JP4154219B2 - 湿式ガス処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸性のガスをアルカリ処理液により処理する湿式ガス処理方法に関する。本発明の好適な実施の形態は、充填塔を複数直列接続した多塔構造の処理方法に関する。また、本発明は、ポリシランをガスクリーニングした後に発生する酸性ガスを処理した場合の析出物の処理方法に好適に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大風量に対応可能な湿式スクラバー（ガス処理装置）の方式として、スプレー塔、充填塔または多孔板塔などが知られている。これらの方式では、塔下部から排ガスを導入し、塔外部のファンで排ガスの流れを形成する。一方処理液は塔上部から落下させて流れを形成し、その結果排ガスの流れと処理液の流れは向流となる。
【０００３】
つまりこれらの方式は、例えば非特許文献１に記載されているように、塔上部からシャワー状に噴霧させた処理液と排ガスを気液反応させるか、または排ガスを多孔板上の処理液層をくぐらせ分散させて気液反応をさせている。
【０００４】
充填塔の内部構造は、次の通りである。
塔下部にはガス導入口があり、その少し上部にグレーティング（金網）が設けられている。このグレーティングは、排ガスの滞留空間を作ると共に、その上にある充填材を支えている。そして充填材がグレーティング上に積層され、充填材の上端部より上に処理液を噴霧するスプレーノズルが設置されている。さらに塔上部出口は、配管を介して吸引ファンに接続されている（排ガス導入口に押込ファンを設置する場合もある。）。
【０００５】
この充填塔の設計方法は、非特許文献２に記載されている。この非特許文献２には、ガス質量速度が大きいとき、充填塔の高さを低くし塔の内径を大きくして圧損を軽減する式が記されている。また吸収問題として、排ガスの回収率と充填材の種類を決めると、充填材で満たされた充填塔の高さと塔内径を計算する方法が開示されている。
【０００６】
このような充填塔を多数直列接続した多塔式の事例を開示するものとして、特許文献１がある。ここでは、空気中の硫化水素を処理液に吸収させて所望の濃度にする。また、各塔下部にそれぞれ設けられた処理液槽は、空気の出口となる第ｎ塔から空気の入口である第１塔に処理液がオーバーフローで流れる構造になっている。即ち、空気の流れと処理液の流れを向流としている。
【０００７】
酸性ガスの湿式スクラバーの用途として、ＣＶＤ装置の副生成物として堆積したポリシランをガスクリーニングした時に発生する排ガスの処理装置がある。この用途の析出対策は前記文献では通常のスプレーノズルの代用として回転ノズルを用いている。また、下記各特許文献には、機械的に析出物を掻き出したり、洗浄液を螺旋状に流して析出物を溶解したり、排ガス処理装置と生産装置間の排気ダクトの閉塞防止のため該ダクト内部に溶媒を噴霧するノズルを設ける、といった技術が開示されている。
【０００８】
まず、特許文献２においては、塩化物排ガスと水との反応生成堆積物による閉塞防止のため、配管内部の析出物掻きだし手段と薬液の自動交換手段とを設けている（事例１）。
【０００９】
また、特許文献３においては、天井部からアルカリ洗浄液を高速ジェット噴霧するジェットスクラバー装置の側面部に、ハロゲンを含むシリコン化合物ガスやフッ化水素や塩素などの酸性ガス等の未処理の排ガス導入口を設け、この排ガス導入口に洗浄液を螺旋流で流下させ、粉塵や粘稠度の高い析出物による閉塞を防止している（事例２）。
【００１０】
さらに、前記排気ダクトの閉塞防止の手段が特許文献４に提案されている。本文献に記載の例では、複数の生産装置から出る排ガスが集合する排気ダクトにおいては、酸・アルカリ反応が起こり、反応生成物（塩）が生ずる。本文献では、溶媒を多数のノズルから噴霧する溶媒でこの反応生成物を溶かすことで閉塞を防止している（事例３）。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許ＲＥ３５２３４号（米国特許４９４８４０２号の再発行）
明細書
【特許文献２】
特開平９−１８６０９３号公報
【特許文献３】
特公平６−７７６６９号公報
【特許文献４】
特開２０００−３３４４０９号公報
【非特許文献１】
「半導体工場環境清浄化」編者小野員正、発行所（株）サイエン
スフォーラム、発行日１９８０年１２月１０日
【非特許文献２】
「化学機械の理論と計算」亀井三郎編、産業図書、第６章 ガス
吸収、第７章 吸収問題、ｐ１７７〜ｐ２０２
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、フッ化水素ガスや塩素ガス等の酸性ガスの除害機能をもつ湿式スクラバーにおいてＳｉＯ2などのシリコン化合物などの析出物による配管閉塞を防止することを目的とする。つまり、本発明はフッ化水素ガスや塩素ガス等の「除害」と「析出」とを同時に制御する。以下本発明において処理液による「除害」と「気液接触」は同じ意味で使用する。また、「処理塔」と「処理室」は同じ意味で使用する。
【００１３】
従来の湿式スクラバーでの閉塞対策としては、前述の通り、掻き出し手段や薬液交換、押し流し、乾燥防止あるいはスプレーノズルを回転させるなどがあるが、本質的に析出を抑制する技術は認められない。
【００１４】
特に、処理すべき酸性ガスの排出量が多い場合には、スプレーノズル付近やスプレーノズル背面、多孔板端或いは酸性ガスの流れに対してノズル・多孔板の下流（以下「下流側」と略記する）の配管内部に大量にゲル状の析出物が発生する。この下流側の配管内部が閉塞しやすく、この配管が閉塞すると装置を停止して配管内部を分解清掃しなければならない。このとき未処理の酸性ガスが拡散して大気を汚染し環境問題となる。また、酸性ガスは人体に危険なガスであるので、局所排気をしながら分解清掃員は化学防護服と送気マスクなどを着用して作業することになる。即ち、安全への十分な配慮が必要となる。
【００１５】
なお、スプレーノズルを回転させることにより析出物の発生を抑制する場合、ノズルの非噴霧部には析出物が発生し、前記下流側の接続配管内部の閉塞を回避することはできない。
【００１６】
極めて大容量の処理塔を用いれば、上記問題は低減できるものの、装置コストも増大するし、装置設置場所の面積も大きくなってしまう。
【００１７】
本発明は、低コストで、上述した析出物による配管閉塞やスプレーノズル背面の析出物の発生を制御して、連続長時間運転が可能で安全な湿式ガス処理方法を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、２個以上の直列に接続された処理塔によって酸性ガスを処理する方法であって、前記酸性ガスが最初に導入される第１処理塔の入口における酸性ガスの濃度Ｃｉ１に対する出口における酸性ガスの濃度Ｃｅ１の比Ｒ１＝Ｃｅ１／Ｃｉ１が、第ｎ処理塔（ｎ≧２）のうち少なくとも一つの、入口での酸性ガス濃度Ｃｉｎに対する出口での酸性ガス濃度Ｃｅｎの比Ｒｎ＝Ｃｅｎ／Ｃｉｎよりも大きいことを特徴とする湿式ガス処理方法である。
【００１９】
上記湿式ガス処理方法において、前記Ｒ１が第ｎ処理塔（ｎ≧２）の全てのＲｎよりも大きいこと（即ち、全ての処理塔のＲｎの中でＲ１が最も大きいこと）が好ましい。また、Ｒ１は０．４以上であることが好ましい。
【００２０】
また、第ｋ処理塔（ｋは自然数）内部に設置されたスプレーノズルから噴霧されたアルカリ処理液から発生し第ｋ＋１処理塔に流れていくミスト流が、処理塔間を接続する配管中のどの空間においてもアルカリ性を維持することが好ましい。
【００２１】
さらに、第１処理塔内に噴霧されたアルカリ処理液の該第１処理塔下部の処理液槽で測定したｐＨ値が９以上となるようにアルカリ処理液の噴霧の流量または濃度を制御することが好ましい。
【００２２】
これらの処理方法において、各処理塔で行う処理が同一であることが好ましい。
【００２６】
上記した本発明は、互いに矛盾しない限度において、適宜組み合わせることができる。
【００２７】
また、上記本発明において、処理塔の直列数を３個以上にすることが、処理能力向上の点から好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する前に、参考例を用いて本発明の課題を原理的に詳述する。
【００２９】
［参考例］
図３は、処理塔として充填塔が５つ直列に配置された従来の排ガス処理装置である。図３において、３０１〜３０５は順に第１充填塔〜第５充填塔、３０６は酸性ガス導入口、３０７は接続配管、３０８は処理液槽、３０９はスプレーノズル、３１０は充填材、３１１はグレーティングである。
【００３０】
接続配管３０７は、第１塔３０１の天井部から第２塔３０２の底部に接続される。第２塔以降も同様である。第５塔３０５の天井部は不図示の排気ブロアーに接続される。
【００３１】
排ガスの流れは該排気ブロアーの吸引によって形成され、第１塔３０１から第５塔３０５の方向に流れる。また処理液は、処理液槽３０８から不図示の耐食性ポンプで吸上げられ、各塔天井近くにそれぞれ配置されたスプレーノズル３０９で噴霧され、各塔内部の充填材３１０の間を流れてグレーティング３１１を通過して処理液槽３０８に戻る。
【００３２】
各塔の内部及び塔外部のファンは、従来技術で説明したものと同じであり、第１塔から第５塔まで同じ形状の充填材３１０が同量ずつ入っている。
【００３３】
本参考例において、処理液は２５％ＮａＯＨ水溶液とし、酸性ガスはＣＶＤ装置の副生成物であるポリシランを三フッ化塩素（以下ＣｌＦ3と略記）ガスでエッチングしたときに発生するガスとする。ポリシランは、ＣｌＦ3と反応して気化（ガス化）する。そしてこのガスは、加水分解反応を起こし、ＮａＯＨ水溶液に吸収される。以下に加水分解反応式を示す。
【００３４】
例えば、窒素で１％に希釈したＣｌＦ3を１分間に１０００リットル、つまり１０リットル／分のＣｌＦ3と９９０リットル／分の窒素を１０時間（６００分間）流す場合、即ちＣｌＦ3を６０００リットル流すことにより所定量のポリシランが清掃できる場合に関して説明する。このとき塔の断面積を１．５ｍ2とするとＣｌＦ3の流量（体積速度）は、４００リットル／時間・ｍ2となる。このガス流量で運転を続けると、この参考例では３時間で第１処理塔と第２処理塔間の接続配管（内径φ１５０ｍｍ）がＳｉＯ2の析出物で完全に閉塞することが判明した。
【００３５】
本発明者らが析出物の発生状況を確認した結果、以下の事実が判明した。
第１処理塔内部のスプレーノズルのすぐ下の充填物には析出物はほとんど認められないが、スプレーノズルの裏側やガスの流れの下流側である前記接続配管では大量の析出物が認められた。また、充填材の最底部やグレーティングでは、断面積の半分以上が閉塞していた。さらに、第２処理塔以降には、閉塞が認められなかった。
【００３６】
本発明者は、上記の事実から次のような知見を得た。
【００３７】
［知見１］
処理液であるＮａＯＨ水溶液は強アルカリであり、スプレーノズルから噴出された直後の処理液のミスト（霧）は処理液槽中の処理液と同じｐＨを維持している。しかし、ＣｌＦ3を多量に含む酸性ガスと気液接触し、その気液接触時間が長くなるほどｐＨは低下する。具体的に言えば、スプレーノズルからＮａＯＨ処理液が噴霧されると、円錐状のシャワー（ＮａＯＨ処理液からなるシャワー）とは別に前記排気ファンで形成されるミスト（霧）の流れが発生する。酸性ガス流に対して、シャワーは向流であるが、ミスト流は並流となる。そのため、ミストは比較的長時間酸性ガスと気液接触する。また、ミストは粒径が小さく表面積／体積の比が大きくなるので接触効率が高い。つまり、第１処理塔のスプレーノズルから第１処理塔と第２処理塔間の接続配管の内部において下流側にいくにつれて、ミストのｐＨは徐々に低下する。そして強酸性になると、配管内部にＳｉＯ2の析出物が多く発生して配管を閉塞させる。
【００３８】
［知見２］
同様の解釈で、グレーティング付近の閉塞も説明できる。つまり、第１処理塔のスプレーノズルから噴霧されたアルカリ処理液は、最も濃度の高い未処理の酸性ガスと充填材を介して気液反応する。充填材の上部の第１処理塔の天井に近い部分ではスプレーノズルに近い。そのため、アルカリ処理液が噴霧されてから酸性ガスと気液反応して充填材の上部に到達するまでの時間が短く、アルカリ処理液はアルカリ性のままである。一方、充填材の下部のグレーティングに接する部分ではスプレーノズルから遠い。そのため噴霧されてから酸性ガスと気液反応しながら充填材下部に達する時間が長いのでアルカリ処理液は酸性になる。そして強酸性になると、急激にＳｉＯ2が析出するようになる。
【００３９】
［知見３］
多量の酸性ガスを処理する際に、第１処理塔での処理量を必要以上に大きくすると、処理時間の経過と共に充填材の目詰まりや、配管の閉塞が助長されることとなる。
【００４０】
充填材の量を多くすると、酸性ガスとアルカリ処理液との接触面積が増大（反応量増加）する一方で、アルカリ処理液の流れに対しては抵抗となる。このため、大量の酸性ガスが存在する雰囲気下では、アルカリ処理液が充填材の下方に到達する前にｐＨが小さくなり、処理能力が低下して析出物が析出し始める。この結果充填材が目詰まりを起こし、さらにアルカリ処理液の流れを阻害し、ついには配管の閉塞につながる。
【００４１】
この対策として単にアルカリ処理液の流量を増加しても、単位時間に充填材の隙間を流れることができるアルカリ処理液の量は一定である為、処理液が充填材間に流れ込むことができずに処理塔から溢れ出すことになる。
【００４２】
即ち、第１処理塔における酸性ガスの処理量を最適な範囲に抑制する必要がある。
【００４３】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の第一の好適な実施の形態について説明する。
【００４４】
前述の通り、ＳｉＯ2の析出を抑制するには処理液がアルカリ性（ｐＨ＞７）となるようにする。第１処理塔において酸性ガスによる処理液の酸性化を防ぐには、気液反応を抑制して、導入される酸性ガスの流量に対して処理液のシャワーの流量と濃度が十分であることが必要である。流量に関しては実施例１で説明する。以下気液反応の抑制を酸性ガスの濃度を使って説明する。
【００４５】
表１は、参考例の場合と本発明（本実施の形態）の場合の各処理塔の入口での酸性ガス濃度と出口での酸性ガス濃度を示す。簡単のため、第１処理塔を第１塔などと略記する。また、表１において、第３塔入口＝第２塔出口、第４塔入口＝第３塔出口、第５塔入口＝第４塔出口であるため省略した。
【００４６】
表２は第ｋ処理塔（ｋは自然数）の出口での酸性ガス濃度Ｃｅｋと入口での酸性ガス濃度Ｃｉｋの比Ｒｋ（＝Ｃｅｋ／Ｃｉｋ）を表示したものである。Ｒｋの数字が小さいほど処理塔内部での反応が急激である。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
表１に示すように、参考例のガス処理装置の場合、酸性ガスの濃度が等比級数的に低下し、本発明では参考例に比べて濃度の低下が緩慢になり、第５塔で挽回している。
【００５０】
また、表１の本発明の欄で第１塔出口の酸性ガスの濃度が第２塔入口の酸性ガスの濃度と異なる理由は、第１処理塔と第２処理塔の接続配管内部にアルカリシャワーを供給するスプレーノズルを設置したためである。
【００５１】
表２から、本発明では前記濃度比Ｒ１は０．４であり閉塞は発生しなかったが、参考例では濃度比Ｒ１は０．１１であり閉塞が発生した。従って、この濃度比Ｒ１が０．４以上であれば閉塞は発生しない。
【００５２】
また参考例では酸性ガスの濃度が１２００ｐｐｍとなる第２処理塔入口以降では、閉塞は発生しない事実がある。この事実から本発明の第３処理塔入口では７００ｐｐｍであるので、第３塔以降の接続配管内部にはスプレーノズルは設置不要と判断した。
【００５３】
また、全処理塔において析出反応を抑制するようにｐＨ値を７以上に管理することが好ましい。以下処理液槽の数に関して▲１▼▲２▼に分類し、ｐＨ値管理の方法を説明する。
▲１▼処理液槽が各処理塔毎に独立して設置される場合 （図１参照）
▲２▼全処理塔共通の処理液槽を１つだけ備える場合 （図３参照）
【００５４】
▲１▼のｐＨ値管理について説明する。
【００５５】
図１の処理液槽１１１〜１１５には不図示のｐＨ計とＮａＯＨ処理液供給ポンプをそれぞれ設け、各処理塔の酸性ガスの濃度に応じて各塔別に処理液がアルカリ性を維持できるようＮａＯＨポンプを介して外部からＮａＯＨ処理液を供給してｐＨ管理する。
【００５６】
▲２▼のｐＨ値管理について説明する。
【００５７】
この場合、前述の処理液の塔別ｐＨ値管理はできないので充填材の量で調整する。充填材が各塔同量ずつ入った参考例では第１処理塔で酸性ガスの濃度が等比級数的に低下する。酸性ガス濃度が１００００ｐｐｍの第１処理塔においてＮａＯＨ処理液が酸性化し、ＳｉＯ2が析出しやすくなる。従って、酸性ガスの濃度変化を緩慢化してＮａＯＨ処理液の酸性化を回避すればＳｉＯ2は析出しなくなると本発明者は考えている。
【００５８】
詳しく説明すると次のようになる。
酸性ガスの濃度が高い第１処理塔で析出を抑制するには、アルカリ処理液の流量を酸性ガスにより中和反応する量よりも充分多くする。第１処理塔においてアルカリ処理液の流量が多い場合、スプレー塔（充填材の量はゼロまたは他の処理塔のいずれか１塔の充填材よりも少ない。）が構造として望ましい。このスプレー塔でも中和反応は起こるが、その反応量は充填塔には及ばない。従って、処理塔の入口と出口の酸性ガスの濃度比は参考例の充填塔に比べてスプレー塔では大きな値、つまり反応が抑制される。第２処理塔では、アルカリ処理液の流量を参考例よりも多くし、同時に充填材の量は、参考例の１塔当りの充填材より少ない量を入れる（表４参照）。第３処理塔以降では、第１処理塔、第２処理塔で参考例の１塔当りの充填材より少ない分量を補償するように配置する。このとき、圧力損失が所定値より大きくならないよう処理塔の高さや内径を適宜設計する。
【００５９】
以上の様に本発明は、第１処理塔においてある程度の量の酸性ガスが処理されているため、第２処理塔以降で第１処理塔よりも多い量の充填材を使用しても、充填材の目詰まりや、配管の閉塞を引き起こす事無く、効率的に処理を行うことができる。
【００６０】
なお、前記接続配管内部の閉塞を回避するには、知見１からわかる通り、前記ミスト流が第１処理塔と第２処理塔との接続配管中のどの空間においてもアルカリ性を保持するようにする。具体的な装置構成は、後述する。
【００６１】
また、本発明では、各処理塔における処理が同一である（少なくとも同一処理を含む）ことが好ましい。ここで、「処理が同一」とは、被処理ガスが受ける化学反応が同一ということである。この構成により全処理量を各処理塔で最適に配分し、効率的に処理を行うことができる。
【００６２】
本発明の第一の好適な実施の形態では典型的な事例として第１処理塔が充填材の量がゼロであるスプレー塔を例示したが、第１塔の気液反応を抑制し、塔下部で処理液のｐＨが７以上であるならば充填材の量はゼロでなくても良い（第二の好適な実施の形態）。即ち、表２で示した通り、第１処理塔の入口と出口の酸性ガスの濃度比が他の少なくとも１つの処理塔の濃度比より大きければよい。これを充填材の量で説明すると、第１処理塔の充填材の量が、第２塔以降のいずれか１塔の充填材の量よりも少ないことに相当する。
【００６３】
なお、知見２から明らかなように、第１処理塔内部の閉塞を回避するためこの塔内部では処理液が酸性にならないように管理することが好ましい。そして、第１処理塔上部から噴霧したアルカリ処理液が該塔下部の処理液槽においてｐＨが９以上となるようにアルカリ処理液の噴霧の流量またはｐＨ濃度を制御することが望ましい。この流量とｐＨ濃度に関しては、実施例で詳しく説明する。
【００６４】
前述の接続配管の閉塞原因であるミストが酸性になることに関して、該接続配管内部にアルカリ処理液のシャワーを供給するスプレーノズルを増設し、ミストをアルカリ性に保持することが好ましい。スプレーノズルの個数は該接続配管の屈曲毎に設置し、スプレーノズルの配置は、一のノズルが隣接する他のノズルにアルカリ処理液を直接吹き付けることにより隣接するノズル背面に析出物ができないようにすることが好ましい。接続配管内部を噴霧する全てのノズルの背面にアルカリ処理液を吹き付けるために必要なノズルの個数は接続配管の屈曲数＋１個である。スプレーノズルに関しては、実施例で詳しく説明する。
【００６５】
【実施例】
以下、実施例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。
本実施例で用いた湿式スクラバー（ガス処理装置）は、５塔式、充填材の総量、配管接続方法や配管内径、ファンの位置が参考例で用いた装置と同じとする。参考例と異なるポイントは、シャワーを供給するスプレーノズルの数と位置、および各塔の充填材の分配率、第５塔の高さおよび処理液槽を分割したことである。その概念図を図１に示した。図１は、後述する表４の充填材の分配率に則して描かれている。
【００６６】
図１において、１０１〜１０５は順に第１処理塔〜第５処理塔、１０６は酸性ガス導入口、１０７は接続配管、１０８〜１１０はスプレーノズル、１１１〜１１５は処理液槽、１１６は充填材である。
【００６７】
図２は、図１の第１処理塔と第２処理塔の部分拡大図である。図２において２０１〜２１２はスプレーノズルである。また、酸性ガスの流れは点線矢印、シャワー流は実線矢印で示す。以下、（１）シャワー、（２）各塔の充填材の量、に関して説明する。
【００６８】
（１）シャワーに関する説明
シャワーは、各スプレーノズルから供給する。スプレーノズル２０４は、スプレーノズル２０３の上方でかつ接続配管の上端部に設け、スプレーノズル２０３の背面に処理液（からなるシャワー）を吹き付けるようにする。さらにスプレーノズル２０５は、スプレーノズル２０４の真横方向に設置し、スプレーノズル２０４の非噴霧部分に処理液を吹き付けるようにする。つまり、１つ前のスプレーノズルに処理液を次々吹き付けるようにする。例えば、図２のように第１塔から第２塔までの接続配管が３個の屈曲部と４個の直管部を有する場合、４個のスプレーノズルを増設すればよい。その結果、ノズル背面や接続配管の内部のミストをアルカリ性（ｐＨ＞７）に維持し、ＳｉＯ2の析出を抑制することができる。
【００６９】
具体的には、前述したＣｌＦ3の質量速度が４００リットル／時間・ｍ2の場合、前記処理液槽１１１〜１１５中の処理液の濃度をｐＨ計で測定し、ｐＨ＝１０となるように処理液を供給した。その状況で、上記スプレーノズルから噴霧するＮａＯＨ処理液の流量は次の表３の通りである。尚、実際に処理液槽１１１，１１２内部のＮａＯＨ処理液のｐＨは９．４から１１．６の範囲に制御した。また、析出による閉塞は３ヶ月の観察期間では認められなかった。またｐＨ＝９でもｐＨ＝１０と同じ結果が得られた。従って、ＳｉＯ2の析出を抑制するには、処理液槽においてｐＨが９以上（９もしくは９よりもアルカリ側）となるように設定すればよい。
【００７０】
【表３】
【００７１】
一般には強酸性でＳｉＯ2粒子の凝集が起こりやすいとされるので、ｐＨ９以上では凝集は起こりにくい。また接続配管内部にスプレーノズルを増設したことで、この空間では気液反応が若干促進され、析出反応は抑制される。
【００７２】
以上、ＳｉＯ2粒子の凝集について説明したが、その他の無機酸化物粒子でも同様に、溶液のｐＨが変わると析出しやすい状態が変化する。従って酸性で析出しやすい粒子に上記の方法を適用することができる。
【００７３】
（２）各塔の充填材の量（分配率）についての説明
参考例のように同量の充填材を全部の充填塔に入れると、第１塔付近において集中的にＳｉＯ2の析出反応が起こる。従って、析出反応を伴う湿式スクラバーにおいては、析出物質をアルカリ処理液中に分散させることが寿命を延ばすことになる。そして各処理塔毎のｐＨ値が７以上で所定値になるようにする。そしてこの所定値を維持できるように処理液を管理する。また、各塔毎に中和に必要なＮａＯＨ処理液量が異なるので、図１に示す通り処理液槽を１１１〜１１５に分割する。特に第１塔で濃度の濃い酸性ガスが入ってくるので、他の処理室に比べて第１塔の処理液槽１１１内部のＮａＯＨ処理液の交換頻度または補充頻度をあげる。
【００７４】
ＣｌＦ3の質量速度が４００リットル／時間・ｍ2の場合、充填材の分配率は次の表４の通りである。表４では参考例と並べて表記した。
【００７５】
【表４】
【００７６】
このような充填材の分配率とスプレーノズルの増設により、本実施例の方法を適用したスクラバーを断続的に２００時間運転した後停止して、スクラバーの内部を観察した。その結果、接続配管の屈曲部にごく僅かな析出物は認められたが、配管が閉塞することは全く無かった。また、第１塔のグレーティングの一部に析出物が認められたが、その量は極めて少なく容易に除去できるものであった。
【００７７】
上記実施例ではスプレーノズルを多用して処理室内部のミストをアルカリ性に維持し、配管などへの析出反応を抑制して閉塞を防ぐことができる。特に、目標ｐＨが１０の場合、実際のｐＨ測定値は９．４〜１１．６となり、３ヶ月間運転しても第１処理塔内部、第１処理塔から第２処理塔間の接続配管中にはごく僅かな析出が認められるだけで、閉塞は全く認められない。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、フッ化水素ガスや塩素ガス等の酸性ガスの除害機能をもつ湿式スクラバーにおいてＳｉＯ2などのシリコン化合物などの析出物による配管閉塞を防止することができ、連続長時間運転が可能で安全な湿式ガス処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例で用いた湿式ガス処理装置の模式図である。
【図２】 図１の第１処理塔と第２処理塔の部分拡大図である。
【図３】 参考例で用いた湿式ガス処理装置の模式図である。
【符号の説明】
１０１、３０１ 第１処理塔
１０２、３０２ 第２処理塔
１０３、３０３ 第３処理塔
１０４、３０４ 第４処理塔
１０５、３０５ 第５処理塔
１０６、３０６ 酸性ガス導入口
１０７、３０７ 接続配管
１０８、１０９、１１０、２０１〜２１２、３０９ スプレーノズル
１１１〜１１５、３０８ 処理液槽
１１６、３１０ 充填材
３１１ グレーティング
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸性のガスをアルカリ処理液により処理する湿式ガス処理方法に関する。本発明の好適な実施の形態は、充填塔を複数直列接続した多塔構造の処理方法に関する。また、本発明は、ポリシランをガスクリーニングした後に発生する酸性ガスを処理した場合の析出物の処理方法に好適に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大風量に対応可能な湿式スクラバー（ガス処理装置）の方式として、スプレー塔、充填塔または多孔板塔などが知られている。これらの方式では、塔下部から排ガスを導入し、塔外部のファンで排ガスの流れを形成する。一方処理液は塔上部から落下させて流れを形成し、その結果排ガスの流れと処理液の流れは向流となる。
【０００３】
つまりこれらの方式は、例えば非特許文献１に記載されているように、塔上部からシャワー状に噴霧させた処理液と排ガスを気液反応させるか、または排ガスを多孔板上の処理液層をくぐらせ分散させて気液反応をさせている。
【０００４】
充填塔の内部構造は、次の通りである。
塔下部にはガス導入口があり、その少し上部にグレーティング（金網）が設けられている。このグレーティングは、排ガスの滞留空間を作ると共に、その上にある充填材を支えている。そして充填材がグレーティング上に積層され、充填材の上端部より上に処理液を噴霧するスプレーノズルが設置されている。さらに塔上部出口は、配管を介して吸引ファンに接続されている（排ガス導入口に押込ファンを設置する場合もある。）。
【０００５】
この充填塔の設計方法は、非特許文献２に記載されている。この非特許文献２には、ガス質量速度が大きいとき、充填塔の高さを低くし塔の内径を大きくして圧損を軽減する式が記されている。また吸収問題として、排ガスの回収率と充填材の種類を決めると、充填材で満たされた充填塔の高さと塔内径を計算する方法が開示されている。
【０００６】
このような充填塔を多数直列接続した多塔式の事例を開示するものとして、特許文献１がある。ここでは、空気中の硫化水素を処理液に吸収させて所望の濃度にする。また、各塔下部にそれぞれ設けられた処理液槽は、空気の出口となる第ｎ塔から空気の入口である第１塔に処理液がオーバーフローで流れる構造になっている。即ち、空気の流れと処理液の流れを向流としている。
【０００７】
酸性ガスの湿式スクラバーの用途として、ＣＶＤ装置の副生成物として堆積したポリシランをガスクリーニングした時に発生する排ガスの処理装置がある。この用途の析出対策は前記文献では通常のスプレーノズルの代用として回転ノズルを用いている。また、下記各特許文献には、機械的に析出物を掻き出したり、洗浄液を螺旋状に流して析出物を溶解したり、排ガス処理装置と生産装置間の排気ダクトの閉塞防止のため該ダクト内部に溶媒を噴霧するノズルを設ける、といった技術が開示されている。
【０００８】
まず、特許文献２においては、塩化物排ガスと水との反応生成堆積物による閉塞防止のため、配管内部の析出物掻きだし手段と薬液の自動交換手段とを設けている（事例１）。
【０００９】
また、特許文献３においては、天井部からアルカリ洗浄液を高速ジェット噴霧するジェットスクラバー装置の側面部に、ハロゲンを含むシリコン化合物ガスやフッ化水素や塩素などの酸性ガス等の未処理の排ガス導入口を設け、この排ガス導入口に洗浄液を螺旋流で流下させ、粉塵や粘稠度の高い析出物による閉塞を防止している（事例２）。
【００１０】
さらに、前記排気ダクトの閉塞防止の手段が特許文献４に提案されている。本文献に記載の例では、複数の生産装置から出る排ガスが集合する排気ダクトにおいては、酸・アルカリ反応が起こり、反応生成物（塩）が生ずる。本文献では、溶媒を多数のノズルから噴霧する溶媒でこの反応生成物を溶かすことで閉塞を防止している（事例３）。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許ＲＥ３５２３４号（米国特許４９４８４０２号の再発行）
明細書
【特許文献２】
特開平９−１８６０９３号公報
【特許文献３】
特公平６−７７６６９号公報
【特許文献４】
特開２０００−３３４４０９号公報
【非特許文献１】
「半導体工場環境清浄化」編者小野員正、発行所（株）サイエン
スフォーラム、発行日１９８０年１２月１０日
【非特許文献２】
「化学機械の理論と計算」亀井三郎編、産業図書、第６章 ガス
吸収、第７章 吸収問題、ｐ１７７〜ｐ２０２
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、フッ化水素ガスや塩素ガス等の酸性ガスの除害機能をもつ湿式スクラバーにおいてＳｉＯ2などのシリコン化合物などの析出物による配管閉塞を防止することを目的とする。つまり、本発明はフッ化水素ガスや塩素ガス等の「除害」と「析出」とを同時に制御する。以下本発明において処理液による「除害」と「気液接触」は同じ意味で使用する。また、「処理塔」と「処理室」は同じ意味で使用する。
【００１３】
従来の湿式スクラバーでの閉塞対策としては、前述の通り、掻き出し手段や薬液交換、押し流し、乾燥防止あるいはスプレーノズルを回転させるなどがあるが、本質的に析出を抑制する技術は認められない。
【００１４】
特に、処理すべき酸性ガスの排出量が多い場合には、スプレーノズル付近やスプレーノズル背面、多孔板端或いは酸性ガスの流れに対してノズル・多孔板の下流（以下「下流側」と略記する）の配管内部に大量にゲル状の析出物が発生する。この下流側の配管内部が閉塞しやすく、この配管が閉塞すると装置を停止して配管内部を分解清掃しなければならない。このとき未処理の酸性ガスが拡散して大気を汚染し環境問題となる。また、酸性ガスは人体に危険なガスであるので、局所排気をしながら分解清掃員は化学防護服と送気マスクなどを着用して作業することになる。即ち、安全への十分な配慮が必要となる。
【００１５】
なお、スプレーノズルを回転させることにより析出物の発生を抑制する場合、ノズルの非噴霧部には析出物が発生し、前記下流側の接続配管内部の閉塞を回避することはできない。
【００１６】
極めて大容量の処理塔を用いれば、上記問題は低減できるものの、装置コストも増大するし、装置設置場所の面積も大きくなってしまう。
【００１７】
本発明は、低コストで、上述した析出物による配管閉塞やスプレーノズル背面の析出物の発生を制御して、連続長時間運転が可能で安全な湿式ガス処理方法を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、２個以上の直列に接続された処理塔によって酸性ガスを処理する方法であって、前記酸性ガスが最初に導入される第１処理塔の入口における酸性ガスの濃度Ｃｉ１に対する出口における酸性ガスの濃度Ｃｅ１の比Ｒ１＝Ｃｅ１／Ｃｉ１が、第ｎ処理塔（ｎ≧２）のうち少なくとも一つの、入口での酸性ガス濃度Ｃｉｎに対する出口での酸性ガス濃度Ｃｅｎの比Ｒｎ＝Ｃｅｎ／Ｃｉｎよりも大きいことを特徴とする湿式ガス処理方法である。
【００１９】
上記湿式ガス処理方法において、前記Ｒ１が第ｎ処理塔（ｎ≧２）の全てのＲｎよりも大きいこと（即ち、全ての処理塔のＲｎの中でＲ１が最も大きいこと）が好ましい。また、Ｒ１は０．４以上であることが好ましい。
【００２０】
また、第ｋ処理塔（ｋは自然数）内部に設置されたスプレーノズルから噴霧されたアルカリ処理液から発生し第ｋ＋１処理塔に流れていくミスト流が、処理塔間を接続する配管中のどの空間においてもアルカリ性を維持することが好ましい。
【００２１】
さらに、第１処理塔内に噴霧されたアルカリ処理液の該第１処理塔下部の処理液槽で測定したｐＨ値が９以上となるようにアルカリ処理液の噴霧の流量または濃度を制御することが好ましい。
【００２２】
これらの処理方法において、各処理塔で行う処理が同一であることが好ましい。
【００２６】
上記した本発明は、互いに矛盾しない限度において、適宜組み合わせることができる。
【００２７】
また、上記本発明において、処理塔の直列数を３個以上にすることが、処理能力向上の点から好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する前に、参考例を用いて本発明の課題を原理的に詳述する。
【００２９】
［参考例］
図３は、処理塔として充填塔が５つ直列に配置された従来の排ガス処理装置である。図３において、３０１〜３０５は順に第１充填塔〜第５充填塔、３０６は酸性ガス導入口、３０７は接続配管、３０８は処理液槽、３０９はスプレーノズル、３１０は充填材、３１１はグレーティングである。
【００３０】
接続配管３０７は、第１塔３０１の天井部から第２塔３０２の底部に接続される。第２塔以降も同様である。第５塔３０５の天井部は不図示の排気ブロアーに接続される。
【００３１】
排ガスの流れは該排気ブロアーの吸引によって形成され、第１塔３０１から第５塔３０５の方向に流れる。また処理液は、処理液槽３０８から不図示の耐食性ポンプで吸上げられ、各塔天井近くにそれぞれ配置されたスプレーノズル３０９で噴霧され、各塔内部の充填材３１０の間を流れてグレーティング３１１を通過して処理液槽３０８に戻る。
【００３２】
各塔の内部及び塔外部のファンは、従来技術で説明したものと同じであり、第１塔から第５塔まで同じ形状の充填材３１０が同量ずつ入っている。
【００３３】
本参考例において、処理液は２５％ＮａＯＨ水溶液とし、酸性ガスはＣＶＤ装置の副生成物であるポリシランを三フッ化塩素（以下ＣｌＦ3と略記）ガスでエッチングしたときに発生するガスとする。ポリシランは、ＣｌＦ3と反応して気化（ガス化）する。そしてこのガスは、加水分解反応を起こし、ＮａＯＨ水溶液に吸収される。以下に加水分解反応式を示す。
例えば、窒素で１％に希釈したＣｌＦ3を１分間に１０００リットル、つまり１０リットル／分のＣｌＦ3と９９０リットル／分の窒素を１０時間（６００分間）流す場合、即ちＣｌＦ3を６０００リットル流すことにより所定量のポリシランが清掃できる場合に関して説明する。このとき塔の断面積を１．５ｍ2とするとＣｌＦ3の流量（体積速度）は、４００リットル／時間・ｍ2となる。このガス流量で運転を続けると、この参考例では３時間で第１処理塔と第２処理塔間の接続配管（内径φ１５０ｍｍ）がＳｉＯ2の析出物で完全に閉塞することが判明した。
【００３５】
本発明者らが析出物の発生状況を確認した結果、以下の事実が判明した。
第１処理塔内部のスプレーノズルのすぐ下の充填物には析出物はほとんど認められないが、スプレーノズルの裏側やガスの流れの下流側である前記接続配管では大量の析出物が認められた。また、充填材の最底部やグレーティングでは、断面積の半分以上が閉塞していた。さらに、第２処理塔以降には、閉塞が認められなかった。
【００３６】
本発明者は、上記の事実から次のような知見を得た。
【００３７】
［知見１］
処理液であるＮａＯＨ水溶液は強アルカリであり、スプレーノズルから噴出された直後の処理液のミスト（霧）は処理液槽中の処理液と同じｐＨを維持している。しかし、ＣｌＦ3を多量に含む酸性ガスと気液接触し、その気液接触時間が長くなるほどｐＨは低下する。具体的に言えば、スプレーノズルからＮａＯＨ処理液が噴霧されると、円錐状のシャワー（ＮａＯＨ処理液からなるシャワー）とは別に前記排気ファンで形成されるミスト（霧）の流れが発生する。酸性ガス流に対して、シャワーは向流であるが、ミスト流は並流となる。そのため、ミストは比較的長時間酸性ガスと気液接触する。また、ミストは粒径が小さく表面積／体積の比が大きくなるので接触効率が高い。つまり、第１処理塔のスプレーノズルから第１処理塔と第２処理塔間の接続配管の内部において下流側にいくにつれて、ミストのｐＨは徐々に低下する。そして強酸性になると、配管内部にＳｉＯ2の析出物が多く発生して配管を閉塞させる。
【００３８】
［知見２］
同様の解釈で、グレーティング付近の閉塞も説明できる。つまり、第１処理塔のスプレーノズルから噴霧されたアルカリ処理液は、最も濃度の高い未処理の酸性ガスと充填材を介して気液反応する。充填材の上部の第１処理塔の天井に近い部分ではスプレーノズルに近い。そのため、アルカリ処理液が噴霧されてから酸性ガスと気液反応して充填材の上部に到達するまでの時間が短く、アルカリ処理液はアルカリ性のままである。一方、充填材の下部のグレーティングに接する部分ではスプレーノズルから遠い。そのため噴霧されてから酸性ガスと気液反応しながら充填材下部に達する時間が長いのでアルカリ処理液は酸性になる。そして強酸性になると、急激にＳｉＯ2が析出するようになる。
【００３９】
［知見３］
多量の酸性ガスを処理する際に、第１処理塔での処理量を必要以上に大きくすると、処理時間の経過と共に充填材の目詰まりや、配管の閉塞が助長されることとなる。
【００４０】
充填材の量を多くすると、酸性ガスとアルカリ処理液との接触面積が増大（反応量増加）する一方で、アルカリ処理液の流れに対しては抵抗となる。このため、大量の酸性ガスが存在する雰囲気下では、アルカリ処理液が充填材の下方に到達する前にｐＨが小さくなり、処理能力が低下して析出物が析出し始める。この結果充填材が目詰まりを起こし、さらにアルカリ処理液の流れを阻害し、ついには配管の閉塞につながる。
【００４１】
この対策として単にアルカリ処理液の流量を増加しても、単位時間に充填材の隙間を流れることができるアルカリ処理液の量は一定である為、処理液が充填材間に流れ込むことができずに処理塔から溢れ出すことになる。
【００４２】
即ち、第１処理塔における酸性ガスの処理量を最適な範囲に抑制する必要がある。
【００４３】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の第一の好適な実施の形態について説明する。
【００４４】
前述の通り、ＳｉＯ2の析出を抑制するには処理液がアルカリ性（ｐＨ＞７）となるようにする。第１処理塔において酸性ガスによる処理液の酸性化を防ぐには、気液反応を抑制して、導入される酸性ガスの流量に対して処理液のシャワーの流量と濃度が十分であることが必要である。流量に関しては実施例１で説明する。以下気液反応の抑制を酸性ガスの濃度を使って説明する。
【００４５】
表１は、参考例の場合と本発明（本実施の形態）の場合の各処理塔の入口での酸性ガス濃度と出口での酸性ガス濃度を示す。簡単のため、第１処理塔を第１塔などと略記する。また、表１において、第３塔入口＝第２塔出口、第４塔入口＝第３塔出口、第５塔入口＝第４塔出口であるため省略した。
【００４６】
表２は第ｋ処理塔（ｋは自然数）の出口での酸性ガス濃度Ｃｅｋと入口での酸性ガス濃度Ｃｉｋの比Ｒｋ（＝Ｃｅｋ／Ｃｉｋ）を表示したものである。Ｒｋの数字が小さいほど処理塔内部での反応が急激である。
【００４７】
【表１】
【表２】
表１に示すように、参考例のガス処理装置の場合、酸性ガスの濃度が等比級数的に低下し、本発明では参考例に比べて濃度の低下が緩慢になり、第５塔で挽回している。
【００５０】
また、表１の本発明の欄で第１塔出口の酸性ガスの濃度が第２塔入口の酸性ガスの濃度と異なる理由は、第１処理塔と第２処理塔の接続配管内部にアルカリシャワーを供給するスプレーノズルを設置したためである。
【００５１】
表２から、本発明では前記濃度比Ｒ１は０．４であり閉塞は発生しなかったが、参考例では濃度比Ｒ１は０．１１であり閉塞が発生した。従って、この濃度比Ｒ１が０．４以上であれば閉塞は発生しない。
【００５２】
また参考例では酸性ガスの濃度が１２００ｐｐｍとなる第２処理塔入口以降では、閉塞は発生しない事実がある。この事実から本発明の第３処理塔入口では７００ｐｐｍであるので、第３塔以降の接続配管内部にはスプレーノズルは設置不要と判断した。
【００５３】
また、全処理塔において析出反応を抑制するようにｐＨ値を７以上に管理することが好ましい。以下処理液槽の数に関して▲１▼▲２▼に分類し、ｐＨ値管理の方法を説明する。
▲１▼処理液槽が各処理塔毎に独立して設置される場合 （図１参照）
▲２▼全処理塔共通の処理液槽を１つだけ備える場合 （図３参照）
【００５４】
▲１▼のｐＨ値管理について説明する。
【００５５】
図１の処理液槽１１１〜１１５には不図示のｐＨ計とＮａＯＨ処理液供給ポンプをそれぞれ設け、各処理塔の酸性ガスの濃度に応じて各塔別に処理液がアルカリ性を維持できるようＮａＯＨポンプを介して外部からＮａＯＨ処理液を供給してｐＨ管理する。
【００５６】
▲２▼のｐＨ値管理について説明する。
【００５７】
この場合、前述の処理液の塔別ｐＨ値管理はできないので充填材の量で調整する。充填材が各塔同量ずつ入った参考例では第１処理塔で酸性ガスの濃度が等比級数的に低下する。酸性ガス濃度が１００００ｐｐｍの第１処理塔においてＮａＯＨ処理液が酸性化し、ＳｉＯ2が析出しやすくなる。従って、酸性ガスの濃度変化を緩慢化してＮａＯＨ処理液の酸性化を回避すればＳｉＯ2は析出しなくなると本発明者は考えている。
【００５８】
詳しく説明すると次のようになる。
酸性ガスの濃度が高い第１処理塔で析出を抑制するには、アルカリ処理液の流量を酸性ガスにより中和反応する量よりも充分多くする。第１処理塔においてアルカリ処理液の流量が多い場合、スプレー塔（充填材の量はゼロまたは他の処理塔のいずれか１塔の充填材よりも少ない。）が構造として望ましい。このスプレー塔でも中和反応は起こるが、その反応量は充填塔には及ばない。従って、処理塔の入口と出口の酸性ガスの濃度比は参考例の充填塔に比べてスプレー塔では大きな値、つまり反応が抑制される。第２処理塔では、アルカリ処理液の流量を参考例よりも多くし、同時に充填材の量は、参考例の１塔当りの充填材より少ない量を入れる（表４参照）。第３処理塔以降では、第１処理塔、第２処理塔で参考例の１塔当りの充填材より少ない分量を補償するように配置する。このとき、圧力損失が所定値より大きくならないよう処理塔の高さや内径を適宜設計する。
【００５９】
以上の様に本発明は、第１処理塔においてある程度の量の酸性ガスが処理されているため、第２処理塔以降で第１処理塔よりも多い量の充填材を使用しても、充填材の目詰まりや、配管の閉塞を引き起こす事無く、効率的に処理を行うことができる。
【００６０】
なお、前記接続配管内部の閉塞を回避するには、知見１からわかる通り、前記ミスト流が第１処理塔と第２処理塔との接続配管中のどの空間においてもアルカリ性を保持するようにする。具体的な装置構成は、後述する。
【００６１】
また、本発明では、各処理塔における処理が同一である（少なくとも同一処理を含む）ことが好ましい。ここで、「処理が同一」とは、被処理ガスが受ける化学反応が同一ということである。この構成により全処理量を各処理塔で最適に配分し、効率的に処理を行うことができる。
【００６２】
本発明の第一の好適な実施の形態では典型的な事例として第１処理塔が充填材の量がゼロであるスプレー塔を例示したが、第１塔の気液反応を抑制し、塔下部で処理液のｐＨが７以上であるならば充填材の量はゼロでなくても良い（第二の好適な実施の形態）。即ち、表２で示した通り、第１処理塔の入口と出口の酸性ガスの濃度比が他の少なくとも１つの処理塔の濃度比より大きければよい。これを充填材の量で説明すると、第１処理塔の充填材の量が、第２塔以降のいずれか１塔の充填材の量よりも少ないことに相当する。
【００６３】
なお、知見２から明らかなように、第１処理塔内部の閉塞を回避するためこの塔内部では処理液が酸性にならないように管理することが好ましい。そして、第１処理塔上部から噴霧したアルカリ処理液が該塔下部の処理液槽においてｐＨが９以上となるようにアルカリ処理液の噴霧の流量またはｐＨ濃度を制御することが望ましい。この流量とｐＨ濃度に関しては、実施例で詳しく説明する。
【００６４】
前述の接続配管の閉塞原因であるミストが酸性になることに関して、該接続配管内部にアルカリ処理液のシャワーを供給するスプレーノズルを増設し、ミストをアルカリ性に保持することが好ましい。スプレーノズルの個数は該接続配管の屈曲毎に設置し、スプレーノズルの配置は、一のノズルが隣接する他のノズルにアルカリ処理液を直接吹き付けることにより隣接するノズル背面に析出物ができないようにすることが好ましい。接続配管内部を噴霧する全てのノズルの背面にアルカリ処理液を吹き付けるために必要なノズルの個数は接続配管の屈曲数＋１個である。スプレーノズルに関しては、実施例で詳しく説明する。
【００６５】
【実施例】
以下、実施例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。
本実施例で用いた湿式スクラバー（ガス処理装置）は、５塔式、充填材の総量、配管接続方法や配管内径、ファンの位置が参考例で用いた装置と同じとする。参考例と異なるポイントは、シャワーを供給するスプレーノズルの数と位置、および各塔の充填材の分配率、第５塔の高さおよび処理液槽を分割したことである。その概念図を図１に示した。図１は、後述する表４の充填材の分配率に則して描かれている。
【００６６】
図１において、１０１〜１０５は順に第１処理塔〜第５処理塔、１０６は酸性ガス導入口、１０７は接続配管、１０８〜１１０はスプレーノズル、１１１〜１１５は処理液槽、１１６は充填材である。
【００６７】
図２は、図１の第１処理塔と第２処理塔の部分拡大図である。図２において２０１〜２１２はスプレーノズルである。また、酸性ガスの流れは点線矢印、シャワー流は実線矢印で示す。以下、（１）シャワー、（２）各塔の充填材の量、に関して説明する。
【００６８】
（１）シャワーに関する説明
シャワーは、各スプレーノズルから供給する。スプレーノズル２０４は、スプレーノズル２０３の上方でかつ接続配管の上端部に設け、スプレーノズル２０３の背面に処理液（からなるシャワー）を吹き付けるようにする。さらにスプレーノズル２０５は、スプレーノズル２０４の真横方向に設置し、スプレーノズル２０４の非噴霧部分に処理液を吹き付けるようにする。つまり、１つ前のスプレーノズルに処理液を次々吹き付けるようにする。例えば、図２のように第１塔から第２塔までの接続配管が３個の屈曲部と４個の直管部を有する場合、４個のスプレーノズルを増設すればよい。その結果、ノズル背面や接続配管の内部のミストをアルカリ性（ｐＨ＞７）に維持し、ＳｉＯ2の析出を抑制することができる。
【００６９】
具体的には、前述したＣｌＦ3の質量速度が４００リットル／時間・ｍ2の場合、前記処理液槽１１１〜１１５中の処理液の濃度をｐＨ計で測定し、ｐＨ＝１０となるように処理液を供給した。その状況で、上記スプレーノズルから噴霧するＮａＯＨ処理液の流量は次の表３の通りである。尚、実際に処理液槽１１１，１１２内部のＮａＯＨ処理液のｐＨは９．４から１１．６の範囲に制御した。また、析出による閉塞は３ヶ月の観察期間では認められなかった。またｐＨ＝９でもｐＨ＝１０と同じ結果が得られた。従って、ＳｉＯ2の析出を抑制するには、処理液槽においてｐＨが９以上（９もしくは９よりもアルカリ側）となるように設定すればよい。
【００７０】
【表３】
一般には強酸性でＳｉＯ2粒子の凝集が起こりやすいとされるので、ｐＨ９以上では凝集は起こりにくい。また接続配管内部にスプレーノズルを増設したことで、この空間では気液反応が若干促進され、析出反応は抑制される。
【００７２】
以上、ＳｉＯ2粒子の凝集について説明したが、その他の無機酸化物粒子でも同様に、溶液のｐＨが変わると析出しやすい状態が変化する。従って酸性で析出しやすい粒子に上記の方法を適用することができる。
【００７３】
（２）各塔の充填材の量（分配率）についての説明
参考例のように同量の充填材を全部の充填塔に入れると、第１塔付近において集中的にＳｉＯ2の析出反応が起こる。従って、析出反応を伴う湿式スクラバーにおいては、析出物質をアルカリ処理液中に分散させることが寿命を延ばすことになる。そして各処理塔毎のｐＨ値が７以上で所定値になるようにする。そしてこの所定値を維持できるように処理液を管理する。また、各塔毎に中和に必要なＮａＯＨ処理液量が異なるので、図１に示す通り処理液槽を１１１〜１１５に分割する。特に第１塔で濃度の濃い酸性ガスが入ってくるので、他の処理室に比べて第１塔の処理液槽１１１内部のＮａＯＨ処理液の交換頻度または補充頻度をあげる。
【００７４】
ＣｌＦ3の質量速度が４００リットル／時間・ｍ2の場合、充填材の分配率は次の表４の通りである。表４では参考例と並べて表記した。
【００７５】
【表４】
このような充填材の分配率とスプレーノズルの増設により、本実施例の方法を適用したスクラバーを断続的に２００時間運転した後停止して、スクラバーの内部を観察した。その結果、接続配管の屈曲部にごく僅かな析出物は認められたが、配管が閉塞することは全く無かった。また、第１塔のグレーティングの一部に析出物が認められたが、その量は極めて少なく容易に除去できるものであった。
【００７７】
上記実施例ではスプレーノズルを多用して処理室内部のミストをアルカリ性に維持し、配管などへの析出反応を抑制して閉塞を防ぐことができる。特に、目標ｐＨが１０の場合、実際のｐＨ測定値は９．４〜１１．６となり、３ヶ月間運転しても第１処理塔内部、第１処理塔から第２処理塔間の接続配管中にはごく僅かな析出が認められるだけで、閉塞は全く認められない。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、フッ化水素ガスや塩素ガス等の酸性ガスの除害機能をもつ湿式スクラバーにおいてＳｉＯ2などのシリコン化合物などの析出物による配管閉塞を防止することができ、連続長時間運転が可能で安全な湿式ガス処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例で用いた湿式ガス処理装置の模式図である。
【図２】 図１の第１処理塔と第２処理塔の部分拡大図である。
【図３】 参考例で用いた湿式ガス処理装置の模式図である。
【符号の説明】
１０１、３０１ 第１処理塔
１０２、３０２ 第２処理塔
１０３、３０３ 第３処理塔
１０４、３０４ 第４処理塔
１０５、３０５ 第５処理塔
１０６、３０６ 酸性ガス導入口
１０７、３０７ 接続配管
１０８、１０９、１１０、２０１〜２１２、３０９ スプレーノズル
１１１〜１１５、３０８ 処理液槽
１１６、３１０ 充填材
３１１ グレーティング
Claims (6)
- ２個以上の直列に接続された処理塔によって酸性ガスを処理する方法であって、前記酸性ガスが最初に導入される第１処理塔の入口における酸性ガスの濃度Ｃｉ１に対する出口における酸性ガスの濃度Ｃｅ１の比Ｒ１＝Ｃｅ１／Ｃｉ１が、第ｎ処理塔（ｎ≧２）のうち少なくとも一つの、入口での酸性ガス濃度Ｃｉｎに対する出口での酸性ガス濃度Ｃｅｎの比Ｒｎ＝Ｃｅｎ／Ｃｉｎよりも大きいことを特徴とする湿式ガス処理方法。
- 前記Ｒ１が第ｎ処理塔（ｎ≧２）の全てのＲｎよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の湿式ガス処理方法。
- 前記Ｒ１が０．４以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の湿式ガス処理方法。
- 第ｋ処理塔（ｋは自然数）内部に設置されたスプレーノズルから噴霧されたアルカリ処理液から発生し第ｋ＋１処理塔に流れていくミスト流が、処理塔間を接続する配管中のどの空間においてもアルカリ性を維持することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の湿式ガス処理方法。
- 前記第１処理塔内に噴霧されたアルカリ処理液の該第１処理塔下部の処理液槽で測定したｐＨ値が９以上となるようにアルカリ処理液の噴霧の流量または濃度を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の湿式ガス処理方法。
- 各処理塔で行う処理が同一であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の湿式ガス処理方法。
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