）のみとすることができる。そして、フッ素（Ｆ）や塩素（Ｃｌ）を回収して、再利用することができる。
また、反応気体にアルカリ性水溶液を噴射するため、反応気体の温度を急速に低下させることができ、外部へ温度を下げて排気することができる。
【００２３】
上記課題を解決するために請求項７の本発明は、反応塔はセラミックで形成され、触媒層は活性アルミナ又は２酸化チタンである有機ハロゲン化合物処理装置である。
【００２４】
請求項７の本発明においては、反応塔はセラミックで形成されているため、有機ハロゲン化合物を高温で分解することができるとともに、金属で形成された場合に比べ、火炎ラジカル反応時に反応塔が腐食したり、反応塔の壁の材料が酸化されて剥離することがないので、反応気体に不純物が混入することがなく、回収したフッ素（Ｆ）や塩素（Ｃｌ）の利用価値が高い。
触媒層は活性アルミナ又は２酸化チタンであるため、反応気体やプラズマ処理によって触媒が高温になっても触媒活性が高く、さらに、活性アルミナ等に金属を担持させることが容易であり、より一層触媒活性を高くすることができる。
また、活性アルミナ又は２酸化チタンを粒状、球状や円筒状に加工することが容易であり、反応気体が通過する抵抗が低く、触媒層中を反応気体が通過しやすいため、触媒反応が効率よく行われる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明について、図面に基づき実施の形態を説明する。
以下、本発明の実施の形態について、有機ハロゲン化合物としてフッ素を含む有機ハロゲン化合物、パーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）と、可燃物質としてプロパンガスを例に取り、分解処理の方法と装置について説明するが、本発明はこの例に限定されるものではない。
図１にフッ素を含む有機ハロゲン化合物の分解処理装置の概略図を示す。
【００２６】
ＬＰＧタンク１１には、プロパンガスが充填されて、ＬＰＧバルブ１１ａの開閉とＬＰＧ流量計１１ｂを使用することにより所定量のプロパンガスがＬＰＧパイプ２１を通り混合ガスパイプ２０に流入する。
同様に、コンプレッサー１２により空気が圧縮されて、一次空気バルブ１２ａの開閉と一次空気流量計１２ｂを使用することにより所定量の一次空気が一次空気パイプ２２を通り混合ガスパイプ２０に流入する。
【００２７】
パーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）は、回収されてＰＦＣボンベ１３に貯蔵されて処理装置に搬入される。ＰＦＣボンベ１３ではなく、直接パーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）を処理装置へ送入することもできる。パーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）は、ＰＦＣガスバルブ１３ａの開閉とＰＦＣガス流量計１３ｂを使用することにより所定量のパーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）がＰＦＣガスパイプ２３を通り混合ガスパイプ２０に流入する。
酸素は酸素ボンベ１４から装置に送入され、酸素ガスバルブ１４ａの開閉と酸素流量計１４ｂを使用することにより所定量の酸素が酸素ガスパイプ２４を通り混合ガスパイプ２０に流入する。酸素は一次空気中の酸素とは別に混合ガス中の酸素濃度を増加させたい場合に混合ガスパイプ２０に送入される。
【００２８】
混合ガスパイプ２０に流入したプロパンガス，一次空気（必要な場合は酸素濃度を増加させる）とＰＦＣガスは混合ガスパイプ２０中で所定量の割合に混合されて、反応部３０へ送られる。プロパンガスと一次空気との混合比率は、プロパンガスが完全反応する理論量であるが、一次空気の量を若干過剰にする等のように適宜変化させることができる。ＰＦＣガスとプロパンガスとの混合比率については後述する。
プロパンガス，一次空気とＰＦＣガスの混合は、混合ガスパイプ２０中の移送途中で混合されるが、それぞれのガスパイプから混合ガスパイプ２０に入る前に混合を一層確実にするために混合室を設けてもよい。可燃物質が液体の場合はバーナー３１部分で混合することができる。
【００２９】
反応部３０は、バーナー３１、触媒層３２と反応塔３３から構成され、図２に示すように、円筒状の反応塔３３の内部において、その入り口側に混合ガスパイプ２０と接続しているバーナー３１と、その出口側に触媒層３２が設けられている。
なお、反応塔３３の上方から、二次空気１５が二次空気バルブ１５ａと二次空気流量計１５ｂにより流量をコントロールされて、導入される。この二次空気により完全な火炎ラジカル反応をすることができる。
反応塔３３の外周には、冷却のために冷風を吹きかけたり、冷水を循環させる冷却パイプを設けてもよい。バーナー３１としては、可燃気体を空気または酸素とともに火炎ラジカル反応させることができればよく、通常の構造のバーナー３１を使用することができる。
【００３０】
バーナー３１の火炎に相当する反応塔３３と触媒層３２の外周には、アース電極４２が巻かれている。反応塔３３の内部中心には長手方向に直線状の放電電極４１が設けられている。
放電電極４１およびアース電極４２はパルス高電圧装置４４に接続されて、パルス高電圧装置４４から高電圧のパルス電流を供給されて、放電電極４１とアース電極４２の間で高圧放電が起こり、反応気体にプラズマが発生して、反応気体をプラズマ処理することができる。
【００３１】
パーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）とプロパン（ＬＰＧ）との混合割合は適宜選択できるが、各混合割合におけるパーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）の分解反応は次のとおりである。
０．５：１反応では、
０．５ＣＦ_４＋Ｃ_３Ｈ_８＋５Ｏ_２→２ＨＦ＋３．５ＣＯ_２＋３Ｈ_２Ｏ
１：１反応では、
ＣＦ_４＋Ｃ_３Ｈ_８＋５Ｏ_２→４ＨＦ＋４ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ
１．５：１反応では、
１．５ＣＦ_４＋Ｃ_３Ｈ_８＋５Ｏ_２→６ＨＦ＋４．５ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ
２：１反応では、
２ＣＦ_４＋Ｃ_３Ｈ_８＋５Ｏ_２→８ＨＦ＋５ＣＯ_２
【００３２】
また、他の有機ハロゲン化合物であるハイドロフロロカーボンガス（ＨＦＣ）とプロパンガスの各混合割合におけるハイドロフロロカーボンガス（ＨＦＣ）の分解反応は次のとおりである。
１：１反応では、
ＣＨ_２ＦＣＦ_３＋Ｃ_３Ｈ_８＋６．５Ｏ_２→４ＨＦ＋５ＣＯ_２＋３Ｈ_２Ｏ
２：１反応では、
２ＣＨ_２ＦＣＦ_３＋Ｃ_３Ｈ_８＋８Ｏ_２→８ＨＦ＋７ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ
３：１反応では、
３ＣＨ_２ＦＣＦ_３＋Ｃ_３Ｈ_８＋９．５Ｏ_２→１２ＨＦ＋９ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ
４：１反応では、
４ＣＨ_２ＦＣＦ_３＋Ｃ_３Ｈ_８＋１１Ｏ_２→１６ＨＦ＋１１ＣＯ_２
【００３３】
上記のようにパーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）やハイドロフロロカーボンガス（ＨＦＣ）をプロパンガスと任意の割合で混合して分解することができる。パーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）とプロパンガスの混合比率の例としては、４フッ化メタン（ＣＦ_４）の場合はプロパンガスに対する４フッ化メタン（ＣＦ_４）の比は、０．０２〜２．５程度であり、６フッ化エタン（Ｃ_２Ｆ_６）の場合には１．０〜８．０程度が可能である。
このバーナー３１で熱分解されたパーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）等は、反応部分でアース電極４２と放電電極４１の間で高圧放電によりプラズマ処理されて分解が促進される。プラズマ処理は後に詳述する。
【００３４】
さらに、反応気体は、反応塔３３の触媒層３２に送られて、触媒層３２で一層確実に分解される。
触媒層３２は、活性アルミナ、２酸化チタン、シリカ、マグネシア、ジルコニア、等の酸化物を単独または混合して使用することができる。
活性アルミナ又は２酸化チタンは多孔質であり、気相接触反応として反応気体との接触面積が大きく、分解効率がよい。反応気体を気相流通式で分解するため、活性アルミナ、２酸化チタン等の触媒は、粒状のもの、球状のもの、円筒状のもの等が使用することができる。粉状の場合は反応気体の通過抵抗が大きくなり、スムースな通過が妨げられる。
【００３５】
活性アルミナ、２酸化チタンは、より一層触媒活性を向上させるために、金属を担持させることができる。この金属は例えば遷移金属元素であるチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、リン（Ｐ）等を使用することができる。これらの金属の担持方法は、例えばこれらの金属のハロゲン化化合物の水溶液に活性アルミナ等を入れて混合撹拌して水溶液を含浸させて、その後乾燥させることで担持させることができる。
活性アルミナ、２酸化チタンは高温領域で活性が高く、活性アルミナ、２酸化チタンを使用することにより高温で反応気体の分解に使用することができ、触媒のカーボン等の付着が少なく、効率よく分解させることができる。
【００３６】
プラズマ処理は放電電極４１とアース電極４２の間にパルス高電圧装置４４で発生した８ＫＶ〜３００ＫＶのパルス高電圧を繰り返し印加して、放電電極４１と第一アース電極４２の間にコロナ放電を発生させる。この放電により有機ハロゲン化合物が分解される。
触媒層３２においては、反応気体が火炎ラジカル反応時の高温のまま送られてくるとともに、プラズマ処理により高温とされるため、反応気体の分解が促進されて、十分な分解がなされる。
【００３７】
分解結果を図３と図４に示す。図３と図４に示すようにパーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）とプロパンガスの割合は広い範囲にわたり高分解率を示している。図３と図４においていずれも９０％をはるかに超える分解率を示している。特に、プロパンガスに対してパーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）の混合率が低いとほぼ完全にパーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）を分解することができる。
【００３８】
触媒層３２で分解された反応気体は、反応塔３３の出口付近でアルカリ噴霧口５２からアルカリ水溶液を噴霧される。
洗浄装置５０の上部には、アルカリ水溶液が入ったアルカリ水溶液槽５１が設けられて、分解ガスであるフッ化水素（ＨＦ）や炭酸ガス（ＣＯ_２）を含んだ反応気体は、アルカリ水溶液を噴霧され、これによって反応気体は１００℃以下に冷却され、フッ化水素（ＨＦ）や炭酸ガス（ＣＯ_２）が吸収される。
【００３９】
アルカリ水溶液はたとえば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、塩化カルシュウム（ＣａＣｌ_２）、水酸化カルシュウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）等の水溶液である。これによって、反応気体中のフッ化水素（ＨＦ）や塩酸（ＨＣｌ）等のハロゲン化水素を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カルシュウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、塩化カルシュウム（ＣａＣｌ_２）等のアルカリ性水溶液で吸収し、中和して無害化処理することができる。
【００４０】
例えばフッ化水素（ＨＦ）や塩酸（ＨＣｌ）を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と塩化カルシュウム（ＣａＣｌ_２）で中和する反応は、以下のとおりである。
ＨＦ＋ＮａＯＨ→ＮａＦ＋Ｈ_２Ｏ・・・・・・・・・（１）
ＨＣｌ＋ＮａＯＨ→ＮａＣｌ＋Ｈ_２Ｏ・・・・・・・（２）
２ＮａＦ＋ＣａＣｌ_２→ＣａＦ_２＋２ＮａＣｌ・・・（３）
反応式（１）で示すように、反応気体中のフッ化水素（ＨＦ）は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の水溶液の噴霧により吸収され、反応してフッ化ナトリウム（ＮａＦ）となり、反応塔３３の下方に設置された洗浄液槽５３に貯められる。
【００４１】
そして、洗浄液槽５３又は別に設けられた沈殿槽（図示せず）に塩化カルシュウム（ＣａＣｌ_２）水溶液が投入されて、反応式（３）の反応が生じる。そして、パーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）中のフッ素（Ｆ）は、溶解度が低いためフッ化カルシュウム（ＣａＦ_２）として、洗浄液槽５３または、洗浄液槽５３に連結した沈殿槽に沈殿して、分離される。
また、沈殿槽を２つ設けた場合には、一方の沈殿槽が沈殿している間に、他方の沈殿槽で、沈殿反応や、沈殿物の取り出し作業をすることができ、効率的である。
【００４２】
このフッ化カルシュウム（ＣａＦ_２）は、洗浄液槽５３や沈殿槽の水溶液中に不純物が残るため、純度の高いものとなり、洗浄後に再利用することができ、有用性が高い。
また、塩素（Ｃｌ）を含むフッ素化合物では、分解によって塩化水素（ＨＣｌ）が発生するが、反応式（２）に示すように、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と反応して塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）となり、無害化され回収することができる。
【００４３】
また、フッ化水素（ＨＦ）や塩酸（ＨＣｌ）を塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と塩化カルシュウム（ＣａＣｌ_２）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）で中和する反応は、以下のとおりである。
ＨＦ＋ＮａＣｌ→ＮａＦ＋ＨＣｌ・・・・・・・・・（４）
ＨＣｌ＋ＮａＯＨ→ＮａＣｌ＋Ｈ_２Ｏ・・・・・・・（５）
２ＮａＦ＋ＣａＣｌ_２→ＣａＦ_２＋２ＮａＣｌ・・・（６）
この場合も、反応式（６）に示すように、フッ素（Ｆ）は、フッ化カルシュウム（ＣａＦ_２）として、洗浄液槽５３または、洗浄液槽５３に連結した沈殿槽（図示せず）に沈殿して、分離される。上記と同様に塩酸（ＨＣｌ）は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と反応して塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）となり、無害化され回収することができる。
【００４４】
このため、反応気体は、洗浄装置５０を出るときには、無害な炭酸ガス（ＣＯ_２）や、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）のみとすることができ、排気ガス口５４から排出される。
そして、フッ素（Ｆ）や塩素（Ｃｌ）を回収して、再利用することができるため、地球環境の保護にも貢献することができる。
【００４５】
次に、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）の処理について説明する。
六フッ化硫黄（ＳＦ_６）を炭化水素と空気とを混合して火炎ラジカル反応すると硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）とフッ化水素（ＨＦ）が発生する。フッ化水素（ＨＦ）の処理は上記のパーフロロカーボンガス（ＰＦＣ）の処理時に発生するフッ化水素（ＨＦ）の処理と同様に処理することができる。
硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）の処理は、火炎ラジカル反応、プラズマ処理、触媒層での反応により次のようになる。
ＳＦ_６＋Ｃ_３Ｈ_８＋５Ｏ_２→６ＨＦ＋Ｈ_２ＳＯ_４＋３ＣＯ_２・・（７）
Ｈ_２ＳＯ_４＋２ＮａＯＨ→Ｎａ_２ＳＯ_４＋２Ｈ_２Ｏ・・・・・・（８）
Ｎａ_２ＳＯ_４＋ＣａＣｌ_２→ＣａＳＯ_４＋２ＮａＣｌ・、・・・（９）
【００４６】
反応（７）で発生した硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）は、洗浄装置５０で水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の噴霧により反応式（８）で示すように吸収され、反応して硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）となり、反応塔３３の下方に設置された洗浄液槽５３に貯められる。
そして、洗浄液槽５３に塩化カルシュウム（ＣａＣｌ_２）水溶液が投入されて、反応式（９）の反応が生じる。そして、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）中の硫黄（Ｓ）は、硫酸カルシュウム（ＣａＳＯ_４）として、洗浄液槽５３または、洗浄液槽５３に連結した沈殿槽（図示せず）に沈殿して、分離される。
この硫酸カルシュウム（ＣａＳＯ_４）は、洗浄液槽５３や沈殿槽の水溶液中に不純物が残るため、純度の高いものとなり、有用性が高い。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、有機ハロゲン化合物は可燃物質および酸素または空気と混合されて火炎ラジカル反応され、触媒層で反応すると同時にプラズマ発生装置によりプラズマ処理され、さらに、高効率で確実に分解できる、装置も小型の方法と装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の態様である処理装置の概略図である。
【図２】本発明の実施の態様である処理装置の反応部の概略図である。
【図３】本発明の処理方法で４フッ化メタンを処理した結果を示すグラフである。
【図４】本発明の処理方法で６フッ化エタンを処理した結果を示すグラフである。
【図５】従来の方法でパーフロロカーボンを処理した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１１ＬＰＧタンク
１２一次空気
１３パーフロロカーボンガス
１４酸素
２０混合ガスパイプ
３０反応部
３１バーナー
３２触媒層
３３反応塔
４０熱放電プラズマ装置
５０洗浄装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for decomposing an organic halogen compound such as chlorofluorocarbon or the like, which is brought into contact with a flame radical reaction of a combustible substance and a catalyst layer, decomposed by plasma treatment, and rendered harmless.
[0002]
[Prior art]
In recent years, chlorofluorocarbon has attracted attention as a substance that destroys the ozone layer, and a technology for recovering and decomposing chlorofluorocarbon gas has been researched and developed. Perfluorocarbon (PFC), sulfur hexafluoride (SF)₆The organic halogen compounds such as) need to be detoxified.
However, these organic halogen compounds are usually nonflammable and stable compounds, and a method for decomposing organic halogen compounds such as chlorofluorocarbon is required and studied for the protection of the global environment.
[0003]
As a method for decomposing organic halogen compounds such as perfluorocarbon gas (PFC) and chlorofluorocarbon, there are a combustion decomposition method, a plasma decomposition method, and a catalyst decomposition method.
The combustion decomposition method is a method in which an organic halogen compound is blown into a flame little by little and decomposed at a high temperature. In this case, the combustion reaction of organic halogen compounds such as chlorofluorocarbons is an endothermic reaction, and a large amount of fuel is required for the combustion reaction to decompose. It was less efficient. In addition, perfluorocarbon gas (PFC) could not be decomposed by combustion.
[0004]
In the plasma decomposition method, a discharge electrode and an induction electrode are placed apart from each other through a dielectric, and a high-voltage pulse voltage is applied between these electrodes to cause discharge between the electrodes, and an organic that passes therethrough. There are those that decompose halogen compounds (for example, see Patent Document 1) and those that decompose arc plasma. However, as shown in FIG. 5, in the case of perfluorocarbon gas (PFC), if it is attempted to completely decompose, the input power increases, the processing cost increases, and the decomposition rate is 90 no matter how much the input power is increased. %, It is not enough, and when the input power is reduced, the decomposition rate is reduced to 40%.
[0005]
In the catalytic decomposition method, an organic halogen compound to be decomposed is brought into contact with the catalyst layer for decomposition (see, for example, Patent Document 2). In this case, the decomposition time is long and may take 10 hours or more, and the processing efficiency is insufficient. In addition, there are problems in maintaining the reaction activity of the catalyst and maintaining the catalyst life. In addition, each component of the organic halogen can be decomposed and cannot be decomposed, and there has been a problem in actually performing the decomposition.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-4-322718 (page 2-3, FIG. 1)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-15060 (page 4-5, FIG. 2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for efficiently and completely decomposing an organic halogen compound with a single apparatus regardless of the components.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention of claim 1 is directed to mixing an organic halogen compound with a combustible substance and oxygen or an oxygen-containing gas, subjecting the resulting mixture to a flame radical reaction, and subjecting the mixture substance during the flame radical reaction to plasma. The organic halogen compound decomposition method is characterized in that the organic halogen compound is decomposed by being brought into contact with a catalyst layer while being treated.
[0009]
In the first aspect of the present invention, an organic halogen compound is mixed with a combustible substance and oxygen or an oxygen-containing gas, and the resulting mixture is subjected to a flame radical reaction. Therefore, the flame radical reaction and decomposition can be efficiently performed. In order to improve the flame radical reaction efficiency, it is desirable that each substance is sufficiently mixed.
As the organic halogen compound, for example, chlorofluorocarbon (CFC), hydrochlorofluorocarbon (HCFC) and other fluorocarbons, perfluorocarbon gas (PFC), sulfur hexafluoride (SF)₆) Etc.
[0010]
As the combustible gas, hydrogen, methane, ethane, propane, ethylene, natural gas, or the like can be used. Further, as the flammable liquid, kerosene, heavy oil, gasoline, ethanol, methanol or the like can be used.
As oxygen or an oxygen-containing gas, not only oxygen but also air or air with an increased oxygen content can be used.
Furthermore, organic halogen compounds cannot be completely decomposed only by the flame radical reaction of the mixed substance, and since the mixed substance in the flame radical reaction is plasma-treated, the high-temperature mixed substance can be plasma-treated and reacted. The substance is easily converted to plasma, and plasma processing can be performed efficiently. Here, the high-temperature reactant becomes a gas, and this reactant gas is decomposed by contacting the catalyst layer while being plasma-treated as it is. Therefore, the activated high-temperature reactant gas is in contact with the catalyst layer. Promoted. For this reason, the reaction material of the organic halogen compound that has passed through the catalyst layer can be completely decomposed.
[0011]
In order to solve the above problems, the present invention of claim 2 is a method for decomposing an organic halogen compound, wherein the organic halogen compound is an organic halogen compound containing fluorine, and the combustible substance is a gaseous or liquid hydrocarbon when mixed. .
[0012]
In the present invention of claim 2, the organic halogen compound to be treated is an organic halogen compound containing fluorine. Fluorine-containing organic halogen compounds include chlorofluorocarbons, alternative chlorofluorocarbons, and perfluorocarbons (PFC), which destroy the ozone layer and cause global warming, and therefore need to be decomposed. is there.
Since the combustible substance is a gas or liquid hydrocarbon at the time of mixing, it can be easily mixed in any proportion with the organic halogen compound to be processed, and can be processed efficiently and in large quantities. Further, since it is a hydrocarbon, the reaction calorie is large, a high temperature can be generated during the flame radical reaction, and the processing efficiency can be increased.
[0013]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention of claim 3 is a method for decomposing an organic halogen compound in which the mixed organic halogen compound is perfluorocarbon gas (PFC) and the hydrocarbon is propane gas.
[0014]
In the present invention of claim 3, the organic halogen compound in the mixed gas is perfluorocarbon gas (PFC), and the hydrocarbon is propane gas. Since the mixed gas is a mixture of propane gas highly reactive to stable perfluorocarbon gas (PFC), the perfluorocarbon gas (PFC) can be easily decomposed because the flame radical reaction is high temperature.
[0015]
In order to solve the above problems, the present invention according to claim 4 is characterized in that the catalyst layer comprises activated alumina or titanium dioxide (TiO₂) Selected from nickel (Ni), titanium (Ti), cobalt (Co), manganese (Mn), chromium (Cr), palladium (Pd), iron (Fe), platinum (Pt), phosphorus (P) This is a method for decomposing an organic halogen compound carrying at least one of the above.
[0016]
In the present invention of claim 4, the catalyst layer is activated alumina or titanium dioxide (TiO2).₂). Activated alumina or titanium dioxide (TiO₂) Is porous and has a large contact area with the reaction gas of the organic halogen compound for carrying out the decomposition reaction, and the reaction can be carried out efficiently.
Activated alumina or titanium dioxide (TiO₂) Can be used in the form of particles, spheres, cylinders, etc. in order to improve the flow of the reaction gas and increase the efficiency.
Activated alumina or titanium dioxide (TiO₂) Selected from nickel (Ni), titanium (Ti), cobalt (Co), manganese (Mn), chromium (Cr), palladium (Pd), iron (Fe), platinum (Pt), and phosphorus (P) Activated alumina or titanium dioxide (TiO2).₂) Catalytic activity can be improved. Since the above metal is supported, activated alumina or titanium dioxide (TiO₂) Can be used in a high temperature region, and the reaction can be carried out efficiently.
[0017]
In order to solve the above problems, the present invention of claim 5 is directed to an apparatus for treating an organic halogen compound by mixing an organic halogen compound with a combustible substance and oxygen or an oxygen-containing gas, and subjecting the resulting mixture to a flame radical reaction. Mixing part for mixing halogen compound with combustible substance and oxygen or oxygen-containing gas in desired ratio, burner for reacting flame mixture of mixture mixed in mixing part, and catalyst for contacting reaction gas subjected to flame radical reaction with burner An organic halogen compound processing apparatus comprising: a reaction tower having a layer therein; and a plasma apparatus in which a ground electrode is provided on the outer periphery of the reaction tower and a discharge electrode is provided in the reaction tower.
[0018]
In the present invention of claim 5, an organic halogen compound is mixed with a combustible substance and oxygen or an oxygen-containing gas, and the resulting mixture is subjected to a flame radical reaction to treat the organic halogen compound. Since it has a mixing part that mixes oxygen or oxygen-containing gas in a desired ratio, the organic halogen compound can be sufficiently mixed with the combustible substance and oxygen or oxygen-containing gas before the flame radical reaction, efficiency Can perform a radical flame radical reaction. Furthermore, since it mixes before a flame radical reaction, it can mix reliably by a desired mixing ratio and can make a flame radical reaction.
[0019]
It has a reaction tower that has a burner that makes the mixed material mixed in the mixing part a flame radical reaction and a catalyst layer that contacts the reaction gas that has become a gas by the flame radical reaction by the burner, and the flame radical reaction by the burner Organic halogen compounds such as chlorofluorocarbons are decomposed by the heat of the combustible material, and a flame radical reaction gas is introduced into the catalyst layer provided in the same reaction tower as the burner. It is further decomposed.
Since a plasma device was provided with a ground electrode on the outer periphery of the reaction tower and a discharge electrode inside the reaction tower, a high-pressure pulse voltage was applied between the ground electrode and the discharge electrode to cause discharge, The flame radical reaction gas can be plasma-treated, and the organic halogen compound can be completely decomposed.
In particular, when the plasma apparatus is provided in both the reaction part and the catalyst layer of the burner, a more complete treatment can be performed, but the plasma apparatus may be provided in only one of them.
[0020]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention according to claim 6 is an organic halogen compound processing apparatus having a cleaning device for detoxifying a reaction gas by injecting an alkaline aqueous solution to the reaction gas that has passed through the catalyst layer of the reaction tower. It is.
[0021]
In this invention of Claim 6, since it has the washing | cleaning apparatus which injects alkaline aqueous solution with respect to the reaction gas which passed the catalyst layer of the reaction tower, and detoxifies the reaction gas, the organic halogen compound decomposed | disassembled and produced | generated. , Hydrogen halides such as hydrogen fluoride (HF) and hydrogen chloride (HCl), sodium hydroxide (NaOH), calcium chloride (CaCl₂), Calcium hydroxide (Ca (OH)₂) And the like, and neutralized by neutralization.
At this time, detoxified hydrogen fluoride (HF) is, for example, calcium fluoride (CaF) having low solubility.₂) Can be precipitated and recovered, and hydrogen chloride (HCl) can be recovered as sodium chloride (NaCl).
[0022]
For this reason, the reaction gas is harmless carbon dioxide (CO₂) And water vapor (H₂O) only. Then, fluorine (F) and chlorine (Cl) can be recovered and reused.
In addition, since the alkaline aqueous solution is injected into the reaction gas, the temperature of the reaction gas can be rapidly reduced, and the temperature can be reduced to the outside and exhausted.
[0023]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention according to claim 7 is the organohalogen compound processing apparatus in which the reaction tower is made of ceramic and the catalyst layer is activated alumina or titanium dioxide.
[0024]
In the present invention of claim 7, since the reaction tower is formed of ceramic, the organic halogen compound can be decomposed at a high temperature, and the reaction tower is corroded during the flame radical reaction as compared with the case of being formed of metal. In addition, since the material of the wall of the reaction tower is not oxidized and peeled off, impurities are not mixed into the reaction gas, and the utility value of recovered fluorine (F) and chlorine (Cl) is high.
Since the catalyst layer is activated alumina or titanium dioxide, the catalytic activity is high even when the temperature of the catalyst becomes high due to the reaction gas or plasma treatment, and it is easy to carry a metal on activated alumina or the like. The activity can be increased.
In addition, it is easy to process activated alumina or titanium dioxide into granules, spheres or cylinders, and the resistance through which the reaction gas passes is low, and the reaction gas easily passes through the catalyst layer, so that the catalytic reaction is efficient. Done.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to an organic halogen compound containing fluorine as an organic halogen compound, a perfluorocarbon gas (PFC), and a propane gas as a combustible material. The present invention is not limited to this example.
FIG. 1 shows a schematic view of an apparatus for decomposing an organic halogen compound containing fluorine.
[0026]
The LPG tank 11 is filled with propane gas, and a predetermined amount of propane gas flows into the mixed gas pipe 20 through the LPG pipe 21 by opening and closing the LPG valve 11a and using the LPG flow meter 11b.
Similarly, air is compressed by the compressor 12, and a predetermined amount of primary air flows into the mixed gas pipe 20 through the primary air pipe 22 by opening and closing the primary air valve 12 a and using the primary air flow meter 12 b.
[0027]
Perfluorocarbon gas (PFC) is recovered, stored in the PFC cylinder 13 and carried into the processing apparatus. Perfluorocarbon gas (PFC) can be directly fed into the processing apparatus instead of the PFC cylinder 13. The perfluorocarbon gas (PFC) flows into the mixed gas pipe 20 through the PFC gas pipe 23 by opening and closing the PFC gas valve 13a and using the PFC gas flow meter 13b.
Oxygen is fed into the apparatus from the oxygen cylinder 14, and a predetermined amount of oxygen flows into the mixed gas pipe 20 through the oxygen gas pipe 24 by opening and closing the oxygen gas valve 14a and using the oxygen flow meter 14b. Oxygen is fed into the mixed gas pipe 20 when it is desired to increase the oxygen concentration in the mixed gas separately from oxygen in the primary air.
[0028]
Propane gas, primary air (if necessary, the oxygen concentration is increased) and PFC gas that have flowed into the mixed gas pipe 20 are mixed in a predetermined amount in the mixed gas pipe 20 and sent to the reaction unit 30. The mixing ratio of propane gas and primary air is a theoretical amount at which propane gas completely reacts, but can be appropriately changed such that the amount of primary air is slightly excessive. The mixing ratio of PFC gas and propane gas will be described later.
Propane gas, primary air, and PFC gas are mixed in the middle of the transfer in the mixed gas pipe 20, but a mixing chamber may be provided to further ensure mixing before entering the mixed gas pipe 20 from each gas pipe. Good. If the combustible material is liquid, it can be mixed in the burner 31 portion.
[0029]
The reaction section 30 includes a burner 31, a catalyst layer 32, and a reaction tower 33. As shown in FIG. 2, the burner 31 is connected to the mixed gas pipe 20 on the inlet side in the cylindrical reaction tower 33. And the catalyst layer 32 is provided in the exit side.
The secondary air 15 is introduced from above the reaction tower 33 with the flow rate controlled by the secondary air valve 15a and the secondary air flow meter 15b. A complete flame radical reaction can be performed by this secondary air.
A cooling pipe for blowing cold air for cooling or circulating cold water may be provided on the outer periphery of the reaction tower 33. As the burner 31, any burner 31 having a normal structure can be used as long as it can cause a flame radical reaction with combustible gas together with air or oxygen.
[0030]
A ground electrode 42 is wound around the outer periphery of the reaction tower 33 and the catalyst layer 32 corresponding to the flame of the burner 31. A linear discharge electrode 41 is provided in the longitudinal direction in the center of the reaction tower 33.
The discharge electrode 41 and the ground electrode 42 are connected to the pulse high voltage device 44, and a high voltage pulse current is supplied from the pulse high voltage device 44, so that a high voltage discharge occurs between the discharge electrode 41 and the ground electrode 42, and the reaction Plasma is generated in the gas, and the reaction gas can be plasma-treated.
[0031]
The mixing ratio of perfluorocarbon gas (PFC) and propane (LPG) can be selected as appropriate. The decomposition reaction of perfluorocarbon gas (PFC) at each mixing ratio is as follows.
For a 0.5: 1 reaction,
0.5CF₄+ C₃H₈+ 5O₂→ 2HF + 3.5CO₂+ 3H₂O
In a 1: 1 reaction,
CF₄+ C₃H₈+ 5O₂→ 4HF + 4CO₂+ 2H₂O
For a 1.5: 1 reaction,
1.5CF₄+ C₃H₈+ 5O₂→ 6HF + 4.5CO₂+ H₂O
In a 2: 1 reaction,
2CF₄+ C₃H₈+ 5O₂→ 8HF + 5CO₂
[0032]
The decomposition reaction of hydrofluorocarbon gas (HFC) in each mixing ratio of hydrofluorocarbon gas (HFC), which is another organic halogen compound, and propane gas is as follows.
In a 1: 1 reaction,
CH₂FCF₃+ C₃H₈+ 6.5O₂→ 4HF + 5CO₂+ 3H₂O
In a 2: 1 reaction,
2CH₂FCF₃+ C₃H₈+ 8O₂→ 8HF + 7CO₂+ 2H₂O
In a 3: 1 reaction,
3CH₂FCF₃+ C₃H₈+ 9.5O₂→ 12HF + 9CO₂+ H₂O
In a 4: 1 reaction,
4CH₂FCF₃+ C₃H₈+ 11O₂→ 16HF + 11CO₂
[0033]
As described above, perfluorocarbon gas (PFC) or hydrofluorocarbon gas (HFC) can be mixed with propane gas at an arbitrary ratio for decomposition. An example of the mixing ratio of perfluorocarbon gas (PFC) and propane gas is tetrafluoromethane (CF₄) In the case of propane gas to propane gas (CF₄) Ratio is about 0.02 to 2.5, and hexafluoroethane (C₂F₆) Can be about 1.0 to 8.0.
The perfluorocarbon gas (PFC) or the like thermally decomposed by the burner 31 is subjected to plasma treatment by high-pressure discharge between the ground electrode 42 and the discharge electrode 41 in the reaction portion, and the decomposition is promoted. The plasma treatment will be described in detail later.
[0034]
Further, the reaction gas is sent to the catalyst layer 32 of the reaction tower 33 and is further reliably decomposed at the catalyst layer 32.
For the catalyst layer 32, oxides such as activated alumina, titanium dioxide, silica, magnesia, and zirconia can be used alone or in combination.
Activated alumina or titanium dioxide is porous, has a large contact area with the reaction gas as a gas phase contact reaction, and has good decomposition efficiency. In order to decompose the reaction gas in a gas-phase flow type, a catalyst such as activated alumina or titanium dioxide can be granular, spherical or cylindrical. In the case of powder, the reaction gas passage resistance increases, and smooth passage is hindered.
[0035]
Activated alumina and titanium dioxide can support a metal in order to further improve the catalytic activity. This metal is, for example, transition metal elements titanium (Ti), nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), chromium (Cr), palladium (Pd), iron (Fe), platinum (Pt), phosphorus (P) or the like can be used. The metal can be loaded by, for example, adding activated alumina or the like to an aqueous solution of a halogenated compound of these metals, mixing and stirring to impregnate the aqueous solution, and then drying.
Activated alumina and titanium dioxide are highly active in the high temperature range, and by using activated alumina and titanium dioxide, they can be used for decomposition of the reaction gas at high temperatures, and there is little adhesion of carbon etc. of the catalyst, and it decomposes efficiently. Can be made.
[0036]
In the plasma treatment, a pulse high voltage of 8 KV to 300 KV generated by the pulse high voltage device 44 is repeatedly applied between the discharge electrode 41 and the ground electrode 42 to generate a corona discharge between the discharge electrode 41 and the first ground electrode 42. Let The organic halogen compound is decomposed by this discharge.
In the catalyst layer 32, the reaction gas is sent at the high temperature at the time of the flame radical reaction, and is heated to a high temperature by the plasma treatment.
[0037]
The decomposition results are shown in FIGS. As shown in FIGS. 3 and 4, the ratio of perfluorocarbon gas (PFC) and propane gas shows a high decomposition rate over a wide range. In both FIG. 3 and FIG. 4, the decomposition rate far exceeds 90%. In particular, when the mixing ratio of perfluorocarbon gas (PFC) to propane gas is low, the perfluorocarbon gas (PFC) can be decomposed almost completely.
[0038]
The reaction gas decomposed in the catalyst layer 32 is sprayed with an alkaline aqueous solution from the alkali spraying port 52 in the vicinity of the outlet of the reaction tower 33.
An upper part of the cleaning apparatus 50 is provided with an alkaline aqueous solution tank 51 containing an alkaline aqueous solution, and hydrogen fluoride (HF) or carbon dioxide gas (CO) as a decomposition gas.₂) Is sprayed with an alkaline aqueous solution, whereby the reaction gas is cooled to 100 ° C. or lower, and hydrogen fluoride (HF) or carbon dioxide (CO₂) Is absorbed.
[0039]
Examples of the alkaline aqueous solution include sodium hydroxide (NaOH), calcium chloride (CaCl₂), Calcium hydroxide (Ca (OH)₂) And the like. As a result, hydrogen halide such as hydrogen fluoride (HF) and hydrochloric acid (HCl) in the reaction gas is converted into sodium hydroxide (NaOH), calcium hydroxide (Ca (OH)).₂), Calcium chloride (CaCl)₂) And the like, and neutralized by neutralization.
[0040]
For example, hydrogen fluoride (HF) or hydrochloric acid (HCl), sodium hydroxide (NaOH) and calcium chloride (CaCl₂The reaction neutralized with) is as follows.
HF + NaOH → NaF + H₂O ... (1)
HCl + NaOH → NaCl + H₂O ... (2)
2NaF + CaCl₂→ CaF₂+2 NaCl (3)
As shown in the reaction formula (1), hydrogen fluoride (HF) in the reaction gas is absorbed by spraying with an aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH), reacts to become sodium fluoride (NaF), and the reaction tower 33. Is stored in the cleaning liquid tank 53 installed below the head.
[0041]
Then, calcium chloride (CaCl) is added to the cleaning liquid tank 53 or a separate precipitation tank (not shown).₂) Aqueous solution is added to cause the reaction of reaction formula (3). Fluorine (F) in perfluorocarbon gas (PFC) has low solubility, so calcium fluoride (CaF₂), The liquid is precipitated in the cleaning liquid tank 53 or a precipitation tank connected to the cleaning liquid tank 53 and separated.
Moreover, when two precipitation tanks are provided, while one precipitation tank is precipitating, a precipitation reaction and the taking-out operation | work of a deposit can be performed in the other precipitation tank, and it is efficient. .
[0042]
This calcium fluoride (CaF₂) Has a high purity because impurities remain in the aqueous solution of the cleaning liquid tank 53 and the precipitation tank, and can be reused after cleaning, and is highly useful.
Moreover, in the fluorine compound containing chlorine (Cl), hydrogen chloride (HCl) is generated by decomposition, but as shown in the reaction formula (2), it reacts with sodium hydroxide (NaOH) to become sodium chloride (NaCl). Can be detoxified and recovered.
[0043]
In addition, hydrogen fluoride (HF) and hydrochloric acid (HCl) are replaced with sodium chloride (NaCl) and calcium chloride (CaCl).₂), The reaction for neutralization with sodium hydroxide (NaOH) is as follows.
HF + NaCl → NaF + HCl (4)
HCl + NaOH → NaCl + H₂O ... (5)
2NaF + CaCl₂→ CaF₂+2 NaCl (6)
Also in this case, as shown in the reaction formula (6), fluorine (F) is calcium fluoride (CaF).₂), The liquid is precipitated and separated in the cleaning liquid tank 53 or a precipitation tank (not shown) connected to the cleaning liquid tank 53. Similarly to the above, hydrochloric acid (HCl) reacts with sodium hydroxide (NaOH) to become sodium chloride (NaCl), which is rendered harmless and can be recovered.
[0044]
For this reason, when the reaction gas leaves the cleaning device 50, the harmless carbon dioxide gas (CO₂) And water vapor (H₂O) only, and exhausted from the exhaust gas port 54.
Since fluorine (F) and chlorine (Cl) can be recovered and reused, it can contribute to the protection of the global environment.
[0045]
Next, sulfur hexafluoride (SF₆) Will be described.
Sulfur hexafluoride (SF₆) Is mixed with hydrocarbons and air to react with a flame radical, sulfur oxide (SO_X) And hydrogen fluoride (HF) are generated. The treatment of hydrogen fluoride (HF) can be performed in the same manner as the treatment of hydrogen fluoride (HF) generated during the treatment of the perfluorocarbon gas (PFC).
Sulfur oxide (SO_X) Is as follows by the flame radical reaction, plasma treatment, and reaction in the catalyst layer.
SF₆+ C₃H₈+ 5O₂→ 6HF + H₂SO₄+ 3CO₂(7)
H₂SO₄+ 2NaOH → Na₂SO₄+ 2H₂O (8)
Na₂SO₄+ CaCl₂→ CaSO₄+ 2NaCl ... (9)
[0046]
Sulfuric acid generated in reaction (7) (H₂SO₄) Is absorbed in the washing device 50 by spraying sodium hydroxide (NaOH) as shown in the reaction formula (8), and reacts with sodium sulfate (Na₂SO₄And stored in a cleaning liquid tank 53 installed below the reaction tower 33.
Then, calcium chloride (CaCl₂) Aqueous solution is added to cause the reaction of reaction formula (9). And sulfur hexafluoride (SF₆) Sulfur (S) is calcium sulfate (CaSO₄), The liquid is precipitated and separated in the cleaning liquid tank 53 or a precipitation tank (not shown) connected to the cleaning liquid tank 53.
This calcium sulfate (CaSO₄) Has a high purity because impurities remain in the aqueous solution of the cleaning liquid tank 53 and the precipitation tank, and is highly useful.
[0047]
【The invention's effect】
According to the present invention, an organic halogen compound is mixed with a combustible substance and oxygen or air to be subjected to a flame radical reaction, reacts with a catalyst layer and is simultaneously plasma processed by a plasma generator, and can be decomposed with high efficiency and reliability. Can provide a compact method and apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a reaction unit of a processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the results of treating tetrafluoromethane with the treatment method of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the results of treating ethane hexafluoride with the treatment method of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the result of treating perfluorocarbon by a conventional method.
[Explanation of symbols]
11 LPG tank
12 Primary air
13 Perfluorocarbon gas
14 Oxygen
20 Mixed gas pipe
30 reaction section
31 burner
32 Catalyst layer
33 reaction tower
40 Thermal Discharge Plasma Device
50 Cleaning device

Claims

Combustion material and oxygen or oxygen-containing gas are mixed with an organic halogen compound, the resulting mixture is subjected to a flame radical reaction, and the mixture in the flame radical reaction is brought into contact with the catalyst layer while being plasma-treated to decompose the organic halogen compound. A method for decomposing an organic halogen compound.

The method for decomposing an organic halogen compound according to claim 1, wherein the organic halogen compound is an organic halogen compound containing fluorine, and the combustible substance is a gaseous or liquid hydrocarbon during mixing.

The method for decomposing an organic halogen compound according to claim 1 or 2, wherein the organic halogen compound in the mixture is perfluorocarbon gas (PFC), and the hydrocarbon is propane gas or kerosene.

The catalyst layer is made of activated alumina or titanium dioxide (TiO ₂ ), nickel (Ni), titanium (Ti), cobalt (Co), manganese (Mn), chromium (Cr), palladium (Pd), iron (Fe). The method for decomposing an organic halogen compound according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one selected from platinum (Pt) and phosphorus (P) is supported.

In an apparatus for treating an organic halogen compound by mixing an organic halogen compound with a combustible substance and oxygen or an oxygen-containing gas, and subjecting the resulting mixture to a flame radical reaction,
A mixing unit for mixing the organic halogen compound with the combustible substance and oxygen or an oxygen-containing gas in a desired ratio;
A reaction tower having a burner that causes a flame radical reaction of the mixture mixed in the mixing section and a catalyst layer that contacts a reaction gas that has undergone a flame radical reaction with the burner;
An organic halogen compound processing apparatus comprising: a plasma apparatus in which a ground electrode is provided on an outer periphery of the reaction tower, and a discharge electrode is provided in the reaction tower.

The organohalogen compound treatment apparatus according to claim 5, further comprising a cleaning device for detoxifying the reaction gas by injecting an alkaline aqueous solution to the reaction gas that has passed through the catalyst layer of the reaction tower.

The organic halogen compound processing apparatus according to claim 5 or 6, wherein the reaction tower is formed of ceramic, and the catalyst layer is activated alumina or titanium dioxide.