JP3636617B2 - Perfluorocarbon gas removal method and removal apparatus - Google Patents

Perfluorocarbon gas removal method and removal apparatus Download PDF

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  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体,液晶等の電子回路素子の製造中、特にクリーニング,エッチング工程において派生する排ガスの除去方法及び除去装置に関するものであって、更にはアルミニウム精錬時に発生するガスの除去にも適応可能なものに関する。
【0002】
【従来の技術】
以下、本発明分野を電子回路素子製造におけるクリーニング,エッチング工程に使用されるガスの除去に限定して説明するが、アルミニウム精錬において発生するガスの除去にも適用可能である。
【0003】
ここで使用されるガスの一群にPFCがある。これはパーフルオロカーボン(Perfluorocarbon)の略称であり、CF4,CHF3,C26がその代表的化合物である。Carbonの代わりにCompoundを使用した場合には更に、NF3,SF6,SF4のようなCを含まないフッ素化合物が対象として加わってくる。
【0004】
本発明は今日でも除去装置,除去方法として技術的に使用できる域に達していない前者PFCの除去を対象として技術確立を図ったものであるが、勿論後者を含む全てのPFCに適用することができる技術である。
【0005】
CF4,C26を代表とするPFCは不燃性であり、又ガス自体の人体への毒性は不明であり、少なくとも急性,亜急性の毒性は知られていない。しかしながら、化合物そのものが安定であるため、大気中に放出された場合、長期わたって変化せず滞留することになる。大気中における消費までのライフはCF4で50,000年、C26で10,000年といわれており、又、地球温暖化係数(CO2を1としての比較値)はCF4で4,400、C26で6,200(20年経過時点)であり、地球環境上放置できない問題をはらんでいる。したがって、CF4,C26を代表とするPFCを除去する手段の確立が望まれている。
【0006】
しかしながら、前者PFC、すなわちCF4,CHF3,C26を代表とした化合物はC−F結合が安定であるため(結合エネルギーが120kcal/molと大きく)、分解が容易でなく、単純な加熱酸化分解での除去は極めて難しい。
【0007】
例えばC26の場合はC−C結合枝の切断で分解が進むため、処理温度1000℃において処理風量を250リットル/min以下に制限して除去が可能であるが、CF4は最も結合エネルギーの大きなC−Fを切断せねばならず、上記風量においても1400℃を必要とし、それでも80%以上の除去を行うのは困難である。
【0008】
又、1400℃以上の高温雰囲気の達成は、電熱ヒータの場合、発熱体材料からも限界であり、長時間の使用は不可能に近い。そして、装置全体の保温も困難であり、断熱材の組み合わせにおいても全体の容積が大きくなってコンパクトな装置とはならない。更に重要な点は熱エネルギーコストが過大となることである。
【0009】
尚、この分野において次の新しい提案が示されている。International Publication Number WO94/05399 #Method of Decomposing Gaseous Halocarbon#には、例えばCF4の除去においてO2を併存させると分解温度が600〜700℃で可能であるとの報告があるが、その記載内容を詳細に追試しても、この条件では全く除去することができなかった。
【0010】
更にまた、H2ガスを積極的に導入し、PFCを加熱分解する試みも有るが、処理温度を高温とする必要があり、更にはH2ガスは可燃性,爆発性のガスであるため、安全性の点から使用するには躊躇される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、できる限り低温で(消費熱エネルギー低く)PFC成分を高い除去率で分解除去することが可能な除去方法及び除去装置が求められている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の除去方法及び除去装置は、低温でPFC成分を除去し、派生したF成分は別個洗浄又は固定化排除し、その他の成分は基本的にCO2,H2Oとして大気放出する装置及び方法を提案するものである。具体的には、請求項1記載のパーフルオロカーボンガスの除去方法は、被処理ガスを水洗し、次いで低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスを水洗後の被処理ガスに混合して遊離O2の無い状態下で加熱分解し、次いで加熱分解により発生したフッ素化合物を水洗除去し、次いで外部空気存在下で燃焼して可燃性成分を燃焼除去させることを特徴とする。
【0013】
請求項2記載のパーフルオロカーボンガスの除去方法は、被処理ガスを水洗し、次いで低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスを水洗後の被処理ガスに混合して遊離O2の無い状態下で加熱分解し、次いで加熱分解後のガスを外部空気存在下で燃焼して可燃性成分を燃焼除去させ、次いで加熱分解により生じたフッ素化合物を水洗除去することを特徴とする。
【0014】
請求項3記載のパーフルオロカーボンガスの除去方法は、被処理ガスを水洗し、次いで低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスを水洗後の被処理ガスに混合して遊離O2の無い状態下で加熱分解し、次いで加熱分解により発生したフッ素化合物をCaO又はCaCO3粒状体に化学吸着させて除去し、次いで外部空気存在下で燃焼して可燃性成分を燃焼除去させることを特徴とする。
【0015】
請求項4記載のパーフルオロカーボンガスの除去方法は、請求項1,請求項2又は請求項3記載の除去方法において、加熱分解に際して水洗後の被処理ガスと混合するガスはCH4、C26、C38又はC 4 10 のいずれか又はこれら2種以上の混合ガス或いはこれらにNH 3 を混合したガスであることを特徴とする。
【0016】
請求項5記載のパーフルオロカーボンの除去装置は、被処理ガスを水洗するための第1の水スクラバ(1)と、第1の水スクラバ(1)の下流側に設けられたガス分解塔(2)と、該ガス分解塔(2)の下流側に設けられた第2の水スクラバ(3)と、該第2の水スクラバ(3)の下流側に設けられ処理済みガスを外部空気存在下で燃焼させるための燃焼塔(4)を備えており、前記ガス分解塔(2)は、低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスと混合された被処理ガスを遊離O2の無い状態下で加熱分解することが可能であることを特徴とする。
【0017】
請求項6記載のパーフルオロカーボンの除去装置は、被処理ガスを水洗するための第1の水スクラバと、第1の水スクラバの下流側に設けられたガス分解塔と、該ガス分解塔の下流側に設けられ処理済みガスを外部空気存在下で燃焼させるための燃焼塔と、該燃焼塔の下流側に設けられた第2の水スクラバを備えており、前記ガス分解塔は、低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスと混合された被処理ガスを遊離O2の無い状態下で加熱分解することが可能であることを特徴とする。
【0018】
請求項7記載のパーフルオロカーボンの除去装置は、被処理ガスを水洗するための第1の水スクラバと、第1の水スクラバの下流側に設けられたガス分解塔と、該ガス分解塔の下流側に設けられCaO又はCaCO3粒状体が充填された吸着塔と、処理済みガスを外部空気存在下で燃焼させるために該吸着塔の下流側に設けられた燃焼塔を備えており、前記ガス分解塔は、低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスと混合された被処理ガスを遊離O2の無い状態下で加熱分解することが可能であることを特徴とする。
【0019】
請求項8記載のパーフルオロカーボンの除去装置は、請求項6の除去装置において、ガス分解塔(12)と燃焼塔(14)とが耐熱性を有する隔壁(13)を介して一体に形成されてなるガス分解燃焼塔(11)を備えたことを特徴とする。
【0020】
請求項9記載のパーフルオロカーボンの除去装置は、被処理ガスを水洗するための第1の水スクラバ(31)と、第1の水スクラバ(31)の下流側に設けられたガス分解燃焼塔(21)と、該ガス分解燃焼塔(21)の下流側に設けられた第2の水スクラバ(32)を備えており、ガス分解燃焼塔(21)は第1の水スクラバ(31)及び第2の水スクラバ(32)の上方に配されており、ガス分解燃焼塔(21)はガス分解塔(22)と、該ガス分解塔(22)の下流側に位置し耐熱性を有する隔壁(23)により該ガス分解塔(22)と上端部が連通した状態で区画された燃焼塔(24)を有し、ガス分解燃焼塔には前記隔壁を貫通するように水平方向に複数本の電気ヒータ(26)が設置されており、該電気ヒータ(26)の下方には熱遮蔽効果を有する耐熱棒(29)が水平方向に複数本設置されており、前記ガス分解塔(22)は、低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスと混合された被処理ガスを遊離O2の無い状態下で加熱分解することが可能であり、前記燃焼塔(24)はガス分解塔(22)で加熱分解処理されたガスを外部空気存在下で燃焼させることができることを特徴とする。
【0021】
上記の発明の主要な単位操作は次の3段階になる。
(a) PFCの熱分解
(b) 発生フッ素化合物の洗浄排気又は固定化除去
(c) その他の可燃性成分の燃焼除去
本発明の最も重要なる構成は上記(a)のPFCの熱分解であり、通常の単純熱分解で必要とされる雰囲気温度を大幅に下回る温度領域で90%以上の除去率[{除去装置導入ガス中のPFC濃度−(放出ガス中のPFC濃度/除去装置導入ガス中のPFC濃度)}×100]で処理できる技術の構築にある。
【0022】
本発明の骨子を形成するPFCの熱分解は熱源として電気ヒータ又はLPG,LNGのような液体燃料、CH4,H2,COのようなガス状燃料を熱源とした火炎燃焼のいずれの手段を用いても良く、加熱に用いる熱源の位置は反応塔の外部でも内部でもよい。
【0023】
ガス分解塔の空間にPFCを主成分とし、通常キャリアガスとしてのN2が混合された被処理ガスを導入する。更にここに低級の飽和又は不飽和炭化水素(ここで低級とはC1〜C8成分のものを指すが、特にC1〜C4成分の飽和炭化水素が好ましい)単独、又はこれらとNH 3 の混合ガスを同時に供給する。
【0024】
その場合、例えばCVD内でO2又はO3を併用した場合、排ガスとしてその使用残ガスがガス分解塔に流入するが、それ以外は意図的にO2,O3又は外部空気を注入することはなく、少なくともガス分解塔内雰囲気を酸化状態にしないことが一つの条件となる。
【0025】
かかる状況下において、被処理ガス中のPFC濃度,処理ガス風量,ガス分解塔内空間温度が所定条件とするとPFCが分解するが、この場合の雰囲気温度はPFC単独又は酸化雰囲気系での処理温度よりも数100℃低い温度においても、PFCをほぼ完全に除去できることが確認できた。
【0026】
これは、PFCの分解処理剤として導入した炭化水素やNH3が非酸化性雰囲気下で熱分解を起こし(例えば、プロパンを使用した場合、メタン,エタン,エチレン,プロピレン,水素のような多種の分解物が生成する)、その分解過程で発生するラジカル状態の活性水素がPFCの分解に寄与し、PFCのF成分がF2又はHFとして単離されるためであると考えられる。
【0027】
尚、PFC単独又は酸化雰囲気系では、除去率は使用材料の限界に近い高温域を使用しても80%を越える結果を達成することは至難であり、ガス分解塔内における化合物の分解機構は本発明とは全く異なることを示している。
【0028】
本発明によりガス分解塔から排出される処理後のガスは、F2又はHFと、分解処理剤の炭化水素分解ガス及び条件に応じてカーボン煤となる。そして、両成分のF系排ガスと可燃性ガスとを夫々無害に処理する。
【0029】
すなわち、前者は水スクラバを通して水に吸収溶解させるか、又はCaOもしくはCaCO3の固体吸収剤で化学吸着させて分離し、系外に排気する。後者は外部空気の存在下で燃焼させ、最終処理ガスを大気放出する。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好適な実施例を用いて説明する。
【0031】
本発明の除去装置では(a)PFCの熱分解、(b)発生フッ素化合物の洗浄排気又は固定化除去、(c)その他の可燃性成分の燃焼除去、の3要素を実行する各種装置をキャビネットに一体に収納している。
【0032】
図1は本発明の除去装置の概要を示した図である。図中、(1)はガス分解塔(2)の前段(上流側)に設けられた前部水スクラバ(第1の水スクラバ)である。PFC含有被処理ガス導入管(5)を通って送られてきたPFC含有被処理ガスは、最初にこの前部水スクラバ(1)に導かれて水洗される。
【0033】
前部水スクラバ(1)から排出された被処理ガスは、水槽(10)を通ってガス分解塔(2)に送られる。ガス分解塔(2)における加熱は外部加熱方式でも内部加熱方式でも良い。いずれの場合でもガス分解塔内部(2)には腐食性を有するF2及び又はHFが発生し、金属材料ではこれらに侵されるので、インコネル(商標)の如き高Ni含有合金又は内面をAl2O3主体のセラミックでコーティングする必要がある。電熱ヒータを内部に設ける場合にはヒータ保護のためにAl2O3系セラミック保護管内に発熱体を挿填する。
【0034】
2を代表とする不活性ガスをキャリヤーとしてCF4,C26を代表とするPFCの使用済みガスをガス分解塔(2)に導入するが、その場合CVDにおいて使用されたO2,O3の如き酸化剤の残ガスは同時に除去装置に導入されることとなる。しかしながら、あえてO2又は空気の如き酸化剤の追加導入は行わない。
【0035】
そして、積極的に還元性雰囲気形成剤として低級(C1〜C8成分)の飽和又は不飽和炭化水素単体又はこれらとNH 3 の混合ガスを、還元性雰囲気形成剤導入管(6)を通してガス分解塔(2)に導入する。
【0036】
低級の飽和又は不飽和炭化水素としては、メタン,エタン,プロパン,n−又はiso−(以下同様)ブタン,ペンタン,ヘキサン,ヘプタン,オクタン,エチレン,プロピレン,ブチレン,ブタジエン更にベンゼン,トルエン,キシレンの如き芳香族炭化水素も使用することができる。又、都市ガスも用いることができる。
【0037】
但し、炭化水素のCとHとの比率において、Cが多いほど残部のCが多くなり、煤が生じやすいので、CH4、C26、C38、C410等を使用することが好ましい。
【0038】
又、NH3も炭化水素と同様に複数水素を結合した水素供給体としての働きを有しているので、同様に還元性雰囲気形成剤として用いることができる。更に、NH3を用いた場合には、ガス分解塔で生成したHFを中和してNH4Fの塩を形成することにより、装置材料の腐食防止に効果を奏することが期待できる。
【0039】
還元性雰囲気形成剤としては上記の何れか1種類のガスを単独に使用しても良いし、2種以上を混合して用いても良い。
【0040】
本発明において除去しうるPFCの濃度は広範囲にわたっており、100ppm〜5%の範囲では少なくとも90%以上除去できる。100ppm以下や5%以上の濃度域でも除去可能であるが、90%以上の除去率を達成できない場合がある。
【0041】
本発明における処理ガス風量は5〜700リットル/minの範囲が好ましい。5リットル/min以下でも処理は可能であるが装置のエネルギー効率が低く無駄な稼働となる。又、700リットル/min以上の場合は処理ガスに対するエネルギーの伝達が不十分となり、除去率は低下する傾向にある。
【0042】
PFCの分解にあたり共存させる還元性雰囲気形成剤のガス量はPFC1molに対し、0.1〜3molが適量である。0.1mol以下の使用では本発明の目的である分解温度を下げ除去率を高める効果において不十分であり、3mol以上の場合はPFC除去率90%以上の処理ができるが、処理排ガス中に煤の如き熱分解物の発生が増え、炭化水素の無駄と処理済みガスの後工程が煩雑となり好ましくない。
【0043】
分解塔内の温度は熱源を塔の内外いずれに置く場合も本発明方法でない単純熱分解(酸化分解を含む)に比べ数100℃の低温域においても処理可能である。
【0044】
単純熱分解の場合、例えばC26においては一例として1100〜1200℃の温度域で除去率80〜85%にしかならず、更に処理済みガス中にCF4の副生物が現れてくる。又、CF4の場合は、1400℃の温度領域においても除去率はせいぜい70%止まりであり、本発明が目的としている90%には程遠い。電熱ヒータを熱源にした場合、1400℃前後での長時間使用は技術的に困難であり、好ましくは1100℃以下の使用に止めるべきである。
【0045】
それに対して本発明によれば、従来のPFC単独又はO2共存下における分解反応より低温において除去が可能であり、例えばC26では850℃で十分であり、CF4では1000〜1200℃で90%以上の除去率で処理が可能である。
【0046】
分解塔に導入した炭化水素は、もしCVDのクリーニング工程においてPFCの酸化用としてO2又はO3を使用した場合、その残量があれば反応により消滅し、更に付与された温度で熱分解し各種成分に分解する。
【0047】
例えばプロパンの場合、780℃で熱分解し、メタン,エタン,エチレン,プロピレン,水素,炭素の如き物質に変換する。その過程でC26,CF4の如きPFCも分解過程に関与し、F2又はHFの形でF成分が脱離される。
【0048】
ガス分解塔で処理されたPFCのフッ素成分はF2又は/及びHFの形で排気される。この処理済ガスは後部水スクラバ(第2の水スクラバ)(3)を通すことにより水中にF成分を溶解せしめるか、CaO又はCaCO3の固形充填物を有する吸着塔に導きCaF2の形で吸着除去される。
【0049】
上記いずれかの方法でF成分を無くしたガス体は、処理済ガス燃焼塔(4)に送られる。ここで空気導入管(9)を通って送られてきた外部空気と混合され、可燃成分が燃焼され最終的にCO2,H2Oに戻した後に大気放出ガス放出管(8)を通して大気放出される。図中において(7)は吸引ファンである。
【0050】
尚、処理済ガス燃焼塔(4)と後部水スクラバ(3)の位置を逆転させて、ガス分解塔で処理されたガスを処理済ガス燃焼塔(4)で燃焼してから後部水スクラバ(3)を通して冷却して大気放出するようにしても良い。すなわち、処理済ガス燃焼塔(4)と後部水スクラバ(3)は直列に配されていれば、いずれが先でも良い。
【0051】
[実施例1]
本実施例は、第1の水スクラバ、ガス分解塔、第2の水スクラバ、燃焼塔の順に処理する場合の実施例である。
【0052】
CF4が1%,N2が99%の混合ガス30リットル/minを前部水スクラバ(第1の水スクラバ)を経由させ水洗してからガス分解塔に通した。このガス分解塔は内壁をアルミナ質キャスタブル耐火材で被覆し、その内部に棒状の電気ヒータ(アルミナ質保護管に封入)15本を立てて懸垂状態で保持した構造になっている。
【0053】
ガス分解塔に還元性雰囲気形成剤として90%プロパン,10% n-ブタンの混合ガスを0.3リットル/minで供給した。ヒータ表面温度は、1100℃に保持した。キャビネット外部に設けたファンにより吸引し、系内部を負圧に保った状態で後部水スクラバ(第2の水スクラバ)を通して処理後副生したF2及びHFを水に吸収溶解させた。この場合の使用水量は10リットル/minとした。
【0054】
次いで、第2の水スクラバで洗浄後のガスを内部温度が500℃に保たれた燃焼塔に導き、外部から導いた空気と共存下で酸化燃焼せしめた。処理済みガス中のCF4濃度を測定したところ、50ppmであり、CF4の除去率は99.5%であった。
【0055】
[比較例1]
実施例1と同じCF4組成のガスを実施例1と同じ除去装置に30リットル/minの風量で供給した。そして、ヒータ表面温度を1100℃に保ち、還元性雰囲気形成剤としての炭化水素ガス等は全く供給せず、処理後のガス中CF4の濃度を測定したところ9100ppmであった。すなわち、除去率は僅か9%に止まった。
【0056】
更に上記条件下ヒータ表面温度を瞬間的に1450℃まで上昇せしめて処理後のガス濃度を測定したところ、3200ppmであり、除去率は68%となった。
【0057】
この温度条件下外部より空気を5リットル/min追加供給して処理した後、処理済みガス中のCF4濃度を測定したところ、3000ppm、すなわち除去率70%であった。
【0058】
以上の結果より、本発明は比較例より350℃も温度を下げた状態であるにもかかわらず、殆ど完全にPFCの除去ができることがわかる。このように300〜400℃も低い温度で目的が達成できるので、エネルギーコストを低くすることができ、装置の耐熱性等の観点から材料選択の範囲も広くなる。
【0059】
[実施例2]
本実施例も、第1の水スクラバ、ガス分解塔、第2の水スクラバ、燃焼塔の順に処理する場合の実施例であるが、実施例1とは処理対象のPFCと、使用する還元性雰囲気形成剤が異なる。
【0060】
26が2%,N2が97.9%,酸素0.1%よりなる混合ガス100リットル/minを前部スクラバを経由させた後にガス分解塔に供給した。
【0061】
このガス分解塔はSUS316Lで構成され、その内壁をアルミナ質キャスタブル耐火材で覆い、塔の外周に電熱ヒーター線を巻き付け、外部より加熱する構造になっている。
【0062】
このガス分解塔の内部に還元性雰囲気形成剤としてメタン88%,エタン6%,プロパン4%,ブタン2%よりなる都市ガス(13A)を4リットル/min供給した。ガス分解塔の内部空間温度は850℃に保つようにした。処理済みガスは後部水スクラバ(供給水15リットル/min)で洗浄後、外部からの空気が供給された600℃に保たれた燃焼塔に通して排気した。
【0063】
尚、本条件下では後部水スクラバにて煤(微粉状炭素)が水中に浮遊し、霧状の煤が燃焼塔に移行して除去された。
【0064】
大気放出ガス中のC26濃度を測定したところ400ppmであり、除去率は98%となった。尚、処理ガス中にはCF4の存在は認められなかった。
【0065】
[実施例3]
上記実施例2の条件において後部水スクラバの代わりに大豆大で粒状のCaOを充填した吸着塔に備えた装置を用い、ガス分解塔で処理したガスをこの吸着塔に通過させた。外部ファンで吸引した条件下、排出ガス中には酸性成分は全く認められなかった。
【0066】
[比較例2]
都市ガスを供給しない以外は実施例2と同一条件下でPFCの排ガスを処理した。大気放出ガス中のC26の濃度を測定したところ1.76%残存した。すなわち、除去率は12%であった。又、処理ガス中にはCF4が新たに副生していた。それ故、PFCの除去率は先述の12%よりも更に悪くなる。
【0067】
上記条件下において塔内空間温度を1150℃に保つ以外は同一条件としてC26の除去を行ったところ、排ガス中のC26濃度は4000ppmを示し、除去率は80%であった。又、CF4成分の副生も確認された。
【0068】
[実施例4]
本実施例は装置の変形例であり、図2は本実施例の装置の概要を示した図であり、図中(A)は平面図、(B)は正面図である。
【0069】
同図中において、(11)はガス分解燃焼塔であり、ガス分解塔としての役割を有するガス分解室(12)と燃焼塔としての役割を有する燃焼室(14)とが耐熱性を有する隔壁(13)を介して隣接して一体に設けられている。すなわち、本実施例の装置においては、ガス分解燃焼塔(11)はガス分解塔と燃焼塔とが隔壁を介して一体に形成されたものであると考えることができる。(このことは後述する実施例5も同様である。)
隔壁(13)はセラミック質材料よりなり、例えばカオウール製ブランケット等を使用することができる。
【0070】
ガス分解燃焼塔(11)の周囲はセラミック系内張断熱層(15)が配されている。(16)はヒーター、(17)は炭化水素ガス導入管、(18)は空気導入管である。
【0071】
前部水スクラバ(1)を経由してガス分解室(12)に導入された被処理ガスは、ガス分解室(12)で還元雰囲気下分解処理され、熱エネルギーを保有したままで隔壁(13)上部の隙間から隣接する燃焼室(14)に流入し、酸化雰囲気下で燃焼処理され、その後下流に設けられた水スクラバ(3)で冷却,洗浄後大気放出される。
【0072】
ガス分解室(12)と燃焼室(14)とは隔壁(13)を隔てて隣接しており、しかも両者間には水スクラバが存在せず一旦冷却されることがないので、エネルギー消費を低減することができる。
【0073】
このような装置構成とすると、図1に示した標準型の装置のようにガス分解部塔(2)と燃焼塔(4)とを個別に設けた場合よりも、装置全体をコンパクトにすることができ、設置床面積を縮小することができる。
【0074】
又、ガス分解燃焼塔(11)の直下に水槽を設ける必要がなく、真下から横にずらした位置に設置可能であるので、上部の高熱部からの輻射熱が水槽の水を暖めることによる熱エネルギーの浪費も省くことができる。
【0075】
更に、空気導入管(18)を通して燃焼室(14)に導入された外部空気は燃焼室(14)内を下方に移動する間に隔壁(13)を介してガス分解室(12)からの熱エネルギーを受けて加熱されるので、より一層の使用エネルギーの低減を図ることができる。
【0076】
次に本実施例と、図1に示した装置のようにガス分解部塔(2)と燃焼塔(4)とを個別に設け、ガス分解部塔(2)と燃焼塔(4)との間に水スクラバを配した独立タイプのものについて除去率や使用エネルギーについて比較した。
【0077】
まず独立タイプにおいて、CF4が1.5%、N2が98.5%の混合ガス60リットル/minを分解塔(2)に通し、これに還元性雰囲気形成剤として90%プロパン、10% n−ブタンの混合ガスを0.6リットル/min供給し、ヒーター温度1300℃に保持した。
【0078】
燃焼塔(4)から排出されるガスを分析したところ、500ppmになっており、CF4の除去率は96.7%であった。又、定常状態における電力消費量は7kW/hであった。
【0079】
この分解塔(2)内容積は24リットルであり、処理ガス流量は60.6リットル/mim=3636リットル/hrであるので、
SV(space velocity)=3636/24=151.5hr-1 となる。
【0080】
一方、本実施例の装置に対しても上記と同じガス組成及びヒーター温度を保持せしめ、CF4の除去を行ったところ、処理済みガス中のCF4濃度は400ppmとなり、その除去率は97.3%であった。
【0081】
定常状態における電力消費量は3.5kW/hであり、独立タイプの約1/2のエネルギー消費に止まった。
【0082】
尚、本実施例のガス分解室(12)の内容積は21リットルであり、処理ガス流量は60.6リットル/mim=3636リットル/hrであるので、
SV=3636/21=173.1hr-1 となる。
【0083】
すなわち、本実施例の装置は、SVが若干大きいにもかかわらず、ほとんど独立タイプと同程度の除去率を得られ、且つ、消費エネルギーを1/2に迄低減させることができることがわかる。
【0084】
[実施例5]
本実施例は電熱ヒータで使用しうる温度下において、PFCガスの除去率を向上させ、熱エネルギー効率を更に向上させた装置に関するものである。
【0085】
PFCガスの除去率を向上させるためには被処理ガスに十分なエネルギーを伝えることと、そのための時間を十分確保できる設備構造とすることが必要である。
【0086】
そこで、本実施例では電熱ヒータを水平に配置する共に、熱分散及び熱遮蔽を十分に行わしめ、更にガスの流れに撹拌効果を与えるために電熱ヒータの下方位置に火格子のように耐熱棒を複数本水平に設置している。
【0087】
図3は本実施例の装置の概要を示した図である。(30)はPFC含有被処理ガス導入管、(20)は水槽、(31)は第1の水スクラバ、(21)はガス分解燃焼塔、(32)は第2の水スクラバ、(33)は大気放出ガス放出管である。ガス分解燃焼塔(21)は第1の水スクラバ(31)及び第2の水スクラバ(32)の上方に配されている。
【0088】
図4はガス分解燃焼塔(21)の側断面図、図5はガス分解燃焼塔(21)の平面図である。ガス分解燃焼塔(21)内は耐熱性を有する隔壁(23)によりガス分解塔としての役割を有するガス分解室(22)と燃焼塔としての役割を有する燃焼室(24)とに区画されているが、隔壁(23)の上端部には隙間があり、ガス分解室(22)と燃焼室(24)とはこの隙間を介して連通している。したがって、ガス分解室(22)で還元雰囲気下分解処理されたガスは隔壁(23)上部の隙間から燃焼室(24)に流入することができる。
【0089】
実施例4と同様にガス分解室(22)と燃焼室(24)とは隔壁(23)を隔てて隣接しており、しかも両者間には水スクラバが存在せず一旦冷却されることがないので、エネルギー消費を低減することができる。
【0090】
隔壁(23)はセラミック質材料よりなり、例えばカオウール製ブランケット等を使用することができる。ガス分解燃焼塔(21)は熱エネルギーの損失を少なくするためにセラミック製内張断熱層(25)が形成されている。(27)は還元性雰囲気形成剤導入管、(28)は空気導入管である。
【0091】
(26)は棒状の電熱ヒータであり、ガス分解燃焼塔(21)及びその内部の隔壁(23)を貫通するように水平方向に設置されている。電熱ヒータ(26)を水平に設置したのは、立てて(懸垂させて)配置した場合にはヒータ温度に偏りが出やすいからである。
【0092】
すなわち、ヒータ上部は設定温度に達していても、ガス分解室(22)内の雰囲気は気流の影響で上方がより熱くなるので、ヒータ中央部以下の下部層においては分解に要する十分な温度を保持するのが困難である。一方、下部層が設定温度以上となるように制御するとヒータ上部は過熱状態になりやすく、エネルギー効率が悪くなると共にヒータの発熱体が溶断しやすくなる等の問題を生じやすくなる。
【0093】
この点、電熱ヒータ(26)を水平に設置すると、電熱ヒータ(26)の長さ方向に均一な温度分布を保持することができ、PFCガス熱分解のために必要な温度雰囲気を無理なく形成することができる。
【0094】
又、除去装置をクリーンルーム内に設置する場合には、クリーンルームの天井と除去装置と間に十分なスペースが確保できないことが多く、故障によるヒータ交換の際に電熱ヒータが立てて懸垂状態で設置されていると作業が容易ではないが、本実施例のようにヒータが水平に設置されていると電熱ヒータ(26)は横方向へ取り出しされるので作業が極めて容易になるという効果もある。
【0095】
電熱ヒータの使用本数は6〜12本程度が好適であり、2〜4段に等間隔配置するが、ガスが直進しにくいように各段における水平方向の設置位置をずらすようにしている。本実施例では実用上の使いやすさを考慮して各列3本の3段の計9本とした。ここで用いた電熱ヒータ(26)は外径40φの99.5%α−Al23製保護管(26b)にSiC製発熱体(26a)を挿入したものを用いた。
【0096】
(29)は最下段の電熱ヒータ(26)より100mm下方において水平方向に複数本設置された耐熱棒であり、隔壁(23)を貫通するように水平方向に設置されている。本実施例では電熱ヒータ(26)と耐熱棒(29)は平行になるように(長手方向が同一となるように)配したが、直交する方向となるように配してもよい。
【0097】
耐熱棒(29)は1300℃以上の耐熱性とF2とHFガスに耐食性を有することが好ましく、セラミック製の棒材等を利用することができるが、特にAl23を主成分とした断面円形の棒状体が好適である。耐熱棒(29)は中実(ムク)でも中空(パイプ状)でも良く、本実施例では10mmφの99.5%α−Al23製パイプを用い、5段構成で計48本使用したが、管径や使用本数はこれに限定されるものではなく、適宜定めればよい。配置はヒータ(26)と同様にガスが直進しにくいように各段における水平方向の設置位置をずらすようにしている。
【0098】
耐熱棒(29)は炉構造における火格子と同様の効果を有し、上部のヒータからの熱を受けて、熱エネルギーがガス分解燃焼塔(21)の下方に散逸するのを防ぐと共に、PFC含有ガス体及び還元性雰囲気形成体導入管(27)から導入される還元性雰囲気形成体を予備加熱する。
【0099】
又、複数本の耐熱棒(29)の隙間を通過する間、PFC含有ガス体と還元性雰囲気形成体は耐熱棒(29)により生じる乱流により混合される。
【0100】
更に、耐熱棒(29)により流速が低下するので、ガス分解燃焼塔(21)内での滞留時間を十分に確保することができ、除去率を向上させることができる。
【0101】
尚、電熱ヒータ(26)はガス分解燃焼塔(21)及びその内部の隔壁(23)を貫通するように設置され、耐熱棒(29)も隔壁(23)を貫通するように設置されるが、これらの貫通箇所には耐熱性と耐食性を有するセラミックファイバーを主成分とするシーリング剤が塗布されガスの漏洩が防止されている。
【0102】
本実施例の装置では各部の温度は、
ヒータ表面:1200〜1350℃
ガス分解室空間及び燃焼室空間:1200〜1300℃
ガス分解室の下部(ヒータより下方、耐熱棒より上方):800℃
ガス分解室の最下部(耐熱棒下方の被処理ガス導入部):200〜300℃
燃焼室の下部(ヒータより下方、耐熱棒より上方):1200℃
燃焼室の最下部(耐熱棒下方の処理ガス排出部):800℃
第2の水スクラバー通過直後:200℃
であった。この結果から、耐熱棒(29)により熱エネルギーの下方への散逸が有効に防止されていることがわかる。
【0103】
次に、本実施例の装置を使用して実際に除去を行った。
【0104】
CF4が1%、N2が99%の混合ガス140リットル/mimを第1の水スクラバ(31)を経由させて上方に位置するガス分解室(22)に導入した。
【0105】
又、ガス分解室(22)には第1のスクラバー(31)の上方に接続された還元性雰囲気形成剤導入管(27)より還元性雰囲気形成剤としてプロパンを1.4リットル/mim導入し、CF4との共存下において熱分解に供した。
【0106】
ガス分解室(22)で熱分解されたガスは隔壁(23)上部の隙間から燃焼室(24)に移動し、空気導入管(28)から導入される外部空気と共に燃焼室(24)内で燃焼して可燃性成分を燃焼除去され、燃焼室(24)の下方に位置する第2の水スクラバ(32)で冷却,洗浄後大気放出される。
【0107】
第2の水スクラバ(32)から排気されたガス中のCF4濃度を測定したところ、50ppmであった。すなわち、CF4の除去率は99.5%であった。又、以上の除去に使用した電力使用量は9kW/hであった。
【0108】
次に還元性雰囲気形成剤としてプロパンの代わりにNH3ガス3.6リットル/mimを使用する以外は同一条件でCF4の除去を行った。その結果、処理済みガス中のCF4濃度は60ppmであり、除去率は99.4%となった。
【0109】
[比較例3]
比較のために電熱ヒータ9本を立てて懸垂状態に設置し、耐熱棒を全く使用しない以外は実施例5と同様の装置でCF4の除去を行った。
【0110】
処理ガス量は120リットル/mimに減量し、同一温度下でプロパン1.2リットル/mimを用いて処理したところ、処理済みガス中のCF4濃度は2.500ppmであり、除去率は75%であった。
【0111】
又、このときの電力消費量は15kW/hであり、実施例5の装置を用いた場合の1.7倍に達した。このことからも、実施例5の除去装置は除去率が高く、低エネルギーコストであることがわかる。
【0112】
【発明の効果】
以上述べたように本発明により低温でPFC成分を高い除去率で分解除去することが可能な除去方法及び除去装置を提供することができた。したがって、除去が困難なPFCガスを低いエネルギーコストで除去することができる。又、熱ロスが極力小さくなるような装置構成とすれば、更に低いエネルギーコストで除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の除去装置の概要を示した図。
【図2】実施例4の除去装置の概要を示した図。
【図3】実施例5の除去装置の概要を示した図。
【図4】実施例5のガス分解燃焼塔の側断面図。
【図5】実施例5のガス分解燃焼塔の平面図。
【符号の説明】
(1) 前部水スクラバ(第1の水スクラバ)
(2) PFC除去分解塔
(3) 後部水スクラバ(第2の水スクラバ)
(4) 処理済ガス燃焼塔
(5) PFC含有被処理ガス導入管
(6) 還元性雰囲気形成剤導入管
(7) 吸引ファン
(8) 大気放出ガス放出管
(9) 空気導入管
(10) 水槽
(11) ガス分解燃焼塔
(12) ガス分解室
(13) 隔壁
(14) 燃焼室
(15) セラミック系内張断熱層
(16) ヒーター
(17) 炭化水素ガス導入管
(18) 空気導入管
(21) ガス分解燃焼塔
(22) ガス分解室
(23) 隔壁
(24) 燃焼室
(26) 電熱ヒータ
(29) 耐熱棒
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for removing exhaust gases derived from cleaning and etching processes during the manufacture of electronic circuit elements such as semiconductors and liquid crystals, and is also suitable for removing gases generated during aluminum refining. Regarding what is possible.
[0002]
[Prior art]
Hereinafter, the field of the present invention will be described by limiting the removal of gas used in cleaning and etching processes in the manufacture of electronic circuit elements, but the present invention is also applicable to the removal of gas generated in aluminum refining.
[0003]
One group of gases used here is PFC. This is an abbreviation for perfluorocarbon, CFFour, CHFThree, C2F6Is a representative compound. When using Compound instead of Carbon, NFThree, SF6, SFFourFluorine compounds not containing C such as are added as targets.
[0004]
Although the present invention has been established for the purpose of removing the former PFC that has not yet reached the technically usable range as a removal apparatus and removal method even today, it can of course be applied to all PFCs including the latter. It is a technology that can be done.
[0005]
CFFour, C2F6PFCs represented by the above are nonflammable, and the toxicity of the gas itself to the human body is unknown, and at least acute and subacute toxicity is not known. However, since the compound itself is stable, when released into the atmosphere, it will remain unchanged over a long period of time. Life to consumption in the atmosphere is CFFour50,000 years, C2F6It is said to be 10,000 years, and the global warming potential (CO2Is the comparison value with 1 as CF)FourAt 4,400, C2F6It is 6,200 (as of 20 years), and has a problem that cannot be left on the global environment. Therefore, CFFour, C2F6Establishment of a means for removing PFC represented by
[0006]
However, the former PFC, ie CFFour, CHFThree, C2F6Since the C—F bond is stable (the bond energy is as high as 120 kcal / mol), the compound represented by is not easily decomposed, and it is extremely difficult to remove it by simple thermal oxidative decomposition.
[0007]
For example C2F6In this case, since the decomposition proceeds by cutting the C—C bond branch, the treatment air volume can be removed by restricting the treatment air volume to 250 liters / min or less at a treatment temperature of 1000 ° C.FourNeeds to cut C—F having the largest binding energy, requires 1400 ° C. even in the above-mentioned air volume, and it is still difficult to remove 80% or more.
[0008]
In addition, the achievement of a high temperature atmosphere of 1400 ° C. or higher is limited by the heating element material in the case of an electric heater, and it is almost impossible to use for a long time. In addition, it is difficult to keep the entire apparatus warm, and even in the combination of heat insulating materials, the entire volume becomes large and the apparatus is not compact. More importantly, the thermal energy cost is excessive.
[0009]
The following new proposals are shown in this field. International Publication Number WO94 / 05399 #Method of Decomposing Gaseous Halocarbon #FourO in the removal of2Although there is a report that the decomposition temperature is possible at 600 to 700 ° C. when coexisting, the details could not be removed under these conditions even if the description was re-examined in detail.
[0010]
Furthermore, H2There is an attempt to introduce gas actively and to thermally decompose PFC, but it is necessary to increase the processing temperature.2Since the gas is flammable and explosive, it can be used for safety reasons.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, there is a need for a removal method and a removal apparatus that can decompose and remove PFC components at a low temperature (low heat energy consumption) as much as possible at a high removal rate.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  The removal method and removal apparatus of the present invention removes the PFC component at low temperature, the derived F component is separately washed or immobilized and the other components are basically CO 2.2, H2An apparatus and method for releasing as O into the atmosphere is proposed. Specifically, in the method for removing perfluorocarbon gas according to claim 1, the gas to be treated is washed with water,Lower saturated hydrocarbon gas or lower unsaturated hydrocarbon gas only, or lower saturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower saturated hydrocarbon gas and lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three gasIs mixed with the gas to be treated after washing with water to release free O2It is characterized in that it is thermally decomposed in the absence of water, and then the fluorine compound generated by the thermal decomposition is removed by washing with water, and then combusted in the presence of external air to combust and remove combustible components.
[0013]
  The method for removing perfluorocarbon gas according to claim 2, wherein the gas to be treated is washed with water,Lower saturated hydrocarbon gas or lower unsaturated hydrocarbon gas only, or lower saturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower saturated hydrocarbon gas and lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three gasIs mixed with the gas to be treated after washing with water to release free O2It is characterized in that it is thermally decomposed in the absence of air, and then the gas after heat decomposition is combusted in the presence of external air to burn and remove combustible components, and then the fluorine compound produced by the heat decomposition is removed by washing with water.
[0014]
  The method for removing perfluorocarbon gas according to claim 3, wherein the gas to be treated is washed with water,Lower saturated hydrocarbon gas or lower unsaturated hydrocarbon gas only, or lower saturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower saturated hydrocarbon gas and lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three gasIs mixed with the gas to be treated after washing with water to release free O2The fluorine compound generated by thermal decomposition in the absence of oxygen and then the thermal decomposition is CaO or CaCOThreeIt is characterized in that it is chemically adsorbed on the granular material and removed, and then burned in the presence of external air to burn and remove combustible components.
[0015]
  The perfluorocarbon gas removal method according to claim 4 is the removal method according to claim 1, claim 2 or claim 3, wherein the gas mixed with the gas to be treated after water washing at the time of thermal decomposition is CH.Four, C2H6, CThreeH8,Or C Four H Ten Any one of these or a mixture of two or more of these or NH Three Mixed gasIt is characterized by being.
[0016]
  The apparatus for removing perfluorocarbon according to claim 5 includes a first water scrubber (1) for washing the gas to be treated and a gas decomposition tower (2) provided downstream of the first water scrubber (1). ), A second water scrubber (3) provided downstream of the gas decomposition tower (2), and a treated gas provided downstream of the second water scrubber (3) in the presence of external air Comprising a combustion tower (4) for burning in the gas decomposition tower (2),Lower saturated hydrocarbon gas or lower unsaturated hydrocarbon gas only, or lower saturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower saturated hydrocarbon gas and lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three gasThe treated gas mixed with the mixed gas of2It is characterized in that it can be thermally decomposed in the absence of water.
[0017]
  The apparatus for removing perfluorocarbon according to claim 6 includes a first water scrubber for washing the gas to be treated, a gas decomposition tower provided downstream of the first water scrubber, and a downstream of the gas decomposition tower. A combustion tower for burning the treated gas in the presence of external air, and a second water scrubber provided on the downstream side of the combustion tower, the gas decomposition tower comprising:Lower saturated hydrocarbon gas or lower unsaturated hydrocarbon gas only, or lower saturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower saturated hydrocarbon gas and lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three gasThe treated gas mixed with the mixed gas of2It is characterized in that it can be thermally decomposed in the absence of water.
[0018]
  The apparatus for removing perfluorocarbon according to claim 7 includes a first water scrubber for washing the gas to be treated, a gas decomposition tower provided downstream of the first water scrubber, and a downstream of the gas decomposition tower. CaO or CaCO provided on the sideThreeAn adsorption tower filled with particulates, and a combustion tower provided on the downstream side of the adsorption tower in order to burn the treated gas in the presence of external air,Lower saturated hydrocarbon gas or lower unsaturated hydrocarbon gas only, or lower saturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower saturated hydrocarbon gas and lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three gasThe treated gas mixed with the mixed gas of2It is characterized in that it can be thermally decomposed in the absence of water.
[0019]
The perfluorocarbon removing device according to claim 8 is the removing device according to claim 6, wherein the gas decomposition tower (12) and the combustion tower (14) are integrally formed through a heat-resistant partition wall (13). The gas decomposition combustion tower (11) is provided.
[0020]
  The perfluorocarbon removing apparatus according to claim 9 includes a first water scrubber (31) for washing the gas to be treated, and a gas decomposition combustion tower (1) provided downstream of the first water scrubber (31). 21) and a second water scrubber (32) provided downstream of the gas decomposition combustion tower (21). The gas decomposition combustion tower (21) includes a first water scrubber (31) and a second water scrubber (31). 2 is disposed above the water scrubber (32), and the gas decomposition combustion tower (21) is located on the downstream side of the gas decomposition tower (22) and the heat decomposition partition wall (22) ( 23) has a combustion tower (24) partitioned with the gas decomposition tower (22) in communication with the upper end thereof, and the gas decomposition combustion tower has a plurality of electric A heater (26) is installed, and a plurality of heat-resistant rods (29) having a heat shielding effect are horizontally installed below the electric heater (26), and the gas decomposition tower (22)Lower saturated hydrocarbon gas or lower unsaturated hydrocarbon gas only, or lower saturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three Gas, or lower saturated hydrocarbon gas and lower unsaturated hydrocarbon gas and NH Three gasThe treated gas mixed with the mixed gas of2The combustion tower (24) is capable of burning the gas subjected to the heat decomposition treatment in the gas decomposition tower (22) in the presence of external air.
[0021]
The main unit operations of the above invention are the following three stages.
(a) PFC pyrolysis
(b) Cleaning exhaust or immobilization removal of generated fluorine compounds
(c) Combustion removal of other combustible components
The most important configuration of the present invention is the PFC pyrolysis described in (a) above, with a removal rate of 90% or more in a temperature range significantly lower than the ambient temperature required for ordinary simple pyrolysis [{introduction of the removal device] PFC concentration in gas− (PFC concentration in released gas / PFC concentration in removal device introduction gas)} × 100].
[0022]
The thermal decomposition of the PFC forming the essence of the present invention is performed by using an electric heater or a liquid fuel such as LPG or LNG as a heat source, CHFour, H2Any means of flame combustion using a gaseous fuel such as CO as a heat source may be used, and the position of the heat source used for heating may be outside or inside the reaction tower.
[0023]
  PFC is the main component in the space of the gas decomposition tower, and N as the normal carrier gas2To be treated is introduced. MorehereLower saturated or unsaturated hydrocarbons (where lower is C1~ C8Refers to the component, especially C1~ CFourComponent saturated hydrocarbons are preferred)Alone or with these Three Mixed gasSupply at the same time.
[0024]
In that case, for example, O in CVD2Or OThreeWhen used together, the residual gas used as exhaust gas flows into the gas decomposition tower.2, OThreeAlternatively, one condition is that external air is not injected and at least the atmosphere in the gas decomposition tower is not brought into an oxidized state.
[0025]
Under such circumstances, the PFC is decomposed when the PFC concentration in the gas to be processed, the amount of the processing gas flow, and the space temperature in the gas decomposition tower are set to predetermined conditions. In this case, the atmospheric temperature is the processing temperature in the PFC alone or in the oxidizing atmosphere system. It was confirmed that PFC can be almost completely removed even at a temperature lower by several hundred degrees C.
[0026]
  This is because hydrocarbons and NH introduced as cracking agents for PFCThreeUndergoes thermal decomposition in a non-oxidizing atmosphere (for example, when propane is used, methane, ethane, ethylene,propylene, Hydrogen and various decomposition products are generated), and the active hydrogen in the radical state generated in the decomposition process contributes to the decomposition of PFC, and the F component of PFC is F2Or it is thought that it is because it is isolated as HF.
[0027]
In the case of PFC alone or in an oxidizing atmosphere system, it is extremely difficult to achieve a result that the removal rate exceeds 80% even when using a high temperature range close to the limit of the material used. The decomposition mechanism of the compound in the gas decomposition tower is It is completely different from the present invention.
[0028]
The treated gas discharged from the gas decomposition tower according to the present invention is F2Or it becomes carbon soot according to the hydrocarbon cracking gas and conditions of HF and cracking agent. And both F type exhaust gas and combustible gas of both components are processed harmlessly, respectively.
[0029]
That is, the former is absorbed and dissolved in water through a water scrubber, or CaO or CaCO.ThreeIt is separated by chemical adsorption with a solid absorbent, and exhausted outside the system. The latter burns in the presence of external air and releases the final process gas to the atmosphere.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to preferred embodiments.
[0031]
In the removal apparatus of the present invention, various apparatuses that perform three elements (a) thermal decomposition of PFC, (b) cleaning exhaust or fixed removal of generated fluorine compounds, and (c) combustion removal of other combustible components are cabinets. Is housed in one piece.
[0032]
FIG. 1 is a view showing an outline of the removing apparatus of the present invention. In the figure, (1) is a front water scrubber (first water scrubber) provided upstream (upstream) of the gas decomposition tower (2). The PFC-containing treated gas sent through the PFC-containing treated gas introduction pipe (5) is first guided to the front water scrubber (1) and washed with water.
[0033]
The gas to be treated discharged from the front water scrubber (1) is sent to the gas decomposition tower (2) through the water tank (10). The heating in the gas decomposition tower (2) may be an external heating method or an internal heating method. In any case, the inside of the gas decomposition tower (2) is corrosive F.2And / or HF is generated and is attacked by metal materials. Therefore, a high Ni content alloy such as Inconel (trademark) or an inner surface is made of Al.2OThreeIt is necessary to coat with the main ceramic. When an electric heater is installed inside, Al is used to protect the heater.2OThreeInsert the heating element into the protective ceramic tube.
[0034]
N2CF with an inert gas as a carrierFour, C2F6The spent gas of PFC typified by is introduced into the gas decomposition tower (2).2, OThreeSuch residual gas of the oxidant is simultaneously introduced into the removing device. However, dare O2Alternatively, no additional oxidant such as air is introduced.
[0035]
  And as a reducing atmosphere positively, a lower (C1~ C8Component) saturated or unsaturated hydrocarbonsSingle or these and NH Three Mixed gasIs introduced into the gas decomposition tower (2) through the reducing atmosphere forming agent introduction pipe (6).
[0036]
Lower saturated or unsaturated hydrocarbons include methane, ethane, propane, n- or iso- (hereinafter the same) butane, pentane, hexane, heptane, octane, ethylene, propylene, butylene, butadiene, as well as benzene, toluene and xylene. Aromatic hydrocarbons such as these can also be used. City gas can also be used.
[0037]
However, in the ratio of hydrocarbons C and H, the more C, the more the remaining C and the more likely to cause soot.Four, C2H6, CThreeH8, CFourHTenEtc. are preferably used.
[0038]
NHThreeSince it also has a function as a hydrogen supplier in which a plurality of hydrogens are combined as in the case of hydrocarbons, it can also be used as a reducing atmosphere forming agent. Furthermore, NHThreeIs used, the HF produced in the gas decomposition tower is neutralized to give NH.FourBy forming the salt of F, it can be expected that the device material is effective in preventing corrosion.
[0039]
As the reducing atmosphere forming agent, any one of the above gases may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.
[0040]
The concentration of PFC that can be removed in the present invention is in a wide range, and in the range of 100 ppm to 5%, at least 90% or more can be removed. Although removal is possible even in a concentration range of 100 ppm or less or 5% or more, a removal rate of 90% or more may not be achieved.
[0041]
The processing gas flow rate in the present invention is preferably in the range of 5 to 700 liters / min. Processing is possible even at 5 liters / min or less, but the energy efficiency of the apparatus is low, resulting in useless operation. On the other hand, if it is 700 liters / min or more, the energy transfer to the processing gas becomes insufficient and the removal rate tends to decrease.
[0042]
The gas amount of the reducing atmosphere forming agent that coexists when decomposing PFC is 0.1 to 3 mol per mol of PFC. Use of 0.1 mol or less is insufficient in reducing the decomposition temperature and increasing the removal rate, which is the object of the present invention. When the amount is 3 mol or more, treatment with a PFC removal rate of 90% or more can be performed. The generation of such pyrolysis products is increased, and the waste of hydrocarbons and the subsequent process of the processed gas become complicated, which is not preferable.
[0043]
The temperature in the cracking tower can be processed even in a low temperature range of several hundreds of degrees Celsius compared to simple thermal cracking (including oxidative cracking) which is not the method of the present invention, regardless of whether the heat source is placed inside or outside the tower.
[0044]
In the case of simple pyrolysis, for example, C2F6As an example, in the temperature range of 1100 to 1200 ° C., the removal rate is only 80 to 85%, and CF in the treated gas is further increased.FourThe by-product appears. CFFourIn this case, even in the temperature range of 1400 ° C., the removal rate is only 70%, which is far from the 90% targeted by the present invention. When an electric heater is used as a heat source, long-term use at around 1400 ° C. is technically difficult, and should preferably be stopped at 1100 ° C. or less.
[0045]
In contrast, according to the present invention, conventional PFC alone or O2It can be removed at a lower temperature than the decomposition reaction in the presence of, for example, C2F6850 ℃ is enough for CFFourThen, it can be processed at a removal rate of 90% or more at 1000 to 1200 ° C.
[0046]
Hydrocarbons introduced into the cracking tower can be used for the oxidation of PFC in the CVD cleaning process.2Or OThreeIf the remaining amount is used, it disappears by reaction, and further thermally decomposes at a given temperature to decompose into various components.
[0047]
For example, in the case of propane, it is thermally decomposed at 780 ° C. and converted into substances such as methane, ethane, ethylene, propylene, hydrogen, and carbon. In the process, C2F6, CFFourPFCs like2Alternatively, the F component is eliminated in the form of HF.
[0048]
The fluorine component of PFC treated in the gas decomposition tower is F2Or / and exhausted in the form of HF. This treated gas can be dissolved in water by passing the rear water scrubber (second water scrubber) (3), or it can be either CaO or CaCO.ThreeLed to an adsorption tower with a solid packing of CaF2Is removed by adsorption.
[0049]
The gas body from which the F component has been eliminated by any of the above methods is sent to the treated gas combustion tower (4). Here, it is mixed with the external air sent through the air introduction pipe (9), the combustible component is burned, and finally CO.2, H2After returning to O, it is discharged into the atmosphere through the atmospheric discharge gas discharge pipe (8). In the figure, (7) is a suction fan.
[0050]
The treated gas combustion tower (4) and the rear water scrubber (3) are reversed in position so that the gas treated in the gas decomposition tower is burned in the treated gas combustion tower (4) and then the rear water scrubber ( It may be cooled through 3) and released into the atmosphere. That is, as long as the treated gas combustion tower (4) and the rear water scrubber (3) are arranged in series, either one may be first.
[0051]
[Example 1]
In this embodiment, the first water scrubber, the gas decomposition tower, the second water scrubber, and the combustion tower are processed in this order.
[0052]
CFFourIs 1%, N2A 99% mixed gas of 30 liters / min was passed through the front water scrubber (first water scrubber) and then passed through the gas decomposition tower. This gas decomposition tower has a structure in which the inner wall is covered with an alumina castable refractory material, and 15 rod-shaped electric heaters (enclosed in an alumina protective tube) are set up and held in a suspended state.
[0053]
A gas mixture of 90% propane and 10% n-butane as a reducing atmosphere forming agent was supplied to the gas decomposition tower at 0.3 liter / min. The heater surface temperature was maintained at 1100 ° C. F generated as a by-product after processing through the rear water scrubber (second water scrubber) while being suctioned by a fan provided outside the cabinet and maintaining the negative pressure inside the system.2And HF were absorbed and dissolved in water. The amount of water used in this case was 10 liters / min.
[0054]
Next, the gas washed with the second water scrubber was led to a combustion tower whose internal temperature was maintained at 500 ° C., and was oxidized and burned in the presence of air introduced from the outside. CF in treated gasFourWhen the concentration was measured, it was 50 ppm and CFFourThe removal rate of was 99.5%.
[0055]
[Comparative Example 1]
Same CF as Example 1FourA gas having the composition was supplied to the same removing apparatus as in Example 1 at an air flow rate of 30 liters / min. The heater surface temperature is kept at 1100 ° C., and no hydrocarbon gas or the like as a reducing atmosphere forming agent is supplied.FourThe concentration of was measured and found to be 9100 ppm. That is, the removal rate was only 9%.
[0056]
Furthermore, when the heater surface temperature was instantaneously raised to 1450 ° C. under the above conditions and the gas concentration after the treatment was measured, it was 3200 ppm and the removal rate was 68%.
[0057]
After processing by supplying additional air of 5 liters / min from the outside under this temperature condition, CF in the treated gasFourWhen the concentration was measured, it was 3000 ppm, that is, the removal rate was 70%.
[0058]
From the above results, it can be seen that the present invention can remove PFC almost completely despite the fact that the temperature is lowered by 350 ° C. from the comparative example. Since the object can be achieved at a temperature as low as 300 to 400 ° C. in this way, the energy cost can be reduced, and the range of material selection is widened from the viewpoint of the heat resistance of the apparatus.
[0059]
[Example 2]
This example is also an example in the case of processing in the order of the first water scrubber, the gas decomposition tower, the second water scrubber, and the combustion tower. Example 1 is the PFC to be treated and the reducibility to be used. The atmosphere forming agent is different.
[0060]
C2F6Is 2%, N2However, a mixed gas of 100 liters / min consisting of 97.9% and oxygen 0.1% was supplied to the gas decomposition tower after passing through the front scrubber.
[0061]
This gas decomposing tower is made of SUS316L, and its inner wall is covered with an alumina castable refractory material, and an electric heater wire is wound around the outer periphery of the tower and heated from the outside.
[0062]
The gas decomposition tower was supplied with 4 liters / min of city gas (13A) consisting of 88% methane, 6% ethane, 4% propane, and 2% butane as a reducing atmosphere forming agent. The internal space temperature of the gas decomposition tower was kept at 850 ° C. The treated gas was washed with a rear water scrubber (feed water 15 liters / min) and then exhausted through a combustion tower maintained at 600 ° C. supplied with external air.
[0063]
Under these conditions, soot (fine powdered carbon) floated in water in the rear water scrubber, and mist-like soot moved to the combustion tower and was removed.
[0064]
C in air emission2F6When the concentration was measured, it was 400 ppm, and the removal rate was 98%. In the processing gas, CFFourThe presence of was not recognized.
[0065]
[Example 3]
Under the conditions of Example 2 above, an apparatus provided in an adsorption tower filled with soybean-sized and granular CaO was used instead of the rear water scrubber, and the gas treated in the gas decomposition tower was passed through this adsorption tower. Under the condition of suction with an external fan, no acidic component was found in the exhaust gas.
[0066]
[Comparative Example 2]
The PFC exhaust gas was treated under the same conditions as in Example 2 except that no city gas was supplied. C in air emission2F6As a result, 1.76% remained. That is, the removal rate was 12%. Also, CF in the processing gasFourWas a new byproduct. Therefore, the PFC removal rate is worse than the 12% mentioned above.
[0067]
The same conditions except that the space temperature in the tower is kept at 1150 ° C under the above conditions.2F6As a result, C in the exhaust gas was removed.2F6The concentration was 4000 ppm and the removal rate was 80%. CFFourIngredient by-products were also confirmed.
[0068]
[Example 4]
This embodiment is a modification of the apparatus, and FIG. 2 is a diagram showing an outline of the apparatus of this embodiment, in which (A) is a plan view and (B) is a front view.
[0069]
In the figure, (11) is a gas decomposition combustion tower, and a gas decomposition chamber (12) having a role as a gas decomposition tower and a combustion chamber (14) having a role as a combustion tower are heat-resistant partition walls. (13) are provided adjacently and integrally. That is, in the apparatus of the present embodiment, the gas decomposition combustion tower (11) can be considered as the gas decomposition tower and the combustion tower formed integrally with the partition walls. (This also applies to Example 5 described later.)
The partition wall (13) is made of a ceramic material, and for example, a blanket made of kao wool can be used.
[0070]
A ceramic lining thermal insulation layer (15) is arranged around the gas decomposition combustion tower (11). (16) is a heater, (17) is a hydrocarbon gas introduction pipe, and (18) is an air introduction pipe.
[0071]
The gas to be treated introduced into the gas decomposition chamber (12) via the front water scrubber (1) is decomposed in a reducing atmosphere in the gas decomposition chamber (12), and the partition wall (13 ) It flows into the adjacent combustion chamber (14) from the upper gap, burns in an oxidizing atmosphere, and then is cooled and washed with a water scrubber (3) provided downstream, and then released into the atmosphere.
[0072]
The gas decomposition chamber (12) and the combustion chamber (14) are adjacent to each other with a partition wall (13) between them, and there is no water scrubber between them, so it is never cooled, reducing energy consumption. can do.
[0073]
With such an apparatus configuration, the entire apparatus can be made more compact than the case where the gas decomposition section tower (2) and the combustion tower (4) are separately provided as in the standard apparatus shown in FIG. This can reduce the installation floor space.
[0074]
In addition, it is not necessary to install a water tank directly under the gas decomposition combustion tower (11), and it can be installed at a position shifted laterally from directly below. Can be saved.
[0075]
Further, the external air introduced into the combustion chamber (14) through the air introduction pipe (18) is moved from the gas decomposition chamber (12) through the partition wall (13) while moving downward in the combustion chamber (14). Since it is heated by receiving energy, the energy consumption can be further reduced.
[0076]
Next, the gas decomposition section tower (2) and the combustion tower (4) are separately provided as in this embodiment and the apparatus shown in FIG. 1, and the gas decomposition section tower (2) and the combustion tower (4) are provided. The removal rate and energy consumption of the independent type with a water scrubber in between were compared.
[0077]
First, in the independent type, CFFourIs 1.5%, N2Is passed through a cracking tower (2) with a mixture gas of 90% propane and 10% n-butane at a rate of 0.6 liter / min. Held at 0C.
[0078]
When the gas discharged from the combustion tower (4) was analyzed, it was 500 ppm, CFFourThe removal rate of was 96.7%. The power consumption in the steady state was 7 kW / h.
[0079]
Since the internal volume of the decomposition tower (2) is 24 liters and the processing gas flow rate is 60.6 liters / mim = 3636 liters / hr,
SV (space velocity) = 3636/24 = 151.5hr-1  It becomes.
[0080]
On the other hand, the same gas composition and heater temperature as above were maintained for the apparatus of this example, and CFFourAfter removal of CF, CF in the treated gasFourThe concentration was 400 ppm, and the removal rate was 97.3%.
[0081]
The power consumption in the steady state was 3.5 kW / h, which was about half that of the independent type.
[0082]
In addition, since the internal volume of the gas decomposition chamber (12) of this example is 21 liters and the processing gas flow rate is 60.6 liters / mim = 3636 liters / hr,
SV = 3636/21 = 173.1hr-1  It becomes.
[0083]
That is, it can be seen that the apparatus of this example can obtain a removal rate almost equal to that of the independent type, although the SV is slightly large, and can reduce the energy consumption to ½.
[0084]
[Example 5]
The present embodiment relates to an apparatus in which the PFC gas removal rate is improved and the thermal energy efficiency is further improved at a temperature that can be used in an electric heater.
[0085]
In order to improve the PFC gas removal rate, it is necessary to transmit sufficient energy to the gas to be treated and to provide a facility structure that can secure a sufficient time for that purpose.
[0086]
Therefore, in this embodiment, the electric heater is arranged horizontally, heat dispersion and heat shielding are sufficiently performed, and a heat-resistant rod like a grate is provided below the electric heater in order to give a stirring effect to the gas flow. Are installed horizontally.
[0087]
FIG. 3 is a diagram showing an outline of the apparatus of this embodiment. (30) is a PFC-containing treated gas introduction pipe, (20) is a water tank, (31) is a first water scrubber, (21) is a gas decomposition combustion tower, (32) is a second water scrubber, (33) Is an atmospheric gas release pipe. The gas decomposition combustion tower (21) is disposed above the first water scrubber (31) and the second water scrubber (32).
[0088]
4 is a side sectional view of the gas decomposition combustion tower (21), and FIG. 5 is a plan view of the gas decomposition combustion tower (21). The gas decomposition combustion tower (21) is partitioned into a gas decomposition chamber (22) that functions as a gas decomposition tower and a combustion chamber (24) that functions as a combustion tower by a partition wall (23) having heat resistance. However, there is a gap at the upper end of the partition wall (23), and the gas decomposition chamber (22) and the combustion chamber (24) communicate with each other through this gap. Therefore, the gas decomposed in the reducing atmosphere in the gas decomposition chamber (22) can flow into the combustion chamber (24) from the gap above the partition wall (23).
[0089]
As in the fourth embodiment, the gas decomposition chamber (22) and the combustion chamber (24) are adjacent to each other with a partition wall (23) therebetween, and there is no water scrubber between the two, so that the gas decomposition chamber (22) and the combustion chamber (24) are not once cooled. Therefore, energy consumption can be reduced.
[0090]
The partition wall (23) is made of a ceramic material, and for example, a blanket made of kao wool can be used. In the gas decomposition combustion tower (21), a ceramic lining heat insulation layer (25) is formed in order to reduce loss of heat energy. (27) is a reducing atmosphere forming agent introduction pipe, and (28) is an air introduction pipe.
[0091]
(26) is a rod-shaped electric heater, which is installed in the horizontal direction so as to penetrate the gas decomposition combustion tower (21) and the partition wall (23) therein. The reason why the electric heater (26) is installed horizontally is that the heater temperature tends to be biased when it is placed upright (suspended).
[0092]
That is, even if the upper part of the heater has reached the set temperature, the atmosphere in the gas decomposition chamber (22) becomes hotter due to the influence of airflow, so the lower layer below the center part of the heater has a sufficient temperature required for decomposition. It is difficult to hold. On the other hand, if the lower layer is controlled to be equal to or higher than the set temperature, the upper part of the heater is likely to be overheated, resulting in poor energy efficiency and a problem such that the heater heating element is likely to melt.
[0093]
In this regard, when the electric heater (26) is installed horizontally, a uniform temperature distribution can be maintained in the length direction of the electric heater (26), and the temperature atmosphere necessary for PFC gas pyrolysis can be formed without difficulty. can do.
[0094]
In addition, when installing a removal device in a clean room, there is often no sufficient space between the ceiling of the clean room and the removal device, and the electric heater is installed in a suspended state when replacing the heater due to a failure. However, if the heater is installed horizontally as in the present embodiment, the electric heater (26) is taken out in the lateral direction, so that the operation is extremely easy.
[0095]
The number of electric heaters used is preferably about 6 to 12, and the heaters are arranged at equal intervals in 2 to 4 stages, but the horizontal installation positions in each stage are shifted so that the gas does not easily go straight. In this embodiment, considering the ease of practical use, a total of nine lines with three rows in three rows were used. The electric heater (26) used here is 99.5% α-Al with an outer diameter of 40φ.2OThreeA protection tube (26b) with a SiC heating element (26a) inserted therein was used.
[0096]
(29) is a plurality of heat-resistant bars installed in the horizontal direction 100 mm below the lowermost electric heater (26), and is installed in the horizontal direction so as to penetrate the partition wall (23). In this embodiment, the electric heater (26) and the heat-resistant rod (29) are arranged so as to be parallel (the longitudinal directions are the same), but may be arranged so as to be orthogonal to each other.
[0097]
The heat-resistant rod (29) has a heat resistance of 1300 ° C or higher and F2It is preferable to have corrosion resistance to HF gas, and ceramic rods can be used.2OThreeA rod-shaped body having a circular cross-section mainly composed of is preferred. The heat-resistant rod (29) may be solid or hollow (pipe shape), and in this example, 99.5% α-Al with 10 mmφ2OThreeAlthough a total of 48 pipes were used in a five-stage configuration using pipes made of pipes, the pipe diameter and the number of pipes used are not limited to this, and may be determined as appropriate. As in the case of the heater (26), the arrangement is such that the horizontal installation position in each stage is shifted so that the gas does not travel straight.
[0098]
The heat-resistant rod (29) has the same effect as the grate in the furnace structure, receives heat from the upper heater, prevents heat energy from being dissipated below the gas decomposition combustion tower (21), and PFC. The reducing atmosphere forming body introduced from the containing gas body and the reducing atmosphere forming body introduction pipe (27) is preheated.
[0099]
Further, while passing through the gap between the plurality of heat-resistant rods (29), the PFC-containing gas body and the reducing atmosphere forming body are mixed by turbulent flow generated by the heat-resistant rod (29).
[0100]
Furthermore, since the flow rate is reduced by the heat-resistant rod (29), a sufficient residence time in the gas decomposition combustion tower (21) can be secured, and the removal rate can be improved.
[0101]
The electric heater (26) is installed so as to penetrate the gas decomposition combustion tower (21) and the partition wall (23) therein, and the heat-resistant rod (29) is also installed so as to penetrate the partition wall (23). These sealing points are coated with a sealing agent mainly composed of ceramic fiber having heat resistance and corrosion resistance to prevent gas leakage.
[0102]
In the apparatus of this example, the temperature of each part is
Heater surface: 1200-1350 ° C
Gas decomposition chamber space and combustion chamber space: 1200-1300 ℃
Lower part of the gas decomposition chamber (below the heater and above the heat-resistant rod): 800 ° C
The lowest part of the gas decomposition chamber (gas to be treated under the heat-resistant rod): 200 to 300 ° C
Lower part of combustion chamber (below heater, above heat-resistant rod): 1200 ° C
Lower part of combustion chamber (process gas discharge part below heat-resistant rod): 800 ° C
Immediately after passing through the second water scrubber: 200 ° C
Met. From this result, it can be seen that the heat dissipation rod (29) effectively prevents the downward dissipation of the heat energy.
[0103]
Next, removal was actually performed using the apparatus of this example.
[0104]
CFFourIs 1%, N2Was introduced into a gas decomposition chamber (22) located above via a first water scrubber (31).
[0105]
In addition, propane was introduced into the gas decomposition chamber (22) as a reducing atmosphere forming agent from a reducing atmosphere forming agent introduction pipe (27) connected to the upper side of the first scrubber (31).FourAnd subjected to thermal decomposition in the presence of.
[0106]
The gas pyrolyzed in the gas decomposition chamber (22) moves from the gap above the partition wall (23) to the combustion chamber (24), and in the combustion chamber (24) together with external air introduced from the air introduction pipe (28). The combustible components are burned and removed by combustion, cooled and washed in the second water scrubber (32) located below the combustion chamber (24), and then released into the atmosphere.
[0107]
CF in the gas exhausted from the second water scrubber (32)FourThe concentration was measured and found to be 50 ppm. That is, CFFourThe removal rate of was 99.5%. The power consumption used for the above removal was 9 kW / h.
[0108]
Next, NH is used as a reducing atmosphere forming agent instead of propane.ThreeCF under the same conditions except using 3.6 liters / mim of gasFourWas removed. As a result, CF in the treated gasFourThe concentration was 60 ppm and the removal rate was 99.4%.
[0109]
[Comparative Example 3]
For comparison, nine electric heaters were set up in a suspended state, and the same apparatus as in Example 5 was used except that no heat-resistant rod was used.FourWas removed.
[0110]
The amount of processing gas was reduced to 120 liters / mim and treated with 1.2 liters / mim of propane at the same temperature.FourThe concentration was 2.500 ppm and the removal rate was 75%.
[0111]
In addition, the power consumption at this time was 15 kW / h, which was 1.7 times that when the apparatus of Example 5 was used. This also shows that the removal apparatus of Example 5 has a high removal rate and low energy cost.
[0112]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a removal method and a removal apparatus that can decompose and remove PFC components at a low removal rate at a low temperature. Therefore, PFC gas that is difficult to remove can be removed at a low energy cost. Further, if the apparatus configuration is such that the heat loss is minimized, it can be removed at a lower energy cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a removal apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a removal apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing an outline of a removing apparatus according to a fifth embodiment.
4 is a side sectional view of a gas decomposition combustion tower of Example 5. FIG.
5 is a plan view of a gas decomposition combustion tower according to Embodiment 5. FIG.
[Explanation of symbols]
(1) Front water scrubber (first water scrubber)
(2) PFC removal and decomposition tower
(3) Rear water scrubber (second water scrubber)
(4) Treated gas combustion tower
(5) PFC-containing treated gas introduction pipe
(6) Reducing atmosphere forming agent introduction tube
(7) Suction fan
(8) Atmospheric gas release pipe
(9) Air introduction pipe
(10) Aquarium
(11) Gas decomposition combustion tower
  (12) Gas decomposition chamber
(13) Bulkhead
(14) Combustion chamber
(15) Ceramic lining insulation layer
(16) Heater
(17) Hydrocarbon gas introduction pipe
(18) Air inlet pipe
(21) Gas decomposition combustion tower
(22) Gas decomposition chamber
(23) Bulkhead
(24) Combustion chamber
(26) Electric heater
(29) Heat-resistant rod

Claims (9)

被処理ガスを水洗し、次いで低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスを水洗後の被処理ガスに混合して遊離O2の無い状態下で加熱分解し、次いで加熱分解により発生したフッ素化合物を水洗除去し、次いで外部空気存在下で燃焼して可燃性成分を燃焼除去させることを特徴とするパーフルオロカーボンガスの除去方法。Wash the gas to be treated, and then lower saturated hydrocarbon gas or lower unsaturated hydrocarbon gas alone, or lower saturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or lower unsaturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or lower saturated hydrocarbon Mix the gas, lower unsaturated hydrocarbon gas and NH 3 gas into the gas to be treated after washing with water and thermally decompose it in the absence of free O 2 , and then wash away and remove the fluorine compound generated by the thermal decomposition with water. Then, the method for removing perfluorocarbon gas, which comprises burning in the presence of external air to burn off flammable components. 被処理ガスを水洗し、次いで低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスを水洗後の被処理ガスに混合して遊離O2の無い状態下で加熱分解し、次いで加熱分解後のガスを外部空気存在下で燃焼して可燃性成分を燃焼除去させ、次いで加熱分解により生じたフッ素化合物を水洗除去することを特徴とするパーフルオロカーボンガスの除去方法。Wash the gas to be treated, and then lower saturated hydrocarbon gas or lower unsaturated hydrocarbon gas alone, or lower saturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or lower unsaturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or lower saturated hydrocarbon A mixed gas of gas, lower unsaturated hydrocarbon gas and NH 3 gas is mixed with the gas to be treated after washing with water and thermally decomposed in the absence of free O 2 , and then the thermally decomposed gas is present in the presence of external air. A method for removing perfluorocarbon gas, comprising burning and removing flammable components by burning, and then washing and removing the fluorine compound produced by thermal decomposition. 被処理ガスを水洗し、次いで低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスを水洗後の被処理ガスに混合して遊離O2の無い状態下で加熱分解し、次いで加熱分解により発生したフッ素化合物をCaO又はCaCO3粒状体に化学吸着させて除去し、次いで外部空気存在下で燃焼して可燃性成分を燃焼除去させることを特徴とするパーフルオロカーボンガスの除去方法。Wash the gas to be treated, and then lower saturated hydrocarbon gas or lower unsaturated hydrocarbon gas alone, or lower saturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or lower unsaturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or lower saturated hydrocarbon A mixed gas of gas, lower unsaturated hydrocarbon gas and NH 3 gas is mixed with the gas to be treated after washing with water and thermally decomposed in the absence of free O 2 , and then the fluorine compound generated by the thermal decomposition is CaO or CaCO 3. A method for removing perfluorocarbon gas, wherein the particulate material is chemically adsorbed and removed, and then burned in the presence of external air to burn and remove combustible components. 加熱分解に際して水洗後の被処理ガスと混合するガスはCH4、C26、C38 、又はC 4 10 のいずれか又はこれら2種以上の混合ガス或いはこれらにNH 3 を混合したガスであることを特徴とする請求項1,請求項2又は請求項3記載のパーフルオロカーボンガスの除去方法。The gas to be mixed with the gas to be treated after water washing at the time of thermal decomposition is either CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 4 H 10 , a mixed gas of these two or more, or NH 3 mixed with these The method for removing perfluorocarbon gas according to claim 1, wherein the gas is a perfluorocarbon gas. 被処理ガスを水洗するための第1の水スクラバと、第1の水スクラバの下流側に設けられたガス分解塔と、該ガス分解塔の下流側に設けられた第2の水スクラバと、該第2の水スクラバの下流側に設けられ処理済みガスを外部空気存在下で燃焼させるための燃焼塔を備えており、前記ガス分解塔は、低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスと混合された被処理ガスを遊離O2の無い状態下で加熱分解することが可能であることを特徴とするパーフルオロカーボンの除去装置。A first water scrubber for washing the gas to be treated; a gas decomposition tower provided downstream of the first water scrubber; a second water scrubber provided downstream of the gas decomposition tower; A combustion tower provided on the downstream side of the second water scrubber for burning the treated gas in the presence of external air, wherein the gas decomposition tower comprises a lower saturated hydrocarbon gas or a lower unsaturated hydrocarbon gas; Or a mixed gas of lower saturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or lower unsaturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or mixed gas of lower saturated hydrocarbon gas, lower unsaturated hydrocarbon gas and NH 3 gas. An apparatus for removing perfluorocarbon, which is capable of thermally decomposing a processing gas in a state free of free O 2 . 被処理ガスを水洗するための第1の水スクラバと、第1の水スクラバの下流側に設けられたガス分解塔と、該ガス分解塔の下流側に設けられ処理済みガスを外部空気存在下で燃焼させるための燃焼塔と、該燃焼塔の下流側に設けられた第2の水スクラバを備えており、前記ガス分解塔は低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスと混合された被処理ガスを遊離O2の無い状態下で加熱分解することが可能であることを特徴とするパーフルオロカーボンの除去装置。A first water scrubber for washing the gas to be treated, a gas decomposition tower provided downstream of the first water scrubber, and a treated gas provided downstream of the gas decomposition tower in the presence of external air And a second water scrubber provided on the downstream side of the combustion tower, wherein the gas decomposition tower is a lower saturated hydrocarbon gas or a lower unsaturated hydrocarbon gas alone, or a lower water scrubber. Frees the gas to be treated mixed with saturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or lower unsaturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or mixed gas of lower saturated hydrocarbon gas, lower unsaturated hydrocarbon gas and NH 3 gas An apparatus for removing perfluorocarbon, which can be thermally decomposed in the absence of O 2 . 被処理ガスを水洗するための第1の水スクラバと、第1の水スクラバの下流側に設けられたガス分解塔と、該ガス分解塔の下流側に設けられCaO又はCaCO3粒状体が充填された吸着塔と、処理済みガスを外部空気存在下で燃焼させるために該吸着塔の下流側に設けられた燃焼塔を備えており、前記ガス分解塔は、低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスと混合された被処理ガスを遊離O2の無い状態下で加熱分解することが可能であることを特徴とするパーフルオロカーボンの除去装置。Filled with a first water scrubber for washing the gas to be treated, a gas decomposition tower provided on the downstream side of the first water scrubber, and a CaO or CaCO 3 granule provided on the downstream side of the gas decomposition tower And a combustion tower provided on the downstream side of the adsorption tower for burning the treated gas in the presence of external air, the gas decomposition tower comprising a lower saturated hydrocarbon gas or a lower inert gas. Only saturated hydrocarbon gas, or lower saturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or lower unsaturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or mixed gas of lower saturated hydrocarbon gas, lower unsaturated hydrocarbon gas and NH 3 gas , and An apparatus for removing perfluorocarbon, wherein the mixed gas to be treated can be thermally decomposed in a state free of free O 2 . ガス分解塔と燃焼塔とが耐熱性を有する隔壁を介して一体に形成されてなるガス分解燃焼塔を備えたことを特徴とする請求項6記載のパーフルオロカーボンの除去装置。  7. The perfluorocarbon removing apparatus according to claim 6, further comprising a gas decomposition combustion tower in which the gas decomposition tower and the combustion tower are integrally formed through heat-resistant partition walls. 被処理ガスを水洗するための第1の水スクラバと、第1の水スクラバの下流側に設けられたガス分解燃焼塔と、該ガス分解燃焼塔の下流側に設けられた第2の水スクラバを備えており、ガス分解燃焼塔は第1の水スクラバ及び第2の水スクラバの上方に配されており、ガス分解燃焼塔はガス分解塔と、該ガス分解塔の下流側に位置し耐熱性を有する隔壁により該ガス分解塔と上端部が連通した状態で区画された燃焼塔を有し、ガス分解燃焼塔には前記隔壁を貫通するように水平方向に複数本の電気ヒータが設置されており、該電気ヒータの下方には熱遮蔽効果を有する耐熱棒が水平方向に複数本設置されており、前記ガス分解塔は、低級飽和炭化水素ガス又は低級不飽和炭化水素ガスのみ、又は低級飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガス、又は低級飽和炭化水素ガスと低級不飽和炭化水素ガスとNH 3 ガスの混合ガスと混合された被処理ガスを遊離O2の無い状態下で加熱分解することが可能であり、前記燃焼塔はガス分解塔で加熱分解処理されたガスを外部空気存在下で燃焼させることができることを特徴とするパーフルオロカーボンの除去装置。A first water scrubber for washing the gas to be treated, a gas decomposition combustion tower provided downstream of the first water scrubber, and a second water scrubber provided downstream of the gas decomposition combustion tower The gas decomposition combustion tower is disposed above the first water scrubber and the second water scrubber, and the gas decomposition combustion tower is located on the downstream side of the gas decomposition tower and the heat decomposition tower. The gas decomposition tower has a combustion tower that is partitioned in a state where the gas decomposition tower and the upper end portion thereof are in communication with each other, and a plurality of electric heaters are installed in the gas decomposition combustion tower in a horizontal direction so as to penetrate the partition wall. A plurality of heat-resistant rods having a heat shielding effect are installed in the horizontal direction below the electric heater, and the gas decomposition tower includes only a lower saturated hydrocarbon gas or a lower unsaturated hydrocarbon gas, or a lower saturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or a lower It is heated decompose saturated hydrocarbon gas and NH 3 gas, or the lower saturated hydrocarbon gas and lower unsaturated hydrocarbon gas and NH 3 gas to be treated is mixed with the gas mixture of the gas in a state under no free O 2 The apparatus for removing perfluorocarbon is characterized in that the combustion tower is capable of burning the gas thermally decomposed in the gas decomposition tower in the presence of external air.
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